Anonüümse konverentsi võtmekokkulepe lineaarsetes kvantvõrkudes

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Jarn de Jong¹, Frederik Hahn^1,2, Jens Eisert², Nathan Walk²ja Anna Pappa¹

¹Elektrotehnika ja arvutiteadus, Technische Universität Berlin, 10587 Berliin, Saksamaa
²Dahlem Center for Complex Quantum Systems, Freie Universität Berlin, 14195 Berliin, Saksamaa

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Mitme osalise kvantpõimumise jagamine osapoolte vahel võimaldab täita erinevaid turvalise suhtluse ülesandeid. Nende hulgas on viimasel ajal palju tähelepanu pälvinud konverentsi võtmeleping (CKA) – võtmete levitamise laiendamine mitmele osapoolele. Huvitaval kombel saab CKA-d teostada ka viisil, mis kaitseb osalevate osapoolte identiteeti, tagades seega $anonüümsuse$. Selles töös pakume välja anonüümse CKA protokolli kolmele osapoolele, mida rakendatakse väga praktilises võrgusättes. Täpsemalt, kvantreiiteri sõlmede rida kasutatakse lineaarse klastri oleku loomiseks kõigi sõlmede vahel, mida seejärel kasutatakse nende kolme vahel salajase võtme anonüümseks loomiseks. Sõlmed peavad oma naabritega jagama ainult maksimaalselt takerdunud paare, vältides seega vajadust keskserveri järele, mis jagaks takerdunud olekuid. See lineaarse ahela seadistus muudab meie protokolli suurepäraseks kandidaadiks tulevastes kvantvõrkudes rakendamiseks. Tõestame selgesõnaliselt, et meie protokoll kaitseb osalejate identiteeti üksteise eest ja analüüsime piiratud režiimi põhimäära, aidates kaasa võrguarhitektuuride teostatavate kvantkommunikatsiooniülesannete tuvastamisele väljaspool punktist punkti.

Esiletõstetud pilt: meie protokolli sätete lihtsustatud versioon, kus 3 osapoolt sõlmivad lineaarses võrgus anonüümse konverentsivõtmelepingu.

Populaarne kokkuvõte

Viimastel aastatel on kvantkommunikatsiooni ja krüptograafia valdkond arenenud kaugemale kahepoolse põimumise kasutamisest mitmeosalise põimumise kasutamise suunas. Mitmeosaliste põimunud olekute kasutamise eelised ilmnevad mõne konverentsivõtmelepingu (CKA) mitmeosalise protokolli skaleerimises, mis võimaldab laiendada kvantvõtmejaotusskeeme kahest osapoolest kaugemale.

Uus uurimisvaldkond on $textit{anonüümse konverentsi võtmeleping}$ (ACKA). ACKA protokollid võimaldavad osalejatel mitte ainult luua omavahel salajase võtme, vaid ka jääda anonüümseks kogu sidevõrgus.

Meie uuring keskendub ACKA-le lineaarsetes võrkudes, mis loomulikult tulenevad kordusahelatest. Esitame ACKA protokolli, mis kasutab ressurssidena lineaarseid klastri olekuid ja pakub nii turvatõestust kui ka lõpliku võtmega analüüsi. Lõpuks analüüsime oma protokolli jõudlust ja näitame, et see on mürakindel.

► BibTeX-i andmed

@artikkel{deJong2023anonüümne konverents, doi = {10.22331/q-2023-09-21-1117}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-09-21-1117}, konverents = {Anonüümne võtmekokkulepe lineaarsetes kvantvõrkudes}, autor = {de Jong, Jarn ja Hahn, Frederik ja Eisert, Jens ja Walk, Nathan ja Pappa, Anna}, ajakiri = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, maht = {7}, lehekülge = {1117}, kuu = september, aasta = {2023} }

► Viited

[1] Gláucia Murta, Federico Grasselli, Hermann Kampermann ja Dagmar Bruß. "Kvantkonverentsi võtmekokkulepe: ülevaade". Advanced Quantum Technologies 3, 2000025 (2020).
https:///doi.org/10.1002/qute.202000025

[2] S. Pirandola, UL Andersen, L. Banchi, M. Berta, D. Bunandar, R. Colbeck, D. Englund, T. Gehring, C. Lupo, C. Ottaviani, JL Pereira, M. Razavi, J. Shamsul Shaari , M. Tomamichel, VC Usenko, G. Vallone, P. Villoresi ja P. Wallden. "Kvantkrüptograafia edusammud". Adv. Opt. Footon. 12, 1012–1236 (2020).
https:///doi.org/10.1364/AOP.361502

[3] Antonio Acín, Immanuel Bloch, Harry Buhrman, Tommaso Calarco, Christopher Eichler, Jens Eisert, Daniel Esteve, Nicolas Gisin, Steffen J. Glaser, Fedor Jelezko, Stefan Kuhr, Maciej Lewenstein, Max F. Riedel, Piet O. Schmidt, Rob Thew , Andreas Wallraff, Ian Walmsley ja Frank K. Wilhelm. "Euroopa kvanttehnoloogiate tegevuskava". New Journal of Physics 20, 080201 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aad1ea

[4] Sumeet Khatri ja Mark M. Wilde. “Kvantkommunikatsiooni teooria põhimõtted: kaasaegne lähenemine” (2020). arXiv:2011.04672.
arXiv: 2011.04672

[5] Michael Epping, Hermann Kampermann, Chiara Macchiavello ja Dagmar Bruß. "Mitmeosaline põimumine võib kiirendada kvantvõtmete levitamist võrkudes." New Journal of Physics 19, 093012 (2017).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aa8487

[6] Federico Grasselli, Hermann Kampermann ja Dagmar Bruß. "Lõpliku võtmega efektid mitmeosalistes kvantvõtmejaotusprotokollides". New Journal of Physics 20, 113014 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aaec34

[7] Federico Grasselli, Hermann Kampermann ja Dagmar Bruß. "Konverentsi võtme kokkulepe ühe fotoni häiretega". New Journal of Physics 21, 123002 (2019).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ab573e

[8] Yadong Wu, Jian Zhou, Xinbao Gong, Ying Guo, Zhi-Ming Zhang ja Guangqiang He. "Pideva muutujaga mõõteseadmest sõltumatu mitmeosaline kvantkommunikatsioon". Phys. Rev. A 93, 022325 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.93.022325

[9] Carlo Ottaviani, Cosmo Lupo, Riccardo Laurenza ja Stefano Pirandola. "Modulaarne võrk suure kiirusega kvantkonverentside jaoks". Sidefüüsika 2, 118 (2019).
https://doi.org/10.1038/s42005-019-0209-6

[10] Zhaoyuan Zhang, Ronghua Shi ja Ying Guo. "Mitmepoolne pidev muutujaga kvantkonverentsivõrk, mille keskel on takerdumine". Rakendusteadused 8 (2018).
https:///doi.org/10.3390/app8081312

[11] Daniel M. Greenberger, Michael A. Horne ja Anton Zeilinger. "Kella teoreemist kaugemale jõudmine". Lk 69–72. Springer Holland. Dordrecht (1989).
https://doi.org/10.1007/978-94-017-0849-4_10

[12] W. Dür, G. Vidal ja JI Cirac. "Kolme kubitti saab põimida kahel võrdväärsel viisil." Phys. Rev. A 62, 062314 (2000).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.62.062314

[13] Zixin Huang, Siddarth Koduru Joshi, Djeylan Aktas, Cosmo Lupo, Armanda O. Quintavalle, Natarajan Venkatachalam, Sören Wengerowsky, Martin Lončarić, Sebastian Philipp Neumann, Bo Liu, Željko Samec, Laurent Kling, Mario Stipčević, John Rupert Ursin. Haruldus. "Turvaliste anonüümsete protokollide eksperimentaalne rakendamine kaheksa kasutajaga kvantvõtmejaotusvõrgus". npj Quantum Information 8, 25 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41534-022-00535-1

