(57)【要約】【目的】  暗号化データの安全性について検証する手段さらに、復号化データの正しさを確認する手段を提供することを目的としている。【構成】  暗号化部と、復号化部と、乱数性検出部を具備し、暗号化データおよび復号化データの乱数性を検出している。さらに乱数性検出部においてデータのエントロピーを検出する構成とされている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続擬似乱数に基づき暗号化、復号化を行なうストリーム暗号装置において、
暗号化部と、復号化部と、乱数性検出部を具備することを特徴とするストリーム暗号装置。
【請求項２】
前記乱数性検出部は、復号化データのエントロピーを検出することを特徴とする請求項１記載のストリーム暗号装置。
【請求項３】
前記乱数性検出部は、暗号化データのエントロピーを検出することを特徴とする請求項１記載のストリーム暗号装置。
【請求項４】
前記乱数性検出部は、暗号化データ及び復号化データのエントロピーを検出することを特徴とする請求項１記載のストリーム暗号装置。
【請求項５】
前記復号化データのエントロピーを検出することにより、暗号同期外れを検出することを特徴とする請求項２又は請求項４のいずれかに記載のストリーム暗号装置。
【請求項６】
前記暗号化データのエントロピーを検出することにより、暗号化データの安全性を検出することを特徴とする請求項３から請求項４のいずれかに記載のストリーム暗号装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続擬似乱数を利用したストリーム暗号装置において暗号化データの安全性及び復号化データの正しさを検出する技術、および同期検出の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の連続擬似乱数を利用したストリーム暗号システムの全体構成を図４で、また暗号装置の構成を図３を用いて説明する。
端末装置１０は、暗号装置５０と通信速度６０ｋｂｐｓで接続されている。暗号装置５０は、回線終端３０を通して通信速度６４ｋｂｐｓの伝送路に接続されている。さらに、この伝送路に接続されている対応する同種の装置と接続されている。
【０００３】
端末装置１０は、通信文（平文）の作成及び復号化データ（平文）の表示器（図示せず。）への表示などを行う。暗号装置５０は、その詳細を図３を用いて説明する。まず暗号化について説明する。端末装置１０で作成された通信文（平文）は、通信速度６０ｋｂｐｓの伝送路を通して暗号装置５０に送られる。この通信文（平文）は、入出力部２１ａを通して多重化部５１に入力される。多重化部５１では、暗号同期監視部５３で作成された暗号同期監視用データが追加される。この暗号同期監視用データは、４ｋｂｐｓの通信速度とされている。
【０００４】
多重化部５１で通信文（平文）と暗号同期監視用データは、多重化されたデータとなり、６４ｋｂｐｓの通信速度とされる。このデータは、暗号化部２２で、擬似乱数発生部２３ａで発生された擬似乱数を基に暗号化される。暗号化されたデータは、入出力部２１ｂを通して６４ｋｂｐｓの通信速度データとして出力される。
【０００５】
次に、復号化について説明する。入出力部２１ｂを通して６４ｋｂｐｓの通信速度データとして入力される、対応する同種の装置からの暗号化データは、復号化部２４において擬似乱数発生部２３ｂで発生された擬似乱数を基に復号化される（平文とされる）。この平文は、分割部５２において４ｋｂｐｓの暗号同期監視用データと６０ｋｂｐｓの通信文（平文）とに分割される。
【０００６】
通信文（平文）は、入出力部２１ａを通して端末装置１０に供給され通信文（平文）が表示器に表示される。一方、暗号同期監視用データは、暗号同期監視部５３に供給され、正確に復号されているか否かの判定がされる。判定の結果、正確に復号化されていない時は、対応する装置間の連続擬似乱数の発生同期が合っていないこととなる。対応する装置間の連続擬似乱数の発生同期が合っていないと、暗号化されたデータは、対応する装置で復号化出来ないこととなる。このため対応する装置間で、所定の手続により連続擬似乱数の発生同期を取り直す制御が行われる。なお、上記の各動作は、制御部２６内部の図示しないＲＯＭに記憶されている制御プログラムにより制御されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように従来の暗号システムでは、暗号化データの安全性について検証する手段さらに、復号化データの正しさを確認する手段が暗号装置に用意されていないという問題がある。
【０００８】
