WO1990009009A1 - Data carrier and data communication apparatus using the same - Google Patents

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PCT/JP1990/000078
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Nobuya Takagi
Mamoru Ito
Toshio Tsuji
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Description

· 明 細 書
発明の名称
デー タ 担体、 およ びそ れを用 い た デー タ 通信装置
技術分野
本発明 は暗号通信に用 い る こ と がで き る I C カ ー ド等のデー タ 担体等、 およ びそ れを用 い た デー タ 通信装置に関す る も の で あ る 。
背景技術
秘密鍵暗号方式に おい て暗号通信を行 う た め に は、 ま ず通信 を行 う 両者が鍵を共有す る必要があ る 。 従来、 鍵の共有は、 例 え ば第 1 1 図に示す よ う な方式で行われて き た。 第 1 1 図に お いて、 4 1 は メ ッ セ ー ジ の送信者 （以下、 単に送信者 と 記す） が使用 す る 暗号器、 4 2 は メ ッ セ ー ジ の受信者 （以下、 単に受 信者 と 記す） が使用 す る復号器であ り 、 暗号器 4 1 は、 ¾数生 成手段 4 3 と 、 第 1 の暗号化手段 4 4 と 、 第 2 の暗号化手段 4 5 と を備え、 復号器 4 2 は、 第 1 の復号化手段 4 6 と 、 第 2 の復 号化,手段 4 7 と を備え てい る 。
こ の よ う に構成さ れた従来の鍵共有方式につ い て 、 そ の動作 を以下に説明す る 。 安全性の面か ら メ ッ セ ー ジ の平文 （以下、 単に平文 と 記す） mを暗号化す る た め の鍵は頻繁に換え る必要 があ る た め、 乱数生成手段 4 3 が生成す る 乱数を用 い る 。 以 下、 こ れを セ ッ シ ョ ン鍵 と 記す。 送信者は、 暗号器 4 1 が有す る乱数生成手段 4 3 の出力 r l ( セ ッ シ ョ ン鍵 と も云 う 〉 を受 信者と 共有す る た め に受信者に送信す る わ けで あ る が、 r l を 生デー タ の ま ま 送信す る と、 暗号器 4 1 と 復号器 4 2 の閬の通 信線上で盗聴 さ れる危険性があ る た め、 r 1 を第 1 の暗号化手 段 4 4 で暗号化 して送る。 こ の r 1 を暗号化す る 際に用 い る鍵 をマ ス タ 鍵 k m と 呼び、 送信者と 受信者が予め共有 し てい る鍵 であ る 。 マ ス タ 鍵はセ ッ シ ョ ン鍵を暗号化 して送る時の み使用 さ れ、 通常長期間固定であ る 。 受信者の復号器 4 2 は第 1 の復 号化手段 4 6 を用 いて、 暗号化 さ れた乱数をマ ス タ 鍵 k m に よ り 複号化 し て r l を復元す る。 これに よ り 、 送信者と受信者は セ ッ シ ョ ン鍵 r l を共有でき た こ と にな る た め、 それ以降、 第
2 の 暗号化手段 4 5 と 第 2 の復号化手段 4 7 を用 い て、 セ ッ シ ョ ン鍵 r 1 に よ り 、 平文 mの暗号通信を行 う こ と がで き る 。 セ ッ シ ョ ン鍵を換える場合は、 乱数生成手段 4 3 に よ っ て新 し く 乱数 r 2 (図示せず） を生成 し、 前述 し た手順 と 全 く 同様 に、 マ ス タ 鍵 k m に よ る 暗号通信に よ り r 2 を共有 し て セ ッ シ ヨ ン鍵と す る 。
今、 二人の通信者 A と B が暗号通信を行 う 場合を考え る 。 通 信者 A と 通信者 B はマ ス タ 鍵 k mを用 いてセ ッ シ ョ ン 鍵 r 1 を 暗号化 し て送る も の と す る。 こ こ で、 も し別の通信者 C も マ ス タ鍵 k mを有 して いた と する と 、 通信者 C は セ ッ シ ョ ン鍵 r 1 を解読す る こ と ができ る ため、 通信者 A， B 間で交換さ れる全 ての暗文を解読で き る こ と に な る。 したが っ て、 マ ス タ 鍵 k m は通信者 A と 通信者 B のみが知 る鍵と し、 例えば通信者 Aが通 信者 C と 暗号通信を行 う 場合は、 k m と は別の マ ス タ 鍵を用 い る必要があ る 。 すなわ ち、 通信者 Aは暗号通信を行 う 相手の数 だ けマ ス タ鍵を保有 してい る必要があ る。
こ の よ う な従来の方式では、 通信相手が少数であ る場合は問 題な い が、 不特定多数の加入者を持つ ネ ッ ト ワ ー ク で は通信相 手が膨大な数 と な り 、 鍵管理が大 き な問題 と な る 。 こ れを解決 す る 手段 と し ては、 鍵管理を行 う セ ン タ を設け、 暗号通信を行 う に先立ち、 セ ン タ が両者に共通の セ ッ シ ョ ン鍵を配送 （ ま た は転送） す る 方法が一般的であ る が、 鍵共有を行 う 度に セ ン タ が介在 し な ければな ら な い と い う 欠点があ る 。 一方、 他の解決 策 と し て、 鍵管理の面で優れて い る 公開鍵暗号方式を用 い る 方 法 も あ る が、 公開鍵暗号方式は秘密鍵暗号方式に比べて、 は る かに大 き な処理時間を要す る 。 こ の よ う に従来の暗号通信の方 法で は、 鍵管理の点に関 し て大 き な問題点があ っ た 。
本発明は こ の よ う な課題に鑑み、 内部デー タ が物理的 に安全 で あ り 、 かつ演算能力を有す る と い う 特徵に基づ き 、 鍵共有を 安全， 容易かつ高速に実現 し得る デー タ 担体、 およ びそ れを用 いた デー タ 通信装置を提供す る こ と を 目的 と す る も の で あ る 。 発明の開示
そ し て こ の 目的を達成す る た め に本発明 の デー タ 担体は、 外 部か ら指定さ れる デー タ に変更す る こ と が不可能..な第 1 の デー タ を保持す る手段 と 、 こ の第 1 の デー タ を秘密鍵に よ り 暗号化 す る第 1 の暗号化手段 と 、 外部か ら入力 さ れる 暗文を前記第 1 の デー タ に よ り 復号化す る第 1 の複号化手段 と 、 外部か ら入力 さ れる 暗号化さ れた第 2 の デー タ を第 2 の秘密鍵に よ り 複号化 す る第 2 の復号化手段 と 、 外部か ら入力 さ れる、 又は内部に格 納さ れて い る平文を前記第 2 の複号化手段の出力 に よ り 暗号化 す る第 2 の暗号化手段 と を備え る構成 と し た も の で あ る 。 - - 本発明の構成の特徴は、 第 1 の秘密鍵およ び第 2 の秘密鍵が 物理的に安全な I C カ ー ド内 メ モ リ に格納さ れて い る 点 と 、 復 号化鍵に は 自分の I C カ ー ドが自動的に生成 し た第 1 の デー タ を用 い、 暗号化鍵には相手か ら送 ら れて来た第 2 のデー タ を も と に生成 した鍵を用 い る点であ る。 こ の構成に よ り 上記目的が 達成さ れる理由は次の よ う に説明 さ れる。
まず、 第 1 の秘密鍵およ び第 2 の秘密鍵は物理的に安全な I C カ ー ド内 メ モ リ に格納さ れて い る ため、 I C カ ー ドの所持者と いえ ど も、 こ れ ら の秘密鍵を読み取 る こ と は不可能であ る 。 し たがっ て、 こ れ ら の秘密鍵が格納さ れてい る I C カ ー ド を用 い る こ と な し に、 第 1 の暗号化手段の出力およ び外部か ら入力 さ れる暗号化された第 2 の デー タ か ら第 1 の デー タ およ び第 2 の デー タ を復元する こ と はでき ない。 よ っ て、 外部か ら入力 さ れ る 暗文およ び第 2 の暗号化手段か ら 出力 さ れる 暗文を解読する こ ά は で き な い。
