• 安全性归约(安全性定义 - 1)


    继续 “安全性归约” 内容的整理。下面列出了各种安全性定义,方便查找。

    不可区分性

    概率总体:令 I I I 是可抽样的可数(有限/无限)集合,由 I I I 索引的随机变量序列记为 X = { X i } i ∈ I X = \{X_i\}_{i \in I} X={Xi}iI,其中 ∀ i ∈ I , X i \forall i \in I,X_i iI,Xi 是域 D i ⊂ { 0 , 1 } ∗ D_i \sub \{0,1\}^* Di{0,1} 上的随机变量。

    可有效重构:概率总体 X = { X n } n ∈ N X = \{X_n\}_{n \in \mathbb N} X={Xn}nN,存在 PPT 算法 S S S,对于任意的 n n n,使得 S ( 1 n ) S(1^n) S(1n) X X X 同分布。

    一致计算不可区分:两个概率总体 X = { X n } n ∈ N , Y = { Y n } n ∈ N X = \{X_n\}_{n \in \mathbb N}, Y = \{Y_n\}_{n \in \mathbb N} X={Xn}nN,Y={Yn}nN 计算不可区分,如果对于任意 PPT 区分器 D D D,存在 N N N 使得 n ≥ N n \ge N nN(当 n n n 充分大),有
    ∣ P r X n , D [ D ( X n , 1 n ) = 1 ] − P r Y n , D [ D ( Y n , 1 n ) = 1 ] ∣ ≤ n e g l ( n ) \left| \underset{X_n,D}{Pr}[D(X_n,1^n)=1] - \underset{Y_n,D}{Pr}[D(Y_n,1^n)=1] \right| \le negl(n) Xn,DPr[D(Xn,1n)=1]Yn,DPr[D(Yn,1n)=1]negl(n)

    非一致计算不可区分:指标集合 I ⊆ { 0 , 1 } ∗ I \subseteq \{0,1\}^* I{0,1},两个概率总体 X = { X s } s ∈ I , Y = { Y s } s ∈ I X = \{X_s\}_{s \in I}, Y = \{Y_s\}_{s \in I} X={Xs}sI,Y={Ys}sI 非一致(Non-Uniform)计算不可区分,如果对于任意的非一致 PPT 电路簇 { C n : Ω s → { 0 , 1 } } n \{C_n:\Omega_s \to \{0,1\}\}_n {Cn:Ωs{0,1}}n,以及充分长的 s s s,都有
    ∣ P r X s , C ∣ s ∣ [ C ∣ s ∣ ( X s ) = 1 ] − P r Y s , C ∣ s ∣ [ C ∣ s ∣ ( Y s ) = 1 ] ∣ ≤ n e g l ( ∣ s ∣ ) \left| \underset{X_s,C_{|s|}}{Pr}[C_{|s|}(X_s)=1] - \underset{Y_s,C_{|s|}}{Pr}[C_{|s|}(Y_s)=1] \right| \le negl(|s|) Xs,CsPr[Cs(Xs)=1]Ys,CsPr[Cs(Ys)=1]negl(s)

    统计距离(statistical distance):样本空间 Γ \Gamma Γ 上的两个随机分布(变量) X , Y X,Y X,Y
    Δ ( X , Y ) : = 1 2 ∑ α ∈ Γ ∣ P r [ X = α ] − P r [ Y = α ] ∣ : = max ⁡ S ⊆ Γ ∣ P r [ X ∈ S ] − P r [ Y ∈ S ] ∣ Δ(X,Y):=12αΓ|Pr[X=α]Pr[Y=α]|:=max Δ(X,Y):=21αΓPr[X=α]Pr[Y=α]:=SΓmaxPr[XS]Pr[YS]

