JP5932709B2 - Transmission side device and reception side device - Google Patents

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本発明は、暗号および電子署名技術に関する。   The present invention relates to encryption and digital signature technology.

通信路の秘匿性を保証するため、すなわち通信路上を流れる情報を盗聴の脅威から守るための方法として、暗号技術の適用がよく知られている。また、通信路の真正性を保証するため、すなわち通信路上を流れる情報を改ざんや成りすましの脅威から守るための方法としては、電子署名技術の適用が知られている。さらに、秘匿性と真正性を同時に保証する技術として、暗号技術と電子署名技術を応用した署名付き暗号化（ｓｉｇｎｃｒｙｐｔｉｏｎ）技術が存在する。   In order to guarantee the confidentiality of a communication path, that is, as a method for protecting information flowing on the communication path from the threat of eavesdropping, application of encryption technology is well known. As a method for guaranteeing the authenticity of a communication path, that is, for protecting information flowing on the communication path from threats of falsification and impersonation, application of an electronic signature technique is known. Further, as a technique for guaranteeing confidentiality and authenticity at the same time, there is a signed encryption technique using an encryption technique and an electronic signature technique.

署名付き暗号化技術の代表例として、Ｓｉｇｎ−ｔｈｅｎ−Ｅｎｃｒｙｐｔ方式とＥｎｃｒｙｐｔ−ｔｈｅｎ−Ｓｉｇｎ方式の２つがよく知られている。Ｓｉｇｎ−ｔｈｅｎ−Ｅｎｃｒｙｐｔ方式はメッセージに電子署名を付加した後、メッセージと署名値の組を暗号化する方式である。一方、Ｅｎｃｒｙｐｔ−ｔｈｅ−Ｓｉｇｎ方式はメッセージを公開鍵暗号で暗号化した後に、当該暗号文に対して電子署名を付加する方式である。     Two typical examples of signed encryption techniques are well known: the Sign-then-Encrypt scheme and the Encrypt-then-Sign scheme. The Sign-then-Encrypt scheme is a scheme for encrypting a set of a message and a signature value after adding an electronic signature to the message. On the other hand, the Encrypt-the-Sign method is a method of adding an electronic signature to the ciphertext after encrypting the message with public key cryptography.

署名付き暗号化の安全性は、秘匿性と真正性の二つの側面から評価される。秘匿性に関しては、動的マルチユーザモデルにおいて内部者からの適応的選択暗号文攻撃に対して識別不可能性を有すること（ｄＭ−ＩＮＤ−ｉＣＣＡ：ＩＮＤｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈａｂｉｌｉｔｙ ａｇａｉｎｓｔ ｉｎｓｉｄｅｒ Ｃｈｏｓｅｎ Ｃｉｐｈｅｒｔｅｘｔ Ａｔｔａｃｋ ｉｎ ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃ Ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｍｏｄｅｌ と呼ばれる性質）が望まれる。また真正性に関しては、動的マルチユーザモデルにおいて内部者からの選択文書攻撃に対する強偽造不可能性を有すること（ｄＭ−ｓＵＦ−ｉＣＭＡ： ｓｔｒｏｎｇ ＵｎＦｏｒｇｅａｂｉｌｉｔｙ ａｇａｉｎｓｔｉｎｓｉｄｅｒ Ｃｈｏｓｅｎ Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｔｔａｃｋ ｉｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｍｏｄｅｌ と呼ばれる安全性基準）が望まれる。安全な署名付き暗号化方式は、これら２つの安全性を同時に満たすことが望ましいと考えられている。   The security of signed encryption is evaluated from two aspects: confidentiality and authenticity. Concerning confidentiality, the dynamic multi-user model has an indistinguishability against adaptive selection ciphertext attacks from insiders (dM-IND-iCCA: INDistinguisability agins inside Chosen Ciphertext Attack in the Multi-user Multi-user model) Is desired). In addition, as for authenticity, it has a strong forgery against selected document attacks from insiders in a dynamic multi-user model (dM-sUF-iCMA: called Strong UnForgeability aginstinder Chosen Message Attack-in-the-Mind Safety standards) are desired. It is considered desirable for a secure signed encryption scheme to satisfy these two security requirements simultaneously.

前記のＳｉｇｎ−ｔｈｅｎ−Ｅｎｃｒｙｐｔ方式は、適応的選択暗号文攻撃に対する識別不可能性を有するが、選択文書攻撃に対する強偽造不可能性が保証されないことが分かっている。また、Ｅｎｃｒｙｐｔ−ｔｈｅｎ−Ｓｉｇｎ方式は、選択文書攻撃に対する強偽造不可能性を有する一方で、適応的選択暗号文攻撃に対する識別不可能性が保証されないことが知られている。   The above-mentioned Sign-then-Encrypt scheme has an indistinguishability against an adaptive selection ciphertext attack, but it has been found that a strong forgery against a selected document attack is not guaranteed. In addition, it is known that the Encrypt-then-Sign method has strong forgery against a selected document attack, but cannot guarantee unidentification against an adaptive selected ciphertext attack.

上記２つの安全性をともに備える署名付き暗号化方式として、非特許文献１に記載の方式が存在する。当該方式は、タグベースの鍵カプセル化メカニズム（通称ＴＢＫＥＭ）と、電子署名方式、共通鍵暗号の３つの機能を組み合わせることで署名付き暗号化方式を実現したものである。構成要素であるＴＢＫＥＭ、電子署名、共通鍵暗号が、それぞれある安全性基準を満たす場合に、それらを組み合わせた署名付き暗号方式が前記の２つの安全性基準を満たすことが示されている。   There is a method described in Non-Patent Document 1 as an encryption method with a signature that has both of the above two security features. This method realizes a signed encryption method by combining a tag-based key encapsulation mechanism (commonly known as TBKEM), an electronic signature method, and a common key encryption. It is shown that when the component components TBKEM, electronic signature, and common key encryption satisfy certain security standards, a signed cryptographic method combining them satisfies the above two security standards.

Ｄａｉｋｉ Ｃｈｉｂａ、Ｔａｋａｈｉｒｏ Ｍａｔｓｕｄａ、Ｊａｃｏｂ Ｃ.Ｎ. Ｓｃｈｕｌｄｔ、Ｋａｎｔａ Ｍａｔｓｕｕｒａ、 ″Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｉｇｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｓｉｄｅｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ Ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ Ｓｅｔｔｉｎｇ、″ＡＣＮＳ ２０１１、ＬＮＣＳ ６７１５、ｐｐ.２２０−２３７、２０１１Daiki Chiba, Takahiro Matsuda, Jacob C.N.Schuldt, Kanta Matsuura, '' Efficient Generic Constructions in Sci.

秘匿性と真正性が同時に求められる分野は数多く存在する。例えば、証券会社のシステムから株式売買の発注を証券取引所のシステムへ送信する場合には、発注内容を取引所以外の他者に知られることを防ぐために秘匿性の確保が重要となると同時に、発注内容の改ざんや横取り（成りすまし）を防ぐために真正性の確保が求められる。またセンサネットワークやモバイルコンピューティングなどの分野においても、通信傍受を防ぐために秘匿性が要求され、かつメッセージの送信元を認証するために真正性が求められる。   There are many fields where confidentiality and authenticity are required simultaneously. For example, when sending stock trading orders from a securities company system to a stock exchange system, it is important to ensure confidentiality in order to prevent other parties other than the exchange from knowing the contents of the order. Authenticity must be ensured to prevent tampering and interception of the contents of the order. In fields such as sensor networks and mobile computing, confidentiality is required to prevent communication interception, and authenticity is required to authenticate the message source.

上記の分野においては安全性の確保と同時に、処理性能に関する独自の制約が存在する。証券取引の場合、取引所へリクエストが集中する繁忙期には大量の注文を遅延なくリアルタイムに処理することが要求される。また後者の分野においては、個々のデバイスの計算能力がさほど高くなく、かつデバイスの省電力性が望まれるため、デバイスに要求される計算処理は単純なものであることが求められる。   In the above fields, there are unique restrictions on processing performance as well as ensuring safety. In the case of securities trading, it is required to process a large number of orders in real time without delay during busy periods when requests are concentrated on the exchange. Further, in the latter field, since the calculation capability of each device is not so high and the power saving performance of the device is desired, the calculation processing required for the device is required to be simple.

非特許文献１に記載の方式は、前述した通り高い安全性を保証する一方で、内部で電子署名方式を利用しているため、通信のリアルタイム性および計算の複雑さに関する課題を内包している。   While the method described in Non-Patent Document 1 guarantees high security as described above, it uses a digital signature method internally, and therefore includes problems related to real-time communication and computational complexity. .

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、メッセージ送受信時の通信速度の低下を抑えることでリアルタイム性の高い通信へ署名付き暗号化方式の適用を可能とするとともに、メッセージ送受信時に必要な計算を削減することで能力の十分でないプロセッサでも署名付き暗号化方式を実現すること、を課題とする。   The present invention has been made in view of such a background, and the present invention makes it possible to apply a signed encryption method to highly real-time communication by suppressing a decrease in communication speed at the time of message transmission and reception, It is an object of the present invention to realize a signed encryption method even by a processor with insufficient capability by reducing the calculation required for message transmission / reception.

本発明の代表的な一例は、次の通りである。メッセージから署名付き暗号文を生成して受信側装置へ送信する送信側装置は、送信者の、署名用秘密鍵および検証用公開鍵を記憶する記憶装置と、制御装置を具備する。前記制御装置は、ワンタイム署名用の鍵ペアを生成し、前記記憶装置に記憶するワンタイム署名鍵生成部と、前記送信者の署名用秘密鍵を用いて、前記ワンタイム署名用の第一の鍵に対する第一の署名値を生成し、前記記憶装置に一時記憶する署名生成部と、入力された前記メッセージの受信者の公開鍵および前記送信者の検証用公開鍵から共通鍵暗号用の鍵と該鍵の暗号化データを生成し、前記記憶装置に記憶する鍵カプセル生成部と、前記ワンタイム署名用の第二の鍵、前記メッセージの受信者の公開鍵、前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データ、および入力された送信対象メッセージから第二の署名値を生成するワンタイム署名生成部と、前記共通鍵暗号用の鍵、前記ワンタイム署名用の第一の鍵、前記第一の署名値、前記第二の署名値、および前記送信対象メッセージから署名付き暗号文を生成する共通鍵暗号部と、前記共通鍵暗号用の鍵の暗号化データおよび前記署名付き暗号文を前記受信側装置へ送信する送信部と、を含む、ことを特徴とする。   A typical example of the present invention is as follows. A transmission-side apparatus that generates a signed ciphertext from a message and transmits it to the reception-side apparatus includes a storage device that stores the signature private key and verification public key of the sender, and a control device. The control device generates a key pair for a one-time signature and generates a first time signature for the one-time signature by using a one-time signature key generation unit that stores the key pair for the one-time signature and the sender's signature private key. Generating a first signature value for the key of the key and temporarily storing it in the storage device, and for the common key encryption from the input public key of the receiver of the message and the verification public key of the sender A key capsule generation unit that generates a key and encrypted data of the key and stores the key in the storage device, the second key for the one-time signature, the public key of the recipient of the message, and the key for the common key encryption A one-time signature generation unit for generating a second signature value from the encrypted data and the input transmission target message, the key for the common key encryption, the first key for the one-time signature, the first Signature value of the second signature value, And a common key encryption unit that generates a ciphertext with a signature from the message to be transmitted, and a transmission unit that transmits encrypted data of the key for the common key encryption and the ciphertext with the signature to the reception-side apparatus. It is characterized by that.

また、送信側装置から受信した署名付き暗号文からメッセージを復号する受信側装置は、受信者の、復号用秘密鍵および暗号用公開鍵を記憶する記憶装置と、制御装置を具備する。前記制御装置は、前記送信側装置から共通鍵暗号用鍵の暗号化データおよび前記署名付き暗号文を受信する受信部と、前記受信者の暗号用秘密鍵、入力された送信者の検証用公開鍵および前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データから、共通鍵暗号用鍵を復号する鍵カプセル復号部と、前記共通鍵暗号用鍵を用いて、前記署名付き暗号文から、ワンタイム署名用の検証鍵、第一の署名値、第二の署名値および前記メッセージを復号する共通鍵復号部と、前記ワンタイム署名用の検証鍵を検証対象メッセージとし、前記第一の署名値を検証対象署名値とし、前記送信者の検証用公開鍵を用いて署名検証を行う第一の署名検証部と、前記受信者の暗号用公開鍵、前記受信部により受信した前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データおよび前記共通鍵復号部により復号された前記メッセージを検証対象メッセージとし、前記第二の署名値を検証対象の署名値とし、前記ワンタイム署名の検証鍵を用いて署名検証を行う第二の署名検証部と、前記鍵カプセル復号部により前記共通鍵暗号用鍵が復号され、前記第一の署名検証部および前記第二の署名検証部の検証結果がそれぞれ検証成功を示す場合に、前記共通鍵復号部により復号された前記メッセージを出力する出力部と、を含む、ことを特徴とする。   In addition, the receiving device that decrypts the message from the signed ciphertext received from the transmitting device includes a storage device that stores the decryption private key and the encryption public key of the receiver, and a control device. The control device includes: a receiving unit that receives the encrypted data of the common key encryption key and the signed ciphertext from the transmission side device; the receiver's encryption private key; and the input sender's verification release A key capsule decrypting unit for decrypting a common key encryption key from the encrypted data of the key and the common key encryption key, and the ciphertext with the signature using the common key encryption key. A verification key, a first signature value, a second signature value, a common key decryption unit that decrypts the message, the verification key for the one-time signature as a verification target message, and the first signature value as a verification target signature And a first signature verification unit that performs signature verification using the sender's verification public key, encryption of the receiver's encryption public key, and the common key encryption key received by the receiver Data and the common key decryption unit A second signature verification unit configured to use the decrypted message as a verification target message, the second signature value as a verification target signature value, and verify the signature using the verification key of the one-time signature; and the key capsule When the common key encryption key is decrypted by the decryption unit, and the verification results of the first signature verification unit and the second signature verification unit indicate successful verification, the decrypted by the common key decryption unit And an output unit for outputting a message.

本発明によれば、高い安全性を備えるだけでなく、署名付き暗号化処理の大部分について事前計算が可能となる。これにより、リアルタイム性が要求されるシステムや能力が十分でないプロセッサに対しても、安全性の高い署名付き暗号化方式を適用できる。   According to the present invention, not only high security is provided, but also pre-computation is possible for most of the signed encryption processing. As a result, a highly secure signed encryption method can be applied even to a system that requires real-time performance and a processor with insufficient capability.

