Publication: Оценка статистических свойств и криптографической стойкости случайных последовательностей, полученных квантовым компьютером IBM
Дата
2023
Авторы
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Издатель
Аннотация
Целью статьи является исследование возможностей использования квантовых генераторов на базе системы IBM Quantum Experience в решении практических задач. Предметом исследования выступает оценка статистических свойств квантовых последовательностей. Отдельное внимание уделено вопросу применения таких решений в криптографических алгоритмах. Актуальность исследований обусловлена возможностью компрометации ключевой информации в детерминированных алгоритмах генерации случайных последовательностей, а также прогрессом в области квантовых вычислений. В ходе проведённого исследования были рассмотрены принципы формирования квантовых схем, на основе которых сформировано ПО, формирующее квантовые последовательности по заданным параметрам. Исследовались три варианта квантовых схем: одно- и пятикубитная схемы для квантового компьютера IBM Quito и 25-кубитная схема для квантового симулятора. При помощи каждой из схем сформированы последовательности, для которых проведены оценки статистических свойств на базе стандарта NIST SP 800-22. В ходе проведенных исследований было установлено, что случайные последовательности, полученные на квантовом компьютере IBM Quito, не обладают хорошими статистическими свойствами. Такие последовательности не прошли большинство статистических тестов, а также показали распределение, отличное от распределения, полученного на симуляторе. Детерминированная внешняя среда является ключевой проблемой слабых статистических свойств, которая отражается на работе вентилей и измерителей. Степенью негативного воздействия среды определяется качество работы всей квантовой машины. Результаты данной работы могут быть использованы для дальнейших исследований других квантовых машин, а также для повышения качества работы квантового компьютера. Квантовый компьютер потенциально может помочь в расчётах, несопоставимых с возможностями суперкомпьютеров. Последние разработки IBM в калибровке кубитов и работа с квантовыми ошибками будут сильнее приближать возможность их применения в криптографии. Поэтому важным аспектом развития в данном направлении является потенциальное снижение воздействия внешней среды на работу квантового компьютера.
Описание
Ключевые слова
квантовый генератор , квантовый компьютер , случайная последовательность , детерминированный шум , статистические свойства , криптостойкость
Цитирование
ОРЛОВ, Михаил А.; НЕЧАЕВ, Кирилл А.; РЕЗНИЧЕНКО, Сергей А.. ОЦЕНКА СТАТИСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ СЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ, ПОЛУЧЕННЫХ КВАНТОВЫМ КОМПЬЮТЕРОМ IBM. Безопасность информационных технологий, [S.l.], v. 30, n. 1, p. 14-26, фев. 2023. ISSN 2074-7136. Доступно на: <https://bit.spels.ru/index.php/bit/article/view/1472>. Дата доступа: 26 сен. 2023. doi:http://dx.doi.org/10.26583/bit.2023.1.01.