專利名稱：量子密鑰分發(fā)方法以及通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠生成保證了高度安全性的公用密鑰的量子密鑰分發(fā)方法，尤其涉及可以使用糾錯代碼訂正數(shù)據(jù)錯誤的量子密鑰分發(fā)方法以及可以實(shí)現(xiàn)該量子密鑰分發(fā)的通信裝置。
背景技術(shù)：
以下，說明以往的量子加密系統(tǒng)。近年來，光通信作為高速大容量的通信技術(shù)正在得到廣泛應(yīng)用，而在這樣的光通信系統(tǒng)中，是利用光的通/斷來進(jìn)行通信，在開通時因?yàn)榘l(fā)送大量的光子，所以不能成為直接表現(xiàn)量子效應(yīng)的通信系統(tǒng)。
另一方面，在量子加密系統(tǒng)中，使用光子作為通信介質(zhì)，如產(chǎn)生不確定性原理等的量子效應(yīng)那樣用1個光子來傳送1位信息。此時，如果竊聽者不知道其偏振光、相位等的量子狀態(tài)而通過適當(dāng)選擇基點(diǎn)來測量光子，則將在其量子狀態(tài)中產(chǎn)生變化。因而，在信息接收側(cè)通過確認(rèn)該光子的量子狀態(tài)的變化，能夠知道傳送數(shù)據(jù)是否已被竊聽。
圖10是表示利用以往的偏振光的量子密鑰分發(fā)的概要圖。例如，在可以識別水平垂直方向的偏振光的測量器中，來正確識別量子通信路徑上的、在水平方向(0°)上偏振的光和在垂直方向(90°)偏振的光。另一方面，在可以識別斜方向(45°，135°)的偏振光的測量器中，正確識別量子通信路徑上的、在45°方向上偏振的光和在135°方向上偏振的光。
這樣，雖然各測量器能夠正確認(rèn)識在規(guī)定方向上偏振的光，但例如如果用可以識別水平垂直方向(0°，90°)的偏振光的測量器來測量在斜方向上偏振的光，則將分別以50％的概率隨機(jī)識別在水平方向和垂直方向上偏振的光。即，當(dāng)使用了與可以識別的偏振光方向不相對應(yīng)的測量器時，即使解析該測量結(jié)果，也不能正確地識別經(jīng)過了偏振的方向。
在圖10所示的以往的量子密鑰分發(fā)中，利用上述不確定性(隨機(jī)性)，不被竊聽者知道地在發(fā)送者和接收者之間將密鑰共用(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。進(jìn)而，發(fā)送者以及接收者除量子通信路徑以外能夠使用公開通信路徑。
在此，說明密鑰的共用順序。首先，發(fā)送者產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)序列(1，0序列發(fā)送數(shù)據(jù))，然后隨機(jī)確定發(fā)送代碼(+對應(yīng)于可以識別在水平垂直方向上偏振的光的測量器，×對應(yīng)于可以識別在斜方向上偏振的光的測量器)。通過該隨機(jī)數(shù)序列和發(fā)送代碼的組合，自動地確定所發(fā)送的光的偏振光方向。在此，把通過0和+的組合而在水平方向上發(fā)生偏振的光，和通過1和+的組合而在垂直方向上發(fā)生偏振的光，和通過0和×的組合而在45°方向上發(fā)生偏振的光，和通過1和×的組合而在135°方向上發(fā)生偏振的光分別發(fā)送到量子通信路徑(發(fā)送信號)。
接著，接受者隨機(jī)確定接收代碼(+可以識別在水平垂直方向上偏振的光的測量器，×可以測量在斜方向上偏振的光的測量器)，來測量量子通信路徑上的光(接收信號)。而后，通過組合接收代碼和接收信號得到接收數(shù)據(jù)。在此，作為接收數(shù)據(jù)，通過組合在水平方向上偏振的光和+而得到0，通過組合在垂直方向上偏振的光和+而得到1，通過組合在45°方向上偏振的光和×而得到0，通過組合在135°方向偏振的光和×而得到1。
接著，接收者為了調(diào)查自身的測量是否是用正確的測量器進(jìn)行的，而把接收代碼經(jīng)由公開通信路徑發(fā)送給發(fā)送者。收到接收代碼的發(fā)送者調(diào)查是否是用正確的測量器進(jìn)行的之后，把該結(jié)果經(jīng)由公開通信路徑返送回給接收者。
接著，接收者只把與用正確的測量器接收到的接收信號相對應(yīng)的接收數(shù)據(jù)留下，拋棄其他數(shù)據(jù)。在此時刻，剩下的接收數(shù)據(jù)可以在發(fā)送者和接收者之間可靠地共用。
接著，發(fā)送者和接收者經(jīng)由公開通信路徑對各個通信對象發(fā)送從共用數(shù)據(jù)中選擇出的規(guī)定數(shù)目的數(shù)據(jù)。而后，確認(rèn)已收到的數(shù)據(jù)是否和自身具有的數(shù)據(jù)一致。例如，如果在已確認(rèn)的數(shù)據(jù)中有一個不一致數(shù)據(jù)，則判斷為有竊聽者并拋棄共用數(shù)據(jù)，再次從開始重新執(zhí)行密鑰的共用順序。另一方面，當(dāng)已確認(rèn)的數(shù)據(jù)全部一致的情況下，判斷為沒有竊聽者，并拋棄在確認(rèn)中使用的數(shù)據(jù)，把留下的共用數(shù)據(jù)作為發(fā)送者和接收者的共用密鑰。
另一方面，作為上述以往的量子密鑰分發(fā)方法的應(yīng)用，例如有可以糾正傳送路徑上的數(shù)據(jù)錯誤的量子密鑰分發(fā)方法(例如，參照非專利文獻(xiàn)2)。
在該方法中，發(fā)送者為了檢測數(shù)據(jù)錯誤，把發(fā)送數(shù)據(jù)劃分為多個塊，把每個塊的奇偶性發(fā)送到公開通信路徑上。而后，接收者把經(jīng)由公開通信路徑收到的每個塊的奇偶性和接收數(shù)據(jù)中對應(yīng)的塊的奇偶性進(jìn)行比較，核對數(shù)據(jù)錯誤。此時，當(dāng)有不同的奇偶性的情況下，接收者把表示哪個塊的奇偶性不同的信息回送到公開通信路徑上。而后，發(fā)送者進(jìn)一步把相應(yīng)的塊劃分為前半部分的塊和后半部分的塊，例如，把前半部分的奇偶性回送到公開通信路徑上(二分查找)。以后，發(fā)送者和接收者通過重復(fù)執(zhí)行上述二分查找來確定錯誤位的位置，最終由接收者訂正該位。
進(jìn)而，假設(shè)有這樣的奇偶性的情況、即雖然在數(shù)據(jù)中有錯誤，但因?yàn)橛信紨?shù)個錯誤，所以被發(fā)送者判斷為正確的情況，發(fā)送數(shù)據(jù)被隨機(jī)排列替換(隨機(jī)置換)后被劃分成多個塊，再次進(jìn)行基于上述二分查找的糾錯處理。而后，通過重復(fù)執(zhí)行基于隨機(jī)置換的該糾錯處理，訂正全部的數(shù)據(jù)錯誤。
非專利文獻(xiàn)1Bennett，C.H.and Brassard，G.Quantum CryptographyPublicKey Distribution and Coin Tossing，In Proceedings of IEEEConference onComputers，System and Signal Processing，Bangalore，India，pp.175-179(DEC.1984).
