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高信頼・高安全な符号化システムの実現に向けた理論展開

研究課題

研究課題/領域番号 20K04462
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21020:通信工学関連
研究機関電気通信大学

研究代表者

八木 秀樹  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (60409737)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード情報理論 / 符号化 / 情報セキュリティ / 情報源符号化 / プライバシー保護 / 乱数生成 / 通信路符号化
研究開始時の研究の概要

本研究では,情報理論分野で扱われてきた符号化問題や情報理論的セキュリティの諸問題に対し,有限長解析のアプローチから理論と実用のはざまを埋めることを目指す.従来の有限長解析では,情報源系列も符号語も長さを固定する固定長符号化を仮定してきた.本研究では可変長情報源符号に対する解析のアイディアを発展させ,可変長符号化に関連する符号化問題の基本モデルを構築し,そのモデルにおける最適な符号化レートを解析し,安全性を保証する符号化問題に展開する.また,通信路符号化分野で通信路容量を達成し,第5世代移動通信システムにも採用が決まっているポーラ符号やLDPC符号に基づく効率的な符号化アルゴリズムを開発する.

研究実績の概要

情報セキュリティのための符号化問題として,プライバシー保護を目的とした情報源符号化問題を扱った.この問題では,情報源系列が (i) 第三者に公開されても構わない情報(公開情報)と (ii) プライバシー保護の対象となる情報(プライバシー情報)から成ることを想定して,復号器に対してプライバシー情報の漏洩量を定数以下に抑えつつ復元された公開情報の歪が定数以下になるようにする.前年度までの研究により,符号器に入力される情報が公開情報に加えてプライバシー情報の一部から成るときに,符号化レート,公開情報の歪測度,プライバシー情報の漏洩量の間のトレードオフ関係を示した.ここで歪測度は,公開情報と復元情報の間の歪の期待値(期待歪み)で測ることを想定している.
令和5年度の研究では,歪測度を公開情報と復元情報の間の歪が定数を超える確率(歪超過確率)で測ることを想定して,定常無記憶情報源に対しては,平均歪みで測ったときとトレードオフ関係が変わらないことを示す定理(強逆定理)を導出した.
従来の問題では,復号器や第三者に対するプライバシー保護を議論しているが,応用によっては符号器に対してもプライバシー情報の漏れをできるだけ抑えることが求められる.そこで,符号器に対するプライバシー保護の観点を導入した新たな符号化問題を提案した.定常無記憶情報源に対して,符号化レート,公開情報の歪測度,プライバシー情報の漏洩量の間のトレードオフ関係を特徴づける符号化定理を導出した.この定理を用いると,歪みの許容量とプライバシー情報の漏洩量を固定した時の,最小の符号化レートの公式が得られる.この公式は,系列長に依存しない形式で最小の符号化レートを特徴づけられることを示している.
上記の研究の他,可変長のResolvability問題や生体識別システムにおける符号化システムに対しても最適な符号に関する性能解析を行っている.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

上記の研究成果は,本研究で対象とする乱数生成問題と情報源符号化問題の関係の解明に繋がると考えている.この結果からおおむね順調に進展していると言える.

今後の研究の推進方策

情報源からの出力を二つの端末でそれぞれ観測して,乱数を共有する乱数共有問題を主な研究の対象とする.特に無線通信システムにおける応用を意識して,雑音が生起する通信路を介してできるだけサイズ(生成レート)が大きい乱数を共有することを目的とした問題を扱う.これまで行ってきた乱数生成問題における解析結果をベースにして,乱数生成レートの最大値について解析する.無線通システムにおける低速フェーディング通信路は混合通信路としてモデル化されるため,混合通信路に対する解析手法を応用して乱数生成レートの最大値を解析する予定である.また,プライバシー保護等の情報セキュリティを目的とした符号化システムにおいて,強い安全性を効率的に実現する符号化の開発に応用することを目指す.
また上記の結果を用いることにより,情報セキュリティを目的とした符号化システムにおいて強い安全性を効率的に実現する技術に応用することを目指す.

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 13件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Biometric Identification Systems with Both Chosen and Generated Secret Keys by Allowing Correlation2023

    • 著者名/発表者名
      Vamoua Yachongka, Hideki Yagi
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E106.A 号: 3 ページ: 382-393

    • DOI

      10.1587/transfun.2022TAP0014

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2023-03-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Variable-length resolvability for general sources and channels2023

    • 著者名/発表者名
      Hideki Yagi, Te Sun Han
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 25 号: 10 ページ: 1-37

    • DOI

      10.3390/e25101466

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Key agreement using physical identifiers for degraded and less noisy authentication channels2023

    • 著者名/発表者名
      Vamoua Yachongka, Hideki Yagi, Hideki Ochiai
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Inf. Forensics & Security

      巻: 18 ページ: 5316-5331

    • DOI

      10.1109/tifs.2023.3307976

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Utility-privacy trade-offs with limited leakage for encoder2023

    • 著者名/発表者名
      Naruki Shinohara, Hideki Yagi
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 25 号: 6 ページ: 1-47

    • DOI

      10.3390/e25060921

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Performance Evaluation of Error-Correcting Output Coding Based on Noisy and Noiseless Binary Classifiers2023

    • 著者名/発表者名
      Kumoi Gendo、Yagi Hideki、Kobayashi Manabu、Goto Masayuki、Hirasawa Shigeichi
    • 雑誌名

      International Journal of Neural Systems

      巻: 33 号: 02 ページ: 2350004-2350004

    • DOI

      10.1142/s0129065723500041

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Upper Bounds on the Error Probability for the Ensemble of Linear Block Codes with Mismatched Decoding2022

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Niinomi, Hideki Yagi, Shigeichi Hirasawa
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E105.A 号: 3 ページ: 363-371

    • DOI

      10.1587/transfun.2021TAP0001

    • NAID

      130008165400

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2022-03-01
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis on optimal error exponents of binary classification for source with multiple subclasses2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Kuramata, Hideki Yagi
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 24 号: 5 ページ: 1-27

    • DOI

      10.3390/e24050635

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-Letter Characterizations for Information Erasure under Restriction on the Output Distribution2021

    • 著者名/発表者名
      Naruaki Amada, Hideki Yagi
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E104.A 号: 5 ページ: 805-813

    • DOI

      10.1587/transfun.2020EAP1014

    • NAID

      130008032772

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2021-05-01
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fundamental Limits of Biometric Identification System Under Noisy Enrollment2021

    • 著者名/発表者名
      Vamoua Yachongka, Hideki Yagi
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E104.A 号: 1 ページ: 283-294

    • DOI

      10.1587/transfun.2020EAP0001

    • NAID

      130007964843

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2021-01-01
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biometric identification systems with noisy enrollment for Gaussian sources and channels2021

    • 著者名/発表者名
      Vamoua Yachongka, Hideki Yagi, Yasutada Oohama
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 23, No. 8 (1049) 号: 8 ページ: 1-26

    • DOI

      10.3390/e23081049

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 多値分類問題におけるECOC法の最適性に関する一考察2021

    • 著者名/発表者名
      雲居玄道,八木秀樹,小林学,後藤正幸,平澤茂一
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌 数理モデル化と応用

      巻: 14, No. 3 ページ: 1-10

    • NAID

      170000185069

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 多値分類問題におけるECOC法の最適性に関する一考察2021

    • 著者名/発表者名
      雲居玄道,八木秀樹,小林学,後藤正幸,平澤茂一
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌 数理モデル化と応用(採録決定)

      巻: 14 ページ: 0-0

    • NAID

      170000185069

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Utility-privacy trade-offs with limited leakage for encoder2023

    • 著者名/発表者名
      Naruki Shinohara, Hideki Yagi
    • 学会等名
      2023 IEEE International Sympotium on Information Theory
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] q=2^r元入力非対称通信路に対する通信路分極の解析2023

    • 著者名/発表者名
      齋藤幹央, 八木秀樹
    • 学会等名
      第46回情報理論とその応用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 二つのアウテージ確率に基づく低速フェージング通信路を介した容量制約付き乱数共有問題2023

    • 著者名/発表者名
      富川遥光, 八木秀樹
    • 学会等名
      第46回情報理論とその応用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 強安全性基準に基づく受動的盗聴者が存在する生体識別システム2023

    • 著者名/発表者名
      小柳翔吾, ヤチョンカ ワムア, 八木秀樹
    • 学会等名
      第46回情報理論とその応用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ECOC法に基づく多値分類の平均的性能について2023

    • 著者名/発表者名
      小林学, 雲居玄道, 八木秀樹, 平澤茂一
    • 学会等名
      第46回情報理論とその応用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 補助情報付きの情報源・通信路同時符号化における分極現象の解析2023

    • 著者名/発表者名
      長井友輝, 八木秀樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会 情報理論研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 不確実な補助情報を用いる情報源符号化に対する平均誤り率基準による解析2023

    • 著者名/発表者名
      荒谷健司, 八木秀樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会 情報理論研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Performance analysis for biometric identification systems with nonlegitimate users2022

    • 著者名/発表者名
      Hideki Yagi, Shigeichi Hirasawa
    • 学会等名
      2022 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction methods for error correcting output codes using constructive coding and their system evaluations2022

    • 著者名/発表者名
      Shigeichi Hirasawa, Gendo Kumoi, Hideki Yagi, Manabu Kobayashi, Masayuki Goto, Hiroshige Inazumi
    • 学会等名
      2022 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Hamming distance on performance of ECOC with estimated binary classifiers2022

    • 著者名/発表者名
      Gendo Kumoi, Hideki Yagi, Manabu Kobayashi, Shigeichi Hirasawa
    • 学会等名
      2022 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Unified expression of utility-privacy trade-off in privacy-constrained source coding2022

    • 著者名/発表者名
      Naruki Shinohara, Hideki Yagi
    • 学会等名
      2022 Int. Symposium on Information Theory and its Applications
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Secret key-based authentication with passive eavesdropper for scalar Gaussian sources2022

    • 著者名/発表者名
      Vamoua Yachongka, Hideki Yagi, Yasutada Oohama
    • 学会等名
      2022 IEEE Int. Symposium on Information Theory
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance evaluation of ECOC considering estimated probability of binary classifiers2022

    • 著者名/発表者名
      Gendo Kumoi, Hideki Yagi, Manabu Kobayashi, Masayuki Goto, Shigeichi Hirasawa
    • 学会等名
      10th World Conference on Information Systems and Technologies
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 利便性とプライバシーのトレードオフ関係に関する強逆定理2022

    • 著者名/発表者名
      篠原成輝, 八木秀樹
    • 学会等名
      第45回情報理論とその応用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 登録雑音と受動的盗聴者が存在する生体識別システム2022

    • 著者名/発表者名
      小柳翔吾, ヤチョンカ ワムア, 八木秀樹
    • 学会等名
      第45回情報理論とその応用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] アウテージ確率に基づく低速フェージング通信路を介した乱数共有問題2022

    • 著者名/発表者名
      富川遥光, 八木秀樹
    • 学会等名
      第45回情報理論とその応用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 文脈木の動的な拡張と剪定を用いたContext Tree Switching法2022

    • 著者名/発表者名
      大津優陽, 八木秀樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会 情報理論研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Performance evaluation of ECOC considering estimated probability of binary classifiers2022

    • 著者名/発表者名
      Gendo Kumoi, Hideki Yagi, Manabu Kobayashi, Masayuki Goto, Shigeichi Hirasawa
    • 学会等名
      10th World Conference on Information Systems and Technologies (WorldCIST2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimal error exponents of binary classification for sources with multiple subclasses2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Kuramata and Hideki Yagi
    • 学会等名
      2022 RISP Int. Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing (NCSP2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] BICMに適したポーラ符号におけるpolarization重みを用いた情報インデックス選択の検討2022

    • 著者名/発表者名
      黒須礼尚,ヤチョンカ ワムア,八木秀樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会 情報理論研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 組織型Polarization-Adjusted Convolutional 符号を用いたHybrid-ARQ方式2022

    • 著者名/発表者名
      旭 瑞歩,ヤチョンカ ワムア,八木秀樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会 情報理論研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Optimum intrinsic randomness rate with respect to f-divergences using the smooth min entropy2021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nomura, Hideki Yagi
    • 学会等名
      2021 IEEE Int. Symposium on Information Theory (ISIT2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A unified expression of achievable region in privacy-constrained source coding2021

    • 著者名/発表者名
      Naruki Shinohara, Hideki Yagi
    • 学会等名
      第44回情報理論とその応用シンポジウム予稿集
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 混合情報源に対する2クラス分類問題における最適な誤り指数の解析2021

    • 著者名/発表者名
      倉又洋人,八木秀樹
    • 学会等名
      第44回情報理論とその応用シンポジウム予稿集
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 二値分類器の推定誤差に基づく多値分類性能に関する一考察2021

    • 著者名/発表者名
      雲居玄道, 八木秀樹, 小林 学, 後藤正幸, 平澤茂一
    • 学会等名
      第44回情報理論とその応用シンポジウム予稿集
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] マルコフ情報源に対する分類問題における最適な誤り指数の解析2021

    • 著者名/発表者名
      倉又洋人,八木秀樹,川端勉
    • 学会等名
      電子情報通信学会 情報理論研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Optimum source resolvability rate with respect to f-divergences using the smooth Renyi entropy2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nomura, Hideki Yagi
    • 学会等名
      2020 IEEE Int. Symposium on Information Theory (ISIT2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Upper bounds on the error probability for the ensemble of linear block codes with mismatched decoding2020

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Niinomi, Hideki Yagi, Shigeichi Hirasawa
    • 学会等名
      2020 Int. Symposium on Information Theory and its Applications (ISITA2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Biometric identification systems with both chosen and generated secrecy2020

    • 著者名/発表者名
      Vamoua Yachongka, Hideki Yagi
    • 学会等名
      2020 Int. Symposium on Information Theory and its Applications (ISITA2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 局所的修復可能符号における誤り耐性を持つ局所復元2020

    • 著者名/発表者名
      大岩元紀,八木秀樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会 情報理論研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 一般化ハミング重みを用いたポーラ符号の送信ビット選択方法2020

    • 著者名/発表者名
      旭瑞歩,ヤチョンカ ワムア,八木秀樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会 情報理論研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 2値分類器の結合による多値分類法の理論的解析に成功 深層学習モデルにおける性能向上に期待

    • URL

      https://www.uec.ac.jp/news/announcement/2023/20230202_5135.html

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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