JP2000089666A - 暗号化／復号化装置 - Google Patents
暗号化／復号化装置Info
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- JP2000089666A JP2000089666A JP10262073A JP26207398A JP2000089666A JP 2000089666 A JP2000089666 A JP 2000089666A JP 10262073 A JP10262073 A JP 10262073A JP 26207398 A JP26207398 A JP 26207398A JP 2000089666 A JP2000089666 A JP 2000089666A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来に比べより高い安全性の保証が可能な暗号
化／復号化装置を実現する。 【解決手段】復号化および暗号化に共通の秘密鍵を用
い、複数段の暗号化処理段によって、一定のビット長の
ブロック毎にデータの暗号化および復号化を行う暗号化
／復号化装置において、複数段の暗号化処理段において
暗号化関数を実現する暗号化関数部が、入力されたデー
タに対して秘密鍵から生成された鍵を用いて攪乱演算を
行って演算結果を出力する非線形処理部３０１−１〜３
０１−４と、非線形処理部から出力されたデータを入力
し、所定の線形演算を行って演算結果を出力する線形処
理部３０２−１〜３０２−３とを、交互に、非線形処理
部を４段と、線形処理部を３段、縦段接続して構成され
ている。
化／復号化装置を実現する。 【解決手段】復号化および暗号化に共通の秘密鍵を用
い、複数段の暗号化処理段によって、一定のビット長の
ブロック毎にデータの暗号化および復号化を行う暗号化
／復号化装置において、複数段の暗号化処理段において
暗号化関数を実現する暗号化関数部が、入力されたデー
タに対して秘密鍵から生成された鍵を用いて攪乱演算を
行って演算結果を出力する非線形処理部３０１−１〜３
０１−４と、非線形処理部から出力されたデータを入力
し、所定の線形演算を行って演算結果を出力する線形処
理部３０２−１〜３０２−３とを、交互に、非線形処理
部を４段と、線形処理部を３段、縦段接続して構成され
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は共通鍵暗号アルゴ
リズムにおけるブロック暗号方式を用いた暗号化／復号
化装置に係り、特に、差分解読法や線形解読法に対して
強い暗号化／復号化装置に関する。
リズムにおけるブロック暗号方式を用いた暗号化／復号
化装置に係り、特に、差分解読法や線形解読法に対して
強い暗号化／復号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１に、暗号化および復号化において共
通の秘密鍵を用いる共通鍵暗号の一方式であるデータの
暗号化および復号化を一定のまとまった長さ毎に行うブ
ロック暗号方式による暗号化および復号化装置（以下、
暗号化／復号化装置）の基本的な機能構成を示す。図１
に示す暗号化／復号化装置は、ｊ個のそれぞれ暗号化／
復号化処理を行う暗号化処理段１０１−１，１０１−
２，…，１０１−ｊから構成されている。この暗号化／
復号化装置は、６４ビット、１２８ビット等の一定のブ
ロック長毎に平文Ｓ又は暗号文Ｔを入力して、複数の暗
号化処理段１０１−１，１０１−２，…，１０１−ｊに
よって暗号化又は復号化処理を複数回繰り返し行い、そ
れぞれ入力文と同一のブロック長を有する暗号文Ｕ又は
平文Ｖを出力する。各暗号化処理段１０１−１，１０１
−２，…，１０１−ｊでは暗号化／復号化処理の際に、
秘密鍵のデータに基づく計算処理が行われる。その際、
各暗号化処理段１０１−１，１０１−２，…，１０１−
ｊでは、１つの複数ビットの秘密鍵からビット単位の転
置、シフト等により生成された異なる複数の鍵が使用さ
れる。なお、暗号化と復号化の処理では、各暗号化処理
段１０１−１，１０１−２，…，１０１−ｊで用いられ
る複数の鍵の使用順序が互いに逆順となる。また、以下
の説明では暗号化と復号化で共通する事項に対して、暗
号化に関連する名称、用語を代表して使用する。
通の秘密鍵を用いる共通鍵暗号の一方式であるデータの
暗号化および復号化を一定のまとまった長さ毎に行うブ
ロック暗号方式による暗号化および復号化装置（以下、
暗号化／復号化装置）の基本的な機能構成を示す。図１
に示す暗号化／復号化装置は、ｊ個のそれぞれ暗号化／
復号化処理を行う暗号化処理段１０１−１，１０１−
２，…，１０１−ｊから構成されている。この暗号化／
復号化装置は、６４ビット、１２８ビット等の一定のブ
ロック長毎に平文Ｓ又は暗号文Ｔを入力して、複数の暗
号化処理段１０１−１，１０１−２，…，１０１−ｊに
よって暗号化又は復号化処理を複数回繰り返し行い、そ
れぞれ入力文と同一のブロック長を有する暗号文Ｕ又は
平文Ｖを出力する。各暗号化処理段１０１−１，１０１
−２，…，１０１−ｊでは暗号化／復号化処理の際に、
秘密鍵のデータに基づく計算処理が行われる。その際、
