Secure Distributed On-Device Learning Networks With Byzantine Adversaries
The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Shenzhen University（深圳大学）
当中央服务器具有数据集的副本时，存在隐私问题。因此，学习网络从集中式云中学习转变为分布式\mbox{on-device}学习的范式转变。得益于并行计算，设备上的学习网络比云中的学习网络具有更低的带宽要求。此外，设备上学习网络还具有几个期望的特性，例如隐私保护和灵活性。然而，\mbox{on-device}学习网络易受网络上故障终端的攻击。最坏情况下的故障终端是拜占庭式的对手，他们可以执行任意有害的操作，以破坏基于网络的全部知识的学习模型。因此，安全的学习算法的设计成为一个新兴的话题，在设备上的学习网络与拜占庭的对手。在这篇文章中，我们提出了一个全面的概述流行的安全学习算法的两个有前途的设备上的学习网络：联邦学习网络和分散学习网络。我们还回顾了几个未来的研究方向在\mbox{Federated-Learning}和分散式学习网络。
2019-06-03 cs.CR cs.LG
Combining Shamir & Additive Secret Sharing to Improve Efficiency of SMC Primitives Against Malicious Adversaries
本研究提出结合Shamir与加法秘密共享的并行方案，将被动安全协议转化为主动安全协议，并构建更高效的比较协议，以提升安全多方计算的效率与安全性。
2023-11-15 cs.CR
Revisiting the Efficiency of Asynchronous Multi Party Computation Against General Adversaries
在本文中，我们设计的安全多方计算（MPC）协议在异步通信设置具有最佳的弹性。我们的协议是安全的，对计算无界的恶意对手，其特征在于对手的结构$\mathcal{Z}$，它列举了所有可能的子集潜在的腐败方。我们的协议导致$\mathcal{O}(|\mathcal{Z}|^2)$和$\mathcal{O}(|\mathcal{Z}|)$位的通信，每次乘法分别为完美的和统计的安全性。这些是具有这种通信复杂性的第一个协议，因为这样的协议仅在同步通信设置中已知（Hirt和Tschudi，ASIACRYPT 2013）。
2022-05-26 cs.CR
A Survey on Perfectly-Secure Verifiable Secret-Sharing
可验证秘密共享（VSS）是安全分布式计算的一个基本概念。它被用作几个分布式计算任务的构建块，如拜占庭协议和安全多方计算。在这篇文章中，我们认为VSS计划具有完美的安全性，容忍计算无界的对手。我们全面调查现有的完全安全的VSS计划在三个不同的通信设置，即同步，异步和混合设置，并提供完整的细节，现有的计划在这些设置。这项调查的目的是提供一个明确的知识和基础，研究人员谁有兴趣了解和扩展最先进的完全安全的VSS计划。
2022-02-04 cs.CR cs.DC cs.IT
Towards Designing A Secure Plausibly Deniable System for Mobile Devices against Multi-snapshot Adversaries -- A Preliminary Design
移动计算设备已经被广泛地用于存储、管理和处理敏感的或者甚至任务关键的数据。为了保护存储在移动设备中的数据的机密性，主要的移动操作系统使用全磁盘加密，其依赖于传统的加密机制并且要求解密密钥不会被公开。然而，这不一定是真的，因为主动攻击者可能会强迫受害者解密密钥。可否认加密（PDE）通过使用假密钥来伪装真实的秘密密钥，可以抵御这种强制性攻击。利用PDE的概念，已经为PC和移动平台构建了各种可否认存储系统。然而，一个安全的PDE系统的移动设备仍然缺乏，它可以兼容主流的移动设备，同时，仍然是安全的，当面对一个强大的多快照对手。在这项工作中，我们提出了一个初步的PDE系统设计的移动计算设备使用闪存作为底层存储介质。我们是第一个安全的PDE系统的移动设备具有以下新的设计特点：1）它是兼容主流的移动设备，由于它的PDE集成到闪存转换层（FTL），最流行的形式的闪存正在使用的现代移动设备;以及2）它可以通过使用随机伪写入拒绝由隐藏敏感数据引起的隐藏写入（在闪存上）来防御多快照对手。
2020-01-30 cs.CR
Non-Malleable Codes with Leakage and Applications to Secure Communication
不可延展代码是保护编码消息不被篡改函数类中的函数修改的随机代码。这些代码的动机是在应用程序中提供篡改弹性，其中加密秘密存储在可篡改的存储设备中，并且保护目标是确保对手不能从他们对设备的篡改中受益。在本文中，我们认为非可塑性代码的保护安全通信对积极的物理层的对手。我们定义了一类功能，密切模型篡改通信的对手谁可以窃听一个常数部分的传输码字，并使用此信息来选择一个向量的篡改功能，将被应用到第二个常数部分的码字组件（可能与第一集重叠）。我们推导出这个函数类的非延展码的速率界，并给出两个模块化的结构。第一个构造在新的设置中适应并为现有构造提供新的分析。第二种构造使用了一种新的方法，该方法导致了非延展性代码的显式构造。我们展示了我们的研究结果在两种设置中对活跃的物理层对手的安全消息通信的应用：窃听II与活跃的对手和安全消息传输（SMT）在网络中。我们讨论了我们的结果和未来的工作方向。
2017-08-17 cs.CR
The Communication-Friendly Privacy-Preserving Machine Learning against Malicious Adversaries
针对恶意敌手下隐私保护机器学习（PPML）的性能开销问题，提出一种基于GPU的高效安全多方计算（MPC）协议，支持线性和非线性层，实现跨多种机器学习模型的安全高效推理。
2024-11-14 cs.CR
