JP2003005953A - 乱数生成装置および乱数生成方法、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 乱数の生成出力装置における出力タイミング
に依存した出力乱数の偏りを防止した乱数生成装置およ
び方法を提供する。 【解決手段】 所定クロック（ｃｌｋ１）に基づいて動
作する乱数発生装置としてのＰＮ系列発生手段に対し
て、他のクロックで動作するＰＮ系列発生手段の発生乱
数との演算、例えば排他論理和演算を所定タイミングで
実行させて出力乱数とする。この演算により、（ｃｌｋ
１）に基づいて動作するＰＮ系列発生手段の周期律上の
遷移が実行される。他クロック動作ＰＮ系列発生手段
は、複数のクロック（ｃｌｋ２〜ｃｌｋＮ）から選択さ
れるクロックに基づいて制御されるため、遷移地点は毎
回異なり、ＰＮ系列発生手段の初期値、出力タイミング
が同一でも、同一の乱数が発生する可能性が低減され
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、乱数生成装置およ
び乱数生成方法、並びにプログラムに関する。特に、疑
似ランダム信号をフィードバックすることにより疑似ラ
ンダム信号固有の周期性に変化を加えて同一乱数の発生
確率を低下させることを実現した乱数生成装置および乱
数生成方法、並びにプログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のネットワーク技術の進歩により、
インターネットを利用した電子商取引やオンラインショ
ッピング等のサービスが急速に広まりつつある。このよ
うなサービスにおいては、通信相手がお互いに正しい相
手であるという相互認証や、認証後に安全に情報をやり
取りするための暗号化通信が非常に重要である。この相
互認証時、或いは暗号化通信に使用する鍵生成の過程に
おいて、乱数がよく用いられる。

【０００３】この乱数発生方法として、ＰＮ（Pseudo N
oise）系列等の擬似ランダム信号を利用する手法が広く
知られている。ＰＮ系列は、シフトレジスタと排他的論
理和（Exclusive OR）回路によって生成されるが、シフ
トレジスタの初期値が同じ場合には、乱数生成処理開始
後、毎回全く同じタイミングで全く同一の乱数が発生す
ることになり、相互認証時や暗号化通信に使用する鍵生
成時において、安全性が著しく損なわれてしまう。

【０００４】また、乱数生成処理開始時からある一定期
間内に乱数が確定するようなシステムの場合、発生する
乱数が擬似ランダム信号の持つ周期に対してある特定の
期間内に発生する乱数のみに偏ってしまうため、総当た
り攻撃に対する耐性が低下してしまうという問題が生じ
る。

【０００５】図１にシフトレジスタと排他的論理和（Ex
clusive OR）回路によって構成されるＰＮ系列発生手段
例を示す。

【０００６】図１（ａ）に示す例は、３ビットの乱数を
発生する周期７のＰＮ系列発生手段例であり、シフトレ
ジスタ１１，１２，１３の各レジスタにセットされる１
または０の値をあるタイミングで乱数値として取り出
す、

【０００７】シフトレジスタ１１の値は、シフトレジス
タ１２に出力され、シフトレジスタ１２の値は、シフト
レジスタ１３に出力され、シフトレジスタ１３の値は、
排他論理和演算手段１４に入力され、シフトレジスタ１
１の値との排他論理和演算が実行され、その結果がシフ
トレジスタ１１に入力される。これら各シフトレジスタ
間のデータ入出力は、所定のクロックタイミングに基づ
いて制御されることになる。その結果、図１（ａ）の構
成を持つＰＮ系列発生手段は、図１（ｂ）に示す７種の
値を周期的に発生することになる。

【０００８】従って、シフトレジスタの初期値が同じ場
合には、乱数生成処理開始後、毎回全く同じタイミング
で全く同一の乱数が発生することになり、相互認証時や
暗号化通信に使用する鍵生成時において、安全性が著し
く損なわれてしまうという問題点が発生する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
点に鑑みてなされたものであり、乱数生成処理におい
て、乱数生成処理開始後、毎回全く同じタイミングで出
力を行なったとしても同一の乱数が生成される可能性を
著しく低下させることを可能とする乱数生成装置および
乱数生成方法、並びにプログラムを提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の側面は、
第１の疑似ランダム信号発生手段と、第２の疑似ランダ
ム信号発生手段と、前記第２の疑似ランダム信号発生手
段の出力値と、前記第１の疑似ランダム信号発生手段の
出力値との演算処理を実行する演算手段と、前記演算手
段における演算結果に基づいて取得される値を前記第１
の疑似ランダム信号発生手段の新たな設定値とし、該新
たな設定値に基づいて出力乱数を決定する構成を有する
ことを特徴とする乱数生成装置にある。

