JPH0473790A

JPH0473790A - 暗号化方法及び暗号化装置

Info

Publication number: JPH0473790A
Application number: JP2186850A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sakai; 義久界; Takashi Kurokawa; 隆志黒川; Seiji Fukushima; 誠治福島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1992-03-09

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、画像のような大容量の配列データを、高速に
暗号化及び復号化できるようにした暗号化方法及び暗号
化装置に関する。

〔従来技術〕

従来の電気計算機の技術において、大容量の配列のデジ
タルデータの暗号化は、１データづつ或いは数データづ
つその発生確立等を考慮して符号化することによって行
なわれている。

この方法において、配列の処理は、処理を施されるデー
タ数の回数だけ繰り返されることによってなされる。具
体的には、メモリ内の暗号化されるデータは、プロセッ
サからアクセスされると、データバスを経由して読み出
される。このデータは、プロセッサ内で暗号化のプログ
ラムに従って処理された後、再度データバスを経由して
メモリ内に書き込まれる。この処理を何回も繰り返して
演算を行なって暗号化を行なっている。

また、暗号化された配列データの復号化についても同様
の処理を繰り返して演算を行ない、元の配列データを復
元している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記従来の技術における暗号化装置には
、以下のような問題点があった。

■、大容量のデータの暗号化を行なうとき、処理される
データを記憶装置から取り込み、暗号化処理後、記憶装
置に書き込む処理を時系列に行なうので、配列のデータ
数が増加すると、処理に必要な時間はデータ数に比例し
て長くなる。

■、大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）のプロセッサ、或
いはＬＳＩのプロセッサ内のレジスタを複数配置するこ
とによって高速化が図られているが、配線等の実装上の
問題により、従来の電子回路の技術ではその数の限界は
低い。

■、ＬＳＩのプロセッサと記憶装置は、双方向の通信を
行なうデータバスで接続されているため、ＬＳＩのプロ
セッサと記憶装置の時間的な利用率が低く、処理の効率
が悪い。

本発明の目的は、画像のような配列データを並列に処理
し、大容量のデータの暗号化及び復号化を高速に実行す
ることが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
うゎ〔課題を解決するための手段〕前記問題を解決するため、本発明では、原配列データに
予め定められた鍵配列データと排他的論理和の演算を行
ない、それによって得られた結果を暗号配列データとし
、復号化は暗号配列データに前記予め定められた鍵配列
データと排他的論理和の演算を行ない前記原列配データ
を再生するようにしたことを最も主要な特徴とする。

また、その装置の構成は、第１の制御部からの信号に応
じ第１の配列データに対応して、直線偏光の読み出し光
の偏光状態を変化させて出力する第１の空間光変調器と
、前記第１の空間変調器の出力光を第２の読み出し光と
して入射させ、第２の制御部からの信号に応じ第２の配
列データに対応して偏光状態を変化させて出力する第２
の空間光変調器と、前記第１の配列データに原配列デー
タを、前記第２の配列データに前記鍵配列データを入力
させ、暗号配列データが得られるようにした暗号化部と
、前記第１の配列データに前記暗号配列データを、前記
第２の配列データに鍵配列データを入力させ、前記原配
列データが得られるようにした復号化部とを有すること
を特徴とする。

〔作　用〕

前述した手段によれば、原配列データに予め定められた
鍵配列データと排他的論理和の演算を行ない、それによ
って得られた結果を暗号配列データとし、復号化は暗号
配列データに前記予め定められた鍵配列データと排他的
論理和の演算を行ない前記原列配データを再生するよう
にしたので、画像のような配列データを並列に処理し、
大容量のデータの暗号化及び復号化を高速に実行するこ
とができる。また、画像処理システムや計算機などに組
み込むことができ、伝送データや記憶データ等の高速な
暗号化及び復号化が実行できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明する
。

第１図は、本発明の暗号化方法の動作原理を説明するた
めの説明図である。

本実施例の暗号化方法は、第１図に示すように、原配列
データ１１と鍵配列データ１２の排他的論理和を求め、
それを暗号化配列データ１３とするものである。暗号化
された配列データ１３を復号化する際は、再び鍵配列デ
ータ１２との排他的論理和を求める操作を行なうことに
より原配列データ１１が再生されるものである。

