Pengorbanan privasi dan kebenaran untuk informasi-enkripsi homomorfik kuantum yang aman secara teoretis

Pengorbanan privasi dan kebenaran untuk informasi-enkripsi homomorfik kuantum yang aman secara teoretis

Stempel Waktu: 13 April 2023 7:21
Node Sumber: 2584725

Yang Lin Hu1, YingkaiOuyang1, dan Marco Tomamichel1,2

1Pusat Teknologi Quantum, Universitas Nasional Singapura, Singapura
2Jurusan Teknik Listrik dan Komputer, National University of Singapore

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Enkripsi homomorfik kuantum, yang memungkinkan perhitungan oleh server secara langsung pada data terenkripsi, adalah primitif mendasar yang darinya protokol kriptografi kuantum yang lebih kompleks dapat dibangun. Agar konstruksi seperti itu dimungkinkan, enkripsi homomorfik kuantum harus memenuhi dua properti privasi: privasi data yang memastikan bahwa data input bersifat pribadi dari server, dan privasi sirkuit yang memastikan bahwa ciphertext setelah perhitungan tidak mengungkapkan informasi tambahan apa pun tentang sirkuit. digunakan untuk melakukan itu, di luar output dari perhitungan itu sendiri. Sementara privasi sirkuit dipelajari dengan baik dalam kriptografi klasik dan banyak skema enkripsi homomorfik dapat dilengkapi dengannya, analog kuantumnya hanya mendapat sedikit perhatian. Di sini kami menetapkan definisi privasi sirkuit untuk enkripsi homomorfik kuantum dengan keamanan teoretis informasi. Selain itu, kami mengurangi transfer terlupa kuantum menjadi enkripsi homomorfik kuantum. Dengan menggunakan pengurangan ini, pekerjaan kami mengungkap pertukaran mendasar antara privasi sirkuit, privasi data, dan kebenaran untuk keluarga besar protokol enkripsi homomorfik kuantum, termasuk skema yang hanya memungkinkan perhitungan sirkuit Clifford.

Gambar unggulan: Enkripsi homomorfik kuantum, pisau kriptografi kuantum tentara Swiss, dapat membangun transfer terlupa kuantum.

[Embedded content]

Ringkasan populer

Bayangkan pergi ke kantor akuntan untuk berkonsultasi dengan akuntan Anda tentang pajak Anda. Anda tidak ingin akuntan Anda mengetahui data pribadi Anda, seperti penghasilan dan pajak Anda. Sebaliknya, akuntan Anda tidak ingin Anda mempelajari cara dia menghitung pajak Anda. Jika tidak, Anda akan melakukannya sendiri lain kali, dan dia akan kehilangan pekerjaannya. Apakah mungkin Anda berdua puas?
Jika salah satu dari Anda tidak dapat memecahkan masalah rumit tertentu, maka ya, dan Anda dapat menggunakan enkripsi homomorfik klasik. Namun, bisakah kita menyingkirkan asumsi yang dipertanyakan itu? Harapannya adalah membawa mekanika kuantum ke enkripsi homomorfik kuantum, yang biasanya meningkatkan keamanan.
Dalam makalah kami, kami menjawab pertanyaan dengan tidak. Salah satu dari Anda dan akuntan Anda tidak dapat dipuaskan. Ada trade-off antara informasi yang Anda bocorkan dan informasi yang dibocorkan oleh akuntan Anda.

► data BibTeX

► Referensi

[1] Joseph F Fitzsimons. "Komputasi kuantum pribadi: pengantar komputasi kuantum buta dan protokol terkait". npj Quantum Information 3, 1–11 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0025-3

[2] Dorit Aharonov, Michael Ben-Or, dan Elad Eban. “Bukti interaktif untuk komputasi kuantum” (2008) arXiv:0810.5375.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0810.5375
arXiv: 0810.5375

[3] Anne Broadbent, Joseph Fitzsimons, dan Elham Kashefi. "Komputasi kuantum buta universal". Pada Simposium IEEE Tahunan ke-2009 tahun 50 tentang Dasar-dasar Ilmu Komputer. Halaman 517–526. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2009.36

[4] Tomoyuki Morimae dan Keisuke Fujii. "Protokol perhitungan kuantum buta di mana alice hanya melakukan pengukuran". Fisika. Pdt. A 87, 050301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.050301

[5] Ben W Reichardt, Falk Unger, dan Umesh Vazirani. "Perintah klasik sistem kuantum". Alam 496, 456–460 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12035

