[发明专利]一种基于Grover算法的量子群认证方法

说明书

本发明属于量子计算和量子认证技术领域，涉及一种基于Grover算法的量子群认证方法，包括认证管理中心制备初始认证量子态，并且通过安全量子信道发送给需要认证的网络群组，接着制备多个私密份额作为注册用户身份信息并通过经典信道发送给注册用户，并且为网络群组生成一个群组标识符并通过经典信道发送给网络群组；认证阶段每个参与认证的用户根据自己身份信息和群组标识符对认证量子态进行酉变换，最后群组将酉变换后的认证量子态传回给认证管理中心，进行对比得出认证结果；本发明使用了Grover算子，对Grover算子的用法进行了扩展，能够对群体用户身份和网络群组标识符同时进行认证，双重认证提高了认证方法的安全性。

技术领域

本发明属于量子计算和量子认证技术领域，涉及一种基于Grover算法的量子群认证方法。

背景技术

众所周知，认证是保证传输信息完整性的一种有效方法，而身份认证技术也常被应用于电子商务和投票等具体场景中，在现实生活中有非常广泛的应用场景。传统认证协议的安全性基于的大多是经典密码学中关于离散对数、二次剩余、大数因子分解等计算复杂度问题的。但是近年来随着量子技术的飞速发展，量子计算机的强大计算能力对这些经典协议安全性构成能巨大的挑战。而同时代背景下的量子加密技术则是基于量子物理学的基本原理，其安全性是建立在Heisenberg测不准原理及量子不可克隆定理基础上的，特别是一些量子密钥分配协议如BB84，B92协议已经被证明是无条件安全的，量子认证是量子密码学中的重要分支，因而量子认证技术是前沿安全技术的焦点领域其应用量子投票也是今年来研究热点。

在量子技术环境中，量子并行计算具有强大的计算潜力，量子搜索算法中的Grover算法是量子并行计算运用的代表，因而受到人们高度关注。其算法中的旋转算子和投影算子具有很高的研究价值，且现有的一些量子联想记忆模型和量子机器学习算法都利用了Grover算法的思想，但是基于Grover算法的群体身份认证方案还没有出现，特别是Grover算子的特性其实能够和门限思想相结合作为一种群体身份认证算法。

最近几年利用量子技术提出的量子身份认证方案研究日益增多，但是现有多数量子认证方案中考虑的是量子通信双方的身份认证，如果在多用户参与认证的情况下，认证过程需要多次进行迭代认证，效率较低，浪费了经典资源和量子资源，而且无法对多用户身份同时进行认证。

针对现有量子认证方案无法对多用户身份进行同时认证的缺陷和效率低下的问题提出了本认证方法。

发明内容

有鉴于此，针对需要对多个用户身份同时进行认证的需求，提出了一种能够对用户群体身份和网络标识符进行双重认证，且基于Grover算法的量子群体认证方法，本发明一种基于Grover算法的量子群认证方法，当网络群组G_M中多个用户需要对身份同时进行认证，则网络群组G_M向认证管理中心发起认证请求。认证管理中心负责对用户群体身份和网络群组身份进行认证，包括以下步骤：

S1、认证管理中心为网络群组制备认证量子态，该量子态是一个两粒子态，表示为|S_w；

S2、认证管理中心根据Shamir(t,n)门限思想随机生成n个私密份额和群组认证码，将私密份额发放给网络群组中需注册的普通用户，普通用户保留自己的群组认证码，认证管理中心生成一个群组标识符并发送给网络群组；

S3、网络群组中需注册的普通用户n人得到私密份额后，普通用户计算出各自的私密认证码，参与身份认证的t人根据自己的私密认证码和群组标识符对认证量子态分别执行相应酉操作，网络群组将认证量子态传送回认证管理中心；

S4、认证管理中心根据群组标识符计算出认证参数，根据群组认证码对认证量子态执行酉操作并进行测量，通过认证参数和测量结果进行对比得出认证结果；

其中，|·表示狄拉克符号右矢符号，|a表示单粒子量子态，两个单粒子量子态通过张量积符号表示一个两粒子量子态，即|aa表示一个两粒子量子态。