［実施例１コ次に、本発明の実施例１の暗号化方法を実施する装置の
概略構成を第２図に示す。

本実施例１の装置は、原配列データと鍵配列データの入
力に記憶機能のない電気入力型空間光変調器を使用した
例である。

第２図において、２］は暗号化部、２２はこの暗号化部
２１に対し読み出し用の直線偏光の平行ビームを出射す
る読み出し光源部、２３は暗号化配列データの出力部、
２４は原配列データを入力するためのフレームメモリ、
２５は例えばテレビカメラやビデオテープレコーダなど
画像信号等の入力信号、２６は鍵配列データを入力する
ためのフレームメモリである。

以上の構成系で暗号化を実行することが可能であり、暗
号化された配列データの復号化は、同一の装置構成で実
現できる。

前記暗号化部２１は、それぞれ液晶パネルからなる電気
入力型空間光変調器２１１，２１．２と、垂直または水
平偏光だけを選択するための偏光子２１３等で構成され
る。そして、前記電気入力型空間光変調器（液晶パネル
）２１１，２１．２は、液晶パネル面の同一位置の画素
が光学的に一致するように対向して配置されている。

読み出し光源部２２は１発光ダイオード等で構成した光
源２２１と、この光源２２１から出射された光を平行光
にコリメートするレンズ２２２゜２２３と、その平行光
を直線偏光にするために水平または垂直偏光の方向に配
置した偏光子２２４などで構成する。読み出し光源部２
２は、直線偏波された前記平行光が暗号化部２１の液晶
パネル２１１の入力側に入射され、液晶パネル２１２へ
進行するように配置する。

出力部２３は、暗号化部２１の出力信号を結像させる光
学系を形成するレンズ２３１と、その結合面に配置した
ＣＣＤセンサなどを使用するアレイセンサ２３２などで
構成される。

次に、本実施例１の暗号化装置の動作を第２図に従って
説明する。

第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施例１
の暗号化装置の動作を説明するための説明図であり、偏
光子２２４から暗号化部２１の液晶パネル２１１，２１
２と偏光子２１３までの部分の１画素分を示している。

第３図（ａ）は、入力画素として（暗、暗）の組合せの
例であり、この場合、偏光子２２４を透過した水平偏波
光は、暗信号ＩＩ　ＯＩＩが入力さ九た液晶パネル２１
１で垂直偏光波となり、更に同様に暗信号１１０　ＩＩ
が入力された液晶パネル２１２で水平偏波光となる。こ
の結果、垂直偏波方向に配置された偏光子２１３を通過
することができず、出力は暗ｒｒ　Ｏｕとなる。

第３図（ｂ）は、（暗、明）の組合せの例であり、この
場合、液晶パネル２１１までの動作は（暗、暗）の例と
同様であるが、液晶パネル２１２には明信号ｔｔ　］、
　ｔｒが入力されているので、読み出し光は、液晶パネ
ル２１２では偏波面が変化せず、垂直偏波が保持される
。すなわち、この読み出し光は、垂直偏光子２１３を通
過し、出力は明ＩＩ　Ｉ　ＩＩとなる。

以下、同様にして第３図（ｃ）は、（明、暗）の入力例
で、出力は明１１１　＋１となり、第３図（ｄ）はく明
、明）の入力例で出力は暗となる。すなわち、液晶パネ
ル２１１，２１２に対する２人力のうち、明＋１１１＋
入力が全くない場合には、出力は暗ｕ　Ｏ＋＋となり、
１つの入力のみが明“１″のときには、出力は明ＩＩ　
］−ｕとなり、２つの入力ともに明ＩＩ　Ｉ　＋＋のと
きには出力が暗ｒｔ　Ｏｎとなる。つまり、この入出力
関係は、排他的論理和に相当する。

本実施例１のように、２枚の液晶パネル２１１．２１２
のうち１枚に原配列データを入力し、他の１枚に鍵配列
データを入力するとき、その出力は鍵配列データがＩＩ
　Ｉ　＋＋の部分だけ原配列データが反転した暗号配列
データが得られる。

更に、復号化は、２枚の液晶パネル２１１．２１２のう
ち１枚に暗号配列データを入力し、他の１枚に鍵配列デ
ータを入力すると、その出力は、鍵配列データが１１１
　＋＋の部分だけ暗号配列データを反転させ、元の原配
列データを再生することができる。このとき、誤った鍵
配列データを入力した場合は、元の原配列データとは異
なった配列データとなる。

以上の効果を数式で示すと、原配列データをＡ、鍵配列
データをＫ、排他的論理和を■で表すと、一般に、Ａ■
Ａ＝Ｏ，Ａ■○＝Ａ　（０は０行列）となり、更に結合
側を使うと、（Ａ■Ｋ）■に＝Ａ■（Ｋ■Ｋ）＝Ａ■○ ＝Ａとなり、排他的論理和の演算を２回施すことにより、原
配列データが再生されることがわかる。

前述したように、本実施例１では、画像の暗号化の処理
を光演算により全画素について同時に行なうので、従来
のデジタル信号処理用プロセッサのような逐次処理に起
因する演算処理の制限がなくなり、情報量の多い高精細
な画像に対して高速に暗号化を行なうことが可能である
。

なお、前記では空間光変調器に記憶機能のない電気書き
込み空間光変調器を用いた例を挙げたが、記憶機能を有
する強誘電性液晶パネルを用いても同様の効果が得られ
る。

［実施例２コ前記実施例１では、鍵配列データとして１画面のみを使
った例を示したが、鍵配列データを複数画面＄備してお
き、その複数画面を用い前記実施例１で示した暗号化装
置により暗号化し、その暗号化出力画像データを入力画
像にして再び戻すことによって、暗号化を重ねることが
できる。復号化は、実施例１の暗号化装置を用いて、同
様に複数枚の俳画像で同様の処理を繰り返すことによっ
て行なうことができる。前記実施例１と同様にこれを数
式で示すと、鍵配列データをＡ、第１の鍵配列データを
Ｋ、第２の鍵配列データをＬとすると、（（Ａ■Ｋ）ＯＬ）ＯＬ）■に＝（（Ａ（ｐ＞■（Ｉ＠
Ｌ）　）■に＝（（八３Ｋ）■Ｏ）■に＝（（Ａ■Ｋ）■Ｋ）＝Ａとなり、原配列データが再生されることがわかる。

第４図は、本発明の実施例２暗号化方法の動作を説明す
るための説明図である。

原画像Ａに第１の俳画像Ｋ、第２の俳画像りをこの順番
で排他的論理和の演算を施すことにより、暗号化を行な
う、復号化のときは、暗号画像に、第２の俳画像し、第
１の俳画像Ｋをこの［１番で排他的論理和の演算を施す
ことにより、原画像を得ることができる。

装置構成は第２図で示したものを用い、アレイセンサ２
３２の出力をフレームメモリに戻すことにより、また、
その動作に同期して、フレームメモリ２６の俳画像デー
タを逐次変えることにより。

実現される。ここでは、俳画像が２枚の場合を示したが
、３枚以上の俳画像を使った場合も同様の効果が得られ
ることは言うまでもない。

［実施例３］前記実施例１，２では、復号化の時、暗号化の時と全く
同じ鍵配列データを用いているが、暗号配列データの一
部分だけ、復号化することも、本発明の暗号化装置を用
いれば容易に行なうことが可能である。

第５図は、本発明の実施例３の暗号化方法の動作を説明
するための説明図である。

原画像Ａに俳画像にで暗号化した暗号画像Ｓを復号化す
る際に、鍵画像として、復号化したくない部分は暗１１
０　＋＋とした鍵画像に１を用いることによって必要な
ところだけ、復号化することができる。

［実施例４コ本実施例４は、原配列データと鍵配列データの入力に光
入力型空間光変調器を使用した例である。

本実施例４の実施装置の概略構成を第６図に示す。第６
図において、６１．６２は光入力型空間光変調器、６３
は読み出し用可視半導体レーザ、６４はレーザ光を伝搬
し空間的なフィルタとしての役割を果たす単一モード光
ファイバ、６５はレーザ光を平行光にするためのレンズ
、６６．６７はビームスプリッタ、６８．６９は画像入
力用レンズ、６１０は出力画像用レンズ、６１４はＣＣ
Ｄセンサ等を用いたアレイセンサ、６１５，６１６は偏
光子である。

次に５本実施例４の暗号化装置の動作を第６図に従って
説明する。

光ファイバ６４を通してレーザ光を取り出すことができ
る半導体レーザ６３より出射した光は、コリメートレン
ズ６５で平行光にされ、偏光子６１５を通って水平偏波
光となり、更に、ビームスプリッタ６６を通って空間光
変調器６１に入射される。このとき、空間光変調器６］
−の反射光は、第１の入力画像６１１に応じて暗ｉｔ　
Ｏ＋＋の部分だけ偏光方向が変化し垂直偏光となり、明
ＨＩ　＋＋の部分はそのまま反射し、ビームスプリッタ
６７を通って、今度は空間光変調器６２に入射する。更
に、空間光変調器６２からの反射光は、第２の入力画像
６１２に応じて暗１１０　ＩＩの部分だけ偏光方向が変
化し水平偏光となり、偏光子６１６で垂直偏光だけを選
択すると、前記第１の実施例と同様の動作原理で出力画
像６１３が得られる。

