[发明专利]一种数据加密方法、数据认证方法及相关设备和系统

权利要求书

1.一种数据加密方法，其特征在于，包括：

确定待加密数据的比特位数N；

确定对所述待加密数据进行加密后的数据的比特位数m，m小于N；

选取实现线性反馈移位寄存器LFSR移位操作的m阶本原多项式，并获取m比特位的初始移位数据；

对属于待加密矩阵的至少两个待加密子矩阵以及属于随机矩阵的至少两个随机子矩阵进行处理，以获取所述待加密矩阵与所述随机矩阵相乘后的矩阵数据，所述矩阵数据是对所述待加密数据进行加密后的数据；

其中，所述待加密矩阵是由所述待加密数据的N比特位构成的N行1列矩阵；所述随机矩阵是由m+N-1比特位数据构成的m行N列的Toeplitz矩阵，所述m+N-1比特位数据包括所述m比特位的初始移位数据、以及基于所述m阶本原多项式实现N-1次移位应该新生成的N-1比特位数据；

所述对属于待加密矩阵的至少两个待加密子矩阵以及属于随机矩阵的至少两个随机子矩阵进行处理，包括：

从所述待加密数据中未被读取过的数据中读取n比特位数据，构造n行1列的待加密子矩阵；根据LFSR移位原理以及所述m阶本原多项式，确定进行n次移位操作应该新生成的n比特位数据，利用所述n次移位前LFSR中的m比特位数据以及所述n比特位数据中在先生成的n-1比特位数据，构造m行n列的随机子矩阵；将所述随机子矩阵与所述待加密子矩阵相乘，得到子矩阵相乘结果；

当仅计算过一次子矩阵相乘结果时，再次执行以上步骤得到新的子矩阵相乘结果；

当至少计算过两次子矩阵相乘结果时，将本次的子矩阵相乘结果与上一次的子矩阵相乘结果进行异或运算，得到包括m比特位数据的运算结果；循环执行所述从所述待加密数据中未被读取过的数据中读取n比特位数据及其后续步骤，直到所述待加密数据被全部读取完并得到包括m比特位数据的运算结果为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:

将预设密钥数据作为所述待加密数据，循环执行所述从所述待加密数据中未被读取过的数据中读取n比特位数据及其后续步骤，直到所述待加密数据被全部读取完并得到包括m比特位数据的运算结果为止。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述初始移位数据和所述预设密钥数据是从密钥缓存区中未被使用过的密钥数据中提取的，其中，所述密钥缓存区中存储了预先分配的密钥数据以及量子密钥分发QKD系统输出的量子密钥数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定进行n次移位操作应该新生成的n比特位数据，包括：

采用现场可编程门阵列FPGA进行并行处理，以在预设数量的时钟周期内确定进行n次移位操作应该新生成的n比特位数据。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述m阶本原多项式中存在系数均为0的连续高次项。

6.一种数据认证方法，其特征在于，所述方法应用于一种QKD系统，所述QKD系统包括通过经典网络进行通信的第一QKD终端和第二QKD终端，所述方法包括：

所述第一QKD终端采用权利要求1至5任一项所述的方法对第一待认证数据进行加密；其中，所述第一待认证数据包括预设时段内所述第一QKD终端向所述第二QKD终端发送的数据、以及所述预设时段内所述第一QKD终端从所述第二QKD终端接收的数据；

所述第二QKD终端采用权利要求1至5任一项所述的方法对第二待认证数据进行加密；其中，所述第二待认证数据包括所述预设时段内所述第二QKD终端向所述第一QKD终端发送的数据、以及所述预设时段内所述第二QKD终端从所述第一QKD终端接收的数据；

所述第一QKD终端根据本端的加密运算结果与所述第二QKD终端的加密运算结果，确定所述第一待认证数据是否被篡改；

所述第二QKD终端根据本端的加密运算结果与所述第一QKD终端的加密运算结果，确定所述第二待认证数据是否被篡改。