JPH088897A - データの暗号化・復号処理方法及び暗号装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、レジスタの容量が内部回転
段数の制約を受けず、且つ、同一のハードウェアあるい
はソフトウェアで実現できるデータ暗号化及び復号処理
方法及び暗号装置を提供することである。 【構成】 本発明は、部分拡大鍵生成手段が攪拌手段が
最初の回に必要な部分拡大鍵を生成し、部分拡大鍵生成
手段が部分拡大鍵の生成を完了すると、データ攪拌手段
に対して最初の回の動作と、データ攪拌手段が次の回に
必要な部分拡大鍵を生成し、部分拡大鍵生成手段が部分
拡大鍵の生成を完了すれば、指定された回転段数に従っ
て部分拡大鍵を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データの暗号化・復号
処理方法及び暗号装置に係り、特に、通信データや計算
機データの送受信の安全性を高めるためのデータの暗号
化・復号処理方法及び暗号装置に関する。

【０００２】詳しくは、暗号アルゴリズムにＦＥＡＬ
（ＦＥＡＬについては「ＦＥＡＬ暗号の拡張」（ＮＴ
Ｔ，Ｒ＆Ｄ，Vol.39 No.10, 1990) を参照) 及びＤＥＳ
（ＤＥＳについては「現代暗号理論」（池野信一、小山
謙二共著、電子情報通信学会、pp.41 〜62) を参照) 等
の慣用暗号アルゴリズムを用いて暗号処理を行うデータ
の暗号化・復号処理方法及び暗号装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来の暗号化・復号処理の例として、暗
号アルゴリズムにＦＥＡＬを用いた「汎用高速暗号装
置」（特願平４−２９４６２２）がある。図１５は、従
来の汎用高速暗号装置の構成を示す。同図において、こ
の例は、高速性を実現するために鍵処理部１００１にお
いて、拡大鍵を予め生成し、拡張鍵レジスタ１００２に
保持し、データランダム化処理に必要な部分拡大鍵を当
該レジスタよりデータランダム化部１００３に適宜出力
している。

【０００４】同図に示す暗号装置は、回転段数Ｎが４以
上で４の倍数であればいずれの値でも適用可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の暗号装置は、以下のような問題がある。 ・拡大鍵を保持するために、（Ｎ＋８）×２バイトの鍵
拡張レジスタが必要となり、回転段数Ｎに依存する。 ・ハードウェアの構成により、回転段数Ｎの値が制限さ
れる。 ・拡大鍵を保持するためのレジスタ容量の制限を受ける
ため、回転段数Ｎの上限値が制限される。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、上記従来の問題点を解決し、レジスタの容量が回転
段数の制約を受けず、且つ、同一のハードウェアあるい
はソフトウェアで実現できるデータ暗号化・復号処理方
法及び暗号装置を提供することである。

【０００７】更なる本発明の目的は、小規模なハードウ
ェアで高速に暗号化・復号を実現できるデータ暗号化・
復号処理方法及び暗号装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のデータ暗号化・
復号処理方法は、通信データや計算機データの守秘性を
高めるために用いる汎用暗号アルゴリズムを実現する暗
号化・復号処理方法において、データの暗号化・復号処
理の過程で、与えられた暗号鍵又は、既に生成された部
分拡大鍵から次の暗号化・復号処理に必要な新たな部分
拡大鍵を生成する。

【０００９】また、本発明のデータ暗号化・復号処理方
法は、与えられた暗号鍵又は既に生成された部分拡大鍵
から次の暗号化・復号処理に必要な新たな部分拡大鍵の
生成において、拡大鍵生成関数及び該拡大鍵生成関数の
逆関数を用いて、順方向または、逆方向に部分拡大鍵を
生成する。

【００１０】また、本発明のデータ暗号化・復号処理方
法は、通信データや計算機データの守秘性を高めるため
に用いる任意の回転段数を指定可能な汎用暗号アルゴリ
ズムを実現する暗号化・復号処理方法において、入力デ
ータを攪拌するデータランダム化処理と並行して、当該
データランダム化処理に必要な部分拡大鍵を、暗号化・
復号処理を開始する前に与えられた暗号鍵または、既に
生成された部分拡大鍵から次の暗号化・復号処理に必要
な新たな部分拡大鍵を、拡大鍵生成関数及び拡大鍵生成
関数の逆関数を用いて生成する。

【００１１】また、本発明の暗号装置は、通信データや
計算機データの守秘性を高めるために用いる任意の回転
段数が指定可能な暗号装置において、入力データを複数
回に分けて攪拌してデータランダム化処理を行うデータ
攪拌手段と、与えられた暗号鍵または、既に生成された
部分拡大鍵から、拡大鍵生成関数及び拡大鍵生成関数の
逆関数を用いて順方向または逆方向に新たな部分拡大鍵
を生成する部分拡大鍵生成手段と、暗号化または、復号
の指示により部分拡大鍵生成手段に対してデータ攪拌手
段が最初の回に必要な部分拡大鍵を生成する制御を行
い、部分拡大鍵生成手段が部分拡大鍵の生成を完了すれ
ば、データ攪拌手段に対して最初の回の動作制御と、部
分拡大鍵生成手段に対してデータ攪拌手段が次の回に必
要な部分拡大鍵を生成する制御を行い、部分拡大鍵生成
手段が部分拡大鍵の生成を完了すれば、指定された回転
段数に従い、データ攪拌手段に対してｉ回目の動作制御
と、部分拡大鍵生成手段に対してデータ攪拌手段がｉ＋
１回目に必要な部分拡大鍵を生成する制御動作を繰り返
すように制御する制御手段を有する。

【００１２】

【作用】本発明は、既に生成された部分拡大鍵から次の
新たな部分拡大鍵を生成する際に、拡大鍵生成関数を用
いて順方向及び逆方向に部分拡大鍵を生成する処理をデ
ータの暗号化・復号処理の両方に適用する。従って、１
つのハードウェア及びソフトウェアで実現される。

