JP2000066587A - データ処理装置及び通信システム並びに記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ブロック暗号においてそのブロッ
ク長が短い場合であっても、ブロック長が短いことに起
因する安全性の低下を防止しつつ伝送効率を高くするこ
とができ、かつフェイステル型暗号とすることができ
る。 【解決手段】 平文又は暗号文を２以上の小ブロック２
２，２６に分割し、この小ブロック単位でデータ処理を
施して新たな小ブロックとし、これにより暗号化処理又
は復号処理を行うデータ処理装置であって、小ブロック
を鍵により変換する変換手段Ｆと、変換手段によって変
換された小ブロックを他の小ブロックと相互作用させる
相互作用手段５５，５６と、小ブロックを他の小ブロッ
クと連鎖させる連鎖手段５４とを備えたデータ処理装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はデータ処理装置及
び通信システム並びに記録媒体、特にデータの暗号化や
復号に用いるのに適したデータ処理装置及び通信システ
ム並びに記録媒体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年計算機を用いてデータを暗号化する
ことが広く行われるようになっている。このための暗号
アルゴリズムは、データを一定長のブロックとしてブロ
ック毎に暗号化処理するブロック暗号と、入力データを
１文字づつ暗号化するストリーム暗号に大別される。ブ
ロック暗号は同じ入力であれば同じ出力に変換される
が、ストリーム暗号は同じ入力であっても異なる出力に
変換されるという違いがある。

【０００３】従来のブロック暗号としては、入出力長が
固定長の暗号方式しか知られておらず、入出力長が可変
となる暗号は未だ実現されていない。従来の方法では、
可変長の入力を暗号化するためにはブロック毎に暗号化
するかブロックを連鎖させるしかなかった。

【０００４】このような可変長の入力を暗号化する方式
としては操作モードが有名である。この方法は、ブロッ
ク長の倍数とは限らない入力に対し、ブロック長に足り
なくなるブロックには適当な大きさの詰め物( パディン
グ) をすることで、入力を所定ブロック長の複数ブロッ
クに分割するものである。しかしながら、この方法で
は、ブロック長を合わせてから暗号化しなければならな
いため、伝送効率が落ちるという問題がある。

【０００５】一方、ブロック暗号は同じ入力に対して出
力が同じであるというブロック暗号のもつ性質のため
に、ブロック長を短くできないという欠点がある。これ
は、ブロック長が短い場合には出力に対応する入力の表
を作ることが可能であるためである。このような表が作
られてしまえば、たとえ鍵が知られなくても暗号文のみ
を元の平文に復号し情報を取り出すことが可能である。

【０００６】これに対し、ストリーム暗号は乱数発生器
とみなすことができ、初期値( 鍵)により出力される乱
数系列は異なっているため、乱数系列から初期値を求め
ることが困難である。この点がストリーム暗号の安全性
の根拠となっているが、同じ鍵を使い続けると乱数系列
そのものが判明してしまい、鍵を知らなくても暗号が解
読できてしまう危険性がある。ブロック暗号は、ストリ
ーム暗号のもつこのような問題を、ブロック長を大きく
することで回避していると考えることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、比較的短い電
文を暗号化しようとした場合を考える。長い電文であれ
ばブロック暗号のパディングに起因する伝送効率の劣化
は問題にならないが、比較的短い電文の場合、重大な問
題となる場合がある。

【０００８】例えば、衛星放送のように番組に課金する
システムでは、番組自体を暗号化した鍵を、契約したユ
ーザにだけユーザの鍵で暗号化して送る個別情報により
課金を実現している。個別情報は比較的短いブロック長
であり、件数が多いのでパディングに起因する伝送効率
の劣化は大きな問題である。伝送効率を高くしようとす
れば、パディングを小さくするためにブロック長を短く
する必要があり、安全性が低くなるという問題がある。

【０００９】上記問題のうち、伝送効率の問題について
はストリーム暗号を使うことにより解決するが、安全性
を高めるためには頻繁に鍵を変える必要が生じ、そのた
めのコストは膨大になる。

【００１０】一方、Ｎｙｂｅｒｇらは、ブロック暗号に
おいて、安全なＤＥＳ型暗号方式すなわちＦｅｉｓｔｅ
１（フェイステル）型暗号を設計するために必要となる
安全な置換表の構成法を示している。すなわち、ＡＰＮ
( Ａｌｍｏｓｔ Ｐｅｒｆｅｃｔ Ｎｏｎ−ｌｉｎｅａ
ｒ) と呼ばれる性質をもつように置換表を作れば、代表
的な暗号攻撃法である差分解読法や線形解読法に対して
証明可能な安全性をもつ暗号を構成できることを示し
た。

【００１１】したがって、上記した比較的短い電文を多
数暗号化するような場合でも、ストリーム暗号でなく、
Ｎｙｂｅｒｇらが提案する設計指針を適用可能なフェイ
ステル型暗号となるブロック暗号方式によって、かつ高
効率に暗号化できる手段が要望されている。

【００１２】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、その第１の目的は、ブロック暗号において
そのブロック長が短い場合であっても、ブロック長が短
いことに起因する安全性の低下を防止しつつ伝送効率を
高くすることができ、かつフェイステル型暗号とするこ
とができるデータ処理装置及び通信システム並びに記録
媒体を提供することにある。また、第２の目的は、ブロ
ック長自体を可変とすることができるデータ処理装置及
び通信システム並びに記録媒体を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、平文又は暗号文を２以
上の小ブロックに分割し、この小ブロック単位でデータ
処理を施して新たな小ブロックとし、これにより暗号化
処理又は復号処理を行うデータ処理装置であって、小ブ
ロックを鍵により変換する変換手段と、変換手段によっ
て変換された小ブロックを他の小ブロックと相互作用さ
せる相互作用手段と、小ブロックを他の小ブロックと連
鎖させる連鎖手段とを備えたデータ処理装置である。

【００１４】本発明はこのような手段を設けたので、小
ブロック単位の相互作用を可能とし、また小ブロック間
でも適宜連鎖が行われるので、暗号強度を高くすること
ができる。

