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Diffie-Hellman(DH)仮定一覧(SDH, XDH, BDH)

Last updated at Posted at 2025-11-15

はじめに

DH仮定って色々派生系があるので、よく聞くものをまとめておきます。もっと細かい派生もあるのですが際限なくなるのでSDH, XDH, BDHだけ紹介します。

離散対数問題(DLP)は前提としています。DLPは $g, h, p$ が与えられた時に、$g^x \equiv h \pmod{p}$を満たす $x$ を求めるのは計算量的に難しいという問題です。

Diffie–Hellman 仮定の体系図

基本的な系統

名称 問題設定 仮定の強さ
CDH(Computational DH)仮定 $g, g^a, g^b$ から $g^{ab}$ を求める DL ≤ CDH
DDH(Decisional DH)仮定 $g, g^a, g^b, g^c$ から判定:$g^c = g^{ab}$が正しいかを求める CDH ≤ DDH

一般にDH仮定って言われたら大体CDHのことです。

Strong DH(SDH)

q-SDHとか記述されることもありますが、同じものを指してます。元論文(Short Signatures Without Random Oracles)では同じ文脈で使ってますね。

入力$ (g, g^x, g^{x^2}, ..., g^{x^q}) $から$(g^{1/(x+c)}, c)$を作るのが困難、つまり「多数のペア」から新しい指数の逆元を作れないという仮定(ただし、$c \in Z^*_p$)

また、ペアリングで使えるようにこれを$G_1, G_2$に拡張すると、

入力$ (g_1, g_2, g_2^x, g_2^{x^2}, ..., g^{x^q}) $から$(g^{1/(x+c)}, c)$を作るのが困難(ただし、$g_1 = \psi(g_2)$)

External DH(XDH)

$G_1 \times G_2 \to G_T$の双線型写像(ただし、$G_1 \to G_2$の準同型写像は存在しない)において以下が定義となっています。

$G_1$でDDHが成り立つ(ただし、$G_2$はDDHでなくても良い)

よく出てくるのは Symmetric XDH(SXDH) で、

$G_1$および$G_2$でDDHが成り立つ

参考: A New Hash-and-Sign Approach and Structure-Preserving Signatures from DLIN

Bilinear DH(BDH)

$G_1, G_2$は位数が素数$q$の群、$\hat{e} : G_1 \times G_1 \to G_2$をAdmissibleな双線型写像とし、$P$を$G_1$の生成元、$a,b,c \in Z_q^*$とした場合に、BDHは以下です。

$(P, aP, bP, cP)$から$\hat{e}(P,P)^{abc}$を計算するのが困難

ちなみにCDHを解ければBDHも解けるけど逆が成り立つかは未解決っぽいです(自分の調べた範囲では)。

参考: Identity-Based Encryption from the Weil Pairing

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