【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京量子信息科學(xué)研究院(以下簡稱量子院)量子直接通信團隊結(jié)合量子通信與后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)算法，通過將數(shù)字簽名編碼在量子態(tài)上進行傳輸和驗簽，給出了量子通信網(wǎng)絡(luò)中具有完備安全特性的量子信道接入認證方案。2024年11月7日，相關(guān)研究成果以 “Lattice-based access authentication scheme for quantum communication networks” 為題在線發(fā)表在 Science China Information Sciences上。
 

　　安全、高效的接入認證是確保通信網(wǎng)絡(luò)安全順利運行的基礎(chǔ)，具備完備安全特性的接入認證方案需要安全、高效的密鑰封裝、數(shù)字簽名等公鑰密碼算法。然而，傳統(tǒng)公鑰密碼因受到量子計算的威脅無法在量子通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)量子安全的接入認證。另一方面，后量子密碼在經(jīng)歷多年發(fā)展后已經(jīng)評選出首批標(biāo)準(zhǔn)算法，其中包括基于格的公鑰加密和密鑰封裝算法CRYSTALS-KYBER以及數(shù)字簽名算法CRYSTALS-Dilithium，由傳統(tǒng)公鑰密碼向后量子密碼的遷移升級已經(jīng)開啟。因此，探索量子通信與后量子密碼的有效融合，同時推進后量子密碼遷移研究，開展量子網(wǎng)絡(luò)中具有完備安全特性的量子安全接入認證方案設(shè)計成為當(dāng)前研究的重點。
 

圖1. 量子安全直接通信(QSDC)網(wǎng)絡(luò)的接入認證機制
 

　　研究團隊提出的接入認證方案以格密碼算法CRYSTALS-Dilithium和CRYSTALS-KYBER為基本算法，認證過程中與網(wǎng)絡(luò)控制中心實時連接。首先在用戶設(shè)備中預(yù)先配置網(wǎng)絡(luò)控制中心的公鑰，然后用戶將自身公鑰發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)控制中心進行注冊。在認證時，通信發(fā)起方向網(wǎng)絡(luò)控制中心加密發(fā)送通信請求，網(wǎng)絡(luò)控制中心根據(jù)通信請求加密分發(fā)對方公鑰。在收到對方公鑰后，通信雙方將簽名信息編碼在量子態(tài)上通過量子信道發(fā)送給對方，如果驗簽通過則實現(xiàn)量子信道的雙向互認。該方案有效融合了量子通信和后量子密碼，具備雙向互認、條件匿名性、數(shù)據(jù)保密性、數(shù)據(jù)完整性、不可偽造性和不可抵賴性等安全特性。兩類量子安全技術(shù)的有效融合為基于現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)建量子安全的量子通信網(wǎng)絡(luò)提供了新思路。
 

　　該論文第一作者為量子院副研究員王敏，通訊作者為量子院副研究員王敏和量子院科研副院長/清華大學(xué)教授龍桂魯。該工作得到了中國科協(xié)青年人才托舉工程項目的支持。