JPS6122316B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明の背景 本発明は端末装置を用いた通信及びフアイルの
機密保護技術に関し、更に具体的にいうと、デー
タ処理ネツトワークにおいて暗号による通信及び
フアイルの機密保護を与えるようにシステム・キ
ー又は私的キーを用いて暗号化動作及び解読動作
を行なうデータ機密保護装置を有する端末装置に
関する。 フアイル、プログラム、ハードウエア等のシス
テム資源を共用するコンピユータ端末装置使用者
の数が増加し、分散形システム及び遠隔通信が
益々使用されるようになつたことに伴い、大型且
つ複雑なコンビユータ・ベース情報システムが開
発されてきている。このようなシステムでは、機
密保護が十分でない通信回線を介して伝送された
り、又は磁気テープ或はデイスクのような持ち運
び可能な記憶媒体に長期間記憶される重要なデー
タの量が益々増大している。通信回線は機密保護
の点で安全でなく、記憶媒体は持ち運び可能であ
り、またデータ・フアイルの復元が行なわれるま
での記憶期間が長いので、管理され又は保護され
ている場所から外へ出ていく重要なデータを傍受
されたり、変更されたり、長時間の放置によつて
アクセスされたりする心配が高まつている。暗号
は効果的なデータ機密保護手段として認識されて
きた。何故ならば、それはデータ自体を保護し、
データが伝送される媒体又はデータが貯蔵される
媒体を保護するものではないからである。 暗号方式は生文又は平文と呼ばれるメツセー
ジ・データを暗号文と呼ばれる不可解なデータへ
暗号化し、暗号文を生文へ解読することに関す
る。暗号化／解読の変換は、暗号キーに従つて制
御される暗号機能又はアルゴリズムによつて実行
される。暗号キーは生文と暗号文との間に存在す
る多くの可能な関係から１つの関係を選択する。
これまで先行技術において、データ処理システム
におけるデータ機密保護を改善する各種のアルゴ
リズムが開発されてきた。このようなアルゴリズ
ムの例は、米国特許第3796830号、同第3798359号
に説明されている。米国特許第3958081号にはデ
ータ処理システムにおけるデータ機密保護を達成
する新しいアルゴリズムが説明されている。この
アルゴリズムはデータ暗号化標準アルゴリズムと
して米国標準局により採用され、その詳細は連邦
情報処理標準刊行物（the Federal Information
Processing Standards Publication、
January15、1977、FIPS PUB 46）に説明されて
いる。 データ通信ネツトワークは通信端末装置の複合
体を含み、これらの通信端末装置は通信回線を介
して１台の上位システム及びそれに付属した資源
（例えば上位プログラム、構内で取付けられた端
末装置、データ・フアイルなど）へ接続されてい
る。データ通信ネツトワークの内部では、上位シ
ステムのドメインは上位システムに知られ且つそ
れによつて管理される資源群と考えてよい。先行
技術において、ネツトワーク内でデータ通信の機
密保護を改善する暗号方式を使用した各種の単一
ドメイン・データ通信ネツトワークが開発されて
きた。そのようなネツトワークでは、上位システ
ム及び遠隔端末装置に暗号能力が備えられてい
る。上位システム及び遠隔端末装置が暗号通信を
行なうためには、これらの双方が同一の暗号アル
ゴリズムと共通の暗号操作キーを使用することに
よつて、送信ステーシヨンで暗号化されたデータ
を受信ステーシヨンで解読できるようにしなけれ
ばならない。先行技術の暗号通信装置では、送信
ステーシヨンで使用される操作キーが郵便、電
話、特別の使者等により受信ステーシヨンへ伝え
られ、送信ステーシヨン及び受信ステーシヨンの
双方へ共通の操作キーを与えることにより、暗号
通信の実行を可能としている。更に、操作キーは
比較的長時間にわたつて保存された。悪意の第三
者に対して「移動標的」となるように操作キーを
ダイナミツクに変更し、その変更の頻度がシステ
ムによつて自動的になされるように機密保護を改
善した先行技術の装置も開発されている。そのよ
うな技術の１つは、IBM3614自動取引装置を遠隔
端末装置として使用するIBM3600金融機関通信シ
ステムに採用されており、米国特許第3956615号
に説明されている。 このシステムでは、暗号化された操作キー（即
ちデータ暗号化キー）が通信回線を介して上位シ
ステムから遠隔通信端末装置へ伝送される。暗号
化されたデータ暗号化キーは解読され、そしてす
べてのデータ通信のための「現在のデータ暗号化
キー」として用いられる。しかしこの形式のシス
テムの場合、現在のデータ暗号化キーはデータ通
信に直ちに利用できなればならないため、このデ
ータ暗号化キーは遠隔端末の生の形で記憶され、
従つて生のキーが権限のない者によつてアクセス
される可能性があり、システムの安全性が損われ
る。更にこの形式のシステムの場合は、現在のデ
ータ暗号化キーが変更されるときは、前のデータ
暗号化キーの下で暗号化された新たなデータ暗号
化キーが遠隔端末へ伝送され、遠隔端末で解読さ
れて新しい現在のデータ暗号化キーとして用いら
れる。しかしこの方式の場合は、夫々の現在のデ
ータ暗号化キーは先行する現在のデータ暗号化キ
ーの関数となるから、もし現在のデータ暗号化キ
ーの１つをアクセスできれば、現在の暗号文を解
読できることになり、また後続するデータ暗号化
キーを得て、後続する暗号文を解読できることに
なるため、システムの安全性が損われる。 データ通信ネツトワークの規模が大きくなるに
つれて、他の上位システムがネツトワーク中に組
込まれ、複数ドメイン・ネツトワークを形成する
こととなる。各上位システムはネツトワークの一
部（又はドメイン）を構成する付属の資源群を認
