JPH09258655A - Data encryption device - Google Patents
Data encryption deviceInfo
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- JPH09258655A JPH09258655A JP8071759A JP7175996A JPH09258655A JP H09258655 A JPH09258655 A JP H09258655A JP 8071759 A JP8071759 A JP 8071759A JP 7175996 A JP7175996 A JP 7175996A JP H09258655 A JPH09258655 A JP H09258655A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、データ暗号化装置
に関し、より特定的にはディジタル化された音声データ
などによる秘密通信のためのデータ暗号化技術に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a data encryption device, and more particularly to a data encryption technique for secret communication using digitized voice data or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、携帯電話機などの小型軽量の通信
機器が普及してきたが、このような機器においては盗聴
防止のためにデータの暗号化が要求される。 （第１の従来例）データ暗号化方式の第１の従来例とし
て、疑似乱数加算型暗号がある。2. Description of the Related Art In recent years, small and lightweight communication devices such as mobile phones have become widespread. However, in such devices, data encryption is required to prevent wiretapping. (First Conventional Example) As a first conventional example of the data encryption method, there is pseudorandom number addition type encryption.
【０００３】この方式では、送信側・受信側双方が同じ
鍵を共有しており、平文データＭを一定長の平文データ
ブロックＭｉに区切り、区切られた各Ｍｉに対して、共
有している鍵をシードとして平文データブロックＭｉと
同じ長さの乱数データＲを発生させる。そして、各平文
データブロックＭｉとその乱数データＲとを対応するビ
ット毎に排他的論理和の計算を行なうことによって、暗
号文データブロックＣｉを得る。式に表現すると以下の
通りである。In this system, both the transmitting side and the receiving side share the same key, the plaintext data M is divided into plaintext data blocks Mi of a fixed length, and the shared key is given to each divided Mi. Is used as a seed to generate random number data R having the same length as the plaintext data block Mi. Then, the ciphertext data block Ci is obtained by calculating the exclusive OR of each plaintext data block Mi and its random number data R for each corresponding bit. This is expressed as follows.
【０００４】Ｃｉ ＝ Ｍｉ（＋）Ｒ 但し、操作（＋）は、対応するビット毎の排他的論理和
を意味する。最後に、得られた各暗号文データブロック
Ｃｉを連結し、暗号文Ｃが得られるというものである。
この方式は、暗号文Ｃが送信されている途中等において
ビット誤り（反転）が生じた場合であっても、その誤り
は別のビットにまで波及することはない、即ち、誤り波
及度が１ビットであるという特徴を持っている。ここ
で、誤り波及度とは、暗号化や符号変換の性質の一つで
あって、１桁（ビット）の値だけが異なる２個の入力デ
ータがそれぞれ暗号化（変換）されて得られた２個の出
力データを比較した場合にその値が異なることとなる桁
（ビット）数をいう。Ci = Mi (+) R However, the operation (+) means an exclusive OR for each corresponding bit. Finally, the obtained ciphertext data blocks Ci are connected to obtain the ciphertext C.
In this method, even if a bit error (reversal) occurs during transmission of the ciphertext C, the error does not spread to another bit, that is, the error spread is 1 It has the characteristic of being a bit. Here, the error ripple is one of the properties of encryption and code conversion, and is obtained by encrypting (converting) two pieces of input data that differ only in one-digit (bit) value. It is the number of digits (bits) whose values differ when two output data are compared.
【０００５】しかし、この方式は、きわめて安全性が低
い。即ち、いま暗号化する鍵の値が同じであるとする
と、わずか１組の平文データブロックＭｉと暗号文デー
タブロックＣｉとを入手しただけで、以下の式より、乱
数Ｒが判明するので、他の全ての平文データブロックＭ
ｉを解読することが出来てしまう。 Ｒ ＝ Ｍｉ（＋）Ｃｉ （第２の従来例）データ暗号化方式の第２の従来例とし
て、アフィン変換暗号がある。However, this method is extremely low in safety. That is, assuming that the values of the keys to be encrypted are the same, the random number R can be found from the following equation by only obtaining one set of plaintext data block Mi and ciphertext data block Ci. All plaintext data blocks M
i can be deciphered. R = Mi (+) Ci (Second Conventional Example) As a second conventional example of the data encryption method, there is an affine transformation cipher.
【０００６】この方式は、送信側・受信側双方が同じ鍵
を共有しており、平文データＭを一定長（ここではｎビ
ットとする）の平文データブロックＭｉに区切り、共有
している鍵によって定まるｎ×ｎ行列Ｇ（行列の各成分
は０、または１である）と共有している鍵によって定ま
るｎビットのデータＡとを用いることによって、以下の
式から暗号文データブロックＣｉを得るものである。In this system, both the transmitting side and the receiving side share the same key, and the plaintext data M is divided into plaintext data blocks Mi having a fixed length (here, n bits) and the shared key is used. An n × n matrix G (where each element of the matrix is 0 or 1) determined and n-bit data A determined by the shared key are used to obtain a ciphertext data block Ci from the following equation Is.
【０００７】Ｃｉ ＝ Ｇ＊Ｍｉ（＋）Ａ 但し、操作＊は、通常の行列の積演算を意味するが、行
列の積におけるビット単位の積は論理積（ＡＮＤ）であ
り、ビット単位の和は排他的論理和（ＥＯＲ）である。
この方式は、行列Ｇをビット置換行列とした場合には、
上述の第１従来技術と同様に、誤り波及度が１ビットで
あるという特徴を持っている。Ci = G * Mi (+) A However, the operation * means a normal matrix product operation, but the bit-wise product in the matrix product is the logical product (AND), and the bit-wise sum. Is an exclusive OR (EOR).
In this method, when matrix G is a bit permutation matrix,
Similar to the above-mentioned first conventional technique, it has a feature that the error spread is 1 bit.
【０００８】ここで、ビット置換とは、１つのデータ内
において、そのデータを構成する各ビットの位置を入れ
換える２次元線形変換をいい、ビット置換行列とは、そ
のようなビット置換操作の内容を一義的に定義する行列
であり、ｎビットのデータをビット置換する操作はｎ×
ｎ行列で表すことができる。従って、ビット置換前にお
いてデータを構成するあるビットが誤って反転していて
も、ビット置換後のデータにおいても、対応するビット
でしか誤りが生じない。また、全てのデータに対して同
じデータをビット毎に排他的論理和をとるという操作
も、２データ間で異なるビットの位置は変わらない。こ
れらのことから、本暗号方式は、誤り波及のない暗号方
式と言えるのである。Here, the bit permutation means a two-dimensional linear conversion in which the position of each bit constituting the data is exchanged in one data, and the bit permutation matrix means the contents of such bit permutation operation. This is a matrix that is uniquely defined, and the operation of bit-permuting n-bit data is n ×
It can be represented by an n matrix. Therefore, even if a certain bit forming the data is erroneously inverted before the bit replacement, an error occurs only in the corresponding bit even in the data after the bit replacement. Further, even in the operation of taking the exclusive OR of the same data for all the data for each bit, the positions of the different bits between the two data do not change. From these things, it can be said that the present cryptosystem is a cryptosystem that does not cause error ripple.
【０００９】しかし、この方式でも、安全性において充
分なものとは言えない。いま、暗号化する鍵の値が同じ
であるとし、平文データブロックＭｉと暗号文データブ
ロックＣｉの組が（ｎ＋１）組（ｉ＝０，１，…，ｎ）
入手できたとする。すると、 Ｃ０（＋）Ｃ１ ＝ ｛Ｇ＊Ｍ０（＋）Ａ｝（＋）｛Ｇ＊Ｍ１（＋）Ａ｝ ＝ Ｇ＊｛Ｍ０（＋）Ｍ１｝ Ｃ０（＋）Ｃ２ ＝ ｛Ｇ＊Ｍ０（＋）Ａ｝（＋）｛Ｇ＊Ｍ２（＋）Ａ｝ ＝ Ｇ＊｛Ｍ０（＋）Ｍ２｝ … Ｃ０（＋）Ｃｎ ＝ ｛Ｇ＊Ｍ０（＋）Ａ｝（＋）｛Ｇ＊Ｍｎ（＋）Ａ｝ ＝ Ｇ＊｛Ｍ０（＋）Ｍｎ｝ となるので、いま、Ｘを、Ｃ０（＋）Ｃ１，Ｃ０（＋）
Ｃ２，…，Ｃ０（＋）Ｃｎ，がこの順に行列の列となる
ｎ×ｎ行列とし、Ｙを、Ｍ０（＋）Ｍ１，Ｍ０（＋）Ｍ
２，…，Ｍ０（＋）Ｍｎ，がこの順に行列の列となるｎ
×ｎ行列とすると、上記ｎ個の式をまとめて、 Ｘ ＝ Ｇ＊Ｙ と表現できる。ここで、Ｘ及びＹは既知であるから、Ｙ
の逆行列を求めて、 Ｇ ＝ Ｘ＊Ｙ-1 より、Ｇを知ることが出来てしまう。However, even this method is not sufficient in terms of safety. Now, assuming that the values of the keys to be encrypted are the same, the set of the plaintext data block Mi and the ciphertext data block Ci is (n + 1) sets (i = 0, 1, ..., N).
Suppose you have obtained it. Then, C0 (+) C1 = {G * M0 (+) A} (+) {G * M1 (+) A} = G * {M0 (+) M1} C0 (+) C2 = {G * M0 ( +) A} (+) {G * M2 (+) A} = G * {M0 (+) M2} ... C0 (+) Cn = {G * M0 (+) A} (+) {G * Mn ( +) A} = G * {M0 (+) Mn}, so that X is now C0 (+) C1, C0 (+)
Let C2, ..., C0 (+) Cn, be the n × n matrix in which the columns of the matrix are in this order, and let Y be M0 (+) M1 and M0 (+) M.
2, ..., M0 (+) Mn, are the columns of the matrix in this order n
When the matrix is × n, the above n expressions can be collectively expressed as X = G * Y. Here, since X and Y are known, Y
It is possible to know G from G = X * Y -1 by obtaining the inverse matrix of.
【００１０】さらに、 Ａ ＝ Ｇ＊Ｍ０（＋）Ｃ０ より、Ａを求めることが出来るので、本アフィン変換暗
号は解読されてしまう。なお、全ての入力データＭと対
応する出力データＣに対して、 Ｃ ＝ Ｇ＊Ｍ（＋）Ａ を満たす行列ＧとデータＡが存在する場合には、このよ
うな入力データＭから出力データＣへの写像を「アフィ
ン変換」と呼ぶ。Further, since A can be obtained from A = G * M0 (+) C0, this affine transformation cipher is deciphered. Note that if there is a matrix G and data A that satisfy C = G * M (+) A for all input data M and corresponding output data C, such input data M to output data C The mapping to is called "affine transformation".
【００１１】一方、上式を満たす行列ＧとデータＡが存
在しない場合には、「非アフィン変換」と呼ぶ。 （第３の従来例）データ暗号化方式の第３の従来例とし
ては、ＤＥＳ（Data Encryption Standard）方式やＦ
ＥＡＬ（Fast Data Encipherment Algorithm）方式とい
ったブロック暗号方式というものがある。ＤＥＳ方式な
らびにＦＥＡＬ方式は、岡本栄司著「暗号理論入門」
（共立出版）に詳しく述べられている。On the other hand, when the matrix G and the data A satisfying the above equation do not exist, it is called "non-affine transformation". (Third Conventional Example) As a third conventional example of the data encryption method, a DES (Data Encryption Standard) method or an F
There is a block cipher system such as EAL (Fast Data Encipherment Algorithm) system. The DES and FEAL methods are described in Eiji Okamoto "Introduction to Cryptography"
(Kyoritsu Shuppan).
【００１２】このブロック暗号方式は、６４ビットの入
出力データを扱うものであるが、強力にデータを攪乱す
る能力を持っている。１ビットだけ異なる２種類の平文
データが同じ鍵を用いて暗号化された場合であっても、
それらから得られる暗号文データは平均３２ビットも異
なる、即ち、誤り波及度の平均が３２ビットとなるよう
に設計されている。This block cipher system handles input / output data of 64 bits, but has a strong ability to disturb the data. Even if two types of plaintext data that differ by only 1 bit are encrypted using the same key,
The ciphertext data obtained from them are different by an average of 32 bits, that is, the error spread is designed to have an average of 32 bits.
