Afwegingen tussen privacy en correctheid voor informatietheoretisch veilige kwantumhomomorfe codering

Afwegingen tussen privacy en correctheid voor informatietheoretisch veilige kwantumhomomorfe codering

Tijdstempel: 13 april 2023 7:21 uur
Bronknooppunt: 2584725

Yanglin Hu1, Yingkai Ouyang1 en Marco Tomamichel1,2

1Centrum voor kwantumtechnologieën, Nationale Universiteit van Singapore, Singapore
2Afdeling Elektrotechniek en Computertechniek, Nationale Universiteit van Singapore

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Kwantumhomomorfe codering, die berekeningen door een server rechtstreeks op gecodeerde gegevens mogelijk maakt, is een fundamentele primitief waaruit complexere kwantumcryptografieprotocollen kunnen worden gebouwd. Om dergelijke constructies mogelijk te maken, moet kwantumhomomorfe codering aan twee privacy-eigenschappen voldoen: gegevensprivacy die ervoor zorgt dat de invoergegevens privé zijn van de server, en circuitprivacy die ervoor zorgt dat de cijfertekst na de berekening geen aanvullende informatie over het circuit onthult. gebruikt om het uit te voeren, buiten de uitvoer van de berekening zelf. Hoewel circuitprivacy goed bestudeerd is in de klassieke cryptografie en veel homomorfe encryptieschema's ermee kunnen worden uitgerust, heeft de kwantumanaloog ervan weinig aandacht gekregen. Hier stellen we een definitie vast van circuitprivacy voor kwantumhomomorfe versleuteling met informatietheoretische beveiliging. Bovendien reduceren we de kwantumonbewuste overdracht naar kwantumhomomorfe encryptie. Door gebruik te maken van deze reductie ontrafelt ons werk de fundamentele afwegingen tussen circuitprivacy, gegevensprivacy en correctheid voor een brede familie van kwantumhomomorfe encryptieprotocollen, inclusief schema's die alleen de berekening van Clifford-circuits mogelijk maken.

Uitgelichte afbeelding: Kwantumhomomorfe encryptie, het Zwitserse zakmes van de kwantumcryptografie, kan kwantumonbewuste overdracht bewerkstelligen.

[Ingesloten inhoud]

Populaire samenvatting

Stel je voor dat je naar een accountantskantoor gaat om je accountant te raadplegen over je belastingaangifte. U wilt niet dat uw accountant weet dat uw privégegevens privé zijn, zoals uw inkomsten en belastingen. Integendeel, uw accountant wil niet dat u te weten komt hoe zij uw belasting berekent. Anders doe je het de volgende keer zelf en verliest ze haar baan. Is het mogelijk dat jullie allebei tevreden zijn?
Als een van jullie een specifiek ingewikkeld probleem niet kan oplossen, dan ja, en je kunt klassieke homomorfe codering gebruiken. Kunnen we echter van deze twijfelachtige veronderstelling afkomen? De hoop is om de kwantummechanica naar kwantumhomomorfe encryptie te brengen, wat doorgaans de veiligheid verbetert.
In ons artikel beantwoorden we deze vraag met nee. Eén van u en uw accountant kunnen niet tevreden zijn. Er is een wisselwerking tussen de informatie die u lekt en de informatie die uw accountant lekt.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

[1] Joseph F Fitzsimons. "Privé-kwantumberekening: een inleiding tot blinde kwantumcomputers en aanverwante protocollen". npj Quantuminformatie 3, 1–11 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0025-3

[2] Dorit Aharonov, Michael Ben-Or en Elad Eban. “Interactieve bewijzen voor kwantumberekeningen” (2008) arXiv:0810.5375.
https:/​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0810.5375
arXiv: 0810.5375

[3] Anne Broadbent, Joseph Fitzsimons en Elham Kashefi. "Universele blinde kwantumberekening". In 2009 50e jaarlijkse IEEE-symposium over de grondslagen van de computerwetenschappen. Pagina's 517-526. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2009.36

[4] Tomoyuki Morimae en Keisuke Fujii. "Blind kwantumberekeningsprotocol waarin Alice alleen metingen doet". Fys. Rev.A 87, 050301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.050301

[5] Ben W. Reichardt, Falk Unger en Umesh Vazirani. "Klassieke beheersing van kwantumsystemen". Natuur 496, 456–460 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12035

