JPWO2017104060A1

JPWO2017104060A1 - 暗号化方法および暗号化装置

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Publication number: JPWO2017104060A1
Application number: JP2017556286A
Authority: JP
Inventors: 吉田　正樹; 正樹吉田; 実丹羽; 泰伯山崎
Original assignee: INTERNATIONAL LABORATORY CORPORATION
Current assignee: INTERNATIONAL LABORATORY CORPORATION
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: JP6800165B2; WO2017104060A1

Abstract

通信接続された一対の機器間で送受信するデータを暗号化するにあたり、互いに通信接続された呼び出し元の機器（１０１）と、呼び出し先の機器（１０２）とに予め複数の暗号化アルゴリズムを保持しておく。呼び出し元の機器（１０１）と、呼び出し先の機器（１０２）は、セキュアなセッション確立後、共通する暗号化アルゴリズムの情報を送受信により得る。そして、最も暗号強度が高い暗号化アルゴリズムを選択し、選択した暗号化アルゴリズムを用いてデータを暗号化して送信する。

Description

この発明は、データを暗号化する暗号化方法および暗号化装置に関する。

従来、ネットワーク等を介して送受信するデータを秘匿するために、データを暗号化し、通信ネットワークを介して送信する構成がある。例えば、一方の機器が任意の暗号鍵を用いてデータを暗号化し、呼び出し先の被認証器にて暗号鍵を選択してデータを復号するシステムがある（例えば、下記特許文献１参照。）。

特開２００８−１７２６３０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、暗号鍵が解読されるとデータが復号される問題があった。また、一方の機器と呼び出し先の機器の暗号アルゴリズムが異なると、データを復号できなかった。例えば、一方の機器と呼び出し先の機器との間でできるだけ暗号強度を高めようと所定の暗号アルゴリズムを用いたくても、呼び出し先の機器が一方の機器の暗号アルゴリズムに対応していない場合、これら機器間のデータ送受信を暗号化することができない。

本発明は、上記課題に鑑み、機器間で最適な暗号強度を有してデータを送受信できることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の暗号化方法は、通信接続された一対の機器間で送受信するデータを暗号化する暗号化方法において、呼び出し元の機器と、呼び出し先の機器とに予め複数の暗号化アルゴリズムを保持する第１工程と、前記呼び出し元の機器と、前記呼び出し先の機器は、共通する暗号化アルゴリズムの情報を送受信する第２工程と、最も暗号強度が高い暗号化アルゴリズムを選択する第３工程と、前記暗号化アルゴリズムを用いて前記データを暗号化する第４工程と、を含むことを特徴とする。

また、前記第２工程では、前記呼び出し元の機器と、前記呼び出し先の機器との間で、予め共有済みの初期暗号化キーを用いてセキュアセッションを確立し、前記呼び出し元の機器が保持する複数の前記暗号化アルゴリズムの情報を、前記呼び出し先の機器に通知し、前記呼び出し先の機器は、通知された複数の前記暗号化アルゴリズムの情報のうち、自機が保持する複数の暗号化アルゴリズムのうち共有可能な一つの暗号化アルゴリズムの情報を前記呼び出し元の機器に通知し、前記第３工程では、前記呼び出し元の機器が最も暗号強度が高い暗号化アルゴリズムを選択してもよい。

また、不定期または定期的な時間経過後に、前記呼び出し元の機器と、前記呼び出し先の機器との間で、共通する暗号化アルゴリズムを変更する第５工程、を含んでもよい。

また、前記第５工程では、前記呼び出し元の機器が、前記時間経過後に前記呼び出し先の機器に要求を行い、前記呼び出し先の機器が、自機が保持する複数の暗号化アルゴリズムのうち共有可能な一つの新たな暗号化アルゴリズムを選択し、当該新たな暗号化アルゴリズムの情報を、前記呼び出し元の機器に通知する、こととしてもよい。

また、本発明の暗号化装置は、自機に通信接続された呼び出し先の機器との間で送受信するデータを暗号化する暗号化装置において、予め複数の暗号化アルゴリズムを保持するメモリと、前記呼び出し先の機器との間で、共通する暗号化アルゴリズムの情報を送受信し、最も暗号強度が高い暗号化アルゴリズムを選択し、当該暗号化アルゴリズムを用いて前記データを暗号化する暗号部と、を備えたことを特徴とする。

