[发明专利]一种基于喷泉码的连续变量量子密钥分发数据协调方法

说明书

本发明涉及一种基于喷泉码的连续变量量子密钥分发数据协调方法。该方法的具体实现步骤如下，步骤1：数据协调发起端产生一定数量二进制真随机数作为原始密钥，并对该组随机数进行喷泉码编码；步骤2：通过多维协商算法计算编码后码字与原始数据之间的映射关系，并发至数据协调接收端；步骤3：数据协调接收端接收到映射关系后，将其原始数据执行映射操作，然后经过喷泉码译码得到原始密钥；步骤4：如果译码失败，则重复步骤2、3直到译码成功，反之，则处理下一组密钥。本方法基于喷泉码无固定码率的特点，不需要构造复杂的奇偶校验矩阵，可以实现在各个信噪比条件下纠错，并且能够获得较高的协调效率。

技术领域

本发明涉及连续变量量子密钥分发后处理关键技术领域，主要是应用于连续变量量子密钥分发后处理中的一种基于喷泉码的数据协调方法。该方法尤其适用于低信噪比条件下的连续变量量子密钥分发系统，能够获得较高的协调效率，过程中不需要构造复杂的校验矩阵，从而降低后处理过程复杂度。

背景技术

信息安全是保障人身财产安全的重要手段。随着高性能计算机的发展，尤其是在不久的将来可能实现的量子霸权，传统基于数学计算复杂度的经典密码受到了巨大的挑战。量子密码是基于物理原理的，具有无条件安全性。连续变量量子密钥分发(Continuous-Variable Quantum Key Distribution，CV-QKD)是目前较为实用的一种量子信息技术。其可以直接用经典光通信器件，探测易于实现，且可以与经典信道融合，具有非常大的实用优势。

后处理是CV-QKD系统中必不可少的一部分。由于量子信道中存在损耗，噪声等干扰，合法通信双方的初始密钥是不一致的。后处理过程可以使得合法通信双方提取出无条件安全的密钥。数据协调是后处理中的关键技术之一，其主要作用是纠正双方数据中的误码，保证密钥的一致性。由于CV-QKD系统中的数据的信噪比极低，纠错难度极大，因此数据协调部分尤其是编码译码部分的复杂度非常高，数据协调的关键指标是协调效率，协调效率的大小影响着安全码率的大小。因此，我们需要高效的数据协调方案以实现高安全码率的量子密钥分发。目前应用较多的后处理编译码方案是LDPC编码，能够实现低信噪比下的高协调效率纠错，但是其必须提前在某固定的信噪比下设计性能良好的校验矩阵，不但复杂度高，而且信噪比稍微变化其性能急剧下降，所以有必要引入低复杂度的纠错码，同时具有较高的协调效率。

喷泉码本身具有无固定码率的特点，信息传输前码的码率并不确定，而且发送端的编码信息都是随机产生的，接收端起初并不清楚编码结构，不需要设计复杂度高的校验矩阵，但是喷泉码如何有效的应用于实际的连续变量量子密钥分发系统，而且不影响系统的安全性，这就是本发明解决的一个主要问题，设计了一种基于喷泉码的连续变量量子密钥分发数据协调方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于连续变量量子密钥分发的基于喷泉码的数据协调方法。该方法将喷泉码与CV-QKD的后处理多维协商算法相结合，保证了编译码过程的安全性，并且降低了构造校验矩阵的难度，能够在低信噪比条件下具有较高的协调效率。

本发明通过以下步骤实现上述方法：

步骤1：在连续变量量子密钥分发系统中，经过量子态制备、传输和探测后，数据协调发起端得到原始数据Y，数据协调接收端得到原始数据X；

步骤2：初始由数据协调发起端产生包含K个二进制真随机数的序列U作为原始密钥；

步骤3：对序列U进行喷泉码编码得到二进制序列C，把C映射成为序列S∈{-1,+1}；

步骤4：数据协调发起端利用原始数据Y与序列S通过多维协商算法计算映射关系M并将该映射关系M发送至数据协调接收端；

步骤5：数据协调接收端利用原始数据X与接收的映射关系M计算得到序列S′，然后对序列S′进行喷泉码译码；

步骤6：如果译码失败，则重复步骤3、4、5直到译码成功，反之，则进处理下一组密钥。