More is Less: Perfectly Secure Oblivious Algorithms in the Multi-Server Setting
不经意RAM（ORAM）问题传统上是在单服务器环境下研究的，但最近也考虑了多服务器环境。然而，目前还不清楚多服务器设置是否有任何固有的优势，例如，多服务器设置是否可用于实现更强的安全目标或可证明比单服务器情况下更好的效率。在这项工作中，我们构建了一个完全安全的3服务器ORAM计划，优于最知名的单服务器计划的对数因子。在这个过程中，我们还表明，第一次，存在特定的算法，多个服务器可以克服已知的下限在单服务器设置。
2018-09-04 cs.CR
Perfectly secure steganography: hiding information in the quantum noise of a photograph
我们证明了光的量子性质可以用来隐藏照片中的秘密信息。利用这一物理原理，我们实现了信息论安全隐写术，这一直是难以捉摸的，直到现在。该协议使得嵌入秘密消息的数字图片与普通照片完全无法区分。这意味着，从根本上说，不可能区分私人通信和交换照片。
2015-09-23 cs.CR quant-ph
Linear Model Against Malicious Adversaries with Local Differential Privacy
University of Florida（佛罗里达大学）；Northeastern University（东北大学）
科学合作受益于分布式资源的协作学习，但当数据敏感时仍然难以实现。近年来，隐私保护技术得到了广泛的研究，以分析跨不同机构的分布式数据，同时保护敏感信息。大多数现有的隐私保护技术都是为了抵抗半诚实的对手，并需要密集的计算来执行数据分析。安全的协作学习是显着困难的恶意对手谁可能偏离安全协议的存在。另一个挑战是在隐私保护的情况下保持高计算效率。本文利用矩阵加密技术对数据进行加密，使安全方案能够抵抗选择明文攻击、已知明文攻击和合谋攻击。该加密方案还实现了局部差分隐私。此外，交叉验证研究，以防止过度拟合，而不增加通信成本。在真实数据集上的实验结果表明，与现有的恶意攻击和半诚实模型相比，所提出的方案具有更高的计算效率。
2022-06-29 cs.CR cs.LG stat.ML
Classical Encryption and Authentication under Quantum Attacks
后量子密码学主要研究经典密码协议的安全性，即非量子密码协议对抗量子攻击的安全性。直到最近，被考虑的对手被认为使用量子计算机，否则行为就像经典对手一样。一个更保守的方法是假设诚实的当事人和对手之间的通信也是（部分）量子的。我们讨论了几种选择来定义安全加密和身份验证，以对抗这些可以进行“叠加攻击”的强大对手。我们重新证明了Boneh和Zhandry最近的结果，指出均匀随机函数（因此也是量子安全的伪随机函数）可以作为安全的消息认证码，即使对手可以在叠加中评估该函数。
2013-07-14 cs.CR
Perfectly Secure Message Transmission Revisited
实现网络安全通信一直是信息技术中最重要的问题之一。Dolev、Dwork、Waarts和Yung研究了单向或双向信道中的安全消息传输。他们只考虑所有通道都是双向或所有通道都是单向的情况。Goldreich、Goldwasser和Linial、Franklin和Yung、Franklin和Wright以及Wang和Desmedt研究了多接收者（多播）模型中的安全通信和安全计算。在“多播信道”（如以太网）中，一个处理器可以同时和私下地向一个固定的处理器子集发送相同的消息。在本文中，我们将研究的必要条件和充分条件，实现安全通信对积极的对手在混合单向和双向通道。我们还讨论了多播信道和邻居网络信道。
2002-08-26 cs.CC cs.CR
Perfectly Secure Communication, based on Graph-Topological Addressing in Unique-Neighborhood Networks
我们考虑网络图$G=(V,E)$，其中相邻节点共享共同的秘密。在这种情况下，某些用于完美端到端安全性的技术（在保密性、真实性（意味着完整性）和可用性的意义上，即，CIA+）可以在没有端到端共享秘密和没有计算困难性假设的情况下适用。为此，我们引入并研究了唯一邻域网络的概念，其中节点在其图形拓扑邻域上是唯一可识别的。虽然这个概念是由认证激发的，但它可以作为网络中寻址节点的技术不可知（但拓扑感知）形式而享有更广泛的适用性。
2023-01-18 cs.CR
Efficient Multi-basis Quantum Position Verification Secure against Generalized Adversaries
Global Technology Applied Research, JPMorganChase（摩根大通全球应用技术研究）
研究针对广义对手的量子位置验证安全性，通过引入稳健协议、完善安全分析技术及解决隐含假设做出三项关键贡献，还举例展示了QPV在量子密钥分发中认证经典通信的应用。
2026-07-17 cs.CR quant-ph
Information-theoretically Secure Key Agreement over Partially Corrupted Channels
密钥协商是一个基本的密码学原语。已经证明，具有针对计算上无界的对手的安全性的密钥协商协议不存在于Alice和Bob没有因变量并且他们之间的通信是完全公开的或完全由对手控制的设置中。在本文中，我们考虑这个问题时，对手可以“部分”控制信道。我们通过考虑通信物理层的对抗性腐败来激励这些对手，给出了可以“部分”窃听和“部分”腐败通信的对手的定义。我们形式化了密钥协商协议的安全性和可靠性，推导出了密钥协商速率的界，并给出了达到界的构造。我们的研究结果表明，它是可能的，有秘密密钥协议，只要一些通信符号保持私人和不变的对手。我们将我们的结果与以前已知的结果，并讨论未来的工作。
2016-04-13 cs.CR
Perfectly-Secure Synchronous MPC with Asynchronous Fallback Guarantees
安全多方计算（MPC）是安全分布式计算中的一个基本问题。MPC协议允许一组相互不信任的$n$方执行其私有输入的任何联合计算，而不公开关于其输入的任何附加信息。具有信息理论安全性的MPC提供了最强的安全保证，即使对计算上无限的对手也是安全的。完全安全MPC协议是一类信息理论上安全的MPC协议，它以无差错的方式提供所有的安全保证。这项工作的重点是完全安全的MPC。已知的协议被设计为假定同步或异步通信网络。众所周知，只要攻击者能够破坏任何$t_s < n/3$方，完全安全的同步MPC协议是可能的。另一方面，完全安全的异步MPC协议可以容忍多达$t_a < n/4$破坏方。一个自然的问题是，是否存在一个单一的MPC协议，用于各方不知道确切的网络类型的设置，并且该协议可以容忍同步网络中高达$t_s < n/3$的破坏和异步网络中高达$t_a < n/4$的破坏。我们设计了这样一个两全其美的完全安全的MPC协议，提供了$3t_s + t_a < n$持有。为了设计我们的协议，我们设计了两个重要的构建块，这是独立的利益。第一个构建块是一个两全其美的拜占庭协议（BA）协议，它容忍$t < n/3$损坏，并且在同步和异步网络中都保持安全。第二个构建块是基于多项式的两全其美可验证秘密共享（VSS）协议，其可以分别在同步和异步网络中容忍高达$t_s$和$t_a$的破坏。
2022-08-09 cs.CR cs.DC cs.IT
The Fiat-Shamir Transformation in a Quantum World
Fiat-Shamir变换是将身份识别方案转化为数字签名方案的著名技术。该方案在随机预言模型下对经典攻击是可证明安全的。尽管如此，该技术也被建议用于量子免疫识别方案，以获得量子免疫签名方案。然而，Boneh等人最近的一篇论文（Asiacrypt 2011）提出了一个问题，即随机预言模型的结果可能无法立即适用于量子对手，因为这样的对手应该被允许以叠加的方式查询随机预言。目前还不清楚Fiat-Shamir技术在这个量子预言模型（QROM）中是否仍然安全。在这里，我们讨论了在QROM中给出Fiat-Shamir变换的证明可能是困难的。我们表明，不可能有黑盒提取器，只要潜在的量子免疫识别方案是安全的，对活跃的对手和证明者的第一个消息是独立的证人。大多数计划都是这种类型。然后，我们讨论，对于某些计划，人们可能能够复活的Fiat-Shamir结果在QROM通过修改底层协议第一。我们讨论特别是一个版本的Lyubashevsky计划，这是可证明安全的QROM。
2013-06-03 cs.CR
Powerful Primitives in the Bounded Quantum Storage Model
Université de Montréal（蒙特利尔大学）
本文在有界量子存储模型中提出信息论安全的强大原语构造，包括CCA1安全的对称与非对称加密、签名及一次性程序等，并满足消失安全性，以抵御仅受量子内存限制的无界计算对手。
2026-09-20 cs.CR quant-ph
Perfectly secure data aggregation via shifted projections
我们研究了一个一般的情况下，机密信息分布在一组代理谁希望分享它在这样一种方式，数据成为他们之间的共同知识，但窃听者拦截他们的通信将无法获得任何上述数据。信息被建模为代理之间分发的一副牌，因此在信息交换之后，所有通信代理都必须知道整个交易，但窃听者必须不知道谁持有每张牌。Valentin Goranko和作者以前将此场景设置为分布式信息的安全聚合问题，并构造了弱安全协议，其中给定任何卡$c$，窃听者不确定哪个代理持有$c$。在这里，我们提出了一个完全安全的协议，这不会改变窃听者的感知概率，任何给定的代理持有$c$。在我们的协议中，一个通信代理持有的卡比其余的更大的一部分，但我们展示了如何为无限多的$a$值，卡的数量可以选择，使每个$m$代理持有超过$a$卡和小于$2m^2a$。
2015-07-01 cs.CR
Information-theoretically Secure Erasure Codes for Distributed Storage
分布式存储系统中的修复操作可能会将数据暴露给被动窃听者或主动攻击者的恶意行为，这可能对系统的安全性有害。本文提出了擦除码和修复算法，以确保在存在被动窃听者和主动对手的数据的安全性，同时保持系统的高可用性，可靠性和效率。我们的代码是最佳的，因为它们满足以前提出的下限的存储，网络带宽和可靠性的要求范围广泛的系统参数。因此，我们的研究结果建立这样的系统的能力。我们的代码，从积极的对手的安全提供了一个额外的吸引人的功能“按需安全”，所需的安全级别可以单独选择每个实例的修复，我们的算法保持最佳同时为所有可能的水平。本文还提供了必要和充分条件，管理任何（不安全）的代码转换成一个提供按需安全。
2015-08-16 cs.CR cs.IT math.IT
Perfectly Secure Steganography: Capacity, Error Exponents, and Code Constructions
本文分析了满足以下完美不可检测性条件的隐写系统。在将消息嵌入到covertext中之后，所得到的隐写文本需要具有与covertext完全相同的概率分布。那么没有统计测试可以可靠地检测隐藏消息的存在。我们称这种隐写方案为完全安全的。在最近的文献中已经提出了一些这样的方案，但他们有消失率。我们证明，通信性能可以大大提高，具体来说，我们的基本设置假设独立同分布（i.i.d.）covertext，我们构建完全安全的隐写代码从公共水印代码使用binning方法和随机排列的代码。置换是编码器和解码器之间共享的秘密密钥。我们推导出（正）容量和随机编码指数的完全安全的隐写系统。误差指数提供实现目标低误差概率所需的码长的估计。我们解决了由于完美的安全要求在通信性能的潜在损失。这种损失是相同的损失下得到一个较弱的阶-1隐写的要求，只需要匹配的一阶边缘的covertext和隐写文本分布。此外，如果覆盖文本分布是均匀的，失真度量是循环对称的，则不会发生损失;然后通过随机线性码实现隐写容量。我们的框架也可能是有用的计算安全隐写系统，具有接近最佳的通信性能。