ま た、 第 2 の秘密鍵が全ての I C カ ー ドに共通であ る と する と 悪意を持つ者が暗号化さ れた第 2 の デー タ を盗聴 し、 そ れを 自分の I C カ ー ド に入力す る こ と に よ り 、 自分の I C カ ー ド内 に第 2 のデー タ を復元する こ と が可能である。 しか し、 その I C カ ー ドが こ の第 2 の デー タ を用 いて実行で き る機能は暗号化の みであ り 、 復号化機能はな い。 一方、 こ の I C カ ー ドが複号化 を行 う 時の鍵は自分の I C カ ー ド に よ り 自動的に生成さ れた第 1 の デー タ であ る。 すなわ ち、 悪意を持つ第 3 者が自分の I C カ ー ドを用 いて、 復号化鍵の設定と 、 そ の鍵を用 い た復号化を 同時に行 う こ と はで き ない。 以上の こ と か ら 、 本発明の I C カ ー ド の構成に よ り 、 第 1 の デー タ を生成 し た I C カ ー ド、 すなわ ち受信者の I C カ ー ド の み暗文の複号化が可能 と な り 暗号通信は安全 と な る 。 ま た本発 明 の I C カ ー ド を用 い れば、 秘密鍵の リ ス ト ある い は セ ン タ の ど ち ら も不要で あ る た め、 容易に鍵の共有が実現で き る 。 さ ら に秘密鍵暗号の み で構成で き る こ と か ら 高速処理が可能 と な る
図面の簡単な説明
第 1 図は本発明 の I C カ ー ド を用 い た シ ス テ ム の シ ス テ ム構 成図、 第 2 図 は本発明 の一実施例 に よ る 鍵共有機能付 き I C カ ー ド を示す プ ロ ッ ク 図、 第 3 図およ び第 1 0 図は安全で な い 鍵共有方式を構成す る I C カ ー ド の ブ ロ ッ ク 図、 第 4 図， 第 5 図， 第 6 図， 第 8 図およ び第 9 図は本発明 の他の実施例 に よ る 鍵共有機能付 き I C カ ー ド を示す ブ ロ ッ ク 図、 第 7 図は本発明 の一実施例に よ る乱数生成手段を示す ブ ロ ッ ク 図、 第 1 1 図は 従来の鍵共有方式を示す シ ス テ ム構成図で あ る 。
発明を実施す る た め の最良の形態
第 1 図は本発明の デー タ 担体の一例 と し て用 い た I C カ ー ド が用 い ら れる デー タ 通信装置の一例を示 し た構成図であ る 。 第 1 図に おいて、 1 は第 1 の端末、 2 は第 2 の端末、 3 は暗号装 置 4 を内蔵 し て い る第 1 の I C カ ー ド、 5 は復号装置 6 を内蔵 し て い る第 2 の I C カ ー ド で あ る 。 ま た、 第 1 の端末 1 は入力 装置 7 と送信装置 8 を有 し、 第 2 の端末 2 は出力装置 9 と 受信 装置 1 0 を有 し て い る。
こ の シ ス テ ム で暗号通信を行 う 場合の手順を以下に示す。 ま ず暗号通信を開始す る に当 っ て、 送信者は第 1 の端末 1 に第 1 の I C カ ー ド 3 を揷入 し、 受信者は第 2 の端末 2 に第 2 の I C カ ー ド 5 を挿入する 。 その後、 送信者は入力装置 7 を用 いて平 文 mを入力す る 。 平文 mは第 1 の I C カ ー ド 3 に入力 さ れ、 暗 号装置 4 に よ り 暗文 c に変換され出力 さ れ る。 第 1 の端末 1 は 送信装置 8 を用 いて、 こ の暗文 c を第 2 の端末 2 に送信す る 。 —方、 受信者は受信装置 1 0 を甩いて前記暗文 c を受信す る 。 暗文 c は第 2 の I C カ ー ド 5 に入力 さ れ、 復号装置 6 に よ り 平 文 mに復号化さ れ出力 さ れる 。 第 2 の端末 2 は出力装置 9 を用 い て、 復元された平文 mを出力す る 。 こ の よ う に、 暗号器およ び復号器 と し て I C カ ー ドを用 いて暗号通信を行 う シ ス テ ム を 考え る 。 実際に暗号通信を行 う 際に は、 前述 し た よ う に セ ッ シ ヨ ン鍵の共有が必要 と な る 。 こ れに関 しては、 第 2 図以降に 示ざれる I C カ ー ド の詳細な図面を参照 し なが ら説明を行 う 。 尚、 第 2 図以降の図面に関 し ては、 第 1 の端末 1 およ び第 2 の 端末 2 の図示を省略 し てい る 。
第 2 図は本発明の一実施例によ る I C カ ー ドの ブ口 ッ ク 図で あ る 。 第 2 図において、 1 1 は第 1 の I C カ ー ド、 1 2 は第 2 の I C カ ー ド であ る 。 第 1 の I C カ ー ド 1 1 は第 1 の復号化手 段 1 3 ， 第 2 の暗号化手段 1 4 を有 してい る。 ま た第 2 の I C カ ー ド 1 2 は乱数生成手段 1 5 ， 第 1 の復号化手段 1 3 と 対を なす第 1 の暗号化手段 1 6 ， 第 2 の暗号化手段 1 4 と対を なす 第 2 の復号化手段 1 7 を有 してい る 。
以下、 第 2 図に従い、 本実施例につ いて説明を行う 。 第 2 の I C カ ー ド 1 2 は鍵を共有す る ため、 乱数生成手段 1 5 が出力 し た乱数 ·Γ 1 を第 1 の 暗号化手段 1 6 を用 い て マ ス 鍵 k m に よ り 暗号化 し て第 1 の I C カ ー ド 1 1 に送 る 。 第 1 の I C カ ー ド 1 1 は 、 第 1 の復号化手段 1 3 を甩い て 、 暗号化 さ れ た乱数 を マ ス タ 鍵 k m に よ り 復号ィ匕 し て r l を復元 す る 。 こ れ に よ り 、 第 1 の I C カ ー ド 1 1 と 第 2 の I C カ ー ド 1 2 は 乱数 r l を共有で き た こ と に な る た め 、 こ れ を セ ッ シ ョ ン 鍵 と し て、 第 2 の暗号化手段 1 4およ び第 2 の複号化手段 1 7 に よ り 平文 m l の暗号通信を行 う こ と がで き る 。 こ こ で 、 マ ス タ 鍵 k m は全 て の I C カ ー ド に共通の値で あ る 。
第 2 図 に示 し た鍵共有方式が安全で あ る 理由 は 以下 の よ う に 説明 さ れ る 。 ま ず、 マ ス タ 鍵 k mは物理的 に安全 な I C カ ー ド 内 メ モ リ に格納 さ れて い る た め、 I C カ ー ド の所持者 と い え ど も 、 マ ス タ 鍵 k mを読み取 る こ と は で き な い。 し た が っ て 、 た と え第 1 の暗号化手段 1 6 の 出力 を通信線上で盗聴 し た と し て も 、 マ ス タ 鍵 k mが格納 さ れて い る I C カ ー ド を 用 い る こ と な し に第 1 の暗号化手段 1 6 の 出力 か ら 乱数 r 1 を復元す る こ と は で，き な い。 よ っ て、 第 2 の暗号化手段 1 4 か ら 出力 さ れ る 暗 文を解読す る こ と は で き な い 。
次 に 、 こ の シ ス テ ム に 属 す る 3 人 の 通信者 A， B , C が お り 、 A と B の間で交換 さ れ る 暗文を C が解読 し ょ う と し て い る 場合を考え る 。 C も こ の シ ス テ ム に属す る 通信者で あ る た め 、 第 1 の I C カ ー ド 1 1 ま た は第 2 の I C カ ー ド 1 2 を所持 し て い る 。 ま ず、 C が第 1 の I C カ ー ド 1 1 を所持 し て い る も の と す る 。 A と B の間で交換 さ れ る 第 1 の暗号化手段 1 6 の 出力 を C が盗聴 し 、 そ れを 自 分の I C カ ー ド に入力 すれば、 第 1 の復 号化手段 1 3 と マ ス タ 鍵 k mに よ り 、 自分の I C カ ー ド 内 に乱 数 r l を復元す る こ と は可能であ る 。 しか し、 そ の I C カ ー ド が乱数 r 1 を用 いて実行で き る機能は第 2 の暗号化手段 1 4 に よ る暗号化の みであ り 、 復号化機能はない。 一方、 Cが第 2 の 複号化手段 1 7 を有する第 2 の I C カ ー ド 1 2 を所持 し て い た と し て も、 そ の I C カ ー ドが復号化を行う 時の鍵は、 そ の I C カ ー ド に よ り 自動的に生成さ れた乱数であ る。 すなわ ち、 Cが 自分の I C カ ー ドを用 いて、 復号化鍵の任意な設定 と 、 そ の鍵 を用 い た複号化処理を同時に行 う こ と はで き な い。
