JP5488608B2 - ブロック暗号装置、ブロック暗号化方法およびプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、日本国特許出願:特願2009−246307号(2009年10月27日出願)の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、ブロック暗号装置、ブロック暗号化方法およびプログラムに関し、特に、特に、Feistel置換を用いたブロック暗号装置、ブロック暗号化方法およびプログラムに関する。
[数1]BlockPerm
BlockPerm(v[0],v[1],・・・,v[k−1])=(v[1], v[2],・・・,v[k−1],v[0])
となる。なお0番目の入力ブロックからk−1番目の入力ブロックまでそれぞれに対応する出力ブロックの番号を並べたリスト表現では、このBlockPermは、{1,2,...,k−1,0}と表現される。
以下に本発明による関連技術の分析を与える。
非特許文献3の“SAFER”では、Armenian Shuffleについて、グラフに基づき以下のように探索的に発見したとしている。まず(m[0],m[1],・・・,m[k−1])を置換BlockPermにより置換した結果を(c[0],c[1],・・・,c[k−1])とする。この置換BlockPermをk/2個のノードのグラフで表現することを考える。s=(k/2)−1として、グラフ中のノードにnode=0,...,sというラベルを付ける。ノードiがm[2i]とm[2i+1]を表すものとする。非特許文献3の“SAFER”に記載されるように、一般にはBlockPermは、入出次数2、すなわち、どのノードに入る枝の数も2本で、どのノードから出て行く枝の数もまた2本である有向グラフと、そのグラフ上の枝への4色の彩色により一意に表現可能である。
colorfunc(u,v)=vt if u1=ut,
colorfunc(u,v)=vt+1 if u1≠utを用いて、偶数ブロックから奇数ブロックへの遷移を第1の色の矢線で、奇数ブロックから偶数ブロックへの遷移を第2の色の矢線で表した、対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換を行うブロック置換部と、前記置換後のk個のブロックを結合して出力する出力部と、を備えるブロック暗号装置が提供される。
colorfunc(u,v)=vt if u1=ut,
colorfunc(u,v)=vt+1 if u1≠ut
を用いて、偶数ブロックから奇数ブロックへの遷移を第1の色の矢線で、奇数ブロックから偶数ブロックへの遷移を第2の色の矢線で表した、対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当する置換を行うブロック置換部と、前記置換後のk個のブロックを結合して出力する出力部と、を備える。
ブロック番号i(i=0〜k−1)がk/2未満で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
前記ブロック番号iがk/2以上で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i mod k]
という置換にて実現できる。このとき、ラウンド出力文Zとして(z[0],z[1],・・・,z[k−1])が出力される。このようなFeistel置換とブロック置換とを必要繰り返し、最後にFeistel置換を適用して暗号文が出力される。
続いて、本発明の第1の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1[Struc1]は、本発明の第1の実施形態の構成を示す図である。図2[Block1]は、本発明の第1の実施形態の構成を処理ブロックで表した図である。
[colorfunc]
colorfunc(u,v)=vt if u1=ut,
colorfunc(u,v)=vt+1 if u1≠ut,
ここでvt+1はvtのビット反転である。具体的に、例えばu1=utの場合、uの最上位からのn−1ビット系列LS(u)に、0を右から付けたノードLS(u)||0については枝の色を赤に(細線、バイナリ表現では0に)し、1を右から付けたノードLS(u)||1については枝の色を青に(太線、バイナリ表現では1に)彩色する。
上記ブロック番号iがk/2未満で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
前記ブロック番号iがk/2以上で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i mod k]
となる。
続いて、ブロック置換にグラフに、第2の発明の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、図2に示した第1の実施形態のブロック暗号装置と基本的構成を同一にし、そのブロック置換に変更を加えたものであるので、以下のその相違点を中心に説明する。
ノード4jは赤(第1色)の枝をノード4j+1へ、青(第2色)の枝をノード4j+2へ、
ノード4j+1は赤(第1色)の枝をノード4j+2へ、青(第2色)の枝をノード4j+1へ、
ノード4j+2は赤(第1色)の枝をノード4(j+1)へ、青(第2色)の枝をノード4j+3へ、
ノード4j+3は赤(第1色)の枝をノード4j+3へ、青(第2色)の枝をノード4(j+1)へ、
