基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法技术

本发明专利技术提供了一种基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法，包括以下两个部分：第一部分，双相位调制部分，是指对量子相干态采用两个相位调制器进行信息的调制，从而实现完美的高斯调制；第二部分，先保密加强后密钥协商的新型数据后处理部分，是指在数据后处理阶段先进行保密加强，在进行密钥协商。本发明专利技术一方面实现了一种新的调制方式，且新的数据后处理方案可以提高数据后处理的速度，从而提高整个连续变量量子密钥分发系统的安全密钥率。

【技术实现步骤摘要】
基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法
本专利技术涉及一种密钥分发方法，具体地，涉及一种基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法。
技术介绍
在计算机信息技术迅速发展的背景下，信息技术对信息安全性的要求日益增加。由于能够在物理上保证量子通信的无条件安全性，使得量子密钥分发(QKD)作为量子通信的重要分支越来越受到人们的关注。QKD技术整体上可以分为两类：离散变量量子密钥分发(DVQKD)和连续变量量子密钥分发(CVQKD)。相比离散变量量子密钥分发技术来说，CVQKD有潜在的高码率和经典光纤通信网络非常好的融合性的特点。因此CVQKD吸引了世界范围内许多研究机构对其理论和应用技术进行了深入的研究。也正是由于这些原因，使得连续变量量子密钥分发成为量子通信技术的一个重要研究分支。目前针对常见的高斯调制CVQKD的调制方式主要集中于，信号被随机地调制在量子态的正则分量，也就是正则幅度和正则动量上。在信号的调制过程中，发送端Alice将待发送的信息调制在量子态的x和p分量上，在CVQKD实际系统中对量子态的调制主要通过光调制实现。光调制器能够对光场的幅度、相位以及偏振等分量进行调制，从而使量子态被调整为人们需要的状态。在CVQKD系统中，发送端主要利用强度调制器(AM,AmplitudeModulator)和相位调制器(PM,PhaseModulator)这两种调制器对光脉冲信号进行调制。CVQKD系统中利用电光幅度调制器(Electro-OpticalAmplitudeModulator)的电光转换效应实现对量子光的幅度进行调制。一种强度调制器的实现方法是通过在马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉结构的一臂中使用光相位调制器来实现。同时利用电光相位调制器(Electro-OpticalPhaseModulator)的电光转换效应实现对量子光的相位进行调制。它的基本结构是普尔斯盒。通过先对量子光进行幅度，再进行强度调制，实现对量子相干态的高斯调制。但是，在实际的器件运用中绝大部分的AM调制器，特别是广泛使用的LiNbO3调制器，都是偏振敏感型调制器。这些调制器中相当于内置了一个偏振器件，只有对准了偏振方向的偏振光才能通过，而没有对准偏振方向的光将不能通过。为了减小这种AM对偏振敏感的特性，本专利技术在发送端采用两个偏振无关的相位调制器而不是一个偏振相关的幅度调制器和相位调制器来实现一个完整的高斯调制，这样一个双相位的调制方案的调制结果可以等效为经典的GG02协议的高斯调制结果。同时，目前CVQKD系统的主要瓶颈在数据后处理阶段。如何提高数据后处理的速度是目前亟需解决的问题。传统上的数据后处理阶段分为密钥协商(KeyReconciliation)和保密加强(PrivacyAmplification)两部分。在低信噪比的CVQKD系统中，一般采用多维协商方案进行密钥协商，Alice和Bob两端得到两串一样的密钥串。但是在保密加强阶段仍然需要通过保密加强算法压缩掉近90％的密钥串。这样在密钥协商阶段需要对大量的数据进行密钥协商，但是协商出来的密钥大部分需要去掉，这样就会导致后处理的数据处理变得很慢，从而导致整个CVQKD系统的密钥率很低。针对原有方案的不足，本专利技术提出一种在后处理阶段先进行保密加强，再进行密钥协商的方案，这样一来可以提高数据后处理的速度，从而提高整个CVQKD系统的密钥率。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法，其通过优化现有的信息调制技术，改进数据后处理流程，进而提高后处理的数据处理速度，提高整个CVQKD系统的密钥率。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法，其特征在于，包括以下两个部分：第一部分，双相位调制部分，是指对量子相干态采用两个相位调制器进行信息的调制，从而实现完美的高斯调制，包括以下步骤：步骤一：Bob制备一个强光作为经典的本振光，并同时使用同一个激光器生成一个经典光，将这束经典光不经过调制就发送到量子信道，一般信道为光纤信道；步骤二：光脉冲从Bob传输过来经过50/50的光分束器分成两束；一束先通过第一个相位调制器调制，再通过一个法拉第镜反射，另外一束光先通过第二个相位调制器调制，再通过一个法拉第镜反射回来，两束光在BS处产生干涉；这里通过改变两个相位调制器的电压，改变两臂的相位差来改变干涉比，这样等效为强度调制，而且也改变了信号光的合成相位，使得从返回的信号光与本振光产生了稳定的相位差，从而达到了调制的目的；步骤三：在信道中，这些量子态可能被Eve窃听，Eve的窃听行为将不可避免的叠加一部分噪声在量子态上，Bob收到的是一组叠加噪声的量子态；步骤四：Bob利用接收到的本振光和平衡零差探测器用以随机测量量子态的正则分量，这样Bob得到一组数据，经过对基之后，而这组数据对应的是Alice加载在量子相干态的另外一组数据；步骤五：Alice和Bob最终处理一对相关数据，之后通过数据后处理，Alice和Bob能够得到密钥串K；第二部分，先保密加强后密钥协商的新型数据后处理部分，是指在数据后处理阶段先进行保密加强，在进行密钥协商，包括以下步骤：步骤六：在量子通信阶段结束之后，Alice和Bob分别获得两串相关联的原始密钥X和Y；利用保密加强算法，压缩掉可能被窃听者Eve窃取的信息，Alice和Bob两端分别得到密钥串X’和Y’；步骤七：将Alice端和Bob端的密钥X′和Y′变化为d维向量；步骤八：Alice端和Bob端原始密钥X′和Y′归一化处理；将Alice端和Bob端得到的原始密钥归一化处理，这样可以得到归一化后的d维向量，其中步骤九：生成均匀分布的码字u和传输映射M；在反向协商的情况下Bob端量子真随机数发生器在d维球面随机选取d维向量并计算映射M(y,u)满足M(y,u)y＝u，接着把这样的映射M(y,u)通过公共认证信道传输给Alice；步骤十：Alice得到u的误差形式v；由于Bob通过公共认证信道传输映射M(y,u)给Alice，Alice计算M(y,u)x＝v,v为u的误差形式步骤十一：建立起以u为输入、v为输出的二进制信道；步骤十二：译码纠错。优选地，所述发送端采用两个相位调制器调制信息到量子相干态上，从而实现完美的量子高斯调制。优选地，所述第二部分先用保密加强算法对数据进行压缩，再利用密钥协商算法对数据协商获得最终的密钥。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：双相位调制技术会减小由于幅度调制器(AM)造成的插入损耗和随机的偏振偏移，这样会减小CVQKD系统的过噪声，这样不仅实现了完美的高斯调制，而且提高了系统的密钥率。先保密加强后密钥协商的新型数据后处理方案有效地减少了数据后处理时间，提高了数据后处理速度，从而提高了CVQKD系统的密钥率。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为运用双相位调制方案的CVQKD系统流程图；图2为所述CVQKD系统中的双相位调制方案图；图3为本专利技术基于新型数据后处理的连续变量量子密钥分发的原理图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法，其特征在于，包括以下两个部分：第一部分，双相位调制部分，是指对量子相干态采用两个相位调制器进行信息的调制，从而实现完美的高斯调制，包括以下步骤：步骤一：Bob制备一个强光作为经典的本振光，并同时使用同一个激光器生成一个经典光，将这束经典光不经过调制就发送到量子信道，一般信道为光纤信道；步骤二：光脉冲从Bob传输过来经过50/50的光分束器分成两束；一束先通过第一个相位调制器调制，再通过一个法拉第镜反射，另外一束光先通过第二个相位调制器调制，再通过一个法拉第镜反射回来，两束光在BS处产生干涉；这里通过改变两个相位调制器的电压，改变两臂的相位差来改变干涉比，这样等效为强度调制，而且也改变了信号光的合成相位，使得从返回的信号光与本振光产生了稳定的相位差，从而达到了调制的目的；步骤三：在信道中，这些量子态可能被Eve窃听，Eve的窃听行为将不可避免的叠加一部分噪声在量子态上，Bob收到的是一组叠加噪声的量子态；步骤四：Bob利用接收到的本振光和平衡零差探测器用以随机测量量子态的正则分量，这样Bob得到一组数据，经过对基之后，而这组数据对应的是Alice加载在量子相干态的另外一组数据；步骤五：Alice和Bob最终处理一对相关数据，之后通过数据后处理，Alice和Bob能够得到密钥串K；第二部分，先保密加强后密钥协商的新型数据后处理部分，是指在数据后处理阶段先进行保密加强，在进行密钥协商，包括以下步骤：步骤六：在量子通信阶段结束之后，Alice和Bob分别获得两串相关联的原始密钥X和Y；利用保密加强算法，压缩掉可能被窃听者Eve窃取的信息，Alice和Bob两端分别得到密钥串X’和Y’；步骤七：将Alice端和Bob端的密钥X′和Y′变化为d维向量；步骤八：Alice端和Bob端原始密钥X′和Y′归一化处理；将Alice端和Bob端得到的原始密钥归一化处理，这样可以得到归一化后的d维向量，...

