一种多维空间码结构的制作方法

本发明属于通讯技术领域，具体涉及一种多维空间码结构。

背景技术

量子是人们发现的一种新的信息载体，它将是继光信号、电信号等之后的一种为信息化社会发展所提供的能够载荷和处理信息的新的物质基础。利用量子作为信息载体的方式称为量子信息(quantuminformation)。量子信息是在量子力学中关于量子系统"状态"所带有的物理信息。通过量子系统的各种相干特性(如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等)，进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。

在信息传输过程中，衡量数据传输效率的是码元传输速率rb，简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特(baud)，记为b。码元传输速率也可以表示为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或b/s，或bps。每个码元或符号通常都含有一定bit数的信息量。

对于量子信息来说，它常见的单位是为量子比特(qubit)--也就是一个只有两个状态的量子系统。然而不同于经典数位状态(其为离散)，一个二状态量子系统实际上可以在任何时间为两个状态的叠加态，这两状态也可以是本征态。在量子系统中，信息是由量子比特来存储的。量子比特可以假定将其本身具有的两个状态作为为“0”或“1”，这两个状态在同一时刻是叠加的。同时从量子力学的角度出发，在空间上可能分开的两个粒子在两个或两个以上粒子组成系统中会产生相互影响的量子纠缠现象。量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术，与超光速传递信息无关。尽管知道这些粒子之间“交流”的速度很快，但我们却无法利用这种联系以如此快的速度控制和传递信息。同时量子中的电子向右自旋和正电子向左自旋的状态是相关联的，因此量子还具有相干性。

基于量子信息理论和以上特点，目前人们正在进行基于量子理论的计算机，即量子计算机的研究。量子计算机是遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。量子计算机应用的是量子比特，可以同时处在多个状态，而不像传统计算机那样只能处于0或1的二进制状态。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的问题，提供一种多维空间码。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多维空间码结构，由“1”或“0”的个数和空间位置分布来表达，其表达式是：

(n)b＝l(m,ki,tj·)

式中，n为多维空间码，式中b是代表“0”和“1”数值，式中l代表函数关系，m代表信息中“1”的个数，k代表“群号”，t是代表“分布号”。

数据组成依次包括表示“1”的个数的叠加位、表示多维空间码所在群的群号标识位、表示在群中发生的偏移的移位位和表示群中信息“1”和“0”的互补的反向位。

移位位信息包括代表位于上半群或下半群和偏移量。

有益效果：本发明与现有技术相比，本发明的多维空间码具有叠加、纠缠、相干和不确定性等完全不同于经典信息码的物理特征，因此可以将多维空间码作为一种新型的加密方式，可以应用于保密数据和网络安全，并且具有很强的实施可行性和较高的经济效益。

附图说明

图1：多维空间码群分布示意图；

图2：多维空间码信息叠加示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步阐述该发明。

多体仿真是指用宏观世界的内容仿真实现微观世界的内容，即用宏观世界的物理特征，描述微观世界的内容。

例如：“0”和“1”可以用“正粒子”、“负粒子”描述；

“一组基础矢量”可以用“一组粒子云团”描述；

在多维空间码的产生过程中，采用多体仿真的方式，实现了越过经典信息论中的数据特点，实现了物理学和量子力学方面的物理特征(配对性、关联性、叠加性等)的描述。

例如：配对性描述：正粒子云团，负粒子云团(上、下)；

关联性描述：a粒子云团-b粒子云团；

多维空间码是经典信息码经过基于类正交伪随机矩阵构成的多体仿真变换而得到的一种信息码。通过多体仿真变换后产生的多维空间码可以用宏观的软件和电路等方式产生，但是多维空间码又具有类似于量子态的“叠加”和“纠缠”等微观信息的特征，因此多维空间码实现了用宏观的方法描述微观世界的特征。

多维空间码是“1”或“0”的个数和空间位置分布来表达，其表达式是：

(n)b＝l(m,ki,tj·)

式中，n多维空间码，式中b是代表“0”和“1”数值，式中l代表函数关系，m代表信息中“1”的个数，经典域中的“权重”(m∈1，n/2),k代表“群号”，t是代表“分布号”。