非專利文獻(xiàn)2Brassard，G.and Salvail，L.1993 Secret-Key Reconciliation byPublic Discussion，In Advances in Cryptology-EUROCRYPT’93，Lecture Notes in Computer Science 765，410-423.
但是，在上述圖10所示的以往的量子密鑰分發(fā)中，因?yàn)槲丛O(shè)想錯誤通信路徑，所以在有錯誤時當(dāng)作存在竊聽行為而拋棄上述公用數(shù)據(jù)(公用密鑰)，存在由于傳送路徑而使公用密鑰的生成效率變得非常差的問題。
另外，在可以訂正在上述傳送路徑上的數(shù)據(jù)錯誤的量子密鑰分發(fā)方法中，因?yàn)闉榱舜_定錯誤位而發(fā)生龐大次數(shù)的奇偶性交換，進(jìn)而，進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的基于隨機(jī)置換的糾錯處理，所以存在在糾錯處理上耗費(fèi)大量時間的問題。
本發(fā)明就是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種使用具有極高特性的糾錯代碼糾正在傳送路徑上的數(shù)據(jù)錯誤，并且能夠生成確保高度安全性的公用密鑰的量子密鑰分發(fā)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的量子密鑰分發(fā)方法，是在用以規(guī)定的量子狀態(tài)向量子通信路徑上發(fā)送成為加密密鑰的源的隨機(jī)數(shù)序列的發(fā)送側(cè)的通信裝置和測量該量子通信路徑上的光子的接收側(cè)的通信裝置構(gòu)成的量子加密系統(tǒng)中的量子密鑰分發(fā)方法，其特征在于，包含例如校驗(yàn)矩陣生成步驟(相當(dāng)于以后說明的實(shí)施方式的步驟S1，S11)，各通信裝置生成同一奇偶性校驗(yàn)矩陣(要素是“0”或者“1”的矩陣)；循環(huán)冗余代碼生成步驟(相當(dāng)于步驟S2)，上述發(fā)送側(cè)的通信裝置生成用于錯誤檢測的循環(huán)冗余代碼(CRCCyclic Redundancy check)；發(fā)送接收步驟(相當(dāng)于步驟S3、S4、S12、S13)，上述接收側(cè)的通信裝置保持作為用可以正確識別光方向的測量器測量的結(jié)果得到的帶概率信息的接收數(shù)據(jù)，上述發(fā)送側(cè)的通信裝置保持與上述接收數(shù)據(jù)對應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)(隨機(jī)數(shù)序列的一部分)；信息通知步驟(相當(dāng)于步驟S5、S14)，上述發(fā)送側(cè)的通信裝置把根據(jù)上述奇偶性校驗(yàn)矩陣以及上述發(fā)送數(shù)據(jù)生成的糾錯信息，和根據(jù)上述循環(huán)冗余代碼以及上述發(fā)送數(shù)據(jù)生成的錯誤檢測信息，經(jīng)由公開通信路徑通知給上述接收側(cè)的通信裝置；發(fā)送數(shù)據(jù)估計步驟(相當(dāng)于步驟S15)，上述接收側(cè)的通信裝置根據(jù)上述奇偶性校驗(yàn)矩陣、上述帶概率信息的接收數(shù)據(jù)、上述糾錯信息和上述錯誤檢測信息，估計上述發(fā)送數(shù)據(jù)；加密密鑰生成步驟(相當(dāng)于步驟S6、S16)，上述各通信裝置根據(jù)已公開的信息量拋棄發(fā)送數(shù)據(jù)的一部分，用剩下的信息生成加密密鑰。
根據(jù)本發(fā)明，例如使用確定的且特性穩(wěn)定的“Irregular-LDPC代碼”用的奇偶性校驗(yàn)矩陣訂正共用信息的數(shù)據(jù)錯誤，進(jìn)而使用循環(huán)冗余代碼CRC進(jìn)行共用信息(估計字)的錯誤檢測，其后，根據(jù)已公開的糾錯信息拋棄共用信息的一部分。


圖1是表示本發(fā)明的量子加密系統(tǒng)(發(fā)送側(cè)以及接收側(cè)的通信裝置)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示量子密鑰分發(fā)概要的流程圖。
圖3是表示量子密鑰分發(fā)概要的流程圖。
圖4是表示基于有限仿射幾何的“Irregular-LDPC代碼”的構(gòu)成方法圖。
圖5是表示有限仿射幾何代碼AG(2，22)的矩陣的圖。
圖6是表示最終的列權(quán)重分配λ(γi)和行權(quán)重分配ρu的圖。
圖7是表示循環(huán)冗余代碼CRC(n×d矩陣)的一個例子的圖。
圖8是表示mA的校驗(yàn)位SA以及循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位SC的生成方法的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖9是表示本實(shí)施方式的校驗(yàn)位譯碼法的流程圖。
圖10是表示利用了以往的偏振光的量子密鑰分發(fā)的概要圖。
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的量子密鑰分發(fā)方法的實(shí)施方式。進(jìn)而，本發(fā)明并不限于該實(shí)施方式。另外，以下作為例子說明利用了偏振光的量子密鑰分發(fā)，而本發(fā)明例如也可以適用于利用相位的分發(fā)或利用頻率的分發(fā)等中，利用怎樣的量子狀態(tài)并沒有特別限定。
量子密鑰分發(fā)是不管竊聽者的計算能力如何，都保證了安全性的密鑰分發(fā)方式，但是，例如為了更有效地生成共用密鑰，需要除去由于通過傳送路徑而發(fā)生的數(shù)據(jù)錯誤。因而，在本實(shí)施方式中，說明使用已知具有極高的特性的低密度奇偶性校驗(yàn)(LDPCLow-DensityParity-Check)代碼來進(jìn)行糾錯的量子密鑰分發(fā)。
圖1是表示本發(fā)明的量子加密系統(tǒng)(發(fā)送側(cè)以及接收側(cè)的通信裝置)的結(jié)構(gòu)圖。該量子加密系統(tǒng)由具備發(fā)送信息ma的功能的發(fā)送側(cè)通信裝置；具備接收在傳送路徑上受到噪音等的影響的信息ma、即信息mb的功能的接收側(cè)的通信裝置來構(gòu)成的。
