2021 Fiscal Year Research-status Report
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20K11824
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| Research Institution | Sojo University |
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Principal Investigator |
吉岡 大三郎 崇城大学, 情報学部, 教授 (70435147)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 暗号 / カオス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
通信の秘匿性の確保をはじめ，改ざん検出から認証技術にまで応用される暗号は，情報セキュリティを支える主要素技術である．共通鍵暗号方式のDES(Data Encryption Standard)やAES(Advanced Encryption Standard)が標準暗号として従来より用いられてきた．今後，マイコンやICチップ，センサーなどの小型機器や多様なデバイスとの接続が進むIoT(Internet of Things)時代に向けて，安全かつ省リソースで実装可能な軽量暗号が求められている．
一般的に共通鍵暗号は，非線形変換関数S-boxが回路面積の大部分を占めるため，その効率設計が大変重要とされる．また，復号のための逆関数の実装も必要となるため，逆関数の効率設計も課題となる．そこで本研究では，置換の合成に基づく効率的な逆関数の設計法を提案している．提案手法を軽量暗号PRESENTのS-boxに適用し，復号回路に相当する最簡論理式のCMOSトランジスタ数が少なくなることを実験的に示すことができた．
今後は128ビット軽量カオス暗号を設計し，その安全性評価を行う．復号回路の効率設計に今年度の研究成果が応用できる．また，32/64bit CPU上やマイコン上に実装し，メモリや実行速度を見積もる．加えて，FPGAやASICなどのハードウェア上での実装性能も評価し，既存暗号のAESと比較することで，本研究の有効性を実証する予定である．
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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
令和3年度では，復号回路の簡略化を目的として，暗号で用いられるランダム置換の逆変換を実現する手法を提案した．提案手法では，置換の合成に基づき，暗号用変換から逆変換を実現できる．その成果を電子情報通信学会主催研究会，国際会議にて発表も行い，成果をまとめた英文論文誌(NOLTA, IEICE)も出版されている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では整数上カオス写像に基づく16bit S-boxを提案しており，令和３年度の研究成果により，その復号回路の効率設計法を確立できた．今後は，その16bit S-boxを8個用い，128ビット暗号を設計する．解読耐性向上のために各S-box出力値の変化と暗号鍵が全体によく混ざるように，混合変換を導入する．その後，代表的な暗号解読耐性の指標として知られる最大差分特性確率と最大線形特性確率の上限値を導出し，十分な解読耐性をもつ128ビット暗号を設計する．
次に，32ビットや64ビットソフトウェア上で実装ならびに8ビットマイコン上で実装した場合のメモリ使用量と処理サイクル数を評価する．また，ハードウェア記述言語Verilog-HDLを用いた論理記述，論理シミュレーションツールによる暗号化・復号化の動作確認後，FPGA(Field Programmable Gate Array)や東京大学VDEC(VLSI Design and Education Center)が提供する標準的なCMOSスタンダードセルを用いたLSIチップ試作などのハードウェア上に実装し，暗号・復号回路の動作実験を行う．標準暗号AESとソフトウェアおよびハードウェア実装性能について比較し，本研究手法の有効性を実証する予定である．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で学会参加できなかったため，当初計上していた学会参加費や旅費が０となった．また，予定してたワークステーションが半導体不足の影響もあり価格が想定よりも高騰したため，次年度以降に繰り越しての購入を予定している．
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