(57)【要約】【課題】動的に生成される秘密鍵を用いた暗号通信方式を実現すること。【解決手段】暗号処理装置Ｓ１０では、信号生成部Ｒ１１は、信号Ｘに基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られた信号ＲＡを出力する。エラー訂正生成部Ｒ１２は、信号ＲＡに基づいた信号ＲＢと、信号ＲＡに含まれるエラーを訂正するための補助情報Ａと、を出力する。秘密鍵生成部ＳＲ１０は、信号ＲＣに基づいて信号ＲＤを生成する。暗号化演算部Ｒ１３は、信号ＲＤに基づいて信号ＲＺを暗号化した暗号化信号Ｂを出力する。【選択図】図４
2018098757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られた第２の信号を出力する信号生成部と、
前記第２の信号に基づいた第３の信号と、前記第２の信号に含まれるエラーを訂正するための補助情報と、を出力するエラー訂正生成部と、
前記第３の信号に基づいて第１の秘密鍵を生成する秘密鍵生成部と、
前記第１の秘密鍵に基づいて第４の信号を暗号化した暗号化信号を出力する暗号化演算部と、を備える、
通信装置。
【請求項２】
前記秘密鍵生成部は、
前記第３の信号から、真性乱数と識別できない値である第５の信号を生成する乱数抽出部と、
前記第５の信号から前記第１の秘密鍵を分離して出力するデータ分離部と、を備える、
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記第１の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて認証情報を生成して出力する認証情報生成部を更に備え、
前記データ分離部は、前記第５の信号から前記認証情報生成部が用いる前記秘密鍵を分離して出力する、
請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記データ分離部は、前記第５の信号から第２及び第３の秘密鍵を分離して出力し、
前記認証情報生成部は、
前記第２の秘密鍵で前記暗号化信号を除して第６の信号を生成する乗算器と、
前記第３の秘密鍵と前記第６の信号とを加算して、前記認証情報を生成する加算器と、を備える、
請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記暗号化演算部は、前記第４の信号と前記第１の秘密鍵との排他的論理和を、前記暗号化信号として出力する、
請求項１に記載の通信装置。
【請求項６】
前記第１の信号は、前記通信装置の外部から、前記信号生成部に入力される、
請求項１に記載の通信装置。
【請求項７】
前記第１の信号が格納された記憶部を更に備え、
前記記憶部から前記信号生成部に前記第１の信号が入力される、
請求項１に記載の通信装置。
【請求項８】
前記第４の信号が前記乗算器に入力される場合、前記乗算器は、前記第２の秘密鍵で前記第４の信号を除して前記第６の信号を生成し、
前記加算器は、前記第３の秘密鍵と前記第６の信号とを加算して、前記認証情報を生成する、
請求項４に記載の通信装置。
【請求項９】
当該通信装置と同じ構成を有する他の通信装置から、補助情報と暗号化信号とを受け取った場合に、前記他の通信装置から受け取った補助情報に基づいて、前記第１の信号を前記他の通信装置の信号生成部に入力することで予め生成された第７の信号のエラーを訂正して、第８の信号を生成するエラー訂正復号部と、
前記他の通信装置から受け取った暗号化信号を復号化して、復号化信号を生成する復号化演算部と、を備え、
前記秘密鍵生成部は、前記第８の信号に基づいて第４の秘密鍵を生成し、
前記復号化演算部は、前記他の通信装置から受け取った暗号化信号を、前記第４の秘密鍵に基づいて復号化して、前記復号化信号を生成する、
請求項４に記載の通信装置。
【請求項１０】
前記信号生成部は、前記第１の信号を物理的複製困難関数に入力することで、前記第１の信号に前記所定範囲のエラーを与えて前記第２の信号を生成する、
請求項１に記載の通信装置。
【請求項１１】
前記信号生成部は、
所定範囲でノイズを生成するノイズ発生部と、
前記ノイズ発生部で発生したノイズを前記第１の信号に与えることで、前記第２の信号を生成するノイズ付与部と、を備える、
請求項１に記載の通信装置。
【請求項１２】
前記ノイズ付与部は、前記ノイズ発生部で発生したノイズと前記第１の信号との排他的論理和を前記第２の信号として出力する、
請求項１１に記載の通信装置。
【請求項１３】
第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られる第２の信号のエラーを訂正するための補助情報に基づいて、前記第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えることで予め生成された第７の信号のエラーを訂正して、第８の信号を生成するエラー訂正復号部と、
前記第８の信号に基づいて第４の秘密鍵を生成する秘密鍵生成部と、
前記第２の信号に基づいて生成された第１の秘密鍵によって第４の信号を暗号化することで生成された暗号化信号を、前記第４の秘密鍵に基づいて復号化して、復号化信号を生成する復号化演算部と、を備える、
通信装置。
【請求項１４】
前記秘密鍵生成部は、
前記エラー訂正復号部が出力する第８の信号から、真性乱数と識別できない値である第９の信号を生成する乱数抽出部と、
前記第９の信号から前記第４の秘密鍵を分離して出力するデータ分離部と、を備える、
請求項１３に記載の通信装置。
【請求項１５】
前記第４の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて比較信号を生成する比較信号生成部と、
前記第１の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて生成された認証情報と、前記比較信号と、を比較する比較部と、を更に備え、
前記復号化演算部は、前記比較部での前記比較信号と前記認証情報との比較結果が一致した場合に、前記復号化信号を生成する、
請求項１４に記載の通信装置。
【請求項１６】
前記データ分離部は、前記第８の信号から第５及び第６の秘密鍵を分離して出力し、
前記比較信号生成部は、
前記第５の秘密鍵で前記暗号化信号を除して第１０の信号を生成する乗算器と、
前記第６の秘密鍵と前記第１０の信号とを加算して、前記比較信号を生成する加算器と、を備える、
請求項１５に記載の通信装置。
【請求項１７】
前記復号化演算部は、前記暗号化信号と前記第４の秘密鍵との排他的論理和を、前記復号化信号として出力する、
請求項１３に記載の通信装置。
【請求項１８】
信号の暗号化を行う第１の通信装置と、
信号の復号化を行う第２の通信装置と、を備え、
前記第１の通信装置は、
第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られた第２の信号を出力する信号生成部と、
前記第２の信号に基づいた第３の信号と、前記第２の信号に含まれるエラーを訂正するための補助情報と、を出力するエラー訂正生成部と、
前記第３の信号に基づいて第１の秘密鍵を生成する第１の秘密鍵生成部と、
前記第１の秘密鍵に基づいて第４の信号を暗号化した暗号化信号を出力する暗号化演算部と、を備え、
前記第２の通信装置は、
前記補助情報に基づいて、前記第１の信号を前記信号生成部に入力することで予め生成された第７の信号のエラーを訂正して、第８の信号を生成するエラー訂正復号部と、
前記第８の信号に基づいて第４の秘密鍵を生成する第２の秘密鍵生成部と、
前記暗号化信号を、前記第４の秘密鍵に基づいて復号化して、復号化信号を生成する復号化演算部と、を備える、
暗号処理システム。
【請求項１９】
前記第１の秘密鍵生成部は、
前記第３の信号から、真性乱数と識別できない値である第５の信号を生成する第１の乱数抽出部と、
前記第５の信号から前記第１の秘密鍵を分離して出力する第１のデータ分離部と、を備え、
前記第２の秘密鍵生成部は、
前記第８の信号から、真性乱数と識別できない値である第９の信号を生成する第２の乱数抽出部と、
前記第９の信号から前記第４の秘密鍵を分離して出力する第２のデータ分離部と、を備える、
請求項１８に記載の暗号処理システム。
【請求項２０】
前記第１の通信装置は、
前記第１の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて認証情報を生成して出力する認証情報生成部を更に備え、
前記第２の通信装置は、
前記第４の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて比較信号を生成する比較信号生成部と、
前記認証情報と前記比較信号とを比較する比較部と、を更に備え、
前記復号化演算部は、前記比較部での前記比較信号と前記認証情報との比較結果が一致した場合に、前記復号化信号を生成し、
前記第１のデータ分離部は、前記第５の信号から前記認証情報生成部が用いる前記秘密鍵を分離して出力し、
前記第２のデータ分離部は、前記第９の信号から前記比較信号生成部が用いる前記秘密鍵を分離して出力する、
請求項１９に記載の暗号処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置及び暗号処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、データ通信におけるセキュリティを確保するために、種々の暗号方式が用いられている。このうち、高い安全性を確保する手法として、物理的複製困難関数を利用する手法が知られている。
【０００３】
