JPWO2020213114A5 - - Google Patents
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Description
どのような部分系列にメッセージMを分解し、またそのテストの結果、どのような改ざんアイテム特定が可能になるかは、組み合わせグループテスト(CGT)と呼ばれる組み合わせ問題、特に非適応的組み合わせグループテスト(NCGT)と密接に関連がある。ここで、CGT、NCGTはそれぞれCombinatorial Group Testing、Non-adaptive CGTの略である。非特許文献3[GAT05]、非特許文献4[Min15]では、これらのテストについての検討がなされている。m個のアイテム、t個のテストからなるCGTでは、t行m列の2値行列H(ここではテスト行列と呼ぶ)を構成し、Hに従ってテストを行う。Hのi行j列目の要素が1であれば、i番目のテストでj番目のアイテムをテストに含める、ということを指している。
第1の視点によれば、メッセージ認証コード(MAC)の対象となるm個のアイテムM[1],...,M[m]から構成されるメッセージ M=(M[1],...,M[m])を入力するメッセージ入力部と、生成する前記MACの数s(sは正の整数)について、組み合わせグループテストのパラメータであるt行m列のグループテスト行列Hを生成するためのグループテスト行列生成部と、復号可能な線形グループテストMAC適用部と、前記復号可能な線形グループテストMAC適用部により生成されたMACタグリストを出力するMACタグリスト出力部と、を備えるMACタグリスト生成装置が提供される。そして、復号可能な線形グループテストMAC適用部は、前記メッセージMについて、前記グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fと、前記グループテスト行列Hの行インデックスをTweakとしたTweakableブロック暗号Gを用いて、前記グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、前記擬似ランダム関数Fに前記M[j]と前記インデックスjとを入力し、得られた前記擬似ランダム関数Fの出力のすべての和をとり、i番目の中間タグS[i]とし、前記iをTweakとしたTweakableブロック暗号GのTweakable暗号化関数で前記中間タグS[i]を暗号化して得られた出力を、i(i=1,...,t)番目のテストに対応するタグT[i]とする処理を、すべてのi=1,...,tについて行い、MACタグリストT=(T[1],...,T[t])を生成する。
第2の視点によれば、メッセージ認証コード(MAC)を用いたMACタグリスト検証の対象となるm個のアイテムからなるメッセージM=(M[1],...,M[m])と、t個のMACのリストであるMACタグリストT=(T[1],...,T[t])とを入力するメッセージ入力部と、t行m列のグループテスト行列Hを生成するとともに、複数の2値グループテスト行列Hの行インデックスの部分集合であるテスト行列拡大ルールRを出力するグループテスト行列生成および拡大部と、MACタグリストT=(T[1],...,T[t])の要素T[i]を、iをTweakとしたTweakableブロック暗号Gの復号関数で復号した結果を中間タグS[i]とする処理をすべてのi=1,...,tについて行い中間タグリストS=(S[1],...,S[t])を得るタグ復号部と、復号可能な線形グループテスト中間タグ生成部と、中間タグリスト拡大部と、中間タグリスト検証部と、前記中間タグリスト検証部が出力する検証結果を出力する検証結果出力部とを備えるMACタグリスト検証装置が提供される。そして、前記復号可能な線形グループテスト中間タグ生成部は、前記グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fとを用いて、i(i=1,...,t)番目のテストに対応する検証用中間タグS*[i]の生成を、前記グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、前記擬似ランダム関数Fに、M[j]とインデックスjとを入力し、得られたFの出力のすべての和をとり、i番目の検証用中間タグS*[i]とする処理を、すべてのi=1,...,tについて行い、検証用中間タグリストS*=(S*[1],...,S*[t])を生成する。前記中間タグリスト拡大部は、前記中間タグリストSと、前記検証用中間タグリストS*と、テスト行列拡大ルールRと、を用いて、前記テスト行列拡大ルールRが指定する行インデックスの部分集合に対応してSとS*をそれぞれで線形結合を行い、拡大中間タグリストexS、検証用拡大中間タグリストexS*を出力する。そして、前記中間タグリスト検証部は、前記拡大中間タグリストexSと前記検証用拡大中間タグリストexS*とを比較してメッセージMの中の各アイテムの検証および改ざん位置の特定を行い、検証結果として出力する。
