Non-malleable encryption of quantum information
我们引入了量子态加密方案的“不可延展性”的概念（在维度d中）：除了要求对手不能学习关于状态的信息之外，这里我们要求加密状态的任何受控修改都不能受到影响。我们证明了这样的方案等价于“酉2-设计”[Dankert等人]，这与作为单一1-设计的正常加密相反。我们的其他主要结果包括2-设计中酉数的下界（d^2-1）^2+1的新证明[Gross等人]，这使其自身适用于近似2-设计的推广。此外，当在素数幂维中存在元素=< d^5的酉2-设计时，我们证明了总是存在元素为O（n ^{-2} d^4 log d）的近似2-设计。
2009-02-12 quant-ph
Public-Key Encryption with Quantum Keys
本研究首次正式定义量子公钥加密（qPKE），基于单向函数或更弱假设构造方案，并证明计算假设对实现该原语是必要的，即不存在信息论安全的qPKE。
2023-06-20 cs.CR quant-ph
Encryption with Quantum Public Keys
本文研究从单向函数等弱假设构建量子公钥加密方案，重新定义IND-CPA安全性，并提出三种基于不同假设的量子公钥加密方案。
2023-06-21 cs.CR quant-ph
Secure Composition of Quantum Key Distribution and Symmetric Key Encryption
University of Calgary（卡尔加里大学）
本文提出量子增强型密钥封装机制和混合加密方案，通过安全组合定理确保在量子计算环境下对任意长度消息的加密安全
2025-01-14 cs.CR cs.IT math.IT
Two-way Unclonable Encryption with a vulnerable sender
不可克隆加密（Unclonable Encryption）是由Gottesman在2003年提出的一种量子协议，它可以保证成功传输的经典消息的保密性，即使所有密钥在稍后的时间泄漏。我们提出了一个不可克隆的加密协议的附加属性，发送者的密钥材料被允许泄漏，即使在一个不成功的运行的情况下。这个额外的功能使得即使其中一方无法保护其密钥免受协议后盗窃，也可以实现安全的量子加密。这样的不对称例如在服务器-客户端场景的情况下发生，其中客户端设备是资源受限的和/或位于敌对环境中。我们的协议利用双向量子信道的方式类似于双向协议LM 05。Bob发送随机的量子比特状态给Alice。Alice根据消息和共享密钥翻转状态，并将结果状态发送回Bob。Bob通过测量翻转恢复Alice的消息。我们证明了我们的协议满足不可克隆加密的定义，此外，即使所有的爱丽丝的密钥泄漏后，协议的消息仍然是安全的。此外，我们还证明了一些关键材料可以安全地重复使用。我们的安全性证明是根据钻石规范制定的，这使得它是可组合的，并允许有噪声的量子信道。我们只对长消息极限下的渐近性做了详细的分析。作为一个副产品，我们构造了一个高密钥速率的双向QKD方案。我们表明，它的密钥速率高于双向QKD方案LM 05的独立信道噪声的情况下证明的速率。
2020-10-21 quant-ph
Permutational-key quantum homomorphic encryption with homomorphic quantum error-correction
本文提出将置换密钥量子同态加密与同态量子纠错相结合，使客户端和服务器无需置换密钥即可执行纠错编解码，保持信息论安全性。
2025-06-04 cs.CR quant-ph
The Universal Composable Security of Quantum Message Authentication with Key Recyling
Barnum、Crepeau、Gottesman、Tapp和Smith（quant-ph/0205128）提出了量子信息认证的方法。第一种方法是基于隐形传态的交互式协议（TQA '）。第二种方法是非交互协议（QA），其中发送方首先使用协议QEnc加密消息，然后使用从集合（纯度测试码（PTC））中秘密选择的纠错码对量子密文进行编码。加密被证明是认证所必需的。我们增加了一个额外的步骤，提供QA接受消息的整个加密密钥的协议QA。我们分析了由此产生的量子认证和密钥生成的集成协议，我们称之为QA+KG。我们的主要结果是证明QA+KG在Ben-Or-Mayers模型（quant-ph/0409062）中是通用可组合安全的。更具体地，这意味着（a）QA、（b）QA中的加密密钥的再循环以及（c）通过附加PTC的加密方案QEnc的密钥再循环的UC安全性。对于一个m量子位的消息，加密需要2 m位的密钥;但是对于失败概率e，PTC可以只使用O（log m）+ O（log e）位的密钥来执行。因此，我们减少了QA和QEnc所需的密钥，从线性到对数净消耗，代价是一位的反向通信，这可能发生在QA结束后和重用密钥之前的任何时间。QA的UC安全性还将安全性扩展到从quant-ph/0205128中不明显的设置。我们的安全证明结构受到quant-ph/0205128的启发并与之相似，将QA的安全性降低到TQA的安全…
2016-10-29 quant-ph
Cloning Games: A General Framework for Unclonable Primitives
量子力学强大的不可克隆原理可以被用来实现有趣的原语，称为不可克隆原语，这是不可能实现的经典。在过去的几年里，我们目睹了新的不可克隆的原始人的激增。虽然以前的工作主要集中在建立可行性结果，另一个同样重要的方向，即理解不同的不可克隆原语之间的关系仍处于初期阶段。下一步，我们需要对不可克隆的原语进行更系统的研究。为此，我们引入了一个新的框架，称为克隆游戏。这个框架捕获了许多基本的不可克隆原语，如量子货币，复制保护，不可克隆加密，单解密器加密等等。通过对不同类型的克隆博弈的推理，我们得到了不可克隆密码学的许多有趣的含义，包括：1。我们获得了第一个信息理论上安全的单解密器加密的一次性设置的建设。2.在量子随机预言机模型中，基于BB84态构造了不可克隆加密，改进了以往的工作，即使用陪集态。我们的工作也为以前的工作提供了一个简单的安全性证明。3.在BB84态量子随机预言机模型中，对单比特点函数的拷贝保护进行了构造，改进了以往使用陪集态的工作，并给出了一个更简单的证明. 4.我们建立了不同的挑战分布的复制保护方案和单解密器加密方案之间的关系。5.最后，我们提出了一个新的一次性加密与证明删除的建设。
2023-02-03 cs.CR quant-ph
Relating Quantum Tamper-Evident Encryption to Other Cryptographic Notions
本研究在信息论框架下建立量子防篡改加密与多种量子密码原语的关联，解决了Gottesman的开放问题，给出其与带撤销加密的双向构造、量子货币构造的形式化，并证明其与认证、不可克隆加密的分离性。
2025-05-19 cs.CR quant-ph
Problems of Existing Unconditional Security Proofs in Quantum Key Distribution
在文献中反复且持续地声称，特定的迹准则$d$将保证量子密码学中的通用组合安全性。这是目前量子密钥分发中无条件安全要求的唯一依据。在本文中，它表明，只是对已知明文攻击时，所产生的密钥用于直接加密是不提供的$d$。该问题与现有量子密钥分发无条件安全性证明中的几个普遍问题直接相关。一些问题将澄清有关的性质，真正的安全，隐私放大，密钥生成率和数学方法需要在具体的协议中确定。
2012-10-15 quant-ph
High-dimensional entanglement-enabled holography for quantum encryption
作为一种重要的成像技术，全息术已经实现了不同的物理尺寸的光，包括偏振，波长和时间。近年来，利用偏振纠缠态实现了量子全息，与经典方法相比，具有鲁棒性好、空间分辨率高等优点。然而，偏振态仅为二维自由度，极大地限制了量子全息的能力。本文提出了一种利用高维轨道角动量纠缠实现高维量子全息的方法。通过对各种OAM相关的全息图像进行复用，可以获得高容量的OAM编码的量子全息系统。利用四维和六维OAM纠缠态进行了原理验证实验，验证了我们的想法的可行性。我们的实验结果还表明，高维量子全息显示出对经典噪声的高鲁棒性。在此基础上，提出并论证了用于量子加密的OAM选择性全息方案。与以往的方案相比，我们的高维量子全息成像加密系统的安全性得到了很大的提高。
2023-02-03 physics.optics quant-ph
Quantum Fully Homomorphic Encryption With Verification
