非幺正量子物理不可克隆函数:开放量子动力学下的建模、仿真与评估
物理不可克隆函数(PUFs)通过利用内在随机性生成设备唯一的响应,提供了硬件级的安全保障。然而机器学习和旁道攻击日益削弱其经典假设,亟需新方法来确保不可伪造性。量子力学通过内在随机性和不可克隆定理天然支持这一目标,这促使了量子物理不可克隆函数(QPUFs)的研究。但现有QPUF模型通常假设理想的幺正动力学,忽略了真实量子器件中出现的退相干和耗散等非幺正效应。 该工作提出了一类新型非幺正QPUF架构,将开放量子系统动力学作为安全基础。研究团队设计了三种架构:利用振幅阻尼作为熵源的耗散型QPUF(D-QPUF);采用中途测量与条件幺正操作的测量反馈QPUF(MF-QPUF);以及通过Lindblad主方程和Trotter-Suzuki分解模拟马尔可夫噪声的Lindblad型QPUF(L-QPUF)。仿真结果表明,这些非幺正设计实现了强唯一性、均匀性和不可伪造性,且具有随机噪声带来的可控可靠性权衡。特别是L-QPUF在有限挑战-响应访问条件下展现出指数级的建模抵抗能力。 该工作通过重新定位环境噪声为构建性资源,建立了噪声感知量子硬件认证框架,并证明非幺正演化可作为后量子安全实践的可行基础。



