[發明專利]一種高斯調制方法及連續變量量子安全直接通信系統

有效

• 申請號: 202110081309.8
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112887088B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 曹正文;魏德璐;柴庚;王磊;彭進業
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;G06F21/60;H04L1/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 王芳

本發明屬于量子安全直接通信信源部分信息處理技術領域，公開了一種高斯調制方法及連續變量量子安全直接通信系統。該方法將秘密信息分塊后，在服從高斯分布的隨機數序列的幫助下，對每一個信息塊進行高斯調制得到對應的一串高斯隨機數值，則秘密信息轉變為一組高斯隨機序列。因此，在連續變量量子安全直接通信系統中，本發明所設計的高斯調制方法可以有效解決由于秘密信息直接編譯為高斯序列所帶來的均值和方差的偏移問題以及系統的安全性問題。

技術領域

本發明屬于量子安全直接通信信源部分信息處理技術，具體涉及一種高斯調制方法及連續變量量子安全直接通信系統。

背景技術

基于量子力學原理的量子通信具有極強的安全性，可以滿足當今時代人們對于信息安全的需求。從第一個量子安全直接通信協議(QSDC)被提出來到現在，基于單光子、糾纏量子對及多量子等的雙向的、受控的協議被陸續提出，這些都是基于離散變量的協議。針對于離散變量量子通信中缺乏可靠的單光子源、信號探測困難和密鑰率低等問題提出了連續變量量子通信，連續變量的優點在于從光源到檢測都易于實現，并且能夠與現有的光纖系統融合，加快其在工程實踐方面的進程。

現有技術提出了在協議編碼過程中，將秘密信息在編碼階段直接編譯成高斯序列并加載到光場的正則位置后進行傳輸，該過程中由于信息的不均勻性會導致高斯序列的均值和方差產生偏移，從而導致在系統的性能分析過程中高估系統的安全性，而竊聽者可能會將攻擊隱藏在高估的理論安全范圍中，進而竊取到信息，造成秘密信息的泄露或丟失。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高斯調制方法及連續變量量子安全直接通信系統，用以解決現有技術中的將信息直接編譯為高斯序列所造成的均值和方差的偏移問題以及系統安全性被高估的問題。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：

一種高斯調制方法，用于將信源處發送的信息通過高斯調制轉換為一組高斯隨機序列后再與信宿進行通信，方法包括如下步驟：

步驟1：將待發送的信息進行分塊，獲得m個信息塊且m＝k/a，其中，k為待發送的信息的長度，a為分塊長度，m、a為正整數；

步驟2：對步驟1獲得的m個信息塊進行碼型變換，獲得等概率分布的m個信息塊；

步驟3：將步驟2獲得的等概率分布的每個信息塊進行均勻化，獲得n個數據塊，其中，n＝bm，n、b為正整數；

步驟4：在步驟3獲得n個數據塊中，逐個對數據塊插入檢測比特與糾錯比特，至所有數據塊插入完成后，得到n個安全數據塊；

步驟5：獲取高斯隨機序列并生成高斯分布曲線，將高斯分布曲線劃分成等概率的個區間，其中，d表示插入檢測比特的位數，d為正整數；

步驟6：對步驟4得到的n個安全數據塊與步驟5得到的區間根據每個安全數據塊的碼型建立一一對應關系，對每個安全數據塊獲取其所對應的區間內的任意一個高斯隨機數，將所有安全數據塊所對應的高斯隨機數作為高斯隨機序列。

進一步的，步驟2中對每個信息塊進行碼型變換的規則為：交替選擇{01，10}中的一個碼元來代替“0”碼元；交替選擇{00，11}中的一個碼元來代替“1”碼元。

進一步的，步驟3中對每個信息塊的均勻化的規則為：隨機選擇{00，01}中的一個碼元來代替“0”碼元；隨機選擇{10，11}中的一個碼元來代替“1”碼元。

進一步的，步驟4中對每個數據塊插入檢測比特與糾錯比特時，在每個數據塊中隨機的插入d位檢測比特，在每個數據塊的末尾插入1位糾錯碼。

一種連續變量量子安全直接通信系統，包括信源Alice、信宿Bob、量子信道以及認證的經典信道，所述信源Alice處采用上述高斯調制方法將發送的信息通過高斯調制轉換為一組高斯隨機序列后，再與信宿Bob進行通信。