一種量子密鑰分發(fā)后處理中對誤碼進行級聯(lián)糾錯的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及量子密鑰糾錯領(lǐng)域，尤其涉及一種量子密鑰分發(fā)后處理中對誤碼進行級聯(lián)糾錯的方法，對密鑰塊進行多輪糾錯，當一輪糾錯結(jié)束后，找到本輪被糾正的誤碼的位置，再通過歷史記錄信息，找到誤碼在隨機重排前的位置，此時，產(chǎn)生了新的有奇數(shù)個錯誤的塊，對這些新定位出有誤碼的塊再次進行二分查錯；不斷回溯糾錯，當發(fā)送端和接收端在記錄中全部輪數(shù)的所有的塊下的奇偶校驗都一致時停止，這時進入下一輪的糾錯。在進行糾錯的過程中通過回溯查找，進行伴隨錯誤的糾錯，利用歷史信息，充分挖掘通信雙方的交互信息，在一輪糾錯中完成傳統(tǒng)協(xié)議多輪才能完成的效果，大大提高了糾錯效率。
【專利說明】
一種量子密鑰分發(fā)后處理中對誤碼進行級聯(lián)糾錯的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及量子密鑰糾錯領(lǐng)域，尤其涉及一種量子密鑰分發(fā)后處理中對誤碼進行 級聯(lián)糾錯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 量子密碼學，又稱量子密鑰分發(fā)，英文簡稱QKD，是利用量子力學特性來保證通信 安全性。它使通信的雙方能夠產(chǎn)生并分享一個隨機的，安全的密鑰，來加密和解密信息。
[0003] 量子密碼的一個最重要性質(zhì)是，如果有第三方試圖竊聽密碼，則通信的雙方便會 察覺。這種性質(zhì)基于量子力學的基本原理：任何對量子系統(tǒng)的測量都會對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。 第三方試圖竊聽密碼，必須用某種方式測量它，而這些測量就會帶來可察覺的異常。通過量 子疊加態(tài)或量子糾纏態(tài)來傳輸信息，通信系統(tǒng)便可以檢測是否存在竊聽。當竊聽低于一定 標準，一個有安全保障的密鑰就可以產(chǎn)生了。
[0004] 量子密碼只用于產(chǎn)生和分發(fā)密鑰，并沒有傳輸任何實質(zhì)的信息。密鑰可通過某些 加密算法來加密信息，加密過的信息可以在標準信道中傳輸。
[0005] 在量子密鑰分發(fā)中，通常定義通信雙方的發(fā)送端為Alice，接收端為Bob，竊聽者 為eve。密鑰就是通信雙方持有的一段隨機串。它被發(fā)送用來加密一些機密的文件，得到密 文，通過信道傳輸給接收方，接收方再使用密鑰進行解密，得到機密文件。
[0006] 如圖1所示，由于接收端從與其對接的量子密鑰分發(fā)物理端獲取的密鑰與發(fā)送 端從其量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)物理端獲取的密鑰有可能存在不一致的位，其量子密鑰分發(fā)物理 端可以通過軟件模擬方式實現(xiàn)，所以發(fā)送端和接收端分別通過量子密鑰分發(fā)后處理將各自 物理端生成的不一致的密鑰轉(zhuǎn)化為最終應用的相同的密鑰。發(fā)送端和接收端的量子密鑰分 發(fā)后處理分別包含基比對、誤碼糾錯和私鑰放大三個部分；在發(fā)送端和接收端進行了基比 對之后，各自保有一段密鑰。但是因為信道噪聲和存在竊聽者的原因，通信雙方的密鑰存在 一定的誤碼。這時候就需要對誤碼進行糾錯，在保證通信雙方的密鑰一致的基本前提下盡 可能少地暴露密鑰。
