基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法、系统、介质及设备技术方案

本发明专利技术提供了一种基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法、系统、介质及设备，包括：用户端与认证中心通过连续变量量子密钥分发系统共享二进制密钥比特串；用户端使用共享的二进制密钥比特串对已持有的二进制身份认证密钥进行编码，得到自然数串并通过信道将该自然数串发送给认证中心；认证中心接收到自然数串，并通过共享的二进制密钥比特串解码出用户端的二进制身份认证密钥，由此判断用户端是否为合法用户；用户端与认证中心在已共享的二进制密钥比特串基础上更新生成下一阶段的二进制身份认证密钥，并以此重复执行步骤1‑4进行下一阶段的身份认证。本发明专利技术实现对用户的身份认证以及密钥分发和更新，具有其他协议所不具备的无条件安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法、系统、介质及设备
本专利技术涉及通信身份认证
，具体地，涉及一种基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法、系统、介质及设备。
技术介绍
自从人类进入信息时代以来，对于通信安全性的需求就始终未曾停止，随着信息理论的建立，密码学也作为一门独立的学科日渐成熟。在现代通信系统中，常常使用各种数学加密算法，例如DES、MD5、RSA、AES等等。但是这些加密算法有一个共同的缺点就是其安全性依赖于复杂的数学问题，是以计算复杂性理论为基石的。但随着近些年来量子计算的发展，甚至“量子霸权”的实现，使得传统的基于传统计算机计算复杂性的传统加密算法造成了冲击。由于这一原因，量子密码学这一依托量子力学物理原理的信息保护方法日渐受到了全世界研究者的重视。量子密码学主要包含量子密钥分发、量子签名、量子身份认证以及量子秘密共享等协议的研究。目前量子密码通信的实现方式主要有离散变量技术与连续变量技术两种方式。连续变量技术因其在信道容量、与现有光通信良好融合性以及抗背景光干扰等方面具有良好的优势，目前受到国内外广泛关注。然而目前研究多集中在量子密钥分发方面，其他量子密码协议的研究很少。尤其是量子身份认证(CVQIA)方面，还鲜有研究。专利文献CN112152817A(申请号：CN202011026008.7)公开了一种基于后量子密码算法进行认证的量子密钥分发方法及系统，包括PQC认证中心、PQC用户端和QKD设备。本专利技术提出了PQC算法结合公钥基础设施对QKD进行认证的方法和系统，QKD网络的每个用户只需要从认证中心申请一个数字证书，利用PQC算法对所认证信息的摘要进行签名和验证。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法、系统、介质及设备。根据本专利技术提供的基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法，包括：步骤1：用户端与认证中心通过连续变量量子密钥分发系统共享二进制密钥比特串；步骤2：用户端使用共享的二进制密钥比特串对已持有的二进制身份认证密钥进行编码，得到自然数串，并通过信道将该自然数串发送给认证中心；步骤3：认证中心接收到自然数串，并通过共享的二进制密钥比特串解码出用户端的二进制身份认证密钥，由此判断用户端是否为合法用户；步骤4：用户端与认证中心在已共享的二进制密钥比特串基础上更新生成下一阶段的二进制身份认证密钥，并以此重复执行步骤1-4进行下一阶段的身份认证。优选的，所述步骤2包括：步骤2.1：设置共享二进制密钥比特串N的首个数字的指针A与用户端所持有的二进制身份认证密钥Kid的首个数字的指针B；步骤2.2：比对指针A和B所指向的数字是否相同，若不相同，则将指针A向后移动一位，然后重复执行步骤2.2；若相同，则将指针A在二进制密钥比特串N中的位置存入自然数串P，作为对二进制身份认证密钥Kid的描述，之后将指针A和B均向后移动一位；步骤2.3：重复执行步骤2.2直至二进制身份认证密钥Kid的每一位均已由一一对应的自然数描述并存入自然数串P中。优选的，所述步骤3包括：步骤3.1：从第一个数字开始读取自然数串P，得到自然数pi；步骤3.2：从共享二进制密钥比特串N的第pi位取出二进制数，并放入二进制身份认证密钥解码串K′id中；步骤3.3：重复执行步骤3.1与步骤3.2，直至自然数串P全部读取完毕，所得的二进制身份认证密钥解码串K′id为用户端所编码的二进制身份认证密钥Kid。优选的，所述用户端与认证中心使用任一具有无条件安全性的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发方案进行身份认证。根据本专利技术提供的基于连续变量量子密钥分发的身份认证系统，包括：模块M1：用户端与认证中心通过连续变量量子密钥分发系统共享二进制密钥比特串；模块M2：用户端使用共享的二进制密钥比特串对已持有的二进制身份认证密钥进行编码，得到自然数串，并通过信道将该自然数串发送给认证中心；模块M3：认证中心接收到自然数串，并通过共享的二进制密钥比特串解码出用户端的二进制身份认证密钥，由此判断用户端是否为合法用户；模块M4：用户端与认证中心在已共享的二进制密钥比特串基础上更新生成下一阶段的二进制身份认证密钥，并以此重复调用模块M1-M4进行下一阶段的身份认证。优选的，所述模块M2包括：模块M2.1：设置共享二进制密钥比特串N的首个数字的指针A与用户端所持有的二进制身份认证密钥Kid的首个数字的指针B；模块M2.2：比对指针A和B所指向的数字是否相同，若不相同，则将指针A向后移动一位，然后重复调用模块M2.2；若相同，则将指针A在二进制密钥比特串N中的位置存入自然数串P，作为对二进制身份认证密钥Kid的描述，之后将指针A和B均向后移动一位；模块M2.3：重复调用模块M2.2直至二进制身份认证密钥Kid的每一位均已由一一对应的自然数描述并存入自然数串P中。优选的，所述模块M3包括：模块M3.1：从第一个数字开始读取自然数串P，得到自然数pi；模块M3.2：从共享二进制密钥比特串N的第pi位取出二进制数，并放入二进制身份认证密钥解码串K′id中；模块M3.3：重复调用模块M3.1与模块M3.2，直至自然数串P全部读取完毕，所得的二进制身份认证密钥解码串K′id为用户端所编码的二进制身份认证密钥Kid。优选的，所述用户端与认证中心使用任一具有无条件安全性的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发方案进行身份认证。根据本专利技术提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。根据本专利技术提供的一种基于连续变量量子密钥分发的身份认证设备，包括：控制器；所述控制器包括所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法的步骤；或者，所述控制器包括所述的基于连续变量量子密钥分发的身份认证系统。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：(1)本专利技术以任意一种现有的连续变量量子密钥分发方案为基础，同时实现对用户的身份认证以及密钥分发和更新，具有其他CVQIA协议所不具备的无条件安全性；(2)本专利技术同时基于现有成熟的CVQKD协议使得其应用成本得以降低，并且无论理论安全性还是实际安全性都更加有保障；(3)本专利技术还可以根据具体应用场景使用其他具有安全的CVQKD协议进行类似的操作，如使用本地本振CVQKD方案或者离散调制CVQKD方案等，都可以实现量子身份认证功能，说明改身份认证方案具有很好的应用灵活性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的用户端和认证中心之间通信示意图。具体实施方式下面结合具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法，其特征在于，包括：/n步骤1：用户端与认证中心通过连续变量量子密钥分发系统共享二进制密钥比特串；/n步骤2：用户端使用共享的二进制密钥比特串对已持有的二进制身份认证密钥进行编码，得到自然数串，并通过信道将该自然数串发送给认证中心；/n步骤3：认证中心接收到自然数串，并通过共享的二进制密钥比特串解码出用户端的二进制身份认证密钥，由此判断用户端是否为合法用户；/n步骤4：用户端与认证中心在已共享的二进制密钥比特串基础上更新生成下一阶段的二进制身份认证密钥，并以此重复执行步骤1-4进行下一阶段的身份认证。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法，其特征在于，包括：
步骤1：用户端与认证中心通过连续变量量子密钥分发系统共享二进制密钥比特串；
步骤2：用户端使用共享的二进制密钥比特串对已持有的二进制身份认证密钥进行编码，得到自然数串，并通过信道将该自然数串发送给认证中心；
步骤3：认证中心接收到自然数串，并通过共享的二进制密钥比特串解码出用户端的二进制身份认证密钥，由此判断用户端是否为合法用户；
步骤4：用户端与认证中心在已共享的二进制密钥比特串基础上更新生成下一阶段的二进制身份认证密钥，并以此重复执行步骤1-4进行下一阶段的身份认证。