実施形態１に係る送信側装置および送信側鍵生成装置の構成例を説明するための図である。3 is a diagram for describing a configuration example of a transmission side device and a transmission side key generation device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る受信側装置および受信側鍵生成装置の構成例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for describing a configuration example of a reception side device and a reception side key generation device according to the first embodiment. 実施形態１および２に係る各装置（クライアント装置、ゲートウェイ装置、データ管理装置）のハードウェア構成図である。FIG. 3 is a hardware configuration diagram of each device (client device, gateway device, and data management device) according to the first and second embodiments. 実施形態１および２に係る送信側装置および受信側装置が行う署名付き暗号文の送受信処理の全体の流れを示すシーケンス図である。FIG. 10 is a sequence diagram illustrating an overall flow of a signed ciphertext transmission / reception process performed by a transmission-side apparatus and a reception-side apparatus according to the first and second embodiments. 実施形態１に係る受信側装置における検証付き復号処理の流れを示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a flow of a decoding process with verification in the reception-side apparatus according to the first embodiment. 実施形態２に係る送信側装置および送信側鍵生成装置の構成例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for describing a configuration example of a transmission side device and a transmission side key generation device according to a second embodiment. 実施形態２に係る受信側装置および受信側鍵生成装置の構成例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for describing a configuration example of a reception side device and a reception side key generation device according to a second embodiment. 実施形態２に係る受信側装置における検証付き復号処理の流れを示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a flow of a decoding process with verification in the reception-side apparatus according to the second embodiment.

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.

図１は、本実施形態に係る送信側装置１００および送信側鍵生成装置１５０の構成例を示す機能ブロック図である。   FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the transmission side device 100 and the transmission side key generation device 150 according to the present embodiment.

図１に示すように、送信側装置１００は、ワンタイム署名鍵生成部１０１、一時記憶部１０２、記憶部１０３、署名生成部１０４、一時記憶部１０５、送信先指定部１０６、鍵カプセル生成部１０７、一時記憶部１０８、入力部１０９、ワンタイム署名生成部１１０、共通鍵暗号部１１１、送信部１１２、とを含んで構成される。また、送信側鍵生成装置１５０は、署名鍵生成部１５１を含んで構成される。   As illustrated in FIG. 1, the transmission-side apparatus 100 includes a one-time signature key generation unit 101, a temporary storage unit 102, a storage unit 103, a signature generation unit 104, a temporary storage unit 105, a transmission destination designation unit 106, and a key capsule generation unit. 107, a temporary storage unit 108, an input unit 109, a one-time signature generation unit 110, a common key encryption unit 111, and a transmission unit 112. The transmission side key generation device 150 includes a signature key generation unit 151.

署名生成部１０４と署名鍵生成部１５１、および後述する署名検証部２０６は、同じ電子署名アルゴリズムに基づく機能部である。すなわち、署名生成部１０４が実装する電子署名生成アルゴリズムと、署名鍵生成部１５１が実装する署名鍵生成アルゴリズムと、署名検証部２０６が実装する署名検証アルゴリズムと、は同じ電子署名方式に属するアルゴリズムである。したがって、署名鍵生成部１５１が出力した署名用鍵ペア（ｓｋＳ、ｐｋＳ）のうち、ｓｋＳは署名生成部１０４で署名を生成する際に必要な署名用秘密鍵として利用可能であり、ｐｋＳは署名検証部２０６で当該署名を検証する際に必要な署名用検証鍵として利用可能である。   The signature generation unit 104, the signature key generation unit 151, and a signature verification unit 206 described later are functional units based on the same electronic signature algorithm. That is, the digital signature generation algorithm implemented by the signature generation unit 104, the signature key generation algorithm implemented by the signature key generation unit 151, and the signature verification algorithm implemented by the signature verification unit 206 are algorithms belonging to the same electronic signature scheme. is there. Therefore, of the signature key pair (skS, pkS) output from the signature key generation unit 151, skS can be used as a signature private key required when the signature generation unit 104 generates a signature, and pkS is a signature key. It can be used as a signature verification key required when the verification unit 206 verifies the signature.

同様に、ワンタイム署名生成部１１０とワンタイム署名鍵生成部１０１、および後述するワンタイム署名検証部２０７は、同じワンタイム署名方式に基づく機能部である。すなわち、ワンタイム署名生成部１１０が実装するワンタイム署名生成アルゴリズムと、ワンタイム署名鍵生成部１０１が実装するワンタイム署名鍵生成アルゴリズムと、ワンタイム署名検証部２０７が実装するワンタイム署名検証アルゴリズムと、は同じワンタイム署名方式に属するアルゴリズムである。したがって、ワンタイム署名鍵生成部１０１が出力したワンタイム署名用鍵ペア（ｏｓｋ、ｏｖｋ）のうち、ｏｓｋはワンタイム署名生成部１１０で署名を生成する際に必要な署名用秘密鍵として利用可能であり、ｏｖｋはワンタイム署名検証部２０７で当該署名を検証する際に必要な検証鍵として利用可能である。   Similarly, the one-time signature generation unit 110, the one-time signature key generation unit 101, and the one-time signature verification unit 207 described later are functional units based on the same one-time signature scheme. That is, the one-time signature generation algorithm implemented by the one-time signature generation unit 110, the one-time signature key generation algorithm implemented by the one-time signature key generation unit 101, and the one-time signature verification algorithm implemented by the one-time signature verification unit 207 Are algorithms that belong to the same one-time signature scheme. Therefore, out of the one-time signature key pair (osk, ovk) output from the one-time signature key generation unit 101, the osk can be used as a signature private key required when the one-time signature generation unit 110 generates a signature. Ovk can be used as a verification key required when the one-time signature verification unit 207 verifies the signature.

また、鍵カプセル生成部１０７と後述する暗号鍵生成部２５１、および後述する鍵カプセル復号部２０４は、同一のタグ付き鍵カプセル化（ＴＢＫＥＭ）方式に基づく機能部である。すなわち、鍵カプセル生成部１０７が実装するタグ付き鍵カプセル生成アルゴリズムと、暗号鍵生成部２５１が実装する暗号鍵生成アルゴリズムと、鍵カプセル復号部２０４が実装する鍵カプセル復号アルゴリズムと、は同じＴＢＫＥＭ方式に属するアルゴリズムである。したがって、暗号鍵生成部２５１が出力した暗号用鍵ペア（ｓｋＲ、ｐｋＲ）のうち、ｐｋＲは鍵カプセル生成部１０７で鍵Ｋとそのカプセル化Ｃ１を生成する際に必要な暗号用公開鍵として利用可能であり、ｓｋＲは鍵カプセル復号部２０４でＣ１からＫを得る際に必要な復号用秘密鍵として利用可能である。   Further, the key capsule generation unit 107, an encryption key generation unit 251 described later, and a key capsule decryption unit 204 described later are functional units based on the same tagged key encapsulation (TBKEM) method. That is, the tagged key capsule generation algorithm implemented by the key capsule generation unit 107, the encryption key generation algorithm implemented by the encryption key generation unit 251 and the key capsule decryption algorithm implemented by the key capsule decryption unit 204 are the same TBKEM method. It belongs to the algorithm. Therefore, of the encryption key pair (skR, pkR) output from the encryption key generation unit 251, pkR is used as the encryption public key required when the key capsule generation unit 107 generates the key K and its encapsulation C1. The skR can be used as a decryption secret key required when the key capsule decryption unit 204 obtains K from C1.

また、鍵カプセル生成部１０７の生成する鍵Ｋは、共通鍵暗号部１１１が暗号化処理を行う際の暗号鍵として利用可能である。   The key K generated by the key capsule generation unit 107 can be used as an encryption key when the common key encryption unit 111 performs an encryption process.

ワンタイム署名鍵生成部１０１は、ワンタイム署名鍵生成アルゴリズムを実装した機能部であり、ワンタイム署名用鍵ペア（ｏｓｋ、ｏｖｋ）を出力するものである。鍵ペア（ｏｓｋ、ｏｖｋ）は一時記憶部１０２への入力として利用される。   The one-time signature key generation unit 101 is a functional unit that implements a one-time signature key generation algorithm, and outputs a one-time signature key pair (osk, ovk). The key pair (osk, ovk) is used as an input to the temporary storage unit 102.

一時記憶部１０２は、ワンタイム署名の鍵ペア（ｏｓｋ、ｏｖｋ）を入力として、それらを一時的に、他の処理部によって消費されるまで記憶する。秘密鍵ｏｓｋはワンタイム署名生成部１１０への入力として後に利用される。公開鍵ｏｖｋは署名生成部１０４および共通鍵暗号部１１１への入力としてに後に利用される。ｏｓｋは送信者以外の者に知られることの無いよう、安全な記憶領域に格納されることが必要である。例えばＨＳＭ（Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ）などといった製品を利用しても良い。一時記憶部１０２には複数の鍵ペアを格納することが可能である。格納されるｏｓｋとｏｖｋには、一時記憶部１０２内で当該鍵ペアを一意に特定可能とする文字列、例えばシーケンス番号のような識別子を対応付けて管理する。以降、簡単のために当該文字列をラベルと呼ぶ。   The temporary storage unit 102 receives the one-time signature key pair (osk, ovk) as input and temporarily stores them until consumed by another processing unit. The secret key osk is used later as an input to the one-time signature generation unit 110. The public key ovk is used later as an input to the signature generation unit 104 and the common key encryption unit 111. The osk needs to be stored in a secure storage area so that it is not known to anyone other than the sender. For example, a product such as HSM (Hardware Security Module) may be used. The temporary storage unit 102 can store a plurality of key pairs. The stored osk and ovk are managed in association with a character string that can uniquely identify the key pair in the temporary storage unit 102, for example, an identifier such as a sequence number. Hereinafter, the character string is referred to as a label for the sake of simplicity.

記憶部１０３は、送信側鍵生成装置１５０によって生成された送信者の署名用秘密鍵ｓｋＳと検証用公開鍵ｐｋＳを記憶する。送信者の署名用秘密鍵ｓｋＳは、送信者以外の者に知られることの無いよう、安全な記憶領域に格納されることが必要である。例えばＨＳＭ（Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ）などといった製品を利用しても良い。一方、送信者の検証用公開鍵ｐｋＳは、公開リポジトリや任意の通信手段を用いて、受信者を始め署名の検証を行う者へ広く公開されることが必要である。   The storage unit 103 stores the sender's signature private key skS and the verification public key pkS generated by the transmission side key generation device 150. The sender's signature private key skS needs to be stored in a secure storage area so that it is not known to anyone other than the sender. For example, a product such as HSM (Hardware Security Module) may be used. On the other hand, the sender's verification public key pkS needs to be widely disclosed to the receiver and other persons who verify the signature using a public repository or any communication means.

署名生成部１０４は、電子署名生成アルゴリズムを実装した機能部である。署名鍵として送信者の署名用秘密鍵ｓｋＳを入力され、また署名対象メッセージとしてワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋを入力され、処理の結果として署名値ｓ１を出力する。署名値ｓ１は一時記憶部１０５への入力として利用される。   The signature generation unit 104 is a functional unit that implements an electronic signature generation algorithm. The sender's signature private key skS is input as the signature key, the one-time signature verification key ovk is input as the signature target message, and the signature value s1 is output as the processing result. The signature value s1 is used as an input to the temporary storage unit 105.

一時記憶部１０５は、署名値ｓ１を入力として、それを一時的に、他の処理部によって消費されるまで記憶する。記憶された署名値ｓ１は共通鍵暗号部１１１への入力として後に利用される。一時記憶部１０５には複数の署名値を格納することが可能である。格納される署名値ｓ１には、一時記憶部１０５内で当該署名値を一意に特定可能なラベルが付与される。   The temporary storage unit 105 receives the signature value s1 as input and temporarily stores it until it is consumed by another processing unit. The stored signature value s1 is used later as an input to the common key encryption unit 111. The temporary storage unit 105 can store a plurality of signature values. The stored signature value s 1 is given a label that can uniquely identify the signature value in the temporary storage unit 105.

送信先指定部１０６は、送信者がメッセージの送信先、すなわち受信者を決定した後に、当該受信者の暗号用公開鍵ｐｋＲを入力され、一時的に記憶する機能部である。暗号用公開鍵ｐｋＲは、鍵カプセル生成部１０７と、ワンタイム署名生成部１１０と、への入力として利用される。   The destination designation unit 106 is a functional unit that receives and temporarily stores the encryption public key pkR of the recipient after the sender has determined the message destination, that is, the recipient. The encryption public key pkR is used as an input to the key capsule generation unit 107 and the one-time signature generation unit 110.

鍵カプセル生成部１０７は、タグ付き鍵カプセル化アルゴリズムを実装した機能部である。カプセル化のための鍵として受信者の暗号用公開鍵ｐｋＲを入力され、またタグ（補助入力）として送信者の検証用公開鍵ｐｋＳを入力され、処理の結果として共通鍵暗号用の鍵Ｋと当該鍵をカプセル化（暗号化）した鍵カプセルＣ１を出力する。鍵Ｋと、鍵カプセルＣ１は一時記憶部１０８への入力として利用される。   The key capsule generation unit 107 is a functional unit that implements a tagged key encapsulation algorithm. The receiver's encryption public key pkR is input as a key for encapsulation, and the sender's verification public key pkS is input as a tag (auxiliary input). As a result of the processing, a common key encryption key K and A key capsule C1 encapsulating (encrypting) the key is output. The key K and the key capsule C1 are used as inputs to the temporary storage unit 108.

一時記憶部１０８は、共通鍵暗号用の鍵Ｋと当該鍵をカプセル化（暗号化）した鍵カプセルＣ１を入力として、それらを一時的に、他の処理部によって消費されるまで記憶する。鍵カプセルＣ１はワンタイム署名生成部１１０および送信部１１２への入力として後に利用される。鍵Ｋは共通鍵暗号部１１１への入力として後に利用される。鍵Ｋは送信者以外の者に知られることの無いよう、安全な記憶領域に格納されることが必要である。例えばＨＳＭ（Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ）などといった製品を利用しても良い。一時記憶部１０８には複数の鍵および鍵カプセルを格納することが可能である。格納される鍵と鍵カプセルのペア（Ｋ、 Ｃ１）には、一時記憶部１０８内で当該ペアを一意に特定可能なラベルが付与される。   The temporary storage unit 108 receives a key K for common key encryption and a key capsule C1 encapsulating (encrypting) the key, and stores them temporarily until consumed by another processing unit. The key capsule C1 is used later as an input to the one-time signature generation unit 110 and the transmission unit 112. The key K is used later as an input to the common key encryption unit 111. The key K needs to be stored in a secure storage area so that it is not known to anyone other than the sender. For example, a product such as HSM (Hardware Security Module) may be used. The temporary storage unit 108 can store a plurality of keys and key capsules. The stored key and key capsule pair (K, C1) is given a label that can uniquely identify the pair in the temporary storage unit 108.