各暗号化処理段１０１−１，１０１−２，…，１０１−
ｊでは、１つの複数ビットの秘密鍵からビット単位の転
置、シフト等により生成された異なる複数の鍵が使用さ
れる。なお、暗号化と復号化の処理では、各暗号化処理
段１０１−１，１０１−２，…，１０１−ｊで用いられ
る複数の鍵の使用順序が互いに逆順となる。また、以下
の説明では暗号化と復号化で共通する事項に対して、暗
号化に関連する名称、用語を代表して使用する。
【０００３】図２は、図１における暗号化処理段１０１
−１〜１０１−ｊの各段における機能構成を示すブロッ
ク図である。図２に示す暗号化処理段は、２つの入力に
対してビット毎に排他的論理和を行って出力する排他的
論理和回路（以下、ＸＯＲ回路）２０１−ｉと、複数ビ
ットからなる鍵を用いた暗号化処理を行う暗号化関数部
２０２−ｉから構成されている。入力Ｓ、あるいは前段
から出力されたデータのブロック長の左半分のビットの
Ｐｉ−１は、ＸＯＲ回路２０１−ｉへと入力され、暗号
化関数部２０２−ｉの出力Ｒｉとビット毎に排他的論理
和（以下、ＸＯＲ）が行われて、後段の右半分の入力と
なる出力Ｑｉ（＝Ｐｉ−１（＋）Ｒｉ）として出力され
る（（＋）はＸＯＲを示す）。一方、 各段の入力デー
タの右半分のビットのＱｉ−１は、暗号化関数部２０２
−ｉへ入力されるとともに、後段の左半分の入力となる
出力Ｐｉ（＝Ｑｉ−１）として出力される。ここでｉは
図１の暗号化処理段の段数に対応する１〜ｊの整数であ
り、Ｐ０およびＱ０は入力データＳ又はＴに、Ｐｊ＋１
およびＱｊ＋１は出力データＵ又はＶに対応するデータ
である。
−１〜１０１−ｊの各段における機能構成を示すブロッ
ク図である。図２に示す暗号化処理段は、２つの入力に
対してビット毎に排他的論理和を行って出力する排他的
論理和回路（以下、ＸＯＲ回路）２０１−ｉと、複数ビ
ットからなる鍵を用いた暗号化処理を行う暗号化関数部
２０２−ｉから構成されている。入力Ｓ、あるいは前段
から出力されたデータのブロック長の左半分のビットの
Ｐｉ−１は、ＸＯＲ回路２０１−ｉへと入力され、暗号
化関数部２０２−ｉの出力Ｒｉとビット毎に排他的論理
和（以下、ＸＯＲ）が行われて、後段の右半分の入力と
なる出力Ｑｉ（＝Ｐｉ−１（＋）Ｒｉ）として出力され
る（（＋）はＸＯＲを示す）。一方、 各段の入力デー
タの右半分のビットのＱｉ−１は、暗号化関数部２０２
−ｉへ入力されるとともに、後段の左半分の入力となる
出力Ｐｉ（＝Ｑｉ−１）として出力される。ここでｉは
図１の暗号化処理段の段数に対応する１〜ｊの整数であ
り、Ｐ０およびＱ０は入力データＳ又はＴに、Ｐｊ＋１
およびＱｊ＋１は出力データＵ又はＶに対応するデータ
である。
【０００４】図２に示す暗号化関数部２０２−ｉの従来
の構成の一例を図７に示す。図７は、共通鍵暗号として
広く使用されている「ＤＥＳ暗号」（Data Encryption
Standard；米国ＮＩＳＴ（National Institute of Stan
dards and Technology）の規格）（以下、従来技術１と
称する）における暗号化関数部の構成を示すブロック図
である。図７に示す暗号化関数部２０２−ｉでは、入力
された３２ビットのＱｉ−１が拡大転置部８０１で所定
の転置表（変換表）を用いた拡大転置によって４８ビッ
トのデータに変換されてＸＯＲ回路８０２へと入力され
る。ＸＯＲ回路８０２は６４ビットの秘密鍵からあらか
じめ生成されていたｉ段用の４８ビットの鍵と拡大転置
部８０１の出力とでＸＯＲを行って４８ビットのデータ
を出力する。ＸＯＲ回路８０２の出力は各６ビットずつ
に分けられ、８個のＳボックスと呼ばれるデータ置換部
（Ｓ１〜Ｓ８）８０３−１〜８０３−８へと入力され
る。各Ｓボックス８０３−１〜８０３−８では、入力さ
れた各６ビットのデータに対して所定の置換表に基づく
データの置き換えが行われて各４ビットのデータが出力
される。さらに転置部８０４で所定の転置表に基づいて
ビット位置の転置が行われて３２ビットの処理結果Ｒｉ
が求められる。
の構成の一例を図７に示す。図７は、共通鍵暗号として
広く使用されている「ＤＥＳ暗号」（Data Encryption
Standard；米国ＮＩＳＴ（National Institute of Stan
dards and Technology）の規格）（以下、従来技術１と
称する）における暗号化関数部の構成を示すブロック図
である。図７に示す暗号化関数部２０２−ｉでは、入力
された３２ビットのＱｉ−１が拡大転置部８０１で所定
の転置表（変換表）を用いた拡大転置によって４８ビッ
トのデータに変換されてＸＯＲ回路８０２へと入力され
る。ＸＯＲ回路８０２は６４ビットの秘密鍵からあらか
じめ生成されていたｉ段用の４８ビットの鍵と拡大転置
部８０１の出力とでＸＯＲを行って４８ビットのデータ
を出力する。ＸＯＲ回路８０２の出力は各６ビットずつ
に分けられ、８個のＳボックスと呼ばれるデータ置換部
（Ｓ１〜Ｓ８）８０３−１〜８０３−８へと入力され
る。各Ｓボックス８０３−１〜８０３−８では、入力さ
れた各６ビットのデータに対して所定の置換表に基づく
データの置き換えが行われて各４ビットのデータが出力
される。さらに転置部８０４で所定の転置表に基づいて
ビット位置の転置が行われて３２ビットの処理結果Ｒｉ
が求められる。
【０００５】なお、「ＤＥＳ暗号」では、図１に示す暗
号化／復号化装置の暗号化／復号化の処理は１６回の繰
り返しである。また、暗号化／復号化装置の全体の構成
としては、図１の構成に対して、入力段と出力段に、そ
れぞれ初期転置処理と逆初期転置処理を行うブロックが
追加されている。また、各暗号化処理段では、１つの６
４ビットの秘密鍵から生成されたそれぞれ異なる１６個
の４８ビットの鍵が使用されるようになっている。
号化／復号化装置の暗号化／復号化の処理は１６回の繰
り返しである。また、暗号化／復号化装置の全体の構成
としては、図１の構成に対して、入力段と出力段に、そ
れぞれ初期転置処理と逆初期転置処理を行うブロックが
追加されている。また、各暗号化処理段では、１つの６
４ビットの秘密鍵から生成されたそれぞれ異なる１６個
の４８ビットの鍵が使用されるようになっている。
【０００６】図８に、図２に示す暗号化関数部２０２−
ｉの他の従来の構成例を示す。図８は、ＮＴＴ（日本電
信電話株式会社）によって開発された１２８ビットブロ
ックアルゴリズムを採用した「Ｅ２」という共通鍵暗号
アルゴリズム（以下、従来技術２と称する）における暗
号化関数部の構成を示すブロック図である。図８に示す
暗号化関数部２０２−ｉでは、入力された６４ビットの
データＱｉ−１が各８ビットのデータｘ１，ｘ２，…，
ｘ８に分割された後、非線形処理部９０１へ入力され
る。非線形処理部９０１では、入力されたデータｘ１，
ｘ２，…，ｘ８が、８個のＸＯＲ回路によって１２８ビ
ットの秘密鍵から生成された第１の鍵Ｋ（１）とＸＯＲ
されて、その演算の結果が８個のＳボックスへそれぞれ
入力される。８個のＳボックスでは、予め定められた置
換表を参照することで入力データに対して置換処理が行
われ、各８ビットのデータｚ１，ｚ２，…，ｚ８が出力
される。ここで、非線形処理部９０１では、Ｓボックス
というデータ置換部において置換処理を行うことで、出
力として、入力データに対して非線形な変換処理を行っ
たデータが得られることになる。
ｉの他の従来の構成例を示す。図８は、ＮＴＴ（日本電
信電話株式会社）によって開発された１２８ビットブロ
ックアルゴリズムを採用した「Ｅ２」という共通鍵暗号
アルゴリズム（以下、従来技術２と称する）における暗
号化関数部の構成を示すブロック図である。図８に示す
暗号化関数部２０２−ｉでは、入力された６４ビットの
データＱｉ−１が各８ビットのデータｘ１，ｘ２，…，
ｘ８に分割された後、非線形処理部９０１へ入力され
る。非線形処理部９０１では、入力されたデータｘ１，
ｘ２，…，ｘ８が、８個のＸＯＲ回路によって１２８ビ
ットの秘密鍵から生成された第１の鍵Ｋ（１）とＸＯＲ
されて、その演算の結果が８個のＳボックスへそれぞれ
入力される。８個のＳボックスでは、予め定められた置
換表を参照することで入力データに対して置換処理が行
われ、各８ビットのデータｚ１，ｚ２，…，ｚ８が出力
される。ここで、非線形処理部９０１では、Ｓボックス
というデータ置換部において置換処理を行うことで、出
力として、入力データに対して非線形な変換処理を行っ
たデータが得られることになる。
【０００７】非線形処理部９０１から出力されたデータ
ｚ１，ｚ２，…，ｚ８に対しては、データ変換層９０２
において下式で示す線形演算処理が行われる。
ｚ１，ｚ２，…，ｚ８に対しては、データ変換層９０２
において下式で示す線形演算処理が行われる。
【数１】
【０００８】なお、図８に示すデータ変換層９０２は、
１６個のＸＯＲ回路から構成されているが、これは上式
を実現する一例であって、内部の構成については限定さ
れない。
１６個のＸＯＲ回路から構成されているが、これは上式
を実現する一例であって、内部の構成については限定さ
れない。
【０００９】データ変換層９０２から出力された各８ビ
ットのデータｚ１'，ｚ２'，…，ｚ８'は、非線形処理
部９０３へ入力される。非線形処理部９０３では、非線
形処理部９０１と同様にして、８個のＸＯＲ回路を用い
て入力データｚ１'，ｚ２'，…，ｚ８'と秘密鍵から生
成された第２の鍵Ｋ（２）とでＸＯＲを行い、さらに８
個のＳボックスで予め定めた置換表を参照することで置
換処理を行い、処理結果として各８ビットのデータｙ
１，ｙ２，…，ｙ８を出力する。
ットのデータｚ１'，ｚ２'，…，ｚ８'は、非線形処理
部９０３へ入力される。非線形処理部９０３では、非線
形処理部９０１と同様にして、８個のＸＯＲ回路を用い
て入力データｚ１'，ｚ２'，…，ｚ８'と秘密鍵から生
成された第２の鍵Ｋ（２）とでＸＯＲを行い、さらに８
個のＳボックスで予め定めた置換表を参照することで置
換処理を行い、処理結果として各８ビットのデータｙ
１，ｙ２，…，ｙ８を出力する。
【００１０】非線形処理部９０３から出力された各８ビ
ットのデータｙ１，ｙ２，…，ｙ８には、さらに８ビッ
トを単位とする左回転処理が行われる。そして回転処理
の結果が暗号化関数の処理結果Ｒｉとして出力される。
ットのデータｙ１，ｙ２，…，ｙ８には、さらに８ビッ
トを単位とする左回転処理が行われる。そして回転処理
の結果が暗号化関数の処理結果Ｒｉとして出力される。
【００１１】なお、アルゴリズム「Ｅ２」では、図１に
示す暗号化／復号化装置が１２段の暗号化／復号化処理
段を有して構成されている。暗号化／復号化装置の全体
の構成としては、図１の構成に対して、入力段と出力段
に、それぞれ初期変換処理と最終変換処理を行うブロッ
クが追加されている。また、各暗号化処理段では１つの
１２８ビットまたは１９２ビットもしくは２５６ビット
の秘密鍵から生成されたそれぞれ異なる１２個の鍵が使
用され、初期変換処理と最終変換処理の各ブロックでは
各２個の異なる鍵が使用されるようになっている。
示す暗号化／復号化装置が１２段の暗号化／復号化処理
段を有して構成されている。暗号化／復号化装置の全体
の構成としては、図１の構成に対して、入力段と出力段
に、それぞれ初期変換処理と最終変換処理を行うブロッ
クが追加されている。また、各暗号化処理段では１つの
１２８ビットまたは１９２ビットもしくは２５６ビット
の秘密鍵から生成されたそれぞれ異なる１２個の鍵が使
用され、初期変換処理と最終変換処理の各ブロックでは
各２個の異なる鍵が使用されるようになっている。
【００１２】以上の説明したように、 従来技術１にお
いては、図７に示すように各暗号化関数部においてＳボ
ックスを用いる非線形な処理を行うデータ置換部が１段
設けられ、さらにこの暗号化関数部を有する暗号化処理
段を複数段設けることによって安全性の向上が図られて
いる。従来技術２では、図８に示すように暗号化関数に
おいて、Ｓボックスを用いる非線形処理部で置換された
データを線形処理部で変換し、さらに、もう一度Ｓボッ
クスを用いる非線形処理部でデータを置換することによ
り、さらなる安全性の向上を図っている。
いては、図７に示すように各暗号化関数部においてＳボ
ックスを用いる非線形な処理を行うデータ置換部が１段
設けられ、さらにこの暗号化関数部を有する暗号化処理
段を複数段設けることによって安全性の向上が図られて
いる。従来技術２では、図８に示すように暗号化関数に
おいて、Ｓボックスを用いる非線形処理部で置換された
データを線形処理部で変換し、さらに、もう一度Ｓボッ
クスを用いる非線形処理部でデータを置換することによ
り、さらなる安全性の向上を図っている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の装置は、最大平均差分確率という暗号化の強度評価
（最悪値が１、最良値がｐ27、ｐは０以上１以下の値）
として最も一般的な尺度において、従来技術１の場合で
１、従来技術２の場合でｐ12であり、何れの場合もこの
尺度における理論的最大値であるｐ27に比べて低い安全
性しか保証できないという課題があった。
の装置は、最大平均差分確率という暗号化の強度評価
（最悪値が１、最良値がｐ27、ｐは０以上１以下の値）
として最も一般的な尺度において、従来技術１の場合で
１、従来技術２の場合でｐ12であり、何れの場合もこの
尺度における理論的最大値であるｐ27に比べて低い安全
性しか保証できないという課題があった。
【００１４】この発明の目的は、従来技術に比べより高
い安全性の保証が可能な暗号化／復号化装置を実現する
ことにある。
い安全性の保証が可能な暗号化／復号化装置を実現する
ことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、復号化および暗号化に共通
の秘密鍵を用い、一定のビット長のブロック毎にデータ
の暗号化および復号化を行う暗号化／復号化装置におい
て、各段の入力データの半分のビット数を有する第１の
データを所定の暗号化処理を行う暗号化関数部に入力し
て得られる該暗号化関数部の出力を入力データの他の半
分のビット数を有する第２のデータにビット毎にＸＯＲ
して得られる第３のデータと、第１のデータとを出力す
る暗号化処理段を、互いに複数段接続し、該複数段の暗
号化処理段によって暗号化／復号化処理を複数回繰り返
し行うことでデータの暗号化又は復号化を行うものであ
って、前記暗号化関数部が、入力されたデータに対して
秘密鍵から生成された鍵を用いて攪乱演算を行って演算
結果を出力する非線形処理部と、非線形処理部から出力
されたデータを入力し、所定の線形演算を行って演算結
果を出力する線形処理部とを、交互に、非線形処理部を
４段と、線形処理部を３段、縦段接続してなることを特
徴としている。
め、請求項１記載の発明は、復号化および暗号化に共通
の秘密鍵を用い、一定のビット長のブロック毎にデータ
の暗号化および復号化を行う暗号化／復号化装置におい
て、各段の入力データの半分のビット数を有する第１の
データを所定の暗号化処理を行う暗号化関数部に入力し
て得られる該暗号化関数部の出力を入力データの他の半
分のビット数を有する第２のデータにビット毎にＸＯＲ
して得られる第３のデータと、第１のデータとを出力す
る暗号化処理段を、互いに複数段接続し、該複数段の暗
号化処理段によって暗号化／復号化処理を複数回繰り返
し行うことでデータの暗号化又は復号化を行うものであ
って、前記暗号化関数部が、入力されたデータに対して
