JP2000101567A - 暗号化及び復号化装置とその方法 - Google Patents
暗号化及び復号化装置とその方法Info
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- JP2000101567A JP2000101567A JP10263681A JP26368198A JP2000101567A JP 2000101567 A JP2000101567 A JP 2000101567A JP 10263681 A JP10263681 A JP 10263681A JP 26368198 A JP26368198 A JP 26368198A JP 2000101567 A JP2000101567 A JP 2000101567A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ある鍵による暗号文の系列を異なる鍵で復号
した場合の系列を、平文の系列と比較した場合、相互相
関が極めて小さく、かつ、鍵の設定を容易にする。 【解決手段】 同期信号に同期して動作する複数段の第
１のシフトレジスタ２９と、多ビット入力１ビット出力
の非線形変換計算部２３と、暗号化鍵設定部２７と、シ
フトレジスタのレジスタ値に対して上記暗号化鍵設定部
に設定された暗号化鍵をビット毎に排他的論理和演算し
て非線形変換計算部へ供給する排他的論理和演算手段２
５と、平文と非線形変換計算部の出力とをビット毎に排
他的論理和演算する排他的論理和演算手段２１とを具備
し、非線形変換計算部はＢｅｎｔ関数と呼ばれる多ビッ
ト入力１ビット出力のブール関数演算手段を備える。
した場合の系列を、平文の系列と比較した場合、相互相
関が極めて小さく、かつ、鍵の設定を容易にする。 【解決手段】 同期信号に同期して動作する複数段の第
１のシフトレジスタ２９と、多ビット入力１ビット出力
の非線形変換計算部２３と、暗号化鍵設定部２７と、シ
フトレジスタのレジスタ値に対して上記暗号化鍵設定部
に設定された暗号化鍵をビット毎に排他的論理和演算し
て非線形変換計算部へ供給する排他的論理和演算手段２
５と、平文と非線形変換計算部の出力とをビット毎に排
他的論理和演算する排他的論理和演算手段２１とを具備
し、非線形変換計算部はＢｅｎｔ関数と呼ばれる多ビッ
ト入力１ビット出力のブール関数演算手段を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、伝送情報（平文）
を暗号化して通信する暗号通信システムに関し、特に、
ある鍵によって生成された暗号文の系列を異なる鍵で復
号した場合の系列と平文の系列とを比較した場合、その
相互相関が極めて小さくなり、かつ、鍵の設定が容易と
なる自己同期型ストリーム暗号方式の暗号通信システム
における暗号化及び復号化装置とその方法に関する。
を暗号化して通信する暗号通信システムに関し、特に、
ある鍵によって生成された暗号文の系列を異なる鍵で復
号した場合の系列と平文の系列とを比較した場合、その
相互相関が極めて小さくなり、かつ、鍵の設定が容易と
なる自己同期型ストリーム暗号方式の暗号通信システム
における暗号化及び復号化装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電話機や無線通信装置やデー
タ通信装置等における暗号通信システムにおいては、そ
の暗号通信システムの両端の通信当事者以外の第三者が
その暗号通信システムで伝送される情報を知ることがで
きないようにするために、その暗号通信システムで伝送
される伝送情報を暗号化することが行われている。この
暗号化の方式としては多種の方式が知られているが、高
速なデータ通信に利用可能な方式としてはストリーム暗
号方式が知られている。以下に、ストリーム暗号方式の
一形態である自己同期型ストリーム暗号方式について図
３に示す暗号通信システムを例にあげて説明する。図３
において、この暗号通信システムは、データストリーム
（平文）を暗号化する自己同期型ストリーム暗号化方式
の送信部１および暗号化されたストリーム（暗号文）を
復号する自己同期型ストリーム復号化方式の受信部３と
を有している。上記送信部１と受信部３とは互いに同形
状の第１および第２のシフトレジスタ５、７を有し、同
形状の第１および第２の非線形変換計算部９、１１を共
有している。すなわち、上記送信部１では、平文Ｐｉを
入力する第１の排他的論理和演算部１３に第１の非線形
変換計算部９が接続され、上記第１の非線形変換計算部
９に第１のシフトレジスタ５が接続され、上記第１の排
他的論理和演算部１３の出力Ｃｉが伝送されると共に上
記第１のシフトレジスタ５に入力される構成となってお
り、上記受信部３では、上記出力Ｃｉを入力する第２の
排他的論理和演算部１５および第２のシフトレジスタ７
の間に第２の非線形変換計算部１１が接続される構成と
なっている。
タ通信装置等における暗号通信システムにおいては、そ
の暗号通信システムの両端の通信当事者以外の第三者が
その暗号通信システムで伝送される情報を知ることがで
きないようにするために、その暗号通信システムで伝送
される伝送情報を暗号化することが行われている。この
暗号化の方式としては多種の方式が知られているが、高
速なデータ通信に利用可能な方式としてはストリーム暗
号方式が知られている。以下に、ストリーム暗号方式の
一形態である自己同期型ストリーム暗号方式について図
３に示す暗号通信システムを例にあげて説明する。図３
において、この暗号通信システムは、データストリーム
（平文）を暗号化する自己同期型ストリーム暗号化方式
