(57)【要約】【課題】暗号化したメッセージのセキュリティ向上のために複雑性を高めた擬似ランダム系列発生装置を備える符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）送受信装置を提供する。【解決方法】符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムは複数の加入者局と少なくとも一つの基地局とを有するスペクトラム拡散通信システムの一種である。第１の加入者局が第２の加入者局と交信するには、第１の加入者局の送信機ユニットが送信信号に特有の符号で印をつけ、その送信信号を復号化する符号を用いた受信機を第２の加入者局に備えなければならない。また、ＣＤＭＡ通信システムの送信装置の各々に音声信号およびデータ信号の暗号化のためのストリーム暗号発生器を備える。併せて、ＣＤＭＡ通信システムの受信装置の各々に、受信した暗号化ずみ通信信号の解読のために用いる同一または類似のストリーム暗号発生器を備える。暗号化ずみメッセージのセキュリティ向上のためのストリーム暗号を生ずる複数の線型フィードバックシフトレジスタを有するストリーム暗号発生器をこの発明は提供する。【選択図】    図５
2007151201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタルデータストリームで表される通信信号を送信する送信装置（２００）であって、前記通信信号の前記ディジタルデータストリームの暗号化のための暗号ストリームを発生する手段（２２０）と、選択的に符号化したデータストリームを生ずるように前記暗号ストリームを前記ディジタルデータストリームと関連づける手段（１６）とを含む送信装置（２００）において、
前記暗号ストリーム発生手段（２２０）が、クロック入力と出力とを各々が有するとともに前記暗号ストリームを生ずるように合成される出力を有する第１の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１）および第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ２）であって前記第２のレジスタ（Ｌ２）の出力を前記第１のレジスタ（Ｌ１）のクロック入力へのクロック信号と合成する第１のレジスタ（Ｌ１）および第２のレジスタ（Ｌ２）を含むことを特徴とする送信装置（２００）。
【請求項２】
前記暗号ストリーム発生手段（２２０）が暗号ストリーム発生器（２２０）であり、前記関連づける手段（１６）が前記選択的に符号化したデータストリームを生ずるように前記暗号ストリームを前記ディジタルデータストリームと混合するデータストリームミキサ（１６）である請求項１記載の送信装置（２００）。
【請求項３】
前記第１のレジスタ（Ｌ１）および前記第２のレジスタ（Ｌ２）が互いに異なる長さを有することを特徴とする請求項２記載の送信装置（２００）。
【請求項４】
前記第１のレジスタ（Ｌ１）の周期が前記第２のレジスタ（Ｌ２）の周期に対して素数の関係にあることを特徴とする請求項３記載の送信装置（２００）。
【請求項５】
前記第１の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１）の出力と前記第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ２）の出力とが排他的ＯＲゲートで合成されることを特徴とする請求項４記載の送信装置（２００）。
【請求項６】
前記第１の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１）が前記第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ２）の出力をＡＮＤゲートまたはＮＡＮＤゲート経由で受けることを特徴とする請求項４記載の送信装置（２００）。
【請求項７】
前記暗号ストリーム発生器（２２０）が前記暗号ストリームを出力に生ずる一連の相互関連の第１および第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１、Ｌ２）を含み、前記第１の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１）の各々が前記第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ２）の各々からフィードバックを受けるように配置されていることを特徴とする請求項２記載の送信装置（２００）。