【００１３】このことは、反面において欠点ともなる。
即ち、通信路で生起された１ビットの誤りは、復号器の
出力端においては本来の出力とは平均３２ビット異な
る。これは、誤りが３２倍に拡大されたことを意味す
る。例えば、わずかな外乱によって音声データに誤りが
生じた場合であっても、結果的に大きな誤りが重畳して
しまうことになり、音声の劣化を引き起こす。On the other hand, this is also a drawback.
That is, the 1-bit error generated in the communication path differs from the original output by 32 bits at the output end of the decoder. This means that the error was magnified 32 times. For example, even if an error occurs in the voice data due to a slight disturbance, a large error will eventually be superimposed, resulting in deterioration of the voice.
【００１４】また、仮に通信路に誤り訂正装置を導入し
たとしても、通信回線の品質の悪い場合においては誤り
訂正能力を越える誤りが生じる場合があるが、このよう
な場合には、誤り訂正装置は誤って訂正してしまう結
果、やはり復号器入力端において１ビット以上の誤りビ
ットが生起し、これが復号器出力端においては３２倍に
拡大してしまう。Even if an error correction device is installed in the communication path, an error exceeding the error correction capability may occur when the quality of the communication line is poor. In such a case, the error correction device is used. Erroneously corrects as a result, one or more erroneous bits still occur at the decoder input end, which is magnified 32 times at the decoder output end.
【００１５】その対策として、一般のデータ通信であれ
ば、受信側において誤りが検出されれば送信側に対して
再送信を要求するという方法をとることも考えられる。
しかし、携帯電話機などのリアルタイムの通信の場合に
は再送信による音声の遅延は許されない。従って、品質
の悪い通信回線において特にリアルタイムの通信が要求
される場合には、本方式とは異なる誤り波及の少ない暗
号化方式が望まれる。 （第４の従来例）誤り波及の少ない暗号方式として、平
文データのビット位置を、鍵によって定められるビット
置換操作と、誤り波及に制限を加えた非アフィン変換操
作とを組み合わせた暗号方式が考えられる。第２の従来
例でも述べたように、ビット置換操作は、誤り波及がな
いという性質を持っており、これはビット置換が鍵によ
って変わる場合も同様である。この方法は、例えば特開
平７−１７７１３９号公報に示されているものの一部に
少し操作を加えたデータ攪乱回路により実現される。As a countermeasure, in general data communication, a method may be considered in which, if an error is detected on the receiving side, the transmitting side is requested to retransmit.
However, in the case of real-time communication such as that of a mobile phone, delay of voice due to retransmission is not allowed. Therefore, when real-time communication is particularly required in a communication line of poor quality, an encryption method with less error ripple different from this method is desired. (Fourth Conventional Example) As an encryption method with less error ripple, an encryption method that combines a bit replacement operation of the bit position of plaintext data with a key-defined bit replacement operation and a non-affine transformation operation with error ripple restriction is considered. To be As described in the second conventional example, the bit permutation operation has the property of not causing error propagation, and this is the same when the bit permutation changes depending on the key. This method is realized, for example, by a data disturbing circuit in which a part of the method disclosed in JP-A-7-177139 is slightly modified.
【００１６】図８は、そのデータ攪乱回路の構成を示す
ブロック図である。データ攪乱回路は、排他的論理和部
３０、可変ビット置換部３１、固定換字部３２及び鍵生
成回路３３から構成される。排他的論理和部３０は、３
２ビットのデータと、それに対して鍵生成回路３３から
与えられる３２ビットの鍵とをビット毎の排他的論理和
をとる。ビット毎の排他的論理和という操作は、同一桁
のビット同士の演算なので、誤り波及がないという性質
を持っている。FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the data disturbing circuit. The data disturbing circuit includes an exclusive OR unit 30, a variable bit replacing unit 31, a fixed replacing unit 32, and a key generating circuit 33. The exclusive-OR unit 30 has 3
The 2-bit data and the 32-bit key given from the key generation circuit 33 are exclusive-ORed bit by bit. The operation of exclusive OR for each bit has the property that it does not cause error propagation because it is an operation between bits of the same digit.
【００１７】可変ビット置換部３１はこの排他的論理和
部３０で排他的論理和された３２ビットのデータに対し
て、鍵生成回路３３から与えられる鍵の値によって決定
されるビット置換を行なう。先に述べたようにビットの
置換操作は、誤り波及がない。なお、この可変ビット置
換部３１の如く変換操作の内容が鍵の値によって決定さ
れる場合を「可変」といい、一方、変換操作の内容が固
定的に決定されている場合を「固定」という。The variable bit permutation unit 31 performs bit permutation on the 32-bit data which is exclusive ORed by the exclusive OR unit 30, which is determined by the key value given from the key generation circuit 33. As described above, the bit replacement operation has no error ripple. It should be noted that the case where the content of the conversion operation is determined by the key value as in the variable bit replacing unit 31 is called "variable", and the case where the content of the conversion operation is fixedly determined is called "fixed". .
【００１８】この可変ビット置換部３１はさらに、可変
ビット入れ換え部３１１と固定ビット置換部３１２とか
らなる。可変ビット入れ換え部３１１は、鍵生成回路３
３で生成された鍵の値に基づいて、隣接するビットデー
タの間でビットデータの入れ換えを行なう。固定ビット
置換部３１２は、可変ビット入れ換え部３１１で入れ換
えられたビットデータに対して、予め定められたビット
置換を行なう。The variable bit replacement unit 31 further includes a variable bit replacement unit 311 and a fixed bit replacement unit 312. The variable bit replacement unit 311 includes the key generation circuit 3
Based on the value of the key generated in 3, bit data is exchanged between adjacent bit data. The fixed bit replacement unit 312 performs a predetermined bit replacement on the bit data replaced by the variable bit replacement unit 311.
【００１９】固定換字部３２は、可変ビット置換部３１
で転置された３２ビットのデータに対して８ビットずつ
４ブロックに分割し、予め定められた非アフィン変換を
行なう。そして非アフィン変換されたデータを再び連結
して暗号文データとする。この固定換字部３２での非ア
フィン変換操作は、誤り波及度が２ビットとなるように
制限したものが採用されているとしている。The fixed substituting section 32 is a variable bit substituting section 31.
The 32-bit data transposed by is divided into 4 blocks of 8 bits each, and a predetermined non-affine transformation is performed. Then, the non-affine-transformed data is reconnected to form ciphertext data. It is said that the non-affine transformation operation in the fixed substituting unit 32 is adopted so that the error spread is limited to 2 bits.
【００２０】従って、このデータ攪乱回路全体として
も、入力で１ビットだけ異なる２種類のデータが入力さ
れた場合に、出力では２ビットだけ異なるという性質を
持ち、第３の従来例で述べた誤り波及の問題が解消され
る。即ち、入力データが、３２ビットのデータ中の２ビ
ットの誤りを訂正できる誤り訂正符号が付加された構成
になっている場合であれば、通信回線上での雑音により
１ビットの誤りが生じたとしても、本来のデータに復号
することができる。Therefore, the data disturbing circuit as a whole has the property that when two kinds of data differing by only 1 bit at the input are input, the difference at the output is only 2 bits, which is the error described in the third conventional example. The spillover problem is resolved. That is, if the input data has a configuration in which an error correction code capable of correcting a 2-bit error in 32-bit data is added, a 1-bit error occurs due to noise on the communication line. However, the original data can be decrypted.
【００２１】[0021]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この第
４の従来例におけるデータ攪乱回路の場合、以下の通
り、安全性の点において問題がある。いま、解読者が、
ある特定の１ビットだけが異なる２つの平文データとそ
れぞれに対する暗号文データを入手できたとすると、そ
の１ビットが可変ビット置換部３１でどのように置換さ
れているかがわかる。However, in the case of the data disturbing circuit in the fourth conventional example, there is a problem in safety as described below. Now the decryptor
If it is possible to obtain two plaintext data differing only in a specific 1 bit and ciphertext data for each, it is possible to know how the 1 bit is replaced by the variable bit replacing unit 31.
【００２２】なぜならば、排他的論理和部３０での操作
はこれら２つの平文データに対して同じ鍵の値を用いて
ビット毎に排他的論理和をとるという演算であるので、
２つの平文データで異なっているビットの位置は、この
排他的論理和部３０に入力する前と後では変わらない。
さらに、１ビットだけ異なる２つのデータは固定換字部
３２で２ビットだけ異なるように変換されるが、これら
２つの暗号文の異なる２ビットの位置から、固定換字部
３２に入力される前のこれら２つのデータで異なってい
た１ビットの位置がわかってしまう。従って、入手した
その１ビットに関する可変ビット置換部３１の動作が判
明してしまう。This is because the operation in the exclusive OR unit 30 is an operation of performing an exclusive OR for each bit of these two plaintext data by using the same key value.
The bit positions that are different in the two plaintext data do not change before and after being input to the exclusive OR unit 30.
Furthermore, two pieces of data differing by only 1 bit are converted by the fixed substituting section 32 so as to differ by only 2 bits. The position of 1 bit, which was different in the two data, is known. Therefore, the operation of the variable bit replacement unit 31 for the obtained one bit is clarified.
【００２３】よって、もし、解読者が、１ビットだけ異
なる２個の平文とそれら暗号文との組を、その１ビット
が平文の全ての桁（ビット）にわたるような３２組だけ
入手できたとすると、可変ビット置換部３１の全ての動
作が判明し、そして排他的論理和部３０に入力される鍵
の値も判明し、解読に成功する。すなわち安全性に問題
がある。Therefore, if the decryption person can obtain only two sets of two plaintexts differing by one bit and their ciphertexts, such that one bit extends over all the digits (bits) of the plaintext. , All the operations of the variable bit replacement unit 31 are found, and the value of the key input to the exclusive OR unit 30 is also found, and the decryption is successful. That is, there is a problem in safety.
【００２４】それゆえに、本発明の目的は、品質の悪い
通信回線上においてもリアルタイムで秘密通信をするこ
とができ、かつ、解読者が自分にとって都合の良い平文
と暗号文の組を入手出来る場合においても解読されにく
い安全性の高い暗号文データを生成するデータ暗号化装
置を提供することである。Therefore, an object of the present invention is to enable secret communication in real time even on a communication line of poor quality, and for a decryption person to obtain a convenient plaintext / ciphertext pair. The object of the present invention is to provide a data encryption device that generates highly secure ciphertext data that is difficult to be decrypted.
【００２５】[0025]
【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、予め与えられた鍵データに基づいて平文
データを暗号化するデータ暗号化装置であって、その平
文データに対して鍵データによって定まるアフィン変換
を行う手段と、続いて、誤り波及度を所定値に制限した
非アフィン変換を行う手段と、最後に、鍵データによっ
て定まるアフィン変換を行う手段から構成されることと
している。In order to achieve the above object, the present invention is a data encryption device for encrypting plaintext data based on key data given in advance. It is supposed to be composed of means for performing affine transformation determined by the key data, subsequently means for performing non-affine transformation with the error ripple limited to a predetermined value, and finally means for performing affine transformation determined by the key data. .
【００２６】これにより、非アフィン変換を挟む形式で
鍵データによるアフィン変換が行われるので、安全性が
高く、また、非アフィン変換における誤り波及が制限さ
れているので、リアルタイムの秘密通信に好適なデータ
暗号化装置が実現される。As a result, the affine transformation is performed with the key data in a format sandwiching the non-affine transformation, so that the security is high and the error spread in the non-affine transformation is limited, which is suitable for real-time secret communication. A data encryption device is realized.
【００２７】[0027]
【発明の実施形態】これより本発明の実施形態について
述べる。通常、データ暗号化装置で暗号化された暗号文
データは、暗号化した際の鍵データを共有しているデー
タ復号装置で暗号化変換と逆変換となる操作を施され、
復号文データとなって出力される。本実施形態では、デ
ータ暗号化装置を有する送信機において、ある平文デー
タが暗号化されて暗号文データとなり送信され、その暗
号文データがデータ復号装置を有する受信機で復号され
て復号文データとなり出力されるという暗号通信システ
ムとして説明する。 （暗号通信システムの構成）図１は、本実施形態に係る
暗号通信システムの構成を示すブロック図である。この
暗号通信システムは、送信機１及び受信機２から構成さ
れる。送信機１及び受信機２は、たとえば、無線通信の
盗聴防止が施された携帯電話機やコードレス電話機など
である。Embodiments of the present invention will now be described. Usually, the ciphertext data encrypted by the data encryption device is subjected to an operation of encryption conversion and inverse conversion by the data decryption device that shares the key data at the time of encryption,
The decrypted text data is output. In the present embodiment, in a transmitter having a data encryption device, certain plaintext data is encrypted and transmitted as ciphertext data, and the ciphertext data is decrypted by a receiver having a data decryption device to be decrypted text data. This will be described as an encrypted communication system that outputs data. (Configuration of Encryption Communication System) FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the encryption communication system according to the present embodiment. This cryptographic communication system includes a transmitter 1 and a receiver 2. The transmitter 1 and the receiver 2 are, for example, mobile phones, cordless phones, and the like, which are protected from eavesdropping on wireless communication.
【００２８】送信機１は、図１に示されるように、デー
タ暗号化装置１０及び送信部１１を備えるが、これらの
他に、一般の携帯電話機が備える図示されていないマイ
ク、音声コーデック、誤り訂正回路等も備える。データ
暗号化装置１０には、３２ビットの平文データと１４４
ビットの鍵データが入力される。この平文データは、マ
イクから入力された音声が符号化された後に誤り訂正符
号が付加されたものである。また、鍵データは、予め送
信機１と受信機２との間で定めていたものである。これ
ら平文データと鍵データは、データ暗号化装置１０に入
力され処理を施されて３２ビットの暗号文データとな
り、送信部１１により変調・増幅され受信機２に送信さ
れる。As shown in FIG. 1, the transmitter 1 includes a data encryption device 10 and a transmission unit 11, but in addition to these, a microphone, a voice codec, an error code (not shown) included in a general mobile phone are provided. It also has a correction circuit. The data encryption device 10 includes 32-bit plaintext data and 144
Bit key data is input. This plaintext data is data to which an error correction code is added after the voice input from the microphone is encoded. Moreover, the key data is previously determined between the transmitter 1 and the receiver 2. The plaintext data and the key data are input to the data encryption device 10 and processed to become 32-bit ciphertext data, which is modulated / amplified by the transmitter 11 and transmitted to the receiver 2.
【００２９】受信機２は、図１に示されるように、デー
タ復号装置２０及び受信部２１を備えるが、これらの他
に図示されていないスピーカ、音声コーデック、誤り訂
正回路等も備える。データ復号装置２０には、受信部２
１を介して受信した３２ビットの暗号文データと、予め
送信機１と受信機２で定めている１４４ビットの鍵デー
タが入力される。これら暗号文データと鍵データは、デ
ータ復号装置２０に入力され処理を施されて復号文デー
タとなり、誤り訂正が行われた後にスピーカに出力され
る。 （データ暗号化装置１０の構成）図２は、図１に示され
るデータ暗号化装置１０の構成の一例を示すブロック図
である。図２において、このデータ暗号化装置１０は、
第１排他的論理和部１０１と、第１可変ビット置換部１
０２と、第１固定ビット置換部１０３と、第１可変非ア
フィン変換部１０４と、第２排他的論理和部１０５と、
第２可変ビット置換部１０６と、鍵分割部１０７とを備
えている。As shown in FIG. 1, the receiver 2 is provided with a data decoding device 20 and a receiving section 21, but is also provided with a speaker, a voice codec, an error correction circuit and the like which are not shown. The data decoding device 20 includes a receiving unit 2
The 32-bit ciphertext data received via 1 and the 144-bit key data previously determined by the transmitter 1 and the receiver 2 are input. The ciphertext data and the key data are input to the data decryption device 20 to be processed into decrypted text data, which are output to the speaker after error correction is performed. (Configuration of Data Encryption Apparatus 10) FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the data encryption apparatus 10 shown in FIG. In FIG. 2, the data encryption device 10 is
First exclusive OR unit 101 and first variable bit replacement unit 1
02, the first fixed bit replacement unit 103, the first variable non-affine transformation unit 104, the second exclusive OR unit 105,
The second variable bit replacing unit 106 and the key dividing unit 107 are provided.
【００３０】第１排他的論理和部１０１は、入力される
３２ビットの平文データと鍵分割部１０７から入力され
る第１の３２ビットの加算鍵を、ビット毎の排他的論理
和操作を行ない、その値を出力する。第１可変ビット置
換部１０２は、第１排他的論理和部１０１から入力され
る３２ビットのデータを、鍵分割部１０７から入力され
る第１の３２ビットの置換鍵に従ってビット置換して出
力する。The first exclusive OR unit 101 performs an exclusive OR operation for each bit of the input 32-bit plaintext data and the first 32-bit addition key input from the key dividing unit 107. , That value is output. The first variable bit permutation unit 102 bit-performs the 32-bit data input from the first exclusive OR unit 101 according to the first 32-bit substitution key input from the key division unit 107, and outputs it. .
【００３１】第１固定ビット置換部１０３は、第１可変
ビット置換部１０２から入力される３２ビットのデータ
をどのデータに対しても決まったビット置換を行ない出
力する。以上の３つの構成部１０１〜１０３は、排他的
論理和とビット置換を順次行うものであるので、全体と
して一つのアフィン変換を行っていることになる。The first fixed bit replacement unit 103 performs a fixed bit replacement on any data of the 32-bit data input from the first variable bit replacement unit 102 and outputs it. The above three constituent units 101 to 103 sequentially perform the exclusive OR and the bit replacement, and thus perform one affine transformation as a whole.
【００３２】第１可変非アフィン変換部１０４は、第１
固定ビット置換部１０３から入力される３２ビットのデ
ータを、鍵分割部１０７から入力される第１の１６ビッ
トの選択鍵に従い変換して出力する。第２排他的論理和
部１０５は、第１可変非アフィン変換部１０４から入力
される３２ビットのデータと鍵分割部１０７から入力さ
れる第２の３２ビットの加算鍵を、ビット毎の排他的論
理和操作を行ない、その値を出力する。The first variable non-affine transformation unit 104 has a first
The 32-bit data input from the fixed bit replacement unit 103 is converted and output according to the first 16-bit selection key input from the key division unit 107. The second exclusive OR unit 105 performs exclusive exclusion for each bit on the 32-bit data input from the first variable non-affine transformation unit 104 and the second 32-bit addition key input from the key division unit 107. The logical sum operation is performed and the value is output.
【００３３】第２可変ビット置換部１０６は、第２排他
的論理和部１０５から入力される３２ビットのデータ
を、鍵分割部１０７から入力される第２の３２ビットの
置換鍵に従ってビット置換して出力する。以上の２つの
構成部１０５、１０６も、排他的論理和とビット置換を
順次行うものであるので、全体として一つのアフィン変
換を行っていることになる。The second variable bit permutation unit 106 bit-performs the 32-bit data input from the second exclusive OR unit 105 according to the second 32-bit substitution key input from the key division unit 107. Output. The above-described two constituent units 105 and 106 also sequentially perform the exclusive OR and the bit replacement, so that one affine transformation is performed as a whole.
【００３４】鍵分割部１０７は、入力された１４４ビッ
トの鍵データを、第１の３２ビットの加算鍵、第１の３
２ビットの置換鍵、第１の１６ビットの選択鍵、第２の
３２ビットの加算鍵、第２の３２ビットの置換鍵に分割
する。なお、以上のデータ暗号化装置１０の各構成部
は、より具体的には、汎用のマイクロプロセッサ、制御
プログラムや後述するテーブルを格納したＲＯＭ、作業
域としてのＲＡＭ等からなるコンピュータシステム上で
のソフトウェアによって実現される。 （データ復号装置２０の構成）図３は、図１に示される
データ復号装置２０の構成の一例を示すブロック図であ
る。図３において、このデータ復号装置２０は、第３可
変ビット置換部２０１と、第３排他的論理和部２０２
と、第２可変非アフィン変換部２０３と、第２固定ビッ
ト置換部２０４と、第４可変ビット置換部２０５と、第
４排他的論理和部２０６と、鍵分割部２０７とを備えて
いる。The key dividing unit 107 converts the input 144-bit key data into a first 32-bit addition key and a first 3-bit addition key.
It is divided into a 2-bit replacement key, a first 16-bit selection key, a second 32-bit addition key, and a second 32-bit replacement key. More specifically, each component of the data encryption device 10 described above is more specifically implemented on a computer system including a general-purpose microprocessor, a ROM storing a control program and a table described later, and a RAM serving as a work area. It is realized by software. (Structure of Data Decoding Device 20) FIG. 3 is a block diagram showing an example of the structure of the data decoding device 20 shown in FIG. In FIG. 3, the data decoding device 20 includes a third variable bit replacing unit 201 and a third exclusive OR unit 202.
And a second variable non-affine transformation unit 203, a second fixed bit replacement unit 204, a fourth variable bit replacement unit 205, a fourth exclusive OR unit 206, and a key division unit 207.
【００３５】第３可変ビット置換部２０１は、入力され
る３２ビットのデータを、鍵分割部２０７から入力され
る第３の３２ビットの置換鍵に従ってビット置換して出
力する。第３排他的論理和部２０２は、第３可変ビット
置換部２０１から入力される３２ビットのデータと鍵分
割部２０７から入力される第３の３２ビットの加算鍵
を、ビット毎の排他的論理和操作を行ない、その値を出
力する。The third variable bit permutation unit 201 performs bit permutation on the input 32-bit data according to the third 32-bit permutation key input from the key division unit 207 and outputs it. The third exclusive OR unit 202 sets the 32-bit data input from the third variable bit replacement unit 201 and the third 32-bit addition key input from the key division unit 207 to an exclusive logic for each bit. Performs a sum operation and outputs the value.
【００３６】第２可変非アフィン変換部２０３は、第３
排他的論理和部２０２から入力される３２ビットのデー
タを、鍵分割部２０７から入力される第２の１６ビット
の選択鍵に従い変換して出力する。第２固定ビット置換
部２０４は、第２可変非アフィン変換部２０３から入力
される３２ビットのデータをどのデータに対しても決ま
ったビット置換を行ない出力する。The second variable non-affine transformation unit 203 has a third
The 32-bit data input from the exclusive OR unit 202 is converted according to the second 16-bit selection key input from the key dividing unit 207 and output. The second fixed bit replacement unit 204 performs fixed bit replacement on any of the 32-bit data input from the second variable non-affine conversion unit 203 and outputs the result.
【００３７】第４可変ビット置換部２０５は、第２固定
ビット置換部２０４から入力される３２ビットのデータ
を、鍵分割部２０７から入力される第４の３２ビットの
置換鍵に従ってビット置換して出力する。第４排他的論
理和部２０６は、第４可変ビット置換部２０５から入力
される３２ビットのデータと鍵分割部２０７から入力さ
れる第４の３２ビットの加算鍵を、ビット毎の排他的論
理和操作を行ない、その値を出力する。The fourth variable bit permutation unit 205 bit-performs the 32-bit data input from the second fixed bit permutation unit 204 according to the fourth 32-bit substitution key input from the key division unit 207. Output. The fourth exclusive OR unit 206 compares the 32-bit data input from the fourth variable bit replacing unit 205 and the fourth 32-bit addition key input from the key dividing unit 207 with an exclusive logic for each bit. Performs a sum operation and outputs the value.
【００３８】鍵分割部２０７は、入力された１４４ビッ
トの鍵データを、第４の３２ビットの加算鍵、第４の３
２ビットの置換鍵、第２の１６ビットの選択鍵、第３の
３２ビットの加算鍵、第３の３２ビットの置換鍵に分割
する。なお、以上のデータ復号装置２０の各構成部は、
データ暗号化装置１０と同様に、より具体的には、汎用
のマイクロプロセッサ、制御プログラムや後述するテー
ブルを格納したＲＯＭ、作業域としてのＲＡＭ等からな
るコンピュータシステム上でのソフトウェアによって実
現される。 （第１排他的論理和部１０１、第２排他的論理和部１０
５、第３排他的論理和部２０２及び第４排他的論理和部
２０６の動作）データ暗号化装置１０が備える第１排他
的論理和部１０１及び第２排他的論理和部１０５、並び
にデータ復号装置２０が備える第３排他的論理和部２０
２及び第４排他的論理和部２０６は、それぞれ同じ操作
を行なう。すなわち入力される３２ビットのデータＩＮ
と３２ビットの鍵データ（第１または第２の加算鍵）Ｋ
ＥＹに対して、３２ビットの出力データＯＵＴは、 ＯＵＴ ＝ ＩＮ（＋）ＫＥＹ となるものである。ただし（＋）はビット毎の排他的論
理和（ＥＯＲもしくはＸＯＲ）を指し示す。The key dividing unit 207 converts the input 144-bit key data into a fourth 32-bit addition key and a fourth 3-bit addition key.
It is divided into a 2-bit replacement key, a second 16-bit selection key, a third 32-bit addition key, and a third 32-bit replacement key. In addition, each component of the above data decoding device 20 is
Similar to the data encryption device 10, more specifically, it is realized by software on a computer system including a general-purpose microprocessor, a ROM storing a control program and a table described later, and a RAM as a work area. (First exclusive OR section 101, second exclusive OR section 10
5. Operation of third exclusive OR unit 202 and fourth exclusive OR unit 206) First exclusive OR unit 101 and second exclusive OR unit 105 included in the data encryption device 10, and data decryption Third exclusive OR unit 20 included in the device 20
The second and fourth exclusive OR units 206 respectively perform the same operation. That is, the input 32-bit data IN
And 32-bit key data (first or second addition key) K
With respect to EY, 32-bit output data OUT is OUT = IN (+) KEY. However, (+) indicates an exclusive OR (EOR or XOR) for each bit.
【００３９】なお、このような操作を行なうことから、
第１の加算鍵と第４の加算鍵が同じ値の時、第１排他的
論理和部１０１と第４排他的論理和部２０６はお互いに
逆変換になっている。また同様に、第２の加算鍵と第３
の加算鍵が同じ値の時、第２排他的論理和部１０５と第
３排他的論理和部２０２はお互いに逆変換になってい
る。 （第１可変ビット置換部１０２の動作）図４は、データ
暗号化装置１０が備える第１可変ビット置換部１０２の
操作を詳細に述べた図である。第１可変ビット置換部１
０２は、２つの操作から成り立っている。Since such an operation is performed,
When the first addition key and the fourth addition key have the same value, the first exclusive OR unit 101 and the fourth exclusive OR unit 206 are inverse conversions of each other. Similarly, the second addition key and the third addition key
When the addition keys of 2 and 3 have the same value, the second exclusive OR unit 105 and the third exclusive OR unit 202 are inversely converted. (Operation of First Variable Bit Substitution Unit 102) FIG. 4 is a diagram showing in detail the operation of the first variable bit substitution unit 102 included in the data encryption device 10. First variable bit replacement unit 1
02 consists of two operations.
【００４０】第１の操作は、ビット置換である。まず、
入力される３２ビットのデータは、４ビットずつの８ブ
ロックＢ［７］，Ｂ［６］，…，Ｂ［０］に分割され
る。第１の３２ビットの置換鍵も、上位２４ビットを３
ビットずつに分割してＳＫ［７］，ＳＫ［６］，…，Ｓ
Ｋ［０］とする。分割されたデータＢ［ｉ］（ｉ＝０，
１，…，７）はＳＫ［ｉ］に従ってビット置換され，Ｃ
［ｉ］となる。なおこの置換は、８種類のビット置換テ
ーブルによって定まっており、どのビット置換テーブル
を選択するかは、ＳＫ［ｉ］の値によって決定される。The first operation is bit replacement. First,
The input 32-bit data is divided into 8 blocks B [7], B [6], ..., B [0] of 4 bits each. The first 32-bit replacement key also includes the upper 24 bits of 3
Bit-by-bit division SK [7], SK [6], ..., S
Let K [0]. The divided data B [i] (i = 0,
1, ..., 7) are bit-replaced according to SK [i], and C
[I] is obtained. Note that this replacement is determined by eight types of bit replacement tables, and which bit replacement table is selected is determined by the value of SK [i].
【００４１】このビット置換テーブルの例を表１に示
す。Table 1 shows an example of this bit replacement table.
【００４２】[0042]
【表１】 [Table 1]
【００４３】表１は、縦軸に入力ビットの番号，横軸に
鍵データがそれぞれ記されている。４ビットのデータＢ
［ｉ］は上位から第３ビット，第２ビット，第１ビッ
ト，第０ビットとなっている。ＳＫ［ｉ］の値（０〜
７）によって縦軸を選び、入力の各ビットのデータが出
力の第何ビットとなるかを示している。例えば，ＳＫ
［ｉ］＝１であるとき，入力の第０ビットは出力の第３
ビット、入力の第１ビットは出力の第２ビット、入力の
第２ビットは出力の第１ビット、入力の第３ビットは出
力の第０ビット、とそれぞれなって出力される。In Table 1, the vertical axis shows the number of input bits and the horizontal axis shows the key data. 4-bit data B
[I] is the 3rd bit, the 2nd bit, the 1st bit, and the 0th bit from the higher order. Value of SK [i] (0 to
The vertical axis is selected by 7) to show what number of bits of the data of each input bit is the output. For example, SK
When [i] = 1, the 0th bit of the input is the 3rd bit of the output.
The first bit of the input is the second bit of the output, the second bit of the input is the first bit of the output, and the third bit of the input is the zeroth bit of the output.
【００４４】続く第２の操作は、ブロック置換である。
まず、８個のブロックＣ［７］，Ｃ［６］，…，Ｃ
［０］を，第１の置換鍵鍵の下位８ビットＬ１に従って
ブロックの中身を置換して８個のブロックＤ［７］，Ｄ
［６］，…，Ｄ［０］とする。なおこの置換は、２５６
種類のブロック置換テーブルによって定まっており、ど
の置換テーブルを選択するかは、Ｌ１によって決定され
る。The second operation that follows is block replacement.
First, eight blocks C [7], C [6], ..., C
Eight blocks D [7], D are obtained by replacing the contents of the block with [0] according to the lower 8 bits L1 of the first replacement key key.
Let [6], ..., D [0]. Note that this replacement is 256
It is determined by the type of block replacement table, and which replacement table is selected is determined by L1.
【００４５】このブロック置換テーブルの実例を表２に
示す。Table 2 shows an example of this block replacement table.
【００４６】[0046]
【表２】 [Table 2]
【００４７】表２は、縦軸に入力ブロックの番号，横軸
に鍵データがそれぞれ記されている。Ｌ１の値（０〜２
５５）によって縦軸を選び、入力の各ブロックのデータ
が出力の第何ブロックにいくかを示している。例えば，
Ｌ１＝１であるとき，入力のＣ［０］は出力のＤ
［５］、入力のＣ［１］は出力のＤ［２］、…、入力の
Ｃ［７］は出力のＤ［４］、とそれぞれなって出力され
る。そしてブロック置換された８ブロックＤ［７］，Ｄ
［６］，…，Ｄ［０］を連結して３２ビットの出力デー
タとする。 （第４可変ビット置換部２０５の動作）図５は、データ
復号装置２０が備える第４可変ビット置換部２０５の操
作を詳細に述べた図である。第４可変ビット置換部２０
５は、入力される第４の３２ビットの置換鍵が第１の３
２ビットの置換鍵と同じ値である場合、第１可変ビット
置換部１０２と逆変換となっている。すなわち以下のよ
うな２つの操作から成り立っている。In Table 2, the vertical axis shows the input block number and the horizontal axis shows the key data. Value of L1 (0 to 2
55), the vertical axis is selected and the number of output blocks of the data of each input block is shown. For example,
When L1 = 1, input C [0] is output D
[5], the input C [1] is output D [2], ..., and the input C [7] is output D [4]. Then, eight blocks D [7], D that have been block-replaced
[6], ..., D [0] are concatenated to form 32-bit output data. (Operation of Fourth Variable Bit Substituting Unit 205) FIG. 5 is a diagram showing in detail the operation of the fourth variable bit substituting unit 205 included in the data decoding device 20. Fourth variable bit replacement unit 20
5 is the input of the fourth 32-bit replacement key is the first 3
When the value is the same as that of the 2-bit replacement key, the conversion is reverse to that of the first variable bit replacement unit 102. That is, it consists of the following two operations.
【００４８】第１の操作は、ブロック置換である。ま
ず、入力される３２ビットのデータは、４ビットずつの
８ブロックｄ［７］，ｄ［６］，…，ｄ［０］に分割さ
れる。分割された８個のブロックｄ［７］，ｄ［６］，
…，ｄ［０］は，第４の置換鍵鍵の下位８ビットｌ１に
従ってブロックの中身を置換して８個のブロックｃ
［７］，ｃ［６］，…，ｃ［０］とする。The first operation is block replacement. First, the input 32-bit data is divided into 8 blocks d [7], d [6], ..., D [0] of 4 bits each. Eight divided blocks d [7], d [6],
, D [0] is the eight blocks c obtained by substituting the contents of the block according to the lower 8 bits 11 of the fourth replacement key.
Let [7], c [6], ..., C [0].
【００４９】なお、この置換は、２５６種類のブロック
置換テーブルによって定まっており、どの置換テーブル
を選択するかは、ｌ１によって決定される。このブロッ
ク置換テーブルは、図４に示された第１可変ビット置換
部１０２のブロック置換テーブルの逆変換となってい
て、表２と同様の形式となっている。続く第２の操作
は、ビット置換である。まず、第４の３２ビットの置換
鍵も、上位２４ビットを３ビットずつに分割してｓｋ
［７］，ｓｋ［６］，…，ｓｋ［０］とする。分割され
たデータｃ［ｉ］（ｉ＝０，１，…，７）はｓｋ［ｉ］
に従ってビット置換され，ｂ［ｉ］となる。なおこの置
換は、８種類のビット置換テーブルによって定まってお
り、どのビット置換テーブルを選択するかは、ｓｋ
［ｉ］の値によって決定される。This replacement is determined by 256 types of block replacement tables, and which replacement table is selected is determined by l1. This block replacement table is an inverse conversion of the block replacement table of the first variable bit replacement unit 102 shown in FIG. 4, and has the same format as Table 2. The second operation that follows is bit replacement. First, for the fourth 32-bit replacement key, the upper 24 bits are also divided into 3 bits, and sk
Let [7], sk [6], ..., Sk [0]. The divided data c [i] (i = 0, 1, ..., 7) is sk [i]
Then, the bits are replaced according to the above, resulting in b [i]. Note that this replacement is determined by eight types of bit replacement tables, and which bit replacement table is selected depends on sk.
Determined by the value of [i].
【００５０】なお、このビット置換テーブルは、図４に
示された第１可変ビット置換部１０２のビット置換テー
ブルの逆変換となっていて、表１と同様の形式となって
いる。そしてブロック置換された８ブロックを連結して
３２ビットの出力データとする。従って、入力される第
１の置換鍵と第４の置換鍵が同じ値の時，第１可変ビッ
ト置換部１０２と第４可変ビット置換部２０５はお互い
に逆変換となっている。 （第２可変ビット置換部１０６の動作）データ暗号化装
置１０が備える第２可変ビット置換部１０６は、第１可
変ビット置換部１０２と同様な構成をしている。ただ
し、ビット置換テーブルとブロック置換テーブルは異な
るものを使用しているが、形式はそれぞれ表１、表２と
同様の形式である。 （第３可変ビット置換部２０１の動作）データ復号装置
２０が備える第３可変ビット置換部２０１は、第４可変
ビット置換部２０５と同様な構成をしている。ただし、
第３可変ビット置換部２０１におけるビット置換テーブ
ルとブロック置換テーブルは入力される第２の置換鍵と
第３の置換鍵が同じ値の時、第２可変ビット置換部１０
６と第３可変ビット置換部２０１はお互いに逆変換とな
るようになっている。 （第１固定ビット置換部１０３の動作）データ暗号化装
置１０が備える第１固定ビット置換部１０３は、３２ビ
ットの入力データに対して固定のビット置換を行なって
出力する。 （第２固定ビット置換部２０４の動作）データ復号装置
２０が備える第２固定ビット置換部２０４は、第１固定
ビット置換部１０３の逆置換となる固定のビット置換を
行なう。 （第１可変非アフィン変換部１０４の動作）図６は、デ
ータ暗号化装置１０が備える第１可変非アフィン変換部
１０４の操作を詳細に述べた図である。The bit replacement table is an inverse conversion of the bit replacement table of the first variable bit replacement unit 102 shown in FIG. 4, and has the same format as Table 1. Then, the block-replaced 8 blocks are concatenated to form 32-bit output data. Therefore, when the input first substitution key and fourth substitution key have the same value, the first variable bit substitution unit 102 and the fourth variable bit substitution unit 205 perform inverse conversion with each other. (Operation of Second Variable Bit Substitution Unit 106) The second variable bit substitution unit 106 included in the data encryption device 10 has the same configuration as the first variable bit substitution unit 102. However, although the bit substitution table and the block substitution table are different, the formats are the same as those in Table 1 and Table 2, respectively. (Operation of Third Variable Bit Replacement Unit 201) The third variable bit replacement unit 201 included in the data decoding device 20 has the same configuration as the fourth variable bit replacement unit 205. However,
When the bit substitution table and the block substitution table in the third variable bit permutation unit 201 have the same value for the input second substitution key and third substitution key, the second variable bit substitution unit 10
6 and the third variable bit permutation unit 201 are adapted to perform inverse conversion with each other. (Operation of First Fixed Bit Substitution Unit 103) The first fixed bit substitution unit 103 included in the data encryption device 10 performs fixed bit substitution on 32-bit input data and outputs it. (Operation of Second Fixed Bit Replacement Unit 204) The second fixed bit replacement unit 204 included in the data decoding device 20 performs fixed bit replacement that is the reverse replacement of the first fixed bit replacement unit 103. (Operation of First Variable Non-Affine Transformation Unit 104) FIG. 6 is a diagram showing in detail the operation of the first variable non-affine transformation unit 104 included in the data encryption device 10.
【００５１】入力される３２ビットのデータは、８ビッ
トずつの４ブロックＥ［３］，Ｅ［２］，…，Ｅ［０］
に分割される。入力される第１の１６ビットの選択鍵も
４ビットずつに分割されて、ＣＫ［３］，ＣＫ［２］，
…，ＣＫ［０］となる。各ブロックＥ［ｉ］（ｉ＝０，
１，２，３）は、ＣＫ［ｉ］に従って非アフィン変換さ
れてＦ［ｉ］となる。なおこの非アフィン変換は、１６
種類の非アフィン変換テーブルによって定まっており、
どの非アフィン変換テーブルを選択するかは、ＣＫ
［ｉ］の値によって決定される。The input 32-bit data is 4 blocks of 8 bits each E [3], E [2], ..., E [0].
Is divided into The input first 16-bit selection key is also divided into 4 bits, and CK [3], CK [2],
…, CK [0]. Each block E [i] (i = 0,
1, 2, 3) are non-affine transformed according to CK [i] to become F [i]. Note that this non-affine transformation is 16
It is determined by the kind of non-affine conversion table,
CK which non-affine conversion table is selected
Determined by the value of [i].
【００５２】この非アフィン変換テーブルの例を表３に
示す。Table 3 shows an example of this non-affine conversion table.
【００５３】[0053]
【表３】 [Table 3]
【００５４】表３は、縦軸に入力データ（０〜２５
５），横軸に鍵データがそれぞれ記されている。８ビッ
トのデータＥ［ｉ］は、ＣＫ［ｉ］の値（０〜１５）に
よって選ばれた縦軸に属する出力値のうち、そのデータ
Ｅ［ｉ］に対応する出力値Ｆ［ｉ］に変換される。例え
ば、ＣＫ［ｉ］＝１である場合、入力データＥ［ｉ］が
０である時の出力値Ｆ［ｉ］は２５５で、入力データＥ
［ｉ］が１である時の出力値Ｆ［ｉ］は２５１で、…、
入力が２５５である時の出力値は１７２である。In Table 3, the vertical axis represents input data (0 to 25).
5), key data is written on the horizontal axis. The 8-bit data E [i] is the output value F [i] corresponding to the data E [i] among the output values belonging to the vertical axis selected by the value (0 to 15) of CK [i]. To be converted. For example, when CK [i] = 1, the output value F [i] when the input data E [i] is 0 is 255, and the output value F [i] is
The output value F [i] when [i] is 1 is 251, and ...
The output value when the input is 255 is 172.
【００５５】なお、この表は、８ビットの入力データを
８ビットの出力データに変換する全ての非アフィン変換
のうち、誤り波及度の平均が１．５ビットとなるような
１６個の変換を、予め計算機によるいわゆる総当たり検
索によって選び出したものである。これは、受信機２に
備えられている誤り訂正回路が８ビット中の２ビットの
誤りを訂正する能力を有するので、この値を越えない誤
り波及度とするためである。This table shows 16 conversions out of all non-affine conversions that convert 8-bit input data into 8-bit output data, so that the average error spread is 1.5 bits. , Is selected in advance by a so-called brute force search by a computer. This is because the error correction circuit provided in the receiver 2 has a capability of correcting an error of 2 bits out of 8 bits, so that the error ripple factor does not exceed this value.
【００５６】最後に、非アフィン変換された４ブロック
Ｆ［３］，Ｆ［２］，…，Ｆ［０］を連結して３２ビッ
トの出力データとする。 （第２可変非アフィン変換部２０３の動作）図７は、デ
ータ復号装置２０が備える第２可変非アフィン変換部２
０３の操作を詳細に述べた図である。Finally, the non-affine-transformed four blocks F [3], F [2], ..., F [0] are concatenated to form 32-bit output data. (Operation of Second Variable Non-Affine Transformation Unit 203) FIG. 7 shows the second variable non-affine transformation unit 2 included in the data decoding device 20.
It is the figure which described the operation of 03 in detail.
【００５７】入力される３２ビットのデータは、８ビッ
トずつの４ブロックｆ［３］，ｆ［２］，…，ｆ［０］
に分割される。入力される第２の１６ビットの選択鍵も
４ビットずつに分割されて、ｃｋ［３］，ｃｋ［２］，
…，ｃｋ［０］となる。各ブロックｆ［ｉ］（ｉ＝０，
１，２，３）は、ｃｋ［ｉ］に従って非アフィン変換さ
れてｅ［ｉ］となる。なおこの非アフィン変換は、１６
種類の非アフィン変換テーブルによって定まっており、
どの非アフィン変換テーブルを選択するかは、ｃｋ
［ｉ］の値によって決定される。The input 32-bit data is 4 blocks of 8 bits, f [3], f [2], ..., F [0].
Is divided into The input second 16-bit selection key is also divided into 4 bits, and ck [3], ck [2],
..., ck [0]. Each block f [i] (i = 0,
1, 2, 3) are non-affine transformed according to ck [i] to be e [i]. Note that this non-affine transformation is 16
It is determined by the kind of non-affine conversion table,
Which non-affine translation table to select is ck
Determined by the value of [i].
【００５８】この非アフィン変換テーブルは、第１可変
非アフィン変換部１０４における非アフィン変換テーブ
ルの逆変換となっていて、表３と同様の形式となってい
る。従って、入力される第１の選択鍵と第３の選択鍵が
同じ値である場合には、第１可変非アフィン変換部１０
４と第２可変非アフィン変換部２０３はお互いに逆変換
となっている。 （暗号通信システムの動作）次に、上述の図１〜図７を
参照し、本暗号通信システム全体の動作を説明する。This non-affine conversion table is an inverse conversion of the non-affine conversion table in the first variable non-affine conversion unit 104, and has the same format as Table 3. Therefore, when the input first selection key and the third selection key have the same value, the first variable non-affine transformation unit 10
4 and the second variable non-affine transformation unit 203 are inverse transformations of each other. (Operation of Cryptographic Communication System) Next, the operation of the entire cryptographic communication system will be described with reference to FIGS.
【００５９】まず、送信機１においては、マイクから入
力された一定時間長の音声は音声コーデックにより符号
化され、さらに誤り訂正回路による誤り訂正符号が付加
され、３２ビットの平文データが生成される。その平文
データと送信機１に予め保持されていた１４４ビットの
鍵データは、データ暗号化装置１０に入力される。First, in the transmitter 1, the voice of a fixed time length input from the microphone is encoded by a voice codec, and an error correction code is added by an error correction circuit to generate 32-bit plaintext data. . The plaintext data and the 144-bit key data previously held in the transmitter 1 are input to the data encryption device 10.
【００６０】１４４ビットの鍵データは、鍵分割部１０
７に入力され、上位から第１の３２ビットの加算鍵、第
１の３２ビットの置換鍵、第１の１６ビットの選択鍵、
第２の３２ビットの加算鍵、第２の３２ビットの置換鍵
に分割される。３２ビットの平文データは第１排他的論
理和部１０１に入力され、鍵分割部１０７から入力され
る第１の加算鍵と、ビット毎の排他的論理和操作を行な
い出力され、次に第１可変ビット置換部１０２に入力さ
れる。The 144-bit key data is stored in the key division unit 10
7, the first 32-bit addition key from the higher order, the first 32-bit replacement key, the first 16-bit selection key,
It is divided into a second 32-bit addition key and a second 32-bit replacement key. The 32-bit plaintext data is input to the first exclusive OR unit 101, bit-wise exclusive OR operation is performed with the first addition key input from the key division unit 107, and then the first addition key is output. It is input to the variable bit replacement unit 102.
【００６１】第１可変ビット置換部１０２に入力された
データは、第１可変ビット置換部１０２に入力され、鍵
分割部１０７から入力される第１の３２ビットの置換鍵
に従ってビット置換して出力され、次に第１固定ビット
置換部１０３に入力される。第１固定ビット置換部１０
３に入力されたデータは、固定されたビット置換が行な
われ出力され、次に第１可変非アフィン変換部１０４に
入力される。The data input to the first variable bit permutation unit 102 is input to the first variable bit permutation unit 102, bit-permuted according to the first 32-bit permutation key input from the key division unit 107, and output. And then input to the first fixed bit replacement unit 103. First fixed bit replacement unit 10
The data input to 3 is subjected to fixed bit permutation and output, and then input to the first variable non-affine transformation unit 104.
【００６２】第１可変非アフィン変換部１０４に入力さ
れたデータは、鍵分割部１０７から入力される第１の１
６ビットの選択鍵に従い非アフィン変換されて出力さ
れ、次に第２排他的論理和部１０５に入力される。第２
排他的論理和部１０５に入力されたデータは、鍵分割部
１０７から入力される第２の３２ビットの加算鍵と、ビ
ット毎の排他的論理和操作を行ない出力され、次に第２
可変ビット置換部１０６に入力される。The data input to the first variable non-affine transformation unit 104 is the first 1 input from the key division unit 107.
It is non-affine-transformed according to the 6-bit selection key, is output, and is then input to the second exclusive OR unit 105. Second
The data input to the exclusive OR unit 105 is output by performing an exclusive OR operation for each bit with the second 32-bit addition key input from the key division unit 107, and then output to the second
It is input to the variable bit replacement unit 106.
