[發明專利]一種量子密鑰擴張方法及系統

在審

• 申請號: 201910085540.7
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109714162A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 馮寶;李國春;俞學豪;趙子巖;黃進;劉金鎖;賈瑋;張平;閆龍川;高德荃;汪曉巖;張影;胡倩倩;李維;繆巍巍;韋磊;吳海洋;陳智雨;何永遠;白東霞;劉少君;陸忞;李然;韓際暉;趙新建;張利
• 申請（專利權）人: 南京南瑞國盾量子技術有限公司;南京南瑞信息通信科技有限公司;南瑞集團有限公司;國家電網有限公司信息通信分公司;國網江蘇省電力有限公司信息通信分公司;國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司;國網江蘇省電力有限公司;國家電網有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種量子密鑰擴張方法，包括使用量子密鑰分發協議產生量子密鑰；將產生的量子密鑰作為分組密碼的對稱密鑰，使用對稱密鑰擴張算法，生成擴張密鑰。同時也公開了相應的系統。本發明首次實現了經典密碼/用戶狀態與量子密碼相結合，將密鑰擴展算法推到了更廣的應用空間，提升了對稱密碼的安全性上界，實現了更強安全性即超生日界安全，同時降低了計算復雜性。

技術領域

本發明涉及一種量子密鑰擴張方法及系統，屬于量子通信、信息網絡安全和密碼學領域。

背景技術

目前，我國已將量子通信技術列入“十三五”規劃綱要和國家能源技術創新行動計劃，量子密碼相關技術研究也越來越矚目關注。量子密鑰分發是其中研究最為廣泛，意義最為重大，目前實用性最強的量子技術。但是由于量子密鑰分發技術，成碼率較低，不能滿足大數據量實時需求，因此提出量子密鑰擴張技術。

量子密鑰擴張技術本質上是一個偽隨機數發生器，即將一個短的真隨機種子擴張成一個長的偽隨機序列?，F有的密鑰擴展算法大多基于經典密鑰算法實現的，其中基于對稱密碼算法實現的方案多是生日界安全的，基于非對稱密碼算法實現的方案都存在計算復雜性問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種量子密鑰擴張方法及系統，首次實現了經典密碼/用戶狀態與量子密碼相結合，提升了對稱密碼的安全性上界，實現了更強安全性即超生日界安全，同時降低了計算復雜性。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種量子密鑰擴張方法，包括以下步驟，

使用量子密鑰分發協議產生量子密鑰；

將產生的量子密鑰作為分組密碼的對稱密鑰，使用對稱密鑰擴張算法，生成擴張密鑰。

對稱密鑰擴張算法的過程為，

對通信用戶經典密鑰或通信用戶當前狀態N進行CTR加密處理；

將CTR加密處理得到的結果與N的計數異或之后進行分組密碼加密，得到擴張密鑰序列。

擴張密鑰序列為R₁,...,R_i,...,R_m，其中，R_i為第i個的擴張密鑰，E_k為分組密碼，m為擴張系數。

量子密鑰長度與分組密碼匹配。

一種量子密鑰擴張系統，包括

量子密鑰產生模塊：使用量子密鑰分發協議產生量子密鑰；

密鑰擴張模塊：將產生的量子密鑰作為分組密碼的對稱密鑰，使用對稱密鑰擴張算法，生成擴張密鑰。

密鑰擴張模塊包括CTR加密模塊和分組密碼加密模塊，

CTR加密模塊：對通信用戶經典密鑰或通信用戶當前狀態N進行CTR加密處理；

分組密碼加密模塊：將CTR加密處理得到的結果與N的計數異或之后進行分組密碼加密，得到擴張密鑰序列。

分組密碼加密模塊輸出的擴張密鑰序列為R₁,...,R_i,...,R_m，其中，R_i為第i個的擴張密鑰，E_k為分組密碼，m為擴張系數。

量子密鑰產生模塊產生的量子密鑰長度與分組密碼匹配。

一種存儲一個或多個程序的計算機可讀存儲介質，所述一個或多個程序包括指令，所述指令當由計算設備執行時，使得所述計算設備執行量子密鑰擴張方法。