CN113468582A - 一种抗量子计算加密通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗量子计算加密通信方法，该方法包括：发送方通过第一随机数对签名进行加密，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密，根据第二随机数生成的消息加密密钥对待发送的消息进行加密，根据第三随机数生成的密钥加密密钥对第二随机数进行加密，将加密后的各个数据发送至接收方，接收方通过第三随机数生成的密钥加密密钥得到第二随机数，通过第二随机数得到消息，通过发送方公钥指针随机数得到发送方的公钥，通过发送方的公钥得到第一随机数，通过第一随机数得到签名，根据消息、公钥及签名进行验证。本发明提供的抗量子计算加密通信方法，实现了消息传输通信及数字签名的认证，降低了密钥被窃取或被量子计算机破解的风险。

Description

一种抗量子计算加密通信方法

技术领域

本发明涉及安全通信技术领域，特别是涉及一种抗量子计算加密通信方法。

背景技术

随着21世纪信息革命的爆发和科学技术的不断发展，如何保证用户端之间的安全通信是当前研究的热点。实现对数据加密、传输及隐私等信息安全，无论是日常进行商业活动的企业公司，还是政府机关、银行等都对此有迫切的需求，特别是在当今全球化经济时代，保证信息的无条件安全，是当前公众关注的焦点之一。最早期提出用户端之间通信信息的传递，几乎都是明文信息，非常容易被窃听，安全性较低，后来人们进一步借助基于数学复杂性问题的经典加密算法对信息进行加密。

当前保证网络信息安全的关键技术就是密码技术，而在如今的密码学领域中，主要有两种密码系统，一是对称密钥密码系统，即加密密钥和解密密钥使用同一个，另一个是公开密钥密码系统，即加密密钥和解密密钥不同，其中一个可以公开。

随着破解技术和量子计算机的发展，现有的经典的对称密钥密码系统及公开密钥密码系统将变得更加不安全，而且，与之相对应的数字签名也可能会被破解进而被恶意篡改。因此，设计一种抗量子计算加密通信方法是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗量子计算加密通信方法，实现了消息传输通信及数字签名的认证，降低了密钥被窃取或被量子计算机破解的风险，提高了通信的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种抗量子计算加密通信方法，包括如下步骤：

步骤1：发送方获取密钥卡，密钥卡内存有非对称密钥池、公钥指针随机数、私钥及对称密钥池；

步骤2：发送方与接收方进行密钥协商，得到共享密钥，并配置第一随机数、第二随机数及第三随机数；

步骤3：通过发送方的私钥对待发送的消息进行运算，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数；

步骤4：发送方根据第二随机数生成消息加密密钥，根据消息加密密钥对待发送的消息进行加密，得到第一密文，根据第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥及密钥认证密钥，通过密钥认证密钥对第二随机数进行运算，生成认证码，通过密钥加密密钥对认证码及第二随机数进行加密，得到第二密文，将第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数发送至接收方；

步骤5：接收方接收来自发送方的第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数，通过第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥和密钥认证密钥，通过密钥加密密钥和密钥认证密钥对第二密文进行解密和认证，得到第二随机数，根据第二随机数生成消息加密密钥，利用消息加密密钥对第一密文进行解密，得到消息；

步骤6：接收方利用发送方公钥指针随机数结合非对称密钥池获得发送方的公钥，利用发送方的公钥对密文随机数进行解密，得到第一随机数，利用第一随机数对密文签名进行解密，得到签名，利用发送方的发送的消息及获取的发送方的公钥验证签名。

可选的，所述密钥卡中设置有相同的非对称密钥池及对称密钥池和不同的公钥指针随机数及私钥。

可选的，步骤3中，通过发送方的私钥对待发送的消息进行运算，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数，具体为：

对待发送的消息进行单向散列函数运算，得到消息摘要，通过发送方的私钥对消息摘要进行数字签名算法加密，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数。

可选的，步骤4中，根据第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥及密钥认证密钥，具体为：

通过密钥指针算法作用于第三随机数得到密钥种子指针，根据密钥种子指针从密钥卡的对称密钥池中取出相应的随机数序列作为密钥种子，利用密钥生成算法计算密钥种子得到中间密钥，将共享密钥和中间密钥作为参数进行计算得到密钥加密密钥及密钥认证密钥。

