JPS58218252A

JPS58218252A - 暗号化方式

Info

Publication number: JPS58218252A
Application number: JP57099391A
Authority: JP
Inventors: Masatada Hata; 畑　雅恭
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-12-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はディジタル化した音声信号や、データ信号の通
信、伝送において、秘匿効率が高く、かつ勝れた伝送誤
シ訂正機能を持った暗号化方式に関する。

従来、文献等で知られている暗号化の一方式としては、
第１図（、）に示す如くＮピッ）（Ｎは素数とする）を
１ブロツクとする入力データの位置ｒを第１図（ｂ）に
示す新しい位置Ｓに変換して暗号化する方式［一様置換
（Ｕｎｉｆｏｒｍ　Ｐｅｒｍｕｔａｔｉｊｎｔ）Ｊがあ
る。該一様置換による暗号化は式（１）で与えられる。

ｓ　＝　ｋｌｒ（ｍｏｄＮ）　　：　ｒ、　ｓ＝１．２
、・・・、Ｎ（１）ここで置換係数に、は入力データの
Ｎビットとは互いに素な関係（ｋｌ＋Ｎ）＝１にある２
〜Ｎ−１の間の整数のうち１つをとる。具体的に数値を
代入して説明する。例えば入力データＮ＝２３、置換係
数ｋｌ＝７として、入力データの１ビツト目ｒ１が一様
置換された場合の置換位置Ｓ１は式（１）よシ５ｌ＝７
：１＝７即ち７ビ、ト目に置換され、入力データの２ビ
ツト目のデータは、５２＝７・２−１４即ち１４ビツト
目に置換される。以下入力データは７ビツトおきに置換
されてゆき第１図（ｂ）に示す新しい配列のデータとな
る。前述の一様置換したデータを受信側で元の配列に復
元する場合には式（２）に示す関係にある置換係数に２
を用いて復元することができる。

ｋ＊　　・ｋ２＝１　（ｍｏｄ　Ｎ）　　　　　　（２
）即ち受信したデータに式（２）を満足するに２を掛け
ることにより式（３）に示す如く元の配置に置換し直し
たＮビットのに２ｓ＝ｋｚ　ｋｌ　ｒ７−　ｉ　　（ｍｏｄ　Ｎ）　
　　　　（３）データを得ることができる。

前述の一様置換方式による暗号では、入力データのビッ
ト数Ｎを知る也とにょシ置換係数ｋｌとｋ２の組が、入
力データのＮが特別に大きい場合を除いて容易に知られ
るため暗号符号の解読はさ程困難でない。なお式（３）
の関係を満すに１とに２の組Ｇ（Ｎ）は式（４）で、示
される。

Ｇ（Ｎ）＝Ｎ−２　；　Ｎ＝素数　　　（４）音声信号
では暗号化と復号化において、大きな遅延が生じると自
然な通話が阻害される。従って第１図（ａ）に示す入力
データめビット数Ｎをあまり大きくできない。このため
暗号の鍵となる置換係数（ｋ１、ｋ２）の組合せの数は
制限される。更に入力データのＮビットを巡回シフトさ
せるシフト量も暗号の鍵とすると全体でＮ・Ｇ（Ｎ）個
の鍵が存在する。しかし暗号の解読を避けるためには鍵
を順次取替えてゆく必要がある。また前述の一様置換に
よる暗号化は、設定した置換係数ｋ１毎に信号を取出し
て再配列することと等価であるから、前記置換係数に、
毎に相関のある信号では隣接して相関のある信号が配列
されることになり、信号の性質により置換係数ｋ１の値
が制限されるなどの欠点がある。また前述の暗号化では
誤り訂正機能との関連について配慮がされておらず、暗
号と誤シ訂正はそれぞれ独立に処理する必要があった。

従ってこのままではデータの処理時間が長くかかり、ま
た回路が複雑、高価になるなどの欠点を有していた。

本発明はかかる欠点に鑑みなされたもので、入力データ
を一様置換する前に疑似ランダム符号によるスクランブ
ラを行う過程を設け、前記疑似ランダム符号の生成多項
式と巡回シフト量の２つを新しく暗号化の鍵として追加
することにより鍵の選択数を大きくすると共に、暗号の
解読をより困難にすることができる。またランダム化さ
れ符号間の相関が減少するため一様置換における置換係
数ｋ１の選択における制限をなくすことが可能である。

更に送信した符号列は受信側で逆の配列変換が行われる
ため伝送途中で受けるバースト状の誤りが前記配列変換
後には、ランダムに分散される。このため誤シの影響を
軽減できるほか、誤シ訂正を行う場合にもその効果を向
上できるものである。以下図面に基づいて本発明の詳細
な説明する。第２図は本発明に係る第１の実施例を示す
。

