JP2000196581A - Method for exclusively sharing key - Google Patents

Method for exclusively sharing key

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JP2000196581A
JP2000196581A JP10368817A JP36881798A JP2000196581A JP 2000196581 A JP2000196581 A JP 2000196581A JP 10368817 A JP10368817 A JP 10368817A JP 36881798 A JP36881798 A JP 36881798A JP 2000196581 A JP2000196581 A JP 2000196581A
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terminal
base station
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modq
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なつめ 松崎
Jun Anzai
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Advanced Mobile Telecommunications Security Technology Research Laboratory Co Ltd
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KODO IDO TSUSHIN SECURITY GIJU
Advanced Mobile Telecommunications Security Technology Research Laboratory Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To deliver a common secret key to exclude a specific terminal at high speed with less communication quantity in a star type communication system. SOLUTION: A base station 0 generates a secret key S in a setup phase and keeps it with secrecy. The base station delivers secrecy information Si resulting from dividing the secret key S to terminals 1-5 by using an encryption communication means in a secret way. In a preparation phase, the base station 0 applies multiple address communication of preparation information C1 (=gk mod p), excluding information C2 (=y5k mod p), an encryption text C3 (=M×K mod p) and a specific terminal number 5 with all terminals. In a key common share phase, the terminal 1 uses the preparation information C1 and the excluding information C2 to calculate a product between a C1' (λ(1, Λ) mod q)mod p and C2' (λ(5, Λ)mad q) mod p so as to obtain a value K. The encryption text C3 is divided by the K to obtain a value M, which is used for common data to the base station 0. Similarly the terminals 2-4 are processed and then the terminals 1-4 can share the common data M in common.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基地局と複数端末
からなるスター型通信システムにおける暗号鍵共有方法
に関し、特に、基地局が特定した端末以外のすべての端
末に共通の秘密鍵を安全に配送する鍵共有方法、および
特定の端末のみに共有の秘密鍵を安全に配送する鍵共有
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for sharing an encryption key in a star communication system comprising a base station and a plurality of terminals, and more particularly, to a method for securely sharing a secret key common to all terminals other than terminals specified by the base station. The present invention relates to a key sharing method for delivering and a key sharing method for securely delivering a shared secret key only to a specific terminal.

【0002】[0002]

【従来の技術】基地局が複数の端末を管理するスター型
通信システムにおいて、基地局と傘下の複数の端末がグ
ループを形成し、グループで同じグループ秘密鍵を共有
して同報の暗号通信を行なう場合を考える。グループ秘
密鍵を用いて暗号化された情報は、同じ秘密鍵を保有す
るグル−プ内の端末だけが復号することができる。
2. Description of the Related Art In a star-type communication system in which a base station manages a plurality of terminals, a base station and a plurality of terminals under the umbrella form a group, and the group shares the same group secret key to perform broadcast cryptographic communication. Consider doing it. Information encrypted using the group secret key can be decrypted only by terminals in the group holding the same secret key.

【0003】ところで、このグループから特定の端末を
排除したい場合が生じうる。それは、例えばグループ内
のある端末が盗難にあい、その端末を用いた暗号通信の
盗聴や偽情報の送信などの不正が考えられる場合などで
ある。このとき、この秘密鍵を管理する基地局は、でき
るだけ速やかに、盗難にあった端末を排除してグループ
秘密鍵を更新し、残りの端末だけで新たな秘密鍵を共有
することが必要となる。
[0003] In some cases, it may be desired to exclude a specific terminal from this group. This is the case, for example, when a certain terminal in the group is stolen and fraudulent activities such as eavesdropping on encrypted communication using the terminal and transmission of false information are considered. At this time, it is necessary for the base station managing the secret key to remove the stolen terminal as soon as possible, update the group secret key, and share the new secret key only with the remaining terminals. .

【0004】また、新たにグループを構成する必要が生
じうる。それは、グループ外の端末をグループに加入さ
せる場合や、別のグループの端末を一つのグループにす
る場合などである。このとき、基地局は、できるだけ速
やかに、新規グループの鍵をグループを構成する端末と
共有することが必要となる。
Further, it may be necessary to form a new group. This is the case when terminals outside the group are joined to the group, or when terminals from another group are combined into one group. At this time, the base station needs to share the key of the new group with terminals constituting the group as soon as possible.

【0005】図10は、基地局が特定した端末以外で鍵デ
ータを共有するための、第1の従来例における鍵更新方
法を示す。図10では、5個の端末T1〜T5が、それぞれ
固有鍵k1〜k5を保持しており、基地局が全端末の固有
鍵を管理している。このとき、例えば基地局が端末T1
を排除して、他の端末T2〜T5に新しい共通の秘密鍵を
配付する場合について説明する。
FIG. 10 shows a key updating method in a first conventional example for sharing key data with a terminal other than the terminal specified by the base station. In Figure 10, five terminals T 1 through T 5, respectively holds a unique key k 1 to k 5, the base station manages the unique key of all terminals. At this time, for example, if the base station is the terminal T 1
To the exclusion of, a case will be described in which distributed the new common secret key to another terminal T 2 ~T 5.

【0006】まず、基地局は秘密鍵Kを生成し、これを
それぞれk2〜k5を鍵として暗号化し、それぞれ端末T
2〜T5に配送する。排除される端末T1以外の各端末T2
〜T 5では固有鍵を用いてこれを復号し、秘密鍵Kを獲
得する。なお、図10中において、例えばEk2(K)は、
Kを固有鍵k2で暗号化した暗号文である。この通信路
上のデータは、それぞれ端末T2〜T5の固有鍵で暗号化
されているため、たとえ端末T1がこの通信データを盗
聴したとしても、基地局が生成した秘密鍵Kを獲得する
ことができない。
[0006] First, the base station generates a secret key K, and
Each kTwo~ KFive, And each terminal T
Two~ TFiveDeliver to. Terminal T to be excluded1Terminals other than TTwo
~ T FiveWill use the unique key to decrypt this and obtain the secret key K.
Get. In FIG. 10, for example, EkTwo(K)
K is the unique key kTwoIt is a ciphertext encrypted with. This channel
The above data is for terminal TTwo~ TFiveEncrypted with unique key
The terminal T1Steals this communication data
Even if you listen, get the secret key K generated by the base station
Can not do.

【0007】しかし、この方法では、一般にN個の端末
から1つの端末を排除するためには、基地局は(N−1)
回の暗号化を行ない、(N−1)個のデータを送信しなく
てはならない。グループが大きくなると、この作業は基
地局にとって非常に負担になる。また、全局更新までは
グループ内の暗号通信等の業務を停止する必要がある
が、(N−1)局に配り終えるまでの業務停止期間が長い
と大きな問題である。
However, in this method, in order to generally exclude one terminal from N terminals, the base station requires (N-1)
Encryption must be performed and (N-1) data must be transmitted. As the group grows, this task becomes very burdensome for the base station. In addition, it is necessary to stop services such as encryption communication in the group until all stations are updated. However, if the service stop period until the distribution to (N-1) stations is completed is long, this is a serious problem.

【0008】図11は、特公平5-46731号公報に示された
第2の従来例における鍵更新方法である。第2の従来例
では、公開鍵暗号の手法を用いている。図11では、5個
の端末T1〜T5が、それぞれ固有の秘密鍵(e1,d1)〜
(e5,d5)を保持している。ここで、各秘密鍵(ei,di)
は、 ei・di mod(p-1)=1(pはシステム公開の素数) が成り立っているものとする。基地局1は全端末の公開
鍵 p1=ge1 modp,・・・,p5=ge5 modp を管理している。ここでgはシステム公開の整数であ
り、各端末の公開鍵piおよびシステム公開の情報g,
pから各端末の秘密鍵(ei,di)を求めることは、ビッ
ト長を長く取れば離散対数問題に帰着して困難である。
従来例1と同様に、端末T1を排除する場合、まず、基
地局は乱数Rを生成し、鍵 K=gR modp を生成するとともに、これより Z2=p2 R modp,・・・,Z5=p5 R modp を求めて、端末T1を除いた各T2〜T5に配送する。端
末T1以外の各端末iでは、受け取ったZiと秘密鍵di
を用いて、基地局と共通の更新鍵K K=Zi di modp(=(pi R)di modp=((gei)di)R mod
p=gR modp) を獲得する。
FIG. 11 shows a key updating method in the second conventional example disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-46731. In the second conventional example, a technique of public key encryption is used. In FIG. 11, five terminals T 1 to T 5 have their own private keys (e 1 , d 1 ) to
(e 5 , d 5 ). Here, each secret key (e i , d i )
Is, e i · d i mod ( p-1) = 1 (p is a prime number of system published) it is assumed that are made up. The base station 1 manages the public keys p 1 = g e1 modp,..., P 5 = g e5 modp of all terminals. Here, g is a system public integer, and the public key p i of each terminal and the system public information g,
It is difficult to obtain the secret key (e i , d i ) of each terminal from p if the bit length is long, which results in a discrete logarithm problem.
Similar to the conventional example 1, to eliminate the terminal T 1, first, the base station generates a random number R, to generate a key K = g R modp, than this Z 2 = p 2 R modp, ··· , Z 5 = p 5 R modp, and distributes them to each of T 2 to T 5 except for terminal T 1 . Each terminal i other than the terminal T 1, received Z i and a private key d i
, And an update key KK = Z i di mod p (= (p i R ) di mod p = ((g ei ) di ) R mod common to the base station
p = g R modp).

【0009】この方法は、第1の従来例と異なり、基地
局が各端末の秘密鍵を知り得ないため、基地局の不正を
防止できる点で、第1の従来例より安全性が向上してい
る。
This method differs from the first conventional example in that the base station does not know the secret key of each terminal, so that it is possible to prevent the unauthorized use of the base station. ing.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の鍵共有
方法では、N個の端末から1つの端末を排除するために
は、基地局は(N−1)回の暗号化を行ない、(N−
1)個のデータを送信しなくてはならない。例えば、10
00個の端末から1個の端末を排除して、残りの999個の
端末で新たな共通の秘密鍵を共有する場合を考える。こ
のとき、第1および第2の従来例では、999回の暗号化
の処理と999個の暗号文の送信を行なう必要がある。い
ずれにしても、基地局側にとって、これら作業は非常に
負担なものとなる。
However, in the conventional key sharing method, in order to exclude one terminal from N terminals, the base station performs (N-1) times of encryption, and (N-1) −
1) Data must be transmitted. For example, 10
Consider a case in which one terminal is excluded from the 00 terminals and a new common secret key is shared by the remaining 999 terminals. At this time, in the first and second conventional examples, it is necessary to perform 999 encryption processes and 999 ciphertext transmissions. In any case, these operations are very burdensome for the base station.

【0011】また、一般に端末は、小型で安価に実現す
る必要性により、それほど計算能力が高くない。このよ
うな端末で、高速に鍵を更新する必要がある。第2の従
来例においては、端末は鍵を獲得するために、長いビッ
ト長のべき乗剰余演算が必要である。この演算を、計算
能力が高くない端末で実現するのは、かなりの負担であ
り、鍵共有までの処理時間が長くなる。
Generally, a terminal is not so high in computational power due to the necessity of realizing it at a small size and at low cost. In such a terminal, it is necessary to update the key at a high speed. In the second conventional example, a terminal needs a modular exponentiation operation with a long bit length in order to obtain a key. Implementing this operation with a terminal having a low computational capacity is a considerable burden, and the processing time required for key sharing becomes long.

【0012】本発明は、かかる点に鑑み、特定の端末だ
けを排除して、他の端末で分配鍵情報を共有する方法、
および特定の端末だけで分配鍵情報を共有する方法であ
って、次の点を特徴とする鍵共有方法を実現することを
目的とする。 (1)基地局から端末への通信量が少ない。基地局にお
けるデータ送信量が少ない。全端末の鍵共有までの業務
停止期間が短い。 (2)計算能力が高くない端末で高速に鍵共有が実現で
きる。端末での処理が削減できる。
In view of the foregoing, the present invention provides a method of excluding only a specific terminal and sharing distribution key information with another terminal,
And a method for sharing distribution key information only with a specific terminal, and aims to realize a key sharing method characterized by the following points. (1) The traffic from the base station to the terminal is small. The amount of data transmission at the base station is small. The business suspension period until key sharing for all terminals is short. (2) Key sharing can be realized at high speed by a terminal having low computational ability. The processing at the terminal can be reduced.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、基地局と、前記基地局と接続された
N台(Nは2以上の整数)の端末からなる同報通信が可
能な通信システムの排他的鍵共有法を、秘密鍵をSと
し、SおよびNより大きい素数または素数のべき数をp
とし、(p−1)の約数をqとし、基地局が特定できる
特定端末数を1とし、各端末i(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、Si=S+f1×i modq(f1は零でないG
F(q)の元) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行なう) Λは、N台の端末の任意の2台からなる集合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、基地局
は、(S,p,g,S1,…,SN)を保持し、(1)基地局
は、GF(p)の元をgとし、零でないGF(q)の元をk
としたとき、準備情報 C1=gk modp を計算し、(2)基地局は、特定端末aの秘密情報Sa
から排除情報 C2=g^(k×Sa modq) modp を計算し、特定端末番号aと準備情報C1と共に全端末
に同報通信し、(3)基地局は、特定端末aを除く全て
の端末j(j≠a)との共有鍵 K=g^(k×S modq) modp を求め、(4)各端末j(j≠a)は、 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を計算をすることにより、基地局との共有鍵Kを求める
という構成とした。
According to the present invention, there is provided a broadcast communication system comprising a base station and N (N is an integer of 2 or more) terminals connected to the base station. , The secret key is S, and the prime number greater than S and N or the exponent of the prime number is p.
And the divisor of (p-1) is q, the number of specific terminals that can be specified by the base station is 1, and each terminal i (1 ≦ i ≦ N) is represented by S = Σλ (i, Λ) × S i ( The sum is performed for i∈Λ) (where S i = S + f 1 × i modq (where f 1 is a non-zero G
F (q)) λ (i, Λ) = {{L / (L−i)} (product is performed on L {− {i})} is from any two of N terminals. The secret information S i that satisfies (S, p, g, S 1 ,..., SN ) is held by the base station, and (1) the base station holds GF (p ) Is g and k is a nonzero GF (q).
Then, the preparation information C 1 = g k modp is calculated, and (2) the base station determines the secret information S a of the specific terminal a.
Exclusion information C 2 = g ^ (k × S a modq) modp and broadcasts it to all terminals together with the specific terminal number a and the preparation information C 1. (3) The base station excludes the specific terminal a A shared key K = g ^ (k × S modq) modp with all terminals j (j ≠ a) is obtained. (4) Each terminal j (j ≠ a) obtains C 1 ^ (S j × λ (j , Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a, mod) modq)
The configuration is such that the shared key K with the base station is obtained by calculating modp.

【0014】このように構成したことにより、基地局か
ら全端末に同報通信をするだけで鍵共有ができるので、
鍵共有のための業務停止期間を短くできるとともに、端
末での処理が削減できるので、計算能力が高くない端末
で高速に鍵共有ができる。
[0014] With this configuration, key sharing can be performed only by broadcasting from the base station to all terminals.
Since the business suspension period for key sharing can be shortened and the processing at the terminal can be reduced, key sharing can be performed at a high speed with a terminal having low computational power.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1記載の発明は、
基地局と、前記基地局と接続されたN台(Nは2以上の
整数)の端末からなる同報通信が可能な通信システムの
排他的鍵共有法において、秘密鍵をSとし、前記Sおよ
び前記Nより大きい素数または素数のべき数をpとし、
(p−1)の約数をqとし、基地局が特定できる端末数
(以下、特定端末数という)を1とし、前記各端末i
(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、 Si=S+f1×i modq(f1は零でないGF(q)の
元) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}につ
いて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の2台からなる集合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、前記基地
局は、前記(S,p,g,S 1,…,SN)を保持し、(1)
前記基地局は、GF(p)の元をgとし、零でないGF
(q)の元をkとしたとき、準備情報 C1=gk modp を計算し、(2)前記基地局は、特定端末aの秘密情報
aから排除情報 C2=g^(k×Sa modq) modp を計算し、特定端末番号aと準備情報C1と共に全端末
に同報通信し、(3)前記基地局は、前記特定端末aを
除く全ての端末j(j≠a)との共有鍵 K=g^(k×S modq) modp を求め、(4)前記各端末j(j≠a)は、前記準備情報
1と前記排除情報C2と自身の秘密情報Sjを用いて、
前記Sjと前記λ(j,Λ)の前記法q上での積を指数とす
る、前記C1のべき乗剰余値 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) modp と、前記法q上で求めた前記λ(a,Λ)を指数とする、
前記C2のべき乗剰余値 C2^(λ(a,Λ) modq) modp との積 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modpを計算をすることにより、前記基地局との共有鍵
Kを求める排他的鍵共有法であり、基地局から各端末
に、C1,C2と特定端末番号(a)を同報送信するのみ
で、特定端末a以外の端末で鍵共有を可能とするという
作用を有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A base station and N units (N is 2 or more) connected to the base station;
(Integer) terminals capable of broadcasting.
In the exclusive key agreement method, the secret key is S,
And p is a prime number or a power of a prime number greater than N,
The number of terminals that the base station can specify, where q is the divisor of (p-1)
(Hereinafter referred to as the number of specific terminals) is assumed to be 1, and each terminal i
(1 ≦ i ≦ N) is S = {λ (i, i) × Si(Sum is performed for i∈Λ) (However, Si= S + f1× i modq (f1Is a nonzero GF (q)
Element) λ (i, Λ) = Π {L / (Li)} (product is L は-{i}
集合 is a set of any two of the N terminals).iConfidentially, said base
The station performs the above (S, p, g, S 1,…, SN) And (1)
The base station determines that the element of GF (p) is g, and the non-zero GF
When the element of (q) is k, the preparation information C1= Gk modp, and (2) the base station transmits the secret information of the specific terminal a.
SaExclusion information CTwo= G ^ (k × Sa modq) modp is calculated, the specific terminal number a and the preparation information C1With all terminals
(3) The base station communicates with the specific terminal a.
A shared key K = g ^ (k × S modq) modp with all the terminals j (j ≠ a) except for the terminal j (j ≠ a) is obtained.
C1And the exclusion information CTwoAnd own secret information SjUsing,
Said SjAnd the product of λ (j, Λ) on the modulus q
C1Power residue C of1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) modp and the λ (a, Λ) obtained on the method q as an index.
Said CTwoPower residue C ofTwo^ (λ (a, Λ) modq) product with modp C1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) × CTwo^ (λ (a, Λ) modq)
By calculating modp, the shared key with the base station is calculated.
This is an exclusive key agreement method that finds K
And C1, CTwoAnd only broadcast specific terminal number (a)
That terminals other than the specific terminal a can share keys.
Has an action.

【0016】本発明の請求項2記載の発明は、基地局
と、前記基地局と接続されたN台(Nは2以上の整数)
の端末からなる同報通信が可能な通信システムの排他的
鍵共有装置において、前記基地局は、秘密鍵Sおよび前
記Nより大きい素数または素数のべき数である法pと、
GF(p)の元gと、(p−1)の約数をqとしたGF
(q)の元kとを保持する第1の基地局側記憶部を備え、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、Si=S+f1×i modq(f1は零でないG
F(q)の元) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行なう) Λは、前記N台の端末のうちの任意の2台からなる集
合) を満たす秘密情報S1,…,SNを保持する第2の基地局側
記憶部をさらに備え、前記秘密鍵Sを保持する第3の基
地局側記憶部をさらに備え、前記各端末iは、前記
(p,g)を保持する第1の端末側記憶部を備え、前記
秘密情報Siを秘密に保持する第2の端末側記憶部をさ
らに備え、(1)前記基地局は、前記第1の基地局側記
憶部に保存された前記(k,p,q,g)を用いて、準
備情報 C1=gk modp を計算する第1の基地局側計算部をさらに備え、(2)
前記基地局は、特定端末aを指定する制御部を備え、こ
の制御のもと前記第2の基地局側記憶部に保存された前
記秘密情報Saを出力し、これと前記(k,p,q,
g)を用いて、排除情報 C2=g^(k×Sa modq) modp を計算する第2の基地局側計算部を備え、前記準備情報
1と前記特定端末番号aと共に全端末に同報通信する
送信部を備え、(3)前記基地局は、前記(k,p,
q)と、前記第3の基地局側記憶部に保持された前記秘
密鍵Sを用いて、前記端末aを除く全ての端末j(j≠
a)との共有鍵 K=g^(k×S modq) modp を計算する第3の基地局側計算部を備え、(4)前記各
端末j(j≠a)は、前記C1のべき乗剰余値C1^(Sj×
λ(j,Λ) modq) modpと、前記C2のべき乗剰余値C2
^(λ(a,Λ) modq) modpとの積 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を計算をすることにより、前記基地局との共有鍵Kを求
める端末側計算部を備える排他的鍵共有装置であり、基
地局から各端末に、C1,C2と特定端末番号(a)を同
報送信するのみで、特定端末a以外の端末で鍵共有を可
能とするという作用を有する。
According to a second aspect of the present invention, there are provided a base station and N units (N is an integer of 2 or more) connected to the base station.
In the exclusive key sharing apparatus of a communication system capable of broadcasting comprising the following terminals, the base station includes a secret key S and a modulus p which is a prime number or a power number of a prime number larger than the N,
An element g of GF (p) and a GF where the divisor of (p-1) is q
a first base station-side storage unit for holding an element k of (q), and S = {λ (i, Λ) × S i (the sum is performed for i∈Λ) (where S i = S + f 1 × i modq (f 1 is not zero G
F (q)) λ (i, L) = {{L / (L−i)} (product is performed on L∈Λ− {i})} is any of the N terminals , S N that satisfies the following condition: a second base station storage unit that holds secret information S 1 ,..., And S N, and a third base station storage unit that holds the secret key S. , Each of the terminals i includes a first terminal-side storage unit that holds the (p, g), and further includes a second terminal-side storage unit that holds the secret information S i secretly, (1) The base station calculates the preparation information C 1 = g k modp using the (k, p, q, g) stored in the first base station storage unit. (2)
The base station comprises a control unit that specifies a particular terminal a, and outputs the secret information S a stored based on the second base station-side memory unit of the control, the thereto (k, p , Q,
g), a second base station side calculation unit for calculating exclusion information C 2 = g ^ (k × S a modq) modp is provided to all terminals together with the preparation information C 1 and the specific terminal number a. And (3) the base station includes the (k, p,
q) and the secret key S stored in the third base station side storage unit, and all terminals j (j ≠
a) a third base station side calculation unit for calculating a shared key K = g ^ (k × S modq) modp, and (4) each terminal j (j ≠ a) is a power of C 1 . The remainder value C 1 ^ (S j ×
λ (j, Λ) modq) modp and modular exponentiation value C 2 of the C 2
^ (λ (a, Λ) modq) Product with modp C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) modq)
This is an exclusive key sharing device including a terminal-side calculation unit for calculating a shared key K with the base station by calculating modp. The base station sends C 1 , C 2 and a specific terminal number (a ) Has the effect of allowing keys other than the specific terminal a to share keys.

