[發明專利]從大氣湍流光信號衰落中提取共享隨機比特的方法

有效

• 申請號: 201811370939.1
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109474421B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 陳純毅;楊華民;蔣振剛;潘石;倪小龍;劉智
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/112
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.從大氣湍流光信號衰落中提取共享隨機比特的方法，其特征在于，所需的硬件系統和執行步驟如下：

需要激光收發端機A和激光收發端機B，激光收發端機A和激光收發端機B相互通視，激光收發端機A和激光收發端機B之間的雙向信道是互易的；激光收發端機A包括激光器A、收發光學系統A、探測器A和計算機A；激光收發端機B包括激光器B、收發光學系統B、探測器B和計算機B；激光器A發出的激光信號A001經收發光學系統A發射到大氣湍流信道中，激光信號A001到達收發光學系統B后再入射到探測器B上；激光器B發出的激光信號B001經收發光學系統B發射到大氣湍流信道中，激光信號B001到達收發光學系統A后再入射到探測器A上；計算機A實時采集探測器A輸出的電信號，計算機B實時采集探測器B輸出的電信號；

1)本方法的第一部分使激光收發端機A和激光收發端機B正常工作，具體操作包括：

使激光器A和激光器B正常工作，使探測器A和探測器B正常工作，使計算機A和計算機B正常工作，使收發光學系統A和收發光學系統B相互對準并正常工作，計算機A和計算機B都接入到互聯網上，計算機A和計算機B能通過互聯網相互通信；

2)本方法的第二部分在激光收發端機A中執行以下操作：

步驟Step201：在計算機A的采集程序中創建一個計數器CounterA，令CounterA＝1；令時刻t_A＝0；在計算機A的存儲器中創建一個包含Num個元素的一維數組ArrayA，數組ArrayA的元素用于存儲探測器A輸出的電信號的幅度采樣值；在計算機A的存儲器中創建一個包含Num-1個元素的一維數組ArrayAD，數組ArrayAD的元素用于存儲探測器A輸出的電信號的幅度采樣的導數值；在計算機A的存儲器中創建一個列表ListA，列表ListA的元素用于存儲隨機比特，令列表ListA為空；在計算機A的存儲器中創建一個列表ListAD，列表ListAD的元素用于存儲隨機比特，令列表ListAD為空；令I_A＝1；令I_AD＝1；

步驟Step202：在時刻t_A，計算機A的采集程序對探測器A輸出的電信號幅度做一次采樣，獲得一個采樣值C001；把數組ArrayA的第CounterA個元素賦值為采樣值C001；

步驟Step203：令CounterA＝CounterA+1；令t_A＝t_A+δ_t，δ_t為采樣時間間隔；

步驟Step204：如果CounterANum，則轉步驟Step205，否則轉步驟Step202；

步驟Step205：計算數組ArrayA中的所有元素的平均值C002；令T_A等于系數c_t與平均值C002的乘積，系數c_t為一個正實數，用于對平均值C002進行縮放；

步驟Step206：從數組ArrayA的第1個元素開始，依次針對數組ArrayA的每個元素C003做如下操作：

在列表ListA的末尾添加一個新元素EA，新元素EA是列表ListA的第I_A個元素；判斷元素C003的值是否大于T_A，如果是，則把列表ListA的第I_A個元素賦值為比特1，否則把列表ListA的第I_A個元素賦值為比特0；令I_A＝I_A+1；

步驟Step207：分別依次針對J＝1,2,…,Num-1，把數組ArrayAD的第J個元素賦值為數組ArrayA的第J+1個元素的值與數組ArrayA的第J個元素的值之差除以δ_t的結果；

步驟Step208：計算數組ArrayAD中的所有元素的平均值C004；令T_AD等于系數c_tD與平均值C004的乘積，系數c_tD為一個正實數，用于對平均值C004進行縮放；

步驟Step209：從數組ArrayAD的第1個元素開始，依次針對數組ArrayAD的每個元素C005做如下操作：

在列表ListAD的末尾添加一個新元素EAD，新元素EAD是列表ListAD的第I_AD個元素；判斷元素C005的值是否大于T_AD，如果是，則把列表ListAD的第I_AD個元素賦值為比特1，否則把列表ListAD的第I_AD個元素賦值為比特0；令I_AD＝I_AD+1；

