Zgornje meje ključnih stopenj v kvantni porazdelitvi ključev, neodvisni od naprave, na podlagi napadov s konveksno kombinacijo

Zgornje meje ključnih stopenj v kvantni porazdelitvi ključev, neodvisni od naprave, na podlagi napadov s konveksno kombinacijo

Izvorno vozlišče: 2998192

Minimalizem

Okvir, neodvisen od naprave, predstavlja najbolj pragmatičen pristop k kvantnim protokolom, ki ne daje nobenega zaupanja v njihove izvedbe. Zahteva, da so vse trditve, npr. glede varnosti, podane na ravni končnih klasičnih podatkov v rokah končnih uporabnikov. To predstavlja velik izziv za določanje dosegljivih ključnih stopenj v $textit{device-independent quantum key distribution}$ (DIQKD), hkrati pa odpira vrata za obravnavo napadov s prisluškovanjem, ki izhajajo iz možnosti, da so dani podatki pravkar ustvarjeni s zlonamerna tretja oseba. V tem delu raziskujemo to pot in predstavljamo $textit{convex-combination attack}$ kot učinkovito tehniko, ki je enostavna za uporabo za zgornje meje ključnih obrestnih mer DIQKD. Omogoča preverjanje točnosti spodnjih meja ključnih stopenj za najsodobnejše protokole, ne glede na to, ali vključujejo enosmerno ali dvosmerno komunikacijo. Zlasti z njegovo pomočjo dokazujemo, da so trenutno predvidene omejitve glede robustnosti protokolov DIQKD na eksperimentalne nepopolnosti, kot je končna vidljivost ali učinkovitost zaznavanja, že zelo blizu končnim sprejemljivim pragom.

The device-independent framework constitutes the most pragmatic approach to quantum cryptography that does not put any trust in its implementation. In principle, it allows the end-users to securely distribute cryptographic keys even when the vendor providing the devices behaves maliciously. However, this comes at the price of very stringent requirements on the quality of the data observed, which must then exhibit correlations that cannot be explained by means of classical physics. So far, it has been uncertain whether these demanding conditions cannot be relaxed solely by improving the security proofs. Thanks to our work, we now know that this is not the case—there exists a simple attack to be explored by a potential eavesdropper that can nearly always be successfully performed, unless the stringent requirements on data-quality are indeed fulfilled.

► BibTeX podatki

► Reference

[1] Antonio Acín, Nicolas Brunner, Nicolas Gisin, Serge Massar, Stefano Pironio in Valerio Scarani. "Od naprave neodvisna varnost kvantne kriptografije pred kolektivnimi napadi". Phys. Rev. Lett. 98, 230501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.230501

[2] Stefano Pironio, Antonio Acín, Nicolas Brunner, Nicolas Gisin, Serge Massar in Valerio Scarani. "Kvantna porazdelitev ključev, neodvisna od naprave, varna pred kolektivnimi napadi". New J. Phys. 11, 045021 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​4/​045021

[3] Claude E. Shannon. “Komunikacijska teorija tajnih sistemov”. The Bell System Technical Journal 28, 656–715 (1949).
https: / / doi.org/ 10.1002 / j.1538-7305.1949.tb00928.x

[4] Nicolas Brunner, Daniel Cavalcanti, Stefano Pironio, Valerio Scarani in Stephanie Wehner. "Nelokalnost zvonca". Rev. Mod. Phys. 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[5] Jonathan Barrett, Lucien Hardy in Adrian Kent. "Brez signalizacije in kvantne distribucije ključev". Phys. Rev. Lett. 95, 010503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.010503

[6] Antonio Acín, Nicolas Gisin in Lluis Masanes. “Od Bellovega izreka do varne porazdelitve kvantnega ključa”. Phys. Rev. Lett. 97, 120405 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.120405

[7] Antonio Acín, Serge Massar in Stefano Pironio. »Učinkovita porazdelitev kvantnih ključev varna pred prisluškovalci, ki ne signalizirajo«. New J. Phys. 8, 126–126 (2006).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​8/​8/​126

