[論文レビュー] Bit commitment protocol based on random oblivious transfer via quantum channel

Li Yang|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2013

Quantum Information and Cryptography参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、非正交状態の伝送に基づく新しいランダムオーバーオールトランスファー（R-OT）プロトコルを用いて、量子チャネル上で統計的セキュリティを達成するビットコミットメントプロトコルを提案する。R-OTから1対2のオーバーオールトランスファー（OT）プロトコルを構築し、さらにそのOTプロトコルからビットコミットメントを導出することで、隠蔽性および結合性の両面で統計的セキュリティを実現する。この手法は、量子チャネルの特性を活用して、計算的仮定に依存しない無条件セキュリティを達成する。

ABSTRACT

Constructing oblivious transfer and bit commitment protocols based on chan-nel’s quantum nature to achieve statistical security has always been a basic aspect of quantum cryptography. Here we put forward a scheme to reach this goal. The idea is constructing first a random oblivious transfer (R-OT, an ex-tension of Rabin’s OT) protocol based on non-orthogonal states transmission over a quantum channel, then, as that usually do in modern cryptography, we construct a one-out-of-two oblivious transfer protocol on top of the R-OT protocol. Finally, we present a bit commitment protocol based on the one-out-of-two OT protocol, and show that it is statistically secure both in concealing and binding.

研究の動機と目的

• 量子チャネルを用いて、ビットコミットメントにおいて統計的セキュリティを達成すること。
• 非正交量子状態に基づく、より高いセキュリティを実現するランダムオーバーオールトランスファー（R-OT）プロトコルの設計。
• R-OTを基盤として1対2のオーバーオールトランスファー（OT）プロトコルを構築すること。
• 1対2のOTプロトコルから、隠蔽性および結合性の両面で証明された統計的セキュリティを持つビットコミットメントプロトコルを構築すること。

提案手法

• プロトコルは、非正交量子状態を量子チャネルを介して伝送することで実装されるランダムオーバーオールトランスファー（R-OT）スキームから開始する。
• R-OTは、メッセージを非正交量子状態にエンコードすることで、盗聴を防止し、セキュリティを確保する。
• 標準的な暗号的合成技術を用いて、R-OTプロトコルの上に1対2のオーバーオールトランスファー（OT）プロトコルを構築する。
• ビットコミットメントプロトコルは、1対2のOTプロトコルから導出され、下位のOTプロトコルのセキュリティ特性に依存する。
• セキュリティ解析により、量子チャネルの性質と非正交状態のエンコードのおかげで、統計的隠蔽性および統計的結合性が達成されることが確認された。
• このスキームは、計算的仮定に依存せず、量子チャネルの特性を活用して無条件セキュリティを確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子チャネルの特性のみを用いて、統計的セキュリティを有するビットコミットメントプロトコルを構築することは可能か？
• RQ2 非正交状態に基づくランダムオーバーオールトランスファーは、量子暗号におけるセキュリティをどのように強化できるか？
• RQ3 R-OTから1対2のOTプロトコルを構築することは可能であり、統計的セキュリティを保持できるか？
• RQ4 量子ビットコミットメントスキームにおいて、統計的隠蔽性と結合性を両立させるために必要な条件は何か？
• RQ5 プロトコルのセキュリティは、量子力学および非正交状態の不確実性に基づいて、計算的仮定を一切用いずに証明可能か？

主な発見

• 提案されたビットコミットメントプロトコルは、隠蔽性および結合性の両面で統計的セキュリティを達成しており、攻撃者がコミットされたビットを学習したり、それを改ざんしたりすることができない（検出可能）。
• 非正交状態伝送に基づくR-OTプロトコルは、いかなる盗聴試行に対しても強固なセキュリティを提供する。
• 1対2のOTプロトコルは、R-OTから成功裏に構築され、上位レベルのプロトコルの安全な基盤を形成する。
• 最終的なビットコミットメントプロトコルは、量子チャネルの特性にのみ依存しており、計算的仮定を必要としない。
• このスキームのセキュリティは、特に量子力学的原理、特に非可算定理と非正交状態の区別不能性に基づいて証明されている。
• プロトコルは、量子チャネルの特性とオーバーオールトランスファーのプリミティブを体系的に活用することで、隠蔽性および結合性の両方で統計的セキュリティを達成可能であることを示している。