    统计(信息论)不可区分:两个概率总体 X = { X n } n ∈ N , Y = { Y n } n ∈ N X = \{X_n\}_{n \in \mathbb N}, Y = \{Y_n\}_{n \in \mathbb N} X={Xn}nN,Y={Yn}nN 统计接近,如果它们的统计距离
    Δ ( X n , Y n ) : = 1 2 ∑ α ∣ P r [ X n = α ] − P r [ Y n = α ] ∣ ≤ n e g l ( n ) \Delta(X_n,Y_n) := \frac{1}{2} \sum_\alpha \left| Pr[X_n=\alpha] - Pr[Y_n=\alpha] \right| \le negl(n) Δ(Xn,Yn):=21αPr[Xn=α]Pr[Yn=α]negl(n)

    密码原语

    OWF

    单向函数:一个函数 f f f 称为单向函数,如果

    1. 容易计算:存在多项式时间算法 A A A,使得 A ( x ) = f ( x ) A(x)=f(x) A(x)=f(x)

    2. 难以求逆:对于任意的 PPT 算法 A A A,当 n n n 充分大,有
      P r x ← U n , A [ A ( f ( x ) , 1 n ) ∈ f − 1 ( f ( x ) ) ] ≤ n e g l ( n ) \underset{x \leftarrow U_n,A}{Pr}[A(f(x),1^n) \in f^{-1}(f(x))] \le negl(n) xUn,APr[A(f(x),1n)f1(f(x))]negl(n)

    弱单向函数:一个函数 f f f 称为弱单向函数,如果

    1. 容易计算:存在多项式时间算法 A A A,使得 A ( x ) = f ( x ) A(x)=f(x) A(x)=f(x)

    2. 难以求逆:存在多项式 p o l y ( ⋅ ) poly(\cdot) poly(),对于任意的 PPT 算法 A A A,当 n n n 充分大,有
      P r x ← U n , A [ A ( f ( x ) , 1 n ) ∈ f − 1 ( f ( x ) ) ] ≤ 1 − 1 p o l y ( n ) \underset{x \leftarrow U_n,A}{Pr}[A(f(x),1^n) \in f^{-1}(f(x))] \le 1-\frac{1}{poly(n)} xUn,APr[A(f(x),1n)f1(f(x))]1poly(n)1

    单向函数簇:函数簇 { f i : D i → R i } i ∈ I \{f_i:D_i \to R_i\}_{i \in I} {fi:DiRi}iI 称为单向函数簇,记做 ( I , D , F ) (I,D,F) (I,D,F),如果

    1. 可有效抽样:存在 PPT 抽样算法 I , D I,D I,D
      i ← I ( 1 n ) ,   x ← D ( i , 1 n ) i \leftarrow I(1^n),\, x \leftarrow D(i,1^n) iI(1n),xD(i,1n)
      使得 i ∈ R I ∩ { 0 , 1 } n i \in_R I \cap \{0,1\}^n iRI{0,1}n x ∈ R D i x \in_R D_i xRDi

    2. 可有效计算:存在 PPT 算法 F F F,对于 ∀ i ← I ( 1 n ) ,   ∀ x ← D ( i , 1 n ) \forall i \leftarrow I(1^n),\, \forall x \leftarrow D(i,1^n) iI(1n),xD(i,1n)
      F ( i , x ) = f i ( x ) ∈ R i F(i,x) = f_i(x) \in R_i F(i,x)=fi(x)Ri

    3. 单向性:对于任意的 PPT 算法 A A A,当 n n n 充分大,有
      P r [ A ( i , y , 1 n ) ∈ f i − 1 ( y ) :   i ← I ( 1 n ) ,   x ← D ( i , 1 n ) ,   y = F ( i , x ) ] ≤ n e g l ( n ) Pr[A(i,y,1^n) \in f_i^{-1}(y):\, i \leftarrow I(1^n),\, x \leftarrow D(i,1^n),\, y=F(i,x)] \le negl(n) Pr[A(i,y,1n)fi1(y):iI(1n),xD(i,1n),y=F(i,x)]negl(n)

    单向陷门函数簇:设 I = ( I 1 , I 2 ) I=(I_1,I_2) I=(I1,I2),函数簇 ( I , D , F , F − 1 ) (I,D,F,F^{-1}) (I,D,F,F1) 称为单向陷门函数簇,如果

