JP4909668B2 - ハイブリッド暗号化装置およびハイブリッド暗号化方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド暗号化装置およびハイブリッド暗号化方法に関し、特に、ストリーム暗号を用いたハイブリッド暗号化装置およびハイブリッド暗号化方法に関する。

ネットワーク化が進んだ今日、コンピュータを利用した様々なサービスが提供されることにより、情報の価値が高まって、情報に対するセキュリティに大きな注目が集まっている。こうした中、ネットワークを介して提供されるサービスにおいては、その通信内容を秘匿化するために暗号化技術が広く利用されている。

ここで、暗号方式の一般的なものとしては、１つの鍵で暗号化と復号化を行う共通鍵暗号方式と、暗号化に使用する鍵と復号化に使用する鍵とが異なる公開鍵暗号方式とがある。このうち、共通鍵暗号方式は、暗号化と復号化とで同じ鍵を用いることから高速な処理が可能である反面、受信者側に鍵をいかに安全に渡すのかという課題がある。一方、公開鍵暗号方式では、自分の秘密鍵のみを管理すればよいことから、鍵の管理が煩雑にならないという利点を有する反面、アルゴリズムが非対称で、数学的に難しい処理を多く伴うことから、高速処理が困難であるという問題がある。

そのため、最近では、共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式とのメリット、デメリットを考慮して、その両方を組み合わせたハイブリッド暗号化方式が用いられており、さらに、ハイブリッド暗号化方式の欠点を解消するような技術も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−３６４１８８号公報

しかしながら、これまでのハイブリッド暗号化方式では、公開鍵暗号と共通鍵暗号方式のうち代表的なブロック暗号とを組み合わせたものが用いられており、処理の高速化という点から問題があった。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド暗号化方式の利点を活かしつつ、処理の高速化を実現するハイブリッド暗号化装置およびハイブリッド暗号化方法を提供することを目的とする。

（１）本発明は、公開鍵暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化装置であって、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する鍵生成手段（例えば、図６の鍵情報生成部２１に相当）と、該鍵生成手段において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化するストリーム暗号初期化手段（例えば、図６のストリーム暗号初期化部２２に相当）と、前記鍵生成手段において生成された初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を公開鍵暗号により暗号化してヘッダ情報を生成するヘッダ情報生成手段（例えば、図６のヘッダ情報生成部２３に相当）と、前記ストリーム暗号初期化手段において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する暗号化手段（例えば、図６の暗号化部２４に相当）と、前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する送信手段と、を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化装置を提案している。

（２）また、本発明は、公開鍵暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化方法であって、鍵情報生成部により、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する第１のステップ（例えば、図１２のステップＳ３０１に相当）と、ストリーム暗号初期化部により、該生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する第２のステップ（例えば、図１２のステップＳ３０１に相当）と、ヘッダ情報生成部により、該初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを公開鍵暗号により暗号化してヘッダ情報を生成する第３のステップ（例えば、図１２のステップＳ３０２に相当）と、暗号化部により、前記初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する第４のステップ（例えば、図１２のステップＳ３０３に相当）と、送信部により、前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する第５のステップ（例えば、図１２のステップＳ３０４に相当）と、を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化方法を提案している。

これらの発明によれば、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成し、生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する。そして、初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを公開鍵暗号により暗号化してヘッダ情報を生成し、初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化するとともに、ヘッダ情報と暗号文とを結合して送信する。

したがって、公開鍵暗号とストリーム暗号とを組み合わせてハイブリッド暗号を構成したことから、ハイブリッド暗号の利点を活かしつつ、処理の高速化を図ることができる。

（３）本発明は、共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化装置であって、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する鍵生成手段（例えば、図１８の鍵情報生成部５１に相当）と、該鍵生成手段において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化するストリーム暗号初期化手段（例えば、図１８のストリーム暗号初期化部５２に相当）と、該ストリーム暗号初期化手段において初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号により暗号化してヘッダ情報を生成するヘッダ情報生成手段（例えば、図１８のヘッダ情報生成部５３に相当）と、前記ストリーム暗号初期化手段において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する暗号化手段（例えば、図１８の暗号化部５４に相当）と、前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する送信手段と、を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化装置を提案している。

（４）また、本発明は、共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化方法であって、鍵情報生成部により、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する第１のステップ（例えば、図２０のステップＳ５０１に相当）と、ストリーム暗号初期化部により、該生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する第２のステップ（例えば、図２０のステップＳ５０１に相当）と、ヘッダ情報生成部により、該初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号により暗号化してヘッダ情報を生成する第３のステップ（例えば、図２０のステップＳ５０２に相当）と、暗号化部により、前記初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する第４のステップ（例えば、図２０のステップＳ５０３に相当）と、送信部により、前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する第５のステップ（例えば、図２０のステップＳ５０４に相当）と、を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化方法を提案している。

