JP7053537B6 - 素数モジュロの二重カプセル化に基づく１対多分配鍵管理によるポスト量子非対称鍵暗号化システム - Google Patents

素数モジュロの二重カプセル化に基づく１対多分配鍵管理によるポスト量子非対称鍵暗号化システム Download PDF

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Description

本発明は、非対称鍵生成方法に関し、特に、格子代数に基づくポスト量子非対称鍵生成方法及びシステム、鍵リフレッシュ方法、暗号化の方法、復号化の方法、及び暗号化通信システムに関する。
従来の暗号システムは、対称鍵アルゴリズムと非対称鍵アルゴリズムの２つの主要なカテゴリに分類することができる。ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）のような対称鍵アルゴリズムは、共有鍵を使用して暗号化と復号化を実行する。非対称鍵アルゴリズムは、異なっている鍵、具体的には公開鍵と秘密鍵のペアを利用して暗号化と復号化を実行する。例えば、ＲＳＡは、最初の公開鍵暗号システムの1つであり、且つ、データの安全な伝送に広く使用されている（「Rivest, R.L., Shamir. A., Adleman, L.：デジタル署名を取得するための方法及び公開鍵暗号システム。Communications of the ACM 21（2）、120-126（1978）」を参照）。ＮＴＲＵ（number theory research unit）は、他の非対称鍵アルゴリズムであり（「J. Hoffstein, J. Pipher, and J. H. Silverman, 『Ntru: リングベースの公開鍵暗号システム』、International Algorithmic Number Theory Symposium, pp. 261-288, Springer, 1998」を参照）、そして、ＥＣＣ（elliptic curve cryptography）は、楕円曲線の代数構造に基づく公開鍵暗号へのアプローチである。対称鍵アルゴリズムの実施には、２者間の鍵交換用のセキュア通信路を必要とする。セキュア通信路は、非対称鍵アルゴリズムの実施に必要ではないが、非対称鍵アルゴリズムは、鍵ペアの生成、暗号化、及び復号化のために、比較的大きな計算が必要とされ得る。ＲＳＡと比較して、ＥＣＣはより優れた安全性を提供することができるが、暗号化と復号化にはより多くの時間を要する。
古典的な暗号システムには、次の欠点を有する。
１．暗号化と復号化は一度に１文字ずつ実行されるため、現在の非対称鍵アルゴリズムのプロトコルは短時間に大量のデータを送信することができない。
２．現在の非対称鍵アルゴリズムは、同じ代数群、環又はベクトル空間に属すると共に、本質的に類似しているような同じ数学的特性を有する公開鍵と、秘密鍵と、を利用するため、平文攻撃、又は、総当たり攻撃に遭い易い。
３．現在の非対称鍵アルゴリズムに対しては、ユーザが自分の公開鍵を新しいものに変更する場合に、他のすべてのユーザが新しい公開鍵とペアになるように自分の秘密鍵を更新する必要があり、そうでなければ、さもないと、古い秘密鍵を使い続けているユーザから試みられ得るあらゆる通信が無効にされる。
４．システムのセットアップのためにユーザ全員が鍵のリフレッシュを実行する必要がある場合に、鍵のリフレッシュ時間を示す集中エンティティを必要とする。
５．整数因数分解に基づくアルゴリズム(例えば、ＲＳＡ、ＤＳＡ)、或いは、離散対数問題に基づくアルゴリズム(例えば、ＥＣＣ)は、ショアのアルゴリズム、及び、グローバーのアルゴリズムに基づくポスト量子攻撃に対して弱い。
６．ＲＳＡ、ＡＥＳ、ＮＴＲＵを使用しているネットワークにおいては、分散鍵リフレッシュがこれらの暗号システム用のプロトコルの基本定義の一部ではないので、分散鍵リフレッシュが存在しない。
７．古典的な公開鍵暗号システムは、密結合としている公開-秘密鍵（即ち、各公開鍵は唯一の秘密鍵とのみペアになっている）を有する。ペアになっている鍵の１つへの攻撃は、他の１つの鍵の情報をしばしば表す。
したがって、本発明の目的は、従来技術の少なくとも１つの欠点を軽減することができる格子代数に基づくポスト量子非対称鍵生成方法及びシステム、鍵リフレッシュメカニズム、暗号化の方法、復号化の方法、暗号化通信システム、を提供することにある。
本発明によれば、処理ユニットによって実施されるポスト量子非対称鍵生成方法であって、
（Ｂ）インスタンスの概念をＩ＝（ｐ、ｓ、ｔ）として定義し、ｐが素数であり、そしてｓとｔがユーザ定義の正の整数であり、
本発明によれば、プロセッサによって実行される暗号化方法であって、
本発明によれば、プロセッサによって実行される復号化方法であって、
本発明によれば、ポスト量子非対称鍵生成システムは、
本発明によれば、鍵サーバと、送信端と、受信端と、を含んでいる暗号化通信システムであって、
該鍵サーバは、
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照する以下の実施形態の詳細な説明において明白になるであろう。
本発明に係る暗号化通信システムの一実施形態を示すブロック図である。 暗号化通信システムの鍵サーバを示すブロック図である。 本発明に係る鍵生成の手順のステップを示すフローチャートである。 本発明に係る鍵生成の手順のステップを示すフローチャートである。 該暗号化通信システムの送信端を示すブロック図である。 該暗号化通信システムの受信端を示すブロック図である。 本発明に係る暗号化の手順のステップを示すフローチャートである。 本発明に係る復号化の手順のステップを示すフローチャートである。
本発明をより詳細に説明する前に、適切と考えられる場合において、符号又は符号の末端部は、同様の特性を有し得る対応の又は類似の要素を示すために各図面間で繰り返し用いられることに留意されたい。
図１に示されているように、本発明に係る暗号化通信システム１００の実施形態は、鍵サーバ１と、複数のユーザエンドと、を含むように示されている。各ユーザエンドは、暗号化の手順、及び、復号化の手順を使用する通信プロトコルに基づいて他のユーザエンドと通信することができる。各ユーザエンドは、メッセージを送信する場合には送信端と成り得ると共に、メッセージを受信する場合に、受信端と成り得る。図１は、１つが送信端２となり、他の１つが受信端３となる２つのユーザエンドを単に例示しているが、本発明はこれに限定されない。送信端２は、記憶ユニット２１と、記憶ユニット２１に連結されているプロセッサ２２とを含む。送信端３は、記憶ユニット３１と、記憶ユニット３１に連結されているプロセッサ２２とを含む。本実施形態では、鍵サーバ１は送信端２及び受信端３から独立している。しかしながら、他の実施形態では、鍵サーバ１は送信端２内に組み込まれ得る。
