JP2009223035A - Key generation method of hyperbola code - Google Patents

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Kimito Horie
公人 堀江
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To concretely generate a key for hyperbola code, which is a collective term of a key generation method using a group of quadratic hyperbolas, a decoding method, a signature verification method, a key stream generating method, and devices therefor. <P>SOLUTION: A curve parameter of the group of quadratic hyperbolas HC for generating the key for hyperbola code is set through steps S1-S5. In the step S1, a prime number p and an order k satisfying the following relationships are determined: mod n=p<SP>h</SP>(h: natural number), and k=p<SP>h-1</SP>(p+1)/2. In the step S2, curve parameters a and c are determined so that a discriminant D/4=c<SP>2</SP>+4a may be quadratic non-residue with respect to the prime number p. In the steps S3 and S4, a parameter d providing a fixed element P(d) is determined so that d(d+c)-a may be quadratic non-residue with respect to the prime number p. In the step S5, a parameter x (x≠d) providing a base point P(x) is determined so that x(x+c)-a may be a quadratic non-residue with respect to the prime number p. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、拡張された2次双曲線群の離散対数を利用した双曲線暗号の鍵生成方法に関するものである。   The present invention relates to a key generation method for hyperbolic cryptography using a discrete logarithm of an extended quadratic hyperbola group.

1980年代の半ばに楕円曲線群を利用した公開鍵暗号の形成方法が提案され、近年日本において盛んに研究が行われている。楕円曲線暗号では離散対数(discrete logarithm)問題を基礎とする。原始根gの指数がαであるとき値gαを知っても、その取り扱うビット数が大きい場合には、指数αを知ることは難しい、というものである。楕円曲線暗号は1024ビットのRSA暗号が形成する解読困難性を163ビットで達成できるとされ、携帯機器、特にCPU(中央処理装置)速度の遅いIC(集積回路)カード等に搭載することが期待されている。 In the mid-1980s, a method for forming a public key cryptosystem using an elliptic curve group was proposed, and research has been actively conducted in Japan in recent years. Elliptic curve cryptography is based on the discrete logarithm problem. Even if the value g α is known when the exponent of the primitive root g is α, it is difficult to know the exponent α if the number of bits handled is large. Elliptic Curve Cryptography is said to be able to achieve the 163 bit difficulty of 1024-bit RSA encryption, and is expected to be installed in portable devices, especially IC (Integrated Circuit) cards with slow CPU (Central Processing Unit) speeds. Has been.

しかし、楕円曲線は幾何学的特徴が複雑であり、相当の幾何学的知識を有する者でなければ超特異楕円曲線(super-singular elliptic curve)等を理解することは難しく、この意味で楕円曲線群の安易な利用には限界がある。又、楕円曲線群の位数の確定もできていない。例えば、著名なHasseの不等式(1934)は、楕円曲線群の位数が法pに近い範囲にあることを証明するが、当該楕円曲線のパラメータに依存して位数が変動する。そこで実際にはその範囲にある素数を調べ、それがゼロ元(無限遠点)以外の元と掛け合わせて、ゼロ元になるかの検証を行う等の素数位数の判定を行う作業が必要になる。   However, the elliptic curve has complicated geometric features, and it is difficult to understand the super-singular elliptic curve etc. unless you have considerable geometric knowledge. There are limits to the easy use of groups. In addition, the order of the elliptic curve group cannot be determined. For example, the famous Hasse inequality (1934) proves that the order of the elliptic curve group is in a range close to the modulus p, but the order varies depending on the parameters of the elliptic curve. Therefore, it is actually necessary to check the prime number such as checking the prime number in the range and multiplying it with a non-zero element (infinite point) to verify whether it is a zero element. become.

そこで、このような不都合を解決するために、本願発明者は、平成19年2月20日付け提出の特許出願(特願2007−39780号、この特許出願は出願公開前の非公知状態、以下「先の特許出願」という。)において、「二次双曲線群を使用する鍵生成方法、復号方法、署名検証方法、鍵ストリーム生成方法および装置」の発明を開示し、楕円曲線暗号に替わり得る新たな暗号(本明細書では「双曲線暗号」という。)を提案した。   Therefore, in order to solve such inconvenience, the inventor of the present application applied for a patent application filed on Feb. 20, 2007 (Japanese Patent Application No. 2007-39780, this patent application is a non-known state before the application is published, ("Previous Patent Application") discloses an invention of "a key generation method, a decryption method, a signature verification method, a key stream generation method and apparatus using a quadratic hyperbola group", and a new one that can replace elliptic curve cryptography. Has been proposed (referred to herein as “hyperbolic cryptography”).

即ち、双曲線暗号とは、2次双曲線群を使用する鍵生成方法、復号方法、署名検証方法、鍵ストリーム生成方法及び装置の総称である。2次双曲線群は新たに発見された群であるので、群構造の詳細についてはまだ明らかでない部分もある。しかし、離散対数を基礎とし、群位数が一定であり、設計が容易で、且つ、秘密鍵変動等により安全性を高めることができるという性質を有するために楕円曲線群に替わり得る可能性を有している。
ここで、2次双曲線群とは、例えば
That is, hyperbolic cryptography is a general term for a key generation method, a decryption method, a signature verification method, a key stream generation method, and a device that use a quadratic hyperbola group. Since the quadratic hyperbola group is a newly discovered group, the details of the group structure are not yet clear. However, on the basis of discrete logarithm, the number of groups is constant, the design is easy, and it has the property that security can be improved by secret key fluctuation etc. Have.
Here, the quadratic hyperbola group is, for example,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

という整数論的関数yと直線との交点が形成する3根、x1,x2,x3の間に定義された演算に関し、一定の制限のもとで構成される有限環上の有限可換群である。(3−1)式の分子の1次式及び分母の2次式で使用される係数(以下、「曲線パラメータ」という。)は有限環、例えば剰余環Z/pZの元である。又、分母は割り算ではなく剰余環Z/pZの逆元を意味するが、分母及び分子の共通する要素を取り除き、若しくは追加する操作で不変である性質が共通するので、簡便さを生かして割り算の表記を採用している。実際には
y=(dx+e)(ax2+bx+c)−1(a,b,c,d,e,x,y∈Z/pZ) ・・・・(3−2)
の意味である。(3−2)式は整数論的関数yで必ずしも実数上で定義される2次双曲線と同じではないが、2次双曲線と同様に実質的には3次関数として機能することから、本明細書では便宜上「2次双曲線」と呼ぶことにする。
Is a finite commutative group on a finite ring with certain restrictions on the operations defined between the three roots x1, x2, and x3 formed by the intersection of the number theoretic function y and a straight line is there. A coefficient (hereinafter referred to as “curve parameter”) used in the primary expression of the numerator and the quadratic expression of the denominator of the expression (3-1) is an element of a finite ring, for example, the remainder ring Z / pZ. The denominator means not the division, but the inverse element of the remainder ring Z / pZ. However, since the denominator and the common element of the numerator are removed or added, the property that is invariant is common. The notation is adopted. actually
y = (dx + e) (ax 2 + bx + c) −1 (a, b, c, d, e, x, y∈Z / pZ) (3-2)
Is the meaning. Although the expression (3-2) is not necessarily the same as the quadratic hyperbola defined on the real number by the number-theoretic function y, it functions substantially as a cubic function like the quadratic hyperbola. In the book, for the sake of convenience, it will be referred to as “second hyperbola”.

一般に3次曲線y=(x−x1)(x−x2)(x−x3)の3根は、根と係数の関係から
x1x2x3=α や x1+x2+x3
の関係を有するために、点x1と点x2の2項演算の結果を点x3とするように群演算を定義できる。しかし、3根の積や和が一定であるような簡便な関係では乗法群しか構成することはできない。これに対し、
x1x2x3=f(x1,x2)
のように複合的な関係を有するときには、離散対数の関係を築くことができる。前記(3−1)式、(3−2)式で示される直線との交点が形成する3根が、正にその構造を有している。なお、2次双曲線群における群演算(この演算記号を「+」で表す。)は、例えばP+Qのようにその構成要素である元同士の間で定義されるので、剰余環Z/pZの加算+と混在しても間違うことはない。
In general, the three roots of the cubic curve y = (x−x 1 ) (x−x 2 ) (x−x 3 )
x 1 x 2 x 3 = α or x 1 + x 2 + x 3 = β
Therefore, the group operation can be defined so that the result of the binary operation of the point x1 and the point x2 is the point x3. However, only a multiplicative group can be constructed in a simple relationship where the product or sum of the three roots is constant. In contrast,
x 1 x 2 x 3 = f (x 1 , x 2 )
When there is a complex relationship, a discrete logarithmic relationship can be established. The three roots formed by the intersections with the straight lines represented by the equations (3-1) and (3-2) have the structure. Note that the group operation in the quadratic hyperbola group (this operation symbol is represented by “+”) is defined between elements that are its constituent elements, such as P + Q, for example, so addition of the remainder ring Z / pZ There is no mistake even if mixed with +.

さて、3次曲線と直線とが交わるときに、その交点を構成要素とする元同士で、群演算+を単純に
R(x3)=P(x1)+Q(x2)
という形で定義すると、演算操作に用いた直線の性質から、
P(x1)=Q(x2)+R(x3)
ともなって、演算の一意性に欠けてしまう。そこで、2回目の演算を第3の固定点Oと前記演算結果の間で行う方法が考えられ、これにより演算操作の不可逆性と演算の一意性を同時に確保することができる。
Now, when a cubic curve and a straight line intersect, the group operation + is simply performed between elements having the intersection as a constituent element.
R (x 3 ) = P (x 1 ) + Q (x 2 )
From the nature of the straight line used for the arithmetic operation,
P (x 1 ) = Q (x 2 ) + R (x 3 )
At the same time, the operation is not unique. Therefore, a method is conceivable in which the second calculation is performed between the third fixed point O and the calculation result, whereby the irreversibility of the calculation operation and the uniqueness of the calculation can be ensured at the same time.

即ち、1回目の半演算を
T=P(x1)*Q(x2)
とし、2回目の半演算を
R(x3)=T*O
にし、最終的な姿で群演算+を
R(x3)=P(x1)+Q(x2)
の形で定義する。その結果、前記群演算+の下で固定点Oがゼロ元になる。任意の元Pと固定点Oとの第1の半演算が形成する直線は、その結果と固定点が形成する第2の半演算が形成する直線と一致し、最終的な演算結果は元P自身になるからである。つまり、
P+O=P
である。因みに、楕円曲線暗号では無限遠点を前記固定点にしている。2回の半演算でも被演算点x1と点x2の対称性は変わらないので、前記群演算+の可換性は維持されている。つまり、
R(x3)=P(x1)+Q(x2)=Q(x2)+P(x1)
である。
That is, the first half operation
T = P (x 1 ) * Q (x 2 )
And the second half operation
R (x 3 ) = T * O
Group operation + in the final form
R (x 3 ) = P (x 1 ) + Q (x 2 )
Define in the form of As a result, the fixed point O becomes a zero element under the group operation +. The straight line formed by the first half operation of an arbitrary element P and the fixed point O coincides with the straight line formed by the second half operation formed by the fixed point and the final calculation result is the element P. Because it becomes self. That means
P + O = P
It is. Incidentally, in elliptic curve cryptography, the infinity point is set as the fixed point. Since the symmetry of the operation point x1 and the point x2 is not changed even by two half operations, the commutability of the group operation + is maintained. That means
R (x 3 ) = P (x 1 ) + Q (x 2 ) = Q (x 2 ) + P (x 1 )
It is.

従来の暗号化技術に関する文献としては、先の特許出願の明細書にも記載したように、例えば下記のようなものがある。   For example, as described in the specification of the previous patent application, documents related to the conventional encryption technology include the following.

特開2005−283674号公報JP 2005-283694 A 特開2000−224157号公報JP 2000-224157 A 特開2003−37482号公報JP 2003-37482 A 米国特許出願公開第2002/097868号公報(特許文献3に係る特許出願の対応米国特許出願に係る公開公報)US Patent Application Publication No. 2002/0978868 (corresponding to the patent application related to Patent Document 3) 米国特許出願公開第2002/118830号公報(特許文献3に係る特許出願の対応米国特許出願に係る公開公報)U.S. Patent Application Publication No. 2002/118830 (corresponding to a patent application related to Patent Document 3) 特開2004−112278号公報JP 2004-112278 A 米国特許出願公開第2006/059403号公報(特許文献6に係る特許出願の対応米国特許出願に係る公開公報)U.S. Patent Application Publication No. 2006/059403 (corresponding to a patent application related to Patent Document 6) 「数論アルゴリズムと楕円暗号理論入門」,N.コブリッツ著,櫻井幸一訳,シュプリンガーフェアラーク東京(ISBN4-431-70727-1 C3041)“Introduction to Number Theory Algorithms and Elliptic Cryptography”, N.C. Kobritz, translated by Koichi Sakurai, Springer Fairlark Tokyo (ISBN4-431-70727-1 C3041) J. Daemen, C. Clapp, “Fast Hashing and Stream Encryption with PANAMA,” Fast Software Encryption, 5th International Workshop, FSE’98, Proceedings, LNCS Vol. 1372, Springer-Verlag, 1998.J. Daemen, C. Clapp, “Fast Hashing and Stream Encryption with PANAMA,” Fast Software Encryption, 5th International Workshop, FSE’98, Proceedings, LNCS Vol. 1372, Springer-Verlag, 1998.

先の特許出願においては、未だ発明の初期段階にあったので、前記固定点Oとして2次双曲線の関数値=0の点を用いてきた。自然な選択と考えられたからである。しかし、双曲線暗号の実用性が明確になり、より拡張された形での双曲線暗号を求める必要が出てきた。曲線パラメータの数等を増やし、暗号解読性を高める工夫が求められるからである。前記固定点Oとして任意の点dを選択したとき、即ち元O=O(d,f(d))をゼロ元としたとき、2次双曲線群がどのように拡張されどのような問題が新たに生起するのか、そしてこれをどのように解決して双曲線暗号を形成するのかが、本発明の第1の課題である。又、法nを素数pとしてきたが、これが合成数の場合にどのように拡張されどのような問題が新たに生起するのか、そしてこれをどのように解決して双曲線暗号を形成するのかが、本発明の第2の課題である。   In the previous patent application, the point where the function value of the quadratic hyperbola = 0 was used as the fixed point O because it was still in the initial stage of the invention. Because it was considered a natural choice. However, the practicality of hyperbolic cryptography has become clear, and it has become necessary to seek hyperbolic cryptography in a more expanded form. This is because there is a need for a device that increases the number of curve parameters and the like to improve the decryption performance. When an arbitrary point d is selected as the fixed point O, that is, when the element O = O (d, f (d)) is a zero element, how the quadratic hyperbola group is expanded and what problems are newly introduced The first problem of the present invention is how to solve this problem and how to solve this problem to form a hyperbolic cipher. Also, the modulus n has been set to a prime number p, but how this is expanded in the case of a composite number, what kind of problem arises, and how to solve this to form a hyperbolic cipher. This is a second problem of the present invention.

先の特許出願では、前記群演算+の非定義領域が生成する問題を「同値対(equal pair)の問題」として捉え、これを回避するため及び群演算+の閉鎖性を確保するために前記2次双曲線群につき(3−1)式の分母である2次関数が平方非剰余であるとの条件を付けた。同値対の問題は、割り算でゼロ割を防止する必要があることに相当する。即ち、双曲線関数値の一意性と、剰余環Z/pZの元0、若しくは元pに逆元が存在せず、従ってその点での群演算が定義できず、そのような逆元が生じる事態を回避する必要があるという必要性等から生じたものである。後記するように、前記固定点Oとして任意の点dを選択したとき、前記同値対の問題は「排他対(exclusive pair)の問題」へと転換すること、及び双曲線関数値の一意性は最早問題ではないこと、が明らかになっている。又、法nが合成数の場合に単純にJacobiの記号を導入してもうまく行かず、巡回群の構造が壊れてしまうことが明らかになっている。   In the previous patent application, the problem that the non-defined region of the group operation + generates is regarded as an “equal pair problem”, and in order to avoid this and to ensure the closeness of the group operation + A condition that the quadratic function, which is the denominator of the equation (3-1), is a non-square residue per quadratic hyperbola group. The problem of equivalence pairs is equivalent to the need to prevent division by zero. That is, the uniqueness of the hyperbolic function value and the element 0 of the remainder ring Z / pZ or the element p does not have an inverse element, and therefore the group operation at that point cannot be defined, and such an inverse element occurs. This is because of the necessity of avoiding the above. As will be described later, when an arbitrary point d is selected as the fixed point O, the problem of the equivalence pair is converted into an “exclusive pair problem” and the uniqueness of the hyperbolic function value is no longer the case. It is clear that it is not a problem. It is also clear that when the modulus n is a composite number, simply introducing the Jacobi symbol does not work, and the structure of the cyclic group is broken.

従って、今度は新たに生じた排他対の問題等を回避すること、及び群演算+の閉鎖性を確保することを同時に達成するように2次双曲線群を構成しなければならない。更に、これらの条件を確保しつつ、2次双曲線の(3−1)式に現れる曲線パラメータを具体的に定める方法を開示して、始めて双曲線暗号の鍵生成方法が明らかになる。   Therefore, this time, the quadratic hyperbola group must be constructed so as to simultaneously avoid the problem of the newly generated exclusive pair and ensure the closeness of the group operation +. Furthermore, a key generation method for hyperbolic cryptography will be clarified only by disclosing a method for specifically determining the curve parameters appearing in the equation (3-1) of the quadratic hyperbola while ensuring these conditions.

よって、本発明の目的は、前記先の特許出願に係る発明を改善し、2次双曲線群が拡張された場合において、排他対の問題等を解決しつつ、具体的に双曲線暗号の鍵生成方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to improve the invention according to the previous patent application, and in the case where the quadratic hyperbola group is expanded, while specifically solving the problem of exclusive pairs, etc. Is to provide.

請求項1に係る発明は、
(a)スカラー係数である秘密鍵を設定すると共に、有限環上で定義された整数論的関数の従属変数yと当該整数論的関数の独立変数xとの組(x,y)からなる集合のなす有限可換群の元を第1の公開鍵として選択するステップと、(b)前記第1の公開鍵に対して前記有限可換群において定義される加法演算を少なくとも1回施すことにより前記第1の公開鍵を前記秘密鍵でスカラー倍して第2の公開鍵を生成するステップとを有している。そして、前記整数論的関数は、前記有限環上で定義された2次多項式の分母と前記有限環上で定義された1次多項式の分子とからなる2次双曲線関数である。更に、前記ステップ(b)の加法演算において、前記有限可換群の第1及び第2の元を加算する際には、前記第1及び第2の元を解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第1及び第2の元を除く第3の元が定まるとき、前記第3の元と前記有限可換群の所定の固定元とを解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第3の元と前記所定の固定元とを除く第4の元を当該加算結果として算出する双曲線暗号の鍵生成方法において、次のような手段を講じている。
前記有限可換群が剰余環Z/nZで、前記2次双曲線関数が
The invention according to claim 1
(A) A set consisting of a set (x, y) of a dependent variable y of an arithmetic function defined on a finite ring and an independent variable x of the arithmetic function defined with a secret key that is a scalar coefficient Selecting an element of a finite commutative group formed as a first public key; and (b) performing at least one addition operation defined in the finite commutative group on the first public key. Generating a second public key by multiplying the first public key by a scalar with the secret key. The number-theoretic function is a quadratic hyperbolic function including a denominator of a second-order polynomial defined on the finite ring and a numerator of a first-order polynomial defined on the finite ring. Furthermore, in the addition operation of the step (b), when adding the first and second elements of the finite commutative group, a linear function having the first and second elements as solutions and the 2 When a third element excluding the first and second elements in a common solution with a second hyperbolic function is determined, the first order having the third element and a predetermined fixed element of the finite commutative group as a solution In a hyperbolic cryptography key generation method for calculating a fourth element excluding the third element and the predetermined fixed element among the common solutions of a function and the quadratic hyperbolic function as the addition result, Take measures.
The finite commutative group is a remainder ring Z / nZ, and the quadratic hyperbolic function is

Figure 2009223035
Figure 2009223035

である場合に、第1のステップで、法n=p(h:自然数)である素数pを定め、第2のステップで、判別式D/4=c+4aが素数pに対し平方非剰余であるように曲線パラメータa及びcを定め、第3のステップで、前記固定元P(d)を与えるパラメータdに関しd(d+c)−aが素数pに対し平方非剰余であるように定め、第4のステップで、ベースポイントP(x)を与えるパラメータx(x≠d)に関しx(x+c)−aが素数pに対し平方非剰余であるように定めることを特徴とする。 In the first step, a prime number p that is a modulus n = p h (h: natural number) is determined in the first step, and in the second step, the discriminant D / 4 = c 2 + 4a is not squared with respect to the prime number p. Curve parameters a and c are determined to be a remainder, and in a third step, d (d + c) −a is determined to be a non-square remainder with respect to the prime number p with respect to the parameter d giving the fixed element P (d). The fourth step is characterized in that x (x + c) −a is determined to be a non-square remainder with respect to the prime number p with respect to the parameter x (x ≠ d) giving the base point P (x).

請求項2に係る発明は、(a)スカラー係数である秘密鍵を設定すると共に、有限環上で定義された整数論的関数の従属変数yと当該整数論的関数の独立変数xとの組(x,y)からなる集合のなす有限可換群の元を第1の公開鍵として選択するステップと、(b)前記第1の公開鍵に対して前記有限可換群において定義される加法演算を少なくとも1回施すことにより前記第1の公開鍵を前記秘密鍵でスカラー倍して第2の公開鍵を生成するステップとを有している。そして、前記整数論的関数は、前記有限環上で定義された2次多項式の分母と前記有限環上で定義された1次多項式の分子とからなる2次双曲線関数である。更に、前記ステップ(b)の加法演算において、前記有限可換群の第1及び第2の元を加算する際には、前記第1及び第2の元を解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第1及び第2の元を除く第3の元が定まるとき、前記第3の元と前記有限可換群の所定の固定元とを解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第3の元と前記所定の固定元とを除く第4の元を当該加算結果として算出する双曲線暗号の設計方法において、次のような手段を講じている。
前記有限可換群が剰余環Z/nZで、前記2次双曲線関数が
The invention according to claim 2 is a set of (a) a secret key that is a scalar coefficient, and a set of a dependent variable y of an arithmetic function defined on a finite ring and an independent variable x of the arithmetic function. Selecting an element of a finite commutative group formed by a set of (x, y) as a first public key; and (b) an addition defined in the finite commutative group for the first public key. Generating a second public key by multiplying the first public key by the secret key and performing a calculation at least once. The number-theoretic function is a quadratic hyperbolic function including a denominator of a second-order polynomial defined on the finite ring and a numerator of a first-order polynomial defined on the finite ring. Furthermore, in the addition operation of the step (b), when adding the first and second elements of the finite commutative group, a linear function having the first and second elements as solutions and the 2 When a third element excluding the first and second elements in a common solution with a second hyperbolic function is determined, the first order having the third element and a predetermined fixed element of the finite commutative group as a solution In the hyperbolic cryptography design method for calculating a fourth element excluding the third element and the predetermined fixed element among the common solutions of the function and the quadratic hyperbolic function, the following means Have taken.
The finite commutative group is a remainder ring Z / nZ, and the quadratic hyperbolic function is

Figure 2009223035
Figure 2009223035

である場合に、第1のステップで、法nを素数p,pの積として定め、第2のステップで、判別式D/4=c+4aが前記素数の何れに対しても平方非剰余であるように曲線パラメータa及びcを定め、第3のステップで、前記固定元P(d)を与える新たなパラメータdに関しd(d+c)−aが前記素数の何れに対しても平方非剰余であるように定め、第4のステップで、ベースポイントP(x)を与えるパラメータx(x≠d)に関しx(x+c)−aが前記素数の何れに対しても平方非剰余であるように定めることを特徴とする。 In the first step, the modulus n is defined as the product of the primes p 1 and p 2 in the first step, and in the second step, the discriminant D / 4 = c 2 + 4a is squared for any of the primes. Curve parameters a and c are determined to be non-remainder, and in a third step, d (d + c) −a is square for any of the prime numbers for a new parameter d that gives the fixed element P (d). In the fourth step, x (x + c) −a is a square non-remainder for any of the prime numbers with respect to the parameter x (x ≠ d) giving the base point P (x) in the fourth step. It is defined as follows.

請求項3に係る発明は、(a)スカラー係数である秘密鍵を設定すると共に、有限環上で定義された整数論的関数の従属変数yと当該整数論的関数の独立変数xとの組(x,y)からなる集合のなす有限可換群の元を第1の公開鍵として選択するステップと、(b)前記第1の公開鍵に対して前記有限可換群において定義される加法演算を少なくとも1回施すことにより前記第1の公開鍵を前記秘密鍵でスカラー倍して第2の公開鍵を生成するステップとを有している。そして、前記整数論的関数は、前記有限環上で定義された2次多項式の分母と前記有限環上で定義された1次多項式の分子とからなる2次双曲線関数である。更に、前記ステップ(b)の加法演算において、前記有限可換群の第1及び第2の元を加算する際には、前記第1及び第2の元を解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第1及び第2の元を除く第3の元が定まるとき、前記第3の元と前記有限可換群の所定の固定元とを解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第3の元と前記所定の固定元とを除く第4の元を前記加算結果として算出する双曲線暗号の鍵生成方法において、次のような手段を講じている。
前記有限可換群が剰余環Z/nZで、前記2次双曲線関数が
The invention according to claim 3 is a set of (a) a secret key that is a scalar coefficient, and a set of a dependent variable y of an arithmetic function defined on a finite ring and an independent variable x of the arithmetic function. Selecting an element of a finite commutative group formed by a set of (x, y) as a first public key; and (b) an addition defined in the finite commutative group for the first public key. Generating a second public key by multiplying the first public key by the secret key and performing a calculation at least once. The number-theoretic function is a quadratic hyperbolic function including a denominator of a second-order polynomial defined on the finite ring and a numerator of a first-order polynomial defined on the finite ring. Furthermore, in the addition operation of the step (b), when adding the first and second elements of the finite commutative group, a linear function having the first and second elements as solutions and the 2 When a third element excluding the first and second elements in a common solution with a second hyperbolic function is determined, the first order having the third element and a predetermined fixed element of the finite commutative group as a solution In a hyperbolic cryptography key generation method for calculating a fourth element excluding the third element and the predetermined fixed element among the common solutions of the function and the quadratic hyperbolic function as the addition result, Take measures.
The finite commutative group is a remainder ring Z / nZ, and the quadratic hyperbolic function is

Figure 2009223035
Figure 2009223035

である場合に、前記加法演算を計算するに際し、分子の演算と分母の演算を区別することにより、法nに係る逆元の演算を後回しにすることを特徴とする。 In the case of calculating the additive operation, the inverse operation according to the modulus n is postponed by distinguishing the numerator operation from the denominator operation.

請求項1、2に係る発明によれば、楕円曲線暗号に比べて簡易な構成により拡張された2次双曲線群に係る離散対数を利用した暗号(双曲線暗号)の鍵を具体的に生成できる。その結果、特に位数関係が簡明なことから、整数論の初等的知識を有する者に対して離散対数に係る双曲線暗号の利用が普及すると期待される。暗号や数学の専門家に対しては、従来の暗号理論や数学理論の進歩に寄与する「道具」として利用することができる。しかも、拡張された2次双曲線群を利用する双曲線暗号は、従来と同様に、離散対数を基礎とし、群位数が一定であり、鍵生成が容易で、且つ、秘密鍵変動等により安全性を高めることができるという性質を有するために楕円曲線暗号に替わり得る可能性を有している。   According to the first and second aspects of the invention, it is possible to specifically generate a key for a cipher (hyperbolic cipher) using a discrete logarithm related to a quadratic hyperbola group that is expanded with a simpler configuration than the elliptic curve cipher. As a result, since the order relation is particularly simple, it is expected that the use of hyperbolic cryptography related to discrete logarithm will be widespread for those who have elementary knowledge of number theory. For cryptography and mathematicians, it can be used as a “tool” that contributes to the advancement of conventional cryptography and mathematical theory. Moreover, hyperbolic cryptography using the extended quadratic hyperbola group is based on discrete logarithm as in the past, the group number is constant, key generation is easy, and security is ensured by secret key fluctuations, etc. It has the possibility of being able to replace elliptic curve cryptography because it has the property that it can be improved.

請求項3に係る発明によれば、拡張2次双曲線群EHC及び拡張2次双曲線半群を用いた双曲線暗号の鍵を具体的に、かつ、高速に生成できる。   According to the third aspect of the present invention, a key for hyperbolic cryptography using the extended quadratic hyperbola group EHC and the extended quadratic hyperbola semigroup can be generated specifically and at high speed.

本発明を実施するための最良の形態のうち、第1の実施形態(下記の実施例1に対応)では、   Among the best modes for carrying out the present invention, in the first embodiment (corresponding to Example 1 below),

Figure 2009223035
Figure 2009223035

という2次双曲線上の整数点につき、前記固定点Oとして任意の点dを選択し、且つ、群演算+を定義し、新たな2次双曲線群を
HC={P(x)|群演算+;x∈Z/pZ;x2+cx−a≠0;(x2+cx−a)が平方非剰余;(d(d+c)−a)が平方非剰余} ・・・・(6−2)
という構成にする。ここで、(3−1)式から(6−1)式への変換は、
y’=(a/d)y、b’=−(e/d)、c’=(b/a)、a’=−(c/a)
なる変換により容易に行える。そして、(6−1)式で与えられた曲線パラメータを、前記排他対の問題及び前記群演算の問題を解決しつつ、具体的に図1に示した方法により特定する。更に、この2次双曲線群HCを用いてElGamal暗号(HC-Elgamal暗号)等の双曲線暗号を構成する。
For an integer point on the quadratic hyperbola, an arbitrary point d is selected as the fixed point O, and a group operation + is defined, and a new quadratic hyperbola group is defined as HC = {P (x) | group operation + X∈Z / pZ; x 2 + cx−a ≠ 0; (x 2 + cx−a) is a non-square residue; (d (d + c) −a) is a non-square residue} (6-2)
The configuration is as follows. Here, conversion from equation (3-1) to equation (6-1) is as follows:
y ′ = (a / d) y, b ′ = − (e / d), c ′ = (b / a), a ′ = − (c / a)
This can be done easily by conversion. Then, the curve parameter given by the equation (6-1) is specified by the method shown in FIG. 1 while solving the problem of the exclusive pair and the problem of the group operation. Further, a hyperbolic cipher such as an ElGamal cipher (HC-Elgamal cipher) is constructed using the quadratic hyperbolic group HC.

第2の実施形態(下記の実施例2に対応)では、前記第1の実施形態に係る双曲線暗号の鍵生成方法に基づき複数の同一の群位数を有する2次双曲線群を特定し、複数のセル演算器を用いてストリーム暗号を形成し、音楽等のストリームデータを加工した後IP(インターネット・プロトコル)ネットワークを介して送受信する鍵生成装置であるストリーム暗号生成装置を開示している。   In the second embodiment (corresponding to Example 2 below), a plurality of quadratic hyperbola groups having the same group number are identified based on the hyperbolic key generation method according to the first embodiment, and a plurality of hyperbolic groups are identified. A stream cipher generation device that is a key generation device that forms a stream cipher using the cell computing unit, processes stream data such as music, and transmits / receives the data via an IP (Internet Protocol) network is disclosed.

第3の実施形態(下記の実施例3に対応)では、法nを合成数とした場合の拡張2次双曲線群EHCを   In the third embodiment (corresponding to Example 3 below), the extended quadratic hyperbolic group EHC when the modulus n is a composite number is

Figure 2009223035
Figure 2009223035






という構成にした。但し、Legendreの記号を導入している。そして、拡張2次双曲線群EHCを用いた双曲線暗号の鍵生成方法を開示している。 It was configured as follows. However, the Legendre symbol is introduced. A key generation method for hyperbolic cryptography using the extended quadratic hyperbolic group EHC is disclosed.

第4の実施形態(下記の実施例4に対応)では、拡張2次双曲線群EHCの応用問題として、群のイメージを利用する新たな素因数分解の鍵生成方法を開示している。更に、拡張2次双曲線半群を利用する鍵生成方法も開示している。   The fourth embodiment (corresponding to Example 4 below) discloses a new prime factorization key generation method that uses the group image as an application problem of the extended quadratic hyperbolic group EHC. Furthermore, a key generation method using an extended quadratic hyperbolic semigroup is also disclosed.

図1(A)は、本発明の実施例1に係る双曲線暗号の鍵生成装置の概略構成を示す機能ブロック図である。   FIG. 1A is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of a hyperbolic encryption key generation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

この双曲線暗号の鍵生成装置10は、鍵設定部11、曲線パラメータ設定部12、及び鍵生成部13を有している。   The hyperbolic encryption key generation apparatus 10 includes a key setting unit 11, a curve parameter setting unit 12, and a key generation unit 13.

有限環上で定義された整数論的関数の従属変数yと当該整数論的関数の独立変数xとの組(x,y)からなる集合のなす有限可換群が剰余環Z/nZで、有限環上で定義された整数論的関数yが次式で表される2次双曲線関数である場合、   A finite commutative group formed by a set (x, y) of the dependent variable y of the number-theoretic function defined on the finite ring and the independent variable x of the number-theoretic function is a remainder ring Z / nZ. When the number-theoretic function y defined on the finite ring is a quadratic hyperbolic function expressed by the following equation:

Figure 2009223035
Figure 2009223035


曲線パラメータ設定部12では、2次双曲線関数の曲線パラメータa,b,c,d,xを適切な値に設定して鍵設定部11及び鍵生成部13に供給する機能を有している。鍵設定部11は、スカラー係数である暗号処理用の秘密鍵sを設定すると共に、曲線パラメータa,b,c,d,xにより定まる2次双曲線関数上のベースポイントP(x)を第1の公開鍵として選択し、その秘密鍵sとベースポイントP(x)を鍵生成部13に供給する機能を有している。鍵生成部13は、ベースポイントP(x)に対して、曲線パラメータa,b,c,d,xにより定まる2次双曲線群において定義される加法演算を少なくとも1回施すことにより、ベースポイントP(x)を秘密鍵sでスカラー倍して第2の公開鍵である作業鍵Y(=sP(x))を生成する機能を有している。 The curve parameter setting unit 12 has a function of setting the curve parameters a, b, c, d, and x of the quadratic hyperbolic function to appropriate values and supplying them to the key setting unit 11 and the key generation unit 13. The key setting unit 11 sets a secret key s for cryptographic processing, which is a scalar coefficient, and first sets a base point P (x) on a quadratic hyperbolic function determined by curve parameters a, b, c, d, and x. And the secret key s and the base point P (x) are supplied to the key generation unit 13. The key generation unit 13 performs at least one addition operation defined in the quadratic hyperbola group determined by the curve parameters a, b, c, d, and x on the base point P (x), so that the base point P It has a function of generating a work key Y (= sP (x)), which is the second public key, by multiplying (x) by a scalar with the secret key s.

これらの鍵設定部11、曲線パラメータ設定部12、及び鍵生成部13の機能の全部又は一部は、ハードウェアの回路で構成され、或いは、不揮発性メモリ、光ディスク等の記憶手段に記録されたプログラム又はプログラムコードに基づき、CPU等のプロセッサにより前記機能の全部又は一部の処理が実行される構成になっている。   All or some of the functions of the key setting unit 11, the curve parameter setting unit 12, and the key generation unit 13 are configured by hardware circuits or recorded in a storage unit such as a nonvolatile memory or an optical disk. Based on the program or program code, all or part of the processing of the functions is executed by a processor such as a CPU.

図1(B)は、本発明の実施例1に係る2次双曲線群の鍵生成方法を示すフローチャートである。   FIG. 1B is a flowchart illustrating a key generation method for a quadratic hyperbola group according to the first embodiment of the present invention.

この2次双曲線群の鍵生成方法は、図1(A)中の曲線パラメータ設定部12にて処理されるものであり、ステップS1〜S5の処理により、整数論的関数を表す(6−1)式の曲線パラメータa,b,c,d,xが適切な値に設定される。   The key generation method for the quadratic hyperbola group is processed by the curve parameter setting unit 12 in FIG. 1A, and represents the number-theoretic function by the processing of steps S1 to S5 (6-1). The curve parameters a, b, c, d, and x in the formula are set to appropriate values.

以下、図1(A)及び図1(B)の内容の理解を容易にするために、最初に、2次双曲線群の前記固定点Oとして任意の点dを選択したとき、即ち元O=O(d,f(d))をゼロ元としたとき、先の特許出願に係る2次双曲線群がどのように拡張されどのような問題が新たに生起するのか((I)先の特許出願との関連)、そしてこれをどのように解決して双曲線暗号を形成するのか((II)双曲線暗号の形成方法)を順次説明する。次に、具体的に2次双曲線群を構成する方法((III)2次双曲線群の構成方法、即ち曲線パラメータの設定方法)、及びそれを用いたHC-ElGamal暗号及びHC-ElGamal署名の構成方法((IV)鍵設定・鍵生成方法)を開示し、併せてその数値例を掲げる。   Hereinafter, in order to facilitate understanding of the contents of FIGS. 1A and 1B, when an arbitrary point d is first selected as the fixed point O of the quadratic hyperbola group, that is, the element O = When O (d, f (d)) is zero, how is the quadratic hyperbola group related to the previous patent application expanded and what kind of problems arise? ((I) Previous patent application And how to solve this to form a hyperbolic cipher ((II) hyperbolic cipher forming method). Next, a method for specifically configuring a quadratic hyperbola group ((III) a method for configuring a quadratic hyperbola group, that is, a method for setting a curve parameter), and a configuration of an HC-ElGamal encryption and an HC-ElGamal signature using the method The method ((IV) key setting / key generation method) is disclosed, and numerical examples are also shown.

(I) 先の特許出願との関連
最初に2次双曲線群の元P、Q、Rにおいて
R(x3)=P(x1)+Q(x2)
を計算するものとし、1回目の半演算を
T=P(x1)*Q(x2)
とし、2回目の半演算を
R(x3)=T*O
にし、最終的な姿で群演算+を
R(x3)=P(x1)+Q(x2)
の形で計算する。2次双曲線関数
(I) Relation with earlier patent application First, in the elements P, Q, R of the quadratic hyperbola group
R (x 3 ) = P (x 1 ) + Q (x 2 )
And the first half operation
T = P (x 1 ) * Q (x 2 )
And the second half operation
R (x 3 ) = T * O
Group operation + in the final form
R (x 3 ) = P (x 1 ) + Q (x 2 )
Calculate in the form of Quadratic hyperbolic function

Figure 2009223035
Figure 2009223035





が成立する。更に2回目の半演算では、固定点O(d)との間で
R(x3)=T*O
を計算すると、以下の式が成立する。
Is established. Furthermore, in the second half operation, between the fixed point O (d)
R (x 3 ) = T * O
Is calculated, the following formula is established.