【請求項８】
前記第１の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１）の各々が前記第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ２）の各々と異なるビット長を有することを特徴とする請求項７記載の送信装置（２００）。
【請求項９】
前記第１の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１）の各々が互いに等しいビット長を有し、前記第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ２）の各々が互いに等しいビット長を有することを特徴とする請求項８記載の送信装置（２００）。
【請求項１０】
前記第１の周期が前記第２の周期と素数の関係にあることを特徴とする請求項８記載の送信装置（２００）。
【請求項１１】
前記暗号ストリーム発生器（２２０）がＮ個の第１の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１）とＭ個の第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ２）とを有し、Ｎ番目の前記第１の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１）の出力とＭ番目の前記第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ２）の出力とを排他的ＯＲゲートで合成することを特徴とする請求項７記載の送信装置（２００）。
【請求項１２】
前記クロック信号が前記第２のレジスタ（Ｌ２）の前記クロック入力に入力されることを特徴とする請求項１記載の送信装置（２００）。
【請求項１３】
暗号化したディジタルデータストリームで表される通信信号を受信する送信装置（３００）であって、前記通信信号の前記暗号化したディジタルデータストリームの解読のための暗号ストリームを発生する手段（３１０）と、選択的に解読したデータストリームを生ずるように前記暗号ストリームを前記ディジタルデータストリームと関連づける手段（１７０）とを含む受信装置（３００）において、
前記暗号ストリーム発生手段（３１０）が、クロック入力と出力とを各々が有するとともに前記暗号ストリームを生ずるように合成される出力を有する第１および第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１、Ｌ２）を含み、前記第２のレジスタ（Ｌ２）の出力が前記第１のレジスタ（Ｌ１）の前記クロック入力へのクロック信号と合成されることを特徴とする
受信装置（３００）。
【請求項１４】
前記暗号ストリーム発生手段（３１０）が前記暗号ストリームを出力に生ずる一連の相互関連の第１および第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１、Ｌ２）を含み、前記第１の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１）の各々が前記第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ２）からフィードバックを受けることを特徴とする請求項１３記載の受信装置（３００）。
【請求項１５】
前記暗号ストリーム発生手段（３１０）が暗号ストリーム発生器（３１０）であり、前記関連づける手段（１７０）が選択的に解読したデータストリームを生ずるように前記暗号ストリームを前記暗号化ずみのディジタルデータストリームと混合するデータストリームミキサ（１７０）であることを特徴とする請求項１３記載の受信装置（３００）。
【請求項１６】
前記クロック信号が前記第２のレジスタの前記クロック入力に入力される請求項１３記載の受信装置（３００）。
【請求項１７】
