[发明专利]基于矩阵的后量子加密方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于矩阵的后量子加密方法及装置。其中后量子加密方法包括：获取明文；将任意两个明文进行乘法运算，形成明文矩阵；将密钥矩阵存储阵列中的各矩阵元素与明文矩阵中的对应的矩阵元素进行乘法运算，并存入密钥矩阵存储阵列中对应的位置；将密钥向量存储阵列中各向量的元素与明文中各对应元素进行乘法运算，并存入密钥向量存储阵列中各向量的对应位置；将各密钥与对应密钥矩阵存储阵列的矩阵的所有元素以及密钥向量存储阵列的向量的所有元素进行加法运算，并将相加结果以向量形式存储为密文。本发明不仅安全级别高，而且加密速度也快。

技术领域

本发明涉及加密算法，尤其涉及基于简单矩阵的后量子加密装置。

背景技术

密码算法是用于加密和解密的数学函数，密码算法是密码协议的基础。现行的密码算法主要包括序列密码、分组密码、散列函数等，用于保证信息的安全，提供鉴别、完整性、抗抵赖等服务。密码算法可以分为对称密码算法和非对称密码算法，对称密码在加密和解密过程中使用同一个密钥，而非对称密码在加密过程中使用公钥，在解密过程中使用私钥，所以非对称密码又被称为公钥密码。

公钥密码主要有RSA、椭圆曲线密码等，但由于它们基于大整数分解或离散对数问题，存在被量子计算机攻击的弱点。抗量子计算攻击的公钥加密算法，如格密码、多变量密码等，它们的安全性建立在NPC问题上，能够抵御量子计算机和传统计算机攻击，被认为是下一代公钥密码的候选算法，可以在云计算、大数据、物联网、区块链等新一代信息技术中广泛应用。

在多变量加密算法中，如HFE、PMI+等加密算法，它们的安全性基础是求解有限域上的多元多项式困难问题，在应用时存在加密速度慢等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的加密装置安全性能不高的缺陷，提供一种基于矩阵的后量子加密方法及装置。

本发明的后量子加密方法包括步骤：

步骤1，获取明文p_i,i＝1,...,49；

步骤2，将任意两个明文进行乘法运算，形成明文矩阵w_ij＝p_i×p_j,i,j＝1,2,...,49；

步骤3，将密钥矩阵存储阵列中的各矩阵元素c_hij,h＝1,2,...,98,i,j＝1,2,...,49与明文矩阵w_ij中的对应的矩阵元素进行乘法运算，并存入密钥矩阵存储阵列中对应的位置；

步骤4，将密钥向量存储阵列中各向量的元素v_hi,h＝1,2,...,98,i＝1,2,...,49与明文中各对应元素进行乘法运算，并存入密钥向量存储阵列中各向量的对应位置v_hi＝v_hi×p_i；

步骤5，将各密钥d_h,h＝1,2,...,98与对应密钥矩阵存储阵列的矩阵的所有元素c_hij,h＝1,2,...,98,i,j＝1,2,...,49以及密钥向量存储阵列的向量的所有元素v_hi,h＝1,2,...,98,i＝1,2,...,49进行加法运算，并将相加结果以向量形式d_h＝d_h+c_hij+v_hi,h＝1,2,...,98,i,j＝1,2,...,49存储为密文。

优选的，通过有限域乘法器来进行所述乘法运算，所述乘法运算使用基于复合有限域的查找表操作。

优选的，所述加法运算使用异或逻辑门进行运算。

优选的，所述明文乘法运算与密钥向量存储阵列的乘法运算并行运行。

本发明提出的后量子加密装置，采用上述技术方案所述的后量子加密方法进行加密。