[发明专利]基于LGBM的离散调制CV-QKD协议码率预测方法

说明书

本发明公开了一种基于LGBM的离散调制CV‑QKD协议码率预测方法，包括：根据离散调制CV‑QKD协议，使用光强、传输距离、额外噪声这三个参数计算出训练集的数据；将训练集数据中一部分数据作为测试集；使用训练集对LGBM网络进行训练；然后采用测试集的数据对LGBM网络进行测试，测试得到预测的码率值，当预测的码率值与标签相差超过0.1的测试数据占测试集数据的比例小于等于百分之十，则LGBM网络训练完成；将训练好的LGBM网络用于实际模拟过程，实验测出参数后，进行输入LGBM网络，得到码率对应的结果。本发明提高了协议在实际应用中的可行性和实用性，码率误差完全满足通讯要求且量子通信的无条件安全也得到了保证。

技术领域

本发明涉及离散调制CV-QKD(连续变量量子密钥分发)技术领域，具体涉及基于LGBM的离散调制CV-QKD协议码率预测方法。

背景技术

在离散调制CV-QKD计算码率的过程中，需要保证计算出来的码率符合无条件安全性的要求。现有技术PhysRevX.9.041064这篇论文中，提到了一种采用凸优化算法进行码率计算的方案，虽然保证了离散调制CV-QKD的无条件安全性要求，但是推广到实际应用情况下存在以下两点问题：(1)在2.3主频的CPU服务器上搜索一个码率值用时在四秒钟上下，如果需要投入实用，这个计算时间远远超出了通信需求下的时间窗口。举例来说，超出时间窗口是指如果接收到实验参数的时间为零点五秒一组，在下一个零点五秒到来之前，前一组的码率我们就要计算得到结果，而计算码率的平均用时为四秒钟，这样显然达不到实时通信的需求；(2)由于计算码率对于计算资源消耗太大，比如在手机，无人机，卫星等对于体量限制很多的终端平台上，我们很难搭载高性能的计算机来做码率的计算工作，而可以允许搭载的计算机又远远达不到采用现有技术方案计算码率的强算力需求，使得码率计算程序根本无法在这些小型终端上运行起来。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种基于LGBM的离散调制CV-QKD协议码率预测方法，解决了现有的码率计算的方案遇到的困难，现有方案保证了离散调制CV-QKD的无条件安全性要求，但是其平均耗时太长，对于计算资源消耗太大，无法达到在实际的远程通信过程中，需要在很短的时间窗口中完成码率的计算的要求。本发明采用了LGBM来预测离散调制CV-QKD协议的码率，训练完成的LGBM网络在预测码率时计算时间短，计算所须的硬件设施要求低。本发明提高了协议在实际应用中的可行性和实用性，码率误差完全满足通讯要求且量子通信的无条件安全也得到了保证。

技术方案：本发明一种基于LGBM的离散调制CV-QKD协议码率预测方法，包括以下步骤：

S1：根据离散调制CV-QKD协议，使用光强、传输距离、额外噪声这三个参数计算出训练集的数据；将训练集数据中一部分数据作为测试集；

S2：使用训练集对LGBM网络进行训练；

S3：然后采用测试集的数据对LGBM网络进行测试，测试得到预测的码率值，当预测的码率值与标签相差超过0.1的测试数据占测试集数据的比例小于等于百分之十，则LGBM网络训练完成，进行下一步；反之，重新进行S2；

S4：将训练好的LGBM网络用于实际模拟过程，实验测出参数后，进行输入LGBM网络，得到码率对应的结果。

进一步的，所述步骤S1中，训练集中一次训练的数据以及测试集中一次测试的数据均包括28个特征参数作为输入，一个标签作为输出。