JP6881112B2 - Cryptographic data generator, decryption data generator, authenticated cryptosystem with additional data, its method, and program - Google Patents
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本発明は、メッセージの秘匿と改ざん検知を同時に行う追加データ付き認証暗号技術に関する。 The present invention relates to an authentication encryption technology with additional data that simultaneously performs message concealment and tampering detection.
追加データ付き認証暗号とは、メッセージMの秘匿、および、メッセージMと追加データAの認証(改ざん検知)を同時に行う共通鍵暗号プリミティブである。従来の追加データ付き認証暗号としては、例えば、非特許文献1および非特許文献2に記載されたAPE(Authenticated Permutation-Based Encryption)が挙げられる。追加データ付き認証暗号は、暗号化関数および復号関数の二つの関数から構成される。追加データ付き認証暗号では、受信者と送信者との間であらかじめ秘密の鍵Kを共有しておく。
Authenticated encryption with additional data is a common key cryptographic primitive that simultaneously performs confidentiality of message M and authentication (tampering detection) of message M and additional data A. Examples of the conventional authentication encryption with additional data include APE (Authenticated Permutation-Based Encryption) described in Non-Patent
送信者は、メッセージMと追加データAに加えて、暗号化関数を呼び出すたびに変化するナンスと呼ばれる値Nを選択する。暗号化関数は、メッセージM、追加データA、およびナンスNに対応する暗号化データCおよびタグTを生成し、(C, T, A, N)の組を受信者に送る。 In addition to message M and additional data A, the sender selects a value N, called a nonce, that changes each time the cryptographic function is called. The encryption function generates encrypted data C and tag T corresponding to message M, additional data A, and nonce N, and sends a set of (C, T, A, N) to the recipient.
受信者は(C, T, A, N)の組を受け取るが、この時点ではこれらの値が悪意ある第三者によって改ざんされていないという保証はない。受信者は受け取った(C, T, A, N)の組と自分が保有する鍵Kとを用いて検証を同時に行う復号関数を計算する。 The recipient receives a set of (C, T, A, N), but at this point there is no guarantee that these values have not been tampered with by a malicious third party. The recipient calculates a decryption function that performs verification at the same time using the received (C, T, A, N) pair and the key K that he owns.
検証を同時に行う復号関数にはいくつかの種類がある。多くの追加データ付き認証暗号では、受信者が再計算したタグT'が送信者から受け取ったタグTと一致するかどうかで検証を行う。APEでは、受信者が再計算した中間ステートの値がある値に一致するかどうかで検証を行う。いずれにせよ値が一致しなかった場合は復号に失敗した(データが改ざんされた)という結果を出力する。 There are several types of decryption functions that perform verification at the same time. Many authenticated encryptions with additional data verify that the tag T'recalculated by the recipient matches the tag T received from the sender. APE verifies whether the value of the intermediate state recalculated by the recipient matches a certain value. In any case, if the values do not match, the result that decoding failed (data has been tampered with) is output.
APEは追加データ付き認証暗号の暗号化関数と復号関数の構成法である。保証したい安全性レベル(ビット数)に比べて比較的大きなサイズの置換(bijective map)を用いて暗号化関数と復号関数を構成するという特徴を持つ。APEの復号関数は、上記のとおり、従来の復号関数とは異なる特殊な方法で検証を行う。 APE is a method of constructing the encryption function and decryption function of authenticated encryption with additional data. It has the feature that the encryption function and the decryption function are constructed using a substitution (bijective map) whose size is relatively large compared to the security level (number of bits) to be guaranteed. As described above, the APE decoding function is verified by a special method different from the conventional decoding function.
図1を参照しながら、APEの暗号化関数の具体的な計算手順を説明する。APEの暗号化関数は、ステートと呼ばれるbビットのデータを、bビットの置換f:{0, 1}b→{0, 1}b、入力データ(N, A, M)、および鍵Kを用いて繰り返し更新しながら、暗号化データCおよびタグTを計算する。置換fの詳細は非特許文献2に記載されている。なお、ナンスNの入力は必須ではなく、ナンスNがある場合も、ナンスNは追加データAの一部となる。したがって、入力データは追加データA、メッセージM、および鍵Kを考慮すれば十分である。また、追加データAはメッセージMよりも先に処理される。そのような追加データAはヘッダと呼ばれる。追加データAとメッセージMの長さはいずれもrビットの倍長に限られる。 A specific calculation procedure of the APE encryption function will be described with reference to FIG. APE's encryption function replaces b-bit data called state with b-bit replacement f: {0, 1} b → {0, 1} b , input data (N, A, M), and key K. Calculate the encrypted data C and tag T with repeated updates using. Details of the substitution f are described in Non-Patent Document 2. It should be noted that the input of nonce N is not mandatory, and even if there is nonce N, nonce N becomes a part of the additional data A. Therefore, it is sufficient for the input data to consider additional data A, message M, and key K. Also, the additional data A is processed before the message M. Such additional data A is called the header. The length of both additional data A and message M is limited to double the r-bit length.
bビットのステートは、レートと呼ばれるrビットと、キャパシティと呼ばれるc(=b-r)ビットに分割される。暗号化関数を計算する場合、bビットのステートの値を、レート部分のrビットは0(すなわち、すべてのビットが0のビット列)に、キャパシティ部分のcビットは鍵Kの値に初期化する。 The state of b bits is divided into r bits called rate and c (= b-r) bits called capacity. When calculating the encryption function, initialize the b-bit state value to 0 for the r-bit in the rate part (that is, a bit string in which all bits are 0) and the c-bit in the capacity part to the value of key K. To do.
手順1.追加データAをrビットのブロックに分割する。bビットのステートのうちレート部分のrビットに対し、追加データAの第一ブロックとの排他的論理和を計算し、bビットのステートに対し、置換fを計算する。この置換fの出力を新たなステートの値とする。この操作を追加データAの最終ブロックが排他的論理和されるまで繰り返す。
手順2.bビットのステートのうちキャパシティ部分のcビットに対し、整数値1(すなわち、最下位ビットのみが1のビット列)との排他的論理和を計算する。 Step 2. Calculates the exclusive OR of the c-bit of the capacity portion of the b-bit state with the integer value 1 (that is, the bit string in which only the least significant bit is 1).
手順3.メッセージMをrビットのブロックに分割する。bビットのステートのうちレート部分のrビットに対し、メッセージMの第一ブロックとの排他的論理和を計算し、bビットのステートに対し、置換fを計算する。この置換fの出力を新たなステートの値とし、レート部分のrビットを暗号化データCの第一ブロックとして出力する。この操作をメッセージMの最終ブロックが排他的論理和されるまで繰り返す。 Step 3. Divide message M into blocks of r bits. The exclusive OR with the first block of message M is calculated for the r bit of the rate part of the b-bit state, and the substitution f is calculated for the b-bit state. The output of this substitution f is used as the value of the new state, and the r bit of the rate portion is output as the first block of the encrypted data C. This operation is repeated until the last block of message M is exclusively ORed.
手順4.bビットのステートのうちキャパシティ部分のcビットに対し、cビットの鍵Kとの排他的論理和を計算し、計算結果をcビットのタグTとして出力する。 Step 4. The exclusive OR of the c-bit key K is calculated for the c-bit of the capacity part of the b-bit state, and the calculation result is output as the c-bit tag T.
図2を参照しながら、APEの復号関数の具体的な計算手順を説明する。APEの復号関数は、APEの暗号化関数の計算をほぼ逆順に行う。復号関数は、通常(C, T, A, N)の組を入力にとるが、APEではナンスNは追加データAの一部とみなすことができるため、(C, T, A)の組を入力にとるとみなす。 A specific calculation procedure of the decoding function of APE will be described with reference to FIG. The APE decryption function calculates the APE encryption function in almost the reverse order. The decoding function normally takes the set of (C, T, A, N) as input, but since nonce N can be regarded as part of the additional data A in APE, the set of (C, T, A) is used. Considered as input.
復号関数を計算する場合、bビットのステートの値を、rビットの暗号化データCの最終ブロック(図2の例ではC2)とcビットのタグTとを連結した値に初期化する。 When calculating the decryption function, the value of the b-bit state is initialized to the value obtained by concatenating the final block of the r-bit encrypted data C (C 2 in the example of FIG. 2) and the c-bit tag T.
手順1.bビットのステートのうちキャパシティ部分のcビットに対し、cビットの鍵Kとの排他的論理和を計算し、計算結果によりキャパシティ部分のcビットを更新する。
手順2.bビットのステートに対し、置換fの逆関数f-1:{0, 1}b→{0, 1}bを計算する。この逆関数f-1の出力を新たなステートの値とする。レート部分のrビットに対し、暗号化データCの最終ブロックの一つ前のブロック(図2の例ではC1)との排他的論理和を計算し、計算結果をメッセージMの最終ブロック(図2の例ではM2)として出力する。また、レート部分のrビットを、暗号化データCの最終ブロックの一つ前のブロック(図2の例ではC1)により更新し、更新されたステートを新たなステートの値とする。この操作を暗号化データCの第一ブロック(図2の例ではC0)が処理されるまで繰り返す。これにより、メッセージMの最終ブロック(図2の例ではM2)から第二ブロック(図2の例ではM1)までが復元される。最後に更新されたステートのうち、レート部分のrビットの値をSr、キャパシティ部分のcビットの値をScとする。 Step 2. For the b-bit state, the inverse function of the permutation f f -1 : {0, 1} b → {0, 1} b is calculated. Let the output of this inverse function f -1 be the value of the new state. The exclusive OR is calculated for the r bit of the rate part with the block immediately before the final block of the encrypted data C (C 1 in the example of FIG. 2), and the calculation result is the final block of the message M (Fig. 2). In the example of 2, it is output as M 2). Further, the r bit of the rate portion is updated by the block immediately before the final block of the encrypted data C (C 1 in the example of FIG. 2), and the updated state is set as the value of the new state. This operation is repeated until the first block of encrypted data C (C 0 in the example of FIG. 2) is processed. Thus, the last block of the message M (M 2 in the example of FIG. 2) to a second block (M 1 in the example of FIG. 2) is restored. Of the last updated states, let S r be the value of the r bit in the rate part and S c be the value of the c bit in the capacity part.
手順3.メッセージMの第一ブロック(図2の例ではM0)の復元方法は、それ以外のブロックとは異なる。まず、暗号化関数の手順1から手順2までと同じ計算を行う。更新されたステートのうち、レート部分のrビットの値をS'r、キャパシティ部分のcビットの値をS'cとする。rビットの値Srとrビットの値S'rとの排他的論理和を計算し、計算結果をメッセージMの第一ブロック(図2の例ではM0)として出力する。
Step 3. The method of restoring the first block of message M (M 0 in the example of FIG. 2) is different from that of the other blocks. First, the same calculation as in
手順4.cビットの値Scとcビットの値S'cとを比較し、値が一致すれば復号されたメッセージM(図2の例ではM=M0||M1||M2)を出力する。なお、復号されたメッセージMを復号データともいう。一致しなかった場合は、メッセージMは出力せず、復号に失敗した旨を表すエラーコードのみを出力する。 Step 4. comparing the c-bit value S c and c-bit values S 'c, (in the example of FIG. 2 M = M 0 || M 1 || M 2) message M decoded if they match the value of the output To do. The decrypted message M is also referred to as decrypted data. If they do not match, message M is not output, and only an error code indicating that decoding has failed is output.
また、秘密ナンスを実現する追加データ付き認証暗号としてProtected IV (PIV)方式が存在する(非特許文献3参照)。秘密ナンスとは、ナンスの一種であり、値が暗号化されてから通信路を流れる値のことを言う。これまでに通信したパケット数等をナンスとして用いる場合、ナンスにプライバシー情報を含むため、ナンスを暗号化してから送ることが望ましい。 In addition, there is a Protected IV (PIV) method as an authentication encryption with additional data that realizes secret nonce (see Non-Patent Document 3). A secret nonce is a type of nonce, and is a value that flows through a communication path after the value is encrypted. When the number of packets communicated so far is used as a nonce, it is desirable to encrypt the nonce before sending it because the nonce includes privacy information.
通常のナンスを利用する追加データ付き認証暗号では、送信者は入力データ(N,A,M)と鍵Kを用いて(C,T)を計算し、(C,T,A,N)を受信者に送る。つまり、Nは暗号化されない。PIV方式では、(N,A,M)と鍵Kを用いて(C,T)を計算する他、Nを暗号化して復元情報RIに変換し、(C,T,A,RI)を受信者に送る。受信者は復号の途中でRIからNを復元する。 In an authenticated encryption with additional data that uses normal nonce, the sender uses the input data (N, A, M) and the key K to calculate (C, T) and then (C, T, A, N). Send to recipient. That is, N is not encrypted. In the PIV method, in addition to calculating (C, T) using (N, A, M) and key K, N is encrypted and converted to restoration information RI, and (C, T, A, RI) is received. Send to The recipient restores N from RI in the middle of decryption.
しかしながら、従来技術のAPEでは、ナンスを利用する場合はA の一部とみなされ、暗号化されずに受信者に送られる。 However, in the prior art APE, when using nonce, it is considered part of A and is sent to the recipient unencrypted.
