[發明專利]基于ID密碼學和對稱密鑰池的數據鏈抗量子計算通信方法及系統

有效

• 申請號: 202010555934.7
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111698095B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 富堯;鐘一民;楊羽成
• 申請（專利權）人: 南京如般量子科技有限公司;如般量子科技有限公司
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L9/30;H04L9/08;H04L9/40;H04B1/692;H04B1/7087;H04B1/7156
• 代理公司: 南京中盟科創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32279
• 代理人: 孫麗君

1.基于ID密碼學和對稱密鑰池的數據鏈抗量子計算通信方法，其特征在于，包括步驟：

(1)密鑰頒發：密鑰頒發中心分別為發送方和接收方分配一個唯一的ID，再通過第一哈希函數將發送方ID和接收方ID分別映射為發送方公鑰和接收方公鑰，然后用密鑰頒發中心本地存儲的系統私鑰分別與發送方公鑰和接收方公鑰進行運算，得到發送方私鑰和接收方私鑰，而與系統私鑰匹配的系統公鑰存儲在密鑰頒發中心本地；密鑰頒發中心將發送方ID、發送方公鑰、發送方私鑰頒發給發送方，將接收方ID、接收方公鑰和接收方私鑰頒發給接收方；

(2)發送方和接收方在建立彼此間的通信連接時，將自身ID公開給對方；發送方和接收方得到對方ID后，分別通過預先保存的第一哈希函數計算出對方的公鑰，然后基于自身私鑰與對方公鑰采用相同的函數計算出對稱密鑰；

(3)發送方通過同步字頭法與接收方進行跳頻同步，并預先約定選取同步字頭中的至少一部分信息作為初始信息；

(4)發送方用己方對稱密鑰對初始信息進行計算，將初始信息轉化為第一初始加密信息；根據第一初始加密信息計算第一根密鑰：根據第一初始加密信息計算的第一根密鑰初始位置指針，初始位置指針指向密鑰池中某個隨機數的位置；通過不同的函數對第一初始加密信息進行計算，為第一根密鑰中的每一位數據計算一個步長；將第一根密鑰中每一位數據的步長與初始位置指針進行聯合運算，得到第一根密鑰中每一位數據的指針，根據第一根密鑰中每一位數據的指針從對稱密鑰池中取出相應的隨機數組成第一根密鑰；

基于第一根密鑰，計算出第一信息加密密鑰：首先計算第一信息加密密鑰Ke的初始位置指針PKe＝F_PKe(TOD||KR)mod?KPL；設第一信息加密密鑰Ke長度為N個bit，那么計算N個步長：LKe₁＝F_LKe(TOD||KR)，LKe₂＝F_LKe(LKe₁||TOD||KR)，…，LKe_N＝F_LKe(LKe_N-1||TOD||KR)；F_LKe()和F_PKe()為任意指定的函數，TOD表示系統實時信息，KR表示第一根密鑰；再根據初始位置指針PKe和計算出的N個步長計算第一信息加密密鑰Ke每個bit的指針：PKe₁＝PKe+LKe₁mod?KPL，PKe₂＝PKe₁+LKe₂mod?KPL，…，PKe_N＝PKe_N-1+LKe_Nmod?KPL；最后，根據PKe₁、PKe₂、…、PKe_N從密鑰池中依次取出對應位置的密鑰數據，組合得到第一信息加密密鑰Ke；KPL表示密鑰池的大小；采用相同計算方法計算出第一消息認證密鑰、第一擴頻序列、第一跳頻序列：

(5)發送方首先根據第一消息認證密鑰對待發送消息進行加密計算，得到第一消息認證碼；然后根據第一信息加密密鑰對待發送消息及第一消息認證碼進行加密，得到第一加密消息；再根據第一擴頻序列對第一加密消息進行直接序列擴頻處理，得到第一直擴信息，將第一直擴信息進行數字調制，得到調制信號；最后根據第一跳頻序列產生跳頻載波對調制信號進行跳頻處理，得到跳頻信號；發送方發送跳頻信號，完成數據發送；

(6)接收方接收跳頻信號，根據同步字頭中的初始信息，采用與發送方相同的函數分別計算出第二根密鑰、第二信息加密密鑰、第二消息認證密鑰、第二擴頻序列、第二跳頻序列；

(7)接收方采用計算出的第二信息加密密鑰、第二消息認證密鑰、第二擴頻序列、第二跳頻序列對接收到的跳頻信號依次進行解跳處理、解調處理、直接序列擴頻擬操作、信息解密、消息認證處理，完成數據接收。