JP2007180868A - 鍵発行サーバ、アナログカオス乱数生成回路、認証システム - Google Patents

Abstract

【課題】鍵生成系列が把握され難く、鍵ペアが漏洩する可能性を極めて低くする。
【解決手段】アナログカオス乱数信号を発生するアナログカオス乱数生成回路１１と、この生成回路１１により発生されたアナログカオス乱数信号からディジタルデータを得て、このディジタルデータに基づき公開鍵暗号化方式の公開鍵及び秘密鍵を生成する鍵生成手段１２と、生成された公開鍵と秘密鍵のペアに対しユニークな識別情報を割り当てる割当手段１３と、前記公開鍵と割り当てられた識別情報とを第１の宛先局へ送信する第１の送信手段１４と、前記秘密鍵と割り当てられた識別情報とを第２の宛先局へ送信する第２の送信手段１５と、前記鍵のペアと割り当てた識別情報との前記送信を終えたときに削除する削除手段１６とを具備する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、公開鍵暗号化方式の公開鍵及び秘密鍵を発行する鍵発行サーバ、この鍵発行サーバに用いるアナログカオス乱数生成回路、上記鍵発行サーバを用いた認証システムに関するものである。

公開鍵暗号方式で用いられる秘密鍵と公開鍵の鍵ペアを生成する際に乱数が用いられる。この乱数を得る手法として、乱数アルゴリズムによりソフトウェア的に生成利用することが最も容易かつ便利な手法である。しかしながら、ディジタルコンピュータまたは乱数生成アルゴリズムのソフトウェアが決定論的な性質上、同一条件下では再現性のある同一の乱数パターンしか生み出すことができない。

そこで、生成条件を変動させたり、乱数生成アルゴリズムを多段化したりといった様々な複雑化手法が考えられるが、所詮ソフトウェアによる決定論的な手法の枠組みを超えることはできず、必ず再現性のある乱数パターンとなる。

公開鍵暗号の鍵ペアは、片方の鍵からもう一方の鍵の推測は困難なように設計されているが、鍵発行アルゴリズム、および鍵発行アルゴリズムに寄与する乱数生成アルゴリズムが漏洩した場合には、鍵生成時に遡ることにより鍵系列の推測が可能となる。係る場合には、過去及び未来にわたって全ての鍵生成系列が把握されるといった懸念が生じる。

上記問題についての対応策としては、オペレータがキーボードをランダムに叩くことにより乱数を得て鍵生成を行ったり、マウスをランダムに動かして軌跡を参照することにより乱数を得て鍵生成を行ったりといった自然な誤差を利用する手法が採用される。この手法自体に対して疑念はないが、多数の鍵ペアを発行したい場合などではオペレータの負荷が重くなり非効率的である。

公開鍵暗号の鍵ペアを個人端末で生成し、公開鍵は認証局に登録し公開するが、秘密鍵は個人の端末にしか存在し得ないといった使い方が原則となっている（特許文献１）。
特開２００３−２９８５７４号公報

しかし、例えばＩＣカードや、小型携帯端末などは計算性能的な問題で端末において鍵ペア生成計算が困難であるなどの理由より、あらかじめ外部の鍵発行サーバにて発行した鍵を端末に埋め込み利用することが行われている。

係る場合には、鍵を埋め込む端末メーカにおいては、鍵ペアもしくは少なくとも秘密鍵は既知である。鍵ペアが既知である場合には、端末メーカは、ユーザが端末を購入し認証局へ登録後、認証局が公開する公開情報（公開鍵、個人氏名、メールアドレス等）より、公開鍵と個人情報を結びつけることができると考えられ、個人情報の漏洩が発生する可能性が問題となる。また、秘密鍵のみを知り得る場合でも、特に携帯電話の場合では、契約時に個人情報を詳細に知らせる必要性があるため、この時点で秘密鍵と利用者の個人情報の対応が可能である。その後、認証局が公開する公開情報（公開鍵、個人氏名、メールアドレス等）より、個人情報と公開鍵を特定される可能性もある。