【0017】本発明の請求項3記載の発明は、基地局
と、前記基地局と接続されたN台(Nは2以上の整数)
の端末からなる同報通信が可能な通信システムの排他的
鍵共有法において、秘密鍵をSとし、S,Nより大きい
素数または素数のべき数をpとし、(p−1)の約数をq
とし、特定端末数をd(1≦d<N−1)とし、前記各端
末i(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、Si=S+f1×i+…+fd×id modq (f1,…,fdはd個のGF(q)の元、ただし、fd
0) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の(d+1)台からなる集
合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、前記基地
局は、前記(S,p,g,S1,…,SN)を保持し、(1)
前記基地局は、準備情報 C1=gk modp(kは零でないGF(q)の元) を計算し、(2)前記基地局は、d台の特定端末i1,
…,idの秘密情報Si1,…,Sidから、排除情報 C21=g^(k×Si1 modq) modp,・・・, C2d=g^(k×Sid modq) modp を計算して、上記排除情報C21,…,C2dを、前記準備情
報C1と特定端末番号i1,…,idと共に全端末に同報通
信し、 (3)前記基地局は、前記特定端末i1,…,idを除く全
ての端末j(j≠i1,…,id)との共有鍵 K=g^(k×S modq) modp を計算し、 (4)前記各端末j(j≠i1,…,id)は、Λ={j,
1,…,id}とし、λ(j,Λ),λ(i1,Λ),…,λ(id,
Λ)を求め、前記準備情報C1と前記排除情報C21,…,C
2dと自身の前記秘密情報Sjを用いて、 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C21^(λ(i1,Λ) modq) ×…×C2d^(λ(id,Λ) modq) modp を計算することにより、前記基地局との前記共有鍵Kを
求める排他的鍵共有法であり、基地局から各端末に、C
1,C21,…,C2dと特定端末番号(i1,…,id)を同報送
信するのみで、複数の特定端末i1,…,idを除いた端末
で鍵共有を行なうことを可能とするという作用を有す
る。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a base station and N units (N is an integer of 2 or more) connected to the base station.
In the exclusive key agreement method of a communication system capable of broadcasting communication comprising the following terminals, let S be a secret key, let p be a prime number or a power of a prime number larger than S and N, and let the divisor of (p-1) be q
And the number of specific terminals is d (1 ≦ d <N−1), and each terminal i (1 ≦ i ≦ N) is S = {λ (i, Λ) × S i (the sum is performed for i∈Λ). ) (where, S i = S + f 1 × i + ... + f d × i d modq (f 1, ..., f d is d number of elements of GF (q), where, f d
0) λ (i, Λ) = {{L / (L−i)} (product is performed on L∈Λ− {i})} is a set of arbitrary (d + 1) units of the N terminals ) holds the secret information S i the secret satisfying, the base station, the (S, p, g, S 1, ..., holds S N), (1)
The base station calculates preparation information C 1 = g k modp (k is a non-zero element of GF (q)), and (2) the base station calculates d specific terminals i 1 ,
..., secret information S i1 of i d, ..., from S id, eliminating information C 21 = g ^ (k × S i1 modq) modp, ···, the C 2d = g ^ (k × S id modq) modp calculated and, the rejection information C 21, ..., a C 2d, the preparation information C 1 with a particular terminal number i 1, ..., and broadcast to all terminals with i d, (3) the base station, the specific terminal i 1, ..., all terminals j except the i d (j ≠ i 1, ..., i d) calculates the shared key K = g ^ (k × S modq) modp and, (4) the respective The terminal j (j ≠ i 1 ,..., Id ) has Λ = {j,
i 1 , ..., id }, and λ (j, Λ), λ (i 1 , Λ), ..., λ ( id ,
Λ), and the preparation information C 1 and the exclusion information C 21 ,.
Using 2d and its own secret information S j , C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 21 ^ (λ (i 1 , Λ) modq) × ... × C 2d ^ (λ (i d, lambda) by calculating mod q) modp, an exclusive key sharing method of obtaining the shared key K with the base station, to each terminal from the base station, C
1, C 21, ..., C 2d and the specific terminal number (i 1, ..., i d) the only broadcasts, a plurality of specific terminals i 1, ..., performs key sharing with the terminal except the i d It has the effect of making it possible.

【0018】本発明の請求項4記載の発明は、基地局
と、前記基地局と接続されたN台(Nは2以上の整数)
の端末からなる同報通信が可能な通信システムの排他的
鍵共有法において、秘密鍵をSとし、前記Sと前記Nよ
り大きい素数または素数のべき数をpとし、(p−1)の
約数をqとし、特定端末数をd(1≦d<N−1)とし、
鍵共有時に実際に前記基地局が特定する端末数(以下、
実際特定端末数という)Dを、前記特定端末数dより小
さい1以上の数とし、前記各端末i(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、Si=S+f1×i+…+fd×id modq (f1,…,fdはd個のGF(q)の元、ただし、fd
0) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の(d+1)台からなる集
合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、前記基地
局は、 SN+1=S+f1×(N+1)+…+fd×(N+1)d mod
q,・・・, SN+d-1=S+f1×(N+d−1)+…+fd×(N+d−
1)d modq を計算することにより分割された秘密情報SN+1,…,S
N+d-1と前記秘密情報S1,…,SNと、前記秘密鍵S、前
記法p、前記GF(p)の元gを保持し、(1)前記基地
局は、準備情報 C1=gk modp(kは零でないGF(q)の元) を計算し、(2)前記基地局は、前記D台の特定端末i
1,…,iDの秘密情報Si1,…,SiDと前記秘密情報SN+1,
…,SN+d-1の内任意のv(=d−D)個の秘密情報Sb1,
…,S bvとから、排除情報 C21=g^(k×Si1 modq) modp,・・・, C2D=g^(k×SiD modq) modp, C2b1=g^(k×Sb1 modq) modp,・・・, C2bv=g^(k×Sbv modq) modp を計算し、上記排除情報C21,…,C2DとC2b1,…,C2bv
と前記準備情報C1と特定端末番号i1,…,iDおよび前
記秘密情報Sb1,…,Sbvの番号b1,…,bvを全端末に同
報通信し、(3)前記基地局は、前記特定端末i1,…,
Dを除く全ての端末j(j≠i1,…,iD)との共有鍵 K=g^(k×S modq) modp を求め、(4)前記各端末j(j≠i1,…,iD)は、Λ=
{j,i1,…,iD,b1,…,bv}として、λ(j,Λ),λ
(i1,Λ),…,λ(iD,Λ),λ(ib1,Λ),…,λ(ibv,Λ)
を求め、前記準備情報C1と前記排除情報C21,…,C2D,
2b1,…,C2bvと自身の前記秘密情報Sjを用いて、べ
き乗剰余値C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)と、べき乗剰余
値 C21^(λ(i1,Λ) modq)×…×C2D^(λ(iD,Λ) modq) ×Cb1^(λ(b1,Λ) modq)×…×Cbv^(λ(bv,Λ) modq) modp) との積 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) ×C21^(λ(i1,Λ) modq)×…×C2D^(λ(iD,Λ) modq) ×Cb1^(λ(b1,Λ) modq)×…×Cbv^(λ(bv,Λ) modq) modp) を計算することにより、前記基地局との共有鍵Kを求め
る排他的鍵共有法排他的鍵共有方法であり、基地局から
各端末に、C1,C21,…,C2d,C2b1,…,C2bvと特定端
末番号(i1,…,iD,b1,…,bv)を同報送信するのみ
で、予め特定端末数dを決定しておいても実際の特定端
末数Dの特定端末i1,…,iDを除いた端末で鍵共有を行
なうことを可能とするという作用を有する。
The invention according to claim 4 of the present invention is directed to a base station.
And N units connected to the base station (N is an integer of 2 or more)
Exclusive of communication system capable of broadcasting consisting of multiple terminals
In the key agreement method, the secret key is S, and the S and N
The prime number or the power of the prime number is p, and (p-1)
The divisor is q, the number of specific terminals is d (1 ≦ d <N−1),
The number of terminals actually specified by the base station during key sharing (hereinafter, referred to as
D, the actual number of specific terminals) is smaller than the number d of specific terminals.
Each terminal i (1 ≦ i ≦ N) is S = {λ (i, Λ) × Si(Sum is performed for i∈Λ) (However, Si= S + f1× i + ... + fd× id modq (f1,…, FdIs an element of d GF (q), where fd
0) λ (i, Λ) = Π {L / (L−i)} (the product is L∈Λ− {i}
Λ is a collection of arbitrary (d + 1) units of the N terminals.
Secret information S that satisfiesiConfidentially, said base
The station is SN + 1= S + f1× (N + 1) + ... + fd× (N + 1)d mod
q, ..., SN + d-1= S + f1× (N + d-1) + ... + fd× (N + d−
1)d secret information S divided by calculating modqN + 1,…, S
N + d-1And the secret information S1,…, SNAnd the secret key S, before
The notation p holds the element g of the GF (p), and (1) the base
The station prepares information C1= Gk modp (k is a non-zero element of GF (q)), and (2) the base station calculates the D specific terminals i
1,…, IDSecret information Si1,…, SiDAnd the secret information SN + 1,
…, SN + d-1Of arbitrary secret information S (= d−D)b1,
…, S bvFrom the exclusion information Ctwenty one= G ^ (k × Si1 modq) modp, ..., C2D= G ^ (k × SiD modq) modp, C2b1= G ^ (k × Sb1 modq) modp, ..., C2bv= G ^ (k × Sbv modq) modp and calculate the exclusion information Ctwenty one,…, C2DAnd C2b1,…, C2bv
And the preparation information C1And specific terminal number i1,…, IDAnd before
Secret information Sb1,…, SbvNumber b1,…, BvTo all devices
(3) the base station communicates with the specific terminal i1,…,
iDAll terminals j (j ≠ i1,…, ID), And K = g ^ (k × S modq) modp is obtained. (4) Each terminal j (j ≠ i1,…, ID) Is Λ =
{j, i1,…, ID, b1,…, Bv}, Λ (j, Λ), λ
(i1, Λ),…, λ (iD, Λ), λ (ib1, Λ),…, λ (ibv, Λ)
And the preparation information C1And the exclusion information Ctwenty one,…, C2D,
C2b1,…, C2bvAnd the above secret information SjUsing
Surplus value C1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) and the power remainder
Value Ctwenty one^ (λ (i1, Λ) modq) ×… × C2D^ (λ (iD, Λ) modq) × Cb1^ (λ (b1, Λ) modq) ×… × Cbv^ (λ (bv, Λ) product with modq) modp) C1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) × Ctwenty one^ (λ (i1, Λ) modq) ×… × C2D^ (λ (iD, Λ) modq) × Cb1^ (λ (b1, Λ) modq) ×… × Cbv^ (λ (bv, Λ) modq) modp) to obtain a shared key K with the base station.
Exclusive key agreement method This is an exclusive key agreement method.
For each terminal, C1, Ctwenty one,…, C2d, C2b1,…, C2bvAnd specific end
End number (i1,…, ID, b1,…, Bv) Only broadcast
Therefore, even if the specific terminal number d is determined in advance, the actual specific terminal
Specific terminal i of terminal number D1,…, IDKey sharing on terminals other than
It has the effect of making it possible.

【0019】本発明の請求項5記載の発明は、請求項3
記載の排他的鍵共有法において、前記基地局は、前記秘
密鍵Sを任意の整数e個の特定端末数d1,…,deに対し
てそれぞれ分割したe組の秘密情報を保持し、一方、前
記端末は各組の中から自身の端末番号に対応したe個の
秘密情報を保持しておき、前記特定端末を排除した鍵共
有を行なう場合には、前記基地局および前記端末jが、
前記実際特定端末数Dと等しい前記特定端末数dw(1≦
w≦e)を前記d1,…,deより選択し、前記基地局は選
択された特定端末数dwに対応した1組の前記秘密情報
を用いて前記準備情報と前記排除情報を同報通信し、端
末との共有鍵Kを求め、一方前記端末jはdwに対応し
た秘密情報を用いて基地局との共有鍵Kを求めるもので
あり、実際の特定端末数Dに等しい特定端末数dwに対
応する秘密情報を選択するのみで、実際の特定端末数D
の端末を除いた端末で鍵共有を行なうことを可能とする
という作用を有する。
The fifth aspect of the present invention is the third aspect of the present invention.
In exclusive key sharing method, wherein the base station, the secret key S of arbitrary integer e number of specific terminal number d 1, ..., holds the e sets of secret information divided respectively d e, On the other hand, the terminal holds e secret information corresponding to its own terminal number from each set, and when performing key sharing excluding the specific terminal, the base station and the terminal j are ,
The specific terminal number d w equal to the actual specific terminal number D (1 ≦
said w ≦ e) d 1, ... , selected from d e, the exclusion information and the preparation information using a set of the secret information the base station corresponding to the selected specific terminal number d w same The terminal j obtains a shared key K with the base station using secret information corresponding to d w , and specifies a shared key K equal to the actual number D of specified terminals. Only by selecting the secret information corresponding to the number of terminals d w , the actual number of specific terminals D
Has the effect that terminals other than the terminal can share keys.

【0020】本発明の請求項6記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記秘密鍵Sを全端末
の秘密鍵とし、前記Sを指数とし、前記pを法とする前
記gのべき乗剰余値 y=gS modp を全端末の公開鍵とし、前記基地局は、全ての端末の分
解された秘密情報S1,S 2,…,SNを秘密に保持し、
(1)前記基地局は、整数kを任意に生成し、前記kを
指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰余値であ
る準備情報 C1=gk modp(kは零でないGF(q)の元) を計算し、(2)前記基地局は、前記特定端末aの前記
秘密情報Saを用いて前記kとの前記法q上での積を求
め、これを指数とし、前記pを法とし、前記gを底とす
る排除情報 C2=g^(k×Sa modq) modp を計算し、(3)前記基地局は、前記kを指数とし、前
記pを法とする前記全端末の公開鍵yのべき乗剰余値で
ある共有鍵 K=yk modp を求め、同時に任意に前記端末j(j≠a)との共通デー
タMを生成して、前記Mと前記共有鍵Kの法p上での積
(以後、暗号文という) C3=M×K modp を計算して、前記準備情報C1と特定端末番号aと共に
全端末に同報通信し、(4)前記各端末j(j≠a)は、
Λ={j,a}として、λ(j,Λ)とλ(a,Λ)を求め、前
記準備情報C1と前記排除情報C2と自身の前記秘密情報
jを用いて、前記Sjと前記λ(j,Λ)の前記法q上で
の積を指数とする前記C1のべき乗剰余値 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) modp と、前記法q上で求めた前記λ(a,Λ)を指数とする前
記C2のべき乗剰余値 C2^(λ(a,Λ) modq) modp との積 K=C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) mod
q) modp) を前記法p上で求め、さらに前記暗号文C3を法p上で
前記Kで除した値 C3/K=M×K/K modpを前記基地局との前記共通
データMとして求めるものであり、任意のMを設定可能
にするという作用を有する。
The invention according to claim 6 of the present invention is the invention according to claim 1.
In the exclusive key sharing method described in the above, the secret key S is transmitted to all terminals.
Before using the S as an exponent and the p as a modulus
Power residue value of the notation g y = gS modp is the public key of all terminals, and the base station
Secret information S solved1, S Two,…, SNConfidential,
(1) The base station arbitrarily generates an integer k, and
Exponent, the power of the g value modulo the p
Preparation information C1= Gk modp (k is a non-zero element of GF (q)), and (2) the base station calculates the
Secret information SaIs used to find the product of the k and the method q.
Where p is a modulus and g is a base.
Exclusion information CTwo= G ^ (k × Sa modq) modp, and (3) the base station sets k as an index,
The modular exponentiation value of the public key y of all terminals modulo p
Some shared key K = yk modp, and at the same time arbitrarily arbitrarily common data with the terminal j (j ≠ a).
Data M, and the product of the M and the shared key K on the modulus p
(Hereinafter referred to as ciphertext) CThree= M × K modp to calculate the preparation information C1And the specific terminal number a
Broadcast to all terminals, (4) Each terminal j (j ≠ a)
Assuming Λ = {j, a}, find λ (j, Λ) and λ (a, Λ),
Preparation information C1And the exclusion information CTwoAnd the secret information of itself
SjBy usingjAnd λ (j, Λ) on the method q
The index of which is the product of1Power residue C of1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) modp and before using the λ (a, Λ) obtained on the method q as an index
Note CTwoPower residue C ofTwo^ (λ (a, Λ) modq) product with modp K = C1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) × CTwo^ (λ (a, Λ) mod
q) modp) is obtained on the method p, and the ciphertext CThreeOn the law p
Value C divided by KThree/ K = M × K / K modp with the base station
Required as data M, any M can be set
Has the effect of

【0021】本発明の請求項7記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記全端末の秘密鍵S
を指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰余値 y=gS modp を全端末の公開鍵とし、前記基地局は、端末の分解され
た秘密情報S1,S2,…,SNそれぞれを指数とし、前記p
を法とする前記gのべき乗剰余値である公開情報 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN modp を利用でき、(1)前記基地局は、前記整数kを任意に
生成し、前記kを指数とし、前記pを法とする前記gの
べき乗剰余値である準備情報 C1=gk modp(kは零でないGF(q)の元) を計算し、(2)前記基地局は、前記kを指数とし、前
記pを法とする、前記特定端末aの公開情報yaのべき
乗剰余値である排除情報 C2=ya k modp を計算し、(3)前記基地局は、前記kを指数とし、前
記pを法とする前記全端末の公開鍵yのべき乗剰余値で
ある前記共有鍵 K=yk modp=g^(S×k) modp を求め、同時に任意に前記端末j(j≠a)との共通デー
タMを生成して、前記Mと前記Kの法p上での積である
前記暗号文 C3=M×K modp を計算し、前記準備情報C1と前記特定端末番号aと共
に全端末に同報通信し、(4)前記各端末j(j≠a)
は、Λ={j,a}として、λ(j,Λ)とλ(a,Λ)を求
め、前記準備情報C1と前記排除情報C2と自身の前記秘
密情報Sjを用いて、前記Sjと前記λ(j,Λ)の前記法
q上での積を指数とし、前記C1を底とするべき乗剰余
値 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) modp と、前記法q上で求めた前記λ(a,Λ)を指数とし、前
記C2を底とするべき乗剰余値 C2^(λ(a,Λ) modq) modp との積 K=C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) mod
q) modp を前記法p上で求め、さらに前記暗号文C3を法p上で
前記Kで除した値 C3/K modp=M×K/K modp を前記基地局との共通データMとして求めるものであ
り、任意のMを設定可能とし、基地局に各端末の秘密情
報を記憶する必要をなくして安全性を向上させ、予め秘
密情報を共有する必要をなくしてセットアップの負荷を
減らすという作用を有する。
The seventh aspect of the present invention provides the first aspect.
In the exclusive key sharing method described above, the secret keys S
Is an exponent, the modular exponentiation value of g, modulo p, is y = g S modp is the public key of all the terminals, and the base station determines the decomposed secret information S 1 , S 2 ,. N is an index, and p
Which is the modular exponentiation value of the g modulo public information y 1 = g S1 modp, y 2 = g S2 modp, ..., available y N = g SN modp, ( 1) the base station, the integer k is arbitrarily generated, k is an exponent, and preparation information C 1 = g k modp (k is a non-zero element of GF (q)), which is a modular exponentiation value of the g, modulating the p is calculated. , (2) the base station, the k and the index, the modulo p, calculates the public information y a modular exponentiation value is eliminated information C 2 = y a k modp of a said specific terminal a, (3) The base station uses the k as an exponent and modulates the p as a modulus of the public key y of all terminals. The shared key K = y k modp = gg (S × k) modp , And at the same time, arbitrarily generate common data M with the terminal j (j ≠ a), and obtain the ciphertext C 3 = M × K mo which is a product of the M and the K on the modulus p. dp is calculated and broadcast to all terminals together with the preparation information C 1 and the specific terminal number a. (4) Each terminal j (j ≠ a)
Finds λ (j, Λ) and λ (a, Λ) as Λ = {j, a}, and uses the preparation information C 1 , the exclusion information C 2, and the secret information S j of itself, The product of the S j and the λ (j, Λ) on the modulus q is an index, and the power residue value C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) modp with the C 1 as a base Λ (a, Λ) obtained on the method q as an index, and a product of the power residue value C 2 ^ (λ (a, Λ) modq) modp with C 2 as a base K = C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) mod
q) modp is obtained on the modulus p, and a value C 3 / K modp = M × K / K modp obtained by dividing the ciphertext C 3 by the K on the modulus p is used as common data M with the base station. It is required to be able to set an arbitrary M, improve security by eliminating the need to store secret information of each terminal in the base station, and reduce the load on setup by eliminating the need to share secret information in advance. Has an action.

【0022】本発明の請求項8記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記秘密鍵Sを前記基
地局の秘密鍵とし、前記Sを指数とし、前記pを法とす
る前記gのべき乗剰余値 y=gS modp を基地局の公開鍵(ただし、端末には公開しない)と
し、前記各端末は、前記基地局の秘密鍵Sの分解された
秘密情報S1,S2,…,SNをそれぞれ秘密に保持し、前記
基地局は、端末の分解された秘密情報S1,S2,…,SN
れぞれを指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰
余値である公開情報 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN mod
p を利用でき、(1) 前記基地局は、(1-a)整数kを任意
に生成し、法q上で求めた(−k)を指数とし、前記p
を法とする前記gのべき乗剰余値 C0=g^(−k modq) modp を計算し、(1-b)前記特定端末aを除く全ての端末j(j
≠a)との共通データMを生成して、前記Mと前記C0
の法p上での積 r=M×C0 modp を求め、(1-c)前記rの前記qで除したときの剰余 r'=r modq を求め、(1-d)前記r'、前記k、前記基地局の秘密鍵S
を用いて、 k=s−r'×S modq を満たす値sを求め、(1-e)法q上で求めた(−r)を
指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰余値であ
る準備情報 C1=g^(−r modq) modp を計算し、(1-f)前記特定端末aの前記公開情報yaを用
いて、法q上で求めた(−r)を指数とし、前記pを法
とする前記yaのべき乗剰余値である排除情報 C2=ya^(−r modq) modp を計算し、(1-g)前記(r,s)をMの署名として前記
1,C2とともに全端末に同報通信し、(2)前記各端
末j(j≠a)は、Λ={j,a}として、λ(j,Λ)とλ
(a,Λ)を求め、前記準備情報C1と前記排除情報C2
自身の前記秘密情報Sjを用いて、前記Sjと前記λ(j,
Λ)の法q上での積を指数とする前記C1のべき乗剰余値 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) modp と、法q上で求めた前記λ(a,Λ)を指数とする前記C2
のべき乗剰余値 C2^(λ(a,Λ) modq) modp との積 K=C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq) modp =y^(−r modq) modp を前記法p上で求め、また、前記sを指数とする前記g
のべき乗剰余値と、前記rおよび、前記Kの法p上での
積 r×gs×K modp を計算することにより、前記共通データMを求めるもの
であり、同時に基地局のディジタル署名を検証可能にす
るという作用を有する。
[0022] The invention according to claim 8 of the present invention relates to claim 1.
In the exclusive key agreement method described above, the secret key S is a secret key of the base station, the S is an exponent, and the modular exponentiation value y = g S modp of the base modulo p is disclosed to the base station. .., SN , the secret key S of the base station is kept secret, and the base station stores the secret information S 1 , S 2 ,. the secret information S 1, S 2, which is the decomposition of the terminal, ..., S N respectively as indices, power residue value a is public information y 1 = g S1 modp of the g modulo the p, y 2 = g S2 modp, ..., y N = g SN mod
(1) The base station arbitrarily generates (1-a) an integer k, sets (−k) obtained on the modulo q as an index, and
Calculate the power residue value C 0 = g ^ (− k modq) modp of g by modulo (1-b) all terminals j (j
共通 a) is generated and a product r = M × C 0 modp of the M and the C 0 on the modulus p is obtained, and (1-c) is divided by the q of the r. The remainder r ′ = r modq at this time is calculated, and (1-d) the r ′, the k, and the secret key S of the base station.
The value s that satisfies k = s−r ′ × S modq is obtained using (−e) obtained on the (1-e) method q as an index, and the power-residue remainder of the g obtained by modulating the p. the value at which preparation information C 1 = g ^ - calculate the (r modq) modp, a (1-f) by using the public information y a of the particular terminal a, calculated on legal q (-r) Calculate exclusion information C 2 = y a ^ (− r modq) modp which is an exponent and a power residue value of the ya modulo the p, and calculate (1-g) the (r, s) of M A broadcast is sent to all terminals together with the C 1 and C 2 as a signature. (2) Each terminal j (j ≠ a) sets λ (j, Λ) and λ
(a, Λ), and using the preparation information C 1 , the exclusion information C 2, and the secret information S j of itself, the S j and the λ (j,
The power residue value C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) modp of the C 1 whose exponent is the product of the 上) on the modulus q and the λ (a, 求 め) determined on the modulus q the C 2 to) be the index
The product with the power residue value of C 2 ^ (λ (a, Λ) modq) modp K = C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) modq) modp = y ^ (-r modq) modp is obtained on the modulus p, and g is an index of s.
And the product r × g s × K modp of the r and the K on the modulus p to obtain the common data M, and simultaneously verify the digital signature of the base station. It has the effect of making it possible.

