[发明专利]基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法、系统、介质和设备

说明书

本发明公开了一种基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法、系统、介质和设备，该系统包括密钥筛选模块、误码计算模块、极化码构建模块、极化码编码模块、极化码译码模块和一致性检验模块，该方法的步骤为：发送端和接收端对原始密钥进行基对比，得到筛后密钥；通过误码估计计算量子比特误码率，若小于阈值，保留剩余筛后密钥；量子比特误码率结合可靠性和安全性条件构建极化码码字结构，系统极化码编码产生校验比特和随机比特对应的编码后码字；接收端接收编码后码字结合自身保留的密钥比特经译码得到译码比特值，和发送端密钥比特对应的编码后码字组成密钥对，进行一致性校验，得到最终密钥，本发明降低后处理耗时和系统复杂度，提升了量子密钥分发的最终密钥生成速率。

技术领域

本发明涉及量子保密通信领域、信息安全领域，尤其涉及一种基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法、系统、介质和设备。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)可以在空间分离的用户间实现密钥的安全共享，结合“一次一密”的加密方式能够保证通信系统的无条件安全性，克服了经典加密技术的内在安全隐患，对军事、政府等方面的信息安全防护具有非常重要的实际意义和关键作用。我国已经出台“十三五”规划等多项国家政策支持量子保密通信的发展，而量子密钥分发作为量子保密通信中最先实用化的技术和最核心的系统，俨然已经成为了量子保密通信未来的重要发展方向。

虽然量子密钥分发能保证密钥的无条件安全性，但是由于实际系统中的器件缺陷、信道噪声等因素以及可能存在的窃听操作，可能导致密钥存在误码且被窃听。QKD系统通过后处理的误码纠错和密性放大两个步骤分别纠正误码和剔除泄露信息量，保证最终密钥的可靠安全。但是误码纠错和密性放大增加了系统的比特开销并引入了较高的处理延时，成为了高速QKD系统的瓶颈，影响了最终安全密钥生成速率，从而降低了量子密钥分发系统的实用性。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点及不足，本发明提供一种基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法，通过采用同时满足密钥可靠性和安全性的极化码码字结构用于QKD后处理，同步完成误码纠错和密性放大，减少后处理耗时，加快了最终安全密钥生成速率。

本发明的第二目的在提供一种基于极化码的单步量子密钥分发后处理系统。

本发明的第三目的在于提供一种存储介质。

本发明的第四目的在于提供一种计算设备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于极化码的单步量子密钥分发后处理方法，包含下述步骤：

S1：发送端和接收端经过量子信道传输信息后，发送端和接收端分别得到一串等长的原始密钥，然后发送端公开调制基，同时接收端公开测量基；当发送端和接收端接收到另一方的基信息并与自己所持有的基信息进行对比，舍弃基不相同的原始密钥，保留基相同的原始密钥，发送端和接收端均得到等长的筛后密钥；

S2：发送端和接收端完成密钥筛选后，选取部分筛后密钥进行公开对比得到差异比特数，并计算得到量子比特误码率，若量子比特误码率超过或等于设定安全阈值时，舍弃本次传输的所有比特，重新进行密钥分发；若量子比特误码率小于安全阈值时，舍弃公开的部分筛后密钥，保留剩余筛后密钥，得到发送端本地密钥KA_sifted和接收端本地密钥KB_sifted；

S3：发送端根据步骤S2中所得量子比特误码率，结合设定的可靠性条件和安全性条件，构建极化码码字结构，得到随机比特的信道索引集合、密钥比特的信道索引集合和休眠比特的信道索引集合；