Multi-Party Quantum Cryptography : from Folklore to Real-World
Cryptographie quantique multi-partite : du folklore au monde réel
Résumé
Quantum cryptography builds upon decades of advances both in classical cryptography and networks. However, contrary to its classical counterparts, it is still in its infancy applicability-wise, even in the scenario where powerful quantum computers are readily available, and more theoretical work is required before it can provide concrete benefits. The first goal is to formalise in rigorous quantum security frameworks the properties of various techniques that have been transposed, often without proper justification, from the classical world.Then, the recent developments in quantum technologies suggest a mostly cloud-based future availability of quantum devices. Therefore, quantum computation and communication cost of protocol participants must be lowered before being useful.Finally, in most situations, additional steps need to be taken to tailor protocols to the specifications of devices. This allows for optimisations both in terms of quantum memory and operation requirements.This thesis contributes to these three aspects by: (i) giving the first general security definition of the Quantum Cut-and-Choose, a technique for proving the correctness of a quantum message; (ii) presenting a more realistic framework of security against superposition attacks, where classical protocols run on inherently quantum devices; (iii) constructing an efficient delegated multi-party quantum computation protocol, allowing clients to delegate securely to a quantum server a private computation; (iv) building a method for verifying the honesty of a quantum server performing computations on behalf of a client with no operation or memory overhead compared to the unprotected computation.
La cryptographie quantique a bénéficié des nombreuses avancées de la cryptographie et théorie des réseaux classiques. Cependant, elle n’en est qu’à ses balbutiement en ce qui concerne son application en condition réelles et approfondir la théorie sous-jacente est un prérequis crucial à l’exploitation de l’intégralité de ses possibilités. Pour cela, il faut tout d’abord formaliser rigoureusement les propriétés de sécurité quantiques des techniques importées de la cryptographie classique, pour l’instant souvent utilisées sans justification. Ensuite, les progrès récents des technologies quantiques tendent à pointer vers un modèle d’accès type client-serveur avec un client faiblement quantique. Dans ce contexte, les protocoles quantiques se doivent d’être les plus frugaux possibles en termes de ressources (mémoire et opération). Enfin, implémenter des protocoles sur des architectures concrètes nécessite de les adapter finement aux machines utilisées afin d’améliorer encore leur optimisation. Cette thèse contribue à ces trois aspects en : (i) proposant une définition du Quantum Cut-and-Choose, technique qui permet de garantir la préparation honnête d’un message quantique ; (ii) présentant un cadre de sécurité plus réaliste contre les attaques par superposition, qui garantit la sécurité de protocoles classiques exécutés sur une machine quantique ; (iii) construisant un protocole efficace de délégation de calcul multipartite quantique, qui permet à des clients de déléguer un calcul privé à un serveur ; (iv) démontrant qu’il est possible de vérifier l’exactitude de calculs quantiques délégués sans aucun impact en terme ressources côté client ou serveur.
Domaines
Cryptographie et sécurité [cs.CR]| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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