(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルペンにおいて用いられ、前記デジタルペンから受信機へメッセージを安全に伝送するために前記メッセージを暗号化する方法であって、
前記デジタルペンの光学センサを用いて位置コードパターンが備えられた表面の画像を記録し、前記画像から少なくとも一つの位置を決定することによって、前記メッセージを取得することと、
暗号鍵を生成するために、前記デジタルペンの前記光学センサを用いて、前記光学センサによって読み取り可能な光学パラメータの値を表す光学データを取得することと、
前記デジタルペンのプロセッサにおける電子的処理によって、前記光学データをランダムシードとして用いて前記暗号鍵を生成することと、
暗号化アルゴリズムで前記暗号鍵を用いて前記メッセージを暗号化することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記光学パラメータは、前記光学センサにより検知された輝度である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光学データを取得することは、前記位置コードパターンが備えられた表面の一部分から前記光学データを取得することを含み、
前記位置コードパターンは、光学的に読み取り可能なマークを含み、前記光学パラメータは、前記表面の一部分を表す、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記暗号鍵を生成することは、
前記光学データを所定の方式に従って処理することと、
前記処理された光学データを、所定のサイズを有するデータフィールド内でまとめることと、
前記データフィールドをデータレコード内で所定の順序でまとめることと、
を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記光学データを処理することは、
前記光学データによって表される前記光学パラメータの値の集合の統計的な特性を計算し、これにより、前記統計的な特性が、前記処理された光学データを構成することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記統計的な特性は、前記光学パラメータの集合の最大値と最小値と合計値を含み、
前記処理された光学データをまとめることは、
少なくとも一つの最大データフィールド内で前記最大値をまとめることと、少なくとも一つの最小データフィールド内で前記最小値をまとめることと、少なくとも一つの合計データフィールド内で前記合計値をまとめることと、を含み、
前記データフィールドをまとめることは、
前記最大データフィールドと前記最小データフィールドと前記合計データフィールドを、データレコード内で前記所定の順序に従ってまとめることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記暗号鍵を生成することは、
第１の並べ替えアルゴリズムに従って、データレコードの第１の組の少なくとも一つのデータレコード内で、前記データフィールドの前記順序を並べ替え、これにより、並べ替えられたデータレコードの第１の組を取得することと、
第２の並べ替えアルゴリズムに従って、データレコードの第２の組の少なくとも一つのデータレコード内で、前記データフィールドの前記順序を並べ替え、これにより、並べ替えられたデータレコードの第２の組を取得することと、
を含む、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記暗号鍵を生成することは、
前記暗号鍵を構成するキーデータとして、前記並べ替えられたデータレコードの前記第１の組を用いることと、
前記暗号鍵を構成する入力データとして、前記並べ替えられたデータレコードの前記第２の組を用いることと、
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記暗号鍵を生成することは、
第１の段階で、第１のハッシュ関数を用いて、所定数の前記データレコードの集合を処理し、これにより、第１の出力を取得することと、
第２の段階で、反復アルゴリズムを用いて、前記第１の出力を処理し、これにより、第２の出力を取得することと、
前記暗号鍵として前記第２の出力を用いること、または、前記暗号鍵を生成するために前記第２の出力を用いることと、
を含む、請求項４〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の段階では、前記第１の出力が、第２のハッシュ関数を用いて処理される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１および第２の段階では、第１および第２の対称暗号化アルゴリズムが、それぞれ用いられる、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
一つの対称暗号化アルゴリズムが、前記第１および第２の対称暗号化アルゴリズムとして用いられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
一つの対称暗号化アルゴリズムが、前記メッセージの暗号化を実行するための暗号化アルゴリズム、ならびに、前記第１および第２の対称暗号化アルゴリズムとして用いられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記暗号鍵は、キーデータと入力データで構成され、
前記方法は、
前記キーデータを生成するために、前記光学データの第１の集合を用いることと、
前記入力データを生成するために、前記光学データの第２の集合を用いることと、
を含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記メッセージを暗号化するための暗号化アルゴリズムは、対称暗号化アルゴリズムである、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は、圧力検知手段を用いて圧力データを取得すること、を含み、
前記暗号鍵を生成することは、前記圧力データを前記光学データと組み合わせてランダムシードとして使用して、前記暗号鍵を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法は、時間データを取得すること、を含み、
前記暗号鍵を生成することは、前記時間データを前記光学データと組み合わせてランダムシードとして使用して、前記暗号鍵を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
光学センサと伝送手段を備えるデジタルペンで実行される、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の方法を、コンピュータに実行させる命令を備えることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項２０】
受信機へメッセージを安全に伝送するために前記メッセージを暗号化するデジタルペンであって、
位置コードパターンが備えられた表面の画像を記録する光学センサと、
暗号鍵を生成するために、前記光学センサによって読み取り可能な光学パラメータの値を表す光学データを、前記光学センサから受け取る受取手段と、
電子的処理によって、前記光学データをランダムシードとして用いて前記暗号鍵を生成する処理、および、記録された前記画像から少なくとも一つの位置を決定することによって前記メッセージを取得する処理を行う処理手段と、
前記暗号鍵を用いて、伝送されるべき前記メッセージを暗号化する暗号化手段と、
を備えることを特徴とするデジタルペン。
【請求項２１】
前記光学データは、光学的に読み取り可能なマークを有する前記位置コードパターンが備えられた表面の一部分から取得される、請求項２０に記載のデジタルペン。
【請求項２２】
前記処理手段は、
前記光学データを所定の方式に従って処理し、
前記処理された光学データを、所定のサイズを有するデータフィールド内でまとめて、
前記データフィールドをデータレコード内で所定の順序でまとめる、請求項２１に記載のデジタルペン。
【請求項２３】
前記処理手段は、前記光学データによって表される前記光学パラメータの値の集合の統計的な特性を計算し、これにより、前記統計的な特性が、前記処理された光学データを構成する、請求項２２に記載のデジタルペン。
【請求項２４】
前記統計的な特性は、前記光学パラメータの集合の最大値と最小値と合計値を含み、
前記処理手段は、
少なくとも一つの最大データフィールド内で前記最大値をまとめて、少なくとも一つの最小データフィールド内で前記最小値をまとめて、少なくとも一つの合計データフィールド内で前記合計値をまとめて、
前記最大データフィールドと前記最小データフィールドと前記合計データフィールドを、データレコード内で前記所定の順序に従ってまとめる、請求項２３に記載のデジタルペン。
【請求項２５】
前記処理手段は、
第１の並べ替えアルゴリズムに従って、データレコードの第１の組の少なくとも一つのデータレコード内で、前記データフィールドの前記順序を並べ替え、これにより、並べ替えられたデータレコードの第１の組を取得し、
第２の並べ替えアルゴリズムに従って、データレコードの第２の組の少なくとも一つのデータレコード内で、前記データフィールドの前記順序を並べ替え、これにより、並べ替えられたデータレコードの第２の組を取得する、請求項２２〜２４のいずれかに記載のデジタルペン。
【請求項２６】
前記暗号鍵は、キーデータと入力データで構成され、
前記処理手段は、
前記キーデータとして、前記並べ替えられたデータレコードの前記第１の組を用い、
前記入力データとして、前記並べ替えられたデータレコードの前記第２の組を用いる、請求項２５に記載のデジタルペン。
【請求項２７】
前記処理手段は、
第１の段階で、第１のハッシュ関数を用いて、所定数の前記データレコードの集合を処理し、これにより、第１の出力を取得し、
第２の段階で、反復アルゴリズムを用いて、前記第１の出力を処理し、これにより、第２の出力を取得し、
前記暗号鍵として前記第２の出力を用いる、または、前記暗号鍵を生成するために前記第２の出力を用いる、請求項２２〜２４に記載のデジタルペン。
【請求項２８】
前記処理手段は、前記第２の段階で、第２のハッシュ関数を用いて前記第１の出力を処理する、請求項２７に記載のデジタルペン。
【請求項２９】
前記第１および第２の段階では、第１および第２の対称暗号化アルゴリズムが、それぞれ用いられる、請求項２７または２８に記載のデジタルペン。
【請求項３０】
前記処理手段は、一つの対称暗号化アルゴリズムを、前記第１および第２の対称暗号化アルゴリズムとして用いる、請求項２９に記載のデジタルペン。
【請求項３１】
一つの同じ対称暗号化アルゴリズムが、前記暗号化手段による前記メッセージの暗号化のために、および、前記処理手段による前記第１および第２の対称暗号化アルゴリズムとして、用いられる、請求項２９に記載のデジタルペン。
【請求項３２】
前記暗号化手段は、対称暗号化アルゴリズムを用いて前記メッセージを暗号化する、請求項２０〜３１のいずれかに記載のデジタルペン。
【請求項３３】
前記暗号化手段は、
前記暗号化アルゴリズムのためのキーデータとして、前記光学データの部分集合を用い、
前記暗号化アルゴリズムのための入力データとして、前記光学データの第２の部分集合を用いる、請求項２０〜３２のいずれかに記載のデジタルペン。
【請求項３４】
前記受取手段は、圧力データを受け取るように構成され、
前記処理手段は、前記圧力データを前記光学データと組み合わせてランダムシードとして使用して、前記暗号鍵を生成する、請求項２０に記載のデジタルペン。
【請求項３５】
前記処理手段は、時間データを取得し、前記時間データを前記光学データと組み合わせてランダムシードとして使用して、前記暗号鍵を生成する、請求項２０に記載のデジタルペン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、概して、送信者から受信者に情報を伝送する分野に関する。詳細には、本発明は、メッセージを送信装置から受信者へ安全に伝送する為の方法及び装置に関する。本発明はさらに、コンピュータにこのような方法を実行させるための命令を備えるコンピュータ読み取り可能媒体、及びそれぞれこのような装置を備える送信装置とシステムに関する。
【０００２】
（背景技術）
例えば、手持ち式装置を含むシステムにおける送信者から受信者への情報の伝送中に、安全な伝送が得られるようにするためには、基本的に、信頼性、完全性、機密性及び否認防止に関する４つの態様を満足させる必要がある。しかしながら、機密性、つまり伝送中に情報の機密が維持されていることは、例えば、金融取引において、または、ｅ−コマースにおいて、デジタル通信の分野ではきわめて重大である。他の態様だけではなくこの態様は、暗号法を使用することによって対処できる。
【０００３】
暗号法または暗号法に基づいたネットワークセキュリティアルゴリズムを使用するとき、乱数データがさまざまな理由から使用され、不可欠な役割を果たす。例えば、乱数は、暗号鍵として、あるいは暗号鍵の生成のために頻繁に使用される。ランダムデータは、定義上、決定または推測が難しい。
【０００４】
暗号法の通例の方法は、対称暗号化と非対称暗号化を含む。対称暗号化を使用するときには、暗号化と復号化の両方に同じ鍵が使用される。暗号鍵は、暗号化アルゴリズムと併せて使用され、異なる鍵によってそのアルゴリズムからさまざまな出力が生じることになる。暗号化されたメッセージのセキュリティの程度は、アルゴリズムの機密性にではなく、鍵の機密性に、したがって、鍵として使用される乱数あるいは鍵を生成するために使用される乱数に左右される。これによって、ＡＥＳ（先進型暗号標準）、ＤＥＳ（データ暗号化規格）、またはＩＤＥＡ（国際データ暗号化規格）などの強力な標準アルゴリズムの使用が可能になる。セキュリティの程度は、鍵の長さつまりビットサイズにも左右される。暗号鍵が長いほど、暗号を解読するのは困難になる。
【０００５】
非対称暗号化を使用するとき、送信者と受信者は、それぞれ秘密暗号化鍵と公開暗号化鍵を有する。それにより、機密性、認証、及び否認防止が達成される。一般的に使用される非対称暗号化アルゴリズムには、例えば、ＲＳＡ（Ｒｈｉｖｅｓｔ−Ｓｈａｍｉｒ−Ａｄｅｌｍａｎ）とＤＨ（Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ）が挙げられる。
【０００６】
真の乱数の発生源を見つけ出すのが困難であることは周知の問題である。電離放射線事象、ガス放電管、及び漏出コンデンサのパルス検出器などの物理ノイズ発生器が、１つの発生原因となる可能性がある。しかしながら、このような装置の有用性はネットワークセキュリティの用途では限られている。例えば、これらの装置の１つを手持ち式装置に組み込むには、手持ち式装置の複雑で、おそらく粗大な設計が必要となるだろう。さらに、このような装置により発生する数の不規則性の程度と精度の両方に問題がある。
【０００７】
暗号法用途のために乱数を取得するための別の取り組み方は、アルゴリズム技法を使用することである。しかしながら、これらのアルゴリズムは決定論的であるため、統計的には不規則ではない数のシーケンス（数の並び）を形成する。このような数は、多くの場合、擬似乱数と呼ばれる。
【０００８】
擬似乱数の生成に幅広く使用される技法が、線形合同法である。数のシーケンスは、以下の方程式を介して得られる。
Ｘn+1  ＝（ａＸn＋ｂ）ｍｏｄ  ｃ
ここで、Ｘ0は初期数、つまりランダムシードである。通常、手持ち式装置またはコンピュータでは、内部クロックのマイクロ秒がアルゴリズムを開始するためのランダムシードとして使用される。
前述した方法の１つの問題点は、一旦、値、つまりランダムシードが選ばれると、シーケンス中の後続の数が決定論的に続くという点である。つまり、シーケンスの一部についての知識を持った者は、理論的にシーケンスの後続の要素を決定できるだろう。
【０００９】