ディジタルデータストリームで表される通信信号を送受信する通信システムであって請求項１記載の送信装置（２００）および請求項１３記載の受信装置（３００）を含む通信システムにおいて、前記通信信号の前記ディジタルデータストリームを暗号化するための暗号ストリームを発生する第１の手段（２２０）と、暗号化ずみのデータストリームを生ずるように前記暗号ストリームを前記ディジタルデータストリームと関連づける第２の手段（１６）とを含む送信装置（２００）と、
前記通信信号の前記暗号化ずみデータストリームを解読するための第２の暗号ストリームを発生する第３の手段（３１０）と、前記暗号化ずみデータストリームを解読して前記ディジタルデータストリームを生ずるように前記第２の暗号ストリームを前記暗号化ずみのデータストリームと関連づける第４の手段（１７０）とを含む受信装置（３００）と
を含み、
前記第１の手段（２２０）がクロック入力と出力とを各々が有し前記暗号ストリームを生ずるように合成される出力を有する第１および第２の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１、Ｌ２）を含み、前記第２のレジスタ（Ｌ２）の出力が前記第１のレジスタの前記クロック入力への第１のクロック信号と合成されることと、
前記第３の手段（３１０）が、クロック入力と出力とを各々が有し前記第２の暗号ストリームを生ずるように合成される出力を有する第３および第４の線型フィードバックシフトレジスタ（Ｌ１、Ｌ２）を含み、前記第４のレジスタ（Ｌ２）の出力を前記第３のレジスタ（Ｌ１）のクロック入力へのクロック信号と合成することと
を特徴とする通信システム。
【請求項１８】
前記第１の手段（２２０）および第３の手段（３１０）の各々が暗号ストリーム発生器（２２０、３１０）であり、前記第２の手段（１６）が前記暗号化ずみのデータストリームを解読するように前記第１の暗号ストリームを前記ディジタルデータストリームと混合するデータストリームミキサ（１６）であり、前記第４の手段（１７０）が  記暗号ストリームを前記暗号化ずみディジタルデータストリームと混合して前記ディジタルデータストリームを再生するデータストリームミキサ（１７０）であることを特徴とする請求項１７記載の通信システム。
【請求項１９】
前記第１のクロック信号が前記第２のレジスタ（Ｌ２）のクロック入力に入力され、前記第２のクロック信号が前記第４のレジスタ（Ｌ２）のクロック入力に入力されることを特徴とする請求項１７記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は概括的にはディジタル音声信号およびデータ信号の確実な伝送に関する。より詳細にいうと、この発明は長い擬似ランダムビット系列を発生し複数のセキュリティ鍵を有する複数の線型フィードバックシフトレジスタを備えるストリーム暗号発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）はスペクトラム拡散通信システムの一種であり、各加入者局ユニットを特有の符号の付与によってそれ以外のすべての加入者局ユニットから区別する。特定の加入者局ユニットと交信するには、送信側が送信の際にその特有の符号で印を付け、受信側がその符号を用いて送信側からの信号を復号化する。
【０００３】
ＣＤＭＡ通信システムが音声およびデータ通信信号の伝送に用いる上記特有の符号は見かけ上雑音に似てランダムである。ランダム系列は標準の決定論的論理素子で発生するので、ビット系列の発生は予測可能であり反復可能である。これら反復可能な２進ランダム系列の使用により、任意の情報搬送ディジタル信号の変調が容易になっている。これら予測可能なランダム系列を擬似ランダム系列という。
【０００４】
ＣＤＭＡ通信システムにおける各送信機は音声およびデータ通信信号の暗号化のための鍵を用いるストリーム暗号発生器を備える。受信機では受信した暗号化ずみ通信信号を送信側と同じストリーム暗号発生器で上記鍵と同じ鍵を用いて解読する。
【０００５】
従来技術で周知のとおり、最も単純なストリーム暗号発生器は線型フィードバックシフトレジスタである。有限ビット長のシフトレジスタを固定ビットレートでクロックする。ＸＯＲゲートがそのシフトレジスタのいくつかのビットの排他的論理和（ＸＯＲ）から直列入力信号を発生する。次に、この回路はひと組の状態を経過し、最終的にはクロックパルス有限個数のあと反復動作を行う。しかし、線型フィードバックシフトレジスタで発生したストリーム暗号はシフトレジスタ、すなわち出力ビットをＸＯＲで合成して次の入力を生ずるシフトレジスタの長さに関連する。複雑なストリーム暗号が要る場合は、不都合な長さの高コストのシフトレジスタを用いる必要がある。
