JP3545613B2

JP3545613B2 - Encryption device, decryption device and encryption system using synchronization of chaotic dynamical system

Info

Publication number: JP3545613B2
Application number: JP25155198A
Authority: JP
Inventors: 和之吉村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: JP2000083020A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信の機密を保護する守秘機能を有し、カオス力学系の同期を用いた暗号装置、復号装置、暗号システム、暗号方法、復号方法、暗号プログラムを記録した記録媒体、および復号プログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカオス力学系の同期を用いた暗号装置は、図６に符号１５として示すように、カオス力学系を用いた不規則信号生成部１１、乗算器１２、加算器１３および１４よりなる。不規則信号生成部１１は、秘密鍵となるパラメータを含んでおり、Ｎ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎが生成される。乗算器１２では、これらそれぞれに二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎが乗じられる。更に、加算器１３では、乗算器１２の出力の和が計算されて、情報用信号１７が生成され送信される。一方、加算器１４では、ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎの和が計算され、同期用信号１６が生成され送信される。この同期用信号は、同時に不規則信号生成部１１への入力として、フィードバックされる。
【０００３】
前記暗号装置から送信される同期用信号１６および情報用信号１７は、図２に示す復号装置２３で受信される。この復号装置２３は、同期回路２１、相関値計算部２２よりなる。同期回路２１は、秘密鍵となるパラメータ値について、不規則信号生成部１１と同一の値をとる。ここでは、送信されてきた同期用信号１６を用いて暗号装置内の不規則信号生成部１１との同期を達成し、同一の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎが生成される。これらの不規則信号と、送信されてきた情報用信号１７との相関値が、相関値計算部２２で計算され、計算された相関値に基づき二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎが復号される。秘密鍵となるパラメータ値が未知の場合は、同期が達成できないため、不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎが再現されず、従って、二値情報信号の復号は困難となり、通信の機密を保護することが可能となる。
【０００４】
図１、図２に示すような従来のカオス力学系の同期を用いた暗号装置および復号装置について詳しくは、電子情報通信学会論文誌（Ａ）ｖｏｌ．Ｊ７９−Ａ，ｎｏ．８（１９９６）ｐｐ．１４２７−１４３２に記されている。
【０００５】
図８は、カオス力学系の同期に基づく従来の暗号システムの構成を示す図である。図８において、Ｓ_１，Ｓ_２，…，Ｓ_Ｎは互いに異なるパラメータ値を持つカオスサブシステムであり、ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎは各サブシステムからの不規則な出力信号、ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎは二値情報信号を表す。一方、受信側のＳ_１′，Ｓ_２′，…，Ｓ_Ｎ′はそれぞれ、Ｓ_１，Ｓ_２，…，Ｓ_Ｎと同一のサブシステムであり、対応するサブシステムと秘密鍵であるパラメータの値を共有する。ここで、同一の入力がある場合には送信側と受信側の対応するサブシステム同士は、同期するように設計する。すなわち、１つの信号Ｘを入力として受け取ったとき、Ｓ_ｉとＳ_ｉ′は、全く同じ不規則出力信号（ｘ_ｉ′＝ｘ_ｉ）を生成するものとする。
【０００６】
送信側のサブシステムは、出力の和
Ｘ＝ｘ_１＋ｘ_２＋…＋ｘ_Ｎ
を各サブシステムへの入力としてフィードバックすることにより、大域的に結合されている。同時に、Ｘは同期用信号として受信側に送信され、サブシステムＳ_１′，Ｓ_２′，…，Ｓ_Ｎ′へ入力される。従って、送信側と受信側のすべてのサブシステムにはＸが入力される。仮定より、対応するサブシステムＳ_ｉとＳ_ｉ′は、同期するので、受信側では、同期信号ＸからＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎを再現することが可能となる。
【０００７】
情報用信号Ｃは、二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎを各サブシステムからの出力ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎに乗じた後に、和をとることによって
Ｃ＝ｂ_１ｘ_１＋ｂ_２ｘ_２＋…＋ｂ_Ｎｘ_Ｎ
のように構成される。この情報用信号を、同期用信号とは別の伝送路を用いて、受信側に送信する。
【０００８】
各ｘ_ｉは直交性を有するように各サブシステムＳ_１，Ｓ_２，…，Ｓ_Ｎを設計する。すなわち、任意の関数ｆ（ｔ），ｇ（ｔ）に対して時間間隔Ｔでの相関値を、
【数１】

