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Continued Development of Card-based Cryptography

Research Project

Project/Area Number 21K11881
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60070:Information security-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Mizuki Takaaki  東北大学, サイバーサイエンスセンター, 教授 (90323089)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywordsカードベース暗号 / 物理的暗号技術 / 秘密計算 / ゼロ知識証明
Outline of Research at the Start

カードベース暗号は,トランプカードのような物理的なカード組を用いて,秘密計算に代表される暗号機能を手軽に実現するものである。本研究では,研究代表者が先導しているカードベース暗号の分野を継続的に発展させ,さらなる改良・実用化や計算限界の理論的解明に取り組むとともに,カードベース暗号の重要性をより定着化させるアウトリーチ活動や,魅力的な未解決問題の提示により,この分野のさらなる拡大を図る。

Outline of Final Research Achievements

Card-based cryptography uses a physical deck of cards to achieve cryptographic functionalities such as secure computations and zero-knowledge proofs. The main achievements of this research include: the construction of new efficient card-based cryptographic protocols for elementary operations such as AND and XOR, zero-knowledge proofs, and secure sorting; the proposal of a new card operation called the half-open action and the refinement of the computational model; and the active publication of papers and outreach activities. Through these efforts, we have fostered the growth of the research field of card-based cryptography.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

三年間の研究成果の学術的意義の根拠を示すデータとして,Scopusに収録されている「査読付論文」は合計24本である。本研究の直接経費の合計は320万円であるので,単純に割り算するとScopus収録の査読付論文1本あたりのコストは約13万3千円である。また,世界大学ランキング等の指標として重要な「トップ10%論文」について,Scopus/SciValの29 May 2024のデータによると,論文合計24本中,7本がトップ10%論文に該当している。すなわち,トップ10%論文の現在の輩出率は29.2%である。客観的に見て,我が国の研究力向上に貢献しており,社会的意義も小さくないと考えられる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (64 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (25 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 25 results,  Open Access: 25 results) Presentation (39 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Physical and Visual Cryptography to Accelerate Social Implementation of Advanced Cryptographic Technologies2023

    • Author(s)
      花岡悟一郎, 岩本貢, 渡邉洋平, 水木敬明, 安部芳紀, 品川和雅, 新井美音, 矢内直人
    • Journal Title

      電子電子情報通信学会論文誌A 基礎・境界

      Volume: J106-A Issue: 8 Pages: 214-228

    • DOI

      10.14923/transfunj.2022JAI0002

    • ISSN
      1881-0195
    • Year and Date
      2023-08-01
    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Physical ZKP protocols for Nurimisaki and Kurodoko2023

    • Author(s)
      Robert Leo、Miyahara Daiki、Lafourcade Pascal、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      Theoretical Computer Science

      Volume: 972 Pages: 114071-114071

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2023.114071

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Card-Based Zero-Knowledge Proof Protocol for Pancake Sorting2023

    • Author(s)
      Komano Yuichi、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      SecITC 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13809 Pages: 222-239

    • DOI

      10.1007/978-3-031-32636-3_13

    • ISBN
      9783031326356, 9783031326363
    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Single-Shuffle Card-Based Protocol with Eight Cards per Gate2023

    • Author(s)
      Tozawa Kazunari、Morita Hiraku、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      UCNC 2023, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 14003 Pages: 171-185

    • DOI

      10.1007/978-3-031-34034-5_12

    • ISBN
      9783031340338, 9783031340345
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Few-helping-card Protocols for Some Wider Class of Symmetric Boolean Functions with Arbitrary Ranges2023

    • Author(s)
      Shikata Hayato、Miyahara Daiki、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      APKC '23, ACM Conference Proceedings

      Volume: - Pages: 33-41

    • DOI

      10.1145/3591866.3593073

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Two UNO Decks Efficiently Perform Zero-Knowledge Proof for Sudoku2023

    • Author(s)
      Tanaka Kodai、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      FCT 2023, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 14292 Pages: 406-420

    • DOI

      10.1007/978-3-031-43587-4_29

    • ISBN
      9783031435867, 9783031435874
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Upper Bounds on the Number of Shuffles for Two-Helping-Card Multi-Input AND Protocols2023

    • Author(s)
      Yoshida Takuto、Tanaka Kodai、Nakabayashi Keisuke、Chida Eikoh、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      CANS 2023, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 14342 Pages: 211-231

    • DOI

      10.1007/978-981-99-7563-1_10

    • ISBN
      9789819975624, 9789819975631
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Secure Computations Through Checking Suits of Playing Cards2023

    • Author(s)
      Miyahara Daiki、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      FAW 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13461 Pages: 110-128

    • DOI

      10.1007/978-3-031-20796-9_9

    • ISBN
      9783031207952, 9783031207969
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hide a Liar: Card-Based ZKP Protocol for Usowan2023

    • Author(s)
      Robert Leo、Miyahara Daiki、Lafourcade Pascal、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      TAMC 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13571 Pages: 201-217

    • DOI

      10.1007/978-3-031-20350-3_17

    • ISBN
      9783031203497, 9783031203503
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Card-Based ZKP for Connectivity: Applications to Nurikabe, Hitori, and Heyawake2022

    • Author(s)
      Robert Leo、Miyahara Daiki、Lafourcade Pascal、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      New Generation Computing

      Volume: - Issue: 1 Pages: 149-171

    • DOI

      10.1007/s00354-022-00155-5

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Information Leakage Due to Operative Errors in Card-based Protocols2022

    • Author(s)
      Takaaki Mizuki and Yuichi Komano
    • Journal Title

      Information and Computation

      Volume: - Pages: 1-15

    • DOI

      10.1016/j.ic.2022.104910

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Card-based Single-shuffle Protocols for Secure Multiple-input AND and XOR Computations2022

    • Author(s)
      Kuzuma Tomoki、Isuzugawa Raimu、Toyoda Kodai、Miyahara Daiki、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      APKC '22, ACM Conference Proceedings

      Volume: - Pages: 51-58

    • DOI

      10.1145/3494105.3526236

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Card-Based Secure Sorting Protocol2022

    • Author(s)
      Haga Rikuo、Toyoda Kodai、Shinoda Yuto、Miyahara Daiki、Shinagawa Kazumasa、Hayashi Yuichi、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      IWSEC 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13504 Pages: 224-240

    • DOI

      10.1007/978-3-031-15255-9_12

    • ISBN
      9783031152542, 9783031152559
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Card-Minimal Protocols for Symmetric Boolean Functions of More than Seven Inputs2022

    • Author(s)
      Shikata Hayato、Toyoda Kodai、Miyahara Daiki、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      ICTAC 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13572 Pages: 388-406

    • DOI

      10.1007/978-3-031-17715-6_25

    • ISBN
      9783031177149, 9783031177156
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  • [Journal Article] Card-Minimal Protocols for Three-Input Functions with Standard Playing Cards2022

    • Author(s)
      Haga Rikuo、Hayashi Yuichi、Miyahara Daiki、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      AFRICACRYPT 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13503 Pages: 448-468

    • DOI

      10.1007/978-3-031-17433-9_19

    • ISBN
      9783031174322, 9783031174339
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  • [Journal Article] Card-Based ZKP Protocol for Nurimisaki2022

    • Author(s)
      Robert Leo、Miyahara Daiki、Lafourcade Pascal、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      SSS 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13751 Pages: 285-298

    • DOI

      10.1007/978-3-031-21017-4_19

    • ISBN
      9783031210167, 9783031210174
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  • [Journal Article] Physical Zero-Knowledge Proof Protocol for Topswops2022

    • Author(s)
      Komano Yuichi、Mizuki Takaaki
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      ISPEC 2022, Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13620 Pages: 537-553

    • DOI

      10.1007/978-3-031-21280-2_30

    • ISBN
      9783031212796, 9783031212802
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  • [Journal Article] Physical zero-knowledge proof and NP-completeness proof of Suguru puzzle2021

    • Author(s)
      Robert Leo、Miyahara Daiki、Lafourcade Pascal、Libralesso Luc、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      Information and Computation

      Volume: - Pages: 104858-104858

    • DOI

      10.1016/j.ic.2021.104858

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  • [Journal Article] How to construct physical zero-knowledge proofs for puzzles with a “single loop” condition2021

    • Author(s)
      Lafourcade Pascal、Miyahara Daiki、Mizuki Takaaki、Robert Leo、Sasaki Tatsuya、Sone Hideaki
    • Journal Title

      Theoretical Computer Science

      Volume: 888 Pages: 41-55

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2021.07.019

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    • Author(s)
      Toyoda Kodai、Miyahara Daiki、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      INDOCRYPT 2021、Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13143 Pages: 536-555

    • DOI

      10.1007/978-3-030-92518-5_24

    • ISBN
      9783030925178, 9783030925185
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  • [Journal Article] Card-Based Zero-Knowledge Proof Protocols for Graph Problems and Their Computational Model2021

    • Author(s)
      Miyahara Daiki、Haneda Hiromichi、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      ProvSec 2021、Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13059 Pages: 136-152

    • DOI

      10.1007/978-3-030-90402-9_8

    • ISBN
      9783030904012, 9783030904029
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  • [Journal Article] A Card-Minimal Three-Input AND?Protocol Using Two Shuffles2021

    • Author(s)
      Isuzugawa Raimu、Toyoda Kodai、Sasaki Yu、Miyahara Daiki、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      COCOON 2021、Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 13025 Pages: 668-679

    • DOI

      10.1007/978-3-030-89543-3_55

    • ISBN
      9783030895426, 9783030895433
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  • [Journal Article] Zero-Knowledge Proof Protocol for?Cryptarithmetic Using Dihedral Cards2021

    • Author(s)
      Isuzugawa Raimu、Miyahara Daiki、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      UCNC 2021、Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 12984 Pages: 51-67

    • DOI

      10.1007/978-3-030-87993-8_4

    • ISBN
      9783030879921, 9783030879938
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  • [Journal Article] Cooking Cryptographers: Secure Multiparty Computation Based on Balls and Bags2021

    • Author(s)
      Daiki Miyahara, Yuichi Komano, Takaaki Mizuki, and Hideaki Sone
    • Journal Title

      Proc. of CSF 2021

      Volume: - Pages: 1-16

    • DOI

      10.1109/csf51468.2021.00034

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  • [Journal Article] Interactive Physical ZKP for?Connectivity: Applications to Nurikabe and Hitori2021

    • Author(s)
      Robert Leo、Miyahara Daiki、Lafourcade Pascal、Mizuki Takaaki
    • Journal Title

      CiE 2021、Lecture Notes in Computer Science

      Volume: 12813 Pages: 373-384

    • DOI

      10.1007/978-3-030-80049-9_37

    • ISBN
      9783030800482, 9783030800499
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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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