[发明专利]一种具有双向身份认证功能的量子密钥分发方法及系统

说明书

本发明属于网络信息技术领域，公开了一种具有双向身份认证功能的量子密钥分发方法及系统,通信参与者利用代表用户身份的二进制字符串进行Bell态的制备，按照同一约定进行编码，粒子交换，完成Bell基测量实现对Bell态粒子的纠缠交换，进行按位异或运算后，通信双方的任意一方进行Pauli门操作，使手中的粒子转换成和对方手中的粒子一样的Bell态粒子；按照同样的编码规则，通信双方可以获得一串相同二进制字符串，完成密钥的分配。本发明提高了通信双方认证过程中产生资源的利用率；根据通信双方公布的约定就可以实现身份认证和密钥分发无需第三方的介入，需要的量子态为两粒子的Bell态，制备相对较为容易。

技术领域

本发明属于网络信息技术领域，尤其涉及一种具有双向身份认证功能的量子密钥分发方法及系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

自第一个量子密钥分配(QKD)协议被提出后，近年来量子密码学得到了巨大的发展。与经典密码学相比，量子密码学结合经典密码学和量子力学，利用量子效应实现了无条件安全的信息交互。为了满足社会对各种实际安全的需要，科研人员提出了大量的量子密码协议，主要包括量子密钥分配协议(QKD)、量子直接安全通信(QSDC)、量子秘密共享(QSS)、量子数字签名及量子身份认证(QIA)等。QIA是以量子态为载体，利用量子力学原理使得通信一方的身份被另一方确认。QKD是通过量子信道，同时以经典信道作为辅助，给通信双方分配密钥。

随着对量子技术研究的不断进步，在实际应用中量子隐私查询(QPQ)、结合身份认证的量子密钥分发技术等也在快速发展。量子通信是量子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利用量子不可克隆及量子测不准原理对输入者个人信息进行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等首先提出利用经典信息认证算法对量子密钥系统经典消息进行认证的方案，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。到目前为止，QIA共分为如下三类：第一类为点对点的QIA，第二类是网络中的QIA，第三类是QIA与QKD相结合。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)以往的身份认证协议为了实现密钥的更新，都存在第三方介入问题，并且定义了大量的参数，认证协议的复杂度很高。

(2)很多现有的协议所用到的量子态都是三粒子以上的纠缠态，然而制备三粒子以上的纠缠态需要消耗的资源多，制备难度大，这就提高了身份认证过程带来的费用。

(3)现有的许多协议在身份认证协议完成后，产生的字符串资源都没有进一步利用。这就产生了较大的资源浪费。

解决上述技术问题的难度和意义：

难度在于：认证过程中如果存在第三方，整个通信过程的安全性会在一定程度上受限于第三方的可靠性，会导致认证双方信息被窃听的机率加大。

现有的大部分身份认证协议，在完成身份认证后，都没有进一步利用已经分发的粒子；

在现有的制备技术上，制备三粒子或者三粒子以上的纠缠态粒子难度比较大。

解决现有技术后，带来的意义为：

本系统不存在第三方协助认证过程，使得通信双方认证的可靠度得到较大提升。

本系统采用二粒子的BELL纠缠态，在现有的制备技术上，制备BELL态粒子的难度要远远小于制备三粒子或者三粒子以上的纠缠态粒子。使用BELL态粒子会大大降低通信双方的额外开销。