[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

本發明公開了一種基于單光子的雙向身份認證方法，其步驟包括：認證雙方共享一個密鑰，第三方制備初始單光子序列并發送給一個認證方，認證方根據共享密鑰對單光子序列實施相應的單粒子操作，再對單光子序列實施隨機置換，置換后通過量子信道發送給另一方，另一方執行逆置換操作，得到置換前的單光子序列，再根據密鑰實施相應的單粒子操作，恢復初始的單光子序列返回給第三方，第三方測量返回單光子序列并比較是否與初始光子序列一致，若一致，則認證成功，否則，認證失敗。本發明采用單光子作為量子資源，并有效解決復雜網絡通信協議中用戶身份認證問題的有效性、可實現性和安全性問題，從而使得認證更加便捷有效。

技術領域

本發明屬于量子通信技術領域，尤其涉及一種基于單光子的雙向身份認證方法。

背景技術

隨著互聯網的不斷發展，人們在日常生活中開始越來越多地使用在線交易。然而病毒、黑客、網絡釣魚以及網頁仿冒詐騙等惡意威脅，給在線交易的安全性帶來了極大的挑戰。身份認證是實現信息安全的基本技術，系統通過審查用戶的身份來確認用戶是否對某種資源的訪問和使用權限，同樣也可以進行用戶與用戶之間的身份認證。目前已有的認證方法包括基于經典密碼的身份認證和基于生物特征的身份認證?；诮浀涿艽a的身份認證雖然準確，但是經典密碼認證是以計算復雜性及計算能力的有限性來保證其安全的，例如基于求解大數分解、離散對數等NP難題的計算復雜性假設，浪費計算資源，并且不能保證無條件安全?；谏锾卣鞯纳矸菡J證主要是依靠概率來進行認證的，存在一定的風險。除此之外，基于生物特征的身份認證通常需要專用設備，設備費用昂貴。然而隨著量子信息處理技術的不斷發展，生物認證和經典密碼認證技術都受到了巨大的安全挑戰。

量子通信是量子信息領域中最重要的應用之一，量子身份認證(QIA)是量子密鑰分發(QKD) 系統獲取可靠密鑰的前提，為通信雙方的身份合法性提供重要依據。QIA利用量子不可克隆和測不準原理對輸入者個人信息進行量子信息處理并與系統中預先存儲的個人信息進行比較，從而對個人身份進行肯定或者否定的判斷。1999年，Dusek等人首先提出利用經典信息認證算法對量子密鑰系統經典信息進行認證的方案，從而達到抗干擾信道的效果。2000年，曾貴華利用量子的物理特性，提出了可信賴中心的QIA，在此基礎上進一步研究了無可信賴中心的量子身份認證方案，此方案采用認證密鑰加密認證量子信息，以實現對認證方的動態認證，并且改進了認證的順序，代替了經典公鑰認證方案。然而現有QIA還存在諸多局限性，很難在安全、效率、可實現性等方面滿足應用所需。一方面，現有多數QIA協議需要多粒子糾纏態以及相應的復雜操作和測量，因而難以實現。另一方面，很多QIA存在安全缺陷，后來發現這些QIA難以抵抗一些特殊的量子攻擊，例如糾纏測量攻擊，因而很難做到無條件安全。此外，目前的大多數QIA方法并沒有考慮粒子在信道傳輸過程中的損耗問題。粒子在傳輸過程的損耗，讓這些方法難以在真實環境中實現。

發明內容

本發明為克服上述現有技術的不足之處，提供一種基于單光子的雙向身份認證方法，以及采用單光子作為量子資源，并有效解決復雜網絡通信協議中用戶身份認證問題的有效性、可實現性和安全性問題，從而使得認證更加快捷有效。

本發明為達到上述發明目的，采用如下技術方案：

本發明一種基于單光子的雙向身份認證方法的特點是應用于由用戶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；