| Project/Area Number |
21K11887
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60070:Information security-related
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
河内 亮周 三重大学, 工学研究科, 教授 (00397035)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
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| Keywords | 秘密計算 / 秘密同時通信プロトコル / 量子信号処理 / 秘密計算プロトコル / 対話通信パターン / チェーンネットワーク / ツリーネットワーク / ネットワークトポロジー / 秘密同時通信 / 条件付き秘密開示 / 量子情報通信プロトコル / 分散ネットワーク |
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| Outline of Research at the Start |
秘密計算プロトコルは，複数の参加者が各自持つ秘密情報を他の参加者に漏らすことなく，全員の秘密情報に基づいて有益な計算をネットワーク上で行うためのプロトコルである．既存研究のほとんどは各参加者が一対一で直接通信できる理想的なネットワークを想定している．どのようなネットワーク構造でも対応できる秘密計算プロトコルの研究がごく最近見られるようになったが，幅広い構造に対応するために通信・計算効率が犠牲になっている．
本研究では，無線通信などの現実的なネットワーク構造に着目することで，より効率的な秘密計算プロトコルを設計し，その安全性や効率性を解析する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度の活動では，秘密計算プロトコルの対象として量子計算のフレームワークに着目し，汎用的な関数計算が省計算資源で計算できるプロトコルの研究を進めた．特に量子アルゴリズムの汎用的な設計手法である量子信号処理に基づいた秘密計算プロトコルの設計を行った．
量子信号処理は量子計算機上で効率の良い量子力学系のシミュレーション（ハミルトニアンシミュレーション）を実現するなど広い応用を持つが，最近Maslovらがこの量子信号処理を応用して1量子ビットのみを利用して任意の対称関数を計算するアルゴリズムを構成した．対称関数はパリティ関数，閾値関数，多数決関数など実用的にも重要な関数を含む重要な関数クラスである．Maslovらのアルゴリズムは量子回路上でライン型の計算パターンを持つが，このアルゴリズムをスター型のネットワークで実現するプロトコルを構成した．その結果として最終的な集約計算を行うサーバが1量子ビットのみの秘密同時通信プロトコルと呼ばれる秘密計算プロトコルを与えることができた．さらにこのプロトコルの安全性証明および通信効率の解析を行い，通信効率と誤り確率のトレードオフを示した．
さらにその技法をCosentinoらの1量子ビットプログラムと呼ばれる量子アルゴリズムに適用することで，対称関数を含む任意の論理関数を計算する1量子ビットの計算サーバによる秘密同時通信プロトコルを構成し，その安全性と通信効率の評価を行った．このプロトコルの通信効率は対象となる関数を計算する論理回路の深さに対して指数関数的に増加するため，浅層回路で計算できる関数であれば効率の良いプロトコルとなり得ることが分かった．
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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
前年度までの知見に基づいて重要な関数を多く含む広い関数クラスである対称関数についての秘密計算プロトコルを構成することに成功し，その安全性証明と効率性の解析も与えることができた．その構成方法はライン型の計算パターンを持つアルゴリズムからスター型トポロジーを持つプロトコルに変換するという新しいフレームワークを与えており，今後他のプロトコル構成にも有用な知見をもたらす方法であると考えられ，研究の順調な進展を示していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度はこれまでの研究で得られた秘密計算プロトコルの理論的な知見を踏まえ，より実践的な応用について秘密計算プロトコルの適用を目指す．特に応用先の分野としてマルチパーティでの最適化を行うマルチエージェントによる自動交渉を検討する．当該分野では先駆的な研究において，少数ながら自動交渉における各エージェントのプライバシーを保護する試みがあることが分かったが，秘密計算プロトコルの観点からはプライバシー保護が十分でない点もあり，改善の余地が見込まれる．
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