【００１１】さらに、本発明の乱数生成装置の一実施態
様において、前記第１の疑似ランダム信号発生手段は、
周期の異なる複数の疑似ランダム信号発生手段によって
構成され、前記演算手段における演算処理は、前記第２
の疑似ランダム信号発生手段の出力値と、周期の異なる
複数の疑似ランダム信号発生手段各々について実行し、
該演算結果に基づいて取得される値を前記複数の疑似ラ
ンダム信号発生手段各々の新たな設定値とする構成を有
することを特徴とする。

【００１２】さらに、本発明の乱数生成装置の一実施態
様において、前記第１の疑似ランダム信号発生手段は、
動作制御用のクロック信号（ｃｌｋ１）を入力し、該入
力クロック信号（ｃｌｋ１）に基づいて、設定値を周期
的に更新し、前記第２の疑似ランダム信号発生手段は、
動作制御用の複数のクロック信号（ｃｌｋ２〜Ｎ）から
選択されるいずれかのクロック信号を入力し、選択入力
されるクロック信号に基づいて、設定値を周期的に更新
する構成を有することを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明の乱数生成装置の一実施態
様において、前記演算手段は、排他論理和演算実行手段
であり、前記第２の疑似ランダム信号発生手段の出力値
と、前記第１の疑似ランダム信号発生手段の出力値との
各ビット各々についての排他論理和演算を実行する構成
を有することを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の乱数生成装置の一実施態
様において、前記演算手段による、前記第２の疑似ラン
ダム信号発生手段の出力値と、前記第１の疑似ランダム
信号発生手段の出力値との演算処理を複数回実行し、前
記演算手段における複数回の演算結果に基づいて取得さ
れる値を出力乱数とする構成を有することを特徴とす
る。

【００１５】さらに、本発明の第２の側面は、乱数生成
方法であり、第２の疑似ランダム信号発生手段の出力値
と、第１の疑似ランダム信号発生手段の出力値との演算
処理を実行する演算ステップと、前記演算ステップにお
ける演算結果に基づいて取得される値を前記第１の疑似
ランダム信号発生手段の新たな設定値とし、該新たな設
定値に基づいて出力乱数を決定するステップと、を有す
ることを特徴とする乱数生成方法にある。

【００１６】さらに、本発明の乱数生成方法の一実施態
様において、前記第１の疑似ランダム信号発生手段は、
周期の異なる複数の疑似ランダム信号発生手段によって
構成され、前記演算ステップにおける演算処理は、前記
第２の疑似ランダム信号発生手段の出力値と、周期の異
なる複数の疑似ランダム信号発生手段各々について実行
し、該演算結果に基づいて取得される値を前記複数の疑
似ランダム信号発生手段各々の新たな設定値とすること
を特徴とする。

【００１７】さらに、本発明の乱数生成方法の一実施態
様において、前記第１の疑似ランダム信号発生手段は、
動作制御用のクロック信号（ｃｌｋ１）を入力し、該入
力クロック信号（ｃｌｋ１）に基づいて、設定値を周期
的に更新し、前記第２の疑似ランダム信号発生手段は、
動作制御用の複数のクロック信号（ｃｌｋ２〜Ｎ）から
選択されるいずれかのクロック信号を入力し、選択入力
されるクロック信号に基づいて、設定値を周期的に更新
することを特徴とする。

【００１８】さらに、本発明の乱数生成方法の一実施態
様において、前記演算ステップは、前記第２の疑似ラン
ダム信号発生手段の出力値と、前記第１の疑似ランダム
信号発生手段の出力値との各ビット各々についての排他
論理和演算を実行するステップであることを特徴とす
る。

【００１９】さらに、本発明の乱数生成方法の一実施態
様において、前記演算ステップは、前記第２の疑似ラン
ダム信号発生手段の出力値と、前記第１の疑似ランダム
信号発生手段の出力値との演算処理を複数回実行する処
理であり、前記演算ステップにおける複数回の演算結果
に基づいて取得される値を出力乱数とすることを特徴と
する。

【００２０】さらに、本発明の第３の側面は、乱数生成
処理をコンピュータ・システム上で実行せしめるプログ
ラムであって、第２の疑似ランダム信号発生手段の出力
値と、第１の疑似ランダム信号発生手段の出力値との演
算処理を実行する演算ステップと、前記演算ステップに
おける演算結果に基づいて取得される値を前記第１の疑
似ランダム信号発生手段の新たな設定値とし、該新たな
設定値に基づいて出力乱数を決定するステップと、を有
することを特徴とするプログラムにある。

