JP2007219157A - 送信端末、受信端末及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平文を暗号化することなく、安全に通信を行うことが可能な送信端末、受信端末及び通信方法を提供する。
【解決手段】送信端末１０は、受信端末２０と秘密鍵ｋ及び関数ｆを共有する。送信端末１０は、平文のデータｍ及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力することにより、認証コードαを生成する認証コード生成部１１と、平文のデータｍ及び認証コードαを含む認証コード付きデータｃを生成する認証付きデータ生成部１２と、ダミーデータｍ’及びダミー認証コードα’をランダムに複数生成するダミー認証コード生成部１３と、ダミーデータｍ’及びダミー認証コードをα’含むダミー認証コード付きデータｃ’を複数生成するダミー認証付きデータ生成部１４と、通信ネットワーク３０を介して、認証コード付きデータｃ及び複数のダミー認証コード付きデータｃを受信端末２０へ送信する送信部１５とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、送信端末、受信端末及び通信方法に関する。

従来の暗号方式（例えば、ＡＥＳ（非特許文献１参照。））においては、鍵情報を用いて送信すべきデータに暗号化を施して一見ランダムな情報に変換を行い、正しい鍵情報を持つ受信者のみが正しく復号することが可能である。
http://csrc.nist.gov/publications/fips/fips-197.pdf

しかしながら、従来の暗号方式では、輸出規制など、様々な利用に関する規制を受ける可能性があった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、平文を暗号化することなく、安全に通信を行うことが可能な送信端末、受信端末及び通信方法を提供することを課題とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、受信端末と秘密鍵及び関数を共有する送信端末であって、（ａ）平文のデータ及び秘密鍵を関数に入力することにより、認証コードを生成する認証コード生成部と、（ｂ）平文のデータ及び認証コードを含む認証コード付きデータを生成する認証付きデータ生成部と、（ｃ）任意のデータ及び任意の認証コードをランダムに複数生成するダミー認証コード生成部と、（ｄ）任意のデータ及び任意の認証コードを含むダミー認証コード付きデータを複数生成するダミー認証付きデータ生成部と、（ｅ）通信ネットワークを介して、認証コード付きデータ及び複数のダミー認証コード付きデータを受信端末へ送信する送信部とを備える送信端末であることを要旨とする。

第１の特徴に係る送信端末によると、平文を暗号化することなく、安全に通信を行うことができる。

又、第１の特徴に係る送信端末のダミー認証付きデータ生成部は、認証コード付きデータと同じ長さを有するダミー認証コード付きデータを生成することが好ましい。

本発明の第２の特徴は、送信端末と秘密鍵及び関数を共有する受信端末であって、（ａ）通信ネットワークを介して、平文のデータと、平文のデータ及び秘密鍵を関数に入力することにより生成された認証コードとを含む認証コード付きデータ、及び、ランダムに生成された任意のデータと任意の認証コードとを含む複数のダミー認証コード付きデータを受信する受信部と、（ｂ）認証コード付きデータ、あるいは、ダミー認証コード付きデータから、データと認証コードを分離し、当該分離されたデータ及び秘密鍵を関数に入力することにより、認証コードを算出する認証コード算出部と、（ｃ）認証コード算出部によって算出された認証コードと、当該分離された認証コードが一致するか否か比較する認証コード比較部と、（ｄ）認証コード比較部により一致すると判断された認証コードに付されていたデータを復元するデータ復元部とを備える受信端末であることを要旨とする。

第２の特徴に係る受信端末によると、平文を暗号化することなく、安全に通信を行うことができる。

本発明の第３の特徴は、（ａ）平文のデータ及び秘密鍵を関数に入力することにより、認証コードを生成するステップと、（ｂ）平文のデータ及び認証コードを含む認証コード付きデータを生成するステップと、（ｃ）任意のデータ及び任意の認証コードをランダムに複数生成するステップと、（ｄ）任意のデータ及び任意の認証コードを含むダミー認証コード付きデータを複数生成するステップと、（ｅ）通信ネットワークを介して、認証コード付きデータ及び複数のダミー認証コード付きデータを受信するステップと、（ｆ）認証コード付きデータ、あるいは、ダミー認証コード付きデータから、データと認証コードを分離し、当該分離されたデータ及び秘密鍵を関数に入力することにより、認証コードを算出するステップと、（ｇ）算出するステップにおいて算出された認証コードと、当該分離された認証コードが一致するか否か比較するステップと、（ｈ）比較するステップにおいて一致すると判断された認証コードに付されていたデータを復元するステップとを含む通信方法であることを要旨とする。

