[发明专利]一种用于量子密钥分发的隐私放大算法

说明书

技术领域

本发明涉及量子保密通信领域，尤其是一种量子密钥分发(QKD)中的密钥隐私放大算法，具有量子密钥分发设备在工业化和产品化方面的实用性。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)与经典密钥体系的根本不同在于，其采用光子的不同量子态作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。

在目前实用QKD系统中，发送方与接收方(一般称为Alice方和Bob方)通过量子信道产生连续的具有一定帧格式的原始数据。原始数据经过基矢比对后生成有误码的密钥，再经过纠错和隐私放大即可得到所需的量子密钥。

在得到量子密钥的过程中，为了使窃听者获取的信息降低到一个可以接受的程度，需要对纠错之后的密钥序列进行隐私放大(Privacy Amplification)，牺牲部分密钥。

现有的软、硬件方案的隐私放大过程基本可以概括为M*N的高阶随机常对角矩阵与一个N维向量的乘法运算，其中N为纠错后的数据量，M为生成的最终密钥长度，因此总耗时随着数据量N的增大迅速增加，为O(N²)量级。

发明内容

本发明提出了一种可快速实现的隐私放大算法，在QKD系统的隐私放大过程采用快速傅立叶变换予以完成，降低隐私放大过程的耗时量级，尤其是针对大数据量的隐私放大过程。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

隐私放大过程可以等效为一个M*N的高阶随机常对角矩阵与一个N维向量的乘法运算。一个M*N阶的高阶随机常对角矩阵可由长度为(N+M-1)的随机向量T构造：

T=(T₀，T₁，...，T_N-1，T_N，T_N+1，...T_N+M-2)

若纠错后的密钥R的长度为N，生成的最终密钥F的长度为M，其中

M=q*N

q为隐私放大因子，则生成的最终密钥F为

F(m)=Σn=0N-1R(n)*T(m+n),m=0,1,2,...,M-1]]>

如果将长度为(N+M-1)的T向量和长度为N的原始密钥R做卷积，得到长度为(2N+M-2)的结果：