JPH1078864A - 乱数生成器 - Google Patents
乱数生成器Info
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- JPH1078864A JPH1078864A JP8232160A JP23216096A JPH1078864A JP H1078864 A JPH1078864 A JP H1078864A JP 8232160 A JP8232160 A JP 8232160A JP 23216096 A JP23216096 A JP 23216096A JP H1078864 A JPH1078864 A JP H1078864A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 既存の暗号化手段を用いて、その出力ビット
長で決る最大周期長よりも長い最大周期長の乱数を生成
可能とする。 【解決手段】 １２８ビット長のＭ系列シフトレジスタ
２００のデータが６４ビットづつに分割されてＤＥＳ，
ＦＥＡＬなどの暗号化手段１１０，１２０に供給され、
異なる鍵１，２によりそれぞれ暗号化され、両暗号化出
力は混合手段１３０で１２８ビット長又は６４ビット長
として結合されて出力される。
長で決る最大周期長よりも長い最大周期長の乱数を生成
可能とする。 【解決手段】 １２８ビット長のＭ系列シフトレジスタ
２００のデータが６４ビットづつに分割されてＤＥＳ，
ＦＥＡＬなどの暗号化手段１１０，１２０に供給され、
異なる鍵１，２によりそれぞれ暗号化され、両暗号化出
力は混合手段１３０で１２８ビット長又は６４ビット長
として結合されて出力される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、暗号通信、鍵配
送、相手認証等に用いられ、データが更新されるレジス
タと、そのレジスタのデータが供給される暗号化手段と
を備え、特に長周期の乱数を生成することを可能とする
乱数生成器に関する。
送、相手認証等に用いられ、データが更新されるレジス
タと、そのレジスタのデータが供給される暗号化手段と
を備え、特に長周期の乱数を生成することを可能とする
乱数生成器に関する。
【０００２】
【従来の技術】鍵配送、相手認証等では、外部から推測
できない安全な乱数が必要となっている。一般の乱数に
ついては、Ｋｎｕｔｈ著：『準数値算法／乱数』（サイ
エンス社刊、ｐ．３）で紹介されているように、処理の
正当性検査の再現性、計算機資源のコンパクト化（メモ
リ削減）の要請から、関数を使った乱数生成法が利用さ
れている。
できない安全な乱数が必要となっている。一般の乱数に
ついては、Ｋｎｕｔｈ著：『準数値算法／乱数』（サイ
エンス社刊、ｐ．３）で紹介されているように、処理の
正当性検査の再現性、計算機資源のコンパクト化（メモ
リ削減）の要請から、関数を使った乱数生成法が利用さ
れている。
【０００３】例えば、関数Ｆ，Ｇを用い、乱数列
｛Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，…｝を生成することを考える（こ
こで、添え数字はＲの順番を示す）。いま、関数Ｆによ
り、ある初期値Ｓ1 より順番に、Ｓi+1 ＝Ｆ（Ｓi ）
（ｉ＞１、整数）として、Ｓを更新していき、このＳを
関数Ｇの入力として用いることにより、Ｒi ＝Ｇ
（Ｓi ）（ｉ＞１、整数）として乱数列を生成すること
ができる。この時、初期値が決ると全ての乱数列が決る
ので、理想的な乱数列とは区別し、乱数列｛Ｒ1 ，
Ｒ2 ，Ｒ3，…｝を疑似乱数列と呼ぶ。
｛Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，…｝を生成することを考える（こ
こで、添え数字はＲの順番を示す）。いま、関数Ｆによ
り、ある初期値Ｓ1 より順番に、Ｓi+1 ＝Ｆ（Ｓi ）
（ｉ＞１、整数）として、Ｓを更新していき、このＳを
関数Ｇの入力として用いることにより、Ｒi ＝Ｇ
（Ｓi ）（ｉ＞１、整数）として乱数列を生成すること
ができる。この時、初期値が決ると全ての乱数列が決る
ので、理想的な乱数列とは区別し、乱数列｛Ｒ1 ，
Ｒ2 ，Ｒ3，…｝を疑似乱数列と呼ぶ。
【０００４】今、｜Ｘ｜をＸが取り得る全ての値の個数
とした時に、上記の乱数生成法における課題は、Ｒi ＝
Ｇ（Ｓi ），Ｓi+1 ＝Ｆ（Ｓi ）で定義される疑似乱数
列の周期が上限の｜Ｒ｜（Ｒの取り得る値の全数）にい
かに近づくか、つまり（長周期の関数をいかに得るかと
いうことと、値の分布が一様にばらつくかどうかという
ことである。長周期の関数を得る場合には、Ｓが取り得
る値に依存する。いま、Ｓが取り得る値は有限の｜Ｓ｜
個であり、Ｓ0 ＝Ｓi となる時があるが、そのｉの大き
さが重要となる。また、値の分布がばらつくかどうかに
ついては、統計的な分布により評価できる。
とした時に、上記の乱数生成法における課題は、Ｒi ＝
