量子密码与公钥密码体制

现今普遍应用的公钥密码体系,其安全性建立在数学函数问题的计算复杂性基础上。随着量子计算的发展,这种密码体制的安全隐患越来越突出。量子密码安全性基于物理基本原理,具有无条件的安全性,能够实现真正意义上的保密通信。     

量子密码研究现状与展望

量子密码是量子力学与信息科学相结合的产物。与基于数学理论的经典密码学不同，量子密码学利用物理学原理保护信息．根据量子力学的两条基本原理——“海森堡测不准原理”和“单量子不可复制定理”，以量子力学为理论基础的量子密码具有不可复制性，即使被截取，也会因为截获（测量）过程改变量子状态，使得截获方得到的信息变得毫无意义。因此，量子密码是目前非常安全的密码。本文通过与经典密码的比较，讲述了量子密钥生成的基本原理，介绍了量子密码在国内外的发展以及其所面临的技术挑战和经济性问题，最后展望了其发展前景。     

后量子加密算法的硬件实现综述

现有的密码体制大多基于RSA、ECC等公钥密码体制,在信息安全系统中实现密钥交换、数字签名和身份认证等,有其独特的优势,其安全性分别依赖于解决整数分解问题和离散对数问题的难度。近年来,随着量子计算机的快速发展,破解上述数学问题的时间大幅减少,这将严重损害数字通信的安全性、保密性和完整性。与此同时,一个新的密码学领域,即后量子密码学应运而生,基于它的加密算法可以对抗量子计算机的攻击,因此成为近年来的热点研究方向。2016年以来,NIST向世界各地的研究者征集候选抗量子密码学方案,并对全部方案进行安全性、成本和性能的评估,最终通过评估的候选方案将被标准化。本文比较了NIST后量子密码学算法征集(第2轮、第3轮)的各个方案,概述目前后量子加密算法的主要实现方法:基于哈希、基于编码、基于格和基于多变量,分析了各自的安全性,签名参数及计算量的特点以及后期的优化方向。PQC算法在硬件实现上的挑战其一是算法规范的数学复杂性,这些规范通常是由密码学家编写的,关注的重点是其安全性而非实现的效率,其二需要存储大型公钥、私钥和内部状态,这可能会导致不能实现真正的轻量级,从而降低硬件实现的效率。本文重点介绍了目前后量子加密算法的硬件实现方式,包括PQC硬件应用程序编程接口的开发,基于HLS的抽象实现和基于FPGA/ASIC平台的硬件实现。PQC方案的硬件化过程中不仅需要算法的高效实现,同时需要抵抗针对硬件结构的侧信道攻击。侧信道攻击可以通过来自目标设备泄露的相关信息来提取密码设备的密钥。本文讨论了后量子加密算法在具体实现和应用中受到侧信道攻击类别和防御对策。     

量子密码研究进展

随着计算机技术的迅速发展,对信息空间的开发、利用和对抗无疑成为各国科技发展的战略高点。以往基于传统复杂数学问题的密码技术无法满足信息安全的需求,量子信息技术发展的同时,量子密码技术研究也取得到了很大的进步。本文主要介绍了量子密码概念,量子密码中特别重要的量子密钥分配协议—BB84协议以及量子密码的发展史并对量子密码技术进行了展望。     

迈向量子安全：后量子密码迁移研究与思考

量子科技的飞速发展使得大规模量子计算机的实现只是时间问题,一些量子算法的提出(如Shor、Grover、Simon)使得对现代密码体制(公钥密码和对称密码)实施量子计算攻击成为可能,从而严重威胁经典密码的安全。为提升密码系统抵抗量子计算攻击的能力,以格密码为代表的后量子密码(PQC)算法得到广泛关注和研究。从经典密码算法到PQC的迁移是密码系统实现量子安全的有效路径。首先,该文调研了NIST,ETSI及其他组织和学者提出的PQC迁移路线,总结起来,就是以NIST为代表的替换方案、以ETSI为代表的二次加密方案以及其他混合加密方案三种迁移路线;其次,针对PQC迁移过程,从迁移目标、迁移准备、迁移实施三个环节介绍了迁移策略;此外,为了促进PQC迁移的顺利高效实施,提出了需要考虑的迁移评估要素,包括资源投入、时间成本、业务风险、维护成本、用户体验、商业影响六个方面;最后,提出PQC迁移下一步研究方向。总之,文中工作将为PQC迁移的方案设计和高效实施提供有益参考。     

量子密钥分配的研究

在对称密码体制中,其加密密钥和解密密钥是相同的。加密信息的安全性取决于密钥的安全性,与算法的安全性无关,即由密文和加解密算法不可能得到明文。该文根据量子密钥分配原理,提出了实现对称密码体制密钥的绝对保密的量子密钥分配协议。理论分析表明这种密钥分配协议是安全可靠的。     

面向格密码的能耗分析攻击技术

量子计算的飞速发展对传统密码的安全性带来巨大挑战,Peter Shor提出的量子计算模型下分解整数和计算离散对数的多项式时间算法对基于传统数论难题的密码系统构成了威胁.美国国家标准与技术研究院(NIST)于2016年开始征集后量子公钥密码算法标准,其中,大多基于格、基于哈希、基于编码、基于多变量这四种密码体制,而基于格的密码体制在其公钥尺寸、计算效率和安全性方面具有更好的平衡性,所占比例最大.然而,格密码的实现在实际环境中易遭受能耗分析攻击(Power Analysis Attacks).能耗分析攻击是利用密码设备运行过程中产生的功耗、电磁等信息,攻击者建立这些旁路信息与密码算法中间值之间的联系从而恢复密钥等敏感信息.自从能耗分析攻击出现以来,该类攻击手段严重威胁了密码系统的安全.随着量子计算的发展,后量子密码的安全性日益成为密码研究的热点,特别地,近期NIST公布了最新轮的后量子密码算法,作为占据比例最多的格密码,其侧信道安全性也受到了学术界的广泛关注.本文针对格密码的能耗分析攻击技术从攻击模型、攻击目标、攻击条件开展研究,分析了面向格密码的攻击原理、格密码的各个算子的侧信道安全性,...     

量子密码技术发展概述

本文从量子密码技术的基础和优势、量子密码技术的发展、量子密码技术的困境、量子密码攻击等方面综合阐述了量子密码技术的基本概况,并对我国在量子密码和通讯技术上的发展情况及量子密码技术发展展望进行了分析。     

后量子密码算法的侧信道攻击与防御综述

为了解决量子计算对公钥密码安全的威胁,后量子密码成为密码领域的前沿焦点研究问题.后量子密码通过数学理论保证了算法的安全性,但在具体实现和应用中易受侧信道攻击,这严重威胁到后量子密码的安全性.基于美国NIST第2轮候选算法和中国CACR公钥密码竞赛第2轮的候选算法,针对基于格、基于编码、基于哈希、基于多变量等多种后量子密...     

计算机密码学中的加密技术研究进展

随着网络信息技术的发展,对网络上传输的数据的安全性要求越来越高,而计算机密码学中的加密技术是保证信息保密性的一种有效手段。文中概括介绍了密码学中的对称密码体制、非对称密码体制和量子密码等三类主要加密技术的相关发展情况,并指出一些值得关注的问题。     

后量子密码迁移趋势下应用于区块链的公钥密码安全

自从发现量子算法能够高效求解现今公钥密码依赖的数学困难问题,能够抵抗量子计算攻击的后量子密码算法成为研究热点,国际上对后量子密码算法的标准化工作也已相继启动.现有信息系统为保证自身安全,势必需要迁移至新一代抗量子公钥加密算法,迁移过程存在巨大的挑战与机遇.对迁移过程的研究已在美国、欧盟等国家和地区广泛推动开展、成为趋势.区块链的安全性依赖于现代密码学,特别是公钥签名技术,因此这一迁移也是区块链长效安全的必经之路.本文介绍了后量子密码迁移策略,讨论了现有区块链所应用的公钥密码如何向后量子密码进行迁移,提出下一步研究方向.     

量子密码研究与进展

量子密码解决了传统密码技术存在的问题,是近年来国际学术界的一个研究热点。本文论述了传统密码技术存在的问题,阐述了量子密码的基本原理,介绍了主要的量子密码协议：BB84协议、B92协议和E91协议等,并研究了量子密码通信的研究现状及其进展。量子密码必将会在网络安全通信中得到广泛的应用。     

公钥密码的量子攻击研究现状与展望

近些年,随着量子计算的发展,以Shor算法为首的量子算法展现了对公钥密码体制的严重威胁。研究者们一方面研究量子算法对公钥密码的攻击实现,一方面着手后量子密码算法的过渡迁移。就此议题,首先介绍几类常用的公钥密码算法和相关量子攻击算法。其次,重点介绍Shor算法以及量子优化等算法攻击公钥密码算法的国内外研究现状,特别是对RSA和ECC的攻击实现以及当前存在的困难。最后,结合当前公钥密码量子攻击的研究进展以及后量子密码的发展,对产学研的未来发展规划作出了一些建议与展望。     

多变量公钥密码进展

量子计算的快速发展对当前普遍应用的公钥密码造成了严重威胁,抗量子计算的密码研究成为当前密码学术研究和标准化的热点问题.多变量密码作为抗量子密码的优秀候选方案受到了广泛的关注.介绍了当前多变量密码的基本原理,综述了其国内外研究进展,分析对比了几种典型的陷门构造技术和攻击技术,最后指出了当前研究存在的问题.     

公钥密码体制的现状与发展

文中对公钥密码体制的现状与发展进行了介绍，其中着重讨论了几个比较重要的公钥密码体制M-H背包算法、RSA、ECC、量子密码、NTRU密码体制和基于辫群上的密码体制。     

量子密码通信及其研究进展

2007年4月2日,国际上首个量子密码通信网络由中国科学家在北京测试运行成功。这是迄今为止国际公开报道的唯一无中转,可同时、任意互通的量子密码通信网络,标志着量子保密通信技术从点对点方式向网络化迈出了关键一步。这次实验的成功,为量子因特网的发展奠定了基础。文章阐述量子密码的产生、量子密码学的基本原理、该领域的实验研究及研究成果,最后指出量子密码通信将是保障未来网络通信安全的一种重要技术。     

关于量子密码技术中密匙建立的原理与分析

传统密码学的安全依赖于密钥,密钥的分配是一大难题。尽管公钥密码系统解决了密钥分配问题,但它基本上都基于如大数的分解和离散对数问题等数学难题,一旦计算速度或计算方法有质的飞跃,他们不再安全。而量子密码技术很好的从量子力学原理方面解决了密钥安全传输问题,在加上传统的加密系统,则可构建一个不可破的完全保密系统。本文探讨了量子密码技术的原理、BB84协议、量子密匙传输实验等问题,分析了量子密码通信是目前能够实现绝对安全的通信方式的成因。     

分组加密算法的并行量子搜索攻击的研究

对称密码体制中的分组密码具有速度快、易于标准化和便于软硬件实现等特点,在计算机通信和信息系统安全领域有着广泛的应用.从量子计算机的角度考虑,结合Grover量子搜索算法与经典并行搜索的思想提出搜索分组加密算法密钥的并行量子搜索模型,针对典型的分组加密算法给出其相应的量子黑箱线路设计,最后对整个线路进行了简要的性能分析.     

多变量体制下的代理签密方案

目前大多数代理签密方案的安全性主要是基于传统密码体制下的,随着量子计算技术的发展,传统密码体制下的代理签密方案受到严重威胁,构造抗量子计算的代理签密方案具有重要意义。多变量公钥密码是抗量子计算密码的主要候选者之一,鉴于此,提出多变量密码体制下的代理签密方案,利用有限域上求解非线性多变量多项式方程组问题和多项式同构问题保证了其安全性。分析表明新方案计算速度快、通信代价低,并具有抗量子计算的能力。     

量子理论在信息安全领域的应用前景

由于量子的特性，许多问题采用经典计算机只能进行指数算法，而量子计算机能用多项式算法来完成，如采用量子计算机可以在多项式时间内进行大数因子分解，因而对于现有的密码体制构成威胁。量子密码学以及量子隐形传态可以进行保密通信，窃听者不可能得到信息，并且合法用户会发现窃听的存在，这些是现在的密码体制所不可以比拟的。