一種基于聲紋特征的量子身份認證方法及系統與流程

本發明涉及量子保密通信，尤其涉及一種基于聲紋特征的量子身份認證方法及系統。

背景技術：

1、在數字化時代，身份認證已成為保障信息安全和隱私的重要手段。傳統的身份認證方法，如密碼、指紋等，雖然在一定程度上起到了保護作用，但也存在易被破解、偽造等安全隱患。因此，探索新的身份認證技術，成為信息安全領域的研究熱點。近年來，聲紋識別技術因其獨特的個體特征性和難以偽造性，受到了廣泛關注。然而，傳統的聲紋識別技術仍面臨著識別準確率不高、魯棒性差等問題，身份認證的安全性和可靠性得不到保障。

技術實現思路

1、發明目的：本發明的目的是提供一種基于聲紋特征的量子身份認證方法；本發明的另一目的是提供基于聲紋特征的量子身份認證系統。

2、技術方案：本發明所述的基于聲紋特征的量子身份認證方法包括如下步驟：

3、(1)聲紋特征的采集與處理，通過數字信號處理技術，對采集到的語音樣本進行預處理，提取出聲紋特征參數作為后續身份認證的基礎；

4、(2)量子糾纏態的制備，利用量子糾纏源制備出處于糾纏態的量子比特對；

5、(3)聲紋特征的量子態編碼，采用量子態編碼算法，將聲紋特征參數編碼為量子態；

6、(4)量子密鑰的分發與協商，采用量子密鑰分發協議，通過量子信道將密鑰分發給通信雙方，雙方利用量子糾纏態的特性，進行密鑰的協商和確認；

7、(5)基于聲紋特征的量子身份認證，結合聲紋特征的量子態表示和量子密鑰，進行身份認證操作；

8、(6)認證結果的反饋與記錄，通過經典信道或量子信道，認證方將認證結果反饋給請求者，并記錄認證過程和結果。

9、進一步地，所述步驟(1)中選擇短時傅里葉變換進行聲紋特征提取，短時傅里葉變換是一種將非平穩信號轉換為時頻表示的方法，其公式如下：

10、

11、其中，x(n，ω)是stft的結果，x(m)是輸入的聲紋樣本，ω(n-m)是窗函數，j是虛數單位，ω是角頻率。

12、進一步地，所述步驟(2)中量子態的制備包括：

13、初始化，將量子比特的狀態設置為特定的純態，即|0)或|1>；

14、旋轉操作，通過應用旋轉門，即h門、x門、y門和z門來調整量子比特的狀態；

15、控制門操作，通過控制門，即cnot門和toffoli門實現量子比特之間的相互作用。

16、進一步地，所述步驟(3)將聲紋特征參數編碼為量子態包括將聲紋特征參數映射為量子比特的疊加態或糾纏態。

17、進一步地，所述步驟(3)量子態編碼過程中，將每個聲紋特征值映射到一個量子比特上，通過量子門操作來實現，使用x門、h門對量子比特進行操作，使其處于特定的疊加態或糾纏態。

18、進一步地，所述量子比特可以處于0或1的狀態，或者處于它們的疊加態。

19、進一步地，所述步驟(4)量子密鑰分發協議包括bb84協議和e91協議。

20、進一步地，所述步驟(5)量子身份認證包括通信一方將聲紋特征的量子態發送給認證方，認證方則利用手中的量子密鑰對接收到的量子態進行解碼和驗證，通過比較解碼后的聲紋特征參數與預存的用戶聲紋模板，判斷請求者的身份是否合法。

