有限量子存储模型中的安全身份认证与量子密钥分发

我们考虑安全身份认证问题：用户 $U$ 向服务器 $S$ 证明其知晓约定的（可能是低熵的）密码 $w$，同时尽可能少地泄露关于 $w$ 的信息，即对手在方案的每次执行中最多只能排除一个可能的密码。我们提出了在有限量子存储模型中的解决方案，其中 $U$ 和 $S$ 可以交换量子比特，并假设不诚实方的量子存储能力有限。对对手没有其他限制。所提出的身份认证方案的改进版本也能抵御中间人攻击，但要求 $U$ 和 $S$ 额外共享一个高熵密钥 $k$。然而，如果一方将 $k$ 丢失给攻击者但察觉到了该丢失，安全性仍然得到保证。在这两个版本的方案中，诚实参与者不需要量子存储，且可以容忍噪声和不完美的量子源。这些方案可以顺序组合，$w$ 和 $k$ 可以安全地重复使用。对身份认证方案进行小幅修改即可得到一种量子密钥分发 (QKD) 方案，该方案在有限量子存储模型下是安全的，具有相同的密钥可重用性属性，且无需假设认证信道。这与已知的针对无界对手的 QKD 方案（在无认证信道的情况下）形成鲜明对比，后者必须更新认证密钥，且执行失败可能导致各方耗尽密钥。