连续变量量子密钥分发自适应协调方法技术

本发明专利技术公开了一种连续变量量子密钥分发自适应协调方法，发送端与接收端共享相干态信息；由接收端生成原始密钥信息并进行编码、调制，并将调制后的信息每d位组成一组向量，与归一化后的相干态信息进行d维的映射处理，得到两者的映射关系；发送端根据映射关系计算信道对数似然比，并将信道对数似然比送入系统码译码器，得到译码结果；对译码结果进行CRC校验，若校验成功，本次译码结束；否则，分批次的发送冻结位信息，将新建冻结位和原先拥有的译码信息结合重新译码，直到校验成功或达到最大循环次数。本发明专利技术简单有效，易于操作。利用系统极化码的构造特点，极大的提升了自适应协议的性能，在低信噪比下，依然可以获得很好的传输效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
连续变量量子密钥分发自适应协调方法


[0001]本专利技术属于量子密钥通信领域，具体为一种连续变量量子密钥分发自适应协调方法。

技术介绍

[0002]随着量子计算机的问世，传统的信息加密技术已经不再安全。计算机强大的运行速 度，使得传统加密变得不再安全。对此，科学家们提出了量子通信上无条件的安全性技 术，连续变量量子密钥分发(CVQKD，Continuous
‑
Variable Quantum Key Distribution)作为 量子通信的重要分支，越来越受到人们的关注。
[0003]CVQKD现有的自适应协调方案：通信双方先在量子信道上共享相干态信息；之后， 发送端生成随机密钥，使用信道纠错编码将信息加密成码字序列，多维协调对码字进行 保护处理，并在公共信道中传输；接收端通过收到的信息，计算出原始信息。目前存在 的问题是，这套系统的鲁棒性很低，只能工作在特定的SNR下，当信道质量下降时， 误码率和误帧率会提高很多。通信质量下降很多。
[0004]针对上述问题，有研究者提出了自适应协调技术，通过级联的思想，在译码失败后， 牺牲一部分有效信息，重新译码。从而获得更好的性能。但是自适应使得码率有所下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出了一种连续变量量子密钥分发自适应协调方法。
[0006]实现本专利技术的技术方案为：一种连续变量量子密钥分发自适应协调方法，包括以下 步骤：
[0007]步骤1：发送端与接收端共享相干态信息；
[0008]步骤2：使用反向协调框架，由接收端生成原始密钥信息并进行编码、调制，并将 调制后的信息每d位组成一组向量，与归一化后的相干态信息进行d维的映射处理，得 到两者的映射关系；
[0009]步骤3：发送端根据映射关系计算信道对数似然比，并将信道对数似然比送入系统 码译码器，得到译码结果；
[0010]步骤4：对译码结果进行CRC校验，若校验成功，本次译码结束；否则，进行步骤 5；
[0011]步骤5：分批次的发送冻结位信息，将新建冻结位和原先拥有的译码信息结合重新 译码，直到校验成功或达到最大循环次数，本次译码结束。
[0012]优选地，接收端接收的相干态信息为：
[0013]y＝x+z
[0014]式中，z是量子信道的信道噪声，x为发送端发送的相干态信息。
[0015]优选地，使用反向协调框架，由接收端生成原始密钥信息并进行编码、调制具体方 法为：
[0016]由接收端Bob生成原始信息，在原始信息上加上CRC校验位，拓宽信息长度到K， 得到原始密钥信息通过可靠性估计计算每条信道的可靠性，并对信道进行排序， 将可靠性高于第一阈值的信道传输数据信息可靠性低于第一阈值的信道传输冻结 位信息将信息和冻结位结合在一起，组成原始码字
[0017]将原始码字u第一次送入编码器，得到序列b＝uG；
[0018]对序列b中冻结位的位置，重新填入冻结位信息得到序列将序列b
′
再一次送入编码器，计算最终的系统码码字c＝b
′
G，G是Polar码的生成矩阵。
[0019]优选地，将调制后的信息每d位组成一组向量，与归一化后的相干态信息进行d维 的映射处理，得到两者的映射关系的具体方法为：
[0020]对系统码码字c进行分组，每d位组成一组向量 得到d维调制后的序列c
′
，将向量c
′
与接收端归 一化后的相干态信息进行d维的映射处理，得到两者的映射关系M(y
′
，c
′
)，且满足 M(y
′
，c
′
)y
′
＝c
′
，式中，c
′
为向量，y
’
为接收端归一化后的相干态信息。
[0021]优选地，计算信道对数似然比的具体公式为：
[0022][0023]式中，LLR(v
i
)是第i条信道对应的对数似然比，v
i
是第i位发送端计算出的码字信 息，σ
’
表示拟合出来的信道的噪声参数。
[0024]优选地，码字信息的计算公式为：
[0025][0026]式中，|x|是发送端拥有的相干态信息x的范数，M(y
′
，u
′
