JP2008028807A

JP2008028807A - 暗号化通信システム

Info

Publication number: JP2008028807A
Application number: JP2006200464A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kosaka; 暢幸小坂; Shuji Kimura; 修二木村
Original assignee: Showa Information Systems Co Ltd
Current assignee: Showa Information Systems Co Ltd
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】通信経路途中で情報漏洩があって万一共通鍵が解読されても、暗号化された電子情報の解読が不可能な暗号化通信システムを提供する。
【解決手段】送信側で用いる共通鍵Ｋを第１のキー領域と第２のキー領域に分け、第１のキーＲをキー発生手段から取得し、さらに第１のキーを送信側端末装置に接続された外部暗号機３に与えることにより、外部暗号機で変換された第２のキーＡを取得し、この第１のキーＲと第２のキーＡで共通鍵を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンピュータの暗号化ファイル伝送技術に関し、伝送処理過程において第三者による盗聴を防ぐための機能を有する暗号化通信システムに関する。

近年インターネットおよび暗号化技術の普及により、簡便且つ安全に情報交換することが可能となっている。従来の暗号化通信方法として、情報量が多い場合などには共通鍵方式が利用され、情報量が少なく多数の相手と暗号文を交換し合う場合などに公開鍵方式（ＲＳＡ方式）が利用されている。さらには、両方の長所を生かして、大容量の情報を共通鍵方式で暗号化し、その暗号化に使った共通鍵を公開鍵方式で暗号化するといった情報通信方式も提案されている。

例えば、特開２００２−５７６５８号公報（特許文献１）には、受信側より公開鍵と送信相手識別用のＩＤをあらかじめ送信側に与えて、送信側は、送信したい情報を自身で生成した共通鍵にて暗号化（主暗号情報）し、その共通鍵とＩＤを公開鍵で暗号化（副暗号情報）し、主暗号情報と副暗号情報を受信側へ送信する一方で、受信側は、自身が保有する公開鍵とペアとなる秘密鍵にて副暗号情報を復号化して共通鍵を復元させ、その復元した共通鍵にて主暗号情報を復号化して送信側から送られた情報を復元させることができる暗号化通信方法が開示されている。

しかしながら、この通信方法では、送信したい情報を暗号化し、さらには暗号化に使用した共通鍵も暗号化して送信しているが、通信経路の途中で情報が盗まれると、共通鍵が万一解読された場合、暗号化された送信情報も簡単に解読されてしまう危険性がある。

特開２００２−５７６５８号公報

本発明は、送信したい情報を共通鍵で暗号化し、その共通鍵の一部だけを公開鍵で暗号化して相手側に送ることにより、通信経路途中で情報漏洩があって万一共通鍵が解読されても、暗号化された送信情報の解読が不可能である暗号化通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の暗号化通信システムは、送信目的たる電子情報（Ｓ）を送信する送信側端末装置（１）と、情報通信網（４）を介して接続され前記送信目的たる電子情報を受信する受信側端末装置（２）と、前記送信側端末装置および前記受信側端末装置各々との間で情報の授受が可能に設けられた暗号変換手段（３）と、鍵を生成するキー発生手段とを備える。

そして、前記送信側端末装置（１）にて共通鍵（Ｋ）を用いて前記電子情報（Ｓ）を暗号化し、この暗号化された電子情報（ｓ）を前記情報通信網（４）を介して前記受信側端末装置（２）に送出し、前記受信側端末装置にて共通鍵（Ｋ）を用いて前記暗号化された電子情報（ｓ）を復号化する。

ここで、送信側の共通鍵（Ｋ）は、前記キー発生手段から取得した第１のキー（Ｒ）と、この第１のキーを前記送信側端末装置（１）との間で情報の授受が可能に設けられた前記暗号変換手段（３）に入力することで変換された第２のキー（Ａ）の全部または一部とで構成される。

一方、受信側の共通鍵（Ｋ）は、前記送信側端末装置（１）にて公開鍵（Ｐ）により暗号化された第１のキー（ｒ）を、前記情報通信網（４）を介して前記受信側端末装置（２）に送出し、この暗号化された第１のキー（ｒ）を、前記公開鍵（Ｐ）に対応する秘密鍵（Ｈ）により復号することで取得した前記第１のキー（Ｒ）と、この第１のキーを前記受信側端末装置（２）との間で情報の授受が可能に設けられた前記暗号変換手段（３）により変換された第２のキー（Ａ）の全部または一部とで構成される。

本発明では、送信側で用いる共通鍵を複数領域（たとえば２領域）に分けて、一方を第１のキー領域、他方を第２のキー領域とし、第１のキーをキー発生手段から取得し、さらに第１のキーを送信側端末装置に関連付けられた暗号変換手段に与えることにより、この暗号変換手段で変換された第２のキーを取得して、この第１のキーと第２のキーで共通鍵を構成する。

送信側で共通鍵を用いて送信目的である電子情報を暗号化するとともに、共通鍵の一部である第１のキーのみ公開鍵で暗号化して相手側に送り、受信側では、暗号化された電子情報と暗号化された第１のキーを受信し、暗号化された第１のキーを公開鍵のペアとなる秘密鍵にて復号化して元と同じ第１のキーを取得し、さらにこの第１のキーを受信側端末装置に関連付けられた暗号変換手段に与えることにより、この暗号変換手段で変換された第２のキー（暗号変換手段は送信側の暗号変換手段と同じ変換処理としている。）を取得して、この第１のキーと第２のキーで構成する共通鍵を復元し、復元した共通鍵により暗号化された電子情報を復号化する。

したがって、通信経路で暗号化された電子情報および暗号化された共通鍵が第三者に漏洩し、例えば共通鍵を復元する秘密鍵まで盗まれたとしても、第三者は共通鍵の一部しか復元できず共通鍵全体を取得することはできないため、暗号化された電子情報を復元することは不可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る暗号化通信システムの一実施形態を示すブロック図であり、本例では送信側端末装置が１台と受信側端末装置が１台である場合を例に挙げて本発明を説明する。

送信側端末として外部暗号機３を接続した送信側端末装置１がインタ−ネット４に接続される一方で、受信側端末として外部暗号機３を接続した受信側端末装置２が同じくインタ−ネット４に接続されている。外部暗号機３が本発明の暗号変換手段に相当する。

なお、同図に示す例では各端末装置１，２が直接インターネット４に接続されているが、送信側端末装置１および／または受信側端末装置２が企業内ＬＡＮを経由してインターネット４に接続されていてもよい。

本例では、外部暗号機３としてエニグマ型暗号機を採用している。エニグマ型暗号機とは、旧ドイツ軍が開発したエニグマ暗号機の仕組みを取り入れ、マイクロコンピュータを使用した、入力文字を変換する換字型暗号機である。本例の外部暗号機３は１字単位に換字する変換用ローターを３つ備え、各ローターに対応した回転ディップスイッチにより変換用ローターを初期設定して使用する。例えば、エニグマ型暗号機に「ＡＢＣＤＤＤ」と入力して、「ＸＣＳＦＧＮ」と換字されたとすれば、全く同じ変換用ローターを初期設定したエニグマ型暗号機に「ＸＣＳＦＧＮ」と入力すると、結果、基と同じ「ＡＢＣＤＤＤ」が得られるようになっている。変換用ローターの初期設定には回転ディップスイッチの他に、接続された端末装置からの指令で働くソフトウェアスイッチも有している。

また、送信側端末装置１から受信側端末装置２に送信する電子情報Ｓは、たとえば顧客の個人情報のように機密性の高い情報であって、各端末装置１，２にインストールされた専用ソフトウェアを用いなければ読み込むことができず、また送信側端末装置１における電子情報Ｓの出力はインターネット４を介してしか出力できないシステムになっているものとする。つまり、送信側端末装置１で読み込んだ電子情報ＳをＦＤやＣＤなどの媒体に書き込むことによる出力や、プリントアウトによる出力は行えないシステムとしている。

本例で用いられるキー発生手段は、送信側端末装置１にインストールされたソフトウェアで構成され、入力指示に基づいて所定データ長の乱数を生成する。

本例の暗号化通信システムでは、図２に示すように、送信側で送信目的たる電子情報Ｓを共通鍵Ｋにて暗号化するとともに、この共通鍵Ｋを公開鍵にて暗号化し、これら暗号化された電子情報ｓと暗号化された共通鍵ｋを送信する。そして、受信側では、公開鍵Ｐのペアとなる秘密鍵Ｈを用いて暗号化された共通鍵ｋを復号化するとともに、この復号化された共通鍵Ｋを用いて目的とする暗号化された電子情報ｓを復号化する。すなわち、基本的には共通鍵方式と公開鍵方式を併用した暗号化方式である。したがって、公開鍵Ｐは、秘密鍵Ｈを有する者が誰でも取得可能なように配布する、公開された鍵であるのに対し、秘密鍵Ｈはその者が第三者に盗まれないように厳重に保管している鍵である。

ここで、本例では共通鍵（Ｋ）の構成を、図３に示すように、第１のキー領域と第２のキー領域に分割している。また本例において、送受信したい情報を暗号化する共通鍵方式は、現在最も高度な暗号方式といわれるＡＥＳ（Rijndael：ラインダール暗号）方式を採用する。ＡＥＳ暗号アルゴリズムは、１２８ビット、１９２ビット、２５６ビットの長さの鍵が基本であるが、より長い鍵長に拡張可能であり、本例では３８４ビット（４８バイト）としている。また共通鍵を暗号化／復号化する公開鍵／秘密鍵は、一般的に使われているＲＳＡ方式を採用する。

次に、共通鍵の暗号化／複合化処理手順を説明する。図４は本発明に係る共通鍵Ｋの取得と、その共通鍵の暗号化／復号化処理を示すフローチャートである。

まず、送信側において、送信側端末装置１に接続されたエニグマ型暗号機３の回転ディップスイッチをある値に設定する。次に送信側端末装置１のキー発生手段で３２文字（３２バイト）の乱文字を発生させて第１のキーＲとして取得し、この第１のキーＲをエニグマ型暗号機３に入力して換字させ、換字されたキー３２文字（３２バイト）のうち前半分の１６文字（１６バイト）を第２のキーＡとして取得し、この第１のキーＲと第２のキーＡを繋げて４８文字（４８バイト）の共通鍵Ｋを生成する。この共通鍵Ｋを用いて送信したい電子情報を暗号化して相手側に送信する。さらに、公開鍵Ｐで共通鍵Ｋの第１のキーＲの３２文字だけを暗号化して相手側に送信する。

受信側においては、まず受信側端末装置２に接続されたエニグマ型暗号機３の回転ディップスイッチを、送信側と同じ値に設定する。次に、受信側端末装置２で、送信側で暗号化された電子情報ｓと暗号化された第１のキーｒを受信し、この暗号化された第１のキーｒを公開鍵Ｐのペアとなる秘密鍵Ｈで復号化して元の第１のキーＲの３２文字を取得し、この第１のキーＲをエニグマ型暗号機３に入力して換字させ、換字されたキー３２文字のうち前半分の１６文字を第２のキーＡとして取得する。この第１のキーＲと第２のキーＡを繋げて元の共通鍵Ｋの４８文字を復元する。そして、復元した共通鍵Ｋを用いて暗号化された電子情報を復号化する。

なお、送信目的たる電子情報が複数連続してある場合には、１度作成した共通鍵Ｋを用いて全ての電子情報を暗号化処理しても良いし、より安全のためには、送受信する電子情報ごとに共通鍵を作成しても良い。

また、上記例では、共通鍵Ｋの一部となる第１のキーＲは送信側端末装置１が有するキー発生手段から取得するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば送信側端末装置１にＩＣカードリーダーを接続しておいて、乱文字発生機能を持たせたＩＣカードから第１のキーＲを取得する方式としてもよい。

また、上記例では、第２のキーＡを取得するエニグマ型暗号機３の換字は回転ディップスイッチによる設定としているが、より好適には、エニグマ型暗号機３が有するソフトウェアスイッチによる設定機能も使い、これらを併用してもよい。ソストウェアスイッチの設定値は端末装置１，２から与えることとし、回転ディップスイッチの設定値に加算して変換用ローターが初期設定される。設定値は、例えば送信側と受信側とであらかじめ設定値を取り決めておく方法や、あるいは送信側端末装置１で決めた設定値を暗号化して受信側端末装置２に送る方法がある。そのため、たとえ第三者が同じエニグマ型暗号機３を使用し、且つ回転ディップスイッチを全く同じ設定にできたとしても、ソフトウェアスイッチの設定値が分からないと第２のキーＡは取得できず、より安全性が高まる。さらに、本例では通信回線網４をインターネットとしたが、それに限定するものではない。

図５は、複数台の送信側端末装置１および受信側端末装置２がインターネット４を介して接続された例である。すなわち、同じ送信側／受信側端末装置を使用して、複数のグループ間同士での暗号化通信システムが構築できる。この場合も、送信側と受信側における電子情報と共通鍵のやり取りは図１の場合と同じであり、例えば送信側端末装置１〜Ｍまで全部と受信側端末装置２との組み合わせで送受信する場合は、その間で公開鍵Ｐと秘密鍵Ｈを取り決めておく。また別な送受信の組み合わせには別な公開鍵Ｐと秘密鍵Ｈを取り決めればよい。

上記実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、外部暗号機３と同等の機能をソフトウェアで実現することが可能であり、外部暗号機３に代えて、そのソフトウェアを端末装置１，２に搭載してもよい。

本発明に係る暗号化通信システムの一実施形態を示すブロック図である。本発明に係る送信目的たる電子情報の暗号化／復号化処理を示すフローチャートである。本発明に係る共通鍵の構成を示す図である。本発明に係る共通鍵の生成、暗号化、復号化処理を示すフローチャートである。本発明に係る暗号化通信システムの他の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１…送信側端末装置
２…受信側端末装置
３…外部暗号機（暗号変換手段）
４…インターネット（情報通信網）

Claims

送信目的たる電子情報（Ｓ）を送信する送信側端末装置（１）と、情報通信網（４）を介して接続され前記送信目的たる電子情報を受信する受信側端末装置（２）と、前記送信側端末装置および前記受信側端末装置の各々との間で情報の授受が可能に設けられた暗号変換手段（３）と、鍵を生成するキー発生手段とを備え、
前記送信側端末装置（１）にて共通鍵（Ｋ）を用いて前記電子情報（Ｓ）を暗号化し、この暗号化された電子情報（ｓ）を前記情報通信網（４）を介して前記受信側端末装置に送出し、前記受信側端末装置（２）にて共通鍵（Ｋ）を用いて前記暗号化された電子情報（ｓ）を復号化する暗号化通信システムにおいて、
送信側の共通鍵（Ｋ）は、前記キー発生手段から取得した第１のキー（Ｒ）と、この第１のキーを前記送信側端末装置（１）との間で情報の授受が可能に設けられた前記暗号変換手段（３）に入力することで変換された第２のキー（Ａ）の全部または一部とで構成され、
受信側の共通鍵（Ｋ）は、前記送信側端末装置（１）にて公開鍵（Ｐ）により暗号化された前記第１のキー（Ｒ）を、前記情報通信網（４）を介して前記受信側端末装置（２）に送出し、この暗号化された第１のキー（ｒ）を、前記公開鍵（Ｐ）に対応する秘密鍵（Ｈ）により復号することで取得した前記第１のキー（Ｒ）と、この第１のキーを前記受信側端末装置（２）との間で情報の授受が可能に設けられた前記暗号変換手段（３）に入力することで変換された第２のキー（Ａ）の全部または一部とで構成されることを特徴とする暗号化通信システム。
前記キー発生手段は、前記送信側端末装置（１）にインストールされたソフトウェアで構成されることを特徴とする、請求項１記載の暗号化通信システム。
前記キー発生手段は、前記送信側端末装置（１）に接続された外部入力機により構成されることを特徴とする請求項１記載の暗号化通信システム。
前記暗号変換手段（３）は、前記送信側端末装置及び前記受信側端末装置のそれぞれに接続された外部暗号機であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の暗号化通信システム。
前記暗号変換手段（３）は、前記送信側端末装置および前記受信側端末装置のそれぞれにインストールされたソフトウェアで構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の暗号化通信システム。
前記暗号変換手段（３）は、ハードウェアスイッチを有し、ハードウェアスイッチの設定により変換値が決定されることを特徴とする請求項４記載の暗号化通信システム。
前記暗号変換手段（３）は、ソフトウェアスイッチを有し、情報の授受が可能に設けられた前記送信側端末装置（１）または前記受信側端末装置（２）からの指令により変換値が決定されることを特徴とする請求項４記載の暗号化通信システム。
前記暗号変換手段（３）は、ハードウェアスイッチとソフトウェアスイッチを有し、ハードウェアスイッチの設定と、接続された前記送信側端末装置（１）または前記受信側端末装置（２）からの指令との組み合わせにより変換値が決定されることを特徴とする請求項４記載の暗号化通信システム。
前記共通鍵（Ｋ）は、前記電子情報（Ｓ）を暗号化する際には、前記送信側端末装置（１）の一時記憶メモリー上で生成され、前記暗号化された電子情報（ｓ）を復号化する際には、前記受信側端末装置（２）の一時記憶メモリー上で生成されることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の暗号化通信システム。
前記情報通信網（４）に、前記送信側端末装置がＭ台（Ｍは自然数）、前記受信側端末装置がＮ台（Ｎは自然数）接続されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の暗号化通信システム。
情報送信側において送信目的たる電子情報（Ｓ）を共通鍵（Ｋ）を用いて暗号化する一方で、情報受信側において前記暗号化された電子情報（ｓ）を共通鍵（Ｋ）を用いて復号化する暗号化通信に用いられる共通鍵であって、
情報送信側の共通鍵（Ｋ）は、キー発生手段から取得した第１のキー（Ｒ）と、この第１のキーを暗号変換手段（３）に入力することで変換された第２のキー（Ａ）の全部または一部とで構成されることを特徴とする暗号化通信に用いられる共通鍵。
情報受信側の共通鍵（Ｋ）は、前記情報送信側の第１のキー（Ｒ）を公開鍵（Ｐ）により暗号化して前記情報受信側に送られることを特徴とする請求項１１記載の暗号化通信に用いられる共通鍵。
前記情報受信側の共通鍵（Ｋ）は、前記情報送信側で暗号化された第１のキー（ｒ）を、前記公開鍵（Ｐ）に対応する秘密鍵（Ｈ）により復号することで取得した前記第１のキー（Ｒ）と、この第１のキーを前記暗号変換手段（３）に入力することで変換された第２のキー（Ａ）の全部または一部とで構成されることを特徴とする請求項１２記載の暗号化通信に用いられる共通鍵。