一种用于连续变量量子密钥分发系统中的快速错误校验方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于连续变量量子密钥分发系统中的快速错误校验方法。它是一种适用于多边类型低密度奇偶校验码(MET‑LDPC)的错误校验方法。其实现步骤如下，步骤1：连续变量量子密钥分发系统的后处理在纠错完成以后，如果译码判定成功，根据MET‑LDPC码的度数分布，筛选出度数大于1的节点对应的数据；步骤2：根据筛选出的数据长度，以及安全参数值，计算校验位长度，然后构造相应的错误校验码；步骤3：对度数大于1的数据进行错误校验，根据MET‑LDPC码校验矩阵的度数分布特点，该结果等价于所有数据错误校验的结果。本发明专利技术中的方法可以大大减小错误校验的复杂度且拥有更高的安全性，对连续变量量子密钥分发系统的实时处理以及安全性具有重要的意义。

A fast error checking method for continuous variable quantum key distribution system

The present invention provides a fast error checking method for continuous variable quantum key distribution system. It is a kind of error checking method which is suitable for multilateral type low density parity check codes (MET LDPC). The following steps are as follows: Step 1: after the post-processing of the continuous variable quantum key distribution system, after the error correction is completed, if the decoding decision is successful, the data corresponding to the nodes with the degree of more than 1 are screened out according to the degree distribution of the MET LDPC code. Step 2: calculate the checkout according to the selected data length and the security parameter value. Bit length, and then construct a corresponding error check code; step 3: error checking for data with a degree greater than 1, according to the degree distribution of the MET LDPC code check matrix, which is equivalent to the result of all data error checking. The method in this invention can greatly reduce the complexity of error checking and have higher security. It is of great significance to the real-time processing and security of the continuous variable quantum key distribution system.

