JP2001285278A

JP2001285278A - 暗号通信方法及び暗号通信システム

Info

Publication number: JP2001285278A
Application number: JP2000092235A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kubo; 博久保
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】鍵配送のトラフィック量を減少させるととも
に、不正な情報取得に対して安全性を向上させた暗号通
信方法及び暗号通信システムを提供する。【解決手段】送信端末１１は、カオス力学系を用いて
初期値ｘ（τ）から順に鍵ｓ（ｔ）（τ＜ｔ）を生成す
る。そして、配信する情報を分割し、分割された各情報
に対して、それぞれ、生成した鍵ｓ（ｔ）を用いて暗号
化して送信する。受信端末２１では、送信端末１１から
安全な方法により初期値ｘ（τ）を取得し、送信端末１
１と同じカオス力学系を用いて順に鍵ｓ（ｔ）（τ＜
ｔ）を生成する。そして、配信されてくる暗号化された
情報に対し、順次、鍵ｓ（ｔ）を用いて復号し、配信さ
れた情報を取得する。鍵を順次変えてゆくので安全に配
信できる。また、鍵の変更毎に鍵を配信せず、初期値ｘ
（τ）を配信するだけであるので、トラフィック量を低
減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平文を暗号化して
伝送する暗号通信方法及び暗号通信システムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、情報（平文）を暗号化して送
信し、受信した暗号を復号して平文を取得することが行
われている。特に最近では、インターネット上での情報
配信が盛んに行われており、秘匿性を有する情報を送る
際に、情報を暗号化して転送している。例えば動画や音
声などの番組をリアルタイムで配信することなどが考え
られている。このような情報は付加価値が高く、有料で
配信される場合が多い。このような有料の情報を配信す
る際には、正規の利用料を支払った受信者だけがその情
報を受信することができ、他の受信者は内容を取得でき
ないようにする必要がある。そのためにも、情報の暗号
化が利用されている。

【０００３】図７は、インターネットを利用した情報配
信の一例の説明図である。図中、１１は送信端末、１２
はインターネット、１３はマルチキャストチャネル、２
１〜２Ｎは受信端末である。送信端末１１と複数の受信
端末２１〜２Ｎがインターネット１２およびマルチキャ
ストチャネル１３によって相互に接続されている。ま
た、送信端末１１は、例えばマルチキャストの通信によ
って、音声や動画番組などの情報を配信する。配信され
た情報は、インターネット１２においてＩＰパケットと
して適当なルーティングがなされ、さらにマルチキャス
トチャネル１３を介して受信端末２１〜２Ｎに配送され
る。

【０００４】暗号化を行う際には、暗号鍵を用いて平文
を暗号に変換する。また、暗号を復号する際には、復号
鍵を用いて暗号を平文に戻す。暗号鍵と復号鍵は暗号化
の手法により、同じ場合もあるし異なる場合もある。い
ずれにしても、暗号鍵に対応する復号鍵がなければ暗号
化された情報の内容を知ることはできない。

【０００５】例えば図７に示した例において、受信端末
２１と受信端末２２のみが送信端末１１から配信された
情報の受信を認められており、他の受信端末２３〜２Ｎ
は認められていないものとする。このような場合におけ
る情報の配信方法の一例として、まず、秘密鍵暗号の鍵
Ｓを安全な方法で事前に送信端末１１と受信端末２１，
２２との間で共有しておく。次に、送信端末１１は鍵ｓ
（ｔ）を用いた秘密鍵暗号によって配信すべき情報を暗
号化する。このとき用いた鍵ｓ（ｔ）は鍵Ｓで暗号化し
た上で、例えばマルチキャストチャネル１３もしくは別
の鍵配送チャネルを用いて、受信端末２１〜２Ｎに配送
する。受信端末２１，２２は鍵Ｓを知っているので、鍵
ｓ（ｔ）を復号できる。この鍵ｓ（ｔ）を用いて、配信
されてくる情報を復号する。これによって、配信されて
きた情報の内容を取得することができる。一方、受信端
末２３〜２Ｎは鍵Ｓを知らないので、鍵ｓ（ｔ）を知る
ことができない。したがって、配信されてきた暗号を受
信できても復号できず、情報の内容を知ることはできな
い。

【０００６】しかし、鍵Ｓあるいは鍵ｓ（ｔ）が不正に
取得されてしまえば、情報の内容は漏出してしまうこと
になる。例えば上述のような有料の情報を配信する際
に、復号鍵が不正に取得されてしまうと、利用料を支払
っていない利用者、例えば受信端末２３〜２Ｎの利用者
においても、情報の内容を知ることができてしまう。こ
のうち、鍵ｓ（ｔ）については、送信端末１１から情報
として送信されるものであるとともに、配信される情報
に対して直接的に復号に寄与することから、不正に取得
される可能性が高い。

【０００７】このような鍵Ｓあるいは鍵ｓ（ｔ）が不正
に取得された場合の対策として、鍵ｓ（ｔ）を時刻ｔが
進むに連れて刻々と変化させる方法が知られている。鍵
ｓ（ｔ）を刻々と変化させると、仮に時刻ｔ１での鍵が
例えば受信端末２３でわかったとしても、時刻ｔ１にお
いて配信されている暗号化された情報しか復号できず、
ほかの部分は復号できない。逆にこの性質を利用する
と、配信されている情報をある一定期間だけ取得できる
ようになる。すなわち、時刻ｔ１からｔｊまでの鍵ｓ
（ｔ１），…，ｓ（ｔｊ）を受信端末２３にだけ安全な
方法で送信端末１１から送ってやれば、受信端末２３は
ｔ１からｔｊの間だけ情報を取得できる。配信している
情報が音声や動画であれば、この間だけ番組を視聴でき
ることになる。

【０００８】さて、このような一時的な情報の取得（以
下、プレビューと呼ぶ）を許すと、受信端末２３の視聴
者に対して鍵の系列ｓ（ｔ１），…，ｓ（ｔｊ）が部分
的に暴露されることになる。これらの鍵から、プレビュ
ーを行った受信者が鍵ｓ（ｔｊ＋１），…を正確に予測
することができれば、結局、この視聴者はそれ以降も容
易に視聴を続けられることになる。したがって、鍵の系
列｛ｓ（ｔ）｝は、このような予測が困難となるように
構成する必要がある。

【０００９】また、インターネットのトラフィックは世
界中に配信されうる。したがって、上述のように鍵ｓ
（ｔ）を刻々と変化させるためには、鍵ｓ（ｔ）を交換
する度に世界中に配信しなければならない。上述のプレ
ビューのための時間を細かく設定したり、あるいは鍵が
知られた場合の被害を最小限とするために鍵ｓ（ｔ）の
交換頻度を多くすると、鍵の配送時間間隔が短くなる。
そのため、鍵のトラフィック量だけでも非常に大きくな
ってしまうという問題がある。逆に鍵配送時間間隔を長
く取ると、プレビュー時間は大きな幅でしか設定でき
ず、また、鍵が知られた場合に不正に情報を取得できる
時間も長くなってしまう。鍵のサイズを小さくすること
も考えられるが、安全性との兼ね合いで難しい場合もあ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、鍵配送のトラフィック量を
減少させるとともに、不正な情報取得に対して安全性を
向上させた暗号通信方法及び暗号通信システムを提供す
ることを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、暗号通信方法
において、暗号化対象となる情報を分割し、分割された
各情報に対して異なる暗号化鍵を力学系を用いて生成
し、前記各情報を前記暗号化鍵で暗号化し、暗号化され
た前記各情報を送信することを特徴とするものである。
また本発明は、暗号通信方法において、力学系を用いて
生成された暗号化鍵で暗号化された情報を受信し、該暗
号化された情報に対応する復号鍵を前記力学系を用いて
生成し、生成した前記復号鍵を用いて受信した前記暗号
化された情報を復号することを特徴とするものである。
さらに本発明は、暗号通信方法において暗号化対象とな
る情報を分割し、分割された各情報に対して異なる暗号
化鍵を力学系を用いて生成し、前記各情報を前記暗号化
鍵で暗号化し、暗号化された前記各情報を送信し、暗号
化された前記各情報を受信し、暗号化された前記各情報
に対応する復号鍵をそれぞれ前記力学系を用いて生成
し、受信した前記各情報を対応する前記復号鍵で復号す
ることを特徴とするものである。また同様に、本発明
は、暗号通信システムにおいて、暗号化対象となる情報
を分割し分割された各情報に対して力学系を用いた異な
る暗号化鍵で暗号化して送信する送信手段と、該送信手
段から送られてくる暗号化された情報を受信するととも
に受信した暗号化情報を前記力学系を用いて生成された
復号鍵で復号する受信手段を有することを特徴とするも
のである。

【００１２】このように本発明では、送信側と受信側に
おいて同じ力学系を用い、分割された各情報に対して異
なった鍵を生成して用いる。そのため、ある１つの鍵が
知られても、情報の一部分しか漏出せず、他の情報につ
いての安全性は確保することができる。そのため、情報
の伝送時の安全性を向上させることができる。また、送
信側と受信側でそれぞれ鍵を生成するので、従来のよう
に鍵の変更のたびに鍵の配信を行う必要がなく、トラフ
ィック量を削減することができる。

【００１３】鍵を生成するための力学系としては、例え
ばカオス力学系を用いることができる。カオス力学系は
初期値鋭敏性という特徴を有しており、正確な初期値が
分からないと、生成される鍵の系列は比較的早い段階で
正規の鍵の系列から離れてしまう。そのため、早期に鍵
を無効化することが可能である。また、鍵系列の一部が
知られたとしても、その先を予測することは非常に困難
である。カオス力学系としては種々の系が存在するが、
例えば左シフト関数は簡単な例である。また、カオス力
学系をパラメータ付きの関数で定義しておき、パラメー
タなどの変更によって関数を変化させるように構成すれ
ば、さらに不正に対する安全性を高めることができる。

【００１４】力学系を用いて鍵を生成する際には、例え
ば所定の時間間隔ごとに生成したり、あるいは、鍵を生
成する時間間隔を制御して変化させるようにすることが
できる。時間間隔の制御によって、鍵生成の挙動をわか
りにくくし、より安全性を高めることができる。力学系
を用いた鍵の生成は、時間に限らず、例えば所定のタイ
ミングの到来ごとに変化させてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の暗号通信方法の
実施の一形態を含む暗号通信システムの一例を示すブロ
ック図である。図中、図７と同様の部分には同じ符号を
付してある。１４は鍵配送チャネルである。なお、ここ
では受信端末２１において配信された情報を正規に受信
するものとする。

【００１６】送信端末１１は、マルチキャストデータを
インターネット１２に向けて配信する。このとき、マル
チキャストデータを所定の大きさに分割する。また、力
学系を用いて初期値ｘ（０）から鍵ｓ（ｔ）を順次生成
する。順次生成された鍵ｓ（ｔ）の系列を｛ｓ（ｔ）｝
とする。そして、分割されたマルチキャストデータを鍵
の系列｛ｓ（ｔ）｝で順次暗号化して配信する。また送
信端末１１は、マルチキャスト配信を希望する者の受信
端末、例えば受信端末２１へ鍵配送チャネル１４を介し
て、少なくとも鍵の系列｛ｓ（ｔ）｝を生成するために
必要な初期値ｘ（０）を送る。さらに力学系に関する情
報も送ってもよい。この鍵配送チャネル１４を介した通
信は、例えば予め受信端末２１へ知らせてある鍵Ｓによ
って暗号化した上で送ることができる。なお、鍵Ｓを受
信端末２１へ知らせる手段は、ＳＳＬ（Ｓｅｃｕｒｅ
ＳｏｃｋｅｔＬａｙｅｒ）などを用いてもよいし、電
話回線などの他の通信手段を用いてもよい。もちろんこ
のほか、安全な方法により送信できればどのような方法
を採用してもよい。

【００１７】インターネット１２は、送信端末１１から
送られるマルチキャストデータなどをルータ等により適
宜ルーティングして、受信端末２１〜２Ｎへ向けて送
る。

【００１８】マルチキャストチャネル１３は、インター
ネット１２上を配信されてきたマルチキャストデータを
受信端末２１〜２Ｎへ配信するためのマルチキャスト専
用のチャネルである。なお、マルチキャストチャネル１
３に代えて、マルチキャストデータ以外のデータを送る
ためのチャネルからマルチキャストデータを配信しても
よい。

【００１９】鍵配送チャネル１４は、送信端末１１から
受信端末２１へ鍵ｓ（ｔ）を生成するための初期値ｘ
（０）、さらには力学系に関する情報を送るために用い
られる。もちろん、他の秘匿すべきデータを送ってもよ
い。

【００２０】受信端末２１〜２Ｎは、送信端末１１から
送られてくる分割されて暗号化されたマルチキャストデ
ータを受信する。また、送信端末１１から鍵配送チャネ
ル１４を介して取得した鍵ｘ（ｔ）の初期値ｘ（０）を
もとに、送信端末１１と同じ力学系を用いて鍵ｓ（ｔ）
を生成する。なお、送信端末１１から力学系に関する情
報が送られてくる場合には、その情報に従った力学系に
より鍵ｓ（ｔ）を生成する。そして、分割されて暗号化
されたマルチキャストデータを、生成した鍵の系列｛ｓ
（ｔ）｝により順次復号し、もとのマルチキャストデー
タを取得する。なお、受信端末２１〜２Ｎとしては、コ
ンピュータなどを用いてもよいし、携帯電話などの移動
通信端末などを用いてもよい。

【００２１】ここで、鍵ｓ（ｔ）を生成するための方法
について説明する。鍵ｓ（ｔ）を生成するために用いる
力学系としては、例えばカオス力学系を用いることがで
きる。ここでは力学系としてカオス力学系を用いるもの
として説明する。

【００２２】カオス力学系Ｃとして離散系を考え、Ｃ：ｘ（ｔ＋１）＝ｆ（ｘ（ｔ））（ｘ∈Ｒⁿ）とする。このカオス力学系Ｃにおける軌道｛ｘ（ｔ）｝
はｎ次元ユークリッド空間における値であるので、ｇ：Ｒⁿ→Ｒｈ：Ｒ→Ｎにより１次元の自然数に変換して鍵ｓ（ｔ）として用い
る。すなわち、ｓ（ｔ）＝ｈ＿ｍ（ｇ（ｘ（ｔ）））として鍵ｓ（ｔ）を求めることができる。ここで、ｈ＿
ｍは有効桁数ｍでの丸めを表す関数である。

【００２３】受信端末２１では、関数ｆ，関数ｇ，関数
ｈ＿ｍと、ある時刻τでのｘ（τ）の値がわかれば、時
刻τ以降のｓ（ｔ）（τ＜ｔ）を完全に知ることができ
る。ここで時刻とは、力学系における遷移を表してお
り、実際の時刻と対応する場合もあるし、実際の時刻と
対応せず、例えばある事象の発生ごとに時刻が変化する
といった場合もある。

【００２４】ここで桁落ち関数Ｈ＿ｐ：Ｒⁿ→Ｎⁿ（た
だしｐは桁落ちを表すパラメータであり、ｐ＞ｍ）を通
したｘ（τ）の値のみが送信端末１１から受信端末２
１に知らされるとする。すると、受信端末２１は時刻τ
での鍵ｓ（τ）は完全に知ることができる。ところがカ
オス力学系の初期値に対する鋭敏性から、送信端末１１
側で生成されるｘ（ｔ）の軌道と、受信端末２１で生成
するＨ（ｘ（τ））を初期値にした軌道とは離れてゆ
く。そして、遂にはＨ（ｘ（τ））を初期値にした軌道
から軌道ｓ（ｔ）が予測できなくなるほど乖離してしま
う。

