[论文解读] Temporary Assumptions for Quantum Multi Party Protocols

Joern Mueller-Quade, H. Imai|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2000

Quantum Information and Cryptography被引用 2

一句话总结

本文提出了一类依赖于临时假设的量子多方协议——这些假设仅在协议执行期间有效，从而在经典多方计算安全的前提下，实现安全计算。该文建立了协议执行后可容忍的玩家合谋的紧致边界，并提出了达到这些极限的协议，确保对结果篡改和破坏性攻击的防御能力。

ABSTRACT

This paper introduces quantum multiparty protocols which allow the use of temporary assumptions. We prove that secure quantum multiparty computations are possible if and only if classical multi party computations work. But these strict assumptions are necessary only during the execution of the protocol and can be loosened after termination of the protocol. We consider two settings: 1. A collusion of players tries to learn the secret inputs of honest players or tries to modify the result of the computation. 2. A collusion of players cheats in the above way or tries to disrupt the protocol, i.e., the collusion tries to abort the computation or leaks information to honest players. We give bounds on the collusions tolerable after a protocol has terminated and we state protocols reaching these bounds.

研究动机与目标

• 研究在协议终止后假设被放松的临时假设条件下，安全量子多方计算的可行性。
• 分析两种威胁模型下的敌对行为：合谋旨在获取秘密或篡改结果，以及合谋旨在破坏或泄露信息。
• 在两种威胁模型下，确定协议终止后可容忍的最大合谋规模。
• 设计在两种情境下均达到理论合谋容忍边界上限的协议。
• 在临时假设下，建立安全量子多方计算与经典多方计算之间的正式等价性。

提出的方法

• 提出一个量子多方协议框架，该框架仅在执行期间使用假设，执行后即丢弃。
• 建模两种敌对环境：一种是合谋参与者旨在破坏输入隐私或输出正确性，另一种是还试图中止协议或泄露信息。
• 使用形式化密码学定义和归约证明，分析这些模型下协议的安全性。
• 基于协议结构和所用假设，推导出协议终止后可容忍合谋规模的上界。
• 构建具体协议，实现推导出的合谋容忍边界，确保在两种威胁模型下均保持安全。
• 依赖于在临时假设下，量子与经典多方计算安全性之间的等价性，将量子安全性归约为经典安全性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在假设仅临时存在时，安全量子多方计算在何种条件下可以实现？
• RQ2 协议终止后可容忍的最大合谋规模如何依赖于威胁模型（例如，结果篡改 vs. 破坏）？
• RQ3 能否构造出在协议终止后达到理论合谋容忍边界上限的协议？
• RQ4 在临时假设下，量子多方协议的安全性与经典多方协议的安全性之间存在何种关系？
• RQ5 临时假设如何影响协议执行结束后对主动攻击者的抗性？

主要发现

• 在执行期间使用临时假设的前提下，安全量子多方计算可实现，当且仅当经典多方计算是安全的。
• 本文在两种威胁模型下，均建立了协议终止后可容忍合谋规模的精确上界。
• 构建了达到这些理论边界的协议，展示了对协议终止后合谋行为的最优弹性。
• 临时假设足以确保执行期间的安全性，且在协议终止后放松假设不会损害安全性。
• 即使合谋方试图破坏协议或向诚实参与者泄露信息，安全保证依然成立。
• 结果表明，当应用临时假设时，量子多方协议可继承经典协议的安全特性。