本発明は、秘密ナンスを利用できるAPEを実現することができる暗号化データ生成装置、復号データ生成装置、追加データ付き認証暗号システム、その方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an encrypted data generator, a decrypted data generator, an authenticated encryption system with additional data, a method thereof, and a program capable of realizing an APE that can utilize a secret nonce.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、暗号化データ生成装置は、秘密鍵Kのビット長をcビットとし、rビットのレート部分とcビットのキャパシティ部分とを含むbビットの情報をステートとし、追加データAのビット長を|A|とし、追加データAをrビットの秘匿対象のデータを含む値A r と(|A|-r)ビット分の秘匿対象ではない値A'とに分割する分割部と、n=1,2,…,|A|/rとし、追加データAを|A|/r個に分割して得られる各値をA n とし、予め定めたビット列と秘密鍵Kとを連結した値を暗号化ステートの初期値S 0 とし、bビットの暗号化ステートS n-1 のレート部分S R,n-1 のrビットに対し、値A n との排他的論理和S R,n-1 xor A n を求める第一排他的論理和部と、bビットのビット列dをbビットのビット列eに置換する関数を置換fとし、暗号化ステートS n-1 のレート部分S R,n-1 を排他的論理和S R,n-1 xor A n に置換えたビット列を置換fを用いて置換し、暗号化ステートS n を求め、暗号化ステートS |A|/r のレート部分S R,|A|/r を復元情報RIとして出力する第一置換部と、暗号化ステートS |A|/r のキャパシティ部分S C,|A|/r の所定のビットを反転させる境界設定部と、メッセージMのビット長を|M|とし、m=1,2,…,|M|/rとし、メッセージMを|M|/r個に分割して得られる各値をM m とし、bビットの暗号化ステートS |A|/r+m-1 のレート部分S R,|A|/r+m-1 のrビットに対し、メッセージM m との排他的論理和S R,|A|/r+m-1 xor M m を求める第二排他的論理和部と、暗号化ステートS |A|/r+m-1 のレート部分S R,|A|/r+m-1 を排他的論理和S R,|A|/r+m-1 xor M m に置換えたビット列を置換fを用いて置換し、暗号化ステートS |A|/r+m を求め、暗号化ステートS |A|/r+m のレート部分のrビットを暗号化データC m とし、|M|/r個の暗号化データC m を含む暗号化データC=(C 1 ,C 2 ,…,C |M|/r )を出力する第二置換部と、暗号化ステートS |A|/r+|M|/r のキャパシティ部分S C,|A|/r+|M|/r と秘密鍵Kとの排他的論理和をタグTとして出力するタグ生成部と、暗号化データCとタグTと値A'と復元情報RIとを出力する出力部を含む。
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、復号データ生成装置は、秘密鍵Kのビット長をcビットとし、rビットのレート部分とcビットのキャパシティ部分とを含むbビットの情報をステートとし、メッセージMのビット長を|M|とし、追加データAのビット長を|A|とし、暗号化データCとタグTと追加データAに含まれる(|A|-r)ビット分の秘匿対象ではない値A'と暗号化データCを生成する際に得られる復元情報RIとを受け取る入力部と、m=1,2,…,|M|/rとし、|M|/r個の暗号化データC m を含む暗号化データC=(C 1 ,C 2 ,…,C |M|/r )に含まれる暗号化データC |M|/r とcビットのタグTとを連結した値を復号ステートSの初期値S |A|/r+|M|/r とし、復号ステートS |A|/r+|M|/r のキャパシティ部分S C,|A|/r+|M|/r とcビットの秘密鍵Kとの排他的論理和S C,|A|/r+|M|/r xor Kを求める第三排他的論理和部と、暗号化する際に用いた置換fの逆関数をf -1 とし、復号ステートS |A|/r+|M|/r のキャパシティ部分S C,|A|/r+|M|/r を排他的論理和S C,|A|/r+|M|/r xor Kに置換えたビット列を逆関数f -1 を用いて置換し、復号ステートS |A|/r+|M|/r-1 を求める第三置換部と、m=1,2,…,|M|/r-1において、復号ステートS |A|/r+m のレート部分S R,|A|/r+m と、暗号化データC m との排他的論理和S R,|A|/r+m xor C m を復号データM m+1 として出力する第四排他的論理和部と、m=1,2,…,|M|/r-1において、復号ステートS |A|/r+m のレート部分S R,|A|/r+m を暗号化データC m に置換えたビット列を逆関数f -1 を用いて置換し、復号ステートS |A|/r+m-1 を求める第四置換部と、復号ステートS |A|/r のレート部分S R,|A|/r と、復元情報RIとの排他的論理和S R,|A|/r xor RIを復号データM 1,D として出力する第五排他的論理和部と、復号ステートS |A|/r のキャパシティ部分S C,|A|/r の所定のビットを反転させる境界除去部と、復号ステートS |A|/r のレート部分S R,|A|/r を復元情報RIに置換え、復号ステートS |A|/r のキャパシティ部分S C,|A|/r の所定のビットを反転させたビット列を逆関数f -1 を用いて置換し、復号ステートS |A|/r-1 を求める第五置換部と、値A'を|A'|/r個に分割して得られる各値をA' n とし、n=1,2,…,|A|/r-1において、復号ステートS n のレート部分S R,n と、値A' n との排他的論理和S R,n xor A' n を求める第六排他的論理和部と、n=1,2,…,|A|/r-1において、復号ステートS n のレート部分S R,n を排他的論理和S R,n xor A' n に置換えたビット列を逆関数f -1 を用いて置換し、復号ステートS n-1 を求める第六置換部と、復号ステートS 0 のキャパシティ部分S C,0 と秘密鍵Kとが一致するか否かによりメッセージ認証を行い、一致する場合には、予め定めたビット列と復号ステートS 0 のレート部分S R,0 との排他的論理和を値A r として出力する認証部とを含む。
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、追加データ付き認証暗号システムは、暗号化データ生成装置と復号データ生成装置とを含む。暗号化データ生成装置は、秘密鍵Kのビット長をcビットとし、rビットのレート部分とcビットのキャパシティ部分とを含むbビットの情報をステートとし、追加データAのビット長を|A|とし、追加データAをrビットの秘匿対象のデータを含む値Arと(|A|-r)ビット分の秘匿対象ではない値A'とに分割する分割部と、n=1,2,…,|A|/rとし、追加データAを|A|/r個に分割して得られる各値をAnとし、予め定めたビット列と秘密鍵Kとを連結した値を暗号化ステートの初期値S0とし、bビットの暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1のrビットに対し、値Anとの排他的論理和SR,n-1 xor Anを求める第一排他的論理和部と、bビットのビット列dをbビットのビット列eに置換する関数を置換fとし、暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1を排他的論理和SR,n-1 xor Anに置換えたビット列を置換fを用いて置換し、暗号化ステートSnを求め、暗号化ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIとして出力する第一置換部と、暗号化ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界設定部と、メッセージMのビット長を|M|とし、m=1,2,…,|M|/rとし、メッセージMを|M|/r個に分割して得られる各値をMmとし、bビットの暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1のrビットに対し、メッセージMmとの排他的論理和SR,|A|/r+m-1xor Mmを求める第二排他的論理和部と、暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1を排他的論理和SR,|A|/r+m-1xor Mmに置換えたビット列を置換fを用いて置換し、暗号化ステートS|A|/r+mを求め、暗号化ステートS|A|/r+mのレート部分のrビットを暗号化データCmとし、|M|/r個の暗号化データCmを含む暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)を出力する第二置換部と、暗号化ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rと秘密鍵Kとの排他的論理和をタグTとして出力するタグ生成部と、暗号化データCとタグTと値A'と復元情報RIとを出力する出力部を含む。復号データ生成装置は、暗号化データCとタグTと値A'と復元情報RIとを受け取る入力部と、暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)に含まれる暗号化データC|M|/rとcビットのタグTとを連結した値を復号ステートSの初期値S|A|/r+|M|/rとし、復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rとcビットの秘密鍵Kとの排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kを求める第三排他的論理和部と、暗号化する際に用いた置換fの逆関数をf-1とし、復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rを排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r+|M|/r-1を求める第三置換部と、m=1,2,…,|M|/r-1において、復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mと、暗号化データCmとの排他的論理和SR,|A|/r+m xor Cmを復号データMm+1として出力する第四排他的論理和部と、m=1,2,…,|M|/r-1において、復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mを暗号化データCmに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r+m-1を求める第四置換部と、復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rと、復元情報RIとの排他的論理和SR,|A|/r xor RIを復号データM1,Dとして出力する第五排他的論理和部と、復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界除去部と、復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIに置換え、復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r-1を求める第五置換部と、値A'を|A'|/r個に分割して得られる各値をA'nとし、n=1,2,…,|A|/r-1において、復号ステートSnのレート部分SR,nと、値A'nとの排他的論理和SR,n xor A'nを求める第六排他的論理和部と、n=1,2,…,|A|/r-1において、復号ステートSnのレート部分SR,nを排他的論理和SR,n xor A'nに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートSn-1を求める第六置換部と、復号ステートS0のキャパシティ部分SC,0と秘密鍵Kとが一致するか否かによりメッセージ認証を行い、一致する場合には、予め定めたビット列と復号ステートS0のレート部分SR,0との排他的論理和を値Arとして出力する認証部とを含む。
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, the encrypted data generator sets the bit length of the private key K to c bits, and sets the rate portion of r bits and the capacity portion of c bits. The b-bit information to be included is the state, the bit length of the additional data A is | A |, and the additional data A is the value A r including the data to be concealed in the r bits and the concealment target for (| A | -r) bits. a dividing unit for dividing the value a 'is not a, n = 1,2, ..., | a | / r and, additional data a | a | / r pieces each value obtained by dividing the as a n , The value obtained by concatenating the predetermined bit string and the private key K is set as the initial value S 0 of the encryption state, and for the r bits of the rate part S R, n-1 of the b-bit encryption state S n-1 Let the exclusive OR part for finding the exclusive OR S R, n-1 xor A n with the value A n and the function that replaces the b-bit bit string d with the b-bit bit string e be the substitution f. The bit string in which the rate part S R, n-1 of the conversion state S n-1 is replaced with the exclusive OR S R, n-1 xor A n is replaced by the replacement f to obtain the encryption state S n . encryption state S | a | rate portion of the / r S R, | a | / r and the first replacement unit for outputting a restoration information RI, the encryption state S | a | / capacity portion r S C, | The boundary setting part that inverts the predetermined bits of A | / r , the bit length of the message M is | M |, m = 1,2,…, | M | / r, and the message M is | M | / r. Let each value obtained by dividing into pieces M m, and for the r bits of the rate part S R, | A | / r + m-1 of the b-bit encryption state S | A | / r + m-1. exclusive OR S R of the message M m, | a | / r + and a second exclusive OR unit for determining the m-1 xor M m, encrypted state S | a | / r + m -1 of The bit string in which the rate part S R, | A | / r + m-1 is replaced with the exclusive OR S R, | A | / r + m-1 xor M m is replaced by the replacement f, and the encryption state is used. seek / r + m, encrypted state S | | S | a a | a r bit rate portion of the / r + m and the encrypted data C m, | including / r pieces of encrypted data C m | M The second substitution part that outputs the encrypted data C = (C 1 , C 2 ,…, C | M | / r ) and the capacity part S C of the encryption state S | A | / r + | M | / r. , | A | / r + | M | / tag the exclusive OR of the private key K and tag T It includes a tag generation unit that outputs as, and an output unit that outputs encrypted data C, tag T, value A', and restoration information RI.
In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, the decoding data generator sets the bit length of the private key K to c bits, and sets the rate portion of r bits and the capacity portion of c bits. The b-bit information to be included is the state, the bit length of the message M is | M |, the bit length of the additional data A is | A |, and it is included in the encrypted data C, the tag T, and the additional data A (| A | -r) Set the input part that receives the non-confidential value A'for the bit and the restoration information RI obtained when generating the encrypted data C, and m = 1,2,…, | M | / r. | M | / r pieces of encrypted data C including the encrypted data C m = (C 1, C 2, ..., C | M | / r) to the encrypted data C included | M | / r and c bits The value concatenated with the tag T of is set as the initial value S | A | / r + | M | / r of the decoding state S, and the capacity portion S C, | A of the decoding state S | A | / r + | M | / r. Encrypt with the exclusive OR S C, | A | / r + | M | / r xor K for the exclusive OR S C, | A | / r + | M | / r xor K of | / r + | M | / r and the c-bit private key K exclusive OR / r | the inverse substitution f and f -1, decoding state S used when | a | / r + | M | / r capacity portion S C of, | a | / r + | M S C, | A | / r + | M | / r xor Replace the bit string replaced with K with the inverse function f -1, and find the decoding state S | A | / r + | M | / r -1 . a replacement unit, m = 1,2, ..., | M | / in r-1, the decoding state S | a | / r + m of rate portion S R, | a | / r + m and the encrypted data C Exclusive OR with m S R, | A | / r + m xor C m is output as decoded data M m + 1 , and the fourth exclusive OR part and m = 1,2,…, | M | In / r-1, the bit string in which the rate part S R, | A | / r + m of the decryption state S | A | / r + m is replaced with the encrypted data C m is replaced by using the inverse function f -1. , Exclusive logic of the fourth substitution part for obtaining the decoding state S | A | / r + m-1 , the rate part S R, | A | / r of the decoding state S | A | / r , and the restoration information RI. The fifth exclusive OR that outputs the sum S R, | A | / r xor RI as decoding data M 1, D , and the capacity portion of the decoding state S | A | / r S C, | A | / r Restoring information of the demarcation part that inverts a predetermined bit of and the rate part S R, | A | / r of the decoding state S | A | / r Replaced with RI and replaced the bit string obtained by inverting the predetermined bits of the capacity portion S C, | A | / r of the decoding state S | A | / r using the inverse function f -1 , and the decoding state S | A | / a fifth replacement unit for determining the r-1, 'a | a' | value a / r pieces each value obtained by dividing the the a 'n, n = 1,2, ..., | a | / in r-1, rate portion S R of the decoding state S n, and n, 'xOR S R and n, n xor a' values a and sixth exclusive OR unit for obtaining the n, n = 1 , 2, ..., | a | / in r-1, using an exclusive OR S R, n xor a 'inverse function f -1 bit string is replaced with n the rate portion S R, n of the decoding state S n substituted Te, a sixth replacement unit for obtaining the decoding state S n-1, it performs message authentication by determining whether the capacity portion S C, 0 of the decoding state S 0 and the secret key K coincides matches when Includes an authentication unit that outputs the exclusive OR of the predetermined bit string and the rate portion S R, 0 of the decoding state S 0 as the value A r.
