【技术实现步骤摘要】
一种基于量子可逆线路的AES硬件加密系统的实现方法
本专利技术涉及信息安全
，尤其涉及一种基于量子可逆线路的AES硬件加密系统的实现方法。
技术介绍
随着物联网时代的到来，在网络上传输的信息已然不能量化衡量，每人、每物的隐私信息都连接在网络上，一旦这些信息被窃取，将给社会带来混乱。因此，无数的信息需要得到安全有效的保护，这样才能保证物联网社会的安全与发展。基于量子可逆线路的AES加密技术，将量子可逆线路的可逆、高复杂度等特点用于加密
，在加密速率提高的前提下又增加加密的复杂度、抗攻击能力。陈加庆，管致锦，程学云等的文献[1]是基于量子可逆逻辑加密算法设计与硬件实现[J].解放军理工大学学报(自然科学版)，2018，0(0)：1-3.主要是通过介绍列混合及轮秘钥加的量子线路及电子电路实现方式，描述了量子可逆线路实现128位秘钥的AES算法有效性、可行性，然而，此文献只介绍了基于量子可逆线路的加解密算法的硬件实现，没有完成加密系统的设置，缺少了量子可逆线路秘钥扩展模块及相应的接口模块，这会大大降低加密系统的加密效果与复杂度，导致其缺少实用性，无法投入使用。...
【技术保护点】
1.一种基于量子可逆线路的AES硬件加密系统的实现方法，其特征在于，包括量子可逆线路加解密模块、量子秘钥扩展模块以及多接口选择模块，其中所述量子可逆线路加解密模块和量子秘钥扩展模块是基于量子可逆线路构造并完成硬件化设置，所述多接口选择模块由电子电路设置而成；所述实现方法包括以下步骤：步骤A:实现量子可逆线路加解密模块的硬件化设置；所述步骤A具体为量子可逆线路加解密模块分为加密部分和解密部分，所述解密部分与所述加密部分是互逆的，所述加密部分包含十轮加密函数，除末轮外，每轮加密函数由量子轮秘钥加硬件模块、量子字节替换硬件模块、量子行位移硬件模块、量子列混合硬件模块四个部分组成；...
【技术特征摘要】
1.一种基于量子可逆线路的AES硬件加密系统的实现方法，其特征在于，包括量子可逆线路加解密模块、量子秘钥扩展模块以及多接口选择模块，其中所述量子可逆线路加解密模块和量子秘钥扩展模块是基于量子可逆线路构造并完成硬件化设置，所述多接口选择模块由电子电路设置而成；所述实现方法包括以下步骤：步骤A:实现量子可逆线路加解密模块的硬件化设置；所述步骤A具体为量子可逆线路加解密模块分为加密部分和解密部分，所述解密部分与所述加密部分是互逆的，所述加密部分包含十轮加密函数，除末轮外，每轮加密函数由量子轮秘钥加硬件模块、量子字节替换硬件模块、量子行位移硬件模块、量子列混合硬件模块四个部分组成；步骤B：实现量子秘钥扩展模块的硬件化设置；所述步骤B具体是针对128位的种子秘钥进行操作，由若干量子逻辑门、量子逻辑线路通过量子加密的运算规则级联而成，达到将128位AES种子秘钥扩展成1408位加解密秘钥的作用，并转化成电子线路，为步骤A中量子可逆线路加解密模块中的所述量子轮秘钥加硬件模块提供所需的秘钥；步骤C：采用电子电路设置多接口选择模块；所述步骤C具体为，所述多接口选择模块具有多种类型的接口电路，接口电路与步骤A中的量子线路加解密模块能够完全契合，用户可使用该接口电路与步骤A中的量子线路加解密模块进行信息交互，完成所需信息的加解密任务；不同的接口可满足用户不同的需求，在接口电路的实现中，熟悉不同接口的功能、角色类型，在仔细分析接口协议之后，用硬件描述语言实现协议中的规则，并转化成相应的接口电路。2.根据权利要求1所述的基于量子可逆线路的AES硬件加密系统的实现方法，其特征在于，所述步骤A具体还包括如下步骤：步骤A-1：量子轮秘钥加硬件模块的设置，所述量子轮秘钥加硬件模块将128位状态矩阵与128位由量子秘钥扩展模块生成的对应128位秘钥进行异或，该运算通过128个CNOT门实现，对其进行硬件化设置可以使用128个电子线路中的异或门级联构成；步骤A-2：量子字节替换硬件模块的设置，所述量子字节替换硬件模块对128位状态矩阵进行整体操作，通过伽罗华域上的变换，实现对状态矩阵的非线性变换；它将有限域GF(28)上的数据变换到其复合域GF((24)2)中，并在复合域上进行求逆操作之后，将数据再变换回有限域上，最后再进行可逆的仿射变换；步骤A-3：量子行位移硬件模块的设置，所述量子行位移硬件模块对128位的状态矩阵进行操作，实现矩阵中不同行左移不同位数的功能，该运算只是字节顺序的变动，用量子交换门实现，或者不进行任何量子操作，在电路输出时改变顺序即可；步骤A-4：量子列混合硬件模块的设置，该模块通过矩阵乘法，对128位的状态矩阵进行加密操作，该运算可以通过矩阵乘法的方式实现，将其写成多项式相乘的形式:s′(x)＝w(x)⊙s(x)，其中w(x)是伽罗华域上的多项式，记为：w(x)＝{03}x3+{01}x2+{01}x+{02}将w(x)写成矩阵形式,通过矩阵乘法计算之后，每一列中的每一个字节都可以用一个多项式来表示：此处的Si,c,i∈[0,3]表示状态矩阵中的第i行，第c列个字节,S′i,c,i∈[0,3]表示通过列混合变换后状态矩阵中的第i行，第c列个字节，{03}·A可以表示为可用乘2运算与加法实现，该模块的硬件实现过程中使用低电平表示量子线路中始状态为|0>的辅助比特，使用32位的异或门来对应量子线路中的CNOT门，并使用4个乘2器件，实现乘2运算的量子线路硬件模块级联构成。3.根据权利要求2所述的基于量子可逆线路的AES硬件加密系统的实现方法，其特征在于，所述步骤A-2具体包括如下步骤：步骤A-2-1：将有限域上数据变换到复合域上，公式为：其中a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7表示有限域上的8位数据，al0,al1,al2,al3,ah0,ah1,ah2,ah3表示有限域上数据变换到复合域上的8位数据，该步骤对8位量子位进行操作，可用11个CNOT门实现，采用11个电子线路中的异或门级联构成，对其进行硬件化设置；步骤A-2-2：对数据在复合域上进行求逆，该步骤针对所述步骤A-2-1输出的复合域上的8位数据进行操作，其变换公式为：其中al0,al1,al2,al3,ah0,ah1,ah2,ah3表示复合域上求逆之前的8位数据，d0,d1,d2,d3的表达式为a′h0,a′h1，a′h2，a′h3，a′l0，a′l1，a′l2，al3′表示对数据在复合域上求逆之后的8位数据，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李跃华，汪诚诚，管致锦，陈加庆，孙佳浩，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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