[发明专利]用于QKD的基于GE模型的改进型LDPC码译码方法

说明书

本发明提供了一种用于QKD的基于GE模型的改进型LDPC码译码方法，具体为：设置GE信道参数；将待协商密钥按照LDPC码多码率的校验矩阵，得到码字序列；把数据序列通过GE信道发送给译码端进行译码操作；进行包含GE节点的改进型译码算法，译码成功则结束，否则进行下一步；根据当前变量节点的对数似然比信息绝对值大小进行译码判决，根据判决的信息比特状态，经GE信道发送给译码端进行新的译码操作，跳至上一步，更新所收到的比特初始信息并执行译码；重复进行前面两步，直到译码成功或达到终止条件。本发明实现了信道模型的精确匹配，带来的码率增益显著提升了QKD纠错协议的纠错效率，降低误码率估算过程中密钥资源的浪费。

技术领域

本发明涉及QKD系统的密钥协商技术领域，特别涉及一种用于QKD的基于GE模型的改进型LDPC码译码方法。

背景技术

QKD系统(量子密钥分配系统)由一个发送端和一个接收端构成，其光学与硬件数据处理部分获得原始密钥信息，这些原始密钥信息通过数据后处理工作，包括基矢对比、纠错、隐私放大、身份认证环节获得一致且安全的最终密钥。

在密钥后处理工作中纠错的目的是将发送端与接收端密钥中因器件不完善、信道和环境的影响、Eve的窃听等因素造成的随机错误比特进行纠正，最终获得一致的密钥。

纠错效率是纠错方法的评价的一个重要指标。纠错效率用于衡量纠错能否有效降低残留误差，用纠错后密钥帧中残留误差比特出现的概率BER及协商后有残留误差比特的密钥帧出现的概率FER来评价，范围在[0,1]取值越低，残留误差越少，纠错效率越高；纠错效率习惯上用效率因子来衡量，它表示实际泄露信息量和香农极限熵的比值。当效率因子为1时，纠错协议被认为是理想的。实际应用中希望它越小越好，相应的纠错效率也越高。传统的LDPC译码准确度较低，纠错过程中编译码算法简化或并行度设计困难、容错能力较差，实际应用中存在性能成阶梯性波动的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纠错效率的用于QKD的基于GE模型的改进型LDPC码译码方法，实现信道模型的精确匹配，降低误码率估算过程中密钥资源的浪费。

实现本发明目的技术解决方案为：一种用于QKD的基于GE模型的改进型LDPC码译码方法，包括以下步骤：

步骤1、设置GE信道参数；

步骤2、将待协商密钥按照LDPC码多码率的校验矩阵，得到包含GE特性的码字序列；

步骤3、把数据序列通过GE信道发送给译码端进行译码操作；

步骤4、进行包含GE节点的改进型译码算法，译码成功则完成密钥协商过程并结束，若译码失败则跳转到步骤5；

步骤5、根据当前译码失败后的变量节点的对数似然比信息绝对值大小进行译码判决，并执行步骤6；

步骤6、根据步骤5判决的信息比特状态，经GE信道发送给译码端进行新一轮的译码操作，跳转到步骤4，更新所收到的比特初始信息并执行译码；

步骤7、重复进行步骤4、5、6，直到译码成功或达到密钥协商流程的终止条件。

进一步地，GE模型是指二元变量的HMM模型，约定该模型包含s和d两种隐性状态，故M＝N＝2；其中，t_sd表示从状态s到状态d的转移概率，t_ds表示表示从状态d到状态s的转移概率，p_s表示状态s下信息比特为1的观测概率，p_d表示状态d下信息比特为1的观测概率；使用跃迁概率t_sd和t_ds表示矩阵A的元素a₁₂和a₂₁，使用观测概率p_s和p_d表示矩阵B的元素b₁₂和b₂₂。