TW496054B - Self-authentication ciphertext chaining - Google Patents

Description

496054 A7 ______ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 前後參照相關申請案 本申請案請求於1 9 9 9年六月八日申請之美國臨時 專利申請案編號6 0 / 1 3 8，4 1 2之優先權，在多數 情況下在此完全將該發表納入參考。 發明領域 本發明通常與密碼系統有關且尤其是與一種使用固定 模數大小之加密鑰加以有效地將資訊加密之系統有關。 發明背景 加密是一種將信息從明碼文轉換成密碼文之程序，在 這種方式下只有那些具權限之讀者可將密碼文解密回明碼 文。當預期要經一不可靠頻道傳遞一信息或要將信息儲存 在一不安全資料儲存媒體上時，常常使用加密來保護這信 息。術語&信息〃常指的是一傳送者與一接收者間之通信 ，但此間所用之術語指的是在其產生時間與/或地方或傳 送者接受以及接收者收到之時間與/或地方之間可能需要 保護之任何資料。因此，信息可能爲一電子郵件通信，一 程式，一資料組，一影像，一被視爲單一信息之資料物件 集，一資料流，或以上或類似物件之組合。 決定接收者是否有權限讀取，或以不同方式加以存取 之一種方法是信息之明碼文使用 ''鑰〃。一鑰向來可以資 料，如一串位元表示。一實例爲1 2 8位元鑰，其爲 1 2 8位元串。利用這種方法，傳送者將使用一加密器將 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂---- # 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- 496054 A7 B7 五、發明說明（2 ) 信息明碼文加密成密碼文’以這種方式’未知道鑰之任何 密碼文接收者，不管其有無權限’不花一些計算努力及/ 或時間下限是無法從密碼文解密回明碼文的。 充份了解到的是，除了如使用一時間充塡之有限類之 加密設計外，以足夠之計算努力及/或時間，不具鑰也可 從密碼文中抽解出明碼文。例如，一攻取者（即一非授權 之接收者）可利用各種可能之鑰依序解碼嘗試將信息加以 解密。然而，在一設計良好之加密系統中，不具鑰要加以 解密所需之計算努花費成本會超出信息解密價値或會花太 多時間使得信息解密前，保護信息安全之價値已經過了。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 有數種方面提供加密系統之信息安全性。一方面爲保 密，在這當中，甚至讀者擁有密碼文信息也可保持明碼文 信息遠離非授權讀者。另一方面爲鑑定，在這當中，密碼 文接收者可驗證信息是否實際上由宣稱之傳送者所傳送。 還有另一方面爲整合性，在這當中，接收者可驗證在離開 傳送者掌控後信息未被修改。在某些實例中只使用一方面 。例如，數位簽章程序產生鑑定一信息之資料序列，且常 常^凊楚〃傳送信息使得任何人可讀取信息。因此，雖然 信息不保密但仍可加以鑑定。雖然傳遞或信存信息前，系 統並不永遠將其加以加密，如這情況下之數位簽章，然而 這種系統仍總稱爲一種加密系統。 加密系統常歸類成私鑰系統與公鑰系統，常分別稱爲 對稱鑰系統與非對稱鑰系統。在私鑰系統中，傳送者使用 該鍮將信息加密且接收者使用相同之鑰將信息加以解密或 -5- (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)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496054 Α7 Β7 五、發明說明（3 ) 驗證。結果，必須對非授權方保持該鑰之秘密。在公鑰系 統中，鑰部份爲包含一公用部份與一私密部份之一對鑰。 公用部份不須保密且可用來驗證信息並對信息實施其它程 序，但一向需要私鑰從密碼文之保密信息中抽解明碼文。 公鑰標準之一實例爲廣泛使用之R S A標準。