[论文解读] Practical Cryptography from Noisy Photonic Storage

Stephanie Wehner, Christian Schaffner+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 2007

Quantum Information and Cryptography被引用 2

一句话总结

本文提出了一种基于现实噪声光子量子存储的实用量子密码框架，通过技术启发的噪声建模个体量子比特存储攻击。结果表明，只要诚实方执行完美的量子操作，即使在任意噪声水平下，无条件秘密传输（oblivious transfer）依然安全，从而实现了在操作噪声下安全身份识别的新协议。

ABSTRACT

We show how to implement cryptographic primitives based on the realistic assumption that quantum storage of qubits is noisy. We thereby consider individual-storage attacks, i.e. the dishonest party attempts to store each incoming qubit separately. Our model is similar to the model of bounded-quantum storage, however, we consider an explicit noise model inspired by present-day technology. To illustrate the power of this new model, we show that a protocol for oblivious transfer (OT) is secure for any amount of quantum-storage noise, as long as honest players can perform perfect quantum operations. Our model also allows the security of protocols that cope with noise in the operations of the honest players and achieve more advanced tasks such as secure identification.

研究动机与目标

• 在考虑量子存储噪声的现实假设下，开发实用的量子密码协议。
• 基于当前光子技术，使用显式噪声模型对个体存储攻击进行建模。
• 即使在高存储噪声下，也建立无条件秘密传输和高级协议的安全性。
• 将安全性扩展至容忍诚实方量子操作中存在噪声的协议。
• 实现新应用，例如在现实硬件约束下的安全身份识别。

提出的方法

• 将量子存储建模为具有噪声的系统，其中单个量子比特被独立存储，灵感来源于当前光子技术。
• 采用能捕捉光子量子比特存储实际限制的噪声模型，不同于理想化的有界量子存储假设。
• 在假设诚实方执行完美量子操作的前提下，分析个体存储攻击下的安全性。
• 将噪声存储模型应用于证明任意存储噪声水平下无条件秘密传输的安全性。
• 将框架扩展至处理诚实方操作中的噪声，从而支持高级任务的稳健协议。
• 采用量子信息理论技术，对指定噪声模型下的欺骗概率进行上界估计。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在任意水平的光子存储噪声下实现无条件秘密传输的安全性？
• RQ2 量子存储中的显式噪声如何影响量子协议的安全性？
• RQ3 当诚实方的操作存在噪声时，能否实现安全的身份识别？
• RQ4 现实光子存储噪声对量子密钥分发及相关原原子有何影响？
• RQ5 与有界量子存储模型相比，该模型在实用性和安全性保证方面有何差异？

主要发现

• 只要诚实方执行完美量子操作，无条件秘密传输对任意量的量子存储噪声下的个体存储攻击均保持安全。
• 所提出的模型首次实现了基于现实光子存储噪声的实用无条件秘密传输。
• 即使恶意方以任意噪声存储量子比特，只要噪声与当前技术一致，安全性依然成立。
• 该框架支持容忍诚实方操作中噪声的协议，从而扩展了其在真实世界实现中的适用性。
• 该模型支持在现实硬件约束下实现安全身份识别协议，证明了其实际可行性。
• 结果表明，存储噪声并非限制因素，反而可作为量子密码学中的安全资源加以利用。