第3の視点によれば、メッセージ認証コード(MAC)の対象となるm個のアイテムM[1],...,M[m]から構成されるメッセージ M=(M[1],...,M[m])を入力するステップと、生成する前記MACの数s(sは正の整数)について、組み合わせグループテストのパラメータであるt行m列のグループテスト行列Hを生成するステップと、前記メッセージMについて、前記グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fと、前記グループテスト行列Hの行インデックスをTweakとしたTweakableブロック暗号Gを用いて、前記2値グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、前記擬似ランダム関数Fに前記M[j]と前記インデックスjとを入力し、得られた前記擬似ランダム関数Fの出力のすべての和をとり、i番目の中間タグS[i]とし、前記iをTweakとしたTweakableブロック暗号GのTweakable暗号化関数で前記中間タグS[i]を暗号化して得られた出力を、i(i=1,...,t)番目のテストに対応するタグT[i]とする処理を、すべてのi=1,...,tについて行いMACタグリストT=(T[1],...,T[t])を生成するステップと、前記復号可能な線形グループテストMAC適用手段が求めたMACタグリストを出力するステップと、を含むMACタグリスト生成方法が提供される。本方法は、上記したメッセージMを入力として、MACタグリストを出力するコンピュータという、特定の機械に結びつけられている。
図8は、行列Hのi番目の行ベクトルH[i]がi番目のテストでどのアイテムをMACタグ計算に含めるかを示す。具体的には、H[i]で1が立つすべての列のインデックスjについて、M[j]とjを連結してFに入力し、F(M[j],j)を得る。各jについてすべてのF(M[j],j)の和(例えば排他的論理和)をとる。さらにこのすべてのF(M[j],j)の和と、iとをGへ入力して得られた値をi番目のテストに対応するMAC値T[i]とする。
復号可能な線形グループテストMAC適用部103は、メッセージMについて、グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fと、Tweakableブロック暗号Gと、を用いて、i(i=1,...,t)番目のテストに対応するタグT[i]を生成する。具体的には、復号可能な線形グループテストMAC適用部103は、グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、M[j]とインデックスjを擬似ランダム関数Fに入力する。そして、復号可能な線形グループテストMAC適用部103は、擬似ランダム関数Fに入力して得られた出力すべての和をとり、i番目の中間タグS[i]とする。さらに、復号可能な線形グループテストMAC適用部103は、iをTweakとしたTweakable暗号化関数Gで中間タグS[i]を暗号化し、得られた出力をタグT[i]とする。復号可能な線形グループテストMAC適用部103は、すべてのi=1,...,tについて、上記MACタグT[i]の計算を行うことで、MACタグリストT=(T[1],...,T[t])を生成する(図8、9参照)。
タグ復号部203は、MACタグリストT=(T[1],...,T[t])をそれぞれTweakableブロック暗号Gの復号関数で復号し、中間タグS[i]=G-1(i,T[1])を得て、中間タグリストS=(S[1],...,S[t])を出力する。なお、以下、Tweakableブロック暗号 Gによる、Tweakをi、平文をMとした暗号化処理をG(i,M)と表記し、Tweakをi、暗号文をCとした復号処理をG-1(i, C)と表記する。
復号可能な線形グループテスト中間タグ生成部204は、メッセージMについて、グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fを用いて、i(i=1,...,t)番目のテストに対応する検証用中間タグS*[i]を生成する。具体的には、復号可能な線形グループテスト中間タグ生成部204は、グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、M[j]とインデックスjを擬似ランダム関数Fに入力し、得られたFの出力のすべての和をとり、i番目の検証用中間タグS*[i]とする。復号可能な線形グループテスト中間タグ生成部204は、すべてのi=1,...,tについて、検証用中間タグS*[i]の計算を行い、検証用中間タグリストS*=(S*[1],...,S*[t])を生成する。
Claims (10)
- メッセージ認証コード(MAC)の対象となるm個のアイテムM[1],...,M[m]から構成されるメッセージ M=(M[1],...,M[m])を入力するメッセージ入力部と、
生成する前記MACの数s(sは正の整数)について、組み合わせグループテストのパラメータであるt行m列のグループテスト行列Hを生成するためのグループテスト行列生成部と、
前記メッセージMについて、前記グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fと、前記グループテスト行列Hの行インデックスをTweakとしたTweakableブロック暗号Gを用いて、
前記グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、前記擬似ランダム関数Fに前記M[j]と前記インデックスjとを入力し、得られた前記擬似ランダム関数Fの出力のすべての和をとり、i番目の中間タグS[i]とし、
前記iをTweakとしたTweakableブロック暗号GのTweakable暗号化関数で前記中間タグS[i]を暗号化して得られた出力を、i(i=1,...,t)番目のテストに対応するタグT[i]とする処理を、すべてのi=1,...,tについて行い、MACタグリストT=(T[1],...,T[t])を生成する復号可能な線形グループテストMAC適用部と、
前記復号可能な線形グループテストMAC適用部により生成されたMACタグリストを出力するMACタグリスト出力部と、を備える
ことを特徴とするMACタグリスト生成装置。 - 前記グループテスト行列Hは、
正の整数a,bについて(a,b)=a!/(a-b)!b!をa個からb個選択する場合の数とし、
((a,b))を集合{1,2,...,a}の大きさbの部分集合の全体としたうえで、
(n,d)×(n,k)2値行列であり、適当な順序で列と行のインデックスを((n,d))の要素と((n,k))の要素に対応させたうえで、ある((n,d))の要素Dが((n,k))の要素Kについて、
前記要素Dが前記要素Kに含まれるときに、
前記グループテスト行列Hの(D,K)エントリを1とし、それ以外を0とする行列の有限体GF(2)上の基底からなる、正の整数のパラメータ(n,k,d)を持つMacula行列である請求項1のMACタグリスト生成装置。 - ある整数r>1についてm=2r-1,t=r+1を満たし、
m+1行m+1列のアダマール行列Had(r)から第1行目と第1列目を削除し、さらに行列要素である-1と1のうち、-1を0とすることで得られるm行m列バイナリ行列modHad(r)をとり、前記グループテスト行列Hは、前記m行m列バイナリ行列の有限体GF(2)上の基底からなり、
テスト行列拡大ルールRは、前記グループテスト行列Hを前記テスト行列拡大ルールRに従って行の拡大を行った場合にmodHad(r)となる請求項1のMACタグリスト生成装置。 - グループテスト行列Hが、正整数sについて行数と列数が共に2(2s)+2s+1の正方行列Pの一次独立なt個の行ベクトルからなる部分行列であって、
前記正方行列Pは、有限体GF(2s)を座標成分とする2次元射影空間上の点と直線によって定まる接続行列であり、
テスト行列拡大ルールRによって生成されるテストベクトルが前記正方行列Pの全ての行ベクトルである請求項1のMACタグリスト生成装置。 - 前記グループテスト行列Hが、正整数sと3以上2s+1以下の整数rについて、行数がr×(2s-1)+1、列数が2(2s)-1+rの行列A_rにおける一次独立なt個の行ベクトルからなる部分行列であって、
前記行列A_rは、有限体GF(2s)を座標成分とする2次元アフィン空間の原点を通過する予め指定したr本の直線上にあるr×(2s-1)+1個の点と、それらの点のいずれかを通過する2(2s)-1+r本の直線によって定まる接続行列であり、
テスト行列拡大ルールRによって生成されるテストベクトルが前記行列A_rの全ての行ベクトルである請求項1のMACタグリスト生成装置。 - 前記グループテスト行列生成部は、すべての要素が1である行を含んだグループテスト行列Hを生成する請求項1から5いずれか一のMACタグリスト生成装置。
- メッセージ認証コード(MAC)を用いたMACタグリスト検証の対象となるm個のアイテムからなるメッセージM=(M[1],...,M[m])と、t個のMACのリストであるMACタグリストT=(T[1],...,T[t])とを入力するメッセージ入力部と、
t行m列のグループテスト行列Hを生成するとともに、複数の2値グループテスト行列Hの行インデックスの部分集合であるテスト行列拡大ルールRを出力するグループテスト行列生成および拡大部と、
MACタグリストT=(T[1],...,T[t])の要素T[i]を、iをTweakとしたTweakableブロック暗号Gの復号関数で復号した結果を中間タグS[i]とする処理をすべてのi=1,...,tについて行い中間タグリストS=(S[1],...,S[t])を得るタグ復号部と、
前記メッセージMについて、前記グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fとを用いて、i(i=1,...,t)番目のテストに対応する検証用中間タグS*[i]の生成を、前記グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、前記擬似ランダム関数Fに、M[j]とインデックスjとを入力し、得られたFの出力のすべての和をとり、i番目の検証用中間タグS*[i]とする処理を、すべてのi=1,...,tについて行い、検証用中間タグリストS*=(S*[1],...,S*[t])を生成する復号可能な線形グループテスト中間タグ生成部と、
前記中間タグリストSと、前記検証用中間タグリストS*と、テスト行列拡大ルールRと、を用いて、前記テスト行列拡大ルールRが指定する行インデックスの部分集合に対応してSとS*をそれぞれで線形結合を行い、拡大中間タグリストexS,検証用拡大中間タグリストexS*を出力する中間タグリスト拡大部と、
前記拡大中間タグリストexSと前記検証用拡大中間タグリストexS*とを比較してメッセージMの中の各アイテムの検証および改ざん位置の特定を行い、検証結果として出力する中間タグリスト検証部と、
前記中間タグリスト検証部が出力する検証結果を出力する検証結果出力部とを備える
ことを特徴とするMACタグリスト検証装置。 - メッセージ認証コード(MAC)の対象となるm個のアイテムM[1],...,M[m]から構成されるメッセージ M=(M[1],...,M[m])を入力するステップと、
生成する前記MACの数s(sは正の整数)について、組み合わせグループテストのパラメータであるt行m列のグループテスト行列Hを生成するステップと、
前記メッセージMについて、前記グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fと、前記グループテスト行列Hの行インデックスをTweakとしたTweakableブロック暗号Gを用いて、
前記グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、前記擬似ランダム関数Fに前記M[j]と前記インデックスjとを入力し、得られた前記擬似ランダム関数Fの出力のすべての和をとり、i番目の中間タグS[i]とし、
前記iをTweakとしたTweakableブロック暗号GのTweakable暗号化関数で前記中間タグS[i]を暗号化して得られた出力を、i(i=1,...,t)番目のテストに対応するタグT[i]とする処理を、すべてのi=1,...,tについて行いMACタグリストT=(T[1],...,T[t])を生成するステップと、
前記MACタグリストを出力するステップと、を含むMACタグリスト生成方法。 - メッセージ認証コード(MAC)を用いたMACタグリスト検証の対象となるm個のアイテムからなるメッセージM=(M[1],...,M[m])と、t個のMACのリストであるMACタグリストT=(T[1],...,T[t])とを入力するステップと、
t行m列のグループテスト行列Hを生成するとともに、複数の2値グループテスト行列Hの行インデックスの部分集合であるテスト行列拡大ルールRを出力するステップと、
MACタグリストT=(T[1],...,T[t])の要素T[i]を、iをTweakとしたTweakableブロック暗号Gの復号関数で復号した結果を中間タグS[i]とする処理をすべてのi=1,...,tについて行い中間タグリストS=(S[1],...,S[t])を得るステップと、
前記メッセージMについて、前記グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fとを用いて、i(i=1,...,t)番目のテストに対応する検証用中間タグS*[i]の生成を、前記グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、前記擬似ランダム関数Fに、M[j]とインデックスjとを入力し、得られたFの出力のすべての和をとり、i番目の検証用中間タグS*[i]とする処理を、すべてのi=1,...,tについて行い、検証用中間タグリストS*=(S*[1],...,S*[t])を生成するステップと、
前記中間タグリストSと、前記検証用中間タグリストS*と、テスト行列拡大ルールRと、を用いて、前記テスト行列拡大ルールRが指定する行インデックスの部分集合に対応してSとS*をそれぞれで線形結合を行い、拡大中間タグリストexS,検証用拡大中間タグリストexS*を出力するステップと、
前記拡大中間タグリストexSと前記検証用拡大中間タグリストexS*とを比較してメッセージMの中の各アイテムの検証および改ざん位置の特定を行い、検証結果として出力するステップと、
前記検証結果を出力するステップと、を含むMACタグリスト検証方法。 - メッセージ認証コード(MAC)の対象となるm個のアイテムM[1],...,M[m]から構成されるメッセージ M=(M[1],...,M[m])を入力する処理と、
生成する前記MACの数s(sは正の整数)について、組み合わせグループテストのパラメータであるt行m列のグループテスト行列Hを生成する処理と、
前記メッセージMについて、前記グループテスト行列Hと、可変長入力固定長出力の擬似ランダム関数Fと、前記グループテスト行列Hの行インデックスをTweakとしたTweakableブロック暗号Gを用いて、
前記グループテスト行列Hのi行目で1が立つすべての列のインデックスj(j=1,...,m)について、前記擬似ランダム関数Fに前記M[j]と前記インデックスjとを入力し、得られた前記擬似ランダム関数Fの出力のすべての和をとり、i番目の中間タグS[i]とし、
前記iをTweakとしたTweakableブロック暗号GのTweakable暗号化関数で前記中間タグS[i]を暗号化して得られた出力を、i(i=1,...,t)番目のテストに対応するタグT[i]とする処理を、すべてのi=1,...,tについて行いMACタグリストT=(T[1],...,T[t])を生成するステップと、
前記MACタグリストを出力する処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。
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