Security Issues Associated With Error Correction And Privacy Amplification In Quantum Key Distribution
保密放大是所有量子密钥分发协议中必不可少的一个步骤，并且除了量子噪声方法中密钥通信中使用多光子信号时，每个协议都需要纠错。没有安全性分析的纠错码信息泄漏给攻击者已经提供，而一个特设的公式，目前采用占这种泄漏的密钥生成率。人们还普遍认为，隐私放大允许用户至少建立一个任意接近完美安全的短密钥。在本文中，我们将展示如何缺乏严格的纠错分析，否则有效的隐私放大结果无效，并存在一个限制如何接近完美的生成的密钥可以从隐私放大。此外，在密钥速率和安全性之间存在必要的折衷，并且来自当前理论的最佳理论值将不会产生足够的近似均匀的密钥比特来覆盖BB84品种的干扰信息折衷协议中的消息认证密钥成本。
2014-11-10 quant-ph
Privacy Amplification in the Isolated Qubits Model
隔离量子位是一类特殊的量子设备，可用于实现防篡改加密硬件，如一次性存储器（OTM）。不幸的是，这些OTM结构泄漏了一些信息，并且用于隐私放大的标准方法不能在这里应用，因为对手预先知道诚实方将使用的散列函数。在本文中，我们展示了一种更强大的隐私放大形式来解决这个问题，它使用一个固定的哈希函数，可以在隔离量子位模型中抵御所有可能的对手。这使我们能够构造单比特OTM，其仅泄漏呈指数级的少量信息。然后，我们研究了孤立量子比特模型的自然推广，其中对手被允许执行多项式有界数量的纠缠门，除了无界的本地操作和经典通信（LOCC）。我们表明，我们的隐私放大技术在这种情况下也是安全的。
2015-02-11 quant-ph
Privacy amplification and decoupling without smoothing
我们证明了隐私放大和解耦的夹心雷尼熵的顺序$α\in (1,2]$的可扩展性结果，这扩展了以前的结果，工作$α=2$。这个证明对接近1的$α$有效的事实意味着我们可以在许多应用中绕过光滑最小熵，其中界来自全量子AEP或熵累积，并使用雷尼熵进行整个证明，从而容易地获得最终任务的误差指数。这有效地取代了平滑，这是一个困难的高维优化问题，通过一个单一的实参数$α$的优化问题。
2022-01-09 quant-ph
Method for decoupling error correction from privacy amplification
纠缠纯化为证明量子密钥分发方案的安全性提供了一个统一的框架。然而，到目前为止，CSS代码构造中的局部可扩展性约束意味着BB84的纠错和隐私放大过程没有完全解耦。在这里，我提供了一种方法来完全解耦这两个过程。该方法要求Alice和Bob共享一些初始秘密字符串，并使用它来使用一次性密码本加密来加密位翻转错误综合征。作为一个应用程序，我证明了无条件的安全性的交互式级联协议，提出了由Bullard和Salvail的纠错，修改的一次性密码本加密的错误综合征，然后由随机矩阵协议的隐私放大。这在计算能力和密钥生成速率方面都是有效的协议。
2002-01-08 quant-ph
Universally composable privacy amplification against quantum adversaries
隐私放大是将部分秘密的字符串Z缩小为高度秘密的密钥S的技术。我们表明，即使对手持有关于初始字符串Z的量子信息，通过两个通用散列得到的密钥S是安全的，根据一个普遍可组合的安全定义。此外，我们给出了一个渐近最优的下界的长度可提取的密钥S的对手的（量子）知识Z。我们的结果在量子密码学中有应用。特别地，这意味着许多已知的量子密钥分发协议是普遍可组合的。
2004-04-15 quant-ph
Quantum privacy amplification and the security of quantum cryptography over noisy channels
现有的量子密码方案在量子通信信道上存在噪声的情况下是不可操作的。虽然他们成为可操作的，如果他们补充经典的隐私放大技术，由此产生的计划是难以分析，并没有被证明是安全的。我们介绍了量子隐私放大的概念和一个加密方案，将它结合起来，这是可证明安全的噪声信道。该方案使用“纠缠纯化”程序，因为它只需要几个量子受控非操作和单量子比特操作，可以使用目前正在开发的技术来实现。该方案允许一个任意小的范围内放置的信息，任何窃听者可以从加密的消息中提取。
1996-04-30 quant-ph
A global estimation of the lower bound of the privacy amplification term for decoy-state quantum key distribution
在诱骗态量子密钥分发的安全密钥速率公式中，隐私放大项起着积极的作用，其下界需要用诱骗态方法来估计。在以前的工作中，我们分别对单光子态的产额和误码率进行了估计，得到了这个下界。在这项工作中，我们第一次把隐私放大项作为一个整体来考虑这个下限。在两个未知量下，给出了单光子态产额与误码率之间关系的数学描述。在此基础上，我们得到了BB84协议和测量设备无关协议的这个下界的全局估计。数值模拟结果表明，全局估计能显著提高量子密钥分发的性能。
2015-02-16 quant-ph
Privacy Amplification Against Quantum Side Information Via Regular Random Binning
本文利用正则随机分箱研究抗量子边信息的隐私放大，得到基于量子Augustin信息的误差指数与强逆界，并恢复独立同分布信源误差指数，同时给出经典-量子窃听信道编码的可达保密指数，解决了相关开放问题。
2023-09-20 quant-ph
Duality of privacy amplification against quantum adversaries and data compression with quantum side information
我们表明，针对量子对手的隐私放大和具有量子侧信息的数据压缩的任务是双重的，在这个意义上，执行一个的能力意味着执行另一个的能力。这是经典信息论中最重要的两个基本概念，在量子环境中，它们被互补性和不确定原理联系起来。应用程序包括一个新的不确定原理制定的顺利最小和最大熵，以及新的条件近似量子纠错。
2010-08-15 quant-ph
A Quantum-Memory-Free Quantum Secure Direct Communication Protocol Based on Privacy Amplification of Coded Sequences
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Qualcomm Technologies Inc.（高通技术有限公司）
本文提出一种无需传统量子密钥分发协议和一次性垫的量子安全直传协议，通过编码序列的隐私放大理论提升安全性。
2026-05-01 quant-ph
Large-scale and High-speed Privacy Amplification for FPGA-based Quantum Key Distribution
基于FPGA的量子密钥分发系统是量子密钥分发系统的一个重要发展方向。它具有实时性好、功耗低、集成度高等优点。在量子密钥分发系统中，隐私放大是保证量子密钥分发安全性的重要环节。现有的基于FPGA的隐私放大方案存在一个缺点，即这些方案（最佳方案116Mbps@10^6）的吞吐量和输入大小远低于其他平台上的方案（最佳方案1Gbps@10^8）。利用多线性模哈希-模算术哈希（MMH-MH）PA和数论变换（NTT）算法设计了一种新的基于FPGA的量子密钥分发PA方案。新的功率放大器方案，命名为大规模和高速（LSHS）的功率放大器方案，设计了一个乘法可重用的结构和三个关键单元，以提高性能。该方案将PA的输入规模和吞吐量提高了一个数量级以上。该方案的吞吐量和输入大小（1Gbps@10^8）与其他平台上的吞吐量和输入大小相当。
2021-07-02 quant-ph
Noise Tolerance of the BB84 Protocol with Random Privacy Amplification
我们证明了BB84协议是安全的，在相同的错误率下，其密钥速率比Mayer估计的高。因此，该协议的可容忍错误率从7.5%增加到11%。我们还将这种方法扩展到在每个基础上分别估计错误率的情况，这使我们能够安全地共享更长的密钥。
2005-06-24 quant-ph
Secure bound analysis of quantum key distribution with non-uniform random seed of privacy amplification
