[論文レビュー] Quantum non-locality, causality and mistrustful cryptography

Muhammad Nadeem|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2014

Quantum Mechanics and Applications参考文献 47被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、量子非局所性と相対性理論を活用して、絶対的に安全な不誠実な暗号化を実現する相対的量子暗号フレームワークを提案する。因果的に独立した系におけるもつれスワッピングと量子トランスポートを組み合わせることで、決定的でバイアスのないコイントス、絶対的に安全なビットコミットメント、および隠されたデータと位置を有する新しい形のオーバーサイドトランスファーを実現し、長年の未解決問題を解決する。

ABSTRACT

Here we propose a general relativistic quantum framework for cryptography that exploits the fascinating connection of quantum non-locality and special theory of relativity with cryptography. The underlying principle of unconditional security is causality and two-fold quantum non-local correlations: first entanglement swapping and then teleportation over causally independent entangled systems. We show that the proposed framework has following remarkable and novel features in mistrustful cryptography: (i) It helps in defining a new notion of oblivious transfer where both the data transferred and the transfer position remains oblivious. (ii) The authenticity and integrity of the data transferred is guaranteed by the fundamental principles of quantum theory instead of computational complexity. (iii) It directly leads to unconditionally secure and deterministic two-sided two-party computation which is currently considered to be impossible. (iv) the proposed framework turns out to be asynchronous ideal coin tossing with zero bias which has not been achieved previously. (v) The same framework also implies unconditionally secure bit commitment. Finally, the combination of quantum non-locality and theory of relativity as discussed here can easily be generalized to multiparty setting that could be used to solve other mistrustful cryptographic tasks such as secret sharing and key agreement securely.

研究の動機と目的

• 不誠実な状況下での絶対的に安全な2者間計算を達成するという長年の課題に取り組む。
• 量子暗号における決定的でバイアスのないコイントスの不可能性を解決する。
• 両方の参加者がデータと転送位置の両方を知ることができない新しい形のオーバーサイドトランスファーを開発する。
• 計算の難易度の仮定に依存せず、量子力学的基礎に立脚した情報論的セキュリティを提供する。
• 秘密分散や鍵共有などのマルチパーティ暗号的タスクにこのフレームワークを一般化する。

提案手法

• 因果的に独立した系間のもつれスワッピングを通じて、量子非局所性を活用する。
• 時空的に分離された位置間で量子状態を転送するために、量子トランスポートを採用する。
• 相対論的因果性に依存して、信号伝達の禁止と光より速い通信の防止を実現する。
• 測定イベントが時空的に分離された状態にあるプロトコルを構築し、参加者間の因果的影響を排除する。
• 量子力学と特殊相対性理論の原則を統合し、物理的法則に基づいたセキュリティを強制する。
• 確率的結果が一般的な従来のアプローチとは異なり、構造的に決定的でバイアスのないプロトコルを設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子非局所性と相対性理論を組み合わせることで、絶対的に安全な2者間計算を達成できるか？
• RQ2 量子的および相対論的原理を用いて、決定的でゼロバイアスのコイントスプロトコルを構築できるか？
• RQ3 両方の参加者がデータと転送位置の両方を知ることができない新しい形のオーバーサイドトランスファーを定義できるか？
• RQ4 計算の難易度の仮定に依存せずに、情報論的セキュリティを保証する方法は何か？
• RQ5 このフレームワークを秘密分散や鍵共有などのマルチパーティ暗号的タスクに拡張できるか？

主な発見

• 従来、不可能であるとされていた、絶対的に安全で決定的な両者間2者間計算が達成された。
• 両方の参加者が知ることができない、新しい形のオーバーサイドトランスファーが実現され、転送データと転送位置の両方が隠蔽された。
• ゼロバイアスの非同期的理想的コイントスが実現され、これは従来の量子暗号では達成できなかった結果である。
• データの真正性と整合性は、計算複雑性ではなく、量子理論の原則によって保証される。
• フレームワークは自然にマルチパーティ設定に拡張可能であり、安全な秘密分散と鍵共有プロトコルを可能にする。
• ビットコミットメントが、提案されたフレームワークのもとで絶対的に安全であることが確認され、長年の未解決問題が解決された。