另外，發(fā)送側(cè)的通信裝置具備經(jīng)由量子通信路徑發(fā)送信息ma，經(jīng)由公開通信路徑發(fā)送校驗(yàn)位SA，并根據(jù)這些發(fā)送信息生成加密密鑰(與接收側(cè)的共用密鑰)的加密密鑰生成部1；發(fā)送接收部22經(jīng)由公開通信路徑交換由加密部21根據(jù)加密密鑰實(shí)施了加密后得到的數(shù)據(jù)的通信部2，接收側(cè)的通信裝置具備經(jīng)由量子通信路徑接收信息mb，經(jīng)由公開通信路徑接收校驗(yàn)位SA，根據(jù)這些接收信息生成加密密鑰(和發(fā)送側(cè)的共用密鑰)的加密密鑰生成部3；發(fā)送接收部41經(jīng)由公開通信路徑交換由加密部42根據(jù)加密密鑰進(jìn)行加密后得到的數(shù)據(jù)的通信部4。
在上述發(fā)送側(cè)的通信裝置中，對接收側(cè)的通信裝置發(fā)送使用偏振光濾鏡在規(guī)定的方向上偏振后的光作為發(fā)送到量子通信路徑上的信息ma。另一方面，在接收側(cè)的通信裝置中，使用可以識別水平垂直方向(0°，90°)的偏振光的測量器和可以識別斜方向(45°，135°)的偏振光的測量器，識別在量子通信路徑上的、在水平方向(0°)上偏振的光、在垂直方向(90°)上偏振的光、在45°方向上偏振的光和在135°方向上偏振的光。進(jìn)而，各測量器可以正確識別在規(guī)定的方向上偏振的光，但例如如果用可以識別水平垂直方向(0°，90°)的偏振光的測量器測量在斜方向上偏振的光，則分別以50％的概率隨機(jī)識別在水平方向和垂直方向上偏振的光。即，當(dāng)使用了與能夠識別的偏振光方向不相對應(yīng)的測量器的情況下，即使解析其測量結(jié)果，也不能正確識別偏振后的方向。
以下，詳細(xì)說明在上述量子加密系統(tǒng)中的各通信裝置的動作，即，在本實(shí)施方式中的量子密鑰分發(fā)。圖2以及圖3是表示本實(shí)施方式的量子密鑰分發(fā)的概要的流程圖，詳細(xì)地說，圖2表示發(fā)送側(cè)的通信裝置的處理，圖3表示接收側(cè)的通信裝置的處理。
首先，在上述發(fā)送側(cè)的通信裝置以及接收側(cè)的通信裝置中，奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10、30求出特定的線性代碼的奇偶性校驗(yàn)矩陣H(n×k矩陣)，根據(jù)該奇偶性校驗(yàn)矩陣求出滿足“HG＝0”的生成矩陣G((n-k)×n矩陣)，進(jìn)而，求出成為G-1·G＝I(單位矩陣)的G的逆矩陣G-1(n×(n-k))(步驟S1，步驟S11)。在本實(shí)施方式中，說明使用了具有極其接近香農(nóng)極限這種優(yōu)異特性的LDPC代碼作為上述特定的線性代碼時的量子密鑰分發(fā)。而且，在本實(shí)施方式中，設(shè)定作為糾錯方式使用LDPC代碼，但并不限于此，例如也可以使用turbo(タ一ボ)代碼等其他線性代碼。另外，例如如果是用適當(dāng)?shù)木仃嘓和發(fā)送數(shù)據(jù)mA(信息ma的一部分)的積HmA表示以后說明的糾錯信息(校驗(yàn)位)的糾錯協(xié)議(例如，相當(dāng)于在以往技術(shù)中說明的“可以糾錯在傳送路徑上的數(shù)據(jù)錯誤的量子密鑰分發(fā)”的糾錯協(xié)議)，即，如果是確保糾錯信息和發(fā)送數(shù)據(jù)mA的線性的協(xié)議，則可以使用該矩陣H作為奇偶性校驗(yàn)矩陣。
在此，說明在上述奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中的LDPC代碼的構(gòu)成法，詳細(xì)地說是基于有限仿射幾何的“Irregular-LDPC代碼”的構(gòu)成法(圖2步驟S1的詳細(xì)內(nèi)容)。圖4是表示基于有限仿射幾何的“Irregular-LDPC代碼”的構(gòu)成法的流程圖。另外，對于奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部30，因?yàn)槭呛推媾夹孕ｒ?yàn)矩陣生成部10進(jìn)行相同動作，所以省略其說明。另外，本實(shí)施方式中的校驗(yàn)矩陣生成處理例如既可以設(shè)成根據(jù)設(shè)定的參數(shù)在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中執(zhí)行的結(jié)構(gòu)，也可以設(shè)成在通信裝置外部的其他控制裝置(計算機(jī)等)中執(zhí)行。當(dāng)本實(shí)施方式中的校驗(yàn)矩陣生成處理是在通信裝置外部執(zhí)行的情況下，已生成的校驗(yàn)矩陣被存儲在通信裝置中。在以后的實(shí)施方式中，說明在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中執(zhí)行上述處理的情況。
首先，在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中，選擇成為“Irregular-LDPC代碼”用校驗(yàn)矩陣的基礎(chǔ)的有限仿射幾何代碼AG(2，2S)(圖4，步驟S21)。在此，行的權(quán)重和列的權(quán)重分別為2S。圖5是表示例如有限仿射幾何代碼AG(2，22)的矩陣的圖(空白表示0)。
接著，在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中，確定列的權(quán)重的最大值r1(2＜r1≤2S)(步驟S22)。而后，確定編碼率rate(1個校驗(yàn)位長度/密鑰的長度)(步驟S22)。
接著，在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中，使用基于高斯近似法(Gaussian Approximation)的最優(yōu)化，暫時性的求出列的權(quán)重分配λ(γi)和行的權(quán)重分配ρu(步驟S23)。進(jìn)而，行的權(quán)重分配的生成函數(shù)ρ(x)設(shè)為ρ(x)＝ρuxu-1+(1-ρu)xu。另外，權(quán)重u是u≥2的整數(shù)，ρu表示行中的權(quán)重u的比例。
接著，在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中，選擇可以通過有限仿射幾何的行的劃分來構(gòu)成的、行的權(quán)重{u，u+1)，進(jìn)而求滿足(1)式的劃分系數(shù){bu，bu+1}(步驟S24)。而且，bu，bu+1設(shè)為是非負(fù)的整數(shù)。
bu，bu+1(u+1)＝2S…(1)具體地說，根據(jù)下式(2)求bu，根據(jù)上式(1)求bu+1。
接著，在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中，用式(3)求由上述已確定的參數(shù)u，u+1，bu，bu+1更新的行權(quán)重的比率ρu’，ρu+1’(步驟S25)。
