本發(fā)明屬于量子通信技術領域，涉及一種基于量子圖態(tài)的指紋認證方法。

背景技術：

隨著計算機網絡技術的快速發(fā)展，信息的傳遞、獲取和發(fā)布已經滲入到日常生活中。因此，各類信息泄露以及非法獲取信息的事件不斷發(fā)生。計算機密碼是指建立在香農保密通信理論基礎和計算復雜性基礎上以計算機或計算機網絡的計算能力來保證其安全性的密碼系統(tǒng)。計算機密碼學中的保密算法往往基于計算復雜度和不可破解的數學問題，目前使用最多的加密算法des、aes、rsa、ecc等。

目前提出的量子計算機能夠大幅縮短提取用戶所需信息的時間，可以在幾天內解決傳統(tǒng)計算機會花費數百萬年才能處理的數據，量子計算機的出現(xiàn)對計算機密碼系統(tǒng)的安全性有著致命的打擊。

量子信息科學技術是量子力學和計算機科學技術相結合發(fā)展起來的交叉科學，采用量子態(tài)作為信息的載體，在通信和計算機等科學領域有巨大的優(yōu)勢和光明的前景。量子密碼技術是密碼學與量子力學結合的產物，其安全性由取決于量子力學兩大基本原理，即海森堡測不準定理(theheisenberguncertaintyprinciple)和不可克隆原理(thequantumno-cloningtheorem)。量子圖態(tài)是一種多組分量子糾纏態(tài)，可以用頂點集合和邊集合組成數學圖形來表述。圖態(tài)是量子計算模型特定的算法資源,是在量子糾錯碼中穩(wěn)定子碼的子集,也是構造量子糾錯碼的方法之一。圖態(tài)自提出以來，一直是研究量子計算、量子糾錯、量子密碼技術的重要工具。

指紋認證技術是信息安全的核心技術之一，指紋認證技術是把用戶同他的指紋對應起來，通過比較他的指紋和預先保存的指紋進行比較，就可以驗證其真實身份。其原理在于每個人指紋紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同，具有唯一性和穩(wěn)定性。生物指紋特征是現(xiàn)實生活中的廣泛應用使得人們對于其帶來的安全性和隱私性問題越來越關注。

綜合以上分析我們發(fā)現(xiàn)，量子計算的強大計算機能力能攻破很多數學問題，目前的指紋認證算法大多數面臨很大威脅，將量子圖態(tài)與指紋認證技術結合，利用量子計算來對指紋信息進行認證，可由量子特有物理性質保證算法的無條件安全，因而設計這樣一種安全可靠的驗證算法是很有必要的

技術實現(xiàn)要素：

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于量子圖態(tài)的指紋認證方法，解決了安全指紋認證系統(tǒng)中經典認證算法導致的信息泄露問題。

本發(fā)明所采用的技術方案是，一種基于量子圖態(tài)的指紋認證方法，按照以下步驟進行：

步驟s1：指紋圖像采集；

接受用戶輸入的指紋圖像，提取指紋上的細節(jié)點，對指紋圖像進行數字化處理，將指紋細節(jié)點編碼成由{0,1}組成的n位二進制序列；

步驟s2：申請量子密鑰；

客戶端收到指紋圖像后立即向服務器發(fā)送密鑰申請請求，服務器利用量子信道發(fā)送加密后的量子id密鑰給發(fā)送申請請求的客戶端，即服務器與客戶端共享該量子id密鑰；

步驟s3：加密指紋信息；

客戶端將用戶輸入的指紋信息與id密鑰綁定，生成輔助數據；

步驟s4：客戶端將輔助數據發(fā)送至服務器，服務器利用id密鑰解密出指紋信息；

步驟s5：服務器將解密出來的指紋信息與指紋數據庫中存儲的用戶指紋信息進行指紋匹配驗證；

步驟s6：判斷驗證是否成功，若成功則結束通訊；若驗證未成功，則轉入步驟s1中，客戶端重新提取用戶指紋圖像。

進一步的，所述步驟s5的步驟如下：

步驟1)服務器制備3粒子糾纏的量子圖態(tài)圖態(tài)中的3個頂點分別標記為as,user和data,利用公式對圖態(tài)進行編碼操作，其中為編碼圖態(tài)，的展開式為為克羅內克積，li2∈{0,1}，是指，當li2＝0時對第i和頂點進行i操作，當li2＝1時對第i和頂點進行z操作，i∈{1,2,3}，i，z分別為pauli矩陣即將其中的頂點as、user和data的標簽設為(0,l12)(0,l22)和(0,l32)，其中l(wèi)12＝0；

步驟2)設服務器解密出來的指紋信息是由n位量子態(tài)組成的序列，將其記為|s>＝{|sj>:j∈{1,2,...,n}}，其中|sj>∈{|0>,|1>}表示第j位量子態(tài)；

步驟3)驗證操作，將量子圖態(tài)穩(wěn)定子作用于編碼圖態(tài)并操作n次，第j次操作過程中，l22^j＝sj即l22^j∈{0,1}，l22^j為該用戶在服務器中指紋數據庫存儲的長度為n指紋數據信息序列中的第j位，標記l22的轉移過程用公式表示其中l22＝0時，當l22＝1，⊕為異或符號，為克羅內克積；