2007-12-25 cs.CR cs.IT math.IT
Energy Concealment based Compressive Sensing Encryption for Perfect Secrecy for IoT
最近的研究表明，在资源受限的物联网设备中使用高斯或二项式传感矩阵的基于压缩感知（CS）的计算安全方案容易受到仅密文攻击。虽然基于CS的完全安全方案没有这样的漏洞，但完全安全方案的实际实现是具有挑战性的，因为它需要额外的安全信道来传输测量范数。在本文中，我们通过隐藏能量设计了一个完全安全方案的实际实现，其中消除了对额外安全信道的要求。由于高斯感测矩阵的生成在资源受限的IoT设备中是不可行的，因此使用线性反馈移位寄存器来生成近似高斯感测矩阵。我们还证明了所提出的完全安全的方案在实践中的实施的可行性，而不增加复杂性。此外，所提出的方案的安全性分析，并与最先进的压缩感知的能量混淆方案进行了比较。
2020-11-11 cs.CR cs.IT math.IT
A Quantum-Proof Non-Malleable Extractor, With Application to Privacy Amplification against Active Quantum Adversaries
在隐私放大中，两个相互信任的方旨在通过在不安全的通信信道上交换消息来放大初始共享秘密$X$的秘密，以便建立共享私钥$K$。如果通道经过身份验证，则可以使用强随机性提取器在单轮通信中解决任务;选择量子证明提取器可以建立针对量子对手的安全性。在信道未被认证的情况下，Dodis和Wichs（STOC'09）表明，可以使用不可延展的提取器（比强提取器更强的伪随机构造）在两轮通信中解决该问题。我们给出了第一个非延展提取器的构造，该提取器对量子对手是安全的。该提取器基于Li（FOCS'12）的构造，能够从最小熵率大于$1/2$的源中提取。将这种构造与Cohen和Vidick（未发表）所示的Dodis和Wichs简化的量子证明变体相结合，我们获得了第一个针对主动量子对手的隐私放大协议。
2018-02-14 cs.CR quant-ph
Perfectly Secure Message Transmission in Two Rounds
在被称为“完全安全消息传输”（PSMT）的模型中，发送方Alice通过n个并行的双向通道连接到接收方Bob。一个计算能力无限的对手夏娃控制着这些通道中的t个，这意味着她可以获取和改变通过这些通道传输的任何数据。发送者Alice希望私下和可靠地向Bob传送秘密消息，即以这样的方式，Eve将不会获得关于消息的任何信息，而Bob将能够完全恢复它。在本文中，我们专注于工作在两个传输轮n= 2t+1的协议。我们打破了以前的工作，通过以下一个概念上更简单的蓝图实现PSMT协议。我们降低了以前最著名的通信复杂性，即传输1位秘密所需的位数，从O（n^3 log n）到O（n^2 log n）。我们的协议还回答了Kurosawa和Suzuki提出的一个问题，迄今为止还没有解决：他们的协议对于大小为O（n^2 log n）位的秘密达到了最佳传输速率，作者提出了降低这个阈值的问题。因此，时间复杂度为O（n log n）。此外，我们展示了我们的协议可以适应网络编码的背景下。
2016-08-05 cs.CR
Peer-to-Peer Secure Multi-Party Numerical Computation Facing Malicious Adversaries
我们提出了一个有效的框架，使安全的多方数值计算在对等网络。这个问题出现在一系列的应用程序，如协同过滤，分布式计算的信任和信誉，监控和其他任务，其中的计算节点预计将保持其输入的隐私，同时执行联合计算的某个功能。虽然在分布式系统安全领域有大量关于安全多方计算的文献，但在实际应用中，这些方法很难在大规模对等网络中部署。在这项工作中，我们试图弥合安全领域的理论算法和实际的对等部署之间的差距。我们考虑两种安全模型。第一种是半诚实模型，其中对等体正确地遵循协议，但试图泄露私人信息。我们提供了三种可能的方案，安全多方数值计算，这个模型，并确定一个单一的轻量级计划，优于其他。使用广泛的模拟结果在真实的互联网拓扑结构，我们证明了我们的计划是可扩展的非常大的网络，高达数百万个节点。我们考虑的第二个模型是恶意对等体模型，其中对等体可以任意行为，故意试图影响计算结果以及损害其他对等体的隐私。对于这个模型，我们提供了第四个方案来保护计算的执行免受恶意对等体的攻击。该方案相对于半诚实模型具有更高的复杂度。总的来说，我们为对等网络设计人员提供了一套工具，可根据所需的安全级别进行选择。
2009-01-18 cs.CR cs.NI
How to Subvert Backdoored Encryption: Security Against Adversaries that Decrypt All Ciphertexts
我们研究安全和不可检测的通信，在这个世界上，政府可以读取公民的所有加密通信。我们考虑这样一个世界：唯一允许的通信方法是通过政府授权的加密方案，使用政府授权的密钥。公民被发现试图以其他方式交流（例如，通过加密看起来不是自然语言明文的字符串）将被捕获。我们假设的一个保证是，政府授权的加密方案在语义上是安全的，不受外界的影响：这可能是一个有利的特征，可以保护通信不受外国实体的影响。但是，对于有能力解密的对手来说，语义安全有什么好处呢？即使在这种悲观的情况下，我们也表明公民可以安全地和不可检测地进行通信。非正式地说，爱丽丝和鲍勃之间有一个协议，他们交换的密文看起来无害，即使有人知道密钥，因此看到相应的明文。然而，最终，爱丽丝将把她的秘密信息传送给鲍勃。我们的安全定义要求在未经修改地使用强制加密方案和以修改的方式使用强制加密方案进行潜意识通信的对话之间具有不可分割性。我们的主题可能被认为属于隐写术的范围：将秘密通信隐藏在看似无辜的消息或覆盖对象中的科学。然而，我们处理对抗性覆盖对象分布的非标准设置（即，一个比平常更强大的对手）。我们利用我们的封面对象是一个安全的加密方案的密文绕过不可能的结果，我们显示更广泛的类隐写方案。我们给出了几种基于任何具有随机消息的密钥交换协议的阈下通信方案的构造（例如，Diffie-Hellman）。
