Kör kuantum hesaplama - genel yapı değişken seçimi

Arka fon

Son zamanlarda Kör Kuantum Hesaplamanın Deneysel Gösterimi başlıklı bir araştırma makalesine geldim . Bu araştırma makalesinde, bilim adamları - uygun bir genel yapı seçerek - bir veri mühendisinin verilerin nasıl hesaplandığına dair bilgileri gizleyebileceğini iddia ettiler.

Soru

Bir bilim adamı, özel ölçümleri hesaplamak için bir BQC (Kör Kuantum Hesaplaması) protokolü kullansaydı, kör kuantum durumu için genel bir yapı formüle etmek için ne tür değişkenler kullanmaları gerekirdi?

Düşünceler

Veri hesaplamalarını sunucudan gizli tutmaya yardımcı olmak için genel yapıya ne tür değişkenlerin girebileceğini anlamak istiyorum. Bilinen bazı genel değişkenleri seçerseniz, diğer bilinen genel değişkenlerin seçiminin neden veri hesaplamalarının gizlenmesini engelleyeceğini anlamıyorum.

Makalenin bu bölümünü soruyorsunuz gibi görünüyor:

Bu nedenle, bu ölçümler başarıyla gizlendiği sürece kuantum hesaplama gizlenir. Bunu başarmak için BQC protokolü , temel hesaplama hakkında hiçbir şey ortaya koymayan jenerik bir yapı olarak dikkatle seçilmesi gereken kör küme durumları adı verilen özel kaynaklardan yararlanır (bkz. Şekil 1).

- "Kör Kuantum Hesaplamanın Deneysel Gösterimi" (2011)

Onlar istemek konusunda bu son kısmı, " altta yatan hesaplama hakkında hiçbir şey ortaya jenerik yapıyı " bir bilgisayarın yapısı hesaplamaları hakkında bilgi sızıntısı olabileceği konusunda bir okuyucu merak yapabilir.

Bir cypto düzeni hakkında bilgi sızdırdığı yapının basit bir örnek olarak, Bob Sally'll cevabın varsaymak hangi Sally soruyu sorar varsayalım yesveya no. Sally, yanıtını doğrudan paylaşılan bir kerelik yastıklarını (OTP) kullanarak şifreler ve bu da şifreleme metniyle sonuçlanır rk4. OTP planının genel olarak mükemmel bir gizliliğe sahip olmasına rağmen, Sally'nin yanıt verdiği açıktır yes.

Bu durumda, bilgisayar bu iletinin uzunluğu hakkında bilgi sızdıracak şekilde yapılandırılmıştır ve bu da bu örnekte özellikle felakettir. Genel olarak, yapı hesaplama hakkında bilgi sızdırabilir. Bu tür sızıntılardan kaçınmak, makalenin tartışmayı düşündüğü gibi bir kör hesaplama sunucusu için gerekli olacaktır.

Genel olarak, bu şekilde çalışan saldırılara yan kanal saldırıları denir .

Bu makale söz konusu olduğunda (çabucak gözden kaçırdığımı reddeden), temel olarak yapısal özellikleri boyunca bilgi sızdırmayan jenerik bir hesaplama yapısı oluşturmaktan bahsediyor gibi görünüyor. Örneğin, yapı iletinin gizli bir yönüne dayalı olarak herhangi bir şekilde farklı davranırsa, sunucu kendi hesaplama davranışını gözlemlediğinde sunucuya gizli bilgi sızdırabilir.

Belgede, hesaplama biriminin bu tür bilgi sızıntılarını önlemek için tasarlanması gerektiğine işaret ediyor gibi görünmektedir.

Makalenin ilerleyen bölümlerinde körleştirme hakkında bir şeyler tartışıyorlar :

Gelen kriptografi , kör edici bir madde (örn, bir hesaplamak için bir hizmet sağlamak için kullanılabilecek bir teknik olduğunu işlevi gerçek giriş ya da gerçek çıktı ya bilmeden, şifreli formdaki bir için) bir müşteri. Körleme tekniklerinin ayrıca şifreleme cihazlarına yan kanal saldırılarını önleme uygulamaları da vardır .

- "Kör (kriptografi)" , Wikipedia

Ve gerçekten, kör edici bu makalenin ne hakkında olduğunu: istemcilerin sırlarını açığa çıkarmadan bir sunucunun istemciler için çalışmasını sağlamanın bir yolunu bulmak.

Kör hesaplamayı etkinleştirmenin bir yolu, istemcinin sunucuya göndermeden önce iş isteğinde homomorfik şifreleme kullanmasıdır :

Homomorfik şifreleme şeklidir şifreleme sağlar hesaplama ile ilgili ciphertexts bunlar üzerinde yapılan sanki, çözüldüğü zaman, operasyon sonucu eşleşen bir şifreli sonucu üreten düz metin . Homomorfik şifrelemenin amacı şifreli veriler üzerinde hesaplamaya izin vermektir.

- "Homomorfik şifreleme" , Wikipedia

Makalenin ve deneysel gerçekleşmenin dayandığı orijinal teori makalelerinin yazarlarından biri olarak belki de cevap vermeye çalışabilirim. Bu makalede kullanılan BQC protokolü, ölçümlerin özel olarak seçilmiş karışık bir durumda yapıldığı bir hesaplama modeline dayanmaktadır (bu, ölçüm tabanlı kuantum hesaplama veya MBQC olarak bilinir ve 2003 yılında Raussendorf ve Briegel ( PRA , arXiv) tarafından tanıtıldı. MBQC'de kaynak durumuna grafik durumu denir, çünkü grafik durumunu oluşturmak için bir devre bir grafikle ilişkilendirilebilir: her köşe için bir qubit hazırlayın$|+\rangle$ve ardından karşılık gelen köşelerin grafikte bir kenarı paylaştığı her bir kübit çifti arasında bir CZ geçidi gerçekleştirin. Öncelikle uygun bir grafik durumu hazırlayarak ve sonra her bir kübiti sırayla ölçerek, hedef hesaplamaya ve önceki ölçüm sonuçlarına göre belirlenen ölçüm tabanları ile rastgele bir kuantum hesaplaması uygulayabileceğiniz ortaya çıkıyor.

BQC protokolünün yaptığı, bir MBQC'yi Bob'un ölçüm tabanlarını gizleyecek şekilde etkili bir şekilde uygulamaktır. Genel bir yapıya ihtiyaç duyduğumuzun nedeni, protokolün grafiği gizlememesidir. Şimdi, ölçüm tabanları uygun şekilde seçilirse, belirli bir derinlik ve genişliğin kuantum devresi olarak ifade edilebilen herhangi bir kuantum hesaplamayı uygulayabilen genel bir grafik seçebileceğiniz ortaya çıkıyor. Böyle bir grafik kullanmak, hesaplamanın ayrıntılarını değil, yalnızca devre derinliğinin ve genişliğinin sızdırılmasını sağlar. Ayrıca, hesaplama, derinlik ve genişlik üzerinde sadece bir üst sınırın sızdırılmasını sağlamak için her zaman rastgele doldurulabilir. Bu, mümkün olan en düşük sızıntıdır, çünkü Bob, cihazının ne kadar belleğe sahip olduğunu (~ devre genişliği) ve ne kadar sürdüğünü (~ devre derinliği) bilir,

Daha fazla bilgi için aşağıdaki inceleme belgesine ve içerdiği referanslara göz atmak isteyebilirsiniz: Özel kuantum hesaplama: kör kuantum hesaplama ve ilgili protokollere giriş , JF Fitzsimons, npj Quantum Information 2017.