[发明专利]一种密钥纠错方法及量子密钥分发系统

说明书

本申请公开了一种密钥纠错方法及量子密钥分发系统，采用奇偶校验结合汉明码的方式对待纠错密钥进行纠错，具体地，第一QKD终端将本端待纠错密钥划分为至少两个分组，并将每一分组的奇偶校验码告知第二QKD终端；第二QKD终端对本端待纠错密钥实现与第一QKD终端的相同分组，并确定各分组的奇偶校验码，通过对比相同分组在两端的奇偶校验码，可以确定哪些分组在两端是不一致的；这样，可以通过汉明码对其中一端即第一QKD终端进行分组纠错，这样便完成一轮纠错。本申请可以大大减少两个QKD设备之间的交互次数，从而提高了纠错效率，减少了信息泄露量。

技术领域

本申请涉及量子密钥分发技术领域，尤其涉及一种密钥纠错方法及量子密钥分发系统。

背景技术

量子密钥分发(QuantumKey Distribution，简称QKD)与经典密钥体系的根本不同在于，其采用光子的不同量子态作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。参见图1所示的QKD系统示意图，QKD系统中的两个QKD终端Alice和Bob，用于生成相同的量子密钥，具体地，Alice通过量子信道将原始密钥数据发送给Bob，之后，Alice和Bob使用经典信道进行通信，从原始密钥数据中提取基矢一致的数据以完成数据筛选，得到筛选后密钥Sifted Key，再使用纠错算法，将两端有一定错误的Sifted Key协商达到一致，得到纠错后密钥Corrected Key，最后根据评估的压缩比例对Corrected Key进行保密增强，得到最终密钥Final Key并输出。

量子密钥协商的过程中，存在各种因素可导致量子比特误码的产生，目前，导致QKD终端产生误码的主要因素有：光子偏振态或相位经过光纤后发生偏转，暗计数、后脉冲或其他相关噪声，以及外界环境条件(比如温度、湿度、震动等)可能会影响到传输介质的物理性质。随着工作时间的推移，这些因素均可能动态地影响误码率的变化。

为保证Alice和Bob输出的量子密钥一致，需要利用经典网络信道协商发现两端不一致的Sifted Key，进而纠正两端不一致的比特bit。目前常见的QKD纠错算法包括BBBSC、Cascade纠错算法。

BBBSC纠错算法，中文称之为“二分奇偶纠错算法”，BBBSC算法是将Alice和Bob获取的Sifted Key进行分段，然后对每一段进行纠错，具体地，Alice与Bob两端通过将SiftedKey不断对半分割，并交互分割后分组的奇偶校验码，以此发现存在奇数个错误bit的分组，直到最后的分组长度为1，就是错误bit位置，将其翻转即完成一次纠错，之后通过交织将当前数据分组打乱，再开始新一轮纠错，直到Alice与Bob两端所有分组奇偶校验码一致且所有错误bit都被纠正。该算法虽然较其他算法简单，但运行效率低，而且BBBSC协商纠错对分组含偶数个错误的情况无效，只能依赖于重新分组。

Cascade纠错算法，中文称之为“级联纠错算法”，这个算法改善了BBBSC算法的缺陷。Cascade纠错算法的基本原理是，在第一轮纠错时，使用BBBSC算法使每个分组的误码成为偶数个，第二轮以后的每一轮纠错都是使用随机函数将当前所有数据先重排、再分组，然后利用BBBSC进行纠错，根据纠错结果找出错误bit在第一轮中的分组，并对第一轮分组中的错误bit进行纠错，以此不断得出第一轮分组中存在的误码情况，这样更有针对性的去纠错，使误码定位、纠错更加迅速。

相对于BBBSC纠错算法，Cascade纠错算法可以在一定程度上减少纠错时的通信次数，从而使泄露的信息减少，提高了密钥生成率。但是，在Cascade纠错算法中需要记录第一轮纠错的分组情况，包括各分组数据和各个数据的编号等等，因此在工程上需要比较大的存储资源，算法实现也比较复杂。