入力部１０９は、送信者が送信対象メッセージを決定した後に、当該メッセージｍを入力される機能部である。メッセージｍは、ワンタイム署名生成部１１０と、共通鍵暗号部１１１への入力として利用される。   The input unit 109 is a functional unit that inputs the message m after the sender has determined the message to be transmitted. The message m is used as an input to the one-time signature generation unit 110 and the common key encryption unit 111.

ワンタイム署名生成部１１０は、署名鍵としてワンタイム署名の署名用秘密鍵ｏｓｋを入力され、また署名対象メッセージとして受信者の暗号用公開鍵ｐｋＲと、鍵カプセルＣ１と、メッセージｍと、を入力され、処理の結果として署名値ｓ２を出力する。署名値ｓ２は共通鍵暗号部１１１の入力として利用される。   The one-time signature generation unit 110 receives the signature private key osk for the one-time signature as a signature key, and inputs the recipient's encryption public key pkR, key capsule C1, and message m as a signature target message. The signature value s2 is output as a result of the processing. The signature value s2 is used as an input to the common key encryption unit 111.

共通鍵暗号部１１１は、暗号鍵として鍵Ｋを入力され、また暗号化対象メッセージとしてワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋと、署名値ｓ１と、署名値ｓ２と、メッセージｍと、を入力され、処理の結果として暗号文Ｃ２を出力する。暗号文Ｃ２は送信部１１２の入力として利用される。   The common key encryption unit 111 receives a key K as an encryption key, and receives a one-time signature verification key ovk, a signature value s1, a signature value s2, and a message m as an encryption target message. As a result, the ciphertext C2 is output. The ciphertext C2 is used as an input of the transmission unit 112.

送信部１１２は、鍵カプセルＣ１と、暗号文Ｃ２と、が入力された後、これらを受信側装置２００へ送信する。通信にはＴＣＰ／ＩＰやＨＴＴＰ等の汎用的なプロトコルを利用可能である。   The transmission unit 112 transmits the key capsule C <b> 1 and the ciphertext C <b> 2 to the reception-side apparatus 200 after being input. A general-purpose protocol such as TCP / IP or HTTP can be used for communication.

図２は、本実施形態に係る受信側装置２００および受信側鍵生成装置２５０の構成例を示す機能ブロック図である。   FIG. 2 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the reception-side device 200 and the reception-side key generation device 250 according to the present embodiment.

図２に示すように、送信側装置２００は、送信元指定部２０１、受信部２０２、記憶部２０３、鍵カプセル復号部２０４、共通鍵復号部２０５、署名検証部２０６、ワンタイム署名検証部２０７、判定部２０８、出力部２０９とを含んで構成される。また、受信側鍵生成装置２５０は、暗号鍵生成部２５１を含んで構成される。   As illustrated in FIG. 2, the transmission-side apparatus 200 includes a transmission source designation unit 201, a reception unit 202, a storage unit 203, a key capsule decryption unit 204, a common key decryption unit 205, a signature verification unit 206, and a one-time signature verification unit 207. A determination unit 208 and an output unit 209. The receiving side key generation device 250 includes an encryption key generation unit 251.

前述した通り、署名検証部２０６と先述の署名生成部１０４および署名鍵生成部１５１は、同じ電子署名アルゴリズムに基づく機能部である。また、ワンタイム署名検証部２０７と先述のワンタイム署名生成部１１０およびワンタイム署名鍵生成部１０１は、同じワンタイム署名方式に基づく機能部である。また、暗号鍵生成部２５１および鍵カプセル復号部２０４と、先述の鍵カプセル生成部１０７は、同一のタグ付き鍵カプセル化（ＴＢＫＥＭ）方式に基づく機能部である。   As described above, the signature verification unit 206, the signature generation unit 104, and the signature key generation unit 151 described above are functional units based on the same electronic signature algorithm. The one-time signature verification unit 207, the one-time signature generation unit 110, and the one-time signature key generation unit 101 described above are functional units based on the same one-time signature scheme. The encryption key generation unit 251 and the key capsule decryption unit 204, and the key capsule generation unit 107 described above are functional units based on the same tagged key encapsulation (TBKEM) method.

送信元指定部２０１は、受信者がメッセージの送信元、すなわち送信者（の候補）を把握した後に、当該送信者の検証用公開鍵ｐｋＳを入力され、一時的に記憶する機能部である。検証用公開鍵ｐｋＳは、鍵カプセル復号部２０４と、署名検証部２０６と、への入力として利用される。   The transmission source designating unit 201 is a functional unit that receives and temporarily stores the verification public key pkS of the sender after the receiver knows the transmission source of the message, that is, the sender (candidate). The verification public key pkS is used as an input to the key capsule decryption unit 204 and the signature verification unit 206.

受信部２０２は、鍵カプセルＣ１と、暗号文Ｃ２と、を送信側装置１００から受信した後、これらを必要に応じて各機能部へ転送する。受信にはＴＣＰ／ＩＰやＨＴＴＰ等の汎用的なプロトコルを利用可能である。   The reception unit 202 receives the key capsule C1 and the ciphertext C2 from the transmission-side apparatus 100, and then transfers them to each functional unit as necessary. A general-purpose protocol such as TCP / IP or HTTP can be used for reception.

記憶部２０３は、受信側鍵生成装置２５０によって生成された受信者の復号用秘密鍵ｓｋＲと暗号用公開鍵ｐｋＲを記憶する。受信者の復号用秘密鍵ｓｋＲは、受信者以外の者に知られることの無いよう、安全な記憶領域に格納されることが必要である。例えばＨＳＭ（Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ）などといった製品を利用しても良い。一方、受信者の暗号用公開鍵ｐｋＲは、公開リポジトリや任意の通信手段を用いて、送信者を始め当該受信者へのメッセージ送信を行う者へ広く公開されることが必要である。   The storage unit 203 stores the recipient's decryption secret key skR and encryption public key pkR generated by the reception side key generation device 250. The receiver's decryption secret key skR needs to be stored in a secure storage area so that it is not known to anyone other than the receiver. For example, a product such as HSM (Hardware Security Module) may be used. On the other hand, the encryption public key pkR of the receiver needs to be widely disclosed to the sender and other persons who send messages to the receiver using a public repository or any communication means.

鍵カプセル復号部２０４は、タグ付き鍵カプセル復号アルゴリズムを実装した機能部である。カプセル復号のための鍵として受信者の暗号用秘密鍵ｓｋＲを入力され、またタグ（補助入力）として送信者の検証用公開鍵ｐｋＳを入力され、また復号対象の鍵カプセルＣ１を入力され、処理の結果として共通鍵暗号用の鍵ＫまたはエラーコードＥＲＲを出力する。鍵ＫまたはエラーコードＥＲＲは共通鍵復号部２０５および判定部２０８への入力として利用される。   The key capsule decryption unit 204 is a functional unit that implements a tagged key capsule decryption algorithm. The recipient's encryption private key skR is input as a key for capsule decryption, the sender's verification public key pkS is input as a tag (auxiliary input), and the decryption target key capsule C1 is input, and processing As a result, the common key encryption key K or the error code ERR is output. The key K or the error code ERR is used as an input to the common key decryption unit 205 and the determination unit 208.

共通鍵復号部２０５は、鍵Ｋと暗号文Ｃ２を入力され、処理の結果として検証鍵ｏｖｋと、署名値ｓ１と、署名値ｓ２と、メッセージｍと、を出力する。検証鍵ｏｖｋは署名検証部２０６およびワンタイム署名検証部２０７への入力として利用される。署名値ｓ１は署名検証部２０６への入力として利用される。メッセージｍおよび署名値ｓ２はワンタイム署名検証部２０７への入力として利用される。   The common key decryption unit 205 receives the key K and the ciphertext C2, and outputs the verification key ovk, the signature value s1, the signature value s2, and the message m as a result of the processing. The verification key ovk is used as an input to the signature verification unit 206 and the one-time signature verification unit 207. The signature value s1 is used as an input to the signature verification unit 206. The message m and the signature value s2 are used as input to the one-time signature verification unit 207.

署名検証部２０６は、電子署名検証アルゴリズムを実装した機能部である。検証鍵として送信者の検証用公開鍵ｐｋＳを入力され、検証対象メッセージとしてワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋを入力され、署名値としてｓ１を入力され、処理の結果として検証結果ｖ１（検証成功または検証失敗の二値）を出力する。検証結果ｖ１は判定部２０８への入力として利用される。   The signature verification unit 206 is a functional unit that implements an electronic signature verification algorithm. The sender's verification public key pkS is input as the verification key, the verification key ovk of the one-time signature is input as the verification target message, s1 is input as the signature value, and the verification result v1 (verification success or verification) (Binary failure) is output. The verification result v1 is used as an input to the determination unit 208.

ワンタイム署名検証部２０７は、検証鍵としてワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋを入力され、また検証対象メッセージとして受信者の暗号用公開鍵ｐｋＲと、鍵カプセルＣ１と、メッセージｍと、を入力され、処理の結果として検証結果ｖ２（検証成功または検証失敗の二値）を出力する。検証結果ｖ２は判定部２０８の入力として利用される。   The one-time signature verification unit 207 receives the verification key ovk of the one-time signature as a verification key, and receives the recipient's encryption public key pkR, the key capsule C1, and the message m as verification target messages. The verification result v2 (binary verification success or verification failure) is output as the processing result. The verification result v2 is used as an input of the determination unit 208.

判定部２０８は、鍵カプセル復号部２０４の処理結果がエラーコードＥＲＲであるか、または署名検証部２０６の処理結果ｖ１が検証失敗であるか、またはワンタイム署名検証部２０７の処理結果ｖ２が検証失敗であるか、いずれかの場合には、出力部２１０を介してエラーコードＥＲＲを受信者へ提示することで、受信した暗号文（Ｃ１、Ｃ２）に問題があったことを示す。そうでない場合、共通鍵復号部２０５によって復号されたメッセージｍを、出力部２０９を介して受信者へ提示する。この場合、受信者が受け取ったメッセージｍは確かに送信元指定部２０１によって指定された送信者から送られたものであることが保証される。   The determination unit 208 verifies whether the processing result of the key capsule decryption unit 204 is an error code ERR, the processing result v1 of the signature verification unit 206 is a verification failure, or the processing result v2 of the one-time signature verification unit 207 is verified. In the case of failure, in either case, the error code ERR is presented to the receiver via the output unit 210 to indicate that there is a problem with the received ciphertext (C1, C2). Otherwise, the message m decrypted by the common key decryption unit 205 is presented to the recipient via the output unit 209. In this case, it is guaranteed that the message m received by the recipient is certainly sent from the sender designated by the sender designation unit 201.

出力部２１０は、判定部２０８の判定結果に基づいて受信側装置２００の利用者（受信者）へメッセージｍまたはエラーコードＥＲＲを提示する。   The output unit 210 presents the message m or the error code ERR to the user (recipient) of the reception-side apparatus 200 based on the determination result of the determination unit 208.

図３は、本実施形態に係る各装置（送信側装置１００、送信側鍵生成装置１５０、受信側装置２００、受信側鍵生成装置２５０）のハードウェア構成図である。   FIG. 3 is a hardware configuration diagram of each device (transmission side device 100, transmission side key generation device 150, reception side device 200, reception side key generation device 250) according to the present embodiment.

図３に示すように、本実施形態に係る各装置は、一般的なコンピュータ３００により実現される。   As shown in FIG. 3, each device according to the present embodiment is realized by a general computer 300.

コンピュータ３００は、ＣＰＵ３０１と、メモリ３０２と、ハードディスク等の外部記憶装置３０３と、通信ネットワークに接続するためのＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ ＩｎｔｅｒｆａｃｅＣａｒｄ）等の送受信装置３０４と、モニタ等の出力装置３０５と、キーボードやマウス等の入力装置３０６と、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の可搬性を有する記憶媒体３０８から情報を読み取る読取装置３０７とを含んで構成される。   The computer 300 includes a CPU 301, a memory 302, an external storage device 303 such as a hard disk, a transmission / reception device 304 such as a NIC (Network Interface Card) for connection to a communication network, an output device 305 such as a monitor, a keyboard and a mouse. And an input device 306 such as a CD-ROM and a DVD-ROM, and a reading device 307 that reads information from a portable storage medium 308 such as a CD-ROM.

そして、各装置の記憶部内の記憶領域は、ＣＰＵ３０１がメモリ３０２または外部記憶装置３０３を利用することにより実現可能となる。また、各制御部は、外部記憶装置３０３に記憶されている所定のプログラムをメモリ３０２にロードすることによりＣＰＵ３０１で実現可能となる。この所定のプログラムは、読取装置３０７を介して記憶媒体３０８から取得してもよいし、送受信装置３０４を介してネットワークから外部記憶装置３０３にダウンロードされ、メモリ３０２にロードされてＣＰＵ３０１により実行されるようにしてもよい。また、読取装置３０７を介して記憶媒体３０８から、あるいは、送受信装置３０４を介してネットワークから、メモリ３０２に直接ロードされ、ＣＰＵ３０１により実行されるようにしてもよい。   The storage area in the storage unit of each device can be realized by the CPU 301 using the memory 302 or the external storage device 303. Each control unit can be realized by the CPU 301 by loading a predetermined program stored in the external storage device 303 into the memory 302. The predetermined program may be acquired from the storage medium 308 via the reading device 307, or downloaded from the network to the external storage device 303 via the transmission / reception device 304, loaded into the memory 302, and executed by the CPU 301. You may do it. Alternatively, the program may be directly loaded into the memory 302 from the storage medium 308 via the reading device 307 or from the network via the transmission / reception device 304 and executed by the CPU 301.

次に、図４を参照して、本実施形態に係る各装置（送信側装置１００、送信側鍵生成装置１５０、受信側装置２００、受信側鍵生成装置２５０）による署名付き暗号文の送受信処理について説明する。   Next, referring to FIG. 4, a signed ciphertext transmission / reception process performed by each apparatus (transmission-side apparatus 100, transmission-side key generation apparatus 150, reception-side apparatus 200, reception-side key generation apparatus 250) according to this embodiment. Will be described.

