JP2001285279A

JP2001285279A - 暗号通信方法及び暗号通信システム

Info

Publication number: JP2001285279A
Application number: JP2000092343A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kubo; 博久保
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】プレビューを可能とするとともに、鍵配送の
トラフィック量を減少させ、不正な情報取得に対して安
全性を向上させた暗号通信方法及び暗号通信システムを
提供する。【解決手段】送信端末１１は、カオス力学系を用いて
初期値ｘ（τ）から順に鍵ｓ（ｔ）を生成する。そし
て、配信する情報を分割し、分割された各情報に対し
て、生成した鍵ｓ（ｔ）を用いて暗号化して送信する。
受信端末２１では、送信端末１１と同じカオス力学系を
用いて同じ鍵ｓ（ｔ）を生成し、配信されてくる暗号化
された情報を復号する。送信端末１１と受信端末２１で
同じ鍵を生成する期間を限定することによって、情報の
プレビューを実現することができる。例えば受信端末１
１の初期値に誤差を含ませれば、カオス力学系の初期値
鋭敏性により、所定時間後は正しい鍵が生成できなくな
り、プレビューは終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平文を暗号化して
伝送する暗号通信方法及び暗号通信システムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、情報（平文）を暗号化して送
信し、受信した暗号を復号して平文を取得することが行
われている。特に最近では、インターネット上での情報
配信が盛んに行われており、秘匿性を有する情報を送る
際に、情報を暗号化して転送している。例えば動画や音
声などの番組をリアルタイムで配信することなどが考え
られている。このような情報は付加価値が高く、有料で
配信される場合が多い。このような有料の情報を配信す
る際には、正規の利用料を支払った受信者だけがその情
報を受信することができ、他の受信者は内容を取得でき
ないようにする必要がある。そのためにも、情報の暗号
化が利用されている。

【０００３】図７は、インターネットを利用した情報配
信の一例の説明図である。図中、１１は送信端末、１２
はインターネット、１３はマルチキャストチャネル、２
１〜２Ｎは受信端末である。送信端末１１と複数の受信
端末２１〜２Ｎがインターネット１２およびマルチキャ
ストチャネル１３によって相互に接続されている。ま
た、送信端末１１は、例えばマルチキャストの通信によ
って、音声や動画番組などの情報を配信する。配信され
た情報は、インターネット１２においてＩＰパケットと
して適当なルーティングがなされ、さらにマルチキャス
トチャネル１３を介して受信端末２１〜２Ｎに配送され
る。

【０００４】暗号化を行う際には、暗号鍵を用いて平文
を暗号に変換する。また、暗号を復号する際には、復号
鍵を用いて暗号を平文に戻す。暗号鍵と復号鍵は暗号化
の手法により、同じ場合もあるし異なる場合もある。い
ずれにしても、暗号鍵に対応する復号鍵がなければ暗号
化された情報の内容を知ることはできない。

【０００５】例えば図７に示した例において、受信端末
２１と受信端末２２のみが送信端末１１から配信された
情報の受信を認められており、他の受信端末２３〜２Ｎ
は認められていないものとする。このような場合におけ
る情報の配信方法の一例として、まず、秘密鍵暗号の鍵
Ｓを安全な方法で事前に送信端末１１と受信端末２１，
２２との間で共有しておく。次に、送信端末１１は鍵ｓ
（ｔ）を用いた秘密鍵暗号によって配信すべき情報を暗
号化する。このとき用いた鍵ｓ（ｔ）は鍵Ｓで暗号化し
た上で、例えばマルチキャストチャネル１３もしくは別
の鍵配送チャネルを用いて、受信端末２１〜２Ｎに配送
する。受信端末２１，２２は鍵Ｓを知っているので、鍵
ｓ（ｔ）を復号できる。この鍵ｓ（ｔ）を用いて、配信
されてくる情報を復号する。これによって、配信されて
きた情報の内容を取得することができる。一方、受信端
末２３〜２Ｎは鍵Ｓを知らないので、鍵ｓ（ｔ）を知る
ことができない。したがって、配信されてきた暗号を受
信できても復号できず、情報の内容を知ることはできな
い。

【０００６】しかし、鍵Ｓあるいは鍵ｓ（ｔ）が不正に
取得されてしまえば、情報の内容は漏出してしまうこと
になる。例えば上述のような有料の情報を配信する際
に、復号鍵が不正に取得されてしまうと、利用料を支払
っていない利用者、例えば受信端末２３〜２Ｎの利用者
においても、情報の内容を知ることができてしまう。こ
のうち、鍵ｓ（ｔ）については、送信端末１１から情報
として送信されるものであるとともに、配信される情報
に対して直接的に復号に寄与することから、不正に取得
される可能性が高い。

