CN110166238A - 量子密钥的生成方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种量子密钥的生成方法及装置，所述生成方法包括：根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定量子密钥的分段数量m；将n个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥，该m*n个子密钥构成子密钥集合；生成密钥因子矩阵，其中，所述密钥因子矩阵为i行j列的随机矩阵，i＝m*n，j＝m；根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥，其中，所述组合量子密钥为所述子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积。本发明提供的量子密钥的生成方法及装置可以提高密钥生成的数量，满足配用电终端所需的大量密钥的需求。

Description

量子密钥的生成方法及装置
技术领域
本发明是关于量子密钥，特别是关于一种量子密钥的生成方法及装置。
背景技术
随着智能电网建设，终端技术不断发展，终端系统的安全性和保密性要求也越来越高。量子密钥由于具有无法测量以及不可克隆原理，安全性更高，已逐渐替代传统密钥应用到智能电网中。
在智能电网中，现有的方案通过量子密钥生成设备生成量子密钥，需要建设专用的光纤量子信道来分发量子密钥。
基于此，本申请的发明人发现，现有方案中的量子密钥生成速率较低，造成量子密钥生成数量有限，无法满足配用电终端所需的大量密钥的需求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种量子密钥的生成方法及装置，其能够提高密钥的生成数量。
为实现上述目的，本发明提供了一种量子密钥的生成方法，所述生成方法包括：根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定量子密钥的分段数量m；将n个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥，该m*n个子密钥构成子密钥集合；生成密钥因子矩阵，其中，所述密钥因子矩阵为i行j列的随机矩阵，i＝m*n，j＝m；根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥，其中，所述组合量子密钥为所述子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积。
在一优选的实施方式中，所述生成密钥因子矩阵之后还包括：对所述密钥因子矩阵进行哈希函数映射，将映射后的值作为所述密钥因子矩阵的标识；和根据所述密钥因子矩阵的标识判断是否生成过相同的密钥因子矩阵；其中，所述根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥包括：当没有生成过相同的密钥因子矩阵时，根据该密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥；存储所述密钥因子矩阵的标识。
在一优选的实施方式中，所述根据所述密钥因子矩阵的标识判断是否生成过相同的密钥因子矩阵之后，还包括：若生成过相同的密钥因子矩阵，则重新生成密钥因子矩阵。
在一优选的实施方式中，所述根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定分段数量之前，还包括：获取量子密钥实时成码率以及预设时长；根据所述量子密钥实时成码率以及预设时长确定所述量子密钥的总数量n；获取所在地区的终端数量以及密钥更新速率；根据所述所在地区的终端数量以及密钥更新速率确定终端所需的密钥数量。
在一优选的实施方式中，所述终端所需要的密钥数量大于等于所述量子密钥的总数量n与分段数量m的乘积。
为实现上述目的，本发明还提供了一种量子密钥的生成装置，所述生成装置包括：获取模块，用于根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定量子密钥的分段数量m；分段模块，与所述获取模块相连接，用于将n个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥,该m*n个子密钥构成子密钥集合；矩阵生成模块，与所述分段模块相连接，用于生成密钥因子矩阵，其中，所述密钥因子矩阵为i行j列的随机矩阵，i＝m*n，j＝m；计算模块，与所述分段模块以及所述矩阵生成模块相连接，用于根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥，其中，所述组合量子密钥为所述子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积。