また、前記暗号部は、不定期または定期的な時間経過後に、前記呼び出し先の機器との間で、共通する暗号化アルゴリズムを変更することとしてもよい。

上記構成によれば、呼び出し元の機器と、呼び出し先の機器の機器間の通信を、互いがサポートする暗号アルゴリズムのうち最も強度の高いものを用いて行えるようになる。

本発明によれば、機器間で最適な暗号強度を有してデータを送受信できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる暗号化装置の構成例を示すブロック図である。図２は、実施の形態にかかる暗号化装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図３は、実施の形態にかかる暗号化の手順例を示すシーケンス図である。図４は、実施の形態にかかる暗号化の暗号強度と種類のランダムな変更例を示すシーケンス図である。

（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる暗号化方法および暗号化装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、実施の形態にかかる暗号化装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態の暗号化システム１００は、呼び出し元の機器１０１と、呼び出し先の機器１０２とがインターネット等のネットワーク（伝送路）１０３を介して相互に接続され、ネットワーク１０３上でデータを暗号化して送信する。

呼び出し元の機器１０１、および呼び出し先の機器１０２は、それぞれ複数設けることができ、うち一つの呼び出し元の機器１０１が任意の呼び出し先の機器１０２との間で所定の通信接続（ＰｔｏＰ接続）を行い、ネットワーク１０３を介してデータを送受信する。

呼び出し元の機器１０１は、暗号アルゴリズム格納部１１１と、暗号部１１２とを含む。暗号アルゴリズム格納部１１１は、例えば暗号強度が異なる複数の異なる暗号アルゴリズムを、対応する認証キーとともに格納する。暗号部１１２は、暗号アルゴリズム格納部１１１に格納された複数の暗号アルゴリズムのうち一つを選択し、対応する認証キーを用いてデータを暗号化し、暗号化したデータを呼び出し先の機器１０２に送信する。

呼び出し先の機器１０２は、暗号アルゴリズム格納部１２１と、復号部１２２とを含む。暗号アルゴリズム格納部１２１は、例えば暗号強度が異なる複数の異なる暗号アルゴリズムを、対応する認証キーとともに格納する。復号部１２２は、暗号アルゴリズム格納部１２１に格納された複数の暗号アルゴリズムのうち一つを選択し、対応する認証キーを用い呼び出し元の機器１０１から送信されたデータを復号化する。

ここで、呼び出し元の機器１０１の暗号アルゴリズム格納部１１１に格納された複数の暗号アルゴリズムと、呼び出し先の機器１０２の暗号アルゴリズム格納部１２１に格納された複数の暗号アルゴリズムは、それぞれの機器で任意に設定格納する。

呼び出し元の機器１０１の暗号部１１２は、呼び出し先の機器１０２との間でセキュアなデータ通信が確立されていない状態において、呼び出し先の機器１０２との間で共有済みの初期暗号キーを用いてセキュアな通信を確立する。この際、暗号部１１２は、暗号アルゴリズム格納部１１１に格納された暗号アルゴリズムの情報を列挙して呼び出し先の機器１０２に送信する。

呼び出し先の機器１０２の復号部１２２は、呼び出し元の機器１０１との間でセキュアなデータ通信が確立されていない状態において、呼び出し元の機器１０１との間で共有済みの初期暗号キーを用いてセキュアな通信を確立する。この際、復号部１２２は、呼び出し元の機器１０１から送信された複数の暗号アルゴリズムの情報を取得し、自身の暗号アルゴリズム格納部１２１に格納された複数の暗号アルゴリズムのうち最も暗号強度が高い暗号アルゴリズムを選択し、呼び出し元の機器１０１に選択した暗号アルゴリズムの情報を応答する。

この後、呼び出し元の機器１０１の暗号部１１２は、呼び出し先の機器１０２から応答された暗号アルゴリズムの情報が示す最も暗号強度が高い暗号アルゴリズムを用いてデータを暗号化し、呼び出し先の機器１０２に送信する。

呼び出し先の機器１０２の復号部１２２は、受信したデータを呼び出し先の機器１０２と同じ暗号アルゴリズムを用いて復号する。

図１では、便宜上、呼び出し元の機器１０１から呼び出し先の機器１０２へのデータ送信を説明するための構成を記載してあるが、呼び出し元の機器１０１および呼び出し先の機器１０２のいずれも暗号部および復号部を有する。

（ハードウェア構成例）
図２は、実施の形態にかかる暗号化装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図１に記載の一対の暗号化装置のそれぞれ、すなわち、呼び出し元の機器１０１、および呼び出し先の機器１０２に共通して用いられるハードウェア構成である。

図２に示す暗号化装置１０１，１０２は、制御部（ＣＰＵ）２０１と、Ｒｅａｄ‐ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）２０２と、ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）２０３と、を含む。また、半導体メモリやディスクドライブ等の記憶部２０４と、ディスプレイ２０８と、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）２０９と、キーボード２１０と、マウス２１１と、スキャナ２１２と、プリンタ２１３とを備えてもよい。これらＣＰＵ２０１〜プリンタ２１３はバス２１４によってそれぞれ接続されている。

ＣＰＵ２０１は、暗号化装置１０１，１０２の全体の制御を司る演算処理装置である。ＲＯＭ２０２は、暗号化装置１０１，１０２のプログラムを記憶する不揮発性メモリである。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１による演算処理実行時のワークエリアとして使用される揮発性メモリである。

通信インターフェース２０９は、ネットワーク１０３と内部のインターフェースを司り、外部装置からのデータの入出力を制御する。具体的に、通信インターフェース２０９は、通信回線を通じてネットワーク１０３となるＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ（ＬＡＮ）、ＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ（ＷＡＮ）、インターネットなどに接続され、ネットワーク１０３を介して相手側の装置（呼び出し元の機器１０１が呼び出し先の機器１０２）に接続される。通信インターフェース２０９には、例えば、モデムやＬＡＮアダプタなどを採用することができる。

ディスプレイ２０８は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文書、画像、機能情報などをデータ表示する装置である。ディスプレイ２０８には、例えば、ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＴＦＴ）液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどを採用することができる。

そして、上記説明した呼び出し元の機器１０１の暗号部１１２は、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２のプログラムを実行することにより、データの暗号化の機能を実現できる。暗号アルゴリズム格納部１１１は、例えば、記憶部２０４を用いて実現できる。また、呼び出し先の機器１０２の復号部１２２は、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２のプログラムを実行することにより、データの復号化の機能を実現できる。暗号アルゴリズム格納部１２１は、例えば、記憶部２０４を用いて実現できる。

これら呼び出し元の機器１０１および呼び出し先の機器１０２は、それぞれパーソナル・コンピュータや、スマートフォンなどの携帯機器などを用いることができる。

（暗号化の手順例）
図３は、実施の形態にかかる暗号化の手順例を示すシーケンス図である。主に呼び出し元の機器１０１の暗号部１１２と、呼び出し先の機器１０２の復号部１２２が行う処理内容を説明する。

はじめに、呼び出し元の機器１０１は、所定の引数でメソッド呼び出しを行う（ステップＳ３０１）。ここで、呼び出し元の機器１０１は、呼び出し先の機器１０２との間でセキュアセッションが確立されていない場合、メソッド呼び出しに先立って、呼び出し先の機器１０２にチャレンジ要求を行う（ステップＳ３０２）。呼び出し元の機器１０１は、呼び出し元の機器１０１と呼び出し先の機器１０２の機器間で予め共有済みの「初期暗号キー」で暗号化したチャレンジ要求Ｄ１を送信する（ステップＳ３０３）。

呼び出し元の機器１０１は、「初期暗号キー」で暗号化された要求に、呼び出し元の機器１０１がサポートする暗号アルゴリズムを列挙して送信する。すなわち、暗号アルゴリズム格納部１１１に格納された暗号アルゴリズムの情報を列挙して送信する。

呼び出し先の機器１０２は、「初期暗号キー」を用いて要求を復号する（ステップＳ３０４）。この後、呼び出し先の機器１０２は、ランダムな「チャレンジ」を生成する（ステップＳ３０５）。そして、呼び出し先の機器１０２は、呼び出し元の機器１０１がサポートする暗号アルゴリズムの列挙と、呼び出し先の機器１０２（自身）がサポートする暗号アルゴリズムの一覧の中から最も暗号強度が高いアルゴリズムを選択する。すなわち、暗号アルゴリズム格納部１２１に格納され、呼び出し元の機器１０１がサポートする暗号アルゴリズムのうち最も暗号強度が高い暗号アルゴリズムを選択する（ステップＳ３０６）。

次に、呼び出し先の機器１０２は、「初期暗号キー」で「チャレンジ」と、選択した暗号アルゴリズムを暗号化し、呼び出し元の機器１０１に応答Ｄ２を返す（ステップＳ３０７）。

次に、呼び出し元の機器１０１は、「初期暗号キー」と「チャレンジ」と選択された暗号アルゴリズムを復号する（ステップＳ３０８）。そして、呼び出し元の機器１０１は、これら機器間で予め共有済みの「認証キー」を「チャレンジ」と掛け合わせて「レスポンス」を生成する（ステップＳ３０９）。そして、呼び出し先の機器１０１は、「初期暗号キー」と選択された暗号アルゴリズムで暗号化した「レスポンス」Ｄ３を呼び出し先の機器１０２に送信する（ステップＳ３１０）。

