Оцінка параметра QKD двоуніверсальним хешуванням

Оцінка параметра QKD двоуніверсальним хешуванням

Оцінка параметра QKD двоуніверсальним хешуванням PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальний пошук. Ai.

Димитер Острєв

Інститут зв'язку та навігації, Німецький аерокосмічний центр, Oberpfaffenhofen, 82234 Weßling, Німеччина

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

У цьому документі пропонується та підтверджується безпека протоколу QKD, який використовує двоуніверсальне хешування замість випадкової вибірки для оцінки кількості помилок біта та фази. Цей протокол значно перевершує попередні протоколи QKD для малих розмірів блоків. Загалом, для двоуніверсального протоколу хешування QKD різниця між асимптотичною та кінцевою швидкістю ключів зменшується з кількістю $n$ кубітів як $cn^{-1}$, де $c$ залежить від параметра безпеки. Для порівняння, та сама різниця зменшується не швидше, ніж $c'n^{-1/3}$ для оптимізованого протоколу, який використовує випадкову вибірку та має ту саму асимптотичну швидкість, де $c'$ залежить від параметра безпеки та помилки швидкість.

Протокол квантового розподілу ключів (QKD) дозволяє двом користувачам встановити секретний ключ, спілкуючись через автентифікований класичний канал і повністю незахищений квантовий канал. Важливими параметрами для протоколу QKD є кількість кубітів, що надсилаються по квантовому каналу, стійкість до шуму на квантовому каналі, розмір вихідного секретного ключа та рівень безпеки.

Існуючі протоколи QKD і перевірки безпеки демонструють компроміси між параметрами: для заданої кількості кубітів покращення шумостійкості або безпеки зменшує розмір виведення. Ці компроміси особливо важкі, коли кількість кубітів невелика, тобто близько 1000-10000. Така невелика кількість кубітів виникає на практиці, коли квантовий канал особливо важко реалізувати, наприклад, коли супутник передає заплутані пари фотонів на дві наземні станції.

Ця робота запитує: чи існують протоколи QKD і докази безпеки, які демонструють кращі компроміси параметрів, особливо у випадку, коли кількість кубітів невелика? Він представляє один із таких протоколів QKD і підтвердження безпеки. У цьому протоколі використовується двоуніверсальне хешування замість випадкової вибірки для оцінки кількості помилок перевороту біта та фази, що призводить до значного покращення компромісів параметрів для невеликої кількості кубітів, але також ускладнює реалізацію протоколу.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Чарльз Х. Беннетт, Девід П. ДіВінченцо, Джон А. Смолін і Вільям К. Вуттерс. Змішане заплутування та квантова корекція помилок. фіз. Rev. A, 54:3824–3851, листопад 1996 р. URL: https://​/​link.aps.org/​doi/​10.1103/​PhysRevA.54.3824, doi:10.1103/​PhysRevA.54.3824.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.3824

[2] Нік Дж. Боуман і Серж Фер. Вибірка в квантовій сукупності та застосування. У щорічній конференції з криптології, сторінки 724–741. Springer, 2010. doi:10.1007/​978-3-642-14623-7_39.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-14623-7_39

[3] Жиль Брассар і Луї Сальвей. Таємно-ключове звірення шляхом публічного обговорення. У семінарі з теорії та застосування криптографічних методів, сторінки 410–423. Springer, 1993. doi:10.1007/​3-540-48285-7_35.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-48285-7_35

[4] AR Calderbank, EM Rains, PW Shor та NJA Sloane. Квантова корекція помилок і ортогональна геометрія. фіз. Rev. Lett., 78:405–408, січень 1997 р. URL: https://​/​link.aps.org/​doi/​10.1103/​PhysRevLett.78.405, doi:10.1103/​PhysRevLett.78.405.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.405

[5] AR Calderbank і Peter W. Shor. Існують хороші квантові коди для виправлення помилок. фіз. Rev. A, 54:1098–1105, серпень 1996 р. URL: https://​/​link.aps.org/​doi/​10.1103/​PhysRevA.54.1098, doi:10.1103/​PhysRevA.54.1098.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.1098

[6] Дж. Лоуренс Картер і Марк Н. Вегман. Універсальні класи хеш-функцій. Journal of Computer and System Sciences, 18(2):143–154, 1979. URL: https://​/​www.sciencedirect.com/​science/​article/​pii/​0022000079900448, doi:10.1016/​0022 -0000(79)90044-8.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0022-0000(79)90044-8
https://​/​www.sciencedirect.com/​science/​article/​pii/​0022000079900448

[7] Петро Еліас. Кодування для двох зашумлених каналів. У Коліна Черрі, редактора Теорії інформації, 3-й Лондонський симпозіум, Лондон, Англія, вересень 1955 р. Наукові публікації Баттерворта, 1956 р. URL: https:/​/​worldcat.org/​en/​title/​562487502, doi: 10.1038/​176773a0.
https://​/​doi.org/​10.1038/​176773a0
https://​/​worldcat.org/​en/​title/​562487502

[8] Чі-Ханг Фред Фунг, Сюнфен Ма та Х. Ф. Чау. Практичні питання постобробки квантового розподілу ключів. Physical Review A, 81(1), січень 2010 р. URL: http://​/​dx.doi.org/​10.1103/​PhysRevA.81.012318, doi:10.1103/​physreva.81.012318.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.012318

[9] Роберт Г. Галлагер. Коди перевірки парності з низькою щільністю. The MIT Press, 09 1963. doi:10.7551/​mitpress/​4347.001.0001.
https://​/​doi.org/​10.7551/​mitpress/​4347.001.0001

[10] Даніель Готтесман. Клас квантових кодів з виправленням помилок, що насичують квантову межу Хеммінга. фіз. Rev. A, 54:1862–1868, вересень 1996 р. URL: https://​/​link.aps.org/​doi/​10.1103/​PhysRevA.54.1862, doi:10.1103/​PhysRevA.54.1862.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.1862

[11] М Коаші. Просте підтвердження безпеки квантового розподілу ключів на основі комплементарності. New Journal of Physics, 11(4):045018, квітень 2009. URL: https://​/​dx.doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​4/​045018, doi:10.1088/ ​1367-2630/​11/​4/​045018.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​4/​045018

[12] Чарльз Ці-Вень Лім, Фейху Сюй, Цзянь-Вей Пан і Артур Екерт. Аналіз безпеки квантового розподілу ключів з малою довжиною блоку та його застосування до квантового космічного зв’язку. Physical Review Letters, 126(10), березень 2021 р. URL: http://​/​dx.doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.126.100501, doi:10.1103/​physrevlett.126.100501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.100501

[13] Хой-Квонг Ло і Х. Ф. Чау. Безумовна безпека розподілу квантового ключа на як завгодно великі відстані. Science, 283(5410):2050–2056, березень 1999 р. URL: https://​/​doi.org/​10.1126/​science.283.5410.2050, doi:10.1126/​science.283.5410.2050.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.283.5410.2050

[14] Майкл А. Нільсен та Ісаак Л. Чуанг. Квантові обчислення та квантова інформація. Cambridge University Press, червень 2012 р.
https://​/​doi.org/​10.1017/​cbo9780511976667

[15] Димитер Острєв. Компонована, безумовно безпечна автентифікація повідомлень без секретного ключа. У 2019 році Міжнародний симпозіум IEEE з теорії інформації (ISIT), сторінки 622–626, 2019. doi:10.1109/​ISIT.2019.8849510.
https://​/​doi.org/​10.1109/​ISIT.2019.8849510

[16] С. Пірандола, У. Л. Андерсен, Л. Банчі, М. Берта, Д. Бунандар, Р. Колбек, Д. Енглунд, Т. Герінг, К. Лупо, К. Оттавіані, Дж. Л. Перейра, М. Разаві, Дж. Шамсул Шаарі , М. Томамічел, В. К. Усенко, Г. Валлоне, П. Віллорезі та П. Валлден. Досягнення квантової криптографії. Adv. Opt. Photon., 12(4):1012–1236, грудень 2020 р. URL: http://​/​opg.optica.org/​aop/​abstract.cfm?URI=aop-12-4-1012, doi:10.1364 /​AOP.361502.
https://​/​doi.org/​10.1364/​AOP.361502
http://​/​opg.optica.org/​aop/​abstract.cfm?URI=aop-12-4-1012