１はエックスクルーシブ・オア回路ＦＯＲとシフトレジ
スタ１）〜１６で構成するスクランブラ回路を示す。シ
フトレジスタ１１〜１６の各段の帰還タップ位置は生成
多項式に対応して決定されておシ、互いに独立な生成多
項式の数は式（５）で表わせる。

ψ（２”−１）／ｎ　　、　　　　　　　　　　　（５
）ここでｎｌｉシフトレジスタの段数、ψ←）はオイラ
ー数である。即ち生成多項式はψ（２”−１）／ｎだけ
存在する。またスクランブラ回路ｌのシフトレジスタ１
１〜１６の初期設定として２ｎ−１通シが存在するので
データスクランブラに関する暗号化の鍵の数は（２”　
−１）・ψ（２”　−１）　／　ｎとなる。なお前記シ
フトレジスタの段数ｎの値は、入力信号の性質、スペク
トラム等を考慮して決定するが通常６段ないし９段程度
が使用される。２は一様置換回路で、入力データをスク
ランブラ回路によってランダム符号列にした符号の配列
位置の一様置換を行う。この一様置換回路２はＲＯＭ　
、　ＲＡＭからなる読取専用メモリ等で構成できる。前
記一様置換回路２には、入力データのＮビットを巡回シ
フトさせるものとしてＮ　−Ｇ　（Ｎ）個の暗号の鍵が
存在するからスクランブラ回路１とを合せて式（６）に
示す暗号化の ψ（２ｎ−１）／ｎ　　−Ｎ−Ｇ（Ｎ）　、　、　、　
　（６）鍵が得られ大きく増加させることができる。ま
たスクランブラ回路１の効果によって入力信号をランダ
ム符号列にした符号間の相関が減少できるので一様置換
回路２の置換係数ｋｌによる特性変化の影響を軽減でき
る。

次に第２図の暗号化回路の動作について説明する。いま
スクランブラ回路１のシフトレジスタ１１〜１６に初期
設定として（０００００１）がセットされているとする
。前記スクランブラ回路１にあるデータＮが入力端子を
介して入力すると、データＮの第１ビツト目の信号とシ
フトレジスタの帰還信号ノアとからニック・スフルーシ
ブ・オア回路ＦＯＲで論理演算が行われる。該演算結果
がシフトレジスタ１ノと一様置換回路２に各々送られる
。一様置換回路２では、Ｎを法とする置換係数ｋｌ　を
掛けてデータの一様置換を行う。一方シフトレジスタ１
１には前記の演算結果がセットされ、シフトレジスタ１
ノの値はシフトレジスタ１２にシフトし、シフトレジス
タ１２の値はシフトレジスタ１３にシフトし、以下次段
のシフトレジスタに順次シフトしていく。データＮの第
２ビツト目の信号は前記シフトレジスタ１１〜１６が各
々内容をシフトした値によって再びエックスクルーシブ
・オア回路ＦＯＲで論理演算が行われる。従って入力デ
ータＮはランダム符号列に変換されていく。

送信側で配列変換した符号列は受信側に伝送する。受信
側ではＮを法とする逆の置換係数に２（ｋｌｋ２＝１　
（ｍｏｄ　Ｎ））を掛けて配列の逆変換を行う一様置換
回路５と、ｒ−夕配列を元のデータ配列に復元するデス
クランブラ回路６を備えている。

送信側で暗号化したデータはケーブル３又は無線伝送路
４を経由して受信側へ送る。受信側では、送られて来た
暗号データを先ず一様置換回路５で′□　受け、該一様
置換回路５で配列の逆変換を行う。

次にデスクランブラ回路６は送信側のスクランブラ回路
１と同様に各シフトレジスタ６１〜６６に（０００００
１）が初期設定されており、かつ、前記スクランブラ回
路１と同期がとれている。このデスクランブラ回路６に
よって、前記一様置換回路５からのデータを元のデータ
配列に順次復元が行われる。なおスクランブラ回路１、
デスクランブラ回路６については一般に知られている回
路構成なので詳細の、動作説明は省略する。

