[發(fā)明專利]大氣光信道密鑰提取中的測量異常值差分幅值比對篩除方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111569693.2
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN114301587A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李瓊;陳純毅;胡小娟;于海洋;倪小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04B10/079;H04B10/70;H04B10/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.大氣光信道密鑰提取中的測量異常值差分幅值比對篩除方法，其特征在于，所需的硬件系統(tǒng)和執(zhí)行步驟如下：

需要激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B，激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B相互通視；激光收發(fā)端機(jī)A包括激光器A、收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)A、探測器A和計(jì)算機(jī)A；激光收發(fā)端機(jī)B包括激光器B、收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)B、探測器B和計(jì)算機(jī)B；所述激光器A發(fā)出的激光信號(hào)A001經(jīng)收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)A發(fā)射到大氣湍流信道中，激光信號(hào)A001到達(dá)收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)B后再入射到探測器B上；所述激光器B發(fā)出的激光信號(hào)B001經(jīng)收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)A發(fā)射到大氣湍流信道中，激光信號(hào)B001到達(dá)收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)B后再入射到探測器A上；所述計(jì)算機(jī)A實(shí)時(shí)采集探測器A輸出的電信號(hào)，所述計(jì)算機(jī)B實(shí)時(shí)采集探測器B輸出的電信號(hào)；

1)本方法的第一部分是使激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B正常工作，具體操作包括：

步驟Step101：使激光器A和激光器B正常工作，使探測器A和探測器B正常工作，使計(jì)算機(jī)A和計(jì)算機(jī)B正常工作，使收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)A和收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)B相互對準(zhǔn)并正常工作；

2)本方法的第二部分在激光收發(fā)端機(jī)A中執(zhí)行以下操作：

步驟Step201：在計(jì)算機(jī)A中創(chuàng)建一個(gè)計(jì)數(shù)器CounterA，令CounterA＝1；令時(shí)刻t_A＝0；在計(jì)算機(jī)A的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)包含N個(gè)元素的一維數(shù)組ArrayA，數(shù)組ArrayA用于存儲(chǔ)探測器A輸出的電信號(hào)的幅度采樣值；在計(jì)算機(jī)A的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)包含N個(gè)元素的一維數(shù)組ArrayA_1，數(shù)組ArrayA_1用于存儲(chǔ)數(shù)組ArrayA中采樣值進(jìn)行規(guī)范化處理后的結(jié)果；在計(jì)算機(jī)A的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)長度為m的單向隊(duì)列QueueA，其中m為小于N的偶數(shù)，單向隊(duì)列QueueA用于暫存數(shù)組ArrayA_1中元素的差分幅值；在計(jì)算機(jī)A的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)長度為N的一維數(shù)組ArrayAA，數(shù)組ArrayAA用于存儲(chǔ)數(shù)組ArrayA_1中元素差分幅值的和；在計(jì)算機(jī)A的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)包含N個(gè)元素的一維數(shù)組ArrayA_2，數(shù)組ArrayA_2用于存儲(chǔ)數(shù)組ArrayA_1中元素經(jīng)過異常值篩除后的結(jié)果；在計(jì)算機(jī)A的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)列表ListA，列表ListA用于存儲(chǔ)隨機(jī)比特序列，令列表ListA為空；

步驟Step202：在時(shí)刻t_A，激光收發(fā)端機(jī)A的采集程序?qū)μ綔y器A輸出的電信號(hào)幅度做一次采樣，獲得一個(gè)采樣值C001；把數(shù)組ArrayA的第CounterA個(gè)元素賦值為采樣值C001；

步驟Step203：令CounterA＝CounterA+1；令t_A＝t_A+δ_t，δ_t為采樣時(shí)間間隔；

步驟Step204：如果CounterAN，則轉(zhuǎn)步驟Step205，否則轉(zhuǎn)步驟Step202；

步驟Step205：在計(jì)算機(jī)A中，利用程序分別依次針對i＝1,2,…,N-1,N做以下操作：對數(shù)組ArrayA中的各個(gè)采樣值做規(guī)范化處理：

步驟Step205-1：令C_A[i]表示數(shù)組ArrayA中第i個(gè)采樣值；I_{A_1}[i]表示對數(shù)組ArrayA中第i個(gè)采樣值進(jìn)行規(guī)范化處理后的結(jié)果；

