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基于FPGA的高速QKD系统保密增强算法实现
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作者 路后兵 赵军 阴泽杰 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期197-205,共9页
量子密钥分发(QKD)过程中,保密增强算法用于消除QKD过程本身泄露以及可能被窃听者窃取的密钥信息,从而保证生成的量子密钥的安全。现有多种CPU软件实现方案。为提高算法安全性、集成度,并降低功耗,研究了采用FPGA实现的高速Toeplitz矩... 量子密钥分发(QKD)过程中,保密增强算法用于消除QKD过程本身泄露以及可能被窃听者窃取的密钥信息,从而保证生成的量子密钥的安全。现有多种CPU软件实现方案。为提高算法安全性、集成度,并降低功耗,研究了采用FPGA实现的高速Toeplitz矩阵相乘保密增强算法方案。通过采用矩阵分块并行计算、流水线结构等加速运算方法,该方案在每次处理256 Kbits输入密钥时最大安全成码速率达到20 Mbps,在每次处理1 Mbits输入密钥时最大安全成码速率达到5 Mbps。此外,还能适应一次计算1 Mbits内任意长度的输入密钥,也能适应0~1之间的任意压缩比例,有助于未来实用化高速QKD系统研制。 展开更多
关键词 量子光学 保密增强 矩阵分块并行计算 TOEPLITZ矩阵 FPGA 量子密钥分发
基于极化码的单步量子密钥分发后处理 预览
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作者 李锦 蒋琳 +1 位作者 林旭城 方俊彬 《华南师范大学学报:自然科学版》 CAS 北大核心 2019年第2期1-6,共6页
量子密钥分发结合“一次一密”的加密方案可以从理论上保证通信的无条件安全性.然而,量子密钥分发后处理过程中的误码纠错和密性放大这2个步骤引入了较高的处理延时,影响了最终安全密钥生成速率以及量子密钥分发系统的实用性.文中提出... 量子密钥分发结合“一次一密”的加密方案可以从理论上保证通信的无条件安全性.然而,量子密钥分发后处理过程中的误码纠错和密性放大这2个步骤引入了较高的处理延时,影响了最终安全密钥生成速率以及量子密钥分发系统的实用性.文中提出一种基于极化码的单步高效量子密钥后处理算法,根据Wyner窃听信道模型分析合法通信双方以及窃听者的信道容量,设计出可同时满足可靠性和安全性的极化码码字结构,并将其应用于量子密钥分发后处理,从而实现在一次编译码步骤中同时完成误码纠错和密性放大,将这2个处理步骤合二为一,降低了系统复杂度和处理延时.实验结果表明,在量子比特误码率[0,0.08]范围内,提出的算法可同时满足纠后误码率≤10^-7的可靠性条件以及窃听信息量≤10^-14bit的安全性条件.当码长为220bit时,译码吞吐率可达3Mb/s,采用并行算法的译码吞吐率可达86Mb/s. 展开更多
关键词 量子密钥分发 后处理 极化码 误码纠错 密性放大
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基于水下噪声信道不确定性的保密通信方案 预览
3
作者 徐明 陈芳 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期33-42,共10页
针对水下噪声不确定性对信息传输产生的影响和噪声信道中通信面临的安全问题,提出一种基于水下噪声信道不确定性的保密通信方案。该方案由基于哥德尔编码的交互式密钥提取协议和基于r-循环Toeplitz矩阵的保密增强协议组成。在密钥提取... 针对水下噪声不确定性对信息传输产生的影响和噪声信道中通信面临的安全问题,提出一种基于水下噪声信道不确定性的保密通信方案。该方案由基于哥德尔编码的交互式密钥提取协议和基于r-循环Toeplitz矩阵的保密增强协议组成。在密钥提取的过程中,通过引入哥德尔编码,减少了密钥序列的比较次数;在计算保密增强后的密钥长度时,考虑了水下噪声的不确定性,具有更强的实际意义。实验结果表明,在满足协议安全性的条件下,传输的总比特数为119 940 bit,保密增强后生成的密钥串总长度的下界为117 331 bit,敌手关于密钥串信息量的上界为2 609 bit,所需时间为11.99 s,并且所提出的(nt+s)×(nt+s)阶r-循环Toeplitz矩阵比传统的同阶Toeplitz矩阵减少了(nt+s)-1 bit存储空间。 展开更多