【００１３】さらに、データの攪拌処理と並行してデー
タの攪拌に必要な部分拡大鍵を生成することにより、任
意の回転段数Ｎの設定が可能である。即ち、部分拡大鍵
の生成処理が完了すると、部分拡大鍵生成処理を任意の
指定された回転段数に基づいて、データ攪拌処理（ｉ回
目）に対応する処理、さらに、次回（ｉ＋１回目）に対
応する処理を行うことにより、回転段数はインクリメン
トされる値を用いるため、任意に設定可能となる。ま
た、このようにデータの攪拌処理と部分拡大鍵生成処理
が並行して実行されることにより、処理時間が短縮され
る。

【００１４】

【実施例】以下、図面と共に本発明の実施例を詳細に説
明する。

【００１５】以下、実施例の記載においては、『平文を
暗号文に変換すること』を『暗号化』、『暗号文を平文
に変換すること』を『復号』、暗号化と復号の総称を
『暗号』、拡大鍵の一部を『部分拡大鍵』と定義する。
また、『Ｎ』は、回転段数を、『暗号鍵』は拡大鍵を生
成する際に用いる初期データブロックを示す。また、表
記法は、ＭＳＢ（Most Significant Byte)から順に記
す。

【００１６】また、以下では、暗号アルゴリズムは、Ｆ
ＥＡＬを例に説明する。

【００１７】まず、最初に各構成を説明する。なお、以
下に示す汎用高速暗合装置の各構成中にあるセレクタ
は、信号線の値が“０”のとき、Ｓ０側に入力された値
を、“１”の時Ｓ１側に入力された値を出力するものと
する。

【００１８】図１は、本発明の一実施例の汎用高速暗号
装置の構成を示す。

【００１９】同図に示す汎用高速暗号装置は、暗号鍵を
保持する８バイトのレジスタ１、６組の部分拡大鍵を保
持する１２バイトのレジスタ２、８バイトの平文（暗号
文）にデータランダム化処理を行い、８バイトの暗号文
（平文）を出力するデータランダム化部３、順方向（Ｋ
［０］からＫ［Ｎ−１］の方向）又は、逆方向（Ｋ［Ｎ
−１］からＫ［０］の方向）に部分拡大鍵を生成する鍵
スケジューリング部４、一連の暗号処理を制御する状態
制御部５、平文（暗号文）を入力する８バイト幅のデー
タ線１１と、暗号文（平文）を出力する８バイト幅のデ
ータ線１２、レジスタ１の出力である８バイト幅のデー
タ線１３、レジスタ２の出力である１２バイト幅のデー
タ線１４、鍵スケジューリング部４の出力である１２バ
イト幅のデータ線１５と、鍵スケジューリング部４から
出力してレジスタ２の入力となる１２バイト幅のデータ
線１６、“０”のとき、レジスタ２は、データ線１６の
値を保持する制御信号の１ビット幅の制御線２１、鍵ス
ケジューリング部４の制御を行う１ビット幅の制御線２
２、２３、２４と、平文（暗号文）のデータランダム化
処理の制御を行う１ビット幅の制御線２５、２６とから
構成される。

【００２０】また、上記のデータ線及び制御線は、状態
制御部５により制御される。

【００２１】なお、上記のデータランダム化部３は、特
許請求の範囲における請求項４のデータ攪拌手段に対応
し、鍵スケジューリング部４は、同様に部分鍵生成手段
に対応し、状態制御部５は、制御手段に対応するものと
する。

【００２２】鍵スケジューリング部４は、部分鍵生成関
数及びその逆関数を用いて、新たな部分拡大鍵を生成す
る。鍵スケジューリング部４が新たな部分拡大鍵の生成
を完了すると、状態制御部５は、指定された回転段数に
従い、データランダム化部３に対して次の回（ｉ回目）
の動作制御を行い、鍵スケジューリング部４がさらに次
の回（ｉ＋１回目）に必要な部分拡大鍵を生成するよう
に制御する。

【００２３】図２は、本発明の一実施例のデータランダ
ム化部の構成を示す。同図中、図１と同一構成部分に
は、同一符号を付し、その説明は省略する。同図に示す
データランダム化部３は、前後処理モジュール３２、中
処理モジュール３３、セレクタ１０１、１０２、４バイ
ト幅のデータ線４０７、４０８、４０９、８バイト幅の
データ線３０１、３０２、３０３、３０４、３０５によ
り構成される。このデータランダム化部３は、前処理、
中処理、後処理を行い、前後処理モジュール３２では前
処理及び後処理の両方の処理を行う。

【００２４】図３は、本発明の一実施例の前後処理モジ
ュールの詳細を示す。前後処理モジュール３２は、セレ
クタ１０３、３組の４バイト幅の入出力を持つ排他的論
理和演算子とで構成される。

【００２５】図４は、本発明の一実施例の中処理モジュ
ール３３の詳細を示す。中処理モジュール３３は、４バ
イト幅及び２バイト幅の２入力と４バイト幅の１出力を
持つ２組のｆ関数（ｆ関数については、「ＦＥＡＬ暗号
の拡張」（ＮＴＴ，Ｒ＆Ｄ ,Vol.39 No.10 1990) を参
照) と、４バイトのデータを一時的に保持するバッファ
７３、バッファ７４、２組の４バイト幅の入出力を持つ
排他的論理和演算回路とで構成される。

【００２６】図５は、本発明の一実施例の鍵スケジュー
リング部の詳細を示す。鍵スケジューリング部４は、拡
大鍵生成モジュール４２と、セレクタ１０４〜１０７、
拡大鍵生成モジュール４２の入力である４バイト幅のデ
ータ線４０１、４０２、４０３、拡大鍵生成モジュール
４２の出力である４バイト幅のデータ線４０４、４０
５、４０６、セレクタ１０６、１０７の出力である４バ
イト幅のデータ線４０７、４０８、４０９により構成さ
れる。