第３の特徴に係る通信方法によると、平文を暗号化することなく、安全に通信を行うことができる。

本発明によると、平文を暗号化することなく、安全に通信を行うことが可能な送信端末、受信端末及び通信方法を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。

（通信システム）
本実施形態に係る通信システムは、図１に示すように、送信端末１０と、受信端末２０と、通信ネットワーク３０とを備える。

送信端末１０及び受信端末２０としては、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話端末等を用いることができる。

通信ネットワーク３０は、送信端末１０と、受信端末２０とを接続するものである。通信ネットワーク３０としては、例えばインターネットが挙げられ、ＬＡＮ、ＷＡＮ、イントラネットなどを用いてもよい。

送信端末１０は、受信端末２０と、秘密鍵ｋ及び関数ｆを共有しており、図２に示すように、認証コード生成部１１、認証付きデータ生成部１２、ダミー認証コード生成部１３、ダミー認証付きデータ生成部１４、送信部１５、入力部１６、出力部１７、一時記憶部１８、プログラム保持部１９を備える。ここで、共有している関数ｆとしては、例えば、ハッシュ関数が挙げられる。

認証コード生成部１１は、平文のデータｍ及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力することにより、認証コードα（α:＝ｆ（ｍ，ｋ））を生成する。

認証付きデータ生成部１２は、平文のデータｍ及び認証コードαを連結することにより、平文のデータｍ及び認証コードαを含む認証コード付きデータｃ（ｃ：＝ｍ‖α）を生成する。

ダミー認証コード生成部１３は、任意のデータ（以下において「ダミーデータ」という。）ｍ’及び任意の認証コード（以下において「ダミー認証コード」という。）α’をランダムに複数生成する。

ダミー認証付きデータ生成部１４は、ダミーデータｍ’及びダミー認証コードα’を含むダミー認証コード付きデータｃ’（c’:= ｍ’‖α’）を複数生成する。このとき、ダミー認証付きデータ生成部１４は、認証コード付きデータｃと同じ長さを有するダミー認証コード付きデータｃ’を生成する。

送信部１５は、通信ネットワーク３０を介して、認証コード付きデータｃ及び複数のダミー認証コード付きデータｃ’を受信端末２０へ送信する。

入力部１６は、平文のデータｍを入力する。尚、入力部１６としては、キーボードやマウス等の機器が挙げられる。

出力部１７は、入力中の平文や保存された情報を出力する。尚、出力部１７としては、モニタなどの画面が有効であり、液晶表示装置（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）パネル、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネル等が使用可能である。

一時記憶部１８は、秘密鍵ｋ、関数ｆ、データｍ、ｍ’、認証コードα、α’、認証コード付きデータｃ、ｃ’等を記憶する他、処理途中のデータなどを記憶する。一時記憶部１８としては、ＲＡＭ等の内部記憶装置を用いても良く、ハードディスクやフレキシブルディスク等の外部記憶装置を用いても良い。

又、本実施形態に係る送信端末１０は、処理制御装置（ＣＰＵ）を有し、上述した認証コード生成部１１、認証付きデータ生成部１２、ダミー認証コード生成部１３、ダミー認証付きデータ生成部１４などをモジュールとして、ＣＰＵによって実行させる構成とすることができる。これらのモジュールは、パーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータにおいて、所定のプログラム言語を利用するための専用プログラムを実行することにより実現することができる。

プログラム保持部１９は、認証コード生成処理、認証コード付きデータ生成処理、ダミー認証コード生成処理、ダミー認証コード付きデータ生成処理などをＣＰＵに実行させるためのプログラムを蓄積する。プログラム保持部１９は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＩＣチップ、カセットテープなどの記録媒体である。このような記録媒体によれば、プログラムの蓄積、運搬、販売などを容易に行うことができる。

受信端末２０は、送信端末１０と、秘密鍵ｋ及び関数ｆを共有しており、図３に示すように、受信部２１、認証コード算出部２２、認証コード比較部２３、データ復元部２４、入力部２６、出力部２７、一時記憶部２８、プログラム保持部２９を備える。

受信部２１は、送信端末１０から、通信ネットワーク３０を介して、平文のデータｍと平文のデータｍ及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力することにより生成された認証コードαとを含む認証コード付きデータｃ、及び、ランダムに生成されたダミーデータｍ’とダミー認証コードα’とを含む複数のダミー認証コード付きデータｃ’を受信する。

認証コード算出部２２は、認証コード付きデータｃ（ｃ：＝ｍ‖α）から、データｍと認証コードαを分離する。又、ダミー認証コード付きデータｃ’（c’:= ｍ’‖α’）から、ダミーデータｍ’とダミー認証コードα’を分離する。そして、データｍ，ｍ’及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力することにより、認証コードを算出する。

認証コード比較部２３は、認証コード算出部２２によって算出された認証コードと、当該分離された認証コードが一致するか否か比較する。即ち、ダミー認証コード付きデータｃ’に含まれるダミーデータｍ’及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力して算出された認証コードは、受信した認証コードα’と一致しないが、正しい認証コード付きデータｃに含まれるデータｍ及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力して算出された認証コードは、受信した認証コードαと一致する。

データ復元部２４は、認証コード比較部２３により一致すると判断された認証コードに付されていたデータを復元する。このため、正しいデータｍを復元することが可能となる。

入力部２６は、必要な情報等を入力する。入力部２６としては、キーボードやマウス等の機器が挙げられる。

出力部２７は、復元された平文のデータｍや保存された情報を出力する。尚、出力部２７としては、モニタなどの画面が有効であり、液晶表示装置（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）パネル、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネル等が使用可能である。

一時記憶部２８は、秘密鍵ｋ、関数ｆ、データｍ、ｍ’、認証コードα、α’、認証コード付きデータｃ、ｃ’等を記憶する他、処理途中のデータなどを記憶する。一時記憶部２８としては、ＲＡＭ等の内部記憶装置を用いても良く、ハードディスクやフレキシブルディスク等の外部記憶装置を用いても良い。

又、本実施形態に係る受信端末２０は、処理制御装置（ＣＰＵ）を有し、上述した認証コード算出部２２、認証コード比較部２３、データ復元部２４などをモジュールとして、ＣＰＵによって実行させる構成とすることができる。これらのモジュールは、パーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータにおいて、所定のプログラム言語を利用するための専用プログラムを実行することにより実現することができる。

プログラム保持部２９は、認証コード算出処理、認証コード比較処理、データ復元処理などをＣＰＵに実行させるためのプログラムを蓄積する。プログラム保持部２９は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＩＣチップ、カセットテープなどの記録媒体である。このような記録媒体によれば、プログラムの蓄積、運搬、販売などを容易に行うことができる。

（通信方法）
次に、本実施形態に係る通信方法について、図４を用いて説明する。

まず、送信端末１０及び受信端末２０は、予め、秘密鍵ｋ及び関数ｆを共有しておく（ステップ１０１）。

次に、送信端末１０は、平文のデータｍ及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力することにより、認証コードα（α:＝ｆ（ｍ，ｋ））を生成する（ステップ１０２）。そして、送信端末１０は、平文のデータｍ及び認証コードαを含む認証コード付きデータｃ（ｃ：＝ｍ‖α）を生成する（ステップ１０３）。

次に、送信端末１０は、ダミーデータｍ’及びダミー認証コード（ダミー認証コード）α’をランダムに複数生成する（ステップ１０４）。

次に、送信端末１０は、ダミーデータｍ’及びダミー認証コードα’を含むダミー認証コード付きデータｃ’（c’:= ｍ’‖α’）を複数生成する（ステップ１０５）。このとき、送信端末１０は、認証コード付きデータｃと同じ長さを有するダミー認証コード付きデータｃ’を生成する。

次に、送信端末１０は、通信ネットワーク３０を介して、認証コード付きデータｃ及び複数のダミー認証コード付きデータｃ’を受信端末２０へ送信する（ステップ１０６）。

一方、受信端末２０は、認証コード付きデータｃ及び複数のダミー認証コード付きデータｃ’を受信する。

次に、受信端末２０は、認証コード付きデータｃ（ｃ：＝ｍ‖α）から、データｍと認証コードαを分離する。又、ダミー認証コード付きデータｃ’（c’:= ｍ’‖α’）から、ダミーデータｍ’とダミー認証コードα’を分離する。そして、データｍ，ｍ’及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力することにより、認証コードを算出する（ステップ１０７）。

次に、受信端末２０は、算出された認証コードと、当該分離された認証コードが一致するか否か比較する（ステップ１０８）。即ち、ダミー認証コード付きデータｃ’に含まれるダミーデータｍ’及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力して算出された認証コードは、受信したダミー認証コードα’と一致しないが、正しい認証コード付きデータｃに含まれるデータｍ及び秘密鍵ｋを関数ｆに入力して算出された認証コードは、受信した認証コードαと一致する。

次に、受信端末２０は、ステップ１０８において一致すると判断された認証コードに付されていた、データｍを復元する。このように、正しいデータｍを復元することが可能となる。

