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不可区分性

Computational indistinguishability

任意高效判别器区分两个分布族的优势都是可忽略量。

条目类型
定义

形式陈述

设两族概率分布 Xλ,Yλ 取值于同一可判定样本空间 Ωλ,或至少具有兼容且高效可识别的输出编码与长度。下标 λ安全参数;计算不可区分要求对任意 PPT 随机判别算法 D,按统一两世界实验定义的优势

AdvDdist(λ)=|Pr[D(Xλ)=1]Pr[D(Yλ)=1]|

作为 λ 的函数可忽略。若实验均匀采样隐藏位 b 并给出 XλYλ,则全偏差 |2Pr[b=b]1| 与上式相同;成功率减 1/2 的规范数值小一半。量词顺序很关键:对每个固定的高效判别器 D,可以有依赖于 D 的可忽略界 μD;定义并不要求先选出一个同时支配所有判别器的全局可忽略函数。

允许无界判别器并用带 1/2 约定的总变差距离刻画,是更强的统计不可区分性;距离为零则是完美同分布。统计版本的事件上确界、最优优势与罕见事件边界由该页承接,本页只定义计算受限层。

直觉

不可区分性把“看起来一样”落实为两个候选世界:给区分器一个样本并要求判断来源,优势衡量其超出基线的能力。即使两个分布在数学上不同,只要任何现实可行的算法都看不出差别,它们就在计算安全意义下等价。辅助信息、查询接口、样本数量以及 uniform/nonuniform 对手选择会直接改变安全强度,必须与 PPT 限制一起陈述。

不可区分性的两世界实验
例子与边界

伪随机生成器输出应与等长均匀串不可区分。若存在某个多项式时间统计测试保持常数优势,就已否定不可区分性。单个有限参数下“没测出来”不是渐近证明;判别器还可非均匀或带辅助输入,具体定义必须说明。

若两个分布完全相同,任何区分器成功率恰为 1/2。若一个总输出 0、另一个总输出 1,读取一 bit 即完全区分。伪随机生成器要求 G(Us)Um 对多项式时间区分器不可区分,尽管前者支持集大小至多 2s<2m,无界枚举器原则上可区分;这正是计算层与统计层的边界。

只比较均值、方差或几张直方图不足以证明不可区分;攻击者可使用任意允许的高效算法。有限实验没有发现区分器也不是对所有 PPT 对手的渐近证明;比较归约界时还必须先统一上面的优势因子。

推论与应用

不可区分性是现代加密安全游戏、混合论证、零知识和伪随机性的共同语言。计算安全 用多项式攻击者量化,可忽略函数 规定允许优势;语义安全 与 CPA 不可区分有等价关系,混合论证 则是证明复杂分布不可区分的主要方法。

参考资料
  • Jonathan Katz and Yehuda Lindell, Introduction to Modern Cryptography, 3rd ed., CRC Press, 2020,Chs. 2–12。
  • Oded Goldreich, Foundations of Cryptography, Vol. 1, Cambridge University Press, 2001,Chs. 1–4。
关系图谱21 个相邻概念 · 1 类关系

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