JP2023152132A

JP2023152132A - 暗号化装置、暗号化方法及び暗号化プログラム

Info

Publication number: JP2023152132A
Application number: JP2022062091A
Authority: JP
Inventors: 晋作清本; Shinsaku Kiyomoto; 和英福島; Kazuhide Fukushima; 有登仲野; Aritaka Nakano
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2022-04-01
Filing date: 2022-04-01
Publication date: 2023-10-16

Abstract

【課題】鍵長が固定された暗号化アルゴリズムにおいて、短縮された鍵を利用できる暗号化装置、暗号化方法及び暗号化プログラムを提供すること。【解決手段】暗号化装置１は、固定の鍵長による暗号化アルゴリズムに対して、当該鍵長よりも短い第１の鍵を取得する鍵取得部１１と、第１の鍵に所定のビット列を連結して固定の鍵長の第２の鍵を生成する鍵生成部１２と、第２の鍵を用いて、暗号化アルゴリズムを実行する暗号化処理部１３と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、暗号化装置、暗号化方法及び暗号化プログラムに関する。

従来、暗号方式には、高い処理性能及び安全性が求められ、様々なアルゴリズムが新たに開発されてきた。例えば、通信データを対象とするストリーム暗号においては、通信の高速化に伴い、高い安全性とともに、処理速度の向上が求められてきた。
非特許文献１では、量子計算機による解読への耐性を持たせた鍵長に対応し、かつ、通信速度のボトルネックとならない処理速度を実現した認証付きストリーム暗号が提案されている。

Kosei Sakamoto et al., "Rocca: An Efficient AES-based Encryption Scheme for Beyond 5G," IACR Transactions on Symmetric Cryptology, ISSN 2519-173X, Vol. 2021, No. 2, pp. 1-30.

しかしながら、例えば、従来のシステムに採用されている暗号方式を新たな方式に置き換える際に、鍵長が固定であると、従来の鍵を引き継ぐことができなかった。また、安全保障上の制約等により鍵長が限定された場合、鍵長の固定された暗号方式が採用されたシステムの利用が継続できなかった。

本発明は、鍵長が固定された暗号化アルゴリズムにおいて、短縮された鍵を利用できる暗号化装置、暗号化方法及び暗号化プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る暗号化装置は、固定の鍵長による暗号化アルゴリズムに対して、当該鍵長よりも短い第１の鍵を取得する鍵取得部と、前記第１の鍵に所定のビット列を連結して前記固定の鍵長の第２の鍵を生成する鍵生成部と、前記第２の鍵を用いて、前記暗号化アルゴリズムを実行する暗号化処理部と、を備える。

前記鍵生成部は、前記所定のビット列として、１に続いて０を、前記固定の鍵長になるまで連続して前記第１の鍵の下位に連結してもよい。

前記暗号化アルゴリズムは、Ｒｏｃｃａであり、前記暗号化処理部は、前記Ｒｏｃｃａで使用される２つの鍵の少なくとも一方について、前記所定のビット列を連結した前記第２の鍵を用いてもよい。

前記鍵取得部は、入力された鍵を２分割し、それぞれを前記第１の鍵として取得し、前記鍵生成部は、前記Ｒｏｃｃａで使用される２つの鍵のそれぞれに対して、前記第２の鍵を生成してもよい。

本発明に係る暗号化方法は、固定の鍵長による暗号化アルゴリズムに対して、当該鍵長よりも短い第１の鍵を取得する鍵取得ステップと、前記第１の鍵に所定のビット列を連結して前記固定の鍵長の第２の鍵を生成する鍵生成ステップと、前記第２の鍵を用いて、前記暗号化アルゴリズムを実行する暗号化処理ステップと、をコンピュータが実行する。

本発明に係る暗号化プログラムは、前記暗号化装置としてコンピュータを機能させるためのものである。

本発明によれば、鍵長が固定された暗号化アルゴリズムにおいて、短縮された鍵を利用できる。

実施形態における暗号方式であるＲｏｃｃａの構成を示す図である。実施形態における暗号化装置の機能構成を示す図である。実施形態における鍵生成処理を例示する図である。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
本実施形態の暗号化方法は、使用する暗号方式の一例として、非特許文献１で提案されているＲｏｃｃａを採用する。なお、暗号方式はこれに限られないが、鍵が固定長に制限された暗号化アルゴリズムが用いられる。

図１は、本実施形態における暗号方式であるＲｏｃｃａの構成を示す図である。
認証付きストリーム暗号方式であるＲｏｃｃａの暗号化アルゴリズムでは、暗号化のための２つの鍵Ｋ_０，Ｋ_１が用いられ、鍵長はそれぞれ１２８ビット、合わせて２５６ビットに固定されている。

この２つの鍵の他、ノンス（Ｎ）及び各種パラメータ（Ｚ，ＡＤ）をＡＥＳのラウンド関数に順次入力して内部状態を初期化した後、順次入力されるメッセージＭに対して、ラウンド関数を用いて暗号文Ｃが出力される。
さらに、メッセージの長さ｜Ｍ｜を用いて、ラウンド関数を２０回実行することで、認証タグＴが出力される。

図２は、本実施形態における暗号化装置１の機能構成を示す図である。
暗号化装置１は、制御部１０及び記憶部２０の他、各種データの入出力デバイス及び通信デバイス等を備えた情報処理装置である。

制御部１０は、暗号化装置１の全体を制御する部分であり、記憶部２０に記憶された各種プログラムを適宜読み出して実行することにより、本実施形態における各機能を実現する。制御部１０は、ＣＰＵであってよい。
具体的には、制御部１０は、鍵取得部１１と、鍵生成部１２と、暗号化処理部１３とを備える。

記憶部２０は、ハードウェア群を暗号化装置１として機能させるための各種プログラム、及び各種データ等の記憶領域であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ又はハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等であってよい。具体的には、記憶部２０は、本実施形態の各機能を制御部１０に実行させるためのプログラム（暗号化プログラム）を記憶し、さらに、各種パラメータ、内部状態等を記憶する。

鍵取得部１１は、固定の鍵長による暗号化アルゴリズムに対して、この固定の鍵長よりも短い第１の鍵を取得する。
暗号化アルゴリズムがＲｏｃｃａの場合、要求される固定長２５６ビットの鍵（Ｋ_０∥Ｋ_１）に対して、２５６ビットよりも短い鍵の入力を受け付ける。

具体的には、鍵取得部１１は、入力された鍵を２分割し、それぞれを第１の鍵として鍵生成部１２に提供する。
なお、分割方法は、等分には限らず、また、一方の鍵（Ｋ_０又はＫ_１）に固定長の１２８ビットを割り当て、他方の鍵に残りのビットを割り当ててもよい。

鍵生成部１２は、鍵取得部１１から提供された第１の鍵に所定のビット列を連結して固定の鍵長の第２の鍵を生成する。
例えば、鍵生成部１２は、所定のビット列として、１に続いて０を、固定の鍵長になるまで連続して第１の鍵の下位に連結する。

ここで、暗号化アルゴリズムがＲｏｃｃａの場合、鍵生成部１２は、使用される２つの鍵（Ｋ_０及びＫ_１）のそれぞれに対して、鍵取得部１１から受け取った第１の鍵から第２の鍵を生成する。

図３は、本実施形態における鍵生成処理を例示する図である。
Ｍビットの鍵（第１の鍵）に対して、Ｌ－Ｍビットのビット列「１０…０」を連結することにより、Ｌビットの鍵（第２の鍵）が生成される。
このように生成された鍵は、下位ビットから連続する０を削除していき、最後に１を削除すると、元の鍵（第１の鍵）が復元可能である。

なお、連結されるビット列はこれには限られないが、容易に判別可能なビット列が所定の位置に配置されることが好ましい。また、暗号化側（暗号化装置１）と復号側とで、事前にビット列長及び連結位置が取り決められてもよい。