こ の特徵は、 第 3図に示 した非安全な鍵共有方式 と 比較す る こ と に よ っ て、 よ り 明確にな る。 第 3 図において、 1 0 1 は第 1 の I C カ ー ド、 1 0 2 は第 2 の I Cカ ー ドであ る 。 第 1 の I C カ ー ド 1 0 1 は乱数生成手段 1 0 3， 第 1の暗号化手段 1 0 4， 第 2の暗号化手段 1 0 5 を有 している。 第 2 の I C カ ー ド 1 0 2 は第 1 の暗号化手段 1 0 4 と対をなす第 1 の復号化手段 1 0 6 , 第 2 の暗号化手段 1 0 5 と対をなす第 2 の復号化手段 1 0 7 を 有 してい る 。 第 2図の実施例 と異な る点は、 平文 m l を送信す る 第 1 の I C カ ー ド 1 0 1 が乱数 r l を生成 し 、 第 2 の I C カ ー ド 1 0 2 に送る こ と で あ る 。 換言すれば、 第 2の I C カ ー ド 1 0 2 は相手か ら送 ら れて来た乱数 r 1 を鍵と して復号化処 理を行 う こ と にな る。 こ の よ う な方式では、 第 2 の I C カ ー ド 1 0 2 を有す る第 3者が第 1 の暗号化手段 1 0 4 の出力 と 第 2 の暗号化手段 1 0 5の出力のペアを盗聴し、 それ らを自分の I C カ ー ド に入力す る こ と によ っ て、 自分の I C カ ー ド内で r 1 を 復元 し、 それに よ り 平文 m l に対する暗文を解読で き る こ と に な っ て し ま う 。 こ の よ う に第 3 図 に 示 し た方式で は、 安全 な鍵 共有が実現で き な い。
以上の こ と か ら 、 第 2 図 に示す I C カ ー ド の構成 に よ り 、 乱 数を生成 し た I C カ ー ド、 す な わ ち 受信者の第 2 の I C カ ー ド » 1 2 の み暗文 の復号化が可能 と な り 、 暗号通信が安全で あ る こ . とがわ か る 。 ま た第 2 図 に示す I C カ ー ド を用 い れば、 秘密鍵 の リ ス 卜 あ る い は セ ン タ ど ち ら も 不要で あ る た め 、 容易 に鍵の 共有が実現で き る 。 さ ら に秘密鍵暗号の み で構成で き る こ と か ら 高速処理が可能 と な る 。
第 2 図 は単方向通信の場合を示 し て い る が、 双方向通信 を 行 う 場合 は第 4 図 に示す よ う な構成に すれば よ い。 第 4 図 に お い て 、 2 1 は 第 1 の I C カ ー ド 、 2 2 は 第 2 の I C カ ー ド で あ り 、 1 3 〜 1 7 は第 2 図 と 同 じ も の で、 その構成 も 第 2 図 と 全 く 同 じ で あ る 。 第 2 図 の実施例 と 逆方向 の通信を 行 う た め に 、 こ の他の構成要素 と し て第 1 の I C カ ー ド 2 1 は 、 第 2 の乱数 生成手段 2 3 ， 第 3 の暗号化手段 2 4 ， 第 4 の複号化手段 2 5 を有 し て い る 。 ま た第 2 の I C カ ー ド 2 2 は、 第 3 の暗号化手 段 2 4 と対を な す第 3 の複号化手段 2 6 , 第 4 の複号化手段 2 5 と 対を な す第 4 の暗号化手段 2 7 を有 し て い る 。 2 3 〜 2 7 で 構成 さ れ る 部分は 1 3 〜 1 7 で構成 さ れ る 部分の対称形を成 し て い る 。 す な わ ち 、 第 2 の I C カ ー ド 2 2 が第 1 の I C カ ー ド 2 1 に平文 m 2 を送信す る場合は、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 が第 2 の乱数生成手段 2 3 を用 い て乱数 r 2 を生成 し 、 そ れを第 3 の暗号化手段 2 4 に よ り 暗号化 し て送る 。 第 2 の I C カ ー ド 2 2 は第 3 の復号化手段 2 6 を用 い て暗号化 さ れた r 2 を複号化 し r 2 を得る 。 以降、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 と第 2 の I C カ ー ド 2 2 は r 2 を セ ッ シ ョ ン鍵 と して、 第 4 の暗号化手段 2 7 およ び第 4 の復号化手段 2 5 に よ り 平文 m 2 の暗号通信を行 う。
こ こ で、 乱数 r 2 を暗号化 して送る際の鍵と し て、 乱数 r 1 を暗号化す る 際に用 いた鍵と 同 じ マ ス タ 鍵 k mを使用 し、 。さ ら に第 1 の暗号化手段 1 6 と第 3 の暗号化手段 2 4 に同 じ演算を 施す も のを用 い （ こ れら と対をなす復号化手段 1 3 ， 2 6 に つ いて も 同様） 、 第 2 の暗号化手段 1 4 と第 4 の暗号化手段 2 7 に も 同 じ演算を施す も のを用 い る （ こ れ ら と 対を なす複号化手 段 1 7 , 2 5 につ い て も同様） こ と に よ り 、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 と 第 2 の I C カ ー ド 2 2 は、 第 1 の乱数生成手段 1 5 およ び第 2 の乱数生成手段 2 3 を除いて全 く 同 じ構成 と な る。 すな わち、 こ の シ ス テ ム に属する通信者は このよ う な同 じ構成の Γ C 力 一 ド を各々 1 枚ずつ所持す る こ と によ り 、 こ の シ ス テ ム に属 す 任意の通信者 と双方向の暗号通信がで き る こ と と な る 。 こ の場合、 第 1 ， 第 2 の乱数生成手段 1 5 ， 2 3 は各 I C カ ー ド で異な る乱数系列を出力す る方が望ま しいが、 これに関 しては 後に詳 し く 述べる。
各 I C カ ー ドは、 乱数を復元す る ための復号化手段 （ 1 3 ま たは 2 6 ) と メ ッ セ ー ジを復元す る ための復号化手段 （ 2 5 ま たは 1 7 ) を共に備えてい る が、 第 2 図の実施例 と 同様に、 自 分の I C カ ー ドを用 いて復号化鍵の任意設定 と そ の鍵を用 い た 複号化処理を同時に行 う こ と ができ ないた め、 他人宛の暗文の 解読は不可能であ り 、 暗号通信の安全性は確保さ れる 。
第 5 図は、 本発明の I C カ ー ド の他の実施例を示す ブ ロ ッ ク 図で あ る 。 第 5 図に おいて、 3 1 は第 1 の I C カ ー ド、 3 2 は 第 2 の I C カ ー ド で あ る 。 第 1 の I C カ ー ド 3 1 は 、 第 1 の排 他的論理和演算手段 3 3 ， 第 1 の暗号化手段 3 4 , 第 2 の乱数 生成手段 3 5 , 第 2 の排他的論理和演算手段 3 6 , 第 2 の復号 ィヒ手段 3 7 を有 し て い る。 ま た、 第 2 の I C カ ー ド 3 2 は、 第 1 の乱数生成手段 3 8 , 第 3 の排他的論理和演算手段 3 9 , 第 1 の暗号化手段 3 4 と 対を な す第 1 の複号化手段 4 0 ， 第 4 の 排他的論理和演算手段 4 1 ， 第 2 の複号化手段 3 7 と 対を な す 第 2 の暗号化手段 4 2 を有 し て い る 。 こ こ で、 第 1 の暗号化手 段 3 4 と 第 2 の暗号化手段 4 2 と は同 じ演算を施す も の で あ る ( こ れ ら と 対を な す複号化手段 4 0 ， 3 7 に つ い て も 同様） 。 本実施例は第 4図の実施例 と 同様、 双方向通信を行 う 場合を示 し て お り 、 第 1 の I C カ ー ド 3 1 と 第 2 の I C カ ー ド 3 2 は乱 数生成手段 3 8 ， 3 5 を除いて全 く 同 じ構成を し て い る 。
