Practical quantum weak coin flipping based on a GHZ game

Weak Coin-Flipping ist ein fundamentales kryptographisches Primitive. Bei einem Weak Coin Flipping-Protokoll versuchen zwei gegenseitig misstrauische Parteien, sich auf das Ergebnis eines Münzwurfs zu einigen, wobei beide Parteien jeweils entgegengesetzte Ergebnisse bevorzugen. Ein gut konstruiertes Weak Coin Flipping-Protokoll gewährleistet Fairness, Korrektheit und geringe Bias. Fairness bedeutet, dass beide ehrlichen Parteien die gleiche Gewinnchance haben; Korrektheit garantiert, dass das Protokoll nicht abbricht, wenn beide Parteien ehrlich agieren; und ein geringer Bias stellt sicher, dass eine betrügerische Partei das Ergebnis nicht wesentlich zu ihrem Vorteil beeinflussen kann. In klassischen Szenarien ist es bekannt, dass ein Null-Bias-Protokoll nicht möglich ist [ NST15]. Quanten Weak Coin Flipping-Protokolle hingegen können beliebig kleinen Bias erreichen und zeigen damit einen Vorteil gegenüber klassischen Protokollen [Moc07 ]. In dieser Arbeit stellen wir ein neues Quanten-Weak-Coin-Flipping-Protokoll vor, dessen Sicherheit auf dem GHZ-Game basiert, und präsentieren eine verlusttolerante Version, die für die praktische Umsetzung geeignet ist. Das Protokoll wird experimentell mittels Hyper-Encoding von Polarisation und Spatial Qubits auf verschränkten 1550 nm-Photonen realisiert, die durch Typ-II Spontaneous Parametric Down-Conversion erzeugt werden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen die Machbarkeit der sicheren, verlusttoleranten Implementierung eines Weak Coin Flipping-Protokolls unter realistischen experimentellen Bedingungen. Darüber hinaus liefert diese Arbeit eine solide Grundlage für zukünftige Erweiterungen, beispielsweise hin zu einem Leader Election-Protokoll.