基于纠缠交换的具有双向认证的多方量子密钥分发.pdf

2016年 1O月 韶关学院学报 ·自然科学 0ct．20l6 第37卷 第 lO期 Journal ofShao~man University ·NaturalScience V01．37 No．1O 基于纠缠交换的具有双向认证的多方量子密钥分发 陈晓峰 (福建江夏学院 电子信息科学学院，福建福州350108) 摘要 ：量子密钥分发是一种重要的量子通信方式．提 出了一种基于量子纠缠交换 的具有双 向认证功能的多方量 子密钥分发协议．以Bell态为基础，量子网络 中的任意两个用户均可在一个半可信第三方的帮助下，共享一个 安全的会话密钥．同时，利用单向hash函数技术对每个用户的身份进行认证．最后，经安全性分析 ，该协议在理 论 上是安 全 的 ． 关键词：多方量子密钥分发；纠缠交换；身份认证；半可信第三方 中图分类号：TP309 文献标识码 ：A 文章编号：1007—5348(2016)10—0020—05 当前，随着量子通信卫星的成功发射，量子信息得到越来越广的应用．量子密钥分发(QKD)是量子信息 安全领域中非常重要的应用之一．它是量子通信的最早模式，利用量子力学原理来实现通信双方共享一组 随机序列组成的密钥．1984年，Bennett等人提出了首个量子密钥分发协议——BB84协议[1]，在该协议中，两 个用户通过交换单粒子来实现密钥的共享．随后一系列基于单粒子态和纠缠态的量子密钥分发协议[2-7]接 连被提 出．这其中大部分协议都是两个用户之间的密钥分发 ，而在实际中，一个量子网络㈨经常要进行多个 用户的密钥分发．因此，人们提出了多用户量子密钥分发协议(Multi—UserQuantumKeyDistribution，MUQKD)． 1995年，Phoenix等人提出了第一个基于单粒子态的多用户量子密钥分发协议 |9]．随后，各式各样的基于单 粒子、Bell态和 GHZ态等多用户量子密钥分发协议[10-15环 断的被提出． 身份认证在许多经典和量子信息安全中具有重要的地位，基于身份认证的量子密钥分发协议也不断地 被提出tt6--~]．为此 ，本文提出了一个基于纠缠交换的具有双 向身份认证的多方量子密钥分发协议 ．协议 以 EPR对作为信息载体，在半可信第三方中心节点的帮助下，通信双方获得安全的随机密钥，并通过纠缠交 换共享 EPR对．同时通信双方还 同中心节点进行相互的身份认证．需要注意的是，半可信第三方的概念是 由 Franklin和 ReiterE~3提出的，主要是为了实现在公平交换的前提下尽可能的降低系统执行所需要的条件 ，从 而进一步提高方案的实用性．在本方案中，半可信第三方中心节点仅仅为通信双方提供身份认证，并不真正 参与到实际的密钥分发． 1基本知识 纠缠交换是量子信息中一个重要特性 ，它可使原本两个不纠缠 的量子系统产生纠缠 ，在量子信息中起 着重要的作用．EPR对是双量子系统的最大纠缠态，它可 以由以下4个Bell态描述 ： 1 ． 1 A — = (100^ I11A口)， 、／2 1 ． I中一AB==— = (100A旷 l11AB)， [收稿 日期]2016-06—08 [基金项 目]福建省 自然科学~／-Sz,r(2016JO1288)；福建江夏学院青年科研项目(JXZ201510)． [作者简介 】陈晓峰(1977一)男，福建平潭人，福建江夏学院电子信息科学学院讲师，硕士；研究方向：信息安全和量子密码 10 双向认证 I1A．日=— 二 (101A I10A日)， 、／2 1