一種會話密鑰生成系統及其生成方法
2023-05-13 05:56:56 1
專利名稱：一種會話密鑰生成系統及其生成方法
技術領域：
本發明涉及一種通信會話的密鑰交換技術，尤其涉及一種會話密鑰生成系統及其生成方法。
背景技術：
密鑰交換技術的作用在於使通信的雙方可以通過公共的通信渠道約定秘密的會話密鑰，以保證通訊的安全。通常的密鑰交換技術採用的是由Diffie與Hellman提出的Diffie-Hellman密鑰交換算法，該算法的過程如下1、定義兩全局公開量q與a，其中q為非常大的素數，a＜q且a為q的本原根。
2、用戶A選擇一秘密的XA＜q，並計算YA＝aXAmod q。然後用戶A將YA發送給用戶B。
3、用戶B選擇一秘密的XB＜q，並計算YB＝aXBmod q。然後用戶B將YB發送給用戶A。
4、用戶A可以計算出會話密鑰K＝YBXAmod q。
5、用戶B可以計算出會話密鑰K＝YAXBmod q。
在Diffie-Hellman密鑰交換算法中，需要進行大素數的相關運算。這對計算設備或算法有相當高的要求。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種不需要進行大素數的相關運算，能夠降低對計算設備及算法的要求，同時可以獲得足夠加密強度的會話密鑰生成系統。本發明的第二個目的在於提供一種使用上述會話密鑰生成系統生成會話密鑰的方法。
本發明的第一個目的通過以下技術方案予以實現本發明提供的一種會話密鑰生成系統，包括可相互通信的終端用戶和密鑰生成裝置，其特徵在於所述的密鑰生成裝置包括初始方陣生成裝置和方陣計算裝置，各終端用戶與初始方陣生成裝置和方陣計算裝置對應的埠連接；所述初始方陣生成裝置包括
用於存儲控制參數和計算中用到的各個方陣的生成存儲器；用於計算處理各參數以生成初始方陣的生成處理器，包括用於產生隨機數序列的偽隨機數發生模塊、用於對初始方陣進行多次乘法處理的方陣乘法處理模塊和用於檢測初始方陣計算結果的方陣檢測處理模塊；所述方陣計算裝置包括用於存儲控制參數和計算中用到的各個方陣的計算存儲器；用於計算處理各參數和方陣以得到輸出方陣及密鑰的計算處理器，包括用於產生隨機數序列的偽隨機數發生模塊和用於對輸入方陣進行多次乘法處理的方陣乘法處理模塊。
本發明所述生成存儲器存儲的參數有方陣階數N和方陣計算參數q，方陣有初始方陣Z0。所述計算存儲器存儲的參數有方陣階數N、方陣計算參數q和終端用戶的私鑰SK，方陣有輸入方陣和輸出方陣。
本發明使用方陣乘法處理模塊通過方陣乘法代替Diffie-Hellman算法中的冪運算，方陣的冪運算不涉及大模數運算，同時能實現單向運算，降低了對計算設備及算法的要求。需要建立對話的雙方用戶可以各自向密鑰生成裝置輸入相關的參數和方陣進行單向運算，得到各自的輸出方陣。然後將其輸出方陣發送給對方，雙方用戶利用對方的輸出方陣及相關的參數便可得到會話密鑰。
本發明的第二個目的通過以下技術方案予以實現本發明提供的一種會話密鑰的生成方法，其特徵在於使用權利要求1所述的會話密鑰生成系統，包括以下步驟a、終端用戶A向初始方陣生成裝置輸入方陣階數N及方陣計算參數q，經生成處理器的方陣乘法處理模塊和方陣檢測處理模塊生成符合要求的初始方陣Z0；b、由方陣計算裝置中的偽隨機數發生模塊為終端用戶A產生其私鑰SKA；c、終端用戶A將方陣階數N、方陣計算參數q、初始方陣Z0和私鑰SKA輸入方陣計算裝置，經計算處理器的方陣乘法處理模塊通過YA＝Z0SKA計算生成終端用戶A的輸出方陣YA；d、終端用戶A將輸