一种码率自适应的延迟错误校验QKD方法、存储装置及智能终端制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种码率自适应的延迟错误校验QKD方法，包括发送方和接收方，所述发送方包括光学系统发送模块，经典信道的基矢比对单元、纠错单元、保密增强单元和延迟错误校验单元；所述接收方包括光学系统接收模块，经典信道的基矢比对单元、纠错单元、保密增强单元和延迟错误校验单元。本发明专利技术针对量子信道时变的特点，选用删余和缩短技术实现码率自适应的，选用延迟错误校验技术，更好的利用量子比特比特，提高量子密钥生成率，提高量子密钥生成的实时性。实时性。实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种码率自适应的延迟错误校验QKD方法、存储装置及智能终端


[0001]本专利技术涉及量子保密通信领域，具体涉及量子密钥分发后处理中的码率自适应数据处理方法。

技术介绍

[0002]随着量子计算技术的发展，现有的密码体系受到了挑战，一次一密技术这种无条件安全性的技术被重视起来。基于量子力学原理的量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)技术，其基于量子力学的安全性保证了信息安全，因此受到了人们的青睐。
[0003]量子密钥分发主要分为两个阶段，量子通信阶段和经典通信阶段。由于量子信道容易受到噪声、扰动以及窃听者等的干扰，双方数据存在一定的关联性，但仍有误码的存在，因此需要通过经典通信进行纠错。长期以来对量子密钥分发聚焦在量子层面的研究，使得量子密钥分发的传输效率大大提高，迄今为止量子密钥分发已经达到GHz级别的数据量。为了实时获得量子密钥，也对整个后处理的过程提出了更高的要求。量子密钥分发后处理的主要过程包括基矢比对，纠错，保密增强环节。提高后处理的速率即提高这些环节的处理速率。
[0004]此外一般情况下，QKD系统信道的信噪比(Signal
‑
Noise Ratio，SNR)变化范围不大。可是当出现特殊情况，例如信道外界环境突变或者受到窃听者Eve的窃听发生时，QKD系统的SNR就会发生不规则的变化。此外，对于一些特殊的QKD系统，例如基于轨道角动量的QKD系统，该系统通常情况下采用自由空间信道传输，因此需要克服大气湍流和海洋湍流带来的信噪比巨大变化。当信噪比与算法不匹配时，后处理的效率与速率会大大降低，于是随着信噪比改变，后处理时选用的算法需要能实现自适应的功能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决在时变信道条件下保证量子密钥分发后处理纠错效率的问题，因此提出一种码率自适应的延迟错误校验量子密钥分发方法及系统，以保证量子密钥分发后处理过程可以充分利用量子比特，提高量子密钥生成率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种码率自适应的延迟错误校验QKD方法，该方法包括如下步骤：
[0007]S1：发送方生成原始密钥K
a
并通过发送模块发送量子比特，量子比特经过量子信道进行传输发送给接收方；所述接收方通过接收模块接收量子比特并将接收的量子比特记录为原始密钥K
b
；
[0008]S2：发送方基矢比对单元与接收方基矢比对单元根据选用的量子密钥分发协议将原始密钥K
a
与原始密钥K
b
进行比对，保二者中测量基相同的量子比特并分别将给各自保留的量子比特记录为筛后密钥K
′
a
和筛后密钥K
′
b
；
[0009]S3：所述发送方从筛后密钥K
′
a
中随机挑选一段密钥K
′
a1
，所述接收方从筛后密钥K
′
b
中挑选一段与K
′
a1
对应位置的密钥K
′
b1
；
[0010]将K
′
a1
和K
′
b1
在经典信道进行公开的密钥比对，计算量子误码率，
[0011]若量子误码率高于或等于阈值，则舍弃本次传输所有量子比特，跳转到步骤S1；
[0012]若量子误码率小于阈值，则继续下一步骤S4；
[0013]S4：所述发送方和接收方的分别通过纠错单元在经典信道中通过纠错算法纠正除K
′
a1和K
′
b1
以外的剩余筛后密钥的误码，使得发送方和接收方持有一致的密钥串并分别记录为正确密钥K
Correct
和正确密钥K
′
Correct
；
[0014]S5：所述发送方和接收方分别选定一个压缩因子为c
′
的Toeplitz矩阵T
′
(m+l)
×
n
，发送方将其用来压缩正确密钥K
Correct
，得到长度为m+l的密钥K
Compressed
；接收方将其用来压缩正确密钥K
′
Correct
，得到长度为m+l的密钥K
′
Compressed
；
[0015]其中m是K
Compressed
和K
′
Compressed
安全密钥的比特数；l是K
Compressed
和K
′
Compressed
中错误检验密钥的比特数；
