KR100396243B1

KR100396243B1 - 의사난수발생기, 스트림 암호화 방법 및 스트림 암호통신방법

Info

Publication number: KR100396243B1
Application number: KR10-2000-0009119A
Authority: KR
Inventors: 쇼노가츠후사; 우에노오사무; 이시하라데츠야
Original assignee: 야자키 소교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2003-09-02
Also published as: US6788787B1; KR20000062620A; JP2000310942A

Abstract

카오스를 억제하여 자기상관 및 상호상관이 낮은 주기시 계열 즉, 카오스계열을 다종류 발생시킬 수 있는 의사난수발생기를 제공한다.

카오스 발생루프를 비선형 입출력 특성을 가지고 카오스를 발생시키기 위한 일차원 사상회로(13)와, 일차원 사상회로의 아날로그 출력을 디지털 변환하는 선형 또는 비선형의 AD변환기(15)와, AD변환기의 디지털 변환치를 외부클록(C)에 응답하여 유지출력하는 샘플홀드회로(17)와, 샘플홀드회로의 출력에 따라 아날로그 변환치를 일차원 사상회로(13)에 출력하는 선형 또는 비선형의 AD변환기(19)를 포함하여 구성하고, 샘플홀드회로의 출력에 따른 카오스계열인 2치계열을 출력한다.

Description

의사난수발생기, 스트림 암호화 방법 및 스트림 암호 통신방법{PSEUDORANDOM NUMBER GENERATOR, STREAM ENCRYPTION METHOD, AND STREAM ENCRYPTING COMMUNICATION METHOD}

본 발명은 카오스계열의 의사난수를 발생하는 의사난수발생기, 스트림 암호화 방법 및 스트림 암호통신 방법에 관한 것이다.

디지털·컴퓨터 보급에 따라 컴퓨터 상호간의 네트워크화가 최근 급속히 진전하고, 그러한 중에 있어서의 방대한 정보교환의 요청에 답하기 위하여 멀티유저 통신에의 기대가 높아지고 있다.

이러한 멀티유저 통신기술의 보급목적은 방대한 디지털화된 정보를 확실하게 전송함에 있어서, 1개의 통신선을 공유한다고 하는 편리성 향상에 있으나, 이에만 그치지 않고 일반사회 시스템으로서의 통신망 완건성(頑健性), 부정억세스방지, 기밀보증 등도 동시에 달성하고자 하고 있다.

헌데, 차세대를 향한 멀티유저 정보통신에 있어서는 비밀은닉성(秘匿性)이 우수하고, 방해파나 간섭파에 대한 배제능력이 높은 스펙트럼확산 통신방식을 사용한 부호분할 다중방식(CDMA: Code Division Multiple Access)이 주류가 된다. 이러한 스펙트럼 확산통신방식에서는 의사난수를 발생할 수 있는 의사난수발생기가 주요한 디바이스가 된다. 진정한 물리잡음은 재현성이 없으므로 산업기술이 될 수는 없다. 그래서, 인위적으로 재현되고 또 의사난수로 볼 수 있는 2치계열을 다종류 발생가능한 의사난수발생기 실현이 요망된다.

의사잡음은 의사난수와 같은 뜻이다. 진정한 난수는 가령 코인던지기나 주사위 흔들기와 같이 재현성이 없으므로 역시 산업기술이 될 수는 없다. 한편, 예측불가능한 수열이 아니면 충분한 스크램블이나 충분한 확산은 실현될 수 없다. 사고방식 상에서 모순된 것을 산업기술로서 실현해 가지 않으면 이상적인 의사난수발생기를 실현할 수는 없다.

종래, 의사난수발생기로는 피드백 시프트레지스터 회로가 생성하는 M계열이 알려져 있다. M계열은 그 주기를 길게설정하면 진정한 난수와 큰 차이 없는 시계열부호가 얻어지기 때문에 진정한 난수에 대신하는 것으로 가끔 사용된다.

그런데, 통신의 충분한 비밀은닉성을 확보하기 위해서는 통신대상이 이른 바 투시해서 볼 수 있게 될 필요가 있다. 때문에, 의사난수는 자기상관 및 상호상관이 낮은 주기시계열인 것이 요망된다. 그러나, 종래의 피드백 시프트 레지스터 회로를 사용하는 방식은 그같은 자기상관 및 상호상관이 낮은 주기시계열을 다종류 발생시키기는 곤란하다.

여기서 카오스는 모든 주파수의 파를 포함하고, 카오스와 난수는 극히 가까운 관계에 있는 것이 알려져 있다. 따라서, 카오스를 주기시계열화 할 수 있으면 의사난수로서 이용가능하다는 것이 알려져 있다.

그러나, 카오스는 발산과 수렴을 예기할 수 없도록 반복하고 있으므로 그대로는 이용할 수 없고, 카오스를 억제하는 어떤 수단의 추가가 필요하며, 그것을 어떻게 구성하고 실혈한 것인지가 중요문제가 된다.

본 발명은 상기 배경을 감안하여 행해진 것으로, 모든 주파수성분의 파를 포함한 카오스를 출발점으로 하여 비선형 양자화라는 수학적으로는 소수점 이하를 잘라버리는 조작을하여 정수로 스케일링한다는 신규발상에 근거하여, 카오스를 억제하여 자기상관 및 상호상관이 낮은 주기시계열, 즉 카오스 계열을 다종류 발생할 수 있는 의사난수발생기를 제공함을 과제로 한다.

또, 본 발명은 의사난수발생기에서 얻은 2치계열을 사용하여 스트림암호화를 행함으로써 가령 통신 용도에 사용하여 비밀은닉성이 매우 높은 최적의 암호문코드를 생성할 수 있는 스트림암호화 방법을 제공함을 과제로 한다.

또한 본 발명은 스트림암호화 방법으로 얻은 암호문코드를 사용하여 스트림암호통신을 행함으로써 극히 비밀은닉이 높은 스트림암호통신이 실현가능한 스트림 암호통신 방법을 제공함을 과제로 한다.

도 1은 본 발명에 관한 의사난수발생기의 개략 블록구성도,

도 2는 본 발명에 관한 의사난수발생기를 구현하는 회로도,

도 3은 자기상관계수 분포도,

도 4는 제 2실시형태에 관한 의사난수발생기의 개략 블록구성도,

도 5는 도 4표시의 제 2의사난수발생기(41)를 집적회로화한 회로도,

도 6은 스트림 암호통신 시스템의 기능블록 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11:제 1 의사난수발생기 13:일차원 사상회로

14:카오스발생 루프의 왕로(往路) 15:AD변환기

17:샘플홀드회로(플립플롭어레이) 19:DA변환기

21:카오스발생 루프의 귀로

23:일차원 사상회로 3단째 인버터의 입력

25: AD가중저항 어레이 27:비교기 어레이

29:배타적 논리합(EXOR)어레이 31:스위치 어레이

33:DA스위치 어레이 35:DA가중저항어레이

37:디코더 41:제2 의사난수발생기

43:일차원 사상회로 45,53,67:CMOS스위치

47,55:피드백루프 49,57:AD변환기

51:일차원사상회로 59,61:출력단자

63:카오스 발생루프 65:DA변환기

71,73,75,77,79:입력단자 81:스트림 암호통신 시스템

83:송신측장치 85:수신측장치 87:통신선

과제를 해결하기 위한 수단

청구항 1의 발명은 비선형 입출력 특성을 가지고 카오스를 발생시키기 위한 일차원 사상회로와, 그 일차원 사상회로의 아날로그 출력을 디지털 변환하는 AD변환기와, 그 AD변환기의 디지털 변환치를 외부클록에 응답하여 유지 출력하는 샘플홀드회로와, 그 샘플홀드회로의 출력에 따른 아날로그 변환치를 상기 일차원 사상회로에 피드백 출력하는 DA변환기를 포함하여 카오스발생 루프를 구성하고, 상기 AD변환기 또는 상기 DA변환기중 적어도 어느 한쪽의 양자구분을 비선형으로 하고, 상기 샘플홀드 회로의 출력에 따른 2치계열을 출력하는 것을 요지로 한다.

