一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法技术

本发明专利技术公开了一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法，发送端的译码计算单元在根据离散数据、校验矩阵和校验子数据进行译码计算时与接收端进行纠错协商；接收端的校验子计算单元在根据离散数据和校验矩阵进行校验子计算时与发送端进行纠错协商。与现有技术相比，本发明专利技术的积极效果是：在实际的CV‑QKD系统中，由于量子信号非常微弱，信道对量子信号的影响非常大，导致常规的采用固定纠错矩阵的方案误帧率较高。本发明专利技术提出的一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法，采用混合自动重传，可以减少CV‑QKD系统的误帧率，从而提高安全码率。

A Hybrid Automatic Retransmit Method for Continuous Variable Quantum Key Distribution

The invention discloses a hybrid automatic retransmitting method for continuous variable quantum key distribution, in which the decoding calculation unit of the sender undertakes error correction negotiation with the receiver in decoding calculation based on discrete data, check matrix and check sub-data, and the check Sub-calculation unit of the receiver undertakes error correction coordination with the sender in checker calculation based on discrete data and check matrix. Shang. Compared with the prior art, the positive effect of the present invention is that in the actual CV QKD system, the quantum signal is very weak and the channel has a great influence on the quantum signal, which results in a high frame error rate of the conventional scheme using fixed error correction matrix. The hybrid automatic retransmitting method for continuous variable quantum key distribution proposed by the invention can reduce the frame error rate of CV QKD system and improve the secure bit rate by adopting the hybrid automatic retransmitting method.

