JPH03500117A - 電子的に再定義可能なアルゴリズムを備えた暗号化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電子的に再定義可能なアルゴリズムを備えた暗号化方法および装置 及四目と１１ この発明は一般的にはデジタル暗号装置の分野に向けられており、かつより特定 的にはそれにより暗号アルゴリズムが暗号装置に格納されるアーキテクチャおよ び方法に向けられている。この発明はまた暗号化通信機器の製造後に暗号アルゴ リズムを暗号化装置にロードする結果として保安されていない環境で暗号化通信 機器を製造することができる方法に向けられている。

典型的な暗号化装置においては、秘密のキーがメツセージを暗号化しかつ解読す るなめに暗号アルゴリズムと組合わせて利用されている。該キーは安全性を増強 するために望むだけ頻繁に変えることができる。

特定のキーを用いてメツセージが暗号化されかつ暗号解読されるステラ１からな る暗号アルゴリズムは高いレベルの安全性（５ｅｃｕｒｉｔｙ）を維持するため にしばしば保護される。もし該アルゴリズムが知られると、メツセージとキーの みがその時知られていないことになるから符号化されたメツセージを解読するこ とはより容易になる。従って、最大の安全性を要する応用に対しては、アルゴリ ズムそれ自体が保護されることが重要である。

アルゴリズムが存在する電子回路は通信されるメツセージを傷つけるようなもの でないよう設計されることも重要である。論理ハードウェアに格納されているア ルゴリズムはソフトウェアで格納されているアルゴリズムより「フェイルセーフ 」にすることはより容易である。暗号アルゴリズムを含む論理ハードウェアおよ びそれを含む機器の製造はしばしば厳格にコントロールされる。そのような固定 された暗号化論理を含む通信機器の製造は暗号化を用いない通信機器と比較して かなりの付加的な手順を要求する。これは厳格なコントロールおよび実質的に増 大された製造コストが必要な結果となる。

九肌五亘濃 本発明の目的は、暗号アルゴリズムが電子的に装置の製造の後にかつ暗号化装置 を利用する通信機器の製造の後に入力されることを許容するアーキテクチャを有 する暗号化装置を提供することにある。

この発明の他の目的は、そのような機器の製造の間に保安のコントロール手法を 用いる必要がない暗号化通信機器の製造のための改良された方法を提供すること にある。

ｌ亘旦星星皇ｌ」 第１図は、本発明に係わる暗号化装置の１実施例を示すブロック図である。

第２図は、本発明に係わる暗号化装置を導入した通信機器を示すブロック図であ る。

１星１民朋 第１図は、本発明に従いその製造の後に暗号アルゴリズムが電子的に規定できる 暗号装置の実施例１ｏを示す０点線で左側に示されたシーケンスコントローラ１ ２は出力がバス１６によってマルチプレクサ１８に結合されたプログラムカウン タ１４を含む、マルチプレクサ１８の出力は電子的消去可能、プログラム可能ア レイ論理装置（ＥＥＰＡＬ）２０に結合されている。そのようなＥＥＰＡＬ装置 は商業的に入手可能でありかつ電子的にプログラムして互いに相互接続し入力デ ータに対して動作するプール代数式により決定される出力を生成することができ る数多くの論理ゲートからなる。ここで用いられているように、アレイ論理装置 はマイクロプロセッサを含まない、アレイ論理装置は電子的にプログラム可能で ありかつ好ましくは再プログラムを許容するなめ消去可能であることが重要であ る。装置ｊ２０の出力はラッチ２２によってバッファ２４へかつラッチ２６へ結 合されている。装置２０の出力はまた１０グラムカウンタ１４へのタロツク入力 を提供しこれは該カウンタを周期的に増分しかつ予めプログラムされた数のステ ップを通り移行（ステップ）させる。

シーケンスコントローラ１２の一般的な目的は第１図に示された回路の残りのサ イクリックな動作シーケンスを制御すること、即ち暗号アルゴリズムをステップ バイステップのベースで実施することである０通信ボート２９を備えた共通アド レスバス２８および通信ボート３１を備えたデータバス３０はＥＢＰＡＬ２０、 ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）装置３２、そしてＥＥＰＡＬ３４および３６ に対しデジタル通信経路を確立する。ＲＡＭ３２はマルチプレクサ３８によって アドレスされ、該マルチプレクサ３８は１０グラムカウンタ１４の出力１６また はアドレスバス２８の間で選択する。データはデータバス３０によってＲＡＭ３ ２に入力される。特定アドレスに格納されたデータ情報はＲＡＭ３２からラッチ ４０およびバッファ４２によってデータバス３０に結合される。

ＥＥＰＡＬ３４はそれぞれのバスからのアドレスおよびデータ入力を有している 。ＥＥＰＡＬ３４からの出力はラッチ４４およびバッファ４６によってデータバ ス３０に結合されている。同様にして、ＥＥＰＡＬ３６はアドレスおよびデータ 入力をそれぞれのパスラインから受け取る。その特定のゲート構成によって決定 されるその出力はラッチ４８およびバッファ５０によってデータバス３０に結合 される。その出力はまたラッチ２６に結合されかつラッチ２２の出力を介してラ ッチ２６に通信されるプログラムカウンタの終わりで暗号化デジタル出力５２を 規定する。

暗号化されるべきデジタル情報は入力５４によりバッファ５６に結合され該バッ ファ５６は次に該情報をデータバス３０に結合する。該デジタル情報は１つまた はそれ以上のビットを有するデジタルワードからなる。暗号化装置１０による入 力データの暗号化は実時間のメツセージ７０−を維持するために暗号化されるべ き次の情報の入力の前に達成されなければならないことが理解される。従って、 第１図に示される要素にクロック情報を提供するクロック（図示せず）は入力時 間フレーム内に暗号アルゴリズムにより必要とされる数のステップが完了される ことを許容するために充分なレートのものでなくてはならない。

本発明の重要な見地の１つは暗号アルゴリズムが該アルゴリズムを実行するハー ドウェアの製造の後に規定できる能力である。第１図に示された好ましい実施例 はこの目標を電子的に消去可能な、プログラム可能アレイ論理装置およびランダ ムアクセスメモリの使用により達成する。暗号化装置１０の製造およびその通信 機器への挿入の後に、マイクロプロセッサにより制御されるコンピュータのよう な外部装置がアドレスおよびデータバスポートに結合されかつ各ＥＥＰＡＬの内 部ゲート構成を試験アルゴリズムによってプログラムしかつＲＡＭ３２に格納さ れる初期試験データを規定するなめに利用される。試験が完了した後、通信機器 は試験プログラムを依然として暗号化装置内に有したまま顧客に届けられ、それ により完成したユニットが保安手段を使用することなく取り扱いできるようにな る。顧客は次に暗号化装置に同様の外部コンピュータを用いることにより暗号ア ルゴリズムをロードする。

暗号アルゴリズムは試験アルゴリズムに基づき決定できないから、実際の暗号ア ルゴリズムが外部的にプログラムされる前にそのような機器の厳格な保安コント ロールをする必要はない、このことは暗号化ハードウェアと共に該ノ１−ドウエ アを含む機器を厳格な保安コントロール環境なく製造することを許容する。

暗号装置１０の動作をより良く理解するため、次に例示的な説明を行なう、ＥＥ ＰＡＬを規定しかつ初期データをＲＡＭにロードするためにプログラムされてい る外部コンピュータがアドレスおよび・データバスに結合される。ＥＥＰＡＬは 各々特定のプール代数機能を達成するため順次的にプログラムされる。キーおよ び初期データはＲＡＭ３２に格納される。該装置は今や、それが所望の暗号アル ゴリズムを含んでいるから、入力５４における入りデータを処理する用意ができ ている。

最初の入力データバイトまたはワードはＲＡＭ３２に格納される。ＲＡＭ３２に 格納されたキーおよび入力データは入力データとしてＥＥＰＡＬ３４に転送され 、該ＥＥＰＡＬ３４はそのようなデータに作用して結果として得られる出力デー タＲ１を生成する。この結果として得られたデータＲ１はＲＡＭ３２に格納され る。初期データおよび前記結果として得られたデータＲ１はＲＡＭ３２からＥＥ ＰＡＬ３６に転送され、ＥＥＰＡＬ３６はこれらの入力に対して出力データＦを 生成するよう作用する。この出力データＦはＲＡＭ３２に格納されかつ初期デー タの代りに置換えられ、それによりそれが暗号化されるべき次の入力データに対 するものに代って使用される。同時に、データＦがラッチ２６に転送されかつラ イン５２において暗号化出力データとしてクロック出力される０反復的な処理が 各々の新しい入力データバイトに対して行なわれ対応する出力暗号化データを生 成する。

上記の例は可能な暗号化の応用を示す、ＲＡＭ３２が利用できるから、中間的生 成物が格納できかつ使用される数学的関数の複雑性に応じて種々の方法でその後 の計算のために後に使用できることが明らかであろう、必要とされる保安のレベ ル、要求される繰り返しの数、そして処理された暗号化が生じなければならない 速度に応じて、より多くあるいはより少ないＥＥＰＡＬを用いることができる。

本発明の他の利点はシフトレジスタのような交番的格納装置の代りにＲＡＭ３２ を使用することにある。ＲＡＭはプログラム可能なレジスタとして機能すること ができ、それにより何らかのプロセスの間に格納することができるバイト数をＲ ＡＭの制限容旦内で変えることが許容される。

これはそのような装置に保安の程度を追加するがそれは使用されている計算のバ イト数また長さを決定することの困難性を増大するからである。

本発明に係わる暗号化装置はまた同様の暗号化技術を達成するために汎用のマイ クロプロセッサまたはより特別のデジタル信号プロセッサの使用と対照すること ができる。

そのような代替物を用いることはできるが、マイクロプロセッサの比較的複雑な 内部構造はそのような代替物を「フェイルセーフ」のために設計することを困誼 にする。即ち、利用されるアルゴリズムを妥協することなくメツセージの安全性 を保護する許容できる様式でないということである。

本発明に係わるより直接的な機能装置が故障の際により容易に保護されかつ診断 できる。

第２図は、本発明に係わる暗号化装置１０を導入した２方向無線機からなる通信 機器を示す、アンテナ６０が音声合し、該フィルタ６２は受信信号をミキサ６４ に結合する。

発振器６６からミキサ６４への他の信号が混合されて結果的に中間周波出力６８ が生成される。６８および復調器７０の間の伝統的な受信機回路は図示されてい な％１．該復調器は出力をマルチプレクサ７２に提供し、該マルチプレクサ７２ は受信された暗号化信号をデジタル入力５４として暗号化装置１０に導く、該装 置１０からの暗号解読された出力５２はマルチプレクサ７４によりデジタル−ア ナログコンバータ７６に結合される。コンバータ７６からのアナログ出力はオー ディオ増幅器７８により増幅されその後スピーカ８０に結合される。

受信された信号は対応する暗号アルゴリズムおよびキーを利用する遠隔の無Ｗ＆ 機における対応する暗号化装置１０によって暗号化されているであろう、この例 においては、回復されたデータは装置１０により暗号解読されかつアナログ信号 に変換されて聴取者に明瞭なテキスト音声メツセージを提供する。

暗号化されたメツセージを送信するためには、音声信号がマイクロホン８２によ ってオーディオ増幅器８４に結合され、該オーディオ増幅器８４の出力はアナロ グ−デジタルコンバータ８６によりデジタル信号に変換される。このコンバータ の出力はマルチプレクサ７２により暗号化装置１０に結合され、該暗号化装置１ ０は入力データを暗号化しかつマルチプレクサ７４によって送信機の変調器８８ に結合される出力５２を提供する。変調器８８および電力増幅器９０の間に通常 見られる伝統的な送信６１段は図示されていない、増幅器９０からの増幅された 信号はフィルタ６２を通りアンテナ６０に結合され、そこで該信号は同様の暗号 化装置１０を有する対応する受信機に送信される。

先に説明したように、そのような無線機の製造はもし暗号化装置１０が無線機の 製造中に暗号アルゴリズムを含んでおれば保安および処理報告（ａｃｃｏｕｎｔ 　ｉｎΩ）手順を必要とするであろう０本発明は暗号アルゴリズムを後の時間に ロードすることを許容するから、暗号化装置１０を含む無線機は厳格に保安され た状況にない工場環境で製造することができる。

第２図において無線送受信機が暗号化装置を導入したものとして示されたが、モ デムおよび保安電話のような、音声またはデータを伝達するよう設計される他の 通信機器も同様に本発明に係わる暗号化装置を用いることができることは明らか であろう。

本発明の１実施例がここに示されかつ説明されたが、本補正書の写しく翻訳文） 提出書く特許法第１８４条の８）平成２年７月３０日

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．デジタルワードを暗号化しかつ解読するための暗号装置であって、該装置は 、 暗号アルゴリズムを電子的に格納するための手段であって、該格納手段は前記ア ルゴリズムの一部を含む少なくとも１つの電気的にプログラム可能なアレイ論理 装置および該論理装置に結合され前記アルゴリズムによって発生されるデジタル データを格納するための少なくとも１つのランダムアクセスメモリ装置を有する もの、そして前記論理装置およびメモリ装置に結合され前記デジタルワードの各 々に対する前記アルゴリズムの実行を制御し、それにより暗号化されたデジタル ワードを解読しかつ暗号化されていないデジタルワードを暗号化するもの、を具 備する暗号装置。
2. ２．前記論理装置は消去可能である請求の範囲第１項に記載の暗号装置。
3. ３．前記論理装置は電気的に消去可能である請求の範囲第２項に記載の暗号装置 。
4. ４．前記制御手段は他の電気的にプログラム可能なアレイ論理装置を具備する請 求の範囲第１項に記載の暗号装置。
5. ５．さらに、前記アレイ論理装置、メモリ装置および前記制御手段に結合された 共通のデジタルアドレスおよびデータバスを具備し、該アドレスおよびデータバ スは各々前記アレイ論理装置、メモリ装置、および制御手段が外部プログラム装 置によってプログラムされて暗号アルゴリズムを実行することを許容する通信ポ ートを有する請求の範囲第１項に記載の暗号装置。
6. ６．さらに、前記１つのアレイ論理装置、他のアレイ論理装置、メモリ装置およ び前記制御手段に結合された共通のデジタルアドレスおよびデータバスを具備し 、前記アドレスおよびデータバスは各々前記１つの論理装置、他の論理装置、メ モリ装置、および制御手段が外部プログラム装置によってプログラムされて暗号 アルゴリズムを実行することを許容する通信ポートを有する請求の範囲第４項に 記載の暗号装置。
7. ７．前記制御手段はマイクロプロセッサを含まない請求の範囲第１項に記載の暗 号装置。
8. ８．受信された暗号化信号を復調して入り暗号化デジタルワードを提供するため の手段、 出暗号化デジタルワードに対応する変調された信号を発生するための手段、 前記入り暗号化デジタルワードを解読しかつ前記出暗号化デジタルワードを非暗 号化デジタルワードから発生するための暗号手段、 を具備し、前記暗号手段は、 暗号アルゴリズムを電子的に格納するための手段であって、該格納手段は前記ア ルゴリズムの一部を含む少なくとも１つの電気的にプログラム可能なアレイ論理 装置およびび前記論理装置に結合され前記アルゴリズムによって発生されるデジ タルデータを格納するための少なくとも１つのランダムアクセスメモリ装置を有 するもの、そして前記論理装置およびメモリ装置に結合され前記入り暗号化デジ タルワードを解読しかつ非暗号化デジタルワードに基づき前記出暗号化デジタル ワードを発生するための前記アルゴリズムの実行を制御するための手段、を具備 する２方向通信装置。
9. ９．前記論理装置は消去可能である請求の範囲第８項に記載の通信装置。
10. １０．前記論理装置は電気的に消去可能である請求の範囲第９項に記載の通信装 置。
11. １１．前記制御手段は他の電気的にプログラム可能なアレイ論理装置を具備する 請求の範囲第８項に記載の通信装置。
12. １２．さらに、前記アレイ論理装置、メモリ装置および前記制御手段に結合され た共通のデジタルアドレスおよびデータバスを具備し、該アドレスおよびデータ バスは各々前記アレイ論理装置、メモリ装置、および制御手段が外部プログラム 装置によってプログラムされて暗号アルゴリズムを実行することを許容する通信 ポートを有する請求の範囲第８項に記載の通信装置。
13. １３．さらに、前記１つのアレイ論理装置、他のアレイ論理装置、メモリ装置お よび前記制御手段に結合された共通のデジタルアドレスおよびデータバスを具備 し、前記アドレスおよびデータバスは各々前記１つのアレイ論理装置、他のアレ イ論理装置、メモリ装置、および制御手段が外部プログラム装置によってプログ ラムされて暗号アルゴリズムを実行することを許容する通信ポートを有する請求 の範囲第１１項に記載の通信装置。
14. １４．前記制御手段はマイクロプロセッサを含まない請求の範囲第８項に記載の 通信装置。
15. １５．前記装置は前記暗号化信号を受信する受信機およびおよび前記変調された 信号を送信する送信機を含む２方向ワイヤレス無線送受信機を具備する請求の範 囲第８項に記載の通信装置。
16. １６．暗号装置を含む通信装置を製造するための方法であって、 前記暗号装置を前記通信装置に導入する段階であって、前記暗号装置は導入の時 には使用されるべき暗号アルゴリズムを含まないもの、 前記暗号装置に該装置が試験されることを許容する試験アルゴリズムをロードす る段階、 前記通信装置および暗号装置を適正な動作のために試験する段階、そして 前記導入および試験に続き、前記試験アルゴリズムを消去しかつ前記暗号装置内 の論理ゲートの相互接続を電子的に再規定し使用されるべき暗号アルゴリズムの 部分を形成するブール代数機能を達成する段階、 を具備し、それにより前記通信装置および暗号装置が前記ブール代数機能の規定 に先立ち暗号アルゴリズムの安全性を実質的に害することのない通信装置の製造 方法。
17. １７．前記消去段階は電子的に前記試験アルゴリズムを消去する段階を備えた請 求の範囲第１６項に記載の方法。
18. １８．さらに、消去可能な、プログラム可能アレイ論理装置を電子的にプログラ ムして前記プール代数機能を含ませる段階を備えた請求の範囲第１６項に記載の 方法。
19. １９．さらに、前記暗号アルゴリズムを前記暗号装置内に含まれる共通のデジタ ルアドレスおよびデータバスにより前記暗号装置にロードする段階を具備し、前 記ブール代数機能は前記暗号装置内の前記バスに結合された消去可能、プログラ ム可能アレイ論理装置に電子的に規定される請求の範囲第１６項に記載の方法。