これらの発明によれば、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成し、生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する。そして、初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号により暗号化してヘッダ情報を生成し、初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化するとともに、ヘッダ情報と暗号文とを結合して送信する。

したがって、共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを組み合わせてハイブリッド暗号を構成したことから、ハイブリッド暗号の利点を活かしつつ、処理の高速化を図ることができる。

（５）本発明は、公開鍵暗号と共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化装置であって、乱数を生成して、共通鍵ブロック暗号用鍵を生成する共通鍵ブロック暗号用鍵生成手段（例えば、図２４の共通鍵ブロック暗号用鍵生成部８１に相当）と、該共通鍵ブロック暗号用鍵生成手段により生成された共通鍵ブロック暗号用鍵を公開鍵暗号で暗号化してヘッダ情報を生成するヘッダ情報生成手段（例えば、図２４のヘッダ情報生成部８２に相当）と、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する鍵生成手段（例えば、図２４の鍵情報生成部８３に相当）と、該鍵生成手段において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化するストリーム暗号初期化手段（例えば、図２４のストリーム暗号初期化部８５に相当）と、該ストリーム暗号初期化手段において初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号で暗号化して、前記ヘッダ情報生成手段により生成されたヘッダ情報に付加するヘッダ情報付加手段（例えば、図２４の共通鍵ブロック暗号化部８４に相当）と、前記ストリーム暗号初期化手段において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する暗号化手段（例えば、図２４の暗号化部８６に相当）と、前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する送信手段と、を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化装置を提案している。

（６）また、本発明は、公開鍵暗号と共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化方法であって、共通鍵ブロック暗号用鍵生成部により、乱数を生成して、共通鍵ブロック暗号用鍵を生成する第１のステップ（例えば、図２６のステップＳ７０１に相当）と、ヘッダ情報生成部により、該生成された共通鍵ブロック暗号用鍵を公開鍵暗号で暗号化してヘッダ情報を生成する第２のステップ（例えば、図２６のステップＳ７０２に相当）と、鍵情報生成部により、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する第３のステップ（例えば、図２６のステップＳ７０３に相当）と、ストリーム暗号初期化部により、該生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する第４のステップ（例えば、図２６のステップＳ７０３に相当）と、共通鍵ブロック暗号化部により、該初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号で暗号化して、前記第２のステップにより生成されたヘッダ情報に付加する第５のステップ（例えば、図２６のステップＳ７０４に相当）と、暗号化部により、前記初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する第６のステップ（例えば、図２６のステップＳ７０５に相当）と、送信部により、前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する第７のステップ（例えば、図２６のステップＳ７０６に相当）と、を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化方法を提案している。

これらの発明によれば、乱数を生成して、共通鍵ブロック暗号用鍵を生成し、生成された共通鍵ブロック暗号用鍵を公開鍵暗号で暗号化してヘッダ情報を生成する。そして、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成し、生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する。さらに、初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号で暗号化して、ヘッダ情報に付加し、初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化するとともに、ヘッダ情報と暗号文とを結合して送信する。

したがって、公開鍵暗号と共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを組み合わせてハイブリッド暗号を構成したことから、ハイブリッド暗号の利点を活かしつつ、処理の高速化を図ることができる。

本発明によれば、ストリーム暗号を組み合わせてハイブリッド暗号を構成することにより、ハイブリッド暗号の利点である高い安全性を維持しつつ、処理の高速化を実現できるという効果がある。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

［第１の実施形態］
図１から図４を用いて、本実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表したものである。本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置は、公開鍵暗号とストリーム暗号とによりハイブリッド暗号を構成するものであって、その構成は、図２に示すように、鍵生成関数１１と、ストリーム暗号初期化部１２と、暗号化部１３と、ヘッダ情報生成部１４とから構成されている。

ここで、鍵生成関数１１は、鍵と初期値とを生成するものであり、ストリーム暗号初期化部１２は、鍵生成関数１１において生成された鍵と初期値とによりストリーム暗号を初期化する。また、暗号化部１３は、平文を入力し、ストリーム暗号初期化部１２において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号化して、暗号文を生成する。ヘッダ情報生成部１４は、鍵生成関数１１において生成された鍵と初期値とを公開鍵で暗号化してヘッダ情報を生成する。そして、生成されたヘッダ情報と暗号文とが連結されて図示しない送信手段により受信側に送信される。なお、図１に示すように、受信側に送信される上述したヘッダ情報と暗号文とが連結された情報には、必要に応じて改竄検知用のＭＡＣを連結してもよい。