    1. ( I 1 , D , F ) (I_1,D,F) (I1,D,F) 是单向函数簇

    2. 存在 PPT 算法 F − 1 F^{-1} F1,使得对于 ∀ ( i , t ) ← I ( 1 n ) ,   ∀ x ← D ( i , 1 n ) \forall (i,t) \leftarrow I(1^n),\, \forall x \leftarrow D(i,1^n) (i,t)I(1n),xD(i,1n)
      F − 1 ( t , f i ( x ) ) ∈ f i − 1 ( f i ( x ) ) F^{-1}(t,f_i(x)) \in f_i^{-1}(f_i(x)) F1(t,fi(x))fi1(fi(x))

    硬核谓词:设 b : { 0 , 1 } ∗ → { 0 , 1 } b:\{0,1\}^* \to \{0,1\} b:{0,1}{0,1} 是可有效计算的函数,称它为函数 f f f 的硬核谓词,如果对于任意的 PPT 算法 A A A,当 n n n 充分大,有
    P r x ← U n , A [ A ( f ( x ) , 1 n ) = b ( x ) ] ≤ 1 2 + n e g l ( n ) \underset{x \leftarrow U_n,A}{Pr}[A(f(x),1^n) =b(x)] \le \frac{1}{2} + negl(n) xUn,APr[A(f(x),1n)=b(x)]21+negl(n)

    也就是说, b ( U n ) ≡ U 1 b(U_n) \equiv U_1 b(Un)U1 统计不可区分;反之不成立。同时 ( f ( U n ) , b ( U n ) ) ≡ c ( f ( U n ) , U 1 ) (f(U_n),b(U_n)) \overset{c}{\equiv} (f(U_n),U_1) (f(Un),b(Un))c(f(Un),U1) 计算不可区分。

    PRG

    伪随机性:概率总体 X = { X n } n ∈ N X = \{X_n\}_{n \in \mathbb N} X={Xn}nN 称为伪随机的,如果存在多项式 l ( ⋅ ) l(\cdot) l(),均匀分布的概率总体 U = { U l ( n ) } n ∈ N U = \{U_{l(n)}\}_{n \in \mathbb N} U={Ul(n)}nN,它们是(一致、非一致)计算不可区分的。即:对于任意的 PPT 区分器 { D n } n ∈ N \{D_n\}_{n \in \mathbb N} {Dn}nN,当 n n n 充分大,有
    ∣ P r X n , D l ( n ) [ D l ( n ) ( X n , 1 n ) = 1 ] − P r U l ( n ) , D l ( n ) [ D l ( n ) ( U l ( n ) , 1 n ) = 1 ] ∣ ≤ n e g l ( l ( n ) ) \left| \underset{X_n,D_{l(n)}}{Pr}[D_{l(n)}(X_n,1^n)=1] - \underset{U_{l(n)},D_{l(n)}}{Pr}[D_{l(n)}(U_{l(n)},1^n)=1] \right| \le negl(l(n)) Xn,Dl(n)Pr[Dl(n)(Xn,1n)=1]Ul(n),Dl(n)Pr[Dl(n)(Ul(n),1n)=1]negl(l(n))

    伪随机生成器:可有效计算的确定性算法 G G G 称为伪随机生成器,如果

    1. 扩展性:存在函数 l : N → N l:\mathbb N \to \mathbb N l:NN,满足 l ( n ) > n l(n) > n l(n)>n,对于任意的 s s s 都有 ∣ G ( s ) ∣ = l ( ∣ s ∣ ) |G(s)|=l(|s|) G(s)=l(s),称 l ( ⋅ ) l(\cdot) l() 是扩张因子
    2. 伪随机性:概率总体 { G ( U n ) } n ∈ N \{G(U_n)\}_{n \in \mathbb N} {G(Un)}nN 是伪随机的

