Non-Malleable Extractors and Non-Malleable Codes: Partially Optimal Constructions
最近关于随机性提取器的研究取得了巨大的成功,产生了令人兴奋的新技术,新的联系,并在几个看似不同的主题中突破了长期存在的开放问题。这些包括种子不可延展提取器,具有主动对手的隐私放大协议,独立源提取器(和显式Ramsey图),以及分裂状态模型中的不可延展代码。然而,在所有情况下,仍然存在着最佳差距,缩小这一差距的动机仍然很强。在本文中,我们介绍了一套新的技术,以进一步推动在上述问题的前沿。我们的技术导致上述所有问题的改进,并在某些情况下部分最优的结构。具体来说,我们得到:1。一个种子长度为$O(log n)+log^{1+o(1)}(1/ε)且熵要求为O(log log n+log(1/ε))的种子不可延展提取器,其中根据Gur和Shinkar \cite{GurS17}的最近结果,熵要求是渐近最优的; 2.提出了一种两轮隐私放大协议,该协议在安全参数Ω(k)以内具有最优熵损失,完全解决了隐私放大问题; 3.熵O(\frac{log n log log n}{log log log n})的两个源提取器,其还给出N个顶点上的显式Ramsey图,没有团或大小(log N)的独立集^{O(\frac{log log log N}{log log log log N})};以及4.在具有\emph{constant}速率的2-分裂状态模型中,第一个显式不可延展码,这是相当长一段时间以来不可延…
2018-04-09 cs.CC cs.CR math.CO
Non-Malleable Extractors and Codes for Composition of Tampering, Interleaved Tampering and More
不可延展码是由Dziembowski、Pietrzak和Wichs(JACM 2018)引入的,作为标准纠错码的推广,用于处理码字上严重形式的篡改。这个概念吸引了大量的研究,导致了各种显式构造,这些构造在防篡改密码学中得到了应用,并与理论计算机科学中的其他伪随机对象建立了联系。我们继续在信息论环境下对非延展码的显式构造进行研究,并给出了几类新的篡改函数的显式构造。(1)交织分裂状态篡改:这里的码字被对手以未知的方式划分,然后被分裂状态篡改函数篡改。(2)分裂状态篡改的线性函数:在该模型中,码字首先被分裂状态攻击者篡改,然后整个被篡改的码字被一个线性函数进一步篡改。事实上,我们的结果更强,我们可以处理线性函数组成的交错分裂状态篡改。(3)有界通信分裂状态篡改:在该模型中,允许两个分裂状态篡改对手参与具有有界通信预算的通信协议。我们的研究结果是第一个明确的非可塑性代码在任何这些篡改模型的建设。我们得出所有这些结果,从明确的建设无籽非延展性提取器,我们相信是独立的利益。使用我们的技术,我们也给出了一个改进的无籽提取未知交织的两个独立的来源。
2018-11-02 cs.CR
Explicit Non-Malleable Extractors, Multi-Source Extractors and Almost Optimal Privacy Amplification Protocols
我们在以下三个问题上取得了进展:1.构建最佳种子非延展性提取器; 2.构造最优的隐私放大协议与一个积极的对手,对任何安全参数; 3。构造独立弱随机源的提取器,当最小熵极小时(即,接近对数)。对于前两个问题,Chattopadhyay,Goyal和Li [CGL 16]以及Cohen [Coh 16 a,Coh 16 b]的最著名的不可延展提取器都要求种子长度和最小熵至少为$\log^2 (1/ε)$,其中$ε$是提取器的误差。结果表明,在[Li 15 c,CGL 16]中实现两轮通信和最优熵损失的最著名的带有主动攻击者的显式隐私放大协议只能处理最大为$s=Ω(\sqrt{k})$的安全参数,其中$k$是共享秘密弱随机源的最小熵.对于较大的$s$,[Li 15 c]中具有最佳熵损失的最佳已知协议需要$O(s/\sqrt{k})$轮通信。在本文中,我们给出了一个显式的不可延展的提取器,只需要种子长度和最小熵$\log^{1+o(1)} (n/ε)$,这也产生了一个2轮的隐私放大协议的最佳熵损失的安全参数高达$s=k^{1-α}$的任何常数$α>0$。对于第三个问题,先前最好的已知提取器,其支持由于Li [Li 13 a]而导致的最小熵,对于任何恒定的$δ>0$,需要最小熵$\log^{2+δ} n$并使用$O(1/δ)$源。Cohen和Schulman [CS 16]最近的一个结果改进…
2016-04-05 cs.CC cs.CR
Quantum secure non-malleable randomness encoder and its applications