【０００６】
専門誌Computer第２４巻第２号（１９９１年２月１日）第８−１７頁所載のZengほかの論文「ストリーム暗号利用の暗号手法における擬似ランダムビット発生器」はストリーム暗号発生用に線型フィードバックシフトレジスタを用いた種々の回路を開示している。ＷＯ−Ａ−８０
０２３４９はデータ信号の符号化および復号化のためのシステムを開示している。データ信号の符号化のためにデータ信号を擬似ランダムビット系列と加算する。符号化ずみのデータ信号を復号化するには、符号化ずみデータストリームを擬似ランダム系列と加算してデータ信号を再生する。
【０００７】
したがって、この発明の目的は複雑性を向上させた擬似ランダム系列を発生する方法を提供することである。
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ  ８０／０２３４９
【非特許文献１】Kencheng Zeng "Pseudorandom Bit Generators in Stream-CipherCryptography," Vol.24, No.2, Feb.1, '91, pp.8-17
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、暗号化メッセージのセキュリティ向上のためにストリーム暗号の複雑さを高める簡便な方法が必要になっている。
【００１０】
したがって、この発明の目的は複雑性をより高めた擬似ランダム系列を発生する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
無線通信システム用のストリーム暗号発生回路は少なくとも二つの互いに結合した線型フィードバックシフトレジスタ（ＬＦＳＲ）回路、すなわち一方で他方のクロックを制御するように互いに結合した線型フィードバックシフトレジスタを備える。このＬＦＳＲの組合せで線型複雑性が非常に大きく周期も非常に大きいストリーム暗号を発生する。全体の出力はそれら複数のＬＦＳＲ回路の個々の出力について平衡している。このストリーム暗号発生回路は多段構成で用いることができ、それによってセキュリティを大幅に高めることができる。ストリーム暗号出力の線型複雑性および周期が指数関数的に増大するからである。
【発明の効果】
【００１２】
セキュリティをより高めた簡便な疑似ランダム系列発生方法を提供できる。
【００１３】
この発明の上記以外の側面および利点は好ましい実施例に関する次の説明から当業者に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
同一の構成要素に同一の参照数字を付けて示した添付図面を参照して好ましい実施例を次に説明する。
【００１５】
従来技術による通常のスペクトラム拡散送信装置１０は、図１に示すとおり、Ａ−Ｄ変換器１２およびスイッチ１４を備える。Ａ−Ｄ変換器１２はアナログ音声信号を受け、その信号をディジタル化してディジタル化出力信号をスイッチ１４に供給する。スイッチ１４はこのディジタル化音声信号をＡ−Ｄ変換器１２から受けるとともにデータ端末（図示してない）からディジタルデータ信号を受ける。当業者には明らかなとおり、このデータ端末はファクシミリ送受信機、コンピュータなどディジタルデータ送受信用の多様な電子装置から成る。スイッチ１４はスペクトラム拡散送信装置１０をディジタル化音声信号入力またはディジタルデータ入力のいずれかに接続する。これらディジタル化音声データおよびディジタルデータを以下ディジタルデータと総称する。
【００１６】
ミキサ１６はスイッチ１４からのデータと、少なくとも一つの鍵１８を有する暗号ストリーム発生器１７からの暗号ストリームとを合成する。ミキサ１６は暗号ストリームとデータとの合成出力、すなわち暗号化したディジタルデータを拡散器２０に供給する。この拡散器２０はミキサで構成できる。擬似ランダム系列発生器３０で発生した擬似ランダム系列を拡散器２０の第１の端子に加える。擬似ランダム系列発生器３０および拡散器２０はスペクトラム拡散符号化装置４０に含まれるものとして図示してある。
