搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

单向量子密钥纠错协议的纠错性能仿真分析

赵峰

引用本文:
Citation:

单向量子密钥纠错协议的纠错性能仿真分析

赵峰

Simulation analysis of one-way error reconciliation protocol for quantum key distribution

Zhao Feng
PDF
导出引用
  • 高效误码纠错是量子密钥分配后续数据处理的关键技术之一.基于汉明码校验子级联单向一次通信纠错方案, 分别对三种校验子级联纠错能力进行了理论和仿真分析.根据分析结果提出了一种基于混合校验子级联纠错协议, 通过优化纠错流程相关参数提高密钥生成效率.随后对该协议的纠错能力及其密钥生成效率进行了仿真分析, 最后根据误码率后验分布参数, 对密钥最终误码率及其置信区间进行了估计.单一校验子级联纠错仿真结果显示:在相同的纠错能力的条件下, 初始误码率为3% p ≤ 11% 时, (7, 4)汉明码纠错的密钥生成效率最高;初始误码率为1.5% p ≤ 3.0% 时, (15, 11)汉明码纠错的密钥生成效率最高;初始误码率为p ≤ 1.5% 时, (31, 26) 汉明码纠错的密钥生成效率最高.混合校验子级联纠错方案的仿真结果显示:对于初始误码率为9.50%, 经过8轮次混合校验子级联纠错, 密钥生成效率为9.94%, 误码率期望值为5.21×10-12, 置信度为90%的上限值为2.85×10-11, 相比用单一(7, 4)校验子级联纠错的密钥生成效率提高了约3倍.
    Higher efficiency of error reconciliation technique is for data post-processing for quantum key distribution. Based on the one way error reconciliation scheme of Hamming syndrome concatenation, the error correction performances of there kinds of Hamming codes are demonstrated by data simulation analysis. The simulation results indicate that when the initial error rates are (-∞, 1.5%], (1.5%, 3%], and (3%, 11%], if using Hamming (31, 26), (15, 11), and (7, 4) codes to correct the errors, respectively, the key generation rate is maximized. Base on these outcomes, we propose a kind of modified error reconciliation scheme which is based on the mixed pattern of Hamming syndrome concatenation. The ability to correct the errors and the key generation rate are verified through data simulation. Meanwhile, using the parameters of the posterior distribution based on the tested data, a simple method of estimating bit error rates (BER) with a confidence interval is estimated. The simulation results show that when the initial bit error rate is 9.50%, after correcting error 8 times error, the error bits are eliminated completely and the key generation rate is 9.94%. The BER expectation is 5.21×10-12, when the confidence is 90% the corresponding upper limit of BER is 2.85×10-11. The key generation rate increased by about 3-fold compared with that of original error reconciliation scheme.
    • 基金项目: 教育部科学技术研究重点项目(批准号: 212177)、陕西省自然科学基金(批准号: 2011JQ1003)和陕西省教育厅科研基金(批准号: 12JK0973)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Key Program of Science and Technology Research Foundation of Ministry of Education, China (Grant No. 212177), the Natural Science Foundation of Shaanxi, China (Grant No. 2011JQ1003), and the Scientific Research Fundation of the Education Department of Shaanxi Province, China (Grant No. 12JK0973).
    [1]

    Gisin N, Ribordy G, Wolfgang T, Zbinden H 2002 Rev. Mod. Phys. 74 145

    [2]

    Zhao F, Li J L 2010 J. Optoelectronics·Laser 21 1383 (in Chinese) [赵峰, 李静玲 2010 光电子·激光 21 1383]

    [3]

    Li S, Ma H Q, Wu L A, Zhai G J 2013 Acta Phys. Sin. 62 084214 (in Chinese) [李申, 马海强, 吴令安, 翟光杰 2013 物理学报 62 084214]

    [4]

    Yue X L, Wang J D, Wei Z J, Guo B H, Liu S H 2012 Acta Phys. Sin. 61 184215 (in Chinese) [岳孝林, 王金东, 魏正军, 郭邦红, 刘颂豪 2012 物理学报 61 184215]

    [5]

    Jiao R Z, Tang S J, Zhang C 2012 Acta Phys. Sin. 61 050302 (in Chinese) [焦荣珍, 唐少杰, 张弨 2012 物理学报 61 050302]

    [6]

    Bennett C, Bessette F, Brassard G, Salvail L, Smolin J 1992 J. Cryptol. 5 3

    [7]

    Brassard G, Salvail L 1994 Advances in Cryptology–EUROCRYPT ’93 Norway, May 23-27, 1993 p410

    [8]

    Buttler W T, Lamoreaux S K, Torgerson J R, Nickel G H, Donahue C H, Peterson C G 2003 Phys. Rev. A 67 052303

    [9]