Figure 2009223035
Figure 2009223035








と、求めることができる。
(8−6)式では、曲線パラメータbへの依存がなく、新たにゼロ点としたx=dのパラメータを有すること、且つ、d→bと置き換えた式が従来の演算に一致することを示している。従って、従来の群演算で固定点をx=bとしたことは、パラメータを増やさない利点を有していたことが判明した。最も(8−4)式に従わなければならない。
And can be asked.
In the equation (8-6), there is no dependence on the curve parameter b, it has a parameter of x = d newly set as a zero point, and the equation replaced with d → b agrees with the conventional calculation. Show. Therefore, it has been found that setting the fixed point to x = b in the conventional group operation has the advantage of not increasing the parameters. Mostly (8-4) must be followed.

2次双曲線群HCの前記固定点Oとして任意の点dを選択したとき、群演算の閉鎖性はどうなるのか、以下説明する。
(8−6)式から、
A description will be given below of what happens to the closing of the group operation when an arbitrary point d is selected as the fixed point O of the quadratic hyperbolic group HC.
From equation (8-6)

Figure 2009223035
Figure 2009223035







であり、この場合もd→bと置き換えた式が従来の演算に一致する。従って、群演算が閉じているためには、 In this case as well, the expression replaced with d → b matches the conventional calculation. Therefore, because the group operation is closed,

Figure 2009223035

Figure 2009223035

の何れもが平方剰余であるか、何れもが平方非剰余でなければならない。2次双曲線群HCでは、何れもが平方非剰余に選ばれる。平方剰余か平方非剰余かという基準でZ/pZの部分集合を分別する理由は、後記する群演算の定義域と関係している。 Must be quadratic remainders, or both must be non-square remainders. In the quadratic hyperbola group HC, all are selected as non-square residue. The reason why the subset of Z / pZ is classified based on whether it is a square remainder or a square non-residue is related to the domain of the group operation described later.

2次双曲線群HCの前記固定点Oとして任意の点dを選択したとき、群演算の逆元はどうなるかを考える。   Consider what happens to the inverse element of the group operation when an arbitrary point d is selected as the fixed point O of the quadratic hyperbolic group HC.

群逆元P(<x>)は、
O(d)=P(x1)+Q(x2)
の関係から、(8−6)式でx3=dと置けば求められる。
The group inverse element P (<x 1 >) is
O (d) = P (x 1 ) + Q (x 2 )
From this relationship, it can be obtained by setting x 3 = d in equation (8-6).

Figure 2009223035
Figure 2009223035








である。(10−1)式の分母は、逆元の存在しない元P(e)(以下、「素元」という。)が存在することを示している。 It is. The denominator of the equation (10-1) indicates that there is an element P (e) having no inverse element (hereinafter referred to as “prime element”).

2次双曲線群HCの前記固定点Oとして任意の点dを選択したとき、同値対(equal pair)は、どのように変わるかを考える。
(8−1)式で、y=f(x)と置けば、以下の式になる。
Consider how the equal pair changes when an arbitrary point d is selected as the fixed point O of the quadratic hyperbola group HC.
In equation (8-1), if y = f (x) is set, the following equation is obtained.

Figure 2009223035
Figure 2009223035





が成立する同値対のときだけ関数値が等しくなる。しかし、b≠dであるので、同値対の出現条件が異なったものになる可能性がある。ただ、演算関係(8−6)式は変わっていないので、同値対が中心元から伝播する性質に変わりないはずである。即ち、集合HCの元P、Q、及びRが存在するとき、QとRが同値対なら(−P)+QとR+Pも同値対のはずである。これを示すには、 The function values are equal only when the equivalence pair holds. However, since b ≠ d, there is a possibility that the appearance condition of the equivalence pair is different. However, since the calculation relation (8-6) does not change, the equivalence pair should not change to the property of propagating from the center element. That is, when there are elements P, Q, and R of the set HC, if Q and R are an equivalence pair, (−P) + Q and R + P should be an equivalence pair. To show this,

Figure 2009223035
Figure 2009223035







が成立することを利用する。即ち、(8−6)式によれば、(11−3)式が成立すればその両辺も等しくなる。従って、
{(−P)+Q}+{P+R}=Q+R
が成立する。この結果、前記(11−2)式及び(11−3)式により、PとQが同値対なら、b≠dにおいて、
Use the fact that That is, according to equation (8-6), if equation (11-3) is established, both sides thereof are also equal. Therefore,
{(−P) + Q} + {P + R} = Q + R
Is established. As a result, according to the equations (11-2) and (11-3), if P and Q are equivalent pairs,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

となる。従って、(11−3)式及び(11−4)式より、
−X1X2+b(X1+X2+c)−a=0 ・・・・(11−5)
が成立する。これは、QとRが同値対なら(−P)+QとR+Pも同値対であることを示している。
It becomes. Therefore, from the equations (11-3) and (11-4),
−X 1 X 2 + b (X 1 + X 2 + c) −a = 0 (11-5)
Is established. This indicates that if Q and R are an equivalence pair, (−P) + Q and R + P are also an equivalence pair.

ここで、P+QとQが同値対となる中心元が出現する条件を調べる。
「同値対の中心元」とは、P(x,y)のとき、中心元Q(x,y)とR(x,y)につき、R=P+Qとすれば、xとxとの間同値対の関係(11−2)式が、又、xとx及びxとの間にPを加算する関係(8−6)式が成立することなので、
Here, the condition under which the center element where P + Q and Q are an equivalence pair appears is examined.
“The central element of an equivalence pair” means that when P (x 1 , y 1 ), R = P + Q for central elements Q (x 2 , y 2 ) and R (x 3 , y 3 ) 3 and the relationship between equivalent pair of x 2 (11-2) expression, also, so that the relationship (8-6) is established for adding P between x 3 and x 2 and x 1,

Figure 2009223035
Figure 2009223035


という関係式が成立し、その結果xに関する以下のような2次方程式を得ることができる。 Relationship is established that it is possible to obtain a quadratic equation such as the following concerning the result x 2.

Figure 2009223035

Figure 2009223035

この判別式DDは、
DD={−(a+db)x1+(ab+ad−bcd)}2
{(b+d+c)x1−(a+db)}{(ab+ad−dbc)x1−(bc−a)(dc−a)−abd} ・・・(11−8)
となり、同値対となる中心元が出現する条件を調べられる。(11−8)式が整数解を持つためには判別式DDが平方剰余でなければならず、逆に判別式DDが平方非剰余なら(11−7)式は整数解を持たず、同値対の問題も発生しないということである。(11−8)式は、更に以下のように簡略化できる。
This discriminant DD is
DD = {- (a + db ) x 1 + (ab + ad-bcd)} 2 -
{(b + d + c) x 1 − (a + db)} {(ab + ad−dbc) x 1 − (bc−a) (dc−a) −abd} (11−8)
Thus, the condition under which the center element that becomes an equivalence pair appears can be examined. In order for the expression (11-8) to have an integer solution, the discriminant DD must be a quadratic residue, and conversely, if the discriminant DD is a non-square residue, the expression (11-7) has no integer solution and is equivalent. It means that no problem of pairing will occur. The expression (11-8) can be further simplified as follows.

Figure 2009223035
Figure 2009223035

上記計算結果を総括すると、次の(1)、(2)のことがいえる。
(1) 同値対となる中心元が出現する条件は、(11−7)式が整数解を持つこと、即ち判別式DDが平方剰余となることで、そのためには(11−9)式からして、
When the above calculation results are summarized, the following (1) and (2) can be said.
(1) The condition for the center element to appear as an equivalence pair is that the equation (11-7) has an integer solution, that is, the discriminant DD is a quadratic residue. For this purpose, from the equation (11-9) do it,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

を平方非剰余にした場合には、(d(d+c)−a)がゼロ元P(d)であり平方非剰余であることから、(b(b+c)−a)が平方剰余であることが要件になる。 When (d (d + c) -a) is a zero element P (d) and is a non-square residue, (b (b + c) -a) may be a square residue. Become a requirement.

(2) 逆に、同値対となる中心元の出現を防ぐには、   (2) On the other hand, to prevent the appearance of a central element that is an equivalence pair,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

を平方非剰余にした場合に、(b(b+c)−a)が平方非剰余とすればよいことになる。
後記するように、同値対を排除する必要は必ずしもなく、同値対同士の演算自体は定義できる。演算を定義できないのは、逆元が存在しないときであり、こちらは必ず排除しなければならない。
(B (b + c) −a) should be a non-square residue.
As will be described later, it is not always necessary to exclude equivalence pairs, and the operation itself between equivalence pairs can be defined. An operation cannot be defined when there is no inverse element, which must be excluded.

2次双曲線群HCの前記固定点Oとして任意の点dを選択したとき、どのような場合に群演算が定義できなくなるのかを考える。   Consider when the group operation cannot be defined when an arbitrary point d is selected as the fixed point O of the quadratic hyperbolic group HC.

(8−6)式で、分母が0になる点同士では演算結果を得ることはできない。従来、b=dの条件下では、(8−6)式の分母は同値対の(11−1)式の分子と同じ因子(−x1x2+b(x1+x2+c)−a)を有していたので、同値対を排除することは、同時に分母が0になる点同士では演算を回避する意味を有していた。しかし、b≠dの条件下ではこのような制約はないので、パラメータbについて規制するだけでは、分母が0になる点同士での演算を回避することができない。別のいい方をすれば、群演算+の定義域が制限されている、ということである。そこで、
−x1x2+d(x1+x2+c)−a=0 ・・・・(12−1)
の関係を有する点x1とx2の特別な関係を「排他対(exclusive pair)」と呼ぶことにする。明らかに排他対同士の元P(x1)とQ(x2)の間での群演算+は定義できない。
In the equation (8-6), the calculation result cannot be obtained at points where the denominator is 0. Conventionally, under the condition of b = d, the denominator of the equation (8-6) is the same factor as the numerator of the equation (11-1) (−x 1 x 2 + b (x 1 + x 2 + c) −a) Therefore, eliminating the equivalence pair has the meaning of avoiding computation at points where the denominator is 0 at the same time. However, since there is no such restriction under the condition of b ≠ d, it is not possible to avoid computation at points where the denominator becomes 0 only by restricting the parameter b. To put it another way, the domain of group operations + is limited. Therefore,
−x 1 x 2 + d (x 1 + x 2 + c) −a = 0 (12-1)
The special relationship between the points x1 and x2 having the following relationship will be referred to as an “exclusive pair”. Obviously, the group operation + between elements P (x1) and Q (x2) between exclusive pairs cannot be defined.

(12−1)式より排他対では、   From the equation (12-1), in the exclusive pair,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

の関係式が成立する。従って、排他対の出現を阻止して、群演算+がある集合にある全ての元同士間の演算として適用できるようにするには、排他対の一方を当該集合から排除する方法が自然に考えられる。 The following relational expression holds. Therefore, in order to prevent the appearance of an exclusive pair and to apply the group operation + as an operation between all elements in a certain set, it is a natural idea to exclude one of the exclusive pairs from the set. It is done.

2次双曲線群HCの前記固定点Oとして任意の点dを選択したとき、(9−1)式からして、
集合HC={P(x)|群演算+;x∈Z/pZ;x2+cx−a≠0;
(x2+cx−a)が平方非剰余;(d(d+c)−a)が平方非剰余}・・・・(13−1)
若しくは、
集合HCn={P(x)|群演算+;x∈Z/pZ;x2+cx−a≠0;
(x2+cx−a)が平方剰余;(d(d+c)−a)が平方剰余}・・・・(13−2)
のように選択すると、群演算の閉鎖性を満たすことができる。又、(12−2)式からして、集合HCについては分母が0になる点同士での演算を回避することができる。演算結果である元が、再び集合HCの要素になるからである。この結果、集合HCは群の構成要件を満たし、2次双曲線群HCとして成立する。
When an arbitrary point d is selected as the fixed point O of the quadratic hyperbola group HC, from the equation (9-1),
Set HC = {P (x) | group operation +; x∈Z / pZ; x 2 + cx−a ≠ 0;
(x 2 + cx−a) is a non-square residue; (d (d + c) −a) is a non-square residue} (13-1)
Or
Set HCn = {P (x) | group operation +; x∈Z / pZ; x 2 + cx−a ≠ 0;
(x 2 + cx−a) is a quadratic residue; (d (d + c) −a) is a quadratic residue} (13-2)
If selected as above, the closeness of the group operation can be satisfied. In addition, from the equation (12-2), it is possible to avoid computation at points where the denominator becomes 0 for the set HC. This is because the element that is the operation result becomes an element of the set HC again. As a result, the set HC satisfies the group configuration requirements and is formed as a quadratic hyperbolic group HC.

しかし、集合HCnについては分母が0になる点同士での演算を回避することができない、という問題が残存している。又、(10−2)式からして逆元を有しない素元P(e)が集合HCnの要素であることから、この点でも群の構成に難点がある。即ち、集合HCnでは、上記定義における限定だけでは群演算の閉鎖性と未定義領域の解消とを両立させることができない、といえる。   However, for the set HCn, there remains a problem that it is not possible to avoid operations at points where the denominator becomes 0. Further, since the element P (e) having no inverse element according to the equation (10-2) is an element of the set HCn, there is a problem in the group configuration in this respect as well. In other words, in the set HCn, it can be said that the closing of the group operation and the elimination of the undefined region cannot be made compatible only by the limitation in the above definition.

なお、P(x)はP(x,y)やP(x,f(x))の省略表示で、同値対以外では特に後者の表現はしないことにする。又、「x2+cx−a≠0」という条件はもう1つの条件「(x2+cx−a)が平方非剰余」に含めて考えることができるが、関数(6−1)式や判別式Dとの関係で明示することにした。 P (x) is an abbreviated display of P (x, y) and P (x, f (x)), and the latter expression is not particularly expressed except for equivalence pairs. In addition, the condition “x 2 + cx−a ≠ 0” can be considered by including another condition “(x 2 + cx−a) is a square non-residue”. I decided to clarify it in relation to D.

(II) 双曲線暗号の形成方法
2次双曲線群HCの定義が(13−1)式で与えられたので、本実施例1の理解を容易にするために、現在までに判明している2次双曲線群HCの詳細な構成について、できる限り以下に開示する。
(II) Hyperbolic cryptography formation method Since the definition of the quadratic hyperbola group HC is given by the equation (13-1), in order to facilitate understanding of the first embodiment, the quadratic known to date The detailed configuration of the hyperbolic group HC will be disclosed as much as possible below.

さて、(13−1)式に有るように、例えば「(x2+cx−a)が平方非剰余」という条件は、剰余環Z/pZの部分集合で、且つ、xについての2次関数値が平方非剰余であるような集合を考える必要がある。そこで
τ(x)=x2+cx−a ・・・・(14−1)
なる関数τを導入する。関数値τ(x)は、2次関数値が平方非剰余であることから、剰余環Z/pZの原始根ρを用いて
τ(x)=ρ2m+1 ・・・・(14−2)
のように、原始根ρの指数部を奇数とする表現で表すことができる。ここで、P=P(x)とした場合に、Q=mP=Q(x)とすれば、(9−1)式から、
As in equation (13-1), for example, the condition “(x 2 + cx−a) is a non-square remainder” is a subset of the remainder ring Z / pZ and a quadratic function value for x We need to consider a set such that is a non-square residue. Therefore, τ (x) = x 2 + cx−a (14-1)
The following function τ is introduced. Since the quadratic function value is a non-square residue, the function value τ (x) is τ (x) = ρ 2m + 1 ... (14-2) using the primitive root ρ of the remainder ring Z / pZ. )
In this way, the exponent part of the primitive root ρ can be expressed as an odd number. Here, assuming that P = P (x n ) and Q = mP = Q (x m ), from equation (9-1),

Figure 2009223035
Figure 2009223035



と漸化式で表すことができ、次々に因子 And the recurrence formula

Figure 2009223035

Figure 2009223035

を高速に計算することが可能である。ただ、因子 Can be calculated at high speed. Just a factor

Figure 2009223035

Figure 2009223035

を高速計算できても、x自体は式(8−6)によらなければ計算することが困難であることに注意しなければならない。 It should be noted that x m itself is difficult to calculate without using Equation (8-6) even if it can be calculated at high speed.

ここで、2次双曲線群の普遍式につき考えてみる。
ベースポイントP(x)に対する生成群Q(x)の位数がkg(kgは生成群の最大位数kqの約数)である場合に、xkg=x=d(ゼロ点)であるので、(14−3)式から、
Now consider the universal formula of the quadratic hyperbola group.
When the order of the generating group Q (x) with respect to the base point P (x) is kg (kg is a divisor of the maximum order kq of the generating group), x kg = x 0 = d (zero point) Therefore, from the equation (14-3),

Figure 2009223035
Figure 2009223035














と表示することができる。当然であるが、ゼロ元P(x)=P(d)との加算では、部分積の各項について、 Can be displayed. Of course, in addition with the zero element P (x n ) = P (d), for each term of the partial product,

Figure 2009223035
Figure 2009223035


であり、全体としても(14−7)式が成立する。
次に、(14−7)式のような普遍式がどのような意味を有するのか検討する。
ここで、相関係数を平方非剰余数である
As a whole, the equation (14-7) is established.
Next, the meaning of a universal expression such as the expression (14-7) will be examined.
Where the correlation coefficient is the non-square residue number

Figure 2009223035
Figure 2009223035




と表せる。(14−7)式は、一般に位数m=kgに対して、 It can be expressed. The equation (14-7) is generally given for the order m = kg,

Figure 2009223035
Figure 2009223035



先ず、相関係数を、それが平方非剰余数であることを考慮して、
λmn2s(m,n)−1 ・・・・(15−4)
と置くと、(15−2)式より、
(2h(m,n)+1)=(2s(m,n)−1)+(2m+1)+(2n+1)
若しくは、
h(m,n)=s(m,n)+m+n ・・・・(15−5)
となる。
First, taking into account that the correlation coefficient is a non-square residue number,
λ mn = ρ 2s (m, n) −1 (15-4)
From the equation (15-2),
(2h (m, n) +1) = (2s (m, n) -1) + (2m + 1) + (2n + 1)
Or
h (m, n) = s (m, n) + m + n (15-5)
It becomes.

従って、少なくともs(m,n)≠0の場合に、指数演算の加法と2次双曲線群HCの群演算+は同型ではない。即ち、2次双曲線群HCの原始根をρmmのように単純に指数に置き換えることはできない、ということになる。2次双曲線群HCは剰余環Z/pZ上の部分集合を基礎としているが、指数演算との同型が取れないために第2の演算である「積」を定義することができない。これが「2次双曲線環」とならない理由である。
(15−3)式、(15−4)式により、
Therefore, at least when s (m, n) ≠ 0, the addition of the exponent operation and the group operation + of the quadratic hyperbola group HC are not the same type. That is, the primitive root of the quadratic hyperbola group HC cannot be simply replaced with an exponent as ρ m = ρ m . Although the quadratic hyperbola group HC is based on a subset on the remainder ring Z / pZ, the second product “product” cannot be defined because it cannot take the same form as the exponent operation. This is the reason why it does not become a “second-order hyperbolic ring”.
(15-3) and (15-4)

Figure 2009223035
Figure 2009223035






である。従って、 It is. Therefore,

Figure 2009223035
Figure 2009223035





この結果を群演算+の方で見ると、任意の元P(x)を(m−1)回加算した場合に、mが群位数kgに到達するとkgP(x)=Oとなることを示していて、当然の結果である。即ち、(15−7)式は、kg回後の加算結果が全くP(x)に依存せず、ただ位数kgにのみ依存することを示している。原始根ρのべき乗の計算において、曲線パラメータに関しどのように群演算+が定義されていても当該べき乗値の総和は変わらない、という意味があったわけである。更に、その指数がパラメータ依存である場合にも関わらず、h値として、m値に対応して相異なるkg以下の数値が1回ずつ出現したことを示している。これは、(15−2)式で示される原始根同士の演算(n固定)において写像が全射であることを示している。ここで、相異なるkg以下の数値が1回ずつ出現したことは、必ずしも異なるτ(x)値がkg個出現したことを意味しているわけではなく、同一値が含まれることを排除していない、と考えられる。   When this result is viewed in the group operation +, when an arbitrary element P (x) is added (m−1) times, when m reaches the group number kg, kgP (x) = O. This is a natural result. That is, the expression (15-7) indicates that the addition result after kg times does not depend on P (x) at all, but only on the order of kg. In the calculation of the power of the primitive root ρ, there is a meaning that the sum of the power values does not change no matter how the group operation + is defined for the curve parameter. Further, it is shown that, although the index is parameter-dependent, as the h value, different numerical values of kg or less corresponding to the m value appear once each. This indicates that the mapping is surjective in the computation between primitive roots (fixed n) represented by equation (15-2). Here, the appearance of different numerical values of kg or less once does not necessarily mean that kg of different τ (x) values have appeared, but excludes the inclusion of the same value. It is thought that there is no.

今度は(14−1)式で与えられる関数値τ(x)の個数や性質について開示する。
この関数値τ(x)が平方非剰余であることは、集合HCが群の構成要件を満たすための条件の1つであった。さて、(14−1)式から、
Next, the number and properties of the function value τ (x) given by the equation (14-1) will be disclosed.
The function value τ (x) being a non-square residue is one of the conditions for the set HC to satisfy the group constituent requirements. From equation (14-1),

Figure 2009223035

Figure 2009223035

(xm+xn+c)=0 ・・・・(16−2)
の場合にも左辺が0になり、関数値の一意性がないことが分かる。これは、関数値を2次関数としたために生じた事態である。ここで、(16−2)式の関係にある点を、「同根対(root pair)」と呼ぶことにする。同根対同士では、集合HC若しくは集合HCnの条件である「(x2+cx−a)が平方非剰余」という条件、若しくは「(x2+cx−a)が平方剰余」という条件が同時に満たされるので、P(x)とP(x)は同時に集合HC若しくは集合HCnの元であり、特にHCにおけるmPの計算において中途で出現する。しかし、これらの条件は、演算結果が同一の群に属する元であることを意味するだけなので、演算自体に影響するものではない。この同根対については、以下の定理群が成立する。
(x m + x n + c) = 0 (16-2)
In the case of, the left side is 0, and it is understood that the function value is not unique. This is a situation that occurs because the function value is a quadratic function. Here, the point in the relationship of the expression (16-2) will be referred to as “root pair”. In the same root pair, the condition “(x 2 + cx−a) is a non-square residue” or “(x 2 + cx−a) is a square remainder”, which is the condition of the set HC or the set HCn, is satisfied at the same time. , P (x m ) and P (x n ) are simultaneously members of the set HC or the set HCn, and particularly appear in the middle of calculation of mP in HC. However, these conditions only mean that the operation result belongs to the same group, and do not affect the operation itself. The following theorem group holds for this pair of roots.

[定理16−1]
2次双曲線群HCの元QとRが同根対を生成するならば、(−P)+QとR+Pも同根対を生成する。
[Theorem 16-1]
If the elements Q and R of the quadratic hyperbolic group HC generate a root pair, (−P) + Q and R + P also generate a root pair.

[証明]
(11−3)式により、(x2+x3+c)=0ならば(X1+X2+c)=0である。
[Proof]
According to the equation (11-3), if (x 2 + x 3 + c) = 0, then (X 1 + X 2 + c) = 0.

[q.e.d]
この結果、mPの計算を行うときにを計算してみると、生成される同根対は、同値対と同様に、「中心根」から伝播することが分かる。
[Qed]
As a result, when mP is calculated, it can be seen that the generated root pair propagates from the “center root” in the same manner as the pair of equivalents.

[定理16−2]
2次双曲線群HCのベースポイントP(x1)における中心根の生成条件は、判別式DDで
[Theorem 16-2]
The generation condition of the central root at the base point P (x1) of the quadratic hyperbola group HC is the discriminant DD.

Figure 2009223035
Figure 2009223035

が平方剰余になることである。 Is a square remainder.

[証明]
2次双曲線群HCのベースポイントP(x1)を用いてmPを計算するときに、ベースポイントP(x1)における中心根は以下の条件を満たさなければならない。
[Proof]
When calculating mP using the base point P (x1) of the quadratic hyperbolic group HC, the central root at the base point P (x1) must satisfy the following condition.

2次双曲線群HCの元QとRが隣り合い、且つ、同根対を生成するとき、
(1) Q(x3)=R(x2)+P(x1)
(2) x3+x2+c=0
である。従って、以下の式が成立する。
When the elements Q and R of the quadratic hyperbola group HC are adjacent and generate a root pair,
(1) Q (x3) = R (x2) + P (x1)
(2) x3 + x2 + c = 0
It is. Therefore, the following formula is established.

Figure 2009223035
Figure 2009223035


これはx2に関する2次方程式であり、 This is a quadratic equation for x2,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

が成立し、x2が整数解を有するためには少なくともその判別式DDが平方剰余でなければならない。然るに、 In order for x2 to have an integer solution, at least its discriminant DD must be a quadratic residue. However,

Figure 2009223035


Figure 2009223035


である。   It is.

[q.e.d]
この結果、2次双曲線群HCでは自然に(16−3)式の条件が満たされる。即ち、
[Qed]
As a result, the condition of the expression (16-3) is naturally satisfied in the quadratic hyperbola group HC. That is,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

は平方非剰余であり、P(d)=(d(d+c)−a)はゼロ元であるので、当然平方非剰余に選ばれる。従って、同根対に対応する元同士は、双方共に2次双曲線群HCに含まれる。 Is a non-square residue, and since P (d) = (d (d + c) −a) is a zero element, it is naturally selected as a non-square residue. Therefore, both elements corresponding to the root pair are included in the quadratic hyperbola group HC.

ここで、ゼロ点x=dの同根対x2=−(d+c)が新たなゼロ元P(−(d+c))を生成するのか検討する。その同根対はゼロ点と同じτ(x)値であるτ(d)を有するからである。   Here, it is examined whether the root pair x2 = − (d + c) of the zero point x = d generates a new zero element P (− (d + c)). This is because the root pair has τ (d) which is the same τ (x) value as the zero point.

そこで、(8−6)式を用いて、
P(x3)=P(x1)+P(−(d+c))
の計算を行ってみる。この結果がP(x3)=P(x1)であれば、ゼロ元として機能していることになる。
Therefore, using equation (8-6),
P (x3) = P (x1) + P (− (d + c))
Let's calculate If this result is P (x3) = P (x1), it is functioning as a zero element.

Figure 2009223035
Figure 2009223035





上式の最後の2項は、   The last two terms in the above equation are

Figure 2009223035
Figure 2009223035

を意味している。従って、P(x3)≠P(x1)が示され、その結果、同根対が新たなゼロ元を生成するものではないことが示された。 Means. Therefore, P (x3) ≠ P (x1) is shown, and as a result, it was shown that the root pair does not generate a new zero element.

今度は、2次双曲線群HCの全体を、図2及び図3を利用して開示する。
図2は、群演算に関する2次双曲線群の構成を示す概念図である。更に、図3は、2次双曲線群の具体的構成例であって、p=23,d=6,a=4,c=1,b=7である2次双曲線群HC(d≠b)の生成群Q(x)の構造を示す図である。
Now, the entire quadratic hyperbola group HC will be disclosed with reference to FIGS.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration of a quadratic hyperbola group related to group calculation. Further, FIG. 3 shows a specific configuration example of the quadratic hyperbola group, and the quadratic hyperbola group HC (d ≠ b) in which p = 23, d = 6, a = 4, c = 1, and b = 7. It is a figure which shows the structure of the production | generation group Q (x).

図2において、左側の集合は2次双曲線群HCであり、その要素が元P、Q、R、Sにより示されている。図2の中央の集合は剰余環Z/pZの部分集合で、「(x2+cx−a)が平方非剰余」という条件を満たすx値をその要素とする。図2の右側の集合は剰余環Z/pZの部分集合で、「τ(x)=x2+cx−aが平方非剰余」という条件を満たす関数τ(x)の値をその要素とする。ここで図2中、矢印で示された集合間の対応を写像として捉えて、検討してみる。 In FIG. 2, the left set is a quadratic hyperbola group HC, and its elements are indicated by elements P, Q, R, and S. The central set in FIG. 2 is a subset of the remainder ring Z / pZ, and an element is an x value that satisfies the condition that “(x 2 + cx−a) is not a square non-residue”. The set on the right side of FIG. 2 is a subset of the remainder ring Z / pZ, and its value is the value of the function τ (x) that satisfies the condition that “τ (x) = x 2 + cx−a is not a square non-residue”. Here, the correspondence between sets indicated by arrows in FIG. 2 is considered as a mapping and considered.

2次双曲線群HCと中央のx値の集合間において、g1:x1→P(x1)という写像g1は、P(x1)=P(x2)のとき、必ずx1=x2であるので、単射(injective)である。又、任意の元P(x1)に対して必ずg1(x1)=P(x1)となるx1が存在するので、全射(surjective)である。従って、写像g1は全単射(bijection)で両者の集合の個数は一致する。2次双曲線群HCの位数は、
k=(p−1)/2+1
であるので、剰余環Z/pZの部分集合の個数も、
k=(p−1)/2+1
となる。
Between the quadratic hyperbolic group HC and the central set of x values, the mapping g1 of g1: x1 → P (x1) is always x1 = x2 when P (x1) = P (x2). (Injective). In addition, since there exists x1 that always satisfies g1 (x1) = P (x1) for an arbitrary element P (x1), it is surjective. Therefore, the mapping g1 is bijection, and the number of sets of both coincides. The order of the quadratic hyperbola group HC is
k = (p−1) / 2 + 1
Therefore, the number of subsets of the remainder ring Z / pZ is also
k = (p−1) / 2 + 1
It becomes.

次に、中央の剰余環Z/pZの部分集合と右側の剰余環Z/pZの平方非剰余値集合間において、g2:x3→τ(x3)という写像g2は、τ(x3)=τ(x4)のとき、必ずしもx3=x4でないので、単射ではない。しかし、任意の元τ(x3)に対して必ずg2(x3)=P(x3)となるx3が存在するので、全射である。   Next, between the subset of the central remainder ring Z / pZ and the square non-residue value set of the right remainder ring Z / pZ, the mapping g2 of g2: x3 → τ (x3) is τ (x3) = τ ( In the case of x4), x3 is not necessarily x4, so it is not injection. However, since there is always x3 where g2 (x3) = P (x3) for any element τ (x3), it is surjective.

更に、同根対同士の演算、(15−2)式についても検討すると、g3:τ(x1)→τ(x3)(τ(x2)固定)という写像g3は、g3:τ(x5)→τ(x3)(τ(x2)固定)のとき必ずしもτ(x3)=τ(x5)でないので、単射ではない。しかし、(15−7)式より、任意の点τ(x3)に対して必ずg3:τ(x1)→τ(x3)(τ(x2)固定)となるτ(x1)が存在するので、全射である。   Further, when the calculation between the root pairs and the expression (15-2) is also examined, the mapping g3 g3: τ (x1) → τ (x3) (τ (x2) fixed) is g3: τ (x5) → τ When (x3) (τ (x2) fixed), it is not necessarily τ (x3) = τ (x5). However, from equation (15-7), there is τ (x1) that always satisfies g3: τ (x1) → τ (x3) (fixed τ (x2)) for any point τ (x3). It ’s surjective.

ここで、関数値τ(x)の個数を計算してみる。
剰余環Z/pZの部分集合の個数はk=(p−1)/2+1であり、その2個が1個の関数値に対応するので、少なくとも(p−1)/4個の関数値を有している。しかし、残りの1個はどの関数値に対応するのか、不明である。これは関数値τ(x)の重根が対応すると考られる。(14−1)式で、
Here, the number of function values τ (x) is calculated.
Since the number of subsets of the remainder ring Z / pZ is k = (p−1) / 2 + 1, and the two correspond to one function value, at least (p−1) / 4 function values are obtained. Have. However, it is unclear which function value the remaining one corresponds to. This is considered to correspond to the double root of the function value τ (x). (14-1)

Figure 2009223035
Figure 2009223035




になる。ここで、2次双曲線群HCでは判別式Dは平方非剰余に選ばれる。残りの因子(−1)については、オイラーの基準が become. Here, in the quadratic hyperbola group HC, the discriminant D is selected as a non-square residue. For the remaining factor (-1), Euler's criterion is

Figure 2009223035

Figure 2009223035

であり、pがp=4m+1型の素数の場合に平方剰余、p=4m+3型の素数である場合に平方非剰余であるので、τ(xm)値は前者で平方非剰余、後者で平方剰余になる。従って、Z/pZの平方非剰余集合の個数を勘定すると、同根対1組に対応する(p−1)/4個の関数値と、1個の重根と、合計(p−1)/4+1個の関数値を有することになる。又、pがp=4m+3型の素数である場合には2次双曲線群HCの位数は偶数になり、(17―2)式の右辺は平方剰余になるので、この場合にはP(−c/2)はHCの元ではない。このとき、平方非剰余となる関数値の数はk/2=(p+1)/4個になる。以上の結果をまとめると、τ(x)の位数を#(τ(x))と表した場合、 And p is a quadratic residue when p = 4m + 1 type prime, and a non-square remainder when p = 4m + 3 type prime, so that the value of τ (xm) is the non-square remainder in the former and the square remainder in the latter become. Accordingly, when the number of non-square residue sets of Z / pZ is counted, (p−1) / 4 function values corresponding to one pair of roots, one multiple root, and a total (p−1) / 4 + 1 Will have function values. When p is a prime number of the p = 4m + 3 type, the order of the quadratic hyperbola group HC is an even number, and the right side of the equation (17-2) is a quadratic residue. In this case, P (− c / 2) is not a source of HC. At this time, the number of function values that are non-square residue is k / 2 = (p + 1) / 4. To summarize the above results, when the order of τ (x) is expressed as # (τ (x)),

Figure 2009223035
Figure 2009223035



となる。なお、2次双曲線群HCの位数kを素数に選んだ場合には、pがp=4m+1型の素数であることが知られている。 It becomes. When the order k of the quadratic hyperbola group HC is selected as a prime number, it is known that p is a prime number of the p = 4m + 1 type.

以上の結果を総括すれば、剰余環Z/pZのp個の値xのうち、凡そその半分で2次双曲線群の元P(x)を形成しており、凡そその1/4の平方非剰余値τ(x)を判別に使用している、といえる。   Summarizing the above results, the element P (x) of the quadratic hyperbola group is formed by about half of the p values x of the remainder ring Z / pZ, and the square non-square of about 1/4 thereof. It can be said that the remainder value τ (x) is used for discrimination.

ここで、数値例を挙げておく。
演算パラメータの設定をp=23,a=4,b=7,c=1,d=6とし、x=13でτ(13)が平方非剰余であるので、P(13,3)を起点として(14−3)式、(14−7)式の計算を位数k=12に至るまで順次行ってみる。
Here, numerical examples are given.
Since the calculation parameter is set to p = 23, a = 4, b = 7, c = 1, d = 6, and τ (13) is a non-square remainder when x = 13, P (13, 3) is the starting point. (14-3) and (14-7) are sequentially calculated until the order k = 12.

Figure 2009223035

Figure 2009223035

の値は、17,21,22,22,21,17,15,14,19,19,14,15の順(m=1,,,12)に出現し、その出現値は6個である。これは、p=4m+3型のとき平方非剰余となる関数値の数はk/2=(p+1)/4個であることから、p=23の場合は関数値の数は6個であることを示している。又、同根対で繰り返す構造になっている。例えば、x3=14,x4=8においてτ(x3)=22,τ(x4)=22であるが、これはx3とx4が同根対であることを示している。なお、x値は必ずしも平方非剰余にならない。 Values appear in the order of 17, 21, 22, 22, 21, 17, 15, 14, 19, 19, 14, 15 (m = 1, 12, 12), and their appearance values are 6 . This is because, when p = 4m + 3 type, the number of function values that are non-square residue is k / 2 = (p + 1) / 4. Therefore, when p = 23, the number of function values is six. Is shown. Moreover, it has a structure that repeats in the same root pair. For example, when x3 = 14 and x4 = 8, τ (x3) = 22 and τ (x4) = 22, which indicates that x3 and x4 are the same root pair. Note that the x value is not necessarily a non-square residue.

2次双曲線群の前記固定点Oとして任意の点dを選択したとき、即ち元O=O(d,f(d))をゼロ元としたとき、先の特許出願に係る2次双曲線群と比較するために、具体的な数値例を掲げる。   When an arbitrary point d is selected as the fixed point O of the quadratic hyperbola group, that is, when the element O = O (d, f (d)) is a zero element, the quadratic hyperbola group according to the previous patent application For comparison purposes, specific numerical examples will be given.

先の特許出願の図4及び図5では、p=23,a=7,b=2,c=0という2次双曲線群HCを開示したが、本実施例1では、図3においてp=23,a=4,b=7,c=1,d=6(d≠b)という2次双曲線群HCを開示した。   4 and 5 of the previous patent application disclosed the quadratic hyperbola group HC with p = 23, a = 7, b = 2, and c = 0, but in the first embodiment, p = 23 in FIG. , A = 4, b = 7, c = 1, d = 6 (d ≠ b).

双方を比較すると、2次双曲線群HCの構成が、その生成群Q(x)の入れ替わりを除き、全く同一であることが分かる。その理由は、2次双曲線群HCの構成が位数にのみ依存して定まる、という点にある。2次双曲線群HCの位数kは、ここでは生成群の最大位数kqに一致する。最大位数kq=12の場合、その約数が12,6,4,3,2,1であるので、これは各生成群の位数kgになる。又、各生成群の個数は、オイラーの関数φ(x)を使用して表せば、それぞれφ(12)=4,φ(6)=2,φ(4)=2,φ(3)=2,φ(1)=1である。これらは全く2次双曲線の曲線パラメータに依存していない。なお、生成群Q(x)は2次双曲線群HCの元P(x)を生成元として生成される群であって、群演算+においてmP(x)をその要素とし、
Q(x)={mP(x)|mP(x)∈HC,1≦m≦kg,kgP(x)=O}・・・・(18−1)
のように定義される群であるが、明らかに巡回群の一種である。
When both are compared, it can be seen that the configuration of the quadratic hyperbola group HC is exactly the same except that the generation group Q (x) is replaced. The reason is that the configuration of the quadratic hyperbola group HC is determined depending only on the order. The order k of the quadratic hyperbolic group HC here corresponds to the maximum order kq of the generation group. When the maximum order kq = 12, the divisor is 12, 6, 4, 3, 2, 1, so this is the order kg of each generation group. The number of each generation group can be expressed using Euler's function φ (x), φ (12) = 4, φ (6) = 2, φ (4) = 2, φ (3) = 2, φ (1) = 1. They are totally independent of the curve parameters of the quadratic hyperbola. The generation group Q (x) is a group generated using the element P (x) of the quadratic hyperbolic group HC as a generation source, and mP (x) is an element in the group calculation +,
Q (x) = {mP (x) | mP (x) εHC, 1 ≦ m ≦ kg, kgP (x) = O} (18-1)
It is a group that is defined as

(III) 2次双曲線群の構成方法、即ち曲線パラメータの設定方法
双曲線暗号では2次双曲線群HCを利用するので、暗号化のための鍵生成において最初にする作業は暗号に利用する2次双曲線群HCを特定(即ち、曲線パラメータを設定)することである。2次双曲線群HCの特定は、ハードウェア回路を用いた選択・演算処理等により、或いはCPU等のプロセッサを用いた選択・演算処理等により、およそ図1(B)のステップS1〜S5の流れに従って行われる。
(III) Method of configuring a quadratic hyperbola group, that is, a method for setting curve parameters Since the hyperbola cryptography uses the quadratic hyperbola group HC, the first task in generating a key for encryption is a quadratic hyperbola used for encryption. Identifying the group HC (ie setting the curve parameters). The identification of the quadratic hyperbola group HC is approximately the flow of steps S1 to S5 in FIG. 1B by selection / calculation processing using a hardware circuit or selection / calculation processing using a processor such as a CPU. Done according to

図1(B)の処理が開始(スタート)すると、最初のステップS1において、法n及び位数kを定める作業が行われる。   When the process of FIG. 1B starts (starts), in the first step S1, an operation for determining the modulus n and the order k is performed.