[14] Yu-Guang Yang, Xiao-Xiao Liu, Shang Gao, Yi-Hua Zhou, Wei-Min Shi, Jian Li ja Dan Li. "Praktilise anonüümse kvantkommunikatsiooni poole: mõõteseadmest sõltumatu lähenemisviis". Füüsiline ülevaade A 104, 052415 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.104.052415

[15] Anupama Unnikrishnan, Ian J. MacFarlane, Richard Yi, Eleni Diamanti, Damian Markham ja Iordanis Kerenidis. "Anonüümsus praktiliste kvantvõrkude jaoks". Physical Review Letters 122, 240501 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.240501

[16] Frederik Hahn, Jarn de Jong ja Anna Pappa. "Anonüümse kvantkonverentsi võtmekokkulepe". PRX Quantum 1, 020325 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.1.020325

[17] Federico Grasselli, Gláucia Murta, Jarn de Jong, Frederik Hahn, Dagmar Bruß, Hermann Kampermann ja Anna Pappa. "Turvaline anonüümne konverents kvantvõrkudes". PRX Quantum 3, 040306 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.040306

[18] Christopher Thalacker, Frederik Hahn, Jarn de Jong, Anna Pappa ja Stefanie Barz. "Anonüümne ja salajane suhtlus kvantvõrkudes". New Journal of Physics 23, 083026 (2021).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ac1808

[19] Hans J. Briegel ja Robert Raussendorf. "Püsiv takerdumine interakteeruvate osakeste massiividesse". Physical Review Letters 86, 910 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.910

[20] Robert Raussendorf ja Hans J. Briegel. "Ühesuunaline kvantarvuti". Physical Review Letters 86, 5188 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.5188

[21] Marc Hein, Jens Eisert ja Hans J. Briegel. "Multi-osakeste takerdumine graafiku olekutes". Physical Review A 69, 062311 (2004).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.69.062311

[22] Matthias Christandl ja Stephanie Wehner. "Anonüümsed kvantedastused". Väljaandes Bimal Roy, toimetaja Advances in Cryptology – ASIACRYPT 2005. Lk 217–235. Berliin, Heidelberg (2005). Springer Berlin Heidelberg.
https:///doi.org/10.1007/11593447_12

[23] Nathan Walk ja Jens Eisert. "Klassikaliste saladuste jagamine pideva muutuva põimumisega: kombineeritava turvalisuse ja võrgu kodeerimise eelis". PRX Quantum 2, 040339 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040339

[24] Damian Markham ja Barry C. Sanders. "Graafiku olekud kvantsaladuste jagamiseks". Phys. Rev. A 78, 042309 (2008).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.78.042309

[25] Massimiliano Proietti, Joseph Ho, Federico Grasselli, Peter Barrow, Mehul Malik ja Alessandro Fedrizzi. "Eksperimentaalse kvantkonverentsi võtmekokkulepe". Science Advances 7, eabe0395 (2021). arXiv:https:///www.science.org/doi/pdf/10.1126/sciadv.abe0395.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abe0395
arXiv:https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/sciadv.abe0395

[26] Clément Meignant, Damian Markham ja Frédéric Grosshans. "Graafi olekute jaotamine suvaliste kvantvõrkude vahel". Füüsiline ülevaade A 100, 052333 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.052333

[27] Xi-Lin Wang, Luo-Kan Chen, W. Li, H.-L. Huang, C. Liu, C. Chen, Y.-H. Luo, Z.-E. Su, D. Wu, Z.-D. Li, H. Lu, Y. Hu, X. Jiang, C.-Z. Peng, L. Li, N.-L. Liu, Yu-Ao Chen, Chao-Yang Lu ja Jian-Wei Pan. "Eksperimentaalne kümne fotoni põimumine". Physical Review Letters 117, 210502 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.210502

[28] Lukas Rückle, Jakob Budde, Jarn de Jong, Frederik Hahn, Anna Pappa ja Stefanie Barz. "Eksperimentaalne anonüümne konverentsi võtmekokkulepe lineaarsete klastri olekute abil" (2022). arXiv:2207.09487.
arXiv: 2207.09487

