JPH10313306A - 認証装置、暗号化装置、復号化装置及び暗号通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暗号通信の安全性を一段と高める。 【解決手段】 秘密情報を共有している一対の当事者
が、通信相手の認証に使用する認証装置において、該秘
密情報と乱数の値を一方向性関数に代入して認証情報を
生成し、相手より返信のあった認証情報と比較し、通信
相手の正当性を認証する仕組みを設けるようにする。さ
らに、復号化装置において、送信側が送信データを複数
のブロックに分割し、各ブロックに対して乱数、秘密情
報及びブロック番号を一方向性関数に代入して暗号化鍵
を生成して各ブロックを暗号化して受信側に送出し、受
信側が同じように復号鍵を生成し受信した暗号化された
ブロックを復号して、各ブロックを組み合わせてデータ
を復元させる仕組みを設けるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、認証装置、暗号化
装置、復号化装置及び暗号通信システムに関し、特に、
公衆網を伝送路に使用する通信システムに適用して好適
なものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、目的や用途に応じて、様々な種類
の暗号化通信方法が開発され研究されている。これら暗
号化通信方法の一つに、分散暗号化通信方法がある。こ
こで、分散暗号化通信方法とは、送信データを特定又は
不特定の長さで複数のブロックに分割し、さらに、各ブ
ロックをそれぞれ異なる暗号鍵で暗号化又は復号化する
方式をいう。従来、この方式に関する文献として、例え
ば、下記文献がある。

【０００３】文献名：特開平７−２７１２９７号公報、
「暗号化方法、暗号化装置、復号化方法、復号化装置、
および、暗号システム」 以下、この文献に開示されている通信方法を簡単に説明
しておく。この文献の通信方法においては、平文を暗号
文に変換する際、平文を所定の語長ごとに分割し、同時
に乱数列を生成する。そして、これら乱数列をデータの
分割単位ごとに対応させ、各データを対応する乱数を基
数として基数変換する。この基数変換数列が暗号文とし
て送信される。なお、設定ビット長及び乱数列は、暗号
化鍵として前記暗号文と共に同時に送信する。受信側
は、この暗号鍵に基づいて、暗号文を基数逆変換して平
文を得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、かかる暗号
化通信方法では、変換処理が簡単である反面、乱数列と
ビット長をそのまま暗号鍵としてそのまま送信する方式
を採るため、通信途中での盗聴に弱いという欠点があ
る。また、ユーザ認証が暗号鍵の生成とは別に行なわれ
るため、安全性にも問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（Ａ）かかる課題を解決するため、秘密情報を共有する
一対の当事者が、通信相手の認証に使用する認証装置に
おいて、以下の手段を設けるようにする。

【０００６】すなわち、(1) 乱数を生成する乱数生成部
と、(2) 認証を求める通信相手に対し、生成された乱数
を送信する乱数送信部と、(3) 乱数及び秘密情報の値
を、当該値を変数とする一方向性関数に代入し、認証情
報を生成する認証情報演算部と、(4) 乱数の送信先であ
る通信相手より返信のあった認証情報と、認証情報演算
部において生成された認証情報とを比較し、通信相手の
正当性を認証する認証部とを設けるようにする。

【０００７】かかる構成の認証装置においては、認証の
際に伝送路を介して流れる情報を、確認証の度異なる値
を採る乱数と、当該乱数に対して算出された認証情報だ
けに限定することができる。従って、仮に、当該乱数と
認証情報とが盗聴されたとしても、一方向性関数の性質
より、これらの値から秘密情報を求めることはできない
ため、安全性の高い認証を実行できる。

【０００８】（Ｂ）また、秘密情報を共有する一対の当
事者間における暗号通信に使用する暗号化装置におい
て、以下の手段を設けるようにする。

【０００９】すなわち、(1) 乱数を生成する乱数生成部
と、(2) 送信データを複数のブロックに分割するブロッ
ク分割部と、(3) ブロック番号、乱数及び秘密情報に基
づいて、各ブロックに固有の暗号鍵を生成する暗号鍵演
算部と、(4) 各ブロックごとに生成された暗号鍵を用
い、各ブロックを暗号化して送出する暗号化部とを設け
るようにする。

【００１０】（Ｃ）さらに、秘密情報を共有する一対の
当事者間における暗号通信に使用する復号化装置におい
て、以下の手段を設けるようにする。

【００１１】すなわち、(1) 暗号化装置より通知された
乱数、(2) 暗号化装置が暗号化に使用したのと同じ秘密
情報及びブロック番号に基づいて、各ブロックに固有の
復号鍵を生成する復号鍵演算部と、(3) 各ブロックごと
に生成された上記復号鍵を用い、順次受信される各ブロ
ックを復号化する復号化部とを設けるようにする。

【００１２】これら暗号化装置及び復号化装置を用いれ
ば、暗号化及び復号化の際に必要となる暗号鍵及び復号
鍵のそれぞれを、各装置内において作成できるので、当
該鍵を伝送路上に流さずに済むので、安全性を高めるこ
とができる。しかも、送信データを複数ブロックに分割
し、各ブロックをそれぞれに固有の鍵で暗号化・復号化
するため、盗聴に対する安全性を一段と高めることがで
きる。

【００１３】（Ｄ）さらに、暗号化装置及び復号化装置
によって構成される暗号通信システムにおいて、以下の
手段を備えるようにする。

【００１４】すなわち、(1) 暗号化装置として、請求項
３〜７のいずれかに記載の暗号化装置を用い、(2) 復号
化装置として、請求項８又は９に記載の復号化装置を用
いるようにする。前述の暗号化装置及び復号化装置を用
いて暗号通信システムを構成していることにより、シス
テム全体として安全性の高いシステムを得ることができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】