このステップS1において、先ず、n=p(h:自然数)、k=ph−1(p+1)/2の関係を満たす素数p及び位数kを定める。ここではh=1の場合のみ取り上げ、h>1である場合は後記する。 In this step S1, first, a prime number p and an order k that satisfy the relationship of n = ph (h: natural number) and k = ph-1 (p + 1) / 2 are determined. Here, it is taken up only when h = 1, and will be described later when h> 1.

さて、h=1の場合、2次双曲線群HCの位数#(HC)=kは、先の特許出願で明示したように、
#(HC)=(p−1)/2+1 ・・・・(19―1)
で与えられ、2次双曲線群HCの前記固定点Oとして任意の点dを選択したときも同じである。これは、「(x2+cx−a)が平方非剰余」という条件を満たすx値の数が、同値対を異なる元として数えた場合に、そのまま2次双曲線群HCの元の数になるからである。2次双曲線群HCの位数#(HC)がその曲線パラメータに依存せず、且つ、一定であるという事実は、楕円曲線群と比べて著しい特徴であるが、その分、剰余環Z/pZ上の有限集合を形成する際の「(x2+cx−a)が平方非剰余」という条件が大変に緩いものであることを示唆している。
Now, when h = 1, the order # (HC) = k of the quadratic hyperbola group HC is, as clearly shown in the previous patent application,
# (HC) = (p−1) / 2 + 1 (19-1)
The same applies when an arbitrary point d is selected as the fixed point O of the quadratic hyperbola group HC. This is because, when the number of x values that satisfy the condition that “(x 2 + cx−a) is a non-square residue” is counted as a different element of the equivalence pair, it becomes the original number of the quadratic hyperbola group HC as it is. It is. The fact that the order # (HC) of the quadratic hyperbola group HC does not depend on the curve parameters and is constant is a remarkable feature compared to the elliptic curve group, but the remainder ring Z / pZ. This suggests that the condition that “(x 2 + cx−a) is a non-square residue” in forming the finite set above is very loose.

最大群位数kqについては、kq=qなる素数の場合に実用性が高いことが知られている。最大群位数kqが合成数である場合には、選択したベースポイントP(x)が最大群位数kqのどの約数kgに対応するのかを調べる手間が必要であるが、通常の利用では最大位数kqになるように選択される。然るに位数としたkq=qなる素数を選択すれば、ゼロ元P(d)以外の何れかをベースポイントP(x)に選択した場合は、その位数kg=kqになることが保証されているので、その手間が不要になる。このとき、
q=(p−1)/2+1 ・・・・(19−2)
である。一般に(19−2)式の関係を有するpとqの素数の組については、Germain素数若しくはSophie-Germain素数として知られている。双方の素数が奇数であることから、Germain素数でp=4m+1型、Sophie-Germain素数でp=4m+3型になる。2次双曲線群HCはp=4m+1型なので、Germain素数を使用する。
It is known that the maximum group number kq is highly practical when the prime number kq = q. In the case where the maximum group number kq is a composite number, it is necessary to check which divisor kg of the maximum group number kq corresponds to the selected base point P (x). The maximum order kq is selected. However, if a prime number kq = q is selected as the order, if any one other than the zero element P (d) is selected as the base point P (x), it is guaranteed that the order kg = kq. Therefore, the trouble is unnecessary. At this time,
q = (p−1) / 2 + 1 (19-2)
It is. In general, a pair of p and q primes having the relationship of the equation (19-2) is known as a Germain prime number or a Sophie-Germain prime number. Since both prime numbers are odd numbers, the Germain prime number is p = 4m + 1 type, and the Sophie-Germain prime number is p = 4m + 3 type. Since the quadratic hyperbola group HC is p = 4m + 1 type, Germain prime numbers are used.

素数判定法では、Henri Lifchiz(1998)による汎オイラー・ラグランジュ(Euler-Lagrange)法を援用することができる。具体的には、数因子2q−1−1等を素数pで割り切るか否かのチェックが行われる。例えば、p=541,q=271のとき、
2q−1−1=p(3506723826366337422957092455420226769441729073496959336825273671692511489871925)
と因数分解できるので、p=541は素数の可能性が高いと推定され、実際に素数である。しかし、汎オイラー・ラグランジュ法は、べき乗部が100桁以上になるとメモリの消費が大きく、通常の計算方法では難しいという欠点がある。最も、2007年現在のSophie-Germain素数のレコードは50000桁程度に至っている。
In the prime number determination method, the Euler-Lagrange method by Henri Lifchiz (1998) can be used. Specifically, it is checked whether or not the number factor 2 q−1 −1 etc. is divisible by the prime number p. For example, when p = 541 and q = 271,
2 q−1 −1 = p (350672382626333734229570992455554226769441417290734969959368252733671699251148987925)
P = 541 is estimated to have a high possibility of a prime number, and is actually a prime number. However, the pan-Euler-Lagrange method has a drawback that it consumes a large amount of memory when the exponent is 100 digits or more, and is difficult with a normal calculation method. The record of prime numbers of Sophie-Germain as of 2007 has reached about 50,000 digits.

図1(B)のステップS2では、パラメータa及びcを定める作業が行われる。2次双曲線群HCでは、(13−1)式にあるように、「x2+cx−a≠0」という条件が課されており、これは(6−1)式の分母が0であると、その逆元が存在せず、従って群演算+が定義できなくなるという要請からきたものである。この条件は、 In step S2 of FIG. 1B, an operation for determining the parameters a and c is performed. In the quadratic hyperbolic group HC, a condition of “x 2 + cx−a ≠ 0” is imposed as shown in the equation (13-1). This is because the denominator of the equation (6-1) is 0. The inverse element does not exist, and therefore the group operation + cannot be defined. This condition is

Figure 2009223035
Figure 2009223035


とも書けるので、判別式Dが平方非剰余であることを意味している。従って、判別式D/4=c+4aが平方非剰余であるようにパラメータa及びcを定めなくてはならない。なお、判別式D/4と判別式Dを同一視することがある。これは、値4が平方数だからである。 This means that the discriminant D is a non-square residue. Therefore, the parameters a and c must be determined so that the discriminant D / 4 = c 2 + 4a is a non-square residue. Note that discriminant D / 4 and discriminant D may be identified. This is because the value 4 is a square number.

図1(B)のステップS3では、パラメータbを定める作業が行われる。パラメータbについては、b≠d、及び(b(b+c)−a)≠0であるように選択しなければならない。しかし、後者の条件(b(b+c)−a)≠0は、判別式Dが平方非剰余にしておくと、自動的に満たされる。更に、(b(b+c)−a)を平方非剰余に選択すると、同値対の出現を防止することができる。ただ、同値対の出現は群演算+の定義域とは無関係なので、同値対の出現を防止するか否かは設計時に任意に決められる。   In step S3 of FIG. 1B, an operation for determining the parameter b is performed. The parameter b must be selected such that b ≠ d and (b (b + c) −a) ≠ 0. However, the latter condition (b (b + c) −a) ≠ 0 is automatically satisfied when the discriminant D is left as a non-square residue. Furthermore, when (b (b + c) −a) is selected as the non-square residue, it is possible to prevent an equivalence pair from appearing. However, since the appearance of an equivalence pair is irrelevant to the domain of the group operation +, whether to prevent the occurrence of an equivalence pair is arbitrarily determined at the time of design.

図1(B)のステップS4では、パラメータdを定める作業が行われる。パラメータdについては、b≠d、及び(d(d+c)−a)が平方非剰余であるように選択しなければならない。選択されたパラメータdに対し、P(d)がゼロ元になる。   In step S4 of FIG. 1B, an operation for determining the parameter d is performed. The parameter d must be chosen such that b ≠ d and (d (d + c) −a) are non-square remainders. For the selected parameter d, P (d) becomes a zero element.

図1(B)の最後のステップS5は、x値を定める作業が行われる。x値については、x≠d、及び(x(x+c)−a)が平方非剰余であるように選択しなければならない。選択されたx値に対し、P(x)がベースポイントになる。   In the last step S5 in FIG. 1B, an operation of determining the x value is performed. For the x value, it must be chosen so that x ≠ d and (x (x + c) −a) is a non-square residue. For the selected x value, P (x) is the base point.

以上のステップS1〜S5の処理により、暗号に利用する2次双曲線群HCを特定(即ち、曲線パラメータを設定)することができるので、処理が終了(エンド)する。   Through the processes in steps S1 to S5 described above, the quadratic hyperbola group HC used for encryption can be specified (that is, the curve parameters are set), and thus the process ends (end).

図1(B)の鍵生成方法によれば、後記するように、2次双曲線群HCでは位数kが一定であるために、曲線パラメータやゼロ元P(d)やベースポイントP(x)を変動させても2次双曲線群HCの構造が不変で、従前の計算式がそのまま利用でき、プログラム変更が最小限で済む、というメリットがある。従って、演算途中で出現するx値(x=x1)を使って新たなベースポイントP(x1)としたり、新たなゼロ元として採用する等の方法により、群演算+を刻々と変動させる新しい暗号(演算変動型暗号)を容易に構成することができる。   According to the key generation method of FIG. 1B, since the order k is constant in the quadratic hyperbola group HC as will be described later, the curve parameter, the zero element P (d), and the base point P (x) Even if is changed, there is an advantage that the structure of the quadratic hyperbola group HC is not changed, the previous calculation formula can be used as it is, and the program change can be minimized. Therefore, a new cipher that changes the group operation + every moment by using a new base point P (x1) using the x value (x = x1) that appears in the middle of the operation, or adopting it as a new zero element. (Calculation-variable encryption) can be easily configured.

次に、少し数値を大きくして2次双曲線群HCの具体的な計算を行ってみる。
ここでは、図1(B)の各ステップS1〜S5に従って、利用する2次双曲線群を特定する。
Next, a specific calculation of the quadratic hyperbola group HC is performed by slightly increasing the numerical value.
Here, a quadratic hyperbola group to be used is specified according to steps S1 to S5 of FIG.

図1(B)の最初のステップS1は、法p及び位数kを定める作業であるが、大きな素数を扱うのは例題として適当ではない。そこで、数値10万以下の素数表から(19−2)式の関係を有するpとqの素数の組、Germain素数を選択するものとし、p=97177,q=48589として定めることにする。   The first step S1 in FIG. 1B is an operation for determining the modulus p and the order k, but handling a large prime number is not appropriate as an example. Therefore, a combination of p and q prime numbers and a Germain prime number having the relationship of the equation (19-2) is selected from a prime number table with a numerical value of 100,000 or less, and p = 97177 and q = 48589 are determined.

図1(B)のステップS2は、パラメータa及びcを定める作業である。何れかの数値は任意性があるので、ここでは最初にc=12345と定めることにする。そこで、判別式Dにつきオイラーの基準を計算する。a=23456あたりから数値を増加させて検討すると、
a=23456 c=12345 D=22136 オイラーの基準D=97176
a=23457 c=12345 D=22140 オイラーの基準D=1
a=23458 c=12345 D=22144 オイラーの基準D=1
a=23459 c=12345 D=22148 オイラーの基準D=97176
a=23460 c=12345 D=22152 オイラーの基準D=97176
であるので、判別式Dが平方非剰余であるようなa=23459を採用することができる。
Step S2 in FIG. 1B is an operation for determining the parameters a and c. Since any numerical value is arbitrary, it is first determined as c = 1235. Therefore, Euler's standard is calculated for discriminant D. If we consider increasing the value from around a = 23456,
a = 23456 c = 12345 D = 22136 Euler reference D = 97176
a = 23457 c = 12345 D = 22140 Euler criterion D = 1
a = 23458 c = 12345 D = 22144 Euler criterion D = 1
a = 23459 c = 12345 D = 22148 Euler criterion D = 97176
a = 23460 c = 12345 D = 22152 Euler reference D = 97176
Therefore, it is possible to employ a = 23459 in which the discriminant D is a non-square residue.

図1(B)のステップS3は、パラメータbを定める作業である。パラメータbについては、同値対を許容するなら任意に定めることができる。ここでは同値対を禁止するものとし、値(b*(b+c)−a)が平方非剰余に選択するものとする。b=45678あたりから数値を増加させて検討すると、
b=45678 a=23459 c=12345 (b*(b+c)−a)=42814 オイラーの基準(b*(b+c)−a)=1
b=45679 a=23459 c=12345 (b*(b+c)−a)=49339 オイラーの基準(b*(b+c)−a)=97176
b=45680 a=23459 c=12345 (b*(b+c)−a)=55866 オイラーの基準(b*(b+c)−a)=1
b=45681 a=23459 c=12345 (b*(b+c)−a)=62395 オイラーの基準(b*(b+c)−a)=1
b=45682 a=23459 c=12345 (b*(b+c)−a)=68926 オイラーの基準(b*(b+c)−a)=97176
であるので、値(b*(b+c)−a)が平方非剰余であるようなb=45679を採用することができる。
Step S3 in FIG. 1B is an operation for determining the parameter b. The parameter b can be arbitrarily determined if an equivalence pair is allowed. Here, the equivalence pair is prohibited, and the value (b * (b + c) −a) is selected as the non-square residue. If we consider increasing the value from around b = 45678,
b = 45678 a = 223459 c = 1345 (b * (b + c) −a) = 42814 Euler's criterion (b * (b + c) −a) = 1
b = 45679 a = 223459 c = 1345 (b * (b + c) −a) = 49339 Euler's criterion (b * (b + c) −a) = 97176
b = 45680 a = 223459 c = 1345 (b * (b + c) −a) = 55866 Euler's criterion (b * (b + c) −a) = 1
b = 45681 a = 223459 c = 1345 (b * (b + c) −a) = 62395 Euler's criterion (b * (b + c) −a) = 1
b = 45682 a = 223459 c = 1345 (b * (b + c) −a) = 68926 Euler's criterion (b * (b + c) −a) = 97176
Therefore, b = 45679 in which the value (b * (b + c) −a) is a non-square residue can be adopted.

図1(B)のステップS4は、パラメータdを定める作業である。パラメータdについては、b≠d、及び(d(d+c)−a)が平方非剰余であるように選択しなければならない。値(d*(d+c)−a)が平方非剰余に選択するものとし、d=34567あたりから数値を増加させて検討すると、
d=34567 a=23459 c=12345 (d*(d+c)−a)=88223 オイラーの基準(d*(d+c)−a)=97176
d=34568 a=23459 c=12345 (d*(d+c)−a)=72526 オイラーの基準(d*(d+c)−a)=97176
d=34569 a=23459 c=12345 (d*(d+c)−a)=56831 オイラーの基準(d*(d+c)−a)=97176
d=34570 a=23459 c=12345 (d*(d+c)−a)=41138 オイラーの基準(d*(d+c)−a)=97176
d=34571 a=23459 c=12345 (d*(d+c)−a)=25447 オイラーの基準(d*(d+c)−a)=97176
であるので、値(d*(d+c)−a)が平方非剰余であるようなd=34568を採用することができる。
Step S4 in FIG. 1B is an operation for determining the parameter d. The parameter d must be chosen such that b ≠ d and (d (d + c) −a) are non-square remainders. Assuming that the value (d * (d + c) −a) is selected as the non-square residue, and considering increasing the numerical value from around d = 34567,
d = 34567 a = 223459 c = 1345 (d * (d + c) −a) = 88223 Euler criterion (d * (d + c) −a) = 97176
d = 34568 a = 23459 c = 12345 (d * (d + c) −a) = 72526 Euler's criterion (d * (d + c) −a) = 97176
d = 34569 a = 223459 c = 1345 (d * (d + c) −a) = 56831 Euler's criterion (d * (d + c) −a) = 97176
d = 34570 a = 223459 c = 1345 (d * (d + c) −a) = 41138 Euler's criterion (d * (d + c) −a) = 97176
d = 34571 a = 223459 c = 1345 (d * (d + c) −a) = 25447 Euler's criterion (d * (d + c) −a) = 97176
Therefore, d = 34568 in which the value (d * (d + c) −a) is a non-square residue can be adopted.

図1(B)の最後のステップS5は、x値を定める作業である。x値については、x≠d、及び(x(x+c)−a)が平方非剰余であるように選択しなければならない。値(x(x+c)−a)が平方非剰余に選択するものとし、x=56789あたりから数値を増加させて検討すると、
x=56789で(x*x+c*x−a)=76467 オイラーの基準(x*x+c*x−a)=1
x=56790で(x*x+c*x−a)=8037 オイラーの基準(x*x+c*x−a)=1
x=56791で(x*x+c*x−a)=36786 オイラーの基準(x*x+c*x−a)=97176
x=56792で(x*x+c*x−a)=65537 オイラーの基準(x*x+c*x−a)=97176
x=56793で(x*x+c*x−a)=94290 オイラーの基準(x*x+c*x−a)=1
であるので、値(x*x+c*x−a)が平方非剰余であるようなx=56791を採用することができる。
The last step S5 in FIG. 1B is an operation for determining the x value. For the x value, it must be chosen so that x ≠ d and (x (x + c) −a) is a non-square residue. Assuming that the value (x (x + c) −a) is selected as the non-square residue, and considering increasing the numerical value from around x = 56789,
x = 56789 and (x * x + c * x−a) = 76467 Euler criterion (x * x + c * x−a) = 1
x = 56790 and (x * x + c * x−a) = 8037 Euler standard (x * x + c * x−a) = 1
x = 56791 and (x * x + c * x−a) = 36786 Euler's criterion (x * x + c * x−a) = 97176
x = 56792 and (x * x + c * x−a) = 65537 Euler's reference (x * x + c * x−a) = 97176
x = 56793 and (x * x + c * x−a) = 94290 Euler's criterion (x * x + c * x−a) = 1
Therefore, x = 56791 in which the value (x * x + c * x−a) is a non-square residue can be adopted.

以上のようにして、p=97177,q=48589,c=12345,a=23459,d=34568,b=45679,x=56791と、利用する2次双曲線群HCを特定することができる。   As described above, the secondary hyperbolic group HC to be used can be specified as p = 97177, q = 48589, c = 12345, a = 23459, d = 34568, b = 45679, and x = 56791.

(IV) 鍵設定・鍵生成方法
図1(A)の鍵設定部11及び鍵生成部13において、2次双曲線群HCを使用した鍵設定・鍵生成方法であるElGamal暗号(HC-ElGamal)の構成例を説明する。
(IV) Key setting / key generation method In the key setting unit 11 and the key generation unit 13 in FIG. 1A, an ElGamal cipher (HC-ElGamal) which is a key setting / key generation method using a quadratic hyperbolic group HC is used. A configuration example will be described.

一般にElGamal暗号は、素数を法とする既約剰余群ばかりではなく、他の全ての巡回群に応用することができるといわれている。そのため、2次双曲線群HCも離散対数を使う巡回群の一種なので、HC-ElGamal暗号を構成することができる。即ち、従来知られた有限体上の楕円曲線の点群、有限体上の楕円曲線のヤコビ多様体の有理点の点群、及び虚2次体上の整数環のイデアル類群に加えて、新たに有限環上の2次双曲線の点群を加えることができる。この2次双曲線群HCを使用した鍵設定・鍵生成方法では、ハードウェア回路を用いた演算処理等により、或いはCPU等のプロセッサを用いた演算処理等により、以下のように実行される。   In general, it is said that the ElGamal cipher can be applied not only to irreducible residue groups modulo prime numbers but also to all other cyclic groups. Therefore, since the quadratic hyperbolic group HC is also a kind of cyclic group using discrete logarithms, the HC-ElGamal cipher can be configured. That is, in addition to the previously known point group of elliptic curves on finite fields, point group of rational points of Jacobian varieties of elliptic curves on finite fields, and ideal class groups of integer rings on imaginary quadratic fields, A quadratic hyperbolic point group on a finite ring can be added to. This key setting / key generation method using the quadratic hyperbola group HC is executed as follows by arithmetic processing using a hardware circuit or arithmetic processing using a processor such as a CPU.

最初に2次双曲線群HCの位数をkとしたとき、秘密鍵を乱数s(1<s<k)とし、作業鍵Y=sPを前記群演算+により計算する。ここで、sPとは群演算+によりPを(s−1)回加算する意味である。公開鍵は点Yと点P(ベースポイント)、2次双曲線を特定する曲線パラメータa、b、c、d及び有限環Z/pZを特定する素数pであり、位数kは(19−2)式で与えられる。即ち、公開鍵=(a,b,c,d,p,P,Y)であり、秘密鍵はsである。離散対数の計算困難性に基づき、冒認者はY=sP値が判明しても秘密鍵sを直接知ることはできないが、多くともk回計算すればsを知ることがでる。そこで、このような計算が事実上難しいように、実際には大きな素数値p及び乱数値sを選ばなければならない。なお、2次双曲線群HCでは、x値に従属して点Yや点Pが定まるので、実際にはそのx成分値であるPやYで指定する。又、d値が分かっているのでY=sPの計算に際し、高速指数演算法を使うことができる。ここで高速指数演算法とは、 First, when the order of the quadratic hyperbolic group HC is k, the secret key is a random number s (1 <s <k), and the working key Y = sP is calculated by the group operation +. Here, sP means that P is added (s−1) times by the group operation +. The public key is a point Y and a point P (base point), a curve parameter a, b, c, d specifying a quadratic hyperbola, and a prime p specifying a finite ring Z / pZ, and the order k is (19-2) ). That is, public key = (a, b, c, d, p, P, Y), and the secret key is s. Based on the difficulty of calculating the discrete logarithm, the adversary cannot know the secret key s directly even if the Y = sP value is known, but can know s if it is calculated at most k times. Therefore, in order to make such a calculation difficult in practice, a large prime value p and a random value s must actually be selected. In the quadratic hyperbola group HC, the point Y and the point P are determined depending on the x value, and therefore, actually specified by the x component values P x and Y x . In addition, since the d value is known, a fast exponential calculation method can be used when calculating Y = sP. Here, the fast exponentiation method is

Figure 2009223035
Figure 2009223035

と表現した場合に、元2ipを次々に計算して行くことにより全体の計算回数を少なくする方法である。 This is a method of reducing the total number of calculations by calculating the elements 2 i p one after another.

送信側では、メッセージmにつき、公開鍵を使って暗号文を作成できる。送信側では、乱数r(1<r<k)を使ってC=rP,C=rY、及びC=mC(mod p)を計算する。但し、(CはCのX成分値の意味である。暗号文は点C及び点C、若しくはそのx成分値の組み合わせ((C,(C)になる。 On the transmission side, a ciphertext can be created for each message m using a public key. On the transmission side, C 1 = rP, C 2 = rY, and C 3 = mC 2 (mod p) are calculated using a random number r (1 <r <k). However, (C 2 ) x means the X component value of C 2 . The ciphertext is a point C 1 and a point C 3 , or a combination of the x component values ((C 1 ) x , (C 3 ) x ).

受信側では、秘密鍵sを使って、m=(C/(sC(mod p)を計算する。復号された数値mは隠されたメッセージであり、秘密鍵sを知る受信者だけが復号できる。復号に際してsCを計算するのに、前記群演算+、及び前記高速指数演算法が使用される。 On the receiving side, m = (C 3 ) x / (sC 1 ) x (mod p) is calculated using the secret key s. The decrypted numerical value m is a hidden message and can only be decrypted by a recipient who knows the secret key s. To calculate the sC 1 during decoding, the group arithmetic +, and the fast exponential operation method is used.

ここでは、2次双曲線群HCを使用したElGamal暗号(HC-ElGamal)の具体的な計算例を掲げる。   Here, a specific calculation example of ElGamal encryption (HC-ElGamal) using a quadratic hyperbola group HC will be given.

先に、p=97177,q=48589,c=12345,a=23459,d=34568,b=45679,x=56791と、利用する2次双曲線群HCを特定しておいた。ベースポイントPはP(x)=P(56791)で、ゼロ点Oは、O(d)=O(34568)である。今秘密鍵sを適当にs=32109(1<s<q)とし、作業鍵Yを計算すれば、Y=sP=Y(66629)と求めることができる。この段階で公開鍵(a,b,c,d,p,P,Y)=(23459,45679,12345,34568,97177,P(56791),Y(66629))が定まる。   First, the secondary hyperbola group HC to be used was specified as p = 97177, q = 48589, c = 12345, a = 23459, d = 34568, b = 45679, and x = 56791. The base point P is P (x) = P (56791), and the zero point O is O (d) = O (34568). If the secret key s is appropriately set to s = 32109 (1 <s <q) and the work key Y is calculated, Y = sP = Y (66629) can be obtained. At this stage, the public key (a, b, c, d, p, P, Y) = (23459, 45679, 12345, 34568, 97177, P (56791), Y (66629)) is determined.

送信側では、メッセージmに対し、前記公開鍵を参照して暗号文を作成する。ここではメッセージmは、例えばm=21098とする。乱数rを適当にr=43210とし、C=rP,C=rY、及びC=mC(mod p)を計算すれば、それぞれC=C(21600)、C=C(2965)、及びC=C(70759)となる。そこで暗号文は((C,(C)=(21600,70759)になるので、これを受信側に対して送信する。 On the transmission side, a ciphertext is created for the message m with reference to the public key. Here, the message m is, for example, m = 221098. If the random number r is appropriately set to r = 43210, and C 1 = rP, C 2 = rY, and C 3 = mC 2 (mod p) are calculated, C 1 = C 1 (21600) and C 2 = C 2 respectively. (2965), and C 3 = C 3 (70759). Therefore, since the ciphertext becomes ((C 1 ) x , (C 3 ) x ) = (21600, 70759), this is transmitted to the receiving side.

前記暗号文を受信した受信側が秘密鍵sを保有しているのであれば、当該秘密鍵sを使って、m=(C/(sC(mod p)を計算することができる。これにより、(sC=2965、1/(sC=88885、m=21098を得ることができる。従って、受信側では、送信されてきたメッセージがm=21098である、と知ることができる。 If the receiving side that has received the ciphertext has the secret key s, m = (C 3 ) x / (sC 1 ) x (mod p) can be calculated using the secret key s. it can. As a result, (sC 1 ) x = 2965, 1 / (sC 1 ) x = 88885, and m = 21098 can be obtained. Therefore, the receiving side can know that the transmitted message is m = 221098.

次に、図1(A)の鍵設定部11及び鍵生成部13において、2次双曲線群HCを使用した鍵設定・鍵生成方法であるElGamal署名(HC-ElGamal署名)の構成例を説明する。   Next, a configuration example of an ElGamal signature (HC-ElGamal signature) that is a key setting / key generation method using the quadratic hyperbolic group HC in the key setting unit 11 and the key generation unit 13 in FIG. .

インターネット等では常に悪意の冒認の可能性があり、又、送信データの改ざん等の虞がある。そこで、受信したメッセージに関し、署名者の確認や受信データの真否を確認する方法としてデジタル署名が有効になっている。ここでは、楕円曲線群を利用したデジタル署名を模倣し、以下のようにHC-Elgamal署名を構成する例を説明する。   There is always the possibility of malicious accusations on the Internet or the like, and there is a risk of falsification of transmitted data. Therefore, digital signature is effective as a method for confirming the signer and the authenticity of the received data for the received message. Here, an example of imitating a digital signature using an elliptic curve group and configuring an HC-Elgamal signature as follows will be described.

先ず、前記2次双曲線群の元P(x)をベースポイントとして選び、署名生成鍵をs(1<s<k)に、公開鍵を(a,b,c,d,p,P,Y)とする。ここで、作業鍵Y=sPである。   First, the element P (x) of the quadratic hyperbola group is selected as a base point, the signature generation key is s (1 <s <k), and the public keys are (a, b, c, d, p, P, Y). ). Here, the work key Y = sP.

次に、乱数r(1<r<k)を生成し、ハッシュ関数hを使ってメッセージmにつきハッシュ値h(m)を生成し、署名(R,t)を生成する。但し、R=rP及びt=(h(m)−s(R))r−1(mod q)である。署名者は、前記メッセージmの他に前記署名(R,t)を送信側から送信する。 Next, a random number r (1 <r <k) is generated, a hash value h (m) is generated for the message m using the hash function h, and a signature (R, t) is generated. However, R = rP and t = (h (m) −s (R) x ) r −1 (mod q). The signer transmits the signature (R, t) in addition to the message m from the transmission side.

受信側では、メッセージmが真に署名者からのものであるのか、改ざんされていないのかを前記署名(R,t)及び公開鍵を使って確認する。受信側では、ハッシュ関数hを使ってメッセージmにつきハッシュ値h(m)を生成し、h(m)P=tR+(R)Yが成立することを確認する。前記署名(R,t)は、署名生成鍵sを知る前記署名者のみが作成できるので、受信側では当該メッセージmが真に署名者からのものであると確信できるのである。 On the receiving side, it is confirmed by using the signature (R, t) and the public key whether the message m is truly from the signer or has not been tampered with. On the receiving side, a hash value h (m) is generated for the message m using the hash function h, and it is confirmed that h (m) P = tR + (R) x Y is established. Since only the signer who knows the signature generation key s can create the signature (R, t), the receiving side can be sure that the message m is truly from the signer.

ここでは、2次双曲線群HCを使用したElGamal署名(HC-ElGamal署名)の具体的な計算例を掲げる。   Here, a specific calculation example of the ElGamal signature (HC-ElGamal signature) using the quadratic hyperbola group HC is given.

先に、p=97177,q=48589,c=12345,a=23459,d=34568,b=45679,x=56791と、利用する2次双曲線群HCを特定しておいた。ベースポイントPはP(x)=P(56791)で、ゼロ点Oは、O(d)=O(34568)である。今署名生成鍵sを適当にs=39876 (1<s<q)とし、作業鍵Yを計算すれば、Y=sP=Y(16537)と求めることができる。この段階で、公開鍵(a,b,c,d,p,P,Y)=(23459,45679,12345,34568,97177,P(56791),Y(16537))が定まる。   First, the secondary hyperbola group HC to be used was specified as p = 97177, q = 48589, c = 12345, a = 23459, d = 34568, b = 45679, and x = 56791. The base point P is P (x) = P (56791), and the zero point O is O (d) = O (34568). If the signature generation key s is appropriately set to s = 39876 (1 <s <q) and the work key Y is calculated, Y = sP = Y (16537) can be obtained. At this stage, the public key (a, b, c, d, p, P, Y) = (23459, 45679, 12345, 34568, 97177, P (56791), Y (16537)) is determined.

署名者は、乱数rを適当に例えばr=47654(1<r<q)とすると、署名鍵RをR=R(27753)と計算できる。又、計算したハッシュ値h(m)をh(m)=28765と置けば、他方の署名鍵tを計算できる。更に、r−1(mod q)=39183、t=(h(m)−s(R))r−1(mod q)=24878であるので、署名(R,t)=(R(27753),24878)を作成できる。そこで、署名者は、メッセージmに当該署名(R,t)を付して送信側から送信する。 The signer can calculate the signature key R as R = R (27753) if the random number r is appropriately set to r = 47654 (1 <r <q), for example. If the calculated hash value h (m) is set as h (m) = 28765, the other signature key t can be calculated. Furthermore, since r −1 (mod q) = 39183 and t = (h (m) −s (R) x ) r −1 (mod q) = 24878, the signature (R, t) = (R (27753) ), 24878). Therefore, the signer adds the signature (R, t) to the message m and transmits it from the transmission side.

受信側では、受信した署名(R,t)から、tR=75231を計算し、公開鍵から(R)Y=12249を計算し、それらの和(tR+(R)Y)=17781を求める。次に、受信側は、前記メッセージmにつきハッシュ値h(m)=28765を生成し、これから(h(m)P)=17781を計算する。このとき、(tR+(R)Y)値と(h(m)P)値が一致するので、メッセージmに付されていた署名(R,t)が正当で、前記署名者からのメッセージであると、確認することができる。 On the receiving side, tR = 75231 is calculated from the received signature (R, t), (R) x Y = 12249 is calculated from the public key, and the sum (tR + (R) x Y) x = 17781 is calculated. Ask. Next, the receiving side generates a hash value h (m) = 28765 for the message m, and calculates (h (m) P) x = 17781 therefrom. At this time, since the (tR + (R) x Y ) x value (h (m) P) x values match, the signature that was attached to the message m (R, t) is valid, from the signer It can be confirmed that it is a message.

図4は、本発明の実施例2に係る秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置を示す概略の構成図である。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a secret key variable stream cipher generation device according to Embodiment 2 of the present invention.

本実施例2の秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置20は、図1(A)の鍵設定部11及び鍵生成部13に相当する2次双曲線群の鍵生成装置であり、縦続接続された(m+1)個のセル演算器21−0〜21−mと、各セル演算器21−0〜21−mのセル出力C0〜Cmを順次加算してストリーム出力(C0,C1,・・・,Cm)を送出するm個の加算器22−1〜22−m等とにより構成されている。   The secret key variable stream cipher generation device 20 of the second embodiment is a quadratic hyperbolic group key generation device corresponding to the key setting unit 11 and the key generation unit 13 of FIG. m + 1) cell calculators 21-0 to 21-m and cell outputs C0 to Cm of the respective cell calculators 21-0 to 21-m are sequentially added to obtain stream outputs (C0, C1,..., Cm). ) And m adders 22-1 to 22-m and the like.

この秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置20は、実施例1で示された鍵生成方法に従い特定された2次双曲線群HCを利用して構成されている。一般に離散対数を基礎とする双曲線暗号の計算負担は重く、このままではストリーム暗号に適しているとはいえない。そこで、計算するビット数を減らして見かけ上の有効ビット数を増やす工夫が求められる。本実施例2の秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置20では、複数のセル演算器21−0〜21−mにおいて少ないビット数での2次双曲線群演算を行わせ、そのセル出力を組み合わせることにより、擬似乱数であるストリームを生成する構成になっている。   The secret key variable stream cipher generation device 20 is configured using a quadratic hyperbola group HC identified according to the key generation method shown in the first embodiment. In general, the computational burden of hyperbolic cryptography based on discrete logarithm is heavy, and it cannot be said that it is suitable for stream cryptography. Therefore, a device for reducing the number of bits to be calculated and increasing the number of apparent effective bits is required. In the secret key variable stream cipher generation device 20 of the second embodiment, a plurality of cell calculators 21-0 to 21-m perform a quadratic hyperbola group operation with a small number of bits and combine the cell outputs. , A stream that is a pseudo-random number is generated.

各セル演算器21−0〜21−mは、ベースポイントPから前のセル演算器の提供する秘密鍵sに基づき、当該セル演算器で予め定められた群演算+により作業鍵Yを演算し、当該作業鍵Yから攪拌関数により当該セル出力C及び次のセル演算器に引き渡す新たな秘密鍵sを出力する。最初のセル演算器21−0では、初期秘密鍵としてs0が採用され、次回からは最終セル演算器21−mの出力する秘密鍵smが使用される。従って、秘密鍵の初期値s0が定められた後は、各セル演算器21−0〜21−mで採用される秘密鍵s1〜smは次々に変動するので、秘密鍵sは1回限りの使い捨てになる。   Each of the cell calculators 21-0 to 21-m calculates a work key Y by a group calculation + determined in advance by the cell calculator based on the secret key s provided by the previous cell calculator from the base point P. From the work key Y, the cell output C and a new secret key s to be delivered to the next cell computing unit are output by the stirring function. In the first cell computing unit 21-0, s0 is adopted as the initial secret key, and from the next time, the secret key sm output from the final cell computing unit 21-m is used. Therefore, after the initial value s0 of the secret key is determined, the secret keys s1 to sm adopted by the respective cell computing units 21-0 to 21-m fluctuate one after another. It becomes disposable.

又、各セル演算器21−0〜21−mでの群演算+は異なることから、例えベースポイントPが同じ場合であっても、その計算された作業鍵Yは異なり、攪拌関数を経由した後は事実上独立したセル出力C及び事実上独立した新たな秘密鍵sを出力する。従って、各セル出力C0〜Cmを単純に合成してストリーム出力(C0,C1,,,Cm)を構成した場合、m+1倍のビット数を有するストリーム出力のように擬似的に見えるストリームが生成される。   In addition, since the group calculation + in each of the cell calculators 21-0 to 21-m is different, even if the base point P is the same, the calculated work key Y is different and passes through the stirring function. Thereafter, a cell output C that is virtually independent and a new secret key s that is virtually independent are output. Therefore, when stream outputs (C0, C1,... Cm) are configured by simply combining the cell outputs C0 to Cm, a stream that looks like a stream output having m + 1 times the number of bits is generated. The

本実施例2では、初期化のため予め各セル演算器21−0〜21−mを所定回動作させて初期状態を定めて置く必要がある。少なくともm回の演算を行わなければ全セル演算器21−0〜21−mが同時に演算できる状態にはならない。又、秘密鍵sの初期値s0の秘密性を担保させるためにもmの数倍の回数だけ演算を行い、その間のストリームを切り捨てる必要があるかも知れない。   In the second embodiment, it is necessary to determine the initial state by operating each cell computing unit 21-0 to 21-m a predetermined number of times in advance for initialization. If at least m operations are not performed, all of the cell calculators 21-0 to 21-m cannot be operated simultaneously. Also, in order to ensure the confidentiality of the initial value s0 of the secret key s, it may be necessary to perform the calculation several times as many times as m and to discard the stream in between.

本実施例2に係るストリーム出力(C0,C1,・・・,Cm)は、厳密な意味で乱数ではない。秘密鍵sが秘密であること、作業鍵Yは各セル演算器21−0〜21−mの群演算で計算されるが離散対数を知ることが困難であるので前記秘密鍵sが容易に知れないこと、新たなストリーム出力(C0,C1,・・・,Cm)は攪拌関数が一方向性を有するので作業鍵Yを遮蔽していること等の作用により、一定の規則に従って生成されているのに外部からはそのように見えない、というだけである。特に、各セル演算器21−0〜21−mの採用する群演算は、何れも位数kを共通にする2次双曲線群HCの演算であり、曲線パラメータが異なるだけである。しかし、群演算が異なると剰余環Z/pZの限定方法が異なってくるために、出現する元やその順番が全く異なったものになる。従って、各セル演算器21−0〜21−mのセル出力C0〜Cmを合成した場合に、合成されたストリーム出力(C0,C1,・・・,Cm)は見かけ上独立した出力の寄せ集めの出力になる。   The stream output (C0, C1,..., Cm) according to the second embodiment is not a random number in a strict sense. The secret key s is secret, and the work key Y is calculated by the group operation of each of the cell calculators 21-0 to 21-m. However, since it is difficult to know the discrete logarithm, the secret key s is easily known. The new stream output (C0, C1,..., Cm) is generated according to a certain rule due to the action such as shielding the work key Y because the agitation function has one direction. But it just doesn't look like that from the outside. In particular, the group calculation employed by each of the cell calculators 21-0 to 21-m is a calculation of a quadratic hyperbola group HC having a common order k, and only the curve parameters are different. However, when the group operation is different, the method of limiting the remainder ring Z / pZ is different, so that the appearing elements and their order are completely different. Therefore, when the cell outputs C0 to Cm of the cell calculators 21-0 to 21-m are combined, the combined stream outputs (C0, C1,..., Cm) are apparently independent collections of outputs. Output.