【００１７】
拡散器２０は時間領域でデータに擬似ランダム系列を乗算することによって、すなわち等価的に周波数領域でこのデータ系列の双峰スペクトラム分布を擬似ランダム系列のほぼ方形のスペクトラムで畳み込むことによって、周波数スペクトラム拡散を行う。拡散２０の出力を遮断周波数がシステムチップ周波数Ｆｃｒに等しい低域フィルタ５０に加える。次に、低域フィルタ５０の出力をミキサ６０の一つの端子に加え、もう一つの端子への搬送波周波数Ｆｃで定まる周波数にアップコンバートする。このアップコンバート出力信号を帯域フィルタ７０に導く。このフィルタ７０はチップ周波数Ｆｃｒの２倍に等しい帯域幅を有し、スペクトラム拡散システムのチャネル帯域幅の中心周波数と等しい中心周波数を有する。フィルタ７０の出力はＲＦ増幅器８０の入力に加え、その出力をアンテナ９０に導く。
【００１８】
従来技術のスペクトラム拡散受信装置１００を図２に示す。アンテナ１１０は伝送されてきたスペクトラム拡散信号を受信し、その受信信号を帯域フィルタ１２０でフィルタ処理する。このフィルタはチップ周波数の２倍に等しい帯域幅を有し、スペクトラム拡散システムのチャネル帯域幅の中心周波数と等しい中心周波数を有する。次にフィルタ１２０の出力を、送信装置１０の搬送波周波数Ｆｃとほぼ等しい一定周波数の局部発振器を用いてミキサ１３０により２段階でベースバンドにダウンコンバートする。次に、ミキサ１３０の出力を、上記拡散器２０への擬似ランダム系列と同じまたは類似の擬似ランダム系列を第２の端子に受ける逆拡散器１４０の第１の端子に加えて逆拡散する。この擬似ランダム系列は逆拡散符号発生器１５０で発生する。図２に示すとおり、逆拡散器１４０および逆拡散符号発生器１５０はスペクトラム拡散復号化装置１６０に含まれる。
【００１９】
スペクトラム拡散通信システムの受信装置１００で用いる擬似ランダム系列が送信装置１０で用いる擬似ランダム系列と同期していなければならないことは理解されよう。逆拡散器１４０の出力はミキサ１７０に加える。解読用暗号ストリーム発生器１７２は暗号化ディジタルデータの解読のために暗号ストリーム発生器１７と同じ暗号ストリームを発生する。従来技術では送信装置１０で用いた鍵１８を受信装置１００で用いる鍵１７４と同じにしている。受信用鍵１７４を暗号化ディジタルデータの解読のために暗号ストリーム発生器１７２に加える。ミキサ１７０の出力を、スペクトラム拡散送信装置１０へのデータ入力のデータ速度と等しい遮断周波数を有する低域フィルタ１８０に加える。低域フィルタ１８０の出力は図１に示した音声データまたはディジタルデータの再生波形である。
【００２０】
慣用のスペクトラム拡散用系列は図３に示すとおり擬似ランダムディジタル系列である。この系列は時間の経過とともに二つの一定値（±１）をとる。この系列を送信中の信号のスペクトラム拡散および受信中の信号の逆拡散に用いる。暗号ストリームは図４に示す暗号ストリーム発生器１７で発生する。暗号化したデータストリームは、もとの暗号ストリームへの鍵が既知であり受信装置側で複製できれば解読できる。暗号ストリーム発生器１７でビットを発生し、データビットとの間で排他的論理和をとることによりそのデータを暗号化する。この暗号化データと同一の暗号ストリームとを式（１）、すなわち
ｂｉ  ｃｉ  ｃｉ＝ｂｉ 
式（１）
に示すとおりの排他的論理和演算にかけることにより、もとのデータストリームを再生する。ここで、ｂｉはもとのデータストリームであり、ｃｉはもとの暗号ストリームである。
【００２１】
従来技術において周知のとおり、最も単純な暗号ストリーム発生器１７は線型フィードバックシフトレジスタ（ＬＦＳＲ）３４である。このシフトレジスタ３４は有限のビット数またはビット長３３、３５、３７を有し、クロック回路３２からのクロック信号により所定の固定ビット速度でクロック制御する。ＬＦＳＲビット３５、３７の組合せの排他的論理和をＸＯＲゲート３８でとり、ＬＦＳＲ３４への次の入力ビットとする。原始多項式の係数で排他的論理和演算すべきビットが決まる。ＸＯＲゲート３８はＬＦＳＲ３４の出力とディジタルデータストリームとを合成してデータを暗号化する。ＬＦＳＲ３４はひと組の状態を経過し、クロック回路３２からのクロックパルス有限個ののちその動作を反復する。
【００２２】
慣用の３ビットＬＦＳＲ３４は図４に示すとおり暗号ストリーム発生器１７の一例である。ｎ−ビットシフトレジスタの周期は２ｎ−１となる。したがって、３ビットシフトレジスタ３８については、周期は７である。レジスタ３４の各ビットにロードされた０または１の各初期値が全部０の場合を除き鍵を形成する。例えば、鍵が１１１の場合は、シフトレジスタ３４は次の値を生ずる。
【００２３】
初期ロード  →  １１１
０１１
００１
１００
０１０
１０１
１１０
反復      →  １１１
０１１
：
：
上に示したとおり、３ビットＬＦＳＲ３４の周期はごく短い（すなわち７）。したがって、この大きさのＬＦＳＲでは確実なデータ伝送は不可能である。
【００２４】
この発明によって構成したスペクトラム拡散送信装置２００を図５に示す。この送信装置２００は図１に示したスペクトラム拡散送信装置１０の構成要素を全部備え、後述の暗号ストリーム発生器２２０および鍵２１０の機能だけが異なる。図５の送信装置２００には送信チャンネル一つだけが示してあるが、多数チャンネルを組み合わせたうえで暗号ストリーム発生器２２０で暗号化することもできる。
【００２５】
図６を参照すると、暗号ストリーム発生器２２０は二つのＬＦＳＲ回路Ｌ１およびＬ２を備える。第２のＬＦＳＲ回路Ｌ２の出力を第１のＬＦＳＲ回路Ｌ１のクロックの制御に用いる。例えば、第２のＬＦＳＲ回路Ｌ２の出力をＡＮＤゲート２２２に接続し、このＡＮＤゲート２２２を第１のＬＦＳＲ回路Ｌ１のクロック入力に接続するのが好ましい。ＡＮＤゲート２２２をＮＡＮＤゲートに置換することもできる。同様に、ＯＲ、ＮＯＲ、ＸＯＲなどのゲート、またはこれらゲートの組合せをＡＮＤゲート２２２の代わりに用いることもできる。排他的ＯＲゲート３８はシフトレジスタ回路Ｌ１、Ｌ２へのフィードバックを構成する。暗号ストリーム発生器２２０には、ＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の出力に接続した排他的ＯＲゲート２２４も備える。排他的ＯＲゲート２２４はＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の出力を組み合わせて暗号ストリームを出力する。これら二つのＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の初期状態が、暗号ストリーム発生器２２０および解読用暗号ストリーム発生器３２０に共用される二つの鍵となる。後述の解読用暗号ストリーム発生器３２０は暗号ストリーム発生器２２０と同じにするのが好ましい。暗号ストリーム発生器２２０と解読用暗号ストリーム発生器３２０とを同期モードで（自己同期モードでなく）用いるのが好ましい。自己同期モードでは、無線伝送に生じがちな１ビット誤りに起因する誤り伝送の影響を受けやすいからである。自己同期型のストリーム暗号化では、暗号化ディジタルデータを後続データビットの暗号化のための鍵の一部として用いる。この手法の問題点は、伝送中にビットが変形し解読が不正確になった場合に、そのビットが後続データビットの解読用鍵に使われるために後続ビットにも誤りを生じさせてしまうことである。
【００２６】
一回参照テーブル以外の暗号化手法はすべて周期性に基づく。安全で確実な信号伝送のために、暗号ストリーム発生器２２０および解読用暗号ストリーム発生器３２０の周期はできるだけ長くする必要がある。二つのＬＦＳＲ回路Ｌ１およびＬ２はフィードバックのタップ係数が原始多項式に対応する場合に最大周期を生ずる。その系列を最大長系列（ｍ系列）と呼ぶ。
【００２７】
必須ではないが、一つの実施例では最大周期は二つのＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の個々の出力の周期が互いに素数である（個々の出力が公因数をもたない）場合に得られる。例えば、第１のＬＦＳＲ回路Ｌ１のビット長が３である場合は個々の出力周期は７である。第２のＬＦＳＲ回路Ｌ２のビット長が２である場合は個々の出力周期は３である。したがって、これら出力周期の間には公因数はない。有限場代数学で周知の原始多項式は度合Ｌの場合に周期２Ｌ−１を生ずる。ひと組の多項式で有限の場を形成する。有限の場は、その場の零以外の要素すべてが原始要素の累乗になるように少なくとも一つの原始要素を有する。原始要素を根として有する多項式を原始多項式という。したがって、ＬＦＳＲ回路Ｌ１およびＬ２の長さがそれぞれＬＥ１およびＬＥ２である場合は、暗号ストリーム発生器２２０および解読用暗号ストリーム発生器３２０の両方の出力の周期は
ＬＥ１＋ＬＥ２≒２            式（２）
で与えられる。二つのＬＦＳＲ Ｌ１およびＬ２の長さが20程度以下である場合は、暗号ストリームの周期は１０１２ビット程度以下である。すなわち、32kbits/sデータストリームを一年にわたって暗号ストリームの反復なしに連続的に暗号化できる。
【００２８】
暗号ストリーム発生器２２０の線型複雑性は暗号ストリーム発生器２２０の出力を発生できる最短ＬＦＳＲ回路の長さである。この長さは、暗号ストリーム発生器２２０の出力のランダムさの度合の尺度として用いる。この暗号ストリーム発生器２２０の線型複雑性は、次式、すなわち
線型複雑性＝（２ＬＥ１）ＬＥ２＋（２ＬＥ２）ＬＥ１        式（３）
で与えられる数値程度である。暗号ストリーム発生器２２０の出力を単一の等価ＬＦＳＲ回路の利用により反復する必要がある場合は、そのレジスタは長さを２千万段以上（上述のとおりＬＥ１およびＬＥ２〜２０について）にしなければならない。
【００２９】
暗号ストリーム発生器２２０は、その出力が各内部ＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の出力と同じ確率で同じになる場合に平衡状態にあるという。出力値がＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２のどちらか一方の出力と同じになり、確率０．５になるのが望ましい。平衡した暗号を用いることが重要である。すなわち、平衡していない暗号は容易に解読されるからである。ＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の出力と暗号ストリーム発生器２２０の出力との組合せを考慮すると、暗号ストリームは完全に平衡しており、ＬＦＳＲ回路Ｌ１およびＬ２の出力の各々と時間長半分ずつ同じになることがわかる。
【００３０】
暗号ストリーム発生器２２０の初期状態は、二つのＬＦＳＲ回路Ｌ１およびＬ２の初期状態にそれぞれ対応する二つの鍵Ｋ１およびＫ２で定まる。挿入攻撃から保護するために、鍵Ｋ１およびＫ２は頻繁に変える必要がある（少なくとも暗号の周期ごとに１回変えるのが好ましい）。これら鍵Ｋ１およびＫ２に組合せが多いほど、信号伝送は安全確実になる。この例における鍵の組合せの数は
鍵の組合せ≒２ＬＥ１＋ＬＥ２            式（４）
で与えられ、これは極めて大きい数字になる。
【００３１】
この発明の暗号ストリーム発生器２２０は、次の利点、すなわち(1)線型複雑性が非常に大きい、(2)周期が非常に大きい、(3)二つのＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の出力について出力が平衡している、(4)最小限のハードウェアで実現できる、および(5)二つの鍵を用いておりそのために安全性が高められている、を有する。
【００３２】
図６に示すとおり、第１のＬＦＳＲ回路Ｌ１のビット長が例えば３、第２のＬＦＳＲ回路Ｌ２のビット長が２であるとする。また、鍵Ｋ１が“１１１”であり、鍵Ｋ２が“１１”であるとする。これら鍵Ｋ１およびＫ２をそれぞれＬ１およびＬ２にロードする。表１はＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の状態、ＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の出力、およびいくつかのクロックサイクルにわたる暗号ストリームを示す。
【００３３】
【表１】
2007151201.tif 000003
表１に示されているとおり、暗号ストリームの周期は２１クロック長であり、これはＬＦＳＲ回路Ｌ１およびＬ２の各々の周期、すなわち７および３の積である。
【００３４】
この暗号ストリームは図７の流れ図で示すとおりソフトウェアで発生することもできる。上記二つの鍵Ｋ１およびＫ２である初期状態をレジスタまたはメモリ位置にロードする（Ｓ１）。第２のＬＦＳＲ回路Ｌ２の現在の出力が“１”である場合は（Ｓ２）、第１のＬＦＳＲ回路Ｌ１の値を更新し（Ｓ３）、次に第２のＬＦＳＲ回路Ｌ２の値を更新する（Ｓ４）。一方、ＬＦＳＲ回路Ｌ２の現在の出力が“０”である場合は（Ｓ２）、ＬＦＳＲ回路Ｌ１は更新せずＬＦＳＲ
Ｌ２だけを更新する（Ｓ４）。次にＬＦＳＲ回路Ｌ１、Ｌ２の出力をＸＯＲゲートに送り、このゲートから暗号ストリームを出力する（Ｓ５）。次に、ステップＳ２乃至Ｓ５を繰り返す。
【００３５】
この発明による図８のスペクトラム拡散受信装置３００は図２の受信装置１００の構成要素をすべて含み、解読用暗号発生器３１０および鍵３２０を含む点だけ異なっている。
【００３６】
暗号ストリーム発生器２２０または解読用暗号ストリーム発生器３２０は図９に示すとおり多段構成で用いることもできる。その場合は、線型複雑性および周期が指数関数的に増大するのでセキュリティが大幅に高まる。
【００３７】
Ｌ１〜Ｌ２〜Ｌの場合は、Ｎ段の多段構成の線型複雑性はほぼ２Ｌ２ＬＮになり、出力周期はほぼ２２ＬＮになる。上述のストリーム暗号アルゴリズムをセキュリティ向上のために図９のとおりのカスケード構成で用いることもできる。各段は同じビット長を備えてもよく、また段ごとに異なるビット長を備えてもよい。カスケード構成では前段が後続段のクロックを生ずる。図９に示すとおり、第１段の第１のＬＦＳＲ
Ｌ１の出力と第２段の第２のＬＦＳＲ Ｌ２の出力とをＡＮＤゲートに加えてディジタル信号を形成し、そのディジタル信号を第２段の第１のＬＦＳＲ回路Ｌ１のクロックとして用いる。同様に、第１段の第２のＬＦＳＲ
Ｌ２の出力が第２段の第２のＬＦＳＲ Ｌ２のクロックになる。同様にして、より多くの段を追加することができる。ＬＦＳＲはクロック入力が０から１に変わる際にクロック作動を受ける。各段のＬＦＳＲ
Ｌ１、Ｌ２のビット長は同じにするのが好ましいが、互いに異なっていても差し支えない。
【００３８】
この発明を特定の実施例を詳細に参照して上に述べてきたが、これら詳細な説明は明示のためであって限定を意図するものではない。この明細書に説明した発明の範囲を逸脱することなく構成および動作の態様に多様な変形が可能であることは当業者に認識されよう。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
機能をより高めたスペクトラム拡散通信に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】慣用のスペクトラム拡散送信装置のブロック図。
【図２】慣用のスペクトラム拡散受信装置のブロック図。
【図３】図１および図２に用いた擬似雑音（ＰＮ）系列のタイミング図。
【図４】慣用の暗号ストリーム発生器の回路図。
【図５】この発明のスペクトラム拡散送信装置の実施例のブロック図。
【図６】この発明の暗号ストリーム発生器の第１の実施例のブロック図。
【図７】この発明の第１の実施例における暗号ストリームの発生の過程の流れ図。
【図８】この発明のスペクトラム拡散受信装置の実施例のブロック図。
【図９】この発明の暗号ストリーム発生器の第２の実施例のブロック図。
【符号の説明】
【００４１】
１０            スペクトラム拡散送信装置
１２            Ａ−Ｄ変換器
１４，１９０    スイッチ
１６，６０，１３０，１７０    ミキサ
１７，２２０，３１０          暗号ストリーム発生器
１８，１７４，２１０，３２０  鍵
２０            スペクトラム拡散器
３０            擬似ランダム系列（拡散符号）発生器
４０            スペクトラム拡散符号化装置
５０，１８０    低域フィルタ
７０，１２０    帯域フィルタ
８０            ＲＦ増幅器
９０，１１０    アンテナ
１４０          逆拡散器
１５０          逆拡散符号発生器
１６０          スペクトラム拡散復号化装置
１７２，３１０  解読用暗号ストリーム発生器
１９５          Ｄ−Ａ変換器
３２            クロック回路
３４            線型フィードバックシフトレジスタ
【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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