識し且つ管理する。ネツトワークのドメイン間に
適当なドメイン間データ・リンク（cross
domain data link）を設けることによつて、２つ
又はそれ以上のドメインが１つのネツトワーク機
構を与えるように相互接続されてよい。従つて、
ネツトワークの規模が大きくなり、ネツトワーク
のドメインを相互接続する通信回線の数が増加
し、また重要なデータを含むデータ・フアイルの
数が増加するにつれて、このような通信回線を介
して伝送されるデータへ通信機密保護を与えると
共に、データ・フアイルに記憶されるデータに対
してフアイル機密保護を与える必要性が高まつて
いる。 従つて本発明の目的はデータ通信ネツトワーク
においてデータ通信の機密保護を維持することが
できる端末装置を提供することである。 他の目的は保護された端末暗号キーの制御の下
にデータのメツセージ・ブロツクを暗号化し解読
するためのデータ機密保護装置を有する端末装置
を提供することである。 他の目的はデータ通信ネツトワークにおいて端
末暗号機構の外部へ生の形で端末暗号キーを与え
ることがないような端末暗号機構を提供すること
である。 他の目的はデータ通信ネツトワークにおいて上
位システムと端末暗号機構との間の安全に通信セ
ツシヨンを設定することである。 他の目的は２次通信キーの下で暗号化されたデ
ータ暗号化キーを新たな通信セツシヨンの度に端
末装置を与えることによつてデータ通信ネツトワ
ークにおいて上位システムと端末装置との間に安
全に暗号通信セツシヨンを設定することである。 他の目的は論理的に且つ物理的に保護された端
末領域に維持される端末暗号機構を提供すること
である。 他の目的はアメリカ合衆国連邦データ処理標準
に採用されたデータ暗号化標準アルゴリズムのハ
ードウエア構成を含む端末データ機密保護装置を
提供することである。 他の目的は生文／暗号文の入力データ及び操作
要求を受入れ且つ暗号文／生文の出力データを与
えるようなインターフエイスを有する端末データ
機密保護装置を提供することである。 他の目的は暗号装置、端末マスタ・キー・メモ
リ及び作業キー・レジスタを含み、これにより、
端末マスタ・キー・メモリ、作業キー・レジスタ
及び暗号操作の中間結果の夫々の内容が暗号装置
にのみアクセス可能になるようにした端末暗号機
構を提供することである。 他の目的は他の暗号キーを暗号化し解読するの
に用いられる端末暗号キーを手動的な手段又は端
末制御手段によつてマスタ・キー・メモリに選択
的に記憶するマスタ・キー書込み機能を行なう端
末暗号機構を提供することである。 他の目的はシステム電源による電力供給がない
ときに端末マスタ・キーの保存を行なうことがで
きるようにするため、電池によつて電力供給され
る端末マスタ・キー・メモリを有する端末暗号機
構を提供することである。 他の目的は新たな端末マスタ・キーが使用され
るときは常に端末マスタ・キー重ね書き機能を行
なう端末暗号機構を提供することである。 他の目的は端末暗号機構の暗号化／解読動作を
特定化するのに用いられる端末暗号キーを記憶す
るための作業キー・レジスタを有する端末暗号機
構を提供することである。 他の目的は端末暗号機構の作業キー・レジスタ
に端末データ暗号化キーを直接に記憶するキー直
接ロード機能を行なう端末暗号機構を提供するこ
とである。 他の目的は作業キー・レジスタに記憶するため
のデータ暗号化キーを得るため、端末マスタ・キ
ーの下で暗号化されたデータ暗号化キーを解読す
るキー解読機能を行なう端末暗号機構を提供する
ことである。 他の目的は作業キー・レジスタに記憶されたデ
ータ暗号化キーの制御の下に入力生文を暗号化し
出力暗号文を発生する暗号化機能を行なう端末暗
号機構を提供することである。 他の目的は作業キー・レジスタに記憶されたデ
ータ暗号化キーの制御の下に入力暗号文を解読し
出力生文を発生する解読機能を行なう端末暗号機
構を提供することである。 他の目的は入力生文を出力暗号文へ暗号化する
ためのデータ暗号化キーを端末暗号機構内で得る
ため、端末マスタ・キーの下で暗号化されたデー
タ暗号化キーを解読する解読機能を行なう端末暗
号機構を提供することである。 他の目的はデータ暗号化キーの下で暗号化され
た暗号文を生文へ解読するためのデータ暗号化キ
ーを端末暗号機構内で得るため、端末マスタ・キ
ーの下で暗号化されたデータ暗号化キーを解読す
る解読機能を行なう端末暗号機構を提供すること
である。 他の目的はデータ暗号化／解読操作に用いられ
る暗号化されたデータ暗号化キーをシステムの又
は私的なキー暗号化キーの選択的制御の下に解読
するデータ機密保護装置を有する端末装置を提供
することである。 他の目的はデータ通信ネツトワークにおいて私
的な暗号データ通信を行なうことができるよう
に、私的なデータ暗号化キーの制御の下にデータ
暗号化／解読動作を行なうデータ機密保護装置を
有する端末装置を提供することである。 他の目的は複数ドメイン通信ネツトワークのド
メイン間で交信するクロス・ドメイン暗号データ
通信を行なうことができるように、異なるドメイ
ンと関連付けられたデータ機密保護装置付き端末
装置であつて、或るドメインと関連する端末装置
が私的なデータ暗号化キーの制御の下にデータ暗
号化／解読動作を行ない、もう１つのドメインと
関連する端末装置が同じ私的なデータ暗号化キー
の制御の下でデータ暗号化／解読動作を行なうよ
うな端末装置を提供することである。 他の目的はデータ処理システムの私的なフアイ
ルに記憶するためのデータの機密保護を維持する
ことができる端末装置を提供することである。 他の目的はデータ処理システムの私的なフアイ
ルに安全に記憶できるように、データのメツセー
ジ・ブロツクを私的なデータ暗号化キーの制御の
下に暗号化するデータ機密保護装置を有する端末