청구항 1의 발명에 따르면, 비선형 입출력 특성을 갖는 일차원 사상회로는 샘플홀드회로 등을 통하여 카오스발생루프를 구성했을 때, 카오스를 생성하는 사상함수를 부여한다. 이 자기피드백을 하는 일차원 사상회로가 갖는 입출력 특성을 AD변환기 및 DA변환기(이하, 이들을「비선형 양자화기」라 함 경우도 있다.)를 사용하여 사상을 각 스텝별로 억제하여 피드백을 부여함으로써 카오스를 주기시 계열화할 수 있다. 샘플홀드회로의 출력은 가령 범용의 디코더에 주어지고, 이 디코더 출력에서 2치계열{Y(t)-t}이 꺼내진다. 또한, t는 이산시간이다.

카오스는 모든 주파수의 파를 포함하고, 비선형 양자화하여 그 내부상태를 관찰했을때 정수시계열로 다치화되고, 모든 정수열의 조합을 내포하고 있다. 비선형 양자화기를 카오스발생루프에 수납함으로써 주기와 난수가 동시에 꺼내진다. 그 조합의 종류는 원리적으로는 모든 조합을 꺼낼 수 있음을 보증하고 있다.

또, 청구항 2의 발명은 청구항 1 기재의 의사난수 발생기로서, 상기 AD변환기의 양자구분을 선형으로 하는 한편 상기 DA변환기의 양자구분을 비선형으로 한것을 요지로 한다.

청구항 2의 발명에 따르면 AD변환기의 양자구분을 선형으로 하는 한편, DA변환기의 양자구분을 비선형으로 했으므로 일차원 사상회로의 동적범위를 널리 활용할 수 있다.

또한, 청구항 3의 발명은 청구항 1 또는 2의 어느 1항 기재의 의사난수 발생기로서, 상기 일차 사상회로는 CMOS인버터로 구성하고, 상기 AD변환기는 AD가중 저항어레이(AD weighting resistive array) 및 그 AD가중저항어레이의 합성저항에서 얻는 출력과 상기 일차원 사상회로의 아날로그 출력과의 대소관계를 비교출력하는 비교기 어레이를 포함하여 구성하고, 상기 샘플홀드회로는 상기 AD변환기의 디지털 출력을 외부클록에 응답하여 취입(capture)하고 유지하는 플립플롭 어레이로 구성하고, 상기 DA변환기는 DA가중저항 어레이(DA weighting resistive array) 및 상기 샘플홀드회로의 디지털 출력에 따른 그 DA가중저항 어레이의 합성저항에서 얻어지는 출력을 상기 일차원 사상회로에 피드백 출력하는 스위치어레이를 포함하여 구성한 것을 요지로 한다.

청구항 3의 발명에 따르면, 본 발명에 관한 의사난수발생기를 CMOS집적회로로 실현할 수 있다.

또한, 청구항 4의 발명은 청구항 3기재의 의사난수 발생기로서, 상기 AD변환기와 상기 샘플홀드회로 사이에 상기 비교기 어레이를 구성하는 각 비교기들의 출력의 배타적 논리합을 취하는 배타적 논리합 어레이를 설치한 것을 요지로 한다.

헌데, 상기 각 청구항에서는 하나의 일차원 사상회로를 포함하여 카오스 발생루프를 구성한 의사난수 발생기의 태양에 대하여 기술해 왔다. 이에 대해 다음 청구항에서는 한쌍의 일차원 사상회로를 포함하여 카오스 발생루프를 구성한 의사난수발생기의 태양에 대하여 기술한다.

즉, 청구항 5의 발명은 비선형 입출력 특성을 가지고 카오스를 발생시키기 위한 한쌍의 일차원 사상회로와, 외부클록에 동기하여 상기 각 일차원 사상회로에 있어서의 출력측 경로의 개폐동작을 번갈아 행하는 한쌍의 CMOS스위치와, 상기 각 일차원 사상회로의 아날로그 출력을 상기 각 CMOS스위치를 통하여 서로 엑스자 형상으로 상기 각 일차원 사상회로의 입력측으로 피드백하는 한쌍의 피드백을 포함하여 구성되는 카오스 발생루프와, 상기 각 CMOS스위치를 통하여 각각 꺼낸 상기 각 일차원 사상회로의 아날로그 출력은 각각 디지털 변환하는 한쌍의 AD변환기를 구비하고, 상기 카오스발생루프에 있어서 외부클록에 따라 생기는 이산시간의 경과에 따라 상기 각 일차원 사상회로가 번갈아 사상을 반복함으로써 상기 각 AD변환기를 각각 통하여 카오스계열인 2치계열을 출력하는 것을 요지로 한다.

청구항 5의 발명에 관한 의사난수발생기에서는 카오스 발생루프에 있어서 외부클록에 따라 생기는 이산시간의 경과에 따라 각 일차원 사상회로가 번갈아 사상을 반복함으로써 각 AD변환기를 각각 통하여 카오스계열인 2치계열을 출력하게 된다. 이리하여 번갈아 꺼내진 양 2치계열은「0」과「1」이 혼합된 난수적 배열데이터이다. 이들 2치계열을 통합적 시계열에 따라 배열시킨 2치계열을 얻음으로써 카오스계열의 의사난수를 발생시킬 수 있다.

카오스의 시점으로 세계를 조망했을 때, 그 세계에는 같은 것이 2개로 존재하지 않는다. 또, 하나의 일차원 사상회로가 갖는 개개의 입출력 특성에 주목했을때 그 대칭성을 완전히 유지하기는 상당히 어렵다. 또한, 한쌍의 각 일차원 사상회로(43,51)가 갖는 개개 입출력 톡성을 각 상호간에 완전히 일치시키는 것도 상당히 어렵다. 게다가, AD변환기(49,57)가 동일한 양자화를 행하고 있으란 보증도 없다. 이러한 각종 염려를 불식하는데는 하드웨어화에 의해 동일한 집적회로를 공업적 대량생산과정을 통하여 양산가능하게 된다는 의미로 본 발명이 제안하는 의사난수발생기의 하드웨어화가 매우 유효하다 하겠다.

청구항 5의 발명에 따르면, 한쌍의 각 일차원 사상회로가 번갈아 반복 사상을 행하고, 이러한 사상으로 얻어진 아날로그 출력이 엑스자 형상으로 피드백 되기 때문에 한쌍의 각 일차원 사상회로가 짜내는 아날로그 출력의 발산·수렴과, 카오스 특유의 초기치 민감성과 어울려 얻어지는 2치계열의「0」과「1」의 출력밸런스를 미묘하게 혼란시킨다. 이러한 카오스 특유의 요동현상은 카오스를 사용한 스트림 암호의 완건성 향상에 기여할 것이다.

이리하여 구성된 의사난수발생기에 있어서, 긴 시계열을 생성하고자 할 때는 카오스 발생루프에 있어서 사상을 반복시키면 된다. 그리하여 생성한 기 시계열에서 소요길이의 시계열을 잘라내어 DN신호의 주기계열로서 사용하는 장면을 상정했을 때, 잘라낸 시계열의 자기상관 및 상호상관이 충분히 작을 필요가 있다. 즉 가령 1비트 마다 위상을 엇갈리게 했을 때에 상호 중합되지 않는 것이 구해진다. 암호의 완전성을 보장하기 위해서이다.