2018-02-21 cs.CR
On the Oblivious Transfer Capacity of Generalized Erasure Channels against Malicious Adversaries
噪声信道是密码学的强大资源，因为它们可以用于获得信息理论上安全的密钥协商、承诺和不经意传输协议等。不经意传输（OT）是一个基本的原语，因为它是完整的安全多方计算，和OT容量的特点是如何有效地使用一个通道可以用于获得字符串不经意传输。Ahlswede和Csiszár（\emph{ISIT'07}）提出了广义擦除信道（GEC）对被动对手的OT容量的上限和下限。在擦除概率至少为1/2的GEC的情况下，上界和下界匹配，因此确定了OT容量。Pinto等人（\emph{IEEE Trans. Inf. Theory 57(8)}）后来证明，在这种情况下，也有一个针对恶意攻击者的协议达到了相同的下限，因此OT容量对于被动和恶意攻击者是相同的。在删除概率小于1/2的GEC的情况下，Ahlswede和Csiszár建立的针对被动对手的已知下限与他们的上限不匹配，并且不知道这个OT率是否也可以针对恶意对手实现。在这项工作中，我们表明，有一个协议对恶意的对手实现相同的OT率，是针对被动的对手。为了获得我们的结果，我们介绍了一种新的使用交互式哈希，适合于处理低擦除概率（$p^* <1/2$）的情况。
2014-10-10 cs.CR cs.IT math.IT
A single-qubit position verification protocol that is secure against multi-qubit attacks
设备或代理的位置是当今社会中重要的安全凭证，无论是在线还是现实世界。但是，除非在直接邻近的情况下，如果不作进一步的假设，就不可能安全地核查一个位置。这在经典意义上是正确的，但在未来任何配备量子的通信基础设施中也是如此。我们在这项工作中表明，以单个量子比特形式的最小量子资源与经典通信相结合，足以挫败假装处于特定位置并有能力协调其行动与纠缠的量子对手。更准确地说，我们表明，仅通过增加协议中使用的经典位数即可对抗使用越来越多纠缠的对手。所提出的协议是噪声鲁棒的，并且在当前量子技术的范围内。
2023-01-23 cs.CR quant-ph
Perfectly Secure Steganography Using Minimum Entropy Coupling
FLAIR, University of Oxford（牛津大学FLAIR）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；armasuisse Science + Technology（瑞士联邦国防采购局科学与技术部）
本文证明完美安全隐写术等价于由耦合诱导的过程，并基于最小熵耦合提出首个对任意载体分布具有完美安全保证的隐写算法，实验表明其编码效率优于现有基线。
2023-10-30 cs.AI cs.CR cs.MM
On The Simplest Quantum-Secure Block Cipher
University of Maryland（马里兰大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
本研究证明两轮Even-Mansour密码在量子查询下信息论安全，并指出单轮构造不安全，该构造为最简单的量子安全分组密码。
2026-10-01 cs.CR quant-ph
The Quantum Cut-and-Choose Technique and Quantum Two-Party Computation
剪切和选择技术在针对量子对手的安全协议中的应用和分析并不是经典情况的简单转换，其中一个原因是由于在量子领域中难以使用倒带。我们介绍了一种量子计算切割和选择（QC-CC）技术，这是一个推广的经典切割和选择，以建立量子协议的安全对量子隐蔽的对手。这样的对手可以任意偏离，只要他们的偏离没有被检测到。作为QC-CC的一个应用，我们给出了一个安全地进行经典输入/输出两方量子计算的协议。作为基础，我们使用安全的委托量子计算（Broadbent et al 2009），特别是（Kashefi et al 2016）的乱码量子计算，它只对（Dupuis et al 2010）中定义的弱似是而非的对手是安全的。这些协议的一个独特属性是经典和量子通信之间的分离以及客户端和服务器之间的不对称性，这使我们能够回避量子倒带问题。这为将QC-CC用于具有这种分离的其他量子协议开辟了前景。在我们的安全性证明中，我们（在不同的部分）采用并使用了两种量子倒带技术，即Watrous的遗忘q倒带（Watrous 2009）和Unruh的特殊q倒带（Unruh 2012）。我们的协议实现了与以前的作品相同的功能（例如，Dupuis et al 2012），然而，在来自（Kashefi et al 2016）导致以下关键改进：（i）仅需要单向离线量子通信，（ii）仅一方（服务器）需要具有所涉及的量子技术能力，（iii）仅需…
2017-03-10 cs.CR quant-ph
Privacy Amplification Against Active Quantum Adversaries
隐私放大是两个合作方将共享的弱秘密（窃听者可能有关于该弱秘密的边信息）转换为与窃听者不相关的均匀随机字符串的任务。针对被动对手的隐私放大，假设通信是在一个公共但经过认证的信道上，可以通过基于强提取器的单消息协议在经典和量子侧信息的存在下实现。2009年，Dodis和Wichs设计了一个双消息协议，通过使用他们引入的强提取器（称为不可延展提取器）来实现对活跃对手的隐私放大，其中公共通信信道不再被假设为经过认证。Dodis和Wichs只分析了经典边信息的情况。我们考虑的任务，隐私放大对积极的对手与量子边信息。我们的主要结果表明，Dodis-Wichs协议仍然是安全的，在这种情况下，其主要的构建块，不可延展的提取器，满足量子证明不可延展性的概念，我们介绍。我们表明，由于Chattopadhyay等人最近构建的不可延展提取器的适应是量子证明，从而提供了第一个针对主动量子对手的隐私放大协议。我们的协议在数量上与经典环境中已知的接近最佳的协议相当。
