Compensații privind confidențialitatea și corectitudinea pentru criptarea homomorfă cuantică sigură teoretic informații

Compensații privind confidențialitatea și corectitudinea pentru criptarea homomorfă cuantică sigură teoretic informații

Marca temporală: 13 aprilie 2023 7:21
Nodul sursă: 2584725

Yanglin Hu1, Yingkai Ouyang1, și Marco Tomamichel1,2

1Centrul de tehnologii cuantice, Universitatea Națională din Singapore, Singapore
2Departamentul de Inginerie Electrică și Calculatoare, Universitatea Națională din Singapore

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Criptarea homomorfă cuantică, care permite calcularea de către un server direct pe date criptate, este o primitivă fundamentală din care pot fi construite protocoale de criptografie cuantică mai complexe. Pentru ca astfel de construcții să fie posibile, criptarea homomorfă cuantică trebuie să îndeplinească două proprietăți de confidențialitate: confidențialitatea datelor, care asigură că datele de intrare sunt private de la server și confidențialitatea circuitului, care asigură că textul cifrat după calcul nu dezvăluie nicio informație suplimentară despre circuit. folosit pentru a o efectua, dincolo de rezultatul calculului în sine. În timp ce confidențialitatea circuitului este bine studiată în criptografia clasică și multe scheme de criptare homomorfă pot fi echipate cu aceasta, analogul său cuantic a primit puțină atenție. Aici stabilim o definiție a confidențialității circuitului pentru criptarea homomorfă cuantică cu securitate teoretică a informațiilor. Mai mult, reducem transferul cuantic neglijent la criptarea homomorfă cuantică. Folosind această reducere, munca noastră dezvăluie compromisuri fundamentale între confidențialitatea circuitului, confidențialitatea datelor și corectitudine pentru o familie largă de protocoale de criptare homomorfă cuantică, inclusiv scheme care permit doar calcularea circuitelor Clifford.

Imagine prezentată: Criptarea homomorfă cuantică, cuțitul elvețian al criptografiei cuantice, poate construi un transfer cuantic neglijent.

[Conținutul încorporat]

Rezumat popular

Imaginați-vă că mergeți la o firmă de contabilitate pentru a vă consulta contabilul cu privire la impozitul dvs. Nu doriți ca contabilul dvs. să știe private datele dvs. private, cum ar fi venitul și impozitul. Dimpotrivă, contabilul tău nu vrea să înveți cum îți calculează impozitul. În caz contrar, o vei face singur data viitoare și ea își va pierde locul de muncă. Este posibil ca amândoi să fiți mulțumiți?
Dacă unul dintre voi nu poate rezolva o anumită problemă complicată, atunci da și puteți utiliza criptarea homomorfă clasică. Cu toate acestea, putem scăpa de presupunerea discutabilă? Speranța este de a aduce mecanica cuantică la criptarea homomorfă cuantică, care de obicei îmbunătățește securitatea.
În lucrarea noastră, răspundem la întrebare cu un nu. Unul dintre voi și contabilul dumneavoastră nu pot fi mulțumiți. Există un compromis între informațiile pe care le scurgi și cele pe care contabilul tău le scurge.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] Joseph F Fitzsimons. „Calcul cuantic privat: o introducere în calculul cuantic oarb ​​și protocoalele conexe”. npj Quantum Information 3, 1–11 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0025-3

[2] Dorit Aharov, Michael Ben-Or și Elad Eban. „Demonstrații interactive pentru calcule cuantice” (2008) arXiv:0810.5375.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0810.5375
arXiv: 0810.5375

[3] Anne Broadbent, Joseph Fitzsimons și Elham Kashefi. „Calcul cuantic orb universal”. În 2009, cel de-al 50-lea Simpozion anual IEEE privind fundamentele informaticii. Paginile 517–526. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2009.36

[4] Tomoyuki Morimae și Keisuke Fujii. „Protocol de calcul cuantic orb în care Alice face doar măsurători”. Fiz. Rev. A 87, 050301 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.050301

[5] Ben W Reichardt, Falk Unger și Umesh Vazirani. „Comandarea clasică a sistemelor cuantice”. Nature 496, 456–460 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12035

