#one-time-programs

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👥 作者: Jiahui Liu, Justin Raizes, Bhaskar Roberts, Omri Shmueli

本文研究量子密码学中一次性程序(one-time program, OTP)范式的推广问题。量子一次性程序(QOTP,由 Broadbent、Gutoski 与 Stebila 在 CRYPTO 2013 提出)能把某一功能编码进一个量子令牌,持有者只能在单个选定输入上求值一次,求值后令牌即失效、不可再次使用。该原语能力很强,但本质上是无状态的,且其设定要求针对电路的每一次求值都重新签发并分发一个量子令牌,部署代价高、扩展性差。由此引出核心问题:能否把一次性计算范式扩展到更丰富、带状态的受控访问形式,且这种扩展是否能带来超出标准 OTP 的固有优势? 为此,作者提出查询受限 RAM 程序(query-limited RAM programs, QLP),它是 QOTP 在随机存取机(RAM)模型上的推广,支持在有界或由策略驱动的访问次数下执行结构化的、有状态的计算。QLP 的关键安全性质是:允许受控的多次求值序列,同时防止敌手对计算状态进行分叉(forking)或回滚(rollback)。作者指出,这种状态化能力带来了无状态一次性程序无法实现的新应用,包括:规模仅取决于代码长度(而非运行时间)的图灵机量子令牌、可转让的 k 次或预算受限程序,以及在软件即服务(SaaS)等场景下低通信开销的计算委托机制。 在构造层面,作者引入「一次性程序」(one-shot programs)这一中间原语,将一次性签名(one-shot signatures,Amos、Georgiou、Kiayias 与 Zhandry,STOC 2020)与「单次有效查询」范式(single effective query paradigm,Gupte、Liu、Raizes、Roberts 与 Vaikuntanathan,STOC 2025)统一起来。作者证明:一次性程序可以通用地(generically)蕴含查询受限程序,说明一次性签名更强的不可克隆性保证能够转化为更强的功能。论文还通过通用构造厘清了签名—令牌类原语与量子一次性程序之间的关系,本质上证明了「一次性签名程序可蕴含一次性通用计算」,并借此界定了若干原语之间的蕴含结构。

💡 推荐理由: 为量子密码学与委托计算研究提供有状态受控访问的理论框架,界定了一次性签名与原语间蕴含关系;短期无直接防御落地,属长期理论储备。

🎯 建议动作: 研究跟进

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