解読に数百兆年かかる暗号が解読される!?　量子コンピュータに対抗できる暗号技術とは？

大学広報課　木原様 — Thu, 06 Jul 2023 10:00:00 +0000

私たちが活用するデータは暗号で守られ、最も難解な暗号を解読するには宇宙の寿命より長い時間がかかるとされてきました。しかし量子コンピュータの実用化により暗号が解読される可能性が出てきました。
村上研究室では破られない暗号を研究中です。

「秘密鍵暗号」と「公開鍵暗号」　
私たちは大きく２方式の暗号で守られている

「りたたんたご」という文字列（＝暗号文）のそばに「たぬき」の絵があれば「た」を抜いて（＝鍵）、「りんご」（＝平文）と解読できます。これが私たちのイメージする暗号で、暗号化と復号に共通の鍵を使うため鍵は秘密にされなくてはならず「秘密鍵暗号」と呼ばれます。

一方、暗号化には受信者が一般公開した公開鍵を使い、復号には受信者のみが持つ秘密鍵を使う方法は「公開鍵暗号」と呼ばれます。

前者は処理速度が速い代わりに鍵を当事者間でいかに安全に共有するかという問題があります。後者は暗号化に使用する鍵を公開することができる代わりに処理コストがかかります。

いずれの方式においても、暗号強度を上げるためにこれまでにさまざまな暗号アルゴリズムが開発されてきました。

暗号化と復号に共通の「秘密鍵暗号」を使うことで,安全に文章を送受信できる.
処理速度は速いが,いかに秘密鍵を安全に共有するかが課題.

暗号化には公開鍵を使い,復号の時だけ秘密鍵を使う方法を「公開鍵暗号」という.課題は処理コストが発生すること.

量子コンピュータの解読を防ぐために
複雑性クラスの高い数学問題を暗号に取り入れる

「秘密鍵暗号」で標準的に使われているのが「AES」で、鍵長（暗号のデータサイズ）が大きく、AES-256bitならスーパーコンピュータで総当たり攻撃をしても数百兆年かかります。

また「公開鍵暗号」で代表的な「RSA暗号」は、解読に膨大な桁数の素因数分解が必要となり、これも天文学的な時間がかかります。いずれも解読にかかる時間が安全性を担保していました。

ところが、量子コンピュータが登場し、実用化されると解読にかかる時間が大幅に短縮される可能性が出てきました。これに備え、さらに計算量が多く効率よく解けない問題を設定する必要があります。これは、数学上最大の未解決問題であるP≠NP予想などにも深く関係しています。

研究室では、量子コンピュータでも解けない「耐量子暗号」を開発するための多様なアプローチを試みています。

量子コンピュータでも解けない「耐量子暗号」を開発するには,複雑性クラスの高いさまざまな問題を設定していく必要がある.

量子コンピュータに負けない暗号が
世界の崩壊を食い止める!

暗号は古代から使われてきましたが、ビッグデータの行き交う現代社会は暗号でできているといっても過言ではありません。瞬時に暗号が解読されてしまえば、国家機密情報から個人情報まで、あらゆる情報が漏洩することになり世界は混乱に陥ることでしょう。
スマホでキャッシュレス決済が普通にでき、パソコンでデスクワークが普通にできる。そんな日常を続けることができるかどうかは、次世代暗号技術の開発にかかっているのです。

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不正アクセスや情報の抜き取りは許さない　情報の安全性を守るセキュリティ技術研究

オフィスティ本田様 — Fri, 24 Feb 2023 13:31:52 +0000

情報のやり取りで経済や社会が動く現代、リアルでもサイバーでも不正なアクセスを防いで大切な情報を守るセキュリティ技術の重要性は増すばかりです。
境研究室では、暗号や情報セキュリティ技術についての研究を行い、安心安全な情報社会を支える基盤技術の確立に貢献しています。

便利だけど意外と偽造に弱い生体認証　
安全性の高い顔認証システムをめざして

生体認証は、指紋や虹彩、顔など個人を特定できる生体情報を読み取り、あらかじめ登録してある本人の情報と照合させるセキュリティ技術です。一見安全性が高そうな認証方法ですが、指紋は意外と簡単に写し取れ、虹彩も高精細カメラで盗むことが可能です。

また登録された顔画像と目、鼻、口など各パーツの位置や大きさを照合する顔認証でも、写真などを使って顔画像を偽造される危険があります。

境研究室では、安価で偽造されにくい顔認証システムを研究。複数の照明を設置し、照明によって影ができた顔の情報も含めて照合させる方法を提案しています。違う照明を何度かランダムに当てるなど照合方法を工夫すれば、さらに偽造は難しくなります。

顔認証では,照明による影は画像認識の邪魔になるため,影ができないような照明にするのが一般的.それを逆手にとって照明でわざと顔に影ができるようにし,あらかじめ登録された影のある画像と照合.印刷した写真は立体ではないため同じ影はできず,認証されることはない.

新しい暗号化技術「耐量子暗号」は大丈夫か　
安全性を評価する研究で技術の向上に貢献

暗号化技術もメインテーマの一つです。暗号化とは、データを決められた手順で書き換えて情報を読み取られないようにするセキュリティ技術。キャッシュレスサービスなどにも使われている重要な技術です。

暗号化技術で今最もホットなテーマは、量子コンピュータの実用化で現在使われている暗号が解読され安全でなくなってしまうという問題。それに対抗するため、量子コンピュータでも解読されにくい耐量子暗号の研究が盛んに進められています。

境研究室では、この耐量子暗号の安全性評価に取り組んでいます。暗号を解読するのに最も効率のよいアルゴリズムを探り、どの程度の安全性が実現できるのかを確かめています。

暗号化や復号に使われる特定のデータを「鍵」といい,暗号の鍵はビットという単位で表される.ビット数の多い（鍵長の長い）鍵ほど解読に時間がかかり安全性は高くなるが,あまり時間がかかりすぎると実際に使えない暗号になってしまう.耐量子暗号の安全性評価では,アルゴリズムと鍵長の両面から暗号にどんな安全性があればよいのかを探ることになる.

セキュリティを意識しなくてもよくなる!？
使い勝手のよい暗号化技術はいつ実現するか

「セキュリティ技術とハッキングはいたちごっこ」と思っている人も多いかもしれません。しかし実際は、利用者に便利に使ってもらうために安全性を少し犠牲にする、その隙に付け込まれることが多いのです。現在のセキュリティ技術は、それほど利用者にとって不便なものだというわけ。
もし使い勝手のよい暗号化技術が実現すれば、セキュリティ意識がなくても情報を盗まれる危険のない、バラ色の情報化社会が到来するかもしれません。

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