[0007] Alice和Bob的密鑰對應位存在不同，這些位就稱為誤碼，如下表所示，框中的位 就是誤碼：
[0008]
[0009] 這里定義：誤碼率=出現(xiàn)錯誤的位/總位數(shù)，誤碼率越高，糾錯系統(tǒng)糾錯的代價就 越大。由于加密的需求，最終要保證Alice個Bob的密鑰完全一致，這就是糾錯模塊的任務 和功能。
[0010] 糾錯是很關(guān)鍵的一個部分，這是因為：
[0011] 1，如果Alice和Bob的密鑰不一致，那么加密和解密的過程就會出錯，通信就無法 進行；
[0012] 2,在使用密鑰進行加密時，由于通信使用的是"一次一密"的技術(shù)，對密鑰的消耗 很大，因此如果密鑰的長度較短，則需要經(jīng)常重新生成密鑰，對系統(tǒng)來說是災難性的。因此 對量子密鑰分發(fā)后處理中的誤碼糾錯提出三個原則：
[0013] -、保證糾錯結(jié)束后Alice和Bob的密鑰完全一致。這是保證通信的加密解密步 驟能夠成功的最基本要素。
[0014] 二、丟棄泄露位的操作。由于要對Alice和Bob的密鑰進行糾錯必須進行雙方的 通信，而這種通信也有可能會被竊聽者eve竊聽。通信中在信道中傳輸?shù)挠嘘P(guān)密鑰的信息 都可能泄露給竊聽者，這樣竊聽者可能根據(jù)竊聽到的信息偽裝成接收端或者發(fā)送端，這樣 系統(tǒng)的安全就無法保證。因此，出于安全性考慮，糾錯過程中，Alice傳給Bob的有關(guān)密鑰 的位信息都要被丟棄。具體的原則是，在信道中傳遞了多少位有關(guān)密鑰的信息，就丟棄多少 位密鑰。
[0015] 三、保留盡可能長的密鑰。在保證密鑰一致性和安全性的前提下，使得在糾錯結(jié)束 后，Alice和Bob持有的密鑰盡可能的長。由于在糾錯過程中會丟棄密鑰中的一些位，因此 在糾錯結(jié)束時Alice和Bob雙方的密鑰會比初始時少很多。而由于加密的要求，需要使得 Alice和Bob所持有的密鑰盡可能的長。
[0016] 評價糾錯性能的最重要指標是糾錯效率，它代表產(chǎn)生的密鑰在整個量子密鑰分發(fā) 系統(tǒng)能夠帶來的貢獻，保留越長的密鑰，系統(tǒng)的性能越好。如圖2所示，糾錯效率的定義如 下：糾錯效率=糾錯后剩余的密鑰長度/糾錯前密鑰長度。
[0017] Cascade是一種基于對分查錯協(xié)議的交互式糾錯協(xié)議，對分查錯協(xié)議（BBBSS)是 第一個應用于量子密鑰分發(fā)后處理的糾錯協(xié)議。對分協(xié)議主要原理是Alice和Bob不斷二 分當前的塊，通過傳輸奇偶校驗和來定位錯誤在前一半或后一半，不斷縮小查找范圍，最終 得到一位錯誤。這樣，在一個分塊中，如果錯誤為奇數(shù)個，則最終可以糾正一個錯誤，否則， 不能查找出錯誤。
[0018] 具體點說，當Alice和Bob對應某一塊中的密鑰含有奇數(shù)個錯誤時：Alice將塊內(nèi) 的密鑰平分成兩個子塊，計算其中一個子塊的奇偶校驗和發(fā)送給Bob，在我們的實現(xiàn)中，是 將前一個子塊的奇偶校驗和發(fā)給Bob ;
[0019] Bob以同樣的方式劃分自己的密鑰串，并將計算結(jié)果與Alice比較，確定密鑰串的 哪一個子塊中含有奇數(shù)個錯誤，我們的實現(xiàn)中，具體方法是這樣：Bob將塊內(nèi)密鑰平均分成 兩個子塊，計算前一個子塊中的奇偶校驗和，和傳過來的Alice的奇偶校驗和進行比較，如 果奇偶校驗和相同，則說明誤碼出現(xiàn)在后一個子塊中，否則誤碼出現(xiàn)在前一個子塊中；
