Logic design and security evaluation for tamper-resistant light weight block cipher

• Project/Area Number: 17K00190
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Information security
• Research Institution: Tohoku Gakuin University
• Principal Investigator: Kaminaga Masahiro 東北学院大学, 工学部, 教授 (60266872)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 志子田 有光 東北学院大学, 工学部, 教授 (00215972) ; 鈴木 利則 東北学院大学, 工学部, 教授 (20500432) ; 吉川 英機 東北学院大学, 工学部, 教授 (60259885)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2018: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2017: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 暗号理論 / 耐タンパー技術 / 暗号実装 / ブロック暗号 / 公開鍵暗号 / IoTデバイス / 耐タンパ―技術

Outline of Final Research Achievements

This work aims to implement secure cryptographic algorithms for secure devices such as smartcards, RFID tags, and smart home appliances by developing methods that are resistant to side channel attacks such as power analysis attacks and differential fault attacks.
Broadly speaking, we have developed attacks(crashing modulus attack for Rabin cryptosystem) and secure implementations of Rabin cryptosystem(determination of the size of secure random padding using lattice reduction technique), a key reconstruction method in Feistel block cipher using instruction-skipping DFA, and a random number generation technique using the noise associated with wireless communications to realize countermeasures against side channel attacks such as masking at IoT terminals.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

無線通信でネットワーク化された小型の暗号装置が大量に普及している現在では、1つの端末の暗号が破られると他の暗号装置の安全性も脅かされる。例えば、スマートランプを乗っ取られてしまうと、攻撃者が故意に火災を発生させるなど物理的な意味でも危険が生ずる。本研究の意義は、現在急速に拡大しているICカード、携帯電話SIM、RFIDタグ、その他のIoT端末で使われる軽量な暗号をサイドチャネル攻撃から防衛するための基礎技術を提供し、安全で安心な社会を提供する一助となっていることにある。

Research Products

• [Journal Article] A True Random Number Generator Method Embedded in Wireless Communication Systems (2020)
  • Author(s): SUZUKI Toshinori、KAMINAGA Masahiro
  • Journal Title: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences Volume: E103.A Issue: 4 Pages: 686-694
  • DOI: 10.1587/transfun.2019EAP1130
  • NAID: 130007824877
  • ISSN: 0916-8508, 1745-1337
  • Year and Date: 2020-04-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determining the Optimal Random-padding Size for Rabin Cryptosystems (2019)
  • Author(s): Kaminaga Masahiro、Suzuki Toshinori、Fukase Masaharu
  • Journal Title: IEEE Transactions on Information Forensics and Security Volume: Volume 14(Issue:8) Issue: 8 Pages: 2232-2242
  • DOI: 10.1109/tifs.2019.2895545
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Secret Key Reconstruction Using Round Addtion DFA against Feistel Block Ciphers (2018)
  • Author(s): 吉川英機
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌D 情報・システム Volume: J101-D Issue: 7 Pages: 1027-1036
  • DOI: 10.14923/transinfj.2017JDP7087
  • ISSN: 1880-4535, 1881-0225
  • Year and Date: 2018-07-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Blind Sequence Estimation for BPSK-OFDM Signals (2018)
  • Author(s): 鈴木利則・佐藤拓也
  • Volume: J101-B
  • Issue: 3
  • Pages: 254-263
  • DOI: 10.14923/transcomj.2017JBP3029
  • ISSN: 1344-4697
  • Year and Date: 2018-03-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crashing Modulus Attack on Modular Squaring for Rabin Cryptosystem (2018)
  • Author(s): Masahiro Kaminaga, Hideki Yoshikawa, Arimitsu Shikoda, Toshinori Suzuki
  • Journal Title: IEEE Transaction on Dependable and Secure Computing Volume: 15(4) Issue: 4 Pages: 723-728
  • DOI: 10.1109/tdsc.2016.2602352
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RSA秘密鍵計算と素因数分解の決定的多項式時間同値性 (2018)
  • Author(s): 神永正博・深瀬道晴
  • Journal Title: 東北学院大学工学部研究報告 Volume: 52 Pages: 29-38
  • NAID: 120006812268
  • Open Access
• [Presentation] 軽量ブロック暗号におけるS-BOXマスキング保護の検討・評価 (2019)
  • Author(s): 加納広太，吉川英機，神永正博，志子田有光
  • Organizer: 第18回情報科学技術フォーラム(FIT2019)
• [Presentation] FPGA実装の軽量ブロック暗号LBlockにおけるS-BOXマスキング保護の検討・評価 (2019)
  • Author(s): 加納広太，吉川英機，神永正博，志子田有光
  • Organizer: 第42回情報理論とその応用シンポジウム(SITA2019), ポスターセッション
• [Presentation] 軽量ブロック暗号LBlockに対する相関電力解析への対策の検討 (2019)
  • Author(s): 加納広太，吉川英機，神永正博，志子田有光
  • Organizer: 電気関係学会東北支部連合大会2019
• [Presentation] Development and evaluation of CPA system for 8bit microcontroller utilizing a parallel plain text transfer (2018)
  • Author(s): 加納広太,志子田有光,神永正博
  • Organizer: 平成30年度電気関係学会東北支部連合大会
• [Presentation] 軽量暗号SIMONに対する差分電力解析の検討 (2018)
  • Author(s): 安達司,志子田有光,神永正博
  • Organizer: 平成30年度電気関係学会東北支部連合大会
• [Presentation] 軽量ブロック暗号LBlockに対する差分電力解析の検討 (2018)
  • Author(s): 佐藤純,吉川英機,志子田有光,神永正博
  • Organizer: 平成30年度電気関係学会東北支部連合大会
• [Presentation] 軽量暗号SIMONに対する相関電力解析の検討 (2018)
  • Author(s): 安達司,加納広太,志子田有光,神永正博
  • Organizer: 第41回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] 軽量ブロック暗号LBlockに対する差分電力解析への対策の検討 (2018)
  • Author(s): 佐藤純,加納広太,志子田有光,神永正博
  • Organizer: 第41回情報理論とその応用シンポジウム
• [Presentation] Detailed experimentation know-how about CPA against lightweight cipher implemented 8-bit microcontroller for tamper resistance test bench (2018)
  • Author(s): A. Shikoda, H. Yoshikawa, M. Kaminaga, T. Suzuki, K. Kanou, T. Adachi, J. Sato, and M. Fukase
  • Organizer: 2018 International Symposium on Information Theory and its Applications (ISITA2018)
  • Int'l Joint Research
• [Book] 現代暗号入門 (2017)
  • Author(s): 神永正博
  • Total Pages: 240
  • Publisher: 講談社ブルーバックス
  • ISBN: 9784065020357