【０００７】このような鍵Ｓあるいは鍵ｓ（ｔ）が不正
に取得された場合の対策として、鍵ｓ（ｔ）を時刻ｔが
進むに連れて刻々と変化させる方法が知られている。鍵
ｓ（ｔ）を刻々と変化させると、仮に時刻ｔ１での鍵が
例えば受信端末２３でわかったとしても、時刻ｔ１にお
いて配信されている暗号化された情報しか復号できず、
ほかの部分は復号できない。逆にこの性質を利用する
と、配信されている情報をある一定期間だけ取得できる
ようになる。すなわち、時刻ｔ１からｔｊまでの鍵ｓ
（ｔ１），…，ｓ（ｔｊ）を受信端末２３にだけ安全な
方法で送信端末１１から送ってやれば、受信端末２３は
ｔ１からｔｊの間だけ情報を取得できる。配信している
情報が音声や動画であれば、この間だけ番組を視聴でき
ることになる。

【０００８】さて、このような一時的な情報の取得（以
下、プレビューと呼ぶ）を許すと、受信端末２３の視聴
者に対して鍵の系列ｓ（ｔ１），…，ｓ（ｔｊ）が部分
的に暴露されることになる。これらの鍵から、プレビュ
ーを行った受信者が鍵ｓ（ｔｊ＋１），…を正確に予測
することができれば、結局、この視聴者はそれ以降も容
易に視聴を続けられることになる。したがって、鍵の系
列｛ｓ（ｔ）｝は、このような予測が困難となるように
構成する必要がある。

【０００９】また、インターネットのトラフィックは世
界中に配信されうる。したがって、上述のように鍵ｓ
（ｔ）を刻々と変化させるためには、鍵ｓ（ｔ）を交換
する度に世界中に配信しなければならない。上述のプレ
ビューのための時間を細かく設定したり、あるいは鍵が
知られた場合の被害を最小限とするために鍵ｓ（ｔ）の
交換頻度を多くすると、鍵の配送時間間隔が短くなる。
そのため、鍵のトラフィック量だけでも非常に大きくな
ってしまうという問題がある。逆に鍵配送時間間隔を長
く取ると、プレビュー時間は大きな幅でしか設定でき
ず、また、鍵が知られた場合に不正に情報を取得できる
時間も長くなってしまう。鍵のサイズを小さくすること
も考えられるが、安全性との兼ね合いで難しい場合もあ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、プレビューを可能とすると
ともに、鍵配送のトラフィック量を減少させ、不正な情
報取得に対して安全性を向上させた暗号通信方法及び暗
号通信システムを提供することを目的とするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、暗号通信方法
において、送信側では、暗号化対象となる情報を分割
し、分割された各情報に対して異なる暗号化鍵を力学系
を用いて生成し、前記各情報を前記暗号化鍵で暗号化
し、暗号化された前記各情報を送信し、受信側では、力
学系を用いて前記送信側と同じ鍵を復号鍵として生成
し、生成した復号鍵を用いて受信した暗号化された前記
各情報を復号することを特徴とするものである。また本
発明は、暗号通信システムにおいて、暗号化対象となる
情報を分割し分割された各情報に対して力学系を用いた
異なる暗号化鍵で暗号化して送信する送信手段と、力学
系を用いて前記送信側と同じ鍵を復号鍵として生成し前
記送信手段から送られてくる暗号化された情報を受信し
て前記復号鍵で復号する受信手段を有することを特徴と
するものである。

【００１２】このような構成によって、送信側（送信手
段）と受信側（受信手段）は、鍵の授受を行わずに鍵を
変更しながら情報を暗号化して通信を行うことができる
ようになる。そのため、従来のように鍵の変更のたびに
鍵の配信を行う場合に比べて、格段にトラフィック量を
減少させることができる。また、このように送信側と受
信側とで同じ鍵を生成する際には、同じ力学系を用い、
同じ初期値から鍵の生成を始めればよく、初期値の配信
のみで順次異なる鍵を送信側と受信側で共有することが
できる。

【００１３】また、このような送信側と受信側で同じ鍵
を生成する動作を所定期間に限って行うことができる。
これによって、プレビュー機能を実現することができ
る。所定の期間だけ、同じ鍵を生成させるために、例え
ば、送信側と受信側でそれぞれ異なる初期値を用いて鍵
の生成を行うことができる。例えばカオス力学系を用い
た場合、初期値の微小な誤差が時間の経過とともに拡大
し、ある時間が経過すると同じ鍵を生成できなくなる。
これを用いてプレビュー機能を実現できる。

【００１４】あるいは、送信側と受信側でそれぞれ異な
る力学系の関数を用いてもよい。例えば一時期の挙動の
みが同じであるような、異なる力学系の関数を用いるこ
とによって、その一時期のみ、プレビューを行うことが
できる。

【００１５】さらに、このようなプレビューの時間を制
御するため、例えば送信側と受信側でそれぞれ異なる桁
数の鍵を用いることができる。この鍵の桁数によって、
鍵の生成可能な期間を制御し、よってプレビューが可能
な時間を制御することができる。また、鍵を生成する時
間間隔を変化させることによっても、プレビューが可能
な時間を制御することができる。

【００１６】なお、上述のような送信側と受信側で同じ
鍵を生成し、また、所定時間だけ同じ鍵を生成するよう
な力学系として、例えばカオス力学系を用いることがで
きる。プレビューは、カオス力学系の初期値鋭敏性を利
用し、上述のように初期値に誤差を加えることによって
実現することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の暗号通信方法の
実施の一形態を含む暗号通信システムの一例を示すブロ
ック図である。図中、図７と同様の部分には同じ符号を
付してある。１４は鍵配送チャネルである。なお、ここ
では受信端末２１において配信された情報を正規に受信
するものとする。

【００１８】送信端末１１は、マルチキャストデータを
インターネット１２に向けて配信する。このとき、マル
チキャストデータを所定の大きさに分割する。また、力
学系を用いて初期値ｘ（０）から鍵ｓ（ｔ）を順次生成
する。順次生成された鍵ｓ（ｔ）の系列を｛ｓ（ｔ）｝
とする。そして、分割されたマルチキャストデータを鍵
の系列｛ｓ（ｔ）｝で順次暗号化して配信する。また送
信端末１１は、マルチキャスト配信を希望する者の受信
端末、例えば受信端末２１へ鍵配送チャネル１４を介し
て、少なくとも鍵の系列｛ｓ（ｔ）｝を生成するために
必要な初期値ｘ（０）を送る。さらに力学系に関する情
報も送ってもよい。この鍵配送チャネル１４を介した通
信は、例えば予め受信端末２１へ知らせてある鍵Ｓによ
って暗号化した上で送ることができる。なお、鍵Ｓを受
信端末２１へ知らせる手段は、ＳＳＬ（Ｓｅｃｕｒｅ
ＳｏｃｋｅｔＬａｙｅｒ）などを用いてもよいし、電
話回線などの他の通信手段を用いてもよい。もちろんこ
のほか、安全な方法により送信できればどのような方法
を採用してもよい。

【００１９】インターネット１２は、送信端末１１から
送られるマルチキャストデータなどをルータ等により適
宜ルーティングして、受信端末２１〜２Ｎへ向けて送
る。

【００２０】マルチキャストチャネル１３は、インター
ネット１２上を配信されてきたマルチキャストデータを
受信端末２１〜２Ｎへ配信するためのマルチキャスト専
用のチャネルである。なお、マルチキャストチャネル１
３に代えて、マルチキャストデータ以外のデータを送る
ためのチャネルからマルチキャストデータを配信しても
よい。

【００２１】鍵配送チャネル１４は、送信端末１１から
受信端末２１へ鍵ｓ（ｔ）を生成するための初期値ｘ
（０）、さらには力学系に関する情報を送るために用い
られる。もちろん、他の秘匿すべきデータを送ってもよ
い。

【００２２】受信端末２１〜２Ｎは、送信端末１１から
送られてくる分割されて暗号化されたマルチキャストデ
ータを受信する。また、送信端末１１から鍵配送チャネ
ル１４を介して取得した鍵ｘ（ｔ）の初期値ｘ（０）を
もとに、送信端末１１と同じ力学系を用いて同じ鍵ｓ
（ｔ）を生成する。なお、送信端末１１から力学系に関
する情報が送られてくる場合には、その情報に従った力
学系により鍵ｓ（ｔ）を生成する。そして、分割されて
暗号化されたマルチキャストデータを、生成した鍵の系
列｛ｓ（ｔ）｝により順次復号し、もとのマルチキャス
トデータを取得する。このとき、送信端末１１と同じ鍵
ｓ（ｔ）を生成可能な期間が限られる場合がある。この
ような場合には、送信端末１１と同じ鍵ｓ（ｔ）を生成
可能な期間のみ、暗号化された情報を復号することがで
きる。これによって、情報の断片をプレビューすること
ができる。なお、受信端末２１〜２Ｎとしては、コンピ
ュータなどを用いてもよいし、携帯電話などの移動通信
端末などを用いてもよい。

【００２３】ここで、鍵ｓ（ｔ）を生成するための方法
について説明する。鍵ｓ（ｔ）を生成するために用いる
力学系としては、例えばカオス力学系を用いることがで
きる。ここでは力学系としてカオス力学系を用いるもの
として説明する。