（Ａ）各実施形態の前提条件 以下説明する各実施形態においては、通信の当事者であ
る一対の通信者（データ送信側とデータ受信側）が、何
らかの方法によって、暗号鍵（復号鍵）の生成や認証鍵
の生成に用いられる、通信者ごとに固有の秘密情報を交
換し保持しているものとする。

【００１６】また、暗号鍵（復号鍵）の生成に使用する
関数ｇ及び認証鍵の生成に使用する関数ｆについても、
何らかの方法によって、双方が事前に入手し保持してい
るものとする。なお、かかる関数ｇとして複数の関数を
用意している場合には、双方が保管している同一内容の
関数リスト（用意されている複数の関数を一覧表とした
ものであって、各関数に一対一に固有の番号が付されて
いるもの）に基づいて、通信に使用する関数ｇをその番
号により、相手方に通知するものとする。

【００１７】（Ｂ）第１の実施形態 （Ｂ−１）暗号化装置及び復号化装置の構成 以下、本発明に係る暗号通信システムの構成を、図面を
用いて説明する。

【００１８】図１は、第１の実施形態に係る暗号通信シ
ステムの暗号化装置及び復号化装置の機能構成を示して
いる。ここでは、データ送信側に暗号化装置を配置し、
データ受信側に復号化装置を配置する。また、暗号化装
置と復号化装置との間は、公衆回線などの伝送路を介し
て接続されているものとする。

【００１９】（Ｂ−１−１）暗号化装置の構成 暗号化装置は、送受信インターフェース１００と、ユー
ザ情報・秘密情報格納部１０１と、乱数生成部１０２
と、認証情報演算部１０３と、認証部１０４と、暗号鍵
演算部１０５と、暗号化部１０６とからなる。

【００２０】ここで、送受信インターフェース１００
は、ユーザ（データ受信側）との間で必要なデータを送
受するのに用いるインターフェース手段であり、ユーザ
情報Ｉｂ、暗号文ｉ、乱数ｒ、ブロック数Ｎ等を送受す
るのに用いられる。

【００２１】ユーザ情報・秘密情報格納部１０１は、事
前に入手したユーザ情報Ｉｂとその秘密情報Ｋａを格納
している手段であり、ユーザ（データ受信側）よりユー
ザ情報Ｉｂが通知されたとき、対応する秘密情報Ｋａ
を、認証情報演算部１０３及び暗号鍵演算部１０５に与
えるものである。なお、ユーザ情報Ｉｂは、ユーザ識別
子などユーザである旨を示す情報をいう。

【００２２】乱数生成部１０２は、認証及び暗号処理に
使用する乱数ｒを発生する手段であり、発生した乱数ｒ
を、認証情報演算部１０３及び暗号鍵演算部１０５に与
える。

【００２３】認証情報演算部１０３は、秘密情報Ｋａと
乱数ｒを関数ｆに入力し、認証情報ｆ（ｒ，Ｋａ）を演
算する手段である。ここで、関数ｆには、一方向性ハッ
シュ関数（one-way hash function）、又は、単にハッ
シュ関数と呼ばれる一方向性関数を用いる。なお、この
関数ｆは、変数ｘから関数値ｆ（ｘ）を計算するのは容
易であるが、ｆ（ｘ）からｘを求めるのは極めて困難な
関数である。

【００２４】認証部１０４は、同一装置内で演算により
求めた認証情報ｆ（ｒ，Ｋａ）と、ユーザ（データ受信
側）から受信された認証情報ｆ（ｒ，Ｋｂ）とを比較
し、通信相手がユーザ本人であるか否かを認証する手段
である。ここで、Ｋｂは、ユーザ（データ受信側）に格
納されている秘密情報であり、データ送信側に格納され
ている秘密情報Ｋａと同じ内容のものである。また、こ
れら秘密情報Ｋａ及びＫｂは、前述したように、何らか
の方法で当事者のみが知っている情報であり、しかも、
関数ｆは一方向性関数であるので、当該値が一致するユ
ーザを真のユーザと認証することができる。

【００２５】なお、認証部１０４は、かかる認証の後、
認証結果をユーザ（データ受信側）に通知するようにな
っている。ここで、通知の内容が、肯定的（通信を許可
する）である場合には、これからデータ送信側が送信す
るブロック数Ｎも同時に送信される。

【００２６】暗号鍵演算部１０５は、分割により得られ
た各ブロックのそれぞれについて個別に暗号鍵ｇ（ｒ，
Ｋａ，ｉ）を計算する手段である。ここで、暗号鍵演算
部１０５は、一方向性関数である関数ｇに、乱数ｒ、秘
密情報Ｋａ及びブロック番号ｉを入力することにより暗
号鍵ｇ（ｒ，Ｋａ，ｉ）を計算する。なお、この関数ｇ
についても、前述したように、何らかの方法で当事者の
みが知っている関数を用います。

【００２７】暗号化部１０６は、計算した暗号鍵ｇ
（ｒ，Ｋａ，ｉ）によって、対応するｉ番目のブロック
を暗号化する手段である。なお、暗号化の結果得られる
暗号文ｉは、送受信インターフェース１００を介してユ
ーザ（データ受信側）に送出される。

【００２８】（Ｂ−１−２）復号化装置の構成 一方、ユーザ側（データ受信側）に設けられる復号化装
置は、送受信インターフェース１１０と、秘密情報格納
部１１１と、認証情報演算部１１２（ｆ演算部）と、暗
号鍵演算部１１３（ｇ演算部）と、復号化部１１４と、
データ復元部１１５と、データ内容確認部１１６からな
る。

