In the classical world, the existence of commitments is equivalent to the existence of one-way functions. In the quantum setting, on the other hand, commitments are not known to imply one-way functions, but all known constructions of quantum commitments use at least one-way functions. Are one-way functions really necessary for commitments in the quantum world? In this work, we show that non-interactive quantum commitments (for classical messages) with computational hiding and statistical binding exist if pseudorandom quantum states exist. Pseudorandom quantum states are sets of quantum states that are efficiently generated but their polynomially many copies are computationally indistinguishable from the same number of copies of Haar random states [Ji, Liu, and Song, CRYPTO 2018]. It is known that pseudorandom quantum states exist even if $\BQP=\QMA$ (relative to a quantum oracle) [Kretschmer, TQC 2021], which means that pseudorandom quantum states can exist even if no quantum-secure classical cryptographic primitive exists. Our result therefore shows that quantum commitments can exist even if no quantum-secure classical cryptographic primitive exists. In particular, quantum commitments can exist even if no quantum-secure one-way function exists. In this work, we also consider digital signatures, which are other fundamental primitives in cryptography. We show that one-time secure digital signatures with quantum public keys exist if pseudorandom quantum states exist. In the classical setting, the existence of digital signatures is equivalent to the existence of one-way functions. Our result, on the other hand, shows that quantum signatures can exist even if no quantum-secure classical cryptographic primitive (including quantum-secure one-way functions) exists.


翻译:在古典世界中,承诺的存在相当于单向功能的存在。 另一方面,在量子环境中,承诺并不已知意味着单向功能,但是所有已知量子承诺的构造都至少使用单向函数。对于量子世界中的承诺来说,单向函数是真正必要的吗?在这项工作中,我们表明,如果存在假冒的量子国家,则存在非互动的量子承诺(对于古典信息来说),如果存在假冒的量子国家。普塞多兰多姆量子国家是一系列量子国家,它们高效生成,但它们的多元性许多副本在计算上无法区分,但是所有已知量子承诺的构建都使用相同的单向函数。已知假正向的量子函数即使$\BQP ⁇ (与量子或质子国家相对相关), 也存在假正态的量子国家, 也存在其他的量子国家。我们的结果表明,即使存在某种量子的量子的量子信号, 也存在。

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