秘密鍵から生成された鍵を用いて攪乱演算を行って演算
結果を出力する非線形処理部と、非線形処理部から出力
されたデータを入力し、所定の線形演算を行って演算結
果を出力する線形処理部とを、交互に、非線形処理部を
４段と、線形処理部を３段、縦段接続してなることを特
徴としている。
【００１６】この発明によれば暗号化／復号化装置の何
れにおいても、暗号化関数部において非線形処理部と線
形処理部が交互にそれぞれ４段、３段多段縦段接続され
た暗号化関数を用いることにより、暗号化関数の最大平
均差分確率を小さくすることによって全体としての安全
性を高めることができる。
れにおいても、暗号化関数部において非線形処理部と線
形処理部が交互にそれぞれ４段、３段多段縦段接続され
た暗号化関数を用いることにより、暗号化関数の最大平
均差分確率を小さくすることによって全体としての安全
性を高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照して本発
明の実施形態について説明する。本発明による暗号化／
復号化装置全体としての基本的な構成は、従来の例とし
て説明した「ＤＥＳ」や「Ｅ２」のような他のブロック
暗号化方式による構成と同様に、図１に示す構造を有し
ている。すなわち本発明による暗号化／復号化装置は、
図１に示すように暗号化処理段１０１−１〜１０１−ｊ
が多段縦段接続された構成を有している。図１では、そ
の多段縦段の初段のデータとして各ｂビットのブロック
長を有する平文Ｓ又は暗号文Ｔが入力され、終段の出力
として各ｂビットのブロック長を有する暗号文Ｕ又は平
文Ｖが出力される。
明の実施形態について説明する。本発明による暗号化／
復号化装置全体としての基本的な構成は、従来の例とし
て説明した「ＤＥＳ」や「Ｅ２」のような他のブロック
暗号化方式による構成と同様に、図１に示す構造を有し
ている。すなわち本発明による暗号化／復号化装置は、
図１に示すように暗号化処理段１０１−１〜１０１−ｊ
が多段縦段接続された構成を有している。図１では、そ
の多段縦段の初段のデータとして各ｂビットのブロック
長を有する平文Ｓ又は暗号文Ｔが入力され、終段の出力
として各ｂビットのブロック長を有する暗号文Ｕ又は平
文Ｖが出力される。
【００１８】次に、図１における各暗号化処理段１０１
−１〜１０１−ｊとしては、従来の技術と同様に図２に
示すような構成を用いることができる。各暗号化処理段
１０１−ｉ（ｉは１〜ｊ）には、図２に示すようにブロ
ック長（ｂビット）をそれぞれ半分に分割したデータＰ
ｉ−１とデータＱｉ−１を入力し、データＱｉ−１を暗
号化関数部２０２−ｉに入力して得られる出力Ｒｉを、
ＸＯＲ回路２０１−ｉによってデータＰｉ−１にビット
毎（bit-wise）のＸＯＲして得られるＰｉ−１（＋）Ｒ
ｉ（（＋）はＸＯＲを表す）を次段の入力Ｑｉとする。
また、Ｑｉ−１をそのまま次段の入力Ｐｉとして出力す
るような構造を考える。
−１〜１０１−ｊとしては、従来の技術と同様に図２に
示すような構成を用いることができる。各暗号化処理段
１０１−ｉ（ｉは１〜ｊ）には、図２に示すようにブロ
ック長（ｂビット）をそれぞれ半分に分割したデータＰ
ｉ−１とデータＱｉ−１を入力し、データＱｉ−１を暗
号化関数部２０２−ｉに入力して得られる出力Ｒｉを、
ＸＯＲ回路２０１−ｉによってデータＰｉ−１にビット
毎（bit-wise）のＸＯＲして得られるＰｉ−１（＋）Ｒ
ｉ（（＋）はＸＯＲを表す）を次段の入力Ｑｉとする。
また、Ｑｉ−１をそのまま次段の入力Ｐｉとして出力す
るような構造を考える。
【００１９】次に、本発明が特徴とする構成である図２
に示す暗号化関数部２０２−ｉの構成について説明す
る。本発明においては、暗号化関数部２０２−ｉを、図
３に示すように、非線形処理部３０１−１，３０１−
２，３０１−３，および３０１−４と線形処理部３０２
−１，３０２−２，および３０２−３が交互にそれぞれ
４段と、３段縦段接続された構造とする。非線形処理部
３０１−１，３０１−２，３０１−３，および３０１−
４と、線形処理部３０２−１，３０２−２，および３０
２−３では、それぞれ入力された平文Ｓ又は暗号文Ｔの
ブロック長ｂビットの半分のビットをｍ分割した値（ｍ
は２以上、ｂの半分以下の整数）と等しいビット数（ｎ
ビットとする）を有するｍ個のデータが並列に入出力さ
れる。図３では、入力段となる非線形処理部３０１−１
の入力データをＥ１，Ｅ２，…，Ｅｍ、出力段となる非
線形処理部３０１−４の出力データをＦ１，Ｆ２，…，
Ｆｍとしている。
に示す暗号化関数部２０２−ｉの構成について説明す
る。本発明においては、暗号化関数部２０２−ｉを、図
３に示すように、非線形処理部３０１−１，３０１−
２，３０１−３，および３０１−４と線形処理部３０２
−１，３０２−２，および３０２−３が交互にそれぞれ
４段と、３段縦段接続された構造とする。非線形処理部
３０１−１，３０１−２，３０１−３，および３０１−
４と、線形処理部３０２−１，３０２−２，および３０
２−３では、それぞれ入力された平文Ｓ又は暗号文Ｔの
ブロック長ｂビットの半分のビットをｍ分割した値（ｍ
は２以上、ｂの半分以下の整数）と等しいビット数（ｎ
ビットとする）を有するｍ個のデータが並列に入出力さ
れる。図３では、入力段となる非線形処理部３０１−１
の入力データをＥ１，Ｅ２，…，Ｅｍ、出力段となる非
線形処理部３０１−４の出力データをＦ１，Ｆ２，…，
Ｆｍとしている。
【００２０】図３に示す各非線形処理部３０１−１〜３
０１−４は、それぞれ図４に示すように各ｎビットのデ
ータＣ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｍと、各ｋビットの鍵Ｋ
１，Ｋ１，…，Ｋｍとを入力して置換演算を用いた攪乱
演算を行って各ｎビットのデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，
…，Ｄｍを出力するｍ個の演算部４０１−１〜４０１−
ｍから構成されている。これらｍ個の演算部４０１−１
〜４０１−ｍは、並列して動作する。各ｋビットの鍵Ｋ
１，Ｋ１，…，Ｋｍは、従来の場合と同様にして１つの
秘密鍵から置換、ビットシフト等の処理によって予め生
成しておく。なお、非線形処理部において用いる鍵Ｋ
１，Ｋ２，…，Ｋｍは、図１の各暗号化処理段１０１−
１〜１０１−ｊ毎に異なる値とすることが望ましい。ま
た、各暗号化処理段内で、あるいは各非線形処理部内
で、鍵Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍを同一の値にすることも可
能である。
０１−４は、それぞれ図４に示すように各ｎビットのデ
ータＣ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｍと、各ｋビットの鍵Ｋ
１，Ｋ１，…，Ｋｍとを入力して置換演算を用いた攪乱
演算を行って各ｎビットのデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，
…，Ｄｍを出力するｍ個の演算部４０１−１〜４０１−
ｍから構成されている。これらｍ個の演算部４０１−１
〜４０１−ｍは、並列して動作する。各ｋビットの鍵Ｋ
１，Ｋ１，…，Ｋｍは、従来の場合と同様にして１つの
秘密鍵から置換、ビットシフト等の処理によって予め生
成しておく。なお、非線形処理部において用いる鍵Ｋ
１，Ｋ２，…，Ｋｍは、図１の各暗号化処理段１０１−
１〜１０１−ｊ毎に異なる値とすることが望ましい。ま
た、各暗号化処理段内で、あるいは各非線形処理部内
で、鍵Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍを同一の値にすることも可
能である。
【００２１】図５は、図４に示す非線形処理部の内部構
成のより具体的な構成を示すブロック図である。図５に
示す非線形処理部は、各ｎビットの入力Ｃ１，Ｃ２，
…，Ｃｍをそれぞれ入力して、入力データと同じビット
長の各ｎビットの鍵Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍとビット毎の
ＸＯＲをとるＸＯＲ回路５０１−１，５０１−２，…，
５０１−ｍと、各ＸＯＲ回路５０１−１，５０１−２，
…，５０１−ｍの出力に対して、所定の置換表による置
換処理を行うことでデータに対して攪乱演算を行う置換
部５０２−１，５０２−２，…，５０２−ｍから構成さ
れている。置換部５０２−１，５０２−２，…，５０２
−ｍは、図７〜図８を参照して説明した従来の構成にお
けるＳボックスと同様の構成を用いることができる。置
換部５０２−１，５０２−２，…，５０２−ｍからは、
それぞれｎビットのデータＤ１，Ｄ２，…，Ｄｍが出力
されて、後続する線形処置部へと入力されるか、または
最最終段であれば暗号化関数部の出力となる。
成のより具体的な構成を示すブロック図である。図５に
示す非線形処理部は、各ｎビットの入力Ｃ１，Ｃ２，
…，Ｃｍをそれぞれ入力して、入力データと同じビット
長の各ｎビットの鍵Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍとビット毎の
ＸＯＲをとるＸＯＲ回路５０１−１，５０１−２，…，
５０１−ｍと、各ＸＯＲ回路５０１−１，５０１−２，
…，５０１−ｍの出力に対して、所定の置換表による置
換処理を行うことでデータに対して攪乱演算を行う置換
部５０２−１，５０２−２，…，５０２−ｍから構成さ
れている。置換部５０２−１，５０２−２，…，５０２
−ｍは、図７〜図８を参照して説明した従来の構成にお
けるＳボックスと同様の構成を用いることができる。置
換部５０２−１，５０２−２，…，５０２−ｍからは、
それぞれｎビットのデータＤ１，Ｄ２，…，Ｄｍが出力
されて、後続する線形処置部へと入力されるか、または
最最終段であれば暗号化関数部の出力となる。
【００２２】図６に図３に示す線形処理部３０２−１〜
３０２−３の具体的構成を示す。図６においては行列Ａ
の値を例えば下式のように予め定め、各線形処理部３０
２−１〜３０２−３の入力となる各ｎビットのデータＧ
１，Ｇ２，…，Ｇｍに線形作用させる線形変換を定めて
いる。図６に示す構成では、入力データＧ１〜Ｇｍと、
行列Ａから、各ｎビットの出力Ｈ１，Ｈ２，…，Ｈｍを