まず、送信側装置１００は、以降の署名付き暗号化処理で使用するためのワンタイム署名鍵を生成する（ステップ４０１）。具体的には、送信側装置１００のワンタイム署名鍵生成部１０１が、ワンタイム署名鍵生成アルゴリズムに基づいてワンタイム署名用の鍵ペア（ｏｓｋ、 ｏｖｋ）を生成し、一時記憶部１０２に保存する。この際、ｏｓｋおよびｏｖｋには当該鍵ペアを一時記憶部１０２内で一意に特定可能とするラベルが付与される。当該ワンタイム署名鍵生成処理には、送信者の鍵ペア（ｓｋＳ、 ｐｋＳ）、受信者の公開鍵ｐｋＲ、メッセージｍのいずれも必要とされないため、他の処理とは独立に計算することが可能である。この点を活用し、送信側装置１００の起動時や起動中のアイドル時間に当該ワンタイム署名鍵生成処理を複数回計算し、結果（ワンタイム署名用鍵ペア）を一時記憶部１０２へ保存しておくことで、ステップ４０２以降にかかる処理時間を短縮することが可能である。   First, the transmission-side apparatus 100 generates a one-time signature key for use in subsequent signed encryption processing (step 401). Specifically, the one-time signature key generation unit 101 of the transmission-side apparatus 100 generates a one-time signature key pair (osk, ovk) based on the one-time signature key generation algorithm and stores it in the temporary storage unit 102. To do. At this time, a label that allows the key pair to be uniquely specified in the temporary storage unit 102 is assigned to osk and ovk. Since the one-time signature key generation process does not require the sender's key pair (skS, pkS), the recipient's public key pkR, or the message m, it can be calculated independently of other processes. It is. Utilizing this point, the one-time signature key generation process is calculated a plurality of times during the startup of the transmitting apparatus 100 or during the idle time, and the result (one-time signature key pair) is stored in the temporary storage unit 102. By doing so, it is possible to reduce the processing time required from step 402 onward.

次に、送信側鍵生成装置１５０が、署名鍵生成部１５１を用いて送信者の署名用鍵ペア（ｓｋＳ、 ｐｋＳ）を生成する（ステップ４０２）。生成された鍵ペア（ｓｋＳ、 ｐｋＳ）は記憶部１０３に保存される。   Next, the transmission-side key generation device 150 generates a sender's signature key pair (skS, pkS) using the signature key generation unit 151 (step 402). The generated key pair (skS, pkS) is stored in the storage unit 103.

次に、送信側装置１００が、ワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋに署名値ｓ１を付与する（ステップ４０３）。具体的には、送信側装置１００の署名生成部１０４が、記憶部１０３に格納された送信者の秘密鍵ｓｋＳを署名鍵として入力されるとともに、一時記憶部１０２に保存されたワンタイム署名用の検証鍵ｏｖｋを署名対象メッセージとして入力されることで、署名生成アルゴリズムに基づいて署名値ｓ１を出力する。出力された署名値ｓ１は、入力された検証鍵ｏｖｋのラベルと同じ識別子を付与した状態で、一時記憶部１０５に格納される。当該署名生成処理には、受信者の公開鍵ｐｋＲ、メッセージｍのいずれも必要とされないため、ステップ４０４以降の処理とは独立に事前計算することが可能である。この点を活用し、送信側鍵生成装置１５０によって署名用鍵ペア（ｓｋＳ、 ｐｋＳ）が生成された後、装置起動中のアイドル時間に、一時記憶部１０１に格納されたワンタイム署名用の鍵ペア群に署名付与を実施し、結果（ワンタイム署名用鍵ペアに付与した署名値）を一時記憶部１０５へ保存しておくことで、ステップ４０４以降にかかる処理時間を短縮することが可能である。   Next, the transmitting-side apparatus 100 gives the signature value s1 to the one-time signature verification key ovk (step 403). Specifically, the signature generation unit 104 of the transmission-side apparatus 100 receives the sender's private key skS stored in the storage unit 103 as a signature key and also stores the one-time signature stored in the temporary storage unit 102. When the verification key ovk is input as a signature target message, the signature value s1 is output based on the signature generation algorithm. The output signature value s1 is stored in the temporary storage unit 105 with the same identifier as the label of the input verification key ovk. Since the signature generation process does not require either the recipient's public key pkR or the message m, it can be pre-calculated independently of the process from step 404 onward. Taking advantage of this point, the one-time signature key stored in the temporary storage unit 101 during the idle time during device activation after the signature key pair (skS, pkS) is generated by the transmission side key generation device 150 By applying a signature to the pair group and storing the result (signature value assigned to the one-time signature key pair) in the temporary storage unit 105, it is possible to reduce the processing time from step 404 onward. is there.

次に、送信側装置１００は、送信者からの入力に従い、メッセージの送信先を決定する（ステップ４０４）。具体的には、送信者は、受信者の公開鍵ｐｋＲを公開リポジトリや任意の通信手段を用いて取得し、送信側装置１００の送信先指定部１０６へ入力する。   Next, the transmission-side apparatus 100 determines a message transmission destination according to the input from the sender (step 404). Specifically, the sender obtains the receiver's public key pkR using a public repository or any communication means, and inputs it to the transmission destination designating unit 106 of the transmission-side apparatus 100.

次に、送信側装置１００が、鍵カプセルを生成する（ステップ４０５）。具体的には、送信側装置１００の鍵カプセル生成部１０７が、送信先指定部１０６の取得した送信先（受信者）の公開鍵ｐｋＲを暗号鍵として入力されるとともに、記憶部１０３に格納された送信者の公開鍵ｐｋＳをタグとして入力されることで、タグ付き鍵カプセル生成アルゴリズムに基づいて、共通鍵暗号用の鍵Ｋと、当該鍵をカプセル化した鍵カプセルＣ１と、を出力する。出力された（Ｋ、 Ｃ１）は一時記憶部１０８へ保存される。この際、ＫおよびＣ１には当該ペアを一意に特定可能なラベルを付与して格納する。   Next, the transmission-side apparatus 100 generates a key capsule (step 405). Specifically, the key capsule generation unit 107 of the transmission-side apparatus 100 receives the public key pkR of the transmission destination (recipient) acquired by the transmission destination designation unit 106 as an encryption key and stores it in the storage unit 103. By inputting the sender's public key pkS as a tag, a key K for common key encryption and a key capsule C1 encapsulating the key are output based on a tagged key capsule generation algorithm. The output (K, C1) is stored in the temporary storage unit 108. At this time, K and C1 are stored with a label uniquely identifying the pair.

次に、送信側装置１００は、送信者からの入力に従い、送信すべきメッセージを決定する（ステップ４０６）。具体的には、送信者は、送信側装置１００の入力部１０９に対して送信すべきメッセージｍを入力する。   Next, the transmission-side apparatus 100 determines a message to be transmitted according to the input from the sender (step 406). Specifically, the sender inputs a message m to be transmitted to the input unit 109 of the transmission side device 100.

次に、送信側装置１００は、ワンタイム署名を生成する（ステップ４０７）。具体的には、送信側装置１００のワンタイム署名生成部１１０が、一時記憶部１０２に保存されたワンタイム署名用の秘密鍵ｏｓｋを署名鍵として入力されるとともに、送信先指定部１０６によって取得された受信者の公開鍵ｐｋＲと、一時記憶部１０８に保存された鍵カプセルＣ１と、入力部１０７によって取得されたメッセージｍと、を送信対象の文書として入力されることで、ワンタイム署名生成アルゴリズムを実行し、署名値ｓ２を出力する。   Next, the transmission side apparatus 100 generates a one-time signature (step 407). Specifically, the one-time signature generation unit 110 of the transmission-side apparatus 100 receives the one-time signature private key osk stored in the temporary storage unit 102 as a signature key and is acquired by the transmission destination designation unit 106. The recipient's public key pkR, the key capsule C1 stored in the temporary storage unit 108, and the message m acquired by the input unit 107 are input as a transmission target document, thereby generating a one-time signature. The algorithm is executed and the signature value s2 is output.

次に、送信側装置１００は、暗号文を生成する（ステップ４０８）。具体的には、送信側装置１００の共通鍵暗号部１１１が、一時記憶部１０８に格納された鍵のうち、ステップ４０７で利用した鍵カプセルＣ１と同じラベルを持つ鍵Ｋを選択し、暗号鍵として利用する。また、一時記憶部１０２に保存された検証鍵のうち、ステップ４０７で利用した秘密鍵ｏｓｋと同じラベルを持つ検証鍵ｏｖｋと、一時記憶部１０５に保存された署名値ｓ１と、ワンタイム署名生成部１１０が生成した署名値ｓ２と、入力部１０９が取得したメッセージｍと、を暗号化対象メッセージとして入力されることで、共通鍵暗号アルゴリズムを実行し、暗号文Ｃ２を出力する。   Next, the transmission-side apparatus 100 generates a ciphertext (Step 408). Specifically, the common key encryption unit 111 of the transmission-side apparatus 100 selects a key K having the same label as the key capsule C1 used in step 407 from the keys stored in the temporary storage unit 108, and the encryption key Use as Also, among the verification keys stored in the temporary storage unit 102, the verification key ovk having the same label as the private key osk used in step 407, the signature value s1 stored in the temporary storage unit 105, and one-time signature generation The signature value s2 generated by the unit 110 and the message m acquired by the input unit 109 are input as encryption target messages to execute the common key encryption algorithm and output the ciphertext C2.

最後に、送信側装置１００の送信部１１２が、ステップ４０７で利用した鍵カプセルＣ１と、共通鍵暗号部１１１が出力した暗号文Ｃ２と、から構成される署名付き暗号文（Ｃ１、Ｃ２）を、ネットワークを介して受信側装置２００へ送信する（ステップ４０９）。メッセージ送信後には、ステップ４０１からステップ４０９の間に利用された鍵ペア（ｏｓｋ、ｏｖｋ）、 署名値ｓ１、 鍵と鍵カプセル（Ｋ、 Ｃ１）は、それぞれ一時記憶部１０２、 １０５、１０８から消去される。   Finally, the transmission unit 112 of the transmission-side apparatus 100 generates a signed ciphertext (C1, C2) composed of the key capsule C1 used in step 407 and the ciphertext C2 output by the common key encryption unit 111. Then, the data is transmitted to the receiving apparatus 200 via the network (step 409). After sending the message, the key pair (osk, ovk), signature value s1, and key and key capsule (K, C1) used between step 401 and step 409 are deleted from the temporary storage units 102, 105, and 108, respectively. Is done.

以上が送信側装置１００によって実行される署名付き暗号化処理の具体的な流れである。   The above is a specific flow of the signed encryption process executed by the transmission-side apparatus 100.

次に受信側装置２００によって実行される検証付き復号処理の具体的な流れについて説明する。受信側装置２００は、送信側装置１００によって送信された署名付き暗号文（Ｃ１、 Ｃ２）を受信すると、まず、当該署名付き暗号文の送信者（送信側装置１００の利用者）を特定し、当該送信者の公開鍵ｐｋＳを受信側装置２００の送信元指定部２０１へ入力する（ステップ４１０）。当該公開鍵ｐｋＳは署名付き暗号文とともに送信者から送信されることもあれば、公開リポジトリなどから取得されることも可能である。   Next, a specific flow of the decryption process with verification executed by the reception-side apparatus 200 will be described. When receiving the signed ciphertext (C1, C2) transmitted by the transmitting device 100, the receiving device 200 first identifies the sender of the signed ciphertext (the user of the transmitting device 100), The sender's public key pkS is input to the transmission source designation unit 201 of the reception side device 200 (step 410). The public key pkS can be transmitted from the sender together with the signed ciphertext, or can be acquired from a public repository.

次に、受信側装置２００は、特定した送信者公開鍵ｐｋＳを元に、受信した署名付き暗号文（Ｃ１、 Ｃ２）の検証付き復号処理を実行する（ステップ４１１）。   Next, the receiving-side apparatus 200 executes a decryption process with verification of the received signed ciphertext (C1, C2) based on the identified sender public key pkS (step 411).

ここで図５を用いて、当該検証付き復号処理の具体的な流れについて説明する。   Here, a specific flow of the decryption process with verification will be described with reference to FIG.

まず、受信側装置２００の鍵カプセル復号部２０４が、記憶部２０３に格納された受信者の秘密鍵ｓｋＲを復号鍵として入力されるとともに、送信元指定部２０１が取得したｐｋＳをタグとして入力され、また受信部２０２が受信したＣ１を復号対象の鍵カプセルとして入力される。鍵カプセル復号部２０４は鍵カプセル復号アルゴリズムを実行し、復号に成功した場合は鍵Ｋを出力し、失敗した場合は復号エラーを示すコードＥＲＲを出力する（ステップ５０１）。   First, the key capsule decryption unit 204 of the receiving-side apparatus 200 receives the recipient's private key skR stored in the storage unit 203 as a decryption key and the pkS acquired by the transmission source designation unit 201 as a tag. C1 received by the receiving unit 202 is input as a decryption target key capsule. The key capsule decryption unit 204 executes the key capsule decryption algorithm. If the decryption is successful, the key capsule decryption unit 204 outputs the key K. If the decryption fails, the key capsule decryption unit 204 outputs a code ERR indicating a decryption error (step 501).

次に、受信側装置２００の共通鍵復号部２０５が、鍵カプセル復号部２０４が出力した鍵Ｋを復号用の鍵として入力されるとともに、受信部２０２が受信した暗号文Ｃ２を復号対象の暗号文として入力される。共通鍵復号部２０５は共通鍵復号アルゴリズムを実行し、復号に成功した場合は復号結果である（ｏｖｋ、 ｓ１、 ｓ２、 ｍ）を出力し、失敗した場合はエラーを示すコードＥＲＲを出力する（ステップ５０２）。   Next, the common key decryption unit 205 of the reception-side apparatus 200 receives the key K output from the key capsule decryption unit 204 as a decryption key, and the ciphertext C2 received by the reception unit 202 is decrypted. Entered as a sentence. The common key decryption unit 205 executes a common key decryption algorithm, and outputs a decryption result (ovk, s1, s2, m) if the decryption is successful, and outputs a code ERR indicating an error if the decryption fails ( Step 502).

次に、受信側装置２００の署名検証部２０６は、送信元指定部２０１に格納された送信者の公開鍵ｐｋＳを検証鍵として入力されるとともに、共通鍵復号部２０５によって出力されたｏｖｋを検証対象メッセージとして入力され、また共通鍵復号部２０５によって出力された署名値ｓ１を検証対象の署名値として入力される。署名検証部２０６は署名検証アルゴリズムを実行し、検証に成功した場合は１を、失敗した場合は０を出力する（ステップ５０３）。   Next, the signature verification unit 206 of the reception-side apparatus 200 receives the sender's public key pkS stored in the transmission source designation unit 201 as a verification key and verifies the ovk output by the common key decryption unit 205. The signature value s1 input as a target message and output by the common key decryption unit 205 is input as a verification target signature value. The signature verification unit 206 executes the signature verification algorithm, and outputs 1 if the verification is successful and 0 if it fails (step 503).

