量子コンピュータでも解読できないデジタル署名技術「QR-UOV署名」を開発――公開鍵のデータサイズを削減 東京大学ら

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東京大学は2021年11月24日、同大学大学院情報理工学系研究科と九州大学が日本電信電話と共同で、量子コンピュータでも解読できない新たなデジタル署名技術「QR-UOV署名」を開発したと発表した。公開鍵のデータサイズを既存の方式と比べ約3分の1まで削減することに成功したという。

様々な分野での実用化が期待される量子コンピュータは、研究開発も盛んだが、大規模な量子コンピュータが開発された場合に現在利用されている主要な暗号技術が解読され、安全性が損なわれることが知られている。

そのため、将来的に量子コンピュータが大規模化した時代でも安全に利用できる暗号技術として、データの不正な書き換えを検出できるRainbow署名が注目を集めているが、検証の際に使用する公開鍵のデータサイズが大きくなることが問題となっていた。今回開発したQR-UOV署名は、多変数多項式問題の難しさを安全性の根拠としており、公開鍵と署名のデータサイズが小さいことが特徴となっている。

Rainbow署名は、安全性の高いUOV署名をマルチ階層構造として拡張することで効率化していたが、QR-UOV署名は、数値の行列で表現されていたUOV署名の公開鍵を剰余環と言われる代数系の多項式として表現。安全性を低下させることなく、公開鍵のデータサイズを削減している。

実用的に安全性が十分に高いパラメータでRainbow署名と比べた結果、公開鍵のデータサイズを約66%削減できることがわかった。QR-UOV署名は、Rainbow署名では252.3KBだった公開鍵のデータサイズを約3分の1となる85.8KBまで削減できたという。

QR-UOV署名は、量子コンピュータの時代でも安全かつ効率的な暗号技術として、個人認証やデータ保護などへ利活用できる。特に、長期的な安全性が必要であり、通信負荷の低減が求められるセキュリティシステムへの応用が期待できる。

米国標準技術研究所NISTは、量子コンピュータに対して安全な暗号方式の標準化プロジェクトを進めており、デジタル署名技術に関しては2022年に再公募を行う計画を発表している。研究グループは今後、NISTの暗号標準化プロジェクトにQR-UOV署名を応募し、標準規格への採択を目指す。

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