JPH0465939A - 暗号装置 - 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〕 本発明は暗号装置に係り、特に一般に第三者に知られて
は困るような通信文を公衆網を利用して伝送するための
通信データを暗号化する暗号装置に関する。

〔従来の技術〕

送信側は通信データを第三者に知られていない“暗号鍵
”と呼ばれるデータを用いて通信データ（平文）を違っ
た通信データ（暗号文）に変換（暗号化）した後に公衆
網に送り出す。一方、受信側は送信側が用いた暗号鍵に
対応した“復号鍵”　（暗号鍵と復号鍵は必ずしも同一
ではない）とよばれるデータを用いて暗号化された通信
データ（暗号文）を暗号化する以前の通信データ（平文
）に逆変換（復号化）する。

ディジタルデータ通信のセキュリティ強度を示すパラメ
ータとして、“鍵空間”　（選ぶことかできる暗号鍵の
数を示す）の指標がある。従って、選ぶことのできる暗
号鍵の数か多いほど鍵空間は大きいことになる。通信デ
ータのセキュリティの強度からみるとこの鍵空間を拡張
する程暗号文より暗号鍵や平文を見出すことが困難にな
り、通信データのセキュリティが高くなる。

鍵空間を拡張する一般的な方法として暗号鍵の桁数を増
やす方法とデータ通信中に逐次暗号鍵を一定の法則に基
づいて変えていく方法がある。

例えば、暗号鍵が２進数の場合、桁数を１桁増やすと、
鍵空間は２倍となるが、−射的に暗号鍵の桁数を増やす
ということは、暗号鍵と演算を行う通信データの桁数も
増やさなければならないことになる。

現在、用いられている暗号化方法としてＤＥＳ（Ｄａｔ
ａ　Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　５ｔａｎｄａｒｄ）　、　
　Ｆ　Ｅ　Ａ　Ｌ　（ＦａｓｔＤａｔａ　Ｅｎｅｉｐｈ
ｅｒｍｅｎｔ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）なとの方法（達弁
、笠原；暗号と情報セキュリティ、昭晃堂、１９９０、
清水、宮ロ；高速暗号データ暗号アルゴリズムＦＥＡＬ
、を子通信学会論文誌り分冊、Ｊ７０．Ｄ、　Ｎｏ、　
７．　ＰＰ、　１４１３−１４２３．１９８７．７なと
）かある。

Ｄ　Ｅ　Ｓ　暗号は６４．ビットの鍵ブロックを用いて
おり、６４ビットブロック暗号で、鍵ブロックのうち５
６ビツトが暗号化、復号化に使われ、残り８ビツトは鍵
ブロック内のパリティビットとして使われる。また、Ｆ
ＥＡＬ暗号は鍵ブロックか６４ビツトの暗号で鍵ブロッ
クの全ビットが暗号化と復号化に使われる。これらは鍵
空間か広いことからデータ通信のセキュリティが優れて
いるとされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ＤＥＳ、ＦＥＡＬ等の方法は暗号鍵の桁数に対
応する通信データしか暗号化できないため、従来は暗号
鍵より通信データの桁数か小さい場合には通信文とは無
関係なデータで通信両者間で予め使用することを了解し
ているデータを不足している通信データの桁数分入力し
て暗号化するか、または通信データを一時蓄積して暗号
鍵の桁数にあった単位にまとめて暗号化を行っている。

その結果、上記の方法では通信データ記憶装置を持たな
い端末、または、リアルタイム性か必須となる通信デー
タには使用できなかった。また、通信データの暗号化の
ための回路が複雑になり平文の暗号化の遅延時間も重要
な問題となっている。

更にＤＥＳ、ＦＥＡＬでは最大の弱点として通信データ
のセキュリティ向上のために現行の暗号文は直前の暗号
文によって暗号鍵を逐次変えているモードでは、通信デ
ータの文字位置に関する情報が不正確になると復号不可
能となる点である。

これにより通信データの１ビツトが受信誤りを起こした
場合でもその次の通信データにまで影響を及ぼし、受信
誤りを起こした以降しばらくは暗号化された通信データ
を復号することができない等の問題かあった。

