量子密钥分发系统中的数据通信设备的处理装置被布置成导出二进制数据集的数据位的相应选择的有序多个模２求和。数据通信设备可以是带有用来确定随后用于差错纠正的目标伴随式的处理装置的发射设备或者是带有被布置成实现对所接收数据的差错纠正的数据处理装置的接收设备。处理装置依据节点和边的逻辑网络中的节点互连来实现其从二进制数据集中选择位，所述节点和边一起至少定义覆盖有限环形的单元的连续体（７０）。由该连续体（７０）提供给位选择的结构化能够被网络的其它结构（９０）提供的随机性以及被二进制数据集的位与连续体的节点的随机关联而抵消。节点和边的逻辑网络表示用于所述量子密钥分发系统中的差错纠正的ＬＤＰＣ码的图。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及与通过有噪信道传送的数据的差错纠正有关的用于数据通信设备的 数据处 理装置并且特别地但不是专门地涉及量子密钥分发(QKD)方法和设备。
技术介绍
已经开发了使得双方能够以具有检测任何窃听者的很高概率的方式共享随机数 据的QKD方法和系统。这意味着如果没有检测到窃听者则这些方能够高度相信所共享的随 机数据是秘密的。例如在US5，515，438、US5999285和GB 2427317 A中说明了 QKD方法和 系统。在许多已知的QKD系统例如BB84自由空间系统中，随机偏振光子从发射设备发送到 接收设备。无论使用什么特定的QKD系统，QKD方法一般涉及通过量子信号信道把随机数据 集从QKD发射器发送到QKD接收器，该QKD发射器和接收器然后借助于在它们之间通过不 安全的经典通信信道交换的消息来分别处理经由量子信号信道发射和接收的数据，从而导 出随机数据集的公共子集。因为量子信号信道是有噪信道，所以对通过该信道接收的数据 的处理包括差错纠正阶段。然而，不能使用诸如使用线性块码来编码/解码数据之类的标 准技术来实现通过量子信号信道传送的数据的差错纠正，因为仅小部分的所发射光子会被 接收。代替地，对量子信号信道数据的差错纠正依赖于通过经典信道交换的消息，该经典信 道要么是无差错的要么通过使用标准差错纠正技术而有效地使其无差错。经典通信信道不 需要是安全的，因为能够使用随机化技术来最小化泄露的信息。要明白，即使经典信道是安 全的，它也不具备检测窃听者的属性并因此不能替代量子信号信道。本专利技术涉及差错纠正并且尤其能够与纠正通过量子信号信道传送的随机数据有 关地使用。将线性块码用于实现对通过经典通信信道传送的数据的差错纠正是众所周知的。 简而言之且如附图的图1中所描绘的，要通过有噪信道发送的消息被分成每个均为k个符 号的数据块m——这些符号一般是二进制位，并且将在下文中假设如此，除非另外指出。每 个消息块可以被方便地表示为k位的行向量m。在编码器11中把每个消息块编码成对应 的η位码字(由行向量c表示)，其中η >k。从预定的码字集(‘码’ C)中选择所用的码 字C。对于k位的消息块和η位的码字而言，对应的码C被称作(n，k)码。在消息块m被 编码为对应的码字c后，该码字由发射器13通过有噪信道10发送并且在远端由接收器14 接收，接收器的输出是η位接收的字(由行向量r表示)。如果通过信道10的传输没有引 入差错，则所接收的字r当然会对应于所发射的码字c并且解码器12直截了当地把所接收 的字r转换回到原始消息块m。然而通常，所接收的字r将不对应于所发射的码字c ；不过， 只要解码器12知道编码器11所使用的码C并且差错数量是有限的，则解码器12就可能恢 复消息块m。线性块码由发生器和奇偶校验矩阵定义。特别地，线性块码C由其对应的奇偶校 验矩阵H的零空间定义并且码C的每个码字c与奇偶校验矩阵H的转置的乘积是零向量c. Ht = 0附图的图2描绘了(7，3)线性码块的示例奇偶校验矩阵氏。对应于图2奇偶校验 矩阵H1的码具有被称为规则“低密度奇偶校验”或“LDPC”码的类型，该名称反映了奇偶校 验矩阵是稀疏矩阵的事实并且修饰语“规则”指示所有行都具有相同权重以及所有列也都 具有相同权重。LDPC码特别适合用于大消息块。所接收的字r与奇偶校验矩阵的转置的乘积被称为r的差错伴随式(syndrome)， 这里由向量s表示S = r. Ht当然如果差错伴随式s为零，则所接收的字r是码字C。实际上，奇偶校验矩阵H的每行均定义为把所接收的字r判定为有效码字c所接 收的字r必须满足的约束。更特别地，每行指示(对于二进制符号而言)其值必须模2求 和为零的所接收的字r的位位置(bitposition)。以另一种方式来看，由奇偶校验矩阵的每 行所指示的模2求和的结果产生差错伴随式的对应位。由奇偶校验矩阵H的各行定义的约束集能够由称为Tarmer图的二分图来图形地 表示，该二分图包括-第一组节点(在此称作‘变量’节点并由字母‘V’指示)，每个节点对应于输入 变量(在本情况下是所接收的字r)的相应位位置，-第二组节点(在此称作‘和’节点并由非粗体字母‘S’指示)，每个节点对应于 相应的模2求和并因而对应于奇偶校验矩阵的相应行，以及-边，将每个和节点s连接到变量节点ν的相应选择(selection)，每个选择依据 奇偶校验矩阵的对应行。在和节点处通过对输入变量(所接收的字r)的所连接位位置的值进行模2求和 而产生的值给出差错伴随式s。附图的图3示出图2奇偶校验矩阵H1的Tanner图15，该 图包括七个变量节点16 (标为V1到V7)、七个和节点17 (标为S1到S7)以及边18。