NAU Harvester System
Модифікований метод корекції помилок із застосуванням шифру Вернама у системах QKD
Наукові журнали Національного Авіаційного Університету
View Archive Info| Field | Value | |
| Title |
Модифікований метод корекції помилок із застосуванням шифру Вернама у системах QKD
Modified error correction method using one-time pad in qkd systems Модифицированный метод коррекции ошибок с использованием шифра Вернама в системах QKD |
|
| Creator |
Білаш, Богдан; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського» |
|
| Subject |
Електроніка, телекомунікації та радіотехніка
QKD; LDPC; корекція помилок; parity-check matrix; post-processing УДК 621.3(045) Electronics, telecommunications and radio engineering QKD; LDPC; error correction; parity-check matrix; post-processing UDC 621.3(045) Электроника, телекоммуникации и радиотехника : QKD; LDPC; коррекция ошибок; parity-check matrix; post-processing УДК 621.3(045) |
|
| Description |
В даній роботі проаналізовано та адаптовано відомий метод корекції помилок CV-QKD систем, запропонований Маріо Міліцевичем, в якому модулюється кодове слово з корельованою гаусовою послідовністю в амплітудній та фазовій квадратурах когерентних станів, для застосування в DV-QKD системах, в який інформація кодується в поляризації однофотонних станів, шляхом використання просіяного ключа у вигляді класичних бітів, з яких створюється кодове слово, а також одноразового шифру Вернама, в якому використовується достатньо проста в реалізації класична булева операція “виключне або”. Наразі розвиваються два напрямки підвищення надійності систем QKD: дослідження квантового каналу на фізичному рівні та корекція помилок після створення просіяного ключа. Основне завдання корекції помилок полягає у виправленні помилок, щоб поділитися однаковим захищеним ключем між двома сторонами (які, зазвичай, звуться Алісою та Бобом). Причиною виникнення помилок можуть бути різні фактори. Ненадійність квантового каналу обумовлена тим, що фотони можуть викликати шум при зміні вектора поляризації фотона. В запропонованому рішенні квантова складова протоколу відбувається лише на першому етапі передачі захищеного ключа, де відбувається обмін фотонами. Система квантового розподілу ключів має неминучі помилки в просіяному ключі, які повинні бути виправлені алгоритмом виправлення помилок для створення захищеного ключа. На відміну від інших відомих QKD систем, де на етапі корекції помилок просіяні ключі виправляються та переходять на наступний етап посилення конфіденційності, в модифікованому методі запропоновано використовувати просіяні ключі як ключі в одноразових шифрах Вернама, а вектор, який буде йти на наступний етап, генерувати випадковим чином та поєднувати з просіяним ключем. Відмінність у просіяних ключах між двома сторонами виправляється за допомогою матриць перевірки на парність (LDPC), які заздалегідь відомі їм обом. Матриці перевірки на парність створюються алгоритмом, запропонованим Девідом Маккеєм та Редфордом Нілом.
This paper analyzes and adapts the known method of error correction of CV-QKD systems, proposed by Mario Milicevic, which modulates a code word with a correlated Gaussian sequence in amplitude and phase quadratures of coherent states, for use in DV-QKD systems, in which information is encoded by single-photon polarization states, by using a sieved key in the form of classical bits, from which the codeword is created, and also a one-time pad (Vernam cipher), which uses a fairly easy to implement classic Boolean “exclusive OR” operation (XOR). The main task of error correction is to correct errors in order to share the same secure key between the two parties (usually called Alice and Bob). Various factors can cause errors. The unreliability of the quantum channel is due to the fact that photons can cause noise when changing the polarization vector of the photon. In the proposed solution, the quantum component of the protocol occurs only in the first stage of transmission of the protected key, where the exchange of photons. The quantum key distribution system has inevitable errors in the sieved key, which must be corrected by the error correction algorithm to create a secure key. Unlike other known QKD systems, where at the stage of error correction the sifted keys are corrected and passed to the next stage of increasing confidentiality, in the modified method it is proposed to use sifted keys as keys in disposable Vernam ciphers, and the vector that will go to the next stage way and combine with the sifted key. The difference in the sieved keys between the two parties is corrected by means of low-density parity check matrices (LDPC), which are known to both of them in advance. Parity check matrices are created by an algorithm proposed by David MacKay and Radford Neal. Radford Neal open-source program code, is used to create final work program to checking proposed algorithm. В данной работе проанализирован и адаптирован известный метод коррекции ошибок CV-QKD систем, предложенный Марио Милицевичем, в котором модулируется кодовое слово с коррелированной гауссовой последовательностью в амплитудной и фазовой квадратурах когерентных состояний, для применения в DV-QKD системах, в которых информация кодируется в поляризации однофотонных состояний, путём использования просеянного ключа в виде классических битов, из которых создаётся кодовое слово, а также одноразового шифра Вернама, в котором используется достаточно простая в реализации классическая булева операция «исключающее или». Сейчас развиваются два направления повышения надёжности систем QKD: исследования квантового канала на физическом уровне и коррекция ошибок после создания просеянного ключа. Основная задача коррекции ошибок заключается в исправлении ошибок для того, чтобы поделиться одинаковым защищённым ключом между двумя сторонами (которые, как правило, называют Алисой и Бобом). Причиной возникновения ошибок могут служить различные факторы. Ненадёжность квантового канала обусловлена тем, что фотоны могут вызвать шум при изменении вектора поляризации фотона. В предлагаемом решении квантовая составляющая протокола происходит на первом этапе передачи защищённого ключа, где происходит обмен фотонами. Система квантового распределения ключей имеет неизбежные ошибки в просеянном ключе, которые должны быть исправлены алгоритмом исправления ошибок для создания защищённого ключа. В отличие от других известных QKD систем, где на этапе коррекции ошибок просеянные ключи исправляются и переходят на следующий этап усиления конфиденциальности, в модифицированном методе предложено использовать просеянные ключи как ключи в одноразовых шифрах Вернама, а вектор, идущий на следующий этап, генерировать случайным образом и сочетать с просеянной ключом. Различие в просеянных ключах между двумя сторонами исправляется с помощью матриц проверки на чётность (LDPC), которые заранее известны обоим сторонам. Матрицы проверки чётности создаются методом, предложенным Дэвидом Маккеем и Редфордом Нилом. |
|
| Publisher |
National Aviation University
|
|
| Contributor |
—
— — |
|
| Date |
2020-07-26
|
|
| Type |
—
— — |
|
| Format |
application/pdf
|
|
| Identifier |
http://jrnl.nau.edu.ua/index.php/SBT/article/view/14803
10.18372/2310-5461.46.14803 |
|
| Source |
Наукоємні технології; Том 46, № 2 (2020); 129-136
Science-based technologies; Том 46, № 2 (2020); 129-136 Наукоемкие технологии; Том 46, № 2 (2020); 129-136 |
|
| Language |
uk
|
|