JP2000112350A

JP2000112350A - 暗号処理装置、及び、暗号処理方法

Info

Publication number: JP2000112350A
Application number: JP32365599A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takaragi; 和夫宝木; Tsutomu Nakamura; 勤中村; Masahiro Yamashita; 正弘山下; Kazuo Hashimoto; 和夫橋本; Hiroshi Matsumoto; 浩松本
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Chubu Software Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Chubu Software Ltd
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高速かつ高い安全性を保証しうる暗号処理装置
を提供すること。【解決手段】基本となる複数種のインボリューション処
理手段と任意の鍵データとを用いて、メッセージデータ
を暗号文に変換する手段を備え、上記鍵データのビット
パタンに応じて、各インボリューション処理手段の実行
順序と、各インボリューション処理手段内の換字処理手
段及び転置処理手段の実行順序を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータのメ
ッセージ等を暗号化する暗号化処理装置、及び、暗号処
理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、多くの企業がビジネスの目的で情
報ネットワーク設備を強化している。近い将来、一つの
組織内ばかりでなく様々な取引関係にある複数の組織の
間で、情報交換が頻繁に行なわれるようになると予想さ
れる。このような状況下で通信のセキュリティを確保す
るのに、暗号は不可欠である。

【０００３】暗号は、共通鍵暗号と公開鍵暗号という二
種に大別される。共通鍵暗号は、大量データの暗号化，
復号化を行なったり、メッセージ認証コードを作成する
のに用いられる。

【０００４】公開鍵暗号は、通信し合う双方で共通鍵を
秘密に配送したり、ディジタル署名を行なったりするの
に用いられる。また、共通鍵暗号は、送信者と受信者の
間で同一の鍵（共通鍵）が共有されたという前提のもと
で、送信者がメッセージを共通鍵で暗号化変換して送
り、受信者は受け取った暗号文を同じ共通鍵で復号化変
換してもとのメッセージに戻すような暗号化／復号化変
換を行なうために用いられる。

【０００５】従来の共通鍵暗号のアルゴリズムとして
は、ＤＥＳ（Data Encryption Standard）とＦＥＡＬ−
８（Fast Encryption Algorithm）が知られており、Ｄ
ＥＳの関しては例えば、（１）小山他、「現代暗号理
論」、電子通信学会、ｐｐ．４１〜４９、昭和６１年９
月において、また、ＦＥＡＬ−８に関しては、（２）清
水他、「高速データ暗号アルゴリズムＦＥＡＬ」、電子
通信学会論文誌Ｄ．Ｖｏｌ．Ｊ７０−Ｄ、No.７、ｐ
ｐ．１４１３〜１４２３、１９８７年７月において、そ
れぞれ詳細に述べられている。

【０００６】またデータ攪乱の効率と処理速度の向上を
目的としたものとして、「マルチメディア向け高速暗号
方式」（情報処理学会、マルチメディア通信と分散処理
研究会、１９８９年１月１９日）および、特開昭６３−
１０３９１９号に開示された暗号アルゴリズム（以下、
MULTI2という）が知られている。

【０００７】MULTI2は、平文データ６４ビットの上位３
２ビット，下位３２ビットに対し、図１８に示す基本関
数（インボリューション関数）π_１〜π_４を所定順序で
実行することによって暗号文６４ビットを得るようにし
たものである。

【０００８】尚、図中に現われる記号（〇と＋を重ねた
もの）

【０００９】

【数１】

【００１０】はビット毎の排他的論理和、＋は２^３２を
法とした加算、−は２^３２を法とした演算、^Ｒｏｔｎは
ｎビットの循環シフト、Ｖはビット毎の論理和を示す。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】一般に、かなりのラン
ダム性を有していると考えられる暗号アルゴリズムであ
っても、その暗号アルゴリズムに任意に与えた平文とそ
の平文から生成される暗号文を解析ある手法（いわゆる
選択平文攻撃）によって、暗号鍵が推定でき、その結果
暗号破りが成立する危険性があることが知られている。
（Boer，“Crypto-analysis of F.E.E.L.”，Proc. EUR
OCRYPTO，1987参照）。

