连续变量量子密钥分发误码协商算法研究

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1、硕硕硕士士士学学学位位位论论论文文文连续变量量子密钥分发误码协商算法研究RESEARCHONTHEERRORRECONCILIATIONALGORITHMINCONTINUOUSVARIABLEQUANTUMKEYDISTRIBUTION朱朱朱睿睿睿哈哈哈尔尔尔滨滨滨工工工业业业大大大学学学2016年年年6月月月国内图书分类号：TP309.7学校代码：10213国际图书分类号：004.9密级：公开工工工学学学硕硕硕士士士学学学位位位论论论文文文连续变量量子密钥分发误码协商算法研究硕士研究生：朱睿导师：李琼教授申请

2、学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP309.7U.D.C:004.9DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEERRORRECONCILIATIONALGORITHMINCONTINUOUSVARIABLEQUANTUMKEYDISTRIBUTIONCandidate:ZhuRuiSupervisor:Prof.LiQiongA

3、cademicDegreeAppliedfor:MasterinEngineeringSpecialty:ComputerScience&TechnologyAliation:SchoolofComputerScience&TechnologyDateofDefence:June,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要作为密码学的新兴研究方向，量子密钥分发(QuantumKeyDistribut

4、ion，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(ContinuousVariable,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，CV-QKD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

5、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(SlicedErrorCorrect,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

6、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

7、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-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsanewresearchdirectionincryptography,QuantumKeyDist

8、ribution(QKD)tech-nology,whichhasbeenprovenunconditionallysecureintheory,providesaperfectsolu-tiontotheproblemofkeydistributionoverlongdistancesinOneTimePadencryptionalgorithm.Theerrorrec