【００２４】カオス力学系Ｃとして離散系を考え、Ｃ：ｘ（ｔ＋１）＝ｆ（ｘ（ｔ））（ｘ∈Ｒⁿ）とする。このカオス力学系Ｃにおける軌道｛ｘ（ｔ）｝
はｎ次元ユークリッド空間における値であるので、ｇ：Ｒⁿ→Ｒｈ：Ｒ→Ｎにより１次元の自然数に変換して鍵ｓ（ｔ）として用い
る。すなわち、ｓ（ｔ）＝ｈ＿ｍ（ｇ（ｘ（ｔ）））として鍵ｓ（ｔ）を求めることができる。ここで、ｈ＿
ｍは有効桁数ｍでの丸めを表す関数である。

【００２５】受信端末２１では、関数ｆ，関数ｇ，関数
ｈ＿ｍと、ある時刻τでのｘ（τ）の値がわかれば、時
刻τ以降のｓ（ｔ）（τ＜ｔ）を完全に知ることができ
る。ここで時刻とは、力学系における遷移を表してお
り、実際の時刻と対応する場合もあるし、実際の時刻と
対応せず、例えばある事象の発生ごとに時刻が変化する
といった場合もある。この明細書中において同様であ
る。

【００２６】ここで桁落ち関数Ｈ＿ｐ：Ｒⁿ→Ｎⁿ（た
だしｐは桁落ちを表すパラメータであり、ｐ＞ｍ）を通
したｘ（τ）の値のみが送信端末１１から受信端末２
１に知らされるとする。すると、受信端末２１は時刻τ
での鍵ｓ（τ）は完全に知ることができる。ところがカ
オス力学系の初期値に対する鋭敏性から、送信端末１１
側で生成されるｘ（ｔ）の軌道と、受信端末２１で生成
するＨ（ｘ（τ））を初期値にした軌道とは離れてゆ
く。そして、遂にはＨ（ｘ（τ））を初期値にした軌道
から軌道ｓ（ｔ）が予測できなくなるほど乖離してしま
う。

【００２７】このように、受信端末２１〜２Ｎにおいて
カオス力学系Ｃを知っていても、送信端末１１から上記
の桁落ち関数を通したｘ（τ）を渡された場合には、受
信端末側でｓ（ｔ）を予測することが時間の経過ととも
に困難になって行くことになる。

【００２８】また、桁落ち関数を通す代わりに、鍵ｘ
（ｔ）に対して適当な誤差ｅを加えたｘ（ｔ）＋ｅをｘ
（τ）として受信端末２１〜２Ｎに渡しても、同様の効
果が得られる。また、ｍまたはｅの数値を適宜変更する
ことにより、Ｈ（ｘ（τ））を初期値にした軌道を変化
させることができる。したがって、ｍまたはｅの数値を
調整することにより、鍵ｘ（τ）によって暗号化された
情報を復号可能な時間を調整することができる。

【００２９】ここで、カオス力学系の初期値鋭敏性につ
いて説明する。図２は、カオス力学系の初期値鋭敏性を
示す具体例の説明図である。図２に示した例では差分方
程式ｘ（ｔ＋１）＝４・ｘ（ｔ）・（１−ｘ（ｔ））において、ｔ＝０のときの初期値として、一方はｘ
（０）＝０．１とし、他方はこれに誤差ｅ＝０．０００
０１を加えて、ｘ（０）＝０．１０００１とした場合の
軌道ｓ（ｔ）を示している。

【００３０】時刻ｔ＝１，２，３，４，５，…と変化す
るごとにｘ（ｔ）が図２に示すように変化する。図２を
参照して分かるように、数値の差は時刻の経過に従って
大きくなってゆく。例えばｘ（ｔ）の数値の小数点以下
４桁目までに注目すると、ｔ＝０〜５の間においては一
致している。しかし、ｔ＝６において両者が一致しなく
なり、それ以降においてその差は拡大している。

【００３１】このようなカオス力学系の初期値鋭敏性に
ついて、さらに別の図を用いて説明する。図３は、送信
端末においてカオス力学系で生成された暗号化鍵で情報
を暗号化する方法の説明図である。カオス力学系におい
て時刻ｔの経過とともに、図３の下部に折れ線で示した
ような軌道ｓ（ｔ）が得られる。ここでは離散系を考え
ているので、○印を示した軌道上の値が取得されること
になる。この値は一般にはｎ次元ユークリッド空間にお
ける値であるが、ここでは１次元の値として示してい
る。これらの軌道上の値ｓ（ｔ）を上述のようにして自
然数に変換し、ここではその値を２進数として表す。こ
れをカオス鍵データとし、そのうちの上位の所定桁数の
みを暗号鍵として用い、データを暗号化して送信する。

