Research Article

Efficiënt kwantumalgoritme voor post-kwantumcryptografie

DOI:

10.3791/68934

⸱

November 14th, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Electronics, Acharya Prafulla Chandra College, Kolkata, India, 2MAKAUT, West Bengal, India, 3Department of Computer Science, Acharya Prafulla Chandra College, Kolkata, India, 4Narula Institute of Technology, West Bengal, India, 5Department of Computer Sciences, College of Computer and Information Sciences, Princess Nourah bint Abdulrahman University, Riyadh, Saudi Arabia, 6Department of Physics, College of Sciences, University of Bisha, Bisha, Saudi Arabia, 7Department of Computer Science and Artificial Intelligence, College of Computing and Information Technology, University of Bisha, Bisha, Saudi Arabia

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol beschrijft de implementatie van een "Code based Cryptography" met een expliciet quantumcircuit voor efficiënte quantumcryptografie met een grote asymmetrische sleutel door gebruik te maken van quantumrekenkunde met quantum Fouriertransformatie.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De realisatie van kwantumcomputers kan op veel manieren een aanzienlijke invloed hebben op de samenleving en de wereldwijde veiligheid. Er is veel onderzoek gedaan naar kwantumcryptografie - machines die gebruik maken van geautomatiseerde kwantumsensaties om wiskundige problemen op te lossen die ontoegankelijk zijn voor conventionele computers. De bloeiende 6e generatie 'Quantum computing' kan een groot deel van de huidige gevestigde beschermings- en digitale economie doorbreken en bedreigen, maar kan cryptografische alternatieven bieden. Zo zijn we in staat om verschillende processen effectiever te optimaliseren, de efficiëntie te verbeteren en snellere kwantummechanische simulaties mogelijk te maken voor onder andere een beter medicijn- en materiaalontwerp. Dit onderzoek richt zich op het implementeren van een post-quantum cryptografisch algoritme door grootschalige kwantumvermenigvuldiging te verbinden met een quantum random number generator (QRNG). Een op code gebaseerde cryptografische benadering met behulp van een Quantum Fourier Transformation (QFT) wordt gevolgd met een gigantische asymmetrische sleutel in een expliciet kwantumcircuit om een veilig kwantumcommunicatiesysteem op te zetten. In dit onderzoek is een 'plain text' (klassieke data) versleuteld met QRNG met behulp van een Quantum multiplier met behulp van quantumrekenkunde. Bijgevolg worden de resulterende kwantumgegevens met QRNG-gegevens via het kwantumkanaal naar de ontvanger verzonden, waar de kwantumdeler deze decodeert. Bovendien suggereren de IBM Qiskit-simulatieresultaten van elk bedoeld onderdeel en vergelijkende analyse met eerdere werken en algoritmen meer robuustheid en betrouwbaarheid van het voorgestelde kwantumbewijsalgoritme bij het overwegen van grote qubit-kwantumapparaten. Het werk biedt een waardevolle richting voor verdere ontwikkelingen in dit domein en maakt de weg vrij voor toekomstige toepassingen van kwantumcomputing in post-kwantumcryptografie.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Quantumberekeningen zijn gebaseerd op quantumbits (qubits), die fundamenteel verschillen van klassieke bits. Terwijl een klassieke bit alleen kan bestaan in de toestand 0 of 1, kan een qubit 0, 1 of een lineaire superpositie van beide toestanden tegelijkertijd vertegenwoordigen. Deze eigenschap stelt kwantumsystemen in staat om een groot aantal waarden parallel op te slaan en te verwerken in plaats van opeenvolgend. Na meting stort de qubit in tot een bepaalde toestand, wat het rekenresultaat oplevert. Het inherente parallellisme van kwantumverwerking biedt een aanzienlijke versnelling, met schattingen die suggereren dat kwantumcomput....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit artikel maakt gebruik van het algoritme, gebruikmakend van kwantumrekenkunde en Quantum Fast Fouriertransformatie13, om het bericht te ontcijferen door de cijfertekst te delen door de symmetrische sleutel. Het primaire doel van deze studie is het demonstreren van de kwantumimplementatie van cryptografie op basis van symmetrische sleutels door het genereren van een willekeurige sleutel, het gebruik van een groot vermenigvuldigingsalgoritme en het uitvoeren van een groot aantal delingen op de IBMQ-omgeving v1.7.4. Figuur 1 toont het end-to-end-proces voor het implementeren van ve....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle componenten van het bovengenoemde circuit (Figuur 1) zijn geïmplementeerd met behulp van Python-code (Supplementary Files 1-3) met IBM Qiskit en uitgevoerd op een lokale en IBMQ-simulator. Ze zijn echter niet in staat om uit te voeren op kwantumapparaten vanwege het gebrek aan vrij beschikbare qubits in bestaande kwantumapparaten. De histogramuitvoer in de lokale en IBMQ-simulatoren voor alle belangrijk.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het succes van het voorgestelde kwantumcryptografieprotocol is afhankelijk van drie kritieke fasen: Quantum Random Number Generation (QRNG), Quantum Arithmetic Operations met behulp van Quantum Fast Fourier Transformation (QFFT en QIFFT) en Quantum Key Shuffling and Reshuffling. De QRNG-fase legt de basis voor beveiliging door echt willekeurige symmetrische sleutelste genereren 3. De rekenkundige bewerkingen, uitgevoerd met behulp van gecontroleerde QFFT- en inver.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben geen belangenconflict.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door het Princess Nourah bint Abdulrahman University Researchers Supporting Project (PNURSP2025R755), Princess Nourah bint Abdulrahman University, Riyadh, Saoedi-Arabië. De auteurs zijn het decanaat van Graduate Studies and Scientific Research aan de Universiteit van Bisha dankbaar voor het ondersteunen van dit werk via het Fast-Track Research Support Program.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
GPU A100NVIDIA80G GPU
ibm_brisbaneIBMhttps://quantum.ibm.com/The superconducting quantum computer in the IBM Quantum Eagle family.
python3.10Python Software Foundationhttps://www.python.org/downloads/release/python-3100/
QiskitIBMhttps://www.ibm.com/quantum/qiskitAn open-source SDK for working with quantum computers at the level of extended quantum circuits, operators, and primitives.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Quantum cryptography in practice. Elliott, C., Pearson, D., Troxel, G. Proc Conf Appl Technol Archit Protocols Comput Commun, 2003, 227-238 (2003).
  2. Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing. Bennett, C. H., Brassard, G. Proc IEEE Int Conf Comput Syst Signal Process, 1 (1), 175-179 (1984).
  3. Techateerawat, P. A review on quantum cryptography technology. Int Trans J Eng Manage Appl Sci Technol.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Quantum AlgorithmPost Quantum CryptographyQuantum ComputingQuantum CryptographyQuantum Fourier TransformationQuantum Random Number GeneratorQuantum MultiplicationQuantum CircuitQuantum CommunicationIBM Qiskit

Related Articles