Research Article

Эффективный квантовый алгоритм для постквантовой криптографии

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

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

Этот протокол описывает реализацию «криптографии на основе кода» с явной квантовой схемой для эффективной квантовой криптографии с большим асимметричным ключом с использованием квантовой арифметики с квантовым преобразованием Фурье.

Abstract

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

Реализация квантовых компьютеров может существенно повлиять на общество и глобальную безопасность во многих отношениях. Значительное количество исследований было посвящено квантовой криптографии — машинам, которые используют квантовые компьютеризированные ощущения для решения математических задач, недоступных обычным компьютерам. Процветающее шестое поколение «квантовых вычислений» может сломать и поставить под угрозу большую часть существующей защиты и цифровой экономики, но может предоставить криптографические альтернативы. Таким образом, мы можем более эффективно оптимизировать различные процессы, повышая эффективность и обеспечивая более быстрое квантово-механическое моделирование для улучшения дизайна лекарств и материалов, среди прочего. Данное исследование направлено на реализацию постквантового криптографического алгоритма путем подключения квантового умножения больших чисел к квантовому генератору случайных чисел (QRNG). Криптографический подход на основе кода с использованием квантового преобразования Фурье (QFT) используется с гигантским асимметричным ключом в явной квантовой схеме для создания безопасной квантовой системы связи. В этой исследовательской работе «обычный текст» (классические данные) был зашифрован с помощью QRNG с использованием квантового множителя с помощью квантовой арифметики. Следовательно, результирующие квантовые данные с данными QRNG будут переданы на сторону приемника через квантовый канал, где квантовый делитель расшифрует их. Кроме того, результаты моделирования IBM Qiskit каждого предполагаемого компонента и сравнительный анализ с предыдущими работами и алгоритмами свидетельствуют о большей устойчивости и надежности предложенного алгоритма квантового доказательства при рассмотрении квантовых устройств с большими кубитами. Эта работа задает ценное направление для дальнейших разработок в этой области и прокладывает путь для будущих применений квантовых вычислений в постквантовой криптографии.

Introduction

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

Квантовые вычисления основаны на квантовых битах (кубитах), которые принципиально отличаются от классических битов. В то время как классический бит может существовать только в состоянии 0 или 1, кубит может представлять 0, 1 или любую линейную суперпозицию обоих состояний одновременно. Это свойство позволяет квантовым системам хранить и обрабатывать огромное количество значений параллельно, а не последовательно. После измерения кубит сворачивается в определенное состояние, обеспечивая вычислительный результат. Присущий квантовой обработке параллелизм обеспечивает значительное ускорение, при этом оценки показывают, что квантовые компью....

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

Protocol

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

В этой статье используется алгоритм, использующий квантовую арифметику и квантовое быстрое преобразование Фурье13, для расшифровки сообщения путем деления зашифрованного текста по симметричному ключу. Основная цель данного исследования — продемонстрировать квантовую реализацию криптографии на основе симметричных ключей путем генерации случайного ключа, использования алгоритма большого умножения и выполнения большого числа делений в среде IBMQ версии 1.7.4. На рисунке 1 показан сквозной процесс реализации симметричного шифрования на основе ключа. Предполагается, что симметричный клю....

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

Results

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

Все компоненты вышеупомянутой схемы (рисунок 1) были реализованы с использованием кода Python (дополнительные файлы 1-3) с помощью IBM Qiskit и выполнены на локальном и IBMQ-симуляторе. Однако они не могут выполняться на квантовых устройствах из-за отсутствия свободно доступных кубитов в существующих квантовых устройствах. Вывод гистограммы в локальных и IBMQ-симуляторах для всех ключевых компонентов показан.......

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

Discussion

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

Успех предлагаемого протокола квантовой криптографии зависит от трех важнейших этапов: квантовая генерация случайных чисел (QRNG), квантовые арифметические операции с использованием квантового быстрого преобразования Фурье (QFFT и QIFFT) и квантовая перетасовка ключей и перетасовка. Этап QRNG закладывает основу безопасности путем генерации действительно случайных симметричных ключей3. Арифметические операции, выполняемые с использованием управляемых вентилей QFFT .......

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

Disclosures

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

У авторов отсутствует конфликт интересов.

Acknowledgements

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

Эта работа была поддержана Проектом поддержки исследователей Университета принцессы Нуры бинт Абдулрахман (PNURSP2025R755), Университет принцессы Нуры бинт Абдулрахман, Эр-Рияд, Саудовская Аравия. Авторы выражают благодарность декану аспирантуры и научных исследований Университета Биша за поддержку этой работы в рамках Программы ускоренной поддержки исследований.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
GPU A100NVIDIAВидеокарта 80G
ibm_brisbaneIBMhttps://quantum.ibm.com/Сверхпроводящий квантовый компьютер из семейства IBM Quantum Eagle.
python3.10Фонд программного обеспечения Pythonhttps://www.python.org/downloads/release/python-3100/
QiskitIBMhttps://www.ibm.com/quantum/qiskitОткрытый SDK для работы с квантовыми компьютерами на уровне расширенных квантовых схем, операторов и примитивов.

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