[发明专利]基于偏振和相位同时编码的量子身份认证系统

说明书

本发明提出一种基于偏振和相位同时编码的量子身份认证系统，该系统使用矢量光场生成光路对光的波前同时进行偏振和相位的编码，产生编码的高维量子光，使用这种高维量子光照射光学PUF钥匙获取激励‑响应对，建立激励‑响应对数据库，然后根据数据库信息进行身份认证。本发明可对量子光的偏振和相位同时进行编码，能够更充分的利用光学PUF钥匙中的模式信息，增加了高维量子光被探测的难度，增强了认证的安全性，在安全领域具有极好的应用前景。

技术领域

本发明涉及身份认证系统，具体涉及一种基于偏振和相位同时编码的量子身份认证系统，属于安全认证技术领域。

背景技术

基于物理不可克隆函数（PUF）的认证系统具有非常好的安全性，在下一代安全认证技术中有广阔的应用前景。Boris Skoric等在光学PUF的基础上提出了使用量子态读出PUF（QR-PUF）的量子认证方法，由于同时使用了量子不可克隆性和PUF的物理不可克隆性，这种量子认证方法将比传统光学PUF具有更高的安全性。S. A. Goorden等在Boris Skoric的工作基础上设计了使用空间光调制器调制相位信息产生高维量子态进行量子认证的方法，这种方法由于只调制了高维量子态的相位信息，没有能够充分利用光学PUF中丰富的与偏振相关的模式信息，因此设计一种能够更充分的利用PUF中模式信息的认证系统很有必要。

发明内容

为了克服现有量子身份认证系统没有充分利用光学PUF钥匙中模式信息的问题，本发明设计了基于偏振和相位同时编码的量子身份认证系统，该系统使用矢量光生成系统对高维量子光进行偏振和相位同时编码的方式照射光学PUF钥匙，能够更充分的利用光学PUF钥匙中的模式信息，提升认证的安全性。

本发明的技术方案如下：

基于偏振和相位同时编码的量子身份认证系统，其特征在于包括：脉冲激光光源和沿脉冲激光光源照射方向依次设置的衰减片组、扩束镜、矢量光场生成系统、分光棱镜，沿分光棱镜的直射光方向放置光学PUF钥匙，沿分光棱镜的折射光方向设置有相机；

所述脉冲激光光源，用于发出光脉冲；

所述衰减片组，用于对光脉冲能量衰减的衰减片组；

所述矢量光场生成系统，用于对弱相干光同时进行相位和偏振编码；

所述相机，用于对散斑成像。

所述量子身份认证系统在实施时，包括注册和认证两个实施过程，其中：

注册时，脉冲激光光源发出的光脉冲经过衰减片组后被衰减，得到弱相干光光束；该弱相干光经过扩束镜后被扩束，扩束后的光经过矢量光生成系统进行偏振和相位的编码；将编码后的光照射到光学PUF钥匙上产生散射，散射光经过分光棱镜反射后照射到相机上，使用相机采集散斑图样；随机改变矢量光生成系统对光的编码方式，并使用相机记录对应的散斑，组成激励-响应对，并存储形成激励-响应对数据库，完成对光学PUF钥匙的注册过程；注册后的光学PUF钥匙分发给用户，用户使用分发的光学PUF钥匙进行身份认证；该注册过程中，充分利用了不同的编码将会得到不同的散斑响应，编码与散斑响应是一一对应的。

用户使用光学PUF钥匙进行认证时，在激励-响应对数据库中随机挑选激励加载到矢量光生成系统上，使用相机采集散斑，将采集到的该散斑与挑选的激励-响应对中的散斑进行对比，如果该散斑与储存的激励-响应对一致，则身份认证通过，如果不一致，则身份认证失败。

所述经过衰减片组衰减后得到的弱相干光中单个脉冲的光子数应远小于矢量光场生成系统中可以独立调节的自由度数目。

在注册过程中，扩束后经过编码后的光是一种高维量子光。

本发明具有如下优点：

1.本发明对光同时进行偏振和相位编码，增加了高维量子光的可调维度，增强了认证激励光的安全性。