【0023】本発明の請求項9記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記全端末の秘密鍵S
を指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰余値 y=gS modp を全端末の公開鍵とし、前記基地局は、端末の分解され
た秘密情報S1,S2,…,SNそれぞれを指数とし、前記p
を法とする前記gのべき乗剰余値である公開情報 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN modp を利用でき、(1)前記基地局は、前記整数kを任意に
生成し、前記kを指数とし、前記pを法とする前記gの
べき乗剰余値である準備情報 C1=gk modp を計算し、(2)前記基地局は、前記kを指数とし、前
記pを法とし、前記特定端末aの公開情報yaのべき乗
剰余値である排除情報 C2=ya k modp を計算し、(3)前記基地局は、前記kを指数とし、前
記pを法とする前記全端末の公開鍵yのべき乗剰余値
を、前記特定端末aを除く全ての端末j(j≠a)との共
有鍵 K=yk modp として求め、(4)前記端末jでは、前記準備情報C1
と前記排除情報C2と自身の秘密情報S jを用いて、前記
jと前記λ(j,Λ)の前記法q上での積を指数とする、
前記C1のべき乗剰余値と、前記法q上で求めた前記λ
(a,Λ)を指数とする、前記C2のべき乗剰余値との積 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を前記法p上で計算することにより、前記基地局との共
有鍵Kを求めるものであり、基地局に各端末の秘密情報
を記憶する必要をなくして安全性を向上させ、予め秘密
情報を共有する必要をなくしてセットアップの負荷を減
らすという作用を有する。
The ninth aspect of the present invention is the first aspect.
In the exclusive key sharing method described above, the secret keys S
Is an exponent, and the modular exponentiation value of the g by modulating the p is y = gS Let modp be the public key of all terminals, and the base station
Secret information S1, STwo,…, SNEach is an index, and p
Public information y that is the power residue value of g modulo1= GS1 modp, yTwo= GS2 modp,…, yN= GSN modp, and (1) the base station can arbitrarily set the integer k
Generating, the k being an index, and the g being modulo p.
Preparation information C, which is a power residue value1= Gk modp, and (2) the base station uses k as an index,
The public information y of the specific terminal a, modulo paPower of
Exclusion information C which is a residual valueTwo= Ya k modp, and (3) the base station uses k as an index,
Power remainder value of the public key y of all the terminals modulo p
With all terminals j (j ≠ a) except the specific terminal a.
Keyed key K = yk (4) In the terminal j, the preparation information C1
And the exclusion information CTwoAnd own secret information S jUsing
SjAnd the product of the λ (j, Λ) on the modulus q is an index.
Said C1And the λ obtained on the method q
(a, Λ) as an index,TwoWith the power residue value of C1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) × CTwo^ (λ (a, Λ) modq)
By calculating modp on the modulus p, sharing with the base station
The keyed K is obtained, and the secret information of each terminal is transmitted to the base station.
Eliminates the need to remember to improve security and
Reduce setup load by eliminating the need to share information
It has the effect of cleaning.

【0024】本発明の請求項10記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記各端末は、前記秘
密情報S1,…,SNをそれぞれ秘密に保持し、前記N台
の端末の任意の2台以上のt台からなる集合をΛとした
とき、(1)前記基地局は整数kを用いて、前記kを指
数とし、前記pを法とし、前記gを底とする前記準備情
報 C1=gk modp を計算し、(2)前記基地局は、t台の特定端末i1,
…,itの任意のij(j=1,…,t)に対して次の式を満
たす共有情報Xijij=Π(g^(Su×k)) modp(積はu∈Λ−{ij}
についてとる) を計算し、全ての共有情報Xijと前記準備情報C1を全
端末に同報通信し、(3)前記基地局は、前記特定端末
の秘密情報Si1,…,Sitを用いて次の式を満たすKを計
算して前記t台の特定端末との共有鍵Kとし、 K=gx modp, x=k×ΣSij modq(和はj=1〜tについてと
る) (4)前記特定端末ijは、前記pを法とし、自身の前
記秘密情報Sijを指数とする前記C1のべき乗剰余値と
前記Xijの積 Xij×C1 Sij modp を法p上で計算することにより、前記基地局との共有鍵
Kを求めるものであり、全端末の半数を超えない規模の
グループを高速に構成するという作用を有する。
The invention according to claim 10 of the present invention is directed to claim 1
In the exclusive key sharing method described above, each terminal holds the secret information S 1 ,..., SN secretly, and sets a set of arbitrary two or more t terminals of the N terminals to Λ (1) The base station calculates the preparation information C 1 = g k modp using the integer k, using k as an index, modulating p, and using g as a base, and (2) ) The base station includes t specific terminals i 1 ,
..., any i j of i t (j = 1, ... , t) shared information X ij X ij = Π (g ^ (S u × k)) modp ( product satisfying the following expression for the u∈ Λ- {i j }
For taking) is calculated and broadcasts all shared information X ij and the preparation information C 1 to all terminals, (3) the base station, the secret information of the specific terminal S i1, ..., an S it Then, K that satisfies the following equation is calculated and used as the shared key K with the t specific terminals. K = g x modp, x = k × ΣS ij modq (the sum is taken for j = 1 to t) ( 4) the specific terminal i j, the p and modulo itself the secret information S ij of the exponent said C 1 modular exponentiation value and the X ij product X ij × C 1 Sij modp the legal and p By calculating the above, the shared key K with the base station is obtained, and has the effect of forming a group having a size not exceeding half of all terminals at high speed.

【0025】本発明の請求項11記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記秘密鍵Sの分割を
前記基地局が行ない、あらかじめ前記基地局と前記端末
に備えられた暗号通信手段により、対応する端末に配布
するものであり、秘密鍵Sを分割するための第三機関を
不要にするという作用を有する。
The eleventh aspect of the present invention is the first aspect.
In the exclusive key sharing method described above, the secret key S is divided by the base station, and the secret key S is distributed to corresponding terminals in advance by cryptographic communication means provided in the base station and the terminal. This has the effect of eliminating the need for a third engine for dividing S.

【0026】本発明の請求項12記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記基地局とは別の第
3機関が、前記秘密鍵Sの分割、べき乗剰余値y、公開
情報y1,y2,…,yNの算出と公開、および前記端末aに
対応したSaの埋め込みを行なうものであり、基地局が
秘密鍵Sを分割する必要をなくして、基地局の負担を減
らすという作用を有する。
The invention described in claim 12 of the present invention is characterized by claim 1
In exclusive key sharing method according to another third engine and the base station, division of the secret key S, modular exponentiation value y, public information y 1, y 2, ..., a calculation of y N public, and it is intended to perform the embedding of S a which corresponds to the terminal a, with the effect that the base station eliminates the need to divide the secret key S, reduce the burden on the base station.

【0027】本発明の請求項13記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記各端末i(1≦i≦
N)は前記秘密情報Siを、秘密に保持し、前記各端末i
は、前記整数f0(=S),f1,…,fdをそれぞれ指数と
し、前記pを法とする前記gのべき乗剰余値(以後、検
証情報という)gf0,gf1,…,gfdを利用でき、前記各
端末aは、検証情報と自身の前記秘密情報Siを用いて
次の計算を行ない、 gSi=Π(g^(fj×aj) modp(積はj=0〜dにつ
いてとる) 両辺が等しいか否かを判定することにより、自身の秘密
情報Siの正当性を確認するものであり、分割を行なう
機関が不正を行なっていないことを検証可能とするとい
う作用を有する。
The invention according to claim 13 of the present invention is the invention according to claim 1.
In the exclusive key agreement method described above, each terminal i (1 ≦ i ≦
N) keeps the secret information S i secretly,
Are the exponents of the integers f 0 (= S), f 1 ,..., F d , respectively, and the modular exponentiation values of the g (hereinafter referred to as verification information) g f0 , g f1 ,. g fd can be used, and each terminal a performs the following calculation using the verification information and the secret information S i of itself, and obtains g Si = Π (g ^ (f j × a j ) modp (product is j = 0 to d) by determining whether the two sides are equal or not, thereby confirming the validity of the secret information S i itself, and verifying that the institution performing the division does not perform any wrongdoing. It has the effect of doing.

【0028】本発明の請求項14記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記同報通信可能な通
信システムに新規に加入する端末に対して、新たな端末
番号I(I>N)を設定し、 SI=S+f1×I を計算することにより求められた秘密情報SIを秘密に
保持させるものであり、システム構築後に新規端末を加
入させることを可能にするという作用を有する。
The invention according to claim 14 of the present invention relates to claim 1
In the exclusive key agreement method described above, a new terminal number I (I> N) is set for a terminal newly joining the communication system capable of broadcasting, and S I = S + f 1 × I is calculated. By doing so, the secret information S I obtained is kept confidential, and has the effect of enabling a new terminal to be added after the system is constructed.

【0029】本発明の請求項15記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記端末iは、前記秘
密情報Siの代わりに前記pを法とし、前記Siを指数と
する前記C1のべき乗剰余値(=C1 Si modp)を秘密に
保存するものであり、端末同士が結託しても秘密鍵Sを
求めることができないようにするという作用を有する。
The invention according to claim 15 of the present invention is the invention according to claim 1.
In exclusive key sharing method, wherein the terminal i, the modulo the p instead of the secret information S i, the modular exponentiation value of C 1 to the S i the index of the (= C 1 Si modp) It is stored in secret and has the effect of preventing the secret key S from being requested even if the terminals collude.

【0030】本発明の請求項16記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記基地局が、前記特
定端末を含む全ての前記Λについての前記λ(i,Λ)を
求め、前記法q上で求めた各前記λ(i,Λ)を指数と
し、前記pを法とする前記排除情報C2のべき乗剰余値 C2^(λ(i,Λ) modq) modp を計算し、鍵共有時に同報通信し、前記特定端末aを除
く全ての端末j(j≠a)では、前記jを含む前記Λに対
応した前記べき乗剰余値 C2^(λ(i,Λ) modq) modp) を用いて共有鍵Kを求めるものであり、端末の計算量を
少なくするという作用を有する。
[0030] The invention described in claim 16 of the present invention is characterized by claim 1
In the exclusive key agreement method described, the base station obtains the λ (i, Λ) for all the Λ including the specific terminal, and obtains each of the λ (i, Λ) obtained on the method q. Is calculated as an exponent, the power remainder value C 2 ^ (λ (i, Λ) modq) modp of the exclusion information C 2 modulo p is calculated, broadcasted at the time of key sharing, and excluding the specific terminal a. In all the terminals j (j ≠ a), the shared key K is obtained by using the modular exponentiation value C 2 ^ (λ (i, Λ) modq) modp) corresponding to the Λ including the j, This has the effect of reducing the amount of calculation of the terminal.

【0031】本発明の請求項17記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記基地局と前記特定
端末aを除く全ての端末j(j≠a)が共有した前記共有
鍵Kと前回の鍵共有時に共有した共有鍵K1から新規共
有鍵K2を生成するものであり、一度排除した端末を次
の鍵共有時においても排除し続けることを可能にすると
いう作用を有する。
[0031] The invention described in claim 17 of the present invention relates to claim 1 of the present invention.
In exclusive key sharing method according, new shared on the shared key K 1 that share the shared key K and the previous key sharing all terminals j (j ≠ a) is covalently except the specific terminal a and the base station is intended to generate the key K 2, it has the effect of allowing to continue to eliminate even once eliminated the terminal at the time of the next key sharing.

【0032】本発明の請求項18記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記基地局と前記端末
にあらかじめ備えられたディジタル署名手段において、
基地局から配送されるデータに対して基地局のディジタ
ル署名を付加するものであり、端末でディジタル署名を
検証することにより成りすましや改ざんを検出するとい
う作用を有する。
[0032] The invention according to claim 18 of the present invention is directed to claim 1.
In the exclusive key agreement method described, in the digital signature means provided in advance in the base station and the terminal,
The digital signature of the base station is added to the data delivered from the base station, and the terminal has a function of verifying the digital signature to detect impersonation and tampering.

【0033】本発明の請求項19記載の発明は、請求項2
記載の排他的鍵共有装置において、前記基地局の第1、
第2、第3の基地局側記憶部および前記端末の第1、第
2の端末側記憶部は、外部より観測したり変更できない
領域とするものであり、基地局への進入や端末の紛失・
結託に対するセキュリティを向上させるという作用を有
する。
The invention described in claim 19 of the present invention is directed to claim 2
The exclusive key sharing device according to claim 1, wherein the first of the base stations is
The second and third base station-side storage units and the first and second terminal-side storage units of the terminal are areas that cannot be observed or changed from the outside, and may enter the base station or lose the terminal.・
It has the effect of improving security against collusion.

【0034】本発明の請求項20記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、構成されるグループの
規模が全端末の半数を超える場合には請求項1記載の排
他的鍵共有法を適応し、構成されるグループの規模が全
端末の半数を超えない場合には請求項10記載の排他的鍵
共有法を適応するように自動的に選択するものであり、
基地局が意識することなくグループ規模が半数を超える
か超えないかに関わらず効率的に鍵共有を行なえるよう
にするという作用を有する。
The invention described in claim 20 of the present invention is characterized by claim 1
In the exclusive key sharing method described above, if the size of a group to be configured exceeds half of all terminals, the exclusive key sharing method according to claim 1 is applied, and the size of the group to be configured is half of all terminals. If it does not exceed, it is automatically selected to apply the exclusive key agreement method described in claim 10,
This has the effect of allowing key sharing to be performed efficiently regardless of whether the group size exceeds or does not exceed half without the base station being aware of it.

【0035】本発明の請求項21記載の発明は、請求項1
記載の排他的鍵共有法において、前記端末が保持する秘
密情報の数を、端末の権限に応じて増減させるものであ
り、端末に対して権限の強弱を設定するという作用を有
する。
The invention according to claim 21 of the present invention is the invention according to claim 1.
In the exclusive key sharing method described above, the number of secret information held by the terminal is increased or decreased according to the authority of the terminal, and has an effect of setting the strength of the authority to the terminal.

【0036】本発明の請求項22記載の発明は、相互に接
続されたN台(Nは2以上の整数)の端末からなる同報
通信が可能な通信システムの排他的鍵共有法において、
秘密鍵をSとし、前記Sおよび前記Nより大きい素数ま
たは素数のべき数をpとし、(p−1)の約数をqと
し、GF(p)の元をgとし、議長端末が特定できる特定
端末数を1とし、前記各端末i(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、 Si=S+f1×i modq(f1は零でないGF(q)の
元) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}につ
いて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の2台からなる集合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、全端末の
公開鍵 y=gS modp と、公開情報 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN modp を利用でき、(1)前記議長端末は、零でないGF(q)
の元kを任意に生成し、準備情報 C1=gk modp を計算し、(2)前記議長端末は、特定端末aの公開情
報yaから排除情報 C2=ya k modp を計算し、特定端末番号aと準備情報C1と共に全端末
に同報通信し、(3)前記議長端末は、共有鍵 K=yk modp を求め、(4)前記各端末j(j≠a)は、Λ={j,a}
として、λ(j,Λ)とλ(a,Λ)を求め、前記準備情報C
1と前記排除情報C2と自身の秘密情報Sjを用いて、 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を計算をすることにより、共有鍵Kを求める排他的鍵共
有法であり、基地局なしの通信システムにおいて、特定
端末を排除して共通鍵を共有することを可能とするとい
う作用を有する。
According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided an exclusive key sharing method for a communication system capable of performing broadcast communication comprising N (N is an integer of 2 or more) mutually connected terminals.
Let S be a secret key, let p be a prime number or a power of a prime number larger than S and N, q be a divisor of (p-1), g be an element of GF (p), and identify the chair terminal. The number of specific terminals is 1, and each terminal i (1 ≦ i ≦ N) is represented by S = {λ (i, Λ) × S i (the sum is performed for i∈Λ) (where S i = S + f 1 × i mod q (f 1 original GF (q) is not zero) λ (i, Λ) = is Π {L / (L-i )} ( product is performed for L∈Λ- {i}) Λ, the N number Secret information S i that satisfies the following condition: secret key S i that satisfies the following condition: public key y = g S modp of all terminals, and public information y 1 = g S1 modp, y 2 = g S2 modp,..., Y N = g SN modp, (1) the chair terminal is a non-zero GF (q)
Optionally generate original k of, calculate the preparation information C 1 = g k modp, ( 2) the chairman terminal calculates the exclusion information C 2 = y a k modp from the public information y a particular terminal a , then broadcast to all terminals with preparation information C 1 with a particular terminal number a, (3) the chairperson terminal, it obtains a shared key K = y k modp, (4 ) the respective terminals j (j ≠ a) is , Λ = {j, a}
Λ (j, Λ) and λ (a, Λ) are obtained, and the preparation information C
C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) modq) by using 1 , the exclusion information C 2 and its own secret information S j.
This is an exclusive key sharing method for obtaining a shared key K by calculating modp, and has an effect of enabling a common terminal to be shared in a communication system without a base station by excluding a specific terminal.

【0037】本発明の請求項23記載の発明は、相互に接
続されたN台(Nは2以上の整数)の端末からなる同報
通信が可能な通信システムの排他的鍵共有法において、
秘密鍵をSとし、前記Sおよび前記Nより大きい素数ま
たは素数のべき数をpとし、(p−1)の約数をqと
し、GF(p)の元をgとし、前記各端末i(1≦i≦N)
は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、 Si=S+f1×i modq(f1は零でないGF(q)の
元) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}につ
いて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の2台からなる集合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、全端末の
公開鍵 y=gS modp と、各端末の公開鍵 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN modp を利用でき、(1)ある端末aは、零でないGF(q)の
元kを任意に生成し、準備情報 C1=gk modp を計算し、(2)前記端末aは、自身の公開鍵yaから
排除情報 C2=ya k modp を計算し、来端末番号aと準備情報C1と共に全端末に
同報通信し、(3)前記端末aは、共有鍵 K=yk modp を求め、(4)前記各端末j(j≠a)は、Λ={j,a}
として、λ(j,Λ)とλ(a,Λ)を求め、前記準備情報C
1と前記排除情報C2と自身の秘密情報Sjを用いて、 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を計算をすることにより、共有鍵Kを求める排他的鍵共
有法であり、グループ鍵を更新するという作用を有す
る。
According to a twenty-third aspect of the present invention, there is provided an exclusive key sharing method for a communication system comprising N (N is an integer of 2 or more) mutually connected terminals capable of broadcasting.
S is a secret key, p is a prime number or a power of a prime number greater than S and N, q is a divisor of (p−1), g is an element of GF (p), and each terminal i ( 1 ≦ i ≦ N)
Is S = {λ (i, Λ) × S i (the sum is performed for i∈Λ) (where S i = S + f 1 × i modq (f 1 is a nonzero GF (q) element) λ (i, lambda) = a Π {L / (L-i )} ( product is performed for L∈Λ- {i}) Λ is the secret information S i that satisfies the set) consisting of any two of the N devices at It is kept secret, and the public key y = g S modp of all terminals and the public key y 1 = g S1 modp, y 2 = gs 2 modp,..., Y N = g SN modp of each terminal can be used. (1) is the terminal a is optionally generate original k of GF (q) is not zero, calculate the preparation information C 1 = g k modp, (2) the terminal a from the public key y a own the exclusion information C 2 = y a k modp calculated, and broadcast to all terminals with preparation information C 1 and come terminal number a, (3) the terminal (a) obtains the shared key K = y k modp, ( 4) Each terminal j (j ≠ a) has Λ = {j, a}
Λ (j, Λ) and λ (a, Λ) are obtained, and the preparation information C
C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) modq) by using 1 , the exclusion information C 2 and its own secret information S j.
This is an exclusive key sharing method for calculating the shared key K by calculating modp, and has the effect of updating the group key.

【0038】本発明の請求項24記載の発明は、請求項22
記載の排他的鍵共有法において、各端末が自身の公開鍵
以外の全ての公開鍵を保有するものであり、公開鍵を管
理する必要をなくすという作用を有する。
The invention described in claim 24 of the present invention is directed to claim 22
In the exclusive key sharing method described above, each terminal holds all public keys other than its own public key, and has the effect of eliminating the need to manage public keys.

【0039】本発明の請求項25記載の発明は、請求項
1、3〜17、20〜24記載の排他的鍵共有法において、前
記乗法演算を、任意の有限体上の楕円曲線などの曲線上
の加法演算に対応させるものであり、基地局および端末
の計算を高速化するという作用を有する。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the exclusive key agreement method according to the first or third to ninth aspects, the multiplication operation is performed by using a curve such as an elliptic curve on an arbitrary finite field. This corresponds to the above-described addition operation, and has an effect of speeding up the calculation of the base station and the terminal.

【0040】以下、本発明の実施の形態を、図1〜図9
を参照して、詳細に説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described in detail with reference to FIG.