例えば、ブルートゥース（登録商標）で使用されるアルゴリズムなど、内部クロックをランダムシードとして使用するさらに高度な乱数生成器を実現することが可能である。このアルゴリズム及び類似したアルゴリズムは、線形合同法により生成する数に比べると、統計的な特性が改善された擬似乱数を生成させることができる。しかしながら、擬似乱数は、統計的な意味では、つまり不規則性の程度を考慮するときには、依然としてその質は不十分である。
【００１０】
暗号化アルゴリズムで使用するための暗号鍵を生成して、送信者と受信者の間での情報の安全な伝送を提供するために、前述の基準に従って優れた質の乱数を提供する手持ち式装置を備えるシステムで、実現できるような方法を見つけ出すには問題が残っている。
【００１１】
（発明の概要）
本発明の目的は、暗号鍵を作成し、メッセージを暗号化するための改良された方法及び装置を提供することである。
【００１２】
この目的及び他の目的は、本発明に従って、方法、コンピュータ読み取り可能媒体、装置、及び独立クレーム中で明示される機能を有するシステムを提供することにより、達成される。好ましい実施形態は、従属クレーム中で明示される。
【００１３】
本発明の第１態様によれば、メッセージを、前記メッセージの送信装置から受信機への安全な伝送のために暗号化するための方法が提供される。この方法は、光学データを取得するステップと、前記光学データをランダムシードとして使用して暗号鍵を作成するステップと、暗号化アルゴリズムの中で前記暗号鍵を使用して前記メッセージを暗号化するステップとを備える。
【００１４】
本発明の第２態様によれば、メッセージを、送信者から受信者への前記メッセージの安全な無線伝送のために暗号化するための装置が提供される。この装置は、光学データを受け取るための手段であって、前記光学データが光学パラメータの値を表わす受取手段と、前記光学データをランダムシードとして使用して暗号鍵を作成するための処理手段と、前記暗号鍵を使用して伝送されるメッセージを暗号化するための暗号化手段とを備える。
【００１５】
発明の更なる態様によれば、本発明の第１態様によるコンピュータにこの方法を実行させるための命令を備えるコンピュータ読み取り可能媒体と、メッセージを取得するため及び前記メッセージを受信者に送信するために構成され、本発明の第２態様による装置を備える送信装置と、とりわけ、それぞれが本発明の第２態様による装置を備える複数のデジタルペンを備える情報管理システムと、が提供される。
【００１６】
このようにして、本発明は、暗号鍵の作成のために光学データをランダムシードとして使用する有利な識見に基づいており、その結果、メッセージを暗号化するための暗号化アルゴリズムで使用される。本発明の方法によって得られる光学データは、必要な程度の不規則性及び予測不能性を示す。事実、光学データは、「真に」不規則であると見なすことができる。その結果、不規則性の程度は高まり、使用される光学データは、前述された既知の方法におけるランダムシードに使用されるデータに比べて、より予測不可能となる。したがって、作成された暗号鍵の機密度の改善が達成されるだろう。
【００１７】
従来、乱数のシーケンスの質、予測不能性、及び不規則性を判断するためには、２つの異なる、必ずしも両立できない基準が使用される。「真の」不規則なシーケンスでは、それぞれの数は、シーケンス中の他の任意の数から統計的に独立しているため、予測不能である。２つの基準は、数のシーケンス（数の並び）の不規則性を確証するために使用される。第１の基準は、数のそれぞれの発生頻度がほぼ同じでなければならないことを意味する乱数の均一な分布である。第２の基準は、シーケンス中のどの値も他のどれかから推論できないことを意味する乱数間の独立性である。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、表面またはその一部分が、光学センサ、好ましくはカメラまたは感光性センサで走査されまたは読み取られ、それにより読み取られた表面の特性を表す光学データを取得する。感光センサは、例えば、ＣＣＤセンサ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳセンサ（相補型金属酸化膜半導体）である。取得された光学データは、表面の部分の物理的な条件を表す少なくとも１つの光学パラメータの値によって決定され、少なくとも１つの光学パラメータの値を表す。
【００１９】
好ましくは、光学データは、位置コードパターンが備えられた表面上の部分から取得され、位置コードパターンは、光学的に読み取り可能なマーキングを含む。前記マーキングのそれぞれは、多少任意に設計されてよい。しかしながら、基本的に、各マーキングの設計は、好ましくは、例えば以下の詳細な説明に図示されるような円形のドットの形をとる。位置コードパターンは、任意のパラメータを使用して実現される。このパラメータは、検出器またはセンサによって検出または検知できる前述されたタイプの記号を達成するために使用されてよい。パラメータは、電気的なタイプまたは化学的なタイプ、あるいは他の任意のタイプであってよい。ただし、位置コードパターンは、これがパターンのその表面への応用を容易にするため光学的に読み取り可能であることが好ましい。したがって、このパターンは、必ずしも可視スペクトルに波長を有しない光を反射する能力を持たなければならない。
【００２０】
好ましくは、暗号鍵の生成のために検知、使用されるパラメータは、輝度である。輝度は、光学センサ用に可視である光源のエネルギー出力の強度を相対的に測定したものである。本発明の好ましい実施形態では、照明される表面の一部から反射される光の輝度が記録される。言うまでもなく、その検知された光が必ずしも反射される光を構成する必要はない。また、明るい表面から発せられる光の検知は、本発明の範囲で、あるいは、発せられる光および反射される光のあらゆる組み合わせの範囲で考えられる。その検知される光の輝度は、例えば、周囲の照明の変動、パターンの印刷の質、マーキングのブラッキング（黒さ）、及び／または紙表面などの表面の質に左右されることがある。ペンの傾きなど、生体測定の要因もその輝度に影響を及ぼすことがある。これらの要因及び他の要因は、光学データにかなりの程度の不規則性を生じさせる。さらに、光学センサ自体がノイズ発生器であるという事実が、より光学データの不規則性の程度を高めるだろう。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、光学データは、事前にプログラムされた順序または方式に従って処理され、所定の長さのデータフィールド内でまとめられる。データフィールドは、その結果、好ましくは、所定の順序などの所定の方式に従ってデータレコード内でまとめられる。
【００２２】
本発明の特定の好ましい実施形態によれば、前記データレコード内でまとめられる光学データの偶然性をなおさらに改善するために、データレコード内のデータフィールドの順序は、周期的な並べ替えアルゴリズムに従って配列し直される。周期的な並べ替えアルゴリズムに従って、さまざまなデータレコード内のその配列し直されたデータフィールドの順序は、データレコードごとに異なる可能性がある。したがって、データレコードによっては、データフィールドの順序がまったく改変されないケースを含む、多くの異なる並べ替え方式が使用されてよい。好ましくは、周期的な並べ替えは、各データレコード内の全データフィールドを移すことにより実行される。データフィールドは、ゼロ、つまり移動が起こらないから、データレコード内のデータフィールドの数に一致する数から１を差し引いた数の数多くのステップで移動されてよい。したがって、並べ替えアルゴリズムは、各データフィールドがある特定のデータレコードについて移動されるステップの数に関する情報を含む。
【００２３】