【００１２】したがって、上述した従来のアルゴリズム
も、将来にわたって安全であるとは保証できない。

【００１３】また選択平文攻撃に対しては、暗号鍵の変
更周期を短くする等の運用面での対策と、暗号アルゴリ
ズム自体をより複雑にして暗号破りに会いにくくする等
の技術的対策を併用することが有効である。後者の技術
的対策として、ＤＥＳ、ＥＦＥＬ−８、あるいは、ＭＵ
ＬＴＩ２において、インボルーション変換の回数を増や
すことが提案されている（宝木他、「マルチメディア向
け高速暗号アルゴリズムHisecurity-Multi2の開発と利
用方法」、電子情報通信学会、ＷＣＩＳ’８９−Ｄ２，
August28-30，1989、および、H．J. Highland，“Crack
ing the DES ?”，Computers & Security，8，1989，p
p．274−275参照）。

【００１４】しかし、最適なインボルーション繰り返し
回数、すなわち、この回数以上では安全であり、この回
数未満では安全でないというような最適なインボルーシ
ョン回数は知られていない。したがって、安全余裕を見
て過度にインボルーション繰り返し回数を増やさざるを
得ない。反面、暗号変換速度は、インボルーション繰り
返し回数が増大するとそれに反比例して遅くなる。

【００１５】本発明の目的は、高速な暗号処理をおこな
い、かつ、高い安全性を保証しうる暗号処理装置、及
び、暗号処理方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の暗号処理装置は、基本となる複数種のイン
ボリューション処理プログラムと任意の鍵データとを用
いて、メッセージデータ（平文）を暗号化するための暗
号プログラムを生成する手段と、上記暗号プログラムを
実行することにより、上記メッセージデータを暗号文に
変換する手段とを備える。

【００１７】また、上記インボリューション処理プログ
ラムの一部には、換字処理部と転置処理部とが含まれる
ため、上記鍵データのビットパタンに応じて、各インボ
リューション処理プログラムの実行順序と、各インボリ
ューション処理プログラム内部の換字処理部及び転置処
理部の実行順序を決定する。

【００１８】さらに、上記の複数の転置処理は、相異な
る数ＸとＹに対して、Ｘビットだけ右または左に循環シ
フトするという操作と、Ｙビットだけ右または左に循環
シフトするという操作を含み、該ＸとＹの具体的数値、
あるいは、右か左かのいずれに循環シフトするかといか
指示は、鍵データよって与える。

【００１９】また、上記の複数の換字処理は、右または
左の循環シフト命令、および、モジュロ加算または減算
命令を含み、該命令をどのように組み合わせて該換字処
理を構成するかという指示は、鍵データによって与え
る。

【００２０】本発明によれば、鍵データによって、暗号
アルゴリズムを構成する関数の一部および関数の実行順
序が変化する。これにより、関数の一部の変化個数と関
数の実行順の順列組合せの総数の積だけの膨大な数のア
ルゴリズム変換形が生じ、暗号破りを飛躍的に困難にす
る。その結果、従来の暗号方式と比べて暗号化、復号化
変換速度をほとんど低下させることなしに、暗号破りに
対する強度の高い共通鍵暗号アルゴリズムを実現でき
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を詳細に説
明する。

【００２２】図１は、システム構成、図２は、システム
処理手順を示した図である。このシステムは、暗号プロ
グラムＡ，Ｂを実行する３２ビットプロセッサ（１０
６）と暗号プログラムＢを生成するサポートプロセッサ
（１０１）からなる。まず、システム全体の処理手順を
説明する。

【００２３】ステップ２０１：サポートプロセッサ（１
０１）より暗号プログラムＡ（１０２）を３２ビットプ
ロセッサ（１０６）に入力する。

【００２４】ステップ２０２：６４ビット長のアルゴリ
ズム決定鍵Ａ（１０５）および３２ビット×８＝２５６
ビット長のシステム鍵Ａ（１１１）を３２ビットプロセ
ッサ１０６に入力する。

【００２５】ステップ２０３：３２ビットプロセッサ
（１０６）を動作させ、６４ビット長のアルゴリズム決
定鍵Ｂ（１０７）を生成する。

【００２６】ステップ２０４：生成された６４ビット長
のアルゴリズム決定鍵Ｂ（１０７）をサポートプロセッ
サ（１０１）に送り、暗号プログラム生成機能（１０
４）を動作させる。

【００２７】ステップ２０５：暗号プログラム生成機能
（１０４）は６４ビット長のアルゴリズム決定鍵Ｂ（１
０７）をもとにして暗号プログラムＢ（１０３）を生成
する。そして、この暗号プログラムＢ（１０３）を３２
ビットプロセッサ（１０６）に入力する。

