(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
署名権能者であるが実際には署名に協力しない非署名者に対応する任意な数siを生成する（iは各署名権能者に対応する識別子。以下同様。）第１の任意数生成手段と、
上記非署名者に対応する任意な整数ziを生成する第２の任意数生成手段と、
上記第２の任意数生成手段によって生成された上記整数ziのハッシュ値ci'を求める第１のハッシュ関数演算手段と、
上記非署名者の公開鍵pkiを抽出する公開鍵抽出手段と、
上記第１の公開鍵抽出手段で抽出された上記公開鍵pki、上記第１の任意数生成手段によって生成された上記任意な数si、及び上記第１のハッシュ関数演算手段によって算出されたハッシュ値ci'を、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)に代入する擬似コミットメント作成手段と、
署名権能者であり実際に署名に協力する署名者に対応する任意な数riを生成する第３の任意数生成手段と、
上記署名者に対応する秘密鍵skiを抽出する秘密鍵抽出手段と、
上記秘密鍵抽出手段において抽出された上記秘密鍵ski、及び上記第３の任意数生成手段によって生成された上記任意な数riを、コミットメント作成関数Ai(sk,r)に代入するコミットメント作成手段と、
少なくとも上記擬似コミットメント作成手段による演算結果と上記コミットメント作成手段における演算結果とをビット結合し、そのビット結合結果のハッシュ値c0を求める第２のハッシュ関数演算手段と、
上記署名権能者の人数をnとし、上記署名者の人数をkとし、上記第１のハッシュ関数演算手段において求められた全ての上記ハッシュ値ci'に対する(i,ci')及び上記第２のハッシュ関数演算手段において求められた上記ハッシュ値c0に対する(0,c0)を(X,Y)平面上の点とした場合における、これらの点全てを通るn-k次の一変数多項式P(X)を算出する多項式算出手段と、
上記署名者に対応する上記識別子iを、上記多項式算出手段において算出された上記一変数多項式P(X)に代入し、その演算結果P(i)のハッシュ値ciを求める第３のハッシュ関数演算手段と、
上記秘密鍵抽出手段において抽出された上記秘密鍵ski、上記第３の任意数生成手段によって生成された上記任意な数ri、及び上記第３のハッシュ関数演算手段によって求められた上記ハッシュ値ciを、回答作成関数Zi(sk,r,c)に代入する回復演算手段と、
少なくとも、上記多項式算出手段によって算出された上記一変数多項式P(X)を特定するための多項式情報P'、上記第１の任意数生成手段によって生成された上記任意な数si、及び上記回復演算手段による演算結果siを出力する署名出力手段と、
を有し、
少なくとも一部の上記署名権能者に対応する、上記コミットメント作成関数Ai(sk,r)は、Ai(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数であり、上記コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)は、上記識別子iに対応する落とし戸付き一方向性置換関数をFiとし、二項演算a(+)ib及びa(-)ibを(a(+)ib)(-)ib=aを満たす演算とした場合における、Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)であり、上記回答作成関数Zi(sk,r,c)は、上記Fiの逆置換関数をIiとした場合におけるIi(sk,c(+)ir)であること、
を特徴とする匿名署名装置。
【請求項２】
落とし戸付き一方向性置換関数に基づく署名方式を採っている上記署名権能者に対応する前記コミットメント作成関数Ai(sk,r)として、Ai(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数を選択し、前記コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として、Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)を選択し、前記回答作成関数Zi(sk,r,c)としてIi(sk,c(+)ir)を選択し、
離散対数問題に基づく署名方式を採っている上記署名権能者に対応する前記コミットメント作成関数Ai(sk,r)、前記コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)、及び前記回答作成関数Zi(sk,r,c)として、離散対数型の関数を選択する関数型選択手段を、
さらに有することを特徴とする請求項１記載の匿名署名装置。
【請求項３】
少なくとも一部の上記署名権能者に対応する前記コミットメント作成関数Ai(sk,r)は、rを出力する関数であることを特徴とする請求項１或いは２の何れかに記載の匿名署名装置。
【請求項４】
匿名署名装置から出力された多項式情報P'、及び署名情報siの入力を受け付ける署名入力手段と、
上記署名入力部において入力された上記多項式情報P'によって特定される上記一変数多項式P(X)に、各署名権能者に対応する識別子iを代入し、そのハッシュ値ci''を求める多項式代入手段と、
上記署名権能者の公開鍵pkiを抽出する公開鍵抽出手段と、
上記公開鍵抽出部によって抽出された上記公開鍵pki、上記署名入力部において入力された上記署名情報si、及び上記多項式代入部で求めたハッシュ値ci''を、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)に代入するコミットメント回復手段と、
少なくとも上記コミットメント回復手段における代入結果をビット結合し、そのビット結合結果のハッシュ値と、上記一変数多項式P(X)に0を代入した結果とが等しかった場合に、署名が正しいものと判断する多項式評価手段と、
を有し、
少なくとも一部の上記署名権能者に対応する、上記コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)は、コミットメント作成関数Ai(sk,r)をAi(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数とし、上記識別子iに対応する落とし戸付き一方向性置換関数をFiとし、二項演算a(+)ib及びa(-)ibを(a(+)ib)(-)ib=aを満たす演算とした場合における、Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)であること、
を特長とする署名検証装置。
【請求項５】
落とし戸付き一方向性置換関数に基づく署名方式を採っている上記署名権能者に対応する前記コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として、Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)を選択し、
離散対数問題に基づく署名方式を採っている上記署名権能者に対応する前記コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として、離散対数型の関数を選択する関数型選択手段を、
さらに有することを特長とする請求項４記載の署名検証装置。
【請求項６】
少なくとも一部の上記署名権能者に対応する前記コミットメント作成関数Ai(sk,r)は、rを出力する関数であることを特徴とする請求項４或いは５の何れかに記載の署名検証装置。
【請求項７】
匿名署名装置によって、
上記署名権能者であるが実際には署名に協力しない非署名者に対応する任意な数siを生成し（iは各署名権能者に対応する識別子。以下同様。）、
上記非署名者に対応する任意な整数ziを生成し、
生成された上記整数ziのハッシュ値ci'を求め、
上記非署名者の公開鍵pkiを抽出し、
抽出した上記公開鍵pki、生成した上記任意な数si、及び算出した上記ハッシュ値ci'を、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)に代入し、
署名権能者であり実際に署名に協力する署名者に対応する任意な数riを生成し、
上記署名者に対応する秘密鍵skiを抽出し、
抽出した上記秘密鍵ski、及び生成した上記任意な数riを、コミットメント作成関数Ai(sk,r)に代入し、
少なくとも上記コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)への代入結果と、上記コミットメント作成関数Ai(sk,r)への代入結果とをビット結合し、そのビット結合結果のハッシュ値c0を求め、
上記署名権能者の人数をnとし、上記署名者の人数をkとし、求められた全ての上記ハッシュ値ci'に対する(i,ci')及び上記ハッシュ値c0に対する(0,c0)を(X,Y)平面上の点とした場合における、これら点すべて(i,ci')を通るn-k次の一変数多項式P(X)を算出し、
上記署名者に対応する上記識別子iを、算出された上記一変数多項式P(X)に代入し、その演算結果P(i)のハッシュ値ciを求め、
抽出した上記秘密鍵ski、生成した上記任意な数ri、及び上記第３のハッシュ関数演算ステップによるハッシュ値ciを、回答作成関数Zi(sk,r,c)に代入し、