解決しようとする課題は、鍵生成系列が把握され易く、また鍵ペアが漏洩する可能性があり、安全な鍵流通が確保できないことである。

本発明に係る鍵発行サーバは、アナログカオス乱数信号を発生するアナログカオス乱数生成回路と、この生成回路により発生されたアナログカオス乱数信号からディジタルデータを得て、このディジタルデータに基づき公開鍵暗号化方式の公開鍵及び秘密鍵を生成する鍵生成手段と、生成された公開鍵と秘密鍵のペアに対しユニークな識別情報を割り当てる割当手段と、前記公開鍵と割り当てられた識別情報とを第１の宛先局へ送信する第１の送信手段と、前記秘密鍵と割り当てられた識別情報とを第２の宛先局へ送信する第２の送信手段と、前記鍵のペアと割り当てた識別情報との前記送信を終えたときに削除する削除手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る鍵発行サーバでは、アナログカオス乱数生成回路は、スイッチを介して電子素子を接続して構成した回路網に電圧を印加して電流値を取り出す回路からなり、前記鍵発行サーバには、前記スイッチを制御して回路網の構成を変更し、前記印加する電圧値及びその周波数、更にディジタル化のサンプリングタイミングを制御する制御手段が備えられていることを特徴とする。

本発明に係るアナログカオス乱数生成回路は、スイッチを介して電子素子を接続して構成した回路網に電圧を印加して電流値を取り出し、ディジタル化したデータをコンピュータのポートに与えるインタフェースを有する回路からなり、前記スイッチ及び前記印加する電圧値及びその周波数が、前記コンピュータから制御されることを特徴とする。

本発明に係る認証システムは、アナログカオス乱数信号を発生するアナログカオス乱数生成回路と、この生成回路により発生されたアナログカオス乱数信号からディジタルデータを得て、このディジタルデータに基づき公開鍵暗号化方式の公開鍵及び秘密鍵を生成する鍵生成手段と、生成された公開鍵と秘密鍵のペアに対しユニークな識別情報を割り当てる割当手段と、前記公開鍵と割り当てられた識別情報とを送信する第１の送信手段と、前記秘密鍵と割り当てられた識別情報とを送信する第２の送信手段と、前記鍵のペアと割り当てた識別情報との前記送信を終えたときに削除する削除手段とを具備する鍵発行サーバと、前記第１の送信手段から公開鍵と割り当てられた識別情報とを受け取り蓄積し、個人端末から識別情報及び個人情報が送られてくると、この識別情報に基づき前記蓄積された情報から対応する公開鍵を取り出し、該公開鍵と対応する識別情報及び個人情報を送出する公開鍵蓄積局と、前記第２の送信手段から秘密鍵と割り当てられた識別情報とを受け取り、個人端末にセットされるメモリにこれら秘密鍵と割り当てられた識別情報とを書き込み記憶する秘密鍵書込局と、前記公開鍵蓄積局から公開鍵と対応する識別情報及び個人情報が送られてくると、該公開鍵と個人情報を含む証明書を発行し、対応する個人端末へ送信する認証局とを具備することを特徴とする。

本発明に係る認証システムでは、個人端末には、証明書発行依頼の送信指示と個人情報を入力するための入力手段と、この入力手段から証明書発行依頼の送信指示と個人情報が入力された場合に、メモリに記憶された識別情報を証明書発行依頼の送信指示と個人情報に付加して公開鍵蓄積局へ送信する証明書発行依頼手段とが具備されていることを特徴とする。

本発明に係る認証システムでは、前記公開鍵蓄積局は、蓄積した公開鍵が所定期間経過したときには消去を行うことを特徴とする。

本発明では、アナログカオス乱数信号を発生するアナログカオス乱数生成回路を用い、発生されたアナログカオス乱数信号からディジタルデータを得て、このディジタルデータに基づき公開鍵暗号化方式の公開鍵及び秘密鍵を生成しているので、鍵生成系列が把握され難い効果がある。また、生成された公開鍵と秘密鍵のペアに対しユニークな識別情報を割り当て、公開鍵と秘密鍵公開の送付経路を分離し、送付した先の公開鍵蓄積局において鍵と割り当てられた識別情報とを蓄積して、個人端末から識別情報及び個人情報が送られてくると、この識別情報に基づき上記蓄積された情報から対応する公開鍵を取り出し、該公開鍵と対応する識別情報及び個人情報を認証局へ送出して証明書を発行へと進むため、鍵ペアが漏洩する可能性を低下させ、安全な鍵流通が確保される。

