How (not) to Build Quantum PKE in Minicrypt

2024年05月30日
  • 简介
    这篇文章摘要介绍了一项新的研究,探讨了从量子安全的单向函数(OWF)构建量子公钥加密(QPKE)的可能性。之前的研究表明,可以使用量子安全的OWF构建QPKE,但是需要依赖于无法认证和重复使用的量子公钥。本文重新审视了在量子随机预言机模型(QROM)中构建完美完备的QPKE的可能性。研究发现,如果密钥生成仅进行经典查询,则不存在具有经典公钥、密钥和密文的QPKE。因此,构建这种QPKE所需的必要条件是使密钥生成具有经典“不可模拟性”。之前的研究依赖于一个看似强大的猜想,而本文的工作则朝着完全无条件量子化Impagliazzo和Rudich的结果迈出了重要一步。本文的第二个主要结果是,如果密钥生成仅进行经典查询,并且量子公钥是纯的或“高效可克隆”的,那么不存在具有量子公钥、经典密钥和密文的QPKE。该结果由于所有现有的QPKE构造而是紧密的。本文的结果进一步证明了现有的QPKE为何失去了可重用性。为了实现这些结果,本文使用了一种基于条件互信息和Fawzi和Renner(Communications in Mathematical Physics)的量子马尔可夫链的新颖论证方法。作者认为,本文中使用的技术将在量子密码学/复杂性中发现其他有用性。
  • 图表
  • 解决问题
    论文研究在量子随机预言机模型下,是否可以从量子安全的单向函数构建完美完备的量子公钥加密系统,且公钥可以被认证和重用?
  • 关键思路
    论文使用基于条件互信息和量子马尔可夫链的新颖论证方法,证明了在量子随机预言机模型下,如果密钥生成仅进行经典查询,则不存在具有经典公钥、密钥和密文的量子公钥加密系统。此外,如果量子公钥是纯态或可高效克隆的,则不存在具有量子公钥、经典密钥和密文的量子公钥加密系统。
  • 其它亮点
    论文的主要亮点在于使用了新颖的论证方法,并且给出了完整和无条件的结果,进一步证明了从单向函数构建量子公钥加密系统的困难性。此外,论文还指出了现有量子公钥加密系统失去可重用性的原因。
  • 相关研究
    与本文相关的研究包括Impagliazzo和Rudich的经典公钥加密系统不可能从单向函数构建,以及Austrin等人关于从单向函数构建量子公钥加密系统的不可能性猜想。
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