(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１デバイスと第２デバイス間の通信データの暗号化／復号方法であって、
前記第２デバイスは、前記第１デバイスに比べて計算機資源が乏しいデバイスであり、
前記第１デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、を備え、
前記第２デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、を備え、
前記第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合には、
前記第１デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するステップと、
を備え、
前記第２デバイスにおける復号方式は、
前記第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備え、
前記第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合には、
前記第２デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成するステップと、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成するステップと、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成するステップと、
を備え、
前記第１デバイスにおける復号方式は、
前記第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成するステップと、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備えている、
通信データの暗号化／復号方法。
【請求項２】
第１デバイスと第２デバイス間の通信データの暗号化／復号システムであって、
前記第２デバイスは、前記第１デバイスに比べて計算機資源が乏しいデバイスであり、
前記第１デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、を備え、
前記第２デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、を備え、
前記第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合には、
前記第１デバイスにおける暗号化手段は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
入力された平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する前記エンベッダと、
からなり、
前記第２デバイスにおける復号手段は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
前記第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する前記デシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなり、
前記第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合には、
前記第２デバイスにおける暗号化手段は
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成する前記誤り訂正符号化器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成する前記デシメータと、
からなり、
前記第１デバイスにおける復号手段は、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
前記第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する誤り訂正復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる、
通信データの暗号化／復号システム。
【請求項３】
第１の暗号化／復号方式の暗号化装置及び第２の暗号化／復号方式の復号装置として動作するデバイスであって、
前記デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、送信手段と、受信手段と、を備え、
暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する前記エンベッダと、
第２暗号文を送信する前記送信手段と、
からなり、
復号装置は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１´暗号文を誤り訂正符号化して生成された第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して生成された第３´暗号文を受信する前記受信手段と、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する前記誤り訂正復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなる、デバイス。
【請求項４】
第２の暗号化／復号方式の暗号化装置及び第１の暗号化／復号方式の復号装置として動作するデバイスであって、
前記デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、送信手段と、受信手段と、を備え、
前記暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する前記誤り訂正符号化器と、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する前記デシメータと、
第３暗号文を送信する前記送信手段と、
からなり、
前記復号装置は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１´暗号文に対して第４鍵系列を用いて埋め込みを実行して生成された第２´暗号文を受信する前記受信手段と、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成する前記デシメータと、
第３´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなる、デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の暗号化／復号方法を、前記第１デバイス、前記第２デバイスをそれぞれ構成するコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストリーム暗号を用いた通信データの暗号化／復号に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日のコンピュータネットワーク社会において、通信内容の機密性を確保する暗号技術は情報セキュリティの中核の１つである。暗号には公開鍵暗号と共通鍵暗号があり、共通鍵暗号は、ブロック暗号とストリーム暗号に大別できることが知られている。
【０００３】
ストリーム暗号は、秘密鍵ないし初期化ベクトルをシードとして、疑似乱数生成器によって生成した鍵系列を用いるものであり、暗号化においては、平文系列と鍵系列のビット毎の排他的論理和演算によって暗号文系列を生成し、復号においては、暗号文系列と鍵系列のビット毎の排他的論理和演算によって平文系列を生成する。また、ストリーム暗号は、鍵系列生成器の同期に着目すると、外部同期型と自己同期型に分類される。
【０００４】
ストリーム暗号については、様々なものが提案されており、具体例については、ストリーム暗号評価プロジェクトであるeSTREAMやISO規格を参照することができる。ストリーム暗号の安全性及び処理性能は、鍵系列生成器の安全性及び処理性能に依存する部分が大きいが、最近では、軽量鍵系列生成器についての関心も高い（非特許文献１〜８）。
【０００５】
ストリーム暗号は、ブロック暗号に比べてデバイスにかかる負荷が小さく、メモリーや処理能力といった計算機資源を節約して暗号通信を行う場合、ストリーム暗号は有利である。しかし、センサー等の計算機資源の乏しいデバイスが、ＰＣのような計算機資源豊かなデバイスと暗号通信を行う環境（非対称計算機資源環境）では、計算機資源の乏しいデバイスにとって処理が依然として動作コストが高すぎるという課題がある。
【０００６】
ワイヤレス・センサーネットワーク（ＷＳＮ）やユビキタス・センサーネットワーク（ＵＳＮ）に例示されるように、高性能な計算機だけでなく情報処理能力の低いウェラブルデバイスやセンサーなどのデバイスを含む複雑なネットワークシステムを構築し、新たなサービスと市場を創出する期待が高まっている。そのようなネットワークシステムのためのセキュリティ技術のニーズがあるものの、現在のストリーム暗号技術は必ずしもそのニーズに応えられるものであるとは言えない。
【０００７】
計算機資源の乏しいデバイス（センサ等）が計算機資源の豊かなデバイス（ＰＣ等）と暗号通信を行うという非対称的な環境において、計算機資源の乏しいデバイスが送信者として動作する場合（すなわち、暗号化を行う場合）でも、また、受信者として動作する場合（すなわち、復号を行う場合）でも、計算機資源の乏しいデバイス側の動作コストが低いことと、理論的に厳密な安全性と、を両立させることが重要である。
【非特許文献１】J.H. Kong, L.-M. Ang, K.P. Seng, “A comprehensive survey of modern symmetric cryptographic solutions for resource constrained environments”, Journal of Network and Computer Applications, vol. 49,pp. 15-50, 2015.