[0016]S6：所述发送方和接收方比对l位密钥中是否存在错误，
[0017]若有错误，则舍弃本次传输所有信息比特，跳转到步骤1；
[0018]若没有错误，将K
Compressed
和K
′
Compressed
记录为最终的安全密钥。
[0019]优选地，所述S5中：
[0020]所述l的计算方法为：
[0021]l＝n
×
(c
′
一c)，其中c是Toeplitz矩阵T
m
×
n
的压缩因子。
[0022]优选地，所述S5包括：
[0023]S5
‑
1：发送方和接收方共享一个哈希函数h，该哈希函数从通用哈希函数族中选择；
[0024]S5
‑
2：发送方使用Toeplitz矩阵T
′
(m+l)
×
n
对正确密钥K
Correct
进行保密增强得到压缩密钥K
Compressed
，并将K
Compressed
分为m比特的安全密钥K
Secure
和l比特的错误检验密钥K
checkout
两部分；
[0025]S5
‑
3：发送方级联n+m+l
‑
1位的Toeplitz矩阵T
′
和错误检验密钥K
checkout
得到T
′
||K
checkout
，用所述哈希函数h计算T
′
||K
checkout
的哈希值，记为H
A
；
[0026]S5
‑
4：发送方通过经典信道发送T
′
和H
A
至接收方，接收方接收到发送方发送的T
′
和H
A
；
[0027]S5
‑
5：接收方使用收到的Toeplitz矩阵T
′
对正确密钥K
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种码率自适应的延迟错误校验QKD方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：发送方生成原始密钥K
a
并通过发送模块发送量子比特，量子比特经过量子信道进行传输发送给接收方；所述接收方通过接收模块接收量子比特并将接收的量子比特记录为原始密钥K
b
；S2：发送方基矢比对单元与接收方基矢比对单元根据选用的量子密钥分发协议将原始密钥K
a
与原始密钥K
b
进行比对，保留二者中测量基相同的量子比特并分别将给各自保留的量子比特记录为筛后密钥K
′
a
和筛后密钥K
′
b
；S3：所述发送方从筛后密钥K
′
a
中随机挑选一段密钥K
′
a1
，所述接收方从筛后密钥K
′
b
中挑选一段与K
′
a1
对应位置的密钥K
′
b1
；将K
′
a1
和K
′
b1
在经典信道进行公开的密钥比对，计算量子误码率，若量子误码率高于或等于阈值，则舍弃本次传输所有量子比特，跳转到步骤S1；若量子误码率小于阈值，则继续下一步骤S4；S4：所述发送方和接收方的分别通过纠错单元在经典信道中通过纠错算法纠正除K
′
a1
和K
′
b1
以外的剩余筛后密钥的误码，使得发送方和接收方持有一致的密钥串并分别记录为正确密钥K
Correct
和正确密钥K
′
Correct
；S5：所述发送方和接收方分别选定一个压缩因子为c
′
的Toeplitz矩阵T
′
(m+l)
×
n
，发送方将其用来压缩正确密钥K
Correct
，得到长度为m+l的密钥K
Compressed
；接收方将其用来压缩正确密钥K
′
Correct
，得到长度为m+l的密钥K
′
Compressed
；其中m是K
Compressed
和K
′
Compressed
安全密钥的比特数；l是K
Compressed
和K
′
Compressed
中错误检验密钥的比特数；S6：所述发送方和接收方比对l位密钥中是否存在错误，若有错误，则舍弃本次传输所有信息比特，跳转到步骤1；若没有错误，将K
Compressed
和K
′
Compressed
记录为最终的安全密钥。2.如权利要求1所述的一种码率自适应的延迟错误校验QKD方法，其特征在于，所述S5中：所述l的计算方法为：l＝n
×
(c
′‑
c)，其中c是Toeplitz矩阵T
m
×
n
的压缩因子。3.如权利要求2所述的一种码率自适应的延迟错误校验QKD方法，其特征在于，所述S5包括：S5
‑
1：发送方和接收方共享一个哈希函数h，该哈希函数从通用哈希函数族中选择；S5
‑
2：发送方使用Toeplitz矩阵T
′
(m+l)
×
n
对正确密钥K
Correct
进行保密增强得到压缩密钥K
Compressed
，并将K
Compressed
分为m比特的安全密钥K
Secure
和l比特的错误检验密钥K
checkout
两部分；S5
‑
3：发送方级联n+m+l
‑
1位的Toeplitz矩阵T
′
和错误检验密钥K
checkout
得到T
′
||K
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，范啸东，谢欢文，
申请(专利权)人：广东国腾量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：