JP4714124B2 - 送信装置、受信装置、情報通信システム - Google Patents

Description

この発明は、映像や音楽等の各種のコンテンツを配信するような場合に用いることのできる送信装置、受信装置及び情報通信システムに関するものである。

コンテンツの配信等においては、共通鍵暗号方式が用いられている。共通鍵暗号方式において、同一の鍵を使い続けることはセキュリティ上の脆弱性を有することになるため、鍵は頻繁に交換することが望ましい。しかしながら、例えば公開鍵やＤＨ法のように、鍵を配送し送受信間で新しい鍵を共有する手法では、鍵の暗号・復号化に時間を要し、映像等のコンテンツ配信のような連続した情報を配信し、受信と共に復号する場合にはパフォーマンスの低下につながり、係る配信に用いることは不向きである。

また、鍵自体を配送せずに何らかの方法により送受信間で同期を取りながら各装置で暗号鍵を生成する方法では、どの暗号文とどの鍵が対応するのかを示す同期の取り方が難しい。例えば送信パケットに同期情報を付加する方法では、パケットロスが発生した場合に鍵の同期がとれなくなる虞がある。

特許文献１には、複数の鍵の一部が記憶されたテーブルを備えており、暗号文、使用した鍵の一部を指示する番号及び鍵の残りの部分をパッケージにして送信し、受信側では番号に基づきテーブルから鍵の一部を得て、送られてきた鍵の残り部分と合わせて鍵を生成して、復号化に用いるものが開示されている。

しかしながら、上記特許文献１に記載の手法では、テーブルに記憶された範囲における変更がなされるものであり、抜本的に鍵を変更する場合にはテーブル自体の変更が必要でるという問題がある。

また、特許文献２には、暗号鍵と暗号文とをダミー画像に電子透かしの手法を用いて埋め込み送信を行う一方、受信側では電子透かしが埋め込まれたダミー画像から暗号鍵と暗号文を取り出し、暗号鍵により暗号文を復号化することが開示されている。

上記特許文献２の手法は、ダミー画像に電子透かしを埋め込む処理が繁雑で時間を要し、また、ダミー画像に埋め込まれた電子透かしを取り出して暗号文と暗号鍵を復号化する処理が繁雑で時間を要するため、コンテンツ配信には不向きなものである。
特願２０００−２６１４２６号公報（０００６、０００７、図３） 特願２００３−１６９０４７号公報（図１、図２、００３１）

本発明は上記のような暗号化システムの現状に鑑みてなされたもので、その目的は、暗号鍵と暗号文に対する秘匿化処理が簡易で短時間で済み、また、受信した側において暗号鍵と暗号文を取り出す処理が容易であり、暗号鍵を分離してスムーズに暗号文を復号化できる情報通信システムを提供することである。また、上記の情報通信システムを構成する送信装置、受信装置を提供することを目的とする。

本発明に係る送信装置は、ランダム値を発生するランダム値発生手段と、暗号鍵を発生する暗号鍵発生手段と、前記暗号鍵を用いて平文を暗号化する暗号化部と、前記ランダム値に基づき前記暗号鍵と暗号化部により得られる暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則を作成する作成手段と、暗号化部により得られる暗号文と前記暗号鍵とを前記写像規則を用いて変換する変換手段と、該変換手段により変換された変換後情報と前記ランダム値を結合する結合手段と、結合手段により結合された情報を送信する送信手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る送信装置では、前記ランダム値発生手段と前記暗号鍵発生手段は、平文の暗号化毎に新たにランダム値と暗号鍵を発生することを特徴とする。

本発明に係る送信装置では、結合手段は、変換後情報とランダム値との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報を備えていることを特徴とする。

本発明に係る受信装置は、送信装置から送られる変換後情報を受信する受信手段と、受信情報から変換後情報とランダム値とを分離する分離手段と、分離されたランダム値に基づき前記暗号鍵と暗号化部により得られる暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則を作成する作成手段と、作成された写像規則を用いて変換後情報について変換を行い前記暗号文及び暗号鍵を取り出す逆変換手段と、前記暗号鍵を用いて暗号文を復号化する復号化部と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る受信装置では、分離手段は、変換後情報とランダム値との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報を備えていることを特徴とする。

