次世代暗号の「解読の限界」に挑む新アルゴリズムを開発 ~従来より約47,000倍難しいMQ問題を解読し、世界記録を達成~

2026-07-22 東京大学

東京大学大学院情報理工学系研究科の研究グループは、ポスト量子暗号の安全性評価に不可欠な「MQ問題(Multivariate Quadratic Problem)」を高速に解く新たなアルゴリズムを開発した。MQ問題は、多変数二次方程式系を解く計算困難問題であり、量子コンピュータでも解読が難しいとされる暗号方式の安全性の根拠となっている。本研究では、従来手法F4アルゴリズムで課題だった巨大行列の生成を、ヒルベルト級数を利用して必要な計算のみを選択することで抑制し、計算全体を効率化する新手法を提案した。その結果、従来の世界記録より約4万7,000倍難しいとされるMQ問題の解読に成功し、新たな世界記録を達成した。本成果は、ポスト量子暗号の安全性をより厳密に評価するための基盤技術となるものであり、将来の耐量子計算機暗号の設計やパラメータ選定、安全性検証に大きく貢献すると期待される。

次世代暗号の「解読の限界」に挑む新アルゴリズムを開発 ~従来より約47,000倍難しいMQ問題を解読し、世界記録を達成~
従来より約47,000倍難しいとされるMQ問題を解読

<関連情報>

MQ問題を解決するためのF4アルゴリズムの効率的な変種 An Efficient Variant of F4 Algorithm for Solving MQ Problem

Kosuke Sakata Tsuyoshi Takagi
IACR Transactions on Cryptographic Hardware and Embedded Systems 2026   Published:2026-07-17
DOI:https://doi.org/10.46586/tches.v2026.i3.1284-1309

Abstract

In this paper, we propose an enhanced variant of the F4 algorithm specifically designed for efficiently solving multivariate quadratic (MQ) problems, which are central to many post-quantum cryptographic schemes. Our approach overcomes a major inefficiency of conventional F4 by integrating a Hilbert-driven strategy that determines the optimal number of S-polynomials to generate at each degree, thereby reducing unnecessary zero reductions. We further introduce refined pair selection techniques that prioritize candidates yielding S-polynomials with smaller leading terms, which in turn minimizes the dimensions of intermediate matrices used during reduction. Experimental results show that our implementation outperforms state-of-the-art systems such as M4GB and Magma’s F4 in both single-core and multi-core environments. Notably, our method sets new records in the Fukuoka MQ Challenge for Type VI problems over F31 with m = 21, 22, 23, 24 demonstrating the robustness and practical impact of our approach in solving highly challenging MQ instances. According to the computational complexity estimation formula given in [24], the problem with m = 24 is approximately 47,627 times harder than the previous record case with m = 20.

1602ソフトウェア工学
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