【非特許文献２】ISO/IEC 18033-4:2011 (Information technology - Security techniques - Lightweight cryptography - Part4: Stream Chiphers).
【非特許文献３】ISO/IEC 29192-3:2012 (Information technology - Security techniques - Lightweight cryptography - Part3: Stream Chiphers).
【非特許文献４】F. Busching and L.Wolf, “The Rebirth of One-Time PadsSecure Data Transmission from BAN to Sink”,IEEE Internet of Things Journal, vol. 2, no. 1, pp.63-71, Feb. 2015.
【非特許文献５】P. Zhang, C. Lin, Y. Jiang, Y. Fan, and X. (Sherman) Shen, “A Lightweight Encryption Scheme for Network-Coded Mobile Ad Hoc Networks”, IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems,vol. 25, no. 9, pp. 2211-2221, Sept. 2014.
【非特許文献６】G. Bansod, N. Raval, and N. Pisharoty, “Implementation of a New Lightweight Encryption Design for Embedded Security”, IEEE Transactions on Information Forensic and Security, vol. 10, no. 1, pp.142-151, Jan. 2015.
【非特許文献７】Q. Yu and C.N. Zhang, “A lightweight secure data transmission protocol for resource constrained devices”, Security Comm. Networks vol. 3, pp. 362-370, 2010.
【非特許文献８】Grain v1: The eSTREAM portfolio of stream ciphers. Available: http://www.ecrypt.eu.org/stream/e2-grain.html
【非特許文献９】V. Jamali, Y. Karimian, J. Huber, and M.A. Attari, “On the Design of Fast Convergent LDPC Codes for the BEC: An Optimization Approach”, IEEE Transactions on Communications, vol. 63, no. 2, pp.351-363, Feb. 2015.
【非特許文献１０】L. Lan, L. Zeng, Y.Y. Tai, L. Chen, S. Lin, and K. Abdel-Ghaffar, “Construction of Quasi-Cyclic LDPC Codes for AWGN and Binary Erasure Channels: A Finite Field Approach”, IEEE Transactions on Information Theory, vol. 53, no. 7, pp. 2429-2458, July 2007.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、デバイス間のデータの送受信における安全性を確保するものでありながら、計算機資源の乏しいデバイス側の動作コストを低くできる暗号化／復号方法及びシステムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明が採用した通信データの暗号化／復号方法は、
第１デバイスと第２デバイス間の通信データの暗号化／復号方法であって、
前記第１デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、を備え、
前記第２デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、を備え、
前記第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合には、
前記第１デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するステップと、
を備え、
前記第２デバイスにおける復号方式は、
前記第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備え、
前記第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合には、
前記第２デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成するステップと、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成するステップと、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成するステップと、
を備え、
前記第１デバイスにおける復号方式は、
前記第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成するステップと、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備えている、
通信データの暗号化／復号方法。
【００１０】
本発明が採用した通信データの暗号化／復号システムは、
第１デバイスと第２デバイス間の通信データの暗号化／復号システムであって、  前記第１デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、を備え、
前記第２デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、を備え、
前記第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合には、