2.根据权利要求1所述的基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1：设置共享二进制密钥比特串N的首个数字的指针A与用户端所持有的二进制身份认证密钥Kid的首个数字的指针B；
步骤2.2：比对指针A和B所指向的数字是否相同，若不相同，则将指针A向后移动一位，然后重复执行步骤2.2；若相同，则将指针A在二进制密钥比特串N中的位置存入自然数串P，作为对二进制身份认证密钥Kid的描述，之后将指针A和B均向后移动一位；
步骤2.3：重复执行步骤2.2直至二进制身份认证密钥Kid的每一位均已由一一对应的自然数描述并存入自然数串P中。


3.根据权利要求2所述的基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法，其特征在于，所述步骤3包括：
步骤3.1：从第一个数字开始读取自然数串P，得到自然数pi；
步骤3.2：从共享二进制密钥比特串N的第pi位取出二进制数，并放入二进制身份认证密钥解码串K′id中；
步骤3.3：重复执行步骤3.1与步骤3.2，直至自然数串P全部读取完毕，所得的二进制身份认证密钥解码串K′id为用户端所编码的二进制身份认证密钥Kid。


4.根据权利要求1所述的基于连续变量量子密钥分发的身份认证方法，其特征在于，所述用户端与认证中心使用任一具有无条件安全性的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发方案进行身份认证。


5.一种基于连续变量量子密钥分发的身份认证系统，其特征在于，包括：
模块M1：用户端与认证中心通过连续变量量子密钥分发系统共享二进制密钥比特串；
模块M2：用户端使用共享的二进制密钥比特串对已持有的二进制身份认证密钥进行编码，得到自然数串，并通过信道将该自...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，林圣凯，曾贵华，
申请(专利权)人：上海循态信息科技有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31