本発明は、鍵生成系列が把握され難く、鍵ペアが漏洩する可能性を低くするという目的を、アナログカオス乱数信号を発生するアナログカオス乱数生成回路の採用と、生成された公開鍵と秘密鍵のペアに対しユニークな識別情報を割り当て、公開鍵と秘密鍵公開の送付経路を分離することにより達成したものである。以下添付図面を参照して本発明に係る鍵発行サーバ、鍵発行サーバに用いるアナログカオス乱数生成回路、鍵発行サーバを用いた認証システムの実施例を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１には、本発明に係る認証システムの構成図が示されている。認証システムは、鍵発行サーバ１、公開鍵蓄積局２、秘密鍵書込局３、認証局４、個人端末５を備えている。鍵発行サーバ１は、公開鍵暗号化方式の鍵ペアを発行するものであり、アナログカオス乱数信号を発生するアナログカオス乱数生成回路１１と、この生成回路１１により発生されたアナログカオス乱数信号からディジタルデータを得て、このディジタルデータに基づき公開鍵暗号化方式の公開鍵及び秘密鍵を生成する鍵生成手段１２と、生成された公開鍵と秘密鍵のペアに対しユニークな識別情報を割り当てる割当手段１３と、上記公開鍵と割り当てられた識別情報とを送信する第１の送信手段１４と、上記秘密鍵と割り当てられた識別情報とを送信する第２の送信手段１５と、上記鍵のペアと割り当てた識別情報との上記送信を終えたときに削除する削除手段１６を有する。

図２に、アナログカオス乱数生成回路１１の構成例を示す。アナログカオス乱数生成回路１１は、スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬｎ、ＳＷＲ１〜ＳＷＲｎ、ＳＷＣ１〜ＳＷＣｎを介して電子素子Ｌ１〜Ｌｎ(コイル素子)、Ｒ１〜Ｒｎ(非線形抵抗)、Ｃ１〜Ｃｎ(コンデンサ)を接続して構成した回路網に、電圧源Ｖ０から電圧を印加して信号抽出部２１０において電流値を取り出し、ディジタル化したデータをコンピュータのポートに与えるインタフェース２２０を有する回路からなり、上記スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬｎ、ＳＷＲ１〜ＳＷＲｎ、ＳＷＣ１〜ＳＷＣｎ及び上記印加する電圧値及びその周波数が、上記コンピュータから制御されるように構成されている。例えば、スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬｎ、ＳＷＲ１〜ＳＷＲｎ、ＳＷＣ１〜ＳＷＣｎはリレー接点であり、電圧源Ｖ０は可変電源である。インタフェース２２０には、リレー接点を切り換えるリレー及び可変電源を構成する電圧源Ｖ０の電圧及び周波数をコントロールする制御部を含んでいる。

公開鍵蓄積局２は、登録代行機関に備えられ、鍵発行サーバ１の第１の送信手段１４から送られた公開鍵と割り当てられた識別情報とを受信部２２を介して受け取り蓄積部２１へ制御部２０の制御の下に蓄積し、個人端末５から識別情報及び個人情報が送られてくると、制御部２０はこの識別情報に基づき上記蓄積部２１に蓄積された情報から対応する公開鍵を取り出し、該公開鍵と対応する識別情報及び個人情報を認証局４へ送信部２３から送出する。

秘密鍵書込局３は、例えば携帯電話機などのメーカに備えられ、鍵発行サーバ１における第２の送信手段１５から秘密鍵と割り当てられた識別情報とを受信部３１を介して制御部３０が受け取り、個人端末５となる出荷前の端末（携帯電話機など）にセットされるメモリ３２に、制御部３０による制御の下に書込部３３が秘密鍵と割り当てられた識別情報とを書き込み記憶する。メモリ３２は端末に内蔵され、端末が出荷されて個人端末５となる。

個人端末５には、証明書発行依頼の送信指示と個人情報を入力するための入力手段５１０と、この入力手段５１０から証明書発行依頼の送信指示と個人情報が入力された場合に、メモリ３２に記憶された識別情報を証明書発行依頼の送信指示と個人情報に付加して公開鍵蓄積局２へ送信部５３０を介して送信する証明書発行依頼手段５２０とが具備されている。