【００２５】このように、受信端末２１〜２Ｎにおいて
カオス力学系Ｃを知っていても、送信端末１１から上記
の桁落ち関数を通したｘ（τ）を渡された場合には、受
信端末側でｓ（ｔ）を予測することが時間の経過ととも
に困難になって行くことになる。

【００２６】ここで、カオス力学系の初期値鋭敏性につ
いて説明する。図２は、カオス力学系の初期値鋭敏性を
示す具体例の説明図である。図２に示した例では差分方
程式ｘ（ｔ＋１）＝４・ｘ（ｔ）・（１−ｘ（ｔ））において、ｔ＝０のときの初期値として、一方はｘ
（０）＝０．１とし、他方はこれに誤差ｅ＝０．０００
０１を加えて、ｘ（０）＝０．１０００１とした場合の
軌道ｓ（ｔ）を示している。

【００２７】時刻ｔ＝１，２，３，４，５，…と変化す
るごとにｘ（ｔ）が図２に示すように変化する。図２を
参照して分かるように、数値の差は時刻の経過に従って
大きくなってゆく。例えばｘ（ｔ）の数値の小数点以下
４桁目までに注目すると、ｔ＝０〜５の間においては一
致している。しかし、ｔ＝６において両者が一致しなく
なり、それ以降においてその差は拡大している。

【００２８】このようなカオス力学系の初期値鋭敏性に
ついて、さらに別の図を用いて説明する。図３は、送信
端末においてカオス力学系で生成された暗号化鍵で情報
を暗号化する方法の説明図である。カオス力学系におい
て時刻ｔの経過とともに、図３の下部に折れ線で示した
ような軌道ｓ（ｔ）が得られる。ここでは離散系を考え
ているので、○印を示した軌道上の値が取得されること
になる。この値は一般にはｎ次元ユークリッド空間にお
ける値であるが、ここでは１次元の値として示してい
る。これらの軌道上の値ｓ（ｔ）を上述のようにして自
然数に変換し、ここではその値を２進数として表す。こ
れをカオス鍵データとし、そのうちの上位の所定桁数の
みを暗号鍵として用い、データを暗号化して送信する。

【００２９】図４は、受信端末において誤差を加えない
初期値で復号を行った状態を示す説明図である。図３に
示すようにして暗号化されたデータを受け取った受信端
末では、送信端末と同じカオス力学系を用いて復号鍵を
生成し、受信した暗号化されたデータを復号する。この
とき、送信端末と同じ初期値を用いることによって、カ
オス力学系の軌道ｓ（ｔ）は送信端末と同じ軌道とな
る。そのため、各時刻ｔにおける軌道上の値を２進数に
変換し、得られたカオス鍵データは、どの時点において
も、送信端末において暗号化の際に生成したカオス鍵デ
ータと同一となる。

【００３０】図５は、受信端末において誤差を加えた初
期値で復号を行った状態を示す説明図である。送信端末
と同じカオス力学系において、誤差が加わった初期値を
用いると、例えば図５の下部に破線の折れ線で示したよ
うな軌道が得られる。カオス力学系では、このように少
しの誤差が加わっても、以後の軌道はこのように大きく
異なってしまう。これがカオス力学系における初期値鋭
敏性である。このように誤差を含んだ初期値をもとに軌
道上の値を取得し、２進数で表してカオス鍵データを作
成すると、最初のうちは復号鍵として用いない桁に誤差
が収まっているが、軌道の違いから誤差が復号鍵として
用いる桁まで伝搬し、ついには復号できなくなる。

【００３１】例えば図５において破線で示す受信端末に
おける軌跡と、実線で示す送信端末における軌跡が交差
する点では、正常な復号鍵が生成できる可能性がある。
しかし、次の時点では再び大きく軌道が異なってしま
う。そのため、一瞬、正常な復号鍵が生成できても、次
以降の復号鍵を予測することはできない。

【００３２】このように、カオス力学系では初期値に対
して鋭敏な性質を有しているので、例えば正規の受信端
末においては丸め誤差が入らないように初期値を与えれ
ば、送信端末１１との軌道のずれは発生せず、続けて配
信情報を受け取ることができる。また、正規の受信端末
以外では、初期値を受け取った時点で丸め誤差が発生す
るようにしておけば、初期値が漏れたとしても、ある時
間が経過すると送信端末１１との軌道のずれが大きくな
り、暗号化された配信情報を復号できなくなる。

【００３３】また、このように送信端末から受信端末に
対して初期値を与えるだけで、順次、異なる鍵を生成し
てゆくことができるので、送信端末と受信端末で初期値
が完全に一致していれば、初期値を配信した後は鍵の情
報を送る必要はない。しかし、受信端末に送った初期値
に多少の誤差が含まれる場合には、その誤差が影響する
までに新たな初期値あるいは初期値と力学系を定義すれ
ば問題はない。例えば、図２でも説明したように、小数
点以下４桁までを鍵として用いるものとすれば、ｔ＝０
〜５の範囲では正確に復号することができる。実際には
自然数に変換した２進数を採用するので、２進数の上位
数桁を鍵として用いることによって、ある程度の誤差が
混入しても所定時間は正確に復号できる。そして、復号
できなくなる前に、新たな初期値あるいは初期値と力学
系の情報を送ることによって、継続して配信情報を取得
することができる。このとき、正規の受信端末以外で
は、正規の受信端末よりも大きい誤差が初期値に混入す
れば、正規の受信端末よりもはるかに短い時間で復号不
能となる。

【００３４】図６は、カオス力学系として左シフト関数
を用いた場合の誤差伝搬の具体例の説明図である。カオ
ス力学系としては、例えば図２で例示した関数など、様
々な系を構成することができるが、コンピュータにおい
て扱う場合に最も単純で扱いやすいカオス力学系とし
て、左シフト関数がある。これは、ビット列を単純に左
へシフトさせてゆくものである。

【００３５】図６（Ａ）には送信端末側において順次生
成したカオス鍵データを示している。このうち、上位１
２桁を暗号鍵として用いるものとする。また図６（Ｂ）
には受信端末側において順次生成したカオス鍵データを
示している。この場合も、上位１２桁を復号鍵として用
いるものとする。ここでは矩形で囲んで示したように、
最下位ビットに誤差が含まれている例を示している。

【００３６】時間の経過（状態の遷移）とともに、左に
１ビットずつシフトされる。３回のシフトを行ったｔ＝
３までは送信端末側と受信端末側において鍵として用い
る上位１２桁は同じであり、送信端末側で暗号化した情
報は、受信端末側において復号することができる。しか
し４回のシフトを行ったｔ＝４においては受信端末側に
おいて誤差が復号鍵として用いる桁まで伝搬している。
そのため、ｔ＝４以降の暗号化された情報を受信端末側
においては復号することができない。

【００３７】この左シフト関数は、このようにシフト回
数と時間の経過とが一致しているので、どの程度の時間
で復号できなくなるかを制御しやすいという特徴を有し
ている。また、計算機においては非常に扱いやすく、ま
た、初期値を配信する際にも効率よく配信することがで
きる。

【００３８】上述のような離散的なカオス力学系では、
時刻ｔの遷移に従って新たな鍵ｓ（ｔ）を生成すること
ができるが、この時刻ｔの進め方を制御することによっ
て、カオス力学系のふるまいを制御することができる。
例えばある時には時刻ｔを２だけ進め、次に３だけ進
め、次は１だけしか進めない…といった制御を行うこと
ができる。これによって、鍵の予測性をさらに困難にす
ることができる。また、誤差の伝搬度合いを、このよう
な時刻ｔの進め方によって制御することが可能である。
例えば上述の図６に示した左シフト関数の例では、１回
の鍵の更新に時刻ｔを２だけ進めれば、２回目の鍵の更
新時には誤差が復号鍵として用いるビット位置まで伝搬
することになる。

【００３９】さらに、このような時刻ｔの制御のほか、
上述のパラメータｐ、関数ｇ、関数ｈを時刻ｔや初期値
などによって変化するように構成することもできる。こ
のような制御を行うことによって、配信情報の安全性を
一層高めることが可能である。

