[論文レビュー] Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing

C. H. Bennett, Brassard, Gilles|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2020

Chaos-based Image/Signal Encryption被引用数 5,308

ひとこと要約

本論文は、量子チャネルが secure public key distribution (quantum key distribution) および quantum coin-tossing protocol を可能にする方法を説明し、従来の cheating には対してのセキュリティを提供する一方で、いくつかの quantum paradoxes に対して脆弱であることを示す。

ABSTRACT

When elementary quantum systems, such as polarized photons, are used to transmit digital information, the uncertainty principle gives rise to novel cryptographic phenomena unachievable with traditional transmission media, e.g. a communications channel on which it is impossible in principle to eavesdrop without a high probability of disturbing the transmission in such a way as to be detected. Such a quantum channel can be used in conjunction with ordinary insecure classical channels to distribute random key information between two users with the assurance that it remains unknown to anyone else, even when the users share no secret information initially. We also present a protocol for coin-tossing by exchange of quantum messages, which is secure against traditional kinds of cheating, even by an opponent with unlimited computing power, but ironically can be subverted by use of a still subtler quantum phenomenon, the Einstein-Podolsky-Rosen paradox.

研究の動機と目的

• 量子系の不確実性が通信における盗聴検出を可能にする動機付け。
• 量子チャネルと安全でないクラシックチャネルを用いてランダムな鍵情報を分配するプロトコルを説明。
• クラシカルな不正行為に対して安全な quantum coin-tossing protocol を紹介。
• 暗号タスクにおける量子現象の限界と潜在的な quantum paradox の弱点を議論。

提案手法

• 情報を伝えるための基礎的な量子系（例：偏光された光子）を用いる説明。
• 盗聴者が伝送を必ず攪乱し、それを検出可能にする仕組みの説明。
• insecure classical channel を用いた quantum key distribution のプロトコルの概説。
• 従来の不正行為戦略に対して安全な quantum coin-tossing protocol の提示。
• Einstein-Podolsky-Rosen paradox による潜在的な転用に言及。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 insecure classical channel と組み合わせたときに quantum channels は鍵情報の安全な分配を可能にするか。
• RQ2 無限の力を持つアドversary に対しても安全な coin-tossing protocol を実装可能か。
• RQ3 entanglement などの量子現象によって量子暗号プロトコルにはどんな制限が存在するか。

主な発見

• Quantum channels allow distribution of random key information unknown to others, even without initial shared secrets.
• A coin-tossing protocol via quantum messages is secure against traditional cheating and unlimited-power adversaries.
• However, the protocol can be subverted by exploiting the Einstein-Podolsky-Rosen paradox, revealing limits due to deeper quantum phenomena.