Unconditionally secure disjointness tests for private datasets

We present two unconditional secure protocols for private set disjointness tests. In order to provide intuition of our protocols, we give a naive example that applies Sylvester matrices. Unfortunately, this simple construction is insecure as it reveals information about the intersection cardinality. More specifically, it discloses its lower bound. By using the Lagrange interpolation, we provide a protocol for the honest-but-curious case without revealing any additional information. Finally, we describe a protocol that is secure against malicious adversaries. In this protocol, a verification test is applied to detect misbehaving participants. Both protocols require O(1) rounds of communication. Our protocols are more efficient than the previous protocols in terms of communication and computation overhead. Unlike previous protocols whose security relies on computational assumptions, our protocols provide information theoretic security. To our knowledge, our protocols are the first ones that have been designed without a generic secure function evaluation. More important, they are the most efficient protocols for private disjointness tests in the malicious adversary case.

Efficient disjointness tests for private datasets

We present efficient protocols for private set disjointness tests. We start from an intuition of our protocols that applies Sylvester matrices. Unfortunately, this simple construction is insecure as it reveals information about the cardinality of the intersection. More specifically, it discloses its lower bound. By using the Lagrange interpolation we provide a protocol for the honest-but-curious case without revealing any additional information. Finally, we describe a protocol that is secure against malicious adversaries. The protocol applies a verification test to detect misbehaving participants. Both protocols require O(1) rounds of communication. Our protocols are more efficient than the previous protocols in terms of communication and computation overhead. Unlike previous protocols whose security relies on computational assumptions, our protocols provide information theoretic security. To our knowledge, our protocols are first ones that have been designed without a generic secure function evaluation. More importantly, they are the most efficient protocols for private disjointness tests for the malicious adversary case.

Completely bounded disjointness preserving operators between Fourier algebras

In this paper, we characterize surjective completely bounded disjointness preserving linear operators on Fourier algebras of locally compact amenable groups. We show that such operators are given by weighted homomorphisms induced by piecewise affine proper maps. © 2011 Elsevier Inc.

The structure of compact disjointness preserving operators on continuous functions

Let T be a compact disjointness preserving linear operator from C0(X) into C0(Y), where X and Y are locally compact Hausdorff spaces. We show that T can be represented as a norm convergent countable sum of disjoint rank one operators. More precisely, T = Snd ?hn for a (possibly finite) sequence {xn }n of distinct points in X and a norm null sequence {hn }n of mutually disjoint functions in C0(Y). Moreover, we develop a graph theoretic method to describe the spectrum of such an operator

Interactive quantum information theory

La théorie de l'information quantique s'est développée à une vitesse fulgurante au cours des vingt dernières années, avec des analogues et extensions des théorèmes de codage de source et de codage sur canal bruité pour la communication unidirectionnelle. Pour la communication interactive, un analogue quantique de la complexité de la communication a été développé, pour lequel les protocoles quantiques peuvent performer exponentiellement mieux que les meilleurs protocoles classiques pour certaines tâches classiques. Cependant, l'information quantique est beaucoup plus sensible au bruit que l'information classique. Il est donc impératif d'utiliser les ressources quantiques à leur plein potentiel. Dans cette thèse, nous étudions les protocoles quantiques interactifs du point de vue de la théorie de l'information et étudions les analogues du codage de source et du codage sur canal bruité. Le cadre considéré est celui de la complexité de la communication: Alice et Bob veulent faire un calcul quantique biparti tout en minimisant la quantité de communication échangée, sans égard au coût des calculs locaux. Nos résultats sont séparés en trois chapitres distincts, qui sont organisés de sorte à ce que chacun puisse être lu indépendamment. Étant donné le rôle central qu'elle occupe dans le contexte de la compression interactive, un chapitre est dédié à l'étude de la tâche de la redistribution d'état quantique. Nous prouvons des bornes inférieures sur les coûts de communication nécessaires dans un contexte interactif. Nous prouvons également des bornes atteignables avec un seul message, dans un contexte d'usage unique. Dans un chapitre subséquent, nous définissons une nouvelle notion de complexité de l'information quantique. Celle-ci caractérise la quantité d'information, plutôt que de communication, qu'Alice et Bob doivent échanger pour calculer une tâche bipartie. Nous prouvons beaucoup de propriétés structurelles pour cette quantité, et nous lui donnons une interprétation opérationnelle en tant que complexité de la communication quantique amortie. Dans le cas particulier d'entrées classiques, nous donnons une autre caractérisation permettant de quantifier le coût encouru par un protocole quantique qui oublie de l'information classique. Deux applications sont présentées: le premier résultat général de somme directe pour la complexité de la communication quantique à plus d'une ronde, ainsi qu'une borne optimale, à un terme polylogarithmique près, pour la complexité de la communication quantique avec un nombre de rondes limité pour la fonction « ensembles disjoints ». Dans un chapitre final, nous initions l'étude de la capacité interactive quantique pour les canaux bruités. Étant donné que les techniques pour distribuer de l'intrication sont bien étudiées, nous nous concentrons sur un modèle avec intrication préalable parfaite et communication classique bruitée. Nous démontrons que dans le cadre plus ardu des erreurs adversarielles, nous pouvons tolérer un taux d'erreur maximal de une demie moins epsilon, avec epsilon plus grand que zéro arbitrairement petit, et ce avec un taux de communication positif. Il s'ensuit que les canaux avec bruit aléatoire ayant une capacité positive pour la transmission unidirectionnelle ont une capacité positive pour la communication interactive quantique. Nous concluons avec une discussion de nos résultats et des directions futures pour ce programme de recherche sur une théorie de l'information quantique interactive.

Approximation limits of linear programs (beyond hierarchies)

We develop a framework for proving approximation limits of polynomial size linear programs (LPs) from lower bounds on the nonnegative ranks of suitably defined matrices. This framework yields unconditional impossibility results that are applicable to any LP as opposed to only programs generated by hierarchies. Using our framework, we prove that O(n^1/2-ε)-approximations for CLIQUE require LPs of size 2^nΩ(ε). This lower bound applies to LPs using a certain encoding of CLIQUE as a linear optimization problem. Moreover, we establish a similar result for approximations of semidefinite programs by LPs. Our main technical ingredient is a quantitative improvement of Razborov's [38] rectangle corruption lemma for the high error regime, which gives strong lower bounds on the nonnegative rank of shifts of the unique disjointness matrix.