CN111988281A - 一种基于量子通信的区块链加密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于量子通信的区块链加密方法，包括发送终端、发送服务器、接收服务器和接收端；明文数据进行加密后传输至发送服务器，发送服务器将接收到的加密数据二次加密后传输至接收服务器，接收服务器将二次加密后的密文数据传输至接收终端，接收终端通过密钥对输入端接收到的密文数据进行解密以得到明文数据。本发明的有益效果是：明文数据经由量子密钥和随机密钥形成双层加密措施，提高数据的安全性；随机密钥与量子密钥分成两路进行传输，即进行单独传输可防止窃听者同时截取两种密钥，进一步提高该加密方法的操作安全性；对密文数据B和随机密钥分别进行分段打包，且每段所包括的字符相同，使窃取者无法窃取到完整的信息数据内容。

Description

一种基于量子通信的区块链加密方法
技术领域
本发明涉及一种加密方法，具体为一种基于量子通信的区块链加密方法，属于区块链加密技术领域。
背景技术
随着互联网技术的发展和人们对信任问题的逐步关注，如何保证数据的安全性和保密性越来越受到人们的重视。区块链被大多数人认为是一种参与方共同维护的分布式账本，该账本使用密码学保证传输和访问安全。区块链技术对于解决近几年互联网发展伴随的社会在网络安全、金融交易、商品互信流通等物联网与共享经济方面的问题具有一定的价值和意义，这就使得区块链在保证实现在应用和交易的过程中的信息不会被第三方窃取变得尤为重要，区块链技术以其防篡改、可追溯等特点，已经成为解决这个问题的关键技术。
目前，尽管区块链在底层技术提供了可靠的安全保障，但攻击者仍能从区块链系统中找到漏洞并进行攻击。例如，攻击者仍然可以通过窃取私钥威胁用户数字资产安全，在加上复杂加密算法本身可能存在安全漏洞，都可能造成区块链中数据被篡改。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于量子通信的区块链加密方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于量子通信的区块链加密方法，包括发送终端、发送服务器、接收服务器和接收端；所述发送终端的输出端发送的明文数据进行加密后传输至发送服务器的输入端，所述发送服务器的输出端将接收到的加密数据二次加密后传输至接收服务器的输入端，所述接收服务器的输出端将二次加密后的密文数据传输至接收终端的输入端，所述接收终端通过密钥对输入端接收到的密文数据进行解密以得到明文数据；
其加密方法包括以下步骤：
步骤一、一次加密，发送终端在发送明文数据前，将明文数据以区块为单位进行划分，明文分成若干个块M1、M2、…、Mt，先由量子密钥对各个明文数据区块进行第一次加密，用量子密钥分发的方法产生随机密钥比特，然后对明文加密，以得到密文数据A，加密得到密文数据A=A1、A2、…、At，利用哈希函数H计算H（A1）、H（A1A2）、…、H（A1A2…At），记A＇= A1 A2…At H（A1）H（A1A2）…H（A1A2…At）；
步骤二、二次加密，密文数据A传输至发送服务器后，发送服务器产生一组随机密钥对密文数据A的各个区块进行二次加密，以得到密文数据B，用随机密钥对A＇= A1 A2…At H（A1）H（A1A2）…H（A1A2…At）加密；
步骤三、密文数据及随机密钥传输，发送服务器将得到的密文数据B进行打包，同时对所产生的随机密钥也进行打包后，共同传输至接收服务器；
步骤四、密钥传输，通过认证信道将发送终端处的量子密钥传输至接收终端；
步骤五、一次解密、接收服务器接收到密文数据B和随机密钥后，通过随机密钥对密文数据B进行一次解密，第一次解密后得到A＇＇= A1＇ A2＇…At＇ H（A1）＇H（A1A2）＇…H（A1A2…At）＇，并验证等式H（A1＇）= H（A1）＇、H（A1＇A2＇）= H（A1 A2）＇、…、H（A1＇A2＇…At＇）=H（A1A2…At）＇是否成立，如果成立，提取出密文数据A=A1A2…At，以得到密文数据A；
步骤六、二次解密、密文数据A传输到接收终端后，由量子密钥对密文数据A进行二次解密，以得到明文数据。
作为本发明再进一步的方案：所述发送终端的输出端所发送的明文数据包括数字、字母、文字、图片或视频等类型；
其中，数字、字母或文字等类型的数据直接由量子密钥进行加密；
图片数据包括文字图片数据和图像数据，文字图片数据的加密包括：先进行扫描以转换成段落文字，然后进行量子密钥加密，图像数据的加密包括：先进行扫描以获取矢量点，并变换成离散采样点集合,以实现对图像空间的离散化，把采样点上表示亮暗信息的连续量离散化后，用数值表示出来即可获得图像数据，然后对所获得的数据经由量子密钥进行加密；
视频数据的加密包括：先将视频内容按照每一帧划分为连续的图像序列，然后根据图像数据的采集方式进行数据采集，最后再由量子密钥进行加密。
作为本发明再进一步的方案：所述发送终端所发出的明文数据经由量子密钥和随机密钥形成双层加密措施。
作为本发明再进一步的方案：所述发送服务器用于将随机密钥与密文数据B传输给接收服务器，而量子密钥经由量子信道单独传输，且量子信道为光纤传输线路。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤一中，进行一次加密的量子密钥采用量子态作为信息载体。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中，对密文数据B和随机密钥分别进行分段打包，且每段所包括的字符相同，且密文数据B与随机密钥呈分段式交叉传输。
本发明的有益效果是：该基于量子通信的区块链加密方法设计合理，明文数据经由量子密钥和随机密钥形成双层加密措施，提高数据的隐私性和安全性，不易被窃听者所盗取；随机密钥与量子密钥分成两路进行传输，即进行单独传输可防止窃听者同时截取两种密钥，进一步提高该加密方法的操作安全性；对密文数据B和随机密钥分别进行分段打包，且每段所包括的字符相同，且密文数据B与随机密钥呈分段式交叉传输，使窃听者在窃取时，无法窃取到完整的信息数据内容。
附图说明
图1为本发明流程结构示意图；
图2为本发明加密原理示意图；
图3为本发明密文数据B传输结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1~3，一种基于量子通信的区块链加密方法，包括发送终端、发送服务器、接收服务器和接收端；所述发送终端的输出端发送的明文数据进行加密后传输至发送服务器的输入端，所述发送服务器的输出端将接收到的加密数据二次加密后传输至接收服务器的输入端，所述接收服务器的输出端将二次加密后的密文数据传输至接收终端的输入端，所述接收终端通过密钥对输入端接收到的密文数据进行解密以得到明文数据；
其加密方法包括以下步骤：
步骤一、一次加密，发送终端在发送明文数据前，将明文数据以区块为单位进行划分，明文分成若干个块M1、M2、…、Mt，先由量子密钥对各个明文数据区块进行第一次加密，用量子密钥分发的方法产生随机密钥比特，然后对明文加密，以得到密文数据A，加密得到密文数据A=A1、A2、…、At，利用哈希函数H计算H（A1）、H（A1A2）、…、H（A1A2…At），记A＇= A1 A2…At H（A1）H（A1A2）…H（A1A2…At）；
步骤二、二次加密，密文数据A传输至发送服务器后，发送服务器产生一组随机密钥对密文数据A的各个区块进行二次加密，以得到密文数据B，用随机密钥对A＇= A1 A2…At H（A1）H（A1A2）…H（A1A2…At）加密；
步骤三、密文数据及随机密钥传输，发送服务器将得到的密文数据B进行打包，同时对所产生的随机密钥也进行打包后，共同传输至接收服务器；
步骤四、密钥传输，通过认证信道将发送终端处的量子密钥传输至接收终端；
步骤五、一次解密、接收服务器接收到密文数据B和随机密钥后，通过随机密钥对密文数据B进行一次解密，第一次解密后得到A＇＇= A1＇ A2＇…At＇ H（A1）＇H（A1A2）＇…H（A1A2…At）＇，并验证等式H（A1＇）= H（A1）＇、H（A1＇A2＇）= H（A1 A2）＇、…、H（A1＇A2＇…At＇）=H（A1A2…At）＇是否成立，如果成立，提取出密文数据A=A1A2…At，以得到密文数据A；
步骤六、二次解密、密文数据A传输到接收终端后，由量子密钥对密文数据A进行二次解密，以得到明文数据。
进一步的，在本发明实施例中，所述发送终端的输出端所发送的明文数据包括数字、字母、文字、图片或视频等类型；
其中，数字、字母或文字等类型的数据直接由量子密钥进行加密；
图片数据包括文字图片数据和图像数据，文字图片数据的加密包括：先进行扫描以转换成段落文字，然后进行量子密钥加密，图像数据的加密包括：先进行扫描以获取矢量点，并变换成离散采样点集合,以实现对图像空间的离散化，把采样点上表示亮暗信息的连续量离散化后，用数值表示出来即可获得图像数据，然后对所获得的数据经由量子密钥进行加密；
视频数据的加密包括：先将视频内容按照每一帧划分为连续的图像序列，然后根据图像数据的采集方式进行数据采集，最后再由量子密钥进行加密。
进一步的，在本发明实施例中，所述发送终端所发出的明文数据经由量子密钥和随机密钥形成双层加密措施，提高数据的隐私性和安全性，不易被窃听者所盗取。
进一步的，在本发明实施例中，所述发送服务器用于将随机密钥与密文数据B传输给接收服务器，而量子密钥经由量子信道单独传输，且量子信道为光纤传输线路，使随机密钥与量子密钥分成两路进行传输，即进行单独传输可防止窃听者同时截取两种密钥，进一步提高该加密方法的操作安全性。
进一步的，在本发明实施例中，所述步骤一中，进行一次加密的量子密钥采用量子态作为信息载体，经由量子通道传输，已建立能够共享的密钥，窃听者若对量子态的测量来窃取信息，则会留下痕迹被用户所发现，进而可降低被窃取的风险。
