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多変数多項式暗号に対する理論的安全性解析

研究課題

研究課題/領域番号 20K19802
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分60070:情報セキュリティ関連
研究機関茨城大学 (2023)
日本大学 (2020-2022)

研究代表者

中村 周平  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (00824038)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード多変数多項式暗号 / 耐量子計算機暗号 / 連立代数方程式問題 / Bi-graded 多項式系 / Multi-graded 多項式系 / MinRank問題 / Kipnis-Shamir手法 / 鍵復元攻撃 / Rainbow / 直接攻撃 / RBS攻撃 / Tomae-Wolf algorithm / BIPC問題 / Rainbow 暗号 / MinRank 問題 / グレブナー基底計算 / 耐量子暗号
研究開始時の研究の概要

身近なところで広く利用される暗号は, 第三者が秘匿な情報を得ようとした際に困難な数学問題を解くよう設計することで, 情報の取得が困難である状態を作り出すことを目的としている. しかしながら, 現在暗号で利用される数学問題は量子計算機を用いた場合に十分解くことが可能であるため, 量子計算機の実現による将来的な攻撃に耐性のある数学問題を基にした暗号を開発することは重要な課題である. 本研究ではこのような暗号の候補として期待される多変数多項式暗号の安全性を理論的に評価することを目指す.

研究成果の概要

本研究課題は多変数多項式暗号を対象しており, 特にその安全性解析を行うことを目的としている. 研究成果として, 研究開始時活発に研究されていた多変数多項式署名方式 Rainbowに対する二つの攻撃で, 新しい解析結果を得ることができた. また, 多変数多項式暗号の安全性解析では連立代数方程式問題の求解計算量見積もりを行う必要があるが, この評価手法に対しても新しい手法を提案することができた.

研究成果の学術的意義や社会的意義

公開鍵暗号はインターネット等で秘匿な情報を安全に通信するための技術で広く身近に利用されている. しかしながら, 現在利用されている公開鍵暗号は, 大規模な量子計算機が実現した場合に容易に解かれることが予想されている. このため, 量子計算機を用いても解読困難な耐量子計算機暗号を設計することは重要な課題となっている. 現在耐量子計算機暗号の標準化を目的としたの世界的なプロジェクトが米国標準技術研究所により進められており, Rainbow方式をはじめとした多変数多項式暗号が活発に研究されている. 本研究課題はこの多変数多項式暗号の安全性解析を目的としている.

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 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

    (13件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A New Analysis of the Kipnis-Shamir Method Solving the MinRank Problem2023

    • 著者名/発表者名
      S. Nakamura, Y. Whang, Y. Ikematsu
    • 雑誌名

      IEICE Transactions

      巻: E106-A(3) ページ: 203-211

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-Pass Identification Scheme Based on MinRank Problem with Half Cheating Probability2023

    • 著者名/発表者名
      B. Santoso , Y. Ikematsu , S. Nakamura, T. Yasuda
    • 雑誌名

      ISITA 2022

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recent Progress in the Security Evaluation of Multivariate Public-Key Cryptography2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Ikematsu, S. Nakamura, T. Takagi
    • 雑誌名

      IET Information Security

      巻: -

    • 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] New complexity estimation on the Rainbow-Band-Separation attack2021

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Nakamura, Yasuhiko Ikematsu, Yacheng Wang, Jintai Ding, Tsuyoshi Takagi
    • 雑誌名

      Theoretical Computer Science

      巻: 896 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1016/j.tcs.2021.09.043

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Security Analysis via Algebraic Attack Against "A New Encryption Scheme for Multivariate Quadratic System"2021

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Ikematsu and Shuhei Nakamura
    • 雑誌名

      Proceedings of the Seventh International Conference on Mathematics and Computing

      巻: 1412 ページ: 9-21

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Security Analysis on an ElGamal-Like Multivariate Encryption Scheme Based on Isomorphism of Polynomials2021

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Ikematsu, Shuhei Nakamura, Bagus Santoso, Takanori Yasuda
    • 雑誌名

      Information Security and Cryptology. Inscrypt 2021. Lecture Notes in Computer Science. Springer,

      巻: 13007 ページ: 235-250

    • DOI

      10.1007/978-3-030-88323-2_12

    • ISBN
      9783030883225, 9783030883232
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Improving Thomae-Wolf Algorithm for Solving Underdetermined Multivariate Quadratic Polynomial Problem2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Furue, Shuhei Nakamura and Tsuyoshi Takagi
    • 雑誌名

      PQCrypto 2021, Lecture Notes in Computer Science

      巻: 12841 ページ: 65-78

    • DOI

      10.1007/978-3-030-81293-5_4

    • ISBN
      9783030812928, 9783030812935
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] New Complexity Estimation on the Rainbow-Band-Separation Attack2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura, S., Ikematsu, Y., Wang, Y., Ding, J. and Takagi, T.
    • 雑誌名

      IACR Cryptology ePrint Archive

      巻: 703 ページ: 1-19

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Analysis on the MinRank Attack using Kipnis-Shamir Method Against Rainbow2020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura, S., Wang, Y. and Ikematsu, Y.
    • 雑誌名

      IACR Cryptology ePrint Archive

      巻: 908 ページ: 1-17

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Formal Power Series on Algebraic Cryptanalysis2020

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Nakamura
    • 雑誌名

      arXiv.org e-Print archive

      巻: 2007.14729 ページ: 1-18

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 暗号における連立代数方程式問題を評価する新しい不変量の検討2022

    • 著者名/発表者名
      中村周平, 横溝恭平
    • 学会等名
      第41回数理科学講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 多変数多項式暗号における連立代数方程式の求解計算量評価2021

    • 著者名/発表者名
      中村周平
    • 学会等名
      総務省プロジェクト「5G等のための耐量子計算機暗号の機能付加技術等(耐量子 コンピュータセキュリティ技術)」招待講演
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] New Complexity Estimation on the Rainbow-Band-Separation attack2020

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Nakamura
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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