論文の概要: Fast and Secure Routing Algorithms for Quantum Key Distribution Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.07934v2
- Date: Fri, 27 May 2022 06:30:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-14 22:41:43.324996
- Title: Fast and Secure Routing Algorithms for Quantum Key Distribution Networks
- Title（参考訳）: 量子鍵分散ネットワークのための高速かつセキュアなルーティングアルゴリズム
- Authors: Shahbaz Akhtar, Krishnakumar G, Vishnu B, and Abhishek Sinha
- Abstract要約: 本稿では、量子鍵分配(QKD)ネットワークにおいて、最大達成可能なレートでのセキュアなパケットルーティングの問題について考察する。
我々は、Tandem Queue Decomposition (TQD)と呼ばれる安全なスループット最適化ポリシーを提案する。
本稿では,TQDポリシによって,ユニキャスト,ブロードキャスト,マルチキャスト,任意のキャストを含む幅広いトラフィックに対して,セキュアかつ効率的なパケットルーティングが解決されることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.659290426197763
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: We consider the problem of secure packet routing at the maximum achievable
rate in Quantum Key Distribution (QKD) networks. Assume that a QKD protocol
generates symmetric private key pairs for secure communication over each link
in a network. The quantum key generation process is modeled using a stochastic
counting process. Packets are first encrypted with the quantum keys available
for each hop and then transmitted on a point-to-point basis over the links. A
fundamental problem in this setting is the design of a secure and
capacity-achieving routing policy that takes into account the time-varying
availability of the encryption keys and finite link capacities. In this paper,
we propose a new secure throughput-optimal policy called Tandem Queue
Decomposition (TQD). The TQD policy is derived by combining the QKD process
with the Universal Max Weight routing policy, proposed earlier by Sinha and
Modiano. We show that the TQD policy solves the problem of secure and efficient
packet routing for a broad class of traffic, including unicast, broadcast,
multicast, and anycast. The proposed decomposition reduces the problem to the
generalized network flow problem without the key availability constraints over
a transformed network. The proof of the throughput-optimality of the TQD policy
uses the Lyapunov stability theory for analyzing the interdependent packet
queueing process and the key-storage dynamics. Finally, we demonstrate the
competitiveness of the TQD policy over the existing algorithms by numerically
comparing them on a simulator that we build on top of the state-of-the-art
OMNeT++ network simulator platform.
- Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(qkd)ネットワークにおける最大実現速度におけるセキュアパケットルーティングの問題を考える。
QKDプロトコルがネットワーク内の各リンク上のセキュアな通信のために対称な秘密鍵ペアを生成すると仮定する。
量子鍵生成過程は確率的計数過程を用いてモデル化される。
パケットはまず各ホップで利用可能な量子キーで暗号化され、その後リンク上でポイント・ツー・ポイントで送信される。
この設定における根本的な問題は、暗号化キーの時間的変動と有限リンク容量を考慮したセキュアで容量管理のルーティングポリシの設計である。
本稿では,Tandem Queue Decomposition (TQD) と呼ばれる安全なスループット最適化ポリシーを提案する。
TQDポリシーは、QKDプロセスと、SinhaとModianoが提案したUniversal Max Weightルーティングポリシーを組み合わせたものである。
本稿では,TQDポリシによって,ユニキャスト,ブロードキャスト,マルチキャスト,任意のキャストを含む幅広いトラフィックに対して,セキュアかつ効率的なパケットルーティングが解決されることを示す。
提案手法は,変換されたネットワーク上でのキーアベイラビリティ制約を伴わずに,一般化されたネットワークフロー問題に問題を還元する。
TQDポリシのスループット最適性の証明は、相互依存パケットキューイングプロセスとキーストレージダイナミクスを分析するために、リアプノフ安定性理論を用いている。
最後に,最新のOMNeT++ネットワークシミュレータプラットフォーム上に構築したシミュレータ上で,TQDポリシを数値的に比較することにより,既存のアルゴリズムに対するTQDポリシの競合性を実証する。
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