Quantum cryptography with classical communication: parallel remote state preparation for copy-protection, verification, and more
量子力学效应使得构造经典上不可能的密码原语成为可能。例如，量子复制保护允许程序以量子态编码，使得程序可以被评估，但不能被复制。这些加密原语中的许多是两方协议，其中一方Bob具有完全的量子计算能力，另一方Alice只需要向Bob发送随机的BB84状态。在这项工作中，我们将展示如何这样的协议可以一般地转换成爱丽丝是完全经典的，假设鲍勃不能有效地解决LWE问题。特别是，这意味着（经典）Alice和（量子）Bob之间的所有通信都是经典的，但他们仍然可以使用加密原语，如果双方都是经典的，这是不可能的。我们应用这个转换过程来获得量子密码协议与经典的不可克隆加密，复制保护，加密数据上的计算，和可验证的盲委托计算的通信。我们的研究结果的关键技术成分是一个经典的指示并行远程状态准备BB84国家的协议。这是（经典）Alice和（量子多项式时间）Bob之间的多轮协议，允许Alice证明Bob必须准备好$n$均匀随机的BB 84状态（直到他的空间上的基的改变）。此外，爱丽丝知道鲍勃准备了哪些特定的BB84状态，而鲍勃自己却不知道。因此，该协议结束时的情况（几乎）等同于Alice向Bob发送$n$随机BB 84状态的情况。这使得我们能够以通用和模块化的方式通过我们的远程状态准备协议来替换现有协议中准备和发送BB84状态的步骤。
2022-09-06 cs.CR quant-ph
Deterministic Random Number Generator Attack against the Kirchhoff-Law-Johnson-Noise Secure Key Exchange Protocol
本文证明了Kirchhoff定律约翰逊噪声（KLJN）安全密钥交换机的脆弱性，以妥协的随机数发生器（S），即使这些随机数是用来产生的噪声模仿爱丽丝和鲍勃的电阻的约翰逊噪声。所示的攻击是确定性的，因为Eve对Alice和/或Bob的随机数的了解基本上是确定性的。此外，除了极少发生的可忽略不计的随机等待时间和验证时间之外，不需要进行统计评价。我们探讨两种情况。在第一种情况下，夏娃知道爱丽丝和鲍勃的随机噪声。我们表明，在这种情况下，夏娃可以快速破解的安全密钥位使用欧姆定律。在另一种情况下，夏娃只知道鲍勃的随机噪音。然后Eve首先可以通过使用欧姆定律来学习Bob的电阻值。因此，她将具有与Bob相同的知识，因此在比特交换时段结束时，她将知道Alice的比特。
2020-12-08 cs.CR
Statistical Random Number Generator Attack against the Kirchhoff-Law-Johnson-Noise (KLJN) Secure Key Exchange Protocol
本文介绍并论证了四种新的针对Kirchhoff定律-Johnson-Noise（KLJN）安全密钥交换方案的统计攻击。这些攻击利用Alice/Bob站点上的受损随机数生成器。研究了Alice/Bob和Eve的探测噪声之间的偏相关性，即Eve对Alice和Bob的探测噪声的知识是有限的，但不是零。我们探讨双边的情况下，夏娃有部分知识的爱丽丝和鲍勃的随机数发电机。结果表明，在这种情况下，夏娃可以破解的安全密钥位，她的探测噪声和测量的电压噪声在电线之间的最高互相关。她还可以通过在她的噪声电压和她对Alice/Bob的噪声电压的评估之间取得最高的互相关来破解安全密钥位。然后，我们探讨单方面的情况下，夏娃只有爱丽丝的随机数发生器，因此只有这些噪音（爱丽丝和夏娃）的部分知识。在这种情况下，Eve仍然可以破解安全密钥位，但对于足够低的错误概率，她需要使用整个位交换周期进行攻击。KLJN密钥交换方案的安全性与其他协议类似，需要随机数生成器输出对于Eve是真正随机的。
2021-10-06 cs.CR
Proofs of Quantumness from Trapdoor Permutations
