JP2002523974A - 予め求められた非対称の暗号鍵対に対する秘密通信鍵を形成する方法および装置 - Google Patents

予め求められた非対称の暗号鍵対に対する秘密通信鍵を形成する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 公開鍵と相応する秘密鍵とを備えた鍵対がスタート値に基づいて求められた後、このスタート値がユーザに供給される。秘密鍵は消去することができる。ユーザが公開鍵技術に基づく暗号演算を行う場合、ユーザはスタート値をコンピュータに入力し、このスタート値を使用して、予め形成され消去された秘密鍵に相応する秘密通信鍵を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、予め求められた非対称の暗号鍵対に対する秘密通信鍵を形成する方
法および装置に関する。
【０００２】 非対称の暗号鍵対の形成は文献［１］から知られる。
【０００３】 文献［１］の手法ではＲＳＡ法が秘密鍵と相応の公開鍵とを含む暗号鍵対を形
成するために使用される。
【０００４】 秘密鍵は当該のユーザのみにしか既知でなく、公開鍵は通信ネットワークの加
入者全てに既知とすることができる。
【０００５】 電子データの真正性および完全性を保護するためのディジタル署名を形成する
際に、ユーザは秘密鍵を備えたデータに署名する。署名されたディジタル署名の
検証（ヴェリフィケーション）は秘密鍵に相応する公開鍵を使用して行われ、デ
ィジタル署名の真正性ないし完全性は公開鍵へのアクセス権を有する全ての通信
加入者によってチェックすることができる。
【０００６】 上述のいわゆるパブリックキー技術は特に（所定数のコンピュータユニットが
通信ネットワークを介して相互接続された）コンピュータネットワーク内部での
ディジタル通信で適用されている。
【０００７】 文献［１］から知られる手法では、秘密鍵が権限を有さない第３者に知られな
いように保護することがディジタル署名の安全性のためにきわめて重要である。
【０００８】 文献［２］からは、秘密鍵をデータ記憶のための外部媒体（例えばチップカー
ド、ディスケットなど）またはハードディスクに記憶することが知られる。ここ
で鍵のデータは個人識別コードＰＩＮ（Personal Identification Number）また
はパスワードを使用して保護され、これによりそれぞれの鍵データが暗号化され
る。しかしこうした外部媒体を使用すると、ユーザのローカルリソースへのアク
セスが必要になる。これは現在のネットワークコンピュータまたはＪＡＶＡ（登 録商標）アプリケーションによるネットワーク指向のインフラストラクチャでは 所望されない。
【０００９】 ネットワークコンピュータとは別のコンピュータとネットワーク化されたコン
ピュータのことである。
【００１０】 ＪＡＶＡアプリケーションとはプログラミング言語Ｊａｖａで記述されたプロ
グラムを含むプログラムのことである。
【００１１】 このように文献［２］に説明されている手法では、秘密鍵を外部媒体に記憶し
なければならず、これにより秘密鍵の悪用を防止することが非常に困難となる欠
点がある。
【００１２】 ハッシュ関数の展望については引用文献［３］を参照されたい。ハッシュ関数
とは、所定の関数値に適合する入力値を計算することのできない関数のことであ
る。さらに任意の長さの入力コードシーケンスに固定長の出力コードシーケンス
が割り当てられる。さらにハッシュ関数に対して付加的な特性を要求することも
できる。このような付加的な特性の１つは衝突がないことであり、すなわち同じ
出力コードシーケンスを発生させる２つの異なる入力コードシーケンスを検出不
能にすることである。
【００１３】 例えばハッシュ関数としてＭＤ２規格による手法、ＭＤ５規格による手法、鍵
を使用しないデータ暗号化規格ＤＥＳ（Data Encryption Standard）、または他
の任意のハッシュ関数が挙げられる。
【００１４】 所定の数に対してこれが素数であるか否かを検査する手法として、Miller-Rab
inによる手法が引用文献［４］から知られる。
【００１５】 したがって本発明の課題は、予め求められた非対称の暗号鍵対に対する秘密通
信鍵を形成し、非対称の鍵対の秘密鍵を長く記憶せずに済むようにすることであ
る。
【００１６】 この課題は独立請求項の特徴部分に記載の方法および装置により解決される。
【００１７】 予め求められた非対称の暗号鍵対、すなわち秘密鍵および相応の公開鍵を含む
鍵対に対する秘密通信鍵を形成する方法では、鍵対を求める際に設定されたスタ
ート値が使用されている。このスタート値はユーザに供給される。ユーザはスタ
ート値をコンピュータへ入力し、このスタート値を使用して秘密通信鍵を形成す
る。秘密通信鍵と公開鍵は通信鍵の一対を形成する。
【００１８】 予め求められた非対称の暗号鍵対すなわち秘密鍵および公開鍵を含む鍵対に対
する秘密通信鍵を形成する装置はプロセッサを有しており、このプロセッサは ａ）鍵対を求める際に設定されたスタート値を使用するステップと、ｂ）このス
タート値をユーザに供給するステップと、ｃ）スタート値を使用して秘密通信鍵
を形成し、秘密通信鍵と公開鍵とによって通信鍵対を形成するステップとを実行
可能なように構成されており、さらにユーザがスタート値を入力するための入力
手段が設けられている。
【００１９】 本発明によれば秘密鍵を消去することができ、その際にパブリックキー技術に
よる強靱な暗号を放棄しなくて済む。
【００２０】 外見上スタート値はユーザまたは中央の設定する個人識別コードＰＩＮ（Pers
onal Identification Number）またはパスワードであり、これがコンピュータへ
入力されると考えることができる。パスワードないしＰＩＮを入力した後スター
ト値としてパスワードまたはＰＩＮを使用して、秘密通信鍵、すなわち秘密鍵と
同一の鍵が形成される。これにより鍵対すなわち通信鍵対が公開鍵とともに形成
される。
【００２１】 このようにして本発明によれば、通常のコンピュータネットワークまたは通常
のコンピュータのユーザになじみ深いパスワード技術と強靱な暗号技術とを融合
することができ、その際にも秘密鍵の材料を持続的に保持するために大きな努力
をはらう必要はない。
【００２２】 本発明の有利な実施形態は従属請求項から得られる。
【００２３】 本発明の実施形態では、スタート値に対してハッシュ関数を適用し、これによ
ってさらに鍵形成に使用される値を形成することが提案される。
【００２４】 さらに有利にはユーザ自身を表す付加的なデータを鍵の形成時に使用すること
ができる。
【００２５】 有利には暗号鍵を形成するために鍵形成のＲＳＡ法が使用される。
【００２６】 ハッシュ関数としてＭＤ５規格による手法、ＭＤ２規格による手法、または一
方向性関数としてデータ暗号化規格ＤＥＳによる手法が使用される。
【００２７】 通信鍵対は電子データの暗号化や完全性の保証、電子データについてのディジ
タル署名の形成またはユーザの認証のために、一般にパブリックキー技術で使用
される任意の暗号演算に対して使用される。その際には形成された通信鍵対が使
用される。
【００２８】 本発明の方法を加速するために、別の実施形態では有利には、秘密鍵を形成す
る際に加速指数を表すインデクスを記憶する。この加速指数は、スタート値から
始まってどれだけの頻度でそれぞれの数が素数であるか否かがチェックされたか
を示す。
【００２９】 所定の数が素数であるか否かの特性を検査するために、有利にはMiller-Rabin
による手法が使用される。
【００３０】 本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。図１には本発明の実施例の
方法ステップのフローチャートが示されている。図２には相互に結合された複数
のコンピュータを有するコンピュータネットワークの概略図が示されている。図
３にはスタート値に基づいて素数を求める手段の概略図が示されている。
【００３１】 図２には複数のコンピュータ２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５
０が示されており、これらのコンピュータは通信ネットワーク２６０を介して相
互に接続されている。各コンピュータ２００、２１０、２２０、２３０、２４０
、２５０はそれぞれ複数の入力手段、すなわちキーボード２０６、２１６、２２
６、２３６、２４６、２５６、マウス２０７、２１７、２３７、２４７、２５７
、（図示されていない）スキャナまたは（図示されていない）カメラなどを有し
ている。各入力手段および各入出力インタフェース２０１、２１１、２２１、２
３１、２４１、２５１を介してメモリ２０２、２１２、２２２、２３２、２４２
、２５２へ入力情報が供給され記憶される。メモリ２０２、２１２、２２２、２
３２、２４２、２５２はバス２０４、２１４、２２４、２３４、２４４、２５４
を介して入出力インタフェース２０１、２１１、２２１、２３１、２４１、２５
１に接続されている。同様にバス２０４、２１４、２２４、２３４、２４４、２
５４にはプロセッサ２０３、２１３、２２３、２３３、２４３、２５３が接続さ
れており、これらのプロセッサは以下に説明する方法ステップを実行できるよう
に構成されている。
【００３２】 コンピュータ２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０は通信ネット
ワーク２６０を介して Transport Control Protocol／Internet Protocol すな
わちＴＣＰ／ＩＰにしたがって通信する。
【００３３】 さらに通信ネットワーク２６０にはサーティフィケーションユニット２７０が
設けられている。このサーティフィケーションユニットによりそれぞれの公開鍵
に対して認証子（Zertifikat）が形成される。公開鍵はパブリックキー技術に基
づいた通信に対して信頼性が高い。
【００３４】 ユーザ２８０は第１のコンピュータ２００へ設定可能な任意の語（ＰＩＮ、パ
スワード）を入力する。この語は当該のユーザしか知らない（図１のステップ１
０１）。
【００３５】 第１のコンピュータ２００でＲＳＡ法により非対称の暗号鍵対が以下に説明す
るように形成される。
【００３６】 ユーザ２８０が入力した語１０２と、ユーザ２８０を表す付加データ１０３と
がハッシュ関数部へ供給される（ステップ１０４）。付加データは例えばユーザ
氏名、パーソナルナンバ、端末アドレスなどである。
【００３７】 ハッシュ関数の展望については引用文献［３］を参照されたい。ハッシュ関数
とは、所定の関数値に適合する入力値を計算することのできない関数のことであ
る。さらに任意の長さの入力コードシーケンスに固定長の出力コードシーケンス
が割り当てられる。さらにハッシュ関数に対して付加的な特性を要求することも
できる。このような付加的な特性の１つは衝突がないことであり、すなわち同じ
出力コードシーケンスを発生させる２つの異なる入力コードシーケンスを検出不
能にすることである。
【００３８】 例えばハッシュ関数としてＭＤ２規格による手法、ＭＤ５規格による手法、鍵
を使用しないで実行されるデータ暗号化規格ＤＥＳ、または他の任意のハッシュ
関数が挙げられる。
【００３９】 ハッシュ関数によって形成される値は２つの素数を形成するためのベース値Ｂ
Ｗとして使用される。このことは図３に示されている。
【００４０】 図３に示されているように、ベース値ＢＷに基づいて各値Ｗ１（ｉ＝１，．．
．，ｎ）ごとに、本発明の方法を反復する間、各値が素数であるか否かが検査さ
れる（ステップ３０１）。
【００４１】 所定の数に対する素の特性を検査する手法として、Miller-Rabinによる方法が
引用文献［４］に示されている。
【００４２】 所定の数に対してこれが素数でないことが確認された場合、この数を所定の値
、有利には値２だけ高め（ステップ３０２）、“素”の特性に対する検査を反復
する（ステップ３０１）。この方法は２つの素数、すなわち第１の素数ｐおよび
第２の素数ｑが求められるまで反復される。
【００４３】 インデクスとして、ベース値ＢＷに基づいて第１の素数ｐまたは第２の素数ｑ
に達するまでにこの数を所定の値だけ何回高めたかを示す数が用いられる。
【００４４】 図３に示された方法の結果、すなわち２つの素数ｐ，ｑはＲＳＡ法による鍵の
形成（ステップ１０５）に使用される。
【００４５】 素数ｐ，ｑは通常、数１００Ｂｉｔの長さを有する。
【００４６】 素数ｐ，ｑからモジュロｎが次式にしたがって形成される。すなわち ｎ＝ｐ＊ｑ （１） である。さらに一時的な量（Zwischengroesse）φ（ｎ）が次式にしたがって形
成される。すなわち φ（ｎ）＝（ｐ−１）＊（ｑ−１） （２） である。秘密鍵ｄは秘密鍵ｄとφ（ｎ）とが互いに素であるように選択される。
公開鍵ｅは次式を満足するように定められる。すなわち ｅ＊ｄ ｍｏｄ φ（ｎ）＝１ （３） である。値ｄは秘密鍵であり、第３者に知られてはならない。
【００４７】 したがって鍵形成（ステップ１０５）により秘密鍵ｄ（ステップ１０６）と公
開鍵ｅ（ステップ１０７）とが形成される。
【００４８】 ２つの鍵ｄ，ｅは相互に相応する暗号鍵対を形成し、この鍵対は任意の暗号演
算、すなわち暗号化および復号化またはディジタル署名または認証のために使用
される（ステップ１０８）。
【００４９】 鍵対ｄ，ｅを上述の方法にしたがって形成した後、秘密鍵ｄは消去される。
【００５０】 公開鍵ｅはサーティフィケーションインスタンス２７０へ供給される。このサ
ーティフィケーションインスタンスにより認証子Ｃｅｒｔｅが公開鍵ｅによって
形成され、公開鍵ｅの認証子Ｃｅｒｔｅは公的にアクセス可能なリスト２９０に
記憶される。
【００５１】 これにより通信ネットワーク２６０の各通信加入者は公開鍵ｅに対しては公開
鍵ｅの認証子Ｃｅｒｔｅを介してアクセス可能である。
【００５２】 この公開鍵ｅに相応する秘密鍵ｄは第１のコンピュータ２００で消去される。
【００５３】 ユーザ２８０が鍵対に基づいて通信を開始しようとするたびに、またユーザが
この鍵対を用いた暗号演算を行おうとするたびに、ユーザ２０８は第１のコンピ
ュータ２００に上述のように付加データ１０３の付されたスタート値（ＰＩＮ、
パスワード）１０２を入力し、ハッシュ関数にかける（ステップ１０４）。ここ
でベース値ＢＷに基づいて素数ｐ，ｑを求めるか、または記憶されたインデクス
の上述のような読み出しまたは同様のユーザ２８０のインデクス入力により、秘
密通信鍵が形成される。秘密通信鍵は予め形成されたが消去された秘密鍵ｄに相
応するものである。
