JPH02195377A - 鍵共有機能付きｉｃカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は暗号通信に用いることができる蓮共有機能付き
ＩＣカードに関するものである。

従来の技術 秘密鍵暗号方式において、メソセージの秘匿あるいはメ
ツセージ認証などの暗号通信を行うためには、まず通信
を行う両者が鍵を共有する必要がある。従来、鍵の共有
は、例えば第４図に示すような方式で行われてきた。、
第４図はメツセージの秘匿を目的としたシステムであり
、１０１はメツセージの送信者Ｃ以下、単に送信者と記
す）が使用する暗号器、１ｏ２はメツセージの受信者（
以下、単に受信者と記す）が使用する復号器であり、暗
号器１０１は、乱数生成手段１０３と、第１の暗号化手
段１０４と、第２の暗号化手段１０６とを備え、復号器
１０２は、第１の復号化手段１０６と、第２の復号化手
段１０７とを備えている。

このように構成された従来の鍵共有方式について、その
動作を以下に説明する。安全性の面からメツセージの平
文（以下、単に平文と記す）ｍを暗号化するための鍵は
頻繁に換える必要があるため、乱数生成手段１０３が生
成する乱数を用いる。

なおこの乱数はセッシ首ン鍵とも云う。送信者は、暗号
器１０１が有する乱数生成手段１０３からの乱数ｒ１（
セラシロン鍵）を受舊者と共有するために受信者に送信
するわけであるが、ｒｌを生データのまま送信すると、
暗号器１０１と復号器１０２の間の通信線上で盗聴され
る危険性があるため、ｒｌを第１の暗号化手段１０４で
暗号化して送る。このｒｌを暗号化する際に用いる鍵を
マスタ鍵ｋｍと呼び、送信者と受信者が予め共有してい
る鍵である。マスタ鍵はセツション鍵を暗号化して送る
時のみ使用され、通常長期間固定である。受信者の復号
器１０２は第１の復号化手段１０６を用いて、暗号化さ
れた乱数をマスタ鍵ｋｍにより復号化してｒｌを復元す
る。これにより、送信者と受信者はセツション鍵ｒ１を
共有できたことになるため、それ以降、第２の暗号化手
段１０６と第２の復号化手段１０７を用いて、セツショ
ン鍵ｒ１により、平文ｍの暗号通信を行うことができる
。セツション鄭を換える場合は、乱数生成手段１０３に
よって新しく乱数ｒ２（［９示せず）を生成し、前述し
た手順と全く同様に、マスタｉｌｋｍｖＣよる暗号通信
によりｒ２を共有してセツション鍵とする。

今、二人の通信者ムとＢが暗号通信を行う場合を考える
。通信者ムと通は者Ｂはマスタ鍵ｋｌｌを用いてセツシ
ョン鍵ｒ１を暗号化して送るものとする。ここで、もし
別の通信者Ｃもマスタ鍵ｋｍを有していたとすると１通
信者Ｃはセラシロン鍵ｒ１を解読することができるため
、通信者ム、Ｂ間で交換される全ての暗文を解読できる
ことになる。したがって、マスタ鍵ｋａ＋は通信者ムと
通信者Ｂのみが知る鍵とし−例えば通傷者ムが通信者Ｃ
と暗号通信を行う場合は、ｋｍとは別のマスタ噂を用い
る必要がある。すなわち、通信者ムは暗号通信を行う相
手の数だけマスタ鍵を保有している必要がある。

発明が解決しようとする課題 このような従来の方式では、通信相手が少数である場合
は問題ないが一不特定多数の加入者を持つネットワーク
では通信相手が膨大な数となり、鍵管理が大きな問題と
なる。これを解決する手段としては、鍵管理を行うセン
タを設け、暗号通信を行うに先立ち、センタが両者に共
通のセラシラン鍵を配送（または転送）する方法が一般
的であるが、鍵共有を行う度にセンタが介在しなければ
ならないという欠点がある。一方、他の解決策として、
鍵管理の面で優れている公開鍵暗号方式を用いる方法も
あるが、公開鍵暗号方式は秘密鍵暗号方式に比べて、は
るかに大きな処理時間を要する。このように従来の暗号
通信の方法では、鍵管理の点に関して大きな問題点があ
った。

本発明はこのような課題に鑑み、内部データが物理的に
安全であり、かつ演算能力を有するという特徴に基づき
、鍵共有を安全、容易かつ高速に実現し得る鍵共有機能
付きＩＣカードを提供することを目的とするものである
。

課題を解決するための手段 そしてこの目的を達成するために本発明の鍵共有機能付
き１０カードは、乱数生成手段と−この乱数生成手段か
ら出力される第１の乱数を第１の秘密鍵により暗号化す
る暗号化手段と、外部から入力される暗号化された第２
の乱数を第２の秘密鍵により復号化する復号化手段と、
少なくとも前記第１の乱数および前記復号化手段の出力
を入力として演算を施す鍵生成手段とを備えた構成とし
たものである。

作用 本発明の構成の特徴は、第１の秘密鍵および第２の秘密
鍵が物理的に安全なＩＣＣカード内子モリ格納されてい
る点と、送受信者双方のＩＣカードが内部で自動的に出
力した２つの乱数から共通鍵を生成する点である。この
構成により上記目的が達成される理由は次のように説明
される。

まず−第１の秘密鍵および第２の秘密鍵は物理的に安全
なＩＯカード内内子モリ格納されているため−ＩＣカー
ドの所持者といえども、これらの秘密鍵を読み取ること
は不可能である。したがって、これらの秘密鍵が格納さ
れているＩＣカードを用いることなしに、暗号化手段の
出力および暗号化された第２の乱数から第１の乱数およ
び第２の乱数を復元することはできない。よって第１の
乱数と第２の乱数から生成される共通燵を得ることがで
きない。

また、第２の秘密鍵が全てのＩＣカードに共通であると
すると、悪意を持つ者が暗号化された第２の乱数を盗聴
し、それを自分のＩＣカードに入力することにより、自
分のＩＣカード内に第２の乱数を復元することは可能で
ある。しかし、この時、そのＩＣカードは乱数生成手段
により内部で自動的に乱数を生成し、この乱数と第２の
乱数から共通鍵を生成するため、悪意を持つ者が目的と
する共通鍵は得られない。

以上のことから１本発明のＩＣカードの構成により、第
１の乱数および第２の乱数を生成したＩＣカード、すな
わち、暗号通信を行う当事者のＩＣカードのみ、これら
２つの乱数による共通鍵の生成が可能となり暗号通信は
安全となる。また本発明のＩＣカードを用いれば一秘密
溪のリストあるいはセンタのどちらも不要であるため、
容易に鍵の共有が実現できる。さらに秘密鍵暗号のみで
構成できることから高速処理が可能となる。

実施例 第１図は本発明の鍵共有機能付きＩＣカードを用いて秘
話通信を行うシステムの一例を示したシステム構成図で
ある。第１図において、１は第１の端末、２は第２の端
末−３は暗号装置４を内蔵している第１のＩＣカード、
６は復号装置６を内蔵している第２のＩＣカードである
。また、第１の端末１は入力装置７と送信装置８を有し
、第２の端末２は出力装置９と受信装置１ｏを有してい
る。

このシステムで暗号通信を行う場合の手順を以下に示す
。まず暗号通信を開始するに当って、送信者は第１の端
末１に第１のＩＣカード３を挿入し、受信者は第２の端
末２に第２のＩＣカード６を挿入する。その後、送信者
は入力装置７を用いて平文ｍを入力する。平文ｍは第１
の１０カード３に入力され、暗号装置４により暗文Ｃに
変換され出力される。第１の端末１は送信装置８を用い
て、この暗文Ｃを第２の端末２に送信する。一方、受信
者は受信装置１ｏを用いて前記暗文Ｃを受信する。暗文
Ｃは第２のＩＣカード６に入力され。

復号装置６により平文型に復号化され出力される。

第２の端末２は出力装置９を用いて一復元された平文ｍ
を出力する。このように、暗号器および復号器として１
０カードを用いて暗号通信を行うシステムを考える。実
際に暗号通信を行う際には、前述したようにセッシ目ン
鍵の共有が必要となる。

これに関しては、第２図以降に示されるＩＣカードの詳
細な図面を参照しながら説明を行う。尚、第２図以降の
図面に関しては、第１の端末１および第２の端末２の図
示を省略している。

第２図は本発明の一実施例による鍵共有機能付きＩＣカ
ードのブロック図である。第２図において、１１は第１
のＩＣカード、１２は第２のＩＣカードであり、第１の
ＩＣカード１１は、第１の乱数生成手段１３．第１の暗
号化手段１４．第２の復号化手段１６．第１の排他的論
理和演算手段１６、第３の暗号化手段１７．第４の復号
化手段１８を有し一第２の暗号化手段１２は、第２の乱
数生成手段１９．第１の暗号化手段１４と対をなす第１
の復号化手段２０．第２の復号化手段１６と対をなす第
２の暗号化手段２１．第２の排他的論理和演算手段２２
．第３の暗号化手段１７と対をなす第３の復号化手段２
３．第４の復号化手段１８と対をなす第４の暗号化手段
２４を有している。

以下、第２図に従い、本実施例について説明を行う。ま
ず、第１の１０カード１１は、第１の乱数生成手段１３
が出力した第１の乱数ｒ１を第１の暗号化手段１４を用
いてマスタ鍵ｋｍにより暗号化して第２のＩＣカード１
２に送る。第２のＩＣカード１２は、第１の復号化手段
２０を用いて、暗号化された乱数をマスタ鍵ｋｉｌｌに
より復号化して第１の乱数ｒ１を復元する。また、第２
のＩＣカード１２は一第２の乱数生成手段１９が出力し
た第２の乱数ｒ２を第２の暗号化手段２１を用いてマス
タ鍵ｋｍにより暗号化して第１のＩＣカード１１に送る
。第１のＩＣカード１１は、第２の復号化手段１６を用
いて、暗号化された乱数をマスタ鍵ｋｍにより復号化し
て第２の乱数ｒ２を復元する。その後、第１のＩＣカー
ド１１と第２のＩＣカード１２は−それぞれに第１の排
他的論理和演算手段１６および第２の排他的論理和演算
手段２２を用いて、第１の乱数ｒ１と第２の乱数ｒ２と
の排他的論理和演算を行い、その演算結果ｋｓを得る。

これにより、第１のＩＣカード１１と第２のＩＣカード
１２は共通鍵ｋｓを共有できたことになるため、これを
セツション鍵として、第１のＩＣカード１１が送信側と
なる場合は第３の暗号化手段１７および第３の復号化手
段２３により平文ｍ１の暗号通信を行うことができ、第
２のＩＣカード１２が送信側となる場合は第４の暗号化
手段２４２よび第４の復号化手段１８により平文ｍ２の
暗号通信を行うことができる。ここで、マスタ鍵ｋｍは
全てのＩＣカードに共通の値である。

第２図に示した鍵共有方式が安全である理由は以下のよ
うに説明される。まず、マスタ鍵ｋｍは物理的に安全な
ＩＣＣカード内子モリ格納されているため、ＩＣカード
の所持者といえども、マスタ鍵ｋｍを読み取ることはで
きない。したがって、たとえ第１の暗号化手段１４の出
力および第２の暗号化手段２１の出力を通信線上で盗聴
したとしても、マスタｔ！ｋ１ｍが格納されているＩＣ
カードを用いることなしに第１の乱数ｒ１および第２の
乱数ｒ２を復元することはできない。よって、乱数ｒ１
およびｒ２から生成される共通鍵ｋｇを得ることはでき
ない。

次に、このシステムに属する３人の通信者Ａ。

Ｂ、Ｃがおり、ムとＢの間で交換される暗文をＣが解読
しようとしている場合を考える。Ｃもこのシステムに属
する通信者であるため、第１のＩＣカード１１または第
２のＩＣカード１２を所持している。まず、Ｃが第１の
ＩＣカード１１を所持しているものとする。ムと８の間
で交換される第２の暗号化手段２１の出力をＣが盗聴し
、それを自分のＩＣカードに入力すれば、第２の復号化
手段１６とマスタ＠ｋｍにより、自分のＩＣカード内に
乱数ｒ２を復元することは可能である。しかし、この時
、そのＩＣカードは第１の乱数生成手段１３により内部
で自動的に乱数を生成し、この乱数と第２の乱数から共
通鍵を生成するため、悪意を持つ者が目的とする共通鍵
ｋｓは得られない。

Ｃが第２の１０カード１２を所持している場合も同様に
共通鍵ｋＳを得ることはできない。

以上のことかられかるように一第２図に示すＩＣカード
の構成により、第１の乱数ｒ１または第２の乱数ｒ２を
生成したＩＣカード、すなわち暗号通信を行う当事者の
ＩＣカードのみ共通鍵ｋｓの生成が可能となり、暗号通
信は安全なものとなる。また第２図に示すＩＣカードを
用いれば、秘密鍵のリストあるいはセンタのどちらも不
要であるため、容易に鍵の共有が実現できる。さらに秘
密鍵暗号のみで構成できることがら高速処理が可能とな
る。

また、第１の暗号化手段１４と第２の暗号化手段２１に
同じ演算を施すものを用い（これらと対をなす復号化手
段２０．１６についても同様）、さらに第３の暗号化手
段１７と第４の暗号化手段２４にも同じ演算を施すもの
を用いる（これらと対をなす復号化手段２３．１８につ
いても同様）ことにより、第１のＩＣカード１１と第２
のＩＣカード１２は、第１の乱数生成手段１３および第
２の乱数生成手段１９を除いて全く同じ構成となる。す
なわち、このシステムに属する通信者はこのような同じ
構成のＩＣカードを各々１枚ずつ所持することにより、
このシステムに属する任意の通信者と双方向の暗号通信
ができることとなる。

この場合、乱数生成手段１３．１９は各ＩＣカードで異
なる乱数系列を出力することが望ましい。

次に本発明の他の実施例について説明する。第３図は、
本発明の他の実施例による備共有機能付きＩＣカードの
ブロック図である。第３図において、３１は第１のＩＣ
カード、３２は第２のＩＣカードであり、第１のＩＣカ
ード３１は、第１の乱数生成手段３３．第１の排他的論
理和演算手段３４、第２の排他的論理和演算手段３６．
第１の暗号化手段３６．第２の復号化手段３７を有し。

一方、第２のＩＣカード３２は、第２の乱数生成手段３
８．第３の排他的論理和演算手段３９．第４の排他的論
理和演算手段４０．第１の暗号化手段３６と対をなす第
１の復号化手段４１．第２の復号化手段３７と対をなす
第２の暗号化手段４２を有している。ここで、第１の暗
号化手段３６と第２の暗号化手段４２は同じ演算を施す
ものであり（これらと対をなす復号化手段４１．３７に
ついても同様）、第１のＩＣカード３１と第２のＩＣカ
ード３２は、乱数生成手段３３．３８を除いて全く同じ
構成をしている。

以下、第３図に従い、本実施例について簡単に説明を行
う。まず、第１のＩＣカード３１は、第１の乱数生成手
段３３が出力した第１の乱数ｒ１を第２のＩＣカード３
２に送る。一方、第２のＩＣカード３２は、第２の乱数
生成手段３８が出力した第２の乱数ｒ２を第１のＩＣカ
ード３１に送る。その後、第１のＩＣカード３１と第２
の１０カード３２は、それぞれに第１．第２の排他的論
理和演算手段３４．３５および第３．第４の排他的論理
和演算手段３９．４０を用いて、第１の乱数ｒ１と第２
の乱数ｒ２およびマスタ鍵ｋｍとの排他的論理和演算を
行い、その演算結果ｋｓを得る。これにより、第１のＩ
Ｃカード３１と第２のＩＣカード３２は共通鍵ｋｇを共
有できたことになるため、これをセッシ冒ン鍵として、
第１のＩＣカード３１が送信側となる場合は第１の暗号
化手段３６および第１の復号化手段４１により平文１１
１の暗号通信を行うことができ、第２のＩＣカード３２
が送信側となる場合は第２の暗号化手段４２および第２
の復号化手段３Ｔにより平文ｍ２の暗号通信を行うこと
ができる。ここで、マスタ鍵ｋｍは全てのＩＣカードに
共通の値である。