【００３２】図４は、受信端末において誤差を加えない
初期値で復号を行った状態を示す説明図である。図３に
示すようにして暗号化されたデータを受け取った受信端
末では、送信端末と同じカオス力学系を用いて復号鍵を
生成し、受信した暗号化されたデータを復号する。この
とき、送信端末と同じ初期値を用いることによって、カ
オス力学系の軌道ｓ（ｔ）は送信端末と同じ軌道とな
る。そのため、各時刻ｔにおける軌道上の値を２進数に
変換し、得られたカオス鍵データは、どの時点において
も、送信端末において暗号化の際に生成したカオス鍵デ
ータと同一となる。

【００３３】図５は、受信端末において誤差を加えた初
期値で復号を行った状態を示す説明図である。送信端末
と同じカオス力学系において、誤差が加わった初期値を
用いると、例えば図５の下部に破線の折れ線で示したよ
うな軌道が得られる。カオス力学系では、このように少
しの誤差が加わっても、以後の軌道はこのように大きく
異なってしまう。これがカオス力学系における初期値鋭
敏性である。このように誤差を含んだ初期値をもとに軌
道上の値を取得し、２進数で表してカオス鍵データを作
成すると、最初のうちは復号鍵として用いない桁に誤差
が収まっているが、軌道の違いから誤差が復号鍵として
用いる桁まで伝搬し、ついには復号できなくなる。

【００３４】例えば図５において破線で示す受信端末に
おける軌跡と、実線で示す送信端末における軌跡が交差
する点では、正常な復号鍵が生成できる可能性がある。
しかし、次の時点では再び大きく軌道が異なってしま
う。そのため、一瞬、正常な復号鍵が生成できても、次
以降の復号鍵を予測することはできない。

【００３５】このように、カオス力学系では初期値に対
して鋭敏な性質を有しているので、例えば正規の受信端
末においては丸め誤差が入らないように初期値を与えれ
ば、送信端末１１との軌道のずれは発生せず、続けて配
信情報を受け取ることができる。また、正規の受信端末
以外では、初期値を受け取った時点で丸め誤差が発生す
るようにしておけば、初期値が漏れたとしても、ある時
間が経過すると送信端末１１との軌道のずれが大きくな
り、暗号化された配信情報を復号できなくなる。

【００３６】また、このように送信端末から受信端末に
対して初期値を与えるだけで、順次、異なる鍵を生成し
てゆくことができるので、送信端末と受信端末で初期値
が完全に一致していれば、初期値を配信した後は鍵の情
報を送る必要はない。しかし、受信端末に送った初期値
に多少の誤差が含まれる場合には、その誤差が影響する
までに新たな初期値あるいは初期値と力学系を定義すれ
ば問題はない。例えば、図２でも説明したように、小数
点以下４桁までを鍵として用いるものとすれば、ｔ＝０
〜５の範囲では正確に復号することができる。実際には
自然数に変換した２進数を採用するので、２進数の上位
数桁を鍵として用いることによって、ある程度の誤差が
混入しても所定時間は正確に復号できる。そして、復号
できなくなる前に、新たな初期値あるいは初期値と力学
系の情報を送ることによって、継続して配信情報を取得
することができる。このとき、正規の受信端末以外で
は、正規の受信端末よりも大きい誤差が初期値に混入す
れば、正規の受信端末よりもはるかに短い時間で復号不
能となる。

【００３７】逆に、このような誤差の混入によって、所
定時間は正確に復号できる性質を利用し、その所定時間
だけプレビューを可能にすることができる。例えば受信
端末２１においてプレビューを許可する場合、送信端末
１１からプレビューを希望する受信端末２１に対して、
誤差を加えた初期値を知らせておけばよい。上述の図２
に示す例では、初期値ｘ（０）に誤差ｅ＝０．００００
０１を加えた数値を受信端末２１に知らせておく。ここ
で、鍵の有効桁数ｍ＝４とし、桁落ち関数においてｐ＝
１４とすると、受信端末２１はｔ＝０〜５の間、プレビ
ューを行うことが可能となる。なお、プレビュー時間を
さらに短くしたい場合には、有効桁数ｍをさらに大き
く、例えば有効桁数ｍ＝５とするとｔ＝０〜２の間のみ
プレビュー可能になる。もちろん、誤差ｅの数値を大き
くしてもよい。

【００３８】上述のようなカオス力学系の特性を利用し
た情報の具体的な配信方法について述べる。まず、カオ
ス力学系Ｃをすべての受信端末２１〜２Ｎに対して公開
しておく。カオス力学系Ｃの公開方法は、例えば送信端
末１１から受信端末２１〜２Ｎへマルチキャストチャネ
ル１３を介して一斉に送信する方法などを用いることが
できる。カオス力学系Ｃを公開しておくことにより、プ
レビュー希望者が鍵を渡され次第、プレビューを行うこ
とが可能となる。また、送信端末１１においてカオス力
学系を個別に配信する必要がない。なお、カオス力学系
Ｃの公開方法は、マルチキャストチャネル以外のチャネ
ルを介して配信するものであってもよいし、インターネ
ット以外の通信手段で送るものなどであってもよい。

