[发明专利]一种基于轨道角动量的多用户量子身份认证方法

权利要求书

1.一种基于轨道角动量的多用户量子身份认证方法，其特征在于，分布式网络分为3层，可信中心C、子服务器B和用户A，可信中心C用于辅助完成子服务器和认证用户的认证工作；N个子服务器完成N组不同相位因子的认证；每个子服务器包含M个用户A，每个用户A含有不同的拓扑荷值，分布式网络系统设有多个子服务器B，每个服务器B完成相位因子相同的轨道角动量的一组用户的认证过程，需要认证的用户数量为M×N个，认证过程加密密钥的数量为M×N，基于分布式网络系统多用户量子身份认证，先进行认证准备，认证准备阶段中子服务器与认证用户共享加密密钥K_ij，加密密钥数量与需认证用户数量相同，加密密钥K_ij计算如下：

K_ij＝{K₁₁,K₁₂,...,K_1M,K₂₁,...,K_NM}i＝1,...,N,j＝1,...,M

其中，N为服务器个数，M为用户数，加密密钥的数量为M×N，认证用户与子服务器将加密密钥转换为相互正交的量子轨道角动量纠缠态，加密密钥与量子轨道角动量的相位角相关，相位角与量子轨道角动量纠缠态的具体计算如下：

其中，θ_m为量子轨道角动量的方位角，m为轨道角动量的序列值；φ_l和ψ_l为两组相互正交的拓扑荷值为l的轨道角动量纠缠态，然后在认证阶段以轨道角动量的方位角对量子用户实施分组，认证过程具体步骤如下：

S201、用户A1发送轨道角动量至可信中心C，可信中心C根据轨道角动量的方位角θ_m对其认证工作分组，如果轨道角动量的方位角满足则由子服务器B1完成用户A1的后续认证工作，N为服务器个数；

S202、可信中心C向子服务器B1发送完成用户A1认证的命令；

S203、子服务器B1向用户A1发送认证响应；

S204、用户A1使用共享的加密密钥加密量子轨道角动量，并将结果发送至B1；

S205、B1告知可信中心C检测的量子轨道角动量|γ_b；

S206、可信中心C通过测量用户A1的轨道角动量|γ_a与子服务器发送的量子轨道角动量|γ_b，测量结果一致，用户A1为合法的网络用户，以轨道角动量的纠缠特性实现轨道角动量的远程传态，网络的不同节点均共享认证加密密钥，用户和可信中心共享的加密密钥及认证的用户身份均为量子态信息，以量子轨道角动量编码分布式网络的认证用户。

2.根据权利要求1所述的一种基于轨道角动量的多用户量子身份认证方法，其特征在于，步骤S201中，合法用户A1的轨道角动量|γ_a表示如下：

其中，l_m为轨道角动量的拓扑荷值，m为轨道角动量的序列值。

3.根据权利要求1所述的一种基于轨道角动量的多用户量子身份认证方法，其特征在于，步骤S204中，量子Hadamard门由四项构成，每项第一部分表示用户A1的两粒子状态，第二部分是子服务器B1所测量的轨道角动量与受控门的组合，受控门由X、Z、Ι或者XZ构造，在子服务器设置量子测量逻辑门Μ，量子测量逻辑门Μ与量子信道参数ε,τ关联，ε,τ∈{0,1}，通过量子测量逻辑门Μ确定子服务器B1得到的轨道角动量|γ_b。

4.根据权利要求3所述的一种基于轨道角动量的多用户量子身份认证方法，其特征在于，轨道角动量通过量子控制非门表示为三粒子纠缠比特|X如下：

其中，l_a，l_b为两个相互正交的轨道角动量的拓扑荷值，C为可信中心。

5.根据权利要求4所述的一种基于轨道角动量的多用户量子身份认证方法，其特征在于，三粒子纠缠比特通过Hadamard门之后表示如下：

其中，l_m为轨道角动量的拓扑荷值，m为轨道角动量的序列值。

6.根据权利要求5所述的一种基于轨道角动量的多用户量子身份认证方法，其特征在于，量子轨道角动量|γ_b具体为：

|γ_b＝Μ|X₁

其中，Μ＝X^εZ^τ，XZ为受控门，ε,τ为量子信道参数，ε,τ∈{0,1}。