本発明に係る情報通信システムは、ランダム値を発生するランダム値発生手段と、暗号鍵を発生する暗号鍵発生手段と、前記暗号鍵を用いて平文を暗号化する暗号化部と、前記ランダム値に基づき前記暗号鍵と暗号化部により得られる暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則を作成する作成手段と、暗号化部により得られる暗号文と前記暗号鍵とを前記写像規則を用いて変換する変換手段と、該変換手段により変換された変換後情報と前記ランダム値を結合する結合手段と、結合手段により結合された情報を送信する送信手段とを具備する送信装置と、送信装置から送られる変換後情報を受信する受信手段と、受信情報から変換後情報とランダム値とを分離する分離手段と、分離されたランダム値に基づき前記暗号鍵と暗号化部により得られる暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則を作成する作成手段と、作成された写像規則を用いて変換後情報について変換を行い前記暗号文及び暗号鍵を取り出す逆変換手段と、前記暗号鍵を用いて暗号文を復号化する復号化部とを具備する受信装置を備えることを特徴とする。

本発明に係る情報通信システムでは、前記ランダム値発生手段と前記暗号鍵発生手段とが、平文の暗号化毎に新たにランダム値と暗号鍵をそれぞれ発生することを特徴とする。

本発明に係る情報通信システムでは、結合手段及び分離手段は、変換後情報とランダム値との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報を備えていることを特徴とする。

本発明では、ランダム値に基づき暗号鍵と暗号化部により得られる暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則を作成し、暗号文と暗号鍵とを上記写像規則を用いて変換し、変換された変換後情報とランダム値を結合して送信するので、暗号鍵と暗号文に対する秘匿化処理が簡易で短時間で済み、また、受信した側において暗号鍵と暗号文を取り出す処理が容易である。また、写像規則がランダム値により更新されるので、高いセキュリティを実現できる。更に、暗号鍵と暗号文を同一の通信で送信するので、暗号鍵と暗号文との対応関係が明瞭であり、データの欠損や到着の前後に拘わらず、各通信毎に受信側において適切に復号化を行うことができる。

以下添付図面を参照して、本発明に係る送信装置、受信装置、及びこれらにより構成される情報通信システムの実施例を説明する。図１は、情報通信システムの実施例を示す構成図である。情報通信システムには、送信装置１０と受信装置３０とが含まれており、送信装置１０と受信装置３０とは伝送路５０により接続されている。

送信装置１０には、コンテンツなどの平文を入力する平文入力部１１の他、暗号鍵発生手段１２、暗号化部１３が備えられている。暗号鍵発生手段１２は平文が暗号化部１３へ送られるごとに暗号鍵を更新して発生するものである。暗号化部１３は暗号鍵発生手段１２により発生された暗号鍵を用いて平文の暗号化を行うものであり、暗号化の手法に制限はないが、例えば、特願２００１−３４６６５８に開示の手法を用いることができる。

更に、送信装置１０にはランダム値発生手段１４と、送信装置１０及び受信装置３０共に同一構成の作成手段２１が備えられている。ランダム値発生手段１４は平文入力部１１による平文の入力毎にランダム値を発生するものである。作成手段２１は、ランダム値に基づき暗号鍵と暗号化部１３により得られる暗号文との各基礎単位情報（１文字、１ビット、１バイトなど）を配置する位置を示す情報である写像規則を作成するものである。

また、送信装置１０には、変換手段１５、結合手段１６、送信部１７が備えられている。変換手段１５は、暗号化部１３により暗号化された暗号文と暗号鍵発生手段１２により発生された暗号鍵とを作成手段２１により作成された写像規則ｆを用いて変換するものである。ここで、所定写像規則は、暗号鍵に暗号文を混合する写像であればどのようなものでも良く、後に述べる配置テーブルによっても実現できる。

結合手段１６は、変換手段１５により変換された変換後情報とランダム値発生手段１４が発生したランダム値を結合するものである。この結合手段１６は、変換後情報とランダム値との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報Ｊを備えている。送信部１７は、結合手段１６による結合結果を伝送路５０を介して送信する。

受信装置３０には、自装置宛の情報を伝送路５０を介して取り込む受信部３１と、分離手段３２、逆変換手段３３、復号化部３４、情報処理部３５、送信装置１０と共通構成の作成手段２１が備えられている。分離手段３２は、受信部３１が受信した受信情報をランダム値と変換後情報とに分離するもので、変換後情報とランダム値との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報Ｊを備えている。この情報Ｊは、結合手段１６に備えられていたものと同様である。分離手段３２により分離されたランダム値は作成手段２１へ送られ、変換後情報は逆変換手段３３へ送られる。

作成手段２１は既に述べた通り、ランダム値に基づき暗号鍵と暗号文との各基礎単位情報（１文字、１ビット、１バイトなど）を配置する位置を示す情報である写像規則を作成するものである。写像規則は逆変換手段３３へ送られる。逆変換手段３３は、与えられる写像規則に基づき暗号鍵と暗号文とを分けて取り出し、これらを復号化部３４へ送出するものである。

復号化部３４は、暗号鍵を用いて暗号文を平文へ戻し情報処理部３５へ送出するものである。情報処理部３５は、復号化部３４により復号化された平文を用いて処理を行うものである。例えば、平文が画像や音楽コンテンツ等であれば、これを表示部や音声出力部から再生出力可能となるように処理を行う。

このような情報通信システムにおける情報通信の処理は、図２に示されるフローチャートに示す動作によって行われるので、動作説明を行う。送信装置１０が受信装置３０へ送信すべき平文（コンテンツ）が生じると、ランダム値発生手段１４は、ランダム値Ｌを発生する（Ｓ１１）。また、暗号鍵発生手段１２は、暗号鍵Ｋを発生する（Ｓ１２）。

暗号鍵Ｋは暗号化部１３に供給され、平文入力部１１からは暗号化すべき平文が入力され、暗号化部１３へ送出され、暗号化部１３は、所定の暗号化処理により暗号鍵Ｋを用いて平文に対する暗号化を行う（Ｓ１３）。

作成手段２１は、ランダム値Ｌに基づき暗号鍵Ｋと暗号文との各基礎単位情報（１文字、１ビット、１バイトなど）を配置する位置を示す情報である写像規則ｆを作成する（Ｓ１４）。作成手段２１が作成する写像規則ｆとして図３に示す配置テーブルＴを挙げる。この配置テーブルＴは、次のような規則を示すテーブルである。暗号鍵Ｋが４ビットであり、暗号文Ｂが６ビットであり、合計が１０ビットである場合を示す。配置テーブルＴは、Ｔ＝table ｛６，１，７，４，２，８，１０，３，９，５｝となっており、図３に示すように暗号鍵Ｋと暗号文Ｂを単に並べて（結合して）１０ビットの数列Ｄを作成し、この数列Ｄの１ビット目を６ビット目の位置に配置し、２ビット目を１ビット目の位置に配置し、３ビット目を７ビット目の位置に配置し、・・・、９ビット目を９ビット目の位置に配置し、１０ビット目を５ビット目に配置することを示している。係る写像規則ｆである配置テーブルＴを用いて、変換手段１５が暗号鍵Ｋと暗号文の各基礎単位情報の配置を行う（Ｓ１５）配置の結果、図３に示されるように変換後情報Ｃが得られる。

次に、結合手段１６は変換手段１５から出力された変換後情報Ｃとランダム値Ｌとを結合して送信情報Ｓを得る（Ｓ１６）。具体的には、結合手段１６は、変換後情報Ｃとランダム値Ｌとの各基礎単位情報を配置する位置を示す情報Ｊを備えている。この情報Ｊは、ランダム値Ｌが例えば５ビットとした場合、例えば図４に示されるような配置テーブルＴ２であり、配置テーブルＴ２の内容である｛３，５，８，１２，１４｝は、変換後情報の１０ビットとランダム値Ｌの５ビットを合わせて１５ビットの数列において、ランダム値Ｌの各ビットが配置される位置を示す。従って、図３に示されるような変換後情報Ｃについてランダム値Ｌを配置すると、図４のような結合された送信情報Ｓが得られる。送信部１７は、この送信情報Ｓを送信する（Ｓ１７）。

上記送信情報Ｓは受信装置３０の受信部３１が受信し（Ｓ１８）、分離手段３２が変換後情報Ｃとランダム値Ｌとの各基礎単位情報を配置する位置を示す情報Ｊを用いて分離し、受信情報Ｓからランダム値Ｌと変換後情報Ｃとを分離する（Ｓ１９）。ここに、情報Ｊは、既に図４に示した配置テーブルＴ２であり、配置テーブルＴ２の内容である｛３，５，８，１２，１４｝の各ビットから取り出してそのまま並べることによりランダム値Ｌが得られ、残りを並べて変換後情報Ｃが得られる。

次に、作成手段２１は、ランダム値Ｌに基づき暗号鍵Ｋと暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則ｆを作成する（Ｓ２０）。ここで、作成手段２１が作成する写像規則ｆは、既に図３に示した配置テーブルＴである。この配置テーブルＴは逆変換手段３３へ送られ、逆変換手段３３は、配置テーブルＴを用いて逆変換し、変換後情報Ｃから暗号鍵Ｋと暗号文Ｂとを復元する（Ｓ２１）。つまり、配置テーブルＴに基づき６ビット目、１ビット目、７ビット目、４ビット目の値をこの順に並べて暗号鍵Ｋが得られ、配置テーブルＴに基づき残り２ビット目、８ビット目、１０ビット目、３ビット目、９ビット目、５ビット目の値をこの順に並べて暗号文Ｂを得ることができる。