多维空间码以群组为组织单位，信息码的长度为l，它经过变换后的多维空间码数据格式如下(l＝8时)：

叠加位(m)表示“1”的个数：s1、s2

s1s2＝00时表示1个“1”的叠加；

s1s2＝01时表示2个“1”的叠加；

s1s2＝10时表示3个“1”的叠加；

s1s2＝11时表示4个“1”的叠加。

群号标识位(k)表示多维空间码所在的群：s3、s4

s3s4＝00表示群1。

s3s4＝01表示群2。

s3s4＝10表示群3。

s3s4＝11表示群4。

移位位(s)表示在群中发生的偏移：s5、s6、s7

其中s5表示上半群或下半群；

s6、s7表示偏移量；

s5s6＝00表示各个“1”均不移动。

s5s6＝11表示各个“1”均移动。

s5s6＝01表示后部分“1”移动。

s5s6＝10表示前部分“1”移动。

反向位(t)表示群中信息“1”和“0”的互补，s7

s7＝0表示信息中“1”的个数<“0”的个数，例如“11000000”。

s7＝1表示信息中的互补吗(“1”的个数>“0”的个数)，例如“00111111”。

多维空间码的构建特征

1.权重

“权重”是指多维空间码中根据粒子形式的信息中正粒子个数的统计。例如多维空间码中“01000000”，它的权重为2。权重是多维空间码进行分群等的操作的前提条件。权重相同的多维空间码在同一个分支群中。

2.群号

“群号”是多维空间码中信息粒子个数和分布的标识。

从经典信息域输入的信息经过多体仿真变换后得到的多维空间码可以分成若干个信息群(group)。信息群中又可以分成主干群g、分支群g1--gn、小群和信息对四个部分。主干群g由分支群g1--gn构成，分支群由n个小群构成，小群又由信息对构成。物理中的基本粒子具有对称物理特性，如电子中可分为正、负电子。光的偏光状态下可分为水平偏光和垂直偏光二种。而这里多维空间码域的群也具有对称特性，如“信息对”是具有正交特性二个以上随机输入信息构成，小群由左、右小群构成，分支群也由左右小群构成，具体群分布示意图1所示。

对于每一个多维空间码来说，它都有一个群号，同时对于已经确定的某一个“群号”之后，还可以进一步确定该多维空间码是属于某一个“群”中的“上半群”或“下半群”，以及它属于哪一个“信息对”。

例如：多维空间码“01000000”，它的权重是2，群号是“群a”(群编号为00)，它在“群a”中的上半群。

3.分布号

“分布号”是指多维空间码在某一个群中的具体分布位置，或可以称为输入粒子信息与群基矢量之间的偏移量，也可称为关联度。

例如：多维空间码“01000110”，权重是2，群号是“群a”(群编号为00)，分布号为“11”，表示多维空间码中各个“1”均移动。

在多维空间码的产生的过程中，通过利用物理学中光学中的泡克尔斯盒的相关原理，进行泡克尔斯参数的设定，确定变换过程中多维空间码的码长l，多体变换大小n，权重，群号，分布号等重要参数。这是一个时间和空间的局域变换，也是将宏观世界中的经典信息用微观世界中粒子模型来仿真的方式。

在多维空间码域，多维空间码中的每一个信息位都是可以叠加在一块，即1个信息位上可以叠加多个信息位。这就如同在一串“糖葫芦串”上可以串连多个“糖葫芦”，并且从“糖葫芦串”的顶端看下去，仅仅只看到一颗“糖葫芦”，但是从其他角度看去，就可以看到整串“糖葫芦串”。这种情况也类似于量子信息论中“量子式的信息串”。因此多维空间码的叠加特性类似于现实“空间”中叠加的物理特性，这也是多维空间码不同于经典信息码的一个重要特点。多维空间码信息叠加示意图如图2所示。

多维空间码是经典信息码经过多体仿真变换之后得到的，在多体仿真变化之后，多维空间码的群号和群号之间，分布号和分布号之间，以及群号和分布号之间都有一定的关联系性。参照信息的物理特性，如“0”和“1”互补特性，正负粒子的成对特性，n个粒子的分布特性，粒子平移特性等作为信息之间的“关联”特性，多维空间码也可以采用相关的关联参数来描述。

“对关联”：如果两个多维空间码之间具有互补或平衡的物理特性，则称这两个多维空间码为“信息对”。在码长n的多维空间码中，有(2ⁿ-1)/2对多维空间码“信息对”。

“群关联”：多个多维空间码之间通过粒子分布和粒子平移构成的一组信息称为“群关联”信息。在码长n的多维空间码中，群关联的个数g>＝(2ⁿ-1)/n。

“半群关联”：在多维空间码中，n/2条信息之间通过粒子分布和粒子平移构成的一组信息称为“半群关联”信息。

“群-群关联”：多维空间码中群和群之间相互关联，即群a(群a的群编号)中确定之后，影响群b(群b的群编号)的确定。

“群-分布号关联”：多维空间码的某个群中，通过该群中粒子的平移特征，可以确定该群中相应多维空间码的分布号。

多维空间码是一种物理码，它不具备“数权码”码特性，它具有“不确定性”，因此如何和数权对应起来，可以任意来条件来确定。这对保密学方面起了很好的促进作用。

在经典信息域中，数值“0”代表是“空或无”，“1”代表的是数值，不同位置的“1”代表不同的数权，一串“0”“1”的符号结合代表一个数值。而且是二进制和十进制二者之间的唯一形式。

