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
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
Why quantum bit commitment and ideal quantum coin tossing are impossible
对于比特承诺和抛硬币，有众所周知的“可证明不可破解”的量子协议。然而，我们和独立的Mayer证明了所有提出的量子比特承诺（因此掷硬币）方案在原则上都是不安全的，因为发送者Alice总是可以通过使用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和掷硬币协议。在这里，我们证明了爱丽丝的EPR类型的攻击将，在原则上，打破{ \em任何}现实的量子比特承诺和{ \em理想}抛硬币计划。因此，如果爱丽丝拥有量子计算机，并且能够存储量子信号任意时间长度，那么所有这些方案都是不安全的。由于比特承诺和抛硬币是建立更复杂的协议，如零知识证明有用的原语，我们的结果投下了非常严重的怀疑量子密码学的安全性在所谓的“后冷战”的应用。
1996-08-22 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
Quantum coin tossing and bit-string generation in the presence of noise
我们讨论了量子抛硬币协议的噪声的安全性影响。我们发现，如果可以使用量子纠错，使噪声水平可以任意小，然后合理的安全条件抛硬币可以框，使结果从无噪声的情况下将继续举行。然而，如果错误校正不可用（如当今技术的情况），并且存在显著的噪声，则投掷单个硬币变得有问题。在这种情况下，我们考虑在存在噪声的情况下随机生成n位字符串，而不是单次掷硬币。我们介绍了精确的安全标准的n位字符串生成，并描述了一个明确的协议，可以实现与目前的技术。一般来说，作弊者可以利用噪音来使硬币偏向他们的优势。我们推导出明确的上界的平均偏差可实现的骗子给定的噪声水平。
2004-04-02 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
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
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
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
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
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
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
Unconditionally secure quantum coin flipping
本研究打破了“偏差任意小的无条件安全强量子抛硬币无法实现”的普遍认知，基于需量子算法才能求解的问题提出对应协议，并证明其可规避现有所有QCF不可行性证明。
2023-07-22 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
Unconditionally secure relativistic multi-party biased coin flipping and die rolling
我们引入相对论性多方偏置骰子滚动协议，将抛硬币推广到$M \geq 2$方和任何选择结果偏差的$N \geq 2$结果，并证明它们是无条件安全的。我们的研究结果证明，最一般的随机安全多方计算，其中所有各方接收的输出，没有秘密输入的任何一方，可以实现无条件安全。我们的协议扩展了Kent的[A. Kent，Phys. Rev. Lett. 83，5382（1999）]双方无偏硬币翻转协议，不需要任何量子通信，用当前技术实现是实用的，并且据我们所知是第一个多方相对论密码协议。
2021-09-09 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
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
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 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
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
A quantum protocol for sampling correlated equilibria unconditionally and without a mediator
相关均衡是博弈论中的一个基本解概念，它具有许多理想的性质。然而，它需要一个可信的中介，这是在许多实际应用中的一个主要缺点。这个问题的计算解决方案是由Dodis，Halevi和Rabin提出的。他们通过添加初始通信阶段扩展了原始游戏，并表明可以实现2人游戏的任何相关策略，前提是玩家在计算上是有限的。在本文中，我们证明了如果玩家可以在游戏之前通过量子信道进行通信，则可以无条件地实现2人游戏的任何相关均衡，而无需可信中介。这提供了量子信息处理的主要优点的另一个例子。更确切地说，我们证明了，对于任何相关的均衡p的战略游戏G，存在一个扩展的游戏（与量子通信的初始阶段）Q与有效的可计算的近似纳什均衡q，这样的预期收益为双方在q至少是一样高的P。在建设中使用的主要加密工具是量子弱硬币翻转协议的Mochon。
2011-04-10 cs.CR cs.GT quant-ph
Tight bounds for classical and quantum coin flipping
抛硬币是一种加密原语，如果玩家不仅可以交换经典信息，还可以交换量子信息，那么就存在严格更好的协议。在过去的几年中，出现了几个结果，给出了一个严格的约束范围内的可实现的无条件安全的硬币翻转，无论是在经典的，以及在量子设置和弱以及强的硬币翻转。但这幅图景仍然是不完整的：在量子环境中，所有的结果都只考虑了具有完美正确性的协议，而在经典环境中，仍然缺少强抛硬币的严格界限。我们给出了抛硬币的一般定义，它统一了强抛硬币和弱抛硬币的概念（它包含它们作为特例），并允许诚实的玩家以一定的概率中止。我们给出了严格的界限上的可实现的范围内的参数在经典和量子设置。
2011-04-26 cs.CR 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 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
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
Almost Public Quantum Coins
本文提出一种将私有量子硬币方案提升为几乎公开的量子硬币方案的技术，通过对称子空间投影实现验证，并基于标准假设证明其安全性，首次构造出接近公开且可证明安全的量子货币方案。
2024-11-25 cs.CR quant-ph
A Qubit, a Coin, and an Advice String Walk Into a Relational Problem
本文研究了量子多项式时间及建议辅助下的关系问题类 FBQP/qpoly，无条件证明了 FBQP/qpoly != FBQP/poly，并揭示了 FBPP 不包含于 FP/poly 的复杂度条件。
2023-11-21 cs.CC quant-ph
Perspective -- On the thermodynamics of perfect unconditional security
一个安全的密钥分配（交换）方案是无条件安全的，如果它是不可破解的任意技术改进的计算能力和/或任何新的算法的发展。目前只有两类实验实现和测试的无条件安全密钥分发技术：量子密钥分发（QKD），量子密码学的基础，它利用量子物理光子特性;和基尔霍夫定律约翰逊噪声（KLJN）系统，它是基于经典统计物理（波动耗散定理）。本文的重点是KLJN系统的实际情况。在所有的原始作品中，所提出的KLJN方案需要通信方的设备之间的热平衡来实现完美的安全性。然而，Vadai等人在（Nature）Science Reports 5（2015）13653中示出了修改的方案，其中在各方之间存在非零热噪声能量流，然而系统似乎抵抗所有已知的攻击类型。我们针对他们的系统引入了一种新的攻击类型。新的攻击利用线电流和电压之间的重合事件。我们表明，有非零的信息泄漏对Escherichia滴管，即使在理想化的条件下。一旦热平衡恢复，系统又变得完全安全。总之，完美的无条件安全需要热平衡。
2021-05-26 cs.CR cs.SY eess.SY