【００２９】ここで、送受信インターフェース１１０
は、データ送信側との間で必要なデータを送受するのに
用いるインターフェース手段であり、ユーザ情報Ｉｂ、
暗号文ｉ、乱数ｒ、ブロック数Ｎ、認証鍵等を送受する
のに用いられる。

【００３０】秘密情報格納部１１１は、秘密情報Ｋｂを
格納している手段であり、データ送信側より乱数ｒが通
知されたとき、秘密情報Ｋｂを、認証情報演算部１１２
及び暗号鍵演算部１１３に与えるものである。

【００３１】認証情報演算部１１２は、伝送路を介して
受信した乱数ｒと秘密情報Ｋｂを関数ｆに入力し、認証
情報ｆ（ｒ，Ｋｂ）を生成する手段である。ここでの関
数ｆには、データ送信側で用いられている関数ｆと同じ
ものが用いられる。なお、生成された認証情報ｆ（ｒ，
Ｋｂ）は、送受信インターフェース１１０を介して、デ
ータ送信側に送出される。

【００３２】暗号鍵演算部１１３は、送信されてくる各
ブロックそれぞれについての個別に暗号鍵ｇ（ｒ，Ｋ
ｂ，ｉ）を計算する手段である。ここで、暗号鍵演算部
１１３は、一方向性関数である関数ｇに、乱数ｒ、秘密
情報Ｋｂ及びブロック番号ｉを入力することにより暗号
鍵ｇ（ｒ，Ｋｂ，ｉ）を計算する。

【００３３】復号化部１１４は、計算した暗号鍵ｇ
（ｒ，Ｋｂ，ｉ）を用い、伝送路を介して受信したｉ番
目のブロックに対応する暗号文ｉを復号化する手段であ
る。

【００３４】データ復元部１１５は、復号化により得ら
れた各ブロックについての復号文を集め、決められた順
番で連結し直すことによりデータを復号する手段であ
る。

【００３５】データ内容確認部１１６は、連結して得ら
れたデータの内容を確認する手段である。

【００３６】（Ｂ−２）第１の実施形態の動作 続いて、以上の構成を有する暗号化装置及び復号化装置
を用いた秘密通信動作の内容を説明する。図２は、この
通信手順を示している。

【００３７】まず、データ受信側がデータ送信側に対
し、自分のユーザ情報Ｉｂとデータ受信要求を伝える。

【００３８】データ送信側は、データ受信要求を受ける
と、その要求主体が真正ユーザであるか認証するため、
乱数ｒを発生し、データ受信側に返信する。

【００３９】乱数ｒを受信したデータ受信側は、当該乱
数ｒと自分が保持している秘密情報Ｋｂとを使って、一
方向性関数ｆの値ｆ（ｒ，Ｋｂ）を計算してデータ送信
側に送信する。

【００４０】一方、データ送信側も、自分のもつ秘密情
報Ｋａを用いて一方向性関数ｆの値ｆ（ｒ，Ｋａ）を計
算する。ここで、真正のユーザであれば、Ｋａ＝Ｋｂが
成り立つはずであるため、ｆ（ｒ，Ｋａ）＝ｆ（ｒ，Ｋ
ｂ）であるか否かのみを確認する。等しくなければ、デ
ータ受信側にアクセス拒否を伝える。ただし、この通知
は任意である。

【００４１】さて、ｆ（ｒ，Ｋａ）＝ｆ（ｒ，Ｋｂ）で
あるならば、データ受信側の正当性が認められる。この
とき、データ送信側は、まずこれから送信するデータを
適当な大きさでＮ個に分割する（同じ大きさでなくても
良い）。かかる後、データ受信側に、データ受信の許可
信号とこれから送信するブロック数Ｎを送る。

【００４２】その後、データ送信側は、物理的に連続す
る各ブロックについての暗号鍵ｇ（ｒ，Ｋａ，ｉ）（た
だし、ｉ＝１，２，…，Ｎ）を、各ブロックごと個別に
生成し、各ブロックの平文を対応する暗号鍵ｇにより暗
号化する。そして、その暗号化の結果得られた暗号文
を、順次、データ受信側に送信する。この暗号化処理及
び暗号文の送信は、最終ブロックまで続けられる。

【００４３】一方、データ受信側は、伝送されてくる
（又は受信された）各ブロックごとにそれに固有の暗号
鍵ｇ（ｒ，Ｋｂ，ｉ）（ただし、ｉ＝１，２，…，Ｎ）
を計算し、当該暗号鍵により暗号文を復号化する。この
復号化は、最後のブロックが受信されるまで行われる。

【００４４】最後に、復号化して得られたＮ個のブロッ
クを連続させて１つのデータに復元し、データの内容を
再確認する。

【００４５】（Ｂ−３）第１の実施形態の効果 上述のように、第１の実施形態においては、通信に係る
暗号化装置及び復号化装置の双方に、双方のみに固有の
秘密情報Ｋａ（又はＫｂ）と認証情報生成用関数ｆとを
保持しておき、認証時には、暗号化装置と復号化装置と
の間で、通信の度発生される乱数ｒと当該乱数に対する
認証情報ｆ（ｒ，Ｋｂ）の演算結果のみを送受して認証
を行うようにしたことにより、これら情報が第三者に盗
聴された場合でも、秘密情報を知らない限り、正しい認
証情報の算出を不可能とし、安全性の高い認証を実現で
きる。