呼び出し先の機器１０２は、「初期暗号キー」と選択された暗号アルゴリズムで受信した「レスポンス」を復号する（ステップＳ３１１）。また、呼び出し先の機器１０２は、「認証キー」を、生成した「チャレンジ」に掛け合わせて「レスポンス」を計算し、呼び出し元の機器１０１から受信した「レスポンス」Ｄ３と一致するか判定する（ステップＳ３１２）。

そして、呼び出し先の機器１０２は、呼び出し元の機器１０１から受信した「レスポンス」Ｄ３が計算値と一致すれば、ランダムな「動的暗号キー」を生成し、このセッション（所定のセッションＩＤ）と対応付ける（ステップＳ３１３）。これにより、呼び出し先の機器１０２は、「初期暗号キー」で暗号化された要求（動的暗号キー＋セッションＩＤ）Ｄ４を呼び出し元の機器１０１に送信する。なお、呼び出し元の機器１０１から受信した「レスポンス」Ｄ３が計算値と一致しなければ、呼び出し先の機器１０２は、以降の処理を実行しない。

この後、呼び出し元の機器１０１は、受信した「動的暗号キー」と「セッションＩＤ」を保存する（ステップＳ３１４）。

以上により、呼び出し元の機器１０１と、呼び出し先の機器１０２との間は、セキュアセッションが確立する。

この後、呼び出し元の機器１０１は、メソッド呼び出しを、選択された暗号アルゴリズムにて「動的暗号キー」で暗号化して、リモートメソッドの呼び出し要求Ｄ５（ＲｅｍｏｔｅＡｇｅｎｔＣａｌｌ＋入力パラメータ）を行う（ステップＳ３１５）。

呼び出し先の機器１０２は、「セッションＩＤ」から、対応する「動的暗号キー」を取得し、要求Ｄ５を復号する（ステップＳ３１６）。この後、呼び出し先の機器１０２は、リモートメソッドを実行し（ステップＳ３１７）、「動的暗号キー」で応答Ｄ６（ＲｅｍｏｔｅＡｇｅｎｔＣａｌｌ＋出力パラメータ）を暗号化して送信する（ステップＳ３１８）。

呼び出し元の機器１０１は、受信した要求（戻り値）Ｄ６を返却する（ステップＳ３１９）。

以上説明したように、チャレンジレスポンス認証シーケンスのうち、チャレンジ要求にて、呼び出し元の機器がサポートする暗号アルゴリズムの列挙を送信し、呼び出し先の機器では、これを自身がサポートする暗号アルゴリズムの一覧と比較し、最も強度の高いものを選択して、「チャレンジ」と共に返す。呼び出し元の機器は、次の通信をこの強化された暗号アルゴリズムで暗号化して行う。

したがって、上記処理によれば、チャレンジレスポンスによる動的鍵交換に加え、呼び出し元の機器と、呼び出し先の機器の機器間の通信は、互いがサポートする暗号アルゴリズムのうち最も強度の高いものを用いて行えるようになる。

（暗号強度と種類のランダムな変更例）
図４は、実施の形態にかかる暗号化の暗号強度と種類のランダムな変更例を示すシーケンス図である。上述した暗号方式や動的鍵について、セッション確立後も不定期に変更する処理例について説明する。

図３に示した状態（呼び出し元の機器１０１と、呼び出し先の機器１０２との間のセキュアセッションが確立された状態）において、不定時間（一定時間でもよい）Ｔ経過すると（ステップＳ４０１）、呼び出し元の機器１０１は、所定の引数でメソッド呼び出しを行う（ステップＳ４０２）。これにより、呼び出し元の機器１０１は「動的暗号キー」で暗号化された要求Ｄ１１（ＲｅｍｏｔｅＡｇｅｎｔＣａｌｌ＋入力パラメータ）を送信する。

呼び出し先の機器１０２は、新しい暗号アルゴリズムと動的鍵を生成する（ステップＳ４０３）。この際、呼び出し先の機器１０２は、呼び出し元の機器１０１と共有可能な複数の暗号アルゴリズムを把握しているため、この複数の暗号アルゴリズムからランダムにあるいは暗号強度の高い順に新しい暗号アルゴリズムとして選択することができる。

これにより、呼び出し先の機器１０２は、「動的暗号キー」で暗号化された要求Ｄ１２（ＲｅｍｏｔｅＡｇｅｎｔＣａｌｌ＋出力パラメータ＋新しい暗号アルゴリズムと動的鍵）を送信する。

呼び出し元の機器１０１は、戻り値を返却する（ステップＳ４０４）。この後、呼び出し元の機器１０１は、所定の引数でメソッド呼び出しを行う（ステップＳ４０５）。この際、呼び出し元の機器１０１は新しい暗号アルゴリズムと、新しい「動的暗号キー」で暗号化された要求Ｄ１３（ＲｅｍｏｔｅＡｇｅｎｔＣａｌｌ＋入力パラメータ）を送信する。

これにより、呼び出し先の機器１０２は、新しい暗号アルゴリズムと、新しい「動的暗号キー」で暗号化された要求Ｄ１４（ＲｅｍｏｔｅＡｇｅｎｔＣａｌｌ＋出力パラメータ）を送信する。

呼び出し元の機器１０１は、戻り値を返却する（ステップＳ４０６）。

以上のように、不定時間経過後にリモートメソッド呼び出しを行った場合、呼び出し先の機器が新しい暗号方式と動的鍵を生成し、この新しい暗号方式と動的鍵がメソッド呼び出しの応答に付加されて返すようにする。次のリモートメソッド呼び出しでは、この新しい暗号方式と動的鍵で暗号化された要求のみを受け付ける。このように、暗号方式や動的鍵について、セッション確立後も不定期に変更することで、より強固なセキュリティ性を保証することができるようになる。

以上説明した、暗号化方法は、予め用意された暗号化プログラムをパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）やスマートフォン等に搭載されたコンピュータで実行することにより実現することができる。本暗号化プログラムは、磁気ディスク、光ディスク、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）フラッシュメモリなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また、暗号化プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布してもよい。

以上のように、本発明は、データ通信を行う各種コンピュータ装置に適用することができ、セキュリティ強度が要求されるデータ通信を行うコンピュータ装置に用いて好適である。

１００暗号化システム
１０１呼び出し元の機器
１０２呼び出し先の機器
１０３ネットワーク
１１１，１２１暗号アルゴリズム格納部
１１２暗号部
１２２復号部
２０１ＣＰＵ
２０２ＲＯＭ
２０３ＲＡＭ

Claims

通信接続された一対の機器間で送受信するデータを暗号化する暗号化方法において、
呼び出し元の機器と、呼び出し先の機器とに予め複数の暗号化アルゴリズムを保持する第１工程と、
前記呼び出し元の機器と、前記呼び出し先の機器は、共通する暗号化アルゴリズムの情報を送受信する第２工程と、
最も暗号強度が高い暗号化アルゴリズムを選択する第３工程と、
前記暗号化アルゴリズムを用いて前記データを暗号化する第４工程と、
を含むことを特徴とする暗号化方法。
前記第２工程では、前記呼び出し元の機器と、前記呼び出し先の機器との間で、予め共有済みの初期暗号化キーを用いてセキュアセッションを確立し、
前記呼び出し元の機器が保持する複数の前記暗号化アルゴリズムの情報を、前記呼び出し先の機器に通知し、
前記呼び出し先の機器は、通知された複数の前記暗号化アルゴリズムの情報のうち、自機が保持する複数の暗号化アルゴリズムのうち共有可能な一つの暗号化アルゴリズムの情報を前記呼び出し元の機器に通知し、
前記第３工程では、前記呼び出し元の機器が最も暗号強度が高い暗号化アルゴリズムを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の暗号化方法。
さらに、不定期または定期的な時間経過後に、
前記呼び出し元の機器と、前記呼び出し先の機器との間で、共通する暗号化アルゴリズムを変更する第５工程、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の暗号化方法。
前記第５工程では、
前記呼び出し元の機器が、前記時間経過後に前記呼び出し先の機器に要求を行い、
前記呼び出し先の機器が、自機が保持する複数の暗号化アルゴリズムのうち共有可能な一つの新たな暗号化アルゴリズムを選択し、当該新たな暗号化アルゴリズムの情報を、前記呼び出し元の機器に通知する、
ことを特徴とする請求項３に記載の暗号化方法。
自機に通信接続された呼び出し先の機器との間で送受信するデータを暗号化する暗号化装置において、
予め複数の暗号化アルゴリズムを保持するメモリと、
前記呼び出し先の機器との間で、共通する暗号化アルゴリズムの情報を送受信し、最も暗号強度が高い暗号化アルゴリズムを選択し、当該暗号化アルゴリズムを用いて前記データを暗号化する暗号部と、
を備えたことを特徴とする暗号化装置。
前記暗号部は、不定期または定期的な時間経過後に、前記呼び出し先の機器との間で、共通する暗号化アルゴリズムを変更することを特徴とする請求項５に記載の暗号化装置。