JPH06232861A - 暗号キー管理装置およびその方法 - Google Patents

暗号キー管理装置およびその方法

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JPH06232861A
JPH06232861A JP5340926A JP34092693A JPH06232861A JP H06232861 A JPH06232861 A JP H06232861A JP 5340926 A JP5340926 A JP 5340926A JP 34092693 A JP34092693 A JP 34092693A JP H06232861 A JPH06232861 A JP H06232861A
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JP
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terminal
key
message
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confidential
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JP5340926A
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George M Barney
ジョージ・マイケル・バーニー
Douglas A Hardy
ダグラス・アレン・ハーディー
Craig R Balogh
クレイグ・ロバート・バロウ
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Motorola Inc
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0838—Key agreement, i.e. key establishment technique in which a shared key is derived by parties as a function of information contributed by, or associated with, each of these
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/12—Transmitting and receiving encryption devices synchronised or initially set up in a particular manner

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 第１端末（１０３，３８０）と第２端末（１
０９，３９０）との間で機密通信リンクを確立する方法
を提供する。 【構成】 この方法は、第１メッセージを交信する段階
（２１０）を含む。第１メッセージは、端末内で利用可
能な暗号装置および通信モードを記述する情報と、ユー
ザ認証情報とを含む。またこの方法は、少なくとも一方
の端末（１０３，１０９）において、共通のキー生成お
よび暗号アルゴリズムを選択する段階（２１９，２２
１，２２２，２２４）を含む。さらにこの方法は、トラ
ヒック・キーを生成するデータを与える第２メッセージ
を交信する段階（２３０）と、機密通信を同期する第３
メッセージを交信する段階（２５０）と、機密通信を開
始する段階（２７０）とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機密通信のためのトラ
ヒック・キーを交信する改善された装置および方法に関
し、さらに詳しくは、遅いデータ・レートを採用し、か
つ／または高速通信の必要を有するユーザ装置間の機密
通信に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】特定
の情報交換について固有のトラヒック・キーを必要とす
る多くの暗号装置では、キーの配布およびその管理は重
要である。
【０００３】低いデータ・レートを採用する暗号システ
ムでは、少ないビット数またはできるだけ少ないビット
を用いてコールごとにトラヒック変数を高速に確立し、
かつ／または転送する方法がない。
【０００４】共通のソース（例えば、コントローラまた
はキー配布センタ）からパスワードを配布する方法につ
いては、例えば、米国特許第４，５７８，５３１号"Enc
ryuption System Key Distribution Method and Appara
tus" by J. Everhard and J.Osborn または米国特許第
４，８８８，８０１号"Hierarchical Key ManagementSy
stem" by R. Foster, R. Pfeifer and T. Mihm におい
て説明されている。認証(authenticated) トラヒック・
キーを確立する際に交信されるメッセージの数およびそ
の長さが理由で、これらの方法は低データ・レートのシ
ステムにはあまり適していない。
【０００５】上記の特許は、本明細書に参考として含ま
れる。
【０００６】低ビット・レート機密通信システム用に認
証トラヒック・キーを高速に確立する方法および装置が
必要とされている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従って、機密通信装置と