【0041】(第1の実施の形態)本発明の第1の実施
の形態は、基地局と5つの端末のシステムにおいて、秘
密分散法により秘密鍵Sを分散した秘密情報Siを利用
して、各端末に、準備情報(gk modp)、排除情報(g
kS5 modp)、暗号文(M×K modp)および排除端末
番号(5)を同報通信し、各端末では、Ci^(λ(i,Λ)
modq) modpと、C2^(λ(5,Λ) modq) modpとの積
を計算してKを得て、暗号文(M×K modp)をKで除し
てMを求めて基地局0との共通データとして、端末5を
除いた他の端末と基地局で鍵を共有する排他的鍵共有法
である。
The first embodiment of the (First Embodiment) In a base station and five terminal system, by using the secret information S i obtained by dispersing secret key S by secret sharing scheme In each terminal, preparation information (g k modp), exclusion information (g
kS5 modp), the ciphertext (M × K modp) and the exclusion terminal number (5) are broadcast, and each terminal transmits C i ^ (λ (i, Λ)
modq) modp and C 2 ^ (λ (5, Λ) modq) modp to calculate K, obtain ciphertext (M × K modp) by K and obtain M to obtain base station. This is an exclusive key sharing method in which a key is shared between the base station and other terminals except the terminal 5 as common data with 0.

【0042】図1は、本発明の第1の実施の形態の鍵共
有方法のセットアップを示す図である。図1において、
0は基地局、1〜5は、基地局の管理下にある端末であ
る。6は、基地局内の記憶部、7〜11は、各端末内の、
外部より観測も変更もできない記憶部である。
FIG. 1 is a diagram showing a setup of a key sharing method according to the first embodiment of the present invention. In FIG.
0 is a base station, and 1 to 5 are terminals under the control of the base station. 6 is a storage unit in the base station, 7 to 11 are in each terminal,
This storage unit cannot be observed or changed externally.

【0043】図2は、本発明の第1の実施の形態の準備
フェーズを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a preparation phase according to the first embodiment of the present invention.

【0044】図3は、端末5を除いた全ての端末1,…,
4で共有鍵を共有する場合の鍵共有フェーズを示す図で
ある。
FIG. 3 shows all the terminals 1,...
FIG. 4 is a diagram showing a key sharing phase when a shared key is shared in No. 4;

【0045】図4は、基地局と各端末i(1≦i≦N)の
構成を示す図である。図4(a)は、端末のブロック図で
ある。図4(a)において、20は、基地局からのデータを
受信する受信部、21は、法p,qと底gを保持する第1
の端末側記憶部、22は、秘密情報Siを保持する第2の
端末側記憶部である。23は、鍵共有フェーズで基地局か
ら配送される準備情報C1、排除情報C2から共有鍵K
を計算する第1の端末側計算部、24は、基地局から配送
される暗号文C3とKから共通データMを計算する第2
の端末側計算部である。図4(b)は、基地局のブロック
図である。図4(b)において、25は、法p,qと底gと
整数kを保持する第1の基地局側記憶部、26は、各端末
の公開情報y1,…,y5を保持する第2の基地局側記憶
部、27は、共通データMと全端末の公開鍵yを記憶する
第3の基地局側記憶部である。また、28は、準備情報C
1を計算する第1の基地局側計算部、29は、排除情報C2
を計算する第2の基地局側計算部、30は、共有鍵Kを計
算し、これと共通データMから暗号文C3を計算する第
3の基地局側計算部である。また、31は、特定端末番号
から公開情報を選択し、特定端末番号を送信部32に送る
制御部、32は、準備情報、排除情報、暗号文、特定端末
番号を全端末に同報通信する送信部である。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a base station and each terminal i (1 ≦ i ≦ N). FIG. 4A is a block diagram of the terminal. In FIG. 4A, reference numeral 20 denotes a receiving unit for receiving data from a base station, and reference numeral 21 denotes a first unit that holds modulo p, q and base g.
The terminal-side storage unit 22 is a second terminal-side storage unit that holds the secret information S i . 23, preparation information C1 to be delivered from the base station in a key sharing phase, the shared key K from the exclusion information C 2
The first terminal-side calculation unit 24 calculates the common data M from the ciphertexts C 3 and K delivered from the base station.
Of the terminal side calculation unit. FIG. 4B is a block diagram of the base station. In FIG. 4 (b), 25, the first base station-side memory unit for holding a modulo p, q and bottom g and an integer k, 26 is public information y 1 of each terminal, ..., holding the y 5 The second base station-side storage unit 27 is a third base station-side storage unit that stores the common data M and the public keys y of all terminals. 28 is the preparation information C
The first base station side calculation unit 29 that calculates 1 is the exclusion information C 2
The second base station-side calculation unit for calculating a, 30 share a key K is calculated, a third base station calculating unit that calculates a ciphertext C 3 thereto from the common data M. A control unit 31 selects public information from a specific terminal number and sends the specific terminal number to a transmission unit 32. The control unit 32 broadcasts preparation information, exclusion information, cipher text, and a specific terminal number to all terminals. The transmission unit.

【0046】図5は、特定端末だけで鍵共有を行なう方
法における鍵共有フェーズを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a key sharing phase in a method in which only a specific terminal performs key sharing.

【0047】本発明の第1の実施の形態の鍵共有方法
は、セットアップ、準備フェーズ、鍵共有フェーズの3
つのフェーズに分けられる。以下、基地局が5つの端末
を管理している場合について、各フェ−ズに分けて説明
する。
The key sharing method according to the first embodiment of the present invention includes three steps: setup, preparation phase, and key sharing phase.
Divided into two phases. Hereinafter, a case where the base station manages five terminals will be described for each phase.

【0048】図1を参照して、本発明の第1の実施の形
態の鍵共有方法のセットアップについて説明する。基地
局0は、秘密鍵Sを作成して、秘密に保持する。秘密鍵
Sより大きく、端末数5より大きな素数または素数のべ
きpを作成して、保持する。(p−1)の約数qを1つ
求めて保持する。GF(q)の0でない元f1を求めて保
持する。
Referring to FIG. 1, the setup of the key sharing method according to the first embodiment of the present invention will be described. The base station 0 creates a secret key S and keeps it secret. A prime number or a prime exponent p larger than the secret key S and larger than the number of terminals 5 is created and held. One divisor q of (p-1) is obtained and held. It holds seeking original f 1 non-zero GF (q).

【0049】f(z)=S+f1×z modq を用いて、Si=f(i)を計算することにより求めた秘
密情報Siを、各端末i(1≦i≦5)に暗号通信手段を
用いて秘密に配送する。
Using f (z) = S + f 1 × z modq, secret information Si obtained by calculating Si = f (i) is transmitted to each terminal i (1 ≦ i ≦ 5) by an encryption communication means. And deliver it secretly.

【0050】5台の端末の任意の2台からなる集合をΛ
としたとき、秘密情報Siは、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行な
う) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行なう) を満たす。ただし、集合Λ−{i}は、集合Λから集合
{i}を除いた集合である。たとえば、Λ={1,2}と
すると、 となる。
A set consisting of any two of the five terminals is denoted by Λ
S = {λ (i, Λ) × Si (the sum is performed for i∈Λ) λ (i, Λ) = Π {L / (Li)} (product is L はΛ− {i}). Where the set Λ− {i} is a set from the set Λ
It is a set excluding {i}. For example, if Λ = {1,2}, Becomes

【0051】各端末1,…,5は、秘密情報Siを記憶部
7,…,11に保持する。基地局0は、法p、GF(p)の元
gを記憶部6に保持する。基地局0は、秘密情報S1,
…,S5をそれぞれ指数とし、pを法とし、gを底とした
公開情報y1(=gS1 modp),y2(=gS2 modp),…,y
5(=gS5 modp)を計算して記憶部6に保持する。計算
後、S1,…,S5は基地局内より消去する。基地局0
は、全端末1,…,5の秘密鍵Sを指数とし、pを法と
し、gを底とする全端末の公開鍵y(=gS modp)を計
算して記憶部6に保持する。計算後、Sは基地局内より
消去する。
Each terminal 1,..., 5 holds the secret information S i in the storage units 7,. The base station 0 holds the element g of the modulus p and GF (p) in the storage unit 6. The base station 0 transmits the secret information S 1 ,
..., and the index S 5 respectively, modulo p, public information and a base of g y 1 (= g S1 modp ), y 2 (= g S2 modp), ..., y
5 (= g S5 modp) is calculated and stored in the storage unit 6. After the calculation, S 1 ,..., S 5 are deleted from the base station. Base station 0
Calculates the public keys y (= g S modp) of all terminals having exponents of the secret keys S of all terminals 1,..., P modulo p, and g as the base, and stores them in the storage unit 6. After the calculation, S is deleted from the inside of the base station.

【0052】図2を参照して、本発明の第1の実施の形
態の準備フェーズを説明する。基地局0は、GF(q)の
0でない元kを任意に生成し、kを指数とし、pを法と
し、gを底とする準備情報C1(=gk modp)を計算す
る。整数kを指数、pを法とし、基地局0が特定した端
末5の公開情報y5を底とする排除情報C2(=y5 k mod
p)を計算する。kを指数、pを法、全端末1,…,5
の公開鍵yを底とする共有鍵K(=yk modp=g^(S
×k) modp)を求める。同時に特定端末5を除く全て
の端末j(j=1,…,4)との共通データMを生成し
て、MとKの法p上での積である暗号文C3(=M×K
modp)を計算する。以上のC1、C2、C3および特定端
末番号5を全端末に同報通信する。
The preparation phase of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The base station 0 arbitrarily generates a non-zero element k of GF (q), calculates k as an exponent, modulates p, and prepares preparation information C 1 (= g k modp) using g as a base. Exclusion information C 2 (= y 5 k mod) using the base of the public information y 5 of the terminal 5 specified by the base station 0 using the integer k as an exponent and p as a modulus.
Calculate p). k is exponent, p is modulo, all terminals 1, ..., 5
Key K (= y k modp = g ^ (S
× k) Find modp). At the same time, the common data M with all the terminals j (j = 1,..., 4) except the specific terminal 5 is generated, and the ciphertext C 3 (= M × K) which is the product of M and K on the modulus p
modp). More C 1, C 2, C 3 and a specific terminal number 5 broadcasts to all terminals.

【0053】図3を参照して、端末5を除いた全ての端
末1,…,4で共有鍵を共有する場合の鍵共有フェーズを
説明する。端末1では、自己の端末番号1と、受信した
排除端末番号5から、Λ={1,5}として、 λ(1,Λ)=5/(5−1)=5/4 λ(5,Λ)=1/(1−5)=−1/4 を計算する。準備情報C1(=gk modp)と、排除情報C
2(=y5 k modp)を用いて、S1とλ(1,Λ)を指数と
し、C1を底とするべき乗剰余値 C1^(λ(1,Λ) modq) modp と、λ(5,Λ)を指数とし、C2を底とするべき乗剰余値 C2^(λ(5,Λ) modq) modp との積 C1^(S1×λ(1,Λ) modq)×C2^(λ(5,Λ) modq) modp =g^(k×S1×λ(1,Λ) modq) ×g^(k×S5×λ(5,Λ) modq) modp =g^(k×(S1×λ(1,Λ)+S5×λ(5,Λ) modq)) modp =g^(k×S modq) modp =K を求めることによりKを得る。さらに暗号文C3(=M×
K modp)を法p上でKで除した値 C3/K=M×K/K modp=M を求めて基地局0との共通データとする。
Referring to FIG. 3, a key sharing phase when a shared key is shared by all terminals 1,..., 4 except terminal 5 will be described. In the terminal 1, based on its own terminal number 1 and the received exclusion terminal number 5, Λ (1, Λ) = 5 / (5-1) = 5/4 λ (5, Λ) = 1 / (1-5) = − /. Preparation information C 1 (= g k modp) and exclusion information C
Using 2 (= y 5 k modp), S 1 and λ (1, Λ) are used as exponents, and a power residue value C 1 ^ (λ (1, Λ) modq) modp with C 1 as a base, and λ The product of (5, を) as an exponent and the power residue value C 2 ^ (λ (5, Λ) modq) modp with C 2 as a base C 1 ^ (S 1 × λ (1, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (5, Λ) modq) modp = g ^ (k × S 1 × λ (1, Λ) modq) × g ^ (k × S 5 × λ (5, Λ) modq) modp = g ^ (k × (S 1 × λ (1, Λ) + S 5 × λ (5, Λ) modq)) modp = g ^ (k × S modq) modp = K to obtain K. Further, the ciphertext C 3 (= M ×
K modp) is divided by K on the modulus p to obtain C 3 / K = M × K / K modp = M, which is used as common data with the base station 0.

【0054】以上の計算は、端末2〜4でも同様に行な
うことができ、結果として、端末1〜4で共通データM
を共有することができる。
The above calculation can be performed in the same manner in the terminals 2 to 4, and as a result, the common data M
Can be shared.

【0055】一方、端末5においては、基地局0から同
報通信された排除情報C2(=y5 k=g^(k×S5) mod
p)と、保持している情報から計算可能なべき乗剰余値
(=C1 S 5 modp=g^(k×S5) modp)が、同じである
こと、Λ={5}となってλ(5,Λ)が求められないこ
とから、上記鍵共有フェーズでの共有鍵Kの算出ができ
ない。そのため、共通データMを計算することができな
い。
On the other hand, in the terminal 5, the exclusion information C 2 (= y 5 k = g (k × S 5 ) mod broadcast from the base station 0
p) and the power-residue value that can be calculated from the stored information
(= C 1 S 5 modp = g ^ (k × S 5 ) modp) is the same, and Λ = {5}, and λ (5, Λ) cannot be obtained. Can not calculate the shared key K. Therefore, the common data M cannot be calculated.

【0056】各端末は、 K=g^(S×k) modp, C1=gk modp, y=gS modp から秘密鍵Sを求めることができないため、各分割秘密
情報Saは再利用できる。このため、次の鍵共有からは
セットアップを行なう必要はなく、準備フェーズと鍵共
有フェーズを繰り返せばよい。
[0056] Each terminal, K = g ^ (S × k) modp, C 1 = g k modp, y = g S can not be obtained secret key S from modp, each divided secret information S a reused it can. Therefore, there is no need to perform setup from the next key sharing, and the preparation phase and the key sharing phase may be repeated.

【0057】図4に、以上の処理を行なうための、基地
局と各端末i(1≦i≦N)の構成を示す。
FIG. 4 shows the configuration of a base station and each terminal i (1 ≦ i ≦ N) for performing the above processing.

【0058】次に、第1の実施の形態における安全性の
説明を行なう。
Next, security in the first embodiment will be described.

【0059】(1)すべての端末は、準備フェーズで
は、共有鍵Kを求めることは困難である。準備フェーズ
で、例えば端末1が保持する情報は、以下の2つであ
る。 ・秘密情報:S1 ・準備情報:C1(=gk modp) 以上の情報から共有鍵Kを求めるには、S1から秘密鍵
Sを求められればよい。しかし、全端末の秘密鍵SはSh
amirのしきい値法(Shamirのしきい値法の詳細は、Mene
zes,van Oorschot,Vanstone著「HANDBOOK of APPLIED C
RYPTOGRAPHY」、出版社CRCを参照されたい。)を用いて
分割しているので、S1からでは求めることはできな
い。ただし、全端末の秘密鍵Sの大きさは総当たり攻撃
に対抗できる程度の大きな数にとっておくことが必要で
ある。
(1) It is difficult for all terminals to obtain the shared key K in the preparation phase. In the preparation phase, for example, the information held by the terminal 1 is the following two pieces of information. Secret information: S 1 Preparation information: C 1 (= g k modp) In order to obtain the shared key K from the above information, the secret key S may be obtained from S 1 . However, the secret key S of all terminals is Sh
amir's threshold method (For details on Shamir's threshold method, see Mene
`` HANDBOOK of APPLIED C '' by zes, van Oorschot, Vanstone
RYPTOGRAPHY ", publisher CRC. ) Since the resolved using, can not seek from S 1. However, it is necessary to keep the size of the secret keys S of all terminals large enough to resist a brute force attack.

【0060】(2)排除される端末5は、鍵共有フェー
ズにおいても、共有鍵Kと共通データMを求めることは
困難である。鍵共有フェーズで排除される端末5が保持
する情報は、上記(1)に追加して、 ・排除情報:C2(=yS5 =g^(k×S5) modp) ・暗号文 :C3(=M×K=M×g^(k×S) modp) である。これらはElGamal暗号における暗号文に等し
い。したがって、法p,q、整数kを十分に大きくとっ
ておけば、ElGamal暗号に帰着して、これらから共有鍵
Kと共通データMを求めることが困難となる。具体的に
は、pを1024bits以上、k,qを160bits以上にすること
が望ましい。
(2) It is difficult for the excluded terminal 5 to obtain the shared key K and the common data M even in the key sharing phase. The information held by the terminal 5 excluded in the key sharing phase is added to the above (1). ・ Exclusion information: C 2 (= y S5 = g ((k × S 5 ) modp) ・ Ciphertext: C 3 (= M × K = M × g ^ (k × S) modp). These are equivalent to ciphertexts in ElGamal encryption. Therefore, if the modulo p and q and the integer k are set to be sufficiently large, it becomes difficult to obtain the shared key K and the common data M from these, resulting in ElGamal encryption. Specifically, it is desirable that p be 1024 bits or more and k and q be 160 bits or more.

【0061】また、端末5を排除して鍵共有した後の準
備フェーズでは、引き続き端末5を排除することが可能
である。これは、例えば5つの端末で共通の秘密鍵を共
有してグループ内の暗号通信を行なっている際に、まず
端末5が紛失または盗難にあい、これに対応して残りの
4端末で新たな共通の秘密鍵を共有する。
In the preparation phase after excluding the terminal 5 and sharing the key, the terminal 5 can be continuously eliminated. This is because, for example, when five terminals share a common secret key and perform encrypted communication within a group, first the terminal 5 is lost or stolen, and in response to this, a new Share a common secret key.

【0062】次に、さらに端末4も紛失または盗難にあ
い、端末4、5両方とも排除して、次の共通の鍵を共有
する必要が生じる場合である。このためには、端末5排
除後の鍵共有フェーズにおいて、基地局と端末1〜3は
端末5排除時に共有した共通データM1と端末4排除時
に共有した共通データM2から新規共通データM'を作成
(単純にM1とM2の排他的論理和をとってもよいし、ハ
ッシュ関数を用いてM 1とM2の和のハッシュ値をとって
もよい。)して使用すればよい。この方法によれば、共
通データM1を求められない端末5と共通データM2を求
められない端末4は新規共通データM'を作成すること
はできない。同様に、共通データM1を用いて、共通デ
ータM2を共有するための準備情報や排除情報や暗号文
を秘密に配送しても良い。この方法によれは、共通デー
タM1を求められない端末5と、端末4は共通データM4
を求められない。
Next, the terminal 4 is also lost or stolen.
Yes, exclude both terminals 4 and 5 and share the next common key
In some cases. For this purpose, the terminal 5
In the key sharing phase after the removal, the base station and the terminals 1 to 3
Common data M shared when terminal 5 was removed1And when terminal 4 is excluded
Shared data M shared byTwoCreate new common data M 'from
(Simply M1And MTwoOr the exclusive OR of
M 1And MTwoTake the hash value of the sum of
Is also good. ). According to this method,
Communication data M15 and common data M that cannot be obtainedTwoSeeking
Terminal 4 must create new common data M '
Can not. Similarly, common data M1Using common data
Data MTwoPreparation information, exclusion information and ciphertext for sharing
May be delivered secretly. According to this method, common data
M15 and the terminal 4 that cannot obtain the common data MFour
Can not be asked.

【0063】また、端末4,5が結託して新規共通デー
タM'を求めるような場合には、端末5排除後の端末4
排除時の鍵共有フェーズで端末5に対応した排除情報C
2も配送し、端末1〜3で新規共通データを共有する方
法もある。この方法は実質的には第2の実施の形態にお
いて説明する方法と同じである。
In the case where the terminals 4 and 5 collude and obtain new common data M ', the terminal 4 after the elimination of the terminal 5
Exclusion information C corresponding to terminal 5 in the key sharing phase at the time of exclusion
There is also a method of distributing 2 and sharing the new common data among the terminals 1 to 3. This method is substantially the same as the method described in the second embodiment.

【0064】第1の実施の形態では、各端末の秘密情報
aは基地局が分割して、暗号通信手段を用いて配送す
るとしたが、これらは基地局と端末以外の信頼できる第
三機関が行なっても構わないし、配送せずに予め秘密情
報Saを端末に埋め込んでおいてもよい。
[0064] In the first embodiment, the secret information S a of each terminal is a base station is divided, but the delivery is using an encryption communication means, a trusted third party other than the above and the base station terminal it is not may be carried out, the pre-secret information S a without delivery may be embedded in the terminal.

【0065】また、暗号通信手段は秘密鍵暗号を用いた
ものでも公開鍵暗号を用いたものでもよい。ただし、公
開鍵暗号を用いたほうが、基地局が各端末の公開鍵だけ
を保持するため、基地局の不正に対してセキュリティが
向上する。
The encryption communication means may use secret key cryptography or public key cryptography. However, using public key cryptography improves security against unauthorized use of the base station because the base station holds only the public key of each terminal.

【0066】基地局から各端末に配送される全てのデー
タに、基地局のディジタル署名を付加すれば、端末によ
る基地局の認証ができるし、第三者による改ざんを検知
することができ、セキュリティが向上する。
If a digital signature of the base station is added to all data delivered from the base station to each terminal, the terminal can be authenticated by the terminal, falsification by a third party can be detected, and security can be detected. Is improved.

【0067】また、第1の実施の形態における各端末の
秘密情報Saが正しく分割されているかどうかは、Peder
senのシェア検証プロトコル(「Proc. of Eurocrypt'9
1」出版社 Springer-Verlagの予稿“Distributed Prove
rs with Applications to Undeniable Signatures”著
T.P.Pedersenを参照のこと。)を適用することができ
る。検証情報{gf0 modp, gf1 modp,…, gfN mod
p}を秘密分割者が公開することにより、各端末が自身
の秘密情報の正しさを確認することができ、セキュリテ
ィが向上する。
[0067] Also, whether the secret information S a of each terminal in the first embodiment is divided properly, Peder
Sen's share verification protocol (Proc. of Eurocrypt'9
1 ”Published by Springer-Verlag publisher“ Distributed Prove
rs with Applications to Undeniable Signatures ”
See TPPedersen. ) Can be applied. Verification information {g f0 modp, g f1 modp, ..., g fN mod
By exposing p by the secret splitter, each terminal can confirm the correctness of its own secret information, and the security is improved.

【0068】基地局が、各端末の秘密情報Saを暗号通
信手段を用いて秘密に各端末に配送し、準備情報C1
各端末に配送する構成としたが、基地局がC1 Sa modp
を計算して暗号通信手段を用いて秘密に各端末に配送し
てもよい。この方法では各端末は直接Saを知ることが
できないので、端末同士が結託してSを求めることはで
きない。ただし、この場合にはセットアップを鍵共有ご
とに行なう必要がある。
[0068] base station, and delivered to the terminal in secret the secret information S a of each terminal using the cipher communication section, preparation information C 1 also has a configuration to deliver to each terminal, the base station C 1 Sa modp
May be calculated and secretly delivered to each terminal using the encryption communication means. In this method, since each terminal cannot directly know Sa, the terminals cannot collaborate to obtain S. However, in this case, setup must be performed for each key sharing.

