[发明专利]有限维度效应下连续变量量子密钥分发多维协商方法

说明书

本发明公开了一种有限维度效应下连续变量量子密钥分发多维协商方法，在采用原始连续密钥分发的基础上，采用d维协商的方案，通过调整光路的调制方差到原有调制方差的倍，使得调整之后的虚拟信道的信噪比和原有光路的信噪比一致，从而消除了在多维协商方法下维度有限造成的量子信道和协商虚拟信道造成的信噪比不匹配问题造成的连续变量密钥分发系统的安全问题和密钥率下降问题，通过数据后处理阶段的多维协商方法，保密加强等操作生成最终的密钥率。本发明具有简单有效，易于操作，同时解决了连续变量密钥分发多维协商方法在有限维度情况下的安全性问题，提高了系统的安全性。

技术领域

本发明涉及计算机信息技术领域，具体地，特别是涉及一种连续变量量子密钥分发(CVQKD,Continuous-Variable Quantum Key Distribution) 在有限维效应下安全的多维协商方法。

背景技术

在计算机信息技术迅速发展的背景下，信息技术对信息安全性的要求日益增加。由于能够在物理上保证量子通信的无条件安全性，使得量子密钥分发(QKD)作为量子通信的重要分支越来越受到人们的关注。

QKD技术整体上可以分为两类：离散变量量子密钥分发(DVQKD)和连续变量量子密钥分发(CVQKD)。相比离散变量量子密钥分发技术来说， CVQKD有潜在的高码率和经典光纤通信网络非常好的融合性的特点。因此 CVQKD吸引了世界范围内许多研究机构对其理论和应用技术进行了深入的研究。也正是由于这些原因，使得连续变量量子密钥分发成为量子通信技术的一个重要研究分支。

目前，CVQKD系统的主要瓶颈在数据后处理阶段：首先，协商效率决定了量子通信的传输距离和密钥率；另外，高协商速度是实现高码率 CVQKD系统的必要条件。因此协商算法的性能已经成为限制CVQKD最终成码率和安全距离的主要因素。

在CVQKD系统中，由于量子信道传输的量子信号十分微弱，在传输距离比较远的情况下，CVQKD系统的信噪比通常处于十分低的水平。为了在信噪比极低的环境中从原始信息中提取密钥，必须采用具有在信噪比极低的情况下具有高协商效率的算法。基于这种考虑，现有技术通常采用在信噪比极低的情况下具有很高协商效率的多维协商算法。

在CVQKD系统中，调制在量子信号上的信息是连续的变量，为了获得最终的密钥，存在一个如何将连续的变量转换为离散的变量的过程。不同传统的协商算法将连续变量量化成离散变量的做法，而是直接使用连续变量进行密钥协商。多维协商方法的主要思想是将均匀分布的变量空间通过映射变成一个均匀分布的变量空间，并且在这个均匀分布的空间中，选择先验概率均匀分布的码字空间。通过这样的操作，随机变量和码字空间都是均匀分布，这样当在公共认证信道传输边信息的时候，窃听者无法得到额外的相关信息量。这样的做法使得多维协商可以借助现有传统通信领域技术成熟的信道编码技术，易于操作执行。

在多维协商中，通过将连续变量通过d维旋转，在公共认证信道交换边信息，这样就建立起一个二进制的虚拟信道。由于多维协商方法中的维度d有限，这时候虚拟信道不等价于二进制输入高斯加性高斯白噪声信道，就会导致量子信道和虚拟信道的信噪比不匹配，我们称这种效应为有限维效应。这种效应将最终导致密钥率过高评估并引入CVQKD系统实际安全性问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种有限维度效应下连续变量量子密钥分发多维协商方法，是一种通过调整原有光路的调制方差消除由于多维协商方法中维数d有限而导致的有限维效应的方法，为了抵御这种有限维效应引入的实际安全性问题，本发明通过调整光路的调整方差为原来光路的4/3倍，使得虚拟信道的信噪比与原来的虚拟信道的信噪比一致。这样不会改变CVQKD系统的协商效率，发送端和接收端之间的互信息量和攻击者窃听的信息量会发生轻微改变，CVQKD系统的密钥大致不会发生改变，这样就去除了多维协商方法中由于维数d导致的有限维效应引起的系统安全性问题，提高的CVQKD系统的安全性。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方法实现的：