鍵サーバ１は、ポスト量子非対称鍵生成システム１０によって構成されている処理装置（図示せず）を有することができる。図２に示されているように、ポスト量子非対称鍵生成システム１０は、ｐベクトル（素数ベクトル）生成モジュール１１と、ｐベクトル生成モジュール１１と連結するｐ配列（素数配列）生成モジュール１３と、ｐ配列生成モジュール１３と連結する関連行列生成モジュール１４と、関連行列生成モジュール１４と連結する逆ｐ配列生成モジュール１５と、基準素数判定モジュール１６と、逆ｐ配列生成モジュール１５及び基準素数判定モジュール１６と連結する秘密鍵生成モジュール１７と、逆ｐ配列生成モジュール１５及び基準素数判定モジュール１６と連結する公開鍵生成モジュール１８と、ｐ配列生成モジュール１３、基準素数判定モジュール１６、秘密鍵生成モジュール１７、公開鍵生成モジュール１８と連結する記憶モジュール１９と、を含む。ここで、ｐベクトル生成モジュール１１と、ｐ配列生成モジュール１３と、関連行列生成モジュール１４と、逆ｐ配列生成モジュール１５と、基準素数判定モジュール１６と、秘密鍵生成モジュール１７と、公開鍵生成モジュール１８とは、プロセッサ（図示せず）内に統合され得るが、本発明はこれに限定されない。
暗号化通信システム１００を使用する前に、鍵サーバ１は、暗号化及び復号化のために、非対称鍵（例えば、秘密鍵と、秘密鍵とペアになっている少なくとも１つの公開鍵）を生成する。図３と図４は、図２に例示されているポスト量子非対称鍵生成システム１０がどのように非対称鍵生成手順を実行するかを共に例示する。
上記した２つの例は、シード及び第１のパラメータセットＩに基づいてｐ配列がどのように生成されるかを例示的に示している。第１のパラメータセットＩを保存することによって、対応するｐ配列は、いつでもシードに基づいて取得され得る。
ｐ配列生成モジュール１３は、ｐ配列のいずれか１つのｍ個の成分が０であると判定する場合に、ユーザに異なる第１のパラメータセットＩを適用するために（即ち、新しい第１のパラメータセットＩ内の素数ｐ、及び、パラメータｓ、ｔの少なくとも１つが、元の第１のパラメータセットＩ内のものと異なっている）、フローはステップＳ３２に戻る。ステップＳ３３における判定が肯定的になるまで、ステップＳ３２は異なる第１のパラメータセットＩで繰り返され得る。
本実施形態では、プロセッサ２２は、テキスト変換モジュール２２１と、暗号化ランダム化関数生成モジュール２２２と、テキスト変換モジュール２２１及び暗号化ランダム化関数生成モジュール２２２と連結する暗号文生成モジュール２２３と、を有するように構成されている。
言い換えると、暗号化ランダム化関数生成モジュール２２２は、異なる暗号化ランダム化配列を使用することによって、異なる暗号化ランダム化関数を生成することができる。
したがって、上記の詳細な説明より以下のことが分かる。
１．ポスト量子非対称鍵生成システム１０は、単一の算術関数、或いは、古典的な文字列のみで、第１のパラメータセットＩと第２のパラメータセットＳと第１の基準素数ｐ１及び第２の基準素数ｐ２との異なる組み合わせと共に利用することによって、非対称鍵生成の手順を実行して複数の秘密鍵を生成することができる。
２．特定の秘密鍵に対して、ポスト量子非対称鍵生成システム１０は、速やかであり、且つ、秘密鍵の再計算を必要としないソフト鍵リセットアルゴリズムの利用によってそれぞれが秘密鍵とペアになっている複数の公開鍵を生成することができることで、鍵サーバ１が鍵リフレッシュをより容易に実行することができる。
３．ｐ配列を生成するための方法が単一ではない。ゼロパディングによって、あるいはｐ配列の作成にランダム性を追加することによってランダム性をｐベクトルに追加することができる。
４．総当たり攻撃に対する難易度を高めるように、より大きいパラメータｍを選択することによって鍵空間を増加することができる。本実施形態では、ｍ＝５、ｐ１＝２５１とする選択は、説明の便宜上のためのみである。ｍ＝１６更にはｍ＝６４の場合に、可能な鍵空間が非常に大きくなるために、総当たり攻撃の成功には、べらぼうな時間がかかる。メッセージ空間と鍵空間のサイズは、膨大な数の可能性を含み、総当たり攻撃を不可能にする。
表１は、オクタコアプロセッサ、及び、３２ＧＢ ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）のハードウェアの仕様の下で、暗号化通信システム１００を利用して異なるメッセージの長さに対して行なう暗号化と復号化に必要な時間の実験結果を列挙する。
表１のデータに基づくと、本発明に係る暗号化通信システム１００を利用すると、メッセージの長さにかかわらず、従来のＡＥＳ及びＲＳＡプロトコルと比較して暗号化及び復号化に必要な時間を数百分の一に減らすことができることがわかる。明らかに、本発明に係る暗号化通信システム１００は、暗号化及び復号化の速度を大いに向上させることができる。
本発明に係る実施形態では、公開鍵と秘密鍵とは、算術関数又は古典的な文字列、ｐベクトル、本質的にベクトルであるｐ配列に基づいて生成され、比較的大量のデータに対する暗号化及び復号化を可能にし、それによって、暗号化及び復号化の速度を向上させ、データの安全性を確保する。提案された暗号化通信システムは、ポスト量子セキュリティ、具体的にはポスト量子コンピュータからの攻撃に効果的に抵抗することができることを確保することができる。ｐベクトル及びｐ配列の特性のため、本実施形態を実施するためのハードウェア要求は、記憶容量及び／又は計算能力に関して比較的に低い。本実施形態は、秘密鍵の使用に影響を与えることなく、公開鍵のリフレッシュを可能にし、同じネットワーク内のすべてのユーザに対して分散鍵リフレッシュを可能にする。更に、秘密鍵を作るために使用される算術関数fは、無限量のデータを生成することができる関数であるので、単一の関数だけで複数の異なる公開鍵を生成することができる。
上記の説明では、説明の目的のために、実施形態の完全な理解を提供するために多数の特定の詳細が述べられた。しかしながら、しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。また、本明細書における「一つの実施形態」「一実施形態」を示す説明において、序数などの表示を伴う説明はすべて、特定の態様、構造、特徴を有する本発明の具体的な実施に含まれ得るものであることと理解されたい。更に、本説明において、時には複数の変化例が一つの実施形態、図面、またはこれらの説明に組み込まれているが、これは本説明を合理化させるためのもので、本発明の多面性が理解されることを目的としたものであり、また、一実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例は、適切な場合には、本開示の実施において、他の実施形態における一またはそれ以上の特徴あるいは特定の具体例と共に実施され得る。
以上、本発明の好ましい実施形態および変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、すべての修飾および均等な構成を包含するものとする。