【0069】基地局が、鍵共有フェーズに端末5を排除
する場合に排除情報C2を配送する構成としたが、基地
局がC2^(λ(5,Λ) modq) modpを計算して配送して
もよい。この方法では端末の計算量が非常に少なくて済
むが、Λは端末ごとに異なるので通信量が増加する。
Although the base station delivers the exclusion information C 2 when excluding the terminal 5 in the key sharing phase, the base station calculates C 2 ^ (λ (5, Λ) modq) modp. May be delivered. In this method, the amount of calculation of the terminal is very small, but the amount of communication increases because Λ differs for each terminal.

【0070】第1の実施の形態ではElGamal暗号を基に
した方法で実施したが、Nyberg-Rueppel署名を基にして
実施することもできる。この方法では端末が共通データ
Mに対する基地局のディジタル署名を検証することがで
きる。Nyberg-Rueppel署名の詳細は、Menezes,van Oors
chot,Vanstone著「HANDBOOK of APPLIED CRYPTOGRAPH
Y」(CRC出版)を参照されたい。また、Nyberg-Rueppel
署名は、構成の方法により6種類(正負を考慮するとさ
らに多い)が提案されており、この6種類全てが本発明
に適用可能である。
In the first embodiment, the method is performed based on the ElGamal encryption, but may be performed based on the Nyberg-Rueppel signature. In this method, the terminal can verify the digital signature of the base station for the common data M. For more information on Nyberg-Rueppel signatures, see Menezes, van Oors
`` HANDBOOK of APPLIED CRYPTOGRAPH '' by chot, Vanstone
Y "(CRC Publishing). Also, Nyberg-Rueppel
Six types of signatures (even more in consideration of positive and negative) have been proposed depending on the configuration method, and all six types are applicable to the present invention.

【0071】また、基地局が各端末の公開情報y1,…,
5を保持する構成としたが、基地局が信頼できる場合
には、代わりに秘密情報S1,…,S5を保持してもよい。
Further, the base station makes public information y 1 ,.
it is configured to hold a y 5, when the base station is reliable, the secret information S 1 instead, ..., may hold S 5.

【0072】また、第1の実施の形態では、共通データ
Mを共通の鍵として用いたが、代わりに共有鍵K自身を
基地局と端末との共通の鍵をして利用してもよい。
Although the common data M is used as a common key in the first embodiment, the shared key K itself may be used as a common key between the base station and the terminal instead.

【0073】また、第1の実施の形態のようにセットア
ップが終了したシステムに、新規に端末を加入させる場
合には、新たな端末番号を用いて秘密情報を計算して、
この秘密情報を新規端末に秘密に配送してやればよい。
When a new terminal is to be added to the system whose setup has been completed as in the first embodiment, secret information is calculated using a new terminal number.
The secret information may be secretly delivered to the new terminal.

【0074】また、第1の実施の形態では、各端末につ
き1個の秘密情報を保持させたが、端末の権限の強弱に
応じて秘密情報の数を増減させることにより、端末ごと
に権限を変更することが可能である。例えば、秘密情報
を1個しか保有していない端末では鍵共有できないが、
2個以上保有している端末では鍵共有が可能というよう
な使用法が可能となる。
Further, in the first embodiment, one piece of secret information is held for each terminal. However, by increasing or decreasing the number of secret information according to the strength of the authority of the terminal, the authority is assigned to each terminal. It is possible to change. For example, a terminal that has only one piece of secret information cannot share a key,
A terminal having two or more terminals can use the key in such a way that key sharing is possible.

【0075】また、第1の実施の形態では有限体GF
(p)上の離散対数問題の困難さを利用しているが、一般
にこれを任意の有限体上(定義体)の楕円曲線上の離散
対数問題に拡張することができる。この場合には、定義
体のビット数を例えば160ビット程度に削減することが
できるため、データ通信量や端末や基地局における記憶
域のサイズを削減することができる。
In the first embodiment, the finite field GF
Although the difficulty of the discrete logarithm problem on (p) is used, this can be generally extended to a discrete logarithm problem on an elliptic curve on an arbitrary finite field (definition field). In this case, the number of bits of the definition field can be reduced to, for example, about 160 bits, so that the amount of data communication and the size of a storage area in a terminal or a base station can be reduced.

【0076】基地局の第1、第2、第3の基地局側記憶
部および端末の第1、第2の端末側記憶部を、外部より
観測したり変更できない領域とすれば、基地局および端
末のユーザおよび第三者は秘密の情報を観測したり変更
できないのでセキュリティを向上できる。また、端末同
士が結託しても全端末の秘密鍵Sを求めることが困難に
なる。
If the first, second, and third base station-side storage units of the base station and the first and second terminal-side storage units of the terminal are areas that cannot be externally observed or changed, the base station and The terminal user and third parties cannot observe or change the secret information, thereby improving security. Further, even if the terminals are colluded, it becomes difficult to obtain the secret keys S of all the terminals.

【0077】第1の実施の形態では特定端末を排除した
鍵共有を行なったが、以下では、逆に基地局が特定端末
とだけ鍵を共有する方法について説明する。この方法で
は、第1の実施の形態と同じインフラを利用することが
できる。また、グループ規模により第1の実施の形態の
鍵共有法と下記の鍵共有法を自動的に切り換える構成と
すれば、基地局は意識すること無く効率的な方法で鍵共
有を行なうことができる。 図5は、特定端末だけで鍵
共有を行なう方法における鍵共有フェーズを示す。
In the first embodiment, key sharing is performed excluding a specific terminal. However, a method in which a base station shares a key only with a specific terminal will be described below. In this method, the same infrastructure as in the first embodiment can be used. Further, if the key sharing method of the first embodiment and the following key sharing method are automatically switched according to the group size, the base station can perform key sharing in an efficient manner without being aware of it. . FIG. 5 shows a key sharing phase in a method in which key sharing is performed only by a specific terminal.

【0078】基地局0は、特定端末1と2に対して、特
定端末1と2の公開情報y1とy2を底とし、pを法と
し、kを指数とする共有情報X1(=y2 k modp),X2
(=y 1 k modp)を計算して、準備情報C1(=gk mod
p)と共に全端末1,…,5に同報通信する。
The base station 0 sends specific terminals 1 and 2
Public information y of fixed terminals 1 and 21And yTwoWith p as the modulo
And the shared information X with k as an index1(= YTwo k modp), XTwo
(= Y 1 k modp) to calculate the preparation information C1(= Gk mod
Broadcast to all terminals 1,..., 5 together with p).

【0079】基地局0は、整数k、特定端末1、2の公
開情報y1,y2を用いて、指数をk、法をp、y1とy2
の積を底とする共有鍵 を計算する。
The base station 0 uses the integer k and the public information y 1 and y 2 of the specific terminals 1 and 2 to set the exponent to k, the modulus to p, and y 1 and y 2
Shared key based on the product of Is calculated.

【0080】特定端末1は、pを法とし、準備情報C1
を底とし、秘密鍵S1を指数とするべき乗剰余値と共有
情報X1の積 C1 S1×X1=g^(k(S2+S1) modq) modp を計算をすることにより、共有鍵Kを求める構成とすれ
ばよい。この方法では、特定端末2も同様の計算により
共有鍵Kを求めることができる。また、システムセット
アップと準備フェーズは第1の実施の形態と同じなの
で、鍵共有フェーズにおいて、特定端末数により第1の
実施の形態と上記特定端末間の鍵共有方法を切り替えれ
ばよい。
The specific terminal 1 prepares the preparation information C 1 by modulating p.
Is calculated by calculating the product C 1 S1 × X 1 = g ^ (k (S 2 + S 1 ) modq) modp of the modular exponentiation value with the secret key S 1 as an exponent and the shared information X 1. The configuration may be such that the key K is obtained. In this method, the specific terminal 2 can obtain the shared key K by the same calculation. Further, since the system setup and the preparation phase are the same as in the first embodiment, in the key sharing phase, the key sharing method between the first embodiment and the specific terminal may be switched according to the number of specific terminals.

【0081】上記のように、本発明の第1の実施の形態
では、基地局と5つの端末のシステムにおける排他的鍵
共有法を、秘密分散法により秘密鍵Sを分散した秘密情
報S iを利用して、各端末に、準備情報(gk modp)、排
除情報(gkS5 modp)、暗号文(M×K modp)およ
び排除端末番号(5)を同報通信し、各端末では、C i^
(λ(i,Λ) modq) modpと、C2^(λ(5,Λ) modq) m
odpとの積を計算してKを得て、暗号文(M×K modp)
をKで除してMを求めて基地局0との共通データとする
構成としたので、少ない通信量で高速に、端末5を除い
た他の端末と基地局で鍵を共有することができる。
As described above, the first embodiment of the present invention
Now, the exclusive key in the system of base station and 5 terminals
A secret method in which a secret key S is shared by a secret sharing
Report S iUsing each terminal, the preparation information (gk modp), exhaust
Removal information (gkS5 modp), ciphertext (M × K modp) and
And the exclusion terminal number (5) are broadcast. i^
(λ (i, Λ) modq) modp and CTwo^ (λ (5, Λ) modq) m
The product of odp is calculated to obtain K, and the ciphertext (M × K modp)
Is divided by K to obtain M to be used as common data with the base station 0.
With the configuration, the terminal 5 is excluded at high speed with a small amount of communication
The key can be shared by the base station and another terminal.

【0082】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態は、基地局と5つの端末のシステムにおいて、準
備情報(gk modp)、排除情報(y4 k modp,y5 k mod
p)、暗号文(M×K modp)を特定端末の番号(4,5)
と共に全端末に同報通信し、端末では、g^(k×S1×
λ(1,Λ) modq)×g^(S4×k×λ(4,Λ) modq)×
g^(S5×k×λ(5,Λ)modq) modpを計算してKを得
て、暗号文Kで除して基地局との共通データMを得て、
端末4と端末5を除いた他の端末と基地局で鍵を共有す
る排他的鍵共有法である。
(Second Embodiment) In a second embodiment of the present invention, in a system of a base station and five terminals, preparation information (g k modp) and exclusion information (y 4 k modp, y 5) k mod
p) and the ciphertext (M × K modp) are assigned to the specific terminal number (4,5).
And broadcasts to all terminals, and at the terminal, g ^ (k × S 1 ×
λ (1, Λ) modq) × g ^ (S 4 × k × λ (4, Λ) modq) ×
g ^ (S 5 × k × λ (5, Λ) modq) modp is obtained to obtain K, divided by ciphertext K to obtain common data M with the base station,
This is an exclusive key sharing method in which a key is shared between a terminal and a base station other than the terminal 4 and the terminal 5.

【0083】図6は、本発明の第2の実施の形態の排他
的鍵共有法において、端末4と端末5を除いた全ての端
末1,2,3で共通データを共有する場合の鍵共有フェ
ーズを示す図である。本発明の第2の実施の形態のセッ
トアップおよび準備フェーズは、第1の実施の形態と同
じである。
FIG. 6 shows a key sharing scheme in a case where common data is shared by all the terminals 1, 2, and 3 except the terminal 4 and the terminal 5 in the exclusive key sharing method according to the second embodiment of the present invention. It is a figure showing a phase. The setup and preparation phase of the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment.

【0084】図6を参照して、端末4と端末5を除いた
全ての端末1,2,3で共通データを共有する場合の鍵
共有フェーズを説明する。基地局0は、kを指数とし、
pを法とし、gを底とする準備情報C1(=gk modp)
と、2台の特定端末4,5の公開情報y4,y5を用い
て、整数kを指数とし、pを法とし、gを底とする排除
情報C24(=y4 k modp),C25(=y5 k modp)と、
共通データMと共有鍵Kの法p上での積である暗号文C
3(=M×K modp)を特定端末の番号(=4,5)と共
に全端末に同報通信する。
Referring to FIG. 6, a key sharing phase in the case where common data is shared by all terminals 1, 2, 3 except terminal 4 and terminal 5 will be described. Base station 0 uses k as an index,
Preparation information C 1 (= g k modp) with p modulo g
And exclusion information C 24 (= y 4 k modp) using the public information y 4 and y 5 of the two specific terminals 4 and 5 as an integer k as an index, p as a modulus, and g as a base. C 25 (= y 5 k modp),
Ciphertext C which is the product of common data M and shared key K on modulus p
3 (= M × K modp) is broadcast to all terminals together with the specific terminal number (= 4,5).

【0085】端末1では、Λ={1,4,5}とし、λ
(1,Λ),λ(4,Λ),λ(5,Λ)を計算する。準備情
報C1と排除情報C24,C25を用いて、S1とλ(1,Λ)
の法q上での積を指数とし、C1を底とするべき乗剰余
を計算する。排除情報C24を用いて、λ(4,Λ)を指数
とし、C24を底とするべき乗剰余値C24^(λ(4,Λ) mo
dq) modp=y4^(k×λ(4,Λ) modq) modp=g^
(S4×k×λ(4,Λ) modq) modpを計算する。排除情
報C24,C25を用いて、λ(5,Λ)を指数とし、C25を底
とするべき乗剰余値 を計算する。これらの積 を計算することによりKを得る。さらに、暗号文C3
法p上でKで除した値C3/K modp=M×K/K mod
p=Mを求め、基地局との共通データMを得る。
In the terminal 1, Λ = {1, 4, 5} and λ
Calculate (1, λ), λ (4, Λ), λ (5, Λ). Using the preparation information C 1 and the exclusion information C 24 and C 25 , S 1 and λ (1, Λ) are obtained.
Exponentiation product of modulo q and power residue value with C 1 base Is calculated. With exclusion information C 24, λ (4, Λ ) and the exponent, modulo exponentiation to base C 24 value C 24 ^ (λ (4, Λ) mo
dq) modp = y 4 ^ (k × λ (4, Λ) modq) modp = g ^
(S 4 × k × λ (4, Λ) modq) modp is calculated. Using exclusion information C 24 and C 25 , power exponentiation value with λ (5, Λ) as an index and C 25 as a base Is calculated. These products To obtain K. Further, a value C 3 / K mod p = M × K / K mod obtained by dividing the cipher text C 3 by K on the modulus p
Obtain p = M and obtain common data M with the base station.

【0086】以上の計算は、端末2,3でも同様に行な
うことができ、結果として、端末1〜3で共通データM
を共有することができる。また、次の鍵共有からはセッ
トアップを行なう必要はない。
The above calculations can be performed in the same manner at terminals 2 and 3, and as a result, common data M
Can be shared. There is no need to perform setup from the next key agreement.

【0087】一方、端末4,5においては、基地局から
同報通信され排除情報C24(=y4 k=g^(k×S4) mod
p),C25(=y5 k=g^(k×S5) modp)と、保持し
ている情報から計算できるべき乗剰余値(C1 S4 modp
=g^(k×S4) modp,C1 S5modp=g^(k×S5) mod
p)が同じであること、Λ={4,5}となり、λ(4,
Λ),λ(5,Λ)が求められないことから、鍵共有フェー
ズでの共有鍵Kの算出ができない。そのため、共通デー
タMを計算することができない。
On the other hand, in the terminals 4 and 5, the exclusion information C 24 (= y 4 k = g ^ (k × S 4 ) mod broadcasted from the base station is transmitted.
p), C 25 (= y 5 k = g ^ (k × S 5 ) modp) and a power-residue value (C 1 S4 modp) that can be calculated from the held information.
= G ^ (k × S 4 ) modp, C 1 S5 modp = g ^ (k × S 5 ) modp
p) are the same, Λ = {4,5}, and λ (4,
Since Λ) and λ (5, Λ) are not obtained, calculation of the shared key K in the key sharing phase is not possible. Therefore, the common data M cannot be calculated.

【0088】予め決められた特定端末数d台の排除だけ
でなく、任意数の排除を行なうこともできる。基地局
が、秘密鍵Sを任意の整数e個の特定端末数d1,…,
eに対してそれぞれ分割したe組の秘密情報を保持し
て、一方、各端末は各組の中から自身の端末番号に対応
した秘密情報を保持しておき、鍵共有を行なう場合には
実際特定端末数Dと等しい特定端末数dw(1≦w≦
e)をd1,…,deより選択して、選択された特定端末
数dwに対して分割された秘密情報を用いて、排除情報
を計算して全端末に配送してやればd台以内ならば任意
に排除することができる。
In addition to the exclusion of a predetermined number d of specific terminals, an arbitrary number of exclusions can be performed. The base station transmits the secret key S to an arbitrary number e of specific terminals d 1 ,.
It holds the e sets of secret information divided respectively d e, while each terminal holds the secret information corresponding to its own terminal number from each set, when performing a key agreement is Actual number of specific terminals d w (1 ≦ w ≦
The e) d 1, ..., and selected from d e, by using the secret information divided to the selected specific terminal number d w, within d stand do it and delivered by calculating the elimination information to all terminals If so, it can be arbitrarily excluded.

【0089】また、特定端末数dよりも実際の特定端末
数Dが小さい場合には、全端末の秘密鍵Sを通常より
(d−1)個多く分割しておき、この通常より多く分割
したS N+1,…,SN+d-1をダミーの秘密情報として基地
局が保持しておく。この方法では実際の特定端末数Dと
特定端末数dの差v(=d−D)個の秘密情報Sb1
…,SbvをSN+1,…,SN+d-1から基地局が選んで排除
情報を計算して余分に全端末に配送することによりd台
以内ならば任意に排除することができる。この方法の場
合、前記d1,d2,,…,deに対応したe組の秘密情報
を用いる方法よりも、秘密情報が少なく済む。
The actual specific terminal is larger than the specific terminal number d.
When the number D is small, the secret keys S of all terminals are
(D-1) The number is divided into many, and the number is
S N + 1, ..., SN + d-1Base as dummy secret information
Bureau keeps. In this method, the actual number of specific terminals D and
The difference v (= d−D) pieces of secret information S of the specific terminal number db1,
…, SbvSN + 1, ..., SN + d-1Selected by base station from
By calculating information and delivering extra to all terminals, d units
If it is within, it can be arbitrarily excluded. Place of this method
If d1, DTwo,,…, deE secret information corresponding to
Less confidential information than the method using.

【0090】上記のように、本発明の第2の実施の形態
では、基地局と5つの端末のシステムにおける排他的鍵
共有法を、準備情報(gk modp)、排除情報(y4 k mod
p,y5 k modp)、暗号文(M×K modp)を特定端末の番
号(4,5)と共に全端末に同報通信し、端末では、g^
(k×S1×λ(1,Λ) modq)×g^(S4×k×λ(4,Λ)
modq)×g^(S5×k×λ(5,Λ) modq) modpを計算
してKを得て、暗号文Kで除して基地局との共通データ
Mを得る構成としたので、少ない通信量で高速に、端末
4と端末5を除いた他の端末と基地局で鍵を共有するこ
とができる。
As described above, the second embodiment of the present invention
Now, the exclusive key in the system of base station and 5 terminals
The sharing method is described in the preparation information (gk modp), exclusion information (yFour k mod
p, yFive k modp) and the ciphertext (M × K modp)
(4, 5) and broadcast to all terminals.
(k × S1× λ (1, Λ) modq) × g ^ (SFour× k × λ (4, Λ)
 modq) × g ^ (SFive× k × λ (5, Λ) modq) Calculate modp
To obtain K and divide by ciphertext K to obtain common data with the base station.
M, so that the communication speed is small and the terminal
The key can be shared between the base station and other terminals except for terminal 4 and terminal 5.
Can be.

【0091】(第3の実施の形態)本発明の第3の実施
の形態は、6つの端末のシステムにおいて、秘密分散法
により秘密鍵Sを分散した秘密情報Siを利用して、議
長端末から他の各端末に、準備情報C1(gk modp)、排
除情報C2(gkS5 modp)、暗号文K(gkS modp)お
よび排除端末番号(5)を同報通信し、各端末では、C
1^(λ(i,Λ) modq) ×C2^(λ(5,Λ) modq) modp
を計算してKを得て、端末5を除いた他の端末でグルー
プ鍵Kを共有する排他的鍵共有法である。
[0091] Third Embodiment (Third Embodiment) The present invention, in the six terminal system utilizes a secret information S i obtained by dispersing secret key S by secret sharing scheme, chairman terminal Broadcasts the preparation information C 1 (g k modp), the exclusion information C 2 (g kS5 modp), the ciphertext K (g kS modp) and the exclusion terminal number (5) to each of the other terminals. Then C
1 ^ (λ (i, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (5, Λ) modq) modp
Is obtained, and K is obtained, and the group key K is shared by the terminals other than the terminal 5 in the exclusive key sharing method.

【0092】図7は、本発明の第3の実施の形態の鍵共
有方法のセットアップを示す図である。図8は、本発明
の第3の実施の形態の準備フェーズを示す図である。図
9は、端末5を除いた全ての端末で共有鍵を共有する場
合の鍵共有フェーズを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a setup of a key sharing method according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram illustrating a preparation phase according to the third embodiment of this invention. FIG. 9 is a diagram showing a key sharing phase when all terminals except the terminal 5 share a shared key.

【0093】本発明の第3の実施の形態の鍵共有方法
は、セットアップ、準備フェーズ、鍵共有フェーズの3
つのフェーズに分けられる。以下、端末2が議長になっ
て端末5を排除しグループ鍵Kを共有する場合につい
て、各フェ−ズに分けて説明する。
The key sharing method according to the third embodiment of the present invention includes three steps: setup, preparation phase, and key sharing phase.
Divided into two phases. Hereinafter, the case where the terminal 2 becomes the chairperson and excludes the terminal 5 to share the group key K will be described for each phase.

【0094】図7を参照して、本発明の第3の実施の形
態の鍵共有方法のセットアップについて説明する。議長
端末2は、秘密鍵Sを作成して、秘密に保持する。秘密
鍵Sより大きく、端末数6より大きな素数または素数の
べきpを作成して公開する。(p−1)の約数qを1つ
求めて公開する。GF(p)の元gを公開する。
Referring to FIG. 7, the setup of the key sharing method according to the third embodiment of the present invention will be described. The chair terminal 2 creates a secret key S and keeps it secret. A prime number or a power p of a prime number larger than the secret key S and larger than the number of terminals 6 is created and made public. Find and publish one divisor q of (p-1). Disclose the element g of GF (p).

【0095】GF(q)の0でない元f1を求めて保持す
る。
A non-zero element f 1 of GF (q) is obtained and held.

【0096】f(i)=S+f1×i modq を用いて、Si=f(i)を計算することにより求めた秘
密情報Siを、各端末i(1≦i≦6)に暗号通信手段を
用いて秘密に配送する。
The secret information S i obtained by calculating S i = f (i) using f (i) = S + f 1 × i modq is encrypted and transmitted to each terminal i (1 ≦ i ≦ 6). Deliver secretly by means.