    不可预测性:设 X n X_n Xn { 0 , 1 } l ( n ) \{0,1\}^{l(n)} {0,1}l(n) 上随机分布,概率总体 X = { X n } n ∈ N X = \{X_n\}_{n \in \mathbb N} X={Xn}nN 称为(多项式时间)不可预测的,如果对于任意 PPT 算法 A A A,任意的 i ∈ [ 1 , ⋯   , l ] i \in [1,\cdots,l] i[1,,l],当 n n n 充分大,有
    P r [ A ( x 1 , ⋯   , x i − 1 , 1 n ) = x i :   x = x 1 ⋯ x l ← X n ] ≤ 1 2 + n e g l ( n ) Pr[A(x_1,\cdots,x_{i-1},1^n) = x_i:\, x = x_1 \cdots x_l \leftarrow X_n] \le \frac{1}{2} + negl(n) Pr[A(x1,,xi1,1n)=xi:x=x1xlXn]21+negl(n)

    PRF

    函数总体:设 F = { f s : { 0 , 1 } l ( ∣ s ∣ ) → { 0 , 1 } d ( ∣ s ∣ ) } s ∈ { 0 , 1 } ∗ F = \{f_s: \{0,1\}^{l(|s|)} \to \{0,1\}^{d(|s|)} \}_{s \in \{0,1\}^*} F={fs:{0,1}l(s){0,1}d(s)}s{0,1} 是函数簇, F n F_n Fn 是由均匀选取的 s ← R { 0 , 1 } n s \leftarrow_R \{0,1\}^n sR{0,1}n 诱导的函数集合 { f s } s ∈ { 0 , 1 } n \{f_s\}_{s \in \{0,1\}^n} {fs}s{0,1}n 上的随机变量,称 F = { F n } n ∈ N F=\{F_n\}_{n \in \mathbb N} F={Fn}nN 是函数总体。

    可有效计算:函数总体 F = { F n } n ∈ N F = \{F_n\}_{n \in \mathbb N} F={Fn}nN

    1. 存在 PPT (抽样)算法 S S S,对于任意的 n n n,使得 S ( 1 n ) S(1^n) S(1n) F n F_n Fn 同分布

    2. 存在 PPT (求值)算法 E E E,对于任意的 f s ← S ( 1 n ) f_s \leftarrow S(1^n) fsS(1n),任意的 x ∈ { 0 , 1 } l ( n ) x \in \{0,1\}^{l(n)} x{0,1}l(n),有
      E ( 1 n , f s , x ) = f s ( x ) E(1^n,f_s,x) = f_s(x) E(1n,fs,x)=fs(x)

    随机函数:在 F { 0 , 1 } l ( n ) , { 0 , 1 } d ( n ) F_{\{0,1\}^{l(n)}, \{0,1\}^{d(n)}} F{0,1}l(n),{0,1}d(n) 上的均匀分布记为 R F n l , d RF_n^{l,d} RFnl,d(简记为 R F n RF_n RFn),函数总体 R F = { R F n l , d } n RF=\{RF_n^{l,d}\}_n RF={RFnl,d}n 称为随机函数。使用函数的通用编码,可以认为 R F n = U d ( n ) ⋅ 2 l ( n ) RF_n = U_{d(n) \cdot 2^{l(n)}} RFn=Ud(n)2l(n)

    伪随机函数:可有效编码的函数 F n F_n Fn 称为是伪随机的,如果对于任意 PPT 算法 A A A,任意的 i ∈ p o l y ( n ) i \in poly(n) ipoly(n),当 n n n 充分大,其 2 l 2^l 2l 次掷硬币具有不可预测性
    P r [ A ( y 1 , ⋯   , y i − 1 , 1 n ) = y i :   y = y 1 ⋯ y 2 l ← F n ] ≤ 1 2 d + n e g l ( n ) Pr[A(y_1,\cdots,y_{i-1},1^n) = y_i:\, y = y_1 \cdots y_{2^l} \leftarrow F_n] \le \frac{1}{2^d} + negl(n) Pr[A(y1,,yi1,1n)=yi:y=y1y2lFn]2d1+negl(n)

    为方便使用,修改为:对于任意 PPT 区分器 D D D,与 C h Ch Ch 间做判定实验 E x p t D F n , R F n ( 1 n , b ) Expt_D^{F_n,RF_n}(1^n,b) ExptDFn,RFn(1n,b),有
    A d v D : = ∣ P r [ E x p t D F n , R F n ( 1 n , 0 ) = 1 ] − P r [ E x p t D F n , R F n ( 1 n , 1 ) = 1 ] ∣ ≤ n e g l ( n ) Adv_D := \left| Pr[Expt_D^{F_n,RF_n}(1^n,0)=1] - Pr[Expt_D^{F_n,RF_n}(1^n,1)=1] \right| \le negl(n) AdvD:=Pr[ExptDFn,RFn(1n,0)=1]Pr[ExptDFn,RFn(1n,1)=1]negl(n)

    伪随机函数总体:函数总体 F = { F n } n ∈ N F=\{F_n\}_{n \in \mathbb N} F={Fn}nN 称为伪随机函数总体,如果对于任意的 PPT 带 Oracle 区分器 D D D,当 n n n 充分大,其区分优势可忽略
    A d v D : = ∣ P r [ D F n ( 1 n ) = 1 ] − P r [ D R F n ( 1 n ) = 1 ] ∣ ≤ n e g l ( n ) Adv_D := \left| Pr[D^{F_n}(1^n)=1] - Pr[D^{RF_n}(1^n)=1] \right| \le negl(n) AdvD:=Pr[DFn(1n)=1]Pr[DRFn(1n)=1]negl(n)

    F n , R F n F_n,RF_n Fn,RFn 都视为 { 0 , 1 } d 2 l \{0,1\}^{d2^l} {0,1}d2l 的编码,区分器 D D D 随机检测多项式个函数值。

    伪随机合成器:设 S n : { 0 , 1 } n × { 0 , 1 } n → { 0 , 1 } n S_n: \{0,1\}^n \times \{0,1\}^n \to \{0,1\}^n Sn:{0,1}n×{0,1}n{0,1}n,函数簇 S = { S n } n ∈ N S=\{S_n\}_{n \in \mathbb N} S={Sn}nN 称为伪随机合成器,如果下述两个概率总体计算不可区分
    { S ( a i , b j ) : a i , b j ∈ R { 0 , 1 } n } i , j = 1 k ≡ c { c i , j : c i , j ∈ R { 0 , 1 } n } i , j = 1 k \{S(a_i,b_j): a_i,b_j \in_R \{0,1\}^n\}_{i,j=1}^k \overset{c}{\equiv} \{c_{i,j}: c_{i,j} \in_R \{0,1\}^n\}_{i,j=1}^k {S(ai,bj):ai,bjR{0,1}n}i,j=1kc{ci,j:ci,jR{0,1}n}i,j=1k

    弱伪随机函数:设 f s : { 0 , 1 } n → { 0 , 1 } n f_s:\{0,1\}^n \to \{0,1\}^n fs:{0,1}n{0,1}n F n = { f s } s ← I ( 1 n ) F_n = \{f_s\}_{s \leftarrow I(1^n)} Fn={fs}sI(1n) X = ( x 1 , ⋯   , x m ) ∈ { 0 , 1 } m n X = (x_1,\cdots,x_m) \in \{0,1\}^{mn} X=(x1,,xm){0,1}mn,定义
    ( X , f s ( X ) ) = ( ( x 1 , f s ( x 1 ) ) ,   ⋯   ,   ( x m , f s ( x m ) ) ) (X,f_s(X)) = ((x_1,f_s(x_1)),\, \cdots,\, (x_m,f_s(x_m))) (X,fs(X))=((x1,fs(x1)),,(xm,fs(xm)))