假设Alice只能进行经典的概率多项式时间计算，而Bob可以进行量子多项式时间计算。Alice和Bob仅通过经典信道进行通信，并且最终Bob得到具有一些位串$x_0$和$x_1$的状态$|x_0\rangle+|x_1\rangle$。有没有可能爱丽丝知道$\{x_0,x_1\}$而鲍勃不知道？这种任务称为{\it远程状态准备}，在某些复杂性假设下确实是可能的，并且是许多量子密码原语的基础，例如量子性证明，（经典客户端）盲量子计算，（经典）量子计算的验证和量子货币。实现远程状态准备的典型技术是使用2对1陷门抗冲突散列函数：Alice向Bob发送2对1陷门抗冲突散列函数$f$，Bob在叠加时对其进行评估并测量图像。Bob的测量后状态为$|x_0\rangle+|x_1\rangle$，其中$f(x_0)=f(x_1)=y$。有了活板门，爱丽丝可以学习$\{x_0,x_1\}$，但由于碰撞阻力，鲍勃不能。这个Alice的优势可以用来实现上面列出的量子密码原语。看来，碰撞阻力是必不可少的。在本文中，令人惊讶的是，我们表明，碰撞阻力是不必要的限制情况下：我们表明，（非可验证）远程状态准备的$|x_0\rangle+|x_1\rangle$安全对{\it经典}概率多项式时间鲍勃可以构建从经典安全（全域）陷门排列。陷门排列不太可能暗示抗碰撞性，因为已知从抗碰撞散列函数到陷门排列的黑盒约简是不可…
2022-08-26 cs.CR quant-ph
The Oblivious Transfer Capacity of the Wiretapped Binary Erasure Channel
我们认为不经意的传输在存在的窃听者夏娃的爱丽丝和鲍勃之间时，有一个广播信道从爱丽丝到鲍勃和夏娃。除了Alice和Bob的保密性约束外，Eve不应该学习Alice和Bob的私有数据。当广播信道由两个独立的二进制擦除信道组成时，我们推导出2-隐私（窃听者可能与任何一方勾结）和1-隐私（没有勾结）的不经意传输容量。
2014-04-26 cs.CR cs.IT math.IT
Exploiting Lack of Hardware Reciprocity for Sender-Node Authentication at the PHY Layer
本文提出了利用所谓的{ \it互易参数}（建模非互易通信硬件），使用它们作为决策度量的二进制假设检验为基础的认证框架在接收机节点鲍勃。具体来说，Bob首先通过初始训练学习合法发送方Alice的互易参数。然后，在测试阶段，Bob首先获得信道占用者（Alice或入侵者Eve）的互易性参数的测量。然后，在地面实况和当前测量的情况下，Bob执行假设测试以自动接受（拒绝）Alice（Eve）发送的数据包。对于所提出的方案，我们提供了它的成功率（前夕的检测概率），并与其他方案的性能比较。
2016-10-09 cs.CR
Fundamental Limits of Invisible Flow Fingerprinting
网络流指纹可以用于通过链接匿名连接的入口和出口段来对匿名系统（如Tor）上的通信进行去匿名化。假设Alice和Bob分别可以访问匿名网络的输入和输出链路，并且他们希望合作揭示输入和输出链路之间的连接，而不会被保护网络的Willie检测到。Alice生成一个指纹码本，其中每个指纹对应于一个唯一的分组间延迟序列，并仅与Bob共享。对于每个输入流，她从码本中选择指纹并将其嵌入流中，即，更改流的数据包定时，以遵循指纹建议的数据包定时，Bob从输出流中提取指纹。我们将网络建模为并行$M/M/1$队列，其中每个队列由从Alice到Bob的流和独立于从Alice到Bob的流的其他流共享。流的时间是由独立的泊松点过程。假设所有输入流具有相等的速率，并且Bob只观察具有指纹的流，我们首先提出两种情况：1）Alice对所有流进行指纹识别; 2）Alice对Willie未知的流的子集进行指纹识别。然后，我们扩展的建设和分析的情况下，流量是任意的，以及情况下，不是所有的流量，鲍勃观察到有一个指纹。对于每个场景，我们推导出Alice可以指纹识别的流的数量，Bob可以通过指纹识别来跟踪。
2019-03-27 cs.CR cs.IT cs.NI
