[发明专利]一种基于身份认证的半量子对话方法

说明书

本发明公开了一种基于身份认证的半量子对话的方法，首先量子方和经典方预先共享一个随机二进制串，然后量子方制备量子比特，然后将量子方身份序列和秘密消息通过量子比特对经典方进行发送；然后经典方对发送的身份序列和秘密消息进行身份认证，然后对经典方的身份序列和秘密消息进行编码和安全检测，并反馈给量子方；最后量子方接受反馈的信息，对经典方的身份进行认证，然后检测信道的安全性，最后量子方和经典方分别解码对方的秘密消息，使用单光子源和单光子探测器实现，技术比较成熟，同时经典方的实现不需要使用量子寄存器。身份认证使本协议可有效抵抗中间人攻击、模仿攻击等恶意攻击。

技术领域

本发明属于量子保密通信技术领域，涉及一种基于身份认证的半量子对话的方法。

背景技术

近年来，量子计算以超强的计算能力对基于计算复杂性的传统密码学产生了巨大威胁。同时，量子密码学利用量子力学原理，可以实现理论上的无条件安全通信。自产生以来，量子密码学在理论和实验方面都引起了研究者的广泛研究，并产生了许多有趣的分支，如量子密钥分发(Quantum key distribution，QKD)[1-4]，量子秘密共享(quantum secretsharing，QSS)[5-7]，量子安全直接通信(Quantum secure direct communication，QSDC)[8-10]，量子身份认证(Quantum Identity Authentication，QIA)[11-13]等。

QKD致力于通过量子信号传输在两个远程通信者之间建立一串随机密钥。QSDC与QKD的区别是，在QSDC的通信过程中通信双方不需要事先生成密钥，而是通过直接建立量子信道的方式进行通信，直接完成秘密消息的安全传输。自QSDC提出以来，基于不同量子资源的QSDC协议纷纷被提出来[8-10,14,15]，相关的实验也得到了证明[16-18]。随着QSDC的发展，Nguyen等人于2004年首次提出双向的QSDC协议[19]，在该协议中发送方和接收方可以同时交换他们的秘密消息，因此该协议也被称为量子对话(Quantum Dialogue，QD)。自那之后，QD就引起了国内外学者的广泛研究。遗憾的是，2008年，Tan等人[20]和Gao等人[21]指出，早期的QD协议[19,22-27]存在“经典相关”或“信息泄露”等问题，也就是说，任何窃听者都可以从合法用户的经典通信中提取有关传输的秘密消息的信息。鉴于此，学者们又提出了许多可以克服“经典相关”或“信息泄露”等问题的QD协议[28-46]。值得注意的是，量子身份认证(QIA)是QD的一个重要课题，通信双方可通过量子身份认证来验证对方的身份，从而有效抵抗通信过程中的中间人攻击和模仿攻击等问题，提高协议的安全性。鉴于此，许多具有身份认证功能的QD协议也被提出来[32,35,37,40,43,46-48]。

为了实现量子密码协议，节约量子密码协议中所使用的量子资源和经典资源是值得考虑的问题。在早期的实用量子网络中，可能并不是每一个参与者都具有昂贵的量子资源和熟练的量子态操作技术。基于这个事实，2007年，Boyer等人[49]提出了一个新颖的想法(也就是BKM2007协议)，可以降低其中一个参与者的量子能力。由于接收者在整个协议中所做的操作类似于经典操作，该协议也被称为半量子密钥分发(Semiquantum KeyDistribution，SQKD)协议，接收者被称为“经典方”，Z基被称为经典基。2009年，Boyer等人用测量重发和随机化策略扩展了原始的半量子密钥分发协议[50]。此后，多种SQKD协议被提出来[51-55]。除SQKD之外，半量子的思想也被应用到其他半量子保密通信协议中，如半量子秘密共享[56-59]、半量子信息分割[60]、半量子私密比较[61]、半量子身份认证[62,63]、半量子安全直接通信[41,64-68]和半量子对话[41-43]等；