【００３９】また、送信端末１１は、すべての配信情報
の取得を許可した受信端末、例えば受信端末２１には、
予めｘ（τ）を復号するための鍵Ｓを、鍵配送チャネル
１４を介して送っておく。そして、送信端末１１から初
期値ｘ（τ）を鍵Ｓで暗号化して受信端末２１に送る。
受信端末２１では、暗号化された初期値ｘ（τ）を鍵Ｓ
で復号し、以後、この初期値ｘ（τ）を用いて鍵ｓ
（ｔ）を生成してゆく。なお、他の受信端末では、鍵Ｓ
を所有していないので、初期値ｘ（τ）を取得すること
はできない。

【００４０】一方、プレビューを希望した受信端末（例
えば受信端末２２〜２Ｎ）に対しては、プレビュー開始
時刻τにおける桁落ち関数を通した数値Ｈ＿ｐ（ｘ
（τ））を鍵配送チャネル１４を介して送る。この場
合、暗号化しなくてよい。受信端末２２〜２Ｎは、受信
したＨ＿ｐ（ｘ（τ））を初期値として用い、鍵ｓ’
（ｔ）を生成してゆく。生成される鍵ｓ’（ｔ）は、所
定時間内は初期値ｘ（τ）を用いて生成した鍵ｓ（ｔ）
と同じであるが、桁落ち関数を通して誤差が含まれてい
るため、時間の経過とともに誤差が伝搬し、そのうち鍵
として用いる桁まで誤差が伝搬してしまう。そのため、
所定時間以降では配信された情報を復号することができ
なくなり、結局、所定時間内のプレビューのみが行える
ことになる。

【００４１】プレビューを行える時間は、誤差が鍵とし
て用いる桁まで伝搬するまでの時間である。従って、誤
差を大きくすれば、それだけ誤差の伝搬が速まり、プレ
ビュー時間は短くなる。このように誤差を加えるほか、
例えば力学系の関数、例えば上述の桁落ち関数Ｈ＿ｐ
（ｘ（τ））におけるパラメータｐを調節することによ
って、初期値として配信する値に含ませる誤差を制御す
ることができる。さらには、時刻ｔの進め方を制御する
ことによっても、プレビュー時間を制御することが可能
である。また、誤差の伝搬が同じでも、鍵として使用す
る桁数を変更することによってもプレビュー時間を制御
可能である。例えば、上位１０桁を鍵として使用する場
合と上位５桁を鍵として使用する場合とでは、プレビュ
ー時間は変わってくる。

【００４２】このようなプレビュー時間の制御は、送信
端末１１からの初期値の配信間隔とは関係なく決定され
るものである。従来のように鍵を配信する方法では、鍵
の配信間隔の倍数でしかプレビュー時間を設定できない
のに比べ、本発明では、初期値の配信間隔を長く設定
し、それより短いプレビュー時間を設定することが可能
である。

【００４３】図６は、カオス力学系として左シフト関数
を用いた場合の誤差伝搬の具体例の説明図である。カオ
ス力学系としては、例えば図２で例示した関数など、様
々な系を構成することができるが、コンピュータにおい
て扱う場合に最も単純で扱いやすいカオス力学系とし
て、左シフト関数がある。これは、ビット列を単純に左
へシフトさせてゆくものである。

【００４４】図６（Ａ）には送信端末側において順次生
成したカオス鍵データを示している。このうち、上位１
２桁を暗号鍵として用いるものとする。また図６（Ｂ）
には受信端末側において順次生成したカオス鍵データを
示している。この場合も、上位１２桁を復号鍵として用
いるものとする。ここでは矩形で囲んで示したように、
最下位ビットに誤差が含まれている例を示している。

【００４５】時間の経過（状態の遷移）とともに、左に
１ビットずつシフトされる。３回のシフトを行ったｔ＝
３までは送信端末側と受信端末側において鍵として用い
る上位１２桁は同じであり、送信端末側で暗号化した情
報は、受信端末側において復号することができる。しか
し４回のシフトを行ったｔ＝４においては受信端末側に
おいて誤差が復号鍵として用いる桁まで伝搬している。
そのため、ｔ＝４以降の暗号化された情報を受信端末側
においては復号することができない。