物理的複製困難関数を利用する上で問題となるのは、物理的複製困難関数にかかる装置を複製できないことである。そのため、共通鍵を２つの機器の間で共有するためには、一方の機器が物理的複製困難関数の出力値を事前に保持しておき、他方の機器が物理的複製困難関数を通じて動的に生成した値を利用する。ただし、物理的複製困難関数は常に固定値を出力せず、ばらつきを含む値を出力するため、エラー訂正が必要である。そのため、例えば、第１の機器が一旦物理的複製困難関数の出力を観測しておき、第２の機器が物理的複製困難関数を実行した後にエラー訂正の復号を行うことで、第１の機器が保持している物理的複製困難関数の出力値と同じ値を保持する形式が提案されている（非特許文献１）。
【０００４】
また、物理的複製困難関数を用いた他の暗号方式が提案されている（特許文献１）。この暗号方式では、共通鍵を２つの機器の間で共有するために、第１の機器は物理的複製困難関数から共通鍵を生成し、第２の機器の公開鍵を用いた公開鍵暗号方式による暗号化アルゴリズムを実行することで、暗号文を出力する。第２の機器は公開鍵暗号方式の復号アルゴリズムを行うことで共通鍵を復元することができる。
【０００５】
更に、物理的複製困難関数を用いた他の暗号方式が提案されている（特許文献２）。この暗号方式では、共通鍵を他の機器と共有する仕組みではなく、サーバにエラー訂正の符号化を行った値が保存されている。そして、必要なときにサーバから符号化を行った値を受け取り、各ユーザは物理的複製困難関数から導出された値のエラーを訂正することで、固定値の鍵を復元することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−３１１５１号公報
【特許文献２】特開２０１６−７０３３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Pim Tuyls and Lejla Batina, "RFID-Tags for Anti-Counterfeiting", CT-RSA 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上述した暗号方式は、いずれも物理的複製困難関数を用いて秘密鍵を生成するが、生成された秘密鍵は固定値である。そのため、量子計算機や量子計算機に準ずる高い計算能力を有する計算機が開発された場合、固定値からなる秘密鍵が解析されてしまうおそれがあり、必ずしも共通鍵暗号方式による通信の安全性を保証できない事態が生じることが考え得る。
【０００９】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施の形態によれば、通信装置は、第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られた第２の信号を出力する信号生成部と、前記第２の信号に基づいた第３の信号と、前記第２の信号に含まれるエラーを訂正するための補助情報と、を出力するエラー訂正生成部と、前記第３の信号に基づいて第１の秘密鍵を生成する秘密鍵生成部と、前記第１の秘密鍵に基づいて第４の信号を暗号化した暗号化信号を出力する暗号化演算部と、を有するものである。
【００１１】
一実施の形態によれば、通信装置は、第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られる第２の信号のエラーを訂正するための補助情報に基づいて、前記第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えることで予め生成された第７の信号のエラーを訂正して、第８の信号を生成するエラー訂正復号部と、前記第８の信号に基づいて第４の秘密鍵を生成する秘密鍵生成部と、前記第２の信号に基づいて生成された第１の秘密鍵によって第４の信号を暗号化することで生成された暗号化信号を、前記第４の秘密鍵に基づいて復号化して、復号化信号を生成する復号化演算部と、を有するものである。
【００１２】
一実施の形態によれば、暗号処理システムは、信号の暗号化を行う第１の通信装置と、信号の復号化を行う第２の通信装置と、を有し、前記第１の通信装置は、第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られた第２の信号を出力する信号生成部と、前記第２の信号に基づいた第３の信号と、前記第２の信号に含まれるエラーを訂正するための補助情報と、を出力するエラー訂正生成部と、前記第３の信号に基づいて第１の秘密鍵を生成する第１の秘密鍵生成部と、前記第１の秘密鍵に基づいて第４の信号を暗号化した暗号化信号を出力する暗号化演算部と、を有し、前記第２の通信装置は、前記補助情報に基づいて、前記第１の信号を前記信号生成部に入力することで予め生成された第７の信号のエラーを訂正して、第８の信号を生成するエラー訂正復号部と、前記第８の信号に基づいて第４の秘密鍵を生成する第２の秘密鍵生成部と、前記暗号化信号を、前記第４の秘密鍵に基づいて復号化して、復号化信号を生成する復号化演算部と、有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
一実施の形態によれば、動的に生成される秘密鍵を用いた暗号通信方式を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１にかかる暗号処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる暗号処理システムの構成例を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる暗号処理システムでの信号の受け渡しを示すシーケンス図である。
【図４】実施の形態１にかかる暗号処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態１にかかる暗号処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図６】実施の形態１にかかる暗号処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図７】実施の形態１にかかる暗号処理システムの初期設定における信号の流れを示す図である。
【図８】実施の形態２にかかる暗号処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図９】実施の形態２にかかる暗号処理システムでの信号の受け渡しを示すシーケンス図である。
【図１０】実施の形態２にかかる暗号処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図１１】実施の形態２にかかる暗号処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図１２】実施の形態３にかかる暗号処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図１３】実施の形態３にかかる暗号処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図１４】実施の形態３にかかる暗号処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図１５】実施の形態４にかかる暗号処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図１６】実施の形態４にかかる暗号処理システムにおける信号の受け渡しを示す図である。
【図１７】実施の形態５にかかる暗号処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図１８】実施の形態５にかかる暗号処理システムにおける信号の受け渡しを示す図である。
【図１９】実施の形態６にかかる暗号処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図２０】実施の形態６にかかる暗号処理システムにおける信号の受け渡しを示す図である。
【図２１】実施の形態６にかかる暗号処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図２２】実施の形態６にかかる暗号処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図２３】実施の形態７にかかる情報収集システムの構成を模式的に示す図である。
【図２４】実施の形態８にかかる工場管理システムの構成を模式的に示す図である。
【図２５】実施の形態９にかかる情報管理システムの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００１６】
実施の形態１
実施の形態１にかかる暗号処理システム１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかる暗号処理システム１００の構成を模式的に示す図である。暗号処理システム１００は、通信装置Ｓ１及び通信装置Ｒ１を有する。通信装置Ｓ１は暗号処理装置Ｓ１０を有し、通信装置Ｒ１は暗号処理装置Ｒ１０を有する。
【００１７】
本実施の形態では、まず、通信装置Ｓ１の暗号処理装置Ｓ１０が、信号Ｘ（第１の信号とも称する）を、例えば通信ネットワークＴを介して、通信装置Ｒ１に送信する。
【００１８】
通信装置Ｒ１では、暗号処理装置Ｒ１０が信号Ｘを受けとった場合、信号Ｘに基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られた出力信号と乱数Ｙに基づいて、送信対象データである信号ＲＺ（第４の信号とも称する）を暗号化して生成した暗号化信号Ｂを、通信装置Ｓ１へ出力する。また、暗号処理装置Ｒ１０は、暗号処理装置Ｓ１０で行われる復号化処理に用いられる補助情報Ａを、通信装置Ｓ１へ出力する。
【００１９】
その後、通信装置Ｓ１の暗号処理装置Ｓ１０は、予め格納されている信号ＳＡ（第７の信号とも称する）、信号Ｘ、補助情報Ａに基づいて暗号化信号Ｂを復号化して、信号ＳＺを得ることができる。