可选的，步骤5中，接收方利用发送方公钥指针随机数结合非对称密钥池获得发送方的公钥，具体为：

接收方获取发送方公钥指针随机数，通过公钥指针函数作用于发送方公钥指针随机数，得到公钥指针，通过公钥指针获取非对称密钥池的相应位置中存储的发送方的公钥。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的抗量子计算加密通信方法，该方法包括发送方获取密钥卡，密钥卡内存有非对称密钥池、公钥指针随机数、私钥及对称密钥池，发送方与接收方进行密钥协商，得到共享密钥，并配置第一随机数、第二随机数及第三随机数，通过发送方的私钥对待发送的消息进行运算，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数，发送方根据第二随机数生成消息加密密钥，根据消息加密密钥对待发送的消息进行加密，得到第一密文，根据第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥及密钥认证密钥，通过密钥认证密钥对第二随机数进行运算，生成认证码，通过密钥加密密钥对认证码及第二随机数进行加密，得到第二密文，将第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数发送至接收方，接收方接收来自发送方的第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数，通过第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥和密钥认证密钥，通过密钥加密密钥和密钥认证密钥对第二密文进行解密和认证，得到第二随机数，根据第二随机数生成消息加密密钥，利用消息加密密钥对第一密文进行解密，得到消息，接收方利用发送方公钥指针随机数结合非对称密钥池获得发送方的公钥，利用发送方的公钥对密文随机数进行解密，得到第一随机数，利用第一随机数对密文签名进行解密，得到签名，利用发送方的发送的消息及获取的发送方的公钥验证签名；该方法使用密钥卡存储非对称密钥池、公钥指针随机数、私钥及对称密钥池，且对外发布的为随机数，并不是原始的密钥本身，而且密钥卡是独立的硬件隔离设备，降低了密钥被恶意软件或恶意操作窃取的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例抗量子计算加密通信方法流程示意图。

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。

本发明的目的是提供一种抗量子计算加密通信方法，实现了消息传输通信及数字签名的认证，降低了密钥被窃取或被量子计算机破解的风险，提高了通信的安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为发明实施例抗量子计算加密通信方法流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的抗量子计算加密通信方法，包括如下步骤：

步骤1：发送方获取密钥卡，密钥卡内存有非对称密钥池、公钥指针随机数、私钥及对称密钥池；

步骤2：发送方与接收方进行密钥协商，得到共享密钥，并配置第一随机数、第二随机数及第三随机数；

步骤3：通过发送方的私钥对待发送的消息进行运算，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数；

步骤4：发送方根据第二随机数生成消息加密密钥，根据消息加密密钥对待发送的消息进行加密，得到第一密文，根据第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥及密钥认证密钥，通过密钥认证密钥对第二随机数进行运算，生成认证码，通过密钥加密密钥对认证码及第二随机数进行加密，得到第二密文，将第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数发送至接收方；

步骤5：接收方接收来自发送方的第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数，通过第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥和密钥认证密钥，通过密钥加密密钥和密钥认证密钥对第二密文进行解密和认证，得到第二随机数，根据第二随机数生成消息加密密钥，利用消息加密密钥对第一密文进行解密，得到消息；

步骤6：接收方利用发送方公钥指针随机数结合非对称密钥池获得发送方的公钥，利用发送方的公钥对密文随机数进行解密，得到第一随机数，利用第一随机数对密文签名进行解密，得到签名，利用发送方的发送的消息及获取的发送方的公钥验证签名。

密钥卡为实体硬件，使用时与发送方或接收方所使用的终端设备相连，通过对密钥池的物理隔离进一步提高安全性。

所述密钥卡中设置有相同的非对称密钥池及对称密钥池和不同的公钥指针随机数及私钥。

发送方与接收方通信进行密钥协商时采用加密通信，加密通信使用的传输密钥是由协商随机数结合所述群组对称密钥池生成，且向对方公开该协商随机数。

步骤3中，通过发送方的私钥对待发送的消息进行运算，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数，具体为：

对待发送的消息进行单向散列函数运算，得到消息摘要，通过发送方的私钥对消息摘要进行数字签名算法加密，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数。

步骤4中，根据第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥及密钥认证密钥，具体为：

通过密钥指针算法作用于第三随机数得到密钥种子指针，根据密钥种子指针从密钥卡的对称密钥池中取出相应的随机数序列作为密钥种子，利用密钥生成算法计算密钥种子得到中间密钥，将共享密钥和中间密钥作为参数进行计算得到密钥加密密钥及密钥认证密钥。

步骤4中，根据第二随机数生成消息加密密钥的方法与根据第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥及密钥认证密钥的方法类似，具体为：

通过密钥指针算法作用于第二随机数得到密钥种子指针，根据密钥种子指针从密钥卡的对称密钥池中取出相应的随机数序列作为密钥种子，利用密钥生成算法计算密钥种子得到消息加密密钥。

