JPH09325881A - Pseudo-random number generator - Google Patents

Pseudo-random number generator

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JPH09325881A
JPH09325881A JP8142057A JP14205796A JPH09325881A JP H09325881 A JPH09325881 A JP H09325881A JP 8142057 A JP8142057 A JP 8142057A JP 14205796 A JP14205796 A JP 14205796A JP H09325881 A JPH09325881 A JP H09325881A
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Michio Shimada
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate pseudo-random numbers having high resistance to correlation attack in a comparatively simple circuit constitution by thinning the clocks to be inputted to a linear (nonlinear) feedback shift register which generates the pseudo random numbers. SOLUTION: Bit series held by a shift register 801 are supplied to an output terminal 813 and a nonlinear function circuit 803. An exclusive OR circuit 802 calculates the exclusive OR of the bit of a prescribed position among the bit series held by the register 801 and supplies this calculation result to the register 801. Then the circuit 803 calculates the nonlinear connection of the bit of a prescribed position among the bit series held by the register 801, and this calculation result is outputted as a pseudo random number via an output terminal 814. In such a constitution, it's possible to generate the pseudo random numbers suitable for the stream ciphering without increasing the number of stages and pieces of shift registers and by thinning the clock pulses even when a pseudo random number generator consists of a nonlinear feedback register.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は擬似乱数発生装置に
関し、特に通信システムや計算機システムにおいて採用
され、許可されていない者が不正に情報を取得すること
等を防止するために、情報に擬似乱数を排他的論理和で
加算して暗号に変換したり暗号に擬似乱数を排他的論理
和で加算して元の情報を復元するストリーム暗号装置等
に用いられる擬似乱数発生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pseudo-random number generator, and more particularly to a pseudo-random number generator employed in a communication system or a computer system, in order to prevent unauthorized persons from illegally acquiring information. And a pseudo-random number generator used in a stream encryption device or the like for restoring original information by adding a pseudo-random number to the cipher by using an exclusive-OR to add a pseudo-random number to the cipher to convert it into a cipher.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から広く知られている暗号として、
ストリーム暗号と呼ばれるものがある。これは、擬似乱
数発生装置によって生成される擬似乱数系列と、送信す
る情報系列との排他的論理和を、暗号系列として送信す
るものである。なお、一般的には、情報系列が“000
0・・・”であっても不正解読ができないように、スト
リーム暗号が設計される。情報系列が“0000・・
・”の場合には、ストリーム暗号の出力する暗号系列か
ら情報系列を不正解読することと、擬似乱数から擬似乱
数発生装置の内部状態を推定することとは等価である。
このため、以下では、「ストリーム暗号が不正解読され
るという代わりに、単に「擬似乱数発生装置が不正解読
される」ということもある。
2. Description of the Related Art Conventionally widely known ciphers include:
There is something called a stream cipher. In this method, an exclusive OR of a pseudo-random number sequence generated by a pseudo-random number generator and an information sequence to be transmitted is transmitted as a cryptographic sequence. Note that, in general, the information series is "000.
The stream cipher is designed so that unauthorized decryption is not possible even if the information sequence is "0 ...".
In the case of "", illegally decrypting the information sequence from the cipher sequence output from the stream cipher is equivalent to estimating the internal state of the pseudorandom number generator from the pseudorandom number.
For this reason, in the following, instead of "the stream cipher being decrypted incorrectly," there is also a case where "the pseudorandom number generator is simply decrypted."

【0003】また、従来から広く知られている擬似乱数
発生装置として、複数の線形フィードバック・シフトレ
ジスタ(Linear Feedback Shift
Register;以下、LFSRと略す)の出力す
る擬似乱数を、結合関数と呼ばれる非線形関数によって
非線形結合して、より非線形性の高い擬似乱数を生成す
る方法がある。ここで、非線形結合とは線形結合ではな
い結合のことであり、ビットx1 ,…,xn (nは正の
整数、以下同じ)の線形結合とはy=x1 +x2 +…x
n やy=x1 +x2 +…xn +1など、排他的論理和+
だけを使ってビットyを与えることである。言い換える
と、、ビットx1 ,…,xn の非線形結合とは、y=x
1 *x2 +x2 *x3 +…+xn *x1 等、論理積*と
排他的論理和+との両方を使ってビットyを与えること
であり、yを与える式をどのように変形しても線形結合
に帰着しないようなものである。また、非線形結合の非
線形性とは、yを与える式の次数のことであり、式の次
数が大きいほど非線形性が高いといわれる。なお、当然
のことながら、結合関数の入力を増やせば増やすほど、
非線形性の高い非線形結合が実現可能になる。
As a pseudo-random number generator that has been widely known, a plurality of linear feedback shift registers (Linear Feedback Shift Registers) has been proposed.
There is a method of generating pseudo-random numbers with higher non-linearity by non-linearly combining pseudo random numbers output from a register (hereinafter abbreviated as LFSR) by a non-linear function called a coupling function. Here, a non-linear combination is a combination that is not a linear combination, and a linear combination of bits x 1 ,..., X n (n is a positive integer, the same applies hereinafter) is y = x 1 + x 2 +.
Exclusive OR + such as n or y = x 1 + x 2 +... x n +1
Is to give the bit y. In other words, the non-linear combination of the bits x 1 , ..., X n is y = x
1 * x 2 + x 2 * x 3 + ... + x n * x 1 etc. is to give a bit y using both the logical product * and the exclusive OR, and how to transform the expression that gives y Even if it does not result in linear combination. The non-linearity of the non-linear coupling refers to the order of the equation giving y, and it is said that the higher the order of the equation, the higher the nonlinearity. Note that, of course, the more inputs to the join function, the more
Non-linear coupling with high non-linearity can be realized.

【0004】図6は、従来の擬似乱数発生装置の構成を
示すブロック図である。図において、n個のLFSR5
01−1〜501−nは、入力端子511に“0”が供
給されているときには、入力端子510にパスが入力さ
れると、入力端子512から供給される初期状態と呼ば
れるビット系列を、内部状態として保持する。なお、そ
れぞれのLFSR501−1〜501−nには、一般に
はLFSR毎に異なった初期状態が供給される。また、
LFSR501−1〜501−nは、入力端子511に
“1”が供給されているときには、入力端子510にパ
ルスが1個入力される毎に、擬似乱数を出力する。n個
のLFSR501−1〜501−nの出力する擬似乱数
は、結合関数回路502に入力され、結合関数回路50
2の出力が、擬似乱数として出力端子513から出力さ
れる。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional pseudorandom number generator. In the figure, n LFSR5
When “0” is supplied to the input terminal 511 and a path is input to the input terminal 510, the bit sequence referred to as an initial state supplied from the input terminal 512 is converted into an internal state. Keep as state. Note that different initial states are generally supplied to the respective LFSRs 501-1 to 501-n. Also,
When “1” is supplied to the input terminal 511, the LFSRs 501-1 to 501-n output pseudo-random numbers each time one pulse is input to the input terminal 510. The pseudo-random numbers output from the n LFSRs 501-1 to 501-n are input to the combination function circuit 502,
The output of 2 is output from the output terminal 513 as a pseudo random number.

【0005】なお、図6の擬似乱数発生装置に、擬似乱
数を発生させるには、次のようにする。まず、入力端子
512に初期状態を供給する。次に、入力端子511に
“0”を供給して、入力端子510にパルス(あるいは
クロックと呼ぶ)を1個入力する。そして、入力端子5
11に“1”を供給する。すると、それ以降は、入力端
子510にパルスを1個入力する毎に、出力端子513
から擬似乱数が得られる。
In order to generate a pseudo random number in the pseudo random number generator of FIG. First, the initial state is supplied to the input terminal 512. Next, “0” is supplied to the input terminal 511, and one pulse (or clock) is input to the input terminal 510. And the input terminal 5
11 is supplied with “1”. Thereafter, every time one pulse is input to the input terminal 510, the output terminal 513
Gives a pseudo-random number.

