CN108449183A - 一种使用量子随机数的非对称加密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用量子随机数的非对称加密方法。该方法具体实现步骤如下，步骤1：量子随机数发生器产生不可预测的随机数；步骤2：这些量子随机数经大整数素数筛选算法，得到满足生成公钥和私钥对的种子随机数；步骤3：该种子随机数进一步通过公私密钥对生成算法得到公钥和私钥对。本发明所述方法解决了现行公钥加密体系由确定的算法产生随机数因而具有极高的不安全性的问题。用量子随机数发生器产生的不可预测的随机数作为种子，确保了产生的公私密钥对的安全可靠。因此，使用量子随机数的非对称加密技术将进一步提高现有加密技术下的安全性。

Description

一种使用量子随机数的非对称加密方法
技术领域
本发明涉及网络安全通信及加密技术领域，特别涉及使用量子随机数的非对称加密方法。
背景技术
近年来，随着移动互联网的高速发展和普及，人们已经习惯了其所带来的便利生活，然而同时也伴随着黑客对个人信息和商业机密等的安全威胁，这些隐私或者机密信息已然成为网络上明码标价的商品。网络中充斥着大量买卖公民个人信息的不法交易。人们在获取便利的同时也在失去着隐私。同时，人们对自身信息安全的关注也在日益增强。因此，不断寻找新的或者改进现有的信息加密技术，满足用户的信息安全需求已成为信息安全领域从业人员的共识。
RSA加密算法作为一种非对称加密算法，在公开密钥加密和电子商业等领域中被广泛使用。RSA体制是利用数论中分解大整数的困难性，即计算两个大素数的乘积是容易的，而分解其乘积是困难的。现行RSA体制使用概率算法来验证随机产生的大的整数是否素数，但是要求产生随机数的算法必须非常好，产生的随机数应该是随机和不可预测的。然而这些非常好的随机数算法，有些已经被发表，无法使用。而且根据密码学原理，算法是公开的，基于算法的安全终究难以长久。总之，由确定的算法产生随机数具有极高的不安全性。然而量子随机数却能满足如此严苛要求。这些年来各种量子随机数发生器方案的提出和实现，为解决该问题带来了福音。量子随机数发生器基于量子特性的内禀随机性，可产生具有真正不可预测且随机的无限长随机数序列。因此，使用量子随机数的非对称加密技术将进一步提高现有加密技术下的通信安全性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
现行RSA公钥加密体系使用概率算法对由特定算法产生的随机序列进行大整数素数筛选获得公私密钥对，但是要求产生随机数的算法必须非常好，产生的随机数应该是随机和不可预测的。然而这些非常好的随机数算法，有些已经被发表，无法使用。而且根据密码学原理，算法是公开的，基于算法的安全终究难以长久。总之，由确定的算法产生随机数具有极高的不安全性。
量子随机数发生器因其“天然”的真随机和不可预测性成为随机数源的合适选择。因此，如何将量子随机数发生器与现有非对称加密算法结合是主要的技术问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种使用量子随机数的非对称加密方法，旨在结合量子随机数发生器和现有非对称加密算法用于信息的安全加密。主要包括量子随机数生成、大整数素数筛选和非对称密钥生成三部分。其中量子随机数发生器主要包括量子随机源、探测及采样模块和后处理模块三部分。包括以下步骤：
步骤1：量子随机数发生器产生不可预测的随机数；
步骤2：这些量子随机数经大整数素数筛选算法，得到满足生成公钥和私钥对的种子随机数；
步骤3：该种子随机数进一步通过公私密钥对生成算法得到公钥和私钥对。
具体步骤如下：
步骤1a：量子随机源产生具有量子特性的物理信号；
步骤1b：该物理信号被探测并采样转化为二进制的数字序列；
步骤1c：该数字序列再经后处理模块处理得到不可预测的随机数。
步骤2a：步骤1产生的量子随机数经过大整数素数筛选算法得到大于500比特的第一随机数p和第二随机数q，并计算得到运算模数n＝pq，以及
步骤2b：从步骤1产生的量子随机数中选取一个整数作为第三随机数e，称为加密指数，满足且e与互质。
步骤3a：由步骤2b产生的第三随机数e计算得到解密指数d，满足
步骤3b：由上述步骤最终得到密钥对，其中(n,e)为公钥，(n,d)为私钥。
(三)有益效果
本发明所述系统中，量子随机数发生器由于其量子特性的内禀随机性及不可预测性，其产生的不可预测的随机数作为种子，确保了生成的公私密钥对的安全可靠。使用量子随机数的非对称加密技术将进一步提高现有加密技术下的安全性。
附图说明
图1为本发明的方法原理实现框架示意图。
具体实施方式
结合图1所示本发明的方法原理实现框架示意图，基于测量真空态散粒噪声的量子随机数发生器方案，具体步骤如下：
1.量子随机数发生器产生不可预测的随机数：
步骤1a：利用激光器产生的本征光与真空态信号在50:50的分束器中产生产生干涉，分别得到信号S1(t)、S2(t)；
步骤1b：该两个信号被平衡零差探测器测量得到差分电流并由模数转换器(ADC)采样转化为数字序列；
步骤1c：计算该数字序列可提取的有效随机数位数，经随机提取得到不可预测的随机数0101100...。
2.上述量子随机数经大整数素数筛选算法，得到满足生成公钥和私钥对的种子随机数：
步骤2a：步骤1产生的量子随机数经过大整数素数筛选算法得到大于500比特的第一随机数p和第二随机数q，并计算得到运算模数n＝pq，以及
步骤2b：从步骤1产生的量子随机数中选取一个整数作为第三随机数e，称为加密指数，满足且e与互质。
3.上述种子随机数进一步通过公私密钥对生成算法得到公钥和私钥对：
步骤3a：由步骤2b产生的第三随机数e计算得到解密指数d，满足
步骤3b：由上述步骤最终得到密钥对，其中(n,e)为公钥，(n,d)为私钥。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种使用量子随机数的非对称加密方法，其特征在于：
主要包括量子随机数生成、大整数素数筛选和非对称密钥生成三部分。包括以下步骤：
步骤1：量子随机数发生器产生不可预测的随机数；
步骤2：这些量子随机数经大整数素数筛选算法，得到满足生成公钥和私钥对的种子随机数；
步骤3：该种子随机数进一步通过公私密钥对生成算法得到公钥和私钥对。
2.根据权利要求1所述的一种使用量子随机数的非对称加密方法，其特征在于，所述量子随机数发生器主要包括量子随机源、探测及采样模块和后处理模块三部分。所述步骤1包括如下步骤：
步骤1a：量子随机源产生具有量子特性的物理信号；
步骤1b：该物理信号被探测并采样转化为二进制的数字序列；
步骤1c：该数字序列再经后处理模块处理得到不可预测的随机数。
3.根据权利要求1所述的一种使用量子随机数的非对称加密方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：
步骤2a：步骤1产生的量子随机数经过大整数素数筛选算法得到大于500比特的第一随机数p和第二随机数q，并计算得到运算模数n＝pq，以及
步骤2b：从步骤1产生的量子随机数中选取一个整数作为第三随机数e，称为加密指数，满足且e与互质。
4.根据权利要求1所述的一种使用量子随机数的非对称加密方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3a：由步骤2b产生的第三随机数e计算得到解密指数d，满足
步骤3b：由上述步骤最终得到密钥对，其中(n,e)为公钥，(n,d)为私钥。
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