JP2009188794A - Message authenticator generating device, message authenticator verifying device, message authenticator generating method, message authenticator verifying method, program, and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信路上または記録媒体上のデータに対し、送信者またはデータ作成者の認証が行えるようにするためのメッセージ認証子生成装置、メッセージ認証子検証装置、メッセージ認証子生成方法、メッセージ認証子検証方法、プログラム、および記録媒体に関する。 The present invention relates to a message authenticator generation device, a message authenticator verification device, a message authenticator generation method, and message authentication for enabling authentication of a sender or a data creator for data on a communication path or a recording medium. The present invention relates to a child verification method, a program, and a recording medium.
メッセージ認証では、メッセージ認証コードMACは、kビットの鍵Kと任意のビット長のデータMからメッセージ認証子τを生成する(τ←MACK(M))。送信者と受信者、またはデータ作成者とデータ利用者とは、メッセージ認証コードMACと鍵Kとを共有することで、次のように認証やデータ内容の検証を行うことができる。 In message authentication, the message authentication code MAC generates a message authenticator τ from a k-bit key K and data M having an arbitrary bit length (τ ← MAC K (M)). By sharing the message authentication code MAC and the key K, the sender and the receiver or the data creator and the data user can perform authentication and verification of the data contents as follows.
送信者またはデータ作成者は、メッセージ認証子生成装置で、鍵K(通常、鍵は1つだが、2つ以上の場合もある)とデータMからメッセージ認証子τを生成する。そして、データMとメッセージ認証子とを送信または保存する。受信者またはデータ利用者は、メッセージ認証子検証装置で、鍵KとデータMからメッセージ認証子τ’を生成する。そして、τとτ’とを比較する。τ=τ’ならば、送信者またはデータ作成者の認証、およびデータ内容の整合性が検証されたとする。τ≠τ’ならば、送信者またはデータ作成者の詐称、もしくはデータの改ざんがあると判断する。 A sender or a data creator generates a message authenticator τ from a key K (usually one key but may be two or more) and data M with a message authenticator generating device. Then, the data M and the message authenticator are transmitted or stored. The receiver or the data user generates a message authenticator τ ′ from the key K and the data M by the message authenticator verification device. Then, τ and τ ′ are compared. If τ = τ ′, it is assumed that the authentication of the sender or the data creator and the consistency of the data contents are verified. If τ ≠ τ ′, it is determined that the sender or the data creator is misrepresented or the data is falsified.
従来のメッセージ認証コードには、マークル・ダンガード反復を用いたハッシュ関数HMDを2回適用して安全性を高めたもの(非特許文献1)などがある。非特許文献1のメッセージ認証コードMACK(M)は、次式のようにメッセージ認証子τを求める。
The conventional message authentication code, is applied twice a hash function H MD using Merkle Dangado repeat that improve safety (non-patent document 1), and the like. The message authentication code MAC K (M) of
vn←h(vn−1‖mn) (2)
をn=1からn=Nまで繰り返し、vNを求め、出力する。中間変数vnはcビットのビット列であり、hは(c+b)ビットのビット列をcビットのビット列に圧縮する圧縮関数である。なお、このメッセージ認証コードに用いる圧縮関数hの場合、cとbの値に対する制約はなく、c>bでもc<bでもかまわない。また、このメッセージ認証コードは、圧縮関数の擬似乱数性に基づく耐偽造安全性証明が可能である(非特許文献2、非特許文献3)。しかし、非特許文献1のメッセージ認証コードMACK(M)の安全性は、誕生日限界と呼ばれるレベルまでしか保証されておらず、実際に誕生日攻撃に弱い。
v n <-h (v n−1 ‖m n ) (2)
Are repeated from n = 1 to n = N to obtain vN and output. Intermediate variable v n is the bit string c bits, h is a compression function that compresses the bit string of (c + b) bits in the bit string of c bits. In the case of the compression function h used for this message authentication code, there are no restrictions on the values of c and b, and c> b or c <b may be used. In addition, this message authentication code can be forged security-proof based on the pseudo-randomness of the compression function (Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3). However, the security of the message authentication code MAC K (M) of Non-Patent
