CN117932647A - 一种pin码加密方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及密码技术领域，提供一种PIN码加密方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：构建初始化矩阵和随机数；获取初始PIN码，将初始PIN码填充至初始化矩阵，根据第一矩阵提取加密向量集，以生成加密存储值；获取验证PIN码，将验证PIN码填充至初始化矩阵，再生成加密验证值；比较加密存储值和加密验证值，进行验证。本发明的有益效果：构建初始矩阵，将初级PIN码和验证PIN码分别填充至初始矩阵中，并利用加密向量集进行加密，将初级PIN码和验证PIN码以格的形式进行加密，利用初始矩阵的格的数学性质和难解问题，有效抵御了量子计算机的破译，提高PIN码加密安全性。
Description
技术领域
本发明涉及密码技术领域，具体而言，涉及一种PIN码加密方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
目前智能卡中对于PIN码加密处理包括，首先对输入的PIN码加上随机数确定对应的哈希值，然后把哈希值和随机数一起存储，在验证再次输入的新的PIN码的正确性时，对需要验证的新的PIN码加上存储的随机数一起求取哈希值，然后与存储的哈希值进行比对，通过比对存储的哈希值和输入的哈希值是否一致，从而达到判断新的PIN码是否正确的目的。该方法可以抵御普通计算机的破译，但随着科技的发展，量子计算机正逐渐走进人们的生活。传统的哈希算法基于复杂的数学问题，如大整数分解、离散对数等，而量子计算机可以利用Shor算法等量子算法，在较短的时间内解决这些问题，从而破解哈希算法，导致上述的PIN码加密过程被破解，PIN码安全性降低。
发明内容
本发明解决的问题是如何提高PIN码的安全性。
为解决上述问题，本发明提供了一种PIN码加密方法，包括：
构建初始化矩阵和随机数；
获取初始PIN码，将所述初始PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第一矩阵，根据所述第一矩阵提取加密向量集，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第一矩阵生成加密存储值；
获取验证PIN码，将所述验证PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第二矩阵，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第二矩阵生成加密验证值；
比较所述加密存储值和所述加密验证值，对所述验证PIN码进行验证。
可选地，所述构建初始化矩阵和随机数，包括：
获取种子，根据所述种子生成多项式环；
根据所述多项式环得到预设大小的所述初始化矩阵；
获取字节数组集，其中，所述字节数组集包括预设长度的无符号整数字节集合；
随机抽取所述字节数组集中的数组，得到所述随机数。
可选地，所述根据所述第一矩阵提取加密向量集，包括：
利用中心二项分布对所述第一矩阵进行采样，得到第一向量；
利用中心二项分布对所述第一矩阵中的噪声向量进行采样，得到噪声向量；
利用中心二项分布对所述第一矩阵中的噪声值进行采样，得到噪声值；
根据所述第一向量、所述噪声向量和所述噪声值得到所述加密向量集。
可选地，所述加密存储值包括第一存储值和第二存储值；所述根据所述加密向量集、所述随机数和所述第一矩阵生成加密存储值，包括：
将所述第一矩阵进行转置并与所述第一向量相乘，所得乘积与所述噪声向量做和，得到所述第一存储值；
将所述初始PIN码进行转置并与所述第一向量相乘，所得乘积与所述噪声值和所述随机数做和，得到所述第二存储值。
可选地，所述将所述第一矩阵进行转置并与所述第一向量相乘，包括：
将所述第一向量进行数论变换，将变换后的第一向量与转置后的第一矩阵相乘，对所得乘积进行逆向数论变换。
可选地，所述根据所述加密向量集和所述第一矩阵生成加密存储值包括：
利用第一公式生成加密存储值，所述第一公式包括：
c=（u，v）=（ATr+e1，PINTr+e2+m），
u=NTT-1（ATNTT（r）），
其中，c表示所述加密存储值，u表示所述第一存储值，v表示所述第二存储值，A表示所述初始化矩阵，T表示转置，r表示所述第一向量，PIN表示所述初始PIN码，e1表示所述噪声向量，e2表示所述噪声值，m表示所述随机数，NTT表示所述数论变换。
可选地，所述比较所述加密存储值和所述加密验证值，对所述验证PIN码进行验证，包括：
若所述加密存储值和所述加密验证值相同，则所述验证PIN码验证成功；
若所述加密存储值和所述加密验证值不相同，则所述验证PIN码验证失败。
本发明中，构建初始矩阵和随机数，使得初始矩阵在后续的加密过程中作为“格”结构进行加密。将初级PIN码和验证PIN码分别填充至初始矩阵中，并利用提取的加密向量集和随机数进行加密，将初级PIN码和验证PIN码以格的形式进行加密存储，利用初始矩阵的格的数学性质和难解问题（例如基于模误差学习问题的数学难题），有效抵御了量子计算机的破译，进而提高PIN码加密及验证的安全性。
第二方面，本发明还提供了一种PIN码加密装置，包括：
构建单元，用于构建初始化矩阵和随机数；
第一处理单元，用于获取初始PIN码，将所述初始PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第一矩阵，根据所述第一矩阵提取加密向量集，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第一矩阵生成加密存储值；
第二处理单元，用于获取验证PIN码，将所述验证PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第二矩阵，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第二矩阵生成加密验证值；
比较单元，用于比较所述加密存储值和所述加密验证值，对所述验证PIN码进行验证。
本发明提供的PIN码加密装置与PIN码加密方法能够产生的技术效果基本相同，在此不再赘述。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，当所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上述所述的PIN码加密方法。
本发明提供的电子设备与PIN码加密方法能够产生的技术效果基本相同，在此不再赘述。
第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述所述的PIN码加密方法。
本发明提供的计算机可读存储介质与PIN码加密方法能够产生的技术效果基本相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例的PIN码加密方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的PIN码加密装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明实施例的描述中，术语“一些实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
可以理解的是，本发明中涉及到的任何关于数据获取或采集的部分，均以获得用户授权。
需要说明的是，在本实施例中发送方与接收方互发量子比特时，除第一个比特外，每个比特只有在接收的一方确认已经收到前一个比特后，才会发送下一个比特。
如图1所示，本发明提供了一种PIN码加密方法，包括：
构建初始化矩阵和随机数。其中，构建初始化矩阵是为了构建格，以使得本实施例的PIN码加密方法转化为基于格的加密方法，其中，格（即初始化矩阵）由多个基向量构成，这些基向量用于进行加密处理，以生成加密存储值。
构建初始化矩阵具体包括：获取种子ζ∈{0，1}256，根据所述种子生成多项式环Rq；从所述多项式环Rq均匀生成预设大小的初始化矩阵，其中，预设大小可按照实际情况设定，本实施例中，预设大小为32×32，从多项式环Rq均匀生成32×32阶多项式的初始化矩阵A∈Rq 32×32，用于加密过程中的PIN码填充。
构建随机数具体包括：获取预设长度的字节数组集B32，其中，所述字节数组集B32包括预设长度的无符号整数字节集合；本实施例中，预设长度与初始化矩阵的预设大小相同，即32位，则字节数组集B32为32位无符号整数字节的集合{0，…，232-1}。随机抽取所述字节数组集中的数组，得到32字节随机数m，用于进行加密处理。
获取初始PIN码，对初始PIN码进行处理：将所述初始PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第一矩阵，根据所述第一矩阵提取加密向量集，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第一矩阵生成加密存储值。
具体地，获取长度为LEN的初始PIN码，从初始化矩阵A的第一行开始有填充，第一行数据填充满后，将数据从第二行开始填充，以此类推，得到第一矩阵A1：
。
所述加密向量集包括第一向量、噪声向量和噪声值，所述根据所述第一矩阵提取加密向量集，包括：
利用中心二项分布对所述第一矩阵A1进行采样，得到第一向量r，具体过程表示为；
利用中心二项分布对所述第一矩阵A1中的噪声向量进行采样，得到噪声向量e1，具体过程表示为；
利用中心二项分布对所述第一矩阵A1中的噪声值进行采样，得到噪声值e2，具体过程表示为。
所述加密存储值包括第一存储值u和第二存储值v；所述根据所述加密向量集和所述第一矩阵A1生成加密存储值c，包括：
将所述第一向量r进行数论变换（Number Theoretic Transform，NTT），并将变换后的第一向量r与转置后的第一矩阵相乘，并将所得乘积进行逆向数论变换；将变换后的乘积与所述噪声向量e1做和，得到所述第一存储值u。
将所述初始PIN码进行转置并与所述第一向量r相乘，所得乘积与所述噪声值e2和所述随机数m做和，得到所述第二存储值v。
利用第一公式生成加密存储值，所述第一公式包括：