步驟Step205-2：令將數(shù)組ArryaA_1中第i個(gè)元素賦值為I_{A_1}[i]；

步驟Step206：分別依次針對做以下操作：

步驟Step206-1：令I(lǐng)_{A_1}[i]表示數(shù)組ArrayA_1中第i個(gè)元素的值，令V_A＝|I_{A_1}[i]-I_{A_1}[i+1]|，其中|x|表示取x的絕對值；

步驟Step206-2：將V_A入隊(duì)到單向隊(duì)列QueueA中；

步驟Step207：分別依次針對做以下操作：

步驟Step207-1：令I(lǐng)_{A_1}[i]表示數(shù)組ArrayA_1中第i個(gè)元素的值，令V_A＝|I_{A_1}[i]-I_{A_1}[i+1]|；

步驟Step207-2：將V_A入隊(duì)到單向隊(duì)列QueueA中，令S_A等于當(dāng)前單向隊(duì)列QueueA中所有元素值的和，將數(shù)組ArrayAA中第個(gè)元素賦值為S_A；

步驟Step208：分別依次針對做以下操作：

步驟Step208-1：令Q_A表示單向隊(duì)列QueueA的隊(duì)頭元素，將Q_A從單向隊(duì)列QueueA中出隊(duì)，其余元素向隊(duì)頭方向移動(dòng)一個(gè)單位；

步驟Step208-2：令S_A等于當(dāng)前單向隊(duì)列QueueA中所有元素值的和；將數(shù)組ArrayAA中第個(gè)元素賦值為S_A；

步驟Step209：激光收發(fā)端機(jī)A將數(shù)組ArrayAA發(fā)送給激光收發(fā)端機(jī)B；

3)本方法的第三部分在激光收發(fā)端機(jī)B中執(zhí)行以下操作：

步驟Step301：在計(jì)算機(jī)B中創(chuàng)建一個(gè)計(jì)數(shù)器CounterB，令CounterB＝1；令時(shí)刻t_B＝0；在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)包含N個(gè)元素的一維數(shù)組ArrayB，數(shù)組ArrayB用于存儲(chǔ)探測器B輸出的電信號(hào)的幅度采樣值；在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)包含N個(gè)元素的一維數(shù)組ArrayB_1，數(shù)組ArrayB_1用于存儲(chǔ)數(shù)組ArrayB的采樣值進(jìn)行規(guī)范化處理后的結(jié)果；在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)長度為m的單向隊(duì)列QueueB，其中m為小于N的偶數(shù)，單向隊(duì)列QueueB用于暫存數(shù)組ArrayB_1中元素的差分幅值；在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)長度為N的一維數(shù)組ArrayBB，數(shù)組ArrayBB用于存儲(chǔ)數(shù)組ArrayB_1中元素差分幅值的和；在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)長度為N的一維數(shù)組ArrayBD，數(shù)組ArrayBD用于存儲(chǔ)第一輪異常值篩選時(shí)的索引信息；在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)長度為n的單向隊(duì)列QueueBD，其中n為小于N的奇數(shù)，單向隊(duì)列QueueBD用于暫存數(shù)組ArrayBD中的數(shù)據(jù)；在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)長度為N的一維數(shù)組ArrayBP用于存儲(chǔ)第二輪異常值篩選時(shí)的索引信息；在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)包含N個(gè)元素的一維數(shù)組ArrayB_2，數(shù)組ArrayB_2用于存儲(chǔ)數(shù)組ArrayB_1中的元素經(jīng)過異常值篩除后的結(jié)果；在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中創(chuàng)建一個(gè)列表ListB，列表ListB用于存儲(chǔ)隨機(jī)比特序列，令列表ListB為空；

步驟Step302：在時(shí)刻t_B，激光收發(fā)端機(jī)B對探測器B輸出的電信號(hào)幅度做一次采樣，獲得一個(gè)采樣值D001；把數(shù)組ArrayB的第CounterB個(gè)元素賦值為采樣值D001；

步驟Step303：令CounterB＝CounterB+1；令t_B＝t_B+δ_t，δ_t為采樣時(shí)間間隔；

步驟Step304：如果CounterBN，則轉(zhuǎn)步驟Step305，否則轉(zhuǎn)步驟Step302；

步驟Step305：在計(jì)算機(jī)B中，利用程序分別依次針對i＝1,2,…,N-1,N做以下操作：對數(shù)組ArrayB中的各個(gè)采樣值做規(guī)范化處理：