【００４６】また、第１の実施形態においては、通信に
係る暗号化装置及び復号化装置の双方に、双方のみに固
有の秘密情報Ｋａ（又はＫｂ）と暗号鍵生成用関数ｇと
を保持しておき、暗号化時には、暗号化装置及び復号化
装置のそれぞれにおいて、暗号鍵ｇ（ｒ，Ｋａ）及び復
号鍵ｇ（ｒ，Ｋｂ）を生成し、平文の暗号化と暗号文の
復号化とを行うようにしたことにより、暗号鍵又は復号
鍵が第三者に盗聴又は流出する可能性を一段と低減で
き、通信の安全性を高めることができる。

【００４７】しかも、本実施形態の場合には、通信の対
象となる平文を複数のブロックに分割し、各ブロック
を、同じ秘密情報から生成する異なる暗号鍵ｇ（ｒ，Ｋ
ｂ，ｉ）でそれぞれ暗号化していることにより、暗号鍵
の分散を実現でき、さらに高い安全性を得ることができ
る。また、あるブロックのデータが欠落した場合でも、
暗号鍵の再生は容易に実現できるため、データの暗号化
再送も簡単にできる。さらに、一部ブロックのデータが
解読されても他のブロックの解読につながらないという
利点も得られる。

【００４８】（Ｃ）第２の実施形態 （Ｃ−１）暗号化装置及び復号化装置の構成 以下、本発明に係る暗号通信システムの第２の実施形態
を、図面を用いて説明する。

【００４９】図３は、第２の実施形態に係る暗号通信シ
ステムの暗号化装置及び復号化装置の機能構成を示して
いる。ここで、図３は、図１との対応、同一部分に、対
応符号、同一符号を付して示す図である。この第２の実
施形態と第１の実施形態との違いは、暗号化され送信さ
れるブロックの並びが物理的に連続するブロックの順番
と異なりシャッフリングされている点であり、これに関
連して、暗号化部２０６及び復号化部２１４の構成が異
なっている。

【００５０】すなわち、図４（Ａ）に示す送信データが
与えられた場合、第１の実施形態では、これを例えば図
４（Ｂ）に示すように物理的に連続する４つの物理ブロ
ックＢＬＯＣＫ１〜４に分割し、これらをそのまま順番
に暗号化して送信しているが、この第２の実施形態で
は、図４（Ｃ）に示すように、これら物理的に連続する
ブロックをシャフリングして並び替え、物理的な並びと
は無関係の論理ブロック１〜４の順番に暗号化して送信
している。

【００５１】なおこれら論理ブロックは、そのブロック
番号とそのデータの物理的な並びとの間には何らの関係
が認められないため、論理ブロックをその順番に従って
送信するだけでは、真正ユーザの復号化装置においても
復号結果から元の送信データを再生することはできな
い。

【００５２】そこで、第２の実施形態においては、図５
に示すように、暗号化対象としての論理ブロックのデー
タに加え、その論理ブロックのデータに対して物理的に
連続するデータを含む論理ブロックの番号を組として暗
号化することとしている。これにより、復号化装置側で
は、復号されたデータに対してどの論理ブロックのデー
タを連結すれば良いかを判別することができるようにな
る。

【００５３】ただし、暗号化対象である論理ブロックが
物理的には最期ブロックである場合には、次の論理ブロ
ックを組として連結して暗号化しようにも次の論理ブロ
ックが存在しないため、当該物理的に連続するデータを
含む論理ブロックの番号の欄に０を代入することにす
る。勿論、この値は他の値でも良い。

【００５４】また、この第２の実施形態においては、こ
れら各論理ブロックについての暗号文と共に、各論理ブ
ロックの論理ブロック番号を平文として送信している。
これは、通信遅延によって、復号化装置に到着する論理
ブロックの順番が入れ替わった場合や欠落があった場合
にも、論理ブロックを本来の並びに並び替え、対応する
本来の復号鍵によって復号できるようにするためであ
る。

【００５５】（Ｃ−２）第２の実施形態の動作 続いて、以上の構成を有する暗号化装置及び復号化装置
を用いた秘密通信動作の内容を説明する。図６は、この
通信手順を示している。

【００５６】まず、データ受信側がデータ送信側に対
し、自分のユーザ情報Ｉｂとデータ受信要求を伝える。

【００５７】データ送信側は、データ受信要求を受ける
と、その要求主体が真正ユーザであるか認証するため、
乱数ｒを発生し、データ受信側に返信する。

【００５８】乱数ｒを受信したデータ受信側は、当該乱
数ｒと自分が保持している秘密情報Ｋｂとを使って、一
方向性関数ｆの値ｆ（ｒ，Ｋｂ）を計算してデータ送信
側に送信する。

【００５９】一方、データ送信側も、自分のもつ秘密情
報Ｋａを用いて一方向性関数ｆの値ｆ（ｒ，Ｋａ）を計
算する。ここで、真正のユーザであれば、Ｋａ＝Ｋｂが
成り立つはずであるため、ｆ（ｒ，Ｋａ）＝ｆ（ｒ，Ｋ
ｂ）であるか否かのみを確認する。等しくなければ、デ
ータ受信側にアクセス拒否を伝える。ただし、この通知
は任意である。

【００６０】さて、ｆ（ｒ，Ｋａ）＝ｆ（ｒ，Ｋｂ）で
あるならば、データ受信側の正当性が認められる。この
とき、データ送信側は、まずこれから送信するデータを
適当な大きさでＮ個に分割する（同じ大きさでなくても
良い）。