【００２０】
図２は、実施の形態１にかかる暗号処理システム１００の構成例を模式的に示す図である。図２では、通信装置Ｒ１は、暗号処理装置Ｒ１０以外に、データ出力部１及び乱数生成器２を有する。データ出力部１は、信号ＲＺを生成して、暗号処理装置Ｒ１０へ出力する。乱数生成器２は、乱数Ｙを生成し、暗号処理装置Ｒ１０へ出力する。通信装置Ｓ１は。暗号処理装置Ｓ１０以外に、記憶部３（第２の記憶部とも称する）を有する。上述した信号ＳＡ及び信号Ｘは、記憶部３に予め格納されている。記憶部３に信号ＳＡ及び信号Ｘを格納する方法については、後述する。
【００２１】
以下、図３〜図５を参照して、暗号処理システム１００の各部の構成及び動作を説明する。図３は、実施の形態１にかかる暗号処理システム１００での信号の受け渡しを示すシーケンス図である。
【００２２】
図３及び図４を参照して、暗号処理装置Ｒ１０について説明する。図４は、実施の形態１にかかる暗号処理装置Ｒ１０の構成を模式的に示す図である。暗号処理装置Ｒ１０は、信号生成部Ｒ１１、エラー訂正生成部Ｒ１２、乱数抽出部ＳＲ１、データ分離部ＳＲ２及び暗号化演算部Ｒ１３を有する。
【００２３】
信号生成部Ｒ１１は、任意の入力信号に基づく信号に所定範囲内でのばらつきを有するエラーが含まれた信号を出力するものであり、例えば回路等のハードウェアに実装されたものが利用される。信号生成部Ｒ１１は、例えば出力信号に所定のエラーを含む物理的複製困難関数部として構成されてもよいし、信号生成部内に設けられたノイズ源を利用して信号生成部の出力信号にエラーを与えてもよい。通信装置Ｒ１に含まれるその他の構成要素については、ハードウェア実装およびソフトウェア実装のどちらの実装手法を用いてもよい。また、後述する通信装置Ｓ１に含まれる各構成要素については、いずれもハードウェア実装およびソフトウェア実装のどちらの実装手法を用いてもよい。
【００２４】
本実施の形態では、信号生成部Ｒ１１は、任意の入力信号から電子機器の製造時のばらつきを利用してその機器のみが生成可能な出力信号を生成する、暗号学的な関数である物理的複製困難関数部として実装されている。信号生成部Ｒ１１に含まれる物理的複製困難関数は回路等のハードウェアに実装されたものが利用される。信号生成部Ｒ１１を物理的複製困難関数として構成した暗号処理装置Ｒ１０を、図５に示す。本実施の形態では、物理的複製困難関数の構成法は特定のものに限定されるものではなく、アービターＰＵＦ（Physically Unclonable Function）、リングオシレータＰＵＦ、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）ＰＵＦなどの構成法を用いてもよい。
【００２５】
本実施の形態では、信号生成部Ｒ１１は、入力される信号Ｘに基づいて、信号ＲＡ（第２の信号とも称する）を出力する。信号生成部Ｒ１１は、同一の入力信号に対して常に同一の出力信号を出力するものではなく、ハミング距離が一定値以下となる範囲で、出力信号にバラつきが生じる。信号生成部Ｒ１１の出力信号である信号ＲＡの値は十分な長さであり、かつ十分な情報量が含まれているものとする。
【００２６】
エラー訂正生成部Ｒ１２は、信号生成部Ｒ１１から信号ＲＡを受け取り、同一の信号Ｘに対する信号ＲＡのばらつきに起因するエラーを訂正するための補助情報Ａを生成する。補助情報Ａを生成するために、エラー訂正生成部Ｒ１２は、エラー訂正符号、多数決演算、高ノイズビットの除去などの処理のうちの少なくとも一つが実行できるものとし、また複数のアルゴリズムを利用してもよい。エラー訂正生成部Ｒ１２は、エラーを訂正するための補助情報Ａと、信号ＲＢ（第３の信号とも称する）とを出力する。エラー訂正生成部Ｒ１２は、信号生成部Ｒ１１からの信号ＲＡの他に、外部から公開乱数Ｙを受け取ることもできる。なお、エラー訂正生成部Ｒ１２の仕様によっては、信号ＲＢと信号ＲＡとは、同一の値をとる場合がある。
【００２７】
なお、信号生成部Ｒ１１の出力特性に対応した適切なパラメータを選択できるならば、エラー訂正符号を用いたコードオフセット手法やシンドローム手法を用いたものや、格子ベクトル問題の解読困難性を用いた暗号方式を用いた手法などのファジィ抽出器や、これらの改良手法など、各種のエラー訂正手法を実現する構成を、エラー訂正生成部Ｒ１２として用いてもよい。
【００２８】
乱数抽出部ＳＲ１とデータ分離部ＳＲ２とは、秘密鍵生成部ＳＲ１０（第１の秘密鍵生成部）を構成する。秘密鍵生成部ＳＲ１０は、信号ＲＢに基づいて、秘密鍵を生成する。
【００２９】
乱数抽出部ＳＲ１は、偏りを含むビット列である信号ＲＢを入力とし、情報量を圧縮することで真性乱数と識別ができない値である信号ＲＣ（第５の信号とも称する）を出力する装置である。乱数抽出部ＳＲ１は、適切な共通鍵暗号やメッセージ認証子、汎用一方向性ハッシュ関数などを利用することで、信号ＲＣを生成する。
【００３０】
データ分離部ＳＲ２は、入力として与えられた信号ＲＣを、決められた仕様に従って複数の値に分離するものである。本実施の形態では、データ分離部ＳＲ２は、信号ＲＣのうち、送信対象である信号ＲＺの暗号化に用いられる秘密鍵である信号ＲＤ（第１の秘密鍵とも称する）を分離し、暗号化演算部Ｒ１３へ出力する。なお、出力一部がビット列でない値である必要がある場合には、データ分離部ＳＲ２が適当な処理を行い、定められた範囲の値を出力するものとする。例えば、出力の一部が素数ｐ未満である必要がある場合は、データ分離部ＳＲ２は、素数ｐで剰余演算を行う等の演算を行ってもよい。
【００３１】
暗号化演算部Ｒ１３は、データ分離部ＳＲ２が出力した信号ＲＤを用いて、送信対象である信号ＲＺを暗号化して、暗号化信号Ｂを通信装置Ｓ１へ出力する。
【００３２】
次いで、図３及び図６を参照して、暗号処理装置Ｓ１０について説明する、図６は、実施の形態１にかかる暗号処理装置Ｓ１０の構成を模式的に示す図である。暗号処理装置Ｓ１０は、エラー訂正復号部Ｓ１２、乱数抽出部ＳＲ１、データ分離部ＳＲ２、復号化演算部Ｓ１３を有する。
【００３３】
エラー訂正復号部Ｓ１２は、補助情報Ａを利用することで、入力された値のエラーを訂正して、信号ＳＢ（第８の信号とも称する）を出力する。この例では、信号生成部Ｒ１１の信号ＲＡを予め格納した値である信号ＳＡと、補助情報Ａと、を受け取ると、これらを用いてエラー訂正処理を実施し、エラーが訂正された信号ＳＢを出力する。エラー訂正復号部Ｓ１２においては、エラー訂正に求められる内部アルゴリズムの各種数値は、信号生成部Ｒ１１によるノイズの量や復元失敗率、処理するデータの情報量などによって決定されるものとする。
【００３４】
なお、上述のエラー訂正生成部Ｒ１２と、エラー訂正復号部Ｓ１２とは、エラー訂正符号だけでなく多数決方式やノイズが多い箇所に対して除去などの処理を含んでもよい。
【００３５】
なお、信号生成部Ｒ１１の出力特性に対応した適切なパラメータを選択できるならば、エラー訂正符号を用いたコードオフセット手法やシンドローム手法を用いたものや、格子ベクトル問題の解読困難性を用いた暗号方式を用いた手法などのファジィ抽出器や、これらの改良手法など、各種のエラー訂正手法を実現する構成を、エラー訂正復号部Ｓ１２として用いてもよい。
【００３６】
乱数抽出部ＳＲ１とデータ分離部ＳＲ２とは、秘密鍵生成部ＳＲ２０（第２の秘密鍵生成部）を構成する。秘密鍵生成部ＳＲ２０は、信号ＳＢに基づいて、秘密鍵を生成する。乱数抽出部ＳＲ１及びデータ分離部ＳＲ２については、暗号処理装置Ｒ１０と同様である。
【００３７】
暗号処理装置Ｓ１０においては、乱数抽出部ＳＲ１は、信号ＳＢの情報量を圧縮して真性乱数と識別ができない値である信号ＳＣを出力する。データ分離部ＳＲ２は、信号ＳＣを決められた仕様に従って複数の値に分離する。本実施の形態では、データ分離部ＳＲ２は、信号ＳＣのうち、暗号化信号Ｂの復号処理に必要な秘密鍵である信号ＳＤ（第４の秘密鍵とも称する）を分離し、復号化演算部Ｓ１３へ出力する。復号化演算部Ｓ１３は、データ分離部ＳＲ２の信号ＳＤを用いて受け取った暗号化信号Ｂを復号化し、信号ＳＺを出力する。
【００３８】
次いで、上述の各信号の長さについて検討する。通信装置間の暗号通信の安全性を保証するためには、各信号のビット列の長さについては、以下で説明する制約条件が課せられる。
【００３９】
［信号ＲＡ］
信号ＲＡのビット列の長さは、信号ＲＡの情報量に対して補助情報Ａによる部分的な情報量の漏洩を減算した値が、信号ＲＢの長さよりも十分大きくなるものとする。
【００４０】
［信号ＲＢ］
信号ＲＢのビット列の長さは、信号ＲＢの情報量が信号ＲＣのビット列の長さよりも十分大きくなるものとする。また、暗号処理装置Ｒ１０における暗号生成を複数回行ったときに生成される信号ＲＣのそれぞれを比較した場合に、独立した乱数と評価される分のばらつきを信号ＲＢが含んでいるものとする。
【００４１】
［信号ＲＤ及び信号ＳＤ］
暗号化演算部Ｒ１３に入力される信号ＲＤ及び復号化演算部Ｓ１３に入力される信号ＳＤのビット列の長さは、送付対象である信号ＲＺのビット列よりも長いものとする。
【００４２】
［信号Ｘ］
信号Ｘのビット列の長さは、信号生成部Ｒ１１が出力する信号ＲＡを得るに足るものが与えられるものとする。
【００４３】
［素数ｐ］
素数ｐのビット列の長さは、データの安全性と完全性とを保証する基準によって与えられるものとする。例えば、素数ｐの長さは２５６ビット以上であることが望ましい。
【００４４】
次に、本構成における暗号通信の安全性について検討する。通信装置Ｒ１と通信装置Ｓ１との間の暗号通信が正しく行われ、エラー訂正復号部Ｓ１２により正しく信号生成部Ｒ１１が出力する信号ＲＡのノイズが訂正できていたならば、通信装置Ｓ１が保持している固定値である信号ＳＡは、信号ＲＡに正しく訂正される。
【００４５】
