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空地量子密钥分发网络中数据协调方案

孙海正 尚涛 刘建伟 耿云霄

孙海正, 尚涛, 刘建伟, 等 . 空地量子密钥分发网络中数据协调方案[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(12): 2311-2319. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0599
引用本文: 孙海正, 尚涛, 刘建伟, 等 . 空地量子密钥分发网络中数据协调方案[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(12): 2311-2319. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0599
SUN Haizheng, SHANG Tao, LIU Jianwei, et al. Data reconciliation scheme for space-ground quantum key distribution network[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(12): 2311-2319. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0599(in Chinese)
Citation: SUN Haizheng, SHANG Tao, LIU Jianwei, et al. Data reconciliation scheme for space-ground quantum key distribution network[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(12): 2311-2319. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0599(in Chinese)

空地量子密钥分发网络中数据协调方案

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0599
基金项目: 

航空科学基金 2018ZC51016

国家自然科学基金 61571024

国家自然科学基金 61971021

国家重点研发计划 2016YFC1000307

详细信息
    作者简介:

    孙海正  男, 硕士研究生。主要研究方向:量子密钥分发协议与网络

    尚涛  男, 博士, 副教授, 博士生导师。主要研究方向:量子密码和量子网络编码

    通讯作者:

    尚涛, E-mail: shangtao@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V557;TN918.8+2

Data reconciliation scheme for space-ground quantum key distribution network

Funds: 

Aeronautical Science Foundation of China (2018ZC51016) 2018ZC51016

National Natural Science Foundation of China 61571024

National Natural Science Foundation of China 61971021

National Key R & D Program of China 2016YFC1000307

More Information
  • 摘要:

    在空地量子密钥分发网络中,空中平台的硬件设备限制使得后处理阶段数据传输速度以及处理能力减弱。针对空中平台的特性,提出了一种适合空地量子密钥分发网络的数据协调方案。首先,采用量子纠错技术减少原始密钥的误码率;其次,设计了一种新方法用来制备低密度奇偶校验(LDPC)译码算法中的随机置换序列;最后,兼顾LDPC译码算法性能和算法硬件实现复杂度,选取了软判决中最小和译码算法。仿真分析表明:量子纠错处理后的原始密钥误码率明显减少,错误率由29.5%减少为4.4%;使用新方法生成随机置换序列,在保证序列随机性的前提下效率提升,生成长度为10 000的随机置换序列所用时间约为0.019 s;LDPC译码算法中最小和译码算法性能适中且硬件实现简单。

     

  • 图 1  空地量子密钥分发网络结构

    Figure 1.  Structure of space-ground QKD network

    图 2  空地网络中量子密钥分发过程

    Figure 2.  QKD process in space-ground network

    图 3  数据协调各部分的关系

    Figure 3.  Relationship among various parts of data reconciliation

    图 4  数据重组

    Figure 4.  Data reorganization

    图 5  数据丢弃

    Figure 5.  Data discard

    图 6  数据协调算法流程

    Figure 6.  Data reconciliation algorithm flowchart

    图 7  仿真输出结果

    Figure 7.  Simulation output results

    图 8  随机置换序列仿真输出结果

    Figure 8.  Random permutation sequence simulation output results

    图 9  不同LDPC译码算法的性能对比

    Figure 9.  Performance comparison of different LDPC decoding algorithms

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-25
  • 录用日期:  2020-02-02
  • 网络出版日期:  2020-12-20

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