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NTT科学家提出后量子密码学的挑战与解决方式

2022-02-22 10:10 作者:量子前哨  | 我要投稿


(图片来源:网络)


最近,NTT Research宣布,由NTT Research密码学和信息安全实验室(Cryptography & Information Security (CIS) Lab)以及NTT社会信息学实验室(NTT Social Informatics Laboratories)的两名科学家分别撰写的两篇论文入选为“2022年度IEEE计算机科学基础研讨会(FOCS)论文”。

 

这两篇论文就量子计算给密码系统带来的挑战进行了深入探讨。以《Post-Quantum Succinct Arguments: Breaking the Quantum Rewinding Barrier》为题的论文,是由NTT Research CIS实验室高级科学家、普林斯顿大学助理教授Mark Zhandry合著;另一篇《On the Impossibility of Post-Quantum Black-Box Zero-Knowledge in Constant Rounds》则是由NTT社会信息学实验室研究员Takashi Yamakawa合著。

 

由IEEE计算机学会计算数学基础技术委员会(TCMF)赞助的FOCS,是理论计算机科学领域的顶级会议。量子计算则是本次论文征集的16个感兴趣的领域之一。

 

随着完全实用化成为现实,量子计算机将带来巨大的应用前景,但同时也将对现有的公钥密码系统构成威胁。这两篇论文指出了一些未来可行或不可行的可能领域。Mark Zhandry博士的合著论文介绍了一种用于促进量子态“倒带”的强大技术;Takashi Yamakawa博士的论文表明,在量子态下可能无法进行非常有效的“恒定循环”ZK(Zero-Knowledge,零知识)证明。

 

NTT Research CIS实验室主任Tatsuaki Okamoto表示:“我们很高兴FOCS选择了这两篇论文,它们为我们对后量子密码学的理解开辟了新天地,值得广泛关注。”

 

Mark Zhandry博士的论文中指出,“倒带”是降低安全性的重要工具。在密码学中,安全性要通过约简证明。具体来讲,约简将攻击者(adversary,攻击加密算法的计算机)转化为解决难题的有效算法(整数拆分算法、结构化网格等),并围绕该算法设计给定的密码系统。

 

在“倒带”中,则是减少将“攻击者”运行到某个时间点,回溯到上一步,以某种方式改变“攻击者”的观点,然后再次运行。然而,量子算法的程序状态非常微妙,容易在运行“攻击者”时遭受破坏。这篇论文提出了一种针对量子攻击者的新“倒带”技术,通过将该技术与基于带误差学习(LWE)的可折叠哈希函数相结合。

 

Takashi Yamakawa的论文侧重于证明ZK交互式,即允许一方(证明者)向另一方(恶意验证者)证明声明的内容是真实的,并且不泄露额外信息的基本密码原语信息。这些ZK证明协议已经用多种语言表述,包括那些被归类为非确定性多项式难题(NP)的语言。除了广义表述之外,ZK证明在解决NP问题方面的效率提升也十分显著。

 

他们通过“倒带”技术并提供对恶意验证者的黑盒访问,实现了恒定的通信轮次与超恒定的轮次,所以存在延迟问题。也可以使用非黑盒技术,但这将使计算效率可能很低,以至于速度下降100万倍或更多。因此,Takashi Yamakawa的论文给出了一个负面但有趣的结论:非常有效的ZK证明在量子时代可能无效。

 

曾赞助Takashi Yamakawa博士访问普林斯顿大学的Mark Zhandry博士说,“我发现Takashi的工作非常有趣的是,它突出了在量子算法中一个非常微妙的问题:时间的本质。算法在不同的输入规模中通常会有不同的运行时间,甚至在相同的输入规模上也会有不同的运行时间。传统意义上这不是什么大问题。但Takashi的工作表明,从数量上看,(在量子算法中)这些可变的运行时间可能会带来很大的问题。”

 

关于NTT Research

NTT Research于2019年7月开设办事处,是一家硅谷创新公司,并以“开展基础研究和推进技术,促进人类社会积极变革”为使命。目前, NTT Research在美国桑尼维尔设有三个实验室:物理和信息学(PHI)实验室、密码学和信息安全(CIS)实验室以及医疗健康信息学(MEI)实验室。该组织旨在解决以下三个领域的现实问题:1)量子信息、神经科学和光子学;2) 密码和信息安全;3) 医疗卫生信息学。

 

关于NTT社会信息学实验室

NTT社会信息学实验室是日本NTT R&D的一个部门,致力于通过 ICT技术为先进社会系统和人类社会的转型发展做出贡献。研究目标包括:人类幸福的福祉研究;通过ICT技术和社会科学的融合为社会系统提供创新技术;建立新技术以消除网络攻击等威胁;通过对社会信息的分析和预测,建立技术以实现创新和创建安全的社会系统;通过平衡可用性和安全性的数据分发和利用,创建高附加值的社会系统;利用密码学和物理特性创新数据保护技术。

 

文:businesswire

编译:李每

编辑:慕一
注:本文编译自“ businesswire”,不代表量子前哨观点。

 


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