[发明专利]基于量子模糊承诺的指纹生物特征认证方法

摘要

本发明公开了一种基于量子模糊承诺的指纹生物特征认证方法，包括注册阶段和认证阶段，在注册阶段首先利用无需自对偶约束的量子纠错码空间构建模糊承诺集产生承诺阶段所需的码字，并对其施加用于模糊证明的加噪变换，然后构造了一种量子哈希算法，对随机量子序列进行混淆扩散后加密，实现信息论意义上的一次一密安全；在认证阶段采用量子模糊承诺打开模糊承诺集，从而获得密钥解密随机消息。本发明在纠缠辅助量子纠错码的基础上，结合量子哈希算法构造一类新的量子模糊承诺体制，相比于其它同类指纹认证方法在生物特征数据的存储安全方面和认证安全方面都具有显著的优越性，并且可以提高量子生物识别性能与生物模板信息存储与传输的安全性。

主权项

1.一种基于量子模糊承诺的指纹生物特征认证方法,其特征在于，包括以下步骤：步骤一、指纹生物特征注册阶段，具体步骤如下：步骤(1)，采集用户指纹特征图像，对用户指纹特征图像进行预处理、二值化后得到与纠缠辅助量子纠错码的码字同构的用户注册指纹样本|φ>，该样本|φ>为正交基{|0>,|1>}上的n位量子比特序列，其中n为正整数；步骤(2)，随机选取正交基{|0>,|1>}上的k位量子比特序列|k_j>，计算机系统通过纠缠辅助量子纠错码将该量子比特序列|k_j>编码为该码字是正交基{|0>,|1>}上与样本|φ>同长度的量子比特序列，且其中量子比特|1>总数大于纠缠辅助量子纠错码的纠错能力t，其中k、j均为正整数，下标L为逻辑态logic；步骤（3），构造模糊承诺集{Q_He(|k_j>),△_e}，具体如下：a，将量子哈希函数Q_He:{|0>,|1>}ⁿ→{|0>,|1>}^m作用于量子比特序列|k_j>得到量子散列值Q_He(|k_j>)，其中m为正整数；b，将用户注册指纹样本|φ>作为承诺证明，计算纠缠辅助量子纠错码的任意错误算子E₁,E₂,…E_i,…,E_τ∈E_e作用承诺证明|φ>得到模糊证明集：{E₁|φ>,E₂|φ>,…,E_i|φ>,…,E_τ|φ>}；其中，E_e代表错误算子集合，i、τ均为正整数，τ代表错误算子的总数；c，计算承诺证明|φ>与步骤（2）所述编码后的量子比特序列的广义模糊距离△_e为纠缠辅助量子纠错码中的广义模糊距离；d，采用量子散列值Q_He(|k_j>)、广义模糊距离△_e构成模糊承诺集{Q_He(|k_j>),△_e}；步骤(4)，由密钥生成算法KeyGen(|k_j>)计算得到密钥对{PriK(|k_j>),PubK(|k_j>)}，然后将{PriK(|k_j>),PubK(|k_j>)}∪{Q_He(|k_j>),△_e}作为用户注册信息集存储在认证方计算机系统中；其中，PriK(|k_j>)、PubK(|k_j>)分别表示密钥生成算法KeyGen(|k_j>)根据种子|k_j>生成的私钥和公钥；步骤二：认证阶段，具体实施步骤如下：步骤(5)，用户提供认证指纹样本|φ′>给认证方计算机系统，认证方计算机系统尝试打开模糊承诺集{Q_He(|k_j>),△_e}；如果打开成功，则获得量子比特序列|k_j>，如果打开失败则返回继续提供认证指纹样本，持续若干次失败中止认证；步骤(6)利用量子比特序列|k_j>从密钥生成算法KeyGen(|k_j>)获得密钥对{PriK(|k_j>),PubK(|k_j>)}；步骤(7)，认证方计算机系统发送给用户方一个随机消息Messa，用户方利用获得的私钥PriK(|k_j>)对该随机消息Messa实施签名Decry[PriK(|k_j>),Messa]=ξ并提交认证方计算机系统；其中Decry[PriK(|k_j>),Messa]表示利用私钥PriK(|k_j>)解密消息Messa；步骤(8)，认证方计算机系统采用加密算法Encry[·]对比验证Encry[PubK(|k_j>),ξ]与随机消息Messa是否相同，若完全相同则验证通过，其中Encry[PubK(|k_j>),ξ]表示利用公钥PubK(|k_j>)对消息ξ加密。