抗Relay攻击的量子动态基认证协议研究

发布时间：2020-06-26 10:04

【摘要】：量子密码学将是未来密码学研究发展的新方向。量子力学的测不准原理和不可克隆原理为量子密码提供了安全保障。寻找一种能够抵抗中继攻击并满足高安全性和足够轻量的RFID认证技术仍是射频识别领域的重要研究课题之一。量子密码与传统密码学中的“一次一密”都可以达到理论上的无条件安全,但在目前的实际应用中量子密码学还不能完全代替经典密码学。利用量子作为信息传递的载体改变了传统的信息处理方式,也提高了信道抵抗攻击的效率。本文针对以上的内容进行研究,提出了基于量子动态基理论的认证协议来完成通信,主要研究成果如下:1.基于不可克隆和测不准的量子原理,设计出了一种能够抵抗Relay攻击的轻量级无线射频识别系统的认证协议。首先分析了距离边界协议在RFID系统中存在的缺陷,随后阐述了利用量子算法实现的轻量级RFID系统抗Relay攻击的过程,最后分析了攻击者进行中继攻击的过程和中继成功的概率,结果表明发送的量子比特串足够长则攻击者进行中继行为被发现的概率就很高。2.两方量子通信要求通信参与方在每次会话完成时自动更新下一次会话所需的密钥即极化测量基,这种做法既基于量子的真随机性、不可克隆性,也基于一次一密的理论含义。通过自动迭代更新每次通话的密钥,保证了会话过程的安全性。最后对信息安全技术的未来形态做了思考和总结。未来量子技术将会与现有各种技术深度融合,共同存在。
【学位授予单位】：沈阳师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O413;TN918
【图文】：

发展简史,密码学

要描述几百个粒子的一般量子状态，所需要的变量个数超过了宇宙。没有任何一台传统的计算机有足够的内存来存储这么多的信息态的丰富性被用来编码信息，一个全新的计算世界的大门就会打是一种利用量子力学来完成以经典物理定律为依据的计算机无法的机器。量子计算的最终应用范围从破解传统密码系统到新密码自从 2011 年 5 月 23 日首台量子计算机 D-wave 的研制成功开始，大量资源研发量子信息科学的相关领域。由我国自主研发的全球首墨子号”在 2016 年成功发射，以及阿里云公司在 2017 年 3 月发布讯案例也是首个云上通讯案例，这都表明量子信息科学从理论到实性和可用性。在国际方面，2017 年 3 月，IBM 研发的量子计算BM-Q”，其量子位高达 16 位，并预计在 2017 年下半年发布该平K 工具包，可使全世界普通程序员有机会接触并开发量子计算机相，IBM 还筹划推出的量子计算机能有 50 或更多量子位。小型的量会在 5 年之内逐渐兴起。这一观点是来自谷歌公司量子 AI 实验室Masoud Mohseni、Peter Read和Hartmut Neven在2017年3月3日

过程图,技术发展,过程

抗 Relay 攻击的量子动态基认证协议研究在早期的 QKD 协议[12-16]中，参与方都配备先进的量子器件才能在量子系统中进行操作。在 21 世纪，QKD 系统从实验室的受控环境转移到现实环境中进行实际应用。2007 年，Boyer[17]等人认为“半量子”可以应用于量子密钥分配协议，称为半量子密钥分配（SQKD）以体现量子协议相比于经典协议所具备的优势。2009年，Boyer[18]提出了两种 SQKD 的变体：（1）基于随机的；（2）测试重发的。后续的大多数半量子研究通常遵循第二种方案来实现他们的协议。2009年，Zou[19]等人提出了用更少的量子态实现的五个 SQKD 协议。2011 年，Wang[20]等人提出了一种通过使用最大纠缠态作为量子资源促进量子效率的 SQKD 协议。然而，一旦环境中经典的认证通道不可用，这些协议将受到 Relay 攻击。因此，Yu[21]利用最大纠缠的 Bell 态和预共享密钥构建不需要经过经典信道认证的共享会话密钥来抵抗 Relay 攻击。随后，Li[22]等人通过更简单高效的方式建立密钥以改进协议。

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