JP7122722B2

JP7122722B2 - 高速暗号化鍵生成エンジン

Info

Publication number: JP7122722B2
Application number: JP2020121803A
Authority: JP
Inventors: 孟益 ▲呉▼; 青松楊
Original assignee: ▲しゃーん▼碼科技股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2040-07-16
Also published as: TWI793429B; US20210026603A1; JP7006887B2; TWI749654B; JP2021022378A; TW202105168A; US20210028935A1; EP3770751B1; EP3770752A1; EP3770751A1; US11381394B2; US11876899B2; TW202105957A; CN112291056B; CN112286493A; CN112291056A; JP2021022924A

Description

本発明は、暗号化鍵生成エンジンに関し、より詳細には、高速暗号化鍵生成エンジンに関する。

ストリーム暗号は、より大きいサイズのファイルを暗号化するために通常使用される対称鍵暗号である。ストリーム暗号において、各平文桁は鍵ストリームの対応する桁で暗号化される。したがって、画像ファイル又はビデオファイルなどの大きいファイルを暗号化するためには、暗号化デバイスは、大量のランダムビットを生成して必要な鍵ストリームを生成する必要がある。

従来技術において、鍵ストリームは、ハッシュ関数を使用して通常生成される。しかしながら、ハッシュ関数を実行する計算は多数の演算サイクルを要するため、暗号化処理は時間がかかり、データ伝送を遅延させることさえあり得る。

本発明の一実施形態は、暗号化鍵生成エンジンを開示する。暗号化鍵生成エンジンは、乱数プール、絡み合わせストリング生成器、及び制御回路を含む。

乱数プールは、複数のランダムビットを記憶し、複数のランダムビットの値は、ランダムに生成される。絡み合わせストリング生成器は、入力鍵に従って絡み合わせストリングを提供する。

制御回路は、乱数プール及び絡み合わせストリング生成器に結合される。制御回路は、入力鍵に従って、乱数プールに記憶された複数のランダムビットからランダムビットシーケンスを取り出し、絡み合わせストリング生成器から絡み合わせストリングを受け取り、絡み合わせストリングをランダムビットシーケンスと絡み合わせて秘密鍵を生成する。

本発明の別の実施形態は、送信システムを開示する。送信システムは、第１のデバイスと第２のデバイスを含む。

第１のデバイスは、第１の暗号化鍵生成エンジンと暗号化ユニットを含む。第１の暗号化鍵生成エンジンは、第１の乱数プール、第１の絡み合わせストリング生成器、及び第１の制御回路を含む。

第１の乱数プールは、複数のランダムビットを記憶し、複数のランダムビットの値はランダムに生成される。第１の絡み合わせストリング生成器は、入力鍵に従って絡み合わせストリングを提供する。第１の制御回路は、第１の乱数プール及び第１の絡み合わせストリング生成器に結合される。第１の制御回路は、入力鍵に従って、第１の乱数プールに記憶された複数のランダムビットからランダムビットシーケンスを取り出し、第１の絡み合わせストリング生成器から絡み合わせストリングを受け取り、絡み合わせストリングをランダムビットシーケンスと絡み合わせて秘密鍵を生成する。暗号化ユニットは、送信データを秘密鍵で暗号化して暗号ストリングを生成する。

第２のデバイスは、第２の暗号化鍵生成エンジンと復号ユニットを含む。第２の暗号化鍵生成エンジンは、第２の乱数プール、第２の絡み合わせストリング生成器、及び第２の制御回路を含む。

第２の暗号化鍵生成エンジンは、第２の乱数プール、第２の絡み合わせストリング生成器、及び第２の制御回路を含む。

第２の乱数プールは、複数のランダムビットを記憶する。第２の絡み合わせストリング生成器は、入力鍵に従って絡み合わせストリングを提供する。第２の制御回路は、第２の乱数プール及び第２の絡み合わせストリング生成器に結合される。第２の制御回路は、入力鍵に従って、第２の乱数プールに記憶された複数のランダムビットからランダムビットシーケンスを取り出し、第２の絡み合わせストリング生成器から絡み合わせストリングを受け取り、絡み合わせストリングをランダムビットシーケンスと絡み合わせて秘密鍵を生成する。復号ユニットは、暗号ストリングを第１の秘密鍵で復号して送信データを導出する。

