Yksityisyyden ja oikeellisuuden kompromissit tietoteoreettisesti turvallisessa kvanttihomomorfisessa salauksessa

Yksityisyyden ja oikeellisuuden kompromissit tietoteoreettisesti turvallisessa kvanttihomomorfisessa salauksessa

Aikaleima: 13. huhtikuuta 2023 7
Lähdesolmu: 2584725

Yanglin Hu1, Yingkai Ouyang1ja Marco Tomamichel1,2

1Kvanttiteknologian keskus, Singaporen kansallinen yliopisto, Singapore
2Sähkö- ja tietokonetekniikan laitos, Singaporen kansallinen yliopisto

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Kvanttihomomorfinen salaus, joka mahdollistaa palvelimen suorittaman laskennan suoraan salatuista tiedoista, on perusprimitiivi, josta voidaan rakentaa monimutkaisempia kvanttisalausprotokollia. Jotta tällaiset rakenteet olisivat mahdollisia, kvanttihomomorfisen salauksen tulee täyttää kaksi yksityisyysominaisuutta: datasuojaus, joka varmistaa, että syötetyt tiedot ovat yksityisiä palvelimelta, ja piirin yksityisyys, joka varmistaa, että laskennan jälkeinen salateksti ei paljasta mitään lisätietoa piiristä. käytetään sen suorittamiseen, itse laskennan ulostulon lisäksi. Vaikka piirin yksityisyyttä on tutkittu hyvin klassisessa kryptografiassa ja monet homomorfiset salausjärjestelmät voidaan varustaa sillä, sen kvanttianalogi on saanut vain vähän huomiota. Tässä määrittelemme piirin yksityisyyden määritelmän kvanttihomomorfiselle salaukselle informaatioteoreettisella suojauksella. Lisäksi vähennämme kvanttitietoisen siirron kvanttihomomorfiseen salaukseen. Käyttämällä tätä vähennystä työmme purkaa perustavanlaatuisia kompromisseja piirien yksityisyyden, tietojen yksityisyyden ja oikeellisuuden välillä laajalle kvanttihomomorfisten salausprotokollien perheelle, mukaan lukien järjestelmät, jotka sallivat vain Clifford-piirien laskennan.

Suositeltu kuva: Kvanttihomomorfinen salaus, Sveitsin armeijan kvanttisalauksen veitsi, voi rakentaa kvanttitietoisen siirron.

[Upotetun sisällön]

Suosittu yhteenveto

Kuvittele, että menet tilitoimistoon neuvottelemaan kirjanpitäjältäsi verostasi. Et halua kirjanpitäjäsi tietävän yksityisiä tietojasi, kuten tulojasi ja verojasi. Päinvastoin, kirjanpitäjäsi ei halua sinun oppivan, kuinka hän laskee verosi. Muuten teet sen itse ensi kerralla, ja hän menettää työpaikkansa. Onko mahdollista, että olette molemmat tyytyväisiä?
Jos joku teistä ei pysty ratkaisemaan tiettyä monimutkaista ongelmaa, niin kyllä, ja voit käyttää klassista homomorfista salausta. Voimmeko kuitenkin päästä eroon kyseenalaisesta oletuksesta? Toiveena on tuoda kvanttimekaniikka kvanttihomomorfiseen salaukseen, mikä yleensä parantaa turvallisuutta.
Lehdessämme vastaamme kysymykseen ei. Toinen teistä ja kirjanpitäjänne eivät voi olla tyytyväisiä. Vuotamasi tiedon ja kirjanpitäjäsi vuotamien tietojen välillä on kompromissi.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] Joseph F Fitzsimons. "Yksityinen kvanttilaskenta: johdatus sokeaan kvanttilaskentaan ja siihen liittyviin protokolliin". npj Quantum Information 3, 1–11 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0025-3

[2] Dorit Aharonov, Michael Ben-Or ja Elad Eban. "Vuorovaikutteisia todisteita kvanttilaskentille" (2008) arXiv:0810.5375.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0810.5375
arXiv: 0810.5375

[3] Anne Broadbent, Joseph Fitzsimons ja Elham Kashefi. "Universaali sokea kvanttilaskenta". Vuonna 2009 50. vuotuinen IEEE-symposium tietojenkäsittelytieteen perusteista. Sivut 517–526. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2009.36

[4] Tomoyuki Morimae ja Keisuke Fujii. "Sokea kvanttilaskentaprotokolla, jossa Liisa vain tekee mittauksia". Phys. Rev. A 87, 050301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.050301

[5] Ben W Reichardt, Falk Unger ja Umesh Vazirani. "Kvanttijärjestelmien klassinen hallinta". Nature 496, 456–460 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12035

