连续变量量子密钥分发误码协商算法研究

发布时间：2017-08-24 00:31

  本文关键词：连续变量量子密钥分发误码协商算法研究

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【摘要】：作为密码学的新兴研究方向,量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)技术理论上被证明是无条件安全的,很好地解决了一次一密加密算法中长距离密钥分发的难题。误码协商是QKD系统中的重要环节,它影响着整个系统的最终密钥速率和传输距离。和离散变量QKD相比,连续变量(Continuous Variable,CV)QKD有着光源稳定易制备、探测效率高等优点。但是CV-QKD误码协商算法计算复杂度更高,很容易成为实际应用系统的瓶颈。因此,CVQKD误码协商算法的研究对于提高CV-QKD系统整体性能具有重要的意义。本文致力于CV-QKD中误码协商算法的研究,提出相应的优化设计方案,为后处理系统的高速实现做准备。本文主要完成了以下工作:针对分层错误校正算法(Sliced Error Correct,SEC)进行了深入研究,给出了最优量化,估计以及协商模块的设计方案。对于量化和估计方案的设计,结合量子信道特征迭代求取最优量化区间,将量化造成的信息量损失最小化;采用最大似然准则,降低了通信双方比特串的误码率。协商方案主要从LDPC校验矩阵生成和译码模块两方面着手优化。在校验矩阵构造方案中,通过高斯逼近密度进化方法求解最佳度分布,使用PEG贪心算法构造了性能优越的校验矩阵。对于译码模块方案设计,减少了层内迭代算法计算复杂度,缩短了层内单轮迭代的处理时间;提出了改进的层间迭代方案,通过调节低层层内迭代次数,缩短了整体协商过程的迭代次数。针对多维误码协商算法进行了深入研究,给出了球面化转换和协商模块的设计方案。通过球面化转换的方法完成了高斯变量到相关均匀变量的映射,较好的解决了高斯变量受到信道噪声容易改变符号的问题。协商方案主要从二进制LDPC和多进制LDPC两个角度进行设计,着重对多进制LDPC协商方案进行了优化和改进。对于多进制LDPC的译码模块设计,降低了耗时较长步骤的计算复杂度,并提出了对数域上的改进FFT-BP译码算法,避免了繁杂的乘法操作带来的数据精度不足和处理时间长等问题,为硬件实现打下了基础。为了对本文中的SEC误码协商方案和多维协商方案进行验证,设计了充分的仿真验证方案,并将本文的方案与其他典型方案进行性能分析对比。软件仿真数据表明本文的方案在保证较高协商效率的同时,提高了协商速率。
【关键词】：连续变量量子密钥分发 LDPC SEC误码协商 多维协商
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.2.3 研究现状的总结与分析12-14
• 1.3 本文的主要内容和组织14-16
• 第2章 CV-QKD误码协商基本原理16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 CV-QKD误码协商的问题描述16-19
• 2.2.1 误码协商问题模型16-17
• 2.2.2 误码协商协调方式17-18
• 2.2.3 误码协商评价指标18-19
• 2.3 常用误码协商算法19-25
• 2.3.1 Cascade误码协商19-20
• 2.3.2 Winnow误码协商20-21
• 2.3.3 LDPC误码协商21-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 SEC误码协商算法26-46
• 3.1 引言26
• 3.2 分层量化与估计方案的设计26-30
• 3.2.1 SEC误码协商算法框架26-27
• 3.2.2 量化区间的划分27-29
• 3.2.3 估计函数的设计29-30
• 3.3 基于LDPC的SEC误码协商算法30-41
• 3.3.1 各级码率的选取31
• 3.3.2 度分布的优化31-33
• 3.3.3 LDPC构造算法33-35
• 3.3.4 层内译码算法的优化35-37
• 3.3.5 层间迭代方案的改进37-41
• 3.4 仿真结果与分析41-45
• 3.4.1 协商效率的具体计算42
• 3.4.2 经典误码协商算法仿真与分析42-43
• 3.4.3 基于LDPC误码协商算法仿真与分析43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 多维误码协商算法46-63
• 4.1 引言46
• 4.2 多维误码协商算法框架46-47
• 4.3 球面化转换方案的设计47-48
• 4.4 协商方案的设计48-57
• 4.4.1 二进制LDPC协商方案49
• 4.4.2 多进制LDPC协商方案49-54
• 4.4.3 多进制译码方案的优化54-57
• 4.5 仿真结果与分析57-61
• 4.5.1 协商效率的具体计算57-58
• 4.5.2 二进制LDPC协商方案仿真结果与分析58-59
• 4.5.3 多进制LDPC协商方案仿真结果与分析59-61
• 4.6 本章小节61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果68-70
• 致谢70

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本文编号：728196