暗号化処理部１３は、第２の鍵を用いて、暗号化アルゴリズムを実行する。
具体的には、暗号化処理部１３は、Ｒｏｃｃａで使用される２つの鍵の少なくとも一方について、鍵生成部１２により所定のビット列を連結した第２の鍵を固定長の鍵として用いる。

本実施形態によれば、暗号化装置１は、固定の鍵長による暗号化アルゴリズムに対して、この鍵長よりも短い第１の鍵を取得すると、第１の鍵に所定のビット列を連結して固定の鍵長の第２の鍵を生成し、生成した第２の鍵を用いて、暗号化アルゴリズムを実行する。
したがって、暗号化装置１は、鍵長が固定の暗号方式を採用した場合に、暗号化アルゴリズムを変更することなく、要求される鍵長よりも短い鍵を利用できる。

この結果、例えば、本来の鍵長で保証されるほどの高い安全性が必要ない場合、又は安全保障上の制約により鍵長が制限されている場合等に短縮した鍵を用いたり、ＳＩＭカード等のデバイスに埋め込まれた固有の鍵を、他の地域又は新たなシステムにおいて継続して用いたり、といった自由度が得られる。また、鍵の生成方法を変えることなく、新たな暗号化アルゴリズムに容易に置き換えることができる。

また、暗号化装置１は、所定のビット列として、１に続いて０を、固定の鍵長になるまで連続して第１の鍵の下位に連結することにより、容易に固定長の第２の鍵を生成でき、さらに、元の第１の鍵を容易に判別し復元できる。

暗号化装置１は、例えば、認証付き暗号としてＲｏｃｃａを導入した場合に、必要な２つの鍵それぞれに対して短縮した鍵を入力できるので、合わせて２５６ビットの鍵長に対して、要求される安全性に応じて、入力する鍵長を自由に設定することができる。

なお、前述の実施形態により、例えば、暗号化アルゴリズムで使用する鍵の自由度が向上することから、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、前述した実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

暗号化装置１による暗号化方法は、ソフトウェアにより実現される。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、情報処理装置（コンピュータ）にインストールされる。また、これらのプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭのようなリムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。さらに、これらのプログラムは、ダウンロードされることなくネットワークを介したＷｅｂサービスとしてユーザのコンピュータに提供されてもよい。

１暗号化装置
１０制御部
１１鍵取得部
１２鍵生成部
１３暗号化処理部
２０記憶部

Claims

固定の鍵長による暗号化アルゴリズムに対して、当該鍵長よりも短い第１の鍵を取得する鍵取得部と、
前記第１の鍵に所定のビット列を連結して前記固定の鍵長の第２の鍵を生成する鍵生成部と、
前記第２の鍵を用いて、前記暗号化アルゴリズムを実行する暗号化処理部と、を備える暗号化装置。
前記鍵生成部は、前記所定のビット列として、１に続いて０を、前記固定の鍵長になるまで連続して前記第１の鍵の下位に連結する請求項１に記載の暗号化装置。
前記暗号化アルゴリズムは、Ｒｏｃｃａであり、
前記暗号化処理部は、前記Ｒｏｃｃａで使用される２つの鍵の少なくとも一方について、前記所定のビット列を連結した前記第２の鍵を用いる請求項１又は請求項２に記載の暗号化装置。
前記鍵取得部は、入力された鍵を２分割し、それぞれを前記第１の鍵として取得し、
前記鍵生成部は、前記Ｒｏｃｃａで使用される２つの鍵のそれぞれに対して、前記第２の鍵を生成する請求項３に記載の暗号化装置。
固定の鍵長による暗号化アルゴリズムに対して、当該鍵長よりも短い第１の鍵を取得する鍵取得ステップと、
前記第１の鍵に所定のビット列を連結して前記固定の鍵長の第２の鍵を生成する鍵生成ステップと、
前記第２の鍵を用いて、前記暗号化アルゴリズムを実行する暗号化処理ステップと、をコンピュータが実行する暗号化方法。
請求項１に記載の暗号化装置としてコンピュータを機能させるための暗号化プログラム。