【００１５】また、連鎖により実質的に小ブロックの長
さを長くするのと同様な効果が得られるので、小ブロッ
クの長さを短くしても暗号強度が低下するのを防止する
ことができる。

【００１６】次に、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応する発明において、平文又は暗号文の２以上の
小ブロックへの分割は、平文又は暗号文の先頭からの順
次分割とするとともに、その先頭から奇数番目の小ブロ
ック及びデータ処理を受けたその後継たる小ブロックを
奇数列の小ブロックとし、また、その先頭から偶数番目
の小ブロック及びデータ処理を受けたその後継たる小ブ
ロックを偶数列の小ブロックとし、相互作用手段は、奇
数列の小ブロックと偶数列の小ブロックとを相互作用さ
せ、連鎖手段は、奇数列同士又は偶数列同士を連鎖させ
るデータ処理装置である。

【００１７】本発明はこのような手段を設けたので、奇
数列と偶数列間でブロックを相互作用させる暗号とする
ことができる。したがって、例えば奇遇列間でフェイス
テル暗号を実現させることも可能となる。また、奇数列
間及び偶数列間で小ブロックの連鎖が行われることから
上記相互作用は実質的には奇数列全体と偶数列全体での
相互作用となる。

【００１８】また、小ブロックの長さを短くしても連鎖
作用により暗号強度を保持することができる。したがっ
て、小ブロック分割前の平文がたとえ短いものであって
も短い小ブロックによる効率的な暗号化を実現すること
が可能である。

【００１９】このようにブロック暗号においてそのブロ
ック長が短い場合であっても、ブロック長が短いことに
起因する安全性の低下を防止しつつ伝送効率を高くする
ことができ、かつフェイステル型暗号を可能とすること
ができる。

【００２０】また、小ブロックを連鎖させる数を変更す
ることにより、複数の小ブロックからなるブロック（実
施形態でいう分割ブロック）の長さ自体を可変とするこ
とができる。

【００２１】次に、請求項３に対応する発明は、請求項
２に対応する発明において、連鎖の方向は列の順次方向
とするとともに、変換手段は、奇遇各列に対応してそれ
ぞれ１段以上設けられたデータ処理装置である。

【００２２】したがって、段数を調整することにより暗
号強度及び処理時間を調整することができる。次に、請
求項４に対応する発明は、請求項３に対応する発明にお
いて、変換手段の段数は、奇数列及び偶数列の列数が大
きくなる列部分では少なくするデータ処理装置である。

【００２３】小ブロックの連鎖は、暗復号対象の先頭側
から順次行われる。例えばある変換手段での結果を一つ
おいた次の列に入力し、その列の小ブロックと排他的論
理和をとる等する。この処理を順次一つおきの列につい
て行うのである。

【００２４】このような順次連鎖処理を行う場合には、
各列の処理結果は順次出力される。したがって、列数が
大きくなった部分では変換手段による処理段数を減らせ
ば全体としての処理速度を速くすることができる。な
お、列数が大きいところほど連鎖によるデータ攪拌等の
効果が高いので、この部分では段数を少なくしても暗号
強度へ与える悪影響は少ない。

【００２５】次に、請求項５に対応する発明は、請求項
３又は４に対応する発明において、段数が所定条件とな
ったときに、連鎖の方向を列の順次方向から逆順方向に
切り替えるデータ処理装置である。

【００２６】このような連鎖を実現させた場合には、列
数が大きい部分のみでなく、列数の少ない部分でもデー
タ攪拌等の効果を高くすることができ、一層暗号強度を
高くすることができる。

【００２７】次に、請求項６に対応する発明は、請求項
３〜５に対応する発明において、相互作用手段又は連鎖
手段の処理により依存関係を生じる変換手段同士以外の
変換手段の処理については、並列処理するデータ処理装
置である。

【００２８】本発明はこのような手段を設けたことによ
り、効率的処理を実現することができる。次に、請求項
７に対応する発明は、請求項２〜６に対応する発明にお
いて、小ブロックの長さ及び又は小ブロックを連鎖させ
る数を変更可能に構成されたデータ処理装置である。

【００２９】本発明はこのような手段を設けたことによ
り、暗号強度を保持したままで、複数の小ブロックから
なるブロックの長さ自体を自在に変更することができ
る。次に、請求項８に対応する発明は、請求項２乃至６
の何れかのデータ処理装置を用いた通信装置同士で暗号
通信を行う通信システムであって、小ブロックの長さ及
び小ブロックを連鎖させる数により決まるブロック長を
送受信側での共有の秘密とする通信システムである。

【００３０】本発明はこのような手段を設けたので、請
求項２乃至６の何れかのデータ処理装置による効果のみ
ならず、ブロック長を秘密にすることにより、暗号解読
を一層困難にすることができる。

【００３１】次に、請求項９に対応する発明は、請求項
８に対応する発明において、ブロック長をブロック毎に
可変とする通信システムである。次に、請求項１０に対
応する発明は、請求項９に対応する発明において、送受
信側が共有するシードに基づいて、可変とするブロック
長を決定する乱数発生器を備えた通信システムである。

【００３２】本発明はこのような手段を設けたので、ブ
ロック長の第三者による検知を一層困難にし、暗号強度
を一層高くすることができる。次に、請求項１１に対応
する発明は、請求項８〜１０に対応する発明において、
連鎖の方向を切り替えるタイミングを送受信側での共有
の秘密とする通信システムである。

【００３３】本発明はこのような手段を設けたので、連
鎖の仕方を秘密にすることができ、暗号強度を一層高く
することができる。次に、請求項１２に対応する発明
は、請求項１に対応する発明をコンピュータに実現させ
るプログラムを記録した記録媒体である。

【００３４】この記録媒体から読み出されたプログラム
により制御されるコンピュータは、請求項１のデータ処
理装置として機能する。次に、請求項１３に対応する発
明は、請求項２に対応する発明をコンピュータに実現さ
せるプログラムを記録した記録媒体である。

【００３５】この記録媒体から読み出されたプログラム
により制御されるコンピュータは、請求項２のデータ処
理装置として機能する。次に、請求項１４に対応する発
明は、請求項７に対応する発明をコンピュータに実現さ
せるプログラムを記録した記録媒体である。この記録媒
体から読み出されたプログラムにより制御されるコンピ
ュータは、請求項７のデータ処理装置として機能する。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施
の形態に係るデータ処理装置の構成例を示すブロック図
である。

【００３７】このデータ処理装置は、パーソナルコンピ
ュータやワークステーション等の計算機からなる暗復号
装置１として構成される。この暗復号装置は、暗号化処
理及び復号処理を実行する暗復号処理部２と、平文ファ
イル３，暗号文ファイル４及び鍵ファイル５を格納する
記憶手段（図示せず）から構成されている。

【００３８】ここで、平文ファイル３にはブロック化さ
れていない暗号化対象のデータが格納されている。ま
た、鍵ファイル５には、暗復号処理部２で使用する秘密
鍵が格納されている。

【００３９】暗復号処理部２は、ｍ段の暗号化処理及び
復号処理を実行するデータ攪拌部１１と、秘密鍵からｍ
個の拡大鍵Ｋ１，Ｋ２，．．Ｋｍ（以下、単に鍵ともい
う）を生成しデータ攪拌部１１に与える鍵変換部１２
と、各段に対応した初期値を生成する初期値生成部１３
と、小ブロック切出編集部１４，１５と、ブロック長指
定部１６とから構成されている。

【００４０】ブロック長指定部１６は、所定の設定値に
基づき、あるいは外部からのブロック長指定入力に基づ
き、暗号化若しくは復号のための小ブロックのブロック
長（例えば１バイト）及び後述の連鎖数を決定し、当該
ブロック長を小ブロック切出編集部１４，１５、データ
攪拌部１１及び初期値生成部１３に与えるようになって
いる。また、小ブロックのブロック長は固定とし、ブロ
ック長と連鎖数の積となる暗号化対象の実質的な長さ
（後述する分割ブロック長）から連鎖数のみを算出し、
各部に入力する場合もある。

【００４１】小ブロック切出編集部１４は、平文ファイ
ル３からの平文を指定されたブロック長でその先頭から
小ブロックに分割し、奇数番目の小ブロックを攪拌部１
１の奇数ブロック処理部１７へ、偶数番目の小ブロック
を偶数ブロック処理部１８へ入力する。また、攪拌部１
１から小ブロック単位で出力される復号データを編集し
て平文として平文ファイル３に出力する。

【００４２】小ブロック切出編集部１５は攪拌部１１の
最終段（ｍ段）側で小ブロック切出編集部１４と同様な
処理を行う。すなわち暗号文ファイル４からの暗号文を
指定されたブロック長でその先頭から小ブロックに分割
して攪拌部１１へ入力するとともに、攪拌部１１から出
力される暗号化データを編集して暗号文として暗号文フ
ァイル３に出力する。

【００４３】データ攪拌部１１は、奇数ブロック処理部
１７と偶数ブロック処理部１８とからなり、ブロック長
指定部１６から指定されたブロック長の小ブロックを初
期値及び鍵変換部１２からの拡大鍵Ｋにより暗号化処理
及び復号処理を行う。

【００４４】奇数ブロック処理部１７は、奇数番目の小
ブロックが入力され、暗復号処理のうち第１段，３段，
５段，．．．，ｍ−１段の処理を担当し、一方、偶数ブ
ロック処理部１８は、当初に偶数番目の小ブロックが入
力され、暗復号処理のうち第２段，４段，６
段，．．．，ｍ段の処理を担当する。なお、暗号化の場
合には、第１段から順次処理が実行され、第ｍ段の処理
が終了したデータが暗号化データとして出力される。逆
に復号の場合には、第ｍ段から逆順に処理が実行され、
第１段の処理が終了したデータが復号データとして出力
される。

【００４５】また、この奇数ブロック処理部１７及び偶
数ブロック処理部１８については、図１では模式的に示
されているが、実際には入力される小ブロックを連鎖等
させる多数の処理から構成される。具体的には後述する
が、奇数ブロック処理と偶数ブロック処理と間でフェイ
ステル型の処理が実現されており、また、各奇数ブロッ
ク処理内及び偶数ブロック処理内における小ブロック間
の処理が連鎖するように構成されている。

【００４６】このデータ攪拌部１１における処理構成
を、図２〜６を用いて具体的に説明する。なお、図中単
に鍵としているものは、先に述べたように単一の鍵から
生成された拡大鍵であってもよい。

【００４７】図２は本実施形態におけるデータ攪拌部の
具体的な構成例を示す図である。同図に示すように、入
力である平文２１は、小ブロック２２に分割されて入力
される。この小ブロック２２は先頭から順に奇数ブロッ
ク２３と偶数ブロック２４とに分けて入力され、それぞ
れ奇数ブロック処理又は偶数ブロック処理が施されるよ
うになっている。平文２１の各小ブロック２２に対応す
る処理列を順に第１列、２列、．．．とすると、奇数列
の処理が奇数ブロック処理に対応し、偶数列の処理が偶
数ブロック処理に対応する。

【００４８】なお、暗号文２５も小ブロック２６からな
り、復号時には順に奇数ブロック２７と偶数ブロック２
８とに分けて入力されることになる。図３は図２の構成
から隣り合う奇数列及び偶数列の各１列を抜き出した図
である。

【００４９】この抜き出された１組の奇遇列の処理で
は、第ｉ列（ｉは奇数）の第ｉブロック２３は、拡大鍵
Ｋ１により第１段の関数Ｆ３１で変換され、この変換結
果の一方は第ｉ＋１列に入力されて第ｉ＋１ブロック２
４との排他的論理和が取られて第２段の関数Ｆ３２に入
力される。この第２段の関数Ｆ３２ではその入力が拡大
鍵Ｋ２により変換され、この変換結果の一方は第ｉ列に
戻され、上記第１段の関数Ｆ３１からの他方の出力と排
他的論理和が取られて第３段の関数Ｆ３３に入力され
る。