【0097】6台の端末の任意の2台からなる集合をΛ
としたとき、秘密情報Siは、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行なう) を満たす。ただし、集合Λ−{i}は、集合Λから集合
{i}を除いた集合である。各端末1,…,6は、秘密情報
iを記憶部に保持する。
A set consisting of any two of the six terminals is denoted by Λ
When the secret information S i is, S = Σλ (i, Λ ) × S i ( sum performed for i∈Λ) λ (i, Λ) = Π {L / (L-i)} ( product is L∈Λ- {i}). Where the set Λ− {i} is a set from the set Λ
It is a set excluding {i}. Each terminal 1,..., 6 holds the secret information S i in the storage unit.

【0098】議長端末は、秘密情報S1,…,S6をそれぞ
れ指数とし、pを法とし、gを底とした公開情報y1(=
S1 modp),y2(=gS2 modp),…,y6(=gS6 modp)
を計算して公開する。計算後、S1,…,S6は議長端末内
より消去する。議長端末は、全端末1,…,6の秘密鍵S
を指数とし、pを法とし、gを底とする全端末の公開鍵
y(=gS modp)を計算して公開する。計算後、Sは議
長端末内より消去する。 図8を参照して、本発明の第
3の実施の形態の準備フェーズを説明する。
The chair terminal uses public information y 1 (= p) modulo p and secret information S 1 ,..., S 6 as exponents, respectively.
g S1 modp), y 2 (= g S2 modp),..., y 6 (= g S6 modp)
Calculate and publish. After the calculation, S 1 ,..., S 6 are deleted from the chair terminal. The chair terminal is the secret key S of all terminals 1,.
Is used as an exponent, and modulo p is used to calculate and publish the public key y (= g S modp) of all terminals having g as the base. After the calculation, S is deleted from the chair terminal. The preparation phase of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0099】議長端末は、GF(q)の0でない元kを任
意に生成し、kを指数とし、pを法とし、gを底とする
準備情報C1(=gk modp)を計算する。整数kを指数と
し、pを法とし、議長端末が特定した端末5の公開情報
5を底とする排除情報C2(=y5 k modp)を計算す
る。C1、C2および特定端末番号5を全端末に同報通信
する。
The chair terminal arbitrarily generates a non-zero element k of GF (q), calculates k as an index, modulates p, and calculates preparation information C 1 (= g k modp) using g as a base. . Using the integer k as an index and modulo p, the exclusion information C 2 (= y 5 k modp) based on the public information y 5 of the terminal 5 specified by the chair terminal is calculated. C 1, C 2 and a specific terminal number 5 broadcasts to all terminals.

【0100】図9を参照して、端末5を除いた全ての端
末1,…,4,6で共有鍵を共有する場合の鍵共有フェー
ズを説明する。議長端末は、システム公開鍵yを用い
て、グループ鍵 K=yk modp を計算する。
Referring to FIG. 9, a key sharing phase in the case where a shared key is shared by all terminals 1,..., 4, and 6 except for terminal 5 will be described. The chair terminal calculates the group key K = y k modp using the system public key y.

【0101】端末1では、自己の端末番号1と、受信し
た排除端末番号5から、Λ={1,5}として、λ(1,
Λ)とλ(5,Λ)を計算する。準備情報C1(=gk modp)
と、排除情報C2(=y5 k modp)を用いて、S1とλ(1,
Λ)を指数とし、C1を底とするべき乗剰余値 C1^(λ(1,Λ) modq) modp と、λ(5,Λ)を指数とし、C2を底とするべき乗剰余値 C2^(λ(5,Λ) modq) modp との積 C1^(S1×λ(1,Λ) modq)×C2^(λ(5,Λ) modq) modp =g^(k×S1×λ(1,Λ) modq) ×g^(k×S5×λ(5,Λ) modq) modp =g^(k×(S1×λ(1,Λ)+S5×λ(5,Λ) modq)) modp =g^(k×S modq) modp =K を求めることによりKを得る。
The terminal 1 sets λ (1,5) from its own terminal number 1 and the received exclusion terminal number 5 as 排除 = {1,5}.
Λ) and λ (5, Λ) are calculated. Preparation information C 1 (= g k modp)
And exclusion information C 2 (= y 5 k modp), S 1 and λ (1,
The lambda) and index, modular exponentiation value C 1 ^ (λ (1, Λ) to base C 1 mod q) modp and, lambda (5, and the lambda) index, modular exponentiation value C to base C 2 Product with 2 ^ (λ (5, Λ) modq) modp C 1 ^ (S 1 × λ (1, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (5, Λ) modq) modp = g ^ (k × S 1 × λ (1, Λ) modq) × g ^ (k × S 5 × λ (5, Λ) modq) modp = g ^ (k × (S 1 × λ (1, Λ) + S 5 × λ ( 5, Λ) modq)) modp = g ^ (k × S modq) modp = K to obtain K.

【0102】以上の計算は、端末3〜4,6でも同様に
行なうことができ、結果として、端末1〜4,6で共通
データKを共有することができる。
The above calculation can be performed in the same manner in the terminals 3 to 4 and 6, and as a result, the common data K can be shared by the terminals 1 to 4 and 6.

【0103】一方、端末5においては、議長端末から同
報通信された排除情報C2(=y5 k=g^(k×S5) mod
p)と、保持している情報から計算可能なべき乗剰余値
(=C1 S 5 modp=g^(k×S5) modp)が、同じである
こと、Λ={5}となってλ(5,Λ)が求められないこ
とから、上記鍵共有フェーズでの共有鍵Kの算出ができ
ない。
On the other hand, in the terminal 5, the exclusion information C 2 (= y 5 k = g ^ (k × S 5 ) mod broadcast by the chair terminal.
p) and the power-residue value that can be calculated from the stored information
(= C 1 S 5 modp = g ^ (k × S 5 ) modp) is the same, and Λ = {5}, and λ (5, Λ) cannot be obtained. Can not calculate the shared key K.

【0104】各端末は、K,C1,yから秘密鍵Sを求
めることができないため、各分割秘密情報Siは再利用
できる。このため、次の鍵共有からはセットアップを行
なう必要はなく、準備フェーズと鍵共有フェーズを繰り
返せばよい。
Since each terminal cannot obtain the secret key S from K, C 1 , y, each divided secret information S i can be reused. Therefore, there is no need to perform setup from the next key sharing, and the preparation phase and the key sharing phase may be repeated.

【0105】新規加入端末がある場合は、新規加入端末
iにSi=f(i)を秘密に配送すればよい。
When there is a new subscriber terminal, S i = f (i) may be secretly delivered to the new subscriber terminal i.

【0106】共有鍵の定期更新方法について説明する。
例えば、3番の端末が鍵を変更する場合、乱数kを発生
して、C1を作成して他の端末に同報通信する。3番の
端末の公開鍵y3を用いて、3番の端末を排除する場合
のC2を作成して他の端末に同報通信する。3番以外は
同じ鍵を共有できる。3番は、全端末の公開鍵yと自身
が生成した乱数kを用いて他の端末との共有鍵を求める
ことができる。誰でもが2つの情報を送ることにより、
同報鍵の一斉変更ができる。
A method of periodically updating a shared key will be described.
For example, the third terminal may change the key, a random number is generated k, create a C 1 to broadcast to the other terminals. Using third public key y 3 of the terminal, to broadcast to other terminal by creating a C 2 when eliminating third terminal. Other than No. 3 can share the same key. No. 3 can obtain a shared key with another terminal using the public key y of all terminals and the random number k generated by itself. By sending two pieces of information,
You can change the broadcast key all at once.

【0107】つまり、これは鍵共有の提案者(端末3)
が、自分を排除する鍵共有を基地局がしていたように行
ない、最後に自分も全端末の公開鍵から共有鍵を生成す
る。
That is, this is the key sharing proposer (terminal 3)
However, the base station performs the key sharing that excludes itself as if the base station did, and finally generates a shared key from the public keys of all terminals.

【0108】端末の格付け方法について説明する。端末
の中でも使用者による権限の違いがあり、議長がいるも
のとする。議長のみのグループを構成して、通信内容に
より受け取り手を制限することを目的とする。具体的な
方法としては、議長と他の端末でシェアSiの数(重
み)を変えることにより実現する。
A method for rating a terminal will be described. It is assumed that there is a difference in authority among users among terminals, and a chair is present. The purpose is to form a group consisting only of the chairperson and to limit the recipients according to the communication content. As a specific method, realized by chairman and another terminal changing the number (weight) of the share S i.

【0109】例えば、セットアップにおいて、議長は、
しきい値3のシェアを2個持ち、他の端末は同じくしき
い値3のシェアを1個持つ。鍵共有フェーズにおいて、
議長はダミーのシェアを1個作って排除情報を送る。そ
の結果、議長は鍵共有できるが他の端末はできない。
For example, in the setup, the chair
The other terminals have two shares with the threshold value of 3, and the other terminals also have one share with the threshold value of 3. In the key agreement phase,
The chair creates one dummy share and sends exclusion information. As a result, the chair can share keys, but not other terminals.

【0110】別の例としては、セットアップにおいて、
議長は、しきい値4のシェアを3個持ち、副議長は同シ
ェアを2個持ち、他の端末は同シェアを1個持つように
する。鍵共有フェーズにおいて、議長はダミーのシェア
を1個作って排除情報を送る。その結果、議長は鍵共有
できるが、副議長と他の端末は鍵共有できない。議長が
ダミーのシェアを2個作って排除情報を送ると、議長と
副議長は鍵共有できるが他の端末はできない。
As another example, in the setup,
The chair has three shares with a threshold of 4, the vice chair has two shares, and the other terminals have one share. In the key sharing phase, the chair creates one dummy share and sends exclusion information. As a result, the chair can share keys, but the vice chair and other terminals cannot share keys. If the chairman creates two dummy shares and sends exclusion information, the chairperson and the vice-chairman can share keys, but other terminals cannot.

【0111】上記のように、本発明の第3の実施の形態
では、排他的鍵共有法を、6つの端末のシステムにおい
て、秘密分散法により秘密鍵Sを分散した秘密情報Si
を利用して、議長端末から他の各端末に、準備情報C
1(gk modp)、排除情報C2(gkS5 modp)、暗号文K
(gkS modp)および排除端末番号(5)を同報通信
し、各端末では、C1^(λ(i,Λ) modq) ×C2^(λ
(5,Λ) modq) modpを計算してKを得て、端末5を除
いた他の端末でグループ鍵Kを共有する構成としたの
で、基地局のないシステムでも、少ない通信量で高速
に、端末5を除いた他の端末で鍵を共有することができ
る。
As described above, in the third embodiment of the present invention, the exclusive key sharing method is applied to the secret information S i obtained by distributing the secret key S by the secret sharing method in a system of six terminals.
, The preparation information C is sent from the chair terminal to each of the other terminals.
1 (g k modp), exclusion information C 2 (g kS5 modp), ciphertext K
(G kS modp) and the exclusion terminal number (5) are broadcast, and each terminal transmits C 1 ^ (λ (i, Λ) modq) × C 2 ^ (λ
(5, Λ) modq) Modp is calculated to obtain K, and other terminals except the terminal 5 share the group key K. Therefore, even in a system without a base station, high speed can be achieved with a small amount of communication. The key can be shared by other terminals except the terminal 5.

【0112】[0112]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、基地
局と接続されたN台の端末からなる同報通信が可能な通
信システムの排他的鍵共有法を、秘密鍵をSとし、各端
末iは、S=Σλ(i,Λ)×Siを満たす秘密情報Si
を秘密に保持し、基地局は、準備情報C1(gk modp)
と、排除情報C2(g^(k×Sa modq) modp)を、特
定端末番号aと共に全端末に同報通信し、各端末j(j
≠a)は、C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,
Λ) modq) modpを計算をすることにより、基地局との
共有鍵Kを求める構成としたので、処理の簡素化と安全
性の向上が実現できるという効果が得られる。
As described above, according to the present invention, an exclusive key sharing method for a communication system capable of performing broadcast communication comprising N terminals connected to a base station is represented by S as a secret key and S as a secret key. terminal i is, S = Σλ (i, Λ ) × confidential information satisfies the S i S i
Is kept secret, and the base station prepares the preparation information C 1 (g k modp)
And the exclusion information C 2 (g ^ (k × S a modq) modp), together with the specific terminal number a, to all terminals.
≠ a) is C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a,
Λ) modq) Since the configuration is such that the shared key K with the base station is obtained by calculating modp, it is possible to obtain the effect that the processing can be simplified and the security can be improved.

【0113】また、排他的鍵共有法を、秘密鍵をSと
し、特定端末数をdとし、各端末iは、S=Σλ(i,
Λ)×Siを満たす秘密情報Siを秘密に保持し、基地局
は、準備情報C1=gk modpと、排除情報C21(g^(k
×Si1 modq) modp),・・・,C2d(g^(k×Sid
modq) modp)を、特定端末番号i1,…,idと共に全端
末に同報通信し、各端末jは、C1^(Sj×λ(j,Λ) mo
dq)×C21^(λ(i1,Λ) modq)×…×C2d^(λ(id,
Λ) modq) modpを計算することにより、基地局との共
有鍵Kを求める構成としたので、基地局から全端末に、
1,C2a,C2bと特定端末番号(a,b)を同報通信す
るだけで、2個の端末を同時に排除できるという効果が
得られる。
In the exclusive key sharing method, the secret key is S, the number of specific terminals is d, and each terminal i has S = Σλ (i,
秘密) × S i, and keep the secret information S i secret. The base station prepares the preparation information C 1 = g k modp and the exclusion information C 21 (g ^ (k
× S i1 modq) modp),..., C 2d (g ^ (k × S id
The mod q) modp), particular terminal number i 1, ..., and broadcast to all terminals with i d, the terminal j is, C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) mo
dq) × C 21 ^ (λ (i 1, Λ) modq) × ... × C 2d ^ (λ (i d,
Λ) modq) By calculating modp, the configuration is such that the shared key K with the base station is obtained.
C 1, C 2a, only broadcasts a C 2b with a particular terminal number (a, b), the effect is obtained that the two terminals at the same time can be eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の鍵共有方法におけ
るセットアップを示す図、
FIG. 1 is a diagram showing a setup in a key sharing method according to a first embodiment of the present invention;

【図2】第1の実施の形態の鍵共有方法における準備フ
ェーズを示す図、
FIG. 2 is a diagram showing a preparation phase in the key sharing method according to the first embodiment;

【図3】第1の実施の形態の鍵共有方法において、端末
5を除いた全ての端末で共有する鍵共有フェーズを示す
図、
FIG. 3 is a diagram showing a key sharing phase shared by all terminals except a terminal 5 in the key sharing method according to the first embodiment;

【図4】第1の実施の形態の鍵共有方法における各端末
と基地局の構成を示す図、
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of each terminal and a base station in the key sharing method according to the first embodiment;

【図5】第1の実施の形態の鍵共有方法における全端末
の半数を超えない数の端末が鍵を共有する場合の鍵共有
フェーズ図、
FIG. 5 is a key sharing phase diagram when not more than half of all terminals share a key in the key sharing method according to the first embodiment;

【図6】本発明の第2の実施の形態の鍵共有方法におい
て、特定端末4,5を除いた全端末で共有鍵を共有する
場合の鍵共有フェーズを示す図、
FIG. 6 is a diagram showing a key sharing phase when a shared key is shared by all terminals except specific terminals 4 and 5 in the key sharing method according to the second embodiment of the present invention;

【図7】本発明の第3の実施の形態の鍵共有方法におけ
るセットアップを示す図、
FIG. 7 is a diagram showing a setup in a key sharing method according to a third embodiment of the present invention;

【図8】第3の実施の形態の鍵共有方法における準備フ
ェーズを示す図、
FIG. 8 is a diagram showing a preparation phase in the key sharing method according to the third embodiment;

【図9】第3の実施の形態の鍵共有方法においる鍵共有
フェーズを示す図、
FIG. 9 is a diagram showing a key sharing phase in the key sharing method according to the third embodiment;

【図10】第1の従来例における鍵共有方式を示す図、FIG. 10 is a diagram showing a key sharing scheme in a first conventional example;

【図11】第2の従来例における鍵共有方式を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram showing a key sharing scheme in a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

0 基地局 1〜5 端末1〜端末5 6 基地局内の記憶部 7〜11 端末内の記憶部 19 受信部 20 第1の端末側記憶部 21 第2の端末側記憶部 22 第1の端末側計算部 23 第2の端末側計算部 24 第3の端末側計算部 25 第1の基地局側記憶部 26 第2の基地局側記憶部 27 第3の基地局側記憶部 28 第1の基地局側計算部 29 第2の基地局側計算部 30 第3の基地局側計算部 31 制御部 32 送信部 0 Base station 1 to 5 Terminal 1 to terminal 5 6 Storage unit in base station 7 to 11 Storage unit in terminal 19 Receiving unit 20 First terminal side storage unit 21 Second terminal side storage unit 22 First terminal side Calculation unit 23 Second terminal side calculation unit 24 Third terminal side calculation unit 25 First base station side storage unit 26 Second base station side storage unit 27 Third base station side storage unit 28 First base Station-side calculator 29 Second base-station-side calculator 30 Third base-station-side calculator 31 Controller 32 Transmitter

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年3月16日(2000.3.1
6)
[Submission date] March 16, 2000 (200.3.1.1)
6)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0050[Correction target item name] 0050

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0050】5台の端末の任意の2台からなる集合をΛ
としたとき、秘密情報Siは、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行う) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行う) を満たす。ただし、集合Λ−{i}は、集合Λから集合
{i}を除いた集合である。たとえば、Λ={1,2}と
すると、 となる。秘密情報Siをこのように設定することによ
り、積和の演算で秘密鍵Sを求めることができる。した
がって、秘密情報Siをべき指数とした排除情報をべき
乗して掛けることで、指数部分で積和演算ができる。そ
のため、秘密情報Siをあからさまにすることなく、指
数部分に隠したままで秘密鍵Sを指数部分に得ることが
できて、秘密情報Siを秘密のまま何度でも利用するこ
とが可能となる。
A set consisting of any two of the five terminals is denoted by Λ
S = {λ (i, は) × Si (the sum is performed for i∈Λ) λ (i, Λ) = Π {L / (Li)} (product is L はΛ− {i}). Where the set Λ− {i} is a set from the set Λ
It is a set excluding {i}. For example, if Λ = {1,2}, Becomes By setting the secret information Si in this way,
Thus, the secret key S can be obtained by the product-sum operation. did
Therefore, the exclusion information with the secret information Si as the exponent should be
By multiplying by the power, the product-sum operation can be performed on the exponent part. So
Without revealing the secret information Si
It is possible to obtain the secret key S in the exponent part while hiding it in several parts
It is possible to use the secret information Si
It becomes possible.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0052[Correction target item name] 0052

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0052】図2を参照して、本発明の第1の実施の形
態の準備フェーズを説明する。基地局0は、GF(q)の
0でない元kを任意に生成し、kを指数とし、pを法と
し、gを底とする準備情報C1(=gk modp)を計算す
る。整数kを指数、pを法とし、基地局0が特定した端
末5の公開情報y5を底とする排除情報C2(=y5 k mod
p)を計算する。kを指数、pを法、全端末1,…,5
の公開鍵yを底とする共有鍵K(=yk modp=g^(S
×k) modp)を求める。同時に特定端末5を除く全て
の端末j(j=1,…,4)との共通データMを生成し
て、MとKの法p上での積である暗号文C3(=M×K
modp)を計算する。以上のC1、C2、C3および特定端
末番号5を全端末に同報通信する。kを用いるのは、k
を変更することにより、同じ秘密鍵Sを使って異なる共
有鍵Kを配送できるようにするためである。
The preparation phase of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The base station 0 arbitrarily generates a non-zero element k of GF (q), calculates k as an exponent, modulates p, and prepares preparation information C 1 (= g k modp) using g as a base. Exclusion information C 2 (= y 5 k mod) using the base of the public information y 5 of the terminal 5 specified by the base station 0 using the integer k as an exponent and p as a modulus.
Calculate p). k is exponent, p is modulo, all terminals 1, ..., 5
Key K (= y k modp = g ^ (S
× k) Find modp). At the same time, the common data M with all the terminals j (j = 1,..., 4) except the specific terminal 5 is generated, and the ciphertext C 3 (= M × K) which is the product of M and K on the modulus p
modp). More C 1, C 2, C 3 and a specific terminal number 5 broadcasts to all terminals. The use of k is
Can be changed to use different secrets using the same secret key S.
This is to enable delivery of the keyed K.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安齋 潤 神奈川県横浜市港北区新横浜三丁目20番地 8 株式会社高度移動通信セキュリティ技 術研究所内 Fターム(参考) 5J104 BA03 EA04 EA24 EA28 EA30 EA33 MA06 NA02 NA16 NA18 PA01 5K067 AA30 CC14 DD17 EE02 EE10 HH36  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Jun Anzai 3-20-20 Shin-Yokohama, Kohoku-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 8 F-term in Advanced Mobile Communication Security Technology Research Institute, Inc. (Reference) 5J104 BA03 EA04 EA24 EA28 EA30 EA33 MA06 NA02 NA16 NA18 PA01 5K067 AA30 CC14 DD17 EE02 EE10 HH36