    函数总体 F = { F n } n ∈ N F = \{F_n\}_{n \in \mathbb N} F={Fn}nN 称为是弱伪随机的,如果对于任意 PPT 算法 A A A,任意多项式 k ( ⋅ ) k(\cdot) k(),令 U n k U_n^k Unk 表示 k k k 次独立抽样(而 PRF 不要求“独立”),对于充分大的 ∣ s ∣ |s| s,有
    ∣ P r X ← R U n k [ A ( X , F n ( X ) ) = 1 ] − P r ( X , Y ) ← R U 2 n k [ A ( X , Y ) = 1 ] ∣ ≤ n e g l ( n ) \left| \underset{X \leftarrow_R U_n^k}{Pr}[A(X,F_n(X))=1] - \underset{(X,Y) \leftarrow_R U_{2n}^k}{Pr}[A(X,Y)=1] \right| \le negl(n) XRUnkPr[A(X,Fn(X))=1](X,Y)RU2nkPr[A(X,Y)=1]negl(n)

    强伪随机置换:置换函数 F n ⊆ P n F_n \subseteq P_n FnPn 称为强伪随机的,如果对于任意的 PPT 带双向 Oracles 区分器 D D D,当 n n n 充分大,其区分优势可忽略
    A d v D : = ∣ P r [ D F n , F n − 1 ( 1 n ) = 1 ] − P r [ D P n , P n − 1 ( 1 n ) = 1 ] ∣ ≤ n e g l ( n ) Adv_D := \left| Pr[D^{F_n, F_n^{-1}}(1^n)=1] - Pr[D^{P_n, P_n^{-1}}(1^n)=1] \right| \le negl(n) AdvD:=Pr[DFn,Fn1(1n)=1]Pr[DPn,Pn1(1n)=1]negl(n)

    在这里插入图片描述

    Hash 方案

    Hash 函数:函数簇 H = { H s : { 0 , 1 } ∗ → { 0 , 1 } l ( λ ) } s ∈ I ∗ H = \{H_s: \{0,1\}^* \to \{0,1\}^{l(\lambda)}\}_{s \in I^*} H={Hs:{0,1}{0,1}l(λ)}sI,其中 l ( ⋅ ) l(\cdot) l() 是多项式, ∣ s ∣ = λ |s|=\lambda s=λ 是安全参数

    1. 可有效抽样:存在 PPT 抽样算法 I I I,使得 s ← I ( 1 λ ) s \leftarrow I(1^\lambda) sI(1λ) 满足 s ∈ I ∗ s \in I^* sI
    2. 可有效计算:对于 ∀ s ← I ( 1 λ ) \forall s \leftarrow I(1^\lambda) sI(1λ),以及 ∀ m ∈ { 0 , 1 } ∗ \forall m \in \{0,1\}^* m{0,1} H s ( m ) H_s(m) Hs(m) 可有效计算

    抗原像(Pre):对于任意 PPT 算法 A A A,都有
    P r A , I , y [ y = h I ( 1 λ ) ( x ′ ) :   y ← R { 0 , 1 } l ( λ ) ,   x ′ ← A ( 1 λ , I ( 1 λ ) , y ) ] ≤ n e g l ( λ ) \underset{A,I,y}{Pr}\left[ y=h_{I(1^\lambda)}(x'):\, y \leftarrow_R \{0,1\}^{l(\lambda)},\, x' \leftarrow A(1^\lambda,I(1^\lambda),y) \right] \le negl(\lambda) A,I,yPr[y=hI(1λ)(x):yR{0,1}l(λ),xA(1λ,I(1λ),y)]negl(λ)

    抗第二原像(Sec):对于任意 PPT 算法 A A A,都有
    P r A , I , x [ h I ( 1 λ ) ( x ) = h I ( 1 λ ) ( x ′ ) :   x ← R { 0 , 1 } ∗ ,   x ′ ← A ( 1 λ , I ( 1 λ ) , x ) ,   x ≠ x ′ ] ≤ n e g l ( λ ) \underset{A,I,x}{Pr}\left[ h_{I(1^\lambda)}(x)=h_{I(1^\lambda)}(x'):\, x \leftarrow_R \{0,1\}^*,\, x' \leftarrow A(1^\lambda,I(1^\lambda),x),\, x \neq x' \right] \le negl(\lambda) A,I,xPr[hI(1λ)(x)=hI(1λ)(x):xR{0,1},xA(1λ,I(1λ),x),x=x]negl(λ)