【００２１】なお、本発明のプログラムは、例えば、様
々なプログラム・コードを実行可能な汎用コンピュータ
・システムに対して、コンピュータ可読な形式で提供す
る媒体、例えば、ＣＤやＦＤ、ＭＯなどの記憶媒体に格
納されて提供可能であり、またネットワークなどの伝送
媒体などによっても提供可能なプログラムである。

【００２２】このようなプログラムは、プロセッサ制御
の下でプログラムの読み取りに基づき、システムの有す
る各種機能の実行を規程するとともに、システム上の協
働的作用を発揮するものであり、本発明の他の側面と同
様の作用効果を得ることができるものである。

【００２３】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。なお、本明細
書においてシステムとは、複数の装置の論理的集合構成
であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものには限ら
ない。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の乱数生成装置および方法
の実施例について、以下、図面を参照しながら説明す
る。図２は、本発明の乱数生成装置の第１の実施例構成
を示すブロック図である。

【００２５】図２に示す実施例構成では、乱数発生源と
なる第１の疑似ランダム信号発生手段として、それぞれ
周期の異なる４系統の疑似ランダム信号（ＰＮ系列）発
生装置を用いる。また、乱数発生源となるＰＮ系列発生
手段に供給されるクロック（ｃｌｋ１）とは別周波数の
クロック（ｃｌｌ２〜ｃｌｋＮ）によって疑似ランダム
信号（ＰＮ系列）を生成する第２の疑似ランダム信号発
生手段を持つ。図２に示す乱数生成装置の構成について
説明する。

【００２６】図２に示す乱数生成装置は、それぞれ周期
の異なるＰＮ系列１〜４を発生するための４つのＰＮ系
列１〜４発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）を有する。これ
ら４つのＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）に対し
ては、同一のクロック（ｃｌｋ１）が供給され、同一の
クロックタイミングでのシフト処理が実行されることに
なる。ただし、各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜
（ｄ）の周期は異なるものを採用可能である。

【００２７】さらに、ＰＮ系列５発生手段１１２は、ス
イッチ手段１１１によって選択的に入力されるクロック
（ｃｌｋ２〜Ｎ）によって動作するＰＮ系列発生手段で
ある。

【００２８】ＰＮ系列５発生手段１１２からの出力は、
タイミング発生手段１１４の決定するタイミングで、ゲ
ート回路１１３から、排他論理和演算手段１０３（ａ）
〜（ｄ）に入力される。

【００２９】排他論理和演算手段１０３（ａ）〜（ｄ）
は、ＰＮ系列５発生手段１１２の出力値と、各ＰＮ系列
発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）の出力値との排他論理和
演算を実行し、演算結果をゲート回路１１３と同一のタ
イミングでゲートを開くゲート回路１０２（ａ）〜
（ｄ）を介して各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜
（ｄ）に入力し、排他論理和演算の結果として出力され
る結果値を新たな各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜
（ｄ）の設定値とする。

【００３０】また、タイミング発生手段１１４の決定す
るタイミングで、ゲート回路１１５が開き、そのタイミ
ングにおいて各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）
に設定された値が乱数として出力されることになる。こ
の時出力される乱数のビット値は、各ＰＮ系列発生手段
１０１（ａ）〜（ｄ）の出力する乱数のビット数の総数
からなるビット数を持つ乱数として出力される。なお、
さらに出力ビット数調整のための演算処理を実行しても
よい。

【００３１】図３にＰＮ系列５発生手段１１２の出力値
と、各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）の出力値
との排他論理和演算を実行して、結果値を各ＰＮ系列発
生手段１０１（ａ）〜（ｄ）に入力する詳細構成図を示
す。

【００３２】図３は、ＰＮ系列５発生手段１１２と、各
ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）との関係を示している
が、その他各ＰＮ系列発生手段１０１（ｂ）〜（ｄ）と
の処理も同様である。図の例では、ＰＮ系列５発生手段
１１２は４段のシフトレジスタ構成を持ち周期１５のＰ
Ｎ系列発生手段として構成され、ＰＮ系列発生手段１０
１（ａ）は３段のシフトレジスタ構成を持ち周期７のＰ
Ｎ系列発生手段として構成されている。

【００３３】このような構成において、図２に示すタイ
ミング発生手段１１４において決定されるタイミングで
各ゲート回路１０２，１１３が開き、図３に示すよう
に、ＰＮ系列５発生手段１１２のシフトレジスタ格納値
（ｘ３，ｘ２，ｘ１）が排他論理和演算手段１０３に出
力され、ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）のシフトレジス
タ出力値（ｙ３，ｙ２，ｙ１）排他論理和演算が実行さ
れ、その結果値がＰＮ系列発生手段１０１（ａ）のシフ
トレジスタに新たに格納されることになる。この処理が
他のＰＮ系列発生手段１０１（ｂ）〜（ｄ）においても
実行される。