認証局４は、公開鍵蓄積局２から公開鍵と対応する識別情報及び個人情報が送られてくると、これを制御部４０が受信部４１を介して受け取り、制御部４０が該公開鍵と個人情報を含む証明書を作成して発行し、対応する個人端末へ送信部４２を介して送信する。

鍵発行サーバ１、公開鍵蓄積局２、秘密鍵書込局３、認証局４及び個人端末５は、基本的に図３に示されるコンピュータを有する構成であり、装置を統括制御するＣＰＵ５１を有し、このＣＰＵ５１に上記ＣＰＵ５１が用いるプログラム及びデータ等の情報が記憶される主記憶装置５２が接続されている。更に、ＣＰＵ５１には、システムバス５３を介してキーボード制御部５４、表示制御部５５、プリンタ制御部５６、通信インタフェース５７、マウス制御部５８、磁気ディスク制御部５９が接続されている。キーボード制御部５４には各種情報をキー入力可能なキーボード入力装置６０が接続され、表示制御部５５には情報を表示するためのＬＣＤ表示装置６１が接続され、プリンタ制御部５６には情報を印字出力するためのプリンタ装置６２が接続され、通信インタフェース５７には回線を介して通信を行うための通信処理部６３が接続され、マウス制御部５８にはポインティングディバイスであるマウス６４が接続され、磁気ディスク制御部５９には補助記憶装置である磁気ディスク装置６５が接続されている。なお、図１における各装置の個人端末５以外には、ＣＰＵ５１、主記憶装置５２、磁気ディスク制御部５９、磁気ディスク装置６５、通信インタフェース５７、通信処理部６３が少なくとも設けられる。また、本認証システムを構成する各装置のいずれにも、必要に応じてフレキシブルディスクドライブ、磁気カード或いはＩＣカードリーダ、ＭＯ（光磁気ディスク）ドライブ等が設けられる。更に、個人端末５が携帯電話機であるときには、プリンタ制御部５６やプリンタ装置６２は設けられない。秘密鍵書込局３では、ＲＯＭライタなどが備えられ、メモリ３２への書き込みが行われる。このメモリ３２は、個人端末５において主記憶装置５２の一部とされる。秘密鍵書込局３がＩＣカードのメモリに秘密鍵と識別情報とを書き込むものである場合には、個人端末５にはカードリーダが備えられる。

以上の通りに構成された認証システムにおいて、鍵発行サーバ１では、図４に示されるフローチャートに対応する鍵ペア発行プログラムＰが主記憶装置５２に備えられ、処理が行われる。鍵ペア発行プログラムＰは、ＣＰＵ５１により実行される。アナログカオス乱数生成回路１１は、図３においては示さなかった拡張スロットに対しインタフェース２２０によって接続される。

そして、鍵ペア発行プログラムＰが開始され、次の通りに動作が行われる。カオス生成の条件情報の決定が行われる（Ｓ１）。この条件は、スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬｎ、ＳＷＲ１〜ＳＷＲｎ、ＳＷＣ１〜ＳＷＣｎのオンオフ状態、電圧源Ｖ０の電圧及び周波数、信号のサンプリング周波数、サンプリング開始時刻、ディジタル化した後の桁数などからなるパラメータであり、このパラメータをキーボード入力装置６０から入力しても良く、また、予めテーブル化したパラメータをプログラムにより任意に取り出すように構成することもできる。このパラメータ情報は、ＣＰＵ５１から拡張スロットに接続されたインタフェース２２０へ送られ、インタフェース２２０は、スイッチＳＷＬ１〜ＳＷＬｎ、ＳＷＲ１〜ＳＷＲｎ、ＳＷＣ１〜ＳＷＣｎのオンオフ状態の設定、電圧源Ｖ０の電圧及び周波数の設定等を行い、アナログカオス乱数生成が行われる。出力された信号はディジタル化され、所定の桁が出力乱数データとしてＣＰＵ５１へ送られる。

ＣＰＵ５１では、公開鍵暗号化方式の鍵生成アルゴリズムが実行され（Ｓ２）、公開鍵と秘密鍵のペアが得られる。ＣＰＵ５１は、得られた鍵ペアにユニークなＩＤ（識別情報）を対応させ、通信インタフェース５７へ公開鍵蓄積局２と秘密鍵書込局３を宛先とし、公開鍵蓄積局２には公開鍵とＩＤを送り、秘密鍵書込局３に対し秘密鍵とＩＤを送るように、指示を通信インタフェース与える（Ｓ３）。送信の確認を行い（Ｓ４）、送信が行われると送信した鍵ペアとユニークなＩＤを、全て計算機内から削除する（Ｓ５）。つまり、一時保持したレジスタや各種のメモリ領域などのリセットを行う。これにより、割り当てたＩＤを含め、鍵ペアは当該計算機からなくなり、外部からの侵入を受けた場合にあっても、鍵ペアの痕跡は無く、外部へ漏れることはない。

次に、予め決められた数の鍵ペアの発行終了を検出し（Ｓ６）、終了していない場合にはステップＳ１に戻って処理を続け、終了検出により動作を終了する。かくして、アナログカオス乱数を用いて鍵生成系列の把握が困難な鍵ペアの発行が行われる。

公開鍵蓄積局２、秘密鍵書込局３、認証局４及び個人端末５における動作は次の通りである。公開鍵蓄積局２では、鍵発行サーバ１の第１の送信手段１４から送られた公開鍵と割り当てられた識別情報とを受信部２２を介して受け取り蓄積部２１へ制御部２０の制御の下に蓄積しておく。

秘密鍵書込局３では、鍵発行サーバ１における第２の送信手段１５から秘密鍵と割り当てられた識別情報とを受信部３１を介して制御部２０が受け取り、個人端末５となる出荷前の端末（携帯電話機など）にセットされるメモリ３２に、制御部２０による制御の下に書込部３３が秘密鍵と割り当てられた識別情報とを書き込み記憶する。メモリ３２は端末に内蔵され、端末が出荷されて個人端末５となる。

個人端末５では、ユーザが必要な場合に、証明書発行依頼の送信指示と個人情報（個人氏名、メールアドレス等であって、例えば、ＰＫＩにおけるＸ．５０９勧告によるもの）を入力手段５１０から入力する。すると、これを受けて証明書発行依頼手段５２０が、メモリ３２に記憶されたＩＤ（識別情報）を証明書発行依頼の送信指示と個人情報に付加して公開鍵蓄積局２へ送信部５３０を介して送信する。必要の無い場合には、個人情報の入力を行うなどは行われない。

個人端末５から識別情報及び個人情報が送られてくると、公開鍵蓄積局２の制御部２０はこの識別情報に基づき上記蓄積部２１に蓄積された情報から対応する公開鍵を取り出し、該公開鍵と対応する識別情報及び個人情報を認証局４へ送信部２３から送出する。なお、公開鍵蓄積局２は、蓄積した公開鍵が所定期間経過したときには消去を行う

認証局４は、公開鍵蓄積局２から公開鍵と対応する識別情報及び個人情報が送られてくると、これを制御部４０が受信部４１を介して受け取り、制御部４０が該公開鍵と個人情報を含む証明書を作成して発行し、対応する個人端末５へ送信部４２を介して送信する。実際には、証明書の発行と同時にＰＩＮ番号を発生し、個人端末５のメールアドレスに送信する。このＰＩＮ番号を用いて個人端末５が証明書を要求した場合に、証明書が受信部５４０へ送信される。

認証局登録を希望したユーザは、登録代行機関の公開鍵蓄積局２が認証局４へ登録を済ませ、認証局４で必要な処理を済ませた後、認証局４から証明書を受け取る。ここで重要な点は、認証サービスを受けたいと希望するユーザのみが登録手続きを行うもので、希望しないユーザは、個人端末５が誰の所有であるか、またはユーザ個人情報が第三者に漏れる可能性は無いことである。また登録手続きを済ませた一般ユーザは、登録後にはじめて認証局４から証明書と公開鍵を受け取るものであり、鍵ペア情報を知り得るのは一般ユーザのみである。

本発明に係る認証システムの構成を示すブロック図。 本発明に係る認証システムにおいて用いるアナログカオス乱数生成回路の構成図。 本発明に係る認証システムの各装置を構成するコンピュータを示すブロック図。 本発明に係る認証システムにおける鍵発行サーバの動作を説明するフローチャートを含む図。

符号の説明

１ 鍵発行サーバ
２ 公開鍵蓄積局
３ 秘密鍵書込局
４ 認証局
５ 個人端末
１１ アナログカオス乱数生成回路
１２ 鍵生成手段
１３ 割当手段
１４ 第１の送信手段
１５ 第２の送信手段
１６ 削除手段
２０、３０、４０ 制御部

Claims (6)

1. アナログカオス乱数信号を発生するアナログカオス乱数生成回路と、
   この生成回路により発生されたアナログカオス乱数信号からディジタルデータを得て、このディジタルデータに基づき公開鍵暗号化方式の公開鍵及び秘密鍵を生成する鍵生成手段と、
   生成された公開鍵と秘密鍵のペアに対しユニークな識別情報を割り当てる割当手段と、
   前記公開鍵と割り当てられた識別情報とを第１の宛先局へ送信する第１の送信手段と、
   前記秘密鍵と割り当てられた識別情報とを第２の宛先局へ送信する第２の送信手段と、
   前記鍵のペアと割り当てた識別情報との前記送信を終えたときに削除する削除手段と
   を具備することを特徴とする鍵発行サーバ。
2. アナログカオス乱数生成回路は、スイッチを介して電子素子を接続して構成した回路網に電圧を印加して電流値を取り出す回路からなり、
   前記鍵発行サーバには、前記スイッチを制御して回路網の構成を変更し、前記印加する電圧値及びその周波数、更にディジタル化のサンプリングタイミングを制御する制御手段が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の鍵発行サーバ。
3. スイッチを介して電子素子を接続して構成した回路網に電圧を印加して電流値を取り出し、ディジタル化したデータをコンピュータのポートに与えるインタフェースを有する回路からなり、
   前記スイッチ及び前記印加する電圧値及びその周波数が、前記コンピュータから制御されることを特徴とするアナログカオス乱数生成回路。
4. アナログカオス乱数信号を発生するアナログカオス乱数生成回路と、この生成回路により発生されたアナログカオス乱数信号からディジタルデータを得て、このディジタルデータに基づき公開鍵暗号化方式の公開鍵及び秘密鍵を生成する鍵生成手段と、生成された公開鍵と秘密鍵のペアに対しユニークな識別情報を割り当てる割当手段と、前記公開鍵と割り当てられた識別情報とを送信する第１の送信手段と、前記秘密鍵と割り当てられた識別情報とを送信する第２の送信手段と、前記鍵のペアと割り当てた識別情報との前記送信を終えたときに削除する削除手段とを具備する鍵発行サーバと、
   前記第１の送信手段から公開鍵と割り当てられた識別情報とを受け取り蓄積し、個人端末から識別情報及び個人情報が送られてくると、この識別情報に基づき前記蓄積された情報から対応する公開鍵を取り出し、該公開鍵と対応する識別情報及び個人情報を送出する公開鍵蓄積局と、
   前記第２の送信手段から秘密鍵と割り当てられた識別情報とを受け取り、個人端末にセットするメモリにこれら秘密鍵と割り当てられた識別情報とを書き込み記憶する秘密鍵書込局と、
   前記公開鍵蓄積局から公開鍵と対応する識別情報及び個人情報が送られてくると、該公開鍵と個人情報を含む証明書を発行し、対応する個人端末へ送信する認証局と
   を具備することを特徴とする認証システム。
5. 個人端末には、証明書発行依頼の送信指示と個人情報を入力するための入力手段と、
   この入力手段から証明書発行依頼の送信指示と個人情報が入力された場合に、メモリに記憶された識別情報を証明書発行依頼の送信指示と個人情報に付加して公開鍵蓄積局へ送信する証明書発行依頼手段と
   が具備されていることを特徴とする請求項４に記載の認証システム。
6. 前記公開鍵蓄積局は、蓄積した公開鍵が所定期間経過したときには消去を行うことを特徴とする請求項４に記載の認証システム。

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