接著，在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中，使用基于高斯近似法的最優(yōu)化，進(jìn)而將在以上求得的u，u+1，ρu’，ρu+1’作為固定參數(shù)，暫時性地求出列的權(quán)重分配λ(γi)(步驟S26)。而且，權(quán)重γi是γi≥2的整數(shù)，λ(γi)表示權(quán)重γi在列中的的比率。另外，從候補(bǔ)中刪除列數(shù)在1或者1以下的權(quán)重(λ(γi)≤γi/wt，i是正整數(shù))。但是，wt是表示包含在AG(2，2S)中的1的總數(shù)。
接著，選擇滿足在上述求得的權(quán)重分配，并且滿足下述式(4)的列的權(quán)重候補(bǔ)的組{γ1，γ2，…γl(γl≤2S)}(步驟S27)。而后，當(dāng)存在不滿足下述式(4)的列權(quán)重γi的情況下，從候補(bǔ)中刪除該列的權(quán)重。
a1,1a1,2···a1,la2,1a2,2···a2,l·········γ1γ2···γl2S2S···2S---(4)]]>而且，各a表示相對用于構(gòu)成列的權(quán)重2S的{γ1，γ2，…γl}成為非負(fù)的整數(shù)的系數(shù)，i，j是正整數(shù)，γi表示列的權(quán)重，γl表示列的最大權(quán)重。
接著，在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中，使用基于高斯近似法的最優(yōu)化，進(jìn)一步把在上述求得的u，u+1，ρu’，ρu+1’和{γ1，γ2，…γl}作為固定參數(shù)，求列的權(quán)重分配λ(γi)和行的權(quán)重分配ρu(步驟S28)。
接著，在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中，在進(jìn)行劃分處理前，調(diào)整列的權(quán)重分配λ(γi)和行的權(quán)重分配ρu(步驟S29)。進(jìn)而，調(diào)整后的各權(quán)重的分配設(shè)為盡可能與用高斯近似法已求得的值接近的值。圖6是表示在步驟S29中的最終的列權(quán)重分配λ(γi)和行權(quán)重分配ρu的圖。進(jìn)而，n(γi)表示權(quán)重單位的總列數(shù)，nu表示權(quán)重單位的總行數(shù)。
最后，在奇偶性校驗(yàn)矩陣生成部10中，對有限仿射幾何中的對行以及列進(jìn)行劃分(步驟S30)，生成n×k的奇偶性校驗(yàn)矩陣H。本發(fā)明中的對有限仿射幾何代理的劃分處理并不是有規(guī)則地劃分，而是從各行或者各列中隨機(jī)抽出“1”。而且，只要能夠保持隨機(jī)性，該抽出處理可以使用任何方法。
這樣，在本實(shí)施方式中，通過執(zhí)行基于上述有限仿射幾何的“Irregular-LDPC代碼”的構(gòu)成法(圖2，步驟S1)，能夠生成確定的且特性穩(wěn)定的“Irregular-LDPC代碼”用的校驗(yàn)矩陣H(n×k矩陣)。
如上所述，在生成了奇偶性校驗(yàn)矩陣H(n×k矩陣)、生成矩陣G、G-1(G-1·G＝I單位矩陣)后，接著，在發(fā)送側(cè)的通信裝置中，因?yàn)榻邮諅?cè)的通信裝置有可能不能正確估計發(fā)送數(shù)據(jù)mA(發(fā)送數(shù)據(jù)mA和后述的估計字mC不一致的情況下)，特別是因?yàn)榇嬖谝蚋`聽者的存在致使誤判定的發(fā)生概率增高的情況，所以為了極力減小這種誤判定概率，在循環(huán)冗余代碼生成部16中，生成用于錯誤檢測的循環(huán)冗余代碼CRC(Cyclic Redundancy check)(圖2，步驟S2)。在此，除了上述已生成的奇偶性校驗(yàn)矩陣H以外，還生成循環(huán)冗余代碼CRC(n×d矩陣)。
在此，說明在上述循環(huán)冗余代碼生成部16中的循環(huán)冗余代碼CRC(n×d矩陣)的構(gòu)成法(圖2步驟S2的詳細(xì)內(nèi)容)。
例如，在假設(shè)密鑰長度n為n＝7，設(shè)多項式表示GF(2)上的原始多項式gx時的最大次數(shù)d為d＝3，設(shè)3次的原始多項式gx為gx＝x3+x+1(向量表示 )的情況下(構(gòu)成n×d的CRC時)，CRC的檢查多項式xd-1H(x-1)可以如下述式(5)那樣表示。而且，多項式H(x)是H(x)＝(xn+1)/gx。
H(x)＝(xn+1)/gx。
＝(x7+1)/(x3+x+1)＝x4+x2+x+1(向量表示[10111])H(x-1)＝x-4+x-2+x-1+1
＝x4+x3+x2+1 (向量表示[11101])xd-1H(x-1)＝x2×(x4+x3+x2+1)＝x6+x5+x4+x2(向量表示[1110100])……(5)因而，循環(huán)冗余代碼CRC(n×d矩陣)對CRC的檢查多項式xd-1H(x-1)的向量表示[1110100]進(jìn)行成為了循環(huán)冗余移動(d＝3)的、圖7所示的n×d的矩陣。圖7是表示循環(huán)冗余代碼CRC(n×d矩陣)一個例子的圖。
如上所述，在生成循環(huán)冗余代碼CRC(n×k矩陣)后，接著，在發(fā)送側(cè)的通信裝置中，隨機(jī)數(shù)發(fā)生部11發(fā)生隨機(jī)數(shù)序列ma(1，0構(gòu)成的序列發(fā)送數(shù)據(jù))，進(jìn)而，隨機(jī)確定發(fā)送代碼(+與可以識別在水平垂直方向上偏振的光的測量器對應(yīng)的代碼，×與可以識別在斜方向上偏振的光的測量器對應(yīng)的代碼)(圖2，步驟S3)。另一方面，在接收側(cè)的裝置中，隨機(jī)數(shù)發(fā)生部31隨機(jī)確定接收代碼(+與可以識別在水平垂直方向上偏振的光的測量器對應(yīng)的代碼，×與可以識別在斜方向上偏振的光的測量器對應(yīng)的代碼)(圖3，步驟S12)。
接著，在發(fā)送側(cè)的通信裝置中，光子生成部12按通過組合上述隨機(jī)數(shù)序列ma和發(fā)送代碼而自動確定的偏振光方向來發(fā)送光子(步驟S4)。例如，將通過組合0和+而在水平方向上偏振的光、通過組合1和+而在垂直方向上偏振的光、通過組合0和×而在45°方向上偏振的光、通過組合1和×而在135°方向上偏振的光分別發(fā)送給量子通信路徑(發(fā)送信號)。