別の機密通信装置との間の機密通信のための新規の改善
された機密通信装置が提供され、この機密通信装置は、
異なる暗号モードおよび通信モードを与える暗号化装置
と、第１機能メッセージを他方の機密通信装置に送信
し、第２機能メッセージを他方の機密通信装置から受信
する装置であって、第１および第２機能メッセージは、
機密通信装置および他方の機密通信装置に常駐する異な
る暗号モードおよび通信モードを識別する所定のデータ
・フィールドを有する装置と、第１および第２機能メッ
セージを比較して、保存された所定のプロとコールに基
づいて整合性のある暗号モードと整合性のある通信モー
ドとを識別し選択するプロセッサとによって構成され
る。
【０００８】好適な実施例では、この装置は、第１端末
と第２端末との間で機密通信を行なう装置であって、異
なる暗号アルゴリズムを用いる複数の異なる暗号装置を
含む装置と、前記異なる暗号装置に結合されるメッセー
ジ送信機と、前記異なる暗号装置に結合されるメッセー
ジ受信機と、前記異なる暗号装置，送信機および受信機
に結合されるコントローラとによって構成される。コン
トローラ，送信機および受信機は、（ｉ）第１メッセー
ジを第２端末に送信する。この第１メッセージは、第１
端末で利用可能な暗号アルゴリズムおよび通信モードを
示す情報を含み、端末認証情報を記述する。第２メッセ
ージは（ｉｉ）第２端末に送信され、この第２端末はト
ラヒック・キーを生成するデータを与え、（ｉｉｉ）こ
のトラヒック・キーを用いて第２端末と機密通信が開始
される。
【０００９】本発明は機密通信用装置を提供し、送信す
べき入力データを暗号化し、かつ受信データを解読して
解読出力データを与える複数の異なるデータ暗号装置に
よって構成される。これら複数の異なるデータ暗号装置
の一部は、異なる長さのトラヒック・キーを必要とす
る。本装置は、複数の異なるデータ暗号装置に結合され
たトランシーバからなる。このトランシーバは、別の機
密通信装置と暗号化データを交信する。また本装置は、
トランシーバと複数の異なるデータ暗号装置とに結合さ
れたコントローラも含む。コントローラは、所定の優先
階層(preferencehierarchy)に基づいて第１群の異なる
データ暗号装置を選択する。この第１群の異なるデータ
暗号装置は、別の機密通信装置とメッセージを交信する
ことによってトラヒック・キーを生成する。コントロー
ラは、このトラヒック・キーを用いて別の機密通信装置
と暗号化データを交信するため第２群の異なるデータ暗
号装置を選択する。
【００１０】本発明は、端末間で機密通信リンクを確立
する方法を提供し、各端末はデータ用認証パッケージ(A
uthentication Package for Data) を交信する段階を含
む手順に従う。このデータ用認証パッケージは、暗号／
解読機能，認定ユーザ認証(certified user authentica
tion) データおよび認定ユーザ・パブリック・キーの記
述を含む情報を与える。この方法は、第１乱数を含む第
１ランダム成分メッセージ(Random Component Message)
を送信する段階と、第２乱数を含む第２ランダム成分メ
ッセージを受信する段階と、第１および第２乱数からト
ラヒック・キーを生成する段階と、暗号同期(Cryptogrp
ahic Synchronization) メッセージを交換する段階と、
機密情報交換を開始する段階とを含む。
【００１１】さらに本発明は、第１端末と第２端末との
間で機密通信リンクを確立する方法を提供する。これら
の端末は、端末内で利用可能な暗号装置および通信モー
ドを記述する情報とユーザ認証情報とを含む第１メッセ
ージを交信する段階と、少なくとも一つの端末におい
て、共通のキー生成／暗号方法を選択する段階とを含む
手順に従う。この方法はさらに、トラヒック・キーを生
成するためのデータを与える第２メッセージを交換する
段階と、機密通信を同期するための第３メッセージを交
換する段階と、機密通信を開始する段階とを含む。
【００１２】本方法の第１の交信する段階は、機密情報
交換方法の自動プログラム済み階層によって共通暗号ア
ルゴリズムを選択する段階を含むことが望ましいが、必
ずしもそうでなくてもよい。
【００１３】本方法の第２の交信する段階は、第１端末
において第１乱数を生成し、第２端末において第２乱数
を生成し、乱数を交換し、第１および第２乱数から第３
乱数を生成して、各端末においてトラヒック・キーを与
えることをさらに含むことが望ましいが、必ずしもそう
でなくてもよい。
【００１４】図面と共に以下の詳細な説明および特許請
求の範囲を参照することによって、本発明についてさら
に理解を深めることができよう。ただし、図面を通して
同様な参照番号は同様な項目を表すものとする。
【００１５】
【実施例】本明細書では、「暗号(encryption)」，「暗
号化(enciphering) 」，「符号化(encoding)」という用
語は、平常テキスト(plain-text)メッセージを機密メッ
セージ(secure message)に変換することを意味し、「解
読(decryption)」，「解読化(deciphering) 」および
「復号(decoding)」とはこの処理の反対を表す。
【００１６】図１は機密通信システム１００を表し、デ
ータ通信ネットワーク１２０と、データ・リンク１０７
と、例えば機密電話装置である機密通信端末１０３，１
０９とからなる。
【００１７】一例では、このようなシステムは一方の機
密通信端末１０３，１０９において音声データをデジタ