【００３４】このように各ＰＮ系列発生手段１０１
（ａ）〜（ｄ）には、別のＰＮ系列発生手段の発生した
値に基づいて、各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜
（ｄ）に入力されるクロックタイミング（ｃｌｋ１）と
は関連付けできない値が格納されることになる。

【００３５】図４に上述の処理を具体的数値によって説
明する図を示す。ＰＮ系列５発生手段１１２は周期１５
であり、（ｘ４，ｘ３，ｘ２，ｘ１）の値として（１０
００）から（０００１）の値を、シフトレジスタに図２
のスイッチ手段によって選択されたクロック（ｃｌｋ２
〜ｃｌｋＮ）に基づく周期で繰り返し設定する。また、
ＰＮ系列１発生手段１０１（ａ）は周期７であり、（ｙ
３，ｙ２，ｙ１）の値として（１００）から（００１）
の値を、入力されるクロック（ｃｌｋ１）に基づく周期
で繰り返しシフトレジスタに値を設定する。

【００３６】この状況において、例えば、図２に示すタ
イミング発生手段１１４において決定されるタイミング
がＰＮ系列５発生手段１１２に、（０，１，１，０）の
値が設定されているときであり、このときのＰＮ系列１
発生手段１０１（ａ）には（１，１，１）が格納されて
いたとする。

【００３７】この時、ＰＮ系列５発生手段１１２に、
（０，１，１，０）の下位３ビットと、ＰＮ系列１発生
手段１０１（ａ）には（１，１，１）との排他論理和演
算（ｅｘＯＲ）が実行される。その結果は、（０，０，
１）であり、結果値（０，０，１）が新たにＰＮ系列１
発生手段１０１（ａ）のシフトレジスタに格納されるこ
とになる。

【００３８】すなわち、図４右下に示すように（ｙ３，
ｙ２，ｙ１）は、クロック（ｃｌｋ１）で一定周期に順
次、値を図の円の右回りに規則的に変更する処理を繰り
返していたが、タイミング発生手段の決定タイミングに
おいて、ＰＮ系列５発生手段１１２から出力される値と
の排他論理和演算が実行されることにより、（１１１）
→（００１）という予測不能な遷移を発生させることに
なる。

【００３９】つまり、乱数発生源となるＰＮ系列発生手
段に対して、別クロックで動作するＰＮ系列発生手段か
ら出力されたＰＮ系列を作用させることで乱数発生源で
ある各ＰＮ系列の持つ周期律を乱すことにより、出力タ
イミングによって規則性を持たない乱数を発生させるこ
とが可能となり、乱数そのものの安全性を高めることが
可能となる。

【００４０】この周期律が乱れるイメージを図５を用い
て説明する。図５中に示す円はＰＮ系列の１周期を表し
ている。ＰＮ系列の初期値で表される点をＡとすると、
通常はＰＮ系列の持つ周期に従って円を一周することに
なる（図５（ａ））。

【００４１】乱数生成処理開始時からある一定期間内に
乱数が確定するようなシステムの場合、図５（ｂ）に示
すようにＰＮ系列の周期に対して乱数決定までの期間
（図中Ｂ地点）が短い場合には、発生する乱数が周期に
対してある特定の期間内（図中ＡＢ間）に発生する乱数
のみに偏ってしまい、例えば不正な第三者がこの範囲内
の出力可能性のある値を総当たりに発生させて暗号鍵を
生成すると、やがては正規な暗号鍵が生成される可能性
がある。

【００４２】ところが、上述のようにこのＰＮ系列に他
のＰＮ系列に基づく処理を実行すると、例えば図５
（ｃ）に示すように突然周期律上の全く別の地点に遷移
した乱数値を出力することが可能となる。（図中Ｂ→
Ｃ）。このような構成により、生成される乱数を予測す
ることは非常に困難となり、不正な第三者による攻撃を
効果的に防止することが可能となる。

【００４３】図２に示したように、ＰＮ系列５発生手段
は、ｃｌｋ２〜ｃｌｋＮから選択される異なるクロック
に基づいて制御されるため、周期律のどの地点に遷移す
るかは、選択されているクロックによって、図５
（ｃ）、（ｄ）に示すように毎回異なる。これにより、
例えば、ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）に設定
される初期値が同じであり、乱数生成処理開始から出力
までの時間が同一となった場合でも、同一の乱数が発生
するという可能性が著しく低減される。

【００４４】周期が異なる４つのＰＮ系列を組み合わせ
て乱数を発生させる場合のイメージを図６に示す。各円
の大きさの違いは、ＰＮ系列の周期の違いを表してい
る。例えば最も小さい円から周期７、周期１５、周期３
１、周期６３などである。これらの各々が、図２に示す
ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）に相当する。

