[发明专利]基于傅里叶变换的高效密钥协商方法及系统

说明书

本发明提供一种基于傅里叶变换的高效密钥协商方法及系统，该方法基于高维量子实现了两个用户Alice和Bob之间的密钥协商，其中Alice是一个全量子节点，具备完备的量子功能，而Bob是半量子节点；其中Bob对Alice发送的粒子随机进行直接反射回发送端或执行酉操作后返回，同时通过延迟技术移位，打乱返回粒子的顺序，Alice接收到乱序粒子后进行相关操作，最终完成密钥协商。本发明中的方法通信效率高，能抵挡大部分的攻击，安全性强，且易于实现。

技术领域

本发明属于密钥协商技术领域，具体涉及一种基于傅里叶变换的高效密钥协商方法及系统。

背景技术

密钥管理是密码学中的一个极其重要的研究领域，其中的密钥建立主要研究如何在传输实体间安全、高效地生成会话密钥。根据会话密钥生成方式不同，密钥建立方法可分为两类：密钥分发和密钥协商。密钥分发和密钥协商所要解决的问题截然不同，特别是在群组用户通信中，两类方案执行的目的尤为不同。在密钥分发方案中，密钥是由某一密钥分发者（参与者或第三方）负责生成，并将其通过安全信道秘密发送给其他参与者；而在密钥协商方案中，密钥是由参与者共同协商生成，公平性是密钥协商方案的一个重要特性，其强调生成的密钥是参与执行的各方共同协商获得，任何一方在密钥协商结束前都无法预测或决定密钥值，相比于密钥分发方案，密钥协商方案对生成密钥的安全性要求更高。密钥协商方案是密码体制中的一个重要研究方向，被广泛的应用于军事、国防、金融、工程和社会公共设施等信息安全领域，它是实现保密通信的基础。当前被广泛应用的SSL（Secure SocketsLayer 安全套接层）协议、远程桌面协议（RDP，Remote Desktop Protocol）等都是基于密钥协商协议运行的。

由于密钥协商具有重要的应用价值，近年来针对量子密钥协商地研究越来越多。现有量子密钥协商方案分两类：全量子密钥协商方案、半量子密钥协商方案。在全量子密钥协商方案中，要求所有参与者都具备完备的量子功能，如酉操作器、多粒子纠缠态的生成设备和测量设备、延迟测量和量子存储设备等实现量子通信。但是由于当前量子设备的成本很高，普通用户无法承担如此昂贵的量子设备。因此，该类方案不适用于实际的应用需求。

而半量子密钥协商方案中，为了降低量子通信的应用成本，只要求部分节点具备强量子功能，其他节点只需具备基本的量子能力，就能使用量子通信网络，实现量子级的安全传输。因此，半量子方案中的强量子节点可由专门的服务提供商提供，而普通用户只需配置基本量子设备就使用量子网络，此类方案符合实际应用需求，易于实现量子通信网络应用。如专发明申请号为2019104472790的文献中也提出一种基于Bell态的两方量子密钥协商方法及系统，该方法同样基于半量子，但其要求半量子用户需配置量子存储器才能完成密钥协商，无法实现用户在没有存储器的情况下完成协商，应用范围有限且通信效率低。除此外，目前的在半量子密钥协商方案还多基于二维量子态实现，即量子状态由{、}构成，而且还需要制备纠缠态才能实现密钥协商，该类方案基于多粒子纠缠态实现，而且通信效率较低、安全性较弱，传输的粒子序列中一个粒子能够表示的信息量只有2个，被攻击者猜测出粒子状态的概率为1/2，即攻击者有一半的概率获得传输的量子信息；还有一些现有密钥协商方案在实现量子密钥协商时，需要制备多粒子纠缠态，但是多粒子纠缠态难于制备而且状态不稳定。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于傅里叶变换的高效密钥协商方法，该方法能提高密钥协商的通信效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于傅里叶变换的高效密钥协商方法，包括步骤：

全量子用户与半量子用户分别随机生成第一子密钥与第二子密钥；

所述全量子用户生成多个处在不同态的多维单粒子，并随机对其排列生成量子序列后发布；

所述半量子用户接收所述量子序列后，随机选择执行反射或酉操作，并将粒子打乱顺序后返回给所述全量子用户；

所述全量子用户接收所述半量子用户返回的粒子，并发布所述第一子密钥；