保密纠错编码协议及其实现

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1、保密纠错编码协议及其实现[摘要]基研究汉明码、奇偶校验码纠错原理，掌握设计纠错协议的基本原理及其实现方法。根据需求，设计一个能够应用于量子保密通信的纠错协议，研究该协议的纠错效率与信息泄漏量之间的关系，建立起相关的数据模型。利用matlab语言进行数据仿真，根据实验结果，优化协议的相关参数[关键词]奇偶比较；汉明码；量子密钥分发.ErrorCorrectionProtocolandItsImplementationforQuantumKeyDistribution[Abstract]:ThedesignisbasedonstudyingH

2、ammingcodeandparityerrorcorrectionprinciple,andthebasicprinciplesofdesigningerrorcorrectionprotocolanditsimplementationaregrasped.Accordingtorequirements,thedesigncanbeusedinaerrorcorrectionprotocolofquantumcryptographycommunication,theprotocoloftheerrorcorrectionefficien

3、cyandrelationshipbetweentheamountofinformationleakage,andestablishtheassociateddatamodel.Usingmatlablanguagefordatastimulate,basedontheexperimentalresults,therelevantparametersprotocolisoptimized.[Keywords]:Paritycomparison;Hammingcodes;QuantumkeydistributionI目录1引言11.1研究背

4、景及现状11.2研究目的及意义22设计方案及工作过程33设计原理和参数计算43.1汉明码43.1.1汉明码编码原理43.1.2汉明码的纠错原理63.2奇偶比较74仿真调试，测试数据分析及结果74.1效率分析74.2实验分析84.3安全性分析94.4实验总结9总结语10致谢11参考文献12附录II1引言通信安全是信息社会存在的一个突出问题。传统密码体制从物理的角度来看，由于其对简单的窃听攻击无法检测，因而存在着本质上的缺陷，这一缺陷被证明可以用量子密码技术弥补。然而量子密码技术的关键是量子密钥分配。量子密钥分配是基于量子力学测不准原理和未知

5、量子态不可克隆定理发展起来的一种新型的密钥分配技术，在理论上已被证明是绝对安全、不可破译的。量子密码在军事、外交、金融、电子商务等领域有着广泛的应用前景。传统的密钥分发是由Alice发送特殊的密钥给Bob，量子密钥分发是一个全新的思想。量子密钥分发是合法通信双方Alice和Bob在不同地点产生的属于自己的、相对独立的二进制随机串，通常称为密钥，其安全性由海森堡不确定原理和量子不可克隆定理保证。然而，由于实际量子信道噪声的干扰和非法窃听者的干扰，使得合法双方生成的密钥中存在一定的误码。因此，当密钥分发完成后，如果其误码率在一定范围内，则通信

6、双方通常利用保密纠错编码技术来消除误码。量子密钥分发过程一般需要4个步骤：量子传输，数据筛选，保密数据纠错和信息保密增强。经典通信中的误码消除技术常常会伴随通信信息的泄漏。实际量子保密通信误码消除过程需要极少的泄漏密钥的信息，并且泄漏的信息可以通过保密增强技术来消除。数据纠错技术是通信系统中不可缺少的部分，在量子保密通信中通常利用奇偶比较方法来构造各种纠错协议，通常双方按照协议将生成的密钥分成段，并计算其奇偶性，然后在经典信道中进行奇偶比较。为了消除窃听者获得的信息，每次比较后丢掉一位。利用奇偶比较完全消除误码，需要多次在经典信道上进行通

7、信。由于通信的次数会随着密钥长度增加而增加，通常n位的序列需要次通信，并且，为了安全起见每次通信前需要身份认证，这样完全消除密钥误码过程需要的时间随着密钥增加而增加。二元汉明码的纠错能力为t=1，利用汉明码的校验矩阵h来构造校验码，Alice和Bob双方通过比较校验码来验证共享密钥的完整性。本文对奇偶-汉明纠错算法在量子密钥分发过程中的应用进行分析。1.1研究背景及现状通过量子密钥分发，能够在相距遥远的通信双方之间协商出绝对安全的密钥，利用此密钥对经典信息进行一次一密，就可以进行理论上安全的通信。1984年，BennettC.H.和Bra

8、ssardG.以单量子比特为基础，利用共轭量子比特的特性提出了第一个量子密钥分发协议即著名的BB84协议。该协议只需要利用单光子来实现，实现简单，并且具有无条件安全性。1992年，Bennet