暗号ってなに？

スマホでのネットショッピング、SNSのメッセージ、銀行アプリへのログイン。こうした場面では、皆さんが気づかないうちに暗号が働いていて、情報が盗み見られたり、誰かがあなたに「なりすまし」たりしないように守っています。暗号はただ情報を隠すためのものだけではない事に注意してください！

ところが、将来量子コンピュータという新しいタイプのコンピュータが本格的に実用化されると、今インターネットの安全を支えている重要な暗号が破られてしまうことが分かっています。そこで世界中の研究者が、量子コンピュータが登場しても安全な、次世代の暗号づくりに取り組んでいます。サントソ研究室もその一員として、新しい暗号を考え、それが本当に安全かどうかを確かめる研究をしています。

1. 量子コンピュータでも解けない「難しい問題」を探す

暗号の安全性は、答えを知っていればすぐに確かめられるけれど、知らなければ世界最速のコンピュータを使っても事実上解けない、という特別なパズルの上に成り立っています。

私たちは、量子コンピュータを使っても解けそうにないパズルを探し、それを使って新しい暗号を作っています。同時に、「このパズルは本当に難しいのか？」を確かめるため、あえて攻撃する側に立って解き方を工夫することもあります。

キーワード：耐量子暗号、LPN問題、符号ベース暗号、多変数多項式暗号

2. 秘密を見せずに「知っている」ことを証明する

パスワードでログインするとき、私たちはパスワードそのものを相手（ログイン先のサービス）に渡しています。もし相手が偽物だったり、相手のコンピュータから情報が漏れたりすれば、パスワードは盗まれてしまいます。

実は、秘密（パスワードのようなもの）を一切見せずに、「私は確かにそれを知っています」と相手に納得させる方法があります。まるで手品のようですが、数学的にきちんと実現できるのです。私たちはこの仕組みを使って、量子コンピュータの時代でも安全な本人確認や電子署名（デジタルな「ハンコ」）を作り、より速く、よりコンパクトにする工夫をしています。また、カードを使って、こうした「証明のやりとり」を目に見える形で行う研究もしています。

キーワード：ゼロ知識証明、MPC-in-the-Head、本人確認方式、電子署名

3. 「安全です」を数学で保証する

「今のところ誰も破れていないから安全」というのでは、明日誰かに破られるかもしれず、安心できません。

そこで私たちは、「もしこの暗号を破れる人がいたら、その人は世界中の誰も解けていない難問まで解けてしまう」ことを数学的に示します。こうすることで、暗号の安全性を「なんとなく」ではなく、きちんと根拠をもって保証できます。さらに、その保証が実際に使われている設定（鍵の長さなど）でも本当に成り立っているかも確かめています。

キーワード：証明可能安全性、電子署名、多重署名

4. 機械から漏れる「秘密のかけら」を測る

どんなに強い暗号でも、実際にパソコンやICカードの中で動かすと、消費電力のわずかな変化や計算にかかる時間から、秘密の情報が少しずつ漏れてしまうことがあります。金庫を力ずくでは開けられない泥棒でも、持ち主がダイヤルを回すときのかすかな音から番号を推測できるかもしれない──そんなイメージです。

大濱靖匡教授との共同研究では、こうして漏れる情報が「どのくらいの量なのか」を数学（情報理論）を使って測り、漏れても安全を保てる仕組みを考えています。

キーワード：サイドチャネル攻撃、情報理論的安全性

「自分が何を分かっていないのか」に、自分で気づけるようになること。

AIを使いこなすか、AIに使われるか

今では、AIに質問すれば、どんなことにもそれらしい答えがすぐに返ってきます。しかもその答えは、間違っているときでさえ、とてももっともらしく聞こえます。自分が何を分かっていないのかに気づけない人は、AIの答えのどこが正しくてどこが怪しいのかを判断できず、AIの言うことをそのまま受け入れるしかありません。それは、AIに使われている状態です。

一方、自分の「分からない」に気づける人は、AIに的確な質問をし、返ってきた答えを自分の頭で確かめることができます。AIに使われる人ではなく、AIを使いこなす人になる──そのための力を、この研究室で一緒に鍛えましょう。この力は、研究者になる人だけでなく、どんな仕事に就いても一生役に立つはずです。

こんな人に向いています：

• パズルや、筋道を立てて考えることが好きな人
• 「なぜそうなるの？」を納得するまで考えたい人
• 分からないことに出会ったとき、それを面白いと思える人

What is cryptography?

Shopping online, sending a chat message, logging into your bank app — every time, cryptography is quietly at work, keeping your information private and stopping others from pretending to be you.

But once powerful quantum computers arrive, the core cryptographic methods that protect the internet today will be broken. Researchers around the world are now building the next generation of cryptography that stays safe even against quantum computers. At Santoso Lab, we design new cryptographic schemes and check whether they are truly secure.

1. Finding puzzles even quantum computers can't solve

Cryptography is built on special puzzles that are easy to check if you know the answer, but practically impossible to solve if you don't — even with the world's fastest computers.

We look for puzzles that should stay hard even for quantum computers, and use them to build new cryptography. We also play the attacker's role, trying to solve these puzzles faster, to make sure they really are as hard as we think.

Keywords: post-quantum cryptography, LPN problem, code-based cryptography, multivariate cryptography

2. Proving you know a secret without revealing it

When you log in with a password, you hand the password itself to the service you are logging into. If that service is fake, or if its data leaks, your password is stolen.

Surprisingly, it is possible to convince someone that you know a secret (something like a password) without revealing anything about it. It sounds like a magic trick, but it can be done rigorously with mathematics. We use this idea to build quantum-safe login methods and digital signatures (the digital equivalent of a handwritten signature), and work on making them faster and smaller. We also study proof protocols that can be carried out by hand, using physical cards.

Keywords: zero-knowledge proofs, MPC-in-the-Head, identification schemes, digital signatures

3. Guaranteeing security with mathematics

"Nobody has broken it so far" is not very reassuring — someone might break it tomorrow.

Instead, we prove that anyone who could break the scheme would also be able to solve a hard problem that no one in the world has been able to solve. This turns "it seems safe" into a solid, mathematical guarantee. We also check that this guarantee still holds for the settings used in practice, such as key sizes.

Keywords: provable security, digital signatures, multi-signatures

4. Measuring the secrets that leak from machines

Even strong cryptography can leak secrets when it runs on a real computer or smart card — through tiny changes in power use or computation time. Think of a thief who can't force a safe open, but might guess the combination by listening to the faint clicks as the owner turns the dial.

In joint work with Prof. Yasutada Oohama, we use mathematics (information theory) to measure how much information leaks this way, and design systems that stay secure even when some information leaks.

Keywords: side-channel attacks, information-theoretic security

Learning to recognize, on your own, what you don't yet understand.

Are you using AI, or is AI using you?

Today, AI can instantly give a plausible answer to almost any question — and the answer sounds convincing even when it is wrong. If you can't recognize what you don't understand, you can't tell which parts of that answer are right and which are doubtful, so you end up simply accepting whatever the AI says. That is what it means to be the slave of AI.

If you can recognize your own gaps, you can ask AI the right questions and check its answers with your own reasoning. Become the master of AI, not the slave of AI — that is the ability we build together in our lab, and it will serve you for life, whether or not you become a researcher.

The lab is a good fit if you:

• enjoy puzzles and thinking things through step by step,
• like asking "why?" until you're convinced,
• find it interesting, rather than frustrating, when you run into something you don't understand.