[논문 리뷰] Secure and authenticated quantum secret sharing

Muhammad Nadeem, Noor ul Ain|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 29.

Quantum Information and Cryptography참고 문헌 33인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 얽힘 스위칭과 양자 텔레포테이션을 사용하여 고전적 및 양자 비밀을 안전하고 인증된 방식으로 분배할 수 있는 새로운 양자 비밀 공유 기법을 제안한다. 이 기법은 이중의 양자 비국소적 상관관계를 활용하여 내부 및 외부의 도청자에 대해 무조건적 보안을 보장하며, 사전 공유 키나 안전한 채널이 필요 없이 고전적 비밀에 대해 (2,2) 기법을 실현하고, 개인용 채널이 확보된 경우에만 양자 비밀에 대해 (5,5) 기법을 구현한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고전적 비밀과 양자 비밀을 동시에 보호할 수 있는 통합된 양자 비밀 공유 프로토콜을 개발하는 것.
• 고전적 비밀 공유에서 사전 공유 키나 물리적으로 안전한 채널이 필요 없도록 하는 것.
• 내부 및 외부의 도청자에 대해 강력한 인증과 기밀 보장을 확보하는 것.
• 얽힘 스위칭과 텔레포테이션을 통해 비국소성을 활용하여 보안을 향상시키는 것.
• 실제 양자 통신 환경의 제약 조건 하에서도 이 기법의 실용적 타당성을 입증하는 것.

제안 방법

• 기법은 먼 당사자 간의 비국소적 상관관계를 생성하기 위해 얽힘 스위칭을 사용한다.
• 암호화된 비밀 상태를 스위칭된 얽힌 쌍을 통해 전송하기 위해 양자 텔레포테이션을 활용한다.
• 송신자는 비밀을 암호화하고, 이를 비국소적으로 연결된 먼 수신자들 사이에 복호화 공유를 배포한다.
• 얽힘 스위칭 이후 텔레포테이션을 통해 이중의 양자 비국소적 상관관계를 생성함으로써 보안성과 인증성을 확보한다.
• 고전적 비밀의 경우, 사전 공유 키나 안전한 채널이 필요 없이 (2,2) 임계값 기법으로 작동한다.
• 양자 비밀의 경우, 송신자와 수신자 간에 개인용 양자/고전적 채널이 확보된 경우 (5,5) 임계값 기법으로 기능한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일의 양자 비밀 공유 프로토콜이 고전적 비밀과 양자 비밀을 동시에 안전하게 처리할 수 있는가?
• RQ2 사전 공유 키나 물리적으로 안전한 채널에 의존하지 않고도 인증과 기밀 보장을 달성할 수 있는가?
• RQ3 얽힘 스위칭과 양자 텔레포테이션을 어떻게 조합하여 보안을 향상시키는 비국소적 상관관계를 생성할 수 있는가?
• RQ4 다양한 채널 조건 하에서 이 접근법을 통해 어떤 임계값 기법((2,2), (5,5) 등)을 실현할 수 있는가?
• RQ5 양자 비국소성에 기반하여 내부 및 외부의 도청자에 대해 보안을 보장할 수 있는가?

주요 결과

• 이 기법은 사전 공유 키나 물리적으로 안전한 채널이 필요 없이 고전적 비밀에 대해 (2,2) 양자 비밀 공유 기법을 실현한다.
• 양자 비밀의 경우, 송신자와 수신자 간에 개인용 양자/고전적 채널이 확보된 경우 (5,5) 임계값 기법을 실현한다.
• 얽힘 스위칭과 텔레포테이션의 활용은 기밀 보장과 인증을 동시에 확보하는 이중의 양자 비국소적 상관관계를 생성한다.
• 상관관계의 비국소적 성격 덕분에 이 프로토콜은 내부 및 외부의 도청자에 대해 무조건적 보안을 제공한다.
• 표준 양자 연산과 최소한의 자원 가정만으로도 고전적 및 양자 비밀 공유에 대해 실용적 타당성을 입증한다.
• 보안은 양자 비국소성에 기반하여, 얽힌 상태를 교란하는 모든 도청 시도에 대해 강건하다.