論文の概要: A Quantum Circuit Obfuscation Methodology for Security and Privacy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2104.05943v1
- Date: Tue, 13 Apr 2021 05:09:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-03 23:50:38.604120
- Title: A Quantum Circuit Obfuscation Methodology for Security and Privacy
- Title（参考訳）: セキュリティとプライバシーのための量子回路難読化手法
- Authors: Aakarshitha Suresh and Abdullah Ash Saki and Mahabubul Alam and Rasit
o Topalaglu and Dr. Swaroop Ghosh
- Abstract要約: いくつかのサードパーティコンパイラは、大規模量子回路の性能向上のために進化している。
このことは、Reverse Engineer (RE) の量子回路に対して、繊細な側面を抽出する敵となる可能性がある。
機能を隠すために量子回路の難読化を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7324358447544175
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Optimization of quantum circuits using an efficient compiler is key to its
success for NISQ computers. Several 3rd party compilers are evolving to offer
improved performance for large quantum circuits. These 3rd parties, or just a
certain release of an otherwise trustworthy compiler, may possibly be untrusted
and this could lead to an adversary to Reverse Engineer (RE) the quantum
circuit for extracting sensitive aspects e.g., circuit topology, program, and
its properties. In this paper, we propose obfuscation of quantum circuits to
hide the functionality. Quantum circuits have inherent margin between correct
and incorrect outputs. Therefore, obfuscation (i.e., corruption of
functionality) by inserting dummy gates is nontrivial. We insert dummy SWAP
gates one at a time for maximum corruption of functionality before sending the
quantum circuit to an untrusted compiler. If an untrusted party clones the
design, they get incorrect functionality. The designer removes the dummy SWAP
gate post-compilation to restore the correct functionality. Compared to a
classical counterpart, the quantum chip does not reveal the circuit
functionality. Therefore, an adversary cannot guess the SWAP gate and
location/validate using an oracle model. Evaluation of realistic quantum
circuit with/without SWAP insertion is impossible in classical computers.
Therefore, we propose a metric-based SWAP gate insertion process. The objective
of the metric is to ensure maximum corruption of functionality measured using
Total Variation Distance (TVD). The proposed approach is validated using IBM
default noisy simulation model. Our metric-based approach predicts the SWAP
position to achieve TVD of upto 50%, and performs 7.5% better than average TVD,
and performs within 12.3% of the best obtainable TVD for the benchmarks. We
obtain an overhead of < 5% for the number of gates and circuit depth after SWAP
addition.
- Abstract（参考訳）: 効率的なコンパイラを用いた量子回路の最適化は、NISQコンピュータの成功の鍵となる。
いくつかのサードパーティコンパイラは、大規模量子回路の性能向上のために進化している。
これらの第3のパーティ、あるいは単に信頼できるコンパイラの特定のリリースは、信頼できない可能性があり、これは、回路トポロジー、プログラム、およびその特性などの繊細な側面を抽出する量子回路(Reverse Engineer (RE))の敵となる可能性がある。
本稿では,機能を隠すために量子回路の難読化を提案する。
量子回路は、正しい出力と間違った出力の間に固有のマージンを持つ。
したがって、ダミーゲートを挿入することによる難読化(すなわち機能の腐敗)は非自明である。
量子回路を信頼できないコンパイラに送る前に、機能の最大破壊のためにダミースワップゲートを1つずつ挿入する。
信頼できない者が設計をクローンすると、誤った機能が得られる。
デザイナーは、ダミーSWAPゲートのポストコンパイルを削除して、正しい機能を復元する。
古典的と比較すると、量子チップは回路機能を明らかにしない。
したがって、敵はoracleモデルを使ってスワップゲートとロケーション/バリデートを推測できない。
SWAP挿入のない現実的な量子回路の評価は、古典コンピュータでは不可能である。
そこで本研究では,メトリックベースのSWAPゲート挿入プロセスを提案する。
この測定の目的は、トータル変量距離(TVD)を用いて測定された機能の最大破壊を確保することである。
提案手法はIBMのデフォルトノイズシミュレーションモデルを用いて検証する。
測定基準に基づくアプローチでは,SWAPの最大50%のTVDを実現し,平均的なTVDよりも7.5%向上し,ベンチマークで得られる最高のTVDの12.3%以内で性能が向上する。
SWAP加算後のゲート数および回路深さの上限は 5% である。
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