【００５０】以下、第ｉ列と第ｉ＋１列との間でこのよ
うな相互作用を繰り替えしつつ、処理が最終段まで進行
し、それぞれ暗号化された小ブロック２７及び２８が出
力される。

【００５１】このように奇数番目の処理結果を偶数番目
の処理結果に相互作用させることにより、より解読しず
らく安全な暗号を構成している。ここで、この第ｉ列と
第ｉ＋１列との間の処理はフェイステル型の暗号処理で
ある。

【００５２】図４はフェイステル型ブロック暗号におけ
る形態の例を模式的に示す図である。同図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は何れもフェイステル型ブロック暗号と
なるデータ攪拌処理の構成例である。本実施形態の場合
は、図４（ａ）に該当する。なお、図４（ｂ）はいわゆ
るＤＥＳ方式である。なお、本実施形態は、図４（ａ）
の形態をとっているが、本発明は図４（ａ），（ｂ）又
は（ｃ）の何れの形態をとってもよいものである。

【００５３】ところで、図３の奇遇列の相互作用は、隣
り合う２列が相互に及ぼす処理のみを抽出して示したも
のであって、図２に示すデータ攪拌部１１全体で行われ
る処理は図３に示したものを単に組み合わせたものでは
ない。今度は、特定の第ｊ段の処理のみを抽出し、段方
向、すなわち平文２１や暗号文２５の進行方向に沿った
連鎖がどのようになっているかを図５により説明する。

【００５４】図５は図２から暗号化処理の第ｊ段目（ｊ
は奇数）のみを抜き出した図である。同図に示すよう
に、奇数列の処理（奇数ブロック処理）は連鎖するよう
構成される。なお、偶数列の処理も同様である。

【００５５】ここでまず、第１列の入力４１は初期値４
２と排他的論理和された後、拡大鍵Ｋｊを使って、関数
Ｆ４３により変換される。変換結果は次段への入力４４
と第３列（次奇数ブロック）の変換への入力４５とに出
力される。

【００５６】第３列の入力４６は、第１列の出力４５と
排他的論理和された後、拡大鍵Ｋｊを使って、関数Ｆ４
７により変換される。変換結果は次段への入力４８と第
５列（次奇数ブロック）の変換への入力４９へと出力さ
れる。

【００５７】以下、同様にして、前奇数ブロックの処理
結果が次奇数ブロックの変換に入力される連鎖が継続す
る。このように奇数列の処理（奇数ブロック処理）のみ
及び偶数列の処理（偶数ブロック処理）のみでそれぞれ
連鎖処理が行われるようになっている。

【００５８】なお、初期値４２の入力があることで、奇
遇各列の処理は全く同一の回路とすることができる。こ
のため、同一回路を使い回すことが可能となることから
データ攪拌部１１に準備すべき奇数ブロック処理及び偶
数ブロック処理の回路数は少ないものとなる。したがっ
て、初期値は例えばダミーでもよい。

【００５９】さて、図２に示したデータ攪拌部１１は、
図３で示す奇遇列の相互作用からなる処理回路と、図５
で示す奇数列及び偶数列それぞれ内での連鎖処理の回路
とを組み合わせたものである。

【００６０】したがって、図２に示す回路の処理を説明
すると次のようになる。まず、第１列の奇数小ブロック
２３は１段目の初期値５１と演算した後、１段目の拡大
鍵Ｋ１により関数Ｆ５２で変換される。その変換結果５
３は、第３列の奇数小ブロック２３との演算５４及び第
２列の偶数小ブロック２４との演算５５及び第３段目の
演算５６に使用される。

【００６１】ここで、演算５５，５６は第１列と第２列
が相互作用するための相互作用手段をなしており、演算
５４は第１列と第３列とが連鎖するための連鎖手段をな
していることがわかる。

【００６２】このように第ｉ列第ｊ段の変換の出力結果
は、第ｉ＋２列へ連鎖するために第ｉ＋２列第ｊ段への
入力と演算される。また、同出力結果は、ｉが奇数の場
合には第ｉ＋１列（ｉが偶数の場合には第ｉ−１列、以
下同様）と第ｉ列が相互作用すべく、第ｉ＋１列第ｊ＋
１段への入力と演算され、また、第ｉ＋１列第ｊ＋１段
の出力と第ｉ列第ｊ＋２段の入力側において演算され
る。こうして、上述した相互作用と連鎖が確保される。

【００６３】図１からわかるように、この暗号化処理は
入力に対し逐次的に処理することができ、処理結果の暗
号文は処理が終わり次第逐次的に出力できるため、入力
を一旦記憶手段に貯えてから全ての処理を行う必要がな
い特徴がある。

【００６４】復号処理は暗号処理の逆手順で行う。すな
わち、図１でいえば下から上に向かって処理することに
なる。次に、連鎖処理の作用を説明する。

【００６５】本実施形態では、小ブロック２２のブロッ
ク長及び連鎖数を自在に設定可能とし、例えばブロック
長１バイト程度と短い小ブロック２２でも安全な暗号化
が可能である。これは、小ブロック２２の連鎖作用によ
り実質的に大きなブロック（これを分割ブロックともい
う）で暗号化処理を行っているのと同等な結果となるか
らである。なお、隣り合う各小ブロック間での相互作用
は図３を用いて上述したが、図２の処理では、奇数小ブ
ロック同士が連鎖した全体と偶数小ブロック同士が連鎖
した全体同士もフェイスタル型となる相互作用を行って
いる。この点については後述する。

【００６６】また、図１のブロック長指定部１６により
連鎖数を自在に設定することができ、この連鎖を何回さ
せるかにより、入力ブロック（平文２１）の長さが異な
る可変長の入力を暗号化することが可能となる。