[6] Atul Mantri, Tommaso F. Demarie, Nicolas C. Menicucci, and Joseph F. Fitzsimons. "Arus ambiguitas: Jalan menuju komputasi kuantum buta yang digerakkan secara klasik". Fisika. Pdt.X 7, 031004 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031004

[7] Li Yu, Carlos A. Pérez-Delgado, dan Joseph F. Fitzsimons. "Keterbatasan pada enkripsi homomorfik kuantum informasi-secara teoritis-aman". Fisika. Pdt. A 90, 050303 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.050303

[8] Anne Broadbent dan Stacey Jeffery. "Enkripsi homomorfik kuantum untuk sirkuit dengan kompleksitas gerbang-t rendah". Dalam Rosario Gennaro dan Matthew Robshaw, editor, Kemajuan dalam Kriptologi – CRYPTO 2015. Halaman 609–629. Berlin, Heidelberg (2015). Springer Berlin Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-48000-7_30

[9] Yfke Dulek, Christian Schaffner, dan Florian Speelman. "Enkripsi homomorfik kuantum untuk sirkuit berukuran polinomial". Dalam Matthew Robshaw dan Jonathan Katz, editor, Advances in Cryptology – CRYPTO 2016. Halaman 3–32. Berlin, 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, and Joseph F. Fitzsimons. "Pendekatan kuantum untuk enkripsi homomorfik". Laporan Ilmiah 6, 33467 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep33467

[11] Yingkai Ouyang, Si-Hui Tan, and Joseph F. Fitzsimons. "Enkripsi homomorfik kuantum dari kode kuantum". Fisika. Pdt. A 98, 042334 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.042334

[12] Urmila Mahadev. "Enkripsi homomorfik klasik untuk sirkuit kuantum". Jurnal SIAM tentang Komputasi 0, FOCS18–189 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 18M1231055

[13] Yingkai Ouyang dan Peter P. Rohde. “Kerangka umum untuk komposisi enkripsi homomorfik kuantum & koreksi kesalahan kuantum” (2022) arXiv:2204.10471.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2204.10471
arXiv: 2204.10471

[14] Craig Gentri. "Enkripsi sepenuhnya homomorfik menggunakan kisi-kisi yang ideal". Dalam Prosiding Simposium ACM tahunan ke-41 tentang Teori komputasi. Halaman 169–178. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1536414.1536440

[15] Craig Gentri. "Skema enkripsi yang sepenuhnya homomorfik". tesis PhD. Universitas Stanford. (2009). url: crypto.stanford.edu/​craig.
https://​/​crypto.stanford.edu/​craig

[16] Craig Gentry, Shai Halevi, dan Vinod Vaikuntanathan. "Enkripsi homomorfik I-hop dan sirkuit yao yang dapat diacak ulang". Dalam Prosiding Konferensi Tahunan ke-30 tentang Kemajuan dalam Kriptologi. Halaman 155–172. CRYPTO'10Berlin, Heidelberg (2010). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-14623-7_9

[17] Baoz Barak dan Zvika Brakerski. “The swiss army knife of cryptography” (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 Lindel. "Tutorial tentang dasar-dasar kriptografi: Didedikasikan untuk oded goldreich". Perusahaan Penerbitan Springer, Dimasukkan. (2017). edisi pertama.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-57048-8

[19] Saeid Esmaeilzade, Nasrollah Pakniat, and Ziba Eslami. “Konstruksi generik untuk membangun protokol transfer sederhana yang tidak disadari dari skema enkripsi homomorfik”. Jurnal Superkomputer 78, 72–92 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11227-021-03826-0

[20] Omer Reingold, Luca Trevisan, dan Salil Vadhan. "Gagasan reducibility antara primitif kriptografi". Dalam Moni Naor, editor, Theory of Cryptography. Halaman 1–20. Berlin, Heidelberg (2004). Springer Berlin Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-24638-1_1

[21] Ching-Yi Lai dan Kai-Min Chung. "Pada enkripsi homomorfik kuantum yang aman secara statistik". Informasi Kuantum. Komputer. 18, 785–794 (2018).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC18.9-10-4

[22] Michael Newman. “Keterbatasan lebih lanjut pada enkripsi homomorfik kuantum yang aman secara teoritis informasi” (2018) arXiv:1809.08719.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1809.08719
arXiv: 1809.08719

[23] Aswin Nayak. "Batas bawah optimal untuk automata kuantum dan kode akses acak". Dalam 40th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (Cat. No.99CB37039). Halaman 369–376. (1999).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFFCS.1999.814608

