2020 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, 准教授 (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 | 安全通信維持 / ユニバーサル符号 / 多端子仮説検定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度の研究実績として、次の4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についての符号設計を扱った．具体的には，盗聴者が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．議論を簡単にする為に盗聴者の利用できる伝送路には容量制約がない場合を考え，特に盗聴者は，得られる観測信号系列が消失誤りを含む加法的通信路からの出力である場合を扱った．ここでは，具体的な符号としてリードソロモン符号を用いた場合の符号設計問題に取り組んだ．研究結果として，ハードウエア攻撃を盗聴通信路とみなすことが出来ることを見出し，盗聴通信路の符号化に基づく符号設計を提案し，情報漏えい量を具体的に求めた．
2．ハードウエア攻撃の理論的モデルとして，放送型共通鍵暗号方式における情報漏えいの問題についての符号設計を問題を扱った．ここでも議論を簡単化して，盗聴者は，ハードウエア攻撃を行なわない特別な場合を扱い，リードソロモン符号を用いた符号法の提案と情報漏えい量の公式を得た．
3．昨年に引き続き，多端子分散符号化の枠組みで仮説検定を行なう問題を考察した．この問題に関して，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，昨年から更に考察を進め，2 つの分散符号器の両方が圧縮を行う（両側圧縮）の場合を考察し，仮説検定に信号推定を組みあわせることの重要性を見出した．これにより，両側圧縮の場合の出力指数の上界を与える方法論を確立した．
4．関連研究として情報理論の強逆定理についての幾つかの結果を得た．また暗号化の要素技術である乱数生成も大についての具体的成果を得た．
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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
本年度は，符号設計の研究において，幾つかの重要な成果を得た．具体的にはリードソロモン符号を用いた符号化法を提案とこれを用いたときの情報漏えい量を具体的に求めた．また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，考察を行い，前進を得た．昨年の研究でこの問題のIoTにおけるセキュリティとの関係が明らかになったが，この議論を両側圧縮の場合に拡張して，信号推定を組み合わせる新しい通信系の枠組みにおいて解析することの重要性を見出した．以上から本研究課題において，本年度は応用面における研究成果を上げることができた．
一方，研究課題の理論面に関しては，多端子仮説検定問題について，多少進展が得られた．また，符号設計の研究から，盗聴通信路の符号化との関連が明らかになり，そこから安全通信を維持する新しい符号化法が明らかになった．さらに関連研究として，情報理論の強逆定理についての結果と，暗号化の要素技術である乱数生成問題についての具体的成果を得た．しかしながら，ハードウエア攻撃に関する理論的研究成果については，さほど進展がなかった．現在安全通信のための十分条件については，研究が進んでいるが，この条件がどれほど厳しい（タイト）な条件であるかにつきては明らかになっていない．得られた条件の厳しさを議論する為には安全性の必要条件についての議論が必要になるが，これについては，ハードウエア攻撃のない共通鍵暗号方式に暗号化方式について予備的考察を行なったが，今後の更なる検討が必要である．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，昨年度遅れのみられた理論面の研究を推進し，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．応用面についても，より一般的な攻撃モデルへの議論の拡張が重要である．
また，情報漏えい量の具体的な公式を得たが，これより、情報漏えい量を具体的に計算するには，情報漏えい量の公式から情報漏えい量を効率的に計算するためのアルゴリズムが必要な状況にある．以上を踏まえ，理論，応用それぞれにつき，研究推進の具体的方策を以下のように提示する．
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の研究を推進する．ユニバーサル符号化の問題は解決したが，この結果の正当性について，現在，研究分担者より，幾つかの疑問が生じている．ここの部分は検討を重ね，疑問を解消する必要がある．
応用面：昨年の符号設計の研究を更に発展させる．具体的には，リードソロモン符号を用いた場合の情報漏えい量について更なる解析を行ない，理論的な研究により得られた安全通信の限界にどれくらい迫れるかを考察していきたい．また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も考察を進める．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における鍵情報の漏えい量を評価する．
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