[发明专利]一种基于单光子的双向身份认证方法

说明书

本发明公开了一种基于单光子的双向身份认证方法，其步骤包括：认证双方共享一个密钥，第三方制备初始单光子序列并发送给一个认证方，认证方根据共享密钥对单光子序列实施相应的单粒子操作，再对单光子序列实施随机置换，置换后通过量子信道发送给另一方，另一方执行逆置换操作，得到置换前的单光子序列，再根据密钥实施相应的单粒子操作，恢复初始的单光子序列返回给第三方，第三方测量返回单光子序列并比较是否与初始光子序列一致，若一致，则认证成功，否则，认证失败。本发明采用单光子作为量子资源，并有效解决复杂网络通信协议中用户身份认证问题的有效性、可实现性和安全性问题，从而使得认证更加便捷有效。

技术领域

本发明属于量子通信技术领域，尤其涉及一种基于单光子的双向身份认证方法。

背景技术

随着互联网的不断发展，人们在日常生活中开始越来越多地使用在线交易。然而病毒、黑客、网络钓鱼以及网页仿冒诈骗等恶意威胁，给在线交易的安全性带来了极大的挑战。身份认证是实现信息安全的基本技术，系统通过审查用户的身份来确认用户是否对某种资源的访问和使用权限，同样也可以进行用户与用户之间的身份认证。目前已有的认证方法包括基于经典密码的身份认证和基于生物特征的身份认证。基于经典密码的身份认证虽然准确，但是经典密码认证是以计算复杂性及计算能力的有限性来保证其安全的，例如基于求解大数分解、离散对数等NP难题的计算复杂性假设，浪费计算资源，并且不能保证无条件安全。基于生物特征的身份认证主要是依靠概率来进行认证的，存在一定的风险。除此之外，基于生物特征的身份认证通常需要专用设备，设备费用昂贵。然而随着量子信息处理技术的不断发展，生物认证和经典密码认证技术都受到了巨大的安全挑战。

量子通信是量子信息领域中最重要的应用之一，量子身份认证(QIA)是量子密钥分发(QKD) 系统获取可靠密钥的前提，为通信双方的身份合法性提供重要依据。QIA利用量子不可克隆和测不准原理对输入者个人信息进行量子信息处理并与系统中预先存储的个人信息进行比较，从而对个人身份进行肯定或者否定的判断。1999年，Dusek等人首先提出利用经典信息认证算法对量子密钥系统经典信息进行认证的方案，从而达到抗干扰信道的效果。2000年，曾贵华利用量子的物理特性，提出了可信赖中心的QIA，在此基础上进一步研究了无可信赖中心的量子身份认证方案，此方案采用认证密钥加密认证量子信息，以实现对认证方的动态认证，并且改进了认证的顺序，代替了经典公钥认证方案。然而现有QIA还存在诸多局限性，很难在安全、效率、可实现性等方面满足应用所需。一方面，现有多数QIA协议需要多粒子纠缠态以及相应的复杂操作和测量，因而难以实现。另一方面，很多QIA存在安全缺陷，后来发现这些QIA难以抵抗一些特殊的量子攻击，例如纠缠测量攻击，因而很难做到无条件安全。此外，目前的大多数QIA方法并没有考虑粒子在信道传输过程中的损耗问题。粒子在传输过程的损耗，让这些方法难以在真实环境中实现。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足之处，提供一种基于单光子的双向身份认证方法，以及采用单光子作为量子资源，并有效解决复杂网络通信协议中用户身份认证问题的有效性、可实现性和安全性问题，从而使得认证更加快捷有效。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于单光子的双向身份认证方法的特点是应用于由用户A和用户B、以及协助所述用户A和用户B实施双向认证的第三方C所组成的网络环境中，并按如下步骤进行：

步骤1：所述第三方C定义一个整数n作为系统参数，再设置一个哈希函数Hash，并公开所述系统参数n和所述哈希函数Hash；

所述用户A与所述用户B通过量子密钥分配QKD协议共享一个长度为n×lgn比特的密钥K；

步骤2：所述用户A或所述用户B向所述第三方C发送一个认证请求；