计算机科学 > 密码学与安全
[提交于 2025年7月24日
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标题: 一种基于量子随机数的改进ChaCha算法
标题: An Improved ChaCha Algorithm Based on Quantum Random Number
摘要: 由于ChaCha具有高效率和对定时攻击和侧信道攻击强安全性的优点,已被广泛应用于实时通信和数据流场景中。然而,随着人工智能辅助密码分析和量子计算技术的快速发展,ChaCha密码的安全实现面临严峻挑战。为了进一步增强ChaCha密码的安全性,我们提出了一种基于量子随机数的改进变体,即量子随机数增强的ChaCha(QRE-ChaCha)。具体而言,该设计将初始常量与量子随机数进行异或,并在奇数轮次中定期将量子随机数注入选定的状态字以增强扩散性。与原始ChaCha相比,该变体对差分攻击表现出更强的抵抗力,并生成具有统计随机性的密钥流,从而增强了对经典和量子攻击的鲁棒性。为了评估当前ChaCha的安全性和性能,我们的分析分为三个主要部分。首先,我们从量子随机性和攻击测试的角度分析其理论安全性,并采用基于布尔可满足性问题(SAT)的自动化搜索方法进行差分密码分析。其次,我们使用NIST统计测试套件和GM/T 0005-2021随机性测试标准对密码生成的密钥流进行随机性测试。最后,我们通过测量其在不同大小文件上的加密速度来评估其加密和解密性能。根据结果,当前的ChaCha在保持原始ChaCha高效率的同时,显著提高了抵抗差分攻击的能力,其密钥流成功通过了NIST和GM/T 0005-2021标准的统计随机性测试,满足密码应用的要求。
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