Composable, Unconditionally Secure Message Authentication without any Secret Key
我们考虑一种设置，其中从Alice到Bob的信道比从Eve到Bob的信道噪声更小。我们发现，存在编码和解码，同时完成纠错和认证，也就是说，鲍勃是能够正确解码来自爱丽丝的消息，并拒绝来自夏娃的消息具有很高的概率。该系统不需要在Alice和Bob之间共享任何秘密密钥，提供了信息论安全性，并且可以在任意上下文中安全地与其他协议组合。
2018-04-05 cs.CR cs.IT math.IT
Location-Oblivious Data Transfer with Flying Entangled Qudits
我们提出了一个简单而实用的量子协议，涉及两个不信任的机构在闵可夫斯基空间，它允许爱丽丝传输数据到鲍勃在一个时空位置，既不能提前预测。位置取决于Alice和Bob的动作。该协议无条件地向爱丽丝保证，鲍勃在随机确定的位置学习数据;它向鲍勃保证，即使在协议完成后，爱丽丝也不会学习传输位置。所实现的任务是在一个对传输者隐藏的时空位置传输数据，在非相对论量子密码学中没有精确的模拟。它进一步说明了相对论性量子理论的新的密码学应用的范围。
2011-07-14 cs.CR cs.IT math.IT
Capacity Results for the Wiretapped Oblivious Transfer
在本文中，我们研究了问题的1-of-2字符串不经意传输（OT）的爱丽丝和鲍勃在存在一个被动窃听者夏娃。窃听者Eve不被允许获得任何关于Alice或Bob的私人数据的信息。当爱丽丝和鲍勃是诚实的，但好奇的用户，我们提出了一个协议，满足$1$ -私人（既不是爱丽丝也不是鲍勃勾结夏娃）OT要求的二进制擦除对称广播信道，在该信道提供相关的擦除模式，鲍勃和夏娃。我们发现，当擦除概率满足一定的条件时，窃听OT容量的上下限满足。我们的研究结果概括和改进的结果窃听OT容量由米什拉等人。最后，我们提出了一个协议，为更大的一类窃听信道，并推导出一个下界窃听OT容量。
2022-09-05 cs.CR cs.IT math.IT
Wiretapped Commitment over Binary Channels
该研究提出带窃听承诺问题，以噪声信道为资源构建含窃听者的两方承诺模型，定义带窃听承诺容量，并探究窃听者与通信方共谋的影响，给出两种私有机制下的容量结果。
2024-06-19 cs.CR cs.IT math.IT
A Broadcast Approach To Secret Key Generation Over Slow Fading Channels
针对慢衰落信道，提出了一种基于分层广播策略的密钥生成方案。在所考虑的模型中，Alice希望与Bob共享密钥，同时将密钥保密给Eve，Eve是一个被动的窃听者。假设Alice-Bob和Alice-Eve信道都经历慢衰落，并且假设在传输期间仅在接收器处知道完美的信道状态信息（CSI）。在每个衰落时隙中，Alice广播编码层的连续体，因此允许Bob以与衰落状态对应的速率（Alice未知）解码。可靠解码的层的索引经由公共且无差错的信道从Bob发送回Alice，并且用于生成公共秘密密钥。在本文中，可实现的保密密钥速率推导出一个给定的功率分布在编码层。最佳功率分布的特点。结果表明，分层广播编码可以提高保密密钥速率显着相比，单级编码。
2011-03-16 cs.CR cs.IT math.IT
No-Go Bounds for Quantum Seals
我们研究了量子密封的可行性。量子密封是由爱丽丝提供给鲍勃的一种状态以及鲍勃可以用来进行测量的信息，“打破密封”，并读取存储在里面的经典消息。密封有两个成功的标准：Bob可以在没有来自Alice的任何进一步信息的情况下成功读取消息的概率必须很高，并且如果Alice要求Bob返回状态，Alice可以告诉Bob是否在未经许可的情况下打破密封的概率必须很高。我们建立在[Chau，PRA 2007]的工作基础上，该工作给出了这些标准的最佳界限，表明它们对于高概率是相互排斥的。我们削弱了这一先前的工作的假设，提供鲍勃只有一个经典的描述规定的测量，而不是经典的描述可能的密封状态。我们表明，这种削弱不影响的界限，但简化了分析。我们还证明了一个替代的操作度量的成功标准的上限和下限。