【００２８】ステップ２０６：３２ビットプロセッサ
（１０６）は、暗号プログラムＢ（１０３）による制御
の下で、データ鍵（１０８）とシステム鍵Ｂ（１１２）
をパラメータとして平文（１０９）を暗号化し、その結
果得られる暗号文（１１０）を出力する。

【００２９】図３は、３２ビットプロセッサ（１０６）
の構成を示した図である。３２ビットプロセッサ（１０
６）は、制御プログラム部（３０３）、該制御プログラ
ム部からの制御信号に基づき演算処理を行なう演算部
（３０２）、および、該演算部への入力データを保持す
る入力バッファ（３０１）、および、該演算部からの出
力データを保持する出力バッファ（３０４）からなる。

【００３０】図４は演算部（３０２）の詳細、図５、図
６は制御プログラム部（３０３）に最初に格納される暗
号プログラムＡ（１０２）の詳細を説明するための図で
ある。

【００３１】図２のアルゴリズム決定鍵Ｂの生成（２０
１〜２０３）の処理手順を図４，図５、図６と参照しつ
つさらに詳しく述べる。

【００３２】ステップ２０１において、３２ビットプロ
セッサ（１０６）に入力された暗号プログラムＡ（１０
２）は、制御プログラム部（３０３）に格納される。

【００３３】ステップ２０２において、入力された６４
ビット長のアルゴリズム決定鍵Ａ（１０５）は、上位３
２ビットと下位３２ビットとに分割され上位３２ビット
は演算部（３０２）の中の３２ビットレジスタＬ（４０
１）とＸ（４０２）にそれぞれ格納され、下位３２ビッ
トはレジスタＲ（４０３）に格納される。

【００３４】また、システムによって定められた３２ビ
ット×８＝２５６ビット長のシステム鍵Ａ（１１１）を
３２ビット毎に分割し、入力バッファ（３０１）経由で
３２ビットレジスタＷ_１（４０４）〜Ｗ_８（４１１）に
それぞれ格納しておく。

【００３５】上述したステップ２０３においては、図
５、図６において示されている暗号プログラムＡ（１０
２）を１行ずつ実行する。尚、図５、図６と対応する流
れ図については図７、図８に示してある。

【００３６】また、図５、図６中の暗号については、次
のように定義される。

【００３７】Ｌｎ：データを左（下位ビット方向）にｎ
ビット循環シフトする。

【００３８】Ｒｎ：データを右（上位ビット方向）にｎ
ビット循環シフトする。

【００３９】ＥＯＲ：レジスタＸに格納されたデータと
他のレジスタに格納されたデータとの排他論理和をと
る。

【００４０】＋：レジスタＸに格納されたデータとゲー
トＡに入力されるデータとを用いた２^３２を法としたモ
ジュロ加算。 ―：レジスタＸに格納されたデータとゲートＡに入力さ
れるデータとを用いた２^３２を法としたモジュロ減算。＋+1：レジスタＸに格納されたデータに１を加えたもの
と、他のデータとを用いた２^３を法としたモジュロ加
算。＋-1：レジスタＸに格納されたデータに−１を加えたも
のと、他のデータとを用いた２^３を法としたモジュロ加
算。 −+1：レジスタＸに格納されたデータに１を加えたもの
と、他のデータとを用いた２^３を法としたモジュロ減
算。 −-1：レジスタＸに格納されたデータに−１を加えたも
のと、他のデータとを用いた２^３を法としたモジュロ減
算。 ∨：ビットごとの論理和 ∧：ビットごとの論理積［Ｗｎ］：レジスタＷｎが鍵スケジュール時にのみ出力
先となる。

【００４１】図５、図６のステップ５０１の処理におい
ては、レジスタＲ（４０３）はゲートＡ（４１２）への
入力となり、Rotationの数は０であり、Rotation以外の
演算はExclusive、ＯＲであり、演算結果はレジスタＲ
（４０３）に入力されることを示している。

【００４２】具体的な数値を用いると、次のようにな
る。ただし、数値は１６進数表示とする。６４ビット長
のアルゴリズム決定鍵Ａ（１０５）として、“00000000
00000000”，８個の３２ビット長のシステム鍵Ａ（１０
９）として、８個の“00000000”を与える。

【００４３】つまり、レジスタＬ（４０１），Ｘ（４０
２）に上位３２ビット長データ“００…０”，レジスタ
Ｒ（４０３）に下位３２ビット長データ“００…０”，
レジスタＷ_１（４０４）〜Ｗ_８（４１１）に“００…
０”を格納する。

【００４４】ステップ５０１において、レジスタＸ（４
０２）、および、Ｒ（４０３）に格納されているデータ
の排他的論理和がとられ、その結果“00000000”がレジ
スタＸ（４０２）及びＲ（４０３）に格納される。ステ
ップ５０２において、レジスタＸ（４０２）、および、
Ｗ_１（４０４）に格納されているデータの和がとられ、
その結果“00000000”がレジスタＸに格納される。ステ
ップ５０３において、レジスタＸ（４０２）に格納され
ているデータに−１を加算したデータと、レジスタＸに
格納されているデータを左１ビット循環シフトしたデー
タとの和をとり、その結果“ffffffff”をレジスタＸ
（４０２）に格納する。ステップ５０４において、レジ
スタＸ（４０２）に格納されているデータと、レジスタ
Ｘ（４０２）に格納されているデータを左４ビット循環
シフトしたデータとの排他的論理和をとり、その結果
“00000000”がレジスタＸ（４０２）に格納する。

【００４５】ステップ５０５において、レジスタＸ（４
０２）に格納されているデータとレジスタＬ（４０１）
に格納されているデータとの排他的論理和をとり、その
結果“00000000”がレジスタＸ（４０２）、およびＬ
（４０１）に格納する。但し、暗号プログラムＡ（１０
２）は、アルゴリズム決定鍵Ｂを生成するためのもの
（つまり、鍵スケジュールのプログラム）であるので、
レジスタＷ_１（４０４）にも“00000000”を格納するよ
うに設計される。ステップ５０６において、レジスタＸ
（４０２）に格納されたデータとレジスタＷ_２（４０
５）に格納されたデータとの和をとり、その結果“0000
0000”がレジスタＸに格納する。

【００４６】ステップ５０７において、レジスタＸ（４
０２）に格納されたデータに＋１を加算したデータと、
レジスタＸ（４０２）に格納されたデータを左２ビット
循環シフトしたデータとの和をとり、その結果“000000
00”をレジスタＸに格納する。ステップ５０８におい
て、レジスタＸ（４０２）に格納されたデータと、レジ
スタＸ（４０２）に格納されたデータを左８ビット循環
シフトしたデータとの排他的論理和をとり、その結果
“00000000”がレジスタＸ（４０２）に格納する。

【００４７】ステップ５０９において、レジスタＸ（４
０２）に格納されたデータとレジスタＷ_３（４０６）に
格納されたデータとの和をとり、その結果“00000101”
がレジスタＸに格納する。ステップ５１０において、レ
ジスタＸ（４０２）に格納されたデータ左１ビット循環
シフトしたデータと、レジスタＸ（４０２）に格納され
たデータとの差をとり、その結果“00000101”がレジス
タＸ（４０２）に格納する。ステップ５１１において、
レジスタＸ（４０２）に格納されたデータとレジスタＬ
（４０１）に格納されたデータとのビット毎の論理和を
とり、その結果“00000101”とレジスタＸに格納された
データを左１６ビットシフトしたデータとの排他的論理
和をとり、その結果“01010101”をレジスタＸに格納す
る。

【００４８】ステップ５１２において、レジスタＸ（４
０２）に格納されたデータとレジスタＲ（４０３）に格
納されたデータとの排他的論理和をとり、その結果“01
010101”をレジスタＸ（４０２）、および、Ｒ（４０
３）に格納する。但し、鍵スケジュールのフェーズであ
るので、レジスタＷ_２にも“01010101”を格納する。

【００４９】ステップ５１３において、レジスタＸ（４
０２）に格納されたデータとレジスタＷ_４（４０７）に
格納されたデータとの和をとり、その結果“01010101”
をレジスタＸ（４０２）に格納する。ステップ５１４に
おいて、レジスタＸ（４０２）に格納されたデータ＋１
を加算したデータと、レジスタＸ（４０２）に格納され
たデータを左２ビット循環シフトしたデータとの和をと
り、その結果“05050506”をレジスタＸ（４０２）に格
納する。ステップ５１５において、レジスタＸ（４０
２）に格納されたデータレジスタＬ（４０１）に格納さ
れたデータとの排他的論理和をとり、その結果“050505
06”がレジスタＸ（４０２）、およびＬ（４０１）に格
納する。但し、鍵スケジュールのフェーズであるので、
レジスタＷ_３（４０６）にも“05050506”を格納する。

【００５０】以下、同様の処理を繰り返し、さらに、イ
ンボリューションπ_１を実行する。この結果、レジスタ
Ｗ_７（４１０），Ｗ_８（４１１）には図７に示すような
データが得られる。このＷ_７（４１０），Ｗ_８（４１
１）の計６４ビットをアルゴリズム決定鍵Ｂ（１０７）
として出力する。

【００５１】次に、図８を用いて、暗号プログラムＢの
生成の処理手順（２０４）について詳細に説明する。前
記ステップ２０４において、アルゴリズム決定鍵Ｂ（１
０７）を用いて、次のアルゴリズム変換ルールに従って
暗号プログラムＡ（１０２）を変換する。アルゴリズム
決定鍵Ｂ（１０７）のうち、前記Ｗ_７（４１０）に格納
された３２ビットをＬ_１，前記Ｗ_８（４１１）に格納さ
れた３２ビットをＬ_２とする。Ｌ_１およびＬ_２の構成を
図１１のように決める。

【００５２】アルゴリズム変換ルールは次のとおりであ
る。ステップ６０１：Ｌ_１の１ビット目〜５ビット目
（７０１）を見てMULTI2の前半のインボルーションπ_１
〜π_４を決定し、Ｌ_２の１ビット目〜５ビット目によっ
て後半のインボルーションπ_１〜π_４の実行順序を決定
する。例えば、１ビット目〜５ビット目（７０１）が
“00000”のときは実行順序をπ_１π_２π_３π_４とし、
“00001”のときは実行順序をπ_１π_２π_４π_３とする
ように、１ビット目〜５ビット目で表わさせる２進数
が、１つ増える毎に、インボルーションπ_１〜π_４の添
字の順列が増加するように実行順序を決める。

【００５３】尚、１ビット目〜５ビット目（７０１）が
４！＝“11000”のとき、実行順序をπ_１π_２π_３π_４
に戻し、“11111”のときπ_２π_１π_４π_３が割り当て
られるまで、同様の割当てを行なう。

【００５４】さらに、この結果、割当てられた各インボ
ルーションの実行順序が、初期の実行順序（π_１，
π_２，π_３，π_４）と比較して偶数番目から奇数番目、
あるいは、奇数番目から偶数番目に変更した場合には、
そのインボリューションの左右の各３２ビットの入出力
データを左右入れ換える。

【００５５】ステップ６０２：Ｌ_１の６ビット目〜１６
ビット目（７０２〜７０４）を見て、前半のインボルー
ションπ_１〜π_４内の各関数（ｐ２１〜ｐ２３，ｐ３１
〜ｐ３６，ｐ４１〜ｐ４２）の実行順序を決定し、Ｌ_２
の６ビット目〜１６ビット目によって、後半のインボル
ーションπ_１〜π_４内の各関数の実行順序を決定する。
具体的には６ビット目〜８ビット目（７０２）でπ_２内
の関数ｐ_２１〜ｐ_２３の実行順序を決め、９ビット目〜
１５ビット目（７０３）でπ_３内の関数ｐ_３１〜ｐ_３６
の実行関数を決め、１６ビット目（７０４）でπ_４内の
関数ｐ_４１〜ｐ_４２の実行順序を決める。この実行順序
の決め方はステップ６０１と同様である。すなわち、各
ビットがすべてゼロの場合、暗号プログラムＡ（１０
２）と同じ実行順序であり、それを起点として、関数の
添字の順列の数値自体が増加数列となるように順次割り
当てる。順列が一巡したら、次から起点と同じ順列を割
当て、以下、同様の割当てを行なう。

【００５６】ステップ６０３：Ｌ_１の１７ビット目〜３
２ビット目（７０５〜７０９）を見て、前半のインボル
ーションπ_２〜π_４の関数内の一部を決定し、Ｌ_２の１
７ビット目〜３２ビット目によって、後半のインボルー
ションπ_２〜π_４の関数内の一部を換える。例えば、関
数ｐ_２２，ｐ_３２，ｐ_３５，ｐ_３６，ｐ_４２の演算子を
図１２に示すように各エリアのビットパターンにしたが
って変更する。

【００５７】ステップ６０４：アルゴリズム決定鍵Ａ
（１０５）の上位８ビットを見て、インボルーションの
繰り返し回数を決定する。すなわち、上位８ビットが
“00000000”のとき、ステップ６０３までに決定された
８個のインボルーションを実行する。

【００５８】“00000001”のとき、該８個のインボルー
ションの後、さらに、前半４個のインボルーションを１
回繰り返す。以下、数値が１つ増える毎に前半または後
半４個のインボルーションを交互に追加する。上位８ビ
ットが“11111111”となったとき、ステップ６０３まで
に決定された８個のインボルーションが１２８回繰り返
された後、前半４個のインボルーションがさらに１回繰
り返されることになる。

【００５９】Ｌ_１，Ｌ_２として図７のビット列を用いる
場合、図１３、図１４、図１５に示すようなアルゴリズ
ムに変換される。また、このとき、アルゴリズム決定鍵
Ａ（１０５）の上位８ビットは、“00000000”であるの
で、８個のインボルーションが実行される。つまり、マ
シーン命令３０個で１ブロック６４ビットのデータを暗
号化する処理となる。

【００６０】以上のように決定された暗号プログラムは
暗号プログラムＢ（１０３）として、平文１０９の暗号
化のため実行される。

【００６１】次に、暗号化処理（２０５，２０６）につ
いて説明する。

【００６２】図２のステップ２０６は、更に、データ鍵
（１０８）とシステム鍵Ｂ（１１２）とからデータ実行
鍵（Ｋ_１〜Ｋ_８）を生成するプロセスと、そのデータ実
行鍵を用いて平文（１０９）を暗号化するプロセスとに
分けられる。

【００６３】サポートプロセッサ１０１によって生成さ
れた暗号プログラムＢのうち、アルゴリズム決定鍵Ｂの
上位３２ビットから作成された４つのインボリューショ
ン関数をπ_ａ，π_ｂ，π_ｃ，π_ｄとし、アルゴリズム決
定鍵Ｂの下位３２ビットから作成された４つのインボリ
ューション関数をπ_ｅ，π_ｆ，π_ｇ，π_ｈとすると、デ
ータ実行鍵（Ｋ_１〜Ｋ_８）を生成するプロセスは、それ
らを合わせた９つのインボリューション関数をπ_ａ，π
_ｂ，π_ｃ，π_ｄ，π_ｅ，π_ｆ，π_ｇ，π_ｈ，π_ａで実行
される。データ実行鍵（Ｋ_１〜Ｋ_８）を生成するプロセ
スの流れ図を図１６に示す。

【００６４】尚、アルゴリズム決定鍵Ｂの上位ビット，
下位ビットを図７に示すＬ_１，Ｌ_２とすると、データ実
行鍵（Ｋ_１〜Ｋ_８）を生成するプロセスは、π_３，
π_１，π_４，π_２，π_１，π_３，π_２，π_４，π_３とい
う９つのインボリューション関数で構成されることにな
る。

【００６５】データ実行鍵（Ｋ_１〜Ｋ_８）を生成するプ
ロセスでは、まず、システム鍵Ｂ（１１２）をＪ_１〜Ｊ
_８に分割して、予めレジスタＷ_１（４０４）〜Ｗ_８（４
１１）に格納し、データ鍵（１０８）の上位３２ビット
をレジスタＬ（４０１）とＸ（４０２）に書き込み、下
位３２ビットをレジスタＲ（４０３）に書き込む。図１
３、図１４、図１５のプログラムにおいて、鍵スケジュ
ールの処理（出力として大括弧に書かれたレジスタ［Ｗ
_Ｘ］への書き込みを行なう処理）を実行すると、レジス
タＷ_１（４０４）〜Ｗ_８（４１１）には、データ実行鍵
（Ｋ_１〜Ｋ_８）が得られる。

【００６６】次に、暗号化プロセスの流れ図を図１７に
示す。

【００６７】図１７はインボリューションの繰り返しが
複数回おこなわれる場合を示しており、最終段のインボ
リューション（π_ａ）は省略してある。

【００６８】アルゴリズム決定鍵Ａの上位８ビットが
“00000000”であるときには、図１６と同数のインボリ
ューションとなる。

【００６９】処理の前提として、１ブロック６４ビット
の平文データの上位３２ビットをレジスタＬ（４０１）
とＸ（４０２）に書き込み、下位３２ビットをレジスタ
Ｒ（４０３）に書き込んだ後、暗号プログラムＢ（出力
として大括弧に書かれたレジスタ［Ｗ_Ｘ］へ書き込みを
行なう処理）を実行する。結果として、Ｌ（４０１）に
暗号文の上位３２ビット、Ｒ（４０３）に暗号文の下位
３２ビットがそれぞれ得られる。

【００７０】復号化は、暗号化プロセスで行なったイン
ボルーションの実行順序を逆にして行なう。このように
すると、復号化により元の平文を得られる。

【００７１】尚、図４において、３２ビットレジスタ１
２個、３２ビット演算回路３個からなるプロセッサを用
いたが、本構成とは異なる汎用プロセッサを用いて実施
例と同様の処理を行なうようソフトウェアを構成しても
よい。

【００７２】また、図５、図６、および、図１３、図１
４、図１５においては、４ビット，８ビット、および、
１６ビットの左循環シフトを固定としたが、４ビット，
８ビット、および、１６ビットの右循環シフトにしても
よい。あるいは、５ビット，９ビット，１７ビットのよ
うにビット攪乱の波及が効果的となる左または右の循環
シフトビット数にしてもよい。更に、暗号プログラム変
換前は、４ビット，８ビット，１６ビットの左循環を含
み、変換後は、３ビット，８ビット，１８ビットの左循
環シフトを含むというように、プログラム変換によっ
て、±数ビットの変化が生じるようにしてもよい。

【００７３】また、本実施例例では、アルゴリズム決定
鍵Ａ（１０５）、および、データ鍵（１０８）のビット
長を６４ビットとしたが、その代わり、１２８ビット長
としてもよい。

【００７４】すなわち、アルゴリズム決定鍵Ａ（１０
５）を１２８ビット長とする場合、システム鍵Ａ（１１
１）すなわち、３２ビット×８個のデータＩ_１〜Ｉ_８の
うち、システムよって定まる任意の２個Ｉ_α，Ｉ_βを元
のアルゴリズム決定鍵Ａに追加して、計１２８ビット長
のアルゴリズム決定鍵Ａとしてもよい。このとき、シス
テム鍵Ａは、残りの３２ビット×６個となる。

【００７５】同様に、データ鍵（１０８）を１２８ビッ
ト長とする場合、システム鍵Ｂ（１１２）、すなわち、
３２ビット×８個のデータＪ_１〜Ｊ_８のうち、システム
よって定まる任意の２個Ｊ_γ，Ｊ_δを元のデータに追加
して、計１２８ビット長のデータ鍵としてもよい。この
とき、システム鍵Ｂは、残りの３２ビット×６個とな
る。

【００７６】また、上述した実施例では、あるデータに
インボルーション変換を実行し、さらにもう一度同じイ
ンボルーション変換を実行すると、元のデータに戻ると
いうインボルーションの特徴を活かし、複数個のインボ
ルーションを実行することにより暗号化関数を、同じイ
ンボルーションを逆の順序に実行することにより、復号
化関数を実現していた。

【００７７】しかしながら、本発明を平文の暗号化，復
号化以外の目的、例えば、平文をシステム鍵Ａ，Ｂとし
て用いることにより、圧縮コードを作成する場合等に用
いるときには代わり、演算子を変えることによって、イ
ンボルーションの特徴をなくし、一方向暗号関数として
もよい。例えば、入力データの上位、または、下位３２
ビットを関数変換したものと、入力データの残りの上
位、または下位３２ビットとビット毎の排他的論理和を
とる代わりにモジュロ加算やモジュロ積あるいは他の演
算を実施する。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、アルゴリズム決定鍵Ａ
とデータ鍵に基づき暗号化／復号化関数の決定を行なう
処理と、データの暗号化／復号化を行なう処理の２段階
に分けることによって暗号強度の強化が図れる。

【００７９】尚、本発明で生成される暗号プログラムを
インボルーション８個の処理に限定した場合において
も、２^６３個以上のアルゴリズムのバリエーションが存
在するため、選択平文−暗号文攻撃に対して強固であ
る。また、アルゴリズム鍵の上位８ビットのデータによ
り、インボルーションの繰り返し回数を増やす場合に
は、暗号解読の手掛かりは想像も付かない程複雑なもの
になる。

【００８０】さらに、インボルーションの繰り返しが８
回より大きい場合には、一度使用したデータ実効鍵（Ｋ
_１〜Ｋ_８）が繰り返し使用されるので、ほとんどレジス
タ−レジスタ間の処理で、暗号化を行なうことができ、
インボルーション繰り返し回数が増えたことによる暗号
処理速度の低下は軽減される。

【００８１】例えば、日立ワークステーション２０５０
／３２（日立製作所（株）製品）を用いて、１０２８個
のインボルーション処理を含むプログラムを実行する
と、３６Kbps以上の暗号化処理速度が得られる。これ
は、８個のインボルーション処理からなる暗号プログラ
ムを、同装置で実行した場合に得られる２．７Mbpsから
反比例計算によって予測される２１Kbpsよりも速い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する暗号装置のブロック構成図。

【図２】暗号変換の処理を示すフローチャートを示す
図。

【図３】３２ビットプロセッサ（１０６）の構成を示す
図。

【図４】演算部（３０２）の詳細を示す図。

【図５】暗号プログラムＡの詳細を説明するための図。

【図６】暗号プログラムＡの詳細を説明するための図。

【図７】暗号プログラムＡのフローチャートを示す図。

【図８】暗号プログラムＡのフローチャートを示す図。

【図９】暗号プログラムＡを実行することにより生成さ
れたアルゴリズム決定鍵Ｂのビットパタンを示す図。

【図１０】暗号プログラム生成機能の処理手順を示す
図。

【図１１】アルゴリズム決定鍵Ｂの構成を示す図。

【図１２】演算子決定部分に関する詳細を示した図。

【図１３】暗号プログラムＢの具体例を示す図。

【図１４】暗号プログラムＢの具体例を示す図。

【図１５】暗号プログラムＢの具体例を示す図。

【図１６】暗号プログラムＢの一般的フローチャートを
説明する図。

【図１７】暗号プログラムＢの一般的フローチャートを
説明する図。

【図１８】基本インボリューション関数を説明するため
の図。

【符号の説明】

１０３…暗号プログラムＢ、１０６…３２ビットプロセッサ、１０７…アルゴリズム決定鍵、１０８…データ鍵、１０９…平文、１１０…暗号文、１１２…システム鍵Ｂ、３０１…入力バッファ、３０２…演算部、３０４…出力バッファ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村勤神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者山下正弘神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所神奈川工場内 (72)発明者橋本和夫神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者松本浩愛知県名古屋市中区栄三丁目10番22号日立中部ソフトウエア株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データ攪乱のための複数の換字処理と転置
処理を組み合わせて一定長のデータを暗号化するための
暗号処理方法において、鍵データで上記換字処理または
転置処理の実行順序、または、処理の繰返し回数を変更
することを特徴とする暗号処理方法。
【請求項２】データ攪乱のための複数の換字処理と転置
処理を組み合わせて一定長のデータを暗号化する暗号処
理方法において、一定回数以上換字処理と転置処理を繰
り返す場合、同じ鍵データを繰り返し用いることを特徴
とする暗号処理方法。
【請求項３】前記転置処理は、相異なる数ＸとＹに対し
て、Ｘビットだけ右または左に循環シフトするという操
作と、Ｙビットだけ右または左に循環シフトするという
操作とを含み、該ＸとＹの具体的数値、あるいは、右か左かのいずれに
循環シフトするかといか指示は、鍵データよって与えら
れることを特徴とする請求項１記載の暗号処理方法。
【請求項４】前記換字処理は、右または左の巡回シフト
処理、モジュロ加算処理、モジュロ減算処理、ビット毎
の排他的論理和処理、ビット毎の論理和処理、または、
ビット毎の論理積処理を含み、該処理をどのように組み合わせて該換字処理を構成する
かという指示は、鍵データによって与えられることを特
徴とする請求項１記載の暗号処理方法。
【請求項５】データ攪乱のための複数の換字処理と転置
処理を組み合わせてのデータを一方向暗号化する一定方
向暗号方式において、鍵データで上記換字処理または転
置処理の実行順序、または、処理の繰返し回数を変更す
ることを特徴とする一方向暗号方式。
【請求項６】データ攪乱のための複数の換字処理と転置
処理を組み合わせてのデータを一方向暗号化する一方向
暗号方式において、一定回数以上換字処理と転置処理を
繰り返す場合、同じ鍵データを繰り返し用いることを特
徴とする一方向暗号方式。
【請求項７】複数の鍵データを用いて、メッセージデー
タを所定ビットごとに暗号化するための暗号処理装置に
おいて、複数種の基本インボリューションプログラム
を、第１の鍵データに応じた実行順序で組合せることに
よって、暗号プログラムを生成する手段と、第２の鍵デ
ータを用いて上記暗号プログラムを実行することによ
り、上記メッセージデータを暗号文に変換する手段とを
備えることを特徴とする暗号処理装置。
【請求項８】複数の鍵データを用いて、メッセージデー
タを所定ビットごとに暗号化するための暗号処理方法に
おいて、予め記録された複数種の基本インボリューショ
ンプログラムを、第１の鍵データに応じた実行順序で組
合わせることによって、暗号プログラムを生成し、第２
の鍵データを用いて上記暗号プログラムを実行すること
により、上記メッセージデータを暗号文に変換すること
を特徴とする暗号処理方法。