基于混沌哈密顿量的量子物理不可克隆函数

量子物理不可克隆函数(QPUFs)是基于硬件的密码学原语,具有强大的理论安全性。这种安全性源于其被建模为哈尔随机酉矩阵的特性。然而,由于指数级模拟复杂度,在中尺度量子设备上实现此类酉矩阵具有挑战性。先前的研究通过伪随机酉设计解决了这一问题,但仅限于具有黑盒查询访问权限的有限对抗模型。在本研究中,该团队提出了一种基于混沌量子动力学的新型QPUF构建方法,将其建模为混沌哈密顿量下的酉时间演化,并证明该方法能提供与哈尔随机酉矩阵相当的安全性。研究直观表明,虽然混沌动力学产生的随机性低于理想哈尔酉矩阵,但仍足以使QPUF在多项式时间内不可克隆。该工作将Sachdev-Ye-Kitaev(SYK)模型确定为QPUF哈密顿量的候选方案,并基于核自旋和冷原子实验进展,提出了一种基于无序光学Kagome晶格的QPUF器件实现架构。针对仅具有查询访问权限的对抗者,研究人员还提出了一种可高效模拟的伪混沌QPUF。这些成果首次为弥合QPUF理论安全性与实际实施之间的差距奠定了基础。
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