を得る。これより、二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎを復号することが可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の暗号システムでは、受信側カオス力学系を送信側に同期させ複数の直交する不規則信号を再現するための同期用信号と、情報用信号のための２本の伝送路が必要であり、伝送効率の観点より好ましくない。更に、秘密鍵パラメータが含まれず二値情報信号の影響も受けない送信側のカオス力学系の出力Ｘそのものが、同期用信号として送信されるため、この同期用信号から秘密鍵である系のパラメータを推定できる可能性があり、秘匿通信法としての安全性の面からも好ましくない。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、情報用信号を同期用信号としても利用することにより、１本の伝送路のみを用いてカオス同期による秘匿通信を可能とし、伝送効率の向上および安全性の向上を図ったカオス力学系の同期を用いた暗号装置、復号装置、暗号システム、暗号方法、復号方法、暗号プログラムを記録した記録媒体、および復号プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、Ｎ個の二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎを暗号化して送信する暗号装置であって、受信側カオス力学系に同期し且つ系に含まれるパラメータを秘密鍵として持つ送信側カオス力学系を含み、該送信側カオス力学系に対して同期用入力信号が入力されたとき、前記送信側カオス力学系により直交性を有するＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎを生成する不規則信号生成手段と、前記秘密鍵の一部であるＮ個の秘密鍵パラメータａ_１，ａ_２，・・・，ａ_Ｎと前記Ｎ個の二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎとの和信号ａ_１＋ｂ_１，ａ_２＋ｂ_２，＋・・・＋ａ_Ｎ＋ｂ_Ｎに対して、前記不規則信号生成手段により生成されたＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎを乗じる乗算手段と、該乗算手段から出力される積信号を加算して暗号文である不規則で且つ下式（１）
Ｃ＝（ａ_１＋ｂ_１）ｘ_１＋（ａ_２＋ｂ_２）ｘ_２＋・・・＋（ａ_Ｎ＋ｂ_Ｎ）ｘ_Ｎ・・・（１）
で表される送信信号Ｃを前記受信側カオス力学系に送信し、且つ当該送信信号Ｃを前記同期用入力信号として前記不規則信号生成手段の前記送信側カオス力学系にフィードバックする手段と、を有することを要旨とする。
【００１２】
請求項１記載の本発明にあっては、受信側カオス力学系に同期し且つ系に含まれるパラメータを秘密鍵として持つ送信側カオス力学系を含み、該送信側カオス力学系に対して同期用入力信号が入力されたとき、前記送信側カオス力学系により直交性を有するＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎが生成され、前記秘密鍵の一部であるＮ個の秘密鍵パラメータａ_１，ａ_２，・・・，ａ_Ｎと前記Ｎ個の二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎとの和信号ａ_１＋ｂ_１，ａ_２＋ｂ_２，＋・・・＋ａ_Ｎ＋ｂ_Ｎに対して、生成されたＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎが乗じられる。この乗じられた結果である積信号が加算されて暗号文である不規則で且つ上式（１）で表される送信信号Ｃが前記受信側カオス力学系に送信され、且つ当該送信信号Ｃは、前記同期用入力信号として前記送信側カオス力学系にフィードバックされる。このため、１本の伝送路のみを用いて、複数チャネル（Ｎチャネル）の二値情報信号を伝送することができ、伝送効率を向上することができる。また、送信信号Ｃの係数は秘密鍵パラメータを含むと同時に、二値化情報信号の影響も受けるため、送信信号Ｃの波形から秘密鍵パラメータを推定することは困難であり、安全性を向上させることができる。
【００１３】
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の暗号装置により送信された送信信号Ｃを受信して復号化する復号装置であって、前記受信側カオス力学系を含み、その受信側カオス力学系に対して前記送信信号Ｃが入力されたとき、該受信側カオス力学系により該送信信号Ｃから前記Ｎ個の不規則信号と同一のＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎを生成する同期手段と、該同期手段で生成された不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎと前記送信信号Ｃとの相関値を計算し、該相関値に基づいて前記二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎを復号する相関値計算手段と、を有することを要旨とする。
【００１４】
請求項２記載の本発明にあっては、前記受信側カオス力学系に対して請求項１に記載された暗号装置から前記送信信号Ｃが入力されたとき、該受信側カオス力学系により該送信信号Ｃから前記Ｎ個の不規則信号と同一のＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎが生成され、生成された不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎと前記送信信号Ｃとの相関値が計算され、計算された相関値に基づいて前記二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎが復号される。このため、１本の伝送路のみを用いて、複数チャネル（Ｎチャネル）の二値情報信号を復号装置に対して伝送することができ、伝送効率を向上することができる。また、送信信号Ｃの係数は秘密鍵パラメータを含むと同時に、二値化情報信号の影響も受けるため、送信信号Ｃの波形から秘密鍵パラメータを推定することは困難であり、安全性を向上させることができる。
【００１５】
請求項３記載の本発明は、系に含まれるパラメータを秘密鍵として持つ送信側カオス力学系を有し、Ｎ個の二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎを暗号化して送信する暗号装置および前記送信側カオス力学系に同期する受信側カオス力学系を有し、該暗号化装置から送信された暗号化された送信信号を受信して復号化する復号装置を有する暗号システムであって、前記暗号装置は、前記送信側カオス力学系に対して入力信号が入力されたとき、前記送信側カオス力学系により直交性を有するＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎを生成する不規則信号生成手段と、前記秘密鍵の一部であるＮ個の秘密鍵パラメータａ_１，ａ_２，・・・，ａ_Ｎと前記Ｎ個の二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎとの和信号ａ_１＋ｂ_１，ａ_２＋ｂ_２，＋・・・＋ａ_Ｎ＋ｂ_Ｎに対して、前記不規則信号生成手段により生成されたＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎを乗じる乗算手段と、該乗算手段から出力される積信号を加算して暗号文である不規則で且つ下式（２）
Ｃ＝（ａ_１＋ｂ_１）ｘ_１＋（ａ_２＋ｂ_２）ｘ_２＋・・・＋（ａ_Ｎ＋ｂ_Ｎ）ｘ_Ｎ・・・（２）
で表される送信信号Ｃを前記受信側カオス力学系に送信し、且つ当該送信信号Ｃを前記入力信号として前記送信側カオス力学系にフィードバックする手段と、
を有し、前記復号装置は、前記フィードバック手段から送信されてきた前記送信信号Ｃが前記受信側カオス力学系に送信されたきたとき、該受信側カオス力学系により、該送信信号Ｃから前記Ｎ個の不規則信号と同一の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎを生成する同期手段と、該同期手段で生成された不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎと前記送信信号Ｃとの相関値を計算し、該相関値に基づいて前記二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎを復号する相関値計算手段と、を有することを要旨とする。