게다가, 잘라내는 시계열 종류가 많을 뿐더러 한쪽의 일차원 사상회로에서만출발하더라도 주어지는 초기치의 값을 바꾸어 감으로써 확실히 다른 조합의 긴 시계열을 생성할 수 있는 것이 구해진다. 카오스에서는 초기치를 실수로 부여하나 실수는 무한의 수열이기 때문에 산업기술로는 채용되지 않는다. 그래서, 후기의 청구항 6에서는 DA변환기를 통하여 실수에 상당하는 인가전압을 부여하는 취지를 규정하고 있다.

즉, 청구항 6의 발명은 청구항 5기재의 의사난수발생기에 있어서, 디지털 신호태양으로 부여되는 초기치를 아날로그변환하는 AD변환기와, 외부클록에 동기하여 상기 DA변환기에 있어서의 출력측 경로의 개폐동작을 행하는 CMOS스위치를 또한 구비하여 구성되는 것을 요지로 한다.

청구항 6의 발명에서는 DA변환기를 통하여 실수에 상당하는 인가전압을 부여한다. DA변환기의 양자화분해능을 올려감으로써 초기치 종류를 증가하는 결과로서 꺼낼 수 있는 시계열의 종류를 증가해갈 수 있다. 카오스의 산업기술에 있어서 초기치 민감성 유지는 매우 중요한 요소이다.

청구항 6의 발명에 따르면 초기치 민감성은 DA변환기를 통하여 주어지기 때문에 상호 다른 초기치를 출발점으로 하는 한쌍의 2치계열 상호간에는 양자를 어떻게 위상을 바꾸어 중합시켜 보아도 상호 중합되는 일은 없고, 자기상관, 상호상관 모두 충분히 작은 시계열을 얻기가 가능해진다.

또, 의사난수발생기의 구성요소인 각 일차원 사상회로가 갖는 입출력 특성을 외부에서 조정가능하게 설계해 두는 것이 바람직하다.

이같은 관점으로 청구항 7의 발명은 청구항 5 내지 6의 어느 1항 기재의 의사난수발생기에 있어서 상기 각 일차원 사상회로중 적어도 어느 한쪽은 외부조정전압에 응답하여 각자가 갖는 입출력 특성을 조정가능하게 구성한 것을 요지로 한다.

청구항 7의 발명에서는 각 일차원 사상회로중 적어도 어느 한쪽은 외부조정전압에 응하여 각자가 갖는 입출력 특성을 조정가능하게 설계된다. 이에 따라 일차원 사상회로가 갖는 입출력 특성을 외부에서 조정가능케 하는 결과로서 꺼낼 수 있는 카오스계열의 종류를 더욱 증가시킬 수 있다.

한편, 청구항 8의 발명은 청구항 1 내지 7의 어느 1항 기재의 의사난수발생기에서 얻은 2치계열을 사용하여 스트림 암호화를 행함으로써 암호문 코드를 얻는 스트림암호화 방법으로 상기 스트림 암호화는 상기 의사난수발생기에서 얻은 2치계열과 암호화 대상인 평문(平文)코드와의 배타적 논리합 연산을 실행함으로써 달성되는 것을 요지로 한다.

청구항 8의 발명에 따르면, 본 발명에 관한 의사난수발생기에서 얻은 2치계열을 사용하여 스트림암호화를 행함으로써 암호문 코드를 얻음에 있어, 이 스트림 암호화는 본 발명에 관한 의사난수발생기에서 얻은 2치계열과 암호화 대상인 평문코드의 배타적 논리합 연산을 행함으로써 달성되므로, 따라서 가령 통신의 용도에 최적인 매우 비밀은닉성 높은 암호문코드를 생성할 수 있는 스트림 암호화 방법을 제안할 수 있다.

또, 청구항 9의 발명은 청구항 8기재의 스트림 암호화 방법으로 얻은 암호문코드를 사용하여 스트림 암호통신을 행하므로, 매우 비밀은닉성 높은 스트림 암호통신이 실행가능하게 된다. 구체적으로는 암호문 코드를 생성, 확장, 혼합, 전송하고, 동일한 의사난수발생기를 갖는 유저가 동기를 취하여 이것을 복호하고 원래의 평문코드를 얻는다고 하는 비동기 다중 멀티유저 스트림 암호통신 시스템을 구축할 수 있다.

발명의 실시형태

이하에 본 발명에 관한 의사난수발생기의 복수의 실시형태에 대하여 도면 참조로 설명한다.

도 1은 제 1실시형태에 관한 의사난수발생기의 개략 블록구성도이다.

동도 표시와 같이, 청구항 1의 발명에 대응하는 제 1실시형태에 관한 의사난수발생기(11)는 비선형 입출력 특성을 가지고 카오스를 발생시키기 위한 일차원사상회로(13)와 일차원 사상회로의 아날로그 출력을 디지털 변환하는 AD변환기(15)와, AD변환기(15)의 디지털 변환치를 외부클록(C)에 응답하여 유지출력하는 샘플홀드회로(17)와, 샘플홀드회로(17)의 출력에 응한 아날로그 변환치를 일차원 사상회로(13)에 출력하는 DA변환기(19)를 포함하여 카오스발생루프(14)를 구성하고, 샘플홀드회로(17)의 출력을 범용의 디코더에 주고, 디코더의 출력에서 2치계열{Y(t)-t},를 꺼내도록 한 것이다. 여기서 t는 이산시간이다. 또, AD변환기(15)또는 DA변환기(19)중 적어도 어느 한쪽의 양자구분을 비선형으로 한다.

이상의 구성요소와 청구항 1의 구성요소의 대응관계는 다음과 같이 돼 있다. 즉, 일차원 사상회로에는 일차원 사상회로(13)가 대응하고 AD변환기에는 AD변환기(15)가 대응하고, 샘플홀드회로에는 샘플홀드회로(17)가 대응하고, 그리고 DA변환기에는 DA변환기(19)가 대응한다.

다음에, 본 제 1실시형태에 관한 의사난수발생기(11)의 동작을 도 1을 참조로 설명한다. 카오스를 비선형 양자화하여 그 내부상태를 관측한 타임시리즈, 즉 정수시계열{y(t)-t}에는 발산, 수렴, 분기가 복잡하게 얽혀 있다. 카오스발생 루프에 비선형 양자화기(AD변환기 및 DA변환기)를 삽입함으로써 카오스는 억제되고, 주기화된 정수시계열신호가 된다. 본 실시형태에서는 그 정수시계열 신호를 2치계열{Y(t)-t}로서 출력한다. 이것이 카오스 계열의 의사난수가 된다.

카오스계열은 M계열과 GOLD계열 중간의 자기상관 특성을 가지고, 내잡음성이 다른 계열보다 우수하고, 발생·복호가 스프트웨어로도 처리가능하며, 게다가 다치잡음방식(백색잡음발생회로를 사용한 것)의 특성을 아울러 가지고 있다. 게다가, 확산키를 특정할 수 있으므로 복조가 용이하다.

닫힌 정수열 순서는 AD변환기-DA변환기의 저항치가 고정되고, 그 접속관계가 고정될 때, 한가지의 시계열을 부여한다. 시계열의 순서 교환은 AD변환기-DA변환기의 접속관계를 바꿈으로써 실현한다.

4비트 양자화 분해능의 경우, 16!∼2.09×10¹³모둠의 교환이 가능해진다. 물론, 그 모두가 확산신호로서 유효하다는 것은 아니다. 자기상관 및 상호상관을 조사하여 적절히 조합시켜 선택하게 된다.

도 2는 청구항 1 내지 4에 대응한 제 1실시형태에 관한 의사난수발생기(11)의 회로구성을 표시한다.

동도에 있어서, 제 1의산난수발생기(11)는 CMOS인버터(3)로 구성되는 일차원사상회로(13)와 AD가중 저항어레이(25)와, 비교기 어레이(27)와 배타적 논리합 어레이(이하「EXOR어레이」라함; 29)와 초기치를 부여하는 스위치어레이(31)와 샘플홀드회로인 D형 플립플롭어레이(17)와, DA스위치어레이(33)와 DA가중저항어레이(35)와 디코더(37)를 포함하여 구성된다.

일차원 사상회로(13)는 본 발명자중 1명이 앞서 고안출원하여 이미 공개돼 있는 특개평 9-260952호 공보에 상세히 설명되고 있으므로 여기서는 개략 설명에 그친다. 즉, 초단은 소스폴로어로서 입력에 대하여 증가함수를 부여한다. 2단 및 3단째 인버터는 입력에 대하여 감소함수를 부여한다. 3단째 인버터의 입력(23)은 비선형 사상함수의 비선형성을 조정하기 위한 것이다. PMOS 및 NMOS형 트란지스터에 부여된 숫자는 채널 컨덕턴스에 부여한 무게이다. 또, 입력에 대한 출력의 상태 결정은 고속도(∼MHz)이고 또 고정밀도(<양자화 분해능)가 아니면 안된다.

AD가중 저항어레이(25)는 가령 각 저항기의 저항치가 1.2kΩ의 일정한 저항어레이다. 즉, 본 실시형태에서는 선형에 양자구분을 부여하는 AD저항기를 설계한 예를 표시한 것이다. 양단의 저항기(저항치 4.5kΩ와 28.7kΩ)는 일차원 사상회로(13)가 갖는 입출력 특성의 출력의 동적범위에 AD변환기(15)의 동작범위를 일치시키기 위한 바이어스 저항이다.

비교기 어레이(27)는 AD가중 저항어레이(25)의 합성 저항치로 규정되는 양자화 기준전압과 일차원 사상회로(13)가 카오스 발생루프의 왕로(14)에 출력하는 전압을 비교하여 그레이코드를 출력한다. 즉, AD가중저항어레이(25)와 비교기 어레이(27)는 전체로서 AD변환기(15)를 구성하고 있다.

EXOR어레이(29)는 도시한 예에서는 비교기 어레이(27)의 인접비교기 간의 출력비트의 배타적 논리합을 취하고, 그레이코드의 불일치비트간에서는 출력을「1」레벨로, 일치비트간에서는 출력을「0」레벨로 한다.

초기치를 부여하는 스위치 어레이(31)는 초기치 y(0)을 부여하는 스위치(S5)만이 전원에 접속되고 그 이외는 모두 접지된다. 리세트·스타트업신호이다.

샘플홀드회로인 D형 플립플롭어레이(17)는 외부클록(C)의 타이밍에 동기하여 EXOR 어레이(29)출력을 취입하고, DA스위치 어레이(33) 및 디코더(37)로 유지출력한다. 이에 따라 D형 플립플롭어레이(17)는 의사난수발생기(11)의 신호출력 타이밍을 제어한다.

DA스위치어레이(33)는 플립플롭어레이(17)의 출력 즉, EXOR어레이(29)의 출력이「1」레벨인 스위치만이 오프되게 동작한다.

DA가중 저항어레이(35)는 각 저항기의 저항치가 비선형으로 주어져 있다. 따라서, DA스위치 어레이(33)에 있어서 플립플롭어레이(17)의 출력, 즉, EXOR어레이(29)의 출력이「1」레벨인 스위치가 오프되면 DA가중저항어레이(35)에 있어서 비선형으로 전압이 생기 카오스발생루프의 귀로(21)를 통하여 일차원 사상회로(13)의 입력에 부여된다. 즉, DA스위치 어레이(33)와 DA가중저항어레이(35)는 전체로서 DA변환기(19)를 구성하고 있다.

또, AD변환기(15) 및 DA변환기(19)의 동적범위는 일차원 사상회로(13)가 갖는 입출력특성의 x축(입력) 및 y축(출력) 각각에 일치하게 한다.

디코더(37)는 다이오드가 매트릭스상에 진리치표에 따라 배치되고, 플립플롭어레이(17)의 출력, 즉, EXOR(29)의「1」레벨인 출력에 대응한 4비트 디지털코드를 출력한다. 또, 본 제 1실시형태에서는 2치계열{Y(t)(D₀, D₁, D₂, D₃)-t}을 얻기 위한 타이밍회로는 도시하지 않고 생략한다.

본 실시형태는 양자화 분해능 4비트, 2치계열 Y(t)가 64비트 주기가 되는 경우의 구체예이다.

본 제 1실시형태에서 사용하는 자기상관계수는 하기와 같다.

(수 1)

그 일예를 도 3에 표시한다. 도 3은 2치계열{Y(t)(D₀, D₁, D₂, D₃)}에 있어서의 비트 1을 +1로, 비트 0을 -1로 각각 치환하여 계산한 것이다. 지연시간 τ=0 및 τ=64로 완전히 동기되어 있는 것을 표시하고 있다. 측면 로브(lobe)에 1/4정도의 피크가 있고, 일견 상관이 나쁘게 보이나 논리적으로는 동기를 취하기 쉬운 함수이다.

2치계열 {Y(t)-t}의 종류를 바꾸기 위해서는 AD변환기-DA변환기의 접속관계를 바꾼다. 이에 따라 16!∼2.09×10¹³가지의 다른 종류의 2치계열{Y(t)-t}을 원리적으로는 꺼낼 수 있다. 단, 2모두가 자기상관계수가 낮은 시계열이라는 보증은 없기 때문에 순열만이 아니라 도 3 표시의 자기상관계수의 분포를 미리 조사해둘 필요가 있다.

자기 상관계수는 디코더의 출력(D0, D1, D2, D3)을 꺼내는 순서에 따라서도달라지기 때문에 순열의 종류를 바꿈으로써 이용할 수 있다.

멀티유저가 2치계열 Y(t)를 세트로 하여 가령 2종류{Y_A(t), Y_B(t)}를 이용하여 시스템을 구성할때는 하기 표시의 상호상관계수의 분포로 상관이 낮다는 것을 미리 검증해 두지 않으면 안된다.

(수 2)

또한, 본 1 실시형태는 양자화 분해능 n=4,2치 계열 64비트주기의 경우를 표시했으나 일차원 사상회로의 상대 결정 정도로서 분해능 n=8,2치 계열 2048비트 주기까지는 용이하게 실현가능하다.

양자화분해능 n=4,2치 계열 64비트의 브레드브드로 클록주파수 20KHz까지는 안정된 동작이 확인되고 있다. 또, 제 1실시형태에서는 CMOS 소스폴로어를 인한스멘트 모드 MOS트란지스터로 구성하고 있으나 집적회로의 원칩화에 있어서는 CMOS 소스폴로어를 디플리션모드 MOS트란지스터로 구성하게 하면 클록주파수를 MHz정도 까지는 높일 수 있다.

상기 제 1실시형태에서는 하나의 일차원 사상회로(13)를 포함하여 카오스 발생루프를 구성한 의사난수발생기의 태양에 대하여 설명해 왔다. 이에 대해 제 2실시형태에서는 한쌍의 일차원 사상회로(13)를 포함하여 카오스발생루프를 구성한 의사난수발생기 태양에 대하여 설명한다.

도 4는 제 2실시형태에 관한 의사난수발생기의 개략블록 구성도이다.

