[发明专利]一种提高量子密钥分发系统成码率的方法及装置

说明书

本申请提供一种提高量子密钥分发系统成码率的方法及装置，其中本申请的方法包括两个阶段，分别为模型建立阶段和自补偿阶段，其中模型建立阶段中QKD系统量子密钥的分发按照现有的工作模式工作，且根据学习算法训练激励函数网络，当训练完成激励函数网络后进入自补偿阶段。在自补偿阶段中，QKD系统量子密钥的分发不再按照现有的工作模式工作，QKD系统的错误率由激励函数网络给出，而QKD系统中所有基矢测量的结果均参与系统密钥的成码过程，即系统无需公开其中一组基矢的比对结果来得到错误率，无需舍弃其中一组正交基测量的数据，因而通过本申请方法最终得到的安全密钥相对于初始密钥的提取率高，因而QKD系统成码率高。

技术领域

本申请涉及量子密钥分发技术领域，具体涉及一种提高量子密钥分发系统成码率的方法及装置。

背景技术

量子保密通信是近年来发展起来的新型通信技术，是量子理论和信息论相结合产生的新学科，它利用量子物理的基本特性来实现通信的无条件安全。其中，量子密钥分发(QKD)作为量子通信技术中最早实现商用化的分支十余年来已经引起广泛关注，并获得了快速发展。

QKD是利用物质（如光子）的量子特性来设计加解密方案，其安全性是基于量子力学的基本原理而不是数学计算的复杂性。QKD利用海森堡不确定性原理和未知量子态不可克隆原理来发现窃听的存在，理论上确保了信息的无条件安全性。在实际应用中，QKD利用这一原理，可使事先没有共享秘密信息的双建立通信密钥，再采用香农已证明的“一次一密”密码通信，即可保证双方的通信安全。

目前，最常用的QKD协议是BB84协议(Bennett和Brassard，1984)。利用BB84协议进行量子密钥分发时，量子密钥发射机（Alice）每次选择两组正交基矢中的一个基矢进行编码，量子密钥接收机（Bob）每次也从上述两组正交基矢中随机的选择其中的一个基矢进行解码，即利用4种不同偏振的单光子进行密钥信息的传输，从而完成量子密钥的分发。

现有的QKD系统在密钥分发过程中Bob 接受光子之后，根据测量结果获得一串初始密钥，并且和Alice进行经典通信。此时Bob的测量基将完全公布，首先进行基矢比对，然后，Bob舍弃掉选择错误测量基而产生的结果，然后公开一组基矢的比对结果计算出错误率并进行错误率校验，具体步骤为：通过公开一组正交基的测量结果进行计算错误率；利用错误率校验是否存在窃听者，若错误率超过容限，表明有窃听者存在，放弃该次通信所传输所有内容；若错误率在容许范围之内，则舍去用于检验错误率而交换的那部分数据（即舍弃其中一组正交基测量的数据），保留其余的数据。最后通讯双方再次进行保密增强后，Alice与Bob保留的数据保持高度一致，收发两端再通过经典信道进行纠错和保密增强，将窃听者可能获得的信息变为无效，最终获得的数据作为加密用的密码串。

但是，现有QKD系统会舍去用于检验错误率而交换的那部分数据，即舍弃其中一组正交基测量的数据，因而其中一组正交基测量的结果不会用于QKD系统的成码，即最终的安全密钥相对于初始密钥的提取率较小，因此导致QKD系统成码率较低。

发明内容

本申请提供一种提高量子密钥分发系统成码率的方法及装置，以解决现有QKD系统成码率较低的问题。

本申请第一方面提供一种提高量子密钥分发系统成码率的方法，该方法包括模型建立阶段和自补偿阶段：

模型建立阶段：

QKD系统进行量子密钥分发，在当前时刻对上一时刻分发的密钥进行基矢比对，并计算上一时刻分发的密钥的错误率；

通过学习算法以及得到的错误率训练激励函数网络，直至激励函数网络能预测出期望的输出，完成模型建立；

自补偿阶段：

完成模型建立后，根据建立的激励函数网络，在当前时刻由激励函数网络预测QKD系统上一时刻分发的密钥的错误率；