出方陣YA發送給終端用戶B；e、由方陣計算裝置中的偽隨機數發生模塊為終端用戶B產生其私鑰SKB；f、終端用戶B將方陣階數N、方陣計算參數q、初始方陣Z0和私鑰SKB輸入方陣計算裝置，經計算處理器的方陣乘法處理模塊通過YB＝Z0SKB計算生成終端用戶B的輸出方陣YB；g、終端用戶B將輸出方陣YB發送給終端用戶A；h、終端用戶A將方陣階數N、方陣計算參數q、方陣YB和私鑰SKA輸入方陣計算裝置，方陣乘法處理模塊通過TK＝YBSKA計算生成會話密鑰TK；i、終端用戶B將方陣階數N、方陣計算參數q、方陣YA和私鑰SKB輸入方陣計算裝置，方陣乘法處理模塊通過TK＝YASKB計算生成會話密鑰TK。
本發明會話密鑰的生成方法中所述方陣乘法處理模塊採用如下運算得到所需方陣c(i,j)=(K=1Na(i,k)*b(k,j))modq,]]>其中q為方陣計算參數且為整數。
上述方法不需要進行大素數的相關運算，但可以獲得足夠的加密強度，同時一次交換後可以獲得一個會話密鑰序列。
本發明的第二個目的也可以通過以下技術方案予以實現本發明提供的一種會話密鑰的生成方法，其特徵在於使用權利要求1所述的會話密鑰生成系統，包括以下步驟a、由密鑰分配中心經初始方陣生成裝置確定一初始方陣Z0，每個終端用戶由方陣計算裝置中的偽隨機數發生模塊設置一私鑰SK，經方陣計算裝置中的方陣乘法處理模塊通過KU＝Z0SK計算得到每個終端用戶的公鑰KU，並由密鑰分配中心記錄每個終端用戶的公鑰KU；b、終端用戶A想與終端用戶B約定一會話密鑰，首先通過密鑰分配中心取得初始方陣Z0和終端用戶B的公鑰KUB，並由偽隨機數發生模塊選一隨機數D，將方陣階數N、方陣計算參數q、隨機數D、初始方陣Z0、私鑰SKA和終端用戶B的公鑰KUB輸入方陣計算裝置，經方陣計算裝置中的方陣乘法處理模塊通過計算Y1＝Z0D和TK＝KUB(D+SKA)得到輸出方陣Y1和會話密鑰TK；c、終端用戶A然後將輸出方陣Y1發送給用戶B；d、終端用戶B接到終端用戶A的輸出方陣Y1後，通過密鑰分配中心取得終端用戶A的公鑰KUA，將方陣階數N、方陣計算參數q、私鑰SKB和終端用戶A的公鑰KUA輸入方陣計算裝置，經方陣計算裝置中的方陣乘法處理模塊通過計算TK＝(Y1×KUA)SKB得到會話密鑰TK。
本發明會話密鑰的生成方法中所述方陣乘法處理模塊採用如下運算得到所需方陣c(i,j)=(K=1Na(i,k)*b(k,j))modq,]]>其中q為方陣計算參數且為整數。
這一方法適用於用戶間通訊次數少的情況，同時可以達到「一次一密」、保密、及確定接收、發送者的作用。
此外，本發明還可以與對稱加密算法構造混合加密系統，構造出的混合加密系統具備加密、籤名、認證的功能。
本發明具有以下有益效果不需要進行大素數的相關運算，對計算設備及算法的要求低，用戶可以進行單向運算，同時可以獲得足夠的加密強度。可以根據使用情況的不同，如用戶間通訊次數較多或較少，選擇不同的會話密鑰生成方法，使用靈活方便。
下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步的詳細描述圖1是本發明實施例之一中初始方陣生成裝置的原理框圖；圖2是本發明實施例之一中方陣計算裝置的原理框圖；圖3是本發明實施例之一的操作流程框圖；圖4是本發明實施例之二的操作流程框圖。
具體實施例方式
實施例一圖1～圖3所示為本發明的實施例之一，會話密鑰生成系統包括可相互通信的終端用戶和密鑰生成裝置，其中密鑰生成裝置包括初始方陣生成裝置和方陣計算裝置，各終端用戶與初始方陣生成裝置和方陣計算裝置對應的埠連接。