    Biham E, Boyer M, Boykin P, Mor T, Roychowdhury V 2006 J. Cryptol. 19 381

    [10]

    Mayers D 2011 J. ACM 48 351

    [11]

    Liu D, Yin Z Q, Wang S, Wang F M, Chen W, Han Z F 2012 Chin. Phys. B 21 060202

    [12]

    Li Y, Zhao L 2012 arXiv:1201.1196v3 [quant-ph]

    [13]

    He Y C, Yang L, Wang X M 2001 J. China Institute Commun. 22 99 (in Chinese) [贺玉成, 杨莉, 王新梅 2001 通信学报 22 99]

    [14]

    Frey B J, MacKay D J C 1997 Proceedings of 35th Allerton Conference on Communication, Control and Computing Champaign Urbana, USA 29 September–1 October, 1997 p1

  • [1]

    Gisin N, Ribordy G, Wolfgang T, Zbinden H 2002 Rev. Mod. Phys. 74 145

    [2]

    Zhao F, Li J L 2010 J. Optoelectronics·Laser 21 1383 (in Chinese) [赵峰, 李静玲 2010 光电子·激光 21 1383]

    [3]

    Li S, Ma H Q, Wu L A, Zhai G J 2013 Acta Phys. Sin. 62 084214 (in Chinese) [李申, 马海强, 吴令安, 翟光杰 2013 物理学报 62 084214]

    [4]

    Yue X L, Wang J D, Wei Z J, Guo B H, Liu S H 2012 Acta Phys. Sin. 61 184215 (in Chinese) [岳孝林, 王金东, 魏正军, 郭邦红, 刘颂豪 2012 物理学报 61 184215]

    [5]

    Jiao R Z, Tang S J, Zhang C 2012 Acta Phys. Sin. 61 050302 (in Chinese) [焦荣珍, 唐少杰, 张弨 2012 物理学报 61 050302]

    [6]

    Bennett C, Bessette F, Brassard G, Salvail L, Smolin J 1992 J. Cryptol. 5 3

    [7]

    Brassard G, Salvail L 1994 Advances in Cryptology–EUROCRYPT ’93 Norway, May 23-27, 1993 p410

    [8]

    Buttler W T, Lamoreaux S K, Torgerson J R, Nickel G H, Donahue C H, Peterson C G 2003 Phys. Rev. A 67 052303

    [9]

    Biham E, Boyer M, Boykin P, Mor T, Roychowdhury V 2006 J. Cryptol. 19 381

    [10]

    Mayers D 2011 J. ACM 48 351

    [11]

    Liu D, Yin Z Q, Wang S, Wang F M, Chen W, Han Z F 2012 Chin. Phys. B 21 060202

    [12]

    Li Y, Zhao L 2012 arXiv:1201.1196v3 [quant-ph]

    [13]

    He Y C, Yang L, Wang X M 2001 J. China Institute Commun. 22 99 (in Chinese) [贺玉成, 杨莉, 王新梅 2001 通信学报 22 99]

    [14]

    Frey B J, MacKay D J C 1997 Proceedings of 35th Allerton Conference on Communication, Control and Computing Champaign Urbana, USA 29 September–1 October, 1997 p1