本発明のある特定の実施形態によれば、データレコードの第１集合に含まれるそれぞれのレコード内でのデータフィールドの順序は、第１並べ替えアルゴリズムに従って並べ替えられる。それにより、並べ替えられたデータレコードの第１集合が取得される。次に、データレコードの第２集合の各データレコード内でのデータフィールドの順序が、第２並べ替えアルゴリズムに従って並べ替えられ、それにより並べ替えられたデータレコードの第２集合が取得される。暗号鍵の作成において、並べ替えられたデータレコードの第１集合は、暗号化アルゴリズムで使用される暗号鍵のキーデータを形成し、並べ替えられたデータレコードの第２集合は、暗号化アルゴリズムで使用される暗号鍵の入力データを形成する。逆もまた同様である。代わりに、キーデータ及び入力データは、暗号化プロセスの材料として使用できる暗号化データを形成する。例えば、この材料は、受信機の公開鍵で暗号化され、対称暗号化アルゴリズムのために、暗号鍵として使用され、あるいは、暗号鍵に圧縮されるキーの材料として使用される。前述された並べ替えプロセスの長所は、処理されたデータの統計的な特性、つまり不規則性及び予測不能性が著しく改善されるという点である。
【００２４】
本発明の更なる好ましい実施形態によれば、驚くべきことに、詳細に後述される特定の並べ替えアルゴリズムを使用して、ある特定の高い程度の偶然性が達成されたことが分かった。事実、暗号化アルゴリズムの出力データは、光学データをランダムシードとして使用して上述の並べ替えアルゴリズムを使用するときに、一般的な統計試験方法により均一に分散されたノイズを構成する。
【００２５】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、データレコード内にまとめられる取得された光学データの偶然性は、ハッシュ関数を使用して改善される。この実施形態によれば第１アルゴリズム、つまり第１ハッシュ関数によって所定数のデータレコードの集合で第１ハッシュ化が実行される。当業者により理解されるように、ハッシュ化は反復プロセスであるが、ここでは詳細に説明されない。したがって、これ以降使用されるような用語「ハッシュ化出力」は、ハッシュ化に含まれるすべての反復の結果を指す。したがって、第１出力、つまり、第１ハッシュ化出力は、第１ハッシュ化から取得される。次に、第１出力は、第２ハッシュ関数であってよい第２アルゴリズムに対する入力として使用される。第２アルゴリズムの出力、つまり乱数は、次に、例えば、暗号鍵として、あるいはメッセージを暗号化するための暗号化アルゴリズムの暗号鍵を作成するために使用される。しかしながら、第２アルゴリズムは、代わりに、ハッシュ関数と異なる反復アルゴリズムであってよい。例えば、ストリーム暗号であり、対称暗号化に使用されるＡ３またはＡ５が使用されてよい。
【００２６】
第１ハッシュ関数は、入力データとして使用されるその取得された光学データに歪みまたはノイズを発生させる。言い換えると、それは光学データの規則性、及びデータレコードに含まれるデータフィールド間の相関性を打ち砕く。第２ハッシュ関数、つまり別の、好ましくは反復アルゴリズムを第１出力に使用することにより、データの統計的な特性はさらに改善され、第１出力に追加の歪みが与えられる。したがって、処理された光学データの統計的な特性、つまり不規則性と予測不能性は、本実施形態によるその方法を使用して著しく改善される。この改善は、本実施形態の方法の結果として生成する乱数を、一般的な統計試験方法に従って均一に分散された白色ノイズと見なすことができるほどである。本実施形態の好ましい代替策によれば、対称暗号化アルゴリズムが第１アルゴリズム及び第２アルゴリズムで使用される。アルゴリズムに対して同じ暗号化アルゴリズムを使用することにより、アルゴリズムのプログラムコードの簡略化された実装の長所及び記憶容量の節約が達成される。
【００２７】
さらに、メッセージの実際の暗号化にＡＥＳなどの対称暗号化アルゴリズムを使用するとき、この暗号化アルゴリズムは、好ましくは前記アルゴリズムの少なくとも１つでも、及び好ましくは両方で使用される。しかしながら、他の異なる暗号化アルゴリズムが、メッセージの実際の暗号化だけではなく、前記アルゴリズムのそれぞれでも使用されてよいことは、本発明の範囲内で考えられる。好ましくは、パラメータの統計的な特性は、暗号鍵の偶然性を、または、暗号鍵を作成するために使用される乱数の偶然性を、なおさらに改善するためである。この結果、さらに高度の不規則性及び予測不能性が生じる。好ましくは、使用されている統計的な特性の例は、検知されたパラメータの最大値、最小値、及び合計値を含む。しかしながら、平均値、標準偏差値等の他の統計的な特性が考えられる。当業者により理解されるように、統計的な特性の前記計算の使用は、決して本発明の特定の実施形態に制限されない。反対に、光学データの統計的な特性が計算され、その結果は、暗号鍵を作成するための選ばれた方法に関係なく、光学データ、及びそれとともに作成される暗号鍵の偶然性を改善するために使用されてよい。
【００２８】
さらに、暗号鍵を作成するために使用される光学データは、暗号化され、伝送されるメッセージの一部を構成してよい。代わりに、光学データはメッセージの一部を構成しなくてもよい。さらに、メッセージを暗号化するための光学データを取得するこのステップは、暗号化されるメッセージを取得する手順の前に、手順の間に、または手順に続いて行われてもよい。一例として、メッセージの暗号化は、その実際の伝送の直前に起こってよい。それから、光学データがメッセージから抽出されるかどうかに関係なく、光学データを取得することを含む暗号鍵は、暗号化手順に関連して生成されてよい。代わりに、暗号鍵の生成は、例えばメッセージの取得、記憶に関連して早期に実行されることがあり、記憶される暗号鍵が暗号化に使用される。
【００２９】
適切には、暗号鍵を作成するために使用される光学データは、その処理の前に記憶媒体に記憶される。別の実施形態では、光学データは、その処理後に記憶される。
【００３０】
好ましくは、対称暗号化アルゴリズムが、メッセージの実際の暗号化に使用される。例えば、ＡＥＳ、ＤＥＳまたはＩＤＥＡなどの適切である多くの考えられる対称暗号化アルゴリズムがある。メッセージの実際の暗号化にＲＳＡなどの非対称暗号化アルゴリズムを使用することも考えられ、本発明の範囲内にある。しかしながら、本発明は、ある特定の暗号化アルゴリズムに制限されない。
【００３１】
好ましい実施形態によれば、本発明の方法及び装置は、デジタルペンなどの手持ち式装置での実装に、特によく適している。その結果、このようなデジタルペンは、例えば、前述されたような位置コードパターンが備えられている表面から伝送されるメッセージを取得するための光学センサを備えるだろう。好ましくは、デジタルペンは、光学センサによって読み取られる表面を照明するための照明手段も備える。照明手段及び光学センサは、制限された波長範囲に限定されてよく、その結果、光学センサは、おもに、照明手段により提供される反射光を検出する。好ましくは、光学センサは、暗号鍵を作成するために使用される光学データを取得するためにも使用される。それにより、デジタルペンの限られた内部では、追加のセンサまたは乱数発生器は必要とされない。
【００３２】
さらに、デジタルペンは、メッセージを取得し、暗号化し、伝送するために必要とされるすべてのステップだけではなく、本発明のステップを実行するためのプロセッサまたは処理手段も備える。さらに、デジタルペンは、メッセージを受信機に伝送するための伝送手段だけではなく、とりわけ、データを記憶するための適切な記憶手段と、電池などの電源手段も備える。
【００３３】
本発明の更なる実施形態によれば、圧力データを取得するための圧力センサが備えられる。圧力データは、手の移動などの生体測定の要因に関係するので、圧力データの不規則性の程度は高い。それから、圧力データは、乱数データまたはランダムシードとして、ランダムシードの不規則性の程度を高めるために、暗号鍵の生成で光学データと組み合わせて使用することができる。
【００３４】
また、本発明の別の実施形態によれば、時間データが得られ、ランダムシードとして、ランダムシードの偶然性を高めるために、光学データと組み合わせて使用される。時間データは本来決定論的であるが、結合されたデータの不規則性の程度は減少しないだろう。時間データは、好ましくは、処理手段の内部クロックにより提供される。このようにして取得されたランダムシードは、その後、前述されたような方法で暗号鍵の生成で使用される。