以下、 第 5 図に従い、 本実施例の動作に つ いて説明す る 。 ま ず、 第 1 の I C カ ー ド 3 1 が第 2 の I C カ ー ド 3 2 に平文 m l を送信す る場合につ い て説明す る。 第 2 の I C カ ー ド 3 2 は第 1 の乱数生成手段 3 8 が生成 し た乱数 r l を第 1 の I C カ ー ド 3 1 に送 る 。 第 1 の I C カ ー ド 3 1 と 第 2 の I C カ ー ド 3 2 は、 そ れぞれ第 1 の排他的論理和演算手段 3 3 と 第 3 の排他的 論理和演算手段 3 9 を用 いて、 乱数 r l と マ ス タ 鍵 k m と の排 他的論理和演算を行い、 セ ッ シ ョ ン鍵 k s i を得 る。 マ ス タ 鍵 k mは全ての I C カ ー ド に共通で あ る 。 以降、 第 1 の I C カ ー ド 3 1 と 第 2 の I C カ ー ド 3 2 は、 両者に共通の セ ッ シ ョ ン鍵 k s 1 を用 いて平文 m l の暗号通信を行 う 。 第 2 の I C カ ー ド 3 2 が第 1 の I C カ ー ド 3 1 に対 して平文 m 2 を送る場合 も、 第 1 の I C カ ー ド 3 1 が第 2 の乱数生成手段 3 5 を用い て乱数 r 2 を生成す る こ と に よ り 全 く 同様に行 う こ と がで き る 。
本実施例の安全性 も 、 第 2 図お よ び第 4 図 の実施例 と 同様 に、 自分の I C カ ー ド を用 いて復号化鍵の任意設定と 、 そ の鍵 を用 いた復号化処理を同時に行 う こ と がで き な い こ と に よ り 保 証さ れる。
しか し こ れ ま でに述べた実施例では、 シ ス テ ム に属す る通信 者が全て同 じ構成の カ ー ドを所持 してい る ため、 他人に な り す ま す こ と が可能であ る 。 こ れを防 ぐ た め、 相手を認証す る機能 を付加 した I C カ ー ドの一例を第 6 図に示す。 第 6 図において、 5 1 は第 1 の I C カ ー ド、 5 2 は第 2 の I C カ ー ド で あ る 。 第 1 の I C カ ー ド 5 1 は、 第 1 の排他的論理和演算手段 5 3 , 第 1 の暗号化手段 5 4， 第 2 の乱数生成手段 5 5 ， 第 2 の鍵生成 手段 5 6 ， 第 2 の排他的論理和演算手段 5 7 ， 第 2 の復号化手 段 5 8 を有 してい る。 ま た第 2 の I C カ ー ド 5 2 は第 1 の乱数 生成手段 5 9 ， 第 1 の鍵生成手段 6 0 ， 第 3 の排他的論理和演 算手段 6 1 ， 第 1 の暗号化手段 5 4 と対を なす第 1 の復号化手 段 6 2 ， 第 4 の排他的論理和演算手段 6 3 ， 第 2 の復号化手段 5 8 と対をなす第 2 の暗号化手段 6 4 を有 して い る 。 こ こ で、 第 1 の暗号化手段 5 4 と第 2 の暗号化手段 6 4 と は同 じ演算を 施すものであ る （これら と対をなす複号化手段 6 2 ， 5 8 につい て も同様） 。 ま た、 第 1 の鍵生成手段 6 0 と第 2 の鍵生成手段 5 6 も 同 じ演算を施す も のであ る。 本実施例 も第 4図およ び第 5 図の実施例 と 同様、 双方向通信を行 う 場合を示 し てい る が、 第 1 の I 'C カ ー ド 5 1 と 第 2 の I C カ ー ド 5 2 は カ ー ド ご と に 異な る カ ー ド識別情報 （ I D a , I D b ) と 秘密鍵 （K a， K b ) を そ れぞれ に 有 し て い る 。
以下、 第 6 図に従 い 、 本実施例 に つ い て の動作 を説明 す る 。 ま ず、 第 1 の I C カ ー ド 5 1 が第 2 の I C カ ー ド 5 2 に平文 m l を送信す る 場合 に つ い て説明 す る 。 第 2 の I C カ ー ド 5 2 は第 1 の乱数生成手段 5 9 が生成 し た乱数 r 1 を第 1 の I C カ ー ド 5 1 に送 る 。 一方、 第 1 の I C カ ー ド 5 1 は 自 分 の カ ー ド識別 情報 I D a を第 2 の I C カ ー ド 5 2 に送 る 。 第 2 の I C カ ー ド 5 2 は 、 第 1 の鍵生成手段 6 0 を用 い て、 送 ら れて来た相手の カ ー ド識別情報 I D a と マ ス タ 鍵 k mをパ ラ メ ー タ と し て演算 を行 う 。 こ こ で、 全て の I C カ ー ド の カ ー ド識別情報 と 秘密鍵 の 関係 は、
秘密鍵 = F ( カ ー ド識別情報， k m )
F ： 鍵生成手段の関数
k m ： 全て の I C カ ー ド に共通 な マ ス タ 鍵 を満：こ す よ う 、 発行時 に各 I C カ ー ド に設定 さ れて い る 。 し た が っ て上記演算の結果 は、
k a = F ( I D a , k m )
と な り 、 第 2 の I C カ ー ド 5 2 内に第 1 の I C カ ー ド 5 1 の秘 密鍵が生成 さ れ る 。 次 に、 第 1 の I C カ ー ド 5 1 と 第 2 の I C カ ー ド 5 2 は 、 そ れぞれ第 1 の排他的論理和演算手段 5 3 と 第 3 の排他的論理和演算手段 6 1 を用 いて、 乱数 r 1 と 秘密鍵 k a と の排他的論理和演算を行い 、 セ ッ シ ョ ン鍵 k s 1 を得 る 。 以 降、 第 1 の I C カ ー ド 5 1 と 第 2 の I C カ ー ド 5 2 は、 両者に 共通の セ ッ シ ョ ン鍵 k s 1 を用 い て平文 m l の暗号通信を行 う 。 第 2 の I C カ ー ド 5 2 が第 1 の I C カ ー ド 5 1 に対 し て平 文 m 2 を送る場合 も、 第 1 の I C カ ー ド 5 1 が第 2 の乱数生成 手段 5 5 を用 いて乱数 r 2 を生成 し、 第 2 の I C カ ー ド 5 2 が 自分の カ ー ド識別情報 I D b を第 2 の I C カ ー ド 5 1 に送 る こ と によ り 全 く 同様に行 う こ と がで き る 。
本実施例の安全性も、 これま での実施例と同様に、 自分の I C カ ー ドを用 い て復号化鍵の任意設定 と 、 そ の鍵を用 いた復号化 処理を同時に行 う こ と がで き な い こ と に よ り 保証される 。 さ ら に本実施例では、 例えば秘密鍵 k a を持っ てい る のは第 1 の I C カ ー ド 5 1 だ けであ る ため、 悪意を有す る第 3 者が第 1 の I C カ ー ド 5 1 の所有者に な り すま し 、 第 2 の I C カ ー ド 5 2 に I D a を送 っ た と して も、 意味をなすメ ッ セ ー ジ を暗号化 し て 送 る こ と は で き な い。 し た が っ て、 適当 な プ σ ト コ ル に よ り 「な り すま し丄 によ る不 £は容易に見破る こ と がで き る 。
こ れま で述べて きた実施例の安全性は乱数生成手段の構造に 依存す る と こ ろ が大き い。 すなわ ち、 自分の I C カ ー ドが生成 する乱数を操作する、 又は、 そ の乱数系列を予測す る こ と がで き れば、 悪意を有す る者が自分の I C カ ー ドを使っ て、 盗聴 し た暗文を解読で き る可能性があ る。 例えば、 乱数生成手段が外 部か ら の入力をパ ラ メ ー タ と する よ う な構成であれば、 自分の I C カ ー ド内に所望の乱数を生成させ る こ と がで き る。 ま た、 全ての I C カ ー ドで乱数系列が共通であ る と 、 あ る I C カ ー ド の乱数系列を調べる こ と によ り 、 自分の I C カ ー ド内部で自動 的に生成さ れ る乱数を予測で き る こ と にな る。 こ の よ う な観点 に基づ き 、 外部か ら 操作す る こ と が不可能で、 かつ I C カ ー ド ご と に異 な る 乱数系列 を生成す る 安全 な乱数生成手段を第 7 図 に示す。