【００６７】例えばまず、平文ファイル３から暗号復号
処理部２に対して次々と入力される長さの異なる各平文
のバイト数をブロック長指定部１６でそれぞれ読み取
る。次に、ブロック長を例えば１バイトとして各平文の
バイト数を連鎖数として、ブロック長指定部１６から各
部１１，１３，１４，１５に入力すればよい。

【００６８】次に、奇数小ブロック同士が連鎖した全体
と偶数小ブロック同士が連鎖した全体同士が行う相互作
用について説明する。図６は図２の暗号回路と等価な回
路の例を示す図である。

【００６９】この回路ではまず、変換Ｐ６１によって入
力される平文２１が奇数小ブロック２２のみを集めた奇
数部分６２と、偶数小ブロック２３のみを集めた偶数部
分６３に並び替えられる。

【００７０】奇数部分６２は関数Ｇ６４により変換され
た後、その変換結果６５は次段の変換への入力６６と、
偶数部分６３の処理の入力６７に伝達される。以下、交
互に変換結果を相互作用させながら変換が進み、変換Ｐ
６１の逆変換Ｐ^-1６８を行うことにより暗号文２６が得
られる。

【００７１】なお、図６の部分拡大図に示すように、関
数Ｇは、入力６９を各小ブロック７０に分解した後、図
４と同様な連鎖を伴う変換（関数Ｆを含む）を経た結果
７１を出力する。

【００７２】このように、図６の処理は、見かけは異な
るものの図２と同様の処理をする構成であることがわか
る。また、図６に示す構成は、フェイステル型ブロック
暗号の形式に属する暗号と形式的に等価（図４（ａ））
であって、フェイステル型暗号において適用できる安全
性の論議を、そのまま適用することができる。

【００７３】したがって、Ｎｙｂｅｒｇらが示したフェ
イステル型暗号についての安全な置換表の構成、すなわ
ち、ＡＰＮな置換表による暗号化構成を取ることが可能
である。本実施形態の暗号復号処理部２では、このＡＰ
Ｎな置換表による暗号化構成を取っている。

【００７４】次に、以上のように構成された本実施形態
におけるデータ処理装置の動作について説明する。本装
置では、まず、平文ファイル３から長さ不特定の平文
（分割ブロック）が取り出される。この平文長さに対応
して、ブロック長及び連鎖数がブロック長指定部１６に
より決定されるとともに、当該平文が小ブロック切出編
集部１４に入力される。

【００７５】小ブロック切出編集部１４において、平文
は小ブロック２２に順次切り出され、奇偶数小ブロック
毎にデータ攪拌部１１に入力される。データ攪拌部１１
に入力された平文は先頭の小ブロック２２から末尾の小
ブロック２２に向けて逐次的に処理され、連鎖及び相互
作用を受ける。このときの暗号化処理は、図２の第１列
が最終列に向けてかつ第１段から第ｍ段に向けての順次
処理となり、暗号化結果も第１列から順次小ブロック２
６単位で出力される。

【００７６】こうして暗号化された各小ブロック２６
は、小ブロック切出編集部１５により編集され、暗号文
として暗号文ファイル４に格納される。なお、復号の場
合は、上記と逆の処理が行われる。

【００７７】上述したように、本発明の実施の形態に係
るデータ処理装置は、その暗号化アルゴリズムにおい
て、暗号対象を小ブロックに分割するとともに各小ブロ
ックを奇数列同士及び偶数列同士で連鎖させるようにし
たので、たとえ小ブロックのサイズが小さい場合でも安
全な暗号化を実現させることができる。

【００７８】また、小ブロックの長さ及び連鎖数を調整
することで、可変長ブロックの処理を可能とし、異なる
長さで比較的短い平文の場合でも、安全かつ効率的な暗
号化を行うことができる。

【００７９】さらに、データ攪拌部１１では逐次的な処
理が可能であるので、中間的な処理結果をバッファに記
憶しておく必要もなく、処理が済み次第順次出力するこ
とができる。

【００８０】また、逐次的な処理が行われることから暗
号処理部２に入力するブロック長を長くしても、全体的
な処理効率は落ちない。したがって、たとえ短い鍵を使
った場合でも、例えば連鎖数を多くして相互作用する実
質ブロック長を長くすることで総当たり攻撃に対する安
全性を高くすることができる。

【００８１】なお、本実施形態では、鍵変換部１２は秘
密鍵方式により拡大鍵Ｋを生成してデータ攪拌部１１の
各段に鍵供給するものとしたが、本発明はこのような鍵
付与方式に限られるものではない。例えば鍵変換部１１
へはすべて同一の鍵を与えるようにしてよいし、全ての
処理段に拡大鍵でない異なる由来の鍵を与えるようにし
てもよい。さらに、各段毎のみならず各列毎に異なる鍵
を与えるようにしてもよい。

【００８２】また、本実施形態のデータ攪拌部１１にお
いては、例えば列数が大きくなった場合には、変換手段
としての関数Ｆの処理が行われる段数を少なくするよう
にしてもよい。このようにすれば逐次処理による最終列
の暗号化結果を早く出力することができ、暗復号処理の
効率を上げることができる。また、列数が大きい部分で
は連鎖が十分に行われているので、段数を少なくしても
十分な暗号強度が得られると考えられる。

【００８３】なお、段数の変更方法としては、一定の列
数以上になった場合に段数を少なくする方法や列数に対
応させて順次段数を少なくする方法等が考えられる。 （発明の第２の実施の形態）本実施形態は、第１の実施
形態のデータ処理装置において、その段数に依存して連
鎖の方向を切り替えるようにしたものである。

【００８４】本実施形態のデータ処理装置は、図２に対
応するデータ攪拌部の連鎖方向が指定された段数から逆
方向連鎖に切り替えられている点を除く他、第１の実施
形態と同様に構成されている。

【００８５】図７は本発明の第２の実施の形態に係るデ
ータ処理装置におけるデータ攪拌部の一部構成の例を示
すブロック図である。同図は、データ攪拌部から第ｊ
段，ｊ＋２段，ｌ段，ｌ＋１段における連鎖関連する処
理構成のみを抜き出したものである。

