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暗号プロセッサの高水準設計とその応用に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16J05711
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 計算機システム
研究機関東北大学

研究代表者

上野 嶺  東北大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2017年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2016年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード算術演算回路 / ガロア体 / 形式的検証 / 暗号ハードウェア / 暗号実装 / ハードウェアセキュリティ / 計算機代数
研究実績の概要

平成29年度は,提案設計手法の耐タンパー性暗号ハードウェアを設計するための拡張と,提案設計手法を用いた高効率暗号ハードウェアの設計を行った.
まず,本年度は,これまでに提案してきた耐タンパー性ガロア体乗算器の自動合成システムの拡張を行った.従来システムでは乗算器しか合成できなかったのに対し,本拡張によりガロア体上の任意の関数を入力可能とした.加えて,入力変数の分割数を選択可能とすることにより,より小型な耐タンパー性ガロア体算術演算回路の合成を可能とした.以上の拡張により,提案システムはより多様かつ実用的な暗号ハードウェアの設計が可能である.さらに,提案システムの有用性を示すために,提案システムを用いた耐タンパー性暗号ハードウェア設計を示した.国際標準の暗号方式であるAESに着目し,耐タンパー性AES暗号ハードウェアの大部分を構成する耐タンパー性ガロア体逆元演算回路を提案手法を用いて設計した.その結果,同レベルの耐タンパー性を有する既存手法に対し,設計した逆元演算回路は約25%小型かつ高効率であることを確認した.
次に,提案手法を応用した高効率暗号ハードウェアの設計では,まず,これまでに設計した冗長ガロア体算術に基づく高効率ガロア体逆元演算回路のさらなる最適化を行った.内部の演算を圧縮する新たな最適化と,ガロア体表現変換行列の最適化により,AES暗復号を世界で最も高効率に実現することを可能とした.さらに,提案手法を用いた耐タンパー性AES暗号ハードウェアアーキテクチャの設計を示した.上記のガロア体算術演算回路の最適化に加え,アーキテクチャ全体に数式変換に基づく最適化を適用することにより,設計したハードウェアアーキテクチャは従来手法よりも小型かつ約25%低遅延を達成した.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 9件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] On Masked Galois-Field Multiplication for Authenticated Encryption Resistant to Side Channel Analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Oshida, Rei Ueno, Naofumi Homma, and Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      Constructive Side-Channel Analysis and Secure Design (COSADE)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quaternary Debiasing for Physically Unclonable Functions2018

    • 著者名/発表者名
      Manami Suzuki, Rei Ueno, Naofumi Homma, and Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      IEEE 48th International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL 2018)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the Detectability of Hardware Trojans Embedded in Parallel Multipliers2018

    • 著者名/発表者名
      Akira Ito, Rei Ueno, Naofumi Homma, and Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      IEEE the 48th International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL 2018)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hierarchical Formal Verification Combining Algebraic Transformation with PPRM Expansion and Its Application to Masked Cryptographic Processors2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno, Naofumi Homma, Takafumi Aoki, Sumio Morioka
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E100.A 号: 7 ページ: 1396-1408

    • DOI

      10.1587/transfun.E100.A.1396

    • NAID

      130007311794

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automatic Generation System for Multiple-Valued Galois-Field Parallel Multipliers2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno, Naofumi Homma, Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E100.D 号: 8 ページ: 1603-1610

    • DOI

      10.1587/transinf.2016LOP0010

    • NAID

      130005876144

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly Efficient GF(2^8) Inversion Circuit Based on Hybrid GF Arithmetic2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno, Naofumi Homma, Yasuyuki Nogami, and Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      Journal of Cryptographic Engineering

      巻: -

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Toward More Efficient Tamper-Resistant AES Hardware Architecture Based on Threshold Implementation2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno, Naofumi Homma, Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      International Workshop on Constructive Side-Channel Analysis and Secure Design (COSADE 2017)

      巻: 10348 ページ: 50-64

    • DOI

      10.1007/978-3-319-64647-3_4

    • ISBN
      9783319646466, 9783319646473
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiple-Valued Debiasing for Physically Unclonable Functions and Its Application to Fuzzy Extractors2017

    • 著者名/発表者名
      Manami Suzuki, Rei Ueno, Naofumi Homma, Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      International Workshop on Constructive Side-Channel Analysis and Secure Design (COSADE 2017)

      巻: 10348 ページ: 248-263

    • DOI

      10.1007/978-3-319-64647-3_15

    • ISBN
      9783319646466, 9783319646473
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Practical Power Analysis on KCipher-2 Software on Low-End Microcontrollers2017

    • 著者名/発表者名
      Wataru Kawai, Rei Ueno, Naofumi Homma, Takafumi Aoki, Kazuhide Fukushima, Shinsaku Kiyomoto
    • 雑誌名

      IEEE EuroS&P Workshops on Security for Embedded and Mobile Systems

      巻: - ページ: 131-121

    • DOI

      10.1109/eurospw.2017.60

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Systematic Design of Tamper-Resistant Galois-Field Arithmetic Circuits Based on Threshold Implementation with (d+1) Input Share2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno, Naofumi Homma, Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      IEEE 47th International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL)

      巻: 1 ページ: 136-141

    • DOI

      10.1109/ismvl.2017.35

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formal Approach for Verifying Galois Field Arithmetic Circuits of Higher Degrees2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno, Naofumi Homma, Yukihiro Sugawara, and Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Computers

      巻: 66 号: 3 ページ: 431-442

    • DOI

      10.1109/tc.2016.2603979

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hierarchical Formal Verification Combining Algebraic Transformation with PPRM Expansion and Its Application to Masked Cryptographic Processors2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno, Naofumi Homma, Takafumi Aoki, and Sumio Morioka
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Science

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ガロア体乗算に基づく認証タグ生成に対する代数的サイドチャネル攻撃2018

    • 著者名/発表者名
      忍田大和
    • 学会等名
      2018年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] バイアスを含むPUFに対する高効率な4値デバイアシング2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木麻奈美
    • 学会等名
      2018年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 偏位マスキングに基づくファジー抽出器の構成2018

    • 著者名/発表者名
      上野嶺
    • 学会等名
      2018年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 乱数オーバーヘッドを抑制した耐タンパー性AES暗号ハードウェア2018

    • 著者名/発表者名
      上野嶺
    • 学会等名
      2018年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] A Systematic Design of Tamper-Resistant Galois-Field Arithmetic Circuits Based on Threshold Implementation with d + 1 shares2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno
    • 学会等名
      IEEE the 47th International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL 2017)
    • 発表場所
      University of Novi Sad, Serbia
    • 年月日
      2017-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Practical Power Analyisis on KCipher-2 Software on Low-End Microcontollers2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno
    • 学会等名
      IEEE EuroS&P Workshop on Security for Embedded and Mobile Systems (SEMS)
    • 発表場所
      Jussieu campus of University Pierre et Marie Curie, France
    • 年月日
      2017-04-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multiple-Valued Debiasing for Physically Unclonable Function and Its Application to Fuzzy Extructors2017

    • 著者名/発表者名
      Manami Suzuki
    • 学会等名
      8th International Workshop on Constructive Side-Channel Analysis and Secure Design (COSADE 2017)
    • 発表場所
      Telecom ParisTech, France
    • 年月日
      2017-04-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Toward More Efficient Tamper-Resistant AES Hardware Architecture Based on Threshold Implementation2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno
    • 学会等名
      8th International Workshop on Constructive Side-Channel Analysis and Secure Design (COSADE 2017)
    • 発表場所
      Telecom ParisTech, France
    • 年月日
      2017-04-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] utomatic Generation of Formally-Proven Tamper-Resistant Galois-Field Multipliers Based on Generalized Masking Schemes2017

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno
    • 学会等名
      IEEE/ACM the 20th Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition (DATE 2017)
    • 発表場所
      Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne, Switzerland
    • 年月日
      2017-03-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多値化PUFに基づく効率的なファジー抽出器の設計2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木麻奈美
    • 学会等名
      2017年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • 発表場所
      ロワジールホテル那覇(那覇市)
    • 年月日
      2017-01-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 1階TIに基づく耐タンパー性を有する高効率AES暗号プロセッサの設計2017

    • 著者名/発表者名
      上野嶺
    • 学会等名
      2017年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • 発表場所
      ロワジールホテル那覇(那覇市)
    • 年月日
      2017-01-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 認証付き暗号の耐タンパー性ガロア体乗算に対するサイドチャネル攻撃2017

    • 著者名/発表者名
      上野嶺
    • 学会等名
      2017年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • 発表場所
      ロワジールホテル那覇(那覇市)
    • 年月日
      2017-01-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 冗長表現に基づく耐タンパー性ガロア体算術演算回路の設計に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      上野嶺
    • 学会等名
      第30回多値論理とその応用研究会
    • 発表場所
      石川県文教会館(金沢市)
    • 年月日
      2017-01-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 乗算アルゴリズムに対するハードウェアトロイ挿入可能性の評価2017

    • 著者名/発表者名
      伊東燦
    • 学会等名
      平成29年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 算術演算ハードウェアアルゴリズムの改変検知に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      伊東燦
    • 学会等名
      第40回多値論理フォーラム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ハードウェアトロイ挿入が困難な公開鍵暗号データパスに関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      伊東燦
    • 学会等名
      ハードウェアセキュリティフォーラム2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Design of Highly Efficient Tamper-Resistnat AES Processor Based on 1st Order TI2017

    • 著者名/発表者名
      上野嶺
    • 学会等名
      12th International Workshop on Security (IWSEC 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CHESの紹介と日本からの発表2016

    • 著者名/発表者名
      上野嶺
    • 学会等名
      第一回ハードウェアセキュリティフォーラム
    • 発表場所
      武蔵大学(東京都)
    • 年月日
      2016-12-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 物理複製困難関数のたちかとその応用に関する検討2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木麻奈美
    • 学会等名
      第39回多値論理フォーラム
    • 発表場所
      いわて県民交流センター アイーナ(盛岡市)
    • 年月日
      2016-09-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 認証付き暗号のための耐タンパー性ガロア体乗算に関する検討2016

    • 著者名/発表者名
      忍田大和
    • 学会等名
      第39回多値論理フォーラム
    • 発表場所
      いわて県民交流センター アイーナ(盛岡市)
    • 年月日
      2016-09-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] A High Throughput/Gate AES Hardware Architecture by Compressing Encryption and Decryption Datapaths---Toward Efficient CBC-Mode Implementation2016

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno
    • 学会等名
      18th International Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems (CHES 2016)
    • 発表場所
      University of California Santa Barbara, USA
    • 年月日
      2016-08-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formal Design of Pipelined GF Arithmetic Circuits and Its Application to Cryptographic Processors2016

    • 著者名/発表者名
      Rei Ueno
    • 学会等名
      IEEE the 46th International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL 2016)
    • 発表場所
      Hokkaido University, Japan
    • 年月日
      2016-05-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Side Chennel Security Evaluation for KCipher-2 Software on Smart Cards2016

    • 著者名/発表者名
      Wataru Kawai
    • 学会等名
      25th International Workshop on Post-Binary ULSI Systems
    • 発表場所
      Hokkaido University, Japan
    • 年月日
      2016-05-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] ARITH Project

    • URL

      http://www.aoki.ecei.tohoku.ac.jp/arith/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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