精确的量子密钥分发（QKD）安全边界分析是实现QKD系统的关键。现有的安全边界分析方法没有考虑随机数种子均匀性对隐私放大的影响。基于最小熵理论，提出并证明了非均匀随机数种子的量子剩余哈希引理，并在此基础上给出了非均匀随机数种子的量子密钥分发安全界的精确分析.以双诱饵BB84协议为例，仿真了随机数种子均匀性对QKD系统安全边界的影响。实验结果表明，当随机数发生器的平均最小熵小于0.95时，QKD系统的安全边界将受到严重影响。
2022-07-18 quant-ph
Quantum key distribution with delayed privacy amplification and its application to security proof of a two-way deterministic protocol
隐私放大（PA）是量子密钥分发（QKD）中一个重要的后处理步骤，用于去除窃听者可能拥有的关于最终密钥的任何信息。在本文中，我们考虑延迟PA的最终密钥使用后，在一次一密加密，并证明其安全性。我们证明了延迟PA的安全性和密钥生成速率不受影响。延迟PA有两个应用：它作为一种工具，大大简化了安全性证明的QKD与双向量子信道，也是有用的QKD网络与可信中继。为了说明延迟PA思想的强大功能，我们使用它来证明基于量子位的双向确定性QKD协议的安全性，该协议使用四个状态和四个编码操作。
2012-03-09 quant-ph
The impossibility of non-signaling privacy amplification
本文指出Barrett等人提出的基于非信号假设的量子密钥协议存在容错和效率缺陷，并证明针对最重要的非局域行为及任意哈希函数，非信号保密性的隐私放大是不可能的。
2009-06-25 quant-ph
Quantum error correcting codes based on privacy amplification
Calderbank-Shor-Steane（CSS）量子纠错码是基于相互对偶包含的经典码对而设计的。这种代码的显式结构的大块长度和良好的纠错性能是不容易找到的。在本文中，我们提出了一个CSS码的建设，它结合了一个经典的代码与两个通用的哈希函数。我们表明，使用Renner和Koenig的结果，这样的代码的通信速率接近散列界的张量功率的泡利信道在大块长度的限制。虽然位翻转错误可以像所使用的经典码一样有效地解码，但是有效地解码相位翻转错误的问题仍然是开放的。
2008-08-10 quant-ph
Limits of privacy amplification against non-signalling memory attacks
本文证明在时间有序非信号系统假设下，任何哈希方法都无法实现超多项式隐私放大，为设备无关密钥分发协议中对抗超量子对手的安全性提供了重要限制。
2012-12-30 cs.CR quant-ph
randextract: a Reference Library to Test and Validate Privacy Amplification Implementations
针对量子密钥分发中 privacy amplification 步骤的正确性验证需求，本文提出了参考库 randextract，用于测试和验证 privacy amplification 的实现，以保障量子密码协议的最终安全性。
2025-05-30 cs.CR quant-ph
Effective Privacy Amplification for Secure Classical Communications
我们研究了经典密钥分配方案的隐私放大的实际有效性。我们发现，与量子密钥分发方案相比，在经典系统中生成的原始密钥的高保真度允许用户总是筛选一个安全的较短的密钥，如果他们有一个上界的窃听概率正确猜测交换的密钥位。在现有的经典通信器中，实现10^-8的信息泄漏所需的隐私放大迭代的数量是2或3，导致相应的减速4到8。我们分析了迭代次数和原始密钥安全性之间的内在权衡。这是唯一的经典的密钥分配系统的属性，使他们非常有用的实际，特别是噪声信道，其中足够低的量子比特误码率是难以实现的。
2011-03-25 cs.CR quant-ph
An efficient hybrid hash based privacy amplification algorithm for quantum key distribution