また、近年、総合ディジタル通信網の急速な発展にとも
ない、従来のアナログ通信網の一部で使われている秘話
サービスがディジタル通信網においても強く求められる
ようになってきた。しかし、従来のディジタルデータの
暗号化アルゴリズムとしているいろな方法が考えられて
きたか、一般の人々が容易に入手できるディジタルデー
タの暗号通信を行うための装置はなかった。従来の暗号
化方法をそのまま用いてリアルタイムか求められる通信
（例えば、ディジタル電話）を行うには、送信側・受信
側ともに暗号・復号回路の他にデータ蓄積のためのレジ
スタと高性能のマイクロプロセッサによる演算を必要と
した。従って、従来の方法をそのまま流用した場合、通
信端末機自体の価格を大幅に引き上げることになり、一
般の人々がなかなか入手することができないという問題
があった。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので送信側かリアル
タイムで暗号化した通信データを受信側は復号開始時期
を意識せずにリアルタイムて復号化することを可能にし
、さらに、送信側・受信側か共通回路で暗号化・復号化
を行うことができるディジタルデータ通信に関する暗号
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。同図に示すように
、本発明は送信側および受信側か同一クロックによって
データ通信を行い、クロックの１サイクル間に転送され
るデータブロック単位で暗号化した通信データを送受信
する暗号装置であって、送信すべき平文の通信データが
データブロック単位ごとに入力され、送信側の第１の暗
号鍵１０で該通信データのデータ重み付けと入れ換えを
行う第１のデータ重み付け入れ換え手段１１と、第１の
データ重み付け入れ換え手段１１により暗号化されたデ
ータと送信側の第２の暗号鍵１２との排他的論理和をと
る第１の排他的論理和演算手段１３と、第１の排他的論
理和演算手段１３からの暗号化されたデータを受信し、
受信側の第２の暗号鍵１４と排他的論理和をとる第２の
排他的論理和演算手段１５と、第２の排他的論理和演算
手段１５により復号されたデータにより受信側の第１の
暗号鍵１６でデータの重み付けと入れ換えを行い暗号鍵
から復号鍵を生成し、暗号文を平文に復号する第２のデ
ータ重み付け入れ換え手段１７とを有している。

〔作用〕

本発明は暗号・復号回路が同一で、レジスタを設けるこ
となくリアルタイムで平文を暗号化し、暗号文を復号化
する。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例のシステム構成図である。２
１は平文人力部、２２は平文出力部、２３．２４は送信
側暗号鍵入力部、２５．２６は受信部暗号鍵、２７は送
信側の通信側のデータ重み付け入れ換え部、２８は送信
側の排他的論理演算部、２９は受信側の排他的論理演算
部、３０は通信データ重み付け入れ換え部、３１は通信
データ同期クロック発生回路、３２は通信データ同期ク
ロック発生回路、３３は暗号出力部、３４は暗号入力部
、３５は公衆回線である。

送信側の平文か送信側の平文人力部２１から入力される
と、公衆回線を利用して受信側の平文出力部２２から平
文として出力される。但し、公衆回線３５上では暗号文
のみが伝送される。送信側の暗号鍵２３．２４と、受信
側の共通の暗号鍵２５．２６のそれぞれ２種類の暗号鍵
は第３者に知られないように事前に知らせであることと
する。

送信側の通信データ重み付け入れ換え部２７と排他的論
理和演算部２９との通信データ重み付け入れ換え部３０
は平文の暗号化、暗号文の平文化の機能を兼ね備えた完
全に同一の回路である。

通信データは通信データ同期クロック発生回路３１から
出力されるクロックに同期して通信データのデータブロ
ック単位ごとに送信側の通信データ重み付け入れ換え部
２７に入力される。一方、通信データは通信データ重み
付け入れ換え部３０で通信データ同期クロック発生回路
３２に同期して復号され、データブロック単位毎に出力
される。

すなわち通信データ同期クロック発生回路３１．３２に
同期してこれらのブロックを通過すると平文は暗号文に
、暗号文は平文に変換される。

これにより、これらのブロックの間を公衆回線を利用す
ることにしても、第３者は、復号鍵を探し当てない限り
、不正に暗号文を平文に変換することは極めて困難であ
る。

送信側は、通信の前に予め知らせである（通信中でも可
）第１の暗号鍵の内容をを暗号鍵２３にセットする。次
に送信側は受信側に送るべき文を平文人力部２１に入力
する。平文人力部２１に入力した平文は、第１の暗号鍵
２３の内容によりデータ重み付け入れ換え部２７で１段
暗号化される。

さらに１段暗号化された通信データと第２の暗号鍵入力
部２４にセットされた暗号鍵と排他的論理和を排他的論
理和演算部２８でとり暗号出力部３３に暗号文として出
力する。

すべての通信データビットが全てＯか１になる場合、第
２の暗号鍵が第１段暗号出力データと第２の暗号鍵２４
の内容との排他的論理和をとることにより、全て０か１
を除いて通信データが公衆回線上にそのまま全てＯかｌ
が出力されることを回避する。

