JP2007206582A - 秘匿システム並びにそれに用いる暗号化装置及び暗号解除装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＦＢモードにより暗号化した暗号化データを伝送する伝送路上で、ビット欠落などのビットずれが発生すると、暗号解除したときに別の暗号文に誤りが波及する。また、従来はリアルタイム処理で誤り波及を一定長に止めることができない。
【解決手段】一般的に用いられるＯＦＢモードの構成に、固定パターン挿入部１０５及びランダマイズ部１０６を付加している。入力長カウント部１０２のカウント値が予め設定したビット長に達するまで、平文はＢビット毎にＯＦＢモードのブロック暗号化され、それに固定パターン挿入部１０５により固定パターンを挿入する。続いて、入力長カウント部１０２カウンタ値をリセットし、切替器１０３の出力を初期値ＩＶに戻して上記のブロック暗号化動作を繰り返す。こうして、固定パターンが周期的に挿入された暗号文を生成し、その暗号文をランダマイズして送信用暗号文を生成して伝送路へ出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は秘匿システム並びにそれに用いる暗号化装置及び暗号解除装置に係り、特にＯＦＢモードのブロック暗号化を用いた秘匿システム並びにそれに用いる暗号化装置及び暗号解除装置に関する。

通信や記録再生などで伝送されるデータの第三者による盗聴や傍受などを防止するために、伝送されるデータを秘匿するための暗号化を行うことは従来から広く行われており、その暗号化方式には、大きく分けてストリーム暗号方式とブロック暗号方式がある。このうち、実装がシンプルなブロック暗号方式が主流である。

上記のブロック暗号方式は、平文（暗号化される前のデータ又は暗号解除されたデータ）をある長さのブロックに区切って暗号処理する方法であるが、暗号強度を高めるために、ブロック暗号化した結果を次段のブロック暗号に用いる次の２つの使い方が一般的である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。なお、本明細書では、暗号処理の一般的な表記に倣い、データの秘匿化を暗号化、暗号化される前のデータ及び暗号解除されたデータを平文、暗号化されたデータを暗号文、暗号化に用いる固定ビット配列を暗号鍵、暗号化に用いる初期値をＩＶと表記する。

（１）ＣＢＣ（Cipher Block Chaining）モード
このＣＢＣモード（暗号文ブロック連鎖方式）による暗号化装置は、図８のブロック図に示すように、平文をブロック暗号の処理単位に区切り、第一ブロックを切替器１１からの初期値ＩＶ（Initial Value）と加算器１２で排他的論理和演算し、その演算結果をブロック暗号化モジュール１３に供給して暗号鍵を用いてブロック暗号化して、暗号文として出力する一方、切替器１１に供給する。平文の第二ブロック以降は、切替器１１を介して入力される前段ブロックの暗号文と加算器１２で排他的論理和演算し、その演算結果をブロック暗号化モジュール１３に供給して暗号化させることを繰り返す。

図９はＣＢＣモードによる暗号解除装置の一例のブロック図を示す。暗号文は、ブロック暗号解除モジュール２１に供給される。暗号文の第一ブロックは、ブロック暗号解除モジュール２１にて暗号鍵にて復号化され、その復号化された値と切替器２２よりの初期値ＩＶと加算器２３にて排他的論理和演算されて平文として出力される。第二ブロック以降の暗号文は、ブロック暗号解除モジュール２１にて暗号鍵を用いて復号化され、その復号化された値と、切替器２２を介して入力される前段ブロックの暗号文との間で排他的論理和演算されることを繰り返し、ブロック単位で最終的な復号化された値が加算器２３から暗号解除された平文として出力される。

（２）ＯＦＢ（Output FeedBack）モード
図１０はＯＦＢモードによる暗号化装置の一例のブロック図を示す。このＯＦＢモードでは、まず、初期値ＩＶを切替器３２を通してブロック暗号化モジュール３３に供給して暗号鍵を用いてブロック暗号化し、その暗号結果を切替器３２に供給して次段の暗号化処理に使用すると共に、加算器３１に供給して平文と排他的論理和演算してその演算結果を暗号文として出力する。平文の第二ブロック以降の暗号化は、切替器３２を切り替えて直前のブロックのブロック暗号化モジュール３３からの暗号結果を用いる。

図１１はＯＦＢモードによる暗号解除装置の一例のブロック図を示す。同図において、まず、初期値ＩＶを切替器４２を通してブロック暗号化モジュール４３に供給して暗号鍵を用いてブロック暗号化し、その暗号結果を切替器４２に供給して次段の暗号化処理に使用すると共に、加算器４１に供給して暗号文と排他的論理和演算してその演算結果を平文として出力する。暗号文の第二ブロック以降の復号化は、切替器４２を切り替えて直前のブロックのブロック暗号化モジュール４３からの暗号結果を用いる。

このＯＦＢモードでは、暗号化する側と暗号解除する側で、ブロック暗号が各々自走しているため、送受間でビット誤りがあっても次段の処理に誤りが波及しないという特徴がある。従って、平文をブロック暗号化するとき、データ送信側と受信側の間に無線回線など伝送品質が良くない伝送路がある場合、ビット誤りが次段以降の処理に影響しないＯＦＢモードを使用するのが一般的である。

しかしながら、ＯＦＢモードを使用したとしても、図１２に示すように、初期値ＩＶをブロック暗号化した値と第一ブロックの平文＃１とを加算器５１で排他的論理和演算して得られた第一ブロックの暗号文＃１（６１）に続いて、第一ブロックを暗号化した値をブロック暗号化して得られた値と第二ブロックの平文＃２とを加算器５２で排他的論理和演算して得られた第二ブロックの暗号文＃２（６２）を出力し、同様に第二ブロックを暗号化した値をブロック暗号化して得られた値と第三ブロックの平文＃３とを加算器５３で排他的論理和演算して得られた第３ブロックの暗号文＃３（６３）を出力する、ということを繰り返すことで、暗号文を生成して信号伝送路へ出力した場合、信号伝送路上でビット欠落もしくはビット増などのビットずれが発生が発生した場合は、その後の暗号解除は不可能になる。

すなわち、図１２において、信号伝送路上で、例えば、暗号文＃１（６１）と暗号文＃２（６２）との間でビットずれ７０が発生したものとすると、受信側の暗号解除装置により、暗号文＃１（６１）は、初期値ＩＶをブロック暗号化して得た値と加算器７１で排他的論理和演算することで平文＃１（８１）を正常に復号することができるが、続く第二ブロックはビットずれ７０と暗号文＃２の一部とを受信した第二ブロックの暗号文６２’として、加算器７２で排他的論理和演算することとなるため、復号された平文８２は誤文となる。同様に、ビットずれ７０により、第三ブロックの暗号文６３’も暗号文＃２の残りと暗号文＃３の先頭から所定ビット分からなるため、第二ブロックでブロック暗号化された値と上記の暗号文６３’が加算器７３にて排他的論理和演算されることとなるため、その出力は、正常に復号された平文ではなく誤文８３が出力される。

そこで、特許文献１により、初期値と共に通信データ内のデータブロックを暗号化データに変換し、その後、最新の暗号化データと共に通信データ内のデータブロックを順次暗号化する暗号文ブロック連鎖方式による暗号化手段と、暗号化手段にて行われる暗号文ブロック連鎖方式による暗号化にて、データブロックの複数からなるデータ領域が切り替わる毎に、最新の暗号化データの代わりに、初期値を使用させる暗号化初期化手段とを備えた構成の暗号化通信装置が提案されている。

この従来の暗号化通信装置によれば、すべての通信データを連鎖して暗号化してしまうのではなく、データブロックの複数からなるデータ領域毎に、初期値から始めることにより、連鎖を断ち切っているので、たとえ暗号化の途中で異常が発生しても、その異常はそのデータ領域のみに影響し、次のデータ領域には影響しないようにできる。

特開平８−３２１９５４号公報 特開昭６２−１５４８２９号公報

しかしながら、上記の従来の暗号化通信装置では、ＣＢＣモードによる暗号化を行った暗号化データを送受信する秘匿システムを開示しているものであり、ＯＦＢモードにより暗号化した暗号化データを送受信する秘匿システムには適用できない。

また、上記の従来の暗号化通信装置では、ファクシミリデータを蓄積部に記憶させてから、オフラインで暗号あるいは復元処理をしているため、暗号文あるいは復元文が出力されるのは、すべてのファクシミリデータを蓄積した後になり（蓄積しながら暗号あるいは復元処理するアルゴリズムではない）、オフライン処理しかできない。更に、蓄積部の容量以上のデータの伝送が不可能であり、データ容量に上限がある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、ＯＦＢモードにより暗号化した暗号文を送受信する際に、信号伝送路上でビット欠落もしくはビット増などのビットずれが発生しても、誤り波及を一定長で止め得る秘匿システム並びにそれに用いる暗号化装置及び暗号解除装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、受信した暗号文の誤り波及を一定長で止めるための処理をリアルタイムで、しかもデータ容量の上限無く行い得る秘匿システム並びにそれに用いる暗号化装置及び暗号解除装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の秘匿システムは、ＯＦＢモードによるブロック暗号を用いた秘匿システムにおいて、一定ビット長の入力データに対してＯＦＢモードによるブロック暗号化を行って得た暗号文に、一定ビット長よりも短い固定パターンを付加する動作を繰り返すと共に、最初の暗号文の先頭にも固定パターンを付加して、固定パターンが周期的に挿入された暗号文を生成し、その暗号文をランダマイズして送信用暗号文を生成して伝送路へ出力する暗号化装置と、伝送路を経て入力された送信用暗号文に対して、ランダマイズの逆処理であるデランダマイズ処理と、固定パターンの除去処理とを順次に行って暗号文を取得し、その暗号文をＯＦＢモードによりブロック暗号化することにより、データを復号する暗号解除装置とを有することを特徴とする。