【0006】図7は、LFSR501−1〜501−n
を示す機能ブロック図である。図において、シフトレジ
スタ601は、入力端子611に“0”が供給されてい
るときには、入力端子610にパルスが入力されると、
入力端子612から供給される初期状態と呼ばれるビッ
ト系列を、内部状態として保持する。また、シフトレジ
スタ601は、入力端子611に“1”が供給されてい
るときには、入力端子610にパルスが1個入力される
と、保持されているビット系列を右側に1ビットだけシ
フトして、排他的論理和回路602の出力をビット系列
の左端のビットとして保持する。なお、ビット系列の右
端に保持されていたビットは、保持されているビット系
列が右側に1ビットだけシフトされると、捨てられる。
FIG. 7 shows LFSRs 501-1 to 501-n.
It is a functional block diagram showing. In the figure, when “0” is supplied to the input terminal 611, when a pulse is input to the input terminal 610,
A bit sequence called an initial state supplied from the input terminal 612 is held as an internal state. When “1” is supplied to the input terminal 611 and one pulse is input to the input terminal 610, the shift register 601 shifts the held bit sequence by one bit to the right, The output of the exclusive OR circuit 602 is held as the leftmost bit of the bit sequence. The bit held at the right end of the bit sequence is discarded when the held bit sequence is shifted by one bit to the right.

【0007】また、シフトレジスタ601に保持されて
いるビット系列は、出力端子613に供給されている。
排他的論理和回路602は、シフトレジスタ601に保
持されているビット系列のうち、予め決められた位置に
あるビットの排他的論理和を計算して、計算結果をシフ
トレジスタ601に供給する。排他的論理和回路602
の出力は、出力端子614にも供給されており、それが
擬似乱数として出力される。LFSR501−1〜50
1−nの構造は全て同一であるが、シフトレジスタ60
1の長さと、シフトレジスタ601に記憶されているビ
ットのうち排他的論理和回路602に供給されるビット
の位置は、一般に、LFSR毎に異なっている。なお、
入力端子610,611,612には、それぞれ図6の
入力端子510,511,512から入力される値が供
給されており、出力端子614の出力は図6の結合関数
502に供給されている。出力端子613の出力は、図
6においては、使われていない。
Further, the bit sequence held in the shift register 601 is supplied to the output terminal 613.
The exclusive OR circuit 602 calculates the exclusive OR of the bit at a predetermined position in the bit sequence held in the shift register 601, and supplies the calculation result to the shift register 601. Exclusive OR circuit 602
Is also supplied to an output terminal 614, which outputs it as a pseudo-random number. LFSR501-1-50
1-n have the same structure, but the shift register 60
In general, the length of 1 and the position of the bit supplied to the exclusive OR circuit 602 among the bits stored in the shift register 601 are different for each LFSR. In addition,
The values input from the input terminals 510, 511, 512 of FIG. 6 are supplied to the input terminals 610, 611, 612, respectively, and the output of the output terminal 614 is supplied to the combination function 502 of FIG. The output of the output terminal 613 is not used in FIG.

【0008】結合関数回路502とは、入力されたビッ
トの非線形結合をとってその結果を出力する結合関数の
機能を持つものであり、論理関数回路やリード・オン・
メモリ(ROM)あるいはそれらの組合わせによって表
現される。図8は、4入力の結合関数回路502の一例
を示す機能ブロック図である。これは、n=4とした擬
似乱数発生装置で使われるもので、4個のLFSR50
1−1〜501−4の出力する擬似乱数が、それぞれ入
力端子701−1〜701−4に供給される。
[0008] The coupling function circuit 502 has a function of a coupling function for taking nonlinear coupling of input bits and outputting the result, and includes a logical function circuit and a read-on / off circuit.
It is represented by a memory (ROM) or a combination thereof. FIG. 8 is a functional block diagram showing an example of the 4-input combination function circuit 502. This is used in a pseudo-random number generator in which n = 4, and four LFSRs 50 are used.
Pseudo random numbers output from 1-1 to 501-4 are supplied to input terminals 701-1 to 701-4, respectively.

【0009】論理積回路701は、入力端子710−1
に供給される値と入力端子710−2に供給される値の
論理積を計算して、その結果を出力する。論理積回路7
02は、入力端子710−1に供給される値と入力端子
710−3に供給される値の論理積を計算して、その結
果を出力する。論理積回路703は、入力端子710−
2に供給される値と入力端子710−3に供給される値
の論理積を計算して、その結果を出力する。排他的論理
和回路704は、論理積回路701の出力と論理積回路
702の出力と論理積回路703の出力と入力端子71
0−4に供給される値との排他的論理和を計算し、計算
結果を出力端子711から出力する。出力端子711の
出力は図6の出力端子513に供給されている。
The AND circuit 701 has an input terminal 710-1.
And the value supplied to the input terminal 710-2 are calculated, and the result is output. AND circuit 7
02 calculates the logical product of the value supplied to the input terminal 710-1 and the value supplied to the input terminal 710-3, and outputs the result. The AND circuit 703 has an input terminal 710-
The logical product of the value supplied to 2 and the value supplied to the input terminal 710-3 is calculated, and the result is output. The exclusive OR circuit 704 includes an output of the AND circuit 701, an output of the AND circuit 702, an output of the AND circuit 703, and the input terminal 71.
The exclusive OR with the value supplied to 0-4 is calculated, and the calculation result is output from the output terminal 711. The output of the output terminal 711 is supplied to the output terminal 513 of FIG.

【0010】しかしながら、従来の擬似乱数発生装置の
LFSR501−1〜501−nに与えられた初期状態
は、しばしば、コリレーション・アタック(corre
lation attack)と呼ばれる解読方法で推
定されてしまう。すなわち、あるLFSR501−j
(j=1〜n)の出力で条件付けたときの結合関数回路
502の出力の条件付き確率分布が一様でない場合に
は、そのLFSR501−jと等価なLFSRの出力系
列と結合関数回路502の出力系列との相関を最大にす
るような等価LFSRの初期状態を総当りで求めること
で、LFSR501−jに与えられた初期状態が求めら
れてしまう。
[0010] However, the initial state given to the LFSRs 501-1 to 501 -n of the conventional pseudo-random number generator often includes a correlation attack (corre).
It is estimated by a decryption method called the “ration attack”. That is, a certain LFSR501-j
If the conditional probability distribution of the output of the joint function circuit 502 is not uniform when conditioning with the outputs (j = 1 to n), an output sequence of the LFSR equivalent to the LFSR 501-j and the output sequence of the joint function circuit 502 By finding the initial state of the equivalent LFSR that maximizes the correlation with the output sequence on a brute force basis, the initial state given to the LFSR 501-j is found.

【0011】また、一般的に、あるt個のLFSRの出
力で条件付けたときの結合関数回路502の出力の条件
付き確率分布が一様でない場合には、それらのt個のL
FSRと等価なt個のLFSRの出力系列と結合関数回
路502の出力系列との相関を最大にするようなt個の
等価LFSRの初期状態を総当りで求めることで、t個
のLFSRに与えられた初期状態が求められる。なお、
以上の説明では、説明の便宜上、結合関数回路502の
出力系列からLFSRの初期状態を推定することを考え
たが、情報系列は理想的な乱数ではなく冗長度を持って
いるので、以上の操作において、結合関数回路502の
出力系列の代わりに暗号系列を用いても、LFSRの初
期状態を推定できる。すなわち、コリレーション・アタ
ックは、情報系列が“0000・・・”でない場合で
も、実行可能である。
In general, when the conditional probability distribution of the output of the joint function circuit 502 is not uniform when conditioning is performed on the outputs of a certain t LFSRs, the t L
The initial state of the t equivalent LFSRs that maximizes the correlation between the output series of the t LFSRs equivalent to the FSR and the output series of the joint function circuit 502 is obtained by brute force and given to the t LFSRs. The obtained initial state is required. In addition,
In the above description, for the sake of convenience, the initial state of the LFSR is estimated from the output sequence of the joint function circuit 502. However, since the information sequence is not an ideal random number but has redundancy, the above operation is performed. In, the initial state of the LFSR can be estimated even if an encryption sequence is used instead of the output sequence of the combination function circuit 502. That is, the correlation attack can be executed even when the information sequence is not "0000 ...".

【0012】なお、注意しておくが、何次までのコリレ
ーション・アタックが実行できるか否かは、結合関数の
性質だけでなく、t個のLFSRの段数の合計にも依存
して決まる。例えば、t個のLFSRの段数の合計が6
4ビットであれば、求める初期状態を総当りで求めるこ
とが困難になるので、t次のコリレーション・アタック
は実行できないが、t個のLFSRの段数の合計が20
ビットであれば、t次のコリレーション・アタックは容
易に実行できる。
It should be noted that how many orders of correlation attack can be performed depends not only on the properties of the coupling function but also on the total number of t LFSR stages. For example, the total number of stages of t LFSRs is 6
If it is 4 bits, it is difficult to determine the initial state to be determined by brute force, so that the t-th correlation attack cannot be executed, but the total number of stages of t LFSRs is 20
If it is a bit, the t-th correlation attack can be easily performed.

【0013】このため、従来は、(t+1)次のコリレ
ーション・アタックが実行できなくなるほどLFSRの
段数を増やすと共に、t個のLFSRの出力で条件付け
たときの結合関数の出力の条件付き確率分布が一様であ
るような結合関数を用いて、t次のコリレーション・ア
タックを防いでいた。なお、そのような結合関数は、t
次コリレーション・イミューン(correlatio
n immune)であると言われる。例えば、4入力
の結合関数を用いる場合には、結合関数を1次コリレー
ション・イミューンにできることが知られているので、
2次のコリレーション・アタックが実行できないように
LFSRの段数が選択される。なお、図6の4入力結合
関数回路は、1次コリレーション・イミューンであるこ
とが知られている。
For this reason, conventionally, the number of LFSR stages is increased so that the (t + 1) th order correlation attack cannot be executed, and the conditional probability distribution of the output of the coupling function when the output of t LFSRs is conditioned. Was used to prevent t-th order correlation attacks. Note that such a combination function is t
Next Correlation Immune
n immune). For example, when a four-input coupling function is used, it is known that the coupling function can be a first-order correlation immun.
The number of LFSR stages is selected so that a second-order correlation attack cannot be performed. It is known that the four-input coupling function circuit of FIG. 6 is a primary correlation immun.

【0014】なお、従来の擬似乱数発生装置及びコリレ
ーション・アタックや4入力結合関数に関しては、例え
ば、特開平7−104976号公報や、1986年にス
プリンガー・ヴァーラグから刊行されたルェッペル著
「アナリシス・アンド・デザイン・オブ・ストリーム・
サイファー」(R. A. Rueppel著Anal
ysis and Design of Stream
Ciphers, Springer−Verla
g, 1986)の第92頁から第141頁にかけて
や、島田道雄著「結合関数の無相関性について」(第1
7回情報理論とその応用シンポジウム予稿集1994
年)の第53頁から第56頁にかけて詳しい解説があ
る。
The conventional pseudo-random number generator, correlation attack, and four-input coupling function are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-104976 and "Analysis. AND DESIGN OF STREAM
Cipher "(R.A. Rueppel, Anal
ysis and Design of Stream
Ciphers, Springer-Verla
g, 1986), pp. 92-141, Michio Shimada, "On the Uncorrelation of Joining Functions" (1st.
Proceedings of the 7th Symposium on Information Theory and Its Applications 1994
Year), there is a detailed explanation from page 53 to page 56.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】従来の擬似乱数発生装
置の問題点は、上述した文献(島田道雄著「結合関数の
無相関性について」)で示されているように、コリレー
ション・イミューンな結合関数を使っていても、差分コ
リレーション・アタックで解読できるということであ
る。その理由は、例えば、図6の4入力結合関数回路を
考えてみれば分かる。図8の4入力結合関数回路の場合
には、入力端子710−4の入力が線形結合しているの
で、入力端子710−4に擬似乱数を供給しているLF
SRの周期をLとすると、時刻tと時刻L+tとにおけ
る結合関数の出力の差分をとることで、そのLFSRの
出力の影響が結合関数の出力の差分に出なくなるように
することができる。そうすると、4入力の結合関数に基
づく擬似乱数発生装置を1次コリレーション・アタック
で解読することが、3入力結合関数に基づく擬似乱数発
生装置を1次コリレーション・アタックで解読すること
に帰着してしまう。3入力結合関数は、1次コリレーシ
ョン・イミューンにできないので、1次コリレーション
・アタックで簡単に解読されてしまう。
As described in the above-mentioned reference (Michio Shimada, "On the Uncorrelation of Coupling Functions"), the problem of the conventional pseudorandom number generator is the correlation immunity. This means that even with the use of a joint function, it can be decoded with a differential correlation attack. The reason can be understood, for example, by considering the four-input coupling function circuit of FIG. In the case of the four-input coupling function circuit of FIG. 8, since the inputs of the input terminal 710-4 are linearly coupled, the LF supplying the pseudo random number to the input terminal 710-4
Assuming that the period of the SR is L, by taking the difference between the output of the combined function at time t and the time L + t, the influence of the output of the LFSR can be prevented from appearing in the difference of the output of the combined function. Then, decoding a pseudo-random number generator based on a 4-input combination function with a first-order correlation attack results in decoding a pseudo-random number generator based on a 3-input combination function with a first-order correlation attack. Would. Since the 3-input combination function cannot be the first-order correlation immunity, it is easily decoded by the first-order correlation attack.

【0016】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は、LFSRの
段数や個数を増やさずに、LFSRに供給されるクロッ
ク信号を制御することで、ストリーム暗号に適した擬似
乱数発生装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art. An object of the present invention is to control a clock signal supplied to an LFSR without increasing the number of stages and the number of LFSRs. An object of the present invention is to provide a pseudorandom number generator suitable for stream cipher.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明による擬似乱数発
生装置は、複数のパルスから構成されるクロックの入力
に応じて夫々シフト動作するn個(nは正の整数、以下
同じ)のシフトレジスタと、このn個のシフトレジスタ
の各出力を結合して擬似乱数を生成する結合関数回路と
を含む擬似乱数発生装置であって、前記n個のシフトレ
ジスタに入力されるクロックのパルスを間引くクロック
間引き手段を含むことを特徴とする。
A pseudo-random number generator according to the present invention is an n-number (n is a positive integer, the same applies hereinafter) shift register that shifts in response to a clock input composed of a plurality of pulses. And a combinational function circuit for combining the outputs of the n shift registers to generate a pseudorandom number, and a clock for thinning out the pulses of the clocks input to the n shift registers. It is characterized by including thinning means.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の作用は以下の通りであ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The operation of the present invention is as follows.

【0019】さて、良く考えてみると、コリレーション
・アタックが成功するためには、次の2つの条件が必要
であることが分かる。すなわち、第1の条件は、解読者
が擬似乱数発生装置のLFSRと等価なLFSRを持っ
ており、解読者が等価なLFSRの初期状態を適切に設
定することで、その等価LFSRに、擬似乱数発生装置
のLFSRと同じ擬似乱数系列を発生させられるという
ものである。また、第2の条件は、既に述べたように、
結合関数の入出力間に相関があるというものである。
By considering the above, it can be seen that the following two conditions are necessary for a successful correlation attack. That is, the first condition is that the reader has an LFSR equivalent to the LFSR of the pseudo-random number generator, and the reader appropriately sets the initial state of the equivalent LFSR so that the equivalent LFSR has the pseudo-random number in the equivalent LFSR. The same pseudo-random number sequence as that of the LFSR of the generator can be generated. The second condition is, as already described,
There is a correlation between the input and output of the combined function.

【0020】これらの2つの条件が揃わないとコリレー
ション・アタックが実行できないのである。そして、従
来は、第2の条件を崩すことで、すなわち、結合関数の
入出力間に相関が出ないようにすることで、コリレーシ
ョン・アタックを防いでいたのである。
If these two conditions are not satisfied, the correlation attack cannot be executed. Conventionally, the correlation attack is prevented by breaking the second condition, that is, by preventing the correlation between the input and output of the coupling function.

【0021】そこで本発明では、第1の条件を崩すこと
で、コリレーション・アタックを防ぐことにした。すな
わち、従来の擬似乱数発生装置では、それぞれのLFS
Rに常にクロック信号を供給していたのだが、本発明で
は、クロックのパルスを間引いてクロック信号のパター
ンを変化させることにした。すなわち、従来は、“00
00・・・・”というクロック信号を使っていたのに対
して、本発明では、それ以外の2値系列もクロック信号
として使用することにした。クロック信号のパターンを
解読者に秘密にしておけば、複製されたLFSRに擬似
乱数発生装置のLFSRと同じ擬似乱数発生系列を発生
させられないので、第1の条件が崩れ、コリレーション
・アタックが実行できなくなる。
Therefore, in the present invention, the correlation attack is prevented by breaking the first condition. That is, in the conventional pseudo-random number generator, each LFS
Although a clock signal was always supplied to R, in the present invention, the pattern of the clock signal was changed by thinning out the clock pulse. That is, conventionally, “00”
In the present invention, other binary sequences are also used as the clock signal, whereas the clock signal pattern "00..." Is used. For example, since the same pseudo-random number generation sequence as the LFSR of the pseudo-random number generator cannot be generated in the copied LFSR, the first condition is broken, and the correlation attack cannot be executed.

【0022】なお、以上では、クロック信号を2値系列
として表現したが、2値系列のτ番目が“0”であると
いうことは、クロック信号のτ単位時刻にパルスが有る
ことを意味し、2値系列のτ番目が“1”であること
は、クロック信号のτ単位時刻にパルスが無いことを意
味する(“0”と“1”とを入れ替えても良いのだが、
説明の便宜上、このようにしておく)。また、単位時刻
とは、クロック信号の周期すなわちパルス1個の長さに
相当する時刻を“1”として測った時間のことである。
In the above description, the clock signal is expressed as a binary series, but the fact that the τth of the binary series is “0” means that there is a pulse at the τ unit time of the clock signal, The fact that the τ th of the binary sequence is “1” means that there is no pulse at the τ unit time of the clock signal (“0” and “1” may be interchanged,
This is done for convenience of explanation). Further, the unit time is the time measured by setting the time corresponding to the period of the clock signal, that is, the length of one pulse, as “1”.

【0023】ただし、ただ単にランダムにクロック信号
のパターンを選択するのでは、擬似乱数発生装置の出力
する擬似乱数の周期が極端に短くなる危険性がある。例
えば、どのLFSRも周期Tビットの周期系列を擬似乱
数系列として出力したら、擬似乱数発生装置の出力する
擬似乱数系列も周期Tビットの周期系列になってしま
う。擬似乱数系列の周期が短いと、例えば、盗聴によっ
て得られた擬似乱数系列全体をメモリに記憶しておき、
それを暗号系列に排他的論理和で加算することで、簡単
に不正解読されてしまう。
However, if the clock signal pattern is simply selected at random, there is a risk that the period of the pseudo-random number output from the pseudo-random number generator becomes extremely short. For example, if any LFSR outputs a period sequence of period T bits as a pseudo random number sequence, the pseudo random number sequence output from the pseudo random number generator also becomes a period sequence of period T bits. If the period of the pseudo-random number sequence is short, for example, the entire pseudo-random number sequence obtained by eavesdropping is stored in a memory,
By adding it to the cryptographic sequence by exclusive OR, it is easily illegally decrypted.

【0024】そこで本発明では、次のような工夫によっ
て、擬似乱数の周期が短くなることを防いでいる。すな
わち、クロック信号として、互いに長さとハミング重み
とが等しいn個の2値系列から構成されるn個組を、予
め複数個選んでおき、それら複数個のn個組みからラン
ダムに1つのn個組を選択し、選択されたn個組みの各
2値系列を、n個のLFSRのそれぞれに逐次的に供給
する。例えば、n=4の場合には、次のようにする。
Therefore, the present invention prevents the period of the pseudo-random number from being shortened by the following measures. That is, a plurality of n sets composed of n binary sequences having the same length and the same Hamming weight are selected in advance as a clock signal, and one n set is randomly selected from the plurality of n sets. A set is selected, and each of the selected n sets of binary sequences is sequentially supplied to each of the n LFSRs. For example, when n = 4, the following is performed.

【0025】まず、4個組みとして、(0001,00
10,0100,1000)(4単位時刻分),(10
00,0100,0010,0001),(4単位時刻
分)(0,0,0,0)(1単位時刻分)を用意してお
く。そして、ある時刻に1番目の4個組みが選択された
ならば、その4個組みの2値系列の長さは“4”である
から、次の4単位時刻までは、LFSR501−1に
は、“0001”を、LFSR501−2には“001
0”を、LFSR501−3には“0100”を、LF
SR501−4には“1000”をそれぞれクロック信
号として供給する。すると、“1”の場合にクロックパ
ルスが間引かれ、次の4単位時刻後までには、どのLF
SRにも3個のパルスが供給されることになる。このこ
とは、結果だけを見れば、どのLFSRにも“000”
というクロック信号が供給されたのと等価である。つま
り、“0”の場合にはLFSRはシフト動作を行い、
“1”の場合にシフト動作を行わない。また、各LFS
Rに供給されるクロック信号の“1”の位置が互いに異
なるので、各LFSRに同一時刻に入力されるパルスの
うちの1つのみを間引くことになる。
First, (0001,00)
(10,0100,1000) (4 units of time), (10
00, 0100, 0010, 0001) and (4 unit time) (0, 0, 0, 0) (1 unit time). Then, if the first quadruplet is selected at a certain time, the length of the binary sequence of the quadruplet is “4”. , "0001" and "001" in the LFSR 501-2.
0 ", LFSR501-3," 0100 "
"1000" is supplied to the SR 501-4 as a clock signal. Then, in the case of "1", the clock pulse is thinned out, and by the next 4 unit time, which LF
Three pulses are also supplied to the SR. This means that if you look only at the results, any LFSR will have "000"
This is equivalent to the clock signal supplied. That is, in the case of “0”, the LFSR performs a shift operation,
In the case of "1", no shift operation is performed. In addition, each LFS
Since the positions of "1" of the clock signal supplied to R are different from each other, only one of the pulses input to each LFSR at the same time is thinned out.

【0026】以上のようにすれば、本擬似乱数発生装置
のLFSRの内部状態が、少なくとも特定の時刻におい
ては、従来の擬似乱数発生装置のLFSRの内部状態と
同様に推移する。このため、擬似乱数発生装置の出力す
る擬似乱数系列の周期が擬似乱数発生装置の出力する擬
似乱数発生系列の周期よりも短くなることはない。
As described above, the internal state of the LFSR of the pseudorandom number generator changes at least at a specific time in the same manner as the internal state of the LFSR of the conventional pseudorandom number generator. Therefore, the period of the pseudo-random number sequence output from the pseudo-random number generator does not become shorter than the period of the pseudo-random number generation sequence output from the pseudo-random number generator.

【0027】ただし、ただ単にクロック信号として、互
いに長さとハミング重みとが等しい2値系列から構成さ
れるn個組を用いるのでは、依然として、簡単に不正解
読される危険性がある。なぜなら、前述の例において、
例えば、ハミング重みが“3”である(1110,11
01,1011,0111)という2値系列の4個組み
を用いると、ある時刻に出力された擬似乱数と次の時刻
に出力された擬似乱数との間に相関が生じることがある
からである。すなわち、4入力の結合関数は高々1次コ
リレーション・イミューンであり、クロック信号のハミ
ング重みが“3”であれば、ある時刻と次の時刻とでは
3個のLFSRの出力が等しくなることがあるからであ
る。
However, if the n-piece set consisting of binary sequences having the same length and Hamming weight are used as the clock signal, there is still a risk that the data will be easily illegally decrypted. Because in the example above,
For example, the Hamming weight is “3” (1110, 11
This is because if a quadruple set of binary sequences (01, 1011, 0111) is used, a correlation may be generated between the pseudo random number output at one time and the pseudo random number output at the next time. That is, the four-input coupling function is at most a primary correlation immun, and if the Hamming weight of the clock signal is "3", the outputs of the three LFSRs may be equal at a certain time and the next time. Because there is.

【0028】そこで、本発明では、結合関数がt次コリ
レーション・イミューンであれば、長さLのクロック信
号として、ハミング重みがLt/nであるような2値系
列だけを使用する。例えば、n=4の場合には、結合関
数が1次コリレーション・イミューンであれば、長さ
“4”のクロック信号として、ハミング重みが“1”で
あるような、“0001”,“0010”,“010
0”,“1000”といった“1”の位置が互いに異な
る2値系列だけを、n個組みの要素として使用するので
ある。そのようにすれば、ある時刻と次の時刻とで出力
が常に等しいのは1個のLFSRだけになるから、1次
コリレーション・イミューンな結合関数を使うことで、
ある時刻に出力された擬似乱数と次の時刻に出力された
擬似乱数との間に相関が生じることを防ぐことができ
る。
Therefore, in the present invention, if the coupling function is a t-th order correlation immun, only a binary sequence whose Hamming weight is Lt / n is used as a clock signal of length L. For example, when n = 4, if the coupling function is a primary correlation immun, “0001”, “0010” such that the Hamming weight is “1” is used as a clock signal of length “4”. "," 010
Only binary sequences in which the positions of “1” such as “0” and “1000” are different from each other are used as n-elements, so that the output is always equal between a certain time and the next time. Is only one LFSR, so by using the first order correlation / immune coupling function,
It is possible to prevent a correlation between the pseudo random number output at a certain time and the pseudo random number output at the next time.

【0029】次に、本発明の実施例について図面を参照
して詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0030】図1は、本発明の擬似乱数発生装置の一実
施例の構成を示すブロック図であり、図6と同等部分は
同一符号により示されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a pseudorandom number generator according to the present invention, and portions equivalent to those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.

【0031】図において、本実施例の擬似乱数発生装置
は、クロックが入力されるごとに1ビットの擬似乱数を
生成するn個のLFSR501−1〜501−nと、こ
れらn個のLFSRの出力する擬似乱数を非線形結合し
てビットを生成するt次コリレーション・イミューンな
結合関数回路と、n個のLFSRに記憶されたビットの
うち予め決められた一部又は全部のビットに予め決めら
れた非線形変換を施して予め決められた個数のビットを
出力する信号選択回路102と、信号選択回路102の
出力に依存して、長さがLでハミング重みがLt/n以
下であるようなn個の2値系列を、外部から入力される
クロックに同期して逐次に出力する信号発生回路103
と、外部から入力されるクロックと信号発生回路103
の出力との論理和を演算して、その演算結果をn個のL
FSRにクロックとして供給するn個の論理和回路10
1−1〜101−nとを含んで構成され、外部から入力
されるクロックに同期して結合関数回路502より擬似
乱数を出力する。
In the figure, a pseudo-random number generator according to the present embodiment includes n LFSRs 501-1 to 501-n that generate 1-bit pseudo-random numbers each time a clock is input, and outputs of the n LFSRs. A t-th order correlation / immune combination function circuit for nonlinearly combining pseudo-random numbers to generate bits, and a predetermined part or all of the bits stored in n LFSRs. A signal selection circuit 102 for performing a non-linear conversion and outputting a predetermined number of bits, and n signals having a length L and a Hamming weight of Lt / n or less depending on the output of the signal selection circuit 102 Signal generation circuit 103 which sequentially outputs the binary sequence of (1) in synchronization with an externally input clock.
And an externally input clock and a signal generation circuit 103
And the result of the operation is n n L
N OR circuits 10 to be supplied as clocks to the FSR
1-1 to 101-n, the pseudo-random number is output from the combination function circuit 502 in synchronization with a clock input from the outside.

【0032】LFSR501−1〜501−nは、入力
端子111に“0”が供給されているときには、論理和
回路101−1〜101−nからパルスが供給される
と、入力端子112から供給される初期状態と呼ばれる
ビット系列を、内部状態として保持する。また、LFS
R501−1〜501−nは、入力端子111に“1”
が供給されているときには、論理和回路101−1〜1
01−nからパルスが供給されるごとに、内部状態を更
新すると共に擬似乱数を出力する。そして、LFSR5
01−1〜501−nの出力する擬似乱数が、結合関数
回路502に入力されて、結合関数回路502の出力
が、擬似乱数として出力端子113から出力される。L
FSR501−1〜501−nの内部状態は、信号選択
回路102に供給されている。なお、LFSR501−
1〜501−nの内部状態は、図7の出力端子613を
介して出力される。
The LFSRs 501-1 to 501-n are supplied from the input terminal 112 when a pulse is supplied from the OR circuits 101-1 to 101-n when "0" is supplied to the input terminal 111. A bit sequence called an initial state is held as an internal state. In addition, LFS
R501-1 to 501-n output "1" to the input terminal 111.
Is supplied, the OR circuits 101-1 to 101-1
Each time a pulse is supplied from 01-n, the internal state is updated and a pseudo random number is output. And LFSR5
The pseudo-random numbers output from 01-1 to 501-n are input to the combination function circuit 502, and the output of the combination function circuit 502 is output from the output terminal 113 as pseudo-random numbers. L
The internal states of the FSRs 501-1 to 501-n are supplied to the signal selection circuit 102. LFSR501-
The internal states of 1 to 501-n are output via the output terminal 613 of FIG.

【0033】信号選択回路102については、後で詳し
く述べるが、LFSR501−1〜501−nの内部状
態に対して予め決められた非線形変換を施して、予め決
められた数のビットを発生する。信号発生回路103に
ついては、後で詳しく述べるが、信号選択回路102の
出力に応じて、予め決められたクロック信号を生成し
て、論理和回路101−1〜101−nに供給する。論
理和回路101−1〜101−nは、入力端子110か
ら供給されるパルス系列と、信号発生回路103から供
給されるクロック信号との論理和をとることで、クロッ
ク信号に対応するパルス系列を生成して、そのパルス系
列を、それぞれLFSR501−1〜501−nに供給
する。
As will be described later in detail, the signal selection circuit 102 performs a predetermined non-linear conversion on the internal states of the LFSRs 501-1 to 501-n to generate a predetermined number of bits. The signal generation circuit 103 generates a predetermined clock signal in accordance with the output of the signal selection circuit 102 and supplies it to the OR circuits 101-1 to 101-n. The logical sum circuits 101-1 to 101-n take the logical series of the pulse sequence supplied from the input terminal 110 and the clock signal supplied from the signal generation circuit 103 to obtain the pulse sequence corresponding to the clock signal. The pulse sequences are generated and supplied to the LFSRs 501-1 to 501-n, respectively.

【0034】なお、図1の擬似乱数発生装置に擬似乱数
を発生させるには、次のようにする。まず、入力端子1
12に初期状態を供給する。次に、入力端子111に
“0”を供給して、入力端子110にパルスを1個入力
する。そして、入力端子111に“1”を供給する。す
ると、それ以降は、入力端子110にパルスを1個入力
するごとに、出力端子113から擬似乱数が得られる。
In order to generate a pseudo random number in the pseudo random number generator of FIG. 1, the following is performed. First, input terminal 1
12 is supplied with the initial state. Next, “0” is supplied to the input terminal 111 to input one pulse to the input terminal 110. Then, “1” is supplied to the input terminal 111. After that, every time one pulse is input to the input terminal 110, a pseudo random number is obtained from the output terminal 113.

【0035】図2は、n=4とする図1の擬似乱数発生
装置で使われる信号選択回路102の基本構成の一例を
示す機能ブロック図である。図において、図1のLFS
R501−1〜501−4の出力が、それぞれ入力端子
210−1〜210−4に供給されている。配線201
は、予め決められた配線であり、入力端子210−1〜
210−4から供給される信号の予め決められた一部あ
るいは全部を、重複も許して出力する。配線201の出
力は、u個(uは正の整数、以下同じ)の論理積回路2
02−1〜202−uの出力は配線203に供給され
る。
FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of the basic configuration of the signal selection circuit 102 used in the pseudo-random number generator of FIG. 1 where n = 4. In the figure, the LFS of FIG.
Outputs of R501-1 to 501-4 are supplied to input terminals 210-1 to 210-4, respectively. Wiring 201
Is a predetermined wiring, and the input terminals 210-1 to 210-1
A predetermined part or all of the signal supplied from 210-4 is output allowing duplication. The output of the wiring 201 is composed of u (u is a positive integer, the same applies hereinafter) AND circuit 2
The outputs of 02-1 to 202-u are supplied to the wiring 203.

【0036】配線203は予め決められた配線であり、
論理積回路202−1〜202−uから供給される信号
の予め決められた一部あるいは全部を、重複も許して出
力する。配線203の出力は、5個の排他的論理和回路
204−1〜204−5に供給され、排他的論理和回路
204−1〜204−5の出力は出力端子211から出
力される。そして、出力端子211の出力が、図1の信
号発生回路103に供給される。信号選択回路102の
出力は、LFSR501−1〜501−4の出力に依存
しているので、LFSR501−1〜501−4の全て
の初期状態を知らない第三者は、信号選択回路102の
出力を容易には推定できない。
The wiring 203 is a predetermined wiring.
A predetermined part or all of the signals supplied from the AND circuits 202-1 to 202-u are output while allowing duplication. The output of the wiring 203 is supplied to five exclusive OR circuits 204-1 to 204-5, and the outputs of the exclusive OR circuits 204-1 to 204-5 are output from an output terminal 211. Then, the output of the output terminal 211 is supplied to the signal generation circuit 103 of FIG. Since the output of the signal selection circuit 102 depends on the outputs of the LFSRs 501-1 to 501-4, a third party who does not know all the initial states of the LFSRs 501-1 to 501-4 can Cannot be easily estimated.

【0037】図3は、n=4とする図1の擬似乱数発生
回路で用いられる信号発生回路103の基本構成の一例
を示す機能ブロック図である。図において、図1の入力
端子110から入力される信号が入力端子320に供給
され、図1の入力端子111から入力される信号が入力
端子321に供給され、図1の信号選択回路102の出
力が入力端子322に供給されている。カウンタ307
は、入力端子321に“0”が供給されているときに
は、論理和回路302からパルスが供給されると、カウ
ント値をゼロにする。また、カウンタ307は、入力端
子321に“1”が供給されているときには、論理和回
路302からパルスが供給されるごとに、カウント値を
“1”だけ増加し、また、保持されているカウント値
を、論理和回路306とデコーダ309とに供給する。
なお、カウント値が3から“1”だけ増加したときに
は、カウント値は“0”に戻るものとする。
FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of the basic configuration of the signal generation circuit 103 used in the pseudo random number generation circuit of FIG. 1 where n = 4. In the figure, a signal input from an input terminal 110 in FIG. 1 is supplied to an input terminal 320, a signal input from an input terminal 111 in FIG. 1 is supplied to an input terminal 321 and an output of the signal selection circuit 102 in FIG. Are supplied to the input terminal 322. Counter 307
When "0" is supplied to the input terminal 321 and the pulse is supplied from the OR circuit 302, the count value is set to zero. When “1” is supplied to the input terminal 321, the counter 307 increases the count value by “1” every time a pulse is supplied from the OR circuit 302. The value is supplied to the OR circuit 306 and the decoder 309.
Note that when the count value increases from 3 by “1”, the count value returns to “0”.

【0038】レジスタ308は、論理和回路301から
パルスが供給されると、入力端子322に供給されてい
る5ビットを保持し、また、保持されている5ビットの
うち、左端のビットを論理和回路306に供給し、それ
以外の4ビットを転置回路310に供給する。デコーダ
309は、カウンタ307の出力が“x”であれば、右
から“x”ビット目が1であるような4ビットを出力す
る。すなわち、デコーダ309は、x=“0”,
“1”,“2”,“3”に対して、それぞれ“000
1”,“0010”,“0100”,“1000”を出
力する。転置回路310は、レジスタ308の出力に応
じて、デコーダ309の出力ビットの転置(すなわち位
置を入れ替えたもの)を出力する。なお、どういった転
置を行うかは、予め決められているものとする。
When a pulse is supplied from the OR circuit 301, the register 308 holds the five bits supplied to the input terminal 322, and performs a logical OR operation on the leftmost bit among the held five bits. The other four bits are supplied to a transposition circuit 310. If the output of the counter 307 is “x”, the decoder 309 outputs four bits such that the “x” th bit from the right is “1”. That is, the decoder 309 sets x = “0”,
“000” for “1”, “2”, and “3” respectively
1 "," 0010 "," 0100 ", and" 1000 "The transposition circuit 310 outputs the transposition of the output bits of the decoder 309 (that is, the transposed one) in accordance with the output of the register 308. Note that what kind of transposition is performed is determined in advance.

【0039】セレクタ311は、論理積回路304の出
力が“0”であれば、転置回路310の出力を選択して
出力し、論理積回路304の出力が“1”であれば、
“0000”を出力する。そして、セレクタ311の出
力が出力端子323から出力される。なお、出力端子3
23の出力は、図1の論理和回路101−1〜101−
5に供給される。
The selector 311 selects and outputs the output of the transposition circuit 310 if the output of the AND circuit 304 is "0", and outputs the output if the output of the AND circuit 304 is "1".
"0000" is output. Then, the output of the selector 311 is output from the output terminal 323. The output terminal 3
23 are output from the OR circuits 101-1 to 101- 1 of FIG.
5 is supplied.

【0040】論理和回路306は、カウンタ307の出
力とレジスタ308の出力の左端ビットとの計3ビット
の論理和を計算して、その結果を出力する。否定回路3
05は、論理和回路306の出力を反転して、その結果
を出力する。論理積回路303は、入力端子321から
供給される信号と論理和回路306の出力の論理積を計
算して、その結果を出力する。論理積回路304は、入
力端子321から供給される信号と否定回路305の出
力との論理積を計算して、その結果を出力する。論理和
回路301は、入力端子320から供給される信号と論
理積回路303の出力との論理和を計算して、その結果
を出力する。論理和回路302は、入力端子320から
供給される信号と論理積回路304の出力との論理和を
計算して、その結果を出力する。
The OR circuit 306 calculates a logical OR of a total of 3 bits of the output of the counter 307 and the leftmost bit of the output of the register 308, and outputs the result. NOT circuit 3
05 inverts the output of the OR circuit 306 and outputs the result. The logical product circuit 303 calculates the logical product of the signal supplied from the input terminal 321 and the output of the logical sum circuit 306, and outputs the result. The logical product circuit 304 calculates the logical product of the signal supplied from the input terminal 321 and the output of the NOT circuit 305, and outputs the result. The OR circuit 301 calculates the logical sum of the signal supplied from the input terminal 320 and the output of the AND circuit 303, and outputs the result. The logical sum circuit 302 calculates the logical sum of the signal supplied from the input terminal 320 and the output of the logical product circuit 304, and outputs the result.

【0041】同図の信号発生回路の動作を説明すると、
次のようになる。入力端子321に“0”が供給されて
いるときに、入力端子320にパルスが供給されると、
カウンタ307のカウント値が“0”に設定されると共
に、入力端子322に供給されている5ビットがレジス
タ308に保持される。そして、入力端子321に
“1”が供給されており、かつ、カウンタ307のカウ
ント値が“0”であり、かつ、レジスタ308に保持さ
れている5ビットの左端のビットが“0”であれば、セ
レクタ311から“0000”が出力され、入力端子3
20にパルスが1個入力されると、レジスタ308には
入力端子322から供給される新しい5ビットが保持さ
れる。一方、入力端子321に“1”が供給されてお
り、かつ、カウンタ307のカウント値が“0”であ
り、かつ、レジスタ308に保持されている5ビットの
左端のビットが“1”であれば、次の4単位時刻後にカ
ウンタ307のカウント値が再び“0”になるまで、出
力端子323からハミング重みが“1”であるような4
ビットが出力される。
The operation of the signal generation circuit shown in FIG.
It looks like this: When a pulse is supplied to the input terminal 320 while “0” is supplied to the input terminal 321,
The count value of the counter 307 is set to “0”, and the five bits supplied to the input terminal 322 are held in the register 308. Then, “1” is supplied to the input terminal 321, the count value of the counter 307 is “0”, and the leftmost bit of the five bits held in the register 308 is “0”. For example, “0000” is output from the selector 311 and the input terminal 3
When one pulse is input to 20, the register 308 holds the new 5 bits supplied from the input terminal 322. On the other hand, if “1” is supplied to the input terminal 321, the count value of the counter 307 is “0”, and the leftmost bit of the five bits held in the register 308 is “1”. For example, until the count value of the counter 307 becomes “0” again after the next four unit times, the output terminal 323 sets the hamming weight to “1”.
The bits are output.

【0042】図4は、n=4とする図3の信号発生回路
103で用いられる転置回路310の基本構成の一例を
示す機能ブロック図である。図において、入力端子41
0−1〜410−4には、図3のデコーダ309の出力
が供給され、入力端子411には、図3のレジスタ30
8の出力の右4ビットが供給されている。入力端子41
0−1〜410−4に供給された信号は、配線401−
1に入力される。配線401−j(j=1,2,3,
4)は、4ビットの入力に対して予め決められた2通り
の配線によって、予め決められた互いに異なる2通りの
転置を施す。そして、夫々の転置結果を図中の左側と右
側とに出力し、夫々セレクタ402−jの左側と右側と
に供給する。
FIG. 4 is a functional block diagram showing an example of the basic configuration of the transposition circuit 310 used in the signal generation circuit 103 of FIG. 3 where n = 4. In the figure, the input terminal 41
The output of the decoder 309 of FIG. 3 is supplied to 0-1 to 410-4, and the register 30 of FIG.
The right 4 bits of the output of 8 are provided. Input terminal 41
Signals supplied to 0-1 to 410-4 are connected to a wiring 401-
Input to 1. Wiring 401-j (j = 1, 2, 3,
In 4), two different predetermined transpositions are performed on a 4-bit input by two predetermined wirings. Then, the respective transposition results are output to the left and right sides in the figure, and supplied to the left and right sides of the selector 402-j, respectively.

【0043】セレクタ402−j(j=1,2,3,
4)には、入力端子411に供給されている4ビットの
うち1ビットが供給されており、そのビットの値に応じ
て、左側あるいは右側の入力を選択して出力する。そし
て、セレクタ402−j(j=1,2,3)の出力は、
配線401−(j+1)に入力され、セレクタ402−
4の出力は、出力端子412−1〜412−4から出力
される。なお、出力端子412−1〜412−4から出
力された4ビットは、図3のセレクタ311の左側の入
力に供給される。
The selector 402-j (j = 1, 2, 3,
4), one of the four bits supplied to the input terminal 411 is supplied, and the left or right input is selected and output according to the value of the bit. The output of the selector 402-j (j = 1, 2, 3) is
The signal is input to the wiring 401- (j + 1) and the selector 402-
4 are output from the output terminals 412-1 to 412-4. The four bits output from the output terminals 412-1 to 412-4 are supplied to the left input of the selector 311 in FIG.

【0044】ところで、図1中の線形フィードバックシ
フトレジスタ501−1〜501−nに代えて、非線形
フィードバックシフトレジスタを用いても良い。図5
は、非線形フィードバックシフトレジスタの一構成例を
示すブロック図である。図において、シフトレジスタ8
01は、図7のLFSR501と同様の構造を持つもの
である。図中のシフトレジスタ801は、入力端子81
1に“0”が供給されているときに、入力端子810に
パルスが入力されると、入力端子812から供給される
初期状態と呼ばれるビット系列を、内部状態として保持
する。また、シフトレジスタ801は、入力端子811
に“1”が供給されているときに、入力端子810にパ
ルスが1個入力されると、保持されているビット系列を
右側に1ビットだけシフトして、排他的論理和回路80
2の出力をビット系列の左端のビットとして保持する。
なお、ビット系列の右端に保持されていたビットは、保
持されているビット系列が右側に1ビットだけシフトさ
れると、捨てられる。
Incidentally, a nonlinear feedback shift register may be used in place of the linear feedback shift registers 501-1 to 501-n in FIG. FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a non-linear feedback shift register. In the figure, shift register 8
01 has the same structure as the LFSR 501 of FIG. 7. The shift register 801 in FIG.
When a pulse is input to the input terminal 810 while “0” is supplied to 1, a bit sequence called an initial state supplied from the input terminal 812 is held as an internal state. The shift register 801 has an input terminal 811
When "1" is supplied to the input terminal 810, when one pulse is input to the input terminal 810, the held bit sequence is shifted to the right by one bit, and the exclusive OR circuit 80 is shifted.
2 is held as the leftmost bit of the bit sequence.
The bit held at the right end of the bit sequence is discarded when the held bit sequence is shifted by one bit to the right.

【0045】また、シフトレジスタ801に保持されて
いるビット系列は、出力端子813と非線形関数回路8
03に供給されている。排他的論理和回路802は、シ
フトレジスタ801に保持されているビット系列のう
ち、予め決められた位置にあるビットの排他的論理和を
計算して、計算結果をシフトレジスタ801に供給す
る。非線形関数回路803は、シフトレジスタ801に
保持されているビット系列のうち、予め決められた位置
にあるビットの非線形結合を計算する。すなわち、予め
決められた位置にあるビットに対して、予め決められた
排他的論理和以外の論理演算を施す。そして、その計算
結果が擬似乱数として出力端子814から出力される。
The bit sequence held in the shift register 801 is output to the output terminal 813 and the nonlinear function circuit 8.
03. The exclusive OR circuit 802 calculates the exclusive OR of the bit at a predetermined position in the bit sequence held in the shift register 801, and supplies the calculation result to the shift register 801. The non-linear function circuit 803 calculates a non-linear combination of bits at a predetermined position in the bit sequence held in the shift register 801. That is, a logical operation other than a predetermined exclusive OR is performed on a bit at a predetermined position. Then, the calculation result is output from the output terminal 814 as a pseudo random number.

【0046】要するに、線形フィードバックシフトレジ
スタの代わりに、非線形フィードバックレジスタを用い
て擬似乱数発生装置を構成した場合でもクロックパルス
を間引くことによってシフトレジスタの段数や個数を増
やさずに、ストリーム暗号化に適した擬似乱数を発生す
ることができるのである。
In short, even when a pseudo-random number generator is configured using a non-linear feedback register instead of a linear feedback shift register, it is suitable for stream encryption without increasing the number and number of shift registers by thinning out clock pulses. It is possible to generate pseudo random numbers.

【0047】以上のように、本装置を用いて擬似乱数を
発生させれば、全てのLFSRの初期状態を知らない第
三者には、LFSRの内部状態がどのようなタイミング
で推移しているか推測できないので、一般的に用いられ
ている4入力の結合関数回路を使っていても、コリレー
ション・アタック及び差分コリレーション・アタックに
強い擬似乱数を発生できるのである。これにより、比較
的簡単な構成でありながら、ストリーム暗号に適した擬
似乱数発生装置が実現できる。
As described above, if pseudo random numbers are generated using the present apparatus, a third party who does not know the initial state of all LFSRs can know at what timing the internal state of the LFSR changes. Since it cannot be guessed, it is possible to generate a pseudo-random number that is strong against a correlation attack and a differential correlation attack even when a commonly used four-input coupling function circuit is used. As a result, it is possible to realize a pseudo-random number generator suitable for stream cipher with a relatively simple structure.

【0048】また、本装置では、結合関数回路において
非線形な変換が行われるだけでなく、信号選択回路にお
いても非線形な変換が行われ、その変換結果にも依存し
て擬似乱数が生成されるので、一般的に用いられている
4入力の結合関数回路を使っていても、非線形性の高い
擬似乱数を生成できるのである。これにより、ストリー
ム暗号に適した擬似乱数発生装置が実現できる。
In this apparatus, not only the nonlinear conversion is performed in the coupling function circuit, but also the nonlinear conversion is performed in the signal selection circuit, and pseudorandom numbers are generated depending on the conversion result. Even if a commonly used four-input coupling function circuit is used, pseudo-random numbers with high non-linearity can be generated. Thereby, a pseudorandom number generator suitable for stream cipher can be realized.

【0049】要するに本装置では、複数のパルスから構
成されるクロックの入力に応じて夫々シフト動作するn
個のシフトレジスタと、このn個のシフトレジスタの各
出力を結合して擬似乱数を生成する結合関数回路とを含
み、n個のシフトレジスタに入力されるクロックのパル
スを間引いているのである。これにより、比較的簡単な
構成でありながら、ストリーム暗号に適した擬似乱数を
発生することができるのである。
In short, according to the present apparatus, the shift operation is performed according to the input of a clock composed of a plurality of pulses.
It includes a number of shift registers and a combination function circuit that combines the outputs of the n number of shift registers to generate a pseudo-random number, and thins out clock pulses input to the n number of shift registers. As a result, it is possible to generate a pseudo-random number suitable for stream cipher with a relatively simple configuration.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、擬似乱数
を発生する線形(非線形)フィードバックシフトレジス
タへの入力クロックを間引くことにより、そのレジスタ
の初期状態を知らない第三者にはシフトレジスタの内部
状態がどのようなタイミングで推移しているのか推測で
きず、比較的簡単な回路構成でコリレーション・アタッ
クに強い擬似乱数を発生することができるという効果が
ある。
As described above, the present invention thins out the input clock to the linear (non-linear) feedback shift register for generating a pseudo-random number, so that a third party who does not know the initial state of the register can use the shift register. It is not possible to estimate at what timing the internal state changes, and it is possible to generate a pseudo-random number strong against correlation attack with a relatively simple circuit configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例による擬似乱数発生装置の構成
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a pseudorandom number generator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1中の信号選択回路の内部構成例を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of an internal configuration of a signal selection circuit in FIG. 1;

【図3】図1中の信号発生回路の内部構成例を示すブロ
ック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of an internal configuration of a signal generation circuit in FIG. 1;

【図4】図3中の転置回路の内部構成例を示すブロック
図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of an internal configuration of a transposition circuit in FIG. 3;

【図5】図1中のLFSRの代わりに用いる非線形フィ
ードバックレジスタの内部構成例を示すブロック図であ
る。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of an internal configuration of a nonlinear feedback register used in place of the LFSR in FIG. 1;

【図6】従来の擬似乱数発生装置の構成を示すブロック
図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional pseudorandom number generator.

【図7】図6中のLFSRの内部構成例を示すブロック
図である。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the LFSR in FIG. 6;

【図8】図6中の結合関数回路の内部構成例を示すブロ
ック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of an internal configuration of a coupling function circuit in FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

102 信号選択回路 103 信号発生回路 501―1〜501―n LFSR 502 結合関数回路 102 signal selection circuit 103 signal generation circuit 501-1 to 501-n LFSR 502 coupling function circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のパルスから構成されるクロックの
入力に応じて夫々シフト動作するn個(nは正の整数、
以下同じ)のシフトレジスタと、このn個のシフトレジ
スタの各出力を結合して擬似乱数を生成する結合関数回
路とを含む擬似乱数発生装置であって、前記n個のシフ
トレジスタに入力されるクロックのパルスを間引くクロ
ック間引き手段を含むことを特徴とする擬似乱数発生装
置。
1. An n number (n is a positive integer, each of which shifts according to an input of a clock composed of a plurality of pulses,
The same applies hereinafter), and a pseudo-random number generator including a combination function circuit that combines the outputs of the n shift registers to generate pseudo-random numbers, and is input to the n shift registers. A pseudo-random number generator characterized by including clock thinning means for thinning a clock pulse.
【請求項2】 前記クロック間引き手段は、前記n個の
シフトレジスタに同一時刻に入力されるパルスのうちの
1つのみを間引くことを特徴とする請求項1記載の擬似
乱数発生装置。
2. The pseudo random number generator according to claim 1, wherein the clock thinning means thins out only one of the pulses input to the n shift registers at the same time.
【請求項3】 前記結合関数回路はt次(tは正の整
数、以下同じ)コリレーションイミューンであり、前記
クロック間引き手段は長さL(Lは正の整数、以下同
じ)でハミング重みがL×t/n以下の互いに異なるn
種類の2値系列をクロックとして前記n個のシフトレジ
スタに入力せしめ、前記シフトレジスタは入力される2
値系列の値が“0”のときにシフト動作を行うことを特
徴とする請求項1又は2記載の擬似乱数発生装置。
3. The combination function circuit is a t-th order (t is a positive integer, the same applies hereinafter) correlation immunity, and the clock decimating means has a length L (L is a positive integer; N different from each other not more than L × t / n
2 types of binary sequences are used as clocks to be input to the n shift registers, and the shift registers are input 2
3. The pseudo random number generator according to claim 1, wherein the shift operation is performed when the value of the value series is "0".
【請求項4】 前記シフトレジスタは、線形フィードバ
ックシフトレジスタであることを特徴とする請求項1〜
3のいずれかに記載の擬似乱数発生装置。
4. The shift register is a linear feedback shift register.
3. The pseudo random number generator according to any one of 3 above.
【請求項5】 前記シフトレジスタは、非線形フィード
バックシフトレジスタであることを特徴とする請求項1
〜3のいずれかに記載の擬似乱数発生装置。
5. The shift register is a non-linear feedback shift register.
The pseudo-random number generator according to any one of 1 to 3.
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