論文の概要: SWAP Attack: Stealthy Side-Channel Attack on Multi-Tenant Quantum Cloud System

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.10115v1
• Date: Fri, 14 Feb 2025 12:25:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-17 14:45:34.007007
• Title: SWAP Attack: Stealthy Side-Channel Attack on Multi-Tenant Quantum Cloud System
• Title（参考訳）: SWAPアタック:マルチテナント量子クラウドシステムにおけるStealthyサイドチャネルアタック
• Authors: Wei Jie Bryan Lee, Siyi Wang, Suman Dutta, Walid El Maouaki, Anupam Chattopadhyay,
• Abstract要約: 共有量子デバイス上のクロストークにより、敵は近隣の被害者回路を妨害することができる。 SWAPベースのサイドチャネル攻撃は、実際のIBM量子デバイスで検証されているように、アクティブモードとパッシブモードの両方で動作することを示す。 我々の研究は、出現する脅威に対して量子計算を保護するための堅牢なセキュリティ対策の緊急の必要性を強調している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.4804333771236875
• License:
• Abstract: The rapid advancement of quantum computing has spurred widespread adoption, with cloud-based quantum devices gaining traction in academia and industry. This shift raises critical concerns about the privacy and security of computations on shared, multi-tenant quantum platforms accessed remotely. Recent studies have shown that crosstalk on shared quantum devices allows adversaries to interfere with victim circuits within a neighborhood. While insightful, these works left unresolved questions regarding the root cause of crosstalk, effective countermeasures, and replicability across circuits. We revisit the crosstalk effect, tracing its origins to the SWAP path between qubits and demonstrating its impact even over long distances. Our results significantly improve the understanding of this phenomenon beyond prior works. The proposed SWAP-based side-channel attack operates in both active and passive modes, as verified on real IBM quantum devices. In the active attack, an attacker executing a single CNOT gate can perturb victim circuits running Grover's Algorithm, reducing expected output accuracy by $81.62\%$ through strategic qubit placement. Moreover, this effect can be modeled to identify qubits more susceptible to attack. The passive attack, leveraging a stealthy circuit as small as $6.25\%$ of the victim's, achieves $100\%$ accuracy in predicting the victim's circuit size when running Simon's Algorithm. These findings challenge the existing defense strategy of maximizing topological distance between circuits, showing that attackers can still extract sensitive information or manipulate results remotely. Our work highlights the urgent need for robust security measures to safeguard quantum computations against emerging threats.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの急速な進歩は広く採用され、クラウドベースの量子デバイスは学術や産業で勢いを増している。 このシフトは、リモートでアクセスされた共有マルチテナント量子プラットフォーム上での計算のプライバシとセキュリティに関する重要な懸念を提起する。 近年の研究では、共用量子デバイス上でのクロストークが、近隣の被害者回路を妨害する可能性があることが示されている。 洞察力はあるものの、これらの研究はクロストークの根本原因、効果的な対策、回路間の複製性に関する未解決の疑問を残した。 我々はクロストーク効果を再検討し、その起源をキュービット間のSWAP経路に辿り着き、長距離でもその影響を示す。 本結果は, 先行研究を超えて, この現象の理解を著しく向上させるものである。 提案されたSWAPベースのサイドチャネル攻撃は、実際のIBM量子デバイスで検証されているように、アクティブモードとパッシブモードの両方で動作する。 アクティブアタックでは、単一のCNOTゲートを実行するアタッカーが、Groverのアルゴリズムを実行している被害者の回路を妨害し、戦略的キュービット配置による出力精度を81.62\%削減する。 さらに、この効果は攻撃を受けやすい量子ビットを特定するためにモデル化することができる。 このパッシブ攻撃は、被害者の回路を6.25セントの小さな回路で利用し、サイモンのアルゴリズムを実行する際の被害者の回路サイズを予測する精度を100セントの精度で達成している。 これらの発見は、回路間のトポロジカル距離を最大化する既存の防衛戦略に挑戦し、攻撃者はなおも機密情報を抽出したり、結果を遠隔操作できることを示した。 我々の研究は、出現する脅威に対して量子計算を保護するための堅牢なセキュリティ対策の緊急の必要性を強調している。

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