[論文レビュー] Towards a Novel Privacy-Preserving Distributed Multiparty Data Outsourcing Scheme for Cloud Computing with Quantum Key Distribution

D. Dhinakaran, D. Selvaraj+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2024

Cloud Data Security Solutions被引用数 21

ひとこと要約

量子脅威に抵抗するために、Quantum Key Distribution、CRYSTALS Kyber、Zero-Knowledge Proofs を組み合わせたクラウドベースのブロックチェーン向けプライバシー保護フレームワークを提案し、暗号化、鍵生成、システム efficiency の性能評価を行う。

ABSTRACT

The intersection of cloud computing, blockchain technology, and the impending era of quantum computing presents a critical juncture for data security. This research addresses the escalating vulnerabilities by proposing a comprehensive framework that integrates Quantum Key Distribution (QKD), CRYSTALS Kyber, and Zero-Knowledge Proofs (ZKPs) for securing data in cloud-based blockchain systems. The primary objective is to fortify data against quantum threats through the implementation of QKD, a quantum-safe cryptographic protocol. We leverage the lattice-based cryptographic mechanism, CRYSTALS Kyber, known for its resilience against quantum attacks. Additionally, ZKPs are introduced to enhance data privacy and verification processes within the cloud and blockchain environment. A significant focus of this research is the performance evaluation of the proposed framework. Rigorous analyses encompass encryption and decryption processes, quantum key generation rates, and overall system efficiency. Practical implications are scrutinized, considering factors such as file size, response time, and computational overhead. The evaluation sheds light on the framework's viability in real-world cloud environments, emphasizing its efficiency in mitigating quantum threats. The findings contribute a robust quantum-safe and ZKP-integrated security framework tailored for cloud-based blockchain storage. By addressing critical gaps in theoretical advancements, this research offers practical insights for organizations seeking to secure their data against quantum threats. The framework's efficiency and scalability underscore its practical feasibility, serving as a guide for implementing enhanced data security in the evolving landscape of quantum computing and blockchain integration within cloud environments.

研究の動機と目的

• クラウドベースのブロックチェーンシステムにおける量子時代のデータセキュリティ脆弱性に対処する。
• QKD、Kyber、ZKPを用いたプライバシー保護付きアウトソーシングフレームワークを設計する。
• 実用的なクラウド環境における暗号化/復号性能、鍵生成レート、全体的なシステム効率を評価する。

提案手法

• 量子鍵配送（QKD）を格子ベースのCRYSTALS Kyberと組み合わせ、量子安全な暗号を実現する。
• クラウドおよびブロックチェーン環境内でデータのプライバシーと検証を強化するためにゼロ知識証明（ZKP）を組み込む。
• 実用的なパラメータ（例：ファイルサイズ、応答時間、計算オーバーヘッド）下で、暗号化/復号性能、量子鍵生成レート、全体的なシステム効率を評価する。
• 実世界のクラウドベースのブロックチェーンストレージに対するフレームワークの実用性、拡張性、実現可能性を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QKDをポスト量子格子ベース暗号と統合して、クラウドベースのブロックチェーンデータ外部化をどのように保護できるか。
• RQ2 この量子安全なクラウド環境において、プライバシーと検証を強化するうえでゼロ知識証明はどのような役割を果たすか。
• RQ3 提案フレームワークの現実的なクラウド環境における性能影響（暗号化/復号、鍵生成レート、待機時間、オーバーヘッド）はどのようになるか。

主な発見

• フレームワークはQKD、CRYSTALS Kyber、およびZKPを組み合わせて、クラウドベースのブロックチェーンストレージにおける量子脅威に対処する。
• 性能評価には暗号化/復号プロセス、量子鍵生成レート、全体的なシステム効率が含まれる。
• ファイルサイズ、応答時間、計算オーバーヘッドといった実用的な影響について議論し、現実のクラウド環境におけるフレームワークの実現可能性を強調している。