2017-09-03 cs.CC cs.CR quant-ph
On the Significance of Quiescent Protocols for Asynchronous Perfectly Secure Message Transmission
研究了在异步有向网络中，发送方$S$到接收方$R$的完全（信息理论上）安全消息传输（PSMT）问题.攻击者可以以被动方式控制最多$t_p$节点，并且可以以故障停止方式控制最多$t_f$节点。我们实现PSMT在这种设置与一类新的消息传输协议称为静态协议。静态协议确保玩家最终停止发送消息，但与通常的终止协议相反，这些协议不要求玩家进入停止状态，从停止状态他们不能采取任何进一步的行动。为了显示静态协议的意义，我们首先确定的条件下，它是不可能的任何终止协议，以实现PSMT。为了避免这种不可能性，我们将现有的同步PSMT协议转化为一个静态协议，完成PSMT。通过专注于设计静态协议，而不是终止协议，我们表明，在网络中的同步不需要任何额外的连接超过其国家的最先进的同步对应。这表明静态协议适合于解决异步网络中具有失效-停止故障的PSMT。
2019-01-10 cs.CR
Secure Confidential Business Information When Sharing Machine Learning Models
School of Management, Fudan University（复旦大学管理学院）；School of Management and Economics, The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen（香港中文大学（深圳）经管学院）；Lerner College of Business and Economics, University of Delaware（特拉华大学勒纳商业与经济学院）
针对共享机器学习模型面临的机密属性推断攻击，本文提出响应式CPI攻击与攻防军备竞赛框架，并引入近似策略提升效率，从而在保持模型效用和降低计算开销的同时实现更强的防御。
2025-09-19 cs.AI cs.CR
Loss-tolerant quantum secure positioning with weak laser sources
量子位置验证（QPV）是验证不可信方的地理位置的技术。最近，它已被证明，广泛研究的Bennett & Bennard 1984（BB84）QPV协议是不安全的3 dB损失点后，假设本地操作和经典通信（LOCC）的对手。在这里，我们提出了一个时间反转的纠缠交换QPV协议（基于测量设备无关的量子密码），对量子信道损失是高度鲁棒的。首先，假设理想的量子比特源，我们表明，该协议是安全的，对LOCC对手的任何量子信道损失，从而克服了3 dB的损失限制。然后，我们分析了协议的安全性，在一个更实际的设置，涉及弱激光源和线性光学。在这种设置中，我们发现，安全性只降低了一个附加常数和协议能够验证位置高达47 dB的信道损耗。
2016-07-27 cs.CR quant-ph
Secure Multi-party Quantum Computation with a Dishonest Majority
在过去的几十年里，安全多方（经典）计算的密码任务受到了很多关注。即使在$k$相互不信任的玩家之间执行计算的极端情况下，并且如果所有其他玩家都是勾结对手，则即使对于单个诚实玩家也需要安全性，安全协议也是已知的。另一方面，对于量子计算，允许任意不诚实多数的协议仅在$k=2$中被证明。在这项工作中，我们推广了Dupuis，Nielsen和Salvail（NIPPTO 2012）在两方设置中采取的方法，为任何数量的参与者$k$设计一个安全，高效的多方量子计算协议，并证明了对$k-1$勾结对手的安全性。用于计算$\{\mathsf{CNOT, T}\}$深度$d$的量子线路的协议的量子轮复杂度是$O(k \cdot (d + \log n))$，其中$n$是安全参数。为了提高效率，我们开发了一种新的公共验证协议的Clifford认证码，和魔术状态输入的测试协议，都使用经典的多方计算。
2020-05-04 cs.CR quant-ph
PASS: A Parameter Audit-based Secure and Fair Federated Learning Scheme against Free-Rider Attack
针对联邦学习中的搭便车攻击，提出基于参数审计的PASS方案，能同时防御匿名和自私搭便车攻击，且不依赖对手占比，实验验证其有效性和安全性。
2023-06-29 cs.CR
SLIP-SEC: Formalizing Secure Protocols for Model IP Protection
本文提出SLIP混合推理协议的形式化框架与安全基础，通过权重矩阵加法分解、掩码及概率验证技术构建安全推理协议，证明其对诚实但好奇敌手的信息论安全与对恶意敌手的低误差鲁棒性，为大语言模型知识产权保护提供理论支撑。
2025-10-28 cs.CR
Perfectly secure encryption of individual sequences
类似于众所周知的概念有限状态压缩性的个别序列，由于Lempel和Ziv，我们定义了一个类似的概念“有限状态可压缩性”的一个单独的明文序列，作为最小的渐近密钥速率，必须消耗有限状态可压缩性，以保证完美的保密性在一个明确的意义。我们的主要基本结果是，有限状态的可压缩性是等于有限状态的压缩性为每一个单独的序列。这与香农的经典概率对应结果是平行的，香农断言所需的最小密钥速率等于源的熵速率。然而，被定义为加密问题中的上限（直接部分）和下限（逆向部分）之间的间隙的冗余，与与压缩问题相关的类似冗余相比，以不同的速率（实际上，慢得多）衰减。我们还扩展我们的主要定理在几个方向，允许：（i）在解密器/解密器/窃听器的侧信息（SI）的可用性，（ii）在解密器的有损重建，和（iii）的组合，有损重建和SI，在Wyner-Ziv问题的精神。
2012-01-09 cs.CR cs.IT math.IT