前記第１デバイスにおける暗号化手段は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
入力された平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する前記エンベッダと、
からなり、
前記第２デバイスにおける復号手段は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
前記第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する前記デシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなり、
前記第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合には、
前記第２デバイスにおける暗号化手段は
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成する前記誤り訂正符号化器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成する前記デシメータと、
からなり、
前記第１デバイスにおける復号手段は、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
前記第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する誤り訂正復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
【００１１】
１つの態様では、第１デバイスの処理能力は、第２デバイスの処理能力よりも高い。
１つの態様では、複数の鍵系列生成器が用いられ、例えば、第 １鍵系列と第３鍵系列が第１鍵系列生成器によって生成され、第２鍵系列と第４鍵系列が第１鍵系列生成器と別個の第 ２鍵系列生成器によって生成される。
また、第２鍵系列と第４鍵系列をさらに異なる鍵系列生成器によって生成してもよく、また、第１鍵系列と第３鍵系列をさらに異なる鍵系列生成器によって生成してもよい。また、第１鍵系列〜第４鍵系列を同一の鍵系列生成器によって生成してもよい。
【００１２】
本発明が採用した他の技術手段は、暗号化装置及び復号装置として動作するデバイスであって、
前記デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、送信手段と、受信手段と、を備え、
暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する前記エンベッダと、
第２暗号文を送信する前記送信手段と、
からなり、
復号装置は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１´暗号文を誤り訂正符号化して生成された第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して生成された第３´暗号文を受信する前記受信手段と、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する前記誤り訂正復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなる、デバイス。
１つの態様では、当該デバイスは、計算機資源が豊富なデバイス（第１デバイス）である。
【００１３】
本発明が採用した他の技術手段は、暗号化装置及び復号装置として動作するデバイスであって、
前記デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、送信手段と、受信手段と、を備え、
前記暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する前記誤り訂正符号化器と、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する前記デシメータと、
第３暗号文を送信する前記送信手段と、
からなり、
前記復号装置は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１´暗号文に対して第４鍵系列を用いて埋め込みを実行して生成された第２´暗号文を受信する前記受信手段と、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成する前記デシメータと、
第３´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなる、デバイス、である。
１つの態様では、当該デバイスは、計算機資源が乏しいデバイス（第２デバイス）である。
【００１４】
本発明が採用した暗号化／復号方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する第１ステップと、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する第２ステップと、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する第３ステップと、
第３暗号文を第２鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４暗号文を生成する第４ステップと、
第４暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する第５ステップと、
からなる。
１つの態様では、第１ステップ〜第３ステップは第２デバイスによって実行され、第４ステップ〜第５ステップは第１デバイスによって実行される。
【００１５】
本発明が採用した暗号化／復号システムは、
暗号化装置と復号装置とからなる暗号化／復号システムにおいて、
前記暗号化装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する誤り訂正符号化器と、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
からなり、
前記復号装置は、
第３暗号文を第２鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４暗号文を生成する誤り訂正復号器と、
第４暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
１つの態様では、前記暗号化装置は第２デバイスに含まれ、前記復号装置は第１デバイスに含まれる。
【００１６】