次に、受信側装置２００のワンタイム署名検証部２０７が、受信部２０２が受信したｏｖｋを検証鍵として入力されるとともに、記憶部２０３に格納された受信者の公開鍵ｐｋＲと、受信部２０２によって受信された鍵カプセルＣ１と、共通鍵復号部２０５の出力したメッセージｍと、を検証対象の文書として入力され、また共通鍵復号部２０５の出力した署名値ｓ２を検証対象の署名値として入力される。ワンタイム署名検証部２０７は、ワンタイム署名の検証アルゴリズムを実行し、検証に成功した場合は１を、失敗した場合は０を出力する（ステップ５０４）。   Next, the one-time signature verification unit 207 of the reception-side apparatus 200 receives the ovk received by the reception unit 202 as a verification key, and also includes the recipient's public key pkR stored in the storage unit 203 and the reception unit 202. And the message m output from the common key decryption unit 205 is input as a document to be verified, and the signature value s2 output from the common key decryption unit 205 is input as a signature value to be verified. Is done. The one-time signature verification unit 207 executes a one-time signature verification algorithm, and outputs 1 if the verification is successful and 0 if it fails (step 504).

次に、受信側装置２００の判定部２０８が、鍵カプセル復号部２０４の出力と、署名検証部２０６の出力と、ワンタイム署名検証部２０７の出力と、に基づいて処理の継続可否を判定する（ステップ５０５）。具体的には、鍵カプセル復号部２０４が鍵Ｋの出力に成功し、かつ署名検証部２０６による検証結果が１（受理）で、かつワンタイム署名検証部２０７による検証結果が１（受理）であった場合のみ、メッセージｍを出力部２１０を介して受信者へ出力し（ステップ５０６）、そうでない場合には検証エラーを示すコードＥＲＲを出力部２１０を介して受信者へ出力する（ステップ５０７）。   Next, the determination unit 208 of the reception-side apparatus 200 determines whether processing can be continued based on the output of the key capsule decryption unit 204, the output of the signature verification unit 206, and the output of the one-time signature verification unit 207. (Step 505). Specifically, the key capsule decryption unit 204 succeeds in outputting the key K, the verification result by the signature verification unit 206 is 1 (acceptance), and the verification result by the one-time signature verification unit 207 is 1 (acceptance). Only when there is a message m, the message m is output to the receiver via the output unit 210 (step 506). Otherwise, a code ERR indicating a verification error is output to the receiver via the output unit 210 (step 507). ).

以上が受信側装置２００によって実行される検証付き復号処理の具体的な流れである。   The above is a specific flow of the decryption process with verification executed by the reception-side apparatus 200.

以上説明したように、本実施形態に係る送信側装置１００によれば、ワンタイム署名鍵生成処理を他の処理とは独立にいつでも事前計算することが可能となる。また、送信者の署名用鍵ペア（ｓｋＳ、 ｐｋＳ）が決定した後であれば、メッセージの送信先（受信者）や送信すべきメッセージの内容が決まる前の段階であっても、署名生成処理を事前計算することが可能となる。また、送信先受信者の公開鍵ｐｋＲが決定した後であれば、送信すべきメッセージの内容が決まる前の段階でも、鍵カプセル生成処理を事前計算することが可能となる。計算コストの高い署名生成処理や鍵カプセル生成処理を事前計算しておくことで、送信すべきメッセージｍが決定された後の処理を共通鍵暗号およびワンタイム署名といった計算コストの低い処理のみで実現できるため、メッセージ決定から送信までに要する時間を短縮することが可能となる。   As described above, according to the transmission-side apparatus 100 according to the present embodiment, it is possible to pre-calculate a one-time signature key generation process at any time independently of other processes. In addition, if the sender's signature key pair (skS, pkS) is determined, the signature generation process is performed even before the message destination (recipient) and the content of the message to be transmitted are determined. Can be pre-calculated. Further, after the destination recipient's public key pkR is determined, the key capsule generation process can be pre-calculated even before the content of the message to be transmitted is determined. By pre-calculating signature generation processing and key capsule generation processing with high calculation costs, processing after the message m to be transmitted is determined can be realized only by processing with low calculation costs such as common key encryption and one-time signature. Therefore, it is possible to reduce the time required from message determination to transmission.

図６は、本実施形態に係る送信側装置６００および送信側鍵生成装置６５０の構成例を示す機能ブロック図である。   FIG. 6 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the transmission side device 600 and the transmission side key generation device 650 according to the present embodiment.

図６に示すように、送信側装置６００は、ワンタイム署名鍵生成部６０１、一時記憶部６０２、記憶部６０３、署名生成部６０４、一時記憶部６０５、送信先指定部６０６、鍵カプセル生成部６０７、一時記憶部６０８、入力部６０９、ワンタイム署名生成部６１０、共通鍵暗号部６１１、送信部６１２、とを含んで構成される。また、送信側鍵生成装置６５０は、署名鍵生成部６５１を含んで構成される。   As illustrated in FIG. 6, the transmission-side apparatus 600 includes a one-time signature key generation unit 601, a temporary storage unit 602, a storage unit 603, a signature generation unit 604, a temporary storage unit 605, a transmission destination designation unit 606, and a key capsule generation unit. 607, a temporary storage unit 608, an input unit 609, a one-time signature generation unit 610, a common key encryption unit 611, and a transmission unit 612. The transmission side key generation device 650 includes a signature key generation unit 651.

署名生成部６０４と署名鍵生成部６５１、および後述する署名検証部７０５は、同じ電子署名アルゴリズムに基づく機能部である。すなわち、署名生成部６０４が実装する電子署名生成アルゴリズムと、署名鍵生成部６５１が実装する署名鍵生成アルゴリズムと、署名検証部７０５が実装する署名検証アルゴリズムと、は同じ電子署名方式に属するアルゴリズムである。したがって、署名鍵生成部６５１が出力した署名用鍵ペア（ｓｋＳ、ｐｋＳ）のうち、ｓｋＳは署名生成部６０４で署名を生成する際に必要な署名用秘密鍵として利用可能であり、ｐｋＳは署名検証部７０５で当該署名を検証する際に必要な署名用検証鍵として利用可能である。   A signature generation unit 604, a signature key generation unit 651, and a signature verification unit 705 described later are functional units based on the same electronic signature algorithm. That is, the digital signature generation algorithm implemented by the signature generation unit 604, the signature key generation algorithm implemented by the signature key generation unit 651, and the signature verification algorithm implemented by the signature verification unit 705 are algorithms belonging to the same electronic signature scheme. is there. Therefore, among the signature key pair (skS, pkS) output by the signature key generation unit 651, skS can be used as a signature private key required when the signature generation unit 604 generates a signature, and pkS is a signature key. It can be used as a signature verification key required when the verification unit 705 verifies the signature.

同様に、ワンタイム署名生成部６１０とワンタイム署名鍵生成部６０１、および後述するワンタイム署名検証部７０８は、同じワンタイム署名方式に基づく機能部である。すなわち、ワンタイム署名生成部６１０が実装するワンタイム署名生成アルゴリズムと、ワンタイム署名鍵生成部６０１が実装するワンタイム署名鍵生成アルゴリズムと、ワンタイム署名検証部７０８が実装するワンタイム署名検証アルゴリズムと、は同じワンタイム署名方式に属するアルゴリズムである。したがって、ワンタイム署名鍵生成部６０１が出力したワンタイム署名用鍵ペア（ｏｓｋ、ｏｖｋ）のうち、ｏｓｋはワンタイム署名生成部６１０で署名を生成する際に必要な署名用秘密鍵として利用可能であり、ｏｖｋはワンタイム署名検証部７０８で当該署名を検証する際に必要な検証鍵として利用可能である。   Similarly, the one-time signature generation unit 610, the one-time signature key generation unit 601, and the one-time signature verification unit 708 described later are functional units based on the same one-time signature scheme. That is, the one-time signature generation algorithm implemented by the one-time signature generation unit 610, the one-time signature key generation algorithm implemented by the one-time signature key generation unit 601 and the one-time signature verification algorithm implemented by the one-time signature verification unit 708 Are algorithms that belong to the same one-time signature scheme. Therefore, out of the one-time signature key pair (osk, ovk) output from the one-time signature key generation unit 601, osk can be used as a signature private key necessary when the one-time signature generation unit 610 generates a signature. Ovk can be used as a verification key required when the one-time signature verification unit 708 verifies the signature.

また、鍵カプセル生成部６０７と後述する暗号鍵生成部７５１、および後述する鍵カプセル復号部７０４は、同一のタグ付き鍵カプセル化（ＴＢＫＥＭ）方式に基づく機能部である。すなわち、鍵カプセル生成部６０７が実装するタグ付き鍵カプセル生成アルゴリズムと、暗号鍵生成部７５１が実装する暗号鍵生成アルゴリズムと、鍵カプセル復号部７０４が実装する鍵カプセル復号アルゴリズムと、は同じＴＢＫＥＭ方式に属するアルゴリズムである。したがって、暗号鍵生成部７５１が出力した暗号用鍵ペア（ｓｋＲ、ｐｋＲ）のうち、ｐｋＲは鍵カプセル生成部６０７で鍵Ｋとそのカプセル化Ｃ１を生成する際に必要な暗号用公開鍵として利用可能であり、ｓｋＲは鍵カプセル復号部７０４でＣ１からＫを得る際に必要な復号用秘密鍵として利用可能である。   A key capsule generation unit 607, an encryption key generation unit 751 described later, and a key capsule decryption unit 704 described later are functional units based on the same tagged key encapsulation (TBKEM) method. That is, the tagged key capsule generation algorithm implemented by the key capsule generation unit 607, the encryption key generation algorithm implemented by the encryption key generation unit 751, and the key capsule decryption algorithm implemented by the key capsule decryption unit 704 are the same TBKEM method. It belongs to the algorithm. Therefore, of the encryption key pair (skR, pkR) output from the encryption key generation unit 751, pkR is used as a public key for encryption necessary when the key capsule generation unit 607 generates the key K and its encapsulation C1. The skR can be used as a secret key for decryption necessary when the key capsule decryption unit 704 obtains K from C1.

また、鍵カプセル生成部６０７の生成する鍵Ｋは、共通鍵暗号部６１１が暗号化処理を行う際の暗号鍵として利用可能である。   The key K generated by the key capsule generation unit 607 can be used as an encryption key when the common key encryption unit 611 performs encryption processing.

以下、ワンタイム署名鍵生成部６０１、記憶部６０３、署名生成部６０４、送信先指定部６０６、一時記憶部６０８、入力部６０９、送信側鍵生成装置６５０、署名鍵生成部６５１、については、それぞれ実施形態１のワンタイム署名鍵生成部１０１、記憶部１０３、署名生成部１０４、送信先指定部１０６、一時記憶部１０８、入力部１０９、送信側鍵生成装置１５０、署名鍵生成部１５１、と同様の構成となるため、詳細な説明は省略する。   Hereinafter, the one-time signature key generation unit 601, the storage unit 603, the signature generation unit 604, the transmission destination designation unit 606, the temporary storage unit 608, the input unit 609, the transmission side key generation device 650, and the signature key generation unit 651 will be described. The one-time signature key generation unit 101, the storage unit 103, the signature generation unit 104, the transmission destination designation unit 106, the temporary storage unit 108, the input unit 109, the transmission side key generation device 150, the signature key generation unit 151, Therefore, detailed description thereof is omitted.

一時記憶部６０２は、ワンタイム署名の鍵ペア（ｏｓｋ、ｏｖｋ）を入力として、それらを一時的に、他の処理部によって消費されるまで記憶する。秘密鍵ｏｓｋはワンタイム署名生成部６１０への入力として後に利用される。検証鍵ｏｖｋは署名生成部６０４と、鍵カプセル生成部６０７と、送信部６１２と、への入力としてに後に利用される。ｏｓｋは送信者以外の者に知られることの無いよう、安全な記憶領域に格納されることが必要である。例えばＨＳＭ（Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ）などといった製品を利用しても良い。一時記憶部６０２には複数の鍵ペアを格納することが可能である。格納されるｏｓｋとｏｖｋには、一時記憶部６０２内で当該鍵ペアを一意に特定可能とする文字列、例えばシーケンス番号のような識別子を対応付けて管理する。以降、簡単のために当該文字列を単にラベルと呼ぶ。   The temporary storage unit 602 receives the one-time signature key pair (osk, ovk) as input and stores them temporarily until consumed by another processing unit. The secret key osk is used later as an input to the one-time signature generation unit 610. The verification key ovk is used later as an input to the signature generation unit 604, the key capsule generation unit 607, and the transmission unit 612. The osk needs to be stored in a secure storage area so that it is not known to anyone other than the sender. For example, a product such as HSM (Hardware Security Module) may be used. The temporary storage unit 602 can store a plurality of key pairs. The stored osk and ovk are managed in association with a character string that allows the key pair to be uniquely specified in the temporary storage unit 602, for example, an identifier such as a sequence number. Hereinafter, for simplicity, the character string is simply referred to as a label.

一時記憶部６０５は、署名値ｓ１を入力として、それを一時的に、他の処理部によって消費されるまで記憶する。記憶された署名値ｓ１は鍵カプセル生成部６０７と、ワンタイム署名生成部６１０と、送信部６１２と、への入力として後に利用される。一時記憶部６０５には複数の署名値を格納することが可能である。格納される署名値ｓ１には、一時記憶部６０５内で当該署名値を一意に特定可能なラベルが付与される。   The temporary storage unit 605 takes the signature value s1 as input, and temporarily stores it until it is consumed by another processing unit. The stored signature value s1 is used later as an input to the key capsule generation unit 607, the one-time signature generation unit 610, and the transmission unit 612. The temporary storage unit 605 can store a plurality of signature values. The stored signature value s 1 is given a label that can uniquely identify the signature value in the temporary storage unit 605.

鍵カプセル生成部６０７は、タグ付き鍵カプセル化アルゴリズムを実装した機能部である。カプセル化のための鍵として受信者の暗号用公開鍵ｐｋＲを入力され、またタグ（補助入力）として、ワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋと、署名値ｓ１と、送信者の検証用公開鍵ｐｋＳと、を結合したものを入力され、処理の結果として共通鍵暗号用の鍵Ｋと当該鍵をカプセル化（暗号化）した鍵カプセルＣ１を出力する。鍵Ｋと鍵カプセルＣ１は一時記憶部６０８への入力として利用される。   The key capsule generation unit 607 is a functional unit that implements a tagged key encapsulation algorithm. The recipient's encryption public key pkR is input as a key for encapsulation, and the verification key ovk of the one-time signature, the signature value s1, and the sender's verification public key pkS as tags (auxiliary input) , And a key capsule C1 obtained by encapsulating (encrypting) the key K and the key as a result of the processing. The key K and the key capsule C1 are used as inputs to the temporary storage unit 608.

