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随着计算机技术和通信技术的飞速发展,信息安全已成为通信过程中的主要问题,信息的保密变得迫在眉睫。然而在通信信道中存在着各种各样的信号干扰,使得收到的消息发生错误,这就需要采用纠错编码技术。如果量子计算机被制造出来,它对信息的安全性会提出更大的挑战。而纠错码构造的公钥密码体制可以抵抗量子计算机的攻击。所以将密码学和纠错码结合在一起,是适应现代通信的必然趋势和发展走向。
基于纠错码的公钥密码体制就是密码学和纠错码结合的产物,常见的有McEliece公钥密码体制和Niederreiter公钥密码体制。自从McEliece公钥密码体制被提出后,基于纠错码的公钥密码体制被众多学者广泛研究,但总结起来无非就是两种方法:一种是针对体制的加密算法进行改进,优化体制参数,使体制性能最佳化。第二种也是比较常见的一种,就是寻找或构造高性能的纠错码,来构造公钥密码体制。本文也是基于这两种方法来构造方案,主要成果和创新如下:
1、主要研究的是Niederreiter公钥密码体制,首先是修改体制本身参数。在基于Goppa码构造的Niederreiter公钥密码体制的基础上提出了采用双公钥H1和H2构造新的公钥密码体制。文中通过双公钥加密增加了解密的复杂度,接着利用目前攻击N公钥体制的方法对其进行了安全性分析,证实提高了体制的安全性;并且通过对作为公开密钥的校验矩阵进行初等行变换,变成系统码形式,改进了双公钥加密的弱点,减少了体制的公开密钥量,经验证提高了纠错能力。
2、QC-LDPC码具有非常低的线性编码复杂度,实用性更强,被认为是现代通信中的好码,是纠错码领域的一个重大发现。本文提出了基于QC-LDPC码构造的Niederreiter公钥密码体制。由于QC-LDPC码的校验矩阵具有稀疏和分块循环的特性,且QC-LDPC码的纠错能力大,与以往基于纠错码构造的公钥密码体制相比,该体制密钥量大大减少,提高了传信率。同时引入对角形式的可逆变换矩阵Q,通过线性变换产生新的校验矩阵,隐藏了码字的校验矩阵,可以抵消矩阵H′稀疏易攻击的弱点,增加了密码体制的安全性。