【００４０】上述の時刻ｔの制御や、パラメータｐ、関
数ｇや関数ｈ等の変更は、送信端末側と受信端末側にお
いて同じように変更される必要がある。そのため、例え
ば送信端末から各種の変更を受信端末側に知らせる機構
を設けておくとよい。例えば配信情報に、次の変更のた
めの情報を付加するなどといったことも考えられる。

【００４１】なお、カオス力学系Ｃと関数ｇを上手に選
ぶと、送信端末と受信端末とでカオス同期ができなくな
る。これによって不正な受信者がカオス同期によって鍵
を推定できないようにし、安全性をさらに高めることが
可能である。

【００４２】また、秘密鍵暗号を使わず、番組を鍵ｓ
（ｔ）で単に変調するだけで「ストリーム暗号」と呼ば
れる方式で番組を暗号化することになり、番組の暗号化
（回路または処理）を簡略化できる。極端には、ｓ
（ｔ）と番組の信号とのＸＯＲをとるだけでよい。

【００４３】上述のように、力学系、特に好ましくはカ
オス力学系を用いることによって、送信端末側と受信端
末側において、それぞれ、暗号鍵及びそれに対応する復
号鍵を、順次、生成してゆくことができる。そのため、
従来のように、鍵を変更するたびに新たな鍵を配信する
必要がない。そのため、ネットワーク上のトラフィック
は非常に減少する。すなわち、受信端末側では力学系Ｃ
と初期値ｘ（τ）から鍵ｓ（ｔ）（τ＜ｔ）を生成でき
るので、すべての鍵ｓ（ｔ）を配送する必要がない。上
述のように受信端末側において初期値に誤差が混入する
場合（無限の桁数をネットワークを通して配送すること
ができないために発生することが考えられる）、すべて
の鍵ｓ（ｔ）をただ一つの初期値ｘ（０）から生成する
ことができない。しかしその場合でも、誤差が復号鍵に
影響する前に新たな初期値を配信すればよいだけである
ので、鍵ｓ（ｔ）をすべて配送するよりはるかに小さな
トラフィックで配信することができる。

【００４４】具体例を用いて、トラフィック量について
考察する。例えば配信情報の暗号化に１秒間に６４ビッ
トの鍵を１本ずつ使うとする。配信情報数２０，受信端
末が１０００台／秒とし、６０秒間の情報配信を行うと
する。鍵を変更するたびに鍵の配信を行う従来の方法で
は、トラフィック量は最大で６４ｂｐｓ×２０×１０００台／秒×６０＝７６８００
０００ｂｐｓ＝７５０００Ｋｂｐｓ＝７３．２４Ｍｂｐ
ｓとなる。これは無視できないトラフィック量である。

【００４５】一方、本発明を用い、１０秒に１回の新た
な初期値の配信を行うものとし、初期値６４ビット、配
信情報数２０，受信端末が１０００台／秒とし、６０秒
間の情報配信を行うとする。この場合、トラフィック量
は最大で６４／１０ｂｐｓ×２０×１０００台／秒×６０／１０
＝７６８００ｂｐｓ＝７５０Ｋｂｐｓ＝０．７３２４Ｍ
ｂｐｓとなる。このように、トラフィック量は２桁減少する。
例えば初期値のビット数を２５６ビットとしたとして
も、同じ条件においてトラフィック量は最大で２．９Ｍ
ｂｐｓであり、１／２５程度にトラフィック量を減らす
ことができる。

【００４６】このように、本発明によればトラフィック
量を減少させることができるので、例えば多くの受信端
末に対して配信したり、多くの情報を配信する場合に
は、鍵の配信によるトラフィック量の増加を抑えること
ができるため、有効である。

【００４７】なお、本発明を適用して配信する情報とし
ては何でもよく、例えばテキストや画像データ、音声デ
ータ、動画データなど、様々な情報でよい。例えばテキ
ストや画像データでは、時間的な広がりを持たないが、
これらの情報を分割し、分割された各部分ごとに、力学
系を用いて生成される異なる鍵により暗号化を施して配
信すればよい。これによって、例えば初期値が知られて
も最初の一部分のみが露見するだけで、情報全体が漏出
することはない。また、音声データや動画データなどで
は、例えば時間によって情報を分割し、力学系を用いて
生成される異なる鍵により暗号化を施して配信すればよ
い。これによって、例えば初期値が知られても最初の部
分は視聴されるのみで、番組全体が視聴されることはな
い。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、分割された平文毎に、力学系を用いて生成し
たそれぞれ異なる暗号化鍵を用いて暗号化するので、不
正に対する安全性を高めることができる。また、同じ力
学系を用いて送信側と受信側で鍵を生成するので、従来
のように鍵を変更するごとに鍵の配信を行う場合に比べ
て、格段にトラフィック量を低減することができる。力
学系として例えばカオス力学系を用いることができ、そ
の場合にはカオス力学系の初期値鋭敏性を利用して配信
情報の安全性を高めることができる。また、その場合に
はカオス力学系の初期値を配信すればよく、トラフィッ
ク量を低減することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の暗号通信方法の実施の一形態を含む暗
号通信システムの一例を示すブロック図である。

【図２】カオス力学系の初期値鋭敏性を示す具体例の説
明図である。

【図３】送信端末においてカオス力学系で生成された暗
号化鍵で情報を暗号化する方法の説明図である。

【図４】受信端末において誤差を加えない初期値で復号
を行った状態を示す説明図である。

【図５】受信端末において誤差を加えた初期値で復号を
行った状態を示す説明図である。

【図６】カオス力学系として左シフト関数を用いた場合
の誤差伝搬の具体例の説明図である。

【図７】インターネットを利用した情報配信の一例の説
明図である。

【符号の説明】

１１…送信端末、１２…インターネット、１３…マルチ
キャストチャネル、２１〜２Ｎ…受信端末、１４…鍵配
送チャネル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】暗号化対象となる情報を分割し、分割さ
れた各情報に対して異なる暗号化鍵を力学系を用いて生
成し、前記各情報を前記暗号化鍵で暗号化し、暗号化さ
れた前記各情報を送信することを特徴とする暗号通信方
法。
【請求項２】力学系を用いて生成された暗号化鍵で暗
号化された情報を受信し、該暗号化された情報に対応す
る復号鍵を前記力学系を用いて生成し、生成した前記復
号鍵を用いて受信した前記暗号化された情報を復号する
ことを特徴とする暗号通信方法。
【請求項３】暗号化対象となる情報を分割し、分割さ
れた各情報に対して異なる暗号化鍵を力学系を用いて生
成し、前記各情報を前記暗号化鍵で暗号化し、暗号化さ
れた前記各情報を送信し、暗号化された前記各情報を受
信し、暗号化された前記各情報に対応する復号鍵をそれ
ぞれ前記力学系を用いて生成し、受信した前記各情報を
対応する前記復号鍵で復号することを特徴とする暗号通
信方法。
【請求項４】前記力学系は、カオス力学系であること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
記載の暗号通信方法。
【請求項５】前記カオス力学系は左シフト関数である
ことを特徴とする請求項４に記載の暗号通信方法。
【請求項６】前記カオス力学系のカオス関数を変更可
能であることを特徴とする請求項４に記載の暗号通信方
法。
【請求項７】前記暗号化鍵を所定の時間間隔ごとに生
成することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいず
れか１項に記載の暗号通信方法。
【請求項８】前記暗号化鍵を時間の経過に従って生成
するとともに、前記暗号化鍵を生成する時間間隔を制御
することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれ
か１項に記載の暗号通信方法。
【請求項９】暗号化対象となる情報を分割し分割され
た各情報に対して力学系を用いた異なる暗号化鍵で暗号
化して送信する送信手段と、該送信手段から送られてく
る暗号化された情報を受信するとともに受信した暗号化
情報を前記力学系を用いて生成された復号鍵で復号する
受信手段を有することを特徴とする暗号通信システム。