使用一 標準公鑰系統之好處爲系統許多組件爲現成的，如電子郵 件加密器，鑰管理程式，編碼器、解碼器，驗證程式，及 諸如此類者。然而，許多標準加密系統之問題爲具對信息 之每一鑰長度運用固定大小之區塊，當傳送信息時需要充 塡而無法恰當塡入一整數區塊，充塡時應使用隨機資料加 以避免不用鑰而能輕易攻取信息解密。 在信息大小永遠爲整數區塊時使用固定大小之區塊不 是問題，但在信息非爲整數區塊，而包含零或更多全區塊 及一部份區塊時，處理前必須將部份區塊充塡成爲一全區 塊。處理加以加密，解密或驗證一信息之量爲區塊數功能 且一區塊所需處理量相當大時，如果部份區塊之信息部份 非常小於區塊大小時，處理常規可能對一部份區塊實施許 多‘不必要之運算。 例如，區塊大小常被用來對一區塊加密之一鑰模數加 以指使。如鑰模數爲5 1 2位元，信息將以5 1 2位元區 塊加以編碼。如加密信息爲1 0 2 5位元長時，信息將被 加密成三個5 1 2位元區塊，其中之一將只代表信息中之 一個位元ϋ —♦— 裝·——訂；— (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)A4規格（210 X 297公釐） -6 - 496054 A7 _ B7 五、發明說明（4 ) 發明摘要 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如本發明一實施例之加密系統中，延伸現有固定鑰模 數大小之加密方法，使用加密資訊之重疊部份加以產生加 密信息。在本發明另一方面，加密系統可插入一或更多個 資料位元，確保正確之加密/解密並可使用所插入資料加 以鑑定。 參考規格與附圖之剩下部份可實現此間所發表之本發 明之好處及本質之進一步了解。 圖式簡述 第1圖爲可用來執行本發明一實施例之加密系統之一 方塊圖。 第2圖爲說明一信息之一全區塊與剩餘區塊加密程序 之流程圖。 第3圖說明不使用第二鑑定區塊時，第2圖中所示程 序變化之流程圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第4圖說明如第2圖中所示加以加密之一信息全區塊 與剩餘區塊解密程序之流程圖。 主要元件對照 10 加密系統 12 明碼文 14 加密器 1 6 加密器輸出 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -7 - 496054 A7 ________B7__ 五、發明說明（5 ) 18 儲存媒體 20 解密器 特定實施例說明 第1圖爲一加密系統1 0之方塊圖，其中，利用一加 密鑛以一加密器1 4將信息之明碼文1 2加密產生可能爲 密碼文，驗證資料（如一數位簽章或兩者之加密器輸 出1 6。將加密器輸出1 6傳送至一頻道及/或儲存媒體 1 8，這種頻道或儲存媒體是不可靠且因此被認爲是不安 全的。解密器2 0從頻道及/或儲存媒體1 8接收加密器 輸出1 6，並使用一解密鑰產生明碼文或授權指示2 2。 在加密/解密運算中，加密器可將明碼文加密，解密 器則會解密取得明碼文。在另一運算中，加密器可產生解 密器可能用來驗證信息之數位簽章並發出一鑑定/非鑑定 訊號。 在一固定模數加密運算中，將明碼文1 2分成模數大 小之區塊且明碼文大小無法以模數加以平均分割，如第2 圖中所示對明碼文1 2之最後全區塊及‘部份剩餘區塊實施 力口密。 第2圖爲造成那些資料加密之一連串全區塊與部份剩 餘區塊之轉換。第2 ( a )圖說明一信息與一鑑定區塊 A B。A B可能表示對信息之許多資料元件。在一實例中 ，AB爲一零位元或位元組（爲防止溢流），一單元識別 位址（如MAC位址），一序號（爲防止重複攻取）’及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496054 A7 B7 五、發明說明（6 ) 對信息其它資料之運結。下列說明中，使用以下變數表示 各種元件之長度。 AB_len AB欄位長度