[0020] 利用前兩步操作，可以將錯誤出現(xiàn)的范圍每次縮小一半。重復這一過程，直到確定 找到一個錯誤。對比其他協(xié)議，它在一輪中一定可以糾正一個誤碼，因此他的糾錯效率相對 較高。
[0021] 但傳統(tǒng)的Cascade協(xié)議在最關(guān)鍵最重要的指標 糾錯效率的表現(xiàn)并沒有理論上 計算的好。因為傳統(tǒng)協(xié)議只是進行簡單的二分定位，在糾錯過程中在信道內(nèi)傳遞了較多冗 余信息，暴露的密鑰過多，糾錯結(jié)束后所剩余的密鑰數(shù)量比較少。傳統(tǒng)協(xié)議沒有充分利用通 信雙方傳遞的信息，浪費了帶寬和信道傳輸?shù)男畔?，使得整個協(xié)議所達到的吞吐量并不高， 也就是糾錯效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 本發(fā)明的目的在于提供一種在量子密鑰分發(fā)后處理中對誤碼進行糾錯時提高糾 錯效率的糾錯方法。
[0023] 為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種量子密鑰分發(fā)后處理中對誤碼進行級聯(lián)糾 錯的方法，包括：
[0024] 發(fā)送端獲取第一原始密鑰和誤碼率估計值；
[0025] 接收端獲取第二原始密鑰和誤碼率估計值；
[0026] 發(fā)送端和接收端分別根據(jù)誤碼率估計值計算塊長，確定各自的調(diào)度方案，進行多 輪糾錯；
[0027] 其中，一輪糾錯過程包括如下步驟：
[0028] S1、發(fā)送端產(chǎn)生隨機種子并將隨機種子發(fā)給接收端，發(fā)送端和接收端根據(jù)隨機種 子對自身密鑰進行隨機重排；
[0029] S2、發(fā)送端和接收端根據(jù)調(diào)度方案中每一輪的密鑰分塊長度，將第一、二原始密鑰 進行分塊，并給第一、二原始密鑰的每個密鑰位按照相同順序編號；
[0030] S3、發(fā)送端和接收端記錄隨機重排前原始位置與重排后位置的對應關(guān)系；
[0031] S4、發(fā)送端和接收端對各自的每個密鑰塊求奇偶校驗和，并且發(fā)送端將自身每個 密鑰塊的奇偶校驗和發(fā)送給接收端；
[0032] S5、接收端將自身的每個密鑰塊奇偶校驗和與其密鑰塊編號相同的發(fā)送端自身的 密鑰塊奇偶校驗和進行異或運算，如果結(jié)果為1，則接收端的密鑰塊奇偶校驗和與其密鑰 塊編號相同的發(fā)送端的密鑰塊奇偶校驗和不同，其存在奇數(shù)個錯誤；
[0033] 將奇偶校驗和不同的密鑰塊編號發(fā)給發(fā)送端，其中，接收端和發(fā)送端分別將這些 奇偶校驗和不同的密鑰塊記作mismatch塊；
[0034] S6、發(fā)送端和接收端對各自所有mismatch塊進行對塊二分：
[0035] 若mismatch塊中發(fā)送端和接收端對應某一密鑰塊中的密鑰含有奇數(shù)個錯誤時， 將發(fā)送端和接收端的塊內(nèi)密鑰平分成兩個子塊，把前一個子塊的密鑰作為S4的輸入，運行 S4 ；
[0036] 若mismatch塊中發(fā)送端和接收端對應某一密鑰塊中的密鑰含有偶數(shù)個錯誤時， 不進行糾錯；
