JP4664692B2 - 暗号化方法、復号方法、暗号化装置、復号装置、暗号装置、およびプログラム - Google Patents
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図1に鍵カプセル化装置K100(KEM)の機能構成を示す。本装置は、鍵ビット長パラメータKL110、鍵生成装置KG120、暗号化アルゴリズム装置KE130、復号アルゴリズム装置KD140から構成される。鍵ビット長パラメータKL110は、セキュリティパラメータλから秘密鍵のビット長パラメータklを出力する確定的アルゴリズム装置である。記号では、kl=KL(λ)と表すこととする。ここで、セキュリティパラメータλとは、0以上の整数であって、送信者と受信者の間であらかじめ定まっているものとする。セキュリティパラメータλは理論上必要なパラメータであって、これを引数に取る各アルゴリズムが、λに関する多項式時間内で終了することを規定するために設けてあるものである。鍵生成装置KG120は、セキュリティパラメータλから公開鍵pkと私有鍵skの組を出力する確率的アルゴリズム装置である。記号では、(pk,sk)←KG(λ)と表すこととする。暗号化アルゴリズム装置KE130は、公開鍵pkから秘密鍵aと暗号化した秘密鍵eの組を出力する確率的アルゴリズム装置である。記号では、(a,e)←KE(pk)と表すこととする。ここで秘密鍵aは、ビット長がklの0または1からなり、記号ではa∈{0,1}klと表す。また暗号化した秘密鍵は、ビット長が任意の0または1からなり、記号ではe∈{0,1}*と表す。復号アルゴリズム装置KD140は、私有鍵skを用いて暗号化された秘密鍵eを復号し、秘密鍵aを出力する確定的アルゴリズム装置である。記号では、a=KDsk(e)と表すこととする。鍵カプセル化装置K100では、任意の(pk,sk)←KG(λ)と(a,e)←KE(pk)に対して、常にa=KDsk(e)が成り立つ。
暗号化装置HE400は、暗号化アルゴリズム装置KE130によって、受信者の公開鍵pkから秘密鍵aと暗号化した秘密鍵e(e∈{0,1}*)の組を得る((a,e)←KE(pk))。次に、暗号化アルゴリズム装置DE220で、秘密鍵aを用いて平文m(m∈{0,1}*)を暗号化し、暗号文c(c∈{0,1}*)を得る(c=DEa(m))。このようにして暗号化装置HE400は、復号装置HD500への出力として、暗号化した秘密鍵eと暗号文cの組(e,c)を得る。
また、同報通信に特化した暗号方法の提案としては、例えば特許文献1がある。
V. Shoup, "FCD 18033-2 Encryption algorithms - Part2: Asymmetric ciphers," ISO/IEC JTC 1/SC 27, Berlin, 2004.
本発明では上記問題点を解消することを目的としている。
2回目以降の同報通信では、記録装置に記録した共通セッション鍵rを用いて暗号化アルゴリズム装置DEで平文mを暗号化、復号アルゴリズム装置DDで暗号文cの復号を行う。
[第1実施形態]
図4に本発明の鍵共有化装置M300の機能構成例を示す。鍵共有化装置M300は、鍵ビット長パラメータML310、鍵生成装置MG320、暗号化アルゴリズム装置ME330、復号アルゴリズム装置MD340からなる。鍵ビット長パラメータML310は、セキュリティパラメータλから共通セッション鍵のビット長mlを出力する確定的アルゴリズム装置である。記号では、ml=ML(λ)と表すこととする。鍵生成装置MG320は、入力の無い確率的アルゴリズム装置として、もしくは秘密鍵a1,…,anの全部または一部を入力する確定的アルゴリズム装置として、共通セッション鍵r(r∈{0,1}ml)を出力する。記号では、確率的アルゴリズムの場合はr←MG()、確定的アルゴリズムの場合はr=MG(a1,…,an)と表すこととする。暗号化アルゴリズム装置ME330は、共通セッション鍵rを各装置の秘密鍵aiを用いて暗号化し、暗号化された共通セッション鍵yiを出力する確定的アルゴリズム装置である。記号としては、yi=MEai(r)と表すこととする。復号アルゴリズム装置MD340は、暗号化された共通セッション鍵yiを秘密鍵aiを用いて復号し、共通セッション鍵rを出力する確定的アルゴリズム装置である。記号としては、r=MDai(yi)と表すこととする。鍵共有化装置M300では、任意のai∈{0,1}kliと任意のr←MG()または確定的なr=MG(a1,…,an)に対して、常にMDai(MEai(r))=rが成り立つ。