【００４５】乱数生成開始時（図中Ａ）からの乱数決定
タイミングが全く同じであったとしても、各ＰＮ系列発
生手段１０１（ａ）〜（ｄ）に作用させるＰＮ系列（図
２に示すＰＮ系列５発生手段１１２）が毎回ランダムに
変化することになり、各ＰＮ系列の周期律において遷移
先（図中の矢印の示す先）は全く異なるため、毎回同じ
乱数が発生してしまうという可能性は殆どない。

【００４６】以上、説明したように、本発明の乱数生成
装置および乱数生成方法によれば、所定クロック（ｃｌ
ｋ１）に基づいて動作する乱数発生装置としてのＰＮ系
列発生手段に対して、他のクロック（ｃｌＫ２〜ｃｌＫ
Ｎのいずれか）で動作するＰＮ系列発生手段の発生乱数
との演算、例えば排他論理和演算を所定タイミングで実
行させて出力乱数とすることにより、（ｃｌｋ１）に基
づいて動作するＰＮ系列発生手段の周期律上の遷移が実
行され、ＰＮ系列発生手段の初期値、出力タイミングが
同一でも、同一の乱数が発生する可能性が低減される。

【００４７】なお、上述した例では、第１の疑似ランダ
ム信号発生手段として、４つのＰＮ系列発生手段１０１
（ａ）〜（ｄ）を用いた構成例を説明したが、これらの
ＰＮ系列発生手段１０１の数は上述の例に限定されるも
のではなく任意数の乱数発生手段を設定可能である。

【００４８】さらに、第２の疑似ランダム信号発生手段
であるＰＮ系列５発生手段１１２の出力と第１の疑似ラ
ンダム信号発生手段としての４つのＰＮ系列発生手段１
０１（ａ）〜（ｄ）との演算によって、一度ＰＮ系列発
生手段１０１（ａ）〜（ｄ）の周期律が乱れた後は、Ｐ
Ｎ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）各ＰＮ系列間の位
相に全く相関性がなくなるので、同じ乱数を発生する確
率は、さらに低くなる。このように、複数のＰＮ系列発
生手段１０１（ａ）〜（ｄ）に他のＰＮ系列５発生手段
１１２の出力との演算によって一度周期律を乱した後、
さらに、乱数値の出力タイミングを設定して乱数の出力
を実行する処理手順を図７の処理フローを用いて説明す
る。

【００４９】まず、ステップ１０１（ＳＴ１０１）で乱
数生成処理を開始する。この時点においては、各ＰＮ系
列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）のＰＮ系列は初期値か
らスタートすることになる。次にＳＴ１０２で乱数決定
のためのタイミングを生成し、ＰＮ系列５発生手段１１
２から出力される値と各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）
〜（ｄ）の設定値との排他論理和演算を実行する。この
時点で、各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）にお
いて生成される乱数は、さらなる安全性を考慮して出力
しない（ＳＴ１０３）。

【００５０】ＳＴ１０２のＰＮ系列５発生手段１１２か
ら出力される値と各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜
（ｄ）の設定値との排他論理和演算により、各ＰＮ系列
発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）の周期律が乱れた後、Ｓ
Ｔ１０４でもう一度乱数決定のためのタイミングを生成
し、ＰＮ系列５発生手段１１２から出力される値と各Ｐ
Ｎ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）の設定値との排他
論理和演算を実行する。その結果出力された各ＰＮ系列
を乱数として出力する（ＳＴ１０５）。

【００５１】上述の手法により、乱数生成処理開始後、
全く同一のタイミングで２パターンの乱数を生成した場
合のイメージを図８に示す。ＳＴ１０３の時点で、各Ｐ
Ｎ系列発生手段に作用させる別系統のＰＮ系列がばらつ
く。図８（ａ）、（ｂ）の点線による遷移が、図７のス
テップ１０２（ＳＴ１０２）におけるタイミング生成お
よび演算処理による遷移を示している。さらに、その
後、図７のステップ１０４（ＳＴ１０４）における２回
目のタイミング生成および演算処理による遷移は、図８
（ａ）、（ｂ）の実線による遷移であり、その結果とし
て各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）に設定さ
れ、出力される［○］印の値が乱数値として出力される
値となる。乱数発生源となる各ＰＮ系列における周期律
の乱れ方が毎回異なるため、ＳＴ１０５で発生する乱数
が全く同一になる確率は格段に低くなる。