步骤5中，接收方利用发送方公钥指针随机数结合非对称密钥池获得发送方的公钥，具体为：

接收方获取发送方公钥指针随机数，通过公钥指针函数作用于发送方公钥指针随机数，得到公钥指针，通过公钥指针获取非对称密钥池的相应位置中存储的发送方的公钥。

该方法中的公钥均不公开，公开使用的都是跟密钥卡内非对称密钥池中存储的公钥的位置有关的公钥指针随机数。

所述私钥以及与所述私钥对应的公钥的对应关系基于RSA算法或基于DSA算法。

该方法也可使用相同的密钥对随机数进行加解密，其中，该密钥的生产方法具体为：

对发送方的公钥使用散列算法，生产散列码，将该散列码作为密钥。

本发明提供的抗量子计算加密通信方法，该方法包括发送方获取密钥卡，密钥卡内存有非对称密钥池、公钥指针随机数、私钥及对称密钥池，发送方与接收方进行密钥协商，得到共享密钥，并配置第一随机数、第二随机数及第三随机数，通过发送方的私钥对待发送的消息进行运算，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数，发送方根据第二随机数生成消息加密密钥，根据消息加密密钥对待发送的消息进行加密，得到第一密文，根据第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥及密钥认证密钥，通过密钥认证密钥对第二随机数进行运算，生成认证码，通过密钥加密密钥对认证码及第二随机数进行加密，得到第二密文，将第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数发送至接收方，接收方接收来自发送方的第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数，通过第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥和密钥认证密钥，通过密钥加密密钥和密钥认证密钥对第二密文进行解密和认证，得到第二随机数，根据第二随机数生成消息加密密钥，利用消息加密密钥对第一密文进行解密，得到消息，接收方利用发送方公钥指针随机数结合非对称密钥池获得发送方的公钥，利用发送方的公钥对密文随机数进行解密，得到第一随机数，利用第一随机数对密文签名进行解密，得到签名，利用发送方的发送的消息及获取的发送方的公钥验证签名；该方法使用密钥卡存储非对称密钥池、公钥指针随机数、私钥及对称密钥池，且对外发布的为随机数，并不是原始的密钥本身，而且密钥卡是独立的硬件隔离设备，降低了密钥被恶意软件或恶意操作窃取的风险。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种抗量子计算加密通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：发送方获取密钥卡，密钥卡内存有非对称密钥池、公钥指针随机数、私钥及对称密钥池；

步骤2：发送方与接收方进行密钥协商，得到共享密钥，并配置第一随机数、第二随机数及第三随机数；

步骤3：通过发送方的私钥对待发送的消息进行运算，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数；

步骤4：发送方根据第二随机数生成消息加密密钥，根据消息加密密钥对待发送的消息进行加密，得到第一密文，根据第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥及密钥认证密钥，通过密钥认证密钥对第二随机数进行运算，生成认证码，通过密钥加密密钥对认证码及第二随机数进行加密，得到第二密文，将第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数发送至接收方；

步骤5：接收方接收来自发送方的第一密文、第二密文、第三随机数、密文签名、发送方公钥指针随机数及密文随机数，通过第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥和密钥认证密钥，通过密钥加密密钥和密钥认证密钥对第二密文进行解密和认证，得到第二随机数，根据第二随机数生成消息加密密钥，利用消息加密密钥对第一密文进行解密，得到消息；

步骤6：接收方利用发送方公钥指针随机数结合非对称密钥池获得发送方的公钥，利用发送方的公钥对密文随机数进行解密，得到第一随机数，利用第一随机数对密文签名进行解密，得到签名，利用发送方的发送的消息及获取的发送方的公钥验证签名。

2.根据权利要求1所述的抗量子计算加密通信方法，其特征在于，所述密钥卡中设置有相同的非对称密钥池及对称密钥池和不同的公钥指针随机数及私钥。

3.根据权利要求1所述的抗量子计算加密通信方法，其特征在于，步骤3中，通过发送方的私钥对待发送的消息进行运算，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数，具体为：

对待发送的消息进行单向散列函数运算，得到消息摘要，通过发送方的私钥对消息摘要进行数字签名算法加密，得到签名，通过第一随机数对签名进行加密得到密文签名，通过发送方的私钥对第一随机数进行加密得到密文随机数。

4.根据权利要求1所述的抗量子计算加密通信方法，其特征在于，步骤4中，根据第三随机数结合共享密钥生成密钥加密密钥及密钥认证密钥，具体为：

通过密钥指针算法作用于第三随机数得到密钥种子指针，根据密钥种子指针从密钥卡的对称密钥池中取出相应的随机数序列作为密钥种子，利用密钥生成算法计算密钥种子得到中间密钥，将共享密钥和中间密钥作为参数进行计算得到密钥加密密钥及密钥认证密钥。

5.根据权利要求1所述的抗量子计算加密通信方法，其特征在于，步骤5中，接收方利用发送方公钥指针随机数结合非对称密钥池获得发送方的公钥，具体为：

接收方获取发送方公钥指针随机数，通过公钥指针函数作用于发送方公钥指针随机数，得到公钥指针，通过公钥指针获取非对称密钥池的相应位置中存储的发送方的公钥。

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