本実施例2に係るストリーム出力(C0,C1,・・・,Cm)は、各セル演算器21−0〜21−mの演算時間に依存して出力される。各セル演算器21−0〜21−mは同時に演算を行うことができるので、演算に使用されるビット数をm+1倍したビット数を有するストリーム出力(C0,C1,・・・,Cm)が、当該演算時間で出力可能である。これはストリーム出力(C0,C1,・・・,Cm)の高速化を意味している。例えば、17個のセル演算器21−0〜21−16が16ビットで演算されたとき、セル出力C0〜C16は15ビットになるので、255ビットのストリーム出力(C0,C1,・・・,C16)がほぼセル演算器21−0〜21−16の16ビット演算の時間で一時に得られる。一般的にn個のセル演算器21−0〜21−(n−1)を使用すれば、ストリーム出力(C0,C1,・・・,C(n−1))をn倍に高速化することができる。2次双曲線群HCの群演算では、逆元演算の負荷が重いことが分かっている。しかし、後記する「逆元計算後回し法」を使用すると、この演算速度を著しく改善することが可能である。   The stream output (C0, C1,..., Cm) according to the second embodiment is output depending on the calculation time of each of the cell calculators 21-0 to 21-m. Since each of the cell computing units 21-0 to 21-m can perform computation simultaneously, a stream output (C0, C1,..., Cm) having a bit number obtained by multiplying the number of bits used for the computation by m + 1 is obtained. , And can be output in the calculation time. This means that the stream output (C0, C1,..., Cm) is speeded up. For example, when the 17 cell calculators 21-0 to 21-16 are operated with 16 bits, the cell outputs C0 to C16 are 15 bits, so that the 255-bit stream output (C0, C1,..., C16) is obtained at a time substantially in the time of 16-bit operation of the cell calculators 21-0 to 21-16. In general, if n cell arithmetic units 21-0 to 21- (n-1) are used, the stream output (C0, C1,..., C (n-1)) is increased n times. be able to. In the group operation of the quadratic hyperbola group HC, it is known that the load of the inverse operation is heavy. However, the use of an “inverse element post-rotation method” described later can significantly improve the calculation speed.

各セル出力C0〜Cmを単純に合成してストリーム出力(C0,C1,・・・,Cm)を構成した場合、そのセル出力C0〜Cmが直接外部に見えるので、暗号解読性が高まる虞がある。そこで、ストリーム出力(Cm|C0,C0|C1,C1|C2,・・・,Cm−1|Cm)(演算|はビット排他的論理和(EOR)演算である。)のように、隣り合うセル出力C0,C1,・・・を合成して新たなストリーム出力とする等、セル出力合成やビット合成によりセル出力を隠蔽する手段が有効である。隣り合うセル出力C0,C1,・・・をビットEOR演算で合成した場合、前記16ビット演算の場合、セル出力C0〜Cmは15ビットになるので、255ビットのストリーム出力(Cm|C0,C0|C1,・・・)が一時に得られる。一般的に、セル出力合成等により、ストリーム出力(Cm|C0,C0|C1,・・・)のビット数が犠牲になる(減少する)構成になることがある。   When the cell outputs C0 to Cm are simply combined to form a stream output (C0, C1,..., Cm), the cell outputs C0 to Cm are directly visible to the outside. is there. Therefore, adjacent stream outputs (Cm | C0, C0 | C1, C1 | C2,..., Cm-1 | Cm) (operation | is a bit exclusive OR (EOR) operation). Means for concealing the cell output by cell output synthesis or bit synthesis, such as combining the cell outputs C0, C1,. When adjacent cell outputs C0, C1,... Are synthesized by bit EOR operation, in the case of the 16-bit operation, the cell outputs C0 to Cm are 15 bits, so a 255-bit stream output (Cm | C0, C0 | C1,... Is obtained at a time. Generally, cell output composition or the like may result in a configuration in which the number of bits of stream output (Cm | C0, C0 | C1,...) Is sacrificed (decreased).

本実施例2による秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置20では、m+1個のセル演算器21−0〜21−mが秘密鍵sを介して縦続接続されているので、たまたま何れかのセル演算器で同じ秘密鍵sを受け渡された場合には、その後はストリーム出力(Cm|C0,C0|C1,・・・)が周期的に出力され、擬似乱数としての特性が失われてしまう。これを防ぐ方法としては、m+1個のセル演算器21−0〜21−mの内部状態関数として次のセル演算器へ受け渡す秘密鍵sを決定する方法が有る。この方法では、何れかのセル演算器で前と同じ秘密鍵sを受け渡された場合であっても、その後のストリームは異なるものになり、周期的な出力を避けることができる。簡単な構成例としては、秘密鍵s(i)=f(Yx(i−1),Yx(i+1))やs(i)=f(Yx(i−1),Yx(i−2))のように、前後のセル演算器の作業鍵Yの関数として、計算された本来の秘密鍵の全部又は一部を変更する方法が考えられる。   In the secret key variable stream cipher generation device 20 according to the second embodiment, m + 1 cell computing units 21-0 to 21-m are cascade-connected via the secret key s. When the same secret key s is transferred, the stream output (Cm | C0, C0 | C1,...) Is periodically output, and the characteristic as a pseudo random number is lost. As a method for preventing this, there is a method of determining a secret key s to be transferred to the next cell calculator as an internal state function of the m + 1 cell calculators 21-0 to 21-m. In this method, even if the same secret key s as before is delivered by any cell computing unit, the subsequent streams are different, and periodic output can be avoided. As a simple configuration example, a secret key s (i) = f (Yx (i-1), Yx (i + 1)) or s (i) = f (Yx (i-1), Yx (i-2)) As described above, there can be considered a method of changing all or part of the calculated original secret key as a function of the work key Y of the preceding and succeeding cell computing units.

秘密鍵s値の大きさ(mod q)がある程度小さいか0であると、計算された暗号解読性が高まる虞が有る。そこで、秘密鍵s値の上位ビットが0である等をゲートで検出し、所定のビットを立てて一定値を加算する方法が有効な場合がある。   If the size (mod q) of the secret key s value is small to some extent or 0, the calculated cryptanalysis may be improved. Therefore, there is a case where it is effective to detect a high-order bit of the secret key s value as 0 by a gate, set a predetermined bit, and add a constant value.

ここでは、本実施例2による秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置20の具体的な構成例を掲げる。   Here, a specific configuration example of the secret key variable stream cipher generation device 20 according to the second embodiment will be given.

本実施例1では、
p=97177,q=48589,c=12345,a=23459,d=34568,b=45679,x=56791
と利用する2次双曲線群HCを特定しておいたが、p=97177であるので、これは17ビットセル演算器21−0・・・に相当する。そこで、17ビットセル演算器21−0・・・を3個(m=2)有するストリーム暗号生成装置20を構成することにする。分かりやすい構成例なので、前記ストリーム出力(C0,C1,・・・,Cm)の被覆化や前記内部状態に依存した秘密鍵sの決定等の方法は採用していない。
In this example 1,
p = 97177, q = 48589, c = 12345, a = 23459, d = 34568, b = 45679, x = 56791
The secondary hyperbola group HC to be used is specified, but since p = 97177, this corresponds to the 17-bit cell computing unit 21-0. Therefore, the stream cipher generation device 20 having three (m = 2) 17-bit cell computing units 21-0. Since this is an easy-to-understand configuration example, methods such as covering the stream output (C0, C1,..., Cm) and determining the secret key s depending on the internal state are not employed.

第1のセル演算器21−0は前記2次双曲線群HCを利用するものとし、作業鍵Yから以下のようにしてセル出力C0、及び次のセル演算器21−1に渡す秘密鍵s1を計算する。
C0=Yx(5ビット右巡回シフト)
s1=Yx(10ビット右巡回シフト)¥4
The first cell computing unit 21-0 uses the secondary hyperbolic group HC, and the cell output C0 and the secret key s1 to be passed to the next cell computing unit 21-1 from the work key Y as follows. calculate.
C0 = Yx (5-bit right cyclic shift)
s1 = Yx (10-bit right cyclic shift) ¥ 4

この秘密鍵s1の計算において、演算子¥は整数割り算で、4で割るのは位数q以下になるようにビット数の整合を行うからである。これらの操作は前記攪拌関数に相当するが、簡単のため第2及び第3のセル演算器21−1,21−2でも同じ構成を採用することにする。   In the calculation of the secret key s1, the operator \ is an integer division, and the division by 4 is because the number of bits is matched so that the order is q or less. These operations correspond to the agitation function, but for the sake of simplicity, the same configuration is adopted in the second and third cell computing units 21-1, 21-2.

次に、本実施例1に従い、図1(B)のフローに従って他の2個のセル演算器21−1,21−2を構成する。前記2次双曲線群HCについては添え字0を使って、
p=97177,q=48589,c0=12345,a0=23459,d0=34568,b0=45679,x0=56791
と変更しておく。
Next, according to the first embodiment, the other two cell calculators 21-1 and 21-2 are configured according to the flow of FIG. For the secondary hyperbola group HC, use subscript 0,
p = 97177, q = 48589, c0 = 12345, a0 = 23459, d0 = 34568, b0 = 45679, x0 = 56791
And change it.

さて、c1=12346、c2=12347とした場合に、図1(B)のステップS2以下に従って計算すると、
p=97177,q=48589,c1=12346,a1=23458,d1=34570,b1=45680,x1=56780
p=97177,q=48589,c2=12347,a2=23462,d2=34569,b2=45680,x2=56781
という2つの2次双曲線群HCを求めることができる。これら3つの2次双曲線群HCは同じ位数qを有しているが、曲線パラメータが異なるために異なる群演算+を有しており、その結果、出現する元やその順番が全く異なったものになる。
Now, assuming that c1 = 1346 and c2 = 1347, calculation according to step S2 and subsequent steps in FIG.
p = 97177, q = 48589, c1 = 12346, a1 = 23458, d1 = 34570, b1 = 45680, x1 = 56780
p = 97177, q = 48589, c2 = 12347, a2 = 23462, d2 = 34569, b2 = 45680, x2 = 56781
Two quadratic hyperbolic groups HC can be obtained. These three quadratic hyperbolic groups HC have the same order q, but have different group operations + due to different curve parameters, and as a result, appearing elements and their order are completely different. become.

楕円曲線暗号では、素数位数を得るために曲線パラメータに乱数を使用する等して素数位数判定作業を繰り返す必要があり、少なくとも同じ位数を有する曲線パラメータを複数整える作業はかなり難しい、と考えられる。しかし、前記のように、双曲線暗号では同じ位数を有する複数、若しくは多数の2次双曲線群HCを確定することは容易である。楕円曲線暗号と比べて、暗号に鍵生成が簡単であるといえる。   In elliptic curve cryptography, it is necessary to repeat the prime order determination work by using random numbers as curve parameters in order to obtain prime orders, and it is quite difficult to prepare multiple curve parameters having at least the same order. Conceivable. However, as described above, in hyperbolic cryptography, it is easy to determine a plurality or a large number of secondary hyperbolic groups HC having the same order. Compared to elliptic curve cryptography, it can be said that key generation is simpler for cryptography.

本実施例2による秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置20をハードウェアで実現することは容易である。各セル演算器21−0〜21−mはコプロセッサ、若しくは専用剰余演算器又は専用べき乗剰余演算器等で実現できる。レジスタに曲線パラメータや秘密鍵sの初期値s0を置く方式で、演算ビット数は固定であるが、共通のハードウェアで異なる2次双曲線群HCを取り扱うことができる。   It is easy to implement the secret key variable stream cipher generation device 20 according to the second embodiment with hardware. Each of the cell calculators 21-0 to 21-m can be realized by a coprocessor, a dedicated residue calculator, a dedicated power residue calculator, or the like. The curve parameter and the initial value s0 of the secret key s are placed in the register, and the number of calculation bits is fixed, but different quadratic hyperbolic groups HC can be handled by common hardware.

図5(A)は図4の秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置20の計算例(m=2)を示す図、及び、図5(B)は図4の秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置20のストリーム出力例(m=2)を示す図である。   5A is a diagram showing a calculation example (m = 2) of the secret key variation type stream cipher generation device 20 in FIG. 4, and FIG. 5B is a secret key variation type stream cipher generation device 20 in FIG. It is a figure which shows the example of a stream output (m = 2).

秘密鍵sの初期値s0=21098から始めて、セル演算器21−0のベースポイントP0(56791)から作業鍵YをY=s0P0(56791)により求めると、そのx成分はYx=88327となる。但し、作業鍵Yの計算に使用された群演算+(0)は、
c0=12345,a0=23459,d0=34568,b0=45679
により特定した演算である。Yxは2進数表示で10101100100000111(88327)である。そこで前記攪拌関数に従いYxを5ビット右巡回シフトしてセル出力C0=00111101011001000(31432)を得る。又、Yxを10ビット右巡回シフトして01000001111010110を得た後4で割る整数演算を行うと、s1=010000011110101(8437)が得られる。同様の処理を縦続するセル演算器21−1及び21−2で行うと、最初のサイクルでのセル出力
(00111101011001000)(00111101011101010)(01101100111000101)
を得ることができる。即ち、16ビットセル演算器21−0〜21−2の1計算時間で17ビットX3=51ビットのストリーム出力を一時に得ることができた。
Starting from the initial value s0 = 201098 of the secret key s, when the working key Y is obtained from the base point P0 (56791) of the cell computing unit 21-0 by Y = s0P0 (56791), the x component thereof is Yx = 88327. However, the group operation + (0) used for calculating the work key Y is
c0 = 12345, a0 = 23459, d0 = 34568, b0 = 45679
The operation specified by Yx is 10101100100000111 (88327) in binary notation. Therefore, according to the agitation function, Yx is cyclically shifted by 5 bits to obtain cell output C0 = 00111101011001000 (31432). Further, when Yx is cyclically shifted by 10 bits to obtain 01000001111010110 and then an integer operation is performed by dividing by 4, s1 = 010000011110101 (8437) is obtained. When similar processing is performed by the cascaded cell computing units 21-1 and 21-2, cell output in the first cycle (00111101011001000) (00111101011101010) (01101100111000101)
Can be obtained. That is, a stream output of 17 bits X3 = 51 bits could be obtained at a time in one calculation time of the 16-bit cell computing units 21-0 to 21-2.

この具体例では、3サイクル目(3_3)で秘密鍵s=391と比較的小さな値が出現している。秘密鍵s値の大きさ(mod q)がある程度小さいか0であると、計算された暗号解読性が高まる虞が有る。そこで、秘密鍵s値の上位ビットが0である等をゲートで検出し、所定のビットを立てて一定値を加算する方法が有効な場合がある。しかし、この具体例ではそこまで考慮していない。   In this specific example, the secret key s = 391 and a relatively small value appear in the third cycle (3_3). If the size (mod q) of the secret key s value is small to some extent or 0, the calculated cryptanalysis may be improved. Therefore, there is a case where it is effective to detect a high-order bit of the secret key s value as 0 by a gate, set a predetermined bit, and add a constant value. However, this example does not take that into consideration.

図6は、図4の秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置により暗号化及び復号化を行ってデータの送受信を行う通信システムの概略の構成図である。この図6には、図4の秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置20による暗号化及び復号化の方法が開示されている。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a communication system that performs transmission and reception of data by performing encryption and decryption by the secret key variation stream cipher generation device of FIG. 6 discloses a method of encryption and decryption by the secret key variable stream cipher generation device 20 of FIG.

図6の通信システムでは、送信側においてストリーム暗号生成装置20−1及び排他論理和ゲート(以下「EORゲート」という。)23−1により生成された暗号化データED1のIPv6(IP version 6)パケット24−1を、IPネットワーク25を介して受信側へ送り、受信側において送られてきたIPv6パケット24−2を受け取り、ストリーム暗号生成装置20−2及びEORゲート23−2により復号化する構成になっている。   In the communication system of FIG. 6, the IPv6 (IP version 6) packet of the encrypted data ED1 generated by the stream cipher generation device 20-1 and the exclusive OR gate (hereinafter referred to as “EOR gate”) 23-1 on the transmission side. 24-1 is sent to the receiving side via the IP network 25, and the IPv6 packet 24-2 sent on the receiving side is received and decrypted by the stream cipher generation device 20-2 and the EOR gate 23-2. It has become.

例えば、秘密に係る動画ファイル等の入力データDinに対し、送信側のストリーム暗号生成装置20−1が暗号ストリームCS1を供給し、両者の排他論理和がEORゲート23−1で取られて、IPv6パケット24−1のデータ領域に暗号化データED1として格納される。IPv6パケット24−1のIPv6ヘッダには、ペイロード長等のデータの他に、その拡張ヘッダ(暗号化ヘッダ)においてストリーム暗号生成に係る同期情報SI1が格納される。同期情報SI1は、ストリーム暗号生成装置20−1の初期化までのサイクル数、ペイロードに格納された暗号ストリームCS1の開始サイクル数、終端サイクル数等であり、復号化に必要な情報である。送信者がIPv6パケット24−1を送信し、受信者がIPネットワーク25を介して当該IPv6パケット24−2を受信した後、IPヘッダの拡張ヘッダに格納された同期情報SI2が取り出されて、受信側のストリーム暗号生成装置20−2に提供される。又、IPv6パケット24−2のデータ領域から暗号化データED2が取り出された後、同期情報SI2に対応して出力された暗号ストリームCS2との排他論理和がEORゲート23−2で取られて、出力データDoutが復元される。   For example, for the input data Din such as a secret video file, the stream cipher generator 20-1 on the transmission side supplies the cipher stream CS1, and the exclusive OR of both is taken by the EOR gate 23-1, and IPv6 The encrypted data ED1 is stored in the data area of the packet 24-1. In the IPv6 header of the IPv6 packet 24-1, in addition to data such as the payload length, synchronization information SI1 related to stream cipher generation is stored in the extension header (encrypted header). The synchronization information SI1 is information necessary for decryption, such as the number of cycles until the initialization of the stream cipher generation device 20-1, the number of start cycles and the number of end cycles of the encrypted stream CS1 stored in the payload. After the sender transmits the IPv6 packet 24-1 and the receiver receives the IPv6 packet 24-2 via the IP network 25, the synchronization information SI2 stored in the extension header of the IP header is extracted and received. Side stream cipher generation apparatus 20-2. Further, after the encrypted data ED2 is extracted from the data area of the IPv6 packet 24-2, the exclusive OR with the encrypted stream CS2 output corresponding to the synchronization information SI2 is acquired by the EOR gate 23-2, The output data Dout is restored.

この暗号化及び復号化の方式では、秘密鍵sの初期値s0は送受信側で共有されており、暗号ストリームCS1も定められた順番にストリーム暗号生成装置20−1から出力される。どのように秘密鍵s0を共有するかの方法は開示されていない。通常は所定の暗号化プロトコルによるしかない。IPsec(IP security protocol)では「IKE(Internet Key Exchange)」という暗号鍵交換のためのプロトコルが用意されている。又、本実施例2に係る方法では、仮にIPネットワーク25においてIPv6パケット24−1の一部が喪失した場合には、それ以後正しい復号化はできなくなる。この場合は、当該喪失パケットの再度の送信を要求することになる。   In this encryption and decryption method, the initial value s0 of the secret key s is shared on the transmission / reception side, and the encrypted stream CS1 is also output from the stream cipher generation device 20-1 in a predetermined order. A method of sharing the secret key s0 is not disclosed. Usually, it depends only on a predetermined encryption protocol. In IPsec (IP security protocol), a protocol for exchanging encryption keys called “IKE (Internet Key Exchange)” is prepared. In the method according to the second embodiment, if a part of the IPv6 packet 24-1 is lost in the IP network 25, correct decoding cannot be performed thereafter. In this case, the lost packet is requested to be transmitted again.

この暗号化及び復号化方式を更に改良する手段として、ストリーム暗号生成装置20を構成しているセル演算器21−0〜21−mに係る曲線パラメータ情報をIPv6パケット24−1,24−2のIPv6ヘッダ若しくはデータ領域に載せる方式が考えられる。曲線パラメータは群演算を定めるので秘密情報にすることもできるが、例え曲線パラメータが知られても秘密鍵sを知らない限り暗号ストリームCS2を復号することはできない。この改良方式は、同じハードウェアを有するセル演算器21−0〜21−mの汎用性を確保する効果を有しており、所定の時刻毎に群演算を変化させて安全性を高める方式を採用することができる。   As means for further improving this encryption and decryption method, curve parameter information relating to the cell computing units 21-0 to 21-m constituting the stream cipher generation device 20 is obtained from the IPv6 packets 24-1 and 24-2. A method of placing in the IPv6 header or data area is conceivable. Since the curve parameter determines the group operation, it can be secret information. However, even if the curve parameter is known, the encrypted stream CS2 cannot be decrypted unless the secret key s is known. This improved method has the effect of ensuring the versatility of the cell computing units 21-0 to 21-m having the same hardware, and is a method for improving the safety by changing the group operation at every predetermined time. Can be adopted.

図7は、本発明の実施例3に係る拡張2次双曲線群の鍵生成方法(n=pの場合)を示すフローチャートであり、実施例1を示す図1(B)のフローチャートに対応している。 FIG. 7 is a flowchart showing a key generation method (in the case of n = p 1 p 2 ) of the extended quadratic hyperbola group according to the third embodiment of the present invention, and is a flowchart of FIG. 1 (B) showing the first embodiment. It corresponds.

この図7のフローチャートでは、図1(A)中の曲線パラメータ設定部12において行われる曲線パラメータの設定方法が示されており、ステップS11〜S15の処理により、拡張2次双曲線群EHCにおける(6−1)式の曲線パラメータa,b,c,d,xが設定される。   The flowchart in FIG. 7 shows a curve parameter setting method performed in the curve parameter setting unit 12 in FIG. 1A, and (6) in the extended quadratic hyperbola group EHC is obtained by the processing in steps S11 to S15. -1) Curve parameters a, b, c, d, and x are set.

この図7のフローチャートを説明する前に、本実施例3における拡張2次双曲線群EHC等の基礎技術を説明する。   Before describing the flowchart of FIG. 7, basic techniques such as the extended quadratic hyperbolic group EHC in the third embodiment will be described.

本実施例3では、法nを合成数とした場合に実施例1における2次双曲線群HCを拡張して拡張2次双曲線群EHCを構成し、当該拡張2次双曲線群EHCを用いた双曲線暗号の鍵生成方法を開示し、その応用問題として新たな素因数分解の方法を開示する。   In the third embodiment, when the modulus n is a composite number, the quadratic hyperbola group HC in the first example is expanded to form an extended quadratic hyperbola group EHC, and the hyperbolic cryptography using the extended quadratic hyperbola group EHC is used. A key generation method is disclosed, and a new prime factorization method is disclosed as an application problem.

実施例1における2次双曲線群HCは(13−1)式で定義され、「平方非剰余」という言葉で定義を与えた。しかし、例えば(x2+cx−a)が平方非剰余という条件は、Legendreの記号を使うと、 The quadratic hyperbola group HC in Example 1 is defined by Equation (13-1), and is defined by the term “square non-residue”. However, for example, the condition that (x 2 + cx−a) is a non-square residue is that using the Legendre symbol,

Figure 2009223035
Figure 2009223035




と表されるときの2次双曲線群HCの自然な拡張は、各素因数pに付き、全く同じ条件を課すことである。 The natural extension of the quadratic hyperbolic group HC is to impose exactly the same conditions for each prime factor p i .

Figure 2009223035
Figure 2009223035


ここで、Legendreの記号の拡張であるJacobiの記号を導入することが考えられる。
nが1より大きな奇数で、(m,n)=1である整数mにつき、
Here, it is possible to introduce the Jacobi symbol, which is an extension of the Legendre symbol.
For an integer m where n is an odd number greater than 1 and (m, n) = 1,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

と定義し、左辺をJacobiの記号と呼び、右辺をLegendreの記号とする。ここで、右辺のLegendreの記号を確定するには、予めnの素因数が知られていなければならない。従来のオイラーの規準は、(31−3)式を計算する際にそのまま使える。 The left side is called the Jacobi symbol, and the right side is the Legendre symbol. Here, in order to determine the Legendre symbol on the right side, the prime factor of n must be known in advance. The conventional Euler criterion can be used as it is when calculating the equation (31-3).

以上の前提に立って、拡張2次双曲線群EHCを定義する。
拡張2次双曲線群EHCを、
Based on the above assumptions, the extended quadratic hyperbolic group EHC is defined.
Extended quadratic hyperbolic group EHC,

Figure 2009223035
Figure 2009223035




という構成にした。この定義では、Jacobiの記号を使用せず、Legendreの記号のみが使用されている。後記するように、Jacobiの記号を導入すると群の構成が維持できないことが分かっているからである。 It was configured as follows. This definition uses only the Legendre symbol, not the Jacobi symbol. This is because, as will be described later, it is known that the group structure cannot be maintained if the Jacobi symbol is introduced.

ここでは、始めに法nが合成数でn=pのときの拡張2次双曲線群EHCの構造を明らかにする。拡張2次双曲線群EHCの位数kは、(31―2)式を満たすx値の個数で計算できる。素因数p,pは互いに異なり(p≠p)、独立して(31−2)式を満たすx値を決められるので、それらの数同士の異なる組み合わせで生じるx値がその位数kを決める。ここでいう位数kとは、拡張2次双曲線群EHCの異なる元P(x)の総個数であって、当該P(x)をベースポイントとする生成群(巡回群)Q(x)の位数kg、若しくはその最大値kqではない。即ち、拡張2次双曲線群EHCの位数kは原則として1の素因数で与えられる位数(19−1)式の積で与えられる。 Here, first , the structure of the extended quadratic hyperbola group EHC when the modulus n is the composite number and n = p 1 p 2 will be clarified. The order k of the extended quadratic hyperbola group EHC can be calculated by the number of x values satisfying the equation (31-2). Since the prime factors p 1 and p 2 are different from each other (p 1 ≠ p 2 ) and x values satisfying the expression (31-2) can be determined independently, the x values generated by different combinations of these numbers are the order Determine k. The order k here is the total number of different elements P (x) of the extended quadratic hyperbolic group EHC, and the generated group (cyclic group) Q (x) having the P (x) as a base point. It is not the order kg or its maximum value kq. That is, the order k of the extended quadratic hyperbola group EHC is given by the product of the order (19-1) given by a prime factor of 1 in principle.

Figure 2009223035
Figure 2009223035

2次双曲線群HCではその位数kと生成群位数の最大値kqとは一致していたが、拡張2次双曲線群EHCではこれらは一致しないことがある。   In the quadratic hyperbola group HC, the order k and the maximum value kq of the generated group order coincide with each other, but in the extended quadratic hyperbola group EHC, they may not match.

生成群(巡回群)Q(x)の最大位数kqについては、後記するように、判別式Dの属性に依存していることが新たに分かっています。判別式Dの属性が、   It is newly known that the maximum order kq of the generation group (cyclic group) Q (x) depends on the attribute of the discriminant D, as will be described later. The attribute of discriminant D is

Figure 2009223035
Figure 2009223035

であり、且つ、(k,k)=1である場合には、原則として(32−1)式で与えられる。ここでは、その巡回の周期が問題になるので、双方の素因数で共通するものがあって、(k,k)=h≠1である場合には、その「各位数の素因数同士の異なる組み合わせ」が固有の存在で、周期の対象になると考える。即ち、何れの位数に含まれるか区別ができない共通する素因数hを、重ねて含める組み合わせは出現しない、と考える。素因数の集合でいえば、「和集合」が該当する。これは双方の位数の最小公倍数(LCM:Least Common Multiple)が最大位数kqとなることを意味している。 And (k 1 , k 2 ) = 1, in principle, is given by the equation (32-1). Here, since the cycle of the cycle becomes a problem, there is something common to both prime factors, and when (k 1 , k 2 ) = h ≠ 1, the difference between the prime factors of each order is We think that "combination" is unique and becomes a target of the cycle. That is, it is considered that a combination including a common prime factor h that cannot be distinguished from which order is included does not appear. Speaking of a set of prime factors, “union” is applicable. This means that the least common multiple (LCM) of both orders is the maximum order kq.

非特許文献(宮川洋、他「符号理論」、1973、昭晃堂、P.204)によれば、複数の最小多項式Miで構成される生成多項式Gを多項式の剰余類環(法x−1)で考えた場合に、前記最小多項式Miの周期niの最小公倍数が、前記生成多項式Gの周期tになる旨が記載されている。巡回群の一種である拡張2次双曲線群でも同様である、と考えられる。ここでは、2次双曲線群と多項式の剰余類環の間に
法n(合成数)>法x−1
ベースポイントP(x)>生成多項式G(x)
生成群の最大位数(=周期)kq>生成多項式G(x)の周期t
個別の位数ki>最小多項式Mi(x)の周期ni
が、それぞれ対応している。2次双曲線群HCにおける要素の方が簡素であるのは、多項式の剰余類環における演算が乗法に止まるのに対し、2次双曲線群HCの群演算が離散対数の関係に立つからだと考えられる。
According to non-patent literature (Hiroshi Miyagawa, et al. “Code Theory”, 1973, Shosodo, P. 204), a generator polynomial G composed of a plurality of minimum polynomials Mi is expressed as a remainder class of polynomials (modulo x n − It is described that, when considered in 1), the least common multiple of the period ni of the minimum polynomial Mi is the period t of the generator polynomial G. The same applies to the extended quadratic hyperbola group, which is a kind of cyclic group. Here, between the quadratic hyperbola group and the remainder class ring of the polynomial, modulo n (composite number)> modulus x n −1
Base point P (x)> Generator polynomial G (x)
Maximum order of generation group (= period) kq> period t of generator polynomial G (x)
Individual order ki> period ni of minimum polynomial Mi (x)
Correspond to each. The reason why the elements in the quadratic hyperbola group HC are simpler is that the operations in the polynomial class remainder class are limited to multiplication, whereas the group operations in the quadratic hyperbola group HC are in a discrete logarithmic relationship. .

Figure 2009223035
Figure 2009223035

従って、法nが合成数の場合には、拡張2次双曲線群EHCの位数k及び生成群Q(x)の最大位数kqは常に合成数になる。この事実は、素数位数を有する拡張2次双曲線群EHCが存在せず、その暗号等の利用も若干の制限を受けることを意味している。最大位数kqを有する生成群Q(x)のベースポイントP(x)を如何なる元にすべきかの規準が、未だ完全には知られていないからである。 Therefore, when the modulus n is a composite number, the order k of the extended quadratic hyperbola group EHC and the maximum order kq of the generation group Q (x) are always composite numbers. This fact means that the extended quadratic hyperbola group EHC having prime order does not exist, and the use of the cipher and the like is also somewhat restricted. This is because the criterion of how the base point P (x) of the generating group Q (x) having the maximum order kq should be derived is not yet completely known.

ここで数値例を掲げる。例えば、p=17,p=23,n=391の拡張2次双曲線群EHCの位数kは、k=(p−1)/2+1と位数k=(p−1)/2+1の積であり、k=k=108である。又、生成群Q(x)の最大位数kqは、1の素因数で与えられる位数k=(p−1)/2+1と位数k=(p−1)/2+1の最小公倍数で与えられ、
kq=LCM(k,k)=LCM(9,12)=36
である。
Here are some numerical examples. For example, the order k of the extended quadratic hyperbola group EHC with p 1 = 17, p 2 = 23, and n = 391 is k 1 = (p 1 −1) / 2 + 1 and the order k 2 = (p 2 −1 ) / 2 + 1, and k = k 1 k 2 = 108. The maximum order kq of the generator group Q (x) is the minimum of the order k 1 = (p 1 −1) / 2 + 1 and the order k 2 = (p 2 −1) / 2 + 1 given by a prime factor of 1. Given in common multiples,
kq = LCM (k 1 , k 2 ) = LCM (9,12) = 36
It is.

次に、図7のフローチャートにて示される拡張2次双曲線群の鍵生成方法(n=pの場合)について説明する。
整数論的関数y
Next, the key generation method (in the case of n = p 1 p 2 ) of the extended quadratic hyperbola group shown in the flowchart of FIG. 7 will be described.
Number-theoretic function y

Figure 2009223035
Figure 2009223035

の曲線パラメータa,b,c,d,xは、ハードウェア回路を用いた選択・演算処理等により、或いはCPU等のプロセッサを用いた選択・演算処理等により、以下のステップS11〜S15により設定される。 The curve parameters a, b, c, d, and x are set by the following steps S11 to S15 by selection / calculation processing using a hardware circuit or by selection / calculation processing using a processor such as a CPU. Is done.

図7の処理が開始(スタート)すると、第1のステップS11において、素因数p,p及び位数k等が定められる。暗号解読時の計算量を増やすためには、これらの値を大きな数値に選ばなければならない。拡張2次双曲線群EHCでは、その位数kは(32−1)式で、その生成群の最大位数kqは(32−3)式で与えられるので、素因数p,pを決定することは、同時に拡張2次双曲線群EHCの位数k等を指定したことになる。当該最大位数kqは合成数なので、ステップS15において最大位数kqを有するベースポイントP(x)を定める際に、多少の試行錯誤が必要である。ただ、通常最大位数を有するベースポイントP(x)の個数が最も多いので、数回の試行で当該最大位数を有するベースポイントP(x)に当たる可能性が高い、といえる。 When the process of FIG. 7 is started (started), prime factors p 1 and p 2 , order k and the like are determined in a first step S11. In order to increase the amount of calculation at the time of cryptanalysis, these values must be selected as large numbers. In the extended quadratic hyperbolic group EHC, the order k is given by equation (32-1), and the maximum order kq of the generated group is given by equation (32-3), so the prime factors p 1 and p 2 are determined. This means that the order k of the extended quadratic hyperbola group EHC is designated at the same time. Since the maximum order kq is a composite number, some trial and error is required when determining the base point P (x) having the maximum order kq in step S15. However, since the number of base points P (x) having the normal maximum order is the largest, it can be said that there is a high possibility of hitting the base point P (x) having the maximum order in several trials.

第2のステップS12において、パラメータa及びcが定められる。実際には判別式Dだけに制約があるので、何れかのパラメータを任意に定めることができる。判別式
D/4=c+4a
に対し、その属性を
(D/p)=−1;(D/p)=−1;
であるように設定する。
In the second step S12, parameters a and c are determined. Actually, since only the discriminant D is restricted, any parameter can be arbitrarily determined. Discriminant D / 4 = c 2 + 4a
Attribute (D / p 1 ) = − 1; (D / p 2 ) = − 1;
Set to be

第3のステップS13において、パラメータbが定められる。パラメータbは、同値対の出現を防ぐために
((b(b+c)−a)/p)=−1;((b(b+c)−a)/p)=−1
を満たすように選ばれるが、同値対を許容するならば、任意に選択することができる。従って、このステップS13における前記条件を省略することができる。
In the third step S13, the parameter b is determined. The parameter b is ((b (b + c) −a) / p 1 ) = − 1; ((b (b + c) −a) / p 2 ) = − 1 to prevent the occurrence of an equivalence pair.
However, it can be chosen arbitrarily as long as it allows for equivalence pairs. Therefore, the condition in step S13 can be omitted.

第4のステップS14において、パラメータd、即ちゼロ元P(d)が定められる。つまり、((d(d+c)−a)/p)=−1;((d(d+c)−a)/p)=−1;b≠d
であるように設定する。
In the fourth step S14, the parameter d, ie the zero element P (d), is determined. That is, ((d (d + c) −a) / p 1 ) = − 1; ((d (d + c) −a) / p 2 ) = − 1; b ≠ d
Set to be

第5のステップS15において、x値、即ちベースポイントP(x)が定められる。つまり、
((x(x+c)−a)/p)=−1;((x(x+c)−a)/p)=−1;x≠d
であるように設定する。
In the fifth step S15, an x value, that is, a base point P (x) is determined. That means
((X (x + c) −a) / p 1 ) = − 1; ((x (x + c) −a) / p 2 ) = − 1; x ≠ d
Set to be

ステップS13,S14,S15はそれぞれ同じ条件であるので、それらのパラメータを1度の計算で求め、それぞれのパラメータに割り当てることができる。ただ、前記条件を満たすx値を任意に選択すると、最大位数kqの約数を位数とする生成群Q(x)が出現する可能性がある。従って、最大位数kqを有するベースポイントP(x)を選択できない場合がある。   Since Steps S13, S14, and S15 have the same conditions, those parameters can be obtained by one calculation and assigned to each parameter. However, if an x value satisfying the above condition is arbitrarily selected, a generation group Q (x) having a divisor of the maximum order kq may appear. Therefore, the base point P (x) having the maximum order kq may not be selected.

前記試行錯誤の第1の方法は、最大位数kqの次の大きさを有する位数ktにおいて、試行するベースポイントP(x)に対し、ktP(x)≠OとなるP(x)を探すことである。即ち、kP(x)=Oであり、ktP(x)≠O(kt<k)であれば、当該P(x)による生成群Q(x)の位数は、最大位数kqを有する確率が高いと考えられる。このためには素因数で最小のもの(最小素因数という。)で最大位数kqを割った位数を試行位数ktとする。拡張2次双曲線群EHCでは、その最大位数kqは(32−3)式で与えられるので、素因数の1つが4m+3型の素数であれば、最小素因数2を有する。   In the first trial and error method, P (x) satisfying ktP (x) ≠ O with respect to the trial base point P (x) at the order kt having the next magnitude of the maximum order kq. It is to look for. That is, if kP (x) = O and ktP (x) ≠ O (kt <k), the order of the generated group Q (x) by the P (x) has the probability of having the maximum order kq. Is considered high. For this purpose, the order obtained by dividing the maximum order kq by the smallest prime factor (referred to as the minimum prime factor) is set as the trial order kt. In the extended quadratic hyperbolic group EHC, the maximum order kq is given by the equation (32-3). Therefore, if one of the prime factors is a 4m + 3 type prime number, the minimum prime factor 2 is provided.

ここでは、前記拡張2次双曲線群EHCの計算例を使って、この方法を試してみる。最大位数kq=28であり、前記最小素因数2であるので、kt=kq/2=14である。そこで、各素因数につき(31−2)式を満たすx値を小さいほうから試すと、
ktP(0)=O;ktP(2)=O;ktP(6)=P(28)≠O;
であるので、P(6)は最大位数kqを有するベースポイントの可能性が高いと考えられ、実際に最大位数kqを有している。しかし、双方の素因数が共に4m+1型の素数で、且つ、小さな素因数を有していない場合には、この方法は有効ではない。なお、ktPの計算では、kt値を2進展開して高速指数計算を利用することができる。
Here, this method is tried using the calculation example of the extended quadratic hyperbola group EHC. Since the maximum order kq = 28 and the minimum prime factor is 2, kt = kq / 2 = 14. Therefore, when the x value satisfying the equation (31-2) is tried for each prime factor from the smaller one,
ktP (0) = O; ktP (2) = O; ktP (6) = P (28) ≠ O;
Therefore, P (6) is considered to have a high possibility of a base point having the maximum order kq, and actually has the maximum order kq. However, this method is not effective when both prime factors are 4m + 1 type prime numbers and do not have small prime factors. In the calculation of ktP, a high-speed exponent calculation can be used by expanding the kt value in binary.