本発明のこれら及び他の目的は、種々の図表及び図面に示される好適な実施形態の以下の詳細な説明を読んだ当業者に疑いなく明らかになるであろう。

本発明の一実施形態による暗号化鍵生成エンジンを示す。本発明の別の実施形態による暗号化鍵生成エンジンを示す。本発明の別の実施形態による暗号化鍵生成エンジンを示す。本発明の一実施形態による送信システムを示す。

図１は、本発明の一実施形態による暗号化鍵生成エンジン１００を示す。暗号化鍵生成エンジン１００は、乱数プール（random number pool）１１０、絡み合わせストリング生成器（entangling string generator）１２０、及び制御回路１３０を含む。

乱数プール１１０は、複数のランダムビットを記憶することができ、複数のランダムビットの値はランダムに生成される。絡み合わせストリング生成器１２０は、複数の絡み合わせストリングを提供することができる。制御回路１３０は、乱数プール１１０及び絡み合わせストリング生成器１２０に結合される。いくつかの実施形態において、暗号化鍵生成エンジン１００が暗号化のための秘密鍵を生成するように要求されたとき、暗号化鍵生成エンジン１００は、秘密鍵を生成するための初期シードとして入力鍵Ｋ０を受け取る。

例えば、絡み合わせストリング生成器１２０は、入力鍵Ｋ０に従って第１の絡み合わせストリングＥＳ１を提供することができ、制御回路１３０は、入力鍵Ｋ０に従って乱数プール１１０に記憶されたランダムビットから第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を取り出すことができる。次いで、制御回路１３０は、絡み合わせストリング生成器１２０から第１の絡み合わせストリングＥＳ１を受け取り、絡み合わせストリングＥＳ１を第１のランダムビットシーケンスＳＳ１と絡み合わせて（entangle）第１の秘密鍵ＳＫ１を生成することができる。

いくつかの実施形態において、乱数プール１１０は、記憶セルアレイ１１２を含むことができ、記憶セルアレイ１１２は、各々がランダムビットを記憶する複数の記憶セルＳＣ（０，０）～ＳＣ（Ｍ－１，Ｎ－１）を含む。ここで、Ｍ及びＮは正の整数である。いくつかの実施形態において、制御回路１３０は、入力鍵Ｋ０に従って記憶セルアレイ１１２の特定の行に記憶されたランダムビットを選択することにより、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を取り出すことができる。例えば、図１には、Ｙ０からＹ（Ｍ－１）まで番号をつけられたＭ行の記憶セルがある。いくつかの実施形態において、入力鍵Ｋ０を使用して、Ｍ行の記憶セルのうち対応する行を選択することができ、選択された行の記憶セルに記憶されたランダムビットを取り出して、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を形成することができる。例えば、行Ｙ２が選択された場合、選択された行の記憶セルＳＣ（２，０）～ＳＣ（２，Ｎ－１）に記憶されたランダムビットを使用して、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を形成する。

乱数プール１１０に記憶されるランダムビットの値はランダムに生成されるため、記憶セルの各行から取り出されるランダムビットのシーケンスもランダムであり、予測不可能であり、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を第１の秘密鍵ＳＫ１の生成に適したものにする。

同様に、記憶セルの各列から取り出されるランダムビットのシーケンスもまたランダムであり、予測不可能である。したがって、いくつかの実施形態において、制御回路１３０は、入力鍵Ｋ０に従って記憶セルのＮ列のうち対応する列を選択してもよく、選択された列の記憶セルに記憶されたランダムビットを取り出して、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を形成することができる。さらに、記憶セルの各斜めラインから取り出されるランダムビットのシーケンスもまたランダムであり、予測不可能であるため、制御回路１３０は、入力鍵Ｋ０に従って斜めラインに沿って対応する記憶セルを選択して、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を形成してもよい。