동도와 같이, 제 2실시형태에 관한 의사난수발생기(41)는 비선형 입출력 특성을 가지고 카오스를 발생시키기 위한 한쌍의 1입력 1출력 태양의 일차원 사상회로(43,51)와 외부클록에 동기하여 각 일차원 사상회로(43,51)에 있어서의 출력측 경로의 개폐동작을 번갈아 행하는 한쌍의 CMOS스위치(45,53)와 각 일차원 사상회로(43,51)의 아날로그 출력을 각 CMOS스위치(45,53)를 통하여 서로 엑스자 형상으로 각 일차원 사상회로(43,51)의 입력측으로 피드백하는 한쌍의 피드백루프(47,55)를 포함하여 구성되는 카오스발생루프(63)와 각 CMOS스위치(45,53)를 통하여 각각 꺼내진 각 일차원 사상회로(43,51)의 아날로그 출력을 각각 디지털 변환하는 한쌍의 AD변환기(49,57)와 디지털 신호 태양으로 부여되는 초기치 X(0)을 아날로그 변환하는 DA변환기(65)와, 외부클록에 동기하여 DA변환기(65)에 있어서의 출력측 경로의 개폐동작을 행하는 CMOS스위치(67)를 포함하여 구성돼 있다. 이같이 구성된 제 2 의사난수발생기(41)는 카오스발생루프(63)에 있어서 외부클록이 새기는 이산시간(t)(0, 1, 2,…)의 경과에 따라 각 일차원 사상회로(43,51)가 번갈아 사상을 반복함으로써 각 AD변환기(49,57)를 각각 통하여 카오스계열인 2치계열을 출력한다.

도 4표시의 제 2 의사난수 발생기(41)를 집적회로화한 회로도를 도 5에 표시한다. 또, 도 4와 도 5는 서로 대응하게 표시돼 있고, 양 도면에서 공통된 부재간에는 공통부호가 부기돼 있다. 이 도 5를 참조로 도 4표시의 제 2 의사난수발생기(41)의 각 블록별 내부구성에 대해 언급한다.

대략 N자형 입출력 특성을 갖는 각 일차원 사상회로(43,51)는 6개의 MOS형트란지스터를 포함하여 구성돼 있다. 도 5에는 각 트란지스터의 채널치수 W/L(단, W는 폭, L은 길이)가 무게로서 숫자로 표시돼 있다. 초단의 CMOS인버터는 증가함수를 부여하고, 2단째의 CMOS인버터는 감소함수를 부여한다. 양 CMOS인버터의 입출력을 공통으로 함으로써 함수합성을 행하고, 결과로서 가령 도 6과 같은 대략 N자형 입출력 특성을 얻는다.

3단째의 CMOS인버터는 외부조정전압(71,73)을 받아, 일차원 사상회로(43,51)가 갖는 입출력 특성에 왜곡을 부여하고 있다. 외부조정전압(71,73)의 전압치는 공통이라도 좋고 또 상호 다른 전압치라도 좋다. 나아가, 외부조정전압(71,73)중 적어도 어느 한쪽을 생략하여도 좋다.

입력단자(71,73)에 부여되는 외부조정전압은 컴퓨터로 미리 설정한 디지털 코드를 DA변환기에 의해 아날로그 전압으로 변환하여 부여하여도 좋다. 그 경우, 외부조정전압의 값은 DA변환기의 양자화 분해능에 따라 스텝상으로 변화된다.

CMOS스위치(45,53,67)는 PMOS트란지스터와 NMOS트란지스터를 병렬로 접속한 전송게이트에 CMOS인버터를 조합시켜 구성한다. 입력단자(75,77,79)에 부여되는 제어신호에 응하여 CMOS스위치 개폐가 행해진다.

입력단자(75)에는 초기치를 부여하는 리세트펄스가 가해지고, 초기치 X(0)의 값은 DA변환기(65)를 통하여 부여된다. 즉, 이산시간 t=0에 있어서의 루프의 내부상태의 초기치 X(0)는 CMOS스위치(67)를 통하여 DA변환기(65)를 통하여 일차원 사상회로(51)에 대하여 부여된다. 가령 12비트의 양자분해능을 갖는 DA변환기(65)를채용한 시스템에 있어서는 부여되는 초기치 X(0)의 종류는 2¹²=4096가지에 이른다.

입력단자(77,79)에 부여되는 외부클록(이산시간 t)는 상호 중합되지 않는 구형파로 한다. 이때의 최대클록 주파수가 본 의사난수발생기의 처리속도를 조율한다. 이 처리속도는 일차원 사상회로의 내부상태 결정속도에 의존하여 정한다. 개별부품을 프린트 기판상에 브레드보드할 때, 클록주파수를 20KHz까지 올릴 수 있었다. 본 일차원 사상회로는 표준적 CMOS집적회로 기술을 사용한 집적회로로하여 칩화하는 것을 목표로 들고 있으나, 최소치수=0.8㎛를 가정하여 시험했을때, 1MHz의 클록주파수에서는 동작한다는 것이 모의실험으로 확인되고 있다.

1비트 출력의 AD변환기(49,75)는 일차원 사상회로(43,51)의 각 출력을 외부클록에 동기하여 각자가 번갈아 개폐되는 CMOS스위치(45,53)를 각각 통하여 입력하고, 입력레벨에 따른 2치부호열을 각각 출력한다. 상세히 설명하면, AD변환기(49,57)는 한쌍의 각 저항(r_A,r_B)에서의 분압에 의해 얻은 기준전압과, 각 일차원 사상회로(43,51)의 출력전압을 비교기에 의해 각각 비교하고, 양자의 대소관계에 응한「0」또는「1」의 신호를 변환출력한다. 출력단자(59,61)에서는 외부클록(이산시간 t)의 진행 따라 2치 코드시계열 데이터가 번갈아 꺼내진다. 이같이 꺼내지는 2치코드시계열 데이터는「0」과「1」이 혼합된 난수적 배열데이터로, 각 일차원 사상회로(43,51)가 갖는 입출력 특성의 대칭성이 양호하게 유지돼 있을 때는「0」과「1」의 출력빈도는 대략 같아진다. 이때, 고립된「0」또는「1」은「00」,「11」의 연속된 값의 2배의 빈도로 출현한다. 이리하여 각 출력단자(59,61)에서번갈아 꺼내진 양 2치코드 시계열을 통합적 시계열에 따라 배열시킨 2치코드 시계열을 얻음으로써 카오스계열의 의산난수를 발생시킬 수 있다.

카오스의 시점으로 세계를 조망했을때, 이 세계에는 동일한 것은 둘도 존재하지 않는다. 또, 하나의 일차원 사상회로가 개개의 입출력 특성에 주목했을때, 그 대칭성을 완전히 유지하기란 상당히 곤란하다. 또한, 한쌍의 각 일차원 사상회로(43,51)가 갖는 개개의 입출력 특성을 각 상호간에 완전히 일치시키는 것도 상당히 어렵다. 게다가, AD변환기(49,57)가 동일한 양자화를 행하고 있다는 보증도 없다. 이같은 각종 염려를 불식하는 데는 하드웨어화에 의해 동일한 집적회로를 공업적 대량생산과정을 통하여 양산가능하게된다는 뜻에서 본 발명이 제안하는 의사난수발생기의 하드웨어화가 극히 유효하다 하겠다.

카오스의 산업기술에 있어서, 초기치 민감성 유지는 극히 중요한 요소이다. 본 발명에 있어서 초기치 민감성은 DA변환기(65)를 통하여 부여될 수 있다. 즉, 서로 다른 초기치를 출발점으로 하는 한쌍의 2치코드 시계열출력(59,61)상호간에는 양자를 어떻게 위상을 바꾸어 중합시켜 보아도 상호 중합하지 않고 자기상관, 상호상관 모두 충분히 작은 시계열에 얻어진다.

이제, 출력단자(59,61)에서 번갈아 꺼내진 값을 시계열적으로 배열시킨 2치코드시계열을 Y(t)라하자 이 안에서 주기계열을 잘라내어 PN신호로 하기 위해서는 가령 주기 64비트의 2치계열 PN신호의 경우, Y(0)∼Y(63), Y(64)∼Y(127), …와 같이 절취하는 것은 일예에 불과하다. t=2¹⁶=65536까지 카오스의 내부상태를 관찰하고 있었다고 하면 1024가지의 주기 64비트의 2치계열 PN신호가 얻어진다. 초기치를 부여하는 DA변환기(65)의 양자화 분해능을 12비트로 했을 때, 초기치는 2¹²=4096가지로 부여할 수 있고, 이때 얻어지는 PN신호의 종류는 4, 193, 304가지에 이른다.