【００２７】図６は、本発明の一実施例の拡大鍵生成モ
ジュールの詳細を示す。鍵スケジューリング部４の拡大
鍵生成モジュール４２は、順方向に動作する場合は、部
分拡大鍵 Ｋ［ｘ−６］、Ｋ［ｘ−５］、Ｋ［ｘ−４］、Ｋ［ｘ−
３］、Ｋ［ｘ−２］、Ｋ［ｘ−１］ から部分拡大鍵 Ｋ［ｘ−４］、Ｋ［ｘ−３］、Ｋ［ｘ−２］、Ｋ［ｘ−
１］、Ｋ［ｘ］、Ｋ［ｘ＋１］ を生成し、逆方向に動作する場合は、部分拡大鍵 Ｋ［ｘ＋１］、Ｋ［ｘ＋２］、Ｋ［ｘ＋３］、Ｋ［ｘ＋
４］、Ｋ［ｘ＋５］、Ｋ［ｘ＋６］ から部分拡大鍵 Ｋ［ｘ−１］、Ｋ［ｘ］、Ｋ［ｘ＋１］、Ｋ［ｘ＋
２］、Ｋ［ｘ＋３］、Ｋ［ｘ＋４］ を生成する。

【００２８】拡大鍵生成モジュール４２は、４バイト幅
の２入力と４バイト幅の１出力を持つｆｋ／ｆｋ^-1関数
生成器４３と、４バイトのレジスタ４４、レジスタ４
５、レジスタ４６と、セレクタ１０８〜セレクタ１１２
と２組の４バイト幅の入出力を持つ排他的論理和演算回
路と、ｆｋ／ｆｋ^-1関数生成器４３の出力である４バイ
ト幅のデータ線４３０により構成される。

【００２９】図７は、本発明の一実施例のｆｋ／ｆｋ^-1
関数生成器の構成を示す。ｆｋ／ｆｋ^-1関数生成器４３
は、１バイト幅の２入力と１バイト幅の１出力を持つ２
組のＳ０／Ｓ０^-1ボックスと、１バイト幅の２入力と１
バイト幅の１出力を持つ２組のＳ１／Ｓ１^-1ボックス
と、セレクタ１１３〜セレクタ１２３と、１０組の１バ
イト幅の入出力を持つ排他的論理和演算回路と、１バイ
ト幅のデータ線４１１、４１２、４１３、４１４、４２
１、４２２、４２３、４２４、４３１、４３２、４３
３、４３４で構成される。

【００３０】次に、本発明の暗号化・復号の動作の概要
を説明する。

【００３１】図８は、本発明の一実施例のＦＥＡＬにお
けるデータランダム化部の論理構成を示し、図９は、本
発明の一実施例のＦＥＡＬにおける鍵スケジューリング
部の論理構成を示す。慣用暗号アルゴリズムを用いた暗
号処理において、鍵スケジューリング部からデータラン
ダム化処理に必要な部分拡大鍵を当該データランダム化
部へ順序正しく引き渡されると、データランダム化部
は、前処理、中処理、後処理の３段階の処理を行う。

【００３２】図８において、ランダム化部の中処理のブ
ロックは、回転段数Ｎ段の同一処理で構成されているこ
とから、Ａで示す部分（以下、この部分をブロックＡと
呼ぶ）を一つのモジュールと見做し、中処理では、ブロ
ックＡのＮ回の繰り返し処理を行う。

【００３３】同様に、図９において、鍵スケジューリン
グ部４は、「Ｎ／２＋４」段の同一処理で構成されてい
ることから、Ｂで示す部分（以下、この部分をブロック
Ｂと呼ぶ）を一つのモジュールと見做し、鍵スケジュー
リング処理をブロックＢの「Ｎ／２＋４」回の繰り返し
で処理を行う。また、図９の鍵スケジューリング部にお
いて、ブロックＢの処理１段毎に２組の部分拡大鍵が生
成される。

【００３４】従って、図８のデータランダム化部のブロ
ックＡの処理を２回繰り返す毎に図９の鍵スケジューリ
ング部のブロックＢの処理を１段進めることができる。

【００３５】図８のデータランダム化部の中処理におい
て、図９の鍵スケジューリング部から図８のデータラン
ダム化部への部分拡大鍵の引き渡しは、暗号化の場合に
は、順方向（Ｋ［０］→Ｋ［Ｎ−１］の方向）に、復号
の場合は、逆方向（Ｋ［Ｎ−１］→Ｋ［０］の方向）に
行わなければならない。従って、鍵スケジューリング部
は、部分拡大鍵を暗号化の場合は若番から老番へ、復号
の場合は老番から若番へ順次生成する。

【００３６】順方向の鍵スケジューリングは（暗号化処
理）、拡大鍵生成関数ｆｋにより次式のようになる。但
し、ｆｋ（）は拡大鍵生成関数を、Ｋ［ｘ］はｘ番目の
部分拡大鍵を表す。また、初期値Ｋ［０］、Ｋ［１］、
Ｋ［２］、Ｋ［３］、Ｋ［４］、Ｋ［５］は８バイト与
えられた暗号鍵から生成する。 順方向：Ｋ［ｘ］，Ｋ［ｘ＋１］ ＝ｆｋ（Ｋ［ｘ−６］，Ｋ［ｘ−５］，Ｋ［ｘ−４］，
Ｋ［ｘ−３］，Ｋ［ｘ−２］，Ｋ［ｘ−１］） また、逆方向の鍵スケジューリング（復号処理）は、部
分拡大鍵を老番から若番へ生成する。

【００３７】逆方向：Ｋ［ｘ−１］，Ｋ［ｘ］ ＝ｆｋ^-1 （Ｋ［ｘ＋１］，Ｋ［ｘ＋２］，Ｋ［ｘ＋
３］，Ｋ［ｘ＋４］，Ｋ［ｘ＋５］，Ｋ［ｘ＋６］） 逆方向の鍵スケジューリング方法は、図１０の通りとな
る。図１０は、本発明の一実施例の部分拡大鍵を逆方向
に生成する鍵スケジューリング部の論理構成を示す。拡
大鍵生成逆関数ｆｋ^-1と排他的論理和の逆演算により次
式のようになる。但し、ｆｋ^-1（）は拡大鍵生成逆関
数、Ｋ［ｘ］は、ｘ番目の部分拡大鍵を表す。また、初
期値 Ｋ［Ｎ＋２］，Ｋ［Ｎ＋３］，Ｋ［Ｎ＋４］，Ｋ［Ｎ＋
５］，Ｋ［Ｎ＋６］，Ｋ［Ｎ＋７］ は、予め暗号鍵から鍵スケジューリング処理を行って生
成する。

【００３８】以下に、排他的論理和の逆演算は排他的論
理和であることを照明する。但し、Ｘ，Ｙ，Ｚは入出力
値、EOR は排他的論理和演算子を示す。

【００３９】（証明） Ｚ ＝Ｘ EOR Ｙ （１） であるとき、その逆演算が、 Ｚ^-1 ＝Ｘ＝Ｚ EOR Ｙ （２） であるとする。（２）式を（１）式に代入すると、 Ｚ ＝Ｘ EOR Ｙ＝Ｚ EOR Ｙ EOR Ｙ＝Ｚ より、合理である。従って、 Ｚ^-1＝Ｘ＝Ｚ EOR Ｙ （３） は、真である。以上により、部分拡大鍵を逆方向に生成
することができ、復号が可能である。

【００４０】次に、上記で用いられている拡大鍵生成関
数であるｆｋ関数及び拡大鍵生成逆関数ｆｋ^-1関数につ
いて説明する。ｆｋ^-1関数は、ｆｋ関数の逆関数であ
る。図１１は、本発明の一実施例のＦＥＡＬにおけるｆ
ｋ／ｆｋ^-1関数の論理構成を示す。同図より、ｆｋ関数
とｆｋ^-1関数は、同一モジュールで実現可能である。即
ち、データランダム化部３の中処理モジュール３３にお
いて使用することができる。

【００４１】また、同図中のＳ０／Ｓ０^-1ボックスは、
Ｓ０関数（Ｓ０関数については、「ＦＥＡＬ暗号の拡
張」（ＮＴＴ，Ｒ＆Ｄ , Vol.39 No.10 1990) を参照)
とＳ０ ^-1関数を同一モジュールで実現した関数、Ｓ１／
Ｓ１^-1ボックスはＳ１関数（Ｓ１関数については、「Ｆ
ＥＡＬ暗号の拡張」（ＮＴＴ，Ｒ＆Ｄ，Vol.39, No.101
990) を参照) とＳ１^-1関数を同一モジュールで実現し
た関数で、次式の通り定義する。ここで、Ｓ０^-1関数は
Ｓ０関数の逆関数、Ｓ１^-1関数はＳ１関数の逆関数であ
る。但し、Ｘ，Ｙ，Ｚは８ビットの入出力値、＋は加
算、−は減算（２の補数表現）、Ｚmod 256 は、Ｚを２
５６で除算したその剰余、ＬＲot２（Ｚ）は８ビットデ
ータの左２ビット回転、ＲＲot２（Ｚ）は８ビットデー
タの右２ビット回転を表す。

【００４２】Ｓ０／Ｓ０^-1ボックス：Ｓ０関数は次式で
与えられている。

【００４３】 Ｚ＝Ｓ０（Ｘ，Ｙ）＝ＬＲot２（（Ｘ＋Ｙ）mod 256 ） 上記の式により、Ｓ０^-1関数を次式の通り定義する。

【００４４】Ｘ＝Ｓ０^-1（Ｙ，Ｚ）＝（ＲＲot２（Ｚ）
−Ｙ）mod 256 Ｓ１／Ｓ１^-1ボックス：Ｓ１関数は次式で与えられてい
る。

【００４５】Ｚ＝Ｓ１（Ｘ，Ｙ）＝ＬＲot２（（Ｘ＋Ｙ
＋１）mod 256 ） 上記の式によりＳ１^-1関数を次式の通り定義する。

【００４６】Ｘ＝Ｓ１^-1（Ｙ，Ｚ）＝（ＲＲot２（Ｚ）
−Ｙ−１）mod 256 また、Ｓ０^-1はＳ０の逆関数であることの証明、Ｓ１^-1
は、Ｓ１の逆関数であることの証明を、以下の例で示
す。

【００４７】 ［Ｓ０^-1がＳ０の逆関数であることの証明］ Ｘ＝０００００００１ Ｙ＝００００００１０とする。

【００４８】Ｚ＝Ｓ０（Ｘ，Ｙ） ＝ＬＲot２（（Ｘ＋Ｙ）mod 256 ） ＝ＬＲot２（（０００００００１＋００００００１０）
mod 256 ） ＝ＬＲot２（００００００１１） ＝００００１１００ Ｘ＝Ｓ０^-1（Ｙ，Ｚ） ＝（ＲＲot２（Ｚ）−Ｙ）mod 256 ＝（ＲＲot２（００００１１００）−００００００１０
mod 256 ＝（００００００１１−００００００１０）mod 256 ＝（０００００００１）mod 256 ＝０００００００１ この値は、初期値Ｘ＝０００００００１と等しい。従っ
て、Ｓ０^-1は、Ｓ０の逆関数である。

【００４９】 ［Ｓ１^-1がＳ１の逆関数であることの証明］ Ｘ＝１０００００００１，Ｙ＝１０００００１０とす
る。

【００５０】Ｚ＝Ｓ０（Ｘ，Ｙ） ＝ＬＲｏｔ２（（Ｘ＋Ｙ＋１）mod 256) ＝ＬＲｏｔ２（（１００００００１＋１０００００１０
＋０００００００１）mod 256) ＝ＬＲｏｔ２（０００００１００） ＝０００１００００ Ｘ＝Ｓ０^-1（Ｙ，Ｚ） ＝（ＲＲｏｔ２（Ｚ）−Ｙ−１）mod 256 ＝（ＲＲｏｔ２（０００１００００）−１０００００１
０−０００００００１）mod 256 ＝（０００００１００−１０００００１０−０００００
００１）mod 256 ＝（１０００００１０−０００００００１）mod 256 ＝０００００００１ この値は、初期値Ｘ＝０００００００１と等しい、従っ
て、Ｓ０^-1は、Ｓ０の逆関数である。