Ｇ（Ｓi ），Ｓi+1 ＝Ｆ（Ｓi ）で定義される疑似乱数
列の周期が上限の｜Ｒ｜（Ｒの取り得る値の全数）にい
かに近づくか、つまり（長周期の関数をいかに得るかと
いうことと、値の分布が一様にばらつくかどうかという
ことである。長周期の関数を得る場合には、Ｓが取り得
る値に依存する。いま、Ｓが取り得る値は有限の｜Ｓ｜
個であり、Ｓ0 ＝Ｓi となる時があるが、そのｉの大き
さが重要となる。また、値の分布がばらつくかどうかに
ついては、統計的な分布により評価できる。
【０００５】従来の乱数生成器の多くは、関数Ｆとして
レジスタを、関数Ｇとして暗号化手段を用いて実現して
おり、その出力系列の周期はレジスタの周期に依存し、
一様分布性については暗号化手段に依存している。この
とき、レジスタとしては、装置の簡易性などの観点か
ら、線形フィードバックシフトレジスタが用いられ、特
に、レジスタ長がＮビットのときに周期２N−１を実現
できるＭ系列シフトレジスタが利用されることが多い。
しかし、Ｍ系列は値のばらつきが不十分であるため、一
様分布性を保証するには必ず暗号化手段が必要となる。
レジスタを、関数Ｇとして暗号化手段を用いて実現して
おり、その出力系列の周期はレジスタの周期に依存し、
一様分布性については暗号化手段に依存している。この
とき、レジスタとしては、装置の簡易性などの観点か
ら、線形フィードバックシフトレジスタが用いられ、特
に、レジスタ長がＮビットのときに周期２N−１を実現
できるＭ系列シフトレジスタが利用されることが多い。
しかし、Ｍ系列は値のばらつきが不十分であるため、一
様分布性を保証するには必ず暗号化手段が必要となる。
【０００６】また、暗号化手段としては、ランダム性な
どの観点から、既存の秘密鍵暗号方式であるＤＥＳやＦ
ＥＡＬを用いたものが利用されるが、これらの暗号方式
では、入力されるデータ長が６４ビットに制限されてい
るため、レジスタ長が６４ビット以上となる長い周期を
持ったレジスタを用いることができなかった。
どの観点から、既存の秘密鍵暗号方式であるＤＥＳやＦ
ＥＡＬを用いたものが利用されるが、これらの暗号方式
では、入力されるデータ長が６４ビットに制限されてい
るため、レジスタ長が６４ビット以上となる長い周期を
持ったレジスタを用いることができなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述の既存の秘密鍵暗
号方式を用いた乱数生成器は、それに用いられるレジス
タの長さが暗号化手段の入力の長さで制限されてしま
い、長周期の乱数を生成することができなかった。この
発明の目的は、既存の暗号化手段を用いて、その入力長
で決る値よりも長周期の乱数の生成を可能とする乱数生
成器を提案することにある。
号方式を用いた乱数生成器は、それに用いられるレジス
タの長さが暗号化手段の入力の長さで制限されてしま
い、長周期の乱数を生成することができなかった。この
発明の目的は、既存の暗号化手段を用いて、その入力長
で決る値よりも長周期の乱数の生成を可能とする乱数生
成器を提案することにある。
【０００８】また、一般の乱数生成器では、乱数周期が
長くなれば乱数生成の速度も低下するというトレードオ
フが存在するが、この発明は利用者に必要な乱数周期を
選択可能とさせ、周期が短い場合には、これに応じて乱
数の生成速度を向上させることができる乱数生成器を提
案することを目的とする。
長くなれば乱数生成の速度も低下するというトレードオ
フが存在するが、この発明は利用者に必要な乱数周期を
選択可能とさせ、周期が短い場合には、これに応じて乱
数の生成速度を向上させることができる乱数生成器を提
案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明によれば出力乱
数のビット長以上のビット長のレジスタが用いられ、そ
のレジスタ内に保持されるデータは分割されて、複数の
暗号化手段にそれぞれ入力される。これら複数の暗号化
手段の暗号化出力は混合手段により結合されて乱数とし
て出力される。
数のビット長以上のビット長のレジスタが用いられ、そ
のレジスタ内に保持されるデータは分割されて、複数の
暗号化手段にそれぞれ入力される。これら複数の暗号化
手段の暗号化出力は混合手段により結合されて乱数とし
て出力される。
【００１０】従来技術では、長周期のレジスタを利用し
ようとした場合には、暗号化手段に、直接、既存の秘密
鍵暗号方式を用いることはできず、新たにその入力長を
もった暗号化方式を設計する必要があったが、この発明
ではその必要がない。また、レジスタとしてＭ系列シフ
トレジスタを用いる場合、レジスタに保持されるデータ
の周期を、線形シフトレジスタが実現できる最大周期が
保証される。
ようとした場合には、暗号化手段に、直接、既存の秘密
鍵暗号方式を用いることはできず、新たにその入力長を
もった暗号化方式を設計する必要があったが、この発明
ではその必要がない。また、レジスタとしてＭ系列シフ
トレジスタを用いる場合、レジスタに保持されるデータ
の周期を、線形シフトレジスタが実現できる最大周期が
保証される。
【００１１】さらに、Ｍ系列シフトレジスタの帰還の位
置を可変とすることにより、最大周期を変更とし、ま
た、帰還位置に応じて、値の更新されないデータが入力
される暗号化手段を無効とする手段が設けられる。一般
にレジスタの動作に必要とされる処理量と暗号化手段に
必要な処理量では、暗号化手段におけるものが圧倒的に
大きいため、不要な暗号化手段を無効にすることは、複
数の暗号化手段をシリアルに処理する場合は全体の処理
量の削減に大きな影響を与えることができる。これによ
り、乱数生成の長周期性よりも生成効率を必要とする場
合に、不要な暗号化手段を無効にすることにより乱数生
成の速度を高めることができる。
置を可変とすることにより、最大周期を変更とし、ま
た、帰還位置に応じて、値の更新されないデータが入力
される暗号化手段を無効とする手段が設けられる。一般
にレジスタの動作に必要とされる処理量と暗号化手段に
必要な処理量では、暗号化手段におけるものが圧倒的に
大きいため、不要な暗号化手段を無効にすることは、複
数の暗号化手段をシリアルに処理する場合は全体の処理
量の削減に大きな影響を与えることができる。これによ
り、乱数生成の長周期性よりも生成効率を必要とする場
合に、不要な暗号化手段を無効にすることにより乱数生
成の速度を高めることができる。
【００１２】混合手段は複数の暗号化手段の暗号化出力
を結合するものであり、この場合、この出力乱数が入力
される相手方に応じてビット長を変更できるようにする
ことができる。例えば２つの暗号化手段の出力が各ｎビ
ットの場合、２ｎビットの入力をそのまま２ｎビットの
乱数出力とするもの、あるいは、例えば２ｎビットの入
力の偶数番目のビットを抜き出してｎビットの出力とす
るものや、２ｎビットの入力をそれぞれｎビットずつに
分け、それらのビット毎の排他的論理和をとって出力す
るもの、必要に応じてこれら出力乱数のビット長を変更
できるものなどが考えられる。
を結合するものであり、この場合、この出力乱数が入力
される相手方に応じてビット長を変更できるようにする
ことができる。例えば２つの暗号化手段の出力が各ｎビ
ットの場合、２ｎビットの入力をそのまま２ｎビットの
乱数出力とするもの、あるいは、例えば２ｎビットの入
力の偶数番目のビットを抜き出してｎビットの出力とす
るものや、２ｎビットの入力をそれぞれｎビットずつに
分け、それらのビット毎の排他的論理和をとって出力す
るもの、必要に応じてこれら出力乱数のビット長を変更
できるものなどが考えられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面と共にこの発明の実施
例を詳細に説明する。図１は、この発明の第一の実施例
の疑似乱数生成器の構成を示す、保持するデータが更新
されるレジスタ１００のデータが、その下位ビット側と
上位ビット側との二つのデータに分割されて暗号化手段
１１０と暗号化手段１２０にそれぞれ入力される。暗号
化手段１１０，１２０には互いに異なる暗号化鍵１，２
がそれぞれ入力される。暗号化手段１１０，１２０の出
力は、混合手段１３０に入力され、両暗号化出力が結合
され、混合手段１３０の出力が乱数となる。
例を詳細に説明する。図１は、この発明の第一の実施例
の疑似乱数生成器の構成を示す、保持するデータが更新
されるレジスタ１００のデータが、その下位ビット側と
上位ビット側との二つのデータに分割されて暗号化手段
１１０と暗号化手段１２０にそれぞれ入力される。暗号
化手段１１０，１２０には互いに異なる暗号化鍵１，２
がそれぞれ入力される。暗号化手段１１０，１２０の出
力は、混合手段１３０に入力され、両暗号化出力が結合
され、混合手段１３０の出力が乱数となる。
【００１４】図２は、この発明の第二の実施例の乱数生
成器の構成を示し、図１と対応する部分に同一符号を付
けてある。この実施例ではレジスタ１００の代りにＭ系
列シフトレジスタ２００が設けられる。図３は、この発
明の第三の実施例を示し、図２中のＭ系列シフトレジス
タ２００の代りに利用されるレジスタ長を可変とするＭ
系列シフトレジスタ３００が用いられ、その他の点は図
１と同一である。
成器の構成を示し、図１と対応する部分に同一符号を付
けてある。この実施例ではレジスタ１００の代りにＭ系
列シフトレジスタ２００が設けられる。図３は、この発
明の第三の実施例を示し、図２中のＭ系列シフトレジス
タ２００の代りに利用されるレジスタ長を可変とするＭ
系列シフトレジスタ３００が用いられ、その他の点は図
１と同一である。
【００１５】図４はこの発明の更に他の実施例を示し、
この例では図３の実施例に対し、周期可変型Ｍ系列シフ
トレジスタ３００と暗号化手段１１０，１２０との間に
無効手段４４０が設けられる。無効手段４４０は暗号化
手段１１０，１２０にそれぞれ入力されるデータが更新
されないと、これを検出して、対応する暗号化手段の動
