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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Cryptanalysis and Design of Lightweight Symmetric-key Cryptography and Its Application to IoT

Research Project

Project/Area Number 19H02141
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

五十部 孝典  兵庫県立大学, 情報科学研究科, 准教授 (30785465)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywordsブロック暗号 / ハッシュ関数 / 認証暗号 / 差分攻撃 / 代数攻撃
Outline of Annual Research Achievements

4年目は、モバイルデバイス等で高速に処理可能な共通鍵暗号の設計を実施した。具体的にはソフトウェアで高速に処理可能なSIMD(Single Instruction/Multiple Data)命令で実行可能な構成について検討した。特に、暗号演算に特化しているAES-NIと呼ばれる演算とXORのみからなる究極に高速化可能な構成について検討した。具体的な成果としては、Areionと呼ばれる暗号学的置換を設計した。Areionは前述の通り、AES-NIとXOR命令のみから構成されており、安全性と実装性能の観点で最適な構造や組み合わせをとっている。最適な組み合わせの探索は、数理ソルバーを用いた自動安全性評価ツールを作成し、数百万の候補の中から最適なものを選択した。この暗号学的置換からハッシュ関数や認証暗号へ拡張可能であり、いずれもモバイルやラップトップ環境では世界最速を達成する性能を持っている。これらをまとめた結果は、暗号実装のトップ会議CHESに採録されている。
また設計と同時に、暗号の解析技術の開発も実施した。代表的な成果としては、5G標準のストリーム暗号ZUCに対する差分攻撃、プライバシー保護技術フレンドリ暗号RastaやLowMCへの代数攻撃、RoccaやAEGIS等の認証暗号に対する安全性評価が挙げられる。これらの結果は、暗号分野のトップ会議ASIACRYPT, FSEに採録されるなど学術的に高い評価を得た。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 6 results) Presentation (4 results)

  • [Int'l Joint Research] FHNW(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      FHNW
  • [Int'l Joint Research] Indian Institute of Technology Madras(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      Indian Institute of Technology Madras
  • [Journal Article] On Optimality of the Round Function of Rocca2023

    • Author(s)
      TAKEUCHI Nobuyuki、SAKAMOTO Kosei、ISOBE Takanori
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      Volume: E106.A Pages: 45~53

    • DOI

      10.1587/transfun.2021eap1158

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Security Evaluation of Initialization Phases and Round Functions of Rocca and AEGIS2023

    • Author(s)
      TAKEUCHI Nobuyuki、SAKAMOTO Kosei、ISOBE Takanori
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      Volume: E106.A Pages: 253~262

    • DOI

      10.1587/transfun.2022cip0013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Areion: Highly-Efficient Permutations and Its Applications to Hash Functions for Short Input2023

    • Author(s)
      Isobe Takanori、Ito Ryoma、Liu Fukang、Minematsu Kazuhiko、Nakahashi Motoki、Sakamoto Kosei、Shiba Rentaro
    • Journal Title

      IACR Transactions on Cryptographic Hardware and Embedded Systems

      Volume: 3 Pages: 115~154

    • DOI

      10.46586/tches.v2023.i2.115-154

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Efficient constructions for large‐state block ciphers based on AES New Instructions2022

    • Author(s)
      Shiba Rentaro、Sakamoto Kosei、Isobe Takanori
    • Journal Title

      IET Information Security

      Volume: 16 Pages: 145~160

    • DOI

      10.1049/ise2.12053

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Inverse of $$\chi $$ and Its Applications to Rasta-Like Ciphers2022

    • Author(s)
      Liu Fukang、Sarkar Santanu、Meier Willi、Isobe Takanori
    • Journal Title

      Journal of Cryptology

      Volume: 35 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1007/s00145-022-09439-x

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] New Low-Memory Algebraic Attacks on LowMC in the Picnic Setting2022

    • Author(s)
      Liu Fukang、Meier Willi、Sarkar Santanu、Isobe Takanori
    • Journal Title

      IACR Transactions on Symmetric Cryptology

      Volume: 3 Pages: 102~122

    • DOI

      10.46586/tosc.v2022.i3.102-122

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] New Cryptanalysis of ZUC-256 Initialization Using Modular Differences2022

    • Author(s)
      Liu Fukang、Meier Willi、Sarkar Santanu、Wang Gaoli、Ito Ryoma、Isobe Takanori
    • Journal Title

      IACR Transactions on Symmetric Cryptology

      Volume: 3 Pages: 152~190

    • DOI

      10.46586/tosc.v2022.i3.152-190

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Algebraic Meet-in-the-Middle Attack on LowMC2022

    • Author(s)
      Fukang Liu, Santanu Sarkar, Gaoli Wang, Willi Meier, Takanori Isobe
    • Journal Title

      ASIACRYPT 2022

      Volume: 1 Pages: 225-255

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Fukang Liu, Santanu Sarkar, Gaoli Wang, Willi Meier, Takanori Isobe2022

    • Author(s)
      竹内 信幸, 阪本 光星, 五十部 孝典
    • Organizer
      コンピュータセキュリティシンポジウム(CSS) 2022
  • [Presentation] SATソルバーを用いた低遅延暗号Orthrosに対する差分攻撃の耐性評価2022

    • Author(s)
      髙 和真, 石川 達也, 阪本 光星, 五十部 孝典
    • Organizer
      コンピュータセキュリティシンポジウム(CSS) 2022
  • [Presentation] 混合整数線形計画法を用いたAEGIS/Tiaoxin-346/Roccaに対する安全性評価2022

    • Author(s)
      白矢 琢朗 , 竹内 信幸, 阪本 光星, 五十部 孝典
    • Organizer
      コンピュータセキュリティシンポジウム(CSS) 2022
  • [Presentation] Piccolo-typeブロック暗号のラウンド置換の改良2022

    • Author(s)
      内海 潮音, 中橋 元輝, 阪本 光星, 五十部 孝典
    • Organizer
      コンピュータセキュリティシンポジウム(CSS) 2022

URL: 

Published: 2023-12-25  

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