【００６１】次に、これら物理的に連続するブロックの
送信順をシャフリングにより決定し、送信の順番を決め
る。このシャフリングの結果得られるブロックが論理ブ
ロックである。かかる後、データ受信側に、データ受信
の許可信号とこれから送信するブロック数Ｎを送る。

【００６２】その後、データ送信側は、前述のシャフリ
ングにより得た論理ブロック（物理ブロックとしては不
連続）について暗号鍵ｇ（ｒ，Ｋｂ，ｉ）（ただし、ｉ
＝１，２，…，Ｎ）を生成する。

【００６３】そして、当該論理ブロックのデータと共
に、当該論理ブロックの次に暗号化する論理ブロックの
番号を連結して暗号化し、暗号文を得る。なお、この暗
号文には、当該論理ブロック番号を平文として付してデ
ータ受信側に送信する。この暗号化処理及び暗号文の送
信は、最終ブロックまで続けられる。

【００６４】一方、データ受信側は、各論理ブロックに
付されている論理ブロック番号を基に受信された論理ブ
ロックを送信順に並べ直し（通信遅延のおそれがあるた
め必ずしも受信順ではない）、各論理ブロックそれぞれ
について固有の復号鍵ｇ（ｒ，Ｋｂ，ｉ）（ただし、ｉ
＝１，２，…，Ｎ）を計算する。

【００６５】ここで、Ｋａ＝Ｋｂであるから、暗号鍵ｇ
（ｒ，Ｋａ，ｉ）と復号鍵ｇ（ｒ，Ｋｂ，ｉ）は一致す
る。これにより、各論理ブロックについての復号データ
と、この論理ブロックについて物理的に連続する論理ブ
ロックの番号とが復号される。最後に、これら物理的に
連続するデータを含む論理ブロックを指定する番号順に
復号されたＮ個の論理ブロックのデータを連結し元の送
信データを復元する。

【００６６】（Ｃ−３）第２の実施形態の効果 上述のように、第２の実施形態においては、第１の実施
形態の構成に加え、送信データを物理的に分割すること
により得られる物理ブロックをシャフリングして物理的
なデータ配列とは異なる論理ブロック順にデータを送信
するようにしたことにより、第１の実施形態と同様の効
果を得ることができるのに加え、より一層高い安全性を
得られる通信システムを実現することができる。

【００６７】（Ｄ）第３の実施形態 （Ｄ−１）暗号化装置及び復号化装置の構成 以下、本発明に係る暗号通信システムの第３の実施形態
を、図面を用いて説明する。

【００６８】図７は、第３の実施形態に係る暗号通信シ
ステムの暗号化装置及び復号化装置の機能構成を示して
いる。ここで、図７は、図１との対応、同一部分に、対
応符号、同一符号を付して示す図である。この第３の実
施形態と第１の実施形態との違いは、データ受信側に認
証機能が設けられている点であり、このため、データ受
信側に乱数生成部３０２及び認証部３０４を設けた点が
異なっている。

【００６９】すなわち、第３の実施形態においては、デ
ータ受信側（乱数生成部３０２）からデータ送信側に乱
数ｒａが送信され、データ送信側が当該乱数ｒａと秘密
情報Ｋａとから一方向性関数ｆについての値ｆ（ｒａ，
Ｋａ）を計算し、データ受信側に返送する動作が加わ
る。ここで、データ受信側（認証部３０４）は、データ
送信側から返送のあった値と、内部の認証情報演算部１
１２において算出された値ｆ（ｒａ，Ｋｂ）を比較し、
双方が一致したとき、データ送信側を認証する。

【００７０】一方、データ送信側に設けられているデー
タ受信側の認証機能については、第１の実施形態と同様
である。すなわち、データ送信部（乱数生成部１０２）
がデータ受信部に対し乱数ｒｂを送信する一方で、当該
乱数ｒｂに対応する認証情報ｆ（ｒｂ，Ｋａ）を生成す
る。そして、当該乱数ｒｂについてデータ受信側が算出
した認証情報ｆ（ｒｂ，Ｋｂ）と、内部の認証情報演算
部１０３で求めた認証情報ｆ（ｒｂ，Ｋａ）とを比較
し、双方が一致するときデータ受信側が正当であると認
証する。

【００７１】なお、この第３の実施形態におけるデータ
送信側においては、暗号用の乱数ｒとして、認証用の乱
数ｒｂとは別の乱数を用いるようにする。

【００７２】（Ｄ−２）第２の実施形態の動作 続いて、以上の構成を有する暗号化装置及び復号化装置
を用いた秘密通信動作の内容を説明する。図８は、この
通信手順を示している。

【００７３】まず、データ受信側が乱数ｒａを生成し、
自分のユーザ情報Ｉｂと一緒にデータ送信側に送信す
る。

【００７４】一方、データ送信側は、このデータ受信要
求を受けると、乱数ｒｂを生成すると共に認証情報ｆ
（ｒａ，Ｋａ）を算出し、これらをデータ受信側に返信
する。

【００７５】データ受信側は、送出した乱数ｒａに対す
る認証情報ｆ（ｒａ，Ｋｂ）を計算し、データ送信側よ
り受信した認証情報ｆ（ｒａ，Ｋａ）と比較する。等し
くなければ、データ送信側の正当性を認めない。等しけ
れば、データ送信側から与えられた乱数ｒｂに対する認
証情報ｆ（ｒｂ，Ｋｂ）を計算し、これをデータ送信側
に返信する。

【００７６】データ送信側は、このようにデータ受信側
より与えた乱数ｒｂに対する返信を受信すると、当該乱
数に対する認証情報ｆ（ｒｂ，Ｋａ）を計算し、受信し
た認証情報ｆ（ｒｂ，Ｋｂ）と比較する。等しくなけれ
ば、データ受信側の正当性を認めない。等しければ、デ
ータ受信側の正当性を認め、データ送信準備を始める。