【００１６】
請求項３記載の本発明にあっては、受信側カオス力学系に同期し且つ系に含まれるパラメータを秘密鍵として持つ送信側カオス力学系を含み、該送信側カオス力学系に対して同期用入力信号が入力されたとき、前記送信側カオス力学系により直交性を有するＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎが生成され、前記秘密鍵の一部であるＮ個の秘密鍵パラメータａ_１，ａ_２，・・・，ａ_Ｎと前記Ｎ個の二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎとの和信号ａ_１＋ｂ_１，ａ_２＋ｂ_２，＋・・・＋ａ_Ｎ＋ｂ_Ｎに対して、生成されたＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎが乗じられる。この乗じられた結果である積信号が加算されて暗号文である不規則で且つ上式（１）で表される送信信号Ｃが前記受信側カオス力学系に送信され、且つ当該送信信号Ｃは、前記同期用入力信号として前記送信側カオス力学系にフィードバックされる。
【００１７】
このとき、復号装置では、その受信側カオス力学系に対して暗号装置から前記送信信号Ｃが入力されたとき、該受信側カオス力学系により該送信信号Ｃから前記Ｎ個の不規則信号と同一のＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎが生成され、生成された不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎと前記送信信号Ｃとの相関値が計算され、計算された相関値に基づいて前記二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎが復号される。このため、１本の伝送路のみを用いて、複数チャネル（Ｎチャネル）の二値情報信号を復号装置に対して伝送することができ、伝送効率を向上することができる。また、送信信号Ｃの係数は秘密鍵パラメータを含むと同時に、二値化情報信号の影響も受けるため、送信信号Ｃの波形から秘密鍵パラメータを推定することは困難であり、安全性を向上させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１および図２は、それぞれ本発明の一実施形態に係るカオス力学系の同期を用いた暗号装置および復号装置の構成を示すブロック図である。図１に示す暗号装置４５で暗号化された情報信号は、図２の復号装置５３に送信され、復号装置５３は、この暗号化された送信信号を受信して復号し、情報信号を生成するようになっている。
【００３０】
まず、図１の暗号装置４５は、カオス力学系を用いた不規則信号生成部４１、乗算器４２、加算器４３および加算器４４よりなる。不規則信号生成部４１は、秘密鍵となるパラメータを含んでおり、Ｎ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎが生成される。加算器４４では、二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎと秘密鍵の一部であるパラメータａ_１，ａ_２，…，ａ_Ｎの各組の和が計算される。乗算器４２では、その結果のそれぞれがＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎに乗じられる。更に、加算器４３では、乗算器４２の出力の和が計算され、送信信号４６が生成される。この送信信号は、図２の復号装置に向けて送信されるとともに、不規則信号生成部４１への入力として、フィードバックされる。
【００３１】
図２の復号装置５３は、秘密鍵となるパラメータ値について図１の暗号装置の不規則信号生成部４１と同一の値をとる同期回路５１、および該同期回路５１の出力信号と暗号装置からの送信信号の相関値を計算し、該相関値に基づいて前記二値情報信号を復号する相関値計算部５２からなる。
【００３２】
このように構成される復号装置５３は、上述したように図１の暗号装置４５から送信されてくる暗号化された送信信号４６を受信すると、同期回路５１は、暗号装置４５内の不規則信号生成部４１との同期を達成し、同一の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎが生成される。送信信号４６は相関値計算部５２にも入力され、ここで、同期回路５１で生成された不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎと送信信号４６との相関値が計算され、計算された相関値に基づき二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎが復号される。秘密鍵となるパラメータ値が未知の場合は、同期が達成できないため、不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎが再現されず、従って、二値情報信号の復号も困難となり、通信の機密を保護することが可能となる。
【００３３】
図３は、図１の暗号装置４５および図２の復号装置５３にそれぞれ送信回路７１および受信回路７２を接続して構成される暗号システムの構成を示している。同図に示すように、暗号装置４５からの送信信号４６は送信回路７１を介して復号装置５３に向けて送信され、受信回路７２で受信され、復号装置５３に供給され、上述したように復号される。
【００３４】
図４は、図１および図２にそれぞれ示した暗号装置および復号装置をそれぞれ送信側および受信側として記載するとともに、図１、図２に示した送信側の暗号装置および受信側の復号装置の内部構成を複数のカオスサブシステムＳ_１，Ｓ_２，…，Ｓ_Ｎ、乗算器、加算器等の複数の要素に分割して示している図である。
【００３５】
図４において、Ｓ_１，Ｓ_２，…，Ｓ_Ｎは互いに異なるパラメータ値を持つカオスサブシステムであり、ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎは各サブシステムからの不規則な出力信号を表す。ａ_１，ａ_２，…，ａ_Ｎは送信信号を構成する際に用いられるパラメータであり、秘密鍵の一部である。ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎは二値情報信号であり、情報に対応して、正もしくは負の値をとる。一方、受信側のＳ_１′，Ｓ_２′，…，Ｓ_Ｎ′はそれぞれ、Ｓ_１，Ｓ_２，…，Ｓ_Ｎと同一のサブシステムであり、対応するサブシステムと秘密鍵であるパラメータの値を共有する。ここで、同一の入力がある場合には送信側と受信側の対応するサブシステム同士は、同期するように設計する。すなわち、１つの信号を入力として受け取ったとき、Ｓ_ｉとＳ_ｉ′は全く同じ不規則出力信号（ｘ_ｉ＝ｘ_ｉ′）を生成するものとする。
【００３６】
スカラー信号Ｃを、パラメータと二値情報信号の和
ａ_１＋ｂ_１，ａ_２＋ｂ_２，…，ａ_Ｎ＋ｂ_Ｎ
を各サブシステムからの出力ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎに乗じた後に、和をとることによって
【数２】
Ｃ＝（ａ_１＋ｂ_１）ｘ_１＋（ａ_２＋ｂ_２）ｘ_２＋…＋（ａ_Ｎ＋ｂ_Ｎ）ｘ_Ｎ
のように構成する。この信号Ｃは、各サブシステムへフィードバックされ、サブシステムを大域的に結合するのに用いる。同時に、信号Ｃは伝送路を通じて受信側へ送信され、サブシステムＳ_１′，Ｓ_２′，…，Ｓ_Ｎ′へ入力される。従って、送信側と受信側のすべてのサブシステムには信号Ｃが入力される。仮定より、対応するサブシステムＳ_ｉとＳ_ｉ′は、同期するので、受信側では、送信信号ＣからＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｎを再現することが可能となる。
【００３７】
送信信号Ｃから、二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎは、以下のようにして復号される。
【００３８】
各ｘ_ｉは直交性を有するように、各サブシステムＳ_１，Ｓ_２，…，Ｓ_Ｎを設計する。すなわち、相関値が
【数３】

