[发明专利]一种基于时间相位编码的量子数字签名系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于时间相位编码的量子数字签名系统及方法，其中量子数字签名系统可以有信息理论上的安全性，避免了随着量子计算技术发展而无法保障安全性的问题出现；在签名过程中生成安全的密钥，生成密钥后，选取随机数发生器中获取的随机数生成不可约多项式，不可约多项式在与部分密钥生成哈希函数，将消息输入哈希函数生成哈希值；每次使用的哈希函数都需要更新，生成哈希函数剩下的密钥被用于加密；任意长度的消息都可以借由生成的哈希函数转变成定长的哈希值，所以本发明涉及的数字签名对于消息的长度没有限制，签名效率非常高。

技术领域

本发明涉及量子通信安全领域，具体涉及一种基于时间相位编码的量子数字签名系统及方法。

背景技术

为了应对量子计算技术对于基于计算复杂度设计的信息安全技术的威胁以及为了在未来的量子信息时代更好地处理信息，量子密码乃至量子信息安全领域的研究应运而生，不同于基于数学问题计算复杂度的非对称密码系统，量子信息安全技术旨在为信息提供基于物理定律的安全，因为其安全性是基于量子力学中量子不可克隆性这一基本原理以及量子力学中的纠缠等性质，所以无论什么计算技术的发展，哪怕是调用无限的算力也不会对理想的量子密码系统产生威胁。量子数字签名是量子密码领域研究的一个方向，其目的是找到在未来量子时代现有的基于数学问题计算复杂度的公钥密码系统失效后能够代替其发挥签名作用的量子系统。理想的量子数字签名方案可以在量子计算技术成熟的未来保障信息网络的安全性，而且由于其“绝对安全性”特点，相比在足够强算力下能够被破解的公钥密码系统数字签名技术有着绝对的优势。

中国发明专利，一种高效率的量子数字签名方法及系统，公开号CN112468292A，该技术方案采用了后匹配的处理方法，签名效率与探测效率表现出线性关系。虽然该协议保证了数据的完整性，防止篡改和抵赖，但是在其说明书第[0055]段提到：该实施例仅讨论对于一个比特消息m签名的过程，要想签名更长的消息(如一个32比特字符串)，可以有若干方案，例如重复密钥分发32次，对签名消息的每个比特各自签名；由此该协议每一轮签名只能针对一个比特的数据进行，生成签名需要消耗大量的通信资源，签名的效率还是很低，依然难以用于实际的数字签名场景，缺乏实用性。

由此可见，现有技术的不足：(1)现在广泛使用的数字签名技术是基于非对称密码系统的，随着量子计算技术的发展，这些数字签名技术面临失效的危险；(2)现有的量子数字签名协议一轮签名只能针对一个比特进行，消耗通讯资源多，签名效率低下，实用化价值不高；(3)现有的量子数字签名协议实现难度较高，这为具体投入应用又增添了困难。

为此，我们提出一种基于时间相位编码的量子数字签名系统及方法以应对上面提及的现有技术的不足。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种基于时间相位编码的量子数字签名系统及方法，解决了现在广泛使用的数字签名技术是基于非对称密码系统的，随着量子计算技术的发展将会逐渐无法保障安全性的问题；以及现有的量子数字签名效率很低，每一轮签名只能对一个比特数据进行签名，生成签名需要消耗大量通信资源的问题。

本发明提出的量子数字签名系统可以有信息理论上的安全性，避免了随着量子计算技术发展而无法保障安全性的问题出现；且每轮签名对于消息的长度没有限制，签名效率非常高。任意长度的消息都可以借由生成的哈希函数转变成定长的哈希值，所以本发明涉及的数字签名对于消息的长度没有限制，签名效率非常高。

技术方案：本发明一种基于时间相位编码的量子数字签名系统，包括发送端、接收端和验证端，发送端包括相互连接的第一量子通信单元和第一经典处理单元，接收端包括相互连接的第二量子通信单元和第二经典处理单元，验证端包括相互连接的第三量子通信单元和第三经典处理单元；其中发送端和接收端的量子通信单元之间、发送端和验证端的量子通信单元之间均通过量子信道连接，发送端和接收端的经典处理单元之间、发送端和验证端的经典处理单元之间、接收端和验证端的经典处理单元之间均通过经典信道连接；