第 7 図 は乱数生成手段の ブ ロ ッ ク 図で あ り 、 7 2 は電気的 に 書換え可能 な不揮発性 メ モ リ 、 7 3 は加算器、 7 4 は 暗号化手 段で あ る 。 不揮発性 メ モ リ 7 2 は、 例え ば 6 4 ビ ッ 卜 の デ ー タ を格納す る 。 加算器 7 3 は不揮発性 メ モ リ 7 2 に格納 さ れて い る 6 4 ビ ッ ト デー タ に 1 を加算 し 、 オ ー バ ー フ ロ ー し た 分 は切 り 捨て て 6 4 ビ ッ 卜 デ ー タ を生成す る 。 こ の 6 4 ビ ッ ト デ ー タ は 暗号化手段 7 4 の入力 に な る と 同 時に 、 加算器 7 3 に よ る 次 回 の演算の入力 と す る た め に フ ィ 一 ド パ ッ ク さ れ、 不揮発性 メ モ リ 7 2 に格納 さ れ る 。 暗号化手段 7 4 は 、 各 I C カ ー ド に 固 有の鍵 に よ り 加算器 7 3 が出力 し た 6 4 ビ ッ ト デ ー タ を 暗号化 し 出力 す る 。 各 I C カ ー ド に 固有の鍵 と し て は、 例え ば第 6 図 の 実施例 で 示 レ た 秘密鍵 k a , k b な ど を 用 い る こ と が で き る 0
こ こ で、 加算器 7 3 の 出力 が長い周期 を持つ も の で あ れば、 暗号化手段 7 4 が出力 す る 値 は十分 の ラ ン ダ ム な値 と な る 。 ま た、 外部か ら の入力 を一切使用 し て い な い た め、 I C カ ー ド の 所持者 と い え ど も 、 こ の乱数生成手段の 出力 を操作す る こ と は で き な い。 さ ら に、 暗号化手段 7 4 の鍵が各 I C カ ー ド に 固有 の値で あ る た め、 全て の I C カ ー ド の乱数生成手段が同 じ 構成 を有 し て い た と し て も 、 出力 さ れ る 乱数系列 は I C カ ー ド ご と に異な る も の と な る 。
第 8 図 は本発明 の他の実施例 に よ る I C カ ー ドの ブ ロ ッ ク 図 であ る 。 第 8 図において、 2 1 1 は第 1 の I C カ ー ド、 2 1 2 は第 2 の I C カ ー ド であ り 、 共通鍵等を共有す る ため に、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 は、 第 1 の乱数生成手段 2 1 3 ， 第 1 の暗 号化手段 2 1 4 ， 第 2 の復号化手段 2 1 5 を有 し、 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 は、 第 2 の乱数生成手段 2 1 6 , 第 1 の暗号化手 段 2 1 4 と対をなす第 1 の復号化手段 2 1 7 ， 第 2 の復号化手 段 2 1 5 と対をなす第 2 の暗号化手段 2 1 8 を有 して い る 。 ま た 、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 か ら メ ッ セ ー ジ の送信を 行 う た め、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 は、 第 3 の暗号化手段 2 1 9 ， 第 1 の レ ジ ス タ 2 2 0 ， 第 1 の排他的論理和演算手段 2 2 1 を有 し て い る 。 ま た第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 は、 第 3 の暗号化手段 2 1 9 と 対を な す第 3 の復号化手段 2 2 2 , 第 2 の レ ジ ス タ 2 2 3 ， 第 2 の排他的論理和演算手段 2 2 4 を有 して い る 。 'さ ら に、 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 か ら メ ッ セ ー ジ の送信を行 う た め 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 は、 第 4 の復号化手段 2 2 5 , 第 3 の レ ジ ス タ 2 2 6 ， 第 3 の排他的論理和演算手段 2 2 7 と を 有 してい る 。 ま た第 2 の I C カー ド 2 1 2 は、 第 4 の復号化手 段 2 2 5 と対をなす第 4 の暗号化手段 2 2 8 ， 第 4 の レ ジ ス タ 2 2 9 , 第 4 の排他的論理和演算手段 2 3 0 を有 して い る 。
以下、 第 8 図に従い、 本実施例の動作につ いて説明を行う 。 ま ず、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 は、 第 1 の乱数生成手段 2 1 3 が出力 した第 1 の乱数 r 1 を第 1 の暗号化手段 2 1 4 を用 いて マ ス タ 鍵 k m に よ り 暗号化 し て第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 に送 る 。 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 は、 第 1 の復号化手段 2 1 7 を用 いて、 暗号化さ れた乱数をマ ス タ鍵 k mに よ り 復号化 し て第 1 の乱数 r l を復元す る 。 ま た 、 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 は、 第 2 の乱数生成手段 2 1 6 が出力 し た第 2 の乱数 r 2 を第 2 の暗 号化手段 2 1 8 を用 いて マ ス タ 鍵 k mに よ り 暗号化 し て第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 に送 る 。 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 は 、 第 2 の 複号化手段 2 1 5 を用 い て、 暗号化さ れた乱数を マ ス タ 鍵 k m に よ り 複号化 し て第 2 の乱数 r 2 を復元す る 。 こ こ ま で の処理 に よ り 、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 と 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 は 2 つ の共通な秘密の乱数 r 1 ， r 2 を共有で き た こ と に な る。 次 に 、 共有 さ れた r 1 ， r 2 を 用 い て 、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 か ら第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 に メ ッ セ ー ジ を送信す る 場 合の方法につ いて説明 を行 う 。 以下の説明 に おい て、 + 記号は 排他的論理和演算を意味す る も の と す る 。 ま ず暗号通信の開始 時、 初期状態 と し て、 第 1 ， 第 2 の レ ジ ス タ 2 2 0 , 2 2 3 に 第 1 の乱数 r l を格納す る 。 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 は 、 送信 す る平文の メ ッ セ ー ジ を暗号化の単位 ご と に分割す る 。 こ う し て得 ら れた複数の ブ ロ ッ ク を m l , m 2 , m 3 と す る 。 第 3 の 暗号化手段 2 1 9 は第 2 の乱数 r 2 を鍵と して先頭プロ ッ ク m l に暗号化処理を施 し、 そ の結果 c l = E 3 r 2 ( m l ) を第 1 の排他的論理和演算手段 2 2 1 に出力す る 。 こ こ で E 3 は、 第 3 の暗号化手段 2 1 9 の暗号関数を示す。 第 1 の排他的論理和 演算手段 2 2 1 は、 暗号化手段 2 1 9 か ら の前記入力 c 1 と 第 1 の レ ジ ス タ 2 2 0 内の デー タ （初期値 r l ) の排他的論理和 を計算 し、 そ の結果 c l + r l を第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 に送 信す る 。
