Quantum Cryptanalysis for Quantum Safe Society

量子安全社会的量子密码分析

• 批准号: 21H03440
• 负责人: 國廣 昇
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03440/
• 关键词: 量子セキュリティ; 安全性評価

本研究課題では，量子計算機実現後にも安全な社会実現のために，耐量子計算機暗号への移行に向けた量子安全性の解析を目指している．具体的には，以下の3つの課題：量子誤り訂正を組み込んだ素因数分解のリソース評価およびリソース削減，量子計算機実機を用いた素因数分解実験，サイドチャネル情報と量子計算機を組み合わせた耐量子計算機暗号に対する安全性評価，をターゲットとする．2021年度は，量子計算機に対するRSA暗号の安全性評価および格子理論を用いたRSA暗号の安全性評価を行い，それぞれ1件の成果を得た．1件目は，Shorの量子素因数分解回路の基本的な構成要素である制御つき加算剰余の効率的な構成である．本研究では，新たな加算剰余演算回路の構成を行い，FTQ計算機，NISQ計算機という二つのタイプの量子計算機に対して，最適化を行った．その結果，従来提案されている回路と比較して，62%のリソース削減に成功した．この成果により，現代暗号の安全性をより正確に評価することが可能となる．2件目は，3次ペル方程式を利用したRSA暗号の変形方式の格子理論を用いた安全性評価を行った．従来の解析では，秘密鍵dが，$N^{0.25}$よりも小さいときに破られることが知られていたが，この限界を$N^{0.292}$に拡大することに成功した．さらに，数値実験を行い，提案する攻撃の有効性を検証した．以上の成果は，査読付き論文誌に2件発表している．この成果を踏まえて，数学セミナー誌で，耐量子計算機暗号に関する解説を行うとともに，日本セキュリティ・マネジメント学会誌で耐量子計算機暗号への移行に関して解説を行っている．さらに，2022年3月に開催された電子情報学会総合大会において，耐量子計算機暗号の安全性に関しても招待講演を行っている．

This research topic で は, quantum computers be now after に も society be safe な の た め に, resistance to a quantum computer codes へ の transitional に to け た quantum security の parsing を refers し て い る. Specific に は, the following 3 つ の の project: quantum error り correction を group み 込 ん だ prime factor decomposition の リ ソ ー ス review 価 お よ び リ ソ ー ス cuts, quantum computers be machine を with い た prime factor decomposition be 験, サ イ ド チ ャ ネ ル intelligence と quantum computer を group み わ せ た quantum computer cipher resistant に す seaborne る safety review 価, を タ ー ゲ ッ ト と す る. 2021 annual は, quantum computers に す seaborne る RSA cipher の safety review 価 お よ び を lattice theory with い た RSA cipher の safety review 価 を い, そ れ ぞ れ 1 piece た を の achievements. Item, the basic な constituent elements of the Shor <s:1> quantumin factorization circuit <e:1> である the な constituent elements of the である controlling the <s:1> plus calculation remainder <s:1> efficiency である. This study で は, new た な addition turning residual calculus loop line の constitute を い, FTQ computer, computer と NISQ い う two つ の タ イ プ の quantum computer に し seaborne て, line optimization を っ た. そ の results, 従 proposals to さ れ て い る loop と compare し て, 62% の リ ソ ー ス cut に successful し た. <s:1> <s:1> achievements によ によ, modern code <s:1> security をよ correct に evaluation 価する 価する とが とが possible となる. Item 2, cubic ペ を equation を using <s:1> たRSA code <s:1> transformation method <s:1> lattice theory を using た た safety evaluation 価を line った. 従 to の parsing で は, secret key d が, $N ^ 0.25} {$よ り も small さ い と き に broken ら れ る こ と が know ら れ て い た が, こ の limit を $N ^ 0.292} {$に company, big す る こ と に successful し た. Youdaoplaceholder0, numerical practical experience を practice さらに, proposal する attack the valid を検 certificate た た. The above achievements are, and 読 have been submitted to the に journal of に papers, with a list of て る る. Tread こ の results を ま え て, mathematics セ ミ ナ ー で, resistance to a quantum computer codes に masato す る explanation を row う と と も に, Japan セ キ ュ リ テ ィ · マ ネ ジ メ ン ト society volunteers で quantum computer cipher resistant へ の transitional に masato し て explanation を row っ て い る. さ ら に, March 2022 に push さ れ た electronic intelligence learn to 総 in congress に お い て, resistance to a quantum computer codes の security に masato し て も entertaining speeches を line っ て い る.

项目成果

Efficient Construction of a Control Modular Adder on a Carry-Lookahead Adder Using Relative-Phase Toffoli Gates

使用相对相位 Toffoli 门在超前进位加法器上高效构建控制模块加法器

• DOI: 10.1109/tqe.2021.3136195
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Transactions on Quantum Engineering
• 作者: Oonishi Kento;Tanaka Tomoki;Uno Shumpei;Satoh Takahiko;Van Meter Rodney;Kunihiro Noboru
• 通讯作者: Kunihiro Noboru

フーリエ解析ベース攻撃に対するECDSAのエラーレートに基づく解析

基于 ECDSA 的错误率分析对抗基于傅立叶分析的攻击

• 发表时间: 2022
• 作者: 松橋 直希;高野 知佐;会田 雅樹;大﨑俊輔，國廣昇
• 通讯作者: 大﨑俊輔，國廣昇

耐量子計算機暗号の安全性

抗量子计算机密码学的安全性

• 发表时间: 2022
• 作者: Zhang Jingxiong;He Fujun;Oki Eiji;國廣昇
• 通讯作者: 國廣昇

エラー付きLS系列に対するエラー訂正アルゴリズム

错误LS序列的纠错算法

• 发表时间: 2021
• 作者: Yimou Liao;Masashi Toyoda;Naoki Yoshinaga;谷健太，國廣昇
• 通讯作者: 谷健太，國廣昇

Cryptanalysis of the RSA variant based on cubic Pell equation

基于三次佩尔方程的RSA变体密码分析

• DOI: 10.1016/j.tcs.2021.08.001
• 发表时间: 2021
• 期刊: Theoretical Computer Science
• 影响因子: 1.1
• 作者: Mengce Zheng;Noboru Kunihiro;Yuanzhi Yao
• 通讯作者: Yuanzhi Yao