装置を提供することである。 他の目的はデータ処理システムの私的なフアイ
ルから取出された暗号化データのメツセージ・ブ
ロツクを、暗号化されたデータ・フアイルをつく
るのに用いられた同じ私的なデータ暗号化キーの
制御の下に解読するデータ機密保護装置を有する
端末装置を提供することである。 他の目的は異なるデータ処理システムと関連付
けられたデータ機密保護装置付き端末装置であつ
て、或るシステムと関連する端末装置ではもう１
つのシステムへ送られる持ち運び可能な私的フア
イルに安全に記憶するようにデータを私的なデー
タ暗号化キーの制御の下に暗号化し、上記もう１
つのシステムと関連する端末装置ではその私的な
データ・フアイルから取出されたデータを、暗号
化されたデータ・フアイルをつくるのに用いられ
た同じ私的なデータ暗号化キーの制御の下に解読
するような端末装置を提供することである。 本発明によれば、端末装置はデータ通信ネツト
ワークにおいて暗号データ通信を行なうことがで
きるように構成される。端末装置は一体的に設け
られたデータ機密保護装置を有し、このデータ機
密保護装置は、キー暗号化キーとして働く端末マ
スタ・キーを記憶するためのメモリと、作業キ
ー・レジスタに記憶されている暗号キーの制御の
下に入力データを暗号処理し暗号処理された出力
データを発生するための暗号装置と、動作要求を
受取り且つ生文／暗号を受取つて暗号装置へ入力
データとして印加し、また暗号装置からの暗号処
理された出力データを受取つて暗号文／生文のデ
ータを与えるインターフエイス・アダプタとを含
む。端末マスタ・キーはインターフエイス・アダ
プタへのマスタ・キー書込み動作要求によつて端
末制御の下に又は手動的手段によつてマスタ・キ
ー・メモリにロードされる。加えて、端末装置は
端末マスタ・キーの下に暗号化されたデータ暗号
化キーよりなる上位システムからの同期データを
受信し解読することによつて上位システムとキー
に関して同期される。これは端末マスタ・キー・
メモリをアクセスしてマスタ・キーを作業キー・
レジスタへ転送し且つその同期データを暗号装置
への入力データとして印加することによつて行な
われる。暗号装置はこのとき端末マスタ・キーの
制御の下に同期データを解読し、同期したデータ
暗号化キーを取出す。このデータ暗号化キーは次
に作業キー・レジスタにロードされ、そこに前に
記憶されていた端末マスタ・キーと入れ替えられ
る。次に暗号化／解読動作要求が始まると、作業
キー・レジスタ内のデータ暗号化キーの制御の下
に生文が暗号化されて上位システムへの伝送のた
めの暗号文がつくられ、又は上位システムから受
取つた暗号文が作業キー・レジスタ内のデータ暗
号化キーの制御の下に解読される。 端末のデータ機密保護装置は更に、予め特定し
た私的なデータ暗号化キーを用いる種々の応用動
作を行なうことができるように構成される。イン
ターフエイス・アダプタにキー直接ロード動作要
求があつた場合は、私的なデータ暗号化キーが作
業キーとして作業キー・レジスタへ直接にロード
される。これによれば、その私的なデータ暗号化
キーの制御下にその後の暗号化／解読動作を行な
うことができる。持ち運び可能なデータ・フアイ
ルがつくられるようなデータ処理システムでは、
データ・フアイルをつくるとき作業キー・レジス
タに私的なデータ暗号化キーを直接にロードし、
そして記憶されるべきデータをその私的なデータ
暗号化キーの制御の下に暗号化し、また暗号化さ
れたデータ・フアイルを後に取出して解読すると
き作業キー・レジスタの同じ私的なデータ暗号化
キーを用いることにより、データの記憶及びその
後のデータの復元を安全に行なうことができる。 概 説 緒 言 データ通信ネツトワークにおいて通信端末装置
の複合体が複数の通信回線を介して上位データ処
理システム及びそれに付属した資源（例えば上位
プログラム、構内で設置された端末装置、２次記
憶フアイルなど）へ接続される。単一ドメイン・
ネツトワーク又は複数ドメイン・ネツトワークを
含み得るこのようなネツトワークは複雑であり且
つ益々大規模になりつつあるため、データが安全
性のない通信回線を介して伝送されたり又は２次
的な記憶フアイル或は持ち運び可能な記憶媒体に
記憶される場合は、そのデータによつて表わされ
る情報の機密性及び完全性を保つようにデータを
保護する必要があることが認識されてきている。
暗号は、データを伝送する媒体或はデータを記憶
する媒体ではなくデータそれ自体の機密性及び完
全性を保護するから、通信及びフアイルの機密保
護のための効果的なデータ機密保護手段を与え
る。 第１図は代表的な単一ドメイン・データ通信ネ
ツトワーク及びそこで用いられるデータ機密保護
装置の配置構成を示している。単一ドメイン・デ
ータ通信ネツトワークは上位システム、上位シス
テムによつて管理されるプログラム資源、通信回
線を介して又は介さずに上位システムへ接続され
る端末装置及びデータ・フアイルなどを含むデー
タ通信ネツトワークである。第１図からわかるよ
うに、上位システムには制御ユニツト及び制御装
置が接続されており、制御ユニツトは磁気デイス
ク・ユニツト、Ｉ／Ｏ装置、プリンタ、磁気テー
プ・ユニツトを制御し、制御装置は直接Ｉ／Ｏ装
置及びプリンタを制御し、また補助制御ユニツト
及び通信回線を介して遠隔端末装置に接続されて
いる。端末装置は直接上位システムに付くことも
できる。上位システムには通信制御装置が接続さ
れ、この通信制御装置は通信回線を介してもう１
つの通信制御装置へ接続されている。後者の通信
制御装置は通信回線を介して遠隔端末装置へ接続
され、制御ユニツトを介してＩ／Ｏ装置及びプリ
ンタへ接続され、また通信回線を介してＩ／Ｏ装
置へ接続されている。上記後者の通信制御装置は
更にＩ／Ｏ装置、プリンタ及び端末装置と共にル
ープを形成している制御装置へ通信回線を介して
