JPH09160490A

JPH09160490A - デジタル式カオス信号による情報の隠蔽・復号化方法および装置

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Publication number: JPH09160490A
Application number: JP7344385A
Authority: JP
Inventors: Shinu Ko; 振宇高
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】安全で高速通信の要求に対応できる新たな隠
蔽化・復号化方式をえる。【解決手段】平文情報の信号単位ごとに、指定された
任意長の文字列により構成された可変長の鍵によって決
めた(1)カオス(chaos)関数、(2)初期値、(3)遅れ、(4)
カオス関数のパラメータに基づいて、発生したデジタル
式カオス信号ベクトルを付加することで平文情報を隠蔽
化し、該隠蔽化された信号の信号単位ごとに隠蔽化時と
同一の鍵により生成したカオス信号ベクトルを用いて復
号する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンピュータ通信シ
ステムの情報機密保護のために行われるデジタル式カオ
ス信号による隠蔽・復号化方法および装置に関する。

【０００２】コンピュータ通信システムの隠蔽・復号化
方式は、情報、データなどのデジタル信号を保存、伝
送、通信する際に、その機密保護、偽造や改ざんを防止
するための情報処理技術である。現在では、電子通信か
らコンピュータ・ネットワーク、銀行、企業、特に来世
紀のエレクトロニック・コーマスを実現するための各種
な電子決済システムまで、非常に広い範囲で使われてお
り、情報社会に不可欠な技術となっている。

【０００３】

【従来の技術】コンピュータデータの機密保護のための
方式としては、1977年米商務省標準局に採用されたＤＥ
Ｓ(Data Encryption Standard)に代表される一般的な方
式と、Rivest、Shamir、Adelman の３人による開発さら
たＲＳＡ方式に代表されるPublic Key Cryptography方
式に分類される。

【０００４】その一方、各種の情報機密保護方式が開発
されると同時に、対応する解読法(cryptanalysis) の研
究も進んでいる。例えば、アメリカのA.Shamirが日本の
NTTのFEAL-8という機密保護方式によって作成されたデ
ータを解読した例もある。即ち、機密保護の安全性は時
間とともに劣化していくものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のコンピュータデ
ータの隠蔽・復号化システムの問題点を以下に指摘す
る。（１）アルゴリズムは容易に更新できない。（２）固定長の鍵：可変長の鍵の場合より有限な時間内
に鍵を割り出すやすい。また、便利さと安全さのバラン
スをユーザが自由に選択できない。（３）ブロック型のものなら、そのアルゴリズムは計算
循環周期性があるので、画像データ、音声データのよう
な同様な信号パターンが連続的に出現するファイルを隠
蔽化する場合、解読できるので、マルチメディア時代に
適用できない。（４）ブロック的な処理ではアルゴリズムは複雑過ぎる
ので、処理速度が遅くなり、高速通信に対応できない。（５）ＤＥＳとＲＳＡともに十数年前に開発されたもの
であるので、古くなり、それらの安全性はすでに保証で
きなくなり、それらの寿命は今世紀末までである。

【０００６】本発明は、これらの従来の隠蔽・復号化方
式の欠点を除き、より安全かつより高速な新たな隠蔽・
復号化方法および装置を開発することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、「初期値に敏感に依存する」、「予測不可
能」などの特性を有するデジタル式のカオス信号(chao
s)を利用することで、上述した問題を解決する。即ち、
平文情報の信号単位ごとに、指定された任意長の文字列
により構成された鍵によって決めた(1)カオス関数、(2)
初期値、(3)遅れ、(4)カオス関数のパラメータに基づい
て、発生したデジタル式カオス信号ペクトルを付加する
ことで前記平文情報を隠蔽化し、該隠蔽化された信号の
信号単位ごとに隠蔽化時と同一の鍵により生成したカオ
ス信号ベクトルを用いて復号する隠蔽・復号化方式であ
る。

【０００８】本発明の手順を図１に示す。使用者の指定
された鍵とデジタル信号からなる平文（元の情報）を本
システムに伝送して、本システムの内部ではその鍵によ
って発生されたカオス信号を平文に文字単位でストリー
ムに付加することで、隠蔽化信号文を得る。復号すると
き、同様な鍵と隠蔽化信号文を本システムに伝送すれ
ば、同様の原理で平文を得られる。

【０００９】カオス(Chaos) は混沌を意味するギリシャ
語であり、空気の流れの乱流のように不規則、予測不可
能に見える現象である。アメリカのHermann Haken は
「決定論的方程式から生じる不規則運動のことをカオス
という」と定義している。従来の確定論と確率論間の垣
根を取り外すものと思われるカオスは、現在、人類の残
った科学難題や未明現象を解明するための最先端の科学
理論として科学や工学などの諸分野に大きな影響を及ぼ
している。ランダム現象とは違い、簡単な規則の下での
複雑さといえる。「初期値に敏感に依存する」、「予測
不可能」、「一刻でも停止しない」などの特性を有す
る。図２はロジスティック写像と呼ばれるカオス関数の
時系列波形を示すグラフである。

【００１０】本発明の原理について説明する。入力デー
タとなる平文をＰ(i)、信号文をＣ(i)、鍵をＫ(j)、カ
オス信号をChv (i)とする。

【００１１】Ｐ()とＣ()をバイト単位で処理するもの、
その長さはｎバイトとして、Ｋ()をアスキーコードから
なる文字列（例えば、a〜z,0〜9）、その長さはｍとす
る。即ち、 0＜i≦n、0＜j≦m とする。本発明の隠蔽化手続きを図３に、復号化手続き
を図４に示す。

【００１２】デジタルカオス信号発生関数Chv()につい
ては、各種のカオス関数で入れ替えることが可能であ
る。例えば、ロジスティック写像と呼ばれるカオス関数
を次のように定義できる。 Ch1( n, p) begin X_n+1=p*X_n(1.0-X_n) return
(X_n+1) end

【００１３】また、繰り返し公式によるカオス関数なら
ば次のように定義できる。 Ch2( n, p ) begin X_n+1= X_n ²-p rturn ((X_n+1+2.
0)/4.0) end

【００１４】キー処理モジュールでは下記のf()に示す
ように、ユーザの入力された任意長の文字列を暗号キー
Kとしてレジスタに置き、このKを用い、準備しておく複
数のカオス関数の中から使用しょうとするカオス関数の
番号vを決め、また、そのカオス関数の初期値init、カ
オス信号の遅れdelay、及びカオス関数のパラメータp
（複数も可能）を同時に決める。

【００１５】f(K) begin job =(double)(K)/L init =job−(long int) (job) delay = (long int)(job) mod B p =delay/L−(long int)(delay/L) v =(int)(delay/L) mod D end ただし、Lはある無理数（例えば、L=πなどの値も用い
られる）、Dは準備しておくカオス関数の個数、Bは＞
Dの正整数である。

【００１６】上述したアルゴリズムを基本部品とすれ
ば、図５に示すように直列に利用することによって、多
鍵多重カオスを用いたシステムを構成することもでき
る。これによって、いろいろな用途に対応でき、より安
全なシステムとなる。

【００１７】本発明の方式を用いることにより、現在使
われている解読手法では、鍵が分からないとカオス隠蔽
を解読することが不可能である。また、目的に合わせ
て、多鍵多重カオスを用いたシステムを採用すれば、よ
り安全になる。さらにカオス関数は入れ換えることがで
きるので隠蔽化処理のルールはいつでも更新できる。可
変長鍵であるから、鍵の空間（組み合わせ個数）はより
多くなる。

【００１８】即ち、同様の n桁ｍ進数値の鍵には、固定長鍵の場合: ｍⁿ 可変長鍵の場合:

【００１９】

【数１】

【００２０】の組み合わせがある。カオス信号の発生は
速く、かつ、ストリーム的な処理であるから、信号の隠
蔽化と復号の処理は、ブロック単位ではなく、信号のバ
イトつづにカオス信号を付加するというような信号単位
でストリーム的に行うから、連続的に送受信できる。本
発明の方式によれば高速な光伝送方式にも対応すること
ができる。

【００２１】デジタル式であるから、隠蔽化鍵だけを使
用すれば済み、復号器側のカオス信号の参照信号はいら
ないし、情報伝送中のノイズには影響されず、鍵の長短
は自由にすることができることで、ユーザはその便利さ
と安全さのバランスを簡単に取れる。

