JP5096794B2 - ストリーム暗号の暗号化装置、ストリーム暗号の復号化装置、自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置、自己同期型ストリーム暗号の復号化装置、ストリーム暗号の暗号化方法、自己同期型ストリーム暗号の暗号化方法およびプログラム - Google Patents
ストリーム暗号の暗号化装置、ストリーム暗号の復号化装置、自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置、自己同期型ストリーム暗号の復号化装置、ストリーム暗号の暗号化方法、自己同期型ストリーム暗号の暗号化方法およびプログラム Download PDFInfo
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(1)本発明は、平文を入力し、暗号文を出力するストリーム暗号の暗号化装置であって、初期鍵および初期ベクトルを生成するとともに、鍵系列の出力時に内部状態を更新する内部状態更新関数(例えば、図1の内部状態更新関数11に相当)と、該内部状態更新関数から出力された内部状態を記憶する内部状態記憶手段(例えば、図1の内部状態保存メモリ12に相当)と、該内部状態記憶手段に記憶された内部状態を読み込んで、鍵系列を出力する鍵系列生成関数(例えば、図1の鍵系列生成関数10に相当)と、該鍵系列生成関数から出力された鍵系列と前記入力した平文との排他的論理和演算を実行して暗号文を出力する排他的論理和演算器(例えば、図1の排他的論理和演算器17a、17b、17c、・・・、17nに相当)と、を備え、前記鍵系列生成関数が、第1の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との加算値を出力する第1の加算器と、該第1の加算器から出力された値を非線形処理する第1の非線形関数と、該第1の非線形関数からの値を格納する第3の内部メモリと、第2の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との加算値を出力する第2の加算器と、該第2の加算器から出力された値を非線形処理する第2の非線形関数と、該第2の非線形関数からの値を格納する第4の内部メモリと、前記第1の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第1の排他的論理和演算器と、前記第2の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第2の排他的論理和演算器と、前記第3の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第3の排他的論理和演算器と、前記第4の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第4の排他的論理和演算器と、からなる関数ユニットを出力する鍵系列の長さに応じて所定数連結していることを特徴とするストリーム暗号の暗号化装置を提案している。
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み合わ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。
図1から図4を用いて、第1の実施形態について説明する。
第1の実施形態に係る暗号化装置は、図1に示すように、鍵系列生成関数10と、内部状態更新関数11と、内部状態保存メモリ12と、排他的論理和演算器17a、17b、17c、・・・、17nとから構成されている。また、鍵系列生成関数10は、任意の数の前処理ブロックと関数ブロックとから構成され、前処理ブロックは、例えば、加算器13aと、非線形関数14aと、内部メモリ15aとから構成され、関数ブロックは、内部メモリ15c〜15fと、加算器13d、13eと、非線形関数14c、14dと、排他的論理和演算器16a〜16dとから構成されている。
図2を用いて、本実施形態に係る暗号化装置を用いた暗号化処理について説明する。
まず、初期鍵、初期ベクトルを内部状態保存メモリ12に読み込む(ステップS101)。次に、初期攪拌処理により内部状態保存メモリ12の内部を攪拌する(ステップ102)。鍵系列生成関数10は、内部状態保存メモリ12の値を読み込んで鍵系列を出力する(ステップS103)。このとき、内部状態保存メモリ12の値を更新処理し(ステップS105)、ステップS101に戻るとともに、鍵系列生成関数10から出力された鍵系列と平文とを排他的論理和演算器17a〜17nにより排他的論理和演算して暗号文を出力する(ステップS104)。
上記の暗号化装置に対応した復号化装置は、図3に示すように、鍵系列生成関数10と、内部状態更新関数11と、内部状態保存メモリ12と、排他的論理和演算器18a、18b、18c、・・・、18nとから構成されている。また、鍵系列生成関数10は、任意の数の前処理ブロックと関数ブロックとから構成され、前処理ブロックは、例えば、加算器13aと、非線形関数14aと、内部メモリ15aとから構成され、関数ブロックは、内部メモリ15c〜15fと、加算器13d、13eと、非線形関数14c、14dと、排他的論理和演算器16a〜16dとから構成されている。なお、上記の暗号化装置と同一の符号を付す構成要素については、同一の機能を有することから、その詳細な説明は省略する。
