Experimental Quantum Coin Tossing
在这封信中，我们提出了量子掷硬币协议的第一个实现。该协议属于一类“两方”密码问题，其中通信伙伴相互不信任。与许多这样的两方协议一样，量子抛硬币的最佳实现需要qutrits。这样，我们也完成了第一个完整的量子通信协议与qutrits。在我们的实验中，两个合作伙伴成功地远程投掷一排硬币使用光子纠缠在轨道角动量。我们还展示了一个可能的作弊者的实验范围和检测他的方法。
2004-04-05 quant-ph
Experimental quantum tossing of a single coin
抛硬币的加密协议由两方组成，Alice和Bob，他们彼此不信任，但希望生成一个随机位。如果双方使用经典的通信信道并拥有无限的计算资源，其中一方总是可以完美地欺骗。在这里，我们详细分析了量子抛硬币实验的性能应该如何与经典协议进行比较，同时考虑到不可避免的实验缺陷。然后，我们报告了一个全光纤实验中，投掷一枚硬币，其随机性高于任何经典协议，并提出了一些容易实现的欺骗策略，由爱丽丝和鲍勃。
2008-04-28 quant-ph
An Entanglement-Based Protocol For Strong Coin Tossing With Bias 1/4
在文献中，已经提出了基于比特承诺的强抛硬币协议。在这里，我们研究一个协议，而不是试图通过安全地共享纠缠来实现任务。该协议仅使用量子位，并且具有1/4的偏置。这等于基于比特承诺的方案的最佳已知偏差。
2007-02-05 quant-ph
Unconditionally Secure Quantum Coin Tossing
在掷硬币中，两个远程参与者希望共享一个均匀分布的随机位。至少在量子版本中，每个参与者都要测试对方是否试图在这一点上产生偏见。对于b = 0，1，要求Alice得到比特b并通过测试的概率小于1/2，无论她做什么，Bob也是如此。如果1/2的界限对两个参与者中的任何一个都完全成立，那么实现的任务被称为精确抛硬币。如果边界实际上是$1/2 + ξ$，其中当由协议定义的安全参数m增加时，偏差$ξ$消失，则实现的任务是（非精确的）抛硬币。在这里发现，精确的硬币投掷是不可能的。同时，提出了一个实现（非精确）抛硬币的无条件安全量子协议。该协议同时执行m个有偏量子抛硬币过程。它依次执行这m个过程中的每一个的第一轮，然后执行第二轮，依此类推，直到n个过程结束。每个过程需要4 n个粒子，其中$n \in O(\lg m)$。最后一个比特x是m个随机比特的奇偶性。关于这m个比特中的每一个比特的信息被一次一点地通告，这意味着针对比特承诺所使用的原理不适用。x上的偏差小于$1/m$。根据精确抛硬币的不可能性结果讨论了这个结果。
2018-02-27 quant-ph
Relativistic quantum protocols: "Bit Commitment" and "Coin Tossing"
提出了实现比特承诺和远程掷硬币方案的相对论量子协议。该协议是基于这样的事实，即非稳态正交扩展量子态不能可靠地区分，如果他们是不完全可访问的测量。当状态从由一个用户控制的域传播到可访问由另一个用户执行的测量的域时，它们变得对于第二用户可靠地可区分。对于该协议来说，重要的是状态的量子性质和由狭义相对论施加的信号传播的有限最大速度的存在。
2000-12-15 quant-ph
Coin Tossing is Strictly Weaker Than Bit Commitment
我们定义适用于两个不信任的各方谁控制两个或两个以上的独立的安全站点之间的狭义相对论保证通信的时间间隔的加密假设。我们表明，在这些假设下，无条件安全的抛硬币可以进行经典信息的交流。我们还表明，继Mayer，Lo和Chau，无条件安全的比特承诺不能进行许多经典或量子信息的交换。最后，我们表明，在标准的密码学假设下，抛硬币是严格弱于位承诺。也就是说，没有安全的经典或量子比特承诺协议可以从有限数量的安全抛硬币黑盒的调用以及大量的附加信息交换来构建。
1999-10-29 cs.CR quant-ph
Why Quantum Bit Commitment And Ideal Quantum Coin Tossing Are Impossible
众所周知，对于比特承诺，量子协议是无条件安全的。然而，我们和独立的Mayers证明了所有提出的量子比特承诺方案在原则上都是不安全的，因为发送者Alice几乎总是可以通过使用Einstein-Podolsky-Rosen（EPR）类型的攻击和延迟她的测量来成功欺骗。人们可能会怀疑是否存在安全的量子比特承诺协议。我们回答这个问题表明，相同类型的攻击爱丽丝将，在原则上，打破任何位承诺计划。作弊策略通常需要量子计算机。我们强调这个“不去定理”的一般性：基于量子力学的无条件安全比特承诺方案-完全量子的，经典的或量子的，但测量-都被这个结果排除在外。由于比特承诺对于建立更复杂的协议（如零知识证明）是一个有用的原语，因此我们的结果对量子密码在所谓的“后冷战”应用中的安全性提出了非常严重的质疑。我们还表明，理想的量子硬币投掷是不可能的，因为EPR攻击。这个理想量子抛硬币的不可行定理可能有助于揭示非理想协议的可能性。
1997-11-26 quant-ph
Measurement-Device-Independent Quantum Coin Tossing
量子抛硬币（QCT）是量子密码学的一个重要原语，一直受到人们的关注。然而，在实际的QCT中，Bob的检测器可能会受到不诚实的Alice发起的检测器侧信道攻击，这将可能使协议完全不安全。在这里，我们报告了一个简单的策略，检测器致盲攻击的基础上最近的实验。为了消除所有探测器侧通道，我们提出了一种测量设备无关的QCT（MDI-QCT）解决方案。该方法类似于MDI量子密钥分发（QKD）的思想。MDI-QCT是单光子源的损失容忍，并且在相干攻击下具有与原始损失容忍QCT相同的偏差。此外，它还提供了在某些特殊情况下使安全距离加倍的潜在优势。最后，MDI-QCT也可以被修改以适合弱相干态源。因此，基于实际MDI-QKD的快速发展，我们的建议可以很容易地实现。
2015-12-31 quant-ph
Unifying typical entanglement and coin tossing: on randomization in probabilistic theories
众所周知，纯量子态通常几乎是最大纠缠的，因此具有接近最大混合的子系统。我们考虑这是否对更一般的概率理论是正确的，而不仅仅是对量子理论。我们推导出一个公式的预期纯度的子系统在任何概率理论，这个数量是明确定义的。它适用于纯量子态中的典型纠缠、经典概率论中的抛硬币和后量子理论中的随机化;简单的推广产生了（反对称）量子子空间中的典型纠缠。该公式精确、简单，只包含系统的自由度和信息容量。它使我们能够以一种仅依赖于基础理论的粗糙性质的方式来概括统计物理学的论点。公式的证明将几个随机化概念推广到一般概率理论。这包括纯度的推广，有助于最近的努力，找到适当的广义熵措施。
2012-11-12 quant-ph
Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing
当基本量子系统，如偏振光子，用于传输数字信息时，不确定原理产生了传统传输介质无法实现的新的加密现象，例如，原则上不可能窃听而不以被检测到的方式干扰传输的高概率的通信信道。这样的量子信道可以与普通的不安全经典信道结合使用，以在两个用户之间分发随机密钥信息，并确保其他任何人都不知道，即使用户最初没有共享秘密信息。我们还提出了一个通过交换量子信息来掷硬币的协议，该协议可以防止传统类型的作弊，即使是具有无限计算能力的对手，但具有讽刺意味的是，可以通过使用更微妙的量子现象来颠覆，爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论。
2020-03-14 quant-ph
Tossing Quantum Coins and Dice
Joint Institute for Nuclear Research（联合核研究所）；Universidade de São Paulo（圣保罗大学）
描述了掷量子硬币和骰子的过程。这种情况是量子过程的一个重要例子，因为它提出了在量子信息处理和量子计算中采用的典型框架。重点是澄清量子和经典条件概率之间的差异。这些概率是为了表征不同的系统而设计的，无论是量子的还是经典的，它们通常不能相互简化。因此，吕德斯概率不能被视为经典条件概率的推广。阐明了测量的量子理论与量子判决理论之间的相似性。
2021-03-31 cs.AI cs.IT math.IT
A proposal for founding mistrustful quantum cryptography on coin tossing
经典密码学的一个重要分支是处理当不信任的各方需要生成、处理或交换信息时出现的问题。正如Kilian在前一段时间所展示的那样，不信任的经典密码学可以建立在一个单一的协议上，即不经意传输，从这个协议中可以建立一般的安全多方计算。不信任量子密码学的范围受到不通过定理的限制，该定理排除了无条件安全的量子协议，用于不经意传输或一般安全的两方计算。这些定理甚至适用于考虑相对论信令约束的协议。一般来说，最好的希望是量子协议在计算上对量子攻击安全。我在这里描述了一种方法，用于从安全的掷硬币协议中构建一个经典认证的位承诺，从而构建所有其他不信任的加密任务。没有安全性证明，但我概述了这些协议可以抵抗量子计算攻击的原因。
2003-06-12 cs.CR quant-ph
Quantum Tapsilou -- a quantum game inspired from the traditional Greek coin tossing game tapsilou
本文提出量子游戏Quantum Tapsilou，用旋转门实现不等概率幅纠缠并以循环群作为行动空间，在保持双方等概率获胜的同时使胜率随走法动态变化，体现了同群量子博弈的完美对称性。
2023-12-02 quant-ph
Provably Secure Experimental Quantum Bit-String Generation
抛硬币是一种加密任务，其中相互不信任的双方旨在生成一个共同的随机位。使用经典通信，这是不可能的，但使用量子通信，不平凡的掷硬币是可能的。在这里，我们考虑的情况下，当事人不想扔一个硬币，但许多。这称为位串生成。我们报告的实验生成的字符串的硬币，这是可证明的随机性比使用经典的通信。该实验基于为量子密码学开发的“即插即用”方案，因此非常适合长距离量子通信。
2004-11-29 quant-ph
Variable Bias Coin Tossing
爱丽丝是一个魅力十足的量子密码学家，她相信自己的派对是不可错过的;鲍勃是一个（相对）迷人的弦理论家，他相信自己是一个不可或缺的客人。为了防止自我认知和现实可能造成的创伤性冲突，他们的社会准则要求通过密码安全的可变偏差硬币（VBCT）来决定邀请或接受。这通过掷硬币来产生一个共享的随机位，其中一方在规定的范围内秘密选择硬币的偏差;另一方只学习随机位。因此，一方可以秘密地影响结果，而双方都可以通过将任何负面决定归咎于运气不好来挽回面子。我们在这里描述了一些密码VBCT协议的安全性是由量子理论和超光速信号的不可能性保证，设置我们的结果在安全的两方计算的一般性讨论的背景下。我们还简要讨论了VBCT的其他密码学应用。
2005-11-23 cs.CR quant-ph
Quantum And Relativistic Protocols For Secure Multi-Party Computation
本文在绪论之后，分为四个部分。在第一部分中，我们讨论了抛硬币的任务，主要是为了突出不同的物理理论对安全性的影响，而且，还介绍了一种新的非相对论性强抛硬币协议。该协议与迄今为止已知的最佳协议的安全性相匹配，同时使用概念上不同的方法来实现任务。第二部分介绍了变偏置抛硬币算法。这是掷硬币的一种变体，其中一方秘密地选择两个有偏见的硬币中的一个来掷。研究表明，对于指定范围的偏差，这可以通过无条件安全性来实现，并且对于任何偏差，都可以通过防作弊安全性来实现。我们还讨论了两个进一步的协议，被证明是无条件安全的任何偏见。第三部分着眼于其他两方安全计算，在我们的工作之前，协议和不去定理是未知的。我们介绍了一个通用的模型，这样的计算，并表明，在这个模型中，广泛的功能是不可能安全地计算。我们给这样的功能明确的欺骗攻击。在最后一章中，我们讨论了扩展私有随机字符串的任务，同时放弃了通常的假设，即协议的用户信任她的设备。相反，我们假设所有量子设备都是由任意恶意的对手提供的。我们给出了两个协议，我们猜想安全地执行这项任务。第一个允许一个私有的随机字符串被扩展一个有限的数量，而第二个生成一个任意大的扩展这样的字符串。
2011-03-01 quant-ph
Attacks exploiting deviation of mean photon number in quantum key distribution and coin tossing
使用弱相干源的量子通信的安全性要求精确地知道源的平均光子数。有限的校准精度或攻击者的主动操纵可能导致实际发射的光子数偏离已知值。我们模拟了这种偏差对三种量子通信协议的安全性的影响：Bennett-Bennard 1984（BB84）无诱饵态的量子密钥分发（QKD）协议，Scarani-Acin-Ribordy-Gisin 2004（SARG 04）QKD协议和抛硬币协议。对于量子密钥分配，我们既模拟了一个强大的攻击，使用技术可能的原则，和现实的攻击，今天的技术的限制。为了维持双向系统中的平均光子数，例如即插即用和相对论量子密码方案，必须监测从通信信道进入的亮脉冲能量。到目前为止，除了ID Quantique的商业QKD系统Clavis 2之外，监测检测器的实现在很大程度上被忽视了。我们仔细检查了这种实现的安全问题，并表明设计一个防黑客的脉冲能量测量检测器远非微不足道。事实上，第一个实现有三个严重的缺陷，实验证实，其中每一个都可能被利用在一个巧妙地构建特洛伊木马攻击。我们讨论了一个无漏洞的监测检测器的实施要求。
2015-03-30 cs.CR quant-ph
Quantum Mechanics and Algorithmic Randomness
一个经典硬币的长序列投掷产生一个明显随机的比特串，但经典随机性是一种错觉：经典生成的比特串的算法信息内容几乎完全取决于初始条件的描述。这封信提出了一个简单的论点，相比之下，通过投掷量子硬币产生的比特序列几乎可以肯定是真正的（算法上）随机的。这个结果可以被解释为对贝尔无隐变量定理的强化，并且依赖于因果关系和量子纠缠，与贝尔最初的论点类似。
2000-12-13 quant-ph
Secure certification of mixed quantum states with application to two-party randomness generation
