基于量子密钥和代理重加密的车辆数据共享方法与系统

本发明涉及量子密码通信，具体是一种基于量子密钥和代理重加密的车辆数据共享方法与系统。

背景技术：

1、车联网信息安全研究已形成多维度、全链条的综合防护体系，全面覆盖架构与协议、通信加密、数据加密与隐私保护、硬件安全组件等核心层面。

2、车辆隐私数据跨车端、手机端、云端乃至第三方节点的流转链路日趋开放，属主数据控制权与多节点流通效率之间存在结构性矛盾；与此同时，量子计算对经典公钥密码体系的破解预期持续增强，现有基于李维斯特-萨莫尔-阿德曼算法（rivest–shamir–adlemanalgorithm，rsa）、椭圆曲线密码学（elliptic curve cryptography，ecc）的加密方案面临根本性安全威胁。

3、传统“解密-重加密”的共享模式因明文态短暂驻留、密钥分发复杂、属主侧计算开销大等缺陷，难以同时满足抗量子安全强度与跨域高效共享的双重要求。代理重加密技术虽能通过云端密文转换实现属主离线授权与轻量化共享，但其底层密钥防护仍依赖传统密码假设，在量子威胁面前同样脆弱。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于量子密钥和代理重加密的车辆数据共享方法与系统，能够兼顾车辆隐私数据抗量子安全和跨域轻量转换，提升了车辆数据共享的安全性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明公开了一种基于量子密钥和代理重加密的车辆数据共享方法，包括：

4、s1、量子密钥基础设施为车载隐私代理注入量子种子，为数据消费端签发包含公钥的量子身份证书；

5、s2、车载隐私代理在车辆上电后基于量子种子与量子密钥基础设施建立通话，获取会话量子密钥；获取车辆隐私数据，生成一次性密钥并将车辆隐私数据加密为密文数据体；使用会话量子密钥对一次性密钥进行加密得到密钥密文；将密钥密文和密文数据体打包为原始密文对象；

6、s3、量子密钥基础设施接收数据消费端的数据共享请求，验证量子身份证书通过后，将数据共享请求转发至车主端，并接收车主端的授权凭据发送至车载隐私代理；

7、s4、车载隐私代理接收授权凭据，将包含密钥密文的密钥头发送至代理重加密服务节点；代理重加密服务节点向量子密钥基础设施请求获取会话量子密钥，解密密钥密文得到一次性密钥，并通过数据消费端的加密公钥对一次性密钥进行重加密得到更新的密钥密文，将密文数据体的访问地址和更新的密钥密文组装为新密文对象发送至数据消费端；

8、s5、数据消费端解密新密文对象得到密文数据体的访问地址和一次性密钥，通过访问地址获取密文数据体并解密得到车辆隐私数据，完成车辆隐私数据的共享。

9、优选的，所述车载隐私代理在车辆上电后基于量子种子与量子密钥基础设施建立通话，获取会话量子密钥具体包括：

10、车载隐私代理vpa在车辆上电后生成随机挑战数，并将随机挑战数和车辆vin码发送给量子密钥基础设施qki；

11、qki根据车辆vin码检索车辆对应的量子种子，使用量子种子加密随机挑战数和会话量子密钥，构造包含量子种子、加密后的随机挑战数和会话量子密钥的响应包并发送给车载隐私代理vpa；

12、车载隐私代理vpa通过量子种子解密响应包，获取响应包的随机挑战数并进行验证，验证成功后与qki建立会话并得到会话量子密钥。

13、优选的，所述qki根据车辆vin码检索车辆对应的量子种子具体包括：

14、计算车载隐私代理的量子种子的哈希值作为种子指纹；

15、qki将量子种子、车辆vin码、种子指纹写入加密数据库，生成车辆量子种子台账；

16、qki根据车辆vin码在车辆量子种子台账中检索车辆对应的量子种子。

17、优选的，所述s3具体包括：

18、s301、数据消费端dc构建包含目标车辆vin码、目标原始密文对象的共享请求消息并进行签名，将数据消费端dc的量子身份证书和签名后的共享请求消息发送至量子密钥基础设施qki；

19、s302、qki接收并验证共享请求消息的签名和量子身份证书的有效性，然后查询数据消费端是否具有目标车辆的授权凭据，如果没有，将共享请求消息封装为授权询问并发送至车主端；如果有，执行s305；

