基于量子模糊承诺体系的生物身份认证系统研究

Fuzzy commitment schemes are key cryptographic primitives and necessary to biometric authentication, constructing security and reliable fuzzy commitment is evidently the central question of biometric authentication. Considering the security of existing fuzzy commitment schemes is based on unproven mathematical assumptions and is obviously not unconditionally secure against digital emulation attacks, in this project, we are planning introduce the latest unconditional secure quantum bit commitment and quantum error control theory into the biometric authentication by constructing a quantum fuzzy commitment scheme. More precisely, we are going to explore: (1) The design of quantum fuzzy commitment scheme based on unconditional secure quantum bit commitment and quantum error correction；（2）The study on the security of the constructed quantum fuzzy commitment and the related secret-key rate and the privacy leakage; (3) The loading of biometric information for the quantum fuzzy commitment scheme. Summary, we are aiming to combine the quantum cryptography and quantum error correction to offer a new perspective for the construction of fuzzy commitment schemes whose security relies on the physics principles but not on the unproven mathematical assumptions, thereby presenting a remarkable way to solve the problems associate with the existing biometric authentication and providing a strong support for the unconditional secure biometric authentication.

模糊承诺体系是实现生物身份认证的关键密码原型，如何构造安全可靠的模糊承诺体系一直是生物身份认证中的核心问题。针对目前基于数学问题的模糊承诺系统的无条件安全性的不可证明以及无法从根本上克服数字模仿攻击的问题，本项目提出基于无条件安全量子比特承诺协议和量子差错控制理论构造量子模糊承诺体系的方法, 并拟给出其在构造安全性基于物理原理的生物身份认证系统中的应用。具体包括：（1）基于无条件安全量子比特承诺的量子模糊承诺体系的构建；（2）量子模糊承诺体系的安全性分析及其密钥率与秘密泄露率刻画；（3）生物特征信息在量子模糊承诺体系中的加载。希望通过量子密码与编码技术的融合，为实现安全性基于物理原理的模糊承诺体系提供新的方法，解决目前生物身份认证系统所面临的安全隐患，推动无条件安全的生物身份认证系统的实现。

生物特征因其兼具传统认证技术的安全性、实用性以及其自身的独有性、稳定性而被广泛应用于互联网智能各种智能应用的身份认证系统中。模糊承诺体系是实现生物身份认证的关键密码原型，如何构造安全可靠的模糊承诺体系一直是生物身份认证中的核心问题。针对目前基于数学问题的模糊承诺系统的无条件安全性的不可证明以及无法从根本上克服数字模仿攻击的问题，本项目提出基于无条件安全量子比特承诺协议和量子差错控制理论构造量子模糊承诺体系的方法, 并拟给出其在构造安全性基于物理原理的生物身份认证系统中的应用。具体包括：设计指纹（生物特征）的中心定位方案，为实现指纹（生物特征）后期加密处理提供较理想的数据结构基础；基于中心定位方案，设计实现针对指纹的扇区特征量子编码方案，以及扇区特征量子编码的量子模糊承诺方案，利用量子纠错码将指纹特征序列进行空间变换，实现安全的映射过程；利用量子BCH码的纠错性能，完成生物特征认证中模糊性的要求；希望通过纠错码与量子密码技术的融合，为实现安全性基于物理原理的模糊承诺体系提供新的方法，解决目前生物身份认证系统所面临的安全隐患，推动无条件安全的生物身份认证系统的实现。