步驟Step210：激光收發端機A完成原始共享隨機比特序列提取操作；

3)本方法的第三部分在激光收發端機B中執行以下操作：

步驟Step301：在計算機B的采集程序中創建一個計數器CounterB，令CounterB＝1；令時刻t_B＝0；在計算機B的存儲器中創建一個包含Num個元素的一維數組ArrayB，數組ArrayB的元素用于存儲探測器B輸出的電信號的幅度采樣值；在計算機B的存儲器中創建一個包含Num-1個元素的一維數組ArrayBD，數組ArrayBD的元素用于存儲探測器B輸出的電信號的幅度采樣的導數值；在計算機B的存儲器中創建一個列表ListB，列表ListB的元素用于存儲隨機比特，令列表ListB為空；在計算機B的存儲器中創建一個列表ListBD，列表ListBD的元素用于存儲隨機比特，令列表ListBD為空；令I_B＝1；令I_BD＝1；

步驟Step302：在時刻t_B，計算機B的采集程序對探測器B輸出的電信號幅度做一次采樣，獲得一個采樣值D001；把數組ArrayB的第CounterB個元素賦值為采樣值D001；

步驟Step303：令CounterB＝CounterB+1；令t_B＝t_B+δ_t，δ_t為采樣時間間隔；

步驟Step304：如果CounterBNum，則轉步驟Step305，否則轉步驟Step302；

步驟Step305：計算數組ArrayB中的所有元素的平均值D002；令T_B等于系數c_t與平均值D002的乘積，系數c_t為一個正實數，用于對平均值D002進行縮放；

步驟Step306：從數組ArrayB的第1個元素開始，依次針對數組ArrayB的每個元素D003做如下操作：

在列表ListB的末尾添加一個新元素EB，新元素EB是列表ListB的第I_B個元素；判斷元素D003的值是否大于T_B，如果是，則把列表ListB的第I_B個元素賦值為比特1，否則把列表ListB的第I_B個元素賦值為比特0；令I_B＝I_B+1；

步驟Step307：分別依次針對J＝1,2,…,Num-1，把數組ArrayBD的第J個元素賦值為數組ArrayB的第J+1個元素的值與數組ArrayB的第J個元素的值之差除以δ_t的結果；

步驟Step308：計算數組ArrayBD中的所有元素的平均值D004；令T_BD等于系數c_tD與平均值D004的乘積，系數c_tD為一個正實數，用于對平均值D004進行縮放；

步驟Step309：從數組ArrayBD的第1個元素開始，依次針對數組ArrayBD的每個元素D005做如下操作：

在列表ListBD的末尾添加一個新元素EBD，新元素EBD是列表ListBD的第I_BD個元素；判斷元素D005的值是否大于T_BD，如果是，則把列表ListBD的第I_BD個元素賦值為比特1，否則把列表ListBD的第I_BD個元素賦值為比特0；令I_BD＝I_BD+1；

步驟Step310：激光收發端機B完成原始共享隨機比特序列提取操作；

4)本方法的第四部分對激光收發端機A和激光收發端機B提取的原始共享隨機比特序列中的不一致比特進行糾錯，具體步驟如下：

步驟Step401：在計算機A中，把列表ListA中的隨機比特序列和列表ListAD中的隨機比特序列拼接在一起，即把列表ListAD中的隨機比特序列添加到列表ListA中的隨機比特序列之后，使二者成為一個隨機比特序列并保存在列表ListA中；在計算機B中，把列表ListB中的隨機比特序列和列表ListBD中的隨機比特序列拼接在一起，即把列表ListBD中的隨機比特序列添加到列表ListB中的隨機比特序列之后，使二者成為一個隨機比特序列并保存在列表ListB中；

步驟Step402：通過互聯網信道在計算機A和計算機B之間傳送信息，執行量子密鑰分配后處理中的誤碼估計、密鑰協商、錯誤校驗操作，對激光收發端機A和激光收發端機B提取的原始共享隨機比特序列進行不一致比特糾錯，即利用量子密鑰分配后處理中的誤碼估計、密鑰協商、錯誤校驗技術找出并糾正列表ListA和列表ListB中存儲的原始共享隨機比特序列中的不一致比特，使列表ListA和列表ListB中的隨機比特序列一致；

在實施本方法時，先執行本方法的第一部分，接著同時開始執行本方法的第二部分和第三部分，最后執行本方法的第四部分。