[8] Yi Zhao, Chi-Hang Fred Fung, Bing Qi, Christine Chen in Hoi-Kwong Lo. "Kvantno vdiranje: Eksperimentalna predstavitev napada s časovnim zamikom na praktične sisteme distribucije kvantnih ključev". Phys. Rev. A 78, 042333 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.042333

[9] Feihu Xu, Bing Qi in Hoi-Kwong Lo. "Eksperimentalna predstavitev napada s preslikavo faz v praktičnem kvantnem sistemu porazdelitve ključev". New J. Phys. 12, 113026 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​11/​113026

[10] Lars Lydersen, Carlos Wiechers, Christoffer Wittmann, Dominique Elser, Johannes Skaar in Vadim Makarov. "Vdiranje v komercialne kvantne kriptografske sisteme s prilagojeno svetlo osvetlitvijo". Nat. Photonics 4, 686–689 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2010.214

[11] Ilja Gerhardt, Qin Liu, Antía Lamas-Linares, Johannes Skaar, Christian Kurtsiefer in Vadim Makarov. “Popolna implementacija popolnega prisluškovalca na kvantnem kriptografskem sistemu”. Nat. Komun. 2, 349 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms1348

[12] Valerio Scarani, Helle Bechmann-Pasquinucci, Nicolas J. Cerf, Miloslav Dušek, Norbert Lütkenhaus in Momtchil Peev. "Varnost praktične distribucije kvantnih ključev". Rev. Mod. Phys. 81, 1301–1350 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1301

[13] Rotem Arnon-Friedman, Frédéric Dupuis, Omar Fawzi, Renato Renner in Thomas Vidick. “Praktična od naprave neodvisna kvantna kriptografija s kopičenjem entropije”. Nat. Komun. 9, 459 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-02307-4

[14] Gláucia Murta, Suzanne B. van Dam, Jérémy Ribeiro, Ronald Hanson in Stephanie Wehner. "K realizaciji od naprave neodvisne distribucije kvantnih ključev". Quantum Sci. Technol. 4, 035011 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab2819

[15] René Schwonnek, Koon Tong Goh, Ignatius W. Primaatmaja, Ernest Y.-Z. Tan, Ramona Wolf, Valerio Scarani in Charles C.-W. Lim. "Od naprave neodvisna kvantna porazdelitev ključev z naključno ključno osnovo". Nat Commun 12, 2880 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-021-23147-3

[16] Igor Devetak in Andreas Winter. "Destilacija skrivnega ključa in prepletenosti iz kvantnih stanj". Proc. R. Soc. Lond. A 461, 207–235 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2004.1372

[17] Renato Renner, Nicolas Gisin in Barbara Kraus. "Informacijsko-teoretični varnostni dokaz za protokole kvantne distribucije ključev". Phys. Rev. A 72, 012332 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.72.012332

[18] Rotem Arnon-Friedman. "Od naprave neodvisna kvantna obdelava informacij". Springerjeve teze (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-60231-4

[19] Yanbao Zhang, Honghao Fu in Emanuel Knill. »Učinkovito certificiranje naključnosti s kvantno oceno verjetnosti«. Phys. Rev. Research 2, 013016 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013016

[20] John F. Clauser, Michael A. Horne, Abner Shimony in Richard A. Holt. "Predlagani eksperiment za testiranje teorij lokalnih skritih spremenljivk". Phys. Rev. Lett. 23, 880–884 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

[21] Antonio Acín, Serge Massar in Stefano Pironio. "Naključnost proti nelokalnosti in prepletenosti". Phys. Rev. Lett. 108, 100402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.100402

[22] Erik Woodhead, Antonio Acín in Stefano Pironio. "Od naprave neodvisna porazdelitev kvantnega ključa z asimetričnimi neenakostmi CHSH". Quantum 5, 443 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-26-443

[23] Melvyn Ho, Pavel Sekatski, Ernest Y.-Z. Tan, Renato Renner, Jean-Daniel Bancal in Nicolas Sangouard. "Hrupna predprocesiranje olajša fotonsko realizacijo od naprave neodvisne porazdelitve kvantnega ključa". Phys. Rev. Lett. 124, 230502 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.230502

[24] Pavel Sekatski, Jean-Daniel Bancal, Xavier Valcarce, Ernest Y.-Z. Tan, Renato Renner in Nicolas Sangouard. "Od naprave neodvisna porazdelitev kvantnega ključa iz posplošenih neenakosti CHSH". Quantum 5, 444 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-26-444

