Hardness amplification is a central problem in the study of interactive protocols. While ``natural'' parallel repetition transformation is known to reduce the soundness error of some special cases of interactive arguments: three-message protocols and public-coin protocols, it fails to do so in the general case. The only known round-preserving approach that applies to all interactive arguments is Haitner's random-terminating transformation [SICOMP '13], who showed that the parallel repetition of the transformed protocol reduces the soundness error at a weak exponential rate: if the original $m$-round protocol has soundness error $1-p$, then the $n$-parallel repetition of its random-terminating variant has soundness error $(1-p)^{p n / m^4}$ (omitting constant factors). Hastad et al. [TCC '10] have generalized this result to partially simulatable interactive arguments, showing that the $n$-fold repetition of an $m$-round $\delta$-simulatable argument of soundness error $1-p$ has soundness error $(1-p)^{p \delta^2 n / m^2}$. When applied to random-terminating arguments, the Hastad et al. bound matches that of Haitner. In this work we prove that parallel repetition of random-terminating arguments reduces the soundness error at a much stronger exponential rate: the soundness error of the $n$ parallel repetition is $(1-p)^{n / m}$, only an $m$ factor from the optimal rate of $(1-p)^n$ achievable in public-coin and three-message arguments. The result generalizes to $\delta$-simulatable arguments, for which we prove a bound of $(1-p)^{\delta n / m}$. This is achieved by presenting a tight bound on a relaxed variant of the KL-divergence between the distribution induced by our reduction and its ideal variant, a result whose scope extends beyond parallel repetition proofs. We prove the tightness of the above bound for random-terminating arguments, by presenting a matching protocol.


翻译:硬度放大是交互式协议研究中的一个中心问题。 虽然“ 自然的” 平行重复性转换已知可以减少一些互动参数特殊案例的正确性错误: 3个信号协议和公用coin协议, 但一般情况下无法这样做。 唯一已知的适用于所有互动参数的循环保存方法是 Haitner 随机终止转换 [ SICOMP'13], 其中显示, 被修改的协议的平行重复会以微弱指数速度减少声音错误: 如果最初的美元回合协议有1 p$的正确性错误, 那么, 其随机终止变量的美元( 3 p) 美元重复性错误( 美元 美元) 。 以直线性规则的美元比值显示一个( 1 p) (美元) 0. 1 / m. m.

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