ル化／保存／転送することによって動作することができ
る。機密通信端末１０３，１０９は、例えば機密電話装
置でもよく、またデータ通信ネットワーク１２０は、例
えば電話システムでもよい。
【００１８】本明細書では、「電話装置(telephone) 」
または「通信端末(communication terminal)」という用
語は情報を送信する任意の装置を含み、この情報には音
声情報，ファクシミリ，メッセージ，ビデオ，コンピュ
ータ・データ，グラフィック・データおよび／またはそ
の組み合わせが含まれるがそれに限定されず、また「音
声(voice) 」または「データ(data)」または「音声デー
タ(voice data)」という用語はこれらおよび他の種類の
送信可能な情報（例えば、テレックス，テレタイプ，ボ
イスメール，モールス・コード，パケット・データおよ
び／または他のメッセージ伝搬媒体）を含むものとす
る。
【００１９】入力データは端末１０３または１０９で暗
号化され、データ・リンク１０７およびデータ通信ネッ
トワーク１２０を介して、例えば別の機密通信端末１０
９または１０３に送信され、ここで暗号化およびデジタ
ル化処理は反転され、元の入力データに等しい平常テキ
スト・データとなる。無線リンク，パケット交換データ
・ネットワーク，専用回線，衛星回線，マイクロ波リン
クおよび／または他の通信チャンネルの単体または組み
合わせなどの別の送信媒体も、データリンク１０７およ
びデータ通信ネットワーク１２０の代わりに用いられ
る。機密通信端末１０３，１０９に対して外部または内
部のモデムは、電話回線または他の通信リンク上でデジ
タル・データ列を通信するために便宜的に用いられる。
【００２０】本発明は、両方の端末が理解できるいくつ
かの可能なプロトコールの一つに基づいてメッセージの
暗号化および解読を高速に行なう装置および方法を端末
１０３および／または１０９の一方または両方に設ける
ことによって、従来技術の問題を克服する。
【００２１】図２は、本発明によりパブリック・キー・
モードにおいて端末Ａと端末Ｂ（例えば、端末１０３，
１０９）との間で機密通信を自動的に行なうメッセージ
・シーケンスの一部の図である。図２に概略的に示すよ
うに、パブリック・キー管理モードでは、（ｉ）データ
用認証パッケージ（Authentication Package for Data;
ＡＰＤ）メッセージ２１０と、（ｉｉ）ランダム成分
メッセージ（Random Component Message: ＲＣＭ）２３
０と、（ｉｉｉ）暗号同期（Cryptographic Synchroniz
ation: ＣＳ）メッセージ２５０として示されている３
つのメッセージが交換される。各メッセージは、一連の
バイトからなる所定の長さであることが望ましい。各バ
イトは、特定の種類（例えば、利用可能な暗号装置，モ
デム・タイプなど）の情報を含むことが望ましく、完全
なメッセージは、例えば適切なグループのバイトを連結
(concatenate) することによって形成される。メッセー
ジ（ｉｖ）は機密情報交換２７０からなり、メッセージ
（ｉ）〜（ｉｉｉ）の次の交換を開始する。
【００２２】この場合、データ用認証パッケージ（ＡＰ
Ｄ）メッセージ２１０は、キー管理・モードの選択，キ
ー生成子（key generator: ＫＧ）アルゴリズムの選
択，暗号キー（例えば、ユーザ・パブリック・キー），
端末の認定機関(certificationauthority) ，端末シリ
アル番号，機密起動(security activation) キー・シリ
アル番号，パブリック・キー終了期日および追加端末機
能（例えば、ユーザ区分および／またはユーザ・コンパ
ートメント・リスト）を与える。
【００２３】
【例１】図３は、本発明による機密通信システムの部分
３６５の簡略ブロック図である。部分３６５は、キー認
定機関３７０と、例えば機密端末３８０，３９０からな
る。機密端末３８０，３９０は、例えば図１の機密端末
１０３，１０９と同様である。機密端末３８０，３９０
は、データ・リンク３７６，３７８をそれぞれ介してキ
ー認証機関３７０に結合される。データ・リンク３７
６，３７８は、図１のリンク１０７，１０９と同様であ
る。
【００２４】キー認定機関３７０は、暗号パブリック・
キー・スリー(encryption public key three) ３７２お
よび解読パブリック・キー・スリー(decryption public
keythree) ３７４を含む複数の暗号および解読パブリ
ック・キーからなる。暗号パブリック・キー・スリー３
７２は他の機密端末に通信されず、そのため「プライベ
ート」キーともいう。
【００２５】初期段階すなわちキー認定段階では、解読
パブリック・キー・スリー３７４が他のキー（以下で説
明する）と共に機密端末３８０，３９０に与えられる。
【００２６】機密端末３８０は、解読パブリック・キー
・スリーおよび暗号パブリック・キーワン（機密端末３
８０には図示せず）の他に、解読パブリック・キー・ワ
ン３８２（図３においてＰＫ１Ｄと示されている）と、
暗号パブリック・キー・スリー３８４で暗号化された暗
号パブリック・キー・ワン（図３において（ＰＫ１Ｅ）
PK3Eと示されている）とを有し、これらはすべて本発明
の第１実施例においてキー認定機関３７０から得られ
る。
【００２７】本発明の第２の好適な実施例では、解読パ
ブリック・キーワン３８２および対応する暗号キー（例
えば、図３に図示しないＰＫ１Ｅ）などのパブリック・
キーは、機密端末３８０などの機密端末内で生成され、
ＰＫ１Ｅはキー認定機関３７０などのキー認定機関に送
られる。次にキー認定機関はＰＫ１Ｅを暗号化して、暗
号パブリック・キー・スリー３８４で暗号化された暗号
パブリック・キー・ワン（（ＰＫ１Ｅ）PK3E）を生成
し、これは機密端末３８０に返送される。
【００２８】同様に、本発明の第１の好適な実施例で
は、機密端末３９０は、解読パブリック・キー・スリー
および暗号パブリック・キー・ツー（機密端末３９０に
は図示せず）の他に、解読パブリック・キー・ツー３９
２（図３においてＰＫ２Ｄと示されている）と、暗号パ
ブリック・キー・スリー３９４で暗号化された暗号パブ
陸・キー・ツー（図３において（ＰＫ２Ｅ）PK3Eと示さ
れている）とを有し、これらはすべてキー認定機関３７
０から得られる。
【００２９】次の機密通信段階において、ＡＰＤ２１０
（図２）などのメッセージが交信される。例えば、機密
端末３９０には、暗号パブリック・キー・スリーで暗号
化された暗号パブリック・キー・ワンのコピーと、交信
されるキーを暗号化するために用いられるキーとして暗
号パブリック・キー・スリー３７２を識別する情報とが
与えられる。
【００３０】従って機密端末３９０は、暗号パブリック
・キー・スリー３８４で暗号化された暗号パブリック・
キー・ワンを解読することができ、次に解読された暗号
パブリック・キーワン（図示せず、ただし暗号パブリッ
ク・キー・ワンＰＫ１Ｅと同様）を用いて、機密端末３
８０に送信される次のメッセージを暗号化することがで
きる。
【００３１】機密端末３８０には、機密端末３９０によ
って暗号パブリック・キー・スリー３９４で暗号化され
た暗号パブリック・キー・ツーのコピーと、交信された
キーを暗号化するために用いられるキーとして暗号パブ
リック・キー・スリー３７２を識別する情報とが与えら
れる。
【００３２】従って機密端末３８０は、暗号パブリック
・キー・スリー３９４で暗号化された暗号パブリック・
キー・ツーを解読して、解読された暗号パブリック・キ
ー・ツー（図示せず、ただし暗号キーＰＫ２Ｅと同様）
を得ることができ、次にこの解読されたキーを用いて、
機密端末３９０に送信される次のメッセージを暗号化で
きる。
【００３３】これにより機密端末３８０，３９０は交信
メッセージを暗号および解読できる。キー認定機関３７
０は暗号パブリック・キー３７２を公開しないので、機
密端末３８０，３９０にそれぞれ保存される暗号化され
た暗号キー３８４，３９４はキー認定機関３７０からの
み得ることができ、そのため暗号キー３８４，３９４な
どの暗号化された暗号キーを所有することは機密交信に
関与するため認証された機関をなす。
【００３４】図４は、図２のＡＰＤメッセージ２１０を
用いて本発明によりデータ・レートおよびアルゴリズム
整合を確立する方法２００を示すフローチャートであ
る。
【００３５】図４に示す方法は、データ用認証パッケー
ジ（ＡＰＤ）メッセージを交信する段階（ブロック２１
０）と、ＡＰＤメッセージが受信されるとループ（ブロ
ック２１９，２２１，２２２）に進む段階とからなる。
このループ（ブロック２１９，２２１，２２２）は、次
の暗号アルゴリズムをチェックする段階（ブロック２１
９）と、適切な暗号アルゴリズム（すなわち、両方の端
末に共通しているアルゴリズム）が識別されたかどうか
調べる段階（ブロック２２１）と、すべての暗号アルゴ
リズムがチェックされたかどうか調べる段階（ブロック
２２２）と、暗号アルゴリズム一致が検出された場合
（ブロック２２１）に、先に進む段階（２２４）または
すべての暗号アルゴリズムをチェックしたが一致が検出
されなかった場合に通信を終了する段階（ブロック２１
８）とからなる。
【００３６】一例として、ＫＧ１，ＤＥＳと示される２
つの可能なキー生成子のみがあり、そしてＫＧ１および
ＤＥＳの両方が２つの端末に共通している場合に、ＤＥ
Ｓキー生成子に優先状態(preferred status)が与えられ
る場合について検討するが、これに限定されるものでは
ない。
【００３７】端末の機能は、全メッセージ内の特定バイ
トまたはビット（例えば、８ビット）のグループによっ
て示される。特定バイトの特定ビットは、所定のプロト
コールに従って与えられた機能を示すために用いられ
る。例えば、キー生成子機能バイトの立ち上がりビット
は専用キー生成子(properietary key generator)の機能
を表すために選択でき、次のビットはＤＥＳタイプ・キ
ー生成子の機能を表すために選択できる。他の端末機能
についても同様な方法を利用できる。
【００３８】この場合、この方法はＡＰＤメッセージ交
信を終了して、以下の４つの結果のうち一つが生じる。
すなわち、（ｉ）２つの端末間で一致が無い場合、呼は
終了される；（ｉｉ）ＫＧ１モードのみが２つの端末に
共通している場合、ＫＧ１キー生成子が用いられる；
（ｉｉｉ）ＤＥＳキー生成子のみが２つの端末に共通し
ている場合、ＤＥＳキー生成子が用いられる；（ｉｖ）
ＤＥＳおよびＫＧ１モードの両方が両方の端末に共通し
ている場合、ＤＥＳキー生成子が用いられる。
【００３９】キー生成子機能のより長いリストにも同様
な結果が適用され、最も高い共通の優先状態キー生成子
は通信継続として選択される。キー生成子の優先順位
は、端末にあらかじめプログラムするか、あるいはＡＰ
Ｄまたは他のメッセージの一部として送信してもよい。
【００４０】ＡＰＤ交信（ブロック２１０）は、認定ユ
ーザ認証情報，認定ユーザ・パブリック・キーおよび認
定情報終了期日を識別する情報を与える。このメッセー
ジはパブリック・キー暗号を用いて処理され、当技術分