また、従来の暗号システムでは、６４ｋｂｐｓの通信速度の伝送線路を使用するとき、連続擬似乱数の発生同期を確認するために４ｋｂｐｓの伝送線路容量を使用している。このため、通信文を伝送するための容量が減少し、通信文を伝送する時間が余分にかかるという問題がある。このため、６４ｋｂｐｓの通信速度の伝送線路を全て通信文に使用しながら連続擬似乱数の発生同期を確認する方法及び装置の提供が望まれている。
【０００９】
さらに、暗号同期監視用データは、対応する装置間で双方が確実に暗号同期の判別ができる必要から、固定のデータとされることが多く、暗号データ解析の手掛かりを与えやすいという問題がある。このため、固定のデータをやり取りせずに暗号同期監視を行う装置の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、連続擬似乱数に基づき暗号化、復号化を行なうストリーム暗号装置において、暗号化部と、復号化部と、乱数性検出部を具備することを特徴としている。
【００１１】
また、乱数性検出部は、復号化データのエントロピーを検出することおよび、暗号化データのエントロピーを検出することを特徴としている。
【００１２】
さらに、復号化データのエントロピーを検出することにより、暗号同期はずれを検出することを特徴としている。また、暗号化データのエントロピーを検出することにより、暗号化データの安全性を検出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
以上詳細に説明したように、本発明では暗号化データのエントロピーの値を計算することにより、暗号化データの安全性を判定できる効果を奏する。また、復号化データのエントロピーの値を計算することにより、復号化データの正しさを判断できる効果を奏する。
【００１４】
暗号化部と、復号化部と、乱数性検出部を具備する簡単な構成により、通信文の通信速度を落とすことなく暗号同期外れの検出が可能となる効果を奏する。また、乱数検出部において、暗号化および復号化データのエントロピーの値を計算することにより、暗号同期検出のため、固定データの送受信を行わずに暗号同期外れを検出できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明を実施するための最良の形態を以下実施例により説明する。図１及び図２において、図３および図４で説明した従来技術と同様の機能のものについては、同じ番号を付してある。図２は、本発明の連続擬似乱数を利用したストリーム暗号システムの全体構成図である。ここで、端末装置１０からの出力は、通信速度６４ｋｂｐｓで暗号装置２０と接続されている。以下、対応する同種の装置と接続される全ての伝送線路が通信速度６４ｋｂｐｓで接続されている。
【００１６】
暗号化装置２０は、その詳細を、図１を用いて説明する。まず暗号化について説明する。端末装置１０で作成された通信文（平文）は、通信速度６４ｋｂｐｓの伝送路を通して暗号装置２０に送られる。この通信文（平文）は、入出力部２１ａを通して暗号化部２２で、擬似乱数発生部２３ａで発生された擬似乱数を基に暗号化される。暗号化されたデータは、入出力部２１ｂを通して６４ｋｂｐｓの通信速度データとして回線終端３０へ出力される。
【００１７】
同時に、暗号化部２２で暗号化されたデータは、乱数性検出部２５に入力される。ここで、乱数性検出部２５は、後述するエントロピーの原則に従い暗号化されたデータの安全性を検証する。この検証結果が、安全でない(暗号化されていない)と判断された場合は、その結果が制御部２６へ通知され、制御部２６のＲＯＭ（図示せず）に記憶された制御プログラムにより、暗号化障害を制御部２６の表示器(図示せず)に表示し、暗号化動作を停止する。その後、再び暗号化動作を開始するには、暗号化障害の原因を取り除いた後、所定の手続きにより再起動する。
【００１８】
次に復号化について説明する。入出力部２１ｂを通して６４ｋｂｐｓの通信速度データとして入力される、対応する同種の装置からの暗号化データは、復号化部２４において擬似乱数発生部２３ｂで発生された擬似乱数を基に復号化される（平文とされる）。この平文は、入出力部２１ａを介して端末装置１０に供給され、通信文（平文）が表示器に表示される。
【００１９】
同時に、復号化部２４で復号化されたデータは、乱数性検出部２５に入力される。乱数性検出部２５は、後述するエントロピーの原則に従い復号化されたデータの正しさを確認する。確認の結果、正確に復号化されていないと判断されたときは、対応する装置間の連続擬似乱数の発生同期が合っていないこととなる。このため、暗号化されたデータは、対応する装置で復号化出来ないこととなり、対応する装置間で、所定の手続により連続擬似乱数の発生同期を取り直す制御が行われる。なお、上記の各動作は、制御部２６内部のＲＯＭに記憶されている制御プログラムにより制御される。
【００２０】
ここで、乱数性検出部２５について説明する。一般に暗号装置によって暗号化されたデータは、乱数性が高いという特徴（乱数には特徴がない）を持っている。理想的な暗号装置であればあるほど、乱数性が高くなる（情報源のエントロピーが大きくなる）暗号化機能をもっている。なぜなら暗号化データに特徴があればあるほどその暗号化データは解析され易いからである。
【００２１】
乱数性が高いデータの集合は、情報源のエントロピーの大きさが大きくなる（暗号化していないデータ（平データ）は、何らかの特徴があり乱数と比べると情報源のエントロピーが小さくなる）。ここに着目すると、暗号化したデータのエントロピーの大きさを計算して、その暗号化データの安全性を検証することが可能となる。
【００２２】
また、受信した暗号化データを復号化したとき、その復号化データのエントロピーの大きさを計算して、その復号化データが正しく復号できているか否かを検証することが可能である。
【００２３】
一般に情報源のエントロピー（Shannonエントロピー）は、例えば、ｎ種類の文字が出現頻度（出現確率）ｐ1、ｐ2・・・ｐn(Σｐi＝１)で、全く不規則に現れるような情報源のエントロピーＨは、
Ｈ＝ＮΣｐiｌｏｇ2（１／ｐi)        Ｎ：一定範囲の出現文字数
で与えられる。
【００２４】
仮に８ビット１文字と仮定し、２５６文字を暗号化した場合、暗号化データが理想的な乱数になるものと仮定すれば、それぞれの文字の出現頻度は、１／２５６であり、そのエントロピーＨ0は、
Ｈ0＝２５６(１/２５６log2２５６)＝８
となり、情報源のエントロピーが最大となり、理想的な暗号化がなされていることがわかる。
【００２５】
今度は２５６文字の暗号化データを復号化した場合、復号後の２５６文字が次のような出現頻度をもっていたとすると、
・２種類の文字が各３２回（ｐi＝３２／２５６）
・４種類の文字が各１６回（ｐi＝１６／２５６）
・８種類の文字が各８回  （ｐi＝８／２５６）
・６４種類の文字が各１回（ｐi＝１／２５６）
その情報源のエントロピーＨは、
Ｈ＝2(32/256log2256/32)+4(16/256log2256/16)+8(8/256log2256/8)
+64(1/256log2256)=0.75+1+1.25+2＝５
となる。
【００２６】
エントロピーＨは、明らかにＨ0に比べて小さな値となっており、この場合の２５６文字には、理想的な乱数とはかけ離れた特徴があることがわかる。つまり、エントロピーの値を計算することにより暗号化データが正しく復号化できていると判定することおよび、暗号化データが安全であることの判定をすることが可能である。また、復号化データ（平文）の特徴が少なく、乱数に近いような場合は、エントロピーの値が大きな値を取ることとなる。そこで、エントロピーの値を、例えば７以上にすることで、正しく復号化出来ていないと判断することが可能となる。
【００２７】
さらに、暗号化データの安全性を判断したり、正しく復号化できていると判断するエントロピーの値を厳密に計算するには、エントロピー計算のため、暗号化または、復号化データのサンプル数を増やす（例えば２16文字分）こと、または一定時間間隔で２５６文字サンプルを複数回（例えば５回）行い、それぞれのサンプルのエントロピー計算値の平均値を用いるなどして、より正確な判断ができるよう工夫することも可能である。
【００２８】
出願人によれば、６４ｋｂｐｓのデジタル回線を用いて、回線終端を経由して暗号装置を対向配置し、暗号装置の端末装置としてデジタル電話装置（６４ｋｂｐｓＰＣＭ音声符号化処理内臓）を接続、それぞれの暗号装置の送信側で平データを音声の符号化（６４ｋｂｐｓＰＣＭ）データとし、このデータを暗号化して送信し、受信側で復号化する試験を行ったところ、８ビット２５６文字でエントロピーの値を計算し、その値が７未満で正常に復号化されている、７以上で異常復号化（暗号同期はずれ）とすることで実用的な使用が可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の暗号装置の詳細を説明する図
【図２】本発明の暗号システムを説明する図
【図３】従来の暗号装置の詳細を説明する図
【図４】従来暗号システムを説明する図
【符号の説明】
【００３０】
１０      端末装置
２０      暗号装置
２１ａ    入出力部
２１ｂ    入出力部
２２      暗号化部
２３ａ    擬似乱数発生部
２３ｂ    擬似乱数発生部
２４      復号化部
２５      乱数性検出部
２６      制御部
３０      回線終端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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