この場合、通信装置Ｓ１における信号ＳＤは、通信装置Ｒ１における信号ＲＤと同一の信号となる。その結果、通信装置Ｓ１の信号ＳＺは、通信装置Ｒ１の信号ＲＺと同一の信号となる。
【００４６】
通信装置Ｒ１の信号生成部Ｒ１１からは、信号Ｘが入力される毎にノイズが含まれる値が信号ＲＡとして出力される。そのため、信号ＲＡのビット列が十分に長ければ、ある時点で生成された信号ＲＡは、それ以前に生成された信号ＲＡと同一の値にはならない。また、各時点において出力される信号ＲＡに十分なエントロピーが含まれていることを想定すると、通信装置Ｒ１の乱数抽出部ＳＲ１が出力する信号ＲＣは、暗号学的に安全な乱数となる。そのため、信号ＲＤは、１回のみ利用される予測不可能な秘密鍵として扱うことができる。
【００４７】
以上説明したように、本構成では、暗号化及び復号化に用いる秘密鍵を動的に生成する手法として、物理的複製困難関数を利用している。通常、物理的複製困難関数は固定値として秘密鍵の導出を行うために用いられるが、本構成では固定の入力値である信号Ｘが入力される都度、物理的複製困難関数部として構成される信号生成部の出力信号が異なるノイズを含むことを想定し、ノイズ源を利用して独立した乱数を出力することを利用して、異なる秘密鍵を生成している。そのため、本構成では、信号ＲＡに含まれるエラーのバラつきによる固定値ではない秘密鍵を用いることができるので、固定値を用いる場合と比較して、安全性が高いデータの伝送を行うことができる。
【００４８】
現在、量子計算機の研究が盛んに行われており、多くの研究機関において新しい提案が行われているほか、特定の演算が可能な量子計算機が既に市販されている。一方、既存のＡＥＳなどの共通鍵暗号や、素因数分解や離散対数問題の困難性に基づく公開鍵暗号は量子計算機が登場した場合に簡単に破ることができることが証明されている。そのため、量子計算機に対抗できる暗号技術の開発は、将来的な半導体事業のセキュリティを確保するためには必須であると考えられる。
【００４９】
公開鍵暗号については、近年様々な成果が発表されているものの、計算時間や実装規模などの問題点が多く、半導体装置に搭載するにはコスト面から困難な場合が多いと予想される。これに対し、本構成にかかる物理的複製困難関数を用いた共通鍵暗号方式では、計算時間や実装コストを十分に低減することができる。
【００５０】
また、古典的な暗号技術を利用している場合は、秘密鍵を安全に保管している必要がある。しかし、リバースエンジニアリングなどの手法を用いて物理的に不揮発性メモリに格納されている情報をコピーする技術を利用することで、秘密鍵が抜き出されるおそれがある。これに対し、本構成では、物理的複製困難関数を用いているため、機器の内部、特に通信装置Ｒ１に内部において不揮発性メモリに秘密情報を格納しておく必要が無い。よって、秘密鍵が抜き出されるリスクを回避できる点で、高いセキュリティ性能を有していることが理解できる。さらに、暗号化信号を送出する通信装置には秘密情報が格納されていないので、暗号化信号を送出する通信装置が特定されたとしても秘密情報が抜き取られることを防止することができる。
【００５１】
ここで、通信装置Ｓ１の記憶部３に格納されている信号ＳＡと信号Ｘの初期設定方法について説明する。図７は、実施の形態１にかかる暗号処理システム１００の初期設定における信号の流れを示す図である。この初期設定は、第三者による傍受が行われない環境にて行われる。
【００５２】
まず、通信装置Ｓ１は、例えば図示しない乱数生成器によって乱数を生成し、生成した乱数を信号Ｘとして、通信装置Ｒ１へ出力する。また、通信装置Ｓ１は、任意の素数ｐを通信装置Ｒ１へ出力する。通信装置Ｒ１は、素数ｐを、図示しない記憶部に格納する。素数ｐは、適宜、通信装置Ｒ１及びＳ１で行う処理に用いられる。なお、ここで参照している図においては、素数ｐの表示を省略している。
【００５３】
通信装置Ｒ１は、信号生成部Ｒ１１に信号Ｘを入力し、その出力である信号ＲＡを通信装置Ｓ１へ出力する。通信装置Ｓ１は、受け取った信号ＲＡを信号ＳＡに代入する。そして、通信装置Ｓ１は、更新された信号ＳＡ、信号Ｘ及び素数ｐを、記憶部３に格納する。
【００５４】
以上説明したように、初期設定により、信号ＳＡと信号Ｘとが定義される。この初期設定を完了した後に、上述した安全なデータ通信を行うことが可能となる。
【００５５】
実施の形態２
実施の形態２にかかる暗号処理システム２００について説明する。図８は、実施の形態２にかかる暗号処理システム２００の構成を模式的に示す図である。実施の形態２にかかる暗号処理システム２００は、実施の形態１にかかる暗号処理システム１００の通信装置Ｒ１と通信装置Ｓ１とを、それぞれ通信装置Ｒ２と通信装置Ｓ２とに置換した構成を有する。通信装置Ｒ２は、通信装置Ｒ１の暗号処理装置Ｒ１０を暗号処理装置Ｒ２０に置換した構成を有する。通信装置Ｓ２は、通信装置Ｓ１の暗号処理装置Ｓ１０を暗号処理装置Ｓ２０に置換した構成を有する。
【００５６】
以下、図９〜図１１を参照して、暗号処理システム２００の各部の構成及び動作を説明する。図９は、実施の形態２にかかる暗号処理システム２００での信号の受け渡しを示すシーケンス図である。
【００５７】
図９及び図１０を参照して、暗号処理装置Ｒ２０について説明する。図１０は、実施の形態２にかかる暗号処理装置Ｒ２０の構成を模式的に示す図である。暗号処理装置Ｒ２０は、暗号処理装置Ｒ１０に、乗算器ＳＲ３及び加算器ＳＲ４を追加した構成を有する。
【００５８】
乗算器ＳＲ３及び加算器ＳＲ４は、認証情報生成部ＳＲ３０を構成する。認証情報生成部ＳＲ３０は、暗号化信号Ｂ（信号ＲＧ）と信号ＲＤとは別の秘密鍵とに基づいて、認証情報Ｃを生成する。
【００５９】
本実施の形態では、暗号処理装置Ｒ２０のデータ分離部ＳＲ２は、入力として与えられた信号ＲＣを、信号ＲＤ、信号ＲＥ（第２の秘密鍵とも称する）及び信号ＲＦ（第３の秘密鍵とも称する）に分離する。信号ＲＤは暗号化演算部Ｒ１３へ、信号ＲＥは乗算器ＳＲ３へ、信号ＲＦは加算器ＳＲ４へ出力される。
【００６０】
乗算器ＳＲ３は、暗号化演算部Ｒ１３が出力する信号ＲＧ（すなわち暗号化信号Ｂ）とデータ分離部ＳＲ２から入力される信号ＲＥとを乗算し、乗算結果より得られる値を、信号ＲＨ（第６の信号とも称する）として加算器ＳＲ４へ出力する。なお、本実施の形態では、乗算器ＳＲ３は、信号ＲＧと信号ＲＥとの乗算結果を素数ｐで除算し、除算の余りの値を信号ＲＨとして出力するものとする。
【００６１】
加算器ＳＲ４は、乗算器ＳＲ３が出力する信号ＲＨとデータ分離部ＳＲ２から入力される信号ＲＦとを加算し、加算結果より得られる値を認証情報Ｃとして通信装置Ｓ２の暗号処理装置Ｓ２０へ出力する。なお、本実施の形態では、加算器ＳＲ４は、信号ＲＨと信号ＲＦとの加算結果を素数ｐで除算し、除算の余りの値を認証情報Ｃとして出力するものとする。
【００６２】
次に、図９及び図１１を参照して、暗号処理装置Ｓ２０について説明する。図１１は、実施の形態２にかかる暗号処理装置Ｓ２０の構成を模式的に示す図である。暗号処理装置Ｓ２０は、暗号処理装置Ｓ１０に、乗算器ＳＲ３、加算器ＳＲ４及び比較部Ｓ１４を追加した構成を有する。
【００６３】
乗算器ＳＲ３及び加算器ＳＲ４は、比較信号生成部ＳＲ４０を構成する。比較信号生成部ＳＲ４０は、暗号化信号Ｂと信号ＳＤとは別の秘密鍵とに基づいて、比較信号ＳＩを生成する。なお、乗算器ＳＲ３及び加算器ＳＲ４は、暗号処理装置Ｒ２０と同様の構成を有するものである。
【００６４】
本実施の形態では、暗号処理装置Ｓ２０のデータ分離部ＳＲ２は、入力として与えられた信号ＳＣ（第９の信号とも称する）を、秘密鍵である、信号ＳＤ、信号ＳＥ（第５の秘密鍵とも称する）及び信号ＳＦ（第６の秘密鍵とも称する）に分離する。信号ＳＤは暗号化演算部Ｒ１３へ、信号ＳＥは乗算器ＳＲ３へ、信号ＳＦは加算器ＳＲ４へ出力される。
【００６５】
暗号処理装置Ｓ２０の乗算器ＳＲ３は、暗号処理装置Ｒ２０から出力された暗号化信号Ｂとデータ分離部ＳＲ２から入力される信号ＳＥとを乗算し、乗算結果より得られる値を、信号ＳＨ（第１０の信号とも称する）として加算器ＳＲ４へ出力する。なお、本実施の形態では、乗算器ＳＲ３は、暗号化信号Ｂと信号ＳＥとの乗算結果を素数ｐで除算し、除算の余りの値を信号ＲＨとして出力するものとする。つまり、信号ＳＨは、暗号処理装置Ｒ２０での信号ＲＨと同じ信号となる。
【００６６】
暗号処理装置Ｓ２０の加算器ＳＲ４は、暗号処理装置Ｓ２０の乗算器ＳＲ３が出力する信号ＳＨとデータ分離部ＳＲ２から入力される信号ＳＦとを加算し、加算結果より得られる値を比較信号ＳＩとして比較部Ｓ１４へ出力する。なお、本実施の形態では、加算器ＳＲ４は、信号ＳＨと信号ＳＦとの加算結果を素数ｐで除算し、除算の余りの値を比較信号ＳＩとして出力するものとする。
【００６７】
比較部Ｓ１４は、暗号処理装置Ｒ２０が出力した認証情報Ｃと比較信号ＳＩとを比較し、比較結果を信号ＳＪとして復号化演算部Ｓ１３に出力する。
【００６８】
復号化演算部Ｓ１３は、信号ＳＪに基づいて、認証情報Ｃと比較信号ＳＩとが一致する場合には、信号ＳＤを用いて暗号化信号Ｂを信号ＳＺに復号する。復号化演算部Ｓ１３は、認証情報Ｃと比較信号ＳＩとが異なる場合には、信号ＳＤを用いた暗号化信号Ｂの復号化を中止する。これにより、通信装置Ｓ２は、認証情報Ｃを用いることで暗号化信号Ｂが改ざんされていないことを確認した上で、復号処理を行うことが可能となる。
【００６９】
本構成における暗号通信の安全性について検討する。通信装置Ｒ２と通信装置Ｓ２との間の暗号通信が正しく行われ、エラー訂正復号部Ｓ１２により正しく信号生成部Ｒ１１が出力する信号ＲＡのノイズが訂正できていたならば、通信装置Ｓ１が保持している固定値である信号ＳＡは、信号ＲＡに正しく訂正される。
【００７０】
この場合、通信装置Ｓ２における信号ＳＤ、ＳＥ及びＳＦは、通信装置Ｒ２における信号ＲＤ、ＲＥ及びＲＦとそれぞれ同一の信号となる。その結果、通信装置Ｓ２の信号ＳＺは、通信装置Ｒ２の信号ＲＺと同一の信号となる。
【００７１】
次いで、上述の各信号の長さについて検討する。通信装置管の暗号通信の安全性を保証するためには、各信号のビット列の長さについては、実施の形態１で説明したものに加えて、以下で説明する制約条件が課せられる。
【００７２】
［信号ＲＥ及び信号ＳＥ］
乗算器ＳＲ３に入力される信号ＲＥ及び信号ＳＥは、素数ｐよりも小さい値とする。これは、データ分離部ＳＲ２が入力される信号ＲＣ及びＳＣを３つに分割するときに、素数ｐによる剰余演算を行うことで対応することができる。
【００７３】
［信号ＲＦ及び信号ＳＦ］
加算器ＳＲ４に入力される信号ＲＦ及びＳＦは、素数ｐよりも小さい値とする。これは、データ分離部ＳＲ２が入力される信号ＲＣ及びＳＣを３つに分割するときに、素数ｐによる剰余演算を行うことで対応することができる。
【００７４】
［暗号化信号Ｂ及び信号ＲＧ］
乗算器ＳＲ３に入力される暗号化信号Ｂ及び信号ＲＧは、素数ｐよりも小さい値とする。これは、信号ＲＺのビット列の長さを素数ｐよりも１ビット短い値とし、信号ＲＧが素数ｐ以上である場合、信号ＲＧの最上位ビットを反転させることで対応することができる。また、信号ＲＧが素数ｐよりも小さい値になるまで、信号生成部Ｒ１１が出力する信号ＲＡを再生成することや、データ分離部ＳＲ２による分離方法を工夫して信号ＲＤを再生成することで対応してもよい。
【００７５】
以上、本構成では、受け取ったデータの真偽を判定するために認証情報Ｃを利用している。これにより、受け取った暗号化信号Ｂが正しい送信元から送信されたものであるかを識別することができる。このような認証方式は、情報理論的に安全な暗号技術として知られているが、安全性を保証するためには利用する秘密鍵を一度のみしか利用できないという制約がある。そのため、固定値の秘密鍵を用いる場合には、認証情報を利用したデータ認証を用いると、情報理論的な安全性を確保できない。
【００７６】
これに対し、本構成では、物理的複製困難関数の出力のバラつきを利用して、信号ＳＤ、ＳＥ及びＳＦを、１回のみ利用される予測不可能な秘密鍵として扱うことができる。つまり、暗号化を行う度に異なる秘密鍵を用いることができる。そのため上記のデータ認証にかかる制約を克服し、情報理論的な安全性が確保された暗号技術を適用することが可能となる。
【００７７】
実施の形態３
実施の形態３にかかる暗号処理システム３００について説明する。図１２は、実施の形態３にかかる暗号処理システム３００の構成を模式的に示す図である。実施の形態３にかかる暗号処理システム３００は、実施の形態１にかかる暗号処理システム１００の通信装置Ｒ１と通信装置Ｓ１とを、それぞれ通信装置Ｒ３と通信装置Ｓ３とに置換した構成を有する。通信装置Ｒ３は、通信装置Ｒ１の暗号処理装置Ｒ１０を暗号処理装置Ｒ３０に置換した構成を有する。通信装置Ｓ３は、通信装置Ｓ１の暗号処理装置Ｓ１０を暗号処理装置Ｓ３０に置換した構成を有する。
【００７８】
暗号処理装置Ｒ３０について説明する。図１３は、実施の形態３にかかる暗号処理装置Ｒ３０の構成を模式的に示す図である。暗号処理装置Ｒ３０は、暗号化演算部Ｒ１３として、排他的論理和（ＸＯＲ）演算部を用いている。暗号処理装置Ｒ３０のその他の構成は、暗号処理装置Ｒ１０と同様であるので、説明を省略する。
【００７９】
ＸＯＲ演算部で構成される暗号化演算部Ｒ１３は、データ分離部ＳＲ２から出力された信号ＲＤと、送信対象である信号ＲＺとの排他的論理和を、暗号化信号Ｂ（すなわち信号ＲＧ）として通信装置Ｓ１へ出力する。
【００８０】
暗号処理装置Ｓ３０について説明する。図１４は、実施の形態３にかかる暗号処理装置Ｓ３０の構成を模式的に示す図である。暗号処理装置Ｓ３０は、復号化演算部Ｓ１３として、排他的論理和（ＸＯＲ）演算部を用いている。暗号処理装置Ｓ３０のその他の構成は、暗号処理装置Ｓ１０と同様であるので、説明を省略する。
【００８１】
ＸＯＲ演算部で構成される復号化演算部Ｓ１３は、データ分離部ＳＲ２から出力された信号ＳＤと、暗号化信号Ｂとの排他的論理和をとることで、暗号化信号Ｂを復号して、信号ＳＺを出力する。
【００８２】
本実施の形態では、暗号処理装置Ｒ３０の暗号化演算部Ｒ１３と暗号処理装置Ｓ３０の復号化演算部Ｓ１３とを、同一の構成を有するＸＯＲ演算部とすることができる。
【００８３】
以上説明したように、本構成では、データの暗号化を行うにあたり、排他的論理和の演算を行っている。排他的論理和の演算による暗号生成は、情報理論的に安全な暗号技術として知られているが、安全性を保証するためには利用する秘密鍵を一度のみしか利用できないという制約がある。そのため、固定値の秘密鍵を用いる場合には、排他的論理和の演算を用いると、情報理論的な安全性を確保できない。
【００８４】
これに対し、本構成では、物理的複製困難関数の出力のバラつきを利用して、信号ＳＤ、ＳＥ及びＳＦを、１回のみ利用される予測不可能な秘密鍵として扱うことができる。つまり、暗号化を行う度に異なる秘密鍵を用いることができる。そのため、そのため排他的論理和の演算を用いた暗号生成にかかる制約を克服し、情報理論的な安全性が確保された暗号技術を適用することが可能となる。
【００８５】
実施の形態４
実施の形態４にかかる暗号処理システム４００について説明する。図１５は、実施の形態４にかかる暗号処理システム４００の構成を模式的に示す図である。実施の形態４にかかる暗号処理システム４００は、暗号処理システム２００の通信装置Ｒ２を、通信装置Ｒ４に置換した構成を有する。
【００８６】
図１６に、実施の形態４にかかる暗号処理システム４００における信号の受け渡しを示す。暗号処理システム２００では、通信装置Ｓ２から通信装置Ｒ２へ信号Ｘが送信される構成である。これに対し、暗号処理システム４００は、通信装置Ｓ２から通信装置Ｒ４へ信号Ｘは送信されず、通信装置Ｒ４が予め信号Ｘを保持している点で、暗号処理システム２００と異なる構成を有する。
【００８７】
通信装置Ｒ４について説明する。通信装置Ｒ４は、通信装置Ｒ２に記憶部４（第１の記憶部とも称する）を追加した構成を有する。記憶部４には、信号Ｘが予め格納されている。信号Ｘは、必要に応じて、暗号処理装置Ｒ２０の信号生成部Ｒ１１に入力される。これにより、通信装置Ｒ４は、通信装置Ｒ２と同様の動作を行うことが可能となる。
【００８８】
本構成によれば、通信装置Ｒ４は、通信装置Ｓ１からの信号Ｘの送信を待つことなく、任意の時刻において暗号化通信に要する処理を進行することできる。よって、通信遅延が発生する通信装置間における通信では、実施の形態２にかかる通信装置Ｒ２よりも、本実施の形態にかかる通信装置Ｒ４を用いることが望ましい。
【００８９】
実施の形態５
実施の形態５にかかる暗号処理システム５００について説明する。図１７は、実施の形態５にかかる暗号処理システム５００の構成を模式的に示す図である。実施の形態５にかかる暗号処理システム５００は、暗号処理システム２００の通信装置Ｓ２を、通信装置Ｓ５に置換した構成を有する。通信装置Ｓ５は、通信装置Ｓ２に乱数生成器５を追加した構成を有する。
【００９０】
図１８に、実施の形態５にかかる暗号処理システム５００における信号の受け渡しを示す。暗号処理システム５００では、通信装置Ｓ５は、通信装置Ｓ２と同様に、信号Ｘを通信装置Ｒ２へ出力する。また、通信装置Ｓ５は、乱数生成器５で生成した乱数を、信号ＲＺとして、通信装置Ｒ２へ出力する。
【００９１】
本実施の形態では、信号ＲＺは、暗号化演算部Ｒ１３をバイパスして、乗算器ＳＲ３に入力される。通信装置Ｒ２は、暗号化演算部Ｒ１３には信号ＲＺが入力されないので暗号化信号Ｂは出力しないが、実施の形態２と同様に、補助情報Ａ及び認証情報Ｃを通信装置Ｓ５へ出力する。
【００９２】
本実施の形態では、通信装置Ｓ５の乗算器ＳＲ３には、乱数生成器５から信号ＲＺが入力される。比較部Ｓ１４は、信号ＲＺに基づいて生成された比較信号ＳＩと認証情報Ｃとを比較し、比較結果を信号ＳＪとして出力する。
【００９３】
本構成によれば、認証情報Ｃが、信号ＲＺに基づいて生成された比較信号ＳＩと一致すれば、認証情報Ｃを生成した通信装置Ｒ２が、通信装置Ｓ５と暗号通信を行うべき対象として正しいことを保証することが可能となる。
【００９４】
つまり、物理的複製困難関数のノイズが十分小さく、エラー訂正復号部Ｓ１２でノイズが正しく除去され、かつ、通信装置間での通信の改ざんが行われていなければ、通信装置Ｓ５は通信装置Ｒ２を正しく認証する。なお、これ以外の場合において認証に成功する確率は、補助情報Ａおよび認証情報Ｃの長さに依存し指数的に小さくなることが理解できる。
【００９５】
実施の形態６
実施の形態６にかかる暗号処理システム６００について説明する。図１９は、実施の形態６にかかる暗号処理システム６００の構成を模式的に示す図である。暗号処理システム６００は、暗号処理システム４００の変形例であり、暗号処理システム４００の通信装置Ｓ２及びＲ４を、それぞれ通信装置Ｓ６及びＲ６に置換した構成を有する。
【００９６】
通信装置Ｒ６は、通信装置Ｒ４の暗号処理装置Ｒ２０を暗号処理装置Ｒ６０に置換し、更に、実施の形態４にかかる暗号処理システム４００と同様に、信号Ｘが格納された記憶部４が追加された構成を有する。これにより、暗号処理システム６００では、暗号処理システム４００と同様に、通信装置Ｓ６から通信装置Ｓ６へ信号Ｘが送信されることはなく、通信装置Ｒ６では記憶部４に予め信号Ｘが格納されており、暗号処理装置Ｒ６０には記憶部４から信号Ｘが入力される。記憶部４については、暗号処理システム４００におけるものと同様である。
【００９７】
通信装置Ｓ６は、通信装置Ｓ２の暗号処理装置Ｓ２０を暗号処理装置Ｓ６０に置換した構成を有する。また、通信装置Ｓ６では、実施の形態１〜５とは異なり、信号ＳＡは格納されていない。
【００９８】
以下、暗号処理システム６００の各部の構成及び動作を説明する。図２０は、実施の形態６にかかる暗号処理システム６００における信号の受け渡しを示す図である。図２１は、実施の形態６にかかる暗号処理装置Ｒ６０の構成を模式的に示す図である。暗号処理装置Ｒ６０は、暗号処理装置Ｒ２０とは異なり、信号生成部が物理的複製困難関数（ＰＵＦ）部としてではなく、ノイズ発生装置を有するものとして構成される。
【００９９】
暗号処理装置Ｒ６０の信号生成部Ｒ６１は、ノイズ発生装置Ｒ６２及びＸＯＲ回路Ｒ６３を有する。ノイズ発生装置Ｒ６２は、所定範囲内でのばらつきを有するノイズＲＮを発生させ、発生したノイズＲＮをＸＯＲ回路Ｒ６３へ入力する。上述したように、記憶部４には信号Ｘが予め保持されており、ＸＯＲ回路Ｒ６３には記憶部４から信号Ｘが入力される。
【０１００】
ＸＯＲ回路Ｒ６３は、入力される信号ＸとノイズＲＮとの排他的論理和を、出力信号である信号ＲＡとして出力する。このとき、信号生成部Ｒ６１の信号生成部Ｒ６１では、同一の入力信号に対して常に同一の出力信号を出力するものではなく、ハミング距離が一定値以下となる範囲で出力信号にバラつきが生じるように、ノイズ発生装置Ｒ６２においてノイズＲＮが生成される。これにより、信号生成部Ｒ６１は、実施の形態１〜５のように物理的複製困難関数を用いた信号生成部と同様の挙動を実現でき、同様の信号ＲＡを出力することができる。
【０１０１】
ノイズ発生装置Ｒ６２は、物理的複製困難関数を用いたと同程度のノイズ（エラー）が生じるように構成されることが好ましい。例えば、信号ＲＡに２２５６通りのばらつきが生じる程度のノイズが生成される場合、ノイズが乗る確率が１％であるときの信号Ｘの長さは３３００ビット必要であり、ノイズが乗る確率が１０％であるときの信号Ｘの長さは５６０ビット必要となる。ノイズ発生装置Ｒ６２としては、発生するノイズが予測可能で無い限り、熱雑音を用いたノイズ発生装置やＴＲＮＧ（True Random Number Generator）など、ハードウェア又はソフトウェアで実現される任意のノイズ源を用いて構成することができる。
【０１０２】
エラー訂正生成部Ｒ１２には、信号ＸとノイズＲＮとの排他的論理和である信号ＲＡが入力される。エラー訂正生成部Ｒ１２は、上述の実施の形態における場合と同様に、同一の信号Ｘに対する信号ＲＡのばらつきに起因するエラーを訂正するための補助情報Ａを生成し、補助情報Ａと信号ＲＢ（第３の信号とも称する）とを出力する。エラー訂正生成部Ｒ１２は、信号生成部Ｒ６１からの信号ＲＡの他に、外部から公開乱数Ｙを受け取ることもできる。なお、エラー訂正生成部Ｒ１２の仕様によっては、信号ＲＢと信号ＲＡとは、同一の値をとる場合がある。
【０１０３】
暗号処理装置Ｒ６０のその他の構成及び動作は、暗号処理装置Ｒ１０と同様であるので説明を省略する。
【０１０４】
次いで、暗号処理装置Ｓ６０について説明する。図２２は、実施の形態６にかかる暗号処理装置Ｓ６０の構成を模式的に示す図である。暗号処理装置Ｓ６０においては、上述の実施の形態１〜５とは異なり、エラー訂正復号部Ｓ１２には、信号ＳＡに代えて、記憶部３から信号Ｘが入力される。エラー訂正復号部Ｓ１２は、信号Ｘと補助情報Ａとを利用して、信号ＸとノイズＲＮの排他的論理和である信号ＲＡを復元できる。そして、復元された信号ＲＡに基づいた信号ＳＢを出力できる。なお、正しく信号ＲＡが復元できていれば、上述の実施の形態と同様に、信号ＳＢと信号ＲＢとは同じ信号となる。暗号処理装置Ｓ６０のその他の構成及び動作は、暗号処理装置Ｓ１０と同様であるので説明を省略する。
【０１０５】
本構成によれば、通信装置Ｒ６は、通信装置Ｓ６からの信号Ｘの送信を待つことなく、任意の時刻において暗号化通信に要する処理を進行することできる。よって、通信遅延が発生する通信装置間における通信では、本実施の形態にかかる暗号処理システム６００を用いることが望ましい。かつ、物理的複製困難関数部の実装が困難な場合でも、同様の暗号処理システムを構成することができる。
【０１０６】
実施の形態７
実施の形態７にかかる情報収集システム７００について説明する。情報収集システム７００は、上述の実施の形態２にかかる暗号処理システム２００の応用例であり、各種センサから安全に情報を収集するためのシステムとして構成される。図２３は、実施の形態７にかかる情報収集システム７００の構成を模式的に示す図である。情報収集システム７００は、サーバ７０１、温度センサ７０２及び震度センサ７０３を有する。
【０１０７】
サーバ７０１は、暗号処理システム２００の通信装置Ｓ２と同様の構成を有する。サーバ７０１は、例えば、サーバ７０１を有するユーザが管理するサーバとしてもよい。
【０１０８】
温度センサ７０２及び震度センサ７０３は、暗号処理システム２００の通信装置Ｒ２と同様の構成を有する。温度センサ７０２及び震度センサ７０３は、ユーザが保有する装置に搭載され半導体装置に組み込まれたものとしてもよい。
【０１０９】
本実施の形態では、サーバ７０１は、温度センサ７０２へ信号Ｘ１を出力する。温度センサ７０２は、信号Ｘ１と乱数Ｙ１とが入力され、信号Ｘ１に基づいて秘密鍵を生成し、温度情報を示す信号ＲＺ１を暗号化して、補助情報Ａ１、暗号化信号Ｂ１及び認証情報Ｃ１をサーバ７０１へ出力する。サーバ７０１は、補助情報Ａ１、暗号化信号Ｂ１及び認証情報Ｃ１に基づいて復号化処理を行い、温度情報を示す信号ＲＺ１と同一の信号である信号ＳＺ１を取得することができる。
【０１１０】
また、本実施の形態では、サーバ７０１は、震度センサ７０３へ信号Ｘ２を出力する。震度センサ７０３は、信号Ｘ２と乱数Ｙ２とが入力され、信号Ｘ２に基づいて秘密鍵を生成し、震度情報を示す信号ＲＺ２を暗号化して、補助情報Ａ２、暗号化信号Ｂ２及び認証情報Ｃ２をサーバ７０１へ出力する。サーバ７０１は、補助情報Ａ２、暗号化信号Ｂ２及び認証情報Ｃ２に基づいて復号化処理を行い、震度情報を示す信号ＲＺ２と同一の信号である信号ＳＺ２を取得することができる。
【０１１１】
以上、本構成によれば、各センサによって集められたデータを安全に伝送できるシステムが構築可能である。例えば温度センサ７０２及び震度センサ７０３がＩｏＴ機器に搭載されている場合、安全性の確保の観点から、特に有利である。また、サーバ７０１は、各センサから収集したデータを利用した任意のクラウドサービスを提供可能である。外部入出力装置によるインターフェースは、有線ＬＡＮ、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｔｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの、いかなる通信方式を適用してもよい。
【０１１２】
実施の形態８
実施の形態８にかかる工場管理システム８００について説明する。工場管理システム８００は、上述の実施の形態４にかかる暗号処理システム４００の応用例である。図２４は、実施の形態８にかかる工場管理システム８００の構成を模式的に示す図である。工場管理システム８００は、集中管理装置８０１と半導体装置８０２とを有する。
【０１１３】
集中管理装置８０１は、暗号処理システム４００の通信装置Ｒ４と同様の構成を有する。半導体装置８０２は、暗号処理システム４００の通信装置Ｓ２と同様の構成を有する。半導体装置８０２は集中管理装置８０１からの命令コマンドを受けて、任意の機能を実行する端末である。集中管理装置８０１はユーザが管理する集中管理装置とし、半導体装置８０２は、ユーザの工場内に設置された装置に搭載された半導体装置としてもよい。
【０１１４】
本実施の形態では、集中管理装置８０１は、半導体装置８０２に所定の機能を実行させる場合、信号Ｘと乱数Ｙとに基づいて秘密鍵を生成し、温度情報を示す信号ＲＺを暗号化して、補助情報Ａ、暗号化信号Ｂ及び認証情報Ｃを半導体装置８０２へ出力する。ここで、集中管理装置８０１は、通信装置Ｒ４と同様に、他の機器の応答を待つことなく、定期的なデータ送信を自動的（または自律的）に実行することができる。
【０１１５】
半導体装置８０２は、補助情報Ａ、暗号化信号Ｂ及び認証情報Ｃに基づいて復号化処理を行い、命令コマンドを示す信号ＲＺと同一の信号である信号ＳＺを取得することができる。半導体装置８０２では、例えば信号ＳＺが制御部（不図示）に入力され、信号ＳＺによって指示された機能を実行する。このとき、半導体装置８０２は認証情報Ｃを用いた認証を行い、認証に失敗した場合には復号処理を行わない。よって、通信内容が改変されて意図していない命令コマンドを受け取った場合には、その命令コマンドは実行されない。
【０１１６】
本構成では、認証によって受け取ったコマンドの真偽を判別できるため、集中管理装置８０１と半導体装置８０２との通信経路の安全性確保の要求水準を緩和できる。よって、例えば、集中管理装置８０１から半導体装置８０２への暗号化された命令コマンドの伝達を、例えばインターネット経由で行ってもよい。
【０１１７】
実施の形態９
実施の形態９にかかる情報管理システム９００について説明する。情報管理システム９００は、上述の実施の形態５にかかる暗号処理システム５００の応用例である。図２５は、実施の形態９にかかる情報管理システム９００の構成を模式的に示す図である。情報管理システム９００は、データベースサーバ９０１と通信装置９０２とを有する。
【０１１８】
この例では、通信装置９０２は、例えば、ＲＦＩＤを代表例とする物品に付された任意の通信装置であるものとする。通信装置９０２は、暗号処理システム５００の通信装置Ｒ２と同様の構成を有する。データベースサーバ９０１は、例えば、通信装置９０２が付された商品の管理を行うものとして構成される。データベースサーバ９０１は、暗号処理システム５００の通信装置Ｓ５と同様の構成を有する。
【０１１９】
データベースサーバ９０１は、任意の時刻に、通信装置９０２に信号Ｘ及び信号ＲＺを、例えばインターネットを経由して伝達する。
【０１２０】
