随着近年来量子通信领域快速的发展,量子安全通信是着重研究的方向之一,通信前的身份认证承担着保障通信合法的重要责任;量子身份认证(Quantum Identity Authentication,QIA)是密钥分发和量子通信前对通信用户合法性进行确认的重要步骤,因此完整的量子身份认证协议和流程显得尤为重要;同时随着量子基站的落成,用户的身份认证在验证合法性之前还需要考虑用户具备的不同量子能力,即考虑用户具备何种程度的量子能力;在完整的QIA协议中,协议的安全性概率分析也是重要的组成部分,从总体上来看量子密码的安全性分析上的现有发展较为缓慢,但近年来量子通信协议的形式化分析逐渐成为了量子领域热点,研究方向上也出现包括Petri技术、模型检测等新的尝试,这些方法如何应用在量子身份认证协议中的安全性分析中是值得研究的;针对现有的QIA协议的不足,我们提出了一种基于单光子可实现双向同步的量子身份认证协议,具体内容如下:(1)提出了一种有可信第三方参与的具体协议策略,协议准备阶段结合了Kerberos经典密码协议思想提出根据量子票据发起建立的认证流程。在认证阶段,采用了一种高效的新型编码方式,通过一次制备反复抛回的策略实现了同步认证,仅通过一次共享编码实现完整的双向认证流程。(2)考虑到用户可能具备的不同量子能力和通信环境,补充了基于相同策略但流程上有所改进的半量子通信环境下的完整QIA协议,在半量子环境下同样实现双向同步的、高效地认证。(3)就身份认证协议中面临的不同攻击方式进行了传统的数学概率计算和基于概率模型检测的形式化分析,并将二者进行比较和总结;在概率模型检测中使用了Prism工具对不同模块分别建模,得到了协议的可证明安全性。(4)补充了协议扩展到多用户的原则,通过“临时基站”的想法拟提高量子网络多用户认证中的独立性和私密性。