【００３５】
当業者により理解されるように、本発明によれば光学データから生成する乱数が使用されてよい他の関連分野がある。１つのこのような領域は、送信された、または受信されたメッセージの認証である。
【００３６】
別の分野は、送信者から受信者へのキーの伝送である。したがって、乱数は、受信者の公開鍵で暗号化され、対称暗号化アルゴリズムのために、暗号鍵として使用され、あるいは、その後暗号鍵に圧縮されるキーデータとして使用される。
【００３７】
乱数は、ＲＳＡキーまたはＤＨキーのための素数を発生させるためにも使用できる。
【００３８】
当業者により理解されるように、その好ましい実施形態だけではなく、本発明の方法及び装置は、好ましくはデジタルペンの中で、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能媒体として実現するのに適している。
【００３９】
本発明の更なる目的及び長所は、実施形態を例証することによって後述されるだろう。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態は、添付図面に関してさらに詳細に説明されるだろう。
【００４１】
（好ましい実施形態の説明）
以下では、本発明を実現できる情報管理システムが、図１に関して説明される。システム構造の一般的な提示の後、位置コードパターンが備えられる製品が、図２に関して説明される。次に、図３に関して、図２の位置コードから光学データを読み取り、取得するために設計された、本発明の方法及び装置を実現できる送信装置が図示される。
【００４２】
まず図１を参照すると、位置コード製品及びデジタルペンなどの送信装置を統合できる情報管理システムが図示される。図１のシステムに含まれる多くの相互に依存する関係者（アクター）がある。つまり、デジタルペンを製造する企業（「ペン製造メーカー」）、位置コード化製品を製造する企業（「製紙業者」）、サービスハンドラ装置によってさまざまなサービスを提供する企業（「サービスハンドラ」）、仮想空間データベースに基づいて位置コードを管理する企業（「パターン管理者」）、デジタルペンとさまざまな装置間の通信リンクを提供する事業者（「ネットワーク事業者」）、及びデジタルペンの多数のユーザ（「ペンオーナ」）である。
【００４３】
図１のシステムは、多数の送信装置つまりデジタルペンＤＰ、位置コード製品Ｐ（図１にはその内の１つだけが図示されている）、ルックアップ装置ＡＬＳ、及び複数のサービスハンドラ装置ＳＨ（図１にはその内の１つだけが図示されている）を含む。情報がデジタルペンＤＰからルックアップ装置ＡＬＳ及びサービスハンドラ装置ＳＨに、任意の適切な方法で伝送できることに注意する必要がある。ある実施形態では、情報の無線伝送が、デジタルペンＤＰから、今度は情報をそれぞれルックアップ装置ＡＬＳ及びサービスハンドラ装置ＳＨに伝送するネットワーク接続装置へ達成される。ネットワーク接続装置は、デジタルペンＤＰの一体化した一部となることができる。代わりに、ネットワーク接続装置は、携帯電話またはコンピュータ、あるいはインターネットまたはＬＡＮなどのコンピュータネットワークへのインタフェース付きの他の適切な装置である場合がある。ルックアップ装置ＡＬＳは、仮想空間データベースＧＳＤＢに接続される。仮想空間データベースＧＳＤＢは、位置コードによってコード化されるあらゆる位置の機能性、及びそれぞれのこのような位置に関連付けられる関係者に関するデータを含む。また、ルックアップ装置ＡＬＳは、ペンデータベースＰＤＢにも接続される。ペンデータベースＰＤＢは、各ペンの一意のペン識別子及び各ペンに関連付けられるすべての設定値または特性などの、システム内のすべてのデジタルペンに関するデータを含む。また、ペンデータベースＰＤＢは、各ペンの製造メーカーに関するデータも含む。それに加えて、ルックアップ装置ＡＬＳは、イベントデータベースＧＥＤＢに接続される。イベントデータベースＧＥＤＢは、ルックアップ装置ＡＬＳ内で発生するトランザクションに関するデータ、つまりシステム内のペンによりなされるアドレス要求、及びプロセスで発生するあらゆるエラーだけではなく、ペンに戻されるアドレス応答に関するデータを含む。図１に図示されるような個々のデータベースに対する代替策として、ルックアップ装置ＡＬＳは１つの包括的なデータベースに接続できるだろう。
【００４４】
システムは、ネットワーク事業者が、デジタルペンＤＰとルックアップ装置ＡＬＳの間の通信、及び、デジタルペンＤＰとサービスハンドラ装置ＳＨの間の通信を処理する１つまたは複数のネットワークも含む。この目的のために、ペンのオーナは、ネットワーク事業者の１つで申し込みを開いた。このネットワーク事業者は、ペンオーナが、ｅ−メール、ＳＭＳまたはファックスなどの電子メッセージを、デジタルペンＤＰによって位置コード化製品Ｐに書き込まれた情報に基づいて送信できるようにする通信サービスを提供するサーバ装置ＳＰによって、システムでサービスハンドラとしての役割を果たすこともできるだろう。ネットワーク事業者のサーバ装置ＳＰは、例えば、位置コード化カレンダまたはノートブック内のエントリを、システム内で作成される情報のネットワーク記憶に提供することもできるだろう。サービスハンドラとしての役割を果たすとき、ネットワーク事業者は、例えば、ｅ−メールメッセージに添付される署名または電子名刺、送信メッセージをどこに、どのようにして記憶するか等のさまざまなアプケーションのためのユーザに特定の設定に関するデータを含むアプリケーションデータベースＡＳＤＢを維持する。
【００４５】
図１の実施形態では、システムは、システムのデータベースと接続される１つまたは複数のウェブサーバがホストとして働くインターネットポータルを含む。１つのポータルＰ１が図１に図示されている。ポータルＰ１は、いわゆるパートナポータル、つまりペン製造メーカー、製紙業者、サービスハンドラ及びネットワーク事業者が、システムのデータベースの選択された部分に、インタフェース装置ＩＦを介してアクセスできるようにするポータルである。別のポータルの例は、いわゆるペンオーナポータル、つまりペンオーナがシステムのデータベースの選択された部分にアクセスできるようにするポータルである。別の実施形態では、２つのポータルの機能性は１つの共通ポータルに融合される。
【００４６】
図１に描かれているさまざまな参加者間の通信では、情報が安全に、つまり暗号化及びデジタル署名を使用することによって送信されることが望ましい。デジタルペンＤＰがサービスハンドラＳＨに機密情報を送信する場合、デジタルペンＤＰは情報を暗号化し、サービスハンドラ装置ＳＨは、情報を復号するために、それを解読する。デジタルペンＤＰは、対称暗号化または非対称暗号化のどちらかを使用できる。
【００４７】
図２では、用紙１の形をとる図１のシステムに使用される位置コード化製品などの製品の一部が示される。その表面２の上には、位置の決定を可能にする光学的に読み取り可能な位置コードパターン３が備えられる。位置コードパターンは、表面２上に系統的に配列されるマーキング４を含む。出願人は、ここに参照して組み込まれている国際特許出願ＷＯ０１／１６６９１号で、このような位置コードを備える書き込み表面を有する製品の使用を提案している。表面上で複数の位置をコード化する位置コードは、位置コードを検出するデジタルペンによって、書き込み面上に書き込まれている情報の電子記録を可能にする。位置コードは、製品上で必要とされる位置の数よりはるかに大きい多数の位置の座標をコード化できる。したがって、位置コードは、位置コードがコード化できるすべての位置によって定められる仮想空間を形成すると考えることができ、それにより仮想空間内のさまざまな位置は、さまざまな機能及び／または関係者用に専用とすることができる。図２に図示される位置コードパターンが、明快さのために大幅に拡大されていることに注意する必要がある。
【００４８】
図３は、例えば図２の位置コードパターンを読み取るために設計された送信装置の実施形態の略図を示す。本発明の好ましい実施形態によれば、その装置はデジタルペンである。ペンＤＰは、ペン状の形に成形されるハウジング５を備える。開口部６が、ハウジング５の一方の端部に設けられる。開口部は、情報が取得される表面Ｓに置かれる、あるいは表面Ｓの間近に保持されることを目的とする。
【００４９】
ハウジング５内には、光学装置、電子装置、及び電流供給装置が組み込まれている。デジタルペンの更なる実施形態によれば、後述される圧力センサ装置がハウジング５内に備えられてもよい。
【００５０】
光学装置は、位置コードが備えられた表面を照明するために配列されるダイオード７、及び二次元画像を記録するために構成されるＣＣＤセンサ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳセンサ（相補型金属酸化膜半導体）などの感光センサ８を備える。電流供給装置は、本実施形態では、別個のコンテナに配置される電池９である。
【００５１】
電子装置１０は、プロセッサ装置を備える。プロセッサ装置は、画像処理手段、暗号化手段、及び、プロセッサを含む。プロセッサは、センサ８から画像を読み取り、位置の決定及び画像に基づいた情報の復号を実行するようにプログラミングされる。さらに、プロセッサは、例えばセンサから受け取った画像からなど、画像から取得される光学データの特性を計算するために計算を実行するようにプログラミングされる。これらの計算から生じるデータは、他の計算または暗号化アルゴリズムなどのアルゴリズムのための入力データとして使用できる。この実施形態では、ＡＥＳアルゴリズム及びＲＳＡアルゴリズムが、プロセッサ装置内で実現される。
【００５２】
また、電子装置１０は、プロセッサ装置用のプログラム命令だけではなく、例えば、プロセッサまたはセンサから受け取ったデータを記憶するように構成されるメモリまたはデータ記憶装置を備える。
【００５３】
さらに、ペンは、ペンの起動及び制御を可能にするキーパッド１１を備えてよい。赤外または電波による、図１のシステムの他の参加者との無線通信用のトランシーバ１２も含まれる。さらに、例えば記録された情報を示すためのディスプレイ１３を含むことができる。キーパッド、トランシーバ及びディスプレイは、電子装置１０に接続されており、電子装置１０によって制御される。
【００５４】
図３は概略的な図であり、ペンの中に備えられるパーツの実際の構成が、本発明の範囲から逸脱することなく構成とは異なる可能性があることに注意する必要がある。
【００５５】
前述された実施形態では、位置コードパターンは光学的に読み取り可能なパターンであるため、センサは光学センサである。位置コードパターンは、前述されたような光学パラメータとは別のパラメータに基づくことがある。その場合、言うまでもなく、センサは、問題のパラメータを読み取ることができるタイプでなければならない。
【００５６】
デジタルペンと位置コード化製品の組み合わせは、コンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話等に対する入力装置として使用できる。
【００５７】
例えば、位置コード化されたノートパッド上に書き込まれるテキスト及びスケッチは、ペンを介してコンピュータに転送できる。さらに、ペンと位置コード化された製品の組み合わせは、ペンを介して製品から直接的な、このような通信専用である製品上の位置コードによる国際的な通信を可能にする。例えば、ペンにより記録される情報は、ファックスメッセージ、ｅ−メールまたはＳＭＳに変換してから、ペンから受取人に送信できる。さらに、ペンと位置コード化製品の組み合わせは、ｅ−コマースでも使用できる。例えば、デジタルペンは、このようなサービス専用の広告中の位置コードによって、雑誌の中の位置コード化広告から商品を注文するために使用できる。
【００５８】
前記の概念は、図１に図示され、ここに参照して組み込まれる出願人の国際特許出願ＰＣＴ／ＳＥ００／０２６４０号、ＰＣＴ／ＳＥ００／０２６４１号、及びＰＣＴ／ＳＥ００／０２６５９号にさらに開示されるシステムまたはインフラストラクチャで実現されている。
【００５９】
図４を参照すると、図３の送信装置によって図２の位置コード化された製品上に書き込まれる情報に基づいたメッセージの暗号化のための本発明の方法が、フローダイヤグラムの形で示される。これにより、例えばｅ−メール、ＳＭＳ、またはファックスの形をとる、送信装置から受信機への、前記メッセージの安全な伝送が提供される。さらに、位置コード化された製品及び送信装置は、好ましくは、図１に提示されるシステムに組み込まれる。
【００６０】
ステップ４１０で開始されると、パターン化された表面が、センサ８により読み取られ、または走査され、それにより光学画像ＯＩが取得される。画像ＯＩは、次に画像記憶媒体にパターンのマッピングとして記憶される。光学画像ＯＩまたは画像を表す光学データは、所定数のピクセルを含む。各光学画像ＯＩは、次に所定数の副画像またはイメージ要素に分割され、各イメージ要素は所定数のピクセルを含む。これらのピクセス表現のサイズと数、つまり解像度は調整可能である。
【００６１】
１つの例証実施形態によれば、各光学画像は９６×９６ピクセルを含む。さらに、９６×９６ピクセルは、１６×１６イメージ要素から成る１つの行列構成要素の中で分割され、結果的に各イメージ要素は６×６ピクセルから成り立つ。言うまでもなく、本発明の範囲から逸脱することなく使用できる、光学画像の任意の数のピクセル構成が考えられる。
【００６２】
ステップ４２０では、光学画像のデータに含まれる情報の復号が実行される。好ましい実施形態では、結果として生じる光学データＯＤは、読み取られた表面の部分での輝度の情報を備える。検知された輝度に影響を及ぼす要因は、すでに前述された。この輝度は、計数値によって表現される。本発明の好ましい実施形態では、白い表面は２５５という値に相当し、ブラッキングマーキングなどの黒い表面は０という値に相当する。光学データのダイナミックスを強化するため、表面の一部を表わすそれぞれのイメージ要素が、少なくとも１つのマーキング、及びマーキングを取り囲む表面の少なくとも一部のデータを含むことが好ましい。
【００６３】
しかしながら、ペン圧力、座標、時間等などのデジタルペンのセンサからの入力値のどれかを、鍵生成のためのパラメータとして使用できる。これらのパラメータは、次に、光学データＯＤと組み合わせて、あるいはコンピュータランダムシードと組み合わせて使用される。
【００６４】
ステップ４３０で、センサにより生成された光学データＯＤは、光学データの特定の統計特性を計算するために処理される。最も好ましい実施形態によれば、多くのピクセルの強度つまり輝度の最大値、最小値、及び合計値が計算され、続くプロセスで光学データとして使用される。このようにして計算された統計値は、これ以降、処理済み光学データＰＯＤと呼ばれる。この計算は、各イメージ要素で、つまりそれぞれ各イメージ要素で表現される光学データＯＤ上で実行される。言うまでもなく、平均値、または標準偏差値などの計算されてよい他の好ましい統計的な特性がある。
【００６５】
その後、ステップ４４０で、処理済み光学データＰＯＤの結果として生じるシーケンスは、ビットグループ、つまりデータフィールド内でまとめられる。本発明の最も好ましい実施形態によれば、各イメージ要素は１つのデータレコードＤＲで表わされ、各データレコードＤＲは４つのデータフィールドから成り立っている。最初の２つのデータフィールドは計算された合計値を含み、第３は計算された最小値を含み、第４は計算された最大値を含む。したがって、データレコードＤＲのシーケンスは１つの光学画像から生成され、各データレコードが画像の１つのイメージ要素に対応する。データレコードＤＲが生成されると、それらは、オプションで乱数データとして使用される前に巡回レジスタに記憶され、例えば、メッセージの伝送時など、必要とされるときにプロセッサによってアクセスされるためにプロセッサ装置内に配列される。
【００６６】
