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軽量共通鍵暗号の設計,およびその安全性評価

研究課題

研究課題/領域番号 20J23526
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
審査区分 小区分60070:情報セキュリティ関連
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

阪本 光星  兵庫県立大学, 応用情報科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード軽量暗号 / Tweakable暗号 / 軽量共通鍵暗号 / Beyond 5G/6G / 認証暗号 / 低遅延共通鍵暗号 / 低回路規模共通鍵暗号
研究開始時の研究の概要

IoT (Internet of Things)化社会への急速な転換により,これらIoT機器に代表されるリソースが限られたデバイス上(低回路規模,低消費電力,低メモリ)でも実装,動作可能な「軽量共通鍵暗号」が必要とされている.本研究では,安全なIoT社会の実現のため,現在提案されている軽量共通鍵暗号に対する新たな攻撃手法を提案し,これに対する厳密な安全性評価手法の開発を行う.また,これらの過程で得られた知見を基に,より軽量で安全な軽量共通鍵暗号の設計理論の確立を行う.

研究実績の概要

本研究ではIoT機器などのリソースが制限されているデバイス上でも安全に動作する軽量共通鍵暗号の設計と、その安全性評価に関する研究を行った。
暗号設計に関する主な成果としては、(1)実装回路規模が世界最小の128ビットブロック暗号WARPの開発、(2)世界最小の暗号化遅延速度を有する128ビット疑似ランダム置換Orthros、(3)世界初の6G向け超高速認証暗号Roccaの設計、などがあげられる。(1), (3)については成果をまとめた論文が共通鍵暗号の分野においてトップジャーナルであるIACR Transactions on Symmetric Cryptologyに採録された。また、(2)については成果をまとめた論文が分野の重要学会であるSAC 2020に採録された。これらの提案した暗号については現在も他の暗号研究者・グループによって安全性解析が進められ、安全性が確認されている。共通鍵暗号の安全性評価に関する主な成果としては、(1)充足可能性問題(SAT)に基づいた複数の疑似ランダム置換から構成される疑似ランダム関数についての効率的な安全性評価手法の提案、(2)低遅延アプリケーション向けブロック暗号PRINCEとTweakableブロック暗号QARMAについてのSATに基づいた差分攻撃に対する安全性解析、などがあげられる。(1)については成果をまとめた論文が暗号分野における重要学会であるCT-RSA 2023に採録された。(2)については成果をまとめた論文をSAC 2023に投稿中である。今後は安全性評価の研究の過程で得た知見を活かし、より軽量な暗号の設計を行っていく予定である。特に、Tweakable暗号については従来手法よりも効率的な安全性評価手法を開発したため、この知見を用いてより効率的なTweakable暗号の設計を行う予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 6件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] FHNW(スイス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] LASEC, EPFL/FHNW(スイス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Indian Institute of Technology, Madras(インド)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] East China Normal University(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Technical University of Denmark(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Nanyang Technological University(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] On Optimality of the Round Function of Rocca2023

    • 著者名/発表者名
      TAKEUCHI Nobuyuki、SAKAMOTO Kosei、ISOBE Takanori
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E106.A 号: 1 ページ: 45-53

    • DOI

      10.1587/transfun.2021EAP1158

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2023-01-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Areion: Highly-Efficient Permutations and Its Applications to Hash Functions for Short Input2023

    • 著者名/発表者名
      Isobe Takanori、Ito Ryoma、Liu Fukang、Minematsu Kazuhiko、Nakahashi Motoki、Sakamoto Kosei、Shiba Rentaro
    • 雑誌名

      IACR Transactions on Cryptographic Hardware and Embedded Systems

      巻: 3 ページ: 115-154

    • DOI

      10.46586/tches.v2023.i2.115-154

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] MILP-based Security Evaluation for AEGIS/Tiaoxin-346/Rocca2023

    • 著者名/発表者名
      Takuro Shiraya, Nobuyuki Takeuchi, Kosei Sakamoto and Takanori Isobe
    • 雑誌名

      IET Information Security

      巻: ?

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Applying Byte-Shuffling to CLEFIA-Type Structure2022

    • 著者名/発表者名
      SHIMIZU Kazuto、SAKAMOTO Kosei、ISOBE Takanori
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E105.A 号: 3 ページ: 268-277

    • DOI

      10.1587/transfun.2021CIP0002

    • NAID

      130008165340

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2022-03-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of a Linear Layer for a Block Cipher Based on Type-2 Generalized Feistel Network with 32 Branches2022

    • 著者名/発表者名
      SAKAMOTO Kosei、MINEMATSU Kazuhiko、SHIBATA Nao、SHIGERI Maki、KUBO Hiroyasu、ISOBE Takanori
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E105.A 号: 3 ページ: 278-288

    • DOI

      10.1587/transfun.2021CIP0009

    • NAID

      130008165330

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2022-03-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Distinguishing and key recovery attacks on the reduced-round SNOW-V and SNOW-Vi2022

    • 著者名/発表者名
      Hoki Jin、Isobe Takanori、Ito Ryoma、Liu Fukang、Sakamoto Kosei
    • 雑誌名

      Journal of Information Security and Applications

      巻: 65 ページ: 103100-103100

    • DOI

      10.1016/j.jisa.2021.103100

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Integral and impossible‐differential attacks on the reduced‐round Lesamnta‐LW‐BC2021

    • 著者名/発表者名
      Shiba Rentaro、Sakamoto Kosei、Liu Fukang、Minematsu Kazuhiko、Isobe Takanori
    • 雑誌名

      IET Information Security

      巻: 16 号: 2 ページ: 75-85

    • DOI

      10.1049/ise2.12044

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient constructions for large‐state block ciphers based on AES New Instructions2021

    • 著者名/発表者名
      Shiba Rentaro、Sakamoto Kosei、Isobe Takanori
    • 雑誌名

      IET Information Security

      巻: 16 号: 3 ページ: 145-160

    • DOI

      10.1049/ise2.12053

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bit-wise cryptanalysis on AND-RX permutation Friet-PC2021

    • 著者名/発表者名
      Ito Ryoma、Shiba Rentaro、Sakamoto Kosei、Liu Fukang、Isobe Takanori
    • 雑誌名

      Journal of Information Security and Applications

      巻: 59 ページ: 102860-102860

    • DOI

      10.1016/j.jisa.2021.102860

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rocca: An Efficient AES-based Encryption Scheme for Beyond 5G2021

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Kosei、Liu Fukang、Nakano Yuto、Kiyomoto Shinsaku、Isobe Takanori
    • 雑誌名

      IACR Transactions on Symmetric Cryptology

      巻: 2 ページ: 1-30

    • DOI

      10.46586/tosc.v2021.i2.1-30

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Weak Keys in Reduced AEGIS and Tiaoxin2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Fukang、Isobe Takanori、Meier Willi、Sakamoto Kosei
    • 雑誌名

      IACR Transactions on Symmetric Cryptology

      巻: 2 ページ: 104-139

    • DOI

      10.46586/tosc.v2021.i2.104-139

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] MILP-Aided Security Evaluation of Differential Attacks on KCipher-2.2021

    • 著者名/発表者名
      Jin Hoki, Kosei Sakamoto, Fukang Liu, Kazuhiko Minematsu, and Takanori Isobe.
    • 雑誌名

      IEICE Trans. Fundam. Electron. Commun. Comput. Sci.

      巻: 104-A(1) ページ: 203-212

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Practical Integral Distinguishers on SNOW 3G and KCipher-22021

    • 著者名/発表者名
      Jin Hoki, Kosei Sakamoto, Kazuhiko Minematsu, and Takanori Isobe.
    • 雑誌名

      IEICE Trans. Fundam. Electron. Commun. Comput. Sci.

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] WARP: Revisiting GFN for Lightweight 128-bit Block Cipher2021

    • 著者名/発表者名
      Subhadeep Banik, Zhenzhen Bao, Takanori Isobe, Hiroyasu Kubo, Kazuhiko Minematsu, Fukang Liu, Kosei Sakamoto, Nao Shibata, and Maki Shigeri.
    • 雑誌名

      Selected Areas in Cryptography (SAC) 2020

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Orthros: A Low-Latency PRF2021

    • 著者名/発表者名
      Banik Subhadeep、Isobe Takanori、Liu Fukang、Minematsu Kazuhiko、Sakamoto Kosei
    • 雑誌名

      IACR Transactions on Symmetric Cryptology

      巻: issue 1 ページ: 37-77

    • DOI

      10.46586/tosc.v2021.i1.37-77

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Atom: A Stream Cipher with Double Key Filter2021

    • 著者名/発表者名
      Banik Subhadeep、Caforio Andrea、Isobe Takanori、Liu Fukang、Meier Willi、Sakamoto Kosei、Sarkar Santanu
    • 雑誌名

      IACR Transactions on Symmetric Cryptology

      巻: issue 1 ページ: 5-36

    • DOI

      10.46586/tosc.v2021.i1.5-36

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Tweakable TWINE: Building a Tweakable Block Cipher on Generalized Feistel Structure.2020

    • 著者名/発表者名
      Kosei Sakamoto, Kazuhiko Minematsu, Nao Shibata, Maki Shigeri, Hiroyasu Kubo, Yuki Funabiki,
    • 雑誌名

      IEICE Trans. Fundam. Electron. Commun. Comput. Sci.

      巻: 103-A(12) ページ: 1629-1639

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Galaxy: A Family of Stream-Cipher-Based Space-Hard Ciphers2020

    • 著者名/発表者名
      Yuji Koike, Kosei Sakamoto, Takuya Hayashi, and Takanori Isobe.
    • 雑誌名

      Information Security and Privacy (ACISP) 2020

      巻: - ページ: 142-159

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] An Efficient Strategy to Construct a Better Differential on Multiple-Branch-Based Designs: Application to Orthros2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Taka, Tatuya Ishikawa, Kosei Sakamoto and Takanori Isobe
    • 学会等名
      CT-RSA 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 暗号化と複合の実行速度が等しい対量子ラージブロック暗号の構成2023

    • 著者名/発表者名
      芝 廉太郎, 中橋 元輝, Ravi Anand, Mostafizar Rahman, 阪本 光星, Fukang Liu, 五十部 孝典
    • 学会等名
      暗号と情報セ キュリティシンポジウム2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Piccolo-type ブロック暗号のラウンド置換の改 良2022

    • 著者名/発表者名
      内海 潮音, 中橋 元輝, 阪本 光星, 五十部 孝典
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 混合整数線形計画法を用いた AEGIS/Tiaoxin- 346/Rocca に 対 す る 安 全 性 評 価2022

    • 著者名/発表者名
      白矢 琢朗 , 竹内 信幸, 阪本 光星, 五十部 孝典
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] SAT ソルバーを用いた低遅延暗号 Orthros に対 する差分攻撃の耐性評価2022

    • 著者名/発表者名
      髙 和真, 石川 達也, 阪本 光星, 五十部 孝典
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 高速でより安全な Rocca-type ラウンド関数の設計2022

    • 著者名/発表者名
      竹内 信幸, 阪本 光星, 五十部 孝典
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] AES instruction を用いたラージブロック置換の改良とその応用2022

    • 著者名/発表者名
      中橋 元輝, 芝 廉太朗, 阪本 光星, Liu Fukang, 伊藤 竜馬, 峯松 一彦, 五十部 孝典
    • 学会等名
      ISEC 研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 共通鍵暗号方式 Rocca の設計と 安全性評価2022

    • 著者名/発表者名
      阪本 光星, Liu Fukang, 仲野有登, 清本 晋作, 五十部 孝典
    • 学会等名
      ISEC 研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 共通鍵暗号方式 Rocca の実装評 価2022

    • 著者名/発表者名
      仲野有登, 阪本 光星, Liu Fukang, 清本 晋作, 五十部 孝典
    • 学会等名
      ISEC 研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Rocca と AEGIS ファミリーのラウンド関数の安全性評価2022

    • 著者名/発表者名
      竹内 信幸, 阪本 光星, 五十部 孝典
    • 学会等名
      2022 年 暗号と情報セキュリティシンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] AES instructionを用いたラージブロック置換の改良とその応用.2022

    • 著者名/発表者名
      中橋 元輝, 芝 廉太朗, 阪本 光星, Liu Fukang, 伊藤 竜馬, 峯松 一彦, 五十部 孝典.
    • 学会等名
      情報セキュリティ研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 共通鍵暗号方式Roccaの設計と安全性評価2022

    • 著者名/発表者名
      阪本 光星, Liu Fukang, 仲野有登, 清本 晋作, 五十部 孝典.
    • 学会等名
      情報セキュリティ研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 共通鍵暗号方式Roccaの実装評価2022

    • 著者名/発表者名
      仲野有登, 阪本 光星, Liu Fukang, 清本 晋作, 五十部 孝典
    • 学会等名
      情報セキュリティ研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] RoccaとAEGISファミリーのラウンド関数の安全性評価2022

    • 著者名/発表者名
      竹内 信幸, 阪本 光星, 五十部 孝典.
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Distinguishing and Key Recovery Attacks on the Reduced-Round SNOW-V.2021

    • 著者名/発表者名
      Jin Hoki, Takanori Isobe, Ryoma Ito, Fukang Liu, Kosei Sakamoto.
    • 学会等名
      ACISP 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AES-NIを用いた効率的なスポンジ構造のラウンド関数の設計2021

    • 著者名/発表者名
      阪本 光星
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS) 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Tweakable TWINE: Building a Tweakable Block Cipher on Generalized Feistel Structure (From IWSEC 2019)2020

    • 著者名/発表者名
      阪本 光星
    • 学会等名
      情報セキュリティ研究会 (ISEC)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] WARP: Revisiting GFN for Lightweight 128-bit Block Cipher2020

    • 著者名/発表者名
      Kosei Sakamoto
    • 学会等名
      Selected Areas in Cryptography (SAC) 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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