前記試行錯誤の第2の方法は、分配法則の成立を確認することである。分配法則
m(P+R)=mP+mR
は、PもRも最大位数kqを有する生成群Qに属するときだけ完全に成立し、その他の場合には成立しないのが一般的である。特に、m値を前記試行位数ktに対しkt≦m≦kqに選択すれば、不成立の蓋然性が高くなる。前記条件を満たす元P及びRの選択では、
R(y)=qP(x);(q,k)=1
であるようなy値を有する元Rを試行選択する。ベースポイントをP(x)とする生成群Q(x)が最大位数kqを有する場合には、前記R(y)をベースポイントとする生成群Q(y)も最大位数kqを有することが分かっているからである。
The second method of trial and error is to confirm the establishment of the distribution law. Distribution law m (P + R) = mP + mR
Is generally established only when both P and R belong to the generation group Q having the maximum order kq, and is not established in other cases. In particular, if the m value is selected such that kt ≦ m ≦ kq with respect to the trial order kt, the probability of failure is increased. In selection of elements P and R that satisfy the above conditions,
R (y) = qP (x); (q, k) = 1
A trial R is selected that has an y value such that When the generation group Q (x) having the base point P (x) has the maximum order kq, the generation group Q (y) having the base point R (y) also has the maximum order kq. Because we know.

拡張2次双曲線群EHCの具体的な計算例を掲げる。
図8は、本発明の実施例3に係る法n=91、位数k=28の拡張2次双曲線群(生成群Q(x))の構造を示す図である。この図8では、共通因数h=1のとき、>位数kgを有する生成群Q(x)の個数はφ(kg)個であることが開示されている。
A specific calculation example of the extended quadratic hyperbola group EHC will be given.
FIG. 8 is a diagram illustrating a structure of an extended quadratic hyperbola group (generation group Q (x)) with modulus n = 91 and order k = 28 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 discloses that when the common factor h = 1, the number of generation groups Q (x) having> order kg is φ (kg).

(31−2)式で与えられるシステムで、r=7,s=13、従ってn=91の場合、(31−4)式で与えられる拡張2次双曲線群EHCの最大位数kqは、(32−3)式からしてkq=28になる。判別式D/4=c+4aについては、(D/r)=−1,(D/s)=−1であるようにパラメータc=1,a=8を決定し、τ(d)/r)=−1,(τ(d)/s)=−1であるようにτ(d)を選択するものとし、ゼロ点をd=2に選択する。又、ベースポイントの選択は、τ(x)/r)=−1,(τ(x)/s)=−1であるようにx値を選択するものとする。 In the system given by equation (31-2), when r = 7, s = 13, and therefore n = 91, the maximum order kq of the extended quadratic hyperbolic group EHC given by equation (31-4) is ( From the equation 32-3), kq = 28. For discriminant D / 4 = c 2 + 4a, parameters c = 1 and a = 8 are determined so that (D / r) = − 1 and (D / s) = − 1, and τ (d) / τ (d) is selected so that r) = − 1 and (τ (d) / s) = − 1, and the zero point is selected as d = 2. The base point is selected by selecting an x value such that τ (x) / r) = − 1 and (τ (x) / s) = − 1.

前記のような曲線パラメータa,b,c,d,xで特定された拡張2次双曲線群EHCは、そのベースポイントをP(x)とするとき、生成群(部分群)Q(x)を生成する。即ち、
位数kg=1の生成群:φ(1)=1個 {Q(2)}
位数kg=2の生成群:φ(2)=1個 {Q(28)}
位数kg=4の生成群:φ(4)=2個 {Q(41),Q(67)}
位数kg=7の生成群:φ(7)=6個 {Q(23),Q(37),Q(51),Q(58),Q(65),Q(79)}
位数kg=14の生成群:φ(14)=6個 {Q(0),Q(14),Q(49),Q(63),Q(77),Q(84)}
位数kg=28の生成群:φ(28)=12個
{Q(6),Q(11),Q(13),Q(25),Q(27),Q(32),Q(39),Q(53),Q(62),Q(76),Q(88),Q(90)}
という構造を有する。この構造は、2次双曲線群の各位数k,kの値のみに依存して定まる。従って、これらの関係から、2次双曲線群HCと同様に、kgの約数dにつき
The extended quadratic hyperbola group EHC specified by the curve parameters a, b, c, d, x as described above has a generation group (subgroup) Q (x) as the base point P (x). Generate. That is,
Generation group of order kg = 1: φ (1) = 1 piece {Q (2)}
Generation group of order kg = 2: φ (2) = 1 piece {Q (28)}
Generation group of order kg = 4: φ (4) = 2 pieces {Q (41), Q (67)}
Generation group of order kg = 7: φ (7) = 6 {Q (23), Q (37), Q (51), Q (58), Q (65), Q (79)}
Generation group of order kg = 14: φ (14) = 6 {Q (0), Q (14), Q (49), Q (63), Q (77), Q (84)}
Generation group of order kg = 28: φ (28) = 12
{Q (6), Q (11), Q (13), Q (25), Q (27), Q (32), Q (39), Q (53), Q (62), Q (76) , Q (88), Q (90)}
It has the structure. This structure is determined depending only on the values of the orders k 1 and k 2 of the quadratic hyperbola group. Therefore, from these relationships, as with the quadratic hyperbolic group HC,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

という関係式が成立する。なお、生成群の定義は前記と同様で、
Q(x)={mP(x)|P(x)∈EHC,kgP(x)=O,1≦m≦kg,kgは最大位数kqの約数}
・・・・(34−2)
のように定義できる。例えば、上記Q(6)の場合、位数kg=28で、
Q(6)={1P=(6,0);2P=(49,76);3P=(11,36);4P=(65,30);5P=(90,35);6P=(14,55);
7P=(67,15);8P=(58,65);9P=(62,63);10P=(63,62);11P=(39,43);12P=(51,9);13P=(27,42);14P=(28,41);15P=(32,78);16P=(23,37);17P=(76,49);18P=(0,69);19P=(25,22);20P=(79,16);21P=(41,28);22P=(84,13);23P=(88,50);24P=(37,23);25P=(13,56);26P=(77,48);27P=(53,29);28P=(2,2);}
である。生成群Q(x)の総個数は、拡張2次双曲線群の位数kと一致する。この様子が図8に示されている。
The following relational expression holds. The definition of the generation group is the same as above,
Q (x) = {mP (x) | P (x) εEHC, kgP (x) = O, 1 ≦ m ≦ kg, kg is a divisor of the maximum order kq}
.... (34-2)
Can be defined as For example, in the case of Q (6) above, the order kg = 28,
Q (6) = {1P = (6,0); 2P = (49,76); 3P = (11,36); 4P = (65,30); 5P = (90,35); 6P = (14 , 55);
7P = (67,15); 8P = (58,65); 9P = (62,63); 10P = (63,62); 11P = (39,43); 12P = (51,9); 13P = (27,42); 14P = (28,41); 15P = (32,78); 16P = (23,37); 17P = (76,49); 18P = (0,69); 19P = (25 20P = (79,16); 21P = (41,28); 22P = (84,13); 23P = (88,50); 24P = (37,23); 25P = (13,56) 26P = (77,48); 27P = (53,29); 28P = (2,2);
It is. The total number of generation groups Q (x) matches the order k of the extended quadratic hyperbola group. This is shown in FIG.

2次双曲線群HCでは、位数kgを有する生成群Q(x)の個数は、φ(kg)個で与えられていた。合成数位数の拡張2次双曲線群EHCで位数kgを有する生成群Q(x)の個数ψ(kg)は、当該合成数位数k,kの2つの因数d1,d2がそれぞれk,kの約数の何れかである場合に、(k,k)=1の関係では、当該因数d,dを位数とする2次双曲線群HCにおける生成群の個数φ(d),φ(d)の積和になる、と考えられる。従って、(k,k)=1の関係が維持されている限り、各位数k,kの因数d及びdを用いて、 In the quadratic hyperbolic group HC, the number of generation groups Q (x) having an order of kg is given by φ (kg). The number ψ (kg) of the generation group Q (x) having the order kg in the extended quadratic hyperbola group EHC of the composite order is that the two factors d1 and d2 of the composite order k 1 and k 2 are k 1, respectively. , K 2 , and the relationship (k 1 , k 2 ) = 1, the number φ of generated groups in the quadratic hyperbola group HC whose factors d 1 and d 2 are in order. It is considered that the product sum of (d 1 ) and φ (d 2 ) is obtained. Therefore, as long as the relationship of (k 1 , k 2 ) = 1 is maintained, using the factors d 1 and d 2 of the orders k 1 and k 2 ,

Figure 2009223035
Figure 2009223035


と表すことができる。(k,k)=1では(d,d)=1であるので、オイラー関数φの乗積的(multiplicative)性質からφ(d)φ(d)=φ(d)=φ(kg)が成立し、且つ、その組み合わせが1通りだけなので、
ψ(kg)=f(kg) ・・・・(34−4)
が成立する。即ち、(k,k)=1の場合、位数kgを有する生成群Q(x)の個数は、合成数位数の拡張2次双曲線群EHCでも、素数位数の2次双曲線群HCと同様の表現で求めることができる。しかし、(k,k)=h≠1のときは、その共通因数hにつきどのような取り扱いをすべきか明確ではない。
It can be expressed as. Since (d 1 , d 2 ) = 1 when (k 1 , k 2 ) = 1, φ (d 1 ) φ (d 2 ) = φ (d 1 ) due to the multiplicative nature of the Euler function φ d 2 ) = φ (kg) holds and there are only one combination,
ψ (k g ) = f (k g ) (34-4)
Is established. That is, in the case of (k 1 , k 2 ) = 1, the number of generation groups Q (x) having the order kg is equal to the secondary hyperbola group HC of prime order even in the extended secondary hyperbola group EHC of composite order. It can be obtained with the same expression. However, when (k 1 , k 2 ) = h ≠ 1, it is not clear how to handle the common factor h.

前記具体的計算例では、各素因数のみで構成される位数k,kが共通の素因数を有しておらず、(k,k)=1の関係にあった。これに対し位数k,kが共通の素因数を有している場合には、どのような構造を有するのかをここで明らかにする。 In the specific calculation example, the orders k 1 and k 2 constituted only by the prime factors do not have a common prime factor and have a relationship of (k 1 , k 2 ) = 1. On the other hand, when the orders k 1 and k 2 have a common prime factor, it will be clarified here what the structure is.

図9は、本発明の実施例3に係る法n=391、位数k=108の拡張2次双曲線群(生成群Q(x))の構造を示す図である。この図9では、共通因数h≠1のとき、>位数kgを有する生成群Q(x)の個数はψ(kg)個であることが開示されている。   FIG. 9 is a diagram illustrating a structure of an extended quadratic hyperbola group (generation group Q (x)) with modulus n = 391 and order k = 108 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 discloses that when the common factor h ≠ 1, the number of generation groups Q (x) having> order kg is ψ (kg).

具体例としては、r=17,s=23、従ってn=391の場合、(32−3)式で与えられる拡張2次双曲線群EHCの位数kは
kq=LCM(k,k)=(9,12)=36
になる。判別式D/4=c+4aについては、(D/r)=−1,(D/s)=−1であるようにパラメータc=1,a=1を決定し、τ(d)/r)=−1,(τ(d)/s)=−1であるようにτ(d)を選択するものとし、ゼロ点をd=3に選択する。又、ベースポイントの選択はτ(x)/r)=−1,(τ(x)/s)=−1であるようにx値を選択するものとする。
As a specific example, when r = 17, s = 23, and therefore n = 391, the order k of the extended quadratic hyperbola group EHC given by the equation (32-3) is kq = LCM (k 1 , k 2 ). = (9,12) = 36
become. For discriminant D / 4 = c 2 + 4a, parameters c = 1 and a = 1 are determined so that (D / r) = − 1 and (D / s) = − 1, and τ (d) / τ (d) is selected so that r) = − 1 and (τ (d) / s) = − 1, and the zero point is selected as d = 3. The base point is selected by selecting an x value such that τ (x) / r) = − 1 and (τ (x) / s) = − 1.

このとき特定された拡張2次双曲線群EHCは、そのベースポイントをP(x)とするとき、生成群(部分群)Q(x)を生成する。即ち、
位数kg=1の生成群:ψ(1)=1個 {Q(3)}
位数kg=2の生成群:ψ(2)=1個 {Q(105)}
位数kg=3の生成群:ψ(3)=8個 {Q(20),Q(95),Q(104),Q(112),Q(173),Q(265),Q(325),Q(342)}
位数kg=4の生成群:ψ(4)=2個 {Q(71),Q(207)}
位数kg=6の生成群:ψ(6)=8個 {Q(36),Q(87),Q(156),Q(197),Q(206),Q(248),Q(275),Q(367)}
位数kg=9の生成群:ψ(9)=18個 {Q(81),Q(127),Q(141),Q(150),Q(158),Q(164),Q(181),Q(210),Q(227),Q(302),Q(311),Q(319),Q(334),Q(348),Q(365),Q(371),Q(380),Q(388)}
位数kg=12の生成群:ψ(12)=16個 {Q(2),Q(10),Q(19),Q(27),Q(78),Q(88),Q(138),Q(163),Q(180),Q(240),Q(257),Q(299),Q(308),Q(309),Q(326),Q(377)
位数kg=18の生成群:ψ(18)=18個 {Q(13),Q(22),Q(45),Q(59),Q(64),Q(82),Q(91),Q(110),Q(133),Q(183),Q(229),Q(243),Q(252),Q(266),Q(294),Q(312),Q(317),Q(363)}
位数kg=36の生成群:ψ(36)=36個 {Q(23),Q(25),Q(42),Q(48),Q(56),Q(71),Q(73),Q(79),Q(96),Q(115),Q(124),Q(125),Q(142),Q(147),Q(161),Q(184),Q(193),Q(209),Q(217),Q(226),Q(232),Q(234),Q(249),Q(263),Q(278),Q(280),Q(285),Q(286),Q(295),Q(303),Q(331),Q(345),Q(354),Q(368),Q(370),Q(387)}
である。合計108個の生成群ができる。この様子が図9に示されている。
The extended quadratic hyperbola group EHC identified at this time generates a generation group (subgroup) Q (x) when its base point is P (x). That is,
Generation group of order kg = 1: ψ (1) = 1 piece {Q (3)}
Generation group of order kg = 2: ψ (2) = 1 piece {Q (105)}
Generation group of order kg = 3: ψ (3) = 8 {Q (20), Q (95), Q (104), Q (112), Q (173), Q (265), Q (325 ), Q (342)}
Generation group of order kg = 4: ψ (4) = 2 pieces {Q (71), Q (207)}
Generation group of order kg = 6: ψ (6) = 8 {Q (36), Q (87), Q (156), Q (197), Q (206), Q (248), Q (275 ), Q (367)}
Generation group of order kg = 9: ψ (9) = 18 {Q (81), Q (127), Q (141), Q (150), Q (158), Q (164), Q (181 ), Q (210), Q (227), Q (302), Q (311), Q (319), Q (334), Q (348), Q (365), Q (371), Q (380) ), Q (388)}
Generation group of order kg = 12: ψ (12) = 16 {Q (2), Q (10), Q (19), Q (27), Q (78), Q (88), Q (138 ), Q (163), Q (180), Q (240), Q (257), Q (299), Q (308), Q (309), Q (326), Q (377)
Generation group of order kg = 18: ψ (18) = 18 {Q (13), Q (22), Q (45), Q (59), Q (64), Q (82), Q (91 ), Q (110), Q (133), Q (183), Q (229), Q (243), Q (252), Q (266), Q (294), Q (312), Q (317) ), Q (363)}
Generation group of order kg = 36: ψ (36) = 36 {Q (23), Q (25), Q (42), Q (48), Q (56), Q (71), Q (73 ), Q (79), Q (96), Q (115), Q (124), Q (125), Q (142), Q (147), Q (161), Q (184), Q (193) ), Q (209), Q (217), Q (226), Q (232), Q (234), Q (249), Q (263), Q (278), Q (280), Q (285) ), Q (286), Q (295), Q (303), Q (331), Q (345), Q (354), Q (368), Q (370), Q (387)}
It is. A total of 108 generation groups are created. This is shown in FIG.

(k,k)=h≠1のとき、位数kgを有する生成群Q(x)の個数ψ(kg)がどのような関係式で表現されるかは、容易に推定できない。そこで、実際に(k,k)=h≠1であるこの具体例から探ることになる。 When (k 1 , k 2 ) = h ≠ 1, it cannot be easily estimated by what relational expression the number ψ (kg) of the generated group Q (x) having the order kg. Therefore, the actual example will be searched from (k 1 , k 2 ) = h ≠ 1.

最大位数kqは、kq=LCM(k1,k2)=LCM(9,12)=36である。素因数h=3が共通の要素であるので、各生成群の位数kgを与える生成群の個数ψ(kg)は前記、及び図9で開示した通りである。この数値関係を眺めると、例えば、kg=18の約数d|kgに係る和につき
ψ(18)+ψ(9)+ψ(6)+ψ(3)+ψ(2)+ψ(1)=18+18+8+8+1+1=54=3kg
が成立している。因数h=3は、前記共通の因数(k,k)=h≠1に該当する。これは、位数kg以下である生成群の個数の総和が、当該位数kgの倍数に増加したことを意味している。共通の因数hは、2次双曲線群HCの生成群の最大位数kqの増加には寄与しないで、生成群の個数の総和に寄与している。これが、拡張2次双曲線群EHCで群位数kと生成群の最大位数kqが異なる原因である。そこで、一般的に
The maximum order kq is kq = LCM (k1, k2) = LCM (9,12) = 36. Since the prime factor h = 3 is a common element, the number ψ (kg) of generation groups giving the order kg of each generation group is as described above and in FIG. Looking at this numerical relationship, for example, ψ (18) + ψ (9) + ψ (6) + ψ (3) + ψ (2) + ψ (1) = 18 + 18 + 8 + 8 + 1 + 1 = 54 per sum related to a divisor d | kg of kg = 18 = 3k g
Is established. The factor h = 3 corresponds to the common factor (k 1 , k 2 ) = h ≠ 1. This means that the sum total of the number of generation groups of order kg or less has increased to a multiple of the order kg. The common factor h does not contribute to an increase in the maximum order kq of the generation group of the quadratic hyperbola group HC, but contributes to the total number of generation groups. This is the reason why the group order k is different from the maximum order kq of the generation group in the extended quadratic hyperbolic group EHC. So generally

Figure 2009223035
Figure 2009223035

が成立していると予想される。即ち、位数kg以下の生成群Q(x)の個数の総和は、当該位数kgの倍数、特に共通の因数hになる。証明はない。共通の因数hは、固定ではなくて、kgの値に依存している。即ち、一般的には最大公約数(GCD:Greatest Common Divisor)を用いてh=GCD(kg,k,k)、若しくは、単に
h=(kg,k,k) ・・・・(35−2)
になっている。
Is expected to hold. That is, the sum of the number of generation groups Q (x) of order kg or less becomes a multiple of the order kg, particularly a common factor h. There is no proof. The common factor h is not fixed but depends on the value of kg. That is, generally, using the greatest common divisor (GCD), h = GCD (kg, k 1 , k 2 ), or simply h = (kg, k 1 , k 2 ). (35-2)
It has become.

(35−1)式の特別の場合として、kg=kq=LCM(k,k)の場合を考えると、整数論では、
=LCM(k,k)GCD(k,k)及びGCD(LCM(k,k),k,k)=GCD(k,k
の関係が成立するので、
As a special case of equation (35-1), considering the case of kg = kq = LCM (k 1 , k 2 ), in number theory,
k 1 k 2 = LCM (k 1 , k 2 ) GCD (k 1 , k 2 ) and GCD (LCM (k 1 , k 2 ), k 1 , k 2 ) = GCD (k 1 , k 2 )
Since the relationship of

Figure 2009223035
Figure 2009223035

となる。この(35−3)式は、(34−1)式の拡張に相当する。
整数論のメービィウス(Mobius)の反転公式(inversion formula)によれば、
It becomes. This expression (35-3) corresponds to an extension of the expression (34-1).
According to Mobius's inversion formula for number theory,

Figure 2009223035
Figure 2009223035




と、反転する公式が成立する。但し、μ(d)はメービィウス関数と呼ばれるもので、値dの素因数でその2乗以上のものが存在するときにμ(d)=0、全部1乗である場合は、その個数をmとしたときにμ(d)=(−1)、μ(1)=1という性質を有している。 And the reversal formula is established. However, μ (d) is called a Möbius function, and when there is a prime factor of the value d that is greater than or equal to its square, μ (d) = 0, and when all are the first power, the number is m Then, μ (d) = (− 1) m and μ (1) = 1.

ここで、メービィウス関数μ(d)は、巡回群につき2つの意味を持つと考えられる。
第1は、値
Here, the Mobius function μ (d) is considered to have two meanings per cyclic group.
The first is the value

Figure 2009223035
Figure 2009223035

である場合に、値d0=p1p2…pm以外の値dの素因数でその2乗以上のものが排除されていることである。これは、値

Figure 2009223035
だけが基本周期で、それ以外の値dの素因数でそのべき乗部が2乗以上のものは周期に成り得ないことを示している。d=nである場合の基本周期d0は、この巡回群の全ての固有周期を決める基礎に成っている。別の見方をして見る。値 If it is that that of the square or in prime values d 0 = p 1 p 2 ... p m values other than d have been eliminated. This is the value
Figure 2009223035
Only the basic period, and other prime factors having a value d that is a power of 2 or more cannot be a period. The fundamental period d 0 when d = n is the basis for determining all the natural periods of this cyclic group. Take a different view. value

Figure 2009223035
Figure 2009223035

である場合は、値d0=p1p2…pmとの関係として、 The relationship between the value d 0 = p 1 p 2 … p m is

Figure 2009223035

Figure 2009223035

であるので、 So

Figure 2009223035

Figure 2009223035

の関係式が成立するが、これは周期nの下で基本周期d0に係る構造がn/d回繰り返される構造が存在することを意味している。 This means that there exists a structure in which the structure related to the basic period d 0 is repeated n / d 0 times under the period n.

第2は、基本周期d0=p1p2…pmである場合に、mが偶数である場合にメービィウス関数は(+1)に、mが奇数である場合にメービィウス関数は(−1)になるが、これは、例えば巡回群の個数を計算するときに、重複した計算を排除する意味がある。最初にμ(d)=1と定めたことは、偶数個素因数で(+1)に、奇数個素因数で(−1)に定めたことを意味し、周期1を有するn個の巡回群から、見掛け上周期nを有しn値の約数dを周期とする巡回群の個数を交互に差し引きして行く。交互に差し引く理由は以下の通りである。 Second, if a fundamental period d 0 = p 1 p 2 ... p m, the Mebyiusu function (+1) when m is an even number, the Mebyiusu function if m is an odd number (-1) However, this means that, for example, when calculating the number of cyclic groups, redundant calculation is eliminated. First, μ (d) = 1 is defined as an even number prime factor (+1) and an odd number prime factor (−1). From n cyclic groups having period 1, The number of cyclic groups having an apparent period n and a period of a divisor d of n values is subtracted alternately. The reason for subtracting alternately is as follows.

まず、基本周期d0に係る素因数を要素とする集合を考え、その集合では或る周期pとpをその積周期pの内側に配置する。このようにすると、例えば、偶数個素因数pを有する集合の内側に奇数個素因数p若しくはpが配置される構造ができ、その逆の構造も成立するので、第1に前記(+1)若しくは(−1)の符号をそれぞれの集合に割り当てることができ、第2にある倍数の集合の内側にその約数の集合を配置できる。 First, a set whose elements are prime factors related to the basic period d 0 is considered, and in the set, certain periods p 1 and p 2 are arranged inside the product period p 1 p 2 . In this case, for example, a structure in which the odd-numbered prime factors p 1 or p 2 are arranged inside the set having the even-numbered prime factors p 1 p 2 , and the opposite structure is also established. +1) or (-1) can be assigned to each set, and a set of divisors can be placed inside a second set of multiples.

このとき、周期nのみを固有周期とする巡回群の個数φ(n)を求めることを考えると、最初にメービィウス関数により基本周期d0以外の周期につき排除できる。次に、周期d=1の場合は一番外側の集合、基本周期d0に係る素因数の積集合に対応し、n個ある。次にその1つ内側の集合を考えると、これは基本周期d0の約数であり、素因数が1つ少なくなっている。従って、メービィウス関数で逆の符号が割り当てられており、前記n個の巡回群から、その約数を周期とする巡回群の個数を差し引くことになる。但し、その集合の内側に別の集合がある場合には、この作業を継続することにより、その約数に係る固有周期の個数のみを差し引くようにする。周期nを考えた場合は、その約数に係る周期dを有する巡回群の個数はn/d個なので、 At this time, considering obtaining the number of cyclic groups φ (n) whose natural period is only the period n, it is possible to exclude periods other than the basic period d 0 by the Moebius function first. Next, when the period d = 1, n corresponds to the outermost set, the product set of prime factors related to the basic period d 0 . Next, when considering the inner set, this is a divisor of the basic period d 0 , and the prime factor is decreased by one. Therefore, the opposite sign is assigned by the Moebius function, and the number of cyclic groups having the divisor as a period is subtracted from the n cyclic groups. However, when there is another set inside the set, by continuing this operation, only the number of natural periods related to the divisor is subtracted. Considering the period n, the number of cyclic groups having the period d related to the divisor is n / d.

Figure 2009223035

Figure 2009223035

により、周期nのみを固有周期とする巡回群の個数φ(n)を求めることができる。結局、周期nが基本周期d0を有するときには、上式のn/dという形で基本周期d0を有する巡回群の個数の増加に寄与しているだけである。 Thus, the number of cyclic groups φ (n) having only the period n as the natural period can be obtained. After all, when the period n has the basic period d 0 , it only contributes to the increase in the number of cyclic groups having the basic period d 0 in the form of n / d in the above equation.

さて、(35−1)式及び(35−2)式と(35−4)式を対比させ、その反転を行って(35−5)式を求めると、   Now, when the expressions (35-1) and (35-2) are compared with the expressions (35-4) and inverted to obtain the expression (35-5),

Figure 2009223035
Figure 2009223035


と、当初の目的であった位数kgを有する生成群Q(x)の個数ψ(kg)を明示の形で求めることができた。ここで、k=k,k=1と置いて拡張形でない2次双曲線群HCに帰着させると、(kg/d,k,1)=1であることから、(35−6)式は、 Then, the number ψ (kg) of the production group Q (x) having the order kg, which was the original purpose, could be obtained in an explicit form. Here, when k 1 = k, k 2 = 1 and reduced to a non-expanded quadratic hyperbola group HC, since (kg / d, k, 1) = 1, the equation (35-6) Is

Figure 2009223035
Figure 2009223035

に帰着する。整数論によれば、(35−7)式の右辺はオイラーの関数φ(kg)そのものである。(35−7)式によればψ(kg)=φ(kg)であるので、再び(34―4)式を確認することになった。(35−6)式で与えられる関数ψ(kg)は、オイラーの関数の拡張形であるので、「拡張オイラーの関数(extended totient function)」と呼ぶことにする。2次双曲線群HCでは位数kgを有する生成群の個数はφ(kg)個であったが、拡張2次双曲線群EHCでは位数kgを有する生成群の個数はψ(kg)個である。 To return to. According to the number theory, the right side of the equation (35-7) is Euler's function φ (kg) itself. According to the equation (35-7), ψ (kg) = φ (kg), so the equation (34-4) was confirmed again. Since the function ψ (kg) given by the expression (35-6) is an extended form of Euler's function, it will be called “extended Euler function (extended totient function)”. In the quadratic hyperbola group HC, the number of generation groups having the order kg is φ (kg), whereas in the extended quadratic hyperbola group EHC, the number of generation groups having the order kg is ψ (kg). .

(35−6)式についての直接の証明はないが、一応次のように解釈される。まず、(k,k)=h≠1のときは、その共通因数hは常に構成素因数の2乗以上の形で現れるので、メービィウス関数の性質から前記基本周期に影響を与えない。従って、(35−6)式の項数が実質的に増えることはなく、当該基本周期を有する巡回群の個数kg/dに影響するだけである。ここで位数k=kの構造を考えれば、 Although there is no direct proof about (35-6), it is interpreted as follows. First, when (k 1 , k 2 ) = h ≠ 1, the common factor h always appears in the form of the square of the constituent factor or more, so the basic period is not affected by the nature of the Mobius function. Therefore, the number of terms in the expression (35-6) does not substantially increase, and only affects the number kg / d of cyclic groups having the basic period. Here, considering the structure of order k = k 1 k 2 ,

Figure 2009223035



Figure 2009223035



となって、共通部分を有しない構造が、h回繰り返される構造が存在すると考えられる。
基本周期を有する巡回群の個数の値kg/dの前記共通部分は(kg/d,k,k)であるので、上記議論により当該基本周期を有する巡回群の個数は、kg/dから(kg/d)(kg/d,k,k)に増加する。
Thus, it is considered that there is a structure in which a structure having no common part is repeated h times.
Since the common part of the value kg / d of the number of cyclic groups having a basic period is (kg / d, k 1 , k 2 ), the number of cyclic groups having the basic period is kg / d according to the above discussion. To (kg / d) (kg / d, k 1 , k 2 ).

拡張オイラーの関数(35−6)式の威力を理解するために、ここではより複雑な共通の因数hを有する拡張2次双曲線群EHCにより、具体的な試行数値例を掲げる。
r=29,s=59,n=1711で、a=9,c=1,d=7に選択された場合、
位数kg=1の生成群:ψ(1)=1個
位数kg=2の生成群:ψ(2)=1個
位数kg=3の生成群:ψ(3)=8個
位数kg=5の生成群:ψ(5)=24個
位数kg=6の生成群:ψ(6)=8個
位数kg=10の生成群:ψ(10)=24個
位数kg=15の生成群:ψ(15)=192個
位数kg=30の生成群:ψ(30)=192個
であった。この拡張2次双曲線群EHCは、単独の2次双曲線群HCの位数k=15,k=30で構成され、共通因数はGCD(k,k)=15である。最大位数kqは、kq=LCM(k,k)=LCM(15,30)=30である。位数kg=9,25の生成群は出現しない。この理由は、これらの位数が最大位数kqの約数ではないからである。
例えば、kg=6の場合、(35−6)式から、
In order to understand the power of the extended Euler function (35-6), a specific example of trial values is given here by means of an extended quadratic hyperbola group EHC having a more complex common factor h.
When r = 29, s = 59, n = 1711 and a = 9, c = 1, and d = 7 are selected,
Generation group of order kg = 1: ψ (1) = 1 generation group of order kg = 2: ψ (2) = 1 generation group of order kg = 3: ψ (3) = 8 Generation group of kg = 5: ψ (5) = 24 generation group of order kg = 6: ψ (6) = 8 generation group of order kg = 10: ψ (10) = 24 order kg = 15 production groups: ψ (15) = 192 production groups with order kg = 30: ψ (30) = 192. This extended quadratic hyperbola group EHC is composed of the order k 1 = 15, k 2 = 30 of a single quadratic hyperbola group HC, and the common factor is GCD (k 1 , k 2 ) = 15. The maximum order kq is kq = LCM (k 1 , k 2 ) = LCM (15,30) = 30. A generation group of order kg = 9,25 does not appear. This is because these orders are not divisors of the maximum order kq.
For example, when kg = 6, from the equation (35-6),

Figure 2009223035
Figure 2009223035









で、実際に試行計算で数えた生成群の個数と一致する。(35−6)式を使えば、単独の2次双曲線群HCの位数k,kで構成される拡張2次双曲線群EHCで、位数kgを有する生成群の個数を予め知ることができる。 Thus, it matches the number of generation groups actually counted by trial calculation. If the equation (35-6) is used, it is possible to know in advance the number of generation groups having the order kg in the extended quadratic hyperbola group EHC composed of the orders k 1 and k 2 of a single quadratic hyperbola group HC. Can do.

拡張2次双曲線群EHCの定義においてJacobiの記号を導入すると、群の構成が維持できないことが分かっている。2次双曲線群HCで問題になった群演算の定義域と閉鎖性に関し、Jacobiの記号による剰余環Z/nZの限定を行う場合を検討してみる。
拡張2次双曲線群EHCをJacobiの記号を使って、
It has been found that the introduction of the Jacobi symbol in the definition of the extended quadratic hyperbolic group EHC does not maintain the group composition. Consider the case of limiting the remainder ring Z / nZ by Jacobi's symbol with respect to the domain and closedness of group operations that became a problem in the quadratic hyperbolic group HC.
Expanded quadratic hyperbolic group EHC using Jacobi symbol,

Figure 2009223035
Figure 2009223035



と定義してみる。この場合巡回群の構造が破壊されてしまうことが分かっている。
形式上、法がpであった場合と同様に、法nの場合にも群演算の閉鎖性と未定義域の解消を達成することができる。即ち、R(x3)=P(x1)+Q(x2)という群演算を行ったとき、
Let's define it. In this case, it is known that the structure of the traveling group is destroyed.
Formally, the closeness of the group operation and the elimination of the undefined region can be achieved in the case of the modulus n as well as the case where the modulus is p. That is, when a group operation of R (x3) = P (x1) + Q (x2) is performed,

Figure 2009223035
Figure 2009223035






であるので、 So

Figure 2009223035
Figure 2009223035





になる。なお、(36−2)式の分母は、法nのもとでも平方剰余になっている。群演算の関係式は剰余演算と関係なく成立するからである。更に、(36−2)式の分母が0になる未定義状態では、 become. Note that the denominator of the equation (36-2) is a square remainder even under the modulus n. This is because the relational expression of the group operation is established regardless of the remainder operation. Furthermore, in the undefined state where the denominator of the equation (36-2) is 0,

Figure 2009223035
Figure 2009223035

の関係が成立するので、 Since the relationship of

Figure 2009223035
Figure 2009223035





であるので、一方の値を当該集合から排除することにより、群演算の未定義域の解消を図ることができる。 Therefore, by eliminating one value from the set, it is possible to eliminate the undefined area of the group operation.

しかし、Legendreの記号で(36−3)式の実現を考えると、平方剰余数を取り扱うことになる。例えば、法nが合成数で素因数r及びsの積で与えられるときに、拡張2次双曲線群EHCをどのように構成すれば良いのかを検討してみる。この場合には(36−3)式の   However, considering the realization of equation (36-3) with the Legendre symbol, the square remainder is handled. For example, consider how the extended quadratic hyperbolic group EHC should be constructed when the modulus n is a composite number given by the product of prime factors r and s. In this case, the equation (36-3)

Figure 2009223035
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により実現できる。この組み合わせは(36−2)式で与えられる演算結果が、(36−5)式、(36−6)式に係る属性の同一性を維持するように定めてある。ここで、ゼロ元P(x)(x=d)もx値の1つであるので、x値とd値は、τ(x)=x+cx−a値とτ(d)=d+cd−a値が同一の属性になるように選ばれる。これは、始めにゼロ元P(d)を定めることが、(36−5)式、(36−6)式の何れかのシステムを選択したことを意味している。 Can be realized. This combination is determined so that the calculation result given by the expression (36-2) maintains the same attribute attribute according to the expressions (36-5) and (36-6). Here, since the zero element P (x) (x = d) is also one of the x values, the x value and the d value are τ (x) = x 2 + cx−a value and τ (d) = d 2. The + cd-a values are chosen to be the same attribute. This means that the determination of the zero element P (d) at the beginning has selected either of the systems (36-5) and (36-6).

(36−5)式、(36−6)式の何れかのシステムを選択した場合の最大の問題点は、群演算の途中で逆元を有しない値が大量に生成されることである。法n=rsの場合、rs=0(mod n)であるから、素因数r,sの倍数は全て逆元を有しない。例えば、或る数xの逆元(mod n)がyであるとすると、xy=1(mod r),xy=1(mod s)の双方が成立しなければならない。しかし、数xが素因数r,sの倍数であれば、少なくとも何れかが満たされない。それ故、素因数r,sの倍数は全て逆元を有しない。又、群演算の未定義域を有し、群の構造が維持できていない。この原因は、   The biggest problem when the system of either (36-5) or (36-6) is selected is that a large number of values having no inverse element are generated in the middle of the group operation. When modulo n = rs, since rs = 0 (mod n), all multiples of prime factors r and s do not have an inverse element. For example, if an inverse element (mod n) of a certain number x is y, both xy = 1 (mod r) and xy = 1 (mod s) must be established. However, if the number x is a multiple of the prime factors r and s, at least one of them is not satisfied. Therefore, all the multiples of prime factors r and s have no inverse element. Further, the group operation has an undefined area, and the group structure cannot be maintained. This is because

Figure 2009223035
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を採用したことにより、(36−4)式において、(36−7)式の当該素因数に係る属性が排他対と等しくなることにある。この結果、当該素因数についてゼロ割の状態が出現する。 As a result, the attribute related to the prime factor in the expression (36-7) in the expression (36-4) is equal to the exclusive pair. As a result, a zero percent state appears for the prime factor.

しかし、後記するように逆元演算を最後まで実行しないで、群演算を実行する方法(逆元計算後回し法)が存在する。このとき、見掛け上群の構造が維持され、見掛け上の位数も求めることができる。数学上は、半群(semigroup)、特に単位元を有する単位半群(monoid)である。半群の観点からすると、(36−1)式で与えた拡張2次双曲線群の定義が復活する。この半群を「拡張2次双曲線半群」と呼ぶことにする。又、分かりやすい表現として、ここでは属性の変更を受け入れた場合も含めて、広く「群のイメージ(image)」と呼ぶことにする。そこで、群のイメージの具体的な計算例を紹介する。   However, as will be described later, there is a method of performing group operations without performing the inverse operation until the end (reverse method of inverse element calculation). At this time, the apparent group structure is maintained, and the apparent order can be obtained. Mathematically, it is a semigroup, especially a unit semigroup with unit elements. From the viewpoint of the half group, the definition of the extended quadratic hyperbola group given by the equation (36-1) is restored. This half group will be referred to as an “extended quadratic hyperbolic half group”. Also, as an easy-to-understand expression, here, it will be widely referred to as a “group image”, including cases where attribute changes are accepted. Therefore, a specific calculation example of the group image is introduced.

図10(A)〜(C)は、r=13,s=17,n=221である拡張2次双曲線半群の具体例であって、各属性につき位数kgを与える生成群Q(x)の個数を示す図である。このうち、図10(A)は位数kgを与える生成群の個数(τ(d))とτ(x)の属性一致)を示す図、図10(B)は位数kgを与える生成群の個数(τ(d))とτ(x)の属性不一致)を示す図、及び、図10(C)は判別式Dとτ(x)の属性不一致、及びτ(d)とτ(x)の属性一致を示す図である。   FIGS. 10A to 10C are specific examples of the extended quadratic hyperbolic semigroup with r = 13, s = 17, and n = 221, and a generator group Q (x that gives the order kg for each attribute. ). Among these, FIG. 10 (A) is a diagram showing the number of generation groups that give order kg (attribute matching of τ (d)) and τ (x)), and FIG. 10 (B) is a generation group that gives order kg. FIG. 10C shows the attribute mismatch between discriminant D and τ (x), and τ (d) and τ (x FIG.

図10(A)では、各生成群の計算にあたってゼロ元の属性(τ(d)/r),(τ(d)/s)をベースポイントP(x)と一致させている。この結果を見ると、各属性を有する生成群の個数は等しくなく、n/4の値に近いというだけで、4等分されてはいない。この原因は、τ(x)のように関数になっている場合、関数値の制限から取り得る値の個数に偏りが生じるからである。   In FIG. 10A, the zero element attributes (τ (d) / r) and (τ (d) / s) are made to coincide with the base point P (x) in the calculation of each generation group. Looking at this result, the number of generation groups having each attribute is not equal and is not divided into four equal parts, just to be close to the value of n / 4. This is because when the function is a function such as τ (x), the number of possible values is biased due to the limitation of the function value.

図10(B)では、各生成群の計算にあたってゼロ元の属性(τ(d)/r),(τ(d)/s)をベースポイントP(x)と一致させない場合を試みている。この場合、ゼロ元は出現しないが、逆元計算後回し法の計算方法からしてゼロ元に相当する一致を得ることができる。これによれば、位数kgは上段の図の場合の2倍になっており、その個数は一致している。(36−4)式からすれば、2回の群演算を続けて実行するとその属性は元に戻る。従って、(37−3)式、(37−4)式の演算を2回実行する操作を群演算と考えるとつじつまが合う。即ち、ゼロ元の属性をベースポイントP(x)の属性と一致させない場合には、群演算が変更になるだけで、その位数は一致する。別のいい方をすれば、τ(x)とτ(d)の属性が一致しない拡張2次双曲線半群は、当該属性が一致する拡張2次双曲線群と同型(isomorphic)で、群演算が異なっているだけである。   In FIG. 10B, an attempt is made to make the zero element attributes (τ (d) / r) and (τ (d) / s) not coincide with the base point P (x) in the calculation of each generation group. In this case, the zero element does not appear, but the coincidence corresponding to the zero element can be obtained from the inverse element calculation post-rotation calculation method. According to this, the order kg is twice that in the case of the upper figure, and the number is the same. According to the equation (36-4), when two group operations are continuously executed, the attribute is restored. Therefore, when the operation of executing the calculations of the expressions (37-3) and (37-4) twice is regarded as a group operation, it is appropriate. That is, when the zero-source attribute is not matched with the attribute of the base point P (x), only the group operation is changed and the order is matched. To put it another way, an extended quadratic hyperbola semigroup whose attributes of τ (x) and τ (d) do not match is isomorphic with an extended quadratic hyperbola group whose attributes match, and the group operation is It is only different.

図10(C)では、各生成群の計算にあたって判別式Dとτ(x)の属性不一致、及びτ(d)とτ(x)の属性一致の条件下で位数kg及びその個数を求めている。これによれば、判別式Dの属性に依存して拡張2次双曲線半群の構造が大きく変化する。判別式Dはもともと2次関数の特性を決めているのであるから、当該2次関数であるτ(x)やτ(d)の属性よりも基本的であると考えられる。前記先の特許出願で明らかにしていたように、判別式Dの属性によりτ(x)が平方剰余若しくは平方非剰余であるx値の個数は(p−1)/2個若しくは(p+1)/2個になる。従って、位数kgを与える生成群Q(x)の個数、特に最大位数kqは、(32−3)式ではなく   In FIG. 10C, in calculating each generation group, the order kg and its number are obtained under the condition that the discriminant D and the attribute τ (x) do not match and the attribute τ (d) and τ (x) match. ing. According to this, depending on the attribute of the discriminant D, the structure of the extended quadratic hyperbolic semigroup changes greatly. Since the discriminant D originally determines the characteristics of the quadratic function, it is considered to be more basic than the attributes of τ (x) and τ (d) that are the quadratic functions. As clarified in the previous patent application, the number of x values in which τ (x) is a square remainder or a square non-residue depending on the attribute of the discriminant D is (p−1) / 2 or (p + 1) / Become two. Therefore, the number of generation groups Q (x) giving the order kg, particularly the maximum order kq, is not the expression (32-3).

Figure 2009223035
Figure 2009223035

で与えられる。この結果は重要な意味がある。即ち、判別式Dの属性を変更することにより拡張2次双曲線半群の構造が大きく変更でき、且つ、どのように変更されるのか予め分かっているのであるから、拡張2次双曲線半群を従来の暗号理論や数学理論の進歩に寄与する「道具」として利用することができる。本実施例4では、素因数分解の問題に対し、拡張2次双曲線半群のこの特性を使う。 Given in. This result has important implications. That is, by changing the attribute of the discriminant D, the structure of the extended quadratic hyperbolic semigroup can be greatly changed, and since it is known in advance how to change the extended quadratic hyperbolic semigroup, It can be used as a “tool” that contributes to the advancement of cryptography and mathematical theory. In the fourth embodiment, this characteristic of the extended quadratic hyperbolic semigroup is used for the problem of prime factorization.

図10(C)の計算例における最大位数kqを(36−8)式から確認しておく。
r=13,s=17で
(D/r)=−1,(D/s)=−1で、kq=LCM((r+1)/2,(s+1)/2)=LCM(7,9)=63;
(D/r)=−1,(D/s)=+1で、kq=LCM((r+1)/2,(s−1)/2)=LCM(7,8)=56;
(D/r)=+1,(D/s)=−1で、kq=LCM((r−1)/2,(s+1)/2)=LCM(6,9)=18;
(D/r)=+1,(D/s)=+1で、kq=LCM((r−1)/2,(s−1)/2)=LCM(6,8)=24;
と予想計算でき、実際に試行計算で数えた値と一致する。
The maximum order kq in the calculation example of FIG. 10C is confirmed from the equation (36-8).
r = 13, s = 17, (D / r) =-1, (D / s) =-1, kq = LCM ((r + 1) / 2, (s + 1) / 2) = LCM (7,9) = 63;
(D / r) =-1, (D / s) = + 1, kq = LCM ((r + 1) / 2, (s-1) / 2) = LCM (7,8) = 56;
(D / r) = + 1, (D / s) = − 1, kq = LCM ((r−1) / 2, (s + 1) / 2) = LCM (6,9) = 18;
(D / r) = + 1, (D / s) = + 1, kq = LCM ((r−1) / 2, (s−1) / 2) = LCM (6,8) = 24;
It can be calculated as expected, and it matches the value actually counted in the trial calculation.

拡張2次双曲線半群については、未だその構造が十分に理解されておらず、その研究途上にある。   The structure of the extended quadratic hyperbolic semigroup is still not fully understood and is still under study.

ここでは、2次双曲線群HCの高速計算(逆元計算後回し法)を解説する。
2次双曲線群HCの計算を通常通り行うと、逆元計算の負担が重く、法pの大きさが大きいときには、ストリーム暗号等の応用が困難になる虞が有る。そこで、計算量を節減するために、逆元計算を最後まで行わず、最後の1回だけ逆元計算を行う方法(逆元計算後回し法)が考えらる。この方法は、分子と分母の計算を別々に行う。
群演算+をR(x3)=P(x1)+Q(x2)の形で計算した場合、
Here, a high-speed calculation of the quadratic hyperbola group HC (reverse method of inverse element calculation) will be described.
If the calculation of the quadratic hyperbola group HC is performed as usual, the burden of the inverse element calculation is heavy, and when the modulus p is large, there is a possibility that the application of the stream cipher becomes difficult. Therefore, in order to save the calculation amount, a method of performing the inverse element calculation only once at the end (inverse element calculation post-rotation method) without performing the inverse element calculation until the end can be considered. This method performs the numerator and denominator calculations separately.
When the group operation + is calculated as R (x 3 ) = P (x 1 ) + Q (x 2 ),

Figure 2009223035
Figure 2009223035




のように表記を変更する。同様に、x1=(x11,x12)、x2=(x21,x22)とすることにする。(37−1)式にこれを代入すると、 Change the notation as follows. Similarly, let x 1 = (x 11 , x 12 ) and x 2 = (x 21 , x 22 ). Substituting this into the equation (37-1) gives

Figure 2009223035
Figure 2009223035



従って、
x31=(d+c)x11x21+(−a)(x11x22+x21x12)+adx12x22 ・・・(37−3)
x32=−x11x21+d(x11x22+x21x12)+(dc−a)x12x22 ・・・・(37−4)
と、分子と分母を峻別した形で計算可能である。なお、初期値として、x1=(x1,1)、x2=(x2,1)を使う。
Therefore,
x 31 = (d + c) x 11 x 21 + (-a) (x 11 x 22 + x 21 x 12 ) + adx 12 x 22 (37-3)
x 32 = −x 11 x 21 + d (x 11 x 22 + x 21 x 12 ) + (dc−a) x 12 x 22 ... (37-4)
And the numerator and denominator can be calculated in distinct form. Note that x 1 = (x 1 , 1) and x 2 = (x 2 , 1) are used as initial values.

拡張2次双曲線半群の元は、分子である値x11と分母である値x12を用いて、P(x11,x12)若しくはy値を明示してP(x11,x12,y11,y12)のように表現できる。なお、(36−2)式において、x=dのとき、xの属性はそのまま維持されてxに伝えられるので、拡張2次双曲線半群のゼロ元P(d,1)は拡張2次双曲線群のゼロ元と等価である。 The element of the extended quadratic hyperbolic semigroup is expressed by P (x 11 , x 12 ) or y value by using the value x 11 which is a numerator and the value x 12 which is a denominator, and P (x 11 , x 12 , y 11 , y 12 ). In the equation (36-2), when x 1 = d, since the attribute of x 2 is maintained as it is and is transmitted to x 3 , the zero element P (d, 1) of the extended quadratic hyperbolic semigroup is expanded. Equivalent to the zero element of the quadratic hyperbola group.

この計算では1回の群演算に付き、剰余積を9回行う必要がある。最後の1回だけ逆元計算を行う方法で、単に位数k値を知るだけなら、逆元の計算も不要である。位数kの計算の場合、mPの計算でmP(x)=P(d)になる場合は、x31=d・x32となるので、m=kに至ったと知ることができる。又、元同士の一致は、互いに持ち寄った分子と分母の積の一致で判定できる。一般に逆元計算では、x値の逆元をxφ(n)−1(mod n)により求める方法が通常である。しかし、n値しか知らない場合に、そのφ(n)値を高速計算できないのであれば、その逆元計算を高速実行できない不利がある。逆元計算後回し法は、「群のイメージ」を計算するのに有効な方法で、素因数分解の問題等で活用することができる。又、ストリーム暗号の高速計算において著しい効果を発揮する。 In this calculation, it is necessary to perform the remainder product 9 times per group operation. If the inverse element calculation is performed only once at the last time and only the order k value is known, the inverse element calculation is not required. In the case of calculation of order k, if mP (x) = P (d) in the calculation of mP, x 31 = d · x 32 , so it can be known that m = k has been reached. Also, the match between elements can be determined by the match of the product of the numerator and denominator brought together. In general, in the inverse element calculation, a method of obtaining the inverse element of the x value by xφ (n) −1 (mod n) is normal. However, if only the n value is known, if the φ (n) value cannot be calculated at high speed, there is a disadvantage that the inverse element calculation cannot be executed at high speed. The post-inverse calculation method is an effective method for calculating the “group image” and can be used for problems such as prime factorization. In addition, it exhibits a remarkable effect in high-speed calculation of stream ciphers.

図11は、本発明の実施例4に係る拡張2次双曲線群等を用いて法n(n=p)の素因数を求める鍵生成方法を示すフローチャートであり、実施例3を示す図7のフローチャートに対応している。 FIG. 11 is a flowchart showing a key generation method for obtaining a prime factor of a modulus n (n = p 1 p 2 ) using an extended quadratic hyperbola group or the like according to the fourth embodiment of the present invention. 7 corresponds to the flowchart of FIG.

この図11のフローチャートでは、図1(A)中の曲線パラメータ設定部12において行われる曲線パラメータの設定方法(即ち、拡張2次双曲線群等を用いて法n(n=p1p2)の素因数を求める方法)が示されており、ステップS21〜S31の処理により実行されれる。   In the flowchart of FIG. 11, a prime parameter of the modulus n (n = p1p2) is obtained using a curve parameter setting method (ie, an extended quadratic hyperbola group or the like) performed in the curve parameter setting unit 12 in FIG. The method is shown, and is executed by the processing of steps S21 to S31.

この図11のフローチャートを説明する前に、実施例3で開示した拡張2次双曲線群EHCを利用し、ある数nが、2個の素因数から成る場合で(n=p)、値nを知ってその素因数を求める方法(1)〜(3)を考えてみる。 Before explaining the flowchart of FIG. 11, when the extended quadratic hyperbolic group EHC disclosed in the third embodiment is used and a certain number n is composed of two prime factors (n = p 1 p 2 ), the value Consider methods (1) to (3) for determining n and knowing its prime factor.

(1) 直接計算法
直接計算法は、素因数の値として、変数pに直接1から代入しその数を順次増やしてゆく方法である。
今、数nを2進数表示し、n=2L+…とし、p2=2M+…とすれば、p1=2L−M+1からp1=2L−Mまでを代入すれば、その積が値nに一致するか分かる。その計算量は、2L−M回の積であり、奇数だけを代入するとすれば2L−M−1回の積で足りる。従って、全体の計算量は、
(1) Direct calculation method The direct calculation method is a method of directly substituting the variable p 1 from 1 as a prime factor value and sequentially increasing the number.
Now, if the number n is displayed in binary, n = 2 L + ..., and p 2 = 2 M + ..., substituting p 1 = 2 L−M + 1 to p 1 = 2 L−M , You can see if the product matches the value n. The amount of calculation is a product of 2 L−M times, and if only an odd number is substituted, a product of 2 L−M−1 times is sufficient. Therefore, the total calculation amount is

Figure 2009223035
Figure 2009223035

になる。
(2) 拡張2次双曲線群を使う方法
拡張2次双曲線群を使う方法としては、拡張2次双曲線群EHCの位数kを求めて、その素因数を(31−2)式から計算する方法がある。位数kq=LCM(k,k)であり、この値は積kよりも小さく、最大公約数GCD(k,k)よりも大きく、GCD(k,k)=1の場合には積kに一致する。そこで、
become.
(2) Method of using extended quadratic hyperbola group As a method of using extended quadratic hyperbola group, the order k of extended quadratic hyperbola group EHC is obtained and its prime factor is calculated from equation (31-2). is there. The order kq = LCM (k 1 , k 2 ), which is smaller than the product k 1 k 2, larger than the greatest common divisor GCD (k 1 , k 2 ), and GCD (k 1 , k 2 ) When = 1, it corresponds to the product k 1 k 2 . Therefore,

Figure 2009223035

Figure 2009223035

の範囲にあることが知れ、位数kは法nが大きいときにはおよそn/4の上限値を有していることが分かる。
位数kq=LCM(k,k)であり、これはMAX(k,k)≦kであり、k≦kなので、
√k√k≦k ・・・・(38−4)
を意味している。(38−3)式から、
It can be seen that the order k has an upper limit of about n / 4 when the modulus n is large.
The order kq = LCM (k 1 , k 2 ), which is MAX (k 1 , k 2 ) ≦ k, and k 1 k 2 ≦ k 2 ,
√k 1 √k 2 ≦ k (38-4)
Means. From equation (38-3):

Figure 2009223035
Figure 2009223035

適当に曲線パラメータやベースポイントを定め、その位数計算を行った場合、その群演算の計算量は、直接計算法と変わりがない。しかし、通常、最大公約数に小さな素因数を有しているので、その小さな素因数は容易に拡張2次双曲線群EHCを使う方法により知ることができる。ただ、発見される素因数は最大位数kqに対するもので、法nの素因数ではないことに注意する必要がある。直接的にpやpを知ることはできない。 When curve parameters and base points are appropriately determined and the order is calculated, the calculation amount of the group operation is the same as the direct calculation method. However, since the greatest common divisor usually has a small prime factor, the small prime factor can be easily known by the method using the extended quadratic hyperbolic group EHC. However, it should be noted that the prime factor found is for the maximum order kq, not the prime factor of modulus n. It is not possible to know p 1 and p 2 directly.

特別な場合、German素数やSophie-German素数の場合、片方の位数が素数であると、もう片方の値(p±1)/2を見掛け上の位数とする群イメージが生成されることが分かっている。(32−3)式でk若しくはkが素数であるために、(k,k)=1が成立するからである。この場合、拡張2次双曲線群EHCの最大位数kqの約数の1つが値(p±1)/2程度であるので、√n回程度の群演算でゼロ元に至るベースポイントを発見でき、その演算時間は比較的短く済む。又、求めた位数kgを用いてp=2kg±1と、直接法nの素因数を求めることができる。 In special cases, in the case of German prime numbers or Sophie-German prime numbers, if the order of one is prime, a group image with the apparent value of the other value (p ± 1) / 2 is generated. I know. This is because (k 1 , k 2 ) = 1 holds because k 1 or k 2 is a prime number in the equation (32-3). In this case, one of the divisors of the maximum order kq of the extended quadratic hyperbola group EHC is about a value (p ± 1) / 2, so that the base point reaching the zero element can be found by about √n group operations. The calculation time is relatively short. Further, using the obtained order kg, p = 2 kg ± 1, and the prime factor of the direct modulus n can be obtained.

(3) 拡張2次双曲線群のイメージを使う方法
拡張2次双曲線群のイメージを使う方法は、拡張2次双曲線群EHCを使うのではなく、群構造が破壊されるのを承知で、平方剰余を与えるパラメータを使用し、「群のイメージ」を取り扱う方法である。この方法は、パラメータに使用する試数等を誤って採用したときに、自動的に実行される。一般的に、
(A) 判別式Dの属性で、法nの素因数の何れかに係るものが平方剰余である場合は、群演算の途中でゼロ割が発生する。
(B) τ(x)は平方非剰余だがd値は平方剰余である場合、即ちゼロ元とベースポイントの間で属性の不一致がある場合も、群演算の途中でゼロ割が発生する。この場合には、巡回群の構造が壊れて擬似ゼロ元等のイメージが出現する。
(3) Method using the image of the extended quadratic hyperbola group The method using the image of the extended quadratic hyperbola group is not to use the extended quadratic hyperbola group EHC, but is aware that the group structure is destroyed. This is a method of handling "group images" using parameters that give. This method is automatically executed when the number of trials used for parameters is mistakenly adopted. Typically,
(A) If the attribute of the discriminant D, which relates to any of the prime factors of modulus n, is a quadratic residue, zero division occurs during the group operation.
(B) When τ (x) is a non-square residue but the d value is a quadratic residue, that is, when there is an attribute mismatch between the zero element and the base point, zero division occurs during the group operation. In this case, the structure of the cyclic group is broken and an image such as a pseudo zero element appears.

ただ、何れの場合も、逆元計算後回し法でゼロ割を回避し、拡張2次双曲線半群を構成することができる。判別式Dの属性変更を受け入れて、その見掛け上の群構造を調べると、法nの素因数に関連した様々な位数を有するイメージが出現する。そこでこのような位数を調べれば、法nの素因数を求める手掛かりになる。特に、(32−3)式で法nの素因数を求めることができなかった場合に、(36−8)式により法nの素因数を求める手掛かりを得る場合がある。   However, in any case, it is possible to avoid the zero division by the inverse method of the inverse element calculation and to construct the extended quadratic hyperbolic semigroup. When an attribute change of discriminant D is accepted and its apparent group structure is examined, images having various orders related to the prime factor of modulus n appear. Thus, if such an order is examined, it becomes a clue to obtain a prime factor of modulus n. In particular, when the prime factor of the modulus n cannot be obtained from the equation (32-3), a clue to obtain the prime factor of the modulus n may be obtained from the equation (36-8).

前記拡張2次双曲線群EHCを使う素因数分解の方法で問題となるのは、法nを知って、その素因数を知らない場合に、どのようにして拡張2次双曲線群EHCを構成するのか、曲線パラメータ等を定めるのか、という問題である。例えば、(31−2)式を満たすx値をどのようにして求めるべきか。   The problem with the method of prime factorization using the extended quadratic hyperbola group EHC is that how to construct the extended quadratic hyperbola group EHC when the modulo n is known and the prime factor is not known. The question is whether to define parameters. For example, how should an x value satisfying equation (31-2) be obtained?

ここでは、法nが合成数で素因数p及びpの積で与えられるときに、拡張2次双曲線群EHCをどのように構成すれば良いのかを検討してみる。
この場合には、採用される曲線パラメータ等の選択のために、例えば(D,p)=1である値Dに対し、2個の合同式
Here, it will be examined how the extended quadratic hyperbolic group EHC should be constructed when the modulus n is a composite number given by the product of the prime factors p 1 and p 2 .
In this case, in order to select a curve parameter or the like to be adopted, for example, two congruence equations for a value D with (D, p i ) = 1.

Figure 2009223035
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という条件を満たさなければならない。(39−1)式、(39−2)式を満たすD値の個数は、(D,n)=1で、且つ、原始根が存在する場合には、その属性に従って正確にφ(n)/4個で、4分割されていることが分かっている。従って、n値を知って当該D値が、4分割されたうち何れの集合に属しているのかを知る方法が発見できれば、(39−1)式、(39−2)式を満たすD値を判定できることになる。 The condition must be satisfied. The number of D values satisfying the expressions (39-1) and (39-2) is (D, n) = 1, and when a primitive root exists, φ (n) is accurately determined according to the attribute. It is known that the number is divided into four pieces. Therefore, if a method for knowing the n value and knowing which set the D value belongs to among the four divided values can be found, a D value satisfying the expressions (39-1) and (39-2) is obtained. It can be judged.

[定理39−1]
法n=pである場合に、剰余環Z/nZの元は、素因数p若しくはpの倍数を除き、その元xの属性(x/p)=±1,(x/p)=±1に従って4等分割され,その個数はφ(n)/4個である。
[Theorem 39-1]
When a modulus n = p 1 p 2, residue ring Z / nZ of the original, except for multiples of prime factors p 1 or p 2, the attribute of the original x (x / p 1) = ± 1, (x / p 2 ) = ± 1, and is divided into four equal parts, the number of which is φ (n) / 4.

[証明]
法n=pである場合、素因数p若しくはpの倍数でない元の個数はφ(n)個であり、素因数p若しくはpの倍数は値0を含めてn−φ(n)個ある。さて、オイラー関数φの乗積的な性質からφ(n)=φ(p)φ(p)であり、これは素因数p若しくはpの構造が法nの下でも生き残っていることを示している。即ち、剰余環Z/nZのφ(n)個の元は、剰余環Z/pZのφ(p)個の元と剰余環Z/pZのφ(p)個の元との組み合わせで与えられ、その組み合わせは剰余環Z/nZの元に一対一で対応する。今、剰余環Z/pZの原始根をrとし、剰余環Z/pZの原始根をsとした場合に、剰余環Z/nZの元xは、剰余関係抜きで、
x=rhsl;(h=0,,,p1−1),(1=0,,,p2-1) ・・・・(1)
と表される。ここで、値rは、h値が偶数の場合には法pに対し平方剰余、奇数の場合には平方非剰余である。同様に、値sは、l値が偶数の場合には法pに対し平方剰余、奇数の場合には平方非剰余である。そこで、
[Proof]
When the modulus n = p 1 p 2 , the original number that is not a multiple of the prime factor p 1 or p 2 is φ (n), and the multiple of the prime factor p 1 or p 2 is n−φ ( n) There are pieces. Now, from the multiplicative nature of the Euler function φ, φ (n) = φ (p 1 ) φ (p 2 ), which means that the structure of the prime factor p 1 or p 2 survives even under the modulus n. Is shown. That is, φ (n) elements of the remainder ring Z / nZ are φ (p 1 ) elements of the remainder ring Z / p 1 Z and φ (p 2 ) elements of the remainder ring Z / p 2 Z. The combination corresponds one-to-one to the element of the remainder ring Z / nZ. Now, assuming that the primitive root of the remainder ring Z / p 1 Z is r and the primitive root of the remainder ring Z / p 2 Z is s, the element x of the remainder ring Z / nZ is without the remainder relation,
x = r h s l ; (h = 0 ,,, p 1 −1), (1 = 0 ,,, p 2 −1) (1)
It is expressed. Here, the value r h is a quadratic residue with respect to the modulus p 1 when the h value is an even number and a non-square residue when the h value is an odd number. Similarly, the value s l, when l value is an even number in the case to modulo p 2 quadratic residues, odd is quadratic non-residue. Therefore,

Figure 2009223035
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と表したときに、(2)式では1個のs値に対し、その属性によらず、(x/p)属性はその値が+1と−1とで同数でそれぞれφ(p)/2個である。又、(3)式では1個のr値に対し、その属性によらず、(x/p)属性はその値が+1と−1とで同数でそれぞれφ(p)/2個である。従って、全体で考えると、s値をどのように選んでも(x/p)属性はその値が+1と−1とで同数で、それぞれφ(p)xφ(p)/2個である。(x/p)属性でも同様で、r値をどのように選んでも同数で、全体でφ(p)xφ(p)/2個である。ここで、(2)式で1個のs値を選択する際に(x/p)属性が(x/p)=+1であるものをφ(p)/2個集めれば、(x/p)=+1で(x/p)=±1の同数の組み合わせを得ることができる。従って、それらの属性の組に着目したとき、異なる組の個数はその半分でφ(p)xφ(p)/4=φ(n)/4個であり、これは属性の組み合わせ(4通り)に拘わらず同数である。 In the expression (2), for one sl value, the (x / p 1 ) attribute has the same number of values +1 and −1 and φ (p 1 ) / 2. In addition, in the expression (3), for one rh value, regardless of the attribute, the (x / p 2 ) attribute has the same number of +1 and −1, and φ (p 2 ) / 2 respectively. It is. Therefore, considering as a whole, the value of the (x / p 1 ) attribute is the same for both +1 and −1 regardless of the choice of the s l value, and φ (p 2 ) xφ (p 1 ) / 2 It is. (X / p 2) also applies to the attribute, in the same number also choose how the r h value, total φ (p 1) xφ (p 2) / is two. Here, when one s l value is selected in the equation (2), if (x / p 2 ) attribute is (x / p 2 ) = + 1 and φ (p 1 ) / 2 are collected, The same number of combinations of (x / p 2 ) = + 1 and (x / p 1 ) = ± 1 can be obtained. Accordingly, when focusing on the attribute sets, the number of different sets is φ (p 1 ) × φ (p 2 ) / 4 = φ (n) / 4, which is half of this, and this is a combination of attributes (4 The number is the same regardless of (street).

[q.e.d]
最もD=τ(x)のように関数になっている場合、関数値の偏りから前記D値の個数は可能なx値に対し、およそn/4個にしかならない。又、残念ながらこの方法は未だ完全に確立されていない。しかし、その手掛かりは見つかっているので、以下に開示する。
(39−1)式、(39−2)式から、Jacobiの記号では(D/n)=+1となる。他方、正の奇数m及びnの間で成立する平方剰余の相互法則
[Qed]
In the case of a function such as D = τ (x), the number of the D values is only about n / 4 with respect to the possible x values due to the deviation of the function values. Unfortunately, this method has not yet been fully established. However, the clue has been found and will be disclosed below.
From the equations (39-1) and (39-2), in the Jacobi symbol, (D / n) = + 1. On the other hand, the reciprocal law of the square remainder that holds between positive odd numbers m and n

Figure 2009223035
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を使うと、正の奇数であるD値のJacobiの記号値(D/n)を計算で求めることができ、その値が(+1)である場合には、少なくとも、前記4分割された集合のうちの半分を排除できる。その分(39−1)式、(39−2)式を満たすD値の可能性が高まったわけである。ここで(39−1)式、(39−2)式が成立するときには、Jacobiの記号値が(+1)でも、
X2=D(mod n) ・・・・(39−4)
を満たす解は存在しない。そこで、理論上は(39−4)式を満たす前記4分割された集合のうちの半分の残りを排除できることになる。しかし、この式の計算で可能なX値を全て代入して計算していたのでは、その計算量が大きく、本末転倒してしまう。(39−3)式の計算において、m値が合成数の場合には、今度はmの素因数が知られていなければ(n/m)値の具体的な計算はできない。そこでm値として、p及びp以外の素数若しくは奇数合成数であって、値の小さなものを試すことが考えられる。
Can be used to calculate the Jacobi symbol value (D / n) of a D value that is a positive odd number, and when the value is (+1), at least the four divided sets Half of them can be eliminated. Accordingly, the possibility of the D value satisfying the expressions (39-1) and (39-2) is increased. Here, when the equations (39-1) and (39-2) are established, even if the Jacobi symbol value is (+1),
X 2 = D (mod n) (39-4)
There is no solution that satisfies Therefore, theoretically, the remaining half of the four-divided set satisfying the equation (39-4) can be eliminated. However, if all X values that can be calculated by the calculation of this formula are substituted, the amount of calculation is large, and the tip falls. In the calculation of equation (39-3), if the m value is a composite number, then the (n / m) value cannot be specifically calculated unless the prime factor of m is known. Therefore, it is conceivable to try a m-value that is a prime number or odd composite number other than p 1 and p 2 and has a small value.

そこで登場するのが、以下に記載する「拡張オイラーの規準」である。オイラーの規準は、(D,p)=1である値Dにつき、D(p−1)/2(mod p)を計算し、そのD値が法pに対し平方剰余数であるか、平方非剰余数であるかを判定するときに使う。単純な計算でD値を判別できるので、優れた方法である。 This is where the “Extended Euler Criteria” described below appears. Euler's criterion is to calculate D (p−1) / 2 (mod p) for a value D with (D, p) = 1, and whether the D value is a quadratic remainder with respect to the modulus p or square Used to determine whether the number is a non-remainder number. Since the D value can be determined by simple calculation, this is an excellent method.

ここでは、曲線パラメータ等の決定のために(39−1)式及び(39−2)式を満たすD値を求める際に、(39−4)式の直接計算を行わない方法を検討してみる。
Jacobiの記号で(D/n)=+1となるもう1つの場合は、2個の合同式
Here, when determining the D value that satisfies the equations (39-1) and (39-2) for determining the curve parameters, etc., a method that does not directly calculate the equation (39-4) is studied. View.
In the case of Jacobi's symbol (D / n) = + 1, two congruence equations

Figure 2009223035
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が成立する。但し、整数hは、因数(p−1)及び(p−1)の共通の2のべき乗数値である。値nが2の素因数を幾つ持つか数えることは比較的容易である。しかし、n値だけから前記整数hを特定することはできない。2の素因数を除外するのは、これにより値DのLegendre記号値が強制的に+1になってしまうからである。2乗すると元の情報の半分が失われてしまうので、失われる前の情報を有する状態で類別を行わなければならない。従って、 Is established. However, the integer h is a common power value of 2 of the factors (p 1 −1) and (p 2 −1). It is relatively easy to count how many prime factors the value n has. However, the integer h cannot be specified only from the n value. The reason why the prime factor of 2 is excluded is that this forces the Legendre symbol value of the value D to be +1. If the power is squared, half of the original information is lost. Therefore, classification must be performed with the information before being lost. Therefore,

Figure 2009223035
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が成立する。この式は、値Dのφ(n)/2h+1乗根では常に値+1であって、値Dのφ(n)/2乗根(m>h+1)では値+1以外の値(例えば、「1の2乗根」(mod n))が出現することを示している。
最も(39−4)式から、D値自身が平方数である場合がある。これに対し、(3−1)式及び(39−2)式を満たすD値は、平方数となることはない。従って、(D,p)=1である値Dにつき、
Is established. This equation is a constantly value +1 is φ (n) / 2 h + 1 -th root of value D, the value D φ (n) / 2 m th root (m> h + 1) at the value +1 other value (e.g., “1 to the 2 mth root” (mod n)) appears.
From the equation (39-4), the D value itself may be a square number. On the other hand, the D value satisfying the expressions (3-1) and (39-2) does not become a square number. Therefore, for a value D where (D, p i ) = 1,

Figure 2009223035
Figure 2009223035




を満たさねばならず、これらの値は因数(p−1)及び(p−1)の値に依存している。
(1) 因数(p−1)/2及び(p−1)/2の何れかに2の素因数が残っている場合
更に(40−6)式、(40−7)式を2乗して始めて両辺が一致するので、
And these values depend on the values of the factors (p 1 -1) and (p 2 -1).
(1) When a prime factor of 2 remains in any of the factors (p 1 -1) / 2 h and (p 2 -1) / 2 h Further, the equations (40-6) and (40-7) Since both sides match after starting a square,

Figure 2009223035
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となり、(40−5)式の場合と区別できる。この式は、値Dのφ(n)/2乗根では常に値+1であって、値Dのφ(n)/2乗根(m>h)では値+1以外の値(例えば、「1の2乗根」(mod n))が出現することを示している。
(2) 因数(p−1)/2及び(p−1)/2の何れにも2の素因数が残っていない場合
因数(p−1)/2及び(p−1)/2は何れも奇数なので、
Thus, it can be distinguished from the case of (40-5). This equation is a constantly value +1 is φ (n) / 2 h root of the value D, the value D φ (n) / 2 m th root (m> h) the values +1 other values (e.g., “1 to the 2 mth root” (mod n)) appears.
(2) When no prime factor of 2 remains in any of the factors (p 1 -1) / 2 h and (p 2 -1) / 2 h Factors (p 1 -1) / 2 h and (p 2- 1) / 2 Since h is an odd number,

Figure 2009223035
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となり、(38−5)式の場合と区別できる。この式は、値Dのφ(n)/2h+1乗根では常に値−1であって、値Dのφ(n)/2乗根(m>h+1)では値−1以外の値(例えば、「−1の2乗根」(mod n))が出現することを示している。即ち、前記4分割された集合のうちの1つで、(39−1)式、(39−2)式を満たす集合に属するD値を選択できたことになる。そこで、(40−9)式等の要件を「拡張オイラーの規準」と呼ぶことにする。(40−9)式でn=p,h=0のとき、従来のオイラーの規準に一致する。即ち、拡張オイラーの規準は、 Thus, it can be distinguished from the case of (38-5). This expression always has a value of −1 for the φ (n) / 2 h + 1 root of the value D, and a value other than the value −1 for the φ (n) / 2 mth root of the value D (m> h + 1) ( for example, - it indicates that "1 of 2 m root" (mod n)) appears. That is, the D value belonging to the set satisfying the expressions (39-1) and (39-2) can be selected in one of the four divided sets. Therefore, the requirement such as the equation (40-9) is referred to as “extended Euler criterion”. In the equation (40-9), when n = p and h = 0, it matches the conventional Euler criterion. In other words, the criteria for extended Euler are:

Figure 2009223035
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をそれぞれ満たす。
(40−9)式の計算においてφ(n)の値を事前に知っている場合には、高速指数計算を利用することができる。又、φ(n)値自身の高速計算アルゴリズムが確立されていれば、n値を知って、(39−1)式、(39−2)式を満たすD値を選択できることになる。しかし、ビット数の大きなn値につきφ(n)の値を高速計算できるのであれば、その素因数を求めることは容易で、拡張2次双曲線群EHCを使う意義はない。即ち、(40−9)式は、φ(n)の値を事前に知らず、且つ、法nの素因数を知らない場合には活用できない。又、ここでは前記4分割された集合のうちの半分の残りを分別するだけなので、(39−3)式適用の後の使用に意義があるだけである。
Satisfy each.
When the value of φ (n) is known in advance in the calculation of equation (40-9), high-speed exponent calculation can be used. If a high-speed calculation algorithm for the φ (n) value itself is established, the D value satisfying the expressions (39-1) and (39-2) can be selected by knowing the n value. However, if the value of φ (n) can be calculated at high speed for n values with a large number of bits, it is easy to find the prime factor, and there is no significance in using the extended quadratic hyperbola group EHC. That is, the expression (40-9) cannot be used when the value of φ (n) is not known in advance and the prime factor of the modulus n is not known. Here, only the remaining half of the four-divided set is separated, so that it is only meaningful for use after the application of the equation (39-3).

ここで、数値例を掲げる。
経験では、D値が50以下の奇素数14個のうち、少なくとも3個程度(1/4相当)は(39−1)式、(39−2)式を満たすD値であり、拡張2次双曲線群EHCの曲線パラメータの指定に利用できることが分かっている。例えば、p=11,p=13,n=143の場合、D=3,7,19,23,41の5個で(D/n)=+1であり、この5個の値に対し、(40−10)式を適用して、べき乗値の大きい方から順に「1の2乗根」を求めてみる。
(φ/2)=1,1,1,1,1
(φ/4)=1,12,12,1,12
従って、D=7,19,41の3個で(39−1)式、(39−2)式を満たしていることが分かる。この作業でh=1であることも判明する。なお、(39−1)式、(39−2)式を満たす値Dが知れても、ベースポイント等を決定するためには法nに関する合同式
τ(x)=x+cx−a=D(mod n) ・・・・(40−11)
を解いて、x値を求めなければならない。この作業は相当大変なので、x値を始めに考える方法によって、(40−11)式の適用を避けることにする。
Here, numerical examples are given.
In experience, out of 14 odd prime numbers having a D value of 50 or less, at least about 3 (equivalent to 1/4) are D values satisfying the expressions (39-1) and (39-2), and the extended secondary It has been found that it can be used to specify the curve parameters of the hyperbolic group EHC. For example, when p 1 = 11, p 2 = 13, and n = 143, D = 3, 7, 19, 23, and 41 (D / n) = + 1. , try to ask for "1 of 2 m root" in the order from (40-10) by applying the formula, the larger of the exponential value.
D (φ / 2) = 1, 1, 1, 1, 1
D (φ / 4) = 1, 12, 12, 1, 12
Therefore, it can be seen that three of D = 7, 19, and 41 satisfy the expressions (39-1) and (39-2). This work also reveals that h = 1. In addition, even if the value D satisfying the equations (39-1) and (39-2) is known, the congruence equation τ (x) = x 2 + cx−a = D for the modulus n is used to determine the base point and the like. (Mod n) ... (40-11)
To obtain the x value. Since this work is quite difficult, the application of equation (40-11) is avoided by the method of considering the x value first.

次に、図11のフローチャートにて示される拡張2次双曲線群等を用いて法n(n=p)を構成する素因数を求める鍵生成方法について説明する。 Next, a key generation method for obtaining a prime factor constituting the modulus n (n = p 1 p 2 ) using the extended quadratic hyperbola group shown in the flowchart of FIG. 11 will be described.

最初に、拡張2次双曲線群EHCの構成を試してみる。ハードウェア回路を用いた選択・演算処理等により、或いはCPU等のプロセッサを用いた選択・演算処理等により、以下のステップS21〜S31に従い、曲線パラメータが決定される。   First, the configuration of the extended quadratic hyperbolic group EHC is tried. Curve parameters are determined according to the following steps S21 to S31 by selection / calculation processing using a hardware circuit or by selection / calculation processing using a processor such as a CPU.