接続されている。また、上位システムに接続され
た通信制御装置は通信回線を介して端末装置及び
Ｉ／Ｏ装置へ接続されている。第１図において、
□×はデータ機密保護装置を表わしている。 大部分の実際的な暗号システムは、２つの基本
的要素を必要とする。それらは、(1)生文
（plaintext）を暗号文（ciphertext）へ変換し、
又は暗号文を生文へ逆変換するステツプを指定す
る一組の規則である暗号アルゴリズム、(2)暗号キ
ーの２つである。暗号キーは、生文と暗号文との
間に存在する多くの可能な関係の中から１つの関
係を選択するために使用される。データ処理シス
テムにおけるデータ機密保護を改善するため、先
行技術において各種の暗号アルゴリズムが開発さ
れた。そのようなアルゴリズムの１つは米国特許
第3958081号に説明されており、且つ前記の連邦
情報処理標準出版物に記載されるように米国連邦
データ処理標準として採用されている。本発明は
このアルゴリズムのハードウエア版を利用する。
暗号アルゴリズムは、56ビツト暗号キーの制御下
に、64ビツト・ブロツクの生文を64ビツト・ブロ
ツクの独特な暗号文へ変換（即ち、暗号化）し、
同一の56ビツト暗号キーの制御下に、64ビツト・
ブロツクの暗号文を元の64ビツト・ブロツクの生
文へ変換（即ち、解読）するように動作する。解
読プロセスは暗号化プロセスの逆である。この暗
号化プロセスの効率は、暗号化プロセスにおける
暗号キーの選択及び管理の手法に依存する。デー
タ又はキーを暗号化又は解読するアルゴリズムを
特定化するため、暗号化プロセスで実際に使用さ
れる暗号キーは作業キーと呼ばれ、暗号装置によ
つてのみアクセス可能である。今後説明する全て
のキーは、実行される暗号動作に従つて、種々の
時点において作業キーとして使用される。 暗号システムで使用される暗号キーは、基本的
に２つのカテゴリーに分けられる。それらは操作
キー（KO）及びキー暗号化キー（KEK）であ
る。操作キーはデータ暗号化キーとして使用され
る。データ暗号化キー（又は操作キー）はデータ
を暗号化／解読するために使用されるキーのカテ
ゴリーであり、キー暗号化キーは他のキーを暗号
化／解読するために使用されるキーのカテゴリー
である。 上記の２つの基本的なカテゴリーの中で、各種
のクラス及びタイプの暗号キーが定義される。即
ち、データ暗号化キー（又は操作キー）の中に
は、データ通信セツシヨンの間にデータを保護す
る１次通信キーと呼ばれるキーがある。１次通信
キーの１つのタイプとしてシステム・セツシヨ
ン・キー（KS）があり、それはシステムにより
発生され、時間によつて変化し、ダイナミツクに
作られるキーであり、これはキー暗号化キーの下
で暗号化されて上位システムから遠隔端末装置へ
伝送される。このキーは端末装置で解読されて作
業キー・レジスタへロードされ、作業キーとして
使用される。このキーは通信セツシヨンの持続時
間の間だけ存在する。端末使用者には知られてい
るが、システムには知られていない私的プロトコ
ル（protocol）を使用する私的暗号システムで
は、通信機密保護を与えるために、私的なキーが
他のタイプの１次通信キーとして使用されてよ
い。この私的キーは端末装置の作業キー・レジス
タへロードされ、作業キーとして使用される。そ
のキーは私的プロトコルで決定される持続時間の
間だけ存在し、私的セツシヨン・キー（KSP）と
呼ばれる。私的プロトコルは各通信ごとに、又は
１時間に１回、１週間に１回等の頻度でキーの変
更を要求する。 記憶媒体におけるデータ・フアイルを保護する
ために用いられるデータ暗号化キー（又は操作キ
ー）は１次フアイル・キーと呼ばれる。このキー
はデータ・フアイルが長期間にわたつて用いられ
ない場合又は持ち運び可能な記憶媒体ではデー
タ・フアイルが或る地点から他の地点へ輸送され
る場合フアイル・データの機密保護を与える。従
つて、１次フアイル・キーは概して比較的短い期
間しか存在しない１次通信キーと比べると、概し
て長期間の間存在する。私的なプロトコルを用い
る私的な暗号システムでは、私的なフアイル機密
保護システムを与えるように私的キーを１つのタ
イプの１次フアイル・キーとして用いることがで
きる。このキーは保護されているデータ・フアイ
ルが生きている限り存在し、私的フアイル・キー
（KFP）と呼ばれる。 キー暗号化キーの中には、２つのサブカテゴリ
ーがある。即ち、１次キー暗号化キーと２次キー
暗号化キーである。１次キー暗号化キーのサブカ
テゴリーの中で、他のキーを暗号化するために上
位システムで使用されるものはシステム・キーと
呼ばれる。システム・キーの１つのタイプは上位
マスタ・キー（KMH）と呼ばれ、それば上位シ
ステムで能動的に使用されるシステム・セツシヨ
ン・キーを保護するために使用される。２次キー
暗号化キーのサブカテゴリーには、他のキーを保
護するために端末装置で使用される２次通信キー
と呼ばれるクラスのキーがある。端末装置へ伝送
されるシステム・セツシヨン・キーを保護するた
めに、このクラスでは２つのタイプのキーが用い
られる。それがシステムによつて発生された場
合、端末マスタ・キー（KMT）と呼ばれ、それ
が予め特定した私的キーとして与えられた場合、
私的端末マスタ・キー（KMTP）と呼ばれる。
これまでに説明した各種の暗号キーは、カテゴリ
ー、クラス、タイプ、使用法の区別に従い次の表
に要約されている。

【表】 暗号キーの発生、伝達及び登録 キーの発生は暗号システムによつて要求される
暗号キーを作成するプロセスである。キーの発生
はシステム・キーと、１次及び２次の通信キー
と、１次フアイル・キーとを指定することを含
む。 上位マスタ・キーは１次のキー暗号化キーであ
り、生の形で上位システムの暗号機構中に存在し
なければならない唯一の暗号キーである。上位マ