步驟Step305-1：令D_B[i]表示數(shù)組ArrayB中第i個(gè)采樣值；I_{B_1}[i]表示對數(shù)組ArrayB中第i個(gè)采樣值進(jìn)行規(guī)范化處理后的結(jié)果；

步驟Step305-2：令將數(shù)組ArryaB_1中第i個(gè)元素賦值為I_{B_1}[i]；

步驟Step306：分別依次針對做以下操作：

步驟Step306-1：令I(lǐng)_{B_1}[i]表示數(shù)組ArrayB_1中第i個(gè)元素的值，令V_B＝|I_{B_1}[i]-I_{B_1}[i+1]|；

步驟Step306-2：將V_B入隊(duì)到單向隊(duì)列QueueB中；

步驟Step307：分別依次針對做以下操作：

步驟Step307-1：令I(lǐng)_{B_1}[i]表示數(shù)組ArrayB_1中第i個(gè)元素的值，令V_B＝|I_{B_1}[i]-I_{B_1}[i+1]|；

步驟Step307-2：將V_B入隊(duì)到單向隊(duì)列QueueB中，令S_B等于當(dāng)前單向隊(duì)列QueueB中所有元素值的和，將數(shù)組ArrayBB中第個(gè)元素賦值為S_B；

步驟Step308：分別依次針對做以下操作：

步驟Step308-1：令Q_B表示單向隊(duì)列QueueB的隊(duì)頭元素，將Q_B從單向隊(duì)列QueueB中出隊(duì)，其余元素向隊(duì)頭方向移動(dòng)一個(gè)單位；

步驟Step308-2：令S_B等于當(dāng)前單向隊(duì)列QueueB中所有元素值的和；將數(shù)組ArrayBB中第個(gè)元素賦值為S_B；

4)本方法的第四部分在激光收發(fā)端機(jī)B接收步驟Step209中激光收發(fā)端機(jī)A發(fā)送的數(shù)組ArrayAA后，激光收發(fā)端機(jī)B的計(jì)算機(jī)B鎖定測量異常值索引，具體步驟如下：

步驟Step401：令T_B為第一輪異常篩除判決閾值，分別依次針對i＝1,2,…,N-1,N做以下操作：

步驟Step401-1：令I(lǐng)_AA[i]表示數(shù)組ArrayAA中的第i個(gè)元素的值，令I(lǐng)_BB[i]表示數(shù)組ArrayBB中的第i個(gè)元素的值；

步驟Step401-2：令

步驟Step401-3：如果P_B≥T_B，則將數(shù)組ArrayBD中的第i個(gè)元素賦值為1；

步驟Step401-4：如果P_B＜T_B，則將數(shù)組ArrayBD中的第i個(gè)元素賦值為0；

步驟Step402：表示對x向下取整，分別依次針對做以下操作：

步驟Step402-1：令I(lǐng)_BD[i]表示數(shù)組ArrayBD中第i個(gè)元素的值，將I_BD[i]入隊(duì)到單向隊(duì)列QueueBD中；

步驟Step403：令T_BD為第二輪異常篩除判決閾值，表示對x向上取整，分別依次針對做以下操作：

步驟Step403-1：令I(lǐng)_BD[i]表示數(shù)組ArrayBD中第i個(gè)元素的值，將I_BD[i]入隊(duì)到單向隊(duì)列QueueBD中，令S_BD等于當(dāng)前單向隊(duì)列QueueBD中所有元素值的和；

步驟Step403-2：如果則將數(shù)組ArrayBP中的第個(gè)元素賦值為1；

步驟Step403-3：如果則將數(shù)組ArrayBP中的第個(gè)元素賦值為0；

步驟Step404：令T_BD為第二輪異常篩除判決閾值，依次針對做以下操作：

步驟Step404-1：令Q_BD表示單向隊(duì)列QueueBD的隊(duì)頭元素，將Q_BD從單向隊(duì)列QueueBD中出隊(duì)，其余元素向隊(duì)頭方向移動(dòng)一個(gè)單位，令S_BD等于當(dāng)前單向隊(duì)列QueueBD中所有元素值的和；

步驟Step404-2：如果則將數(shù)組ArrayBP中的第個(gè)元素賦值為1；

步驟Step404-3：如果則將數(shù)組ArrayBP中的第個(gè)元素賦值為0；

步驟Step405：激光收發(fā)端機(jī)B將數(shù)組ArrayBP發(fā)送給激光收發(fā)端機(jī)A；

5)本方法的第五部分在激光收發(fā)端機(jī)A收到步驟Step405中激光收發(fā)端機(jī)B發(fā)送的數(shù)組ArrayBP之后，激光收發(fā)端機(jī)A的計(jì)算機(jī)A對數(shù)組ArrayA_1進(jìn)行異常值篩除和閾值化計(jì)算，具體步驟如下：