[6] Atul Mantri, Tommaso F. Demarie, Nicolas C. Menicucci ja Joseph F. Fitzsimons. "Flow ambiguity: Polku kohti klassisesti ohjattua sokeaa kvanttilaskentaa". Phys. Rev. X 7, 031004 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031004

[7] Li Yu, Carlos A. Pérez-Delgado ja Joseph F. Fitzsimons. "Tietoteoreettisesti turvallisen kvanttihomomorfisen salauksen rajoitukset". Phys. Rev. A 90, 050303 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.050303

[8] Anne Broadbent ja Stacey Jeffery. "Kvanttihomomorfinen salaus alhaisen t-portin monimutkaisuuden piireille". Julkaisussa Rosario Gennaro ja Matthew Robshaw, toimittajat, Advances in Cryptology – CRYPTO 2015. Sivut 609–629. Berliini, Heidelberg (2015). Springer Berlin Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-48000-7_30

[9] Yfke Dulek, Christian Schaffner ja Florian Speelman. "Kvanttihomomorfinen salaus polynomikokoisille piireille". Teoksessa Matthew Robshaw ja Jonathan Katz, toimittajat, Advances in Cryptology – CRYPTO 2016. Sivut 3–32. Berliini, Heidelberg (2016). Springer Berlin Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-53015-3_1

[10] Si-Hui Tan, Joshua A. Kettlewell, Yingkai Ouyang, Lin Chen ja Joseph F. Fitzsimons. "Kvanttilähestymistapa homomorfiseen salaukseen". Scientific Reports 6, 33467 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep33467

[11] Yingkai Ouyang, Si-Hui Tan ja Joseph F. Fitzsimons. "Kvanttihomomorfinen salaus kvanttikoodeista". Phys. Rev. A 98, 042334 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.042334

[12] Urmila Mahadev. "Kvanttipiirien klassinen homomorfinen salaus". SIAM Journal on Computing 0, FOCS18–189 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 18M1231055

[13] Yingkai Ouyang ja Peter P. Rohde. "Yleinen kehys kvanttihomomorfisen salauksen ja kvanttivirheen korjauksen koostumukselle" (2022) arXiv:2204.10471.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2204.10471
arXiv: 2204.10471

[14] Craig Gentry. "Täysin homomorfinen salaus ihanteellisia hiloja käyttäen". Proceedings of the 41. vuotuisen ACM Symposium on Theory of Computing -julkaisussa. Sivut 169-178. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1145 / +1536414.1536440

[15] Craig Gentry. "Täysin homomorfinen salausjärjestelmä". Tohtorin väitöskirja. Stanfordin yliopisto. (2009). url: crypto.stanford.edu/​craig.
https://​/​crypto.stanford.edu/​craig

[16] Craig Gentry, Shai Halevi ja Vinod Vaikuntanathan. "I-hop homomorfinen salaus ja uudelleen satunnaistettavat yao-piirit". Proceedings of the 30th Annual Conference on Advances in Cryptology. Sivut 155-172. CRYPTO'10Berlin, Heidelberg (2010). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-14623-7_9

[17] Baoz Barak ja Zvika Brakerski. "Sveitsin armeijan veitsi kryptografiassa" (2012) url: windowsontheory.org/​2012/​05/​01/​the-swiss-army-knife-of-cryptography/​.
https://​/​windowsontheory.org/​2012/​05/​01/​the-swiss-army-knife-of-cryptography/​

[18] Yehuda Lindell. "Opetusohjelmat kryptografian perusteista: omistettu oded goldreichille". Springer Publishing Company, Incorporated. (2017). 1. painos.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-57048-8

[19] Saeid Esmaeilzade, Nasrollah Pakniat ja Ziba Eslami. "Yleinen rakenne yksinkertaisten unohtumattomien siirtoprotokollien rakentamiseksi homomorfisista salausjärjestelmistä". The Journal of Supercomputing 78, 72–92 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11227-021-03826-0

[20] Omer Reingold, Luca Trevisan ja Salil Vadhan. "Käsitykset salausprimitiivien pelkistävyydestä". Teoksessa Moni Naor, toimittaja, Theory of Cryptography. Sivut 1-20. Berliini, Heidelberg (2004). Springer Berlin Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-24638-1_1

[21] Ching-Yi Lai ja Kai-Min Chung. "Tilastollisesti suojatusta kvanttihomomorfisesta salauksesta". Kvantti Info. Comput. 18, 785–794 (2018).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC18.9-10-4

[22] Michael Newman. "Lisärajoituksia informaatioteoreettisesti turvalliselle kvanttihomomorfiselle salaukselle" (2018) arXiv:1809.08719.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1809.08719
arXiv: 1809.08719

[23] Ashwin Nayak. "Optimaaliset alarajat kvanttiautomaateille ja hajasaantikoodeille". 40. vuotuisessa symposiumissa tietojenkäsittelytieteen perusteista (Cat. No.99CB37039). Sivut 369-376. (1999).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFFCS.1999.814608

