量子計算機に対してシームレス安全な暗号基盤の構築

为量子计算机构建无缝加密基础设施

基本信息

批准号：
21H03443
负责人：
宮地充子
金额：
$ 10.9万
依托单位：
Osaka University
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-21H03443/
关键词：
耐量子暗号楕円曲線 FPGA IoT

项目摘要

各種IoT機器が収集する莫大なデータの活用によりSociety5.0の実現が期待されている． IoT機器のデータの信頼性確保には高い安全性が実現できる公開鍵暗号が必須であるが，公開鍵暗号は計算量と必要なメモリ量が大きく，コンパクトな公開鍵暗号の設計が必須である．サービス継続性の観点から量子計算機実現時にもシームレス安全な暗号の設計は喫緊の課題といえる．本研究では，シームレス安全を実現するIoT機器向け高速かつコンパクトな公開鍵暗号及び耐量子暗号を構築し，その有効性を実証し量子計算機実現時にも安全なIoT機器環境を構築し，我が国のSociety5.0の実現に寄与することを目的とする．本目的を実現するために，2つのアプローチで進めている．第一のアプローチはアルゴリズムの改良の観点であり，現代暗号さらには耐量子暗号の双方で利用可能なアルゴリズムの効率化を実現する．2021年度は現代暗号にターゲットを当ててハードウェアでの実現を効率的にするアルゴリズムの構築を行った．さらに現代暗号，耐量子暗号の双方で必至となるがコンパクトな逆元アルゴリズムを新規に提案した．第二のアプローチはIoT機器のシームレス安全な暗号アクセラレーションハードウェアの実現である．2021年度は現代暗号のための「IoT機器向けコンパクトな楕円曲線暗号アクセラレーションハードウェア」を設計し，かつFPGAデバイスを利用して実装して実環境上で性能評価を行った結果，現実的なハードウェア規模で楕円曲線暗号の主演算であるスカラー乗算の実行が可能であり，かつ既存の同種のアクセラレータよりも高速処理が可能であることを示した．

社会5.0有望通过利用各种物联网设备收集的大量数据来实现。能够实现高安全性的公钥密码对于保证物联网设备中数据的可靠性至关重要，但公钥密码需要大量的计算和内存，因此设计一种紧凑的公钥密码至关重要．．从服务连续性的角度来看，即使量子计算机实现了，设计无缝且安全的密码学也是一个紧迫的问题。在这项研究中，我们将为物联网设备构建高速且紧凑的公钥密码学和抗量子密码学，以实现无缝安全性，展示其有效性，并在实现量子计算机时构建安全的物联网设备环境。为.0的实现做出贡献。为了实现这一目标，我们正在采取两种方法。第一种方法是从算法改进的角度出发，旨在提高既可用于现代密码学又可用于抗量子密码学的算法的效率。 2021 年，我们瞄准现代密码学，构建了可以在硬件中高效实现的算法。此外，我们提出了一种新的紧凑型逆算法，这对于现代密码学和抗量子密码学都是必不可少的。第二种方法是为物联网设备实现无缝且安全的加密加速硬件。 2021年，我们为现代密码学设计了“用于物联网设备的紧凑型椭圆曲线密码学加速硬件”，使用FPGA设备实现了它，并在真实环境中评估了它的性能，我们证明了它可以执行标量乘法，这是主要的。椭圆曲线密码术在硬件规模上的操作，并且可以比现有的类似加速器执行更快的处理。