신뢰할 수 없는 클라우드 기반 양자 하드웨어를 사용한 신뢰할 수 있는 컴퓨팅: 적응형 샷 분할을 통한 무결성 보장

Concepts de base

저가의 신뢰할 수 없는 양자 컴퓨팅 서비스 제공업체의 출현으로 인해 발생할 수 있는 보안 위험을 완화하기 위해 샷 분할 및 적응형 샷 분할이라는 두 가지 솔루션을 제안합니다.

Résumé

신뢰할 수 없는 클라우드 기반 양자 하드웨어를 사용한 신뢰할 수 있는 컴퓨팅

본 연구 논문에서는 신뢰할 수 없는 클라우드 기반 양자 하드웨어를 사용할 때 발생할 수 있는 보안 문제와 이를 해결하기 위한 방법을 제시합니다.

양자 컴퓨팅은 여러 분야에서 기존 컴퓨팅보다 빠른 속도를 제공하지만, 높은 비용과 긴 대기 시간으로 인해 클라우드 기반 서비스가 주목받고 있습니다. 그러나 저렴한 서비스를 제공하는 신뢰할 수 없는 제삼자 공급업체의 출현은 계산 결과 조작과 같은 보안 위험을 야기합니다.
양자 컴퓨팅의 보안 및 신뢰성 문제
양자 컴퓨터는 비싸고 접근하기 어려워 사용자들은 클라우드 기반 플랫폼을 통해 양자 컴퓨터를 사용합니다. 그러나 양자 컴퓨팅 생태계가 성장함에 따라 신뢰할 수 없는 공급업체가 저렴한 가격으로 양자 컴퓨팅 서비스를 제공할 가능성이 높아졌습니다. 이러한 공급업체는 사용자에게 최적이 아닌 솔루션을 제공하기 위해 결과를 조작할 수 있습니다.
기존 연구와의 차이점
기존 연구에서는 주로 하드웨어 변동성이나 양자 회로 매핑의 보안 취약점에 중점을 두었습니다. 본 연구는 사용자가 결과를 검증할 수 없는 상황에서 신뢰할 수 없는 공급업체가 계산 결과를 직접 조작하는 공격 모델을 제안하고, 이에 대한 방어 기법을 제시합니다.

본 논문에서는 신뢰할 수 없는 양자 서비스 제공업체가 신뢰할 수 있는 제공업체로 위장하여 결과를 조작하는 공격 모델을 제안합니다. 공격자는 측정 오류를 도입하여 결과를 조작하고, 이를 실제 하드웨어 오류로 위장하여 감지하기 어렵게 만듭니다.
공격자의 역량

사용자 프로그램의 측정 결과에 접근 가능
양자 회로 자체는 조작하지 않음
프로그램 결과를 분석하여 조작할 큐비트 라인 결정
조작을 감지하기 어렵게 하기 위해 오류를 위장하는 방법 사용
공격 시나리오
공격자는 사용자에게 최적이 아닌 솔루션을 제공하거나 가장 가능성이 높은 솔루션의 확률을 낮추는 방식으로 결과를 조작합니다. 예를 들어, 최적 출력이 '100'이고 다음으로 가능성이 높은 출력이 '101'인 3 큐비트 양자 프로그램에서 공격자는 q0 큐비트 라인에 비트 플립 오류를 도입하여 '101'을 최적 출력으로 만들 수 있습니다.
공격 방식

랜덤 조작: 모든 큐비트 라인 또는 일부 큐비트 라인에 무작위로 측정 오류를 도입합니다.
표적 조작: 특정 큐비트 라인을 표적으로 삼아 측정 오류를 도입합니다.

Idées clés tirées de

Trustworthy Computing using Untrusted Cloud-Based Quantum Hardware

by Suryansh Upa... à arxiv.org 11-18-2024

https://arxiv.org/pdf/2305.01826.pdf