野で周知の手段に基づいてメッセージの暗号／解読が行
なわれる。
【００４１】図５は、端末証明(credential)の有効性を
調べ、トラヒック・キーを設定し、暗号／解読処理を同
期し、機密通信を開始する第２，第３および第４メッセ
ージ２３０，２５０，２７０（図２）の交信を示すフロ
ーチャートである。以下の段階、すなわちランダム成分
メッセージ交信２３０，暗号同期メッセージ交信２５０
および機密通信の開始２７０は、本発明に基づいて行な
われる。機密通信を確立するため（ブロック２７０）、
暗号同期検証（ブロック２５５）も望ましい。図５は、
乱数生成（ブロック２２５）の段階と、例えばパブリッ
ク・キー暗号を用いる乱数暗号化（ブロック２２７）の
段階と、ランダム成分メッセージ交信（ブロック２３
０）の段階と、トラヒック・キー生成（ブロック２３
７）の段階とからなる。この方法はさらに、暗号同期メ
ッセージの生成および送信の段階（ブロック２５０）
と、データ・モード判定段階（ブロック２３３）と、暗
号同期検証段階（ブロック２５５）と、通信継続段階
（ブロック２７０）とを含む。
【００４２】乱数は各端末において生成され（ブロック
２２５）、例えばＡＰＤで受信されたパブリック・キー
を用いて暗号化された後、他方の端末に送信される。従
って、交信された各ランダム成分メッセージ（ＲＣＭ）
（ブロック２３０）は、交信ＲＣＭを発信する通信端末
によって生成（ブロック２２５）された乱数を含む。こ
の乱数は、機密通信システムで用いられる任意のキー生
成子用のトラヒック・キーを与えるのに十分な長さでな
ければならない。
【００４３】この第１乱数は発信側端末にも保存され、
他方の端末によって返送されたランダム成分メッセージ
から解読される第２乱数と合成される（ブロック２３
７）。この合成された第１および第２乱数は第３乱数と
なる。
【００４４】一方、同じことが他方の端末でも行なわ
れ、この場合、受信された（第１）乱数は内部生成され
た（第２）乱数と合成され、同じ第３乱数となる。この
第３乱数は、両方の端末の選択された（図４のブロック
２２１）キー生成子用のトラヒックキーとして用いら
れ、例えば、最上位ビットから展開(load)される。
【００４５】トラヒック・キーにおける未使用ビットは
放棄されるため、複数のキー生成子のさまざまな条件を
満たすために一つの装置がさまざまなトラヒック・キー
長を生成することができる。
【００４６】第１乱数は、ＲＣＭ（ブロック２３０）に
交信に挿入され、ＲＣＭを交信する前に、例えば、受信
されたデータ用認証パッケージ（ブロック２１０）に含
まれる認定ユーザ・パブリック・キーを用いて暗号化さ
れる（ブロック２２７）。同じことは、他方の端末から
着信する第２乱数に対しても行なわれる。
【００４７】第１および第２乱数を合成する（ブロック
２３７）一つの方法はモジュロ２加算(modulo-two addi
tion) であり、これは当技術分野で周知なようにビット
ごとに乱数の排他的論理和をとることによって容易に行
なうことができる。しかし、二進数を合成する当技術分
野で周知の他の方法も利用できる。
【００４８】暗号同期（Cryptographic Synchronizatio
n: ＣＳ）メッセージ（ブロック２５０）は、トラヒッ
ク種類(modality)（音声，データなど）情報と、必要に
応じて暗号情報と，暗号同期検証とを与える。暗号装置
の一部として、線形帰還シフト・レジスタＬＦＳＲ（図
示せず）を利用できる。線形帰還シフト・レジスタは、
開始値またはシード(seed)を必要とする。このシード
は、ＣＳメッセージ（ブロック２５０）の一部として必
要とされる暗号情報の一例である。ＬＦＳＲは当技術分
野で周知である。
【００４９】ＫＧ同期検証の好適な方法は、既知データ
・パターンまたはチェック・データ・パターンの暗号化
されたバージョンであるデータを送信する方法である。
これらのデータは、ＬＦＳＲにシードを与えて、送信Ｌ
ＦＳＲおよび送信ＫＧを同期し、そして送信ＬＦＳＲと
ＫＧを用いてシードおよびチェック・パターンを暗号化
することによって生成される。これらの受信データが受
信側機密通信端末によって解読されると、受信シードは
受信ＬＦＳＲに展開され、チェック・データ・パターン
はその保存されたバージョンと比較される。これらの一
致は、機密通信端末の暗号同期を表す。
【００５０】これらの段階によって、複数の暗号機能を
有する機密通信端末は自動的に（ｉ）暗号モードの所定
の階層から適切な暗号モードを選択し、（ｉｉ）適切な
端末識別およびユーザ認証を行ない、（ｉｉｉ）パブリ
ック・キーまたは別の方法を介してトラヒック・キーを
交信し、（ｉｖ）暗号通信同期および検証を行ない、
（ｖ）機密通信を開始できる。
【００５１】前述の段階は、オペレータがあまり意識せ
ずに行なわれ、システムの機密性を向上し、オペレータ
は詳細な暗号手順および方法についてあまり知る必要は
ない。
【００５２】データ用認証パッケージ（ＡＰＤ）メッセ
ージ２１０（図２）は、どのキー管理モードを用いるべ
きか，どのＫＧアルゴリズムを選択すべきか，マニュア
ル・キー・データベース内のどのトラヒック・キーを利
用すべきかを判定し、任意の追加端末機能を判定するた
めの情報を与える。
【００５３】暗号同期メッセージ２５０の交換（図５）
は、トラヒック・モード（音声，データなど），線形帰
還シフト・レジスタのシード値および／またはＫＧ開始
点を指定する情報を与え、またＫＧ同期検証を可能にす
る。
【００５４】図６は、本発明による機密通信装置の部分
５０５の簡略ブロック図である。部分５０５は、リンク
５１０を介してキー認定機関（図示せず）に結合され、
かつリンク５２０を介してキー管理データベース５２５
に結合されるキー管理データ通信インタフェース５１５
からなる。キー管理データベース５２５は、リンク５３
０を介して暗号エンジン５３５に結合される。暗号エン
ジン５３５は、リンク５４０を介して平常テキスト通信
インタフェース５５０に結合され、このインタフェース
はリンク５５５において平常テキスト出力を有する。リ
ンク５５５は、平常テキストをユーザ（図示せず）に通
信する。暗号エンジン５３５は、リンク５４５を介して
暗号テキスト通信インタフェース５６０に結合され、こ
のインタフェースはリンク５６５において暗号テキスト
出力を有する。
【００５５】リンク５１０，５６５はデータ・リンク１
０７（図１）と類似しており、同様に無線リンク，パケ
ット交換データ・ネットワーク，光ファイバ・リンク，
専用回線および／または他の通信チャンネルから構成さ
れてもよい。リンク５６５は、他方の機密通信端末（図
示せず）では別の暗号テキスト通信インタフェースに結
合される。リンク５５５は、例えば電話ハンドセットや
当業者に周知なように他のデータ入力／出力装置と同様
である。
【００５６】本発明の好適な実施例では、平常テキスト
通信インタフェース５５０および暗号テキスト通信イン
タフェース５６０はそれぞれ、Motorola Inc., of Phoe
nix,AZ 製のタイプ68302 マイクロコントローラ・チッ
プからなる。暗号エンジン５３５およびキー管理データ
ベース５２５は、Motorola, Inc.,of Phoenix, AZ 製の
タイプDSP 56001 高速デジタル信号処理チップ、すなわ
ちMotorola, Inc., ofPhoenix, AZから入手される特定
の暗号アルゴリズムを実行するカスタムＬＳＩ回路から
なり、また望ましくはXilinx of Santa Clara, CA から
入手可能な3090または3064プログラマブル・ロジック・
アレイを有し、これは暗号エンジン５３５を暗号テキス
ト通信インタフェース５６０と平常テキスト通信インタ
フェース５５０とに接続する。暗号エンジン５３５は、
例えばパブリック・キー符号化データの暗号・解読に伴
う演算集約的な計算や他の同様に演算的に複雑なタスク
を実行する。
【００５７】あるいは、暗号エンジン５３５の機能は他
の特定集積回路を選択することによって実現したり、ま
たはソフトウェア内で実現したり、もしくはメモリ式で
あってもよいことが当業者に周知である。
【００５８】タイプ68302 マイクロコントローラの一つ
を用いてデータを処理して入／出力機能を行ない、一方
第２のタイプ68302 マイクロプロセッサ・チップは入／
出力機能のみを行なう。２つのタイプ68302 マイクロコ
ントローラは、望ましくは日立製62256 および628128ラ
ンダム・アクセス・メモリ回路として具現されるＲＡＭ
を共有する。また、これら２つのタイプ68302 マイクロ
コントローラは、例えばIntel of Palo Alto, CA製のタ
イプ28F001集積回路などの望ましくは５１２キロバイト
・フラッシュＥＥＰＲＯＭとして具現されるＲＯＭを共
有する。
【００５９】モデム機能（キー管理データ通信インタフ
ェース５１５，暗号テキスト通信インタフェース５６０
およびキー管理データ通信インタフェース５１０）の好
適な実施例は、Motorola Inc., of Scottsdale, AZ製の
STU-Type （例えばSTU-III)機密電話装置で採用されて
いるトレーニング・シーケンスと整合性がとれるように
わずかに修正されたトレーニング・シーケンスを有する
タイプV.26モデムまたはタイプV.32モデムのカスタム・
バージョンである。これらのタイプのモデムは、Motoro
la, Inc.の子会社であるHuntsville, ALに位置するUniv
ersal Data Systems社から入手できる。しかし、他のモ
デムや通信方法も利用できる。
【００６０】
【例２】機密通信条件を満たす１４４バイト長のＡＰＤ
メッセージの内容については、以下の表Ｉおよび表ＩＩ
に詳細に示されている。
【００６１】表Ｉおよび表ＩＩに示すデータ用認証パッ
ケージ（ＡＰＤ）は、機密通信チャンネルを確立するた
めに２端末間で交信しなければならないバイト数を、米
国特許第４，８８８，８０１号"Hierarchical Key Mana
gement System" R. Foster,R. Pfeifer and T. Mihm
（本明細書に参考として含まれる）において説明されて
いる構成で採用される３６８バイトから１４４バイトに
低減し、これらのデータを２端末間で交信するのに要す
る時間もそれに比例して節約する。
【００６２】
【表１】 フィールド ＡＰＤメッセージ識別 端末タイプ 機関識別 パブリック・キーの現在バージョンのＩＤ パブリック・キーの前回バージョンのＩＤ ＫＧモード機能記述 キー管理機能 表Ｉ．データ用認証パケットのヘッダ内で１６バイトの
データからなるフィールド。
【００６３】
【表２】 フィールド ユーザ識別 ユーザＩＤ ＳＡＫシリアル番号 端末シリアル番号（ＴＳＮ） ユーザ区分 (User Classification) ユーザ・コンパートメント・リスト (User Compartment
List) パブリック・キー終了期日 パブリック・キー 表ＩＩ．認証パケットからなる１２８バイトおよび目
的。これらの１２８バイト（１０２４ビット）は、プラ