[0037] 若子塊中的密鑰長度為1，即定位到了誤碼出現(xiàn)的位置，將結(jié)果輸出到S7 ;
[0038] S7、根據(jù)S6得到的誤碼的準確位置信息，將接收端對應位的0或1值取反；
[0039] S8,回溯查錯；
[0040] 通過S5找到本輪被糾正的誤碼的位置，再通過S3記錄的歷史記錄信息，找到誤碼 在隨機重排前的位置，此時，產(chǎn)生了新的有奇數(shù)個錯誤的塊，在新的塊中的誤碼記作伴隨錯 誤；利用歷史記錄信息，對這些新定位出有誤碼的塊再次進行二分查錯；不斷回溯糾錯，當 發(fā)送端和接收端在記錄中全部輪數(shù)的所有的塊下的奇偶校驗都一致時停止，這時根據(jù)糾錯 的調(diào)度方案，進入下一輪的糾錯；
[0041] 其中，伴隨錯誤是指，在上一次的糾錯過程中，某一塊在發(fā)送端和接收端的奇偶校 驗和相等，而在下一次的糾錯過程中糾正了這個塊的一個誤碼，則該塊中一定存在另一個 誤碼，這個誤碼成為伴隨錯誤。
[0042] 進一步，步驟S6中，若mismatch塊中發(fā)送端和接收端對應某一密鑰塊中的密鑰 含有偶數(shù)個錯誤時，當mismatch塊是分塊之后第一次的奇偶校驗和，則不進行糾錯；當 mismatch塊不是分塊之后第一次的奇偶校驗和，即前一次二分之后的前一半子塊的奇偶校 驗結(jié)果，則對前一次二分之后的后一半子塊的密鑰進行二分。
[0043] 進一步，調(diào)度方案中，初始塊長為0. 8/e，之后每一輪的塊長為前一輪的塊長的5 倍；其中，e為誤碼率估計值。
[0044] 本發(fā)明基于對分查錯的交互式糾錯協(xié)議，采用變長密鑰塊塊長，即根據(jù)誤碼率的 不同采取不同的塊長，每次糾錯過程中的每一輪都采取不同的塊長；在進行糾錯的過程中 通過回溯查找，進行伴隨錯誤的糾錯，利用歷史信息，充分挖掘通信雙方的交互信息，在一 輪糾錯中完成傳統(tǒng)協(xié)議多輪才能完成的效果，大大提高了糾錯效率。
【附圖說明】
[0045] 圖1為量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中Alice/Bob的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0046] 圖2為糾錯效率的示意圖；
[0047] 圖3為Cascade協(xié)議實現(xiàn)時的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖；
[0048] 圖4為本發(fā)明一輪級聯(lián)糾錯的流程圖；
[0049] 圖5為本發(fā)明密鑰隨機重排的示意圖；
[0050] 圖6為本發(fā)明實施例中糾錯時的舉例圖；
[0051] 圖7為本發(fā)明實施例中回溯查錯時的舉例圖；
[0052] 圖8為本發(fā)明與傳統(tǒng)糾錯時效率的對比圖。
【具體實施方式】
[0053] Cascade協(xié)議在實現(xiàn)時的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示，Cascade, cpp是協(xié)議的主類， 它內(nèi)部有整個協(xié)議的實現(xiàn)過程，按照Cascade協(xié)議的執(zhí)行流程進行糾錯。它調(diào)用Data_ Interface, cpp的函數(shù)來在發(fā)送端Alice和接收端Bob建立連接；用CommuData. cpp的函 數(shù)來對Alice和Bob雙方的交互信息進行封裝和解封；調(diào)用CascadeRecord. cpp中提供的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法進行奇偶校驗和計算，分塊，定位誤碼位置，定位回溯查找伴隨錯誤時定位 字塊位置，記錄隨機重排的位置對應關(guān)系等；用Para, cpp中的函數(shù)得到協(xié)議輸入的誤碼率 和密鑰。