【技术实现步骤摘要】
一种用于连续变量量子密钥分发系统中的快速错误校验方法
本专利技术涉及连续变量量子密钥分发领域，主要是应用于连续变量量子密钥分发系统中的一种适用于MET-LDPC码的错误校验方法。该方法尤其适用于极低信噪比下低码率MET-LDPC码的情况，可以大大降低计算复杂度，提高错误校验速率，还可以增加连续变量量子密钥分发系统的安全性。
技术介绍
随着信息化社会的发展，信息安全受到人们的重视。建立在数学复杂度基础上的经典密码学的安全性受到大规模并行计算尤其是量子计算机的威胁，不具有无条件的安全性。基于物理学原理的量子密钥分发技术由于其具有无条件的安全性引起了广泛的关注和研究。量子密钥分发技术主要分为离散变量量子密钥分发(DiscreteVariableQuantumKeyDistribution，DV-QKD)和连续变量量子密钥分发(ContinuousVariableQuantumKeyDistribution，CV-QKD)。DV-QKD提出较早，发展成熟，但是对器件要求较高，需要单光子源和单光子探测器。CV-QKD提出较晚，但是具有很大的优势，可以直接用经典光通信的器件。CV-QKD系统主要分为两部分，量子通信部分和经典通信部分。量子通信部分完成以后，合法通信双方共享一组具有关联性的初始密钥，但是由于量子信道的不完美性，初始密钥有误码，且由于窃听者的存在，初始密钥并不安全。因此需要经过经典通信部分去除误码并提取无条件安全的密钥。其中去除误码，即纠错是非常重要的一步，该步骤可以使得双方具有一致的密钥。但是实际上纠错只是以很大的概率去除误码并不能完全保证没有误码，因此还需要通过错误校验进一步判断是否存在误码。错误校验是在纠错完成以后，对译码判定成功后的数据进行校验。在远距离CV-QKD系统中，通常信噪比极低，为了能够实现有效纠错，纠错码码长很长，且码率较低。原始的错误校验算法，复杂度很高，影响系统的实时性。且为了安全性考虑，校验位较长。MET-LDPC码是一种纠错性能接近香农极限的好码，在低码率时其特点是拥有大量的度数为1的节点。根据这个特点，可以设计一种快速有效的错误校验方法，这种方法只需要对度数大于1的节点对应的数据进行校验，不需要对所有数据进行校验。综上所述，传统的错误校验方法复杂度高，耗时长。为了实现高速实时的CV-QKD系统，设计一种应用于连续变量量子密钥分发系统中的快速错误校验方法很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于连续变量量子密钥分发系统中的快速错误校验方法，是一种基于MET-LDPC码的方法。利用MET-LDPC码拥有大量度数为1的节点的特点，通过等效校验度数大于1的节点对应的数据，得到全部数据的错误校验结果，降低计算复杂度，提高错误校验的速率。本专利技术通过以下步骤实现上述方法：步骤1：纠错完成以后，如果译码判定成功，根据MET-LDPC码的度数分布，找出度数大于1的节点对应的数据。步骤2：根据度数大于1的数据长度，以及安全参数值，计算错误校验的校验位长度，然后构造相应的错误校验码。步骤3：对度数大于1的数据进行错误校验，根据MET-LDPC码校验矩阵的度数分布特点，该结果等价于所有数据错误校验的结果。步骤1的具体步骤如下：步骤1A：纠错完成以后，如果译码判定失败，丢弃这组数据，继续进行下组数据的译码，不进行错误校验。如果译码判定成功，保留这组数据，对其进行错误校验；步骤1B：根据纠错码MET-LDPC码的度数分布，筛选保留的数据，从中选出度数大于1的节点对应的数据。对于远距离连续变量量子密钥分发系统，通常接收到的数据信噪比极低，为了能够正确译码，MET-LDPC码的码率也很低。而对于低码率MET-LDPC码，度数为1的节点占很大的比例，而度数大于1的节点通常只占很小的比例。因此筛选出的数据只占总的需要错误校验数据的很小一部分。步骤2的具体步骤如下：步骤2A：根据步骤1筛选出的数据长度，以及设定的安全参数值，计算错误检验的校验位长度。该安全参数值定义为通过错误校验，但是实际上存在错误的概率，即不可检测错误的概率。步骤2B：根据步骤1B筛选出的数据，以及步骤2A计算出的校验位长度，构造相应的错误校验码。通常该错误校验码是校验双方共享的。步骤3的具体步骤如下：步骤3A：对步骤1B筛选出的数据进行错误校验。即校验双方利用共享的校验码分别计算各自筛选数据的校验值。然后公开比对该校验值，如果一致则校验成功，否则校验失败。步骤3B：根据筛选数据的校验结果即可判断所有需要错误校验数据的校验结果。两个结果是等价的，这是由于低码率MET-LDPC码拥有大量度数为1的节点的特点决定的。与现有技术相比，本专利技术的优势在于：充分利用MET-LDPC码拥有大量度数为1的节点的特点，降低错误校验的复杂度，提高校验速率。本专利技术可以利用对较少数据的错误校验，等效实现全部数据的错误校验，提高了效率。且在同等校验位的情况下，降低校验失败的概率，提高CV-QKD系统的安全性。附图说明图1为本专利技术所用方法的流程图具体实施方式下面举例具体说明本专利技术的方法。本专利技术是一种用于连续变量量子密钥分发系统中的快速错误校验方法，具体实施方案如下：在CV-QKD系统中，合法通信双方首先保留译码判定成功以后的数据x和y，假设数据长度为n，此数据即需要进行错误校验的数据。MET-LDPC码译码判定成功与否是根据双方的校验子是否相同决定的。校验子定义为S＝c·H，其中c为码字，H为校验矩阵。据此定义，可计算双方的校验子分别为SA＝x·H和SB＝y·H。由于只对译码判定成功的数据进行错误校验，因此SA＝SB。由于MET-LDPC码的特殊结构，其校验矩阵的度数分布拥有大量度数为1的节点，该部分节点在校验方程中只出现一次，对其他校验方程没有影响，容易将其分离出来。由于双方校验子相同，因此如果度数大于1的节点对应的数据没有误码，那么度数为1的节点对应的数据一定没有误码。通过上述分析可知，只需要对度数大于1的节点对应的数据进行错误校验，该校验结果等效于对所有数据进行校验。因此译码判定成功以后，根据MET-LDPC码校验矩阵H的度数分布，双方分别筛选出度数大于1的节点对应的数据x′和y′。然后根据x′和y′的数据长度k，以及设定的安全参数值ε(通过错误校验，实际存在误码的概率)，计算出校验位长度r。对于不同的校验算法，安全参数值的计算方法也不同。比如对于循环冗余校验码，其计算公式为：ε＝(2k-1)/2k+r。对于以托普利兹矩阵为哈希函数的哈希校验算法，其计算公式为：ε＝k/2r-1。接下来根据上述计算结果，构造相应的校验码或哈希函数f。最后，合法通信双方分别计算得到各自的校验值eA＝f·x′和eB＝f·y′，并公开比对eA和eB，如果两者相同则通过错误校验，即认为x′＝y′(该结果判定错误的概率为ε)，否则判定x′≠y′，错误校验失败，丢弃这组数据。如果通过错误校验，则可以等效判定x′＝y′，实现了对所有数据的错误校验。由于MET-LDPC码在低码率时度数大于1的节点占很小的比例，即n＞＞k，因此本专利技术中的方法可以大大降低计算复杂度，从而提高错误校验速率。另外，由于本专利技术中的方法是用度数大于1的节点对应的数据等效地对所有数据进行错误校验，因此安全参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于连续变量量子密钥分发系统中的快速错误校验方法，包括如下步骤：步骤1：连续变量量子密钥分发系统的后处理在纠错完成以后，如果译码判定成功，根据MET‑LDPC码的度数分布，找出度数大于1的节点对应的数据。步骤2：根据度数大于1的数据长度，以及安全参数值，计算错误校验的校验位长度，然后构造相应的错误校验码。步骤3：对度数大于1的数据进行错误校验，根据MET‑LDPC码校验矩阵的度数分布特点，该结果等价于所有数据错误校验的结果。

【技术特征摘要】
1.一种用于连续变量量子密钥分发系统中的快速错误校验方法，包括如下步骤：步骤1：连续变量量子密钥分发系统的后处理在纠错完成以后，如果译码判定成功，根据MET-LDPC码的度数分布，找出度数大于1的节点对应的数据。步骤2：根据度数大于1的数据长度，以及安全参数值，计算错误校验的校验位长度，然后构造相应的错误校验码。步骤3：对度数大于1的数据进行错误校验，根据MET-LDPC码校验矩阵的度数分布特点，该结果等价于所有数据错误校验的结果。2.根据权利要求1所述的一种用于连续变量量子密钥分发系统中的快速错误校验方法，步骤1的具体步骤如下：步骤1A：连续变量量子密钥分发系统的后处理在纠错完成以后，如果译码判定失败，丢弃这组数据，继续进行下组数据的译码，不进行错误校验。如果译码判定成功，保留这组数据，对其进行错误校验；步骤1B：根据纠错码MET-LDPC码的度数分布，筛选保留的数据，从中选出度数大于1的节点对应的数据。对于远距离连续变量量子密钥分发系统，通常接收到的数据信噪比极低，为了能够正确译码，MET-LDPC码的码率也很低。而对于低码率...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻松，王翔宇，李梅，张一辰，赵一甲，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11