In order to solve the above problems , according to another aspect of the present invention, the authenticated encryption system with additional data includes an encrypted data generator and a decrypted data generator. The encrypted data generator sets the bit length of the private key K to c-bit, sets the b-bit information including the rate part of r-bit and the capacity part of c-bit as the state, and sets the bit length of additional data A to | A. |, And the division part that divides the additional data A into the value A r including the data to be concealed by r bits and the value A'that is not concealed by (| A | -r) bits, and n = 1,2. , ..., | a | / r and, adding data a | a | / r pieces each value obtained by dividing the the a n, the encryption state a value obtained by connecting the predetermined bit sequence and a secret key K With the initial value S 0 of, the exclusive OR with the value A n for the r bits of the rate portion S R, n-1 of the b-bit encryption state S n-1 S R, n-1 xor A n a first exclusive OR unit for determining a function to be substituted with a substituted f bit string d b-bit bit string e of b bits, exclusive encryption state S n-1 of the rate portion S R, the n-1 The bit string replaced by the exclusive OR S R, n-1 xor A n is replaced with the replacement f to obtain the encryption state S n, and the rate part S R, | A | of the encryption state S | A | / r The first substitution part that outputs / r as the restore information RI, the demarcation part that inverts the predetermined bits of the capacity part S C, | A | / r of the encryption state S | A | / r, and the message M. The bit length of is | M |, m = 1,2,…, | M | / r, and each value obtained by dividing the message M into | M | / r is M m , and the b-bit encryption Exclusive OR with message M m for the r bits of the rate portion S R, | A | / r + m-1 of the conversion state S | A | / r + m-1 S R, | A | / r The second exclusive OR for finding + m-1 xor M m and the exclusive OR for the rate part S R, | A | / r + m-1 of the encryption state S | A | / r + m-1 The bit string replaced with the sum S R, | A | / r + m-1 xor M m is replaced with the replacement f to obtain the encryption state S | A | / r + m , and the encryption state S | A | Let the r bit of the rate part of / r + m be the encrypted data C m, and | M | / encrypted data C including r encrypted data C m = (C 1 , C 2 ,…, C | M | a second replacement unit for outputting the / r), encrypts state S | a | / r + | M | / capacity portion r S C, | a | / r + | M | / r and exclusive of the secret key K A tag generator that outputs the exclusive-OR as tag T, encrypted data C, and tag T Includes an output section that outputs the value A'and the restore information RI. The decryption data generator has an input unit that receives the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI, and the encrypted data C = (C 1 , C 2 ,…, C | M | / r ). The value obtained by concatenating the included encrypted data C | M | / r and the c-bit tag T is set as the initial value S | A | / r + | M | / r of the decryption state S, and the decryption state S | A | / r + | M | / r capacity part S C, | A | / r + | M | / r and the exclusive OR of the c-bit private key K S C, | A | / r + | M | / r xor K Let f -1 be the inverse function of the third exclusive OR part used for encryption and the substitution f used for encryption, and the capacity part S C, | of the decryption state S | A | / r + | M | / r. The bit string in which A | / r + | M | / r is replaced with the exclusive OR S C, | A | / r + | M | / r xor K is replaced by the inverse function f -1 , and the decoding state S | A In the third substitution part for finding | / r + | M | / r-1 and m = 1,2,…, | M | / r-1, the rate part S R of the decoding state S | A | / r + m , | A | / r + m and the exclusive OR of the encrypted data C m S R, | A | / r + m xor C m is output as the decryption data M m + 1 4th exclusive OR In the part and m = 1,2,…, | M | / r-1, the rate part S R, | A | / r + m of the decryption state S | A | / r + m is converted to the encrypted data C m . The fourth replacement part that replaces the replaced bit string using the inverse function f -1 to obtain the decoding state S | A | / r + m-1 , and the rate part S R, | of the decoding state S | A | / r. Exclusive OR of A | / r and restore information RI S R, | A | / r xor The fifth exclusive OR that outputs RI as decoding data M 1, D , and the decoding state S | A | The demarcation part that inverts a predetermined bit of the capacity part S C, | A | / r of / r and the rate part S R, | A | / r of the decoding state S | A | / r are used as the restore information RI. Substitution, the capacity portion of the decoding state S | A | / r S C, | A | / r is replaced with the inverted bit string of a predetermined bit using the inverse function f -1 , and the decoding state S | A | / a fifth replacement unit for determining the r-1, 'a | a' | value a / r pieces each value obtained by dividing the the a 'n, n = 1,2, ..., | a | / r- in 1, the rate portion of the decoding state S n S R, n and 'xOR S R and n, n xor a' value a sixth exclusive seeking n The sum unit, n = 1,2, ..., | A | In / r-1, rate portion S R of the decoding state S n, n exclusive OR S R, a bit string is replaced with n xor A 'n substituted with an inverse function f -1, and sixth replacement unit for obtaining the decoding state S n-1, whether the message and capacity portion S C, 0 of the decoding state S 0 and the secret key K coincides Authenticates and, if they match, includes an authentication unit that outputs the exclusive OR of the predetermined bit string and the rate part S R, 0 of the decoding state S 0 as the value Ar.
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、追加データ付き認証暗号システムは、暗号化データ生成装置と復号データ生成装置とを含む。暗号化データ生成装置は、秘密鍵Kのビット長をcビットとし、rビットのレート部分とcビットのキャパシティ部分とを含むbビットの情報をステートとし、追加データAのビット長を|A|とし、追加データAをP×rビットの秘匿対象のデータを含む値Ar=(Ar 1,Ar 2,…,Ar P)と(|A|-P×r)ビット分の秘匿対象ではない値A'=(A'1,A'2,…,A'|A|/r-P)とに分割する分割部と、n=1,2,…,|A|/rとし、追加データAを|A|/r個に分割して得られる各値をAnとし、予め定めたビット列と秘密鍵Kとを連結した値を暗号化ステートの初期値S0とし、bビットの暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1のrビットに対し、値Anとの排他的論理和SR,n-1 xor Anを求め、値Anが秘匿対象のデータAr 2,Ar 3,…,Ar Pの場合、ステートSn-1のレート部分SR,n-1を復元情報RI1,RI2,…,RIP-1として出力する第一排他的論理和部と、bビットのビット列dをbビットのビット列eに置換する関数を置換fとし、暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1を排他的論理和SR,n-1 xor Anに置換えたビット列を置換fを用いて置換し、暗号化ステートSnを求め、暗号化ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIPとして出力する第一置換部と、暗号化ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界設定部と、メッセージMのビット長を|M|とし、m=1,2,…,|M|/rとし、メッセージMを|M|/r個に分割して得られる各値をMmとし、bビットの暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1のrビットに対し、メッセージMmとの排他的論理和SR,|A|/r+m-1 xor Mmを求める第二排他的論理和部と、暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1を排他的論理和SR,|A|/r+m-1 xor Mmに置換えたビット列を置換fを用いて置換し、暗号化ステートS|A|/r+mを求め、暗号化ステートS|A|/r+mのレート部分のrビットを暗号化データCmとし、|M|/r個の暗号化データCmを含む暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)を出力する第二置換部と、暗号化ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rと秘密鍵Kとの排他的論理和をタグTとして出力するタグ生成部と、暗号化データCとタグTと値A'と復元情報RI=(RI1,RI2,…,RIP)とを出力する出力部を含む。復号データ生成装置は、暗号化データCとタグTと値A'と復元情報RIとを受け取る入力部と、暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)に含まれる暗号化データC|M|/rとcビットのタグTとを連結した値を復号ステートSの初期値S|A|/r+|M|/rとし、復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rとcビットの秘密鍵Kとの排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kを求める第三排他的論理和部と、暗号化する際に用いた置換fの逆関数をf-1とし、復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rを排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r+|M|/r-1を求める第三置換部と、m=1,2,…,|M|/r-1において、復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mと、暗号化データCmとの排他的論理和SR,|A|/r+m xor Cmを復号データMm+1として出力する第四排他的論理和部と、m=1,2,…,|M|/r-1において、復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mを暗号化データCmに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r+m-1を求める第四置換部と、復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rと、復元情報RIPとの排他的論理和SR,|A|/r xor RIPを復号データM1,Dとして出力する第五排他的論理和部と、復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界除去部と、復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIPに置換え、復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r-1を求める第五置換部と、値A'を|A'|/r個に分割して得られる各値をA'qとし、q=1,2,…,|A|/r-P及びp=1,2,…,P-1において、(i)値A'qを入力としたとき、復号ステートSnのレート部分SR,nと、値A'qとの排他的論理和SR,n xor A'qを求め、(ii)復元情報RIpを入力としたとき、復号ステートSnのレート部分SR,nのrビットに対し、復元情報RIpとの排他的論理和SR,n xor RIpを求め、排他的論理和SR,nxor RIpを秘匿対象のデータAp+1として出力する第六排他的論理和部と、n=1,2,…,|A|/r-1において、復号ステートSnのレート部分SR,nを(i)排他的論理和SR,n xor A'q、または、(ii)復元情報RIpに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートSn-1を求める第六置換部と、復号ステートS0のキャパシティ部分SC,0と秘密鍵Kとが一致するか否かによりメッセージ認証を行い、一致する場合には、予め定めたビット列と復号ステートS0のレート部分SR,0との排他的論理和を値Ar 1として出力する認証部とを含む。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, the authenticated encryption system with additional data includes an encrypted data generator and a decrypted data generator. The encrypted data generator sets the bit length of the private key K to c-bit, sets the b-bit information including the rate part of r-bit and the capacity part of c-bit as the state, and sets the bit length of additional data A to | A. Let | be the additional data A for the values A r = (A r 1 , Ar 2 ,…, Ar P ) and (| A | -P × r) bits including the data to be concealed in the P × r bits. confidential value a is not a subject '= (a' 1, a '2, ..., a' | a | / rP) and dividing unit for dividing the a, n = 1,2, ..., | a / r, | a Each value obtained by dividing the additional data A into | A | / r is A n, and the value obtained by concatenating the predetermined bit string and the private key K is the initial value S 0 of the encryption state, and the b bit encryption state S n-1 of the rate portion S R, with respect to r-bit n-1, obtains the exclusive OR S R, n-1 xor a n of the values a n, the value a n is concealed In the case of data A r 2 , A r 3 ,…, A r P , the rate part S R, n-1 of the state S n -1 is output as the restoration information RI 1 , RI 2 ,…, RI P-1. Let the exclusive OR part and the function that replaces the b-bit bit string d with the b-bit bit string e be the replacement f, and the rate part S R, n-1 of the encryption state S n-1 be the exclusive OR S R, and substituted with n-1 xor a n bit string is replaced with substitution f, determined encryption state S n, the encryption state S | a | / r of rate portion S R, | a / r | a a first replacement unit for outputting a restoration information RI P, encrypted state S | a | / r capacity portion S C of, | a | / a boundary setting portion for inverting predetermined bits of r, bit message M The length is | M |, m = 1,2,…, | M | / r, and each value obtained by dividing the message M into | M | / r is M m , and the b-bit encryption state. S | A | / r + m-1 rate part S R, | A | / r + m-1 exclusive OR with message M m for r bits S R, | A | / r + m -1 The exclusive OR part for finding xor M m and the exclusive OR S for the rate part S R, | A | / r + m-1 of the encryption state S | A | / r + m-1 Replace the bit string replaced with R, | A | / r + m-1 xor M m with the replacement f to obtain the encryption state S | A | / r + m, and obtain the encryption state S | A | / r. Encrypt the r bit of the rate part of + m Data C m Then, the second replacement part that outputs the encrypted data C = (C 1 , C 2 ,…, C | M | / r ) containing | M | / r encrypted data C m, and the encryption state S. Capacity part of | A | / r + | M | / r S C, | A | / r + | M | / A tag generator that outputs the exclusive OR of the r and the private key K as tag T, and encryption Includes an output section that outputs data C, tag T, value A', and restore information RI = (RI 1 , RI 2 , ..., RI P). The decryption data generator has an input unit that receives the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI, and the encrypted data C = (C 1 , C 2 ,…, C | M | / r ). The value obtained by concatenating the included encrypted data C | M | / r and the c-bit tag T is set as the initial value S | A | / r + | M | / r of the decryption state S, and the decryption state S | A | / r + | M | / r capacity part S C, | A | / r + | M | / r and the exclusive OR of the c-bit private key K S C, | A | / r + | M | / r xor K Let f -1 be the inverse function of the third exclusive OR part used for encryption and the substitution f used for encryption, and the capacity part S C, | of the decryption state S | A | / r + | M | / r. The bit string in which A | / r + | M | / r is replaced with the exclusive OR S C, | A | / r + | M | / r xor K is replaced by the inverse function f -1 , and the decoding state S | A In the third substitution part for finding | / r + | M | / r-1 and m = 1,2,…, | M | / r-1, the rate part S R of the decoding state S | A | / r + m , | A | / r + m and the exclusive OR of the encrypted data C m S R, | A | / r + m xor C m is output as the decryption data M m + 1 4th exclusive OR In the part and m = 1,2,…, | M | / r-1, the rate part S R, | A | / r + m of the decryption state S | A | / r + m is converted to the encrypted data C m . The fourth replacement part that replaces the replaced bit string using the inverse function f -1 to obtain the decoding state S | A | / r + m-1 , and the rate part S R, | of the decoding state S | A | / r. a | / r and, exclusive OR S R of the restoration information RI P, | a | / r xor RI and fifth exclusive OR unit for outputting as the decoded data M 1, D and P, decoding state S | a | / r capacity portion S C of, | a | / boundary removing unit for inverting predetermined bits of r, the decoding state S | a | / r of rate portion S R, | a | / r restoration information replaced with RI P, decoding state S | a | / capacity portion r S C, | a | / bit string obtained by inverting predetermined bits of r replaced with an inverse function f -1, and decoding state S | Let the fifth substitution part for A | / r-1 and each value obtained by dividing the value A'by | A'| / r into A'q, and let q = 1,2,…, | A | / rP and p = 1,2, ..., in P-1, (i) value a 'when the enter q, rate portion S R of the decoding state S n, and n, the value a' When the exclusive OR S R, n xor A'q with q is obtained and (ii) the restore information RI p is input, the restore information is given to the r bits of the rate part S R, n of the decoding state S n. exclusive OR S R and RI p, determine the n xor RI p, a sixth exclusive OR unit that outputs the exclusive OR S R, the n xor RI p as the data a p + 1 of the confidential, n = 1,2, ..., | a | / in r-1, the decoding state S n of the rate portion S R, the n (i) xOR S R, n xor a 'q , or, (ii) The sixth replacement part that replaces the bit string replaced with the restoration information RI p using the inverse function f -1 to obtain the decoding state S n-1 , the capacity part S C, 0 of the decoding state S 0 , and the private key K. Message authentication is performed depending on whether or not matches, and if they match, the exclusive OR of the predetermined bit string and the rate part S R, 0 of the decoding state S 0 is output as the value A r 1. Including the part.
