DE69632707T2

DE69632707T2 - Verschlüsselungseinrichtung mit doppelter vorwärtsgeregelter Hash-Funktion

Info

Publication number: DE69632707T2
Application number: DE69632707T
Authority: DE
Inventors: Eric Carlsbad Sprunk; Paul Olivenhain Moroney; Candace Encinitas Anderson
Original assignee: Arris Technology Inc; General Instrument Corp
Current assignee: Arris Technology Inc
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: DE69632707D1; ES2221932T3; KR100284233B1; US5606616A; NO962786D0; AU5619396A; KR970008912A; EP0752770A2; CN1182677C; NO318267B1; JP3140686B2; CN1398122A; AU697818B2; CN1146032A; EP0752770A3; EP0752770B1; CN1092433C; CA2179691C; TW293222B; MX9602587A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verschlüsselungsvorrichtung und insbesondere auf einen Verschlüsselungsprozessor, der eine doppelte Vorwärtsregelungsanordnung zum Implementieren eines Verschlüsselungsalgorithmus mit einer Komplementaritätseigenschaft verwendet, so dass Inversionen am Eingang des Verschlüsselungsprozessors an dessen Ausgang erfasst werden können.
Verschlüsselungsvorrichtungen werden verwendet, um Nachrichten zu transformieren, um diese für alle außer dem beabsichtigen Empfänger der Nachricht unverständlich zu machen. Bei Kabel- und Satellitenfernsehsystemen zum Beispiel wird Verschlüsselung verwendet, um Diebstahl von Dienstleistungen vorzubeugen. Bei Computerkommunikationen wird Datenverschlüsselung verwendet, um Nachrichten unverständlich zu machen sowie dem Empfänger Gewissheit zu verschaffen, dass die Nachricht keine Fälschung ist. Verschlüsselung kann es dem Empfänger ebenfalls ermöglichen, Dritten nachzuweisen, dass die Nachricht keine Fälschung ist. Diese verschiedenen Funktionen werden als Datensicherheit, Authentifizierung bzw. digitale Unterschriften bezeichnet.
Die zum Chiffrieren einer Nachricht verwendete Transformation schließt die Verwendung eines Verschlüsselungsalgorithmus und eines Schlüssels ein. Die Schlüsselinformationen werden geheim gehalten. Um eine Nachricht zu chiffrieren, wird der Verschlüsselungsalgorithmus auf die Nachricht angewendet, und der Schlüssel wird als Zusatzeingang verwendet, um das Chiffrieren zu steuern. Der Prozess der Dechiffrierung ist der umgekehrte Vorgang und wird ähnlich durchgeführt.
Krypto-Systeme hängen von einer Menge an Schlüsselinformationen ab, die von der Nachrichtenlänge unabhängig ist. Theoretisch sind diese Systeme zu knacken. Jedoch sind sie in der Praxis verwendbar, da die Person, die den Schlüssel zu knacken versucht, zum Knacken des Schlüssels eine unpraktische oder nicht durchführbare Menge an Computerressourcen verwenden muss. Anders gesagt ist der zum Knacken des Schlüssels notwendige „Faktor Arbeitsaufwand" hoch genug, um einem erfolgreichen Angriff vorzubeugen.
Ein Beispiel eines heutzutage weitläufig verwendeten Krypto-Systems ist die Datenverschlüsselungsnorm (DES), die vom U.S. National Bureau of Standards 1976 zugelassen wurde. Der DES-Algorithmus chiffriert einen vierundsechzig Bit langen Nachrichtenblock unter Steuerung eines sechsundfünfzig Bit langen Schlüssels, um einen vierundsechzig Bit langen Schlüsseltext herzustellen. Details des DES-Algorithmus sind in der FIPS-Veröffentlichung 46, „Specifications for the Data Encryption Standard", vom 15. Januar 1977, und FIPS-Veröffentlichung 74, „Guidelines for Implementing and Using the NBS Data Encryption Standard", vom 1. April 1981, beide beim U.S. Department of Commerce, National Technical Information Service erhältlich, nachzulesen.
Eine übliche Verwendung eines Verschlüsselungsalgorithmus ist als Teil einer „Hash-Funktion", bei der eine Authentifizierung eines Eingangssignals durch Verarbeiten (d. h. „Hash-Codierung") des Eingangssignals mit einem kryptographischen Schlüssel bereitgestellt wird. Bei einer herkömmlichen einzelnen Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion (SFFH) kann eine Inversion eines Signals am Eingang der Verknüpfung nicht am Ausgang der Verknüpfung erfasst werden. Dies ist bei vielen Implementierungen nicht wünschenswert, da die Sicherheit gefährdet sein kann, wenn Abänderungen an in den Sicherheitsprozessor eingegebenen Daten vorgenommen werden, ohne feststellen zu können, dass Änderungen vorgenommen worden sind. Wenn eine Partei, die versucht, die Sicherheit zu durchbrechen, Informationen darüber erhalten kann, wie das System auf Änderungen der Eingangsdaten reagiert, ohne, dass das System dies erfasst, dann wird eine Möglichkeit geboten, über einen relativ langen Zeitraum zu experimentieren und die Sicherheit eventuell erfolgreich zu hintergehen.