【技术实现步骤摘要】
一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法
本专利技术涉及一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法。
技术介绍
随着量子计算技术的发展，基于计算复杂度的经典密码体系面临重大的安全隐患。量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)是一种基于量子物理原理的密钥分发系统，具有无条件安全性，引起了广泛的关注与研究。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)两类。相比于DV-QKD，CV-QKD具有潜在码率高、不需要单光子探测器、与经典光纤通信网络融合性好等优点，被认为是极具应用前景的技术方案。对于CV-QKD系统，为了实现接收方与发送方共享相同的密钥，需要通过数据后处理进行数据协商。然而，微弱量子信号经过长距离光纤传输后，信噪比非常低，导致密钥分发的发送方和接收方的原始数据误码率非常高，纠错极其困难，这也是CV-QKD系统主要的技术瓶颈。在实际的数据协商过程中，对于特定的纠错矩阵，很难保证百分之百的纠错成功率。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供了一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法，旨在提高纠错成功率，从而提高系统安全码率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法，发送端的译码计算单元在根据离散数据、校验矩阵和校验子数据进行译码计算时与接收端进行纠错协商；接收端的校验子计算单元在根据离散数据和校验矩阵进行校验子计算时与发送端进行纠错协商。进一步地，接收端的校验子计算单元与发送端进行纠错协商的流程为：(1)接收端开始新一帧数据的发送；(2)判断是否为第一次发送：如果是，则计算获得校验子SPC0，并将其发送给发送端；如果否，则进入下一步；(3)等待直到接收到发送端的译码信息；(4)判断是否接收到发送端的译码失败信息：如果是，则丢弃本轮的码字，返回第(1)步；如果否，则进入下一步；(5)判断是否接收到发送端的译码成功信息：如果是，则记录下本轮的码字，返回第(1)步；如果否，则确定当前为本帧的第i次发送，然后计算获得校验子SPCi，并将其发送给发送端，返回第(3)步。进一步地，发送端的译码计算单元与接收端进行纠错协商的流程为：(1)新一帧译码开始；(2)发送端确定是本帧第一次译码时，令SPC(0)＝SPC0，H(0)＝H0；(3)进行译码计算；(4)判断是否译码成功：如是，则存储译码结果，并向接收端发送译码成功的信息；如果否，则进入下一步；(5)判断是否为本帧最后一次译码：如果是，则判断为译码失败，丢弃本轮数据，并向接收端发送译码失败的信息；如果否，则告知接收端发送新的SPC；(6)在收到接收端发送的新的SPCi后，更新本次译码的校验子和校验矩阵后返回第(3)步进行译码计算。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：在实际的CV-QKD系统中，由于量子信号非常微弱，信道对量子信号的影响非常大，导致常规的采用固定纠错矩阵的方案误帧率较高。本专利技术提出的一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法，采用混合自动重传，可以减少CV-QKD系统的误帧率，从而提高安全码率。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为总系统框图；图2为常规发送端数据处理模块A的原理框架图；图3为常规接收端数据处理模块B的原理框图；图4为本专利技术的基于混合自动重传的发送端数据处理模块A的原理框架图；图5为本专利技术的基于混合自动重传的接收端数据处理模块B的原理框架图；图6为接收端混合自动重传逻辑图；图7为发送端混合自动重传译码逻辑图。具体实施方式对于量子密钥分发系统，在进行数据协调时，可以采用正向协调和反向协调两种方案。由于正向协调存在3dB限制，在实际工程应用中常常采用反向协调。本技术方案对两种方案均适用，技术本质上并没有差异。以下，仅仅以反向协调为例，对本技术方案进行描述。如图1所示，对于CV-QKD系统。发送端通过信号发送模块A将量子信号通过量子信道发送给接收端，同时将发送的信息传递给数据处理模块A。接收端通过信号探测模块B接收从发送端发送过来的信号，并将其传递给数据处理模块B。数据处理模块A将信号发送模块A传递过来的数据以及通过与接收端进行信息交互获得的信息进行数据处理，得到密钥，保存在密钥存储模块A中。数据处理模块B将信号探测模块B传递过来的数据以及通过与发送端进行信息交互获得的信息进行数据处理，得到密钥，保存在密钥存储模块B中。常规的CV-QKD系统发送端和接收端的数据处理步骤如图2和图3所示，对于数据处理模块，发送端和接收端首先通过基比对筛选单元，获得测量基相同的那部分数据，将其传递给各自的数据离散处理单元。接收端的数据离散处理单元将基比对筛选单元传递过来的数据进行离散化处理，比如可采用分段离散化或者多维协商离散化等，然后将离散化后的数据传递给离散数据存储单元，并将离散化协商数据B传递给发送端；发送端的数据离散处理单元根据离散化协商数据B，将基比对筛选单元传递过来的数据进行离散化处理，将离散化后的数据传递给离散数据存储单元。接收端的校验子计算单元，通过将离散数据存储单元传递过来的信息与校验矩阵存储单元的信息进行校验子计算，得到校验子，并发送给发送端；发送端的译码计算单元根据离散数据存储单元传递过来的离散化数据、校验矩阵存储单元存储的校验矩阵以及从接收端传递过来的校验子数据进行译码计算，根据译码结果将数据存储进数据存储单元中，并将译码结果发送给接收端。发送端密钥重组单元根据译码结果，对数据存储单元中的数据进行密钥重组，再传递给私钥放大单元，私钥放大单元根据实际系统的安全码率确定缩放比例，使得从私钥放大单元输出的数据与安全码率匹配，得到最终密钥数据。接收端密钥重组单元根据发送端发送过来的译码结果数据，将离散数据存储单元的数据进行整合，再传输给私钥放大单元，得到最终密钥数据。以上为常规的CV-QKD系统数据处理模块的执行步骤。本专利技术相比于常规方案，创新点在于对纠错协商部分进行改进，采用混合自动重传方案进行纠错，能够有效的减少误帧率。本专利技术改进后的发送端和接收端的数据处理模块见图4和图5，接收端和发送端具体的纠错逻辑分别如图6和图7所示。接收端的逻辑如图6所示，接收端开始新一帧数据的发送，首先确定是否为第一次发送，如果是，则根据校验矩阵H0和码字C，获得校验子SPC0＝H0*C,并将其发送给发送端。如果不是第一次发送，判断是否接收到发送端的译码失败信息，如果是，则丢弃本轮的码字，则重新开始新一帧数据的发送。如果不是，判断是否接收到发送端的译码成功信息，如果是，则记录下本轮的码字，并开始新一帧数据的发送。如果没有接收到发送端的译码成功信息，则确定当前为本帧的第i次发送，计算校验子SPCi＝Hi*C，并发送给发送端。发送端的逻辑如图7所示，新一帧译码开始，发送端确定是否为本帧第一次译码，如果是第一次译码，令SPC(0)＝SPC0，H(0)＝H0，进行译码计算。如果译码成功，则存储译码结果，并告知接收方译码成功。如果译本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法，其特征在于：发送端的译码计算单元在根据离散数据、校验矩阵和校验子数据进行译码计算时与接收端进行纠错协商；接收端的校验子计算单元在根据离散数据和校验矩阵进行校验子计算时与发送端进行纠错协商。

【技术特征摘要】
1.一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法，其特征在于：发送端的译码计算单元在根据离散数据、校验矩阵和校验子数据进行译码计算时与接收端进行纠错协商；接收端的校验子计算单元在根据离散数据和校验矩阵进行校验子计算时与发送端进行纠错协商。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的混合自动重传方法，其特征在于：接收端的校验子计算单元与发送端进行纠错协商的流程为：(1)接收端开始新一帧数据的发送；(2)判断是否为第一次发送：如果是，则计算获得校验子SPC0，并将其发送给发送端；如果否，则进入下一步；(3)等待直到接收到发送端的译码信息；(4)判断是否接收到发送端的译码失败信息：如果是，则丢弃本轮的码字，返回第(1)步；如果否，则进入下一步；(5)判断是否接收到发送端的译码成功信息：如果是，则记录下本轮的码字，返回第(1)步；如果否，则确定当前为本帧的第i次发送，然后计算获得校验子SPCi，并将其发送给发送端，返回第(3)步。3.根据权利要求2所述的一种用于连续变量量子密钥分发的混合自动重传方法，其特征在于：发送端的译码计算单元与接收端进行纠错协商的流程为：(1)新一帧译码开始；(2)发送端确定是本帧第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬，徐兵杰，杨杰，马荔，何远杭，黄伟，樊矾，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51