A Development of Signature Schemes Optimized to Blockchains and IoT Devices

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K20272
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 60070:Information security-related
• Research Institution: University of Nagasaki (2022); Hokkaido Information University (2019-2021)
• Principal Investigator: Fukumitsu Masayuki 長崎県立大学, 情報システム学部, 准教授 (10736119)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ディジタル署名 / 多重署名 / 集約署名 / 格子 / 緊密性 / 量子ランダムオラクル

Outline of Final Research Achievements

The goal of this research project is to develop digital signature schemes that can be used as a foundation for blockchain and IoT devices. For this purpose, we developed a signature scheme with both compressibility (the property that can reduce a huge amount of signature data sizes) and quantum resistance (the property that can withstand attacks against a quantum computer). Namely, we developed the first lattice-based multi-signature secure in the quantum random oracle model. Moreover, we also conducted the security evaluation of the underlying signature schemes, i.e. the Fiat-Shamir-type signature schemes, and a study of functions desirable for blockchain and IoT devices.

Free Research Field

暗号理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題での署名技術は，ブロックチェーンの基盤やIoT機器から収集するデータの安全性（認証と改ざん検知）の保証が目的であった．これらはいずれもSociety5.0実現の根底をなす技術であり，開発した署名技術はこの実現の一助となることが社会的意義といえる．一方，開発の格子ベースの多重署名は，初の量子ランダムオラクルでの安全性を保証しているほか，この起点の署名技術であるFiat-Shamir型署名の安全性証明可能性分析までも実施していたが，これらの結果は理論安全性証明における新たな知見であることからも，学術的意義に値する．