さらに、いくつかの実施形態において、制御回路１３０は、対応する行の記憶セルに記憶されたランダムビット、対応する列の記憶セルに記憶されたランダムビット、及び対応する斜めラインに沿って記憶セルに記憶されたランダムビットを取り出して、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を形成することができる。例えば、Ｍ及びＮが双方３２である場合、制御回路１３０は、入力鍵Ｋ０のうち５ビットを選択インデックスとして使用して記憶セルの行Ｙ０～Ｙ（Ｍ－１）のうち対応する行を決定し、入力鍵Ｋ０のうち別の５ビットを使用して記憶セルの列Ｘ０～Ｘ（Ｎ－１）のうち対応する列を決定し、入力鍵Ｋ０うちの別の５ビットを使用して記憶セルの斜めラインＺ０～Ｚ３１のうち対応する斜めラインを決定してもよい。例えば、入力鍵Ｋ０が「０００１１－００００１－０００１０」である場合、最初の５ビット「０００１１」を使用して、記憶セルの３２行のうち行Ｙ３を選択してもよく、ゆえに、記憶セルＳＣ（３，０）～ＳＣ（３，Ｎ－１）の第３の行Ｙ３に記憶されたランダムビットが取り出される。さらに、２番目の５ビット「００００１」を使用して、記憶セルの３２列のうち列Ｘ１を選択してもよく、ゆえに、記憶セルＳＣ（０，１）～ＳＣ（Ｍ－１，１）の行Ｘ１に記憶されたランダムビットが取り出される。３番目の５ビット「０００１０」を使用して、３２個の斜めラインのうち斜めラインＺ２を選択してもよく、ゆえに、斜めラインＺ２上の記憶セルＳＣ（２，０）～ＳＣ（１，Ｎ－１）及びＳＣ（０，Ｎ－２）に記憶されたランダムビットが取り出される。その後、記憶セルアレイ１１２の行Ｙ３、列Ｘ１、及び斜めラインＺ２に記憶されたランダムビットを組み合わせて、９６ビットを有する第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を形成することができる。

いくつかの実施形態において、システム要件に従って、異なる取り出しスキームを採用し、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１の長さをさらに増大してもよい。例えば、斜めラインＺ０～Ｚ３１は左上から右下の方向に沿って番号をつけられているが、右上から左下の方向に沿って番号をつけられた斜めラインを使用して、さらなるランダムビットを取り出してもよい。しかしながら、各行、各列、又は各斜めラインに沿ってランダムビットを順次取り出す代わりに、各行、各列、又は各斜めラインにおけるランダムビットの取り出し順序を任意に予め決定することができる。さらに、行、列、及び／又は斜めラインに沿ってランダムビットを取り出す代わりに、制御回路１３０は、入力鍵Ｋ０に対応する任意の他の所定の順序に従ってランダムビットのシーケンスを取り出すこともできる。例えば、制御回路１３０は、行Ｙ１に沿って奇数記憶セルに記憶された第１、第３、第５、及び後続のランダムビットを取り出し、列Ｘ２に沿って偶数記憶セルに記憶された第２、第４、第６、及び後続のランダムビットを取り出して、所望のランダムビットシーケンスを生成してもよい。制御回路１３０が、複雑な計算を行うことなく入力鍵Ｋ０に従って乱数プール１１０の異なる記憶セルＳＣ（０，０）～ＳＣ（Ｍ－１，Ｎ－１）に記憶されたランダムビットを選択することにより、異なるランダムビットシーケンスを取り出すことができるため、秘密鍵の生成がかなり速くなり得る。

図１において、記憶セルＳＣ（０，０）～ＳＣ（Ｍ－１，Ｎ－１）は物理複製不可能関数（physical unclonable function、ＰＵＦ）セルにより実現することができ、ゆえに、記憶セルＳＣ（０，０）～ＳＣ（Ｍ－１，Ｎ－１）の各々は、その固有の特性に従ってランダムビットを生成し、それに従ってランダムビットを記憶することができる。この場合、各暗号化鍵生成エンジン１００は、その特有の乱数プールを有する。したがって、同じ入力鍵が使用されたとしても、異なる暗号化鍵生成エンジン１００は異なる秘密鍵を生成する。

しかしながら、いくつかの実施形態において、ランダムビットは独立同一分布（independent and identically distributed、ＩＩＤ）であるべきである。例えば、ランダムビットはハードウェアセキュリティモジュール（ＨＳＭ）により生成又は管理することができ、記憶セルＳＣ（０，０）～ＳＣ（Ｍ－１，Ｎ－１）に記憶されたランダムビットはハードウェアセキュリティモジュールにより割り当てることができ、ランダムビットの分布が独立及び同一であることを保証する。

いくつかの実施形態において、絡み合わせストリング生成器１２０を使用して、秘密鍵の空間をさらに増大させることができる。すなわち、取り出されたランダムビットシーケンスを、絡み合わせストリング生成器１２０により提供される複数の絡み合わせストリングと絡み合わせることにより、複数の異なる秘密鍵を生成することができる。その結果、乱数プール１１０のサイズを低減させることができる。