図３は、受信側の復号化装置の構成を示した図であり、この図によれば、復号化装置は、鍵情報復元部１６と、ストリーム暗号初期化部１７と、ストリーム暗号実行部１８とから構成されている。

ここで、鍵情報復元部１６は、ハイブリッド暗号化装置から受信した情報の中から抜き出したヘッダ情報に基づいて、鍵と初期値とを復元する。ストリーム暗号初期化部１７は、鍵情報復元部１６において復元された鍵と初期値とに基づいて、ストリーム暗号を初期化する。また、ストリーム暗号実行部１８は、ストリーム暗号初期化部１７において初期化されたストリーム暗号を実行することにより、受信した暗号文を復号する。

次に、図４を用いて、本実施形態におけるハイブリッド暗号化装置における暗号化と復号化までの処理の流れについて説明する。
まず、鍵生成関数１１により、鍵および初期値を生成し、その一部をヘッダ情報として格納する（ステップＳ１０１）。そして、ストリーム暗号初期化部１２が生成した鍵および初期値によりストリーム暗号を初期化する（ステップＳ１０２）。

続いて、初期化したストリーム暗号により平文を暗号化し（ステップＳ１０３）、ヘッダ情報と暗号文とを連結して受信側に送信する（ステップＳ１０４）。受信側の復号装置では、受信した情報のうちヘッダ情報から鍵および初期値を復元し、これを用いてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ１０５）。そして、初期化したストリーム暗号を実行することにより暗号文を復号する（ステップＳ１０６）。

［第２の実施形態］
図５から図８を用いて、本実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表したものである。本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置は、公開鍵暗号とストリーム暗号とによりハイブリッド暗号を構成するものであって、その構成は、図６に示すように、鍵情報生成部２１と、ストリーム暗号初期化部２２と、ヘッダ情報生成部２３と、暗号化部２４とから構成されている。

ここで、鍵情報生成部２１は、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成するものであり、ストリーム暗号初期化部２２は、鍵情報生成部２１において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する。また、ヘッダ情報生成部２３は、鍵情報生成部２１において生成された初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を公開鍵暗号により暗号化してヘッダ情報を生成する。暗号化部２４は、平文を入力し、ストリーム暗号初期化部２２において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号化して、暗号文を生成する。そして、生成されたヘッダ情報と暗号文とが連結されて図示しない送信手段により受信側に送信される。なお、図５に示すように、受信側に送信される上述したヘッダ情報と暗号文とが連結された情報には、必要に応じて改竄検知用のＭＡＣを連結してもよい。

図７は、受信側の復号化装置の構成を示した図であり、この図によれば、復号化装置は、鍵情報復元部２６と、ストリーム暗号初期化部２７と、ＭＡＣ値検証部２８と、ストリーム暗号実行部２９とから構成されている。

ここで、鍵情報復元部２６は、ハイブリッド暗号化装置から受信した情報の中から抜き出したヘッダ情報に基づいて、鍵と初期値およびＭＡＣ用鍵を復元する。ストリーム暗号初期化部２７は、鍵情報復元部２６において復元された鍵と初期値とに基づいて、ストリーム暗号を初期化する。また、ＭＡＣ値検証部２８は、鍵情報復元部２６において復元されたＭＡＣ用鍵に基づいてＭＡＣ値を検証し、ストリーム暗号実行部２９は、ストリーム暗号初期化部２７において初期化されたストリーム暗号を実行することにより、受信した暗号文を復号する。

次に、図８を用いて、本実施形態におけるハイブリッド暗号化装置における暗号化と復号化までの処理の流れについて説明する。
まず、鍵情報生成部２１が乱数を入力して、初期値、鍵、ＭＡＣ用鍵を生成し、ストリーム暗号初期化部２２が生成された初期値および鍵に基づいてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ２０１）。ヘッダ情報生成部２３は、初期値、鍵、ＭＡＣ用鍵を公開鍵暗号で暗号化してヘッダ情報を生成する（ステップＳ２０２）。

続いて、初期化したストリーム暗号により平文を暗号化し（ステップＳ２０３）、ヘッダ情報と暗号文とを連結して受信側に送信する（ステップＳ２０４）。受信側の復号装置では、受信した情報のうちヘッダ情報から鍵、初期値およびＭＡＣ用鍵を復元し、ＭＡＣ値を検証するとともに、これを用いてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ２０５）。そして、初期化したストリーム暗号を実行することにより暗号文を復号する（ステップＳ２０６）。

［第３の実施形態］
図９から図１２を用いて、本実施形態について説明する。
図９は、本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表したものである。本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置は、公開鍵暗号とストリーム暗号とによりハイブリッド暗号を構成するものであって、その構成は、図１０に示すように、鍵情報生成部３１と、ストリーム暗号初期化部３２と、ヘッダ情報生成部３３と、暗号化部３４とから構成されている。

ここで、鍵情報生成部３１は、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成するものであり、ストリーム暗号初期化部３２は、鍵情報生成部３１において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する。また、ヘッダ情報生成部３３は、ストリーム暗号初期化部３２において初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを公開鍵暗号で暗号化してヘッダ情報を生成する。暗号化部３４は、平文を入力し、ストリーム暗号初期化部３２において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号化して、暗号文を生成する。そして、生成されたヘッダ情報と暗号文とが連結されて図示しない送信手段により受信側に送信される。なお、図９に示すように、受信側に送信される上述したヘッダ情報と暗号文とが連結された情報には、必要に応じて改竄検知用のＭＡＣを連結してもよい。

図１１は、受信側の復号化装置の構成を示した図であり、この図によれば、復号化装置は、鍵情報復元部３６と、ストリーム暗号初期化部３７と、ＭＡＣ値検証部３８と、ストリーム暗号実行部３９とから構成されている。

ここで、鍵情報復元部３６は、ハイブリッド暗号化装置から受信した情報の中から抜き出したヘッダ情報に基づいて、鍵と初期値およびＭＡＣ用鍵を復元する。ストリーム暗号初期化部３７は、鍵情報復元部３６において復元された鍵と初期値とに基づいて、ストリーム暗号を初期化する。また、ＭＡＣ値検証部３８は、鍵情報復元部３６において復元されたＭＡＣ用鍵に基づいてＭＡＣ値を検証し、ストリーム暗号実行部３９は、ストリーム暗号初期化部３７において初期化されたストリーム暗号を実行することにより、受信した暗号文を復号する。

次に、図１２を用いて、本実施形態におけるハイブリッド暗号化装置における暗号化と復号化までの処理の流れについて説明する。
まず、鍵情報生成部３１が乱数を入力して、初期値、鍵、ＭＡＣ用鍵を生成し、ストリーム暗号初期化部３２が生成された初期値および鍵に基づいてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ３０１）。ヘッダ情報生成部３３は、ストリーム暗号初期化部３２において初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを公開鍵暗号で暗号化してヘッダ情報を生成する（ステップＳ３０２）。

続いて、初期化したストリーム暗号により平文を暗号化し（ステップＳ３０３）、ヘッダ情報と暗号文とを連結して受信側に送信する（ステップＳ３０４）。受信側の復号装置では、受信した情報のうちヘッダ情報から鍵、初期値およびＭＡＣ用鍵を復元し、ＭＡＣ値を検証するとともに、これを用いてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ３０５）。そして、初期化したストリーム暗号を実行することにより暗号文を復号する（ステップＳ３０６）。

したがって、第１の実施形態から第３の実施形態によれば、公開鍵暗号とストリーム暗号とを組み合わせてハイブリッド暗号を構成したことから、ハイブリッド暗号の利点を活かしつつ、処理の高速化を図ることができる。

［第４の実施形態］
図１３から図１６を用いて、本実施形態について説明する。
図１３は、本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表したものである。本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置は、共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とによりハイブリッド暗号を構成するものであって、その構成は、図１４に示すように、鍵情報生成部４１と、ストリーム暗号初期化部４２と、ヘッダ情報生成部４３と、暗号化部４４とから構成されている。

ここで、鍵情報生成部４１は、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成するものであり、ストリーム暗号初期化部４２は、鍵情報生成部４１において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する。また、ヘッダ情報生成部４３は、鍵情報生成部４１において生成された初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を共通鍵ブロック暗号により暗号化してヘッダ情報を生成する。暗号化部４４は、平文を入力し、ストリーム暗号初期化部４２において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号化して、暗号文を生成する。そして、生成されたヘッダ情報と暗号文とが連結されて図示しない送信手段により受信側に送信される。なお、図１３に示すように、受信側に送信される上述したヘッダ情報と暗号文とが連結された情報には、必要に応じて改竄検知用のＭＡＣを連結してもよい。

図１５は、受信側の復号化装置の構成を示した図であり、この図によれば、復号化装置は、鍵情報復元部４６と、ストリーム暗号初期化部４７と、ＭＡＣ値検証部４８と、ストリーム暗号実行部４９とから構成されている。

