JP4669046B2 - 暗号的に安全な擬似乱数生成器 - Google Patents
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Description
本特許出願は、2005年8月24日に出願され、本発明の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に明示的に取り入れられる仮出願第60/711,148号(“Cryptographically Secure Pseudo-Random Number Generator”)に対して優先権を主張している。
Claims (34)
- 安全な擬似乱数生成器を操作する方法であって、
エントロピーの1つ以上の予測不可能な源を得て、シードを与えることと、
前記数生成器の現在の内部状態と前記シードとの関数として内部状態を修正することによって、前記数生成器の内部状態においてエントロピーを蓄積することと、
前記数生成器の前記修正された内部状態に基づいて、擬似乱数を生成することと、
を含み、
前記修正された内部状態は、
前記数生成器の複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタの現在の内容と前記シードとの演算によって、前記1つの状態レジスタに前記シードをロードすることと、
前記複数の状態レジスタのうちの一部の複数の状態レジスタの内容に演算を行って、フィードバックの数を得ることと、
異なる2つの状態レジスタの一方から他方へ内容をシフトし、前記複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタに前記フィードバックの数をロードすること、
によって得られる、方法。 - エントロピーの1つ以上の予測不可能な源を前記シードに結合することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 前記数生成器によって生成された擬似乱数である初期化シードを、前記数生成器のシャットダウン時に記憶することと、
前記数生成器のスタートアップ時に、記憶されている前記初期化シードを用いて、前記数生成器のスタートアップの内部状態を初期化することと、をさらに含む請求項1記載の方法。 - 前記初期化シードはセキュア ファイル システムに記憶され、
前記数生成器の前記スタートアップの内部状態を初期化する前に、前記初期化シードの完全性が損なわれているかどうかを判断することと、
記憶されている前記初期化シードの完全性が損なわれているときは、別の予測不可能な源を使用して、前記数生成器の前記スタートアップの内部状態を初期化することと、
をさらに含む請求項3記載の方法。 - 1つの暗号プリミティブオペレーションを使用し、前記数生成器の前記修正された内部状態を得て、前記擬似乱数を生成する請求項1記載の方法。
- 前記1つの暗号プリミティブオペレーションは、2進ワード演算、一定のオフセットを有するビットシフト演算、またはテーブル検索の何れか1つを含む請求項5記載の方法。
- 1つ以上の予測不可能な源から前記数生成器に連続的に再シーディングし、前記数生成器の内部状態を変更することをさらに含む請求項1記載の方法。
- 前記予測不可能な源は、量子化可能な情報をもつ物理的な源を含む請求項7記載の方法。
- 呼び出しアプリケーションから受信した新しいシードを用いて前記数生成器に再シーディングし、前記数生成器の内部状態を変更することをさらに含む請求項7記載の方法。
- 前記安全な擬似乱数生成器は、非線形SOBER構造をもつ請求項1記載の方法。
- 前記修正された内部状態は、
複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタの現在の内容との排他的論理和演算によって、前記数生成器の前記1つの状態レジスタにシードをロードすることと、
前記複数の状態レジスタのうちの少なくとも2つの状態レジスタのそれぞれのワードシフトされた内容を非線形関数に供給して、結果を得ることと、
前記結果と前記複数の状態レジスタのうちの第1の状態レジスタとの間で排他的論理和演算を行って、フィードバックの数を得ることと、
前記複数の状態レジスタのうちの異なる2つの状態レジスタの一方から他方へ内容をシフトし、前記複数の状態レジスタのうちの第2の状態レジスタに前記フィードバックの数をロードすること、
によって得られる請求項10記載の方法。 - 前記複数の状態レジスタが、再シーディング動作間でシフトされる回数のカウンタを維持することと、
前記カウンタに基づいて、前記複数の状態レジスタのうちの1つを修正することと、
をさらに含む請求項1記載の方法。 - 擬似乱数が生成されるたびに変わる間隔カウンタを維持することと、
前記1つ以上の予測不可能な源から前記数生成器に再シーディングし、前記間隔カウンタによって定義された間隔でのみ、前記数生成器の内部状態を変更することと、
をさらに含む請求項1記載の方法。 - システム時間を用いて、前記間隔カウンタによって定義された間隔で前記数生成器に再シーディングすることをさらに含む請求項13記載の方法。
- 前記シードが、少なくとも128ビット長であり、前記数生成器の内部状態が、18ワードサイズの複数の状態レジスタである請求項1記載の方法。
- 暗号的に安全な数生成器であって、
シード情報の1つ以上の予測不可能な源を得て、シードを与えるように構成されたシードローダと、
前記数生成器の内部状態を記憶する複数の状態レジスタと、
前記シードローダは、前記複数の状態レジスタの現在の内容と前記シードとに基づいて前記複数の状態レジスタに再びシードを与え、前記数生成器の内部状態を修正し、エントロピーを蓄積し、
前記数生成器の修正された内部状態に基づいて、擬似乱数を生成するように構成された擬似乱数生成器と、
含み、
前記シードローダは、
複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタの現在の内容と前記シードとの演算によって、前記数生成器の前記1つの状態レジスタに前記シードをロードし、
前記複数の状態レジスタのうちの一部の複数の状態レジスタの内容に演算を行って、フィードバックの数を得、
前記複数の状態レジスタのうちの異なる2つの状態レジスタの一方から他方へ内容をシフトし、前記複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタに前記フィードバックの数をロードすることによって、前記内部状態を修正する、暗号的に安全な数生成器。 - 前記擬似乱数生成器は、
前記数生成器のシャットダウン時に、初期化シードを生成し、
前記初期化シードを記憶するようにさらに構成されている請求項16記載の数生成器。 - 前記シードローダは、前記数生成器の再始動時に、記憶されている前記初期化シードを用いて前記複数の状態レジスタを初期化するようにさらに構成されている請求項17記載の数生成器。
- 前記シードローダは、
前記1つ以上の予測不可能な源から得た新しいシードを前記複数の状態レジスタに連続的にロードするようにさらに構成されている請求項16記載の数生成器。 - 前記予測不可能な源は、量子化可能な情報をもつ物理的な源を含む請求項16記載の数生成器。
- 前記シードローダは、
呼び出しアプリケーションから得た新しいシードを前記複数の状態レジスタへロードするようにさらに構成されている請求項16記載の数生成器。 - 1つの暗号プリミティブオペレーションは、前記複数の状態レジスタに再びシードを与え、前記擬似乱数を生成するのに使用される請求項16記載の数生成器。
- シードローダ、複数の状態レジスタ、および擬似乱数生成器は、非線形SOBER構造として構成される請求項16記載の数生成器。
- 数生成器であって、
エントロピーの1つ以上の予測不可能な源を得て、シードを与える手段と、
前記数生成器の現在の内部状態と前記シードとの関数として内部状態を修正することによって、前記数生成器の内部状態においてエントロピーを蓄積する手段と、
前記数生成器の前記修正された内部状態に基づいて、擬似乱数を生成する手段と、
を含み、
前記エントロピーを蓄積する手段は、
(a)複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタの現在の内容と前記シードとの演算によって、前記1つの状態レジスタに前記シードをロードし、(b)前記複数の状態レジスタのうちの一部の複数の状態レジスタの内容に演算を行って、フィードバックの数を得、(c)前記複数の状態レジスタのうちの異なる2つの状態レジスタの一方から他方へ内容をシフトし、前記複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタに前記フィードバックの数をロードすることによって内部状態を修正する、数生成器。 - エントロピーの1つ以上の予測不可能な源をシードに結合する手段をさらに含む請求項24記載の数生成器。
- 前記数生成器によって生成された擬似乱数である初期化シードを、前記数生成器のシャットダウン時に記憶する手段と、
前記数生成器のスタートアップの内部状態を初期化する前に、前記初期化シードの完全性が損なわれているかどうかを判断する手段と、
