[論文レビュー] Secure and authenticated quantum secret sharing

Muhammad Nadeem, Noor ul Ain|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2015

Quantum Information and Cryptography参考文献 33被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、もつれスワッピングと量子トランスポートーションを用いて、古典的および量子的秘密の安全で認証された配布を可能にする新しい量子秘密分散方式を提案する。この方式は、二重の量子非局所的相関を活用することで、事前共有鍵や物理的に安全なチャネルを必要とせず、内部および外部の盗聴者に対して絶対的な安全性を保証する。古典的秘密のための(2,2)方式を実現し、量子的秘密のための(5,5)方式を、プライベートチャネルを用いて実現する。

ABSTRACT

We propose here a quantum secret sharing scheme that works for both quantum and classical secrets. The proposed scheme is based on both entanglement swapping and teleportation together. It allows sender to encrypt his/her secret and simultaneously distribute decryption information of the encrypted secret among distant parties where decryption shares are nonlocally correlated with each other. Two-fold quantum non-local correlations, generated through entanglement swapping and then teleporting quantum states over swapped maximally entangled pairs, guarantee both authentication and secrecy of the secret from internal as well as external eavesdroppers. For classical secrets, we demonstrate a direct (2,2) quantum secret sharing scheme where neither pre-shared key nor physically secure quantum/classical channel are required. The same scheme turns out to be a (5,5) quantum secret sharing scheme for quantum secrets if sender and receivers have private quantum/classical channels among them.

研究の動機と目的

• 古典的および量子的秘密を同時に保護する統合型の量子秘密分散プロトコルの開発。
• 古典的秘密分散における事前共有鍵や物理的に安全なチャネルの必要性の排除。
• 内部および外部の盗聴者に対して強力な認証と機密性の確保。
• もつれスワッピングとトランスポートーションを組み合わせることで、量子非局所性を活用したセキュリティの強化。
• 現実の量子通信制約下でもこの方式の実用的妥当性の実証。

提案手法

• この方式はもつれスワッピングを用いて、離れた参加者間で非局所的相関を生成する。
• 量子トランスポートーションが、スワップされたもつれペアを介して暗号化された秘密状態を転送するために用いられる。
• 送信者は秘密を暗号化し、非局所的に相関する遠く離れた受信者間で復号鍵を配布する。
• もつれスワッピングとその後のトランスポートーションにより、二重の量子非局所的相関が生成され、セキュリティと認証が保証される。
• 古典的秘密の場合は、事前共有鍵や安全なチャネルを必要とせず、(2,2)しきい値方式として動作する。
• 量子的秘密の場合は、送信者と受信者間でプライベートな量子／古典チャネルが利用可能な場合、(5,5)しきい値方式として機能する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一の量子秘密分散プロトコルが、古典的および量子的秘密を安全に処理できるか？
• RQ2 事前共有鍵や物理的に安全なチャネルに依存せずに、認証と機密性を達成できるか？
• RQ3 もつれスワッピングと量子トランスポートーションをどのように組み合わせて、セキュリティを向上させる非局所的相関を生成できるか？
• RQ4 異なるチャネル仮定のもとで、このアプローチによって実現可能なしきい値方式（例：(2,2)、(5,5)）は何か？
• RQ5 量子非局所性を用いることで、内部および外部の盗聴者に対して、この方式が安全性を保証できるか？

主な発見

• この方式は、事前共有鍵や物理的に安全なチャネルを必要とせず、古典的秘密のための(2,2)量子秘密分散方式を達成する。
• 量子的秘密の場合は、送信者と受信者間でプライベートな量子／古典チャネルが利用可能な場合、(5,5)しきい値方式を実現する。
• もつれスワッピングとトランスポートーションの使用により、認証と機密性を保証する二重の量子非局所的相関が生成される。
• 相関の非局所的性質のおかげで、内部および外部の盗聴者に対して絶対的な安全性が保証される。
• 標準的な量子操作と最小限のリソース仮定に基づき、古典的および量子的秘密分散の両方において実用的妥当性が示される。
• セキュリティは量子非局所性に根ざしており、もつれ状態を破壊するあらゆる盗聴試行に対しても強固である。