We construct quantum public-key encryption from one-way functions. In our construction, public keys are quantum, but ciphertexts are classical. Quantum public-key encryption from one-way functions (or weaker primitives such as pseudorandom function-like states) are also proposed in some recent works [Morimae-Yamakawa, eprint:2022/1336; Coladangelo, eprint:2023/282; Grilo-Sattath-Vu, eprint:2023/345; Barooti-Malavolta-Walter, eprint:2023/306]. However, they have a huge drawback: they are secure only when quantum public keys can be transmitted to the sender (who runs the encryption algorithm) without being tampered with by the adversary, which seems to require unsatisfactory physical setup assumptions such as secure quantum channels. Our construction is free from such a drawback: it guarantees the secrecy of the encrypted messages even if we assume only unauthenticated quantum channels. Thus, the encryption is done with adversarially tampered quantum public keys. Our construction based only on one-way functions is the first quantum public-key encryption that achieves the goal of classical public-key encryption, namely, to establish secure communication over insecure channels.


翻译:我们构造了基于单向函数的量子公钥加密方案。在我们的构造中,公钥是量子的,但密文是经典的。近期一些研究也提出了从单向函数(或类似伪随机函数的状态)构造量子公钥加密方案,如 Morimae-Yamakawa(eprint:2022/1336)、Coladangelo(eprint:2023/282)、Grilo-Sattath-Vu(eprint:2023/345)、Barooti-Malavolta-Walter(eprint:2023/306)等。然而,它们有一个巨大的缺点:只有在量子公钥可以在不受对手干扰的情况下传输给发送者(运行加密算法的人)时,它们才是安全的,这似乎需要不令人满意的物理设定假设,例如安全的量子通道。我们的方案免除了这种缺点:即使只假设未经身份验证的量子通道,它也保证了加密消息的保密性。因此,加密是通过敌手篡改的量子公钥完成的。我们的基于单向函数的构造是第一个实现了经典公钥加密目标的量子公钥加密方案,即在不安全的通信渠道上建立安全通信。

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