Es wäre vorteilhaft, eine Vorrichtung zum Implementieren einer Hash-Funktion bereitzustellen, die das Erfassen von Änderungen, wie etwa an deren Eingang vorgenommene Dateninversionen, am Ausgang der Hash-Funktion ermöglicht. Eine derartige Implementierung würde die Hash-Funktion mit der Komplementaritätseigenschaft versehen.
Es wäre ferner vorteilhaft, eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Komplementarität in Systemen, die kaskadierte kryptographische Hash-Funktionen verwenden, bereitzustellen. Eine derartige Vorrichtung sollte einen Eingangsschlüssel zu jeder folgenden Stufe bereitstellen, der auf eine Weise hergestellt wird, die Komplementarität gewährleistet, wodurch ermöglicht wird, dass Inversionen an den Eingängen zur Verknüpfung an deren Ausgang erfasst werden können.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung mit den zuvor erwähnten Vorteilen bereit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verschlüsselungsvorrichtung bereitgestellt, in der ein Verschlüsselungsprozessor einen ersten Eingang zum Empfangen von acht parallelen Bytes F₁–F₈ erster Eingangsdaten, einen zweiten Eingang zum Empfangen von acht parallelen Bytes S₁–S₈ zweiter Eingangsdaten und einen Ausgang zum Ausgeben von acht parallelen Bytes C₁–C₈ Schlüsseltext, der durch kryptographisches Verarbeiten der ersten und zweiten Eingangsdaten erzeugt wird, aufweist. Erste Mittel zum Verarbeiten des Schlüsseltextes und der ersten Eingangsdaten sind bereitgestellt, um ein erstes Schlüsseltextderivat, das acht parallele Bytes FD₁–FD₈ beinhaltet, herzustellen. Zweite Mittel verarbeiten das erste Schlüsseltextderivat und die zweiten Eingangsdaten zum Ausgeben eines zweiten Schlüsseltextderivats SD₁–SD₈. Die ersten Mittel ODERn jedes der Schlüsseltextbytes C₁–C₈ mit dem gleich nummerierten Byte der ersten Eingangsdaten F₁–F₈ exklusiv, um das erste Schlüsseltextderivat herzustellen. Die zweiten Mittel ODERn jedes der Bytes des ersten Schlüsseltextderivats FD₁–FD₈ mit dem gleich nummerierten Byte der zweiten Eingangsdaten S₁–S₈ exklusiv, um das zweite Schlüsseltextderivat herzustellen. Anstatt Exklusiv-ODER zu verwenden, können von den ersten und zweiten Mitteln nichtlineare Verknüpfungen bereitgestellt werden, um das erste bzw. zweite Schlüsseltextderivat herzustellen. Die nichtlinearen Verknüpfungen können von einer Art sein, die halb so viele Bits ausgibt, wie darin eingegeben werden.
Die ersten Mittel können eine Verweistabelle beinhalten, die von den ersten Eingangsdaten und dem Schlüsseltext adressiert wird, um die Exklusiv-ODER der gleich nummerierten Bytes davon auszugeben. Gleichermaßen können die zweiten Mittel eine Verweistabelle beinhalten, die von den zweiten Eingangsdaten und dem ersten Schlüsseltextderivat adressiert wird, um die Exklusiv-ODER der gleich nummerierten Bytes davon auszugeben. Alternativ dazu können die ersten und zweiten Mittel herkömmliche logische Exklusiv-ODER-Glieder beinhalten.
Eine zweite Verschlüsselungsprozessorstufe kann bereitgestellt sein. Diese Stufe ähnelt der ersten Stufe und weist einen ersten Eingang zum Empfangen von acht parallelen Bytes dritter Eingangsdaten und einen zweiten Eingang zum Empfangen des zweiten Schlüsseltextderivats aus der vorhergehenden Stufe auf. Der zweite Verschlüsselungsprozessor weist auch einen Ausgang zum Ausgeben von acht parallelen Bytes zweiten Schlüsseltextes, der durch kryptographisches Verarbeiten der dritten Eingangsdaten und des zweiten Schlüsseltextderivats erzeugt wird, auf. In einer veranschaulichten Ausführungsform sind die Verschlüsselungsprozessoren DES-Prozessoren.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Verschlüsselungsvorrichtung bereit, bei der ein Verschlüsselungsprozessor einen ersten Eingang zum Empfangen von acht parallelen Bytes F₁–F₈ Eingangsdaten aufweist. Ein zweiter Eingang ist zum Empfangen von parallelen Bytes F₂–F₈ der ersten Eingangsdaten als Schlüssel bereitgestellt. Ein Ausgang ist zum Ausgeben von sieben parallelen Bytes C₁–C₇ Schlüsseltext, der durch kryptographisches Verarbeiten der Eingangsdaten und des Schlüssels erzeugt wird, bereitgestellt. Erste Mittel ODERn jedes der ersten sieben Eingangsdatenbytes F₁–F₇ jeweils mit dem folgenden Eingangsdatenbyte F₂–F₈ exklusiv (oder wenden eine nichtlineare Verknüpfung auf diese an), um sieben Bytes Vorwärtsregelungsdaten FF₁–FF₇ herzustellen. Zweite Mittel sind zum exklusiven ODERn jedes der Vorwärtsregelungsdatenbytes FF₁–FF₇ mit dem gleich nummerierten Schlüsseltextbyte C₁–C₇ (oder Anwenden einer nichtlinearen Verknüpfung auf diese) bereitgestellt, um ein Schlüsseltextderivat, das sieben parallele Bytes D₁–D₇ beinhaltet, herzustellen.
Die ersten Mittel können eine Verweistabelle beinhalten, die von den ersten sieben und folgenden Eingangsdatenbytes adressiert wird, um die Exklusiv-ODER davon auszugeben. Gleichermaßen können die zweiten Mittel eine Verweistabelle beinhalten, die von den Vorwärtsregelungsdatenbytes und den gleich nummerierten Schlüsseltextbytes adressiert wird, um die Exklusiv-ODER davon auszugeben. Die Exklusiv-ODER- Verknüpfungen können alternativ dazu von herkömmlichen Exklusiv-ODER-Gliedern bereitgestellt sein. Der Verschlüsselungsprozessor kann einen DES-Prozessor beinhalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild, das eine Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion des Stands der Technik veranschaulicht;
2 ist ein Blockschaltbild der doppelten Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion der vorliegenden Erfindung;
3A ist ein Blockschaltbild, das die Verwendung der doppelten Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion in einer kaskadierten Implementierung mit einer einzelnen Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3B ist ein Blockschaltbild, das die Verwendung der doppelten Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion in einer kaskadierten Implementierung mit einer anderen doppelten Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ist ein Schaltbild, das die spezifischen Verbindungen, die eine doppelte Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion gemäß der vorliegenden Erfindung implementieren, veranschaulicht; und
5 ist ein Schaltbild, das die spezifischen Verbindungen für ein anderes Beispiel einer doppelten Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Kryptographische Verarbeitung wird verwendet, um Informationen für verschiedene Anwendungen zu authentifizieren. Eine Anwendung liegt in der Übermittlung von Abonnementfernsehdienstleistungen über Satellit. Ein derartiges System ist in U.S. Patent Nr. 4,613,901 an Gilhousen et al. mit dem Titel „Signal Encryption and Distribution System for Controlling Scrambling and Selective Remote Descrambling of Television Signals." offenbart. Im Gilhousen et al. System sind verschiedene kryptographische Schlüssel zur Verwendung beim Bereitstellen eines verschlüsselten Fernsehsignals bereitgestellt. Unter den beschriebenen Schlüsseln gibt es Kategorieschlüssel, wobei jeder zu einer anderen Untergruppe von Teilnehmer-Entwürflern gehört, und Programmschlüssel, die für jedes andere Fernsehprogramm spezifisch sind, um es autorisierten Teilnehmern zu ermöglichen, ein bestimmtes Programmsignal zu entschlüsseln.
Das Verarbeiten der Programmschlüssel wird im Allgemeinen auf eine authentifizierte Art und Weise durchgeführt, um falscher Kennzeichnung eines Kanals vorzubeugen. Insbesondere werden Kanalkennzeichnungsinformationen, die Elemente wie etwa Programmkosten umfassen, auf eine authentifizierte Art und Weise versendet, um ihrer Abänderung vorzubeugen. Die Authentifizierung kann durchgeführt werden, indem ein „Programmvorschlüssel" mit den Kanalkennzeichnungsinformationen hash-codiert wird, um den aktuellen Programmschlüssel, der zur Herstellung eines zum Entschlüsseln eines gewünschten Programms notwendigen Zweitschlüssels verwendet wird, herzustellen.
Das Dokument „128-bit Hash Function (N-Hash)" von NTT Review, November 1990, Tokio, verfasst von Miyaguchi et al., beschreibt, wie die auf der SECURICOM '90 vorgestellte 128-Bit-Hash-Funktion N-Hash zu erweitern ist.
Eine Hash-Funktion, die vom Stand der Technik als Teil des Verschlüsselungs- oder Entschlüsselungsprozesses eingesetzt wird, ist als die „Vorwärtsregelungs-DES" bekannt und in 1 veranschaulicht. Zu authentifizierende Informationen („Klartext") werden über das Terminal 10 in den DES-Prozessor 14 eingegeben. Der Klartext wird in Anteilen von acht Bytes (vierundsechzig Bits) über eine Leitung 16 in sowohl den DES-Prozessor 14 als auch in ein Exklusiv-ODER-Glied (XOR-Glied) 18 eingegeben. Ein verschlüsselter Programmvorschlüssel von sieben Bytes (sechsundfünfzig Bits) wird über ein Terminal 12 in den DES-Prozessor 14 eingegeben. Der Klartext wird mit dem Eingangsschlüssel gemäß dem DES-Algorithmus verarbeitet, um acht Bytes (vierundsechzig Bits) Schlüsseltext, der mit dem Klartext vom XOR-Glied 18 geXODERt wird, bereitzustellen. Obwohl das XOR-Glied 18 vierundsechzig Bits ausgibt, werden über eine Leitung 22 nur sechsundfünfzig Bits als Eingangsschlüssel zu einer folgenden kaskadierten Vorwärtsregelungs-DES-Stufe ausgegeben. Die verbleibenden acht Schlüsseltextbits auf einer Leitung 20 sind ungenutzt. Somit wird in jeder Hash-Stufe ein volles Byte Schlüsseltext fallen gelassen. Zudem bietet die Hash-Funktion aus 1 keine Komplementaritätsvorzüge. Stattdessen kann Eingangsinversion (und deshalb an den Eingangsdaten vorgenommene Änderungen) nicht netzabwärts erfasst werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine doppelte Vorwärtsregelungs-Hash-Funktion mit Komplementarität bereit, wie in 2 veranschaulicht. Klartext wird über ein Terminal 30 in einen DES-Prozessor 34 und über eine Leitung 36 in ein XOR-Glied 38 eingeführt. Der Klartext wird in Anteilen von acht Bytes (vierundsechzig Bits) verarbeitet. Ein Eingangsschlüssel von acht Bytes (vierundsechzig Bits) wird über ein Terminal 32 bereitgestellt. Sieben dieser acht Bytes werden vom DES-Prozessor 34 verarbeitet, und das verbleibende Byte wird in das Exklusiv-ODER-Glied 35 eingegeben. Der Eingangsschlüssel ist über eine Leitung 42 auch mit einem XOR-Glied 44 gekoppelt. Das Glied 44 ODERt sechsundfünfzig Bits der vierundsechzig Bit langen Ausgabe aus dem XOR-Glied 38 mit sechsundfünfzig Bits des vierundsechzig Bit langen Eingangsschlüssels exklusiv, um auf einer Leitung 45 ein Ergebnis von sechsundfünfzig Bits bereitzustellen. Die verbleibenden acht Bits der Schlüsseltextausgabe aus dem XOR-Glied 38 auf einer Leitung 40 werden mit den verbleibenden acht Bits des vierundsechzig Bit langen Eingangschlüssels auf einer Leitung 43 in dem XOR-Glied 35 mit Exklusiv-ODER verknüpft. Die Ausgabe des XOR-Glieds 35 wird mit der Leitung 45 von sechsundfünfzig Bits kombiniert, um auf einer Leitung 46 die vierundsechzig Bit lange Ausgabe zu bilden.
Indem über die Leitungen 42 und 43 zusätzliche Informationen an die zusätzlichen XOR-Glieder 44 und 35 vorwärtsgeregelt werden, stellt die vorliegende Erfindung sicher, dass Komplementarität bereitgestellt wird und der Nachteil der Implementierungen des Stands der Technik beseitigt wird.
Die XOR-Glieder 35, 38 und 44 können durch Verweistabellen, die eine XOR-Verknüpfung, wie gezeigt, oder eine geeignete nichtlineare Verknüpfung bereitstellen, ersetzt werden. Beispielsweise können nichtlineare Verknüpfungen, bei denen die Ausgaben halb so groß wie die Eingänge sind, verwendet werden. Diese umfassen zwei Bits rein (x, y) und ein Bit raus (f), wobei f = x + xy + y; vier Bits rein (w, x, y, z) und zwei Bits raus (f1, f2) wobei:
f1 = w + x + y + z + wx + wy + wz + xy + xz + yz + wxy + wxz + wyz + xyz + wxyzundf2 = wx + wy + wz + xy + xz + yz + wxy + wxz + wyz + xyz;und
sechs Bits rein (a, b, c, d, e, f) und drei Bits raus (x, y, z) wobei: x = a + b + c + d + e + f + abc + bcd + cde + def + efa + fab + abcdef, y = abc + def + abd + cef + abcd + bcde + ace + abcef,undz = abcde + abcdf + abcef + abdef + abdef + bcdef.
Die Verweistabellen können in einen Festwertspeicher (ROM) implementiert werden. Eine das XOR-Glied 35 ersetzende Verweistabelle würde von acht Bits der Ausgabe des „ersten Schlüsseltextderivats" aus dem Element 38 und acht Bits des vierundsechzig Bit langen Eingangsschlüssels auf der Leitung 43 adressiert. Eine das XOR-Glied 38 ersetzende Verweistabelle würde von der Schlüsseltextausgabe aus dem DES-Prozessor 34 und dem auf Leitung 36 getragenen Klartext adressiert. Eine das XOR-Glied 44 ersetzende Verweistabelle würde von sechsundfünfzig Bits der Ausgabe des „ersten Schlüsseltextderivats" aus dem Element 38 und sechsundfünfzig Bits des vierundsechzig Bit langen Eingangsschlüssels, der auf der Leitung 42 vorliegt, adressiert. Als Reaktion darauf würde das Element 44 sechsundfünfzig Bits eines vierundsechzig Bit langen „zweiten Schlüsseltextderivats" zum Eingang über die Leitung 46 in eine nächste Hash-Stufe ausgeben. Die verbleibenden acht Bits des zweiten Schlüsseltextderivats werden am Ausgang der Verknüpfung (z. B. XOR) 35 erhalten.
3A veranschaulicht das Kaskadieren von zwei DES-Hash-Funktionen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die im Allgemeinen mit 80 bezeichnete erste Stufe ähnelt der in 2 veranschaulichten Stufe der doppelten DES-Hash-Funktion, wobei am Terminal 30 ein erster vierundsechzig Bit langer Eingang (KLARTEXT 1), am Terminal 32' jedoch lediglich ein sechsundfünfzig Bit langer zweiter Eingang erfolgt. Die sechsundfünfzig Bit lange Ausgabe des „zweiten Schlüsseltextderivats" auf einer Leitung 47 wird als Eingangsschlüssel zu einer im Allgemeinen mit 82 bezeichneten zweiten Hash-Funktionsstufe verwendet. Diese Stufe umfasst einen DES-Prozessor 70, der über ein Terminal 31 einen zweiten vierundsechzig Bit langen Klartexteingang (KLARTEXT 2) empfängt. Der Eingang von KLARTEXT 2 wird über eine Leitung 72 in eine XOR- oder nichtlineare Verknüpfung 74 vorwärtsgeregelt, wo er mit der Schlüsseltextausgabe aus dem DES-Prozessor 70 verarbeitet wird. Die daraus resultierende vierundsechzig Bit lange Ausgabe aus einer Leitung 76 beinhaltet die authentifizierten Informationen, die den ursprünglichen Klartexteingängen entsprechen. Obwohl nur zwei Hash-Funktionsstufen in 3A veranschaulicht sind (d. h. eine von einer einzelnen Vorwärtsregelungsstruktur gefolgte doppelte Vorwärtsregelungsstruktur), versteht es sich, dass gemäß der vorliegenden Erfindung jede beliebige Anzahl von Stufen bereitgestellt werden kann, wobei jede Stufe vor der letzten Stufe eine doppelte Vorwärtsregelungsstruktur beinhaltet.
3B veranschaulicht das Kaskadieren von zwei DES-Hash-Funktionen gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die im Allgemeinen mit 80' bezeichnete erste Stufe der in 2 veranschaulichten Stufe der doppelten Vorwärtsregelungs-DES-Hash-Funktion gleicht, wobei am Terminal 30 ein erster vierundsechzig Bit langer Eingang (KLARTEXT 1) und am Terminal 32 ein vierundsechzig Bit langer zweiter Eingang erfolgt. Die sechsundfünfzig Bit lange Ausgabe des „zweiten Schlüsseltextderivats" auf der Leitung 45 wird mit der acht Bit langen Ausgabe aus der XOR- oder nichtlinearen Verknüpfung 35 kombiniert, um auf der Leitung 46 einen sechsundvierzig Bit langen Schlüssel zum Eingang in die im Allgemeinen mit 82 bezeichnete zweite Hash-Funktionsstufe zu bilden. Diese Stufe umfasst einen DES-Prozessor 70, der über das Terminal 31 einen zweiten vierundsechzig Bit langen Klartexteingang (KLARTEXT 2) empfängt. Der Eingang von KLARTEXT 2 wird über die Leitung 72 in eine XOR- oder nichtlineare Verknüpfung 74 vorwärtsgeregelt, wo er mit der Schlüsseltextausgabe aus dem DES-Prozessor 70 verarbeitet wird. Die daraus resultierende vierundsechzig Bit lange Ausgabe aus der Leitung 76 beinhaltet die authentifizierten Informationen, die den ursprünglichen Klartexteingängen entsprechen, wovon sechsundfünfzig Bits in eine XOR- oder lineare Verknüpfung 75 eingegeben werden, um sechsundfünfzig Bits des vierundsechzig Bit langen Eingangs in eine folgende Stufe herzustellen. Wie bei der Ausführungsform aus 3A kann jede beliebige Anzahl von Stufen bereitgestellt werden, wobei jede Stufe vor der letzten Stufe eine wie in 2 veranschaulichte doppelte Vorwärtsregelungsstruktur beinhaltet.
4 ist eine schematische Darstellung einer ersten Implementierung der vorliegenden Erfindung. Ein DES-Prozessor 90 empfängt acht Bytes Eingangsdaten 92 (wobei jedes Byte acht Bits enthält) und einen kryptographischen Schlüssel 94, um acht Bytes verschlüsselte Daten 96 auszugeben. Die Eingangsdaten werden als acht parallele Bytes F₁–F₈ über die Eingabeterminals 100 bereitgestellt. Zweite Eingabeterminals 101 empfangen acht parallele Bytes S₁–S₈ zweite Eingangsdaten, wobei die ersten sieben Bytes davon (S₁–S₇) als kryptographischer Schlüssel verwendet werden. Der DES-Prozessor 90 verarbeitet die Eingangsdaten 92 und den Schlüssel 94, um Ausgabedaten 96, die acht parallele Bytes C₁–C₈ Schlüsseltext beinhalten, bereitzustellen.
Der Schlüsseltext wird mit Exklusiv-ODER verknüpft, um ein erstes Schlüsseltextderivat, das acht parallele Bytes FD₁–FD₈ beinhaltet, herzustellen. Genauer wird jedes der Schlüsseltextbytes C₁–C₈ mit den gleich nummerierten Bytes der ersten Eingangsdaten F₁–F₈ mit Exklusiv-ODER verknüpft, um das erste Schlüsseltextderivat herzustellen. Somit wird das Schlüsseltextbyte C₁ mit dem Eingangsdatenbyte F₁ in dem Exklusiv-ODER-Glied 103 mit Exklusiv-ODER verknüpft, um das Byte des ersten Schlüsseltextderivats FD₁ herzustellen. Das Schlüsseltextbyte C₂ wird über das Exklusiv-ODER-Glied 105 mit dem Eingangsbyte F₂ mit Exklusiv-ODER verknüpft, um ein erstes Schlüsseltextderivat FD₂ herzustellen. Das gleiche Muster setzt sich bis hin zum Verknüpfen mit Exklusiv-ODER des Schlüsseltextbytes C₈ und des Eingangsdatenbytes F₈ über das Exklusiv-ODER-Glied 117 fort.
Das erste Schlüsseltextderivat und die zweiten Eingangsdaten werden zum Ausgeben eines zweiten Schlüsseltextderivats, das acht parallele Bytes SD₁–SD₈ beinhaltet, verarbeitet. Genauer wird jedes der Bytes des ersten Schlüsseltextderivats FD₁–FD₈ mit dem gleich nummerierten Byte der zweiten Eingangsdaten S₁–S₈ mit Exklusiv-ODER verknüpft, um das zweite Schlüsseltextderivat herzustellen. Somit wird das erste Schlüsseltextderivat FD₁ mit dem Byte der zweiten Eingangsdaten S₁ über das Exklusiv-ODER-Glied 119 exklusiv geODERt, um das zweite Schlüsseltextderivat SD₁ herzustellen. Das erste Schlüsseltextderivat FD₂ wird mit dem Byte der zweiten Eingangsdaten S₂ über das Exklusiv-ODER-Glied 121 mit Exklusiv-ODER verknüpft, um ein zweites Schlüsseltextderivat SD₂ herzustellen. Der Prozess setzt sich auf die gleiche Weise bis zu dem Punkt fort, wo das erste Schlüsseltextderivat FD₈ mit dem Byte der zweiten Eingangsdaten S₈ (über das Exklusiv-ODER-Glied 133) mit Exklusiv-ODER verknüpft wird, um ein zweites Schlüsseltextderivat SD₈ herzustellen.
5 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der der Eingang des sieben Byte langen Schlüssels 94 in den DES-Prozessor 90 von den Bytes F₂–F₈ der Eingangsdaten 92 bereitgestellt wird. Zusätzlich werden lediglich die ersten sieben Bytes der Ausgabedaten 96 verwendet.
Gemäß der Ausführungsform aus 5 wird jedes der ersten sieben Eingangsdatenbytes F₁–F₇ jeweils mit dem folgenden Eingangsdatenbyte F₂–F₈ mit Exklusiv-ODER verknüpft, um sieben Bytes Vorwärtsregelungsdaten FF₁–FF₇ herzustellen. Somit wird das Eingangsdatenbyte F₁ mit dem Eingangsdatenbyte F₂ in dem Exklusiv-ODER-Glied 102 mit Exklusiv-ODER verknüpft, um Vorwärtsregelungsdaten FF₁ herzustellen. Gleichermaßen wird das Eingangsdatenbyte F₂ mit dem Eingangsdatenbyte F₃ in dem Exklusiv-ODER-Glied 104 mit Exklusiv-ODER verknüpft, um Vorwärtsregelungsdaten FF₂ herzustellen. Der gleiche Prozess setzt sich durch die verbleibenden Exklusiv-ODER-Glieder 106, 108, 110, 112 und 114 fort, um die verbleibenden Vorwärtsregelungsdaten herzustellen.