我们调查的采样程序，证明一个任意的量子态$n$子系统是接近一个理想的混合态$φ^{\otimes n}$对于一个给定的参考状态$φ$，到一些位置上的错误。这个任务在经典意义上是没有意义的：它相当于证明给定的位串是根据某种期望的概率分布生成的。然而，在量子的情况下，这是可能的，如果一个人有机会获得一个证明谁可以提供一个纯化的混合状态。在这项工作中，我们引入了混合状态认证的概念，我们表明，一个自然的采样协议提供了安全的认证，在存在一个可能不诚实的证明：如果验证者接受，那么他几乎可以肯定的是，有问题的状态已经正确地准备好了，到少量的错误。然后，我们将这个结果应用于两方量子抛硬币。鉴于抛硬币是不可能的，人们自然会问“我们能有多接近”。这个问题已经得到了很好的研究，现在从个人抛硬币的偏见的角度来看，也得到了很好的理解。我们从一个不同的--和有点正交-角度来处理和回答这个问题，在那里我们不看个别的硬币投掷，而是在全球熵代替。我们展示了两个不信任的当事人如何产生一个共同的高熵源，其中熵是一个任意小的分数低于最大值（除非概率可以忽略不计）。
2018-04-12 quant-ph
Quantum Gambling
我们提出了一个两方协议的量子赌博，一个新的任务密切相关的抛硬币。该协议允许两个远程方玩赌博游戏，使得在一定限度内它成为公平游戏。没有已知的无条件安全的经典方法来完成这个任务。
1998-12-29 quant-ph
Quantum key distribution based on orthogonal states allows secure quantum bit commitment
十多年来，人们一直认为无条件安全的量子比特承诺（QBC）是不可能的。但在已有的基于正交态的量子密钥分发方案的基础上，本文提出了一种QBC协议，该协议中对承诺进行编码的量子态的密度矩阵不满足QBC不可通过性证明所依据的一个关键条件。这样，就可以避开不通过的证明。我们的协议是容错的，目前可用的技术是非常可行的。它为其他“冷战后”多方加密协议重新打开了大门，例如，量子比特串承诺和具有任意小偏差的量子强抛硬币。这一结果也对克利夫顿-布布-哈沃森定理产生了很大的影响，该定理表明量子理论可以用信息论的约束来表征。
2012-06-29 quant-ph
Experimental unconditionally secure bit commitment
比特承诺是一个基本的密码学任务，它保证了两个相互不信任的方之间的安全承诺，并且是许多密码学原语的构建块，包括掷硬币，零知识证明，不经意传输和安全的两方计算。无条件安全的比特承诺被认为是不可能的，直到最近结合了量子力学和相对论的理论协议被证明规避了以前的不可能性证明。在这里我们实现这样一个比特承诺协议。在实验中，提交者使用两个量子密钥分发系统进行量子测量，并通过自由空间光通信将结果传输到相距超过20公里的两个代理。协议的安全性依赖于量子信息的性质和相对论。我们发现，在每次实验中，一个比特被成功提交的欺骗概率小于5.68*10^-2。我们的结果证明了无条件安全比特承诺和相对论量子通信的实验可行性。
2013-06-25 quant-ph
An optical implementation of quantum bit commitment using infinite-dimensional systems
针对以往认为无条件安全量子比特承诺不可能实现的问题，本研究提出基于Mach-Zehnder干涉仪的量子光学方法近似无穷维系统，可实现安全QBC的原理验证实验与实用方案，还能支撑其他多方密码协议并揭示基础物理关联。
2023-07-22 quant-ph
Security of Quantum Bit-String Generation
我们考虑的加密任务的位串生成。这是掷硬币的一种概括，其中两个不信任的当事人希望生成一串随机比特，以便诚实的一方可以确保另一方不会对字符串产生太大的偏见。我们考虑用于该任务的量子协议，该协议最初在Phys.Rev.A { \bf 69}，022322（2004）中介绍，其对于当今技术是可行的。我们引入的安全条件的基础上的平均偏置位和香农熵的字符串。对于每一个，我们证明了严格的安全界限，该协议在无噪声和噪声条件下的最一般的攻击允许的量子力学。粗略地说，在没有噪声的情况下，欺骗者只能显著地偏置比特的消失部分，而在存在噪声的情况下，欺骗者可以偏置恒定部分，该部分定量地取决于噪声的水平。我们还讨论了经典协议相同的任务，推导出一个经典的协议可以执行的上限。这使得能够确定量子协议可以容忍多少噪声，同时仍然优于经典协议。我们提出了几个关于量子和经典的大n密码学的可能性。已进行了与本文分析的方案相对应的实验，并在别处报道。
2004-08-19 quant-ph
Serial composition of quantum coin-flipping, and bounds on cheat detection for bit-commitment
用于抛硬币的量子协议可以以这样一种方式串联组成，即作弊方不会从不同回合之间的纠缠中获得额外的优势。这个合成原理也适用于具有欺骗敏感性的硬币翻转协议，并用于导出两个结果：不存在欺骗敏感性在偏差上是线性的量子强硬币翻转协议（或具有线性欺骗检测的比特承诺协议），因为这些协议可以被合成以产生具有任意小偏差的强硬币翻转。另一方面，似乎二次作弊检测不能串联组合以获得具有任意小偏差的甚至弱的硬币翻转。