初始方陣生成裝置如圖1所示包括用於存儲控制參數和計算中用到的各個方陣的生成存儲器101，其存儲的參數有方陣階數N和方陣計算參數q，方陣有初始方陣Z0；用於計算處理各參數以生成初始方陣的生成處理器102，包括用於產生隨機數序列的偽隨機數發生模塊103、用於對初始方陣Z0進行多次乘法處理的方陣乘法處理模塊104和用於檢測初始方陣Z0計算結果的方陣檢測處理模塊105；
方陣計算裝置200如圖2所示包括用於存儲控制參數和計算中用到的各個方陣的計算存儲器201，其存儲的參數有方陣階數N、方陣計算參數q和終端用戶的私鑰SK，方陣有輸入方陣IN和輸出方陣OUT；用於計算處理各參數和方陣以得到輸出方陣及密鑰的生成處理器202，包括用於產生隨機數序列的偽隨機數發生模塊203和用於對輸入方陣進行多次乘法處理的方陣乘法處理模塊204。
偽隨機數發生模塊203產生的隨機數序列可以是私鑰SK和隨機數D。
本實施例的生成處理器102與計算處理器202可以用普通計算機的微處理器，生成存儲器101與計算存儲器201可以用計算機的各種類型存儲器。本實施例的系統也可以採用在軟體控制下用於實現密鑰交換的各種功能的計算機，軟體放在計算機的一個存儲器中。
本實施例的會話密鑰生成方法，如圖3所示，使用上述會話密鑰生成系統，包括以下步驟a、終端用戶A向初始方陣生成裝置100輸入方陣階數N及方陣計算參數q，經生成處理器102的方陣乘法處理模塊104和方陣檢測處理模塊105生成符合要求的初始方陣Z0；b、由方陣計算裝置200中的偽隨機數發生模塊103、203為終端用戶A產生其私鑰SKA＜加密強度Q。；c、終端用戶A將方陣階數N、方陣計算參數q、初始方陣Z0和私鑰SKA輸入方陣計算裝置200，經計算處理器的方陣乘法處理模塊204通過YA＝Z0SKA計算生成終端用戶A的輸出方陣OUT為YA；d、終端用戶A將輸出方陣YA發送給終端用戶B；e、由方陣計算裝置200中的偽隨機數發生模塊203為終端用戶B產生其私鑰SKB＜加密強度Q；f、終端用戶B將方陣階數N、方陣計算參數q、初始方陣Z0和私鑰SKB輸入方陣計算裝置200，經計算處理器的方陣乘法處理模塊204通過YB＝Z0SKB計算生成終端用戶B的輸出方陣OUT為YB；g、終端用戶B將輸出方陣YB發送給終端用戶A；
h、終端用戶A將方陣階數N、方陣計算參數q、方陣YB和私鑰SKA輸入方陣計算裝置200，方陣乘法處理模塊204通過TK＝YBSKA計算生成會話密鑰TK；i、終端用戶B將方陣階數N、方陣計算參數q、方陣YA和私鑰SKB輸入方陣計算裝置200，方陣乘法處理模塊204通過TK＝YASKB計算生成會話密鑰TK。
方陣乘法處理模塊204採用如下運算得到所需方陣c(i,j)=(K=1Na(i,k)*b(k,j))modq,]]>其中q為方陣計算參數且為整數。
上述方法的步驟a中選擇符合要求的全局公開方陣Z0可以有兩種方法。
一種方法是隨機確定一方陣Z0，然後驗算XA×A是否符合要求(不出現0行、0列)，A與系統的加密強度有關。步驟為1、選取一N階方陣Z0。
2、令X＝Z0。
3、計算Y＝X*X。
4、令X＝Y，返回3。如此多次，直到系統獲得足夠的加密強度。
5、檢測方陣Y是否含有0行或0列，如果含有0行或0列則返回1。
系統的加密強度Q與第3步重複次數M的關係為Q＝2M/2另一種方法是1、先確定一含0行或0列的方陣Y。
2、解Z0*Z0＝Y。得到一不含0行與0列的正整數方陣。
3、令Y＝Z0，返回2。如此多次，直到系統獲得足夠的加密強度。
本發明不需要進行大素數的模運算，但可以獲得足夠的加密強度，同時一次交換後可以獲得一個會話密鑰序列。一次密鑰交換過程可以確定含N×N個元素的會話密鑰匙。
實施例二圖4所示為本發明的實施例之二，與實施例一不同之處在於包括以下步驟a、由密鑰分配中心經初始方陣生成裝置100確定一初始方陣Z0，每個終端用戶由方陣計算裝置200中的偽隨機數發生模塊203設置一私鑰SK＜加密強度Q，經方陣計算裝置中的方陣乘法處理模塊204通過KU＝Z0SK計算得到每個終端用戶的公鑰KU，並由密鑰分配中心記錄每個終端用戶的公鑰KU；b、終端用戶A想與終端用戶B約定一會話密鑰，首先通過密鑰分配中心取得初始方陣Z0和終端用戶B的公鑰KUB，並由偽隨機數發生模塊選一隨機數D＜加密強度Q，將方陣階數N、方陣計算參數q、隨機數D、初始方陣Z0、私鑰SKA和終端用戶B的公鑰KUB輸入方陣計算裝置200，經方陣計算裝置中的方陣乘法處理模塊204通過計算Y1＝Z0D和TK＝KUB(D+SKA)得到輸出方陣OUT為Y1和會話密鑰TK；c、終端用戶A然後將輸出方陣Y1發送給用戶B；d、終端用戶B接到終端用戶A的輸出方陣Y1後，通過密鑰分配中心取得終端用戶A的公鑰KUA，將方陣階數N、方陣計算參數q、私鑰SKB和終端用戶A的公鑰KUA輸入方陣計算裝置200，經方陣計算裝置中的方陣乘法處理模塊204通過計算TK＝(Y1×KUA)SKB得到會話密鑰TK。
這一方法適用於用戶間通訊次數少的情況，同時可以達到「一次一密」、保密、及確定接收、發送者的作用。
權利要求
1.一種會話密鑰生成系統，包括可相互通信的終端用戶和密鑰生成裝置，其特徵在於所述的密鑰生成裝置包括初始方陣生成裝置(100)和方陣計算裝置(200)，各終端用戶與初始方陣生成裝置(100)和方陣計算裝置(200)對應的埠連接；所述初始方陣生成裝置(100)包括用於存儲控制參數和計算中用到的各個方陣的生成存儲器(101)；用於計算處理各參數以生成初始方陣的生成處理器(102)，包括用於產生隨機數序列的偽隨機數發生模塊(103)、用於對初始方陣進行多次乘法處理的方陣乘法處理模塊(104)和用於檢測初始方陣計算結果的方陣檢測處理模塊(105)；所述方陣計算裝置(200)包括用於存儲控制參數和計算中用到的各個方陣的計算存儲器(201)；用於計算處理各參數和方陣以得到輸出方陣及密鑰的計算處理器(202)，包括用於產生隨機數序列的偽隨機數發生模塊(203)和用於對輸入方陣進行多次乘法處理的方陣乘法處理模塊(204)。
2.根據權利要求1所述的會話密鑰生成系統，其特徵在於所述生成存儲器(101)存儲的參數有方陣階數N和方陣計算參數q，方陣有初始方陣Z0。
3.根據權利要求1所述的會話密鑰生成系統，其特徵在於所述計算存儲器(102)存儲的參數有方陣階數N、方陣計算參數q和終端用戶的私鑰SK，方陣有輸入方陣和輸出方陣。
4.一種會話密鑰的生成方法，其特徵在於使用權利要求1所述的會話密鑰生成系統，包括以下步驟a、終端用戶A向初始方陣生成裝置(100)輸入方陣階數N及方陣計算參數q，經生成處理器的方陣乘法處理模塊(104)和方陣檢測處理模塊(105)生成符合要求的初始方陣Z0；b、由方陣計算裝置(200)中的偽隨機數發生模塊(203)為終端用戶A產生其私鑰SKA；c、終端用戶A將方陣階數N、方陣計算參數q、初始方陣Z0和私鑰SKA輸入方陣計算裝置(200)，經計算處理器的方陣乘法處理模塊(204)通過YA＝Z0SKA計算生成終端用戶A的輸出方陣YA；d、終端用戶A將輸出方陣YA發送給終端用戶B；e、由方陣計算裝置(200)中的偽隨機數發生模塊(203)為終端用戶B產生其私鑰SKB；f、終端用戶B將方陣階數N、方陣計算參數q、初始方陣Z0和私鑰SKB輸入方陣計算裝置(200)，經計算處理器的方陣乘法處理模塊(204)通過YB＝Z0SKB計算生成終端用戶B的輸出方陣YB；g、終端用戶B將輸出方陣YB發送給終端用戶A；h、終端用戶A將方陣階數N、方陣計算參數q、方陣YB和私鑰SKA輸入方陣計算裝置(200)，方陣乘法處理模塊(204)通過TK＝YBSKA計算生成會話密鑰TK；i、終端用戶B將方陣階數N、方陣計算參數q、方陣YA和私鑰SKB輸入方陣計算裝置(200)，方陣乘法處理模塊(204)通過TK＝YASKB計算生成會話密鑰TK。
5.根據權利要求4所述的會話密鑰的生成方法，其特徵在於所述方陣乘法處理模塊(204)採用如下運算得到所需方陣c(i,j)=(K=1Na(i,k)*b(k,j))modq,]]>其中q為方陣計算參數且為整數。
6.一種會話密鑰的生成方法，其特徵在於使用權利要求1所述的會話密鑰生成系統，包括以下步驟a、由密鑰分配中心經初始方陣生成裝置(100)確定一初始方陣Z0，每個終端用戶由方陣計算裝置(200)中的偽隨機數發生模塊(203)設置一私鑰SK，經方陣計算裝置中的方陣乘法處理模塊(204)通過KU＝Z0SK計算得到每個終端用戶的公鑰KU，並由密鑰分配中心記錄每個終端用戶的公鑰KU；b、終端用戶A想與終端用戶B約定一會話密鑰，首先通過密鑰分配中心取得初始方陣Z0和終端用戶B的公鑰KUB，並由偽隨機數發生模塊(203)選一隨機數D，將方陣階數N、方陣計算參數q、隨機數D、初始方陣Z0、私鑰SKA和終端用戶B的公鑰KUB輸入方陣計算裝置，經方陣計算裝置中的方陣乘法處理模塊(204)通過計算Y1＝Z0D和TK＝KUB(D+SKA)得到輸出方陣Y1和會話密鑰TK；c、終端用戶A然後將輸出方陣Y1發送給用戶B；d、終端用戶B接到終端用戶A的輸出方陣Y1後，通過密鑰分配中心取得終端用戶A的公鑰KUA，將方陣階數N、方陣計算參數q、私鑰SKB和終端用戶A的公鑰KUA輸入方陣計算裝置，經方陣計算裝置中的方陣乘法處理模塊(204)通過計算TK＝(Y1×KUA)SKB得到會話密鑰TK。
7.根據權利要求6所述的會話密鑰的生成方法，其特徵在於所述方陣乘法處理模塊(204)採用如下運算得到所需方陣c(i,j)=(K=1Na(i,k)*b(k,j))modq,]]>其中q為方陣計算參數且為整數。
全文摘要
本發明公開了一種會話密鑰生成系統，包括可相互通信的終端用戶和密鑰生成裝置，該密鑰生成裝置包括初始方陣生成裝置和方陣計算裝置，各終端用戶與初始方陣生成裝置和方陣計算裝置對應的埠連接。其中初始方陣生成裝置包括生成存儲器和具有方陣乘法處理模塊的生成處理器；方陣計算裝置包括計算存儲器和具有方陣乘法處理模塊的計算處理器。本發明還公開了一種使用上述系統的會話密鑰生成方法，用戶雙方通過輸入初始方陣、相關參數及私鑰得到輸出方陣，並交換發送到對方，用戶通過輸入對方的輸出方陣和自己的私鑰得到會話密鑰。本發明不需要進行大素數的相關運算，對計算設備及算法的要求低，用戶可以進行單向運算，同時可以獲得足夠的加密強度。
文檔編號H04L9/08GK1674493SQ20051003395
公開日2005年9月28日 申請日期2005年4月5日 優先權日2005年4月5日
發明者徐子傑 申請人:徐子傑