ワンタイム署名生成部６１０は、署名鍵としてワンタイム署名の署名用秘密鍵ｏｓｋを入力され、また署名対象メッセージとして、署名値ｓ１と、受信者の暗号用公開鍵ｐｋＲと、鍵カプセルＣ１と、メッセージｍと、を入力され、処理の結果として署名値ｓ２を出力する。署名値ｓ２は共通鍵暗号部６１１の入力として利用される。   The one-time signature generation unit 610 receives a signature private key osk for a one-time signature as a signature key, and also, as a signature target message, a signature value s1, a recipient encryption public key pkR, a key capsule C1, The message m is input, and the signature value s2 is output as a result of the processing. The signature value s2 is used as an input to the common key encryption unit 611.

共通鍵暗号部６１１は、暗号鍵として鍵Ｋを入力され、また暗号化対象メッセージとして署名値ｓ２およびメッセージｍを入力され、処理の結果として暗号文Ｃ２を出力する。暗号文Ｃ２は送信部６１２の入力として利用される。   The common key encryption unit 611 receives the key K as the encryption key, receives the signature value s2 and the message m as the encryption target message, and outputs the ciphertext C2 as a result of the processing. The ciphertext C2 is used as an input of the transmission unit 612.

送信部６１２は、ワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋと、署名値ｓ１と、鍵カプセルＣ１と、暗号文Ｃ２と、が入力された後、これらを受信側装置７００へ送信する。通信にはＴＣＰ／ＩＰやＨＴＴＰ等の汎用的なプロトコルを利用可能である。   The transmission unit 612 transmits the one-time signature verification key ovk, the signature value s 1, the key capsule C 1, and the ciphertext C 2, and then transmits them to the reception-side apparatus 700. A general-purpose protocol such as TCP / IP or HTTP can be used for communication.

図７は、本実施形態に係る受信側装置７００および受信側鍵生成装置７５０の構成例を示す機能ブロック図である。   FIG. 7 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the reception-side device 700 and the reception-side key generation device 750 according to the present embodiment.

図７に示すように、送信側装置７００は、送信元指定部７０１、受信部７０２、記憶部７０３、鍵カプセル復号部７０４、署名検証部７０５、第一判定部７０６、共通鍵復号部７０７、ワンタイム署名検証部７０８、第二判定部７０９、出力部７１０とを含んで構成される。また、受信側鍵生成装置７５０は、暗号鍵生成部７５１を含んで構成される。   As illustrated in FIG. 7, the transmission-side device 700 includes a transmission source designation unit 701, a reception unit 702, a storage unit 703, a key capsule decryption unit 704, a signature verification unit 705, a first determination unit 706, a common key decryption unit 707, A one-time signature verification unit 708, a second determination unit 709, and an output unit 710 are included. The receiving side key generation device 750 includes an encryption key generation unit 751.

前述した通り、署名検証部７０５と先述の署名生成部６０４および署名鍵生成部６５１は、同じ電子署名アルゴリズムに基づく機能部である。また、ワンタイム署名検証部７０８と先述のワンタイム署名生成部６１０およびワンタイム署名鍵生成部６０１は、同じワンタイム署名方式に基づく機能部である。また、暗号鍵生成部７５１および鍵カプセル復号部７０４と、先述の鍵カプセル生成部６０７は、同一のタグ付き鍵カプセル化（ＴＢＫＥＭ）方式に基づく機能部である。   As described above, the signature verification unit 705, the signature generation unit 604, and the signature key generation unit 651 are functional units based on the same electronic signature algorithm. The one-time signature verification unit 708, the one-time signature generation unit 610, and the one-time signature key generation unit 601 described above are functional units based on the same one-time signature scheme. Further, the encryption key generation unit 751 and the key capsule decryption unit 704 and the above-described key capsule generation unit 607 are functional units based on the same tagged key encapsulation (TBKEM) method.

以下、送信元指定部７０１、記憶部７０３、受信側鍵生成装置７５０、暗号鍵生成部７５１、については、それぞれ実施形態１の送信元指定部２０１、記憶部２０３、受信側鍵生成装置２５０、暗号鍵生成部２５１、と同様の構成となるため、詳細な説明は省略する。   Hereinafter, with respect to the transmission source designation unit 701, the storage unit 703, the reception side key generation device 750, and the encryption key generation unit 751, the transmission source designation unit 201, the storage unit 203, the reception side key generation device 250 of Embodiment 1, Since the configuration is the same as that of the encryption key generation unit 251, detailed description thereof is omitted.

受信部７０２は、ワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋと、署名値ｓ１と、鍵カプセルＣ１と、暗号文Ｃ２と、を送信側装置６００から受信した後、これらを必要に応じて各機能部へ転送する。受信にはＴＣＰ／ＩＰやＨＴＴＰ等の汎用的なプロトコルを利用可能である。   The reception unit 702 receives the one-time signature verification key ovk, the signature value s1, the key capsule C1, and the ciphertext C2 from the transmission side device 600, and then transfers them to each functional unit as necessary. To do. A general-purpose protocol such as TCP / IP or HTTP can be used for reception.

鍵カプセル復号部７０４は、タグ付き鍵カプセル復号アルゴリズムを実装した機能部である。カプセル復号のための鍵として受信者の暗号用秘密鍵ｓｋＲを入力され、またタグ（補助入力）としてワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋと、署名値ｓ１と、送信者の検証用公開鍵ｐｋＳと、を結合したものを入力され、また復号対象の鍵カプセルＣ１を入力され、処理の結果として共通鍵暗号用の鍵ＫまたはエラーコードＥＲＲを出力する。鍵ＫまたはエラーコードＥＲＲは第一判定部７０６への入力として利用される。   The key capsule decryption unit 704 is a functional unit that implements a tagged key capsule decryption algorithm. The recipient's encryption private key skR is input as a key for capsule decryption, and a one-time signature verification key ovk, a signature value s1, and a sender verification public key pkS as tags (auxiliary input), The key capsule C1 to be decrypted is input, and the key K for common key encryption or the error code ERR is output as a result of the processing. The key K or the error code ERR is used as an input to the first determination unit 706.

署名検証部７０５は、電子署名検証アルゴリズムを実装した機能部である。検証鍵として送信者の検証用公開鍵ｐｋＳを入力され、検証対象メッセージとしてワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋを入力され、署名値としてｓ１を入力され、処理の結果として検証結果ｖ１（検証成功または検証失敗の二値）を出力する。検証結果ｖ１は第一判定部７０６への入力として利用される。   The signature verification unit 705 is a functional unit that implements an electronic signature verification algorithm. The sender's verification public key pkS is input as the verification key, the verification key ovk of the one-time signature is input as the verification target message, s1 is input as the signature value, and the verification result v1 (verification success or verification) (Binary failure) is output. The verification result v1 is used as an input to the first determination unit 706.

第一判定部７０６は、鍵カプセル復号部７０４の処理結果がエラーコードＥＲＲであるか、または署名検証部７０５の処理結果ｖ１が検証失敗である場合には、出力部７１０を介してエラーコードＥＲＲを受信者へ提示することで、受信した暗号文（ｏｖｋ、 ｓ１、Ｃ１、 Ｃ２）に問題があったことを示す。そうでない場合、鍵カプセル復号部７０４の処理結果である鍵Ｋを共通鍵復号部７０７へ転送する。   When the processing result of the key capsule decryption unit 704 is an error code ERR or the processing result v1 of the signature verification unit 705 is a verification failure, the first determination unit 706 sends an error code ERR via the output unit 710. To the recipient indicates that there is a problem with the received ciphertext (ovk, s1, C1, C2). Otherwise, the key K, which is the processing result of the key capsule decryption unit 704, is transferred to the common key decryption unit 707.

共通鍵復号部７０７は、鍵Ｋと暗号文Ｃ２を入力され、処理の結果として署名値ｓ２およびメッセージｍを出力する。署名値ｓ２およびメッセージｍはワンタイム署名検証部２０７への入力として利用される。またメッセージｍは第二判定部７０９への入力としても利用される。   The common key decryption unit 707 receives the key K and the ciphertext C2, and outputs a signature value s2 and a message m as a result of the processing. The signature value s2 and the message m are used as inputs to the one-time signature verification unit 207. The message m is also used as an input to the second determination unit 709.

ワンタイム署名検証部７０８は、検証鍵としてワンタイム署名の署名用検証鍵ｏｖｋを入力され、また検証対象メッセージとして署名値ｓ１と、受信者の暗号用公開鍵ｐｋＲと、鍵カプセルＣ１と、メッセージｍと、を入力され、処理の結果として検証結果ｖ２（検証成功または検証失敗の二値）を出力する。検証結果ｖ２は第二判定部７０９の入力として利用される。   The one-time signature verification unit 708 receives the signature verification key ovk of the one-time signature as a verification key, and also includes a signature value s1 as a verification target message, a recipient's encryption public key pkR, a key capsule C1, and a message. m is input, and the verification result v2 (binary of verification success or verification failure) is output as the processing result. The verification result v2 is used as an input of the second determination unit 709.

第二判定部７０９は、ワンタイム署名検証部７０８の処理結果ｖ２が検証失敗である場合には、出力部７１０を介してエラーコードＥＲＲを受信者へ提示することで、受信した暗号文（ｏｖｋ、 ｓ１、 Ｃ１、 Ｃ２）に問題があったことを示す。そうでない場合、共通鍵復号部７０７によって復号されたメッセージｍを、出力部７１０を介して受信者へ提示する。この場合、受信者が受け取ったメッセージｍは確かに送信元指定部７０１によって指定された送信者から送られたものであることが保証される。   When the processing result v2 of the one-time signature verification unit 708 is verification failure, the second determination unit 709 presents the received encrypted text (ovk) by presenting the error code ERR to the receiver via the output unit 710. , S1, C1, C2). Otherwise, the message m decrypted by the common key decryption unit 707 is presented to the recipient via the output unit 710. In this case, it is guaranteed that the message m received by the recipient is certainly sent from the sender designated by the sender designation unit 701.

出力部７１０は、第一判定部７０６および第二判定部７０９の判定結果に基づいて受信側装置７００の利用者（受信者）へメッセージｍまたはエラーコードＥＲＲを提示する。   The output unit 710 presents the message m or the error code ERR to the user (recipient) of the receiving-side apparatus 700 based on the determination results of the first determination unit 706 and the second determination unit 709.

本実施形態に係る各装置（送信側装置６００、送信側鍵生成装置６５０、受信側装置７００、受信側鍵生成装置７５０）は、実施形態１と同様に、図３に示すような一般的なコンピュータ３００によって実現される。   Each device according to the present embodiment (transmission-side device 600, transmission-side key generation device 650, reception-side device 700, reception-side key generation device 750) is similar to the first embodiment as shown in FIG. This is realized by the computer 300.

次に、本実施形態における署名付き暗号文の送受信処理について、実施形態１と同様に図４を参照しながら説明する。   Next, the signed ciphertext transmission / reception processing in this embodiment will be described with reference to FIG. 4 as in the first embodiment.

ステップ４０１からステップ４０４については実施形態１と同様であるため詳細な説明は省略する。   Since Step 401 to Step 404 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

ステップ４０５では、送信側装置６００が鍵カプセルを生成する。具体的には、送信側装置６００の鍵カプセル生成部６０７が、送信先指定部６０６の取得した送信先（受信者）の公開鍵ｐｋＲを暗号鍵として入力されるとともに、一時記憶部６０２に保存されたワンタイム署名の検証鍵ｏｖｋと、一時記憶部６０５に保存された署名値のうちｏｖｋと同じラベルをもつ署名値ｓ１と、記憶部６０３に格納された送信者の公開鍵ｐｋＳと、を結合したものをタグとして入力されることで、タグ付き鍵カプセル生成アルゴリズムに基づいて、共通鍵暗号用の鍵Ｋと、当該鍵をカプセル化した鍵カプセルＣ１と、を出力する。出力された（Ｋ、 Ｃ１）は一時記憶部６０８へ保存される。この際、ＫおよびＣ１には検証鍵ｏｖｋと同じラベルを付与して格納する。   In step 405, the transmitting device 600 generates a key capsule. Specifically, the key capsule generation unit 607 of the transmission side device 600 receives the public key pkR of the transmission destination (recipient) acquired by the transmission destination designation unit 606 as an encryption key and stores it in the temporary storage unit 602. The one-time signature verification key ovk, the signature value s1 having the same label as ovk among the signature values stored in the temporary storage unit 605, and the sender's public key pkS stored in the storage unit 603. By inputting the combination as a tag, a key K for common key encryption and a key capsule C1 encapsulating the key are output based on a tagged key capsule generation algorithm. The output (K, C1) is stored in the temporary storage unit 608. At this time, K and C1 are stored with the same label as the verification key ovk.

ステップ４０６については実施形態１と同様であるため詳細な説明は省略する。   Since step 406 is the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

ステップ４０７では、送信側装置６００がワンタイム署名を生成する。具体的には、送信側装置６００のワンタイム署名生成部６１０が、一時記憶部６０２に保存されたワンタイム署名用の秘密鍵ｏｓｋを署名鍵として入力されるとともに、一時記憶部６０５によって保存された署名値のうちｏｓｋと同じラベルをもつ署名値ｓ１と、送信先指定部６０６によって取得された受信者の公開鍵ｐｋＲと、一時記憶部６０８に保存された鍵カプセルのうちｏｓｋと同じラベルをもつ鍵カプセルＣ１と、入力部６０７によって取得されたメッセージｍと、を送信対象の文書として入力されることで、ワンタイム署名生成アルゴリズムを実行し、署名値ｓ２を出力する。   In step 407, the transmitting apparatus 600 generates a one-time signature. Specifically, the one-time signature generation unit 610 of the transmission-side apparatus 600 receives the one-time signature private key osk stored in the temporary storage unit 602 as a signature key and is stored by the temporary storage unit 605. The signature value s 1 having the same label as osk among the signature values, the recipient's public key pkR acquired by the transmission destination designation unit 606, and the same label as osk among the key capsules stored in the temporary storage unit 608 The one-time signature generation algorithm is executed by inputting the possessed key capsule C1 and the message m acquired by the input unit 607 as a document to be transmitted, and outputs a signature value s2.

次に、送信側装置６００は、暗号文を生成する（ステップ４０８）。具体的には、送信側装置６００の共通鍵暗号部６１１が、一時記憶部６０８に格納された鍵のうち、ステップ４０７で利用した鍵カプセルＣ１と同じラベルを持つ鍵Ｋを選択し、暗号鍵として利用する。また、ワンタイム署名生成部６１０が生成した署名値ｓ２および入力部６０９が取得したメッセージｍを暗号化対象メッセージとして入力されることで、共通鍵暗号アルゴリズムを実行し、暗号文Ｃ２を出力する。   Next, the transmission side apparatus 600 generates a ciphertext (step 408). Specifically, the common key encryption unit 611 of the transmission-side apparatus 600 selects a key K having the same label as the key capsule C1 used in step 407 from the keys stored in the temporary storage unit 608, and the encryption key Use as Also, the signature value s2 generated by the one-time signature generation unit 610 and the message m acquired by the input unit 609 are input as encryption target messages, thereby executing the common key encryption algorithm and outputting the ciphertext C2.

