Гибридный протокол доказательства с нулевым разглашением для постквантовой криптографии
EDN: ZCCFEM
Аннотация
В работе представлен гибридный протокол доказательства с нулевым разглашением QZKP-Hybrid. Он создан для защиты информации от квантовых и классических атак. Протокол сочетает два подхода: устойчивую к квантовым атакам криптографию на решетках (LWE) и квантовые методы, использующие специальные квантовые состояния ∣ϕx⟩ и SWAP-тестирование. Протокол решает классическую задачу доказательства с нулевым разглашением (ZKP) в постквантовом контексте, находит применение в аутентификации, цифровых подписях и блокчейне. Протокол является неинтерактивным за счет применения преобразования Фиата — Шамира. Также используется запрет на клонирование квантовых состояний, что физически защищает секретную информацию от подделки. Безопасность QZKP-Hybrid доказана в модели UC-безопасности. Для этого применялась последовательность гибридных игр. Доказано, что никакой противник, даже с квантовым компьютером, не сможет взломать протокол. Реализация протокола возможна с помощью существующих технологий. Например, можно использовать оптоволоконные каналы для передачи квантовых состояний, что позволяет внедрять протокол в реальные системы. QZKP-Hybrid может применяться в постквантовых системах. Он подходит для задач, где нужно скрыть данные, но при этом подтвердить их достоверность. Протокол показал хороший баланс между безопасностью и производительностью. При размере параметра n = 512 он работает быстро и требует мало памяти. Это позволяет использовать его в мобильных устройствах и IoT-системах. В дальнейших исследованиях планируется изучить влияние декогеренции и шума на точность протокола, а также расширить модель на несколько участников.
Об авторе
С. Б. Кузнецов
Университет «Сириус», федеральная территория «Сириус»
Россия
Россия
Кузнецов Сергей Борисович — кандидат физико-математических наук, доцент, ведущий инженер-исследователь, Научный центр информационных технологий и искусственного интеллекта
Сочи
Список литературы
1. CRYSTALS-Dilithium: A Lattice-Based Digital Signature Scheme / J. W. Bos, L. Dugas, E. Kiltz et al. URL: https://pq-crystals.Ducasorg/dilithium/ (дата обращения: 09.05.2025).
2. Post-Quantum Key Exchange — A New Hope / E. Alkim, L. Ducas, T. Pöppelmann, P. Schwabe. URL: https://eprint.iacr.org/2015/1092 (дата обращения: 07.05.2025).
3. Breaking Symmetric Cryptosystems Using Quantum Period Finding / M. Kaplan, G. Leurent, A. Leverrier, M. Naya-Plasencia // Lecture Notes in Computer Science; vol. 9815. DOI: 10.1007/978-3-662-53008-5_8
4. Canetti R. Universally Composable Security: A Tutorial / IACR Cryptology ePrint Archive. 2005. URL: https://eprint.iacr.org/2000/067 (дата обращения: 11.05.2025).
5. Resettable Zero-Knowledge / R. Canetti, O. Goldreich, S. Goldwasser, S. Micali // Proceedings of the Thirty-Second Annual ACM Symposium on Theory of Computing — STOC ’00. New York, 2000. P. 235—244. URL: https://dl.acm.org/doi/10.1145/335305.335334 (дата обращения: 12.05.2025).
6. Efficient Zero-Knowledge Proofs for Commitments from Learning with Errors over Rings / F. Benhamouda, J. Camenisch, S. Krenn, V. Lyubashevsky, G. Neven // ESORICS 2015 : conf. proc. / ed. by J. Zhou, A. Yung. Cham: Springer, 2015. P. 305—325. (Lecture Notes in Computer Science; vol. 9326). URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-24174-6_16 (дата обращения: 12.05.2025).
7. Ambainnis A., Rosmanis A., Unruh D. Quantum Attacks on Classical Proof Systems: The Hardness of Quantum Rewinding and More / IACR Cryptology ePrint Archive. Report 2020/100. 2020. URL: https://eprint.iacr.org/2014/296 (дата обращения: 11.05.2025).
8. Unruh D. Universally Composable Quantum Oblivious Transfer // ICALP 2013 : conf. proc. / ed. by F. Fomin, R. Freivalds, M. Kwiatkowska. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2013. P. 561—572. (Lecture Notes in Computer Science. Vol. 7966). URL: https://doi.org/10.1007/978-3-642-13190-5_25
9. Bitansky N., Shmueli O. Post-Quantum Zero Knowledge in Constant Rounds // Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS): proc. IEEE, 2020. P. 219—230. URL: https://eprint.iacr.org/2019/1279.
10. Regev O. On Lattices, Learning with Errors, Random Linear Codes, and Cryptography // Proceedings of the Thirty-Seventh Annual ACM Symposium on Theory of Computing — STOC ’05. New York, USA, 2005. P. 84—93. URL: https://dl.acm.org/doi/10.1145/1060590.1060603 (дата обращения: 15.06.2025).
11. Wooters W. K., Zurek W. H. A Single Quantum Cannot be Cloned // Nature. 1982. Vol. 299, no. 5886. P. 802—803. DOI: 10.1038/299802a0
12. Shor P. W. Scheme for Reducing Decoherence in Quantum Computer Memory // Physical Review A. 1995. Vol. 52, no. 4. P. R2493—R2496. DOI: 10.1103/PhysRevA.52.R2493
13. Steane A. M. Error Correcting Codes in Quantum Theory // Physical Review Letters. 1996. Vol. 77, iss. 5. P. 793—797. DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.793
14. Gottesman D. An Introduction to Quantum Error Correction and Fault-Tolerant Quantum Computation // Proceedings of Symposia in Applied Mathematics. 2010. Vol. 68. P. 13—58. URL: https://doi.org/10.48550/arXiv.0904.2557
15. Fast, Efficient Error Reconciliation for Quantum Key Distribution / W. T. Buttler, S. K. Lamoreaux, J. R. Torgerson et al // Physical Review A. 2003. Vol. 67, no. 2. Art. 022301. URL: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.67.052303
16. Cirq: A Python Framework for Creating Quantum Circuits / Google Quantum AI. URL: https://quantumai.google/cirq (дата обращения: 15.06.2025).
17. Qiskit: Open-Source Framework for Quantum Computing / IBM Research. URL: https://qiskit.org (дата обращения: 15.06.2025).
Рецензия
Для цитирования:
Кузнецов С.Б. Гибридный протокол доказательства с нулевым разглашением для постквантовой криптографии. Развитие территорий. 2026;(1 (43)):77-88. EDN: ZCCFEM
For citation:
Kuznetsov S.B. A Hybrid Zero-Knowledge Proof Protocol for Post-Quantum Cryptography. Territory Development. 2026;(1 (43)):77-88. (In Russ.) EDN: ZCCFEM
Просмотров:
78
JATS XML
Послать статью по эл. почте 