新奇的量子加密算法基于Multiqubit量子移位寄存器和希尔密码

文摘

基于量子移位寄存器,一个新奇的量子块密码算法,可用于古典加密消息。消息编码和解码通过使用代码生成的量子移位寄存器。详细分析了该算法的安全性。结果表明,量子块加密算法,可以使用两把钥匙。其中一个是经典的希尔密码算法的关键是使用Alice和Bob使用已验证Diffie赫尔曼密钥交换算法使用数字签名的概念通讯双方的身份验证,因此消除中间人攻击。生成的其他关键是量子移位寄存器和用于加密消息的编码,在Alice和Bob共享利用的关键BB84年的协议。新算法可以防止量子攻击策略以及古典攻击策略。密钥管理的问题进行探讨,并提出了电路的加密和解密。

1。介绍

加密是保护私人信息的科学从未经授权的访问,确保数据完整性,认证,以及其他相关的功能。为了成功地实现这一目标,一个加密算法是用来产生一个密码包括一些额外的信息,最后确定使用哪个键。经典密码学分为两种主要类型取决于两个传统政党的行动爱丽丝和鲍勃。第一种是一个对称的系统与Alice和Bob使用相同的密钥。第二种类型,不对称系统,名为Alice和Bob时使用不同的密钥。one-time-pad算法也属于古典密码学(1]。量子密码学是一个新兴技术基于量子力学现象,光的属性。量子密码学是物理学家查尔斯·亨利·班尼特,当他在1984年开发出了他声称是一个无条件安全的量子密钥分发协议叫做BB84保证安全通信各方之间没有最初共享机密信息(2]。科学是建立在不确定性原理,在1992年被科学证明3]。在随后的几年里这个科学开始发展迅速,有显著的效果。最近,量子加密算法提出了但它已经注意到量子加密算法非常类似于经典加密算法与量子算法的关键的区别是基于量子法律而经典的算法是基于数学的(4- - - - - -7]。这种发展在量子计算领域的可能威胁和替换传统的加密系统利用算法如肖的量子分解算法,离散算法,以及Grover的算法。因此,我们应该寻求设计新算法抵抗量子算法攻击的贡献和进步在这一领域已经成为重要的关键信息保护的必要性和重要性。与经典算法,夏娃可以很容易被发现,量子算法的特征提供一个更安全的系统,因为非正交量子态保护信息可靠的检测。与经典算法,夏娃可以很容易被发现,量子算法的特征提供一个更安全的系统,因为非正交量子态保护信息可靠检测(8]。换句话说,实际上一个无条件安全的算法具有更大的意义和价值的保护系统信息比经典算法方法希望实现同样的目标。因此,量子算法是最好的候选人提供这些需求。在本文中,我们将提出一种新型实用的量子块加密算法基于量子移位寄存器。

论文的计划如下。节1,我们简要回顾经典密码学和量子密码学。部分2讨论了量子移位寄存器和如何产生一个矩阵代码用于diffie - hellman之间匹配的关键算法使用Alice和Bob在希尔密码算法(1),然后生成另一个矩阵代码用作一次性垫(OTP)。部分3是量子加密算法基于量子移位寄存器的加密,解密,传播算法进行了讨论。节4,安全算法进行了分析和评价。最后,我们给出一个简短的结论部分5。

2。量子移位寄存器

有许多应用量子移位寄存器。移位寄存器是主要用于编码理论,特别是在量子纠错和量子卷积码(9- - - - - -12]。本研究的重点是利用量子移位寄存器产生一个矩阵代码diffie - hellman算法中使用Alice和Bob在我们之间匹配的关键算法,然后生成一个矩阵代码用作一次性垫在明文的加密算法。

2.1。电路的量子移位寄存器

量子移位寄存器电路由一组表示输入量子位,记忆量子位,一组输出量子位,更新内存量子位。提要的记忆回申请下一个周期和这个概念是类似于一个经典的移位寄存器的操作。量子移位寄存器电路由交换盖茨,量子计算,可以使用三把CNOT门图表示1。讨论了把CNOT(的性质13]。一个可能的物理实现的量子把CNOT门是由林登et al。14]。量子移位寄存器电路量子位的所有数据转移到最近的量子位可以在一个特定的方向和应用程序像算术计算和位操作在两个量子寄存器,这些操作非常有用量子计算机和量子计算。量子电路的移位寄存器,被认为是在11对量子位)移位和旋转操作是由交换交换盖茨。盖茨和控制