となるとする。受信側では、図４の相関値計算部において、Ｃとｘ_ｉ′（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の相関値
【数４】

を得る。これより、二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_Ｎを復号することが可能となる。上式の分子において、
【数５】

を引いてあるが、これは、〈ｘ_ｉ，ｘ_ｊ〉（ｉ≠ｊ）の値が小さいながらも完全に０とはならず、精度よくｂ_ｉを復号するのに必要なためである。
【００３９】
次に、図４に示した暗号システムを実現する例について説明する。送信側のｉ番目の要素Ｓ_ｉとして、次の方程式で表されるカオスサブシステムをとる。
【００４０】
【数６】

上式において、γ，σ_ｉ，ρ_ｉ，μ_ｉ，ν_ｉ，β_ｉは秘密鍵となるパラメータである。ここで、Ｃは、送信信号であり、次式で与えられる。
【００４１】
【数７】

Ｃをフィードバックすることを通じて、各カオスサブシステムＳ_ｉは結合されている。
【００４２】
一方、受信側の同期用サブシステムＳ_ｉ′は、送信された信号Ｃを入力とする次式で与える。
【００４３】
【数８】

二値情報信号ｂ_ｉ∈｛−１，１｝は、Ｃにおける係数に
ｃ_ｉ＝ａ_ｉ＋０．１×ｂ_ｉ
のように入れる。ここで、ａ_ｉは定数であり、これらも秘密鍵パラメータである。
【００４４】
上式でサブシステムを定義するとき、同じ番号のサブシステムＳ_ｉとＳ_ｉ′は同期するので、
【数９】
｜ｖ_ｉ−ｖ_ｉ′｜→０（ｔ→∞），（ｉ＝１，２，…，Ｎ）
となる。このとき、同期によって得られる不規則信号ｖ_ｉ′を用いて、
【数１０】

のように復号を行う。
【００４５】
図５は、不規則信号ｘ_ｉの総数Ｎ＝２の場合における結果例を示す。図５（ａ）は、送信信号Ｃの波形を示す。極めて不規則な信号であり、秘密鍵となるパラメータが未知の場合この送信信号から二値情報信号を解読することは困難である。また、送信信号Ｃは、係数内に秘密鍵パラメータａ_ｉと二値情報ｂ_ｉを含んであり、このことは、信号Ｃからの秘密鍵パラメータの推定をより困難にする。
【００４６】
図５（ｂ）は、送られる二値情報信号の系列を示している。白のマスがｂ_ｉ＝１、斜線のマスがｂ_ｉ＝−１を表す。同図で、縦に２行あるが、各行が１つのチャネルを表し、横軸は時間を表す。例えば、チャネル１では、−１，１，−１，−１，１，…の順に二値情報が送られる。図５（ｃ）は、送信側で復号された情報を示す。チャネル２の最初のビットが誤っているが、これは、この時点では、まだ同期が確立していないためである。同期が確立された後は、完全に復号されている。送信された信号は、Ｃのみであり、２本の伝送路を必要とした従来システムに比較して、伝送効率が向上している。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信側カオス力学系を有する暗号装置から受信側カオス力学系に上式（１）で表される送信信号Ｃを送信し、且つその送信信号Ｃを、前記同期用入力信号として前記送信側カオス力学系にフィードバックすることができるため、１本の伝送路のみを用いて、複数チャネル（Ｎチャネル）の二値情報信号を伝送することができ、伝送効率を向上することができる。また、送信信号Ｃの係数は秘密鍵パラメータを含むと同時に、二値化情報信号の影響も受けるため、送信信号Ｃの波形から秘密鍵パラメータを推定することは困難であり、安全性を向上させることができる。
【００４８】
また、本発明によれば、前記受信側カオス力学系を有する復号装置に対して上記暗号装置から前記送信信号Ｃが入力されたとき、該受信側カオス力学系により該送信信号Ｃから前記Ｎ個の不規則信号と同一のＮ個の不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎを生成し、生成した不規則信号ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎと前記送信信号Ｃとの相関値を計算し、計算した相関値に基づいて前記二値情報信号ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_Ｎを復号することができる。このため、１本の伝送路のみを用いて、複数チャネル（Ｎチャネル）の二値情報信号を復号装置に対して伝送することができ、伝送効率を向上することができる。また、送信信号Ｃの係数は秘密鍵パラメータを含むと同時に、二値化情報信号の影響も受けるため、送信信号Ｃの波形から秘密鍵パラメータを推定することは困難であり、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るカオス力学系の同期を用いた暗号装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るカオス力学系の同期を用いた復号装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の暗号装置および図２の復号装置にそれぞれ送信回路および受信回路を接続して構成されるカオス力学系の同期を用いた暗号システムの構成を示している。
【図４】図１および図２にそれぞれ示した暗号装置および復号装置をそれぞれ送信側および受信側として記載するとともに、図１、図２に示した送信側の暗号装置および受信側の復号装置の内部構成を複数の要素に分割して示すカオス力学系の同期を用いた暗号システムの構成を示す図である。
【図５】図４に示した暗号システムのＮ＝２の場合の結果例である送信信号、情報信号、復号信号を示す図である。
【図６】従来のカオス力学系の同期を用いた暗号装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来のカオス力学系の同期を用いた復号装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来のカオス力学系の同期を用いた暗号システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４１不規則信号生成部
４２乗算器
４３，４４加算器
４５暗号装置
５１同期回路
５２相関値計算部
５３復号装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention has a confidential function of protecting communication confidentiality, and has an encryption device, a decryption device, an encryption system, an encryption method, a decryption method, a decryption method, a recording medium storing an encryption program, and a decryption program using synchronization of a chaotic dynamical system. The present invention relates to a recording medium on which is recorded.
[0002]
[Prior art]
As shown by reference numeral 15 in FIG. 6, a conventional cryptographic device using synchronization of a chaotic dynamic system includes an irregular signal generator 11 using a chaotic dynamic system, a multiplier 12, and

