[发明专利]一种用于车联网的量子随机数高速加密设备及加密方法

说明书

本发明公开了一种利用真随机数的高速加密设备和方法，通过真随机数芯片产生持续的随机数，可以任取长度作为密钥加密明文。经过比特之间最简单的一对一“同或”或“异或”运算，能够以1GB/s以上的速度加密图片(达到单核CPU主频的数量级)，并同时保障安全。本发明提升了加密技术的效率和安全性，解决了车联网尤其是自动驾驶中的加密问题。

技术领域

本发明涉及一种用于车联网的量子随机数高速加密设备及其加密方法，尤其是用于自动驾驶过程中的大容量数据的加密。

背景技术

车联网是目前实现L3级别以上的自动驾驶技术的必备条件。由于传统的GPS等卫星定位无法满足汽车在高速条件下的汽车定位，需要引入高速图像采集技术进行精确定位和实时路况采集，并将其所采集的图像信息实时上传至云端高性能计算机进行处理。在此过程中，图像采集器可能将一些涉及国土资源安全或者个人隐私的敏感信息在无线网络中进行传输，可能导致上述敏感信息泄露。为此，必须将上述信息进行加密，传统的加密算法一般采用SM2等非对称加密算法交换密钥，再采用SM4等算法加密数据。上述方法密钥传输和加密算法耗时严重，一次完整加密算法消耗时间为秒量级，远不能满足实时加密的要求，而且通常采用的128比特密钥过短，需要非常多次重复使用，影响加密安全。因此必须使用一种新的高速加密方法解决上述技术问题。

本发明公开了一种利用量子随机数的高速加密设备和方法，通过源源不断地产生量子随机数，可以任取长度作为密钥加密明文。例如可截取和摄像头采集的单张高清图片同样大小的量子随机数作为密钥，经过比特之间最简单的一对一的“异或”运算，能够以300MB/s以上的速度加密图片，并同时保障加密数据安全。量子密钥可以通过车载电脑内置量子随机数芯片产生，在空闲时段通过旧密钥一对一加密新密钥(KEK)的方式远程更新。虽然加密速度足够实时更新，但为了不占用车辆在行驶中的移动网络带宽资源，更适合的方式是定期更新量子密钥。本发明提升了加密技术的效率和安全性，解决了车联网，尤其是自动驾驶中，由于高清图像采集问题而导致的国家机密或者个人隐私泄露的问题。

发明内容

本发明为一种用于车联网的真随机数高速加密设备，由真随机数发生器和密钥专用存储器芯片组成，与车载计算机的中央处理器直接集成在一块电路板上，或通过SPI接口、光接口等高速数据通信接口连接；加密后的数据写入所述车载计算机的ROM、FLASH或者DRAM类型存储器通用存储器中。

所述设备的加密方法为：

出厂时，由车载计算机内置的真随机数发生器与云服务器或边缘计算设备做本地的量子密钥分配，存为初始密钥。

在车辆行驶过程中，由所述车载计算机的中央处理器将车端数据与密钥做XOR高速加密运算。车载计算机的中央处理器将加密后的数据通过网络高速上传至云服务器，云端解密并处理数据，将结果反馈给所述车载计算机的中央处理器。

所述车载计算机的中央处理器定时检测密钥量，当检测到密钥量低于阈值时，提示更新密钥。所述真随机数发生器产生足量新密钥，并用上一次的旧量子密钥为新的量子密钥做数据加密，即密钥加密密钥(KEK)方式传输。在车辆空闲状态下，所述车载计算机的中央处理器向云服务器远程通过对比哈希值进行密钥更新，如哈希值一致则所述车载计算机的中央处理器与云端均保存新密钥，删除旧密钥。

本发明的有益效果为，解决了传统加密技术无法匹配车联网加密的要求，通过提升数据加密效率，保证了车联网自动驾驶过程中的安全性和隐私性。

附图说明

图1为车联网量子加密系统结构；

图2为车联网高速量子加密流程。

具体实施方式