記憶されている前記初期化シードの完全性が損なわれているときは、別の予測不可能な源、そうでなければ、記憶されている前記初期化シード、の何れか一方を用いて、前記数生成器のスタートアップの内部状態に再びシードを与える手段と、
をさらに含む請求項24記載の数生成器。 - エントロピーの1つ以上の予測不可能な源から得た追加のシードを用いて現在の内部状態を連続的に修正する手段と、
呼び出しアプリケーションから受信した新しいシードを用いて現在の内部状態をオンデマンドで修正する手段と、
をさらに含む請求項24記載の数生成器。 - エントロピーの1つ以上の予測不可能な源からシードを得て、現在の内部状態と前記シードとの関数として数生成器の内部状態を修正し、前記数生成器にエントロピーを蓄積し、前記数生成器の修正された内部状態に基づいて、擬似乱数を生成するように構成された処理デバイスと、
前記数生成器の内部状態を記憶する複数の内部状態レジスタを含むメモリデバイスと、
を含み、
前記処理デバイスは、
前記複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタの現在の内容と前記シードとの演算によって、前記1つの状態レジスタに前記シードをロードし、
前記複数の状態レジスタのうちの一部の複数の状態レジスタの内容に演算を行って、フィードバックの数を得、
前記複数の状態レジスタのうちの異なる2つの状態レジスタの一方から他方へ内容をシフトし、前記複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタに前記フィードバックの数をロードすることによって、前記内部状態を修正する、処理回路。 - 前記処理回路は、
前記数生成器によって生成された擬似乱数である初期化シードを、前記数生成器のシャットダウン時に前記メモリデバイスに記憶し、
前記数生成器のスタートアップの内部状態を初期化する前に、前記初期化シードの完全性が損なわれているかどうかを判断し、
記憶されている前記初期化シードの完全性が損なわれているときは、別の予測不可能な源、そうでなければ、記憶されている前記初期化シード、の何れか一方を用いて、前記数生成器のスタートアップの内部状態に再びシードを与えるようにさらに構成されている請求項28記載の処理回路。 - 前記処理回路は、
エントロピーの1つ以上の予測不可能な源から追加のシードを連続的に得て、前記数生成器の内部状態を修正し、
呼び出しアプリケーションから受信した新しいシードに基づいて、前記数生成器の内部状態を修正するようにさらに構成されている請求項28記載の処理回路。 - 前記処理回路は、
前記現在の内部状態と前記シードとに基づいて、1つの暗号プリミティブオペレーションと非線形フィードバック関数とを使用することによって、内部状態を修正するようにさらに構成されている請求項28記載の処理回路。 - 擬似乱数を生成する1つ以上の命令をもつ機械読み出し可能媒体であって、命令は、プロセッサによって実行されたときに、前記プロセッサに、
エントロピーの1つ以上の予測不可能な源からシードを得ることと、
現在の内部状態と前記シードとの関数として、数生成器の内部状態を修正し、前記数生成器にエントロピーを蓄積することと、
前記数生成器の修正された内部状態に基づいて、擬似乱数を生成することと、
を行わせ、
前記内部状態は、(a)複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタの現在の内容と前記シードとの演算によって、前記1つの状態レジスタに前記シードをロードすることと、(b)前記複数の状態レジスタのうちの一部の複数の状態レジスタの内容に演算を行って、フィードバックの数を得ることと、(c)前記複数の状態レジスタのうちの異なる2つの状態レジスタの一方から他方へ内容をシフトし、前記複数の状態レジスタのうちの1つの状態レジスタに前記フィードバックの数をロードすること、によって修正する、機械読み出し可能媒体。 - 前記現在の内部状態と前記シードとに基づいて、1つの暗号プリミティブオペレーションと非線形フィードバック関数とを使用することによって、前記内部状態を修正する請求項32記載の機械読み出し可能媒体。
- プロセッサによって実行されたときに、前記プロセッサに、
シード情報の1つ以上の予測不可能な源から追加のシードを連続的に得て、前記数生成器の内部状態を修正することと、
呼び出しアプリケーションから受信した新しいシードに基づいて、前記数生成器の内部状態を修正することと、
を行わせる1つ以上の命令をさらにもつ請求項32記載の機械読み出し可能媒体。
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