Formulating and designing authentication of classical messages in the presence of adversaries with quantum query access has been a longstanding challenge, as the familiar classical notions of unforgeability do not directly translate into meaningful notions in the quantum setting. A particular difficulty is how to fairly capture the notion of "predicting an unqueried value" when the adversary can query in quantum superposition. We propose a natural definition of unforgeability against quantum adversaries called blind unforgeability. This notion defines a function to be predictable if there exists an adversary who can use "partially blinded" oracle access to predict values in the blinded region. We support the proposal with a number of technical results. We begin by establishing that the notion coincides with EUF-CMA in the classical setting and go on to demonstrate that the notion is satisfied by a number of simple guiding examples, such as random functions and quantum-query-secure pseudorandom functions. We then show the suitability of blind unforgeability for supporting canonical constructions and reductions. We prove that the "hash-and-MAC" paradigm and the Lamport one-time digital signature scheme are indeed unforgeable according to the definition. To support our analysis, we additionally define and study a new variety of quantum-secure hash functions called Bernoulli-preserving. Finally, we demonstrate that blind unforgeability is stronger than a previous definition of Boneh and Zhandry [EUROCRYPT '13, CRYPTO '13] in the sense that we can construct an explicit function family which is forgeable by an attack that is recognized by blind-unforgeability, yet satisfies the definition by Boneh and Zhandry.


翻译:在存在量子查询攻击者的情况下,制定和设计经典消息的认证一直是一个长期的挑战,因为熟悉的经典不可伪造性概念不会直接转化为量子设置中的有意义概念。一个特定的困难是如何公平地捕捉在敌手可以以量子叠加形式进行查询的情况下“预测未查询值”的概念。我们提出了一种对量子敌手不可伪造的常识定义,称为盲不可伪造性。这一概念定义当有一个敌手可以使用“部分蒙眼”的oracle访问来预测蒙眼区域中的值时,一个函数是可预测的。我们用许多技术结果支持这一提议。我们首先建立概念在经典设置中与EUF-CMA相一致,然后展示了该概念是由一些简单的引导例子支持的,例如随机函数和量子查询安全的伪随机函数。然后,我们展示了盲不可伪造性支持规范构造和约简的适用性。我们证明了“哈希和MAC”范例和Lamport一次数字签名方案确实是根据定义不可伪造的。为了支持我们的分析,我们另外定义并研究一种新的量子安全哈希函数类型,称为伯努利保持。最后,我们证明了盲不可伪造性在某种意义上比Boneh和Zhandry的先前定义更强,因为我们可以构造一个明确的函数族,其可被一个被盲不可伪造性所认可的攻击所伪造,但符合Boneh和Zhandry的定义。

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