ここで、鍵情報復元部４６は、ハイブリッド暗号化装置から受信した情報の中から抜き出したヘッダ情報に基づいて、鍵と初期値およびＭＡＣ用鍵を復元する。ストリーム暗号初期化部４７は、鍵情報復元部４６において復元された鍵と初期値とに基づいて、ストリーム暗号を初期化する。また、ＭＡＣ値検証部４８は、鍵情報復元部４６において復元されたＭＡＣ用鍵に基づいてＭＡＣ値を検証し、ストリーム暗号実行部４９は、ストリーム暗号初期化部４７において初期化されたストリーム暗号を実行することにより、受信した暗号文を復号する。

次に、図１６を用いて、本実施形態におけるハイブリッド暗号化装置における暗号化と復号化までの処理の流れについて説明する。
まず、鍵情報生成部４１が乱数を入力して、初期値、鍵、ＭＡＣ用鍵を生成し、ストリーム暗号初期化部４２が生成された初期値および鍵に基づいてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ４０１）。ヘッダ情報生成部４３は、鍵情報生成部４１で生成された初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を共通鍵ブロック暗号で暗号化してヘッダ情報を生成する（ステップＳ４０２）。

続いて、初期化したストリーム暗号により平文を暗号化し（ステップＳ４０３）、ヘッダ情報と暗号文とを連結して受信側に送信する（ステップＳ４０４）。受信側の復号装置では、受信した情報のうちヘッダ情報から鍵、初期値およびＭＡＣ用鍵を復元し、ＭＡＣ値を検証するとともに、これを用いてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ４０５）。そして、初期化したストリーム暗号を実行することにより暗号文を復号する（ステップＳ４０６）。

［第５の実施形態］
図１７から図１９を用いて、本実施形態について説明する。
図１７は、本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表したものである。本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置は、共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とによりハイブリッド暗号を構成するものであって、その構成は、図１８に示すように、鍵情報生成部５１と、ストリーム暗号初期化部５２と、ヘッダ情報生成部５３と、暗号化部５４とから構成されている。

ここで、鍵情報生成部５１は、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成するものであり、ストリーム暗号初期化部５２は、鍵情報生成部５１において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する。また、ヘッダ情報生成部５３は、ストリーム暗号初期化部５２において初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号で暗号化してヘッダ情報を生成する。暗号化部４４は、平文を入力し、ストリーム暗号初期化部５２において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号化して、暗号文を生成する。そして、生成されたヘッダ情報と暗号文とが連結されて図示しない送信手段により受信側に送信される。なお、図１７に示すように、受信側に送信される上述したヘッダ情報と暗号文とが連結された情報には、必要に応じて改竄検知用のＭＡＣを連結してもよい。

図１９は、受信側の復号化装置の構成を示した図であり、この図によれば、復号化装置は、鍵情報復元部５６と、ストリーム暗号初期化部５７と、ＭＡＣ値検証部５８と、ストリーム暗号実行部５９とから構成されている。

ここで、鍵情報復元部５６は、ハイブリッド暗号化装置から受信した情報の中から抜き出したヘッダ情報に基づいて、鍵と初期値およびＭＡＣ用鍵を復元する。ストリーム暗号初期化部５７は、鍵情報復元部５６において復元された鍵と初期値とに基づいて、ストリーム暗号を初期化する。また、ＭＡＣ値検証部５８は、鍵情報復元部５６において復元されたＭＡＣ用鍵に基づいてＭＡＣ値を検証し、ストリーム暗号実行部５９は、ストリーム暗号初期化部５７において初期化されたストリーム暗号を実行することにより、受信した暗号文を復号する。

次に、図２０を用いて、本実施形態におけるハイブリッド暗号化装置における暗号化と復号化までの処理の流れについて説明する。
まず、鍵情報生成部５１が乱数を入力して、初期値、鍵、ＭＡＣ用鍵を生成し、ストリーム暗号初期化部５２が生成された初期値および鍵に基づいてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ５０１）。ヘッダ情報生成部５３は、ストリーム暗号初期化部５２において初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号で暗号化してヘッダ情報を生成する（ステップＳ５０２）。

続いて、初期化したストリーム暗号により平文を暗号化し（ステップＳ５０３）、ヘッダ情報と暗号文とを連結して受信側に送信する（ステップＳ５０４）。受信側の復号装置では、受信した情報のうちヘッダ情報から鍵、初期値およびＭＡＣ用鍵を復元し、ＭＡＣ値を検証するとともに、これを用いてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ５０５）。そして、初期化したストリーム暗号を実行することにより暗号文を復号する（ステップＳ５０６）。

したがって、第４の実施形態および第５の実施形態によれば、共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを組み合わせてハイブリッド暗号を構成したことから、ハイブリッド暗号の利点を活かしつつ、処理の高速化を図ることができる。

［第６の実施形態］
図２１から図２３を用いて、本実施形態について説明する。
本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置は、公開鍵暗号と共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とによりハイブリッド暗号を構成するものであって、その構成は、図２１に示すように、共通鍵ブロック暗号用鍵生成部６１と、ヘッダ情報生成部６２と、鍵情報生成部６３と、鍵情報暗号化部６４と、ストリーム暗号初期化部６５と、暗号化部６６とから構成されている。

ここで、共通鍵ブロック暗号用鍵生成部６１は、乱数を生成して、共通鍵ブロック暗号用鍵を生成するものであり、ヘッダ情報生成部６２は、公開鍵暗号で共通鍵ブロック暗号用鍵生成部６１において生成された共通鍵ブロック暗号用鍵を暗号化してヘッダ情報を生成する。鍵情報生成部６３は、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する。鍵情報暗号化部６４は、鍵情報生成部６３において生成された初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を共通鍵ブロック暗号で暗号化してヘッダ情報に加える。ストリーム暗号初期化部６５は、鍵情報生成部６３において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する。

また、暗号化部６６は、平文を入力し、ストリーム暗号初期化部６５において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号化して、暗号文を生成する。そして、生成されたヘッダ情報と暗号文とが連結されて図示しない送信手段により受信側に送信される。なお、図１３に示すように、受信側に送信される上述したヘッダ情報と暗号文とが連結された情報には、必要に応じて改竄検知用のＭＡＣを連結してもよい。

図２２は、受信側の復号化装置の構成を示した図であり、この図によれば、復号化装置は、鍵情報復元部７１と、ストリーム暗号初期化部７２と、ＭＡＣ値検証部７３と、ストリーム暗号実行部７４とから構成されている。

ここで、鍵情報復元部７１は、ハイブリッド暗号化装置から受信した情報の中から抜き出したヘッダ情報に基づいて、鍵と初期値およびＭＡＣ用鍵を復元する。ストリーム暗号初期化部７２は、鍵情報復元部７１において復元された鍵と初期値とに基づいて、ストリーム暗号を初期化する。また、ＭＡＣ値検証部７３は、鍵情報復元部７１において復元されたＭＡＣ用鍵に基づいてＭＡＣ値を検証し、ストリーム暗号実行部７４は、ストリーム暗号初期化部７２において初期化されたストリーム暗号を実行することにより、受信した暗号文を復号する。

次に、図２３を用いて、本実施形態におけるハイブリッド暗号化装置における暗号化と復号化までの処理の流れについて説明する。
まず、共通鍵ブロック暗号用鍵生成部６１が、乱数を生成して、共通鍵ブロック暗号用鍵を生成する（ステップＳ６０１）。次いで、ヘッダ情報生成部６２が、公開鍵暗号で、共通鍵ブロック暗号用鍵を暗号化してヘッダ情報を生成する（ステップＳ６０２）。

また、鍵情報生成部６３が乱数を入力して、初期値、鍵、ＭＡＣ用鍵を生成し、ストリーム暗号初期化部６５が生成された初期値および鍵に基づいてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ６０３）。一方、鍵情報暗号化部６４は、鍵情報生成部６３において生成された初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を共通鍵ブロック暗号で暗号化してヘッダ情報に加える（ステップＳ６０４）。

続いて、初期化したストリーム暗号により平文を暗号化し（ステップＳ６０５）、ヘッダ情報と暗号文とを連結して受信側に送信する（ステップＳ６０６）。受信側の復号装置では、受信した情報のうちヘッダ情報から鍵、初期値およびＭＡＣ用鍵を復元し、ＭＡＣ値を検証するとともに、これを用いてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ６０７）。そして、初期化したストリーム暗号を実行することにより暗号文を復号する（ステップＳ６０８）。

［第７の実施形態］
図２４から図２６を用いて、本実施形態について説明する。
本実施形態に係るハイブリッド暗号化装置は、公開鍵暗号と共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とによりハイブリッド暗号を構成するものであって、その構成は、図２４に示すように、共通鍵ブロック暗号用鍵生成部８１と、ヘッダ情報生成部８２と、鍵情報生成部８３と、共通鍵ブロック暗号化部８４と、ストリーム暗号初期化部８５と、暗号化部８６とから構成されている。

ここで、共通鍵ブロック暗号用鍵生成部８１は、乱数を生成して、共通鍵ブロック暗号用鍵を生成するものであり、ヘッダ情報生成部８２は、公開鍵暗号で共通鍵ブロック暗号用鍵生成部８１において生成された共通鍵ブロック暗号用鍵を暗号化してヘッダ情報を生成する。鍵情報生成部８３は、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する。共通鍵ブロック暗号化部８４は、後述するストリーム暗号初期化部８５において初期化されたストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号で暗号化してヘッダ情報に加える。ストリーム暗号初期化部８５は、鍵情報生成部８３において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する。

また、暗号化部８６は、平文を入力し、ストリーム暗号初期化部８５において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号化して、暗号文を生成する。そして、生成されたヘッダ情報と暗号文とが連結されて図示しない送信手段により受信側に送信される。なお、受信側に送信される上述したヘッダ情報と暗号文とが連結された情報には、必要に応じて改竄検知用のＭＡＣを連結してもよい。

図２５は、受信側の復号化装置の構成を示した図であり、この図によれば、復号化装置は、鍵情報復元部９１と、ストリーム暗号初期化部９２と、ＭＡＣ値検証部９３と、ストリーム暗号実行部９４とから構成されている。

ここで、鍵情報復元部９１は、ハイブリッド暗号化装置から受信した情報の中から抜き出したヘッダ情報に基づいて、鍵と初期値およびＭＡＣ用鍵を復元する。ストリーム暗号初期化部９２は、鍵情報復元部９１において復元された鍵と初期値とに基づいて、ストリーム暗号を初期化する。また、ＭＡＣ値検証部９３は、鍵情報復元部９１において復元されたＭＡＣ用鍵に基づいてＭＡＣ値を検証し、ストリーム暗号実行部９４は、ストリーム暗号初期化部９２において初期化されたストリーム暗号を実行することにより、受信した暗号文を復号する。

次に、図２６を用いて、本実施形態におけるハイブリッド暗号化装置における暗号化と復号化までの処理の流れについて説明する。
まず、共通鍵ブロック暗号用鍵生成部６１が、乱数を生成して、共通鍵ブロック暗号用鍵を生成する（ステップＳ７０１）。次いで、ヘッダ情報生成部６２が、公開鍵暗号で、共通鍵ブロック暗号用鍵を暗号化してヘッダ情報を生成する（ステップＳ７０２）。

また、鍵情報生成部８３が乱数を入力して、初期値、鍵、ＭＡＣ用鍵を生成し、ストリーム暗号初期化部８５が生成された初期値および鍵に基づいてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ７０３）。一方、共通鍵ブロック暗号化部８４は、初期化されたストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号で暗号化してヘッダ情報に加える（ステップＳ７０４）。

続いて、初期化したストリーム暗号により平文を暗号化し（ステップＳ７０５）、ヘッダ情報と暗号文とを連結して受信側に送信する（ステップＳ７０６）。受信側の復号装置では、受信した情報のうちヘッダ情報から鍵、初期値およびＭＡＣ用鍵を復元し、ＭＡＣ値を検証するとともに、これを用いてストリーム暗号を初期化する（ステップＳ７０７）。そして、初期化したストリーム暗号を実行することにより暗号文を復号する（ステップＳ７０８）。

したがって、第６の実施形態および第７の実施形態によれば、公開鍵暗号と共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを組み合わせてハイブリッド暗号を構成したことから、ハイブリッド暗号の利点を活かしつつ、処理の高速化を図ることができる。

なお、上述の一連の処理をプログラムとしてコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをハイブリッド暗号化装置に読み込ませ、実行することによって本発明のハイブリッド暗号化装置を実現することができる。

また、ＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

第１の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表した図である。 第１の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の構成図である。 第１の実施形態に係るハイブリッド復号化装置の構成図である。 第１の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の処理フローである。 第２の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表した図である。 第２の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の構成図である。 第２の実施形態に係るハイブリッド復号化装置の構成図である。 第２の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の処理フローである。 第３の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表した図である。 第３の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の構成図である。 第３の実施形態に係るハイブリッド復号化装置の構成図である。 第３の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の処理フローである。 第４の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表した図である。 第４の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の構成図である。 第４の実施形態に係るハイブリッド復号化装置の構成図である。 第４の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の処理フローである。 第５の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置により暗号化され、送信される情報を模式的に表した図である。 第５の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の構成図である。 第５の実施形態に係るハイブリッド復号化装置の構成図である。 第５の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の処理フローである。 第６の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の構成図である。 第６の実施形態に係るハイブリッド復号化装置の構成図である。 第６の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の処理フローである。 第７の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の構成図である。 第７の実施形態に係るハイブリッド復号化装置の構成図である。 第７の実施形態に係るハイブリッド暗号化装置の処理フローである。

符号の説明

１１・・・鍵生成関数、１２，１７，２２，２７，３２，３７，４２，４７，５２，５７，６５，７２，８５，９２・・・ストリーム暗号初期化部、１３，２４，３４，４４，５４，６６，８６・・・暗号化部、１４，２３，３３，４３，５３，６２，８２・・・ヘッダ情報生成部、１６，２６，３６，４６，５６，７１，９１・・・鍵情報復元部、１８，２９，３９，４９，５９，７４，９４・・・ストリーム暗号実行部、２１，３１，４１，５１，６３，８３・・・鍵情報生成部、２８，３８，４８，５８，７３，９３・・・ＭＡＣ値検証部、６１，８１・・・共通鍵ブロック暗号用鍵生成部、６４・・・鍵情報暗号化部、８４・・・共通鍵ブロック暗号化部

Claims (6)

1. 公開鍵暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化装置であって、
   乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する鍵生成手段と、
   該鍵生成手段において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化するストリーム暗号初期化手段と、
   該ストリーム暗号初期化手段において初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを公開鍵暗号により暗号化してヘッダ情報を生成するヘッダ情報生成手段と、
   前記ストリーム暗号初期化手段において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する暗号化手段と、
   前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する送信手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化装置。
2. 共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化装置であって、
   乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する鍵生成手段と、
   該鍵生成手段において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化するストリーム暗号初期化手段と、
   該ストリーム暗号初期化手段において初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号により暗号化してヘッダ情報を生成するヘッダ情報生成手段と、
   前記ストリーム暗号初期化手段において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する暗号化手段と、
   前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する送信手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化装置。
3. 公開鍵暗号と共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化装置であって、
   乱数を生成して、共通鍵ブロック暗号用鍵を生成する共通鍵ブロック暗号用鍵生成手段と、
   該共通鍵ブロック暗号用鍵生成手段により生成された共通鍵ブロック暗号用鍵を公開鍵暗号で暗号化してヘッダ情報を生成するヘッダ情報生成手段と、
   乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する鍵生成手段と、
   該鍵生成手段において生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化するストリーム暗号初期化手段と、
   該ストリーム暗号初期化手段において初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号で暗号化して、前記ヘッダ情報生成手段により生成されたヘッダ情報に付加するヘッダ情報付加手段と、
   前記ストリーム暗号初期化手段において初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する暗号化手段と、
   前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する送信手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化装置。
4. 公開鍵暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化方法であって、
   鍵情報生成部により、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する第１のステップと、
   ストリーム暗号初期化部により、該生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する第２のステップと、
   ヘッダ情報生成部により、該初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを公開鍵暗号により暗号化してヘッダ情報を生成する第３のステップと、
   暗号化部により、前記初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する第４のステップと、
   送信部により、前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する第５のステップと、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化方法。
5. 共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化方法であって、
   鍵情報生成部により、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する第１のステップと、
   ストリーム暗号初期化部により、該生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する第２のステップと、
   ヘッダ情報生成部により、該初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号により暗号化してヘッダ情報を生成する第３のステップと、
   暗号化部により、前記初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する第４のステップと、
   送信部により、前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する第５のステップと、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化方法。
6. 公開鍵暗号と共通鍵ブロック暗号とストリーム暗号とを用いて情報の暗号化を行うハイブリッド暗号化方法であって、
   共通鍵ブロック暗号用鍵生成部により、乱数を生成して、共通鍵ブロック暗号用鍵を生成する第１のステップと、
   ヘッダ情報生成部により、該生成された共通鍵ブロック暗号用鍵を公開鍵暗号で暗号化してヘッダ情報を生成する第２のステップと、
   鍵情報生成部により、乱数を入力して、初期値、鍵およびＭＡＣ用鍵を生成する第３のステップと、
   ストリーム暗号初期化部により、該生成された初期値と鍵とによりストリーム暗号を初期化する第４のステップと、
   共通鍵ブロック暗号化部により、該初期化したストリーム暗号の内部状態とＭＡＣ用鍵とを共通鍵ブロック暗号で暗号化して、前記第２のステップにより生成されたヘッダ情報に付加する第５のステップと、
   暗号化部により、前記初期化されたストリーム暗号により平文を暗号文に暗号化する第６のステップと、
   送信部により、前記ヘッダ情報と前記暗号文とを結合して送信する第７のステップと、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド暗号化方法。

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