2.2。讨论量子算法的移位寄存器

量子移位寄存器有很多职位。每一个职位包含一个量子位。在量子寄存器量子位可以改变一个或多个位置向左或向右。量子移位寄存器的长度是由量子比特(州)的数量,每个量子位的内容在每个脉冲转移到下一个量子位,和最后一个量子位的输出显示量子反馈功能和由此产生的序列从量子移位寄存器的内容是第一个量子位。这包括以下步骤:(我)量子移位寄存器,(2)量子把CNOT门,(3)量子反馈移位寄存器。

量子移位寄存器的移位操作取决于交换门。之间的转变完成数据和这个流程将继续,直到量子位重演。量子把CNOT门作用于连接状态量子寄存器和选择的连接状态,达到最大的时期。量子把CNOT门两个或两个以上的量子位的行动,在一个或多个量子比特作为控制。例如,把CNOT操作作用于两个量子位,并执行操作在第二个量子位不仅当第一个量子位,否则离开它不变,所以的量子把CNOT成为。显然,量子线性反馈移位寄存器在构建量子流密码算法至关重要。量子反馈移位寄存器代表量子把CNOT函数的输出和定位的最终状态量子位的量子寄存器。

在这项研究中这个例子中被理解的机制,例如,如果我们有一个量子与长度三个移位寄存器,初始值,,之间的功能连接和。张量积状态是:

应用量子线性反馈移位寄存器在第一状态和计算计算如下:

然后继续第二个转变使用相同的程序和通过第一个转变的输出作为输入第二个转变。积累在输出的每个阶段,以这种方式所得,直到达到第七和最后的转变。因此,每个阶段的过程和实施以同样的方式进行。现在可以选择任何转变完成的:例如,如果转变选择相应的矩阵,这种转变称为矩阵矩阵的行平等的

现在,从上面的矩阵矩阵之间的代码可以使用XOR运算生成矩阵的行。矩阵的代码是用于我们的算法代码匹配diffie - hellman的关键概念,one-time-pad矩阵用于编码再次明文。例如,如果上面的矩阵用于所需的我们可以生成矩阵代码为: 继续生成矩阵代码, 在同样的方式我们可以任意秩序的生成矩阵代码并生成任意数量的代码。

3所示。提出了量子加密算法

我们的算法非常简单的想法。在继续之前讨论算法本身,应该注意的是,传统的政党在密码学,爱丽丝,鲍勃,和爱管闲事的人夜,使用。同样,该算法分为加密、解密,传输如下。

3.1。加密部分

一开始,爱丽丝计算单词长度的明文并执行模2如果她想对明文进行加密操作矩阵按照希尔密码算法(1]。如果结果是0她发送字长鲍勃,否则增加单词长度1甚至使单词长度,然后将其发送给鲍勃。爱丽丝和鲍勃计算七倍字长和生成矩阵你所期望的根据不同的结果。例如,如果字长是4,。因此,一个矩阵订单生成32这意味着量子移位寄存器的长度是5量子位。她使用希尔加密明文密码算法如下: 爱丽丝将每个加密的明文字符转换为其等效的7位ASCII表示。她又利用量子移位寄存器的矩阵生成一次性垫或关键取决于她的路线选择。这个一次性垫作为加密的对称密钥的过程。例如,

最后,她执行之间的XOR运算量子位编码信息和一次性垫(关键)产生量子密文。

3.2。传动部位

在本部分中,爱丽丝和鲍勃有两个钥匙他们应该分享。其中一个是经典的希尔密码算法的关键是使用Alice和Bob使用已验证diffie - hellman密钥交换算法利用数字签名的概念,以验证和确认连接双方的身份和抵御中间人攻击。例如,爱丽丝生成矩阵矩阵的行是哪里 爱丽丝,例如,选择三个随机数字: 爱丽丝现在有四个数字:;爱丽丝给鲍勃三个数字和隐藏,例如,数量:;鲍勃选择一个数字;然后他计算导致并将其发送给爱丽丝。