スタ・キーは一般的に長時間の間変化しないの
で、このキーをランダムに選択するに当つては十
分の注意が必要である。キーの値は、例えば硬貨
を投げるランダム試行により硬貨の裏表に従つて
ビツト値０、１を決定したり、又はサイコロを振
り偶数か奇数かに従つてビツト値０、１を決定す
ることができる。上位システムに貯蔵される他の
全ての暗号キーを上位マスタ・キーの下に暗号化
することによつて、全体的な機密保護が改善され
る。他の暗号キーの機密性は単一の上位マスタ・
キーの機密性に依存する。上位マスタ・キーの機
密性はそれを不揮発性のマスタ・キー・メモリへ
記憶することによつて達成されてよい。上位マス
タ・キーが一度登録されると、それは暗号化され
たキーを内部的に解読するために暗号装置によつ
てのみ使用され、次いで解読されたキーは後続す
る暗号化／解読動作で作業キーとして使用され
る。 端末マスタ・キーは２次キー暗号化キーであ
り、上位マスタ・キーと同じように、生の形で端
末装置の暗号機構の中に存在することを要するキ
ー暗号化キーである。データ通信ネツトワークに
は多くの端末装置が付属しているので、このキー
を人間によるランダム試行によつて発生するのは
実際的でないし慎重とも云えない。従つて、シス
テム責任者から上位マスタ・キーの外に余分のキ
ー暗号化キーを作る作業を除いてやるために、上
位システムの暗号装置を擬似乱数発生器として使
用し、ネツトワークの各種の端末装置で使用され
る端末マスタ・キーを発生することができる。シ
ステムによつて発生される端末マスタ・キーの外
に、私的な端末マスタ・キーを設定するために、
オフ・ライン装置が端末使用者によつて使用され
てよい。いずれの場合でも、端末マスタ・キーは
暗号化された形で上位システムに保持され、また
システムで発生された又は私的な端末マスタ・キ
ーは生の形で権限のある者へ秘密裏に伝達され
る。この伝達は特別の使者、書留郵便、電話等に
よりキーを通知することによつてなされてよい。
キーの伝達中、それを悪意の他人が知る可能性
は、キーを分割して別個の通路で送り、後に目的
地でそれを結合することによつて少なくされる。
有効な端末マスタ・キーを生の形で一度正しく受
取つた後は、その機密性を維持することが必要と
なる。本発明は端末マスタ・キー方式において
は、これは上位マスタ・キーの場合と同じよう
に、端末マスタ・キーを不揮発生マスタ・キー・
メモリへ書込むことによつて達成される。このよ
うにして一度登録がなされると、端末マスタ・キ
ーはシステムによつて発生されたセツシヨン・キ
ーを内部的に解読するため、端末暗号装置によつ
てのみ使用される。解読されたセツシヨン・キー
は後続する暗号化／解読動作で作業キーとして使
用される。 システムによつて又は私的に発生される端末マ
スタ・キーの登録は機械的スイツチ・ダイアル、
又は手動のキー・エントリイ装置を使用する直接
的な手動エントリイ・プロセスによつてなされて
よい。或は、間接的なエントリイ方法を使用して
もよいが、この場合、マスタ・キーは機密保護責
任者によつてのみアクセス可能な安全場所（金庫
又は金庫室など）に置かれている磁気カード又は
磁気テープのような不揮発性媒体から入れられて
よい。他の代替的な間接エントリイ方法はキーボ
ード・エントリイ装置を使用することであるが、
この方法は人為的な誤りを受けやすい。とにか
く、どのような間接的方法が選択されるにせよ、
端末装置の初期設定時間中、端末マスタ・キーは
端末メモリへ読出されてそこへ一時的に記憶さ
れ、次いでマスタ・キー・メモリへ転送される。
続いて端末メモリのエントリイは消去されるの
で、端末装置にはキーの１つの複写だけが存在
し、端末装置の暗号機構によつてのみそれにアク
セスできる。 システム発生の１次通信キー（即ち、セツシヨ
ン・キー）は、各通信セツシヨンでダイナミツク
に発生される時間変化キー（time variant key）
であり、通信されるデータを保護するために使用
される。通信セツシヨンの数は多いので、これら
のキーを手動で発生するのは実際的でない。従つ
て、端末マスタ・キーの場合のように、各通信セ
ツシヨンが必要となる時に、上位システムの暗号
装置を使用して擬似乱数を発生し、この擬似乱数
を暗号化されたセツシヨン・キーとして定義す
る。暗号化された端末マスタ・キー及び暗号化さ
れたセツシヨン・キーは端末マスタ・キーの下に
暗号化されたセツシヨン・キーを発生する変換機
能によつて処理される。この変換機能は関連出願
に述べられている。この値は次に端末装置へ送ら
れて解読され、これにより上位システムと端末装
置は共通のセツシヨン・キーを用いて通信を行な
うことができる。システムで発生されるセツシヨ
ン・キーに加えて、端末使用者が相互の同意に基
づく私的なセツシヨン・キーを用いて通信したい
と思う場合が生じうる。この場合、この私的なセ
ツシヨン・キーは共通の作業キーとして上位シス
テム及び端末装置にロードされ、これにより上位
システムと端末装置はこの共通の私的なセツシヨ
ン・キーを用いて通信を行なうことができる。 端末使用者がシステムに知られていない私的な
プロトコルを用いる私的な暗号システムでは、私
的な１次通信キー又は私的な１次フアイル・キー
を用いることによつて通信又はフアイルの機密保
護を得ることができる。この場合キーの選択、管
理及びデータ転送動作は、暗号処理が行なわれて
いるということをシステムが知ることなく行なわ
れる。従つて、端末装置が上位システムから遠隔
な位置に置かれている単一ドメイン通信ネツトワ
ーク又は端末装置が夫々の上位システムの構内位
置又はそこから遠隔な位置に置かれている複数ド
メイン通信ネツトワークでは、複数の端末使用者
が相互の同意に基づく１次通信キー（即ち私的な
セツシヨン・キー）を用いて私的なプロトコルを
