CN114598458B - 基于量子对抗网络的加密方法、装置、服务器及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例适用于量子技术领域，提供了一种基于量子对抗网络的加密方法、装置、服务器及存储介质，该方法包括：发射端密钥传输，第一行传输随机生成的密钥，以及第二行随机选择的偏振基，第三行根据偏振基调制的密钥单光子信号；接收端随机择偏振正交基来接收/测量入射单光子，并告知发射端；发射端继续发送加密密钥，第四行随机选择的偏振基用于测量，第五行根据单光子偏振态测量转换出的密钥bit，第六行通过公开信道将自己的基选择发送给接收端；发射端加密发送正确的计选择的子集给接收端，即第七行密钥；第八行，接收端根据发射端的反馈，生成的最终密钥bit。可见，本申请基于量子对抗网络进行加密，有效提高了密钥的可靠性。

Description

基于量子对抗网络的加密方法、装置、服务器及存储介质
技术领域
本申请属于量子技术领域，尤其涉及基于量子对抗网络的加密方法、装置、服务器及存储介质。
背景技术
量子网络是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子网络。量子网络的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。当前，网络攻击快速增长，威胁并阻碍了各行业向数字世界的转型步伐。而量子通信技术作为近二十年发展起来的新型交叉学科，逐步从理论走向实验，并向实用化发展。而其自带的诸多安全属性，正成为捍卫我国高级别安全通信的重要手段。信息技术经过多年发展正面临着两大严峻挑战。首先，就是信息安全瓶颈的问题。由于所有依赖计算复杂度的传统加密算法，原则上都可能被破解，已变成通信技术方面的一大瓶颈。目前广泛使用的RSA 512位加密算法已在1999年被破解，RSA 768位于2009年被破解，RSA 1024位呢，也就是说随着计算能力的发展，原来安全的加密算法都可能变得不安全。
量子是非常小的颗粒，是构成物质最基本的单位，也是能量最基本的携带者，具有一种不可分割性。而量子不可克隆定理，则导致量子没办法被精确复制，正是这个原因，也令其无法通过测量将量子复制出来，这就构成量子加密技术安全性的一个前提。而基于＂量子不可分割＂和＂量子不可克隆定理＂的量子力学基本原理，量子密码技术为我们提供了一种全新的密码解决方案。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于量子对抗网络的加密方法、装置、服务器及存储介质，基于量子对抗网络进行加密，有效提高了密钥的可靠性。
本申请实施例的第一方面提供了一种基于量子对抗网络的加密方法，包括：
S101：发射端密钥传输，包括：
第一行传输随机生成的密钥，以及第二行随机选择的偏振基，第三行根据偏振基调制的密钥单光子信号；
S102：接收端随机择偏振正交基来接收/测量入射单光子，并告知发射端；
S103：发射端继续发送加密密钥，包括：
第四行随机选择的偏振基用于测量，第五行根据单光子偏振态测量转换出的密钥bit，第六行通过公开信道将自己的基选择发送给接收端；
S104：发射端加密发送正确的基选择的子集给接收端，即第七行密钥；
S105：第八行，接收端根据发射端的反馈，生成的最终密钥bit。
本申请基于量子对抗网络技术，利用量子加密，同时改变了传统量子加密技术中密钥的发送和组成模式，采用明钥加密的方式，以提升加密的可靠性，同时将传统模式下多行一次发送的密钥采用分段式发送，从而增了量子密钥的解密复杂度，提高了加密精度。
进一步地，所述发射端和接收端的偏振基采用非对称选择机制，双方选择相同偏振基的概率为0。
进一步地，所述根据偏振基调制的密钥单光子信号是基于发射端和接收端所选择的偏振基进行调制，其包括一次随机对发射端或接收端偏振基的求反，以使得发射端和接收端存在相同的偏振基以测得正确的密钥bit。
和传统的双方选择相同偏振基概率为50%相比，本申请使得第三方无法或者真正的偏振基，而是在内部采用求反运算，以得到那50%的相同概率，从而完成密钥的破解。
进一步地，所述根据偏振基调制的密钥单光子信号采用任意两组不同的正交偏振基。
进一步地，所述S104中，发射端加密方式采用对称结构的加密算法，接收端预设有其对应的解密算法。
进一步地，所述密钥的bit位数至少为六位。
本申请实施例的第二方面提供了一种基于量子对抗网络的加密装置，该装置基于所述的基于量子对抗网络的加密方法进行执行，其包括：
密钥生成设备，用于生成第一行至第第七行密钥；
计时器，用于设定第一行至第七行密钥的发送顺序；
编码器，用于将同时发送的密钥数据在发送端进行压缩编码；
解码器，用于在接收端完成密钥数据的解码；
处理器，基于计算机程序生成的最终密钥bit，所述计算机程序在处理器上运行时按所述的基于量子对抗网络的加密方法执行以得到所述最终密钥bit。
进一步地，所述计时器受控于计算机程序进行时间的编码。
本申请实施例的第三方面提供了一种服务器，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器运行时执行所述基于量子对抗网络的加密方法的各个步骤。
本申请实施例的第四方面提供了一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质并存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于量子对抗网络的加密方法的各个步骤。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请中将传统量子加密中密钥一次性发送，改为分次发送，只有在收到完整的多行密钥以后才能破解出密钥bit，同时本申请中，发射端和接收端采用非对称的偏振基进行调制，使得第三次基本无法完成密钥的破解。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的基于量子对抗网络的加密方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的基于量子对抗网络的加密装置的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的服务器的结构示意图。
实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参考图1所示，本申请实施例的第一方面提供了一种基于量子对抗网络的加密方法的流程示意图，包括：
S101：发射端密钥传输，包括：
第一行传输随机生成的密钥，以及第二行随机选择的偏振基，第三行根据偏振基调制的密钥单光子信号；
S102：接收端随机择偏振正交基来接收/测量入射单光子，并告知发射端；
S103：发射端继续发送加密密钥，包括：
第四行随机选择的偏振基用于测量，第五行根据单光子偏振态测量转换出的密钥bit，第六行通过公开信道将自己的基选择发送给接收端；
S104：发射端加密发送正确的基选择的子集给接收端，即第七行密钥；
S105：第八行，接收端根据发射端的反馈，生成的最终密钥bit。
可选的，在一些实施例中，发射端和接收端的偏振基采用非对称选择机制，双方选择相同偏振基的概率为0。根据偏振基调制的密钥单光子信号是基于发射端和接收端所选择的偏振基进行调制，其包括一次随机对发射端或接收端偏振基的求反，以使得发射端和接收端存在相同的偏振基以测得正确的密钥bit。区别于现有技术中接收端和发射端采用随机偏振基而存在的50%相同偏振基，本申请中是完全不相同的偏振基，借此以增强破解难度，使得第三方无法准确认知接收端和发射端之间的配对。
可选的，在一些实施例中，根据偏振基调制的密钥单光子信号采用任意两组不同的正交偏振基。采用正交偏振基，可是使接收端和发射端能够更好的识别对方的偏振基类型。
可选的，在一些实施例中，S104中，发射端加密方式采用对称结构的加密算法，接收端预设有其对应的解密算法。
可选的，在一些实施例中，密钥的bit位数至少为六位。
参考图2所示，为本申请实施例提供的一种基于量子对抗网络的加密装置的结构示意图，该装置基于的基于量子对抗网络的加密方法进行执行，其包括：
密钥生成设备12，用于生成第一行至第第七行密钥；
计时器11，用于设定第一行至第七行密钥的发送顺序；
编码器14，用于将同时发送的密钥数据在发送端进行压缩编码；
解码器15，用于在接收端完成密钥数据的解码；
处理器13，基于计算机程序生成的最终密钥bit，计算机程序在处理器上运行时按第一方面提供的基于量子对抗网络的加密方法执行以得到最终密钥bit。计时器11 受控于计算机程序62进行时间的编码。
参考图3所示，本申请实施例的第三方面提供了一种服务器的结构示意图，包括存储器61和处理器60，存储器61存储有计算机程序62，计算机程序62在处理器60运行时执行基于量子对抗网络的加密方法的各个步骤。更为具体的处理器60、存储器61以及存储在存储器61中并可在处理器60上运行的计算机程序62。处理器60执行计算机程序62时实现上述方法实施例中的步骤。或者，处理器60执行计算机程序62时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
示例性的，计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器61中，并由处理器60执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序62在服务器中的执行过程。例如，计算机程序62可以被分割成获取模块、解析模块、查找模块、推送模块，各模块具体功能如下：
服务器可以是云端服务器等计算设备。服务器可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是服务器的示例，并不构成对服务器的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如服务器还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器61可以是服务器的内部存储单元，例如服务器的硬盘或内存。存储器61也可以是服务器的外部存储设备，例如服务器上配备的插接式硬盘，智能存储卡（SmartMedia Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器61还可以既包括服务器的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器61用于存储计算机程序以及服务器所需的其他程序和数据。存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请实施例的第四方面提供了一种存储介质，存储介质为计算机可读存储介质并存储有计算机程序62，计算机程序被处理器60执行时实现基于量子对抗网络的加密方法的各个步骤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的服务器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的服务器实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于量子对抗网络的加密方法，其特征在于，包括：
S101：发射端密钥传输，包括：
第一行传输随机生成的密钥，以及第二行随机选择的偏振基，第三行根据偏振基调制的密钥单光子信号；
S102：接收端随机选择偏振正交基来接收/测量入射单光子，并告知发射端；
S103：发射端继续发送加密密钥，包括：
第四行随机选择的偏振基用于测量，第五行根据单光子偏振态测量转换出的密钥bit，第六行通过公开信道将自己的基选择发送给接收端；
S104：发射端加密发送正确的基选择的子集给接收端，即第七行密钥；
S105：第八行，接收端根据发射端的反馈，生成的最终密钥bit；
其中，发射端继续发送加密密钥，还包括所述发射端和接收端的偏振基采用非对称选择机制，双方选择相同偏振基的概率为0；所述根据偏振基调制的密钥单光子信号是基于发射端和接收端所选择的偏振基进行调制，其包括一次随机对发射端或接收端偏振基的求反，以使得发射端和接收端存在相同的偏振基以测得正确的密钥bit。
2.根据权利要求1所述的基于量子对抗网络的加密方法，其特征在于：所述根据偏振基调制的密钥单光子信号采用任意两组不同的正交偏振基。
3.根据权利要求1所述的基于量子对抗网络的加密方法，其特征在于：所述S104中，发射端加密方式采用对称结构的加密算法，接收端预设有其对应的解密算法。
4.根据权利要求1所述的基于量子对抗网络的加密方法，其特征在于：所述密钥的bit位数至少为六位。
5.一种基于量子对抗网络的加密装置，其特征在于，该装置基于权利要求1-4任一项所述的基于量子对抗网络的加密方法进行执行，其包括：
密钥生成设备，用于生成第一行至第七行密钥；
计时器，用于设定第一行至第七行密钥的发送顺序；
编码器，用于将同时发送的密钥数据在发送端进行压缩编码；
解码器，用于在接收端完成密钥数据的解码；
处理器，基于计算机程序生成的最终密钥bit，所述计算机程序在处理器上运行时按所述权利要求1-4任一项所述的方法执行以得到所述最终密钥bit。
6.根据权利要求5所述的基于量子对抗网络的加密装置，其特征在于：所述计时器受控于计算机程序进行时间的编码。
7.一种服务器，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在处理器运行时执行权利要求1-4任一项所述基于量子对抗网络的加密方法的各个步骤。
8.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质并存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述基于量子对抗网络的加密方法的各个步骤。
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