  • [1] 赵宁. 基于单光子的高效量子安全直接通信方案. 物理学报, 2022, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.71.20220202
    [2] 安雪碧, 银振强, 韩正甫. 光学体系宏观-微观纠缠及其在量子密钥分配中的应用. 物理学报, 2015, 64(14): 140303. doi: 10.7498/aps.64.140303
    [3] 东晨, 赵尚弘, 赵卫虎, 石 磊, 赵顾颢. 非对称信道传输效率的测量设备无关量子密钥分配研究. 物理学报, 2014, 63(3): 030302. doi: 10.7498/aps.63.030302
    [4] 焦荣珍, 丁天, 王文集, 马海强. 基于不可信光源的量子密钥分配的统计特性研究. 物理学报, 2013, 62(18): 180302. doi: 10.7498/aps.62.180302
    [5] 郭邦红, 杨理, 向憧, 关翀, 吴令安, 刘颂豪. 联合调制量子密钥分配系统. 物理学报, 2013, 62(13): 130303. doi: 10.7498/aps.62.130303
    [6] 周媛媛, 张合庆, 周学军, 田培根. 基于标记配对相干态光源的诱骗态量子密钥分配性能分析. 物理学报, 2013, 62(20): 200302. doi: 10.7498/aps.62.200302
    [7] 焦荣珍, 唐少杰, 张弨. 诱惑态量子密钥分配系统中统计涨落的研究. 物理学报, 2012, 61(5): 050302. doi: 10.7498/aps.61.050302
    [8] 焦荣珍, 张弨, 马海强. 基于实用光源的诱惑态量子密钥分配研究. 物理学报, 2011, 60(11): 110303. doi: 10.7498/aps.60.110303
    [9] 周媛媛, 周学军. 基于弱相干态光源的非正交编码被动诱骗态量子密钥分配. 物理学报, 2011, 60(10): 100301. doi: 10.7498/aps.60.100301
    [10] 王涵, 闫连山, 潘炜, 罗斌, 郭振, 徐明峰. 基于两种光源的诱发态量子密钥分配性能分析. 物理学报, 2011, 60(3): 030304. doi: 10.7498/aps.60.030304
    [11] 杜建忠, 陈秀波, 温巧燕, 朱甫臣. 保密多方量子求和. 物理学报, 2007, 56(11): 6214-6219. doi: 10.7498/aps.56.6214
    [12] 郭邦红, 路轶群, 王发强, 赵 峰, 胡 敏, 林一满, 廖常俊, 刘颂豪. 相位调制量子密钥分配系统中低频振动相移的实时跟踪补偿. 物理学报, 2007, 56(7): 3695-3702. doi: 10.7498/aps.56.3695
    [13] 陈进建, 韩正甫, 赵义博, 桂有珍, 郭光灿. 平衡零拍测量对连续变量量子密钥分配的影响. 物理学报, 2007, 56(1): 5-9. doi: 10.7498/aps.56.5
    [14] 马 晶, 张光宇, 戎亦文, 谭立英. 基于半波片的偏振跟踪理论分析. 物理学报, 2006, 55(1): 24-28. doi: 10.7498/aps.55.24
    [15] 刘景锋, 唐志列, 梁瑞生, 李凌燕, 魏正军, 陈志新, 廖常俊, 刘颂豪. 基于六态协议的实际QKD系统的窃听问题研究. 物理学报, 2005, 54(2): 517-521. doi: 10.7498/aps.54.517
    [16] 杨宇光, 温巧燕, 朱甫臣. 一种新的利用不可扩展乘积基和严格纠缠基的量子密钥分配方案. 物理学报, 2005, 54(12): 5549-5553. doi: 10.7498/aps.54.5549
    [17] 杨宇光, 温巧燕, 朱甫臣. 一种网络多用户量子认证和密钥分配理论方案. 物理学报, 2005, 54(9): 3995-3999. doi: 10.7498/aps.54.3995
    [18] 杨宇光, 温巧燕, 朱甫臣. 基于纠缠交换的多方多级量子密钥分配协议. 物理学报, 2005, 54(12): 5544-5548. doi: 10.7498/aps.54.5544
    [19] 唐志列, 李 铭, 魏正军, 卢 非, 廖常俊, 刘颂豪. 相位-偏振编码的量子保密通信系统的研究. 物理学报, 2005, 54(6): 2534-2539. doi: 10.7498/aps.54.2534
    [20] 张权, 唐朝京, 张森强. B92量子密钥分配协议的变形及其无条件安全性证明. 物理学报, 2002, 51(7): 1439-1447. doi: 10.7498/aps.51.1439
计量
  • 文章访问数:  3145
  • PDF下载量:  394
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-05-26
  • 修回日期:  2013-07-06
  • 刊出日期:  2013-10-05

单向量子密钥纠错协议的纠错性能仿真分析

  • 1. 陕西理工学院 物理与电信工程学院, 汉中 723000
    基金项目: 教育部科学技术研究重点项目(批准号: 212177)、陕西省自然科学基金(批准号: 2011JQ1003)和陕西省教育厅科研基金(批准号: 12JK0973)资助的课题.

摘要: 高效误码纠错是量子密钥分配后续数据处理的关键技术之一.基于汉明码校验子级联单向一次通信纠错方案, 分别对三种校验子级联纠错能力进行了理论和仿真分析.根据分析结果提出了一种基于混合校验子级联纠错协议, 通过优化纠错流程相关参数提高密钥生成效率.随后对该协议的纠错能力及其密钥生成效率进行了仿真分析, 最后根据误码率后验分布参数, 对密钥最终误码率及其置信区间进行了估计.单一校验子级联纠错仿真结果显示:在相同的纠错能力的条件下, 初始误码率为3% p ≤ 11% 时, (7, 4)汉明码纠错的密钥生成效率最高;初始误码率为1.5% p ≤ 3.0% 时, (15, 11)汉明码纠错的密钥生成效率最高;初始误码率为p ≤ 1.5% 时, (31, 26) 汉明码纠错的密钥生成效率最高.混合校验子级联纠错方案的仿真结果显示:对于初始误码率为9.50%, 经过8轮次混合校验子级联纠错, 密钥生成效率为9.94%, 误码率期望值为5.21×10-12, 置信度为90%的上限值为2.85×10-11, 相比用单一(7, 4)校验子级联纠错的密钥生成效率提高了约3倍.

English Abstract

参考文献 (14)

目录

    /

    返回文章
    返回