TW411682B - Process for encrypting or decrypting a data sequence - Google Patents

Description

經濟部中央標隼局貝工消費合作杜印製 411682 A7 A7 B7 _________ 五、發明説明（1 ) 本發明關於在一資料通訊裝置中長度Μ之連續資料字 序列加密及解密之方法。 自Berhard Sklar所著之"數據通訊"，1 9 8 8年 版新澤西 P reniice Hall, Euplewood Cliffs 市’該書中之 P 2 9 0及以下各頁，吾人得知一種加密方法’其中之加 碼由移位暫存器所執行。此方法之缺點爲其加碼技術易爲 人發現，故加碼之資料甚易被解密。 此外，所謂RC - 4算法已久爲人知，其中之準隨機 加密字係由不同之算法作業而產生。此算法之缺失爲達到 良好之加密必須有大量之儲存空間。 本發明之目的爲提供一方法供加密或解密一資料序列 ，但難以解密，亦不需大量之儲存空間，並且可用低成本 之矽來實施。 此目的之達成係由一方法以供將一資料通訊裝置中長 度Μ之連續資料字序列加以加密或解密，該方法包含執行 一算法，其中之一序列長度Μ之準隨機加密字係由在一有 限組G F ( 2 ” ）中執行作業而自預定之開始値產生，其 中個別加密字與一個別資料字相結合。 由於準隨機加密字係在一有限體中執行作業而產生， 亦稱爲伽羅瓦域或稱加羅瓦組，如關鍵碼不明，則其保密 性極高。在一方面言之，此關鍵碼無法自資料序列本身演 繹出來，此乃由於加密字係以準隨機方式產生。儘管已知 算法，關鍵字仍然無法自解密之資料字以有限經費予以得 知，在另一方面，此種利用有限組算法之方法亦稱爲伽羅 裝------訂------^ (諳先閲讀背面之注意事項再填筠本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210 X 297公釐） -4- 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 411682 A7 ____B7___五'發明説明（2 ) 瓦算法可於一硬體中即處理器中實施。因此，可用於現有 之硬體組件如Read-Solomon解密器。由於可用現有之硬體 組件，成本可保持很低。此外，儲存空間可以再利用，即 可用來供其他任務。此種資料通信裝置之一種應用乃在一 廣播發射及接收站中。 非常有利地，長度Μ之資料字等於有限組之尺寸N。 因此可使以簡單作業來實施此算法。如此一算法係根據〇 狀態變數X及〇常數，由L係數所偏址之預定之因數Ρ之 一有限値，則更爲優異，其中L小於0。其優點是此算法 是循環式，每一循環均產生加密字。將狀態變數及常數預 定之因數結合，加密字之足夠隨機性可以達到，換言之， 儲存空間可以節省。 在本發明之較佳實施例中，L = 3，三個狀態變數X 由三個係數以準隨機方式選出，加密芋係由組合選出之狀 態變數而形成，並且僅用於與各別資料字之組合。由於狀 態變數並不在此方法中依次使用.，因此並不儲存，回程技 術不能用來尋找狀態變數。此舉可提供額外之高度保密以 防止解密。 優異的是二個選出之狀態變數互相交換並隨后由狀態 變數X ( i )之係數所指定之常數因數P ( i )相乘，預 定常數因數P(i)之不同者則以準隨機方式以伽羅瓦算 術法在每一循環中選出。 在本發明之另一較佳實施例中，係數之値係經由一最 大循環長度之時鐘回輸移位暫存器中係敷序列Z核位而決 —, I I— I . I I - —1 I r n i— n ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2i〇X297公釐） -5- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 __b； 4U68a五、發明説明（3 ) 定。係數之準隨機序列因而可用簡單方式產生。供尋址狀 惑變數X ( i )之係數i之數目可由一模作業限制在供尋 址之一預定數。以此方式，會產準隨機雜音，故用來尋址 之係數i乃被準隨機方式均勻分配。 根據本發明之另一優異特性，供在算法中之狀態變數X 及係數i之開始値係獨特地田初始方法予以決定。優異地 ’開始値係在一有限値G F ( 2 Q )中執行作業而以準隨機 方式自預定之初始値K中產生。結果，準隨機開始値池人 算法，因此自加密資料字中得出關鍵字及無輸入値之知識 而能解密資料字之槪率大減。 初始値K可推入運算以決定一具有恒定加權之開始値 。此可確保在開始値之最初分配中不會發生統計上不均勻 分配，此舉可使加密方法更易受到破解。爲決定狀態變數 λ Z開始値，可執行由各別一常數因數P ( i )之相乘。 係數之開始値可將常數一加權初始値K及一狀態變數X或 一常數因數P ( i )加以組合而決定。係數之開始値可由 一模運算限制在該算法之預定數目。 本發明將配合所伴隨之圖式予以進一步詳細說明； 圖1爲本發明決定加密字之一算法各步驟流程圖： 圖2爲根據本發明之一初始方法之各步驟流程圖以決 定圖1中算法之開始値： 圖3爲本發明之資料序列之加密方法所用之設備；及 圖4爲本發明之資料序列之解密方法所用之設備。 (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家榡隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 411682 五、發明説明（4 ) A7 __________B7 主要 元件 對 昭 /ns 表 1 加 密 序 列 產 生 器 2 關 鍵 字 產 生 器 3 組 合 單 元 4 聲 資 料 源 5 多 工 器 6 關 鍵 字 加密 單 元 7 解 多 工 器 8 關 鍵 字 解 密 單 元 9 聲 資 料 接 收 器 (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 以下敘述中，將藉助圖1 ，解釋本發明之一算法之一 實施例用以產生加密字’使用此加密字，一序列之連續資 料字可予以加密或解密。本發明之算法在一有限値，即在 一伽羅瓦場中實施。在所示之實施例中，此算法係根據 1 6個狀態變數X及1 6個常數及由三個係數！尋址之預 定因數P而成。此一算法與每一循環中產生之一加密字循 環實施。狀態變數，常數因數及係數以舉例方式提出，精 於此技藝人士可選擇使用其他適合之數目。 首先’係數之開始値i 1，i 2，i 3及狀態變數之 X (0 ...... 15)首先進入。於是，係數i 1，i 2，i 3之値係在以準隨機方式將係數之序列在一最大循環長度 之時鐘回輸移位暫存器中予以移位而決定。由一移位暫存 器選擇係數，數目之準隨機序列於是形成，並在移位暫存 I紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~~ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 411682 μ B7五、發明説明（5 ) 器之每一移位均有改變。此種作業爲非線性並產生準隨機 雜音。在次一步驟，係數i 1 ，i 2，i 3之値之數目在 伽羅瓦場中以模作業降低至1 6。此爲尋址狀態變數X ( i )所需之數目。 二個狀態變數，X(i3r)由降低之 係數予以尋址，之後加以互換，俾在方法中之隨機共用可 以增加。所獲得之狀態變數X ( i .2 r )及X ( i 3 r ) 分別與常數因數p ( i 2 r )及P ( i 3 r )以伽羅瓦乘 法加以組合。而產生狀態變數之連續乘法，此對加密字之 統計分配非常重要。常數因數係預定之陣列元件，因此被 存儲在一固定之記憶體位置中。此常數因數P由係數i i r選擇，再指定給狀態變數< 其次，一加密字經由將狀態變數X ( i 2 I· )，X ( i 3 r )被此組合再進一步與由係數i準隨機選擇之狀態 變數X ( i 1 r )組合而形成。如此形成之加密字被送到 一台供進入開始値，此循環予以重複。全部循環加以重複 直到係數i 1 ，i 2，i 3之所有可能狀態，即最大序列 之全部狀態均經過移位暫存器循環過爲止。當全部狀態均 已循環，一個準隨機加密字即已形成，用以輸出供一資料 序列之加密或解密之用。之後，次一加密字以執行此算法 而對應地形成。以此方式，可以獲得一準隨機加密字序列 ，每一加密字可與每一資料序列之每一字組合。加密字之 準隨機雜混之結果，加密方法可提供一高度之保密安全。 因此不可能以少數費用自加密資料中演繹出關鍵字。將資 ι g I km* >^—^1 —>^i n^i ^in ml I -I ^^^1 ^^^1 VJ 0¾4*· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用令國國家梂準（CNS) A4規格（2!0X297公釐） -8- 411682 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裳 五、發明説明（6 ) 料字之編組逆向搜尋較以所有可能之關鍵字嘗試更爲複雜 。即使含此算法之產生器已知，以加密資料爲根據，仍然 無法預測關鍵字。即使算法已知，加密字之序列亦不可預 測。此一方法因而可提供一高度保密之安全。 以下將敘沭藉圖2之助，如何決定與圖1有關之算法 中之開始値X，i 1，i 2，i 3。初始程序之算法係利 用伽羅瓦運算在有限組伽羅瓦場中執行。 首先，將初始字K進入，其尺寸可能爲K ( 〇 ....... 15)。於是，係數i 1 ，i 2，i 3之開始値加以決定 。驾了決定係數1 1 ，一個開始値K ( i )與一個狀態變 數X ( ί )加以隨機選擇再予以合併。爲了決定係數【2 ，一個開始値K ( i 1)及一個狀態變數X (i 1)選出 仍加以合倂，再與隨機選出之常數因數P ( j )合倂。決 定係數i 3時，一開始値K ( i 2 )與一狀態變數X ( i 2 )被潠出，彼此合倂，再與隨機選出之常數因數P (K )合倂。常數因數係自儲存於一記憶體位置中之値中選出 。他們可能是在加密程序之算法中相同之儲存値。其次， 係數i 1，i 2，i 3之開始値利用一模運算均被限制在 預定之數目1 6。