21、進一步地，所述步驟(6)中對于認證成功的請求者，認證方授予其相應的訪問權限或執行相應的操作；對于認證失敗的請求者，認證方拒絕其訪問請求并記錄相關信息。

22、本發明所述的基于聲紋特征的量子身份認證系統，包括：

23、數據采集系統，用于聲紋特征的采集與處理，通過數字信號處理技術，對采集到的語音樣本進行預處理，提取出聲紋特征參數作為后續身份認證的基礎；

24、量子編碼系統，用于聲紋特征的量子態編碼，采用量子態編碼算法，將聲紋特征參數映射為量子比特的疊加態或糾纏態；

25、分發與協商系統，用于量子密鑰的分發與協商，采用量子密鑰分發協議，通過量子信道將密鑰分發給通信雙方，雙方利用量子糾纏態的特性，進行密鑰的協商和確認；

26、身份認證系統，用于量子身份認證，結合聲紋特征的量子態表示和量子密鑰，進行身份認證操作。

27、有益效果：本發明與現有技術相比，具有如下顯著優點：本發明不僅提高了身份認證的準確性，還大大增強了其抗攻擊能力；本發明的實現依賴于先進的量子通信和量子存儲技術，通過構建高效的量子通信網絡，實現了聲紋特征的量子態傳輸和存儲，進一步提升了身份認證系統的實用性和可擴展性。

技術特征：

1.一種基于聲紋特征的量子身份認證方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的基于聲紋特征的量子身份認證方法，其特征在于，所述步驟(1)中選擇短時傅里葉變換進行聲紋特征提取，短時傅里葉變換是一種將非平穩信號轉換為時頻表示的方法，其公式如下：

3.根據權利要求1所述的所述的基于聲紋特征的量子身份認證方法，其特征在于，所述步驟(2)中量子態的制備包括：

4.根據權利要求1所述的所述的基于聲紋特征的量子身份認證方法，其特征在于，所述步驟(3)將聲紋特征參數編碼為量子態包括將聲紋特征參數映射為量子比特的疊加態或糾纏態。

5.根據權利要求1所述的所述的基于聲紋特征的量子身份認證方法，其特征在于，所述步驟(3)量子態編碼過程中，將每個聲紋特征值映射到一個量子比特上，通過量子門操作來實現，使用x門、h門對量子比特進行操作，使其處于特定的疊加態或糾纏態。

6.根據權利要求5所述的所述的基于聲紋特征的量子身份認證方法，其特征在于，所述量子比特可以處于0或1的狀態，或者處于它們的疊加態。

7.根據權利要求1所述的所述的基于聲紋特征的量子身份認證方法，其特征在于，所述步驟(4)量子密鑰分發協議包括bb84協議和e91協議。

8.根據權利要求1所述的所述的基于聲紋特征的量子身份認證方法，其特征在于，所述步驟(5)量子身份認證包括通信一方將聲紋特征的量子態發送給認證方，認證方則利用手中的量子密鑰對接收到的量子態進行解碼和驗證，通過比較解碼后的聲紋特征參數與預存的用戶聲紋模板，判斷請求者的身份是否合法。

9.根據權利要求1所述的所述的基于聲紋特征的量子身份認證方法，其特征在于，所述步驟(6)中對于認證成功的請求者，認證方授予其相應的訪問權限或執行相應的操作；對于認證失敗的請求者，認證方拒絕其訪問請求并記錄相關信息。

10.一種基于聲紋特征的量子身份認證系統，其特征在于，包括：

技術總結
本發明公開了一種基于聲紋特征的量子身份認證方法及系統，所述方法包括：聲紋特征的采集與處理，量子糾纏態的制備，聲紋特征的量子態編碼，量子密鑰的分發與協商，基于聲紋特征的量子身份認證以及認證結果的反饋與記錄；所述系統包括：數據采集系統，量子編碼系統，分發與協商系統以及身份認證系統。本發明不僅提高了身份認證的準確性，還大大增強了其抗攻擊能力；本發明的實現依賴于先進的量子通信和量子存儲技術，通過構建高效的量子通信網絡，實現了聲紋特征的量子態傳輸和存儲，進一步提升了身份認證系統的實用性和可擴展性。

技術研發人員：李圓智,王松,汪偉,馮寶,陳偉,卞宇翔,歐陽亨威,呂超,王璨,嚴宇航,丁津津,曹光耀,馬金輝,楊文濤,章莉,沈新村,袁偉博,王麗君,于海軍,王為臻
受保護的技術使用者：國網安徽省電力有限公司電力科學研究院
技術研發日：
技術公布日：2024/10/14