図4を用いて、本実施形態に係る復号化装置を用いた復号化処理について説明する。
まず、初期鍵、初期ベクトルを内部状態保存メモリ12に読み込む(ステップS201)。次に、初期攪拌処理により内部状態保存メモリ12の内部を攪拌する(ステップ202)。鍵系列生成関数10は、内部状態保存メモリ12の値を読み込んで鍵系列を出力する(ステップS203)。このとき、内部状態保存メモリ12の値を更新処理し(ステップS205)、ステップS101に戻るとともに、鍵系列生成関数10から出力された鍵系列と暗号文とを排他的論理和演算器18a〜18nにより排他的論理和演算して平文を出力する(ステップS204)。
次に、図5から図8を用いて、第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態に係る自己同期型暗号化装置は、図5に示すように、鍵系列生成関数20と、鍵拡大関数21と、拡大鍵保存メモリ22と、排他的論理和演算器27a、27b、27c、・・・、27nと、圧縮関数28とから構成されている。また、鍵系列生成関数20は、任意の数の前処理ブロックと関数ブロックとから構成され、前処理ブロックは、例えば、加算器23aと、非線形関数24aと、内部メモリ25aとから構成され、関数ブロックは、内部メモリ25c〜25fと、加算器23d、23eと、非線形関数24c、24dと、排他的論理和演算器26a〜26dとから構成されている。なお、鍵系列生成関数20の内部構成は、第1の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
図6を用いて、第2の実施形態に係る自己同期型暗号化装置の暗号化処理について説明する。
まず、初期鍵を鍵拡大関数21で拡大し、拡大鍵として拡大鍵保存メモリ22にセットする(ステップS301)。鍵系列生成関数20は、拡大鍵保存メモリ22にセットされた拡大鍵と前回暗号化した暗号文あるいは初期ベクトルとを読み込んで鍵系列を出力する(ステップS302)。そして、出力された鍵系列と平文との排他的論理和演算を実行することにより、暗号文を出力し、出力した暗号文を圧縮関数28を介してフィードバックさせ、鍵系列生成関数20へ入力する(ステップS303)。
第2の実施形態に係る自己同期型復号化装置は、図7に示すように、鍵系列生成関数20と、鍵拡大関数21と、拡大鍵保存メモリ22と、排他的論理和演算器29a、29b、29c、・・・、29nと、圧縮関数30とから構成されている。また、鍵系列生成関数20は、任意の数の前処理ブロックと関数ブロックとから構成され、前処理ブロックは、例えば、加算器23aと、非線形関数24aと、内部メモリ25aとから構成され、関数ブロックは、内部メモリ25c〜25fと、加算器23d、23eと、非線形関数24c、24dと、排他的論理和演算器26a〜26dとから構成されている。なお、鍵系列生成関数20の内部構成は、上記、自己同期型暗号化装置と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図8を用いて、第2の実施形態に係る自己同期型復号化装置の復号化処理について説明する。
まず、初期鍵を鍵拡大関数21で拡大し、拡大鍵として拡大鍵保存メモリ22にセットする(ステップS401)。鍵系列生成関数20は、拡大鍵保存メモリ22にセットされた拡大鍵と前回復号化した平文あるいは初期ベクトルとを読み込んで鍵系列を出力する(ステップS402)。そして、出力された鍵系列と暗号文との排他的論理和演算を実行することにより、平文を出力し、出力した平文を圧縮関数30を介してフィードバックさせ、鍵系列生成関数20へ入力する(ステップS403)。
Claims (12)
- 平文を入力し、暗号文を出力するストリーム暗号の暗号化装置であって、
初期鍵および初期ベクトルを生成するとともに、鍵系列の出力時に内部状態を更新する内部状態更新関数と、
該内部状態更新関数から出力された内部状態を記憶する内部状態記憶手段と、
該内部状態記憶手段に記憶された内部状態を読み込んで、鍵系列を出力する鍵系列生成関数と、
該鍵系列生成関数から出力された鍵系列と前記入力した平文との排他的論理和演算を実行して暗号文を出力する排他的論理和演算器と、を備え、
前記鍵系列生成関数が、第1の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との加算値を出力する第1の加算器と、該第1の加算器から出力された値を非線形処理する第1の非線形関数と、該第1の非線形関数からの値を格納する第3の内部メモリと、第2の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との加算値を出力する第2の加算器と、該第2の加算器から出力された値を非線形処理する第2の非線形関数と、該第2の非線形関数からの値を格納する第4の内部メモリと、前記第1の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第1の排他的論理和演算器と、前記第2の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第2の排他的論理和演算器と、前記第3の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第3の排他的論理和演算器と、前記第4の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第4の排他的論理和演算器と、からなる関数ユニットを出力する鍵系列の長さに応じて所定数連結していることを特徴とするストリーム暗号の暗号化装置。 - 前記鍵系列生成関数が、加算器と、該加算器の出力を非線形処理する非線形関数と、該非線形関数からの値を格納する内部メモリと、からなる前処理ユニットをさらに前記関数ユニットの前方に所定数連結していることを特徴とする請求項1に記載のストリーム暗号の暗号化装置。
- 前記請求項1または2に記載のストリーム暗号の暗号化装置を用いたストリーム暗号の暗号化方法であって、
初期鍵、初期ベクトルを内部状態メモリに読み込む第1のステップと、
初期攪拌処理により内部状態メモリを攪拌する第2のステップと、
鍵系列生成関数が、内部状態メモリの値を読み込んで鍵系列を出力する第3のステップと、
内部状態メモリを更新する第4のステップと、
該出力された鍵系列と平文との排他的論理和演算により暗号文を出力する第5のステップと、
を備えたことを特徴とするストリーム暗号の暗号化方法。 - 前記請求項1または2に記載のストリーム暗号の暗号化装置を用いたストリーム暗号の暗号化方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
初期鍵、初期ベクトルを内部状態メモリに読み込む第1のステップと、
初期攪拌処理により内部状態メモリを攪拌する第2のステップと、
鍵系列生成関数が、内部状態メモリの値を読み込んで鍵系列を出力する第3のステップと、
内部状態メモリを更新する第4のステップと、
該出力された鍵系列と平文との排他的論理和演算により暗号文を出力する第5のステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 暗号文を入力し、平文を出力するストリーム暗号の復号化装置であって、
初期鍵および初期ベクトルを生成するとともに、鍵系列の出力時に内部状態を更新する内部状態更新関数と、
該内部状態更新関数から出力された内部状態を記憶する内部状態記憶手段と、
該内部状態記憶手段に記憶された内部状態を読み込んで、鍵系列を出力する鍵系列生成関数と、
該鍵系列生成関数から出力された鍵系列と前記入力した暗号文との排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、を備え、
前記鍵系列生成関数が、第1の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との加算値を出力する第1の加算器と、該第1の加算器から出力された値を非線形処理する第1の非線形関数と、該第1の非線形関数からの値を格納する第3の内部メモリと、第2の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との加算値を出力する第2の加算器と、該第2の加算器から出力された値を非線形処理する第2の非線形関数と、該第2の非線形関数からの値を格納する第4の内部メモリと、前記第1の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第1の排他的論理和演算器と、前記第2の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第2の排他的論理和演算器と、前記第3の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第3の排他的論理和演算器と、前記第4の内部メモリの値と前記内部状態記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第4の排他的論理和演算器と、からなる関数ユニットを出力する鍵系列の長さに応じて所定数連結していることを特徴とするストリーム暗号の復号化装置。 - 前記鍵系列生成関数が、加算器と、該加算器の出力を非線形処理する非線形関数と、該非線形関数からの値を格納する内部メモリと、からなる前処理ユニットをさらに前記関数ユニットの前方に所定数連結していることを特徴とする請求項5に記載のストリーム暗号の復号化装置。
- 平文を入力し、暗号文を出力するとともに、該暗号文を入力にフィードバックする自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置であって、
初期値を入力し、拡大鍵を生成する鍵拡大関数と、
該生成された拡大鍵を記憶する拡大鍵記憶手段と、
該拡大鍵記憶手段に記憶された拡大鍵と前回暗号化した暗号文あるいは初期ベクトルを読み込んで、鍵系列を出力する鍵系列生成関数と、
該鍵系列生成関数から出力された鍵系列と前記入力した平文との排他的論理和演算を実行して暗号文を出力する排他的論理和演算器と、
該出力された暗号文を圧縮処理して前記鍵系列生成関数にフィードバックする圧縮関数と、
を備え、
前記鍵系列生成関数が、第1の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との加算値を出力する第1の加算器と、該第1の加算器から出力された値を非線形処理する第1の非線形関数と、該第1の非線形関数からの値を格納する第3の内部メモリと、第2の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との加算値を出力する第2の加算器と、該第2の加算器から出力された値を非線形処理する第2の非線形関数と、該第2の非線形関数からの値を格納する第4の内部メモリと、前記第1の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第1の排他的論理和演算器と、前記第2の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第2の排他的論理和演算器と、前記第3の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第3の排他的論理和演算器と、前記第4の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第4の排他的論理和演算器と、からなる関数ユニットを出力する鍵系列の長さに応じて所定数連結していることを特徴とする自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置。 - 前記鍵系列生成関数が、加算器と、該加算器の出力を非線形処理する非線形関数と、該非線形関数からの値を格納する内部メモリと、からなる前処理ユニットをさらに前記関数ユニットの前方に所定数連結していることを特徴とする請求項7に記載の自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置。
- 前記請求項7または8に記載の自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置を用いたストリーム暗号の暗号化方法であって、
初期鍵を鍵拡大関数で拡大し、拡大鍵としてメモリにセットする第1のステップと、
鍵系列生成関数が、拡大鍵と前回暗号化した暗号文あるいは初期ベクトルとを読み込んで鍵系列を出力する第2のステップと、
鍵系列と平文との排他的論理和演算を実行することにより、暗号文を出力する第3のステップと、
該出力した暗号文をフィードバックさせ、鍵生成関数へ入力する第4のステップと、
を備えたことを特徴とするストリーム暗号の暗号化方法。 - 前記請求項7または8に記載の自己同期型ストリーム暗号の暗号化装置を用いたストリーム暗号の暗号化方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
初期鍵を鍵拡大関数で拡大し、拡大鍵としてメモリにセットする第1のステップと、
鍵系列生成関数が、拡大鍵と前回暗号化した暗号文あるいは初期ベクトルとを読み込んで鍵系列を出力する第2のステップと、
鍵系列と平文との排他的論理和演算を実行することにより、暗号文を出力する第3のステップと、
該出力した暗号文をフィードバックさせ、鍵生成関数へ入力する第4のステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 暗号文を入力し、平文を出力する自己同期型ストリーム暗号の復号化装置であって、
初期値を入力し、拡大鍵を生成する鍵拡大関数と、
該生成された拡大鍵を記憶する拡大鍵記憶手段と、
該拡大鍵記憶手段に記憶された拡大鍵と前回復号化した平文あるいは初期ベクトルを読み込んで、鍵系列を出力する鍵系列生成関数と、
該鍵系列生成関数から出力された鍵系列と前記入力した暗号文との排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
該出力された平文を圧縮処理して前記鍵系列生成関数にフィードバックする圧縮関数と、
を備え、
前記鍵系列生成関数が、第1の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との加算値を出力する第1の加算器と、該第1の加算器から出力された値を非線形処理する第1の非線形関数と、該第1の非線形関数からの値を格納する第3の内部メモリと、第2の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との加算値を出力する第2の加算器と、該第2の加算器から出力された値を非線形処理する第2の非線形関数と、該第2の非線形関数からの値を格納する第4の内部メモリと、前記第1の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第1の排他的論理和演算器と、前記第2の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第2の排他的論理和演算器と、前記第3の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第3の排他的論理和演算器と、前記第4の内部メモリの値と前記拡大鍵記憶手段から出力される値との排他的論理和演算を実行して鍵系列を出力する第4の排他的論理和演算器と、からなる関数ユニットを出力する鍵系列の長さに応じて所定数連結していることを特徴とする自己同期型ストリーム暗号の復号化装置。 - 前記鍵系列生成関数が、加算器と、該加算器の出力を非線形処理する非線形関数と、該非線形関数からの値を格納する内部メモリと、からなる前処理ユニットをさらに前記関数ユニットの前方に所定数連結していることを特徴とする請求項11に記載の自己同期型ストリーム暗号の復号化装置。
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