要明白，任何给定的Tarmer图由该图所建立的节点和边的网络中的其变量节点 与和节点的互连而不是由该网络的任何特定视觉布局来表征；例如，以与图3所图解的不 同次序布置Tanner图15的变量节点V1到V7而不改变它们与输入变量的位位置的关联或 每个具体变量节点到和节点的互连并不会改变Tanner图，只不过改变其视觉表示。当然该 表示不需要是可视的并且特别地可以是计算环境中的逻辑表示(例如，节点列表指示其类 型以及到其它节点的链接)，并且在本专利技术的以下说明中将处理系统描述为创建图或用图 工作的任何地方都要这样理解。虽然通过检查差错伴随式s是否非零可以容易确定所接收的字r中的一个或多 个差错的存在，但是差错纠正更为复杂。一种差错纠正方法(例如适合用于LDPC码)是 迭代概率解码，也被称为迭代信度传播或“和积”算法。对这种方法的说明可以在各种教 禾斗书中找至Ij,例如“Information Theory, Inference and Learning AlgorithmsDavid J. .Mackay,Cambridge University Press, 2003ISBN 0521642981，第559页及以下，在此该 书被并入以供参考_该书也可在如下网址在线获得www. inference, phy. cam. ac. uk/mackay/itila/book. html。和积算法基于与奇偶校验矩阵定义的约束的上述图形表示对应的网络节点和边。更特别地，和积算法包括初始给每个变量节点V分配一概率，该概率对应于输入变量(所接 收的字r)的对应位具有特定值(例如，零)的概率。这个概率将取决于通过其接收字r的 信道的差错率；例如，如果信道差错率是0. 05，则所接收的实际为‘0’的字r中‘0’的概率 是0.95而所接收的实际为‘0，的字r中‘1，的概率是0.05。 给每个和节点分配与当码字被提供给变量节点时和节点将产生的值对应的输出 值；对于上述的情况该值当然为零。跨所有和节点的这些值的有序集在此被称作“目标伴 随式” s,因为其对应于差错伴随式的期望值，即对于上述情况为零向量。此后，在一系列循环中沿节点之间的边交换概率直到获得与变量节点输入具有满 足约束的值(即，与匹配目标伴随式的和节点的输出相一致的值)对应的收敛为止，其中每 个循环用来调节给变量节点分配的概率。每个循环包括两个阶段在阶段1中消息从每个变量节点发送到所连接的和节点，由此告知本文档来自技高网...
【技术保护点】
数据通信设备（２０；３０），包括处理装置（２３；３３），所述处理装置被布置成导出二进制数据集（ｍ；ｒ）的数据位的相应选择的有序多个模２求和，所述选择是依据节点和边的逻辑网络中变量节点（ｖ↓［１］－ｖ↓［１５］）到和节点（ｓ↓［１］－ｓ↓［１２］）的连接的，所述节点和边一起至少定义覆盖有限环形的单元的连续体（７０；１２０；１３０；１４０），每个单元由交替布置且由边互连成环的相等数量的变量节点（ｖ↓［１］－ｖ↓［１２］）与和节点（ｓ↓［１］－ｓ↓［１２］）定界，每个变量节点与相应的二进制数据集位位置关联而每个和节点对应于相应的所述模２求和。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2007-10-31 0721308.5数据通信设备(20；30)，包括处理装置(23；33)，所述处理装置被布置成导出二进制数据集(m；r)的数据位的相应选择的有序多个模2求和，所述选择是依据节点和边的逻辑网络中变量节点(v1-v15)到和节点(s1-s12)的连接的，所述节点和边一起至少定义覆盖有限环形的单元的连续体(70；120；130；140)，每个单元由交替布置且由边互连成环的相等数量的变量节点(v1-v12)与和节点(s1-s12)定界，每个变量节点与相应的二进制数据集位位置关联而每个和节点对应于相应的所述模2求和。2.根据权利要求1的设备，其中所述连续体(70；120 ；130 ； 140)的变量节点与二进制 数据集位位置随机地关联。3.根据权利要求1的设备，其中每个单元具有六个节点，每个节点被与两个相邻单元 共享并且由边链接到三个其它节点，所述三个其它节点中的两个属于相同单元，所述连续 体(70)能够表示为由六角形单元(77)组成。4.根据权利要求1的设备，其中每个单元具有十二个节点，其中每个第三节点被与三 个相邻单元共享并且由边链接到四个其它节点，所述四个其它节点中的两个属于相同单 元，所述每个第三节点之间的单元节点仅链接到有关单元的节点，所述连续体(120)能够 表示为由十字形单元(121-124)组成。5.根据权利要求1的设备，其中每个单元具有六个节点，所述六个节点中的四个节点 的每一个被与三个相邻单元共享并且每一个由边链接到四个其它节点，所述四个其它节 点中的两个属于相同单元，每个单元的另两个节点仅链接到有关单元的节点，所述连续体 (140)能够表示为由矩形单元(141-148)组成。6.根据权利要求1的设备，其中所述逻辑网络的节点和边进一步定义多个蜘蛛结构 (90)，每个蜘蛛结构包括一种类型即变量(ν)或和(s)的节点，其由边链接到另一类型即 和(s)或变量(ν)的随机选择的节点，所述随机选择的节点还参与定义单元的所述连续体 (70 ；120 ；130 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：KA哈里森，W蒙罗，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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