CN114499857A - 一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法 - Google Patents

一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，其发送端将明文数据块利用哈希算法进行哈希运算得到第一摘要，然后将明文数据块和第一摘要组合形成密文，将密文进行加密之后发送给接收端；接收端接收加密之后的密文，并进行解密得到密文，然后将密文中的明文数据块利用哈希算法进行哈希运算得到第二摘要，判断第一摘要与第二摘要是否相等，从而对接收到的明文数据块进行比较判断，实现解密数据正确性和一致性。本发明验证了量子加解密的正确性，同时确保接收端对接收到的数据是否与发送端相同有基本的判断，有效保证了数据的可信度，减少通信双方交互确认的步骤。

Description

一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法
技术领域
本发明涉及量子安全技术领域，具体涉及一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法。
背景技术
随着时代的发展，密码技术不仅用于军事，在商业信息传输领域也获得了极大的应用价值；同时计算机的发展应用也为密码技术的发展起到了推动作用。
密码普遍用于保密通信，一般包括加密、接收、解密三个重要节点。简单来说，即发送端采用事先规定好的密钥对传输数据进行加密，并将加密后的内容传输给接收端，接收端则按照同样相匹配的密钥对接收到的内容进行解密，进而获取解密后的数据信息。这样普遍使用的密码体制一般以数学为基础，这在计算机处理信息能力越来越强的今天，破解这些密码成为了一种简单的事，而且一旦密钥泄露，密文被破解就是很自然的事情。目前已出现更高安全等级的量子密钥，量子密钥加解密的过程虽然和传统流程并无二致，但量子密钥是采用量子状态作为信息加密和解密的密钥，其以现代密码学和量子力学为基础，以量子物理学方法实现密码思想和操作的一种新型密码；其优势主要有可证明安全性和对扰动的可检测性。
当前基于量子密钥加解密几乎都是秉承一次一密的安全原则，在密钥中继基于一种专用网络传输的前提下，密钥的传输安全性得以保障，但是由于量子加解密总是采用异或或者同或的方式，因此加解密通常都是成功的，正是由于加解密总是成功的，所以量子加解密中数据正确性和数据一致性无法判断。例如：在数据传输过程中，接收端获取密文解密后的明文有可能和发送端发送过来的不一致：假如黑客在数据传输过程中截获了密文，并将密文修改为伪密文，那么接收端接收了伪密文并使用量子密钥异或伪密文，得到伪明文，此时解密出来的伪明文和发送端发送的原始明文出现了不一致的问题，但是接收端没有可以判断解密数据是否正确的手段，这里就出现了解密数据正确性和一致性无法保证的问题。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，解决了现有的量子密钥加解密数据过程中，接收端无法判断解密数据是否正确，从而出现解密数据正确性和一致性无法保证的问题。本发明通过在发送过程中对数据利用哈希算法进行哈希运算，之后发送给接收端；接收端再利用相同的哈希算法对数据进行哈希运算，然后比较判断，从而实现解密数据的正确性和一致性。
技术方案：本发明提供一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)发送端和接收端共享量子密钥池；发送端将大数据进行分块处理形成多个明文数据块；
(2)发送端将明文数据块利用哈希算法进行哈希运算得到第一摘要，然后将明文数据块和第一摘要组合形成密文；发送端从量子密钥池选取第一量子密钥对密文进行加密得到加密之后的密文，并将加密之后的密文发送给接收端，同时将第一量子密钥在量子密钥池中的索引值发送给接收端；
(3)接收端接收加密之后的密文，并通过第一量子密钥在量子密钥池中的索引值在接收端共享的量子密钥池中得到第二量子密钥，通过第二量子密钥对加密之后的密文进行解密得到密文，然后将密文中的明文数据块利用与步骤(2)相同的哈希算法进行哈希运算得到第二摘要；
(4)判断第一摘要与第二摘要是否相等，若相等，则传输成功，接收端保留该明文数据块；反之，发送端重新发送该明文数据块；
(5)重复步骤(2)至(4)多次，直至大数据进行分块处理形成的明文数据块全部传输成功，接收端接收得到的大数据具有正确性与一致性。
进一步的，所述步骤(2)中，加密采用逐位异或的方式进行一次一密。
进一步的，所述索引值包括量子密钥的位置信息以及量子密钥的长度信息。
进一步的，所述步骤(2)中利用的哈希算法与步骤(3)中利用的哈希算法相同，该哈希算法为发送端和接收端预先指定使用的哈希算法。
进一步的，发送端和接收端预先指定使用的哈希算法在明文数据块全部传输成功之前固定不变。
进一步的，所述步骤(2)中利用的哈希算法与步骤(3)中利用的哈希算法相同，该哈希算法为发送端和接收端共享多种哈希算法中的一种；
此时，发送端和接收端还共享哈希算法映射表，哈希算法映射表包括多种共享的哈希算法以及哈希算法对应的标识；所述步骤(2)的密文中还包括利用的哈希算法对应的标识。
进一步的，发送端和接收端共享哈希算法进行哈希运算的过程为：
发送端将使用的哈希算法对应的标识放入密文中，然后选取第一量子密钥加密密文，并发送给接收端；接收端通过第二量子密钥对加密密文进行解密得到密文，再通过密文中的哈希算法对应的标识，在哈希算法映射表中得知发送端使用的哈希算法，最后接收端使用该哈希算法进行哈希运算。
进一步的，所述步骤(2)中利用的哈希算法与步骤(3)中利用的哈希算法在每次明文数据块传输成功之后随机变化。
本发明的有益效果：本发明验证了量子加解密的正确性，同时确保接收端对接收到的数据是否与发送端相同有基本的判断，有效保证了数据的可信度，减少通信双方交互确认的步骤。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图；
图2为实施例2的密文结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
现有的量子加密过程为：发送端Alice产生明文数据后使用量子密钥加密明文，即根据中继获取的量子密钥加密明文得到的密文，通过网络发送给接收端Bob，并将量子密钥经由量子网络中继至接收端Bob，接收端Bob收到密文和量子密钥之后，通过异或/同或操作解密。这个过程结束接收端Bob获取密文解密后的明文有可能和发送端Alice发送过来的不一致：假如黑客在数据传输过程中截获了密文，并将密文修改为伪密文，那么接收端Bob接收了伪密文并使用量子密钥异或伪密文，得到伪明文，此时解密出来的伪明文和发送端Alice发送的原始明文出现了不一致的问题，但是接收端Bob没有可以判断解密数据是否正确的手段，这里就出现了解密数据正确性和一致性无法保证的问题。
实施例1
如图1所示，本发明的一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，该方法包括发送端Alice、传输网络以及接收端Bob，包括以下步骤：
(1)发送端Alice和接收端Bob共享量子密钥池，量子密钥池内含有量子密钥；发送端Alice还将大数据进行分块处理形成多个明文数据块；
(2)发送端Alice将明文数据块利用哈希算法进行哈希运算得到第一摘要，哈希算法进行哈希运算就是把任意长度的明文数据块作为输入,然后通过哈希算法得到一个固定长度的输出值，这个输出值就是散列值，就是第一摘要，它是一种数据压缩映射关系，简单来说就是将做任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数；该哈希算法为发送端Alice和接收端Bob预先指定使用的哈希算法，可以为传统的Md5或者SH1等等，哈希算法在明文数据块全部传输成功之前固定不变；然后发送端Alice将明文数据块和第一摘要组合形成密文，密文是一段不可读的加码数据；发送端Alice从量子密钥池选取第一量子密钥对密文进行加密得到加密之后的密文，加密采用逐位异或的方式进行一次一密，并将加密之后的密文发送给接收端Bob，同时将第一量子密钥在量子密钥池中的索引值发送给接收端Bob，索引值包括量子密钥的位置信息以及量子密钥的长度信息，使用索引值之后，不需要把量子密钥都传输过去，节省了带宽，减轻了服务器压力；
