On the Optimality of Quantum Encryption Schemes
众所周知，n比特的熵是必要的，并且足以完美地加密n比特（一次一密）。即使我们允许加密是近似的，所需的熵的量也不会渐进地改变。然而，当我们加密量子比特时，情况并非如此。对于n个量子比特的完美加密，2n个比特的熵是必要的和足够的（量子一次一密），但对于近似加密，渐进地只需要n个比特的熵。在本文中，我们提供了最佳的折衷之间的近似测度和经典熵的数量用于加密的单量子比特。然后，我们考虑了n量子比特加密方案，这是一个独立的单量子比特的组合，并提供了在2-和运营商范数的最佳方案。此外，我们还给出了一个反例，证明了基于小偏置集的Ambainis-Smith加密方案在算子范数下不起作用。
2006-09-26 quant-ph
Teleportation-based quantum homomorphic encryption scheme with quasi-compactness and perfect security
本文定义了加密门，用$EG[U]:|α\rangle\rightarrow\left((a,b),Enc_{a,b}(U|α\rangle)\right)$表示。提出了一种基于门隐形传态的$EG[U]$的两方计算方案，其中一方给出任意量子态$|α\rangle$作为输入，得到加密的$U$计算结果$Enc_{a,b}(U|α\rangle)$，另一方得到随机比特$a,b$.基于$EG[P^x](x\in\{0,1\})$，提出了一种消除$T/T^\dagger$-门同态计算中产生的$P$-错误的方法.利用这种方法，我们设计了两个非交互的完全安全的QHE方案\texttt{GT}和\texttt{VGT}。它们都是$\mathcal{F}$-同态和准紧的（解密复杂度取决于$T/T^\dagger$-门复杂度）。假设$\mathcal{F}$-同态、无相互作用和完全安全是必要性质，证明了拟紧性是由$O(M)$有界的，其中$M$是被评估电路中$T/T^\dagger$-门的总数.证明了\texttt{VGT}是最优的，并具有$M$-拟紧性.根据我们的QHE方案，如果被评估的电路包含指数数量的$T/T^\dagger$-门，则解密将是低效的。因此，我们的计划是适合于同态评估的任何量子电路与低$T/T^\dagger$-门的复杂性，如任何多项式大小的量子电路或任何量子电路与多项式数量的$T/T…
2018-12-14 cs.CR quant-ph
Quantum fully homomorphic encryption scheme based on universal quantum circuit
全同态加密允许在不解密数据的情况下对加密数据进行任意计算。在这里，它是在量子信息处理的背景下进行研究。基于通用量子线路，提出了一种量子全同态加密方案，该方案允许对加密数据进行任意量子变换。QFHE方案被证明是完全安全的。在该方案中，解密密钥与加密密钥不同，但加密密钥不能是公开的。此外，该方案的计算算法与密钥无关，因此非常适用于双方之间的委托量子计算。
2014-10-09 cs.CR quant-ph
Random subspaces for encryption based on a private shared Cartesian frame
私有共享笛卡尔框架是一种新的私有共享相关形式，允许私有经典和量子通信。使用私有共享笛卡尔框架的密码学具有显著的性质，即如果要求完全隐私，则私有经典容量是私有量子容量的三倍。我们证明了，如果放松对完美隐私的要求，那么就有可能使用随机子空间的属性来使私人量子容量增加近三倍，几乎缩小了私人经典容量和量子容量之间的差距。
2005-11-24 quant-ph
Entropically secure encryption with faster key expansion
本文提出一种用于熵安全加密的更快密钥扩展新方法，在经典和量子设定下均实现与现有方法相同的安全性，并在密钥长度占消息长度较大比例时显著提升速度，于量子态近似随机化时获得2倍因子提升。
2022-10-23 quant-ph
Exact Homomorphic Encryption
本文提出精确同态加密框架EHE，利用量子门的可逆性实现密文上的精确计算与解密，并利用非交换性保障超过2^1024的超量子抗性安全。
2024-05-09 cs.CR quant-ph
Quantum Search on Encrypted Data Based on Quantum Homomorphic Encryption
我们提出了一个基于量子同态加密的同态搜索协议，在该协议中，一个量子能力有限的客户端Alice可以将她加密的数据交给一个功能强大但不可信的量子服务器，让服务器在不解密的情况下搜索她。通过将交互式密钥更新过程外包给可信密钥中心，Alice只需要在线性时间内准备和加密她的原始数据并解密密码搜索结果。此外，我们还提出了一个紧凑且完全安全的Cliford电路的量子同态求值协议，其中解密密钥可以由Alice计算，且开销为密钥长度的多项式.
2020-03-22 cs.CR quant-ph
Small Pseudo-Random Families of Matrices: Derandomizing Approximate Quantum Encryption
量子加密方案（也称为私有量子信道或状态随机化协议）是用于量子消息的一次性密码本。如果两方共享一个经典随机串，其中一方可以向另一方传输一个量子态，这样窃听者就只能得到很少或根本得不到关于传输的量子态的信息。完美的加密方案不会泄露任何关于消息的信息。近似加密方案泄漏非零（尽管很小）的信息量，但需要更短的共享随机密钥。具有短密钥的近似方案已被证明在量子密码学和信息论中有许多应用。本文首次给出了短密钥量子近似加密方案的确定性多项式时间构造。以前的构造（quant-ph/0307104）是概率性的，也就是说，它们表明，如果随机选择用于加密的运算符，那么所产生的协议很有可能是一个安全的加密方案。此外，由此产生的协议描述是指数长。我们的协议使用与概率构造相同长度（或更好长度）的密钥;为了近似加密$n$量子位，需要共享密钥的$n+o(n)$位。本文的另一个贡献是经典组合去随机化与连续空间中伪随机矩阵族的构造之间的联系。
2004-04-13 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
Deniable Encryption in a Quantum World
本文研究量子可否认加密，提出完美不可解释性概念，并基于LWE困难性在随机预言机模型下给出构造，实现经典不可能的事前胁迫防护。
2025-04-25 cs.CR quant-ph
Device-independent uncloneable encryption
本研究提出一种多密钥可解密的不可克隆加密变体，实现了设备无关安全，可用于构造量子货币，经修改还能得到无需量子随机谕言机、具备完美反盗版安全的单比特单解密者加密方案。
2024-12-30 quant-ph
On Quantum Obfuscation
数据加密是现代世界中安全通信的基础。除了数据加密之外，还有混淆，即，加密功能。众所周知，混淆经典程序的最强大的手段，所谓的“黑盒混淆”，是可以证明是不可能的[Barak et al '12]。然而，最近的几个结果已经产生了满足比黑盒弱的定义的候选方案，但仍然有许多应用。在这项工作中，我们通过量子力学手段开始了对混淆程序的严格研究。我们定义的概念，量子混淆，其中包括几个自然的变种。混淆器的输入可以描述经典或量子功能，输出可以是电路描述或量子态。混淆器还可以满足以下混淆条件之一：黑箱、信息论黑箱、不可否认性和最佳可能性;后两个条件有三种变体：完美、统计和计算。我们讨论了许多应用，包括CPA安全的量子加密，量子全同态加密和公钥量子货币。然后，我们证明了几个不可能的结果，扩展了一些经典混淆的量子设置的基础论文。我们证明，在对手可以拥有混淆器的多个输出的情况下，量子黑箱混淆是不可能的。特别地，将量子线路一般地变换成黑箱混淆的量子线路是不可能的。我们还表明，统计不确定性混淆是不可能的，一个不太可能的复杂性理论崩溃。我们的证明涉及到一个新的工具：量子数据的选择密文安全加密，这是最近被证明是可能的，假设量子安全的单向函数存在[Alagic等'16]。
2016-02-04 cs.CR quant-ph
Encryption with Weakly Random Keys Using Quantum Ciphertext
缺乏完美的随机性可能会在保护双方之间的通信方面造成重大问题。McInnes和Pinkas证明了当密钥从弱随机源采样时，无条件安全加密是不可能的。无论密码系统的设计如何，攻击者总是可以获得一些关于明文的信息。最值得注意的是，攻击者可以获得关于明文的全部信息，如果他可以访问关于源的两个比特的信息（无论密钥的长度如何）。在本文中，我们表明，对于每一个弱随机源有一个密码系统的经典明文，经典的密钥，和量子密文的范围内的对手的概率p猜测正确的明文严格下的麦金尼斯-平卡斯界，除了一个单一的情况下，它符合的范围。此外，无论随机性的来源如何，只要密钥中存在一些不确定性（香农/最小熵不为零），对手的概率p就严格小于1。这些结果是另一个证明，量子信息处理可以解决密码任务的安全性严格高于经典的信息处理。
2012-02-17 quant-ph
From the Hardness of Detecting Superpositions to Cryptography: Quantum Public Key Encryption and Commitments
本文利用检测正交态干涉与交换态等难的结果，构造首个基于非阿贝尔群作用的量子密文公钥加密方案，并提出仅调用一次基础方案即可翻转量子比特承诺隐藏与绑定性质的编译器。
2023-04-23 cs.CR quant-ph
Quantum resonance based encryption protocol with quantum kicked top
School of Computing, MIT Art, Design and Technology University（MIT艺术、设计与技术大学计算学院）；Department of Physics, Indian Institute of Science Education and Research（印度科学与教育研究所物理系）
提出一种基于量子踢陀螺在量子共振条件下的量子协议，通过使窃听者获得混合态并内置篡改检测，实现数据隐私保护、安全通信和量子密钥分发。
2026-08-11 quant-ph
A quantum homomorphic encryption scheme for polynomial-sized circuits
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，而不会向另一方透露有关数据或程序的大量信息。众所周知，用于不受限制大小的电路的信息理论上安全的QHE将需要指数资源，并且已经构造了用于多项式大小的量子线路的高效计算安全的QHE方案。在本文中，我们首先提出了一个QHE方案的多项式深度的电路类型的基础上，rebit量子计算形式主义。该方案保证了受限类型数据的完全安全。然后，我们提出了一个更大的类的多项式深度的量子线路，其中有部分数据隐私的QHE计划。两种方案都具有良好的电路保密性。我们还提出了一个交互式QHE方案与渐近数据隐私，然而，电路的隐私是不好的，在这个意义上说，谁提供的数据的一方可以欺骗和了解电路。我们表明，这种作弊通常会影响评估的正确性或导致偏离协议。因此，在具有嵌入式验证的交互式方案中，欺骗可以被对方捕获。这种带有验证的方案在数据隐私方面有一个小缺点。最后，我们展示了一些方法，实现一些不平凡的数据隐私和电路隐私的水平，而不诉诸允许提前终止，在QHE问题和经典功能的安全评估。在这些方案中，纠缠和经典通信成本是多项式的电路大小和安全参数（如果有的话）。
2019-08-01 cs.CC cs.CR quant-ph
Homomorphic Encryption of the k=2 Bernstein-Vazirani Algorithm
本文定义了一类解决第二级递归 Bernstein-Vazirani 算法的简化电路，使 T 门数量随量子比特数线性增长，并证明其可高效应用于量子同态加密方案。
2023-03-31 quant-ph
Perfect Particle Transmission through Duality Defects
Ghent University（根特大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics（鲁道夫·皮尔斯理论物理中心）；All Souls College, Oxford（牛津大学万灵学院）
研究量子自旋系统中非可逆对称性的拓扑界面和对偶缺陷，证明粒子传输总是完美的，且粒子转化为非局域弦激发，为拓扑界面提供操作意义并给出晶格类比。
2026-06-09 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
Quantum Key-length Extension
如果量子计算机可以使用，它们将减少基本密钥原语（如块密码）的有效密钥长度。为了解决这个问题，我们要么需要使用固有地具有较长密钥的分组密码，要么使用密钥长度扩展技术，该技术采用分组密码来构造使用较长密钥的更安全的分组密码。我们考虑后一种方法，并重新访问FX和双重加密结构。传统上，FX被认为是安全的，而双重加密由于中间相遇攻击而不比单一加密更安全。我们提供了积极的结果，具体和严格的界限，这两个结构对量子攻击者在理想模型。对于FX，我们考虑一个部分量子模型，其中攻击者可以量子访问理想原语，但只能经典访问FX。我们在这个模型中提供了两个结果。第一个建立了FX对非适应性攻击者的安全性。第二个建立安全性对一般自适应攻击的FX的变体使用随机预言机代替一个理想的密码。这个结果依赖于Zhandry（1999年）的技术，用于对量子随机预言机进行延迟采样。对量子随机置换进行完全惰性采样的扩展，这将有助于解决标准FX的自适应安全性，这是一个重要但具有挑战性的开放问题。我们引入了部分量子证明的技术，而不依赖于分别分析经典和量子预言，这在现有的工作中是常见的。这可能会引起更广泛的兴趣。对于双重加密，我们应用Tessaro和Thiruvengadam（TCC '18）的技术来建立安全性降低到解决列表不相交问题的难度，我们能够通过一系列结果将其降低到元素独特性问题的已知量子难度。
2021-10-22 cs.CR quant-ph
Optical Memory for Arbitrary Perfect Poincaré States in an Atomic Ensemble
针对非对称庞加莱态因空间模式差异难以存储的问题，该研究利用完美光学涡旋在原子系综中实验实现任意 OAM 量子数的完美庞加莱态高保真光学存储。
2023-07-11 physics.optics quant-ph
Cryptomania v.s. Minicrypt in a Quantum World
University of Cambridge（剑桥大学）；Shenzhen International Center For Industrial And Applied Mathematics, Shenzhen Research Institute of Big Data（深圳国际应用数学中心，深圳大数据研究院）；Tsinghua University（清华大学）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文证明在量子随机预言机模型中，无法基于量子安全单向函数黑盒构造具有经典密钥的完美完全量子公钥加密方案，解决了量子密码学中的一个长期开放问题。
2026-06-01 cs.CR quant-ph
QPP and HPPK: Unifying Non-Commutativity for Quantum-Secure Cryptography with Galois Permutation Group
本文提出统一框架，结合QPP与HPPK，利用伽罗瓦置换群的非交换性，实现量子安全的对称加密、密钥封装与数字签名，具有紧凑尺寸和高效性能。
2024-02-07 cs.CR quant-ph
Eavesdropping of quantum communication from a non-inertial frame
我们引入了一个相对论版本的量子加密协议，考虑到两个惯性观察者希望安全地传输编码在自由标量量子场态形成闵可夫斯基粒子的量子信息。在非相对论的设置中，一定数量的共享经典资源是完美加密状态所必需的。我们表明，在一个均匀加速的窃听者的情况下，通信双方需要共享（渐近无限加速的限制）只有一半的经典资源。
2007-01-24 gr-qc quant-ph
Reducing the quantum communication cost of quantum secret sharing
我们证明了一个新的构造完美的量子秘密共享（QSS）计划的基础上不完美的“斜坡”秘密共享与经典加密相结合，在其中的个人当事人的份额被分成量子和经典的组件，允许前者是较低的维度比秘密本身。我们表明，这样的计划可以用更小的量子组件和更低的整体量子通信比现有的方法所需的。我们进一步证明，一个可以结合不完美的量子和不完美的经典秘密共享，以产生一个整体完美的QSS计划，这样的计划（我们构造）的例子可以有最小的量子和经典的份额组件可能为他们的访问结构，可证明是无法实现的完美的底层计划。我们的建设有显着的潜力，被适应其他QSS计划的基础上稳定码。
2012-06-07 quant-ph
One-Time Universal Hashing Quantum Digital Signatures without Perfect Keys
该研究提出无需完美密钥的一次性通用哈希量子数字签名方案，用存在有限泄露的不完美量子密钥实现安全签名，大幅提升签名速率、降低后处理延迟，兼容各类量子密钥生成协议，为量子网络中数字签名的实用化铺路。
2023-10-05 cs.CR quant-ph
Phase-space representation of completely positive quantum operation: Two-mode squeezed vacuum and thermal states
在统计力学和量子信息中经常讨论完全正量子运算。它们通常由形成正算子值测度的映射给出。为了直观地理解这些抽象操作的物理意义，相空间表示的方法进行了检查。这种方法使人们能够根据经典的统计概念来掌握运算。作为一个具有重要物理意义的例子，本文研究了双模压缩真空态的单模子动力学所产生的完全正量子操作的相空间表示，该量子操作从温度为零的真空态映射到包括热态在内的具有完全退相干的混合态。在$P$表示中发现，这种操作是可逆的，这意味着量子操作所丢失的相干性可以恢复。
2015-01-22 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