【００６３】第２可変ビット置換部１０６に入力された
データは、鍵分割部１０７から入力される第２の３２ビ
ットの置換鍵に従ってビット置換して出力され、３２ビ
ットの暗号文データとなる。そして、データ暗号化装置
１０から出力された３２ビットの暗号文データは、送信
部１１を介して受信機２に送信される。The data input to the second variable bit permutation unit 106 is bit-permuted according to the second 32-bit permutation key input from the key division unit 107 and output to become 32-bit ciphertext data. Then, the 32-bit ciphertext data output from the data encryption device 10 is transmitted to the receiver 2 via the transmission unit 11.
【００６４】受信機２では、送信機１から送信されてき
た３２ビットの暗号文データは、受信部２１に受信さ
れ、１４４ビットの鍵データと共にデータ復号装置２０
に入力される。１４４ビットの鍵データは、鍵分割部２
０７に入力され、上位から第４の３２ビットの加算鍵、
第４の３２ビットの置換鍵、第２の１６ビットの選択
鍵、第３の３２ビットの加算鍵、第３の３２ビットの置
換鍵に分割される。In the receiver 2, the 32-bit ciphertext data transmitted from the transmitter 1 is received by the receiver 21 and together with the 144-bit key data, the data decryption device 20.
Is input to The 144-bit key data is stored in the key division unit 2
07, which is the fourth 32-bit addition key from the higher order,
It is divided into a fourth 32-bit replacement key, a second 16-bit selection key, a third 32-bit addition key, and a third 32-bit replacement key.
【００６５】３２ビットの暗号文データは第３可変ビッ
ト置換部２０１に入力され、鍵分割部２０７から入力さ
れる第３の３２ビットの置換鍵に従ってビット置換して
出力され、次に第３排他的論理和部２０２に入力され
る。第３排他的論理和部２０２に入力されたデータは、
鍵分割部２０７から入力される第３の３２ビットの加算
鍵と、ビット毎の排他的論理和操作を行ない出力され、
次に第２可変非アフィン変換部２０３に入力される。The 32-bit ciphertext data is input to the third variable bit permutation unit 201, bit-permuted according to the third 32-bit permutation key input from the key division unit 207, and then output. It is input to the logical OR section 202. The data input to the third exclusive OR section 202 is
The third 32-bit addition key input from the key division unit 207 and an exclusive OR operation for each bit are performed and output.
Then, it is input to the second variable non-affine transformation unit 203.
【００６６】第２可変非アフィン変換部２０３に入力さ
れたデータは、鍵分割部２０７から入力される第２の１
６ビットの選択鍵に従い変換して出力され、次に第２固
定ビット置換部２０４に入力される。第２固定ビット置
換部２０４に入力されたデータは、固定のビット置換を
行ない出力され、次に第４可変ビット置換部２０５に入
力される。The data input to the second variable non-affine transformation unit 203 is the second 1 input from the key division unit 207.
The data is converted and output according to the 6-bit selection key, and then input to the second fixed bit replacement unit 204. The data input to the second fixed bit replacement unit 204 is output after performing fixed bit replacement, and then input to the fourth variable bit replacement unit 205.
【００６７】第４可変ビット置換部２０５に入力された
データは、鍵分割部２０７から入力される第４の３２ビ
ットの置換鍵に従ってビット置換して出力され、次に第
４排他的論理和部２０６に入力される。第４排他的論理
和部２０６に入力されたデータは、鍵分割部２０７から
入力される第４の３２ビットの加算鍵と、ビット毎の排
他的論理和操作を行ない出力され、３２ビットの復号文
データとなる。The data input to the fourth variable bit permutation unit 205 is bit-permuted according to the fourth 32-bit permutation key input from the key division unit 207 and output, and then the fourth exclusive OR unit. It is input to 206. The data input to the fourth exclusive OR unit 206 is output by performing an exclusive OR operation for each bit with the fourth 32-bit addition key input from the key division unit 207, and is decrypted to 32 bits. It becomes sentence data.
【００６８】復号文データは、受信機２の誤り訂正回路
により誤り訂正が行われた後に、音声コーデックにより
音声信号に変換されてスピーカから出力される。ここ
で、上述したように、第１排他的論理和部１０１と第４
排他的論理和部２０６、第１可変ビット置換部１０２と
第４可変ビット置換部２０５、第１可変非アフィン変換
部１０４と第２可変非アフィン変換部２０３、第２排他
的論理和部１０５と第３排他的論理和部２０２、第２可
変ビット置換部１０６と第３可変ビット置換部２０１
は、それぞれ入力される、第１の加算鍵と第４の加算
鍵、第１の置換鍵と第４の置換鍵、第１の選択鍵と第２
の選択鍵、第２の加算鍵と第３の選択鍵、第２の置換鍵
と第３の置換鍵が等しい値である場合、お互いに逆変換
となるようになっている。また第１固定ビット置換部１
０３と第２固定ビット置換部２０４もお互いに逆変換で
ある。The decoded text data is subjected to error correction by the error correction circuit of the receiver 2, converted into a voice signal by the voice codec, and output from the speaker. Here, as described above, the first exclusive OR section 101 and the fourth exclusive OR section 101
An exclusive OR section 206, a first variable bit replacing section 102 and a fourth variable bit replacing section 205, a first variable non-affine converting section 104, a second variable non-affine converting section 203, and a second exclusive OR section 105. Third exclusive OR section 202, second variable bit replacing section 106 and third variable bit replacing section 201.
Are the first addition key and the fourth addition key, the first replacement key and the fourth replacement key, the first selection key and the second input key, which are respectively input.
If the selection key, the second addition key and the third selection key, and the second replacement key and the third replacement key have the same value, they are inversely transformed. Also, the first fixed bit replacement unit 1
03 and the second fixed bit replacement unit 204 are also inverse transforms of each other.
【００６９】従って、入力される１４４ビットの鍵デー
タが同じ値である場合には、データ暗号化装置１０で行
なう変換とデータ復号装置２０で行なう変換は、お互い
に逆変換となる。即ち、鍵データを送信機１と受信機２
で同じ値を共有している場合には、送信機１で平文デー
タから作成した暗号文データをデータ復号装置２０で復
号した復号文データは、その平文データと一致する。Therefore, when the input 144-bit key data has the same value, the conversion performed by the data encryption device 10 and the conversion performed by the data decryption device 20 are reverse conversions. That is, the key data is sent to the transmitter 1 and the receiver 2
In the case where the same value is shared by, the decrypted text data obtained by decrypting the encrypted text data created by the transmitter 1 from the plain text data by the data decryption device 20 matches the plain text data.
【００７０】また、第１排他的論理和部１０１、第１可
変ビット置換部１０２、第１固定ビット置換部１０３、
第２排他的論理和部１０５、第２可変ビット置換部１０
６で行なわれる操作は、「従来の技術」の項で述べたよ
うに、全て誤り波及のない操作である。そして、第１可
変非アフィン変換部１０４で行なわれる操作も、誤り波
及度は平均１．５ビットに制限されているので、全体の
操作における誤り波及度も平均１．５ビットである。Further, the first exclusive OR unit 101, the first variable bit replacing unit 102, the first fixed bit replacing unit 103,
Second exclusive OR section 105, second variable bit replacing section 10
The operations performed in 6 are all operations that do not cause error ripple, as described in the section "Prior Art". The error spread of the operations performed by the first variable non-affine transform section 104 is also limited to 1.5 bits on average, so that the error spread of all operations is also 1.5 bits on average.
【００７１】従って、例えば、送信機１から受信機２へ
の通信路での雑音により暗号文データの８ビット中の１
ビットに誤りが生じたとしても、受信機２での復号文デ
ータにおいて平均１．５ビットの誤りにしか拡大してい
ないので、２ビットの誤り訂正能力を有する受信機２に
おいて元の平文データに復元される。これにより、受信
機２は、送信機１に対して暗号文データの再送を要求す
る必要がなくなり、雑音の多い通信路におけるリアルタ
イム性を損なわない暗号通信が可能となる。Therefore, for example, 1 in 8 bits of the ciphertext data due to noise on the communication path from the transmitter 1 to the receiver 2
Even if an error occurs in the bit, the average of the decoded text data in the receiver 2 is expanded to an error of 1.5 bits, so that the receiver 2 having the error correction capability of 2 bits returns to the original plaintext data. Restored. This eliminates the need for the receiver 2 to request the transmitter 1 to retransmit the ciphertext data, and enables encrypted communication without impairing the real-time property in a noisy communication path.
【００７２】次に、安全性について述べる。解読者が入
力で１ビット異なる２つの平文データとそれぞれに対応
する暗号文データを入手できた時に、従来の技術の項で
述べた方法により、第１可変ビット置換部１０２と第２
可変ビット置換部１０６を組み合わせたビット置換全体
の動きはわかる。しかし、解読者は、第１可変ビット置
換部１０２と第２可変ビット置換部１０６のそれぞれが
どのように置換しているかはわからない。すなわち、第
１可変非アフィン変換部１０４においてどこのブロック
として変換されているかはわからない。Next, safety will be described. When the decrypter can obtain two plaintext data different by 1 bit at the input and the ciphertext data corresponding to each, the first variable bit replacement unit 102 and the second variable bit replacement unit 102 and
The operation of the entire bit permutation in which the variable bit permutation unit 106 is combined can be understood. However, the decryption person does not know how each of the first variable bit replacement unit 102 and the second variable bit replacement unit 106 replaces each other. That is, it is unknown which block is converted in the first variable non-affine conversion unit 104.
【００７３】従って、解読者が、従来の技術で述べたよ
うな自分にとって都合の良い平文と暗号文の組を３２組
入手したとしても、任意の暗号文から平文を決定するこ
とは出来ず、解読に失敗する。よって、本暗号方式は、
上述の第４の従来例よりも安全性が高い。なお、本実施
形態で述べた第１可変ビット置換部１０２と第２可変ビ
ット置換部１０６は、内部で、４ビットずつ８ブロック
に分割して各ブロック内でビット置換を行ない、その後
８ブロック間の置換を行なっているが、先に８ブロック
間の置換を行ない、その後各ブロック内でのビット置換
するようにしても同様な効果が得られる。ただしこの場
合、第３可変ビット置換部２０１と第４可変ビット置換
部２０５においては、先にブロック内のビット置換を行
ない、その後にブロック間の置換を行なうことになる。Therefore, even if the decrypter obtains 32 sets of plaintext and ciphertext that are convenient for himself as described in the conventional technique, he cannot determine the plaintext from arbitrary ciphertext. Decryption fails. Therefore, this encryption method is
The safety is higher than that of the above-mentioned fourth conventional example. The first variable bit replacement unit 102 and the second variable bit replacement unit 106 described in the present embodiment are internally divided into 8 blocks by 4 bits, perform the bit replacement within each block, and then between 8 blocks. However, the same effect can be obtained by first performing replacement between 8 blocks and then performing bit replacement within each block. However, in this case, in the third variable bit substituting unit 201 and the fourth variable bit substituting unit 205, the bit permutation within the block is performed first, and then the inter-block permutation is performed.
【００７４】また、本実施形態で述べた第１固定ビット
置換部１０３と第２固定ビット置換部２０４は、それぞ
れ逆変換であるとしていて別変換としているが、第１固
定ビット置換部１０３のビット置換がその逆変換と等し
くなるようなものとすれば、第１固定ビット置換部１０
３と第２固定ビット置換部２０４を同一にすることがで
きる。Further, although the first fixed bit replacement unit 103 and the second fixed bit replacement unit 204 described in the present embodiment are assumed to be inverse conversion and separate conversion, respectively, the bits of the first fixed bit replacement unit 103 are different. If the permutation is equal to the inverse transform, the first fixed bit permutation unit 10
3 and the second fixed bit replacement unit 204 can be the same.
【００７５】また、本実施形態で述べた第１可変ビット
置換部１０２と第２可変ビット置換部１０６は、それぞ
れが別変換となるようにビット置換テーブルとブロック
置換テーブルを設定しているが、同じビット置換テーブ
ルとブロック置換テーブルを用いて同一にすることもで
きる。その場合、第４可変ビット置換部２０５と第３可
変ビット置換部２０１も同一にすることもできる。Further, the first variable bit permutation unit 102 and the second variable bit permutation unit 106 described in the present embodiment set the bit permutation table and the block permutation table so that they are different conversions, respectively. The same bit permutation table and block permutation table can be used to make them identical. In that case, the fourth variable bit replacement unit 205 and the third variable bit replacement unit 201 may be the same.