[0054] 通信雙方根據(jù)系統(tǒng)輸入的對誤碼率的估計，設置調(diào)度方案。本發(fā)明設計的具體方 案如下：初始塊長為〇. 8/e，e為誤碼率估計值，之后每一輪的塊長為前一輪的塊長的5倍。 例如初始估計誤碼率為5%，則初始塊長為16,第二輪的塊長為80,第三輪的塊長為400,以 此類推。這樣糾錯的調(diào)度方案是根據(jù)多次實驗得到的，可以取得最大的效率，并保證徹底糾 錯完成。
[0055] 糾錯按照先使用小塊長，再使用大塊長的原則。因為需要很多輪的糾錯，因此需要 在一開始就把每一輪的塊長確定下來。并且，由于通信雙方的誤碼率估計值是相同的，通信 雙方的調(diào)度方案也是相同的。Alice和Bob分別按照該調(diào)度方案，根據(jù)每一輪糾錯的塊長 大小進行糾錯。
[0056] 糾錯階段：糾錯要進行多輪，每一輪都按照下面的流程，只是分塊的長度不一樣。
[0057] 如圖4所示，是具體進行一輪Winnow糾錯時，密鑰糾錯的過程與數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。 縱向的箭頭指的是A1 ice和Bob內(nèi)部的密鑰的流向，是發(fā)送端和接收端內(nèi)部的算法；橫向的 箭頭指的是通信雙方交互的信息的流向。下面是一輪糾錯過程的詳細步驟，其包括：
[0058] S1、隨機重排：發(fā)送端產(chǎn)生隨機種子并將隨機種子發(fā)給接收端，發(fā)送端和接收端根 據(jù)隨機種子對自身密鑰進行隨機重排；
[0059] 隨機重排就是對Alice和Bob獲取的第一、二原始密鑰進行一次重新的排序，使得 誤碼盡可能隨機分布，使得糾錯的效率達到最優(yōu)。如圖5所示，這就是一次簡單的，交換位 數(shù)較少的隨機重排。隨機重排只是對密鑰中隨機的一些位進行交換，不會影響〇和1的總 數(shù)。并且通信雙方使用一個隨機種子，所以隨機重排后誤碼的個數(shù)也不發(fā)生改變。
[0060] 進行隨機重排的原因是，用cascade協(xié)議僅進行一輪糾錯是不夠的，因為一輪只 能糾正一個塊中的一個錯誤。進行隨機重排之后可以使得誤碼重新分布，就可以再利用 cascade協(xié)議進行糾錯了。
[0061] 具體的過程是，由Alice產(chǎn)生隨機種子，發(fā)送給Bob ;這樣雙方持有的是相同的隨 機種子。接著，Alice和Bob利用這個隨機種子對自身密鑰進行隨機重排。
[0062] S2、密鑰分塊：發(fā)送端和接收端根據(jù)調(diào)度方案中每一輪的密鑰分塊長度，將第一、 二原始密鑰進行分塊，并給第一、二原始密鑰的每個密鑰位按照相同順序編號；
[0063] S3、記錄：發(fā)送端和接收端記錄隨機重排前原始位置與重排后位置的對應關(guān)系；
