基于盲不可伪造性的量子安全消息认证

在具有量子查询访问权限的敌手存在下，对经典消息进行认证的公式化与设计一直是一项长期挑战，因为熟悉的经典不可伪造性概念不能直接转化为量子设定中有意义的概念。一个特别的困难是，当敌手可以以量子叠加方式查询时，如何公平地刻画“预测未查询值”的概念。我们提出了一种针对量子敌手的不可伪造性的自然定义，称为盲不可伪造性（blind unforgeability）。该概念将函数定义为可预测的，如果存在敌手能够利用“部分盲化”的预言机访问来预测盲化区域中的值。我们以若干技术结果支持该提案。我们首先确立该概念在经典设定下与 EUF-CMA 一致，并继续展示该概念被若干简单指导性示例所满足，例如随机函数和量子查询安全伪随机函数。然后我们展示盲不可伪造性对支持典型构造与归约的适用性。我们证明“哈希- MAC”范式和 Lamport 一次性数字签名方案确实根据该定义是不可伪造的。为支持我们的分析，我们额外定义并研究了一类称为伯努利保持（Bernoulli-preserving）的新型量子安全哈希函数。最后，我们证明盲不可伪造性比 Boneh 和 Zhandry [EUROCRYPT '13, CRYPTO '13] 的先前定义更强，原因在于我们可以构造一个显式的函数族，其可通过被盲不可伪造性识别的攻击进行伪造，却满足 Boneh 和 Zhandry 的定义。