【００５２】上述したように、本実施例の乱数生成装置
および乱数生成方法によれば、所定クロック（ｃｌｋ
１）に基づいて動作する乱数発生装置としてのＰＮ系列
発生手段に対して、他のクロックで動作するＰＮ系列発
生手段の発生乱数との演算、例えば排他論理和演算を所
定タイミングで実行させる処理を複数回繰り返して実行
して出力乱数を取得することにより、（ｃｌｋ１）に基
づいて動作するＰＮ系列発生手段の周期律上の遷移が複
数回実行されることになり、ＰＮ系列発生手段の初期
値、出力タイミングが同一でも、同一の乱数が発生する
可能性が著しく低減される。

【００５３】本方式の乱数生成装置を認証処理に適用し
た例を図９を用いて説明する。図９に示すＡ，Ｂは例え
ばインターネット等の通信手段を介して通信を行なうエ
ンティテイであり、通信機能を有するデータ処理装置、
例えばＰＣ，携帯電話、モバイル端末等を用いて通信を
行なうとする。エンティテイＢの通信端末には、図２に
示す乱数生成装置が構成されている。

【００５４】Ｂが認証要求をＡから受信すると、Ｂは図
２に示す乱数生成装置において、上述した処理（図９右
側に示す処理）を実行して乱数を生成し、生成した乱
数：ＲをエンティテイＡに送信する。

【００５５】乱数：Ｒを受信したＡは、Ａ，Ｂにおいて
共有する共通鍵Ｋを用いて受信した乱数：Ｒの暗号化処
理（ＳＴ１１１）を実行し、乱数の暗号化データ：Ｅｎ
ｃ（Ｒ，Ｋ）を生成してＢに送信する。

【００５６】乱数の暗号化データ：Ｅｎｃ（Ｒ，Ｋ）を
受信したＢは、Ａ，Ｂにおいて共有する共通鍵Ｋを用い
て受信した乱数の暗号化データ：Ｅｎｃ（Ｒ，Ｋ）の復
号処理（ＳＴ１２１）を実行し、自己の送信した乱数
と、復号によって得られた乱数が一致しているか否かを
判定（ＳＴ１２２）する。一致していれば、ＡＢ間の認
証が成立し、一致していない場合は認証不成立とする。

【００５７】このような認証処理において、たとえＢの
生成する乱数が同一タイミングで生成されたとしても、
上述したように異なる乱数が出力されることになり、認
証処理毎に新たな乱数を用いた認証が実行されることに
なり、よりセキュアな認証処理、通信処理が実行される
ことになる。

【００５８】次に、乱数決定のためのタイミングを１以
上の任意回数（ｎ）として設定し、ｎ回のタイミング生
成および他のＰＮ系列発生手段からの出力値との演算処
理を実行する手順について図１０のフローを参照して説
明する。図１０に示す乱数発生処理は、タイミング生成
回数を任意回数とする不確定要素を取り入れた処理であ
る。

【００５９】まず、ステップ２０１（ＳＴ２０１）で乱
数生成処理を開始する。この時点においては、各ＰＮ系
列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）のＰＮ系列は初期値か
らスタートすることになる。次にＳＴ２０２で乱数決定
のためのタイミング生成回数ｎを決定する。ｎは１以
上、任意の数が設定可能である。この設定数は、図２に
示すタイミング発生手段１１４内の記憶手段に格納す
る。

【００６０】次にＳＴ２０３で乱数決定のためのタイミ
ングを生成し、ＰＮ系列５発生手段１１２から出力され
る値と各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜（ｄ）の設定
値との排他論理和演算を実行する。

【００６１】次に、ＳＴ２０４で、ＳＴ２０２で設定し
た処理回数ｎ回のタイミング生成処理がなされたか否か
を判定する。処理回数＜ｎである場合は、ＳＴ２０３の
処理を繰り返し実行する。すなわち、再度、乱数決定の
ためのタイミングを生成し、ＰＮ系列５発生手段１１２
から出力される値と各ＰＮ系列発生手段１０１（ａ）〜
（ｄ）の設定値との排他論理和演算を実行する。ＳＴ２
０４において、処理回数＝ｎと判定された場合は、ステ
ップ２０５（ＳＴ２０５）に進み、各ＰＮ系列発生手段
１０１（ａ）〜（ｄ）からの出力を乱数として出力す
る。

【００６２】この手法によると、タイミング生成時に乱
数発生源となる各ＰＮ系列発生手段に作用させるＰＮ系
列の他に、ＳＴ２０２で決定されるタイミング生成回数
によっても各ＰＮ系列の周期律の乱れ方が変化するた
め、同一の乱数が発生する確率をより一層低くすること
が可能となる。

【００６３】以上、特定の実施例を参照しながら、本発
明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成
し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で
本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべ
きではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に
記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

【００６４】なお、明細書中において説明した一連の処
理はハードウェア、またはソフトウェア、あるいは両者
の複合構成によって実行することが可能である。ソフト
ウェアによる処理を実行する場合は、処理シーケンスを
記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込ま
れたコンピュータ内のメモリにインストールして実行さ
せるか、あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュ
ータにプログラムをインストールして実行させることが
可能である。

【００６５】例えば、プログラムは記録媒体としてのハ
ードディスクやＲＯＭ（Read OnlyMemory)に予め記録し
ておくことができる。あるいは、プログラムはフロッピ
ー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disc
Read Only Memory)，ＭＯ(Magneto optical)ディスク，
ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導
体メモリなどのリムーバブル記録媒体に、一時的あるい
は永続的に格納（記録）しておくことができる。このよ
うなリムーバブル記録媒体は、いわゆるパッケージソフ
トウエアとして提供することができる。

【００６６】なお、プログラムは、上述したようなリム
ーバブル記録媒体からコンピュータにインストールする
他、ダウンロードサイトから、コンピュータに無線転送
したり、ＬＡＮ(Local Area Network)、インターネット
といったネットワークを介して、コンピュータに有線で
転送し、コンピュータでは、そのようにして転送されて
くるプログラムを受信し、内蔵するハードディスク等の
記録媒体にインストールすることができる。

【００６７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の乱数生
成装置および乱数生成方法によれば、所定クロック（ｃ
ｌｋ１）に基づいて動作する乱数発生装置としてのＰＮ
系列発生手段に対して、他のクロックで動作するＰＮ系
列発生手段の発生乱数との演算、例えば排他論理和演算
を所定タイミングで実行させて出力乱数とすることによ
り、（ｃｌｋ１）に基づいて動作するＰＮ系列発生手段
の周期律上の遷移が実行され、ＰＮ系列発生手段の初期
値、出力タイミングが同一でも、同一の乱数が発生する
可能性が低減される。

【００６８】また、本発明の乱数生成装置および乱数生
成方法によれば、所定クロック（ｃｌｋ１）に基づいて
動作する乱数発生装置としてのＰＮ系列発生手段に対し
て、他のクロックで動作するＰＮ系列発生手段の発生乱
数との演算、例えば排他論理和演算を所定タイミングで
実行させる処理を複数回繰り返して実行して出力乱数を
取得することにより、（ｃｌｋ１）に基づいて動作する
ＰＮ系列発生手段の周期律上の遷移が複数回実行される
ことになり、ＰＮ系列発生手段の初期値、出力タイミン
グが同一でも、同一の乱数が発生する可能性が著しく低
減される。

【００６９】さらに、本発明の乱数生成装置および乱数
生成方法によれば、他クロック動作ＰＮ系列発生手段
は、複数のクロック（ｃｌｋ２〜ｃｌｋＮ）から選択さ
れるクロックに基づいて制御されるため、遷移地点は毎
回異なり、ＰＮ系列発生手段の初期値、出力タイミング
が同一でも、同一の乱数が発生する可能性が低減され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＰＮ系列発生回路の構成について説明する図で
ある。

【図２】本発明の乱数生成装置の構成例を示すブロック
図である。

【図３】本発明の乱数生成装置の処理を説明する図であ
る。

【図４】本発明の乱数生成装置における処理について具
体的数値を示して説明する図である。

【図５】本発明の乱数生成装置におけるタイミングと遷
移との関係を説明する図である。

【図６】本発明の乱数生成装置における周期の異なる複
数の乱数発生手段の遷移を説明する図である。

【図７】本発明の乱数生成装置における処理について説
明するフロー図である。

【図８】本発明の乱数生成装置における複数のタイミン
グ生成と遷移との関係を説明する図である。

【図９】本発明の乱数生成装置を適用した乱数生成処理
および認証処理について説明する図である。

【図１０】本発明の乱数生成装置において、任意数のタ
イミング生成回数、演算処理回数設定を行なう場合の処
理について説明するフロー図である。

【符号の説明】

１１，１２，１３ シフトレジスタ １４ 排他論理和演算手段 １０１ ＰＮ系列発生手段 １０２ ゲート回路 １０３ 排他論理和演算手段 １１１ スイッチ手段 １１２ ＰＮ系列発生手段 １１３ ゲート回路 １１４ タイミング発生手段 １１５ ゲート回路

