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
Symmetric quantum fully homomorphic encryption with perfect security
假设一些数据已经被加密,你能在不解密的情况下使用这些数据进行计算吗?这个问题已被研究作为同态加密和盲计算。我们考虑这个问题的背景下,量子信息处理,并提出了量子同态加密(QHE)和量子全同态加密(QFHE)的定义。然后,基于量子一次一密(QOTP),构造了一个对称的QFHE方案,其计算算法依赖于密钥。该方案允许对已加密的任何$n$量子比特状态进行任何幺正变换。与经典的同态加密相比,QFHE方案具有很好的安全性。最后,我们还构造了一个基于QOTP的对称QHE方案,该方案的计算算法与密钥无关。
2014-08-24 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
Quantum fully homomorphic encryption scheme based on quantum fault-tolerant construction
全同态加密是一种加密方案,它可以在不访问加密数据的情况下对加密数据进行任意计算。基于量子容错构造,提出了一种量子版本的全同态加密方案。构造了两种方案。第一种是对称方案,密钥是量子CSS码。在该方案中,当服务器对加密后的明文进行量子计算时,客户端需要提供一些辅助的量子态。第二种方案是非对称方案,它包含客户端和服务器之间的周期性交互。
2015-03-13 quant-ph
Further Limitations on Information-Theoretically Secure Quantum Homomorphic Encryption
在这篇简短的笔记中,我们回顾并扩展了信息理论(IT)安全量子全同态加密(QFHE)的现有限制。基本成分仍然是纳亚克的界限,它提供了一个IT安全的QHE计划的同态可实现的功能和它的效率之间的权衡。重要的是,该边界对于不完美的IT安全保证是鲁棒的。我们总结了这些界限的背景下,现有的QHE计划,并讨论了微妙的限制。
2018-09-24 quant-ph
Quantum homomorphic encryption from quantum codes
最近发现的全同态经典加密方案对现代密码学的发展方向产生了巨大的影响。然而,这样的计划,隐含地依赖于解决某些计算问题是棘手的假设。在这里,我们提出了一个量子加密方案,它是同态的任意经典和量子线路,其中最多有一些常数的非Clifford门。与经典方案不同,我们提出的方案的安全性是信息论的,因此独立于对手的计算能力。
2018-10-26 quant-ph
Universal quantum homomorphic encryption based on $(k, n)$-threshold quantum state sharing
提出一种基于$(k, n)$-门限量子态共享的通用量子同态加密方案,通过多个评估者协作执行通用门集,实现安全且高效的分布式量子计算。
2025-02-26 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
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
Symmetric Ternary Quantum Homomorphic Encryption Schemes Based on the Ternary Quantum One-Time Pad
针对一个三值量子逻辑电路,基于三值量子一次性协议,提出了四种对称三值量子同态加密方案。首先,针对四分之一旋转门构造了一个同态量子加密方案。其次,基于一个3 × 3广义酉变换的综合,提出了另一个四分之一量子同态加密方案。第三,根据四分之一方案,构造了关于GCX(m ')门的二分之一量子同态加密方案,并将其推广到n分之一酉矩阵的情形。最后从两个角度分析了这些方案的安全性。结果表明,攻击者能够以最大概率${p_k} = {1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 {3^{3n}}}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {3^{3n}}}$正确地猜出加密密钥,从而更好地保护用户数据的隐私。而且这些方案可以很好地集成到未来的量子远程服务器体系结构中,在分布式计算环境下可以很好地解决用户私有量子信息的计算安全问题。
2015-05-12 quant-ph
Quantum homomorphic encryption for circuits of low $T$-gate complexity
全同态加密是一种加密方法,它具有这样的特性,即对明文的任何计算都可以由只能访问密文的一方执行。在这里,我们正式定义并给出了量子同态加密方案,这是加密的量子信息,使得量子计算可以只给定的密文。我们的方案允许任意Clifford群门,但对于具有大复杂度的电路变得低效,以电路的非Clifford部分来衡量(我们使用“$π/8$“非Clifford群门,也称为$T$ -门)。更具体地说,提出了两种方案:第一种方案具有解密过程,其复杂度与$T$ -门数目的平方成比例(与复杂度随门的总数成比例的平凡方案相比);第二种方案使用长度由电路的$T$门深度的次数指数的多项式给出的量子评估密钥,产生具有恒定$T$ -深度的量子线路的同态方案。这两种方案都建立在经典的全同态加密方案上。我们的另一个贡献是正式定义量子信息加密方案的安全性:我们定义了在公钥和私钥设置下选择明文攻击的量子不可否认性。在这种情况下,我们证明了几个定义的等价性。我们的计划是第一个在现代密码学定义下是安全的,并且可以被看作是经典结果的量子模拟,为具有有限数量的乘法门的电路建立同态加密。从历史上看,这些结果似乎是建立经典全同态加密的突破性结果的先驱。
2015-06-05 quant-ph
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 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
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
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
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
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
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