【００７６】また、本実施形態では、データ暗号化装置
１０及びデータ復号装置２０はソフトウェアによって実
現されるとしたが、これに限定されるものではない。例
えば、ＸＯＲ等の論理回路からなる専用のハードウェア
により第１排他的論理和部１０１等を実現したり、第１
固定ビット置換部１０３からの出力データをアドレス入
力とする表３を格納したＲＯＭにより第１可変非アフィ
ン変換部１０４等を実現してもよい。これにより、デー
タ暗号化及び復号の処理が高速化される。Further, in this embodiment, the data encryption device 10 and the data decryption device 20 are realized by software, but the invention is not limited to this. For example, the first exclusive OR unit 101 or the like is realized by dedicated hardware including a logic circuit such as XOR, or
The first variable non-affine conversion unit 104 and the like may be realized by a ROM that stores Table 3 in which the output data from the fixed bit replacement unit 103 is an address input. This speeds up data encryption and decryption processing.
【００７７】さらに、送信機１においては、音声データ
に誤り訂正符号が付加された後に暗号化されたが、この
順序に限定されるものではなく、音声データが暗号化さ
れた後に誤り訂正符号が付加されてもよい。その場合に
は、受信機２においては、受信した暗号文データの誤り
訂正を行った後に復号すればよい。Further, in the transmitter 1, although the error correction code is added to the voice data and then encrypted, the order is not limited to this order, and the error correction code is transmitted after the voice data is encrypted. It may be added. In that case, in the receiver 2, the received ciphertext data may be subjected to error correction and then decrypted.
【００７８】[0078]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るデータ暗号化装置は、複数ビットからなる平文デ
ータを予め与えられた鍵データに基づいて暗号化するデ
ータ暗号化装置であって、前記平文データに対して前記
鍵データに基づいて定まるアフィン変換を行う第１可変
アフィン変換手段と、前記第１可変アフィン変換手段に
より得られたデータに対して誤り波及度を所定値に制限
した非アフィン変換を行う非アフィン変換手段と、前記
非アフィン変換手段により得られたデータに対して前記
鍵データに基づいて定まるアフィン変換を行う第２可変
アフィン変換手段とを備えることを特徴とする。As is apparent from the above description, the data encryption device according to the present invention is a data encryption device for encrypting plaintext data consisting of a plurality of bits based on key data given in advance. , First variable affine transformation means for performing affine transformation determined on the plaintext data on the basis of the key data, and error propagation degree of the data obtained by the first variable affine transformation means is limited to a predetermined value. It is characterized by comprising non-affine transformation means for performing non-affine transformation, and second variable affine transformation means for performing affine transformation determined on the basis of the key data with respect to the data obtained by the non-affine transformation means.
【００７９】これにより、平文データはアフィン変換さ
れた後に非アフィン変換され最後に再びアフィン変換さ
れるので、アフィン変換後に非アフィン変換のみを行う
従来の暗号化に比較し、このデータ暗号化装置での非ア
フィン変換操作が隠ぺいされ、安全性は高い。さらに、
非アフィン変換手段での誤り波及度は所定値に制限され
ているので、この所定値を、この暗号文データを復号す
る受信機が有する誤り訂正能力の範囲内とすることによ
り、雑音の多い通信路でのリアルタイム通信に好適な暗
号文データが生成される。As a result, the plaintext data is affine-transformed, then non-affine-transformed, and finally affine-transformed again. Therefore, this data encryption apparatus is compared with the conventional encryption in which only non-affine transformation is performed after affine transformation. The non-affine transformation operation of is hidden and the security is high. further,
Since the error ripple factor in the non-affine transforming means is limited to a predetermined value, noisy communication can be achieved by setting this predetermined value within the error correction capability of the receiver that decrypts the ciphertext data. Ciphertext data suitable for real-time communication on the road is generated.
【００８０】ここで、前記第１可変アフィン変換手段及
び前記第２可変アフィン変換手段は、前記鍵データが同
一であれば同一のアフィン変換を行なうこととすること
もできる。これにより、第１可変アフィン変換手段及び
第２可変アフィン変換手段を同一の構成要素とすること
ができるので、より少ない構成要素によりデータ暗号化
装置を実現することが可能となる。Here, the first variable affine transforming means and the second variable affine transforming means may perform the same affine transformation if the key data is the same. Thus, the first variable affine transforming means and the second variable affine transforming means can be the same constituent element, so that the data encryption device can be realized with fewer constituent elements.
【００８１】また、第１可変アフィン変換手段及び第２
可変アフィン変換手段は、それぞれ、その変換とその逆
変換とが同一となるような変換を行うこととすることも
できる。これにより、第１可変アフィン変換手段や第２
可変アフィン変換手段と、それぞれの逆変換を行う復号
手段とを同一の構成要素とすることができるので、暗号
化装置とその復号装置とを一体に備える通信機器等の小
型化が実現される。Also, the first variable affine transformation means and the second
The variable affine transformation means can also perform transformation such that the transformation and the inverse transformation thereof are the same. Thereby, the first variable affine transformation means and the second variable affine transformation means
Since the variable affine transforming means and the decrypting means for performing the respective inverse transforms can be the same constituent element, miniaturization of a communication device including the encryption device and the decryption device can be realized.
【００８２】また、前記非アフィン変換手段での非アフ
ィン変換は、前記鍵データに基づいて定まることとする
こともできる。これにより、固定的な非アフィン変換を
採用する場合よりも安全性の高いデータ暗号化装置が実
現される。ここで、前記非アフィン変換手段は、前記第
１可変アフィン変換手段より得られたデータを所定ビッ
トからなる複数のブロックに分割し、分割されたブロッ
クごとに非アフィン変換を行い、非アフィン変換された
各ブロックを連結することとし、また、その非アフィン
変換を分割されたブロックごとの鍵データに基づいて独
立して暗号化することにより、さらに暗号強度が高めら
れる。Further, the non-affine transformation in the non-affine transformation means may be determined based on the key data. As a result, a data encryption device with higher security than when a fixed non-affine transformation is adopted is realized. Here, the non-affine transformation unit divides the data obtained by the first variable affine transformation unit into a plurality of blocks each having a predetermined bit, performs non-affine transformation on each divided block, and performs non-affine transformation. The encryption strength can be further increased by connecting each block and by independently encrypting the non-affine transformation based on the key data for each divided block.
【００８３】また、前記第１可変アフィン変換手段は、
前記鍵データに基づいて定まる第１加算鍵データと前記
平文データとの排他的論理和を算出する第１排他的論理
和部と、前記第１排他的論理和部により算出されたデー
タに対して前記鍵データに基づいて定まるビット置換を
行う第１可変ビット置換部とからなり、前記非アフィン
変換手段は、前記第１可変ビット置換部により得られた
データに対して非アフィン変換を行い、前記第２可変ア
フィン変換手段は、前記鍵データに基づいて定まる第２
加算鍵データと前記非アフィン変換手段により得られた
データとの排他的論理和を算出する第２排他的論理和部
と、前記第２排他的論理和部により算出されたデータに
対して前記鍵データに基づいて定まるビット置換を行う
第２可変ビット置換部とからなることとすることもでき
る。Further, the first variable affine transformation means is
For a first exclusive OR unit that calculates an exclusive OR of the first addition key data determined based on the key data and the plaintext data, and for the data calculated by the first exclusive OR unit A first variable bit permutation unit that performs bit permutation determined based on the key data, and the non-affine transformation unit performs non-affine transformation on the data obtained by the first variable bit substitution unit, The second variable affine transformation means is the second variable affine transformation means, which is determined based on the key data.
A second exclusive OR section for calculating an exclusive OR of the addition key data and the data obtained by the non-affine transformation means, and the key for the data calculated by the second exclusive OR section. The second variable bit replacement unit may perform the bit replacement determined based on the data.
【００８４】これにより、第１及び第２可変アフィン変
換手段での変換操作は単純な論理演算の合成で表される
ので、プログラムや論理回路で実現し易いデータ暗号化
装置となる。ここで、前記第１可変ビット置換部及び前
記第２可変ビット置換部は、前記鍵データが同一であれ
ば同一のビット置換を行うこととしたり、又、前記鍵デ
ータが同一であれば逆変換の関係にあることとすること
もできる。As a result, since the conversion operation in the first and second variable affine conversion means is represented by a simple combination of logical operations, the data encryption device can be easily realized by a program or a logic circuit. Here, the first variable bit permutation unit and the second variable bit permutation unit perform the same bit permutation if the key data is the same, or perform the inverse conversion if the key data are the same. It is possible to have a relationship of
【００８５】これにより、第１及び第２可変ビット置換
部に必要とされる変換アルゴリズムが共通化され、デー
タ暗号化装置や対応するデータ復号装置の実現が簡単化
される。また、前記第１可変ビット置換部及び前記第２
可変ビット置換部は、それぞれ前記第１排他的論理和部
及び前記第２排他的論理和部により算出されたデータを
所定ビットからなる複数のブロックに分割し、分割され
たブロックごとに前記鍵データに基づいて定められるビ
ット置換を行った後にそれらブロックに対して前記鍵デ
ータに基づいて定められるブロック置換を行い、ブロッ
ク置換された各ブロックを連結することとしたり、又、
前記第１可変ビット置換部及び前記第２可変ビット置換
部は、それぞれ前記第１排他的論理和部及び前記第２排
他的論理和部により算出されたデータを所定ビットから
なる複数のブロックに分割し、分割されたブロックに対
して前記鍵データに基づいて定められるブロック置換を
行った後にそれらブロックごとに前記鍵データに基づい
て定められるビット置換を行い、ビット置換された各ブ
ロックを連結することとすることもできる。As a result, the conversion algorithms required for the first and second variable bit permutation units are made common, and the implementation of the data encryption device and the corresponding data decryption device is simplified. Also, the first variable bit replacement unit and the second variable bit replacement unit.
The variable bit replacement unit divides the data calculated by the first exclusive OR unit and the second exclusive OR unit into a plurality of blocks each having a predetermined bit, and the key data is divided for each block. After performing bit replacement determined based on the above, block replacement determined based on the key data is performed on those blocks, and each block subjected to block replacement is connected, or
The first variable bit replacement unit and the second variable bit replacement unit divide the data calculated by the first exclusive OR unit and the second exclusive OR unit into a plurality of blocks each having a predetermined bit. Then, after performing block replacement determined on the basis of the key data for the divided blocks, performing bit replacement determined on the basis of the key data for each of the blocks, and concatenating the bit-substituted blocks. Can also be
【００８６】これにより、平文データはブロック分割さ
れた後にブロックごとの鍵データに基づいて独立して暗
号化されるので、暗号強度が高くなる。また、前記第１
可変アフィン変換手段はさらに、前記第１可変ビット置
換部により得られたデータに対して予め定められたビッ
ト置換を行なう固定ビット置換部を備えることで、さら
に暗号強度を高められる。As a result, since the plaintext data is divided into blocks and then independently encrypted based on the key data for each block, the encryption strength is increased. In addition, the first
The variable affine transformation means further includes a fixed bit replacement unit that performs a predetermined bit replacement on the data obtained by the first variable bit replacement unit, whereby the encryption strength can be further increased.
【００８７】ここで、前記固定ビット置換部でのビット
置換は、そのビット置換とその逆変換とが同一となるよ
うな変換であることとすることもできる。これにより、
このデータ暗号化装置とこれに対応するデータ復号装置
での固定ビット置換部に必要とされる構成要素を共通化
することが可能となる。以上のように、本発明により、
品質の悪い通信回線上においてもリアルタイムで秘密通
信をすることができ、かつ、解読者が自分にとって都合
の良い平文と暗号文の組を入手出来る場合においても解
読されにくい安全性の高い暗号文データを生成するデー
タ暗号化装置が実現される。Here, the bit permutation in the fixed bit permutation unit may be a conversion in which the bit permutation and its inverse conversion are the same. This allows
It is possible to share the components required for the fixed bit replacement unit in this data encryption device and the corresponding data decryption device. As described above, according to the present invention,
Highly secure ciphertext data that enables real-time secret communication even on poor-quality communication lines, and is difficult to decipher even if the decryptor can obtain a convenient plaintext / ciphertext pair. A data encryption device for generating is realized.