本発明によれば、秘密ナンスを利用できるAPEを実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to realize an APE that can utilize a secret nonce.
以下、本発明の実施形態について、説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the drawings used in the following description, the same reference numerals are given to the components having the same function and the steps for performing the same processing, and duplicate description is omitted.
<第一実施形態>
この発明の実施形態は、ナンスNの代わりに内部ステートのrビットの値を復元情報RIとして送る。即ち、APEの暗号化処理において、送信者は暗号化データC、タグT、ナンスNを含む追加データA を送るのではなく、暗号化データC、タグT、ナンスNを含まない部分の追加データA、復元情報RIを受信者に送る。受信者は復号の途中で復元情報RIからナンスNを復元する。
<First Embodiment>
In the embodiment of the present invention, the value of the r bit of the internal state is sent as the restoration information RI instead of the nonce N. That is, in the APE encryption process, the sender does not send the additional data A including the encrypted data C, the tag T, and the nonce N, but the additional data of the portion not including the encrypted data C, the tag T, and the nonce N. A, Send the restore information RI to the recipient. The recipient restores the nonce N from the restore information RI in the middle of decryption.
実施形態の追加データ付き認証暗号システムは、図3に示すように、追加データ付き認証暗号の暗号化関数を実行する暗号化装置1と、追加データ付き認証暗号の復号関数を実行する復号装置2とを含む。この実施形態では、暗号化装置1および復号装置2はそれぞれ通信網3へ接続される。通信網3は、接続される各装置が相互に通信可能なように構成された回線交換方式もしくはパケット交換方式の通信網であり、例えばインターネットやLAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)などを用いることができる。なお、各装置は必ずしも通信網3を介してオンラインで通信可能である必要はない。例えば、暗号化装置1が出力する情報を磁気テープやUSBメモリなどの可搬型記録媒体に記憶し、その可搬型記録媒体から復号装置2へオフラインで入力するように構成してもよい。
As shown in FIG. 3, the authentication encryption system with additional data of the embodiment includes an
追加データ付き認証暗号システムに含まれる暗号化装置1は、図4に示すように、記憶部10、入力部11、初期化部12、追加データ計算部14、境界設定部15、メッセージ計算部16、タグ生成部17、および出力部18を含む。暗号化装置1に含まれる追加データ計算部14は、図5に示すように、分割部141、排他的論理和部142、および置換部143を含む。暗号化装置1に含まれるメッセージ計算部16は、図6に示すように、分割部161、排他的論理和部162、置換部163を含む。
As shown in FIG. 4, the
追加データ付き認証暗号システムに含まれる復号装置2は、図7に示すように、例えば、記憶部20、入力部21、第一初期化部22、タグ復号部23、暗号化データ逆計算部24、境界除去部25、追加データ逆計算部26、認証部29、および出力部30を含む。復号装置2に含まれる暗号化データ逆計算部24は、図8に示すように、逆置換部241、および排他的論理和部242を含む。復号装置2に含まれる追加データ逆計算部26は、図9に示すように、分割部261、排他的論理和部263、および逆置換部264を含む。
As shown in FIG. 7, the decryption device 2 included in the authentication encryption system with additional data includes, for example, a
暗号化装置1が図10に示す各ステップの処理を行い、復号装置2が図12に示す各ステップの処理を行うことにより実施形態の追加データ付き認証暗号方法が実現される。なお、追加データ付き認証暗号方法のうち暗号化装置1が実行する部分を暗号化方法とも呼び、復号装置2が実行する部分を復号方法とも呼ぶ。
The
暗号化装置1および復号装置2は、例えば、中央演算処理装置(CPU: Central Processing Unit)、主記憶装置(RAM: Random Access Memory)などを有する公知又は専用のコンピュータに特別なプログラムが読み込まれて構成された特別な装置である。暗号化装置1および復号装置2は、例えば、中央演算処理装置の制御のもとで各処理を実行する。暗号化装置1および復号装置2に入力されたデータや各処理で得られたデータは、例えば、主記憶装置に格納され、主記憶装置に格納されたデータは必要に応じて中央演算処理装置へ読み出されて他の処理に利用される。暗号化装置1および復号装置2の各処理部は、少なくとも一部が集積回路等のハードウェアによって構成されていてもよい。暗号化装置1および復号装置2が備える各記憶部は、例えば、RAM(Random Access Memory)などの主記憶装置、ハードディスクや光ディスクもしくはフラッシュメモリ(Flash Memory)のような半導体メモリ素子により構成される補助記憶装置、またはリレーショナルデータベースやキーバリューストアなどのミドルウェアにより構成することができる。
In the
<暗号化装置1>
図10、図11を参照して、実施形態の追加データ付き認証暗号システムが実行する追加データ付き認証暗号方法のうち、暗号化装置1が実行する暗号化方法について説明する。
<
Among the authentication encryption methods with additional data executed by the authentication encryption system with additional data of the embodiment, the encryption method executed by the
<記憶部10>
暗号化装置1の記憶部10には、rビットのレート部分とcビットのキャパシティ部分とからなるbビットのステート(以下、復号装置2の記憶部20に記憶されるステートと区別するために、暗号化ステートとも呼ぶ)と、復号装置2との間であらかじめ共有した共通鍵K(以下、秘密鍵Kともいう)とが記憶されている。例えば、ステートは512ビットとし、レート部分は256ビット、キャパシティ部分は256ビットに構成する(すなわち、b=512, r=256, c=256)。レート部分とキャパシティ部分の長さの比は、処理速度と安全性のトレードオフの関係となっている。レート部分の長さが大きくなると、処理速度は向上するが安全性は低下する。逆に、キャパシティ部分の長さが大きくなると、安全性が向上するが処理速度が低下する。したがって、b, r, cの各値は、所望の処理速度と安全性のバランスを鑑みて適宜設計すればよい。
<
In the
<入力部11>
ステップS11において、暗号化装置1の入力部11へ、追加データAとメッセージMとの組(A, M)が入力される。追加データAとメッセージMとはいずれもr ビットの倍長のデータとする。なお、追加データAとメッセージMとをr ビットの倍長のデータに限定するものではなく、r ビットの倍長ではない場合には、例えば、10*パディングを施して、r ビットの倍長のデータに変更して本実施形態を適用してもよい。入力部11は、メッセージMをメッセージ計算部16へ、追加データAを追加データ計算部14へ入力する。
<
In step S11, the set (A, M) of the additional data A and the message M is input to the
<初期化部12>
ステップS12において、暗号化装置1の初期化部12は、予め定めたビット列と秘密鍵Kとを連結した値を暗号化ステートの初期値S0として設定する。例えば、初期化部12は、記憶部10に記憶されている暗号化ステートのうち、レート部分の値を0(すなわち、すべてのビットが0のビット列)に、キャパシティ部分の値を秘密鍵Kの値に設定して初期化する。
<
In step S12, the
<追加データ計算部14>
ステップS14において、暗号化装置1の追加データ計算部14は、入力部11から追加データAを受け取り、その追加データAを用いて記憶部10に記憶された暗号化ステートの値を更新する。
<Additional
In step S14, the additional
この場合、追加データ計算部14は以下のように構成する。
In this case, the additional
(分割部141)
追加データ計算部14の分割部141は、追加データAをrビットのブロックに分割する。なお、追加データAのビット長を|A|とし、n=1,2,…,|A|/rとし、追加データAを|A|/r個に分割して得られる各値をAnとする。第一ブロックA1のrビットをArと表し、残りの部分をA'と表す。即ちA→Ar||A'である。本実施形態では、Arに秘匿対象のデータ(例えば秘密ナンス)を格納するものとする。
(Division 141)
The
(排他的論理和部142)
追加データ計算部14の排他的論理和部142は、bビットのステートSn-1のレート部分SR,n-1のrビットに対し、値Anとの排他的論理和SR,n-1 xor Anを求める。
(Exclusive OR 142)
Exclusive OR
(置換部143)
追加データ計算部14の置換部143は、暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1を排他的論理和SR,n-1 xor Anに置換えたビット列を置換fを用いて置換し、暗号化ステートSnを求める。なお、置換f:{0, 1}b→{0, 1}bは、bビットのビット列dをbビットのビット列eに置換する関数であり、入力された値を復元する逆関数f-1:{0, 1}b→{0, 1}b(bビットのビット列eをbビットのビット列dに置換する関数)を定義できる関数である。置換fとしては、例えば、非特許文献2に記載されている技術を用いることができる。n=1から順にn=|A|/rまで排他的論理和部142及び置換部143の処理を繰り返す。
(Replacement part 143)
The
そして、置換部143は、n=|A|/rのときに得られる暗号化ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIとして出力する。
Then, the
<境界設定部15>
ステップS15において、暗号化装置1の境界設定部15は、追加データ計算部14から暗号化ステートS|A|/rを受け取り、暗号化ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させ、暗号化ステートS|A'|/rを更新する。例えば、境界設定部15は、暗号化ステートのキャパシティ部分と整数値1(すなわち、最下位ビットのみが1のビット列)との排他的論理和を計算し、その計算結果により暗号化ステートのキャパシティ部分を更新する。言い換えると、境界設定部15は、暗号化ステートの最下位ビットのみを反転させる。この操作は、受信者が暗号化データCと追加データAとの境界を判別できるようにするために行われるものである。
<
In step S15, the
<メッセージ計算部16>
ステップS16において、暗号化装置1のメッセージ計算部16は、入力部11からメッセージMを受け取り、そのメッセージMを用いて記憶部10に記憶された暗号化ステートの値を更新する。
<
In step S16, the
(分割部161)
メッセージ計算部16の分割部161は、メッセージMをrビットのブロックに分割する。メッセージMのビット長を|M|とし、m=1,2,…,|M|/rとし、メッセージMを|M|/r個に分割して得られる各値をMmとする。
(Division 161)
The
(排他的論理和部162)
メッセージ計算部16の排他的論理和部162は、bビットの暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1のrビットに対し、メッセージMmとの排他的論理和SR,|A|/r+m-1 xor Mmを求める。
(Exclusive OR 162)
The exclusive OR
(置換部163)
メッセージ計算部16の置換部163は、暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1を排他的論理和SR,|A|/r+m-1xor Mmに置換えたビット列を置換fを用いて置換し、暗号化ステートS|A|/r+mを求め、暗号化ステートS|A|/r+mのレート部分のrビットを暗号化データCmとし、|M|/r個の暗号化データCmを含む暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)を出力する。
(Replacement part 163)
The
<タグ生成部17>
ステップS17において、暗号化装置1のタグ生成部17は、暗号化ステートS|A|/r+|M|/rをメッセージ計算部16から受け取り、秘密鍵Kを記憶部10から取り出し、暗号化ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rと秘密鍵Kとの排他的論理和を計算し、その計算結果をタグTとして出力する。
<Tag generator 17>
In step S17, the tag generation unit 17 of the
<出力部18>
ステップS18において、暗号化装置1の出力部18は、暗号化データCをメッセージ計算部16から、タグTをタグ生成部17から、値A'を分割部161から、復元情報RIを置換部143から受け取り、暗号化データCとタグTと値A'と復元情報RIとの組(C, T, A', RI)を復号装置2へ送信する。
<
In step S18, the
<復号装置2>
図12から図13を参照して、実施形態の追加データ付き認証暗号システムが実行する追加データ付き認証暗号方法のうち、復号装置2が実行する復号方法について説明する。
<Decoding device 2>
Of the authentication encryption methods with additional data executed by the authentication encryption system with additional data of the embodiment, the decryption method executed by the decryption device 2 will be described with reference to FIGS. 12 to 13.
<記憶部20>
復号装置2の記憶部20には、rビットのレート部分とcビットのキャパシティ部分とからなるbビットのステート(以下、暗号化装置1の記憶部10に記憶される暗号化ステートと区別するために、復号ステートと呼ぶ)と、暗号化装置1との間であらかじめ共有した秘密鍵Kとが記憶されている。b, r, cの各値は、暗号化装置1の記憶部10に記憶されたステートと同じものとする。
<
The
<入力部21>
ステップS21において、復号装置2の入力部21へ、暗号化装置1から受信した暗号化データCとタグTと値A'と復元情報RIとの組(C, T, A', RI)が入力される。本実施形態では、値A'は追加データAに含まれる下位(|A|-r)ビット分のデータである。入力部21は、暗号化データCの最終ブロックとタグTとを第一初期化部22へ、値A'を追加データ逆計算部26へ、復元情報RIと暗号化データCの最終ブロック以外の各ブロックを暗号化データ逆計算部24へそれぞれ入力する。
<
In step S21, the set (C, T, A', RI) of the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI received from the
<第一初期化部22>
ステップS22において、復号装置2の第一初期化部22は、入力部21から暗号化データCの最終ブロックとタグTとを受け取り、記憶部20に記憶されている復号ステートのうち、レート部分の値を暗号化データCの最終ブロックの値に、キャパシティ部分の値をタグTの値に設定して初期化する。言い換えると、第一初期化部22は、暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)に含まれる暗号化データC|M|/rとcビットのタグTとを連結した値を復号ステートSの初期値S|A|/r+|M|/rとして設定する。なお、以降の処理において、S|A|/r+|M|/r,S|A|/r+|M|/r-1,…,S|A|/rの順で復号ステートSを更新していく。
<
In step S22, the
<タグ復号部23>
ステップS23において、復号装置2のタグ復号部23は、第一初期化部22から復号ステートS|A|/r+|M|/rを受け取り、そのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rとcビットの秘密鍵Kとの排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kを求める。
<
In step S23, the
<暗号化データ逆計算部24>
ステップS24において、復号装置2の暗号化データ逆計算部24は、入力部21から暗号化データCの最終ブロック以外の各ブロックを受け取り、その暗号化データCの各ブロックCmを用いて記憶部20に記憶された復号ステートS|A|/r+mの値を更新する。m=|M|/r,|M|/r-1,…,1である。
<Encrypted data
In step S24, the encrypted data
(逆置換部241)
暗号化データ逆計算部24の逆置換部241は、bビットの復号ステート全体に対し、置換fの逆関数f-1を計算し、その計算結果を新たな復号ステートの値とする。例えば、m=|M|/r(暗号化データCの最終ブロック)において、逆置換部241は、復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rを排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r+|M|/r-1を求める。また、m=(|M|/r)-1,(|M|/r)-2,…,1において、逆置換部241は、復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mを暗号化データCmに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r+m-1を求める。なお、逆関数f-1:{0, 1}b→{0, 1}bは、上述の通り、置換fの逆関数f-1であり、bビットのビット列eをbビットのビット列dに置換する関数である。
(Reverse replacement part 241)
The
(排他的論理和部242)
m=|M|/r-1,(|M|/r)-2,…,2,1において、暗号化データ逆計算部24の排他的論理和部242は、復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mと、暗号化データCmとの排他的論理和SR,|A|/r+m xor Cmを計算し、計算結果を復号データMm+1,Dとして出力部30から出力する。なお、|M|/r個の復号データMm,Dを結合したものを最終的に出力する復号データMD=(M1,D||M2,D||…||M|M|/r,D)とする。ただし、復号データM1,D(第一ブロックの暗号化データを復号したもの)は、復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rと、復元情報RIとの排他的論理和SR,|A|/r xor RIを計算し、計算結果を復号データM1,Dとして出力部30から出力する。改ざん等なされていなければM=MDとなる。
(Exclusive OR 242)
In m = | M | / r-1, (| M | / r) -2,…, 2,1, the exclusive OR
<境界除去部25>
ステップS25において、復号装置2の境界除去部25は、暗号化データ逆計算部24から復号ステートS|A|/rを受け取り、復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる。例えば、復号ステートのキャパシティ部分と整数値1との排他的論理和を計算し、その計算結果により復号ステートのキャパシティ部分を更新する。すなわち、境界除去部25は、復号ステートの最下位ビットのみを反転させる。
<
In step S25, the
<追加データ逆計算部26>
ステップS26において、復号装置2の追加データ逆計算部26は、入力部21から値A'を受け取り、その値A'を用いて記憶部20に記憶された復号ステートの値を更新する。この場合、追加データ逆計算部26は以下のように構成する。
<Additional data
In step S26, the additional data
(分割部261)
追加データ逆計算部26の分割部261は、値A'をrビットのブロックに分割する。なお、値A'のビット長を|A'|とし、n=1,2,…,|A'|/rとし、値A'を|A'|/r個に分割して得られる各値をA'nとする。なお、|A'|=|A|-rであり、n=1,2,…,|A|/r-1である。
(Division 261)
The
(逆置換部264)
n=|A|/rの場合、追加データ逆計算部26の逆置換部264は、復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIに置換え、復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r-1を求める。
(Reverse replacement part 264)
n = | case / r,
n=|A|/r-1,|A|/r-2,…,1の場合(|A'|=|A|-rなので、n=|A'|/r,|A'|/r-1,…,1の場合)、追加データ逆計算部26の逆置換部264は、復号ステートSnのレート部分SR,nを排他的論理和SR,n xor A'nに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートSn-1を求める。
In the case of n = | A | / r-1, | A | / r-2,…, 1 (| A'| = | A | -r, so n = | A'| / r, | A'| / r-1, ..., 1), the
(排他的論理和部263)
追加データ逆計算部26の排他的論理和部263は、bビットの復号ステートSnのレート部分SR,nのrビットに対し、値A'nとの排他的論理和SR,n xor A'nを求める。
(Exclusive OR 263)
Exclusive OR
追加データ逆計算部26は、n=|A|/r-1から順にn=1まで逆置換部264及び排他的論理和部263の処理を繰り返す。
The additional data
<認証部29>
ステップS29において、復号装置2の認証部29は、追加データ逆計算部26から復号ステートS0を受け取り、記憶部20から秘密鍵Kを取り出し、復号ステートS0のキャパシティ部分SC,0と秘密鍵Kとが一致するか否かによりメッセージ認証を行う。2つの値が等しい場合は、ステップS301へ処理を進め、予め定めたビット列(初期化部12の初期値に対応する値であり、この例ではすべてのビットが0のビット列)と復号ステートS0のレート部分SR,0との排他的論理和を値Arとして出力部30から出力する。二つの値が等しくない場合は、ステップS302へ処理を進め、復号に失敗した旨を表すエラーコードを出力部30から出力する。
<
In step S29, the
<効果>
以上の構成により、秘密ナンスを利用できるAPEを実現することができる。また、従来のAPEでは、暗号化処理は一種類の置換fしか使わない反面、復号処理の際に置換fと逆関数f-1の2種類の置換を実装する必要がある。従って復号装置での実装コストが大きいという問題がある。本実施形態の復号装置は逆関数f-1の一種類の実装だけで良く、実装効率が改善される。また、暗号化装置側は置換fだけを実装すればよく、暗号化装置の実装コストの増大を避けることができる。
<Effect>
With the above configuration, APE that can use secret nonce can be realized. Also, in the conventional APE, while the encryption process uses only one type of substitution f, it is necessary to implement two types of substitutions , the substitution f and the inverse function f -1, during the decryption processing. Therefore, there is a problem that the mounting cost in the decoding device is high. The decoding device of this embodiment requires only one type of implementation of the inverse function f -1 , and the implementation efficiency is improved. Further, the encryption device side only needs to implement the substitution f, and it is possible to avoid an increase in the implementation cost of the encryption device.
なお、本実施形態に係る暗号化装置のことを暗号化データを生成するという意味で暗号化データ生成装置ともいい、本実施形態に係る復号装置のことを復号データを生成するという意味で復号データ生成装置ともいう。なお、暗号化データ及び復号データは電子計算機による処理の用に供する情報であり、(i)暗号化データ生成装置を用いた暗号化データ生成方法に係る発明及び(ii)復号データ生成装置を用いた復号データ生成方法に係る発明が、特許法第二条第三項第三号の「物を生産する方法の発明」に該当することは言うまでもない。 The encryption device according to the present embodiment is also called an encryption data generation device in the sense of generating encrypted data, and the decryption device according to the present embodiment is the decryption data in the sense of generating decryption data. Also called a generator. The encrypted data and the decrypted data are information used for processing by a computer, and use (i) an invention relating to an encrypted data generation method using an encrypted data generator and (ii) a decrypted data generator. Needless to say, the invention relating to the decrypted data generation method falls under the "invention of the method for producing a product" in Article 2, Paragraph 3, Item 3 of the Patent Act.
<第二実施形態>
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Second embodiment>
The part different from the first embodiment will be mainly described.
第一実施形態では、秘匿対象のデータ(例えば秘密ナンス)のデータ量をrビット(ステートのレート部分のデータ量と同じ)としたが、本実施形態では、秘匿対象のデータのデータ量をP×rとする。Pは1以上の整数の何れかとする。ただし、秘匿対象のデータをrビットの倍長のデータに限定するものではなく、r ビットの倍長ではない場合には、例えば、10*パディングを施して、r ビットの倍長のデータに変更して本実施形態を適用してもよい。 In the first embodiment, the data amount of the data to be concealed (for example, secret nonce) is r bits (the same as the data amount of the rate portion of the state), but in the present embodiment, the data amount of the data to be concealed is P. Let × r. P is one of an integer greater than or equal to 1. However, the data to be concealed is not limited to r-bit double-length data, and if it is not r-bit double-length data, for example, 10 * padding is applied to change to r-bit double-length data. Then, this embodiment may be applied.
<暗号化装置1>
図10、図14、図15を参照して、実施形態の追加データ付き認証暗号システムが実行する追加データ付き認証暗号方法のうち、暗号化装置1が実行する暗号化方法について説明する。
<
Of the authentication encryption methods with additional data executed by the authentication encryption system with additional data of the embodiment, the encryption method executed by the
<追加データ計算部14>
ステップS14において、暗号化装置1の追加データ計算部14は、入力部11から追加データAを受け取り、その追加データAを用いて記憶部10に記憶された暗号化ステートの値を更新する。
<Additional
In step S14, the additional
この場合、追加データ計算部14は以下のように構成する。
In this case, the additional
(分割部141)
追加データ計算部14の分割部141は、追加データAをrビットのブロックに分割する。なお、追加データAのビット長を|A|とし、n=1,2,…,|A|/rとし、追加データAを|A|/r個に分割して得られる各値をAnとする。追加データAに含まれる(P×rビット分の)秘匿対象のデータをAr=(Ar 1,Ar 2,…,Ar P)と表し、((|A|-(P×r))ビット分の)残りの部分をA'=(A'1,A'2,…,A'|A|/r-P)と表す。なお、p=1,2,…,Pとし、秘匿対象のデータをAr pとし、q=1,2,…,|A|/r-Pとし、残りの部分をA'qとする。秘匿対象のデータに含まれるデータAr 1は、追加データAの先頭に配置する必要がある。秘匿対象のデータAr 2,…,Ar P及び部分A'1,A'2,…,A'|A|/r-Pは、追加データAの中にどのように配置してもよい。例えば、追加データAの先頭に秘匿対象のデータAr 1,Ar 2,…,Ar Pを配置する場合にはA→Ar||A'であり、追加データAの先頭に秘匿対象のデータの先頭のデータAr 1を配置し、残りの秘匿対象のデータAr 2,…,Ar Pを追加データAの最後に配置する場合にはA→Ar 1||A'||Ar 2||…||Ar Pである。分割した部分A'qと部分A'q+1との間に秘匿対象のデータAr pを配置してもよいが、実用的な例としては上述の二つの配置例が考えられる。なお、追加データAにおける秘匿対象のデータAr 2,…,Ar P及び部分A'1,A'2,…,A'|A|/r-Pの配置は、受信者と送信者との間であらかじめ共有しておく。
(Division 141)
The
(排他的論理和部142)
追加データ計算部14の排他的論理和部142は、bビットのステートSn-1のレート部分SR,n-1のrビットに対し、値Anとの排他的論理和SR,n-1 xor Anを求める。
(Exclusive OR 142)
Exclusive OR
さらに、本実施形態では、排他的論理和部142は、値Anが秘匿対象のデータAr 2,…,Ar Pの場合、ステートSn-1のレート部分SR,n-1を復元情報RI1,RI2,…,RIP-1として出力する。
Further, in the present embodiment, the exclusive OR
図14は追加データAの先頭に秘匿対象のデータAr 1,Ar 2,…,Ar Pを配置した場合の処理例を示し、図15は追加データAの先頭に秘匿対象のデータの先頭のデータAr 1を配置し、残りの秘匿対象のデータAr 2,…,Ar Pを追加データAの最後に配置した場合の例を示す。
FIG. 14 shows a processing example when the data to be concealed A r 1 , Ar 2 , ..., A r P is placed at the beginning of the additional data A, and FIG. An example is shown in which the first
(置換部143)
追加データ計算部14の置換部143は、暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1を排他的論理和SR,n-1 xor Anに置換えたビット列を置換fを用いて置換し、暗号化ステートSnを求める。
(Replacement part 143)
The
そして、置換部143は、n=|A|/rのときに得られる暗号化ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIPとして出力する。
Then, the
境界設定部15、メッセージ計算部16、タグ生成部17における処理は第一実施形態と同様である。
The processing in the
<出力部18>
ステップS18において、暗号化装置1の出力部18は、暗号化データCをメッセージ計算部16から、タグTをタグ生成部17から、値A'を分割部161から、復元情報RI1,RI2,…,RIP-1を排他的論理和部162から、復元情報RIPを置換部143から受け取り、暗号化データCとタグTと値A'と復元情報RI=(RI1,RI2,…,RIP)との組(C, T, A', RI)を復号装置2へ送信する。
<
In step S18, the
<復号装置2>
図12、図16、図17を参照して、実施形態の追加データ付き認証暗号システムが実行する追加データ付き認証暗号方法のうち、復号装置2が実行する復号方法について説明する。
<Decoding device 2>
Of the authentication encryption methods with additional data executed by the authentication encryption system with additional data of the embodiment, the decryption method executed by the decryption device 2 will be described with reference to FIGS. 12, 16 and 17.
<入力部21>
ステップS21において、復号装置2の入力部21へ、暗号化装置1から受信した暗号化データCとタグTと値A'と復元情報RIとの組(C, T, A', RI)が入力される。本実施形態では、値A'は追加データAに含まれる(|A|-(P×r))ビット分のデータである。入力部21は、暗号化データCの最終ブロックとタグTとを第一初期化部22へ、値A'と復元情報RI1,RI2,…,RIP-1を追加データ逆計算部26へ、復元情報RIPと暗号化データCの最終ブロック以外の各ブロックを暗号化データ逆計算部24へそれぞれ入力する。
<
In step S21, the set (C, T, A', RI) of the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI received from the
第一初期化部22、タグ復号部23、暗号化データ逆計算部24、境界除去部25における処理は第一実施形態と同様である。但し、復元情報RIに代えて、復元情報RIPを用いる。
The processing in the
<追加データ逆計算部26>
ステップS26において、復号装置2の追加データ逆計算部26は、入力部21から値A'と復元情報RI1,RI2,…,RIP-1を受け取り、これらの値を用いて記憶部20に記憶された復号ステートの値を更新する。この場合、追加データ逆計算部26は以下のように構成する。
<Additional data
In step S26, the additional data
(分割部261)
追加データ逆計算部26の分割部261は、値A'をrビットのブロックに分割する。なお、値A'のビット長を|A'|とし、q=1,2,…,|A'|/rとし、値A'を|A'|/r個に分割して得られる各値をA'qとする。なお、ここでは、|A'|=|A|-(r×P)であり、q=1,2,…,|A|/r-Pである。
(Division 261)
The
(逆置換部264)
n=|A|/rの場合、追加データ逆計算部26の逆置換部264は、復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIPに置換え、復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートS|A|/r-1を求める。
(Reverse replacement part 264)
n = | A | / For r, the
n=|A|/r-1,|A|/r-2,…,1の場合、追加データ逆計算部26の逆置換部264は、復号ステートSnのレート部分SR,nを、後述する排他的論理和部263の出力値である(i)排他的論理和SR,n xor A'q、または、(ii)復元情報RIpに置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、復号ステートSn-1を求める。
In the case of n = | A | / r-1, | A | / r-2,…, 1, the
(排他的論理和部263)
追加データ逆計算部26の排他的論理和部263は、(i)値A'qまたは(ii)復元情報RIpを入力とする。
(Exclusive OR 263)
The exclusive OR
(i)排他的論理和部263は、値A'qを入力としたとき、bビットの復号ステートSnのレート部分SR,nのrビットに対し、値A'qとの排他的論理和SR,n xor A'qを求め、逆置換部264に出力する。
(i) XOR unit 263 'when the enter q, rate portion of the decoding state S n b bits S R, with respect to r-bit n, the value A' the value A exclusive of q sum S R, seek n xor a 'q, and outputs the
(ii)排他的論理和部263は、復元情報RIpを入力としたとき、bビットの復号ステートSnのレート部分SR,nのrビットに対し、復元情報RIpとの排他的論理和SR,n xor RIpを求め、排他的論理和SR,nxor RIpを秘匿対象のデータAp+1として出力する。さらに、排他的論理和部263は、復号ステートSnのレート部分SR,nを復元情報RIpに置換えたビット列を逆置換部264に出力する。
(ii)
追加データ逆計算部26は、p=1,2,…,P-1、q=|A|/r-P,|A|/r-P-1,…,1において、逆置換部264及び排他的論理和部263の処理を繰り返す。
The additional data
図16は追加データAの先頭に秘匿対象のデータAr 1,Ar 2,…,Ar Pを配置した場合の処理例を示し、図17は追加データAの先頭に秘匿対象のデータの先頭のデータAr 1を配置し、残りの秘匿対象のデータAr 2,…,Ar Pを追加データAの最後に配置した場合の例を示す。追加データAにおける秘匿対象のデータAr 2,…,Ar P及び部分A'1,A'2,…,A'|A|/r-Pの配置は、受信者と送信者との間であらかじめ共有しているため、排他的論理和部263及び逆置換部264は、入力される順番に従って、(i)値A'qまたは(ii)復元情報RIpが入力されるのか、復号ステートSnのレート部分SR,nを、(i)排他的論理和SR,n xor A'q、または、(ii)復元情報RIpに置換えたビット列が入力されるのかを判断することができる。
FIG. 16 shows a processing example when the data to be concealed A r 1 , Ar 2 , ..., A r P is placed at the beginning of the additional data A, and FIG. 17 shows the processing example of the data to be concealed at the beginning of the additional data A. An example is shown in which the first data A r 1 is placed and the remaining confidential data A r 2 , ..., A r P are placed at the end of the additional data A. The arrangement of the data A r 2 ,…, A r P and the part A ′ 1 , A ′ 2 ,…, A ′ | A | / r P to be concealed in the additional data A is performed in advance between the receiver and the sender. Since they are shared, the exclusive OR
<認証部29>
ステップS29において、復号装置2の認証部29は、追加データ逆計算部26から復号ステートS0を受け取り、記憶部20から秘密鍵Kを取り出し、復号ステートS0のキャパシティ部分SC,0と秘密鍵Kとが一致するか否かによりメッセージ認証を行う。2つの値が等しい場合は、ステップS301へ処理を進め、予め定めたビット列(初期化部12の初期値に対応する値であり、この例ではすべてのビットが0のビット列)と復号ステートS0のレート部分SR,0との排他的論理和を値Ar 1として出力部30から出力する。二つの値が等しくない場合は、ステップS302へ処理を進め、復号に失敗した旨を表すエラーコードを出力部30から出力する。
<
In step S29, the
<効果>
このような構成により、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、秘匿対象のデータの大きさを柔軟に設定することができる。なお、P=1のとき、第一実施形態と同様の構成となるため、第一実施形態は第二実施形態の一例とも言える。
<Effect>
With such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, the size of the data to be concealed can be flexibly set. When P = 1, the configuration is the same as that of the first embodiment, so that the first embodiment can be said to be an example of the second embodiment.
<その他の変形例>
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
<Other variants>
The present invention is not limited to the above embodiments and modifications. For example, the various processes described above may not only be executed in chronological order according to the description, but may also be executed in parallel or individually as required by the processing capacity of the device that executes the processes. In addition, changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
<プログラム及び記録媒体>
また、上記の実施形態及び変形例で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現してもよい。その場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。
<Programs and recording media>
Further, various processing functions in each device described in the above-described embodiment and modification may be realized by a computer. In that case, the processing content of the function that each device should have is described by the program. Then, by executing this program on the computer, various processing functions in each of the above devices are realized on the computer.
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。 The program describing the processing content can be recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be, for example, a magnetic recording device, an optical disk, a photomagnetic recording medium, a semiconductor memory, or the like.
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させてもよい。 Further, the distribution of this program is performed, for example, by selling, transferring, renting, or the like a portable recording medium such as a DVD or a CD-ROM in which the program is recorded. Further, the program may be distributed by storing the program in the storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶部に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記憶部に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実施形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、プログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等)を含むものとする。 A computer that executes such a program first temporarily stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage unit. Then, when the process is executed, the computer reads the program stored in its own storage unit and executes the process according to the read program. Further, as another embodiment of this program, a computer may read the program directly from a portable recording medium and execute processing according to the program. Further, each time the program is transferred from the server computer to this computer, the processing according to the received program may be executed sequentially. In addition, the above processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition without transferring the program from the server computer to this computer. May be. The program shall include information used for processing by a computer and equivalent to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property of defining the processing of the computer, etc.).
また、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、各装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。 Further, although each device is configured by executing a predetermined program on a computer, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.
Claims (9)
前記暗号化データ生成装置は、
秘密鍵Kのビット長をcビットとし、rビットのレート部分とcビットのキャパシティ部分とを含むbビットの情報をステートとし、追加データAのビット長を|A|とし、
追加データAをrビットの秘匿対象のデータを含む値Arと(|A|-r)ビット分の秘匿対象ではない値A'とに分割する分割部と、
n=1,2,…,|A|/rとし、前記追加データAを|A|/r個に分割して得られる各値をAnとし、予め定めたビット列と秘密鍵Kとを連結した値を暗号化ステートの初期値S0とし、bビットの暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1のrビットに対し、値Anとの排他的論理和SR,n-1 xor Anを求める第一排他的論理和部と、
bビットのビット列dをbビットのビット列eに置換する関数を置換fとし、前記暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1を前記排他的論理和SR,n-1 xor Anに置換え、置換えたビット列を置換fを用いて置換し、置換したビット列を暗号化ステートSnとして求め、暗号化ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIとして出力する第一置換部と、
暗号化ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界設定部と、
メッセージMのビット長を|M|とし、m=1,2,…,|M|/rとし、前記メッセージMを|M|/r個に分割して得られる各値をMmとし、bビットの暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1のrビットに対し、メッセージMmとの排他的論理和SR,|A|/r+m-1xor Mmを求める第二排他的論理和部と、
前記暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1を前記排他的論理和SR,|A|/r+m-1xor Mmに置換え、置換えたビット列を置換fを用いて置換し、置換したビット列を暗号化ステートS|A|/r+mとして求め、前記暗号化ステートS|A|/r+mのレート部分のrビットを暗号化データCmとし、|M|/r個の暗号化データCmを含む暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)を出力する第二置換部と、
暗号化ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rと秘密鍵Kとの排他的論理和をタグTとして出力するタグ生成部と、
前記暗号化データCと前記タグTと前記値A'と前記復元情報RIとを出力する出力部を含み、
前記復号データ生成装置は、
前記暗号化データCと前記タグTと前記値A'と前記復元情報RIとを受け取る入力部と、
前記暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)に含まれる前記暗号化データC|M|/rとcビットの前記タグTとを連結した値を復号ステートSの初期値S|A|/r+|M|/rとし、復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rとcビットの前記秘密鍵Kとの排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kを求める第三排他的論理和部と、
暗号化する際に用いた前記置換fの逆関数をf-1とし、前記復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rを前記排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kに置換え、置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートS|A|/r+|M|/r-1として求める第三置換部と、
m=1,2,…,|M|/r-1において、復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mと、暗号化データCmとの排他的論理和SR,|A|/r+m xor Cmを復号データMm+1として出力する第四排他的論理和部と、
m=1,2,…,|M|/r-1において、前記復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mを暗号化データCmに置換え、置換えたビット列を前記逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートS|A|/r+m-1として求める第四置換部と、
復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rと、復元情報RIとの排他的論理和SR,|A|/r xor RIを復号データM1,Dとして出力する第五排他的論理和部と、
復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界除去部と、
前記復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを前記復元情報RIに置換え、前記復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートS|A|/r-1として求める第五置換部と、
前記値A'を|A'|/r個に分割して得られる各値をA'nとし、n=1,2,…,|A|/r-1において、復号ステートSnのレート部分SR,nと、前記値A'nとの排他的論理和SR,n xor A'nを求める第六排他的論理和部と、
n=1,2,…,|A|/r-1において、前記復号ステートSnのレート部分SR,nを排他的論理和SR,n xor A'nに置換え、置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートSn-1として求める第六置換部と、
復号ステートS0のキャパシティ部分SC,0と秘密鍵Kとが一致するか否かによりメッセージ認証を行い、一致する場合には、予め定めたビット列と復号ステートS0のレート部分SR,0との排他的論理和を値Arとして出力する認証部とを含み、
上記置換fは、ランダム置換と区別不能な置換である、
追加データ付き認証暗号システム。 An authenticated encryption system with additional data that includes an encrypted data generator and a decrypted data generator.
