論文の概要: Hybrid Schemes of NIST Post-Quantum Cryptography Standard Algorithms and Quantum Key Distribution for Key Exchange and Digital Signature

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.02379v1
• Date: Tue, 30 Sep 2025 05:14:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-06 16:35:52.061656
• Title: Hybrid Schemes of NIST Post-Quantum Cryptography Standard Algorithms and Quantum Key Distribution for Key Exchange and Digital Signature
• Title（参考訳）: NISTポスト量子暗号標準アルゴリズムのハイブリッド方式と鍵交換とデジタル署名のための量子鍵分布
• Authors: Abel C. H. Chen,
• Abstract要約: 本研究では,NIST(National Institute of Standards and Technology)標準化PQCアルゴリズムとQKDを統合するハイブリッドスキームを提案する。 ハイブリッド鍵交換プロトコルでは,モジュール格子を用いたキーカプセル化機構(ML-KEM)とQKDプロトコル(特にBB84とE91)を組み合わせる。 ハイブリッドデジタル署名方式の設計において,モジュール格子型デジタル署名アルゴリズム(ML-DSA)とステートレスハッシュ型デジタル署名アルゴリズム(SLH-DSA)を用いて署名再構成値を生成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Since the security of post-quantum cryptography (PQC) algorithms is based on the hardness of mathematical problems, while the security of quantum key distribution (QKD) relies on the fundamental principles of quantum physics, each approach possesses distinct advantages and limitations that can complement one another. Consequently, recent studies have proposed hybrid schemes that combine QKD and PQC to establish a dual-layered security model. In response to this trend, this study proposes hybrid schemes that integrate QKD with the National Institute of Standards and Technology (NIST) standardized PQC algorithms. These hybrid schemes include two core components: a hybrid QKD-PQC key exchange protocol and a hybrid QKD-PQC digital signature scheme. For the hybrid key exchange protocol, this study combines Module-Lattice-based Key Encapsulation Mechanisms (ML-KEM) with QKD protocols, specifically BB84 and E91, to construct a secure key exchange protocol. In the design of the hybrid digital signature scheme, this study utilizes Module-Lattice-based Digital Signature Algorithms (ML-DSA) and Stateless Hash-based Digital Signature Algorithms (SLH-DSA) to generate signature reconstruction values. These values are verified using confirmation codes transmitted via the BB84 and E91 protocols. The proposed hybrid key exchange protocol is evaluated by examining the shared secret key it produces, particularly with respect to entropy and whether the output is independent and identically distributed (IID). Furthermore, the computation time and message lengths of the proposed hybrid schemes are evaluated.
• Abstract（参考訳）: ポスト量子暗号(PQC)アルゴリズムのセキュリティは数学的問題の硬さに基づいており、量子鍵分布(QKD)のセキュリティは量子物理学の基本原理に依存している。 その結果、近年の研究では、二重層セキュリティモデルを確立するために、QKDとPQCを組み合わせたハイブリッドスキームが提案されている。 この傾向に対応するために、本研究では、QKDと国立標準技術研究所(NIST)の標準化PQCアルゴリズムを統合するハイブリッドスキームを提案する。 これらのハイブリッドスキームには、ハイブリッドQKD-PQC鍵交換プロトコルとハイブリッドQKD-PQCデジタル署名スキームの2つのコアコンポーネントが含まれる。 ハイブリッド鍵交換プロトコルでは、モジュール格子ベースのキーカプセル化機構(ML-KEM)とQKDプロトコル(特にBB84とE91)を組み合わせてセキュア鍵交換プロトコルを構築する。 ハイブリッドデジタル署名方式の設計において,モジュール格子型デジタル署名アルゴリズム(ML-DSA)とステートレスハッシュ型デジタル署名アルゴリズム(SLH-DSA)を用いて署名再構成値を生成する。 これらの値はBB84およびE91プロトコルを介して送信される確認符号を用いて検証される。 提案したハイブリッド鍵交換プロトコルは、その生成する共有秘密鍵、特にエントロピーおよび出力が独立かつ同一分布であるか否か(IID)を調べることにより評価される。 さらに,提案手法の計算時間とメッセージ長を評価する。

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