2004-10-02 quant-ph
Optimizing the spatial spread of a quantum walk
我们设计了一个协议，以建立1D时间依赖的量子行走在1D最大限度地提高整个过程中的空间分布。我们只允许掷硬币算子的一个物理参数变化，即角度$θ$，这样对于$θ=0$我们得到$\hatσ_z$，而对于$θ=π/4$我们得到Hadamard门。最佳的$θ$序列呈现出非平凡的模式，在越来越长的时间之后，大多数$θ\approx 0$与$θ\approx π/4$值交替。我们提供了一个分析的纠缠特性，准能谱和生存概率，提供了一个完整的物理图片。
2020-04-12 quant-ph
Optimal bounds for quantum bit commitment
比特承诺是一种基本的密码原语，有着广泛的应用。量子信息允许比特承诺方案在信息理论的设置，其中没有不诚实的一方可以完全欺骗。Ambainis以前最著名的量子协议达到了最多3/4的欺骗概率[Amb 01]。另一方面，Kitaev证明了没有量子协议的欺骗概率可以小于1/sqrt{2} [Kit 03]（他对抛硬币的下限可以很容易地扩展到比特承诺）。缩小这一差距一直是一个重要而开放的问题。在本文中，我们提供了量子比特承诺的最佳界。我们首先展示了一个约为0.739的下界，改进了Kitaev的下界。然后，我们提出了一个最佳的量子比特承诺协议，它具有欺骗概率任意接近0.739。更准确地说，我们展示了如何使用任何具有欺骗概率1/2 + eps的弱抛硬币协议，以实现具有欺骗概率0.739 + O（eps）的量子比特承诺协议。然后，我们使用Mochon[Moc 07]描述的最优量子弱硬币翻转协议。为了强调我们的协议使用了弱抛硬币之外的量子效应，我们证明了任何经典的位承诺协议，具有完美的弱（或强）抛硬币的欺骗概率至少为3/4。
2011-02-08 quant-ph
Creation of backdoors in quantum communications via laser damage
实际的量子通信（QC）协议被认为是安全的，只要实现的设备被正确地表征，并且所有已知的边信道都是封闭的。我们表明，这并不总是正确的。我们展示了一个激光损伤攻击能够修改设备的行为按需。我们测试了两个实际的QC系统的密钥分配和抛硬币，并表明，新创建的偏差导致侧通道。这表明，激光损伤对现有的质量控制系统是一个潜在的安全风险，需要对其进行测试以保证安全性。
2016-09-18 quant-ph
Quantum cryptography -- an information theoretic security
量子力学的方法保证了密码学中各种协议的信息理论安全性。然而，量子密码学的一些应用，如标准比特承诺、不经意传输、多方安全计算和理想抛硬币等在量子体系中的不可能性，给量子密码学的完备性带来了一个明显的问题。而不是使用广泛的规则和技术的各种加密应用，我们在这里展示了一个统一的结构，量子密码学的基础上量子非局域相关。该统一框架在信息论上实现了与经典密码学在计算难度上相同的目标。为了涵盖广泛的加密应用，我们表明，该框架（i）通过提供窃听者完全无法理解的加密来确保保密性，（ii）保证来自远方的输入被隐藏，除非他们愿意透露，（iii）保证绑定，（iv）允许安全地和更普遍地在几方之间分割信息，（v）避免来自内部和外部窃听的量子和经典攻击。
2015-07-28 quant-ph
Quantum Bit Escrow
无条件安全的比特承诺和抛硬币在经典世界中是不可能的。比特承诺在量子世界中也是不可能的。我们引入了一个相关的新原语- { \em量子比特托管}。在这个原语中，Alice向Bob提交了一个比特$b$。承诺是{ \em binding}，在这个意义上，如果Alice被要求透露比特，Alice不能在没有被检测到欺骗的良好概率的情况下偏置她的承诺。承诺是{ \em sealing}，在这个意义上，如果Bob学习了关于编码位的信息，那么如果以后他被要求证明他是诚实地玩，他以很大的概率被检测到作弊。严格证明量子密码协议的正确性已被证明是一项艰巨的任务。我们开发的技术来证明量子比特托管协议的绑定和密封性能的定量陈述。我们构建的一个相关的原始协议是量子偏置硬币翻转协议，其中没有玩家可以控制游戏，即，即使是全能的作弊者也必须以某种恒定的概率输掉，这与经典世界形成鲜明对比，在经典世界中，这种协议是不可能的。
2000-04-04 quant-ph
Quantum coin flipping with arbitrary small bias is impossible
Lo和Chau表明，理想的量子抛硬币协议是不可能的。该证明简单地从量子比特承诺的不可能性证明中推导出来。然而，证明仍然留下了具有任意小偏差的量子硬币翻转协议的可能性。本文证明了具有任意小偏差的量子抛硬币协议是不可能的，并给出了量子抛硬币协议偏差的下界。