2019-10-28 cs.CR cs.IT math.IT
Optimal bounds for semi-honest quantum oblivious transfer
不经意传输是一种基本的密码学原语，其中Bob将两个比特中的一个比特传输给Alice，使得Bob无法知道Alice已经学习了两个比特中的哪一个比特。我们提出了一个最佳的安全界限下的自然和苛刻的定义，这意味着爱丽丝欺骗量子不经意传输协议。我们的下限是一个平稳的权衡之间的概率B与鲍勃可以猜测爱丽丝的位的选择和概率A与爱丽丝可以猜测鲍勃的两个位，如果她学习的一个位与确定性。我们证明了在任何不经意传输的量子协议中，2B + A大于或等于2，由此得出，双方中的一方必须能够以至少2/3的概率欺骗。我们证明了这个界限是最优的，通过展示一个家庭的协议，其欺骗概率可以任意接近权衡曲线上的任何一点。
2016-08-30 cs.CR quant-ph
Knowledge-Concealing Evidencing of Knowledge about a Quantum State
鲍勃有一个黑盒子，它发出一个纯态量子，从他的角度来看，它是均匀分布的。爱丽丝希望给鲍勃的证据，她有知识的发射状态，而给他很少或根本没有信息it.We证明，零知识证明这样的知识是不可能的量子相对论协议，扩展Horodecki等人以前的结果。我们还表明，没有这样的协议可以既健全和完整的。我们提出了一个新的量子相对论协议，我们推测是接近最佳的安全对爱丽丝和揭示很少的知识，鲍勃，大尺寸$d$。我们分析了它的安全性，对一般攻击的鲍勃和限制攻击的爱丽丝。
2017-06-24 cs.CR quant-ph
Privacy-Enhanced Methods for Comparing Compressed DNA Sequences
在本文中，我们研究的方法，以提高效率和隐私的压缩DNA序列比较计算，在各种查询场景。例如，一个场景涉及查询者Bob，其想要测试他的DNA字符串$Q$是否接近于数据所有者Alice所拥有的DNA字符串$Y$，但是Bob不想向Alice揭示$Q$，并且Alice愿意向Bob揭示$Y$，因为$Q$接近于$Q$。我们描述了一种隐私增强的方法，用于比较两个压缩的DNA序列，它可以用来实现这样一个场景的目标。我们的方法涉及到一个减少设置差异，我们描述了一个隐私增强协议设置差异，实现绝对隐私的鲍勃（在信息理论意义上），和量化程度的隐私保护爱丽丝。我们的协议，这使得他们非常适合隐私增强的DNA序列比较问题的一个重要特征是，我们的解决方案的通信复杂性是成比例的阈值，限制的基数集的差异，是感兴趣的，而不是基数集的参与（这与DNA序列的长度）。此外，在我们的协议中，查询器，鲍勃，可以很容易地计算集差，只有当它的基数接近或低于指定的阈值。
2011-07-18 cs.CR cs.DS
Using quantum oblivious transfer to cheat sensitive quantum bit commitment
众所周知，即使在量子世界中，无条件安全的比特承诺也是不可能的。本文研究了Aharonov等人[STOC，2000]和Hardy和Kent [Phys. Rev. Lett. [2004] 2004年调查。在这个变体中，双方需要一些非零的概率来检测作弊，也就是说，如果向爱丽丝提交比特b的鲍勃在揭示阶段改变了主意，那么爱丽丝以正概率检测到作弊（我们称之为属性绑定）;如果爱丽丝在揭示阶段之前获得了关于提交比特的信息，那么鲍勃以正概率发现这一点（密封）。在本文中，我们给出了同时绑定和密封的量子比特承诺方案，并证明了如果欺骗给恶意的Alice带来了极大的好处，那么Bob可以以Ω（ε ^2）的概率检测到欺骗。如果鲍勃作弊，那么爱丽丝检测到作弊的概率大于某个固定常数λ>0。这提高了Hardy和Kent以及Aharonov等人提出的方案的欺骗检测概率，Aharonov等人提出了一个协议，该协议要么是绑定的，要么是密封的，但不是同时两者。为了构造一个欺骗敏感的量子比特承诺方案，我们使用了一个弱量子二选一不经意传输协议。