在收到光子生成部12的光信號的接收側(cè)通信裝置的光子接收部32中，測量量子通信路徑上的光(接收信號)。而后，得到通過組合接收代碼和接收信號而自動確定的接收數(shù)據(jù)mb(步驟S13)。在此，作為接收數(shù)據(jù)mb，分別通過組合在水平方向上偏振的光和+而得到0，通過組合在垂直方向上偏振的光和+而得到1，通過組合在45°方向上偏振的光和×而得到0，通過組合在135°方向上偏振的光和×而得到0。而且，接收數(shù)據(jù)mb當(dāng)作帶概率信息的硬判定值。
接著，在接收側(cè)通信裝置中，為了調(diào)查上述測量是否是在正確的測量器中進(jìn)行的，隨機(jī)數(shù)發(fā)生部31把接收代碼經(jīng)由公開通信路徑向發(fā)送側(cè)的通信裝置發(fā)送(步驟S13)。在收到接收代碼的發(fā)送側(cè)通信裝置中，調(diào)查上述測量是否是在正確的測量器中進(jìn)行的，并將其結(jié)果經(jīng)由公開通信路徑對接收側(cè)通信裝置發(fā)送(步驟S4)。而后，在接收側(cè)的通信裝置以及發(fā)送側(cè)的通信裝置中，只剩下與利用正確的測量器接收到的接收信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)，拋棄其他的數(shù)據(jù)(步驟S4，S13)。其后，把剩下的數(shù)據(jù)保存在存儲器等中，從其開頭開始按順序地讀出n位，并將它作為正式的發(fā)送數(shù)據(jù)mA和接收數(shù)據(jù)mB(mB是在傳送路徑上受到噪音等的影響的mA∶mB＝mA+e(噪音等))。即，在此，根據(jù)需要讀出接在后面的n位，生成發(fā)送數(shù)據(jù)mA和接收數(shù)據(jù)mB。在本實(shí)施方式中，剩下的數(shù)據(jù)的位的位置可以在發(fā)送側(cè)通信裝置和接收側(cè)通信裝置之間共用。而且，mB和上述mb一樣，是帶概率信息的硬判定值。
接著，在發(fā)送側(cè)的通信裝置中，校驗(yàn)位生成部14結(jié)合奇偶性校驗(yàn)矩陣H(n×k矩陣)和循環(huán)冗余代碼CRC(n×d矩陣)，使用結(jié)合后的矩陣和發(fā)送數(shù)據(jù)mA計算mA的校驗(yàn)位SA＝H×mA以及循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位SC＝CRC×mA，并把其結(jié)果經(jīng)由公開通信路徑通信部13、公開通信路徑通知給接收側(cè)通信裝置(步驟S5)。圖8是表示mA的校驗(yàn)位SA以及循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位SC的生成方法的概要結(jié)構(gòu)圖。在該階段中，mA的校驗(yàn)位SA(k位信息)以及循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位SC(d位信息)有可能被竊聽者知道。另一方面，在接收側(cè)的通信裝置中，在公開通信路徑通信部34中接收mA的校驗(yàn)位SA以及循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位SC，并把它通知給校驗(yàn)位譯碼部33(步驟S14)。
接著，在校驗(yàn)位譯碼部33中，使用本實(shí)施方式的校驗(yàn)位譯碼法，估計原發(fā)送數(shù)據(jù)mA(步驟S15)。詳細(xì)地說，通過訂正由雜音等引起的帶概率信息的硬判定值mB中的錯誤而生成估計后的mC，如果在估計后的mC中沒有錯誤，則把它判定為原發(fā)送數(shù)據(jù)mA。在此根據(jù)帶概率信息的硬判定值mB來估計滿足“SA＝HmC”的mC，如果在估計結(jié)果mC中沒有錯誤，則把它作為共用信息mA。以下，詳細(xì)說明本實(shí)施方式的校驗(yàn)位譯碼法。
圖9是表示本實(shí)施方式的校驗(yàn)位譯碼法的流程圖。進(jìn)而，如上所述，當(dāng)設(shè)想了2維的n(列)×k(行)的校驗(yàn)矩陣H的情況下，將第i列(1≤i≤n)第j行(1≤j≤k)的要素表示為Hij。另外，將接收數(shù)據(jù)mB設(shè)為mB＝(mB1，mB2，…，mBn)，將估計字(硬判定值)mC設(shè)為mC＝(mC1，mC2，…，mCn)。另外，把mA的校驗(yàn)位SA設(shè)置成SA＝(SA1，SA2，…，SAk)，另外作為通信路徑假想成是以帶條件概率P(mB|mC＝mA)所記述的無存儲通信路徑。
首先，在校驗(yàn)位譯碼部33中，作為初始設(shè)定，將滿足Hij＝1的全部的列和行的組合(i，j)的先驗(yàn)值設(shè)為qij(0)＝1/2，qij(1)＝1/2。qij(0)表示Hij是“0”的概率，qij(1)表示Hij是“1”的概率。而后，將表示譯碼的反復(fù)次數(shù)的計數(shù)值設(shè)為l＝1(疊代1次)，進(jìn)而，設(shè)定最大反復(fù)次數(shù)lmax(步驟S31)。
接著，在校驗(yàn)位譯碼部33中，按照j＝1，2，…，k的順序，對滿足Hij＝1的全部列和行的組合(i，j)更新外部值rij(0)和rij(1)(步驟S32)。在本實(shí)施方式中，例如，當(dāng)?shù)趈(1≤j≤k)個校驗(yàn)位SAj是“0”的情況下，使用更新式(6)、更新式(7)更新外部值rij(0)和rij(1)。
rir(0)＝K×∑(∏qi′j(mCi′)P(mBi′|mCi′))MCi′∈0，1∑MCi′＝0i′∈A(i)\j…(6)rir(1)＝K×∑(∏qi′j(mCi′)P(mBi′|mCi′))MCi′∈0，1∑MCi′＝1i′∈A(i)\j…(7)另一方面，當(dāng)?shù)趈(1≤j≤k)個的校驗(yàn)位SAj是“1”的情況下，使用更新式(8)、更新式(9)更新外部值rij(0)和rij(1)。
rir(0)＝K×∑(∏qi′j(mCi′)P(mBi′|mCi′))MCi′∈0，1∑MCi′＝1i′∈B(j)\i…(8)rir(1)＝K×∑(∏qi′j(mCi′)P(mBi′|mCi′))MCi′∈0，1∑MCi′＝0i′∈B(j)\i…(9)而且，上述K設(shè)為是為了“rij(0)+rij(1)＝1”成立所規(guī)定的值(用于標(biāo)準(zhǔn)化的值)。另外，上述P(mB|mC)表示帶條件概率，即，表示估計字mC是“0”或者“1”時的接收數(shù)據(jù)mB的概率。另外，上述部分集合A(i)表示在校驗(yàn)矩陣H的第i列中“1”成立的行索引的集合，部分集合B(j)表示在校驗(yàn)矩陣H的第j行中“1”成立的列索引的集合。
如果具體記述上述更新處理，則例如在滿足SAj＝0，j＝1，并且Hil＝1的全部列和行的組合是(i，1)＝(3，1)(4，1)(5，1)的情況下，應(yīng)用式(6)，式(7)，并如式(10)、式(11)那樣更新外部值r31(0)，r31(1)。即，使用H31以外的H41、H51，更新外部值r31(0)、r31(1)。在此，分別求校驗(yàn)矩陣H的第3列第1行是“0”的概率和是“1”的概率。