全同态加密（FHE）允许在加密数据上进行计算，同时保持保密性。最近的研究表明，这种方案甚至存在于量子计算中。鉴于经典FHE的众多应用（零知识证明、安全两方计算、混淆等），有理由希望量子FHE（或QFHE）将在量子环境中导致许多新的结果。然而，几乎所有FHE应用中的一个关键因素是电路验证。传统上，验证是通过检查同态计算的成绩单来执行的。从数量上讲，这种策略是不可能的，因为没有克隆。这就引出了一个重要的开放性问题：量子计算能否以非交互的方式被委托和验证？在这项工作中，我们回答这个问题是肯定的，通过构建一个计划QFHE验证（vQFHE）。我们的方案提供认证加密，并使任意多项式时间量子计算，而无需客户端和服务器之间的交互。验证几乎完全是经典的;对于以经典状态开始和结束的计算，它是完全经典的。作为第一个应用程序，我们展示了如何从经典的一次性程序和vQFHE构建量子一次性程序。
2017-08-30 cs.CR quant-ph
Efficient Quantum-Safe Homomorphic Encryption for Quantum Computer Programs
Ben Goertzel
提出基于MLWE格和BNSFs的抗量子同态加密方案，实现量子程序安全求值与知识库感知推理，兼容近期量子云硬件与后量子安全标准。
2025-04-30 cs.AI quant-ph
Quantum Proofs of Deletion for Learning with Errors
量子信息具有测量是固有破坏性过程的性质。这一特征在互补性互补原理中最为明显，该原理指出，相互不相容的观测量不能同时测量。Broadbent和Islam最近的工作（TCC 2020）建立在量子力学的这一方面，以实现一个称为认证删除的加密概念。虽然这个非凡的概念使经典验证者确信（私钥）量子密文已被不可信方删除，但它没有提供额外的功能层。在这项工作中，我们增加了删除证明的范式与全同态加密（FHE）。我们构建了第一个具有认证删除的全同态加密方案-一个交互式协议，该协议使不可信的量子服务器能够计算加密数据，并且如果请求，同时向客户端证明数据删除。我们的方案具有理想的属性，即删除证书的验证是公开的;这意味着任何人都可以验证删除已经发生。我们的主要技术成分是一个交互式协议，通过该协议，量子证明者可以说服经典验证者，删除了量子态形式的错误学习（LWE）分布的样本。作为我们的协议的应用，我们构造了一个双Regev公钥加密方案与认证删除，我们然后扩展到一个（水平）FHE计划的相同类型。我们引入了高斯崩溃散列函数的概念-Unruh定义的崩溃散列函数的特殊情况（Eurocrypt 2016）-并且我们在假设Ajtai散列函数在存在泄漏的情况下满足一定的强高斯崩溃属性的情况下证明了我们方案的安全性。
2023-01-07 cs.CR quant-ph
Information Security and Quantum Mechanics: Security of Quantum Protocols
研究了量子密钥协议的安全性问题。除了经典密钥的分配外，还研究了量子数据的加密问题和执行量子加密的算子的结构。研究发现，酉基对量子信息的加密以及广义量子密钥分发中使用的态的产生（称为互无偏基）都是至关重要的。最后，给出了一个新的匿名经典广播协议及其安全性证明。给出了实现该协议的实验过程。为了证明这些新结果，得到了量子源可达信息的一些新的界。
2002-10-28 quant-ph
Blockchain platform with proof-of-work based on analog Hamiltonian optimisers
量子信息平台（如量子计算机和量子模拟器）的发展将与经典的图灵计算相媲美，通常被视为对安全数据传输的威胁，因此对密码系统和金融市场构成威胁。我们建议将这些平台用作区块链技术的工作量证明协议，该协议是加密货币的基础，提供了一种将交易记录在永久分散的公共记录中的方法，并进一步安全和透明地监控。我们重新考虑了区块链加密的基础，并建议从目前使用的工作量证明方案转移到由模拟哈密顿优化器执行的工作量证明。这种方法有可能显着增加现有区块链的去中心化，并帮助实现更快的交易时间，从而消除区块链实施的主要障碍。我们讨论了几个最有前途的优化平台的工作量证明协议：基于D波模拟器和一类新的增益耗散模拟器的量子退火硬件。
2018-02-27 quant-ph
Quantum key distribution with delayed privacy amplification and its application to security proof of a two-way deterministic protocol
隐私放大（PA）是量子密钥分发（QKD）中一个重要的后处理步骤，用于去除窃听者可能拥有的关于最终密钥的任何信息。在本文中，我们考虑延迟PA的最终密钥使用后，在一次一密加密，并证明其安全性。我们证明了延迟PA的安全性和密钥生成速率不受影响。延迟PA有两个应用：它作为一种工具，大大简化了安全性证明的QKD与双向量子信道，也是有用的QKD网络与可信中继。为了说明延迟PA思想的强大功能，我们使用它来证明基于量子位的双向确定性QKD协议的安全性，该协议使用四个状态和四个编码操作。
2012-03-09 quant-ph
On Quantum Obfuscation
数据加密是现代世界中安全通信的基础。除了数据加密之外，还有混淆，即，加密功能。众所周知，混淆经典程序的最强大的手段，所谓的“黑盒混淆”，是可以证明是不可能的[Barak et al '12]。然而，最近的几个结果已经产生了满足比黑盒弱的定义的候选方案，但仍然有许多应用。在这项工作中，我们通过量子力学手段开始了对混淆程序的严格研究。我们定义的概念，量子混淆，其中包括几个自然的变种。混淆器的输入可以描述经典或量子功能，输出可以是电路描述或量子态。混淆器还可以满足以下混淆条件之一：黑箱、信息论黑箱、不可否认性和最佳可能性;后两个条件有三种变体：完美、统计和计算。我们讨论了许多应用，包括CPA安全的量子加密，量子全同态加密和公钥量子货币。然后，我们证明了几个不可能的结果，扩展了一些经典混淆的量子设置的基础论文。我们证明，在对手可以拥有混淆器的多个输出的情况下，量子黑箱混淆是不可能的。特别地，将量子线路一般地变换成黑箱混淆的量子线路是不可能的。我们还表明，统计不确定性混淆是不可能的，一个不太可能的复杂性理论崩溃。我们的证明涉及到一个新的工具：量子数据的选择密文安全加密，这是最近被证明是可能的，假设量子安全的单向函数存在[Alagic等'16]。
2016-02-04 cs.CR quant-ph
On the Feasibility of Simulation-Secure Quantum Functional Encryption
Université de Montréal (DIRO)（蒙特利尔大学）；University of Ottawa（渥太华大学）；CISPA Helmholtz Center for Information Security（CISPA赫尔姆霍兹信息安全中心）；Saarland University（萨尔兰大学）
该研究证明了在量子领域实现功能加密的模拟安全性是不可能的，并展示了伪随机态的不可压缩性质。
2026-10-14 cs.CR quant-ph
Coercion-Resistant Voting in Linear Time via Fully Homomorphic Encryption: Towards a Quantum-Safe Scheme
我们提出了一种方法，用于执行清点工作中的抗干扰JCJ投票协议，介绍了Juels，Catalano和Jakobsson，在线性时间内使用完全同态加密（FHE）。建议的增强也为使JCJ量子抗性铺平了道路，同时保持JCJ的底层结构完整。JCJ使用明文等价性测试的详尽的、基于比较的方法导致了投票数量的二次爆炸，这使得计票过程在具有大量选民的现实环境中相当不切实际。我们展示了如何删除无效的选票可以在线性时间通过解决方案的基础上，在各种FHE原语，如哈希，正确解密，可验证的洗牌和阈值FHE的零知识证明的最新进展。最后，我们将谈到这种方法的一些优点和挑战，然后讨论进一步的安全和后量子考虑。
2019-02-05 cs.CC cs.CR cs.DS
From the Hardness of Detecting Superpositions to Cryptography: Quantum Public Key Encryption and Commitments
本文利用检测正交态干涉与交换态等难的结果，构造首个基于非阿贝尔群作用的量子密文公钥加密方案，并提出仅调用一次基础方案即可翻转量子比特承诺隐藏与绑定性质的编译器。
2023-04-23 cs.CR quant-ph
Quantum Key Distribution with Imperfections: Recent Advances in Security Proofs
TU Wien, Atominstitut & Vienna Center for Quantum Science and Technology（维也纳工业大学，原子研究所与维也纳量子科学与技术中心）；Quantum Technology Laboratories GmbH（量子技术实验室有限公司）
本文综述了量子密钥分发安全证明的最新进展，重点介绍如何通过分析和数值方法纳入实际不完美性，从而在现实条件下重建量子通信协议的安全性。