[6] Atul Mantri, Tommaso F. Demarie, Nicolas C. Menicucci și Joseph F. Fitzsimons. „Ambiguitatea fluxului: o cale către calculul cuantic orb condus în mod clasic”. Fiz. Rev. X 7, 031004 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031004

[7] Li Yu, Carlos A. Pérez-Delgado și Joseph F. Fitzsimons. „Limitări ale criptării homomorfe cuantice cu informații teoretic sigure”. Fiz. Rev. A 90, 050303 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.050303

[8] Anne Broadbent și Stacey Jeffery. „Criptare homomorfă cuantică pentru circuite cu complexitate scăzută a porții t”. În Rosario Gennaro și Matthew Robshaw, editori, Advances in Cryptology – CRYPTO 2015. Paginile 609–629. Berlin, Heidelberg (2015). Springer Berlin Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-48000-7_30

[9] Yfke Dulek, Christian Schaffner și Florian Speelman. „Criptare homomorfă cuantică pentru circuite de dimensiuni polinomiale”. În Matthew Robshaw și Jonathan Katz, editori, Advances in Cryptology – CRYPTO 2016. Paginile 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 și Joseph F. Fitzsimons. „O abordare cuantică a criptării homomorfe”. Scientific Reports 6, 33467 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep33467

[11] Yingkai Ouyang, Si-Hui Tan și Joseph F. Fitzsimons. „Criptarea homomorfă cuantică din coduri cuantice”. Fiz. Rev. A 98, 042334 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.042334

[12] Urmila Mahadev. „Criptare homomorfă clasică pentru circuite cuantice”. SIAM Journal on Computing 0, FOCS18–189 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 18M1231055

[13] Yingkai Ouyang și Peter P. Rohde. „Un cadru general pentru compoziția criptării homomorfe cuantice și a corectării erorilor cuantice” (2022) arXiv:2204.10471.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2204.10471
arXiv: 2204.10471

[14] Craig Gentry. „Criptare complet homomorfă folosind rețele ideale”. În Proceedings of the 41th annual ACM Symposium on Theory of computing. Paginile 169–178. (2009).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1536414.1536440

[15] Craig Gentry. „O schemă de criptare complet homomorfă”. Teză de doctorat. Universitatea Stanford. (2009). url: crypto.stanford.edu/​craig.
https://​/​crypto.stanford.edu/​craig

[16] Craig Gentry, Shai Halevi și Vinod Vaikuntanathan. „Criptare homomorfă I-hop și circuite yao rerandomizabile”. În Proceedings of the 30th Annual Conference on Advances in Criptology. Paginile 155–172. CRYPTO'10Berlin, Heidelberg (2010). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-14623-7_9

[17] Baoz Barak și 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 Lindell. „Tutoriale despre bazele criptografiei: dedicat lui oded goldreich”. Springer Publishing Company, Incorporated. (2017). editia 1.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-57048-8

[19] Saeid Esmaeilzade, Nasrollah Pakniat și Ziba Eslami. „O construcție generică pentru a construi protocoale de transfer simple din schemele de criptare homomorfe”. The Journal of Supercomputing 78, 72–92 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11227-021-03826-0

[20] Omer Reingold, Luca Trevisan și Salil Vadhan. „Noțiuni de reducebilitate între primitivele criptografice”. În Moni Naor, editor, Theory of Criptography. Paginile 1–20. Berlin, Heidelberg (2004). Springer Berlin Heidelberg.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-24638-1_1

[21] Ching-Yi Lai și Kai-Min Chung. „Despre criptarea homomorfă cuantică sigură statistic”. Informații cuantice. Calculator. 18, 785–794 (2018).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC18.9-10-4

[22] Michael Newman. „Alte limitări ale criptării homomorfe cuantice securizate teoretic informații” (2018) arXiv:1809.08719.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1809.08719
arXiv: 1809.08719

[23] Ashwin Nayak. „Margini inferioare optime pentru automatele cuantice și codurile de acces aleatoriu”. În cel de-al 40-lea simpozion anual privind fundamentele informaticii (Cat. Nr.99CB37039). Paginile 369–376. (1999).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFFCS.1999.814608

