Compact post-quantum advanced cryptographic protocols for IoT

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K11806
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60070:Information security-related
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: Kazuki Yoneyama 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (50759579)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 耐量子 / 高機能暗号プロトコル / 形式検証

Outline of Final Research Achievements

As post-quantum advanced cryptographic protocols pursuing compact communication cost, (1) a hierarchical identity-based authenticated key exchange scheme based on the lattice problem, (2) a one-sided anonymous authenticated key exchange scheme based on the isogeny problem, and (3) a password authentication key exchange scheme based on the isogeny problem are proposed, respectively. In (1) and (2), authentication under more complex conditions than the usual authenticated key exchange is realized securely against quantum computers for the first time. In (3), we achieved a more compact communication cost than the conventional post-quantum scheme. Furthermore, as an approach to the automated security proofs, we verify the FIDO2, a password-less authentication method in practical use, and the Qi authentication protocol, a contactless charging standard using an automated verification tool.

Free Research Field

暗号理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の耐量子高機能暗号プロトコルの多くは、（耐量子でない）プロトコルに比べて鍵サイズや通信量が大きいという欠点があった。特に、IoT環境では十分なストレージ容量や通信環境の確保が難しいため、鍵サイズや通信量をどこまで削減できるかが大きな課題であった。将来的にIoT環境でも耐量子安全性が必要になると予想される。本研究で提案した耐量子高機能暗号プロトコルは同種写像問題に基づくことにより、従来の方式よりも通信量や鍵サイズを大幅に小さくすることができており、IoT環境でも利用が可能であると考えられる。また、複雑な実用認証プロトコルの検証手法の創出は耐量子以外の研究課題においても活用できる可能性がある。