关键词 水下噪声 不确定性 TOEPLITZ矩阵 保密增强
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基于安全极化码的密钥协商方法 预览
4
作者 张胜军 钟州 +1 位作者 金梁 黄开枝 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1413-1419,共7页
针对密钥协商过程中的信息泄露问题,该文综合考虑信息协商和隐私放大提出了基于安全极化码(SPC)的密钥协商方法,打通了从量化误比特率(QBER)条件到密钥中断概率(SKOP)需求的桥梁。首先,将QBER建模为加性高斯白噪声(AWGN)信道的传输误比... 针对密钥协商过程中的信息泄露问题,该文综合考虑信息协商和隐私放大提出了基于安全极化码(SPC)的密钥协商方法,打通了从量化误比特率(QBER)条件到密钥中断概率(SKOP)需求的桥梁。首先,将QBER建模为加性高斯白噪声(AWGN)信道的传输误比特率(TBER),进而将QBER优势转化为AWGN信道优势;然后,利用高斯近似计算出各极化子信道的传输错误概率,并进一步推导出安全极化码的译码误比特率上下界;最后,根据密钥中断概率阈值利用遗传算法构造出合适的安全极化码实现密钥协商。仿真结果表明,该文所提的密钥协商方法能够满足设计的密钥中断概率需求,且具有比低密度奇偶校验(LDPC)码更高的密钥协商效率。 展开更多
关键词 密钥协商 物理层安全 安全极化码 隐私放大
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一种OFDM系统信道密钥生成方法 预览
5
作者 赖凤麟 姜永广 +1 位作者 咸立文 张桂祥 《电讯技术》 北大核心 2018年第3期313-319,共7页
提出了一种在正交频分复用(OFDM)系统中提取信道频率响应(CFR)表征信道特征,经过探测、量化、协商、一致性确认以及隐私放大生成信道密钥的方法。首先,利用OFDM系统多载波的优势,在各个子信道提取信道特征,并进行量化;然后,采用滑窗密... 提出了一种在正交频分复用(OFDM)系统中提取信道频率响应(CFR)表征信道特征,经过探测、量化、协商、一致性确认以及隐私放大生成信道密钥的方法。首先,利用OFDM系统多载波的优势,在各个子信道提取信道特征,并进行量化;然后,采用滑窗密钥生成机制以及分段校验,通过一次位置信息交互,高效地完成协商,生成初始信道密钥;最后,利用隐私放大函数生成信道密钥。所提方法通过滑窗生成大量密钥比特,以一轮协商代替多轮协商;只限定初始密钥最大长度,使得初始密钥在长度及信息两个维度保持随机化。 展开更多
关键词 正交频分复用系统 信道密钥 频率响应 滑窗 隐私放大
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无线信道物理层密钥生成方法与密钥协商体系 预览
6
作者 杨硕 侯晓贇 朱艳 《计算机技术与发展》 2017年第5期123-127,共5页
由于信道的开放性,无线通信面临着被窃听的危险,通常采用加密来增强通信的安全传输。无线物理层密钥技术利用了无线信道的时变性和互易性,不仅可以实现“一次一密”,而且无需进行密钥分发,避免了传统加密技术中因密钥分发而引起的泄密风... 由于信道的开放性,无线通信面临着被窃听的危险,通常采用加密来增强通信的安全传输。无线物理层密钥技术利用了无线信道的时变性和互易性,不仅可以实现“一次一密”,而且无需进行密钥分发,避免了传统加密技术中因密钥分发而引起的泄密风险,因而成为信息安全领域的最新研究热点之一。为此,对基于无线信道特征的物理层密钥生成方法进行了回顾与总结,并比较了各自优缺点。针对通信双方初始生成密钥的不一致性问题,从信息调和、一致性认证、保密增强这三个方面分析研究了密钥协商体系。归纳总结了一些典型的技术和算法,并对比分析了其优缺点。未来研究方向应是充分利用信道特征,并设计出更优的量化策略,提高初始密钥的一致性,降低信息协商的程度,同时要兼顾密钥的随机性以及密钥生成速率;在信息协商阶段,应设计出更好的信道编码进行纠错。 展开更多
关键词 物理层 密钥生成 密钥协商 信息调和 一致性认证 保密增强
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高效短种子量子密钥分配保密放大方案设计
7
作者 刘翼鹏 郭建胜 崔竞一 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期265-274,共10页
针对目前保密放大方案存在的随机种子使用量大的问题,提出了一种基于模块化广义Trevisan随机提取器结构的量子密钥分配(QKD)保密放大的设计方案,并借助量子边信息分析理论,给出了该方案的安全性证明。结果表明,该方案不仅能够抵... 针对目前保密放大方案存在的随机种子使用量大的问题,提出了一种基于模块化广义Trevisan随机提取器结构的量子密钥分配(QKD)保密放大的设计方案,并借助量子边信息分析理论,给出了该方案的安全性证明。结果表明,该方案不仅能够抵抗量子攻击,而且能有效节约随机种子,实现可扩展的高效保密放大。 展开更多
关键词 量子光学 量子密码 量子密钥分配 保密放大 广义Trevisan随机提取结构 种子伪随机扩展
利用保密增强实现基于混沌激光同步的安全密钥分发 预览 被引量:2
8
作者 赵琦 王龙生 +2 位作者 郭园园 王云才 王安帮 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2016年第14期1587-1593,共7页
提出了利用保密增强后处理的方法来实现基于互耦合激光器混沌同步的安全密钥分发。采用基于随机码的通用类哈希函数对不安全的裸钥进行保密增强处理,可产生安全的密钥。数值模拟表明,经保密增强处理后,合法通信方密钥与窃听者的密钥间... 提出了利用保密增强后处理的方法来实现基于互耦合激光器混沌同步的安全密钥分发。采用基于随机码的通用类哈希函数对不安全的裸钥进行保密增强处理,可产生安全的密钥。数值模拟表明,经保密增强处理后,合法通信方密钥与窃听者的密钥间的互相关系数下降了1个数量级;合法通信方的信息泄露量最高仅为10-5比特量级;窃听者对安全密钥比特的平均正确窃听概率接近于零信息泄露量概率值0.5。该方法可有效解决窃听者通过单向耦合同步方式的窃听问题,增强混沌密钥分发系统的安全性。 展开更多
关键词 保密通信 密钥分发 混沌同步 保密增强
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基于重发机制的量子密钥分发协议 预览
9
作者 王育齐 佘堃 《计算机工程与设计》 北大核心 2015年第11期2938-2942,3009共6页
在量子密钥分发协议中,光子传输很微弱且不能被放大,在接收端极可能出现部分光子被丢失或未被检测到的情况,导致接收端收到的光子序列中出现缺失,使量子密钥分发协议效率更低,针对该问题,提出使用重传机制。根据缺失光子的位置,由发送... 在量子密钥分发协议中,光子传输很微弱且不能被放大,在接收端极可能出现部分光子被丢失或未被检测到的情况,导致接收端收到的光子序列中出现缺失,使量子密钥分发协议效率更低,针对该问题,提出使用重传机制。根据缺失光子的位置,由发送方重新随机生成相应的二进制位序列、基序列和相应的光子序列,对其进行传输,直到没有出现光子缺失或满足一定阈值为止;理论分析该协议的可实现性、安全性和分发效率。使用重传机制能够有效增加接收端接收到的有效二进制串的位数,扩大了窃听检测区间,显著提高量子密钥分发效率。 展开更多
关键词 重发机制 量子密钥分发 数据协商 密性放大 BB84协议 量子密码
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量子密钥分配后处理概述 被引量:1
10
作者 李默 张春梅 +2 位作者 银振强 陈巍 韩正甫 《密码学报》 CSCD 2015年第2期113-121,共9页
基于量子力学的基本原理(未知量子态的不可克隆原理、量子态测量原理、量子不确定性原理等),量子密钥分配(quantum key distribution,QKD)提供了一种能够在合法的通信双方(通常记为Alice和Bob)之间产生无条件安全密钥的方式.一次一密(On... 基于量子力学的基本原理(未知量子态的不可克隆原理、量子态测量原理、量子不确定性原理等),量子密钥分配(quantum key distribution,QKD)提供了一种能够在合法的通信双方(通常记为Alice和Bob)之间产生无条件安全密钥的方式.一次一密(One-Time-Pad,OTP)是一种被证明为无条件安全的密码体制.将量子密钥分配过程和一次一密的密码体制结合起来可以实现无条件安全的保密通信.自从1984年以来,学者们提出了许多新的量子密钥分配协议.量子密钥分配主要包括两个阶段:量子信号传输阶段和后处理阶段.量子信号传输阶段主要是包括Alice和Bob在量子信道中进行的量子态的发送、接收和测量等操作.后处理阶段主要包括对基、误码估计、密钥协商(纠错)、错误校验和保密放大过程.随着高速量子密钥分配系统的迅速发展,后处理阶段成为制约其高速性能的瓶颈.因此,快速有效的后处理算法的研究在高速量子密钥分配系统中有着相当重要的作用.本文主要对量子密钥分配后处理阶段各个过程的原理及其具体的实现方法做一简要概述. 展开更多
关键词 量子密钥分配 后处理 密钥协商 保密放大
Delayed error verification in quantum key distribution 被引量:3
11
作者 Chun-Mei Zhang Xiao-Tian Song +6 位作者 Patcharapong Treeviriyanupab Mo Li Chao Wang Hong-Wei Li Zhen-Qiang Yin Wei Chen Zheng-Fu Han 《中国科学通报:英文版》 SCIE CAS 2014年第23期2825-2828,共4页
量关键分发(QKD ) 基于量力学的基本性质提供在二远合法聚会艾莉斯和鲍勃之间的一个无条件的安全关键产生方法,面对偷听者伊夫。因为关键和解不能总是保证在艾莉斯和鲍勃之间的调解的钥匙是相同的,错误确认是在 QKD 的重要的步。在这... 量关键分发(QKD ) 基于量力学的基本性质提供在二远合法聚会艾莉斯和鲍勃之间的一个无条件的安全关键产生方法,面对偷听者伊夫。因为关键和解不能总是保证在艾莉斯和鲍勃之间的调解的钥匙是相同的,错误确认是在 QKD 的重要的步。在这份报纸,我们建议用额外的钥匙的推迟的错误确认的一个计划与任意地小的失败可能性由隐私扩大增加了。建议计划在 QKD 简化 processing 以后过程,它能在实际 QKD 系统被使用。 展开更多
关键词 量子密钥分配 误差检定 延迟 量子密钥分发 无条件安全 生成方法 量子力学 误差校验
无线信道的密钥生成方法 被引量:7
12
作者 李古月 胡爱群 石乐 《密码学报》 2014年第3期211-224,共14页
本文回顾了近二十年来物理层安全领域的发展,着重追踪了基于密钥的物理层安全机制的演变过程.无线信道密钥生成方法的核心在于合法通信双方通过公共信道和无差错的反馈信道通信共同产生一组安全密钥.而无线信道的短时互易性为基于密钥... 本文回顾了近二十年来物理层安全领域的发展,着重追踪了基于密钥的物理层安全机制的演变过程.无线信道密钥生成方法的核心在于合法通信双方通过公共信道和无差错的反馈信道通信共同产生一组安全密钥.而无线信道的短时互易性为基于密钥的物理层安全机制提供了实际应用的可能.根据该密钥生成方法的流程,本文首先从互易性验证、误差补偿、信道特征及去相关四个方面对信道的测量,结合真实的应用场景作了详细的分析.而在测量值量化、信息调和以及保密增强环节,分别讨论了该领域已有文献在这些环节提出的方法的理论依据并对比了基于各种不同方法的密钥的生成算法的优劣.最后,本文归纳了在第五代移动通信方式下该领域潜在的研究方向和可能面临的难题. 展开更多
关键词 物理层安全 多径衰落 信道测量 信息调和 保密增强
理论意义上安全的密钥分配协议 预览
13
作者 倪礼君 徐雄 《信息技术》 2008年第2期 61-63,共3页
理论意义上安全的密钥分配协议是近几年研究的热点,已经研究多时的量子密钥分配协议也可以归结为理论意义上安全的密钥分配协议。一旦理解了它,就可以从更高的角度来理解量子密钥分配协议。它也提出了如何用经典的办法来达到量子密钥... 理论意义上安全的密钥分配协议是近几年研究的热点,已经研究多时的量子密钥分配协议也可以归结为理论意义上安全的密钥分配协议。一旦理解了它,就可以从更高的角度来理解量子密钥分配协议。它也提出了如何用经典的办法来达到量子密钥分配的安全性以及其局限性。现就理论意义上安全的密钥分配协议进行了总结。 展开更多
关键词 理论意义上安全的密钥分配协议 数据筛选 协商过程 保密增强
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无条件安全的量子茫然传送 预览
14
作者 杨威 黄刘生 +1 位作者 罗永龙 陈国良 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期 1543-1547,共5页
茫然传送作为安全多方计算的基础协议具有重要的理论研究和实用价值.目前已有的经典环境中的各茫然传送协议大都基于公钥密码学或一些附加的计算困难性假设,而这些基础在量子计算机制下将变得相当脆弱.本文根据量子贝尔态的特性,提出了... 茫然传送作为安全多方计算的基础协议具有重要的理论研究和实用价值.目前已有的经典环境中的各茫然传送协议大都基于公钥密码学或一些附加的计算困难性假设,而这些基础在量子计算机制下将变得相当脆弱.本文根据量子贝尔态的特性,提出了一种新的量子茫然传送协议,对其正确性与安全性进行了分析与证明.该协议可同时抵抗通信信道中噪声和可能存在的窃听,在安全性、健壮性、窃听检测等方面均优于经典计算环境下的各种茫然传送协议. 展开更多
关键词 茫然传送 保密增强 贝尔态 无条件安全
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基于弱相干光的实际QKD系统的安全性研究 预览
15
作者 张东升 权菊香 +1 位作者 周春源 丁良恩 《量子光学学报》 CSCD 北大核心 2006年第3期 135-138,共4页
实际量子密钥分发系统使用的单光子源主要是由弱激光脉冲经衰减得到。它不是理想单光子源而是服从泊松分布的准单光子源。每个非空光脉冲中包含多光子的概率不为零,强大的窃听者可利用此获得一些关于最终密钥的信息。因此,有必要研究... 实际量子密钥分发系统使用的单光子源主要是由弱激光脉冲经衰减得到。它不是理想单光子源而是服从泊松分布的准单光子源。每个非空光脉冲中包含多光子的概率不为零,强大的窃听者可利用此获得一些关于最终密钥的信息。因此,有必要研究实际QKD系统的安全性。采用对多光子进行分束窃听、单光子最佳攻击相结合的方案,用Shannon信息理论分析了基于弱相干光的实际QKD系统的安全性。研究结果表明实际QKD系统对于分束窃听和最佳攻击是安全的,并给出合法通信双方在该攻击方案下所容忍的误码率上限。 展开更多
关键词 量子密钥 分束窃听 最佳攻击 保密增强
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提取器在不经意传输协议中的应用 预览 被引量:1
16
作者 赵铁山 葛建华 杨波 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期 106-109,共4页
