[發明專利]一種基于單光子的雙向身份認證方法

有效

• 申請號: 202010028161.7
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111082937B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 石潤華;石澤;茍湘淋
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種基于單光子的雙向身份認證方法，其特征是應用于由用戶A和用戶B、以及協助所述用戶A和用戶B實施雙向認證的第三方C所組成的網絡環境中，并按如下步驟進行：

步驟1：所述第三方C定義一個整數n作為系統參數，再設置一個哈希函數Hash，并公開所述系統參數n和所述哈希函數Hash；

所述用戶A與所述用戶B通過量子密鑰分配QKD協議共享一個長度為n×lgn比特的密鑰K；

步驟2：所述用戶A或所述用戶B向所述第三方C發送一個認證請求；

步驟3：所述第三方C使用不同的基隨機制備極化單光子序列S_C，極化單光子序列S_C包含n×lgn個光子；并將其分為n組，每組有lgn個光子；

步驟4：所述第三方C隨機生成檢測光子M₁，M₁包含q個檢測光子；并插入到極化單光子序列S_C中，從而形成新的極化光子序列S_C*并發送給所述用戶A；

步驟5：所述第三方C確認所述用戶A收到新的極化光子序列S_C*后，協助所述用戶A利用檢測光子M₁檢測量子信道是否安全；若安全，則由新的極化光子序列S_C*恢復得到極化單光子序列S_C，并執行步驟6；否則，認證過程結束；

步驟6：所述用戶A根據所述哈希函數Hash，計算密鑰K的哈希值K^*＝Hash(K)，且K^*＝{k^*(1),k^*(2),k^*(3),...,k^*(i),...,k^*(n)}，其中，k^*(i)表示所述密鑰K的哈希值K^*中第i個比特的值；i＝1,2,…,n；從而所述用戶A根據哈希值K^*對極化光子序列S_C實施操作；

步驟7：所述用戶A隨機生成一個置換P，并利用所述密鑰K對置換P進行加密，形成密文E_K(P)后，通過經典信道發送給所述用戶B；

所述用戶A對所述極化光子序列S_C實施H操作后得到光子序列S_A；

所述用戶A根據置換P對所述光子序列S_A進行置換，得到置換后的光子序列S_A’；

所述用戶A隨機生成檢測光子M₂，M₂包含q個檢測光子；并插入所述置換后的光子序列S_A’中，從而形成新的光子序列S_A*后，通過量子信道發送給所述用戶B；

步驟8：所述用戶A確認所述用戶B收到所述新的光子序列S_A*和所述密文E_K(P)后，協助所述用戶B利用檢測光子M₂檢測量子信道是否安全；若安全，則執行步驟9；否則，認證過程結束；

步驟9：所述用戶B由新的光子序列S_A*恢復得到所述置換后的光子序列S_A’；再利用密鑰K對所述密文E_K(P)進行解密，得到所述置換P；從而根據所述置換P對置換后的光子序列S_A’進行相應的逆操作，得到所述光子序列S_A；

步驟10：所述用戶B按照步驟6對光子序列S_A實施相同的操作；

步驟11：所述用戶B對所述光子序列S_A實施H或I操作后得到光子序列S_B；

所述用戶B隨機生成檢測光子M₃，M₃包含q個檢測光子；并插入所述光子序列S_B中，得到新的光子序列S_B*后發送給所述第三方C；

步驟12：所述用戶B確認所述第三方C收到新的光子序列S_B*后，協助所述第三方C利用檢測光子M₃檢測量子信道是否安全，若信道安全，則執行步驟13，否則，認證過程結束；

步驟13：所述第三方C去掉檢測光子M₃后，得到所述光子序列S_B，再根據制備極化單光子序列S_C時所用的基，對所述光子序列S_B中的每一個光子實施單粒子測量，從而得到測量結果；

將所述測量結果與極化單光子序列Sc比較，若比較結果為兩者一致，則表示所述用戶A與所述用戶B認證成功，否則，表示認證失敗；

由第三方C公開所述比較結果。

2.根據權利要求1所述的雙向身份認證方法，其特征是，所述步驟6中的實施操作是按如下過程進行：

步驟6.1：初始化i＝1；

步驟6.2：如果k^*(i)＝1，則對極化光子序列S_C中的第i組執行H操作，否則，執行I操作；

步驟6.3：將i+1的值賦給i，并判斷i＞n是否成立，若成立，則執行步驟7，否則將返回步驟6.2。