圧縮関数を用いたメッセージ認証コードであって、いわゆる誕生日限界を超えるような高い安全性を有するものには、例えば非特許文献3の構成法がある。
非特許文献1に示したメッセージ認証コードでは、反復方法にマークル・ダンガード反復を用いているため、mビットのデータMを処理するためには、1つのハッシュ関数で、約m/b回圧縮関数hを呼び出す(繰り返す)必要がある。そして、高い安全性を有する非特許文献3の方法は、圧縮関数を呼び出す回数がm/b回よりも多くなる。しかも、圧縮関数を呼び出す回数のm/b回よりも多い部分も、mに依存しているため、処理量が多くなるという問題があった。
In the message authentication code shown in
本発明の目的は、高い安全性を確保しながら、m/b回を超える圧縮関数を呼び出す回数がmに依存しないようなメッセージ認証子生成方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a message authenticator generation method in which the number of calls of a compression function exceeding m / b times does not depend on m while ensuring high security.
本発明のメッセージ認証子生成装置は、データDに対するメッセージ認証子τを出力する。メッセージ認証子生成装置は、パディング部、メッセージ分割部、第1チェックサム計算部、中間変数計算部、第2チェックサム計算部、後処理部を備える。パディング部は、データDに対して、あらかじめ定めたパディングを行うことで、b×Nビット(ただし、bはあらかじめ定めた整数、Nはb×NがデータDのメッセージ長よりも長くなる整数)のデータMを生成する。メッセージ分割部は、データMを、N個に分割し、bビットのデータm1,…,mNを生成する。第1チェックサム計算部は、データm1,…,mNの排他的論理和 The message authenticator generation device of the present invention outputs a message authenticator τ for data D. The message authenticator generation device includes a padding unit, a message division unit, a first checksum calculation unit, an intermediate variable calculation unit, a second checksum calculation unit, and a post-processing unit. The padding unit performs predetermined padding on the data D, so that b × N bits (where b is a predetermined integer and N is an integer in which b × N is longer than the message length of the data D). Data M is generated. The message dividing unit divides the data M into N pieces, and generates b-bit data m 1 ,..., M N. The first checksum calculator is an exclusive OR of the data m 1 ,..., M N
また、本発明のメッセージ認証子検証装置は、本発明のメッセージ認証子生成装置と比較部とを備え、データMとメッセージ認証子τとを入力とし、データMの検証を行う。メッセージ認証子生成装置は、データMからメッセージ認証子τ’を生成する。比較部は、メッセージ認証子τとメッセージ認証子τ’とを比較してデータMの検証結果を出力する。 The message authenticator verification device of the present invention includes the message authenticator generation device of the present invention and a comparison unit, and receives the data M and the message authenticator τ as input and verifies the data M. The message authenticator generating device generates a message authenticator τ ′ from the data M. The comparison unit compares the message authenticator τ and the message authenticator τ ′ and outputs a verification result of the data M.
本発明のメッセージ認証子生成方法によれば、mビットのデータMを処理するために、m/b回を超える圧縮関数を呼び出す回数をmに依存しない少ない回数にできる。また、高い安全性も確保できる。 According to the message authenticator generation method of the present invention, in order to process m-bit data M, the number of calls of the compression function exceeding m / b times can be reduced to a small number independent of m. Also, high safety can be secured.
以下では、説明の重複を避けるため同じ機能を有する構成部や同じ処理を行う処理ステップには同一の番号を付与し、説明を省略する。 Below, in order to avoid duplication of description, the same number is given to the structural part which has the same function, and the process step which performs the same process, and description is abbreviate | omitted.
[第1実施形態]
図3に、本発明のメッセージ認証子生成装置の機能構成例を示す。また、図4に、本発明のメッセージ認証子生成装置の処理フロー例を示す。さらに、図5に、各構成部での処理の流れを示す。メッセージ認証子生成装置100は、任意のビット長(メッセージ長)のデータDに対するメッセージ認証子τを出力する。メッセージ認証子生成装置100は、パディング部110、メッセージ分割部120、第1チェックサム計算部130、中間変数計算部140、第2チェックサム計算部150、後処理部160を備える。
[First Embodiment]
FIG. 3 shows a functional configuration example of the message authenticator generation device of the present invention. FIG. 4 shows an example of a processing flow of the message authenticator generation device of the present invention. Furthermore, FIG. 5 shows the flow of processing in each component. The message
パディング部110は、データDに対して、あらかじめ定めたパディングを行うことで、b×Nビット(ただし、bはあらかじめ定めた整数、Nはb×NがデータDのメッセージ長よりも長くなる整数)のデータMを生成する(S110)。メッセージ分割部120は、データMを、N個に分割し、bビットのデータm1,…,mNを生成する(S120)。第1チェックサム計算部130は、データm1,…,mNの排他的論理和
The
fk(m):=f(k‖m) (9)
のように定義すればよい。また、代表的な圧縮関数には、c=160、b=512のsha1やc=256、b=512のsha256などがある(NIST, “Secure hash standard.” FIPS PUB 180-2 (2002))。
f k (m): = f (k‖m) (9)
Should be defined as follows. Typical compression functions include sha1 of c = 160, b = 512, sha = 256 of b = 512, and sha256 of b = 512 (NIST, “Secure hash standard.” FIPS PUB 180-2 (2002)). .
第2チェックサム計算部150は、中間変数v1,…,vNの排他的論理和
例えば、圧縮関数がsha1やsha256のようなb=512の場合であれば、Δ1,…,ΔN、およびΔ’1,Δ’2,Δ’3を次のように決めればよい。有限体GF(2)上の既約多項式x512+x12+x7+x2+1の剰余環によって表現される有限体GF(2)の拡大体の乗法群を考える。この乗法群において単項式x(の同値類)という元を考えると、元xは、ほとんど全ての非零元を生成するが、位数17の部分群を生成しない。一方、元x+1は位数17の部分群を生成する。そこで、まず、ビット列Δ0を For example, if the compression function is b = 512 such as sha1 or sha256, Δ 1 ,..., Δ N , and Δ ′ 1 , Δ ′ 2 , Δ ′ 3 may be determined as follows. Consider a multiplicative group of extension fields of a finite field GF (2) represented by a remainder ring of the irreducible polynomial x 512 + x 12 + x 7 + x 2 +1 on the finite field GF (2). Considering the element of the monomial x (the equivalence class) in this multiplicative group, the element x generates almost all non-zero elements, but does not generate a subgroup of order 17. On the other hand, the element x + 1 generates a subgroup of order 17. Therefore, first, the bit string Δ 0 is set to
このように構成するので、本発明のメッセージ認証子生成装置は、誕生日限界を超える高い安全性を有する。また、図5から分かるように、本発明のメッセージ認証子生成装置は、b×Nビット(メッセージ長m)のデータMのメッセージ認証子τを求めるために、N+3回圧縮関数を呼び出している。つまり、圧縮関数を呼び出す回数のm/b回(N回に相当)よりも多い部分は、3回だけである。また、メッセージ長mに依存しない定数にできている。 With this configuration, the message authenticator generation device of the present invention has high security exceeding the birthday limit. Further, as can be seen from FIG. 5, the message authenticator generation device of the present invention calls the compression function N + 3 times in order to obtain the message authenticator τ of data M of b × N bits (message length m). In other words, the portion where the compression function is called more than m / b times (corresponding to N times) is only three times. The constant is not dependent on the message length m.