[0064] 根據(jù)級聯(lián)的原理，記錄模塊需要記錄隨機重排前原始位置與重排后位置的對應關(guān) 系，也就是說，現(xiàn)在的每一個位置上的值，在隨機重排之前是出現(xiàn)在什么位置。另外，還需要 記錄分塊中每一個位置上的0、1值。
[0065] 例如：
[0066] 還是上面的例子，隨機重排后我們記錄下的對應位置就是
[0067]
[0068] 根據(jù)記錄，我們可以知道目前密鑰中的每一位，對應的是隨機重排之前的哪一位。 這是在后面的回溯查錯模塊中需要的信息。
[0069] S4、計算奇偶校驗和：發(fā)送端和接收端對各自的每個密鑰塊求奇偶校驗和，并且發(fā) 送端將自身每個密鑰塊的奇偶校驗和發(fā)送給接收端；求奇偶校驗和的方法如下：
[0070] 求奇偶校驗和的方法：將塊內(nèi)每一位相加，得到的結(jié)果是奇數(shù)記為1，偶數(shù)記為0。 等價于求塊內(nèi)的1的個數(shù)的奇偶性。
[0071] 求奇偶校驗和的目的：由于cascade協(xié)議只能糾正一個塊內(nèi)的單個錯誤，因此如 果通信雙方的奇偶校驗結(jié)果相同，說明該塊中存在偶數(shù)個錯誤，這樣就不需要在這一塊中 用二分的方法進行糾錯了。
[0072] S5、檢查每一塊是否存在奇數(shù)個錯誤：接收端將自身的每個密鑰塊奇偶校驗和與 其密鑰塊編號相同的發(fā)送端自身的密鑰塊奇偶校驗和進行異或運算，如果結(jié)果為1，則接收 端的密鑰塊奇偶校驗和與其密鑰塊編號相同的發(fā)送端的密鑰塊奇偶校驗和不同，其存在奇 數(shù)個錯誤；
[0073] 將奇偶校驗和不同的密鑰塊編號發(fā)給發(fā)送端，其中，接收端和發(fā)送端分別將這些 奇偶校驗和不同的密鑰塊記作mismatch塊；
[0074] S6、二分查找：發(fā)送端和接收端對各自所有mismatch塊進行對塊二分；
[0075] 若mismatch塊中發(fā)送端和接收端對應某一密鑰塊中的密鑰含有奇數(shù)個錯誤時， 將發(fā)送端和接收端的塊內(nèi)密鑰平分成兩個子塊，把前一個子塊的密鑰作為S4的輸入，運行 S4 ；
[0076] 若mismatch塊中發(fā)送端和接收端對應某一密鑰塊中的密鑰含有偶數(shù)個錯誤時， 不進行糾錯；進一步，當mismatch塊是分塊之后第一次的奇偶校驗和，則不進行糾錯；當 mismatch塊不是分塊之后第一次的奇偶校驗和，即前一次二分之后的前一半子塊的奇偶校 驗結(jié)果，則對前一次二分之后的后一半子塊的密鑰進行二分。
[0077] 不論上述哪種情況，若子塊中的密鑰長度為1，即定位到了誤碼出現(xiàn)的位置，將結(jié) 果輸出到S7 ;
[0078] S7、糾錯：根據(jù)S6得到的誤碼的準確位置信息，將接收端對應位的0或1值取反；
[0079] 下面是一個糾錯的例子：
[0080] 如圖6所示，顯示了 3個塊，Alice的3個塊的奇偶校驗和分別是l、0、l，Bob對應 的塊的奇偶校驗和是1、1、1。由此通信雙方可以判斷出來在第二個塊那里出現(xiàn)了奇數(shù)個 誤碼。這時Alice和Bob同時對第二塊密鑰進行二分，計算出前一分塊的奇偶校驗和，由 Alice把自己的奇偶校驗和傳給Bob，Bob進行比較，發(fā)現(xiàn)二者都為1，因此誤碼發(fā)生在后一 分塊中。于是Alice和Bob再將第二塊密鑰的后半部分再進行二分，計算出其中前一子塊 的奇偶校驗和，以此進行，直到定位到誤碼的準確位置為止。這樣就可以把存在奇數(shù)個誤碼 的塊中的一個誤碼糾正過來。