[6] Atul Mantri, Tommaso F. Demarie, Nicolas C. Menicucci en Joseph F. Fitzsimons. "Flow ambiguïteit: een pad naar klassiek aangedreven blinde kwantumberekeningen". Fys. Rev. X 7, 031004 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031004

[7] Li Yu, Carlos A. Pérez-Delgado en Joseph F. Fitzsimons. "Beperkingen op informatie-theoretisch veilige kwantumhomomorfe encryptie". Fys. Rev.A 90, 050303 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.050303

[8] Anne Broadbent en Stacey Jeffery. "Kwantumhomomorfe versleuteling voor circuits met een lage t-gate-complexiteit". In Rosario Gennaro en Matthew Robshaw, redacteuren, Advances in Cryptology – CRYPTO 2015. Pagina's 609–629. Berlijn, Heidelberg (2015). Springer Berlijn Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-48000-7_30

[9] Yfke Dulek, Christian Schaffner en Florian Speelman. "Kwantumhomomorfe codering voor circuits van polynoomformaat". In Matthew Robshaw en Jonathan Katz, redacteuren, Advances in Cryptology – CRYPTO 2016. Pagina's 3–32. Berlijn, Heidelberg (2016). Springer Berlijn Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-53015-3_1

[10] Si-Hui Tan, Joshua A. Kettlewell, Yingkai Ouyang, Lin Chen en Joseph F. Fitzsimons. "Een kwantumbenadering van homomorfe encryptie". Wetenschappelijke rapporten 6, 33467 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep33467

[11] Yingkai Ouyang, Si-Hui Tan en Joseph F. Fitzsimons. "Kwantumhomomorfe encryptie van kwantumcodes". Fys. Rev.A 98, 042334 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.042334

[12] Urmila Mahadev. "Klassieke homomorfe encryptie voor kwantumcircuits". SIAM Journal on Computing 0, FOCS18–189 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 18M1231055

[13] Yingkai Ouyang en Peter P. Rohde. “Een algemeen raamwerk voor de samenstelling van kwantumhomomorfe versleuteling en kwantumfoutcorrectie” (2022) arXiv:2204.10471.
https:/​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2204.10471
arXiv: 2204.10471

[14] Craig Gentry. "Volledig homomorfe versleuteling met behulp van ideale roosters". In Proceedings van het 41e jaarlijkse ACM-symposium over computertheorie. Pagina's 169–178. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1536414.1536440

[15] Craig Gentry. “Een volledig homomorf versleutelingsschema”. Proefschrift. Stanford universiteit. (2009). url: crypto.stanford.edu/​craig.
https://​/​crypto.stanford.edu/​craig

[16] Craig Gentry, Shai Halevi en Vinod Vaikuntanathan. "I-hop homomorfe encryptie en herrandomiseerbare yao-circuits". In Proceedings van de 30e jaarlijkse conferentie over vooruitgang in cryptologie. Pagina's 155–172. CRYPTO'10Berlijn, Heidelberg (2010). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-14623-7_9

[17] Baoz Barak en Zvika Brakerski. “Het Zwitserse zakmes van de cryptografie” (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. “Tutorials over de grondslagen van cryptografie: opgedragen aan Oded Goldreich”. Uitgeverij Springer, opgericht. (2017). 1e editie.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-57048-8

[19] Saeid Esmaeilzade, Nasrollah Pakniat en Ziba Eslami. "Een generieke constructie om eenvoudige, onbewuste overdrachtsprotocollen te bouwen op basis van homomorfe encryptieschema's". Het Journal of Supercomputing 78, 72–92 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11227-021-03826-0

[20] Omer Reingold, Luca Trevisan en Salil Vadhan. ‘Begrippen over reduceerbaarheid tussen cryptografische primitieven’. In Moni Naor, redacteur, Theory of Cryptography. Pagina's 1–20. Berlijn, Heidelberg (2004). Springer Berlijn Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-24638-1_1

[21] Ching-Yi Lai en Kai-Min Chung. "Over statistisch veilige kwantumhomomorfe versleuteling". Kwantuminformatie. Computer. 18, 785-794 (2018).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC18.9-10-4

[22] Michaël Newman. “Verdere beperkingen op informatietheoretisch veilige kwantumhomomorfe versleuteling” (2018) arXiv:1809.08719.
https:/​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1809.08719
arXiv: 1809.08719

[23] Aswin Nayak. “Optimale ondergrenzen voor kwantumautomaten en willekeurige toegangscodes”. In het 40e jaarlijkse symposium over de grondslagen van de computerwetenschappen (Cat. nr. 99CB37039). Pagina's 369–376. (1999).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFFCS.1999.814608