实例：(10110101)h＝(181)d，(1)

最大的优点是，简单和物理上的易实现，得到当前社会广泛认同和使用。但这种唯一性的表达式中有三个弱点：

a、效率低，在等概率情况下，“0”和“1”利用效率各占一半。

b、在信息存贮器中，“0”信息要占一个位置，在信息通信过程中，“0”信息要占一个时隙。

c、“1”信息在任何一个位置，1值始终不变(数权不算)，对信息保密不利。

在多维码的信息域中，“0”代表是物理中的“平衡态”，可以是“-1”和“+1”、“-2”“+2”等等的结合体，“0”也可以代表一个粒子。在做多体仿真变换的过程中，“1”设计成带正电的粒子，“0”可以设计成带负电的粒子，这样信息中与进制无关，与物理参数“粒子个数”“粒子分布”、“能级”等参数相关，就可以构成信息多样性的特点，数据具有多样性。

例如：二进制数10110101＝128+32+16+4+1

(10110101)h＝(3)0＝(5)1(根据“0”和“1”的个数)

＝(35)01＝(53)10(根据“0”和“1”的排列顺序)

＝(01101001)分布(根据粒子的分布编号)

＝(80650401)分布(根据粒子的能级分布原理)

(2)

式(2)中等号后面的第一个结果(3)0是指表达式10110101中有3个“0”，等号后面的第二个结果(5)1是指表达式10110101中有5个“1”，第三、四个结果(35)01和(53)10是根据信息中“1”和“0”的排列顺序确定，第五个结果(01101001)是根据“0”和“1”粒子分布确定的其中一组编码，最后一个结果是根据粒子在不同能级上具有不同能量的仿真模型得到。从实例中可以得到结论，多维码信息域中的信息是根据物理参数来确定，呈现是多种表现形式，简称多样性。

多维码信息域中的信息是根据物理参数来确定的码，关联特性优，可利用效率可以通过编码来提升利用效率。在信息通信过程中，多维码信息码占用时隙少一半以上，信息传送速率得到提高。如8bit和16bit，等信息时，只要3个bit的时隙，如传送64bit的信息时也只要3个bit的时隙，信息传送速率得到提高20倍上下。

“1”值可变，“基”作为一个能级的粒子对待，就成了一个可变的数，数值范围大幅提高。以n＝8全“1”实例说明

11111111＝255(经典二进制域)(3)

多维空间码域，“基”定义可变，能按粒子能级概念定义,同一个数，呈现的形式是相同，但在不同的域，所表现的数值就不一样。

实例如：11111111＝87654321(4)

(4)式的数据是2的26次方以上数据。二进制数据在计算机系统中应用最多，如按二进制数据计算，将(4)式除以(3)式，增加了2的18次方以上的数据。按十进制数据计算，将(4)式除以(3)式，增加了8倍以上的数据。

由此可见，利用多维码信息码的多样性，同样二进制数据可扩大数据范围多倍以上。

多维空间码是由多维类正交伪随机序列组合构建而成的，因此当采用不同的多维类正交伪随机矩阵时，也必然导致将产生不同的多维空间码。因此，从构成方面来说，多维空间码也具有不确定性。

本发明中的多维空间码的“不确定性”的特征能够打破传统信息保密领域中的“穷举法”的缺陷。因此多维空间码可以应用于信息保密等领域。

实施例：

以经典信息矩阵x为例，如果m＝2(s1s2＝01)，群组编号如下表(群组编号非固定)设定时，t＝0时表示不移动，t＝1时表示移动，则其多维空间码如下：

表1多维空间码参照表

经过多体仿真变换后的多维空间码，它的构造方法完全不同于经典信息码，因此可以将这种特殊的信息构造方法应用于保密数据通信，在其不确定参数和群组(群组编号为非确定值)时，无法完成信息的破译，因此多维空间码可用于文字、图片和音视频等通信传输，同时也是可以应用于保密通信进行数据加密。

多维空间码也可以在“空间”中进行+、-、*、/的四则运算。例如以8位码长，并且m＝2情况下，进行四维信息运算如下：

11111111＝(11000000+00110000+00001100+00000011)【参见表1中群b】＝10100000+01010000+00001100+00000011【参见表1中群c】。