論文の概要: How to Achieve End-to-end Key Distribution for QKD Networks in the Presence of Untrusted Nodes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.07688v1
• Date: Tue, 14 Feb 2023 11:53:22 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-16 14:48:09.226754
• Title: How to Achieve End-to-end Key Distribution for QKD Networks in the Presence of Untrusted Nodes
• Title（参考訳）: 信頼できないノードの存在下でQKDネットワークのエンドツーエンドキー配信を実現する方法
• Authors: Yi Luo, Qiong Li, Hao-Kun Mao and Nan Chen
• Abstract要約: 量子鍵分布(QKD)ネットワークは,大規模ネットワーク上でのITS通信を可能にすることが期待されている。 リレーベースのQKDネットワークに関するほとんどの研究は、すべてのリレーが完全に信頼できると仮定するが、複雑なネットワークではその仮定は非現実的である。 我々は、信頼できないノードに対して防御し、エンドツーエンドのキー配信を実現するためのITSBFT-QKDネットワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.543956318181257
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum key distribution (QKD) networks are expected to enable information-theoretical secure (ITS) communication over a large-scale network. Most researches on relay-based QKD network assume that all relays are completely trustworthy, but the assumption is unrealistic in a complex network. The current study only analyzes the case of passive attacks by untrusted relays (e.g. eavesdropping). However, active attacks by untrusted relays (e.g. spoofing or interfering with the cooperation between honest nodes) are more serious threats and should not be ignored. Taking both passive and active attacks into account, we propose the ITSBFT-QKD networks to defend against untrusted nodes and achieve end-to-end key distribution. In end-to-end key distribution, multiple participating nodes are required to establish trust relationships and cooperate with each other. To prevent attackers from breaking trust relationship and gaining an unreasonable advantage, we incorporate a byzantine consensus scheme to establish and transmit trust relationships in a global QKD network perspective. Moreover, since the security of traditional consensus schemes is lower than the security requirement of QKD networks, we devise a byzantine fault tolerance (BFT) signature scheme to ensure the information-theoretic security of consensus. It provides a new way to construct signature schemes with point-to-point QKD keys in the presence of untrusted relays or nodes. The security of our scheme is analyzed thoroughly from multiple aspects. Our scheme can accommodate up to $ MIN\left( C-1,\lfloor \frac{N-1}{3} \rfloor \right) $ untrusted nodes, where $C$ is the node connectivity of the network and $N$ is the number of nodes in the network. Our scheme provides the highest level of security in currently relay-based QKD networks and will significantly promote the application of QKD networks.
• Abstract（参考訳）: 量子鍵分布(QKD)ネットワークは,大規模ネットワーク上でのITS通信を可能にすることが期待されている。 リレーベースのQKDネットワークに関するほとんどの研究は、すべてのリレーが完全に信頼できると仮定するが、複雑なネットワークではその仮定は非現実的である。 現在の研究では、信頼できないリレー(eavesdroppingなど)による受動的攻撃のケースを分析するのみである。 しかし、信頼できないリレーによるアクティブアタック(例えば、正直なノード間の協調によるスプーフィングや干渉)は、より深刻な脅威であり、無視すべきではない。 受動的攻撃と能動的攻撃の両方を考慮して、信頼できないノードに対して防御し、エンドツーエンドの鍵分配を実現するためのITSBFT-QKDネットワークを提案する。 エンドツーエンドのキー配信では、複数のノードが信頼関係を確立し、互いに協力する必要がある。 攻撃者が信頼関係を破って不当な利点を得るのを防止するため,我々は,信頼関係をグローバルqkdネットワークの観点から確立・伝達するためのビザンチンコンセンサススキームを組み込んだ。 さらに,従来のコンセンサスのセキュリティはQKDネットワークのセキュリティ要件よりも低いため,コンセンサスの情報理論的セキュリティを確保するために,ビザンチンフォールトトレランス(BFT)シグネチャスキームを考案する。 信頼できないリレーやノードの存在下で、ポイントツーポイントQKDキーでシグネチャスキームを構築する新しい方法を提供する。 我々の計画のセキュリティは、複数の側面から徹底的に分析される。 このスキームは最大$ min\left(c-1,\lfloor \frac{n-1}{3} \rfloor \right) $ untrustedノードを満たすことができ、ここで$c$はネットワークのノード接続、$n$はネットワーク内のノード数である。 提案方式は,現在のリレーベースQKDネットワークにおけるセキュリティの最高レベルを提供し,QKDネットワークの適用を著しく促進する。

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