それから、ステップ４５０で、データレコードＤＲのシーケンスは、このデータレコード内の処理済み光学データの偶然性を増すためにアルゴリズムで処理される。これは、処理済み光学データＰＯＤが、統計的な意味では１００パーセント不規則ではないという事実のためである。したがって、処理済み光学データがランダムシードとして使用される前に、光学データの統計的な特徴を改善する、つまり処理済み光学データの不規則性または偶然性を増すために追加処理を実行することが望ましい。図５及び図８は、処理済み光学データの不規則性を増すための本発明の２つの別の実施形態の２つの異なるアルゴリズムを示す。これらのアルゴリズムは、下記に詳説される。
【００６７】
最後に、ステップ４６０で、処理済み光学データは、暗号化アルゴリズム内の暗号鍵ＥＫとして使用され、デジタルペンを使用して位置コード化表面から取得されるメッセージの暗号化が実行される。
【００６８】
別の実施形態によれば、処理済み光学データは、ステップ４６０で、送信されたメッセージの認証に使用される。次に、処理済み光学データは、例えば、デジタルペンの秘密鍵などの暗号鍵によって暗号化される乱数データとして使用され、暗号化された乱数データは、前記送信されたメッセージの認証に使用される。
【００６９】
ＡＥＳ暗号化アルゴリズムなどの暗号化アルゴリズムは、ブロック暗号化を使用する。ブロック暗号、つまりブロック暗号化を使用する暗号化アルゴリズムは、一度に１ビットに対してよりむしろ、一度に１グループとしてデータのブロックに対して、暗号鍵とアルゴリズムが適用される暗号化テキスト（暗号文を作成するための）方法である。はるかに使用頻度の低いこの主要な代替方法は、ストリーム暗号と呼ばれる。
【００７０】
暗号化されるテキストが、テキストごとに変化しない静的データを含むとき、暗号作成の技術上の困難がある。静的データを含むテキストを暗号化するためにさまざまな暗号鍵が使用される場合、アタッカーは、静的データの位置がアタッカーによって知られていると鍵に関する結論を引き出すことができるだろう。これを防止するために、シーケンス中の過去の暗号化されたブロックから次のブロックに暗号文を適用することが一般的である。ブロック暗号でのこの暗号化方法は、多くの場合ＣＢＣ（暗号ブロック連鎖方式）暗号化と呼ばれる。その結果、静的データを含むブロックの暗号化は、すべての過去のテキストブロックに依存しており、静的データの暗号化から鍵に関する結論を引き出すことは多少不可能になる。これを確実にするために、不規則発生器から引き出される開始ベクタが第１ブロック内のテキストと結合される。その結果、及び本発明の好ましい実施形態によれば、処理済み光学データが、暗号鍵（つまり鍵データブロック）と初期ベクタ（つまり入力データブロック）の両方を形成するために使用される。
【００７１】
ここで図５に関して、処理済み光学データの不規則性または偶然性を高めるため、及び乱数を生じさせるために、本発明による第１の好ましいアルゴリズムに従う方法のフローダイヤグラムが示される。図５、図６、図７Ａ及び図７Ｂに関する以下の説明は、図４のステップ４５０に相当することに注意する必要がある。
【００７２】
第１に、ステップ５１０で、図４のステップ４４０で取得されたデータレコードのシーケンスがデータブロックにまとめられ、各データブロックは、前記説明に従って、鍵データブロックＫＢまたは入力データブロックＩＢのどちらかとして決定されるか、又はラベリングされる。本発明の最も好ましい実施形態によれば、４つのそれに続くデータレコードは、単一のデータブロック内でまとめられる。さらに、あらゆる第２データブロックは鍵データブロックＫＢであり、中間データブロックは入力データブロックＩＢである。
【００７３】
次に、ステップ５２０では、鍵データブロックＫＢが、第１数学アルゴリズムに従って処理され、ステップ５３０では、入力データブロックＩＢが、第２数学アルゴリズムに従って処理される。数学アルゴリズムは、それぞれ鍵データブロックＫＢ及び入力データブロックＩＢに含まれるデータフィールドの周期的な並べ替えまたはシフト手順を定める。
【００７４】
特に図６に関して、鍵データブロックＫＢまたは入力データブロックＩＢ内のデータフィールドの順序は、シフト手順の前に示される。レコードは、４つの要素に分けられるボックスとして概略して示され、それぞれの要素がデータフィールドを表している。最も好ましい実施形態では、１と２で示されているフィールドは輝度の合計を含み、３で示されているフィールドは最小を含み、４で示されているフィールドは最大を含む。鍵データブロックＫＢに含まれるデータフィールドの周期的なシフトの方式は、以下に表１に示される。
【表１】
0004815094.tif 000002
【００７５】
図７Ａでは、周期的なシフトが実行された後の鍵データブロック内のデータフィールドの順序が示されている。第１データレコード、レコードＡのデータフィールドはそれらの位置を保持し、第２レコード、レコードＢ内のデータフィールドは、右に３つ位置を移され、第３レコード、レコードＣ内のフィールドは、右に２つ位置を移され、第４レコード、レコードＤ内のフィールドは、右に１つ位置を移される。鍵データブロックのための並べ替えアルゴリズムの結果としてのデータブロック出力は、並べ替え済み鍵データブロック、ＲＫＢと呼ばれる。
【００７６】
表２では、入力データブロックＩＢに含まれるデータフィールドの周期的なシフトの方式が示される。
【表２】
0004815094.tif 000003
【００７７】
図７Ｂでは、右への周期的なシフトが実行された後の入力データブロック内のデータフィールドの順序が示される。第１データレコード、レコードＡ内のデータフィールドは１つ位置を移され、第２データレコード、レコードＢ内のデータフィールドは２つ位置を移され、第３データレコード、レコードＣ内のデータフィールドは３つ位置を移され、第４データレコード、レコードＤ内のデータフィールドはそれらの位置を保持する。入力データブロックのための並べ替えアルゴリズムの結果としてのデータブロック出力は、並べ替え済み入力データブロック、ＲＩＢと呼ばれる。
【００７８】
並べ替えられた、または配列し直された鍵データブロック及び入力データブロックを取得するために、本発明の範囲内で幅広いシフトアルゴリズムが使用されてよいことに注意する必要がある。しかしながら、驚くべきことに、鍵データブロック及び入力データブロック内に含まれるデータレコード内のデータフィールドの前述された並べ替えが、その後の暗号化の出力データの所望の統計的な特性の特定のかなりの改良を、暗号化のための鍵データ及び入力データとして並べ替え手順の結果を使用するときに提供することが分かった。言い換えると、出力データの不規則性及び偶然性は高められ、予測可能性は減少する。実際、技術の中で認識されている統計的な試験手順に従って、暗号化アルゴリズムの出力データ、つまり暗号化されたメッセージは、均一に分散された白色ノイズとして見なすことができる。この意外な効果は、その結果として暗号化アルゴリズムの出力データに伝送される、データレコード内のデータフィールドに含まれる処理済み光学データ間の相関性が、前述された並べ替え手順により打ち砕かれるという事実のためである。
【００７９】
次に、ステップ５４０で、このようにして並べ替えられた鍵及び入力データブロック内のデータは、それぞれ、暗号化アルゴリズムのための暗号鍵、鍵データＫＤ、及び開始ベクタ、入力データＩＤとして使用される。
【００８０】
最後に、ステップ５５０で、その方法は、図４でステップ４６０で示される手順に戻される。このステップで、メッセージの実際の暗号化が、この好ましい実施形態ではＡＥＳ暗号化アルゴリズムを使用して実行される。しかしながら、言うまでもなく、他の暗号化アルゴリズムが、本発明の範囲内で考えられる。
【００８１】
以下に、処理済み光学データの統計的な特性を改善するための第２の代替の好ましい実施形態が、特に図８に関して説明される。
【００８２】
アルゴリズムが、２つの部分を有するとして見なすことができる。シード更新と呼ばれる第１部分では、ランダムシードが、処理済み光学データに基づいて計算される。乱数計算と呼ばれる第２部分では、このようにして計算されたランダムシードが、暗号化アルゴリズムで使用するための乱数の計算のための入力データとして使用される。
【００８３】