c=（u，v）=（A1 Tr+e1，PINTr+e2+m），
A1 Tr=NTT-1（A1 TNTT（r）），
其中，c表示所述加密存储值，u表示所述第一存储值，v表示所述第二存储值，A1表示所述第一矩阵，T表示转置，r表示所述第一向量，PIN表示所述初始PIN码，e1表示所述噪声向量，e2表示所述噪声值，m表示所述随机数，NTT表示所述数论变换。
初始PIN码加密结束，加密初始PIN码的过程可表示为LJX（PIN，m，r，e1，e2）=c。存储加密向量集，以便后续验证PIN码加密时使用。
进一步地，在进行验证时，获取需要验证的验证PIN码，对验证PIN码进行加密处理：将所述验证PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第二矩阵，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第二矩阵生成加密验证值；
具体地，验证PIN码与初始PIN码的长度相同，为LEN，从初始化矩阵A的第一行开始有填充，第一行数据填充满后，将数据从第二行开始填充，以此类推，得到第二矩阵A2：
。
所述加密验证值c1包括第一验证值u1和第二验证值v1；所述根据所述加密向量集和所述第二矩阵A2生成加密验证值c1，包括：
将所述第一向量r进行数论变换（Number Theoretic Transform，NTT），并将变换后的第一向量r与转置后的第二矩阵A2相乘，并将所得乘积进行逆向数论变换；将变换后的乘积与所述噪声向量e1做和，得到所述第一验证值u1。
将所述验证PIN码进行转置并与所述第一向量r相乘，所得乘积与所述噪声值e2和所述随机数m做和，得到所述第二验证值v1。
利用第二公式生成加密验证值，所述第二公式包括：
c1=（u1，v1）=（A2 Tr+e1，PINT NEWr+e2+m），
A2 Tr=NTT-1（A2 TNTT（r）），
其中，c1表示所述加密验证值，u1表示所述第一验证值，v1表示所述第二验证值，A2表示所述初始化矩阵，T表示转置，r表示所述第一向量，PINNEW表示所述验证PIN码，e1表示所述噪声向量，e2表示所述噪声值，m表示所述随机数，NTT表示所述数论变换。
验证PIN码加密结束，加密验证PIN码的过程可表示为LJX（PINNEW，m，r，e1，e2）=c1。
比较所述加密存储值和所述加密验证值，对所述验证PIN码进行验证。
若所述加密存储值和所述加密验证值相同，即c=c1，则所述验证PIN码验证成功；
若所述加密存储值和所述加密验证值不相同，则所述验证PIN码验证失败。
如图2所示，本实施例还提供了一种PIN码加密装置，包括：
构建单元，用于构建初始化矩阵和随机数；
第一处理单元，用于获取初始PIN码，将所述初始PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第一矩阵，根据所述第一矩阵提取加密向量集，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第一矩阵生成加密存储值；
第二处理单元，用于获取验证PIN码，将所述验证PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第二矩阵，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第二矩阵生成加密验证值；
比较单元，用于比较所述加密存储值和所述加密验证值，对所述验证PIN码进行验证。
本发明提供的PIN码加密装置与PIN码加密方法能够产生的技术效果基本相同，在此不再赘述。
本实施例还提供了一种电子设备，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，当所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上述所述的PIN码加密方法。
本发明提供的电子设备与PIN码加密方法能够产生的技术效果基本相同，在此不再赘述。
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述所述的PIN码加密方法。
本发明提供的计算机可读存储介质与PIN码加密方法能够产生的技术效果基本相同，在此不再赘述。
现将描述可以作为本发明的服务器或客户端的电子设备，其是可以应用于本发明的各方面的硬件设备的示例。电子设备旨在表示各种形式的数字电子的计算机设备，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