図11の処理が開始(スタート)すると、ステップS21において、1個の(39−1)式、(39−2)式を満たす値Dで、できる限り小さな値を有するものが求められる。このとき平方剰余の相互法則の適用ができるように、D値を(D/n)=+1を満たす奇数値で小さなものに選ぶ。一般的に、
(A) 判別式Dの属性で、法nの素因数の何れかに係るものが平方剰余である場合は、群演算の途中でゼロ割が発生する。
When the processing of FIG. 11 is started (started), in step S21, a value D that satisfies one (39-1) and (39-2) is obtained as small as possible. At this time, the D value is selected to be a small odd value satisfying (D / n) = + 1 so that the reciprocal law of the quadratic residue can be applied. Typically,
(A) If the attribute of the discriminant D, which relates to any of the prime factors of modulus n, is a quadratic residue, zero division occurs during the group operation.

ステップS22において、判別式D/4=c+4aを定めるパラメータa,cを定める。経験則で、(D/n)=+1を満たす最も小さな奇素数は、(39−1)式、(39−2)式を満たすことが多いと分かっている。そこで、数n=146611の場合で、D=5,7,13,29,31,41に対し、(τ(x)/n)=+1であったことから、判別式D/4=c+4aにつきD=5とする。次に、D/4=c+4aに従い、これもできる限り小さな値を有するものをa,cに指定する。なお、判別式D/4と判別式Dを同一視することがある。値4が平方数だからである。そこで、曲線パラメータa,cにつき、c=1,a=1とすることにする。 In step S22, parameters a and c that determine the discriminant D / 4 = c 2 + 4a are determined. As a rule of thumb, it has been found that the smallest odd prime number satisfying (D / n) = + 1 often satisfies the expressions (39-1) and (39-2). Therefore, in the case of the number n = 146611, since (τ (x) / n) = + 1 for D = 5, 7, 13, 29, 31, 41, the discriminant D / 4 = c 2 D = 5 for + 4a. Next, according to D / 4 = c 2 + 4a, those having the smallest possible value are designated as a and c. Note that discriminant D / 4 and discriminant D may be identified. This is because the value 4 is a square number. Therefore, for the curve parameters a and c, c = 1 and a = 1.

ステップS23において、適当なx値につきτ(x)を計算する。x=0から小さい順に値を代入してτ(x)を計算する。   In step S23, τ (x) is calculated for an appropriate x value. τ (x) is calculated by substituting values from x = 0 in ascending order.

ステップS24において、τ(x)が奇数であるものの中から、(τ(x)/n)=+1を満たすx値を集める。即ち、τ(x)が奇数である場合には、(τ(x)/n)の値を平方剰余の相互法則を使って求める。ここでx値の指定はベースポイントP(x)を指定すること、d値の指定はゼロ元P(d)を指定することに、それぞれ対応している。計算では、x=2,5,8,11,13に対し、τ(x)=5,29,71,131,181の値を有し、全て奇数で、且つ、(D/n)=+1である。(τ(x)/n)=+1である場合には、そのx値をレジスタ等の記憶手段に記録する。   In step S24, x values satisfying (τ (x) / n) = + 1 are collected from those in which τ (x) is an odd number. That is, when τ (x) is an odd number, the value of (τ (x) / n) is obtained using the reciprocal law of the square remainder. Here, designation of the x value corresponds to designation of the base point P (x), and designation of the d value corresponds to designation of the zero element P (d). In the calculation, for x = 2, 5, 8, 11, 13, it has values of τ (x) = 5, 29, 71, 131, 181, all odd numbers, and (D / n) = + 1. It is. When (τ (x) / n) = + 1, the x value is recorded in a storage means such as a register.

ステップS25において、記録したx値の中から、τ(x)が(39−1)式、(39−2)式を満たしていると予想されるものを選択する。一般的に、
(B) τ(x)は平方非剰余だがd値は平方剰余である場合、即ちゼロ元とベースポイントの間で属性の不一致がある場合も、群演算の途中でゼロ割が発生する。この場合には、巡回群の構造が壊れて擬似ゼロ元等のイメージが出現する。この選択が悪い場合には、中途で計算を打ち切り、他の試数をx値又はd値として採用する。
In step S25, from the recorded x values, the one in which τ (x) is expected to satisfy the equations (39-1) and (39-2) is selected. Typically,
(B) When τ (x) is a non-square residue but the d value is a quadratic residue, that is, when there is an attribute mismatch between the zero element and the base point, zero division occurs during the group operation. In this case, the structure of the cyclic group is broken and an image such as a pseudo zero element appears. If this selection is bad, the calculation is terminated halfway, and another trial number is adopted as the x value or d value.

ステップS26,S27において、拡張2次双曲線群等の位数計算を行う。(36−2)式からして、拡張2次双曲線群の最大位数kqはおよそn/4の上限値を有しているが、mP(x)を計算し、mP=Oとなるm値を計算で求めた場合に、一般的にはm値は最大位数kqの約数kgになることに注意しなければならない。しかし、一般に最大位数を与える生成群の個数が最も多いので、任意に選択しても最大位数を与えるx値を選択する可能性は大きい、といえる。最も正しくパラメータを選択したために最初から最大位数kqを与えるベースポイントを選択していると、n/4回程度の群演算を行わなければゼロ元に至らないので、その演算時間は長大なものになってしまう。なお、群イメージの計算では、逆元計算後回し法を使う。   In steps S26 and S27, the order of the extended quadratic hyperbola group or the like is calculated. From the equation (36-2), the maximum order kq of the extended quadratic hyperbola group has an upper limit value of about n / 4, but mP (x) is calculated, and m value at which mP = O is obtained. It should be noted that generally, the m value is a divisor of several kilograms of the maximum order kq. However, since the number of generation groups giving the maximum order is generally the largest, it can be said that there is a high possibility of selecting the x value giving the maximum order even if it is arbitrarily selected. If the base point that gives the maximum order kq is selected from the beginning because the parameter is selected most correctly, it will not reach zero unless the group calculation is performed about n / 4 times, so the calculation time is long. Become. In addition, in the calculation of the group image, a reverse method after the inverse element calculation is used.

ステップS28において、mP=Oとなるm値を計算で求めた場合に、当該m値をレジスタ等の記憶手段に記録しておく。一般的にはm値は最大位数kqの約数kgになるので、最大位数kqの主要な因数でない可能性がある。   In step S28, when an m value satisfying mP = O is obtained by calculation, the m value is recorded in a storage means such as a register. In general, since the m value is a divisor of several kilograms of the maximum order kq, it may not be a major factor of the maximum order kq.

ステップS29,S30において、群演算の回数が√n回を越えた場合には、最大位数kqを与えるx値を選択した可能性が大きいので、試行したx値の再選択を行う。再選択するx値が尽きた場合には、得られたデータを分析する。   In steps S29 and S30, if the number of group operations exceeds √n, there is a high possibility that the x value giving the maximum order kq has been selected, so the selected x value is reselected. When the x value to be reselected is exhausted, the obtained data is analyzed.

ステップS31において、得られた位数kgのうち特に最大のものを選択し、若しくは最小公倍数を計算する。これらから、最大位数kqを確定し、(32−3)式により素因数p,pの計算を行う。特別な場合、German素数やSophie-German素数の場合には、この計算は容易であるが、一般の場合には最大公約数なども考慮して決める。 In step S31, the largest one of the obtained order kg is selected, or the least common multiple is calculated. From these, the maximum order kq is determined, and the prime factors p 1 and p 2 are calculated by the equation (32-3). In special cases, this calculation is easy in the case of German prime numbers and Sophie-German prime numbers, but in the general case, the maximum common divisor is taken into consideration.

さて、未知の数n=146611が2つの素因数を有しているものとして、実際に値nだけからその素因数を求めてみる。   Now, assuming that the unknown number n = 146611 has two prime factors, the prime factor is actually obtained from only the value n.

計算では、x=2,5,8,11,13に対し、τ(x)=5,29,71,131,181の値を有し、全て奇数で、且つ、(D/n)=+1であったので、(39−1)式及び(39−2)式の双方を満たすように拡張2次双曲線群のパラメータをc=5,a=1,b=131,d=71;のように設定した。群演算の上限値を1000回に設定したところ、13回目の試行(x=40)でようやく打ち切りでなく、位数kg=542を求めることができた。この値は、素因数p=271の倍数である。拡張2次双曲線群EHCを正しく構成したが、kg>1000であるベースポイントが連続したために、その法nを構成する素因数を確定するのに時間を要した。 In the calculation, for x = 2, 5, 8, 11, 13, it has values of τ (x) = 5, 29, 71, 131, 181, all odd numbers, and (D / n) = + 1. Therefore, the parameters of the extended quadratic hyperbola group so as to satisfy both the equations (39-1) and (39-2) are as follows: c = 5, a = 1, b = 131, d = 71; Set to. When the upper limit value of the group operation was set to 1000 times, the order kg = 542 was finally obtained in the 13th trial (x = 40), not finally being censored. This value is a multiple of the prime factor p 1 = 271. Although the extended quadratic hyperbolic group EHC was correctly constructed, it took time to determine the prime factors constituting the modulus n because base points with kg> 1000 were consecutive.

次に、拡張2次双曲線群EHCの構成が壊れるようなx値等の選択を試してみる。
(1)、(2)は同じであるが、(3)に付き、
<3> x=0から小さい順に値を代入してτ(x)を計算し、その値が奇数である場合には、(τ(x)/n)の値を平方剰余の相互法則を使って求める。計算では、x=3,4,9,10,21に対し、τ(x)=11,19,89,109,461の値を有し、全て奇数で、且つ、(D/n)=−1である。(τ(x)/n)=−1である場合には、そのx値をレジスタ等の記憶手段に記録する。
Next, the selection of the x value or the like that destroys the configuration of the extended quadratic hyperbola group EHC is tried.
(1) and (2) are the same, but in (3),
<3> Substituting values from x = 0 in ascending order to calculate τ (x), and when the value is an odd number, the value of (τ (x) / n) is calculated using the reciprocal law of square remainder. Ask. In the calculation, for x = 3, 4, 9, 10, 21 there are values of τ (x) = 11, 19, 89, 109, 461, all odd numbers, and (D / n) = −. 1. When (τ (x) / n) = − 1, the x value is recorded in storage means such as a register.

<4> 記録したx値の中から、τ(x)を選択する。拡張2次双曲線群EHCの最大位数kqを与えるベースポイントが選択された場合、その演算時間が長大であるので√n回程度の群演算でもゼロ元に至らないときには、中途で計算を打ち切る。逆にいえば、期待する位数kgはkg≦√nということになる。それ以外の群イメージで、巡回群の構造が維持されているものを探し出し、その位数kgを求める。   <4> Select τ (x) from the recorded x values. When the base point that gives the maximum order kq of the extended quadratic hyperbolic group EHC is selected, the calculation time is long, and therefore the calculation is aborted midway when the root operation is not reached even in the group operation of √n times. In other words, the expected order kg is kg ≦ √n. Search for other group images that maintain the structure of the traveling group, and determine their order kg.

前記曲線パラメータの決定方法<3>及び<4>により、曲線パラメータをa=1,c=1,d=11,x=8として決定し、拡張2次双曲線群EHCを決定できたので、これに基づき位数kを計算する。√n≒383であるので、この回数を上回ってもゼロ元に至らないときは、その計算を打ち切って、次のx値を試す。その計算の結果、(τ(x)/n)=−1であるようなx値に対し、
x1=5(x1*(x1+c)−a)=29: 位数 k=270
x1=8(x1*(x1+c)−a)=71: 位数 k=270
x1=11(x1*(x1+c)−a)=131: 位数 k=1
x1=13(x1*(x1+c)−a)=181: 位数 k=270
x1=14(x1*(x1+c)−a)=209: 位数 k=135
を得ることができた。求めた位数はkg=270である。従って、求めた位数をp=2kg+1に代入してp=541を得ることができる。法n=146611であったから、もう1個の素因数pは、p=271と計算することができる。
Since the curve parameters are determined as a = 1, c = 1, d = 11, and x = 8 by the curve parameter determination methods <3> and <4>, the extended quadratic hyperbola group EHC can be determined. The order k is calculated based on Since √n≈383, if the number does not reach zero, the calculation is terminated and the next x value is tried. As a result of the calculation, for an x value such that (τ (x) / n) = − 1,
x1 = 5 (x1 * (x1 + c) −a) = 29: order k = 270
x1 = 8 (x1 * (x1 + c) −a) = 71: Order k = 270
x1 = 11 (x1 * (x1 + c) −a) = 131: Order k = 1
x1 = 13 (x1 * (x1 + c) -a) = 181: order k = 270
x1 = 14 (x1 * (x1 + c) -a) = 209: Order k = 135
Could get. The calculated order is kg = 270. Therefore, p 1 = 541 can be obtained by substituting the obtained order for p 1 = 2 kg + 1. Since the modulus n = 146611, another prime factor p 2 can be calculated as p 2 = 271.

前記例題では、法nの素因数が互いにGermann素数の関係にある、特別な場合であった。今度は、1桁増やし未知の数n=1474289が2つの素因数を有しているものとして、実際に値nだけからその素因数を求めてみることにする。
(1) 平方剰余の相互法則を用いた計算では、D=5,9,11,17,23に対し、全て奇数で、且つ、(D/n)=+1であったので、最小奇素数D=5に指定し、パラメータをa=1,c=1に選択した。
(2) 前記パラメータのもとでτ(x)を幾つか計算し、奇数であるものを選択する。その中から(τ(x)/n)=+1であるようなx値を集める。平方剰余の相互法則を用いた計算では、x=2,3,5,8,9に対し、τ(x)=5,11,29,71,89で、全て奇数で、且つ、(D/n)=+1であった。
(3) 収集したx値から、適当にベースポイントP(x)及びゼロ元O=P(d)に割り当てて、位数計算を行う。
(4) mP=Oとなるm値を求め、√n≒1214回の群演算でもゼロ元Oに当たらない場合には、その位数計算を打ち切る。
(5) 前記x値を試行値とし、d値としてd=3とした場合、以下の結果を得ることができた。
n=1474289,c=1,a=1,d=3;
x=2 打ち切り
x=3 完了:位数 kg=1
x=5 打ち切り
x=8 打ち切り
x=9 打ち切り
この結果は、最大位数kqを与えるベースポイントが連続したために、目的とした位数kg≦√nを得ることができなかったことを示している。
(6) 今度は判別式Dの属性を変更する。平方剰余の相互法則を用いた計算では、D=3,7,13,15,19に対し、全て奇数で、且つ、(D/n)=−1であったので、D=13に指定し、パラメータをa=3,c=1に選択した。
(7) 前記パラメータのもとでτ(x)を幾つか計算し、奇数であるものを選択する。その中から(τ(x)/n)=+1であるようなx値を集める。平方剰余の相互法則を用いた計算では、x=3,4,13,16に対し、τ(x)=9,17,179,269で、全て奇数で、且つ、(D/n)=+1であった。
(8) 前記x値を試行値とし、d値としてd=3とした場合、以下の結果を得ることができた。
n=1474289,c=1,a=3,d=3;
x=3 完了:位数 kg=1
x=4 完了:位数 kg=585
x=13 打ち切り
x=16 打ち切り
この結果、目的とした位数kg≦√nを1個得ることができ、それがkg=585であったことを示している。
(9) 判別式D値の属性が(D/n)=−1であったので、その最大位数kqは(36−8)式で与えられる。法nに係る仮の素因数をqとした場合、q=2kg±1=1170±1である。そこで実際に法nをこのq値で割ってみると、q=1171で割り切れて、p=1171,p=1259と決定することができた。
In the above example, there was a special case where the prime factors of modulus n are in the relationship of Germann prime numbers. Now, assuming that the unknown number n = 147489, which is increased by one digit, has two prime factors, the prime factor is actually obtained from only the value n.
(1) In the calculation using the quadratic reciprocal law, since D = 5, 9, 11, 17, 23 are all odd numbers and (D / n) = + 1, the smallest odd prime number D = 5 and the parameters were selected as a = 1 and c = 1.
(2) Calculate several τ (x) under the above parameters and select an odd number. Collect x values such that (τ (x) / n) = + 1. In the calculation using the reciprocal law of the quadratic remainder, τ (x) = 5, 11, 29, 71, 89 for x = 2, 3, 5, 8, 9 and all are odd and (D / n) = + 1.
(3) From the collected x values, the base point P (x) and the zero element O = P (d) are appropriately allocated, and the order is calculated.
(4) An m value that satisfies mP = O is obtained, and if the zero element O is not reached even after √n≈1214 group operations, the order calculation is terminated.
(5) When the x value was a trial value and the d value was d = 3, the following results could be obtained.
n = 1474289, c = 1, a = 1, d = 3;
x = 2 censoring x = 3 Completion: Order kg = 1
x = 5 censored x = 8 censored x = 9 censored This result indicates that the target order kg ≦ √n could not be obtained because the base points giving the maximum order kq were consecutive. .
(6) This time, the attribute of the discriminant D is changed. In the calculation using the reciprocal law of the quadratic residue, since D = 3, 7, 13, 15, and 19 are all odd numbers and (D / n) = − 1, D = 13 is designated. The parameters were selected as a = 3 and c = 1.
(7) Several τ (x) are calculated under the above parameters, and an odd number is selected. Collect x values such that (τ (x) / n) = + 1. In the calculation using the reciprocal law of the quadratic residue, τ (x) = 9, 17, 179, 269 with respect to x = 3,4,13,16, all odd numbers and (D / n) = + 1 Met.
(8) When the x value was a trial value and the d value was d = 3, the following results could be obtained.
n = 1474289, c = 1, a = 3, d = 3;
x = 3 Completion: Order kg = 1
x = 4 Completion: Order kg = 585
x = 13 Censoring x = 16 Censoring As a result, one target order kg ≦ √n can be obtained, which indicates that kg = 585.
(9) Since the attribute of the discriminant D value is (D / n) = − 1, the maximum order kq is given by the expression (36-8). When the provisional prime factor related to the modulus n is q, q = 2 kg ± 1 = 1170 ± 1. Therefore, when the modulus n was actually divided by this q value, it was divisible by q = 1171, and it was determined that p 1 = 1171, p 2 = 1259.

以上の結果を総括する。
拡張2次双曲線群EHCで適当にパラメータを定めてプロセッサで位数計算を行った結果、最大位数kqを与えるベースポイントが連続したために打ち切りが続き、求める位数を有する生成群を発見できなかった。そこで、判別式D値の属性変更を行い、今度は拡張2次双曲線半群で適当にパラメータを定めて位数計算を行った結果、求める位数を有する生成群を発見でき、無事(36−8)式により、法nの正しい素因数を定めることができたわけである。改めて、拡張2次双曲線半群の有効性を確認できた。
The above results are summarized.
As a result of calculating the order with the processor by appropriately setting parameters with the extended quadratic hyperbola group EHC, the base point giving the maximum order kq continues, and the truncation continues, and the generation group having the desired order cannot be found. It was. Therefore, the attribute of the discriminant D value is changed, and this time, as a result of calculating the order by appropriately setting parameters in the extended quadratic hyperbolic semigroup, a generation group having the required order can be found, and (36− The correct prime factor of the modulus n can be determined by the equation (8). Again, the effectiveness of the extended quadratic hyperbolic semigroup was confirmed.

RSA暗号は、2個の素数p,qが不明で、その積n=pqのみが知られている場合に、n値を知ってもその素因数であるp,qを知ることが難しいという、所謂素因数分解の数学的困難性に基礎を置いている、といわれている。φ(n)よりも小さい自然数eで、φ(n)と互いに素であるようなものを選択し、更にde=1(modφ(n))であるような自然数dを選択する。このとき、公開鍵を(n,e)の組、秘密鍵をdとする公開鍵暗号化方式を構成できる。平文mにつき、公開鍵を使って暗号文c=m(mod n)を計算し相手方に送付する。その相手方は、秘密鍵を使って前記平文をm=c(mod n)により復号できる。 The RSA cipher is so-called that when two prime numbers p and q are unknown and only the product n = pq is known, it is difficult to know the prime factors p and q even if the n value is known. It is said to be based on the mathematical difficulty of prime factorization. A natural number e smaller than φ (n) is selected which is relatively prime to φ (n), and a natural number d such that de = 1 (mod φ (n)) is selected. At this time, it is possible to configure a public key encryption scheme in which the public key is a set of (n, e) and the secret key is d. For plaintext m, the ciphertext c = m e (mod n) is calculated using the public key and sent to the other party. Its counterpart can decrypt the plaintext using the private key by m = c d (mod n) .

RSA暗号は、2個の素数の積n=pqを使うので、本実施例に係る拡張2次双曲線群EHCを使用する方法で、その素因数を求めることができる。素因数p,qを知れば、φ(n)=(p−1)(q−1)を計算できるので、逆元計算によって公開鍵eから秘密鍵dを求めることができ、その解読も容易である。しかし、本実施例に係る方法の計算量は√n回程度の群演算を必要とするので、必ずしも高速に求めることはできない。実用上は、log nに比例する計算量でなければならないであろう。2次双曲線群の研究は未だ始まったばかりであり、計算量を削減する余地は十分にあると考えられる。   Since the RSA cipher uses the product n = pq of two prime numbers, the prime factor can be obtained by the method using the extended quadratic hyperbolic group EHC according to the present embodiment. If the prime factors p and q are known, φ (n) = (p−1) (q−1) can be calculated. Therefore, the secret key d can be obtained from the public key e by inverse element calculation, and the decryption thereof is easy. is there. However, since the calculation amount of the method according to the present embodiment requires about √n group operations, it cannot always be obtained at high speed. In practice, the amount of calculation will be proportional to log n. The study of the quadratic hyperbola group has only just begun, and it seems that there is enough room to reduce the amount of calculation.

法nが3個以上の素因数で構成される場合は、数学理論上の興味は残っていても、暗号理論上はあまり価値のないものになると考えられる。そこで、ここでは簡単に触れておくだけにする。但し、当該複数の素因数は互いに異なるものと仮定している。   If the modulus n is composed of three or more prime factors, it will be of little value on the cryptographic theory, even though interest in the mathematical theory remains. So here's a quick touch. However, it is assumed that the plurality of prime factors are different from each other.

法nが3個以上の素因数で構成される場合に、拡張2次双曲線群EHCがどのような構成になるのかある程度予想がつくが、試行数値計算で確認しながら推定するのが最善の方法と考える。(32−3)式からして、一般の場合には生成群Q(x)の最大位数は、   When the modulus n is composed of three or more prime factors, it is possible to predict to some extent what the extended quadratic hyperbolic group EHC will be, but it is best to estimate while confirming by trial numerical calculation Think. From the equation (32-3), in the general case, the maximum order of the generator group Q (x) is

Figure 2009223035
Figure 2009223035


と予想される。証明はない。
ここで、試行数値計算を法nが3個の素因数で構成される場合を例示する。
r=7,s=11,t=13,n=1001の場合で、(x/r)=−1,(x/s)=−1,(x/t)=−1であるようなx値はx=6,19,24であったので、D=24とするものとし、パラメータをc=2,a=5と選択することにする。このパラメータのもとで(τ(x)/r)=−1,(τ(x)/s)=−1,(τ(x)/t)=−1であるようなx値を有する元P(x)をベースポイントとしてmP=Oとなるようなm値を求める。このm値は生成群Q(x)の位数kgを与えることになる。この試行計算では、kgの最大値kqはkq=84であった。これは(45−1)式で、n=3とした場合に一致する。即ち、予想値は
kq=LCM(k1,k2,k3)
=LCM((r+1)/2,(s+1)/2,(t+1)/2)=LCM((7+1)/2,(11+1)/2,(13+1)/2)=LCM(4,6,7)=84
であり、試行計算値と一致する。
It is expected to be. There is no proof.
Here, the case where the modulus n is composed of three prime factors is exemplified in the trial numerical calculation.
x such that (x / r) =-1, (x / s) =-1, and (x / t) =-1 in the case of r = 7, s = 11, t = 13, and n = 1001. Since the values are x = 6, 19, and 24, it is assumed that D = 24 and the parameters are selected as c = 2 and a = 5. An element having an x value such that (τ (x) / r) = − 1, (τ (x) / s) = − 1, and (τ (x) / t) = − 1 under this parameter. An m value such that mP = O is obtained with P (x) as a base point. This m value gives the order kg of the generation group Q (x). In this trial calculation, the maximum value kq of kg was kq = 84. This is the same as the equation (45-1) when n = 3. That is, the expected value is kq = LCM (k1, k2, k3)
= LCM ((r + 1) / 2, (s + 1) / 2, (t + 1) / 2) = LCM ((7 + 1) / 2, (11 + 1) / 2, (13 + 1) / 2) = LCM (4,6,7 ) = 84
Which matches the trial calculation.

又、生成群Q(x)の個数はkg=84,42,28,21,14,12,7,6,4,3,2,1に対し、それぞれψ(kg)=48,36,24,12,18,8,6,6,4,2,3,1であった。   The number of generation groups Q (x) is ψ (kg) = 48, 36, 24 for kg = 84, 42, 28, 21, 14, 12, 7, 6, 6, 3, 2, 1, respectively. , 12, 18, 8, 6, 6, 4, 2, 3, 1.

次に、約数d|kgについての
和Σd|kgψ(d)=168,84,56,21,28,24,7,12,8,3,4,1
であり、これは
和Σd|kgψ(d)=2*84,2*42,2*28,1*21,2*14,2*12,1*7,2*12,2*4,1*3,1*1
と表せる。従って、
和Σd|kgψ(d)=hkg(h=1 or 2)
が成立している。但し、h=1の場合はその位数kgは共通の因数を含んでいない。h=2の場合はその位数kgは共通の因数h=2を含んでいる。ここでいう共通の因数hとは、h=(kg,k1,k2)であり、位数k3は関与していない。部分的な共通の因数である。複数の位数に跨る共通の因数が在る場合にどのような選択がなされているのかは、未だ知られていない。しかし、個別位数同士の対称性から
和Σd|kgψ(d)=h1h2h3kg・・・・(45−2)
h1=(kg,k1,k2), h2=(kg,k2,k3), h3=(kg,k3,k1)
が成立すると予想される。前記の例では、h1=h,h2=1,h3=1である。
Next, the sum Σ d | kg ψ (d) = about 168, 84, 56, 21, 28, 24, 7, 12, 8, 8, 3, 4, 1 for the divisor d | kg
This is the sum Σ d | kg ψ (d) = 2 * 84, 2 * 42, 2 * 28, 1 * 21, 2 * 14, 2 * 12, 1 * 7, 2 * 12, 2 * 4 , 1 * 3, 1 * 1
It can be expressed. Therefore,
Sum Σ d | kg ψ (d) = hkg (h = 1 or 2)
Is established. However, when h = 1, the order kg does not include a common factor. When h = 2, the order kg includes a common factor h = 2. Here, the common factor h is h = (kg, k1, k2), and the order k3 is not involved. It is a partial common factor. It is not yet known what selection is made when there is a common factor that spans multiple orders. However, from the symmetry of the individual orders, the sum Σ d | kg ψ (d) = h1h2h3kg (45-2)
h1 = (kg, k1, k2), h2 = (kg, k2, k3), h3 = (kg, k3, k1)
Is expected to be established. In the above example, h1 = h, h2 = 1, and h3 = 1.

この予想を確認するために、r=7,s=11,t=17,n=1309の場合の試行計算を検討してみる。
属性が(x/r)=−1,(x/s)=−1,(x/t)=−1であるようなx値はx=6,10,24であったので、D=24とするものとし、パラメータをc=2,a=5と選択することにする。このパラメータのもとで
(τ(x)/r)=−1,(τ(x)/s)=−1,(τ(x)/t)=−1
であるようなx値を有する元P(x)をベースポイントとしてmP=Oとなるようなm値を求める。このm値は生成群Q(x)の位数kgを与えることになる。この試行計算ではkgの最大値kqはkq=36であった。予想値は
kq=LCM((r+1)/2,(s+1)/2,(t+1)/2)=LCM((7+1)/2,(11+1)/2,(17+1)/2)=LCM(4,6,9)=36
で、前記試行計算値と一致した。
In order to confirm this expectation, a trial calculation in the case of r = 7, s = 11, t = 17, and n = 1309 will be examined.
Since the x values such that the attributes are (x / r) =-1, (x / s) =-1, (x / t) =-1 were x = 6, 10, 24, D = 24 Suppose the parameters are c = 2 and a = 5. Under this parameter, (τ (x) / r) = − 1, (τ (x) / s) = − 1, (τ (x) / t) = − 1
An m-value such that mP = O is obtained with an element P (x) having an x-value such as This m value gives the order kg of the generation group Q (x). In this trial calculation, the maximum value kq of kg was kq = 36. Expected values are: kq = LCM ((r + 1) / 2, (s + 1) / 2, (t + 1) / 2) = LCM ((7 + 1) / 2, (11 + 1) / 2, (17 + 1) / 2) = LCM (4 , 6, 9) = 36
And agreed with the trial calculation value.

又、生成群Q(x)の個数は、その試行計算ではkg=36,18,12,9,6,4,3,2,1に対し、それぞれψ(kg)=72,54,32,18,24,4,8,3,1であった。次に、約数d|kgについての和は
和Σd|kgψ(d)=216,108,72,27,36,8,9,4,1
であり、これは
和Σd|kgψ(d)=6*36,6*18,6*12,3*9,6*6,2*4,3*3,2*2,1*1
である。従って、
和Σd|kgψ(d)=hkg
が成立していて、h=6,6,6,3,6,2,3,2,1である。
The number of generation groups Q (x) is ψ (kg) = 72, 54, 32, respectively for kg = 36, 18, 12, 9, 6, 4, 3, 2, 1 in the trial calculation. 18, 24, 4, 8, 3, 1. Next, the sum for the divisor d | kg is the sum Σ d | kg ψ (d) = 216, 108, 72, 27, 36, 8, 9, 4, 1
This is the sum Σ d | kg ψ (d) = 6 * 36, 6 * 18, 6 * 12, 3 * 9, 6 * 6, 2 * 4, 3 * 3, 2 * 2, 1 * 1
It is. Therefore,
Sum Σ d | kg ψ (d) = hkg
And h = 6, 6, 6, 3, 6, 2, 3, 2, 1.

ここで、h=h1h2h3として、kg=36,18,12,9,6,4,3,2,1に対し、h値を予想値計算してみると、h=(kg,k1,k2)(kg,k2,k3)(kg,k3,k1)から
for kg=36 h=(36,4,6)(36,6,9)(36,9,4)=2*3*1=6
for kg=18 h=(18,4,6)(18,6,9)(18,9,4)=2*3*1=6
for kg=12 h=(12,4,6)(12,6,9)(12,9,4)=2*3*1=6
for kg=9 h=(9,4,6)(9,6,9)(9,9,4)=1*3*1=3
for kg=6 h=(6,4,6)(6,6,9)(6,9,4)=2*3*1=6
for kg=4 h=(4,4,6)(4,6,9)(4,9,4)=2*1*1=2
for kg=3 h=(3,4,6)(3,6,9)(3,9,4)=1*3*1=3
for kg=2 h=(2,4,6)(2,6,9)(2,9,4)=2*1*1=2
for kg=1 h=(1,4,6)(1,6,9)(1,9,4)=1*1*1=1
で、やはり前記試行計算値と一致した。
Here, when h = h1h2h3 and kg = 36,18,12,9,6,4,3,2,1, the expected value of h value is calculated, h = (kg, k1, k2) (Kg, k2, k3) (kg, k3, k1) to for kg = 36 h = (36, 4, 6) (36, 6, 9) (36, 9, 4) = 2 * 3 * 1 = 6
for kg = 18 h = (18, 4, 6) (18, 6, 9) (18, 9, 4) = 2 * 3 * 1 = 6
for kg = 12 h = (12,4,6) (12,6,9) (12,9,4) = 2 * 3 * 1 = 6
for kg = 9 h = (9,4,6) (9,6,9) (9,9,4) = 1 * 3 * 1 = 3
for kg = 6 h = (6, 4, 6) (6, 6, 9) (6, 9, 4) = 2 * 3 * 1 = 6
for kg = 4 h = (4,4,6) (4,6,9) (4,9,4) = 2 * 1 * 1 = 2
for kg = 3 h = (3,4,6) (3,6,9) (3,9,4) = 1 * 3 * 1 = 3
for kg = 2 h = (2, 4, 6) (2, 6, 9) (2, 9, 4) = 2 * 1 * 1 = 2
for kg = 1 h = (1, 4, 6) (1, 6, 9) (1, 9, 4) = 1 * 1 * 1 = 1
Thus, it also coincided with the trial calculation value.

そこで(45−2)式にメービウスの反転公式を適用すれば、法nが素因数3個を有する場合に位数kgを有する生成群の個数について   Therefore, if Moebius's inversion formula is applied to the equation (45-2), when the modulus n has 3 prime factors,

Figure 2009223035
Figure 2009223035















であり、ψ(36)=72となって、試行計算で実際に数えた値に一致した。
今度は、共通の因数h=(k1,k2,k3)≠1である場合にはどのように取り扱うべきか考えてみる。
Thus, ψ (36) = 72, which coincided with the value actually counted in the trial calculation.
Now consider how it should be handled if the common factor h c = (k1, k2, k3) ≠ 1.

(45−3)式では、h=h1h2h3からして、h の形で出現することになるが、位数kgは本来kq=LCM(k1,k2,k3)及びその約数についてのみ和を取るので、位数kg以下の生成群Q(x)の個数の総和への寄与としては過重になっていると考えられる。 In the equation (45-3), h = h1h2h3 and h c 3 will appear. However, the order kg is originally kq = LCM (k1, k2, k3) and its sum only for the divisor. Therefore, it is considered that the contribution to the sum of the number of generation groups Q (x) of order kg or less is excessive.

そこで再び試行数値計算により正しい理論式を推定することにしてみる。
=11,p=17,p=23の素因数を有する法n=pである拡張2次双曲線群で、(D/p)=−1であるようにパラメータ等(a=14,c=1,d=6,b=15)を設定し、(x/p)=−1であるようなx値につき生成群Q(x)の位数kgを求める試行数値計算の結果、以下の結果を得た。
Therefore, we try to estimate the correct theoretical formula again by trial numerical calculation.
An extended quadratic hyperbola group with modulus n = p 1 p 2 p 3 with prime factors of p 1 = 11, p 2 = 17, p 3 = 23, and parameters such that (D / p i ) = − 1 Etc. (a = 14, c = 1, d = 6, b = 15) are set, and the order kg of the generator group Q (x) is obtained for the x value such that (x / p i ) = − 1. As a result of trial numerical calculation, the following results were obtained.

即ち、生成群Q(x)の最大位数kqについては、従来と同様に
kq=LCM(k1,k2,k3)
=LCM((p+1)/2,(p+1)/2,(p+1)/2)=LCM((11+1)/2,(17+1)/2,(23+1)/2)=LCM(6,9,12)=36
であり、試行計算値と一致する。又、kg=36,18,12,9,6,4,3,2,1に対し、それぞれψ(kg)=216,162,104,54,78,4,26,3,1であった。次に、約数d|kgについての和は
和Σd|kgψ(d)=648,324,216,81,108,8,27,4,1
であり、これは
和Σd|kgψ(d)=18*36,18*18,18*12,9*9,18*6,2*4,9*3,2*2,1*1
である。従って、和Σd|kgψ(d)=hkgが成立していて、h=18,18,18,9,18,2,9,2,1である。この結果を従来の推定理論式h=h1h2h3と比べてみると、丁度、共通の因数h=(kg,k1,k2,k3)の分だけ過重であることが分かる。従って、
h=(kg,k1,k2)(kg,k2,k3)(kg,k3,k1)/(kg,k1,k2,k3) ・・・・(45―4)
が本来の姿(理論式)であると推定される。これによれば、(45―3)式は本来、
That is, for the maximum order kq of the generation group Q (x), kq = LCM (k1, k2, k3) as in the conventional case.
= LCM ((p 1 +1) / 2, (p 2 +1) / 2, (p 3 +1) / 2) = LCM ((11 + 1) / 2, (17 + 1) / 2, (23 + 1) / 2) = LCM (6, 9, 12) = 36
Which matches the trial calculation. Also, for kg = 36, 18, 12, 9, 6, 4, 3, 2, 1, ψ (kg) = 216, 162, 104, 54, 78, 4, 26, 3, 1, respectively. . Next, the sum for the divisor d | kg is the sum Σ d | kg ψ (d) = 648,324,216,81,108,8,27,4,1
This is the sum Σ d | kg ψ (d) = 18 * 36, 18 * 18, 18 * 12, 9 * 9, 18 * 6, 2 * 4, 9 * 3, 2 * 2, 1 * 1
It is. Therefore, the sum Σ d | kg ψ (d) = hkg holds, and h = 18, 18, 18, 9, 18, 2, 9, 2, 1. Comparing this result with the conventional estimation theoretical formula h = h1h2h3, it can be seen that there is an excess just by the common factor h c = (kg, k1, k2, k3). Therefore,
h = (kg, k1, k2) (kg, k2, k3) (kg, k3, k1) / (kg, k1, k2, k3) (45-4)
Is assumed to be the original figure (theoretical formula). According to this, (45-3) is essentially

Figure 2009223035
Figure 2009223035


の一部であると考えられ、k=1と置くと(35−6)式へ帰着する。(45−5)式についての直接の証明はないが、一応次のように解釈される。まず、その共通因数は常に構成素因数の2乗以上の形で現れるので、メービィウス関数の性質から前記基本周期に影響を与えない。従って、(45−5)式の項数が実質的に増えることはなく、当該基本周期を有する巡回群の個数kg/dに影響するだけである。次に位数k=kのとき、素因数の集合を考え、k、k及びkの3つの集合の重ね合わせを考える。集合kは、自らの固有部分k10と前記3つの集合の共通部分hと集合kのみとの共通部分h12と集合kのみとの共通部分h31とから構成される。集合kは、自らの固有部分k20と前記3つの集合の共通部分hと集合kのみとの共通部分h12と集合kのみとの共通部分h23とから構成される。集合kは、自らの固有部分k30と前記3つの集合の共通部分hと集合kのみとの共通部分h31と集合kのみとの共通部分h23とから構成される。このとき、 If k 3 = 1 is set, it returns to the equation (35-6). Although there is no direct proof about (45-5), it is interpreted as follows. First, since the common factor always appears in the form of the square of the constituent factor or more, it does not affect the fundamental period due to the nature of the Moebius function. Therefore, the number of terms in the equation (45-5) does not substantially increase, and only affects the number kg / d of cyclic groups having the basic period. Next, when the order k = k 1 k 2 k 3 , a set of prime factors is considered, and a superposition of three sets of k 1 , k 2, and k 3 is considered. The set k 1 includes its own unique part k 10 , a common part h 4 of the three sets, a common part h 12 of only the set k 2, and a common part h 31 of only the set k 3 . Set k 2 is composed of a common part h 23 Metropolitan the only intersection h 12 a set k 3 with only a set k 1 and intersection h 4 of its own inherent part k 20 and the three sets. Set k 3 are constructed from a common portion h 23 Metropolitan the only set k 2 and intersection h 31 with only a set k 1 and intersection h 4 of its own inherent part k 30 and the three sets. At this time,

Figure 2009223035





Figure 2009223035





回繰り返される構造が存在する。ここで前記巡回群の個数kg/dを考えれば、その共通部分につき There is a structure that is repeated times. Here, considering the number kg / d of the traveling group,

Figure 2009223035










Figure 2009223035










と、対応付けることができる。上記議論により当該基本周期を有する巡回群の個数は、kg/dから(kg/d)(kg/d,k,k)(kg/d,k,k)(kg/d,k,k)/(kg/d,k,k,k)に増加する。 Can be associated with each other. From the above discussion, the number of cyclic groups having the basic period is from kg / d to (kg / d) (kg / d, k 1 , k 2 ) (kg / d, k 2 , k 3 ) (kg / d, k 3 , k 1 ) / (kg / d, k 1 , k 2 , k 3 ).

この(45−5)式につき、別の試行計算例を掲げる。
=17,p=23,p=29の素因数を有する法n=pである拡張2次双曲線群EHCで、(D/p)=−1であるようにパラメータ等(a=9,c=1,d=4,b=14)を設定し、(x/p)=−1であるようなx値につき生成群Q(x)の位数kgを求める試行数値計算の結果、以下の結果を得た。
Another trial calculation example is given for the equation (45-5).
In the extended quadratic hyperbolic group EHC with modulus n = p 1 p 2 p 3 with prime factors p 1 = 17, p 2 = 23, p 3 = 29, so that (D / p i ) = − 1 Parameters (a = 9, c = 1, d = 4, b = 14) are set, and the order kg of the generator group Q (x) is set for x values such that (x / p i ) = − 1. As a result of the trial numerical calculation to be obtained, the following results were obtained.

即ち、生成群Q(x)の最大位数kqについては、従来と同様に
kq=LCM(k1,k2,k3)=LCM((p+1)/2,(p+1)/2,(p+1)/2)
=LCM((17+1)/2,(23+1)/2,(29+1)/2)=LCM(9,12,15)=180
であり、試行計算値と一致する。又、
kg=180,90,60,45,36,30,20,18,15,12,10,9,6,5,4,3,2,1
に対し、それぞれ
ψ(kg)=432,216,208,216,108,104,8,54,104,52,4,54,26,4,2,26,1,1
であった。次に、約数d|kgについての和は、
和Σd|kgψ(d)=1620,810,540,405,324,270,20,162,135,108,10,81,54,5,4,27,2,1
であり、これは
和Σd|kgψ(d)=9*180,9*90,9*60,9*45,9*36,9*30,1*20,9*18,9*15,9*12,1*10,9*9,
9*6,1*5,1*4,9*3,1*2,1*1
である。従って、
和Σd|kgψ(d)=hkg
が成立していて、
h=9,9,9,9,9,9,1,9,9,9,1,9,9,1,1,9,1,1
である。この結果を推定理論値h=h1h2h3と比べてみると、やはり共通の因数h=(kg,k1,k2,k3)の分だけ過重で、(45−4)式及び(45−5)式が成立していた。そこで、一般的にも(45−4)式及び(45−5)式が成立していると考えられる。しかし、あくまで推定であってその証明はない。
That is, for the maximum order kq of the generation group Q (x), kq = LCM (k1, k2, k3) = LCM ((p 1 +1) / 2, (p 2 +1) / 2, ( p 3 +1) / 2)
= LCM ((17 + 1) / 2, (23 + 1) / 2, (29 + 1) / 2) = LCM (9,12,15) = 180
Which matches the trial calculation. or,
kg = 180, 90, 60, 45, 36, 30, 20, 18, 15, 12, 10, 9, 6, 5, 5, 4, 3, 2, 1
Ψ (kg) = 432, 216, 208, 216, 108, 104, 8, 54, 104, 52, 4, 54, 26, 4, 2, 26, 1, 1
Met. Then the sum for the divisor d | kg is
Sum Σ d | kg ψ (d) = 1620, 810, 540, 405, 324, 270, 20, 162, 135, 108, 10, 81, 54, 5, 4, 27, 2, 1
This is the sum Σ d | kg ψ (d) = 9 * 180, 9 * 90, 9 * 60, 9 * 45, 9 * 36, 9 * 30, 1 * 20, 9 * 18, 9 * 15 , 9 * 12, 1 * 10, 9 * 9,
9 * 6, 1 * 5, 1 * 4, 9 * 3, 1 * 2, 1 * 1
It is. Therefore,
Sum Σ d | kg ψ (d) = hkg
Is established,
h = 9,9,9,9,9,9,1,9,9,9,1,9,9,1,1,9,1,1
It is. When this result is compared with the estimated theoretical value h = h1h2h3, the same factor h c = (kg, k1, k2, k3) is overloaded, and the expressions (45-4) and (45-5) Was established. Therefore, it is generally considered that the expressions (45-4) and (45-5) are established. However, it is only an estimate and there is no proof.

前記までは法nが合成数でn=pの(p≠p)ときの拡張2次双曲線群EHCを取り扱っていたが、ここでは法nが合成数でn=p(p≠2)の場合を若干説明しておく。 Up to this point, the extended quadratic hyperbola group EHC when the modulus n is a composite number and n = p 1 p 2 (p 1 ≠ p 2 ) has been dealt with, but here the modulus n is the composite number and n = p h ( The case of p ≠ 2) will be described briefly.

法nがn=p(p≠2)の場合には、非特許文献(高木貞治「初等整数論講義」第2版、共立出版(ISBN:4-320-01001-9)P.112)で示される下記定理が存在する。 When the law n is n = ph (p ≠ 2), non-patent literature (Takaharu Sadaharu "Primary Number Theory Lecture" 2nd Edition, Kyoritsu Shuppan (ISBN: 4-320-01001-9) P.112) There is the following theorem indicated by.

[定理46―1]
素数ベキ=p(p≠2)を法とするとき、原始根rが存在する。即ち、rはそのφ(p)乗が初めてpを法として1と合同になる数で、従って
1,r,r,,,rφ−1 ; φ(p)=ph−1(p−1)
が法pの既約類を代表する。
[Theorem 46-1]
When the prime powers = p h (p ≠ 2) the law, primitive root r exists. That, r is the number that φ (p h) th power becomes 1 congruent to first p h modulo therefore 1, r, r 2 ,,, r φ-1; φ (p h) = p h- 1 (p-1)
But to represent the irreducible kind of law p h.

[証明省略]
そこで、この原始根を利用して前記配偶の個数を議論することが考えられる。しかし、配偶という概念は法がpのような素数のときにのみ成立する概念で、法が合成数nである場合には同様の議論により直接拡張することはできない。法が合成数nである場合には、法が素数pである場合を基礎にしてその拡張を図る。実際、定理39−1では素因数p若しくはpの構造が法nの下でも生き残っていた。なお、原始根とは法nの乗法群で、その位数がφ(n)であるような元をいう。従って、n−φ(n)個の値nと素でない元は除外されており、これらは原始根の乗積によっては出現しない。
[Proof omitted]
Therefore, it is possible to discuss the number of mates using this primitive root. However, the concept of mating is a concept that is valid only when the modulus is a prime number such as p. When the modulus is a composite number n, it cannot be directly expanded by the same argument. When the modulus is a composite number n, the extension is attempted based on the case where the modulus is a prime number p. In fact, according to Theorem 39-1, the structure of prime factor p 1 or p 2 survived even under modulus n. A primitive root is a multiplicative group of modulus n and an element whose order is φ (n). Therefore, n−φ (n) values n and non-prime elements are excluded, and they do not appear depending on the product of primitive roots.

法nの下での構造を理解するヒントは、オイラーの関数にある。n=pの場合に
φ(p)=ph−1(p−1)
が成立するが、これは
φ(p)=ph−1φ(p)
と書き直すことができる。これが意味するところは、「素因数pの構造がph−1回繰り返される構造が存在する」、ということである。
A hint to understand the structure under modulo n is in Euler's function. In the case of n = p h φ (p h ) = p h-1 (p-1)
Is established, but this is φ ( ph ) = ph−1 φ (p)
Can be rewritten. This means that "there exists a structure in which the structure of the prime factor p is repeated ph-1 times".

ここで数値例を掲げる。
h=2,p=3,n=9の場合、(D/p)=+1、例えば、a=1,rs=aである場合には、n=9,φ(n)=6であるので、(r,n)≠1でない数値はn−φ(n)=3個で、それぞれr=0,3,6である。又、従来の議論により法nの下での配偶を数えると4個で、具体的には(r,s)=(1,1);(8,8);(2,5);(4,7)である。しかし、法をnではなくて、法pで考え、且つ、φ(n)/φ(p)回の繰り返しで構成されていると考えれば、配偶の構成も異なったものとなる。このとき配偶は(r,s)=(1,1);(2,2)の2個しかない。そして、φ(n)/φ(p)=6/2=3回繰り返される。即ち、(D/p)=+1である場合には2個の配偶が3回繰り返す構造を有し、合計6個の配偶が出現する。
Here are some numerical examples.
When h = 2, p = 3, and n = 9, (D / p) = + 1, for example, when a = 1 and rs = a, n = 9 and φ (n) = 6. , (R, n) ≠ 1 is n−φ (n) = 3, and r = 0, 3, and 6, respectively. Further, according to the conventional discussion, the number of mates under the modulo n is 4, specifically, (r, s) = (1, 1); (8, 8); (2, 5); (4 7). However, if the modulo is considered not by n but by modulo p, and it is assumed that it is constituted by repetition of φ (n) / φ (p) times, the configuration of mating is also different. At this time, there are only two mates: (r, s) = (1, 1); (2, 2). Then, φ (n) / φ (p) = 6/2 = repeated three times. That is, when (D / p) = + 1, the structure has two mates repeated three times, and a total of 6 mates appear.

(D/p)=−1、例えば、a=2,rs=aである場合には、N=φ(n)/2=3個で、具体的には(r,s)=(1,2);(4,5);(7,8)である。しかし、法をnではなくて、法pで考え、且つ、φ(n)/φ(p)回の繰り返しで構成されていると考えれば、配偶の構成も異なったものとなる。このとき配偶は(r,s)=(1,2)の1個しかない。そして、φ(n)/φ(p)=6/2=3回繰り返す構造を有している。即ち、(D/p)=−1である場合には1個の配偶が3回繰り返し出現し、合計3個の配偶が出現する。   (D / p) =-1, for example, when a = 2 and rs = a, N = φ (n) / 2 = 3, specifically, (r, s) = (1, 2); (4, 5); (7, 8). However, if the modulo is considered not by n but by modulo p, and it is assumed that it is constituted by repetition of φ (n) / φ (p) times, the configuration of mating is also different. At this time, there is only one mate (r, s) = (1, 2). And it has a structure which repeats (phi) (n) / phi (p) = 6/2 = 3 times. That is, when (D / p) = − 1, one mating appears repeatedly three times, and a total of three mates appear.

次に、法n=pの下で「τ(x)=x2+cx−aが平方剰余」という条件を満たすxの個数Nを数えることにする。 Now it is counting the number N of law n = p under h "τ (x) = x 2 + cx-a is a quadratic residue" condition that x.

このとき従来の議論と同様に、判別式Dが法pの下で平方非剰余か平方剰余(D≠0)かに依存して配偶の個数が変わり、当該配偶の個数の制限を受けて「τ(x)が平方剰余」という条件を満たすxの個数Nが決まる。但し、当該配偶についての議論は素因数pを法とする場合に限り成立し、「素因数pの構造がph−1回繰り返される」構造を前提に計算される。即ち、「τ(x)が平方剰余」という条件を満たすxの個数Nは、判別式Dが法pの下で平方非剰余であれば、
N=ph−1((p−1)/2) ・・・・(46−1)
に、判別式Dが法pの下で平方剰余(D≠0)であれば、
N=ph−1((p+1)/2) ・・・・(46−2)
に、それぞれなる。
At this time, as in the conventional discussion, the number of mates varies depending on whether the discriminant D is a non-square residue or a square residue (D ≠ 0) under the modulus p. The number N of x satisfying the condition that “τ (x) is a square remainder” is determined. However, the discussion about the mating is valid only when the prime factor p is modulo and is calculated on the assumption that the structure of the prime factor p is repeated ph-1 times. That is, the number N of x satisfying the condition that “τ (x) is a quadratic residue” is, if the discriminant D is a non-square residue under the modulus p,
N = ph-1 ((p-1) / 2) (46-1)
If the discriminant D is a quadratic residue (D ≠ 0) under the modulus p,
N = ph−1 ((p + 1) / 2) (46-2)
It becomes each.

ここで、(r,n)≠1である数値r(配偶の片方)をどのように取り扱うべきか説明する。   Here, how to handle the numerical value r (one of the mates) where (r, n) ≠ 1 will be described.

(r,n)≠1である数値は、全て法pの倍数である。従って、逆元(Z/nZ)を有していない。逆元が存在しないのでD≠0の場合には、rs=Dとなるような配偶を構成できない。従って、配偶rに係るx値についてτ(x)は平方剰余数にならない。即ち、τ(x)は平方非剰余数で、「τ(x)が平方非剰余」という条件を満たすxの個数N_にカウントされる。これは、平方非剰余数の個数N_が、N_=n−Nであることを意味する。なお、D=0の場合は、全て平方剰余数である。   All numerical values where (r, n) ≠ 1 are multiples of the modulus p. Therefore, it does not have an inverse element (Z / nZ). Since there is no inverse element, a mating such that rs = D cannot be constructed when D ≠ 0. Accordingly, τ (x) is not a square remainder for the x value related to the mating r. That is, τ (x) is a non-square residue number, and is counted as the number N_ of x satisfying the condition that “τ (x) is a non-square residue”. This means that the number N_ of the non-square residue number is N_ = n−N. When D = 0, all are square remainder numbers.

従って、法nがn=pの場合の拡張2次双曲線群の位数kは、判別式Dが法pの下で平方非剰余であれば、
k=n−ph−1((p−1)/2)=ph−1(p+1)/2 ・・・・(46−3)
に、判別式Dが法pの下で平方剰余(D≠0)であれば、拡張2次双曲線半群となって、その位数kは
k=n−ph−1((p+1)/2)=ph−1(p−1)/2 ・・・・(46−4)
に、それぞれなる。又、素因数p以外の構造が存在しないことから、(32−3)式で与えられた最小公倍数の巡回周期という概念は成立せず、生成群Q(x)の最大位数kqは拡張2次双曲線群の位数kと一致し、kq=kになる。
Thus, of order k of the extended secondary hyperbolic groups when the modulus n is n = p h is the discriminant D is as long as quadratic non-residue under the law p,
k = n−p h−1 ((p−1) / 2) = ph−1 (p + 1) / 2 (46-3)
If the discriminant D is a quadratic residue (D ≠ 0) under the modulus p, it becomes an extended quadratic hyperbolic semigroup, and its order k is k = n−p h−1 ((p + 1) / 2) = ph -1 (p-1) / 2 (46-4)
It becomes each. In addition, since there is no structure other than the prime factor p, the concept of the cyclic cycle of the least common multiple given by the equation (32-3) does not hold, and the maximum order kq of the generated group Q (x) is an extended quadratic order. It agrees with the order k of the hyperbolic group, and kq = k.

ここで、再び数値例を掲げる。
h=3,p=7,n=343の拡張2次双曲線群で(D/p)=−1の場合、D=5,a=1,c=1において生成群Q(x)の最大位数kは、k=196であった。前記議論によれば、τ(x)が平方非剰余であるx値の個数
N_=n−ph−1((p−1)/2)=343−49x3=196
なので、τ(x)が平方非剰余であるx値の個数N_は生成群Q(x)の最大位数kと一致した。
Here, numerical examples are given again.
In the case of an extended quadratic hyperbola group of h = 3, p = 7, n = 343 and (D / p) = − 1, the maximum position of the generator group Q (x) at D = 5, a = 1, and c = 1 The number k q was k q = 196. According to the above discussion, the number of x values for which τ (x) is a non-square residue N_ = n−p h−1 ((p−1) / 2) = 343−49 × 3 = 196
Therefore, the number N_ of x values in which τ (x) is a non-square residue coincides with the maximum order k q of the generation group Q (x).

他方、D=9,a=2,c=1において(D/p)=+1の場合には拡張2次双曲線半群となり、生成群Q(x)の最大位数kはk=147であった。前記議論によれば、τ(x)が平方非剰余であるx値の個数N_は
N_=n−ph−1((p+1)/2)=343−49x4=147
なので、τ(x)が平方非剰余であるx値の個数N_は生成群Q(x)の最大位数kと一致した。
On the other hand, when (D / p) = + 1 at D = 9, a = 2, and c = 1, an extended quadratic hyperbolic semigroup is obtained, and the maximum order k q of the generator group Q (x) is k q = 147. Met. According to the above discussion, the number N_ of x values in which τ (x) is a non-square residue is N_ = n−p h−1 ((p + 1) / 2) = 343−49 × 4 = 147.
Therefore, the number N_ of x values in which τ (x) is a non-square residue coincides with the maximum order k q of the generation group Q (x).

本発明の実施例1では具体的な暗号化方法としてHC-Elgamal暗号を開示し、又、具体的なデジタル署名方法として、HC-Elgamal署名を開示した。しかし、本発明の2次双曲線群等の利用はこれらに留まるものではなく、2次双曲線群等の離散対数を利用する総ての応用に拡張可能である。その場合、楕円曲線暗号等に比べて簡易な構成により2次双曲線群EHCを利用した暗号を構成でき、特に位数関係が簡明なことから、整数論の初等的知識を有する者に対して離散対数に係る暗号の利用が普及すると期待される。暗号や数学の専門家に対しては、従来の暗号理論や数学理論の進歩に寄与する「道具」として利用することができる。   In the first embodiment of the present invention, the HC-Elgamal encryption is disclosed as a specific encryption method, and the HC-Elgamal signature is disclosed as a specific digital signature method. However, the use of the quadratic hyperbola group of the present invention is not limited to these, and can be extended to all applications using a discrete logarithm such as a quadratic hyperbola group. In that case, it is possible to construct a cipher using the quadratic hyperbola group EHC with a simple configuration compared to elliptic curve cryptography, etc., and since the order relation is particularly simple, it is discrete for those who have elementary knowledge of number theory. The use of logarithmic cryptography is expected to spread. For cryptography and mathematicians, it can be used as a “tool” that contributes to the advancement of conventional cryptography and mathematical theory.

図12は、楕円曲線暗号と双曲線暗号の特徴を比較した図である。
既に開示したように、双曲線暗号の数学的な根拠は離散対数を求める困難さにその根拠を置いており、これは楕円曲線暗号と同様である。しかし、楕円曲線暗号では素数位数とするために曲線パラメータを替えて素数位数判定を繰り返す作業を必要としていた。この点、当初から素数位数を指定できる双曲線暗号のほうがが有利である。又、曲線パラメータの指定も所定の関係式を満たすだけで容易に設計者の任意で選択できる。素数位数のために曲線パラメータを拘束されている楕円曲線暗号のほうが不利、といえる。
FIG. 12 is a diagram comparing the characteristics of elliptic curve cryptography and hyperbola cryptography.
As already disclosed, the mathematical basis of hyperbolic cryptography is based on the difficulty of obtaining discrete logarithms, which is similar to elliptic curve cryptography. However, in elliptic curve cryptography, it is necessary to repeat the prime order determination by changing the curve parameters in order to obtain prime orders. In this regard, hyperbolic cryptography that can specify prime order from the beginning is more advantageous. In addition, the specification of the curve parameter can be easily selected by the designer simply by satisfying a predetermined relational expression. It can be said that elliptic curve cryptography in which curve parameters are constrained due to prime order is disadvantageous.

公開鍵暗号やデジタル署名を同様に実現できる点で双方に差異はない。しかし、双曲線暗号では位数が一定であるので、秘密鍵変動や演算変動型暗号を構成することができる。これはストリーム暗号や1回限りの使い捨ての暗号を必要とする量子暗号通信等への利用の可能性を示唆している。最も計算の負荷を考えれば、逆元計算後回し法を使用した場合でも、暗号に係る秘密鍵等のビット数を多くすることはできない、と考えられる。   There is no difference between them in that public key cryptography and digital signature can be realized in the same way. However, since the order is constant in the hyperbolic cryptography, it is possible to configure a secret key variation or calculation variation type encryption. This suggests the possibility of use in quantum cryptography communication that requires stream ciphers and one-time disposable ciphers. Considering the most computational load, it is considered that the number of bits such as a secret key related to encryption cannot be increased even when the inverse element calculation post-rotation method is used.

本発明の実施例1に係る2次双曲線群の鍵生成装置の概略構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows schematic structure of the key generation apparatus of the quadratic hyperbola group which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る2次双曲線群の鍵生成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the key generation method of the quadratic hyperbola group which concerns on Example 1 of this invention. 群演算に関する2次双曲線群の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the quadratic hyperbola group regarding group calculation. 2次双曲線群の具体的構成例で、p=23,d=6,a=4,c=1,b=7である2次双曲線群HC(d≠b)の生成群Q(x)の構造を示す図である。In a specific configuration example of the quadratic hyperbola group, the generation group Q (x) of the quadratic hyperbola group HC (d ≠ b) where p = 23, d = 6, a = 4, c = 1, and b = 7 It is a figure which shows a structure. 本発明の実施例2に係る秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置を示す概略の構成図である。It is a schematic block diagram which shows the secret key fluctuation | variation type stream cipher production | generation apparatus concerning Example 2 of this invention. 図4の秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置の計算例(m=2)を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a calculation example (m = 2) of the secret key variable stream cipher generation device in FIG. 4. 図4の秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置のストリーム出力例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a stream output example of the secret key variable stream cipher generation device of FIG. 4. 図4の秘密鍵変動型ストリーム暗号生成装置による暗号化及び復号化を行ってデータの送受信を行う通信システムの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a communication system that performs transmission and reception of data by performing encryption and decryption by the secret key fluctuation type stream cipher generation device of FIG. 4. 本発明の実施例3に係る拡張2次双曲線群の鍵生成方法(n=pの場合)を示すフローチャートである。It is a flowchart showing an extended secondary hyperbolic group key generation method (case of n = p 1 p 2) according to the third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3に係る法n=91、位数k=28の拡張2次双曲線群(生成群Q(x))の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the extended quadratic hyperbola group (generation group Q (x)) of modulus n = 91 and order k = 28 which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例3に係る法n=391、位数k=36の拡張2次双曲線群(生成群Q(x))の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the expansion quadratic hyperbola group (generation group Q (x)) of modulus n = 391 and order k = 36 concerning Example 3 of this invention. 法n=221,r=13,s=17である拡張2次双曲線半群の具体例であって、位数Kgを与える生成群の個数(τ(d))とτ(x)の属性一致)を示す図である。This is a specific example of an extended quadratic hyperbolic semigroup with modulus n = 221, r = 13, and s = 17, and the number of generator groups giving the order Kg (τ (d)) and attribute coincidence of τ (x) ). 法n=221,r=13,s=17である拡張2次双曲線半群の具体例であって、位数Kgを与える生成群の個数(τ(d))とτ(x)の属性不一致)を示す図である。This is a specific example of an extended quadratic hyperbolic semigroup with modulus n = 221, r = 13, and s = 17, and the number of generation groups (τ (d)) giving order Kg and attribute mismatch between τ (x) ). 法n=221,r=13,s=17である拡張2次双曲線半群の具体例であって、判別式Dとτ(x)の属性不一致、及びτ(d)とτ(x)の属性一致を示す図である。This is a specific example of an extended quadratic hyperbolic semigroup with modulo n = 221, r = 13, and s = 17, where the discriminants D and τ (x) do not match the attributes, and τ (d) and τ (x) It is a figure which shows attribute matching. 本発明の実施例4に係る拡張2次双曲線群等を用いて法n(n=p)の素因数を求める鍵生成方法を示すフローチャートである。Is a flowchart illustrating a key generation method for obtaining the prime factors of Example 4 law using the extended second hyperbola group or the like according to the n (n = p 1 p 2 ) of the present invention. 楕円曲線暗号と双曲線暗号の特徴を比較した図である。It is the figure which compared the characteristic of the elliptic curve encryption and the hyperbola encryption.

符号の説明Explanation of symbols

10 鍵生成装置
11 鍵設定部
12 曲線パラメータ設定部
13 鍵生成部
20,20−1,20−2 ストリーム暗号生成装置
21−0〜21−m セル演算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Key generation apparatus 11 Key setting part 12 Curve parameter setting part 13 Key generation part 20, 20-1, 20-2 Stream encryption generation apparatus 21-0 to 21-m Cell computing unit

Claims (6)

(a)スカラー係数である秘密鍵を設定すると共に、有限環上で定義された整数論的関数の従属変数yと当該整数論的関数の独立変数xとの組(x,y)からなる集合のなす有限可換群の元を第1の公開鍵として選択するステップと、
(b)前記第1の公開鍵に対して前記有限可換群において定義される加法演算を少なくとも1回施すことにより前記第1の公開鍵を前記秘密鍵でスカラー倍して第2の公開鍵を生成するステップとを有し、
前記整数論的関数は、前記有限環上で定義された2次多項式の分母と前記有限環上で定義された1次多項式の分子とからなる2次双曲線関数であり、
前記ステップ(b)の加法演算において、前記有限可換群の第1及び第2の元を加算する際には、前記第1及び第2の元を解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第1及び第2の元を除く第3の元が定まるとき、前記第3の元と前記有限可換群の所定の固定元とを解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第3の元と前記所定の固定元とを除く第4の元を当該加算結果として算出する双曲線暗号の鍵生成方法において、
前記有限可換群が剰余環Z/nZで、前記2次双曲線関数が
Figure 2009223035


である場合に、
第1のステップで、法n=p(h:自然数)である素数pを定め、
第2のステップで、判別式D/4=c+4aが素数pに対し平方非剰余であるように曲線パラメータa及びcを定め、
第3のステップで、前記固定元P(d)を与えるパラメータdに関しd(d+c)−aが素数pに対し平方非剰余であるように定め、
第4にのステップで、ベースポイントP(x)を与えるパラメータx(x≠d)に関しx(x+c)−aが素数pに対し平方非剰余であるように定めることを特徴とする双曲線暗号の鍵生成方法。
(A) A set consisting of a set (x, y) of a dependent variable y of an arithmetic function defined on a finite ring and an independent variable x of the arithmetic function defined with a secret key that is a scalar coefficient Selecting an element of a finite commutative group formed by the first public key;
(B) A second public key obtained by multiplying the first public key by the secret key by performing at least one addition operation defined in the finite commutative group on the first public key. Generating
The number-theoretic function is a quadratic hyperbolic function composed of a denominator of a second-order polynomial defined on the finite ring and a numerator of a first-order polynomial defined on the finite ring,
In the addition operation of step (b), when adding the first and second elements of the finite commutative group, a linear function having the first and second elements as a solution and the quadratic hyperbola A linear function having a solution of the third element and a predetermined fixed element of the finite commutative group when a third element excluding the first and second elements is determined among common solutions with the function; In a key generation method for hyperbolic cryptography for calculating a fourth element excluding the third element and the predetermined fixed element among the common solutions with the quadratic hyperbolic function as the addition result,
The finite commutative group is a remainder ring Z / nZ, and the quadratic hyperbolic function is
Figure 2009223035


If
In the first step, a prime number p that is a modulus n = p h (h: natural number) is determined,
In the second step, the curve parameters a and c are determined so that the discriminant D / 4 = c 2 + 4a is a non-square residue with respect to the prime number p,
In a third step, d (d + c) −a is determined to be a non-square remainder with respect to the prime number p with respect to the parameter d giving the fixed element P (d),
In the fourth step, the hyperbolic cryptography is characterized in that x (x + c) −a is determined to be a non-square residue with respect to the prime number p with respect to the parameter x (x ≠ d) giving the base point P (x). Key generation method.
(a)スカラー係数である秘密鍵を設定すると共に、有限環上で定義された整数論的関数の従属変数yと当該整数論的関数の独立変数xとの組(x,y)からなる集合のなす有限可換群の元を第1の公開鍵として選択するステップと、
(b)前記第1の公開鍵に対して前記有限可換群において定義される加法演算を少なくとも1回施すことにより前記第1の公開鍵を前記秘密鍵でスカラー倍して第2の公開鍵を生成するステップとを有し、
前記整数論的関数は、前記有限環上で定義された2次多項式の分母と前記有限環上で定義された1次多項式の分子とからなる2次双曲線関数であり、
前記ステップ(b)の加法演算において、前記有限可換群の第1及び第2の元を加算する際には、前記第1及び第2の元を解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第1及び第2の元を除く第3の元が定まるとき、前記第3の元と前記有限可換群の所定の固定元とを解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第3の元と前記所定の固定元とを除く第4の元を当該加算結果として算出する双曲線暗号の設計方法において、
前記有限可換群が剰余環Z/nZで、前記2次双曲線関数が
Figure 2009223035


である場合に、
第1のステップで、法nを素数p,pの積として定め、
第2のステップで、判別式D/4=c+4aが前記素数の何れに対しても平方非剰余であるように曲線パラメータa及びcを定め、
第3のステップで、前記固定元P(d)を与える新たなパラメータdに関しd(d+c)−aが前記素数の何れに対しても平方非剰余であるように定め、
第4のステップで、ベースポイントP(x)を与えるパラメータx(x≠d)に関しx(x+c)−aが前記素数の何れに対しても平方非剰余であるように定めることを特徴とする双曲線暗号の鍵生成方法。
(A) A set consisting of a set (x, y) of a dependent variable y of an arithmetic function defined on a finite ring and an independent variable x of the arithmetic function defined with a secret key that is a scalar coefficient Selecting an element of a finite commutative group formed by the first public key;
(B) A second public key obtained by multiplying the first public key by the secret key by performing at least one addition operation defined in the finite commutative group on the first public key. Generating
The number-theoretic function is a quadratic hyperbolic function composed of a denominator of a second-order polynomial defined on the finite ring and a numerator of a first-order polynomial defined on the finite ring,
In the addition operation of step (b), when adding the first and second elements of the finite commutative group, a linear function having the first and second elements as a solution and the quadratic hyperbola A linear function having a solution of the third element and a predetermined fixed element of the finite commutative group when a third element excluding the first and second elements is determined among common solutions with the function; In the hyperbolic cryptography design method of calculating a fourth element excluding the third element and the predetermined fixed element among the common solutions with the quadratic hyperbolic function as the addition result,
The finite commutative group is a remainder ring Z / nZ, and the quadratic hyperbolic function is
Figure 2009223035


If
In the first step, the modulus n is defined as the product of prime numbers p 1 and p 2 ,
In a second step, the curve parameters a and c are determined so that the discriminant D / 4 = c 2 + 4a is a non-square residue for any of the prime numbers,
In a third step, d (d + c) −a is determined to be a non-square residue for any of the prime numbers with respect to a new parameter d giving the fixed element P (d),
The fourth step is characterized in that x (x + c) −a is determined to be a non-square residue for any of the prime numbers with respect to the parameter x (x ≠ d) giving the base point P (x). Key generation method for hyperbolic cryptography.
(a)スカラー係数である秘密鍵を設定すると共に、有限環上で定義された整数論的関数の従属変数yと当該整数論的関数の独立変数xとの組(x,y)からなる集合のなす有限可換群の元を第1の公開鍵として選択するステップと、
(b)前記第1の公開鍵に対して前記有限可換群において定義される加法演算を少なくとも1回施すことにより前記第1の公開鍵を前記秘密鍵でスカラー倍して第2の公開鍵を生成するステップとを有し、
前記整数論的関数は、前記有限環上で定義された2次多項式の分母と前記有限環上で定義された1次多項式の分子とからなる2次双曲線関数であり、
前記ステップ(b)の加法演算において、前記有限可換群の第1及び第2の元を加算する際には、前記第1及び第2の元を解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第1及び第2の元を除く第3の元が定まるとき、前記第3の元と前記有限可換群の所定の固定元とを解として有する1次関数と前記2次双曲線関数との共通解のうち前記第3の元と前記所定の固定元とを除く第4の元を前記加算結果として算出する双曲線暗号の鍵生成方法において、
前記有限可換群が剰余環Z/nZで、前記2次双曲線関数が
Figure 2009223035


である場合に、
前記加法演算を計算するに際し、分子の演算と分母の演算を区別することにより、法nに係る逆元の演算を後回しにすることを特徴とする双曲線暗号の鍵生成方法。
(A) A set consisting of a set (x, y) of a dependent variable y of an arithmetic function defined on a finite ring and an independent variable x of the arithmetic function defined with a secret key that is a scalar coefficient Selecting an element of a finite commutative group formed by the first public key;
(B) A second public key obtained by multiplying the first public key by the secret key by performing at least one addition operation defined in the finite commutative group on the first public key. Generating
The number-theoretic function is a quadratic hyperbolic function composed of a denominator of a second-order polynomial defined on the finite ring and a numerator of a first-order polynomial defined on the finite ring,
In the addition operation of step (b), when adding the first and second elements of the finite commutative group, a linear function having the first and second elements as a solution and the quadratic hyperbola A linear function having a solution of the third element and a predetermined fixed element of the finite commutative group when a third element excluding the first and second elements is determined among common solutions with the function; In a hyperbolic cryptography key generation method of calculating a fourth element excluding the third element and the predetermined fixed element among the common solutions with the quadratic hyperbolic function as the addition result,
The finite commutative group is a remainder ring Z / nZ, and the quadratic hyperbolic function is
Figure 2009223035


If
A key generation method for hyperbolic cryptography characterized in that, when calculating the addition operation, the numerator operation and the denominator operation are distinguished from each other so that the inverse operation according to the modulus n is postponed.
請求項3記載の双曲線暗号の鍵生成方法において、
前記加法演算に係る関数値が特定の値に一致するか否かを判定する場合には、前記関数値の分子と前記特定の値の分母の積と前記関数値の分母と前記特定の値の分子の積とが一致することにより判定することを特徴とする双曲線暗号の鍵生成方法。
The key generation method for hyperbolic cryptography according to claim 3,
When determining whether or not the function value related to the addition operation matches a specific value, the product of the numerator of the function value and the denominator of the specific value, the denominator of the function value, and the specific value A key generation method for hyperbolic cryptography, characterized in that determination is made by matching a product of molecules.
請求項1又は2記載の双曲線暗号の鍵方法において、
前記有限可換群が剰余環Z/nZで、前記2次双曲線関数が
Figure 2009223035


である場合に、
第1のステップで、法n=p(h;自然数)である素数p、若しくは法nを素数p,pの積として定め、
第2のステップで、判別式D/4=c+4aが前記素数の何れか若しくは全てに対し平方剰余であるように曲線パラメータa及びcを定め、
第3のステップで、前記固定元P(d)を与える新たなパラメータdに関しd(d+c)−aが前記素数の何れに対しても平方非剰余であるように定め、
第4のステップで、ベースポイントP(x)を与えるパラメータx(x≠d)に関しx(x+c)−aが前記素数の何れに対しても平方非剰余であるように定め、
前記加法演算を請求項3記載の鍵生成方法で行うことを特徴とする双曲線暗号の鍵生成方法。
The hyperbolic cryptography key method according to claim 1 or 2,
The finite commutative group is a remainder ring Z / nZ, and the quadratic hyperbolic function is
Figure 2009223035


If
In the first step, a prime number p with modulus n = ph (h; natural number) or modulus n is defined as the product of prime numbers p 1 and p 2 ,
In a second step, the curve parameters a and c are determined so that the discriminant D / 4 = c 2 + 4a is a quadratic remainder for any or all of the prime numbers,
In a third step, d (d + c) −a is determined to be a non-square residue for any of the prime numbers with respect to a new parameter d giving the fixed element P (d),
In a fourth step, x (x + c) −a is determined to be a non-square residue for any of the prime numbers with respect to the parameter x (x ≠ d) giving the base point P (x),
A key generation method for hyperbolic cryptography, wherein the addition operation is performed by the key generation method according to claim 3.
請求項2又は5記載の双曲線暗号の鍵生成方法において、
第1のステップで、平方剰余の相互法則により(D/n)=+1又は(D/n)=−1を満たすD値で奇数であるものを集め、
第2のステップで、判別式D/4=c+4aに前記D値を割り当てると共に、曲線パラメータa及びcを定め、
第3のステップで、適当なx値につきτ(x)=x(x+c)−aを計算することによりτ(x)が奇数であるものの中から、(τ(x)/n)=+1を満たすx値を集め、
第4のステップで、前記x値の中から前記固定元P(d)を与えるパラメータd、及びベースポイントP(x)を与えるパラメータx(x≠d)を選択し、
第5のステップで、請求項2又は5記載の鍵生成方法により前記パラメータにより特定された拡張2次双曲線群若しくは拡張2次双曲線半群の位数計算を行い、
第6のステップで、前記位数計算により収集された位数から前記素数p,pを決めることにより法nの素因数を求める方法であって、
前記素因数によりRSA暗号の公開鍵から秘密鍵を求めることを特徴とする双曲線暗号の鍵生成方法。
The key generation method for hyperbolic cryptography according to claim 2 or 5,
In the first step, according to the quadratic reciprocal law, collect D values that are odd and satisfying (D / n) = + 1 or (D / n) = − 1,
In the second step, the D value is assigned to the discriminant D / 4 = c 2 + 4a, and the curve parameters a and c are determined.
In the third step, calculate (τ (x) / n) = + 1 from among those where τ (x) is odd by calculating τ (x) = x (x + c) −a for an appropriate x value. Collect x values to satisfy,
In a fourth step, a parameter d that gives the fixed element P (d) and a parameter x (x ≠ d) that gives a base point P (x) are selected from the x values,
In the fifth step, the order calculation of the extended quadratic hyperbola group or the extended quadratic hyperbola semigroup specified by the parameter by the key generation method according to claim 2 or 5 is performed,
In a sixth step, a prime factor of modulus n is obtained by determining the prime numbers p 1 and p 2 from the orders collected by the order calculation,
A hyperbolic cryptography key generation method, wherein a secret key is obtained from a public key of RSA cryptography using the prime factor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115473703A (en) * 2022-08-24 2022-12-13 华南农业大学 Identity-based ciphertext equivalence testing method, device, system and medium for authentication

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000181351A (en) * 1998-12-18 2000-06-30 Toshiba Corp Key forming method of elliptic curve cipher and its apparatus
JP2006259735A (en) * 2005-03-15 2006-09-28 Microsoft Corp Elliptic curve point octupling using single instruction multiple data processing
JP2008203548A (en) * 2007-02-20 2008-09-04 Oki Electric Ind Co Ltd Key generating method using quadric hyperbolic curve group, decoding method, signature verification method, key stream generating method and device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000181351A (en) * 1998-12-18 2000-06-30 Toshiba Corp Key forming method of elliptic curve cipher and its apparatus
JP2006259735A (en) * 2005-03-15 2006-09-28 Microsoft Corp Elliptic curve point octupling using single instruction multiple data processing
JP2008203548A (en) * 2007-02-20 2008-09-04 Oki Electric Ind Co Ltd Key generating method using quadric hyperbolic curve group, decoding method, signature verification method, key stream generating method and device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115473703A (en) * 2022-08-24 2022-12-13 华南农业大学 Identity-based ciphertext equivalence testing method, device, system and medium for authentication
CN115473703B (en) * 2022-08-24 2024-04-12 华南农业大学 Authentication ciphertext equivalent test method, device, system and medium based on identity

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