Alocação de Recursos em Redes de Distribuição Quântica de Chaves Multiprotocolo

  • Arthur Pimentel UFPA
  • Diego Abreu UFPA
  • Antônio Abelém UFPA

Resumo


À medida que a criptografia quântica avança, torna-se cada vez mais importante desenvolver métodos que aprimorem a utilização de recursos em redes de Distribuição Quântica de Chaves (QKD). Enfrentando o desafio de agendar e alocar eficientemente as requisições em redes QKD, este estudo propõe uma abordagem para redes QKD multiprotocolo usando estratégias de roteamento e agendamento conscientes de recursos. Nossa proposta foca em melhorar a eficiência no uso de chaves quânticas, rotas e requisições, enquanto suporta vários protocolos de comunicação quântica. Utilizando duas topologias de redes QKD reais, a proposta foi avaliada em dois cenários de aplicação, com diferentes distribuições de requisições de aplicações de autenticação e criptografia. Avaliou-se o impacto da capacidade de qubit e quantidade de requisições. Os resultados demonstram a viabilidade de nossa abordagem em diversos ambientes.

Referências

Abelém, A., Vardoyan, G., and Towsley, D. (2020). Quantum internet: The future of internetworking. In Minicursos do XXXVIII Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos, pages 48–90. SBC.

Abreu, D., Abelém, A., and Rothenberg, C. R. E. (2022). Desafios e oportunidades de pesquisa para o roteamento em redes quânticas. In Anais do II Workshop de Comunicação e Computação Quântica, pages 37–42. SBC.

Bennett, C. H. (1992). Quantum cryptography using any two nonorthogonal states. Physical review letters, 68(21):3121.

Bennett, C. H. and Brassard, G. (2014). Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing. Theoretical computer science, 560:7–11.

Cao, Y., Zhao, Y., Wang, Q., Zhang, J., Ng, S. X., and Hanzo, L. (2022a). The evolution of quantum key distribution networks: On the road to the qinternet. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 24(2):839–894.

Cao, Y., Zhao, Y., Wu, Y., Yu, X., and Zhang, J. (2018). Time-scheduled quantum key distribution (qkd) over wdm networks. Journal of Lightwave Technology, 36(16).

Cao, Y., Zhao, Y., Zhang, J., and Wang, Q. (2022b). Software-defined heterogeneous quantum key distribution chaining: An enabler for multi-protocol quantum networks. IEEE Communications Magazine, 60(9):38–44.

Cao, Y., Zhao, Y., Zhang, J., Wang, Q., Niyato, D., and Hanzo, L. (2022c). From single-protocol to large-scale multi-protocol quantum networks. IEEE Network, 36(5):14–22.

Ekert, A. K. (1991). Quantum cryptography based on bell’s theorem. Physical review letters, 67(6):661.

Fu, Y., Hong, Y., Quek, T. Q., Wang, H., and Shi, Z. (2020). Scheduling policies for quantum key distribution enabled communication networks. IEEE Wireless Communications Letters, 9(12):2126–2129.

Ribezzo, D., Zahidy, M., Vagniluca, I., Biagi, N., Francesconi, S., Occhipinti, T., Oxenløwe, L. K., Lončarić, M., Cvitić, I., Stipčević, M., et al. (2023). Deploying an inter-european quantum network. Advanced Quantum Technologies, 6(2):2200061.

Tavares, D., Pimentel, A., Abreu, D., and Abelém, A. (2023). Estudo e simulaçao de uma rede de distribuiçao de chaves quânticas de alto desempenho para o campus da ufpa. In Anais da III Escola Regional de Alto Desempenho Norte 2 e III Escola Regional de Aprendizado de Máquina e Inteligência Artificial Norte 2, pages 17–20. SBC.

Xu, F., Ma, X., Zhang, Q., Lo, H.-K., and Pan, J.-W. (2020). Secure quantum key distribution with realistic devices. Reviews of Modern Physics, 92(2):025002.

Yu, J., Qiu, S., and Yang, T. (2023). Optimization of hierarchical routing and resource allocation for power communication networks with qkd. Journal of Lightwave Technology.

Zhang, Q., Ayoub, O., Gatto, A., Wu, J., Musumeci, F., and Tornatore, M. (2023). Routing, channel, key-rate and time-slot assignment for qkd in optical networks. IEEE Transactions on Network and Service Management.
Publicado
24/05/2024
PIMENTEL, Arthur; ABREU, Diego; ABELÉM, Antônio. Alocação de Recursos em Redes de Distribuição Quântica de Chaves Multiprotocolo. In: WORKSHOP DE PESQUISA EXPERIMENTAL DA INTERNET DO FUTURO (WPEIF), 15. , 2024, Niterói/RJ. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2024 . p. 39-46. ISSN 2595-2692. DOI: https://doi.org/10.5753/wpeif.2024.3230.