Jedes der Vorwärtsregelungdatenbytes FF₁–FF₇ wird mit dem gleich nummerierten Schlüsseltextbyte C₁–C₇ mit Exklusiv-ODER verknüpft, um ein Schlüsseltextderivat, das sieben parallele Bytes D₁–D₇ beinhaltet, herzustellen. Somit wird zum Beispiel das Vorwärtsregelungsbyte FF₁ mit dem Schlüsseltextbyte C₁ in dem Exklusiv-ODER-Glied 120 mit Exklusiv-ODER verknüpft, um das Schlüsseltextderivatbyte D₁ herzustellen. Die verbleibenden Datenausgabebytes werden mit den verbleibenden Vorwärtsregelungsdatenbytes in den Exklusiv-ODER-Gliedern 122, 124, 126, 128, 130 bzw. 132 mit Exklusiv-ODER verknüpft, um die verbleibenden Schlüsseltextderivatbytes D₂–D₇ herzustellen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Exklusiv-ODER-Glieder in jeder der 4 und 5 durch Verweistabellen ersetzt werden können, die von den jeweiligen Eingängen adressiert werden, um das Exklusiv-ODER davon bereitzustellen.
Es versteht sich jetzt, dass die vorliegende Erfindung eine Verschlüsselungsvorrichtung bereitstellt, die ein eventuelles Sicherheitsproblem überwindet, das aus Sicherheitssystemen des Stands der Technik, die keine Komplementaritätseigenschaft aufweisen, resultieren kann.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht der Fachmann, dass zahlreiche Anpassungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen.

Claims

Eine Verschlüsselungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen Verschlüsselungsprozessor (90) mit einem ersten Eingang (92) zum Empfangen von acht parallelen Bytes F₁–F₈ erster Eingangsdaten, einem zweiten Eingang (94) zum Empfangen von acht parallelen Bytes S₁–S₈ zweiter Eingangsdaten und einem Ausgang (96) zum Ausgeben von acht parallelen Bytes C₁–C₈ Schlüsseltext; erste Mittel (103–117) zum Verarbeiten des Schlüsseltextes und der ersten Eingangsdaten, um ein erstes Schlüsseltextderivat, das acht parallele Bytes FD₁–FD₈ beinhaltet, herzustellen; wobei die ersten Mittel jedes der Schlüsseltextbytes C₁–C₈ mit dem gleich nummerierten Byte der ersten Eingangsdaten F₁–F₈ logisch verarbeiten, um das erste Schlüsseltextderivat herzustellen; zweite Mittel (119–133) zum Verarbeiten des ersten Schlüsseltextderivats und der acht Bytes S₁–S₈ der zweiten Eingangsdaten zum Ausgeben eines zweiten Schlüsseltextderivats, das acht parallele Bytes SD₁–SD₈ beinhaltet; wobei die zweiten Mittel jedes der Bytes des ersten Schlüsseltextderivats FD₁–FD₈ mit dem gleich nummerierten Byte der zweiten Eingangsdaten S₁–S₈ logisch verarbeiten, um das zweite Schlüsseltextderivat herzustellen; dadurch gekennzeichnet, dass die acht parallelen Bytes C₁–C₈ Schlüsseltext durch kryptographisches Verarbeiten der acht parallelen Bytes F₁–F₈ der ersten Eingangsdaten erzeugt werden, indem die ersten sieben Bytes S₁–S₇ der zweiten Eingangsdaten als kryptographischer Schlüssel verwendet werden.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die ersten Mittel eine nichtlineare Verknüpfung zum logischen Verarbeiten jedes der Schlüsseltextbytes C₁–C₈ mit dem gleich nummerierten Byte der ersten Eingangsdaten F₁–F₈ beinhalten, um das erste Schlüsseltextderivat herzustellen; und die zweiten Mittel eine nichtlineare Verknüpfung zum logischen Verarbeiten jedes der Bytes des ersten Schlüsseltextderivats FD₁–FD₈ mit dem gleich nummerierten Byte der zweiten Eingangsdaten S₁–S₈ beinhalten, um das zweite Schlüsseltextderivat herzustellen.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die nichtlinearen Verknüpfungen halb so viele Bits ausgeben, wie darin eingegeben werden.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Mittel jedes der Schlüsseltextbytes C₁–C₈ mit dem gleich nummerierten Byte der ersten Eingangsdaten F₁–F₈ exklusiv ODERn, um das erste Schlüsseltextderivat herzustellen; und wobei die zweiten Mittel jedes der Bytes des ersten Schlüsseltextderivats FD₁–FD₈ mit dem gleich nummerierten Byte der zweiten Eingangsdaten S₁–S₈ exklusiv ODERn, um das zweite Schlüsseltextderivat herzustellen.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die ersten Mittel eine Verweistabelle beinhalten, die von den ersten Eingangsdaten und dem Schlüsseltext adressiert wird, um die Exklusiv-ODER der gleich nummerierten Bytes davon auszugeben.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die zweiten Mittel eine Verweistabelle beinhalten, die von den zweiten Eingangsdaten und dem ersten Schlüsseltextderivat adressiert wird, um die Exklusiv-ODER der gleich nummerierten Bytes davon auszugeben.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die zweiten Mittel eine Verweistabelle beinhalten, die von den zweiten Eingangsdaten und dem ersten Schlüsseltextderivat adressiert wird, um die Exklusiv-ODER der gleich nummerierten Bytes davon auszugeben.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner Folgendes beinhaltet: eine zweite Verschlüsselungsprozessorstufe mit einem ersten Eingang zum Empfangen von acht parallelen Bytes dritter Eingangsdaten, einem zweiten Eingang zum Empfangen des zweiten Schlüsseltextderivats und einem Ausgang zum Ausgeben von acht parallelen Bytes zweiten Schlüsseltextes, der durch kryptographisches Verarbeiten der dritten Eingangsdaten und des zweiten Schlüsseltextderivats erzeugt wird.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Verschlüsselungsprozessoren DES-Prozessoren sind.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verschlüsselungsprozessor ein DES-Prozessor ist.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner Verweistabellen zum Implementieren der nichtlinearen Verknüpfungen der ersten und zweiten Mittel beinhaltet.
