[发明专利]一种基于极化码纠错的量子密钥分发后处理系统和方法

摘要

本发明公开了一种基于极化码纠错的量子密钥分发后处理系统和方法，系统包括依次连接的密钥筛选模块、参数估计模块、极化码纠错模块、一致性校验模块以及密性放大模块；方法包括下述步骤：在量子信道上完成量子比特信息传输后，仅保留基选择相同的原始密钥形成筛选密钥，从筛选密钥中共同挑选一部分密钥比特进行公开比对，在量子误码率不高于安全阈值的条件下对未公开的密钥比特采用系统极化码算法进行编码和译码，对纠错后的量子密钥比特采用密码学算法校验其一致性，计算安全信息熵并进行信息压缩，得到绝对安全的密钥比特。本发明具有线性级的编/译码复杂度特性，使得后处理延时与密钥长度增长呈线性关系，提高了后处理的速度。

主权项

1.一种基于极化码纠错的量子密钥分发后处理系统，其特征在于，包括依次连接的密钥筛选模块、参数估计模块、极化码纠错模块、一致性校验模块以及密性放大模块，其中所述密钥筛选模块：在发送方和接收方完成量子信道上的量子比特信息传输之后，发送方和接收方分别公开调制基与测量基，所述密钥筛选模块用于剔除基选择不同的原始密钥，而保留基选择相同的原始密钥形成筛选密钥；所述参数估计模块：发送方和接收方从保留下来的筛选密钥中共同挑选一小部分密钥比特进行公开比对，并由比对结果计算量子误码率；若量子误码率高于或等于阈值则所述参数估计模块舍弃本次传输的所有密钥比特，若小于阈值则所述参数估计模块调用极化码纠错模块进行误码纠错；所述极化码纠错模块：发送方对筛选密钥中的未公开部分密钥比特采用系统极化码算法进行编码，并将校验信息发送给接收方，所述极化码纠错模块设置在接收方，根据校验信息对自己所拥有的对应密钥比特采用极化码译码算法纠正误码比特；所述极化码纠错模块包括极化码构造模块、极化码编码器以及极化码解码器；所述极化码构造模块根据参数估计模块得到的量子误码率评估信道性能并产生编码结构；所述极化码编码器根据编码结构对密钥比特进行编码运算产生校验比特；所述极化码解码器将校验比特与本地密钥比特混合，并根据编码结构进行解码运算用来纠正本地密钥比特中的误码比特；所述一致性校验模块：发送方和接收方对纠错后的量子密钥比特采用密码学算法校验其一致性，如果校验成功则进入密性放大模块，否则所述一致性校验模块舍弃本次传输的所有密钥比特；所述密性放大模块：发送方和接收方根据参数估计中所得到的量子误码率计算安全信息熵，所述密性放大模块根据熵值的下限采用密码学算法对双方共同持有的量子密钥比特进行信息压缩，得到最终的密钥比特。