本文關(guān)鍵詞：離散變量量子密鑰分發(fā)誤碼協(xié)商算法的優(yōu)化

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【摘要】：隨著量子計算的發(fā)展,基于計算復(fù)雜度的經(jīng)典密碼學(xué)在量子計算機(jī)強(qiáng)大的計算能力面前不堪一擊,而被證明絕對安全的一次一密加密算法又由于其對密鑰的高要求而不便于廣泛應(yīng)用。量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution)技術(shù)的出現(xiàn)使得高速、高安全性的密鑰生成與分發(fā)成為可能,也給一次一密加密算法的廣泛應(yīng)用提供了條件。誤碼協(xié)商模塊是QKD系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊,對誤碼協(xié)商的研究與優(yōu)化對于提高QKD系統(tǒng)的整體性能、推動QKD技術(shù)的實用化具有重要的意義。誤碼協(xié)商的性能主要體現(xiàn)在協(xié)商效率和協(xié)商速率兩個方面,協(xié)商效率是對誤碼協(xié)商過程中所泄露信息量比例的衡量;協(xié)商速率是對誤碼協(xié)商過程中單位時間內(nèi)處理信息量的衡量。本文針對幾個典型的誤碼協(xié)商算法,分別對其協(xié)商效率或協(xié)商速率進(jìn)行了優(yōu)化。具體如下:針對Winnow誤碼協(xié)商算法提出了一種協(xié)商效率優(yōu)化算法。通過對原始Winnow算法的分析,得知Winnow算法的協(xié)商效率與分塊長度密切相關(guān)。為了確定最佳分塊長度,我們通過仿真方式確定了單輪最佳分塊長度與誤碼率的關(guān)系;通過理論分析確定了誤碼率估計方案;最后采用貪心的思想提出了一種自適應(yīng)的分塊長度優(yōu)化方案,實現(xiàn)了對Winnow算法協(xié)商效率的優(yōu)化。仿真結(jié)果表明本文所提的Winnow優(yōu)化算法的協(xié)商效率優(yōu)于原始Winnow算法,及其典型改進(jìn)算法。針對Cascade誤碼協(xié)商算法實現(xiàn)了一種協(xié)商速率的改進(jìn)方案。通過對原始Cascade算法的分析,得知交互次數(shù)直接影響Cascade算法的協(xié)商速率。為了降低交互次數(shù),根據(jù)各個分塊及其子塊是可以并行處理的特點,我們采用Open MP編程模型設(shè)計并實現(xiàn)了一種奇偶信息塊傳遞方案,同時對回溯策略和奇偶校驗計算進(jìn)行了改進(jìn)。仿真結(jié)果表明本文所提優(yōu)化方案可明顯提高Cascade算法的協(xié)商速率。針對LDPC誤碼協(xié)商算法實現(xiàn)了兩種協(xié)商速率的改進(jìn)方案。通過對原始LDPC算法的分析,確定算法的優(yōu)化方向。首先,通過仿真對比的方法,確定了校驗矩陣、最佳擴(kuò)展子、歸一因子和最大迭代次數(shù)。其次通過對譯碼實現(xiàn)方式和校驗矩陣存儲方式的研究,確定校驗節(jié)點和變量節(jié)點信息更新相分離實現(xiàn)方式的GPU加速實現(xiàn)方案,并給出了該加速方案所采用的編程模型和相應(yīng)校驗矩陣的存儲方案;確定硬判決信息和校驗節(jié)點信息更新相結(jié)合實現(xiàn)方式的X86 AVX指令集加速方案,并給出了對應(yīng)校驗矩陣的存儲方案。仿真結(jié)果表明本文所提優(yōu)化方案可明顯提高LDPC誤碼協(xié)商算法的協(xié)商速率。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN918.4;O413
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本文編號：1182269