2002-04-10 quant-ph
On bit-commitment based quantum coin flipping
在本文中，我们专注于一个特殊的框架，量子硬币翻转协议，比特承诺为基础的协议，其中几乎所有已知的协议。我们显示在任何这样的协议中的偏差的下限为1/16。我们还分析了一系列的多轮协议，试图克服以前提出的协议的缺点，以降低偏见。我们展示了这个序列的复杂作弊策略，这导致了1/4的偏差。这表明在这样的协议中1/4的偏差可能是最优的，并且还表明可能需要更聪明的证明技术来显示这种最优性。
2002-06-19 cs.CR quant-ph
Statistically-Secure Bit Commitment and Coin Flipping Protocols Based on Quantum Hardware Assumptions
School of Informatics, University of Edinburgh（爱丁堡大学信息学院）；Quantum Software Lab（量子软件实验室）
该研究基于混合锁定物理不可克隆函数（HLPUF）构建出统计安全的位承诺与首个硬件抛币协议，为量子网络安全两方密码学提供了新范式。
2026-08-12 cs.CR quant-ph
Flipping quantum coins
硬币翻转是一种加密原语，其中两个不信任的方希望生成一个随机位，以便在两个选项中进行选择。当这个任务仅仅依赖于经典比特的异步交换时，它是不可能实现的：一个不诚实的玩家完全控制了最终的结果。只有当抛硬币与量子通信相结合时，这个问题才能得到缓解，尽管部分偏见仍然存在。不幸的是，实际的系统容易丢失量子数据，这会恢复先前协议中的完全或几乎完全的偏差。我们在这里报告的第一个实现的量子硬币翻转协议是不受损失。此外，在不可避免的实验噪声的存在下，我们建议使用该协议顺序地实现许多硬币翻转，这保证了作弊者不情愿地通过增加错误率来渐进地揭示有多少结果是固定的。因此，我们第一次展示了在现实环境中抛硬币的可能性。因此，翻转量子硬币加入了量子密钥分发，成为量子通信目前为数不多的实际应用之一。我们预计我们的研究结果将有助于各种加密协议和其他应用程序，如在线赌场，其中可能有无限数量的硬币翻转必须执行，每个玩家可以随时自由决定是否继续玩。
2009-05-01 quant-ph
Effect of source tampering in the security of quantum cryptography
信源的安全性已成为量子密码学中一个日益重要的问题。基于与测量设备无关的量子密钥分发（MDI-QKD）框架，源成为潜在窃听者（Eve）唯一可利用的区域。相位随机化是大多数离散变量（DV）量子通信协议（例如，量子密钥分发、量子掷硬币、弱相干态盲量子计算等），违反这样的假设因此对这些协议的安全性是致命的。在本文中，我们展示了一个简单的量子黑客策略，使用商业和自制的脉冲激光器，Eve允许她主动篡改源并违反这样的假设，而不会留下痕迹。此外，我们的攻击也可以对连续变量（CV-）QKD有效，这是QKD协议的另一个主要类别，因为除了相位随机假设之外，其他参数（例如，强度）也可以改变，这直接决定了CV-QKD的安全性。
2015-08-21 quant-ph
Decoherent quantum walks driven by a generic coin operation
我们考虑了不同的么正噪声机制对具有一般硬币操作的线性链上的量子行走（QW）演化的影响：（i）比特翻转信道噪声，仅限于QW的硬币子空间，以及（ii）线性链中随机断开的链接引起的拓扑噪声。讨论了步行者各自的脱散动力学随每单位时间发生脱散事件的概率变化的相似性和差异。
2007-08-09 quant-ph
Quantum weak coin flipping with arbitrarily small bias
“上帝不玩骰子。他就扔硬币。“虽然出于某种原因，他拒绝了我们的量子比特承诺。尽管出于某种原因，他甚至拒绝了我们强大的抛硬币。他以他无限的仁慈，授予我们量子弱抛硬币，这样我们也可以抛硬币。这里有掷硬币的说明。但要小心！只有那些掌握了Kitaev关于抛硬币和算子单调函数的形式主义的人才可能成功。对于那些有勇无谋，甚至尝试，一个完整的教程包括在内。
2007-11-26 quant-ph
Dilemma that cannot be resolved by biased quantum coin flipping
我们发现，有偏量子抛硬币（QCF）不能提供一个黑盒有偏抛硬币的性能，如果它满足一些保真度条件。虽然这样的QCF满足有偏抛硬币的安全条件，但它没有实现理想的功能，因此，不满足普遍可组合安全的需求。此外，通过在一个小的限制偏差范围内的比较，我们表明，一个任意的QCF是从一个黑盒抛硬币，除非它是公正的双方对不敏感的作弊区分。我们还指出了在开发欺骗敏感的量子比特承诺的困难，在一个QCF的不可组合性。
2008-01-11 quant-ph
The information cost of quantum memoryless protocols
我们考虑无记忆量子通信协议，其中双方除了经典输入之外不拥有任何记忆，并且他们轮流对他们之间交换的纯量子态执行幺正操作。大多数已知的量子协议都是这种类型的，最近Buhrman等人探索了无记忆协议和贝尔不等式违反之间的深层联系。我们研究了无记忆量子协议的信息成本，通过研究一个典型的问题：一位AND函数的有界轮量子通信协议。我们直接证明了$Θ(\log(k) / k)$的一个紧下界的信息成本与$k$轮无记忆量子协议和所需的不相交函数的输入分布。目前尚不清楚无记忆协议是否允许在AND和Disjointness之间进行缩减，因为没有私有的索引。我们通过允许玩家在他们的私人古典工作空间中除了他们的输入之外还保留一些古典私人硬币来增强模型。令人惊讶的是，我们证明了每个量子协议都可以转换为具有完全私有的私有硬币的等效量子协议，即玩家只知道函数的值，仅此而已。最后，我们考虑允许玩家使用一次性硬币的模型，即在协议期间只能使用一次的私人硬币。虽然在经典情况下，私人硬币和一次性硬币是等价的，但在量子情况下，我们证明了它们不是。更准确地说，我们证明了每个使用一次性硬币的1位输入的量子无记忆协议都可以转换为没有私人硬币的无记忆量子协议，并且不会增加太多的信息成本。因此，虽然私人硬币总是允许私人量子协议，但一次性硬币不允许。
2017-03-09 quant-ph
Randomness-free Test of Non-classicality: a Proof of Concept
本文提出并实验验证了一种无需种子随机性的半设备无关认证技术，通过纠缠光子对产生关联硬币，证明其量子优势并认证非投影测量，为量子通信提供了经济有效的认证方案。
2023-09-06 physics.optics quant-ph
Quantum and Classical Noise in Practical Quantum Cryptography Systems based on polarization-entangled photons
量子密码密钥分发（QCKD）实验最近已经报道使用偏振纠缠光子。然而，在任何实际实现中，量子系统都会遭受与环境和量子测量系统的不必要或诱导的相互作用，表现为量子噪声，最终表现为统计噪声。在本文中，我们研究如何理想的偏振纠缠在自发参量下转换（SPDC）遭受量子噪声在其实际实现作为一个安全的量子系统，产生错误的传输比特序列。由于所有基于SPDC的QCKD方案都依赖于对重合的测量来断言双方之间的比特传输，因此我们将整体量子和统计噪声捆绑在一个穷举模型中来计算偶然重合。该模型预测的量子比特错误率和筛选的关键，并允许不同的安全标准之间的比较迄今提出的QCKD协议，从而在不同的系统的性能和优势的客观评估。
2003-01-08 quant-ph
Implementing a Quantum Coin Scheme
量子计算有能力打破当前的密码系统，扰乱网上银行、购物、数据存储和通信。量子计算也有能力支持更强大、更有抵抗力的技术。在本文中，我们描述了Dmitry Gavinsky创建的数字现金方案，该方案利用了量子计算的能力。我们通过制定实施这一计划的方法作出贡献。对于量子币的创建和验证，我们将代数步骤转换为计算步骤。作为其中的一部分，我们描述了用于将存储在经典比特上的信息转换为存储在量子比特上的信息的方法。
2020-06-03 cs.ET quant-ph
Quantum and classical coin-flipping protocols based on bit-commitment and their point games
我们专注于一个家庭的量子硬币翻转协议的基础上比特承诺。我们讨论了如何半定规划配方的作弊策略可以减少到优化的线性组合的保真度函数在一个多面体。这些原来是更简单的半定程序，可以使用二阶锥规划问题建模。然后，我们使用这些简化来构建他们的点游戏，由Kitaev开发。我们还研究了这些协议的经典版本，并使用线性优化来制定最佳的作弊策略。然后，我们构建了经典协议的点博弈，以及使用量子情况下的分析。我们从最优化理论的角度讨论了经典和量子协议及其点博弈之间的哲学联系。特别是，我们观察到的物理理论（从经典到量子）的频谱和凸优化问题（从线性规划到半定规划，通过二阶锥规划）的频谱之间的类比。在这个类比中，经典系统对应于线性规划问题，系统中量子特征的水平与优化方面半定规划模型的复杂程度相关。关于安全性分析，我们使用经典的点博弈来证明，这种类型的每一个经典的协议允许完全确定硬币翻转的一方。使用量子和经典协议之间的关系，我们表明，只有“经典”的协议可以饱和Kitaev的下界强硬币翻转。此外，如果Alice和Bob的最佳作弊概率的乘积是1/2，则一方可以以概率1作弊。这就排除了这种类型的量子协议达到最佳安全级别的可能性。
2015-04-16 cs.CR math.OC quant-ph
Quantum Weak Coin Flipping
