[論文レビュー] How to implement two-party protocols in the noisy-storage model

Stephanie Wehner, Marcos Curty+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2009

Quantum Information and Cryptography参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、伝送エラーおよび検出器の非効率性といった現実世界の不完全要因を考慮した、ノイジーディスクリートストレージモデルにおける安全な2者間プロトコルの実装のための実用的ガイドラインを提供する。弱コherent光源およびパラメトリックダウンコンersion光源のための明示的なセキュリティパラメータが提示され、実験的環境におけるロバスト性を高めるためのデコイ状態の変更についても分析している。

ABSTRACT

The noisy-storage model allows the implementation of secure two-party protocols under the sole assumption that no large-scale reliable quantum storage is available to the cheating party. No quantum storage is thereby required for the honest parties. Examples of such protocols include bit commitment, oblivious transfer and secure identification. Here, we provide a guideline for the practical implementation of such protocols. In particular, we analyze security in a practical setting where the honest parties themselves are unable to perform perfect operations and need to deal with practical problems such as errors during transmission and detector inefficiencies. We provide explicit security parameters for two different experimental setups using weak coherent, and parametric down conversion sources. In addition, we analyze a modification of the protocols based on decoy states.

研究の動機と目的

• ノイジーディスクリートストレージモデルにおける理論的2者間プロトコルと、現実の実験的制約下での実装との間のギャップを埋めること。
• 伝送エラー、検出器の非効率性、誠実な当事者の不完全な操作といった実用的課題に対処すること。
• 弱コherent光源およびパラメトリックダウンコンersion光源の2つの異なる実験的設定のための明示的なセキュリティパラメータを提供すること。
• デコイ状態技術がノイズの多い環境におけるプロトコルのセキュリティとロバスト性に与える影響を分析すること。

提案手法

• 論文は、ノイジーディスクリートストレージモデルの文脈において、チャネル損失、検出器の非効率性、準備エラーといった実用的不完全要因をモデル化する。
• 弱コherent光源およびパラメトリックダウンコンersion光源で観測されたノイズレベルと誤り率に基づいて、セキュリティパラメータを導出する。
• ノイジーディスクリートストレージ環境に特化したエラー訂正およびプライバシー強化技術をプロトコル設計に組み込む。
• 実装における光子数分割攻撃を検出・緩和できるように、デコイ状態を用いた改変されたプロトコルを導入する。
• 不正な当事者が量子状態を信頼性を持って保存できないという仮定の下でセキュリティを分析するが、誠実な当事者は現実の制約下で動作するものとする。
• 両方の光源タイプについて、明示的なセキュリティパラメータの境界を計算し、プロトコルのロバスト性の定量的評価を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 誠実な当事者が不完全な状態準備や検出を経験する場合、どのようにして2者間プロトコルを安全に実装できるか？
• RQ2 弱コherent光源およびパラメトリックダウンコンersion光源を用いた2者間プロトコルが、現実のノイズと誤り条件のもとで達成可能なセキュリティパラメータは何か？
• RQ3 デコイ状態の導入は、ノイジーディスクリートストレージモデルにおけるプロトコルのセキュリティとロバスト性をどのように向上させるか？
• RQ4 検出器の非効率性や伝送エラーといった実用的不完全要因は、ノイジーディスクリートストレージに基づくプロトコルのセキュリティ保証にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 弱コherent光源およびパラメトリックダウンコンersion光源を用いた2者間プロトコルの明示的なセキュリティパラメータが導出され、現実の実装環境における定量的評価が可能になった。
• ノイズレベルが許容範囲内に保たれる限り、検出器の非効率性や伝送エラーといった現実の条件でもセキュリティが維持される。
• デコイ状態の使用により、実装における光子数分割攻撃の検出が可能となり、セキュリティが顕著に向上する。
• 不正な当事者が量子状態を信頼性を持って保存できない限り、誠実な当事者が不完全な操作を経験してもプロトコルは安全のまま保たれる。
• 分析結果から、現実の実験的制約のもとでも、実用的実装が意味のあるセキュリティレベルに達することが示され、ノイジーディスクリートストレージモデルが実システムにおいて実現可能であることが裏付けられた。