[24] Si-Hui Tan, Yingkai Ouyang en Peter P. Rohde. "Praktische enigszins veilige kwantum enigszins homomorfe versleuteling met coherente toestanden". Fys. A 97, 042308 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.042308

[25] Yingkai Ouyang, Si-Hui Tan, Joseph Fitzsimons en Peter P. Rohde. "Homomorfe encryptie van kwantumberekeningen van lineaire optica op bijna willekeurige lichttoestanden met asymptotisch perfecte beveiliging". Fysisch beoordelingsonderzoek 2, 013332 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013332

[26] André Chailloux, Iordanis Kerenidis en Jamie Sikora. "Ondergrenzen voor kwantumonbewuste overdracht". Kwantuminformatie. Computer. 13, 158–177 (2013).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC13.1-2-9

[27] André Chailloux en Jamie Sikora. "Optimale grenzen voor semi-eerlijke kwantumonbewuste overdracht". Chicago Journal of Theoretische Computerwetenschappen 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 en Erika Andersson. "Onvolmaakte 1-op-2 kwantumonbewuste overdracht: grenzen, een protocol en de experimentele implementatie ervan". PRX Quantum 2, 010335 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010335

[29] Koenraad MR Audenaert en Milán Mosonyi. "Bovengrenzen voor de foutkansen en asymptotische foutexponenten bij kwantumdiscriminatie in meerdere toestanden". Journal of Mathematical Physics 55, 102201 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4898559

[30] Carl W. Helstrom. "Detectietheorie en kwantummechanica". Informatie en controle 10, 254–291 (1967).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0019-9958(67)90302-6

[31] Alexander S. Holevo. "Grenzen voor de hoeveelheid informatie die wordt verzonden door een kwantumcommunicatiekanaal". Problemen met informatieoverdracht 9, 177–183 (1973). url: http://​/​mi.mathnet.ru/​ppi903.
http://​/​mi.mathnet.ru/​ppi903

[32] Johannes Watrous. "De theorie van kwantuminformatie". Cambridge University Press. (2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[33] CA Fuchs en J. van de Graaf. "Cryptografische onderscheidingsmaatstaven voor kwantummechanische toestanden". IEEE-transacties over informatietheorie 45, 1216–1227 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.761271

[34] A. Uhlmann. "De "overgangswaarschijnlijkheid" in de toestandsruimte van een *-algebra". Rapporten over wiskundige natuurkunde 9, 273–279 (1976).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(76)90060-4

[35] Michael A Nielsen en Isaac Chuang. “Kwantumberekening en kwantuminformatie: 10e jubileumeditie”. Cambridge University Press. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[36] Hoi Kwong Lo. "Onveiligheid van kwantumveilige berekeningen". Fys. Rev.A 56, 1154–1162 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.56.1154

[37] Roger Colbeck. "Onmogelijkheid van veilige klassieke berekening door twee partijen". Fys. Rev.A 76, 062308 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062308

[38] Carlos Mochon. "Kwantumzwakke munten opgooien met willekeurig kleine bias" (2007) arXiv:0711.4114.
https:/​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0711.4114
arXiv: 0711.4114

[39] André Chailloux en Iordanis Kerenidis. “Optimaal kwantumsterk munten opgooien”. In 2009 50e jaarlijkse IEEE-symposium over de grondslagen van de computerwetenschappen. Pagina's 527-533. IEEE (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2009.71

[40] Dorit Aharonov, André Chailloux, Maor Ganz, Iordanis Kerenidis en Loïck Magnin. “Een eenvoudiger bewijs van het bestaan ​​van kwantumzwakke muntwisselingen met willekeurig kleine bias”. SIAM Journal on Computing 45, 633–679 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 14096387X

[41] Carl A. Miller. "De onmogelijkheid van efficiënt kwantumzwakke munten opgooien". In Proceedings van het 52e jaarlijkse ACM SIGACT-symposium over computertheorie. Pagina's 916-929. New York, NY, VS (2020). Vereniging voor computermachines.

[42] Hoi-Kwong Lo en HF Chau. "Is quantumbit-commitment echt mogelijk?". Fys. Ds. Lett. 78, 3410-3413 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.3410

[43] Dominicus Mayers. “Onvoorwaardelijk veilige quantumbit-commitment is onmogelijk”. Fys. Ds. Lett. 78, 3414-3417 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.3414

Geciteerd door

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal