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/2404.11306v3
• Date: Wed, 20 Nov 2024 16:29:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-21 16:10:31.335322
• 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 Juliá Farré, Christian Deppe, Roberto Ferrara, Holger Boche,
• Abstract要約: 物理的非閉包関数(PUF)は、固有の非閉包不可能な物理的ランダム性を利用して、ユニークな入出力ペアを生成する。 量子PUF(Quantum PUFs)は、量子状態を入出力ペアとして使用することによって、この概念を拡張している。 ランダムなユニタリQPUFは、量子多項式時間に対する実存的非偽造性を達成できないことを示す。 本稿では,QPUFが非単体量子チャネルとして機能する2番目のモデルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 45.386403865847235
• License:
• Abstract: Physical Unclonable Functions (PUFs) leverage inherent, non-clonable physical randomness to generate unique input-output pairs, serving as secure fingerprints for cryptographic protocols like authentication. Quantum PUFs (QPUFs) extend this concept by using quantum states as input-output pairs, offering advantages over classical PUFs, such as challenge reusability via public channels and eliminating the need for trusted parties due to the no-cloning theorem. Recent work introduced a generalized mathematical framework for QPUFs. It was shown that random unitary QPUFs cannot achieve existential unforgeability against Quantum Polynomial Time (QPT) adversaries. Security was possible only with additional uniform randomness. To avoid the cost of external randomness, we propose a novel measurement-based scheme. Here, the randomness naturally arises from quantum measurements. Additionally, we introduce a second model where the QPUF functions as a nonunitary quantum channel, which guarantees existential unforgeability. These are the first models in the literature to demonstrate a high level of provable security. Finally, we show that the Quantum Phase Estimation (QPE) protocol, applied to a Haar random unitary, serves as an approximate implementation of the second type of QPUF by approximating a von Neumann measurement on the unitary's eigenbasis.
• Abstract（参考訳）: Physical Unclonable Function (PUF) は、固有の物理的ランダム性を活用してユニークな入出力ペアを生成し、認証などの暗号化プロトコルのセキュアな指紋として機能する。 量子PUF(Quantum PUFs)は、量子状態を入出力ペアとして使用することでこの概念を拡張し、パブリックチャネルによるチャレンジ再使用可能性や、非閉鎖定理による信頼できる当事者の必要性の排除など、古典的なPUFよりもアドバンテージを提供する。 最近の研究は、QPUFの一般化された数学的枠組みを導入した。 ランダムなユニタリQPUFは、量子多項式時間(QPT)の敵に対して存在を許さないことが示されている。 セキュリティは、追加の均一なランダム性でのみ可能だった。 外部乱れのコストを回避するため,新しい計測手法を提案する。 ここでは、ランダム性は自然に量子測定から生じる。 さらに,QPUFが非単体量子チャネルとして機能する2つ目のモデルを導入する。 これらは、高いレベルの証明可能なセキュリティを実証した文献の最初のモデルである。 最後に、量子位相推定(QPE)プロトコルがハールランダムユニタリに適用され、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、第2タイプのQPUFの近似実装として機能することを示す。

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