一种用于连续变量量子密钥分发的多精度译码装置与方法制造方法及图纸

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多精度译码装置与方法，该装置迭代译码阶段，进行分段迭代，不同的迭代轮数采用不同的精度的译码方案，由于译码中各种中间过程变量的变化较大，在迭代译码的前面阶段，采用较低精度就可以刻画这种变化的主要部分，而在迭代译码的后面阶段，由于译码中各种中间过程变量的变化较小，采用较高精度就可以刻画这种变化。因此，本发明专利技术能够在有限硬件资源下提高译码速度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于连续变量量子密钥分发的多精度译码装置与方法
本专利技术涉及量子加密
，特别是涉及一种用于连续变量量子密钥分发的多精度译码装置与方法。
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。连续变量量子密钥分发(ContinuousVariableQuantumKeyDistribution,CV-QKD)采用光场的正则分量作为密钥信息的载体，大部分器件与经典相干光通信通用，与传统光通信网络兼容性好，具备安全码率高和易集成等潜在优势，是一种极有发展前景的量子密钥分发技术。对于CV-QKD，发送方制备的微弱量子信号经过长距离光纤传输后，信噪比非常低，导致发送方和接收方的原始数据误码率非常高。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。数据协商中的重要步骤是纠错译码，纠错译码是保证密钥发送方和接收方共享相同密钥的关键步骤，其纠错效率和速率直接决定系统核心性能指标。对于CV-QKD，由于量子信号经过长距离光纤传输后信噪比非常低，业界现有解决方案为采用多边类型低密度校验(Multi-EdgeTypeLowDensityParityCheck，MET-LDPC)码实现极低信噪比下误码纠错。但是，该方案的译码迭代次数多，精度要求高，导致译码对硬件资源要求非常高，在有限硬件资源条件下译码速率严重受限。r>
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于DSP和FPGA架构的低功耗处理方法，能够在有限硬件资源下提高译码速度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种用于连续变量量子密钥分发的多精度译码装置，包括基对比单元、参数估计单元、数据离散单元、多精度纠错译码单元和私钥放大单元，所述多精度纠错译码单元包括初始化模块、k个译码模块和译码判断模块；所述基对比单元用于从发送方和接收方的原始密钥中选择出测量基相同的数据，得到筛选数据；所述参数估计单元用于计算预定数量的筛选数据的关键参数，所述关键参数至少包括信噪比、协方差矩阵；所述数据离散单元用于对剩余数量的筛选数据进行离散化处理，得到离散数据；所述初始化模块用于从预设关系表中选择所述关键参数所在的参数范围对应的译码矩阵，以及根据所述离散数据计算得到先验信息再根据所述先验信息确定初始变量信息其中，所述预设关系表记录有不同参数范围以及每个参数范围对应的译码矩阵，所述译码矩阵包括多个变量节点以及多个校验节点，在不同的译码矩阵中，多个变量节点与多个校验节点之间的连接关系不同；从第一个译码模块开始，每一所述译码模块进行不同或相同轮数的迭代译码，在每一轮迭代译码中，对于每个校验节点，将与第m个校验节点Cm有连接的变量节点加入变量节点集合N(m)，利用上一轮得到的第一变量信息更新得到本轮的所有第二变量信息以及对于每个变量节点，将与第n个变量节点Vn有连接的校验节点加入校验节点集合M(n)，利用本轮的所有第二变量信息更新得到本轮的所有第一变量信息其中，n′为变量节点集合N(m)中除m以外的元素，m′为集合M(n)中除n以外的元素，n为集合N(m)中元素，m为集合M(n)中元素，2≤i≤k，所有译码模块的轮数之和为预设迭代总轮数，从第一个译码模块到最后一个译码模块，和的精度逐渐升高；对于第n个变量节点，所述译码判断模块根据先验信息和最后一个译码模块得到的所有第一变量信息计算得到后验信息再根据后验信息计算得到第n个变量节点对应的码字；所述私钥放大单元用于根据所述关键参数确定压缩比例，根据所述压缩比例对所有变量节点的码字进行压缩。优选的，所述初始变量信息等于先验信息优选的，k等于2，第一个译码模块在迭代译码时，第二变量信息的计算公式为：优选的，所述第一个译码模块在迭代译码时，第二变量信息的计算公式为：其中，f(x)＝f-1(x)＝-ln(tanh(x/2))。优选的，所述第一变量信息的计算公式为：为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种用于连续变量量子密钥分发的多精度译码方法，包括以下步骤：从发送方和接收方的原始密钥中选择出测量基相同的数据，得到筛选数据；计算预定数量的筛选数据的关键参数，所述关键参数至少包括信噪比、协方差矩阵；对剩余数量的筛选数据进行离散化处理，得到离散数据；从预设关系表中选择所述关键参数所在的参数范围对应的译码矩阵，以及根据所述离散数据计算得到先验信息再根据所述先验信息确定初始变量信息其中，所述预设关系表记录有不同参数范围以及每个参数范围对应的译码矩阵，所述译码矩阵包括多个变量节点以及多个校验节点，在不同的译码矩阵中，多个变量节点与多个校验节点之间的连接关系不同；从第一个译码模块开始，进行多次迭代译码，每次迭代译码包括不同或相同轮数，在每一轮迭代译码中，对于每个校验节点，将与第m个校验节点Cm有连接的变量节点加入变量节点集合N(m)，利用上一轮得到的第一变量信息更新得到本轮的所有第二变量信息以及对于每个变量节点，将与第n个变量节点Vn有连接的校验节点加入校验节点集合M(n)，利用本轮的所有第二变量信息更新得到本轮的所有第一变量信息其中，n′为变量节点集合N(m)中除m以外的元素，m′为集合M(n)中除n以外的元素，n为集合N(m)中元素，m为集合M(n)中元素，2≤i≤k，所有次数的迭代译码的轮数之和为预设迭代总轮数，从第一次迭代译码到最后一次迭代译码，和的精度逐渐升高；对于第n个变量节点，根据先验信息和最后一次迭代译码得到的所有第一变量信息计算得到后验信息再根据后验信息计算得到第n个变量节点对应的码字；根据所述关键参数确定压缩比例，根据所述压缩比例对所有变量节点的码字进行压缩。优选的，所述初始变量信息等于先验信息优选的，k等于2，进行第1次迭代译码时，第二变量信息的计算公式为：优选的，进行第2次迭代译码时，第二变量信息的计算公式为：其中，f(x)＝f-1(x)＝-ln(tanh(x/2))。优选的，所述第一变量信息的计算公式为：区别于现有技术的情况，本专利技术的有益效果是：本专利技术针对现有CV-QKD采用的基于MET-LDPC码的纠错方案遇到的迭代次数多，精度要求高，从而在有限硬件资源条件下译码速率受限的问题，提出进行分段迭代，不同的迭代轮数采用不同的精度的译码方案，从而在规定的轮数降低译码对精度的要求，从而能够在有限硬件资源下提高译码速度。附图说明图1是本专利技术实施例的一种用于连续变量量子密钥分发的多精度译码装置的原理框图；图2是本专利技术实施例的多精度纠错译码单元的原理框图；图3是本专利技术实施例的译码模块的译码示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于连续变量量子密钥分发的多精度译码装置，其特征在于，包括基对比单元、参数估计单元、数据离散单元、多精度纠错译码单元和私钥放大单元，所述多精度纠错译码单元包括初始化模块、k个译码模块和译码判断模块；/n所述基对比单元用于从发送方和接收方的原始密钥中选择出测量基相同的数据，得到筛选数据；/n所述参数估计单元用于计算预定数量的筛选数据的关键参数，所述关键参数至少包括信噪比、协方差矩阵；/n所述数据离散单元用于对剩余数量的筛选数据进行离散化处理，得到离散数据；/n所述初始化模块用于从预设关系表中选择所述关键参数所在的参数范围对应的译码矩阵，以及根据所述离散数据计算得到先验信息