[24] Si-Hui Tan, Yingkai Ouyang ja Peter P. Rohde. "Käytännöllinen jokseenkin turvallinen kvanttisalaus, jossain määrin homomorfinen, koherentit tilat". Phys. Rev. A 97, 042308 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.042308

[25] Yingkai Ouyang, Si-Hui Tan, Joseph Fitzsimons ja Peter P. Rohde. "Lineaarioptiikan kvanttilaskennan homomorfinen salaus lähes mielivaltaisissa valon tiloissa asymptoottisesti täydellisellä suojauksella". Physical Review Research 2, 013332 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013332

[26] André Chailloux, Iordanis Kerenidis ja Jamie Sikora. "Alarajat kvanttitietoiselle siirrolle". Kvantti Info. Comput. 13, 158–177 (2013).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC13.1-2-9

[27] André Chailloux ja Jamie Sikora. "Optimaaliset rajat puolirehelliselle kvanttiohjautuvalle siirrolle". Chicago Journal of Theoretical Computer Science 2016 (2016).
https: / / doi.org/ 10.4086 / cjtcs.2016.013

[28] Ryan Amiri, Robert Stárek, David Reichmuth, Ittoop V. Puthoor, Michal Mičuda, Ladislav Mišta, Jr., Miloslav Dušek, Petros Wallden ja Erika Andersson. "Epätäydellinen 1-2-kvantti unohtunut siirto: rajat, protokolla ja sen kokeellinen toteutus". PRX Quantum 2, 010335 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010335

[29] Koenraad MR Audenaert ja Milán Mosonyi. "Virheiden todennäköisyyksien ja asymptoottisten virheeksponenttien ylärajat kvanttimonitiladiskriminaatiossa". Journal of Mathematical Physics 55, 102201 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1063 / +1.4898559

[30] Carl W. Helstrom. "Havaitsemisteoria ja kvanttimekaniikka". Information and Control 10, 254–291 (1967).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0019-9958(67)90302-6

[31] Alexander S. Holevo. "Kvanttiviestintäkanavan välittämän tiedon määrän rajat". Problems of Information Transmission 9, 177–183 (1973). url: http://​/​mi.mathnet.ru/​ppi903.
http://​/​mi.mathnet.ru/​ppi903

[32] John Watrous. "Kvanttitiedon teoria". Cambridge University Press. (2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / +9781316848142

[33] CA Fuchs ja J. van de Graaf. "Kvanttimekaanisten tilojen kryptografiset erotettavuustoimenpiteet". IEEE Transactions on Information Theory 45, 1216–1227 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1109 / +18.761271

[34] A. Uhlmann. "Siirtymätodennäköisyys" *-algebran tilaavaruudessa. Reports on Mathematical Physics 9, 273–279 (1976).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(76)90060-4

[35] Michael A Nielsen ja Isaac Chuang. "Kvanttilaskenta ja kvanttitiedot: 10-vuotisjuhlapainos". Cambridge University Press. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[36] Hoi-Kwong Lo. "Kvanttiturvallisten laskelmien epävarmuus". Phys. Rev. A 56, 1154–1162 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.56.1154

[37] Roger Colbeck. "Suojatun kahden osapuolen klassisen laskennan mahdottomuus". Phys. Rev. A 76, 062308 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062308

[38] Carlos Mochon. "Kvanttiheikko kolikonheitto mielivaltaisen pienellä harhalla" (2007) arXiv:0711.4114.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0711.4114
arXiv: 0711.4114

[39] André Chailloux ja Iordanis Kerenidis. "Optimaalinen kvanttivahva kolikonheitto". Vuonna 2009 50. vuotuinen IEEE-symposium tietojenkäsittelytieteen perusteista. Sivut 527-533. IEEE (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2009.71

[40] Dorit Aharonov, André Chailloux, Maor Ganz, Iordanis Kerenidis ja Loïck Magnin. "Yksinkertaisempi todiste kvanttiheikon kolikoiden heilahtelun olemassaolosta mielivaltaisen pienellä harhalla". SIAM Journal on Computing 45, 633–679 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 14096387X

[41] Carl A. Miller. "Tehokkaan kvanttiheikon kolikoiden heittämisen mahdottomuus". Proceedings of the 52nd Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. Sivut 916-929. New York, NY, Yhdysvallat (2020). Tietotekniikan liitto.

[42] Hoi-Kwong Lo ja HF Chau. "Onko kvanttibittisitoutuminen todella mahdollista?". Phys. Rev. Lett. 78, 3410-3413 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.3410

[43] Dominic Mayers. "Ehdoitta turvallinen kvanttibittinen sitoutuminen on mahdotonta." Phys. Rev. Lett. 78, 3414-3417 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.3414

Viitattu

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal