JPH0227389A - 暗号化方法及び該暗号方法を用いた暗号化装置／復号化装置 - 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〕 こ１７１　発明ハ、コンピュータネットワークシステム
で通信されるデータの保護のために用いられる暗号化方
法及びその暗号化装置／復号化装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、コンピュータネットワークシステムで通信
されるデータの保護のために用いられる暗号化方法及び
その暗号化装置／復号化装置において、ＤＥＳ方式やＦ
ＥＡＬ方式のように強い暗号化を行うアルゴリズムと直
列に、鍵自体が暗号化アルゴリズムの構造化鍵を付加す
ることにより、暗号化強度を強化するようにしたもので
ある。

また、この発明は、コンピュータネットワークシステム
で通信されるデータの保護のために用いられる暗号化方
法及びその暗号化装置／復号化装置において、ＤＥＳ方
式やＦＥＡＬ方式のように強い暗号化を行うアルゴリズ
ムの前段と後段に、弱い暗号化アルゴリズムを付加する
ことにより、暗号強度を強化するようにしたものである
。

〔従来の技術〕

暗号化技術は、アタッカーにより情報が盗用或いは漏洩
されることを防止するとともに、相互認証の基で確実に
通信し合うことを可能にする。本格的に到来するであろ
う大規模分散情報通信ネットワークシステムにおいて、
情報を保護していくために、このような暗号化技術の発
達とその普及は不可欠である。

暗号方式には、大別して慣用鍵方式（共通鍵方式）と公
開鍵方式とがある。慣用鍵方式では、暗号化鍵と復号化
鍵とが共通とされる。公開鍵方式では、暗号化鍵と復号
化鍵とが異なり、暗号化鍵が公開される。

暗号方式には、種々の方式が提案されている。

その中で実用的な符号としては、慣用鍵方式の暗号化方
式においては、Ｄ　Ｂ　Ｓ　（Ｄａｔａ　Ｅｎｃｒｙｐ
ｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄ）方式と、Ｆ　Ｅ　Ａ　Ｌ　
（Ｆ　ａｓｔ　Ｄａｔａ　Ｅｎｃｉｐｈｅｒｍｅｎｔ　
Ａｌｇｏｌｉｓｍ）方式があり、公開鍵暗号化方式にお
いては、ＲＳ　Ａ　（Ｒｉｖｅｓｔ　Ｓｈａｍｉｒ　Ａ
ｄｌｅ＋＋＋ａｎ）方式がある。

ＤＥＳ方式やＦＥＡＬ方式は、強い暗号化を行うアルゴ
リズムにより暗号化が行われるため、虱み潰し以舛に解
読できないとされている。このような強い暗号化方式で
は、入力される平文と出力される暗号文及び鍵と出力さ
れる暗号文との関係がランダムに結ぶものと言える。こ
のような関係は、入力される平文をｐ、１！をＫとした
時、ｆ　　（ｐ、　　Ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｐ、　　Ｋ
）と表せる。

更に、このような強い暗号化方式では、入力される平文
のビット変化高に対する出力される暗号文のビット変化
高及び鍵のビット変化高に対する出力される暗号文のビ
ット変化高がランダムであり、 【　（Δｐ、ΔＫ）　　＝Ｒａｎｄ　（Δｐ、ΔＫ）で
あるように構成されている。

−ｍに、このような暗号化方式のアルゴリズムは、イン
ボリューション構造を持つ。インボリューション構造は
、 ｃ＝ｆ　（ｐ）、ｐ＝１　（ｃ）。

において ｆ＝ｆ伺 が成立する構造である。インボリューシシン構造を持つ
場合には、暗号化と復号化が同様の処理プロセスで行え
る。ＥＸ−ＯＲをとるアルゴリズム（ｍｏｄ２の加算を
行うアルゴリズム）は、インボリューション構造の簡単
な例である。

＼ 〔発明が解決しようとする課題〕 暗号化方式としては、上述したように、種々のものが提
藁されている。そして、信幀性の保証とハードウェアの
共通化をはかれるために、暗号化方式を標準化すること
が検討されている。

ところが、超並列処理コンピュータの開発等、コンピュ
ータ技術の発展により、上述した従来の暗号化方式では
、十分安全であるとは言えな（なってきている、このこ
とが、暗号化方式を標準化していく上での一つの障害と
なっている。

つまり、暗号の強さのひとつのバロメータとして鍵のビ
ット長がある。すなわち、鍵のビット長が長くなればな
るほど、虱み潰しで解読される危険性が少なくなる。し
たがって、鍵のビット長を増加していくことで、暗号強
度を増加できる。

ところが、鍵のビット数が増えると、処理が複は、従来
、ビット長を６４ビツトとしている。

このようにした場合、例えば、ＤＥＳ方式では、虱み潰
しで暗号を解読するのに、ｚｓｓ回の演算が必要である
。ＦＥＡＬでは、虱み潰しで暗号を解読するのに、２６
４回の演算が必要である。したがって、並列処理を行わ
ず、１μｓで１回の速度で演算を行って解読する場合に
は、虱み潰しで解読を行うのに、ＤＥＳ方式では１１０
０年程かハリ、ＦＥＡＬ方式では５１万年程かかること
になり、ＤＥＳ方式やＦＥＡＬ方式は、十分安全な暗号
といえる。

ところが、近年のコンピータ処理速度の向上は目覚まし
く、１０ｈの並列処理で演算を行うことが実現可能にな
った場合には、虱み潰しで解読を行うのに、ＤＥＳ方式
では９．６時間程、６．１力月程で良いことになる。

したがって、この発明は、このような超並列型のコンピ
ュータの開発等、将来の演算速度の向上に備えて、より
安全な暗号化を行える暗号化装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、入力コードをｘ１キーコードをｋ。

任意の入力コードのビット変化高をΔｘ１任意のキーコ
ードのピント変化高をΔｋとしたとき、ｒ＝ｒ−’又は
ｆ伺が存在し、 ｒ　　（ｘ、　　ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｘ、　　ｋ）ｒ
　（Δｘ、Δｋ）　＝Ｒａｎｄ　（Δｘ、Δｋ）を満足
するようなアルゴリズムｆの暗号化を行う際の鍵として
、上記アルゴリズムの鍵と独立で且つ鍵自体が暗号化ア
ルゴリズムをなす構造化鍵を用いるようにした暗号化方
法である。

また、入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
変化高をΔｋとしたとき、ｆ−１又はｆ−１が存在し、 ｆ　（ｘ、　　ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｘ、　　ｋ）ｆ　
（Δｘ、Δｋ）　＝Ｒａｎｄ　（Δｘ、Δｋ）を満足す
るようなアルゴリズムｆの暗号化を行う暗号化装置と直
列に、独立な構造化鍵のアルゴリズムの処理回路を配置
するようにした暗号化装置である。

また、入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
変化高をΔｋとしたとき、ｆ−ｆ柑又はｆ−１が存在し
、 ｆ　（ｘ、　　ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｘ、　　ｋ）ｆ　
（Δｘ、Δｋ）　ｘＲａｎｄ　（Δｘ、Δｋ）を満足す
るようなアルゴリズムｆの暗号化を行う暗号化装置と直
列に、独立な構造化鍵のアルゴリズムの処理回路を配置
するようにした復号化装置である。

また、入力コードをｘ１キーコードをｋ、任意の入力コ
ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
変化高をΔｋとしたとき、ｆ−１ ｆ　（ｘ、　　ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｘ、　　ｋ）ｆ　
（Δｘ、Δｋ）　＝Ｒａｎｄ　（Δｘ、Δｋ）を満足す
るような暗号化アルゴリズムｆの処理を行う前後に、少
なくとも互いに逆関数となる構造を持つ独立な暗号化ア
ルゴリズムの処理を設けるようにした暗号化方法である
。

また、入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
変化高をΔｋとしたとき、ｆ　ロ　「− ｆ　　（ｘ、　　ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｘ、　　ｋ）ｆ
　（Δｘ、Δｋ）　＝Ｒａｎｄ　（Δｘ、Δｋ）を満足
するような暗号化アルゴリズムｆの暗号化回路の前段と
後段に、少なくとも互いに逆関数と化回路を設けるよう
にした暗号化装置である。

また、入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
変化高をΔｋとしたとき、ｆ＝１ ｆ　　（ｘ、　　ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｘ、　　ｋ）ｆ
　（Δｘ、Δｋ）　＝Ｒａｎｄ　（Δｘ、Δｋ）を満足
するような暗号化アルゴリズムの復号化回路の前段と後
段に、少なくとも互いに逆関数となる構造を持つ暗号化
アルゴリズムの復号化回路を設けるようにした復号化装
置である。

（作用〕 ＤＥＳ方式やＦＥＡＬ方式のように強い暗号化を行うア
ルゴリズムと直列に、鍵自体が暗号化アルゴリズムの構
造化鍵を付加することにより、暗号化強度が強化される
。

また、ＤＥＳ方式やＦＥＡＬ方式のように強い暗号化を
行うアルゴリズムの前段と後段に、弱い暗号化アルゴリ
ズムを付加することにより、暗号強度が強化される。

ｂ２．強い暗号化処理手段の前段と後段に弱い暗号化手
段を配して、暗号化強度を強化させる構成の実施例 〔実施例〕 この発明の実施例について、以下の順序にしたがって説
明する。

ａ、構造化鍵を用いて暗号強度を強化させる例ａ、構造
化鍵について ａ２．構造化鍵としてＥＸ−ＯＲを用いた場合の考察 ａ３．構造化鍵としてビット転置器を用いた場合の考察 ａ４．構造化鍵を用いた場合の実施例 す１強い暗号化処理手段の前段と後段に弱い暗号化手段
を配して、暗号化強度を強化させる例ｂ、強い暗号化処
理手段の前段と後段に弱い暗号化手段を配して、暗号化
強度を強化させる例の基本構成 ａ、構造化鍵を用いて暗号強度を強化させる例ａ、構造
化鍵について 現代暗号規約において、暗号に対する信用性や安全性を
はかるために、以下のような規約が提案されている。

■　鍵以外の暗号化処理が公開されている。

■　解読者は、鍵以外の全ての情報を知っているとして
、鍵の虱み潰し解読法又は計算量的安全な方法以外に解
読法が知られていない。

このような規約を遵守した上で、より強い暗号化を行う
方法を考察することにする。

従来の暗号化アルゴリズムでは、鍵が単純なコードだけ
である。より強い暗号化を行うために、これに加えて構
造化された鍵を用いることが考えられる。

すなわち、ＤＥＳ方式やＦＥＡＬ方式のように強い暗号
化アルゴリズムと直列に、鍵自体が暗号化を行う構造の
鍵を設けることが考えられる。このように、構造化され
た鍵を用いれば、解読がより困難になると考えられる。

このような構造化鍵は秘密にされる。そして、構造化鍵
以外の全ての暗号化処理は、現代暗号化規約に則って公
開される。構造化鍵は、記録媒体に記憶させ、秘密とさ
れる関係上、単純な構造であることが望ましい。

第１図は、このような構造化鍵を用いた暗号化の処理を
示すものである。第１図において、ｌは構造化鍵手段、
２は暗号化手段である。構造化鍵手段ｌと暗号化手段２
とが直列に配置される。

構造化鍵手段１は、アルゴリズムｇにより、入力される
平文ｐを暗号化し、中間コードｐ′を生成するものであ
る。この構造化鍵１でどのようなアルゴリズムで暗号化
がなされているかは、秘密とされる。

暗号化手段２には、構造化鍵手段１から出力される中間
コードｐ′が与えられるとともに、鍵Ｋが与えられる。

暗号化手段２は、中間コードｐを、鍵Ｋを用いて、アル
ゴリズムｆにより強い暗号化を行い、暗号文Ｃを生成す
るものである。この暗号化手段２のアルゴリズムは、公
開することができる。

第２図は、このような構造化鍵を用いて暗号化された暗
号文を復号する復号化の処理を示すものである。復号化
は、第１図に示す暗号化の処理に対応している。

第２図において、３は復号化手段、４は構造化鍵手段で
ある。復号化手段３は、鍵Ｋを用いて、アルゴリズム［
−１により暗号文Ｃから中間コードｐ′を生成するもの
である。構造化鍵手段４には、復号化手段３で復号され
た中間コードｐ′が与えられる。構造化鍵手段４は、中
間コードｐ′から平文ｐを生成するものである。これに
より、暗号文Ｃから平文ｐが解読される。

ここで、アルゴリズムｆ及びアルゴリズムｇについて説
明する。アルゴリズムｆは、強い暗号化を行うものであ
る。このアルゴリズムｆは、以下のような条件を満たし
ている。

■　ｆ−１（インボリューシッン構造）又はｆ相が存在
する。

■　入力ｐ′、鍵にとすると、 ｆ　　（ｐ　’、　　Ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｐ　′、　
　Ｋ）つまり、ｐ′やＫに対して出力ｆ　　（ｐ’、Ｋ
）がランダムに対応する。

■　入力のビット変化量をΔｐ′、鍵のビット変化量を
Δｋとすると１、 ｆ　（Δｐ′、ΔＫ）　＝Ｒａｎｄ　（Δｐ′、ΔＫ）
つまり、Δｐ′やΔＫに対して、出力変化量もランダム
に対応する。

■、暗号化は、 ｃ＝ｆ　　（ｐ’） で表せ、復号化は、 ｐ′＝１（ｃ） で表せる。但し、インボリューション構造ならば、ｐ′
＝ｆ　（ｃ）である。

■　入力ｐ′や出力Ｃが知られている時、鍵にの虱み潰
し検査により鍵には解読されるが、ｐ′又はＣの一方が
未知の時、その一方と鍵には解読不可能な構造をとる。

このようなアルゴリズムｆとしては、ＤＥＳ方式やＦＥ
ＡＬ方式を用いることができる。

構造化鍵手段ｌで行うアルゴリズムｇは、以下のような
構造を持つものである。

■　ｇ−ｇ伺又はｇ伺が存在する。

■、入力ｐのピント変化量Δｐに対して、ｇ（Δｐ）≠
Ｒａｎｄ　（Δｐ） であっても良い。

■、入力ｐと出力ｐ＼の両方が知られた時、ｇの構造が
知られても良いが、ｇの構造やｇ内の変数が知られない
時、ｐとｐ′の一方が知られても、他方を知ることがで
きない。

アルゴリズムｇとしては、極めて単純な構造、例えば、
ＥＸ−ＯＲ構造、ピント転置、換字表等が考えられる。

後述するように、構造化鍵として用いるアルゴリズムｇ
としては、ビット転置が好ましく、ＥＸ−ＯＲ構造では
、暗号化を十分強化することはできない。

ａ２．構造化鍵としてＥＸ−ＯＲを用いた場合の考察 強い暗号化を行う暗号化処理に対する構造化鍵として、
全くランダムに選ばれた鍵ｋによりＥＸ−ＯＲをとるア
ルゴリズムを採用した場合について考察する。

第３図は、構造化鍵のアルゴリズムｇとして、ＥＸ−Ｏ
Ｒをとる構造とした場合の例を示すものである。第３図
において、１１は構造化鍵手段であり、この場合には、
この構造化鍵手段１１は、［ｋと入力ｐとのＥＸ−ＯＲ
をとる回路である。

暗号化処理手段１２は、ＤＥＳ方式やＦＥＡＬ方式のよ
うな強い暗号化を行う暗号化回路である。

このように、ＥＸ−ＯＲをとるアルゴリズムを、強い暗
号化方法のアルゴリズムに対する構造化鍵とした場合の
暗号強度について考察していくことにする。なお、便宜
上ｆ＝ｆ−１とみなす。

このような暗号化は、平文をｐ、ＥＸ−ＯＲ回路から出
力される中間コードをｐ′、暗号文をＣとすると、 ｃ−ｆ　　（ｐ”、Ｋ）、　　ｐ”−ｐ■にで示される
。また、復号化は、 ｐ−にΦｐ”、ｐ”＝ｆ　　（ｃ、ｋ）であり、ここで
、ｆはランダム関数である。上式をまとめると、暗号化
は、 ｃｗｆ（ｐΦに、　　Ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｐ■に、Ｋ
）と表せ、復号化は、 ｐ−に■ｆ　　（ｃ、Ｋ）　−に■Ｒａｎｄ（ｃ、　Ｋ
）と表せる。

上式から、以下のことがわかる。

すなわち、暗号化手続きは、２つの鍵にとＫとのランダ
ム関数によるものの、復号化手続きは、ひとつの鍵にの
ランダム関数によるもののため、復号化の方向では、解
読において、Ｋの虱み潰しは必要だが、ｋの虱み潰しを
行う必要はない。

つまり、復号化の方向においては、 ｆ　　（ｃ、Ｋ）＋ｐ＝に＝一定 という関係が成立する。このため、アタッカーは、既知
なるｉ個のサンプル（Ｃｉ、１）ｔ）を用いて、第４図
に示すように、アルゴリズムｆの処理を行う回路１３と
ＥＸ−ＯＲをとる回路１４とからなる構造の処理回路に
よって鍵Ｋを検索できる。すなわち、Ｋの虱み潰しで、
全てのサンプル１個において出力が一定となった時、そ
の時の出力（ｋ）とＫが鍵として知られる。したがって
、この手法の解読手数は、ｌ・２１１である（Ｂ：鍵及
び入出力コードのビット数）。

関数ｆは、ランダム関数であるため、出力（ｋ）が１回
一定となった時、その時の出力（ｋ）と鍵（Ｋ）が本物
でない確率（誤り率）は、コード数２１個内のひとつの
コードをとる確率２−８に同等な程低い。つまり、ｉ＝
２でも十分解読可能と言える。

以上のような考察結果から、構造化鍵として、ＥＸ−Ｏ
Ｒをとるような構成では、十分に暗号強度を許可するこ
とにはならない。

ａ３．構造化鍵としてビット転置器を用いた場合の考察 構造化鍵としてビット転置器を採用した場合について考
察する。また便宜上ｆ−ｆ−１とするものとする。

ビット転置器は、第５図に示すように、入力コードの各
ビットをランダムに入れ替えるものであルウヒツト転置
器のアルゴリズムｇ（ｐ）は、ｇ　　（ｐ）寓Ｒａｎｄ
　（ｐ） ｇ　（Δｐ）≠Ｒａｎｄ　（Δｐ） ｇ＃ｇ−’ として表せる。

第６図は、構造化鍵としてビット転置器を用いた場合の
暗号化処理を示し、第７図は、その復号化処理を示して
いる。

第６図に示す暗号化処理において、２１は構造化鍵手段
としてのビット転置器である。ビット転置器２１により
、アルゴリズムｇにより、入力のビットが転置される。

２２は暗号化手段である。

暗号化手段２２は、アルゴリズムｆにより、強い暗号化
を行う。このアルゴリズムとしては、ＤＥＳ方式やＦＥ
ＡＬ方式が用いられる。

また、第７図に示す復号化処理において、２３は復号化
手段であり、復号化手段２３でアルゴリズムｆにより、
暗号文Ｃから中間コードｐ′が生成される。この中間コ
ードｐ′が逆ビット転置器２４に供給され、逆ビット転
置器２４でアルゴリズムｇ　−１により、逆ビット変換
される。

この場合の暗号化は、暗号化手段２２のアルゴリズムを
ｆ、ビット転置器２１のアルゴリズムをｇ、入力される
平文をｐ、中間コードをｐ′、暗号文をＣとすると、 ｃ＝ｆ　　（ｐ’、ｋ）＝ｆ　　（ｇ　（ｐ）、Ｋ）と
して表せる。また、復号化は、 ｐ−ｇ−’　（ｐ′）−ｇ−’　（ｆ　　（ｃ、Ｋ））
として表せる。

ｆで示されるアルゴリズムは、強い暗号化を行っている
ので、入力変数のビット変化筋（ΔｐやΔＫ及びΔＣ）
に対して、出力がランダムに対応ずけられるため、ビッ
ト変化筋に対する解読攻撃に対しては、アルゴリズムｆ
の鍵Ｋを虱み潰しにより求め、アルゴリズムｇの結線を
虱み潰しにより求める以外に解読できない、また、アル
ゴリズムｇは、その入力と出力に特別な関係が存在しな
いので、結局、ビット変化筋の攻撃以外の攻撃に対して
も、アルゴリズムｆとアルゴリズムｇの両方の検査以外
に解読法はないと言える。

入力及び出力のビット数をＢとすると、アルゴリズムｆ
の鍵Ｋを虱み潰しで捜す場合、２１１回の演算が必要で
あり、アルゴリズムｇの結線の虱み潰し回数はＢ！であ
るから、このようなアルゴリズムで暗号化を行った場合
、虱み潰しで解読するのに、両方で２３　・８１回の演
算が必要になる。

Ｂ−６４ビツトとすると、 ＢＩ４１０８９ ２３　・Ｂ　！　＃　ｌ　Ｑｌｌｌ となる。この場合には、１回の処理速度をｌμｓとして
、１０４の並列処理を行ったとしても、虱み潰しで解読
を行うのに、約ＩＱｆｉ９年必要になる。

ａ４．構造化鍵を用いた場合の実施例 第８図は、このように構造化鍵を用いて暗号強度を強化
して通信を行う実施例を示すものである。

第８図において、通信を行うコンピュータシステム３１
には、構造化鍵手段３２及びその構造化鍵手段３２を管
理するための鍵管理と、暗号／復号器の鍵管理を行う鍵
管理手段３３が設けられている。この構造化鍵手段３２
及び鍵管理手段３３は、例えばソフトウェアで処理され
る。暗号／復号器３５及びモデム３６は、コントロール
ライン３７を介してコンピュータシステム３１と結ばれ
ている。

コンピュータシステム３１から回線３４を介してデータ
を出力する場合には、コンピュータシステム３１からの
データがこの構造化鍵手段３２のアルゴリズムｇにより
、中間コードに変換される。

この中間コードが暗号／復号器３５に供給される。

そして、暗号／復号器３５により、アルゴリズムｆによ
り暗号化され、この暗号化されたデータがモデム３６を
介して回線３４に出力される。

回線３４を介して伝えられてきたデータをコンピュータ
システム３１で受信する場合には、回線３４を介して伝
えられてきたデータがモデム３６を介して暗号／復号器
３５．に供給される。暗号／復号器３５で、アルゴリズ
ムｆにより送られてきたデータが復号され、中間コード
が生成される。

この中間コードがコンピュータシステム３１の構造化鍵
手段３２に供給される。構造化鍵手段３２で中間コード
からデータが復号される。

５１強い暗号化処理手段の前段と後段に弱い暗号化手段
を配して、暗号化強度を強化させる例ｂｌ、強い暗号化
処理手段の前段と後段に弱い暗号化手段を配して、暗号
化強度を強化させる例の基本構成 第９図は、ＤＥＳ方式やＦＥＡＬ方式のような強い暗号
化を行う暗号化手段の前段と後段に弱い暗号化を行う暗
号化手段を配することにより、暗号強度を強化するよう
にした例である。なお、以下の説明では、ｆ＝ｆ−１と
するものとする。第９図において暗号化手段５１には、
平文ｐが与えられる。暗号化手段３１は、アルゴリズム
ｈにより、弱い暗号化を行う、この暗号化手段５１には
、鍵ｋが与えられる。暗号化手段５１からは、中間コー
ドｐ′が出力される。

暗号化手段５１で生成された中間コードｐ′が強い暗号
化手段５２に与えられる０強い暗号化手段５２は、アル
ゴリズムｆにより、強い暗号化を行う。強い暗号化手段
５２には、鍵にとは独立な鍵Ｋが与えられる。暗号化手
段５２から、暗号Ｃが出力される。

強い暗号化手段５２で暗号化されたコードは、更に、暗
号化手段５３に送られる。暗号化手段５３は、アルゴリ
ズムｈ″′により、弱い暗号化を行う。暗号化手段５３
からは、暗号Ｃ′が出力される。なお、アルゴリズムｈ
はインボリューション構造で、ｈ　−ｈ−’である。

第１Ｏ図は、その復号化処理を示している。第１０図に
おいて、暗号文Ｃ′が復号化手段６１に与えられる。復
号化手段６１で、アルゴリズムｈにより、暗号文Ｃ′が
復号され、暗号文Ｃが復号化手段６１から出力される。

この暗号文Ｃが強い復号化手段６２に与えられる０強い
復号化手段６２は、アルゴリズムｆにより、復号を行う
ものである。復号化手段６２からは、中間コードｐ゛が
出力される。この中間コードｐ゛が復号化手段６３に与
えられる。

ここで、アルゴリズムｆは、以下のような条件を満たし
ている。

■　ｆ−ｆ−１（インボリューション構造）■　入力ｐ
′、鍵にとすると、 ｆ（ｐ′、　　ｋ）　＝Ｒａｎｄ　（ｐ　′、　　ｋ）
つまり、ｐ′やｋに対して出力ｆ　　（ｐ′、ｋ）がラ
ンダムに対応する。

■　入力のビット変化量をΔｐ′、鍵のビット変化量を
Δｋとすると１、 ｆ　（Δｐ′、Δｋ）　＝Ｒａｎｄ　（Δｐ′、Δｋ）
つまり、Δｐ′やΔｋに対して、出力変化量もランダム
に対応する。

■　暗号化は、 ｃ−ｆ（ｐ’） で表せ、復号化は、 ｐ”＝ｆ　　（ｃ）である。

■　入力ｐ′や出力Ｃが知られている時、鍵にの虱み潰
し検査により鍵には解読されるが、ｐ′又はＣの一方が
未知の時、その一方と鍵には解読不可能な構造をとる。

アルゴリズムｆとしては、ＤＥＳ方式やＦＥＡＬ方弐を
用いることができる。

また、アルゴリズムｈは、以下のような構造を持つもの
である。

■　ｈ＝ｈ−’又はｈ−１が存在する。

■　入力ｐのビット変化量Δｐに対して、ｈ　（ｐ、ｋ
）≠Ｒａｎｄ　（ｐ、　　Ｋ）ｈ（Δｐ、Δｋ）≠Ｒａ
ｎｄ　（Δｐ、ΔＫ）であっても良い。

■　入力ｐと出力ｐ′の両方が知られた時、ｇの構造が
知られても良いが、ｇの構造やｇ内の変数が知られない
時、ｐとｐ′の一方が知られても、他方を知ることがで
きない。

このような構造とした場合の暗号化は、ｃｗｈ伺（ｆ　
　（ｈ　（ｐ）　）であり、復号化は、 ｐ＝ｈ−’　（ｆ　（ｈ　（ｐ））である。つまり、イ
ンボリューシッン構造をなす。

ここで、ｆ　　（ｈ　（ｐ）　）にン主目してみると、
１（ｈ　（ｐ））−ｆ　　（ｐ、に、　　ｋ）つまり、
独立変数ｐ、に、にの関数であり、然も、ｆ　　（ｐ、
に、ｋ）＝Ｒａｎｄ　（ｐ、に、ｋ）ｆ　（Δｐ、Δｋ
、Δｋ） ＝Ｒａｎｄ　（Δｐ、Δｋ、Δｋ） が成立している。

つまり、この構造では、Ｋやｋの虱み潰し検査以外の解
読は不可能である。ＫＪ？）ｋのビット長をＢとすると
、この方法の解読回数は、虱み潰しで行った場合、２１
回となる。すなわち、Ｂ＝６４とした場合には、２′２
８回の演算が必要になり、ｌμｓの演算速度で、１０’
の並列処理を行ったとしても、平均約１ＯＩｆｉ年処理
時間がかかることになり、十分安全な暗号と言える。

このようなアルゴリズムで符号化を行う場合のアルゴリ
ズムｈとしては、例えばＥＸ−ＯＲを用いることができ
る。すなわち、第１１図に示すように、このようなアル
ゴリズムの符号化は、ＥＸ−ＯＲ回路７１及び７２と、
アルゴリズムｆの暗号化をし行う暗号化手段７２とによ
り構成できる。

ｂ２．強い暗号化処理手段の前段と後段に弱い暗号化手
段を配して、暗号化強度を強化させる構成の実施例 第１２図は、このように強い暗号化処理手段の前段と後
段に弱い暗号化手段を配して、暗号化強度を強化させて
通信を行う場合の実施例を示すものである。

第１２図において、通信を行うコンピュータシステム８
１には、鍵（Ｋ及びｋ）８２及びその鍵３２を管理する
ための鍵管理手段８３が設けられている。この鍵８２は
、鍵管理手段８３により、例えばソフトウェアで管理さ
れている。

暗号／復号器８５及びモデム８６は、コントロールライ
ン８７を介してコンピュータシステム８１と結ばれてい
る。

コンピュータシステム８１から回線８４を介してデータ
を出力する場合には、コンピュータシステム８１からの
データが暗号／復号器８５に供給される。そして、暗号
／復号器８５により、アルゴリズムｈにより弱い暗号化
がなされた後、アルゴリズムｆにより強い暗号化なされ
、更に、アルゴリズムｈ−１により、弱い暗号化がなさ
れ、この暗号化されたデータがモデム８６を介して回線
８４に出力される。

回線８４を介して伝えられてきたデータをコンピュータ
システム８１で受信する場合には、回線８４を介して伝
えられてきたデータがモデム８６を介して暗号／復号器
８５に供給される。暗号／復号器８５で、アルゴリズム
ｈによる復号がなされ、更に、アルゴリズムｆによる復
号がなされ、更に、アルゴリズムｈ−１による復号がな
され、送られてきたデータが解読される。

この解読されたデータがコンピュータシステム８１に供
給される。

〔発明の効果〕

この発明によれば、ＤＥＳ方式やＦＥＡＬ方式等の強い
暗号化／復号化回路に、簡単なアルゴリズムの処理を行
う回路を付加するだけで、暗号強度を強化でき、並列処
理コンピュータにより演算速度が向上された場合でも、
解読の危険性がなくなり、データの安全性を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は構造化鍵を用いた暗号化の説明に用いるブロッ
ク図、第２図は構造化鍵を用いた暗号の復号化の説明に
用いるブロック図、第３図は構造化鍵としてＥＸ−ＯＲ
を用いた場合の説明に用いるブロック図、第４図は構造
化鍵としてＥＸ−ＯＲを用いた場合の解読の説明に用い
るブロック図。 第５図はビット転置器の説明に用いる路線図、第６図は
構造化鍵としてビット転置器を用いた場合の暗号化処理
の説明に用いるブロック図、第７図は構造化鍵としてビ
ット転置器を用いた場合の復号化処理の説明に用いるブ
ロック図、第８図は構造化鍵を用いた場合の実施例のブ
ロック図、第９図は強い暗号化処理の前後に弱い暗号化
処理を配置するようにした暗号化の説明に用いるブロッ
ク図、第１０図は強い暗号化処理の前後に弱い暗号化処
理を配置するようにした暗号の復号化の説明に用いるブ
ロック図、第１１図は強い暗号化処理の前後に弱い暗号
化処理を配置するようにした暗号化において弱い暗号化
処理にＥＸ−ＯＲを用いるようにした例の説明に用いる
ブロック図、第１２図は強い暗号化処理の前後に弱い暗
号化処理を配置するようにした場合の実施例のブロック
図である。 図面における主要な符号の説明 ３、８１：コンピュータシステム。 ３２：構造化鍵手段、３５．８５：暗号／復号器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
   ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
   変化高をΔｋとしたとき、 ｆ＝ｆ＾−＾１又はｆ＾−＾１が存在し、 ｆ（ｘ、ｋ）＝Ｒａｎｄ（ｘ、ｋ） ｆ（Δｘ、Δｋ）＝Ｒａｎｄ（Δｘ、Δｋ）を満足する
   ようなアルゴリズムｆの暗号化を行う際の鍵として、上
   記アルゴリズムの鍵と独立で且つ鍵自体が暗号化アルゴ
   リズムをなす構造化鍵を用いるようにした暗号化方法。
2. （２）入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
   ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
   変化高をΔｋとしたとき、 ｆ＝ｆ＾−＾１又はｆ＾−＾１が存在し、 ｆ（ｘ、ｋ）＝Ｒａｎｄ（ｘ、ｋ） ｆ（Δｘ、Δｋ）＝Ｒａｎｄ（Δｘ、Δｋ）を満足する
   ようなアルゴリズムｆの暗号化を行う暗号化装置と直列
   に、独立な構造化鍵のアルゴリズムの処理回路を配置す
   るようにした暗号化装置。
3. （３）入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
   ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
   変化高をΔｋとしたとき、 ｆ＝ｆ＾−＾１又はｆ＾−＾１が存在し、 ｆ（ｘ、ｋ）＝Ｒａｎｄ（ｘ、ｋ） ｆ（Δｘ、Δｋ）＝Ｒａｎｄ（Δｘ、Δｋ）を満足する
   ようなアルゴリズムｆの暗号化を行う暗号化装置と直列
   に、独立な構造化鍵のアルゴリズムの処理回路を配置す
   るようにした復号化装置。
4. （４）入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
   ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
   変化高をΔｋとしたとき、 ｆ＝ｆ−１ ｆ（ｘ、ｋ）＝Ｒａｎｄ（ｘ、ｋ） ｆ（Δｘ、Δｋ）＝Ｒａｎｄ（Δｘ、Δｋ）を満足する
   ような暗号化アルゴリズムｆの処理を行う前後に、少な
   くとも互いに逆関数となる構造を持つ独立な暗号化アル
   ゴリズムの処理を設けるようにした暗号化方法。
5. （５）入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
   ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
   変化高をΔｋとしたとき、 ｆ＝ｆ＾−＾１ ｆ（ｘ、ｋ）＝Ｒａｎｄ（ｘ、ｋ） ｆ（Δｘ、Δｋ）＝Ｒａｎｄ（Δｘ、Δｋ）を満足する
   ような暗号化アルゴリズムｆの暗号化回路の前段と後段
   に、少なくとも互いに逆関数となる構造を持つ独立な暗
   号化アルゴリズムの暗号化回路を設けるようにした暗号
   化装置。
6. （６）入力コードをｘ、キーコードをｋ、任意の入力コ
   ードのビット変化高をΔｘ、任意のキーコードのビット
   変化高をΔｋとしたとき、 ｆ＝ｆ＾−＾１ ｆ（ｘ、ｋ）＝Ｒａｎｄ（ｘ、ｋ） ｆ（Δｘ、Δｋ）＝Ｒａｎｄ（Δｘ、Δｋ）を満足する
   ような暗号化アルゴリズムの復号化回路の前段と後段に
   、少なくとも互いに逆関数となる構造を持つ暗号化アル
   ゴリズムの復号化回路を設けるようにした復号化装置。