[論文レビュー] Practical Cryptography from Noisy Photonic Storage

Stephanie Wehner, Christian Schaffner+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 2007

Quantum Information and Cryptography被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、現実的なノイズを持つ光子量子記憶をもとにした実用的な量子暗号フレームワークを提案する。個々のキュービット記憶攻撃を技術的インスピレーションを受けてノイズでモデル化し、誠実な参加者が完全な量子操作を行う限り、任意のノイズレベルでもオーバーオール・トランスファー（ oblivious transfer ）が安全であることを示している。これにより、実用的ノイズ下での安全な識別プロトコルが可能になる。

ABSTRACT

We show how to implement cryptographic primitives based on the realistic assumption that quantum storage of qubits is noisy. We thereby consider individual-storage attacks, i.e. the dishonest party attempts to store each incoming qubit separately. Our model is similar to the model of bounded-quantum storage, however, we consider an explicit noise model inspired by present-day technology. To illustrate the power of this new model, we show that a protocol for oblivious transfer (OT) is secure for any amount of quantum-storage noise, as long as honest players can perform perfect quantum operations. Our model also allows the security of protocols that cope with noise in the operations of the honest players and achieve more advanced tasks such as secure identification.

研究の動機と目的

• 現実的なノイズのある量子記憶の仮定に基づく実用的な量子暗号プロトコルの開発を目的とする。
• 現在の光子技術から導出された明示的なノイズモデルを用いて、個々の記憶攻撃をモデル化することを目的とする。
• 高い記憶ノイズ下でも、オーバーオール・トランスファーおよび高度なプロトコルの安全性を確立することを目的とする。
• 誠実な参加者の量子操作におけるノイズにも耐えうる安全性を拡張することを目的とする。
• 現実のハードウェア制約下での新しい応用、たとえば安全な識別を可能とする。

提案手法

• 現在の光子技術を踏まえ、個々のキュービットを別々に記憶するノイズのある量子記憶としてモデル化する。
• 現実的な光子キュービット記憶の制限を捉えたノイズモデルを用い、理想化された有界量子記憶仮定とは異なる。
• 誠実な参加者が完全な量子操作を行うものと仮定し、個々の記憶攻撃下での安全性を分析する。
• ノイズのある記憶モデルを適用して、任意の記憶ノイズレベルにおけるオーバーオール・トランスファーの安全性を証明する。
• 誠実な参加者の操作におけるノイズに対応できるフレームワークに拡張し、高度なタスクに耐性のある堅牢なプロトコルを実現する。
• 量子情報理論的手法を用いて、指定されたノイズモデル下でのだましの確率を上限付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 任意のレベルの光子記憶ノイズ下でも、オーバーオール・トランスファーを安全に保てるか？
• RQ2 量子記憶における明示的なノイズが、量子プロトコルの安全性にどのように影響するか？
• RQ3 誠実な参加者の操作がノイズを含む場合でも、安全な識別を達成できるか？
• RQ4 現実的な光子記憶ノイズが、量子鍵配送および関連する基盤技術に与える影響は何か？
• RQ5 実用性と安全性の保証という観点から、このモデルは有界量子記憶モデルとどのように比較できるか？

主な発見

• 誠実な参加者が完全な量子操作を行う限り、任意の量の量子記憶ノイズ下でも、オーバーオール・トランスファーは個々の記憶攻撃に対して安全である。
• 提案されたモデルにより、現実的な光子記憶ノイズに基づく、初めての実用的オーバーオール・トランスファーの実現が可能になった。
• 不誠実な参加者がキュービットを任意のノイズで記憶しても、そのノイズが現在の技術と整合している限り、安全性が維持される。
• フレームワークは、誠実な参加者の操作におけるノイズにも耐えうるプロトコルをサポートし、実世界の実装への適用範囲を拡大する。
• 現実のハードウェア制約下でも安全な識別プロトコルが可能となり、実用的な妥当性が示された。
• ノイズが記憶に存在することは、制限ではなく、量子暗号におけるセキュリティリソースとして活用できることを示した。