【００５４】 このようにして秘密通信鍵と相応する公開鍵ｅとを含む秘密通信鍵対が形成さ
れる。これによりユーザの通信開始のたびにその時点で秘密通信鍵が形成される
ので、強靱なパブリックキー技術を使用することができ、しかも秘密鍵をチップ
カードで記憶しなくてもよくなる。
【００５５】 このようにして形成された通信用の鍵対ｄ，ｅは、公開鍵ｅを用いた平文１０
９の暗号化、および秘密通信鍵を用いた暗号化電子データ１１０の復号化に使用
される。
【００５６】 平文１０９の処理、すなわち誰にでも読むことのできる電子データ１０９の処
理と、暗号化された電子データ１１０の処理とが図１に概略的に示されている。
ここで通信方向はそれぞれ暗号演算部１０８を表すブロックから出る矢印とこの
ブロックへ向かう矢印とによって示されている。
【００５７】 暗号化および復号化は次式にしたがって行われる。すなわち ｍｅ ｍｏｄ ｎ＝ｃ （４） ここでｍは５１２Ｂｉｔの量の暗号化すべき電子データ１０９であり、ｃは暗号
化された電子データ１１０である。また暗号化された電子データｃの復号化は次
式にしたがって行われる。すなわち ｍ＝ｃｄ ｍｏｄ ｎ （５） である。
【００５８】 さらに上述の実施例に対する選択手段を説明する。
【００５９】 この方法は暗号化および完全性の保証または電子データのディジタル署名に使
用可能である。
【００６０】 また本発明はセキュリティ機能を備えたメールシステムの分野でも使用可能で
ある。
【００６１】 スタート値１０２は鍵対を形成する際にこの方法の開始時点で必ずしもユーザ
が入力しなくてもよく、これは鍵対を形成する中央ユニットがユーザに対して設
定を行ってもよい。
【００６２】 これによりユーザは唯一のパスワードないしＰＩＮのみを記憶しておけばよく
、もはや秘密の暗号鍵を例えばチップカード上で安全に保持する必要がない。そ
のためこれに関連したリスクや大きなコストを省略できる。
【００６３】 ハッシュ関数に代えて本発明では任意の一方向性関数を使用可能である。
【００６４】 本明細書で次の文献を引用した。
【００６５】 ［１］C.Ruland, Informationssicherheit in Datanezen, ISBN 3-89238-081-3, DATACOM-Verlag, 1993, 79頁〜85頁 ［２］D.Longley & M.Shain, Data & Computer Security, Dictionary of stand
ards concepts and terms, Stockton Press, ISBN 0-333-42935-4, 1987, 68頁
〜73頁 ［３］C.Ruland, Informationssicherheit in Datanezen, ISBN 3-89238-081-3,
DATACOM-Verlag, 1993, 68頁〜73頁 ［４］A.J. Menezes, P.van Oorschot & S.Vanstone, Handbook of Applied Cry
ptography, CRC Press, ISBN 0-8493-8523-7, 1997, 138頁〜140頁
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例の方法ステップのフローチャートである。
【図２】 コンピュータネットワークの概略図である。
【図３】 スタート値に基づいて素数を求める手段の概略図である。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予め求められた非対称の暗号鍵対、すなわち秘密鍵および相
    応する公開鍵を含む鍵対に対してコンピュータにより秘密通信鍵を形成する方法
    において、 ａ）鍵対を求める際に設定されたスタート値を使用し、 ｂ）該スタート値をユーザに供給し、 ｃ）ユーザが前記スタート値をコンピュータへ入力し、 ｄ）前記スタート値を使用して秘密通信鍵を形成し、該秘密通信鍵と公開鍵とに
    より非対称の暗号通信鍵対を形成する、 ことを特徴とする秘密通信鍵を形成する方法。
  2. 【請求項２】 スタート値をハッシュ関数部へ供給し、ハッシュ関数によっ
    て形成された値を鍵対および通信鍵対を求める際に使用する、請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 鍵対および通信鍵対の形成時にはユーザを表す付加データを
    使用する、請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 スタート値に基づいて素数を求め、方法を反復するたびにそ
    のつどチェックされるそれぞれの数が素数であるか否かを検査し、素数である場
    合には素数であるか否かの特性が検査された数の個数を表すインデクスを記憶し
    、そうでない場合にはチェックされた数に基づいて別の数を選択し、かつインデ
