JPWO2020053013A5 - - Google Patents

Claims (31)

1. 秘密鍵復号デバイスと通信するための通信インターフェースと、プロセッサとを備える公開鍵暗号化デバイスであって、暗号化フェーズ中、第２の公開鍵行列の第２の次元は設定可能であり、
   前記プロセッサは、
   前記秘密鍵復号デバイスに関連付けられた第１の公開鍵行列を取得し、
   送信鍵の鍵サイズを取得し、
   前記鍵サイズに従って前記送信鍵を生成し、
   前記第２の公開鍵行列の前記第２の次元と等しい第２の秘密鍵行列の第２の次元の値を選択することによって、前記鍵サイズの前記送信鍵のマスキングに対応するように前記第２の秘密鍵行列の行列サイズを決定し、
   前記行列サイズに従って前記第２の秘密鍵行列を生成し、前記第２の秘密鍵行列から前記第２の公開鍵行列を計算し、
   前記第２の秘密鍵行列および前記第１の公開鍵行列から第２の生の共有鍵を計算し、ここで、前記第２の生の共有鍵を計算することは、前記第２の秘密鍵行列と前記第１の公開鍵行列との間の行列乗算を含み、
   前記第２の生の共有鍵の少なくとも一部を用いて前記送信鍵をマスキングし、
   前記鍵サイズおよび／または行列サイズの指標、前記第２の公開鍵行列、および前記マスキングされた送信鍵を前記秘密鍵復号デバイスに送る、
   公開鍵暗号化デバイス。
2. 公開鍵暗号化デバイスと通信するための通信インターフェースと、プロセッサとを備える秘密鍵復号デバイスであって、
   前記プロセッサは、
   第１の秘密鍵行列を生成して、前記第１の秘密鍵行列から第１の公開鍵行列を計算し、前記公開鍵暗号化デバイスに前記第１の公開鍵行列を送ることを許容し、
   前記公開鍵暗号化デバイスから、鍵サイズおよび／または行列サイズの指標、第２の公開鍵行列、並びにマスキングされた送信鍵を受け取り、暗号化フェーズ中、前記公開鍵暗号化デバイスにおいて、前記第２の公開鍵行列の第２の次元は設定可能であり、
   前記第２の公開鍵行列および前記第１の秘密鍵行列から第１の生の共有鍵を計算し、ここで、前記第１の生の共有鍵を計算することは、前記第２の公開鍵行列と前記第１の秘密鍵行列との間の行列乗算を含み、
   前記第１の生の共有鍵の少なくとも一部を使用して、前記受け取られたサイズに基づき、前記マスキングされた送信鍵のマスキングを解除することで送信鍵を取得する、
   秘密鍵復号デバイス。
3. 前記公開鍵暗号化デバイスの前記プロセッサは、前記秘密鍵復号デバイスとのハンドシェイクを実行し、前記ハンドシェイクの実行は、
   前記秘密鍵復号デバイスの少なくとも２つの第１の公開鍵行列の少なくとも２つの指標を前記秘密鍵復号デバイスから受け取ることを含み、ここで、前記２つの第１の公開鍵行列は異なるサイズを有し、
   前記ハンドシェイクの実行はさらに、前記公開鍵暗号化デバイスの鍵キャッシュが、前記２つの第１の公開鍵行列のうちの大きい方の行列を含むか否かを決定し、含む場合には前記大きい方の第１の公開鍵行列を選択することによって、第１の公開鍵行列を選択することと、
   前記選択された第１の公開鍵行列の指標を前記秘密鍵復号デバイスに送り、前記鍵キャッシュ内で入手できない場合は前記第１の公開鍵行列をリクエストすることとを含み、ここで、前記送信鍵は、前記選択された第１の公開鍵を用いてカプセル化される、
   請求項１に記載の公開鍵暗号化デバイス。
4. 前記第２の秘密鍵行列は前記第１の公開鍵行列よりも少ない行列要素を有し、
   前記第２の公開鍵行列は前記第１の公開鍵行列よりも少ない行列要素を有し、および／または
   前記第２の公開鍵行列は第１の秘密鍵行列よりも少ない行列要素を有する、
   請求項１または請求項３に記載の公開鍵暗号化デバイス。
5. 前記第２の公開鍵行列は第１のシステム次元および第２の次元（
   

   

   )を有し、前記第１の公開鍵行列は前記第１のシステム次元および第２の次元(
   

   

   )を有し、前記第２の公開鍵行列の前記第２の次元(
   

   

   )は、前記第１の公開鍵行列の前記第２の次元(
   

   

   )よりも小さい、
   請求項１、３または４に記載の公開鍵暗号化デバイス。
6. 前記第２の公開鍵行列の前記第２の次元は、前記第１の公開鍵行列の前記第２の次元の半分以下であり、および／または
   前記第２の公開鍵行列の前記第２の次元は１である、
   請求項５に記載の公開鍵暗号化デバイス。
7. 前記公開鍵暗号化デバイスの前記プロセッサは、
   前記第１の公開鍵行列に関連付けられた公開行列を取得し、
   前記第２の公開鍵行列を計算することは、前記第２の秘密鍵行列と前記公開行列との間のノイジーな行列乗算を含み、ここで、前記公開行列は前記公開鍵暗号化デバイスと秘密鍵復号デバイスとの間で共有される、
   請求項１または請求項３から６のいずれか一項に記載の公開鍵暗号化デバイス。
8. 前記ノイジーな行列乗算は、ｑ個の要素からｐ個の要素へのスケーリングを含み、ここで、
   

   

   であり、前記公開鍵暗号化デバイスは、
   第２の生の共有鍵の前記少なくとも一部のための調整データを生成し、ここで、前記調整データは、前記公開鍵暗号化デバイスおよび前記秘密鍵復号デバイスで導出された第１の生の鍵および第２の生の鍵の間の差異を減らすことを可能にする情報を含み、前記調整データは前記秘密鍵復号デバイスに送られ、
   前記送信鍵のためのパリティビットを生成し、ここで、前記送信鍵および前記パリティビットは、誤り訂正符号に従うコードワードを形成し、前記送信鍵をマスキングすることは前記コードワードのカプセル化を含む、
   請求項７に記載の公開鍵暗号化デバイス。
9. 前記公開鍵暗号化デバイスの前記プロセッサは、少なくとも前記送信鍵に基づいて最終鍵を導出し、前記最終鍵を用いてメッセージを暗号化し、前記暗号化されたメッセージを前記秘密鍵復号デバイスに送る、
   請求項１または請求項３から８のいずれか一項に記載の公開鍵暗号化デバイス。
10. 送信鍵が、乱数である、一時的および／または対称的である、および／または、第１の公開鍵行列から独立している、請求項１または請求項３から９のいずれか一項に記載の公開鍵暗号化デバイス。
11. 前記公開鍵暗号化デバイスの前記プロセッサは、前記秘密鍵復号デバイスにて前記送信鍵を取得する際のエラーレートを下げるためにヘルパーデータを計算する、
    請求項１または請求項３から１０のいずれか一項に記載の公開鍵暗号化デバイス。
12. 第２の生の鍵は行列であり、前記送信鍵をマスキングすることは、前記送信鍵のビットを、前記第２の生の鍵行列の少なくとも一部の要素の最上位部分に加えること、および前記第２の生の鍵行列の前記少なくとも一部の要素のゼロ個以上の最下位ビットを破棄することを含む、
    請求項１または請求項３から１１のいずれか一項に記載の公開鍵暗号化デバイス。
13. 前記公開鍵暗号化デバイスの前記プロセッサは、前記送信鍵から前記第２の秘密鍵行列を導出する、
    請求項１または請求項３から１２のいずれか一項に記載の公開鍵暗号化デバイス。
14. 前記公開鍵暗号化デバイスの前記プロセッサは、公開鍵データベースから前記第１の公開鍵行列を取得する、
    請求項１または請求項３から１３のいずれか一項に記載の公開鍵暗号化デバイス。
15. 前記第１および第２の公開鍵、前記第１および第２の秘密鍵、並びに前記第１および第２の生の鍵は有限体または環上の行列である、請求項１または請求項３から１４のいずれか一項に記載の公開鍵暗号化デバイス。
16. 暗号化フェーズ中、第２の公開鍵行列の第２の次元を設定するステップを含む公開鍵暗号化方法であって、前記公開鍵暗号化方法は、
    秘密鍵復号デバイスとの通信を確立するステップと、
    前記秘密鍵復号デバイスに関連付けられた第１の公開鍵行列を取得するステップと、
    送信鍵の鍵サイズを取得するステップと、
    前記鍵サイズに従って前記送信鍵を生成するステップと、
    前記第２の公開鍵行列の前記第２の次元と等しい第２の秘密鍵行列の第２の次元の値を選択することによって、前記鍵サイズの前記送信鍵のマスキングに対応するように前記第２の秘密鍵行列の行列サイズを決定するステップと、
    前記行列サイズに従って前記第２の秘密鍵行列を生成し、前記第２の秘密鍵行列から前記第２の公開鍵行列を計算するステップと、
    前記第２の秘密鍵行列および前記第１の公開鍵行列から第２の生の共有鍵を計算するステップであって、ここで、前記第２の生の共有鍵の計算は、前記第２の秘密鍵行列と前記第１の公開鍵行列との間の行列乗算を含む、ステップと、
    前記第２の生の共有鍵の少なくとも一部を用いて前記送信鍵をマスキングするステップと、
    前記鍵サイズおよび／または行列サイズの指標、前記第２の公開鍵行列、および前記マスキングされた送信鍵を前記秘密鍵復号デバイスに送るステップとを含む、
    公開鍵暗号化方法。
17. 公開鍵暗号化デバイスとの通信を確立するステップと、
    第１の秘密鍵行列を生成して、前記第１の秘密鍵行列から第１の公開鍵行列を計算し、前記公開鍵暗号化デバイスに前記第１の公開鍵行列を送ることを許容するステップと、
    前記公開鍵暗号化デバイスから、鍵サイズおよび／または行列サイズの指標、第２の公開鍵行列、およびマスキングされた送信鍵を受け取るステップであって、暗号化フェーズ中、前記公開鍵暗号化デバイスにおいて、前記第２の公開鍵行列の第２の次元は設定可能である、ステップと、
    前記第２の公開鍵行列および前記第１の秘密鍵行列から第１の生の共有鍵を計算するステップであって、ここで、前記第１の生の共有鍵の計算は、前記第２の公開鍵行列と前記第１の秘密鍵行列との間の行列乗算を含む、ステップと、
    前記第１の生の共有鍵の少なくとも一部を使用して、前記受け取られたサイズに基づき、前記マスキングされた送信鍵のマスキングを解除することで送信鍵を取得するステップとを含む、
    秘密鍵復号方法。
18. 請求項１６または１７に記載の方法をプロセッサシステムに実行させるための命令を表すデータを含む、一時的または非一時的なコンピュータ可読媒体。
19. 前記秘密鍵復号デバイスの前記プロセッサが前記公開鍵暗号化デバイスとのハンドシェイクを実行し、前記ハンドシェイクの実行は、
    前記秘密鍵復号デバイスの少なくとも２つの第１の公開鍵行列の少なくとも２つの指標を前記公開鍵暗号化デバイスに送ることを含み、ここで、前記２つの第１の公開鍵行列は異なるサイズを有し、
    前記ハンドシェイクの実行はさらに、前記公開鍵暗号化デバイスから選択された第１の公開鍵行列の指標を受け取ること、前記選択された第１の公開鍵行列のリクエストが受け取られた場合には、前記選択された第１の公開鍵行列を送ることを含み、ここで、前記送信鍵は、前記選択された前記第１の公開鍵を用いてカプセル化解除される、
    請求項２に記載の秘密鍵復号デバイス。
20. 前記第２の秘密鍵行列は前記第１の公開鍵行列よりも少ない行列要素を有し、
    前記第２の公開鍵行列は前記第１の公開鍵行列よりも少ない行列要素を有し、および／または
    前記第２の公開鍵行列は第１の秘密鍵行列よりも少ない行列要素を有する、
    請求項２または請求項１９に記載の秘密鍵復号デバイス。
21. 前記第２の公開鍵行列は第１のシステム次元および第２の次元（
    

    

    )を有し、前記第１の公開鍵行列は前記第１のシステム次元および第２の次元(
    

    

    )を有し、前記第２の公開鍵行列の前記第２の次元(
    

    

    )は、前記第１の公開鍵行列の前記第２の次元(
    

    

    )よりも小さい、
    請求項２、１９または２０に記載の秘密鍵復号デバイス。
22. 前記第２の公開鍵行列の前記第２の次元は、前記第１の公開鍵行列の前記第２の次元の半分以下であり、および／または
    前記第２の公開鍵行列の前記第２の次元は１である、
    請求項２１に記載の秘密鍵復号デバイス。
23. 前記秘密鍵復号デバイスの前記プロセッサは、
    公開行列を生成し、
    前記第１の公開鍵行列を計算することは、前記第１の秘密鍵行列と前記公開行列との間のノイジーな行列乗算を含み、前記公開行列は前記公開鍵暗号化デバイスと前記秘密鍵復号デバイスとの間で共有され、前記第１の公開鍵行列は前記公開行列に関連付けられる、
    請求項２または請求項１９から２２のいずれか一項に記載の秘密鍵復号デバイス。
24. 前記ノイジーな行列乗算は、ｑ個の要素からｐ個の要素へのスケーリングを含み、ここで、
    

    

    であり、
    前記秘密鍵復号デバイスは、
    前記第１の生の共有鍵の前記少なくとも一部のための調整データを受け取り、ここで、前記調整データは、前記公開鍵暗号化デバイスおよび前記秘密鍵復号デバイスで導出された第１の生の鍵および第２の生の鍵の間の差異を減らすことを可能にする情報を含み、前記第１の生の共有鍵の前記少なくとも一部および前記調整データに調整関数を適用し、
    前記マスキングされた送信鍵のマスキングを解除してニアコードワードを取得し、前記誤り訂正符号に従って誤り訂正を適用する、
    請求項２３に記載の秘密鍵復号デバイス。
25. 前記秘密鍵復号デバイスの前記プロセッサは、前記秘密鍵復号デバイスから暗号化されたメッセージを受け取り、少なくとも前記送信鍵に基づいて前記最終鍵を導出し、前記最終鍵を用いて前記暗号化されたメッセージを復号する、
    請求項２または請求項１９から２４のいずれか一項に記載の秘密鍵復号デバイス。
26. 送信鍵が、乱数である、一時的および／または対称的である、および／または、第１の公開鍵行列から独立している、請求項２または請求項１９から２５のいずれか一項に記載の秘密鍵復号デバイス。
27. 前記秘密鍵復号デバイスの前記プロセッサは、前記公開鍵暗号化デバイスからヘルパーデータを受け取り、前記ヘルパーデータを適用することで、前記秘密鍵復号デバイスにて前記送信鍵を取得する際の前記エラーレートを下げる、
    請求項２または請求項１９から２６のいずれか一項に記載の秘密鍵復号デバイス。
28. 第１の生の鍵は行列であり、前記マスキングされた送信鍵のマスキングを解除することは、前記第１の生の鍵行列の少なくとも一部の要素のゼロ個以上の最下位ビットを破棄すること、前記カプセル化されたデータから前記第１の生の鍵行列の前記少なくとも一部の要素を差し引くこと、および、差し引かれた結果を丸めることを含む、
    請求項２または請求項１９から２７のいずれか一項に記載の秘密鍵復号デバイス。
29. 前記秘密鍵復号デバイスの前記プロセッサは、前記送信鍵から前記第２の秘密鍵行列を再構築し、第２の公開鍵の計算および／またはカプセル化された送信鍵の計算を検証する、
    請求項２または請求項１９から２８のいずれか一項に記載の秘密鍵復号デバイス。
30. 前記秘密鍵復号デバイスの前記プロセッサは、前記第１の公開鍵行列を前記公開鍵データベース内に預ける、
    請求項２または請求項１９から２９のいずれか一項に記載の秘密鍵復号デバイス。
31. 前記第１および第２の公開鍵、前記第１および第２の秘密鍵、並びに前記第１および第２の生の鍵は有限体または環上の行列である、請求項２または請求項１９から３０のいずれか一項に記載の秘密鍵復号デバイス。