2006-05-17 cs.CR quant-ph
Post-processing of the oblivious key in quantum private queries
量子隐私查询（QPQ）是一种在通信过程中保护用户隐私的量子协议。有一个有趣的例子，那就是，Alice想从Bob的数据库中购买一个项目，该数据库由大量有价值的消息组成。QPQ协议是保证Alice只能从Bob那里得到一件物品，同时Bob不能知道Alice拿走了哪件物品的通信过程。基于量子密钥分配的量子点量化由于其实用性，近年来受到了广泛的关注。然而，在这样的协议中的密钥的后处理，称为不经意密钥，仍然是远远不能令人满意的知道。特别是，这种特殊的关键字的纠错方法仍然缺乏。在这里，我们专注于遗忘键的后处理，包括稀释和纠错。一方面，我们证明了以前的稀释方法，这大大降低了通信的复杂性，将带来爱丽丝的机会，非法获得更多的额外信息鲍勃的数据库。仿真结果表明，通过非常有限的查询，爱丽丝可以获得整个数据库。另一方面，针对不经意密钥，提出了一种有效的纠错方法，完成了不经意密钥的后处理，使QPQ算法更加实用。
2014-06-03 cs.CR quant-ph
Neural Networks Meet Elliptic Curve Cryptography: A Novel Approach to Secure Communication
University of Stavanger（斯塔万格大学）；Old Dominion University（奥多明尼昂大学）；University of York（约克大学）
本研究将非对称椭圆曲线密码学引入神经网络框架，采用5组密钥验证通信安全的鲁棒性，发现不同曲线下安全效果差异极小，同时明确了窃听者经增强对抗训练后的潜在漏洞阈值。
2024-07-11 cs.AI cs.CR
Private Data Transfer over a Broadcast Channel
我们研究了以下私有数据传输问题：Alice有一个文件数据库。Bob和Cathy想要从这个数据库中访问一个文件（可能是同一个文件，也可能不是同一个文件），但是他们每个人都想要确保他们选择的文件不会被泄露，即使Alice与其他用户勾结。另一方面，Alice希望确保Bob和Cathy都不会从数据库中获得比他们所需的文件更多的信息（她不知道这些文件的身份）。此外，即使他们串通，他们也不应该了解其他文件的任何信息。事实证明，如果Alice、Bob和Cathy只能访问私有随机性和无噪声通信链路，则不可能实现这一点。我们考虑这个问题时，一个二进制擦除广播信道与独立的擦除，可从爱丽丝鲍勃和凯茜除了一个无噪声的公共讨论频道。我们在诚实但好奇的模型中研究了每个广播频道的文件长度使用率。重点研究了数据库由两个文件组成的情况，并得到了最优的速率。然后，我们扩展到更大的数据库的情况下，并给出上界和下界的最优速率。
2015-04-16 cs.CR cs.IT math.IT
Irrationality, Extortion, or Trusted Third-parties: Why it is Impossible to Buy and Sell Physical Goods Securely on the Blockchain
假设爱丽丝计划通过可编程区块链从鲍勃那里购买实物。爱丽丝不信任鲍勃，所以她不愿意在商品下线之前付款。同样，鲍勃不信任爱丽丝，所以他不愿意在链上获得报酬之前交付货物。此外，他们不倾向于使用可信的第三方的服务。传统上，这种情况是由博弈论托管智能合约处理的，比如BitHalo。在这项工作中，我们首先表明，这个问题的共同方法遭受的一个重大缺陷，可以利用鲍勃为了敲诈爱丽丝。我们还表明，与拍卖的情况下，这个缺陷不能解决的承诺计划为基础的方法。然后，我们提供了一个更普遍的结果：假设双方都是理性的参与者，智能合约语言是图灵完备的，那么没有一个托管智能合约可以在不依赖第三方或至少一方勒索另一方的情况下促进这种交换。
2021-10-19 cs.CR cs.DM cs.GT