그러나, 이리하여 꺼내진 PN신호의 모든 종류가 독립하여 사용된다는 보증은 없다. PN신호인 카오스부호계열이 나타내는 예측불가능성은 일차원 사상회로가 갖는 개개 입출력 특성이나, 부여하는 초기치 등의 파라메터에 크게 의존하기 때문이다. 따라서, 이리하여 꺼내진 PN신호에 대하여 자기상관 및 상호상관을 위상을 바꾸어 조사하여 주기 이외에서 상관도가 충분히 작다는 것을 검증해둘 필요가 있다.

상기한 제 2 의사난수 발생기(41)에 있어서, 각 일차원 사상회로(43,51)가 갖는 개개 일출력 특성의 대칭성은 각 출력단자(59,61)에서 꺼내진 2치시계열에 있어서의「0」과「1」의 출력분포에 직접 영향을 준다. 일반적으로 이상적인 의사난수의 경우는「0」과「1」의 출력분포비율은 균등해진다. 그와 같이 본 제 2의사난수발생기(41)를 동작시키고자 할 때에는 일차원 사상회로(43,51)양자가 모두 같은 입출력 특성을 가지며, 또, 대칭성을 양호하게 유지할 것을 고려하여 일차원 사상회로(43,51)를 설계하면 된다.

그러나, 산업기술로서의 의사난수발생기는 반드시「0」과「1」의 출력분포 비율이 균등하게 되는 것을 요구하지 않는다. 위상을 편이시켰을 때의 자기상관 및 상호상관이 충분히 작다고 하는 필요조건을 만족시키고 있으면 스트림 암호의 암호문코드에 있어서「0」과「1」의 출력분포비율에 편차가 있다고 하더라도 암호의 비익성 관점에서는 결함이 생기지 않기 때문이다. 특히 그 대칭성을 굳이 손상하도록 설계했을 경우는 대칭성이 양호하게 유지돼 있다는 것을 전제로하여 제삼자에 의한 암호문코드 해독이 시도되었을 때 그 해독은 반드시 실패로 끝난다는 뜻에서 오히려 암호시스템의 완전성이 강화되고 있다는 입장을 취할 수도 있다.

각 일차원 사상회로(43,51)가 갖는 개개 입출력 특성을 균등하게 할 필요성도 없다. 각 일차원 사상회로(43,51)는 각자의 구성요소인 각 트랜지스터에 부여되는 저항치를 의식적으로 다르게하여 부여함으로써 실현할 수 있다. 또, 각 회로(43,51)가 갖는 개개의 입출력 특성을 등가로 설계할 경우에도 서로 다른 외부조정 전압을 각 회로(43,51)별로 독립하여 부여함으로써 각자가 갖는 입출력 특성의 등가성을 붕괴시킬 수 있다. 또한, 사상의 동적범위를 넓힐 것을 의도하여 서로 왜곡된 입출력 특성을 조합시키도록 설계하여도 된다.

이상 설명한 제 2 의사난수발생기(41)에 있어서 DA변환기와 클록발생기를 원칩화 대상에 포함시키지 않는 전제하에서는 도 5와 같이 충분히 소규모의 집적회로를 원칩화한 의사난수발생기를 실현할 수 있다. 의사난수발생기(41)의 주요부인 한쌍의 일차원 사상회로(43,51)를 포함한 카오스 발생루프(63)가 아날로그회로로 구성됨에 대해 DA변환기와 클록발생기는 디지털 회로로 구성할 수 있으므로 이들 모두를 포함한 집적회로를 원칩화하기도 쉬운 것이다.

CMOS집적회로는 일반적으로는 인핸스멘트 모드로 설계실현할 수 있으나 본 제 2 의사난수발생기(41)에 포함되는 일차원 사상회로(43,51)의 구성요소인 초단의 CMOS 소스플로어는 디플리션모드로 설계실현하는 것이 바람직하다. 이같이 하면MOS트란지스터의 무게를 작게 설계할 수 있어 균형 잡힌 일차원 사상회로의 마스크 설계를 실현할 수 있다.

일차원 사상회로(43,51)가 갖는 입출력 특성의 대칭성과, 한쌍의 각 일차원 사상회로(43,51)가 갖는 입출력 특성 상호간의 일치 또는 불일치 상태를 포함한 파라메터가 카오스에 특유한 초기치 민감성과 어울러 얻어지는 2치계열의「0」과「1」의 출현 밸런스를 미묘하게 혼란시킨다. 이같은 파라메터의 변동에 유래하는 카오스에 특유 요동현상은 카오스·스트림암호의 완건성 향상에 기여한다.

다음에, 상기 제 2 의사난수발생기(41)를 스트림암호 통신시스템에 적용한 예에 대하여 도 6을 참조로 설명한다. 도 6에는 스트림 암호통신 시스템의 기능블록구성도가 표시돼 있다. 또, 도 6중의 송신측에 있어서 부호 a는 제 2 의사난수발생기(41)에 포함되는 일차원 사상회로(43)가 갖는 입출력 특성을 표시하는 한편, 부호 b는 동발생기(41)에 포함되는 일차원 사상회로(51)가 압출력특성을 표시하고, 또, 도 6중의 수신측에 있어서 부호 c는 제 2 의사난수 발생기(41)에 포함되는 일차원 사상회로(43)가 갖는 압출력 특성을 표시하는 한편, 부호 d는 동발생기(41)에 포함되는 일차원 사상회로(51)가 갖는 입출력 특성을 표시하고 있다.

우선, 이하에 사용하는 용어의 정의를 행한다. 스트림암호란 디지털필름을 시계열로 보고, 다른 인위적으로 작성된 시계열인 의사난수를 사용하여 스크램블을 거는 암호식을 말하며, 블록암호와 대비된다. 인위적으로 작성하는 시계열 신호를 PN신호라 한다. 의사잡음신호의 약칭이다. 또, 스트림 암호통신 시스템이란 송신측에 있어서 스트림 암호방식을 사용하여 평문을 암호문화하여 이 암호문을 수신측앞으로 송신하는 한편, 수신측에 있어서 수신한 암호문을 복호화함으로써 원래의 평문을 얻는 암호통신 시스템을 말한다.

도 6과 같이, 스트림 암호통신 시스템(81)은 송신측장치(83)와 수신측장치(85)와, 양장치(83,85)간을 상호 데이터 교환가능하게 접속하는 공중전화망 등의 통신선(87)을 포함하여 구성돼 있다.

양 장치(83,85) 각각에는 제 2 의사난수발생기(41)가 내장 또는 접속돼 있고, 동 의사난수발생기(41)에서 생성된 의사난수(PN신호)가 각 장치(83,85)앞으로 각각 보내진다.

스트림암호 통신시스템(81)의 동작은 다음과 같다. 즉, 우선 송신측에 있어서 스트림 암호방식을 사용하여 평문을 암호화한다. 이 암호화는 제 2 의사난수발생기(41)에서 얻은 2치계열(PN신호)과, 암호화 대상이 되는 평문코드를 포함한 평문코드와의 배타적 논리합 연산을 실행함으로써 달성된다. 이리하여 암호화된 암호문은 수신측 앞으로 송신된다. 이같은 스트림 암호화 방법에 따르면, 가령 통신용도에 사용하여 최적인, 극히 비익성 높은 암호문 코드를 생성할 수 있다.

한편, 수신측에 있어서, 수신한 암호문을 복호화 함으로써 원래의 평문을 얻는다. 이 복호화는 제 2의사난수발생기(41)에서 얻은 2치계열(PN신호)과 암호문 코드와의 배타적 논리합 연산을 실행함으로써 달성된다.