を以上説明した如：１＜第１の実施例では、一様置換によ
る符号配列ｉ″′−にスクランブラ回路によるランダム
符号列を付加することにより暗号の鍵を大幅に増加せし
めることができ、多くの通信者それぞれに対して、複数
個の鍵を割シ付けることが可能となる。また短かい期間
で異なる鍵をとシ換え使用する様に切替えが可能となシ
、通信の秘密性と利用できる通信者数を大幅に増加でき
る。またスクランブラ回路のない場合には特定の鍵に相
関のある符号が片寄る場合があシ、音声信号の了解性の
完全を期しがたい場合があった。しかしス・クランブラ
回路の追加により暗号の鍵の値にかかわらず了解性なく
できるほか、ランダムな無相関な符号として送信でき、
スペクトラム形状の一様化、あるいは時間的変動を排除
できるなどより完全な暗号化を実現できる。

第３図は本発明に係る第２の実施例である。第２の実施
例は暗号化のための一様置換を利用して効率の良いバー
スト誤り訂正も同時に実施する暗号化について示す。

第３図０はＮビットを情報ブロックとして、該Ｎビット
にＮビットの誤り訂正付加ビットを加えて全体でＮ′ビ
ットを１ブロツクとする信号を示す。

Ｎ′ビットは素数となる様に訂正付加ビットまたは式（
７）で与えられる・即ち第１のｓ　＝　ｋ’ｌ＋ｒ　（ｍｏｄ　Ｎ’）　　　　　　　
（７）　　’実施例に示したと同様にＮ′を法とした置
換係数に、／によって一様置換が行われる。一様置換し
た符号を第３図（ｂ）に示す。同図（ｂ）の符号は送信
側から直接受信側え伝送路７または８によシ伝送される
場合、あるいは一旦、記憶装置（図示しない）に蓄積さ
れる場合がある。前記一様置換された符号が伝送、ある
いは記憶装置への蓄積段階でバースト誤シを被った場合
の符号を第３図（ｃ）に示す。同図（ｃ）のハツチを付
けた個所がバースト誤り個所Ｂを示す。該バースト誤９
Ｂのある符号は式（８）で示す逆の一様置換を行ない元
の符に’２　　　ｓ　　＝　　ｋ’２　　ｋ’１　　ｒ　　
（ｍｏｄ　　Ｎ’）＝　ｒ　　　　　　　　　　　　（
８）号配列にもどされる。前記符号にもどされた段階で
バースト誤りＢのある符号は一様に散布され、多重のラ
ンダム誤りと等価に変換される。一方第３図（ｂ）に示
す如く一様に散布されていた誤り訂正元の位置に配列さ
れる。この状態を第３図（ｄ）に示す。この結果バース
ト誤シによって誤り訂正付加ピッ）Ｒが集中的に冒され
、誤シ訂正機能を失うことが防止できる。

多重ランダム誤シの訂正はバースト誤シの訂正に比較し
、符号ビット数も少なく、回路構成も簡易化されるので
訂正効率を大きく高めることができる。更に暗号化と誤
シ訂正を単独で別々に行うよシ処理時間を大きく短縮で
きると共に回路構成も簡易化される。

以上詳細に説明した如く本発明は暗号の秘匿性の向上に
有効なスペクトラムの拡散機能と、多数の暗号化の鍵を
有する方式であシ、またバースト誤シ訂正機能を信号の
遅延時間の大幅な増大をきたすことなく実現できる。・
東に回路の効率的実現、１□１も達成できる利点かあシ料企業内通信系への利用のほか
、雑音障害が多く１．′ｉ′：１：・・秘話性の必要な
デ９ジタル移動体通信、バースト誤シ障害の多いデータ
蓄積装置などへの幅広い適用が考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方式による一様置換の説明図、第２図は本
発明に係る暗号化の回路構成図、第３図は本発明に係る
暗号化と誤シ訂正符号化を同時に行う説明図である。１・・・スクランブラ回路、２，５・・・一様置換回路
、３．７・・・ケーブル伝送路、４．８川無線伝送路、
６・・・デスクランブラ回路、１ノ〜１６．６１〜６６
・・・シフトレジスタ、ＥｏＲ・・・エックスクルーシ
ブ°オア回路。第３図Ｎ′ 手続補正書（睦）５８．２．−８昭和　　年　　月　　日特許庁長官　殿１、事件の表示昭和５７年　特　許　　願第　０９９３９１号２、発明
の名称暗号化方式３、補正をする者

Claims

【特許請求の範囲】

（１）データを一様置換によって暗号化する方式におい
て、ブロック単位にデータ信号をランダム符号列に変換
するランダム変換手段と、該ランダム符号列を配列置換
する置換手段を有することを特徴とした暗号化方式。
（２）　　データ信号と誤シ訂正信号とでブロックを構
成して誤シ訂正機能を持たせた特許請求の範囲第１項記
載の暗号化方式。