と彩色した矢線を追加することによって作成できる有向グラフである。ただしノード4wはノード0と見なす。
本発明の全開示(請求の範囲及び図面を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
100 入力部
101 鍵拡大部
102 Feistel置換部
103、103a ブロック置換部
104 出力部
Claims (12)
- 入力されたデータを、k個のブロックに分割する入力部と、
ラウンド毎に生成された暗号鍵を用いて、前記ブロック2つを組としてFeistel置換を施すRラウンド分のFeistel置換部と、
前記分割数kの半数の2t個(但し、t>2)のノードを持つdeBruijnグラフのtビットの系列で表されたノードu=(u1,u2,・・・,ut)からノードv=(v1,v2,・・・,vt)への矢線の色を決定する下記関数
colorfunc(u,v)=vt if u1=ut,
colorfunc(u,v)=vt+1 if u1≠utを用いて、偶数ブロックから奇数ブロックへの遷移を第1の色の矢線で、奇数ブロックから偶数ブロックへの遷移を第2の色の矢線で表した、対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換を行うブロック置換部と、
前記置換後のk個のブロックを結合して出力する出力部と、
を備えるブロック暗号装置。 - 前記ブロック置換部は、
前記Feistel置換部から出力された中間文Y=(y[0],...,y[k−1])を入力とし、
0〜k−1のブロック番号iがk/2未満で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
前記ブロック番号iがk/2以上で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i mod k]
という置換を適用してラウンド出力文Z=(z[0],...,z[k−1])を出力する請求項1のブロック暗号装置。 - 前記対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換に代えて、
該中間文Yに対し、4ブロック毎に、右巡回置換と、左巡回置換を交互に行う第1のブロック置換と、
第1のブロック置換の結果に対してk個のブロック全体の右また左2ブロック巡回置換を行うことでラウンド出力文Z=(z[0],...,z[k−1])を出力する第2のブロック置換とを行う請求項1のブロック暗号装置。 - 前記ブロックの分割数kは、8の倍数であり、
前記対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換に代えて、
前記ブロック置換部は、
前記分割数kの半数の4w個(但し、w>1)のノードを持つ次数2のグラフの
各ノード(j=0,1,...,w−1)について、
ノード4jから、第1の色の矢線をノード4j+1へ、第2の色の矢線をノード4j+2へ、
ノード4j+1から、第1の色の矢線をノード4j+2へ、第2の色の矢線をノード4j+1へ、
ノード4j+2から、第1の色の矢線をノード4(j+1)へ、第2の色の矢線をノード4j+3へ、
ノード4j+3から、第1の色の矢線をノード4j+3へ、第2の色の矢線をノード4(j+1)へ
それぞれ遷移させる、偶数ブロックから奇数ブロックへの遷移を第1の色の矢線で、奇数ブロックから偶数ブロックへの遷移を第2の色の矢線で表した、対称なType2枝彩色を施した有向グラフ(但し、ノード4wはノード0と見なす。)に相当するブロック置換を行う請求項1のブロック暗号装置。 - ブロック暗号装置の入力部が、入力されたデータを、k個のブロックに分割するステップと、
前記ブロック暗号装置のFeistel置換部が、ラウンド毎に生成された暗号鍵を用いて、前記ブロック2つを組としてFeistel置換を施すRラウンド分のFeistel置換を行って、ブロック置換部に出力するステップと、
前記ブロック暗号装置のブロック置換部が、前記分割数kの半数の2t個(但し、t>2)のノードを持つdeBruijnグラフのtビットの系列で表されたノードu=(u1,u2,・・・,ut)からノードv=(v1,v2,・・・,vt)への矢線の色を決定する下記関数
colorfunc(u,v)=vt if u1=ut,
colorfunc(u,v)=vt+1 if u1≠utを用いて、偶数ブロックから奇数ブロックへの遷移を第1の色の矢線で、奇数ブロックから偶数ブロックへの遷移を第2の色の矢線で表した、対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換を行うステップと、
前記ブロック暗号装置の出力部が、前記置換後のk個のブロックを結合して出力するステップと、
を含むブロック暗号化方法。 - 前記ブロックの置換を行うステップは、前記ブロック置換部が、
前記Feistel置換後の中間文Y=(y[0],...,y[k−1])を入力とし、
0〜k−1のブロック番号iがk/2未満で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
前記ブロック番号iがk/2以上で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i mod k]