本実施例の安全性も第２図の実施例と同様に、第１の乱
数ｒ１ｔたは第２の乱数ｒ２を生成したＩＣカード、す
なわち暗号通信を行う当事者のＩＣカードのみ共通鍵の
生成が可能となることにより保証される。

発明の効果 以上のように本発明によれば、秘密鍵を物理的に安全な
ＩＣカード内に格納するとともに、送受信者双方のＩＣ
カードが自動的に出力した２つの乱数から共通鍵を生成
することにより、暗号通信のための鍵共有を安全、容易
かつ高速に実現することができる。本方式は、秘密鍵暗
号を用いた従来の鍵共有方式に比べ、秘密鍵のリストあ
るいは鍵配送（または転送）センタのどちらも必要とす
ることなく噂の共有ができるという、実用上極めて有効
な特徴を有する。また、秘密鍵暗号のみで実現できるこ
とから、公開鍵暗号を用いた従来の暗号通信の方法に比
べ、暗号化および復号化に要する処理速度の面ではるか
に優っている。

さらに−各ＩＣカードに固有な乱数生成手段を除き、１
つのシステム内で使用される全てのＩＣカードを同じ構
成とすることにより、運用面では、そのシステムに属す
る任意の通信者と双方向通信ができることとなり、一方
、製造面では、ＩＣカードの量産が可能となり、その実
用上の効果は極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鍵共有機能付きＩＣカードを用いた秘
話通信システムのシステム構成図、第２図は本発明の一
実施例による鍵共有機能付きＩＣカードを示すブロック
図、第３図は本発明の他の実施例による鍵共有機能付き
ＩＣカードを示すブロック図、第４図は従来の鍵共有方
式を示すシステム構成図である。 １・・・・・・第１の端末、２・・・・・・第２の端末
−１１・・・・・・第１のＩＣカード、１２・・・・・
・第２のＩＣカード、１３・・・・・・第１の乱数生成
手段、１４・・・・・・第１の暗号化手段、１６・・・
・・・第２の復号化手段、１６・・・・・・第１の排他
的論理和演算手段、１９・・・・・・第２の乱数生成手
段、２０・・・・・・第１の復号化手段、２１・・・・
・・第２の暗号化手段、２２・・・・・・第２の排他的
論理和演算手段。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名３！
・・− ４２−ｍ− ＩＩ号ブ七 １０ｔ・・− ｊ０３　−・・ １５・・− 暗号６ １　％　酪 Ｌ　殻　生　八　率　投 男１のＳａ号１仁手を 男２の暗号１ヒ手役 １１！１のｒＷ号把手授 男２の慢号１仁手役

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）乱数生成手段と、この乱数生成手段から出力され
   る第１の乱数を第１の秘密鍵により暗号化する暗号化手
   段と、外部から入力される暗号化された第２の乱数を第
   ２の秘密鍵により復号化する復号化手段と、少なくとも
   前記第１の乱数および前記復号化手段の出力を入力とし
   て演算を施す鍵生成手段とを備えた鍵共有機能付きＩＣ
   カード。
2. （２）第１の秘密鍵と第２の秘密鍵が同じ値であること
   を特徴とする請求項１記載の鍵共有機能付きＩＣカード
   。
3. （３）暗号化手段と復号化手段が秘密鍵暗号方式の対を
   なすことを特徴とする請求項１記載の鍵共有機能付きＩ
   Ｃカード。
4. （４）鍵生成手段が排他的論理和演算を行うことを特徴
   とする請求項１記載の鍵共有機能付きＩＣカード。
5. （５）第１の乱数を出力する乱数生成手段と、少なくと
   も前記第１の乱数、外部から入力される第２の乱数およ
   び秘密のパラメータを入力として演算を施す鍵生成手段
   とを備えた鍵共有機能付きＩＣカード。
6. （６）鍵生成手段が排他的論理和演算を行うことを特徴
   とする請求項５記載の鍵共有機能付きＩＣカード。