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基地局と、前記基地局と接続されたN台
(Nは2以上の整数)の端末からなる同報通信が可能な
通信システムの排他的鍵共有法において、秘密鍵をSと
し、前記Sおよび前記Nより大きい素数または素数のべ
き数をpとし、(p−1)の約数をqとし、基地局が特
定できる端末数(以下、特定端末数という)を1とし、
前記各端末i(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、 Si=S+f1×i modq(f1は零でないGF(q)の
元) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}につ
いて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の2台からなる集合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、前記基地
局は、前記(S,p,g,S 1,…,SN)を保持し、 (1)前記基地局は、GF(p)の元をgとし、零でない
GF(q)の元をkとしたとき、準備情報 C1=gk modp を計算し、 (2)前記基地局は、特定端末aの秘密情報Saから排
除情報 C2=g^(k×Sa modq) modp を計算し、特定端末番号aと準備情報C1と共に全端末
に同報通信し、 (3)前記基地局は、前記特定端末aを除く全ての端末
j(j≠a)との共有鍵 K=g^(k×S modq) modp を求め、 (4)前記各端末j(j≠a)は、前記準備情報C1と前
記排除情報C2と自身の秘密情報Sjを用いて、前記Sj
と前記λ(j,Λ)の前記法q上での積を指数とする、前
記C1のべき乗剰余値 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) modp と、前記法q上で求めた前記λ(a,Λ)を指数とする、
前記C2のべき乗剰余値 C2^(λ(a,Λ) modq) modp との積 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を計算をすることにより、前記基地局との共有鍵Kを求
めることを特徴とする排他的鍵共有法。
1. A base station and N units connected to the base station
(N is an integer of 2 or more)
In an exclusive key agreement method of a communication system, a secret key is denoted by S.
And a prime number or a prime number greater than S and N
, The divisor of (p-1) is q, and the base station is
The number of terminals that can be specified (hereinafter referred to as the number of specific terminals) is 1,
Each terminal i (1 ≦ i ≦ N) is represented by S = {λ (i, Λ) × Si(Sum is performed for i∈Λ) (However, Si= S + f1× i modq (f1Is a nonzero GF (q)
Element) λ (i, Λ) = Π {L / (Li)} (product is L は-{i}
集合 is a set of any two of the N terminals).iConfidentially, said base
The station performs the above (S, p, g, S 1,…, SN(1) The base station sets the element of GF (p) to g and is not zero.
When the element of GF (q) is k, the preparation information C1= Gk modp, and (2) the base station obtains secret information S of the specific terminal a.aExhausted from
Exclusion information CTwo= G ^ (k × Sa modq) modp is calculated, the specific terminal number a and the preparation information C1With all terminals
(3) The base station transmits all the terminals except the specific terminal a.
A shared key K = g ^ (k × S modq) modp with j (j ≠ a) is obtained. (4) Each terminal j (j ≠ a) obtains the preparation information C1And before
Exclusion information CTwoAnd own secret information SjBy usingj
And the product of λ (j, Λ) on the modulus q as an index,
Note C1Power residue C of1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) modp and the λ (a, Λ) obtained on the method q as an index.
Said CTwoPower residue C ofTwo^ (λ (a, Λ) modq) product with modp C1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) × CTwo^ (λ (a, Λ) modq)
By calculating modp, the shared key K with the base station is obtained.
An exclusive key agreement method characterized by
【請求項2】 基地局と、前記基地局と接続されたN台
(Nは2以上の整数)の端末からなる同報通信が可能な
通信システムの排他的鍵共有装置において、前記基地局
は、秘密鍵Sおよび前記Nより大きい素数または素数の
べき数である法pと、GF(p)の元gと、(p−1)の
約数をqとしたGF(q)の元kとを保持する第1の基地
局側記憶部を備え、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、Si=S+f1×i modq(f1は零でないG
F(q)の元) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行なう) Λは、前記N台の端末のうちの任意の2台からなる集
合) を満たす秘密情報S1,…,SNを保持する第2の基地局側
記憶部をさらに備え、前記秘密鍵Sを保持する第3の基
地局側記憶部をさらに備え、 前記各端末iは、前記(p,g)を保持する第1の端末
側記憶部を備え、前記秘密情報Siを秘密に保持する第
2の端末側記憶部をさらに備え、 (1)前記基地局は、前記第1の基地局側記憶部に保存
された前記(k,p,q,g)を用いて、準備情報 C1=gk modp を計算する第1の基地局側計算部をさらに備え、 (2)前記基地局は、特定端末aを指定する制御部を備
え、この制御のもと前記第2の基地局側記憶部に保存さ
れた前記秘密情報Saを出力し、これと前記(k,p,
q,g)を用いて、排除情報 C2=g^(k×Sa modq) modp を計算する第2の基地局側計算部を備え、前記準備情報
1と前記特定端末番号aと共に全端末に同報通信する
送信部を備え、 (3)前記基地局は、前記(k,p,q)と、前記第3
の基地局側記憶部に保持された前記秘密鍵Sを用いて、
前記端末aを除く全ての端末j(j≠a)との共有鍵 K=g^(k×S modq) modp を計算する第3の基地局側計算部を備え、 (4)前記各端末j(j≠a)は、前記C1のべき乗剰余
値C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) modpと、前記C2のべ
き乗剰余値C2^(λ(a,Λ) modq) modpとの積 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を計算をすることにより、前記基地局との共有鍵Kを求
める端末側計算部を備えることを特徴とする排他的鍵共
有装置。
2. An exclusive key sharing apparatus for a communication system comprising a base station and N terminals (N is an integer of 2 or more) connected to the base station and capable of performing broadcast communication, wherein the base station comprises: , A secret key S and a modulus p which is a prime number or a power of a prime number larger than N, an element g of GF (p), and an element k of GF (q) where the divisor of (p-1) is q. S = {λ (i, Λ) × S i (sum is performed for i∈Λ) (where S i = S + f 1 × i modq (f 1 is zero) Not G
F (q)) λ (i, L) = {{L / (L−i)} (product is performed on L∈Λ− {i})} is any of the N terminals , S N that satisfies the following condition: a second base station storage unit that holds secret information S 1 ,..., And S N, and a third base station storage unit that holds the secret key S. Each of the terminals i includes a first terminal-side storage unit that holds the (p, g), and further includes a second terminal-side storage unit that holds the secret information S i secretly. The base station calculates the preparation information C 1 = g k modp using the (k, p, q, g) stored in the first base station storage unit. part further comprising a (2) wherein the base station includes a control unit that specifies a particular terminal a, and outputs the secret information S a stored based on the second base station-side memory unit of the control ,this And the above (k, p,
q, using a g), eliminates information C 2 = g ^ (k × S a modq) comprising a second base station-side calculation unit for calculating a modp, the preparation information C 1 and the with a particular terminal number a total A transmitting unit for broadcasting to the terminal; (3) the base station includes the (k, p, q) and the third
Using the secret key S held in the base station side storage unit of
A third base station-side calculator for calculating a shared key K = g ^ (k × S modq) modp with all terminals j (j ≠ a) except the terminal a; (4) each terminal j (j ≠ a), the C 1 modular exponentiation value C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) modp and modular exponentiation value of the C 2 C 2 ^ (λ ( a, Λ) modq ) product with modp C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) modq)
An exclusive key sharing device, comprising: a terminal-side calculation unit that calculates modp to obtain a shared key K with the base station.
【請求項3】 基地局と、前記基地局と接続されたN台
(Nは2以上の整数)の端末からなる同報通信が可能な
通信システムの排他的鍵共有法において、秘密鍵をSと
し、S,Nより大きい素数または素数のべき数をpと
し、(p−1)の約数をqとし、特定端末数をd(1≦d
<N−1)とし、前記各端末i(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、Si=S+f1×i+…+fd×id modq (f1,…,fdはd個のGF(q)の元、ただし、fd
0) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の(d+1)台からなる集
合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、前記基地
局は、前記(S,p,g,S1,…,SN)を保持し、 (1)前記基地局は、準備情報 C1=gk modp(kは零でないGF(q)の元) を計算し、 (2)前記基地局は、d台の特定端末i1,…,idの秘密
情報Si1,…,Sidから、排除情報 C21=g^(k×Si1 modq) modp,・・・, C2d=g^(k×Sid modq) modp を計算して、上記排除情報C21,…,C2dを、前記準備情
報C1と特定端末番号i1,…,idと共に全端末に同報通
信し、 (3)前記基地局は、前記特定端末i1,…,idを除く全
ての端末j(j≠i1,…,id)との共有鍵 K=g^(k×S modq) modp を計算し、 (4)前記各端末j(j≠i1,…,id)は、Λ={j,
1,…,id}とし、λ(j,Λ),λ(i1,Λ),…,λ(id,
Λ)を求め、前記準備情報C1と前記排除情報C21,…,C
2dと自身の前記秘密情報Sjを用いて、 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C21^(λ(i1,Λ) modq) ×…×C2d^(λ(id,Λ) modq) modp を計算することにより、前記基地局との前記共有鍵Kを
求めることを特徴とする排他的鍵共有法。
3. An exclusive key sharing method for a communication system capable of performing broadcast communication comprising a base station and N (N is an integer of 2 or more) terminals connected to the base station, wherein a secret key is set to S. Where p is a prime number or a power of a prime number larger than S and N, q is a divisor of (p−1), and d is a specific terminal number (1 ≦ d
<N−1), and each terminal i (1 ≦ i ≦ N) has S = {λ (i, Λ) × S i (the sum is performed for i∈Λ) (where S i = S + f 1 × i + ... + f d × i d modq (f 1, ..., f d is d number of elements of GF (q), where, f d
0) λ (i, Λ) = {{L / (L−i)} (product is performed on L∈Λ− {i})} is a set of arbitrary (d + 1) units of the N terminals ) Secretly holds secret information S i that satisfies the following condition, and the base station holds the (S, p, g, S 1 ,..., S N ); C 1 = g k modp (k is an element of GF (q) that is not zero), and (2) the base station transmits secret information S i1 ,..., D of d specific terminals i 1 ,. from S id, eliminating information C 21 = g ^ (k × S i1 modq) modp, ···, to calculate the C 2d = g ^ (k × S id modq) modp, the rejection information C 21, ..., the C 2d, the preparation information C 1 with a particular terminal number i 1, ..., and broadcast to all terminals with i d, (3) the base station, the specific terminal i 1, ..., all but the i d of the terminal j (j ≠ i 1, ... , i d) to calculate the shared key K = g ^ (k × S modq) modp with, 4) wherein each terminal j (j ≠ i 1, ... , i d) is, Λ = {j,
i 1 , ..., id }, and λ (j, Λ), λ (i 1 , Λ), ..., λ ( id ,
Λ), and the preparation information C 1 and the exclusion information C 21 ,.
Using 2d and its own secret information S j , C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 21 ^ (λ (i 1 , Λ) modq) × ... × C 2d ^ (λ (i d , mod) modq) An exclusive key sharing method, wherein the shared key K with the base station is obtained by calculating modp.
【請求項4】 基地局と、前記基地局と接続されたN台
(Nは2以上の整数)の端末からなる同報通信が可能な
通信システムの排他的鍵共有法において、秘密鍵をSと
し、前記Sと前記Nより大きい素数または素数のべき数
をpとし、(p−1)の約数をqとし、特定端末数をd
(1≦d<N−1)とし、鍵共有時に実際に前記基地局が
特定する端末数(以下、実際特定端末数という)Dを、
前記特定端末数dより小さい1以上の数とし、 前記各端末i(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、Si=S+f1×i+…+fd×id modq (f1,…,fdはd個のGF(q)の元、ただし、fd
0) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}に
ついて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の(d+1)台からなる集
合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、前記基地
局は、 SN+1=S+f1×(N+1)+…+fd×(N+1)d mod
q,・・・, SN+d-1=S+f1×(N+d−1)+…+fd×(N+d−
1)d modq を計算することにより分割された秘密情報SN+1,…,S
N+d-1と前記秘密情報S1,…,SNと、前記秘密鍵S、前
記法p、前記GF(p)の元gを保持し、 (1)前記基地局は、準備情報 C1=gk modp(kは零でないGF(q)の元) を計算し、 (2)前記基地局は、前記D台の特定端末i1,…,iD
秘密情報Si1,…,SiDと前記秘密情報SN+1,…,SN+d-1
の内任意のv(=d−D)個の秘密情報Sb1,…,S bvとか
ら、排除情報 C21=g^(k×Si1 modq) modp,・・・, C2D=g^(k×SiD modq) modp, C2b1=g^(k×Sb1 modq) modp,・・・, C2bv=g^(k×Sbv modq) modp を計算し、上記排除情報C21,…,C2DとC2b1,…,C2bv
と前記準備情報C1と特定端末番号i1,…,iDおよび前
記秘密情報Sb1,…,Sbvの番号b1,…,bvを全端末に同
報通信し、 (3)前記基地局は、前記特定端末i1,…,iDを除く全
ての端末j(j≠i1,…,iD)との共有鍵 K=g^(k×S modq) modp を求め、 (4)前記各端末j(j≠i1,…,iD)は、Λ={j,i1,
…,iD,b1,…,bv}として、λ(j,Λ),λ(i1,Λ),…,
λ(iD,Λ),λ(ib1,Λ),…,λ(ibv,Λ)を求め、前記
準備情報C1と前記排除情報C21,…,C2D,C2b1,…,C
2bvと自身の前記秘密情報Sjを用いて、べき乗剰余値C
1^(Sj×λ(j,Λ) modq)と、べき乗剰余値 C21^(λ(i1,Λ) modq)×…×C2D^(λ(iD,Λ) modq) ×Cb1^(λ(b1,Λ) modq)×…×Cbv^(λ(bv,Λ) modq) modp) との積 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) ×C21^(λ(i1,Λ) modq)×…×C2D^(λ(iD,Λ) modq) ×Cb1^(λ(b1,Λ) modq)×…×Cbv^(λ(bv,Λ) modq) modp) を計算することにより、前記基地局との共有鍵Kを求め
ることを特徴とする排他的鍵共有法。
4. A base station and N units connected to the base station
(N is an integer of 2 or more)
In an exclusive key agreement method of a communication system, a secret key is denoted by S.
A prime number greater than S and the N or a power number of a prime number
Is p, the divisor of (p-1) is q, and the number of specific terminals is d.
(1 ≦ d <N−1), and the base station actually
The number of terminals to be specified (hereinafter referred to as the actual number of specific terminals) D is
Each terminal i (1 ≦ i ≦ N) is smaller than or equal to the specific terminal number d.i(Sum is performed for i∈Λ) (However, Si= S + f1× i + ... + fd× id modq (f1,…, FdIs an element of d GF (q), where fd
0) λ (i, Λ) = Π {L / (L−i)} (the product is L∈Λ− {i}
Λ is a collection of arbitrary (d + 1) units of the N terminals.
Secret information S that satisfiesiConfidentially, said base
The station is SN + 1= S + f1× (N + 1) + ... + fd× (N + 1)d mod
q, ..., SN + d-1= S + f1× (N + d-1) + ... + fd× (N + d−
1)d secret information S divided by calculating modqN + 1,…, S
N + d-1And the secret information S1,…, SNAnd the secret key S, before
The notation p holds an element g of the GF (p), and (1) the base station prepares C1= Gk modp (k is a non-zero element of GF (q)), and (2) the base station calculates the D specific terminals i1,…, IDof
Secret information Si1,…, SiDAnd the secret information SN + 1,…, SN + d-1
Of arbitrary secret information S (= d−D)b1,…, S bvAnd
Exclusion information Ctwenty one= G ^ (k × Si1 modq) modp, ..., C2D= G ^ (k × SiD modq) modp, C2b1= G ^ (k × Sb1 modq) modp, ..., C2bv= G ^ (k × Sbv modq) modp and calculate the exclusion information Ctwenty one,…, C2DAnd C2b1,…, C2bv
And the preparation information C1And specific terminal number i1,…, IDAnd before
Secret information Sb1,…, SbvNumber b1,…, BvTo all devices
(3) the base station communicates with the specific terminal i1,…, IDAll except
Terminal j (j ≠ i1,…, ID) And K = gg (k × S modq) modp, and (4) each terminal j (j ≠ i1,…, ID) Is Λ = {j, i1,
…, ID, b1,…, Bv} As λ (j, Λ), λ (i1, Λ),…,
λ (iD, Λ), λ (ib1, Λ),…, λ (ibv, Λ)
Preparation information C1And the exclusion information Ctwenty one,…, C2D, C2b1,…, C
2bvAnd the above secret information Sj, The power residue value C
1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) and the power remainder value Ctwenty one^ (λ (i1, Λ) modq) ×… × C2D^ (λ (iD, Λ) modq) × Cb1^ (λ (b1, Λ) modq) ×… × Cbv^ (λ (bv, Λ) product with modq) modp) C1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) × Ctwenty one^ (λ (i1, Λ) modq) ×… × C2D^ (λ (iD, Λ) modq) × Cb1^ (λ (b1, Λ) modq) ×… × Cbv^ (λ (bv, Λ) modq) modp) to obtain a shared key K with the base station.
An exclusive key agreement method characterized by:
【請求項5】 前記基地局は、前記秘密鍵Sを任意の整
数e個の特定端末数d1,…,deに対してそれぞれ分割し
たe組の秘密情報を保持し、一方、前記端末は各組の中
から自身の端末番号に対応したe個の秘密情報を保持し
ておき、前記特定端末を排除した鍵共有を行なう場合に
は、前記基地局および前記端末jが、前記実際特定端末
数Dと等しい前記特定端末数dw(1≦w≦e)を前記
1,…,d eより選択し、前記基地局は選択された特定端
末数dwに対応した1組の前記秘密情報を用いて前記準
備情報と前記排除情報を同報通信し、端末との共有鍵K
を求め、一方前記端末jはdwに対応した秘密情報を用
いて基地局との共有鍵Kを求めることを特徴とする請求
項3記載の排他的鍵共有法。
5. The base station stores the secret key S in an arbitrary
Number e of specific terminals d1,…, DeDivided into
E sets of secret information while the terminal
Holds e secret information corresponding to its own terminal number from
In the case of performing key sharing excluding the specific terminal,
Means that the base station and the terminal j are the actual specific terminal
The specific terminal number d equal to the number Dw(1 ≦ w ≦ e)
d1,…, D eAnd the base station is the selected specific terminal.
End number dwUsing the set of secret information corresponding to
Broadcasts the device information and the exclusion information, and generates a shared key K
, While the terminal j is dwUse secret information corresponding to
Requesting a shared key K with the base station
Item 3. The exclusive key agreement method according to Item 3.
【請求項6】 前記秘密鍵Sを全端末の秘密鍵とし、前
記Sを指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰余
値 y=gS modp を全端末の公開鍵とし、前記基地局は、全ての端末の分
解された秘密情報S1,S 2,…,SNを秘密に保持し、 (1)前記基地局は、整数kを任意に生成し、前記kを
指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰余値であ
る準備情報 C1=gk modp(kは零でないGF(q)の元) を計算し、 (2)前記基地局は、前記特定端末aの前記秘密情報S
aを用いて前記kとの前記法q上での積を求め、これを
指数とし、前記pを法とし、前記gを底とする排除情報 C2=g^(k×Sa modq) modp を計算し、 (3)前記基地局は、前記kを指数とし、前記pを法と
する前記全端末の公開鍵yのべき乗剰余値である共有鍵 K=yk modp を求め、同時に任意に前記端末j(j≠a)との共通デー
タMを生成して、前記Mと前記共有鍵Kの法p上での積
(以後、暗号文という) C3=M×K modp を計算して、前記準備情報C1と特定端末番号aと共に
全端末に同報通信し、 (4)前記各端末j(j≠a)は、Λ={j,a}として、
λ(j,Λ)とλ(a,Λ)を求め、前記準備情報C1と前記
排除情報C2と自身の前記秘密情報Sjを用いて、前記S
jと前記λ(j,Λ)の前記法q上での積を指数とする前記
1のべき乗剰余値 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) modp と、前記法q上で求めた前記λ(a,Λ)を指数とする前
記C2のべき乗剰余値 C2^(λ(a,Λ) modq) modp との積 K=C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) mod
q) modp) を前記法p上で求め、さらに前記暗号文C3を法p上で
前記Kで除した値 C3/K=M×K/K modp を前記基地局との前記共通データMとして求めることを
特徴とする請求項1記載の排他的鍵共有法。
6. The secret key S is used as a secret key of all terminals,
Let S be an exponent and the power of modulo g be modulo p.
Value y = gS modp is the public key of all terminals, and the base station
Secret information S solved1, S Two,…, SN(1) The base station arbitrarily generates an integer k, and
Exponent, the power of the g value modulo the p
Preparation information C1= Gk modp (k is a non-zero element of GF (q)). (2) The base station calculates the secret information S
aAnd the product of the above k and the above method q is obtained.
Exclusion information using exponent, modulo p, and base gTwo= G ^ (k × Sa modq) modp, and (3) the base station sets k as an index, and modulates p with modulo
A shared key K = y, which is a power-residue value of the public key y of all the terminalsk modp, and at the same time arbitrarily arbitrarily common data with the terminal j (j ≠ a).
Data M, and the product of the M and the shared key K on the modulus p
(Hereinafter referred to as ciphertext) CThree= M × K modp to calculate the preparation information C1And the specific terminal number a
(4) Each terminal j (j) a) sets Λ = {j, a}
λ (j, Λ) and λ (a, Λ) are obtained, and the preparation information C1And said
Exclusion information CTwoAnd the above secret information SjBy using
jAnd the product of the λ (j, Λ) on the modulus q as an index
C1Power residue C of1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) modp and before using the λ (a, Λ) obtained on the method q as an index
Note CTwoPower residue C ofTwo^ (λ (a, Λ) modq) product with modp K = C1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) × CTwo^ (λ (a, Λ) mod
q) modp) is obtained on the method p, and the ciphertext CThreeOn the law p
Value C divided by KThree/ K = M × K / K modp as the common data M with the base station.
2. The exclusive key agreement method according to claim 1, wherein
【請求項7】 前記全端末の秘密鍵Sを指数とし、前記
pを法とする前記gのべき乗剰余値 y=gS modp を全端末の公開鍵とし、前記基地局は、端末の分解され
た秘密情報S1,S2,…,SNそれぞれを指数とし、前記p
を法とする前記gのべき乗剰余値である公開情報 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN modp を利用でき、 (1)前記基地局は、前記整数kを任意に生成し、前記
kを指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰余値
である準備情報 C1=gk modp(kは零でないGF(q)の元) を計算し、 (2)前記基地局は、前記kを指数とし、前記pを法と
する、前記特定端末aの公開情報yaのべき乗剰余値で
ある排除情報 C2=ya k modp を計算し、 (3)前記基地局は、前記kを指数とし、前記pを法と
する前記全端末の公開鍵yのべき乗剰余値である前記共
有鍵 K=yk modp=g^(S×k) modp を求め、同時に任意に前記端末j(j≠a)との共通デー
タMを生成して、前記Mと前記Kの法p上での積である
前記暗号文 C3=M×K modp を計算し、前記準備情報C1と前記特定端末番号aと共
に全端末に同報通信し、 (4)前記各端末j(j≠a)は、Λ={j,a}とし
て、λ(j,Λ)とλ(a,Λ)を求め、前記準備情報C1
前記排除情報C2と自身の前記秘密情報Sjを用いて、前
記Sjと前記λ(j,Λ)の前記法q上での積を指数とし、
前記C1を底とするべき乗剰余値 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) modp と、前記法q上で求めた前記λ(a,Λ)を指数とし、前
記C2を底とするべき乗剰余値 C2^(λ(a,Λ) modq) modp との積 K=C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) mod
q) modp を前記法p上で求め、さらに前記暗号文C3を法p上で
前記Kで除した値 C3/K modp=M×K/K modp を前記基地局との共通データMとして求めることを特徴
とする請求項1記載の排他的鍵共有法。
7. The secret key S of all the terminals is set as an exponent, and the modular exponentiation value y = g S modp of the modulo p is set as the public key of all the terminals, and the base station is obtained by decomposing the terminals. secret information S 1, S 2 and, ..., and index, respectively S N, the p
