[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

说明书

本申请公开了一种数据加密方法、数据认证方法及相关设备和系统，所述方法包括：确定待加密数据的比特位数N；确定对待加密数据进行加密后的数据的比特位数m；选取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，以获取待加密矩阵与随机矩阵相乘后的矩阵数据；其中，待加密矩阵是由待加密数据的N比特位构成的N行1列矩阵，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，m+N‑1比特位数据包括m比特位的初始移位数据、以及基于m阶本原多项式实现N‑1次移位应新生成的N‑1比特位数据。本申请能够提高数据完整性认证的准确性。

技术领域

本申请涉及量子密钥分发技术领域，尤其涉及一种数据加密方法、数据认证方法及相关设备和系统。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，简称QKD)与经典密钥体系的根本不同在于，其采用光子的不同量子态作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。

在QKD系统的具体实现中，要保证它的安全性需要考虑各种可能的攻击，一种可能的攻击就是中间人攻击，具体地，当窃听者Eve拥有整个可以完成QKD协议的设备时，对于合法通信双方，即QKD终端Alice和Bob，窃听者Eve可以截断Alice发给Bob的通讯信息，并且冒充自己是Bob，并在自己和Alice之间建立起一个共享密钥，同时，Eve也可以截断Bob发给Alice的通讯信息，在自己和Bob之间建立起另外一个共享密钥，这样，Alice与Bob之间的通讯信息，就可以被Eve窃取并篡改了。

为了防止中间人攻击，现有的QKD数据认证算法有CRC32(32位循环冗余校验)校验算法，采用该算法对经典网络交互数据进行CRC计算，得到32bits校验值，Alice、Bob双方通过比对交互数据的CRC校验值来确定交互数据是否被篡改。但是，采用CRC算法进行校验的方法，CRC校验值的碰撞概率较高，因此，窃听者容易伪造交互数据使得CRC校验通过，不能起到很好的数据完整性验证功能。经实验验证，使用随机生成数据计算CRC校验值并统计，发现1820万个数据，冲突数量已达到38638，不能满足QKD终端数据认证的需求。

发明内容

有鉴于此，本申请的主要目的在于提供一种数据加密方法、数据认证方法及相关设备和系统，能够提高数据完整性认证的准确性。

第一方面，本申请提供了一种数据加密方法，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次移位应新生成的N-1比特位数据。

第二方面，本申请提供了一种数据认证方法，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终端采用上述第一方面提供的数据加密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；