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基于安全极化码的密钥协商方法

电子与信息学报 2019年第6期41卷 1413-1419页

作者：张胜军钟州金梁黄开枝国家数字交换系统工程技术研究中心

针对密钥协商过程中的信息泄露问题,该文综合考虑信息协商和隐私放大提出了基于安全极化码(SPC)的密钥协商方法,打通了从量化误比特率(QBER)条件到密钥中断概率(SKOP)需求的桥梁。首先,将QBER建模为加性高斯白噪声(AWGN)信道的传输误比... 详细信息

针对密钥协商过程中的信息泄露问题,该文综合考虑信息协商和隐私放大提出了基于安全极化码(SPC)的密钥协商方法,打通了从量化误比特率(QBER)条件到密钥中断概率(SKOP)需求的桥梁。首先,将QBER建模为加性高斯白噪声(AWGN)信道的传输误比特率(TBER),进而将QBER优势转化为AWGN信道优势;然后,利用高斯近似计算出各极化子信道的传输错误概率,并进一步推导出安全极化码的译码误比特率上下界;最后,根据密钥中断概率阈值利用遗传算法构造出合适的安全极化码实现密钥协商。仿真结果表明,该文所提的密钥协商方法能够满足设计的密钥中断概率需求,且具有比低密度奇偶校验(LDPC)码更高的密钥协商效率。

关键词：密钥协商物理层安全安全极化码隐私放大

基于空域对称加扰和安全极化编码的无协商密钥生成方法

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中国科学：信息科学 2019年第4期49卷 486-502页

作者：张胜军金梁黄宇朱世磊黄开枝钟州国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002 军械工程学院博士后科研工作站石家庄050003

针对现有密钥生成方法流程繁琐的问题,本文利用空域对称加扰和安全极化编码提出了一种无协商的密钥生成方法,仅需安全传输和隐私放大两步即可生成密钥.首先,空域对称加扰以类信号噪声代替传统的Gauss噪声具有更高的安全性并为合法信道... 详细信息

针对现有密钥生成方法流程繁琐的问题,本文利用空域对称加扰和安全极化编码提出了一种无协商的密钥生成方法,仅需安全传输和隐私放大两步即可生成密钥.首先,空域对称加扰以类信号噪声代替传统的Gauss噪声具有更高的安全性并为合法信道提供了信道优势,保证了安全容量的存在性;然后,基于该信道优势和系统性能需求提出了基于Gauss近似和遗传算法的安全极化码构造算法,确保了传输比特的安全性;最后,利用安全极化编码和空域对称加扰实现了私密比特的安全传输,并对其进行隐私放大生成密钥.仿真结果验证了空域对称加扰和安全极化编码的有效性,并进一步说明了所提密钥生成方法能够满足系统性能的需求. NIST测试结果表明了生成的密钥具有很强的随机性.

关键词：密钥生成物理层安全空域对称加扰安全极化编码隐私放大

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一种OFDM系统信道密钥生成方法

电讯技术 2018年第3期58卷 313-319页

作者：赖凤麟姜永广咸立文张桂祥西南通信研究所成都610041

提出了一种在正交频分复用(OFDM)系统中提取信道频率响应(CFR)表征信道特征,经过探测、量化、协商、一致性确认以及隐私放大生成信道密钥的方法。首先,利用OFDM系统多载波的优势,在各个子信道提取信道特征,并进行量化;然后,采用滑窗密... 详细信息

提出了一种在正交频分复用(OFDM)系统中提取信道频率响应(CFR)表征信道特征,经过探测、量化、协商、一致性确认以及隐私放大生成信道密钥的方法。首先,利用OFDM系统多载波的优势,在各个子信道提取信道特征,并进行量化;然后,采用滑窗密钥生成机制以及分段校验,通过一次位置信息交互,高效地完成协商,生成初始信道密钥;最后,利用隐私放大函数生成信道密钥。所提方法通过滑窗生成大量密钥比特,以一轮协商代替多轮协商;只限定初始密钥最大长度,使得初始密钥在长度及信息两个维度保持随机化。

关键词：正交频分复用系统信道密钥频率响应滑窗隐私放大

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量子密钥分发的数据处理技术研究与实现

量子密钥分发的数据处理技术研究与实现

作者：邓雄峰广东工业大学

学位级别：硕士

信息安全因其重要的战略性而备受世界各国的关注,而使用加密技术对信息进行加密是解决信息安全问题的核心方法。一次一密加密方法被证明为是无条件安全的加密算法,然而加密算法中的密钥分发却一直没有得到良好的解决。量子密钥分发的提... 详细信息

信息安全因其重要的战略性而备受世界各国的关注,而使用加密技术对信息进行加密是解决信息安全问题的核心方法。一次一密加密方法被证明为是无条件安全的加密算法,然而加密算法中的密钥分发却一直没有得到良好的解决。量子密钥分发的提出为一次一密加密算法带来了新的生机。随着量子密钥分发的研究和发展,诱骗态协议的提出使得量子密钥分发的安全性得到了广泛的认可。目前量子密钥分发技术已从实验阶段走向了工程化、商用化和实用化阶段,并有望成为下一代保密通信系统。因此,本文针对量子密钥分发的数据处理技术进行了研究和实现,其工作内容如下:一、本文设计了基于FPGA的量子数据处理系统架构。在硬件设计上依据功能将硬件系统划分为多个子系统,且每个子系统工作于相互独立的时钟域,以便单独调节各子系统的工作频率和性能。在软件设计上以指令加指令处理器的设计方法实现了指令驱动型软件架构,该架构使软件各个功能模块化和层次化,且有利于软件功能的扩展和调试。二、基于FPGA片内RAM设计并实现了经典通信和Toeplitz认证技术。为提高经典通信的性能,本文通过片内RAM包存储器将网络协议数据处理过程流程化,避免网络协议数据处理过程中重复进出主存储器,进一步提升了经典通信的速度,同时结合了基于Toeplitz的认证技术,使经典通信在具有远程可靠数据传输能力的同时也能够抵御窃听者对通信数据的篡改。三、在FPGA上实现了基于LDPC的量子信息纠错技术。LDPC优异的纠错性能够减少原始密钥纠错过程中原始密钥的消耗量,最终提升安全量子密钥的成码率。本文为进一步降低硬件实现LDPC译码器的难度,在偏置最小和译码算法的基础上进一步使用Matlab预生成译码算法所需的时序控制、数据读取地址和存储器使能信号,并存储在ROM的配置文件。IEEE802.16标准提供了多种码率和码长的准循环LDPC校验矩阵,并作为本文LDPC设计的依据,四、对量子隐私放大算法进行改进和实现。隐私放大可显著减少窃听者获取的信息。隐私放大要求描述哈希函数所需比特数应尽可能的少且是高效的,相较于矩阵哈希函数,多项式哈希函数需要更少的描述信息。为进一步提升隐私放大算法的性能,本文研究了快速数论变换,并对快速数论变换中的倒位序算法进行了改进,使倒位序算法的时间复杂度为（9）),同时避免了FFT中浮点运算的精度问题。

关键词：量子密钥分发量子数据处理 FPGA 经典通信 LDPC 隐私放大

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密钥传播在传感器网络中的应用

通信学报 2009年第11期30卷 56-63页

作者：刘志宏马建峰庞辽军裴庆祺西安电子科技大学计算机网络与信息安全教育部重点实验室陕西西安710071 中国电子设备系统工程研究所北京100039

由于传感器节点资源有限,传感器网络密钥管理极具挑战性。建立用于分析密钥传播协议安全性的概率模型,提出基于组的密钥传播协议,增强密钥传播的安全性能;结合密钥传播与密钥预分配协议,提出基于组和预分配的传感器网络密钥建立协议。... 详细信息

由于传感器节点资源有限,传感器网络密钥管理极具挑战性。建立用于分析密钥传播协议安全性的概率模型,提出基于组的密钥传播协议,增强密钥传播的安全性能;结合密钥传播与密钥预分配协议,提出基于组和预分配的传感器网络密钥建立协议。分析结果表明,密钥传播及其增强协议寻求有限资源与安全性能的折中,适用于大规模微型传感器网络。

关键词：密钥传播密钥预分配隐私放大传感器网络

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基于自由空间的量子通信算法研究

基于自由空间的量子通信算法研究

作者：钟波宁波大学

学位级别：硕士

量子通信是量子力学与经典信息科学相结合的新学科，由于具有经典通信所无法比拟的优点，绝对安全性，近年来得到了广泛关注和发展。量子通信根据信道的不同，可以分为光纤量子通信和自由空间量子通信。目前基于光纤的量子通信已经基本... 详细信息

量子通信是量子力学与经典信息科学相结合的新学科，由于具有经典通信所无法比拟的优点，绝对安全性，近年来得到了广泛关注和发展。量子通信根据信道的不同，可以分为光纤量子通信和自由空间量子通信。目前基于光纤的量子通信已经基本达到了传输距离的理论极限。而自由空间信道由于高稳定性，低损耗以及可通过空间平台中转，成为实现全球量子通信最可行的选择。但在实际量子通信中，由于不完美设备的存在，比如单光子源和探测器等，都会造成密钥泄露，最终导致量子通信不再安全。为了解决这一难题，利用量子通信算法提取量子密钥，则可以得到绝对安全密钥。本论文首先介绍了经典加密方法，量子通信理论知识等方面。量子力学的相关理论保证了量子通信在密钥分发过程中的绝对安全性。第三章为量子通信安全性分析，量子通信安全性分析两个关键因素为通信距离以及最终成码率。我们还提出了光子数分离攻击的解决方案——基于诱骗态的量子通信，并将基于诱骗态的量子通信与传统方式进行比较，发现该方案的量子通信在成码率和通信距离上都比传统的量子通信效率高，且更接近于理论上限。在第四章，我们着重介绍了量子通信算法，包括基矢校验，密钥纠错和隐私放大这三方面。基矢校验以BB84协议为主要理论依据，提取基矢相同的原始密钥;为了减少暗记数以及时间测量模块对误码率的影响，我们在实验中加入同步光，来降低误码率，最终提升成码率。密钥纠错用于纠正通信双方筛选密钥中的差异，我们介绍了四种纠错算法，实现了这四种纠错算法，并对Winnow算法进行了改进。将这四种纠错算法进行性能比较分析，得出Cascade和LDPC算法的纠错性能接近香农极限，且成码率也比BBBSS和Winnow算法高。量子通信的最后一步为隐私放大，利用普遍哈希函数，能使窃听者对于通信双方的最终密钥信息降低到无穷小。通过量子通信算法，我们将得到绝对安全密钥。最后一章为总结全文，量子通信算法作为量子密钥分发系统中的密钥提取算法，随着量子通信的发展将会变得越来越重要。

关键词：量子通信安全分析基矢校验密钥纠错隐私放大