１ 鍵サーバ
２ 送信端
３ 受信端
１０ ポスト量子非対称鍵生成システム
１１ ｐベクトル生成モジュール
１３ ｐ配列生成モジュール
１４ 関連行列生成モジュール
１５ 逆ｐ配列生成モジュール
１６ 基準素数判定モジュール
１７ 秘密鍵生成モジュール
１８ 公開鍵生成モジュール
１９ 記憶モジュール
２１ 記憶ユニット
２２ プロセッサ
３１ 記憶ユニット
３２ プロセッサ

Claims (11)

  1. 処理ユニットによって実施されるポスト量子非対称鍵生成方法であって、
    （Ａ）前記処理ユニットによって、素数ｐと、シードとしての算術関数及び古典的な文字列の１つと、に基づいて、前記素数ｐに関連すると共に、
    無限の成分数を有し得るｐベクトル
    Figure 0007053537000060
     を生成するステップ（Ｓ３１）であって、
    前記ｐベクトル
    Figure 0007053537000061
     は、
    Figure 0007053537000062
     として定義され、ｆは、前記シードとしての前記算術関数及び前記古典的な文字列の１つを表す、ステップと、
    （Ｂ）前記処理ユニットによって、前記ｐベクトル
    Figure 0007053537000063
     に基づいて、成分数ｍを有し、前記素数ｐに関連すると共に、
    Figure 0007053537000064
     として定義されるｐ配列
    Figure 0007053537000065
     を生成するステップ（Ｓ３２）であって、各パラメータｍ、ｓ、ｔは、ユーザ定義の正の整数であり、前記素数ｐ、前記パラメータｓ、前記パラメータｔは、第１のパラメータセットＩを共に構成し、そして前記ｐ配列
    Figure 0007053537000066
     は、
    Figure 0007053537000067
     として更に表される、ステップと、
    （Ｃ）前記処理ユニットによって、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000068
     に基づいて、
    Figure 0007053537000069
     として定義される関連行列
    Figure 0007053537000070
     を生成するステップ（Ｓ３５）であって、
    Figure 0007053537000071
     は、前記ｐ配列の前記ｍ個の成分における（ｊ＋１）ｔｈ番目を表し、０≦ｊ≦（ｍ－１）である、ステップと、
    （Ｄ）前記処理ユニットによって、前記関連行列
    Figure 0007053537000072
     、及び、ユーザ定義の正の整数である法ｌに基づいて、前記法ｌに関すると共に、
    Figure 0007053537000073
     として定義される逆ｐ配列
    Figure 0007053537000074
     を生成するステップ（Ｓ３６）であって、
    Figure 0007053537000075
     は、前記法ｌに関する前記関連行列
    Figure 0007053537000076
     の行列式の逆係数を表すと共に、
    Figure 0007053537000077
     として定義され、そして
    Figure 0007053537000078
     は、前記関連行列
    Figure 0007053537000079
     の随伴行列を表す、ステップと、
    （Ｅ）前記処理ユニットによって、第１の基準素数ｐ１を任意に選択すると共に、前記第１の基準素数ｐ１と、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000080
     の前記ｍ個の成分のうちのｂで示される最大の１つと、第１の基準正整数
    Figure 0007053537000081
     と、前記パラメータｍ、第２の基準正整数
    Figure 0007053537000082
     、第３の基準正整数ｒからなる第２のパラメータセットＳとに関する所定の判定基準に基づいて、第２の基準素数ｐ２を判定するステップ（Ｓ３７）であって、前記所定の判定基準は、
    Figure 0007053537000083
     を有する、ステップと、
    （Ｆ）前記処理ユニットによって、前記第１の基準素数ｐ１、及び、前記第２の基準素数ｐ２をそれぞれ前記逆ｐ配列
    Figure 0007053537000084
     における前記法ｌとすることによって、第１の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000085
     （Ｓ３８）、及び、第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000086
     （Ｓ３９）を取得し、
    前記第１の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000087
     は、
    Figure 0007053537000088
     として定義される秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅとする、ステップと、
    （Ｇ）前記処理ユニットによって、前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000089
     と、前記第１の基準素数ｐ１と、前記第２の基準素数ｐ２と、鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000090
     と、に基づいて、
    鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000091
     に関する公開鍵Kｐｕｂｌｉｃを生成するステップ（Ｓ３７）であって、
    前記鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000092
     は、０と前記第１の基準正整数
    Figure 0007053537000093
     との間のｍ個の数値成分を有し、前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃは、前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅ とペアになっていると共に、ｍ個の数値成分を有し、且つ、
    Figure 0007053537000094
     として表される
    Figure 0007053537000095
     として示される
    Figure 0007053537000096
     であり、
    Figure 0007053537000097
     は、前記鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000098
     に関する前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000099
     の鍵生成ランダム化関数であり、且つ、
    Figure 0007053537000100
     として定義され、
    Figure 0007053537000101
     は畳み込み乗算演算子を代表する、ステップと、を含む、ポスト量子非対称鍵生成方法。
  2. 素数ｐと、シードとしての算術関数及び古典的な文字列の１つと、に基づいて、前記素数ｐに関連すると共に、
    無限の成分数を有し得るｐベクトル
    Figure 0007053537000102
     を生成するように構成されていて、前記ｐベクトル
    Figure 0007053537000103
     は、
    Figure 0007053537000104
     として定義され、
    ｆは、前記シードとしての前記算術関数及び前記古典的な文字列の１つを表す、ｐベクトル生成モジュール（１１）と、
    前記ｐベクトル生成モジュール（１１）と連結すると共に、前記ｐベクトル
    Figure 0007053537000105
     に基づいて、ｍ個の成分を有し、前記素数ｐに関連すると共に、
    Figure 0007053537000106
     として定義されるｐ配列
    Figure 0007053537000107
     を生成するように構成され、各パラメータｍ、ｓ、ｔは、ユーザ定義の正の整数であり、前記素数ｐ、前記パラメータｓ、前記パラメータｔは、第１のパラメータセットＩを共に構成し、そして前記ｐ配列
    Figure 0007053537000108
     は、
    Figure 0007053537000109
     として更に表される、ｐ配列生成モジュール（１３）と、
    前記ｐ配列生成モジュール（１３）と連結すると共に、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000110
     に基づいて、
    Figure 0007053537000111
     として定義される関連配列
    Figure 0007053537000112
     を生成するように構成され、
    Figure 0007053537000113
     は、前記ｐ配列の前記ｍ個の成分における（ｊ＋１）ｔｈ番目を表し、０≦ｊ≦（ｍ－１）である、関連行列生成モジュール（１４）と、
    前記関連行列生成モジュール（１４）と連結すると共に、前記関連行列
    Figure 0007053537000114
     、及び、ユーザ定義の正の整数である法lに基づいて、前記法lに関すると共に、
    Figure 0007053537000115
     として定義される逆ｐ配列
    Figure 0007053537000116
     を生成するように構成され、
    Figure 0007053537000117
     は、前記法lに関する前記関連行列
    Figure 0007053537000118
     の行列式の逆係数を表すと共に、
    Figure 0007053537000119
     として定義され、そして
    Figure 0007053537000120
     は、前記関連行列
    Figure 0007053537000121
     の随伴行列を表す、逆ｐ配列生成モジュール（１５）と、
    第１の基準素数ｐ１を任意に選択すると共に、前記第１の基準素数ｐ１と、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000122
     の前記ｍ個の成分のうちのｂで示される最大の１つと、第１の基準正整数
    Figure 0007053537000123
     と、前記パラメータｍ、第２の基準正整数
    Figure 0007053537000124
     、第３の基準正整数ｒからなる第２のパラメータセットＳとに関する所定の判定基準に基づいて、第２の基準素数ｐ２を判定するように構成され、前記所定の判定基準は、
    Figure 0007053537000125
     を有する、基準素数判定モジュール（１６）と、
    前記逆ｐ配列生成モジュール（１５）と前記基準素数判定モジュール（１６）とに連結すると共に、前記第１の基準素数ｐ１を前記逆ｐ配列
    Figure 0007053537000126
     における前記法lとすることによって、第１の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000127
     を取得するよう構成され、前記第１の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000128
     は、
    Figure 0007053537000129
     として定義される秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅとされる、秘密鍵生成モジュール（１７）と、
    前記逆ｐ配列生成モジュール（１５）と前記基準素数判定モジュール（１６）とに連結すると共に、前記第２の基準素数ｐ２を前記逆ｐ配列
    Figure 0007053537000130
     における前記法ｌとすることによって、第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000131
     を取得し、且つ、前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000132
     と、前記第１の基準素数ｐ１と、前記第２の基準素数ｐ２と、鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000133
     と、に基づいて、鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000134
     に関する公開鍵Kｐｕｂｌｉｃを生成するように構成され、前記鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000135