【００８６】第ｊ段，ｊ＋２段を含む第１段から第ｌ−
２段における連鎖は、第１の実施形態の場合と同様であ
り、奇数小ブロックが第１列から第ｎ−１列にかけて順
方向に連鎖していくものである。なお、本実施形態では
最終列は第ｎ列であり、したがって、連鎖数はｎ／２で
ある。

【００８７】これに対し、第ｌ段から以降最終段まで
は、第ｎ−１列から第１列にかけて逆方向に連鎖が行わ
れるように構成されている。なお、偶数列も奇数列と同
様に構成されており、第ｌ＋１段から連鎖方向が切り替
わる。

【００８８】また、この連鎖方向の切替段数は、奇数偶
数列それぞれ独立にかつ変更自在に、ブロック長指定部
から指定できるようになっている。通常状態の暗号化で
は、上記の場合のように、奇数列偶数列がほぼ同じタイ
ミングで連鎖方向切り替えされるように指定される。

【００８９】上述したように、本発明の実施の形態に係
るデータ処理装置は、第１の実施形態と同様な構成が設
けられる他、所定の段数から連鎖方向を切り替えるよう
にしたので、第１の実施形態と同様な効果が得られる
他、全ての入力が暗号結果に影響を及ぼすこととなり、
より解読しずらく安全性が高い暗号を構成することがで
きる。

【００９０】また、どの段がどちらの方向に連鎖させる
かを、暗号利用者の秘密とすることで、より安全性の高
い通信を行うことが可能となる。 （発明の第３の実施の形態）本実施形態は、第１若しく
は第２の実施形態において、入力に依存関係のない複数
の変換手段を並列処理するものである。

【００９１】本実施形態のデータ処理装置は、このよう
な並列処理が行われる点を除く他、第１又は第２の実施
形態と同様に構成されている。図８は本発明の第３の実
施の形態に係るデータ処理装置における並列処理部分を
示すブロック図である。

【００９２】同図において、破線の丸８１で囲まれた部
分に含まれる２つの関数Ｆ８２と関数Ｆ８３とは互いに
入出力に依存関係がないため、並列処理することが可能
であり、特に図示しない手段で並列処理するようになっ
ている。

【００９３】また、２つの丸８１のうち、丸８１ａと丸
８１ｂの位置関係となる丸内の各処理間にも入出力に依
存関係がないため、並列処理することが可能であり、こ
れらの間でも上記と同様に並列処理するようになってい
る。

【００９４】上述したように、本発明の実施の形態に係
るデータ処理装置は、第１又は第２の実施形態と同様な
構成を設けた他、入出力に依存関係のない処理を並列処
理するようにしたので、第１又は第２の実施形態と同様
な効果が得られる他、全体的な処理速度を向上させるこ
とができ、処理効率を上げることができる。 （発明の第４の実施の形態）本実施形態は、第１〜第３
の実施形態における暗復号処理装置としてのデータ処理
装置を一方の通信者とし、同暗号復号処理装置を他方の
通信者としたときの通信システムについて説明する。

【００９５】図９は本発明の第４の実施の形態に係る通
信システムの構成例を示すブロック図であり、図１〜図
８と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。

【００９６】この通信システムは、通信装置９１Ａと通
信装置９１Ｂとが通信路９２を介して接続してなるもの
である。通信路９２としては、ＬＡＮやインターネット
等種々の形態が考えられる。

【００９７】各通信装置９１Ａと９１Ｂは、一方が送信
者、他方が受信者となるだけで同一の構成を有するもの
である。すなわち、図１の暗号復号装置１に、平文分割
部９３，分割ブロック長引渡部９４及び通信処理部９５
を付加して構成される。

【００９８】平文分割部９３は、送信すべき平文を不定
期な長さのブロックに分割し、その単位で暗号化するた
めに、当該分割ブロック毎に暗復号処理部２の小ブロッ
ク切出編集部１４に入力するとともに、その各ブロック
の長さをブロック長指定部１６及び分割ブロック長引渡
部９４に引き渡す。なお、ここでいう平文を分割したブ
ロックは、小ブロック及びそのブロック長と区別するた
め、以下、分割ブロックといい、分割ブロックのブロッ
ク長を分割ブロック長という。なお、ブロック長に連鎖
数をかけたものが分割ブロック長となる。

【００９９】分割ブロック長引渡部９４は、各分割ブロ
ック長についての情報を、例えば暗号化することで通信
装置９１Ａから９１Ｂへ、あるいはその逆方向に秘密裏
に引き渡す。また、両通信装置９１Ａ，Ｂの暗復号処理
部２で使用する鍵の共有も行う。

【０１００】次に、以上のように構成された本実施形態
における通信システムの動作について説明する。まず、
送信側である通信装置９１Ａにおいて、暗号化通信した
い平文９６は、必ずしも等しくない長さの分割ブロック
９７に平文分割部９３にて分割され、可変長ブロックを
処理できる暗復号処理部２により秘密鍵を使ってブロッ
ク毎に暗号化される。この暗号化のための小ブロック長
及び連鎖数はブロック長指定部１６において分割ブロッ
ク長から算出される。なお、本実施形態の場合、小ブロ
ックのブロック長は１バイト固定である。

【０１０１】こうして作成された暗号文９８は、通信路
９２を介して伝送される。平文を、どのように分割する
かは暗号通信の送信者と受信者があらかじめ打ち合わせ
ておく必要があるが、これは分割ブロック長情報として
分割ブロック長引渡部９４同士の処理により事前引き渡
しがなされる。

【０１０２】次に、受信側である通信装置９１Ｂにおい
ては、受信した分割ブロック情報と暗号文９８が分割ブ
ロック９９毎に復号される。このとき、分割ブロック長
から暗号化された各分割ブロック９９の連鎖数が算出さ
れる。

