論文の概要: Public-Key Quantum Authentication and Digital Signature Schemes Based on the QMA-Complete Problem

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.16904v1
• Date: Fri, 20 Jun 2025 10:56:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-23 19:00:05.418603
• Title: Public-Key Quantum Authentication and Digital Signature Schemes Based on the QMA-Complete Problem
• Title（参考訳）: QMA-Complete問題に基づく公開鍵量子認証とデジタル署名方式
• Authors: Le-Ran Liu, Min-Quan He, Dan-Bo Zhang, Z. D. Wang,
• Abstract要約: 本稿では,局所密度行列の整合性の量子メルリンアーサー(QMA)完全性に基づく量子認証およびデジタル署名プロトコルを提案する。 我々は厳密なセキュリティ分析を行い、量子敵による適応的選択メッセージ攻撃に対するスキームの偽造性を証明する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose a quantum authentication and digital signature protocol whose security is founded on the Quantum Merlin Arthur~(QMA)-completeness of the consistency of local density matrices. The protocol functions as a true public-key cryptography system, where the public key is a set of local density matrices generated from the private key, a global quantum state. This construction uniquely eliminates the need for trusted third parties, pre-shared secrets, or authenticated classical channels for public key distribution, making a significant departure from symmetric protocols like quantum key distribution. We provide a rigorous security analysis, proving the scheme's unforgeability against adaptive chosen-message attacks by quantum adversaries. The proof proceeds by a formal reduction, demonstrating that a successful forgery would imply an efficient quantum algorithm for the QMA-complete Consistency of Quantum Marginal Problem~(QMP). We further analyze the efficiency of verification using partial quantum state tomography, establishing the protocol's theoretical robustness and outlining a path towards practical implementation
• Abstract（参考訳）: 本稿では,局所密度行列の整合性の完全性の量子メルリンアーサー(QMA)に基づく量子認証およびデジタル署名プロトコルを提案する。 このプロトコルは真の公開鍵暗号システムとして機能し、公開鍵は、グローバル量子状態である秘密鍵から生成される局所密度行列の集合である。 この構造は、信頼できる第三者、秘密の共有、または公開鍵分布のための認証された古典的なチャネルの必要性を独自に排除し、量子鍵分布のような対称なプロトコルから著しく離れる。 我々は厳密なセキュリティ分析を行い、量子敵による適応的選択メッセージ攻撃に対するスキームの偽造性を証明する。 この証明は形式的な還元によって進み、成功すればQMA完全整合性問題(QMP)に対する効率的な量子アルゴリズムが暗示されることを示す。 さらに、部分量子状態トモグラフィーによる検証の効率を解析し、プロトコルの理論的堅牢性を確立し、実用的な実装への道筋を概説する。

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