在一优选的实施方式中，还包括：存储模块；所述矩阵生成模块在生成密钥因子矩阵之后还用于对所述密钥因子矩阵进行哈希函数映射，将映射后的值作为所述密钥因子矩阵的标识；根据所述密钥因子矩阵的标识判断是否生成过相同的密钥因子矩阵；所述计算模块用于在没有生成过相同的密钥因子矩阵时，根据该密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥；所述存储模块分别与所述矩阵生成模块以及所述计算模块相连接，用于存储所述密钥因子矩阵的标识。
在一优选的实施方式中，所述矩阵生成模块还用于在判断生成过相同的密钥因子矩阵时，重新生成密钥因子矩阵。
在一优选的实施方式中，所述获取模块在根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定分段数量m之前，还用于：获取量子密钥实时成码率以及预设时长；根据量子密钥实时成码率以及预设时长确定量子密钥的总数量n；获取所在地区的终端数量以及密钥更新速率；根据所述所在地区的终端数量以及密钥更新速率确定终端所需的密钥数量。
在一优选的实施方式中，所述终端所需要的密钥数量大于等于所述量子密钥的总数量n与分段数量的乘积。
与现有技术相比，根据本发明的量子密钥的生成方法及装置，通过将n 个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥；生成密钥因子矩阵，根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥，其中，所述组合量子密钥为子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积，可以提高密钥生成的数量，满足配用电终端所需的大量密钥的需求。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的量子密钥的生成方法的流程图；
图2是根据本发明一实施方式的量子密钥的分段数量m＝2时的示意图；
图3是根据本发明一实施方式的量子密钥的分段数量m＝3时的示意图；
图4是根据本发明一实施方式的量子密钥的生成装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
实施例1
如图1所示，其为根据本发明优选实施方式的量子密钥的生成方法的流程图，本实施例提供的量子密钥的生成方法包括步骤S1-S4。本实施例的方法基于量子密钥生成设备实现。
步骤S1，根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定量子密钥的分段数量m。
其中，量子密钥的总数量n是量子密钥生成设备生成的量子密钥的总数。终端所需要的密钥数量大于等于量子密钥的总数量n与分段数量m的乘积。
具体的，可以通过将量子密钥的总数量n与终端所需要的密钥数量进行对比，尝试性的确定密钥的分片数量m。
在一种实现方式中，步骤S1之前还可以包括S01-S04。
步骤S01，获取量子密钥生成设备的量子密钥实时成码率以及预设时长。
步骤S02，根据量子密钥实时成码率以及预设时长确定量子密钥生成设备生成的量子密钥总数量n。
其中，预设时长为量子密钥生成设备工作的预设时长，对量子密钥实时成码率和预设时长进行相乘运算，确定生成的量子密钥总数量n。
步骤S03，通过主站获取所在地区的终端数量以及密钥更新速率。其中，所在地区为量子密钥生成设备对应或服务的地区。
步骤S04，根据所述地区范围内的终端数量以及密钥更新速率确定终端所需的密钥数量。
步骤S2，将n个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥。
以下对密钥分段进行详细说明。密钥分段是把量子密钥生成设备生成的一个密钥分成m个不同的片组，或称为m个子秘钥，经分段后形成的子密钥资源数量L＝m*n。然后把这些子密钥进行唯一标识，用于密钥的组合从而生成相对应的密钥。
具体的，不同的分片数量所对应的组合密钥生成数量为：
K总＝Cm mn＝Cm L
密钥分段方式优选的采用两段或三段的方式。
以下以密钥分段m＝2为例进行详细说明。请参阅图2，其为本实施例量子密钥的分段数量m＝2时的示意图，量子密钥池中储存的是量子密钥生成设备生成的n个密钥，两段分片后共形成2n个子密钥，子密钥集合R：
R＝{K1a,K1b,K2a,K2b…Kna,Knb}
密钥的组合可以产生C2 2n个组合密钥，而且这些密钥都是不相同的，具备了两个不同量子密钥的特性，安全性更好。
以下以密钥分段m＝3为例进行详细说明。请参阅图3，其为本实施例量子密钥的分段数量m＝3时的示意图，三段分片后共形成3n个子密钥，考虑密钥的组合可以产生C3 3n个组合密钥。可结合终端的数量和密钥的更新速率确定密钥的分片段数。使用密钥分片的目的主要是为了在有限量子密钥的情况下，生成足够的量子密钥子密钥，为密钥的组合生成提供基础，从而提高密文安全性。
步骤S3，生成密钥因子矩阵，其中，所述密钥因子矩阵为i行j列的随机矩阵，i＝mn，j＝m。
具体的，密钥因子矩阵TK表示为:
TK由随机数0、1构成的矩阵。
步骤S4，根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算新的量子密钥，其中，所述新的量子密钥为子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积。
通过密钥因子矩阵提取矩阵的行与列所对应的子密钥来进行组合，即生成相对应的组合密钥。
量子组合密钥KID为：
由此，本实施例提供的量子密钥的生成方法，通过将n个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥；生成密钥因子矩阵，根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥，其中，所述组合量子密钥为子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积，可以提高密钥生成的数量，满足配用电终端所需的大量密钥的需求。
进一步地，本实施例提供的量子密钥的生成方法，可以降低大量密钥所需的存储空间受限问题，应用简单、可扩展性好的特征，适用于点多面广的大规模的配用电终端网络，保障业务数据的安全传输。
在一种实现方式中，步骤S3之后还可以包括S51-S54。
步骤S51，对所述密钥因子矩阵进行哈希函数映射，将映射后的值作为所述密钥因子矩阵的标识。
步骤S52，根据所述密钥因子矩阵的标识判断是否生成过相同的密钥因子矩阵。
具体的，可以通过判断密钥因子矩阵的标识是否为之前存储过的标识来判断之前是否生成过相同的密钥因子矩阵。
步骤S53，若生成过相同的密钥因子矩阵，则重新生成密钥因子矩阵。
步骤S54，若没有生成过相同的密钥因子矩阵，则根据该密钥因子矩阵计算组合量子密钥，并存储所述密钥因子矩阵的标识。
由此，使用没有使用过的密钥因子矩阵，可以增加组合量子密钥的随机性，进一步提高组合量子密钥的安全性。
实施例2
如图4所示，其为根据本发明优选实施方式的量子密钥的生成装置的结构示意图，本实施例提供的量子密钥的生成装置包括获取模块1、分段模块2、矩阵生成模块3以及计算模块4。
获取模块1用于根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定量子密钥的分段数量m。其中，所述终端所需要的密钥数量大于等于所述量子密钥的总数量n与分段数量的乘积。
分段模块2与所述获取模块1相连接，用于将n个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥，该m*n个子密钥构成子密钥集合。
矩阵生成模块3与所述分段模块2相连接，用于生成密钥因子矩阵，其中，所述密钥因子矩阵为i行j列的随机矩阵，i＝m*n，j＝m。
计算模块4分别与所述分段模块2以及所述矩阵生成模块3相连接，用于根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥，其中，所述组合量子密钥为子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积。
本实施例中的量子密钥的生成装置设置于量子密钥的生成设备上，且可以用于实现实施例1中的量子密钥的生成方法的全部步骤，本实施例中不再赘述。
由此，本实施例提供的量子密钥的生成装置，通过将n个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥；生成密钥因子矩阵，根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥，其中，所述组合量子密钥为子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积，可以提高密钥生成的数量，满足配用电终端所需的大量密钥的需求。
进一步地，本实施例提供的量子密钥的生成装置，可以降低大量密钥所需的存储空间受限问题，应用简单、可扩展性好的特征，适用于点多面广的大规模的配用电终端网络，保障业务数据的安全传输。
在一种实现方式中，本实施例提供的生成装置还包括：存储模块5。
所述矩阵生成模块3在生成密钥因子矩阵之后还用于对所述密钥因子矩阵进行哈希函数映射，将映射后的值作为所述密钥因子矩阵的标识；根据所述密钥因子矩阵的标识判断是否生成过相同的密钥因子矩阵；
所述计算模块4用于在没有生成过相同的密钥因子矩阵时，根据该密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥；
所述存储模块5分别与所述矩阵生成模块3以及所述计算模块4相连接，用于存储所述密钥因子矩阵的标识。
矩阵生成模块3在判断生成过相同的密钥因子矩阵时，重新生成密钥因子矩阵。
所述获取模块1在根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定分段数量之前，还用于：获取量子密钥实时成码率以及预设时长；根据量子密钥实时成码率以及预设时长确定量子密钥的总数量n；获取所在地区的终端数量以及密钥更新速率；根据所述所在地区的终端数量以及密钥更新速率确定终端所需的密钥数量。
由此，可以解决量子密钥有限和大量终端需求数量的问题，保障终端设备都能共享足够的安全密钥。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种量子密钥的生成方法，其特征在于，所述生成方法包括：
根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定量子密钥的分段数量m；
将n个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥，该m*n个子密钥构成子密钥集合；
生成密钥因子矩阵，其中，所述密钥因子矩阵为i行j列的随机矩阵，i＝m*n，j＝m；
根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥，其中，所述组合量子密钥为所述子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积。
2.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述生成密钥因子矩阵之后还包括：
对所述密钥因子矩阵进行哈希函数映射，将映射后的值作为所述密钥因子矩阵的标识；和
根据所述密钥因子矩阵的标识判断是否生成过相同的密钥因子矩阵；
其中，所述根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥包括：
当没有生成过相同的密钥因子矩阵时，根据该密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥；
存储所述密钥因子矩阵的标识。
3.如权利要求2所述的生成方法，其特征在于，所述根据所述密钥因子矩阵的标识判断是否生成过相同的密钥因子矩阵之后，还包括：
若生成过相同的密钥因子矩阵，则重新生成密钥因子矩阵。
4.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定分段数量之前，还包括：
获取量子密钥实时成码率以及预设时长；
根据所述量子密钥实时成码率以及预设时长确定所述量子密钥的总数量n；以及
获取所在地区的终端数量以及密钥更新速率；
根据所述所在地区的终端数量以及密钥更新速率确定终端所需的密钥数量。
5.如权利要求1所述的生成方法，其特征在于，所述终端所需要的密钥数量大于等于所述量子密钥的总数量n与分段数量m的乘积。
6.一种量子密钥的生成装置，其特征在于，所述生成装置包括：
获取模块，用于根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定量子密钥的分段数量m；
分段模块，与所述获取模块相连接，用于将n个量子密钥根据分段数量m进行分段，形成m*n个子密钥,该m*n个子密钥构成子密钥集合；
矩阵生成模块，与所述分段模块相连接，用于生成密钥因子矩阵，其中，所述密钥因子矩阵为i行j列的随机矩阵，i＝m*n，j＝m；
计算模块，与所述分段模块以及所述矩阵生成模块相连接，用于根据所述密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥，其中，所述组合量子密钥为所述子密钥集合与所述密钥因子矩阵的乘积。
7.如权利要求6所述的生成装置，其特征在于，还包括：存储模块；
所述矩阵生成模块在生成密钥因子矩阵之后还用于对所述密钥因子矩阵进行哈希函数映射，将映射后的值作为所述密钥因子矩阵的标识；根据所述密钥因子矩阵的标识判断是否生成过相同的密钥因子矩阵；
所述计算模块用于在没有生成过相同的密钥因子矩阵时，根据该密钥因子矩阵以及所述子密钥集合计算组合量子密钥；
所述存储模块分别与所述矩阵生成模块以及所述计算模块相连接，用于存储所述密钥因子矩阵的标识。
8.如权利要求7所述的生成装置，其特征在于，所述矩阵生成模块还用于在判断生成过相同的密钥因子矩阵时，重新生成密钥因子矩阵。
9.如权利要求6所述的生成装置，其特征在于，所述获取模块在根据量子密钥的总数量n以及终端所需要的密钥数量，确定分段数量m之前，还用于：
获取量子密钥实时成码率以及预设时长；根据量子密钥实时成码率以及预设时长确定量子密钥的总数量n；获取所在地区的终端数量以及密钥更新速率；根据所述所在地区的终端数量以及密钥更新速率确定终端所需的密钥数量。
10.如权利要求6所述的生成装置，其特征在于，所述终端所需要的密钥数量大于等于所述量子密钥的总数量n与分段数量的乘积。
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