—方、 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 は以下の よ う に し て、 受信 デー タ （暗文） じ 1 + 1" 1 か ら平文 111 1 を復元する。 第 2 の 1 じ カ ー ド 2 1 2 は、 第 2 の排他的倫理和渲算手段 2 2 4 を用いて、 送 ら れて き た前記デー タ c 1 + r 1 と 第 2 の レ ジ ス タ 2 2 3 内 の デー タ （初期値 r l ) と の排他的論理和を計算 し、 そ の結果 ( c l + r l ) + 1： 1 = 0 1 を第 3 の復号化手段 2 2 2 に出カ する。 復号化手段 2 2 2 は、 第 2 の乱数 r 2 を鍵 と して、 送 ら れて き た前記デー タ e l = E 3 r 2 ( m l ) に復号化処理を施 し、 その結果 m l を復元する。 その後、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 は、 初期値 r 1 に換えて、 平文 m l を第 1 の レ ジ ス タ 2 2 ひ に 格納 し、 一方、 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 は、 初期値 r 1 に換え て 、 復元 した平文 m l を第 2 の レ ジ ス タ 2 2 3 に格納す る 。 し た が っ て 、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 と第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 が r 1 およ び r 2 を共有 してお り 、 かつ、 通信中の デー タ が偶 発的 あ る い は意図的 な変更を受けな い限 り 、 第 1 の レ ジ ス タ 2 2 0 と 第 2 の レ ジ ス タ 2 2 3 に は常に同 じ値が格納 さ れる こ と になる。 以上のよ う な、 先頭ブ ロ ッ ク m 1 に対する処理を m 2 , m 3 に対 して も同様に繰 り 返す こ と に よ り 、 全平文を復元する こ と が で き る 。
第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 か ら平文 m 4， m 5 , m 6 を送信す る場合 も 、 第 4 の複号化手段 2 2 5 ， 第 3 の レ ジ ス タ 2 2 6 , 第 3 の排他的論理和演算手段 2 2 7 ， 第 4 の暗号化手段 2 2 8， 第 4 の レ ジ ス タ 2 2 9 ， 第 4 の排他的論理和演算手段 2 3 0 を 用 いて同様に暗号通信を行 う こ と ができ る 。 こ の場合の各要所 の デー タ 値を下記表 1 に示す。 尚、 表 1 中の +記号は排他的論 理和演算を示す。
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6 e S 本実施例が安全で あ る 理由 は以下の よ う に説明 さ れ る 。 ま ず、 マ ス タ 鍵 k mは物理的に安全は I C カ ー ド内 メ モ リ に格納 されてい る ため、 I C カ ー ドの所持者と いえ ど も、 マ ス タ鍵 k m を読み取る こ と はで き な い。 したが っ て、 た と え第 1 の暗号化 手段 2 1 4 の出力およ び第 2 の暗号化手段 2 1 8 の出力 を通信 線上で盗聴 した と して も、 マ ス タ鍵 k mが格納さ れて い る I C カ ー ドを用い る こ と な しに第 1 の乱数 r 1 および第 2 の乱数 r 2 を復元す る こ と はで き ない。 よ っ て、 暗文の解読は不可能であ る 。
次 に、 こ の シ ス テ ム に属 す る 3 人の通信者 A ， B ， じ がお り 、 A と B の間で交換さ れる 暗文を C が解読 し ょ う と してい る 場合を考え る。 c も こ の シ ス テ ム に属する通信者であ る ため、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 ま た は第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 を所持 し て い る 。 ま ず、 C が第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 を所持 し て お り 、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 か ら の暗文の解読を企てて い る も の と す る 。 こ の場合、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 か ら送 ら れて来 る 暗文 （す なわ ち 、 第 1 の排他的論理和演算手段 2 2 1 の 出 力） を C が盗聴 し、 自分の I C カ ー ドに入力 して も、 そ の時の 第 3 の復号化手段 2 2 2 の複号化鍵は第 2 の乱数 r 2 で は な く 、 そ の I C カ ー ド が内部で 自動的 に生成 し た乱数であ る た め、 盗聴 した暗文を正 し く 復号化す る こ と はで き な い。
次に、 C が第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 を所持 してお り 、 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 か ら の暗文の解読を企てて い る も の と す る。 こ の場合、 A と B の間で交換さ れる第 2 の暗号化手段 2 1 8 の 出力 （すなわ ち、 暗号化さ れた第 2 の乱数） を C が盗聴 し、 そ れを 自 分の I C カ ー ド に入力 す る こ と に よ り 、 第 2 の復合化手 段 2 1 5 と マ ス タ 鍵 k mに よ り 、 自 分の I C カ ー ド 内 に 第 2 の 乱数 r 2 ， す な わ ち 第 4 の複号化手段 2 2 5 の複号化鍵を生成 す る こ と は可能で あ る 。 し か し 、 こ の時、 そ の I C カ ー ド は第 1 の 乱数生成手段 2 1 3 に よ り 内 部 で 自 動的 に 乱数 を 生成 し ( こ の乱数を r 3 と す る ） 、 こ れを第 3 の レ ジ ス タ 2 2 6 の初 期値 と す る た め、 C の I C カ ー ド が第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 か ら の 暗文を正 し く 復号化す る こ と は で き な い。 こ の様子を下記 表 2 に示す。 表 2 か ら 、 ま ず r l ≠ r 3 で あ る た め に 、 m l が 正 し く 復号ィ匕 さ れな い こ と がわか る 。 正 し く 複号化 さ れな い m 1 が第 3 の レ ジ ス タ 2 2 6 に フ ィ ー ドパ ッ ク さ れ る た め、 続 く m 2 も 正 し く 復号化 さ れな い。 こ の よ う に、 r l ≠ r 3 の影響が後 続 す る 全 て の デ ー タ に 影響 を及 ぼす こ と と な り 、 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 か ら 出力 さ れ る 暗文の解読は一切不可能 と な る。
(以 下 余 白 ）
υι CJl en 表 2 第 8 図 に お い て、 レ ジ ス タ の初期値が異な る 場合 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1
平文 第 4 の レ ジ ス タ 送 受 信 デ ー タ 第 3 の レ ジ ス タ 復元文 m 4 r 1 E 4 r 2 ( m 4 ) + r 1 ≠ r 1 ≠ 4 m o m 4 E 4 r 2 ( m 5 ) + m 4 ≠ m 4 ≠ m 5 m D m 5 E 4 r 2 ( m 6 ) + m 5 ≠ m 5 ≠ m 6
