JP2001016197A - 自己同期型ストリーム暗号システム及びこれを用いたｍａｃ生成方法 - Google Patents
自己同期型ストリーム暗号システム及びこれを用いたｍａｃ生成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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が、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り、かつ、鍵の設
定が容易であるような自己同期型ストリーム暗号システ
ムを提供する。 【解決手段】 本発明は、複数段のシフトレジスタ１０
２と、多ビット入力１ビット出力の非線形変換計算部１
０４と、暗号化鍵を格納する暗号化鍵設定部１０３とを
有し、平文を１ビットずつ入力し暗号文を１ビットずつ
出力する自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置１００
であって、非線形変換計算部１０４が、シフトレジスタ
１０２における値と暗号化鍵設定部１０３の設定値をビ
ット毎に排他的論理和した結果を入力とし、これに対す
るベント関数の演算結果を出力とするベント関数演算部
を備え、前記平文と非線形変換計算部１０４の出力をビ
ット毎に排他的論理和した結果を、シフトレジスタ１０
２へ順次入力すると共に、出力される暗号文とする。
なる鍵で復号した場合の系列が、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り、かつ、鍵の設
定が容易であるような自己同期型ストリーム暗号システ
ムを提供する。 【解決手段】 本発明は、複数段のシフトレジスタ１０
２と、多ビット入力１ビット出力の非線形変換計算部１
０４と、暗号化鍵を格納する暗号化鍵設定部１０３とを
有し、平文を１ビットずつ入力し暗号文を１ビットずつ
出力する自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置１００
であって、非線形変換計算部１０４が、シフトレジスタ
１０２における値と暗号化鍵設定部１０３の設定値をビ
ット毎に排他的論理和した結果を入力とし、これに対す
るベント関数の演算結果を出力とするベント関数演算部
を備え、前記平文と非線形変換計算部１０４の出力をビ
ット毎に排他的論理和した結果を、シフトレジスタ１０
２へ順次入力すると共に、出力される暗号文とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、暗号通信装置など
で利用される自己同期型ストリーム暗号システム、及び
該システムを用いたＭＡＣ生成方法に関する。
で利用される自己同期型ストリーム暗号システム、及び
該システムを用いたＭＡＣ生成方法に関する。
【従来の技術】従来より、電話機、無線通信装置、デー
タ通信装置のような通信システムにおいては、第三者、
すなわちその通信システムの両端の通信当事者以外の者
が、その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、ここ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。
タ通信装置のような通信システムにおいては、第三者、
すなわちその通信システムの両端の通信当事者以外の者
が、その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、ここ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。
【０００２】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ある。図４に沿って、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
方式について説明する。
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ある。図４に沿って、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
方式について説明する。
【０００３】図において、自己同期型ストリーム暗号シ
ステム４００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装置４０１（送信側）お
よび暗号化されたストリーム（暗号文）を復号化する自
己同期型ストリーム復号化装置４０５（受信側）を備え
る。暗号化装置４０１と復号化装置４０５は、それぞれ
同じ構造のシフトレジスタ４０２、４０６、非線形変換
計算部４０３、４０７を有する。
ステム４００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装置４０１（送信側）お
よび暗号化されたストリーム（暗号文）を復号化する自
己同期型ストリーム復号化装置４０５（受信側）を備え
る。暗号化装置４０１と復号化装置４０５は、それぞれ
同じ構造のシフトレジスタ４０２、４０６、非線形変換
計算部４０３、４０７を有する。
【０００４】すなわち、暗号化装置４０１は、シフトレ
ジスタ４０２、非線形変換計算部４０３及び排他的論浬
和演算部４０４を備える。暗号化装置４０１では、平文
Piがビット毎に入力されると、同期信号に同期して暗号
文Ciがビット毎に出力される。すなわち、平文Piと非線
形変換計算部４０３の出力は、排他的論理和演算部４０
４でビット毎に排他的論理和演算され、その結果は、暗
号文Ciとして出力されると共に、シフトレジスタ４０２
の最右段に入力される。シフトレジスタ４０２は同期信
号に同期してその記憶している内容を１ビット左シフト
する。非線形変換計算部４０３はシフトレジスタ４０２
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。
ジスタ４０２、非線形変換計算部４０３及び排他的論浬
和演算部４０４を備える。暗号化装置４０１では、平文
Piがビット毎に入力されると、同期信号に同期して暗号
文Ciがビット毎に出力される。すなわち、平文Piと非線
形変換計算部４０３の出力は、排他的論理和演算部４０
４でビット毎に排他的論理和演算され、その結果は、暗
号文Ciとして出力されると共に、シフトレジスタ４０２
の最右段に入力される。シフトレジスタ４０２は同期信
号に同期してその記憶している内容を１ビット左シフト
する。非線形変換計算部４０３はシフトレジスタ４０２
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。
【０００５】復号化装置４０５は、シフトレジスタ４０
６、非線形変換計算部４０７及び排他的論理和演算部４
０８を備える。復号化装置４０５では、暗号化装置４０
１から送信された暗号文Ciがビット毎に入力されると、
同期信号に同期して平文Piがビット毎に出力される。す
なわち、暗号文Ciと非線形変換計算部４０７の出力は、
排他的論理和演算部４０８でビット毎に排他的論理和演
算され、その結果は、平文Piとして出力される。同時に
暗号文Ciは、シフトレジスタ４０６の最右段に入力され
る。シフトレジスタ４０６は、同期信号に同期してその
記憶している内容を１ビット左シフトする。非線形変換
計算部４０７はシフトレジスタ４０６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。
６、非線形変換計算部４０７及び排他的論理和演算部４
０８を備える。復号化装置４０５では、暗号化装置４０
１から送信された暗号文Ciがビット毎に入力されると、
同期信号に同期して平文Piがビット毎に出力される。す
なわち、暗号文Ciと非線形変換計算部４０７の出力は、
排他的論理和演算部４０８でビット毎に排他的論理和演
算され、その結果は、平文Piとして出力される。同時に
暗号文Ciは、シフトレジスタ４０６の最右段に入力され
る。シフトレジスタ４０６は、同期信号に同期してその
記憶している内容を１ビット左シフトする。非線形変換
計算部４０７はシフトレジスタ４０６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。
【０００６】次に、前記自己同期型ストリーム暗号シス
テムを用いたＭＡＣ生成方法について説明する。ＭＡＣ
(Message Authenticate Codes：メッセージ認証子)は、
暗号化鍵に依存して、平文の特徴を抽出したデータであ
り、元の平文データの改ざんを検出するために利用され
る。ＭＡＣは暗号化鍵に依存しているので、暗号化鍵を
有しない第三者によって、簡単に生成することができな
い。ＭＡＣを付加したデータにおいては、第三者がデー
タ部分を改ざんしても、ＭＡＣ部分を算出することが困
難である。したがって、第三者によるデータ改ざんを検
出することができる。
テムを用いたＭＡＣ生成方法について説明する。ＭＡＣ
(Message Authenticate Codes：メッセージ認証子)は、
暗号化鍵に依存して、平文の特徴を抽出したデータであ
り、元の平文データの改ざんを検出するために利用され
る。ＭＡＣは暗号化鍵に依存しているので、暗号化鍵を
有しない第三者によって、簡単に生成することができな
い。ＭＡＣを付加したデータにおいては、第三者がデー
タ部分を改ざんしても、ＭＡＣ部分を算出することが困
難である。したがって、第三者によるデータ改ざんを検
出することができる。
【０００７】暗号化方式を利用すると、簡単にＭＡＣを
生成することができる。例えば、ＤＥＳ(Data Encrypti
on Standard)などのブロック暗号方式のＣＢＣ(Cipher
Block Chaining)モードを用いれば、ＭＡＣは暗号文の
最終ブロックとして算出できることが知られている。
生成することができる。例えば、ＤＥＳ(Data Encrypti
on Standard)などのブロック暗号方式のＣＢＣ(Cipher
Block Chaining)モードを用いれば、ＭＡＣは暗号文の
最終ブロックとして算出できることが知られている。
【０００８】図５は、ブロック暗号方式におけるＣＢＣ
モード５００を示したものである。符号５０１はブロッ
ク暗号における暗号化部であり、符号５０３、５０４は
それぞれサイズの等しい平文ブロック、暗号文ブロック
を示している。符号５０５は１サイクル前の暗号文ブロ
ックである。平文は一定のサイズのブロックに分割さ
れ、最初のブロックから順番に５０３に配置される。暗
号文は暗号化部５０１から出力されたブロック５０４を
順番に並べたものとなる。
モード５００を示したものである。符号５０１はブロッ
ク暗号における暗号化部であり、符号５０３、５０４は
それぞれサイズの等しい平文ブロック、暗号文ブロック
を示している。符号５０５は１サイクル前の暗号文ブロ
ックである。平文は一定のサイズのブロックに分割さ
れ、最初のブロックから順番に５０３に配置される。暗
号文は暗号化部５０１から出力されたブロック５０４を
順番に並べたものとなる。
【０００９】最初の暗号化では、まず、５０５に初期値
が設定される。５０５に設定された初期値は５０３に入
力された平文ブロックと同位置のビット毎に５０２にお
いて排他的論理和演算され、暗号化部５０１によって暗
号化されて、暗号文ブロック５０４として出力される。
次以降の暗号化では、５０５には前回出力された暗号文
ブロックが設定される。
が設定される。５０５に設定された初期値は５０３に入
力された平文ブロックと同位置のビット毎に５０２にお
いて排他的論理和演算され、暗号化部５０１によって暗
号化されて、暗号文ブロック５０４として出力される。
次以降の暗号化では、５０５には前回出力された暗号文
ブロックが設定される。
【００１０】上述したＣＢＣモードを用いれば、ＭＡＣ
は暗号文の最終ブロックとして得られる。また、図４に
示した自己同期型ストリーム暗号では、非線形変換計算
部４０３の出力を図５における暗号文ブロック(Ci)５０
４と考え、暗号文の最終部分をＭＡＣとすることができ
る。
は暗号文の最終ブロックとして得られる。また、図４に
示した自己同期型ストリーム暗号では、非線形変換計算
部４０３の出力を図５における暗号文ブロック(Ci)５０
４と考え、暗号文の最終部分をＭＡＣとすることができ
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示した自己同期型ストリーム暗号システムでは、暗号化
及び復号化鍵として、非線形変換計算部４０３、４０７
の構造を共通にする必要があるが、その構造は複雑であ
るため、暗号化及び復号化鍵として扱いづらいという問
題があった。
示した自己同期型ストリーム暗号システムでは、暗号化
及び復号化鍵として、非線形変換計算部４０３、４０７
の構造を共通にする必要があるが、その構造は複雑であ
るため、暗号化及び復号化鍵として扱いづらいという問
題があった。
【００１２】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
さくなるという性質が要求される。即ち、鍵同士には、
復号化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。しかしながら、従
来、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もあ
った。
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
さくなるという性質が要求される。即ち、鍵同士には、
復号化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。しかしながら、従
来、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もあ
った。
【００１３】また、従来の自己同期型ストリーム暗号シ
ステムでは、鍵の設定が容易ではないため、暗号化鍵に
依存したＭＡＣの生成も困難であった。
ステムでは、鍵の設定が容易ではないため、暗号化鍵に
依存したＭＡＣの生成も困難であった。
【００１４】本発明では、前記問題点に鑑み、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
合の系列が、平文の系列と比較した場合、その相互相関
が極めて小さくなり、かつ、鍵の設定が容易であるよう
な自己同期型ストリーム暗号システムを提供することを
目的とする。
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
合の系列が、平文の系列と比較した場合、その相互相関
が極めて小さくなり、かつ、鍵の設定が容易であるよう
な自己同期型ストリーム暗号システムを提供することを
目的とする。
【００１５】また、本発明は、前記自己同期型ストリー
ム暗号システムを用いたＭＡＣ生成方法を提供する。
ム暗号システムを用いたＭＡＣ生成方法を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、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、ｎビットの暗号化鍵を格納する暗号化鍵設定部
とを有し、前記同期信号に同期して、平文を１ビットず
つ入力し、暗号文を１ビットずつ出力する自己同期型ス
トリーム暗号の暗号化装置であって、前記非線形変換計
算部が、前記シフトレジスタにおけるレジスタｎビット
と前記暗号化鍵設定部に設定された暗号化鍵ｎビットを
ビット毎に排他的論理和演算した結果を少なくともその
入力とし、該入力に対しベント関数による演算を行った
結果を出力とするベント関数演算部を備え、前記入力さ
れた平文と前記非線形変換計算部の出力をビット毎に排
他的論理和演算した結果を、前記シフトレジスタへ順次
入力すると共に、前記出力される暗号文としたことを特
徴として構成される。
本発明は、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、ｎビットの暗号化鍵を格納する暗号化鍵設定部
とを有し、前記同期信号に同期して、平文を１ビットず
つ入力し、暗号文を１ビットずつ出力する自己同期型ス
トリーム暗号の暗号化装置であって、前記非線形変換計
算部が、前記シフトレジスタにおけるレジスタｎビット
と前記暗号化鍵設定部に設定された暗号化鍵ｎビットを
ビット毎に排他的論理和演算した結果を少なくともその
入力とし、該入力に対しベント関数による演算を行った
結果を出力とするベント関数演算部を備え、前記入力さ
れた平文と前記非線形変換計算部の出力をビット毎に排
他的論理和演算した結果を、前記シフトレジスタへ順次
入力すると共に、前記出力される暗号文としたことを特
徴として構成される。
【００１７】本発明はまた、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、ｎビットの復号化鍵を格納す
る復号化鍵設定部とを有し、前記同期信号に同期して、
暗号文を１ビットずつ入力し、復号文を１ビットずつ出
力する自己同期型ストリーム暗号の復号化装置であっ
て、前記非線形変換計算部が、前記シフトレジスタにお
けるレジスタｎビットと前記復号化鍵設定部に設定され
た復号化鍵ｎビットをビット毎に排他的論理和演算した
結果を少なくともその入力とし、該入力に対しベント関
数による演算を行った結果を出力とするベント関数演算
部を備え、前記入力された暗号文を、前記シフトレジス
タへ入力すると共に、前記入力された暗号文と前記非線
形変換計算部の出力をビット毎に排他的論理和演算した
結果を、前記出力される復号文としたことを特徴として
構成される。
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、ｎビットの復号化鍵を格納す
る復号化鍵設定部とを有し、前記同期信号に同期して、
暗号文を１ビットずつ入力し、復号文を１ビットずつ出
力する自己同期型ストリーム暗号の復号化装置であっ
て、前記非線形変換計算部が、前記シフトレジスタにお
けるレジスタｎビットと前記復号化鍵設定部に設定され
た復号化鍵ｎビットをビット毎に排他的論理和演算した
結果を少なくともその入力とし、該入力に対しベント関
数による演算を行った結果を出力とするベント関数演算
部を備え、前記入力された暗号文を、前記シフトレジス
タへ入力すると共に、前記入力された暗号文と前記非線
形変換計算部の出力をビット毎に排他的論理和演算した
結果を、前記出力される復号文としたことを特徴として
構成される。
【００１８】更に本発明は、前記自己同期型ストリーム
暗号の暗号化装置と前記自己同期型ストリーム暗号の復
号化装置を備えて構成される自己同期型ストリーム暗号
システムである。
暗号の暗号化装置と前記自己同期型ストリーム暗号の復
号化装置を備えて構成される自己同期型ストリーム暗号
システムである。
【００１９】また、本発明は、前記自己同期型ストリー
ム暗号の暗号化装置を用いてＮビットの平文からＳビッ
トのメッセージ認証子を生成するＭＡＣ生成方法であっ
て、前記シフトレジスタに所定の初期値を設定する手順
と、前記暗号化装置にＮビットの平文を入力する手順
と、前記暗号化装置から出力されたＮビットの暗号文の
末尾から連続するＳビットをメッセージ認証子として出
力する手順とを備えて構成される。
ム暗号の暗号化装置を用いてＮビットの平文からＳビッ
トのメッセージ認証子を生成するＭＡＣ生成方法であっ
て、前記シフトレジスタに所定の初期値を設定する手順
と、前記暗号化装置にＮビットの平文を入力する手順
と、前記暗号化装置から出力されたＮビットの暗号文の
末尾から連続するＳビットをメッセージ認証子として出
力する手順とを備えて構成される。
【００２０】本発明は、また、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、ｎビットの暗号化鍵を格納
する暗号化鍵設定部とを有し、前記同期信号に同期し
て、平文を１ビットずつ入力し、暗号文を１ビットずつ
出力する自己同期型ストリーム暗号の暗号化方法であっ
て、前記入力された平文と前記非線形変換計算部の出力
をビット毎に排他的論理和演算する手順と、前記排他的
論理和演算の結果を、前記シフトレジスタへ順次入力す
ると共に、前記出力される暗号文として用いる手順と、
前記シフトレジスタにおけるレジスタｎビットと前記暗
号化鍵設定部に設定された暗号化鍵ｎビットをビット毎
に排他的論理和演算する手順と、前記排他的論理和演算
の結果を少なくともその入力とし、該入力に対しベント
関数による演算を行う手順と、前記ベント関数による演
算の結果を含んで前記非線形変換計算部の出力を生成す
る手順と、を備えて構成される。
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、ｎビットの暗号化鍵を格納
する暗号化鍵設定部とを有し、前記同期信号に同期し
て、平文を１ビットずつ入力し、暗号文を１ビットずつ
出力する自己同期型ストリーム暗号の暗号化方法であっ
て、前記入力された平文と前記非線形変換計算部の出力
をビット毎に排他的論理和演算する手順と、前記排他的
論理和演算の結果を、前記シフトレジスタへ順次入力す
ると共に、前記出力される暗号文として用いる手順と、
前記シフトレジスタにおけるレジスタｎビットと前記暗
号化鍵設定部に設定された暗号化鍵ｎビットをビット毎
に排他的論理和演算する手順と、前記排他的論理和演算
の結果を少なくともその入力とし、該入力に対しベント
関数による演算を行う手順と、前記ベント関数による演
算の結果を含んで前記非線形変換計算部の出力を生成す
る手順と、を備えて構成される。
【００２１】更に本発明は、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、ｎビットの復号化鍵を格納す
る復号化鍵設定部とを有し、前記同期信号に同期して、
暗号文を１ビットずつ入力し、復号文を１ビットずつ出
力する自己同期型ストリーム暗号の復号化方法であっ
て、前記入力された暗号文を、前記シフトレジスタへ順
次入力する手順と、前記シフトレジスタにおけるレジス
タｎビットと前記復号化鍵設定部に設定された復号化鍵
ｎビットをビット毎に排他的論理和演算する手順と、前
記排他的論理和演算の結果を少なくともその入力とし、
該入力に対しベント関数による演算を行う手順と、前記
ベント関数による演算の結果を含んで前記非線形変換計
算部の出力を生成する手順と、前記入力された暗号文と
前記非線形変換計算部の出力をビット毎に排他的論理和
演算し、その結果を、前記出力される暗号文として用い
る手順と、を備えて構成される。
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、ｎビットの復号化鍵を格納す
る復号化鍵設定部とを有し、前記同期信号に同期して、
暗号文を１ビットずつ入力し、復号文を１ビットずつ出
力する自己同期型ストリーム暗号の復号化方法であっ
て、前記入力された暗号文を、前記シフトレジスタへ順
次入力する手順と、前記シフトレジスタにおけるレジス
タｎビットと前記復号化鍵設定部に設定された復号化鍵
ｎビットをビット毎に排他的論理和演算する手順と、前
記排他的論理和演算の結果を少なくともその入力とし、
該入力に対しベント関数による演算を行う手順と、前記
ベント関数による演算の結果を含んで前記非線形変換計
算部の出力を生成する手順と、前記入力された暗号文と
前記非線形変換計算部の出力をビット毎に排他的論理和
演算し、その結果を、前記出力される暗号文として用い
る手順と、を備えて構成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図示した一実施形態に基い
て本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る自己
同期型ストリーム暗号システムの一実施形態を示すブロ
ック図である。図において、自己同期型ストリーム暗号
システム１００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装置１０１（送信側）
及び暗号化されたストリーム（暗号文）を復号する自己
同期型ストリーム複号化装置１１０（受信側）を備え
る。これら暗号化装置１０１及び復号化装置１１０は、
暗号通信を行う当事者が使用する端末に備えることがで
き、一方の当事者の端末に備えられた暗号化装置１０１
によって暗号化された平文が、他方の当事者の端末に送
信され、その復号化装置１１０によって復号化される。
これらの装置は、専用のハードウェアによっても、また
汎用のハードウェア及びその上で稼動されるプログラム
によっても実現できることは、当業者であれば明らかで
あろう。
て本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る自己
同期型ストリーム暗号システムの一実施形態を示すブロ
ック図である。図において、自己同期型ストリーム暗号
システム１００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装置１０１（送信側）
及び暗号化されたストリーム（暗号文）を復号する自己
同期型ストリーム複号化装置１１０（受信側）を備え
る。これら暗号化装置１０１及び復号化装置１１０は、
暗号通信を行う当事者が使用する端末に備えることがで
き、一方の当事者の端末に備えられた暗号化装置１０１
によって暗号化された平文が、他方の当事者の端末に送
信され、その復号化装置１１０によって復号化される。
これらの装置は、専用のハードウェアによっても、また
汎用のハードウェア及びその上で稼動されるプログラム
によっても実現できることは、当業者であれば明らかで
あろう。
【００２３】前記暗号化装置１０１及び復号化装置１１
０は、それぞれ同じ構造のシフトレジスタ１０２、１１
１、及び非線形変換計算部１０４、１１３を備える。こ
れらは、端末内のハードウェア構成として共用すること
ができる。
０は、それぞれ同じ構造のシフトレジスタ１０２、１１
１、及び非線形変換計算部１０４、１１３を備える。こ
れらは、端末内のハードウェア構成として共用すること
ができる。
【００２４】暗号化装置１０１は、シフトレジスタ１０
２、暗号化鍵設定部１０３、非線形変換計算部１０４及
び排他的論理和演算部１０５〜１０６を備える。暗号化
装置１０１では、平文Piがビット毎に入力されると、同
期信号に同期して暗号文Ciがビット毎に出力される。す
なわち、平文Piと非線形変換計算部１０４の出力は、排
他的論理和演算部１０７でビット毎に排他的論理和演算
され、その結果は暗号文Ciとして出力されると共に、シ
フトレジスタ１０２の最右段に入力される。シフトレジ
スタ１０２は、同期信号に同期してその記憶している内
容を１ビット左シフトする。排他的論理和演算部１０５
〜１０６は、シフトレジスタ１０２の各段におけるレジ
スタ値に対して、暗号化鍵設定部１０３に設定された値
を、ビット毎に排他的論理和するものである。非線形変
換計算部１０４は、前記排他的論理和演算部１０５〜１
０６の各結果を入力し、それらを非線形変換し、結果と
して１ビットを出力する。
２、暗号化鍵設定部１０３、非線形変換計算部１０４及
び排他的論理和演算部１０５〜１０６を備える。暗号化
装置１０１では、平文Piがビット毎に入力されると、同
期信号に同期して暗号文Ciがビット毎に出力される。す
なわち、平文Piと非線形変換計算部１０４の出力は、排
他的論理和演算部１０７でビット毎に排他的論理和演算
され、その結果は暗号文Ciとして出力されると共に、シ
フトレジスタ１０２の最右段に入力される。シフトレジ
スタ１０２は、同期信号に同期してその記憶している内
容を１ビット左シフトする。排他的論理和演算部１０５
〜１０６は、シフトレジスタ１０２の各段におけるレジ
スタ値に対して、暗号化鍵設定部１０３に設定された値
を、ビット毎に排他的論理和するものである。非線形変
換計算部１０４は、前記排他的論理和演算部１０５〜１
０６の各結果を入力し、それらを非線形変換し、結果と
して１ビットを出力する。
【００２５】一方、復号化装置１１０は、シフトレジス
タ１１１、復号化鍵設定部１１２、非線形変換計算部１
１３及び排他的論理和演算部１１４〜１１５を備える。
復号化装置１１０では、受信した暗号文Ciがビット毎に
入力されると、同期信号に同期して平文Piがビット毎に
出力される。すなわち、暗号文Ciと非線形変換計算部１
１３の出力は、排他的論理和演算部１１６でビット毎に
排他的論理和演算され、その結果は平文Piとして出力さ
れる。また、復号化装置１１０では、受信した暗号文Ci
は、シフトレジスタ１１１の最右段に入力される。シフ
トレジスタ１１１は、同期信号に同期してその記億して
いる内容を１ビット左シフトする。排他的論理和演算部
１１４〜１１５は、シフトレジスタ１１１の各段におけ
るレジスタ値に対して、復号化鍵設定部１１２に設定さ
れた値を、ビット毎に排他的論理和するものである。非
線形変換計算部１１３は、前記排他的論理和演算部１１
４〜１１５の各結果を入力し、それらを非線形変換し、
結果として１ビットを出力する。
タ１１１、復号化鍵設定部１１２、非線形変換計算部１
１３及び排他的論理和演算部１１４〜１１５を備える。
復号化装置１１０では、受信した暗号文Ciがビット毎に
入力されると、同期信号に同期して平文Piがビット毎に
出力される。すなわち、暗号文Ciと非線形変換計算部１
１３の出力は、排他的論理和演算部１１６でビット毎に
排他的論理和演算され、その結果は平文Piとして出力さ
れる。また、復号化装置１１０では、受信した暗号文Ci
は、シフトレジスタ１１１の最右段に入力される。シフ
トレジスタ１１１は、同期信号に同期してその記億して
いる内容を１ビット左シフトする。排他的論理和演算部
１１４〜１１５は、シフトレジスタ１１１の各段におけ
るレジスタ値に対して、復号化鍵設定部１１２に設定さ
れた値を、ビット毎に排他的論理和するものである。非
線形変換計算部１１３は、前記排他的論理和演算部１１
４〜１１５の各結果を入力し、それらを非線形変換し、
結果として１ビットを出力する。
【００２６】ここに、非線形変換計算部１０４、１１３
は、ベント(Bent)関数と呼ばれる多ビット（偶数ビッ
ト）入力１ビット出力のプール関数で構成される。ベン
ト関数の一例を符号２００として図２に示す。図におい
て、２０４〜２０７を通じて入力されたビット値は、論
理積演算部２０１、２０２で演算された後に、排他的論
理和演算部２０３に入力され、その結果は２０８に出力
される。
は、ベント(Bent)関数と呼ばれる多ビット（偶数ビッ
ト）入力１ビット出力のプール関数で構成される。ベン
ト関数の一例を符号２００として図２に示す。図におい
て、２０４〜２０７を通じて入力されたビット値は、論
理積演算部２０１、２０２で演算された後に、排他的論
理和演算部２０３に入力され、その結果は２０８に出力
される。
【００２７】このように構成された自己同期型ストリー
ム暗号方式が、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が、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。この理由
を以下に示す。
ム暗号方式が、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が、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。この理由
を以下に示す。
【００２８】いま、図１の自己同期型ストリーム暗号シ
ステムにおける暗号化装置１０１において、時刻iにお
いて入力される平文をPi、出力される暗号文をCi、シフ
トレジスタ１０２の出力を、
ステムにおける暗号化装置１０１において、時刻iにお
いて入力される平文をPi、出力される暗号文をCi、シフ
トレジスタ１０２の出力を、
【００２９】
【式１】 で表し、ベント関数である非線形変換計算部１０４の入
力を、
力を、
【００３０】
【式２】 出力を、
【００３１】
【式３】 で表したとする。但し、ｎは偶数である。このとき、暗
号化鍵設定部１０３に設定される暗号化鍵を、
号化鍵設定部１０３に設定される暗号化鍵を、
【００３２】
【式４】 とすれば、
【００３３】
【式５】 である。ただし、
【００３４】
【式６】 であり、
【外１】 は排他的論理和演算を示す。また、暗号文Ciは、
【００３５】
【式７】 によって計算される。これら暗号文がシフトレジスタ１
０２に入力されるため、シフトレジスタ１０２において
は、その内部状態は、
０２に入力されるため、シフトレジスタ１０２において
は、その内部状態は、
【００３６】
【式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、
式７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。
ダムであり、時間的にも相関が全くないと仮定すると、
式７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。
【００３７】復号化装置１１０において、時刻iにおけ
るシフトレジスタ１１１の出力を、暗号化装置１０１と
同様に、式１、ベント関数である非線形変換計算部１１
３の入力を式２、出力を式３で表したとする。また、復
号化鍵設定部１１２に設定される復号化鍵は、暗号化鍵
と同じ値、すなわち式４とする。このとき、平文Piは次
のように復号化される。
るシフトレジスタ１１１の出力を、暗号化装置１０１と
同様に、式１、ベント関数である非線形変換計算部１１
３の入力を式２、出力を式３で表したとする。また、復
号化鍵設定部１１２に設定される復号化鍵は、暗号化鍵
と同じ値、すなわち式４とする。このとき、平文Piは次
のように復号化される。
【００３８】
【式９】 式９に、式５、式６及び式８を適用すれば、次式を得
る。
る。
【００３９】
【式１０】 いま、復号化鍵設定部１１２に、暗号化に用いた鍵と異
なる鍵、
なる鍵、
【００４０】
【式１１】 を設定したとする。このとき、復号化装置１１０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。
【００４１】
【式１２】 ここにPiとP'iの相互相関は、
【００４２】
【式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。式１３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。式１３は、
【００４３】
【式１４】 とおくことにより、次式となる。
【００４４】
【式１５】 ただし、
【００４５】
【式１６】 である。ここに、fはベント関数である。ベント関数に
おいては、以下の性質が知られている。すなわち、ベン
ト関数fにおいては、
おいては、以下の性質が知られている。すなわち、ベン
ト関数fにおいては、
【００４６】
【式１７】 なる性質がある。但し、a∈{0，1}n、a≠{0,0,...0}で
ある。この事実は、Seongtack Chee、Sangjin Lee、kwa
ngjo Kim著の論文、"Semi-bent functions, Advances i
n Cryptology ASIACRYPT'94,LNCS 914, Springer-Verla
g, pp.107-118,1995"等に記されている。
ある。この事実は、Seongtack Chee、Sangjin Lee、kwa
ngjo Kim著の論文、"Semi-bent functions, Advances i
n Cryptology ASIACRYPT'94,LNCS 914, Springer-Verla
g, pp.107-118,1995"等に記されている。
【００４７】前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、式１５におけるUiもランダムとみなせること
になる。したがって、式１５に式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、式１５におけるUiもランダムとみなせること
になる。したがって、式１５に式１７の結果を適用する
ことにより、
【００４８】
【式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が、前記暗号文
の生成に用いた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。
の系列を異なる鍵で復号した場合の系列が、前記暗号文
の生成に用いた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。
【００４９】次に、図３は、前記自己同期型ストリーム
暗号システムにより生成されるＭＡＣを示したものであ
る。図において符号３００は、前記自己同期型ストリー
ム暗号システム１００によって、平文Ｎビットから生成
されたＮビットの暗号文である。該暗号文３００におい
て、その末尾から連続するＳビット部分３０１をＭＡＣ
として用いることができる。
暗号システムにより生成されるＭＡＣを示したものであ
る。図において符号３００は、前記自己同期型ストリー
ム暗号システム１００によって、平文Ｎビットから生成
されたＮビットの暗号文である。該暗号文３００におい
て、その末尾から連続するＳビット部分３０１をＭＡＣ
として用いることができる。
【００５０】以上、本発明の一実施形態を図面に沿って
説明した。しかしながら本発明は前記実施形態に示した
事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその
変更、改良等が可能であることは明らかである。例え
ば、前記非線形変換計算部は、鍵設定部の値がそのベン
ト関数へ入力される限り、以下のように構成しても良
い。 （１）非線形変換計算部のベント関数には、シフトレジ
スタと鍵設定部の排他的論理和の結果以外の入力、例え
ば、シフトレジスタの他のビット値を入力しても良い。 （２）非線形変換計算部の出力は、ベント関数による演
算結果と他の演算結果を排他的論理和したものとしても
良い。
説明した。しかしながら本発明は前記実施形態に示した
事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその
変更、改良等が可能であることは明らかである。例え
ば、前記非線形変換計算部は、鍵設定部の値がそのベン
ト関数へ入力される限り、以下のように構成しても良
い。 （１）非線形変換計算部のベント関数には、シフトレジ
スタと鍵設定部の排他的論理和の結果以外の入力、例え
ば、シフトレジスタの他のビット値を入力しても良い。 （２）非線形変換計算部の出力は、ベント関数による演
算結果と他の演算結果を排他的論理和したものとしても
良い。
【００５１】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、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
の系列が、平文の系列と比較した場合、その相互相関が
極めて小さくなり、かつ、鍵の設定が容易であるような
自己同期型ストリーム暗号システムを提供することが可
能になる。
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
の系列が、平文の系列と比較した場合、その相互相関が
極めて小さくなり、かつ、鍵の設定が容易であるような
自己同期型ストリーム暗号システムを提供することが可
能になる。
【図１】本発明に係る自己同期型ストリーム暗号システ
ムの一実施形態を示すブロック図である。
ムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】ベント関数の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る自己同期型ストリーム暗号システ
ムにより生成されるＭＡＣを示した図である。
ムにより生成されるＭＡＣを示した図である。
【図４】従来の自己同期型ストリーム暗号システムのブ
ロック図である。
ロック図である。
【図５】ブロック暗号方式におけるＣＢＣモードを示す
図である。
図である。
１００ 自己同期型ストリーム暗号システム １０１ 自己同期型ストリーム暗号化装置 １０２ シフトレジスタ １０３ 暗号化鍵設定部 １０４ 非線形変換計算部 １０５〜１０６ 排他的論理和演算部 １０７ 排他的論理和演算部 １１０ 自己同期型ストリーム複号化装置 １１１ シフトレジスタ １１２ 復号化鍵設定部 １１３ 非線形変換計算部 １１４〜１１５ 排他的論理和演算部 １１６ 排他的論理和演算部 ２０１、２０２ 論理積演算部 ２０３ 排他的論理和演算部
Claims (6)
- 【請求項１】 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、ｎビットの暗号化鍵を格納する暗号化鍵設
定部とを有し、前記同期信号に同期して、平文を１ビッ
トずつ入力し、暗号文を１ビットずつ出力する自己同期
型ストリーム暗号の暗号化装置であって、 前記非線形変換計算部が、前記シフトレジスタにおける
レジスタｎビットと前記暗号化鍵設定部に設定された暗
号化鍵ｎビットをビット毎に排他的論理和演算した結果
を少なくともその入力とし、該入力に対しベント関数に
よる演算を行った結果を出力とするベント関数演算部を
備え、 前記入力された平文と前記非線形変換計算部の出力をビ
ット毎に排他的論理和演算した結果を、前記シフトレジ
スタへ順次入力すると共に、前記出力される暗号文とし
たことを特徴とする自己同期型ストリーム暗号の暗号化
装置。 - 【請求項２】 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、ｎビットの復号化鍵を格納する復号化鍵設
定部とを有し、前記同期信号に同期して、暗号文を１ビ
ットずつ入力し、復号文を１ビットずつ出力する自己同
期型ストリーム暗号の復号化装置であって、 前記非線形変換計算部が、前記シフトレジスタにおける
レジスタｎビットと前記復号化鍵設定部に設定された復
号化鍵ｎビットをビット毎に排他的論理和演算した結果
を少なくともその入力とし、該入力に対しベント関数に
よる演算を行った結果を出力とするベント関数演算部を
備え、 前記入力された暗号文を、前記シフトレジスタへ入力す
ると共に、前記入力された暗号文と前記非線形変換計算
部の出力をビット毎に排他的論理和演算した結果を、前
記出力される復号文としたことを特徴とする自己同期型
ストリーム暗号の復号化装置。 - 【請求項３】請求項１記載の自己同期型ストリーム暗号
の暗号化装置と請求項２記載の自己同期型ストリーム暗
号の復号化装置を備えて構成される自己同期型ストリー
ム暗号システム。 - 【請求項４】 請求項１記載の自己同期型ストリーム暗
号の暗号化装置を用いてＮビットの平文からＳビットの
メッセージ認証子を生成するＭＡＣ生成方法であって、 前記シフトレジスタに所定の初期値を設定する手順と、 前記暗号化装置にＮビットの平文を入力する手順と、 前記暗号化装置から出力されたＮビットの暗号文の末尾
から連続するＳビットをメッセージ認証子として出力す
る手順と、を備えたことを特徴とするＭＡＣ生成方法。 - 【請求項５】 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、ｎビットの暗号化鍵を格納する暗号化鍵設
定部とを有し、前記同期信号に同期して、平文を１ビッ
トずつ入力し、暗号文を１ビットずつ出力する自己同期
型ストリーム暗号の暗号化方法であって、 前記入力された平文と前記非線形変換計算部の出力をビ
ット毎に排他的論理和演算する手順と、 前記排他的論理和演算の結果を、前記シフトレジスタへ
順次入力すると共に、前記出力される暗号文として用い
る手順と、 前記シフトレジスタにおけるレジスタｎビットと前記暗
号化鍵設定部に設定された暗号化鍵ｎビットをビット毎
に排他的論理和演算する手順と、 前記排他的論理和演算の結果を少なくともその入力と
し、該入力に対しベント関数による演算を行う手順と、 前記ベント関数による演算の結果を含んで前記非線形変
換計算部の出力を生成する手順と、を備えた自己同期型
ストリーム暗号の暗号化方法。 - 【請求項６】 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、ｎビットの復号化鍵を格納する復号化鍵設
定部とを有し、前記同期信号に同期して、暗号文を１ビ
ットずつ入力し、復号文を１ビットずつ出力する自己同
期型ストリーム暗号の復号化方法であって、 前記入力された暗号文を、前記シフトレジスタへ順次入
力する手順と、 前記シフトレジスタにおけるレジスタｎビットと前記復
号化鍵設定部に設定された復号化鍵ｎビットをビット毎
に排他的論理和演算する手順と、 前記排他的論理和演算の結果を少なくともその入力と
し、該入力に対しベント関数による演算を行う手順と、 前記ベント関数による演算の結果を含んで前記非線形変
換計算部の出力を生成する手順と、 前記入力された暗号文と前記非線形変換計算部の出力を
ビット毎に排他的論理和演算し、その結果を、前記出力
される暗号文として用いる手順と、を備えた自己同期型
ストリーム暗号の復号化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11187699A JP2001016197A (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 自己同期型ストリーム暗号システム及びこれを用いたｍａｃ生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11187699A JP2001016197A (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 自己同期型ストリーム暗号システム及びこれを用いたｍａｃ生成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001016197A true JP2001016197A (ja) | 2001-01-19 |
Family
ID=16210618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11187699A Pending JP2001016197A (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | 自己同期型ストリーム暗号システム及びこれを用いたｍａｃ生成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001016197A (ja) |
Cited By (6)
| 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 |
| JP2007318547A (ja) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | 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 |
| 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 |
| KR100885994B1 (ko) | 2006-11-09 | 2009-03-03 | 한국전자통신연구원 | 비선형 필터링된 ｔ함수에 기반한 스트림 암호화 장치 및방법 |
| JP2012034006A (ja) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Kddi Corp | 認証システム、認証方法およびプログラム |
| US11838402B2 (en) | 2019-03-13 | 2023-12-05 | The Research Foundation For The State University Of New York | Ultra low power core for lightweight encryption |
-
1999
- 1999-07-01 JP JP11187699A patent/JP2001016197A/ja active Pending
Cited By (7)
| 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 |
| JP2007318547A (ja) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | 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 |
| 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 |
| KR100885994B1 (ko) | 2006-11-09 | 2009-03-03 | 한국전자통신연구원 | 비선형 필터링된 ｔ함수에 기반한 스트림 암호화 장치 및방법 |
| JP2012034006A (ja) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Kddi Corp | 認証システム、認証方法およびプログラム |
| US11838402B2 (en) | 2019-03-13 | 2023-12-05 | The Research Foundation For The State University Of New York | Ultra low power core for lightweight encryption |
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