电子设备包括计算单元，其可以根据存储在只读存储器（ROM）中的计算机程序或者从存储单元加载到随机访问存储器（RAM）中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还可存储设备操作所需的各种程序和数据。计算单元、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出（I/O）接口也连接至总线。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。在本申请中，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发明实施例方案的目的。另外，在本发明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，也可以是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。
虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种PIN码加密方法，其特征在于，包括：
构建初始化矩阵和随机数；
获取初始PIN码，将所述初始PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第一矩阵，根据所述第一矩阵提取加密向量集，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第一矩阵生成加密存储值；
获取验证PIN码，将所述验证PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第二矩阵，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第二矩阵生成加密验证值；
比较所述加密存储值和所述加密验证值，对所述验证PIN码进行验证。
2.根据权利要求1所述的PIN码加密方法，其特征在于，所述构建初始化矩阵和随机数，包括：
获取种子，根据所述种子生成多项式环；
根据所述多项式环得到预设大小的所述初始化矩阵；
获取字节数组集，其中，所述字节数组集包括预设长度的无符号整数字节集合；
随机抽取所述字节数组集中的数组，得到所述随机数。
3.根据权利要求1所述的PIN码加密方法，其特征在于，所述根据所述第一矩阵提取加密向量集，包括：
利用中心二项分布对所述第一矩阵进行采样，得到第一向量；
利用中心二项分布对所述第一矩阵中的噪声向量进行采样，得到噪声向量；
利用中心二项分布对所述第一矩阵中的噪声值进行采样，得到噪声值；
根据所述第一向量、所述噪声向量和所述噪声值得到所述加密向量集。
4.根据权利要求3所述的PIN码加密方法，其特征在于，所述加密存储值包括第一存储值和第二存储值；所述根据所述加密向量集、所述随机数和所述第一矩阵生成加密存储值，包括：
将所述第一矩阵进行转置并与所述第一向量相乘，所得乘积与所述噪声向量做和，得到所述第一存储值；
将所述初始PIN码进行转置并与所述第一向量相乘，所得乘积与所述噪声值和所述随机数做和，得到所述第二存储值。
5.根据权利要求4所述的PIN码加密方法，其特征在于，所述将所述第一矩阵进行转置并与所述第一向量相乘，包括：
将所述第一向量进行数论变换，将变换后的第一向量与转置后的第一矩阵相乘，对所得乘积进行逆向数论变换。
6.根据权利要求5所述的PIN码加密方法，其特征在于，所述根据所述加密向量集和所述第一矩阵生成加密存储值包括：
利用第一公式生成加密存储值，所述第一公式包括：
c=（u，v）=（ATr+e1，PINTr+e2+m），
u=NTT-1（ATNTT（r）），
其中，c表示所述加密存储值，u表示所述第一存储值，v表示所述第二存储值，A表示所述初始化矩阵，T表示转置，r表示所述第一向量，PIN表示所述初始PIN码，e1表示所述噪声向量，e2表示所述噪声值，m表示所述随机数，NTT表示所述数论变换。
7.根据权利要求1所述的PIN码加密方法，其特征在于，所述比较所述加密存储值和所述加密验证值，对所述验证PIN码进行验证，包括：
若所述加密存储值和所述加密验证值相同，则所述验证PIN码验证成功；
若所述加密存储值和所述加密验证值不相同，则所述验证PIN码验证失败。
8.一种PIN码加密装置，其特征在于，包括：
构建单元，用于构建初始化矩阵和随机数；
第一处理单元，用于获取初始PIN码，将所述初始PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第一矩阵，根据所述第一矩阵提取加密向量集，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第一矩阵生成加密存储值；
第二处理单元，用于获取验证PIN码，将所述验证PIN码填充至所述初始化矩阵，得到第二矩阵，根据所述加密向量集、所述随机数和所述第二矩阵生成加密验证值；
比较单元，用于比较所述加密存储值和所述加密验证值，对所述验证PIN码进行验证。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，当所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1-7任一项所述的PIN码加密方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的PIN码加密方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |