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2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

Optimal Merging in Quantum \(k\)-xor and k-sum Algorithms

verfasst von : María Naya-Plasencia, André Schrottenloher

Erschienen in: Advances in Cryptology – EUROCRYPT 2020

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

The k-xor or Generalized Birthday Problem aims at finding, given k lists of bit-strings, a k-tuple among them XORing to 0. If the lists are unbounded, the best classical (exponential) time complexity has withstood since Wagner’s CRYPTO 2002 paper. If the lists are bounded (of the same size) and such that there is a single solution, the dissection algorithms of Dinur et al. (CRYPTO 2012) improve the memory usage over a simple meet-in-the-middle.
In this paper, we study quantum algorithms for the k-xor problem. With unbounded lists and quantum access, we improve previous work by Grassi et al. (ASIACRYPT 2018) for almost all k. Next, we extend our study to lists of any size and with classical access only.
We define a set of “merging trees” which represent the best known strategies for quantum and classical merging in k-xor algorithms, and prove that our method is optimal among these. Our complexities are confirmed by a Mixed Integer Linear Program that computes the best strategy for a given k-xor problem. All our algorithms apply also when considering modular additions instead of bitwise xors.
This framework enables us to give new improved quantum k-xor algorithms for all k and list sizes. Applications include the subset-sum problem, LPN with limited memory and the multiple-encryption problem.

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Fußnoten
2
Kaplan [24] also gives an algorithm for 4-encryption, but we could not verify its time complexity.
 
Literatur
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Metadaten
Titel
Optimal Merging in Quantum -xor and k-sum Algorithms
verfasst von
María Naya-Plasencia
André Schrottenloher
Copyright-Jahr
2020
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-45724-2_11