Eine Verschlüsselungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen Verschlüsselungsprozessor (90) mit einem ersten Eingang (92) zum Empfangen von acht parallelen Bytes F₁–F₈ Eingangsdaten, einem zweiten Eingang (94) zum Empfangen von acht parallelen Bytes als Schlüssel und einem Ausgang (96) zum Ausgeben von parallelen Bytes C₁–C₇ Schlüsseltext, der durch kryptographisches Verarbeiten der Eingangsdaten und des Schlüssels erzeugt wird; dadurch gekennzeichnet, dass die als Schlüssel am zweiten Eingang (94) empfangenen parallelen Bytes die Bytes F₂–F₈ der ersten Eingangsdaten sind; der Ausgang (96) sieben parallele Bytes C₁–C₇ ausgibt; die ersten Mittel (102–114) zum logischen Verarbeiten jedes der ersten sieben Eingangsdatenbytes F₁–F₇ jeweils mit dem folgenden Eingangsdatenbyte F₂–F₈ bereitgestellt sind, um sieben Bytes Vorwärtsregelungsdaten FF₁–FF₇ herzustellen; und die zweiten Mittel (120–132) zum logischen Verarbeiten jedes der Vorwärtsregelungsdatenbytes FF₁–FF₇ mit dem gleich nummerierten Schlüsseltextbyte C₁–C₇ bereitgestellt sind, um ein Schlüsseltextderivat, das sieben parallele Bytes D₁–D₇ beinhaltet, herzustellen.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei: die ersten Mittel eine nichtlineare Verknüpfung zum logischen Verarbeiten jedes der ersten sieben Eingangsdatenbytes F₁–F₇ jeweils mit dem folgenden Eingangsdatenbyte F₂–F₈ beinhalten, um sieben Bytes Vorwärtsregelungsdaten FF₁–FF₇ herzustellen; und die zweiten Mittel eine nichtlineare Verknüpfung zum logischen Verarbeiten jedes der Vorwärtsregelungsdatenbytes FF₁–FF₇ mit dem gleich nummerierten Schlüsseltextbyte C₁–C₇ beinhalten, um das Schlüsseltextderivat, das sieben parallele Bytes D₁–D₇ beinhaltet, herzustellen.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die nichtlinearen Verknüpfungen halb so viele Bits ausgeben, wie darin eingegeben werden.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei: die ersten Mittel jedes der ersten sieben Eingangsdatenbytes F₁–F₇ jeweils mit dem folgenden Eingangsdatenbyte F₂–F₈ exklusiv ODERn, um sieben Bytes Vorwärtsregelungsdaten FF₁–FF₇ herzustellen; und wobei die zweiten Mittel jedes der Vorwärtsregelungsdatenbytes FF₁–FF₇ mit dem gleich nummerierten Schlüsseltextbyte C₁–C₇ exklusiv ODERn, um das Schlüsseltextderivat, das die sieben parallelen Bytes D₁–D₇ beinhaltet, herzustellen.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die ersten Mittel eine Verweistabelle beinhalten, die von den ersten sieben und den folgenden Eingangsdatenbytes adressiert wird, um die Exklusiv-ODER davon auszugeben.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei die zweiten Mittel eine Verweistabelle beinhalten, die von den Vorwärtsregelungsdatenbytes und den gleich nummerierten Schlüsseltextbytes adressiert wird, um die Exklusiv-ODER davon auszugeben.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die zweiten Mittel eine Verweistabelle beinhalten, die von den Vorwärtsregelungsdatenbytes und den gleich nummerierten Schlüsseltextbytes adressiert wird, um die Exklusiv-ODER davon auszugeben.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei der Verschlüsselungsprozessor ein DES-Prozessor ist.
Verschlüsselungsvorrichtung gemäß Anspruch 12 bis 19, die ferner Verweistabellen zum Implementieren der nichtlinearen Verknüpfungen der ersten und zweiten Mittel beinhaltet.