基于状态机的一次一密方法

摘要

本发明公开了基于状态机的一次一密方法，包括如下步骤：1)逐比特读入明文，对当前待加密比特，采用概率模拟进行转化决策，以概率p

说明书

技术领域

本发明涉及加解密技术领域，具体涉及基于状态机的一次一密方法。

背景技术

香农创建的一次一密加密理论被认为是迄今为止唯一安全可靠的加解密技术。在上个世纪六十年代的美苏冷战时期，美苏首脑之间的热线，就是迄今唯一使用一次一密加密实现的热线电话。使用一次一密进行加密通信，必须保证一条专用的安全信道，就是传输密钥的通路。自上个世纪80年代以来，量子密钥分发的理论和技术逐渐兴起，它提供了非常安全可靠的量子密钥通道。潘建伟等人在京沪间建立了一条基于量子密钥分发的服务于金融业的安全密钥信道。2019年Falco等人通过在不可逆时变硅芯片中混合混沌波实现完善保密性，提供了相比较于量子密钥分发更廉价的解决方案，就是所谓的光纤密钥分发。

但传统的一次一密技术需要密钥服从均匀的概率分布，而且密文和密钥是等熵的，这就泄露了密钥的信息。因此传统的一次一密技术并不完善。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了基于状态机的一次一密方法，密钥、密文和明文不同熵，使得保密系统的任一要素的熵信息都对攻击者无从知晓，从而更加有利于保密。

本发明的技术方案如下：

基于状态机的一次一密方法，包括如下步骤：

1)逐比特读入明文，对当前待加密比特，采用概率模拟进行转化决策，以概率p

2)将转化得到密文比特与输入明文比特作二元有限域加法，得到当前的密钥比特；

3)反复进行以上的步骤1)和步骤2，直到明文读完；最终得到两个序列，一个是密文比特序列，另外一个是密钥比特序列；其中密文比特序列就是加密的结果，直接传输给接收方，密钥比特序列可以通过密钥专线传输给接收方。

进一步的，所述步骤1)中，概率的模拟采用如下机制：

1.1)生成一个随机数；

1.2)将该数除以随机数的范围上界参数MAX，所得一个介于0到1之间的随机浮点数；

1.3)判断该浮点数是小于p

如果小于p

本发明的有益效果如下：

1)在加密时根本不需要密钥，只依赖一个状态机；

2)密文生成后再生成密钥；

3)密钥、密文和明文的信息熵是互不相等的，理论上无法由密文预测、或者推证密钥的熵。

4)本发明密钥、密文和明文的不同熵，使得保密系统的任一要素的熵信息都对攻击者无从知晓，从而更加有利于保密，此外，对明文的熵值具不依赖性，使得不需要对明文作任何预处理。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。

基于状态机的一次一密方法，状态机，即对输入的两个状态0、1比特值，通过转移概率对应到不同的输出状态的比特值0和1，如图2所示，左侧为输入，可以理解为明文，右侧是输出，即密文，所以核心的加密操作是一种随机模拟，可以使用门特卡罗来模拟。图2中，输入的0转到输出的0的条件概率为p

如果输入的明文的概率分布为：

那么在上面的状态机的转化下，输出的密文的概率分布为：

这是由于：

即状态机的转移概率矩阵和输入概率分布相乘所得的输出分布。

使用输出的密文和明文做二元有限域的加法运算，如：

0+0＝0

0+1＝1

1+1＝0

1+0＝1

即可算出密钥，例如当前的密文为1，明文是0，则密钥为1+0＝1。

通过这种方式生成的密钥的概率分布既不同于输入的明文，也不同于输出的密文。通过概率计算，密钥分布服从：

可见明文分布

如图1所示，基于状态机的一次一密方法，执行步骤如下：

1)逐比特读入明文，对当前待加密比特，采用概率模拟进行转化决策，以概率p

概率的模拟可以采用如下机制：

1.1)生成一个随机数；

1.2)将该数除以随机数的范围上界参数MAX，所得一个介于0到1之间的随机浮点数；

1.3)判断该浮点数是小于p

如果小于p

2)将转化得到密文比特与输入明文比特作二元有限域加法，得到当前的密钥比特；

3)反复进行以上的步骤1)和2)，直到明文读完。最终得到两个序列，一个是密文比特序列，另外一个是密钥比特序列。其中密文比特序列就是加密的结果，直接传输给接收方，密钥比特序列可以通过密钥专线传输给接收方。