The encrypted data generator is
The bit length of the private key K is c-bit, the b-bit information including the rate part of r-bit and the capacity part of c-bit is the state, and the bit length of additional data A is | A |.
A dividing part that divides the additional data A into a value A r that includes r-bit data to be concealed and a value A'that is not concealed for (| A | -r) bits.
Let n = 1,2, ..., | A | / r, and let each value obtained by dividing the additional data A into | A | / r pieces be A n, and concatenate the predetermined bit string and the private key K. Let the value obtained be the initial value S 0 of the encryption state, and the b-bit encryption state S n-1 rate portion S R, the exclusive OR with the value A n for the r bits of n-1 S R, a first exclusive OR unit for obtaining the n-1 xor a n,
Let the function that replaces the bit string d of the b bits with the bit string e of the b bits be the permutation f, and the rate part S R, n-1 of the encryption state S n-1 is the exclusive OR S R, n-1 xor. Replace with A n , replace the replaced bit string with the replacement f, find the replaced bit string as the encryption state S n , and set the rate part S R, | A | / r of the encryption state S | A | / r. The first replacement part that is output as the restoration information RI,
Capacity part of encryption state S | A | / r A boundary setting part that inverts a predetermined bit of S C, | A | / r,
The bit length of the message M is | M |, m = 1,2,…, | M | / r, and each value obtained by dividing the message M into | M | / r is M m , b. Bit encryption state S | A | / r + m-1 rate portion S R, | A | / r + m-1 exclusive OR with message M m for r bits S R, | A | / r + m-1 xor M m The second exclusive OR part,
The rate portion S R, | A | / r + m-1 of the encryption state S | A | / r + m-1 is the exclusive OR S R, | A | / r + m-1 xor M m. the replacement, the bit string replacing substituted with a substituent f, and the bit string obtained by replacing the encrypted state S | determined as / r + m, the encrypted state S | | a a | / r + r of rate portion of the m bits and the encrypted data C m, | M | / r pieces of encrypted data C including the encrypted data C m = (C 1, C 2, ..., C | M | / r) second replacement for outputting Department and
A tag generator that outputs the exclusive OR of the private key K and the capacity part S C, | A | / r + | M | / r of the encryption state S | A | / r + | M | / r as the tag T. When,
Includes an output unit that outputs the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI.
The decoded data generator is
An input unit that receives the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI.
The decryption state is the value obtained by concatenating the encrypted data C | M | / r contained in the encrypted data C = (C 1 , C 2 , ..., C | M | / r) and the tag T of the c bit. The initial value of S is S | A | / r + | M | / r, and the capacity portion of the decoding state S | A | / r + | M | / r S C, | A | / r + | M | / r and c bits Exclusive OR with the private key K S C, | A | / r + | M | / r xor K
The inverse of the substitution f used when encrypting and f -1, the decoded state S | A | / r + | M | / r capacity portion S C of, | A | / r + | M | / r Is replaced with the exclusive OR S C, | A | / r + | M | / r xor K, the replaced bit string is replaced with the inverse function f -1 , and the replaced bit string is in the decoding state S | A | / The third permutation part obtained as r + | M | / r-1 and
m = 1,2, ..., | M | / In r-1, the decoding state S | A | / r + m of rate portion S R, | A | / r + and m, exclusive of the encrypted data C m OR , | A | / r + m xor C m is output as decoded data M m + 1 , and the fourth exclusive OR part,
In m = 1,2, ..., | M | / r-1, the rate portion S R, | A | / r + m of the decryption state S | A | / r + m is replaced with the encrypted data C m. The fourth substitution part, in which the replaced bit string is replaced by using the inverse function f -1 , and the replaced bit string is obtained as the decoding state S | A | / r + m-1,
The exclusive OR of the rate part S R, | A | / r of the decoding state S | A | / r and the restoration information RI S R, | A | / r xor RI is output as the decoding data M 1, D. With the 5th exclusive OR part,
Demarcation state S | A | / r capacity portion S C, | A | / r demarcation section that inverts a given bit,
Said decoding state S | A | / r of rate portion S R, | A | / r to replace the restoration information RI, the decoded state S | A | / r capacity portion S C of, | A | / r of The fifth substitution part, in which the bit string obtained by inverting a predetermined bit is replaced by using the inverse function f -1 , and the replaced bit string is obtained as the decoding state S | A | / r-1,
'The | A' | the value A / r pieces each value obtained by dividing the the A 'n, n = 1,2, ..., | A | In / r-1, rate portion of the decoding state S n S R, and n, 'xOR S R and n, n xor a' the value a and the sixth exclusive OR unit for obtaining the n,
n = 1,2, ..., | A | / In r-1, the decoding state S n of the rate portion S R, n exclusive OR S R, n xor A 'replaced by n, the bit string replacing reverse The sixth substitution part, which is replaced by using the function f -1 and the replaced bit string is obtained as the decoding state S n-1,
Message authentication is performed based on whether or not the capacity portion S C, 0 of the decryption state S 0 and the private key K match, and if they match, the predetermined bit string and the rate portion S R of the decryption state S 0, 0 and an authentication unit for outputting an exclusive OR as the value a r of viewing including,
The above substitution f is a substitution indistinguishable from a random substitution ,
Authenticated encryption system with additional data.
前記暗号化データ生成装置は、
秘密鍵Kのビット長をcビットとし、rビットのレート部分とcビットのキャパシティ部分とを含むbビットの情報をステートとし、追加データAのビット長を|A|とし、
追加データAをP×rビットの秘匿対象のデータを含む値Ar=(Ar 1,Ar 2,…,Ar P)と(|A|-P×r)ビット分の秘匿対象ではない値A'=(A'1,A'2,…,A'|A|/r-P)とに分割する分割部と、
n=1,2,…,|A|/rとし、前記追加データAを|A|/r個に分割して得られる各値をAnとし、予め定めたビット列と秘密鍵Kとを連結した値を暗号化ステートの初期値S0とし、bビットの暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1のrビットに対し、値Anとの排他的論理和SR,n-1 xor Anを求め、前記値Anが秘匿対象のデータAr 2,Ar 3,…,Ar Pの場合、ステートSn-1のレート部分SR,n-1を復元情報RI1,RI2,…,RIP-1として出力する第一排他的論理和部と、
bビットのビット列dをbビットのビット列eに置換する関数を置換fとし、前記暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1を前記排他的論理和SR,n-1 xor Anに置換え、置換えたビット列を置換fを用いて置換し、置換したビット列を暗号化ステートSnとして求め、暗号化ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIPとして出力する第一置換部と、
暗号化ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界設定部と、
メッセージMのビット長を|M|とし、m=1,2,…,|M|/rとし、前記メッセージMを|M|/r個に分割して得られる各値をMmとし、bビットの暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1のrビットに対し、メッセージMmとの排他的論理和SR,|A|/r+m-1xor Mmを求める第二排他的論理和部と、
前記暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1を前記排他的論理和SR,|A|/r+m-1xor Mmに置換え、置換えたビット列を置換fを用いて置換し、置換したビット列を暗号化ステートS|A|/r+mとして求め、前記暗号化ステートS|A|/r+mのレート部分のrビットを暗号化データCmとし、|M|/r個の暗号化データCmを含む暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)を出力する第二置換部と、
暗号化ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rと秘密鍵Kとの排他的論理和をタグTとして出力するタグ生成部と、
前記暗号化データCと前記タグTと前記値A'と復元情報RI=(RI1,RI2,…,RIP)とを出力する出力部を含み、
前記復号データ生成装置は、
前記暗号化データCと前記タグTと前記値A'と前記復元情報RIとを受け取る入力部と、
前記暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)に含まれる前記暗号化データC|M|/rとcビットの前記タグTとを連結した値を復号ステートSの初期値S|A|/r+|M|/rとし、復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rとcビットの前記秘密鍵Kとの排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kを求める第三排他的論理和部と、
暗号化する際に用いた前記置換fの逆関数をf-1とし、前記復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rを前記排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kに置換え、置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートS|A|/r+|M|/r-1として求める第三置換部と、
m=1,2,…,|M|/r-1において、復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mと、暗号化データCmとの排他的論理和SR,|A|/r+m xor Cmを復号データMm+1として出力する第四排他的論理和部と、
m=1,2,…,|M|/r-1において、前記復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mを暗号化データCmに置換え、置換えたビット列を前記逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートS|A|/r+m-1として求める第四置換部と、
復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rと、復元情報RIPとの排他的論理和SR,|A|/r xor RIPを復号データM1,Dとして出力する第五排他的論理和部と、
復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界除去部と、
前記復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを前記復元情報RIPに置換え、前記復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートS|A|/r-1として求める第五置換部と、
前記値A'を|A'|/r個に分割して得られる各値をA'qとし、q=1,2,…,|A|/r-P及びp=1,2,…,P-1において、(i)値A'qを入力としたとき、復号ステートSnのレート部分SR,nと、前記値A'qとの排他的論理和SR,n xor A'qを求め、(ii)復元情報RIpを入力としたとき、復号ステートSnのレート部分SR,nのrビットに対し、復元情報RIpとの排他的論理和SR,n xor RIpを求め、排他的論理和SR,nxor RIpを秘匿対象のデータAp+1として出力する第六排他的論理和部と、
n=1,2,…,|A|/r-1において、前記復号ステートSnのレート部分SR,nを(i)排他的論理和SR,n xor A'q、または、(ii)復元情報RIpに置換え、置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートSn-1として求める第六置換部と、
復号ステートS0のキャパシティ部分SC,0と秘密鍵Kとが一致するか否かによりメッセージ認証を行い、一致する場合には、予め定めたビット列と復号ステートS0のレート部分SR,0との排他的論理和を値Ar 1として出力する認証部とを含み、
上記置換fは、ランダム置換と区別不能な置換である、
追加データ付き認証暗号システム。 An authenticated encryption system with additional data that includes an encrypted data generator and a decrypted data generator.
The encrypted data generator is
The bit length of the private key K is c-bit, the b-bit information including the rate part of r-bit and the capacity part of c-bit is the state, and the bit length of additional data A is | A |.
The additional data A is the value A r = (A r 1 , Ar 2 ,…, Ar P ) and (| A | -P × r) bits that include the data to be concealed in the P × r bits. no value a '= (a' 1, a '2, ..., a' | / rP | a) and a dividing portion for dividing into,
Let n = 1,2, ..., | A | / r, and let each value obtained by dividing the additional data A into | A | / r pieces be A n, and concatenate the predetermined bit string and the private key K. Let the value obtained be the initial value S 0 of the encryption state, and the b-bit encryption state S n-1 rate portion S R, the exclusive OR with the value A n for the r bits of n-1 S R, Find n-1 xor A n, and if the value A n is the data A r 2 , A r 3 , ..., A r P to be concealed, restore the rate part S R, n-1 of the state S n-1. Information RI 1 , RI 2 ,…, RI P-1 output as the first exclusive OR part,
Let the function that replaces the bit string d of the b bits with the bit string e of the b bits be the permutation f, and the rate part S R, n-1 of the encryption state S n-1 is the exclusive OR S R, n-1 xor. Replace with A n , replace the replaced bit string with the replacement f, find the replaced bit string as the encryption state S n , and set the rate part S R, | A | / r of the encryption state S | A | / r. a first replacement unit for outputting a restoration information RI P,
Capacity part of encryption state S | A | / r A boundary setting part that inverts a predetermined bit of S C, | A | / r,
The bit length of the message M is | M |, m = 1,2,…, | M | / r, and each value obtained by dividing the message M into | M | / r is M m , b. Bit encryption state S | A | / r + m-1 rate portion S R, | A | / r + m-1 exclusive OR with message M m for r bits S R, | A | / r + m-1 xor M m The second exclusive OR part,
The rate portion S R, | A | / r + m-1 of the encryption state S | A | / r + m-1 is the exclusive OR S R, | A | / r + m-1 xor M m. the replacement, the bit string replacing substituted with a substituent f, and the bit string obtained by replacing the encrypted state S | determined as / r + m, the encrypted state S | | a a | / r + r of rate portion of the m bits and the encrypted data C m, | M | / r pieces of encrypted data C including the encrypted data C m = (C 1, C 2, ..., C | M | / r) second replacement for outputting Department and
A tag generator that outputs the exclusive OR of the private key K and the capacity part S C, | A | / r + | M | / r of the encryption state S | A | / r + | M | / r as the tag T. When,
It includes an output unit that outputs the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI = (RI 1 , RI 2 , ..., RI P).