【００２２】本発明の方式では機密保護の対象とする平
文の長短は自由であり、英文、日本語、中国語、また、
テキスト、バイナリイ、グラフィックなどのどんな種類
の平文にも対応できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について説明す
る。本発明の実施例を図６、図７、図８のダンプリスト
に示す。そこで、図６の平文に対して、文字列"123" を
鍵として入力すれば、図７の隠蔽化信号文になる。復号
化するとき、同様な文字列"123" を入力して、同様なシ
ステムを用いて復号化を行えば、図８のように平文に戻
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明の方式は、可変長の鍵によって、
鍵の空間は最低2⁶⁴(=1.8E19)倍以上に拡大、さらに、複
数のカオス関数と、遅れと、カオス関数のパラメータを
デジタル式カオス信号ペクトルの決める要素として採用
することで、デジタル式カオス信号の発生空間を最低m*
2¹⁶*2⁶⁴(=m*1.2E24)倍以上に拡大できる。両者が合計す
れば、最低、 m* 2.2E43倍以上拡大できる。即ち安全強
度は m* 2.2E43倍以上に拡大できる。従って、現在使わ
れている解読手法では、隠蔽化鍵が分からないとカオス
隠蔽を解読することが不可能であり、多鍵多重カオスを
用いたシステムを採用すれば、解読することは不可能で
あることからより安全性が高いシステムとなる。

【００２５】また、カオス信号の発生は速く、かつ、ス
トリーム的な処理であるからことから、高速通信にも対
応できる。デジタル式であるから、隠蔽化鍵だけを使用
すれば済み、復号器側のカオス信号の参照信号はいらな
い。まだ、ノイズには影響されない。

【００２６】鍵の長短は自由にできることで、ユーザは
その便利さと安全さのバランスを簡単に取れる。平文の
長短は自由であり、英文、日本語、中国語、また、テキ
スト、バイナリイ、グラフィックなどのどんな種類の平
文にも対応できる。コンピュータ上でソフトウェアだげ
で処理可能であるし、ＬＳＩ化することも可能であ
る。信号の高速的な光伝送方式にも対応することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカオス隠蔽化方式の概念図である。

【図２】ロジスティック写像カオスの時系列波形であ
る。

【図３】隠蔽化手続きのフロー・ダイヤグラムである。

【図４】復号化手続きのフロー・ダイヤグラムである。

【図５】多鍵多重カオス隠蔽化システムの概念図であ
る。

【図６】平文のサンプルである。

【図７】隠蔽文のサンプルである。

【図８】復号された平文のサンプルである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平文情報の信号単位ごとに、指定された
任意長の文字列により構成された可変長の鍵によって決
めた(1)カオス(chaos)関数、(2)初期値、(3)遅れ、(4)
カオス関数のパラメータに基づいて、発生したデジタル
式カオス信号ベクトルを付加することで前記平文情報を
隠蔽化し、前記隠蔽化された信号の信号単位ごとに隠蔽
化時と同一の鍵により生成したカオス信号ベクトルと平
文情報の信号を用いて復号することを特徴とする隠蔽・
復号化方法。
【請求項２】平文情報の信号単位ごとに、指定された
任意長の文字列により構成された可変長の鍵によって決
めた(1)カオス(chaos)関数、(2)初期値、(3)遅れ、(4)
カオス関数のパラメータに基づいて、発生したデジタル
式カオス信号ベクトルを付加することで前記平文情報を
隠蔽化する方法を直列多段階行って隠蔽化し、該隠蔽化
された信号の信号単位ごとに各段の隠蔽化時と同一の鍵
により生成したカオス信号ベクトルを用いて直列多段階
行って復号することを特徴とする隠蔽・復号化方法。
【請求項３】平文情報の信号単位ごとに、指定された
任意長の文字列により構成された可変長の鍵によって決
めた(1)カオス(chaos)関数、(2)初期値、(3)遅れ、(4)
カオス関数のパラメータに基づいて、発生したデジタル
式カオス信号ベクトルを付加することで、平文情報を変
換する隠蔽化手段を備えたことを特徴とする信号隠蔽化
装置。
【請求項４】平文情報の信号単位ごとに、指定された任
意長の文字列により構成された可変長の鍵によって決め
た(1)カオス(chaos)関数、(2)初期値、(3)遅れ、(4)カ
オス関数のパラメータに基づいて、発生したデジタル式
カオス信号ベクトルを付加することで、平文情報を変換
して隠蔽化された信号の信号単位ごとに隠蔽化時と同一
の鍵により生成したカオス信号ベクトルを用いて復号す
る信号復号手段備えたことを特徴とする復号化装置。