基于Polar码的密钥协商方案研究

论文摘要

密钥协商是量子密钥分发系统和无线信道物理层密钥生成系统中的一个重要的信息处理步骤,对于保证密钥的安全性有着重要的意义。本文在深入研究无线信道物理层密钥协商协议及连续变量量子密钥分发协商协议的基础上,把Polar码作为纠错码应用到密钥协商中,提出了基于Polar码逆编码的密钥协商协议和高效Polar码多维协商协议。论文基于Polar码的密钥协商方案研究,具体工作如下:(1)论文在无线信道物理层密钥协商协议中应用Polar码逆编码技术,提出了基于Polar码逆编码的密钥协商协议。论文从原始密钥生成和密钥协商两个过程详细介绍了基于Polar码逆编码的密钥协商协议,并通过与基于LDPC码的协商协议的对比仿真对该协议的计算复杂度和协商性能进行了分析。仿真结果表明,在原始密钥的初始错误率很低时,LDPC码的协商协议的译码成功率略高于Polar码的协商协议,但随着初始错误率越来越大,LDPC码的协商协议的译码成功率下降很快,性能降低的比较明显,而Polar码的协商协议则相对下降比较平缓。总的来说,当原始密钥的初始错误率处于大于0.2的一段区间内,使用Polar码逆编码协商仍可以获得很好的纠错效果,而使用LDPC码协商就很难完成密钥纠错。(2)在通信双方都已知Polar码冻结位和冻结比特的设计思路下,提出了一种改进的Polar码协商方案。论文对该方案进行了详细地阐述,并结合基于Polar码逆编码的协商方案给出了两种方案的计算复杂度及协商性能的仿真分析。结果表明,改进的协商协议在较低的计算复杂度下,可以在误码率、协商成功率等方面获得优于原方案的协商性能。(3)将Polar码应用到连续变量量子密钥分发的多维协商协议中,对基于Polar码的多维协商协议的协商纠错部分进行了改进,提出了高效的Polar码多维协商协议。在基于Polar码的多维协商协议中,通信双方对各自的原始密钥进行分组,然后利用多维协商算法把每组向量转化到BIAWGN信道上并利用Polar码完成纠错协商,最终得到一致的密钥序列。在利用经典信道发送更多的边信息来提高量子比特利用率的设计思路下,我们提出了高效Polar码多维协商协议。论文结合基于Polar码的多维协商协议对高效Polar码多维协商协议的密钥率和协商性能进行了分析和仿真,结果表明,高效Polar码多维协商协议的密钥率有所提高并且可以从误码率、误帧率方面获得不弱于原方案的协商性能。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 专用术语注释表
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景
•   1.2 课题研究现状
•   1.3 论文主要内容
• 第二章 Polar码和密钥协商基础理论
•   2.1 Polar码基础
•   2.2 密钥协商基础
•     2.2.1 密钥协商发展概况
•     2.2.2 基于纠错码的密钥协商原理
•   2.3 本章小结
• 第三章 无线信道中的Polar码协商协议
•   3.1 无线信道中的密钥协商协议
•     3.1.1 无线通信物理层密钥安全
•     3.1.2 基于信道特征提取的密钥生成技术
•   3.2 基于Polar码逆编码的协商协议
•     3.2.1 基于信道特征提取的密钥生成
•     3.2.2 基于Polar码逆编码的协商纠错
•     3.2.3 复杂度及仿真分析
•   3.3 基于Polar码的改进协商协议
•     3.3.1 Polar码纠错方案设计
•     3.3.2 复杂度及仿真分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 连续变量量子密钥分发多维协商协议及其改进算法
•   4.1 基于Polar码的多维协商协议
•     4.1.1 连续变量量子密钥分发协商协议
•     4.1.2 基于Polar码的多维协商协议
•     4.1.3 数值仿真与分析
•   4.2 高效Polar码多维协商协议
•     4.2.1 方案描述
•     4.2.2 密钥率分析
•     4.2.3 数值仿真与分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 论文工作总结
•   5.2 下一步工作计划
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间撰写的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张孝甜

导师: 赵生妹

关键词: 密钥协商,无线通信,物理层安全,连续变量量子密钥分发,多维协商

来源: 南京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 南京邮电大学

分类号: TN918.4;O413

DOI: 10.27251/d.cnki.gnjdc.2019.000520

总页数: 59

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