図6に本発明の第1回目の同報通信での送信装置HE0と受信装置HDiとの関係を示す。送信装置HE0600−0は、暗号化アルゴリズム装置KE130−i(i=1〜n)によって、受信装置の公開鍵pkiから秘密鍵aiと暗号化した秘密鍵eiの組を得る((ai,ei)←KE(pki))。次に、鍵生成装置MG320−0によって、共通セッション鍵r(r∈{0,1}ml)を得る出力する(r←MG()、またはr=MG(a1,…,an))。当該共通セッション鍵rは、記録装置800−0内の記録部810−0に記録される。次に、暗号化アルゴリズム装置ME330−0によって、共通セッション鍵rを各装置の秘密鍵aiを用いて暗号化し、暗号化された共通セッション鍵yiを得る(yi=MEai(r))とともに、暗号化アルゴリズム装置DE220−0によって、共通セッション鍵rを用いて平文mを暗号化し、暗号文cを得る(c=DEr(m))。このように送信装置HE0600−0は、受信装置HDi700−iへの出力として、暗号化した秘密鍵eiと暗号化した共通セッション鍵yi、暗号文cの組(e1,y1,…,en,yn,c)を得る。
[変形例1]
鍵ビット長パラメータML310は、第1実施形態と同じである。鍵生成装置MG320は、セキュリティパラメータを入力とする確率的アルゴリズム装置として、もしくは秘密鍵a1,…,anの全部または一部を入力する確定的アルゴリズム装置として、共通セッション鍵r(r∈{0,1}dl)を出力する。記号では、確率的アルゴリズムの場合はr←MG(λ)、確定的アルゴリズムの場合はr=MG(a1,…,an)と表すことができる。暗号化アルゴリズム装置ME330は、次式のように共通セッション鍵rと各装置の秘密鍵aiの排他的論理和を取ることで暗号化された共通セッション鍵yiを得る。
[変形例2]
[変形例3]
鍵ビット長パラメータML310は、第1実施形態と同じである。鍵生成装置MG320は、セキュリティパラメータを入力とする確率的アルゴリズム装置として、もしくは秘密鍵a1,…,anの全部または一部を入力する確定的アルゴリズム装置として、共通セッション鍵r(r∈{0,1}dl)を出力する。記号では、確率的アルゴリズムの場合はr←MG(λ)、確定的アルゴリズムの場合は一例としてr=MG(a1,…,an)=Hash(a1)∈{0,1}dlと表すことができる。暗号化アルゴリズム装置ME330は、次式のように共通セッション鍵rと秘密鍵aiのハッシュ値の排他的論理和を取ることで暗号化された共通セッション鍵yiを得る。
[変形例4]
[第2実施形態]
[変形例]
図13に、本発明の第2回目以降の暗号化同報通信で装置が減少した場合の送信装置HE0と受信装置HDiとの関係を示す。送信装置HE0600−0は、第2実施形態と同じである。受信装置HDi700−i(i∈{g1,g2,…,gf})は、送信装置HE0600−0からの暗号化した共通セッション鍵yiと暗号文cの組(yg1,…,ygf,c)を受信すると、復号アルゴリズム装置KD140−iは、私有鍵skiを用いて、記録装置800−i内の記録部830−iに記録された暗号化された秘密鍵eiを復号し、秘密鍵aiを得る(ai=KDski(ei))。次に、復号アルゴリズム装置MD340−iによって、暗号化された共通セッション鍵yiを秘密鍵aiを用いて復号し、共通セッション鍵rを得る(r=MDai(yi))。その他は第2実施形態と同じである。
Claims (17)
- 秘密鍵暗号化手段で、送信先の装置ごとの公開鍵を用いて、秘密鍵と当該秘密鍵を暗号化した暗号化秘密鍵とを生成し、
鍵生成手段で、2台以上の装置間で共通に用いる共通セッション鍵を生成し、
記録手段で、上記共通セッション鍵を記録し、
共通セッション鍵暗号化手段で、上記共通セッション鍵を送信先の装置ごとの秘密鍵を用いて暗号化して、送信先の装置ごとの暗号化共通セッション鍵を生成し、
情報暗号化手段で、通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化して暗号文を生成し、
送信先の装置ごとの暗号化秘密鍵、送信先の装置ごとの暗号化共通セッション鍵、暗号文を同時に送信できる
暗号化方法。 - 請求項1記載の暗号化方法において、
上記記録手段に、上記共通セッション鍵がすでに記録されている場合には、
上記情報暗号化手段で、通信対象の情報を上記記録手段に記録された上記共通セッション鍵を用いて暗号化して暗号文を生成し、
当該暗号文のみを送信する
ことを特徴とする暗号化方法。 - 請求項1または2記載の暗号化方法において、
上記共通セッション鍵を共通に用いる装置が追加された場合に、
秘密鍵暗号化手段で、追加された送信先の装置ごとの公開鍵を用いて、追加された送信先の装置ごとの秘密鍵と当該秘密鍵を公開鍵暗号によって暗号化した暗号化秘密鍵を生成し、