定めることができる。このキーはキー直接ロード
動作の制御の下に作業キーとして夫々の端末装置
に直接ロードされ、これにより端末装置は共通の
私的なセツシヨン・キーを用いて互いに暗号通信
を行なうことができる。この端末間の暗号化方式
の場合、暗号化されたメツセージは暗号動作が行
なわれているということをシステムが知ることな
く任意の形式（専用又は公衆）のネツトワークを
介して送ることができ、これによりこのようなデ
ータ通信における機密保護を与える。 重要なデータが端末装置で処理されてデータ・
フアイルに記憶され、その後同じ端末装置又は異
なる端末装置でデータの回復が行なわれるような
単一ドメイン・データ処理システム、又は端末装
置で処理される重要なデータが持ち運び可能な記
憶媒体のデータ・フアイルに記憶され、その記憶
媒体が他のデータ処理システムへ輸送されて、そ
の後そのデータ処理システムと関連する端末装置
でデータの回復が行なわれるような単一ドメイ
ン・データ処理システムでは、１次フアイル・キ
ー（即ち私的なフアイル・キー）を用いて私的な
プロトコルを定めることができる。フアイルをつ
くるとき、このキーはキー直接ロード動作の制御
の下に、そのデータ・フアイルをつくるのに用い
られる端末装置へ作業キーとして直接にロードさ
れる。この場合、暗号化されたデータは、暗号が
行なわれているということをシステムが知ること
なく、通常のシステム・データ処理及びシステム
記憶技術を用いてデータ・フアイル又は持ち運び
可能な記憶媒体に記憶され、そしてフアイルの機
密保護を与える。フアイルの回復の際は、私的な
フアイル・キーがキー直接ロード動作の制御の下
に、データ・フアイルの回復のために用いられる
端末装置へ作業キーとして再び直接にロードされ
る。次に通常のシステム・アクセス手段を用いて
データ・フアイルが取出され、このデータ・フア
イルは解読のためその端末装置へ送られる。 端末データ機密保護装置 最近の通信端末装置は種々の形態を取つてお
り、典型的には、独立形のものと集団形のものが
ある。独立形の通信端末装置は、デイスプレイ及
びプリンタのような種々の出力装置に加えて、キ
ーボード、磁気ストライプ・カード読取装置及び
ライト・ペンのような種々のデータ入力装置を有
し、集団形の通信端末装置はデイスプレイ及びプ
リンタのような一群のＩ／Ｏ装置を制御できる制
御ユニツトを有する。通信端末装置の具体的構成
方法は本発明にとつて重要な問題ではないが、第
２図は代表的な通信端末装置１の構成例を示して
いる。端末装置１は概してモジユール式に構成さ
れており、プログラム可能なプロセツサ２、及び
このプロセツサ２と接続され端末装置１を制御す
るのに用いられるプログラム及びデータを記憶す
るメモリ３を含む、プロセツサ２は種々の動作を
制御するための機構を含む、即ち、メモリ３をア
ドレスし、データの取出し及び書込みを行ない、
データを処理し、プログラム命令の順序付けを行
ない、またキーボード入力ユニツト５及び磁気ス
トライプ・カード読取入力ユニツト６を有するデ
イスプレイ形の装置でありうるＩ／Ｏ装置４、或
はプリンタ形の装置でありうるＩ／Ｏ装置７、又
は一群のこのようなデイスプレイ形及びプリンタ
形の装置のデータ転送制御及び動作制御を行なう
ための機構を含む。 プロセツサ２とＩ／Ｏ装置との間に接続される
データ線及び制御線の集まりは、通常Ｉ／Ｏイン
ターフエイスと呼ばれ、全てのＩ／Ｏ装置に共通
に情報形式と信号シーケンスとを与える。Ｉ／Ｏ
インターフエイス線は一般的にデータ・バス・ア
ウト、データ・バス・イン、タグ信号線を含む。
データ・バス・アウトは装置アドレス、指令、デ
ータ等をプロセツサ２からＩ／Ｏ装置へ転送する
ために使用される。データ・バス・インは装置の
表示、データ、状況情報等をＩ／Ｏ装置からプロ
セツサ２へ転送するために使用され、タグ信号線
はＩ／Ｏ動作、データ・バス上の情報の性質、パ
リテイ条件等を指定する信号を与えるために使用
される。各々のＩ／Ｏ装置は独特の電気的インタ
ーフエイスを有するので、Ｉ／Ｏ装置が共通の
Ｉ／Ｏインターフエイスへ接続できるように、装
置アダプタ８，９のような装置アダプタが一般的
に設けられている。プロセツサとアダプタとの間
における全てのＩ／Ｏデータ転送は、、プログラ
ムされた入出力（PIO）モードで各入出力命令に
つき１バイトのベースで実行されてよい。装置ア
ダプタに加えて通信アダプタ１０も一般に設けら
れこれはモデム及び通信回線を介して端末装置１
を上位システムへ接続する。 本発明のデータ機密保護装置は、汎用通信端末
装置１へ一体化されている。データ機密保護装置
（DSD）１１は暗号装置１２、マスタ・キー
（MK）メモリ１３、Ｉ／Ｏインターフエイスへ
接続されたDSDアダプタ１４、MKメモリ１３へ
端末マスタ・キーを手動でロードするための手動
エントリイ装置１５を含む。手動エントリイ装置
１５は選択的であり、破線で示されている。端末
マスタ・キーをMKメモリ１３へ書込むために
は、２つの方法が使用できる。第１の方法は、プ
ログラム制御の下で達成される。この方法では、
キーボード、磁気ストライプ・カード読取装置等
を有するＩ／Ｏ装置がそれらのデータ入力装置を
使用して、通常のデータ・エントリイの場合と同
じように端末マスタ・キーを端末メモリ３に記憶
する。次いでプログラム制御の下で、後に詳説す
るようにして、端末マスタ・キーが端末メモリ３
からDSDのMKメモリ１３へ読出される。端末マ
スタ・キーをMKメモリ１３へ書込む他の方法
は、後に詳説するように、２進コード化された16
進デイジツトを発生するように配線された個別的
なトグル又は回転スイツチを用いて手動で書込む
ことである。上記のいずれかの方法によつてMK
メモリ１３へマスタ・キーを書込むためマスタ・
キー書込み許可（EW）スイツチが設けられる。
このスイツチはマスタ・キー書込み動作が開始さ
れる時にオンにされ、マスタ・キー書込み動作の
終りにオフされる。権限の無い者によつてキーが
変更されるのを防ぐため、EWスイツチ動作は物
理的なキー・ロツク装置によつて能動化されてよ
い。 DSDアダプタ１４は２つの機能を行なう。即
ちＩ／Ｏインターフエイス対するDSD接続のア
ダプタ機能と、DSD自体に対する制御機能であ
る。 Ｉ／ＯインターフエイスはDSDアダプタ１４
へ全般的な指示、使用されるべき暗号キー、処理
されるべきデータ等を与え、そして処理された結
果を受取る。全般的な指示は、解読されるべき動
作指令を使用し、各指令を実行するために適当に
時間調節された信号シーケンスで制御を行なうこ
とによつて達成される。これらの信号は入出する
データ転送と同期化される。更にDSDアダプタ
１４は、暗号装置１２への暗号キーの入力を制御
し、また暗号及び解読動作中に暗号装置へ指示を
与える。 MKメモリ１３は不揮発性の16×４ビツト、ラ
ンダム・アクセス・メモリ（RAM）である。こ
のメモリは、端末装置の電源が存在しない場合に
もキーを維持できるように電池で電源を与えられ
る。端末マスタ・キーは８個のバイトより成り
（64ビツト）、各バイトは７個のキー・ビツトと１
個のパリテイ・ビツトとより成る。 暗号装置１２は、暗号化動作及び解読動作を実
行するDSDハードウエアの心臓である。暗号装
置１２はブロツク暗号ベースで暗号化／解読動作
を実行する。ブロツク暗号ベースでは、８個のデ
ータ・バイト（64ビツト）より成るメツセージ・
ブロツクが、56ビツトの暗号作業キーの制御下で
暗号化又は解読され、８データ・バイトより成る
暗号化乃至解読されたメツセージ・ブロツクが発
生される。ブロツク暗号は、作業キーの下で非線
形置換及び互換の組合せを連続的に適用すること
によつて達成される積暗号機能である。積暗号の
ラウンドとして定義される16回の動作が実行され
るが、その場合、１ラウンドの結果は次のラウン
ドの引数として使用される。このブロツク暗号機
能動作は前記米国特許第3958081号に詳細に説明
されている。データのメツセージ・ブロツクを暗
号化又は解読する基本的動作は、端末メモリ３か
ら暗号キーをロードすることによつて開始され
る。このキーは、一般的にはその真の値を隠すた
めにマスタ・キーの下で暗号化されて記憶されて
いる。従つて、それはデータ・ブロツクとして受
取られ、暗号化又は解読のためのキーを生の形で
得るためにマスタ・キーの下で解読される。生の
キーは暗号装置１２を離れることなく、作業キー
としてロード・バツクされる。次いで、暗号化又
は解読されるきデータのメツセツジ・ブロツクが
暗号装置１２へ転送され、暗号機能が実行され、
その後、結果として得られる暗号化又は解読され
たデータのメツセージ・ブロツクが暗号装置１２
から端末メモリ３へ転送される。もし次に続く暗
号化／解読機能が同一の作業キーを用いて実行さ
れるのであれば、作業キーは作業キー・レジスタ
に依然として記憶されているので、それをロード
し解読する初期ステツプを反復する必要はない。 暗号装置１２は100％の冗長度で検査を行なう
ために同期して動作する重複した暗号処理装置を
含む。ここで第３図を参照すると、暗号装置１２
に含まれる暗号処理装置の１つが単純化されたブ
ロツク形式で示される。太線は機密保護領域を示
す。暗号処理装置１６は64ビツトの入出力バツフ
ア・レジスタ（BR）１７を含み、レジスタ１７
は夫々32ビツトより成る上部及び下部のバツフ
ア・レジスタ（UBR、LBR）１８，１９へ分割
される。バツフア・レジスタ１７は、バス・イン
から直列バイト・ベースで入力データを受取り
（入力サイクルと呼ばれる）、バス・アウトへ直列
バイト・ベースで出力データを与える（出力サイ
クルと呼ばれる）ように、排他的入出力サイクル
をとる。従つて各入力サイクルで、８個のデー
タ・バイトより成る１つのメツセージ・ブロツク
が端末メモリ３からバツフア・レジスタ１７へ書
込まれ、各出力サイクルで、処理された８個のデ
ータ・バイトより成る１つのメツセージ・ブロツ
クがバツフア・レジスタ１７から端末メモリ３へ
読出される。バツフア・レジスタ１７の直列出力
は、作業キー・レジスタ２０及びパリテイ検査回
路２１へ直列入力として印加される。パリテイ検
査回路２１は、64ビツトの生の暗号キーが端末メ
モリ３から作業キー・レジスタ２０へバツフア・
レジスタ１７を介して直接にロードされる時にの
み働くように制御される。64ビツトの中の56ビツ
トのみが作業キー・レジスタ２０に記憶され、８
個のパリテイ・ビツトはパリテイ検査回路２１の
み使用される。バツフア・レジスタ１７は64ビツ
トのデータ・レジスタ２２に対して入出力関係に
ある並列通路を設けられている。レジスタ２２は
夫々32ビツトより成る上部及び下部のデータ・レ
ジスタ（UDR、LDR）２３，２４へ分割され
る。上部及び下部のデータ・レジスタ２３，２４
の各々は並列出力及び並列入力を有する。下部デ
ータ・レジスタ２４への並列入力は下部バツフ
ア・レジスタ１９及び上部データ・レジスタ２３
から入り、上部データ・レジスタへの並列入力
は、暗号機能回路２５及び上部バツフア・レジス
タ１８から入る。64ビツトのマスタ・キーは直列
バイト・ベースで暗号処理装置１６へ入力され、
その各バイトはパリテイ検査回路２６によつてパ
リテイが正しいかどうかを検査される。暗号キー
がバツフア・レジスタ１７から作業キー・レジス
タ２０へ転送される場合と同じように、64ビツト
中の56ビツトのみが作業キー・レジスタ２０に記
憶され、８個のパリテイ・ビツトはパリテイ検査
回路２６でのみ使用される。ロード過程の間、
MKメモリ１３（又はバツフア・レジスタ１７）