の送信部１および暗号化されたストリーム（暗号文）を
復号する自己同期型ストリーム復号化方式の受信部３と
を有している。上記送信部１と受信部３とは互いに同形
状の第１および第２のシフトレジスタ５、７を有し、同
形状の第１および第２の非線形変換計算部９、１１を共
有している。すなわち、上記送信部１では、平文Ｐｉを
入力する第１の排他的論理和演算部１３に第１の非線形
変換計算部９が接続され、上記第１の非線形変換計算部
９に第１のシフトレジスタ５が接続され、上記第１の排
他的論理和演算部１３の出力Ｃｉが伝送されると共に上
記第１のシフトレジスタ５に入力される構成となってお
り、上記受信部３では、上記出力Ｃｉを入力する第２の
排他的論理和演算部１５および第２のシフトレジスタ７
の間に第２の非線形変換計算部１１が接続される構成と
なっている。
【０００３】次に、上記暗号通信システムにおける暗号
通信動作について説明する。まず、上記送信部１は、平
文Ｐｉをビット毎に入力すると同期信号に同期して暗号
文Ｃｉがビット毎に出力される様になっている。すなわ
ち、詳細に説明すると、上記平文Ｐｉと第１の非線形変
換計算部９の出力とは上記第１の排他的論理和演算部１
３でビット毎に排他的論理和演算を施され、その結果は
暗号文Ｃｉとして出力されると共に、上記第１のシフト
レジスタ５の最右段に入力される。上記第１のシフトレ
ジスタ５は同期信号に同期してその記憶されている内容
を１ビット左シフトし、上記第１の非線形変換計算部９
は上記第１のシフトレジスタ５の各段におけるレジスタ
値を非線形変換し、結果の１ビットを出力する。一方、
上記受信部３は、上記送信部１から送信された暗号文Ｃ
ｉをビット毎に入力すると同期信号に同期して平文Ｐｉ
がビット毎に出力される様になっている。すなわち、暗
号文Ｃｉと上記第２の非線形変換計算部１１の出力とは
上記第２の排他的論理和演算部１５でビット毎に排他的
論理和演算を施され、その結果は平文Ｐｉとして出力さ
れると同時に、暗号文Ｃｉは、上記第２のシフトレジス
タ７の最右段に入力される。上記第２のシフトレジスタ
７は同期信号に同期してその記憶されている内容を１ビ
ット左シフトし、上記第２の非線形変換計算部１１は上
記第２のシフトレジスタ７の各段におけるレジスタ値を
非線形変換し、結果の１ビットを出力する。
通信動作について説明する。まず、上記送信部１は、平
文Ｐｉをビット毎に入力すると同期信号に同期して暗号
文Ｃｉがビット毎に出力される様になっている。すなわ
ち、詳細に説明すると、上記平文Ｐｉと第１の非線形変
換計算部９の出力とは上記第１の排他的論理和演算部１
３でビット毎に排他的論理和演算を施され、その結果は
暗号文Ｃｉとして出力されると共に、上記第１のシフト
レジスタ５の最右段に入力される。上記第１のシフトレ
ジスタ５は同期信号に同期してその記憶されている内容
を１ビット左シフトし、上記第１の非線形変換計算部９
は上記第１のシフトレジスタ５の各段におけるレジスタ
値を非線形変換し、結果の１ビットを出力する。一方、
上記受信部３は、上記送信部１から送信された暗号文Ｃ
ｉをビット毎に入力すると同期信号に同期して平文Ｐｉ
がビット毎に出力される様になっている。すなわち、暗
号文Ｃｉと上記第２の非線形変換計算部１１の出力とは
上記第２の排他的論理和演算部１５でビット毎に排他的
論理和演算を施され、その結果は平文Ｐｉとして出力さ
れると同時に、暗号文Ｃｉは、上記第２のシフトレジス
タ７の最右段に入力される。上記第２のシフトレジスタ
７は同期信号に同期してその記憶されている内容を１ビ
ット左シフトし、上記第２の非線形変換計算部１１は上
記第２のシフトレジスタ７の各段におけるレジスタ値を
非線形変換し、結果の１ビットを出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
３に示す自己同期型ストリーム暗号方式の暗号通信シス
テムでは、暗・復号化鍵として、上記非線形変換計算部
９、１１の形状を共有する必要があり、その構造は複雑
で暗・復号化鍵として扱いづらいという問題があった。
また、鍵同士には、ある鍵によって生成された暗号文の
系列を異なる鍵で復号した場合の系列と平文の系列とを
比較した場合、その相互相関が極めて小さくなければな
らない性質が要求される。すなわち、暗号解読の難易度
を高くするためには、鍵同士には、復号化の鍵が暗号化
鍵と異なった場合、平文と全く異なった系列が生じるこ
とが必要となる。しかるに、このような性質をもった非
線形変換計算部を鍵として採択する効率的な手法が存在
しないといった問題があった。本発明は、上記問題に鑑
みてなされたものであって、ある鍵によって生成された
暗号文の系列を異なる鍵で復号した場合の系列と平文の
系列とを比較した場合、その相互相関が極めて小さくな
り、かつ、鍵の設定が容易となる自己同期型ストリーム
暗号方式の暗号化及び復号化装置とその方法を提供する
ことを目的とする。
３に示す自己同期型ストリーム暗号方式の暗号通信シス
テムでは、暗・復号化鍵として、上記非線形変換計算部
９、１１の形状を共有する必要があり、その構造は複雑
で暗・復号化鍵として扱いづらいという問題があった。
また、鍵同士には、ある鍵によって生成された暗号文の
系列を異なる鍵で復号した場合の系列と平文の系列とを
比較した場合、その相互相関が極めて小さくなければな
らない性質が要求される。すなわち、暗号解読の難易度
を高くするためには、鍵同士には、復号化の鍵が暗号化
鍵と異なった場合、平文と全く異なった系列が生じるこ
とが必要となる。しかるに、このような性質をもった非
線形変換計算部を鍵として採択する効率的な手法が存在
しないといった問題があった。本発明は、上記問題に鑑
みてなされたものであって、ある鍵によって生成された
暗号文の系列を異なる鍵で復号した場合の系列と平文の
系列とを比較した場合、その相互相関が極めて小さくな
り、かつ、鍵の設定が容易となる自己同期型ストリーム
暗号方式の暗号化及び復号化装置とその方法を提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【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、伝送情報（平文）を暗号化する自己同期
型ストリーム暗号化装置において、同期信号に同期して
動作する複数段のシフトレジスタと、多ビット入力１ビ
ット出力の非線形変換計算部と、暗号化鍵設定部と、上
記シフトレジスタの一部もしくは全部のレジスタ値に対
して上記暗号化鍵設定部に設定された暗号化鍵をビット
毎に排他的論理和演算して上記非線形変換計算部へ供給
するための第１の排他的論理和演算手段と、上記平文と
上記非線形変換計算部からの出力とをビット毎に排他的
論理和演算するための第２の排他的論理和演算手段とを
具備し、上記非線形変換計算部は、少なくともＢｅｎｔ
関数と呼ばれる多ビット入力１ビット出力のブール関数
演算手段を備えたものであり、暗号文が、平文と上記非
線形変換計算部からの出力とをビット毎に排他的論理和
演算することによって得られ、その暗号文が、同時に上
記シフトレジスタに入力される構成となっていることを
特徴とする。
に、本発明は、伝送情報（平文）を暗号化する自己同期
型ストリーム暗号化装置において、同期信号に同期して
動作する複数段のシフトレジスタと、多ビット入力１ビ
ット出力の非線形変換計算部と、暗号化鍵設定部と、上
記シフトレジスタの一部もしくは全部のレジスタ値に対
して上記暗号化鍵設定部に設定された暗号化鍵をビット
毎に排他的論理和演算して上記非線形変換計算部へ供給
するための第１の排他的論理和演算手段と、上記平文と
上記非線形変換計算部からの出力とをビット毎に排他的
論理和演算するための第２の排他的論理和演算手段とを
具備し、上記非線形変換計算部は、少なくともＢｅｎｔ
関数と呼ばれる多ビット入力１ビット出力のブール関数
演算手段を備えたものであり、暗号文が、平文と上記非
線形変換計算部からの出力とをビット毎に排他的論理和
演算することによって得られ、その暗号文が、同時に上
記シフトレジスタに入力される構成となっていることを
特徴とする。
【０００６】本発明の他の特徴は、暗号文を復号化する
自己同期型ストリーム復号化装置において、同期信号に
同期して動作する複数段のシフトレジスタと、多ビット
入力１ビット出力の非線形変換計算部と、復号化鍵設定
部と、上記シフトレジスタの一部もしくは全部のレジス
タ値に対して上記復号化鍵設定部に設定された復号化鍵
をビット毎に排他的論理和演算して上記非線形変換計算
部へ供給するための第１の排他的論理和演算手段と、暗
号文と上記非線形変換計算部からの出力とをビット毎に
排他的論理和演算するための第２の排他的論理和演算手
段とを具備し、上記非線形変換計算部は、少なくともＢ
ｅｎｔ関数とよばれる多ビット入力１ビット出力のブー
ル関数演算手段を備えたものであり、上記暗号文が、上
記シフトレジスタに入力され、同時に、上記平文が、先
の暗号文と非線形変換計算部からの出力とをビット毎に
排他的論理和演算を施すことによって得られることであ
る。本発明の他の特徴は、伝送情報（平文）を暗号化す
る暗号化方法であって、同期信号に同期して動作する複
数段のシフトレジスタの一部もしくは全部のレジスタ値
に対して暗号化鍵設定部に設定された暗号化鍵を第１の
排他的論理和演算手段によりビット毎に排他的論理和演
算するステップと、少なくともＢｅｎｔ関数と呼ばれる
多ビット入力１ビット出力のブール関数演算手段を備え
た非線形変換計算部によって上記第１の排他的論理和演
算手段よりの値を非線形変換するステップと、上記平文
と上記非線形変換計算部からの出力とを第２の排他的論
理和演算手段によりビット毎に排他的論理和演算するス
テップと、上記暗号文を上記シフトレジスタに入力する
ステップとを具備することである。
自己同期型ストリーム復号化装置において、同期信号に
同期して動作する複数段のシフトレジスタと、多ビット
入力１ビット出力の非線形変換計算部と、復号化鍵設定
部と、上記シフトレジスタの一部もしくは全部のレジス
タ値に対して上記復号化鍵設定部に設定された復号化鍵
をビット毎に排他的論理和演算して上記非線形変換計算
部へ供給するための第１の排他的論理和演算手段と、暗
号文と上記非線形変換計算部からの出力とをビット毎に
排他的論理和演算するための第２の排他的論理和演算手
段とを具備し、上記非線形変換計算部は、少なくともＢ
ｅｎｔ関数とよばれる多ビット入力１ビット出力のブー
ル関数演算手段を備えたものであり、上記暗号文が、上
記シフトレジスタに入力され、同時に、上記平文が、先
の暗号文と非線形変換計算部からの出力とをビット毎に
排他的論理和演算を施すことによって得られることであ
る。本発明の他の特徴は、伝送情報（平文）を暗号化す
る暗号化方法であって、同期信号に同期して動作する複
数段のシフトレジスタの一部もしくは全部のレジスタ値
に対して暗号化鍵設定部に設定された暗号化鍵を第１の
排他的論理和演算手段によりビット毎に排他的論理和演
算するステップと、少なくともＢｅｎｔ関数と呼ばれる
多ビット入力１ビット出力のブール関数演算手段を備え
た非線形変換計算部によって上記第１の排他的論理和演
算手段よりの値を非線形変換するステップと、上記平文
と上記非線形変換計算部からの出力とを第２の排他的論
理和演算手段によりビット毎に排他的論理和演算するス
テップと、上記暗号文を上記シフトレジスタに入力する
ステップとを具備することである。
【０００７】本発明の他の特徴は、暗号文を復号化する
復号化方法であって、同期信号に同期して動作する複数
段のシフトレジスタの一部もしくは全部のレジスタ値に
対して復号化鍵設定部に設定された復号化鍵を第１の排
他的論理和演算手段によりビット毎に排他的論理和演算
するステップと、少なくともＢｅｎｔ関数とよばれる多
ビット入力１ビット出力のブール関数演算手段を備えた
非線形変換計算部によって上記第１の排他的論理和演算
手段よりの値を非線形変換するステップと、上記暗号文
と上記非線形変換計算部からの出力とを第２の排他的論
理和演算手段によりビット毎に排他的論理和演算するス
テップと、上記暗号文を、上記シフトレジスタに入力す
るステップとを具備することである。
復号化方法であって、同期信号に同期して動作する複数
段のシフトレジスタの一部もしくは全部のレジスタ値に
対して復号化鍵設定部に設定された復号化鍵を第１の排
他的論理和演算手段によりビット毎に排他的論理和演算
するステップと、少なくともＢｅｎｔ関数とよばれる多
ビット入力１ビット出力のブール関数演算手段を備えた
非線形変換計算部によって上記第１の排他的論理和演算
手段よりの値を非線形変換するステップと、上記暗号文
と上記非線形変換計算部からの出力とを第２の排他的論
理和演算手段によりビット毎に排他的論理和演算するス
テップと、上記暗号文を、上記シフトレジスタに入力す
るステップとを具備することである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示した実施形態
に基づいて説明する。図１は、本発明による通信システ
ムの一実施形態を示す構成図である。図１に示す様に、
この暗号通信システムは、データストリーム（平文）を
暗号化する自己同期型ストリーム暗号化方式の送信部
（暗号化装置）１７および暗号化されたストリーム（暗
号文）を復号する自己同期型ストリーム復号化方式の受
信部（復号化装置）１９とから成っている。上記送信部
１７と受信部１９とは互いに同形状のシフトレジスタ２
１、２３を有し、同形状の非線形変換計算部２３、３７
を共有する。すなわち、上記送信部１７では、平文Ｐｉ
を入力する第２の排他的論理和演算部２１に第１の非線
形変換計算部２３が、上記第１の非線形変換計算部２３
に第１の排他的論理和演算部群２５が接続され、上記第
１の排他的論理和演算部群２５に暗号化鍵設定部２７お
よび第１のシフトレジスタ２９が接続され、上記第１の
排他的論理和演算部２１の出力Ｃｉが暗号文として伝送
されると共に上記第１のシフトレジスタ２９へ入力され
る構成となっている。
に基づいて説明する。図１は、本発明による通信システ
ムの一実施形態を示す構成図である。図１に示す様に、
この暗号通信システムは、データストリーム（平文）を
暗号化する自己同期型ストリーム暗号化方式の送信部
（暗号化装置）１７および暗号化されたストリーム（暗
号文）を復号する自己同期型ストリーム復号化方式の受
信部（復号化装置）１９とから成っている。上記送信部
１７と受信部１９とは互いに同形状のシフトレジスタ２
１、２３を有し、同形状の非線形変換計算部２３、３７
を共有する。すなわち、上記送信部１７では、平文Ｐｉ
を入力する第２の排他的論理和演算部２１に第１の非線
形変換計算部２３が、上記第１の非線形変換計算部２３
に第１の排他的論理和演算部群２５が接続され、上記第
１の排他的論理和演算部群２５に暗号化鍵設定部２７お
よび第１のシフトレジスタ２９が接続され、上記第１の
排他的論理和演算部２１の出力Ｃｉが暗号文として伝送
されると共に上記第１のシフトレジスタ２９へ入力され
る構成となっている。
【０００９】上記受信部１９では、上記出力Ｃｉを入力
する第４の排他的論理和演算部３１および第２のシフト
レジスタ３３の間に第３の排他的論理和演算群３５およ
び第２の非線形変換計算部３７が接続されており、上記
第３の排他的論理和演算部群３５のもう一方には復号化
鍵設定部３９が接続されている。そして、ここで上記送
信部１７と受信部１９とがそれぞれ暗号化鍵設定部２
７、復号化鍵設定部３９に同じ値を共有した場合、以下
のように暗号通信が成立する。上記送信部１７では、平
文Ｐｉをビット毎に入力すると同期信号に同期して暗号
文Ｃｉがビット毎に出力される。詳細を説明すると、平
文Ｐｉと上記第１の非線形変換演算部２３の出力は第２
の排他的論理和演算部２１でビット毎に排他的論理和演
算を施され、その結果は暗号文Ｃｉとして出力されると
共に、第１のシフトレジスタ２９の最右段に入力され、
上記第１のシフトレジスタ２９は同期信号に同期してそ
の記憶されている内容を１ビット左シフトする。上記第
１の非線形変換計算部２３には上記第１のシフトレジス
タ２９の各段におけるレジスタ値に対して、上記暗号化
鍵設定部２７に設定された値とビット毎に上記第１の排
他的論理和演算部群２５によって排他的論理和演算を施
された値が入力され、それらが非線形変換され、結果の
１ビットが出力される。
する第４の排他的論理和演算部３１および第２のシフト
レジスタ３３の間に第３の排他的論理和演算群３５およ
び第２の非線形変換計算部３７が接続されており、上記
第３の排他的論理和演算部群３５のもう一方には復号化
鍵設定部３９が接続されている。そして、ここで上記送
信部１７と受信部１９とがそれぞれ暗号化鍵設定部２
７、復号化鍵設定部３９に同じ値を共有した場合、以下
のように暗号通信が成立する。上記送信部１７では、平
文Ｐｉをビット毎に入力すると同期信号に同期して暗号
文Ｃｉがビット毎に出力される。詳細を説明すると、平
文Ｐｉと上記第１の非線形変換演算部２３の出力は第２
の排他的論理和演算部２１でビット毎に排他的論理和演
算を施され、その結果は暗号文Ｃｉとして出力されると
共に、第１のシフトレジスタ２９の最右段に入力され、
上記第１のシフトレジスタ２９は同期信号に同期してそ
の記憶されている内容を１ビット左シフトする。上記第
１の非線形変換計算部２３には上記第１のシフトレジス
タ２９の各段におけるレジスタ値に対して、上記暗号化
鍵設定部２７に設定された値とビット毎に上記第１の排
他的論理和演算部群２５によって排他的論理和演算を施
された値が入力され、それらが非線形変換され、結果の
１ビットが出力される。
【００１０】上記受信部１９では、上記送信部１７から
送信された暗号文Ｃｉをビット毎に入力すると同期信号
に同期して平文Ｐｉがビット毎に出力される。詳細を説
明すると、暗号文Ｃｉと第２の非線形変換演算部３７の
出力とは第４の排他的論理和演算部３１でビット毎に排
他的論理和演算を施され、その結果は平文Ｐｉとして出
力される。同時に暗号文Ｃｉは第２のシフトレジスタ３
３の最右段に入力され、第２のシフトレジスタ３３は同
期信号に同期してその記憶されている内容を１ビット左
シフトする。上記第２の非線形変換計算部３９には上記
第２のシフトレジスタ３３の各段におけるレジスタ値に
対して、復号化鍵設定部３９に設定された値とビット毎
に第３の排他的論理和演算部群３５によって排他的論理
和演算を施された値が入力され、それらが非線形変換さ
れ、結果の１ビットが出力される。ここで、上記非線形
変換計算部２３、３７はＢｅｎｔ関数と呼ばれる多ビッ
ト（偶数ビット）入力１ビット出力のブール関数の演算
部からなり、当然のことながら、両者は全く同一のＢｅ
ｎｔ関数に基づき構成したものである。その一例を図２
に示す。すなわち、図２に示す様に、このブール関数演
算部では、入力端子４１〜４７を通じて入力されたビッ
ト値が論理積演算部４９、５１で論理積演算され、その
後に、それぞれ排他的論理和演算部５３に入力され、排
他的論理和演算が施され、その結果が出力端子５５に出
力される。また、同じ値を上記暗号化鍵設定部２７およ
び復号化鍵設定部３９で共有する様にしている。
送信された暗号文Ｃｉをビット毎に入力すると同期信号
に同期して平文Ｐｉがビット毎に出力される。詳細を説
明すると、暗号文Ｃｉと第２の非線形変換演算部３７の
出力とは第４の排他的論理和演算部３１でビット毎に排
他的論理和演算を施され、その結果は平文Ｐｉとして出
力される。同時に暗号文Ｃｉは第２のシフトレジスタ３
３の最右段に入力され、第２のシフトレジスタ３３は同
期信号に同期してその記憶されている内容を１ビット左
シフトする。上記第２の非線形変換計算部３９には上記
第２のシフトレジスタ３３の各段におけるレジスタ値に
対して、復号化鍵設定部３９に設定された値とビット毎
に第３の排他的論理和演算部群３５によって排他的論理
和演算を施された値が入力され、それらが非線形変換さ
れ、結果の１ビットが出力される。ここで、上記非線形
変換計算部２３、３７はＢｅｎｔ関数と呼ばれる多ビッ
ト（偶数ビット）入力１ビット出力のブール関数の演算
部からなり、当然のことながら、両者は全く同一のＢｅ
ｎｔ関数に基づき構成したものである。その一例を図２
に示す。すなわち、図２に示す様に、このブール関数演
算部では、入力端子４１〜４７を通じて入力されたビッ
ト値が論理積演算部４９、５１で論理積演算され、その
後に、それぞれ排他的論理和演算部５３に入力され、排
他的論理和演算が施され、その結果が出力端子５５に出
力される。また、同じ値を上記暗号化鍵設定部２７およ
び復号化鍵設定部３９で共有する様にしている。
【００１１】以上のように構成された自己同期型ストリ
ーム暗号方式の通信システムにより暗号通信を行った場
合、ある鍵によって生成された暗号文の系列を異なる鍵
で復号した場合の系列を、平文の系列と比較した場合、
その相互相関が極めて小さくなる性質を有するわけであ
るが、その理由について以下に説明する。いま、図１の
自己同期型ストリーム暗号方式の通信システムにおける
送信部において、時刻ｉで入力される平文をＰｉ、出力
される暗号文をＣｉ、第１のシフトレジスタ２９の出力
を、
ーム暗号方式の通信システムにより暗号通信を行った場
合、ある鍵によって生成された暗号文の系列を異なる鍵
で復号した場合の系列を、平文の系列と比較した場合、
その相互相関が極めて小さくなる性質を有するわけであ
るが、その理由について以下に説明する。いま、図１の
自己同期型ストリーム暗号方式の通信システムにおける
送信部において、時刻ｉで入力される平文をＰｉ、出力
される暗号文をＣｉ、第１のシフトレジスタ２９の出力
を、
【数１】 で表し、上記非線形変換計算部（Ｂｅｎｔ関数）２３の
入力を、
入力を、
【数２】 上記非線形変換計算部２３の出力を、
【数３】 で表したとする。ただし、ｎは偶数である。このとき、
上記暗号化鍵設定部２７に設定される暗号化鍵を、
上記暗号化鍵設定部２７に設定される暗号化鍵を、
【数４】 とすれば、
【数５】 となる。ただし、
【数６】 であり、＋は排他的論理和演算を示す。また、暗号文ｃ
iは、
iは、
【数７】 によって計算される。そして、これら暗号文が第１のシ
フトレジスタ２９に入力されるため、第１のシフトレジ
スタ２９においては、その内部状態は、
フトレジスタ２９に入力されるため、第１のシフトレジ