爱丽丝的关键鲍勃的关键。

上面的例子解释了diffie - hellman显然在我们的方法的概念。现在,假设他们交换一个秘密密钥为210。然后,双方执行操作: 执行的操作是忽略不存在的值在生成的矩阵。的代表相应的行数选择用于创建的关键。上述操作完成后,双方生成相同的1和0的序列。爱丽丝然后告诉鲍勃发送明文消息,她表示她的选择,尽可能在直线1和0对角等等。其他关键或一次性垫传送到鲍勃再次关键转换成二进制位串和两端设置一个类似的基础。然后对面的位传输安全通道,双方将依据根据先前生成的序列和达成一致的模式表示的位。反过来,鲍勃的位传输安全。这个过程称为确定性一步量子密钥分发使用BB84协议。希尔密码算法的关键是通过爱丽丝在类似的方式通过将关键转换为二进制位串,两端设置一个类似的基础。在那之后,在不安全的信道传输安全。

3.3。解密部分

键后收到鲍勃,他使用了一次性垫对信息进行解码。之后,鲍勃·希尔密码的计算逆键和恢复明文消息在最初的形式。图2阐明了该算法的表示。

4所示。该算法的安全评价

众所周知,基于该算法的班纳特和臂章2),有许多量子位,获得失真传输过程中由于不同基地Alice和Bob之间的选择。因此,在这个提议,Alice和Bob使用相同的基础在传输之前通过一个共同的基础上协调开始传输是基于量子密钥分发的消息。这证明我们的建议是确定的。此外,这是一个增强的特性贝内特和臂章算法。

在这项研究中使用的方案是一个量子线性反馈移位寄存器产生的改变。每个转变代表一个矩阵,这个矩阵包含二进制位。diffie - hellman密钥交换的概念也是之间使用Alice和Bob这样夜并不具备所有Alice和Bob之间的键。因此,ciphertext-only攻击,known-plaintext攻击,chosen-plaintext攻击是不可能的。在古典密码学,夏娃可以复制密文没有修改它通过拦截通道或非法访问密文银行。这让夜试图解密它一次又一次。然而,使用量子加密算法,给定一个量子密文,夜不能得到没有加密的信息矩阵和一次性垫(关键)。除此之外,如果夜设法获得加密矩阵,她不能设法确定比特信息,因为对于每一位,概率是绑定的。假设加密消息块的长度概率是受,这是微不足道的。

此外,如果夜设法获得量子位,她不能确定。例如,如果她获得每个量子位,知道,她不能够确定因为有两个像原,和。

同样,从算法的加密过程,known-plaintext和chosen-plaintext攻击是不可行的,因为夜不知道没有什么相对应的密文known-plaintext的关键是。这个属性的结果从量子力学的不确定性原理。

5。结论

量子技术不断新的和改进的和复杂的,特别是在量子密码学领域。这是一个无可争议的事实,科学技术的进步对未来的最大挑战之一,和创新领域是一个巨大的推进步伐,迟早,量子计算机将会认为这个世界上的一个非常重要的角色。所以这是不可能的治疗或转让现有的所有信息在熟悉的古典形式在量子信息和对于古典钥匙只要安全不能得到保证。因此,提出一种新的算法使用古典加密算法和加密的经典数据传输量子数据,在古典加密算法是由希尔密码算法和量子算法是由量子移位寄存器。安全的物理实现算法进行了详细分析,结果表明,新算法可以防止量子攻击以及经典的攻击。管理,防止两种攻击和保护的信息从一个新的窥探的战略目标。应该提到,可以对算法改进未来用户为了加强其能力,使其更有效地安全。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

作者想表达他们很大的升值穆斯塔法博士丽对他有价值的和建设性的建议在规划和开发的研究工作。他愿意给他时间非常慷慨地一直感激。

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