2018 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of secure communication theory needed for advanced IoT society based on multi-terminal information theory and cryptographic theory
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18H01438
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
大濱 靖匡 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20243892)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
SANTOSO BAGUS 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (40571956)
八木 秀樹 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (60409737)
渡辺 峻 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70546910)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ハードウエア攻撃 / 情報漏えい / 安全通信維持 / 多端子仮説検定 / IoT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度の研究実績として次の2つの主要結果を得た。
１．ハードウエア攻撃の理論的モデルとして、共通鍵暗号方式における情報漏えいの問題を扱った。具体的には、盗聴者は、雑音のある通信路を介して、共通鍵を雑音に汚された信号系列として観測できるという理論的モデルを考えた。これは、ハードウエア攻撃の理論的モデルとしてかなり一般的なものである。さらに盗聴者の利用できる伝送路には容量制約があり、盗聴者は、得られる観測信号系列の長さをｎとしてこれをｎRビットの2進列に圧縮しなければいけない状況を扱った。このようなハードウエア攻撃の情報漏えいの元で、盗聴者が無限の計算能力を持つ場合でも安全な通信が維持できるための符号の方法と安全通信が維持できるための十分条件を伝送率制約Rと通信路の雑音特性を表すパラメータの条件として陽に与えた。この回答を得るためには、既存の手法では不十分であり、通信の理論限界を解析するために本申請課題の研究代表者が新たに開発した手法を利用する必要があった。得られた十分条件であり、この条件がタイトなものかどうかを明らかにするために、安全通信維持に関する必要条件の解析が課題として残された。また、安全通信を維持する符号化の方法は、通信路の雑音特性に依存しており、通信路の雑音特性に依存しないユニバーサルな符号の存在の有無も今後の課題として残された。
２．多端子分散符号化の枠組みで統計的推論を行う問題が1979 年にBerger によって提起された。近年、この問題はIoTとの関係で注目さている。この題に関しては，これまでの精力的な研究により幾つかの重要な部分解決が得られているものの一般には未解決である。本研究では，２つの符号器で独立に符号化されたデータから仮説検定を行う問題について，2 つの分散符号器の一方のみが圧縮を行う場合を考察し，最適な検出力指数の上界を陽に与えた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理論面の研究においては，研究実績の項目で記したように２つの重要な成果を得た．一つは，共通鍵暗号に対するハードウエア攻撃下での安全通信維持に関するものである．これについては，重要課題も得られ，今後の研究の指針も定まった．2つ目の研究成果である多端子仮説検定については，40年間の未解決問題についての解決に向けての指針が定まった．また，この問題のIoTにおけるセキュリティとの関係が興味深い問題として浮かびあがってきた．
以上から本研究課題において，理論面は，著しい研究成果を上げている．研究課題の理論面に関しては，評価(1)の当初の計画以上に進展しているという評価に該当すると考えられる．応用面は，現在，実験環境の整備にあり，やや遅れている．全体を通して，総合
的に評価すると区分(2)のおおむね順調に進展しているという評価になる．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの達成度を考慮し，今後の研究の推進方針としては，遅れのみられる応用面の研究を推進し，全体としての当初の目標を超える達成度を実現することを目標の一つとする．
その一方で，理論面においては，幾つかの重要な課題が提起された．これらの課題を考察するには，新しい道具立てが必要になる可能性がある．現在，まだ研究発表できる段階ではないが新しい道具立ての開発の鍵を握る結果を得た．他方でこの研究を発展されることにより，通信の理論限界を解明するための新理論の展開も期待できそうな状況にあるこのように，現在理論面については，研究の新展開を生みそうな状況にある．是非ともこの方向の研究にも力を注ぎたい．理論，応用それぞれにつき，研究推進の具体的方策は以下のとおりである．
理論面：まず，共通鍵暗号に関するハードウエア攻撃下での安全通信維持の問題として，安全通真維持のための必要条件の考察と，ユニバーサル符号化の問題に取り組む．特に後者の課題については，タイプ（系列の相対頻度分布）を符号化における確率変数として伴う場合の符号化逆定理の証明の方法を新たに開発する必要が生じる可能性がある．
応用面：ハードウエア攻撃の理論的モデルの計算機実装について，まず，敵の有する盗聴うセンサ数が1つの場合について，構築したシステムにより実験を行う．この結果に基づき，より多数のセンサノードの場合，より複雑な通信形態になった場合の通信の物理環境の推定を行う．
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