Digital signatures are one of the simplest cryptographic building blocks that provide appealing security characteristics such as authenticity, unforgeability, and undeniability. In 1984, Shamir developed the first Identity-based signature (IBS) to simplify public key infrastructure and circumvent the need for certificates. It makes the process uncomplicated by enabling users to verify digital signatures using only the identifiers of signers, such as email, phone number, etc. Nearly all existing IBS protocols rely on several theoretical assumption-based hard problems. Unfortunately, these hard problems are unsafe and pose a hazard in the quantum realm. Thus, designing IBS algorithms that can withstand quantum attacks and ensure long-term security is an important direction for future research. Quantum cryptography (QC) is one such approach. In this paper, we propose an IBS based on QC. Our scheme's security is based on the laws of quantum mechanics. It thereby achieves long-term security and provides resistance against quantum attacks. We verify the proposed design's correctness and feasibility by simulating it in a prototype quantum device and the IBM Qiskit quantum simulator. The implementation code in qiskit with Jupyternotebook is provided in the Annexure. Moreover, we discuss the application of our design in secure email communication.


翻译:数字签名是最简单的密码学构建模块之一,可提供真实性、不可伪造性和不可否认性等诱人的安全特性。1984年,Shamir提出了首个基于身份的签名(IBS),以简化公钥基础设施并规避对证书的需求。该方案通过允许用户仅使用签名者的标识符(如电子邮件地址、电话号码等)验证数字签名,从而简化了流程。几乎所有现有的IBS协议都依赖于若干基于理论假设的困难问题。遗憾的是,这些困难问题在量子领域并不安全且构成威胁。因此,设计能够抵御量子攻击并确保长期安全性的IBS算法是未来研究的重要方向。量子密码学(QC)正是这样一种方法。本文提出了一种基于QC的IBS方案。我们方案的安全性基于量子力学定律,从而实现了长期安全性并能够抵御量子攻击。我们通过在原形量子设备和IBM Qiskit量子模拟器上进行仿真,验证了所提设计的正确性和可行性。附录中提供了采用Jupyter Notebook的Qiskit实现代码。此外,我们讨论了该设计在安全电子邮件通信中的应用。

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