[發明專利]基于傅里葉變換的高效密鑰協商方法及系統

有效

• 申請號: 202110658587.5
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113259102B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 閆麗麗;劉冬梅;張仕斌;昌燕
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;G06F17/14
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 王紅霞

本發明提供一種基于傅里葉變換的高效密鑰協商方法及系統，該方法基于高維量子實現了兩個用戶Alice和Bob之間的密鑰協商，其中Alice是一個全量子節點，具備完備的量子功能，而Bob是半量子節點；其中Bob對Alice發送的粒子隨機進行直接反射回發送端或執行酉操作后返回，同時通過延遲技術移位，打亂返回粒子的順序，Alice接收到亂序粒子后進行相關操作，最終完成密鑰協商。本發明中的方法通信效率高，能抵擋大部分的攻擊，安全性強，且易于實現。

技術領域

本發明屬于密鑰協商技術領域，具體涉及一種基于傅里葉變換的高效密鑰協商方法及系統。

背景技術

密鑰管理是密碼學中的一個極其重要的研究領域，其中的密鑰建立主要研究如何在傳輸實體間安全、高效地生成會話密鑰。根據會話密鑰生成方式不同，密鑰建立方法可分為兩類：密鑰分發和密鑰協商。密鑰分發和密鑰協商所要解決的問題截然不同，特別是在群組用戶通信中，兩類方案執行的目的尤為不同。在密鑰分發方案中，密鑰是由某一密鑰分發者（參與者或第三方）負責生成，并將其通過安全信道秘密發送給其他參與者；而在密鑰協商方案中，密鑰是由參與者共同協商生成，公平性是密鑰協商方案的一個重要特性，其強調生成的密鑰是參與執行的各方共同協商獲得，任何一方在密鑰協商結束前都無法預測或決定密鑰值，相比于密鑰分發方案，密鑰協商方案對生成密鑰的安全性要求更高。密鑰協商方案是密碼體制中的一個重要研究方向，被廣泛的應用于軍事、國防、金融、工程和社會公共設施等信息安全領域，它是實現保密通信的基礎。當前被廣泛應用的SSL（Secure SocketsLayer 安全套接層）協議、遠程桌面協議（RDP，Remote Desktop Protocol）等都是基于密鑰協商協議運行的。

由于密鑰協商具有重要的應用價值，近年來針對量子密鑰協商地研究越來越多。現有量子密鑰協商方案分兩類：全量子密鑰協商方案、半量子密鑰協商方案。在全量子密鑰協商方案中，要求所有參與者都具備完備的量子功能，如酉操作器、多粒子糾纏態的生成設備和測量設備、延遲測量和量子存儲設備等實現量子通信。但是由于當前量子設備的成本很高，普通用戶無法承擔如此昂貴的量子設備。因此，該類方案不適用于實際的應用需求。

而半量子密鑰協商方案中，為了降低量子通信的應用成本，只要求部分節點具備強量子功能，其他節點只需具備基本的量子能力，就能使用量子通信網絡，實現量子級的安全傳輸。因此，半量子方案中的強量子節點可由專門的服務提供商提供，而普通用戶只需配置基本量子設備就使用量子網絡，此類方案符合實際應用需求，易于實現量子通信網絡應用。如專發明申請號為2019104472790的文獻中也提出一種基于Bell態的兩方量子密鑰協商方法及系統，該方法同樣基于半量子，但其要求半量子用戶需配置量子存儲器才能完成密鑰協商，無法實現用戶在沒有存儲器的情況下完成協商，應用范圍有限且通信效率低。除此外，目前的在半量子密鑰協商方案還多基于二維量子態實現，即量子狀態由{、}構成，而且還需要制備糾纏態才能實現密鑰協商，該類方案基于多粒子糾纏態實現，而且通信效率較低、安全性較弱，傳輸的粒子序列中一個粒子能夠表示的信息量只有2個，被攻擊者猜測出粒子狀態的概率為1/2，即攻擊者有一半的概率獲得傳輸的量子信息；還有一些現有密鑰協商方案在實現量子密鑰協商時，需要制備多粒子糾纏態，但是多粒子糾纏態難于制備而且狀態不穩定。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種基于傅里葉變換的高效密鑰協商方法，該方法能提高密鑰協商的通信效率。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種基于傅里葉變換的高效密鑰協商方法，包括步驟：

全量子用戶與半量子用戶分別隨機生成第一子密鑰與第二子密鑰；

所述全量子用戶生成多個處在不同態的多維單粒子，并隨機對其排列生成量子序列后發布；

所述半量子用戶接收所述量子序列后，隨機選擇執行反射或酉操作，并將粒子打亂順序后返回給所述全量子用戶；

所述全量子用戶接收所述半量子用戶返回的粒子，并發布所述第一子密鑰；