我们调查弱抛硬币，一个基本的密码原始两个不信任的各方需要远程建立一个共享的随机位。作弊玩家可以尝试将输出位偏向首选值。对于弱抛硬币，玩家知道相反的偏好值。弱抛硬币协议具有偏置$ε$，如果没有参与者能够以大于$\frac{1}{2}+ε$的概率迫使结果朝向他们的偏好值。虽然已知所有经典协议都具有$ε=\frac{1}{2}$，但Mochon在2007年[arXiv：0711.4114]表明，量子弱硬币翻转可以以任意小的偏差（接近完美）实现，但最知名的显式协议具有偏差$1/6$（也是由于Mochon，2005 [Phys. Rev. A 72，022341]）。我们提出了一个框架，以构建新的显式协议实现低于$1/6$的偏见。特别是，我们构建显式酉协议的偏见接近$1/10$。下面，我们将介绍我们所谓的椭圆单调对齐（EMA）算法，该算法与框架一起，允许我们以任意小的偏差来数字构建协议。
2019-11-26 cs.CR quant-ph
Composable security in relativistic quantum cryptography
相对论协议被提出来克服经典和量子密码中的一些不可能结果。在这种情况下，我们会考虑到诚实玩家的位置，并利用信息传播速度不能超过光速的事实来限制不诚实代理人的能力。例如，已经提出了各种相对性比特承诺协议。虽然它已被证明，位承诺是足够的构造不经意的传输，从而多方计算，组成特定的相对论协议，以这种方式是已知的是不安全的。一个可组合的框架需要执行这样的模块化安全分析的建设计划，但没有已知的框架可以处理模型的计算在闵可夫斯基空间。通过实例化的系统模型，从抽象密码学框架与因果盒，我们得到这样一个可组合的框架，其中消息被分配在闵可夫斯基空间（或其叠加）的位置。这使我们能够分析相对论协议，并得出新的可能性和不可能性的结果。我们证明了：（1）抛硬币可以从原始的延迟信道中构造出来;（2）有偏抛硬币、比特承诺和延迟信道在没有进一步假设的情况下都是不可能的;（3）改进延迟信道是不可能的。注意，不可能性结果也适用于计算和有界存储设置。这意味着在特别是非组合性的所有建议的相对论位承诺协议，位承诺在有界存储模型，并有偏见的抛硬币。
2018-06-05 cs.CR quant-ph
Complete Insecurity of Quantum Protocols for Classical Two-Party Computation
现代密码学中的一个基本任务是联合计算一个有两个输入的函数，一个来自Alice，一个来自Bob，这样两个人都不能了解更多关于另一个输入的信息，而不是函数值所暗示的信息。在这封信中，我们证明了任何用于计算经典确定性函数的量子协议，该协议将结果输出给双方（双边计算），并且对欺骗的Bob是安全的，可以被欺骗的Alice完全打破。虽然已知用于此任务的量子协议不可能是完全安全的，但我们的结果意味着一方的安全意味着另一方的完全不安全。我们的发现与最近的弱抛硬币协议形成鲜明对比，并突出了量子力学中密码学的局限性。我们注意到，我们的结论仍然有效，即使安全性只需要近似，如果计算的功能，鲍勃是从爱丽丝不同。
2012-10-10 cs.CR quant-ph
On the composable security of weak coin flipping
本研究探讨弱硬币翻转协议的可组合安全性，证明其无法作为简单黑盒资源实现可组合安全，但确立了在顺序组合下的独立安全性。
2025-06-19 cs.CR quant-ph
qBitcoin: A Peer-to-Peer Quantum Cash System
给出了一个去中心化的在线量子现金系统qBitcoin。我们设计的系统具有以下意义上的量化的好处。首先，量子隐形传态技术被用于硬币交易，这防止了硬币的所有者即使在将硬币发送给另一个人之后也保留原始硬币数据。这是经典电路中的一个主要问题，区块链被引入来解决这个问题。在qBitcoin中，双重支出问题永远不会发生，其安全性在理论上是由量子信息理论保证的。制作一个区块是耗时的，qBitcoin的系统是基于量子链，而不是区块。因此，支付可以比比特币更快地完成。此外，我们采用量子数字签名，使它自然地继承了最初在比特币中提出的对等（P2P）现金系统的属性。
2017-11-19 cs.CR q-fin.GN quant-ph
Magic coins are useful for small-space quantum machines
虽然多项式时间概率图灵机可以利用不可计算的转移概率来识别无数种语言，但当允许使用对数空间时，这些语言具有有限的错误，众所周知，这种“魔法硬币”不会为这些机器的恒定空间版本提供额外的计算能力。我们表明，在模型中添加几个量子比特会显着改变图像。对于每一种语言$L$，都存在这样一种双向量子有限自动机，它能在多项式时间内识别与$L$图灵度相同的语言，且误差有界。当用作公共硬币交互式证明系统中的验证器时，这种自动机可以验证所有语言的成员资格，并具有有界误差，优于经典的对应物，后者已知对palinarian语言失败。
2014-11-27 cs.CC cs.FL quant-ph