PQC standards alternatives -- reliable semantically secure key encapsulation mechanism and digital signature protocols using the rank-deficient matrix power function
Economic Science School, School of Exact and Natural Sciences and Engineering School, University of Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学经济科学学院、精确与自然科学与工程学院）；Computer Science Department, School of Exact and Natural Sciences, University of Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学精确与自然科学学院计算机科学系）
本文提出基于秩不足矩阵幂函数的后量子密码协议，旨在提供安全、高效的密钥封装和数字签名方案，以替代现有标准并增强TLS 1_3的安全性。
2026-01-01 cs.CR
Stealth-MITM DoS Attacks on Secure Channels
我们定义隐形人在中间的对手，并分析他们的能力，发动拒绝和降级的服务（DoS）攻击的安全信道。我们展示了现实的攻击，破坏TCP通信的安全VPN使用VPN。我们提出：第一放大DoS攻击的网络，当部署没有防重放窗口。第一次放大攻击的反重放，当部署一个“小”的反重放窗口，并分析“足够”的窗口大小。第一次放大攻击的恶意软件，当部署“足够”的窗口大小。这种攻击（如前所述）是现实的：攻击者只需要复制和加速几个数据包。我们还提出了一个解决方案，旨在防止所提出的攻击，并提供安全信道免疫降级和其他拒绝服务攻击。我们的解决方案涉及（仅）对运行IPSec的两台网关机器的更改。除了他们的实际意义，我们的研究结果也提出了正式定义安全信道免疫拒绝服务和降级攻击的挑战，并提供可证明的安全实现。
2009-10-19 cs.CR
Watermarking PRFs against Quantum Adversaries
我们发起了针对量子攻击者的软件水印研究。量子对手生成量子态作为盗版软件，其潜在地从经典标记软件中移除嵌入的消息。从量子盗版软件中提取嵌入的信息是困难的，因为测量可能不可逆地改变量子态。在这项工作中，我们定义了安全的水印PRF的量子对手（对量子对手的不可移动性）。我们还提出了两个水印PRF如下。- 我们构造了一个私人可提取的水印PRF对量子对手的量子硬度的学习错误（LWE）问题。标记和提取算法分别使用公共参数和私有提取密钥。即使对手具有（公共参数和）对提取预言的访问，加水印PRF也是不可移除的，该提取预言返回针对所查询的量子线路的提取结果。- 我们构造了一个公开的可提取水印PRF对量子对手的不可否认性混淆（IO）和量子硬度的LWE问题。标记和提取算法分别使用公共参数和公共提取密钥。水印PRF是不可移除的，即使对手有提取密钥（和公共参数）。我们开发了一种量子提取技术，从量子态中提取信息（一个经典的字符串），而不破坏状态太多。我们还介绍了提取少水印PRF的概念，作为一个关键的构建块，以实现上述结果相结合的工具与我们的量子提取技术。
2022-05-23 cs.CR quant-ph
Information Theoretic One-Time Programs from Geometrically Local $\text{QNC}_0$ Adversaries
本文在几何局域量子电路约束下，利用随机线性码和量子随机访问码构建无需计算假设的模拟安全一次性存储器，并发展碰撞熵信息泄露界，但构造需解码随机码，非多项式时间。
2025-03-31 cs.CR cs.IT math.IT
Secure Single-Server Nearly-Identical Image Deduplication
云计算通常用于文件存储。云存储服务的客户端希望确保其数据的隐私性，并且客户端和服务器都希望使用尽可能少的存储。跨用户重复数据删除是减少服务器使用的存储量的一种方法。隐私和隐私是自然冲突的目标，特别是对于几乎相同的（“模糊”）去重，因为必须使用关于数据的一些信息来执行去重。因此，现有的解决方案利用多个服务器，或者仅用于精确的去重。在本文中，我们提出了一个单服务器协议的跨用户几乎相同的重复数据删除的基础上安全的位置敏感哈希（SLSH）。我们正式定义了我们理想的安全性，并严格证明我们的协议对完全恶意的，勾结的对手通过模拟证明安全。我们的实验表明，该协议的各个部分是计算上可行的，并进一步讨论实际问题的安全性和效率。
2020-05-05 cs.CR
Secure Neighbor Position Discovery in VANETs
车辆自组织网络（VANESTs）的许多重要功能要求节点知道其他车辆的位置，特别是那些在通信范围内的位置。然而，敌对节点可能会提供错误的位置信息或破坏这些信息的获取。因此，在VAN中，应当以安全的方式执行邻居位置的发现。尽管在文献中有大量的安全协议，但没有用于邻居位置的安全发现协议。我们解决这个问题，在我们的论文中：我们设计了一个分布式协议，仅依赖于一跳邻居之间的信息交换，我们分析其安全属性存在一个或多个（独立或勾结）的对手，我们评估其性能在VANET环境中使用现实的移动性痕迹。我们表明，我们的协议可以非常有效地检测伪造的位置信息，同时保持较低的误报率检测。
2010-06-04 cs.CR
Efficient Sparse Secure Aggregation for Federated Learning
Owkin Inc.（Owkin公司）
联合学习使人们能够跨持有敏感数据集的分布式客户端联合训练机器学习模型。在现实世界中，这种方法受到昂贵的通信和隐私问题的阻碍。这两个挑战都已经得到了单独解决，从而导致了相互竞争的优化。在这篇文章中，我们第一次同时处理它们。更确切地说，我们适应基于压缩的联邦技术添加剂秘密共享，导致一个有效的安全聚合协议，具有自适应的安全级别。我们证明了它的隐私对恶意的对手和它的正确性，在半诚实的设置。在深度卷积网络上的实验表明，我们的安全协议以低通信成本实现了高准确性。与以前的安全聚合工作相比，我们的协议具有较低的通信和计算成本，类似的准确性。
