[논문 리뷰] Towards a Novel Privacy-Preserving Distributed Multiparty Data Outsourcing Scheme for Cloud Computing with Quantum Key Distribution

D. Dhinakaran, D. Selvaraj외 3명|arXiv (Cornell University)|2024. 07. 09.

Cloud Data Security Solutions인용 수 21

한 줄 요약

양자 키 분배(QKD), CRYSTALS Kyber, 제로 지식 증명(ZKP)을 결합하여 양자 위협에 저항하는 클라우드 기반 블록체인용 프라이버시 보호 프레임워크를 제안하고, 암호화, 키 생성 및 시스템 효율성에 대한 성능 평가를 포함한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 클라우드 기반 블록체인 시스템에서 양자 시대의 데이터 보안 취약점을 해결한다.
• QKD, Kyber, ZKP를 활용한 프라이버시 보호 아웃소싱 프레임워크를 설계한다.
• 현실적인 클라우드 환경에서 암호화/복호화 성능, 키 생성 속도, 및 전체 시스템 효율성을 평가한다.

제안 방법

• 양자 안전 암호화를 위한 격자 기반 CRYSTALS Kyber와 양자 키 분배(QKD)를 통합한다.
• 클라우드 및 블록체인 환경에서 데이터 프라이버시 및 검증을 강화하기 위해 제로 지식 증명(ZKP)을 도입한다.
• 현실적인 매개변수(예: 파일 크기, 응답 시간, 계산 오버헤드) 하에서 암호화/복호화 성능, 양자 키 생성 속도, 및 전체 시스템 효율성을 평가한다.
• 현실 세계의 클라우드 기반 블록체인 저장소에 대한 프레임워크의 실용성, 확장성 및 실행 가능성을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 클라우드 기반 블록체인 데이터 아웃소싱의 보안을 위해 QKD를 포스트 양자 격자 기반 암호화와 어떻게 통합할 수 있는가?
• RQ2 이 양자 안전 클라우드 환경에서 제로 지식 증명이 프라이버시 및 검증 강화에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 현실적인 클라우드 환경에서 제안된 프레임워크의 성능 영향(암호화/복호화, 키 생성 속도, 지연, 오버헤드)은 무엇인가?

주요 결과

• 본 프레임워크는 클라우드 기반 블록체인 저장소의 양자 위협에 대응하기 위해 QKD, CRYSTALS Kyber, ZKP를 결합한다.
• 성능 평가에는 암호화/복호화 프로세스, 양자 키 생성 속도, 및 전체 시스템 효율성이 포함된다.
• 연구는 파일 크기, 응답 시간, 계산 오버헤드와 같은 실용적 시사점을 논의하며, 현장 실세계 클라우드 환경에서 프레임워크의 실행 가능성을 강조한다.