図１において、絡み合わせストリング生成器１２０は、カウンタ１２２と、複数の絡み合わせストリングを記憶する記憶デバイス１２４を含む。いくつかの実施形態において、絡み合わせストリング生成器１２０は、第１の絡み合わせストリングＥＳ１を取得するための初期インデックスとして入力鍵Ｋ０の一部を使用することができる。例えば、記憶デバイス１２４が３２個の異なる絡み合わせストリングを記憶する場合、入力鍵Ｋ０のうち最初の５ビットが、３２個の絡み合わせストリングから対応する絡み合わせストリングを選択するための初期インデックスとみなされてもよい。その結果、第１の秘密鍵ＳＫ１は、第１の絡み合わせストリングＥＳ１を第１のランダムビットシーケンスＳＳ１と絡み合わせることにより生成することができる。いくつかの実施形態において、第１の絡み合わせストリングＥＳ１及び第１のランダムビットシーケンスＳＳ１は同じビット長を有することができ、ビットごとの排他的ＯＲ（ＸＯＲ）演算を実行して第１の絡み合わせストリングＥＳ１と第１のランダムビットシーケンスＳＳ１とを絡み合わせることができる。しかしながら、いくつかの他の実施形態において、絡み合わせストリング及びランダムビットシーケンスのビット長は異なってもよく、かつ／あるいは、置換などの異なる絡み合わせ手法を採用することができる。

さらに、カウンタ１２２は、絡み合わせストリングが提供されるたび、カウンタ値を更新することができる。したがって、第１の絡み合わせストリングＥＳ１が提供された後、絡み合わせストリング生成器１２０は、更新されたカウンタ値に従って複数の絡み合わせストリングから第２の絡み合わせストリングＥＳ２をさらに取り出すことができる。さらに、いくつかの実施形態において、制御回路１３０は、第２の絡み合わせストリングＥＳ２を第１のランダムビットシーケンスＳＳ１と絡み合わせて、第２の秘密鍵ＳＫ２を生成することができ、以下同様である。したがって、本実施形態において、暗号化鍵生成エンジン１００は、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１と、絡み合わせストリング生成器１２０により提供される３２個の異なる絡み合わせストリングとに従って、３２個の異なる秘密鍵を生成することができる。

しかしながら、いくつかの実施形態において、異なる絡み合わせストリングを第１のランダムビットシーケンスＳＳ１と絡み合わせて一連の秘密鍵を生成する代わりに、制御回路１３０は、カウンタ値が更新されるたび、別のランダムビットシーケンスを取り出してもよい。この場合、第２の絡み合わせストリングＥＳ２を第２のランダムビットシーケンスＳＳ２と絡み合わせて第２の秘密鍵ＳＫ２を生成することができ、秘密鍵をより一層予測不可能にする。いくつかの実施形態において、第２のランダムビットシーケンスＳＳ２は、新しい入力鍵に従って取り出すことができるが、いくつかの他の実施形態において、第２のランダムビットシーケンスＳＳ２は、第１のランダムビットシーケンスＳＳ１を生成するために使用されるものの次の行、次の列、及び次の斜めラインの記憶セルに記憶されたランダムビットを使用することにより取り出すことができる。この場合、新しい入力鍵は必要とされない。いくつかの実施形態において、入力鍵を周期的に更新して、秘密鍵をより予測不可能にすることができる。

図１において、絡み合わせストリング生成器１２０は、カウンタ１２２を使用して対応する絡み合わせストリングを選択することができ、カウンタ値は、所定の数をインクリメント又はデクリメントすることにより、あるいは所定のシーケンスに従うことにより更新することができる。しかしながら、いくつかの他の実施形態において、絡み合わせストリングは、線形フィードバックシフトレジスタ（linear feedback shift register、ＬＦＳＲ）を使用することにより提供することができる。図２は、別の実施形態による暗号化鍵生成エンジン２００を示す。暗号化鍵生成エンジン２００と暗号化鍵生成エンジン１００は同様の構造を有し、同様の原理で動作可能である。しかしながら、絡み合わせストリング生成器２２０は、線形フィードバックシフトレジスタ２２２を含むことができる。絡み合わせストリング生成器２２０は、第１の絡み合わせストリングＥＳ１を生成するために線形フィードバックシフトレジスタ２２２に対する初期シードとして入力鍵Ｋ０を使用することができ、線形フィードバックシフトレジスタ２２２は、それに従って第１の絡み合わせストリングＥＳ１が提供された後、第２の絡み合わせストリングＥＳ２をさらに生成することができる。その結果、制御回路１３０は、第２の絡み合わせストリングＥＳ２を第１のランダムビットシーケンスＳＳ１又は第２のランダムビットシーケンスＳＳ２と絡み合わせて第２の秘密鍵ＳＫ２を生成することができる。いくつかの実施形態において、線形フィードバックシフトレジスタ２２２により生成される異なる絡み合わせストリングの数は、システム要件に従って設計され、予め決定されてもよい。

図３は、別の実施形態による暗号化鍵生成エンジン３００を示す。暗号化鍵生成エンジン３００と暗号化鍵生成エンジン１００は同様の構造を有し、同様の原理で動作可能である。しかしながら、絡み合わせストリング生成器３２０は、乱数プール３２２を含むことができる。乱数プール３２２は、複数のランダムビットを記憶することができ、絡み合わせストリング生成器３２０は、入力鍵Ｋ０に従って乱数プール３２２に記憶されたランダムビットのシーケンスを選択することにより第１の絡み合わせストリングＥＳ１を提供することができる。いくつかの実施形態において、乱数プール１１０からランダムビットのシーケンスを取り出すために制御回路１３０により使用される同様のアプローチを、一連の絡み合わせストリングを取り出すために絡み合わせストリング生成器３２０により採用することができる。その結果、秘密鍵の空間をさらに増大させることができる。

いくつかの実施形態において、入力鍵Ｋ０は、ＰＵＦ回路などのハードウェア回路の物理特性、又は、例えばこれらに限られないがハッシュ関数若しくは高度暗号化標準（advanced encryption standard、ＡＥＳ）関数を使用する鍵導出関数（key derivation function、ＫＤＦ）などのソフトウェア関数により実現される特定のアルゴリズムに従って生成することができる。さらに、いくつかの実施形態において、入力鍵Ｋ０は秘密鍵を生成するための初期シードとして使用されるため、入力鍵のランダム性に対する要件は秘密鍵ほど厳密ではない。したがって、暗号化鍵生成エンジン１００は、アドレス、データ、ブロックインデックス、又は波形などの任意のタイプのデータを入力鍵Ｋ０として使用してもよく、暗号化鍵生成エンジン１００の負担をさらに簡素化する。

図４は、本発明の一実施形態による送信システム４０を示す。送信システム４０は、第１のデバイス４２及び第２のデバイス４４を含む。いくつかの実施形態において、第１のデバイス４２及び第２のデバイス４４は、その間でデータ送信を必要とする任意のデバイスでよい。例えば、第２のデバイス４４は表示デバイスでもよく、第１のデバイス４２はビデオコンテンツプロバイダでもよい。この場合、第１のデバイス４２はビデオデータを第２のデバイス４４に送信することができ、それにより、第２のデバイス４４はビデオを表示することができる。許可されていないデバイスから送信データを防ぐために、第１のデバイス４２及び第２のデバイス４４は、データ暗号化及びデータ復号のための暗号化鍵生成エンジンを含むことができる。

図４において、第１のデバイス４２は、暗号化鍵生成エンジン４００Ａと暗号化ユニット４２２を含み、第２のデバイス４４は、暗号化鍵生成エンジン４００Ｂと復号ユニット４４２を含む。いくつかの実施形態において、暗号化鍵生成エンジン４００Ａは、第１の秘密鍵ＳＫ１を生成することができ、暗号化ユニット４２２は、送信データＤ１を第１の秘密鍵ＳＫ１で暗号化して、暗号ストリングＣＳ１を生成することができる。さらに、暗号化鍵生成エンジン４００Ｂは、同じ第１の秘密鍵ＳＫ１を生成することができ、ゆえに、復号ユニット４４２は、暗号ストリングＣＳ１を第１の秘密鍵ＳＫ１で復号して、送信データＤ１を導出することができる。例えば、暗号化ユニット４２２は、第１の秘密鍵ＳＫ１及び送信データＤ１に対してビットごとのＸＯＲ計算を実行して暗号ストリングＣＳ１を生成することができ、復号ユニット４４２もまた、第１の秘密鍵ＳＫ１及び暗号ストリングＣＳ１に対してビットごとのＸＯＲ計算を実行して、送信データＤ１を取得することができる。しかしながら、いくつかの他の実施形態において、暗号化ユニット４２２及び復号ユニット４４２は、システム要件に従って送信データを秘密鍵で暗号化するために他のタイプの可逆的な暗号化演算を採用することができる。

いくつかの実施形態において、暗号化鍵生成エンジン４００Ａ及び４００Ｂは同一でもよい。例えば、暗号化鍵生成エンジン４００Ａ及び４００Ｂは双方、暗号化鍵生成エンジン１００を使用することにより実現できる。さらに、暗号化鍵生成エンジン４００Ａ及び４００Ｂは、同じデータを記憶することができる。すなわち、暗号化鍵生成エンジン４００Ａ及び４００Ｂの乱数プール４１０Ａ及び４１０Ｂは、同じ配置を有する同じランダムビットを記憶することができ、暗号化鍵生成エンジン４００Ａ及び４００Ｂの絡み合わせストリング生成器４２０Ａ及び４２０Ｂは、同じ初期シードが使用されたとき、同じ絡み合わせストリングを提供することができる。したがって、同じ入力鍵Ｋ０により、暗号化鍵生成エンジン４００Ａ及び４００Ｂの制御回路４３０Ａ及び４３０Ｂは、同じ秘密鍵を生成する。

いくつかの実施形態において、乱数プール４１０Ａ及び４１０Ｂは、楕円曲線ディフィ‐ヘルマン鍵交換（Elliptic Curve Diffie‐Hellman Key Exchange、ＥＣＤＨ）アルゴリズムに従ってランダムビットを生成することができ、ゆえに、乱数プール４１０Ａ及び４１０Ｂは、共有された公開鍵を別個に使用することにより同じランダムビットを生成することができる。その結果、ランダムビットは、第１のデバイス４２及び第２のデバイス４４の外部に送信されること及び情報の安全性への脅威をもたらすことなく、乱数プール４１０Ａ及び４１０Ｂ内に記憶することができる。しかしながら、いくつかの他の実施形態において、送信環境が信頼され、安全である場合、乱数プール４１０Ａ及び４１０Ｂのうち１つが、ＰＵＦ回路又は乱数生成器を使用することによりランダムビットを生成してもよく、生成されたランダムビットは、別の乱数プールにコピーすることができる。

同様に、いくつかの実施形態において、同じ入力鍵Ｋ０を安全に共有するために、第１のデバイス４２及び第２のデバイス４４は、楕円曲線ディフィ‐ヘルマン鍵交換（ＥＣＤＨ）アルゴリズムを使用することにより、入力鍵Ｋ０を別個に生成することができる。すなわち、第１のデバイス４２及び第２のデバイス４４は、それらの公開鍵を互いに共有し、それら独自の秘密鍵と共有された公開鍵を使用して、同じ入力鍵Ｋ０を独立して生成することができる。その結果、入力鍵Ｋ０は、暗号化鍵生成エンジン４００Ａ及び４００Ｂの外部に明らかにされることなく共有することができ、暗号化鍵生成エンジン４００Ａ及び４００Ｂは、データ暗号化及びデータ復号のために同じ秘密鍵を生成することができる。しかしながら、いくつかの他の実施形態において、入力鍵Ｋ０は、第１のデバイス４２及び第２のデバイス４４のうち一方により生成することができ、送信を通じて別のデバイスと共有することができる。この場合、乱数プール４１０Ａ及び４１０Ｂに記憶された乱数は依然として非公開情報であるため、入力鍵Ｋ０が第１のデバイス４２及び第２のデバイス４４の外部に送信されても、情報の安全性は依然として保持することができる。

要約すると、本発明の実施形態により提供される暗号化鍵生成エンジン及び送信システムは、複雑な計算を使用することなく、乱数プールを使用して秘密鍵を迅速に生成することができ、リアルタイムストリーム暗号を達成可能にする。

当業者は、本発明の教示を保有する一方でデバイス及び方法の多くの修正及び改変がなされ得ることに容易に気づくであろう。したがって、上記開示は、別記の特許請求の範囲の範囲及び境界によってのみ限定されるとみなされるべきである。

Claims

複数のランダムビットを記憶するように構成された複数の記憶セルを含む記憶セルアレイを含む第１の乱数プールであり、前記複数のランダムビットの値はランダムに生成され、前記複数のランダムビットは独立同一分布である、第１の乱数プールと、
入力鍵に従って第１の絡み合わせストリングを提供するように構成された絡み合わせストリング生成器と、
前記第１の乱数プール及び前記絡み合わせストリング生成器に結合された制御回路であり、前記入力鍵を受信し、前記入力鍵に従って、前記第１の乱数プールに記憶された前記複数のランダムビットから第１のランダムビットシーケンスを取り出し、前記絡み合わせストリング生成器から前記第１の絡み合わせストリングを受け取り、前記第１の絡み合わせストリングを前記第１のランダムビットシーケンスと絡み合わせて第１の秘密鍵を生成するように構成される、制御回路と、
を含み、
前記記憶セルアレイの特定の行、特定の列又は特定の斜めラインの記憶セルに記憶されたランダムビットは、任意の所定の順序に従って取り出される暗号化鍵生成エンジン。
前記入力鍵は、ハードウェア回路の物理特性、ソフトウェア関数により実行される特定のアルゴリズム、システムのアドレス、データ、ブロックインデックス、又は波形に従って生成される、請求項１に記載の暗号化鍵生成エンジン。
前記絡み合わせストリング生成器は、絡み合わせストリングが提供されるたびカウンタ値を更新するように構成されたカウンタを含み、
前記絡み合わせストリング生成器は、前記カウンタ値に従って第２の絡み合わせストリングを提供するようにさらに構成され、
前記制御回路は、前記第２の絡み合わせストリングを前記第１のランダムビットシーケンス又は第２のランダムビットシーケンスと絡み合わせて第２の秘密鍵を生成するようにさらに構成される、
請求項１に記載の暗号化鍵生成エンジン。
前記絡み合わせストリング生成器は、線形フィードバックシフトレジスタ（ＬＦＳＲ）を含み、
前記絡み合わせストリング生成器は、前記第１の絡み合わせストリングが前記線形フィードバックシフトレジスタで提供された後、第２の絡み合わせストリングを提供するようにさらに構成され、
前記制御回路は、前記第２の絡み合わせストリングを前記第１のランダムビットシーケンス又は第２のランダムビットシーケンスと絡み合わせて第２の秘密鍵を生成するようにさらに構成される、
請求項１に記載の暗号化鍵生成エンジン。
前記制御回路は、前記入力鍵に対応する所定の順序に従って、前記複数の記憶セルの一部に記憶されたランダムビットを選択することにより、前記第１のランダムビットシーケンスを取り出す、
請求項１に記載の暗号化鍵生成エンジン。
前記制御回路は、前記入力鍵に従って、前記記憶セルアレイの特定の行に記憶されたランダムビットを少なくとも選択することにより、前記第１のランダムビットシーケンスを取り出す、
請求項５に記載の暗号化鍵生成エンジン。
前記制御回路は、前記入力鍵に従って、前記記憶セルアレイの特定の列に記憶されたランダムビットを少なくとも選択することにより、前記第１のランダムビットシーケンスを取り出す、
請求項５に記載の暗号化鍵生成エンジン。
前記制御回路は、前記入力鍵に従って、前記記憶セルアレイの特定の斜めラインに沿って記憶セルに記憶されたランダムビットを少なくとも選択することにより、前記第１のランダムビットシーケンスを取り出す、
請求項５に記載の暗号化鍵生成エンジン。
前記絡み合わせストリング生成器は、複数のランダムビットを記憶するように構成された第２の乱数プールを含み、
前記絡み合わせストリング生成器は、前記入力鍵に従って、前記第２の乱数プールに記憶されたランダムビットシーケンスを選択することにより、前記第１の絡み合わせストリングを提供する、
請求項１に記載の暗号化鍵生成エンジン。
送信システムであって、
第１のデバイスであり、
複数のランダムビットを記憶するように構成された複数の記憶セルを含む記憶セルアレイを含む第１の乱数プールであり、前記複数のランダムビットの値はランダムに生成され、前記複数のランダムビットは独立同一分布である、第１の乱数プール、
入力鍵に従って第１の絡み合わせストリングを提供するように構成された第１の絡み合わせストリング生成器、及び