【図１】本発明の実施形態に係るデータ暗号化装置の構
成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a data encryption device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示されたデータ暗号化装置１０の構成を
示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a data encryption device 10 shown in FIG.
【図３】図１に示されたデータ復号装置２０の構成を示
すブロック図である。3 is a block diagram showing a configuration of a data decoding device 20 shown in FIG.
【図４】図２に示された第１可変ビット置換部１０２の
操作を詳細に述べた図である。FIG. 4 is a diagram detailing the operation of the first variable bit replacement unit 102 shown in FIG.
【図５】図３に示された第４可変ビット置換部２０５の
操作を詳細に述べた図である。5 is a diagram detailing an operation of a fourth variable bit replacement unit 205 shown in FIG.
【図６】図２に示された第１可変非アフィン変換部１０
４の操作を詳細に述べた図である。6 is a first variable non-affine transformation unit 10 shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating in detail the operation of No. 4.
【図７】図３に示された第２可変非アフィン変換部２０
３の操作を詳細に述べた図である。FIG. 7 is a second variable non-affine transformation unit 20 shown in FIG.
It is a figure which described operation of 3 in detail.
【図８】従来のデータ暗号化装置の構成を示すブロック
図である。FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional data encryption device.
１ 送信機 ２ 受信機 １０ データ暗号化装置 １１ 送信部 ２０ データ復号装置 ２１ 受信部 １０１ 第１排他的論理和部 １０２ 第１可変ビット置換部 １０３ 第１固定ビット置換部 １０４ 第１可変非アフィン変換部 １０５ 第２排他的論理和部 １０６ 第２可変ビット置換部 １０７ 鍵分割部 ２０１ 第３可変ビット置換部 ２０２ 第３排他的論理和部 ２０３ 第２可変非アフィン変換部 ２０４ 第２固定ビット置換部 ２０５ 第４可変ビット置換部 ２０６ 第４排他的論理和部 ２０７ 鍵分割部 1 transmitter 2 receiver 10 data encryption device 11 transmission unit 20 data decryption device 21 reception unit 101 first exclusive OR unit 102 first variable bit permutation unit 103 first fixed bit permutation unit 104 first variable non-affine transformation Unit 105 second exclusive OR unit 106 second variable bit replacement unit 107 key division unit 201 third variable bit replacement unit 202 third exclusive OR unit 203 second variable non-affine conversion unit 204 second fixed bit replacement unit 205 fourth variable bit replacing unit 206 fourth exclusive OR unit 207 key dividing unit
Claims (14)
えられた鍵データに基づいて暗号化するデータ暗号化装
置であって、 前記平文データに対して前記鍵データに基づいて定まる
アフィン変換を行う第１可変アフィン変換手段と、 前記第１可変アフィン変換手段により得られたデータに
対して誤り波及度を所定値に制限した非アフィン変換を
行う非アフィン変換手段と、 前記非アフィン変換手段により得られたデータに対して
前記鍵データに基づいて定まるアフィン変換を行う第２
可変アフィン変換手段とを備えることを特徴とするデー
タ暗号化装置。1. A data encryption device for encrypting plaintext data consisting of a plurality of bits based on key data given in advance, wherein the plaintext data is subjected to affine transformation determined based on the key data. 1 variable affine transforming means, non-affine transforming means for performing non-affine transforming on data obtained by the first variable affine transforming means with an error ripple limited to a predetermined value, and non-affine transforming means The affine transformation determined based on the key data for the second data
A data encryption device comprising variable affine transformation means.
第２可変アフィン変換手段は、前記鍵データが同一であ
れば同一のアフィン変換を行なうことを特徴とする請求
項１記載のデータ暗号化装置。2. The data encryption apparatus according to claim 1, wherein the first variable affine transformation means and the second variable affine transformation means perform the same affine transformation if the key data are the same. .
変換とその逆変換とが同一となるような変換を行い、 前記第２可変アフィン変換手段は、その変換とその逆変
換とが同一となるような変換を行うことを特徴とする請
求項１記載のデータ暗号化装置。3. The first variable affine transformation means performs a transformation such that the transformation is the same as the inverse transformation thereof, and the second variable affine transformation means performs the transformation and the inverse transformation thereof are the same. The data encryption device according to claim 1, wherein the data encryption device performs the following conversion.
変換は、前記鍵データに基づいて定まることを特徴とす
る請求項１記載のデータ暗号化装置。4. The data encryption device according to claim 1, wherein the non-affine transformation in the non-affine transformation means is determined based on the key data.
変アフィン変換手段より得られたデータを所定ビットか
らなる複数のブロックに分割し、分割されたブロックご
とに非アフィン変換を行い、非アフィン変換された各ブ
ロックを連結することを特徴とする請求項１記載のデー
タ暗号化装置。5. The non-affine transformation means divides the data obtained by the first variable affine transformation means into a plurality of blocks each having a predetermined bit, and performs non-affine transformation on each of the divided blocks to obtain a non-affine transformation. The data encryption device according to claim 1, wherein the converted blocks are connected to each other.
クごとの非アフィン変換は、前記鍵データに基づいてそ
れぞれ独立に定められることを特徴とする請求項５記載
のデータ暗号化装置。6. The data encryption apparatus according to claim 5, wherein the non-affine transformation for each block in the non-affine transformation means is independently determined based on the key data.
平文データとの排他的論理和を算出する第１排他的論理
和部と、 前記第１排他的論理和部により算出されたデータに対し
て前記鍵データに基づいて定まるビット置換を行う第１
可変ビット置換部とからなり、 前記非アフィン変換手段は、前記第１可変ビット置換部
により得られたデータに対して非アフィン変換を行い、 前記第２可変アフィン変換手段は、 前記鍵データに基づいて定まる第２加算鍵データと前記
非アフィン変換手段により得られたデータとの排他的論
理和を算出する第２排他的論理和部と、 前記第２排他的論理和部により算出されたデータに対し
て前記鍵データに基づいて定まるビット置換を行う第２
可変ビット置換部とからなることを特徴とする請求項１
記載のデータ暗号化装置。7. The first variable affine transformation means, a first exclusive OR section for calculating an exclusive OR of the first addition key data determined based on the key data and the plaintext data, 1 bit replacement determined based on the key data is performed on the data calculated by the exclusive OR unit.
A variable bit permutation unit, the non-affine transformation unit performs non-affine transformation on the data obtained by the first variable bit substitution unit, and the second variable affine transformation unit is based on the key data. A second exclusive OR unit for calculating an exclusive OR of the second addition key data determined by the above and the data obtained by the non-affine transformation unit, and the data calculated by the second exclusive OR unit. Secondly, the second bit replacement is performed based on the key data.
2. A variable bit replacement section, comprising:
The data encryption device described.
可変ビット置換部は、前記鍵データが同一であれば同一
のビット置換を行うことを特徴とする請求項７記載のデ
ータ暗号化装置。8. The first variable bit replacement unit and the second variable bit replacement unit.
The data encryption device according to claim 7, wherein the variable bit replacement unit performs the same bit replacement if the key data are the same.
換と前記第２可変ビット置換部でのビット置換とは、前
記鍵データが同一であれば逆変換の関係にあることを特
徴とする請求項７記載のデータ暗号化装置。9. The bit permutation in the first variable bit permutation unit and the bit permutation in the second variable bit permutation unit have an inverse conversion relationship if the key data is the same. The data encryption device according to claim 7.
可変ビット置換部は、それぞれ前記第１排他的論理和部
及び前記第２排他的論理和部により算出されたデータを
所定ビットからなる複数のブロックに分割し、分割され
たブロックごとに前記鍵データに基づいて定められるビ
ット置換を行った後にそれらブロックに対して前記鍵デ
ータに基づいて定められるブロック置換を行い、ブロッ
ク置換された各ブロックを連結することを特徴とする請
求項７記載のデータ暗号化装置。10. The first variable bit replacement unit and the second variable bit replacement unit.
The variable bit replacement unit divides the data calculated by the first exclusive OR unit and the second exclusive OR unit into a plurality of blocks each having a predetermined bit, and the key data is divided for each block. 8. The data encryption according to claim 7, wherein the block permutation determined based on the key data is performed after performing the bit permutation determined based on the key data, and the blocks subjected to the block permutation are connected. Device.
可変ビット置換部は、それぞれ前記第１排他的論理和部
及び前記第２排他的論理和部により算出されたデータを
所定ビットからなる複数のブロックに分割し、分割され
たブロックに対して前記鍵データに基づいて定められる
ブロック置換を行った後にそれらブロックごとに前記鍵
データに基づいて定められるビット置換を行い、ビット
置換された各ブロックを連結することを特徴とする請求
項７記載のデータ暗号化装置。11. The first variable bit replacement unit and the second variable bit replacement unit.
The variable bit replacement unit divides the data calculated by the first exclusive OR unit and the second exclusive OR unit into a plurality of blocks each having a predetermined bit, and the divided block is divided into the keys. 8. The data encryption according to claim 7, wherein after the block replacement determined based on the data is performed, the bit replacement determined based on the key data is performed for each block, and the bit-substituted blocks are connected. Device.
２可変ビット置換部におけるブロックごとのビット置換
は、前記鍵データに基づいてそれぞれ独立に定められる
ことを特徴とする請求項１０又は１１記載のデータ暗号
化装置。12. The bit permutation for each block in the first variable bit permutation unit and the second variable bit permutation unit is independently determined on the basis of the key data. Data encryption device.
に、前記第１可変ビット置換部により得られたデータに
対して予め定められたビット置換を行なう固定ビット置
換部を備え、 前記非アフィン変換手段は、前記第１可変ビット置換部
により得られたデータに代えて前記固定ビット置換部に
より得られたデータに対して非アフィン変換を行うこと
を特徴とする請求項７記載のデータ暗号化装置。13. The first variable affine transformation unit further includes a fixed bit substitution unit that performs a predetermined bit substitution on the data obtained by the first variable bit substitution unit, and the non-affine transformation unit. The data encryption device according to claim 7, wherein the non-affine transformation is performed on the data obtained by the fixed bit substitution unit instead of the data obtained by the first variable bit substitution unit.
は、そのビット置換とその逆変換とが同一となるような
変換であることを特徴とする請求項１３記載のデータ暗
号化装置。14. The data encryption device according to claim 13, wherein the bit replacement in the fixed bit replacement unit is a conversion in which the bit replacement and its inverse conversion are the same.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08071759A JP3079032B2 (en) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | Data encryption device and data decryption device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH09258655A true JPH09258655A (en) | 1997-10-03 |
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|---|---|---|---|
| JP08071759A Expired - Lifetime JP3079032B2 (en) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | Data encryption device and data decryption device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3079032B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010109516A1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-09-30 | 富士通株式会社 | Data processing device and data processing method |
| JP2011250466A (en) * | 2011-07-29 | 2011-12-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Information encryption method, information encryption apparatus, program, and recording medium |
-
1996
- 1996-03-27 JP JP08071759A patent/JP3079032B2/en not_active Expired - Lifetime
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| CN102356418A (en) * | 2009-03-23 | 2012-02-15 | 富士通株式会社 | Data processing device and data processing method |
| JPWO2010109516A1 (en) * | 2009-03-23 | 2012-09-20 | 富士通株式会社 | Data processing apparatus and data processing method |
| US8707057B2 (en) | 2009-03-23 | 2014-04-22 | Fujitsu Limited | Data processing apparatus and data processing method |
| JP5541277B2 (en) * | 2009-03-23 | 2014-07-09 | 富士通株式会社 | Data processing apparatus and data processing method |
| JP2011250466A (en) * | 2011-07-29 | 2011-12-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Information encryption method, information encryption apparatus, program, and recording medium |
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| Publication number | Publication date |
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| JP3079032B2 (en) | 2000-08-21 |
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