[17] Крістофер Портман. Переробка ключів в автентифікації. IEEE Transactions on Information Theory, 60(7):4383–4396, 2014. doi:10.1109/​TIT.2014.2317312.
https://​/​doi.org/​10.1109/​TIT.2014.2317312

[18] Крістофер Портман і Ренато Реннер. Криптографічна безпека розповсюдження квантового ключа, 2014. URL: https://​/​arxiv.org/​abs/​1409.3525, doi:10.48550/​ARXIV.1409.3525.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.1409.3525
arXiv: 1409.3525

[19] Ренато Реннер. Безпека розподілу квантових ключів. Докторська дисертація, ETH Zurich, 2005. URL: https://​/​arxiv.org/​abs/​quant-ph/​0512258, doi:10.48550/​ARXIV.QUANT-PH/​0512258.
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.QUANT-PH/​0512258
arXiv: quant-ph / 0512258

[20] Пітер У. Шор і Джон Прескілл. Простий доказ безпеки протоколу розподілу квантових ключів bb84. фіз. Rev. Lett., 85:441–444, липень 2000 р. URL: https://​/​link.aps.org/​doi/​10.1103/​PhysRevLett.85.441, doi:10.1103/​PhysRevLett.85.441.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.441

[21] Ендрю Стін. Багаточастинкова інтерференція та квантова корекція помилок. Праці Лондонського королівського товариства. Серія A: Математичні, фізичні та інженерні науки, 452(1954):2551–2577, 1996. URL: https:/​/​royalsocietypublishing.org/​doi/​abs/​10.1098/​rspa.1996.0136, doi:10.1098 /​rspa.1996.0136.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.1996.0136

[22] В. Форрест Стайнспрінг. Позитивні функції на c*-алгебрах. Proceedings of the American Mathematical Society, 6(2):211–216, 1955. URL: http://​/​www.jstor.org/​stable/​2032342, doi:10.2307/​2032342.
https: / / doi.org/ 10.2307 / 2032342
http://​/​www.jstor.org/​stable/​2032342

[23] Марко Томамічел і Ентоні Левер'є. Значною мірою автономне та повне підтвердження безпеки квантового розподілу ключів. Quantum, 1:14, липень 2017 р. URL: http://​/​dx.doi.org/​10.22331/​q-2017-07-14-14, doi:10.22331/​q-2017-07-14- 14.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2017-07-14-14

[24] Марко Томамічел, Чарльз Сі Вен Лім, Ніколя Гісін і Ренато Реннер. Аналіз жорсткого кінцевого ключа для квантової криптографії. Nature Communications, 3(1):1–6, 2012. doi:10.1038/​ncomms1631.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms1631

[25] Марк Н. Вегман і Дж. Лоуренс Картер. Нові хеш-функції та їх використання для автентифікації та встановлення рівності. Journal of Computer and System Sciences, 22(3):265–279, 1981. URL: https://​/​www.sciencedirect.com/​science/​article/​pii/​0022000081900337, doi:10.1016/​0022 -0000(81)90033-7.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0022-0000(81)90033-7
https://​/​www.sciencedirect.com/​science/​article/​pii/​0022000081900337

[26] Хуань Інь, Ю-Хуай Лі, Шен-Кай Ляо, Мен Ян, Юань Цао, Лян Чжан, Цзі-Ган Рень, Вень-Ці Цай, Вей-Юе Лю, Шуан-Лінь Лі та ін. Захищена квантова криптографія на основі заплутаності понад 1,120 кілометрів. Nature, 582(7813):501–505, 2020. doi:10.1038/​s41586-020-2401-y.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2401-y

Цитується

[1] Мануель Б. Сантос, Пауло Матеус та Хрісула Влачу, «Квантова універсально композиційна невідома лінійна оцінка», arXiv: 2204.14171.

[2] Дімітер Острев, Давід Орсуччі, Франсіско Лазаро та Балаш Матуз, «Конструкції класичного коду продукту для квантових кодів Калдербенка-Шор-Стіна», arXiv: 2209.13474.

Вищезазначені цитати від SAO / NASA ADS (останнє оновлення успішно 2023-01-14 11:00:11). Список може бути неповним, оскільки не всі видавці надають відповідні та повні дані про цитування.

On Служба, на яку посилається Crossref даних про цитування робіт не знайдено (остання спроба 2023-01-14 11:00:09).

Часова мітка:

Більше від Квантовий журнал