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Cryptanalysis of symmetric key encryption algorithm

Research Project

Project/Area Number 16K00193
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Information security
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

Igarashi Yasutaka  東京理科大学, 理工学部電気電子情報工学科, 講師 (80434025)

Research Collaborator Kaneko Toshinobu  
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2017: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2016: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Keywords暗号解析 / 暗号解読 / 共通鍵暗号 / ブロック暗号 / ブロック暗号アルゴリズム / 差分解読 / 高階差分 / 零相関線形解読 / 積分攻撃 / 暗号・認証等
Outline of Final Research Achievements

Division property, which is a method to efficiently search integral characteristics as a prior study for common key block cipher MISTY1, is newly proposed, and it is the first in the world that full round MISTY1 can be deciphered more efficiently than the exhaustive search method. In this research, we apply this method to the block cipher KASUMI to search for integral characteristics and newly discover five-round characteristics. Also, by combining this 5-round property with the weak key condition generated with probability 2^{-18}, the 7-round KASUMI has 2^{63} chosen plaintexts and 22^{63.3} encryption calculations, it revealed that it was possible to attack.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では1ビット単位の平文と暗号文の関連を精密に分析し、今までに知られていない暗号の弱点となる特性を計算機探索や理論解析により導出するという特色・独創性がある。その結果として安全性評価の信頼性が高まることとなる。それと同時に様々な暗号方式に対しても本研究の解析手法が適用できる可能性も広がり、暗号解読技術の発展にも寄与できることが期待される。このように本研究成果は独創性や革新性が認められると確信する。また本研究は高度情報化社会における安全に貢献するという意義をもち、安全性評価の研究分野の進展に対する貢献や学術的波及効果が十分に期待でき科学技術・産業など社会に与えるインパクト・貢献も期待できる。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (29 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] 超軽量ブロック暗号QTL-64の不能差分攻撃耐性評価2019

    • Author(s)
      金子泰志、五十嵐保隆、金子敏信
    • Journal Title

      2019年 暗号と情報セキュリティシンポジウム 予稿集

      Volume: -

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      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] 鍵スケジュール部を解析したブロック暗号FeW-80に対する高階差分攻撃2019

    • Author(s)
      芝山直喜、五十嵐保隆、金子敏信
    • Journal Title

      2019年 暗号と情報セキュリティシンポジウム 予稿集

      Volume: -

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  • [Journal Article] A New Higher Order Differential of FeW2018

    • Author(s)
      Naoki Shibayama, Yasutaka Igarashi, Toshinobu Kaneko
    • Journal Title

      2018 Sixth International Symposium on Computing and Networking Workshops

      Volume: - Pages: 466-471

    • DOI

      10.1109/candarw.2018.00090

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Integral Cryptanalysis of Reduced-round KASUMI2018

    • Author(s)
      Nobuyuki SUGIO, Yasutaka IGARASHI, Toshinobu KANEKO
    • Journal Title

      Proceedings of 2018 International Symposium on Information Theory and Its Applications

      Volume: - Pages: 447-451

    • DOI

      10.23919/isita.2018.8664404

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] MILP-Aided Bit-Based Division Property for M6 and M82018

    • Author(s)
      Tadashi Sasaki, Yasutaka Igarashi, and Toshinobu Kaneko
    • Journal Title

      Advanced Science Letters

      Volume: 24 Issue: 3 Pages: 1571-1574

    • DOI

      10.1166/asl.2018.11111

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The peculiar third-order differential characteristics of Midori64 block cipher(II)2017

    • Author(s)
      Yusuke Takahashi; Yasutaka Igarashi; Toshinobu Kaneko
    • Journal Title

      Proc. of 2017 International Conference on Recent Advances in Signal Processing, Telecommunications & Computing

      Volume: - Pages: 199-204

    • DOI

      10.1109/sigtelcom.2017.7849822

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The 12th-order Differential Attack on the 10-Round Variants of Midori64 Block Cipher2017

    • Author(s)
      Yusuke Takahashi, Yasutaka Igarashi, Toshinobu Kaneko
    • Journal Title

      Proc. of The 31st IEEE International Conference on Advanced Information Networking and Applications

      Volume: 印刷中

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] New Integral Characteristics of KASUMI Derived by Division Property2016

    • Author(s)
      Nobuyuki Sugio, Yasutaka Igarashi, Toshinobu Kaneko, Kenichi Higuchi
    • Journal Title

      Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 10144 Pages: 267-279

    • DOI

      10.1007/978-3-319-56549-1_23

    • ISBN
      9783319565484, 9783319565491
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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Integral Characteristics of MISTY2 Derived by Division Property2016

    • Author(s)
      Nobuyuki SUGIO, Yasutaka IGARASHI, and Toshinobu KANEKO
    • Journal Title

      Proc. of 2016 International Symposium on Information Theory and Its Applications

      Volume: - Pages: 151-155

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      伊藤亮・五十嵐保隆
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      金子泰志、五十嵐保隆、金子敏信
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      芝山直喜、五十嵐保隆、金子敏信
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      平成30年 電気関係学会関西連合大会
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  • [Presentation] A New Higher Order Differential of FeW2018

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      Naoki Shibayama, Yasutaka Igarashi, Toshinobu Kaneko
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      2018 Sixth International Symposium on Computing and Networking Workshops
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Integral Cryptanalysis of Reduced-round KASUMI2018

    • Author(s)
      Nobuyuki SUGIO, Yasutaka IGARASHI, Toshinobu KANEKO
    • Organizer
      2018 International Symposium on Information Theory and Its Applications
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  • [Presentation] ブロック暗号Fewの新しい高階差分特性2018

    • Author(s)
      芝山直喜, 五十嵐保隆, 金子敏信
    • Organizer
      2018年 暗号と情報セキュリティシンポジウム
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  • [Presentation] 6.5段の"超軽量"ブロック暗号QTL-128に対する零相関線形攻撃2018

    • Author(s)
      林浩成, 五十嵐保隆, 金子敏信
    • Organizer
      2018年 暗号と情報セキュリティシンポジウム
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] MILPによるブロック暗号HIGHTの差分マルチパスの解析2018

    • Author(s)
      工藤昌士, 五十嵐保隆, 金子敏信
    • Organizer
      2018年 暗号と情報セキュリティシンポジウム
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  • [Presentation] 共通鍵ブロック暗号アルゴリズムKASUMIの積分攻撃2017

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      杉尾信行, 五十嵐保隆, 金子敏信
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      2017年暗号と情報セキュリティシンポジウム
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      ロワジールホテル 那覇
    • Year and Date
      2017-01-24
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  • [Presentation] ブロック暗号Piccoloの高階差分特性2017

    • Author(s)
      芝山直喜、五十嵐保隆、金子敏信
    • Organizer
      2017年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • Place of Presentation
      ロワジールホテル 那覇
    • Year and Date
      2017-01-24
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  • [Presentation] ブロック暗号Fewの高階差分特性2017

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      芝山直喜, 五十嵐保隆, 金子敏信
    • Organizer
      情報理論研究会
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  • [Presentation] 軽量型ブロック暗号Halkaの差分パス解析2017

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      中澤俊, 五十嵐保隆, 金子敏信
    • Organizer
      コンピュータセキュリティシンポジウム 2017
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  • [Presentation] ブロック暗号SHipherの選択平文解読と既知平文解読2017

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      藤山雄輔, 五十嵐保隆, 金子敏信
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      コンピュータセキュリティシンポジウム 2017
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  • [Presentation] ブロック暗号Midori64の特異な3階差分特性(II)2016

    • Author(s)
      高橋勇介、五十嵐保隆、金子敏信
    • Organizer
      コンピュータセキュリティシンポジウム 2016
    • Place of Presentation
      秋田キャッスルホテル
    • Year and Date
      2016-10-11
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  • [Presentation] ブロック暗号Midori64の特異な3階差分特性2016

    • Author(s)
      高橋勇介・五十嵐保隆・金子敏信
    • Organizer
      2016年電子情報通信ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      北海道大学札幌キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-20
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  • [Presentation] ブロック暗号QARMA64の飽和特性2016

    • Author(s)
      佐々木理・高橋勇介・五十嵐保隆・金子敏信
    • Organizer
      2016年電子情報通信ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      北海道大学札幌キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-20
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  • [Remarks] 五十嵐 保隆 | 論文・著書・学会発表・特許 | 東京理科大学

    • URL

      https://www.tus.ac.jp/fac_grad/p/achievement.php?4d2c

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      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 東京理科大学 研究者情報データベース RIDAI

    • URL

      https://ridai.admin.tus.ac.jp/ridai/doc/ro/RIROA01.php

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  • [Remarks] 五十嵐 保隆 - 東京理科大学 研究者情報データベース

    • URL

      http://www.tus.ac.jp/ridai/doc/ji/RIJIA01Detail.php?&kin=nav&diu=4d2c

    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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