少なくとも、算出した上記一変数多項式P(X)を特定するための多項式情報P'、生成した上記任意な数si、及び上記回答作成関数Zi(sk,r,c)への代入結果siを出力し、
署名検証装置によって、
上記匿名署名装置から出力された上記多項式情報P'、上記任意な数si、及び上記代入結果siの入力を受け付け、
入力された上記多項式情報P'によって特定される上記一変数多項式P(X)に、上記識別子iを代入し、そのハッシュ値ci''を求め、
上記署名権能者の公開鍵pkiを抽出し、
抽出した上記公開鍵pki、入力された上記任意な数si或いは代入結果si、及び上記一変数多項式P(X)への上記識別子iの代入結果のハッシュ値ci''を、上記コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)に代入し、
少なくともこのコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)への代入結果をビット結合し、そのビット結合結果のハッシュ値と、上記一変数多項式P(X)に0を代入した結果とが等しかった場合に、署名が正しいものと判断し、
少なくとも一部の上記署名権能者に対応する、上記コミットメント作成関数Ai(sk,r)は、Ai(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数であり、上記コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)は、上記識別子iに対応する落とし戸付き一方向性置換関数をFiとし、二項演算a(+)ib及びa(-)ibを(a(+)ib)(-)ib=aを満たす演算とした場合における、Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)であり、上記回答作成関数Zi(sk,r,c)は、上記Fiの逆置換関数をIiとした場合におけるIi(sk,c(+)ir)であること、
を特長とする匿名署名方法。
【請求項８】
請求項１から３の何れかに記載された匿名署名装置としてコンピュータを機能させるための匿名署名プログラム。
【請求項９】
請求項４から６の何れかに記載された署名検証装置としてコンピュータを機能させるための署名検証プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、署名者の匿名性を保持しつつ電子署名を行う匿名署名装置、匿名署名方法、匿名署名プログラム、その電子署名を検証する署名検証装置及び署名検証プログラムに関し、特に、署名方式の多様性を向上させた匿名署名装置、署名検証装置、匿名署名方法、匿名署名プログラム及び署名検証プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
署名者の匿名性を確保する電子署名方法として、これまで様々な匿名署名方法が提唱されている。以下では、まずこの従来の匿名署名方法について説明する。
k-out-of-n匿名署名：
k-out-of-n匿名署名とは、n名のうち少なくともk名以上が協力した時に初めて発行可能なデジタル署名を生成する方法であり、受理した署名からは、このn名のうち、どのk名による署名なのかを特定することが不可能な署名方法をいう（例えば、非特許文献１参照。）。まず、この従来のk-out-of-n匿名署名方法について説明する。なお、ここでは以下の記法を用いる。
・Zaは、0以上a以下の整数の集合｛0,…,a｝を表す。
・|a|は、整数aの２進表現のビット数を表す。但し、aが集合の場合には、その集合の大きさを表す。
・a←bは、集合bからランダムに元を一つ選び、その元をaと呼ぶことを表す  。
・Za[X]bは、係数がZaに属するb次の一変数多項式の全集合を表す。
・[a]bは、ビット列aの先頭bビットを表す。
・a‖bは、ビット列aとbのビット結合を表す。
【０００３】
まず、このk-out-of-n匿名署名の前提として、pkを公開鍵、skを秘密鍵とするとき、３つのアルゴリズムA,Z,Vが存在し、skに関する３交信正直検証者ゼロ知識証明(3-move Honest Verifier Zero-knowledge Proof of Knowledge)が以下のように構成できるものとする。
▲１▼証明者は、ランダムなrを選び、a=A(sk,r)を検証者へ送る（ステップ１０１）。
▲２▼検証者は、ランダムにcを選び、証明者へ送る（ステップ１０２）。
▲３▼証明者は、s=Z(sk,r,c)を検証者へ送る（ステップ１０３）。
▲４▼検証者は、a'=V(pk,s,c)を計算し、a'=aならば受理する。そうでなければ拒否する（ステップ１０４）。
ここで、ステップ１０１で証明者が作るaを「コミットメント」と呼び、このコミットメントの元となるrを選ぶ空間をRとする。また、ステップ１０２で検証者が選ぶcを「チャレンジ」と呼び、このチャレンジを選ぶ空間をCとする。さらに、sを「回答」と呼び、この回答sが分布する空間をSとする。また、以下では、A(sk,r)をコミットメント作成関数と呼び、Z(sk,r,c)を回答作成関数と呼び、V(pk,s,c)をコミットメント回復関数と呼ぶこととする。
【０００４】
また、上記の３交信正直検証者ゼロ知識証明が構成されるためには、この手順が、衝突特性（Collision Property）と呼ばれる特性を備えることが必須である。衝突特性とは、検証者が受理する２つの会話記録(a,c,s)と(a,c',s')があり、c≠c'のとき、これらの会話記録から秘密鍵skを導出する効率的な手段が存在するという特性をいう。
この衝突特性を持つ知識の３交信正直検証者ゼロ知識証明が存在する代表的な例として、素数pが作る乗法群上の離散対数問題に基づく公開鍵が挙げられる。すなわち、p,qをそれぞれ大きな素数とし、qはp-1を割り切るものとし、gをpの位数qの部分群の生成源とし、g, q, pを共通パラメータとし、x∈Zqを秘密鍵、y=gxmod p及びg,p,qの４つ組を公開鍵とした場合である。
この場合、上記の記法に対応する知識の３交信正直検証者ゼロ知識証明は、以下のようになる。
▲１▼証明者は、r←Zqを選び、a=grを検証者へ送る。
▲２▼検証者は、c←Zqを選び、証明者へ送る。
▲３▼証明者は、s=r-cx mod qを検証者へ送る。
▲４▼検証者は、a'=gsycmod pを計算し、a'=aならば受理する。そうでなければ拒否する。
この手順によって、検証者は、証明者が秘密鍵xを知っていることを納得する。なお、この例では、C=S=Zqである。以下では，このような効率的な３交信正直検証者ゼロ知識証明が存在する公開鍵を「離散対数型」と呼ぶ。
【０００５】
次に、上述の３交信正直検証者ゼロ知識証明が構成されることを前提に、従来のk-out-of-n匿名署名手順の説明を行う。
なお、以下では、Lをn人の署名権能者にそれぞれ対応するn個の公開鍵の集合、即ちL=[pki|i=1,...,n]とし、CiをL中のi番目の公開鍵pki（i番目の署名権能者の公開鍵）に関するゼロ知識証明で用いられるチャレンジのための空間を意味するものとし、pをどの|Ci|よりも小さな、最も大きい素数とし、Hを|p|-1ビット出力のハッシュ関数とする。また、添え字のiが、L中のi番目の署名権能者に対応することを意味することは、以下のその他の表記についても同様である。また、署名者は、Lに含まれる公開鍵pkiに対応する秘密鍵skiのうち、k個の秘密鍵skiを知るものとする。すなわち、このk個の秘密鍵skiに対応する署名権能者が署名に協力し、それぞれの秘密鍵skiを署名者に提供しているものとする。ここで、Q⊆[1,….,n]を、署名者が知っている秘密鍵skiに対応する識別子i（署名に協力した署名権能者に対応する識別子i）の集合とし、|Q|=kと定義する。
【０００６】
署名者は、以下の手順で文書mに対する署名を生成する。
1.集合Qに属さない識別子iに対応する処理
▲１▼si←Si
▲２▼ci←Ci
▲３▼ai:=Vi(pki,si,ci)
2.集合Qに属する識別子iに対応する処理
▲１▼ri←Zq
▲２▼ai:=Ai(ski,ri)
3.上記手順で求めた全てのai[i=1,...,n]を用い、c0:=H(L‖k‖a1‖…‖an‖m)を求める。
4.上記手順（1.▲２▼及び3）で求めた全てのci（c0を含む）に対して、(i,ci) を(X,Y)平面上の点と見なし、これら全ての点(i,c＃i)を通るn-k次の一変数多項式P(X)∈Zp[X]n-kを求める。
5.集合Qに属する識別子iに対し、si=Zi(sk,ri,P(i))を実行する。
6.上記手順（1.▲１▼及び5）で求めたsiを用いて生成した(P',k,s1,…,sn)を、(L,m)に対する署名として出力する。なお、ここでP'は一変数多項式P(X)の全ての係数の並びを表す。
【０００７】
検証者は、以下の手順により、この(L,m)に対する署名(P',k,s1,…,sn)の正当性を検証する。
7.P'より一変数多項式P(X)∈Zp[X]n-kを特定する。
8.P(0)=H(L‖k‖V1(pk1,s1,P(1))‖…‖Vn(pkn,sn,P(n))‖m)が成立すれば、正しい署名と認める。