여기서, 상기 암호문을 양 장치 상호간에 동기를 취해 복호화함에 있어 고려할 필요조건은 암호화를 위하여 사용하는 2치계열(PN신호)과, 복호화를 위하여 사용되는 2치계열(PN신호)을 동일하게 유지해 두는 일이다. 이는 어느 평문코드와 PN신호간에 배타적 논리합을 취함으로써 얻은 암호문 코드에 대하여 동일 PN신호와의 사이에 배타적 논리합 연산을 작용시키면 원래의 평문코드로 복귀한다는 배타적 논리합의 성질에 유래하고 있다. 이같은 필요조건은 환언하면 도 6과 같이 양장치(83,85) 각각에 2치계열(PN신호)을 공급하는 제 2 의사난수발생기(41)에 포함되는 구성요소중 적어도 상호대응하는 일차원 사상회로(43,51)가 갖는 입출력 특성이 공통이라는 것(도 6중의 a와 c에 같은 중요도를 부여하고 도 6중의 b와 d에 같은 중요도를 부여한다는 의미), 또, 양 의사난수발생기(41)에 대하여 동일 초기치 x(0)를 부여한다는 것이라고 할 수 있다. 이같은 조건을 만족시켜서 필요한 정보의 정확한 전달을 실현할 수 있게된다. 이같이 이 스트림 암호화 방법으로 얻은 암호문 코드를 사용하여 스트림 암호통신을 행하면 극히 비밀은닉성 높은 스트림 암호통신 시스템을 구축할 수 있다.

또, 상기한 실시형태는 본 발명의 이해를 쉽게하기 위하여 예시적으로 기재한 것으로, 본 발명의 기술적 범위를 한정하기 위한 기술은 아니다. 즉, 본 발명은 그 기술적 범위에 속하는 모든 실시형태를 포함하는 것은 당연한 것으로 하여 그 어떤 균등물도 포함한다는 취지이다.

구체적으로는 가령, 상기 실시형태에 있어서, 제 2 의사난수발생기(41)를 스트림암호통신 시스템에 적용한 예에 대하여 언급하였으나 본 발명은 이예에 한정되는 것은 아니며, 제 1 의사난수발생기(11)를 스트림 암호통신 시스템에 적용하는 예도 그 기술적 범위에 포함된다는 것은 말할나위 없다.

이상 설명한 바와 같이, 청구항 1의 발명에 따르면 일차원 사상회로가 아날로그적 사상을 행하는데 대하여 비선형 양자화기를 카오스발생 루프에 삽입함으로써 같은 2치계열{Y(t)-t}이 반복하여 어디서나 꺼낼 수 있다는 의미로 동일하다고 할 수 있는 고유한 의사난수발생기를 제공할 수 있다.

또, 청구항 2의 발명에 따르면 AD변환기의 양자구분을 선형으로 하는 한편, DA변환기의 양자구분을 비선형으로 했기 때문에, 따라서 일차원 사상회로의 동적범위를 널리 활용할 수 있다.

또한, 청구항 3의 발명에 따르면 본 발명에 관한 의사난수발생기를 CMOS 집적회로로서 실현할 수 있고, 공지의 피드백 시프트 레지스터회로에 대신하는 신규의 산업기술을 제공할 수 있다.

게다가, 청구항 1 내지 4의 발명에 따르면 본 발명에 관한 의사난수발생기는 2치계열 {Y(t)-t}만이 아니라 정수열 {y(t)-t}의 2ⁿ의 주기(단 n은 분해능)신호를 출력하기 때문에 정수열의 모든 조합을 보증한다는 것은 디지털 계산기의 계산능력 향상에 기여한다. 또, 순회 세일즈맨 문제(TSP)의 해(解)의 존재를 보증하기 때문에 통신에 한하지 않고 계산기 발전에 기여하는 기본기술을 제공할 수 있다.

청구항 5의 발명에 따르면 한쌍의 각 일차원 사상회로가 번갈아 반복하여 사상을 행하고, 이같은 사상으로 얻은 아날로그 출력이 엑스자 형상으로 피드백되기 때문에 한쌍의 각 일차원 사상회로가 나타내는 아날로그출력의 발산·수렴과, 카오스 특유의 초기치민감성과 아울러 얻어진 2치계열의「0」과「1」의 출력밸런스를 미묘하게 혼란시킨다. 이같은 카오스 특유의 요동현상은 카오스를 사용한 스트림 암호의 완전성 향상에 기여할 것이다.

또, 청구항 6의 발명에 따르면 초기치민감성은 DA변환기를 통하여 부여되기 때문에 서로 다른 초기치를 출발점으로 하는 한쌍의 2치계열 상호간에는 양자를 어떻게 위상을 바꿔 중합시켜 보아도 서로 중합되는 일은 없으며, 자기 상관, 상호상관 모두 충분히 작은 카오스 계열을 얻을 수 있게 된다.

또한, 청구항 7의 발명에 따르면 일차원 사상회로가 갖는 입출력 특성을 외부에서 조정가능하게 되는 결과 꺼낼 수 있는 카오스 계열의 종류를 증가시킬 수 있다.

한편, 청구항 8의 발명에 따르면 가령 통신의 용도에 사용하여 최적인, 극히 비익성 높은 암호문 코드를 생성할 수 있는 스트림 암호화방법을 제공할 수 있다.

그리고, 청구항 9의 발명에 따르면 극히 비밀은닉성 높은 스트림 암호통신을 실현할 수 있다. 구체적으로는 암호문코드를 생성, 확장, 혼합, 전송하고 동일한 의사난수발생기를 갖는 유저가 동기를 취하여 이를 복호하여 원래의 평문코드를 얻는다는 비동기 다중 멀티유저 스트림 암호통신 시스템을 구축할 수 있는 매우 우수한 효과를 가져온다.

Claims

비선형 입출력 특성을 가지고 카오스를 발생시키기 위한 일차원 사상회로와, 그 일차원 사상회로의 아날로그출력을 디지털 변환하는 AD변환기와, 그 AD변환기의 디지털 변환치를 외부클록에 응답하여 유지출력하는 샘플홀드회로와, 그 샘플홀드회로의 출력에 따른 아날로그 변환치를 상기 일차원 사상회로에 피드백 출력하는 DA변환기를 포함하여 카오스발생루프를 구성하고, 상기 AD변환기의 양자구분을 선형으로 하고 상기 DA변환기의 양자구분을 비선형으로 하고, 상기 샘플홀드회로의 출력에 따른 2치계열을 출력하는 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 일차원 사상회로는 CMOS인버터로 구성하고,

상기 AD변환기는 AD가중저항 어레이 및 그 AD가중저항 어레이의 합성저항으로부터 얻어지는 출력과 상기 일차원 사상회로의 아날로그 출력의 대소관계를 비교출력하는 비교기 어레이를 포함하여 구성하고,

상기 샘플홀드회로는 상기 AD변환기의 디지털출력을 외부클록에 응답하여 취입유지하는 플립플롭 어레이로 구성하고,

상기 DA변환기는 DA가중저항 어레이 및 상기 샘플홀드회로의 디지털 출력에 따른 그 DA가중저항 어레이의 합성저항으로부터 얻어지는 출력을 상기 일차원 사상회로에 피드백 출력하는 스위치어레이를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
제 3 항에 있어서, 상기 AD변환기와 상기 샘플홀드회로의 사이에, 상기 비교기 어레이를 구성하는 각 비교기간 출력의 배타적 논리합을 취하는 배타적 논리합 어레이를 삽입한 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
비선형 입출력 특성을 가지고 카오스를 발생시키기 위한 한쌍의 일차원 사상회로와, 외부클록에 동기하여 상기 각 일차원 사상회로에 있어서의 출력측 경로의 개폐동작을 번갈아 행하는 한쌍의 CMOS스위치와, 상기 각 일차원 사상회로의 아날로그출력을 상기 각 CMOS스위치를 통하여 서로 엑스자 형상으로 상기 각 일차원 사상회로의 입력측으로 피드백하는 한쌍의 피드백 루프를 포함하여 구성되는 카오스발생루프, 및

