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活動報告

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暗号・認証分科会とは活動内容

CTF神奈川 作問

活動テーマ

暗号・認証分科会とは一般の人々が暗号・認証の安全性の本質を理解できるよう説明手法を構築すること

活動方針

安全・安心な情報化社会を実現するためには、情報システムに関わる人々が暗号・認証の安全性を適切に理解する事が非常に重要です。また、新たな暗号・認証技術の設計を行う際は、それらの技術の安全性を第三者に対して正確でなおかつわかりやすく説明をする必要があります。

暗号・認証に関する様々なテーマについて研究する事が出来ます

研究
キーワード

01 暗号分科会とは共通鍵暗号、公開鍵暗号、IDベース暗号、電子署名、ハッシュ関数、 鍵共有、マルチパーティプロトコル、情報量的安全性、計算量的安全性、証明可能安全性、 汎用結合可能性、暗号実装の安全性、CRYPTREC、 量子暗号、相手認証、生体・人工物認証、ヒューマンクリプト、匿名性、PKI、PGP、PAKE

02 活動内容

03 CTF神奈川 作問

04 活動テーマ

活動内容
活動メンバー

研究リーダー
趙晋輝 先生

指導教員
花岡悟一郎 先生

メンバー
塩澤 響 西垣 佳亮 三平 大悟 登丸 尚哉
01 暗号分科会とは

02 活動内容

03 CTF神奈川 作問

04 活動テーマ

活動内容
活動方法
2週間に1回レポート提出

提出レポートの添削及び改善点の提示

勉強内容を元に提出するレポートを作成
修正内容についての質問や議論、テーマについての勉強

01 暗号分科会とは

02 活動内容

03

CTF神奈川 作問

04 活動テーマ

CTF神奈川 作問ネットワーク分科会と合同でCTF神奈川2022の作問を行った。
暗号分科会では以下の問題を作成、協力した・拡張ユークリッドの互除法などを用いた脆弱RSA暗号への攻撃を実装する問題
・ストリーム暗号の性質を利用し、平文の解読を行う問題
・zipパスワードを総当たりさせる問題

https://www.iisec.ac.jp/news/20221118news.html
01 暗号分科会とは

02 活動内容

03

CTF神奈川 作問

04 活動テーマ

活動テーマ三平 大悟

検索可能暗号

西垣 佳亮

格子暗号登丸 尚哉

グループ署名01 暗号分科会とは

02 活動内容

03

CTF神奈川 作問

04 活動テーマ

グループ署名について

グループ署名が必要となった背景
 インターネットの普及に伴い会員制サービス体系が広がっている
会員
サーバー

しかし、サービス提供者は会員IDから利用時間、行動履歴などが特定可能である
ユビキタス社会においてプライバシー問題に該当する可能性がある

会員名と紐付けするサービスではサービス提供者が会員IDで認証する事は必要
一方で紐付けが必要ない場合、会員個人ではなく所属しているグループで認証する事が可能

01

02

グループ署名が必要となった背景
認証の方法が個人単位から、グループへ

ID管理サーバー

会員がグループに所属している事を管理するサーバー

会員グループA

会員
サーバー

サーバー

グループ署名・グループAへの所属は確認・ さんである事は分からない（匿名性の実現）

グループ署名の機能
ID管理サーバー

会員グループA

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・正当性
グループAに所属している会員なら必ずサービスを受けられる・偽造不可能性グループAに所属してない人はグループ署名が作成できず、サービスを受けられないサーバー

グループ署名・匿名性
ID管理者以外、グループ署名から会員を特定できない・関連付け不可能性
同一人物が複数回グループ署名を作成してもID管理者以外、会員を特定できない・追跡可能性
ID管理者のみグループ署名から会員個人を特定できる

グループ署名を構成する技術：公開鍵暗号04

暗号化を行う鍵 (公開鍵) と復号化を行う鍵 (秘密鍵) を異なる伴で行う暗号方式

公開鍵暗号
復号化アルゴリズム③暗号文の送信

公開鍵暗号
暗号化アルゴリズム②文書と公開鍵を用いて暗号化アルゴリ
ズムを実行し暗号文を作成④暗号文と秘密鍵を用いて復号化アルゴリズムを実行し文書を復号①鍵生成アルゴリズムを実行し公開鍵と秘密鍵を生成暗号化を行う鍵 (公開鍵)
公開鍵暗号
鍵生成アルゴリズム

復号化を行う鍵 (秘密鍵)グループ署名を構成する技術：ゼロ知識証明

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自分が秘密の情報を知っていることを, その情報自体を明かさずに相手に証明する手法
秘密の情報③証明を送信
①公開パラメータの生成
ゼロ知識証明公開パラメータ生成アルゴリズム②公開パラメータと秘密の情報から証明作成アルゴリズムを実行し証明を作成
ゼロ知識証明証明作成アルゴリズム④公開パラメータと証明から証明検証アルゴリズムを実行し検証
ゼロ知識証明証明検証アルゴリズム

検証が通れば秘密の情報を知っていると判断

ゼロ知識証明の応用例として次に挙げる
ディジタル署名技術がある

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グループ署名を構成する技術：ディジタル署名
ディジタル署名とは紙の文書における押印やサインに相当する電子的な署名. 電子文書や情報の作成者を明確にし改ざんされていないことを証明するデジタル的な仕組み.
③文書と署名文を送信①鍵生成アルゴリズムを実行し検証鍵と署名鍵を生成
ディジタル署名
鍵生成アルゴリズム検証を行う鍵 (公開鍵)
署名を行う鍵 (秘密鍵)②送信する文書と署名鍵を用いて署名アルゴリズムを実行し、署名文を作成
ディジタル署名
署名アルゴリズム

④文書と署名文、検証鍵を用いて検証アルゴリズムを実行し、検証を行う
ディジタル署名
検証アルゴリズム

文書 と復号化された文書 が一致していればOK異なればNG公開鍵、秘密鍵を用いる事で秘密鍵を開示すること無く秘密鍵を所持していることを証明できる。
また署名作成者本人が開示している公開鍵から検証を行う為、署名の本人確認が可能になっている。

グループ署名を構成する技術
従来のディジタル署名を用いた認証方式だと個人単位の検証鍵を公開する為、匿名性を保持できない

検証鍵と署名鍵の対応を1対1から1対nにする事で、1つの検証鍵で複数の検証が可能になる

ID管理サーバーが会員の管理を行う事で実現出来る点
 グループで一つの検証鍵、会員それぞれの署名鍵の対応を実現可能 個人を特定出来るデジタルIDは匿名性の観点からサービス提供者へ明かせない秘密の情報の一つとなる。デジタルID をID管理サーバーが発行し、会員がディジタル署名を作成する事で、サービス提供側には一切の個人を特定出来る情報を開示する事無く、秘密の情報 (今回はグループに所属している事を証明するディジタルID)を保持している事を証明する事が出来る。

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グループ署名の仕組み：登録
ユーザ

ID管理サーバー(GM)①登録を申請③署名鍵( )とデジタルIDを送信⓪グループ固有の公開鍵と秘密鍵を作成
公開鍵暗号
鍵生成アルゴリズム

・公開鍵暗号を利用する目的について
グループ署名には匿名性と追跡可能性が求められる。GMが管理する公開鍵暗号をデジタルIDに利用する事でこれらの機能を実現する役割を持つ。

②検証鍵がGM公開鍵()

GM秘密鍵()となる、ユーザ毎の署名鍵とデジタルIDを作成

ディジタル署名
鍵生成アルゴリズム

ユーザ固有の署名鍵(

ディジタル署名
署名アルゴリズムデジタルID

グループ署名ユーザ情報生成アルゴリズム)

09

グループ署名の仕組み：署名
ユーザ
・ゼロ知識証明を利用する目的について署名鍵(グループ署名には正当性と偽造不可能性、関連付け不可能性が求められる。ゼロ知識証明がこれらの機能を実現する役割を持つ。

)④メッセージに対して、、デジタルIDを用いてグループ署名 を作成する

ゼロ知識証明証明作成アルゴリズム

公開鍵暗号
暗号化アルゴリズム
ゼロ知識証明公開パラメータ
生成アルゴリズム

グループ署名グループ署名生成アルゴリズム

グループに所属している事の証明書を用いたデジタルIDの暗号文
検証の際に利用する
公開パラメータ10

グループ署名の仕組み：検証
ID管理サーバー(GM)

ユーザ
署名鍵()
公開パラメータ

GM公開鍵(
GM秘密鍵())

デジタルIDが暗号文のままグループに所属しているかの判断が可能なので匿名性が保たれる⑤メッセージ と署名 を送信

サーバー⑥署名 から証明書とを用いて検証を行う

ゼロ知識証明証明検証アルゴリズム

グループ署名検証アルゴリズム、公開パラメータ

検証結果が正しければグループに所属していると判断しメッセージを受領

11

グループ署名の仕組み：特定 ID管理サーバー(GM)ユーザ⑨デジタルIDから該当するユーザを特定⑧

GM公開鍵(
GM秘密鍵(を用いて署名 からデジタルIDを復号
公開鍵暗号復号化アルゴリズムサーバー))

グループ署名
特定アルゴリズム⑦特定してほしい署名 をGMへ送信12

背景から見るグループ署名
現状の問題点会員制サービス体系の普及によりサービス提供側が会員の利用時間、行動履歴が特定可能な状況はユビ
キタス社会においてプライバシー問題に該当する可能性がある。

求められる事柄

個人単位ではなく、サービスを利用しているグループ単位で認証をする事でサービス提供側に個人を特定される事なく、サービスを利用したい。

グループ署名によって・従来の1対1の認証ではなく1対 の認証が実現されていることから、グループ単位の認証が可能
・GMがユーザとグループを管理していることから、サービス提供側に個人情報がわたることはない
・単に匿名にするだけでなく特定したいユーザがいた場合GMを経由して特定することが出来る

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グループ署名の機能の実現性
・正当性
仕組み②で作成される署名鍵 とデジタルID果が必ず正しいと出力される。

が正しい組ならば④で作成される証明書の検証⑥の結・偽造不可能性
署名鍵とデジタルIDが正しい組でなければ検証⑥の結果は正しくないと出力される。
・匿名性
デジタルIDに対してGMの公開鍵暗号を利用する事で、GM以外はグループ署名 内にあるデジタルIDの暗号文を復号することが出来ない。
・関連付け不可能性④で実行される署名アルゴリズム内では乱数値などが利用されるため、複数署名間での関連付けを行うことは出来ない
・追跡可能性
デジタルIDの暗号文はGMの公開鍵で暗号化されているので、GMのみが復号することが出来る。また
デジタルIDはユーザ固有なので必ずグループ署名 を送ってきたユーザを追跡することが出来る。
・安全性
強RSA仮定やDDH仮定などが元で上記の機能要件が満たされている。またペリングを利用したBBS署名も提案されており、q-SDH仮定やDLDH仮定に基づく安全性で署名サイズも小さくなる。

検索可能暗号について

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目次・検索可能暗号とは・機能・仕組み・安全性02検索可能暗号とは暗号化された大量のデータの保管やキーワード検索のアウトソース化を安全に実現するための技術

背景
近年、クラウド・サービスを利用した業務のアウトソース化が進んでいる。
このとき、外部事業者に機密性の高いデータを預託する場合、預託する前にデータの暗号化を行い、機密性を確保することを考える。しかし、単純な暗号化のみをしてデータを預けてしまうと、預託したデータから必要な情報を抽出・検索することができなくなってしまう⇒検索可能暗号を利用することで、外部事業者にデータの内容を知られることなく、データの保管および検索を実施できる
03

検索可能暗号とは実際のセキュリティインシデント

・アメリカの金融会社で、独自に運用していたWAFの設定ミスが原因で1億600万人を超える情報漏洩が発生した。サイバー攻撃者による攻撃で、脆弱になったAWSのEC2が不正アクセスを受け、大規模な情報漏洩に至った。
・ポートが閉じていると思っていたが、ポートを開放したままにしていたことに気付かず、不用意なポートの開放が原因で不正アクセスを受けてしまった。

保護対象となるデータ

引用元：https://www.rworks.jp/system/systemcolumn/sys-entry/21978/

預託するデータ(ファイル)・キーワード想定される攻撃者想定される攻撃

通信路を観測できる第三者・外部事業者

不正アクセス、情報漏洩

04検索可能暗号とは紹介したセキュリティインシデントの共通点
設定ミス
情報漏洩

不正アクセス
データの奪取ファイアウォール
・情報漏洩は、「外部事業者の設定ミス」による脆弱性を狙った「外部からの不正アクセス」により発生した⇒攻撃者を「外部事業者」と「第三者」に設定し、安全性を考える
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機能
暗号化されたデータと暗号化された検索ワードが暗号化されたままの状態で結び付くことができる機能
を検索
りんご

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仕組み 具体的な実現方法

データそのものではなく、暗号化されたキーワード(トラップドア)と暗号文の対応関係を示したインデックス(索引)を介して、暗号文に対応したトラップドアを検索する

インデックス
トラップドアを送信
07仕組み 具体的な実現方法
インデックスとは？
・・・預託したいデータと, データを検索するためのキーワードの対応関係を示したもの「犬」がきたから、犬の画像が欲しい！

を見せよう「犬」と検索をユーザーに見せる
この処理を, データが暗号化された状態のまま実現するためのもの
09仕組み 具体的な実現方法
トラップドアとは？
・・・キーワードがサーバーから見えないようにデータを検索するためのもの「りんご」に対応したデータが欲しい！

インデックスにある送られてきたりんごではなく、代わりにとをチェックを送信

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安全性

秘密鍵がないから、暗号文を復号できない！

設定ミス
暗号文とインデックスを送信

不正アクセス

秘密鍵は送る必要がない

データの奪取ファイアウォール

「外部事業者の設定ミス」による脆弱性を狙った「外部からの不正アクセス」が発生しても、情報漏洩には至らない
外部事業者と通信路を盗聴できる第三者にデータの内容を知られることなく、データの保管および検索を実施できている(機密性を確保できている)11

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