【００５１】ｆｋ／ｆｋ^-1関数を用いて鍵スケジューリ
ングを行うことにより、データランダム化処理と並行し
て必要な部分拡大鍵を適宜スケジューリングすることが
可能である。

【００５２】また、初期値として最低６組の部分鍵が必
要であるが、６組の部分拡大鍵を保持するレジスタ容量
は、回転段数Ｎに係わらず１２バイトとなる。

【００５３】次に、本発明の鍵スケジューリングとデー
タランダム化を含む一連の暗号処理の動作を説明する。

【００５４】図１２は、本発明の一実施例の共通処理の
動作を示す図である。 （１）共通処理 共通処理では、レジスタ１に入力された８バイトの暗号
鍵を基にして、初期値である６組の部分拡大鍵 Ｋ［Ｎ］、Ｋ［Ｎ＋１］、Ｋ［Ｎ＋２］、Ｋ［Ｎ＋
３］、Ｋ［Ｎ＋４］、Ｋ［Ｎ＋５］ を生成する。

【００５５】［共通処理フェーズ１］レジスタ１の内容
を鍵スケジューリング部４に入力し、鍵スケジューリン
グ処理を順方向に１段階行う。

【００５６】ステップ１）図１及び以下の表１に示すよ
うに、制御線２２、制御線２３、制御線２４を“０”に
する。

【００５７】

【表１】

【００５８】図５において、セレクタ１０４、１０５
は、Ｓ０側を出力し、データ線４０１、４０２、４０３
は、レジスタ１からの出力値、即ち、データ線１３の値
となる。

【００５９】ステップ２）図６において、セレクタ１０
５からのデータ線４０１、４０２、４０３を介して値を
データ線４１０、４２０の値に変換し、ｆｋ／ｆｋ^-1関
数生成器４３に入力する。図７において、ｆｋ／ｆｋ^-1
関数生成器４３は、データ線４１１、４１２、４１３、
４１４、４２１、４２２、４２３、４２４の入力を得
て、１バイト幅のデータ線４３１、４３２、４３３、４
３４を出力する。なお、４バイト幅のデータ線４３０
は、データ線４３１、４３２、４３３、４３４から構成
される。

【００６０】図６において、ｆｋ／ｆｋ^-1関数生成器４
３により新たに、生成された部分拡大鍵を一時的にレジ
スタ４４、４５、４６に保持する。レジスタ４４、４
５、４６の内容は、それぞれのデータ線４０４、４０
５、４０６に出力される。この処理を行った後は、デー
タ線４０６の値は、Ｋ［０］、Ｋ［１］になる。

【００６１】［共通処理フェーズ２］鍵スケジューリン
グ部４は、鍵スケジューリング処理を順方向に「Ｎ／２
＋３」段階行い、得られた６組の部分拡大鍵をレジスタ
２に保持する。

【００６２】ステップ１０１）図１において、上記の表
１に示すように、制御線２１、制御線２４は“０”、制
御線２３は、“１”にする。

【００６３】ステップ１０２）図５において、拡大鍵生
成モジュール４２は、データ線４０４、４０５、４０６
からの入力を得て、上記の共通処理フェーズ１のステッ
プ２と同様の手順を行う。この処理を行った後は、デー
タ線４０５の値は、Ｋ［０］、Ｋ［１］、データ線４０
６の値は、Ｋ［２］、Ｋ［３］となる。

【００６４】ステップ１０３）鍵スケジューリング部４
は、上記ステップ１０２と同様の処理をさらに「Ｎ／２
＋２」回繰り返す。

【００６５】ステップ１０４）図５において、データ線
１６は、データ線４０４、４０５、４０６で構成され
る。図１において、状態制御部５からの制御信号が制御
線２１より入力されると、レジスタ２はデータ線１６の
値を保持する（この時、レジスタ２が保持する値は、Ｋ
［Ｎ］、Ｋ［Ｎ＋１］、Ｋ［Ｎ＋２］、Ｋ［Ｎ＋３］、
Ｋ［Ｎ＋４］、Ｋ［Ｎ＋５］になる）。 （２） 暗号化処理 図１３は、本発明の一実施例の暗号化処理動作を示す。

【００６６】（２−１）暗号化前処理 データランダム化部３に入力された平文（８バイト）に
暗号化前処理を施す。

【００６７】［暗号化処理フェーズ１］データランダム
化部３の前後処理モジュール３２は、入力された８バイ
トの平文と、レジスタ２から入力される４組の部分拡大
鍵Ｋ［Ｎ］、Ｋ［Ｎ＋１］、Ｋ［Ｎ＋２］、Ｋ［Ｎ＋
３］との排他的論理和を取る。

【００６８】ステップ２０１）図１において、表１に示
すように、制御線２２、２５、２６は“０”、制御線２
１は“１”にする。

【００６９】ステップ２０２）図５において、セレクタ
１０６は、Ｓ０側を出力し、鍵スケジューリング部４の
出力結果は、データ線４０７、４０８、４０９に現れる
（このとき、データ線４０８の値はＫ［Ｎ］、Ｋ［Ｎ＋
１］、データ線４０９の値は、Ｋ［Ｎ＋２］、Ｋ［Ｎ＋
３］になる）。

【００７０】ステップ２０３）図２において、データラ
ンダム化部３のセレクタ１０１は、Ｓ０側を出力し、デ
ータ線３０１は、データ線１１の値になる。

【００７１】図３において、前後処理モジュール３２
は、データ線３０１、４０７、４０９からの入力を得て
データ線３０２に結果を出力する。図２において、セレ
クタ１０２は、Ｓ０側を出力し、データ線３０５は、デ
ータ線３０２と等しい値になる。

【００７２】（２−２）暗号化中処理 上記の暗号化処理フェーズ１の処理で得られたデータブ
ロックに、中処理モジュール３３において暗号化中処理
を施す。

【００７３】［暗号化処理フェーズ２］図１３の暗号化
処理フェーズ２において、レジスタ１の内容を鍵スケジ
ューリング部４に入力し、順方向に部分拡大鍵を生成
し、データランダム化部３によりデータランダム化を１
段階行う。

【００７４】ステップ３０１）図１において、前述の表
１に示すように、制御線２２、２３、２４を“０”、制
御線２１、２５、２６を“１”にする。

【００７５】ステップ３０２）図５において、データラ
ンダム化部３のセレクタ１０４、１０５はＳ０側の値を
出力し、データ線４０１、４０２、４０３はデータ線１
３からの値となる。鍵スケジューリング部４の拡大鍵生
成モジュール４２は、上記の共通処理フェーズ１のステ
ップ２と同様の手順を行う。拡大鍵生成モジュール４２
の出力結果はデータ線４０４、４０５、４０６に現れ
る。セレクタ１０７は、Ｓ０側を出力し、データ線４０
７、４０８、４０９に鍵スケジューリング部４の出力結
果が現れる（このとき、データ線４０８の値は、Ｋ
［０］、Ｋ［１］になる）。

【００７６】ステップ３０３）図２において、セレクタ
１０１は、Ｓ１側を出力し、データ線３０３は、データ
線３０５の値となる。図４において、データランダム化
部３の中処理モジュール３３は、データ線３０３、４０
８の値が入力され、結果をバッファ７３、７４に保持
し、バッファ７３、７４の内容をデータ線３０４に出力
する。図２において、セレクタ１０２は、Ｓ１側を出力
し、データ線３０５は、データ線３０４と等しい値にな
る。

【００７７】［暗号化処理フェーズ３］図１３に示す暗
号化処理フェーズ３において、鍵スケジューリング部で
順方向に部分拡大鍵を生成し、データランダム化を「Ｎ
／２−１」段行う。

【００７８】ステップ４０１）図１において、表１に示
す通り、制御線２４は、“０”、制御線２１、２３、２
５、２６は“１”にする。

【００７９】ステップ４０２）図５において、鍵スケジ
ューリング部４のセレクタ１０５は、Ｓ１側を出力し、
データ線４０１、４０２、４０３は、データ線４０４、
４０６と等しい値になる。鍵スケジューリング部４の拡
大鍵生成モジュール４２は、データ線４０１、４０２、
４０３からの入力を得て、共通処理フェーズ１のステッ
プ２と同様の手順を行う。拡大鍵生成モジュール４２の
出力結果は、データ線４０４、４０５、４０６に現れ
る。

【００８０】セレクタ１０７は、Ｓ０側を出力し、デー
タ線４０７、４０８、４０９に鍵スケジューリング部４
の出力結果が現れる（本ステップを施した後、データ線
４０８の値は、Ｋ［２］、Ｋ［３］になる）。

【００８１】ステップ４０３）暗号化処理フェーズ２の
ステップ３０３と同様の手順を行う。

【００８２】ステップ４０４）上記ステップ４０２〜４
０３の手順をさらに「Ｎ／２−２」回繰り返す。

【００８３】（２−３） 暗号化後処理 図１３の暗号化処理フェーズ３の処理で得られたデータ
ブロックに同図の暗号化処理フェーズ４に示す暗号化後
処理を施す。

【００８４】［暗号化処理フェーズ４］図１３に示す暗
号化処理フェーズ４において後処理を行う。データラン
ダム化部３は、暗号化処理フェーズ３の処理で得られた
データブロックと、レジスタ２及び鍵スケジューリング
４から得られた４組の部分拡大鍵 Ｋ［Ｎ＋４］，Ｋ［Ｎ＋５］，Ｋ［Ｎ＋６］，Ｋ［Ｎ＋
７］ との排他的論理和を取る。

【００８５】ステップ５０１）図１において、表１に示
すように、制御線２３、２４、２６は“０”、制御線２
１、２２、２５は“１”にする。

【００８６】ステップ５０２）図５において、セレクタ
１０６は、Ｓ１側を出力し、鍵スケジューリング部４の
出力結果はデータ線４０７、４０８、４０９に現れる
（このとき、データ線４０７の値は、Ｋ［Ｎ＋４］、Ｋ
［Ｎ＋５］、データ線４０９の値は、Ｋ［Ｎ＋６］、Ｋ
［Ｎ＋７］になる）。

【００８７】ステップ５０３）図２において、データラ
ンダム化部３のセレクタ１０１は、Ｓ１側を出力し、デ
ータ線３０１は、データ線３０５の値となる。図３にお
いて、前後処理モジュール３２は、データ線３０１、４
０７、４０９からの入力を得て、データ線３０２に結果
を出力する。図２において、セレクタ１０２は、Ｓ０側
を出力し、データ線１２は、データ線３０２と等しい値
となる。以上のステップを施した後に、データ線１２の
値は、暗号化されたデータブロック（暗号文）になる。

【００８８】（３）復号処理 （３−１） 復号前処理 入力された暗号文に復号前処理を施す。図１４は、本発
明の一実施例の復号処理動作を示す。

【００８９】［復号処理フェーズ１］図１４の復号処理
フェーズ１において、データランダム化部３は、入力さ
れた暗号文とジレスタ２及び鍵スケジューリング部４か
ら得られた４組の部分拡大鍵 Ｋ［Ｎ＋４］，Ｋ［Ｎ＋５］，Ｋ［Ｎ＋６］，Ｋ［Ｎ＋
７］ との排他的論理和を取る。

【００９０】ステップ６０１）図１において、表１に示
すように、制御線２３、２４、２５、２６は“０”、制
御線２１、２２は“１”にする。

【００９１】ステップ６０２）図５において、セレクタ
１０６は、Ｓ１側を出力し、鍵スケジューリング部４の
出力結果は、データ線４０７、４０８、４０９に現れる
（このとき、データ線４０７の値は、Ｋ［Ｎ＋４］、Ｋ
［Ｎ＋５］、データ線４０９の値は、Ｋ［Ｎ＋６］、Ｋ
［Ｎ＋７］になる）。

【００９２】ステップ６０３）図２において、データラ
ンダム化部３のセレクタ１０１は、Ｓ０側を出力し、デ
ータ線３０１は、データ線３０５の値となる。図３にお
いて、前後処理モジュール３２は、データ線３０１、４
０７、４０９からの入力を得てデータ線３０２に結果を
出力する。図２において、セレクタ１０２は、Ｓ０側を
出力し、データ線３０５は、データ線３０２と等しい値
となる。

【００９３】（３−２） 復号中処理 復号処理フェーズ１の処理で得られたデータブロック
に、復号中処理を施す。

【００９４】［復号処理フェーズ２］図１４の復号処理
フェーズ２において、レジスタ２から初期値となる６組
の部分拡大鍵を鍵スケジューリング部４に入力し、鍵ス
ケジューリング部４が逆方向に部分拡大鍵を生成し、デ
ータランダム化を１段階行う。

【００９５】ステップ７０１）図１において、表１に示
す通り、制御線２３は“０”、制御線２１、２２、２
４、２５、２６は“１”にする。

【００９６】ステップ７０２）図５において、セレクタ
１０４は、Ｓ１側を、セレクタ１０５は、Ｓ０側を出力
し、データ線４０１、４０２、４０３は、データ線１４
の値となる。拡大鍵生成モジュール４２は、データ線４
０１、４０２、４０３の入力を得て、共通処理フェーズ
１のステップ２と同様の手順の処理を行う。拡大鍵生成
モジュール４２の出力結果はデータ線４０４、４０５、
４０６に現れる。セレクタ１０７は、Ｓ１側を出力し、
データ線４０７、４０８、４０９に鍵スケジューリング
部４の出力結果が現れる（この時、データ線４０８の値
は、Ｋ［Ｎ−１］、Ｋ［Ｎ−２］になる）。

【００９７】ステップ７０３）暗号化処理フェーズ２の
ステップ３０３と同様の手順の処理を行う。

【００９８】［復号処理フェーズ３］図１４の復号フェ
ーズ３において、鍵スケジューリング部４で逆方向に部
分拡大鍵を生成し、データランダム化を「Ｎ／２−１」
段行う。

【００９９】ステップ８０１）図１において、表１に示
す通り、制御線２１、２３、２４、２５、２６は“１”
にする。

【０１００】ステップ８０２）図５において、セレクタ
１０５はＳ１側を出力し、データ線４０１、４０２、４
０３は、データ線４０４、４０５、４０６と等しい値と
なる。拡大鍵生成モジュール４２は、データ線４０１、
４０２、４０３の入力を得て、共通処理フェーズ１のス
テップ２と同様の手順の処理を行う。拡大鍵生成モジュ
ール４２の出力結果はデータ線４０４、４０５、４０６
に現れる。セレクタ１０７は、Ｓ１側を出力し、データ
線４０７、４０８、４０９に鍵スケジューリング部４の
出力結果が現れる（この時、データ線４０８の値は、Ｋ
［Ｎ−３］、Ｋ［Ｎ−４］になる）。

【０１０１】ステップ８０３）暗号化処理フェーズ２の
ステップ３０３と同様の手順の処理を行う。

【０１０２】ステップ８０４）上記のステップ８０２〜
８０３の手順をさらに「Ｎ／２−２」回繰り返す。

【０１０３】（３−３）復号後処理 復号処理フェーズ３の処理で得られたデータブロックに
復号後処理を施す。

【０１０４】［復号処理フェーズ４］図１４の復号処理
フェーズ４において、データランダム化部３の前後処理
モジュール３２は、復号処理フェーズ３の処理で得られ
たデータブロックと、レジスタ２からの４組部分拡大鍵 Ｋ［Ｎ］，Ｋ［Ｎ＋１］，Ｋ［Ｎ＋２］，Ｋ［Ｎ＋３］ との排他的論理和を取る。

【０１０５】ステップ９０１）図１において、表１に示
すように、制御線２２、２６は“０”、制御線２１、２
５は“１”にする。

【０１０６】ステップ９０２）図５において、セレクタ
１０６は、Ｓ０側を出力し、データ線４０７、４０８、
４０９に鍵スケジューリング部４の出力結果が現れる
（このとき、データ線４０７の値は、Ｋ［Ｎ］、Ｋ［Ｎ
＋１］、データ線４０９の値は、Ｋ［Ｎ＋２］、Ｋ［Ｎ
＋３］になる）。

【０１０７】ステップ９０３）図２において、セレクタ
１０１はＳ１側を出力し、データ線３０１はデータ線３
０５の値となる。図３において、前後処理モジュール３
２はデータ線３０１、４０７、４０９からの入力を得
て、結果をデータ線３０２に出力する。図２において、
セレクタ１０２はＳ０側を出力し、データ線１２はデー
タ線３０２と等しい値となる。

【０１０８】以上のステップを施した後に、データ線１
２の値は復号されたデータブロック（平文）になる。

【０１０９】なお、上記の実施例では、ＦＥＡＬについ
て適用して述べたが、この例に限定されることなく、Ｄ
ＥＳ等の慣用暗号アルゴリズムにおいても適用可能であ
る。

【０１１０】なお、本発明は、上記の例に限定されるこ
となく、特許請求の範囲内で種々変更、応用が可能であ
る。

【０１１１】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、以下のよ
うな効果が得られる。

【０１１２】（１）本発明を同一構造のハードウェアや
ソフトウェアで実現した場合に、任意の回転段数を選択
することが可能である。また、部分拡大鍵を保持するレ
ジスタの容量は、Ｎの値に依存せずに一定となる。