最後に、送信側装置６００の送信部６１２が、共通鍵暗号部６１１が出力した暗号文Ｃ２と、ステップ４０７で利用した鍵カプセルＣ１と、一次記憶部６０２に保存された検証鍵のうちＣ１と同じラベルをもつ検証鍵ｏｖｋと、一時記憶部６０５に保存された署名値のうちＣ１と同じラベルをもつ署名値ｓ１と、から構成される署名付き暗号文（ｏｖｋ、ｓ１、 Ｃ１、 Ｃ２）を、ネットワークを介して受信側装置７００へ送信する（ステップ４０９）。メッセージ送信後には、ステップ４０１からステップ４０９の間に利用された鍵ペア（ｏｓｋ、 ｏｖｋ）、 署名値ｓ１、 鍵と鍵カプセル（Ｋ、 Ｃ１）はそれぞれ一時記憶部６０２、 ６０５、 ６０８から消去される。   Finally, the transmission unit 612 of the transmission side device 600 uses the ciphertext C2 output by the common key encryption unit 611, the key capsule C1 used in Step 407, and C1 of the verification keys stored in the primary storage unit 602. A signed ciphertext (ovk, s1, C1, C2) including a verification key ovk having the same label and a signature value s1 having the same label as C1 among signature values stored in the temporary storage unit 605 is obtained. Then, the data is transmitted to the receiving device 700 via the network (step 409). After sending the message, the key pair (osk, ovk), signature value s1, and key and key capsule (K, C1) used between step 401 and step 409 are deleted from the temporary storage units 602, 605, and 608, respectively. The

以上が送信側装置６００によって実行される署名付き暗号化処理の具体的な流れである。   The above is a specific flow of the encryption processing with a signature executed by the transmission-side apparatus 600.

次に受信側装置７００によって実行される検証付き復号処理の具体的な流れについて説明する。受信側装置７００は、送信側装置６００によって送信された署名付き暗号文（ｏｖｋ、 ｓ１、 Ｃ１、 Ｃ２）を受信すると、まず、当該署名付き暗号文の送信者（送信側装置６００の利用者）を特定し、当該送信者の公開鍵ｐｋＳを受信側装置７００の送信元指定部７０１へ入力する（ステップ４１０）。当該公開鍵ｐｋＳは署名付き暗号文とともに送信者から送信されることもあれば、公開リポジトリなどから取得されることも可能である。   Next, a specific flow of the decryption process with verification executed by the reception-side apparatus 700 will be described. Upon receiving the signed ciphertext (ovk, s1, C1, C2) transmitted by the transmitting device 600, the receiving device 700 first transmits the signed ciphertext (user of the transmitting device 600). And the sender's public key pkS is input to the transmission source designating unit 701 of the receiving side device 700 (step 410). The public key pkS can be transmitted from the sender together with the signed ciphertext, or can be acquired from a public repository.

次に、受信側装置７００は、特定した送信者公開鍵ｐｋＳを元に、受信した署名付き暗号文（ｏｖｋ、 ｓ１、 Ｃ１、 Ｃ２）の検証付き復号処理を実行する（ステップ４１１）。   Next, the receiving-side apparatus 700 executes a decryption process with verification of the received signed ciphertext (ovk, s1, C1, C2) based on the identified sender public key pkS (step 411).

ここで図８を用いて、当該検証付き復号処理の具体的な流れについて説明する。   Here, a specific flow of the decryption process with verification will be described with reference to FIG.

まず、受信側装置７００の鍵カプセル復号部７０４が、記憶部７０３に格納された受信者の秘密鍵ｓｋＲを復号鍵として入力されるとともに、受信部７０２が受信した検証鍵ｏｖｋおよび署名値ｓ１と、送信元指定部７０１が取得したｐｋＳと、を結合したものをタグとして入力され、また受信部７０２が受信したＣ１を復号対象の鍵カプセルとして入力される。鍵カプセル復号部７０４は鍵カプセル復号アルゴリズムを実行し、復号に成功した場合は鍵Ｋを出力し、失敗した場合は復号エラーを示すコードＥＲＲを出力する（ステップ８０１）。   First, the key capsule decryption unit 704 of the receiving-side apparatus 700 receives the recipient's private key skR stored in the storage unit 703 as a decryption key, and receives the verification key ovk and signature value s1 received by the reception unit 702. A combination of pkS acquired by the transmission source designating unit 701 is input as a tag, and C1 received by the receiving unit 702 is input as a key capsule to be decrypted. The key capsule decryption unit 704 executes the key capsule decryption algorithm. If the decryption is successful, the key capsule decryption unit 704 outputs the key K. If the decryption fails, the key capsule decryption unit 704 outputs a code ERR indicating a decryption error (step 801).

一方、受信側装置７００の署名検証部７０５は、送信元指定部７０１に格納された送信者の公開鍵ｐｋＳを検証鍵として入力されるとともに、受信部７０２によって受信されたｏｖｋを検証対象メッセージとして入力され、また同じく受信部７０２によって受信された署名値ｓ１を検証対象の署名値として入力される。署名検証部７０５は署名検証アルゴリズムを実行し、検証に成功した場合は１を、失敗した場合は０を出力する（ステップ８０２）。   On the other hand, the signature verification unit 705 of the reception-side apparatus 700 receives the sender's public key pkS stored in the transmission source designation unit 701 as a verification key, and uses ovk received by the reception unit 702 as a verification target message. The signature value s1 that is input and also received by the receiving unit 702 is input as a signature value to be verified. The signature verification unit 705 executes the signature verification algorithm, and outputs 1 if the verification is successful, and 0 if it fails (step 802).

上記ステップ８０１および８０２に記載される二つの処理は、互いの処理結果を待つ必要がないため、並列に実行することが可能である。   The two processes described in steps 801 and 802 can be executed in parallel because there is no need to wait for the processing results of each other.

次に、受信側装置７００の第一判定部７０６が、鍵カプセル復号部７０４の出力と署名検証部７０５の出力に基づいて処理の継続可否を判定する（ステップ８０３）。具体的には、鍵カプセル復号部７０４が鍵Ｋの出力に成功し、かつ署名検証部７０５による検証結果が１（受理）であった場合のみ、鍵Ｋを共通鍵復号部７０７へ転送し、そうでない場合には検証エラーを示すコードＥＲＲを出力部７１０を介して受信者へ出力し、検証付き復号処理を終了する（ステップ８０８）。   Next, the first determination unit 706 of the receiving-side apparatus 700 determines whether or not processing can be continued based on the output of the key capsule decryption unit 704 and the output of the signature verification unit 705 (step 803). Specifically, the key K is transferred to the common key decryption unit 707 only when the key capsule decryption unit 704 succeeds in outputting the key K and the verification result by the signature verification unit 705 is 1 (acceptance), If not, the code ERR indicating the verification error is output to the receiver via the output unit 710, and the decryption process with verification is terminated (step 808).

第一判定部７０６の判定が成功した場合、受信側装置７００の共通鍵復号部７０７が、第一判定部７０６が出力した鍵Ｋを復号用の鍵として入力されるとともに、受信部７０２が受信した暗号文Ｃ２を復号対象の暗号文として入力される。共通鍵復号部７０７は共通鍵復号アルゴリズムを実行し、復号に成功した場合は署名値ｓ２とメッセージｍを出力し、失敗した場合はエラーを示すコードＥＲＲを出力する（ステップ８０４）。   When the determination by the first determination unit 706 is successful, the common key decryption unit 707 of the reception-side device 700 receives the key K output by the first determination unit 706 as a decryption key and the reception unit 702 receives the key. The encrypted ciphertext C2 is input as a ciphertext to be decrypted. The common key decryption unit 707 executes the common key decryption algorithm. If the decryption is successful, the signature value s2 and the message m are output. If the decryption fails, the common key decryption unit 707 outputs a code ERR indicating an error (step 804).

次に、受信側装置７００のワンタイム署名検証部７０８が、受信部７０２が受信したｏｖｋを検証鍵として入力されるとともに、受信部７０２によって受信された署名値ｓ１と、記憶部７０３に格納された受信者の公開鍵ｐｋＲと、受信部７０２によって受信された鍵カプセルＣ１と、共通鍵復号部７０７の出力したメッセージｍと、を検証対象の文書として入力され、また共通鍵復号部７０７の出力した署名値ｓ２を検証対象の署名値として入力される。ワンタイム署名検証部７０８は、ワンタイム署名の検証アルゴリズムを実行し、検証に成功した場合は１を、失敗した場合は０を出力する（ステップ８０５）。   Next, the one-time signature verification unit 708 of the reception-side apparatus 700 receives the ovk received by the reception unit 702 as a verification key, and stores the signature value s1 received by the reception unit 702 and the storage unit 703. The recipient's public key pkR, the key capsule C1 received by the receiving unit 702, and the message m output by the common key decrypting unit 707 are input as a document to be verified, and output from the common key decrypting unit 707 The signature value s2 is input as a signature value to be verified. The one-time signature verification unit 708 executes a verification algorithm for the one-time signature, and outputs 1 if the verification is successful and 0 if it fails (step 805).

次に、受信側装置７００の第二判定部７０９が、受信部７０２、共通鍵復号部７０７、ワンタイム署名検証部７０８、の出力に基づいて処理の継続可否を判定する（ステップ８０６）。具体的には、ワンタイム署名検証部７０８による検証結果が１（受理）であった場合のみ、メッセージｍを出力部７１０を介して受信者へ出力し（ステップ８０７）、そうでない場合には検証エラーを示すコードＥＲＲを出力部７１０を介して受信者へ出力する（ステップ８０８）。   Next, the second determination unit 709 of the reception-side apparatus 700 determines whether or not processing can be continued based on the outputs of the reception unit 702, the common key decryption unit 707, and the one-time signature verification unit 708 (step 806). Specifically, only when the verification result by the one-time signature verification unit 708 is 1 (acceptance), the message m is output to the recipient via the output unit 710 (step 807), otherwise verification is performed. A code ERR indicating an error is output to the recipient via the output unit 710 (step 808).

以上が受信側装置７００によって実行される検証付き復号処理の具体的な流れである。   The above is a specific flow of the decryption process with verification executed by the receiving-side apparatus 700.

以上説明したように、本実施形態に係る送信側装置６００によれば、ワンタイム署名鍵生成処理を他の処理とは独立にいつでも事前計算することが可能となる。また、送信者の署名用鍵ペア（ｓｋＳ、 ｐｋＳ）が決定した後であれば、メッセージの送信先（受信者）や送信すべきメッセージの内容が決まる前の段階であっても、署名生成処理を事前計算することが可能となる。また、送信先受信者の公開鍵ｐｋＲが決定した後であれば、送信すべきメッセージの内容が決まる前の段階でも、鍵カプセル生成処理を事前計算することが可能となる。計算コストの高い署名生成処理や鍵カプセル生成処理を事前計算しておくことで、送信すべきメッセージｍが決定された後の処理を共通鍵暗号およびワンタイム署名といった計算コストの低い処理のみで実現できるため、送信者がメッセージを決定してから暗号文が送信されるまでに要する時間を短縮することが可能となる。   As described above, according to the transmission-side apparatus 600 according to the present embodiment, the one-time signature key generation process can be pre-calculated at any time independently of other processes. In addition, if the sender's signature key pair (skS, pkS) is determined, the signature generation process is performed even before the message destination (recipient) and the content of the message to be transmitted are determined. Can be pre-calculated. Further, after the destination recipient's public key pkR is determined, the key capsule generation process can be pre-calculated even before the content of the message to be transmitted is determined. By pre-calculating signature generation processing and key capsule generation processing with high calculation costs, processing after the message m to be transmitted is determined can be realized only by processing with low calculation costs such as common key encryption and one-time signature. Therefore, it is possible to reduce the time required from when the sender determines the message until the ciphertext is transmitted.

また、本実施形態に係る受信側装置７００によれば、鍵カプセル復号処理と電子署名検証処理の二つの処理を並列に実行することが可能となる。これにより、マルチプロセッサなどを備えた並列計算可能なハードウェアで受信側装置７００が構成される場合、非特許文献１に記載の方式に比べて処理時間の短縮が可能となる。結果として、受信者装置に暗号文が到着してから受信者がメッセージの内容を確認するまでの時間が、従来の方式、例えば非特許文献１に記載の方式に比べて短縮される。   In addition, according to the receiving-side apparatus 700 according to the present embodiment, it is possible to execute two processes of a key capsule decryption process and an electronic signature verification process in parallel. Thereby, when the receiving side apparatus 700 is configured by hardware capable of parallel calculation including a multiprocessor, the processing time can be shortened compared to the method described in Non-Patent Document 1. As a result, the time from when the ciphertext arrives at the recipient device until the recipient confirms the message content is shortened compared to the conventional method, for example, the method described in Non-Patent Document 1.

