[發(fā)明專利]一種適用于CV-QKD的最優(yōu)碼率自適應(yīng)方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010629466.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN111934857B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬荔;徐兵杰;李揚(yáng);楊杰;黃偉;羅鈺杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04L1/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 胡川

本發(fā)明公開了一種適用于CV?QKD的最優(yōu)碼率自適應(yīng)方法與裝置，該方法包括：根據(jù)預(yù)設(shè)碼長和預(yù)設(shè)度分布函數(shù)生成校驗(yàn)矩陣，以及獲取符合目標(biāo)信噪比的待協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)；在多個(gè)不同的預(yù)設(shè)信噪比下通過校驗(yàn)矩陣對(duì)待協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼得到誤幀率的函數(shù)曲線，并對(duì)函數(shù)曲線進(jìn)行擬合得到擬合結(jié)果；根據(jù)擬合結(jié)果計(jì)算得到最優(yōu)協(xié)調(diào)效率，并根據(jù)最優(yōu)協(xié)調(diào)效率計(jì)算得到最優(yōu)信噪比；在最優(yōu)信噪比下選擇標(biāo)準(zhǔn)信噪比參數(shù)對(duì)待協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)譯碼，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)安全碼率，本發(fā)明能夠根據(jù)系統(tǒng)工作條件確定最優(yōu)安全碼率，充分發(fā)揮系統(tǒng)系能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于CV-QKD的最優(yōu)碼率自適應(yīng)方法與裝置。

背景技術(shù)

信息安全是信息化時(shí)代的主題，密碼技術(shù)為信息安全提供了保證，隨著量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有基于計(jì)算復(fù)雜性假設(shè)的現(xiàn)有經(jīng)典密碼技術(shù)構(gòu)成威脅，亟需發(fā)展新型密碼技術(shù)。量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution，QKD)基于量子力學(xué)原理可實(shí)現(xiàn)可證安全的實(shí)時(shí)、異地密鑰協(xié)商，結(jié)合的“一次一密”可實(shí)現(xiàn)無條件安全的保密通信，是量子信息和保密通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其技術(shù)路線主要分為離散變量和連續(xù)變量。對(duì)于連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)(Continuous Variable Quantum Key Distribution，CV-QKD)系統(tǒng)，其光源和探測(cè)可使用成熟穩(wěn)定的商用器件，且具有高碼率和易集成等優(yōu)勢(shì)，是QKD技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。CV-QKD系統(tǒng)的發(fā)送方發(fā)送的微弱量子信號(hào)經(jīng)過長距離光纖傳輸后，信噪比非常低，導(dǎo)致發(fā)送方和接收方的原始數(shù)據(jù)誤碼率非常高，必須通過數(shù)據(jù)后處理(包括基比對(duì)、參數(shù)估計(jì)、數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和保密增強(qiáng)等步驟)才能獲得一致的密鑰。其中，數(shù)據(jù)后處理過程中的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)效率將極大影響CV-QKD系統(tǒng)整體性能，如何在不同傳輸條件下找到對(duì)系統(tǒng)性能最優(yōu)化的協(xié)調(diào)效率，對(duì)于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)碼率最優(yōu)具有重要意義。

在CV-QKD系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全碼率最大化，提高傳輸距離，不僅要研究數(shù)據(jù)協(xié)商算法和糾錯(cuò)性能接近香農(nóng)極限的糾錯(cuò)碼，還要完善的優(yōu)化算法，搜索系統(tǒng)在當(dāng)前狀態(tài)下的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)最佳工作點(diǎn)。

影響安全碼率的主要因素是協(xié)調(diào)效率，為實(shí)現(xiàn)長傳輸距離和高安全碼率，要求系統(tǒng)具備高協(xié)調(diào)效率。制約協(xié)調(diào)效率的主要因素為協(xié)商算法選擇、度分布函數(shù)性能以及校驗(yàn)矩陣的生成。協(xié)調(diào)效率表征的是從通信雙方的互信息中提取信息的比例，通常用β表示：

0≤β≤1，β越接近1，即越接近香農(nóng)極限，說明信息提取效率越高，協(xié)調(diào)性能越好，則系統(tǒng)傳輸距離越遠(yuǎn)，并且直接影響了安全碼率的大小。

在實(shí)際計(jì)算過程中：

其中R表示所選取的糾錯(cuò)碼的碼率，C表示信道效率，SNR表示信噪比。

通過優(yōu)化算法，目前學(xué)術(shù)界已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)較高的協(xié)調(diào)效率。但是，誤幀率(FrameError Rate，F(xiàn)ER)也對(duì)安全碼率有所制約。FER表示譯碼后通信雙方得到一致密鑰的塊數(shù)與提取密鑰總塊數(shù)的比例，也就是譯碼塊數(shù)的錯(cuò)誤率。

FER不會(huì)影響系統(tǒng)能否獲得安全碼率，只會(huì)影響安全碼率的大小。為了提高系統(tǒng)的實(shí)用性，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)該盡量減少糾錯(cuò)失敗概率。而隨著協(xié)調(diào)效率的提高，F(xiàn)ER也會(huì)隨之提高，使得安全碼率急劇下降，因而綜合考慮協(xié)調(diào)效率和FER以選取最優(yōu)工作點(diǎn)，對(duì)于獲取最優(yōu)安全碼率至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于CV-QKD的最優(yōu)碼率自適應(yīng)方法與裝置，能夠根據(jù)系統(tǒng)工作條件確定最優(yōu)安全碼率，充分發(fā)揮系統(tǒng)系能。