离散变量量子密钥分发误码协商算法的优化

发布时间：2017-11-13 20:21

  本文关键词：离散变量量子密钥分发误码协商算法的优化

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【摘要】：随着量子计算的发展,基于计算复杂度的经典密码学在量子计算机强大的计算能力面前不堪一击,而被证明绝对安全的一次一密加密算法又由于其对密钥的高要求而不便于广泛应用。量子密钥分发(Quantum Key Distribution)技术的出现使得高速、高安全性的密钥生成与分发成为可能,也给一次一密加密算法的广泛应用提供了条件。误码协商模块是QKD系统中的关键模块,对误码协商的研究与优化对于提高QKD系统的整体性能、推动QKD技术的实用化具有重要的意义。误码协商的性能主要体现在协商效率和协商速率两个方面,协商效率是对误码协商过程中所泄露信息量比例的衡量;协商速率是对误码协商过程中单位时间内处理信息量的衡量。本文针对几个典型的误码协商算法,分别对其协商效率或协商速率进行了优化。具体如下:针对Winnow误码协商算法提出了一种协商效率优化算法。通过对原始Winnow算法的分析,得知Winnow算法的协商效率与分块长度密切相关。为了确定最佳分块长度,我们通过仿真方式确定了单轮最佳分块长度与误码率的关系;通过理论分析确定了误码率估计方案;最后采用贪心的思想提出了一种自适应的分块长度优化方案,实现了对Winnow算法协商效率的优化。仿真结果表明本文所提的Winnow优化算法的协商效率优于原始Winnow算法,及其典型改进算法。针对Cascade误码协商算法实现了一种协商速率的改进方案。通过对原始Cascade算法的分析,得知交互次数直接影响Cascade算法的协商速率。为了降低交互次数,根据各个分块及其子块是可以并行处理的特点,我们采用Open MP编程模型设计并实现了一种奇偶信息块传递方案,同时对回溯策略和奇偶校验计算进行了改进。仿真结果表明本文所提优化方案可明显提高Cascade算法的协商速率。针对LDPC误码协商算法实现了两种协商速率的改进方案。通过对原始LDPC算法的分析,确定算法的优化方向。首先,通过仿真对比的方法,确定了校验矩阵、最佳扩展子、归一因子和最大迭代次数。其次通过对译码实现方式和校验矩阵存储方式的研究,确定校验节点和变量节点信息更新相分离实现方式的GPU加速实现方案,并给出了该加速方案所采用的编程模型和相应校验矩阵的存储方案;确定硬判决信息和校验节点信息更新相结合实现方式的X86 AVX指令集加速方案,并给出了对应校验矩阵的存储方案。仿真结果表明本文所提优化方案可明显提高LDPC误码协商算法的协商速率。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.4;O413
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本文编号：1182269