論文の概要: One-Time Universal Hashing Quantum Digital Signatures without Perfect Keys

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.01132v4
• Date: Thu, 5 Oct 2023 02:47:26 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-06 23:03:30.413105
• Title: One-Time Universal Hashing Quantum Digital Signatures without Perfect Keys
• Title（参考訳）: 完全鍵のないワンタイムユニバーサルハッシュ量子デジタル署名
• Authors: Bing-Hong Li, Yuan-Mei Xie, Xiao-Yu Cao, Chen-Long Li, Yao Fu, Hua-Lei Yin, Zeng-Bing Chen
• Abstract要約: 情報漏洩が制限された不完全な量子鍵は,セキュリティを損なうことなく,デジタル署名や認証に利用できることを示す。 本研究は,データ後処理の遅延を著しく低減し,任意の量子鍵生成プロトコルと互換性がある。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 24.240914319917053
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum digital signatures (QDS), generating correlated bit strings among three remote parties for signatures through quantum law, can guarantee non-repudiation, authenticity, and integrity of messages. Recently, one-time universal hashing QDS framework, exploiting the quantum asymmetric encryption and universal hash functions, has been proposed to significantly improve the signature rate and ensure unconditional security by directly signing the hash value of long messages. However, similar to quantum key distribution, this framework utilizes keys with perfect secrecy by performing privacy amplification that introduces cumbersome matrix operations, thereby consuming large computational resources, causing delays and increasing failure probability. Here, we prove that, different from private communication, imperfect quantum keys with limited information leakage can be used for digital signatures and authentication without compromising the security while having eight orders of magnitude improvement on signature rate for signing a megabit message compared with conventional single-bit schemes. This study significantly reduces the delay for data postprocessing and is compatible with any quantum key generation protocols. In our simulation, taking two-photon twin-field key generation protocol as an example, QDS can be practically implemented over a fiber distance of 650 km between the signer and receiver. For the first time, this study offers a cryptographic application of quantum keys with imperfect secrecy and paves a way for the practical and agile implementation of digital signatures in a future quantum network.
• Abstract（参考訳）: 量子デジタルシグネチャ(QDS)は、量子法則により3つのリモートパーティ間で相関ビット列を生成し、非監査、認証、メッセージの整合性を保証する。 近年,量子非対称暗号化とユニバーサルハッシュ関数を利用した1回のユニバーサルハッシュqdsフレームワークが提案されており,長いメッセージのハッシュ値に直接署名することで署名率を大幅に向上させ,無条件のセキュリティを保証する。 しかし、量子鍵分布と同様に、このフレームワークは、厄介な行列演算を導入するプライバシ増幅を行い、大量の計算リソースを消費し、遅延を引き起こし、障害確率を増加させることで、完全な秘密性を持つ鍵を使用する。 本稿では,プライベート通信とは異なり,情報漏洩の少ない不完全な量子鍵を,セキュリティを損なうことなくディジタル署名や認証に使用できることを証明し,従来のシングルビット方式と比較して,メガビットメッセージ署名の署名率を8桁改善できることを示す。 本研究は,データ後処理の遅延を著しく低減し,任意の量子鍵生成プロトコルと互換性がある。 シミュレーションでは、2光子ツインフィールド鍵生成プロトコルを例として、QDSをシグナとレシーバ間の繊維距離650kmで実現することができる。 この研究は、量子鍵の暗号的応用と不完全な機密性を提供し、将来の量子ネットワークにおけるデジタルシグネチャの実践的かつアジャイルな実装の道を開く。

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