Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции / Лекция 10 - Квантовые вычисления.ppt
Скачиваний:
0
Добавлен:
04.06.2026
Размер:
13.09 Mб
Скачать

Протокол: Обманчивая передача

Пусть участник протокола А имеет k секретов s1, s2 , ..., sk , где каждый из

секретов si представляет из себя цепочку бит произвольной длинны. Предполагается, что А анонсирует название этих секретов (скажем, «коррупционная сделка в N-ской компании»), а само содержание секретов

сохраняется в тайне. В хочет купить один из этих секретов, предположим si (к другим у него нет интереса или недостаточно денег для покупки), однако он хочет это сделать так, чтобы владелец секретов А не узнал, что именно интересует В (иначе А может, например, предупредить компанию о возможной проверке). Тогда протокол может быть выполнен следующими шагами:

Протокол – обманчивая

1.А передает В однонаправленнуюпередачафункцию (например, функцию

шифрования РША xe mod n , сохраняя в секрете р, q и d.

2.Если В решает купить секрет si , то он генерирует k случайных чисел x1, ..., xk , и посылает А цепочку чисел y1, ..., yk , где

 

xj ,

если

j i

 

 

 

 

 

 

 

.

 

y j

xj , если

j i

 

f

 

 

 

 

 

 

 

3. А находит числа z j f 1

y j ,

j 1, 2, ..., k (для РША функциями f

будут zj ydj mod n ,

j 1, 2, ..., k ) и посылает В aj zj sj , где черта над буквой

означает преобразование чисел в цепочку бит, а – побитовое сложение по mod2 (шифрует секреты)

4.

В, зная, что

z j f 1 f xj xi находит желаемый им секрет как

s z a

(расшифровывает только один секрет).

sj z j (z j sj )

i i

i

 

Видно, что В не получает никакой информации о z j для j i

и, следовательно, никакой информации о sj для j i . С другой стороны, у А нет никакой возможности отличить случайные числа xj , j i от случайного числа xi и поэтому А не может

определить каков был выбор В.

(Очевидно, что активный В мог бы послать А несколько чисел в форме f xj и тогда получить от А больше секретов.

Однако существуют видоизменения протокола, которые могут предотвратить такой обман [15].

Лекция 9

Стойкость криптоалгоритмов в условиях атак с использованием квантового компьютера

1.Принципы квантовых вычислений. 2.Алгоритм ускоренного поиска Гровера. 3.Алгоритм факторизации числа Шора

на квантовом компьютере

1.Алгоритм дискретного логарифмирования Шора на квантовом компьютере

4

Понятие о квантовых вычислениях

Классические ЭВМ оперируют битами. Бит задается ячейками с двумя устойчивыми состояниями: триггер, конденсатор, магнитный домен…Одно из этих состояний условно обозначается 0, другое 1.

Для хранения нескольких бит используются регистры, как совокупность ячеек для хранения бит.

1

2

3

 

n-1

n

Для хранения 2n чисел

1

0

1

 

0

 

1

нужно 2n регистров длиной n

 

 

ячеек

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

В квантовом компьютере бит это квантовая система с двумя возможными физическими состояниями элементарной частицы: спин электрона в магнитном поле, энергетический уровень атома водорода, две поляризации фотона.

Математическая модель состояния частицы описывается вектором в 2-х мерном пространстве:

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

,

- состояния системы, а

 

 

- комплексные амплитуды состояния.

 

 

Соотношение (1) называетcя квантовым битом или q-битом.

 

 

 

 

 

 

 

0 0

1

1

 

 

Квадраты

модулей являются вероятностями обнаружения частицы в

 

0

1

 

 

,

 

0 и 1

соответствующих состояниях:

 

 

 

 

 

при измерении .

Состояние частицы выясняется только после измерения, а текущее (скрытое) состояние представляет собой линейную смесь (1).

01

02 12 1

6

Обозначения

Состояние кубита

 

x

 

0

 

 

0 1

 

1 принято

 

 

 

обозначать

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

или вектор-столбцом

 

- кет-вектор,

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

или вектор-строкой

 

0

 

1 - бра-вектор

 

0

 

1

 

,

 

1

 

 

0

 

.

 

 

 

 

 

 

Примеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=(1 0)

 

=(0 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

n- кубитовый регистр

1

2

3

 

n-1

n

 

 

 

 

 

 

 

 

В одном регистре сразу

▪▫

▫▪

▪▫

 

▫▪

 

▪▫

 

 

может быть 2n возможных чисел

 

 

 

 

 

 

 

С увеличением числа ячеек в регистре состояния частиц оказываются взаимосвязанными (сцепленными). Например система из 2-х кубитов может находиться в состоянии

λ00│00> + λ01│01> + λ10│10> + λ11│11>

При обобщении на n-кубитовый регистр по аналогии описывается линейной

комбинацией.:

2n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

000

 

x5

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

001

 

x6

 

 

 

 

101

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

x

 

00 01

 

 

 

 

x3

 

 

010

 

x7

 

 

110

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- состояние регистра

 

 

 

 

x4

 

 

 

011

 

x8

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

111

Вычисление функции в кубитовом регистре

Пусть задана функция f(x), преобразующая n-разрядное число x в m-разрядное число f(x). Для описания функции можно построить таблицу

x

f(x)

 

 

 

 

00000

001

 

 

 

 

00001

010

2n строк

 

 

 

 

 

11111

110

 

 

 

 

В квантовом компьютере достаточно лишь один раз выполнить преобразование f(х) исходного регистра из n ячеек, где содержатся все n-разрядные числа x и получить все значения функции.

Для ее записи нужно иметь m ячеек памяти Всего нужно иметь n+m кубитых ячеек..

10

x 2

11