この発明では、暗号化装置において、暗号化前の入力データ、すなわち図７（Ａ）に示す平文に対して、ＯＦＢモードの暗号化を行って暗号文を生成することを平文の一定ビット長の区間繰り返す。これにより、図７（Ｂ）に示す一定ビット長の平文Ａは、同図（Ｃ）にｃ１で示すＯＦＢモードによる暗号文とされる。

そして、第２のビット長の平文に対してＯＦＢモードのブロック暗号化して得られた暗号文Ａ１の直前と直後に図７（Ｄ）に示すように、固定パターンｄ１、ｄ２が挿入される。続く平文の第２のビット長の区間に対しても上記のＯＦＢモードのブロック暗号化が施されて図７（Ｃ）にｃ２で示す暗号文Ｂが生成され、その暗号文Ｂに続いて固定パターンが挿入される。以下、上記と同様の動作が繰り返されることにより生成された、図７（Ｄ）に示すように、固定パターンが第２のビット長単位で周期的に挿入された暗号文は、ランダマイズにより固定パターンが攪拌され、全体が図７（Ｅ）に示す送信用暗号文ｅとして伝送路へ送信される。

暗号解除装置では、上記の暗号化装置と逆の処理を行う。このとき、暗号解除は暗号文Ａ、暗号文Ｂ、・・・というように一定長毎に独立して行われるため、伝送路上でビットずれが発生した場合においても、誤り波及は次の暗号文に波及しない。なお、図７（Ｃ）に示す暗号文Ａ、Ｂは、同図（Ｄ）に示す暗号文Ａ、Ｂと同一内容であるが、高速の暗号文となる。すなわち、図７（Ｃ）に示す暗号文Ａの出力に要する時間と、同図（Ｄ）に示す固定パターンｄ１及び暗号文ｃ１の出力に要する時間は同一である。

また、上記の目的を達成するため、本発明の秘匿システムは、ＯＦＢモードによるブロック暗号を用いた秘匿システムにおいて、入力データの最初の第１のビット長に対しては、初期値をブロック暗号化した出力値を用いて暗号化を行い、最初の第１のビット長以降の入力データに対しては第１のビット長毎に、直前のブロック暗号化出力値を更にブロック暗号化した出力値を用いて暗号化することを第２のビット長の区間繰り返して、ＯＦＢモードによる暗号文を生成した後、固定パターンを挿入することを交互に繰り返すことにより、固定パターンが第２のビット長単位で周期的に挿入された暗号文を生成し、その暗号文をランダマイズして送信用暗号文を生成して伝送路へ出力する暗号化装置と、伝送路を経て入力された送信用暗号文に対して、ランダマイズの逆処理であるデランダマイズ処理と、固定パターンの除去処理とを順次に行って暗号文を取得し、その暗号文の第１のビット長毎にＯＦＢモードによりブロック暗号化してデータを復号する暗号解除装置とを有することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明の秘匿システムは、ＯＦＢモードによるブロック暗号を用いた秘匿システムにおいて、一定周期で同期パターンを有するパルス符号変調信号をＯＦＢモードによりブロック暗号化して暗号文を生成し、その暗号文をランダマイズして送信用暗号文を生成して伝送路へ出力する暗号化装置と、伝送路を経て入力された送信用暗号文に対して、ランダマイズの逆処理であるデランダマイズ処理と、同期パターンの除去処理とを順次に行って暗号文を取得し、その暗号文をＯＦＢモードによりブロック暗号化して復号されたパルス符号変調信号を復号する暗号解除装置とを有することを特徴とする。この発明では、一定周期で同期パターンを有するパルス符号変調信号をＯＦＢモードによりブロック暗号化して得た暗号文を伝送する時には、同期パターンを利用するため、固定パターン挿入手段を不要にできる。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、上記の秘匿システムに用いる暗号化装置であって、入力データの最初の第１のビット長に対しては、初期値のブロック暗号化出力値を用いて暗号化を行い、最初の第１のビット長以降の入力データに対しては第１のビット長毎に、直前のブロック暗号化出力値を更にブロック暗号化した出力値を用いて暗号化することを第２のビット長の区間繰り返して、ＯＦＢモードによる暗号文を生成する暗号化手段と、暗号化手段から出力される、第２のビット長からなる複数の暗号文毎に固定パターンを挿入する固定パターン挿入手段と、暗号化手段による暗号化と、固定パターン挿入手段による固定パターンの挿入とを順次に繰り返し行うことにより得られた、固定パターンが周期的に挿入された暗号文をランダマイズして、固定パターンが攪拌された送信用暗号文を生成するランダマイズ手段とを有することを特徴とする。この発明では、固定パターンが第２のビット長単位で周期的に挿入された、ＯＦＢモードのブロック暗号化による暗号文を、ランダマイズにより攪拌して送信用暗号文として生成することができる。

ここで、上記の暗号化装置のランダマイズ手段は、固定パターンが周期的に挿入された暗号文と加算用信号とを排他的論理和演算する第１の加算回路と、第１の加算回路から出力された信号を、暗号文に同期したクロックでシフトする多段シフトレジスタと、多段シフトレジスタの所定の２つの出力ビット端子からの信号の排他的論理和演算を行い、得られた演算結果を加算用信号として第１の加算回路へ出力する第２の加算回路とからなり、第１の加算回路からランダマイズ処理された信号を出力することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明は上記の秘匿システムに用いる暗号解除装置であって、伝送路を経て入力された送信用暗号文に対してランダマイズを解除するデランダマイズ処理を行って、周期的に固定パターンが挿入された暗号文を出力するデランダマイズ手段と、デランダマイズ手段から出力された固定パターンが挿入された暗号文から、固定パターンを除去して出力する固定パターン除去手段と、固定パターン除去手段から出力された暗号文の第１のビット長毎にＯＦＢモードによりブロック暗号化して復号されたデータを生成するブロック暗号化手段とを有することを特徴とする。この発明では、暗号化装置と逆の処理を行うことにより、暗号文の暗号化を解除してデータを復号できる。

ここで、上記の暗号解除装置におけるデランダマイズ手段は、送信用暗号文と加算用信号とを排他的論理和演算する第１の加算回路と、送信用暗号文を送信用暗号文に同期したクロックでシフトする多段シフトレジスタと、多段シフトレジスタの所定の２つの出力ビット端子からの信号の排他的論理和演算を行い、得られた演算結果を加算用信号として第１の加算回路へ出力する第２の加算回路とからなり、第１の加算回路からデランダマイズ処理された信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、暗号化装置により固定パターンが第２のビット長単位で周期的に挿入された、ＯＦＢモードでブロック暗号化された暗号文をランダマイズして伝送路を介して暗号解除装置へ送信し、暗号解除装置では、暗号化装置と逆の処理を行って暗号解除を行うとき、固定パターンで区切られた隣接する２つの固定パターン間の暗号文毎に独立して暗号解除を行うため、伝送路上でビット欠落もしくはビット増などのビットずれが発生しても、固定パターンを越えて別の暗号文に誤りが波及することはなく、ＯＦＢモードのブロック暗号化においても、誤り波及を一定長で止めることができる。また、本発明によれば、上記の暗号化及び暗号解除をリアルタイムで、しかもデータ容量の上限無く行うことができる。

また、本発明によれば、平文の区切り長（第２のビット長）と固定パターン長は自在に設定できるので、ＲＳ符号化やビタビ方式による誤り訂正を行うより付加ビットを短くすることができ、伝送効率を向上できる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。図１は本発明になる秘匿システムに用いる暗号化装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、暗号化装置は、平文とブロック暗号化モジュール１０４との排他的論理和演算を行う加算器１０１と、入力長カウント部１０２と、切替器１０３と、ブロック暗号化モジュール１０４と、固定パターン挿入部１０５と、ランダマイズ部１０６とから構成される。この暗号化処理部は、信号伝送路上でビットずれが発生した場合の暗号解除を可能にするため、一般的に用いられるＯＦＢモードの構成に、固定パターン挿入部１０５及びランダマイズ部１０６を付加している。また、切替器１０３を制御する入力長カウント部１０２の動作も通常のＯＦＢモードの動作と異なっている。

入力長カウント部１０２は、入力される平文の長さをカウントし、一定周期で切替器１０３の動作を制御する。切替器１０３は、入力長カウント部１０２からの制御信号に従い、ブロック暗号化モジュール１０４の出力信号と初期値ＩＶのいずれか一方を選択して、ブロック暗号化モジュール１０４に出力する。

ブロック暗号化モジュール１０４は切替器１０３から出力された初期値ＩＶ又は直前のブロック暗号化モジュール１０４の出力信号を、暗号鍵を用いてブロック暗号化する。加算器１０１は、入力される平文と、ブロック暗号化モジュール１０４の出力値との排他的論理和をとり、その演算結果を固定パターン挿入部１０５に出力する。固定パターン挿入部１０５は、一定周期毎に入力信号に固定ビットパターンを挿入する。ランダマイズ部１０６は、固定パターン挿入部１０５の出力信号のランダマイズを行う。

本実施の形態では、暗号解除するときは、暗号化するときと同じ箇所で区切って逆の処理を行う必要があるため、処理区切り示す固定パターンを固定パターン挿入部１０５で挿入する。暗号文に一定周期で固定パターンを発生させると、暗号を解除しようとする第三者に手がかりを与えるため、ランダマイズ部１０６にて信号を攪拌し固定パターンを除去する。

次に、図１の暗号化装置の動作を図２に示す処理フローを使用して説明する。図１において、平文が入力長カウント部１０２に与えられると、入力長カウント部１０２はブロック暗号の１回に用いるビット長Ｂになるまで、切替器１０３の出力を初期値ＩＶとするように制御する。ブロック暗号化モジュール１０４はこの初期値ＩＶを、与えられた暗号鍵により図２に１５１で示すようにブロック暗号化し、加算器１０１の一方の入力端に出力する。加算器１０１は他方の入力端に入力される平文の最初のＢビット（図２に平文Ａ１で示す）と、ブロック暗号化モジュール１０４からの暗号化された初期値との排他的論理和演算を図２に１５２で示すように行い、これにより図２に示す暗号文Ａ１が得られる。

入力長カウント部１０２のカウント値がＢに達すると、入力長カウント部１０２は切替器１０３の出力をブロック暗号化モジュール１０４の出力に切り替える。ブロック暗号化モジュール１０４は前ブロックの暗号化結果を、図２に１５３で示すように再度ブロック暗号化し、加算器１０１の一方の入力端に出力する。加算器１０１は他方の入力端に入力される平文の２番目のＢビット（図２に平文Ａ２で示す）と、ブロック暗号化モジュール１０４からの暗号化結果との排他的論理和演算を図２に１５４で示すように行い、これにより図２に示す暗号文Ａ２が得られる。

以下、上記と同様の動作が、入力長カウント部１０２のカウント値が予め設定したビット長Ｌに達するまで繰り返し実施される。これにより、図２に示す暗号文Ａｎまでが作成される。入力長カウント部１０２のカウント値がＬに達すると、カウンタ値をリセットし、切替器１０３の出力を初期値ＩＶに戻して前述の動作を繰り返す。これにより、図２に示す暗号文Ｂ１、Ｂ２、・・・が順次出力される。

なお、上記のカウント値Ｌはブロック暗号の１回に用いるビット長Ｂより長いことが必須であり、暗号強度を低下させないためにＬはＢに対して十分に長いことが望ましい。

固定パターン挿入部１０５は内部にカウンタを有し、処理開始時および入力ビット長がＬになる度に固定パターンを挿入して後段に出力する。図２の固定パターン１６１は処理開始時に挿入された固定パターン、固定パターン１６２は、入力ビット長がＬになった時に挿入された固定パターンを示す。

固定パターン挿入部１０５の入力信号と出力信号では、挿入する固定パターンだけビット長が増加するので、出力信号が入力信号に対して遅延を増加させないよう、出力信号のビットレートを固定パターン分だけ高速化する。

ランダマイズ部１０６は、固定パターン挿入部１０５の出力信号を、例えば遠隔計測の基準を定める所定の公知の規格（IRIG STANDARD 106 APPENDIX-D）に基づく、図３に示す構成によりランダマイズ処理する。

図３において、入力信号は、排他的論理和回路１８１で排他的論理和回路１８３からの信号と排他的論理和演算されて出力される一方、１５ステージシフトレジスタ１８２に直列に入力され、クロックに同期してシフトされる。１５ステージシフトレジスタ１８２の１４ビット目と１５ビット目の出力が排他的論理和回路１８３に供給されて排他的論理和演算され、その演算結果が排他的論理和回路１８１に入力される。このランダマイズ処理により、一定周期毎に発生していた固定パターンはなくなり、規則的な出力パターンのない暗号文が得られる。この暗号文は、信号伝送路へ出力される。

