[发明专利]一种量子密钥扩张方法及系统

说明书

本发明公开了一种量子密钥扩张方法，包括使用量子密钥分发协议产生量子密钥；将产生的量子密钥作为分组密码的对称密钥，使用对称密钥扩张算法，生成扩张密钥。同时也公开了相应的系统。本发明首次实现了经典密码/用户状态与量子密码相结合，将密钥扩展算法推到了更广的应用空间，提升了对称密码的安全性上界，实现了更强安全性即超生日界安全，同时降低了计算复杂性。

技术领域

本发明涉及一种量子密钥扩张方法及系统，属于量子通信、信息网络安全和密码学领域。

背景技术

目前，我国已将量子通信技术列入“十三五”规划纲要和国家能源技术创新行动计划，量子密码相关技术研究也越来越瞩目关注。量子密钥分发是其中研究最为广泛，意义最为重大，目前实用性最强的量子技术。但是由于量子密钥分发技术，成码率较低，不能满足大数据量实时需求，因此提出量子密钥扩张技术。

量子密钥扩张技术本质上是一个伪随机数发生器，即将一个短的真随机种子扩张成一个长的伪随机序列。现有的密钥扩展算法大多基于经典密钥算法实现的，其中基于对称密码算法实现的方案多是生日界安全的，基于非对称密码算法实现的方案都存在计算复杂性问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种量子密钥扩张方法及系统，首次实现了经典密码/用户状态与量子密码相结合，提升了对称密码的安全性上界，实现了更强安全性即超生日界安全，同时降低了计算复杂性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种量子密钥扩张方法，包括以下步骤，

使用量子密钥分发协议产生量子密钥；

将产生的量子密钥作为分组密码的对称密钥，使用对称密钥扩张算法，生成扩张密钥。

对称密钥扩张算法的过程为，

对通信用户经典密钥或通信用户当前状态N进行CTR加密处理；

将CTR加密处理得到的结果与N的计数异或之后进行分组密码加密，得到扩张密钥序列。

扩张密钥序列为R₁,...,R_i,...,R_m，其中，R_i为第i个的扩张密钥，E_k为分组密码，m为扩张系数。

量子密钥长度与分组密码匹配。

一种量子密钥扩张系统，包括

量子密钥产生模块：使用量子密钥分发协议产生量子密钥；

密钥扩张模块：将产生的量子密钥作为分组密码的对称密钥，使用对称密钥扩张算法，生成扩张密钥。

密钥扩张模块包括CTR加密模块和分组密码加密模块，

CTR加密模块：对通信用户经典密钥或通信用户当前状态N进行CTR加密处理；

分组密码加密模块：将CTR加密处理得到的结果与N的计数异或之后进行分组密码加密，得到扩张密钥序列。

分组密码加密模块输出的扩张密钥序列为R₁,...,R_i,...,R_m，其中，R_i为第i个的扩张密钥，E_k为分组密码，m为扩张系数。

量子密钥产生模块产生的量子密钥长度与分组密码匹配。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行量子密钥扩张方法。