[发明专利]基于单光子的量子同步双向身份认证方法

说明书

本发明公开了基于单光子的量子同步双向身份认证方法，属于量子通信技术领域，从申请认证阶段到完成认证，首先根据一种量子票据协议对身份认证的双方进行分配共享字符串和一次一密密码本，该阶段由可信第三方的参与。在具体的认证阶段，由发起人正方根据共享共享信息中高效的新型编码制备出用于通信的粒子，并使用该部分粒子完全全程的双向认证。Alice向Bob一次发送单个光子，Bob测量后根据恢复出的共享字符串信息进行窃听检测，后对粒子幺正变换后依次单个传回信道，Alice接受并测量后与公布的算子进行比对完成窃听检测。该方法在提高编码效率的同时，有效杜绝了身份抵赖行为并具备相当的窃听检测率。

技术领域

本发明设计量子通信，量子身份认证等领域，具体涉及一个利用知识图谱检索简单问句答案的方法，一个利用双向注意力编码网络对关系问句与知识图谱中关系相似度匹配的方法；一个在检测关系时加入问题意图这个特征辅助检测的方法。

背景技术

当今业内常用的现有技术是基于Bennett和Brassard提出的BB84协议中的量子密钥分发(Quantum Key Distribution)策略在量子安全直接通信(Quantum Secure DirectCommunication,QSDC)、量子身份认证(Quantum Identity Authentication,QIA)等方面进行协议的改良和变换。量子身份认证作为量子通信的重要组成部分和量子密码学相关协议的落实部分，其重要性不言而喻。在量子领域研究近年来受到广泛关注的同时，由于量子密码具备无限的潜力和光明的前景，其各个方面和领域都得到了巨大的发展，但是对于量子身份认证的讨论和完整协议的提出依然未被重点关注。量子密码在理论上的成果已经数不胜数，量子密码与真正的实际应用也还有一段距离，对于整个量子通信以及量子密码理论体系上的完善未来应该有着均衡地发展才能以期在步入应用阶段的更多可能性。

现有技术存在的问题是：

目前的量子身份认证协议大多只能在一次粒子制备后完成一次单向的认证，完成双向的认证需要多次制备粒子和建立通信。目前的实验条件下，量子操纵技术和量子存储也远远没有达到部分量子身份认证协议所要求的技术条件。另外，在对量子信息编码时的方式安全性和效率急待提高。

解决上述技术问题的难度和意义：

本发明可以一次性完成双方的认证且几乎是同时结束的。对于身份认证信息的编码采用了一位编码确定测量机的策略，提高效率又保证安全性。

为了使本发明应用在现有实验条件下，本发明减少了对量子比特的制备次数避免部分设备误差、替换了复杂的量子操纵技术而使用简单的量子自旋，同步认证减少了不必要的量子存储。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于单光子的双向同步量子身份认证方法，本发明适用在量子密钥分配协议中或量子安全直接通信中用户双方基于一次粒子制备，同时对彼此进行量子身份认证，从而避免多次建立通信带来的窃听风险，在通信双方两次认证中不需要多次制备粒子，避免叠加的设备误差。不仅如此，在协议开始前的共享字符串和建立通信阶段，讨论了量子环境下的实现策略，避免了经典信道中的多种不安全因素。整个协议在量子力学基本性质的保证下，由于不可克隆和量子测不准原理，保证了协议的无条件安全。

协议包括准备阶段和认证阶段。准备阶段介绍了给出了两方进行身份认证通信前的前提，包括验证前共享信息和粒子的具体编码方式，与密码本序列与量子态运算的匹配规则。认证阶段根据准备阶段的铺垫，详细介绍并解释了身份认证双方各自发起的行为和涉及到的数据。并根据顺序给出具体流程框图。接下来给出具体的步骤，其中截止步骤五，为整个协议的准备阶段，从步骤六开始为身份认证阶段。

步骤一 Alice向可信第三方Charlie发送通信请求，发送的请求信息中应该至少包含Alice的身份信息和请求建立通信对象Bob的ID信息。