図１において、一般的なＯＦＢモードにおいては切替器１０３は暗号化する最初の１ブロックのみ初期値ＩＶをブロック暗号化モジュール１０４に印加するよう動作するのに対し、本実施の形態では切替器１０３が周期的に初期値ＩＶをブロック暗号化モジュール１０４に印加するよう入力長カウント部１０２は動作する。このため、入力される平文は一定の長さで区切られ、各平文毎に独立してＯＦＢモードで暗号化されることになる。

次に、暗号化装置と共に秘匿システムを構成する暗号解除装置について説明する。図４は本発明になる秘匿システムで用いられる暗号解除装置（復号化装置）の一実施の形態のブロック図を示す。同図において、暗号解除装置は、デランダマイズ部２０１、固定パターン除去部２０２、切替器２０３、ブロック暗号化モジュール２０４及び加算器２０５で構成され、暗号化処理部とは逆の手順で処理を行って暗号を解除する。

デランダマイズ部２０１はランダマイズ部１０６と対応した構成であり、図１の構成の暗号化装置から信号伝送路を介して入力された暗号文のランダマイズを解除する。固定パターン除去部２０２は、入力信号の固定パターンを検出して除去し、かつ、切替器２０３の動作を制御する。切替器２０３は、固定パターン除去部２０２からの制御信号に従い、ブロック暗号化モジュール２０４の出力信号と初期値ＩＶのいずれか一方を選択して、ブロック暗号化モジュール２０４に出力する。ブロック暗号化モジュール２０４は、切替器２０３の出力信号を暗号鍵を用いてブロック暗号化する。加算器２０５は、固定パターン除去部２０２の出力信号とブロック暗号化モジュール２０４の出力信号との排他的論理和演算を行い、平文に復元する。

次に、図４の暗号解除装置の動作を図５に示す処理フローを使用して説明する。図４において、デランダマイズ部２０１は図１の暗号化処理部で暗号化された暗号文が信号伝送路を介して入力され、前記所定の公知の規格（IRIG STANDARD 106 APPENDIX-D）に基づく、図６に示す構成により入力暗号文をデランダマイズ処理して、固定長Ｌビット毎に固定パターンが出現する暗号文に復元して固定パターン除去部２０２に供給する。

図６において、入力信号である暗号文は、１５ステージシフトレジスタ２８１に直列に入力される一方、排他的論理和回路２８２で排他的論理和回路２８３からの信号と排他的論理和演算されて出力される。１５ステージシフトレジスタ２８１に直列に入力された暗号文を、クロックに同期してシフトし、その１４ビット目と１５ビット目の出力を排他的論理和回路２８３に供給して排他的論理和演算し、その演算結果を排他的論理和回路２８２に入力する。このデランダマイズ処理により、規則的な出力パターンのない暗号文から、固定長Ｌビット毎に固定パターンが出現する暗号文が得られる。

図４の固定パターン除去部２０２は、内部にビットパターン比較回路とカウンタを有する。固定パターン除去部２０２内のビットパターン比較回路は、デランダマイズ部２０１からの信号のビットパターンを、予め設定しておいた固定パターン（暗号化処理で付加する固定パターンと同じパターン）と比較し、両者のパターンが一致したときカウンタを初期化して、カウンタ値がＬになるまで入力信号を後段に出力する。従って、固定パターン除去部２０２からは、固定パターンが除去されて暗号文のみが取り出される。

このとき、固定パターン除去部２０２の出力信号は入力信号に対して固定パターン分だけビット長が減少するので、出力信号の途絶を発生させないよう、出力信号のビットレートを固定パターン分だけ低速化する。また、固定パターン除去部２０２は、内部のカウンタ値がブロック暗号の１回に用いるビット長Ｂになるまで切替器２０３の出力を初期値ＩＶに制御する。

ブロック暗号化モジュール２０４は、切替器２０３からの初期値ＩＶを与えられた暗号鍵（これは図１のブロック暗号化モジュール１０４に入力される暗号鍵と同一）により、図５に２５１で示すようにブロック暗号化し、その暗号化結果を加算器２０５の一方の入力端に出力する一方、切替器２０３に供給する。切替器２０３は、固定パターン除去部２０２から入力される暗号文の最初のＢビット、すなわち図５に示す暗号文Ａ１と、ブロック暗号化モジュール２０４からの最初の暗号化結果との排他的論理和演算を図５に２５２で示すように行い、同図に示す平文Ａ１を出力する。

