一種量子密鑰分發(fā)隨機(jī)型低密度奇偶校驗碼并行譯碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)領(lǐng)域，特指一種量子密鑰分發(fā)隨機(jī)型低密度奇偶校驗碼并行譯碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著量子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)為代表的量子通信技術(shù)日趨成熟。量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)具有物理上的絕對安全性，其安全性基于海森堡測不準(zhǔn)原理、量子不可精確克隆原理、量子態(tài)測量塌縮原理等量子力學(xué)基本原理，能從根本上確保了竊聽者不能通過對量子信道的攻擊獲取通信保密信息，在軍事、經(jīng)濟(jì)和金融等信息安全攸關(guān)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)在工作時通?？梢苑譃閮蓚€階段:量子通信階段和后處理階段。信息協(xié)調(diào)是量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)后處理的關(guān)鍵步驟之一，是通信雙方對量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作過程中的篩選和基比對之后利用經(jīng)典信道進(jìn)行密鑰串糾錯的全過程。
[0004]通常將量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的通信雙方命名為Al ice和Bob。在采用LDPC譯碼器進(jìn)行信息協(xié)調(diào)的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，Alice根據(jù)密鑰串和校驗矩陣生成校驗子，Alice通過經(jīng)典信道將校驗子發(fā)送給Bob，Bob根據(jù)校驗子、校驗矩陣和基比對后的密鑰串啟動LDPC譯碼器進(jìn)行糾錯。
[0005]目前，量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中信息協(xié)調(diào)算法主要采用準(zhǔn)循環(huán)LDPC譯碼器進(jìn)行密鑰串的糾錯。準(zhǔn)循環(huán)LDPC譯碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，吞吐量高，在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。然而由于準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼糾錯性能不如隨機(jī)型LDPC碼，準(zhǔn)循環(huán)LDPC譯碼器難以滿足高誤碼率等極端環(huán)境下量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的需求。隨機(jī)型LDPC碼具有比準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼更優(yōu)秀的糾錯性能，然而由于隨機(jī)型LDPC碼校驗矩陣的隨機(jī)型，隨機(jī)型LDPC譯碼器設(shè)計復(fù)雜，吞吐量低。目前采用隨機(jī)型LDPC譯碼器的難以滿足高速量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的需求。
[0006]量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中LDPC譯碼器由校驗節(jié)點計算模塊、變量節(jié)點計算模塊、譯碼器控制模塊、中間信息存儲模塊、校驗矩陣存儲模塊、校驗子存儲模塊和密鑰串存儲模塊組成。校驗節(jié)點計算模塊負(fù)責(zé)LDPC譯碼算法中校驗節(jié)點信息的迭代計算；變量節(jié)點計算模塊負(fù)責(zé)LDPC譯碼算法中變量節(jié)點信息的迭代計算；譯碼器控制模塊負(fù)責(zé)控制校驗節(jié)點計算模塊和變量節(jié)點計算模塊的計算過程；中間信息存儲模塊負(fù)責(zé)存儲校驗節(jié)點信息和變量節(jié)點信息等迭代譯碼過程中產(chǎn)生的中間信息；校驗矩陣存儲模塊存儲譯碼所需的校驗矩陣；密鑰串和校驗子存儲模塊存儲待譯碼的密鑰串和相應(yīng)的校驗子。
[0007]傳統(tǒng)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中LDPC譯碼方法是每次控制譯碼器進(jìn)行一個密鑰串的譯碼。這種方法設(shè)計簡單，然而由于單個密鑰串校驗節(jié)點計算過程和變量節(jié)點計算過程的不可并行性，LDPC譯碼器的校驗節(jié)點和變量節(jié)點不能同時工作，傳統(tǒng)方法設(shè)計的隨機(jī)型LDPC譯碼器節(jié)點計算模塊利用效率低，吞吐量低，無法滿足高速高誤碼率環(huán)境下量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠提高整體效率和性能的量子密鑰分發(fā)隨機(jī)型低密度奇偶校驗碼并行譯碼方法。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0010]一種量子密鑰分發(fā)隨機(jī)型低密度奇偶校驗碼并行譯碼方法，其步驟為:
[0011]S1:初始化；從密鑰串存儲模塊載入兩個密鑰串keyO和key I，完成keyO的變量節(jié)點譯碼；
[0012]S2:計算keyO校驗節(jié)點信息和key I變量節(jié)點信息；
[0013]S3:key0硬判決計算；
[0014]S4:載入keyO ;從密鑰串存儲模塊將新的密鑰串載入至LDPC譯碼器keyO緩沖區(qū)；
[0015]S5:計算key I校驗節(jié)點信息和keyO變量節(jié)點信息；
[0016]S6:keyl硬判決計算；
[0017]S7:載入keyl ;從密鑰串存儲模塊將新的密鑰串載入至譯碼器keyl緩沖區(qū)。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S2中，R?(k)表示校驗節(jié)點c向變量節(jié)點V傳遞的概率信息；L?(k)表示變量節(jié)點V向校驗節(jié)點c傳遞的概率信息；Lv(k)表示變量節(jié)點概率總和信息；s。是校驗節(jié)點c所對應(yīng)的校驗子；計算流程如下:
[0019]S201:控制LDPC譯碼器校驗節(jié)點計算模塊按照下式計算keyO的校驗節(jié)點信息；
[0020]Rcv(k)= α X Π neN(c)Xv sgn(Lcn(k 1}) Xminn e N(c)v | Lcn(k 1} | Xsc；
[0021]S202:控制LDPC譯碼器變量節(jié)點計算模塊按照下式計算keyl的變量節(jié)點信息:
[0022]Lcv(k) = Σ m e M(v)\c Rmv(k)+Lcv(0);
[0023]同時，變量節(jié)點按公式Lv(k) = = E mE MwRmv0^LtJtft計算keyl的變量節(jié)點概率總和 Lv(k)0
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S3中，z表示keyO此次迭代糾錯后的密鑰串；H表示校驗矩陣；sA表示校驗子信息；hard_decis1n是硬判決結(jié)果；在該步驟，雙碼并行方法控制LDPC譯碼器提取變量節(jié)點概率總和信息Lv(k) = = E ^mwRbiv(k)+lJ°%符號位作為keyO糾錯后的密鑰串z，并按公式hard_decis1n = zHT~sJ# z進(jìn)行硬判決，當(dāng)hard_decis1n = 0，則 keyO 譯碼成功。
[0025]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S5中，計算keyl校驗節(jié)點信息和keyO變量節(jié)點信息:在該步驟包括:
[0026]S501、控制LDPC譯碼器校驗節(jié)點計算模塊按照下式計算keyl的校驗節(jié)點信息:
[0027]Rcv(k)= α X Π neN(c)Xv sgn(Lcn(k 1}) Xminn e N(c)v | Lcn(k 1} | Xsc；
[0028]S502、控制LDPC譯碼器變量節(jié)點計算模塊按照下式計算keyO的變量節(jié)點信息:
[0029]Lcv(k) = Σ m e M(v)\c Rmv(k)+Lcv(。)；
[0030]同時，變量節(jié)點按公式Lv(k) = = Σ me計算keyO的變量節(jié)點概率總和 Lv(k)0
[0031]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S6中，LDPC譯碼器提取變量節(jié)點概率總和信息Lv(k) = = Σ ^ MwRniv0^lJli的符號位作為keyl糾錯后的密鑰串z，并按公式hard_decis1n = zHT~sJ# z 進(jìn)行硬判決，當(dāng) hard_decis1n = 0，則 keyl 譯碼成功。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明的量子密鑰分發(fā)隨機(jī)型低密度奇偶校驗碼并行譯碼方法，使隨機(jī)型LDPC譯碼器可以同時進(jìn)行兩個密鑰串的糾錯，即控制變量節(jié)點計算模塊和校驗節(jié)點計算模塊同時進(jìn)行著兩個密鑰串的糾錯，校驗節(jié)點計算模塊和變量節(jié)點計算模塊可以同時運行，相比于傳統(tǒng)單碼串行方法設(shè)計的LDPC譯碼器，節(jié)點計算器的使用效率和譯碼器的譯碼吞吐量提升了近1倍，能滿足高誤碼率環(huán)境下量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的性能需求，具有重要的意義。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0034]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明的量子密鑰分發(fā)隨機(jī)型低密度奇偶校驗碼并行譯碼方法，為應(yīng)用于子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的隨機(jī)型LDPC譯碼器雙碼并行方法；其具體步驟為:
[0036]S1:初始化；
[0037]該步驟主要完成兩個工作:1、從密鑰串存儲模塊載入兩個密鑰串keyO和keyl ;2、完成keyO的變量節(jié)點譯碼。這樣，keyO的譯碼與keyl的譯碼相比提前進(jìn)行了變量節(jié)點譯碼，keyO的校驗節(jié)點譯碼階段將與keyl的變量節(jié)點譯碼對應(yīng)，接下來keyO和keyl可以進(jìn)行雙碼并行譯碼了。
[0038]S2:計算keyO校驗節(jié)點信息和keyl變量節(jié)點信息；