We conduct a systematic study of solving the learning parity with noise problem (LPN) using neural networks. Our main contribution is designing families of two-layer neural networks that practically outperform classical algorithms in high-noise, low-dimension regimes. We consider three settings where the numbers of LPN samples are abundant, very limited, and in between. In each setting we provide neural network models that solve LPN as fast as possible. For some settings we are also able to provide theories that explain the rationale of the design of our models. Comparing with the previous experiments of Esser, Kubler, and May (CRYPTO 2017), for dimension $n = 26$, noise rate $\tau = 0.498$, the ''Guess-then-Gaussian-elimination'' algorithm takes 3.12 days on 64 CPU cores, whereas our neural network algorithm takes 66 minutes on 8 GPUs. Our algorithm can also be plugged into the hybrid algorithms for solving middle or large dimension LPN instances.


翻译:我们系统地研究了利用神经网络求解带噪声线性奇偶性(LPN)问题。主要贡献在于设计了一系列双层神经网络族,在高噪声、低维度的实际场景中优于经典算法。针对LPN样本数量充足、极度有限以及介于两者之间的三种情况,我们分别提供了能够尽可能快速求解LPN的神经网络模型。在某些情形下,我们还提供了解释模型设计原理的理论依据。与Esser、Kubler和May(CRYPTO 2017)之前的实验相比,在维度n=26、噪声率τ=0.498时,"猜测-高斯消元"算法在64个CPU核心上需3.12天,而我们的神经网络算法在8个GPU上仅需66分钟。该算法还可嵌入混合算法中,用于求解中等或高维度的LPN实例。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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