以常數加權之初始値K進入運算以決定 開始値非常重要。此擧όΤ擗免初期分配中之統計性不平衡 ，此種不均衡可能導致容易引出關鍵字。 狀態變數X之開始値之決定係將由係數之開始値方式 選出之各別常數因數P ( i i )乘以由係數之開始値隨機 選出之一狀態變數X ( i j )，此一乘法在伽羅瓦場內執 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） _ 9 · 411682 A7 經濟部中央橾準局負χ消費合作社印製 _B7五、發明説明（7 ) 行。初始程序之后’開始値輸出作爲算法之輸入以實施力α 密程序。 圖3爲一執行本發明之加密一連續資料字序列時之設 施之實施例。初始程序及算法均在一加密序列產生器1中 實施。關鍵字產生器2產生數個關鍵字被送到加密序列產 生器1中。此等關鍵字作爲初始字進入加密序列產生器1 中。後者提供一序列加密字再饋入-組合單元3中。組合 單元3亦接收來自一聲頻資料源4之資料字。在組合單元 3中，一個別資料字與一個別加密字加以組合。此一組合 可用XOR作業爲之。加密後之資料字於是被饋送至多工 器5內，其中又有其他關鍵字疊加在加密之資料字上。此 種進一步關鍵字資料係來自一個關鍵字加密單元6，該單 元自關鍵字產生器2接收關鍵字資料再予以進一步加密。 多工器將加密資料字送出。 圖4顯示由圖3之發射設施加密之資料字如何被收到 及予以解密。圖4之接收設施與圖3中之設施成對稱構造 。多分配器7將資料字分成加密之關鍵字，再饋送至—關 鍵字解密單元8 ’資料字以加密字予以加密，再讀送至組 合單兀3 °關鍵字解密單元8自應用資料將加密之關鍵字 分開1再送至加密序列產生器1。在產生器中，初始程序 及算法予以實施以便將資料序列解密。加密序列產生器1 決定加密字，再將其送至組合單元3，其中，來自多工器 之資料流被解密’資料字被送到聲音資料接收機9。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -1〇 -

Claims (1)

1. 經濟部中央標箪局員工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8___々、申請專利範圍 1 . 一種供將在資料通訊裝置中之長度Μ連續資料字 序列予以加密及解密之方法，包含執行一算法，其中Μ長 度之準隨機加密字序列以在一有限値（G F ( 2 Ν )執行運 算而自預定之開始値中產生，及在運算中，一個別加密字 與一個別資料字加以組合。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其特徵爲：爲Μ =Ν。 3 .如申請專觀圍第1項或第方法， 其特徵爲此算法係根據0狀態變數X及0常數由L係數 i ，而L <0所尋址之預定因數P之伽羅瓦場而運算。 4.如申請專利範圍第1項或方法， 其特徵爲該算法係以每循環所產生之·^加以循環。 5 .如申請專利範圍第1項或第方法· 其特徵爲L = 3，三個狀態變數X由三個係數以準隨機方 式選出，加密字係由選出之狀態變數X之組合而形成，而 僅用來供與各別資料字之組合。 卜:，、、 6 ·如申請專利範圍第1項或第方法， 其特徵爲二個狀態變數X以互換及隨位乘以由狀態變數X (i )之係數i所定之常數因數P ( i )而選出。 7 .如申請專利範園第1項或第方法， 其特徵爲係數之値之決定係以在一最大循環長度之時鐘回 輸移位暫存器中將係數之序列加以移位而達成。 8 .如申請專利範圍第1項或第尤豫案:|^®方法， 其特徵爲供狀態變數尋址之係數i之元件數目ΐ一模作業 411682 .1 I I^i 1^1 n^i m I-- I «,JR·, n^— VJ "a (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - ABCD 411682 申請專利範圍 限制在預定之供尋址之數目上。 9 ·如申請專利範圍第1項或第種方法， Γ'靖先閱讀背面之注ί項再填寫本頁) 其特徵爲供算法中之狀態變數X及.係數i之開%値係獨特 地由一初始方法來決定。 1 0 .如申請專利範圍第9項之方法，其特徵爲開始 値係在一有限組G F ( 2 Q )中執行運算以準隨機方式自預 定之初始値K中、產生。 1 1 .如申請專利範圍第9項之方法，其特徵爲初始 値K進入運算以決定具有一常數加權之開始値。 1 2 .如申請專利範圍第9項之方法，其特徵爲決定 狀態變數X之開始値，各別狀態變數X ( j )以各別常數 因數P ( i )相乘。 1 3 ·如申請專利範圍第9項之方法，其特徵爲係數 i之開始値係將常數-加權初始値K與一狀態變數X或一 個常數因數P ( i )加以組合而決定。 1 4 ·如申請專利範圍第9項之方法，其特徵爲各別 係數之開始値係由模運算以限定在供算法之預定之數目上 經濟部中央標隼扃員工消f合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梂率（CNS ) Α4规格（210X297公釐） -12-