r31(0)＝K×{q41(mC4＝0)P(mB4|mC4＝0)×q51(mC5＝0)P(mB5|mC5＝0)+q41(mC4＝1)P(mB4|mC4＝1)×q51(mC5＝1)P(mB5|mC5＝1)} …(10)r31(1)＝K×{q41(mC4＝1)P(mB4|mC4＝1)×q51(mC5＝0)P(mB5|mC5＝0)
+q41(mC4＝0)P(mB4|mC4＝0)×q51(mC5＝1)P(mB5|mC5＝1)}…(11)接著，在校驗(yàn)位譯碼部33中，按照i＝1，2，…，n的順序，對滿足Hij＝1的全部列和行的組合(i，j)更新先驗(yàn)值qij(0)和qij(1)(步驟S33)。該更新處理可以用式(12)、(13)表示。
qij(0)＝K′×∏rij′(0)j′＝A(i)\j…(12)qij(1)＝K′×∏rij′(1)j′＝A(i)\j…(13)而且，上述K’設(shè)為是為了“qij(0)+qij(1)＝1”成立所規(guī)定的值(用于標(biāo)準(zhǔn)化的值)。
如果具體記述上述更新處理，則例如在滿足i＝3，并且Hij＝1的全部列和行的組合是(3，j)＝(3，1)(3，2)(3，3)的情況下，應(yīng)用式(12)，式(13)，如式(14)、式(15)那樣更新先驗(yàn)值q31(0)，q31(1)。即，使用H31以外的H32、H33來更新先驗(yàn)值q31(0)、q31(1)。
q31(0)＝K’×{r32(0)×r33(0)} …(14)q31(1)＝K’×{r32(1)×r33(1)} …(15)接著，在校驗(yàn)位譯碼部33中，求后驗(yàn)概率(帶條件概率×先驗(yàn)值)Qi(0)、Qi(1)，根據(jù)該事后概率求臨時估計字mC’＝(mC1’，mC2’，…，mCn’)(步驟S34)。即，根據(jù)式(16)、式(17)的計算結(jié)果，得到在式(18)中的臨時估計字。在此，在每1次疊代時進(jìn)行判定處理。
Qi(0)＝K″×P(mBi|mCi＝0)∏rij′(0)j′∈A(i)…(16)Qi(1)＝K″×P(mBi|mCi＝1)∏rij′(1)j′∈A(i)…(17)mCi′=0:ifQi(0)≥Qi(1)1:ifQi(0)<Qi(1)---(18)]]>而且，上述K”設(shè)為是為了“Qi(0)+Qi(1)＝1”成立所規(guī)定的值(用于標(biāo)準(zhǔn)化的值)。另外，帶條件概率P(mB|mC＝0)是如式(19)、式(20)那樣被定義，p表示位錯誤率。
P(mBi′|mCi′=0)=1-p(mBi′=0)p(mBi′=1)---(19)]]>P(mBi′|mCi′=1)=p(mBi′=0)1-p(mBi′=1)---(20)]]>接著，在校驗(yàn)位譯碼部33中，檢查臨時估計字mC’是否可以說是發(fā)送數(shù)據(jù)mA(步驟S35)。在此，例如，如果mC’＝(mC1’，mC2’，…，mCn’)滿足“mC’×HT＝SA”這一條件(步驟S36，Yes)，則把該mC’作為估計字mC＝(mC1，mC2，…，mCn)輸出。
另一方面，在不滿足上述條件的情況下，并且在1＜lmax的情況下(步驟S36，No)，增加計數(shù)值l，使用上述已更新的值再次執(zhí)行步驟S32的處理。以后，直至滿足上述條件為止前(在1＜lmax的范圍中)，使用被更新的值重復(fù)執(zhí)行步驟S32～S36的處理。
接著，在校驗(yàn)位譯碼部33中，對上述估計字mC＝(mC1，mC2，…，mCn)和接收數(shù)據(jù)mB＝(mB1，mB2，…，mBn)進(jìn)行比較(EXOR)，輸出錯誤向量(相當(dāng)于接收數(shù)據(jù)mB＝mA+e(雜音等)中的e)(步驟S37)。
接著，在校驗(yàn)位譯碼部33中，由于以存在許多個滿足“H×mC＝SA”的評估后的mC(固定了H和SA時的mC的平均信息量變成2n-k個)為原因而發(fā)生誤判定，從而有可能不能正確估計發(fā)送數(shù)據(jù)mA(發(fā)生數(shù)據(jù)mA和上述判定為正確的估計字mC不一致的情況下)，所以進(jìn)行上述估計字mC的錯誤檢測(步驟S38)。在此，對在上述步驟S14中接收到的循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位SC＝CRC×mA和式(21)所示的估計循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位SC’進(jìn)行比較，如果是SC＝SC’，則判斷為在估計字mC中沒有錯誤，把上述估計字mC＝(mC1，mC2，…，mCn)作為原發(fā)生數(shù)據(jù)mA＝(mA1，mA2，…，mAn)進(jìn)行輸出，并結(jié)束圖9所示的算法。另一方面，如果SC≠SC’，則判斷為在評估字mC中有錯誤，拋棄該評估字mC。
SC’＝rem(mC/gx) ……(21)其中，上述rem表示GF(2)上的除法mC/gx的余數(shù)。
這樣，在上述本實(shí)施方式的量子密鑰分發(fā)中采用的校驗(yàn)位譯碼法中，排除在以往技術(shù)中記述的在糾錯中發(fā)生的“用于特定錯誤位的龐大次數(shù)的奇偶性交換(二分檢索)”，使用具有極高特性(糾錯能力)的LDPC代碼用的奇偶性校驗(yàn)矩陣進(jìn)行糾錯。由此，可以短時間訂正在傳送路徑上的數(shù)據(jù)錯誤，并能夠生成保證了高度安全性的公用密鑰。
另外，在本實(shí)施方式中，對發(fā)送側(cè)的通信裝置生成的循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位SC和根據(jù)估計字mC生成的估計循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位SC’進(jìn)行比較，對估計字mC進(jìn)行錯誤檢測。由此，能夠大幅度降低根據(jù)接收數(shù)據(jù)mB判定的估計字mC的誤判定概率。即，能夠高精度地估計原發(fā)送數(shù)據(jù)mA。
進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，把接收數(shù)據(jù)mB以及mb作為帶概率信息的硬判定值，但并不限于此，例如，也可以設(shè)置成軟判定值。