固定パターン除去部２０２の内部のカウント値がＢに達すると、固定パターン除去部２０２は切替器２０３の出力をブロック暗号化モジュール２０４の出力に切り替える。ブロック暗号化モジュール２０４は、切替器２０３から切替出力された前ブロックの暗号化結果を図５に２５３で示すように再度ブロック暗号化し、その暗号化結果を加算器２０３の一方の入力端に供給する。加算器２０３は、暗号文の２回目のＢビットのブロック、すなわち図５の暗号文Ａ２とブロック暗号化モジュール２０４からの上記の暗号化結果とを、同図に２５４で示すように排他的論理和演算を行い、同図に示す平文Ａ２を得る。

以下、上記と同様の動作が、固定パターン除去部２０２内のカウント値が予め設定したビット長Ｌに達するまで繰り返し実施される。これにより、図５に示す平文Ａｎまでが作成される。固定パターン除去部２０２内のカウント値が予め設定したビット長Ｌに達するとカウンタ値をリセットし、切替器２０３の出力を初期値ＩＶに戻して前述の動作を繰り返す。これにより、図５に示す平文Ｂ１、Ｂ２、・・・が順次出力される。

このように、本実施の形態では、ＯＦＢモードによる暗号文の暗号解除は固定パターンを検出し、隣接する２つの固定パターン間の各区切り毎に独立してリアルタイムで行うので、伝送路上でビット欠落もしくはビット増などのビットずれが発生しても、ビット誤りが、予め区切った固定パターンをまたいで次のブロックに波及することはない。また、本実施の形態では、暗号解除をデータ容量の上限無く行うことができる。

また、本実施の形態では、平文の区切り長と固定パターン長は自在に設定できるので、ＲＳ（Read Solomon）符号化やビタビ（ＶＩＴＥＲＢＩ）方式による誤り訂正を行うよりも、付加ビットを短くすることができ、それにより伝送効率を向上できる。一般的に、ＲＳ符号化やビタビ方式による付加ビットは、データ長の２０〜５０％程度であるが、本実施の形態によれば、付加ビット（固定パターン）は例えばデータ長の２％程度にすることができる。

なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、平文にパルス符号変調（ＰＣＭ）信号を用いる場合は、平文に予め同期パターンが一定周期で存在しているため、図１の固定パターン挿入部１０５と図４の固定パターン除去部２０２は不要となるが、暗号化処理及び暗号解除処理のアルゴリズムは同一である。

また、本発明は上記の暗号化装置及び暗号解除装置をコンピュータのソフトウェア処理により実現させるコンピュータプログラムも包含するものである。

本発明の秘匿システムで用いられ暗号化処理装置の一実施の形態のブロック図である。 図１の暗号化装置の動作説明用処理フロー図である。 図１中のランダマイズ部の一例の構成図である。 本発明の秘匿システムで用いられる暗号解除装置の一実施の形態のブロック図である。 図４の暗号解除装置の動作説明用処理フロー図である。 図４中のデランダマイズ部の一例の構成図である。 本発明の原理構成を説明する図である。 ＣＢＣモードによる暗号化装置の一例のブロック図である。 ＣＢＣモードによる暗号解除装置の一例のブロック図である。 ＯＦＢモードによる暗号化装置の一例のブロック図である。 ＯＦＢモードによる暗号解除装置の一例のブロック図である。 本発明が解決しようとする課題の説明図である。

符号の説明

１０１、２０５ 加算器
１０２ 入力長カウント部
１０３、２０３ 切替器
１０４、２０４ ブロック暗号化モジュール
１０５ 固定パターン挿入部
１０６ ランダマイズ部
１８２、２８１ １５ステージシフトレジスタ
２０１ デランダマイズ部
２０２ 固定パターン除去部

Claims (7)

1. ＯＦＢモードによるブロック暗号を用いた秘匿システムにおいて、
   一定ビット長の入力データに対してＯＦＢモードによるブロック暗号化を行って得た暗号文に、前記一定ビット長よりも短い固定パターンを付加する動作を繰り返すと共に、最初の暗号文の先頭にも前記固定パターンを付加して、前記固定パターンが周期的に挿入された暗号文を生成し、その暗号文をランダマイズして送信用暗号文を生成して伝送路へ出力する暗号化装置と、
   前記伝送路を経て入力された前記送信用暗号文に対して、前記ランダマイズの逆処理であるデランダマイズ処理と、前記固定パターンの除去処理とを順次に行って暗号文を取得し、その暗号文をＯＦＢモードによりブロック暗号化することにより、データを復号する暗号解除装置と
   を有することを特徴とする秘匿システム。
2. ＯＦＢモードによるブロック暗号を用いた秘匿システムにおいて、
   入力データの最初の第１のビット長に対しては、初期値をブロック暗号化した出力値を用いて暗号化を行い、前記最初の第１のビット長以降の前記入力データに対しては前記第１のビット長毎に、直前のブロック暗号化出力値を更にブロック暗号化した出力値を用いて暗号化することを第２のビット長の区間繰り返して、ＯＦＢモードによる暗号文を生成した後、固定パターンを挿入することを交互に繰り返すことにより、前記固定パターンが前記第２のビット長単位で周期的に挿入された暗号文を生成し、その暗号文をランダマイズして送信用暗号文を生成して伝送路へ出力する暗号化装置と、
   前記伝送路を経て入力された前記送信用暗号文に対して、前記ランダマイズの逆処理であるデランダマイズ処理と、前記固定パターンの除去処理とを順次に行って暗号文を取得し、その暗号文の前記第１のビット長毎にＯＦＢモードによりブロック暗号化してデータを復号する暗号解除装置と
   を有することを特徴とする秘匿システム。
3. ＯＦＢモードによるブロック暗号を用いた秘匿システムにおいて、
   一定周期で同期パターンを有するパルス符号変調信号をＯＦＢモードによりブロック暗号化して暗号文を生成し、その暗号文をランダマイズして送信用暗号文を生成して伝送路へ出力する暗号化装置と、
   前記伝送路を経て入力された前記送信用暗号文に対して、前記ランダマイズの逆処理であるデランダマイズ処理と、前記同期パターンの除去処理とを順次に行って暗号文を取得し、その暗号文をＯＦＢモードによりブロック暗号化して復号された前記パルス符号変調信号を復号する暗号解除装置と
   を有することを特徴とする秘匿システム。
4. 請求項２記載の秘匿システムに用いる暗号化装置であって、
   入力データの最初の第１のビット長に対しては、初期値のブロック暗号化出力値を用いて暗号化を行い、前記最初の第１のビット長以降の前記入力データに対しては前記第１のビット長毎に、直前のブロック暗号化出力値を更にブロック暗号化した出力値を用いて暗号化することを第２のビット長の区間繰り返して、ＯＦＢモードによる暗号文を生成する暗号化手段と、
   前記暗号化手段から出力される、前記第２のビット長からなる複数の暗号文毎に固定パターンを挿入する固定パターン挿入手段と、
   前記暗号化手段による暗号化と、前記固定パターン挿入手段による固定パターンの挿入とを順次に繰り返し行うことにより得られた、前記固定パターンが周期的に挿入された暗号文をランダマイズして、前記固定パターンが攪拌された送信用暗号文を生成するランダマイズ手段と
   を有することを特徴とする暗号化装置。
5. 前記ランダマイズ手段は、前記固定パターンが周期的に挿入された暗号文と加算用信号とを排他的論理和演算する第１の加算回路と、前記第１の加算回路から出力された信号を、前記暗号文に同期したクロックでシフトする多段シフトレジスタと、前記多段シフトレジスタの所定の２つの出力ビット端子からの信号の排他的論理和演算を行い、得られた演算結果を前記加算用信号として前記第１の加算回路へ出力する第２の加算回路とからなり、前記第１の加算回路からランダマイズ処理された信号を出力することを特徴とする請求項４記載の暗号化装置。
6. 請求項２記載の秘匿システムに用いる暗号解除装置であって、
   伝送路を経て入力された前記送信用暗号文に対してランダマイズを解除するデランダマイズ処理を行って、周期的に前記固定パターンが挿入された暗号文を出力するデランダマイズ手段と、
   前記デランダマイズ手段から出力された前記固定パターンが挿入された暗号文から、前記固定パターンを除去して出力する固定パターン除去手段と、
   前記固定パターン除去手段から出力された前記暗号文の前記第１のビット長毎にＯＦＢモードによりブロック暗号化して復号されたデータを生成するブロック暗号化手段と
   を有することを特徴とする暗号解除装置。
7. 前記デランダマイズ手段は、前記送信用暗号文と加算用信号とを排他的論理和演算する第１の加算回路と、前記送信用暗号文を該送信用暗号文に同期したクロックでシフトする多段シフトレジスタと、前記多段シフトレジスタの所定の２つの出力ビット端子からの信号の排他的論理和演算を行い、得られた演算結果を前記加算用信号として前記第１の加算回路へ出力する第２の加算回路とからなり、前記第１の加算回路からデランダマイズ処理された信号を出力することを特徴とする請求項６記載の暗号解除装置。
   

Images