浙江大學(xué)公開(kāi)一項(xiàng)后量子密碼系統(tǒng)專(zhuān)利

7月16日消息（南山）據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，近期浙江大學(xué)公開(kāi)了一項(xiàng)后量子密碼系統(tǒng)專(zhuān)利，專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于量子通信的后量子密碼系統(tǒng)及其通信方法，公開(kāi)號(hào)：CN118264402A。

專(zhuān)利文本介紹，量子安全直接通信(QSDC)在量子通信領(lǐng)域顯著區(qū)別于其他通信協(xié)議。借助于量子力學(xué)的基本原理，QSDC提供了直接傳輸加密信息而無(wú)需預(yù)先共享密鑰的能力，任何非授權(quán)的監(jiān)聽(tīng)嘗試均會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)的破壞而被立即發(fā)現(xiàn)。與量子密鑰分發(fā)(QKD)等其他量子通信方式相比，QSDC能夠優(yōu)化通信效率，減少公開(kāi)信息量，從而降低潛在的信息泄露風(fēng)險(xiǎn)。此外，QSDC在短距離通信和即時(shí)通信的應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出特有的效率與實(shí)用性?xún)?yōu)勢(shì)。隨著量子通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，QSDC持續(xù)展現(xiàn)出其在后量子通信安全領(lǐng)域的潛力與應(yīng)用前景。

從實(shí)際應(yīng)用角度考慮，現(xiàn)有的QSDC協(xié)議中最容易實(shí)現(xiàn)的是DL04協(xié)議。其核心在于利用具備特定偏振態(tài)的單光子作為信息傳輸?shù)拿浇?。在該協(xié)議中，接收方將預(yù)先生成一組隨機(jī)偏振態(tài)的光子束并通過(guò)光纖傳遞至發(fā)送方；隨后發(fā)送方通過(guò)對(duì)光子進(jìn)行幺正變換，將信息逐位編碼至光子束，并發(fā)回至接收方；接收方再通過(guò)制備時(shí)所用的測(cè)量基進(jìn)行測(cè)量，即可通過(guò)偏振態(tài)的變化解碼還原出信息。在該過(guò)程中，竊聽(tīng)者由于無(wú)法獲知每個(gè)光子的正確測(cè)量基，即便截獲光子束也無(wú)法還原出正確信息，從而保證了該協(xié)議的通信安全性。

然而，包括DL04協(xié)議在內(nèi)的諸多量子通信協(xié)議雖然具備防竊聽(tīng)性，但卻缺乏身份認(rèn)證機(jī)制，即無(wú)法驗(yàn)證接入信道的設(shè)備合法性。攻擊者可以偽造身份接入量子信道，或發(fā)動(dòng)中間人攻擊，從而竊取機(jī)密信息。目前量子通信領(lǐng)域主流的解決方案是借助經(jīng)典信道完成對(duì)量子信道的身份認(rèn)證。具體操作即在一條已經(jīng)過(guò)認(rèn)證的經(jīng)典信道上公布雙方的部分量子測(cè)量結(jié)果，通過(guò)比對(duì)測(cè)量結(jié)果的誤碼率來(lái)判斷量子信道上是否存在攻擊者。但該方案不僅意味著犧牲一部分光子用于檢測(cè)，同時(shí)仍然需要對(duì)經(jīng)典信道進(jìn)行認(rèn)證，并不能在根本上解決身份認(rèn)證問(wèn)題。

在量子通信領(lǐng)域之外，現(xiàn)代通信系統(tǒng)中最常用的身份認(rèn)證方式是依靠數(shù)字簽名技術(shù)。數(shù)字簽名技術(shù)是公鑰密碼學(xué)的一項(xiàng)重要應(yīng)用，其核心思想是通過(guò)私鑰加密公鑰解密的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)消息發(fā)送者的身份證明。該方案是現(xiàn)代通信領(lǐng)域中最可靠的身份認(rèn)證方式，并且不需要額外信道做支持，可以獨(dú)立完成信道上的身份認(rèn)證。而隨著量子計(jì)算機(jī)的研究發(fā)展，數(shù)字簽名算法也進(jìn)入了后量子時(shí)代。密碼學(xué)界不斷提出新的、能抵抗量子計(jì)算機(jī)攻擊的后量子數(shù)字簽名算法。

本發(fā)明基于量子信道的通信協(xié)議，放棄了傳統(tǒng)量子通信領(lǐng)域中公開(kāi)光子測(cè)量結(jié)果并以誤碼率判斷信道安全的方式，改為通過(guò)結(jié)合后量子數(shù)字簽名算法，直接將待傳輸信息及其簽名共同編碼于光子束上，由數(shù)字簽名技術(shù)特有的“簽名——驗(yàn)簽”機(jī)制實(shí)現(xiàn)量子信道上的合法身份認(rèn)證。并且該身份認(rèn)證可以在單一量子信道上獨(dú)立完成，不需要依賴(lài)額外信道輔助。同時(shí)，后量子數(shù)字簽名算法具備抗量子計(jì)算機(jī)攻擊級(jí)別的安全性，極大程度防止了第三方對(duì)私鑰的破譯，更好地解決了量子信道容易遭受身份偽裝和中間人攻擊的問(wèn)題。

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