Construction of Quantum Computaional Infrastracture towards Quantum Information Society

面向量子信息社会的量子计算基础设施建设

• 批准号: 21H04879
• 负责人: 小柴 健史
• 金额: $ 26.54万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04879/
• 关键词: 量子暗号理論; 量子プロトコル; 量子アルゴリズム; 秘密同時メッセージプロトコル; 量子分散アルゴリズム; 定数深さ量子回路; 安全性定量化法; リング署名; 量子計算; 量子暗号; 計算モデル; 暗号理論

量子クラウド計算実現の構成要素として, 参加者の入力を他参加者から秘密にしたまま計算を行う秘密計算の一形態である秘密同時メッセージプロトコルの量子版を初めて導入し, ある問題に対して事前共有量子エンタングルメントを利用することで指数関数的に通信量が改良できることを示した. さらに等価性判定問題を一般化した問題やAND関数についても事前共有エンタングルメントによって通信量を削減できることを示した. 事前乱数共有での量子秘密同時メッセージプロトコルにおいて安全性を保証するためには通信量のオーバーヘッドが不可避であることも証明した. また分散ネットワーク環境において, グラフ理論で重要な問題に対する効率的な量子分散アルゴリズムを構築した. 計算資源限定下の量子計算機, 特に定数深さ量子回路の研究を推進し, 一般のノイズを許したモデルにおける定数深さ量子回路での量子優位性を示唆する結果を得た. さらに, 定数深さ量子回路による量子性検証プロトコルを構築した. 量子計算の暗号への脅威に対応するための技術として, ゲーム理論的な安全性評価において従来研究での確率分布間の全変動距離を用いた識別不能性評価の代わりにHellinger距離による新しい安全性定量化手法を導入し, 必要な距離の程度を緩和できることを示し, より妥当な安全性評価が可能であることを明らかにした. また暗号理論で重要な再利用ハッシュ補題は全変動距離で定式化されるが, Hellinger距離に対しても成立することも証明した. さらに耐量子性を持つ暗号プロトコルとして新しいリング署名の構成法を提案した. ユーザがリングと呼ばれるユーザ集合のメンバーとしてメッセージに署名することを可能にするリング署名では, 署名の偽造不可能性に加え, リング内の誰がメッセージに署名したかを秘匿する匿名性も要求されるが, 本提案は標準的な仮定の状況で耐量子性が保証される情報理論的匿名性を持つ一般的構成を初めて与えている.

作为量子云计算的一个组成部分，我们介绍了秘密同时消息协议的第一个量子版本，一种秘密计算的形式，其中参与者的输入是向其他参与者秘密的，并表明可以通过使用预共享的量子纠缠某个问题来指数改善通信量。此外，我们表明，预共享的纠缠可以减少对等效判断问题和功能的跨性问题的沟通量。它还证明，通信的开销是不可避免的，以确保与随机数共享的量子秘密同时发生消息协议的安全性。此外，在分布式网络环境中，我们为图理论中重要问题构建了一种有效的量子分散算法。我们在计算资源（尤其是恒定的深度量子电路）下促进了量子计算机的研究，并获得了结果，表明在允许一般噪声的模型中，量子优势在恒定深度量子电路中具有量子优势。构建了使用恒定深度量子电路的量子验证协议。作为应对量子计算加密的威胁的一种技术，在游戏理论的安全评估中，引入了一种使用Hellinger距离的新的安全量化方法，而不是使用先前研究中概率分布之间的总可变距离进行的不可区分性评估，这表明可以放宽所需的距离，以表明可以进行更合理的安全性评估。此外，尽管密码理论中重要的重复使用的哈希引理是通过总可变距离提出的，但它也证明了地狱林的距离可能是有效的。此外，提出了一种构建环签名的新方法作为具有量子电阻的加密协议。在允许用户作为一组名为“戒指的用户的成员”的戒指签名中，除了签名的非遗嘱外，需要隐藏签名消息的匿名性。该建议提供了第一个通用结构，其中具有信息理论匿名性，在标准假设情况下可以保证量子公差。

项目成果

秘密同時通信と条件付き秘密開示に対する乱数複雑度

秘密同时通信和条件秘密泄露的随机复杂度

• 发表时间: 2022
• 作者: 河内 亮周;吉田 真紀
• 通讯作者: 吉田 真紀

セキュリティ定量化のための理論的枠組み

安全量化的理论框架

• 发表时间: 2022
• 作者: Shin Nishio;Nicolo Lo Piparo;Michael Hanks;William Munro;Kae Nemoto;安永憲司
• 通讯作者: 安永憲司

Lower Bounds for Induced Cycle Detection in Distributed Computing

分布式计算中诱导循环检测的下限

• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the 32nd International Symposium on Algorithms and Computation (ISAAC 2021)
• 作者: 尾家 慶彦;三分一 史和;越久 仁敬;Hirrlinger Johannes;Swen H?lsmann;François Le Gall and Masayuki Miyamoto
• 通讯作者: François Le Gall and Masayuki Miyamoto

A Commitment Scheme with Output Locality-3 Fit for the IoT Device

适合物联网设备的Output Locality-3承诺方案

• DOI: 10.1155/2021/2949513
• 发表时间: 2021
• 期刊: Security and Communication Networks
• 作者: Hideaki Miyaji;Yuntao Wang;Akinori Kawachi;and Atsuko Miyaji
• 通讯作者: and Atsuko Miyaji

Replacing Probability Distributions in Security Games via Hellinger Distance

• DOI: 10.4230/lipics.itc.2021.17
• 发表时间: 2021
• 作者: Kenji Yasunaga