2026-05-22 quant-ph
Stream privacy amplification for quantum cryptography
保密放大是保证量子通信安全的关键步骤。现有的安全证明需要积累大量的原始密钥比特用于隐私放大。这类似于经典密码学中的块密码，其将延迟最终密钥生成，因为在隐私放大之前必须累积整个块。此外，信息协调后的任何剩余错误都会破坏整个块。通过改进基于量子纠错的安全性证明，提出了一种类似于经典流密码的流隐私放大方案。该方案能够以流的方式输出最终密钥，防止错误扩散，将隐私放大置于信息协调之前。流方案也有助于增强可信中继量子网络的安全性。受流密码和量子纠错之间联系的启发，我们进一步开发了一个通用的信息论工具来研究经典加密算法的安全性。
2022-07-03 quant-ph
Quantum Key-length Extension
如果量子计算机可以使用，它们将减少基本密钥原语（如块密码）的有效密钥长度。为了解决这个问题，我们要么需要使用固有地具有较长密钥的分组密码，要么使用密钥长度扩展技术，该技术采用分组密码来构造使用较长密钥的更安全的分组密码。我们考虑后一种方法，并重新访问FX和双重加密结构。传统上，FX被认为是安全的，而双重加密由于中间相遇攻击而不比单一加密更安全。我们提供了积极的结果，具体和严格的界限，这两个结构对量子攻击者在理想模型。对于FX，我们考虑一个部分量子模型，其中攻击者可以量子访问理想原语，但只能经典访问FX。我们在这个模型中提供了两个结果。第一个建立了FX对非适应性攻击者的安全性。第二个建立安全性对一般自适应攻击的FX的变体使用随机预言机代替一个理想的密码。这个结果依赖于Zhandry（1999年）的技术，用于对量子随机预言机进行延迟采样。对量子随机置换进行完全惰性采样的扩展，这将有助于解决标准FX的自适应安全性，这是一个重要但具有挑战性的开放问题。我们引入了部分量子证明的技术，而不依赖于分别分析经典和量子预言，这在现有的工作中是常见的。这可能会引起更广泛的兴趣。对于双重加密，我们应用Tessaro和Thiruvengadam（TCC '18）的技术来建立安全性降低到解决列表不相交问题的难度，我们能够通过一系列结果将其降低到元素独特性问题的已知量子难度。
2021-10-22 cs.CR quant-ph
Verifiable Quantum Advantage without Structure
本文在随机预言机模型下证明了无需高度结构化假设的量子优势，包括量子可解但经典不可解的NP搜索问题、抗经典攻击但量子可逆的密码学原语分离，以及具有最少交互轮数的可公开验证量子性证明。
2024-11-11 cs.CC cs.CR quant-ph
Nonlocal Games Through Communication Complexity and Quantum Cryptography
本论文通过通信复杂性区分量子与非信号关联，并基于Clifford代数提出普通模型下的不可克隆加密方案，分别用平方和与NPA层级证明其安全性。
2025-10-10 math-ph math.CO math.MP
Certified Everlasting Zero-Knowledge Proof for QMA
在已知的经典NP零知识协议的构造中，零知识或可靠性仅适用于计算上有界的对手。事实上，用经典验证器同时实现统计零知识和统计可靠性对NP来说是不可能的，除非多项式时间层次崩溃，而且即使用量子验证器也被认为是不可能的。在这项工作中，我们介绍了一种新的妥协，我们称之为认证的永久零知识证明QMA。它是一种计算零知识证明，但验证者发出一个经典证书，表明验证者已经删除了它的量子信息。如果证书是有效的，即使是无限的恶意验证者也不能再学习任何超出声明有效性的东西。我们为QMA构造了一个可认证的永久零知识证明。对于构造，我们引入了一个新的量子密码原语，我们称之为统计绑定和认证永久隐藏的承诺，一旦接收者发出了一个有效的证书，表明接收者已经删除了提交的信息，隐藏属性就变成统计的。我们用统计绑定和认证的永久隐藏从Broadbent和Islam [TCC 2020]的认证删除量子加密中构建承诺（以黑盒的方式），然后将其与Broadbent和Grilo [FOCS 2020]的QMA量子sigma-protocol相结合，为QMA构建认证的永久零知识证明。我们的构造在量子随机预言模型下是安全的。具有统计绑定的承诺和认证的永久隐藏本身是独立的兴趣，并且除了零知识之外还有许多其他有用的应用。
2021-09-29 cs.CC cs.CR quant-ph
