TW293222B - - Google Patents

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發明説明（1 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 曼_明背景： 本發明係關於密碼裝置，且尤其佴 保關於密碼處理器，其 使用一雙前向配置以實施一具有互補性 J丨王 < 加密演算法，使 得密碼處理機之輸入的倒數能從此其輪出端檢出 密碼裝置係用以將信息轉譯，以使農 ° AL ^ 风丹除了指定的接收器 卜，供法由其他人解讀。例如’有線及衛星電視系統内， 加密係用於在防止服務被竊盜。在電腦通信中，資料加密 則用於使信息無法解讀’並確保接收者所收之信息非偽造 。加密亦能允許接收者向第三人證明該信息非㈣。這也 種種的功能係分別稱爲通訊安全、眞實性、及數位簽名。 其用於信息加密之變換包含加密演算法及鍵之使用。該 鍵資訊係維持保密。爲了信息加密，該加密演算法運用至 信息而該鍵係用作輔助輸入以控制該加密動作。其解加密 之工作係反作業，其操作相類似。 密碼系統依賴鍵資訊量，該鍵資訊無關於信息長度。理 响上’此等系統可破解的。然而’由於人類設法破解密碼 必須使用難以計數的計算資源，因此實際上它們仍係有用· 的。換句換説，所需要破解密碼之「工作因素」係高到足 以防止成功的攻擊。 目㈤廣泛使用的密碼系統之一例係資料加密標準（D E S ) ’ @資料加密標準由美國國家標準局於丨926年所核准。該 D E S演算法在—6 4位元键之控制下加密一 6 4位元信息方塊 以產生一 6 4位原密文。D E S演算法的細節可參見F I P S刊 物第4 6期’ 1977年1月1 5日所載「資料加密標準之説明書 本紙張尺纽财咖 1請先聞讀背面之法意事項戽填莴本 装· tr A7 B7 五、發明説明（2 ^ :及於FIPS刊物第74期，在㈣“月以 國家技術咨詢服務索取。 兩者自可向美國商務部 加密演算法一般係用作雜凑函數之—部份，其中，該輸 权確認係藉由以—加密鍵處理（即，，雜湊法"）輸入信 號所提供。傳統的單前向雜凑函數（Sffh)内，該函數之 輸入的信號之逆轉不能於該函數之輸出偵測出來。此種傳 統處理在蚊的應財無法令人滿意，因騎人至安全處 理器之資料有所改變而又沒有裝置來偵測出此等改變時， 資^安全性會受到麵。若設法破壞安全性的人能獲得 孩系統如何因應於輸人資料内之改變的資訊而不奋被兮 則此人有機會經由長時間之測試而可二成: 破壞安全性。 因此最好能提供實現雜湊函數之裝置，該雜凑函數能 改變鱗凑函數之輸出處偵測，該等改變係例如輸入端 資料逆轉。此種實施將供應互補之特性至該雜凑函數。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

另外也須有於使料接密碼雜凑函數之系統中提供互補 丨生之裝置。此種裝置應提供—輸入键至每個連續級，此鍵 保互補性，因而’可使輸入處之逆轉能使於 本發明提供具有前述優點之裝置。 發明概要: 根據本發明，提供一種密碼裝置，其中之密碼處 有一接收第一輸入資料之八個平行位元组Fr%之第1 本紙張尺度適用中國國祕cns ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 293222 A7 ----------B7 五、發明説明（3 ) 入，一接收第二輸入資料之八個平行位元組s 1 _ s 8之第二 輸入，以及—輸出藉由以密碼方式處理第一及第二輸入資 料而產生的密文之八個平行位元組C1 _ C 8輸出。第一裝置 係供作處理在、文及第—輸入資料以產生含有八個平行位元 組FDi-FD8之第—密文導出。第二裝置處理第一密文導出 及第二輸入資料用以輸出一第二密文導出SDi-SD8。第一 装置將每個密文位元組Ci_c8與第一輸入資料位元組Fi_ Fs予以邏輯「互斥或」，以產生第一密文導出。第二裝置 將每個第一密文導出位元組FDi_fd8與第二輸入資料位元 组& /S8予以邏輯「互斥或」以產生第二密文導出。可於 第一装置及第二装置中提供非線性函數以替代使用互斥或 之邏輯操作，以分別產生第一及第二密文導出。該非線性 函數可爲輪出一半所輸入位元之類型。 第一裝置可包括一藉由第一輸入資料及密文，所定位址 之查表以輸出相同數目位元组之互斥或。同樣地，第二裝 置可包括一藉由第二輸入資料及第一密文導出所定址之查 表，以輸出相同數目位元組之互斥或。另外，第一及第二* 裝置可包括傳統的邏輯互斥或閘。 本發明亦包含第二密碼處理器級。此級類似於第一級’ 並具有一接收第三輸入資料之八個平行位元组之第一輸入 ，及接收來自前級之第二密文導出之第二輸入。第二密碼 處理器亦具有一輸出，可輸出藉由密碼處理第三輸入資料 及第二密文導出而產生的第二密文之八個平行位元組。在 具體實施例中，該密碼處理器係D E S處理器。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂 A7 B7 五、發明説明（4 請 先 閱 It 背 1¾ 之」 I ! 事I 項 I 再L 填 I裝 頁 本發明亦提供岔碼裝置，其中，密碼處理器具有一接收 輸入資料之八個平行位元組F厂Fg之第一輸入，一接收第 輸入資料之平行位元組以作爲一鍵之第二輸入， 以，一輸出，用以輸出藉由密碼處理輸入資料及鍵所產生 的密文之七組平行位元组Ci_c7。第一裝置分別互斥或（或 應用一非線性函數）每個第一組的七個輸入資料位元組f 1 _ 與接續的輸入資料位元組F2_F8以產生前向資料ff厂 FF7之七嗰-位元组。第二裝置係提供作爲互斥或（或應用一 非線性函數）每個前向資料位元MFFi_FF7與相同數目的密 又佴兀組C丨-C7之以產生一包括七個平行位元組D r d 7之 密文導出。 訂 —裝置彳包括一藉由第—組之七個及接續的輸入資料 位=组所定址之查表’以輸出其中之互斥或操作。同樣地 ，第二裝置包括一藉由前向資料位元組及相同數目之密文 導出所定位址之查表，以輸出其中之互斥或操作。互斥或 函數亦可藉由料的互斥或問來提供。㈣文處理器能包 括一 DES處理器。 月匕 圖式簡述: ' 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 圖1係一方塊圖，説明一習知技藝之前向雜凑函數。 圖2係一本發明之雙前向雜湊函數之方塊圖。 圖3A係根據本發明，在一與單前向雜湊函數之 中使用雙前向雜凑函數之方塊圖。 ' 圖3B係根據本發明，在一與另一雙前向雜湊函數 實施中使用雙前向雜湊函數之方塊圖。 要 本紙張尺度朝巾關家辟(CNS ) 203222 Μ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

I - 1 i 1 1 - I I i __ _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) n^i · 4 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 _— _ B7 ___ 五、發明説明（6 ) ^- 係藉由輸入鍵依照D E S演算法而處理以提供八位元组（6 4 位元）之密文’該密文已透過XOR閘18與明文作互斥或邏 輯運算。雖乂〇11間18輸出64位元’但僅56位元係經線22 輸出，並作爲一輸入鍵輸入至連續的串接前向DES級。在 線路20上剩餘之八個密文位元係未使用。因此，在每個雜 凑級中皆留下一整個密文位元组，又，圖1之雜湊函數不 提供互補。因而，輸入轉換（及因而輸入資料之改變而）不 能由後級債測出。 本發明提供一具有互補性之雙前向雜湊函數，如圖2所示 。明文由端子30引入至一 DES處理器34，且經線μ至 XOR閘38。該明文以八位元組（64位元）爲一部份來處理 。一八位元組（64位元）輸入鍵係經端子32供應。此八位元 組之七位元組藉由DES處理器3 4來處理，而剩下之一位元 組則輸入至互斥或閘3 5。該輸入鍵亦經線* 2連接至X 〇 R 閘44。閘44互斥或運算由X〇閘38所輸出的以位元中之％ 位元以及64位元輸入键之56位元以提供％位元之運算|士 果至線4 5之上。由X 〇 R閘3 8所輸出於線4 〇上之剩餘8位元 密文則於XOR閘35中與線路43上64位元輸入鍵之剩餘8位 元作互斥或運算。該XOR閘35之輸出係與線45的56位元 結合而形成線4 6上的6 4位元。 本發明利用饋入額外之前向資訊，經線4 2及4 3至額外之 XOR閘44及3 5，而確保互補性的提供，並克服習知技藝 的缺點。 XOR閘35，38及44成以查表替換，該等查表提供一 9 冬紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝.