【０１０３】復号した後、分割ブロック９７を連結する
ことで元と同一の平文９６が復元される。上述したよう
に、本発明の実施の形態に係る通信システムは、第１〜
第３の暗復号処理部２と平文分割部９３及び分割ブロッ
ク長引渡部９４を設けた通信装置間で不定期な分割ブロ
ック長の暗号文９８を作成して暗号通信を行うととも
に、分割ブロック長を秘密情報として通信装置間で授受
するようにしたので、第１〜第３の実施形態と同様な効
果が得られる他、ブロックの長さや連鎖方向を可変なパ
ラメータとして暗号通信の送受信者共有の秘密とし、よ
り安全な暗号化通信を行うことができる。

【０１０４】これは通常の暗号化通信とよく似ている
が、暗号化処理されるブロックのブロック長が可変なた
め、悪意の第三者が通信路９２を盗聴しても、ブロック
の区切りが分からないので、暗号解読することは不可能
である。 （発明の第５の実施の形態）本実施形態は、第４の実施
形態において平文分割部における平文から分割ブロック
への分割方法を改良したものである。

【０１０５】図１０は本発明の第５の実施の形態に係る
通信システムにおける平文分割部の構成例を示すブロッ
ク図であり、図９と同一部分には同一符号を付して説明
を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１０６】本実施形態の通信システムは、各通信装置
９１Ａ，９１Ｂにおける平文分割部９３の構成に変更が
加えられる他、第４の実施形態と同様に構成されてい
る。平文分割部９３は、シード格納部１０１、乱数発生
器１０２及び分割処理部１０３により構成されている。

【０１０７】シード格納部１０１はシードを格納する。
乱数発生器１０２は、シード格納部１０１から取り出さ
れるシードを基に乱数を発生し、これを分割ブロック長
として暗復号処理部２のブロック長指定部１６及び分割
処理部１０３に出力する。

【０１０８】分割処理部１０３は、乱数発生器１０２か
ら得た分割ブロック長により平文を分割し、分割ブロッ
クとして小ブロック切り出し編集部１４に出力する。次
に、以上のように構成された本実施形態におけるデータ
処理装置の動作について説明する。

【０１０９】まず、シードは分割ブロック長を算出する
ための基礎となるものであり、図示しないシード共有手
段により通信相手に通知される。このシード共有手段は
図９の分割ブロック長引渡部９４のように暗号通信手段
でもよく、また、通信路９２を介しない記録媒体による
引き渡し等でもよい。したがって、本実施形態の場合は
分割ブロック長を通信装置間で直接授受する必要はな
い。

【０１１０】次に、送信者が所有するシードが初期値と
なり乱数発生器１０２によって乱数が出力される。この
発生乱数は、さらに同乱数発生器１０２によって分割ブ
ロック長に使用できる数値に変換され出力される。

【０１１１】平文は分割処理部１０３において、乱数発
生器１０２により得られる分割ブロック長で順次分割さ
れ暗復号処理部２に入力される。一方、分割ブロック長
自体も暗復号処理部２に入力され、連鎖数の算出に用い
られる。

【０１１２】以下の動作は第４の実施形態と同様であ
る。上述したように、本発明の実施の形態に係る通信シ
ステムは、第４の実施形態と同様な構成を有する他、シ
ードに基づく乱数発生により分割ブロック長を算出する
ようにしたので、第４の実施形態と同様な効果が得られ
る他、可変な分割ブロック長が乱数により決められ暗号
文の分割ブロックの区切りをより一層わかりにくいもの
とすることができる。

【０１１３】したがって、たとえ通信路９２が盗聴され
暗号文が他人に入手されても、ブロックの区切りが分か
らず暗号解読することができない。なお、実施形態に記
載した手法は、計算機（コンピュータ）に実行させるこ
とができるプログラム（ソフトウエア手段）として、例
えば磁気ディスク（フロッピーディスク、ハードディス
ク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導
体メモリ等の記憶媒体に格納し、また通信媒体により伝
送して頒布することもできる。なお、媒体側に格納され
るプログラムには、計算機に実行させるソフトウエア手
段（実行プログラムのみならずテーブルやデータ構造も
含む）を計算機内に構成させる設定プログラムをも含む
ものである。本装置を実現する計算機は、記憶媒体に記
録されたプログラムを読み込み、また場合により設定プ
ログラムによりソフトウエア手段を構築し、このソフト
ウエア手段によって動作が制御されることにより上述し
た処理を実行する。

【０１１４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、暗
号対象となるブロック全体をさらに小ブロックに分けこ
れを連鎖及び相互作用させつつ暗号化するようにしたの
で、ブロック暗号においてそのブロック長が短い場合で
あっても、ブロック長が短いことに起因する安全性の低
下を防止しつつ伝送効率を高くすることができ、かつフ
ェイステル型暗号とすることができるデータ処理装置及
び通信システム並びに記録媒体を提供することができ
る。

【０１１５】また、本発明によれば、連鎖数又は小ブロ
ック長さを可変とすることで、暗号対象となるブロック
長自体を可変とすることができるデータ処理装置及び通
信システム並びに記録媒体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るデータ処理装
置の構成例を示すブロック図。

【図２】同実施形態におけるデータ攪拌部の具体的な構
成例を示す図。

【図３】図２の構成から隣り合う奇数列及び偶数列の各
１列を抜き出した図。

【図４】フェイステル型ブロック暗号における形態の例
を模式的に示す図。

【図５】図２から暗号化処理の第ｊ段目（ｊは奇数）の
みを抜き出した図。

【図６】図２の暗号回路と等価な回路の例を示す図。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係るデータ処理装
置におけるデータ攪拌部の一部構成の例を示すブロック
図。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係るデータ処理装
置における並列処理部分を示すブロック図。

【図９】本発明の第４の実施の形態に係る通信システム
の構成例を示すブロック図。

【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る通信システ
ムにおける平文分割部の構成例を示すブロック図。

