Classical leakage-resilient circuits from quantum fault-tolerant computation

Abstract

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.