【００４６】この左シフト関数は、このようにシフト回
数と時間の経過とが一致しているので、どの程度の時間
で復号できなくなるかを制御しやすいという特徴を有し
ている。この特徴を利用することによって、プレビュー
時間を正確に決定することが可能である。また、計算機
においては非常に扱いやすく、初期値を配信する際にも
効率よく配信することができる。

【００４７】上述のような離散的なカオス力学系では、
時刻ｔの遷移に従って新たな鍵ｓ（ｔ）を生成すること
ができるが、上述のように時刻ｔの進め方を制御するこ
とによって、カオス力学系のふるまいを制御することが
できる。例えばある時には時刻ｔを２だけ進め、次に３
だけ進め、次は１だけしか進めない…といった制御を行
うことができる。これによって、鍵の予測性をさらに困
難にすることができる。また、誤差の伝搬度合いを、こ
のような時刻ｔの進め方によって制御することが可能で
ある。例えば上述の図６に示した左シフト関数の例で
は、１回の鍵の更新に時刻ｔを２だけ進めれば、２回目
の鍵の更新時には誤差が復号鍵として用いるビット位置
まで伝搬することになる。

【００４８】さらに、このような時刻ｔの制御のほか、
上述のパラメータｐ、関数ｇ、関数ｈを時刻ｔや初期値
などによって変化するように構成することもできる。こ
のような制御を行うことによって、配信情報の安全性を
一層高めることが可能である。

【００４９】上述の時刻ｔの制御や、パラメータｐ、関
数ｇや関数ｈ等の変更は、送信端末側と受信端末側にお
いて同じように変更される必要がある。そのため、例え
ば送信端末から各種の変更を受信端末側に知らせる機構
を設けておくとよい。例えば配信情報に、次の変更のた
めの情報を付加するなどといったことも考えられる。

【００５０】なお、カオス力学系Ｃと関数ｇを上手に選
ぶと、送信端末と受信端末とでカオス同期ができなくな
る。これによって不正な受信者がカオス同期によって鍵
を推定できないようにし、安全性をさらに高めることが
可能である。

【００５１】また、秘密鍵暗号を使わず、番組を鍵ｓ
（ｔ）で単に変調するだけで「ストリーム暗号」と呼ば
れる方式で番組を暗号化することになり、番組の暗号化
（回路または処理）を簡略化できる。極端には、ｓ
（ｔ）と番組の信号とのＸＯＲをとるだけでよい。

【００５２】上述のように、力学系、特に好ましくはカ
オス力学系を用いることによって、送信端末側と受信端
末側において、それぞれ、暗号鍵及びそれに対応する復
号鍵を、順次、生成してゆくことができる。そのため、
従来のように、鍵を変更するたびに新たな鍵を配信する
必要がない。そのため、ネットワーク上のトラフィック
は非常に減少する。すなわち、受信端末側では力学系Ｃ
と初期値ｘ（τ）から鍵ｓ（ｔ）（τ＜ｔ）を生成でき
るので、すべての鍵ｓ（ｔ）を配送する必要がない。上
述のように受信端末側において初期値に誤差が混入する
場合（無限の桁数をネットワークを通して配送すること
ができないために発生することが考えられる）、すべて
の鍵ｓ（ｔ）をただ一つの初期値ｘ（０）から生成する
ことができない。しかしその場合でも、誤差が復号鍵に
影響する前に新たな初期値を配信すればよいだけである
ので、鍵ｓ（ｔ）をすべて配送するよりはるかに小さな
トラフィックで配信することができる。さらに、所定時
間のプレビューを許可する場合でも、プレビューの間に
鍵を配信する必要がなく、同様にトラフィック量を低減
することができる。

【００５３】具体例を用いて、トラフィック量について
考察する。例えば配信情報の暗号化に１秒間に６４ビッ
トの鍵を１本ずつ使うとする。配信情報数２０，受信端
末が１０００台／秒とし、６０秒間の情報配信を行うと
する。鍵を変更するたびに鍵の配信を行う従来の方法で
は、トラフィック量は最大で６４ｂｐｓ×２０×１０００台／秒×６０＝７６８００
０００ｂｐｓ＝７５０００Ｋｂｐｓ＝７３．２４Ｍｂｐ
ｓとなる。これは無視できないトラフィック量である。

【００５４】一方、本発明を用い、１０秒に１回の新た
な初期値の配信を行うものとし、初期値６４ビット、配
信情報数２０，受信端末が１０００台／秒とし、６０秒
間の情報配信を行うとする。この場合、トラフィック量
は最大で６４／１０ｂｐｓ×２０×１０００台／秒×６０／１０
＝７６８００ｂｐｓ＝７５０Ｋｂｐｓ＝０．７３２４Ｍ
ｂｐｓとなる。このように、トラフィック量は２桁減少する。
例えば初期値のビット数を２５６ビットとしたとして
も、同じ条件においてトラフィック量は最大で２．９Ｍ
ｂｐｓであり、１／２５程度にトラフィック量を減らす
ことができる。

