[发明专利]离散变量量子密钥分发中LDPC纠错码率自适应方法及系统

说明书

本发明公开了一种离散变量量子密钥分发中LDPC纠错码率自适应方法，包括下述步骤：Alice与Bob两端Shortening数据池的建立：在DVQKD进行密钥分发前，在Alice与Bob两端预先保存一定数量的密钥作为Shortening数据池；计算初次预期f因子；根据预期f因子选择预期码率R；根据预期码率R计算Shortening数据的个数；Alice选取Shortening数据池中的数据，编码并传输数据；Bob选取Shortening数据池中的数据，纠错并确认。本发明还提供了一种离散变量量子密钥分发中LDPC纠错码率自适应系统。本发明的优点在于：在Alice与Bob两端分别建立Shortening数据池，避免了Shortening的数据在公共经典网络上传输，既能够减少泄漏的信息量，又能够减少网络传输的数据量。

技术领域

本发明涉及数据处理技术，更具体涉及一种离散变量量子密钥分发后处理数据纠错的方法及系统。

背景技术

现有的DVQKD(离散变量量子密钥分发)中自适应码率的LDPC(低密度奇偶校验码，Low Density Parity Check Code)纠错方案是基于Puncturing(穿刺)和Shortening(缩短)码率自适应方案的。Puncturing是通过减少校验节点的方法来提高码率，可以等效为使用误码率是50％的纠错数据；Shortening是通过减少变量节点的方法来降低码率，可以等效为使用误码率是0％的纠错数据。基于等效的方法，现有的方案一方面是让Alice与Bob两端同时产生相同数量的完全无关的真随机数来填充纠错数据列，从而达到Puncturing的效果，也就是提高码率的效果；另一方面，让Alice产生部分随机数序列，通过公共的经典信道传输给Bob，从而达到Shortening的效果，也就是降低码率的效果。这样新的码率R就有如下的表达形式：

R₀是固定矩阵的码率，σ是s/n(Shortening节点数s占总节点数n的比例)，π是p/n(Puncturing节点数p占总节点数n的比例)。d＝s+p是总的用于可变码率的节点数，一般为了平衡纠错的性能，d的比例可以选择为总节点数n的10％，δ＝d/n。这样码率变化的范围就是：

现有纠错方案的步骤如下：

a)根据预期f因子选择预期码率：在DVQKD进行密钥分发时，同时在Alice与Bob两端积累了误码率为ε的原始密钥(sifted key)。为了纠正sifted key之间的误码同时泄漏最少的信息量，这就需要根据预期的f因子来改变码率固定的LDPC纠错矩阵。预期码率的计算公式：

R＝1-f(∈)H₂(∈)

f(ε)是预估的f因子，初次计算可以选取1.05，H₂(ε)是二元香农熵。

b)根据预期码率计算Shortening数据的个数：Shortening数据的个数多少取决于步骤a)中计算的预期码率的大小，公式如下：

floor是对计算的值向上取整。

c)Alice编码与传输信息：Alice计算得到Shortening数据个数，相应的Puncturing数据的个数也确定了下来。根据原理中的描述，将Shortening与Puncturing的数据加入到Alice端的sifted key序列中进行编码，之后将编码后得到的校验信息与Shortening数据通过公共的经典信道传给Bob。

d)Bob纠错与确认：Bob接收到Alice发送的校验信息与Shortening数据后，将Shortening数据与自身产生的Puncturing数据加入到sifted key中，使用LDPC纠错矩阵进行纠错，如果纠错成功，通知Alice，两端进行隐私放大工作；如果纠错失败，通知Alice，Alice将预期f因子的值增加，重复步骤a)。