极化码在量子密钥分发中的应用研究

论文摘要

量子通信是利用量子力学的特性与经典信息科学理论相结合的新领域,借助完备的安全性证明,量子通信具有经典通信所无法比拟的优势,近年来得到了各界广泛关注和发展,尤其是量子密钥分发技术(quantum key distribution,QKD)由于具有坚实的理论支持和实践证明,正在逐渐应用于商用领域。本文首先介绍了传统密码学的发展以及量子密码学的兴起,以及基于无条件安全证明的量子密钥分发被提出,满足了一次一密的安全性要求。量子保密通信从理论不成熟、实验室短距离验证、低成码率逐步走向长距离、网络化、更高成码率的商业实践应用发展。然而,虽然每次量子通信接收端都会得到大量的初始码(raw key),但经过后续处理产生的安全密钥成码率却非常低,为了进一步提升通信距离和安全码成码率,高效的后处理算法是必要的,本文研究了量子密钥分发的后处理流程,针对数据协调这一影响净安全码速率的重要环节,提出了基于极化码的数据协调方案。本文重点针对极化码在二进制对称信道下的有效构造,快速的编码算法,高效率的译码算法进行了研究,并且根据量子密钥分发的实际情况,提出了合适的应用模式。随后对短码,中长码,长码方案分别进行了仿真,测试了不同码长、译码算法下的纠错效率,在灵活性、纠错性能等方面进行综合考虑,选取了64K的中长码方案,并且与目前已有的主流数据协调方案Cascade、Turbo码、LDPC码方案进行了对比。相比较之下,极化码方案不需要像Cascade那样多次交互就能完成纠错,具有很好的实时性,提高了信道不稳定条件下的协商成功率,同时在误码率较高的时候,极化码可以提供更高的纠错效率。相对LDPC,极化码方案具有较低的编译码复杂度,可以适应较高的数据流量,同时LDPC的码率受到实际储存校验矩阵的限制,很难在所有信道误码条件下一直保持高纠错效率,而极化码构造灵活,可以适应多种信道条件,选取合适的编译码参数,在实际采集的QKD实验数据的纠错中,表现出了更强的实际纠错能力。通过模拟仿真和实际数据的测试的结果,验证了极化码作为高效高吞吐率的信道编码方案在量子密钥分发系统中的可行性。

论文目录

引言

1 绪论

1.1 量子密码

1.2 量子密钥分发及后处理的研究进展

1.2.1 量子密钥分发的研究进展

1.2.2 后处理数据协调的研究进展

1.3 量子密钥分发协议

1.4 文章结构内容安排

2 量子密钥分发后处理

2.1 后处理流程

2.1.1 信道认证

2.1.2 数据协调

2.1.3 隐私放大

2.2 数据协调方案

2.2.1 Cascade类数据协调方案

2.2.2 Turbo码数据协调方案

2.2.3 LDPC码数据协调方案

2.3 小结

3 极化码原理

3.1 信道编码技术的发展

3.1.1 规则码

3.1.2 随机码

3.2 极化码的原理

3.2.1 信道极化原理

3.2.2 极化码的构造方案

3.3 小结

4 极化码编译码方案

4.1 极化码编码研究

4.1.1 传统编码算法

4.1.2 改进编码算法

4.2 极化码译码研究

4.2.1 SC译码算法

4.2.2 SCS译码算法

4.2.3 SCL译码算法

4.2.4 CRC-SCL译码算法

4.3 小结

5 基于极化码的量子密钥数据协调

5.1 信道模型

5.2 基于系统极化码的数据协调

5.3 基于随机极化码的数据协调

5.4 极化码作载体的数据协调

5.5 测试与分析

5.6 小结

6 总结与展望

参考文献

在学研究成果

致谢

Abstract of Thesis

论文摘要

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡恒铭

导师: 刘尉悦,廖胜凯

关键词: 量子密钥分发,后处理,纠错,信道编码,极化码

来源: 宁波大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 宁波大学

分类号: TN918.4;O413

DOI: 10.27256/d.cnki.gnbou.2019.000327

总页数: 105

文件大小: 2387K

下载量: 27

极化码在量子密钥分发中的应用研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