[發(fā)明專利]一種面向量子密鑰分發(fā)的可變步長盲信息協(xié)調(diào)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010002776.2
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111082936B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志宏;黃安琪;王祥科;武志豪;李杰;叢一睿;馬兆偉;王菖;俞先國
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

本發(fā)明公開了一種面向量子密鑰分發(fā)的可變步長盲信息協(xié)調(diào)方法，采用盲協(xié)調(diào)協(xié)議的過程，在所述過程中包括：設(shè)置s＝0,p＝d,Δ₀＝0，其中p為符號數(shù)，s為發(fā)送和接收雙方共同確定碼字中的位置數(shù)，n為整個(gè)碼長；如果接收方不能成功完成協(xié)調(diào)，則發(fā)送方會認(rèn)為錯(cuò)誤率大于原來預(yù)想的情況，則釋放可變步長的裁切位信息Δ_i給接收方。本發(fā)明具有能夠緩解了協(xié)調(diào)效率和協(xié)議執(zhí)行時(shí)間之間矛盾、提高協(xié)調(diào)效率、縮短協(xié)議執(zhí)行時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到量子通訊技術(shù)領(lǐng)域，特指一種面向量子密鑰分發(fā)的可變步長盲信息協(xié)調(diào)方法。

背景技術(shù)

量子密鑰分配需經(jīng)歷兩個(gè)階段：量子信號傳輸階段和經(jīng)典信息處理階段。將要共享密鑰的雙方發(fā)送方和接收方首先通過量子信道獲得粗密鑰，但由于密鑰分配協(xié)議本身有限的效率、實(shí)際器件的不完美性和第三方的竊聽等因素，粗密鑰中通常還會存在雙方不一致的誤碼和信息泄露。因此，在經(jīng)典信息處理階段，為了提純粗密鑰，密鑰分配雙方獲得的數(shù)據(jù)串必須經(jīng)過協(xié)調(diào)來確保兩端得到同樣的數(shù)據(jù)串。這個(gè)通過公開的無噪信道來發(fā)布一定信息，以消除雙方信息比特串差異的過程被稱為密鑰信息協(xié)調(diào)。

信息協(xié)調(diào)協(xié)議，其目的都是從兩個(gè)具有相關(guān)性的數(shù)據(jù)串中提取出雙方一致的數(shù)據(jù)串，一致性由公開在通信信道上的信息來保證。從經(jīng)典信息論的角度來看，該問題與基于邊信息的信源編碼是等同的。

將發(fā)送方和接收方視為兩個(gè)相關(guān)的信源，X和Y分別是從這兩個(gè)信源輸出的離散隨機(jī)變量，則Xn和Yn代表著從信源獲得的相關(guān)序列。信息協(xié)調(diào)過程就是讓接收方在Yn和接收到的消息M的幫助下恢復(fù)Xn的過程，其中消息M是通過無損信道從發(fā)送方的信源端傳輸至接收方。在基于邊信息的信源編碼中，發(fā)送方編碼序列Xn的信息并傳輸給接收方，接收方利用邊信息Yn和發(fā)送方提供的信息M來恢復(fù)得到Xn’，通過邊信息和消息M的共同作用，有極大的可能使得Xn’＝Xn。在該模型中，消息M可看成是對信源發(fā)送方的信息序列Xn的編碼結(jié)果。為了保證接收方能正確譯出Xn，Slepian和Wolf證明了編碼結(jié)果M的長度不能短于H(X|Y)。

由此可以看出，密鑰信息協(xié)調(diào)和基于邊信息的信源編碼是等價(jià)問題，并且H(X|Y)也是信息協(xié)調(diào)協(xié)議中所需傳遞的消息長度下限。但在實(shí)際的信息協(xié)調(diào)協(xié)議中，往往達(dá)不到這個(gè)下限值，需要傳輸更多的比特信息。因此，為了評估實(shí)際信息協(xié)調(diào)協(xié)議的效率，通常定義一個(gè)效率參數(shù)f≥1，則有：

I_real＝fH(X|Y)≥I_opt

其中，I_real是在實(shí)際協(xié)調(diào)協(xié)議中傳輸?shù)男畔⒘浚琁_opt是協(xié)調(diào)發(fā)送方和接收方密鑰串所需的最少信息量，H(X|Y)是條件熵。

然而，除了協(xié)議效率，評估一個(gè)信息協(xié)調(diào)協(xié)議的性能還有另外一個(gè)重要參數(shù)：交互次數(shù)。交互次數(shù)是實(shí)際實(shí)現(xiàn)中所需關(guān)注的，特別是在網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間較長的情景下，交互的次數(shù)越多，耗費(fèi)在通信上的時(shí)間就越多，整個(gè)量子密鑰分配系統(tǒng)的密鑰產(chǎn)生效率將受到影響。

在量子密鑰分配的信息協(xié)調(diào)過程中，LDPC在近年來被廣泛使用。LDPC碼只需要一輪交互就能糾正密鑰中的所有錯(cuò)誤。當(dāng)完成量子傳輸和粗密鑰篩選后，發(fā)送方計(jì)算自身密鑰串的伴隨式并發(fā)送給接收方，在協(xié)議中將發(fā)送方的比特串認(rèn)為是正確且標(biāo)準(zhǔn)的。由于LDPC編碼本身就具有對長碼糾錯(cuò)的能力，所以不需要對密鑰進(jìn)行分組從而縮短碼長；另一方面，也不需要交換校驗(yàn)結(jié)果，唯一的通信只是傳輸整個(gè)密鑰串的伴隨式計(jì)算結(jié)果。接收方可以利用接收到的正確的伴隨式和自身的伴隨式來糾正所有不同的比特值，使得糾錯(cuò)后的結(jié)果與發(fā)送方的比特串一致。