“设分布族 $Z n$ 取值于 ${0,1}^{m(n)}$,其中 $m(n)$ 是可在多项式时间内计算的正整数,并满足 $1\le m(n)\le\operatorname{poly}(n)…”
形式陈述
设两族概率分布
作为
允许无界判别器并用带
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。
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 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
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
不可区分性是加密安全游戏、零知识和伪随机性的共同语言。计算安全限制攻击者资源,可忽略函数规定允许优势;混合论证则把复杂分布比较拆成相邻两世界的比较。
语义安全与加密不可区分性的等价,必须在同一私钥/公钥模型和同一攻击接口下陈述。私钥的窃听版本 SEM-EAV 对应 IND-EAV;允许选择明文查询的 SEM-CPA 才对应 IND-CPA。公钥模型中攻击者已能自行加密,但仍要固定消息选择、辅助信息和挑战规则,不能把未标攻击模型的“语义安全”直接当作所有 CPA 保证。
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。
- Dan Boneh and Victor Shoup, A Graduate Course in Applied Cryptography, version 0.5, 2020, Chs. 2–3(安全游戏和伪随机生成器)。