[24] Si-Hui Tan, Yingkai Ouyang, and Peter P. Rohde. "Enkripsi agak-homomorfik kuantum yang agak aman dan praktis dengan status yang koheren". Fisika. Pdt. A 97, 042308 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.042308

[25] Yingkai Ouyang, Si-Hui Tan, Joseph Fitzsimons, and Peter P. Rohde. "Enkripsi homomorfik perhitungan kuantum optik linier pada kondisi cahaya yang hampir sewenang-wenang dengan keamanan sempurna tanpa gejala". Penelitian Tinjauan Fisik 2, 013332 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013332

[26] André Chailloux, Iordanis Kerenidis, dan Jamie Sikora. "Batas bawah untuk transfer terlupa kuantum". Informasi Kuantum. Komputer. 13, 158–177 (2013).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC13.1-2-9

[27] Andre Chailloux dan Jamie Sikora. "Batas optimal untuk transfer terlupa kuantum semi-jujur". Jurnal Ilmu Komputer Teoritis Chicago 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, and Erika Andersson. "Transfer terlupa kuantum 1-dari-2 yang tidak sempurna: Batas, protokol, dan implementasi eksperimentalnya". PRX Quantum 2, 010335 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010335

[29] Koenraad MR Audenaert dan Milán Mosonyi. "Batas atas pada probabilitas kesalahan dan eksponen kesalahan asimptotik dalam diskriminasi keadaan berganda kuantum". Jurnal Fisika Matematika 55, 102201 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4898559

[30] Carl W. Helstrom. "Teori deteksi dan mekanika kuantum". Informasi dan Kontrol 10, 254–291 (1967).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0019-9958(67)90302-6

[31] Alexander S. Holevo. "Batas untuk jumlah informasi yang dikirimkan oleh saluran komunikasi kuantum". Masalah Transmisi Informasi 9, 177–183 (1973). url: http://mi.mathnet.ru/ppi903.
http://​/​mi.mathnet.ru/​ppi903

[32] John Watrous. "Teori informasi kuantum". Pers Universitas Cambridge. (2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[33] CA Fuchs dan J. van de Graaf. "Ukuran pembeda kriptografi untuk keadaan mekanika kuantum". Transaksi IEEE tentang Teori Informasi 45, 1216–1227 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.761271

[34] A. Uhlmann. ""Probabilitas transisi" dalam ruang keadaan dari *-aljabar". Laporan Fisika Matematika 9, 273–279 (1976).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(76)90060-4

[35] Michael A Nielsen dan Isaac Chuang. "Komputasi kuantum dan informasi kuantum: edisi peringatan 10 tahun". Pers Universitas Cambridge. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[36] Hoi-Kwong Lo. "Ketidakamanan perhitungan aman kuantum". Fisika. Pdt. A 56, 1154–1162 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.56.1154

[37] Roger Colbek. "Ketidakmungkinan perhitungan klasik dua pihak yang aman". Fisika. Pdt. A 76, 062308 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062308

[38] Carlos Mochon. “Koin lemah kuantum membalik dengan bias kecil yang sewenang-wenang” (2007) arXiv: 0711.4114.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0711.4114
arXiv: 0711.4114

[39] André Chailloux dan Iordanis Kerenidis. "Pembalikan koin kuat kuantum yang optimal". Pada Simposium IEEE Tahunan ke-2009 tahun 50 tentang Dasar-dasar Ilmu Komputer. Halaman 527–533. IEEE (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2009.71

[40] Dorit Aharonov, André Chailloux, Maor Ganz, Iordanis Kerenidis, and Loïck Magnin. “Bukti yang lebih sederhana tentang keberadaan koin lemah kuantum yang dibalik dengan bias kecil yang sewenang-wenang”. Jurnal SIAM tentang Komputasi 45, 633–679 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 14096387X

[41] Carl A. Miller. "Ketidakmungkinan membalik koin lemah kuantum yang efisien". Dalam Prosiding Simposium ACM SIGACT Tahunan ke-52 tentang Teori Komputasi. Halaman 916–929. New York, NY, AS (2020). Asosiasi Mesin Komputasi.

[42] Hoi-Kwong Lo dan HF Chau. "Apakah komitmen bit kuantum benar-benar mungkin?". Fisika. Pendeta Lett. 78, 3410–3413 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.3410

[43] Dominic Mayer. “Komitmen bit kuantum yang aman tanpa syarat tidak mungkin”. Fisika. Pendeta Lett. 78, 3414–3417 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.3414

Dikutip oleh

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum