[發明專利]一種基于Grover算法的量子群認證方法

有效

• 申請號: 201910331441.2
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110336775B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 宋秀麗;曹耘凡;周道洋
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L9/32;H04L9/08
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 盧勝斌

本發明屬于量子計算和量子認證技術領域，涉及一種基于Grover算法的量子群認證方法，包括認證管理中心制備初始認證量子態，并且通過安全量子信道發送給需要認證的網絡群組，接著制備多個私密份額作為注冊用戶身份信息并通過經典信道發送給注冊用戶，并且為網絡群組生成一個群組標識符并通過經典信道發送給網絡群組；認證階段每個參與認證的用戶根據自己身份信息和群組標識符對認證量子態進行酉變換，最后群組將酉變換后的認證量子態傳回給認證管理中心，進行對比得出認證結果；本發明使用了Grover算子，對Grover算子的用法進行了擴展，能夠對群體用戶身份和網絡群組標識符同時進行認證，雙重認證提高了認證方法的安全性。

技術領域

本發明屬于量子計算和量子認證技術領域，涉及一種基于Grover算法的量子群認證方法。

背景技術

眾所周知，認證是保證傳輸信息完整性的一種有效方法，而身份認證技術也常被應用于電子商務和投票等具體場景中，在現實生活中有非常廣泛的應用場景。傳統認證協議的安全性基于的大多是經典密碼學中關于離散對數、二次剩余、大數因子分解等計算復雜度問題的。但是近年來隨著量子技術的飛速發展，量子計算機的強大計算能力對這些經典協議安全性構成能巨大的挑戰。而同時代背景下的量子加密技術則是基于量子物理學的基本原理，其安全性是建立在Heisenberg測不準原理及量子不可克隆定理基礎上的，特別是一些量子密鑰分配協議如BB84，B92協議已經被證明是無條件安全的，量子認證是量子密碼學中的重要分支，因而量子認證技術是前沿安全技術的焦點領域其應用量子投票也是今年來研究熱點。

在量子技術環境中，量子并行計算具有強大的計算潛力，量子搜索算法中的Grover算法是量子并行計算運用的代表，因而受到人們高度關注。其算法中的旋轉算子和投影算子具有很高的研究價值，且現有的一些量子聯想記憶模型和量子機器學習算法都利用了Grover算法的思想，但是基于Grover算法的群體身份認證方案還沒有出現，特別是Grover算子的特性其實能夠和門限思想相結合作為一種群體身份認證算法。

最近幾年利用量子技術提出的量子身份認證方案研究日益增多，但是現有多數量子認證方案中考慮的是量子通信雙方的身份認證，如果在多用戶參與認證的情況下，認證過程需要多次進行迭代認證，效率較低，浪費了經典資源和量子資源，而且無法對多用戶身份同時進行認證。

針對現有量子認證方案無法對多用戶身份進行同時認證的缺陷和效率低下的問題提出了本認證方法。

發明內容

有鑒于此，針對需要對多個用戶身份同時進行認證的需求，提出了一種能夠對用戶群體身份和網絡標識符進行雙重認證，且基于Grover算法的量子群體認證方法，本發明一種基于Grover算法的量子群認證方法，當網絡群組G_M中多個用戶需要對身份同時進行認證，則網絡群組G_M向認證管理中心發起認證請求。認證管理中心負責對用戶群體身份和網絡群組身份進行認證，包括以下步驟：

S1、認證管理中心為網絡群組制備認證量子態，該量子態是一個兩粒子態，表示為|S_w；

S2、認證管理中心根據Shamir(t,n)門限思想隨機生成n個私密份額和群組認證碼，將私密份額發放給網絡群組中需注冊的普通用戶，普通用戶保留自己的群組認證碼，認證管理中心生成一個群組標識符并發送給網絡群組；

S3、網絡群組中需注冊的普通用戶n人得到私密份額后，普通用戶計算出各自的私密認證碼，參與身份認證的t人根據自己的私密認證碼和群組標識符對認證量子態分別執行相應酉操作，網絡群組將認證量子態傳送回認證管理中心；

S4、認證管理中心根據群組標識符計算出認證參數，根據群組認證碼對認證量子態執行酉操作并進行測量，通過認證參數和測量結果進行對比得出認證結果；

其中，|·表示狄拉克符號右矢符號，|a表示單粒子量子態，兩個單粒子量子態通過張量積符號表示一個兩粒子量子態，即|aa表示一個兩粒子量子態。