[29] Alexander Pickston, Joseph Ho, Andrés Ulibarrena, Federico Grasselli, Massimiliano Proietti, Christopher L Morrison, Peter Barrow, Francesco Graffitti ja Alessandro Fedrizzi. "Eksperimentaalne võrgu eelis kvantkonverentsi võtmelepingu jaoks" (2022). arXiv:2207.01643.
https://doi.org/10.1038/s41534-023-00750-4
arXiv: 2207.01643

[30] Zi-Heng Xiang, Jan Huwer, Joanna Skiba-Szymanska, R. Mark Stevenson, David JP Ellis, Ian Farrer, Martin B. Ward, David A. Ritchie ja Andrew J. Shields. "Häälestatav telekommunikatsiooni lainepikkusega põimunud valgusdiood, mis on paigaldatud paigaldatud kiudvõrku." Sidefüüsika 3, 121 (2020).
https://doi.org/10.1038/s42005-020-0390-7

[31] Chao-Wei Yang, Yong Yu, Jun Li, Bo Jing, Xiao-Hui Bao ja Jian-Wei Pan. "Multifotoni põimumise järjestikune genereerimine Rydbergi superaatomiga". Nature Photonics 16, 658–661 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41566-022-01054-3

[32] Philip Thomas, Leonardo Ruscio, Olivier Morin ja Gerhard Rempe. "Põimunud mitme fotoni graafiku olekute tõhus genereerimine ühest aatomist". Nature 608, 677–681 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04987-5

[33] Jarn de Jong, Frederik Hahn, Nikolay Tcholtchev, Manfred Hauswirth ja Anna Pappa. "GHz olekute eraldamine lineaarsete klastri olekutest" (2023). arXiv:2211.16758.
arXiv: 2211.16758

[34] Frederik Hahn, Anna Pappa ja Jens Eisert. "Kvantvõrgu marsruutimine ja kohalik täiendamine". npj Quantum Information 5, 1–7 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0191-6

[35] Marco Tomamichel, Charles Ci Wen Lim, Nicolas Gisin ja Renato Renner. "Kvantkrüptograafia kitsas lõpliku võtmega analüüs". Nature Communications 3, 634 (2012).
https:///doi.org/10.1038/ncomms1631

[36] Christopher Portmann ja Renato Renner. "Turvalisus kvantkrüptograafias". Rev. Mod. Phys. 94, 025008 (2022).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.94.025008

[37] Marco Tomamichel, Christian Schaffner, Adam Smith ja Renato Renner. Ülejäänud räsimine kvant-külgteabe vastu. IEEE Transactions on Information Theory, 57, 5524–5535 (2011).
https:///doi.org/10.1109/TIT.2011.2158473

Viidatud

[1] F. Hahn, A. Dahlberg, J. Eisert ja A. Pappa, “Limitations of lähinaaberkvantvõrkude piirangud”, Physical Review A 106 1, L010401 (2022).

[2] Vaisakh Mannalath ja Anirban Pathak, "Multiparty Entanglement Routing in Quantum Networks", arXiv: 2211.06690, (2022).

[3] Alexander Pickston, Joseph Ho, Andrés Ulibarrena, Federico Grasselli, Massimiliano Proietti, Christopher L. Morrison, Peter Barrow, Francesco Graffitti ja Alessandro Fedrizzi, "Kvantvõrgu konverentsi võtmekokkulepe" npj Quantum Information 9, 82 (2023).

[4] Lukas Rückle, Jakob Budde, Jarn de Jong, Frederik Hahn, Anna Pappa ja Stefanie Barz, „Eksperimentaalne anonüümse konverentsi võtmekokkulepe lineaarsete klastri olekute abil”, arXiv: 2207.09487, (2022).

Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2023-09-21 12:30:16). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

Ei saanud tuua Ristviide viidatud andmete alusel viimase katse ajal 2023-09-21 12:30:14: 10.22331/q-2023-09-21-1117 viidatud andmeid ei saanud Crossrefist tuua. See on normaalne, kui DOI registreeriti hiljuti.

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.