不经意传输协议之间的关系及相互转化是无条件安全密码学的研究重点之一.基于保密增强技术,提出了简化(21)-OTk为UOT单次执行的协议.采用提取器作为保密增强方法,利用少量附加完全随机性比特,获得几乎均匀分布的输出,泄露的信息量至多为... 不经意传输协议之间的关系及相互转化是无条件安全密码学的研究重点之一.基于保密增强技术,提出了简化(21)-OTk为UOT单次执行的协议.采用提取器作为保密增强方法,利用少量附加完全随机性比特,获得几乎均匀分布的输出,泄露的信息量至多为2-n-1/2-o(1)比特,只与传送字串长度有关,而与选择的安全参数无关.与利用universal hash函数做为保密增强方法相比,所需传送的信息量和泄露的信息量更少.给出并证明了协议为无条件安全的条件. 展开更多
关键词 不经意传输 保密增强 提取器 无条件安全 密码学 传输协议
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无条件安全的不经意传输 预览 被引量:2
17
作者 杨波 陈恺 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第2期 202-205,共4页
讨论了基于阶大于1、小于2的任意阶Rényi熵的保密增强在实现不经意传输协议时的安全性条件.协议中未对接收方的计算能力做任何限制性假设,因而在所给的安全性条件下,协议是无条件安全的.
关键词 密码学 不经意传输 RENYI熵 保密增强 无条件安全
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完善保密方案中的优先退化协议 预览
18
作者 胡予濮 张玉清 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期 535,543,共2页
本文给出一类新的完善保密协议-优先退化协议,它与以往的优先提取协议具有不同的功能,优先提取是指通信伙伴的互信息被首先提取,而优先退化是指敌方掌握的信息被首先退化,本文讨论了优先退化协议有效的条件,并给出了一个同时具有... 本文给出一类新的完善保密协议-优先退化协议,它与以往的优先提取协议具有不同的功能,优先提取是指通信伙伴的互信息被首先提取,而优先退化是指敌方掌握的信息被首先退化,本文讨论了优先退化协议有效的条件,并给出了一个同时具有优先提取和优先退化功能的混合协议。 展开更多
关键词 完善保密方案 优先退化协议 通信协议
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敌手存储容量有限时的保密增强 预览 被引量:1
19
作者 杨波 王卫卫 王育民 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第10期 1-5,共5页
本文研究以下情况时的保密增强,存在一个二元离散无记忆广播信源以非常高的速率广播随机比特串,并已知敌手的存储容量有限、计算能力无限.得出了通信双方以一定的概率提取出一个高度保密的秘密钥长度的下界以及敌手关于秘密钥信息量的上界.
关键词 保密增强 平滑熵 Rényi熵 存储容量 保密通信
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一种利用无条件认证实现的强保密增强协议 预览
20
作者 刘胜利 马文平 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第3期 237-241,共5页
要解决保密增强中的防主动攻击的问题,就必须对公共信道上的通信内容进行认证。文中提出并分析了一种新的用纠错码构造认证码的方法,这种认证码构造简单对域GF(q)上的任意一个码都找到一个相应的认证码。如果通信双方共享一个n... 要解决保密增强中的防主动攻击的问题,就必须对公共信道上的通信内容进行认证。文中提出并分析了一种新的用纠错码构造认证码的方法,这种认证码构造简单对域GF(q)上的任意一个码都找到一个相应的认证码。如果通信双方共享一个nbit的部分保密串S,则可以构造一种基于(2^m,k,2^m-k+1)扩展RS码的认证码,其中m=〖n/k〗且2^m〉k,只要双方间共享一个至少3mbit的认证密钥,就有可能在一个不安 展开更多
关键词 保密增强 认证码 纠错码 保密通信 信息安全
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