多方量子密钥分发系统数据协调算法研究

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1、摘要摘要G.Vernam在1917年首次提出了一次一密的思想（OTP），指出只要在每次通信过程中使用一串与信息长度相等的密钥进行加密，接收方使用相同的密钥进行解密且保证每次通信均使用不同的密钥便可实现安全的通信。量子密钥分发技术（QKD）是量子论与信息论相结合的产物。通过基于量子力学基本原理的QKD可以获得用于通信的无条件安全密钥，然后结合OTP思想便可实现无条件安全的通信。到目前为止，大多数有关量子保密通信的理论和实验工作主要集中在两方。然而，为了实现安全的群组通信，必须设法实现多方量子密钥分发。本文的主要工作正是围绕多方量

2、子密钥分发中的数据协调展开研究。首先，本文介绍了基于GHZ态的多方量子密钥分发（MultipartyQuantumKeyDistribution，MQKD）协议，然后详细介绍了二分法、级联法和基于汉明码的Winnow算法这三种常见的数据协调算法，并对它们进行了比较。二分法纠错简单易用，但不能纠正偶数个错误。级联法可以纠正偶数个错误，纠错能力强，但是增加了通信的次数，加重了通信资源的负担。基于汉明码的Winnow算法利用极少的通信次数就可以完成纠错，但是存在错误不减反增的危险。其次，分析对比了三种LDPC码校验矩阵生成的方法，优

3、选出Mackay法和PEG法生成校验矩阵，给出了译码的BP（Beliefpropagation）算法与LLRBP（Log-LikelihoodRatioBeliefPropagation）算法，使用Exit（Extrinsicinformationtransfer）图对LDPC码进行了译码性能分析，选出适合于数据协调的校验矩阵的度，并给出了该数据协调方案的工作流程。随后对用不同方法生成的校验矩阵、不同的码长和不同的迭代次数对最终密钥生成率的影响进行了仿真，仿真结果表明数据协调效率最高可达到99%，说明使用LDPC码可行，其性能

4、比之前所述的三种协调算法优越。随后提出了一种基于LDPC（Low-densityParity-Check,低密度奇偶校验）码的多方量子密钥分发的数据协调方案。第三，在多方数据协调时，现有的方案需要发送端复制与接收端用户相同数量的信息，然后点对点发送给接收端，针对如何能使校验子信息进行地有效传输引入了基于组播的传输思想。基于组播传输使用了组播路由器，发送方只需要发送一次信息给接收方，不需要复制多份。最后，对全文进行总结，并展望了下一步工作。关键词：MQKD，数据协调，LDPC码，组播I万方数据西安电子科技大学硕士学位论文II万方

5、数据ABSTRACTABSTRACTG.VernamproposedtheschemeofOneTimePad(OTP)forthefirsttimein1917.WhenAlicecommunicateswithBob,Aliceonlyneedstoencodetheinformationwithkeys,thesamelengthofinformation,andthensendstheencodedinformationtoBob.AndthenBobonlyneedstodecodetheinformationwit

6、hthesamekeysasthekeysAliceuses,WhenBobreceivestheencodedinformation.OTPcouldguaranteethesecurityofcommunicationonlywiththekeyswhicharecompletelyrandomandareonlyusedonce.QuantumKeyDistribution(QKD)isthecombinationofquantumtheoryandinformationtheory.Basedonthelawsofqu

7、antummechanicsunconditionalsecurekeyscouldbegeneratedbyQKD,thenwiththethoughtofOTP,unconditionalsecurecommunicationcouldberealized.Sofar,mostofthetheoreticalandexperimentalworkaremainlybasedonthetwo-sidesQKD.However,wemusttrytoachievemulti-partyQKDtorealizethesecure

8、groupcommunication.Andthisarticlemainlyfocusesontheresearchofdatareconciliationinmulti-partyQKD.Firstly,weintroducetheprotocolofMulti-part