adders

13 and 14. The random signal generation unit 11 includes a parameter serving as a secret key, and generates N random signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N. The multiplier 12, these respectively into binary information signal _{_{b 1, b 2, ...,}} b N is multiplied. Further, the adder 13 calculates the sum of the outputs of the multiplier 12 and generates and transmits the information signal 17. On the other hand, the adder 14 calculates the sum of x ₁ , x ₂ ,..., X _N , and generates and transmits a synchronization signal 16. This synchronization signal is fed back as an input to the irregular signal generator 11 at the same time.
[0003]
The synchronization signal 16 and the information signal 17 transmitted from the encryption device are received by the decryption device 23 shown in FIG. The decoding device 23 includes a synchronization circuit 21 and a correlation value calculator 22. The synchronization circuit 21 takes the same value as that of the irregular signal generation unit 11 for the parameter value serving as the secret key. Here, synchronization with the irregular signal generation unit 11 in the encryption device is achieved using the transmitted synchronization signal 16, and the same irregular signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N are generated. . Correlation values between these irregular signals and the transmitted information signal 17 are calculated by a correlation value calculator 22, and based on the calculated correlation values, binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _N is decoded. If the parameter value serving as the secret key is unknown, since the synchronization cannot be achieved, the irregular signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N are not reproduced, so that it becomes difficult to decode the binary information signal, and It is possible to protect confidentiality.
[0004]
For details of a conventional encryption device and decryption device using synchronization of a chaotic dynamical system as shown in FIGS. 1 and 2, see IEICE Transactions (A) vol. J79-A, no. 8 (1996) pp. 1427-1432.
[0005]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional cryptosystem based on synchronization of a chaotic dynamic system. 8, S ₁ , S ₂ ,..., _SN are chaotic subsystems having different parameter values, x ₁ , x ₂ ,..., X _N are irregular output signals from each subsystem, b ₁ , b ₂ ,..., B _N represent binary information signals. On the other hand, the receiving side _{_{S 1 ', S 2',}} ..., S N ' _{respectively,} S _1, S 2, ..., have the same subsystems and _{S N,} is the parameter of the corresponding sub-system and a private key Share values. Here, when there is the same input, the corresponding subsystems on the transmission side and the reception side are designed to be synchronized. That is, when one signal X is received as an input, S _i and S _i ′ generate exactly the same irregular output signal (x _i ′ = x _i ).
[0006]
The subsystem on the transmitting side calculates the sum of outputs X = x ₁ + x ₂ +... + X _N
Are fed back as an input to each subsystem, and are globally coupled. At the same time, X is transmitted to the receiving side as a synchronization signal, and is input to subsystems S ₁ ′, S ₂ ′,..., S _N ′. Therefore, X is input to all the subsystems on the transmitting side and the receiving side. It is assumed that the corresponding subsystems S _i and S _i ′ are synchronized, so that the receiving side can reproduce _N irregular signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N from the synchronization signal X. Become.
[0007]
Signal C information, binary information signal _{_{b 1, b 2, ...,}} b N outputs from the subsystem _x _1, x 2, ..., after multiplied by _{x N,} C = b by taking the sum ₁ x ₁ + b ₂ x ₂ + ... + b _N x _N
It is configured as follows. This information signal is transmitted to the receiving side using a transmission path different from the synchronization signal.
[0008]
Design each subsystem S ₁ , S ₂ ,..., _SN such that each _xi has orthogonality. That is, the correlation value at a time interval T for any function f (t), g (t) is
(Equation 1)

Get. Thus, the binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _N can be decoded.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned conventional cryptographic system, a synchronization signal for synchronizing the chaotic dynamic system on the receiving side with the transmitting side to reproduce a plurality of orthogonal irregular signals and two transmission lines for the information signal are required. Yes, it is not preferable from the viewpoint of transmission efficiency. Further, since the output X itself of the chaotic dynamical system on the transmitting side, which does not include the secret key parameter and is not affected by the binary information signal, is transmitted as a synchronization signal, a parameter of the system which is a secret key is obtained from the synchronization signal. May be estimated, which is not preferable in terms of security as a secret communication method.
[0010]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to use an information signal as a synchronization signal, thereby enabling confidential communication by chaos synchronization using only one transmission path. And an encryption device, a decryption device, an encryption system, an encryption method, an encryption method, an encryption method, an encryption program, a recording medium on which an encryption program is recorded, and a decryption program using chaotic dynamical system synchronization for improving transmission efficiency and security. It is another object of the present invention to provide a recording medium.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention according to claim 1 is an encryption device for encrypting and transmitting _N binary information signals b ₁ , b ₂ ,... Including a transmission-side chaotic dynamic system synchronized with a dynamic system and having a parameter included in the system as a secret key, when a synchronization input signal is input to the transmission-side chaotic dynamic system, the transmission-side chaotic dynamic system N number of random signals x ₁ having _{_{orthogonality,}} x _{2, ···,} and random signal generation means for generating x _N, the N secret key parameter a ₁ is part of a private _key, a _2, ..., the a _{a N} N pieces of binary information signals _b _1, b 2, ..., a sum signal of _{_{_{_{b N a 1 + b 1,}}}} a 2 + b 2, + ··· + a N + b against _N, the random signal generating means N number of random signals x ₁ generated _by, x ₂ ..., and multiplying means for multiplying x _N, irregular and the following formula is encrypted by adding the product signal output from the multiplication means (1)
_{_{_{_{C = (a 1 + b 1}}}} ) x 1 + (a 2 + b 2) x 2 + ··· + (a N + b N) x N ··· (1)
Means for transmitting a transmission signal C represented by the following formula to the reception-side chaotic dynamics system, and feeding back the transmission signal C as the synchronization input signal to the transmission-side chaos dynamics system of the irregular signal generation means. It is the gist to have.
[0012]
According to the present invention, a transmitting chaotic dynamic system synchronized with the receiving chaotic dynamic system and having a parameter included in the system as a secret key is included. When an input signal is input, N random signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N having orthogonality are generated by the transmitting chaotic dynamical system, and _N , which is a part of the secret key, is generated. pieces of the private key parameters _{_{a 1, a 2, ···,}} a N and the N binary information signal _b _1, _b _{2, ···,} the sum signal _a 1 ₊ b 1 and _{b _N,} _a 2 + _b _2, + ... against ₊ a N + _{b N,}

random signal

_x 1 of the N _generated, x 2, ..., _{x N} is multiplied. The product signal as a result of the multiplication is added, and an irregular transmission signal C represented by the above equation (1), which is a ciphertext, is transmitted to the receiving-side chaotic dynamical system, and the transmission signal C is , And is fed back to the transmission-side chaotic dynamic system as the synchronization input signal. Therefore, binary information signals of a plurality of channels (N channels) can be transmitted using only one transmission path, and transmission efficiency can be improved. Further, since the coefficient of the transmission signal C includes the secret key parameter and is also affected by the binarized information signal, it is difficult to estimate the secret key parameter from the waveform of the transmission signal C, thereby improving the security. be able to.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a decryption apparatus for receiving and decrypting a transmission signal C transmitted by the encryption apparatus according to the first aspect, wherein the decryption apparatus includes the receiving-side chaotic dynamics system, When the transmission signal C is input to a dynamic system, the reception-side chaotic dynamic system uses the same N random signals x ₁ , x ₂ ,... As the N random signals from the transmission signal C. · calculates a synchronization means for generating x _N, random signal x ₁ generated by the synchronization _means, x _2, · · ·, a correlation value between the transmission signal C and x _N, the correlation value And a correlation value calculating means for decoding the binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _{N based} on
[0014]
According to a second aspect of the present invention, when the transmission signal C is input from the encryption device according to the first aspect to the receiving-side chaotic dynamic system, the transmission is performed by the receiving-side chaotic dynamic system. from said signal C N number of random signal of the same N number of random signals _{_{x 1, x 2, ···,}} x N is generated, the generated random signal _x _1, x 2, · · · , the correlation value between the transmission signal C and x _N is calculated, on the basis of the calculated correlation value binary information signal _{_{b 1, b 2, ···,}} b N is decoded. For this reason, binary information signals of a plurality of channels (N channels) can be transmitted to the decoding device using only one transmission path, and transmission efficiency can be improved. Further, since the coefficient of the transmission signal C includes the secret key parameter and is also affected by the binarized information signal, it is difficult to estimate the secret key parameter from the waveform of the transmission signal C, thereby improving the security. be able to.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a transmitting-side chaotic dynamical system having a parameter included in the system as a secret key, and encrypts _N binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _N. And a decryption device for receiving and decrypting an encrypted transmission signal transmitted from the encryption device, comprising: In the system, when an input signal is input to the transmission-side chaotic dynamics system, the cryptographic device includes N random signals x ₁ , x ₂ , which have orthogonality due to the transmission-side chaos dynamics. ..., a random signal generating means for generating a _{x N,} the secret private key parameters _a 1 of N, which is part of the _key, a 2, ..., the N binary information and _{a N} signal _b _1, _b _{2, ···,} a sum signal of _{_b N} _a ₁ + _b 1 a ₂ + _b _2, + ··· against ₊ a N + _{b N,} the random signal of the N generated by the random signal generator _x _1, _x _{2, ···,} and multiplying means for multiplying _{x N} , The product signal output from the multiplying means is added, and the result is an irregular ciphertext and the following equation (2)
_{_{_{_{C = (a 1 + b 1}}}} ) x 1 + (a 2 + b 2) x 2 + ··· + (a N + b N) x N ··· (2)
Means for transmitting a transmission signal C represented by the above to the receiving chaotic dynamic system, and feeding back the transmitting signal C as the input signal to the transmitting chaotic dynamic system,
When the transmission signal C transmitted from the feedback means is transmitted to the receiving chaotic dynamic system, the decoding device uses the receiving chaotic dynamic system to transmit the N number of random signal and the same random signal _x _1, x _{2, ···,} and synchronization means for generating _{x N,}

random signal

_x 1 generated by the synchronization _means, x _{2, ···,} It calculates a correlation value between x _N and the transmission signal C, on the basis of the correlation value binary information signal b _1, b _2, · · ·, to have a correlation value calculating means for decoding b _N Is the gist.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a transmitting chaotic dynamic system synchronized with the receiving chaotic dynamic system and having a parameter included in the system as a secret key. When an input signal is input, N random signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N having orthogonality are generated by the transmitting chaotic dynamical system, and _N , which is a part of the secret key, is generated. pieces of the private key parameters _{_{a 1, a 2, ···,}} a N and the N binary information signal _b _1, _b _{2, ···,} the sum signal _a 1 ₊ b 1 and _{b _N,} _a 2 + _b _2, + ... against ₊ a N + _{b N,}

random signal

_x 1 of the N _generated, x 2, ..., _{x N} is multiplied. The product signal as a result of the multiplication is added, and an irregular transmission signal C represented by the above equation (1), which is a ciphertext, is transmitted to the receiving-side chaotic dynamical system, and the transmission signal C is , And is fed back to the transmission-side chaotic dynamic system as the synchronization input signal.
[0017]
At this time, in the decryption device, when the transmission signal C is input from the encryption device to the reception-side chaotic dynamics system, the reception-side chaos dynamics system converts the transmission signal C into the same as the N irregular signals. of N random signals _{_{x 1, x 2, ···,}} x N is generated, the generated random signal _x _1, x 2, · · ·, correlation values between the transmission signal C and _{x N} Are calculated, and the binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _N are decoded based on the calculated correlation values. For this reason, binary information signals of a plurality of channels (N channels) can be transmitted to the decoding device using only one transmission path, and transmission efficiency can be improved. Further, since the coefficient of the transmission signal C includes the secret key parameter and is also affected by the binarized information signal, it is difficult to estimate the secret key parameter from the waveform of the transmission signal C, thereby improving the security. be able to.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 and FIG. 2 are block diagrams respectively showing the configurations of an encryption device and a decryption device using synchronization of a chaotic dynamic system according to an embodiment of the present invention. The information signal encrypted by the encryption device 45 shown in FIG. 1 is transmitted to the decryption device 53 of FIG. 2, and the decryption device 53 receives and decrypts the encrypted transmission signal to generate an information signal. It has become.
[0030]
First, the encryption device 45 of FIG. 1 includes an irregular signal generation unit 41 using a chaotic dynamical system, a multiplier 42, an adder 43, and an adder 44. The random signal generation unit 41 includes a parameter serving as a secret key, and generates N random signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N. In the adder 44, the binary information signal _{_{b 1, b 2, ...,}} b N and parameters _a _1, a 2, which is part of the private key, ..., and each set of the sum of _{a N} is calculated. The multiplier 42, its respective results of the N random signals _x _1, x 2, ..., is multiplied by _{x N.} Further, the adder 43 calculates the sum of the outputs of the multiplier 42 and generates a transmission signal 46. This transmission signal is transmitted to the decoding device in FIG. 2 and is fed back as an input to the irregular signal generation unit 41.
[0031]
The decryption device 53 of FIG. 2 has a synchronization circuit 51 that takes the same value as the random signal generation unit 41 of the encryption device of FIG. 1 for a parameter value serving as a secret key, and an output signal of the synchronization circuit 51 and a signal from the encryption device. A correlation value calculator 52 calculates a correlation value of the transmission signal and decodes the binary information signal based on the correlation value.
[0032]
When the decryption device 53 configured as described above receives the encrypted transmission signal 46 transmitted from the encryption device 45 of FIG. 1 as described above, the synchronization circuit 51 generates an irregular signal in the encryption device 45. Synchronization with the generation unit 41 is achieved, and the same irregular signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N are generated. Transmission signal 46 is also input to the correlation value calculation unit 52, where the random signal generated by the synchronizing circuit _{_{51 x 1, x 2, ...}} , a correlation value between x _N and the transmission signal 46 is calculated, calculates The binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _N are decoded based on the obtained correlation values. If the parameter value serving as the secret key is unknown, since the synchronization cannot be achieved, the irregular signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N are not reproduced, and therefore the decoding of the binary information signal becomes difficult. It is possible to protect confidentiality.
[0033]
FIG. 3 shows a configuration of an encryption system configured by connecting a transmission circuit 71 and a reception circuit 72 to the encryption device 45 of FIG. 1 and the decryption device 53 of FIG. 2, respectively. As shown in the figure, the transmission signal 46 from the encryption device 45 is transmitted to the decryption device 53 via the transmission circuit 71, received by the reception circuit 72, supplied to the decryption device 53, and decrypted as described above. Is done.
[0034]
FIG. 4 describes the encryption device and the decryption device shown in FIG. 1 and FIG. 2 as the transmission side and the reception side, respectively, and also describes the encryption device on the transmission side and the decryption device on the reception side shown in FIG. internal configure multiple chaotic subsystems S _1, S 2, _..., diagrams S _N, the multiplier, are shown in a plurality of elements of the adder and the like.
[0035]
In FIG. 4, S ₁ , S ₂ ,..., _SN are chaotic subsystems having different parameter values, and x ₁ , x ₂ ,..., X _N represent irregular output signals from each subsystem. . a ₁ , a ₂ ,..., a _N are parameters used when configuring a transmission signal, and are a part of a secret key. _{_{b 1, b 2, ...,}} b N is the binary information signal, in response to information, a positive or negative value. On the other hand, the receiving side _{_{S 1 ', S 2',}} ..., S N ' _{respectively,} S _1, S 2, ..., have the same subsystems and _{S N,} is the parameter of the corresponding sub-system and a private key Share values. Here, when there is the same input, the corresponding subsystems on the transmission side and the reception side are designed to be synchronized. That is, when one signal is received as input, S _i and S _i ′ produce exactly the same random output signal (x _i = x _i ′).
[0036]
The scalar signal C is converted into a sum of a parameter and a binary information signal a ₁ + b ₁ , a ₂ + b ₂ ,..., A _N + b _N
Are multiplied by the outputs x ₁ , x ₂ ,..., X _N from the respective subsystems, and the sum is obtained.
_{_{_{_{C = (a 1 + b 1}}}} ) x 1 + (a 2 + b 2) x 2 + ... + (a N + b N) x N
It is configured as follows. This signal C is fed back to each subsystem and used to globally combine the subsystems. At the same time, the signal C is transmitted to the receiving side through the transmission path and is input to the subsystems S ₁ ′, S ₂ ′,..., S _N ′. Therefore, the signal C is input to all subsystems on the transmission side and the reception side. By assumption, the corresponding subsystems S _i and S _i ′ are synchronized, so that the receiving side can reproduce _N random signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N from the transmission signal C. Become.
[0037]
The binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _N are decoded from the transmission signal C as follows.
[0038]
Each _{x i} is to have orthogonality, each subsystem _S _1, S 2, ..., to design the _{S N.} That is, the correlation value is

And On the receiving side, the correlation value calculator of FIG. 4 calculates the correlation value between C and x _i ′ (i = 1, 2,..., N)

Get. Thus, the binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _N can be decoded. In the numerator of the above formula,
(Equation 5)

Although are subtracted, this is not the _{<x i, x j> (} i ≠ j) 0 is also completely while the value is small, because required to decode accurately b _i.
[0039]
Next, an example of implementing the encryption system shown in FIG. 4 will be described. As the i-th element S _i on the transmitting side, a chaos subsystem represented by the following equation is taken.
[0040]
(Equation 6)

In the above equation, γ, σ _i , ρ _i , μ _i , ν _i , and β _i are parameters serving as secret keys. Here, C is a transmission signal and is given by the following equation.
[0041]
(Equation 7)

Through feeding back C, each chaotic subsystem S _i is connected.
[0042]
On the other hand, the synchronization subsystem S _i ′ on the receiving side is given by the following equation with the transmitted signal C as input.
[0043]
(Equation 8)

The binary information signal b _i {−1, 1} is obtained by adding the coefficient at C to c _i = a _i + 0.1 × b _i.
Put in like. Here, a _i is a constant, and these are also secret key parameters.
[0044]
When defining subsystems in the above equation, subsystems S _i and S _i ′ of the same number are synchronized, so that
(Equation 9)
_{_{| V i -v i '| →}} 0 (t → ∞), (i = 1,2, ..., N)
It becomes. At this time, by using a random signal v _{i 'obtained} by synchronization,
(Equation 10)

The decoding is performed as follows.
[0045]
Figure 5 shows example results in the case of the total number N = 2 of the random signal x _i. FIG. 5A shows the waveform of the transmission signal C. If the signal is extremely irregular and the parameter serving as the secret key is unknown, it is difficult to decrypt the binary information signal from the transmission signal. The transmission signal C Yes comprise the private key parameters a _i and binary information b _i in the coefficient, this makes it more difficult to estimate a secret key parameters from the signal C.
[0046]
FIG. 5B shows a sequence of the binary information signal to be transmitted. _B i = 1 white trout, hatched squares represent _b i = -1. In the figure, there are two vertical rows, each row represents one channel, and the horizontal axis represents time. For example, in channel 1, binary information is transmitted in the order of -1, 1, -1, -1, 1,. FIG. 5C shows information decoded on the transmission side. The first bit of channel 2 is incorrect because at this point, synchronization has not yet been established. After synchronization is established, decoding is complete. The transmitted signal is only C, and the transmission efficiency is improved as compared with the conventional system that requires two transmission paths.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the transmission signal C represented by the above equation (1) is transmitted from the encryption device having the transmission-side chaotic dynamic system to the receiving-side chaotic dynamic system, and the transmission signal C is transmitted. Since the input signal for synchronization can be fed back to the chaotic dynamic system on the transmission side, binary information signals of a plurality of channels (N channels) can be transmitted using only one transmission path. Efficiency can be improved. Further, since the coefficient of the transmission signal C includes the secret key parameter and is also affected by the binarized information signal, it is difficult to estimate the secret key parameter from the waveform of the transmission signal C, thereby improving the security. be able to.
[0048]
Further, according to the present invention, when the transmission signal C is input from the encryption device to the decryption device having the receiving chaos dynamics system, the reception chaos dynamics system uses the N number of transmission signals C from the transmission signal C. irregular signal same the N and irregular signals _x _1, _x _{2, ···,} generates _{x N,} the generated random signal _{_{x 1, x 2, ···,}} x N and the transmission signal calculates the correlation value is C, on the basis of the calculated correlation value binary information signal b _1, b _2, can be decoded., a b _N. For this reason, binary information signals of a plurality of channels (N channels) can be transmitted to the decoding device using only one transmission path, and transmission efficiency can be improved. Further, since the coefficient of the transmission signal C includes the secret key parameter and is also affected by the binarized information signal, it is difficult to estimate the secret key parameter from the waveform of the transmission signal C, thereby improving the security. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an encryption device using synchronization of a chaotic dynamic system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a decoding device using synchronization of a chaotic dynamic system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a configuration of an encryption system using synchronization of a chaotic dynamic system configured by connecting a transmission circuit and a reception circuit to the encryption device of FIG. 1 and the decryption device of FIG. 2, respectively.
FIG. 4 describes the encryption device and the decryption device shown in FIGS. 1 and 2 as a transmission side and a reception side, respectively, and also describes the encryption device on the transmission side and the decryption device on the reception side shown in FIGS. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a cryptographic system using synchronization of a chaotic dynamic system in which an internal configuration is divided into a plurality of elements.
5 is a diagram illustrating a transmission signal, an information signal, and a decryption signal as an example of a result when N = 2 in the encryption system illustrated in FIG. 4;
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional cryptographic device using synchronization of a chaotic dynamic system.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional decoding device using synchronization of a chaotic dynamical system.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional cryptographic system using synchronization of a chaotic dynamic system.
[Explanation of symbols]
41 Irregular signal generation unit 42

Multipliers

43, 44 Adder 45 Encryption device 51 Synchronization circuit 52 Correlation value calculation unit 53 Decryption device

Claims

An encryption device for encrypting and transmitting _N binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _N ,
The parameters included in the synchronous and the system on the reception side Chaotic Dynamics includes sender chaotic dynamics with a secret key, when the synchronization input signal to the transmitting side chaotic dynamics is entered, the sender chaotic Random signal generating means for generating _N random signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N having orthogonality by a dynamic system ;
The sum of the N secret key parameter _a 1 is part of a private key, _{_a} 2, ···, _a _N and the N binary information signal _{_{b 1, b 2, ···,}} b N signal _{_{_{_{a 1 + b 1, a 2}}}} + b 2, + ··· + a N + b with respect to _N, the random signal of the N generated by the random signal generator _{_{x 1, x 2, ···,}} x Multiplying means for multiplying _N ;
The product signal output from the multiplication means is added, and the result is an irregular ciphertext, which is given by the following equation (1).
_{_{_{_{C = (a 1 + b 1}}}} ) x 1 + (a 2 + b 2) x 2 + ··· + (a N + b N) x N ·· · (1)
Means for transmitting a transmission signal C represented by the above to the receiving chaotic dynamics system , and feeding back the transmitting signal C as the synchronization input signal to the transmitting chaotic dynamics system of the irregular signal generating means ,
A cryptographic device using synchronization of a chaotic dynamical system characterized by having:

A decryption device for receiving and decrypting the transmission signal C transmitted by the encryption device according to claim 1 ,
The receiving chaotic dynamic system includes the receiving chaotic dynamic system , and when the transmission signal C is input to the receiving chaotic dynamic system, the receiving chaotic dynamic system uses the same chaotic dynamic system as the N irregular signals from the transmitting signal C. Synchronization means for generating _N irregular signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N ;
Random signal generated by the synchronization means _{_{x 1, x 2, ···,}} x N and calculates a correlation value between the transmission signal C, on the basis of the correlation value binary information signal b _1, b ₂ ,..., B Correlation value calculation means for decoding _N
A decoding device using synchronization of a chaotic dynamical system, comprising:

A transmitting side chaos dynamical system having a parameter included in the system as a secret key, and an encryption device for encrypting and transmitting _N binary information signals b ₁ , b ₂ ,..., B _N and the transmitting side A cryptographic system having a receiving chaos dynamics system synchronized with the chaos dynamics system and having a decryption device for receiving and decrypting an encrypted transmission signal transmitted from the encryption device,
The encryption device,
When an input signal is input to the transmitting chaotic dynamic system, the transmitting chaotic dynamic system generates _N random signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N having orthogonality. Rule signal generating means;
The sum of the N secret key parameter _a 1 is part of a private key, _{_a} 2, ···, _a _N and the N binary information signal _{_{b 1, b 2, ···,}} b N signal _{_{_{_{a 1 + b 1, a 2}}}} + b 2, + ··· + a N + b with respect to _N, the random signal of the N generated by the random signal generator _{_{x 1, x 2, ···,}} x Multiplying means for multiplying _N ;
The product signal output from the multiplying means is added and the result is an irregular ciphertext and the following equation (2)
_{_{_{_{C = (a 1 + b 1}}}} ) x 1 + (a 2 + b 2) x 2 + ··· + (a N + b N) x N ·· · (2)
Means for transmitting a transmission signal C represented by the above to the receiving chaotic dynamic system , and feeding back the transmitting signal C as the input signal to the transmitting chaotic dynamic system ,
Has,
The decoding device,
When the transmission signal C transmitted from the feedback means is transmitted to the receiving chaotic dynamic system, the receiving chaotic dynamic system causes the transmission signal C to have the same irregularity as the N irregular signals. Synchronization means for generating rule signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N ;
A correlation value between the irregular signals x ₁ , x ₂ ,..., X _N generated by the synchronization means and the transmission signal C is calculated, and the binary information signals b ₁ , b are calculated based on the correlation value. ₂ ,..., B Correlation value calculation means for decoding _N
A cryptographic system using synchronization of chaotic dynamical systems, characterized in that: