Efficient and secure quantum network coding based on quantum full homomorphic encryption
本文提出一种基于d维量子全同态加密的量子网络编码协议，在蝶形网络中实现抗攻击的高效信息传输，加密阶段仅需1个量子门和长度为2的密钥。
2023-05-25 quant-ph
Demonstrating Quantum Homomorphic Encryption Through Simulation
本文基于 Broadbent–Jeffery 的 EPR 方案实现开源 Python 模拟工具包，验证通用量子电路上 QHE 的近期可行性及其较低的同态评估额外成本。
2024-06-24 quant-ph
Implementing the Grover Algorithm in Homomorphic Encryption Schemes
本研究将适用于多项式$T/T^{\text{\dagger}}$门电路的量子同态加密方案应用于Grover算法，完成3量子比特电路仿真，分析门复杂度并给出n量子比特电路的同态实现方案，还提出了单标记项场景下更高效的解密实现算法。
2024-03-07 quant-ph
Experimental Quantum Homomorphic Encryption
量子计算机不仅有望在某些重要任务上超越经典机器，而且还可以保护计算的隐私。例如，盲量子计算协议实现了安全的委托量子计算，其中客户端可以保护其数据和算法的隐私不受被分配来运行计算的量子服务器的影响。然而，这种安全性是以交互为代价的：客户端和服务器必须在计算的每一步之后进行通信。另一方面，同态加密避免了这种限制。在这种情况下，服务器指定要执行的计算，客户端只提供输入数据，从而实现安全的非交互式计算。在这里，我们展示了一个同态加密的量子随机行走使用单光子态和非双折射集成光学。客户端在光子的偏振自由度中加密其输入状态，而服务器使用路径自由度执行计算。我们的随机游走计算可以推广，建议一个有前途的路线更一般的同态加密协议。
2018-03-29 quant-ph
Limitations on information theoretically secure quantum homomorphic encryption
同态加密是一种加密形式，它允许对加密数据进行计算而不需要解密。量子方法在委托计算环境中相关任务的成功提出了一个问题，即量子力学是否可以用于实现信息理论上安全的全同态加密。在这里，我们表明，通过信息本地化参数，确定性完全同态加密必然会产生指数开销，如果需要完美的安全性。
2014-06-10 cs.CR quant-ph
Error correctable efficient quantum homomorphic encryption using Calderbank-Shor-Steane codes
针对容错安全云量子计算的开销问题，提出一种基于 CSS 量子纠错码、单次编码同时实现加密与纠错的高效 QHE 方案，并证明其在特定条件下比置换密钥 QHE 更安全。
2025-02-20 quant-ph
Homomorphic encryption of linear optics quantum computation on almost arbitrary states of light with asymptotically perfect security
未来的量子计算机很可能是昂贵的，而且很少有人负担得起，这促使客户端/服务器模型进行外包计算。然而，量子计算的应用程序通常会涉及敏感数据，客户端希望对窃听者和服务器本身保密。同态加密是一种用于加密的外包量子计算的方法，其中客户端的数据即使在计算执行期间也保持秘密。我们提出了一个方案的同态加密的任意量子态的光不超过一个固定的光子数，在被动和自适应线性光学的发展，其中后者是通用的量子计算。该方案使用相空间中的随机相干位移来混淆客户端数据。在大相干位移的限制下，该协议表现出渐近完美的信息论保密性。实验的要求是适度的，很容易实现使用当今的技术。
2020-03-19 quant-ph
Quantum fully homomorphic encryption scheme based on universal quantum circuit
全同态加密允许在不解密数据的情况下对加密数据进行任意计算。在这里，它是在量子信息处理的背景下进行研究。基于通用量子线路，提出了一种量子全同态加密方案，该方案允许对加密数据进行任意量子变换。QFHE方案被证明是完全安全的。在该方案中，解密密钥与加密密钥不同，但加密密钥不能是公开的。此外，该方案的计算算法与密钥无关，因此非常适用于双方之间的委托量子计算。
2014-10-09 cs.CR quant-ph
Classical Homomorphic Encryption for Quantum Circuits
本文提出首个使用经典密钥的量子电路分层全同态加密方案，支持盲目委托量子计算，并证明其可基于LWE问题构造。
2023-12-08 cs.CR quant-ph
Practical quantum somewhat-homomorphic encryption with coherent states