（作用及び効果）
本実施形態に係る送信端末１０、受信端末２０及び通信方法によると、平文を秘匿せず、多数のランダムなダミーデータを同時に送信することで、これらのいずれが正しい平文かを分からなくすることができる。盗聴を試みる攻撃者は、正しい鍵を知らない限り、いずれのデータが正しい平文か分からず、一方、鍵を持つ受信端末２０は、平文を正しく抽出することができる。

従って、平文を暗号化することなく、結果として、暗号と同等の機能を有し、安全に通信を行うことができる。

又、認証コード付きデータｃと同じ長さを有するダミー認証コード付きデータｃ’を生成すると、盗聴を試みる攻撃者に、更にいずれのデータが正しい平文かを分からなくさせることができる。

又、本実施形態では、複数のダミー認証コード付きデータｃ’を送信するが、このダミー認証コード付きデータｃ’の数が多ければ多いほど、安全性は向上する。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、図１〜図３では、送信端末１０と受信端末２０を分けて図示したが、一つの端末が送信端末１０と受信端末２０両方の機能を備えていることが通常である。

又、関数ｆとして、ハッシュ関数を例示したが、その他の関数でも構わないことは勿論である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る通信システムの構成ブロック図である。 本発明の実施形態に係る送信端末の構成ブロック図である。 本発明の実施形態に係る受信端末の構成ブロック図である。 本発明の実施形態に係る通信方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…送信端末
１１…認証コード生成部
１２…データ生成部
１３…ダミー認証コード生成部
１４…データ生成部
１５…送信部
１６…入力部
１７…出力部
１８…一時記憶部
１９…プログラム保持部
２０…受信端末
２１…受信部
２２…認証コード算出部
２３…認証コード比較部
２４…データ復元部
２６…入力部
２７…出力部
２８…一時記憶部
２９…プログラム保持部
３０…通信ネットワーク

Claims (4)

1. 受信端末と秘密鍵及び関数を共有する送信端末であって、
   平文のデータ及び前記秘密鍵を前記関数に入力することにより、認証コードを生成する認証コード生成部と、
   前記平文のデータ及び前記認証コードを含む認証コード付きデータを生成する認証付きデータ生成部と、
   任意のデータ及び任意の認証コードをランダムに複数生成するダミー認証コード生成部と、
   前記任意のデータ及び任意の認証コードを含むダミー認証コード付きデータを複数生成するダミー認証付きデータ生成部と、
   通信ネットワークを介して、前記認証コード付きデータ及び前記複数のダミー認証コード付きデータを前記受信端末へ送信する送信部と
   を備えることを特徴とする送信端末。
2. 前記ダミー認証付きデータ生成部は、前記認証コード付きデータと同じ長さを有するダミー認証コード付きデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の送信端末。
3. 送信端末と秘密鍵及び関数を共有する受信端末であって、
   前記送信端末から、通信ネットワークを介して、平文のデータと該平文のデータ及び前記秘密鍵を前記関数に入力することにより生成された認証コードとを含む認証コード付きデータ、及び、ランダムに生成された任意のデータと任意の認証コードとを含む複数のダミー認証コード付きデータを受信する受信部と、
   前記認証コード付きデータ、あるいは、前記ダミー認証コード付きデータから、データと認証コードを分離し、当該分離されたデータ及び前記秘密鍵を前記関数に入力することにより認証コードを算出する認証コード算出部と、
   前記認証コード算出部によって算出された認証コードと、当該分離された認証コードが一致するか否か比較する認証コード比較部と、
   前記認証コード比較部により一致すると判断された認証コードに付されていたデータを復元するデータ復元部と
   を備えることを特徴とする受信端末。
4. 平文のデータ及び秘密鍵を関数に入力することにより、認証コードを生成するステップと、
   前記平文のデータ及び前記認証コードを含む認証コード付きデータを生成するステップと、
   任意のデータ及び任意の認証コードをランダムに複数生成するステップと、
   前記任意のデータ及び前記任意の認証コードを含むダミー認証コード付きデータを複数生成するステップと、
   通信ネットワークを介して、前記認証コード付きデータ及び前記複数のダミー認証コード付きデータを受信するステップと、
   前記認証コード付きデータ、あるいは、前記ダミー認証コード付きデータから、データと認証コードを分離し、当該分離されたデータ及び前記秘密鍵を前記関数に入力することにより、認証コードを算出するステップと、
   前記算出するステップにおいて算出された認証コードと、当該分離された認証コードが一致するか否か比較するステップと、
   前記比較するステップにおいて一致すると判断された認証コードに付されていたデータを復元するステップと
   を含むことを特徴とする通信方法。

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