상기 각 CMOS스위치를 통하여 각각 꺼내어진 상기 각 일차원 사상회로의 아날로그 출력을 각각 디지털 변환하는 한쌍의 AD변환기를 구비하고,

상기 카오스 발생루프에 있어서 외부클록이 정하는 이산시간의 경과에 따라 상기 각 일차원 사상회로가 번갈아 사상을 반복함으로써 상기 각 AD변환기를 각각 통하여 카오스 계열인 2치계열을 출력하는 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
제 5 항에 있어서, 디지털 신호태양으로 부여되는 초기치를 아날로그 변환하는 DA변환기와,

외부클록에 동기하여 상기 DA변환기에 있어서의 출력측 경로의 개폐동작을 행하는 CMOS스위치를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 각 일차원 사상회로중 적어도 어느 한쪽은 외부조정전압에 따라 각자가 갖는 입출력 특성을 조정가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 6 항중 어느 한 항의 의사난수발생기로 얻은 2치계열을 사용하여 스트림암호화를 행함으로써 암호문 코드를 얻는 스트림 암호화 방법으로서,

상기 스트림암호화는 상기 의사난수발생기로 얻은 2치계열과, 암호화 대상으로 되는 평문코드와의 배타적 논리합 연산을 실행함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 스트림 암호화 방법.
제 8 항의 스트림 암호화 방법으로 얻은 암호문 코드를 사용하여 스트림 암호 통신을 행하는 것을 특징으로 하는 스트림 암호통신 방법.
비선형인 입출력 특성을 갖고, 생성된 카오스를 수반하는 아날로그의 제1 신호를 부여하는 일차원 사상회로,

상기 제1 신호를 AD 변환해서 디지털의 제2 신호를 부여하는, 양자화가 선형인 AD변환기,

상기 제2 신호를 샘플링하고 금회 샘플링된 제2 신호를 유지하고 전회 샘플링된 제2 신호를 디지털의 제3 신호로서 출력하고, 외부클록으로 작동가능한 샘플홀드회로, 및

상기 제3 신호를 DA 변환하여, 상기 사상회로에 피드백하는 아날로그의 제4 신호를 부여하는, 양자화가 비선형인 DA변환기로 이루어진 카오스발생 루프; 및

상기 제3 신호를 디코드하여, 카오스적인 2진 스트림을 의사난수열로서 부여하는 디코더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
제 10 항에 있어서,

상기 사상회로는, 협동하여 상기 제4 신호를 처리하고 재생성된 카오스를 수반하는 상기 제1 신호를 부여하는 CMOS인버터의 조합으로 이루어지고,

상기 AD 변환기는, 상호 접속된 선형인 양자화구분의 제1 세트를 구획형성하고, AD변환 가중 부여를 위한 제1 저항 어레이와, 상기 제1 신호를 상기 양자화구분의 제1 세트와 비교하여 비트열을 얻고, 이 비트열을 처리하여 상기 제2 신호를 부여하는 로직 어레이로 이루어지고,

상기 샘플홀드회로는, 상기 외부클록으로 작동하고, 상기 제2 신호를 유지하여 상기 제3 신호를 출력하는 플립플롭 어레이로 이루어지고,

상기 DA변환기는, 상호 접속된 비선형인 양자화구분의 제2 세트를 구획형성하고, DA변환 가중 부여를 위한 제2 저항 어레이와, 상기 제3 신호로 작동하여, 가산되어 상기 제4 신호를 부여하는 상기 양자화구분의 제2 세트의 대응하는 구분을 선택하는 스위치 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
제 11 항에 있어서, 상기 로직 어레이는, 상기 CMOS인버터의 조합과 상기 제1 저항 어레이에 접속된 비교기 어레이와, 상기 비교기 어레이와 상기 플립플롭 어레이의 사이에 접속된 EXOR 로직 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
비선형인 입출력 특성을 갖고, 생성된 제1 카오스를 수반하는 제1 아날로그 신호를 부여하는 일차원 사상을 행하는 제1 회로로서, 상기 제1 아날로그 신호를 출력하는 출력회로를 갖는 제1 회로와,

비선형인 입출력 특성을 갖고, 생성된 제2 카오스를 수반하는 제2 아날로그 신호를 부여하는 일차원 사상을 행하는 제2 회로로서, 상기 제2 아날로그 신호를 출력하는 출력회로를 갖는 제2 회로와,

상기 제1 회로의 출력회로와 상기 제2 회로의 입력노드의 사이에 접속된 제1 피드백 회로와,

상기 제2 회로의 출력회로와 상기 제1 회로의 입력노드의 사이에 접속된 제2 피드백 회로와,

상기 제1 및 제2 회로의 출력회로에 각각 설치되고, 이산적인 외부클록으로 서로 역작동이 가능한 한 쌍의 CMOS 스위치로 이루어지는 카오스발생 루프;

상기 제1 피드백 회로에 접속되고, 상기 제1 아날로그 신호를 AD변환하고, 제1 의사난수열을 정의하는 코드화된 카오스적 2진 스트림으로서 디지털 신호를 부여하는 제1 AD 변환기; 및

상기 제2 피드백 회로에 접속되고, 상기 제2 아날로그 신호를 AD변환하고, 제2 의사난수열을 정의하는 코드화된 카오스적 2진 스트림으로서 디지털 신호를 부여하는 제2 AD 변환기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
제 13 항에 있어서, 초기 디지털 신호를 초기 아날로그 신호로 변환하는 DA변환기와, 이 DA변환기와 상기 제1 회로의 입력노드의 사이에 접속되고, 상기 외부클록으로 작동가능한 CMOS 스위치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
제 13 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회로의 비선형인 입출력 특성의 적어도 하나를 외부제어신호에 따라 제어하는 제어회로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 의사난수발생기.
제 10 항 또는 제 13 항에 따른 의사난수발생기를 조작하여 의사난수의 장(field)을 생성하는 단계;

이 의사난수의 장을 처리하여 제1 코드열을 부여하는 단계;

평문을 제2 코드열로 인코드하는 단계; 및

상기 제1 코드열과 상기 제2 코드열 사이의 EXOR를 순차 취하여 상기 제2 코드열을 상기 평문의 암호코드열로 암호화하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트림 암호방식.
제 10 항 또는 제 13 항에 따른 의사난수발생기를 조작하여 의사난수의 제1 장을 생성하는 단계;

이 의사난수의 제1 장을 처리하여 제1 코드의 제1 열을 부여하는 단계;

원문을 제2 코드의 제1 열로 인코드하는 단계;

상기 제1 코드의 제1 열과 상기 제2 코드의 제1 열 사이의 EXOR을 순차 취하여 상기 제2 코드의 제1 열을 상기 원문의 암호코드열로 암호화하는 단계;

이 암호코드열을 전송하는 단계;

제 10 항 또는 제 13 항에 따른 의사난수발생기를 조작하여 의사난수의 제2 장을 생성하는 단계;

이 의사난수의 제2 장을 처리하여 제1 코드의 제2 열을 부여하는 단계;

상기 암호코드열과 상기 제1 코드의 제2 열 사이의 EXOR을 순차 취하여 상기 암호코드열을 제2 코드의 제2 열로서 해독하는 단계; 및

이 제2 코드의 제2 열을 디코드하여 상기 원문을 나타내는 디코드문을 얻는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트림 암호통신방식.
제 7 항의 의사난수발생기로 얻은 2치계열을 사용하여 스트림암호화를 행함으로써 암호문 코드를 얻는 스트림 암호화 방법으로서,

상기 스트림암호화는 상기 의사난수발생기로 얻은 2치계열과, 암호화 대상으로 되는 평문코드와의 배타적 논리합 연산을 실행함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 스트림 암호화 방법.