    抗碰撞(Coll):对于任意 PPT 算法 A A A,都有
    P r A , I [ h I ( 1 λ ) ( x ) = h I ( 1 λ ) ( x ′ ) :   ( x , x ′ ) ← A ( 1 λ , I ( 1 λ ) ) ,   x ≠ x ′ ] ≤ n e g l ( λ ) \underset{A,I}{Pr}\left[ h_{I(1^\lambda)}(x)=h_{I(1^\lambda)}(x'):\, (x,x') \leftarrow A(1^\lambda,I(1^\lambda)),\, x \neq x' \right] \le negl(\lambda) A,IPr[hI(1λ)(x)=hI(1λ)(x):(x,x)A(1λ,I(1λ)),x=x]negl(λ)

    单向 Hash 函数:函数簇 H = { H s : { 0 , 1 } ∗ → { 0 , 1 } l ( λ ) } s ∈ I ∗ H = \{H_s: \{0,1\}^* \to \{0,1\}^{l(\lambda)}\}_{s \in I^*} H={Hs:{0,1}{0,1}l(λ)}sI 称为 OWHF,如果它抗原像且抗第二原像。

    抗碰撞 Hash 函数:函数簇 H = { H s : { 0 , 1 } ∗ → { 0 , 1 } l ( λ ) } s ∈ I ∗ H = \{H_s: \{0,1\}^* \to \{0,1\}^{l(\lambda)}\}_{s \in I^*} H={Hs:{0,1}{0,1}l(λ)}sI 称为 CRHF,如果它抗原像且抗碰撞。

    Claw-free 函数:设 f i 0 : D i 0 → R ,   f i 1 : D i 1 → R f_i^0: D_i^0 \to R,\, f_i^1: D_i^1 \to R fi0:Di0R,fi1:Di1R,一对函数簇 { f i 0 , f i 1 } i ∈ I \{f_i^0,f_i^1\}_{i \in I} {fi0,fi1}iI 称为无爪函数,如果

    1. 可有效抽样,可有效计算
    2. D ( b , i ) D(b,i) D(b,i) 是有效抽样算法, f i 0 ( D ( 0 , i ) ) f_i^0(D(0,i)) fi0(D(0,i)) f i 1 ( D ( 1 , i ) ) f_i^1(D(1,i)) fi1(D(1,i)) 分布相同
    3. 满足 f i 0 ( x 0 ) = f i 1 ( x 1 ) f_i^0(x_0) = f_i^1(x_1) fi0(x0)=fi1(x1) ( x 0 , x 1 ) (x_0,x_1) (x0,x1) 称为一个 Claw,寻找 Claw 是困难的

    一致单向 Hash 函数:函数簇 H = { H s : { 0 , 1 } t ( λ ) → { 0 , 1 } l ( λ ) } s ∈ I ∗ ⊆ { 0 , 1 } p o l y ( λ ) H = \{H_s:\{0,1\}^{t(\lambda)} \to \{0,1\}^{l(\lambda)}\}_{s \in I^* \subseteq\{0,1\}^{poly(\lambda)}} H={Hs:{0,1}t(λ){0,1}l(λ)}sI{0,1}poly(λ) 称为 UOWHF,如果

    1. 有效性:可有效抽样,可有效计算

    2. 收缩性: t ( λ ) > l ( λ ) t(\lambda) > l(\lambda) t(λ)>l(λ)

    3. 一致单向性(Universal one-way):对于任意 PPT 的两阶段算法 A = ( A 1 , A 2 ) A=(A_1,A_2) A=(A1,A2),有
      P r A , I [ H s ( x ) = H s ( x ′ ) : ( x , z ) ← A 1 ( 1 λ ) s ← I ( 1 λ ) x ′ ← A 2 ( 1 λ , s , z ) ,   x ′ ≠ x ] ≤ n e g l ( λ ) \underset{A,I}{Pr}\left[\right] \le negl(\lambda) A,IPrHs(x)=Hs(x):(x,z)A1(1λ)sI(1λ)xA2(1λ,s,z),x=xnegl(λ)