イベートに保有されるパブリック暗号キーでキー認定機
関によって暗号化されて送信され、認証メッセージに相
当する。「パブリック・キーの現在バージョンのＩＤ」
および「パブリック・キーの前回バージョンのＩＤ」と
記された２つのフィールドにより、キー認定機関によっ
て与えられる現在または前回のパブリック・キーを自動
的に選択できる。このパブリック・キーは、ＡＰＤメッ
セージの第２部分を解読するために用いられる。一方の
当事者が新たなキー・バージョンを受信し、他方の当事
者がこの更新されたキーを受信していない場合、この構
成により機密通信が可能になる。この構成は、いずれか
一方の端末における現在または前回のキーが他方の端末
における現在または前回のキーと共通かどうかを自動的
に判断し、次にこの共通のキーを通信に用いることによ
って動作する。
【００６４】端末タイプ(Termianl Type) のカテゴリに
一般に含まれる情報の種類の例には、例えば、音声端
末，データ端末またはキー認定機関が含まれる。
【００６５】ユーザＩＤは、一つまたはそれ以上の表示
ライン（例えば、ユーザ名）からなる英数字コードであ
り、ユーザＩＤＳはユーザを識別する数字シリアル番号
である。ＳＡＫ（security activation key)シリアル番
号は、ＡＰＤメッセージ本文を暗号化するために（キー
認定機関によって）用いられるパブリック・キーのシリ
アル番号であり、端末シリアル番号は発信側端末を識別
する。ユーザ区分およびユーザ・コンパートメント・リ
ストは、機密ネットワークのユーザが区分レベルおよび
コンパートメントを必要に応じて設定することを可能に
する。
【００６６】ＡＰＤに含まれるパブリック・キーは、
（以前にキー認定機関から得られた）パブリック解読キ
ーを用いて受信端末によって解読され、乱数を含むラン
ダム成分メッセージ（メッセージ２３０，図２）を解読
するために用いられる。乱数は、機密通信用のトラヒッ
ク変数を生成するために用いられる。
【００６７】機密通信は、パブリック・キー暗号よりも
高速かつ容易に任意長のメッセージの通信に用いられる
モード（例えば、ＤＥＳや、Motorola, Inc., Scottsda
le,AZのＤＶＩなどの他の専用アルゴリズムなど）で実
施される。
【００６８】２つのメッセージ、すなわちＡＤ＆Ｃ（Ac
cess Domain and Capabilities) メッセージと、ＡＤ＆
Ｃメッセージを最初に交信することによって送出された
ＡＭ（Authentication Message) メッセージとに含まれ
ていた情報を合成し、ＡＤ＆Ｃメッセージを処理し、そ
してＡＭを交信することによって、さらに時間が節約さ
れる。
【００６９】合成されたＡＰＤメッセージは、ＡＤ＆Ｃ
メッセージが処理されるあいだのＡＤ＆ＣとＡＭメッセ
ージとの間で生じる遅延を削除し、この間で機能および
認証情報の処理時間が高速化する。
【００７０】以上、特定の問題を克服し、従来の方法お
よびメカニズムに比べて特定の利点を実現する方法およ
び装置について説明してきた。この方法および装置は、
パブリック，プライベート，マスター／スレーブ，配布
者／受信者および他の機密通信構成を含む多数のキー管
理方式を利用して柔軟なデータの信号計画を提供する。
従来の技術に対する改善は大きい。低ビット・レート・
チャンネルを用いる機密通信を開始するために必要な時
間は、機密通信処理の保全性および堅牢な品質を損なわ
ずに低減される。
【００７１】具体的な実施例の上記の説明は本発明の一
般的な性質を十分に示しており、この知識を適用するこ
とにより、基本的な概念から逸脱せずにこれらの具体的
な実施例を容易に修正したり他の用途に適用でき、その
ためこのような適用や修正は開示実施例の意味および範
囲内で理解すべきである。
【００７２】本明細書で用いられた言い回しや用語は説
明のためのみにすぎず、制限するものではない。従っ
て、本発明は特許請求の範囲の精神およびその広い範囲
に含まれるすべての代替，修正，相当および変形例を包
括する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデータ通信ネットワークを用いる
機密通信システムの概略図である。
【図２】本発明により機密通信を開始するためのメッセ
ージ・シーケンスの一部の図である。
【図３】本発明による機密通信システムの一部の概略ブ
ロック図である。
【図４】本発明の好適な実施例による暗号アルゴリズム
整合処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の好適な実施例により機密通信を確立す
るための図２のメッセージ交換の一部の詳細を示すフロ
ーチャートである。
【図６】本発明による機密通信装置の一部の簡略ブロッ
ク図である。
【符号の説明】
１００ 機密通信システム １０３，１０９ 機密通信端末 １０７ データ・リンク １２０ データ通信ネットワーク ２１０ ＡＰＤメッセージ ２３０ ＲＣＭメッセージ ２５０ ＣＳメッセージ ２７０ 機密情報交換 ３７０ キー認定機関 ３７６，３７９ データ・リンク ３８０，３９０ 機密端末 ３７２ 暗号パブリック・キー・スリー ３７４ 解読パブリック・キー・スリー ３８２ 解読パブリック・キー・ワン ３８４ 暗号パブリック・キー・スリー ３９２ 解読パブリック・キー・ツー ３９４ 暗号パブリック・キー・スリー ５１０，５２０，５３０，５４０，５４５，５５５，５