本文构造首个 rate-1/2、2-split 的量子安全 NMRE,并黑盒应用于三类新的量子安全不可延展码。
2023-08-12 cs.CR
Unconditionally Secure Non-malleable Secret Sharing and Circular External Difference Families
本文提出基于博弈的不可延展秘密共享新定义,通过引入新型AMD码构造了针对特定关系的无条件安全门限方案,并给出了外部差分族新变体实例。
2023-05-16 cs.CR math.CO
Non-Malleable Condensers for Arbitrary Min-Entropy, and Almost Optimal Protocols for Privacy Amplification
近年来,主动攻击下的隐私放大问题受到了广泛的关注。给定一个共享的n比特弱随机源X,其最小熵为k,安全参数为s,主要目标是构造一个显式的两轮隐私放大协议,该协议的熵损失为O(s). Dodis和Wichs \cite{DW09}表明,通过构造显式的不可延展提取器可以实现最佳协议。然而,最著名的显式不可延展提取器仅实现k= 0.49 n \cite{Li12b},并且\cite{Li12b}中的证据表明,为较小的最小熵构造显式不可延展提取器可能是困难的。在另一种方法中,Li \cite{Li12}引入了不可延展冷凝器的概念,并表明显式不可延展冷凝器也可以提供最佳的隐私放大协议。本文首次构造了任意最小熵的不可延展凝聚体。利用我们的构造,我们得到了一个两轮隐私放大协议,该协议在安全参数s=Ω(\sqrt{k})时具有最优熵损失.这是第一个协议,同时实现最佳轮复杂度和最佳熵损失为任意最小熵k。我们还推广了这个结果,以获得一个协议,运行在O(s/ \sqrt{k})轮的最佳熵损失,安全参数s=Ω(k)。这显著改进了\cite{ckor}中的协议。最后,给出了线性最小熵的一个更好的不可延展凝聚器,并在此情况下得到了一个在安全参数s=Ω(k)下具有最优熵损失的2轮协议,改善了\cite{Li12b}协议的熵损失和通信复杂性.
2012-11-03 cs.CR
Non-Malleable Codes with Leakage and Applications to Secure Communication
不可延展代码是保护编码消息不被篡改函数类中的函数修改的随机代码。这些代码的动机是在应用程序中提供篡改弹性,其中加密秘密存储在可篡改的存储设备中,并且保护目标是确保对手不能从他们对设备的篡改中受益。在本文中,我们认为非可塑性代码的保护安全通信对积极的物理层的对手。我们定义了一类功能,密切模型篡改通信的对手谁可以窃听一个常数部分的传输码字,并使用此信息来选择一个向量的篡改功能,将被应用到第二个常数部分的码字组件(可能与第一集重叠)。我们推导出这个函数类的非延展码的速率界,并给出两个模块化的结构。第一个构造在新的设置中适应并为现有构造提供新的分析。第二种构造使用了一种新的方法,该方法导致了非延展性代码的显式构造。我们展示了我们的研究结果在两种设置中对活跃的物理层对手的安全消息通信的应用:窃听II与活跃的对手和安全消息传输(SMT)在网络中。我们讨论了我们的结果和未来的工作方向。
2017-08-17 cs.CR
Non-Malleable Coding Against Bit-wise and Split-State Tampering
由Dziembowski,Pietrzak和Wichs(ICS 2010)引入的不可延展编码旨在保护信息的完整性,防止在错误检测不可能的情况下受到篡改攻击。直觉上,由不可延展的代码编码的信息要么解码成原始消息,要么在存在任何篡改的情况下解码成不相关的消息。Dziembowski等人证明了对于任何一类有界大小的篡改函数都存在不可延展码。我们考虑构造的编码方案对两个良好的研究类篡改功能:逐位篡改功能(其中对手篡改的编码独立的每一位)和分裂状态的对手(其中两个独立的对手任意篡改每一半的编码序列)。1.对于比特篡改,我们得到明确的和有效的编码和解码的长度$n$实现率$1-o(1)$和错误(安全)$\exp(-\tildeΩ(n^{1/7}))$的代码。我们将误差改进为$\exp(-\tildeΩ(n))$,代价是使构造的Monte Carlo具有成功概率$1-\exp(-Ω(n))$。以前,位篡改代码的最著名的构造是Dziembowski等人(ICS 2010)的Monte Carlo构造,其实现了约.1887的速率。2.我们开始研究无籽非延展性提取器,作为Dodis和Wichs引入的非延展性提取器的变体(STOC 2009)。我们表明,非延展性代码的分裂状态模型的建设减少到非延展性的两个源提取器的建设。我们证明存在这样的提取器,这意味着从我们的减少得到的代码可以实现率任意接近1/5和指数…
2014-08-29 cs.CC cs.CR cs.IT
Thinking Inside The Box: Privacy Against Stronger Adversaries
本文研究统计密码原语扩展,围绕抗泄漏秘密共享、非可塑提取器、3SUM数据结构难度三方面展开,提出抗碰撞带种子提取器等构造,取得首个抗内存篡改统计隐私放大协议等成果,为对抗更强敌手的隐私保护提供理论支撑。
2024-06-24 cs.CR
Extractors: Low Entropy Requirements Colliding With Non-Malleability
该研究提出抗碰撞提取器新概念,构造出首源熵率0.8、次源最小熵为源长度多对数级的强双源不可篡改提取器,可实现最优1/2输出率,还能扩展得到近乎最优的抗内存篡改隐私放大方案。
2023-06-10 cs.CR cs.IT math.IT
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
Split-State Non-Malleable Codes and Secret Sharing Schemes for Quantum Messages
本文首次针对量子消息提出分裂状态不可延展码与秘密共享方案,构造了可抵抗拥有共享纠缠的量子敌手、保持外部纠缠且错误率极低的高效编码方案,并在平均情况下实现接近1/11的编码速率。
2024-02-27 cs.CR quant-ph
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
Two Source Extractors for Asymptotically Optimal Entropy, and (Many) More
本文补齐了伪随机对象构造中的最后缺失环节,首次同时实现了多种提取器、Ramsey图、隐私放大协议、非延展码及分支程序下界的显式渐近最优构造。
2023-05-30 cs.CC cs.CR cs.DM
Rate 1/5 Non-Malleable Codes against Entangled Split-State Tampering
National University of Singapore(新加坡国立大学)
针对纠缠双分裂态篡改,构造速率至少1/5-ξ的经典消息非可延展码,实现最坏情况安全,基于置换构造并改进为规定消息加均匀填充。
2026-10-01 cs.CR quant-ph
Concurrently Non-Malleable Zero Knowledge in the Authenticated Public-Key Model
我们考虑一种类型的零知识协议,他们的实际应用中的网络,如互联网的兴趣:有效的零知识参数的知识,仍然是安全的并发中间人攻击。为了减少设置假设所需的有效零知识参数的知识,仍然是安全的并发人在中间攻击,我们考虑一个模型,我们称之为认证公钥(APK)模型。APK模型似乎大大减少了CRS模型所做的设置假设(因为不需要可信方或诚实执行集中式算法),并且可以被视为\cite{CGGM,MR}中的裸公钥(BPK)模型的稍强变体,以及\cite{BCNP}中使用的注册公钥模型的较弱变体。然后,我们定义和研究的APK模型中的中间人攻击。我们的主要结果是一个常数轮并发的非延展性零知识参数的知识为任何多项式时间关系(与语言在$\mathcal{NP}$),根据(最小)的假设存在一个单向函数家庭。此外,我们展示了我们的协议的时间有效的实例化的基础上已知的数论假设。我们还注意到一个负面的结果,进一步减少我们的协议的设置假设的(未经认证的)BPK模型,通过显示,同时非可塑性的零知识参数的BPK模型中的知识是唯一可能的平凡的语言。
2006-09-12 cs.CR
A New Approach to Post-Quantum Non-Malleability
本研究提出一种新型常数轮不可伪造承诺技术,首次在最小假设下实现后量子常数轮不可伪造承诺,还可用于经典场景安全性证明,结合现有工作能实现明文模型下的常数轮量子安全多方计算。
2023-11-04 cs.CR quant-ph
Improved Two-source Extractors against Quantum Side Information
本文证明了 Dodis 等人的双源提取器在面对量子边信息时性能与经典领域同样出色,并推导出新量子 XOR 引理以重新推导通用归约并改进一大类提取器。
2025-03-07 cs.CR quant-ph
How to Copy-Protect Malleable-Puncturable Cryptographic Functionalities Under Arbitrary Challenge Distributions
本文定义可延展-可穿刺密码方案,构造可证明安全的量子复制保护方案,将适用范围扩展到更多原语,并在任意高最小熵挑战分布下保证安全。
2025-07-25 cs.CR
Secure Biometric-based Remote Authentication Protocol using Chebyshev Polynomials and Fuzzy Extractor
在本文中,我们提出了一个多因素的基于生物特征的远程认证协议。我们的建议克服了一些以前的作品的漏洞。同时,该协议还获得了较低的错误接受率(FAR)和错误拒绝率(FRR)。
2019-04-09 cs.CR
Non-Malleable Codes for Small-Depth Circuits
我们构建高效的,无条件的不可延展的代码,是安全的,对篡改功能计算的小深度电路。对于多项式大小的恒定深度电路(即$\mathsf{AC^0}$篡改函数),我们的代码具有用于$k$位消息的码字长度$n = k^{1+o(1)}$。这是Chattopadhyay和Li(STOC 2017)之前的最佳构造的指数级改进,其码字长度为$2^{O(\sqrt{k})}$。我们的构造对于像$Θ(\log(n)/\log\log(n))$那样大的电路深度仍然是有效的(实际上,我们的码字长度仍然是$n\leq k^{1+ε})$,并且将我们的结果扩展到超过此将需要将$\mathsf{P}$与$\mathsf{NC^1}$分离。我们通过一个新的有效的非延展性减少小深度篡改分裂状态篡改我们的代码。我们工作的一个新的方面是将无条件去随机化的技术纳入非延展性约简的框架。特别地,我们分析中的一个关键成分是Trevisan和Xue(CCC 2013)最近的伪随机切换引理,这是对来自电路复杂性的有影响力的切换引理的去随机化;该切换引理的随机性效率通过我们的不可延展约化转化为我们的代码的速率效率。
2018-02-21 cs.CC cs.CR cs.IT
Quantum-proof multi-source randomness extractors in the Markov model
本文提出马尔可夫辅助信息模型,证明任意多源提取器在该模型下的量子辅助信息面前仍保持安全,推广了以往仅适用于受限模型和特定提取器的结论。
2016-09-09 cs.CC cs.CR quant-ph
Neural Fuzzy Extractors: A Secure Way to Use Artificial Neural Networks for Biometric User Authentication
Kansas State University(堪萨斯州立大学)
本文提出神经模糊提取器(NFE),通过基于人工神经网络的扩展器将现有分类器与模糊提取器耦合,在保持深度学习分类器性能的同时提供标准模糊提取器的安全性,用于生物特征用户认证。
2023-12-19 cs.CR cs.HC cs.LG
Lightweight (Reverse) Fuzzy Extractor with Multiple Referenced PUF Responses
物理不可克隆功能(PUF),就像指纹一样,利用制造随机性赋予每个物理物品唯一的标识符。一个主要的PUF应用是使用模糊提取器安全导出易失性密码密钥,该模糊提取器包括两个过程:i)安全草图;以及ii)熵提取。虽然熵提取器可以是轻量级的,但是负责校正自然噪声PUF响应的安全草图的开销通常是昂贵的。我们观察到,一般来说,相对于登记参考测量的响应不可靠性随着现场PUF操作条件与用于评估登记参考响应的操作条件之间的差异增加而增加。我们第一次利用这样一个重要但无意的观察。与传统的单一参考响应注册相比,我们建议注册多个参考响应(MRR),但在多个不同的操作条件下接受相同的挑战。这里的关键观察是,参考操作条件之一可能更接近现场部署的PUF的操作条件,因此,当与标称条件下的单个参考相比时,导致最小化预期的不可靠性。总体而言,MRR大大降低了对预期错误位数量的纠正需求,从而显着降低了纠错开销。从所提出的MRR方法的显着的实现效率增益证明从软件实现的模糊提取器的无电池资源约束计算射频识别设备,其中现实的PUF数据是从嵌入式固有SRAM PUF收集。
2018-11-19 cs.CR
Leakage-Resilient Extractors against Number-on-Forehead Protocols
本文通过建立多方通信复杂性与不可延展提取器的新联系,构造近乎最优的抗 NOF 协议 LRE,将多信源随机性提取所需好信源数降至 3 个。
2025-06-14 cs.CC cs.CR
Fuzzy Extractors: How to Generate Strong Keys from Biometrics and Other Noisy Data
我们提供了正式的定义和有效的安全技术-把嘈杂的信息变成可用于任何加密应用程序的密钥,特别是-可靠和安全地认证生物特征数据。我们的技术不仅适用于生物特征信息,而且适用于任何密钥材料,与传统的加密密钥不同,(1)不可精确再现,(2)不均匀分布。我们提出两个原语:“模糊提取器”可靠地从其输入中提取出几乎均匀的随机性R;该提取是容错的,因为即使输入发生变化,R也会相同,只要它保持与原始值相当接近。因此,R可以用作加密应用中的密钥。“安全草图”产生关于其输入w的公共信息,该信息不揭示w,并且还允许在给定接近w的另一个值的情况下精确地恢复w。因此,它可以用来可靠地再现容易出错的生物特征输入,而不会引发存储它们时固有的安全风险。我们定义的原语是正式的安全和通用的,概括了以前的工作。此外,我们为输入数据的“接近度”的各种度量,如汉明距离、编辑距离和设置差异,提供了两种原语的近最佳构造。
2008-04-01 cs.CR cs.IT math.IT
Secure Quantum Extraction Protocols
知识提取,通常在经典环境中研究,是几个密码协议的核心。我们介绍了安全量子提取协议的概念。NP关系的安全量子抽取协议$\mathcal{R}$是发送方和接收方之间的经典交互协议,其中发送方得到实例$z$和见证方$w$,而接收方只得到实例$z$ .对于任何有效的量子对抗发送方(遵循协议但可以选择自己的随机性),存在可以提取见证$w'$的量子提取器,使得$(z,w') \in \mathcal{R}$在恶意接收方时不应该能够输出任何有效的见证。研究并构造了两类安全量子提取协议。(1)基于量子全同态加密的量子提取协议满足一定的温和性质和量子不可错性,可以抵抗量子恶意接收者。在这个构造中,我们引入了量子环境中的非黑箱技术。之前所有的量子提取技术都是基于量子回溯。(2)量子提取协议基于带错误学习的量子硬度来防止经典的恶意接收器。作为一个应用程序,基于错误学习的量子硬度,我们提出了一个常数轮量子零知识参数系统的NP,保证安全性,即使对量子恶意验证;然而,我们的稳健性只适用于经典的概率多项式时间的对手。在我们的工作之前,这样的协议是已知的,另外,基于决策Diffie-Hellman的假设(或其他不反对多项式时间量子算法的密码假设)。
2020-09-24 cs.CR quant-ph
SRAM-based Physically Unclonable Function using Lightweight Hamming-Code Fuzzy Extractor for Energy Harvesting Beat Sensors
本文针对无电池能量收集beat传感器缺乏安全机制的问题,提出一种结合高可靠性比特选择算法与轻量级纠错码的SRAM物理不可克隆函数,在STM32微控制器上实现了可靠的安全密钥生成与数据保护。
2025-08-10 cs.CR cs.SY eess.SY
Robust and Reusable Fuzzy Extractors for Low-entropy Rate Randomness Sources
本文针对低熵率噪声源提出强鲁棒可重用模糊提取器(srrFE),定义强可重用性概念,并给出两种基于先采样后锁定方法的信息论安全构造,其中构造2首次在不依赖随机预言机条件下同时实现鲁棒性与可重用性。
2024-05-07 cs.CR
Engineering a Phase-Noise-Based Quantum Random Number Generator for Real-Time Secure Applications: Design, Validation, and Scalability
School of Quantum Technology, Defence Institute of Advanced Technology (DIAT)(国防高等技术研究所量子技术学院)
本文提出一种高速高效率的基于相位噪声的量子随机数生成器,利用单频激光的量子相位噪声生成随机数,通过自异频测量和半导体激光器实现2.0Gbps的数据生成速率,采用自研提取技术确保随机性,并通过NIST和Diehard测试验证,达到TRL7级,适用于实时安全应用。
2026-04-01 cs.CR physics.optics quant-ph
I Prove, Therefore I Am: Spatiotemporal Multi-Party Computation
The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学);NTT Social Informatics Laboratories(NTT社会情报实验室)
本文提出时空多方计算(MPC)概念,通过“我证明,故我在”的时空知识论证实现位置、时间等物理输入的隐私保护与一致性验证,并给出基于后量子MPC的UC安全构造。
2026-09-23 cs.CR quant-ph
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