処理済み光学データを含むデータレコードのシーケンスの部分集合を含むデータブロックが、シード更新部分内の入力データを形成する。データレコードは、好ましくは第１の好ましい実施形態に関して前述されたようにまとめられるデータフィールドを備える。したがって、各データレコードは４つのデータフィールドを含み、最初の２つが合計値、第３が最小値、及び第４が最大値を含む（図６を参照）。
【００８４】
ステップ８１０では、各データブロックは、処理済み光学データを含むデータレコードの不規則性を高めるために、本実施形態では暗号化アルゴリズムである第１ハッシュ関数で処理される。第１ハッシュ関数は、本実施形態では、対称暗号化アルゴリズムである。処理済みの光学データを含むデータレコードは、暗号鍵として使用され、任意に選ばれるベクタは、開始ベクタとして使用される。しかしながら、１とゼロの数が実質的には等しく、開始ベクタ全体で適切に分散されることが好ましい。これは、実質的に類似する入力データによる頻繁なシード更新のために生じる可能性のあるパターンのリスクを除去し、ランダムシードの質を高める、ハッシュ化アルゴリズム用の開始ベクタとして過去のシードを使用することにより達成できる。
【００８５】
つぎに、ステップ８２０では、反復プロセスが各ハッシュ化出力つまりハッシュ値、ＨＶを連結し、それによりハッシュ化出力データブロックを形成する。これは、ハッシュ化プロセスが、通常、入力データのデータサイズより小さい、つまりはるかに小さいデータサイズを有する出力を生じさせるという事実のためである。反復数は、出力データの所望されるサイズに依存する。
【００８６】
つぎに、ステップ８３０で出力データブロックは、鍵データブロックとシードデータブロックに分割される。鍵データブロック及びシードデータブロックは、乱数計算部分で入力データとして使用される。これは、数学的には、以下のように書くことができる。
入力データ：光学データ＝ＳＵ2*m-1．．ＳＵ1ＳＵ0
計算：ＳＩx＝Ｈａｓｈn（ＳＩx，ＳＵx）
出力データ：シード入力＝ＳＩ2*m-1．．ＳＩ1ＳＩ0
＝ＳＫm-1．．ＳＫ1ＳＫ0ＳＤm-1．．ＳＤ1ＳＤ0
鍵データ  ＝ＳＫm-1．．ＳＫ1ＳＫ0
シードデータ＝ＳＤm-1．．ＳＤ1ＳＤ0
ここでは、＝Ｙ／ｎであり、Ｙは、第２ステップで生成する乱数のビット長であり、ｎはハッシュ化アルゴリズム、ハッシュの出力データのビット長である。さらに、ＳＵxは入力データブロックｘであり、ＳＩxは出力データブロックｘであり、ＳＫxは鍵データブロックｘであり、ＳＤxはシードデータブロックｘである。この実施形態では、ハッシュ化アルゴリズムは、対称暗号化アルゴリズム、ＡＥＳを使用して実行される。当業者により理解されるように、高められた不規則性を取得するために使用でき、ＡＥＳアルゴリズムの代わりに実現できるかなりの数のアルゴリズムが考えられる。シード更新は、シードの完全な更新で、つまりＳＩに含まれる全データブロックで、または１つのデータブロックＳＩxで実行できる。これは、部分２の乱数計算アルゴリズムの要件及び手元のコンピュータの能力に依存する。
【００８７】
つぎに、ステップ８４０で、乱数計算部分で、鍵データブロック及びシードデータブロックが、本実施形態では、例えばＡＥＳなどの対称暗号化アルゴリズムを活用する、第２アルゴリズムで入力データとして使用される。ステップ８４０で実行されるアルゴリズムは反復アルゴリズムである。前述されたように、例えばＩＤＥＡまたはＤＥＳなどの、ＡＥＳの代わりに前記第２アルゴリズムで使用できる多くの代替暗号化アルゴリズムがある。代わりに、ストリーム暗号であり、対称暗号化に使用されるＡ３またはＡ５が使用されてよい。カウンタ、シードカウントも含まれる。それは、入力データがシード更新で更新されてから後の乱数計算が使用された回数をカウントする。数学的には、乱数計算は、以下のように書くことができる。
入力データ：鍵データ＝ＳＫm-1．．ＳＫ1ＳＫ0
シードデータ＝ＳＤm-1．．ＳＤ1ＳＤ0
シードカウント
計算  ０から（ｍ−１）までのｘの場合
１．１ ＰＲx＝Ｅｎｃｒｙｐｔ（ｋｅｙ＝ＳＫx，ｉｎｐｕｔ＝ＳＤx）
１．２ ＳＫ(x+2)ｍｏｄ  ｍ＝ＳＫ(x+2)mod mｘｏｒ  ＰＲx
１．３ ＳＤ(x+1)ｍｏｄ  ｍ＝ＳＤ(x+1)mod mｘｏｒ  ＰＲx
シードカウント＝シードカウント＋１
出力データ：乱数＝ＰＲm-1．．ＰＲ1ＰＲ0
鍵データ＝ＳＫm-1．．ＳＫ1ＳＫ0
シードデータ＝ＳＫm-1．．ＳＫ1ＳＫ0
シードカウント
この場合ＰＲxは乱数データブロックｘであり、ｘｏｒはＸＯＲ（排他的論理和）演算であり、ｍｏｄはモジュラス演算であり、ｅｎｃｒｙｐｔは対称暗号化アルゴリズムである。また、ブロック変換は、計算ステップの中で実行される。この変換が、さらに乱数の不規則性を高める。
【００８８】
ステップ１．２と１．３の変換は、多くの他の方法で実行できるだろうが、説明された方法は、ブロック内のすべての変化がランダムシードの大部分で変換されることを確実にし、それにより以下の計算のための高品質のランダムシードを保証する。
【００８９】
別の実施形態によれば、第２アルゴリズムは、好ましくは前述された第２アルゴリズム内と同じ対称暗号化アルゴリズムを使用する、ハッシュ関数である。
【００９０】
最後に、ステップ８５０で、この方法は、図４でステップ４６０で示される手順に戻される。このステップでは、メッセージの実際の暗号化が、この好ましい実施形態では、前記方法によって取得された乱数データＰＲｘが図４のステップ４６０で暗号鍵として使用される、ＡＥＳ暗号化アルゴリズムを使用して実行される。
【００９１】
代わりに、乱数データＰＲxの暗号化は、例えば、非対称暗号化アルゴリズムを使用することにより実行される。それから、暗号化された乱数データが、暗号化されたメッセージの受信機に送信される。受信機は暗号化された乱数データ上でハッシュ化を実行し、結果として生じるハッシュ値を、それから受信メッセージの解読のために非対称暗号化アルゴリズムで使用される秘密暗号鍵として使用する。
【００９２】
ここに図解及び例証の目的で特定の実施形態が示され、説明されたが、図示され、説明された特定の実施形態が、本発明の範囲を逸脱することなく、多岐に渡る代替の及び／または同等な実装に代わられてよいことは、当業者により理解される。当業者は、本発明が、多様なハードウェアとソフトウェアの実装、あるいはその組み合わせを含む多岐に渡る実施形態で実現できるだろうことを容易に理解するだろう。本願は、ここに説明される好ましい実施形態のあらゆる適合または変化を含むことを目的とする。結果的に、本発明は、添付請求項及びその同等物の文言により明示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による情報管理システムの実施形態を示す図である。
【図２】  位置コードパターンが備えられる製品の実施形態を概略的に示す図である。
【図３】  本発明による送信装置の実施形態を概略的に示す図である。
【図４】  光学データを使用してメッセージを暗号化するための、本発明による方法の実施形態を図解するフローダイヤグラムを示す図である。
【図５】  暗号鍵を作成するために使用される光学データの不規則性を増すための第１の実施形態のアルゴリズムを図解するフローダイヤグラムを示す図である。
【図６】  本発明の実施形態による周期的な並べ替え手順の前の、鍵データブロック及び入力データブロック内のデータフィールドの順序を概略的に示す図である。
【図７Ａ】  前記周期的な並べ替え手順後の、鍵データブロック及び入力データブロック内のそれぞれのデータフィールドの順序を概略的に示す図である。
【図７Ｂ】  前記周期的な並べ替え手順後の、鍵データブロック及び入力データブロック内のそれぞれのデータフィールドの順序を概略的に示す図である。
【図８】  暗号鍵を作成するために使用される入力データの不規則性を増すための第２の実施形態のアルゴリズムを図解するフローダイヤグラムを示す図である。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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