进一步的，在本发明实施例中，所述步骤三中，对密文数据B和随机密钥分别进行分段打包，且每段所包括的字符相同，且密文数据B与随机密钥呈分段式交叉传输，使窃听者在窃取时，无法窃取到完整的信息数据内容。
工作原理：在使用该基于量子通信的区块链加密方法时，发送终端在发送明文数据先由量子密钥对明文数据进行第一次加密，以得到密文数据A；然后发送服务器产生一组随机密钥对密文数据A进行二次加密，以得到密文数据B；发送服务器将得到的密文数据B进行打包，同时对所产生的随机密钥也进行打包后，共同传输至接收服务器；同时通过量子信道将发送终端处的量子密钥传输至接收终端；接收服务器接收到密文数据B和随机密钥后，通过随机密钥对密文数据B进行一次解密，以得到密文数据A；密文数据A传输到接收终端后，由量子密钥对密文数据A进行二次解密，以得到明文数据。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于量子通信的区块链加密方法，包括发送终端、发送服务器、接收服务器和接收端；其特征在于：所述发送终端的输出端发送的明文数据进行加密后传输至发送服务器的输入端，所述发送服务器的输出端将接收到的加密数据二次加密后传输至接收服务器的输入端，所述接收服务器的输出端将二次加密后的密文数据传输至接收终端的输入端，所述接收终端通过密钥对输入端接收到的密文数据进行解密以得到明文数据；
其加密方法包括以下步骤：
步骤一、一次加密，发送终端在发送明文数据前，将明文数据以区块为单位进行划分，明文分成若干个块M1、M2、…、Mt，先由量子密钥对各个明文数据区块进行第一次加密，用量子密钥分发的方法产生随机密钥比特，然后对明文加密，以得到密文数据A，加密得到密文数据A=A1、A2、…、At，利用哈希函数H计算H（A1）、H（A1A2）、…、H（A1A2…At），记A＇= A1 A2…At H（A1）H（A1A2）…H（A1A2…At）；
步骤二、二次加密，密文数据A传输至发送服务器后，发送服务器产生一组随机密钥对密文数据A的各个区块进行二次加密，以得到密文数据B，用随机密钥对A＇= A1 A2…At H（A1）H（A1A2）…H（A1A2…At）加密；
步骤三、密文数据及随机密钥传输，发送服务器将得到的密文数据B进行打包，同时对所产生的随机密钥也进行打包后，共同传输至接收服务器；
步骤四、密钥传输，通过认证信道将发送终端处的量子密钥传输至接收终端；
步骤五、一次解密、接收服务器接收到密文数据B和随机密钥后，通过随机密钥对密文数据B进行一次解密，第一次解密后得到A＇＇= A1＇ A2＇…At＇ H（A1）＇H（A1A2）＇…H（A1A2…At）＇，并验证等式H（A1＇）= H（A1）＇、H（A1＇A2＇）= H（A1 A2）＇、…、H（A1＇A2＇…At＇）=H（A1A2…At）＇是否成立，如果成立，提取出密文数据A=A1A2…At，以得到密文数据A；
步骤六、二次解密、密文数据A传输到接收终端后，由量子密钥对密文数据A进行二次解密，以得到明文数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子通信的区块链加密方法，其特征在于：所述发送终端的输出端所发送的明文数据包括数字、字母、文字、图片或视频等类型；
其中，数字、字母或文字等类型的数据直接由量子密钥进行加密；
图片数据包括文字图片数据和图像数据，文字图片数据的加密包括：先进行扫描以转换成段落文字，然后进行量子密钥加密，图像数据的加密包括：先进行扫描以获取矢量点，并变换成离散采样点集合,以实现对图像空间的离散化，把采样点上表示亮暗信息的连续量离散化后，用数值表示出来即可获得图像数据，然后对所获得的数据经由量子密钥进行加密；
视频数据的加密包括：先将视频内容按照每一帧划分为连续的图像序列，然后根据图像数据的采集方式进行数据采集，最后再由量子密钥进行加密。
3.根据权利要求1所述的一种基于量子通信的区块链加密方法，其特征在于：所述发送终端所发出的明文数据经由量子密钥和随机密钥形成双层加密措施。
4.根据权利要求1所述的一种基于量子通信的区块链加密方法，其特征在于：所述发送服务器用于将随机密钥与密文数据B传输给接收服务器，而量子密钥经由量子信道单独传输，且量子信道为光纤传输线路。
5.根据权利要求1所述的一种基于量子通信的区块链加密方法，其特征在于：所述步骤一中，进行一次加密的量子密钥采用量子态作为信息载体。
6.根据权利要求1所述的一种基于量子通信的区块链加密方法，其特征在于：所述步骤三中，对密文数据B和随机密钥分别进行分段打包，且每段所包括的字符相同，且密文数据B与随机密钥呈分段式交叉传输。
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