2021-10-18 cs.CR cs.LG stat.ML
Time-Constrained Intelligent Adversaries for Automation Vulnerability Testing: A Multi-Robot Patrol Case Study
School of Engineering Mathematics and Technology, University of Bristol（布里斯托大学工程数学与技术学院）
本文提出一种基于机器学习的多机器人巡逻对抗者模型，通过观察巡逻行为在有限时间内尝试隐蔽入侵，为评估巡逻系统抗攻击能力提供更严格的测试。
2025-09-15 cs.AI cs.CR cs.RO
Quantum Measurement Adversary
本文提出量子测量敌手 qm-adv 与量子通信敌手 qc-adv，统一现有量子多源敌手模型，并证明内积提取器、抗量子 non-malleable-extractor 及弱源隐私放大协议的安全性。
2023-06-06 cs.CR quant-ph
Flat ORAM: A Simplified Write-Only Oblivious RAM Construction for Secure Processors
不经意RAM（ORAM）是一种加密原语，其混淆对存储的访问模式，从而防止隐私泄露。到目前为止，在目前的文献中，只有“全功能”的DRAM被广泛研究，可以保护，在相当大的性能损失的成本，对强大的对手谁可以监视所有的读和写操作。然而，最近的研究表明，即使只有写访问模式（而不是读）对对手可见，信息仍然可以泄露。对于这些较弱的对手，一个功能齐全的ORAM被证明是一个矫枉过正，造成不必要的开销。相反，一个简单的“只写”ORAM就足够了，更有趣的是，它是首选，因为它可以提供比全功能ORAM更高的性能和能效。在这项工作中，我们提出了平面ORAM：一个有效的只写ORAM计划，其性能优于最接近现有的只写ORAM称为HIVE。HIVE在管理对协议正确性至关重要的内存占用信息时遇到了性能瓶颈。Flat ORAM通过引入一个简单的Occupational Map（OccMap）概念来解决这些瓶颈，OccMap可以有效地管理内存占用信息，从而获得更好的性能。我们的模拟结果表明，平均而言，平面ORAM只会导致适度放缓$3\times$在不安全的DRAM之间的内存密集型基准飞溅2和$1.6\times$的SPEC06。与HIVE相比，Flat ORAM提供了$50\%$平均性能增益和高达$80\%$的节能效果。
2017-09-10 cs.AR cs.CR
A Forward-secure Efficient Two-factor Authentication Protocol
双因素认证（2FA）方案依赖于知识因素（例如，PIN）和设备占有已经流行起来。这些方案中的一些即使面对强大的对手也仍然是安全的，这些对手（a）观察客户端和服务器之间的流量，以及（b）物理访问客户端的设备或其PIN，或破坏服务器。然而，这些解决方案有几个缺点;即，它们（i）需要客户端记住多个秘密值来证明其身份，（ii）涉及几个模幂运算，以及（iii）在非标准随机预言模型中。在这项工作中，我们提出了一个2FA协议，抵制这样一个强大的对手，同时解决上述缺点。我们的协议要求客户端只记住一个秘密值/PIN，不涉及任何模幂运算，并且是标准模型。这是第一个在不使用可信芯片组的情况下提供这些功能的产品。该协议还比最先进的解决方案降低了高达40%的通信开销。
2022-08-04 cs.CR
Distortion based Light-weight Security for Cyber-Physical Systems
在信息物理系统（CPS）中，基于通信数据的推理具有重要意义，因为它可以用于操纵或破坏对手的控制操作。由于控制系统越来越多地分布在更大的地理区域上，这就需要有效的数据安全传输机制。基于失真的安全性，最近提出的CPS中的安全传输的候选人之一，不仅更适合这些应用程序，但也相当节俭的共享密钥的事先要求。在本文中，我们提出了基于失真的度量来保护CPS通信，并表明只需几位预共享密钥就可以混淆对手。特别是，我们将表明，一个线性动力系统可以传达其状态的方式，防止窃听者准确地学习状态。
2020-06-25 cs.CR cs.IT math.IT
Efficient Three-party Computation: An Information-theoretic Approach from Cut-and-Choose
据我们所知，从切割和选择安全计算的文献集中在实现对恶意对手的计算安全。目前还不清楚切割和选择的想法是否可以适用于信息理论安全的安全计算。在这项工作中，我们探讨的可能性，使用切割和选择在信息论设置的安全三方计算（3PC）。以前的工作3PC主要集中在半诚实的情况下，是由观察到的多方计算（MPC）的真实字部署似乎涉及几方的动机。我们提出了一个新的协议，信息理论上安全的3PC容忍一个恶意方欺骗概率$2^{-s}$使用$s$运行的电路计算的切割和选择范例。我们的协议的计算成本基本上是只有一个小常数比国家的最先进的3PC协议对半诚实的腐败，而它的通信轮大大减少相比，其他恶意安全的3PC协议在信息理论的设置。
2019-08-10 cs.CR
Secure IP Address Allocation at Cloud Scale
针对公有云动态 IP 分配被滥用的风险，本文建模租户部署行为并提出 IP scan segmentation 策略，在合成与真实轨迹上验证其可抵御扫描、保护地址声誉与租户数据。
2024-09-10 cs.CR
Wink: Deniable Secure Messaging
针对端到端加密消息在密钥泄露或设备被攻破时失效的问题，提出Wink系统，借助TrustZone在现有E2EE协议的随机数中隐蔽注入隐藏消息，实现强似真可否认的隐蔽通信，适配多款主流应用且开销极低。
2023-06-10 cs.CR
