論文の概要: Learning Classical Readout Quantum PUFs based on single-qubit gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.06661v2
• Date: Mon, 16 May 2022 08:29:51 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-04 16:40:37.749298
• Title: Learning Classical Readout Quantum PUFs based on single-qubit gates
• Title（参考訳）: 単一ビットゲートを用いた古典的読み出し量子PUFの学習
• Authors: Niklas Pirnay, Anna Pappa, Jean-Pierre Seifert
• Abstract要約: 統計的クエリ(SQ)モデルを用いて古典的読み出し量子PUF(CR-QPUF)のクラスを定式化する。 敵がCR-QPUFにSQアクセスした場合、シングルビット回転ゲートに基づくCR-QPUFのセキュリティが不十分であることを示す。 悪意ある者がCR-QPUF特性を学習し、量子デバイスのシグネチャを鍛える方法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.669942356088377
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Physical Unclonable Functions (PUFs) have been proposed as a way to identify and authenticate electronic devices. Recently, several ideas have been presented that aim to achieve the same for quantum devices. Some of these constructions apply single-qubit gates in order to provide a secure fingerprint of the quantum device. In this work, we formalize the class of Classical Readout Quantum PUFs (CR-QPUFs) using the statistical query (SQ) model and explicitly show insufficient security for CR-QPUFs based on single qubit rotation gates, when the adversary has SQ access to the CR-QPUF. We demonstrate how a malicious party can learn the CR-QPUF characteristics and forge the signature of a quantum device through a modelling attack using a simple regression of low-degree polynomials. The proposed modelling attack was successfully implemented in a real-world scenario on real IBM Q quantum machines. We thoroughly discuss the prospects and problems of CR-QPUFs where quantum device imperfections are used as a secure fingerprint.
• Abstract（参考訳）: 電子デバイスを識別し、認証する方法として、物理非閉塞関数 (PUF) が提案されている。 近年,量子デバイスでもこれを実現するためのアイデアがいくつか提案されている。 これらの構造の一部は、量子デバイスのセキュアな指紋を提供するために単一量子ゲートを適用している。 本研究では,SQモデルを用いて古典的読み出し量子PUF(CR-QPUFs)のクラスを定式化するとともに,CR-QPUFにSQアクセスがある場合,単一キュービット回転ゲートに基づいてCR-QPUFのセキュリティが不十分であることを示す。 低次多項式の単純な回帰を用いたモデリング攻撃により、悪意ある者がCR-QPUF特性を学習し、量子デバイスのシグネチャを鍛える方法を示す。 提案したモデリング攻撃は、実際のIBM Q量子マシン上の現実シナリオでうまく実装された。 本稿では,セキュアな指紋として量子デバイス不完全性を用いるCR-QPUFの展望と問題点を深く論じる。

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