【技术特征摘要】
1.一种基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法，其特征在于，包括以下两个部分：第一部分，双相位调制部分，是指对量子相干态采用两个相位调制器进行信息的调制，从而实现完美的高斯调制，包括以下步骤：步骤一：Bob制备一个强光作为经典的本振光，并同时使用同一个激光器生成一个经典光，将这束经典光不经过调制就发送到量子信道，一般信道为光纤信道；步骤二：光脉冲从Bob传输过来经过50/50的光分束器分成两束；一束先通过第一个相位调制器调制，再通过一个法拉第镜反射，另外一束光先通过第二个相位调制器调制，再通过一个法拉第镜反射回来，两束光在BS处产生干涉；这里通过改变两个相位调制器的电压，改变两臂的相位差来改变干涉比，这样等效为强度调制，而且也改变了信号光的合成相位，使得从返回的信号光与本振光产生了稳定的相位差，从而达到了调制的目的；步骤三：在信道中，这些量子态可能被Eve窃听，Eve的窃听行为将不可避免的叠加一部分噪声在量子态上，Bob收到的是一组叠加噪声的量子态；步骤四：Bob利用接收到的本振光和平衡零差探测器用以随机测量量子态的正则分量，这样Bob得到一组数据，经过对基之后，而这组数据对应的是Alice加载在量子相干态的另外一组数据；步骤五：Alice和Bob最终处理一对相关数据，之后通过数据后处理，Alice和Bob能够得到密钥串K；第二部分，先保密加强后密钥协商的新型数据后处理部分，是指在数据后处理阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，汪超，曾贵华，
申请(专利权)人：上海循态信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31