2019 Fiscal Year Research-status Report
特徴保存暗号に基づく暗号化データベースに対する安全性評価
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19K22838
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
國廣 昇 筑波大学, システム情報系, 教授 (60345436)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 暗号化データベース / 安全性評価 / 順序保存暗号 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大量のデータがあふれる現在において，大規模なデータベースにデータを格納することが標準になりつつある．サーバの不正を防ぐためには，データは暗号化した上で保管されなくてはならない．本研究では，暗号化データベースに対する安全性評価に関する研究を行うことが目的である．
2019年度は，主に，その基礎技術となるアクセス構造を持つ秘密分散法に関して研究を行った．秘密分散法は，秘密情報を分散して保持する手法で，あらかじめ定めた所有者が分散された情報を持ち合うことによりはじめて情報が復元される手法である．
一台のサーバで管理をする状況では，そのサーバの不正を防ぐことは困難であるが，複数のサーバで分散して情報を管理することにより，サーバの不正を防ぐことが可能となる．2019年度は，単純な機能を持つ秘密分散法から，高機能な秘密分散法の提案に成功している．
これ以外にも萌芽的な結果として，耐量子性を持つ効率的なzk-SNARKの提案，差分プライバシを達成するノイズ作成法の提案に関して成果を上げている．さらに，暗号化した状態でバイナリサーチなどの効率的な演算が可能な順序比較暗号の一般的な構成の提案を行っている．これらの成果は，より精緻化を行ったのちに査読付き国際会議に投稿する予定である．
2019年は，査読付き国際会議2件の発表を行った．初期的な成果として，国際会議でのポスター発表1件，国内シンポジウムでの発表3件を行った．特に，国際会議でのポスター発表では，Best Poster Awardを受賞している．
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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
2019年度は，主に，効率的な秘密分散法に関する研究を行った．理想的なmultipartite秘密分散法から，最適な複数割り当て法(MAS)の提案に成功している．複数割り当て方式は，一般的なアクセス構造の秘密分散方式（SSS）を構築するための手法である．この研究では，コンパートメント型アクセス構造を実現する理想的なSSSを用いたMAS，および，多値アクセス構造を実現するSSSを用いたMASを提案した．新たに提案したMASは，しきい値SSSやランプ型SSSを用いたMASよりも広い意味で効率が良い．
ランプ型SSSは，秘密に関する部分的な情報が漏洩することを許容することで，分散シェアのサイズの面で効率を向上させることができる．この部分情報が明示的に復元されないようにするために、強安全という概念が導入されている．しかし，一般アクセス構造に対して強く安全なランプ型SSSを構築する方法はほとんど提案されていない．この研究では，任意の線形ランプ型SSSが，情報比を保持したまま同じアクセス構造を持つ強セキュリティなスキームに変換できることを示すことに成功した．
さらに初期段階ではあるが，耐量子性を持つ算術回路向けのゼロ知識SNARK（簡潔非対話知識証明）の提案を行っている．ブール回路向けのゼロ知識SNARKの提案はされているが，算術回路向けのものはほとんど提案されていない．また，応用を考えた場合，算術回路向けの方が望ましい．さらに，安全性を保証するための技術として，差分プライバシを達成する効率的なノイズ作成法の提案を行っている．次いで，順序比較暗号の一般的な構成手法を提案している．この構成手法は，検索可能暗号を構成部品としていることに特徴がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は，2019年度内に進めてきた研究の精緻化を進める．査読付き国際会議への投稿を行うほか，さらなる効率化および高機能化を目指す．
さらに，本研究課題の主たる目的である暗号化データベースの安全性評価に本格的に着手する．具体的には，暗号化データベースの構成要素として順序比較可能暗号を用いた場合の安全性評価を重点的に行う．多くの方式では，順序だけでなく，それに追加して，少しのサイドチャネル情報も漏洩している．このサイドチャネル情報と順序構造を組み合わせた場合，どの程度，暗号化データベースが脆弱になるのかの解析を進める．
2019年度に行った順序比較可能暗号の提案に関しても研究を進める．この方式は，検索可能暗号を構成要素として用いる方式であるが，基となる検索可能暗号の特徴が，部分的に，順序比較可能暗号にも引き継がれる．そのため，適切な方式の選択をすることにより，効率的かつ高機能な順序比較暗号が構成される可能性がある．単純な組み合わせによる構成だけでなく，構成した方式から，さらなる効率化を試みる．2019年度は，理論検討を中心に進めてきた．2020年度は，実際の計算機上で，安全性評価を行い，現実に与えるインパクトに関して詳細に検討を進める．
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| Causes of Carryover |
（理由） 2019年度は，周辺技術の提案，および，既存技術のサーベイを主に行ったため，大規模数値実験に着手をしていない．そのため，数値実験計算機の分が，未使用となり，次年度使用額が生じた．
（使用計画） 2020年度は、大規模数値実験をおこなう準備ができ次第，高性能の計算機を購入する予定である．
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