步驟4)當任意l^j32⊕l^j22＝0都成立，即指紋匹配成功，服務器將指紋匹配成功信息反饋至客戶端；

當存在l^j32⊕l^j22＝1，則指紋匹配失敗，服務器將指紋匹配失敗信息反饋至客戶端，客戶端提示用戶重新輸入指紋。

進一步的，所述步驟1)中，圖態(tài)的制備過程步驟如下：

(1)準備好由|000>組成量子比特串；

(2)把每個量子比特都進行hadamard變換，變成|+>態(tài)；

(3)對于純圖態(tài)|g>的圖中相鄰的兩頂點所對應的量子比特進行控制z門的操作，即cz|εε'>＝(-1)^εε'|εε'>，其中為二維希爾伯特空間，

本發(fā)明的有益效果：量子圖態(tài)算法與指紋認證技術相結合，可由量子特有物理性質保證算法的無條件安全，同時量子強大的計算能力，能有效的提高指紋認證的效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明原理圖。

圖2是本發(fā)明工作流程圖。

圖3是本發(fā)明提供一種量子圖態(tài)的穩(wěn)定子操作的具體實現(xiàn)指紋認證方法示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

一種基于量子圖態(tài)的指紋認證方法，包括客戶端和服務器，如圖1-2所示，客戶端與服務器互相通信，用戶可以通過客戶端登輸入指紋,客戶端可通過量子網絡與服務器分享密鑰，用于對用戶輸入的指紋進行相關加密算法處理；服務器，可以對指紋進行匹配驗證，并反饋給客戶端。

具體實施步驟如下：

步驟s1：指紋圖像采集；

接受用戶輸入的指紋圖像，提取指紋上的細節(jié)點，對指紋圖像進行數字化處理，將指紋細節(jié)點編碼成由{0,1}組成的n位二進制序列；

步驟s2：申請量子密鑰；

客戶端收到指紋圖像后立即向服務器發(fā)送密鑰申請請求，服務器利用量子信道發(fā)送加密后的量子id密鑰給發(fā)送申請請求的客戶端，即服務器與客戶端共享該量子id密鑰；

步驟s3：加密指紋信息；

客戶端將用戶輸入的指紋信息與id密鑰綁定，生成輔助數據；

步驟s4：客戶端將輔助數據發(fā)送至服務器，服務器利用id密鑰解密出指紋信息；

步驟s5：服務器將解密出來的指紋信息與指紋數據庫中存儲的用戶指紋信息進行指紋匹配驗證。

步驟s6：判斷驗證是否成功，若成功則結束通訊；若驗證未成功，則轉入步驟s1中，客戶端重新提取用戶指紋圖像。

其中，步驟s5的具體步驟如下：

1)服務器制備3粒子糾纏的量子圖態(tài)圖態(tài)中的3個頂點分別標記為as,user和data,利用公式對圖態(tài)進行編碼操作，其中為編碼圖態(tài)，的展開式為為克羅內克積，li2∈{0,1}，是指，當li2＝0時對第i和頂點進行i操作，當li2＝1時對第i和頂點進行z操作，i∈{1,2,3}，i，z分別為pauli矩陣即將其中的頂點as、user和data的標簽設為(0,l12)(0,l22)和(0,l32)，其中l(wèi)12＝0；

所述步驟中圖態(tài)的制備過程步驟如下：

(1)準備好由|000>組成量子比特串；

(2)把每個量子比特都進行hadamard變換，變成|+>態(tài)；

(3)對于純圖態(tài)|g>的圖中相鄰的兩頂點所對應的量子比特進行控制z門的操作，即cz|εε'>＝(-1)^εε'|εε'>，其中為二維希爾伯特空間，

2)設服務器解密出來的指紋信息是由n位量子態(tài)組成的序列，將其記為|s>＝{|sj>:j∈{1,2,...,n}}，其中|sj>∈{|0>,|1>}表示第j位量子態(tài)；

3)驗證操作，將量子圖態(tài)穩(wěn)定子作用于編碼圖態(tài)并操作n次，第j次操作過程中，l22^j＝sj即l22^j∈{0,1}，l22^j為該用戶在服務器中指紋數據庫存儲的長度為n指紋數據信息序列中的第j位，標記l22的轉移過程用公式表示其中時，當⊕為異或符號，為克羅內克積；

4)當任意l^j32⊕l^j22＝0都成立，即指紋匹配成功，服務器將指紋匹配成功信息反饋至客戶端；

當存在l^j32⊕l^j22＝1，則指紋匹配失敗，服務器將指紋匹配失敗信息反饋至客戶端，客戶端提示用戶重新輸入指紋。

圖3示出了本發(fā)明中量子圖態(tài)的穩(wěn)定子操作的具體實現(xiàn)指紋認證方法。圖3(a)為指紋驗證前編碼圖態(tài)圖3(b)為正常指紋驗證后的編碼圖態(tài)。當所述服務器進行指紋驗證時，頂點user將穩(wěn)定子作用在量子圖態(tài)上，其標簽l22^j轉移到頂點data上，箭頭標示標記的轉移。當n次操作中data上的標簽均為(0,0)即l^j32⊕l^j22＝0時，其中⊕為異或符號，j∈{1,2,...,n}，指紋驗證成功匹配，否則失敗，反饋信號給所述客戶端要求重新錄入指紋。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內。