という置換を適用してラウンド出力文Z=(z[0],...,z[k−1])を出力する請求項5のブロック暗号化方法。 - 前記対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換に代えて、
前記ブロック置換部が、
該中間文Yに対し、4ブロック毎に、右巡回置換と、左巡回置換を交互に行う第1のブロック置換と、
第1のブロック置換の結果に対してk個のブロック全体の右また左2ブロック巡回置換を行うことでラウンド出力文Z=(z[0],...,z[k−1])を出力する第2のブロック置換とを行う請求項5のブロック暗号化方法。 - 前記ブロック暗号装置の入力部による前記ブロックの分割数kは、8の倍数であり、
前記対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換に代えて、
前記ブロック置換部が、
前記分割数kの半数の4w個(但し、w>1)のノードを持つ次数2のグラフの
各ノード(j=0,1,...,w−1)について、
ノード4jから、第1の色の矢線をノード4j+1へ、第2の色の矢線をノード4j+2へ、
ノード4j+1から、第1の色の矢線をノード4j+2へ、第2の色の矢線をノード4j+1へ、
ノード4j+2から、第1の色の矢線をノード4(j+1)へ、第2の色の矢線をノード4j+3へ、
ノード4j+3から、第1の色の矢線をノード4j+3へ、第2の色の矢線をノード4(j+1)へ
それぞれ遷移させる、偶数ブロックから奇数ブロックへの遷移を第1の色の矢線で、奇数ブロックから偶数ブロックへの遷移を第2の色の矢線で表した、対称なType2枝彩色を施した有向グラフ(但し、ノード4wはノード0と見なす。)に相当するブロック置換を行う請求項5のブロック暗号化方法。 - 入力されたデータを、k個のブロックに分割する処理と、
ラウンド毎に生成された暗号鍵を用いて、前記ブロック2つを組としてFeistel置換を施すRラウンド分のFeistel置換を行う処理と、
前記分割数kの半数の2t個(但し、t>2)のノードを持つdeBruijnグラフのtビットの系列で表されたノードu=(u1,u2,・・・,ut)からノードv=(v1,v2,・・・,vt)への矢線の色を決定する下記関数
colorfunc(u,v)=vt if u1=ut,
colorfunc(u,v)=vt+1 if u1≠utを用いて、偶数ブロックから奇数ブロックへの遷移を第1の色の矢線で、奇数ブロックから偶数ブロックへの遷移を第2の色の矢線で表した、対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換を行う処理と、
前記置換後のk個のブロックを結合して出力する処理と、
をコンピュータに実行させ、前記コンピュータを入力部、Feistel置換部、ブロック置換部及び出力部を備えるブロック暗号装置として機能させるプログラム。 - 前記コンピュータの前記ブロック置換部としての前記ブロックの置換を行う処理は、
前記Feistel置換後の中間文Y=(y[0],...,y[k−1])を入力とし、
0〜k−1のブロック番号iがk/2未満で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
前記ブロック番号iがk/2以上で、かつ
・i mod 4が0の場合、y[i]=z[2i+3 mod k]
・i mod 4が1の場合、y[i]=z[2i−2 mod k]
・i mod 4が2の場合、y[i]=z[2i+1 mod k]
・i mod 4が3の場合、y[i]=z[2i mod k]
という置換を適用してラウンド出力文Z=(z[0],...,z[k−1])を出力するものである請求項9のプログラム。 - 前記対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換に代えて、
前記コンピュータの前記ブロック置換部として
該中間文Yに対し、4ブロック毎に、右巡回置換と、左巡回置換を交互に行う第1のブロック置換処理と、
第1のブロック置換の結果に対してk個のブロック全体の右また左2ブロック巡回置換を行うことでラウンド出力文Z=(z[0],...,z[k−1])を出力する第2のブロック置換処理とを前記コンピュータに実行させる請求項9のプログラム。 - 前記コンピュータの入力部としての前記ブロックの分割数kは、8の倍数であり、
前記対称なType2枝彩色を施した2値deBruijnグラフに相当するブロック置換に代えて、
前記コンピュータの前記ブロック置換部として
前記分割数kの半数の4w個(但し、w>1)のノードを持つ次数2のグラフの
各ノード(j=0,1,...,w−1)について、
ノード4jから、第1の色の矢線をノード4j+1へ、第2の色の矢線をノード4j+2へ、
ノード4j+1から、第1の色の矢線をノード4j+2へ、第2の色の矢線をノード4j+1へ、
ノード4j+2から、第1の色の矢線をノード4(j+1)へ、第2の色の矢線をノード4j+3へ、
ノード4j+3から、第1の色の矢線をノード4j+3へ、第2の色の矢線をノード4(j+1)へ
それぞれ遷移させる、偶数ブロックから奇数ブロックへの遷移を第1の色の矢線で、奇数ブロックから偶数ブロックへの遷移を第2の色の矢線で表した、対称なType2枝彩色を施した有向グラフ(但し、ノード4wはノード0と見なす。)に相当するブロック置換を前記コンピュータに実行させる請求項9のプログラム。
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