[发明专利]基于量子行走的身份认证方法及相关设备

说明书

本发明提供一种基于量子行走的身份认证方法及相关设备，该方法包括：通过制备单光子序列在构建的量子行走系统中进行两步量子行走操作，对经过两步量子行走的单光子序列进行Z基测量，通过测量结果判断参与方是否通过身份认证。本发明的身份认证方法可行性和实用性更高，且易于制备，对物理资源消耗较少，无需前期制备纠缠态的量子，从而避免认证过程导致风险泄露，提高了身份认证的安全性。同时，本发明提供的身份认证方法在IBM量子云平台上进行了实验验证，验证结果与理论推导相符合，使得本发明的身份认证方法更加贴合实际。

技术领域

本发明涉及量子身份认证技术领域，尤其涉及一种基于量子行走的身份认证方法及相关设备。

背景技术

身份认证是指对网络主体的身份标识进行检验，以确认网络主体身份的可信过程，它在20世纪60年代左右出现并被应用于计算机技术领域。身份认证技术经过了长时间的发展和应用，大致分为三个阶段。第一阶段主要包括静态口令、动态密码、第三方授权登录等形式，虽然存在身份标识信息泄露的风险，但仍未被淘汰。第二代身份认证以公钥基础设施PKI（Public Key Infrastructure）技术、区块链技术为代表，非对称加密算法、哈希算法、数字证书等当时的主流技术被应用其中，同时，也出现了以线上快速身份验证FIDO联盟（Fast Identify Online Alliance）标准为代表的轻量级身份认证协议，其以高安全、跨平台、保护用户隐私著称。第三代身份认证技术在高速移动互联网蓬勃发展的背景下被提出，主要集中于生物学特征识别、大数据用户行为分析、量子加密等新兴领域，同时，由于量子计算的出现，基于大数分解、离散对数问题的一众加密算法变得不再安全，当前的身份认证技术面临着巨大挑战。

量子安全通信作为量子密码学研究的一个热点，已逐步从理论设计进入实现应用阶段。目前，对于量子安全通信领域的研究已经细化到通信的各个阶段，以追求更高的安全性和效率为目标。其中，量子身份认证（Quantum Identity Authentication，QIA）是实现量子通信的必要前提。QIA是经典身份认证和量子通信理论的结合，它的安全性由测不准定理和不可克隆原理等量子力学的根本性质所保证，这使得QIA比经典身份认证更加安全。

目前，国内围绕QIA开展了一系列研究，取得了丰硕的成果。方案多具有以下特点：第一，所提出的QIA方案中一般都需要将代表经典密钥信息的量子序列传送到第三方认证机构，将认证所需的信息编码在具有纠缠关联的量子序列中，由第三方出具验证的结果。第二，之前关于量子身份认证的研究一般都需要制备量子纠缠态并分发到验证方，利用纠缠特性完成身份认证。但是，纠缠态序列中包含着密钥信息，在分发过程中存在泄露风险，同时，纠缠态的制备相对于单光子的制备需要消耗更多的物理资源。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于量子行走的身份认证方法及相关设备。

基于上述目的，本发明提供了一种基于量子行走的身份认证方法，包括：

参与身份认证的第一参与方和第二参与方通过量子密钥分发协议获取共享密钥，所述共享密钥长度为n，其中，n为正整数；

所述第一参与方和所述第二参与方基于所述共享密钥分别制备长度均为n的第一单光子序列和第二单光子序列，参与身份认证的第三方认证机构随机制备一组长度为n的单光子序列，作为第三单光子序列；

基于两硬币两点完全图构建量子行走系统，所述第三单光子序列中的单光子作为所述量子行走系统中的位置态，所述第一单光子序列中的单光子作为所述量子行走系统中的第一硬币，所述第二单光子序列中的单光子作为所述量子行走系统中的第二硬币，所述第三方认证机构将所述第三单光子序列中的每一个单光子与和其相对应的所述第一单光子序列中的单光子和所述第二单光子序列中的单光子顺次进行两步量子行走操作；

所述第三方认证机构通过选取匹配的测量基对经过两步量子行走的所述第三单光子序列进行测量，得到测量结果；