作を無効とする。例えば１２８ビットＭ系列シフトレジ
スタ３００の帰還段が初段より６４ビットより前に設定
されると、その帰還段より終段までの６４ビット以上の
部分はデータが更新されない状態となる。例えば暗号化
手段１１０に入力されるデータが更新されないとこれが
検出され、暗号化手段１１０の動作が無効とされる。従
って暗号化手段１１０は動作しないため、暗号化手段１
２０の出力のみが混合手段１３０に入力され、これが乱
数として出力される。暗号化手段１１０，１２０がリシ
アルに動作するように構成されている場合（電子計算機
による乱数生成は通常このようになる）。一方の暗号化
手段の動作を行わないと、その分処理量が著しく減少
し、乱数生成速度が速くなる。
この例では図３の実施例に対し、周期可変型Ｍ系列シフ
トレジスタ３００と暗号化手段１１０，１２０との間に
無効手段４４０が設けられる。無効手段４４０は暗号化
手段１１０，１２０にそれぞれ入力されるデータが更新
されないと、これを検出して、対応する暗号化手段の動
作を無効とする。例えば１２８ビットＭ系列シフトレジ
スタ３００の帰還段が初段より６４ビットより前に設定
されると、その帰還段より終段までの６４ビット以上の
部分はデータが更新されない状態となる。例えば暗号化
手段１１０に入力されるデータが更新されないとこれが
検出され、暗号化手段１１０の動作が無効とされる。従
って暗号化手段１１０は動作しないため、暗号化手段１
２０の出力のみが混合手段１３０に入力され、これが乱
数として出力される。暗号化手段１１０，１２０がリシ
アルに動作するように構成されている場合（電子計算機
による乱数生成は通常このようになる）。一方の暗号化
手段の動作を行わないと、その分処理量が著しく減少
し、乱数生成速度が速くなる。
【００１６】上述においてレジスタ１００，２００，３
００の保持データの分割は下位側と上位側とに分割する
場合に限らず、各レジスタの任意の個所のデータを集め
て、暗号化手段１１０に対する入力データとし、残りの
データを暗号化手段１２０の入力データとしてもよい。
またレジスタ１００，２００，３００の各長さは暗号化
手段１１０，１２０の入力データ長の和よりも長いもの
としてもよい。
００の保持データの分割は下位側と上位側とに分割する
場合に限らず、各レジスタの任意の個所のデータを集め
て、暗号化手段１１０に対する入力データとし、残りの
データを暗号化手段１２０の入力データとしてもよい。
またレジスタ１００，２００，３００の各長さは暗号化
手段１１０，１２０の入力データ長の和よりも長いもの
としてもよい。
【００１７】混合手段１３０は両暗号化手段１１０，１
２０の出力をそのデータ長を加算するように連結した
り、適当な個所のデータを取出したり、２つ以上のデー
タを排他的論理和をとるなどして所望のデータ長として
出力するようにできる。上述においては暗号化手段を２
個用いたが、更に長周期の乱数を発生させたい場合、２
つ以上の暗号化手段を用い、これら暗号化手段の出力を
結合してもよい。
２０の出力をそのデータ長を加算するように連結した
り、適当な個所のデータを取出したり、２つ以上のデー
タを排他的論理和をとるなどして所望のデータ長として
出力するようにできる。上述においては暗号化手段を２
個用いたが、更に長周期の乱数を発生させたい場合、２
つ以上の暗号化手段を用い、これら暗号化手段の出力を
結合してもよい。
【００１８】
【発明の効果】従来の６４ビットレジスタと６４ビット
ブロック暗号化手段を用いた乱数生成器の最大周期は２
64−１であるのに対し、この発明によると例えば１２８
ビットレジスタと二つの６４ビットブロック暗号化手段
を用いて最大周期が２128 −１の、十分に長い周期を実
現することができる。しかも既存の暗号化手段を利用で
き、新たな暗号化手段を必要とせず、安価に、かつ簡単
に構成することができる。また発生可能な最大周期より
も短かい周期の乱数を生成させるように構成した場合
は、入力データが更新されない暗号化手段の動作を無効
とすることにより、発生速度を高速にすることができ
る。
ブロック暗号化手段を用いた乱数生成器の最大周期は２
64−１であるのに対し、この発明によると例えば１２８
ビットレジスタと二つの６４ビットブロック暗号化手段
を用いて最大周期が２128 −１の、十分に長い周期を実
現することができる。しかも既存の暗号化手段を利用で
き、新たな暗号化手段を必要とせず、安価に、かつ簡単
に構成することができる。また発生可能な最大周期より
も短かい周期の乱数を生成させるように構成した場合
は、入力データが更新されない暗号化手段の動作を無効
とすることにより、発生速度を高速にすることができ
る。
【図１】この発明の原理機能構成を示すブロック図。
【図２】レジスタにＭ系列シフトレジスタを用いた実施
例の機能構成を示すブロック図。
例の機能構成を示すブロック図。
【図３】レジスタに周期を可変としたＭ系列シフトレジ