スタ２９においては、その内部状態は、
【数８】 と表すことができる。いま、平文ｐi同士が統計的にラ
ンダムであり、時間的にも相関が全くないと仮定する
と、上記（７）式より、暗号文ｃi同士も統計的にラン
ダムとなり、また、時間的にも相関がないことになる。
これは、いかなる情報源からの系列であってもランダム
な情報源からの系列と排他的論理和演算を施せばランダ
ムな系列となるという事実から容易に理解できる。
ンダムであり、時間的にも相関が全くないと仮定する
と、上記（７）式より、暗号文ｃi同士も統計的にラン
ダムとなり、また、時間的にも相関がないことになる。
これは、いかなる情報源からの系列であってもランダム
な情報源からの系列と排他的論理和演算を施せばランダ
ムな系列となるという事実から容易に理解できる。
【００１２】次に、上記受信部１９において、時刻ｉに
おける上記第２のシフトレジスタ３３の出力を上記送信
部１７と同様に上記（１）式、非線形変換計算部（Ｂｅ
ｎｔ関数）３７の入力を上記（２）式、出力を上記
（３）式で表したとする。また、復号化鍵設定部３９に
設定される復号化鍵は暗号化鍵と同じ値で上記（４）式
とする。このとき、平文ｐiは次のように復号化され
る。
おける上記第２のシフトレジスタ３３の出力を上記送信
部１７と同様に上記（１）式、非線形変換計算部（Ｂｅ
ｎｔ関数）３７の入力を上記（２）式、出力を上記
（３）式で表したとする。また、復号化鍵設定部３９に
設定される復号化鍵は暗号化鍵と同じ値で上記（４）式
とする。このとき、平文ｐiは次のように復号化され
る。
【数９】 上記（９）式に上記（５）、（６）式および上記（８）
式を適用すれば次式を得る。
式を適用すれば次式を得る。
【数１０】 いま、上記復号化鍵設定部３９に暗号化に用いた鍵と異
なる鍵、
なる鍵、
【数１１】 を設定したとする。このとき、上記受信部１９の出力
ｐ’iは次式のように表される。
ｐ’iは次式のように表される。
【数１２】 ここにｐiとｐ’iの相互相関は、
【数１３】 における１、０の出現頻度によって観測することができ
る。特に、１、０の出現頻度が等しければ相互相関はな
いことになる。上記（１３）式は、
る。特に、１、０の出現頻度が等しければ相互相関はな
いことになる。上記（１３）式は、
【数１４】 とおくことにより、次式となる。
【数１５】 ただし、
【数１６】 である。ここに、ｆはＢｅｎｔ関数である。Ｂｅｎｔ関
数においては、以下の性質が知られている。Ｂｅｎｔ関
数ｆにおいては、
数においては、以下の性質が知られている。Ｂｅｎｔ関
数ｆにおいては、
【数１７】 なる性質がある。ただし、 である。この事実は、Seongtack Chee, Sangjin Lee, K
wangjo Kim著の論文、"Semi-bent functions," Advance
s in Cryptology ASIACRYPT'94, LNCS914, Springer-
Verlag,pp.107-118,1995. 等に記されている。
wangjo Kim著の論文、"Semi-bent functions," Advance
s in Cryptology ASIACRYPT'94, LNCS914, Springer-
Verlag,pp.107-118,1995. 等に記されている。
【００１３】上記の事実を踏まえた上で、前に述べたよ
うに、平文ｐi同士が統計的にランダムであり、時間的
にも相関が全くないと仮定すると、ｃi-1，…，ｃi-nは
統計的にランダムであり、時間的にも相関が全くないこ
とになるから、上記式（１５）におけるｕｉもランダム
とみなせることになる。従って、上記式（１５）に上記
式（１７）の結果を適用することにより、
うに、平文ｐi同士が統計的にランダムであり、時間的
にも相関が全くないと仮定すると、ｃi-1，…，ｃi-nは
統計的にランダムであり、時間的にも相関が全くないこ
とになるから、上記式（１５）におけるｕｉもランダム
とみなせることになる。従って、上記式（１５）に上記
式（１７）の結果を適用することにより、
【数１８】 が得られる。これは、ある鍵によって生成された暗号文
の系列を異なる鍵で復号した場合の系列を、平文の系列
と比較した場合、その相互相関が極めて小さくなること
を示す。従って、上記図１に示した自己同期型ストリー
ム暗号方式の暗号通信システムでは、ある鍵によって生
成された暗号文の系列を異なる鍵で復号した場合の系列
と平文の系列とを比較した場合、その相互相関が極めて
小さくなければならない条件が満たされ、暗号解読の難
易度を高くすることができ、また、同じ値を共有する暗
号化鍵設定部および復号化鍵設定部を設ける様にしたの
で、鍵の設定も容易となる。
の系列を異なる鍵で復号した場合の系列を、平文の系列
と比較した場合、その相互相関が極めて小さくなること
を示す。従って、上記図１に示した自己同期型ストリー
ム暗号方式の暗号通信システムでは、ある鍵によって生
成された暗号文の系列を異なる鍵で復号した場合の系列
と平文の系列とを比較した場合、その相互相関が極めて
小さくなければならない条件が満たされ、暗号解読の難
易度を高くすることができ、また、同じ値を共有する暗
号化鍵設定部および復号化鍵設定部を設ける様にしたの
で、鍵の設定も容易となる。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、通信シ
ステムの送信部の非線形変換計算部が、Ｂｅｎｔ関数と
よばれる多ビット入力１ビット出力のブール関数の演算
部であり、暗号文は、平文と非線形変換部からの出力と
をビット毎に排他的論理和演算を施すことによって得、
その暗号文は、同時にシフトレジスタに入力される構成
となっており、受信部の非線形変換計算部も、送信部と
同じＢｅｎｔ関数と呼ばれる多ビット入力１ビット出力
のブール関数の演算部であり、暗号文は、シフトレジス
タに入力され、同時に、平文は、先の暗号文と非線形変
換部からの出力とをビット毎に排他的論理和演算を施す
ことによって得る構成となっているので、ある鍵によっ
て生成された暗号文の系列を異なる鍵で復号した場合の
系列と、平文の系列とを比較した場合、その相互相関が
極めて小さくなる。また、同じ値を共有する暗号化鍵設
定部および復号化鍵設定部を上述した如く設ける様にし
たので、鍵の設定が容易となる等の効果がある。
ステムの送信部の非線形変換計算部が、Ｂｅｎｔ関数と
よばれる多ビット入力１ビット出力のブール関数の演算
部であり、暗号文は、平文と非線形変換部からの出力と
をビット毎に排他的論理和演算を施すことによって得、
その暗号文は、同時にシフトレジスタに入力される構成
となっており、受信部の非線形変換計算部も、送信部と
同じＢｅｎｔ関数と呼ばれる多ビット入力１ビット出力
のブール関数の演算部であり、暗号文は、シフトレジス
タに入力され、同時に、平文は、先の暗号文と非線形変
換部からの出力とをビット毎に排他的論理和演算を施す
ことによって得る構成となっているので、ある鍵によっ
て生成された暗号文の系列を異なる鍵で復号した場合の
系列と、平文の系列とを比較した場合、その相互相関が
極めて小さくなる。また、同じ値を共有する暗号化鍵設
定部および復号化鍵設定部を上述した如く設ける様にし
たので、鍵の設定が容易となる等の効果がある。
【図１】本発明による暗号通信システムの一実施形態を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図２】図１に示した非線形変換計算部の一例の概略構
成図である。
成図である。
【図３】従来の暗号通信システムの構成図である。
１、１７…送信部、 ３、１９…
受信部、５、７、２９、３３…シフトレジスタ、９、１
１、２３、３７…非線形変換計算部、１３、１５、２
１、３１…排他的論理和演算部、２５、３５…排他的論
理和演算部群、 ２７…暗号化鍵設定部、３９…復
号化鍵設定部、４１〜４７…Ｂｅｎｔ関数入力端子、
４９、５１…論理積演算部、５３…排他的論理和演
算部、 ５５…Ｂｅｎｔ関数出力端子、
受信部、５、７、２９、３３…シフトレジスタ、９、１
１、２３、３７…非線形変換計算部、１３、１５、２
１、３１…排他的論理和演算部、２５、３５…排他的論
理和演算部群、 ２７…暗号化鍵設定部、３９…復
号化鍵設定部、４１〜４７…Ｂｅｎｔ関数入力端子、
４９、５１…論理積演算部、５３…排他的論理和演
算部、 ５５…Ｂｅｎｔ関数出力端子、
Claims (4)
- 【請求項１】 伝送情報（平文）を暗号化する暗号化装
置であって、同期信号に同期して動作する複数段のシフ
トレジスタと、多ビット入力１ビット出力の非線形変換
計算部と、暗号化鍵設定部と、上記シフトレジスタの一
部もしくは全部のレジスタ値に対して上記暗号化鍵設定
部に設定された暗号化鍵をビット毎に排他的論理和演算
して上記非線形変換計算部へ供給するための第１の排他
的論理和演算手段と、上記平文と上記非線形変換計算部
からの出力とをビット毎に排他的論理和演算するための
第２の排他的論理和演算手段とを具備し、 上記非線形変換計算部は、少なくともＢｅｎｔ関数と呼
ばれる多ビット入力１ビット出力のブール関数演算手段
を備えたものであり、暗号文が、上記平文と上記非線形
変換計算部からの出力とをビット毎に排他的論理和演算
することによって得られ、その暗号文が、同時に上記シ
フトレジスタに入力される構成となっていることを特徴
とする自己同期型ストリーム暗号化装置。 - 【請求項２】 暗号文を復号化する復号化装置であっ
て、同期信号に同期して動作する複数段のシフトレジス
タと、多ビット入力１ビット出力の非線形変換計算部
と、復号化鍵設定部と、上記シフトレジスタの一部もし
くは全部のレジスタ値に対して上記復号化鍵設定部に設
定された復号化鍵をビット毎に排他的論理和演算して上
記非線形変換計算部へ供給するための第１の排他的論理
和演算手段と、上記暗号文と上記非線形変換計算部から
の出力とをビット毎に排他的論理和演算するための第２
の排他的論理和演算手段とを具備し、 上記非線形変換計算部は、少なくともＢｅｎｔ関数とよ
ばれる多ビット入力１ビット出力のブール関数演算手段
を備えたものであり、上記暗号文が、上記シフトレジス
タに入力され、同時に、平文が、先の暗号文と非線形変
換計算部からの出力とをビット毎に排他的論理和演算を
施すことによって得られることを特徴とする自己同期型
ストリーム復号化装置。 - 【請求項３】 伝送情報（平文）を暗号化する暗号化方
法であって、同期信号に同期して動作する複数段のシフ
トレジスタの一部もしくは全部のレジスタ値に対して暗
号化鍵設定部に設定された暗号化鍵を第１の排他的論理
和演算手段によりビット毎に排他的論理和演算するステ
ップと、 少なくともＢｅｎｔ関数と呼ばれる多ビット入力１ビッ
ト出力のブール関数演算手段を備えた非線形変換計算部
によって上記第１の排他的論理和演算手段よりの値を非
線形変換するステップと、 上記平文と上記非線形変換計算部からの出力とを第２の
排他的論理和演算手段によりビット毎に排他的論理和演
算するステップと、 上記暗号文を上記シフトレジスタに入力するステップと
を具備することを特徴とする自己同期型ストリーム暗号
化方法。 - 【請求項４】 暗号文を復号化する復号化方法であっ
て、同期信号に同期して動作する複数段のシフトレジス
タの一部もしくは全部のレジスタ値に対して復号化鍵設
定部に設定された復号化鍵を第１の排他的論理和演算手
段によりビット毎に排他的論理和演算するステップと、 少なくともＢｅｎｔ関数とよばれる多ビット入力１ビッ
ト出力のブール関数演算手段を備えた非線形変換計算部
によって上記第１の排他的論理和演算手段よりの値を非
線形変換するステップと、 上記暗号文と上記非線形変換計算部からの出力とを第２
の排他的論理和演算手段によりビット毎に排他的論理和
演算するステップと、 上記暗号文を、上記シフトレジスタに入力するステップ
とを具備することを特徴とする自己同期型ストリーム復
号化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10263681A JP2000101567A (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 暗号化及び復号化装置とその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10263681A JP2000101567A (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 暗号化及び復号化装置とその方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000101567A true JP2000101567A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17392873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10263681A Pending JP2000101567A (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 暗号化及び復号化装置とその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000101567A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT412747B (de) * | 2002-03-05 | 2005-06-27 | Rene-Michael Mag Cordes | Codegenerator und vorrichtung zur synchronen oder asynchronen sowie permanenten identifikation oder ver- und endschlüsselung von daten beliebiger länge |
| JP2008109190A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Kddi Corp | 自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置、復号化装置、自己同期型ストリーム暗号システム、ｍａｃ生成装置、暗号化方法、復号化方法、ｍａｃ生成方法およびプログラム |
| JP2018154131A (ja) * | 2014-01-20 | 2018-10-04 | 珠海艾派克微▲電▼子有限公司 | イメージングカートリッジ記憶チップのパラメータ送信方法、記憶チップ及びイメージングカートリッジ |
-
1998
- 1998-09-17 JP JP10263681A patent/JP2000101567A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT412747B (de) * | 2002-03-05 | 2005-06-27 | Rene-Michael Mag Cordes | Codegenerator und vorrichtung zur synchronen oder asynchronen sowie permanenten identifikation oder ver- und endschlüsselung von daten beliebiger länge |
| US7526088B2 (en) | 2002-03-05 | 2009-04-28 | Cordes Rene-Michael | Code generator and device for the synchronous or asynchronous and permanent identification or encoding and decoding of data of any particular length |
| JP2008109190A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Kddi Corp | 自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置、復号化装置、自己同期型ストリーム暗号システム、ｍａｃ生成装置、暗号化方法、復号化方法、ｍａｃ生成方法およびプログラム |
| JP2018154131A (ja) * | 2014-01-20 | 2018-10-04 | 珠海艾派克微▲電▼子有限公司 | イメージングカートリッジ記憶チップのパラメータ送信方法、記憶チップ及びイメージングカートリッジ |
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