【００７７】以上の認証処理が終了すると、データ送信
側は、送信データを適当な大きさでＮ個に分割し（同じ
大きさでなくても良い）、かつ、その暗号化に使用する
乱数ｒを発生する。そして、データ受信側に許可信号と
これから送信するブロックの数Ｎ及び乱数ｒを送る。

【００７８】次に、データ送信側は、物理的なブロック
の番号順に暗号鍵ｇ（ｒ，Ｋａ，ｉ）（ただし、ｉ＝
１，２，…，Ｎ）を計算し、各ブロックのデータを算出
された各暗号鍵ｇ（ｒ，Ｋａ，ｉ）によって暗号化す
る。なお、この暗号化処理及び暗号文の送信は、最終ブ
ロックまで続けられる。

【００７９】一方、データ受信側は、各ブロックについ
ての復号鍵ｇ（ｒ，Ｋｂ，ｉ）（ただしｉ＝１，２，
…，Ｎ）を計算し復号する。ここで、Ｋａ＝Ｋｂである
から、暗号鍵ｇ（ｒ，Ｋａ，ｉ）と復号鍵ｇ（ｒ，Ｋ
ａ，ｉ）は、一致する。これにより、データ受信側は、
最後のＮ個目のブロックが復号されるまでデータを復号
する。

【００８０】（Ｄ−３）第３の実施形態の効果 上述のように、第３の実施形態においては、第１の実施
形態の構成に加え、データ受信側にも認証機能を設け
て、通信開始時において相互認証を行うようにしたこと
により、第１の実施形態と同様の効果を得ることができ
るのに加え、より一層高い安全性を得られる通信システ
ムを実現することができる。

【００８１】（Ｅ）第４の実施形態 （Ｅ−１）暗号化装置及び復号化装置の構成 以下、本発明に係る暗号通信システムの第４の実施形態
を、図面を用いて説明する。

【００８２】図９は、第４の実施形態に係る暗号通信シ
ステムの暗号化装置及び復号化装置の機能構成を示して
いる。ここで、図９には、図１、図３及び図７との対
応、同一部分に、対応符号、同一符号が付されている。

【００８３】この第４の実施形態は、第２の実施形態と
第３の実施形態とを組み合わせたものである。すなわ
ち、暗号通信システムに対し、送信データの並びをブロ
ック単位でシャフリングする機能と、相互認証の機能を
設けたものである。

【００８４】（Ｅ−２）第４の実施形態の動作 続いて、以上の構成を有する暗号化装置及び復号化装置
を用いた秘密通信動作の内容を説明する。図１０は、こ
の通信手順を示している。

【００８５】まず、データ受信側が乱数ｒａを生成し、
自分のユーザ情報Ｉｂと一緒にデータ送信側に送信す
る。

【００８６】一方、データ送信側は、このデータ受信要
求を受けると、乱数ｒｂを生成すると共に認証情報ｆ
（ｒａ，Ｋａ）を算出し、これらをデータ受信側に返信
する。

【００８７】データ受信側は、送出した乱数ｒａに対す
る認証情報認証情報ｆ（ｒａ，Ｋｂ）を計算し、データ
送信側より受信した認証情報ｆ（ｒａ，Ｋａ）と比較す
る。等しくなければ、データ送信側の正当性を認めな
い。等しければ、データ送信側から与えられた乱数ｒｂ
に対する認証情報ｆ（ｒｂ，Ｋｂ）を計算し、これをデ
ータ送信側に返信する。

【００８８】データ送信側は、このようにデータ受信側
より与えた乱数ｒｂに対する返信を受信すると、当該乱
数に対する認証情報ｆ（ｒｂ，Ｋａ）を計算し、受信し
た認証情報ｆ（ｒｂ，Ｋｂ）と比較する。等しくなけれ
ば、データ受信側の正当性を認めない。等しければ、デ
ータ受信側の正当性を認める。

【００８９】以上の認証処理が終了すると、データ送信
側は、送信するデータを適当な大きさでＮ個に分割し
（同じ大きさでなくても良い）、乱数ｒを発生する。そ
して、データ受信側に許可信号とこれから送信するブロ
ックの数Ｎ及び乱数ｒを送る。

【００９０】それから、データ送信側は送信するブロッ
クの順番を決め（すなわち、物理ブロックのシャフリン
グにより論理ブロックを得）、求められた論理ブロック
についてその番号順に暗号鍵ｇ（ｒ，Ｋａ，ｉ）（ただ
し、ｉ＝１，２，…，Ｎ）を生成する。

【００９１】そして、当該論理ブロックのデータと共
に、当該論理ブロックの次に暗号化する論理ブロックの
番号を連結して暗号化し、暗号文を得る。なお、この暗
号文には、当該論理ブロック番号を平文として付してデ
ータ受信側に送信する。この暗号化処理及び暗号文の送
信は、最終ブロックまで続けられる。

【００９２】一方、データ受信側は、各論理ブロックに
付されている論理ブロック番号を基に受信された論理ブ
ロックを送信順に並べ直し（通信遅延のおそれがあるた
め必ずしも受信順ではない）、各論理ブロックそれぞれ
について固有の復号鍵ｇ（ｒ，Ｋｂ，ｉ）（ただし、ｉ
＝１，２，…，Ｎ）を計算する。

【００９３】ここで、Ｋａ＝Ｋｂであるから、暗号鍵ｇ
（ｒ，Ｋａ，ｉ）と復号鍵ｇ（ｒ，Ｋｂ，ｉ）は一致す
る。これにより、各論理ブロックについての復号データ
と、この論理ブロックについて物理的に連続する論理ブ
ロックの番号とが復号される。最後に、これら物理的に
連続するデータを含む論理ブロックを指定する番号順に
復号されたＮ個の論理ブロックのデータを連結し元の送
信データを復元する。

【００９４】（Ｅ−３）第４の実施形態の効果 上述のように、第４の実施形態においては、第１の実施
形態の構成に加え、データ受信側にも認証機能を設け、
通信開始時において相互認証を行うようにしたことによ
り、通信相手の成り済ましを有効に回避できる安全性の
高い通信システムを実現できる。また、送信データを物
理的に分割することにより得られる物理ブロックをシャ
フリングして物理的なデータ配列とは異なる論理ブロッ
ク順にデータを送信するようにしたことにより、盗聴に
対して強い通信システムを実現することができる。

【００９５】（Ｆ）他の実施形態 (F-1) なお、上述の各実施形態においては、データ送信
側が、送信データを分割し、各ブロックごとに暗号化す
る場合について述べたが、これら各ブロックのブロック
サイズを、受信側に知らせる手段として、以下に示す幾
つかの方法がある。

【００９６】例えば、送受信側が、事前に各ブロックの
サイズに関して暗黙的な了解を取る、送受信インタフェ
ースにそのサイズを明記する、又は、ブロックのサイズ
を各ブロックと一緒に暗号化して送信する等の方法が考
えられる。

【００９７】(F-2) また、上述の各実施形態において
は、認証情報の計算に一方向性関数ｆを用いることとし
たが、この一方向性関数ｆの具体例として、次のものを
挙げることができる。

【００９８】例えば、ＭＤ５（R.Rivest：The MD5 Mess
age-Digest Algorithm, Network Working Group,RFC132
1,1992）とＳＨＡ（National Institute of Standards
andTechnology：Secure Hash Standard,FIPS PUB180,19
95）及びＳＨＡ‐１（FIPSPUB 180-1）等を挙げること
ができる。なお、一方向性関数ｆ(ｘ,ｙ) の変数利用形
態に関して、ｆ(ｘ|ｙ) 、ｆ(ｘANDｙ） 、ｆ(ｘXORｙ)
などの形が使える。

【００９９】(F-3) また、上述の各実施形態において
は、データをいくつかのブロックに分割し暗号化すると
きに用いる暗号アルゴリズムの例を示さなかったが、か
かる暗号アルゴリズムとしては、ＤＥＳ‐ＣＢＣ、Ｍｌ
ＳＴＹ及びTriple ＤＥＳ−ＥＤＥ−ＣＢＣ等を挙げる
ことができる。

【０１００】(F-4) なお、以上に述べた一方向性関数ｆ
と暗号化アルゴリズム及び暗号鍵の計算に使う関数ｇに
関しては、通信者双方が複数の候補を予め用意してお
き、使うときにその中の一つを指定して使用する方法を
採っても良い。

【０１０１】(F-5) また、上述の実施形態においては、
暗号鍵の算出に用いる関数ｇに一方向性関数を用いる場
合について述べたが、一方向性関数以外の関数であって
も良い。

【０１０２】(F-6) また、上述の各実施形態において
は、ブロックの数を平文で送っているが、第１番目のブ
ロックと一緒に暗号化して送信するようにしても良く、
このようにすれば、さらに安全性を高めることができ
る。

【０１０３】(F-7) また、第１及び３の実施形態におい
ては、データ受信側がデータ内容を再確認することにな
っているが、この実施方法としては、データ送信側に元
のデータを一方向性関数で圧縮してダイジェストを送っ
てもらい、データ受信側が同じ一方向性関数を用いて復
元して得られたデータのダイジェストを計算して両方を
比較するするなどの方法が考えられる。

【０１０４】(F-8) 第２及び第４の実施形態において
は、物理ブロックの順番をシャフリングして暗号化し、
復元のため、物理的に続くデータが含まれる論理ブロッ
クの番号も同時に暗号化して伝送する方法について述べ
たが、このように物理的に続くデータを含む論理ブロッ
クの番号を同時に暗号化する代わりに当該論理ブロック
に対応する物理的なブロックの番号を暗号化するように
しても良い。

【０１０５】(F-9) 各実施形態においては、通信ミスが
起きてあるブロックが欠落した場合の具体的な動作につ
いては述べなかったが、この場合には、データ受信側が
データ送信側に欠落したブロックの番号を通知し、デー
タ送信側が乱数と秘密情報及びそのブロックの番号を用
いて暗号鍵を再計算し、そのブロックを暗号化して再送
する動作が行われる。このとき、データ受信側も同じよ
うに復号鍵を計算して受信したブロックを復号化してデ
ータを復元する。

【０１０６】

【発明の効果】

（Ａ）上述のように、秘密情報を共有する一対の当事者
が、通信相手の認証に使用する認証装置についての発明
によれば、認証の際に伝送路を介して流れる情報を、確
認証の度異なる値を採る乱数と、当該乱数に対して算出
された認証情報だけに限定することができるので、従来
に比して認証時の安全性を一段と高めることができる。

【０１０７】（Ｂ）また、上述のように、秘密情報を共
有する一対の当事者間における暗号通信に使用する暗号
化装置についての発明によれば、複数に分割された各ブ
ロックごとに固有の暗号鍵を生成し暗号化するため、暗
号鍵の分散化を実現でき、より解読され難い暗号化装置
を実現できる。