、5T -Μ. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _________B7 五、發明説明（7 ) XOR功能或合適的非線性函數。舉例而言，可使用輸出爲 輪入之大小的一半之非線性函數。例如包括輸入（X，y )兩位 元及輸出（f) —位元，其中f=X + Xy + y;或是四位元輸入 (W，x，y，z)而兩位元輸入（fl，f2)，其中·· fl=w+x+y+z+wx+wy+wz+xy+xz+yz+wxy+wxz+wyz + xy z-f wxyz 及 f2 = wx + wy + wz + xy + xz + yz + wxy + wxz + wyz + xyz; 以及六位-元輸入（a，b，c，d，e，f)與三位元輸出（x，y，z)，其 中： x = a + b + c + d + e + f+abc + bcd + cde + def+efa + fab + abcdef y = abc + def+abd + cef+abcd + bcde + ace + abcef，及 z=abcde+abcdf+abcef+abdef+acdef+bcdef。 該等查表可爲唯讀記憶體（ROM)之形式。取代X〇R閘 35查表將由元件38所輸出之八位元的「第—個密文導出」 及線43上64位元輸入鍵之8位元來定址。取代x〇r閘38之 查表將由來自DES處理器3 4的密文及於線36上的明文所定 址。取代XOR閘44之查表將由元件38所輸出的56位元之 「第一個密文導出」及線42上64位元之輸入鍵的56位元 所定址。對此，元件44將輸出64位元「第二個密文導出」 之5 6位元供經由線4 6輸入至次一雜凑級。該第二密文導出 之剩餘8位元係於函數（例如，X 〇 R ) 3 5之輸出處獲得。 圖3 A係根據本發明之兩個DES雜湊函數之串接。第一級 80係類似於圖2中之雙前向DES雜湊函數級，於 3〇具 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝_ 訂

202222 A7 ------B7 五、發明説明（8 ) '~~ 有第一 64位元輸入（明文）但於端子32,僅有56位元第二輸 入。在線4 7上之5 6位元之「第二個密文導出」係視做輸入 鍵輸入至一第二雜湊函數級82。此級包括—DES處理器7〇 ，該處理器70經端子31接收一第二64位元之明文輸入（第 二明文）。該第二明文輸入經線72前饋至一x〇R或一非線 性函數74，在此第二明文與來自DES處理器7〇輸出之密文 起處理。來自線76所輸出之合成64位元包括已確證資料 對應至原始明文輸入之已確證資料。雖然圖3 A中僅有二個 雜湊函數級（即一個雙前向結構後接一單前向結構），但應 可瞭解在發明中可提供任何之級數，而最後一級前之每級 皆包括一個雙前向結構。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 圖3 B係本發明中兩DES雜湊函數之串接，其中第一級 80’係有圖2中已説明的雙前向DES雜湊函數級相同，於端 子3 0具有一第一64位元輸入（第一明文），以及於端子”具 有一 64位元之第二輸入。輸出在線Μ上之64位元之「第 一岔文導出」係與來自X 〇 R或非線性函數3 5輸出之8位元 相結合以於線路46上形成一64位元鍵，作爲第二雜湊函數 級82之輸入。此級包括一 DES處理器7〇, DES處理器 接收一經由端子3 1之一第二μ位元明文輸入（第二明文）。 該第二明文輸入係經由線72前饋至—x〇R或非線性函數 74，在此第二明文與由DES處理器7〇所輸出之密文一起處 理。來自線76之合成64位元輸出包括對應於原始的明文輸 入之確證資訊，其中56位元係輸入至一 x〇R或非線性函數 75以產生該64位元輸入中之56位元至次一級。如之 ____:11- 本矣氏張尺度適用中國國家準（CNS〉A4規格（210x 297公釐） A7五、發明説明（9 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 具體實施例所示，任何級數皆能提供，而最後一級以前之 每—級皆包括一如圖2所示之雙前向結構。 圖4係本發明之第一應用之示意圖。DES處理器90接收 輸入資料92之8位元組（每位元組包括8位元）及一密碼鍵94 ，以輸出8位元組之加密資料9 6。該輸入資料係經由輸入 端子100而以8個平行位元組Fi_f8之方式供應。第二輸入 端子101接收第二輸入資料之8個平行位元组S丨_ s 8，其第 组7個位元组（s 1 - S 7 )係視爲密碼鍵使用。d E S處理器9 0 處理輸入資料92及鍵94以供應輸出資料96，該輸出資料 9 ό包括8個平行位元组之密文。 該密文經由互斥或運算以產生一含有8個平行位元組 FD^FD8之第一密文導出。詳言之，每一密文位元组c ^ _ c 8 ’係與相同數目之第一輸入資料位元組F i _ F 8作互斥或 運算以產生第一密文導出。因此，密文位元组c丨係藉於互 斥OR閘103内與輸入資料F1作互斥或運算以產生第一密文 導出位元組FDi。密文位元組C2係藉與輸入位元組F2經由 互斥OR閘105作互斥或運算以產生第一密文導出fd2。依 此類推，直到密文位元组C 8與輸入資料位元组F 8經由互斥 OR閘117作互斥或運算爲止。 第一密文導出及第二輸入資料經由處理以輸出—第二密 文導出，其包括8個平行位元組SDi-SDs。詳言之，每個 第一密文導出位元組F D i - F D 8係與相同數目之第二輸入資 料位元组Si-Ss作互斥或運算以產生第二密文導出。因此 ，第一密文導出F D !係與第二輸入資料位元組s卜經互斥或 •12- 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） I » I I I · (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. '11 A7 B7 五、發明説明（1〇 閘1J9作用以產生第二密文導出％。第一密文導出叩2係 與第二，人資料位元组％經由互斥或閘121作互斥或運算 以產生第一达文導出SD2。依此類推直到一密文導出 與第二輸入資料位元纽％(經互斥或閘133)作互斥或運算8 以產生第二密文導出SE>8爲止。 一圖5所示之具體實施例中，輸入至DES處理器9〇之7個位 π组鍵94係由輸入資料92之位元组所提供。另外， 僅輸出資料96之第一组7個位元組有使用。 根據圖5之具體實施例，每個第一組7個輸入資料位元组 f!·^7係與後續的輸入資料位元組F2_F8分別作互斥或運算 /以產生7個位元組之前向資料FFi_FF7。因此，輸入資 料位π組？ i係於互斥或閘1〇2内與輸入資料位元組匕作互 斥或運算以產生前向資料FF1。同理，輸入資料位元組匕 於互斥或閘104内與輸入資料位元組作互斥或運算以產 生前向資料FF2。依此類推，直至經由剩餘之互斥或閘1〇6 ，108，110，112及114之作用以產生剩餘之前向資料爲止 〇 每個前向資料位元組FFi_FF7與相同數目之密文位元組 CrC7作互斥或運算產生一包括7個平行組之密文 導出。因此，舉例而言，前向位元組F F〗係於互斥〇 r閘 12〇内與密文位元組<：1作互斥或運算以產生密文導出位元 組D 1。剩餘的資料輸出位元組分別於互斥或閘丨22，丨24， 126，128，130及132中與剩餘之前向資料位元組作互斥或 運算以產生剩餘的密文導出位元組D 2 - D 7。 __________- 13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公缠；） ^ ^ * 裝— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 233222 五、發明説明（ μ /王意於圖4、圖5中之互斥或閘可由查表予以代替，該 等查表由個別的輸入予以定址以提供其中之互斥或運算。

現應可瞭解本發明提供之密碼裝置可克服習知技蔽之不 具有互補特性之安全結構中潛在的保全問題。 W 雖然本發明已透過不同之具體實施例予以詳述，但熟乎 本仃<人士在不脱離本發明之精神和範圍内，仍可作種種 之修改與變型，本發明之範圍以申請專利範圍所界定者爲 準 〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 14- 表纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 六、申請專利範圍 ι· 一種密碼裝置，包括： 一密碼處理器，具有一第一輸入端供接收第—浐入資 料之八個平行位元組Fi_F8，一第二輸入端供接=第二 輸入資料之八個平行位元組S1_S8，以及—輸出端供輸 出藉由將該第一及第二輸入資料予以加密處理所產生之 八個平行位元組c i - C 8之密文； 第一裝置，供處理該密文及第一輸入資料以產生一含 有八個乎行位元组FD1_FD8之第一密文導出；以及 第二裝置，供處理該第一密文導出及第二輸入資料， 用以輸出一含有八個平行位元组Si^-SDg之第二密文導 出；其中： 孩第一裝置將每一密文位元组(：1-(：8與相同數目之 第一輸入資料位元組Fi-F8予以邏輯處理，以產生該第 一密文導出；以及 該第二裝置將每一個第一密文導出位元組FDi_fd8 與相同數目之第二輸入資料位元組Sl-S8予以邏輯處理 ，以產生該第二密文導出。 2.根據申請專利範圍第1項之密碼裝置，其中： 該第一裝置含有一非線性函數，用以邏輯處理每一密文 位元組與相同數目之第一輸入資料位元組 ，以產生該第一密文導出；以及 該第二裝置含有一非線性函數，用以邏輯處理每一個第 一密文導出位元组FDi-FD8與相同數目之第二輸入資科 位元組S^Ss’以產生該第二密文導出。 15 表紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、νβ A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局貞工消费合作社印製 申請專利範圍 3.根據申請專利範圍第2項之密碼裝置，其中該等非線性 函數輸出之位元數爲輸入者之一半。 4_ ，據申請專利範圍第1項之密碼裝置，其中第一裝置將 每一密文位元組Ci_C8與相同數目之第一輸入資料位元 且Fl-FS作互斥或運算’以產生該第一密文導出；以及 孩第二裝置將每一密文導出位元组？〇丨-卩08與相同數 目之第二輸入資料位元组SrS8作互斥或運算，以產生 該第二密文導出。 5·根據申请專利範圍第4項之密碼裝置，其中第一裝置含 有查表’可由第一輪入資料與該密文予以定址，以輸 出其中相同數目位元組之互斥或運算。 6.根據申請專利範圍第5項之密碼裝置，其中第二裝置含 有一查表’可由第二輸入資料與第一密文導出所定址， 以輸出其中相同數目位元組之互斥或運算。 7·根據申請專利範圍第4項之密碼裝置，其中第二裝置含 有一查表’可由第二輸入資料及第一密文導出予以定址 ’以輪出其中相同數目位元組之互斥或運算。 