保密放大（PA）是量子密钥分发（QKD）系统中的重要组成部分，它通过参与者之间的公开协商，从一个部分安全的字符串中提取出一个高度安全的密钥。量子密钥分发保密放大的优化目标是大数据块、高吞吐量和低成本。为了实现这些目标的全局优化，本文结合多线性模哈希和模算术哈希，提出了一种新的隐私放大算法。本文在信息论和组合安全理论的框架下证明了这种混合散列PA算法的安全性。在CPU平台上实现了基于该算法的方案并进行了评估。在一个典型的CV-QKD系统上的实验结果表明，该方案的吞吐量（261Mbps@2.6 * 10^8输入块大小）比现有的最佳方案（140Mbps@1 * 10^8输入块大小）高出一倍.此外，该方案是在移动CPU平台上实现的，而不是桌面CPU或服务器CPU，这意味着该算法具有更好的性能和更低的成本和功耗。
2021-06-07 cs.CR quant-ph
Precise evaluation of leaked information with universal2 privacy amplification in the presence of quantum attacker
当窃听者具有相关的量子态时，我们处理密钥提取。我们提出了不同于Renner的量子隐私放大定理，它是基于1+s阶量子条件Rényi熵的。利用这些定理，我们得到了一个指数递减率的泄漏信息和渐近含糊率，这还没有得到迄今为止在量子设置。
2012-10-11 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
High-speed Privacy Amplification Scheme using GMP in Quantum Key Distribution
隐私放大（PA）是一种通过公开讨论从部分安全的字符串中提取高度机密的密钥的技术。产生理论上无条件安全的密钥是量子密钥分发（QKD）中的一个重要环节。PA的吞吐量已成为高速离散变量量子密钥分配（DV-QKD）系统的瓶颈。提出了一种基于GNU多精度（GMP）算法库的高速模算术散列PA方案。该方案在两个不同的中央处理器（CPU）平台上实现。实验结果表明，在块大小为10^6时，该方案的吞吐量达到260 Mbps，在块大小为10^8时，该方案的吞吐量达到140 Mbps。据作者所知，这是目前在CPU平台上实现的最快的录波方案。
2019-12-26 cs.CR quant-ph
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
Quantum capacity amplification via privacy
本文通过私有信道研究量子容量放大，提出基于Holevo信息的充分条件，给出具体阈值，并构造量子容量消失但私有容量无界的信道，证明容量放大与反降解信道集合的度量分离。
2025-10-28 cs.IT math-ph math.IT
Differential Privacy Amplification in Quantum and Quantum-inspired Algorithms
LIP6（LIP6实验室）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Sorbonne Université（索邦大学）；School of Informatics, University of Edinburgh（爱丁堡大学信息学院）
本研究针对量子与量子启发式算法展开，首次证明经典数据集量子编码上的算法及量子启发式经典采样结果可放大幅分隐私，同时验证了满足混合条件的量子信道组合可放大量子差分隐私，给出了对应隐私放大边界。
2023-08-21 cs.CR cs.DS cs.LG
Universally-composable privacy amplification from causality constraints
我们考虑方案的秘密密钥分配，作为一个资源的相关性，违反贝尔不等式。根据最强的安全性概念，即所谓的普遍可组合安全性，我们给出了此类方案的第一个安全性证明。我们的安全性证明并不依赖于量子力学的有效性，它仅仅依赖于在不同的物理系统之间不可能有任意快的信号。这允许在参与者不信任他们的量子设备的情况下进行秘密通信。
2009-05-19 cs.CR cs.IT math.IT
Noisy channel coding via privacy amplification and information reconciliation
我们表明，无论是经典或量子信道的公共或私人信息的噪声信道编码的最佳协议可以直接从两个更原始的信息理论工具：隐私放大和信息和解，也被称为数据压缩边信息。我们这样做的一次性方案的无结构的资源，并制定我们的结果在光滑的最小和最大熵。在经典信息论的背景下，这表明，基本上所有的双端协议可以减少到这两个原语，这反过来又分别由平滑的最小熵和最大熵。在量子信息理论的背景下，最近建立的这两个协议的对偶性意味着基本上所有的双端协议都可以只用一个原语来构建。