【符号の説明】

１…暗復号装置 ２…暗復号処理部 ３…平文ファイル ４…暗号文ファイル ５…鍵ファイル １１…データ攪拌部 １２…鍵変換部 １３…初期値生成部 １４…小ブロック切出編集部 １５…小ブロック切出編集部 １６…ブロック長指定部 １７…奇数ブロック処理部 １８…偶数ブロック処理部 ２１…平文 ２２…小ブロック ２３…奇数ブロック ２４…偶数ブロック ２５…暗号文 ２６…小ブロック ２７…奇数ブロック ２８…偶数ブロック ４１，４４，４５，４８，４８…入力 ５１…初期値 ５４…演算 ５５，５６…演算 ６２…奇数部分 ６３…偶数部分 ８１，８１ａ，８１ｂ…破線の丸 ９１Ａ，９１Ｂ…通信装置 ９２…通信路 ９３…平文分割部 ９４…分割ブロック長引渡部 ９５…通信処理部 ９６…平文 ９７，９９…分割ブロック ９８…暗号文 １０１…シード格納部 １０２…乱数発生器 １０３…分割処理部 Ｆ…関数 Ｇ…関数 Ｋ，Ｋ１，Ｋ２，．．，Ｋｍ…拡大鍵 Ｐ…変換

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平文又は暗号文を２以上の小ブロックに
   分割し、この小ブロック単位でデータ処理を施して新た
   な小ブロックとし、これにより暗号化処理又は復号処理
   を行うデータ処理装置であって、 小ブロックを鍵により変換する変換手段と、 前記変換手段によって変換された小ブロックを他の小ブ
   ロックと相互作用させる相互作用手段と、 小ブロックを他の小ブロックと連鎖させる連鎖手段とを
   備えたことを特徴とするデータ処理装置。
2. 【請求項２】 前記平文又は前記暗号文の２以上の小ブ
   ロックへの分割は、平文又は暗号文の先頭からの順次分
   割とするとともに、その先頭から奇数番目の小ブロック
   及びデータ処理を受けたその後継たる小ブロックを奇数
   列の小ブロックとし、また、その先頭から偶数番目の小
   ブロック及びデータ処理を受けたその後継たる小ブロッ
   クを偶数列の小ブロックとし、 前記相互作用手段は、奇数列の小ブロックと偶数列の小
   ブロックとを相互作用させ、前記連鎖手段は、奇数列同
   士又は偶数列同士を連鎖させることを特徴とした請求項
   １記載のデータ処理装置。
3. 【請求項３】 前記連鎖の方向は列の順次方向とすると
   ともに、 前記変換手段は、奇遇各列に対応してそれぞれ１段以上
   設けられたことを特徴とする請求項２記載のデータ処理
   装置。
4. 【請求項４】 前記変換手段の段数は、前記奇数列及び
   前記偶数列の列数が大きくなる列部分では少なくするこ
   とを特徴とする請求項３記載のデータ処理装置。
5. 【請求項５】 前記段数が所定条件となったときに、連
   鎖の方向を列の順次方向から逆順方向に切り替えること
   を特徴とする請求項３又は請求項４記載のデータ処理装
   置。
6. 【請求項６】 前記相互作用手段又は前記連鎖手段の処
   理により依存関係を生じる変換手段同士以外の変換手段
   の処理については、並列処理することを特徴とする請求
   項３乃至５のうち、何れか一項記載のデータ処理装置。
7. 【請求項７】 前記小ブロックの長さ及び又は小ブロッ
   クを連鎖させる数を変更可能に構成されたことを特徴と
   する請求項２乃至６のうち、何れか一項記載のデータ処
   理装置。
8. 【請求項８】 前記請求項２乃至６の何れかのデータ処
   理装置を用いた通信装置同士で暗号通信を行う通信シス
   テムであって、 前記小ブロックの長さ及び小ブロックを連鎖させる数に
   より決まるブロック長を送受信側での共有の秘密とする
   ことを特徴とする通信システム。
9. 【請求項９】 前記ブロック長をブロック毎に可変とす
   ることを特徴とする請求項８記載の通信システム。
10. 【請求項１０】 前記送受信側が共有するシードに基づ
    いて、可変とする前記ブロック長を決定する乱数発生器
    を備えたことを特徴とする請求項９記載の通信システ
    ム。
11. 【請求項１１】 前記連鎖の方向を切り替えるタイミン
    グを送受信側での共有の秘密とすることを特徴とする請
    求項８乃至１０のうち、何れか一項記載の通信システ
    ム。
12. 【請求項１２】 平文又は暗号文を２以上の小ブロック
    に分割し、この小ブロック単位でデータ処理を施して新
    たな小ブロックとし、これにより暗号化処理又は復号処
    理を行うデータ処理装置の制御プログラムであって、 小ブロックを鍵により変換する変換手段と、 前記変換手段によって変換された小ブロックを他の小ブ
    ロックと相互作用させる相互作用手段と、 小ブロックを他の小ブロックと連鎖させる連鎖手段とし
    てコンピュータを機能させるためのプログラムを記録し
    たコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
13. 【請求項１３】 前記平文又は前記暗号文の２以上の小
    ブロックへの分割は、平文又は暗号文の先頭からの順次
    分割とするとともに、その先頭から奇数番目の小ブロッ
    ク及びデータ処理を受けたその後継たる小ブロックを奇
    数列の小ブロックとし、また、その先頭から偶数番目の
    小ブロック及びデータ処理を受けたその後継たる小ブロ
    ックを偶数列の小ブロックとし、 前記相互作用手段は、奇数列の小ブロックと偶数列の小
    ブロックとを相互作用させ、前記連鎖手段は、奇数列同
    士又は偶数列同士を連鎖させることを特徴とした請求項
    １２記載の記録媒体。
14. 【請求項１４】 前記連鎖の方向は列の順次方向とし、
    かつ、前記変換手段は奇遇各列に対応してそれぞれ１段
    以上設けられるとともに、 前記小ブロックの長さ及び又は小ブロックを連鎖させる
    数を変更可能とする手段と備えたことを特徴とする請求
    項１３記載の記録媒体。