[논문 리뷰] Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing

C. H. Bennett, Brassard, Gilles|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 14.

Chaos-based Image/Signal Encryption인용 수 5,308

한 줄 요약

이 논문은 양자 채널이 보안된 공개 키 분배(quantum key distribution)와 양자 동전 던지기 프로토콜을 가능하게 하는 방법을 설명하며, 일반적인 사기에는 대한 보안하지만 특정 양자 역설에 의해 취약하다는 점을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 양자 시스템의 불확실성이 통신에서 도청 탐지를 가능하게 하는 동기를 제시한다.
• 양자 채널과 취약한 고전 채널을 사용하여 무작위 키 정보를 분배하는 프로토콜을 설명한다.
• 고전적인 속임수에 대해 보안한 양자 동전 던지기 프로토콜을 도입한다.
• 암호학적 작업에서의 한계와 잠재적 양자 역설 취약성에 대해 논의한다.

제안 방법

• 정보를 전송하기 위한 기본 양자 시스템(예: 편광된 광자)의 사용을 설명한다.
• 도청자가 전송을 반드시 교란하게 되어 탐지가 가능하다는 점을 설명한다.
• 취약한 고전 채널을 이용한 양자 키 분배 프로토콜의 개요를 제시한다.
• 전통적인 속임수 전략에 대해 보안한 양자 동전 던지기 프로토콜을 제시한다.
• 또한 Einstein-Podolsky-Rosen paradox에 의한 잠재적 전복 가능성을 주의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 취약한 고전 채널과 짝을 이루는 경우 양자 채널이 키 정보의 보안 분배를 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 무한한 파워의 공격자에 대해 보안을 유지하는 동전 던지기 프로토콜을 구현하는 것이 가능한가?
• RQ3 얽힘과 같은 양자 현상으로 인한 양자 암호 프로토콜의 한계는 무엇인가?

주요 결과

• 양자 채널은 초기 공유 비밀이 없어도 다른 사람에게 알려지지 않은 무작위 키 정보를 분배할 수 있게 한다.
• 양자 메시지를 통한 동전 던지기 프로토콜은 전통적 속임수와 무한한 파워의 공격자에 대해 보안을 제공한다.
• 그러나 이 프로토콜은 Einstein-Podolsky-Rosen paradox를 악용하여 전복될 수 있으며, 더 깊은 양자 현상에서의 한계를 드러낸다.