Private information retrieval (PIR) is a database query protocol that provides user privacy, in that the user can learn a particular entry of the database of his interest but his query would be hidden from the data centre. Symmetric private information retrieval (SPIR) takes PIR further by additionally offering database privacy, where the user cannot learn any additional entries of the database. Unconditionally secure SPIR solutions with multiple databases are known classically, but are unrealistic because they require long shared secret keys between the parties for secure communication and shared randomness in the protocol. Here, we propose using quantum key distribution (QKD) instead for a practical implementation, which can realise both the secure communication and shared randomness requirements. We prove that QKD maintains the security of the SPIR protocol and that it is also secure against any external eavesdropper. We also show how such a classical-quantum system could be implemented practically, using the example of a two-database SPIR protocol with keys generated by measurement device-independent QKD. Through key rate calculations, we show that such an implementation is feasible at the metropolitan level with current QKD technology.


翻译:私人信息检索(PIR)是一个数据库查询协议,它提供用户隐私,因为用户可以学习他感兴趣的数据库的特定条目,但他的查询会隐藏在数据中心。对称私人信息检索(SPIR)通过另外提供数据库隐私,进一步提供数据库隐私,用户无法从数据库中学习任何额外的条目。使用多个数据库的无条件安全的SPIR解决方案是典型的,但并不现实,因为它们需要当事人之间长期共享保密密钥,以便安全通信和在协议中共享随机性。在这里,我们建议使用量子密钥分配(QKD),以实际实施,既可以实现安全通信,也可以实现共享随机性要求。我们证明,QKD维护了SPIR协议的安全,而且对于任何外部的evesdropper来说也是安全的。我们还展示了如何实际实施这样的古典量子系统,我们以两个数据库的SPIR协议为例,用测量设备独立的QKD生成的钥匙。我们通过键速率计算表明,在都市一级实施这种程序与当前的QKD技术是可行的。

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