１００…送信側装置
１０１…ワンタイム署名鍵生成部
１０２…一時記憶部
１０３…記憶部
１０４…署名生成部
１０５…一時記憶部
１０６…送信先指定部
１０７…鍵カプセル生成部
１０８…一時記憶部
１０９…入力部
１１０…ワンタイム署名生成部
１１１…共通鍵暗号部
１１２…送信部
１５０…送信側鍵生成装置
１５１…署名鍵生成部
２００…受信側装置
２０１…送信元指定部
２０２…受信部
２０３…記憶部
２０４…鍵カプセル復号部
２０５…共通鍵復号部
２０６…署名検証部
２０７…ワンタイム署名検証部
２０８…判定部
２０９…出力部
２５０…受信側鍵生成装置
２５１…暗号鍵生成部
６００…送信側装置
６０１…ワンタイム署名鍵生成部
６０２…一時記憶部
６０３…記憶部
６０４…署名生成部
６０５…一時記憶部
６０６…送信先指定部
６０７…鍵カプセル生成部
６０８…一時記憶部
６０９…入力部
６１０…ワンタイム署名生成部
６１１…共通鍵暗号部
６１２…送信部
６５０…送信側鍵生成装置
６５１…署名鍵生成部
７００…受信側装置
７０１…送信元指定部
７０２…受信部
７０３…記憶部
７０４…鍵カプセル復号部
７０５…署名検証部
７０６…第一判定部
７０７…共通鍵復号部
７０８…ワンタイム署名検証部
７０９…第二判定部
７１０…出力部
７５０…受信側鍵生成装置
７５１…暗号鍵生成部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Transmission-side apparatus 101 ... One-time signature key generation part 102 ... Temporary storage part 103 ... Storage part 104 ... Signature generation part 105 ... Temporary storage part 106 ... Transmission destination designation | designated part 107 ... Key capsule generation part 108 ... Temporary storage part 109 ... Input unit 110 ... One-time signature generation unit 111 ... Common key encryption unit 112 ... Transmission unit 150 ... Transmission side key generation device 151 ... Signature key generation unit 200 ... Reception side device 201 ... Transmission source designation unit 202 ... Reception unit 203 ... Storage unit 204 ... Key capsule decryption unit 205 ... Common key decryption unit 206 ... Signature verification unit 207 ... One-time signature verification unit 208 ... Determination unit 209 ... Output unit 250 ... Receiving side key generation device 251 ... Encryption key generation unit 600 ... Transmission Side apparatus 601... One-time signature key generation unit 602... Temporary storage unit 603... Storage unit 604 .. Signature generation unit 605. ... key capsule generation unit 608 ... temporary storage unit 609 ... input unit 610 ... one-time signature generation unit 611 ... common key encryption unit 612 ... transmission unit 650 ... transmission side key generation device 651 ... signature key generation unit 700 ... reception side device 701 ... transmission source designation unit 702 ... reception unit 703 ... storage unit 704 ... key capsule decryption unit 705 ... signature verification unit 706 ... first determination unit 707 ... common key decryption unit 708 ... one-time signature verification unit 709 ... second determination unit 710 ... Output unit 750 ... Reception side key generation device 751 ... Encryption key generation unit

Claims (9)

メッセージから署名付き暗号文を生成して受信側装置へ送信する送信側装置であって、
送信者の、署名用秘密鍵および検証用公開鍵を記憶する記憶装置と、制御装置を具備し、
前記制御装置は、
ワンタイム署名用の鍵ペアを生成し、前記記憶装置に記憶するワンタイム署名鍵生成部と、
前記送信者の署名用秘密鍵を用いて、前記ワンタイム署名用の第一の鍵に対する第一の署名値を生成し、前記記憶装置に一時記憶する署名生成部と、
入力された前記メッセージの受信者の公開鍵および前記送信者の検証用公開鍵から共通鍵暗号用の鍵と該鍵の暗号化データを生成し、前記記憶装置に記憶する鍵カプセル生成部と、
前記ワンタイム署名用の第二の鍵、前記メッセージの受信者の公開鍵、前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データ、および入力された送信対象メッセージから第二の署名値を生成するワンタイム署名生成部と、
前記共通鍵暗号用の鍵、前記ワンタイム署名用の第一の鍵、前記第一の署名値、前記第二の署名値、および前記送信対象メッセージから署名付き暗号文を生成する共通鍵暗号部と、
前記共通鍵暗号用の鍵の暗号化データおよび前記署名付き暗号文を前記受信側装置へ送信する送信部と、を含む、
ことを特徴とする送信側装置。 A sending device that generates a signed ciphertext from a message and sends it to the receiving device;
A storage device for storing the sender's private key for signature and public key for verification, and a control device;
The controller is
A one-time signature key generation unit that generates a key pair for one-time signature and stores the key pair in the storage device;
A signature generation unit that generates a first signature value for the first key for the one-time signature using the sender's signature private key, and temporarily stores the signature value in the storage device;
A key capsule generation unit that generates a common key encryption key and encrypted data of the key from the public key of the input recipient of the message and the verification public key of the sender, and stores the encrypted data in the storage device;
The one-time signature for generating the second signature value from the second key for the one-time signature, the public key of the recipient of the message, the encrypted data of the key for the common key encryption, and the input message to be transmitted A generator,
The common key encryption unit that generates a signed ciphertext from the common key encryption key, the first key for the one-time signature, the first signature value, the second signature value, and the transmission target message When,
A transmission unit that transmits the encrypted data of the key for the common key encryption and the ciphertext with the signature to the reception-side apparatus,
A transmission-side device characterized by the above. 前記ワンタイム署名用の第一の鍵は、ワンタイム署名を検証する際に必要なワンタイム署名用検証鍵であり、前記ワンタイム署名用の第二の鍵は、前記ワンタイム署名生成部で前記第二の署名値を生成する際に必要なワンタイム署名用秘密鍵である、
ことを特徴とする請求項１に記載の送信側装置。 The first key for the one-time signature is a one-time signature verification key necessary for verifying the one-time signature, and the second key for the one-time signature is the one-time signature generation unit. A one-time signature private key necessary for generating the second signature value;
The transmission side apparatus according to claim 1, wherein: 前記鍵カプセル生成部は、入力された前記メッセージの受信者の公開鍵およびタグとして前記記憶部から取得した前記送信者の検証用公開鍵から、タグ付き鍵カプセル生成アルゴリズムに基づいて、前記共通鍵暗号用の鍵と該鍵の暗号化データを生成し、前記記憶装置に記憶する、
ことを特徴とする請求項２に記載の送信側装置。 The key capsule generator generates the common key based on a tagged key capsule generation algorithm from the public key of the input recipient of the message and the verification public key of the sender acquired from the storage unit as a tag. Generating an encryption key and encrypted data of the key, and storing them in the storage device;
The transmitting apparatus according to claim 2, wherein 前記鍵カプセル生成部は、前記ワンタイム署名用検証鍵と前記第一の署名値と前記送信者の検証用公開鍵とを結合したデータと、入力された前記メッセージの受信者の公開鍵から、共通鍵暗号用の鍵と該鍵の暗号化データを生成し、
前記ワンタイム署名生成部は、前記ワンタイム署名用秘密鍵、前記第一の署名値、入力された前記メッセージの受信者の公開鍵、前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データおよび前記入力されたメッセージから、署名付き暗号文を生成し、
前記共通鍵暗号部は、前記共通鍵暗号用の鍵、前記第二の署名値および入力された前記メッセージから署名付き暗号文を生成し、
前記送信部は、前記ワンタイム署名用検証鍵、前記第一の署名値、前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データおよび前記署名付き暗号文を前記受信側装置へ送信する、
ことを特徴とする請求項２に記載の送信側装置。 The key capsule generation unit, from the combined data of the verification key for the one-time signature, the first signature value, and the public key for verification of the sender, from the public key of the recipient of the input message, Generate a key for common key encryption and encrypted data of the key,
The one-time signature generation unit includes the one-time signature private key, the first signature value, the public key of the input recipient of the message, the encrypted data of the common key encryption key, and the input Generate signed ciphertext from the message,
The common key encryption unit generates a signed ciphertext from the key for the common key encryption, the second signature value, and the input message,
The transmitting unit transmits the one-time signature verification key, the first signature value, the encrypted data of the common key encryption key, and the ciphertext with the signature to the receiving side device;
The transmitting apparatus according to claim 2, wherein 送信側装置から受信した署名付き暗号文からメッセージを復号する受信側装置であって、
受信者の、復号用秘密鍵および暗号用公開鍵を記憶する記憶装置と、制御装置を具備し、
前記制御装置は、
前記送信側装置から共通鍵暗号用鍵の暗号化データおよび前記署名付き暗号文を受信する受信部と、
前記受信者の復号用秘密鍵、入力された送信者の検証用公開鍵および前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データから、共通鍵暗号用鍵を復号する鍵カプセル復号部と、
前記共通鍵暗号用鍵を用いて、前記署名付き暗号文から、ワンタイム署名用の検証鍵、第一の署名値、第二の署名値および前記メッセージを復号する共通鍵復号部と、
前記ワンタイム署名用の検証鍵を検証対象メッセージとし、前記第一の署名値を検証対象署名値とし、前記送信者の検証用公開鍵を用いて署名検証を行う第一の署名検証部と、
前記受信者の暗号用公開鍵、前記受信部により受信した前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データおよび前記共通鍵復号部により復号された前記メッセージを検証対象メッセージとし、前記第二の署名値を検証対象の署名値とし、前記ワンタイム署名の検証鍵を用いて署名検証を行う第二の署名検証部と、
前記鍵カプセル復号部により前記共通鍵暗号用鍵が復号され、前記第一の署名検証部および前記第二の署名検証部の検証結果がそれぞれ検証成功を示す場合に、前記共通鍵復号部により復号された前記メッセージを出力する出力部と、を含む、
ことを特徴とする受信側装置。 A receiving device that decrypts a message from a signed ciphertext received from the sending device,
A storage device for storing the decryption secret key and the encryption public key of the receiver, and a control device;
The controller is
A receiving unit that receives the encrypted data of the common key encryption key and the signed ciphertext from the transmission side device;
A key capsule decrypting unit for decrypting the common key encryption key from the decryption private key of the receiver, the input public key for verification of the sender and the encrypted data of the common key encryption key;
A common key decryption unit for decrypting the verification key for the one-time signature, the first signature value, the second signature value, and the message from the ciphertext with the signature using the common key encryption key;
A verification key for the one-time signature as a verification target message, a first signature value as a verification target signature value, and a first signature verification unit that performs signature verification using the verification public key of the sender;
The receiver's encryption public key, the encrypted data of the common key encryption key received by the reception unit, and the message decrypted by the common key decryption unit as a verification target message, and the second signature value as A second signature verification unit that performs signature verification using the verification key of the one-time signature as a signature value to be verified;
When the common key encryption key is decrypted by the key capsule decryption unit, and the verification results of the first signature verification unit and the second signature verification unit each indicate a verification success, the common key decryption unit decrypts the key An output unit for outputting the received message,
A receiving-side device. 前記出力部は、前記鍵カプセル復号部により前記共通鍵暗号用鍵の復号に失敗した場合、または前記第一の署名検証部の検証結果が検証失敗を示す場合、または前記第二の署名検証部の検証結果が検証失敗を示す場合、エラーコードを出力する、
ことを特徴とする請求項５に記載の受信側装置。 The output unit, when the key capsule decryption unit fails to decrypt the common key encryption key, or when the verification result of the first signature verification unit indicates verification failure, or the second signature verification unit If the verification result of indicates a verification failure, an error code is output.
The receiving apparatus according to claim 5, wherein 前記鍵カプセル復号部は、前記受信者の復号用秘密鍵、タグとして入力された送信者の検証用公開鍵、および前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データから、鍵カプセル復号アルゴリズムに基づいて、共通鍵暗号用鍵を復号する、
ことを特徴とする請求項６に記載の受信側装置。 The key capsule decryption unit, based on the key capsule decryption algorithm, from the decryption private key of the receiver, the verification public key of the sender input as a tag, and the encrypted data of the common key encryption key, Decrypt the common key encryption key,
The receiving apparatus according to claim 6. 送信側装置から受信した署名付き暗号文からメッセージを復号する受信側装置であって、
受信者の、復号用秘密鍵および暗号用公開鍵を記憶する記憶装置と、制御装置を具備し、
前記制御装置は、
前記送信側装置から、ワンタイム署名用の検証鍵、第一の署名値、共通鍵暗号用鍵の暗号化データおよび署名付き暗号文を受信する受信部と、
前記受信者の復号用秘密鍵と、前記ワンタイム署名用の検証鍵と、前記第一の署名値と、入力された送信者の検証用公開鍵と、を用いて、前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データから共通鍵暗号用鍵を復号する鍵カプセル復号部と、
前記ワンタイム署名用の検証鍵を検証対象メッセージとし、前記第一の署名値を検証対象署名値とし、前記送信者の検証用公開鍵を用いて署名検証を行う第一の署名検証部と、
前記鍵カプセル復号部により前記共通鍵暗号用鍵の復号に失敗した場合、または前記第一の署名検証部の処理結果が検証失敗を示す場合、エラーコードを出力部に出力し、そうでない場合、前記鍵カプセル復号部の処理により復号された前記共通鍵暗号用鍵を共通鍵復号部へ転送する第一判定部と、
前記第一判定部からの共通鍵暗号用鍵を用いて、復号対象の前記署名付き暗号文から第二の署名値とメッセージを復号する共通鍵復号部と、
前記第一の署名値、前記受信者の暗号用公開鍵、前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データおよび前記共通鍵復号部により復号されたメッセージを検証対象メッセージとし、前記第二の署名値を検証対象の署名値とし、前記ワンタイム署名の検証鍵を用いて署名検証を行う第二の署名検証部と、
前記第二の署名検証部の処理結果が検証失敗を示す場合、エラーコードを出力部に出力し、そうでない場合、前記メッセージを出力部に出力する第二判定部と、
第一判定部または第二判定部の判定結果に基づいて、前記出力部に前記メッセージまたは前記エラーコードを出力する出力部と、を含む、
ことを特徴とする受信側装置。 A receiving device that decrypts a message from a signed ciphertext received from the sending device,
A storage device for storing the decryption secret key and the encryption public key of the receiver, and a control device;
The controller is
A receiving unit that receives a verification key for a one-time signature, a first signature value, encrypted data of a common key encryption key, and a signed ciphertext from the transmission side device;
The common key encryption key using the receiver decryption private key, the one-time signature verification key, the first signature value, and the input sender verification public key A key capsule decryption unit for decrypting the common key encryption key from the encrypted data of
A verification key for the one-time signature as a verification target message, a first signature value as a verification target signature value, and a first signature verification unit that performs signature verification using the verification public key of the sender;
If the key capsule decryption unit fails to decrypt the common key encryption key, or if the processing result of the first signature verification unit indicates verification failure, output an error code to the output unit, otherwise, A first determination unit that transfers the common key encryption key decrypted by the processing of the key capsule decryption unit to the common key decryption unit;
A common key decryption unit that decrypts a second signature value and a message from the signed ciphertext to be decrypted using the common key encryption key from the first determination unit;
The first signature value, the recipient's encryption public key, the encrypted data of the common key encryption key, and the message decrypted by the common key decryption unit are set as a verification target message, and the second signature value is set as the verification target message. A second signature verification unit that performs signature verification using the verification key of the one-time signature as a signature value to be verified;
If the processing result of the second signature verification unit indicates verification failure, output an error code to the output unit; otherwise, a second determination unit that outputs the message to the output unit;
An output unit that outputs the message or the error code to the output unit based on a determination result of the first determination unit or the second determination unit,
A receiving-side device. 前記鍵カプセル復号部は、前記受信者の復号用秘密鍵と、タグとして入力された前記ワンタイム署名用の検証鍵と、タグとして入力された前記第一の署名値と、タグとして入力された送信者の検証用公開鍵と、を用いて、前記共通鍵暗号用鍵の暗号化データから共通鍵暗号用鍵を復号する、
ことを特徴とする請求項８に記載の受信側装置。 The key capsule decryption unit, the recipient's decryption private key, the verification key for the one-time signature input as a tag, the first signature value input as a tag, and the tag input Decrypting the common key encryption key from the encrypted data of the common key encryption key using the sender's verification public key,
The receiving apparatus according to claim 8, wherein
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