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の疑似ランダム信号発生手段と、 第２の疑似ランダム信号発生手段と、 前記第２の疑似ランダム信号発生手段の出力値と、前記
   第１の疑似ランダム信号発生手段の出力値との演算処理
   を実行する演算手段と、 前記演算手段における演算結果に基づいて取得される値
   を前記第１の疑似ランダム信号発生手段の新たな設定値
   とし、該新たな設定値に基づいて出力乱数を決定する構
   成を有することを特徴とする乱数生成装置。
2. 【請求項２】前記第１の疑似ランダム信号発生手段は、
   周期の異なる複数の疑似ランダム信号発生手段によって
   構成され、 前記演算手段における演算処理は、前記第２の疑似ラン
   ダム信号発生手段の出力値と、周期の異なる複数の疑似
   ランダム信号発生手段各々について実行し、該演算結果
   に基づいて取得される値を前記複数の疑似ランダム信号
   発生手段各々の新たな設定値とする構成を有することを
   特徴とする請求項１に記載の乱数生成装置。
3. 【請求項３】前記第１の疑似ランダム信号発生手段は、
   動作制御用のクロック信号（ｃｌｋ１）を入力し、該入
   力クロック信号（ｃｌｋ１）に基づいて、設定値を周期
   的に更新し、 前記第２の疑似ランダム信号発生手段は、動作制御用の
   複数のクロック信号（ｃｌｋ２〜Ｎ）から選択されるい
   ずれかのクロック信号を入力し、選択入力されるクロッ
   ク信号に基づいて、設定値を周期的に更新する構成を有
   することを特徴とする請求項１に記載の乱数生成装置。
4. 【請求項４】前記演算手段は、排他論理和演算実行手段
   であり、前記第２の疑似ランダム信号発生手段の出力値
   と、前記第１の疑似ランダム信号発生手段の出力値との
   各ビット各々についての排他論理和演算を実行する構成
   を有することを特徴とする請求項１に記載の乱数生成装
   置。
5. 【請求項５】前記演算手段による、前記第２の疑似ラン
   ダム信号発生手段の出力値と、前記第１の疑似ランダム
   信号発生手段の出力値との演算処理を複数回実行し、 前記演算手段における複数回の演算結果に基づいて取得
   される値を出力乱数とする構成を有することを特徴とす
   る請求項１に記載の乱数生成装置。
6. 【請求項６】乱数生成方法であり、 第２の疑似ランダム信号発生手段の出力値と、第１の疑
   似ランダム信号発生手段の出力値との演算処理を実行す
   る演算ステップと、 前記演算ステップにおける演算結果に基づいて取得され
   る値を前記第１の疑似ランダム信号発生手段の新たな設
   定値とし、該新たな設定値に基づいて出力乱数を決定す
   るステップと、 を有することを特徴とする乱数生成方法。
7. 【請求項７】前記第１の疑似ランダム信号発生手段は、
   周期の異なる複数の疑似ランダム信号発生手段によって
   構成され、 前記演算ステップにおける演算処理は、前記第２の疑似
   ランダム信号発生手段の出力値と、周期の異なる複数の
   疑似ランダム信号発生手段各々について実行し、該演算
   結果に基づいて取得される値を前記複数の疑似ランダム
   信号発生手段各々の新たな設定値とすることを特徴とす
   る請求項６に記載の乱数生成方法。
8. 【請求項８】前記第１の疑似ランダム信号発生手段は、
   動作制御用のクロック信号（ｃｌｋ１）を入力し、該入
   力クロック信号（ｃｌｋ１）に基づいて、設定値を周期
   的に更新し、 前記第２の疑似ランダム信号発生手段は、動作制御用の
   複数のクロック信号（ｃｌｋ２〜Ｎ）から選択されるい
   ずれかのクロック信号を入力し、選択入力されるクロッ
   ク信号に基づいて、設定値を周期的に更新することを特
   徴とする請求項６に記載の乱数生成方法。
9. 【請求項９】前記演算ステップは、前記第２の疑似ラン
   ダム信号発生手段の出力値と、前記第１の疑似ランダム
   信号発生手段の出力値との各ビット各々についての排他
   論理和演算を実行するステップであることを特徴とする
   請求項６に記載の乱数生成方法。
10. 【請求項１０】前記演算ステップは、 前記第２の疑似ランダム信号発生手段の出力値と、前記
    第１の疑似ランダム信号発生手段の出力値との演算処理
    を複数回実行する処理であり、 前記演算ステップにおける複数回の演算結果に基づいて
    取得される値を出力乱数とすることを特徴とする請求項
    ６に記載の乱数生成方法。
11. 【請求項１１】乱数生成処理をコンピュータ・システム
    上で実行せしめるプログラムであって、 第２の疑似ランダム信号発生手段の出力値と、第１の疑
    似ランダム信号発生手段の出力値との演算処理を実行す
    る演算ステップと、 前記演算ステップにおける演算結果に基づいて取得され
    る値を前記第１の疑似ランダム信号発生手段の新たな設
    定値とし、該新たな設定値に基づいて出力乱数を決定す
    るステップと、 を有することを特徴とするプログラム。