[發(fā)明專利]一種基于離散變量的QKD密鑰協(xié)商方法

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• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112688780A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設計）人: 李麗仙;宋蕭天;蔣荻
• 申請（專利權）人: 浙江九州量子信息技術股份有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于離散變量的QKD密鑰協(xié)商方法，具體包括以下步驟：Alice和Bob對各自端的篩后密鑰塊X1、Y2結合所共享的糾錯碼信息進行組合，得到待編碼的密鑰塊序列；Alice和Bob兩邊同時對密鑰塊序列進行編碼操作，計算協(xié)商信息發(fā)送給譯碼端進行譯碼操作；Alice作為編碼器計算密鑰塊X1的協(xié)商信息，同時接收Bob發(fā)送過來的對Y2計算的協(xié)商信息，結合X2進行譯碼；Bob在計算密鑰塊Y2對應的協(xié)商信息的同時，結合收到的對Alice發(fā)過來的對X1計算的協(xié)商信息與Y1進行譯碼；獲取協(xié)商密鑰。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的密鑰協(xié)商方法，采用并行計算，減少傳統(tǒng)密鑰協(xié)商方案結構上的不對稱性對協(xié)商速率的影響，充分利用通信雙方的計算資源，同時提高系統(tǒng)的吞吐量。

技術領域

本發(fā)明涉及通信雙方協(xié)商密鑰編解碼技術領域，特別涉及一種基于離散變量的QKD密鑰協(xié)商方法。

背景技術

量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution,QKD）系統(tǒng)由一個發(fā)送端和一個接收端(Alice 和Bob)構成，其光學與硬件數(shù)據(jù)處理部分獲得原始密鑰信息，這些原始密鑰信息通過數(shù)據(jù)后處理工作，包括對基、密鑰協(xié)商、保密放大等環(huán)節(jié)獲得一致且安全的密鑰。

密鑰協(xié)商是QKD系統(tǒng)的一個重要信息處理步驟,其目的是將合法通信雙方（Alice和Bob）密鑰中因器件不完善、信道和環(huán)境的影響、Eve的竊聽等因素造成的隨機錯誤比特進行糾正，最終獲得一致的加密密鑰。密鑰協(xié)商實際上是通信雙方利用協(xié)商信息完成密鑰糾錯的過程。根據(jù)信息傳輸載體的不同，可以分為離散變量的量子密鑰分發(fā)（Discretevariable QKD,DVQKD）和連續(xù)變量的量子密鑰分發(fā)（Continuous variable QKD, CVQKD）。在密鑰協(xié)商中，利用糾錯碼技術設計高效的密鑰協(xié)商算法，一方面可以保證加密密鑰的一致性，另一方面也可以減少協(xié)商中密鑰信息的泄露量。尋求性能優(yōu)良的糾錯碼及糾錯算法對于提高密鑰協(xié)商性能具有很大的作用。目前在DVQKD中主要用的糾錯碼是LDPC碼及Polar碼，其中Polar碼是一種基于信道極化理論的線性分組碼，是針對二元對稱信道（BSC,Binary Discrete Symmetric Channel）的嚴格構造碼，且編譯碼復雜度低。

現(xiàn)有技術情況：

現(xiàn)有DVQKD系統(tǒng)中基于Polar糾錯碼的密鑰協(xié)商方法存在下面幾個問題：

1.密鑰協(xié)商方案的協(xié)商結構不對稱，密鑰協(xié)商的處理集中在一方，影響密鑰處理速率及計算資源的利用。

2.密鑰協(xié)商方法的實現(xiàn)模式計算量及延遲大，且無法向后兼容，即不支持更優(yōu)的譯碼算法來進行譯碼性能的優(yōu)化，無法直接升級更新的譯碼算法。

3.基于Polar碼的DVQKD協(xié)商方法的譯碼算法主要采用SC或者SCL譯碼算法，糾后誤碼率需進一步降低以獲得較好的協(xié)商效果。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在以上缺陷，本發(fā)明提供一種基于離散變量的QKD密鑰協(xié)商方法如下：

本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于離散變量的QKD密鑰協(xié)商方法，包括前期通信雙方Alice 和Bob 根據(jù)傳輸?shù)男诺捞卣鳂嬙旒m錯碼，其特征在于，所述密鑰協(xié)商方法采用雙向協(xié)商的機制進行，具體包括以下步驟：

1）Alice 和Bob 對各自端的篩后密鑰塊X1、Y2結合所共享的糾錯碼信息進行組合，得到待編碼的密鑰塊序列；

2）Alice 和Bob兩邊同時對密鑰塊序列進行編碼操作，計算協(xié)商信息并通過認證的無誤碼經(jīng)典信道發(fā)送給譯碼端進行譯碼操作；

3）Alice作為編碼器計算密鑰塊X1的協(xié)商信息，同時接收 Bob發(fā)送過來的對Y2計算的協(xié)商信息，結合X2進行譯碼；Bob在計算密鑰塊Y2對應的協(xié)商信息的同時，結合收到的對Alice發(fā)過來的對X1計算的協(xié)商信息與Y1進行譯碼；

4）Alice 和Bob雙方通過步驟3）的編譯碼獲取協(xié)商密鑰，