から受取られた８個の７ビツト・バイトに適合さ
せるため、作業キー・レジスタ２０は７個の８ビ
ツト右方シフト・レジスタとして構成されてい
る。 作業キーが暗号化のために使用される時、作業
キー・レジスタ２０は２つの28ビツト再循環左方
シフト・レジスタとして構成され、作業キーは、
暗号機能動作の各ラウンドの後に、所定のシフト
計画に従つて左へシフトされ、従つて一度暗号動
作を実行するために使用されたキー・ビツトの組
は、再び同じようなやり方では使用されない。暗
号化動作の各ラウンドの間では、２つのシフト・
レジスタの各々から来る24の並列出力（48ビツ
ト）が使用される。使用されるシフト計画は、全
体の暗号化動作の終りに作業キーが初期位置へ回
復されるようになつている。 作業キーが解読のために使用される時、作業キ
ー・レジスタ２０は２つの28ビツト再循環右方シ
フト・レジスタとして構成され、作業キーは、暗
号機能動作の各ラウンドの後に所定のシフト計画
に従つて右へシフトされ、前と同じようにキー・
ビツトの組が再び同じように使用されることはな
い、暗号化動作と同じように、解読動作の各ラウ
ンドでは、２つのシフト・レジスタの各々から来
る24個の並列出力（48ビツト）が使用される。こ
の場合に使用されるシフト計画は、全体の解読動
作の終りに作業キーがその初期位置へ回復される
ようなものである。 暗号機能回路２５は、暗号作業キーの制御の下
で非線形置換及び互換の組合せを連続的に適用す
ることにより、積暗号を実行する。積暗号の16回
のラウンドが実行されるが、その場合、各ラウン
ドの結果は次のラウンドの引数として使用され
る。解読は暗号化の場合と同じキーを使用するこ
とによつて達成されるが、解読プロセスが暗号化
プロセスの逆になるようにキー・シフトのシフト
計画が変更され、従つて暗号化プロセスの間に実
行された各ステツプを逆順に行なうことができ
る。暗号機能の各ラウンドの間に、上部データ・
レジスタ２３のデータ内容（Ｒ）は、作業キー
（Ｋ）の制御の下で暗号化され、その結果は下部
データ・レジスタ２４の内容（Ｌ）とモジユーロ
２加算される。その動作はＬｆ（Ｒ、Ｋ）とし
て表わされる。暗号ラウンドの終りに、上部デー
タ・レジスタ２３の内容は下部データ・レジスタ
２４へ並列に転送され、暗号機能回路２５の出力
は、暗号機能の次にラウンドに対する引数を形成
するため、上部データ・レジスタ２３へ並列に転
送される。合計16回のラウンドの後、暗号機能の
全体が完了し、上部データ・レジスタ２３の内容
は上部バツフア・レジスタ１８へ並列に転送さ
れ、その間に暗号機能回路２５の出力は下部バツ
フア・レジスタ１９へ並列に転送される。次い
で、バツフア・レジスタ１７の変換済みデータ内
容は、バス・アウトを介して端末メモリ３へ出力
される。 DSD指令及び副指令 Ｉ／Ｏ装置の入出力動作は、一般的にＩ／Ｏ命
令の実行によつて指示される。Ｉ／Ｏ命令の実行
中、一般的にプロセツサはＩ／Ｏ装置をアドレス
するためのアドレス・フイールド、実行されるべ
き動作を指定する指令フイールド、メモリ中のデ
ータ・フイールドをアドレスするための第２のア
ドレス・フイールドを与える。データは上記デー
タ・フイールドからフエツチされ又はそこへ記憶
される。本発明のデータ機密保護装置１１は、次
の表の指令フオーマツトに示すように、プロセツ
サから来る７種類の指令に応答する。この表は指
令の簡略記憶コードとビツト・パターンを含んで
いる。

【表】 み
以下に述べるところは、指令の各々の機能を簡
単に説明したものである。指令の動作については
後に詳説する。 １ アダプタ・リセツト（RST） この指令はDSDのアダプタ及び制御部分に
ある全てのカウンタ、フリツプ・フロツプ、ラ
ツチをリセツトするリセツト信号を発生する。 ２ 基本状況セツト（SET BS） この指令はデータ・フイールドの“１”に対
応するDSD状況レジスタのラツチを“１”へ
セツトする。 ３ 基本状況リセツト（RST BS） この指令はSET BS指令と類似しているが、
データ・フイールドの“１”に対応する状況レ
ジスタ・ラツチが“０”へリセツトされる点が
異なる。 ４ 基本状況読取り（RD BS） この指令は状況ラツチの内容をデータ・バ
ス・インを介してプロセツサへ印加する。 ５ PIOデータ書込み（PIOW） この指令は、実行されるべき動作に従つて、
データ・フイールドをバツフア・レジスタへロ
ードさせ、又はデータ・フイールドのビツト
０，１，２，３をMKメモリへ記憶させる。 ６ PIOデータ読取り（PIOR） この指令は、正しいパリテイを有するバツフ
ア・レジスタの内容を、データ・バス・アウト
を介してプロセツサへ印加せしめる。 ７ DSD副指令書込み（WR DSD） この指令は、次の表に示されるような暗号キ
ー処理副指令及びデータ処理副指令を指定する
ため、指令フイールドの４個の高順位ビツトを
使用する。次の表は、副指令フイールドの簡略
記憶コードとビツト・パターンを含む。

【表】 データ処理

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 暗号キーを記憶する暗号キー記憶手段と、作
   業キー記憶手段と、上記暗号キー記憶手段から上
   記作業キー記憶手段へ上記暗号キーを転送するた
   めの手段と、上記暗号キーの下に暗号化された操
   作キーを表わすデータを受取るための手段と、上
   記暗号化された操作キーを上記作業キー記憶手段
   に記憶された上記暗号キーの下に解読し生の形の
   上記操作キーを表わすデータを発生する暗号処理
   手段と、生の形の上記操作キーを表わす上記デー
   タをその後の暗号処理のための作業キーとして上
   記作業キー記憶手段へ転送する手段とを有するデ
   ータ機密保護装置。