[0081] 當一輪糾錯結(jié)束后，進行S8,回溯查錯；
[0082] 伴隨錯誤是指，在上一次的糾錯過程中，某一塊在發(fā)送端和接收端的奇偶校驗和 相等，而在下一次的糾錯過程中糾正了這個塊的一個誤碼，則該塊中一定存在另一個誤碼， 這個誤碼成為伴隨錯誤。
[0083] 例如，我們假設在某一輪糾錯結(jié)束后，Alice和Bob的對應塊的內(nèi)容如下：
[0084]
[0085] 上表中，Alice和Bob的對應塊的奇偶校驗和都為1，即都有奇數(shù)個1，這時無法糾 正錯誤。但是一旦在下一輪中糾正了第3位上的錯誤，將這一塊的內(nèi)容變成：
[0086]
[0087] 這時這一塊就只有一個錯誤，Alice和Bob的奇偶校驗和便不一樣了，可以繼續(xù)進 行糾錯。
[0088] 通過S5找到本輪被糾正的誤碼的位置，再通過S3記錄的歷史記錄信息，找到誤碼 在隨機重排前的位置，此時，產(chǎn)生了新的有奇數(shù)個錯誤的塊，在新的塊中的誤碼記作伴隨錯 誤；這是因為，在每一輪糾錯完成后，所有的塊的奇偶校驗和在Alice和Bob都相同，而在下 一輪的糾錯過程中，糾正了一個誤碼，則說明在同一塊中一定存在另一個誤碼，以保證在上 一輪糾錯的最后Alice和Bob的奇偶校驗和相同。這時，利用歷史記錄信息，對這些新定位 出有誤碼的塊再次進行二分查錯，而不需要重新打亂重排，分塊，糾錯這一系列操作。找到 伴隨錯誤之后，這個伴隨錯誤有可能在其他輪中存在新的伴隨錯誤，因此可以不斷地回溯 進行糾錯，即這一步可以不斷迭代進行，直到在當前所有輪的所有記錄中都找不到出錯的 塊，即當發(fā)送端和接收端在記錄中全部輪數(shù)的所有的塊下的奇偶校驗都一致時停止，這時 根據(jù)糾錯的調(diào)度方案，進入下一輪的糾錯。
[0089] 下面是一個回溯糾錯的例子：
[0090] 在圖7所不的密鑰中，一共存在5個誤碼，2個分布在第一塊中，1個分布在第二塊 中，2個分布在第三塊中，紅色代表誤碼。在第一輪糾錯之后，由于cascade協(xié)議只能糾正奇 數(shù)個誤碼，因此在糾錯結(jié)束時只能糾正第二塊存在的一個誤碼。在進行了隨機重排之后，繼 續(xù)進行一輪糾錯就可以再糾正2個錯誤。糾正之后，我們利用歷史記錄信息進行回溯，發(fā)現(xiàn) 這兩個錯誤在上一輪糾錯中，所在的塊的奇偶校驗和都是〇,因此兩個錯誤所在的塊一定各 存在一個伴隨錯誤，對這兩個塊就可以再進行二分查錯和糾錯，糾正兩個伴隨錯誤，這樣， 兩輪就可以糾正完所有的誤碼。
[0091] 這樣進行一輪之后，就可以糾正一些誤碼，下一輪只需要在上一輪的塊長上乘以 5,然后再進行上述操作即可。由于Cascade協(xié)議和我們的改進，一輪糾正誤碼較為徹底，因 此，按照多次實驗證實的結(jié)論，只需要進行4輪即可保證糾錯成功，Alice端和Bob端都不 存在誤碼。
[0092] 為了體現(xiàn)本發(fā)明的效率，我們與傳統(tǒng)Cascade算法進行了比較，如圖8所示（其 中，橫軸是誤碼率，縱軸是糾錯效率），數(shù)據(jù)如下表所示：
[0093]
[0095] 通過數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明與傳統(tǒng)方法比較，大大提高了糾錯效率。
【主權(quán)項】
