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一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理系統(tǒng)和方法與流程

文檔序號:11841893閱讀:668來源:國知局
一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理系統(tǒng)和方法與流程

本發(fā)明涉及通信與信息安全技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理系統(tǒng)和方法。



背景技術(shù):

量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution,QKD)能夠以絕對安全的方式為通信雙方分發(fā)安全密鑰,與“一次一密”的加密方案相結(jié)合可以構(gòu)建起量子計算機(jī)也不能攻破的保密系統(tǒng),因此成為了后量子時代信息安全與量子物理交叉研究的一個重要方向。同時,量子密鑰分發(fā)也是量子信息科學(xué)第一個取得實(shí)用化的技術(shù),其無條件安全性對于軍事、銀行、政府等方面的信息安全及防護(hù)具有非常重要的意義和作用,所以受到了世界各國政府的重視,我國在“十一五”、“十二五”規(guī)劃中都將實(shí)用化量子密碼技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容。

雖然量子力學(xué)原理確保了量子密鑰分發(fā)的絕對安全性,但在實(shí)際系統(tǒng)中,量子信道中存在的物理缺陷、環(huán)境噪聲以及攻擊者的竊聽操作會導(dǎo)致原始密鑰(Raw key)存在一定比例的錯誤比特。為了消除誤碼,量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)需要在公開信道上對完成基比對以后的篩后密鑰(Sifted key)進(jìn)行一系列的后處理(包括:誤碼糾錯,數(shù)據(jù)校驗和密性放大)以得到最終安全密鑰(Final secret key)?,F(xiàn)有的量子密鑰分發(fā)后處理在速度和效率上都存在著一定的局限,最主要的問題在于誤碼糾錯和數(shù)據(jù)校驗這兩部分處理所導(dǎo)致的時間延遲和比特開銷,降低了量子密鑰分發(fā)的密鑰生成速率,因此成為了發(fā)展下一代高速量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的“瓶頸”。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足,本發(fā)明提供一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理系統(tǒng)和方法,以降低量子密鑰分發(fā)后處理過程引入的計算延時,從而提高量子安全密鑰的生成速率。

為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:

本發(fā)明的一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理系統(tǒng),包括依次連接的密鑰篩選模塊、參數(shù)估計模塊、極化碼糾錯模塊、一致性校驗?zāi)K以及密性放大模塊,其中

所述密鑰篩選模塊:在發(fā)送方和接收方完成量子信道上的量子比特信息傳輸之后,發(fā)送方和接收方分別公開調(diào)制基與測量基,剔除基選擇不同的原始密鑰,而保留基選擇相同的原始密鑰形成篩選密鑰;

所述參數(shù)估計模塊:發(fā)送方和接收方從保留下來的篩選密鑰中共同挑選一小部分密鑰比特進(jìn)行公開比對,并由比對結(jié)果計算量子誤碼率;若量子誤碼率高于或等于閾值則舍棄本次傳輸?shù)乃忻荑€比特,若小于閾值則調(diào)用極化碼糾錯模塊進(jìn)行誤碼糾錯;

所述極化碼糾錯模塊:發(fā)送方對篩選密鑰中的未公開部分密鑰比特采用系統(tǒng)極化碼算法進(jìn)行編碼,并將校驗信息發(fā)送給接收方,接收方根據(jù)校驗信息對自己所擁有的對應(yīng)密鑰比特采用極化碼譯碼算法糾正誤碼比特;

所述一致性校驗?zāi)K:發(fā)送方和接收方對糾錯后的量子密鑰比特采用密碼學(xué)算法校驗其一致性,如果校驗成功則進(jìn)入密性放大模塊,否則舍棄本次傳輸?shù)乃忻荑€比特;

所述密性放大模塊:發(fā)送方和接收方根據(jù)參數(shù)估計中所得到的量子誤碼率計算安全信息熵,并根據(jù)熵值的下限采用密碼學(xué)算法對雙方共同持有的量子密鑰比特進(jìn)行信息壓縮,得到最終的密鑰比特。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案,所述極化碼糾錯模塊包括極化碼構(gòu)造模塊、極化碼編碼器以及極化碼解碼器;

所述極化碼構(gòu)造模塊根據(jù)參數(shù)估計模塊得到的量子誤碼率評估信道性能并產(chǎn)生編碼結(jié)構(gòu);

所述極化碼編碼器根據(jù)編碼結(jié)構(gòu)對密鑰比特進(jìn)行編碼運(yùn)算產(chǎn)生校驗比特;