以上説明したように、このk-out-of-n匿名署名の場合、検証者は、署名(P',k,s1,…,sn)の内容から、一変数多項式P(X)がn-k次式であることをkの値とともに知ることができる。そのため、この検証者は、署名者がci及びsiの値を自由に調整できるのは高々n-k個までであり、それ以外のsiを含めた検証が成立するということは、少なくともk個の正当な秘密鍵を用いて署名がなされていることが分かる。一方、署名(P',k,s1,…,sn)には、どの識別子iに対応する秘密鍵skiが使用されたかについての情報が一切含まれていない。従って、この検証者は、署名者がどの公開鍵pkiに対応する秘密鍵skiを保持しているのかを見分けることができず、これにより署名の匿名性が確保される。
【０００８】
次に、従来の別の匿名署名方法について説明する。
Ring型匿名署名：
Ring型匿名署名は、RSAのような落とし戸付き一方向性関数に基づく鍵を扱う方法である（例えば、非特許文献２参照。）。
なお、以下の説明では、入出力域Cpを持つn個の落とし戸付き一方向性置換関数をFpk0,…,Fpk(n-1)とし、Isk0,…,Isk(n-1)をこれらに対応する逆置換関数とし、pki,skiを識別子iに対応する署名権能者の公開鍵、秘密鍵とする。ここで、公開鍵pkiを知るものは誰でも、入力xに対してFpki(x)を容易に計算でき、落とし戸情報(秘密鍵)skiを知る者は誰でも入力yに対してIski(y)を計算することができるが、skiを知らない場合にはIski(y)を計算することが困難であるものとする。以下では，このような公開鍵を「落とし戸型」と呼ぶことにする。また、nは十分大きい（例えば、1024程度） ものとし、Hをハッシュ関数、EK,DKを、それぞれ共通鍵をKとする共通鍵暗号の暗号化関数、復号関数とし、a(XOR)bをaとbとのビット毎排他的論理和とする。
【０００９】
図１６は、このRing型署名方法を説明するための概念図である。
ここでは識別子iに対応する署名権能者の秘密鍵skiを用いて署名を生成するものとする。以下にこの署名作成手順を説明する。
1.K:=H(m)
2.z0←Cを生成する。
3.j=0,…,i-1まで以下を繰り返す。
(a)sj←C
(b)yj:=Fpki(sj)
(c)z'j:=zj(XOR)yj
(d)zj+1:=EK(z'j)
すなわち、まず初期値z0とFpk0(s0)とのビット毎排他的論理和（３０１ａ）をとり、その結果z'0を暗号化関数EKで暗号化（３０１ｂ）したものをz1とし、次に、このz1とFpk1(s1)とのビット毎排他的論理和（３０２ａ）をとり、その結果z'1を暗号化関数EKで暗号化（３０２ｂ）したものをz2とし、さらにそのz2とFpk2(s2)とのビット毎排他的論理和（３０３ａ）をとるといった処理をj=i-1まで、すなわち、暗号化関数EKでの暗号化（３１０ｂ）まで繰り返し、その出力ziを求める。
4.zn-1':=DK(z0)
5.j=n-1,…,i+1まで以下を繰り返す。
(a)sj←C
(b)yj:=Fpki(sj)
(c)zj:=zj'(XOR)yj
(d)zj-1':=DK(zj)
すなわち、初期値z0を復号関数DKで復号したzn-1'とFpk(n-1)(sn-1)とのビット毎排他的論理和をとり、その結果zn-1を復号関数DKで復号したzn-2'とFpk(n-2)(sn-2)とのビット毎排他的論理和をとりといった処理を、j=i+1まで逆方向に繰り返していき、その出力zi'を求める。
6.yi:=zi(XOR)z'i
7.si:=Iski(yi)
なお、このようなsiを求めることができるのは、秘密鍵skiを知っている識別子iに対応する署名権能者のみである。
8.(z0,s0,s1,…,sn-1)を文書mに対する署名として出力する。
【００１０】
検証者は、以下の手順により、この署名(z0,s0,s1,…,sn-1)の正当性を検証する。
9.K:=H(m)
10.j=0,…,n-1まで以下を繰り返す。
▲１▼yj:=Fj(sj)
▲２▼z'j:=zj(XOR)yj
▲３▼zj+1:=EK(z'j)
すなわち、図１６における初期値z0に対し、前述したビット毎排他的論理和（３０１ａ）、暗号化（３０１ｂ）、ビット毎排他的論理和（３０２ａ）、暗号化（３０２ｂ）という処理を、暗号化（３２１ｂ）まで順次繰り返していく。
11.その結果、zn=z0となれば署名が正当であると判断する。
つまり、上述のようにビット毎排他的論理和及び暗号化を繰り返していった結果、最終的にもとの初期値z0と同値となることは、通常、何れかの署名権能者の秘密鍵skiを用い上述した7.の処理が行われた場合に限られる。しかし、検証者はどの秘密鍵skiを用いてこの処理が行われたのかは知ることができない。これにより、署名者の匿名性を保持しつつ署名を行うことができる。
【００１１】
【非特許文献１】
Ronald Cramer, Ivan Damgard, Berry Schoenmakers, "Proofs of Partial Knowledge and Simplified Design of Witness Hiding Protocols", Advances in Cryptology-CRYPTO'94, Lecture Notes in Computer Science 839, pp. 174-187, Spriger-Verlag, 1994
【非特許文献２】
Ronald L.Rivest, Adi Shamir, Yael Tauman, "How to Leak a Secret", Advances in Cryptology-ASIACRYPT 2001, Lecture Notes in Computer Science2248, pp.552-565, Spriger-Verlag, 2001
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の匿名署名方法では、署名者が使用できる署名方式が限定されてしまうという問題点がある。
すなわち、従来のk-out-of-n匿名署名の場合、使用できる署名方式は離散対数方の公開鍵を用いた方式のみであり、落とし戸型の公開鍵を用いた署名方式を使用することはできない。同様に、従来のRing型匿名署名の場合、使用できるのは落とし戸型の公開鍵を用いた署名方式のみであり、離散対数方の公開鍵を用いた署名方式を用いることはできない。従って、例えば、離散対数型の署名或いは落とし戸型の署名しか行えない署名権能者が混在する場合、これら双方の署名権能者を当該匿名署名に参加させることはできない。
また、Ring型匿名署名の場合、真に署名に協力でき、それが立証される署名者は１人のみであり、k-out-of-n匿名署名のような閾値的な署名構造を採ることができない。そのため、検証者が署名から知ることができるのは、高々１人の署名権能者が署名に協力したことのみであり、検証者が確認可能な署名協力者数を増やし、この署名に対する信頼性を向上させることはできない。
【００１３】
この発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、匿名署名に使用可能な署名方式の多様性を向上させつつ、署名協力者数の自由度をも確保することが可能な匿名署名装置を提供することを目的とする。
また、この発明の他の目的は、匿名署名に使用できる署名方式の多様性を向上させつつ、署名協力者数の自由度をも確保することが可能な署名検証装置を提供することである。
【００１４】
さらに、この発明の他の目的は、匿名署名に使用できる署名方式の多様性を向上させつつ、署名協力者数の自由度をも確保することが可能な匿名署名方法を提供することである。
また、この発明の他の目的は、匿名署名に使用できる署名方式の多様性を向上させつつ、署名協力者数の自由度をも確保することを可能とする機能をコンピュータに実行させるための匿名署名プログラムを提供することである。
さらに、この発明の他の目的は、匿名署名に使用できる署名方式の多様性を向上させつつ、署名協力者数の自由度をも確保することを可能とする機能をコンピュータに実行させるための署名検証プログラムを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明では上記課題を解決するために、k-out-of-n匿名署名の構成において、少なくとも一部の署名権能者に対応する、コミットメント作成関数Ai(sk,r)をAi(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数とし、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)をAi(pk,Fi(pk,s)(-)ic)とし、回答作成関数Zi(sk,r,c)をIi(sk,c(+)ir)とする。ここでは、識別子iに対応する落とし戸付き一方向性置換関数をFiとし、二項演算a(+)ib及びa(-)ibを(a(+)ib)(-)ib=aを満たす演算とし、Fiの逆置換関数をIiとしている。
これにより、従来離散対数型の署名方式しか用いることができなかったk-out-of-n匿名署名において、落とし戸型の署名をも用いることが可能となり、匿名署名に使用できる署名方式の多様化を図ることができる。また、k-out-of-n匿名署名の構造をそのまま採ることができるため、閾値的な署名構造を採ることができ、署名に対する信頼性を向上させることも可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、上述した従来の技術の説明において示した記法その他の定義は、以下の説明においても有効である。
この形態の匿名署名方式も従来のk-out-of-n匿名署名と同様、pkiを公開鍵、skiを秘密鍵とするとき、コミットメント作成関数Ai(sk,r)、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)及び回答作成関数Zi(sk,r,c)が存在し、以下に示す３交信正直検証者ゼロ知識証明が構成されることを前提とする。
▲１▼証明者は、ランダムなriを選び、a=Ai(ski,ri)を検証者へ送る。
▲２▼検証者は、ランダムにciを選び、証明者へ送る。
▲３▼証明者は、s=Zi(ski,ri,ci)を検証者へ送る。
▲４▼検証者は、a'=Vi(pki,si,ci)を計算し、a'=aならば受理する。そうでなければ拒否する。
ただし、この形態では、少なくとも一部の署名権能者に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)としてAi(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数を採り、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)としてAi(pk,Fi(pk,s)(-)c)を採り、回答作成関数Zi(sk,r,c)としてIi(sk,c(+)ir)を採る。ここで、Fiは識別子iに対応する入出力域Ciの落とし戸付き一方向性置換関数であり、IiはFiの逆置換関数であって、全てのx∈Ciに対してIi(Fi(x))=xが成り立つものである。また、公開鍵pkiを知るものは誰でも、入力xに対してFi(x)を容易に計算でき、落とし戸情報(秘密鍵)skiを知る者は誰でも入力yに対してIi(y)を計算することができるが、skiを知らない場合にはIi(y)を計算することが困難であるものとする。また、Ciは、i番目の公開鍵pki（i番目の署名権能者の公開鍵）に関するゼロ知識証明で用いられるチャレンジのための空間を意味するアーベル群である。さらに、二項演算a(+)ib及びa(-)ibは、(a(+)ib)(-)ib=aを満たす演算である。
【００１７】
次に、この形態の概略について説明する。
本形態の匿名署名システムは、匿名署名を生成する匿名署名装置、及び生成された匿名署名を検証する署名検証装置から構成される。
図１は、公知のコンピュータに所定のプログラムを実行させることによって構成される本形態の匿名署名装置１の概略を例示した機能ブロック図である。以下、この図１を用い、匿名署名装置１の概略構成及びその処理の概略について説明する。
〔事前処理〕
まず、匿名署名作成の事前処理として、少なくとも一部の署名権能者に対応する、コミットメント作成関数Ai(sk,r)としてAi(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数が、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)としてAi(pk,Fi(pk,s)(-)ic)が、回答作成関数Zi(sk,r,c)としてIi(sk,c(+)ir)が、それぞれ関数メモリ２に格納される。なお、少なくとも一部の署名権能者に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)を、rを出力する関数、すなわち、r=Ai(sk,r)である関数としてもよい。これにより、署名作成時における演算処理を簡略化することができる。
【００１８】
〔署名作成処理〕
まず、各署名権能者の公開鍵pkiをn個含む公開鍵リストL=[pki|i=1,...,n]、及び署名権能者のうち実際に署名に協力するk名分の署名者の秘密鍵skiを含む秘密鍵リストK=[ski|i⊆Q]がレジスタ３に格納され、その後、各識別子（i=1,…,n）に対し、以下の処理が行われる。なお、Q⊆[i=1,...,n],｜Q｜=kは実際に署名に協力する署名者（匿名署名装置１に秘密鍵skiを提供し、匿名署名装置１が秘密鍵skiを知る署名権能者）に対応する識別子iの集合を意味する。
非署名者（署名権能者であるが実際には署名に協力しない者）の識別子iに対応する処理：
第１の任意数生成部４において、非署名者に対応する任意な数siを生成し（si←Ci）、その任意な数siを擬似コミットメント作成部７及び署名出力部１５に送る。また、第２の任意数生成部５において、この非署名者に対応する任意な整数ziを生成し（zi←Zp）、その結果をハッシュ関数演算部６に送る。なお、pは、どの|Ci|よりも小さな、最大の素数である。
この整数ziが送られたハッシュ関数演算部６は、送られた整数ziのハッシュ値ci'を求め（Hi(zi)）、そのハッシュ値ci'を擬似コミットメント作成部７及び多項式算出部１１に送る。なお、Hは、|p|-1ビット出力のハッシュ関数である。
【００１９】
次に擬似コミットメント作成部７は、レジスタ３からこの非署名者の公開鍵pkiを抽出し（第１の公開鍵抽出手段に相当）、さらに、関数メモリからコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)を抽出する。なお、ここで抽出されるコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)は、識別子iに対応する署名権能者がどのような署名方式を用いるかによって異なるが、この署名権能者が落とし戸型の署名方式を採っていた場合、上述のAi(pk,Fi(pk,s)(-)ic)がコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として抽出されることになる。
その後、擬似コミットメント作成部７は、レジスタ３から抽出した公開鍵pki、第１の任意数生成部４によって生成された任意な数si、及び第１のハッシュ関数演算部によって算出されたハッシュ値ci'を、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)に代入し、その演算結果aiを第２のハッシュ関数演算部１０に送る。
【００２０】
署名者（署名権能者であり実際に署名に協力する者）の識別子iに対応する処理：
まず、第３の任意数生成部８において任意な数riを生成し、その任意な数riをコミットメント作成部９及び回復演算部１４に送る。次に、コミットメント作成部９において、署名者に対応する秘密鍵skiをレジスタ３から抽出し（秘密鍵抽出手段に相当）、関数メモリ２からコミットメント作成関数Ai(sk,r)を抽出する。なお、ここで抽出されるコミットメント作成関数Ai(sk,r)は、識別子iに対応する署名権能者がどのような署名方式を用いるかによって異なるが、この署名権能者が落とし戸型の署名方式を採っていた場合、上述のAi(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数がコミットメント作成関数Ai(sk,r)として抽出されることになる。その後、コミットメント作成部９は、抽出した秘密鍵ski、及び第３の任意数生成部８によって生成された数riを、コミットメント作成関数Ai(sk,r)に代入し、その演算結果aiを第２のハッシュ関数演算部１０に送る。
【００２１】
全ての識別子（i=1,…,n）に対応する処理：
第２のハッシュ関数演算部１０において、少なくとも擬似コミットメント作成部７による演算結果aiとコミットメント作成部９における演算結果aiとをビット結合し、そのビット結合結果のハッシュ値c0を求め、そのハッシュ値c0を多項式算出部１１に送る。多項式算出部１１は、署名権能者の人数をnとし、署名者の人数をkとし、第１のハッシュ関数演算部６において求められた全てのハッシュ値ci'に対する(i,ci')及び第２のハッシュ関数演算部１０において求められたハッシュ値c0に対する(0,c0)を(X,Y)平面上の点とした場合における、これらの点全てを通るn-k次の一変数多項式P(X)を算出する。算出された一変数多項式P(X)は第３のハッシュ関数演算部１３に送られ、この一変数多項式P(X) を特定するための多項式情報P'は署名出力部１５に送られる。一変数多項式P(X)が送られた第３のハッシュ関数演算部１３は、カウンタ１２において生成され、そこから送られた署名者に対応する識別子iを、この一変数多項式P(X)に代入し、その演算結果P(i)のハッシュ値ciを求める。求められたハッシュ値ciは回復演算部１４に送られ、この回復演算部１４は、関数メモリ２から回答作成関数Zi(sk,r,c)を抽出する。なお、ここで抽出される回答作成関数Zi(sk,r,c)は、識別子iに対応する署名権能者がどのような署名方式を用いるかによって異なるが、この署名権能者が落とし戸型の署名方式を採っていた場合、上述のIi(sk,c(+)ir)が回答作成関数Zi(sk,r,c)として抽出されることになる。
次に回復演算部１４は、抽出した秘密鍵ski、第３の任意数生成部８によって生成された数ri、及び第３のハッシュ関数演算部１３によって求められたハッシュ値ciを、抽出した回答作成関数Zi(sk,r,c)に代入し、その演算結果siを署名出力部１５に送る。そして、署名出力部１５は、少なくとも、多項式算出部１１によって算出された一変数多項式P(X)を特定するための多項式情報P'、第１の任意数生成部４によって生成された任意な数si、及び回復演算部による演算結果siを署名σとして出力する。
【００２２】
図２は、公知のコンピュータに所定のプログラムを実行させることによって構成される本形態の署名検証装置２０の概略を例示した機能ブロック図である。以下、この図２を用い、署名検証装置２０の概略構成及びその処理の概略について説明する。
〔事前処理〕
まず、署名検証処理の事前処理として、少なくとも一部の署名権能者に対応するコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)としてAi(pk,Fi(pk,s)(-)ic)が関数メモリ２３に格納される。なお、少なくとも一部の署名権能者に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)を、rを出力する関数とし、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)をFi(pk,s)(-)icとしてもよい。これにより、署名検証時における演算処理を簡略化することができる。
〔署名検証処理〕
まず、署名入力部２１において、匿名署名装置１から出力された多項式情報P'、及び署名情報siを有する署名σの入力を受け付け、その多項式情報P'を多項式代入部２４に、署名情報siをコミットメント回復部２５に送る。また、各署名権能者の公開鍵pkiをn個含む公開鍵リストL=[pki|i=1,...,n]がレジスタ２２に格納される。なお、この公開鍵リストLは、例えば、署名σとともに匿名署名装置１から出力されたものとする。
【００２３】
次に、多項式代入部２４においてレジスタ２２の公開鍵リストLから識別子[i=1,...,n]（各署名権能者に対応する識別子i）を抽出し、それらを順次、多項式情報P'によって特定される一変数多項式P(X)に代入し、その代入結果のハッシュ値ci''=Hi(P(i))をコミットメント回復部２５に送る。また、この一変数多項式P(X)は、多項式代入部２４から多項式評価部２７に送られる。
コミットメント回復部２５では、レジスタ２２から署名権能者の公開鍵pkiを抽出し（公開鍵抽出手段に相当）、抽出した公開鍵pki、署名入力部２１において入力された署名情報si、及び多項式代入部２４で求めたハッシュ値ci''を、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)に代入する。なお、このコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)は関数メモリ２３から抽出したものである。そして、この抽出されるコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)は、識別子iに対応する署名権能者がどのような署名方式を用いるかによって異なるが、この署名権能者が落とし戸型の署名方式を採っていた場合、上述のAi(pk,Fi(pk,s)(-)ic)がコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として抽出されることになる。
次に、ハッシュ関数演算部２６において、少なくとも、コミットメント回復部２５における代入結果をビット結合し、そのビット結合結果のハッシュ値hを多項式評価部２７に送る。このハッシュ値hが送られた多項式評価部２７は、このハッシュ値hと、多項式代入部２４から送られた一変数多項式P(X)に0を代入した結果とを比較し、これらが等しかった場合に、署名が正しいものと判断し、その検証結果を出力する。
【００２４】
次に、この形態の詳細について説明する。
図３は、この形態における匿名署名システム１００の全体構成を例示した概念図である。
図３に例示するように、この例の匿名署名システム１００は、匿名署名を生成する匿名署名装置１１０、及び送信された署名を検証する署名検証装置１３０によって構成され、これらはネットワーク１５０を介して通信可能なように接続されている。
図４は、この例の匿名署名装置１１０のハードウェア構成を例示したブロック図である。
図４に例示するように、この例の匿名署名装置１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１０ａ、キーボード等の入力装置１１０ｂ、半導体メモリ等の記憶装置１１０ｃ、液晶ディスプレイ等の出力装置１１０ｄ、ネットワーク１５０との通信を可能にする通信制御装置１１０ｅ、及びこれらをデータのやり取りが可能なように接続するバス１１０ｆを有しており、記憶装置１１０ｃに記憶された所定のプログラムをＣＰＵ１１０ａで実行することにより、その処理機能を実現する。なお、ここでは説明を省略するが、署名権能者端末装置１０１〜１０３、及び署名検証装置１３０も匿名署名装置１１０と同様なハードウェア構成を採るものとする。
【００２５】
図５は、図４に例示したハードウェアにおいて所定のプログラムを実行させることにより実現される匿名署名装置１１０の機能構成を例示したブロック図であり、図６は関数メモリ１１１に記録される関数表２３０のデータ構成を、図７の（ａ）は、公開鍵リスト２１０のデータ構成を、（ｂ）は秘密鍵リスト２２０のデータ構成を、それぞれ例示した概念図である。また、図８は、図４に例示したものと同等なハードウェアにおいて所定のプログラムを実行させることにより実現される署名検証装置１３０の機能構成を例示したブロック図であり、図９は、関数メモリ１３１に記録される関数表２４０のデータ構成を例示した概念図である。さらに、図１０から図１５は、この形態における匿名署名の生成から、その検証までの処理を説明するためのフローチャートである。
【００２６】
以下、これらの図を用いて、本形態における匿名署名装置１１０及び署名検証装置１３０の機能構成及びその処理について説明していく。なお、以下では、離散対数を構成する群としてpiを素数とする乗法群Zpiを、また、落とし戸付き一方向性関数としてＲＳＡ演算を用いる場合を例にとって説明する。
〔事前処理〕
まず、匿名署名装置１１０に対する事前処理として、コミットメント作成関数Ai(sk,r)２０２、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)２０３、及び回答作成関数Zi(sk,r,c)２０４を、署名権能者が使用する公開鍵方式l(i)２０１に対応付けた関数表２００を関数メモリ１１１に格納する（図６）。
【００２７】
この例の場合、関数表２００には、公開鍵方式l(i)２０１として、公開鍵が離散対数型であることを示す記号「Ｄ」、及び公開鍵が落とし戸型であることを示す記号「Ｔ」が格納されている。そして、この記号「Ｄ」に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)２０２としてai=girimod piが、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)２０３としてai=gisiyicimod piが、回答作成関数Zi(sk,r,c)２０４としてsi=ri-ciximod qiが、記号「Ｔ」に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)２０２としてrを出力する関数ai=ri（Ai(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数に相当）が、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)２０３としてai=sieici-1mod Ni（Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)に相当）が、及び回答作成関数Zi(sk,r,c)２０４としてsi=(rici)dimod Ni（Ii(sk,c(+)ir)に相当）がそれぞれ格納されている。なお、pi,qiは大きな素数であり、qiはpi-1を割り切るものとする。また、giはpiの位数qiの部分群の生成元であり、xi∈Zqi,yi=giximod piとする。さらに、Niは２つの大きな素数の積であり、ei,diは、3≧ei＜Ni、及びeidi≡1 modφ(Ni)を満たすものとする（φはオイラー関数）。
また、署名検証装置１３０に対する事前処理として、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)２４２を、署名権能者が使用する公開鍵方式l(i)２４１に対応付けた関数表２４０を関数メモリ１３１に格納する（図９）。
【００２８】
この例の場合、関数表２４０には、公開鍵方式l(i)２４１として、上述の記号「Ｄ」及び記号「Ｔ」が格納され、この記号「Ｄ」に対応するコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)２４２としてai=gisiyicimod piが、記号「Ｔ」に対応するコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)２４２としてai=sieici-1mod Ni（Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)に相当）がそれぞれ格納されている。
〔署名作成処理〕
署名の作成を行う場合、まず、匿名署名装置１１０の入力部１１４に、公開鍵リスト(Ｌ)２１０、秘密鍵リスト(K)２２０及び文書(m)２３０が入力される（図３、図４、図７）。
図７の（ａ）に例示するように、この例の公開鍵リスト(Ｌ)２１０は、n名の各署名権能者に対応する識別子(i)２１１に、各署名権能者が使用する公開鍵方式(l(i))２１２及び公開鍵(pki)２１２を対応付けた構成となっており、例えば、識別子1には、公開鍵方式(l(1))=T、及び公開鍵(pk1)が、識別子2には、公開鍵方式(l(2))=D、及び公開鍵(pk2)が、それぞれ対応付けられている。また、図７の（ｂ）に例示するように、この例の秘密鍵リスト(K)２２０は、実際に署名に協力するk名の署名者に対応する識別子(i)２２１に、k個の各署名者の秘密鍵(ski)２２２を対応付けた構成となっており、例えば、インデックス2,3,5,7,8に対し、秘密鍵sk2,sk3,sk5,sk7,sk8が対応付けられている。
【００２９】
なお、この例では、公開鍵方式(l(i))=D（離散対数型）である場合には、公開鍵pki=(yi,gi,qi,pi)であり、秘密鍵ski=(xi,gi,qi,pi)あり、公開鍵方式(l(i))=T（落とし戸型）である場合には、公開鍵pki=(ei,Ni)であり、秘密鍵ski=(di,Ni)である。また、このように入力された公開鍵リスト(Ｌ)２１０、秘密鍵リスト(K)２２０及び文書(m)２３０はレジスタ１１３に送られ、そこで格納される。
次に、素数生成部１１５において、p≧max[size(C1),…,size(Cn)]となる素数pを生成する（ステップＳ１）。すなわち、Ciを公開鍵リストＬ中のi番目の公開鍵pkiに関するゼロ知識証明で用いるチャレンジのための空間とした場合において、どの｜Ci｜よりも多きな、最も小さい素数pを生成する。なお、素数pの生成は、例えばRabin法等、非常に高い確率で素数となるような確率的素数生成方法を用いて行ってもよく、生成した素数pは、レジスタ１１３に送られて記録される他、任意数生成部１１７にも送られる。
【００３０】
次に、制御部１２８が保持するカウンタ（図示せず）のカウント値をi=1とし（ステップＳ２）、このiがi∈Qであるか否か判断する（ステップＳ３）。すなわち、制御部１２８において、レジスタ１１３から秘密鍵リスト２２０を抽出し、この秘密鍵リスト２２０の識別子２２１がiを有する（i∈Q）か否か判断する。そして、i∈Qであると判断された場合にはステップＳ１０の処理に進み、i∈Qでないと判断された場合にはステップＳ４の処理に進む。例えば、この段階ではi=1であり、このiの値「1」は秘密鍵リスト２２０の識別子２２１に存在しないため、i∈Qでないと判断され、ステップＳ４の処理へ進む。
ステップＳ４では、任意数生成部１１６において、任意な数si←Ciを例えばランダムに選び、その任意な数siを擬似コミットメント作成部１１９に送る。また、任意数生成部１１７において、任意な整数zi←Ｚpを例えばランダムに選び、選んだ整数ziをハッシュ関数演算部１１８に送る（ステップＳ５）。この整数ziが送られたハッシュ関数演算部１１８は、この整数ziのハッシュ値（ci'=Hi(zi)）を計算し、そのハッシュ値ci'を擬似コミットメント作成部１１９に送る（ステップＳ６）。なお、ここで処理を行っている識別子iに対応する公開鍵方式(l(i))がD（離散対数型）であった場合、この例のハッシュ関数Hiは|qi|-1ビットの出力域を持つハッシュ関数である。具体的には、例えば、このqiが161ビット以下の場合、160ビット出力のSHA-1関数を利用し、その出力のLSB側から|qi|-1ビットをこのハッシュ値として利用する。一方、現在処理を行っている識別子iに対応する公開鍵方式(l(i))が鍵方式(l(i))=T（落とし戸型）であった場合、この例のハッシュ関数Hiは、ZNi＼[0]の出力値を持つハッシュ関数である。具体的には、例えば、Niが1024ビットの場合(SHA1(Ni‖1)‖SHA1(Ni‖2)‖…‖SHA1(Ni‖＜1024/160＞+1)mod Ni‖1をハッシュ値として出力する。なお、ZNi＼[0]とは、ZNiから0を除いた集合、すなわち、1以上Ni未満の自然数の集合｛1,…,Ni-1｝を意味し、＜1024/160＞は1024/160以上の最小の整数を意味する。
【００３１】
次に、擬似コミットメント作成部１１９において、レジスタ１１３から公開鍵pkiを、関数型選択部１１２を介して関数メモリ１１１からコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)を、それぞれ取得し、ai=Vi(pki,si,ci)の演算を行う（ステップＳ７）。以下、図１４（ａ）のフローチャートを用い、この際行われるコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)の取得手順について説明する。
まず、制御部１２８から関数型選択部１１２に対し、処理中の識別子iの情報が送られる。この関数型選択部１１２は、落とし戸付き一方向性置換関数に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応するコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)としてAi(pk,Fi(pk,s)(-)ic)を選択し、離散対数問題に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応するコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として離散対数型の関数を選択する機能を有しており、この送られた識別子iの情報をもとにこの関数型の選択を行う。すなわち、関数型選択部１１２は、まず、レジスタ１１３から公開鍵リスト(L)２１０を抽出し、制御部１２８から送られた識別子iに対応する公開鍵方式(l(i))が離散対数型（D）であるか否かを判断する（ステップＳ６１）。
【００３２】
ここで、公開鍵方式(l(i))が離散対数型（D）であった場合、関数型選択部１１２は、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として離散対数型の関数であるai=gisiyicimod piを選択し（ステップＳ６２）、公開鍵方式(l(i))が落とし戸型（T）であった場合には、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)としてAi(pk,Fi(pk,s)(-)ic)に相当するai=sieici-1mod Niを選択する（ステップＳ６３）。そして、関数型選択部１１２は、この選択した関数を関数メモリ１１１から抽出し、擬似コミットメント作成部１１９に送る。
このようにコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)が送られた擬似コミットメント作成部１１９は、上述のように送られたpki,si,ciをこの関数に代入する（ai=Vi(pki,si,ci)）。そして、この演算結果aiはハッシュ関数演算部１２２に送られ、次のステップＳ８の処理に移る。
【００３３】
ステップＳ８では制御部１２８のカウント値iをi=i+1とし、次のステップＳ９においてi＞nであるか否かを判断する。なお、このnは、例えば、公開鍵リスト(L)２１０から取得した情報である。そして、i＞nであると判断された場合には、ステップＳ１２に進み、そうでなければステップＳ３に戻る。
ステップＳ３においてi∈Qであると判断された場合、任意数生成部１２０は、任意な数ri←Riを例えばランダムに選択し、その任意な数riをコミットメント作成部１２１及び回復演算部１２６に送る（ステップＳ１０）。なお、RiはL中のi番目の公開鍵pki（i番目の署名権能者の公開鍵）に関するゼロ知識証明で用いられるレスポンスのための空間を意味する。
この任意な数riを受け取ったコミットメント作成部１２１は、さらにレジスタ１１３から秘密鍵skiを、関数型選択部１１２を介して関数メモリ１１１からコミットメント作成関数Ai(sk,r)を、それぞれ取得し、ai=Ai(ski,ri)の演算を行う（ステップＳ１１）。以下、図１４（b）のフローチャートを用い、この際行われるコミットメント作成関数Ai(sk,r)の取得手順について説明する。
【００３４】
まず、制御部１２８から関数型選択部１１２に対し、処理中の識別子iの情報が送られる。この関数型選択部１１２は、落とし戸付き一方向性置換関数に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)として、Ai(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数を選択し、離散対数問題に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)として、離散対数型の関数を選択する機能を有しており、この送られた識別子iの情報をもとにこの関数型の選択を行う。すなわち、関数型選択部１１２は、まず、レジスタ１１３から公開鍵リスト(L)２１０を抽出し、制御部１２８から送られた識別子iに対応する公開鍵方式(l(i))が離散対数型（D）であるか否かを判断する（ステップＳ７１）。
ここで、公開鍵方式(l(i))が離散対数型（D）であった場合、関数型選択部１１２は、コミットメント作成関数Ai(sk,r)として離散対数型の関数であるai=girimod piを選択し（ステップＳ７２）、公開鍵方式(l(i))が落とし戸型（T）であった場合には、コミットメント作成関数Ai(sk,r)として、Ai(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数であるai=riを選択する（ステップＳ７３）。そして、関数型選択部１１２は、この選択した関数を関数メモリ１１１から抽出し、コミットメント作成部１２１に送る。
【００３５】
このようにコミットメント作成関数Ai(sk,r)が送られたコミットメント作成部１２１は、上述のように送られたski,riをこの関数に代入する（ai=Ai(ski,ri)）。そして、この演算結果aiはハッシュ関数演算部１２２に送られ、次のステップＳ８及びステップＳ９の処理に移る。
その後、同様にステップＳ３からステップＳ９の処理を繰り返し、ステップＳ９の判断においてi≦nとなった場合、次のステップＳ１２の処理に移る。
ステップＳ１２では、ハッシュ関数演算部１２２において、レジスタ１１３から公開鍵リストL、秘密鍵の個数k、文書m、及び素数pを取得し、これらと擬似コミットメント作成部１１９及びコミットメント作成部１２１から送られたaiをビット結合し、そのビット結合結果のハッシュ値(c0=H(L‖k‖p‖a1‖…‖an‖ｍ)を演算する（ステップＳ１２）。そのハッシュ値c0は多項式算出部１２３に送られ、この多項式算出部１２３は、ハッシュ関数演算部１１８において求められた全てのハッシュ値ci'に対する(i,ci')及びハッシュ関数演算部１２２において求められたハッシュ値c0に対する(0,c0)を(X,Y)平面上の点とした場合における、これらの点全てを通るn-k次の一変数多項式P(X)∈Zp[X]n-kを求める。この一変数多項式P(X)の算出は、例えば、Lagrange補完によって、
【数１】
0004176537.tif 000002
を用いて求めることができる（ステップＳ１３）。ただし、i-jが素数pを割り切る場合にはP(X)は求まらないため、この場合、ステップＳ１に戻って処理をやり直す。一方、P(X)が求まった場合には、求まった一変数多項式P(X)をハッシュ関数演算部１２５に送り、さらにこのP(X)を特定するための情報（例えば、P(X)の係数）P'を通信部１２７に送る。
【００３６】
次に、カウンタ１２４のカウント値iを1とし（ステップＳ１４）、このカウント値iがi∈Qであるか否かを判断する。ここでi∈Qでなかった場合、ステップＳ１９の処理に進む。一方、i∈Qであった場合、ハッシュ関数演算部１２５において、カウンタ１２４から供給されたカウント値iを一変数多項式P(X)に代入（zi=P(i)）し（ステップＳ１６）、この代入結果ziのハッシュ値ci=Hi(zi)を計算して（ステップＳ１７）、その結果を回復演算部１２６に送る。
このハッシュ値ciを受け取った回復演算部１２６は、さらにレジスタ１１３から秘密鍵skiを、関数型選択部１１２を介して関数メモリ１１１から回答作成関数Zi(sk,r,c)を、それぞれ取得しsi=Zi(ski,ri,ci)の演算を行う（ステップＳ１８）。以下、図１５のフローチャートを用い、この際行われる回答作成関数Zi(sk,r,c)の取得手順について説明する。
【００３７】
まず、制御部１２８から関数型選択部１１２に対し、処理中の識別子iの情報が送られる。この関数型選択部１１２は、落とし戸付き一方向性置換関数に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応する回答作成関数Zi(sk,r,c)としてIi(sk,c(+)ir)を、離散対数問題に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応する回答作成関数Zi(sk,r,c)として離散対数型の関数を選択する機能を有しており、この送られた識別子iの情報をもとにこの関数型の選択を行う。すなわち、関数型選択部１１２は、まず、レジスタ１１３から公開鍵リスト(L)２１０を抽出し、制御部１２８から送られた識別子iに対応する公開鍵方式(l(i))が離散対数型（D）であるか否かを判断する（ステップＳ８１）。
ここで、公開鍵方式(l(i))が離散対数型（D）であった場合、関数型選択部１１２は、回答作成関数Zi(sk,r,c)として離散対数型の関数であるsi=ri-ciximod qiを選択し（ステップＳ８２）、公開鍵方式(l(i))が落とし戸型（T）であった場合には、Ii(sk,c(+)ir)に相当するsi=(rici)dimod NIを選択する（ステップＳ８３）。そして、関数型選択部１１２は、この選択した関数を関数メモリ１１１から抽出し、回復演算部１２６に送る。
このように回答作成関数Zi(sk,r,c)を受け取った回復演算部１２６は、上述のように受け取ったski,ri,ciをこの関数に代入する（si=Zi(ski,ri,ci)）。そして、この演算結果siは通信部１２７に送られる。
【００３８】
次に、カウンタ１２４のカウント値iを1加算し（ステップＳ１９）、制御部１２８において、i＞nであるか否かを判断する。ここで、i＞nでなかった場合にはステップＳ１５に戻る。一方、i＞nであった場合、通信部１２７によってレジスタ１１３から公開鍵リストL、秘密鍵の個数k、文書m、及び素数pを取得し、さらに、任意数生成部１１６や回復演算部１２６から送られたsi、多項式算出部１２３から送られたP'を用い、L、k、mの署名σ=(P',p,s1,…,sn)を生成する（ステップＳ２１）。このように生成された署名σ=(P',p,s1,…,sn)は、L、k、mとともにネットワーク１５０を介して署名検証装置１３０に送られる。
〔署名検証処理〕
まず、通信部１３４において、ネットワーク１５０を介して匿名署名装置１１０から送信されたL、k、mとその署名σ=(P',p,s1,…,sn)を受信する。そして、受信したLをレジスタ１３３に送って記憶させ、s1,…,snをコミットメント回復部１３６に送り、P'を多項式代入部１３５及び多項式検証部１４０に送り、p、L、k、mをハッシュ関数演算部１３７に送る。次に、多項式検証部１４０において、取得したpがp≧max[size(C1),…,size(Cn)]を満たすか否かを確認する。ここでp≧max[size(C1),…,size(Cn)]でなければ、署名を拒否して（ステップＳ３３）処理を終了する。一方、p≧max[size(C1),…,size(Cn)]であれば、多項式検証部１４０において、受け取ったP'によって特定される一変数多項式P(X)の係数の数がn-k+1個以下であること、及びこの一変数多項式P(X)の全ての係数が0以上p未満であることを確認する（ステップＳ３２）。以下、この多項式検証部１４０における処理を図１３のフローチャートを用いて説明する。
【００３９】
まず、一変数多項式P(X)の次数がn-k以下であるか否か、すなわち一変数多項式P(X)の係数の数がn-k+1個以下であるか否かを判断し、この次数がn-k以下であればステップＳ５３に進み、そうでなければ検証失敗として処理を終了する（ステップＳ５２）。次に、多項式検証部１４０が有する図示しないカウンタのカウント値jを0にリセットし（ステップＳ５３）、一変数多項式P(X)の一つの係数P'jが0以上p未満の整数であるか否か判断する（ステップＳ５４）。ここで、係数P'jが0以上p未満の整数であればカウント値jに1を加算し（ステップＳ５５）、そうでなければ検証失敗として処理を終了する。カウント値jの加算後（ステップＳ５５）、j＞n-kであるか否かを判断し（ステップＳ５６）、j＞n-kであった場合には検証成功として処理を終了する（ステップＳ５７）。
この検証が失敗した場合、署名を拒否して（ステップＳ３３）処理を終了し、成功した場合には、制御部１４１が有する図示していないカウンタのカウント値iを1にする（ステップＳ３４）。
次に、多項式代入部１３５において通信部からP'を取得し、これによって特定される一変数多項式P(X)に、制御部１４１から送られるカウント値iを代入し、その代入結果のハッシュ値ci''=Hi(P(i))をコミットメント回復部１３６に送る（ステップＳ３５）。
【００４０】
また、関数型選択部１３２は、落とし戸付き一方向性置換関数に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応するコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)としてAi(pk,Fi(pk,s)(-)ic)を選択し、離散対数問題に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応するコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として離散対数型の関数を選択する機能を有しており、制御部１４１から送られたカウント値iを用い、使用する関数型の選択を行う。すなわち、関数型選択部１３２は、まず、受け取った公開鍵リスト(L)２１０を検索し、識別子iに対応する公開鍵方式(l(i))が離散対数型（D）であるか否かを判断する。ここで、公開鍵方式(l(i))が離散対数型（D）であった場合、関数型選択部１３２は、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として離散対数型の関数であるai=gisiyicimod piを選択し、公開鍵方式(l(i))が落とし戸型（T）であった場合には、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)としてAi(pk,Fi(pk,s)(-)ic)に相当するai=sieici-1mod Niを選択する。そして、関数型選択部１３２は、この選択した関数を関数メモリ１３１から抽出し、コミットメント回復部１３６に送る。
【００４１】
このコミットメント回復関数Vi(pk,s,c)を受け取ったコミットメント回復部１３６は、これにpki,si,ci''を代入し、その演算結果ai'をハッシュ関数演算部１３７に送る（ステップＳ３６）。その後、制御部１４１のカウント値iを1加算し（ステップＳ３７）、その結果i＞nとなったか否かを判断する（ステップＳ３８）。ここで、i＞nとなっていない場合にはステップＳ３５の処理に戻り、i＞nとなった場合には、ハッシュ関数演算部１３７において、L、k、p、a1',…,ai'、mをビット結合し、そのビット結合結果のハッシュ値z0'=H(L‖k‖p‖a1'‖…‖an'‖m)を求める（ステップＳ３９）。求められたハッシュ値z0'は多項式評価部１３８に送られ、多項式評価部１３８は、多項式代入部１３５から取得した一変数多項式P(X)に0を代入し（ステップＳ４０）、その代入結果z0とハッシュ値z0'が等しいか否かを判断する（ステップＳ４１）。ここで等しいと判断された場合、多項式評価部１３８は、その旨の情報（G）を出力部１３９に送り、出力部１３９は署名を受理する旨の検証結果を出力する（ステップＳ４２）。一方、等しくないと判断された場合には、多項式評価部１３８は、その旨の情報（NG）を出力部１３９に送り、出力部１３９は署名を拒否する旨の検証結果を出力する（ステップＳ４３）。
【００４２】
このように、本形態では、k-out-of-n匿名署名の構成において、少なくとも一部の署名権能者に対応する、コミットメント作成関数Ai(sk,r)をAi(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数とし、コミットメント回復関数を、二項演算a(+)ib及びa(-)ibを(a(+)ib)(-)ib=aを満たす演算とした場合における、Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)とし、回答作成関数Zi(sk,r,c)を、Fiの逆置換関数をIiとした場合におけるIi(sk,c(+)ir)とすることとした。そのため、従来、離散対数型の署名方式しか用いることができなかったk-out-of-n匿名署名において、落とし戸型の署名をも用いることが可能となり、匿名署名に使用できる署名方式の多様化を図ることが可能となった。また、k-out-of-n匿名署名の構造をそのまま採ることができるため、署名協力者数の多様性も確保できる。
さらに、この例では、関数型選択部１１２、１３２において、落とし戸付き一方向性置換関数に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)として、Ai(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数を選択し、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)として、Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)を選択し、回答作成関数Zi(sk,r,c)としてIi(sk,c(+)ir)を選択し、離散対数問題に基づく署名方式を採っている署名権能者に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)、及び回答作成関数Zi(sk,r,c)として、離散対数型の関数を選択することとした。落とし戸付き一方向性置換関数に基づく署名方式を採っている署名権能者、及び離散対数問題に基づく署名方式を採っている署名権能者双方を署名者に採りこむことができ、匿名署名の利便性及び信頼性を向上させることが可能となった。
【００４３】
また、少なくとも一部の署名権能者に対応するコミットメント作成関数Ai(sk,r)を、rを出力する関数とすることにより、演算処理を簡略化することが可能となった。
なお、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、本形態では、離散対数を構成する群としてpiを素数とする乗法群Zpiを、また、落とし戸付き一方向性関数としてＲＳＡ演算を用いる場合を例にとって説明したが、離散対数問題を構成する群は、楕円曲線上の加法群をはじめ、その元を容易に標本できるような有限群であるならば、どのような群であってもよい。
また、本形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、匿名署名装置１、１３０及び署名検証装置２０、１３０を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
また、上述のように、この形態における処理機能は、コンピュータによって実現することができる。この場合、匿名署名装置１、１３０及び署名検証装置２０、１３０が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述され、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能をコンピュータ上で実現することができる。
【００４４】
また、この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよいが、具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto-Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＰＲＯＭ（Erasable and Programmable ROM）等を用いることができる。
【００４５】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することしてもよく、さらに、コンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明では、少なくとも一部の署名権能者に対応する、コミットメント作成関数Ai(sk,r)を、Ai(sk,r)=Ai(pk,r)となる関数とし、コミットメント回復関数Vi(pk,s,c)を、識別子iに対応する落とし戸付き一方向性置換関数をFiとし、二項演算a(+)ib及びa(-)ibを(a(+)ib)(-)ib=aを満たす演算とした場合における、Ai(pk,Fi(pk,s)(-)ic)とし、回答作成関数Zi(sk,r,c)を、Fiの逆置換関数をIiとした場合におけるIi(sk,c(+)ir)とした。これにより、離散対数型の署名方式に加え、落とし戸型の署名方式をも匿名署名に組み込むことが可能となり、匿名署名に使用できる署名方式の多様性を向上させることができる。また、従来のk-out-of-n匿名署名に落とし戸型の署名方式を組み込むことができるため、従来のk-out-of-n匿名署名と同様、署名協力者数の自由度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】匿名署名装置１の概略を例示した機能ブロック図。
【図２】署名検証装置の概略を例示した機能ブロック図。
【図３】匿名署名システムの全体構成を例示した概念図。
【図４】匿名署名装置のハードウェア構成を例示したブロック図。
【図５】匿名署名装置の機能構成を例示したブロック図。
【図６】関数メモリに記録される関数表のデータ構成を例示した概念図。
【図７】公開鍵リスト及び秘密鍵リストのデータ構成を例示した概念図。
【図８】署名検証装置の機能構成を例示したブロック図。
【図９】関数メモリに記録される関数表のデータ構成を例示した概念図。
【図１０】匿名署名の生成処理を説明するためのフローチャート。
【図１１】匿名署名の生成処理を説明するためのフローチャート。
【図１２】署名検証処理を説明するためのフローチャート。
【図１３】多項式検証部における処理を説明するためのフローチャート。
【図１４】関数型選択部における処理を説明するためのフローチャート。
【図１５】関数型選択部における処理を説明するためのフローチャート。
【図１６】  Ring型署名方法を説明するための概念図。
【符号の説明】
1、１１０  匿名署名装置
２０、１３０  署名検証装置
１１２、１３２  関数型選択部
２００  関数表
２１０  公開鍵リスト
【図１】
0004176537.tif 000003
【図２】
0004176537.tif 000004
【図３】
0004176537.tif 000005
【図４】
0004176537.tif 000006
【図５】
0004176537.tif 000007
【図６】
0004176537.tif 000008
【図７】
0004176537.tif 000009
【図８】
0004176537.tif 000010
【図９】
0004176537.tif 000011
【図１０】
0004176537.tif 000012
【図１１】
0004176537.tif 000013
【図１２】
0004176537.tif 000014
【図１３】
0004176537.tif 000015
【図１４】
0004176537.tif 000016
【図１５】
0004176537.tif 000017
【図１６】
0004176537.tif 000018