本発明 の特徵 は、 第 9 図 に示 し た非安全 な暗号通信方式 と 比 較す る こ と に よ っ て、 よ り 明確 に な る 。 第 9 図 は非安全 な 暗号 通信を 行 う I C カ ー ド の ブ 口 ッ ク 図 を示す も の で あ り 、 2 8 1 は第 1 の I C カ ー ド、 2 8 2 は第 2 の I C カ ー ド で あ る 。 全 て の構成要素お よ び 2 1 3 〜 2 2 4 の構成 は第 8 図 と 全 く 同 じ で あ る が、 2 2 5 〜 2 3 0 に 関 し 、 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 が フ ィ ー ド パ ッ ク 機能を有 し 、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 が フ ィ ー ド フ ォ ヮ ー ド 機能 を有す る 点 が第 8 図 の 場合 と 逆 に な つ て い る 0
こ の よ う な構成 に お い て、 第 1 の I C カ ー ド 2 8 1 を 持つ 第 3者 じ が、 第 2 の I C カ ー ド 2 8 2 か ら 出力 さ れ る 暗文 の解読 を企て る 場合を考え る 。 前述 し た よ う に、 C は第 2 の 暗号化手 段 2 1 8 の 出力 を盗聴 し 、 そ れを 自 分の I C カ ー ド に 入力 す る こ と に よ っ て、 第 2 の乱数 r 2 を生成す る こ と がで き る 。 こ れ と 同時 に 、 C の I C カ ー ド は第 1 の乱数 r 1 と 異 な る 乱数 r 3 を 自 動的 に生成す る 。 r 2 を複号化鍵 と し 、 r 3 を第 3 の レ ジ ス タ 2 2 6 の初期値 と し て、 第 2 の I C カ ー ド 2 8 2 か ら の 暗 文の解読を試み た場合の各要所の デ ー タ 値を下記表 3 に示す。 表 3 か ら わ か る よ う に 、 先頭 プ ロ ッ ク こ そ 解読不可能 で あ る が、 受信側が フ ィ ー ド パ ッ ク 機能を有 し な い た め に、 そ の影響 は そ れ以降 に及ばず、 第 2 ブ ロ ッ ク 以降の解読が可能 と な っ て し ま う 。 こ の よ う に第 9図に示 し た方式で は、 安全 な 暗号通信 が実現で き な い。 表 3 第 9図 に お い て 、 レ ジ ス タ の初期値が異 な る 場合 第 2 の I C カ ー ド 2 8 2 第 1 の I C カ ー ド 2 8 1
平文 第 4 の レ ジ ス タ 送 受 信 デ ー タ 第 3 の レ ジ ス タ 復元文 m 4 r 1 c 4 = E 4 r 2 ( m 4 + r 1 ) ≠ r 1 ≠ m 4 m o c 4 c 5 = E 4 r 2 ( m 5 + c 4 ) c 4 m 5 m り c 5 c 6 = E 4 r 2 ( m 6 + c 5 ) c 5 m 6
以上 の'こ と か ら わ か る よ う に、 第 8 図 に示す I C カ ー ド の構 成 に よ り 、 第 1 の乱数 r 1 お よ び第 2 の乱数 r 2 を共 に有す る こ と がで き る I C カ ー ド、 すなわ ち暗号通信を行 う 当事者の I C カ ー ド の み暗文の複号化が可能 と な り 、 暗号通信 は安全 な も の と な る 。 ま た第 8 図 に示す I C カ ー ド を用 い れば、 秘密鍵の リ ス ト あ る い は セ ン タ の ど ち ら も不要で あ る た め、 容易 に鍵の共 有が実現で き る 。 さ ら に秘密鍵暗号の みで構成で き る こ と か ら 高速処理が可能 と な る 。
ま た 、 第 1 の暗号化手段 2 1 4 と 第 2 の 暗号化手段 2 1 8 に 同 じ演算を施す も のを用 い （ こ れ ら と対をなす復号化手段 2 1 7 , 2 1 5 に 関 し て も 同様） 、 さ ら に第 3 の暗号化手段 2 1 9 と 第 4の暗号化手段 2 2 8 に も 同 じ演算を施す も の を 用 い る （ こ れ ら と 対を な す複号化手段 2 2 2 , 2 2 5 に 関 し て も 同様） こ と に よ り 、 第 1 の I C カ ー ド 2 1 1 と 第 2 の I C カ ー ド 2 1 2 と は、 第 1 の乱数生成手段 2 1 3 およ び第 2 の乱数生成手段 2 1 6 を除 い て全 く 同 じ構成 と な る 。 す な わ ち 、 こ の シ ス テ ム に属 す る 通信者は こ の よ う な 同 じ構成の I C カ ー ド を各 々 1 枚ずつ所 持す る こ と に よ り 、 こ の シ ス テ ム に属 す る 任意の通信者 と 双方 向 の 暗号通信 が で き る こ と と な る 。 こ の 場合、 乱数生成手段 2 1 3 , 2 1 6 は各 I C カ ー ド で異な る 乱数系列 を 出力 す る こ と が望 ま し い。
第 1 0 図は、 本発明 の他の実施例 に よ る 暗号化処理機能付 き I C カ ー ド の ブ ロ ッ ク 図で あ る 。 第 1 0図 に お い て、 2 5 1 は 第 1 の I C カ ー ド、 2 5 2 は第 2 の I C カ ー ド で あ り 、 鍵お よ び レ ジ ス タ の初期値を共有す る た め に第 1 の I C カ ー ド 2 5 1 は、 第 1 の乱数生成手段 2 5 3 , 第 5 の排他的論理和演算手段 2 5 4 , 第 6 の排他的論理和演算手段 2 5 5 を有 し、 第 2 の I C カ ー ド 2 5 2 は、 第 2 の乱数生成手段 2 5 6 , 第 7 の排他的論 理和演算手段 2 5 7 ， 第 8 の排他的論理和演算手段 2 5 8 と を 有 して いる。 尚、 メ ッ セ ー ジの暗号通信を行 う ための構成要素 2 1 9 〜 2 3 0 およ びその構成に関 しては、 第 8 図の実施例 と 全 く 同 じであ る 。
以下、 第 1 0 図に従い、 本実施例の動作について説明を行 う 。 鍵およ び レ ジ ス タ の初斯値を共有す る た め に、 第 1 の I C カ ー ド 2 5 1 は第 1 の乱数生成手段 2 5 3 が生成 した第 1 の乱数 r 1 を第 2 の I C カ ー ド 2 5 2 に送る 。 第 1 の I C カ ー ド 2 5 1 と 第 2 の I C カ ー ド 2 5 2 は、 そ れぞれ第 5 の排他的論理和演算 手段 2 5 4 と第 7 の排他的論理和演算手段 2 5 7 を用 いて、 乱 数 r 1 と マ ス タ鍵 k m と の排他的論理和演算を行い、 共通键 k s を得る こ と ができ る 。 同様に、 第 2 の乱数生成手段 2 5 6 およ び第 6 の排他的論理和演算手段 2 5 5 , 第 8 の排他的論理和演 算手段 2 5 8 を用いて、 レ ジス タ 2 2 0， 2 2 3 , 2 2 6 , 2 2 9 に共通の初期値 I を得る こ と ができ る。 こ の後の暗号通信の方 法およ び本実施例の安全性につ いては第 8 図の実施例と全 く 同 じであ る た め、 説明は省略す る。
産業上の利用可能性
以上の よ う に本発明 によれば、 秘密鍵を物理的に安全な I c カ ー ド内に格納す る と と も に、 復号化鍵を受信者の Γ C カ ー ド が自動的に出力 した乱数か ら生成 し、 暗号化鍵を受信者か ら送 ら れて来た乱数か ら生成する こ と によ り 、 暗号通信のた めの鍵 共有を安全， 容易かっ高逨 に実現す る こ と がで き る 。 ま た本発 明 は 、 秘密鍵暗号を用 い た従来の鍵共有方式 に比べ、 秘密鍵 の リ ス ト あ る い は鍵配送 （ ま た は転送：) セ ン タ の ど ち ら を も 必要 と す る こ と な く 鍵の共有がで き る と い う 、 実用上極 め て有用 な 特徵を有す る 、 秘密鍵暗号の み で実現で き る こ と 力、 ら 、 公開鍵暗号を 用 い た従来の暗号通信の方法 に比べ、 暗号化 お よ び復号化 に要す る 処理速 の面で は る 力、 に優 つ て い る 。
さ ら に、 各 I C 力 一 ド に固有な 力 ー ド識別情報 と 秘密鍵を除 さ ヽ 1 つ の シ ス テ ム 内 で使用 さ れ る 全て の I C カ ー ド を 同 じ 構 成 と す る こ と に よ り 用面で は、 そ の シ ス テ ム に属 す る 任意 の 通信者 と 双方向通信がで き る こ と と な り、 一方、 製造面で は 、
