53、量子物理不可克隆函数的远程认证与密钥交换

量子物理不可克隆函数的远程认证与密钥交换

1. 量子态测量基础

在量子态测量中，判断内部状态是否存在粒子并非易事。例如，基于滤光片的偏振测量无法区分黑暗和与所加滤光片垂直的偏振情况。而使用偏振分束器和测量差分相移的方法，则能够区分光子的存在与否。

2. 远程认证协议概述

为实现远程认证，我们提出了两种协议。第一种协议适用于所有可设想的投影算符都能对应实际测量操作的情况；第二种协议则针对 Alice 仅能进行有限数量投影测量的受限场景。这两种协议均仅基于反射态，且先考虑 T = 0 的情况。

2.1 攻击模型

Alice 想要验证 Bob 是否能实时访问特定的 QR - PUF。QR - PUF 的注册是在可信环境中进行的，Alice 可以防篡改地获取注册数据。主要的攻击方式是冒名顶替，攻击者可能试图欺骗 Alice，让她相信自己能访问 QR - PUF。攻击者可以接触挑战态和反射态，能破坏量子态、进行测量并插入新状态，但无法克隆状态。同时，假设攻击者知道 R 和 T，但创建反射矩阵为 R 的新 QR - PUF 以及构建能有效模拟 QR - PUF 的量子计算机是不可行的。

2.2 认证协议 1

2.2.1 注册阶段

准确表征带有标识符 I 的 QR - PUF，得到矩阵 R，然后将其交给 Bob。

2.2.2 认证阶段

Bob 声称能访问标识符为 I 的 QR - PUF，Alice 获取对应的注册数据 R，并将计数器 nret 和 nok 初始化为 0。随后重复以下步骤 m 次：
1. Alice 随机均匀地