【０１１３】（２）本発明により、データランダム化部
及び鍵スケジューリング部をモジュー化できる。

【０１１４】（３）本発明の鍵スケジューリング部は、
暗号化と復号の場合に依らず、同一ハードウェア構成で
実現できる。

【０１１５】（４）本発明は、小規模なＬＳＩで実現で
き、安価に製品化することができる。

【０１１６】（５）本発明は、鍵スケジューリンチ処理
とデータランダム化処理を並行して同時に行うため、高
速な暗号処理が実現できる。

【０１１７】（６）本発明は、ＦＥＡＬのみならず、Ｄ
ＥＳ等の慣用暗号アルゴリズムに適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の汎用高速暗号装置の構成図
である。

【図２】本発明の一実施例のデータランダム化部の構成
図である。

【図３】本発明の一実施例の前後処理モジュールの構成
図である。

【図４】本発明の一実施例の中処理モジュールの構成図
である。

【図５】本発明の一実施例の鍵スケジューリング部の構
成図である。

【図６】本発明の一実施例の拡大鍵生成モジュールの構
成図である。

【図７】本発明の一実施例のｆｋ／ｆｋ^-1関数生成器の
構成図である。

【図８】本発明の一実施例のＦＥＡＬにおけるデータラ
ンダム化部の論理構成図である。

【図９】本発明の一実施例のＦＥＡＬにおける鍵スケジ
ューリング部の論理構成図である。

【図１０】本発明の一実施例の部分拡大鍵を逆方向に生
成する鍵スケジューリング部の論理構成図である。

【図１１】本発明の一実施例のＦＥＡＬにおけるｆｋ／
ｆｋ^-1関数の論理構成図である。

【図１２】本発明の一実施例の共通処理の動作を示す図
である。

【図１３】本発明の一実施例の暗号化処理動作を示す図
である。

【図１４】本発明の一実施例の暗号化処理動作を示す図
である。

【図１５】従来の汎用高速暗号装置の構成図である。

【符号の説明】

１、２ レジスタ ３ データランダム化部 ４ 鍵スケジューリング部 ５ 状態制御部 １１，１２，１３，１４，１５，１６，３０１，３０
２，３０３，３０４，３０５，４０４，４０５，４０
６，４０７，４０８，４０９、４１０、４１１，４１
２，４１３，４１４，４２０、４２１，４２２，４２
３，４２４，４３０，４３１，４３２，４３３，４３４
データ線 ２１，２２，２３，２４，２５，２６ 制御線 ３２ 前後処理モジュール ３３ 中処理モジュール ４３ ｆｋ関数、ｆｋ^- 関数生成器 ４４，４５，４６ レジスタ ４２ 拡大鍵生成モジュール ７３，７４ バッファ １０１，１０２，１０４，１０５，１０６，１０７，１
０８，１０９，１１０，１１１，１１２，１１３，１１
４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９，１２０
セレクタ １００１ 鍵処理部 １００２ 鍵拡張鍵 １００３ データランダム化部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 洋子 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 青木 克彦 東京都武蔵野市吉祥寺本町１丁目14番５号 エヌティティエレクトロニクステクノロ ジー株式会社 (72)発明者 大山 勝一 東京都武蔵野市吉祥寺本町１丁目14番５号 エヌティティエレクトロニクステクノロ ジー株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信データや計算機データの守秘性を高
   めるために用いる汎用暗号アルゴリズムを実現する暗号
   化・復号処理方法において、 データの暗号化・復号処理の過程で、与えられた暗号鍵
   又は、既に生成された部分拡大鍵から次の暗号化・復号
   処理に必要な新たな部分拡大鍵を生成することを特徴と
   するデータ暗号化・復号処理方法。
2. 【請求項２】 前記与えられた暗号鍵又は既に生成され
   た部分拡大鍵から次の暗号化・復号処理に必要な新たな
   部分拡大鍵の生成において、 該部分拡大鍵を生成するための拡大鍵生成関数及び該拡
   大鍵生成関数の逆関数を用いて、順方向または、逆方向
   に部分拡大鍵を生成する請求項１記載のデータ暗号化・
   復号処理方法。
3. 【請求項３】 通信データや計算機データの守秘性を高
   めるために用いる任意の回転段数を指定可能な汎用暗号
   アルゴリズムを実現する暗号化・復号処理方法におい
   て、 入力データを攪拌するデータランダム化処理と並行し
   て、当該データランダム化処理に必要な部分拡大鍵を、
   前記暗号化・復号処理の過程で与えられた暗号鍵また
   は、既に生成された部分拡大鍵から次の暗号化・復号処
   理に必要な新たな部分拡大鍵を、拡大鍵生成関数及び該
   拡大鍵生成関数の逆関数を用いて生成する請求項１及び
   ２記載のデータ暗号化・復号処理方法。
4. 【請求項４】 通信データや計算機データの守秘性を高
   めるために用いる任意の回転段数が指定可能な暗号装置
   において、 入力データを複数回に分けて攪拌してデータランダム化
   処理を行うデータ攪拌手段と、 与えられた暗号鍵または、既に生成された部分拡大鍵か
   ら、拡大鍵生成関数及び該拡大鍵生成関数の逆関数を用
   いて順方向または逆方向に新たな部分拡大鍵を生成する
   部分拡大鍵生成手段と、 暗号化または、復号の指示により該部分拡大鍵生成手段
   に対して該データ攪拌手段が最初の回に必要な部分拡大
   鍵を生成する制御を行い、 該部分拡大鍵生成手段が該部分拡大鍵の生成を完了すれ
   ば、該制御手段は、該データ攪拌手段に対して最初の回
   の動作制御と、該部分拡大鍵生成手段に対して該データ
   攪拌手段が次の回に必要な部分拡大鍵を生成する制御を
   行い、 該部分拡大鍵生成手段が該部分拡大鍵の生成を完了すれ
   ば、該制御手段は、指定された回転段数に従い、該デー
   タ攪拌手段に対してｉ回目の動作制御と、該部分拡大鍵
   生成手段に対して該データ攪拌手段がｉ＋１回目に必要
   な部分拡大鍵を生成する制御動作を繰り返すように制御
   する制御手段を有することを特徴とする暗号装置。