[发明专利]适用于RSA加密算法的MZI阵列计算模乘方法

说明书

本发明公开了适用于RSA加密算法的MZI阵列计算模乘方法，通过将RSA加密算法中最为耗能的大数模乘运算部分使用MZI阵列来完成运算，MZI阵列是属于光子计算芯片，从而实现基于光子芯片的加密计算方法，有效降低非对称密码算法加密计算对电子芯片发展的过于依赖，光子芯片具有更高的频率且更低的功耗优势，可以有效降低加密计算带来的能耗并提高运算速率。

技术领域

本发明涉及密码学中RSA加密计算技术领域，涉及一种基于MZI阵列计算的模乘计算方法。

背景技术

随着全社会对信息安全越发重视，越来越多的数据需要加密后进行存储及传输。加密计算占据着更多的算力资源，其中非对称密码算法有着更好的安全性而流行起来，但非对称密码算法计算量较大，其中大数模幂乘是RSA等非对称密码算法和数字签名算法的基本运算，而大整数模乘运算是实现大模幂乘运算的关键也是最为消耗算力的基本运算过程，目前加密芯片以及通用CPU等传统电子芯片由于摩尔定律失效，电子芯片发展速度难以满足日益增长的加密算力需求。为此，光子计算芯片快速发展，以光信号取代电信号，使用光子芯片利用MZI(马赫-曾德尔干涉仪，Mach–ZehnderInterferometer，缩写：MZI)阵列来实现高效且低功耗的大整数模乘运算，配合外围的相关电路从而实现加密运算。

发明内容

本发明采用的技术方案为一种适用于RSA加密运算的MZI阵列计算模乘方法，包括以下步骤：

通过将RSA加密算法中最为耗能的大数模乘运算部分使用MZI阵列来完成运算，MZI阵列是属于光子计算芯片，从而实现基于光子芯片的加密计算方法，有效降低非对称密码算法加密计算对电子芯片发展的过于依赖，光子芯片具有更高的频率且更低的功耗优势，可以有效降低加密计算带来的能耗并提高运算速率。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

RSA加密计算时使用预先生成好的公私钥对，公钥对(N,e)用于将明文转化为密文发送对方，私钥对(N,d)用于将密文转化为明文进行读取接收，加解密的核心运算是将明文分组后，明文分组与公钥对进行模乘运算形成密文，密文分组与私钥对进行模乘运算形成明文。

将待加密的数据其中一个分组表示为A，来便于表述使用MZI进行模乘运算的过程。将大数A作为需要加密的明文,大素数B以及模数N作为公钥对进行表述。将A,B,N分别转化成二进制数，每8位为一个单元用于构造适合光子计算的大数模乘计算矩阵,A和B两个二进制大数需要在前补0达到长度一样且长度为m字节。密文A转化为从低位字节到到高位字节分别为a[0],a[1],…,a[m-1],B转化为从低位字节到到高位字节分别为b[0],b[1],…,b[m-1]，N转化为从低位字节到到高位字节分别为n[0],n[1],…,n[m-1]。

将明文A构造成适合于MZI阵列计算m阶下三角矩阵A1，其对角线上皆为a[0]，第一行左往右依次为a[0],0,…,0，第二行为a[1],a[0],…,0，依次类推直至第m行为a[m-1],a[m-2],…,a[0]。

将明文A构造适合于MZI阵列计算的m阶上三角矩阵A2，其对角线上皆为a[m-1]，第一行从左往右依次为a[m-1],a[m-2],…a[1],a[0]，第二行为0,a[m-1],a[m-2],…a[2],a[1]，依次类推直至第m行0,0,…0,a[m-1]。

将公钥B构造适合于MZI阵列计算的m维列向量B1，从上到下依次为b[0],b[1],…,b[m-1]。

根据所构造的这些适合于MZI阵列计算的矩阵A1，A2及向量B1，获取MZI阵列进行计算所需的权重矩阵。包括从B1向量中提取第i行参数，并基于第i行参数生成对应的m阶权重矩阵并加载至MZI阵列中。