加密方法、密码解码方法、加密器、密码解码器、发送/接收系统和通信系统技术方案

本发明专利技术提供了加密方法、密码解码方法、加密器、密码解码器、发送／接收系统和通信系统。一种加密技术包括：第一调制步骤，通过与由物理随机数确定的特定状态对相关联来对输入数据进行多级调制；第二调制步骤，通过使用物理随机数与另一信号不规则关联来输出第一步骤的输出；以及信道编码步骤，将第二步骤的输出信道编码为期望码字，并且将其作为加密数据输出，其中通过对加密数据进行信道解码而获得的解码信号可以辨别该信号与特定状态对中的哪个状态相对应，并且可以被解调为输入数据，并且通过使用该特定状态对以外的状态对进行的第一调制和使用与该物理随机数不同的物理随机数进行的第二调制来输出该信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在其中对信息进行加密以进行发送和接收的系统中使用的加密/密码解码技术，尤其涉及下述的技术，该技术通过使用经典物理随机数而不是Yuen量子密码系统中的量子波动，来实现与传统的数学加密相比具有大得多的加密强度的经典Yuen加密，并且能够应用于各种介质。
技术介绍
在现代网络中，作为加密方法，使用了诸如公用密钥加密法的数学加密。典型的示例包括流密码(经典密码)。图17是表示应用了流密码的普通发送/接收系统的结构的框图，并且图17中所示的发送/接收系统100被构造为包括加密器110，用于在合法的发送器侧对明文进行加密；以及密码解码器120，用于在合法的接收器侧对经由网络等发送的密文进行解码。这里，加密器110被构造为包括伪随机数生成器111和调制部分(异或算术单元)112。伪随机数生成器111根据预先设定的加密密钥K生成并输出伪随机数ri，并且例如，如果加密密钥K是100位的二进制数，则作为伪随机数ri，生成(2100-1)位的二进制数，即，周期为(2100-1)位的伪随机数。调制部分112计算要加密的明文xi和由伪随机数生成器111生成的伪随机数ri的异或，并将其输出为密文ci。换句话说，调制部分112根据伪随机数ri对明文xi进行加密，并将其输出为密文ci。另外，密码解码器120被构造为包括伪随机数生成器121和解调部分(异或算术单元)122。伪随机数生成器121根据与加密器110的伪随机数生成器111相同的加密密钥K，与伪随机数生成器111同步地生成并输出伪随机数ri。解调部分122计算从加密器110发送的密文和由伪随机数生成器111生成的伪随机数的异或(XOR)，并将其输出为明文xi。换句话说，解调部分122根据伪随机数ri(根据与在加密器110侧用来生成伪随机数ri的加密密钥K相同的加密密钥而生成的伪随机数)，与加密器110侧的伪随机数ri同步地对密文ci进行解码，并将其输出为明文xi。在应用了这种流密码的发送/接收系统100中，存在下述的可能性可以通过被称为已知明文攻击的攻击方法来对密文ci进行解码。该已知明文攻击是这样的一种攻击方法，通过该攻击方法，拦截者不仅拦截了密文ci，而且获取了在被加密成密文ci之前的明文xi，并且通过对密文ci和明文xi进行比较来获得伪随机数，并使用该伪随机数来对除了已获得其明文的部分以外的密文进行解码。由于伪随机数生成器111根据加密密钥K来计算并输出表现为伪方式的随机数的数值序列，所以如果所获取的从伪随机数生成器111输出的伪随机数序列具有等于或大于加密密钥K的数位数量，则根据该伪随机数序列反向计算加密密钥K，并且作为结果，再现所有的伪随机数。例如，如果获取了100位的密文和与该密文相对应的100位的明文，则反向计算出100位的加密密钥，并且还对其他密文进行解码。在这种情况下，近来，提出了一种被认为对于包括上述已知明文攻击在内的任意攻击方法无法进行解码(无条件安全)的量子密码技术。例如，在以下非专利文献1和2中，提出了一种被称为Yuen密码(Y-00方案量子加密术)的技术或者一种被称为量子流密码的技术。该Y-00方案量子加密术是使用量子-机械非正交状态下的多个量子态作为多级信号的量子密码通信。下面将参照图18来说明其中通过使用相干态下的光束的相位作为量子态，以多级相位调制方案来实现Y-00方案量子加密术的情况。将一位“0”的明文和一位“1”的明文交替地分配给以临接相位角设置的相干光束。在图18所示的示例中，设置在相位角φi-1、φi、φi+1、φi+2...的相干光束分别分配有明文“0”、“1”、“0”、“1”...。