これは例えば、ディジタル電話の場合、話者の会話が途
切れたとき、暗号処理をしても無音になってしまうため
、無音時と有音時の区別かはっきりしているために、不
正に暗号を解読しようとしたときに有利である。

暗号文出力部３３から出力された暗号文は公衆回鱗３５
を利用して受信側に送り届けられる。受信側は送信側か
ら送られてきた暗号文を暗号文人力部３４に入力する。

受信側はこの受信した暗号文を上記送信側とは逆に排他
的論理和演算部２９で受信側の第２の暗号鍵２６で先ず
第１段組号する。受信側のデータ重み付け入れ換え部３
０は第１段組号された文をさらに第１の暗号鍵２５にセ
ットした暗号鍵内容により受信側のデータ重み付け入れ
換え部３ｏ内て暗号鍵の内容から復号鍵の内容を生成し
、暗号文を復号する。こうして暗号文は送信側の平文人
力部２１に入力した平文と完全に同じ文か受信側の平文
出力部２２で同期クロック発生回路３２に同期して得る
ことができる。

第２図は本発明の一実施例の重み付け回路を示す。同図
は第１図の送信側のデータ重み付け入れ換え部２７、受
信側のデータ重み付け入れ換え部３０の詳細を示したも
のである。平文人力部３６には暗号化する平文、または
復号化する暗号文を入力する。暗号鍵入力部３７は第２
図の暗号鍵入力部２３と同一である。

第３図は通信データ幅１バイト（８ビツト）の場合につ
いて説明したものである。平文をＤ７〜Ｄ０に入力する
。第１の暗号鍵の内容はに７〜に０にセットされる。こ
こで、Ｋｎ　（ｎｅｏ〜７）のとりうる値はいずれも０
〜７であり２進数に変換すると３ビツトで表現できる。

Ｋ、〜に０の値は重複すると複数の入力ポートのデータ
か同じ出力ボートに出力されてしまうため、実用上の問
題として復号できなくなる。従ってＢ　ｊ　　（＝４０
３２０）通りのいずれかである。例えば、Ｋ、　〜２．
　Ｋ、　〜１゜Ｋｓ　”６．　Ｋ４〜０．Ｋｓ　〜５．
　Ｋｏ　＝３．に＋＝７．　Ｋｏ　〜４とし、Ｋ０＝４
の場合、Ｋ４の３ビツトにはいずれも０が出力される。

Ｋ４の出力バス上には８個の３人力論理積のゲートがあ
るが、この中で最右端の論理積ゲート３８の出力だけが
“１″となる。平文のＤｏのみが２人力論理積ゲート３
９を通り抜け８人力論理和ゲートＤ　１４がら出力され
る。このようにして、Ｄｏの入力データはり、４から出
力される。以下同様にに７〜に０のすべてに対して平文
の各ビットの通信データがいずれかのビットと入れ代わ
り出力されることになる。

このようにして平文を暗号文に変換する場合、通信デー
タは入力された平文とは全く異なった暗号に変換された
通信データとなって上から右へ流れる（　Ｄ　６→Ｄ　
Ｋ　４１　ＤＩ　−ｂＩ）、、、　　Ｄｌ　−ＤＨ＋Ｄ
、→Ｄ、、、Ｄ４−４Ｄ、。、　Ｄ　＠　→Ｄ　ｚ＠　
、　Ｄ　４−４−Ｄｔ＋＊　　Ｄ７　→Ｄ！り。

一方暗号文を復号化する場合、第１の暗号鍵３７のに、
について着目すると左から２番目のブロック即ち、３人
力論理積ゲート４０の出力が“】”となり、そのときの
通信データのり、が８人力論理和ゲートを通り抜けＤＤ
、に出力される。

即ち、一つの回路内で暗号化と復号化を行う機能を備え
ている。

また、第１図の排他的論理和演算部２８及び２９につい
ての復号鍵は、あるデータに対し２度排他的論理和をと
ると最初のデータに戻るという論理を利用している。即
ち、復号鍵は暗号鍵と同様である。

第４図は本発明の一実施例の排他的論理和演算部の詳細
説明図を示す。同図は第２図中、排他的論理和演算部２
８．２９を示す。前述の通り排他的論理和演算部２８と
２９は同一の回路である。

第１段暗号化済みデータ入力部４１の入カデ〜タハ’１
Ｅ３ｒＥＪｆ）平文人力部３６０）Ｄｔ、　（ｎ　：　
０〜７　）である。第４図中、第２の暗号鍵入力部４２
は８ビットの第２の・暗号鍵２４を意味し、２”　　（
２５６通り）中から任意の一つを選ぶことかできる。