[第2実施形態]
図6に本発明のメッセージ認証子検証装置の機能構成例を示す。また、図7に本発明のメッセージ認証子検証装置の処理フロー例を示す。メッセージ認証子検証装置500は、第1実施形態で示したメッセージ認証子生成装置100と比較部510と記録部590を備え、データMとメッセージ認証子τが入力、検証結果が出力である。
[Second Embodiment]
FIG. 6 shows a functional configuration example of the message authenticator verification device of the present invention. FIG. 7 shows a processing flow example of the message authenticator verification device of the present invention. The message authenticator verification device 500 includes the message
メッセージ認証子検証装置500内のメッセージ認証子生成装置100は、データDからメッセージ認証子τ’を生成する(S100)。比較部510は、メッセージ認証子τとメッセージ認証子τ’とを比較する。そして、τ=τ’ならば、送信者またはデータ作成者の認証、およびデータ内容の整合性が検証されたとする。τ≠τ’ならば、送信者またはデータ作成者の詐称、もしくはデータの改ざんがあると判断する。そして、検証結果を出力する(S510)。なお、記録部590を備えず、その他の構成部でこれらの情報を記録してもよい。
The message authenticator
このような構成なので、メッセージ認証子検証装置500でも、メッセージ認証子生成装置100と同じ効果を得ることができる。
With this configuration, the message authenticator verification device 500 can achieve the same effects as the message
図8に、コンピュータの機能構成例を示す。なお、本発明のメッセージ認証子生成装置およびメッセージ認証子検証装置は、コンピュータ2000の記録部2020に、本発明の各構成部としてコンピュータ2000を動作させるプログラムを読み込ませ、処理部2010、入力部2030、出力部2040などを動作させることで実現できる。また、コンピュータに読み込ませる方法としては、プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録しておき、記録媒体からコンピュータに読み込ませる方法、サーバ等に記録されたプログラムを、電気通信回線等を通じてコンピュータに読み込ませる方法などがある。
FIG. 8 shows a functional configuration example of a computer. Note that the message authenticator generation device and the message authenticator verification device of the present invention cause the
100、900 メッセージ認証子生成装置 110、921 パディング部
120 メッセージ分割部 130 チェックサム計算部
140、924 中間変数計算部 150 チェックサム計算部
160 後処理部 500 メッセージ認証子検証装置
510 比較部 590 記録部
910 鍵パディング手段 920 ハッシュ手段
922 メッセージブロック生成部 923 初期設定部
100, 900 Message
Claims (8)
前記データDに対して、あらかじめ定めたパディングを行うことで、b×Nビット(ただし、bはあらかじめ定めた整数、Nはb×NがデータDのメッセージ長よりも長くなる整数)のデータMを生成するパディング部と、
前記データMを、N個に分割し、bビットのデータm1,…,mNを生成するメッセージ分割部と、
前記データm1,…,mNの排他的論理和
cビット(ただし、cはあらかじめ定めた整数)の最初の中間変数v0を定め、中間変数vn−1から中間変数vnを求める計算
中間変数v1,…,vNの排他的論理和
計算
を備えるメッセージ認証子生成装置。 A message authenticator generating device that outputs a message authenticator τ for data D,
By performing predetermined padding on the data D, data M of b × N bits (where b is a predetermined integer and N is an integer in which b × N is longer than the message length of the data D). A padding part for generating
A message dividing unit that divides the data M into N pieces and generates b-bit data m 1 ,..., M N ;
Exclusive OR of the data m 1 ,..., M N
Calculation for determining the first intermediate variable v 0 of c bits (where c is a predetermined integer) and determining the intermediate variable v n from the intermediate variable v n −1
Exclusive OR of intermediate variables v 1 , ..., v N
Calculation
前記bが512、xが有限体GF(2)上の既約多項式の剰余環によって表現される有限体GF(2)の拡大体の乗法群の元、ビット列Δ0が
ビット列Δnをxn・Δ0、ビット列Δ’jをxN・(x+1)j・Δ0とする
ことを特徴とするメッセージ認証子生成装置。 The message authenticator generation device according to claim 1,
The bit string Δ 0 is an element of a multiplicative group of an extension field of a finite field GF (2) where b is 512 and x is expressed by a remainder ring of an irreducible polynomial over the finite field GF (2).
A message authenticator generating device characterized in that a bit string Δ n is x n · Δ 0 and a bit string Δ ′ j is x N · (x + 1) j · Δ 0 .
前記データDからメッセージ認証子τ’を生成する請求項1または2記載のメッセージ認証子生成装置と、
前記メッセージ認証子τと前記メッセージ認証子τ’とを比較してデータDの検証結果を出力する比較部と
を備えるメッセージ認証子検証装置。 A message authenticator verification device that receives data D and a message authenticator τ and performs verification of data D,
The message authenticator generation device according to claim 1 or 2, wherein a message authenticator τ 'is generated from the data D;
A message authenticator verification device comprising: a comparison unit that compares the message authenticator τ and the message authenticator τ ′ and outputs a verification result of data D.
パディング部が、前記データDに対して、あらかじめ定めたパディングを行うことで、b×Nビット(ただし、bはあらかじめ定めた整数、Nはb×NがデータDのメッセージ長よりも長くなる整数)のデータMを生成するパディングステップと、
メッセージ分割部が、前記データMを、N個に分割し、bビットのデータm1,…,mNを生成するメッセージ分割ステップと、
第1チェックサム計算部が、前記データm1,…,mNの排他的論理和
中間変数計算部が、cビット(ただし、cはあらかじめ定めた整数)の最初の中間変数v0を定め、中間変数vn−1から中間変数vnを求める計算
第2チェックサム計算部が、中間変数v1,…,vNの排他的論理和
後処理部が、計算
を有するメッセージ認証子生成方法。 A message authenticator generation method for outputting a message authenticator τ for data D,
The padding section performs predetermined padding on the data D, so that b × N bits (where b is a predetermined integer, N is an integer in which b × N is longer than the message length of the data D). ) Padding step for generating data M;
A message dividing step for dividing the data M into N pieces and generating b-bit data m 1 ,..., M N ;
The first checksum calculation unit performs an exclusive OR of the data m 1 ,..., M N
The intermediate variable calculation unit determines the first intermediate variable v 0 of c bits (where c is a predetermined integer), and calculates the intermediate variable v n from the intermediate variable v n −1.
The second checksum calculator calculates the exclusive OR of the intermediate variables v 1 ,..., V N
Post-processing section calculates
前記bが512、xが有限体GF(2)上の既約多項式の剰余環によって表現される有限体GF(2)の拡大体の乗法群の元、ビット列Δ0が
ビット列Δnをxn・Δ0、ビット列Δ’jをxN・(x+1)j・Δ0とする
ことを特徴とするメッセージ認証子生成方法。 The message authenticator generation method according to claim 4, wherein
The bit string Δ 0 is an element of a multiplicative group of an extension field of a finite field GF (2) where b is 512 and x is expressed by a remainder ring of an irreducible polynomial over the finite field GF (2).
Message authentication code generation method characterized by the bit string Δ n x n · Δ 0, the bit string delta 'j and x N · (x + 1) j · Δ 0.
前記データDからメッセージ認証子τ’を生成する請求項4または5記載のメッセージ認証子生成方法の各ステップと、
比較部で、前記メッセージ認証子τと前記メッセージ認証子τ’とを比較してデータDの検証結果を出力する比較ステップと
を有するメッセージ認証子検証方法。 A message authenticator verification method for inputting data D and a message authenticator τ and verifying data D,
Each step of the message authenticator generation method according to claim 4 or 5, wherein a message authenticator τ 'is generated from the data D;
A comparison step of comparing the message authenticator τ and the message authenticator τ ′ and outputting a verification result of the data D in the comparison unit.
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