論文の概要: QMA Complete Quantum-Enhanced Kyber: Provable Security Through CHSH Nonlocality
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.12318v1
- Date: Sat, 15 Nov 2025 18:31:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-18 14:36:23.887544
- Title: QMA Complete Quantum-Enhanced Kyber: Provable Security Through CHSH Nonlocality
- Title（参考訳）: QMA完全量子強化キーバー:CHSH非局所性による予測可能なセキュリティ
- Authors: Ilias Cherkaoui, Indrakshi Dey,
- Abstract要約: 量子後暗号は、量子敵に対する大規模通信システムを確保する必要がある。
本稿では,鍵交換相に直接量子非局所性検証を組み込む,最初のClauser-e-Shimony-Holt(CHSH)認証Kyberプロトコルを紹介する。
結果として生ずるCHSH強化キバースキームは、数学的に厳密でハイブリッドなポスト量子フレームワークを確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5469452301122173
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Post-quantum cryptography (PQC) must secure large-scale communication systems against quantum adversaries where classical hardness alone is insufficient and purely quantum schemes remain impractical. Lattice-based key encapsulation mechanisms (KEMs) such as CRYSTALS-Kyber provide efficient quantum-resistant primitives but rely solely on computational hardness assumptions that are susceptible to hybrid classical-quantum attacks. To overcome this limitation, we introduce the first Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH)-certified Kyber protocol, which embeds quantum non-locality verification directly within the key exchange phase. The proposed design integrates CHSH entanglement tests using Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) pairs to yield measurable quantum advantage values exceeding classical correlation limits, thereby coupling information--theoretic quantum guarantees with lattice-based computational security. Formal reductions demonstrate that any polynomial-time adversary breaking the proposed KEM must either solve the Module Learning With Errors (Module-LWE) problem or a Quantum Merlin-Arthur (QMA)-complete instance of the 2-local Hamiltonian problem, under the standard complexity assumption QMA $\subset$ NP. The construction remains fully compatible with the Fujisaki-Okamoto (FO) transform, preserving chosen-ciphertext attack (CCA) security and Kyber's efficiency profile. The resulting CHSH-augmented Kyber scheme therefore establishes a mathematically rigorous, hybrid post-quantum framework that unifies lattice cryptography and quantum non-locality to achieve verifiable, composable, and forward-secure key agreement.
- Abstract（参考訳）: ポスト量子暗号(PQC)は、古典的硬度だけでは不十分であり、純粋に量子スキームが実用的でない量子敵に対して大規模な通信システムを確保する必要がある。
CRYSTALS-Kyberのような格子ベースの鍵カプセル化機構(KEM)は、効率的な量子抵抗プリミティブを提供するが、ハイブリッド古典量子攻撃の影響を受けやすい計算硬度仮定にのみ依存する。
この制限を克服するために、鍵交換相に直接量子非局所性検証を組み込む最初のClaus-Horne-Shimony-Holt(CHSH)認証Kyberプロトコルを導入する。
提案設計では,Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)ペアを用いたCHSHエンタングルメントテストを統合し,古典的相関限界を超える測定可能な量子優位値を得る。
形式的な還元は、提案された KEM の多項式時間逆転は、標準複雑性仮定 QMA $\subset$ NP の下で、モジュール学習エラー(Module-LWE)問題または2局所ハミルトン問題の量子メルリン・アーサー(QMA)完全インスタンスを解かなければならないことを示す。
建設は、選択暗号攻撃(CCA)セキュリティとキーバーの効率プロファイルを保ちながら、藤崎・岡本変換(FO)トランスフォーメーションと完全に互換性が保たれている。
したがって、CHSH強化されたカイバースキームは、格子暗号と量子非局所性を統一し、検証可能で、構成可能で、前方セキュアな鍵合意を達成する、数学的に厳密でハイブリッドなポスト量子フレームワークを確立する。
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