本发明专利技术公开了一种混合基矢的量子秘钥分发后处理方法，包括以下步骤：发送方和所述接收方分别随机选择X基矢和Z基矢进行量子态的制备和测量，双方进行N轮的量子信号传递后，双方均保存N比特的密钥信息和N比特的基矢信息；发送方和接收方根据基矢信息计算出X基矢数量nx和Z基矢的数量nz；发送方和接收方选择一部分密钥进行纠错，得出X和Z基矢密钥比特错误率ex和ez，并进行错误验证；根据X基矢数量nx、Z基矢的数量nz、密钥比特错误率ex和ez计算总相位错误率e，对丢弃基矢信息后的密钥进行保密放大，得到最终的密钥和成码率。本发明专利技术具有如下优点：不需要对X和Z基矢密钥分别进行保密放大过程，减少存储空间；利用纠错过程得到的X和Z基矢密钥比特错误率ex和ez来计算e可以在nx和nz偏差较大的时候更准确得到e的值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子秘钥分发领域，具体涉及一种混合基矢的量子秘钥分发后处理方 法和处理系统。
技术介绍
量子密钥分发是量子信息技术中最有应用前景的技术之一。随着量子信息技术的 发展，量子密钥分发系统已经在实验中实现。量子密钥分发系统主要包含两部分，一是硬件 部分，包括发送、接收和测量装置；二是软件以及数据的后处理。在量子密钥分发协议中，发 送方利用发送装置制备相应的量子态，并通过共用信道传递给接收方。接收方利用接收装 置接收并测量量子信号。通过物理层面的过程，发送方和接收方可以产生对应的密钥。通 过物理层面产生的密钥对于发送方和接收方而言还并不是完全相同的。另外，由于潜在的 窃听者的干扰和物理装置的不完美，密钥可能有错误，甚至其一部分信息已经泄露。因此， 通过物理层面产生的密钥还需要进行后处理。后处理过程仅仅需要经典的信息传递和局部 的信息处理，可以通过软件来完成。后处理过程中最重要的两个步骤是纠错与保密放大，纠 错过程是一个经典的信息比对过程，该过程得到密钥的比特错误率，并以此估计保密放大 过程所需的相位错误率。目前的后处理过程中，一种技术是保留基矢信息，在保密放大步骤分别输入X与Z 基矢密钥的相位错误率，并进行保密放大过程。另一种技术是混合基矢条件下，可以实际测 出纠错过程所需的密钥的比特错误率为： 其中ndPnz分别是产生的密钥中采用X基矢和Z基矢发送（接收）的数量，匕和 ez分别是第一密钥和第二密钥的比特错误率，并以e<3^来估计保密放大过程所需的相位错 误率e。在保留基矢信息的后处理过程中，需要占用较大存储空间，且需要分别对X与Z基 矢密钥进行保密放大；混合基矢条件下，只需输入总相位错误率进行一次保密放大过程，但 现有技术中无法测量总相位错误率，采用eQBEK来估计e会有偏差，尤其是当ndPnz数量差 距较大时，偏差严重。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。 为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种混合基矢的量子秘钥分发后处理方法。本专利技术的第二个目的在于提出一种混合基矢的量子秘钥分发后处理系统。 为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种混合基矢的量子秘钥分发后处理 方法，包括以下步骤:A.发送方和接收方进行N轮的量子信号传递，根据所述N轮的量子信 号传递所述发送方与所述接收方均保存有N比特的密钥信息和N比特的基矢信息；B.所述 发送方和所述接收方分别随机选择X基矢和Z基矢进行量子态的制备，根据所述X基矢计 算出所述X基矢数量nx，根据所述Z基矢所计算出所述Z基矢的数量nz;C.所述发送方和 所述接收方根据所述N比特的密钥信息进行纠错，得出X基矢密钥比特错误率edPZ基矢 密钥比特错误率ez，并分别对所述ex和所述e2进行错误验证；D.根据所述X基矢数量nx、 所述Z基矢的数量nz、第一密钥比特错误率ex和第二密钥比特错误率ez计算总相位错误率 e，所述总相位错误率e的计算公式为： 込T公XV定夺中1肓tfJ核心公式，它的推导过程如下：根据Phys.Rev.A 81. 012318,Phys.Rev.Lett. 85. 441两篇文献中的结论，当无限码长且忽略统计涨落的情况 下，可以认为X，Z基矢密钥的比特错误率和相位错误率有如下关系：a=<，其中 分别是X，Z基矢的相位错误率。在传统方法对X，Z基矢分别进行保密放大过程中，最 终得到的成码率下界为 ，lX ' "-Z，lX ' "-Z 由于香农摘函数H(x) =-xlog2(x)-(l-x)log2(l_x)的凸性，又有如下关系 对照最初的成码率下界表达式，新的下界为n，因此可以看出混合基矢的 相位错误率为 根据本专利技术实施例的混合基矢的量子秘钥分发后处理方法，与利用实验测得的总 比特错误率eQBEK来估计总相位错误率e相比，利用纠错过程得到的X和Z基矢密钥比特错 误率ejP来计算e可以在njPnz偏差较大的时候更准确得到e的值。 ez另外，根据本专利技术上述实施例的混合基矢的量子秘钥分发后处理方法，还可以 具有如下附加的技术特征： 进一步地，在步骤B中，计算所述X基矢数量^后所述发送方丢弃所述X基矢，计 算所述Z基矢的数量^后所述发送方丢弃所述Z基矢。 为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种混合基矢的量子秘钥分发后处理 系统，其特征在于，包括：量子信号传递模块，用于在发送方和接收方之间传递量子信号； 密钥信息获取模块，用于在所述发送方和所述接收方经过N轮的量子信号传递后获取N比 特的密钥信息并保存在所述发送方和所述接收方；基矢信息获取模块，用于在所述发送方 和所述接收方经过N轮的量子信号传递后获取N比特的基矢信息并保存在所述发送方和所 述接收方；基矢数量计算模块，用于根据所述发送方随机选取的X基矢、所述接收方随机选 取Z基矢和所述发送方和所述接收方的量子信号传递数量计算所述X基矢的基矢数量和所 述Z基矢的基矢数量；密钥比特错误率计算模块，用于根据所述密钥信息计算所述发送方 和所述接收方共享的密钥中，第一密钥和第二密钥的比特错误率；总相位错误率计算模块， 用于根据所述X基矢的基矢数量、所述Z基矢的基矢数量、所述发送方和所述接收方所共享 的密钥中，第一密钥和第二密钥的比特错误率计算总相位错误率；以及最终成码率计算模 块，用于根据所述总相位错误率计算最终成码率。 根据本专利技术实施例的混合基矢的量子秘钥分发后处理系统，与利用实验测得的总 比特错误率eQBEK来估计总相位错误率e相比，利用纠错过程得到的第一密钥和第二密钥的 比特错误率ejPez来计算e可以在njPnz偏差较大的时候更准确得到e的值。 另外，根据本专利技术上述实施例的混合基矢的量子秘钥分发后处理系统，还可以具 有如下附加的技术特征： 进一步地，还包括密钥比特错误率验证模块，用于对用X基矢发送并接收的所述 第一密钥的比特错误率和Z基矢发送并接收的所述第二密钥的比特错误率进行错误验证。 进一步地，所述基矢信息获取模块还用于在所述密钥比特错误率计算模块计算所 述X基矢比特错误率和所述Z基矢比特错误率后，舍弃所述基矢信息。 本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】 本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中： 图1是本专利技术混合基矢后处理过程的流程图。【具体实施方式】 下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。 在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指 的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术 的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种混合基矢的量子秘钥分发后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：A.发送方和所述接收方分别随机选择X基矢和Z基矢进行量子态的制备和测量，双方进行N轮的量子信号传递后，均保存有N比特的密钥信息和N比特的基矢信息；B.双方进行基矢比对，丢弃掉发送和接收量子信号时基矢不相同的密钥，根据剩余密钥的基矢信息计算出X基矢数量nx，Z基矢的数量nz，并丢弃基矢信息。C.所述发送方和所述接收方根据所述N比特的密钥信息进行纠错，得出X基矢密钥(后文中将其称为第一密钥)比特错误率ex和Z基矢密钥(后文中将其称为第二密钥)比特错误率ez，并分别对所述ex和所述ez进行错误验证；D.根据所述X基矢数量nx、所述Z基矢的数量nz、所述X基矢密钥比特错误率ex和所述Z基矢密钥比特错误率ez计算总相位错误率e，所述总相位错误率e的计算公式为：e=nznx+nzex+nxnx+nzez]]>对丢弃基矢信息后的密钥进行保密放大，得到最终成码率，所述最终成码率为(nx+nz)[1H(e)]，其中H(x)＝xlog2(x)(1x)log2(1x)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马雄峰，周泓伊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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