[發(fā)明專利]一種可驗證的量子密鑰協(xié)商方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911252928.8
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110932856B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石潤華;李坤昌;石澤;茍湘淋
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發(fā)明公開一種可驗證的量子密鑰協(xié)商方法：是存在兩個參與者Alice和Bob，通過公開的量子和經(jīng)典通道互聯(lián)；參與者各自制備n組EPR粒子對，并通過量子通道交換其中一半的粒子；通過事先約定的主密鑰，參與者各自隨機選擇m組EPR粒子對實施Pauli操作以此驗證參與者身份的合法性；各參與者實施Bell基測量從而獲得共享的會話密鑰；參與者再次交換一半的粒子，并通過Bell基測量以此確認(rèn)最終會話密鑰的正確性和參與者身份的合法性。本發(fā)明能解決現(xiàn)有量子密鑰協(xié)商缺少驗證參與者身份的合法性以及約定密鑰的正確性的機制，以及現(xiàn)有量子密鑰分配缺少公平性等問題，并在確保安全性的前提下，提高了驗證的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于現(xiàn)代密碼學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說是一種可驗證的量子密鑰協(xié)商方法。

背景技術(shù)

密鑰管理是現(xiàn)代密碼學(xué)中最為關(guān)鍵的問題之一，涉及密鑰的生成、分發(fā)、存儲、應(yīng)用等。目前互聯(lián)網(wǎng)上很多安全應(yīng)用均采用公鑰加密算法實現(xiàn)會話密鑰的分發(fā)。然而隨著量子計算機以及量子快速算法的提出，經(jīng)典密碼算法，包括對稱加密算法(例如DES、AES)和公鑰加密算法(例如RSA、ECC)，正面臨著巨大的安全挑戰(zhàn)。

另一方面，量子密碼的出現(xiàn)又給安全領(lǐng)域帶來了新的曙光。量子密碼是量子力學(xué)與現(xiàn)代密碼學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。其安全性由量子力學(xué)的基本原理所保證，理論上能夠提供無條件安全。自從1984年第一個量子密鑰分配(QKD)協(xié)議被提出以來，出現(xiàn)了很多量子密碼協(xié)議，例如，有基于糾纏的QKD、SARG04、B92、誘騙態(tài)BB84方案、多脈沖編碼的COW、DPS方案，MDI-QKD，TF-QKD，以及各類連續(xù)變量協(xié)議等。不管是理論還是實驗上，量子密碼都得到了最為廣泛的關(guān)注和發(fā)展。

在各種量子密鑰分配協(xié)議中，只有在第一階段需要制備并發(fā)送量子資源，而在第二階段的后處理中需要公開大量經(jīng)典信息，因而在這些協(xié)議中總是簡單假定存在公開且認(rèn)證的經(jīng)典信道。為了節(jié)省認(rèn)證開銷，隨后也出現(xiàn)了兩類認(rèn)證方法，其中一類是量子方法，另一類是經(jīng)典方法。相對而言，量子方法具有安全和效率更高的優(yōu)勢。

然而傳統(tǒng)的量子密鑰分配協(xié)議并不是一種嚴(yán)格意義上的公平協(xié)議(例如，僅由一方制備、發(fā)送量子資源，另一方對其接收、測量抽取經(jīng)典信息)。但在很多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，需要確保協(xié)議的公平性。由此產(chǎn)生了量子密鑰約定協(xié)議。在量子密鑰約定協(xié)議中，會話密鑰的生成完全由兩方公平協(xié)商，任何一方不能獨自操縱和控制最終的會話密鑰。但已有的量子密鑰協(xié)商協(xié)議既沒有考慮參與者的身份認(rèn)證，也沒有驗證最終會話密鑰的正確性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的量子密鑰分配方案中難以保證參與者的公平性，以及現(xiàn)有量子密鑰協(xié)議缺少對參與者合法身份以及會話密鑰的正確性檢驗，提供一種安全、高效的具有可驗證功能的量子密鑰協(xié)議方法，以期能節(jié)約經(jīng)典和量子資源耗費，減少經(jīng)典、量子通道安全性檢測的次數(shù)，確保參與者身份的合法性以及最終密鑰的正確性，并保證更高的量子通信效率，從而能實現(xiàn)更加實用、安全、高效的量子密鑰協(xié)商方案。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用如下的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種可驗證的量子密鑰協(xié)商方法，是應(yīng)用于由兩個參與者Alice和Bob，以及連接兩個參與者的公開網(wǎng)絡(luò)中，其中，所述公開網(wǎng)絡(luò)包括公開的量子通道和公開的經(jīng)典通道；其特點是，所述可驗證的量子密鑰協(xié)商方法是按照如下步驟進(jìn)行：

步驟1：初始化階段：

所述參與者Alice和所述參與者Bob通過面對面的方式共享一個2m比特的主密鑰k_AB＝k_AB[1]||k_AB[2]||…||k_AB[i]||…||k_AB[m]，其中，k_AB[i]表示第i比特的主密鑰，且k_AB[i]∈{00，01，10，11}，1≤i≤m，||表示字符串連接符；

步驟2：所述參與者Alice和所述參與者Bob各自制備n組EPR粒子對：