論文の概要: Experimental Protocol Fingerprinting in Quantum Networks via Physical Layer Side Channel Analysis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.24624v1
• Date: Mon, 27 Jul 2026 16:19:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-28 22:34:15.509942
• Title: Experimental Protocol Fingerprinting in Quantum Networks via Physical Layer Side Channel Analysis
• Title（参考訳）: 物理層側チャネル解析による量子ネットワークにおける実験的プロトコルフィンガープリント
• Abstract要約: 古典的なシステムでは、基盤となるデータにアクセスせずに機密情報を明らかにすることが示されている。 我々は、異なる量子通信プロトコルが、受動的側チャネルの観測によって推測できる識別可能なシグネチャを示すかどうかを検討する。 提案手法は,30:70のサンプリング/光学タッピングで,最大96%の精度でプロトコルの同一性を推定できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.201953187371117
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum communication is a key enabler of next-generation networks, leveraging quantum entanglement to enable a new class of information exchange. While prior work has focused on the theoretical analysis of communication protocols, their exposure to physical layer side channel analysis remains largely unexplored. In classical systems, side channel analysis has been shown to reveal sensitive information without accessing the underlying data, raising the question of whether similar risks exist in quantum networks. In this work, we investigate whether different quantum communication protocols exhibit distinguishable signatures that can be inferred through passive side channel observations. We consider a threat model in which an observer accesses only a fraction of the optical signal without directly measuring the encoded quantum states. Under this setting, we experimentally examine four representative protocols, namely entanglement distribution, quantum gate sequences, heralded quantum key distribution, and quantum identity authentication, realized on a polarization entangled photon link. Observable physical layer features, including single photon detection statistics and optical power measurements, are collected and used to construct protocol fingerprints. We develop a data-driven framework for protocol identification based on these observations. Our results show that protocol identity can be inferred with accuracy reaching up to 96% under 30:70 sampling configuration/optical tapping, while remaining distinguishable at 10:90 with accuracy ranging from 70-89%. Bell inequality measurements confirm that the sampling/tapping process preserves entanglement, validating the non-destructive nature of the observation model. These findings demonstrate that side channel analysis can expose protocol-level information without disrupting quantum correlations, introducing new security considerations.
• Abstract（参考訳）: 量子通信は次世代ネットワークの重要な実現要因であり、新しい種類の情報交換を可能にするために量子絡み合いを利用する。 これまでの研究は通信プロトコルの理論解析に焦点を合わせてきたが、物理層側チャネル分析への露出は未解明のままである。 古典的なシステムでは、サイドチャネル分析は基礎となるデータにアクセスせずに機密情報を明らかにすることが示されており、量子ネットワークに同様のリスクが存在するかどうかという疑問が提起されている。 本研究では、異なる量子通信プロトコルが、受動的側チャネル観測によって推測できる識別可能なシグネチャを示すかどうかを検討する。 我々は、量子状態を直接測定することなく、観測者が光学信号のごく一部しかアクセスできない脅威モデルを考える。 本設定では,分極光子リンク上で実現された4つの代表的なプロトコル,すなわちエンタングルメント分布,量子ゲートシーケンス,隠蔽量子鍵分布,量子アイデンティティ認証を実験的に検討する。 単一光子検出統計や光パワー測定など、観測可能な物理層の特徴を収集し、プロトコル指紋の構築に使用する。 これらの観測結果に基づいて,プロトコル識別のためのデータ駆動型フレームワークを開発した。 その結果,プロトコルの同一性は,30:70のサンプリング/光タッピングで最大96%の精度で推定できる一方で,70-89%の精度で10:90で識別可能であることがわかった。 ベルの不等式測定では、サンプリング/テープングプロセスが絡み合いを保ち、観測モデルの非破壊的性質を検証している。 これらの結果は、サイドチャネル分析が量子相関を乱さずにプロトコルレベルの情報を公開し、新たなセキュリティ配慮を導入することを示している。

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