近日，深圳国际量子研究院与香港中文大学（深圳）数据科学学院的双聘教授林正人（Masahito Hayashi）与名古屋大学数学研究科博士生王午晟合作，提出了一种新的量子消息认证框架——由验证者发起的量子数字签名（Verifier-Initiated Quantum Digital Signatures, VIQDS），并利用量子零知识证明技术，构建了可按需进行认证、具有信息理论安全性的量子消息认证协议。相关研究成果以“Verifier-initiated quantum message-authentication via quantum zero-knowledge proofs”为题发表在国际学术期刊 Nature Communications 上。

数字签名是现代信息安全体系中的核心工具，广泛用于保证信息的完整性、真实性和不可否认性。在经典互联网中，数字签名支撑着电子合同、身份认证、区块链交易和安全登录等应用。随着量子通信、量子网络和量子计算技术的发展，如何在量子时代实现安全、高效、可扩展的消息认证，成为量子密码学中的重要研究课题。

现有许多量子数字签名方案通常遵循“签名者发起”模式：签名者需要提前生成并分发与未来消息认证相关的量子或经典认证材料。然而，在实际系统中，验证往往是偶发的、按需的。例如，在大型分布式网络、区块链系统或审计场景中，某条消息未必一定会被验证。如果仍然要求签名者提前为大量潜在验证需求分发认证材料，就会造成不必要的通信、存储和计算开销。针对这一问题，Masahito Hayashi教授与合作者提出了“验证者发起的量子数字签名”（VIQDS）这一新概念，使验证者能够在真正需要认证时才发起请求，从而使量子消息认证更符合未来量子网络和分布式系统的运行方式。

为了实现这一目标，该工作引入了量子零知识证明（Quantum Zero-Knowledge Proofs, QZKPs）的思想。零知识证明允许证明者向验证者证明某个陈述为真，同时不泄露除“该陈述为真”之外的任何额外信息。在该工作中，签名者对应零知识证明中的证明者，验证者则对应零知识证明中的验证者；签名者的私钥对应证明中的秘密知识，而消息则对应待证明的陈述。通过这种角色转换，研究团队建立了从量子零知识证明协议到 VIQDS 的一般编译框架。

在安全性方面，该工作进一步改进了量子零知识证明的理论框架，使其能容纳不诚实的证明者和“看似诚实但试图获取额外信息”的验证者（specious verifier），并给出了具体的协议构造方法。此外，该工作还给出了可以指数级提升量子零知识证明协议可靠性（soundness）的通用方法。

这项成果从理论上填补了量子消息认证中“验证者发起”模式的空白，建立了量子零知识证明与量子数字签名之间的系统联系，并提出了兼具信息论安全性、可扩展性和实验可行性的协议方案。该成果有望为后量子时代和量子网络时代的安全认证体系提供新的基础框架。