６５ リンク ５１５ キー管理データ通信インタフェース ５２５ キー管理データベース ５３５ 暗号エンジン ５５０ 平常テキスト通信インタフェース ５６０ 暗号テキスト通信インタフェース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレイグ・ロバート・バロウ アメリカ合衆国アリゾナ州メサ、イー・ハ ーモニー・アベニュー838

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１端末（１０３，３８０）と第２端末
    （１０９，３９０）との間で機密通信リンクを確立する
    方法であって： （ａ）前記第１端末（１０３，３８０）および第２端末
    （１０９，３９０）内で利用可能な暗号装置と通信モー
    ドとを記述する平常テキスト情報を含み、かつユーザ認
    証情報を記述するパブリック・キー暗号化情報を含む第
    １メッセージを交信する段階（２１０）； （ｂ）前記第１端末（１０３，３８０）および第２端末
    （１０９，３９０）の少なくとも一方において、共通の
    キー生成および暗号化方法を選択する段階（２２１，２
    ２２，２２４）； （ｃ）トラヒック・キーを生成するためのパブリック・
    キー暗号化データを含む第２メッセージを交信する段階
    （２３０）； （ｄ）機密通信を同期する（２５５）ための第３メッセ
    ージを交信する段階（２５０）；および （ｅ）機密通信を開始する段階（２７０）；を含む手順
    を前記第１端末（１０３，３８０）および第２端末（１
    ０９，３９０）が行なうことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 少なくとも第１端末（１０３，３８０）
    と第２端末（１０９，３９０）との間で機密通信リンク
    を確立する方法であって： （ａ）暗号および解読機能を識別するデータ用認証パッ
    ケージと、認定ユーザ認証データと、第１パブリック暗
    号キーとからなる第１メッセージを送信する段階（２１
    ０）； （ｂ）暗号および解読機能を識別するデータ用認証パッ
    ケージと、認定ユーザ認証データと、第２パブリック暗
    号キーとからなる第２メッセージを受信する段階（２１
    ０）； （ｃ）第１乱数を含む第１ランダム成分メッセージを送
    信する段階（２３０）； （ｄ）第２乱数を含む第２ランダム成分メッセージを受
    信する段階（２３０）； （ｅ）前記第１および第２乱数からトラヒック・キーを
    生成する段階（２３７）； （ｆ）暗号同期メッセージを交換する段階（２５０）；
    および （ｇ）機密情報交換を開始する段階（２７０）；によっ
    て構成される手順を前記第１端末（１０３，３８０）お
    よび第２端末（１０９，３９０）が行なうことを特徴と
    する方法。
  3. 【請求項３】 第１端末（１０３，３８０）と第２端末
    （１０９，３９０）との間で機密通信を行なう装置であ
    って：複数の異なる暗号アルゴリズムを用いて暗号化す
    る手段；メッセージを送信する手段であって、前記暗号
    化手段に結合される送信手段；メッセージを受信する手
    段であって、前記暗号化手段に結合される受信手段；お
    よび前記暗号化手段，送信手段および受信手段に結合さ
    れるコントローラ手段；によって構成され、 前記コントローラ手段，送信手段および受信手段は： （ｉ）前記第１端末（１０３，３８０）内で利用可能な
    暗号アルゴリズムおよび通信モードに関する情報を与え
    る第１平常テキスト部分からなり、かつ端末認証情報を
    記述する第２暗号化部分からなる第１メッセージを前記
    第２端末（１０９，３９０）に送信（２１０）し； （ｉｉ）第２メッセージを前記第２端末（１０９，３９
    ０）に送信（２３０）して、トラヒック・キーを生成す
    るデータを与え； （ｉｉｉ）前記トラヒック・キーを用いて前記第２端末
    （１０９，３９０）と機密通信を開始（２７０）するこ
    とを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 他の機密通信装置と通信する機密通信装
    置であって：異なる暗号モードおよび通信モードを与え
    る手段；第１機能／認証メッセージを前記他の機密通信
    装置に送信し、第２機能／認証メッセージを前記他の機
    密通信装置から受信する手段であって、前記第１および
    第２機能／認証メッセージは、前記機密通信装置と前記
    他の機密通信装置とに常駐する前記異なる暗号モードお
    よび通信モードを識別する所定の平常テキスト・データ
    ・フィールドを有し、さらに、現在および前回のパブリ
    ック解読キーを記す別の所定の平常テキスト・データ・
    フィールドを有し、かつユーザ・パブリック・キーを与
    える所定の暗号データ・フィールドを有する手段；およ
    び前記第１機能／認証メッセージと第２機能／認証メッ
    セージとを比較して、保存された優先プロトコールに基
    づいて整合性のある暗号モードおよび整合性のある通信
    モードを識別し選択する手段；によって構成されること
    を特徴とする機密通信装置。
JP5340926A 1992-12-15 1993-12-10 暗号キー管理装置およびその方法 Pending JPH06232861A (ja)

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