I C 力 ー ド の量産が可能 と な り 、 そ の実用上の効果は極 め て大 な る も の で あ る o

Claims

• 請 求 の 範 囲
1 . 外部か ら指定さ れ る デー タ への変更が不可能な内部 デー タ を保持す る手段 と、 こ の内部デ ー タ を秘密鍵によ り 暗号化 し、 外部へ出力す る暗号化手段 と 、 外部か ら 入力 され る 暗
5 文を前記内部デー タ に よ り 復号化す る復号化手段と を備え た デー タ 担体。
2 . 外部か ら 入力さ れ る 暗号化さ れたデー タ を秘密鍵に よ り 復 号化す る復号化手段 と 、 外部か ら入力 さ れる 、 又は内部に 格納さ れて い る平文を前記復号化手段の出力 によ り 喑号化0 し、 外部へ出力す る 暗号化手段 と を備えた デー タ 担体。
3 . 第 1 の端末と こ の第 1 の端末 と交信を行 う 第 2 の端末と を 備え、 前記第 1 の端末は、 入力装置と 、 こ の入力装置か ら 入力 さ れた デー タ を暗号化する 暗号装置 と、 こ の暗号装置 で暗号化さ れた デー タ を前記第 2 の端末に向 けて送信す る5 送信装置と を有 し、 前記第 2 の端末は前記送信装置か ら送 信された デー タ を受信す る受信装置と 、 こ の受信装置で受 信さ れた デー タ を復号す る復号装置と を有 し、 前記暗号装 置を、 第 1 の端末に装着さ れた第 1 の デー タ 担体内、 前記 復号装置を、 第 2 の端末に装着さ れた第 2 の デー タ 担体内0 に それぞれ設け る と と も に、 前記復号装置は外部か ら指定 さ れる デー タ への変更が不可能な内部デー タ を保持す る手 段と、 この内部デー タ を秘密鍵によ り 暗号化 し、 前記第 1 の デー タ担体の暗号装置に出力す る第 1 の暗号化手段 と 、 前 記第 1 の デー タ 担体の暗号装置か ら入力 さ れ る暗文を前記 5 内部デー タ に よ り 復号化す る第 2 の復号化手段 と を有 し、 • 前記暗号装置は、 前記第 1 の暗号化手段か ら 入力 さ れ る 暗 号化 さ れた デー タ を秘密鍵に よ り 復号化す る 第 1 の復号化 手段 と 、 外部か ら 入力 さ れ る、 又は 内部に格納 さ れて い る 平文を前記第 1 の複号化手段の出力 に よ り 暗号化 し、 前記 復号装置の第 2 の複号化手段に 出力す る 第 2 の暗号化手段 と を有す る構成 と し た デー タ 通信装置。
4 . 外部か ら指定 さ れ る デー タ への変更が可能な 内部デー タ を 保持す る手段 と 、 こ の内部デ ー タ に秘密のパ ラ メ ー タ を用 い て演算を施す演算手段 と 、 外部か ら 入力 さ れ る 暗文を前 記演算手段の出力 に よ り 復号化す る 複号化手段 と を備え た デー タ 担体。
5 . 請求の範囲第 4 項に おい て、 演算手段が、 外部か ら 入力 さ れ る通信相手の識別情報に前記秘密のパ ラ メ ー タ を用 い て 演算を施す鍵生成手段 と 、 こ の鍵生成手段の 出力 に前記内 部デー タ を用 いて演算を施す演算手段 と を有す る こ と を特 徵 と す る デー タ 担体。
6 . 外部か ら入力 さ れ る デー タ に秘密のパ ラ メ ー タ を用 いて演 算を施す演算手段 と 、 外部か ら入力 さ れ る 、 又は 内部に格 納 さ れて い る平文を前記演算手段の出力 に よ り 暗号化す る 暗号化手段と を備えた デー タ 担体。
7 . 第 1 の端末 と 、 こ の第 1 の端末 と 交信を行 う 第 2 の端末 と を備え、 前記第 1 の端末は、 入力装置 と 、 こ の入力装置か ら入力 さ れた デー タ を暗号化す る 暗号装置 と 、 こ の暗号装 置で暗号化さ れた デー タ を前記第 2 の端末に 向 けて送信す る送信装置 と を有 し、 前記第 2 の端末は前記送信装置か ら 送信さ れた デー タ を受信す る受信装置 と 、 こ の受信装置で 受信さ れた デー タ を復号する復号装置 と を有 し、 前記暗号 装置を、 第 1 の端末に装着さ れた第 1 の デー タ 担体内、 前 記復号装置を、 第 2 の端末に装着さ れた第 2 の デー ダ担体 内 に設け る と と も に、 前記復号装置は外部か ら指定さ れる デー タ への変更が不可能な内部デー タ を保持す る手段と、 こ の内部デー タ に秘密のパ ラ メ ー タ を用 い て演算を施す第 1 の演算手段と 、 前記第 1 の デー タ 担体の暗号装置か ら入 力 さ れる 暗文を前記第 1 の演算手段の出力 に よ り 復号化す る第 1 の復号化手段と を有 し、 前記暗号装置は、 前記復号 装置か ら入力 さ れ る 内部デー 夕 に秘密のノヽ。 ラ メ ー タ を用 い て演算を施す第 2 の演算手段と、 外部か ら入力 さ れる、 又 は内部に格納さ れてい る平文を前記第 2 の演算手段の出力 に よ り 暗号化 し、 前記復号装置の第 1 の復号化手段に出力 す る第 1 の暗号化手段と を有す る構成 と し た デー タ 通信装 外部か ら指定す る デー タ への変更が不可能な内部デー タ を 保持す る 手段 と 、 こ の 内部デ ー タ を秘密鍵に よ り 暗号化 し、 外部に出力す る暗号化手段 と 、 外部か ら入力 さ れる 暗 文と レ ジ ス タ に格納されて い る デー タ と の排他的論理和演 算を行 う 排他的論理和演算手段 と 、 こ の排他的論理和演算 手段の出力を複号化する復号化手段と を備え、 暗号通信の 開始時、 前記 レ ジ ス タ に前記内部デー タ 、 あ る いはそ れ と 同 じ も の が格納さ れ、 かつ、 前記復号化手段によ る復号化 処理が終了 した後、 前記複号化手段の出力が前記 レ ジ ス タ • に格納さ れる構成 と し た デー タ 担体。
9 . 外部か ら 入力 さ れる 暗号化 さ れた デー タ を秘密鍵に よ り 復 号化す る 復号化手段と 、 外部か ら入力 さ れる 、 又は 内部に 格納 さ れて い る平文を暗号化す る 暗号化手段 と 、 こ の暗号 化手段の 出力 と レ ジ ス タ と の排他的論理和演算を行 う 排他 的論理和演算手段 と を備え、 暗号通信の開始時、 前記 レ ジ ス タ に前記複号化手段の出力が格納さ れ、 かつ、 前記排他 的論理和演算手段に よ る演算処理が終了 し た後、 前記平文 が前記 レ ジ ス タ に格納 さ れる構成 と し た 亍'、 -タ扭体。
10 . 外部か ら指定さ れる デー タ へ の変更が不可能な内部 デー タ を保持す る手段と 、 こ の内部デー タ に秘密パ ラ メ ー タ を用 い て演算を施す演算手段 と、外部か ら入力 さ れ る 暗文 と レ ジ ス タ に格納さ れて い る デ ー タ と の排他的論理和演算を行 う 排他的論理和演算手段 と 、 こ の排他的論理和演算手段の 出力 を復号化す る 複号化手段 と を備え 、 暗号通信 の 開始 時、 前記 レ ジ ス タ に前記演算手段の 出力 が格納 さ れ、 か 、 前記複号化手段に よ る複号化処理が終了..し た後、 前記 複号化手段の出力が前記 レ ジ ス タ に格納 さ れる構成 と し た デ ー タ 担体。
1 1 . 請求の範囲第 1 0 項において演算手段が排他的論理和演算 手段であ る デー タ 担体。
12 . 外部か ら入力 さ れる デー タ に秘密パ ラ メ ー タ を用 い て演算 を施す演算手段 と 、 外部か ら入力 さ れる、 又は内部に格納 さ れ て い る平文を暗号化す る 暗号化手段 と 、 こ の暗号化手 段の出力 と レ ジ ス タ と の排他的論理和演算を行 う 排他的論 • 理和演算手段と を備え、 暗号通信の開始時、 前記 レ ジ ス ダ に前記演算手段の 出力が格納 さ れ、 かつ、 前記排他的論理 和演算手段に よ る演算処理が終了 した後、 前記平文が前記 レ ジ ス タ に格納さ れる構成と し た デ ー タ 担体。
5 13 . 請求の範囲第 1 2 項において演算手段が排他的論理和演算 手段であ る デー タ 担体。
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