本発明が採用した他の暗号化／復号方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する第１ステップと、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する第２ステップと、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する第３ステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する第４ステップと、
からなる。
１つの態様では、第１ステップ〜第２ステップは第１デバイスによって実行され、第３ステップ〜第４ステップは第２デバイスによって実行される。
【００１７】
本発明が採用した暗号化／復号システムは、
暗号化装置と復号装置とからなる暗号化／復号システムにおいて、
前記暗号化装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するエンベッダと、
からなり、
前記復号装置は、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
１つの態様では、前記暗号化装置は第１デバイスに含まれ、前記復号装置は第２デバイスに含まれる。
【００１８】
本発明が採用した暗号化方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成するステップと、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
からなる。
本発明が採用した暗号化装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する誤り訂正符号化器と、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
からなる。
１つの態様では、上記暗号化方法及び装置は、第２デバイスによって実現される。
【００１９】
本発明が採用した復号方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１暗号文を誤り訂正符号化して生成された第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して生成された第３暗号文の復号方法であって、
第３暗号文を第２鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４暗号文を生成するステップと、
第４暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備えている。
本発明が採用した復号装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１暗号文を誤り訂正符号化して生成された第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して生成された第３暗号文の復号装置であって、
第３暗号文を第２鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４暗号文を生成する誤り訂正復号器と、
第４暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
１つの態様では、上記復号方法及び装置は、第１デバイスによって実現される。
【００２０】
本発明が採用した他の暗号化方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するステップと、
からなる。
本発明が採用した他の暗号化装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するエンベッダと、
からなる。
１つの態様では、上記暗号化方法及び装置は、第１デバイスによって実現される。
【００２１】
本発明が採用した他の復号方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して生成された第２暗号文の復号方法であって、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
からなる。
本発明が採用した他の復号装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して生成された第２暗号文の復号装置であって、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
１つの態様では、上記復号方法及び装置は、第２デバイスによって実現される。
【００２２】
本発明は、上記暗号化方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、
上記復号方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、
上記暗号化／復号方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、
として規定することもできる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、誤り生成と訂正に必要な事前情報（鍵系列）を送受信者が共有しておき、送信者が意図的に誤りを発生させ、受信者がそれを訂正する。
挿入処理（埋め込み）は高コストであるが、信号を欠落させる間引き処理（デシメーション）は低コストであること、及び、誤り訂正復号は高コストであるが、誤り訂正符号化は低コストであることに着目し、計算機資源が乏しいデバイスが送信者、計算機資源が豊かなデバイスが受信者の場合には、送信者においてデシメーション、誤り訂正符号化を行う一方、受信者において誤り訂正復号を行い、計算機資源が豊かなデバイスが送信者、計算機資源が乏しいデバイスが受信者の場合には、送信者において埋め込みを行う一方、受信者においてデシメーションを行うという非対称的な方式とし、負荷の高い処理を計算機資源が豊かなデバイス側へ偏らせることによって、計算機資源の乏しいデバイス側の動作コストを低くした。
また、計算機資源が乏しいデバイス側の動作コストを低くすることで、消費電力を大幅に抑えることができる。
【００２４】
本発明では、符号技術を応用したことにより、安全性を符号理論分野で良く知られている問題（雑音の挿入あるいは信号の欠落を経た後の復号という課題）に帰着させることができた。
計算機資源が豊かなデバイスが送信者の場合における暗号化テキストの安全性は、採用する鍵系列生成器の安全性と、鍵系列を用いたバイナリベクトルの埋め込み（挿入）に依存する。
計算機資源が乏しいデバイスが送信者の場合における暗号化テキストの安全性は、採用する鍵系列生成器の安全性と、鍵系列を用いたバイナリベクトルのデシメーションに依存する。
【００２５】
本発明は暗号処理のスキームを提案するものであり、各ブロックないし構成要素の具体的な構成は限定されず、例えば、既存の技術あるいは将来開発されるであろうストリーム暗号技術と組み合わせて用いることができる。
本発明は、構成要素をブラックボックスとしているため（例えば、要素技術の鍵系列生成が特定のアルゴリズムに依存しているわけではないため）、特定のアルゴリズムが破られたからといって提案方式自体が破綻するわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る通信データの暗号化／復号システムを構成する第１デバイスと第２デバイスを示す図である。
【図２】第１デバイスが送信機（暗号化装置）、第２デバイスが受信機（復号装置）として動作する場合のブロック図である。
【図３】第２デバイスが送信機（暗号化装置）、第１デバイスが受信機（復号装置）として動作する場合のブロック図である。
【図４】暗号化／復号システムの全体を示すブロック図である。
【図５】暗号化／復号システム（非対称計算機資源環境）における暗号化、復号を対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［Ａ］通信データの暗号化／復号システムの全体構成
図１に示すように、通信データの暗号化／復号システムは、第１デバイスと第２デバイスとを備えている。図１では便宜上、１つの第１デバイスと、１つの第２デバイスを示すが、暗号化／復号システムは、１つあるいは複数の第１デバイスと、１つあるいは複数の第２デバイスと、を備えていてもよい。第１デバイス、第２デバイスは共にコンピュータを含んでいると共に、Bluetooth、Wifi等の通信機能を備えている。コンピュータは、ハードウェアとして、入力部、記憶部、処理部（演算部ないしＣＰＵ）、出力部等を備えており、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって所定の処理を実行する。
【００２８】
本実施形態では、第１デバイスは計算機資源（ＣＰＵ、メモリ等）が豊かであり、第２デバイスは計算機資源が乏しい。第１デバイスは第２デバイスよりも処理能力（計算能力）が高く、また、第２デバイスはより小さい消費電力で動作可能である。
【００２９】
第１デバイスとしては、ＰＣ（デスクトップ、ラップトップ、ノートブック等）、サーバ、モバイルコンピュータ（スマートフォン、携帯電話、ＰＤＡ、タブレット、所定の計算機資源を備えたウェラブルコンピュータ等）、タグリーダ等が例示される。
【００３０】
第２デバイスとしては、センサー（ＩＣ内蔵）、ＲＦＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣカード、ウェアラブルコンピュータが例示される。１つの態様では、第２デバイスは、ワイヤレス・センサーネットワーク（ＷＳＮ）やユビキタス・センサーネットワーク（ＵＳＮ）で採用され得るセンサー（ウェラブルセンサー、埋め込み型センサー等）である。
【００３１】
第１デバイス、第２デバイスは共に、入力部、出力部、通信機能（送信手段、受信手段）を備えており、コンピュータネットワーク（典型的にはインターネット）を介して通信可能となっており、第１デバイスと第２デバイスとの間でデータの送受信（典型的には無線）が可能となっている。例えば、第２デバイス（例えばセンサ）に入力されたデータ（センサで取得されたデータ）は、ワイヤレスネットワークを介して第１デバイス（サーバやホストコンピュータ）に送信される。
【００３２】
第１デバイス、第２デバイスは共に、暗号化装置、復号装置を備えており、データのやり取りにおいて、暗号通信が行われる。通信時に、第１デバイスから第２デバイスに送信されるデータ（ビット列）は、第１デバイスの暗号化装置で暗号化されて第２デバイスに送信され、第２デバイスで受信されたデータは、第２デバイスの復号装置で復号（解読）され、第２デバイスから第１にデバイスに送信されるデータ（ビット列）は、第２デバイスの暗号化装置で暗号化されて第１デバイスに送信され、第１デバイスで受信されたデータは、第１デバイスの復号装置で復号（解読）される。本実施形態では、第１デバイスと第２デバイスとの間でデータの双方向の暗号通信が行われるが、第１デバイスから第２デバイスへの一方向のみ、あるいは、第２デバイスから第１デバイスへの一方向のみに暗号通信を採用してもよい。暗号化装置、復号装置の各構成要素は、コンピュータのハードウェア／ソフトウェアによって構成することができる。
【００３３】
第１デバイスは、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、埋め込み器（エンベッダ）、誤り訂正復号器、データの送受信手段を備えている。第１デバイスの暗号化装置（図２上図）は、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、埋め込み器から構成され、復号装置（図３上図）は、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、誤り訂正復号器から構成される。
【００３４】
計算機資源の豊かな第１デバイスは、送信時すなわち暗号化処理において、軽量な鍵系列生成器とビット毎の排他的論理和演算（ストリーム暗号演算）を行ってからランダムビット埋め込みを行う。また、第１デバイスは、受信時すなわち復号処理において、誤り訂正復号を行ってからストリーム暗号演算を行う。
【００３５】
第２デバイスは、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、間引き器（デシメータ）、誤り訂正符号化器、データの送受信手段を備えている。第２デバイスの暗号化装置（図３下図）は、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、間引き器、誤り訂正符号化器から構成され、復号装置（図２下図）は、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、間引き器から構成される。
【００３６】
計算機資源の乏しい第２デバイスは、送信時すなわち暗号化処理において、ストリーム暗号演算を行ってから誤り訂正符号化を行い、さらにデシメーション(間引き処理)を行う。また、第２デバイスは、受信時すなわち復号処理において、デシメーションを行ってからストリーム暗号演算を行う。
【００３７】
本実施形態に用いられ得る鍵系列生成器及びストリーム暗号の種類は限定されず、既存の技術を用いて本発明を実施することができる。鍵系列生成器は１つあるいは複数であってもよく、１つの鍵系列生成器に含まれる擬似乱数生成器の個数は限定されず、１つあるいは複数であってもよい。本実施形態では、複数種類の鍵系列を用いるが、これらの鍵系列は共通の疑似乱数生成器によって生成してもよく、あるいは、それぞれ別個の疑似乱数生成器によって生成してもよい。また、鍵系列生成器において、CTRモード(Counter Mode)で動作するブロック暗号を採用してもよい。第１デバイスと第２デバイスの鍵系列生成器の同期の手段は限定されない。望ましくは、鍵系列生成器は、軽量鍵系列生成器である。軽量鍵系列生成器としては、これらに限定されないものの、例えば、eSTREAMで提案されているTrivium（非特許文献３）やGrain v1（非特許文献８）を採用することができる。
【００３８】
ランダムな雑音が挿入されたり信号が欠落したりしても、それらの誤りを訂正できる符号技術がある。誤り訂正符号は、送信する情報に冗長性を持たせることにより、伝送路で発生する誤りを訂正する技術である。符号化器は、情報系列に冗長ビットを付加する。通信路で発生したビット誤りを訂正するのが復号器である。復号器は、付加されている冗長ビットを用いて誤りを訂正する。
【００３９】
本発明では、誤り生成と訂正に必要な事前情報（鍵系列）を送受信者が共有しておき、送信者が意図的に誤りを発生させ、受信者がそれを訂正する。埋め込み器、間引き器、誤り訂正復号器が、それぞれ、埋め込み処理、間引き処理、復号処理を実行する際に、鍵系列生成器から供給される鍵系列（秘密パラメータ）が用いられる。挿入処理（埋め込み）は高コストであるが、信号を欠落させる間引き処理（デシメーション）は低コストであること、及び、誤り訂正復号は高コストであるが、誤り訂正符号化は低コストであることに着目し、第２デバイスが送信者、第１デバイスが受信者の場合には、第２デバイスにおいてデシメーション、誤り訂正符号化を行う一方、第１デバイスにおいて誤り訂正復号を行い、第１デバイスが送信者、第２デバイスが受信者の場合には、第１デバイスにおいて埋め込みを行う一方、第２デバイスにおいてデシメーションを行うという非対称的な方式とし、負荷の高い処理を第１デバイス側へ偏らせることによって、第２デバイスの動作コストを低く抑えることを可能とした。
【００４０】
符号技術を応用したことにより、安全性を符号理論分野で良く知られている問題（雑音の挿入あるいは信号の欠落を経た後の復号という課題）に帰着させることができた。データの符号化と誤り訂正技術は確立されており、本発明に適用され得る符号は限定されないが、１つの例示として、LDPC符号（low-density parity-check code：低密度パリティ検査符号）を挙げることができる。LDPC符号は、当業者に知られており、より具体的な内容については、例えば、非特許文献９、１０を参照することができる。また、LDPC符号以外の符号としては、限定されないものの、RS(Reed-Solomon)符号、噴水(Fountain)符号として例示するLT（Luby Transform）符号を挙げることができる。
【００４１】
なお、本明細書において、埋め込み (embedding)と挿入（insertion）は、バイナリビット列にビットを追加するという処理においては、実質的に同義である。埋め込みは、埋め込む側（送信者）の立場で見た場合に用い、どこにビットを埋め込むかを鍵系列で知っているので、「確定的に挿入」する。なお、挿入は、第三者（含む攻撃者）の立場で見た場合にも用いられる。鍵系列を知らない第三者にとっては、埋め込まれた（挿入された）ビットと確率的に生じた雑音とを区別できない。同様に、デシメーション（decimation）と削除（deletion）は、バイナリビット列からビットを欠落させるという処理においては、実質的に同義である。
【００４２】
［Ｂ］非対称計算機資源環境における暗号化方式及び復号方式
［Ｂ−１］第１デバイスから第２デバイスへのデータ送信（図２）
第１デバイスが送信機、第２デバイスが受信機の場合は、
第１デバイスにおける暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する鍵系列生成器と、
入力された平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するエンベッダと、
からなり、
第２デバイスにおける復号装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する鍵系列生成器と、
第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
【００４３】
第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合は、
第１デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するステップと、
を備え、
第２デバイスにおける復号方式は、
第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備える。
【００４４】
［Ｂ−２］第２デバイスから第１デバイスへのデータ送信（図３）
第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合は、
第２デバイスにおける暗号化装置は
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する鍵系列生成器と、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成する符号化器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成するデシメータと、
からなり、
第１デバイスにおける復号装置は、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する鍵系列生成器と、
第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
【００４５】
第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合は、
第２デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成するステップと、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成するステップと、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成するステップと、
を備え、
第１デバイスにおける復号方式は、
第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成するステップと、
第４´暗号文と第２鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備えている。
【００４６】
［Ｃ］暗号化／復号システムにおけるデータの流れ
［Ｃ−１］暗号化／復号システムの全体図
図４に、非対称計算機資源環境における暗号化／復号システムの全体図を示す。図には、鍵系列生成器として例示する軽量鍵系列生成器、符号化ブロック、復号グロック、埋め込みブロック、デシメーションブロックが示してある。
軽量鍵系列生成器は、バイナリ鍵系列X、X*、X**を生成する。１つの好ましい態様では、生成される鍵系列の独立性を担保するために、バイナリ鍵系列Xを第１軽量鍵系列生成器で生成し、バイナリ鍵系列X*、X**を第２軽量鍵系列生成器で生成する。
符号化ブロックにおいて、符号化{0,1}n→{0,1}n+mを提供する。
埋め込みブロックにおいて、所与のn次元バイナリベクトルに対して、バイナリ鍵系列X*を用いてmランダムビットを挿入する（埋め込む）。
デシメーションブロックにおいて、所与のn+m次元バイナリベクトルに対して、バイナリ鍵系列X**（あるいはX*）を用いてデシメーションを実行して、所定のnビットを選択する。
【００４７】
［Ｃ−２］暗号化／復号システムにおける各ベクトル、演算子の表記
0006667174.tif 000002
n次元バイナリベクトルであって、平文系列のセグメントである。
【００４８】
0006667174.tif 000003
n次元バイナリベクトルであって、バイナリ鍵系列生成器によって生成された鍵系列のセグメントである。
【００４９】
0006667174.tif 000004
n次元バイナリベクトルであって、バイナリ鍵系列生成器によって生成された鍵系列のセグメントである。
【００５０】
0006667174.tif 000005
n+m次元バイナリベクトルであって、バイナリ鍵系列生成器によって生成された鍵系列のセグメントである。
【００５１】
0006667174.tif 000006
n次元バイナリベクトルであって、ビット埋め込み（挿入）あるいはビットデシメーションを備えたチャネルへの入力である。
【００５２】
0006667174.tif 000007
m次元バイナリベクトルであって、その要素は、独立同分布(i.i.d.)バイナリランダム変数によって実現される。
【００５３】
0006667174.tif 000008
l+m次元バイナリベクトルであって、入力が
0006667174.tif 000009
の時のランダムビット埋め込みを伴うチャネルにおける、ベクトルX＊により制御されるベクトルyへのランダムベクトルrの挿入（埋め込み）ブロックの出力である。
【００５４】
0006667174.tif 000010
ベクトルX*によって制御されるn次元のバイナリベクトルにランダムmビットを挿入する演算子である。したがって、
0006667174.tif 000011
とすると、
0006667174.tif 000012
及び
ベクトルyの各ビットの直後にランダムビットを1ビット挿入するか否かをベクトルX*で指定する場合には、
0006667174.tif 000013
i=2,3,…,nに対して、
0006667174.tif 000014
とし、
i=1,2,…,nに対して、Xi*=1ならば、
0006667174.tif 000015
とする。
また、ベクトルｙの各ビットの直前にランダムビット1ビット挿入するか否かをベクトルX*で指定する場合には、
i=1,2,…,nに対して、
0006667174.tif 000016
とし、
i=1,2,…,nに対して、Xi*=1ならば、
0006667174.tif 000017
とする。
【００５５】
0006667174.tif 000018
l-m次元バイナリベクトルであって、入力が
0006667174.tif 000019
の時のビット欠落を伴うチャネルにおける、ベクトルX＊により制御されるデシメーションブロックの出力である。
【００５６】
0006667174.tif 000020
デシメーションの演算子であり、すなわち、
0006667174.tif 000021
とすると、ベクトルX*によってベクトルyの各ビットの直後へのランダムビット挿入が制御されて生成された(n+m)次元のバイナリベクトルy(ins)からランダムビットを除いて所定のnビットを選択する場合には、
0006667174.tif 000022
及び、
0006667174.tif 000023
i=2,3,…,nに対して、
0006667174.tif 000024
である。
同様に、ベクトルX*によってベクトルyの各ビットの直前へのランダムビット挿入が制御されて生成された(n+m)次元のバイナリベクトルy(ins)からランダムビットを除いて所定のnビットを選択する場合には、
0006667174.tif 000025
及び、
i=1,2,…,nに対して、
0006667174.tif 000026
である。
【００５７】
0006667174.tif 000027
２元消失通信路(BEC)における符号化の演算子であり、
0006667174.tif 000028
である。
【００５８】
0006667174.tif 000029
デシメーションの演算子であり、すなわち、ベクトルX**の制御のもとで、(n+m)次元のバイナリベクトル
0006667174.tif 000030
から、
0006667174.tif 000031
にしたがって、所定のnビットを選択する。
【００５９】
0006667174.tif 000032
演算子
0006667174.tif 000033
によって間引かれたビットの位置を復元するための演算子であって、
0006667174.tif 000034
とした時に、
所与のnビットベクトルy(decim)及びベクトルX**に基づいて、(n+m)ビットベクトル
0006667174.tif 000035
を生成する。間引かれたビットに対応するm個の消失位置におけるバイナリ値は位置を復元するだけでは復元されないが、その不明な値を？と表記して、本演算子で生成された(n+m)ビットベクトルを消失位置も含めて書けば、i=1,2,…,n+mに対して、
0006667174.tif 000036
となる。
【００６０】
0006667174.tif 000037
２元消失通信路 (BEC)におけるビット消失後に復号する演算子である。適切な符号化スキームが選択されたと仮定して、削除されたビットの位置情報を提供する