在如上所述估計了發(fā)送數(shù)據(jù)mA后，最后，在接收側(cè)的通信裝置中，共用密鑰生成部35根據(jù)已公開的糾錯信息(有可能被竊聽的上述k位的信息SA)拋棄共用信息(mA)的一部分，生成具備n-k位的信息量的加密密鑰r(圖3，步驟S16)。即，在共用密鑰生成部35中，使用在先計算的G-1(n×(n-k))，通過下式(22)生成加密密鑰r。接收側(cè)的通信裝置把該加密密鑰r作為和發(fā)送側(cè)的通信裝置共用密鑰。
r＝G-1mA……(22)另一方面，在發(fā)送側(cè)的通信裝置中，也是共用密鑰生成部15根據(jù)已公開的糾錯信息(有可能被竊聽的上述k位的信息SA)拋棄共用信息(mA)的一部分，生成具備有n-k位的信息量的加密密鑰r(圖2，步驟S6)。即，在共用密鑰生成部15中，使用在先計算出的G-1(n×(n-k))，通過上述式(22)生成加密密鑰r(步驟S6)。發(fā)送側(cè)的通信裝置把該加密密鑰r作為和接收側(cè)的通信裝置共用密鑰。
而且，在本實(shí)施方式中，可以進(jìn)一步設(shè)置成使用正則隨機(jī)矩陣R排列替換上述共用密鑰的結(jié)構(gòu)。由此，能夠增強(qiáng)隱秘性。具體地說，首先，發(fā)送側(cè)的通信裝置生成正則隨機(jī)矩陣R((n-k)×(n-k))，進(jìn)而，把該R經(jīng)由公開通信路徑通知給接收側(cè)的通信裝置。但是，該處理也可以在接收側(cè)的通信裝置中進(jìn)行。其后，發(fā)送側(cè)以及接收側(cè)的通信裝置使用在先計算出的G-1(n×(n-k))和隨機(jī)矩陣R，通過下述式(23)生成加密密鑰r。
r＝RG-1mA…(23)以上，在本實(shí)施方式中可以設(shè)定成使用確定的且特性穩(wěn)定的“Irregular-LDPC代碼”用的奇偶性校驗(yàn)矩陣，訂正共用信息的數(shù)據(jù)錯誤，進(jìn)而，使用循環(huán)冗余代碼CRC進(jìn)行共用信息(估計字)的錯誤檢測，其后，根據(jù)已公開的糾錯信息拋棄共用信息的一部分的結(jié)構(gòu)。由此，由于可不進(jìn)行用于確定/訂正錯誤位的龐大次數(shù)的奇偶性交換，而只發(fā)送糾錯信息就可以進(jìn)行糾錯控制，所以能夠大幅度縮短糾錯處理所需要的時間。
另外，在本實(shí)施方式中，使用發(fā)送側(cè)的通信裝置生成的錯誤檢測信息，接收側(cè)的通信裝置進(jìn)行估計字的錯誤檢測。由此，能夠大幅度降低估計字的誤判定概率，可高精度地估計原發(fā)送數(shù)據(jù)。
另外，在本實(shí)施方式中，因?yàn)楦鶕?jù)已公開地信息拋棄共用信息的一部分，所以能夠生成保證高度安全性的公用密鑰。
而且，在本實(shí)施方式中，是根據(jù)滿足HG＝0的生成矩陣G((n-k)×n)生成成為G-1·G＝I(單位矩陣)的逆矩陣G-1(n×n-k)，使用該逆矩陣G-1拋棄共用信息(n)的一部分(k)，生成具備n-k位的信息量的加密密鑰r，但并不限于此，也可以拋棄共用信息(n)的一部分，生成具備m(m≤n-k)位的信息量的加密密鑰r。具體地說，設(shè)想把n維向量映射在m維向量上的映射F(·)。F(·)為了保證共用密鑰的安全性，需要滿足“對于任意的m維向量v，在映射F和生成矩陣G的合成映射F·G中的逆像(F·G)-1(v)的原個數(shù)不隨v變化而變化，而是固定的(2n-k-m)個”這樣的條件。此時，共用密鑰r變?yōu)閞＝F(mA)。
另外，在本實(shí)施方式中也可以設(shè)為在步驟S6、S16的處理中，不使用生成矩陣G-1，而使用奇偶性校驗(yàn)矩陣H的特性拋棄共用信息的一部分的結(jié)構(gòu)。具體地說，首先，共用密鑰信息生成部15、35對在上述步驟S1、S11中生成的奇偶性校驗(yàn)矩陣H的列進(jìn)行隨機(jī)置換。而后，經(jīng)由公開通信路徑交換與在通信裝置之間拋棄的位有關(guān)的信息。例如，從原來的有限仿射幾何AG(2，2S)的第1列中選擇特定的“1”，經(jīng)由公開通信路徑交換其位置。其后，共用密鑰生成部15、35根據(jù)上述置換后的奇偶性校驗(yàn)矩陣特定與上述“1”對應(yīng)的劃分后的位置，以及與循環(huán)冗余移動后的各列中的上述“1”對應(yīng)的劃分后的位置，拋棄與該特定的位置對應(yīng)的共用信息mA內(nèi)的位，把剩下的數(shù)據(jù)作為加密密鑰r。由此，能夠刪除復(fù)雜的生成矩陣G、G-1的計算處理。
工業(yè)上可利用性如上所述，本發(fā)明的量子密鑰分發(fā)方法以及通信裝置作為生成保證了高度安全性的共用密鑰的技術(shù)是有用的，特別適用于有可能存在竊聽者的傳送路徑上的通信。
權(quán)利要求
1.一種量子密鑰分發(fā)方法，是在用以規(guī)定的量子狀態(tài)向量子通信路徑上發(fā)送成為加密密鑰的源的隨機(jī)數(shù)序列的發(fā)送側(cè)的通信裝置和測量該量子通信路徑上的光子的接收側(cè)的通信裝置構(gòu)成的量子加密系統(tǒng)中的量子密鑰分發(fā)方法，其特征在于，包含校驗(yàn)矩陣生成步驟，各通信裝置生成同一奇偶性校驗(yàn)矩陣(要素是“0”或者“1”的矩陣)；循環(huán)冗余代碼生成步驟，上述發(fā)送側(cè)的通信裝置生成用于錯誤檢測的循環(huán)冗余代碼(CRCCyclic Redundancy check)；發(fā)送接收步驟，上述接收側(cè)的通信裝置保持作為用可以正確識別光方向的測量器測量的結(jié)果得到的帶概率信息的接收數(shù)據(jù)，上述發(fā)送側(cè)的通信裝置保持與上述接收數(shù)據(jù)對應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)(隨機(jī)數(shù)序列的一部分)；信息通知步驟，上述發(fā)送側(cè)的通信裝置把根據(jù)上述奇偶性校驗(yàn)矩陣以及上述發(fā)送數(shù)據(jù)生成的糾錯信息，和根據(jù)上述循環(huán)冗余代碼以及上述發(fā)送數(shù)據(jù)生成的錯誤檢測信息，經(jīng)由公開通信路徑通知給上述接收側(cè)的通信裝置；發(fā)送數(shù)據(jù)估計步驟，上述接收側(cè)的通信裝置根據(jù)上述奇偶性校驗(yàn)矩陣、上述帶概率信息的接收數(shù)據(jù)、上述糾錯信息和上述錯誤檢測信息，估計上述發(fā)送數(shù)據(jù)；加密密鑰生成步驟，上述各通信裝置根據(jù)已公開的信息量拋棄發(fā)送數(shù)據(jù)的一部分，用剩下的信息生成加密密鑰。
