[发明专利]一种用于连续变量量子密钥分发的快速译码装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于连续变量量子密钥分发的快速译码装置及方法，发送端和接收端均包括依次连接的基比对单元、参数估计单元、数据离散化单元、纠错单元和私钥密性放大单元；所述纠错单元分为编码端和译码端，在编码端，通过将纠错矩阵H与码字C相乘得到校验子SPC，并将校验子通过认证信道发送给译码端，在译码端，利用纠错矩阵H、校验子SPC以及接收到的信息y进行译码。与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明的纠错译码方案，利用纠错矩阵的特性，可提高纠错译码的速率，可有效提高CV‑QKD系统的实时安全码率。

技术领域

本发明涉及一种用于连续变量量子密钥分发的快速译码装置及方法。

背景技术

随着量子计算技术的发展，基于计算复杂度的经典密码体系面临重大的安 全隐患。量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)是一种基于量子物 理原理的密钥分发系统，具有无条件安全性，引起了广泛的关注与研究。

量子密钥分发技术主要分为离散变量量子密钥分发(Discrete VariableQuantum key Distribution,DV-QKD)和连续变量量子密钥分发(Continuous VariableQuantum Key Distribution,CV-QKD)两类。相比于DV-QKD，CV-QKD 具有潜在码率高、不需要单光子探测器、与经典光纤通信网络融合性好等优点， 被认为是极具应用前景的技术方案。

对于CV-QKD系统，为了实现接收方与发送方共享相同的密钥，需要通 过数据后处理进行数据协商。然而，微弱量子信号经过长距离光纤传输后，信 噪比非常低，导致密钥分发的发送方和接收方的原始数据误码率非常高，纠错 极其困难，纠错译码的速率非常低，这也是制约CV-QKD系统性能提升的主 要技术瓶颈之一。

低密度奇偶校验码(LDPC)是实现CV-QKD系统数据协商的主流技术手 段。然而，对于CV-QKD，由于量子信号经过光纤传输后信噪比低，导致纠错 非常困难，纠错译码的速率非常低，严重限制了CV-QKD系统的实时安全码 率提升。

制约纠错译码速率的原因有两方面。第一，由于信噪比非常低，纠错矩阵 非常大，纠错矩阵的度较大，造成译码的单次迭代时间长；第二，由于信噪比 非常低，译码收敛需要的迭代次数大，制约了译码的速率。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种用于连续变量量子密钥 分发的快速译码装置及方法，利用纠错矩阵的特性，可提高纠错译码的速率， 可有效提高CV-QKD系统的实时安全码率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于连续变量量子密钥 分发的快速译码装置，发送端和接收端均包括依次连接的基比对单元、参数估 计单元、数据离散化单元、纠错单元和私钥密性放大单元；所述纠错单元分为 编码端和译码端，在编码端，通过将纠错矩阵H与码字C相乘得到校验子SPC， 并将校验子通过认证信道发送给译码端，在译码端，利用纠错矩阵H、校验子 SPC以及接收到的信息y进行译码。

本发明还提供了一种用于连续变量量子密钥分发的快速译码方法，采用的 纠错矩阵H＝[H₁H₂]，其中，矩阵H₂的列重为1，迭代译码过程包括如下步骤：

步骤一、初始化：

其中：

L_ch,n表示初始概率对数比消息；

y_n表示多维协商的等效码字；

表示噪声方差；

表示初始化校验节点传递给变量节点的对数似然比；