下式のようにして求める。ただし、下式は、平文Ｓ又は
暗号化文Ｔのブロック長を１２８ビット、ブロックの分
割数ｍを８、各データＧ１，Ｇ２，…，ＧｍおよびＨ
１，Ｈ２，…，Ｈｍのビット数を８ビットとする場合の
例である。
３０２−３の具体的構成を示す。図６においては行列Ａ
の値を例えば下式のように予め定め、各線形処理部３０
２−１〜３０２−３の入力となる各ｎビットのデータＧ
１，Ｇ２，…，Ｇｍに線形作用させる線形変換を定めて
いる。図６に示す構成では、入力データＧ１〜Ｇｍと、
行列Ａから、各ｎビットの出力Ｈ１，Ｈ２，…，Ｈｍを
下式のようにして求める。ただし、下式は、平文Ｓ又は
暗号化文Ｔのブロック長を１２８ビット、ブロックの分
割数ｍを８、各データＧ１，Ｇ２，…，ＧｍおよびＨ
１，Ｈ２，…，Ｈｍのビット数を８ビットとする場合の
例である。
【数２】
【００２３】なお、本発明による暗号化／復号化装置
は、論理回路によるハードウェアによって実現すること
もできるし、計算機とその計算機で実行される暗号化／
復号化プログラムとの組み合わせによって実現すること
も可能である。また、暗号化／復号化プログラムは、計
算機読み取り可能な記録媒体に記録して、あるいはネッ
トワークを介して頒布することが可能である。
は、論理回路によるハードウェアによって実現すること
もできるし、計算機とその計算機で実行される暗号化／
復号化プログラムとの組み合わせによって実現すること
も可能である。また、暗号化／復号化プログラムは、計
算機読み取り可能な記録媒体に記録して、あるいはネッ
トワークを介して頒布することが可能である。
【００２４】
【実施例】上記発明の実施の形態において最大平均差分
確率という安全性評価尺度においてｊ＝８の場合に実際
に計算することにより各置換の最大平均差分確率をｐと
定めたとき、暗号化関数部が２ｐ8という理論的最良値
（ｐ8）に近い値を示し、暗号全体として８ｐ24という
高い安全性が保証可能であることが確認された。これは
従来技術１、２の場合と比べて高い安全性が保証可能で
あることを示している。
確率という安全性評価尺度においてｊ＝８の場合に実際
に計算することにより各置換の最大平均差分確率をｐと
定めたとき、暗号化関数部が２ｐ8という理論的最良値
（ｐ8）に近い値を示し、暗号全体として８ｐ24という
高い安全性が保証可能であることが確認された。これは
従来技術１、２の場合と比べて高い安全性が保証可能で
あることを示している。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、４段の非線形処理部と
３段の線形処理部を交互に接続してなる暗号化関数部を
用いて暗号化処理手段を構成することによって、従来技
術に比べ非常に高い安全性の保証が可能な暗号化／復号
化装置を実現することが可能になる。
３段の線形処理部を交互に接続してなる暗号化関数部を
用いて暗号化処理手段を構成することによって、従来技
術に比べ非常に高い安全性の保証が可能な暗号化／復号
化装置を実現することが可能になる。
【図１】 ブロック暗号化方式による暗号化／復号化装
置の機能構成を示すブロック図である。
置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】 図１における暗号化処理段の機能構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図３】 本発明が特徴とする図２における暗号化関数
部の機能構成を示すブロック図である。
部の機能構成を示すブロック図である。
【図４】 図３における非線形処理部の機能構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図５】 図４における非線形処理部の具体的な構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図６】 図３における線形処理部の具体的構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図７】 従来技術１における暗号化関数部の機能構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図８】 従来技術２における暗号化関数部の機能構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
１０１−１〜１０１−ｊ 暗号化処理段 ２０１−ｉ ＸＯＲ回路 ２０２−ｉ 暗号化関数部 ３０１−１〜３０１−４ 非線形処理部 ３０２−１〜３０２−３ 線形処理部
Claims (1)
- 【請求項１】 復号化および暗号化に共通の秘密鍵を用
い、一定のビット長のブロック毎にデータの暗号化およ
び復号化を行う暗号化／復号化装置において、 各段の入力データの半分のビット数を有する第１のデー
タを所定の暗号化処理を行う暗号化関数部に入力して得
られる該暗号化関数部の出力を入力データの他の半分の
ビット数を有する第２のデータにビット毎にＸＯＲして
得られる第３のデータと、第１のデータとを出力する暗
号化処理段を、互いに複数段接続し、該複数段の暗号化
処理段によって暗号化／復号化処理を複数回繰り返し行
うことでデータの暗号化又は復号化を行うものであっ
て、 前記暗号化関数部が、 入力されたデータに対して秘密鍵から生成された鍵を用
いて攪乱演算を行って演算結果を出力する非線形処理部
と、 非線形処理部から出力されたデータを入力し、所定の線
形演算を行って演算結果を出力する線形処理部とを、 交互に、非線形処理部を４段と、線形処理部を３段、縦
段接続してなることを特徴とする暗号化／復号化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10262073A JP2000089666A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 暗号化／復号化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10262073A JP2000089666A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 暗号化／復号化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000089666A true JP2000089666A (ja) | 2000-03-31 |
Family
ID=17370663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10262073A Pending JP2000089666A (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | 暗号化／復号化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000089666A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005063207A (ja) * | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Easy Systems Japan Kk | アップデートプログラム及びアップデート方法 |
| US6985582B1 (en) | 1998-11-27 | 2006-01-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Encryption/decryption unit and storage medium |
| JP2007274682A (ja) * | 2001-10-17 | 2007-10-18 | Motorola Inc | マルチユーザ・システムでデータ通信を行うための方法とデバイス |
| CN105593918A (zh) * | 2013-10-10 | 2016-05-18 | 日本电信电话株式会社 | 秘密并行处理装置、秘密并行处理方法、程序 |
-
1998
- 1998-09-16 JP JP10262073A patent/JP2000089666A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6985582B1 (en) | 1998-11-27 | 2006-01-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Encryption/decryption unit and storage medium |
| US7039184B2 (en) | 1998-11-27 | 2006-05-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Encryption/decryption unit and storage medium |
| JP2007274682A (ja) * | 2001-10-17 | 2007-10-18 | Motorola Inc | マルチユーザ・システムでデータ通信を行うための方法とデバイス |
| JP4629692B2 (ja) * | 2001-10-17 | 2011-02-09 | モトローラ・インコーポレイテッド | マルチユーザ・システムでデータ通信を行うための方法とデバイス |
| JP2005063207A (ja) * | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Easy Systems Japan Kk | アップデートプログラム及びアップデート方法 |
| CN105593918A (zh) * | 2013-10-10 | 2016-05-18 | 日本电信电话株式会社 | 秘密并行处理装置、秘密并行处理方法、程序 |
| CN105593918B (zh) * | 2013-10-10 | 2019-06-14 | 日本电信电话株式会社 | 秘密并行处理装置、秘密并行处理方法、程序 |
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