当以光子数表示的光强大约为10,000时，将相位多级信号的设置间隔设计为使得由于执行大约200级的多级相位调制而导致的量子波动(相干噪声)，造成无法彼此区分相位角接近的相干光束。在图18所示的示例中，将相位多级信号的设置间隔设计为使得通过对具有相位角φi的相干光束进行多级相位调制，使分别设置在临接相位角φi-1和φi+1的两个相干光束落入量子波动内。另一方面，彼此具有180度的相位角差的相干光束分配有相反位的明文。例如，当为相位角为0度的相干光束分配了一位“0”明文时，为相位角为180度的相干光束分配一位“1”明文。以彼此具有180度的相位角差的这些相干光束作为集合，使用使发送侧和接收侧同步的伪随机数来确定使用多个集合中的哪一个来表示一位明文，并将其切换至另一个，以进行一位明文的各次通信。在图18所示的示例中，相位角为φi-1、φi、φi+1、φi+2...的各个相干光束分配有明文“0”、“1”、“0”、“1”...，并且如上所述，彼此具有180度的相位角差的相干光束，即，相位角为φi-1+180°、φi+180°、φi+1+180°、φi+2+180°...的各个相干光束分配有明文“1”、“0”、“1”、“0”...。此时，当设定了N(N为偶数)个具有不同相位角的相干光束时，作为结果，设定了N/2组彼此具有180度的相位角差的相干光束，并且生成了N/2个整数值当中(例如0到(N/2-1)当中)的值作为伪随机数。然后，在发送一位“1”的明文时，例如，如果作为伪随机数生成了“i”，则选择相位角为φi和φi+180°的那组相干光束，并且对相位角为φi的相干光束执行多级相位调制，以使得相位角为φi的相干光束以及相位角为φi-1和φi+1的邻接相干光束落入量子波动中，由此发送经过多级相位调制之后的光信号。由于接收侧通过使用与发送侧同步的伪随机数而知道使用了哪一组相干光束，所以通过对相位角相差180度的两种状态进行辨别，可以判断出明文是“1”还是“0”。此时，由于量子波动很小，所以妨碍了对相位角彼此接近(辨别距离较小)的相干光束的辨别，然而，没有妨碍何时接收对相位角相差180度的两个相干光束中的哪一个的辨别。然而，拦截者不知道合法发送器和接收器所使用的伪随机数，因此，对于她/他来讲，无法知道通信中使用了多组相干光束中的哪一组。因此，为了对所拦截的密码进行解码，拦截者需要正确地获知发送器所发送的相干光束的相位，以便对经过多级相位调制的光信号进行解调。然而，即使拦截者已经拦截了流经传输信道的相干光束，该拦截者也无法对表示明文(“1”或“0”)的状态的相干光束与相位角和所述相干光束接近的相干光束进行辨别以进行解调，因为它被淹没在量子波动中。例如，如果接收侧接收到已经过多级相位调制的光信号，以使得如上所述，相位角为φi的相干光束和与其相邻的相位角为φi-1和φi+1的相干光束落入量子波动中，则拦截者需要在相位角为φi-1、φi和φi+1的相干光束(辨别距离很小的相干光束)之间进行辨别，因此无法进行解码。与此相反，合法接收器根据与发送侧的伪随机数同步的伪随机数可以辨别出使用了相位角为φi和φi+180°的那组相干光束，因此，可以在相位角相差180度的两个状态之间进行辨别，以进行解调以获知明文为“1”，从而对密码进行解码。如上所述，根据Y-00方案量子加密术，与没有量子波动的经典加密术相比，可以保证非常高的安全性，因为对信息进行了设计，以使得由于量子波动而无法进行辨别。作为一种用于进一步提高安全性的技术，已经开发了对要发送的多级信号进行不规则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加密方法，该加密方法包括：第一调制步骤，用于通过使输入数据与通过伪随机数确定的特定状态对相关联，来对该输入数据进行多级调制；第二调制步骤，用于通过使所述第一调制步骤的输出与通过物理随机数确定的离散值相关联，来对所述第一调 制步骤的输出进行调制；以及信道编码步骤，用于将所述第二调制步骤的输出信道编码为所期望的码字，并且作为加密数据输出该码字，其中，通过对所述加密数据进行信道解码而获得的解码信号是下述的信号：可以通过使用所述伪随机数来辨别该信号与 所述特定状态对中的哪个状态相对应，来将该信号解调为所述输入数据，并且可以通过使用所述特定状态对以外的一对状态进行的所述第一调制和使用与所述物理随机数不同的物理随机数进行的所述第二调制来输出该信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉田節生，広田修，尾中宽，
申请(专利权)人：富士通株式会社，広田修，
类型：发明
国别省市：JP[日本]