Квантовый алгоритм для решения задачи поиска коллизий: различия между версиями

'''Теорема 1. Пусть дана функция типа «r к 1» <math>F: X \to Y, r \ge 2</math>, и целое число <math>1 \le k \le N = |X|</math>. Алгоритм Collision(F, k) возвращает коллизию после ожидаемого числа <math>O(k + \sqrt{N/(rk)})</math> оценок F с использованием <math>\Theta(k)</math> ячеек памяти. В частности, при <math>k = \sqrt[3]{N/r}</math> алгоритм Collision(F, k) использует <math>O(\sqrt[3]{N/r})</math> ожидаемых оценок и <math>\Theta(\sqrt[3]{N/r})</math> ячеек памяти.'''

'''Следствие 2'''. Существует квантовый алгоритм, способный найти коллизию в произвольной функции <math>F: X \to Y</math> для любого <math>r \ge 2</math>, используя объем памяти S и ожидаемое число O(T) оценок F для каждого <math>1 \le S \le T</math> при условии <math>S T^2 \ge |F(X)|</math>, где F(X) обозначает образ F.

Алгоритм использует в качестве процедуры версию алгоритма поиска Гровера. Если дана функция H с размером области n и цель y, алгоритм Grover(H, y) возвращает x, такой, что H(x) = y, за ожидаемое число <math>O(\sqrt{n})</math> оценок H.

1. Выбрать произвольное подмножество K С X мощности k. Построить таблицу L размера k, каждый элемент которой содержит отдельную пару (x, F(x)), x 2 K.

3. Проверить, содержит ли L коллизию – то есть существуют ли отдельные элементы (X0;F(X0));(X1;F(X1)) 2 L, для которых F(X0) = F(x1). Если да, перейти к шагу 6.

4. Вычислить x1 = Grover(H; 1), где H:X!f0;1g обозначает функцию, определяемую следующим образом: H(x) = 1 тогда и только тогда, когда существует X0 2 K так, что (x0; F(x)) 2 L, но x =6x0.  (Заметим, что x0 является уникальным, если таковой существует, поскольку мы уже проверили, что в L нет коллизий).

5. Find(x0;F(x1)) 2 L.

6. Вывести результат в виде коллизии FX0; X1G.

Эта задача представляет особый интерес для криптологии, поскольку некоторые функции, называемые хэш-функциями, применяются в различных криптографических протоколах. Безопасность этих протоколов в значительной степени зависит от предполагаемой сложности обнаружения коллизий в таких функциях.