Management schemes for secret information using no-cloning property of quantum state

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21798
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
• Research Institution: Kansai University
• Principal Investigator: Kuwakado Hidenori 関西大学, 総合情報学部, 教授 (30283914)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 廣瀬 勝一 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (20228836) ; 満保 雅浩 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (60251972)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: 量子複製不可能性定理 / 対称暗号 / Groverアルゴリズム / 倍ブロック長圧縮関数

Outline of Final Research Achievements

Applications that store secret digital information in devices (equipment) used by users have a risk of leakage of the secret due to internal analysis by users. In this research, we proposed a scheme that can prevent information leakage in principle by storing information in a quantum state. We showed that the probability of obtaining useful information is negligible even when amplitude amplification by the generalized Grover algorithm is performed on the quantum state given to the attacker. We also clarified the sufficient conditions for a non-cryptographic permutation that maximizes the query computational complexity when a quantum computer is used to find collisions of a double block-length compression function consisting of the permutation and a random oracle.

Free Research Field

暗号理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の社会的意義は、メモリアクセス制限等の既存技術では解決できないデバイスの内部解析による情報漏洩の問題を量子複製不可能定理によって原理的に解決する点にある。そのためには、情報をディジタルビット（古典ビット）ではなく、量子ビットを用いた量子状態に符号化する必要がある。最近、その優れた並列計算能力が注目されている量子コンピュータの実現に向けて研究開発が盛んに行われているが、量子コンピュータが実現できれば、本研究の方式も実現することができる。