スタを用いた実施例の機能構成を示すブロック図。
スタを用いた実施例の機能構成を示すブロック図。
【図４】暗号化手段を無効にできるようにした実施例の
機能構成を示すブロック図。
機能構成を示すブロック図。
Claims (4)
- 【請求項１】 レジスタに保持されているデータを暗号
化手段へ入力し、上記レジスタに保持されているデータ
を更新し、上記暗号化手段の暗号化出力を乱数として出
力乱数生成器において、 上記暗号化手段は互いに暗号化鍵を異にする複数の暗号
化手段で構成され、 これら暗号化手段には上記レジスタに保持されている互
いに別のデータがそれぞれ供給され、 上記複数の暗号化手段の暗号化出力を結合して上記乱数
として出力する混合手段が設けられていることを特徴と
する乱数生成器。 - 【請求項２】 請求項１の乱数生成器において、 上記レジスタは、Ｍ系列シフトレジスタであることを特
徴とする乱数生成器。 - 【請求項３】 請求項２の乱数生成器において、 上記Ｍ系列シフトレジスタは周期を可変とすることがで
きるものであることを特徴とする乱数生成器。 - 【請求項４】 請求項３の乱数生成器において、 上記各暗号化手段に入力されるデータが更新されない状
態を検出し、対応する暗号化手段の動作を無効とする手
段を具備することを特徴とする乱数生成器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23216096A JP3526504B2 (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | 乱数生成器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23216096A JP3526504B2 (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | 乱数生成器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1078864A true JPH1078864A (ja) | 1998-03-24 |
| JP3526504B2 JP3526504B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=16934943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23216096A Expired - Fee Related JP3526504B2 (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | 乱数生成器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3526504B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100717240B1 (ko) | 2005-07-20 | 2007-05-11 | 엔에이치엔(주) | 신뢰성 있는 시퀀스 제공 방법 및 시스템 |
| WO2007136236A1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Sam Pyo Hong | Indicating device of fuel consumption by engine |
| JP2007333854A (ja) * | 2006-06-13 | 2007-12-27 | New Japan Radio Co Ltd | 乱数発生回路 |
-
1996
- 1996-09-02 JP JP23216096A patent/JP3526504B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100717240B1 (ko) | 2005-07-20 | 2007-05-11 | 엔에이치엔(주) | 신뢰성 있는 시퀀스 제공 방법 및 시스템 |
| WO2007136236A1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Sam Pyo Hong | Indicating device of fuel consumption by engine |
| JP2007333854A (ja) * | 2006-06-13 | 2007-12-27 | New Japan Radio Co Ltd | 乱数発生回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3526504B2 (ja) | 2004-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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