基于LDPC硬判决算法的高效数据协调方法

本 文 采 用 传 统 称 谓 ，即 定 收 发 双 方 分 别 为 Ａｌｉｃｅ和 Ｂｏｂ。ＱＫＤ是 由合 法 通 信 双 方 通 过 量 子 信 道 传 送 量 子 态 信 号 ，并 通 过 经典 信 道 实 现 密 钥 后 处 理 ，最 终 提 取 出 二 进 制 密 钥 序 列 以实 现 密 钥 通 信 的 过 程 。可 以 将 量 子 密 钥 分 发 流 程 归 纳 为 ４个 步 骤 ，分 别 是 量 子 传 输 过 程 、信 道 参 数 估 计 、数 据 协 调 、密 钥 放 大 。数 据 协 调 的作 用 是 纠 正 双 方 对 应位置的不一致信息 ，使 用 的是 经典公 开信 道 ，适用 于 所 有 经 典 信 道 的 信 息 理 论 。
方获得 一致 的密钥 信息 。为 了提 高协 调算 法的 纠错效 率 ，选择 了一种 基 于硬判 决 迭代 译码 算 法 的 ＬＤＰＣ码 对 ＱＫＤ 中的密钥 序
列进行数 据协 调 ，相较 于传 统的协 调 方法如级 联码 、卷积码 、Ｗｉｎｎｏｗ方案 ，采 用低复 杂度 的 ＬＤＰＣ比特翻 转算 法的正 向协调 方案
引 用格式 ：屠 亮亮 ，徐 荣青 ．基 于 ＬＤＰＣ硬判 决算 法的 高效数 据协调 方法 ［Ｊ］．微 型机与 应用 ，２０１６，３５（１２）：６７－６９．
Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ＬＤＰＣ ｈａｒｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｌｏｗ ｃｏｍ ｐｌｅｘｉｔｙ ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ＬＤＰＣ·－ｂａｓｅｄ ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｏｕｒ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｃｈｅｍ ｅ ｉｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｃｏｎ·－ ｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｗ ｉｎｎｏｗ ａｎｄ ＣＡＳＣＡＤＥ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ａｔ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ０．４ ～０．６，ｔｈｅ ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｈｅ ｍ ａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ；ＬＤＰＣ
常 见 的 量 子 密 钥 分 发 技 术 可 以 分 为 离 散 变 量 量 子 密 钥 分 发 （ＤＶＱＫＤ） 和 连 续 变 量 量 子 密 钥 分 发 （ＣＶＱＫＤ） 两 种 ，其 中前 者 在 理 论 上 可 以实 现 更 远 的 传 输 距 离 ，不 过 ， ＤＶＱＫＤ也 存 在着 单 光 子 信 源 难 以 制 备 、检 测 设 备 装 置 复 杂 的 缺 点 。在 单 光 子 信 源 研 究 领 域 ，超 导 材 料 作 为 光 敏 感 器 件 的单 光 子 探 测 技 术 的 发 现 ，使 得 量 子 效 率 、暗 计 数 率 和 计 数 率 大 幅度 提 高 。 另 外 ，潘 建 伟 等人 首 次 在类 石 墨 烯 材 料 中发 现 一 种 非 经 典 单 光 子 发 射 器 ，为 光量 子 器件 发 展 开 辟 了一 个 新 的重 要 领 域 。这 些 单 光 子 制 备 工 艺 的 发 展 ， 也 在 推 动 ＤＶＱＫＤ进 一 步 走 向实 际 应 用 。 １ 数 据 协 调 方 案
ｔｈｅ ｓｉｆｔｅｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｅｒｒｏｒ ｃｏｄｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｌｅｇａｌ ｕｓｅｒｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｎ ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ
ａ ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐａｒｉｔｙ—ｃｈｅｃｋ（ＬＤＰＣ）ｃｏｄｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈａｒｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ ＱＫＤ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｒｏｍ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗｈｉｌｅ ｉｔ ｙｉｅｌｄｓ
Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｃｏｍ ｍ ｕｎｉｃａｔｉｏｎ
基 于 ＬＤＰＣ硬 判决算 法的高效数据协调 方法
屠 亮 亮 ，徐 荣青
（南 京 邮 电大 学 科 学 与 工 程 学 院 ，江 苏 南 京 ２１０００３）
摘 要 ：数 据 协 调 是 量 子 密钥 分 发 中 必 不 可 少 的 一 个 环 节 ，其 主 要 目的 是 纠 正 量 子 通 信 筛 选 后 信 息 的 错 误 图 案 ，使 合 法 通 信 双
Ｔｕ Ｌｉａｎｇｌｉａｎｇ， Ｘｕ Ｒｏｎｇｑｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｃｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｉｎ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ（ＱＫＤ） ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ ｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｅｘｔｒａｃｔ ｓｅｃｕｒｅ ｓｅｃｒｅｔ ｋｅｙ ｆｒｏｍ
本 文 的 重 点 聚 焦 在 协 议 的 数 据 协 调 部 分 ，即 假 定 在 Ａｌｉｃｅ和 Ｂｏｂ端 已经 完 成 了 ４步 流 程 的 前 两 步 ，各 自建 立 了 等 长且 具 有 一 定 相关 性 的 密 钥 ，密钥 序列 的 数量 和 顺 序 大 致 相 同 且 具 有 一 定 的 差 错 率 。 在 ＱＫＤ 中 ，可 以 把 这 个 差 错 率 叫 做 量 子 误 码 率 （ＱＢＥＲ），理 论 上 只 要 该 值 不 大 于 １１％ ，就认 为 Ｍｉｃｅ和 Ｂｏｂ的通信没有被窃 听，即可 以实现 理 论 上 的安 全 传 输 。
Ｏ 引 言 量 子 密 钥 分 发 （ＱＫＤ）… 是 近 几 年 来 信 息 安 全 领 域 中
发 展 极 为 迅 速 的 一 个 课 题 ，有 别 于 采 用 数 学算 法 保 护 密 钥 安全的传统密钥体系 ，量 子密钥 分发是 通过量 子力学 的物 理 性 质 来 达 到 理 论 上 的 密 钥 绝 对 安 全 。
具 有较 强的 时效性 ，尤其是在 ０．４～０．６的码率 时协调 效 率达到 最 高。
关 键 词 ：量 子 密 钥 分 发 ；数 据 协 调 ；ＬＤＰＣ
中 图 分 类 号 ：ＴＮ９１１．２２
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１．１９３５８／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－７７２０．２０１６．１２．０２１