暗号鍵Ｋと暗号文Ｂとは復号化部３４に与えられ、復号化部３４は暗号化処理に対応する復号化処理により平文を得る（Ｓ２２）。これ以降は、情報処理部３５が前述の通りの処理を行う。これにより、暗号鍵Ｋと暗号文を結合する規則を送信の都度変更して送信することでセキュリティを高くすることができる。暗号鍵Ｋと暗号文を結合する規則は写像処理であり、処理が複雑化することなく、処理時間も短時間とすることができる。更に、ランダム値Ｌを変換後情報に結合するのでセキュリティを高くすることができる。また、暗号鍵Ｋと暗号文を同一の通信で送信するので、暗号鍵Ｋと暗号文との対応関係が明瞭であり、データの欠損や到着の前後が生じても、各通信毎に受信側において支障なく復号化を行うことができる。

本発明に係る情報通信システムの実施例を示す構成図。 本発明に係る情報通信システムの実施例の動作を説明するためのフローチャート。 本発明に係る情報通信システムが用いる写像規則についての一例である配置テーブルを用いた変換処理を示す図。 本発明に係る情報通信システムが用いる、変換後情報Ｃとランダム値Ｌとの各基礎単位情報を配置する位置を示す情報Ｊ及びそれを用いた処理を示す図。

符号の説明

１０ 送信装置
１１ 平文入力部
１２ 暗号鍵発生手段
１３ 暗号化部
１４ ランダム値発生手段
１５ 変換手段
１６ 結合手段
１７ 送信部
２１ 作成手段
３０ 受信装置
３１ 受信部
３２ 分離手段
３３ 逆変換手段
３４ 複合化部
３５ 情報処理部

Claims (8)

1. ランダム値を発生するランダム値発生手段と、
   暗号鍵を発生する暗号鍵発生手段と、
   前記暗号鍵を用いて平文を暗号化する暗号化部と、
   前記ランダム値に基づき前記暗号鍵と暗号化部により得られる暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則を作成する作成手段と、
   暗号化部により得られる暗号文と前記暗号鍵とを前記写像規則を用いて変換する変換手段と、
   該変換手段により変換された変換後情報と前記ランダム値を結合する結合手段と、
   結合手段により結合された情報を送信する送信手段と
   を具備することを特徴とする送信装置。
2. 前記ランダム値発生手段と前記暗号鍵発生手段は、平文の暗号化毎に新たにランダム値と暗号鍵を発生することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
3. 結合手段は、変換後情報とランダム値との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の送信装置。
4. 送信装置から送られる変換後情報を受信する受信手段と、
   受信情報から変換後情報とランダム値とを分離する分離手段と、
   分離されたランダム値に基づき前記暗号鍵と暗号化部により得られる暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則を作成する作成手段と、
   作成された写像規則を用いて変換後情報について変換を行い前記暗号文及び暗号鍵を取り出す逆変換手段と、
   前記暗号鍵を用いて暗号文を復号化する復号化部と、
   を具備することを特徴とする受信装置。
5. 分離手段は、変換後情報とランダム値との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報を備えていることを特徴とする請求項４に記載の受信装置。
6. ランダム値を発生するランダム値発生手段と、暗号鍵を発生する暗号鍵発生手段と、前記暗号鍵を用いて平文を暗号化する暗号化部と、前記ランダム値に基づき前記暗号鍵と暗号化部により得られる暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則を作成する作成手段と、暗号化部により得られる暗号文と前記暗号鍵とを前記写像規則を用いて変換する変換手段と、該変換手段により変換された変換後情報と前記ランダム値を結合する結合手段と、結合手段により結合された情報を送信する送信手段とを具備する送信装置と、
   送信装置から送られる変換後情報を受信する受信手段と、受信情報から変換後情報とランダム値とを分離する分離手段と、分離されたランダム値に基づき前記暗号鍵と暗号化部により得られる暗号文との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報である写像規則を作成する作成手段と、作成された写像規則を用いて変換後情報について変換を行い前記暗号文及び暗号鍵を取り出す逆変換手段と、前記暗号鍵を用いて暗号文を復号化する復号化部とを具備する受信装置を備えることを特徴とする情報通信システム。
7. 前記ランダム値発生手段と前記暗号鍵発生手段とは、平文の暗号化毎に新たにランダム値と暗号鍵をそれぞれ発生することを特徴とする請求項６に記載の情報通信システム。
8. 結合手段及び分離手段は、変換後情報とランダム値との各基礎単位情報を配置する位置を示す情報を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の情報通信システム。

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