    クスを所定の数だけ高め、 通信鍵対の形成後に使用された素数を消去し、 通信鍵対を新たに形成する際に各インデクスおよびスタート値を使用して秘密
    通信鍵を形成する、請求項１または２記載の方法。
  5. 【請求項５】 所定の数が素数であるか否かの検査をMiller-Rabin法にした
    がって行う、請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 鍵をＲＳＡ法にしたがって形成する、請求項１から５までの
    いずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 ハッシュ関数はＭＤ５の手法、ＭＤ２の手法、一方向整関数
    としてのデータ暗号化規格ＤＥＳの手法のうちの１つである、請求項２から６ま
    でのいずれか１項記載の方法。
  8. 【請求項８】 秘密通信鍵により電子データを暗号化するために使用される
    、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 秘密通信鍵を使用して電子データにディジタル署名を形成す
    るために使用される、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 秘密通信鍵を使用した認証を行うために使用される、請求
    項１から７までのいずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 予め求められた非対称の暗号鍵対、すなわち秘密鍵および
    相応する公開鍵を含む鍵対に対してコ秘密通信鍵を形成する装置において、 プロセッサを備えており、該プロセッサは ａ）鍵対を設定されたスタート値を使用して求めるステップと、 ｂ）該スタート値をユーザに供給するステップと、 ｃ）ユーザに前記スタート値をコンピュータへ入力させるステップと、 ｄ）前記スタート値を使用して秘密通信鍵を形成し、該秘密通信鍵と公開鍵とに
    より通信鍵対を形成するステップと を実行するように構成されており、 ユーザがスタート値を入力するための入力手段を備えている、 ことを特徴とする秘密通信鍵を形成する装置。
  12. 【請求項１２】 前記プロセッサは、スタート値をハッシュ関数部へ供給し
    、かつハッシュ関数によって形成された値を鍵対および通信鍵対を求める際に使
    用するように構成されている、請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記プロセッサは鍵対および通信鍵対の形成時にはユーザ
    を表す付加データを使用するように構成されている、請求項１１または１２記載
    の装置。
  14. 【請求項１４】 前記プロセッサは、 ａ）スタート値に基づいて素数を求め、方法を反復するたびにそのつどチェック
    されるそれぞれの数が素数であるか否かを検査し、素数である場合には素数であ
    るか否かの特性がチェックされた数の個数を表すインデクスを記憶し、そうでな
    い場合にはチェックされた数に基づいて別の数を選択し、かつインデクスを所定
    の数だけ高め、 ｂ）通信鍵対の形成後に使用された素数を消去し、 ｃ）通信鍵対を新たに形成する際に各インデクスおよびスタート値を使用して秘
    密通信鍵を形成する ように構成されている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記プロセッサは所定の数が素数であるか否かの検査をMi
    ller-Rabin法にしたがって行うように構成されている、請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記プロセッサは鍵をＲＳＡ法にしたがって形成するよう
    に構成されている、請求項１１から１５までのいずれか１項記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記プロセッサの使用するハッシュ関数はＭＤ５の手法、
    ＭＤ２の手法、一方向整関数としてのデータ暗号化規格ＤＥＳによる手法のうち
    １つである、請求項１２から１６までのいずれか１項記載の装置。
  18. 【請求項１８】 秘密通信鍵により電子データを暗号化するために使用され
    る、請求項１１から１７までのいずれか１項記載の装置。
  19. 【請求項１９】 秘密通信鍵を使用して電子データにディジタル署名を形成
    するために使用される、請求項１１から１７までのいずれか１項記載の装置。
  20. 【請求項２０】 秘密通信鍵を使用した認証を行うために使用される、請求
    項１１から１７までのいずれか１項記載の装置。
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