[发明专利]基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法

说明书

本发明提供了一种基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法，包括以下两个部分：第一部分，双相位调制部分，是指对量子相干态采用两个相位调制器进行信息的调制，从而实现完美的高斯调制；第二部分，先保密加强后密钥协商的新型数据后处理部分，是指在数据后处理阶段先进行保密加强，在进行密钥协商。本发明一方面实现了一种新的调制方式，且新的数据后处理方案可以提高数据后处理的速度，从而提高整个连续变量量子密钥分发系统的安全密钥率。

技术领域

本发明涉及一种密钥分发方法，具体地，涉及一种基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法。

背景技术

在计算机信息技术迅速发展的背景下，信息技术对信息安全性的要求日益增加。由于能够在物理上保证量子通信的无条件安全性，使得量子密钥分发(QKD)作为量子通信的重要分支越来越受到人们的关注。

QKD技术整体上可以分为两类：离散变量量子密钥分发(DVQKD)和连续变量量子密钥分发(CVQKD)。相比离散变量量子密钥分发技术来说，CVQKD有潜在的高码率和经典光纤通信网络非常好的融合性的特点。因此CVQKD吸引了世界范围内许多研究机构对其理论和应用技术进行了深入的研究。也正是由于这些原因，使得连续变量量子密钥分发成为量子通信技术的一个重要研究分支。

目前针对常见的高斯调制CVQKD的调制方式主要集中于，信号被随机地调制在量子态的正则分量，也就是正则幅度和正则动量上。在信号的调制过程中，发送端Alice将待发送的信息调制在量子态的x和p分量上，在CVQKD实际系统中对量子态的调制主要通过光调制实现。光调制器能够对光场的幅度、相位以及偏振等分量进行调制，从而使量子态被调整为人们需要的状态。

在CVQKD系统中，发送端主要利用强度调制器(AM,Amplitude Modulator)和相位调制器(PM,Phase Modulator)这两种调制器对光脉冲信号进行调制。CVQKD系统中利用电光幅度调制器(Electro-Optical Amplitude Modulator)的电光转换效应实现对量子光的幅度进行调制。一种强度调制器的实现方法是通过在马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉结构的一臂中使用光相位调制器来实现。同时利用电光相位调制器(Electro-Optical PhaseModulator)的电光转换效应实现对量子光的相位进行调制。它的基本结构是普尔斯盒。通过先对量子光进行幅度，再进行强度调制，实现对量子相干态的高斯调制。

但是，在实际的器件运用中绝大部分的AM调制器，特别是广泛使用的LiNbO3调制器，都是偏振敏感型调制器。这些调制器中相当于内置了一个偏振器件，只有对准了偏振方向的偏振光才能通过，而没有对准偏振方向的光将不能通过。为了减小这种AM对偏振敏感的特性，本发明在发送端采用两个偏振无关的相位调制器而不是一个偏振相关的幅度调制器和相位调制器来实现一个完整的高斯调制，这样一个双相位的调制方案的调制结果可以等效为经典的GG02协议的高斯调制结果。

同时，目前CVQKD系统的主要瓶颈在数据后处理阶段。如何提高数据后处理的速度是目前亟需解决的问题。传统上的数据后处理阶段分为密钥协商(Key Reconciliation)和保密加强(Privacy Amplification)两部分。在低信噪比的CVQKD系统中，一般采用多维协商方案进行密钥协商，Alice和Bob两端得到两串一样的密钥串。但是在保密加强阶段仍然需要通过保密加强算法压缩掉近90％的密钥串。这样在密钥协商阶段需要对大量的数据进行密钥协商，但是协商出来的密钥大部分需要去掉，这样就会导致后处理的数据处理变得很慢，从而导致整个CVQKD系统的密钥率很低。针对原有方案的不足，本发明提出一种在后处理阶段先进行保密加强，再进行密钥协商的方案，这样一来可以提高数据后处理的速度，从而提高整个CVQKD系统的密钥率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法，其通过优化现有的信息调制技术，改进数据后处理流程，进而提高后处理的数据处理速度，提高整个CVQKD系统的密钥率。