Classical leakage-resilient circuits from quantum fault-tolerant computation

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lacerda, Felipe Gomes
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio.unb.br/handle/10482/19594
http://dx.doi.org/10.26512/2015.07.T.19594
Resumo: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2015.
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spelling Classical leakage-resilient circuits from quantum fault-tolerant computationMecânica quânticaCriptografiaComputaçãoSegurança da informaçãoTese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2015.Implementações físicas de algoritmos criptográficos vazam informação, o que os torna vulneráveis aos chamados ataques de canal lateral. Atualmente, criptografia é utilizada em uma variedade crescente de cenários, e frequentemente a suposição de que a execução de criptossistemas é fisicamente isolada não é realista. A área de resistência a vazamentos propõe mitigar ataques de canal lateral projetando protocolos que são seguros mesmo se a informação vaza durante a execução. Neste trabalho, estudamos computação resistente a vazamento, que estuda o problema de executar computação universal segura na presença de vazamento. Computação quântica tolerante a falhas se preocupa com o problema de ruído em computadores quânticos. Uma vez que é extremamente difícil isolar sistemas quânticos de ruído, a área de tolerância a falhas propões esquemas para executar computações corretamente mesmo se há algum ruído. Existe uma conexão entre resistência a vazamento e tolerância a falhas. Neste trabalho, mostramos que vazamento em um circuito clássico é uma forma de ruído, quando o circuito é interpretado como um circuito quântico. Posteriormente, provamos que para um modelo de vazamento arbitrário, existe um modelo de ruído correspondente para o qual um circuito que é tolerante a falhas de acordo com um modelo de ruído também é resistente a vazamento de acordo com o modelo de vazamento dado. Também mostramos como utilizar construções para tolerância a falhas para implementar circuitos clássicos que são seguros em modelos de vazamento específicos. Isto é feito estabelecendo critérios para os quais circuitos quânticos podem ser convertidos em circuitos clássicos de certa forma que a propriedade de resistência a vazamentos é preservada. Usando estes critérios, convertemos uma implementação de computação quântica tolerante a falhas em um compilador resistente a vazamentos clássicos, isto é, um esquema que compila um circuito arbitrário em um circuito de mesma funcionalidade que é resistente a vazamentos.Physical implementations of cryptographic algorithms leak information, which makes them vulnerable to so-called side-channel attacks. Cryptography is now used in an ever-increasing variety of scenarios, and the assumption that the execution of cryptosystems is physically insulated is often not realistic. The field of leakage resilience proposes to mitigate side-channel attacks by designing protocols that are secure even if information leaks during execution. In this work, we study leakage-resilient computation, which concerns the problem of performing secure universal computation in the presence of leakage. Fault-tolerant quantum computation is concerned with the problem of noise in quantum computers. Since it is very hard to insulate quantum systems from noise, fault tolerance proposes schemes for performing computations correctly even if some noise is present. It turns out that there exists a connection between leakage resilience and fault tolerance. In this work, we show that leakage in a classical circuit is a form of noise, when the circuit is interpreted as quantum. We then prove that for an arbitrary leakage model, there exists a corresponding noise model in which a circuit that is fault-tolerant against the noise model is also resilient against the given leakage model. We also show how to use constructions for fault tolerance to implement classical circuits that are secure in specific leakage models. This is done by establishing criteria in which quantum circuits can be converted into classical circuits in such a way that the leakage resilience property is preserved. Using these criteria, we convert an implementation of universal fault-tolerant quantum computation into a classical leakageresilient compiler, i.e., a scheme that compiles an arbitrary circuit into a circuit of the same functionality that is leakage-resilient.Nascimento, Anderson Clayton AlvesLacerda, Felipe Gomes2016-02-26T22:02:05Z2016-02-26T22:02:05Z2016-02-262015-07-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfLACERDA, Felipe Gomes. Classical leakage-resilient circuits from quantum fault-tolerant computation. 2015. xi, 97 f., il. Tese (Doutorado em Informática)—Universidade de Brasília, Brasília, 2015.http://repositorio.unb.br/handle/10482/19594http://dx.doi.org/10.26512/2015.07.T.19594A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2023-07-10T13:00:51Zoai:repositorio.unb.br:10482/19594Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2023-07-10T13:00:51Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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