前記第１の乱数プール及び前記第１の絡み合わせストリング生成器に結合された第１の制御回路であり、前記入力鍵を受信し、前記入力鍵に従って、前記第１の乱数プールに記憶された前記複数のランダムビットから第１のランダムビットシーケンスを取り出し、前記第１の絡み合わせストリング生成器から前記第１の絡み合わせストリングを受け取り、前記第１の絡み合わせストリングを前記第１のランダムビットシーケンスと絡み合わせて第１の秘密鍵を生成するように構成される、第１の制御回路、
を含む第１の暗号化鍵生成エンジンと、
送信データを前記第１の秘密鍵で暗号化して暗号ストリングを生成するように構成された暗号化ユニットと、
を含み、前記記憶セルアレイの特定の行、特定の列又は特定の斜めラインの記憶セルに記憶されたランダムビットは、任意の所定の順序に従って取り出される第１のデバイスと、
第２のデバイスであり、
前記複数のランダムビットを記憶するように構成された第２の乱数プール、
前記入力鍵に従って前記第１の絡み合わせストリングを提供するように構成された第２の絡み合わせストリング生成器、及び
前記第２の乱数プール及び前記第２の絡み合わせストリング生成器に結合された第２の制御回路であり、前記入力鍵に従って、前記第２の乱数プールに記憶された前記複数のランダムビットから前記第１のランダムビットシーケンスを取り出し、前記第２の絡み合わせストリング生成器から前記第１の絡み合わせストリングを受け取り、前記第１の絡み合わせストリングを前記第１のランダムビットシーケンスと絡み合わせて第１の秘密鍵を生成するように構成される、第２の制御回路、
を含む第２の暗号化鍵生成エンジンと、
前記暗号ストリングを前記第１の秘密鍵で復号して前記送信データを導出するように構成された復号ユニットと、
を含む第２のデバイスと、
を含む送信システム。
前記第１のデバイス及び前記第２のデバイスは、楕円曲線ディフィ‐ヘルマン鍵交換（ＥＣＤＨ）アルゴリズムを使用することにより前記入力鍵を別個に生成するように構成される、
請求項１０に記載の送信システム。
前記第１の絡み合わせストリング生成器は、絡み合わせストリングが提供されるたびカウンタ値を更新するように構成されたカウンタを含み、
前記第１の絡み合わせストリング生成器は、前記カウンタ値に従って第２の絡み合わせストリングを提供するようにさらに構成され、
前記第１の制御回路は、前記第２の絡み合わせストリングを前記第１のランダムビットシーケンス又は第２のランダムビットシーケンスと絡み合わせて第２の秘密鍵を生成するようにさらに構成される、
請求項１０に記載の送信システム。
前記第１の絡み合わせストリング生成器は、線形フィードバックシフトレジスタ（ＬＦＳＲ）を含み、
前記第１の絡み合わせストリング生成器は、前記第１の絡み合わせストリングが前記線形フィードバックシフトレジスタに従って提供された後、第２の絡み合わせストリングを提供するようにさらに構成され、
前記第１の制御回路は、前記第２の絡み合わせストリングを前記第１のランダムビットシーケンス又は第２のランダムビットシーケンスと絡み合わせて第２の秘密鍵を生成するようにさらに構成される、
請求項１０に記載の送信システム。
前記第１の制御回路は、前記入力鍵に対応する所定の順序に従って、前記複数の記憶セルの一部に記憶されたランダムビットを選択することにより、前記第１のランダムビットシーケンスを取り出す、
請求項１０に記載の送信システム。
前記第１の乱数プール及び前記第２の乱数プールは、楕円曲線ディフィ‐ヘルマン鍵交換（ＥＣＤＨ）アルゴリズムに従って複数の共有された公開鍵を使用することにより前記複数のランダムビットを生成するようにさらに構成される、
請求項１０に記載の送信システム。
前記第１のデバイスは、前記入力鍵を生成し、前記入力鍵を前記第２のデバイスに送信するように構成される、請求項１０に記載の送信システム。
前記第１の絡み合わせストリング生成器は、複数のランダムビットを記憶するように構成された第３の乱数プールを含み、
前記第１の絡み合わせストリング生成器は、前記入力鍵に従って、前記第３の乱数プールに記憶されたランダムビットシーケンスを選択することにより、前記第１の絡み合わせストリングを提供する、
請求項１０に記載の送信システム。