Which is the modular exponentiation value of the g modulo public information y 1 = g S1 modp, y 2 = g S2 modp, ..., available y N = g SN modp, ( 1) the base station, the integer k is arbitrarily generated, k is an exponent, and preparation information C 1 = g k modp (k is a non-zero element of GF (q)), which is a modular exponentiation value of the g, modulating the p is calculated. , (2) the base station, the k and the index, the modulo p, calculates the public information y a modular exponentiation value is eliminated information C 2 = y a k modp of a said specific terminal a, (3) The base station uses the k as an exponent and modulates the p as a modulus of the public key y of all terminals. The shared key K = y k modp = gg (S × k) modp , And at the same time, arbitrarily generate common data M with the terminal j (j ≠ a), and obtain the ciphertext C 3 = M × K, which is the product of M and K on the modulus p. modp is calculated and broadcast to all terminals together with the preparation information C 1 and the specific terminal number a. (4) Each terminal j (j ≠ a) sets λ = {j, a} and λ ( j, obtains a lambda) and λ (a, Λ), using the secret information S j of the preparation information C 1 and the exclusion information C 2 and itself, wherein S j and the lambda (j, lambda) above The product on modulo q is the exponent,
Wherein C 1 and the bottom power residue value C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) and modp, the λ (a, Λ) determined on the method q was the exponent, the C 2 Product with power residue value C 2 ^ (λ (a, Λ) modq) modp as base K = C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) mod
q) modp is obtained on the modulus p, and a value C 3 / K modp = M × K / K modp obtained by dividing the ciphertext C 3 by the K on the modulus p is used as common data M with the base station. 2. The exclusive key agreement method according to claim 1, wherein the exclusive key agreement method is used.
【請求項8】 前記秘密鍵Sを前記基地局の秘密鍵と
し、前記Sを指数とし、前記pを法とする前記gのべき
乗剰余値 y=gS modp を基地局の公開鍵(ただし、端末には公開しない)と
し、前記各端末は、前記基地局の秘密鍵Sの分解された
秘密情報S1,S2,…,SNをそれぞれ秘密に保持し、前記
基地局は、端末の分解された秘密情報S1,S2,…,SN
れぞれを指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰
余値である公開情報 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN mod
p を利用でき、 (1) 前記基地局は、 (1-a)整数kを任意に生成し、法q上で求めた(−k)
を指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰余値 C0=g^(−k modq) modp を計算し、 (1-b)前記特定端末aを除く全ての端末j(j≠a)との
共通データMを生成して、前記Mと前記C0との法p上
での積 r=M×C0 modp を求め、 (1-c)前記rの前記qで除したときの剰余 r'=r modq を求め、 (1-d)前記r'、前記k、前記基地局の秘密鍵Sを用い
て、 k=s−r'×S modq を満たす値sを求め、 (1-e)法q上で求めた(−r)を指数とし、前記pを法
とする前記gのべき乗剰余値である準備情報 C1=g^(−r modq) modp を計算し、 (1-f)前記特定端末aの前記公開情報yaを用いて、法q
上で求めた(−r)を指数とし、前記pを法とする前記
aのべき乗剰余値である排除情報 C2=ya^(−r modq) modp を計算し、 (1-g)前記(r,s)をMの署名として前記C1,C2ととも
に全端末に同報通信し、 (2)前記各端末j(j≠a)は、Λ={j,a}とし
て、λ(j,Λ)とλ(a,Λ)を求め、前記準備情報C1
前記排除情報C2と自身の前記秘密情報Sjを用いて、前
記Sjと前記λ(j,Λ)の法q上での積を指数とする前記
1のべき乗剰余値 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq) modp と、法q上で求めた前記λ(a,Λ)を指数とする前記C2
のべき乗剰余値 C2^(λ(a,Λ) modq) modp との積 K=C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq) modp =y^(−r modq) modp を前記法p上で求め、また、前記sを指数とする前記g
のべき乗剰余値と、前記rおよび、前記Kの法p上での
積 r×gs×K modp を計算することにより、前記共通データMを求めること
を特徴とする請求項1記載の排他的鍵共有法。
8. The secret key S is the secret key of the base station, the S is an exponent, the modular exponentiation value of g, y = g S modp, modulo p is the public key of the base station (where , S N), and each terminal keeps secret information S 1 , S 2 ,..., SN of the secret key S of the base station in secret, and the base station Each of the decomposed secret information S 1 , S 2 ,..., S N is an exponent, and the public information y 1 = g S1 modp, y 2 = g S2 modp, …, Y N = g SN mod
(1) The base station arbitrarily generates (1-a) an integer k and finds it on the modulo q (−k)
Is calculated as an exponent, and the power residue value C of the g modulo p is calculated as C 0 = g ^ (− k modq) modp. (1-b) All terminals j (j ≠ a )) To obtain a product r = M × C 0 modp of the M and the C 0 on the modulus p, and (1-c) the value obtained by dividing the r by the q (1-d) Using the r ′, the k, and the secret key S of the base station, a value s satisfying k = s−r ′ × S modq is obtained, -e) Calculate the preparation information C 1 = g ^ (− r modq) modp which is the power remainder value of the g by modulating (−r) obtained by modulo q as an index, and -f) using the public information y a of the particular terminal a, modulo q
Was determined on the (-r) is the exponential, the y a of a modular exponentiation value exclusion information C 2 = y a modulo said p ^ - Calculate the (r modq) modp, (1 -g) The (r, s) is broadcast to all terminals together with the C 1 and C 2 as a signature of M, and (2) The terminals j (j ≠ a) are represented by Λ = {j, a} and λ (j, Λ) and λ (a, Λ), and using the preparation information C 1 , the exclusion information C 2, and the secret information S j of itself, the S j and the λ (j, Λ) are obtained. The power residue value C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) modp of C 1 having the product on mod q as an index and the λ (a, Λ) obtained on mod q are indexed Said C 2
The product with the power residue value of C 2 ^ (λ (a, Λ) modq) modp K = C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) modq) modp = y ^ (-r modq) modp is obtained on the modulus p, and g is an index of s.
The exclusive data according to claim 1, wherein the common data M is obtained by calculating a product r × g s × K modp of the power residue value of and the r and the K on the modulus p. Key agreement method.
【請求項9】 前記全端末の秘密鍵Sを指数とし、前記
pを法とする前記gのべき乗剰余値 y=gS modp を全端末の公開鍵とし、前記基地局は、端末の分解され
た秘密情報S1,S2,…,SNそれぞれを指数とし、前記p
を法とする前記gのべき乗剰余値である公開情報 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN modp を利用でき、 (1)前記基地局は、前記整数kを任意に生成し、前記
kを指数とし、前記pを法とする前記gのべき乗剰余値
である準備情報 C1=gk modp を計算し、 (2)前記基地局は、前記kを指数とし、前記pを法と
し、前記特定端末aの公開情報yaのべき乗剰余値であ
る排除情報 C2=ya k modp を計算し、 (3)前記基地局は、前記kを指数とし、前記pを法と
する前記全端末の公開鍵yのべき乗剰余値を、前記特定
端末aを除く全ての端末j(j≠a)との共有鍵 K=yk modp として求め、 (4)前記端末jでは、前記準備情報C1と前記排除情
報C2と自身の秘密情報S jを用いて、前記Sjと前記λ
(j,Λ)の前記法q上での積を指数とする、前記C1のべ
き乗剰余値と、前記法q上で求めた前記λ(a,Λ)を指
数とする、前記C2のべき乗剰余値との積 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を前記法p上で計算することにより、前記基地局との共
有鍵Kを求めることを特徴とする請求項1記載の排他的
鍵共有法。
9. The secret key S of all terminals is set as an exponent,
The power residue value of the above g modulo p y = gS Let modp be the public key of all terminals, and the base station
Secret information S1, STwo,…, SNEach is an index, and p
Public information y that is the power residue value of g modulo1= GS1 modp, yTwo= GS2 modp,…, yN= GSN modp can be used, (1) the base station arbitrarily generates the integer k,
The power remainder value of the g, where k is an index and the p is a modulus
Preparation information C1= Gk modp, and (2) the base station sets k as an index and modulates p as
Public information y of the specific terminal aaPower residue value of
Exclusion information CTwo= Ya k modp is calculated, (3) the base station sets k as an index, and modulates p with
The power residue value of the public key y of all the terminals
Shared key with all terminals j (j ≠ a) except terminal a K = yk (4) In the terminal j, the preparation information C1And the exclusion
Report CTwoAnd own secret information S jBy usingjAnd the λ
The above C, wherein the product of (j, Λ) on the modulus q is an index1Nobe
The power residue value and the λ (a, Λ) obtained on the method q
CTwoWith the power residue value of C1^ (Sj× λ (j, Λ) modq) × CTwo^ (λ (a, Λ) modq)
By calculating modp on the modulus p, sharing with the base station
2. The exclusive key according to claim 1, wherein a key K is obtained.
Key agreement method.
【請求項10】 前記各端末は、前記秘密情報S1
…,SNをそれぞれ秘密に保持し、前記N台の端末の任
意の2台以上のt台からなる集合をΛとしたとき、 (1)前記基地局は整数kを用いて、前記kを指数と
し、前記pを法とし、前記gを底とする前記準備情報 C1=gk modp を計算し、 (2)前記基地局は、t台の特定端末i1,…,itの任意
のij(j=1,…,t)に対して次の式を満たす共有情報
ijij=Π(g^(Su×k)) modp(積はu∈Λ−{ij}
についてとる) を計算し、全ての共有情報Xijと前記準備情報C1を全
端末に同報通信し、 (3)前記基地局は、前記特定端末の秘密情報Si1,…,
itを用いて次の式を満たすKを計算して前記t台の特
定端末との共有鍵Kとし、 K=gx modp, x=k×ΣSij modq(和はj=1〜tについてと
る) (4)前記特定端末ijは、前記pを法とし、自身の前
記秘密情報Sijを指数とする前記C1のべき乗剰余値と
前記Xijの積 Xij×C1 Sij modp を法p上で計算することにより、前記基地局との共有鍵
Kを求めることを特徴とする請求項1記載の排他的鍵共
有法。
10. The terminal according to claim 1, wherein each of the confidential information S 1 ,
.., SN are kept secret, and a set of arbitrary two or more t of the N terminals is denoted by Λ. (1) The base station uses the integer k to set k and index, the p modulo, the preparation information C 1 = g k modp to base the g calculated, (2) the base station, the specific terminal i 1 of t stand, ..., any i t of i j (j = 1, ... , t) following shared information X ij X ij = Π satisfying the equation with respect to (g ^ (S u × k )) modp ( products are u∈Λ- {i j}
), And broadcasts all shared information X ij and the preparation information C 1 to all terminals. (3) The base station transmits the secret information S i1 ,...
Calculate the K satisfying the following formula as a shared key K and said t stand specific terminal using S it, K = g x modp , x = k × ΣS ij modq ( sum for j = 1 to t taking) (4) the specific terminal i j is the p and modulo exponentiation remainder value of the C 1 to the secret information S ij itself the index and the product X ij × C 1 Sij modp of the X ij 2. The exclusive key sharing method according to claim 1, wherein a shared key K with the base station is obtained by calculating on the modulo p.
【請求項11】 前記秘密鍵Sの分割を前記基地局が行
ない、あらかじめ前記基地局と前記端末に備えられた暗
号通信手段により、対応する端末に配布することを特徴
とする請求項1記載の排他的鍵共有法。
11. The method according to claim 1, wherein the secret key S is divided by the base station and distributed to corresponding terminals in advance by cryptographic communication means provided in the base station and the terminal. Exclusive key agreement.
【請求項12】 前記基地局とは別の第3機関が、前記
秘密鍵Sの分割、べき乗剰余値y、公開情報y1,y2,
…,yNの算出と公開、および前記端末aに対応したSa
の埋め込みを行なうことを特徴とする請求項9記載の排
他的鍵共有法。
12. A third institution other than the base station may divide the secret key S, generate a power remainder value y, and publish information y 1 , y 2 ,
…, Calculation and disclosure of y N and S a corresponding to the terminal a
10. The exclusive key agreement method according to claim 9, wherein embedding is performed.
【請求項13】 前記各端末i(1≦i≦N)は前記秘密
情報Siを、秘密に保持し、前記各端末iは、前記整数
0(=S),f1,…,fdをそれぞれ指数とし、前記pを
法とする前記gのべき乗剰余値(以後、検証情報とい
う)gf0,gf1,…,gfdを利用でき、前記各端末aは、
検証情報と自身の前記秘密情報Siを用いて次の計算を
行ない、 gSi=Π(g^(fj×aj) modp(積はj=0〜dにつ
いてとる) 両辺が等しいか否かを判定することにより、自身の秘密
情報Siの正当性を確認することを特徴とする請求項3
記載の排他的鍵共有法。
13. Each of the terminals i (1 ≦ i ≦ N) holds the secret information S i secretly, and each of the terminals i has the integers f 0 (= S), f 1 ,. Let d be exponents, and modulo powers of the g (hereinafter referred to as verification information) g f0 , g f1 ,..., g fd modulo the p can be used.
The following calculation is performed using the verification information and the own secret information S i , and g Si = Π (g ^ (f j × a j ) modp (the product is taken for j = 0 to d). Determining whether or not the secret information S i is valid.
Exclusive key agreement method as described.
【請求項14】 前記同報通信可能な通信システムに新
規に加入する端末に対して、新たな端末番号I(I>
N)を設定し、 SI=S+f1×I を計算することにより求められた秘密情報SIを秘密に
保持させることを特徴とする請求項1記載の排他的鍵共
有法。
14. A new terminal number I (I> I) for a terminal newly joining the communication system capable of broadcasting.
2. An exclusive key sharing method according to claim 1, wherein N) is set, and secret information S I obtained by calculating S I = S + f 1 × I is kept secret.
【請求項15】 前記端末iは、前記秘密情報Siの代
わりに前記pを法とし、前記Siを指数とする前記C1
べき乗剰余値(=C1 Si modp)を秘密に保存すること
を特徴とする請求項1記載の排他的鍵共有法。
15. The terminal i, the modulo the p instead of the secret information S i, saves the power residue value of the C 1 to S i the index of the (= C 1 Si modp) secretly 2. The exclusive key agreement method according to claim 1, wherein:
【請求項16】 前記基地局が、前記特定端末を含む全
ての前記Λについての前記λ(i,Λ)を求め、前記法q
上で求めた各前記λ(i,Λ)を指数とし、前記pを法と
する前記排除情報C2のべき乗剰余値 C2^(λ(i,Λ) modq) modp を計算し、鍵共有時に同報通信し、前記特定端末aを除
く全ての端末j(j≠a)では、前記jを含む前記Λに対
応した前記べき乗剰余値 C2^(λ(i,Λ) modq) modp) を用いて共有鍵Kを求めることを特徴とする請求項1記
載の排他的鍵共有法。
16. The base station obtains the λ (i, Λ) for all 含 む including the specific terminal, and
Each of the λ (i, Λ) obtained above is used as an index, and the power remainder value C 2 ^ (λ (i, Λ) modq) modp of the exclusion information C 2 modulo the p is calculated. At the same time, all terminals j (j ≠ a) except the specific terminal a have the power-residue value C 2 ^ (λ (i, Λ) modq) modp corresponding to the 含 む including the j. The exclusive key sharing method according to claim 1, wherein the shared key K is obtained using
【請求項17】 前記基地局と前記特定端末aを除く全
ての端末j(j≠a)が共有した前記共有鍵Kと前回の鍵
共有時に共有した共有鍵K1から新規共有鍵K2を生成す
ることを特徴とする請求項1記載の排他的鍵共有法。
From 17. shared key K 1 covalently during key agreement for all terminals j (j ≠ a) the shared key K and the previous was shared with the exception of the specific terminal a with the base station a new shared key K 2 2. The exclusive key agreement method according to claim 1, wherein the exclusive key sharing method is performed.
【請求項18】 前記基地局と前記端末にあらかじめ備
えられたディジタル署名手段において、基地局から配送
されるデータに対して基地局のディジタル署名を付加す
ることを特徴とする請求項1記載の排他的鍵共有法。
18. The exclusion system according to claim 1, wherein the digital signature means provided in advance in the base station and the terminal adds a digital signature of the base station to data delivered from the base station. Key agreement.
【請求項19】 前記基地局の第1、第2、第3の基地
局側記憶部および前記端末の第1、第2の端末側記憶部
は、外部より観測したり変更できない領域とすることを
特徴とする請求項2記載の排他的鍵共有装置。
19. The first, second, and third base station-side storage units of the base station and the first and second terminal-side storage units of the terminal are areas that cannot be externally observed or changed. 3. The exclusive key sharing device according to claim 2, wherein
【請求項20】 構成されるグループの規模が全端末の
半数を超える場合には請求項1記載の排他的鍵共有法を
適応し、構成されるグループの規模が全端末の半数を超
えない場合には請求項10記載の排他的鍵共有法を適応
するように自動的に選択することを特徴とする請求項1
および10記載の排他的鍵共有法。
20. When the size of the group to be configured exceeds half of all terminals, the exclusive key agreement method according to claim 1 is applied, and when the size of the group to be configured does not exceed half of all terminals. 11. The method according to claim 1, further comprising automatically selecting the exclusive key agreement method according to claim 10.
And 10. Exclusive key agreement method.
【請求項21】 前記端末が保持する秘密情報の数を、
端末の権限に応じて増減させることを特徴とする請求項
1記載の排他的鍵共有法。
21. The number of secret information held by the terminal,
2. The exclusive key sharing method according to claim 1, wherein the number is increased or decreased according to the authority of the terminal.
【請求項22】 相互に接続されたN台(Nは2以上の
整数)の端末からなる同報通信が可能な通信システムの
排他的鍵共有法において、秘密鍵をSとし、前記Sおよ
び前記Nより大きい素数または素数のべき数をpとし、
(p−1)の約数をqとし、GF(p)の元をgとし、議
長端末(任意の端末がなることができる)が特定できる
特定端末数を1とし、前記各端末i(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、 Si=S+f1×i modq(f1は零でないGF(q)の
元) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}につ
いて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の2台からなる集合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、全端末の
公開鍵 y=gS modp と、公開情報 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN modp を利用でき、 (1)前記議長端末は、零でないGF(q)の元kを任意
に生成し、準備情報 C1=gk modp を計算し、 (2)前記議長端末は、特定端末aの公開情報yaから
排除情報 C2=ya k modp を計算し、特定端末番号aと準備情報C1と共に全端末
に同報通信し、 (3)前記議長端末は、共有鍵 K=yk modp を求め、 (4)前記各端末j(j≠a)は、Λ={j,a}として、
λ(j,Λ)とλ(a,Λ)を求め、前記準備情報C1と前記
排除情報C2と自身の秘密情報Sjを用いて、 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を計算をすることにより、共有鍵Kを求めることを特徴
とする排他的鍵共有法。
22. An exclusive key sharing method for a communication system comprising N terminals (N is an integer of 2 or more) connected to each other and capable of broadcasting, wherein a secret key is S, Let p be a prime number or a power of a prime number greater than N,
The divisor of (p-1) is q, the element of GF (p) is g, the number of specific terminals that can specify the chair terminal (which can be any terminal) is 1, and each terminal i (1 ≤ i ≤ N, S = {λ (i, i) x S i (the sum is performed for i )) (where S i = S + f 1 × i modq (where f 1 is a nonzero GF (q) element) ) Λ (i, Λ) = {{L / (L−i)} (product is performed on L∈Λ− {i})} is a set consisting of any two of the N terminals. the secret information S i holds secret, use the public key y = g S modp of all terminals, public information y 1 = g S1 modp, y 2 = g S2 modp, ..., the y N = g SN modp (1) The chair terminal arbitrarily generates an element k of a non-zero GF (q) and calculates preparation information C 1 = g k modp. (2) The chair terminal publishes a specific terminal a. the exclusion information C 2 = y a k modp from the information y a Calculated, and then broadcast to all terminals with preparation information C 1 with a particular terminal number a, (3) the chairperson terminal, obtains a shared key K = y k modp, (4 ) the respective terminals j (j ≠ a ) Is と し て = {j, a},
λ (j, Λ) and λ (a, Λ) are obtained, and C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) is obtained by using the preparation information C 1 , the exclusion information C 2, and its own secret information S j. ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) modq)
An exclusive key sharing method wherein a shared key K is obtained by calculating modp.
【請求項23】 相互に接続されたN台(Nは2以上の
整数)の端末からなる同報通信が可能な通信システムの
排他的鍵共有法において、秘密鍵をSとし、前記Sおよ
び前記Nより大きい素数または素数のべき数をpとし、
(p−1)の約数をqとし、GF(p)の元をgとし、前
記各端末i(1≦i≦N)は、 S=Σλ(i,Λ)×Si(和はi∈Λについて行なう) (ただし、 Si=S+f1×i modq(f1は零でないGF(q)の
元) λ(i,Λ)=Π{L/(L−i)}(積はL∈Λ−{i}につ
いて行なう) Λは、前記N台の端末の任意の2台からなる集合) を満たす秘密情報Siを秘密に保持しており、全端末の
公開鍵 y=gS modp と、各端末の公開鍵 y1=gS1 modp,y2=gS2 modp,…,yN=gSN modp を利用でき、 (1)ある端末aは、零でないGF(q)の元kを任意に
生成し、準備情報 C1=gk modp を計算し、 (2)前記端末aは、自身の公開鍵yaから排除情報 C2=ya k modp を計算し、端末番号aと準備情報C1と共に全端末に同
報通信し、 (3)前記端末aは、共有鍵 K=yk modp を求め、 (4)前記各端末j(j≠a)は、Λ={j,a}として、
λ(j,Λ)とλ(a,Λ)を求め、前記準備情報C1と前記
排除情報C2と自身の秘密情報Sjを用いて、 C1^(Sj×λ(j,Λ) modq)×C2^(λ(a,Λ) modq)
modp を計算をすることにより、共有鍵Kを求めることを特徴
とする排他的鍵共有法。
23. An exclusive key sharing method for a communication system comprising N (N is an integer of 2 or more) mutually connected terminals capable of performing broadcast communication, wherein a secret key is set to S, and Let p be a prime number or a power of a prime number greater than N,
The divisor of (p−1) is q, the element of GF (p) is g, and each terminal i (1 ≦ i ≦ N) is S = {λ (i, Λ) × S i (the sum is i行 な う) (where S i = S + f 1 × i modq (where f 1 is a nonzero GF (q) element) λ (i, i) = Π {L / (L−i)} (product is L行 な う-{i}) is secretly held secret information S i that satisfies the above-mentioned set of two arbitrary terminals N), and the public key y = g S modp of all terminals. And the public key y 1 = g S1 modp, y 2 = g S2 modp,..., Y N = g SN modp of each terminal. (1) A terminal a has a non-zero element k of GF (q) optionally generate, compute the preparation information C 1 = g k modp, ( 2) the terminal a calculates the exclusion information C 2 = y a k modp from the public key y a of its own, and the terminal number a and broadcast to all terminals with preparation information C 1, (3) the terminal a, Seeking Yukagi K = y k modp, as (4) the respective terminals j (j ≠ a) is, Λ = {j, a} ,
λ (j, Λ) and λ (a, Λ) are obtained, and C 1 ^ (S j × λ (j, Λ) is obtained by using the preparation information C 1 , the exclusion information C 2, and its own secret information S j. ) modq) × C 2 ^ (λ (a, Λ) modq)
An exclusive key sharing method wherein a shared key K is obtained by calculating modp.
【請求項24】 各端末が自身の公開鍵以外の全ての公
開鍵を保有することを特徴とする請求項22記載の排他
的鍵共有法。
24. The exclusive key sharing method according to claim 22, wherein each terminal holds all public keys other than its own public key.
【請求項25】 前記乗法演算を、任意の有限体上の楕
円曲線などの曲線上の加法演算に対応させることを特徴
とする請求項1、3〜17、20〜24記載の排他的鍵
共有法。
25. The exclusive key agreement according to claim 1, wherein the multiplication operation corresponds to an addition operation on a curve such as an elliptic curve on an arbitrary finite field. Law.
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