2.如權(quán)利要求1所述的量子密鑰分發(fā)方法，其特征在于，在上述發(fā)送數(shù)據(jù)估計步驟中包含初始設(shè)定步驟，作為初始設(shè)定進(jìn)行與上述奇偶性校驗(yàn)矩陣內(nèi)的要素“1”對應(yīng)的先驗(yàn)值的設(shè)定；外部值更新步驟，根據(jù)上述糾錯信息，以行為單位執(zhí)行更新處理，該更新處理是使用與同一行中的其他要素“1”對應(yīng)的先驗(yàn)值以及上述概率信息，對與上述奇偶性校驗(yàn)矩陣內(nèi)的要素“1”對應(yīng)的外部值進(jìn)行更新；先驗(yàn)值更新步驟，以列為單位執(zhí)行更新處理，該更新處理是使用與在同一列中的其他要素“1”對應(yīng)的上述更新后的外部值，對與上述奇偶性校驗(yàn)矩陣內(nèi)的要素“1”對應(yīng)的先驗(yàn)值進(jìn)行更新；臨時估計步驟，根據(jù)上述概率信息以及上述更新后的先驗(yàn)值計算后驗(yàn)概率，從該后驗(yàn)概率中求臨時估計字(硬判定)；發(fā)送數(shù)據(jù)估計步驟，當(dāng)上述臨時估計字滿足在和上述奇偶性校驗(yàn)矩陣之間確立的規(guī)定條件的情況下，使用上述錯誤檢測信息進(jìn)行該臨時估計字的錯誤檢測，如果沒有錯誤則判定為該臨時估計字是原發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)未滿足上述規(guī)定條件的情況下，在滿足該條件之前使用上述更新后的值，重復(fù)執(zhí)行上述外部值更新步驟、上述先驗(yàn)值更新步驟以及上述臨時估計步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的量子密鑰分發(fā)方法，其特征在于在上述發(fā)送數(shù)據(jù)估計步驟中，對上述錯誤檢測信息，和使用上述臨時估計字生成的估計錯誤檢測信息進(jìn)行比較，如果一致則判斷為在上述臨時估計字中沒有錯誤，如果不一致則判斷為在上述臨時估計字中有錯誤。
4.一種通信裝置，是構(gòu)成通過量子密鑰分發(fā)在裝置之間共用加密密鑰的量子加密系統(tǒng)，并且以規(guī)定的量子狀態(tài)把成為加密密鑰的源的隨機(jī)數(shù)序列發(fā)送到量子通信路徑上的通信裝置，其特征在于，具備奇偶性校驗(yàn)矩陣生成單元，生成和共用加密密鑰的相對側(cè)裝置相同的奇偶性校驗(yàn)矩陣；循環(huán)冗余代碼生成單元，生成用于錯誤檢測的循環(huán)冗余代碼(CRCCyclic Redundancy check)；信息通知單元，把糾錯信息和錯誤檢測信息經(jīng)由公開通信路徑通知給上述相對側(cè)裝置，其中的糾錯信息是根據(jù)作為用可以正確識別光方向的測量器測量的結(jié)果得到的與相對側(cè)裝置的接收數(shù)據(jù)對應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)(隨機(jī)數(shù)序列的一部分)以及上述奇偶性校驗(yàn)矩陣而生成的，其中的錯誤檢測信息是根據(jù)上述發(fā)送數(shù)據(jù)以及上述循環(huán)冗余代碼生成的；加密密鑰生成單元，根據(jù)已公開的信息量廢棄上述發(fā)送數(shù)據(jù)的一部分，用剩下的信息生成加密密鑰。
5.一種通信裝置，是構(gòu)成通過量子密鑰分發(fā)在裝置之間共用加密密鑰的量子加密系統(tǒng)，并且測量量子通信路徑上的光子(成為加密密鑰的源的隨機(jī)數(shù)序列)的裝置，其特征在于，具備奇偶性校驗(yàn)矩陣生成單元，生成和共用加密密鑰的相對側(cè)裝置相同的奇偶性校驗(yàn)矩陣(要素是“0”或者“1”的矩陣)；循環(huán)冗余代碼生成步驟，生成用于錯誤檢測的循環(huán)冗余代碼(CRCCyclic Redundancy check)；發(fā)送數(shù)據(jù)估計單元，根據(jù)上述奇偶性校驗(yàn)矩陣、用可以正確測量光方向的測量器測量得到的帶概率信息的接收數(shù)據(jù)、從相對側(cè)裝置經(jīng)由公開通信路徑接收到的糾錯信息以及錯誤檢測信息，估計原發(fā)送數(shù)據(jù)；加密密鑰生成單元，根據(jù)已公開的信息量廢棄上述發(fā)送數(shù)據(jù)的一部分，用剩下的信息生成加密密鑰。
6.如權(quán)利要求5所述的通信裝置，其特征在于上述發(fā)送數(shù)據(jù)估計單元，作為初始設(shè)定進(jìn)行與上述奇偶性校驗(yàn)矩陣內(nèi)的要素“1”對應(yīng)的先驗(yàn)值的設(shè)定，接著，根據(jù)上述糾錯信息，以行為單位執(zhí)行更新處理，該更新處理使用與同一行中的其他要素“1”對應(yīng)的先驗(yàn)值以及上述概率信息，對與上述奇偶性校驗(yàn)矩陣內(nèi)的要素“1”對應(yīng)的外部值進(jìn)行更新；接著，以列為單位執(zhí)行更新處理，該處理使用與同一列中的其他要素“1”對應(yīng)的上述更新后的外部值，對與上述奇偶性校驗(yàn)矩陣內(nèi)的要素“1”對應(yīng)的先驗(yàn)值進(jìn)行更新，接著，根據(jù)上述概率信息以及上述更新后的先驗(yàn)值計算后驗(yàn)概率，從該后驗(yàn)概率中判定臨時估計字，接著，當(dāng)上述臨時估計字滿足在和上述奇偶性校驗(yàn)矩陣之間確立的規(guī)定條件的情況下，使用上述錯誤檢測信息進(jìn)行該臨時估計字的錯誤檢測，如果沒有錯誤則把該臨時估計字判定為原發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)不滿足上述規(guī)定的條件的情況下，在滿足該條件之前使用上述更新后的值，重復(fù)執(zhí)行上述以行為單位的處理、上述以列為單位的處理以及上述臨時估計字判定處理。
7.如權(quán)利要求6所述的通信裝置，其特征在于上述發(fā)送數(shù)據(jù)估計單元對上述錯誤檢測信息和使用上述臨時估計字生成的估計錯誤檢測信息進(jìn)行比較，如果一致則判斷為在臨時估計字中沒有錯誤，如果不一致，則判斷為在上述臨時估計字中有錯誤。
全文摘要
在本發(fā)明的量子密鑰分發(fā)方法中，接收側(cè)的通信裝置用具有極高糾錯能力的LDPC代碼用的奇偶性校驗(yàn)矩陣進(jìn)行糾錯。另外，在本發(fā)明的量子密鑰分發(fā)方法中，對發(fā)送側(cè)的通信裝置生成的循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位，和根據(jù)糾錯后的估計字生成的估計循環(huán)冗余代碼校驗(yàn)位進(jìn)行比較，對上述估計字進(jìn)行錯誤檢測。
文檔編號H03M13/19GK1914851SQ20048004152
公開日2007年2月14日 申請日期2004年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日
發(fā)明者松本涉 申請人:三菱電機(jī)株式會社