[24] Si-Hui Tan, Yingkai Ouyang și Peter P. Rohde. „Criptare practică oarecum sigură cuantică oarecum homomorfă cu stări coerente”. Fiz. Rev. A 97, 042308 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.042308

[25] Yingkai Ouyang, Si-Hui Tan, Joseph Fitzsimons și Peter P. Rohde. „Criptarea omomorfă a calculului cuantic al opticii liniare pe stări aproape arbitrare ale luminii cu o securitate perfectă asimptotic”. Physical Review Research 2, 013332 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013332

[26] André Chailloux, Iordanis Kerenidis și Jamie Sikora. „Limite inferioare pentru transferul cuantic neglijent”. Informații cuantice. Calculator. 13, 158–177 (2013).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC13.1-2-9

[27] André Chailloux și Jamie Sikora. „Limite optime pentru transferul semi-onest cuantic ignorant”. 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 și Erika Andersson. „Transfer imperfect 1-din-2 cuantic ignorant: limite, un protocol și implementarea sa experimentală”. PRX Quantum 2, 010335 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010335

[29] Koenraad MR Audenaert și Milán Mosonyi. „Margini superioare ale probabilităților de eroare și exponenților de eroare asimptotică în discriminarea cuantică a stărilor multiple”. Journal of Mathematical Physics 55, 102201 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4898559

[30] Carl W. Helstrom. „Teoria detectiei si mecanica cuantica”. Information and Control 10, 254–291 (1967).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0019-9958(67)90302-6

[31] Alexandru S. Holevo. „Margini pentru cantitatea de informații transmise de un canal de comunicare cuantică”. Problems of Information Transmission 9, 177–183 (1973). url: http://​/​mi.mathnet.ru/​ppi903.
http://​/​mi.mathnet.ru/​ppi903

[32] John Watrous. „Teoria informațiilor cuantice”. Cambridge University Press. (2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[33] CA Fuchs și J. van de Graaf. „Măsuri de distingere criptografică pentru stările mecanice cuantice”. IEEE Transactions on Information Theory 45, 1216–1227 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.761271

[34] A. Uhlmann. „Probabilitatea de tranziție” în spațiul de stări al unei *-algebre”. Rapoarte despre fizica matematică 9, 273–279 (1976).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0034-4877(76)90060-4

[35] Michael A Nielsen și Isaac Chuang. „Calcul cuantic și informații cuantice: ediția a 10-a aniversare”. Cambridge University Press. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[36] Hoi-Kwong Lo. „Insecuritatea calculelor securizate cuantice”. Fiz. Rev. A 56, 1154–1162 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.56.1154

[37] Roger Colbeck. „Imposibilitatea calculării clasice bipartite securizate”. Fiz. Rev. A 76, 062308 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062308

[38] Carlos Mochon. „Învârtirea monedelor slabe cuantice cu părtinire arbitrară mică” (2007) arXiv:0711.4114.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0711.4114
arXiv: 0711.4114

[39] André Chailloux și Iordanis Kerenidis. „Învârtirea optimă a monedelor cuantice puternice”. În 2009, cel de-al 50-lea Simpozion anual IEEE privind fundamentele informaticii. Paginile 527–533. IEEE (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2009.71

[40] Dorit Aharonov, André Chailloux, Maor Ganz, Iordanis Kerenidis și Loïck Magnin. „O dovadă mai simplă a existenței unei monede slabe cuantice, cu părtinire arbitrar mică”. SIAM Journal on Computing 45, 633–679 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 14096387X

[41] Carl A. Miller. „Imposibilitatea unei răsturnări eficiente de monede cuantice slabe”. În Proceedings of the 52th Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. Paginile 916–929. New York, NY, SUA (2020). Asociația pentru Mașini de Calcul.

[42] Hoi-Kwong Lo și HF Chau. „Este cu adevărat posibil angajamentul cuantic bit?”. Fiz. Rev. Lett. 78, 3410–3413 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.3410

[43] Dominic Mayers. „Angajamentul de biți cuantici necondiționat este imposibil”. Fiz. Rev. Lett. 78, 3414–3417 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.3414

Citat de

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic