[論文レビュー] Completely secure practical cryptography

Arindam Mitra|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 1999

Chaos-based Image/Signal Encryption参考文献 17被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、ビット符号化に意図的にノイズを導入することで、古典的および量子的鍵の両方に対して完全なセキュリティを達成する、革新的な鍵配布技術を提案する。この手法は、ノイズを障害要因と見なす伝統的な立場とは逆転させ、ノイズを根本的なセキュリティメカニズムとして活用する。この方法は、標準的な情報処理とは根本的に異なり、ノイズを基盤とするセキュリティ機構を用いて、実用的かつ完全に安全な暗号化を実現する。

ABSTRACT

Cryptography - the art of secure communications, has been developed at leastover 2500 years. Still at present, no perfectly secure as well as practicallysuitable classical or quantum cryptosystems exist. Statistically encoding theindividual bit, here we present a practical key distribution technique which isabsolutely secure both for classical and quantum keys. To achieve perfectsecurity, noise has to be strategically introduced. Noise, a detrimentalfactor, which never becomes helpful anywhere in classical and quantuminformation theory, can be used as a gift of nature in our cryptosystem sincefundamentally the coding of this cipher system does not follow the standardtechnique of classical and quantum information processing.

研究の動機と目的

• 完全なセキュリティと実用性の両立が長年のギャップを生じさせてきた暗号分野を解決するため、完全に安全かつ実用的であるシステムの開発を目的とする。
• 既存の古典的および量子暗号システムが、完全なセキュリティと実用的利用可能性の両方を達成できないという制限を克服することを目的とする。
• ノイズの役割を再定義し、破壊的要因から核心的なセキュリティ支援要因へと転換することを目的とする。
• 計算の困難性に依存せずに、すべての攻撃（量子攻撃を含む）に対して安全である鍵配布技術の設計を目的とする。

提案手法

• 従来のシステムがノイズを抑えるのに対し、本システムは個々のビットの符号化に意図的にノイズを導入する。
• ノイズを鍵配布プロセスに戦略的に配置することで、傍受試行が検出可能かつ無効になるように保証する。
• 標準的な古典的および量子情報処理手法とは乖離し、非標準的な符号化フレームワークに依存する。
• セキュリティは計算の困難性ではなく、ノイズを注入した符号化の根本的構造に依存する。
• 本手法は、古典的および量子の鍵伝送チャネルと両立する。
• 暗号システムの設計により、攻撃者がノイズを利用できず、検出されないまま意味のある情報を抽出することは不可能になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実世界の環境でも実装可能である一方で、完全なセキュリティを達成できる鍵配布システムは構築可能か？
• RQ2 通常は有害と見なされるノイズを、暗号セキュリティの構成的要素として利用することは可能か？
• RQ3 計算の仮定に依存せず、すべての形態の傍受（量子攻撃を含む）に対して安全である暗号システムは、どのように設計できるか？
• RQ4 標準的な情報処理に代わる、ノイズベースのセキュリティを可能にする代替符号化フレームワークは何か？
• RQ5 情報理論的セキュリティと運用可能性の両方を満たすシステムは、古典的および量子通信に適した形で構築可能か？

主な発見

• 提案手法は、古典的および量子的鍵の両方に対して完全なセキュリティを達成し、計算の仮定に依存しない。
• ノイズが成功裏にセキュリティメカニズムとして再利用され、実用性を損なわず絶対的な機密性を実現できる。
• 本システムは、標準的な古典的および量子情報処理の枠組みとは乖離しており、新たなセキュリティ保証を可能にする。
• ビット符号化におけるノイズの構造的導入のおかげで、いかなる傍受試行も検出可能である。
• 本手法は、従来は障害要因と見なされてきたノイズが、暗号システムにおけるセキュリティの根本的エンablerとなり得ることを示している。
• 本システムは、古典的および量子の両方の攻撃者に対しても完全に安全であり、かつ実用的である通信の実現への実現可能な道筋を提供する。