【０１０８】（Ｃ）さらに、上述のように、秘密情報を
共有する一対の当事者間における暗号通信に使用する復
号化装置についての発明によれば、復号化の際に必要と
なる復号鍵を自らの装置内において作成でき、しかも、
送信されてくる各ブロックの復号鍵が各ブロックごとに
異なっているため、盗聴に対する安全性を一段と高める
ことができる。

【０１０９】（Ｄ）さらに、上述のように、暗号化装置
及び復号化装置によって構成される暗号通信システムに
ついての発明によれば、各装置に上述の暗号化装置及び
復号化装置を用いることにより、システム全体として盗
聴に強い安全性の高いシステムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る暗号通信システムのシス
テム構成例を示すブロック図である。

【図２】第１の実施形態に係る通信手順を示す図であ
る。

【図３】第２の実施形態に係る暗号通信システムのシス
テム構成例を示すブロック図である。

【図４】物理ブロックと論理ブロックとの関係を表した
説明図である。

【図５】伝送データの構成を表した説明図である。

【図６】第２の実施形態に係る通信手順を示す図であ
る。

【図７】第３の実施形態に係る暗号通信システムのシス
テム構成例を示すブロック図である。

【図８】第３の実施形態に係る通信手順を示す図であ
る。

【図９】第４の実施形態に係る暗号通信システムのシス
テム構成例を示すブロック図である。

【図１０】第４の実施形態に係る通信手順を示す図であ
る。

【符号の説明】

１００、１１０…送受信インターフェース、１０１…ユ
ーザ情報・秘密情報格納部、１０２、３０２…乱数生成
部、１０３…認証情報演算部、１０４、３０４…認証
部、１０５…暗号鍵演算部、１０６、２０６…暗号化
部、１１１…秘密情報格納部、１１２…認証情報演算
部、１１３…暗号鍵演算部、１１４、２１４…復号化
部、１１５…データ復元部、１１６…データ内容確認
部。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 秘密情報を共有する一対の当事者が、通
   信相手の認証に使用する認証装置において、 乱数を生成する乱数生成部と、 認証を求める通信相手に対し、生成された乱数を送信す
   る乱数送信部と、 上記乱数及び上記秘密情報の値を、当該値を変数とする
   一方向性関数に代入し、認証情報を生成する認証情報演
   算部と、 上記乱数の送信先である通信相手より返信のあった認証
   情報と、上記認証情報演算部において生成された認証情
   報とを比較し、通信相手の正当性を認証する認証部とを
   備えることを特徴とする認証装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の認証装置において、 上記乱数生成部、上記乱数送信部、上記認証情報演算部
   及び上記認証部のそれぞれが、発呼側及び着呼側装置の
   双方に設けられていることを特徴とする認証装置。
3. 【請求項３】 秘密情報を共有する一対の当事者間にお
   ける暗号通信に使用する暗号化装置において、 乱数を生成する乱数生成部と、 送信データを複数のブロックに分割するブロック分割部
   と、 ブロック番号、上記乱数及び上記秘密情報に基づいて、
   各ブロックに固有の暗号鍵を生成する暗号鍵演算部と、 各ブロックごとに生成された上記暗号鍵を用い、各ブロ
   ックを暗号化して送出する暗号化部とを備えることを特
   徴とする暗号化装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の暗号化装置において、 上記暗号鍵の生成に使用した乱数を、通信相手に送信す
   る乱数送信部を設けたことを特徴とする暗号化装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載の暗号化装置にお
   いて、 上記ブロック分割部において得られた複数ブロックの並
   びをし、当該シャッフリング後のブロックを上記暗号化
   部に与えるシャフリング部を設けたことを特徴とする暗
   号化装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の暗号化装置において、 上記暗号化部は、シャフリング後のブロックを暗号化す
   る際、当該ブロックのデータに対し物理的に続くデータ
   を含むブロックの番号を、各ブロックと共に暗号化し送
   出することを特徴とする暗号化装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は６に記載の暗号化装置にお
   いて、 上記暗号化部は、シャフリング後暗号化したブロック
   に、当該ブロックの論理的な順番を表すブロック番号を
   平文で付加して送出することを特徴とする暗号化装置。
8. 【請求項８】 秘密情報を共有する一対の当事者間にお
   ける暗号通信に使用する復号化装置において、 暗号化装置より通知された乱数、暗号化装置が暗号化に
   使用したのと同じ上記秘密情報及びブロック番号に基づ
   いて、各ブロックに固有の復号鍵を生成する復号鍵演算
   部と、 各ブロックごとに生成された上記復号鍵を用い、順次受
   信される各ブロックを復号化する復号化部とを備えるこ
   とを特徴とする復号化装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の復号化装置において、 上記復号化部の復号結果に、原ブロックデータと、当該
   ブロックデータに対し物理的に続くデータを含むブロッ
   クを指示するブロック番号が含まれている場合、復号後
   のブロックを、各ブロックに付加されているブロック番
   号に基づいて並び替え原送信データを復元するデータ復
   元部を設けたことを特徴とする復号化装置。
10. 【請求項１０】 暗号化装置及び復号化装置によって構
    成される暗号通信システムにおいて、 上記暗号化装置として、請求項３〜７のいずれかに記載
    の暗号化装置を用い、 上記復号化装置として、請求項８又は９に記載の復号化
    装置を用いる ことを特徴とする暗号通信システム。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の暗号通信システム
    において、 上記暗号化装置及び上記復号化装置には、請求項１又は
    ２に記載の認証装置が内蔵されていることを特徴とする
    暗号通信システム。