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本文研究了量子伪随机状态(Pseudorandom States, PRS)的拉伸极限问题。PRS 是经典伪随机生成器的量子模拟,由 Ji, Liu 和 Song (CRYPTO '18) 提出。经典伪随机生成器具有输出可拉伸至任意长度的性质,但量子情形下该性质是否成立尚不明确。本文首次证明了单副本安全的量子伪随机状态(1PRS)在不同输出长度之间存在黑盒分离。具体而言,作者构造了一个量子神谕(oracle),在该神谕下,输出长度为 m(n)=1.1n 的 1PRS 是存在的,但对于任意 ε>0,输出长度为 m(n)=Ω(n^{2+ε}) 的 1PRS 不存在。证明方法依赖于 Chen, Coladangelo 和 Sattath (EUROCRYPT '25) 引入的公共 Haar 随机状态(CHRS)模型,并发展了一种新技术来限制该模型中任何 1PRS 生成器所能有效利用的 CHRS 资源状态的数量。该结果揭示了量子伪随机性质在拉伸过程中存在根本性的限制,与经典情形形成鲜明对比。本文主要贡献包括:(1) 给出了首个关于 PRS 拉伸的黑盒分离结果;(2) 证明了长输出 PRS 需要更强的假设或构造;(3) 为量子密码学中伪随机性的理论基础提供了重要见解。适合量子密码学、量子计算理论及伪随机性理论的研究者阅读。
💡 推荐理由: 该结果为量子伪随机性的可扩展性设立了理论界限,对设计安全的量子密码协议具有指导意义,警示从业者不能简单将经典伪随机生成器的拉伸性质迁移至量子场景。
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