[25] Robert König, Renato Renner in Christian Schaffner. "Operativni pomen najmanjše in največje entropije". IEEE Trans. Inf. Teorija 55, 4337–4347 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2009.2025545

[26] Lluís Masanes, Stefano Pironio in Antonio Acín. "Varna distribucija kvantnih ključev, neodvisna od naprave, z vzročno neodvisnimi merilnimi napravami". Nat Commun 2, 238 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms1244

[27] Olmo Nieto-Silleras, Stefano Pironio in Jonathan Silman. »Uporaba celotne statistike meritev za optimalno vrednotenje naključnosti, neodvisno od naprave«. New J. Phys. 16, 013035 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​1/​013035

[28] Jean-Daniel Bancal, Lana Sheridan in Valerio Scarani. "Več naključnosti iz istih podatkov". New J. Phys. 16, 033011 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​3/​033011

[29] Alejandro Máttar, Paul Skrzypczyk, Jonatan Bohr Brask, Daniel Cavalcanti in Antonio Acín. "Optimalna generacija naključnosti iz optičnih Bellovih poskusov". New J. Phys. 17, 022003 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​2/​022003

[30] Jan Kołodyński, Alejandro Máttar, Paul Skrzypczyk, Erik Woodhead, Daniel Cavalcanti, Konrad Banaszek in Antonio Acín. "Od naprave neodvisna porazdelitev kvantnega ključa z viri enega fotona". Quantum 4, 260 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-30-260

[31] Miguel Navascués, Stefano Pironio in Antonio Acín. "Omejevanje nabora kvantnih korelacij". Phys. Rev. Lett. 98, 010401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.010401

[32] Miguel Navascués, Stefano Pironio in Antonio Acín. “Konvergentna hierarhija poldoločenih programov, ki označujejo množico kvantnih korelacij”. New Journal of Physics 10, 073013 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​7/​073013

[33] Feihu Xu, Yu-Zhe Zhang, Qiang Zhang in Jian-Wei Pan. "Od naprave neodvisna kvantna porazdelitev ključev z naključno naknadno izbiro". Phys. Rev. Lett. 128, 110506 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.110506

[34] Le Phuc Thinh, Gonzalo de la Torre, Jean-Daniel Bancal, Stefano Pironio in Valerio Scarani. "Naključnost v naknadno izbranih dogodkih". New Journal of Physics 18, 035007 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​3/​035007

[35] Peter Brown, Hamza Fawzi in Omar Fawzi. »Od naprave neodvisne spodnje meje pogojne von Neumannove entropije« (2021). arXiv:2106.13692.
arXiv: 2106.13692

[36] Peter Brown, Hamza Fawzi in Omar Fawzi. "Računanje pogojnih entropij za kvantne korelacije". Nat Commun 12, 575 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-020-20018-1

[37] Ernest Y.-Z. Tan, René Schwonnek, Koon Tong Goh, Ignatius William Primaatmaja in Charles C.-W. Lim. "Izračunavanje varnih ključnih stopenj za kvantno kriptografijo z nezaupljivimi napravami". npj Quantum Inf 7, 1–6 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-021-00494-z

[38] Eneet Kaur, Mark M Wilde in Andreas Winter. "Temeljne omejitve ključnih stopenj pri kvantni distribuciji ključev, neodvisni od naprave". New J. Phys. 22, 023039 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab6eaa

[39] Matthias Christandl, Roberto Ferrara in Karol Horodecki. "Zgornje meje od naprave neodvisne porazdelitve kvantnih ključev". Phys. Rev. Lett. 126, 160501 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.160501

[40] Rotem Arnon-Friedman in Felix Leditzky. "Zgornje meje od naprave neodvisnih stopenj porazdelitve kvantnih ključev in revidirana Peresova domneva". IEEE Trans. Inf. Teorija 67, 6606–6618 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3086505

[41] Máté Farkas, Maria Balanzó-Juandó, Karol Łukanowski, Jan Kołodyński in Antonio Acín. "Nelokalnost zvonca ne zadostuje za varnost standardnih, od naprave neodvisnih protokolov za distribucijo kvantnih ključev." Phys. Rev. Lett. 127, 050503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.050503

[42] Ernest Y.-Z. Tan, Charles C.-W. Lim in Renato Renner. "Prednost destilacije za distribucijo kvantnega ključa, neodvisno od naprave". Phys. Rev. Lett. 124, 020502 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.020502

[43] Imre Csiszár in János Körner. “Oddajni kanali z zaupnimi sporočili”. IEEE Trans. Inf. Teorija 24, 339–348 (1978).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.1978.1055892

[44] Ueli Maurer. "Tajni ključni dogovor z javno razpravo iz skupnih informacij". IEEE Trans. Inf. Theory 39, 733–742 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.256484

[45] Rudolf Ahlswede in Imre Csiszár. »Pogosta naključnost v informacijski teoriji in kriptografiji. I. Deljenje skrivnosti”. IEEE Trans. Inf. Teorija 39, 1121–1132 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1109 / 18.243431

[46] Eneet Kaur, Karol Horodecki in Siddhartha Das. "Zgornje meje od naprave neodvisnih kvantnih stopenj porazdelitve ključev v statičnih in dinamičnih scenarijih". Phys. Rev. Appl. 18, 054033 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.18.054033

[47] Michele Masini, Stefano Pironio in Erik Woodhead. "Enostavna in praktična varnostna analiza DIQKD prek odnosov negotovosti tipa BB84 in korelacijskih omejitev Pauli". Quantum 6, 843 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-10-20-843

[48] Philippe H. Eberhard. »Učinkovitost ozadja in števca, potrebna za eksperiment Einstein-Podolsky-Rosen brez zank«. Phys. Rev. A 47, R747–R750 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.47.R747

[49] Junior R. Gonzales-Ureta, Ana Predojević in Adán Cabello. "Od naprave neodvisna kvantna porazdelitev ključev na podlagi Bellovih neenakosti z več kot dvema vhodoma in dvema izhodoma". Phys. Rev. A 103, 052436 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.052436

[50] Daniel Collins in Nicolas Gisin. "Ustrezna Bellova neenakost dveh qubitov, neenakovredna neenakosti CHSH". J. Phys. O: Matematika. Gen. 37, 1775–1787 (2004).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​37/​5/​021

[51] Stefano Pironio, Lluis Masanes, Anthony Leverrier in Antonio Acín. "Varnost od naprave neodvisne distribucije kvantnih ključev v modelu omejenega kvantnega shranjevanja". Phys. Rev. X 3, 031007 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.3.031007

[52] Xiongfeng Ma in Norbert Lutkenhaus. »Izboljšana naknadna obdelava podatkov pri porazdelitvi kvantnih ključev in uporaba za pragove izgube v QKD, neodvisnem od naprave«. Kvantne informacije in računanje 12, 203–214 (2012).
https: / / doi.org/ 10.26421 / qic12.3-4-2

[53] Ignatius W. Primaatmaja, Koon Tong Goh, Ernest Y.-Z. Tan, John T.-F. Khoo, Shouvik Ghorai in Charles C.-W. Lim. "Varnost od naprave neodvisnih kvantnih protokolov za distribucijo ključev: pregled". Quantum 7, 932 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-03-02-932

[54] Ernest Y.-Z. Tan, Pavel Sekatski, Jean-Daniel Bancal, René Schwonnek, Renato Renner, Nicolas Sangouard in Charles C.-W. Lim. »Izboljšani protokoli DIQKD z analizo končne velikosti«. Quantum 6, 880 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-12-22-880

[55] Ueli Maurer in Stefan Wolf. "Notranja pogojna medsebojna informacija in popolna tajnost". V zborniku IEEE International Symposium on Information Theory. IEEE (1997).
https: / / doi.org/ 10.1109 / isit.1997.613003

[56] Matthias Christandl, Artur Ekert, Michał Horodecki, Paweł Horodecki, Jonathan Oppenheim in Renato Renner. “Poenotenje klasične in kvantne ključne destilacije”. V Vadhan, SP (ur.) Teorija kriptografije. TCC 2007. Zvezek 4392 Lecture Notes in Computer Science, strani 456–478. Berlin, Heidelberg (2007). Springer.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-70936-7_25