     は、０と前記第１の基準正整数
    Figure 0007053537000136
     との間のｍ個の数値成分を有し、前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃは、前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅとペアになっていると共に、ｍ個の数値成分を有し、且つ、
    Figure 0007053537000137
     として表わされる
    Figure 0007053537000138
     として示される
    Figure 0007053537000139
     であり、
    Figure 0007053537000140
     は、前記鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000141
     に関する前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000142
     の鍵生成ランダム化関数であり、且つ、
    Figure 0007053537000143
     として定義され、
    Figure 0007053537000144
     は畳み込み乗算演算子を代表する、公開鍵生成モジュール（１８）と、を含む、
    ポスト量子非対称鍵生成システム（１０）。
  3. 前記ｐ配列生成モジュール（１３）、前記基準素数判定モジュール（１６）、前記秘密鍵生成モジュール（１７）、前記公開鍵生成モジュール（１８）、と連結すると共に、
    前記ｐ配列生成モジュール（１３）から受信された前記ｐ配列
    Figure 0007053537000145
     と、前記基準素数判定モジュール（１６）から受信された前記第１の基準素数ｐ１及び前記第２の基準素数ｐ２と、前記秘密鍵生成モジュール（１７）から受信した前記第１の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000146
     と、前記公開鍵生成モジュール（１８）から受信された前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000147
     と、を記憶する記憶モジュール（１９）を更に含む、
    請求項２に記載のポスト量子非対称鍵生成システム（１０）。
  4. 前記公開鍵生成モジュール（１８）は、
    前記記憶モジュール（１９）に記憶されている前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000148
     、前記第１の基準素数ｐ１、前記第２の基準素数ｐ２、及び、前記鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000149
     と異なっている他の鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000150
     に基づいて、前記他の鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000151
     に関する更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃを生成するよう更に構成され、前記更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃは、前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅとペアになって、そして前記他の鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000152
     は、０と前記第１の基準正整数
    Figure 0007053537000153
     との間のｍ個の数値成分を有し、前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃは、
    Figure 0007053537000154
     を表わす
    Figure 0007053537000155
     としても表わされる、
    請求項３に記載のポスト量子非対称鍵生成システム（１０）。
  5. 鍵サーバ（１）と、送信端（２）と、受信端（３）と、を含んでいる暗号化通信システム（１００）であって、
    該鍵サーバ（１）は、
    素数ｐと、シードとしての算術関数及び古典的な文字列の１つと、に基づいて、前記素数ｐに関連すると共に、無限の成分数を有し得るｐベクトル
    Figure 0007053537000156
     を生成するように構成されていて、前記ｐベクトル
    Figure 0007053537000157
     は、
    Figure 0007053537000158
     として定義され、ｆは、前記シードとしての前記算術関数及び前記古典的な文字列の１つを表す、ｐベクトル生成モジュール（１１）と、
    前記ｐベクトル生成モジュール（１１）と連結すると共に、前記ｐベクトル
    Figure 0007053537000159
     に基づいて、ｍ個の成分を有し、前記素数ｐに関連すると共に、
    Figure 0007053537000160
     として定義されるｐ配列
    Figure 0007053537000161
     を生成するように構成され、各パラメータｍ、ｓ、ｔは、ユーザ定義の正の整数であり、前記素数ｐ、前記パラメータｓ、前記パラメータｔは、第１のパラメータセットＩを共に構成し、そして前記ｐ配列
    Figure 0007053537000162
     は、
    Figure 0007053537000163
     として更に表される、ｐ配列生成モジュール（１３）と、
    前記ｐ配列生成モジュール（１３）と連結すると共に、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000164
     に基づいて、
    Figure 0007053537000165
     として定義される関連配列
    Figure 0007053537000166
     を生成するように構成され、
    Figure 0007053537000167
     は、前記ｐ配列の前記ｍ個の成分における（ｊ＋１）ｔｈ番目を表し、０≦ｊ≦（ｍ－１）である、関連行列生成モジュール（１４）と、
    前記関連行列生成モジュール（１４）と連結すると共に、前記関連行列
    Figure 0007053537000168
     、及び、ユーザ定義の正の整数である法ｌに基づいて、前記法ｌに関すると共に、
    Figure 0007053537000169
     として定義される逆ｐ配列
    Figure 0007053537000170
     を生成するように構成され、
    Figure 0007053537000171
     は、前記法ｌに関する前記関連行列
    Figure 0007053537000172
     の行列式の逆係数を表すと共に、
    Figure 0007053537000173
     として定義され、そして
    Figure 0007053537000174
     は、前記関連行列
    Figure 0007053537000175
     の随伴行列を表す、逆ｐ配列生成モジュール（１５）と、
    第１の基準素数ｐ１を任意に選択すると共に、前記第１の基準素数ｐ１と、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000176
     の前記ｍ個の成分のうちのｂで示される最大の１つと、第１の基準正整数
    Figure 0007053537000177
     と、前記パラメータｍ、第２の基準正整数
    Figure 0007053537000178
     、第３の基準正整数ｒからなる第２のパラメータセットＳとに関する所定の判定基準に基づいて、第２の基準素数ｐ２を判定するように構成され、前記所定の判定基準は、
    Figure 0007053537000179
     を有する、基準素数判定モジュール（１６）と、
    前記逆ｐ配列生成モジュール（１５）と前記基準素数判定モジュール（１６）とに連結すると共に、前記第１の基準素数ｐ１を前記逆ｐ配列
    Figure 0007053537000180
     における前記法ｌとすることによって、第１の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000181
     を取得するよう構成され、前記第１の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000182
     は、
    Figure 0007053537000183
     として定義される秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅとされる、秘密鍵生成モジュール（１７）と、
    前記逆ｐ配列生成モジュール（１５）と前記基準素数判定モジュール（１６）とに連結すると共に、前記第２の基準素数ｐ２を前記逆ｐ配列
    Figure 0007053537000184
     における前記法ｌとすることによって、第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000185
     を取得し、且つ、前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000186
     と、前記第１の基準素数ｐ１と、前記第２の基準素数ｐ２と、鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000187
     と、に基づいて、鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000188
     に関する公開鍵Kｐｕｂｌｉｃを生成するように構成され、前記鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000189
     は、０と前記第１の基準正整数
    Figure 0007053537000190
     との間のｍ個の数値成分を有し、前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃは、前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅとペアになっていると共に、ｍ個の数値成分を有し、且つ、
    Figure 0007053537000191
     として表わされる
    Figure 0007053537000192
     として示される
    Figure 0007053537000193
     である前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃと、を有し、
    Figure 0007053537000194
     は、前記鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000195
     に関する前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000196
     の鍵生成ランダム化関数であり、且つ、
    Figure 0007053537000197
     として定義され、
    Figure 0007053537000198
     は畳み込み乗算演算子を代表するように、公開鍵生成モジュール（１８）と、を含んでおり、
    該送信端（２）は、前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃと、前記第２の基準素数ｐ２及び前記第２の基準整数
    Figure 0007053537000199
     とを記憶する第１の記憶ユニット（２１）と、前記第１の記憶ユニット（２１）と連結する第１のプロセッサ（２２）と、を含んでおり、
    該受信端（３）は、前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅと、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000200
     と、前記第１の基準素数ｐ１及び第２の基準素数ｐ２とを記憶する第２の記憶ユニット（３１）と、前記第２の記憶ユニット（３１）と連結する第２のプロセッサ（３２）と、を含んでおり、
    前記受信端（３）に送信される平文に対応すると共に、ｍ個の数値成分を有するデータ配列
    Figure 0007053537000201
     に対して、前記第１のプロセッサ（２２）は、前記第１の記憶ユニット（２１）に記憶されている前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃ及び前記第２の基準素数ｐ２と、０と前記第２の基準正整数
    Figure 0007053537000202
     との間のｍ個の数値成分を有する暗号化ランダム化配列
    Figure 0007053537000203
     と、を利用して、前記データ配列
    Figure 0007053537000204
     に対して暗号化の手順を実行し、そして前記暗号化ランダム化配列
    Figure 0007053537000205
     に関する暗号文
    Figure 0007053537000206
     を取得し、そして前記送信端（２）は、第１の通信チャネル（Ｃ１）を介して前記暗号文
    Figure 0007053537000207
     を前記受信端（３）に送信し、前記暗号文
    Figure 0007053537000208
     は、ｍ個の暗号化された数値成分を有し、
    前記第２のプロセッサ（３２）によって前記暗号文
    Figure 0007053537000209
     を受信すると、前記第２のプロセッサ（３２）は、前記第２の記憶ユニット（３１）に記憶されている前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅと、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000210
     と、前記第１の基準素数ｐ１及び前記第２の基準素数ｐ２と、を利用して、前記暗号文
    Figure 0007053537000211
     に対して復号化の手順を実行して、ｍ個の復号化された数値成分を有すると共に、前記データ列
    Figure 0007053537000212
     と同じである平文配列
    Figure 0007053537000213
     を取得する、
    暗号化通信システム（１００）。
  6. 前記平文は、ｍ個の文字を有し、そして前記第１のプロセッサ（２２）は、所定の文字数値変換技術を利用して前記平文を前記データ配列
    Figure 0007053537000214
     に変換するように構成されているテキスト変換モジュール（２２１）を有し、
    前記データ配列
    Figure 0007053537000215
     の各前記ｍ個の数値成分は、０と前記第１の基準正整数
    Figure 0007053537000216
     との間にあると共に、対応する前記平文の前記ｍ個の文字の１つを代表する、
    請求項５に記載の暗号化通信システム（１００）。
  7. 前記第１のプロセッサ（２２）は、暗号化ランダム化関数生成モジュール（２２２）と、前記テキスト変換モジュール（２２１）及び前記暗号化ランダム化関数生成モジュール（２２２）と連結する暗号文生成モジュール（２２３）と、を有し、且つ、
    前記暗号化の手順において、前記暗号化ランダム化関数生成モジュール（２２２）は、前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃ及び前記暗号化ランダム化配列
    Figure 0007053537000217
     に基づいて、
    Figure 0007053537000218
     として定義される暗号化ランダム化関数
    Figure 0007053537000219
     を生成し、そして、前記暗号文生成モジュール（２２３）は、前記データ列
    Figure 0007053537000220
     と前記暗号化ランダム化関数
    Figure 0007053537000221
     との和に対して前記第２の基準素数ｐ２を法としてモジュロ演算を実行することによって、
    Figure 0007053537000222
     によって表される前記暗号文
    Figure 0007053537000223
     を取得する、
    請求項６に記載の暗号化通信システム（１００）。
  8. 前記第２のプロセッサ（３２）は、第１の畳み込みモジュール（３２１）と、前記第１の畳み込みモジュール（３２１）と連結する第２の畳み込みモジュール（３２２）と、を有し、
    前記復号化の手順において、前記第１の畳み込みモジュール（３２１）は、前記暗号文
    Figure 0007053537000224
     と前記ｐ配列
    Figure 0007053537000225
     との第１の畳み込み結果を計算し、前記第２の基準素数ｐ２を法として前記第１の畳み込み結果に対してモジュロ演算を実行して第１のモジュロ演算結果を取得し、そして前記第１の基準素数ｐ１を法として前記第１のモジュロ演算結果に対してモジュロ演算を実行して
    Figure 0007053537000226
     として定義される第２のモジュロ演算結果
    Figure 0007053537000227
     を取得し、
    前記第２の畳み込みモジュール（３２２）は、前記第２のモジュロ演算結果
    Figure 0007053537000228
     と前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅとしての前記第１の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000229
     との第２の畳み込み結果を計算し、前記第１の基準素数ｐ１を法として前記第２の畳み込み結果に対してモジュロ演算を実行して
    Figure 0007053537000230
     として定義される前記平文配列
    Figure 0007053537000231
     を取得する、
    請求項５に記載の暗号化通信システム（１００）。
  9. 前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃと、前記第２の基準素数ｐ２と、前記第２の基準正整数
    Figure 0007053537000232
     と、が前記第１の記憶ユニット（２１）に記憶される前に、前記鍵サーバ（１）は、第２の通信チャネル（Ｃ２）を介して前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃと、前記第２の基準素数ｐ２と、前記第２の基準正整数
    Figure 0007053537000233
     と、を前記送信端（２）に送信し、そして前記第１のプロセッサ（２２）は、前記鍵サーバ（１）から受信された前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃと、前記第２の基準素数ｐ２と、前記第２の基準正整数
    Figure 0007053537000234
     と、を前記第１の記憶ユニット（２１）に記憶し、
    前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅと、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000235
     と、前記第１の基準素数ｐ１及び前記第２の基準素数ｐ２と、が前記第２の記憶ユニット（３１）に記憶される前に、前記鍵サーバ（１）は、第３の通信チャネル（Ｃ３）を介して前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅと、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000236
     と、前記第１の基準素数ｐ１及び前記第２の基準素数ｐ２と、を前記受信端（３）に送信し、そして前記第２のプロセッサ（３２）は、前記鍵サーバ（１）から受信された前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅと、前記p配列
    Figure 0007053537000237
     と、前記第１の基準素数ｐ１及び前記第２の基準素数ｐ２と、を前記第２の記憶ユニット（３１）に記憶する、
    請求項５に記載の暗号化通信システム（１００）。
  10. 前記鍵サーバ（１）は、前記ｐ配列生成モジュール（１３）、前記基準素数判定モジュール（１６）、前記秘密鍵生成モジュール（１７）、前記公開鍵生成モジュール（１８）、と連結する記憶モジュール（１９）を更に含み、且つ、
    前記ｐ配列生成モジュール（１３）から受信された前記ｐ配列
    Figure 0007053537000238
     と、前記基準素数判定モジュール（１６）から受信された前記第１の基準素数ｐ１及び前記第２の基準素数ｐ２と、前記秘密鍵生成モジュール（１７）から受信された前記第１の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000239
     と、前記公開鍵生成モジュール（１８）から受信された前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000240
     と、を記憶する、
    請求項９に記載の暗号化通信システム（１００）。
  11. 前記公開鍵生成モジュール（１８）は、
    前記第２の基準逆ｐ配列
    Figure 0007053537000241
     、前記第１の基準素数ｐ１、前記第２の基準素数ｐ２、及び、前記鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000242
     と異なっている他の鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000243
     に基づいて、前記他の鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000244
     に関する更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃを生成するように更に構成され、前記更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃは、前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅとペアになって、そして前記他の鍵生成ランダム化配列
    Figure 0007053537000245
     は、０と前記第１の基準正整数
    Figure 0007053537000246
     との間のｍ個の数値成分を有し、前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃは
    Figure 0007053537000247
     を表す
    Figure 0007053537000248
     としても表わされ、
    前記鍵サーバ（１）は、前記第２の通信チャネル（Ｃ２）を介して前記更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃを前記送信端（２）に送信し、
    前記鍵サーバ（１）から前記更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃを前記送信端（２）を受信すると、前記第１のプロセッサ（２２）は前記第１の記憶ユニット（２１）に記憶されている前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃを前記更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃになるように更新し、
    前記公開鍵Kｐｕｂｌｉｃを前記更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃになるように更新した後に、前記第１のプロセッサ（２２）は、前記更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃと、前記第２の基準素数ｐ２と、前記暗号化ランダム化配列
    Figure 0007053537000249
     と、を利用して、前記データ配列
    Figure 0007053537000250
     に対して前記暗号化の手順を実行し、そして、前記更新された公開鍵K＊ ｐｕｂｌｉｃ及び前記暗号化ランダム化配列
    Figure 0007053537000251
     に関する他の暗号文
    Figure 0007053537000252
     を取得し、そして前記送信端（２）は、前記第１の通信チャネル（Ｃ１）を介して前記他の暗号文
    Figure 0007053537000253
     を前記受信端（３)に送信し、前記他の暗号文
    Figure 0007053537000254
     は、ｍ個の暗号化された数値成分を有し、
    前記第２のプロセッサ（３２）によって前記他の暗号文
    Figure 0007053537000255
     を受信すると、前記第２のプロセッサ（３２）は、前記第２の記憶ユニット（３１）に記憶されている前記秘密鍵Kｐｒｉｖａｔｅと、前記ｐ配列
    Figure 0007053537000256
     と、前記第１の基準素数ｐ１及び前記第２の基準素数ｐ２と、を利用して、前記他の暗号文
    Figure 0007053537000257
     に対して復号化の手順を実行すると共に、前記平文配列
    Figure 0007053537000258
     を取得する、
    請求項１０に記載の暗号化通信システム（１００）。
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