情報科学応用のための分離行列圧縮技術の開発

• Project/Area Number: 22K19773
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 四方 順司 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (30345483)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小関 健太 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (10649122)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 分離行列 / グループテスト / データ圧縮

Outline of Research at the Start

本研究は、情報科学の観点から現代社会における重要なテーマである、安全かつ効率的なデータ通信を可能とする軽量認証アルゴリズムの構築、及び、病原菌や感染者を効率的に特定可能な集団検査アルゴリズムの構築に対して飛躍的に発展させることが目的である。これらアルゴリズムを同時に発展させるため、その構成の核となる数理構造として分離行列に着目し、分離行列に対する圧縮法の開発、及び、その圧縮限界の解明が本研究のめざす主成果である。本研究では、情報理論とグラフ理論の両研究アプローチから課題解決に挑戦する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、情報科学の観点から現代社会における重要なテーマである、安全かつ効率的なデータ通信を可能とする軽量認証アルゴリズムの構築 、及び、病原菌や感染者を効率的に特定可能な集団検査アルゴリズムの構築に対して飛躍的に発展させることが目的である。これらアルゴリズムを同時に発展させるため、その構成の核となる数理構造として分離行列に着目し、分離行列に対する圧縮法の開発、及び、その圧縮限界の解明が本研究のめざす成果である。また、情報科学において、本研究成果が応用可能な他の課題について開拓することも計画する。
令和5年度は、上記の研究を進める上でのグループテストを実現する分離行列に関する更なる理論的解析を行った。また、関連する（ハイパー）グラフの数理構造の解析とその応用に関しても研究した。特に、確率的グループテストにおいて、ランダム部分集合エラー確率の概念を新しく導入し、既存の確率的グループテストアルゴリズムに対して、このエラー確率の上界を導いた。また、分離行列に基づくグループテストアルゴリズムの暗号・情報セキュリティ分野への応用の立場から、軽量認証暗号、アグリゲート署名、IDベース暗号等のシステム構成に応用できることを示した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

令和5年度は研究対象の分離行列やそれから自然に派生するグループテストアルゴリズムに関する理論的な解析を行い、それらの成果から様々な暗号・情報セキュリティ技術の構成に利用できることを示せたものの、分離行列の圧縮構造に対する解析は難航しており当初計画からやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

研究代表者と研究分担者が議論する機会を増やし、研究課題の解決を加速させる。また、研究代表者と研究分担者それぞれの専門分野における人的ネットワークを利用して、世界で本研究課題に関連する研究を行っている研究者と議論する機会を持ち、来年度において本研究課題の解決を図る。

Research Products

• [Journal Article] Bloomier Filters on 3-Hypergraphs (2024)
  • Author(s): Hyungrok Jo, Junji Shikata
  • Journal Title: Information Security Applications, Lecture Notes in Computer Science, Springer Volume: 14402 Pages: 16-26
  • DOI: 10.1007/978-981-99-8024-6_2
  • ISBN: 9789819980239, 9789819980246
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 鍵圧縮及びデータ圧縮を可能にするプロキシ再認証方式 (2024)
  • Author(s): 松岡耀志朗, 知久奏斗, 原啓祐, 四方順司
  • Journal Title: 電子情報通信学会, 信学技報, ISEC2023-82 Volume: 123 Pages: 52-59
• [Journal Article] Authenticated Encryption for Very Short Inputs (2023)
  • Author(s): Alexandre Adomnicai, Kazuhiko Minematsu, Junji Shikata
  • Journal Title: Topics in Cryptology, CT-RSA 2023, Lecture Notes in Computer Science, Springer Volume: 13871 Pages: 553-572
  • DOI: 10.1007/978-3-031-30872-7_21
  • ISBN: 9783031308710, 9783031308727
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Spanning Tree with at Most k Leaves in a K_{1, p}-Free Graph (2023)
  • Author(s): Kenta Ozeki, Masao Tsugaki
  • Journal Title: The Electronic Journal of Combinatorics Volume: 30 Issue: 4
  • DOI: 10.37236/11698
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] H-colorings for 4-regular graphs (2023)
  • Author(s): Analen A. Malnegro, Kenta Ozeki
  • Journal Title: Discrete Mathematics Volume: 347 Issue: 3 Pages: 113844-113844
  • DOI: 10.1016/j.disc.2023.113844
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Concretely Compact Lattice-Based Aggregate Signature Scheme (2023)
  • Author(s): Toi Tomita, Junji Shikata
  • Journal Title: 情報処理学会コンピュータセキュリティシンポジウム2023論文集 Volume: -
• [Journal Article] Group Testing Aggregate Signatures with Soundness (2023)
  • Author(s): Shingo Sato, Junji Shikata, Tsutomu Matsumoto
  • Journal Title: Information Security and Cryptology, Springer Volume: LNCS 13849 Pages: 363-381
  • DOI: 10.1007/978-3-031-29371-9_18
  • ISBN: 9783031293702, 9783031293719
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Compact Bounded-Collusion Identity-based Encryption via Group Testing (2023)
  • Author(s): Shingo Sato, Junji Shikata
  • Journal Title: IACR Cryptology ePrint Archive 2023/444 Volume: -
  • Open Access
• [Journal Article] Authenticated Encryption for Very Short Inputs (2023)
  • Author(s): Alexandre Adomnicai, Kazuhiko Minematsu, Junji Shikata
  • Journal Title: IACR Cryptology ePrint Archive 2023/361 Volume: -
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Compact Signature Aggregation from Module-Lattices (2023)
  • Author(s): Toi Tomita, Junji Shikata
  • Journal Title: IACR Cryptology ePrint Archive 2023/471 Volume: -
  • Open Access
• [Journal Article] A 2-Bisection with Small Number of Monochromatic Edges of a Claw-Free Cubic Graph (2023)
  • Author(s): Seungjae Eom, Kenta Ozeki
  • Journal Title: Graphs and Combinatorics Volume: 39 Issue: 1 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1007/s00373-023-02611-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kempe Equivalence Classes of Cubic Graphs Embedded on the Projective Plane (2022)
  • Author(s): Kenta Ozeki
  • Journal Title: Combinatorica Volume: 42 Issue: S2 Pages: 1451-1480
  • DOI: 10.1007/s00493-021-4330-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arithmetic progressions, quasi progressions, and Gallai-Ramsey colorings (2022)
  • Author(s): Yaping Mao, Kenta Ozeki, Aaron Robertson, Zhao Wang
  • Journal Title: Journal of Combinatorial Theory, Series A Volume: 193 Pages: 105672-105672
  • DOI: 10.1016/j.jcta.2022.105672
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Authenticated Encryption for Very Short Inputs (2023)
  • Author(s): Alexandre Adomnicai, Kazuhiko Minematsu, Junji Shikata
  • Organizer: The Cryptographers' Track at RSA Conference (CT-RSA 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bloomier Filters on 3-Hypergraphs (2023)
  • Author(s): Hyungrok Jo, Junji Shikata
  • Organizer: The 24th World Conference on Information Security Applications (WISA 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spanning trees with bounded number of leaves in K_{1, p}-free graphs (2023)
  • Author(s): Kenta Ozeki
  • Organizer: International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM 2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spanning trees in star-free graphs (2023)
  • Author(s): Kenta Ozeki
  • Organizer: 25th Indonesia-Japan Conference on Discrete and Computational Geometry, Graphs, and Games (IJCDCG^3 2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 鍵圧縮及びデータ圧縮を可能にするプロキシ再認証方式 (2023)
  • Author(s): 松岡耀志朗, 知久奏斗, 原啓祐, 四方順司
  • Organizer: 電子情報通信学会, RCC・ISEC・IT・WBS合同研究会
• [Presentation] A Concretely Compact Lattice-Based Aggregate Signature Scheme (2023)
  • Author(s): Toi Tomita, Junji Shikata
  • Organizer: 情報処理学会コンピュータセキュリティシンポジウム2023（CSS2023）
• [Presentation] 極大外平面グラフの奇彩色 (2023)
  • Author(s): 大迫翔，小関健太
  • Organizer: 2023年度応用数学合同研究集会
• [Presentation] Kempe equivalence classes on 3-edge-colorings in cubic graphs (2023)
  • Author(s): Kenta Ozeki
  • Organizer: 2023 Joint Mathematics Meetings (JMM 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Group Testing Aggregate Signatures with Soundness (2022)
  • Author(s): Shingo Sato, Junji Shikata, Tsutomu Matsumoto
  • Organizer: The 25th Annual International Conference on Information Security and Cryptology (ICISC 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Group Testing and its Application to Cryptography (2022)
  • Author(s): Junji Shikata
  • Organizer: The 3rd International Conference On Natural Sciences, Mathematics, Applications, Research, and Technology (ICON-SMART 2022)
  • Int'l Joint Research / Invited