[57] Marek Winczewski, Tamoghna Das in Karol Horodecki. "Omejitve ključa, neodvisnega od naprave, so zaščitene pred nesignalizirajočim nasprotnikom prek zmečkane nelokalnosti". Phys. Rev. A 106, 052612 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.052612

[58] David Avis, Hiroshi Imai, Tsuyoshi Ito in Yuuya Sasaki. "Dvostranske Bellove neenakosti, izpeljane iz kombinatorike prek trikotne eliminacije". J. Phys. A 38, 10971–10987 (2005).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​38/​50/​007

[59] Boris S. Cirelson. “Kvantne posplošitve Bellove neenakosti”. Pisma iz matematične fizike 4, 93–100 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1007 / bf00417500

[60] Stephen Boyd in Lieven Vandenberghe. "Konveksna optimizacija". Cambridge University Press. (2004).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511804441

[61] Víctor Zapatero in Marcos Curty. "Od naprave neodvisna kvantna distribucija ključev na dolge razdalje". Sci Rep 9, 1–18 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-53803-0

[62] N. David Mermin. "Poskus EPR - razmišljanja o "vrklji"". Ann. NY Acad. Sci. 480, 422–427 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1111 / j.1749-6632.1986.tb12444.x

[63] Erik Woodhead, Jędrzej Kaniewski, Boris Bourdoncle, Alexia Salavrakos, Joseph Bowles, Antonio Acín in Remigiusz Augusiak. "Maksimalna naključnost iz delno zapletenih stanj". Phys. Rev. Research 2, 042028 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.042028

[64] Tamás Vértesi, Stefano Pironio in Nicolas Brunner. "Zapiranje vrzeli pri odkrivanju v poskusih Bell z uporabo quditov". Phys. Rev. Lett. 104, 060401 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.060401

[65] Nicolas Brunner in Nicolas Gisin. “Delni seznam dvodelnih Bellovih neenačb s štirimi binarnimi nastavitvami”. Phys. Lett. A 372, 3162–3167 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2008.01.052

[66] Adán Cabello. “Neločljivost “Vse proti nič” za dva opazovalca”. Phys. Rev. Lett. 87, 010403 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.87.010403

[67] Yu-Zhe Zhang, Yi-Zheng Zhen in Feihu Xu. »Zgornja meja od naprave neodvisne kvantne porazdelitve ključev z dvosmerno klasično naknadno obdelavo pod individualnim napadom«. New Journal of Physics 24, 113045 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aca34b

[68] Daniel Collins, Nicolas Gisin, Noah Linden, Serge Massar in Sandu Popescu. “Bellove neenakosti za poljubno visokodimenzionalne sisteme”. Phys. Rev. Lett. 88, 040404 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.040404

Navedel

[1] Giuseppe Viola, Nikolai Miklin, Mariami Gachechiladze in Marcin Pawłowski, »Pričevanje zapletov z nezaupljivimi detektorji«, Časopis za fiziko A Mathematical General 56 42, 425301 (2023).

[2] Ignatius W. Primaatmaja, Koon Tong Goh, Ernest Y. -Z. Tan, John T. -F. Khoo, Shouvik Ghorai in Charles C. -W. Lim, “Varnost od naprave neodvisnih kvantnih ključev distribucijskih protokolov: pregled”, Kvant 7, 932 (2023).

[3] Eva M. González-Ruiz, Javier Rivera-Dean, Marina FB Cenni, Anders S. Sørensen, Antonio Acín in Enky Oudot, »Device Independent Quantum Key Distribution with realistic single-photon source implementations«, arXiv: 2211.16472, (2022).

[4] Yu-Zhe Zhang, Yi-Zheng Zhen in Feihu Xu, "Zgornja meja od naprave neodvisne kvantne porazdelitve ključev z dvosmerno klasično naknadno obdelavo pod individualnim napadom", Nov časopis za fiziko 24 11, 113045 (2022).

Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2023-12-07 14:36:49). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.

On Crossref je navedel storitev ni bilo najdenih podatkov o navajanju del (zadnji poskus 2023-12-07 14:36:47).

Časovni žig:

Več od Quantum Journal