論文の概要: Randomized Reversible Gate-Based Obfuscation for Secured Compilation of Quantum Circuit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.01133v2
• Date: Thu, 29 Jun 2023 05:39:58 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-30 19:08:04.777167
• Title: Randomized Reversible Gate-Based Obfuscation for Secured Compilation of Quantum Circuit
• Title（参考訳）: 量子回路のセキュアコンパイルのためのランダム化可逆ゲートベース難読化
• Authors: Subrata Das, Swaroop Ghosh
• Abstract要約: 本稿では,可逆ゲートを用いた量子回路の難読化手法を提案する。 提案手法は, 最大1.92のTVDを実現し, これまでに報告した難読化法よりも少なくとも2倍高い性能を実現している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.444459446244819
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: The success of quantum circuits in providing reliable outcomes for a given problem depends on the gate count and depth in near-term noisy quantum computers. Quantum circuit compilers that decompose high-level gates to native gates of the hardware and optimize the circuit play a key role in quantum computing. However, the quality and time complexity of the optimization process can vary significantly especially for practically relevant large-scale quantum circuits. As a result, third-party (often less-trusted/untrusted) compilers have emerged, claiming to provide better and faster optimization of complex quantum circuits than so-called trusted compilers. However, untrusted compilers can pose severe security risks, such as the theft of sensitive intellectual property (IP) embedded within the quantum circuit. We propose an obfuscation technique for quantum circuits using randomized reversible gates to protect them from such attacks during compilation. The idea is to insert a small random circuit into the original circuit and send it to the untrusted compiler. Since the circuit function is corrupted, the adversary may get incorrect IP. However, the user may also get incorrect output post-compilation. To circumvent this issue, we concatenate the inverse of the random circuit in the compiled circuit to recover the original functionality. We demonstrate the practicality of our method by conducting exhaustive experiments on a set of benchmark circuits and measuring the quality of obfuscation by calculating the Total Variation Distance (TVD) metric. Our method achieves TVD of up to 1.92 and performs at least 2X better than a previously reported obfuscation method. We also propose a novel adversarial reverse engineering (RE) approach and show that the proposed obfuscation is resilient against RE attacks. The proposed technique introduces minimal degradation in fidelity (~1% to ~3% on average).
• Abstract（参考訳）: 与えられた問題に対する信頼性の高い結果を提供する量子回路の成功は、短期雑音量子コンピュータのゲート数と深さに依存する。 ハードウェアのネイティブゲートにハイレベルゲートを分解し、回路を最適化する量子回路コンパイラは、量子コンピューティングにおいて重要な役割を果たす。 しかし、特に大規模量子回路において、最適化プロセスの品質と時間の複雑さは著しく異なる。 その結果、サードパーティの(しばしば信頼性の低い/信頼できない)コンパイラが登場し、いわゆる信頼されたコンパイラよりも複雑な量子回路の最適化がより高速であると主張した。 しかし、信頼できないコンパイラは、量子回路に埋め込まれた機密知的財産権(IP)の盗難など、深刻なセキュリティリスクを引き起こす可能性がある。 本研究では,ランダム化可逆ゲートを用いた量子回路の難読化手法を提案する。 アイデアは、小さなランダム回路を元の回路に挿入し、信頼できないコンパイラに送ることである。 回路機能が破損しているため、敵は誤ったipを取得できる。 しかし、ユーザは不正な出力後コンパイルを受けることもできる。 この問題を回避するため、コンパイルされた回路のランダム回路の逆を結合して元の機能を復元する。 本手法の実用性は,ベンチマーク回路上で徹底的な実験を行い,全変動距離(tvd)を算出して難読化の質を測定することで実証する。 提案手法は, 最大1.92のTVDを実現し, これまでに報告した難読化法よりも少なくとも2倍高い性能を示した。 また,新しいリバースエンジニアリング(RE)手法を提案し,その提案した難読化がRE攻撃に対する耐性を示す。 提案手法は, フィリティの最小劣化(平均で約1%から3%)を導入する。

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