[发明专利]基于ID密码学和对称密钥池的数据链抗量子计算通信方法及系统

权利要求书

1.基于ID密码学和对称密钥池的数据链抗量子计算通信方法，其特征在于，包括步骤：

(1)密钥颁发：密钥颁发中心分别为发送方和接收方分配一个唯一的ID，再通过第一哈希函数将发送方ID和接收方ID分别映射为发送方公钥和接收方公钥，然后用密钥颁发中心本地存储的系统私钥分别与发送方公钥和接收方公钥进行运算，得到发送方私钥和接收方私钥，而与系统私钥匹配的系统公钥存储在密钥颁发中心本地；密钥颁发中心将发送方ID、发送方公钥、发送方私钥颁发给发送方，将接收方ID、接收方公钥和接收方私钥颁发给接收方；

(2)发送方和接收方在建立彼此间的通信连接时，将自身ID公开给对方；发送方和接收方得到对方ID后，分别通过预先保存的第一哈希函数计算出对方的公钥，然后基于自身私钥与对方公钥采用相同的函数计算出对称密钥；

(3)发送方通过同步字头法与接收方进行跳频同步，并预先约定选取同步字头中的至少一部分信息作为初始信息；

(4)发送方用己方对称密钥对初始信息进行计算，将初始信息转化为第一初始加密信息；根据第一初始加密信息计算第一根密钥：根据第一初始加密信息计算的第一根密钥初始位置指针，初始位置指针指向密钥池中某个随机数的位置；通过不同的函数对第一初始加密信息进行计算，为第一根密钥中的每一位数据计算一个步长；将第一根密钥中每一位数据的步长与初始位置指针进行联合运算，得到第一根密钥中每一位数据的指针，根据第一根密钥中每一位数据的指针从对称密钥池中取出相应的随机数组成第一根密钥；

基于第一根密钥，计算出第一信息加密密钥：首先计算第一信息加密密钥Ke的初始位置指针PKe＝F_PKe(TOD||KR)mod KPL；设第一信息加密密钥Ke长度为N个bit，那么计算N个步长：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()为任意指定的函数，TOD表示系统实时信息，KR表示第一根密钥；再根据初始位置指针PKe和计算出的N个步长计算第一信息加密密钥Ke每个bit的指针：PKe₁＝PKe+LKe₁mod KPL，PKe₂＝PKe₁+LKe₂mod KPL，…，PKe_N＝PKe_N-1+LKe_Nmod KPL；最后，根据PKe₁、PKe₂、…、PKe_N从密钥池中依次取出对应位置的密钥数据，组合得到第一信息加密密钥Ke；KPL表示密钥池的大小；采用相同计算方法计算出第一消息认证密钥、第一扩频序列、第一跳频序列：

(5)发送方首先根据第一消息认证密钥对待发送消息进行加密计算，得到第一消息认证码；然后根据第一信息加密密钥对待发送消息及第一消息认证码进行加密，得到第一加密消息；再根据第一扩频序列对第一加密消息进行直接序列扩频处理，得到第一直扩信息，将第一直扩信息进行数字调制，得到调制信号；最后根据第一跳频序列产生跳频载波对调制信号进行跳频处理，得到跳频信号；发送方发送跳频信号，完成数据发送；

(6)接收方接收跳频信号，根据同步字头中的初始信息，采用与发送方相同的函数分别计算出第二根密钥、第二信息加密密钥、第二消息认证密钥、第二扩频序列、第二跳频序列；

(7)接收方采用计算出的第二信息加密密钥、第二消息认证密钥、第二扩频序列、第二跳频序列对接收到的跳频信号依次进行解跳处理、解调处理、直接序列扩频拟操作、信息解密、消息认证处理，完成数据接收。