この構成系で、第１の入力画像６１１として、原配列デ
ータを、第２の入力画像６１２として鍵配列データを入
力すると、前記実施例１と同様の動作原理で、出力画像
として暗号配列データが得られる。また、第１の入力画
像６１１として、暗号配列データを、第２の入力画像６
１２として鍵配列データを入力すると、出力画像として
原配列データが復元される。

例えば、光源６３として波長６７０ｎｍの半導体レーザ
（光出力１０ｍＷ）、光ファイバ６４として、コア径４
μｍのシングルモードファイバ、空間光変調器６１．６
２としてアモルファスシリコンを使った光伝導層と、強
誘電性液晶を液晶層に使った光入力型空間光変調器を使
って、１秒間に１００億画素の暗号化及び復号化を行な
うことができた。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

例えば、前記実施例１乃至４では、２台の空間変調器が
光入力型のものを用いた例を示したが、本発明は、前記
実施例１で示した電気入力型空間光変調器と組合せて構
成しても、同様の効果が得られることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、画像のような
配列データを並列に処理し、大容量のデータの暗号化及
び復号化を高速に実行することができる。

また、本発明は、画像処理システムや計算機などに組み
込むことができ、伝送データや記憶データ等の高速な暗
号化及び復号化を実行できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の暗号化方法の動作原理を説明するた
めの説明図、第２図は、本発明の実施例１の暗号化装置の概略構成を
示すブロック図、第３図は、第２図の暗号化装置の動作を説明するための
説明図、第４図は、本発明の実施例２の暗号化方法の動作を説明
するための説明図、第５図は、本発明の実施例３の暗号化方法の動作を説明
するための説明図、第６図は、本発明の実施例４の暗号化装置の概略構成を
示すブロック図である。図中、１１・・・原配列データ、１２・・・鍵配列デー
タ、１３・・暗号配列データ、２１・暗号化部、２１．
１，２１２・・・電気入力型空間光変調器、２１３゜２
２４．６］、５，６１６・偏光子、２２・・・読み出し
光源部、２２１・・・光源、２２２，２２３，２３１．
６５．６８，６９，６１０・・・レンズ、２３２゜６１
４・・アレイセンサ、２４．．２６・・・フレームメモ
リ、２５・・・入力信号、６１．６２・・・光入力型空
間光変調器、６３・・・レーザ、６４・・・光ファイバ
、６６．６７・・・ビームスプリッタ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原配列データに予め定められた鍵配列データと排
他的論理和の演算を行ない、それによって得られた結果
を暗号配列データとし、復号化は暗号配列データに前記
予め定められた鍵配列データと排他的論理和の演算を行
なうことにより前記原配列データを再生することを特徴
とする暗号化方法。
（２）第１の制御部からの信号に応じ、第１の配列デー
タに対応して直線偏光の読み出し光の偏光状態を変化さ
せて出力する第１の空間光変調器と、該第１の空間光変
調器の出力光を第２の読み出し光として入射させ、第２
の制御部からの信号に応じ第２の配列データに対応して
偏光状態を変化させて出力する第２の空間光変調器と、
前記第１の配列データに原配列データを、前記第２の配
列データに鍵配列データを入力させ、暗号配列データが
得られるようにした暗号化部と、前記第１の配列データ
に前記暗号配列データを、前記第２の配列データに前記
鍵配列データを入力させ、前記原配列データが得られる
ようにした復号化部とを具備し、請求項１に記載の暗号
化方法を実現できることを特徴とする暗号化装置。
（３）前記請求項２に記載の暗号化装置において、第１
から第２までの１つ以上の空間光変調器が電気入力型で
あり、配列データが電気信号の形で入力されることを特
徴とする暗号化装置。
（４）前記請求項２に記載の暗号化装置において、第１
から第２までの１つ以上の空間光変調器が光入力型であ
り、配列データが画像信号の形で入力されることを特徴
とする暗号化装置。
（５）前記請求項２乃至請求項４の各項に記載の暗号化
装置において、第１から第２までの１つ以上の空間光変
調器が強誘電性液晶を用いた構造のものであることを特
徴とする暗号化装置。
（６）前記請求項１乃至請求項５の各項に記載の暗号化
方法又は暗号化装置において、前記暗号配列データを１
回以上入力配列データとして前記暗号化方法又は暗号化
装置で暗号化を繰り返し、複号化も同様の処理を複数回
繰り返すことを特徴とする暗号化方法又は暗号化装置。