Quantum no-cloning theorem gives rise to the intriguing possibility of quantum copy protection where we encode a program in a quantum state such that a user in possession of k such states cannot create k + 1 working copies. Introduced by Aaronson (CCC 09) over a decade ago, copy protection has proven to be notoriously hard to achieve. In this work, we construct public-key encryption and functional encryption schemes whose secret keys are copy-protected against unbounded collusions in the plain model (i.e. without any idealized oracles), assuming (post-quantum) subexponentially secure iO, one-way functions and LWE. This resolves a long-standing open question of constructing fully collusion-resistant copy-protected functionalities raised by multiple previous works. Prior to our work, copy-protected functionalities were known only in restricted collusion models where either an a-priori bound on the collusion size was needed, in the plain model with the same assumptions as ours (Liu, Liu, Qian, Zhandry [TCC 22]), or adversary was only prevented from doubling their number of working programs, in a structured quantum oracle model (Aaronson [CCC 09]). We obtain our results through a novel technique which uses identity-based encryption to construct unbounded collusion resistant copy-protection schemes from 1-to-2 secure schemes. This is analogous to the technique of using digital signatures to construct full-fledged quantum money from single banknote schemes1 (Lutomirski et al. [ICS 09], Farhi et al. [ITCS 12], Aaronson and Christiano [STOC 12]). We believe our technique is of independent interest. Along the way, we also construct a puncturable functional encryption scheme whose master secret key can be punctured at all functions f such that f (m0) != f (m1). This might also be of independent interest.


翻译:量子不可克隆定理催生了量子复制保护的可能性,其中我们将程序编码为量子态,使得拥有k个此类态的用户无法创建出k+1个可工作副本。自十多年前Aaronson(CCC 09)提出以来,复制保护已被证明极难实现。在本工作中,我们构建了公钥加密和功能加密方案,其秘密密钥在普通模型(即无需任何理想化预言机)下针对无界共谋具有复制保护能力,前提假设是(后量子)次指数安全的iO、单向函数和LWE。这解决了先前多个工作提出的一个长期未决问题:构造完全抗共谋的复制保护功能。在我们之前,复制保护功能仅在受限共谋模型中可知——要么需要对共谋规模施加先验上界(在采用与本文相同假设的普通模型下,Liu, Liu, Qian, Zhandry [TCC 22]),要么仅能阻止对手将工作程序数量翻倍(在结构化量子预言机模型下,Aaronson [CCC 09])。我们通过一种新颖技术获得成果:利用基于身份的加密,从1对2安全方案构造出无界共谋抗性复制保护方案。这类似于利用数字签名从单钞票方案构造完整量子货币的技术(Lutomirski等 [ICS 09], Farhi等 [ITCS 12], Aaronson和Christiano [STOC 12])。我们相信该技术具有独立价值。在此过程中,我们还构建了一种可穿刺功能加密方案,其主密钥可在所有满足f(m0)≠f(m1)的函数f处被穿刺。这也可能具有独立价值。

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