第４図中、第１段暗号化済みデータ入力部４１と第２図
中送信側暗号鍵２４の内容に相当する暗号鍵入力部４２
の排他的論理和をとると第２段暗号化済データ出力部４
３から出力された通信データは公衆回線３５を利用して
受信側（第２図暗号文人力部３４）まで送られる。

なお、平文の暗号化と暗号文の復号化を同一回路で実現
する方法として本実施例の他に暗号鍵から復号鍵を生成
する回路を設けずに暗号鍵復号鍵変換図を用いて、送信
側の第１の暗号鍵入力部２３には暗号鍵を入力し、受信
側の第１の暗号鍵入力部２５には復号鍵を入力し、暗号
化された文と復号化された文の取り出し口を共通にする
方法がある。

現実的な使用例としては、ｌ５ＤＮ網を利用した音声の
通信への応用か考えられる。通信の両者で共有している
データチャネルのフレーム同期信号を利用し、このフレ
ーム同期信号を利用し、このフレーム同期信号により両
者が第２図で示した暗号鍵と復号鍵のセットを行えば、
暗号化された受信データを通信中の任意の時点で復号化
することか可能な（フレーム同期信号）セキュリティの
高い暗号装置を提供できる。

第５図は本発明の他の実施例の暗号鍵復号鍵の変換を示
す。同図は第２図の送信側データ重み付け入れ換え部２
７と受信側データ重み付け入れ換え部３０に含まれてい
る暗号鍵から復号鍵を求める回路の機能を説明したもの
である。暗号鍵Ｋｔ＋ｆｆ〜に０゜と復号鍵Ｋｔ７〜に
よ。の６４ブロツク（８×８）がそれぞれ斜線で上下２
段に区切られている。

この斜線の下側が暗号鍵で上側が復号鍵である。

ここでは暗号鍵が“２１６０５３７４”の場合の復号鍵
の求め方を説明する。

暗号鍵の最上位ビットはＫ　Ｄｉ　＝　２であるのでＫ
　ｔ１７の欄を左から右へ見ていくと左から３番目のブ
ロック（梨子地で示しである）の斜線の下に“２″かあ
る。同ブロックの斜線の上の数字は“０”となっている
。これによりＫ。＝０が決まる。Ｋ　０７〜ＫＤＯの全
てがＫ１７〜に、。のいずれかに一対−に対応する。以
上のように次のビット以降を求めると、復号鍵は“３１
０５７４２６”となる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば送信側と受信側の両者に共
通した同期信号を用いれば、送信側が任意の時点で暗号
化した場合、受信側は通信文が暗号化されたと認識した
後に暗号鍵をセットしても暗号鍵をセットした以降は完
全に平文に戻すことかできる。従って、−度通信文を蓄
積した後でないと復号することができなかったリアルタ
イム性が要求されるディジタル通信においては非常に有
用である。

第４図は本発明の一実施例の排他的論理和演算部の詳細
説明図、 第５図は本発明の他の実施例の暗号鍵復号鍵の変換を示
す図である。

２１・・・送信側平文人力部、２２・・・受信側平文出
力部、２３・・・暗号キー１入力部、２４・・・暗号キ
ー２人力部、２７・・・送信側のデータ重み付け入れ換
え部、２８・・・排他的論理和演算部、２９・・・排他
的論理和演算部、３０・・・受信側のデータ重み付け入
れ換え部、３３・・・暗号文出力部、３４・・・暗号文
人力部。

特許出願人　日本電信電話株式会社

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の一実施例のシステム構成図、第３図は
本発明の一実施例の重み付け回路を示す図、 邦Ｉ四ば

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 送信側および受信側が同一クロックによってデータ通信
   を行い、該クロックの１サイクル間に転送されるデータ
   ブロック単位で暗号化した通信データを送受信する暗号
   装置であって、 送信すべき平文の通信データがデータブロック単位ごと
   に入力され、送信側の第１の暗号鍵で該通信データのデ
   ータ重み付けと入れ換えを行う第１のデータ重み付け入
   れ換え手段と、 該第１のデータ重み付け入れ換え手段により暗号化され
   たデータと送信側の第２の暗号鍵との排他的論理和をと
   る第１の排他的論理和演算手段と、該第１の排他的論理
   和演算手段からの暗号化されたデータを受信し、受信側
   の第２の暗号鍵と排他的論理和をとる第２の排他的論理
   和演算手段と、該第２の排他的論理和演算手段により復
   号されたデータにより受信側の第１の暗号鍵でデータの
   重み付けと入れ換えを行い暗号鍵から復号鍵を生成し、
   暗号文を平文に復号する第２のデータ重み付け入れ換え
   手段と、 を有することを特徴とする暗号装置。