本文提出了一种基于数字证书的量子通信网络接入认证方案，特别地，通过将签名信息编码到量子态中进行传输，实现了对量子安全直接通信网络量子信道的认证，具备双向认证、数据机密性与完整性、不可伪造性和不可否认性等安全特性。并基于后量子密码标准ML-DSA和SLH-DSA，实验验证了该方案的可行性。该工作将后量子密码技术与量子通信技术相结合，为未来大规模量子安全通信网络的构建提供了新的思路。

中文标题：基于数字证书的量子通信网络高效接入认证

英文原题：Efficient Access Authentication for Quantum Communication Network with Digital Certificates

通讯作者：

龙桂鲁，清华大学

王敏，北京量子信息科学研究院

第一作者：

王敏，北京量子信息科学研究院

关键词：量子通信；量子网络；接入认证；数字证书；后量子密码

背景介绍

网络通信中的接入认证通常依赖公钥基础设施和数字证书技术，并广泛采用RSA、ECC等传统公钥密码算法。然而，随着量子计算的发展，RSA和ECC等公钥密码被破解的风险与日俱增，现有互联网安全体系将面临根本性威胁。为了应对量子计算的威胁，国际上逐渐形成了两条技术路线：一是量子密码学，利用量子力学原理实现信息论安全的密钥共享和信息传输；二是后量子密码学，基于能够抵抗量子计算攻击的数学难题设计新型公钥密码。截至目前，美国国家标准与技术研究院（NIST）已发布ML-KEM、ML-DSA和SLH-DSA等后量子密码标准，为量子时代信息系统的安全提供了统一规范。

虽然量子密码学能够在物理层面保证通信安全，但仅靠量子并不能很好解决“身份认证”问题。网络中的用户仍然需要确认彼此身份，否则恶意用户可以通过伪装身份实施攻击。预共享密钥可以在小规模网络中发挥一定的认证作用，但当网络规模扩大时，密钥管理复杂度急剧升高，且难以防止预共享密钥用户之间的身份伪造，这在涉及金融借贷服务的网络中尤为关键。因此，如何在量子通信网络中建立安全、高效且可扩展的认证机制，是量子互联网发展要解决的关键问题之一。

研究成果

北京量子信息科学研究院王敏副研究员、龙桂鲁教授团队将后量子数字签名算法与数字证书机制引入量子通信网络，研发了一种基于NIST后量子密码标准数字证书的量子通信网络接入认证方案（图1），并在量子安全直接通信（QSDC）网络中，通过验证编码于量子态中的数字签名，实验演示了量子信道的安全接入认证。得益于QSDC系统能够直接利用量子态传输信息，该方案不需要使用密钥封装机制进行密钥交换，而只需数字签名算法即可实现双向安全认证，具有数据保密性和完整性、不可伪造性和不可否认性等安全特性。

图1：基于数字证书的 QSDC 网络接入认证方案

图2：基于DL04-QSDC系统的接入认证方案实验示意图

王敏等人基于DL04-QSDC系统完成了该方案的实验验证。实验中采用16 MHz脉冲激光器，并在5 km标准单模光纤中实现接入认证。研究团队测试了不同安全强度的后量子签名算法，包括ML-DSA-44、ML-DSA-65、ML-DSA-87以及SLH-DSA-SHAKE-128f。实验结果显示，随着签名长度增加，认证时间相应增长，其中ML-DSA方案性能较优，认证耗时仅数秒，SLH-DSA由于签名较长，认证时间达到约40秒。

表1：不同后量子密码算法的系统接入认证结果

该工作将NIST后量子标准与量子安全直接通信深度结合，实现了基于数字证书的量子信道接入认证。这意味着未来量子通信网络不仅能够“安全传输”，还能够“安全接入”，从而具备构建量子安全网络的关键能力。

未来方向

未来可进一步提高QSDC系统通信速率、优化后量子标准的硬件实现以降低认证时延。探索在更长距离、更复杂拓扑结构网络中的量子安全认证。此外，随着后续更多后量子密码标准的发布，该框架也具有良好的兼容性和可扩展性。

主要作者简介

龙桂鲁     清华大学教授、博导，北京量子信息科学研究院副院长，主持国家自然科学基金青年科学基金项目(A类)，联合国量子百人之一，英、美物理学会会士，国际电联（ITU）新兴技术专家顾问委员，中国通信学会量子通信委员会主任，中国密码学会理事，量子密码专业委员会副主任。

王   敏     北京量子信息科学研究院副研究员，博士生导师。

引用本文

Min Wang, Jianxing Guo, Wei Zhang, et al. Efficient access authentication for quantum communication network with digital certificates. Fundamental Research, 6 (3) (2026) 1833-1837.

原文链接（复制到浏览器中查看）：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266732582500620X

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