一种恶意模型下安全量子密钥分发中继转换密钥生成方法

本发明涉及量子密钥分发，尤其涉及一种恶意模型下安全量子密钥分发中继转换密钥生成方法。

背景技术：

1、量子密钥分发（qkd）网络作为实现远距离安全通信的重要基础设施，通过互连多个中继节点形成中继链，克服了点对点量子链路的距离限制。相关技术中，基于异或（xor）的中继和基于代理重加密（pre）的中继是两种主要的密钥转换架构，其中xor方案通过按位运算最小化密钥保留，pre方案则利用密码学框架实现密文转换。具体地，这些方案涵盖了从链路密钥生成到会话密钥传输的全过程，包括密钥协商、密文计算与转发等关键环节，旨在确保非相邻节点间共享密钥的安全性。

2、然而，现有的中继转换密钥生成方法中，直接采用xor或pre方案，并没有在恶意模型下提供可证明的安全性保证，由此可能会导致中继节点在遭受攻击时泄露链路密钥，或者无法抵御主动篡改与共谋攻击，从而影响整个qkd网络的安全性与可靠性。具体地，传统方案通常假设中继为半诚实模型，缺乏对恶意行为的鲁棒性防御，且依赖短暂的明文访问窗口，增加了密钥暴露的风险。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的第一个目的在于提出一种恶意模型下安全量子密钥分发中继转换密钥生成方法。

3、本发明的另一个目的在于提出一种恶意模型下安全量子密钥分发中继转换密钥生成装置。

4、本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备。

5、本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

6、为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种恶意模型下安全量子密钥分发中继转换密钥生成方法，包括：

7、s1，第一量子密钥分发节点和第二量子密钥分发节点分别生成各自的私钥份额和部分公钥，并分别将所述部分公钥的哈希承诺发送给密钥管理器，所述密钥管理器将接收到的哈希承诺广播给所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点；

8、s2，所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点在验证对方的部分公钥与哈希承诺一致后，基于各自的部分公钥聚合生成联合公钥；

9、s3，所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点分别使用所述联合公钥对各自的链路密钥进行加密，生成第一密文和第二密文，并将所述第一密文和所述第二密文发送给所述密钥管理器，所述密钥管理器对所述第一密文和所述第二密文执行同态减法运算，得到加密的转换密钥；

10、s4，所述密钥管理器将所述加密的转换密钥广播给所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点，所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点分别使用各自的私钥份额并加入涂抹噪声生成部分解密份额并发送给所述密钥管理器，所述密钥管理器聚合所述部分解密份额并解码得到转换密钥。

11、在本发明的一个实施例中，所述s1，包括：

12、生成一个随机矩阵作为公共参考串；

13、所述第一量子密钥分发节点采样私钥份额和误差向量，计算部分公钥，并计算哈希承诺发送给所述密钥管理器；

14、所述第二量子密钥分发节点采样私钥份额和误差向量，计算部分公钥，并计算哈希承诺发送给所述密钥管理器；

15、所述密钥管理器将接收到的哈希承诺广播给所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点。

16、在本发明的一个实施例中，还包括：

17、所述第一量子密钥分发节点从中均匀采样得到私钥份额，并从误差概率分布中采样得到误差向量，基于所述公共参考串计算部分公钥。

18、在本发明的一个实施例中，所述s2，包括：

19、所述密钥管理器将所述第一量子密钥分发节点的部分公钥转发给所述第二量子密钥分发节点，并将所述第二量子密钥分发节点的部分公钥转发给所述第一量子密钥分发节点；

20、所述第一量子密钥分发节点验证是否成立，所述第二量子密钥分发节点验证是否成立；

21、若验证通过，所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点分别计算联合公钥，全局系统公钥为，对应的全局私钥为。

22、在本发明的一个实施例中，所述s3，包括：

23、所述第一量子密钥分发节点将链路密钥编码为消息，采样随机向量，计算第一密文；

24、所述第二量子密钥分发节点将链路密钥编码为消息，采样随机向量，计算第二密文。

25、在本发明的一个实施例中，所述s4，包括：

26、所述第一量子密钥分发节点计算部分解密份额，其中为涂抹噪声；

27、所述第二量子密钥分发节点计算部分解密份额，其中为涂抹噪声；

28、所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点分别将和发送给所述密钥管理器。

29、在本发明的一个实施例中，还包括：

30、所述涂抹噪声和是从标准差的分布中采样的，所述标准差在超多项式量级上大于加密噪声的标准差；

31、所述密钥管理器计算含噪明文，然后对执行解码操作，得到精确的转换密钥。

32、为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种恶意模型下安全量子密钥分发中继转换密钥生成装置，包括：

33、密钥份额生成与哈希承诺交互模块，用于第一量子密钥分发节点和第二量子密钥分发节点分别生成各自的私钥份额和部分公钥，并分别将所述部分公钥的哈希承诺发送给密钥管理器，所述密钥管理器将接收到的哈希承诺广播给所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点；

34、联合公钥聚合验证模块，用于所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点在验证对方的部分公钥与哈希承诺一致后，基于各自的部分公钥聚合生成联合公钥；

35、链路密钥加密与同态运算模块，用于所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点分别使用所述联合公钥对各自的链路密钥进行加密，生成第一密文和第二密文，并将所述第一密文和所述第二密文发送给所述密钥管理器，所述密钥管理器对所述第一密文和所述第二密文执行同态减法运算，得到加密的转换密钥；

36、解密份额聚合密钥恢复模块，用于所述密钥管理器将所述加密的转换密钥广播给所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点，所述第一量子密钥分发节点和所述第二量子密钥分发节点分别使用各自的私钥份额并加入涂抹噪声生成部分解密份额并发送给所述密钥管理器，所述密钥管理器聚合所述部分解密份额并解码得到转换密钥。

37、本发明实施例的一种恶意模型下安全量子密钥分发中继转换密钥生成方法及装置，能够抵御恶意中继攻击，在无需明文访问的情况下安全生成qkd中继转换密钥，同时实现后量子安全性和前向安全性。

38、为达上述目的，本技术第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括：处理器和存储器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如第一方面实施例所述的方法。

39、为达上述目的，本技术第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面实施例所述的方法。

40、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。