(3)接收端Bob接收加密之后的密文，并通过第一量子密钥在量子密钥池中的索引值在接收端Bob共享的量子密钥池中得到第二量子密钥，通过第一量子密钥的索引值找到的第二量子密钥，其与第一量子密钥相同；接收端Bob通过第二量子密钥对加密之后的密文进行解密得到密文，然后将密文中的明文数据块利用哈希算法进行哈希运算得到第二摘要，哈希算法为与发送端Alice预先指定使用的哈希算法；也就是说步骤(2)中利用的哈希算法与步骤(3)中利用的哈希算法相同，该哈希算法为发送端和接收端预先指定使用的哈希算法；
(4)判断第一摘要与第二摘要是否相等，若相等，则传输成功，接收端Bob保留该明文数据块；反之，发送端Alice重新发送该明文数据块；
(5)重复步骤(2)至(4)多次，直至大数据进行分块处理形成的明文数据块全部传输成功，接收端Bob接收得到的大数据具有正确性与一致性。
本实施例的哈希算法为发送端Alice和接收端Bob预先指定使用的哈希算法，哈希算法在明文数据块全部传输成功之前固定不变，一次大数据传输成功之后，即可更换哈希算法，增加了数据传输的安全性；同时本实施例将接收端的明文数据块进行哈希运算得到的第二摘要与发送端的第一摘要进行比较，通过比较验证了量子加解密的正确性，接收端Bob对接收到的数据进行比较判断，从而实现解密数据正确性和一致性。
实施例2
(1)发送端Alice和接收端Bob共享量子密钥池，量子密钥池内含有量子密钥；发送端Alice还将大数据进行分块处理形成多个明文数据块；
(2)发送端Alice将明文数据块利用哈希算法进行哈希运算得到第一摘要；该哈希算法为发送端Alice和接收端Bob共享多种哈希算法中的一种，哈希算法在每次明文数据块传输成功之后随机变化；此时，发送端Alice和接收端Bob还共享哈希算法映射表，哈希算法映射表包括多种共享的哈希算法以及哈希算法对应的标识，每一种哈希算法都对应一种标识；然后将明文数据块和第一摘要组合形成密文，密文中还包括利用的哈希算法对应的标识，密文是一段不可读的加码数据，其一种结构可如图2所示；发送端Alice从量子密钥池选取第一量子密钥对密文进行加密得到加密之后的密文，加密采用逐位异或的方式进行一次一密，并将加密之后的密文发送给接收端Bob，同时将第一量子密钥在量子密钥池中的索引值发送给接收端Bob，索引值包括量子密钥的位置信息以及量子密钥的长度信息，使用索引值之后，不需要把量子密钥都传输过去，节省了带宽，减轻了服务器压力；
(3)接收端Bob接收加密之后的密文，并通过第一量子密钥在量子密钥池中的索引值在接收端Bob共享的量子密钥池中得到第二量子密钥，通过第一量子密钥的索引值找到的第二量子密钥，其与第一量子密钥相同；接收端Bob通过第二量子密钥对加密之后的密文进行解密得到密文，然后将密文中的明文数据块利用哈希算法进行哈希运算得到第二摘要，该哈希算法与步骤(2)中利用哈希算法进行哈希运算的哈希算法相同，该哈希算法为发送端和接收端共享多种哈希算法中的一种；
发送端Alice和接收端Bob共享哈希算法进行哈希运算的过程为：发送端Alice将使用的哈希算法对应的标识放入密文中，然后选取第一量子密钥加密密文，并发送给接收端Bob；接收端Bob通过第二量子密钥对加密密文进行解密得到密文，再通过密文中的哈希算法对应的标识，在哈希算法映射表中得知发送端Alice使用的哈希算法，最后接收端Bob使用该哈希算法进行哈希运算，这样即可使得发送端Alice和接收端Bob使用的哈希算法是相同的；
(4)判断第一摘要与第二摘要是否相等，若相等，则传输成功，接收端Bob保留该明文数据块；反之，发送端Alice重新发送该明文数据块；
(5)重复步骤(2)至(4)多次，直至大数据进行分块处理形成的明文数据块全部传输成功，此时，接收端Bob接收得到的大数据具有正确性与一致性。
本实施例的哈希算法为发送端Alice和接收端Bob共享多种哈希算法中的一种，哈希算法在每次明文数据块传输成功之后随机变化，一次大数据传输的过程中，哈希算法变化多次，极大的提高了数据传输的安全性；同时本实施例将接收端的明文数据块进行哈希运算得到的第二摘要与发送端的第一摘要进行比较，通过比较验证了量子加解密的正确性，接收端Bob对接收到的数据进行比较判断，从而实现解密数据正确性和一致性。

Claims (8)

1.一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)发送端和接收端共享量子密钥池；发送端将大数据进行分块处理形成多个明文数据块；
(2)发送端将明文数据块利用哈希算法进行哈希运算得到第一摘要，然后将明文数据块和第一摘要组合形成密文；发送端从量子密钥池选取第一量子密钥对密文进行加密得到加密之后的密文，并将加密之后的密文发送给接收端，同时将第一量子密钥在量子密钥池中的索引值发送给接收端；
(3)接收端接收加密之后的密文，并通过第一量子密钥在量子密钥池中的索引值在接收端共享的量子密钥池中得到第二量子密钥，通过第二量子密钥对加密之后的密文进行解密得到密文，然后将密文中的明文数据块利用与步骤(2)相同的哈希算法进行哈希运算得到第二摘要；
(4)判断第一摘要与第二摘要是否相等，若相等，则传输成功，接收端保留该明文数据块；反之，发送端重新发送该明文数据块；
(5)重复步骤(2)至(4)多次，直至大数据进行分块处理形成的明文数据块全部传输成功，接收端接收得到的大数据具有正确性与一致性。
2.根据权利要求1所述的一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，加密采用逐位异或的方式进行一次一密。
3.根据权利要求1所述的一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，其特征在于：所述索引值包括量子密钥的位置信息以及量子密钥的长度信息。
4.根据权利要求1所述的一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，其特征在于：所述步骤(2)中利用的哈希算法与步骤(3)中利用的哈希算法相同，该哈希算法为发送端和接收端预先指定使用的哈希算法。
5.根据权利要求4所述的一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，其特征在于：发送端和接收端预先指定使用的哈希算法在明文数据块全部传输成功之前固定不变。
6.根据权利要求1所述的一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，其特征在于：所述步骤(2)中利用的哈希算法与步骤(3)中利用的哈希算法相同，该哈希算法为发送端和接收端共享多种哈希算法中的一种；
此时，发送端和接收端还共享哈希算法映射表，哈希算法映射表包括多种共享的哈希算法以及哈希算法对应的标识；所述步骤(2)的密文中还包括利用的哈希算法对应的标识。
7.根据权利要求6所述的一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，其特征在于：发送端和接收端共享哈希算法进行哈希运算的过程为：
发送端将使用的哈希算法对应的标识放入密文中，然后选取第一量子密钥加密密文，并发送给接收端；接收端通过第二量子密钥对加密密文进行解密得到密文，再通过密文中的哈希算法对应的标识，在哈希算法映射表中得知发送端使用的哈希算法，最后接收端使用该哈希算法进行哈希运算。
8.根据权利要求7所述的一种实现大数据量子加解密中数据正确性与一致性的方法，其特征在于：所述步骤(2)中利用的哈希算法与步骤(3)中利用的哈希算法在每次明文数据块传输成功之后随机变化。
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