通信装置９０２は、信号Ｘと乱数Ｙとに基づいて秘密鍵を生成し、受け取った信号ＲＺ１を暗号化して、補助情報Ａ及び認証情報Ｃをデータベースサーバ９０１へ返送する。
データベースサーバ９０１は、認証情報Ｃを用いて通信装置９０２の認証を行い、通信装置９０２が正規の管理対象であるかを判別することができる。
【０１２１】
本構成によれば、仮に情報管理システム９００のユーザ以外の第三者が通信装置９０２を複製した不正規の通信装置を他の物品に付したとしても、物理的複製困難関数部を複製することがそもそもできないため、通信装置内の物理的複製困難関数部の出力信号が相違する。そのため、不正規の通信装置を正規の通信装置として認証することはない。また、データベースサーバ９０１と通信装置９０２との間の通信内容を解析したとしても、上述の実施の形態で説明したように、情報理論的に安全な暗号が用いられているので、データ分離部による出力を有意な確率で推測することは不可能である。その結果、本構成によれば、ＩｏＴ機器などの組み込まれる通信装置の真贋判定が可能な、安全な方法管理を実現することができる。
【０１２２】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１〜３及び５にかかる暗号処理システムにおいても、実施の形態４にかかる暗号処理システム４００と同様に、通信装置Ｒ１に信号Ｘを格納した記憶部を設け、通信装置Ｒ１が通信装置Ｒ１から信号Ｘを受け取ることなく暗号処理を行う構成に変更することも可能である。
【０１２３】
上述の実施の形態では、暗号処理を行う通信装置（例えば、通信装置Ｓ１）と復号処理を行う通信装置（例えば、通信装置Ｒ１）とを分けて説明したが、１つの通信装置で暗号処理及び復号処理の両方を行う構成としてもよい。
【０１２４】
例えば、通信装置Ｒ１の暗号処理装置Ｒ１０に、通信装置Ｓ１の暗号処理装置Ｓ１０のエラー訂正復号部Ｓ１２、復号化演算部Ｓ１３を追加した構成としてもよい。この場合、乱数抽出部ＳＲ１及びデータ分離部ＳＲ２は、暗号処理及び復号処理で共用が可能である。
【０１２５】
また例えば、通信装置Ｒ２の暗号処理装置Ｒ２０に、通信装置Ｓ２の暗号処理装置Ｓ２０のエラー訂正復号部Ｓ１２、復号化演算部Ｓ１３、比較部Ｓ１４を追加した構成としてもよい。この場合、乱数抽出部ＳＲ１、データ分離部ＳＲ２、乗算器ＳＲ３及び加算器ＳＲ４は、暗号処理及び復号処理で共用が可能である。
【０１２６】
実施の形態３では、送付対象である信号ＲＺがビット列で表現されていることを想定し、ＸＯＲ回路を用いて暗号処置及び復号処理を行っていた。しかし、信号ＲＺが素数ｐ以下の整数値として扱うことができる場合は、暗号化演算部Ｒ１３を加算器に、復号化演算部Ｓ１３を減算器に置き換えてもよい。この場合、暗号化信号Ｂは信号ＲＺと信号ＲＤとの加算結果となり、信号ＳＺは暗号化信号Ｂから信号ＳＤを減算した値となる。これらの加算器及び減算器は、演算結果を素数ｐで割った余りを出力するものとする。また、信号ＲＤ及び信号ＳＤは素数ｐ以下の整数とする。
【０１２７】
上述の実施の形態では暗号化信号Ｂが整数ｐ未満であるかによって最上位ビットの反転を行う必要があった。しかし、このような構成とすることで、全ての演算を素数ｐ以下の整数にかかる演算として処理することができる。
【０１２８】
実施の形態１〜３及び５にかかる暗号処理システムにおいても、実施の形態６にかかる暗号処理システム６００と同様に、信号生成部Ｒ１１を信号生成部Ｒ６１に置換し、かつ、信号Ｘが保持された記憶部４を追加することで、信号生成部を物理的複製困難関数部として構成せずに、かつ、信号ＳＡを用いることなく、暗号処理システムを構成できることは言うまでもない。
【０１２９】
実施の形態７においては、温度センサ及び振動線センサについて説明したが、サーバは、１つ又は３つ以上の通信装置との間で暗号通信を行ってもよい。実施の形態８においては、１つの半導体装置の例について説明したが、半導体装置は複数であってもよい。実施の形態７においては、１つのＲＦＩＤタグの例について説明したが、ＲＦＩＤタグなどの通信装置は複数であってもよい。また、実施の形態４〜９にかかる暗号処理システムにおいても、暗号化演算部及び復号化演算部にＸＯＲ回路を用いてもよいことは言うまでもない。
【０１３０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【０１３１】
以上、実施の形態に説明したが、上述の暗号処理システム、通信装置、及び、これらによる暗号処理方法は、以下のように記述することもできる。
【０１３２】
（付記１）
第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られた第２の信号を出力する信号生成部と、前記第２の信号に基づいた第３の信号と、前記第２の信号に含まれるエラーを訂正するための補助情報と、を出力するエラー訂正生成部と、前記第３の信号に基づいて第１の秘密鍵を生成する秘密鍵生成部と、前記第１の秘密鍵に基づいて第４の信号を暗号化した暗号化信号を出力する暗号化演算部と、を有する、通信装置。
【０１３３】
（付記２）
前記秘密鍵生成部は、前記第３の信号から、真性乱数と識別できない値である第５の信号を生成する乱数抽出部と、前記第５の信号から前記第１の秘密鍵を分離して出力するデータ分離部と、を有する、付記１に記載の通信装置。
【０１３４】
（付記３）
前記第１の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて認証情報を生成して出力する認証情報生成部を更に有し、前記データ分離部は、前記第５の信号から前記認証情報生成部が用いる前記秘密鍵を分離して出力する、付記２に記載の通信装置。
【０１３５】
（付記４）
前記データ分離部は、前記第５の信号から第２及び第３の秘密鍵を分離して出力し、前記認証情報生成部は、前記第２の秘密鍵で前記暗号化信号を除して第６の信号を生成する乗算器と、前記第３の秘密鍵と前記第６の信号とを加算して、前記認証情報を生成する加算器と、を有する、付記３に記載の通信装置。
【０１３６】
（付記５）
前記暗号化演算部は、前記第４の信号と前記第１の秘密鍵との排他的論理和を、前記暗号化信号として出力する、付記１に記載の通信装置。
【０１３７】
（付記６）
前記第１の信号は、前記通信装置の外部から、前記信号生成部に入力される、付記１に記載の通信装置。
【０１３８】
（付記７）
前記第１の信号が格納された記憶部を更に有し、前記記憶部から前記信号生成部に前記第１の信号が入力される、付記１に記載の通信装置。
【０１３９】
（付記８）
前記第４の信号が前記乗算器に入力される場合、前記乗算器は、前記第２の秘密鍵で前記第４の信号を除して前記第６の信号を生成し、前記加算器は、前記第３の秘密鍵と前記第６の信号とを加算して、前記認証情報を生成する、付記４に記載の通信装置。
【０１４０】
（付記９）
当該通信装置と同じ構成を有する他の通信装置から、補助情報と暗号化信号とを受け取った場合に、前記他の通信装置から受け取った補助情報に基づいて、前記第１の信号を前記他の通信装置の信号生成部に入力することで予め生成された第７の信号のエラーを訂正して、第８の信号を生成するエラー訂正復号部と、前記他の通信装置から受け取った暗号化信号を復号化して、復号化信号を生成する復号化演算部と、を有し、前記秘密鍵生成部は、前記第８の信号に基づいて第４の秘密鍵を生成し、前記復号化演算部は、前記他の通信装置から受け取った暗号化信号を、前記第４の秘密鍵に基づいて復号化して、前記復号化信号を生成する、付記４に記載の通信装置。
【０１４１】
（付記１０）
前記乱数抽出部は、前記第８の信号から、真性乱数と識別できない値である第９の信号を生成し、前記データ分離部は、前記第９の信号から前記第４の秘密鍵を分離して出力する、付記９に記載の通信装置。
【０１４２】
（付記１１）
前記データ分離部は、前記第９の信号から第５及び第６の秘密鍵を分離して出力し、前記乗算器は、前記第５の秘密鍵で前記他の通信装置から受け取った暗号化信号前を除して第１０の信号を生成し、前記加算器は、前記第６の秘密鍵と前記第１０の信号とを加算して、比較信号を生成する、付記１０に記載の通信装置。
【０１４３】
（付記１２）
前記他の通信装置から受け取った認証情報と、前記比較信号と、を比較する比較部を更に有し、前記復号化演算部は、前記比較部での前記比較信号と前記他の通信装置から受け取った認証情報との比較結果が一致した場合に、前記復号化信号を生成する、付記１１に記載の通信装置。
【０１４４】
（付記１３）
前記復号化演算部は、前記他の通信装置から受け取った暗号化信号と前記第４の秘密鍵との排他的論理和を、前記復号化信号として出力する、付記９に記載の通信装置。
【０１４５】
（付記１４）
前記第１の信号は、前記他の通信装置から入力される、付記９に記載の通信装置。
【０１４６】
（付記１５）
前記信号生成部は、前記第１の信号を物理的複製困難関数に入力することで、前記第１の信号に前記所定範囲のエラーを与えて前記第２の信号を生成する、付記１に記載の通信装置。
【０１４７】
（付記１６）
前記信号生成部は、所定範囲でノイズを生成するノイズ発生部と、前記ノイズ発生部で発生したノイズを前記第１の信号に与えることで、前記第２の信号を生成するノイズ付与部と、を有する、付記１に記載の通信装置。
【０１４８】
（付記１７）
前記ノイズ付与部は、前記ノイズ発生部で発生したノイズと前記第１の信号との排他的論理和を前記第２の信号として出力する、付記１６に記載の通信装置。
【０１４９】
（付記１８）
第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られる第２の信号のエラーを訂正するための補助情報に基づいて、前記第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えることで予め生成された第７の信号のエラーを訂正して、第８の信号を生成するエラー訂正復号部と、前記第８の信号に基づいて第４の秘密鍵を生成する秘密鍵生成部と、前記第２の信号に基づいて生成された第１の秘密鍵によって第４の信号を暗号化することで生成された暗号化信号を、前記第４の秘密鍵に基づいて復号化して、復号化信号を生成する復号化演算部と、を有する、通信装置。
【０１５０】
（付記１９）
前記秘密鍵生成部は、前記エラー訂正復号部が出力する第８の信号から、真性乱数と識別できない値である第９の信号を生成する乱数抽出部と、前記第９の信号から前記第４の秘密鍵を分離して出力するデータ分離部と、を有する、付記１８に記載の通信装置。
【０１５１】
（付記２０）
前記第４の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて比較信号を生成する比較信号生成部と、前記第１の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて生成された認証情報と、前記比較信号と、を比較する比較部と、を更に有し、前記復号化演算部は、前記比較部での前記比較信号と前記認証情報との比較結果が一致した場合に、前記復号化信号を生成する、付記１９に記載の通信装置。
【０１５２】
（付記２１）
前記データ分離部は、前記第８の信号から第５及び第６の秘密鍵を分離して出力し、前記比較信号生成部は、前記第５の秘密鍵で前記暗号化信号を除して第１０の信号を生成する乗算器と、前記第６の秘密鍵と前記第１０の信号とを加算して、前記比較信号を生成する加算器と、を有する、付記２０に記載の通信装置。
【０１５３】
（付記２２）
前記復号化演算部は、前記暗号化信号と前記第４の秘密鍵との排他的論理和を、前記復号化信号として出力する、付記１８に記載の通信装置。
【０１５４】
（付記２３）
信号の暗号化を行う第１の通信装置と、信号の復号化を行う第２の通信装置と、を有し、前記第１の通信装置は、第１の信号に基づいた信号に所定範囲のエラーを与えて得られた第２の信号を出力する信号生成部と、前記第２の信号に基づいた第３の信号と、前記第２の信号に含まれるエラーを訂正するための補助情報と、を出力するエラー訂正生成部と、前記第３の信号に基づいて第１の秘密鍵を生成する第１の秘密鍵生成部と、前記第１の秘密鍵に基づいて第４の信号を暗号化した暗号化信号を出力する暗号化演算部と、を有し、前記第２の通信装置は、前記補助情報に基づいて、前記第１の信号を前記信号生成部に入力することで予め生成された第７の信号のエラーを訂正して、第８の信号を生成するエラー訂正復号部と、前記第８の信号に基づいて第４の秘密鍵を生成する第２の秘密鍵生成部と、前記暗号化信号を、前記第４の秘密鍵に基づいて復号化して、復号化信号を生成する復号化演算部と、を有する、暗号処理システム。
【０１５５】
（付記２４）
前記第１の秘密鍵生成部は、前記第３の信号から、真性乱数と識別できない値である第５の信号を生成する第１の乱数抽出部と、前記第５の信号から前記第１の秘密鍵を分離して出力する第１のデータ分離部と、を有し、前記第２の秘密鍵生成部は、前記第８の信号から、真性乱数と識別できない値である第９の信号を生成する第２の乱数抽出部と、前記第９の信号から前記第４の秘密鍵を分離して出力する第２のデータ分離部と、を有する、付記２３に記載の暗号処理システム。
【０１５６】
（付記２５）
前記第１の通信装置は、前記第１の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて認証情報を生成して出力する認証情報生成部を更に有し、前記第２の通信装置は、前記第４の秘密鍵とは異なる秘密鍵と前記暗号化信号とに基づいて比較信号を生成する比較信号生成部と、前記認証情報と前記比較信号とを比較する比較部と、を更に有し、前記復号化演算部は、前記比較部での前記比較信号と前記認証情報との比較結果が一致した場合に、前記復号化信号を生成し、前記第１のデータ分離部は、前記第５の信号から前記認証情報生成部が用いる前記秘密鍵を分離して出力し、前記第２のデータ分離部は、前記第９の信号から前記比較信号生成部が用いる前記秘密鍵を分離して出力する、付記２４に記載の暗号処理システム。
【０１５７】
（付記２６）
前記第１のデータ分離部は、前記第５の信号から第２及び第３の秘密鍵を分離して出力し、前記認証情報生成部は、前記第２の秘密鍵で前記暗号化信号を除して第６の信号を生成する第１の乗算器と、前記第３の秘密鍵と前記第６の信号とを加算して、前記認証情報を生成する第１の加算器と、を有し、前記第２のデータ分離部は、前記第９の信号から第５及び第６の秘密鍵を分離して出力し、前記比較信号生成部は、前記第５の秘密鍵で前記暗号化信号を除して第１０の信号を生成する第２の乗算器と、前記第６の秘密鍵と前記第１０の信号とを加算して、前記比較信号を生成する第２の加算器と、を有する、付記２５に記載の暗号処理システム。
【０１５８】
（付記２７）
前記暗号化演算部は、前記第４の信号と前記第１の秘密鍵との排他的論理和を、前記暗号化信号として出力し、前記復号化演算部は、前記暗号化信号と前記第４の秘密鍵との排他的論理和を、前記復号化信号として出力する、付記２３に記載の暗号処理システム。
【０１５９】
（付記２８）
前記第１の通信装置は、前記第１の信号が格納された第１の記憶部を有し、前記第１の記憶部から前記信号生成部へ、前記第１の信号が入力される、付記２３に記載の暗号処理システム。
【０１６０】
（付記２９）
前記第２の通信装置は、前記第１の信号が格納された第２の記憶部を有し、前記第２の記憶部から前記信号生成部へ、前記第１の信号が入力される、付記２３に記載の暗号処理システム。
【０１６１】
（付記３０）
前記第２の通信装置は、前記第４の信号を生成する信号生成部を更に有し、前記第４の信号は、前記第１の通信装置の前記第１の乗算器に入力され、前記第１の通信装置においては、前記第１の乗算器は、前記第２の秘密鍵で前記第４の信号を除して前記第６の信号を生成し、前記第１の加算器は、前記第３の秘密鍵と前記第６の信号とを加算して、前記認証情報を生成し、前記第２の通信装置においては、前記第２の乗算器は、前記第５の秘密鍵で前記第４の信号を除して前記第６の信号を生成し、前記第２の加算器は、前記第６の秘密鍵と前記第６の信号とを加算して、前記比較信号を生成し、前記比較部は、前記比較信号と前記認証情報とを比較し、比較結果を出力する、付記２６に記載の暗号処理システム。
【０１６２】
（付記３１）
前記信号生成部は、前記第１の信号を物理的複製困難関数に入力することで、前記第１の信号に前記所定範囲のエラーを与えて前記第２の信号を生成する、付記２３に記載の暗号処理システム。
【０１６３】
（付記３２）
前記信号生成部は、所定範囲でノイズを生成するノイズ発生部と、前記ノイズ発生部で発生したノイズを前記第１の信号に与えることで、前記第２の信号を生成するノイズ付与部と、を有する、付記２３に記載の暗号処理システム。
【０１６４】
（付記３３）
前記ノイズ付与部は、前記ノイズ発生部で発生したノイズと前記第１の信号との排他的論理和を前記第２の信号として出力する、付記３２に記載の暗号処理システム。
【０１６５】
（付記３４）
第１の通信装置において、第１の信号を信号生成部に入力し、前記第１の信号に所定範囲のエラーを与えた第２の信号を出力させ、前記第２の信号に基づいた第３の信号と、前記第２の信号に含まれるエラーを訂正するための補助情報と、を出力し、前記第３の信号に基づいて第１の秘密鍵を生成し、前記第１の秘密鍵に基づいて第４の信号を暗号化した暗号化信号を出力し、第２の通信装置において、前記補助情報に基づいて、前記第１の信号を前記信号生成部に入力することで予め生成された第７の信号のエラーを訂正して、第８の信号を生成し、前記第８の信号に基づいて第４の秘密鍵を生成し、前記暗号化信号を、前記第４の秘密鍵に基づいて復号化して、復号化信号を生成する、暗号処理方法。
【符号の説明】
【０１６６】
１  データ出力部
２  乱数生成器
３  記憶部
４  記憶部
５  乱数生成器
１００、２００、３００、４００、５００、６００  暗号処理システム
７００  情報収集システム
７０１  サーバ
７０２  温度センサ
７０３  震度センサ
８００  工場管理システム
８０１  集中管理装置
８０２  半導体装置
９００  情報管理システム
９０１  データベースサーバ
９０２  通信装置
Ａ、Ａ１、Ａ２  補助情報
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２  暗号化信号
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２  認証情報
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ６  通信装置
Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ４０、Ｒ６０  暗号処理装置
Ｒ１１、Ｒ６１  信号生成部
Ｒ１２  エラー訂正生成部
Ｒ１３  暗号化演算部
Ｒ６２  ノイズ生成装置
Ｒ６３  ＸＯＲ回路
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６  通信装置
Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ６０  暗号処理装置
Ｓ１２  エラー訂正復号部
Ｓ１３  復号化演算部
Ｓ１４  比較部
ＳＲ１  乱数抽出部
ＳＲ２  データ分離部
ＳＲ３  乗算器
ＳＲ４  加算器
ＳＲ１０、ＳＲ２０  秘密鍵生成部
ＳＲ３０  認証情報生成部
ＳＲ４０  比較信号生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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