步驟Step501：分別依次針對i從N到1做以下操作：

步驟Step501-1：令I(lǐng)_BP[i]表示數(shù)組ArrayBP中第i個(gè)元素的值，令I(lǐng)_{A_1}[i]表示數(shù)組ArrayA_1中第i個(gè)元素的值；

步驟Step501-2：如果I_BP[i]＝0，則不對I_{A_1}[i]做任何操作；

步驟Step501-3：如果I_BP[i]＝1，則將I_{A_1}[i]刪除；

步驟Step502：在計(jì)算機(jī)B中，利用程序分別依次針對i＝1,2,…,N-1,N做以下操作：對數(shù)組ArrayA_1中剩余的各個(gè)元素值做規(guī)范化處理：

步驟Step502-1：令C_{A_1}[i]表示數(shù)組ArrayA_1中第i個(gè)元素的值；I_{A_2}[i]表示對數(shù)組ArrayA_1中第i個(gè)元素值進(jìn)行規(guī)范化處理后的結(jié)果；

步驟Step502-2：令將數(shù)組ArryaA_2中第i個(gè)元素賦值為I_{A_2}[i]；

步驟Step503：使用量化算法對數(shù)組ArrayA_2中的各個(gè)元素進(jìn)行閾值化計(jì)算得到隨機(jī)比特序列，將該隨機(jī)比特序列存入列表ListA中；

步驟Step504：激光收發(fā)端機(jī)A完成原始共享隨機(jī)比特序列提取操作；

6)本方法的第六部分中激光收發(fā)端機(jī)B的計(jì)算機(jī)B對數(shù)組ArrayB_1進(jìn)行異常值篩除和閾值化計(jì)算，具體步驟如下：

步驟Step601：分別依次針對i從N到1做以下操作：

步驟Step601-1：令I(lǐng)_BP[i]表示數(shù)組ArrayBP中第i個(gè)元素的值，令I(lǐng)_{B_1}[i]表示數(shù)組ArrayB_1中第i個(gè)元素的值；

步驟Step601-2：如果I_BP[i]＝0，則不對I_{B_1}[i]做任何操作；

步驟Step601-3：如果I_BP[i]＝1，則將I_{B_1}[i]刪除；

步驟Step602：在計(jì)算機(jī)B中，利用程序分別依次針對i＝1,2,…,N-1,N做以下操作：對數(shù)組ArrayB_1中剩余的各個(gè)元素值做規(guī)范化處理：

步驟Step602-1：令D_{B_1}[i]表示數(shù)組ArrayB_1中第i個(gè)元素的值；I_{B_2}[i]表示對數(shù)組ArrayB_1中第i個(gè)元素值進(jìn)行規(guī)范化處理后的結(jié)果；

步驟Step602-2：令將數(shù)組ArryaB_2中第i個(gè)元素賦值為I_{B_2}[i]；

步驟Step603：使用量化算法對數(shù)組ArrayB_2中的各個(gè)元素進(jìn)行閾值化計(jì)算得到隨機(jī)比特序列，將該隨機(jī)比特序列存入列表ListB中；

步驟Step604：激光收發(fā)端機(jī)B完成原始共享隨機(jī)比特序列提取操作；

7)本方法第七部分對激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B提取的原始共享隨機(jī)比特序列中的不一致比特進(jìn)行糾錯(cuò)，具體步驟如下：

步驟Step701：使用量子密鑰分配后處理中的誤碼估計(jì)、密鑰協(xié)商、錯(cuò)誤校驗(yàn)技術(shù)找出并糾正列表ListA和列表ListB中存儲(chǔ)的原始共享隨機(jī)比特序列中的不一致比特，使列表ListA和列表ListB中的隨機(jī)比特一致，使得所述激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B擁有相同的比特序列；

在實(shí)施本方法時(shí)，先執(zhí)行本方法的第一部分，接著同時(shí)開始執(zhí)行本方法的第二部分和第三部分，然后執(zhí)行第四部分，再同時(shí)執(zhí)行第五部分和第六部分，最后執(zhí)行本方法的第七部分。