我们提出了一个方案，实现同态加密的相干态编码使用相移密钥。加密操作仅需要相位空间中的旋转，其与经由无源线性光学执行的码空间中的计算以及与作为码空间中的光子数算子的多项式的广义非线性相位操作交换。因此，这种编码方案可以应用于任何具有相干态输入的计算，并且计算通过无源线性光学和广义非线性相位操作的组合进行。这种计算的一个示例是矩阵乘法，由此表示相干态振幅的矢量乘以表示线性光学网络的矩阵，产生相干态振幅的新矢量。通过找到一个正交分区的支持我们的编码状态，我们量化的安全性，我们的计划通过加密码字的不可篡改性。虽然我们专注于相干状态编码，我们希望这种相位键编码技术可以适用于任何连续变量计算方案，其中相移算子与计算交换。
2017-10-11 quant-ph
Privacy and correctness trade-offs for information-theoretically secure quantum homomorphic encryption
本文为信息论安全的量子同态加密定义了电路隐私，并将量子不经意传输归约到量子同态加密，从而揭示一大类协议（含仅支持Clifford电路的方案）中电路隐私、数据隐私与正确性之间的根本权衡。
2023-04-04 cs.CR quant-ph
Homomorphic Encryption for Quantum Annealing with Spin Reversal Transformations
同态加密几十年来一直是经典计算中的一个研究领域。同态加密的基本目标是使（不受信任的）Oscar能够为Alice执行计算，而Oscar不知道计算的输入或计算的输出。Alice在将输入发送给Oscar之前对其进行加密，Oscar直接对加密数据进行计算，产生加密结果。Oscar然后将加密的计算结果发送回Alice，Alice可以解密它。我们描述了一种基于自旋反转变换的量子退火同态加密方法，并表明它几乎没有性能损失。这与用于经典计算的同态加密方法形成对比，经典计算导致显著的额外计算成本。这意味着当两种范式都使用同态加密时，量子退火和经典计算之间的性能差距减小了。此外，同态加密对于量子退火至关重要，因为量子退火器是云原生的-第三方（如不受信任的奥斯卡）执行计算。如果敏感信息，例如受《健康保险可携带性和责任法案》约束的健康相关数据，要用量子退火机处理，这种技术可能是有用的。
2020-08-31 cs.CR 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
Quantum Search on Encrypted Data Based on Quantum Homomorphic Encryption
我们提出了一个基于量子同态加密的同态搜索协议，在该协议中，一个量子能力有限的客户端Alice可以将她加密的数据交给一个功能强大但不可信的量子服务器，让服务器在不解密的情况下搜索她。通过将交互式密钥更新过程外包给可信密钥中心，Alice只需要在线性时间内准备和加密她的原始数据并解密密码搜索结果。此外，我们还提出了一个紧凑且完全安全的Cliford电路的量子同态求值协议，其中解密密钥可以由Alice计算，且开销为密钥长度的多项式.
2020-03-22 cs.CR quant-ph
On Statistically-Secure Quantum Homomorphic Encryption
同态加密是一种加密方案，它允许在不知道原始消息的情况下对加密输入进行计算。最近，Ouyang等人构造了一个具有统计安全性（或信息理论安全性）的Clifford电路的量子同态加密方案。希望了解是否存在信息理论安全（ITS）量子FHE。如果不是，还有什么非平凡的量子线路类可以用IT安全性进行同态评估？我们为第一个问题提供了一个限制，即ITS量子FHE必然会引起指数开销。对于第二种方案，我们提出了一种适用于瞬时量子多项式时间（IQP）电路的QHE方案。我们的QHE计划IQP电路如下从一次垫。
2018-09-16 cs.CR quant-ph
A quantum approach to homomorphic encryption
加密方案通常从所使用符号的基础代数的属性中获得它们的能力。受群论工具的启发，我们使用一个子组的运算的中心化器来提出一个私钥量子同态加密方案，该方案可以在加密数据上进行广泛的量子计算。我们的编码的一个特定实例隐藏了加密信息的恒定部分。该分数可以任意接近于单位，开销仅在消息长度中多项式缩放。这突出了我们的协议隐藏大量信息的潜力，并暗示了可能产生更好安全性的一大类编码。
2015-05-12 cs.CR quant-ph
Quantum homomorphic encryption for polynomial-sized circuits
我们提出了一种新的量子同态加密方案，该方案是紧凑的，并允许有效地评估任意多项式大小的量子线路。基于Broadbent和Jeffery的框架以及瞬时非局域量子计算领域的最新成果，我们展示了如何构建量子小工具，以完美地纠正加密量子数据上T门同态评估期间发生的错误。我们的方案可以基于任何经典的（分级）全同态加密（FHE）方案，并且除了经典方案已经使用的那些之外，不需要任何计算假设。我们的量子小工具的大小取决于经典解密函数的空间复杂度-这与当前最小化解密函数复杂度的努力非常一致。我们的方案（或它的轻微变体）提供了一些额外的优势，如理想的紧凑性，能够提供小工具“按需”，电路隐私的评估对被动的对手，和一个三轮计划盲目委托量子计算，只提出了非常有限的要求对客户端的量子能力。
2016-06-24 cs.CR quant-ph
Experimental Demonstration of Quantum Fully Homomorphic Encryption with Application in a Two-Party Secure Protocol
完全同态加密系统向未授权方隐藏数据，同时仍然允许他们对加密数据执行计算。除了允许用户将计算委托给更强大的服务器而不泄露其输入的直接好处之外，完全同态密码系统可以用作构建许多密码功能的构建块。直到2009年，设计这样一个方案仍然是一个悬而未决的问题，这是这个想法首次提出的几十年后，在过去的几年里，这种功能已经推广到了量子机器的世界。在这里实现的量子方案之前，量子方案能够在通常与同态加密相关的特定用例中复制一些特征，但缺乏其他关键属性，例如，依赖于持续的交互来执行计算或泄漏有关加密数据的信息。我们提出了量子全同态加密方案的第一个实验实现。我们进一步提出了一个玩具两方安全计算任务，使我们的计划。最后，作为我们的实现的一部分，我们还展示了后选择性两量子位线性光学控制相位门，当与替代实现（例如，具有后选择性受控$Z$或受控$X$门（1/9）相比时，该后选择性两量子位线性光学控制相位门具有高得多的后选择成功概率（1/2）。
2018-11-06 physics.optics quant-ph
Reverse Delegated Training and Private Inference via Perfectly-Secure Quantum Homomorphic Encryption
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）
本文提出利用完美安全量子同态加密实现量子神经网络的反委托训练和隐私推断，通过Clifford+T分解构建加密模型并保护隐私。
2026-02-13 cs.NE 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
Quantum Fully Homomorphic Encryption by Integrating Pauli One-time Pad with Quaternions
量子全同态加密（QFHE）允许对加密数据评估量子线路。我们提出了一种新的QFHE方案，该方案通过依赖SU（2）的四元数表示来扩展Pauli一次一密加密。该方案提高了计算1-量子比特门的效率，并多项式地提高了计算一般量子线路的渐近复杂度。在技术上，提出了一种新的加密多位控制技术，它允许执行任何1-量子位门，其参数以加密形式给出。通过这种技术，我们建立了一个新的加密和以前的泡利一次性密码本加密之间的转换，桥接我们的QFHE方案与以前的。此外，这种技术是有用的私人量子线路的评估。该方案的安全性依赖于底层量子FHE方案的安全性，而后者的安全性依赖于带错误学习问题和循环安全假设。
2022-11-25 cs.CC cs.CR quant-ph
A framework for quantum homomorphic encryption with experimental demonstration
量子同态加密（QHE）是一种加密方法，它允许使用另一方提供的程序对一方的私有数据进行量子计算，而不会向对方透露有关数据或程序的大量信息。我们提出了一个框架（互动）QHE的基础上的通用电路的方法。它包含一个计算经典线性多项式的子过程，可以用量子或经典方法实现;除了子过程之外，该框架对提供电路的一方的量子能力要求很低。我们说明了使用一个非常简单的经典协议的子过程与一些隐私权衡。对于这种协议的一个特殊情况，我们得到了一个类似于盲量子计算的方案，但输出在不同的一方。实现该子过程的另一种方式是使用最近研究的基于量子校验的协议，该协议对双方的量子能力要求较低。该子过程也可以用经典的加性同态加密方案来实现。我们在量子光学实验中演示了框架外部的一些关键步骤。
2019-10-08 cs.CR quant-ph
Multi-party dynamic quantum homomorphic encryption scheme based on rotation operators
本文提出一种基于旋转算子的多方动态量子同态加密方案，通过解决T门非交互同态评估误差、动态管理服务器并引入可信密钥中心，将模型扩展至多客户端多服务器，提升了量子分布式网络的实用性与安全性。
2025-05-11 math-ph math.MP quant-ph
Limitations on Transversal Computation through Quantum Homomorphic Encryption
横向性是实现量子计算容错的一种简单而有效的方法。然而，没有量子纠错码（QECC）可以横向地实现量子通用门集（Eastin和Knill，Phys. Rev. Lett.，102，110502）。由于可逆经典计算通常是有用的量子计算的主要部分，它是否可以横向实现是一个重要的开放问题。我们表明，除了一小部分的非加性代码，我们不能排除，没有二进制QECC可以横向实现一个经典的可逆通用门集。特别地，没有这样的QECC可以横向地实现Toffoli门。我们通过构造一个受Ouyang等人（arXiv：1508.00938）启发的信息理论上安全（但效率低）的量子同态加密（ITS-QHE）方案来证明我们的结果。同态加密允许直接在加密数据上实现某些功能，即同态地。我们的方案建立在几乎任何QECC，并实现该代码的横向门集同态。我们观察到纳亚克的限制（FOCS 1999）上的ITS-QHE，这意味着任何ITS量子全同态计划（ITS-QFHE）实现的经典可逆函数的完整集合必须是非常低效的。虽然我们的方案会产生指数开销，但任何横向实现Toffoli的QECC仍然会违反我们方案的这个下限。
2017-08-13 cs.CR cs.IT math.IT