8·根據申請專利範圍第丨項之密碼裝置，另包括： 一第一密碼處理器級，具有一第一輸入端供接收第二 輸入資料之八個平行位元组，一第二輸入端供接收第二 密又導出，以及一輸出端供輸出藉由將第三輸入資料與 第二密文導出予以加密處理所產生之八個平行位元組之 第二密文。 9.根據申請專利範園第8項之密碼装置，其中該等密碼處 -16 - 私紙張尺度適用中國囷家揉準（CNS規格（2GX297公董 (請先閎讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 裝. 訂 經濟部中央橾準局負工消費合作社印$. A8 B8 C8 ___D8 六、申請專利範圍 理器爲DES處理器。 10.根據申請專利範圍第1項之密碼裝置，其中該密碼處理 器爲一 DES處理器。 11_根據申請專利範圍第2項之密碼裝置，另含有查表供實 施該第一及第二裝置之非線性函數。 12_ —種密碼裝置，包括： 一密碼處理器，具有一第—輸入端供接收第—輸入資 料之八假-平行位元組F1-F8，一第二輸入端供接收第一 輸入資料之平行位元aSl-S8以作爲一鍵，以及一輸出 端供輸出藉由將該輸入資料與該鍵予以加密處理所產生 之七個平行位元組c i - C 7之密文； 第一裝置供邏輯處理每一第一组七個輸入資料位元組 FrF7與後續之輸入資料位元組f2_F8，以產生七個位元 组的前向資料F F ! - F F 7 ;以及 第一裝置供邏輯處理每一前向資料位元組FF1_FF7與 相同數目之密文位元組(：1_(：7，以產生一含有七個平行 位元组D i - D 7之密文導出。 13.根據申請專利範圍第1 2項之密碼裝置，其中： 第一裝置含有一非線性函數，用以將每一第—組七個 輸入資料位元組F1-F7分別與後續之輸入資料位元组F2_ 予以邏輯處理，以產生該七個位元組之前向資料 F F 7 ;以及 1 —第二装置含有一非線性函數，用以將每一前向資料位 疋組FFi-FF7與相同數目之密文位元組Ci_C7予以邏輯 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 -17-

   203222 A8 B8 C8 D8 經濟部中央榡準局貝工消費合作社印衷 六、申請專利範圍 處理’以產生該含有該七個平行位元組DrD7之密文導 出。 14. 根據申請專利範圍第i 3項之密碼裝置，其中該等非線性 函數輸出之位元數爲輸入者之—半。 15. 根據申請專利範圍第1 2項之密碼裝置，其中： 第一裝置將每一第一组七個輸入資料位元組 別與後續之輸入資料位元組F 2 _ F 8作互斥或運算，以產 生該七個位.元組之前向資料F f i _ ρ f 7 ;以及 第二裝置將每一前向資料位元组FFi_FF7與相同數目 之笟文位元組C丨-C 7作互斥或運算，以產生該含有七個 平行位元组D丨-D 7之密文導出。 16. 根據申請專利範圍第丨5項之密碼裝置，其中第一裝置含 有一查表，可由第一組七個與後續之輸入資料位元組予 以定址，以輸出其中之互斥或運算。 17-根據申請專利範園第16項之密碼裝置，其中第二装置含 有—查表，可由該等前向資料位元組與相同數目之密文 位元组予以定址，以輸出其中之互斥或運算。 18·根據申請專利範圍第丨5項之密碼裝置，其中第二裝置含 有查表’可由遠等刼向資料位元組與相同數目之密文 位元組予以定址，以輸出其中之互斥或運算。 19. 根據申請專利範圍第12項之密碼裝置，其中該密碼處理 器爲一DES處理器。 20. 根據申請專利範圍第13項之密碼裝置，另包括有查表供 實現第一及第二裝置之非線性函數。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 -18-