1. 一種量子密鑰分發(fā)后處理中對誤碼進行級聯(lián)糾錯的方法，包括： 發(fā)送端獲取第一原始密鑰和誤碼率估計值； 接收端獲取第二原始密鑰和誤碼率估計值； 發(fā)送端和接收端分別根據(jù)誤碼率估計值計算塊長，確定各自的調(diào)度方案，進行多輪糾 錯； 一輪糾錯過程包括如下步驟： 51、 發(fā)送端產(chǎn)生隨機種子并將隨機種子發(fā)給接收端，發(fā)送端和接收端根據(jù)隨機種子對 自身密鑰進行隨機重排； 52、 發(fā)送端和接收端根據(jù)調(diào)度方案中每一輪的密鑰分塊長度，將第一、二原始密鑰進行 分塊，并給第一、二原始密鑰的每個密鑰位按照相同順序編號； 53、 發(fā)送端和接收端記錄隨機重排前原始位置與重排后位置的對應關(guān)系； 54、 發(fā)送端和接收端對各自的每個密鑰塊求奇偶校驗和，并且發(fā)送端將自身每個密鑰 塊的奇偶校驗和發(fā)送給接收端； 55、 接收端將自身的每個密鑰塊奇偶校驗和與其密鑰塊編號相同的發(fā)送端自身的密鑰 塊奇偶校驗和進行異或運算，如果結(jié)果為1，則接收端的密鑰塊奇偶校驗和與其密鑰塊編號 相同的發(fā)送端的密鑰塊奇偶校驗和不同，其存在奇數(shù)個錯誤； 將奇偶校驗和不同的密鑰塊編號發(fā)給發(fā)送端，其中，接收端和發(fā)送端分別將這些奇偶 校驗和不同的密鑰塊記作mismatch塊； 56、 發(fā)送端和接收端對各自所有mismatch塊進行對塊二分： 若mismatch塊中發(fā)送端和接收端對應某一密鑰塊中的密鑰含有奇數(shù)個錯誤時，將發(fā) 送端和接收端的塊內(nèi)密鑰平分成兩個子塊，把前一個子塊的密鑰作為S4的輸入，運行S4 ; 若mismatch塊中發(fā)送端和接收端對應某一密鑰塊中的密鑰含有偶數(shù)個錯誤時，不進 行糾錯； 若子塊中的密鑰長度為1，即定位到了誤碼出現(xiàn)的位置，將結(jié)果輸出到S7 ; 57、 根據(jù)S6得到的誤碼的準確位置信息，將接收端對應位的0或1值取反； 其特征在于，還包括S8,回溯查錯； 58、 通過S5找到本輪被糾正的誤碼的位置，再通過S3記錄的歷史記錄信息，找到誤碼 在隨機重排前的位置，此時，產(chǎn)生了新的有奇數(shù)個錯誤的塊，在新的塊中的誤碼記作伴隨錯 誤；利用歷史記錄信息，對這些新定位出有誤碼的塊再次進行二分查錯；不斷回溯糾錯，當 發(fā)送端和接收端在記錄中全部輪數(shù)的所有的塊下的奇偶校驗都一致時停止，這時根據(jù)糾錯 的調(diào)度方案，進入下一輪的糾錯； 其中，伴隨錯誤是指，在上一次的糾錯過程中，某一塊在發(fā)送端和接收端的奇偶校驗和 相等，而在下一次的糾錯過程中糾正了這個塊的一個誤碼，則該塊中一定存在另一個誤碼， 這個誤碼成為伴隨錯誤。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述糾錯的方法，其特征在于，步驟S6中，若mismatch塊中發(fā)送端 和接收端對應某一密鑰塊中的密鑰含有偶數(shù)個錯誤時，當mismatch塊是分塊之后第一次 的奇偶校驗和，則不進行糾錯；當mismatch塊不是分塊之后第一次的奇偶校驗和，即前一 次二分之后的前一半子塊的奇偶校驗結(jié)果，則對前一次二分之后的后一半子塊的密鑰進行 二分。
【文檔編號】H04L9/08GK106027231SQ201510146098
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年3月28日
【發(fā)明人】郭弘, 彭翔, 劉田
【申請人】北京大學