)是接收端发送的多维协调 后的信息，|y|是接收端接收的相干态信息y的范数。
[0027]优选地，分批次的发送冻结位信息，将新建冻结位和原先拥有的译码信息结合重新 译码具体方法为：
[0028]对序列进行可靠性排序，将序列中可靠性低于第二阈值的后K
step
个数据作为 新建的冻结位，并记l＝l+1；新建冻结位被直接传输给发送端Alice，发送端Alice接 收到后，和原先拥有的译码信息结合，重新译码计算并转至步骤4。
[0029]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：本专利技术提出的自适应协议可以极大的提升 译码性能，并且本专利技术将系统极化码(Systematic Polar code)和自适应协调协议相结合， 利用了系统极化码的编码特点，改善了自适应协调的协调，使得码率不必下降，获得更 高的协调效率。
附图说明
[0030]图1码长为8的系统极化码的编码过程因子图。
[0031]图2码长为8的系统极化码的译码过程因子图。
[0032]图3码长为16的自适应协调协议工作示意图。
具体实施方式
[0033]一种连续变量量子密钥分发自适应协调方法，在量子密钥分发过程中，通信双方在 量子信道中共享相干态信息；接收端Bob生成原始信息与CRC校验码结合得到并 和冻结信息相组合，构成最初码字u。将码字u进行系统码编码、多维调制、映射处 理，得到保护后的码字M，在信道中传输。发送端Alice收到信息，经过系统极化码译 码，计算出最初码字。取出其中的原始信息，进行CRC校验，成功则本次译码结束。 失败则启动自适应模块：接收端Bob将一部分中间信息进行冻结，直接分享给发送端 Alice，发送端Alice接收这部分信息，重新进行译码，计算原始信息。对重新计算出的 原始信息进行CRC校验，直到校验成功或达到最大自适应次数。本专利技术在计算最终密 钥时，可以在保证安全的前提下，极大的提高系统的纠错性能。并且，引入系统极化码 后，可以使自适应协调过程的冻结信息再次利用，最终计算出的码率保持不变，获得更 高的传输效率。从而在较差的信道中实现高码率的连续变量量子密钥传输。本专利技术具体 包括以下步骤：
[0034]步骤1：连续变量量子密钥分发，发送端Alice和接收端Bob共享相干态信息；
[0035]进一步地，接收端接收的相干态信息为：
[0036]y＝x+z，
[0037]式中，z是量子信道的信道噪声，x为发送端发送的相干态信息。
[0038]进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续变量量子密钥分发自适应协调方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：发送端与接收端共享相干态信息；步骤2：使用反向协调框架，由接收端生成原始密钥信息并进行编码、调制，并将调制后的信息每d位组成一组向量，与归一化后的相干态信息进行d维的映射处理，得到两者的映射关系；步骤3：发送端根据映射关系计算信道对数似然比，并将信道对数似然比送入系统码译码器，得到译码结果；步骤4：对译码结果进行CRC校验，若校验成功，本次译码结束；否则，进行步骤5；步骤5：分批次的发送冻结位信息，将新建冻结位和原先拥有的译码信息结合重新译码，直到校验成功或达到最大循环次数，本次译码结束。2.根据权利要求1所述的用于连续变量量子密钥分发的传输方法，其特征在于，接收端接收的相干态信息为：y＝x+z式中，z是量子信道的信道噪声，x为发送端发送的相干态信息。3.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发自适应协调方法，其特征在于，使用反向协调框架，由接收端生成原始密钥信息并进行编码、调制具体方法为：由接收端Bob生成原始信息，在原始信息上加上CRC校验位，拓宽信息长度到K，得到原始密钥信息通过可靠性估计计算每条信道的可靠性，并对信道进行排序，将可靠性高于第一阈值的信道传输数据信息可靠性低于第一阈值的信道传输冻结位信息将信息和冻结位结合在一起，组成原始码字将原始码字u第一次送入编码器，得到序列b＝uG；对序列b中冻结位的位置，重新填入冻结位信息得到序列将序列b
′
再一次送入编码器，计算最终的系统码码字c＝b
′
G，G是Polar码的生成矩阵。4.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发自适应协调方法，其特征在于，将调制后的信息每d位组成一组向量，与归一化后的相干态信息进行d维的映射处理，得到两者的映射关系的具体方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梅香，窦寅，黄誉霆，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：