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양자 통신 시스템의 효율적 후처리 방식
Efficient Post-Processing for Quantum Communication Systems 원문보기

통신위성우주산업연구회논문지 = The Journal of Korea Society of Communication and Sapce Technology, v.9 no.4, 2014년, pp.7 - 12  

이선의 (광운대학교 전파공학과 소속 유비쿼터스 통신 연구실) ,  정국현 (광운대학교 전파공학과 소속 유비쿼터스 통신 연구실) ,  김진영 (광운대학교 전파공학과 소속 유비쿼터스 통신 연구실)

초록
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양자 역학을 이용한 양자 암호 분야는 가장 구현가능성이 높은 분야중 하나이다. 그로인해 양자 암호는 꾸준히 연구되어 왔고 QKD 시스템의 대표적인 BB84 프로토콜 등 다양한 통신 방식이 개발되어 왔다. 본 논문에서는 양자 통신의 기본적인 개념을 설명하고 이를 이용한 양자 암호 교환 방식인 QKD 시스템을 설명한다. 또한 양자 암호의 개발이 필요한 이유와 보안성을 위협하는 QKD 공격방식을 소개한다. 양자 채널을 모델링하고 qubit의 위상을 추정하여 양자 암호 공격을 시뮬레이션 한다. 다양한 공격 방식이 QKD시스템에 보안성을 위협하는 원리를 설명하고 이를 극복하기 위한 양자 후처리 방식의 필요성을 논하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Quantum cryptography is one of the most feasible fields using quantum mechanics. Therefore, quantum cryptography has consistently been researched, and a variety of cryptographic exchange method has been developed, such as BB84, etc. This paper explains a basic concept of quantum communications and q...

주제어

#Entanglement   #No-cloning theorem   #qubit   #SPIR(Symmetrically privae information retrieval)   #QKD(Quantum Key Distribution)   #PNS(Photon number splitting)   #SSPDs(Superconducting Singlephoton Detectors)   #SPD(Single Photon Detector)  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그리고 포톤은 위상차에 따라서 간섭을 일이키는 인접 펄스에 따라 검출된다. 본 논문에서는 다양한 양자 암호 장치를 공격하는 암호 도청 시나리오와 대응 기술들을 소개하고 후처리의 필요성을 시뮬레이션을 통하여 설명한다.
  • 본 논문에서는 양자 역학을 이용한 정보 보안 기술의 변혁을 일으킬 양자 통신 시스템에 대해서 설명하였다. 양자 정보를 표현하는 기본적인 이론에 대해서 설명하고 양자 통신의 암호 교환 방식인 QKD 시스템의 기초적인 이론을 설명하였다.
  • 그러나 DPS 신호에서는 신호에 사용되는 포톤의 숫자가 작기 때문에 도청을 통한 정보의 양이 제한된다. 신호를 측정하는 분할과 저장과정에서 도청자는 두 인접한 펄스의 위상 차이를 수신자가 포톤을 식별하고 키 비트를 생성하는 것을 통해서 알아내려고 시도한다. 여기서 대응하는 펄스는 평균적으로 2rμ 포톤을 포함한다.

가설 설정

  • 양자 통신을 실험하기 위하여 qubit이 에러를 발생하는 것을 3가지 모델로 가정하고 채널 모델을 시뮬레이션 하였다. 그림 4는 bit flip과 phase flip의 에러가 각각 생기는 경우와 동시에 발생하는 경우를 나타낸 그림이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
양자의 특성을 이용하여 정보를 전송하는 기술에는 무엇이 있는가? 양자의 특성을 이용하여 정보를 전송하는 기술은 양자의 비연속성, 양자 상태의 중첩, 불확정성의 원리, 양자상태의 얽힘(entanglement) 및 복제 불가(No-cloning theorem) 등이 있다[2].
PNS공격을 방지하기위해 무엇이 적용되고 있는가? PNS(Photon number splitting) 공격은 많이 알려진 BB84프로토콜에 가장 위협적인 약한 간섭광을 이용한 도청방식이다. 이 도청 방식을 방지하기 위하여 복잡한 키 생성 프로세스를 만드는 디코이 방식이 실제 BB84 시스템에 적용되고 있다.
차단 재전송 공격은 어떤 공격인가? 다른 방식의 도청인 차단 재전송 공격은 도청자가 송신자의 모든 펄스 신호를 측정하여 자신이 만든 복제 신호를 다시 수신자에게 보내는 방식이다. 그러나 도청자는 적은 포톤의 숫자 때문에 모든 펄스의 위상 차이를 측정할 수 없고 수신자에게 모든 복제 신호를 전송할 수 없다.
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참고문헌 (9)

  1. N.Gisin,G. Ribordy,W. Tittel, andH. Zbinden, "Quantum cryptography,"Rev. Mod. Phys., vol. 74, pp. 145-95, 2002. 

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  2. K. Inoue, E. Waks, and Y. Yamamoto, "Differential-phase-shift quantum key distribution,"Phys. Rev. Lett., vol. 89, no. 3, pp. 037902-1-37902-3, Jul. 2002. 

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  3. K. Inoue, E. Waks, and Y. Yamamoto, "Differential-phase-shift quantum key distribution using coherent light,"Phys. Rev. A, vol. 68, pp. 022317-1-022317-3, Aug. 2003. 

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  4. C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, and U. M. Maurer, "Generalized privacy amplification,"IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 41, no. 6, pp. 1915-1923, Nov. 1995. 

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  5. E. Waks, H. Takesue, and Y. Yamamoto, "Security of differential-phaseshift quantum key distribution against individual attacks,"Phys. Rev. A, vol. 73, no. 7, pp. 012344-1-12344-9, Jan. 2006. 

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  6. M. Curty, L. L. Zhang, H. -H. Lo, and N. Lutkenhaus, "Sequential attacks against differential-phase-shift quantum key distribution with weak coherent states,"Quant. Inf. Comput., vol. 7, no. 7, pp. 665-88, 

  7. F. Gao, B. Liu, Q.-YWen, and H. Chen, "Flexible quantum private queries based on quantum key distribution,"Opt. Exp., vol. 20, pp. 17411-7420, 2012. 

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  8. J. Zhang, F.-Z Guo, F. Gao, B. Liu, and Q.-Y Wen, "Private database queries based on counterfactual quantum key distribution,"Phys. Rev. A, vol. 88, p. 022334, 2013. 

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  9. M. V. P. Rao and M. Jakobi, "Towards communication-efficient quantum oblivious key distribution," Phys. Rev. A, vol. 87, p. 012331, 2013. 

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