Should quantum computers become available, they will reduce the effective key length of basic secret-key primitives, such as blockciphers. To address this we will either need to use blockciphers which inherently have longer keys or use key-length extension techniques which employ a blockcipher to construct a more secure blockcipher that uses longer keys. We consider the latter approach by analyzing the security of the FX and double encryption constructions. Classically, FX is known to be secure, while double encryption is no more secure than single encryption due to a meet-in-the-middle attack. We provide positive results, with concrete and tight bounds, for both of these constructions against quantum attackers in ideal models. For FX, we consider security in the "Q1 model," a natural model in which the attacker has quantum access to the ideal primitive, but only classic access to FX. We provide two partial results in this model. The first establishes the security of FX against non-adaptive attackers. The second establishes fully adaptive security when considering a variant of FX using a random oracle in place of an ideal cipher. This result relies on the techniques of Zhandry (CRYPTO '19) for lazily sampling a quantum random oracle and are thus hard to extend to the true FX construction because it is unknown if a quantum random permutation can be lazily sampled. To the best of our knowledge, this result also is the first to introduce techniques to handle Q1 security in ideal models without analyzing the classical and quantum oracles separately, which may be of broader interest. For double encryption we apply a technique of Tessaro and Thiruvengadam (TCC '18) to establish that security reduces to the difficulty of solving the list disjointness problem, which we are able to reduce through a chain of results to the known quantum difficulty of the element distinctness problem.


翻译:如果有量子计算机, 它们将会降低基本密钥原始元素( 如块码) 的有效关键长度 。 为了解决这个问题, 我们要么需要使用具有更长密钥的块形密码, 要么需要使用使用使用更安全密钥的密钥扩展技术, 以构建一个使用更长密钥的更安全的块形密码。 我们通过分析 FX 的安全和双重加密构造来考虑后一种方法。 典型地说, FX 已知是安全的, 而双加密并不比单加密更安全。 由于中继攻击, 双加密比单一加密更安全。 我们用具体和紧紧的界限, 来对付理想模式的量子攻击者。 对于 FX, 我们考虑在“ Q1 模型” 中的安全性, 使用一种自然模型, 来构建更安全性更安全, 但只有典型的FX 。 我们在这个模型中提供两个部分结果。 第一个是FX 对抗不适应性攻击者的安全性, 而在考虑 FX 变异性 的变异性时, 其变异性, 也能够完全适应性的安全性, 将 FX 变异性 。

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