ObfusQate: Unveiling the First Quantum Program Obfuscation Framework

作者: Nilhil Bartake, See Toh Zi Jie, Carmen Wong Jiawen, Michael Kasper, Vivek Balachandran

发布时间: 2025-04-02

来源: arxiv

研究方向: 量子计算与软件安全

主要内容

论文介绍了名为ObfusQate的量子程序混淆框架，该框架利用量子原语来增强经典和量子程序的安全性。ObfusQate支持量子电路级别和代码级别的混淆，包括八种不同的混淆方法。通过使用量子门隐藏、身份矩阵、量子门序列、复合门、遮蔽门、延迟门以及量子纠缠和叠加等量子原理，ObfusQate能够构建复杂、非直观的电路，并操纵程序操作的逻辑序列，从而抵抗逆向工程。

主要贡献

1. 首次提出并实现了量子程序混淆框架

2. 设计了八种量子混淆方法，包括量子电路和代码级别混淆

3. 展示了量子混淆在保护敏感算法和数据方面的潜力

4. 实现了针对恶意代码片段的混淆，提高其检测和分析的难度

5. 评估了混淆方法的时间和空间复杂度

6. 开发了一个用户友好的Web界面，用于探索ObfusQate的功能

研究方法

1. 量子电路级混淆：量子门隐藏、身份矩阵、量子门序列、复合门、遮蔽门、延迟门

2. 代码级混淆：量子纠缠、量子叠加

3. 使用QASM模拟器和Qiskit进行实验验证

4. 使用GPT-4、GPT-o3-mini和Grok-3进行恶意代码检测实验

实验结果

实验结果表明，ObfusQate在空间和时间复杂度上引入了多项式级开销。对于量子电路混淆，平均执行时间增加了约43%，电路深度增加了约128个单位。对于代码混淆，平均执行时间增加了约1058%，文件大小增加了约1.5 KB。实验还表明，ObfusQate能够有效地隐藏恶意代码，使其难以被大型语言模型检测到。

未来工作

进一步实验分析和基准测试，验证和优化混淆方法的有效性。实施自定义版本的量子门，以增加电路结构复杂性。研究更有效的混淆方法，以减少开销并提高性能。开发适用于不同量子硬件的ObfusQate版本。