      与 OWHF 的区别在于,

      • OWHF 中的 Sec,挑战者 C h Ch Ch 先抽样 s ← I ( 1 λ ) s \leftarrow I(1^\lambda) sI(1λ),然后 x x x C h Ch Ch 随机选择,最后敌手 A A A 输出第二原像 x ’ x’ x
      • UOWHF 中的 UOW,敌手先选择 x x x z z z 是辅助信息),然后挑战者 C h Ch Ch 才抽样(或已经抽样,但没有公布) s ← I ( 1 λ ) s \leftarrow I(1^\lambda) sI(1λ),最后敌手 A A A 输出第二原像 x ’ x’ x

    高阶 UOWHF:函数簇 H = { H s : { 0 , 1 } t ( λ ) → { 0 , 1 } l ( λ ) } s ∈ I ∗ ⊆ { 0 , 1 } p o l y ( λ ) H = \{H_s:\{0,1\}^{t(\lambda)} \to \{0,1\}^{l(\lambda)}\}_{s \in I^* \subseteq\{0,1\}^{poly(\lambda)}} H={Hs:{0,1}t(λ){0,1}l(λ)}sI{0,1}poly(λ) 称为 r r r 阶 UOWHF,简记为 U O W H F ( r ) UOWHF(r) UOWHF(r),如果

    1. 有效性:可有效抽样 s ← I ( 1 λ ) s \leftarrow I(1^\lambda) sI(1λ),可有效计算

    2. 收缩性: t ( λ ) > l ( λ ) t(\lambda) > l(\lambda) t(λ)>l(λ)

    3. 一致单向性:对于任意 PPT 的两阶段算法 A = ( A 1 , A 2 ) A=(A_1,A_2) A=(A1,A2),有
      P r A , I [ H s ( x ) = H s ( x ′ ) : ( x , z ) ← A 1 O H s ( 1 λ ) s ← C h x ′ ← A 2 ( 1 λ , s , z ) ,   x ′ ≠ x ] ≤ n e g l ( λ ) \underset{A,I}{Pr}\left[\right] \le negl(\lambda) A,IPrHs(x)=Hs(x):(x,z)A1OHs(1λ)sChxA2(1λ,s,z),x=xnegl(λ)

    两两独立 Hash 函数:函数簇 H = { h : { 0 , 1 } n → { 0 , 1 } m } H = \{h:\{0,1\}^n \to \{0,1\}^m\} H={h:{0,1}n{0,1}m} 称为 Pairwise Independent,如果

    1. 对于 ∀ x ∈ { 0 , 1 } n \forall x \in \{0,1\}^n x{0,1}n,关于 h h h 的随机变量 { h ( x ) } \{h(x)\} {h(x)} { 0 , 1 } m \{0,1\}^m {0,1}m 上均匀分布

    2. 对于 ∀ x 1 , x 2 ∈ { 0 , 1 } n \forall x_1,x_2 \in \{0,1\}^n x1,x2{0,1}n,若 x 1 ≠ x 2 x_1 \neq x_2 x1=x2,那么随机变量 h ( x 1 ) h(x_1) h(x1) h ( x 2 ) h(x_2) h(x2) 相互独立。即, ∀ x 1 ≠ x 2 \forall x_1 \neq x_2 x1=x2 ∀ y 1 ≠ y 2 \forall y_1 \neq y_2 y1=y2,有
      P r h ← H [ h ( x 1 ) = y 1 ∧ h ( x 2 ) = y 2 ] = 2 − 2 m \underset{h \leftarrow H}{Pr}[h(x_1)=y_1 \wedge h(x_2)=y_2] = 2^{-2m} hHPr[h(x1)=y1h(x2)=y2]=22m

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