上記共通セッション鍵暗号化手段で、上記記録手段に記録された上記共通セッション鍵を、追加された送信先の装置ごとの秘密鍵を用いて暗号化して、追加された送信先の装置ごとの暗号化共通セッション鍵を生成し、
追加された送信先の装置ごとの暗号化秘密鍵、追加された送信先の装置ごとの暗号化共通セッション鍵、暗号文を同時に送信できる
ことを特徴とする暗号化方法。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の暗号化方法において、
上記記録手段に送信先の装置ごとの秘密鍵を記録しておき、
上記共通セッション鍵を共通に用いる装置が削除された場合に、
上記鍵生成手段で、残った装置間で共通に用いる新たな共通セッション鍵を生成し、
上記記録手段で、上記共通セッション鍵を記録し、
上記共通セッション鍵暗号化手段で、上記共通セッション鍵を、残った装置ごとの上記記録手段に記録された秘密鍵を用いて暗号化して、残った装置ごとの暗号化共通セッション鍵を生成し、
上記情報暗号化手段で、通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化して暗号文を生成し、
残った装置ごとの暗号化秘密鍵、残った装置ごとの暗号化共通セッション鍵、暗号文を同時に送信できる
ことを特徴とする暗号化方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の暗号化方法において、
送信先の装置ごとに用意した情報暗号化手段で、通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化する
ことを特徴とする暗号化方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の暗号化方法と組み合わせる復号方法において、
上記記録手段に、上記共通セッション鍵がすでに記録されている場合には、
暗号文のみを受信し、
情報復号手段で、上記暗号文を、上記記録手段に記録された上記共通セッション鍵を用いて復号する、
ことを特徴とする復号方法。 - 記録手段で、対となる私有鍵と公開鍵をあらかじめ記録しておき、
秘密鍵を上記公開鍵を用いて暗号化した暗号化秘密鍵、共通セッション鍵を上記秘密鍵を用いて暗号化した暗号化共通セッション鍵、通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化した暗号文を同時に受信した場合に、
秘密鍵復号手段で、上記暗号化秘密鍵を、上記私有鍵を用いて復号し、
共通セッション鍵復号手段で、上記共通セッション鍵を上記秘密鍵を用いて復号し、
上記記録手段で、上記共通セッション鍵を記録し、
情報復号手段で、上記暗号文を上記共通セッション鍵を用いて復号する、
ことを特徴とする復号方法。 - 請求項7記載の復号方法において、
上記記録手段に、上記共通セッション鍵がすでに記録されている場合に、
上記情報復号手段で、上記暗号文を、上記記録手段に記録された上記共通セッション鍵を用いて復号する、
ことを特徴とする復号方法。 - 請求項7または8記載の復号方法において、
上記記録手段で、上記秘密鍵を記録しておき、
新たな共通セッション鍵を上記秘密鍵を用いて暗号化した暗号化共通セッション鍵、通信対象の情報を上記のあらたな共通セッション鍵を用いて暗号化した暗号文を同時に受信した場合に、
上記共通セッション鍵復号手段で、上記暗号化共通セッション鍵を、上記記録手段に記録された上記秘密鍵を用いて復号して共通セッション鍵とし、
上記記録手段で、上記共通セッション鍵を記録し、
上記情報復号手段で、上記暗号文を上記共通セッション鍵を用いて復号する、
ことを特徴とする復号方法。 - 請求項7または8記載の復号方法において、
上記記録手段で、上記暗号化秘密鍵を記録しておき、
新たな共通セッション鍵を上記秘密鍵を用いて暗号化した暗号化共通セッション鍵、通信対象の情報を上記のあらたな共通セッション鍵を用いて暗号化した暗号文を受信した場合に、
上記秘密鍵復号手段で、上記暗号化秘密鍵を、当該装置の私有鍵を用いて復号し、
上記共通セッション鍵復号手段で、上記暗号化共通セッション鍵を、上記秘密鍵を用いて復号して共通セッション鍵とし、
上記記録手段で、上記共通セッション鍵を記録し、
上記情報復号手段で、上記暗号文を上記共通セッション鍵を用いて復号する、
ことを特徴とする復号方法。 - 請求項7〜10のいずれかに記載の復号方法と組み合わせる暗号化方法において、
上記記録手段に、上記共通セッション鍵がすでに記録されている場合に、
情報暗号化手段で、通信対象の情報を、上記記録手段に記録された上記共通セッション鍵を用いて暗号化する
ことを特徴とする暗号化方法。 - 送信先の装置ごとの公開鍵を用いて、秘密鍵と当該秘密鍵を暗号化した暗号化秘密鍵とを生成する秘密鍵暗号化手段と、
2台以上の装置間で共通に用いる共通セッション鍵を生成する鍵生成手段と、
上記共通セッション鍵を記録する記録手段と、
上記共通セッション鍵を送信先の装置ごとの秘密鍵を用いて暗号化して、送信先の装置ごとの暗号化共通セッション鍵を生成する共通セッション鍵暗号化手段と、
通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化して暗号文を生成する情報暗号化手段と、
送信先の装置ごとの暗号化秘密鍵、送信先の装置ごとの暗号化共通セッション鍵、暗号文を同時に送信できる送信手段と
を備える暗号化装置。 - 対となる私有鍵と公開鍵をあらかじめ記録しておき、
秘密鍵を上記公開鍵を用いて暗号化した暗号化秘密鍵、共通セッション鍵を上記秘密鍵を用いて暗号化した暗号化共通セッション鍵、通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化した暗号文を同時に受信できる復号装置であって、
上記暗号化秘密鍵を、上記私有鍵を用いて復号する秘密鍵復号手段と、
上記暗号化共通セッション鍵を上記秘密鍵を用いて復号する共通セッション鍵復号手段と、
上記共通セッション鍵を記録する記録手段と、
上記暗号文を、上記共通セッション鍵を用いて復号する情報復号手段と、
を備える復号装置。 - 送信先の暗号装置ごとの公開鍵を用いて、秘密鍵と当該秘密鍵を暗号化した暗号化秘密鍵とを生成する秘密鍵暗号化手段と、
2台以上の暗号装置間で共通に用いる共通セッション鍵を生成する鍵生成手段と、
上記共通セッション鍵を記録する記録手段と、
上記共通セッション鍵を通信先の暗号装置ごとの秘密鍵を用いて暗号化して、送信先の暗号装置ごとの暗号化共通セッション鍵を生成する共通セッション鍵暗号化手段と、
通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化して暗号文を生成する情報暗号化手段と、
送信先の装置ごとの暗号化秘密鍵、送信先の装置ごとの暗号化共通セッション鍵、暗号文を同時に送信できる送信手段と、
暗号文を、上記共通セッション鍵を用いて復号する情報復号手段と、
を備える暗号装置。 - 対となる私有鍵と公開鍵をあらかじめ記録しておき、
秘密鍵を上記公開鍵を用いて暗号化した暗号化秘密鍵、共通セッション鍵を上記秘密鍵を用いて暗号化した暗号化共通セッション鍵、通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化した暗号文を同時に受信できる暗号装置であって、
上記暗号化秘密鍵を、上記私有鍵を用いて復号する秘密鍵復号手段と、
上記暗号化共通セッション鍵を上記秘密鍵を用いて復号する共通セッション鍵復号手段と、
上記共通セッション鍵を記録する記録手段と、
上記暗号文を、上記共通セッション鍵を用いて復号する情報復号手段と、
通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化する情報暗号化手段と、
を備える暗号装置。 - 対となる私有鍵と公開鍵をあらかじめ記録しておき、2台以上の暗号装置と暗号通信を行う暗号装置であって、
送信先の暗号装置ごとの公開鍵を用いて、秘密鍵と当該秘密鍵を暗号化した暗号化秘密鍵とを生成する秘密鍵暗号化手段と、
受信した暗号化秘密鍵を、上記私有鍵を用いて復号する秘密鍵復号手段と、
2台以上の暗号装置間で共通に用いる共通セッション鍵を生成する鍵生成手段と、
受信した暗号化共通セッション鍵を当該暗号装置の秘密鍵を用いて復号する共通セッション鍵復号手段と、
上記鍵生成手段が生成した共通セッション鍵または上記共通セッション鍵復号手段が復号した共通セッション鍵を記録する記録手段と、
上記共通セッション鍵を通信先の暗号装置ごとの秘密鍵を用いて暗号化する共通セッション鍵暗号化手段と、
通信対象の情報を上記共通セッション鍵を用いて暗号化して暗号文を生成する情報暗号化手段と、
受信した暗号文を、上記共通セッション鍵を用いて復号する情報復号手段と、
を備える暗号装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の暗号化方法の各手順、もしくは、請求項6〜11のいずれかに記載の復号方法の各手順をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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