所述極化碼解碼器將校驗比特與本地密鑰比特混合,并根據(jù)編碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行解碼運(yùn)算用來糾正本地密鑰比特中的誤碼比特。

本發(fā)明還提供了一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理方法,包括以下步驟:

S1、發(fā)送方和接收方在量子信道上完成量子比特信息傳輸后,發(fā)送方與接收方各自擁有一串量子比特所對應(yīng)的原始密鑰,然后發(fā)送方/接收方將其在量子傳輸過程中所選擇的一系列調(diào)制基/測量基公開發(fā)送給對方;

S2、接收方/發(fā)送方接收到發(fā)送方/接收方所公開的調(diào)制基/測量基以后,與自己在之前量子傳輸過程中所選擇的一系列測量基/調(diào)制基進(jìn)行逐一比對,若相同,則保留與該相同基所對應(yīng)位置的原始密鑰比特作為篩選密鑰比特;若不同,則與該相異基所對應(yīng)位置的原始密鑰比特將被丟棄和剔除;經(jīng)過這一過程所保留的篩選密鑰比特組成了篩選密鑰;

S3、發(fā)送方以及接收方從篩選密鑰中挑選一部分密鑰比特公開進(jìn)行逐一0/1比對,且根據(jù)比對結(jié)果中比特差異數(shù)計算量子誤碼率,若量子誤碼率高于或等于安全閾值,則舍棄本次傳輸?shù)乃忻荑€比特;若量子誤碼率小于安全閾值,則調(diào)用糾錯模塊對密鑰比特進(jìn)行誤碼糾錯;

S4、通過誤碼糾錯后,發(fā)送方和接收方各自采用哈希算法計算發(fā)送方密鑰比特與接收方糾錯后密鑰比特的哈希值,并公開比較是否一致;若哈希值一致,則進(jìn)入密性放大模塊;若哈希值不一致,則舍棄本次傳輸?shù)乃忻荑€比特;

S5、對進(jìn)入密性放大模塊的密鑰比特,將其進(jìn)行信息壓縮,得到最終的安全密鑰比特。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案,所述步驟S3中進(jìn)行誤碼糾錯,其具體過程為:

S31、發(fā)送方和接收方均使用極化碼構(gòu)造模塊根據(jù)量子誤碼率產(chǎn)生編碼結(jié)構(gòu);

S32、發(fā)送方的極化碼編碼器模塊根據(jù)編碼結(jié)構(gòu)對密鑰比特進(jìn)行編碼運(yùn)算,使其產(chǎn)生校驗比特,并發(fā)送給接收方;

S33、接收方收到校驗比特后,其極化碼解碼器將校驗比特與本地密鑰比特混合,并根據(jù)編碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行譯碼運(yùn)算用來糾正本地密鑰比特中的誤碼比特。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案,所述步驟S31-S32,其具體為:

S311、發(fā)送方根據(jù)量子誤碼率估計信道參數(shù),并根據(jù)信道參數(shù)從極化碼構(gòu)造器中選擇對應(yīng)的碼字結(jié)構(gòu),將碼字結(jié)構(gòu)中的休眠比特位置的值設(shè)置為0,并將密鑰比特安排在碼字結(jié)構(gòu)中的信息比特位置,產(chǎn)生N比特長的未編碼碼字;

S312、發(fā)送方對N比特長度的未編碼碼字進(jìn)行n=log2N輪的奇偶位異或運(yùn)算和模-2均勻洗牌置換,完成編碼過程。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案,所述步驟S31-S32中編碼過程,該過程的數(shù)學(xué)表述如下:

(a)給定參數(shù)N、K、A和來構(gòu)造矩陣GN,其中,N為碼字長度,K為信息比特長度,A為信息比特位置,為休眠比特的設(shè)置值;

(b)矩陣GN為N維的位反向置換矩陣BN與2維Hadamard矩陣的n階克羅內(nèi)克積的乘積:

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RN為段長為N的模-2均勻洗牌置換矩陣;

(c)將N比特的未編碼碼字與構(gòu)造矩陣相乘得到編碼碼字編碼公式如下:

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作為優(yōu)選的技術(shù)方案,所述步驟S33中進(jìn)行譯碼運(yùn)算,其具體過程為:

S331、對編碼后的N位碼字,從中提取N-K位校驗比特通過經(jīng)典信道發(fā)送給接收方;

S332、接收方將收到的N-K位校驗比特與本地的K位密鑰比特混合成為N位的接收碼字y,并進(jìn)行譯碼運(yùn)算得到譯碼結(jié)果值。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理方法,其特征在于,所述譯碼運(yùn)算使用SC譯碼算法,其過程為:

(1)由接收到的編碼碼字,再根據(jù)似然比公式,算出最初始信道似然比值:

<mrow> <mi>L</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mover> <mo>=</mo> <mi>&Delta;</mi> </mover> <mfrac> <mrow> <mi>W</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>|</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>W</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>|</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中W(yi|0)為發(fā)送方發(fā)送0而接收方接收到y(tǒng)i的后驗概率,W(yi|1)為發(fā)送方發(fā)送1而接收方接收到y(tǒng)i的后驗概率;

(2)由當(dāng)前信道似然比值,再結(jié)合有效信息位,由似然值遞歸公式,計算當(dāng)前信道的似然值,似然值遞歸公式式如下:

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其中,表示奇數(shù)位似然值,表示為偶數(shù)位似然值,表示已經(jīng)譯碼序列估計值,表示已譯碼序列中奇數(shù)位估計值,表示已譯碼序列中偶數(shù)位估計值,表示為異或運(yùn)算;

(3)結(jié)合編碼序列中有效信息位傳入零噪信道,休眠比特位傳入全噪噪聲的特征,將計算的零噪信道的似然比值代入估計值判決公式,計算最終的譯碼估計值,全噪信道上的譯碼估計值則直接等于休眠比特位設(shè)置值0,本例休眠比特位設(shè)置值全為0,最后輸出最終譯碼結(jié)果值,所述估計值判決公式為:

采用上述技術(shù)方案后,本發(fā)明至少具有如下有益效果:

本發(fā)明采用了極化碼糾錯的技術(shù)方案,解決了量子密鑰分發(fā)后處理過程中計算復(fù)雜、延時高、吞吐率低的技術(shù)問題,基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理方法具有線性級的編碼復(fù)雜度和譯碼復(fù)雜度,使得后處理糾錯算法延時隨處理密鑰長度的增加呈線性增長而非指數(shù)增長關(guān)系,有效降低了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中由后處理過程所引入的計算延時,提高了后處理的速度,從而最終提高量子安全密鑰的生成速率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊圖。

圖2為本發(fā)明一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理系統(tǒng)的極化碼糾錯模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理方法的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是,在不沖突的情況下,本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合,下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示,本實(shí)施例提供的一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理系統(tǒng),包括:依次連接的密鑰篩選模塊、參數(shù)估計模塊、極化碼糾錯模塊、一致性校驗?zāi)K以及密性放大模塊,其中

所述密鑰篩選模塊:在發(fā)送方和接收方完成量子信道上的量子比特信息傳輸之后,發(fā)送方和接收方分別公開調(diào)制基與測量基,剔除基選擇不同的原始密鑰,而保留基選擇相同的原始密鑰形成篩選密鑰;

所述參數(shù)估計模塊:發(fā)送方和接收方從保留下來的篩選密鑰中共同挑選一小部分密鑰比特進(jìn)行公開比對,并由比對結(jié)果計算量子誤碼率;若量子誤碼率高于或等于閾值則舍棄本次傳輸?shù)乃忻荑€比特,若小于閾值則調(diào)用極化碼糾錯模塊進(jìn)行誤碼糾錯;

所述極化碼糾錯模塊:發(fā)送方對篩選密鑰中的未公開部分密鑰比特采用系統(tǒng)極化碼算法進(jìn)行編碼,并將校驗信息發(fā)送給接收方,接收方根據(jù)校驗信息對自己所擁有的對應(yīng)密鑰比特采用極化碼譯碼算法糾正誤碼比特;

所述一致性校驗?zāi)K:發(fā)送方和接收方對糾錯后的量子密鑰比特采用密碼學(xué)算法校驗其一致性,如果校驗成功則進(jìn)入密性放大模塊,否則舍棄本次傳輸?shù)乃忻荑€比特;

所述密性放大模塊:發(fā)送方和接收方根據(jù)參數(shù)估計中所得到的量子誤碼率計算安全信息熵,并根據(jù)熵值的下限采用密碼學(xué)算法對雙方共同持有的量子密鑰比特進(jìn)行信息壓縮,得到絕對安全的密鑰比特。

如圖2所示,所述極化碼糾錯模塊包括極化碼構(gòu)造模塊、極化碼編碼器以及極化碼解碼器;

所述極化碼構(gòu)造模塊根據(jù)參數(shù)估計模塊得到的量子誤碼率評估信道性能并產(chǎn)生編碼結(jié)構(gòu);

所述極化碼編碼器根據(jù)編碼結(jié)構(gòu)對密鑰比特進(jìn)行編碼運(yùn)算產(chǎn)生校驗比特;

所述極化碼解碼器將校驗比特與本地密鑰比特混合,并進(jìn)行解碼運(yùn)算用來糾正本地密鑰比特中的誤碼比特。

所述極化碼構(gòu)造模塊針對不同的信道參數(shù)預(yù)置了極化碼編碼碼字結(jié)構(gòu);

所述極化碼解碼器可采用連續(xù)消除(SC,Successive Cancellation)、簡化連續(xù)消除(SSC,Simplified Successive Cancellation)、列表連續(xù)消除(SCL,Successive Cancellation List)或置信傳播(BP,Belief Propagation)解碼算法。

如圖3所示,本實(shí)施例還提供了一種基于極化碼糾錯的量子密鑰分發(fā)后處理方法,包括以下步驟:

S1、發(fā)送方和接收方在量子信道上完成量子比特信息傳輸后,發(fā)送方與接收方各自擁有一串量子比特所對應(yīng)的原始密鑰,然后發(fā)送方/接收方將其在量子傳輸過程中所選擇的一系列調(diào)制基/測量基公開發(fā)送給對方;

S2、接收方/發(fā)送方接收到發(fā)送方/接收方所公開的調(diào)制基/測量基以后,與自己在之前量子傳輸過程中所選擇的一系列測量基/調(diào)制基進(jìn)行逐一比對,若相同,則保留與該相同基所對應(yīng)位置的原始密鑰比特作為篩選密鑰比特;若不同,則與該相異基所對應(yīng)位置的原始密鑰比特將被丟棄和剔除;經(jīng)過這一過程所保留的篩選密鑰比特組成了篩選密鑰;

S3、發(fā)送方以及接收方從篩選密鑰中挑選一部分密鑰比特公開進(jìn)行逐一0/1比對,且根據(jù)比對結(jié)果中比特差異數(shù)計算量子誤碼率,若量子誤碼率高于或等于安全閾值,本實(shí)施例中所述安全閾值為11%,則舍棄本次傳輸?shù)乃忻荑€比特;若量子誤碼率小于安全閾值,則調(diào)用糾錯模塊對密鑰比特進(jìn)行誤碼糾錯;

本步驟中進(jìn)行誤碼糾錯的具體過程為:

S31、發(fā)送方和接收方均使用極化碼構(gòu)造模塊根據(jù)量子誤碼率產(chǎn)生編碼結(jié)構(gòu);

S32、發(fā)送方的極化碼編碼器模塊根據(jù)編碼結(jié)構(gòu)對密鑰比特進(jìn)行編碼運(yùn)算,使其產(chǎn)生校驗比特,并發(fā)送給接收方;

S33、接收方收到校驗比特后,其極化碼解碼器將校驗比特與本地密鑰比特混合,并進(jìn)行譯碼運(yùn)算用來糾正本地密鑰比特中的誤碼比特。

所述步驟S31-S32,其具體為:

S311、發(fā)送方根據(jù)量子誤碼率估計信道參數(shù),并根據(jù)信道參數(shù)從極化碼構(gòu)造器中選擇對應(yīng)的碼字結(jié)構(gòu),將碼字結(jié)構(gòu)中的休眠比特位置的值設(shè)置為0,并將密鑰比特安排在碼字結(jié)構(gòu)中的信息比特位置,產(chǎn)生N比特長的未編碼碼字;

S312、發(fā)送方對N比特長度的未編碼碼字進(jìn)行n=log2N輪的奇偶位異或運(yùn)算和模-2均勻洗牌置換,完成編碼過程。

所述步驟S31-S32中編碼過程,該過程的數(shù)學(xué)表述如下:

(a)給定參數(shù)N、K、A和來構(gòu)造矩陣GN,其中,N為碼字長度,K為信息比特長度,A為信息比特位置,為休眠比特的設(shè)置值;

(b)矩陣GN為N維的位反向置換矩陣BN與2維Hadamard矩陣的n階克羅內(nèi)克積的乘積:

<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>B</mi> <mi>N</mi> </msub> <msup> <mi>F</mi> <mrow> <mo>&CircleTimes;</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msup> </mrow>

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RN為段長為N的模-2均勻洗牌置換矩陣;

(c)將N比特的未編碼碼字與構(gòu)造矩陣相乘得到編碼碼字編碼公式如下:

<mrow> <msubsup> <mi>x</mi> <mn>1</mn> <mi>N</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>u</mi> <mn>1</mn> <mi>N</mi> </msubsup> <msub> <mi>G</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>.</mo> </mrow>

所述步驟S33中進(jìn)行譯碼運(yùn)算,其具體過程為:

S331、對編碼后的N位碼字,從中提取N-K位校驗比特通過經(jīng)典信道發(fā)送給接收方;

S332、接收方將收到的N-K位校驗比特與本地的K位密鑰比特混合成為N位的接收碼字y,并進(jìn)行譯碼運(yùn)算得到譯碼結(jié)果值;

所述譯碼運(yùn)算使用SC譯碼算法,其過程為:

(1)由接收到的編碼碼字,再根據(jù)似然比公式,算出最初始信道似然比值:

<mrow> <mi>L</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mover> <mo>=</mo> <mi>&Delta;</mi> </mover> <mfrac> <mrow> <mi>W</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>|</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>W</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>|</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中W(yi|0)為發(fā)送方發(fā)送0而接收方接收到y(tǒng)i的后驗概率,W(yi|1)為發(fā)送方發(fā)送1而接收方接收到y(tǒng)i的后驗概率;

(2)由當(dāng)前信道似然比值,再結(jié)合有效信息位,由似然值遞歸公式,計算當(dāng)前信道的似然值,似然值遞歸公式式如下:

<mrow> <msubsup> <mi>L</mi> <mi>N</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>1</mn> <mi>N</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <msubsup> <mover> <mi>u</mi> <mo>^</mo> </mover> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>L</mi> <mfrac> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>i</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>1</mn> <mfrac> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mfrac> </msubsup> <mo>,</mo> <msubsup> <mover> <mi>u</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>o</mi> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>&CirclePlus;</mo> <msubsup> <mover> <mi>u</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <msubsup> <mi>L</mi> <mfrac> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>i</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mrow> <mfrac> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <msubsup> <mover> <mi>u</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>L</mi> <mfrac> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>i</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>1</mn> <mfrac> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mfrac> </msubsup> <mo>,</mo> <msubsup> <mover> <mi>u</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>o</mi> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>&CirclePlus;</mo> <msubsup> <mover> <mi>u</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>L</mi> <mfrac> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>i</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mrow> <mfrac> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <msubsup> <mover> <mi>u</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>

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其中,表示奇數(shù)位似然值,表示為偶數(shù)位似然值,表示已經(jīng)譯碼序列估計值,表示已譯碼序列中奇數(shù)位估計值,表示已譯碼序列中偶數(shù)位估計值,表示為異或運(yùn)算;

(3)結(jié)合編碼序列中有效信息位傳入零噪信道,休眠比特位傳入全噪噪聲的特征,將計算的零噪信道的似然比值代入估計值判決公式,計算最終的譯碼估計值,全噪信道上的譯碼估計值則直接等于休眠比特位設(shè)置值0,本例休眠比特位設(shè)置值全為0,最后輸出最終譯碼結(jié)果值,所述估計值判決公式為:

S4、通過誤碼糾錯后,發(fā)送方和接收方各自采用哈希算法計算發(fā)送方密鑰比特與接收方糾錯后密鑰比特的哈希值,并公開比較是否一致;若哈希值一致,則進(jìn)入密性放大模塊;若哈希值不一致,則舍棄本次傳輸?shù)乃忻荑€比特;

S5、對進(jìn)入密性放大模塊的密鑰比特,將其進(jìn)行信息壓縮,得到最終的安全密鑰比特。

本實(shí)施例是對量子密鑰分發(fā)后處理系統(tǒng)的實(shí)用化技術(shù)進(jìn)行了研究與攻關(guān),提出了一種結(jié)合極化碼算法的新型量子密鑰分發(fā)后處理方法,對推進(jìn)量子保密技術(shù),信息安全技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)空間安全具有積極作用,預(yù)計未來在軍事,金融,政府等領(lǐng)域,具有廣闊的市場與積極的社會效益。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,可以理解的是,在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種等效的變化、修改、替換和變型,本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。

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