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共役化理論に基づくカードベース暗号の数理構造の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K17702
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分60010:情報学基礎論関連
研究機関茨城大学

研究代表者

品川 和雅  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (20896089)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード暗号理論 / カードベース暗号 / 秘密計算
研究開始時の研究の概要

秘密計算とは、各参加者の入力情報を隠したまま全員の入力に関するある計算を行う暗号技術である。通常、秘密計算プロトコルはコンピュータ上に実装されるが、物理的なカード組を用いても秘密計算を実現できることが知られている(カードベース暗号)。カードベース暗号にはいくつかの未解決問題があるが、アドホックな手法では解決することが難しいように思われる。そのため、本研究ではカードベース暗号の背後に潜む数理構造を明らかにすることを試みる。特に本研究では、申請者が最近提案した概念である文字列の共役化問題の考察に取り組み、その理論を深めることでカードベース暗号の数理を解き明かすことを目指す。

研究実績の概要

本年度に実施した研究の具体的な成果は以下の通りである。
前年度に引き続き、カードベース暗号と秘匿同時通信の関係性についての研究を行い、特に秘匿同時通信の通信量下界がカードベース暗号の下界を導出できることに注目し、具体的な関数に対する秘匿同時通信の通信量下界を実際に導出した。この成果は国際会議INDOCRYPT 2023で発表した。また、秘匿同時通信の上界について、平方剰余を用いたプロトコルの構成を行った。本成果はDesigns, Codes and Cryptographyに採録された。
カードベース暗号においてシャッフル操作は重要な操作であるが、どのようなシャッフル操作が簡単なシャッフル操作から実現できるかについての研究を行なった。これを一様巡回群分解という新しい数学的概念を導入することによって見通しよく議論を行なった。本成果はSCIS2024と日本数学会年会で発表し、その成果はCommunications in Algebraに採録された。
カードベース暗号において、対称関数は特に重要な関数クラスであり、この関数に対するカード枚数の削減は未解決問題であった。これに関して、多色カードを用いることにより、追加カードなし、あるいは、追加カード1枚の効率的な対称関数プロトコルを構成した。この成果はCSS 2023で発表した。
カードベース暗号で近年ゼロ知識証明が活発に研究されているが、特に数独に対するゼロ知識証明プロトコルの研究は中心的課題である。これに関して、シャッフル3回の効率的なプロトコルを構成した。この成果はCSS 2023で発表した。
カードベース暗号でトランプを用いる研究も近年いくつか行われているが、部分開示という新しい操作を用いてランダムカットのみを用いた効率的なコミット型プロトコルを開発した。この成果はCSS 2023およびSCIS 2024で発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本年度の成果は雑誌論文8件、学会発表18件であり、非常に多くの対外発表を行うことができた。また、国際研究集会ICIAM 2023においてカードベース暗号に関するワークショップを開催し、海外の研究者を含めたカードベース暗号の研究者との議論を行なった。さらに、効率的な対称関数プロトコルやシャッフル回数の少ない数独プロトコルについても大幅な進展があった。以上のことから、本研究は計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

次年度も本年度と同様に継続して研究に取り組み、国内会議、国際会議、論文誌等に発表していくつもりである。本年度は、前年度に発見したカードベース暗号と秘匿同時通信の関係性についての研究や、対称関数プロトコルや数独プロトコルの開発などを行なった。次年度は、これらの新しい技術についての理解を深め、さらなる探究を行うことを計画している。

報告書

(3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
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] Coin-Based Cryptographic Protocols without Hand Operations2024

    • 著者名/発表者名
      MINAMIKAWA Yuta、SHINAGAWA Kazumasa
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E107.A 号: 8 ページ: 1178-1185

    • DOI

      10.1587/transfun.2023EAP1082

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2024-08-01
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-Shuffle Card-Based Protocols with Six Cards per Gate2024

    • 著者名/発表者名
      Ono Tomoki、Shinagawa Kazumasa、Nakai Takeshi、Watanabe Yohei、Iwamoto Mitsugu
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14562 ページ: 157-169

    • DOI

      10.1007/978-981-97-1238-0_9

    • ISBN
      9789819712373, 9789819712380
    • 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] 高機能暗号の社会展開を促進する物理・視覚暗号2023

    • 著者名/発表者名
      花岡悟一郎, 岩本貢, 渡邉洋平, 水木敬明, 安部芳紀, 品川和雅, 新井美音, 矢内直人
    • 雑誌名

      電子電子情報通信学会論文誌A 基礎・境界

      巻: J106-A 号: 8 ページ: 214-228

    • DOI

      10.14923/transfunj.2022JAI0002

    • ISSN
      1881-0195
    • 年月日
      2023-08-01
    • 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] Automorphism Shuffles for Graphs and Hypergraphs and Its Applications2023

    • 著者名/発表者名
      SHINAGAWA Kazumasa, MIYAMOTO Kengo
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E106.A 号: 3 ページ: 306-314

    • DOI

      10.1587/transfun.2022CIP0020

    • 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] Secure Multi-party Computation with Legally-Enforceable Fairness2023

    • 著者名/発表者名
      Nakai Takeshi、Shinagawa Kazumasa
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14252 ページ: 161-178

    • DOI

      10.1007/978-981-99-7356-9_10

    • ISBN
      9789819973552, 9789819973569
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Uniform cyclic group factorizations of finite groups2023

    • 著者名/発表者名
      Kanai Kazuki、Miyamoto Kengo、Nuida Koji、Shinagawa Kazumasa
    • 雑誌名

      Communications in Algebra

      巻: 52 号: 5 ページ: 2174-2184

    • DOI

      10.1080/00927872.2023.2285908

    • 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] Private simultaneous messages based on quadratic residues2023

    • 著者名/発表者名
      Shinagawa Kazumasa、Eriguchi Reo、Satake Shohei、Nuida Koji
    • 雑誌名

      Designs, Codes and Cryptography

      巻: 91 号: 12 ページ: 3915-3932

    • DOI

      10.1007/s10623-023-01279-5

    • 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] Malicious Player Card-Based Cryptographic Protocols with?a?Standard Deck of?Cards Using Private Operations2023

    • 著者名/発表者名
      Morooka Tomoya、Manabe Yoshifumi、Shinagawa Kazumasa
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14341 ページ: 332-346

    • DOI

      10.1007/978-981-99-7032-2_20

    • ISBN
      9789819970315, 9789819970322
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Free-XOR in Card-Based Garbled Circuits2023

    • 著者名/発表者名
      Manabe Yoshifumi、Shinagawa Kazumasa
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14342 ページ: 232-248

    • DOI

      10.1007/978-981-99-7563-1_11

    • ISBN
      9789819975624, 9789819975631
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Graph Automorphism Shuffles from Pile-Scramble Shuffles2022

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Kengo、Shinagawa Kazumasa
    • 雑誌名

      New Generation Computing

      巻: - 号: 1 ページ: 199-223

    • DOI

      10.1007/s00354-022-00164-4

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 有限群の一様巡回群分解とカードベース暗号2024

    • 著者名/発表者名
      金井 和貴, 宮本 賢伍, 縫田 光司, 品川 和雅
    • 学会等名
      日本数学会2024年度年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] カードベースガーブルド回路における入力ゲートに用いるカード枚数の削減2024

    • 著者名/発表者名
      小野 知樹, 品川 和雅, 渡邉 洋平, 岩本 貢
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 無向グラフとハイパーグラフに対するグラフシャッフルプロトコル2024

    • 著者名/発表者名
      宮本賢伍, 品川和雅
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 信頼できる銀行に基づく公平なマルチパーティ計算プロトコル2024

    • 著者名/発表者名
      中井 雄士, 品川 和雅
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 3変数ブール関数に対するPSMプロトコルの通信量の上下界2024

    • 著者名/発表者名
      品川 和雅, 縫田 光司
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 追加カード2枚の多入力AND計算におけるシャッフル回数の新しい削減方法2024

    • 著者名/発表者名
      石崎 悠斗, 品川 和雅
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] カードベース暗号に現れる語の組合せ論2024

    • 著者名/発表者名
      品川 和雅, 縫田 光司
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] カードを用いた差分プライバシの物理的表現2024

    • 著者名/発表者名
      江利口 礼央, 品川 和雅, 村上 隆夫
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 部分開示操作を用いた4枚COPYプロトコル2024

    • 著者名/発表者名
      本多 由昂, 品川 和雅
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] カードベースANDプロトコルのインジェクション攻撃に対する脆弱性の検証2024

    • 著者名/発表者名
      中嶋 光太, 品川 和雅
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] コインを用いた任意の論理関数に対する秘密計算プロトコル2024

    • 著者名/発表者名
      南川 侑太, 品川 和雅
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ルービックキューブを秘匿したまま一様ランダムにスクランブルする方法2024

    • 著者名/発表者名
      品川 和雅, 金井 和貴, 宮本 賢伍, 縫田 光司
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS) 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 多色カードを用いた効率的な対称関数プロトコル2023

    • 著者名/発表者名
      高橋 由紘, 品川 和雅
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム (CSS) 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 部分開示操作を用いた効率的なカードベースプロトコル2023

    • 著者名/発表者名
      本多 由昂, 品川 和雅
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム (CSS) 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 数独に対するシャッフル3回のゼロ知識証明2023

    • 著者名/発表者名
      佐々木 駿, 品川 和雅
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム (CSS) 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 有限群の一様巡回群分解とそのカードベース暗号への応用2023

    • 著者名/発表者名
      品川 和雅
    • 学会等名
      名古屋組合せ論セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] カードベースプロトコルからPSMプロトコルへの一般的変換2023

    • 著者名/発表者名
      品川 和雅
    • 学会等名
      IMI暗号学セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] カードベース暗号に登場するさまざまなカード組と符号化2023

    • 著者名/発表者名
      品川 和雅
    • 学会等名
      産学連携によるカードベース暗号の数理的未解決問題と新課題の整理
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 具体的な関数に対する秘匿同時通信プロトコルの通信量の上下界2023

    • 著者名/発表者名
      品川 和雅, 縫田 光司
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 金銭的ペナルティに基づく公平な秘密計算における補償金額の均等化2023

    • 著者名/発表者名
      中井 雄士, 品川 和雅
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 任意の論理回路に対する1ゲートあたり6枚のカードベースプロトコル2023

    • 著者名/発表者名
      小野 知樹, 品川 和雅, 中井 雄士, 渡邉 洋平, 岩本 貢
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 有限時間カードベースプロトコルから秘匿同時通信プロトコルへの一般的変換2023

    • 著者名/発表者名
      品川 和雅, 縫田 光司
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 数コロに対する物理的ゼロ知識証明プロトコル2023

    • 著者名/発表者名
      佐々木 駿, 品川 和雅
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 正多角形カードを用いた投票プロトコル2023

    • 著者名/発表者名
      高橋 由紘, 品川 和雅
    • 学会等名
      暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS 2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Card-Based Secure Sorting Protocol2022

    • 著者名/発表者名
      Rikuo Haga, Kodai Toyoda, Yuto Shinoda, Daiki Miyahara, Kazumasa Shinagawa, Yuichi Hayashi, Takaaki Mizuki
    • 学会等名
      IWSEC 2022,
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ハンド操作を用いないコインベースプロトコル2022

    • 著者名/発表者名
      南川 侑太, 品川 和雅
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム2022 (CSS 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] パイルスクランブルシャッフルからのグラフ自己同型シャッフルの構成2022

    • 著者名/発表者名
      宮本賢伍、品川 和雅
    • 学会等名
      2022年暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS 2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 有限群の一様分解とその一様閉シャッフルへの応用2022

    • 著者名/発表者名
      金井和貴、宮本賢伍、品川和雅
    • 学会等名
      2022年暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS 2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] カードベース暗号を題材にした小中学生向け授業の報告2022

    • 著者名/発表者名
      品川 和雅
    • 学会等名
      2022年暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS 2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 金銭的ペナルティに基づく公平な秘密計算におけるラウンド数の改善2022

    • 著者名/発表者名
      中井 雄士、品川 和雅
    • 学会等名
      2022年暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS 2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] カードを用いた秘匿共通集合プロトコル2021

    • 著者名/発表者名
      土井 アナスタシヤ、中井 雄士、品川 和雅、渡邉 洋平、岩本 貢
    • 学会等名
      コンピュータセキュリティシンポジウム2021 (CSS 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Secure Computation with Non-equivalent Penalties in Constant Rounds2021

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Nakai and Kazumasa Shinagawa
    • 学会等名
      Tokenomics 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会・シンポジウム開催] ICIAM 2023 Minisymposium2023

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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