[发明专利]基于量子随机数的非对称密码终端、通信系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于量子随机数的非对称密码终端，以及包含有多个该非对称密码终端的通信系统，以及使用该非对称密码终端进行保密通信的保密通信方法。该密码终端包括量子随机数发生器和密钥生成器，量子随机数发生器用于生成并输出两个量子随机数；密钥生成器用于首先将所述两个量子随机数分割截断成等长的两组随机数序列，然后分别使用私钥算法和公钥算法将所述两组随机数序列转换成互为配对的一组私密密钥和一组公共密钥；非对称密码终端根据互为配对的所述私密密钥和所述公共密钥进行加密和解密、签名和验签名。本发明的密码终端，算法简单、密钥更新频次高，在通信过程中可以同时提供数字签名服务和数据加解密服务。

技术领域

本发明涉及通信加密技术，涉及一种基于量子随机数的非对称密码终端，还涉及一种包含有多个该非对称密码终端的通信系统，以及涉及一种使用该非对称密码终端进行保密通信的保密通信方法。

背景技术

现行的保密通信技术，其一是基于经典的对称或非对称密码体制的加密技术，其二是近些年风生水起的基于量子态分发密钥的量子保密通信技术。

(1)对称密码体制是一种传统密码体制，也称为私钥密码体制。在对称加密系统中，加密和解密采用相同的密钥。因为加/解密密钥相同，需要通信的双方必须选择和保存他们共同的密钥，各方必须信任对方不会将密钥泄密出去，这样就可以实现数据的机密性和完整性。比较典型的算法有DES(Data Encryption Standard，数据加密标准)算法及其变形Triple DES(三重DES)、GDES(广义DES)、欧洲的IDEA以及日本的FEAL-N和RC5等。

对称加密的优点是计算量小、算法简单、加解密速度快，是目前用于信息加密的主要方法。尽管对称加密有一些很好的特性，但它也存在着明显的缺陷：①密钥分配问题：通信双方要进行加密通信，需要通过秘密的安全信道协商加密密钥，而这种秘密的安全信道可能很难实现；②密钥管理问题：在有n个用户的网络中，任何两个用户之间都需要有共享的密钥，当网络中的用户数(即n)很大时，需要管理的密钥数目非常大，为n(n-1)/2；③不具备数字签名功能：当主体A收到主体B的电子数据时，无法向第三方证明此电子文档确实来源于B。

(2)非对称密码体制也叫公钥加密技术，该技术就是针对私钥密码体制的缺陷被提出来的。在公钥加密系统中，加密和解密是相对独立的，加密和解密会使用公开密钥(public key)(或称“公共密钥”)和私有密钥(private key)(或称“私密密钥”)两把不同的密钥，公开密钥可向公众公开，谁都可以使用，私有密钥却仅限自己知道，根据公开密钥无法推算出私有密钥。公钥密码体制的算法中最著名的代表是RSA系统，此外还有：背包密码、McEliece密码、Diffe_Hellman、Rabin、零知识证明、椭圆曲线、EIGamal算法等。

非对称加密的优点在于：多人间进行保密信息传输所需的密钥组和数量很小，密钥的发布不成问题，公开密钥系统可实现数字签名。而其缺点是：密钥尺寸大、加/解密速度慢、发展历史较短等。

(3)量子保密通信，泛指量子密钥分发(Quantum key Distribution，QKD)技术，是通过对光量子态进行编码和测量，从而在通信双方间产生并分享一个真随机的、绝对安全的密钥源，然后被加密设备调用来进行加密和解密通信数据。

量子密钥分发的安全性基于量子力学的基本原理，而传统密码学的安全性却是基于某些数学算法的计算复杂度。量子密钥分发有一个最重要的特性，那就是一旦有第三方试图从信道上窃取密钥，则通信的双方便会察觉，而传统密码学无法察觉窃听，也就无法从根本上保证密钥的安全性。

由于QKD系统工作机制仍然是对称加密，故其具备对称密码体制所具有的优点。除此之外，其还解决了传统对称密码体制难以解决的有关密钥安全分发、密钥如何管理的问题，以及实现了密钥持续快速更迭，可支持一事一密、一次一密的可变换密钥加密流程。