20、s303、车主端接收授权询问并设置授权规则，生成授权凭据后签名并发送至qki；

21、s304、qki接收授权凭据；

22、s305、qki发送授权凭据至车载隐私代理。

23、优选的，所述代理重加密服务节点向量子密钥基础设施请求获取会话量子密钥，解密密钥密文得到一次性密钥具体包括：

24、密钥头中包含经车主端签名的授权凭据，代理重加密服务节点pren验证密钥头中授权凭据的签名，验证通过后向量子密钥基础设施qki请求获取会话量子密钥；

25、量子密钥基础设施qki返回经代理重加密服务节点pren的传输公钥加密的会话量子密钥；

26、代理重加密服务节点pren用传输私钥解密得到会话量子密钥。

27、优选的，当进行共享数据请求的数据消费端为多个时，

28、代理重加密服务节点pren从量子密钥基础设施qki获取每个数据消费端的公钥；

29、pren对一次性密钥用每个数据消费端的公钥加密得到更新的密钥密文：

30、pren组装新密文对象，新密文对象包括和密文数据体的访问地址，并将新密文对象分别发送给对应的数据消费端。

31、优选的，在将新密文对象发送给数据消费端dc之后，还包括：

32、pren将本次操作记录到防篡改日志中。

33、优选的，所述密文数据体存储于车载隐私代理或云控平台；

34、数据消费端通过访问地址从车载隐私代理或云控平台获取密文数据体并解密得到车辆隐私数据。

35、本发明还提出了一种基于量子密钥和代理重加密的车辆数据共享系统，包括：

36、量子密钥基础设施，用于为车载隐私代理注入量子种子；为数据消费端签发包含公钥的量子身份证书；

37、车载隐私代理，用于在车辆上电后基于量子种子与量子密钥基础设施建立通话，获取会话量子密钥；获取车辆隐私数据，生成一次性密钥并将车辆隐私数据加密为密文数据体；使用会话量子密钥对一次性密钥进行加密得到密钥密文；将密钥密文和密文数据体打包为原始密文对象；

38、量子密钥基础设施还用于接收数据消费端的数据共享请求，验证量子身份证书通过后，将数据共享请求转发至车主端，并接收车主端的授权凭据发送至车载隐私代理；

39、车主端，用于接收量子密钥基础设施发送的数据共享请求，并在授权通过后发送授权凭据至所述量子密钥基础设施；

40、车载隐私代理还用于接收量子密钥基础设施发送的授权凭据，将包含密钥密文的密钥头发送至代理重加密服务节点；

41、代理重加密服务节点，用于向量子密钥基础设施请求获取会话量子密钥，解密密钥密文得到一次性密钥；并通过数据消费端的加密公钥对一次性密钥进行重加密得到更新的密钥密文，将密文数据体的访问地址和更新的密钥密文组装为新密文对象发送至数据消费端；

42、数据消费端，用于发送数据共享请求；接收代理重加密服务节点发送的新密文对象，解密新密文对象得到密文数据体的访问地址和一次性密钥，通过访问地址获取密文数据体并解密得到车辆隐私数据，完成车辆隐私数据的共享。

43、本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时，实现任意一项基于量子密钥和代理重加密的车辆数据共享方法的步骤。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

45、（1）本发明提出的基于量子密钥和代理重加密的车辆数据共享方法及系统，通过量子密钥与代理重加密深度融合的方式，对车辆隐私数据在车端、数据消费端之间的共享传输进行保护。车端仅执行对称加密运算，公钥重加密运算完整卸载至代理重加密服务节点，有效提升了车辆隐私数据在车端存储和加密的轻量化适配能力；代理重加密服务节点仅处理密钥层转换，全程不接触数据明文，解决了传输共享过程中可能面临的量子计算攻击、单点故障威胁等问题。

46、（2）车辆出厂前，通过量子密钥基础设施以物理隔离方式为车载隐私代理注入唯一的量子种子，并在量子密钥基础设施内部形成“车辆量子种子台账”。这一过程相当于完成车辆身份注册与密钥预置，可以在后续实现快速、安全的身份验证的同时，为量子会话密钥的安全派生提供信任根。

47、（3）车端向量子密钥基础设施发送车辆标识和随机挑战数，量子密钥基础设施通过车辆标识检索对应量子种子，用量子种子加密随机挑战数及新生成的会话量子密钥后返回车端，车端在可信执行环境内用量子种子解密并验证。这一过程中，加密数据用的会话密钥是随机的量子密钥，保护会话密钥的量子种子不经过网络传输，仅以密文形态在线路上出现，保障了密钥分发的可靠性。

48、（4）数据消费端想查看加密数据时，需向量子密钥基础设施发起签名请求并经车主移动端动态授权，车主端提供“是否授权”的指令。代理重加密节点收到授权凭据后，向量子密钥基础设施请求获取会话量子密钥的加密形态，在硬件安全模块内解密得到会话密钥，进而解出数据加密密钥，再用数据消费端公钥重新加密后分发给消费端。这一过程中，车端、消费端均不参与密钥追溯与重加密运算，授权凭据与密文转换均在代理节点独立完成，保障了密钥安全的可靠性。

49、（5）隐私数据经数据加密密钥加密后，在车端与云控平台之间直接传输，密文数据体始终不被重加密，保障数据存储一致性。数据消费端获取转换后的密钥头后，根据存储位置向车端或云控平台拉取加密数据本体，用自己的私钥解密密钥头得到数据加密密钥，再用其解密数据本体。这一过程中，云端仅存储加密后的数据，不持有也不对话获取任何解密密钥，网络路径上只存在量子密钥保护后的密钥头和加密数据本体，且每次密文转换操作均记录防篡改日志，保障了隐私数据传输共享的安全性与可追溯性。