Payloadjen 要編碼資料之長度（一全區塊與一部份 區塊）

Encjen 編碼程序中所使用區塊之長度 如第2 ( b )圖中所示，加密器邏輯上將信息分成一主資 料Μ與一剩餘資料R，完成分割時使得長度Μ，len(M)爲 len(M)+ AB —len = Enc_len。在該分割中，長度R爲 R _len二Payload_len-len(M)二Payload —len-Enc —len + AB_len 〇 如第2 ( C )圖中所示，A B II M C 'v II 〃爲一連結 運算子1利用一加密鑰encKey_e加以加密產生一密碼文欄 位C，其中…len(C) = Enc_len。在一實施例中，利用一 R S A編碼程序，對這些區塊加以編碼。例如，（可爲 (A B || Μ ) Λ encKey_e mod modulus —η，其中，Enc_len 値 可表示爲一小於modulus_n之唯一數字。如此間所使用的， 長度可爲任何單位，但資料長度之普通量測爲位元。 如第2 ( d )圖中所示，將C分爲兩個欄位C 1與 C2，其中長度C1與C2滿足以下方程式： len(C2) = Enc—len - A2一len - len(R) =2*Enc」en — A2」en - Payload」en — AB len len(Cl) = len(C) - len(C2) 其中，如第2 ( e )圖中所示，A 2 _ 1 e n爲第二鑑定 區塊A 2之長度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9- * —I—-------------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 5 60 49 Λ7 _______B7______ 五、發明說明<7 ) 因A2IIC2IIR長度字Enc Jen，該連結可利用 encKey —e加密產生一剩餘密碼文，R C。如第2 ( f )圖 所說明，可提供C 1與R C給一解密器。 可選擇插入如第2 ( e )圖中所示，如A 2之第二鑑 定區塊。不使用A 2時，因A B密碼效果經由密碼文C 2 饋入，由於重疊之故，鑑定區塊AB將，會鑑定R，其中， 密碼文C 2與R組合，並如第2 ( e ) -（ f )圖所示加 以加密。只要C 2中具足夠位元，使蝕入效果在加密上爲 有效（例如，C 2爲1 2 8或更多位元），則要鑑定R並 不需要在產生RC時包含A2。然而，在C2太小時使用 A 2將是有用的。因此，應了解的是在圖中，1 e n ( A 2 )範圍可能從零至某些正値。第3圖說明饋入效果。 第4圖說明如第2圖中所示加以加密之一信息全區塊 與剩餘區塊解密程序之流程圖。如第4 ( a ) -（ b ) 圖：說明，接收區塊分成一 C 1部份與一 R C部份。因 1 e n ( R C ) = Enc_len，解密器能適當將其輸入分成 C 1與只知道1 e n ( C 1 |丨R C )與Enc Jen之R C。 如第4 ( c ) 一（ g )圖中所示，將R C加以解密並 分段爲A 2，C 2與R。如解密器知道A 2 — 1 e η與 1 e η ( R )或 Payload_len，Enc —len，AB_len 則可實施 分段，由此可計算1 e η ( R )。如使用A 2且無法驗證 時則將信息丟棄。否則，將信息解析爲C 1與C 2。 一旦確認C 1與C 2則可連結他們形成C，然後將其 解密產生A B與Μ。最後，組合Μ與R重新構成原始明碼 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -10 - I------------裝·11 (請先閱讀背面之注意事寫本頁) .. 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496054 A7 __B7_ 五、發明說明（8 ) 文信息。如果無法驗證A B則將信息丟棄。一種無法驗證 信息之情況爲一鑛序列之値是儲存在A B中，且信息具一 小於或相對於一先前收到序號爲失序之序號。 在解密程序中（見第4 ( c )圖），解密器驗證a 2 且如果A 2爲非預期者則將柄息丢棄。A 2爲一非預期値 之一原因爲如果當密碼文信息從加密器通過至解密器時已 被改變。在一實施例中，A 2簡單爲一零値，如一、、〇" 位元或一 '' 0 0 〃位兀組。由於C與R C與C 2間之某些 重疊，只驗證A 2如預期且A B如預期即可完成R之鑑 定。實際上，這允許只利用一鑑定區塊，AB，可鑑定兩 區塊，造成頻寬與處理之節省。在運算中，用於鑑定部份 區塊之AB強度與重疊量，即1en(C2)有關。重 疊，1 e n ( C 2 )最好應至少爲1 2 8位元。 上述系統中之一項利用爲安全地將鑰傳遞至一只在一 不可靠頻道上存取之遠端安全晶片。 雖然參考其特定實施例已對本發明加以說明，這些實 施例只是對本發明加以說明而已，並不對只要由所附之申 m ·1>— m v^f dn m —y ·ϋ n i n 裝--------訂—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) #· 制 限 以 加 圍 範 之 定 決 所 項 利 亩寸 請 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 -

Claims (1)

1. 496054 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 1 . 一種利用加密鑰將資訊予以加密之方法’其中’ 各鑰將一預定區塊長度資訊的一部份予以加密’該方法包 含利用第一鑰將信息之第一部份予以加密； 至少加入一位元資訊至所加密之信息的第一部份； 利用一第二鑰將信息第二部份予以加密，其中’第二 部份與第一部份重疊且亦包含所加入之一或多位元的資訊 請 先 閱 讀 背 ιέ 之 注 意 事 項 再 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） -12-