0006667174.tif 000038
を用いて、
0006667174.tif 000039
となる。
【００６１】
0006667174.tif 000040
２つのn次元バイナリベクトル、すなわち、
0006667174.tif 000041
と
0006667174.tif 000042
のビット毎の排他的論理和を表す。
【００６２】
［Ｃ−３］第１デバイスにおける暗号化方式
第１デバイスにおける暗号化において、第２デバイスに送信される暗号文ベクトルはY(ins)であり、
0006667174.tif 000043
によって生成される。
【００６３】
［Ｃ−４］第２デバイスにおける復号方式
暗号文ベクトルY(ins)を受信した第２デバイスにおける復号において、解読して得られる平文ベクトルａは、
0006667174.tif 000044
によって生成される。
【００６４】
［Ｃ−５］第２デバイスにおける暗号化方式
第２デバイスにおける暗号化において、第１デバイスに送信される暗号文ベクトルはY(del)であり、
0006667174.tif 000045
によって生成される。
【００６５】
［Ｃ−６］第１デバイスにおける復号方式
暗号文ベクトルY(del)を受信した第１デバイスにおける復号において、解読して得られる平文ベクトルａは、
0006667174.tif 000046
によって生成される。
【００６６】
［Ｃ−７］鍵系列を用いたランダムビット埋め込み
与えられたビット列を
0006667174.tif 000047
とし、
埋め込みに用いる鍵系列を、
0006667174.tif 000048
とする。鍵系列において、「1」は、ランダムビットの埋め込みを意味する。
埋め込みが実行された系列は、
0006667174.tif 000049
となる。
ここで、「r」は、同じ確率で1あるいは0の値をとるランダムビットを表す。
鍵系列を用いたランダムビット埋め込みについて、各ビットの直後にビット埋め込みを行う場合について説明したが、各ビットの直前にビット埋め込みを行う場合も同様に理解される。
【００６７】
［Ｃ−８］鍵系列を用いたデシメーション（ランダムビット埋め込み後）
埋め込みが実行された系列を
0006667174.tif 000050
とする。
例えば、
0006667174.tif 000051
である。
デシメーションに用いる鍵系列を
0006667174.tif 000052
とする。鍵系列において、「1」は、ランダムビットの埋め込みを意味する。
デシメーションが実行された系列は、
0006667174.tif 000053
となり、埋め込まれたランダムビットが削除される。
各ビット直後のランダムビット埋め込み後の鍵系列を用いたデシメーションについて説明したが、各ビット直前のランダムビット埋め込み後にデシメーションを行う場合も同様に理解される。
【００６８】
［Ｃ−９］鍵系列を用いたデシメーション
与えられたビット列を
0006667174.tif 000054
とし、
鍵系列を
0006667174.tif 000055
とする。ここで、「0」はビットの削除を意味する。
デシメーションが実行されたビット列は、
0006667174.tif 000056
となる。
【００６９】
［Ｃ−１０］鍵系列を用いたデシメーション（ビット消失）後の復号の前処理
デシメーション後のビット列を
0006667174.tif 000057
デシメーションに用いた鍵系列を
0006667174.tif 000058
とする。
デシメーション前の系列は、
0006667174.tif 000059
となる。
ここで、「e」は、間引かれたビットの位置を表す。
【００７０】
［Ｄ］非対称的な暗号化／復号システムにおける処理量
図５に、図４に示す暗号化／復号システムを整理して示す。第１デバイスにおける暗号化は、鍵系列生成、ランダムビット埋め込みが用いられ（図２上図参照）、第２デバイスにおける暗号化は、鍵系列生成、符号化、デシメーションが用いられる（図３下図参照）。第１デバイスにおける復号（解読）は、鍵系列生成、復号が用いられ（図３上図参照）、第２デバイスにおける復号（解読）は、鍵系列生成、デシメーションが用いられる（図２下図参照）。第１デバイスが送信者、第２デバイスが受信者の場合には、第１デバイスにおいて埋め込みを行う一方、第２デバイスにおいてデシメーションを行い、第２デバイスが送信者、第１デバイスが受信者の場合には、第２デバイスにおいてデシメーション、誤り訂正符号化を行う一方、第１デバイスにおいて誤り訂正復号を行うという非対称的な方式とし、負荷の高い処理を第１デバイス側へ偏らせることによって、第２デバイスの動作コストを低く抑えることを可能とした。
【００７１】
１つの態様では、提案するストリーム暗号に係るデバイス１における処理量は、
鍵系列生成器における第１鍵系列生成部、第２鍵系列生成部、
BECにおける復号、
ランダムビットの生成、
埋め込みブロック、
からなり、
提案するストリーム暗号に係るデバイス２における処理量は、
鍵系列生成器における第１鍵系列生成部、第２鍵系列生成部、
BECにおける符号化、
デシメーションブロック、
からなり、
第１鍵系列生成部としてTrivium（非特許文献３）、第２鍵系列生成部としてGrain v1（非特許文献８）、符号化、復号用の符号としてLDPC符号（非特許文献９）を採用すると、以下の通りとなる。
0006667174.tif 000060
【産業上の利用可能性】
【００７２】
高性能な計算機だけでなく情報処理能力の低いウェラブルデバイスやセンサーなどのデバイスを含む複雑なネットワークシステムを構築し、ＩＴが新たなサービスと市場を創出する期待が高まっている。本発明は、そのようなシステムのためのセキュリティ技術として利用可能である。
【００７３】
本発明では、計算機資源の乏しいデバイス側の消費電力を大幅に抑えることができるため、応用範囲が格段に広まる。例えば、電力など重要インフラのセキュリティ、人への埋め込みもしくは携帯デバイスを活用したヘルスケアや高齢者向けサービス、様々なセンサーを活用した農業、漁業支援や災害対策システム、計算機を持ち歩かずとも利用可能な外出先での次世代クレジットカード決済など、市場の大きな応用しかもグローバルな市場への応用が期待できる。ウェアラブルデバイスを着用した作業員がロボットやセンサーと協調して働く制御システムなど、一見異なる応用に見えるものの融合もあり得る。それらの基盤技術として利用価値が高い。
【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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