[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自由空間量子密鑰分發(fā)參數(shù)優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010280417.3
• 申請日: 2020-04-10
• 公開（公告）號: CN111555866B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 東晨;王星宇;劉瀟文;冉昊丹;吳田宜;劉偉;李衛(wèi)
• 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;G06N20/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自由空間量子密鑰分發(fā)參數(shù)優(yōu)化方法，具體包括如下步驟：步驟1，進(jìn)行自由空間量子密鑰分發(fā)星地鏈路狀態(tài)采集；步驟2，利用步驟1的采集結(jié)果，基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法完成自由空間量子密鑰分發(fā)的參數(shù)優(yōu)化。本發(fā)明針對鏈路距離、傳輸效率動態(tài)變化的自由空間量子密鑰分發(fā)，在有角速度、隨機(jī)振動的情況下，利用機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化方法對動態(tài)變化的QKD(量子密鑰分發(fā))協(xié)議參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究并建立高效穩(wěn)定的量子信道，提高信道效率以及降低量子密鑰誤碼率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子信息處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自由空間量子密鑰分發(fā)參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

目前，自由空間量子密鑰分發(fā)需要在雙方有限接入通信時(shí)間內(nèi)構(gòu)建穩(wěn)定高效的傳輸鏈路，但是低軌衛(wèi)星和地面站始終處于高速相對運(yùn)動之中，鏈路距離、傳輸效率動態(tài)變化，經(jīng)驗(yàn)式的物理參數(shù)配置將不能與實(shí)時(shí)動態(tài)變化信道狀況進(jìn)行高效匹配，傳統(tǒng)通過對較少參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)力全局搜索或?qū)^多參數(shù)進(jìn)行局部搜索算法的傳統(tǒng)方法很難匹配信道動態(tài)變化帶來的復(fù)雜度，不適合快速動態(tài)變化的自由空間量子密鑰分發(fā)信道，成為制約自由空間量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)性能的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自由空間量子密鑰分發(fā)參數(shù)優(yōu)化方法，該方法針對鏈路距離、傳輸效率動態(tài)變化的自由空間量子密鑰分發(fā)，在有角速度、隨機(jī)振動的情況下，利用機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化方法對動態(tài)變化的QKD(量子密鑰分發(fā))協(xié)議參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究并建立高效穩(wěn)定的量子信道，提高信道效率以及降低量子密鑰誤碼率。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自由空間量子密鑰分發(fā)參數(shù)優(yōu)化方法，具體包括如下步驟：

步驟1，進(jìn)行自由空間量子密鑰分發(fā)星地鏈路狀態(tài)采集；

步驟2，利用步驟1的采集結(jié)果，基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法完成自由空間量子密鑰分發(fā)的參數(shù)優(yōu)化。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1的采集結(jié)果包括三部分，分別為：衛(wèi)星軌道和地面站參數(shù)、大氣環(huán)境噪聲采集及量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)參數(shù)。

步驟1的具體過程為：通過查詢衛(wèi)星及地面站數(shù)據(jù)完成衛(wèi)星軌道和地面站參數(shù)采集，通過MATLAB建模完成大氣環(huán)境噪聲采集和量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)參數(shù)采集，從而完成自由空間量子密鑰分發(fā)星地鏈路狀態(tài)的采集。

步驟2中基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法完成自由空間量子密鑰分發(fā)的參數(shù)優(yōu)化包括三個(gè)依次協(xié)作的模塊功能，分別為：信道鏈路狀態(tài)樣本集的生成、系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)訓(xùn)練集的生成及機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化方法選擇計(jì)算。

步驟2的具體過程為：首先，利用步驟1采集的自由空間量子密鑰分發(fā)星地鏈路狀態(tài)，生成信道鏈路狀態(tài)樣本集；然后通過改變量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)參數(shù)和大氣湍流強(qiáng)度參數(shù)、衛(wèi)星軌道參數(shù)和地面站孔徑的系統(tǒng)參數(shù)，生成系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)訓(xùn)練集；最后，通過機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化方法選擇計(jì)算實(shí)現(xiàn)自由空間量子密鑰分發(fā)的參數(shù)優(yōu)化。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過仿真系統(tǒng)分析各類器件參數(shù)及衛(wèi)星軌道參數(shù)對QKD系統(tǒng)性能影響的規(guī)律，主要包括接收發(fā)口徑(衛(wèi)星軌道和地面站參數(shù))、鏈路傳輸長度、衛(wèi)星俯仰角(衛(wèi)星軌道和地面站參數(shù))對星地QKD系統(tǒng)整體傳輸損耗的影響，提出基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)時(shí)預(yù)測星地鏈路狀況，實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化系統(tǒng)物理參數(shù)配置的方法，降低系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜度，提升系統(tǒng)效率。

附圖說明

圖1是將本發(fā)明一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自由空間量子密鑰分發(fā)參數(shù)優(yōu)化方法應(yīng)用于單臂測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的優(yōu)化結(jié)果示意圖；

圖2采用無優(yōu)化方法下的單臂測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議分發(fā)狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自由空間量子密鑰分發(fā)參數(shù)優(yōu)化方法，具體包括如下步驟：