2012-03-24 cs.IT math.IT quant-ph
Equivalence of three classical algorithms with quantum side information: Privacy amplification, error correction, and data compression
隐私放大（PA）是经典密码和量子密码中不可或缺的组成部分。纠错和数据压缩算法在经典和量子信息理论中也是必不可少的。我们在这里研究这三种算法（PA，EC和DC）在量子边信息的存在下，并表明它们在一次性场景中都是等价的。作为这个等价性的一个应用，我们把以前已知的PA的安全界，并将它们转化为EC和DC的编码定理，这是以前没有得到的。进一步，我们应用这些结果简化和改进了我们以前的结果，即量子密钥分发（QKD）的安全性证明的两种流行的方法是等价的。我们还提出了一种新的方法来简化QKD的安全性证明。
2021-11-05 cs.IT math.IT quant-ph
On privacy amplification, lossy compression, and their duality to channel coding
我们从信息论和编码论的角度来研究隐私放大的任务。在前者中，我们给出了一个一次性的特征的最佳速率的隐私放大对经典的对手在最佳的第二类错误的非对称假设检验。这个公式可以很容易地计算，以给出有限块长度的界限，并证明等价于Renner和Wolf [Asiacrypt 2005]以及Watanabe和Hayashi [ISIT 2013]的平滑最小熵界限，以及Yang，Schaefer和Poor [arXiv：1706.03866 [cs.IT]]的$E_γ$发散方面的界限。在后者中，我们表明，基于线性码的隐私放大协议可以很容易地重新用于信道模拟。结合信道模拟和有损信源编码之间的已知关系，这意味着隐私放大可以被理解为信道模拟和有损压缩两者的基本原语。应用于对称信道或有损压缩设置，我们的建设导致proto-promise的最佳速率在渐近i.i.d.极限最后，呼吁信道对偶的概念，最近详细介绍了我们在[IEEE trans.info。理论64，577（2018）]，我们证明了具有量子输出的对称信道的线性纠错码可以转换为用于从双信道产生的经典变量的线性有损信源编码方案。这解释了Martinian和Yedidia [Allerton 2003; arXiv：cs/0408008]观察到的（自对偶）擦除信道的这些问题中的“奇怪的对偶性”，并且部分地预期了关于通过极性和低密度生成矩阵码的最佳有损压缩的最近…
2018-05-14 cs.IT math.IT quant-ph
Reliability Functions of Quantum Soft Covering and Privacy Amplification via a Mixed-Order Rényi Divergence
Institute for Advanced Study in Mathematics, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学数学学院）
本文引入新型混合阶Rényi散度，定义对应互信息与条件熵，推导得到α∈[2,∞)夹逼Rényi散度下量子软覆盖与隐私放大的精确可靠性函数，首次完成量子软覆盖可靠性函数的精确表征。
2026-08-13 cs.IT math.FA math.IT
More Efficient Privacy Amplification with Less Random Seeds via Dual Universal Hash Function
我们显式地构建随机散列函数的隐私放大（提取器），需要更小的随机种子长度比以前的文献，并仍然允许有效的实现与复杂性$O(n\log n)$的输入长度$n$。其核心思想是最近提出的双通用$_2$哈希函数的概念。我们还使用了一种新的方法来构建提取器连接$δ$ -几乎双通用$_2$散列函数与其他提取器。除了最小化种子长度，我们还介绍了方法，允许使用非均匀的随机种子提取器。这些方法可以应用于广泛的一类提取器，包括双通用$_2$散列函数，以及传统的通用$_2$散列函数。
2015-08-18 cs.CR cs.IT math.IT
