論文の概要: Existential Unforgeability in Quantum Authentication From Quantum Physical Unclonable Functions Based on Random von Neumann Measurement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.11306v1
• Date: Wed, 17 Apr 2024 12:16:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-04-18 14:14:33.725247
• Title: Existential Unforgeability in Quantum Authentication From Quantum Physical Unclonable Functions Based on Random von Neumann Measurement
• Title（参考訳）: ランダムフォンノイマン測定に基づく量子物理学的非包含関数からの量子認証における既存の非包含性
• Authors: Soham Ghosh, Vladlen Galetsky, Pol Julià Farré, Christian Deppe, Roberto Ferrara, Holger Boche,
• Abstract要約: 量子PUF(QPUF)では、入力出力対は古典的なビットストリングの代わりに量子状態で構成される。 我々は、そのようなQPUFが存在しないことを証明した。 既存の文献では、このような高いレベルの証明可能なセキュリティを表現した最初のモデルを紹介します。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 45.386403865847235
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Physical Unclonable Functions (PUFs) are hardware devices with the assumption of possessing inherent non-clonable physical randomness which leads to unique pairs of inputs and outputs that provide a secure fingerprint for cryptographic protocols like authentication. In the case of quantum PUFs (QPUFs), the input-output pairs consist of quantum states instead of classical bitstrings, offering advantages over classical PUFs (CPUFs) such as challenge reusability via public channels and non-reliance over any trusted party due to the no-cloning theorem. In recent literature, a generalized mathematical framework for studying QPUFs was developed, which paved the way for having QPUF models with provable security. It was proved that \emph{existential unforgeability} against Quantum Polynomial Time (QPT) adversaries cannot be achieved by any random unitary QPUF. Since measurements are non-unitary quantum processes, we define a QPUF based on random von Neumann measurements. We prove that such a QPUF is existentially unforgeable. Thus, we introduce the first model in existing literature that depicts such a high level of provable security. We also prove that the Quantum Phase Estimation (QPE) protocol applied on a Haar random unitary serves as an approximate implementation for this kind of QPUF as it approximates a von Neumann measurement on the eigenbasis of the unitary.
• Abstract（参考訳）: Physical Unclonable Function (PUF) は、認証などの暗号化プロトコルにセキュアな指紋を提供する、ユニークな入力と出力のペアをもたらす、固有の非クロンブルな物理的ランダム性を持つという仮定を持つハードウェアデバイスである。 量子PUF(QPUF)の場合、入出力ペアは古典的なビットストリングの代わりに量子状態で構成され、公開チャネルによるチャレンジ再利用や、非閉鎖定理による信頼できる当事者に対する非信頼など、古典的なPUF(CPUF)よりも有利である。 近年、QPUFの研究のための一般化された数学的枠組みが開発され、QPUFモデルにセキュリティを保証できる方法が開発されている。 量子多項式時間 (QPT) に対する 'emph{existential unforgeability} は任意のランダムユニタリQPUFでは達成できないことが証明された。 非単位量子過程であるので、ランダムフォン・ノイマン測度に基づいてQPUFを定義する。 我々は、そのようなQPUFが存在しないことを証明した。 そこで本稿では,このような高いレベルの証明可能なセキュリティを記述した,既存の文献の最初のモデルを紹介する。 また、Haarランダムユニタリに適用された量子位相推定(QPE)プロトコルが、ユニタリの固有ベイジに関するフォン・ノイマン測度を近似することにより、この種のQPUFの近似実装として機能することを証明した。

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