【００５５】このように、本発明によればトラフィック
量を減少させることができるので、例えば多くの受信端
末に対して配信したり、多くの情報を配信する場合に
は、鍵の配信によるトラフィック量の増加を抑えること
ができるため、有効である。特にプレビューの希望が多
い場合などでは、プレビュー開始時にプレビュー用の初
期値を送るのみでよいため、トラフィック量を格段に低
減することができる。

【００５６】なお、本発明を適用して配信する情報とし
ては何でもよく、例えばテキストや画像データ、音声デ
ータ、動画データなど、様々な情報でよい。例えばテキ
ストや画像データでは、時間的な広がりを持たないが、
これらの情報を分割し、分割された各部分ごとに、力学
系を用いて生成される異なる鍵により暗号化を施して配
信すればよい。これによって、例えばテキストや画像の
一部をプレビューすることが可能になる。また、音声デ
ータや動画データなどでは、例えば時間によって情報を
分割し、力学系を用いて生成される異なる鍵により暗号
化を施して配信すればよい。これによって、プレビュー
時には音声や動画の一部を視聴することができる。

【００５７】また、上述の説明ではインターネットを用
いて情報をマルチキャストする場合について説明した
が、本発明はこれに限られるものではない。例えば１対
１の情報伝送についても適用可能であるし、逆に不特定
多数の受信端末へのブロードキャスト（放送）通信にお
いても利用可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、送信側と受信側で力学系を用いて同じ鍵を生
成して暗号通信を行うので、鍵の変更時に鍵を配信する
必要がなく、トラフィック量を低減することができる。
また、同じ鍵の生成を所定時間に限って行うことによっ
て、配信されている情報のプレビューを可能にすること
ができる。また、プレビューを可能にしても、プレビュ
ー可能な所定時間以外は暗号化された情報を復号できな
いため、配信されている情報全体が漏出することはな
く、安全性も確保することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の暗号通信方法の実施の一形態を含む暗
号通信システムの一例を示すブロック図である。

【図２】カオス力学系の初期値鋭敏性を示す具体例の説
明図である。

【図３】送信端末においてカオス力学系で生成された暗
号化鍵で情報を暗号化する方法の説明図である。

【図４】受信端末において誤差を加えない初期値で復号
を行った状態を示す説明図である。

【図５】受信端末において誤差を加えた初期値で復号を
行った状態を示す説明図である。

【図６】カオス力学系として左シフト関数を用いた場合
の誤差伝搬の具体例の説明図である。

【図７】インターネットを利用した情報配信の一例の説
明図である。

【符号の説明】

１１…送信端末、１２…インターネット、１３…マルチ
キャストチャネル、２１〜２Ｎ…受信端末、１４…鍵配
送チャネル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信側では、暗号化対象となる情報を分
割し、分割された各情報に対して異なる暗号化鍵を力学
系を用いて生成し、前記各情報を前記暗号化鍵で暗号化
し、暗号化された前記各情報を送信し、受信側では、力
学系を用いて前記送信側と同じ鍵を復号鍵として生成
し、生成した復号鍵を用いて受信した暗号化された前記
各情報を復号することを特徴とする暗号通信方法。
【請求項２】前記送信側と前記受信側は、同じ初期値
を用いて鍵の生成を行うことを特徴とする請求項１に記
載の暗号通信方法。
【請求項３】前記送信側と前記受信側は、所定の期間
だけ、同じ鍵を生成することを特徴とする請求項１に記
載の暗号通信方法。
【請求項４】前記送信側と前記受信側は、それぞれ異
なる初期値を用いて鍵の生成を行うことを特徴とする請
求項３に記載の暗号通信方法。
【請求項５】前記送信側と前記受信側は、それぞれ異
なる力学系の関数を用いて鍵の生成を行うことを特徴と
する請求項３に記載の暗号通信方法。
【請求項６】前記送信側と前記受信側は、それぞれ異
なる桁数の鍵を用いることを特徴とする請求項３に記載
の暗号通信方法。
【請求項７】前記送信側と前記受信側は、鍵を生成す
る時間間隔を変化させることを特徴とする請求項３に記
載の暗号通信方法。
【請求項８】前記力学系は、カオス力学系であること
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に
記載の暗号通信方法。
【請求項９】暗号化対象となる情報を分割し分割され
た各情報に対して力学系を用いた異なる暗号化鍵で暗号
化して送信する送信手段と、力学系を用いて前記送信側
と同じ鍵を復号鍵として生成し前記送信手段から送られ
てくる暗号化された情報を受信して前記復号鍵で復号す
る受信手段を有することを特徴とする暗号通信システ
ム。