【技术特征摘要】
1.一种用于连续变量量子密钥分发的多精度译码装置，其特征在于，包括基对比单元、参数估计单元、数据离散单元、多精度纠错译码单元和私钥放大单元，所述多精度纠错译码单元包括初始化模块、k个译码模块和译码判断模块；
所述基对比单元用于从发送方和接收方的原始密钥中选择出测量基相同的数据，得到筛选数据；
所述参数估计单元用于计算预定数量的筛选数据的关键参数，所述关键参数至少包括信噪比、协方差矩阵；
所述数据离散单元用于对剩余数量的筛选数据进行离散化处理，得到离散数据；
所述初始化模块用于从预设关系表中选择所述关键参数所在的参数范围对应的译码矩阵，以及根据所述离散数据计算得到先验信息再根据所述先验信息确定初始变量信息其中，所述预设关系表记录有不同参数范围以及每个参数范围对应的译码矩阵，所述译码矩阵包括多个变量节点以及多个校验节点，在不同的译码矩阵中，多个变量节点与多个校验节点之间的连接关系不同；
从第一个译码模块开始，每一所述译码模块进行不同或相同轮数的迭代译码，在每一轮迭代译码中，对于每个校验节点，将与第m个校验节点Cm有连接的变量节点加入变量节点集合N(m)，利用上一轮得到的第一变量信息更新得到本轮的所有第二变量信息以及对于每个变量节点，将与第n个变量节点Vn有连接的校验节点加入校验节点集合M(n)，利用本轮的所有第二变量信息更新得到本轮的所有第一变量信息其中，n′为变量节点集合N(m)中除m以外的元素，′为集合M(n)中除n以外的元素，n为集合N(m)中元素，m为集合M(n)中元素，2≤i≤k，所有译码模块的轮数之和为预设迭代总轮数，从第一个译码模块到最后一个译码模块，和的精度逐渐升高；
对于第n个变量节点，所述译码判断模块根据先验信息和最后一个译码模块得到的所有第一变量信息计算得到后验信息再根据后验信息计算得到第n个变量节点对应的码字；
所述私钥放大单元用于根据所述关键参数确定压缩比例，根据所述压缩比例对所有变量节点的码字进行压缩。


2.根据权利要求1所述的多精度译码装置，其特征在于，所述初始变量信息等于先验信息


3.根据权利要求2所述的多精度译码装置，其特征在于，k等于2，第一个译码模块在迭代译码时，第二变量信息的计算公式为：











4.根据权利要求3所述的多精度译码装置，其特征在于，所述第二个译码模块在迭代译码时，第二变量信息的计算公式为：









其中，f(x)＝f-1(x)＝-ln(tanh(x/2))。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬，徐兵杰，马荔，杨杰，黄伟，罗钰杰，
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