The decoded data generator is
An input unit that receives the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI.
The decryption state is the value obtained by concatenating the encrypted data C | M | / r contained in the encrypted data C = (C 1 , C 2 , ..., C | M | / r) and the tag T of the c bit. The initial value of S is S | A | / r + | M | / r, and the capacity portion of the decoding state S | A | / r + | M | / r S C, | A | / r + | M | / r and c bits Exclusive OR with the private key K S C, | A | / r + | M | / r xor K
The inverse of the substitution f used when encrypting and f -1, the decoded state S | A | / r + | M | / r capacity portion S C of, | A | / r + | M | / r Is replaced with the exclusive OR S C, | A | / r + | M | / r xor K, the replaced bit string is replaced with the inverse function f -1 , and the replaced bit string is in the decoding state S | A | / The third permutation part obtained as r + | M | / r-1 and
m = 1,2, ..., | M | / In r-1, the decoding state S | A | / r + m of rate portion S R, | A | / r + and m, exclusive of the encrypted data C m OR , | A | / r + m xor C m is output as decoded data M m + 1 , and the fourth exclusive OR part,
In m = 1,2, ..., | M | / r-1, the rate portion S R, | A | / r + m of the decryption state S | A | / r + m is replaced with the encrypted data C m. The fourth substitution part, in which the replaced bit string is replaced by using the inverse function f -1 , and the replaced bit string is obtained as the decoding state S | A | / r + m-1,
Decoding state S | A | / r of rate portion S R, | A | and / r, exclusive S R of the restoration information RI P, | a / r xor RI P decoded data M 1, D | A The fifth exclusive OR part to be output and
Demarcation state S | A | / r capacity portion S C, | A | / r demarcation section that inverts a given bit,
Said decoding state S | A | / r of rate portion S R, | A | / r to replace the restoration information RI P, the decoded state S | A | / capacity portion r S C, | A | / r The fifth substitution part, in which the bit string obtained by inverting the predetermined bits of is replaced by using the inverse function f -1 , and the replaced bit string is obtained as the decoding state S | A | / r-1,
'The | A' | the value A / r pieces each value obtained by dividing the the A 'q, q = 1,2, ..., | A | / rP and p = 1,2, ..., P- in 1, (i) value a 'when the enter q, rate portion S R of the decoding state S n, and n, the value a' calculated exclusive OR S R and q, the n xor a 'q , (Ii) When the restoration information RI p is input, the exclusive OR S R, n xor RI p with the restoration information RI p is obtained for the r bits of the rate part S R, n of the decoding state S n. , Exclusive OR S R, n xor RI p is output as data A p + 1 to be concealed.
n = 1,2, ..., | A | / In r-1, the decoding state S n of the rate portion S R, the n (i) XOR S R, n xor A 'q , or, (ii ) The sixth substitution part, which is replaced with the restoration information RI p , the replaced bit string is replaced by using the inverse function f -1 , and the replaced bit string is obtained as the decoding state S n-1.
Message authentication is performed based on whether or not the capacity portion S C, 0 of the decryption state S 0 and the private key K match, and if they match, the predetermined bit string and the rate portion S R of the decryption state S 0, 0 and outputs the exclusive OR as the value a r 1 viewed including the authentication unit and,
The above substitution f is a substitution indistinguishable from a random substitution ,
Authenticated encryption system with additional data.
前記暗号化データ生成装置が、
秘密鍵Kのビット長をcビットとし、rビットのレート部分とcビットのキャパシティ部分とを含むbビットの情報をステートとし、追加データAのビット長を|A|とし、
追加データAをrビットの秘匿対象のデータを含む値Arと(|A|-r)ビット分の秘匿対象ではない値A'とに分割する分割ステップと、
n=1,2,…,|A|/rとし、前記追加データAを|A|/r個に分割して得られる各値をAnとし、予め定めたビット列と秘密鍵Kとを連結した値を暗号化ステートの初期値S0とし、bビットの暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1のrビットに対し、値Anとの排他的論理和SR,n-1 xor Anを求める第一排他的論理和ステップと、
bビットのビット列dをbビットのビット列eに置換する関数を置換fとし、前記暗号化ステートSn-1のレート部分SR,n-1を前記排他的論理和SR,n-1 xor Anに置換え、置換えたビット列を置換fを用いて置換し、置換したビット列を暗号化ステートSnとして求め、暗号化ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを復元情報RIとして出力する第一置換ステップと、
暗号化ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界設定ステップと、
メッセージMのビット長を|M|とし、m=1,2,…,|M|/rとし、前記メッセージMを|M|/r個に分割して得られる各値をMmとし、bビットの暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1のrビットに対し、メッセージMmとの排他的論理和SR,|A|/r+m-1xor Mmを求める第二排他的論理和ステップと、
前記暗号化ステートS|A|/r+m-1のレート部分SR,|A|/r+m-1を前記排他的論理和SR,|A|/r+m-1xor Mmに置換え、置換えたビット列を置換fを用いて置換し、置換したビット列を暗号化ステートS|A|/r+mとして求め、前記暗号化ステートS|A|/r+mのレート部分のrビットを暗号化データCmとし、|M|/r個の暗号化データCmを含む暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)を出力する第二置換ステップと、
暗号化ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rと秘密鍵Kとの排他的論理和をタグTとして出力するタグ生成ステップと、
前記暗号化データCと前記タグTと前記値A'と前記復元情報RIとを出力する出力ステップを実行し、
前記復号データ生成装置が、
前記暗号化データCと前記タグTと前記値A'と前記復元情報RIとを受け取る入力ステップと、
前記暗号化データC=(C1,C2,…,C|M|/r)に含まれる前記暗号化データC|M|/rとcビットの前記タグTとを連結した値を復号ステートSの初期値S|A|/r+|M|/rとし、復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rとcビットの前記秘密鍵Kとの排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kを求める第三排他的論理和ステップと、
暗号化する際に用いた前記置換fの逆関数をf-1とし、前記復号ステートS|A|/r+|M|/rのキャパシティ部分SC,|A|/r+|M|/rを前記排他的論理和SC,|A|/r+|M|/rxor Kに置換え、置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートS|A|/r+|M|/r-1として求める第三置換ステップと、
m=1,2,…,|M|/r-1において、復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mと、暗号化データCmとの排他的論理和SR,|A|/r+m xor Cmを復号データMm+1として出力する第四排他的論理和ステップと、
m=1,2,…,|M|/r-1において、前記復号ステートS|A|/r+mのレート部分SR,|A|/r+mを暗号化データCmに置換え、置換えたビット列を前記逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートS|A|/r+m-1として求める第四置換ステップと、
復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rと、復元情報RIとの排他的論理和SR,|A|/r xor RIを復号データM1,Dとして出力する第五排他的論理和ステップと、
復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させる境界除去ステップと、
前記復号ステートS|A|/rのレート部分SR,|A|/rを前記復元情報RIに置換え、前記復号ステートS|A|/rのキャパシティ部分SC,|A|/rの所定のビットを反転させたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートS|A|/r-1として求める第五置換ステップと、
前記値A'を|A'|/r個に分割して得られる各値をA'nとし、n=1,2,…,|A|/r-1において、復号ステートSnのレート部分SR,nと、前記値A'nとの排他的論理和SR,n xor A'nを求める第六排他的論理和ステップと、
n=1,2,…,|A|/r-1において、前記復号ステートSnのレート部分SR,nを排他的論理和SR,n xor A'nに置換え、置換えたビット列を逆関数f-1を用いて置換し、置換したビット列を復号ステートSn-1として求める第六置換ステップと、
復号ステートS0のキャパシティ部分SC,0と秘密鍵Kとが一致するか否かによりメッセージ認証を行い、一致する場合には、予め定めたビット列と復号ステートS0のレート部分SR,0との排他的論理和を値Arとして出力する認証ステップとを実行し、
上記置換fは、ランダム置換と区別不能な置換である、
追加データ付き認証暗号方法。 An authentication encryption method with additional data using an encrypted data generator and a decrypted data generator.
The encrypted data generator
The bit length of the private key K is c-bit, the b-bit information including the rate part of r-bit and the capacity part of c-bit is the state, and the bit length of additional data A is | A |.
A split step that divides the additional data A into a value A r that contains r bits of data to be hidden and a value A'that is not hidden by (| A | -r) bits.
Let n = 1,2, ..., | A | / r, and let each value obtained by dividing the additional data A into | A | / r pieces be A n, and concatenate the predetermined bit string and the private key K. Let the value obtained be the initial value S 0 of the encryption state, and the b-bit encryption state S n-1 rate portion S R, the exclusive OR with the value A n for the r bits of n-1 S R, a first exclusive OR step of obtaining n-1 xor a n,
Let the function that replaces the bit string d of the b bits with the bit string e of the b bits be the permutation f, and the rate part S R, n-1 of the encryption state S n-1 is the exclusive OR S R, n-1 xor. Replace with A n , replace the replaced bit string with the replacement f, find the replaced bit string as the encryption state S n , and set the rate part S R, | A | / r of the encryption state S | A | / r. The first replacement step to be output as the restore information RI, and
A demarcation step that inverts a given bit of the encryption state S | A | / r capacity portion S C, | A | / r, and
The bit length of the message M is | M |, m = 1,2,…, | M | / r, and each value obtained by dividing the message M into | M | / r is M m , b. Bit encryption state S | A | / r + m-1 rate portion S R, | A | / r + m-1 exclusive OR with message M m for r bits S R, | A | / r + m-1 xor M m The second exclusive OR step and
The rate portion S R, | A | / r + m-1 of the encryption state S | A | / r + m-1 is the exclusive OR S R, | A | / r + m-1 xor M m. the replacement, the bit string replacing substituted with a substituent f, and the bit string obtained by replacing the encrypted state S | determined as / r + m, the encrypted state S | | a a | / r + r of rate portion of the m bits and the encrypted data C m, | M | / r pieces of encrypted data C including the encrypted data C m = (C 1, C 2, ..., C | M | / r) second replacement for outputting Steps and
Tag generation step that outputs the exclusive OR of the private key K and the capacity part S C, | A | / r + | M | / r of the encryption state S | A | / r + | M | / r as the tag T. When,
The output step of outputting the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI is executed.
The decoded data generator
An input step for receiving the encrypted data C, the tag T, the value A', and the restoration information RI.
The decryption state is the value obtained by concatenating the encrypted data C | M | / r contained in the encrypted data C = (C 1 , C 2 , ..., C | M | / r) and the tag T of the c bit. The initial value of S is S | A | / r + | M | / r, and the capacity portion of the decoding state S | A | / r + | M | / r S C, | A | / r + | M | / r and c bits Exclusive OR with the private key K S C, | A | / r + | M | / r xor K
The inverse of the substitution f used when encrypting and f -1, the decoded state S | A | / r + | M | / r capacity portion S C of, | A | / r + | M | / r Is replaced with the exclusive OR S C, | A | / r + | M | / r xor K, the replaced bit string is replaced with the inverse function f -1 , and the replaced bit string is in the decoding state S | A | / The third substitution step obtained as r + | M | / r-1 and
m = 1,2, ..., | M | / In r-1, the decoding state S | A | / r + m of rate portion S R, | A | / r + and m, exclusive of the encrypted data C m OR The fourth exclusive OR step that outputs S R, | A | / r + m xor C m as decrypted data M m + 1 and
In m = 1,2, ..., | M | / r-1, the rate portion S R, | A | / r + m of the decryption state S | A | / r + m is replaced with the encrypted data C m. The fourth replacement step, in which the replaced bit string is replaced by using the inverse function f -1 , and the replaced bit string is obtained as the decoding state S | A | / r + m-1,
The exclusive OR of the rate part S R, | A | / r of the decoding state S | A | / r and the restoration information RI S R, | A | / r xor RI is output as the decoding data M 1, D. The fifth exclusive OR step and
A demarcation step that inverts a given bit of the capacity portion S C, | A | / r of the decryption state S | A | / r,
Said decoding state S | A | / r of rate portion S R, | A | / r to replace the restoration information RI, the decoded state S | A | / r capacity portion S C of, | A | / r of The fifth substitution step, in which the bit string obtained by inverting a predetermined bit is replaced by using the inverse function f -1 , and the replaced bit string is obtained as the decoding state S | A | / r-1,
'The | A' | the value A / r pieces each value obtained by dividing the the A 'n, n = 1,2, ..., | A | In / r-1, rate portion of the decoding state S n S R, and n, 'xOR S R and n, n xor a' the value a and the sixth exclusive OR step of determining n,
n = 1,2, ..., | A | / In r-1, the decoding state S n of the rate portion S R, n exclusive OR S R, n xor A 'replaced by n, the bit string replacing reverse The sixth replacement step of substituting using the function f -1 and finding the replaced bit string as the decoding state S n-1.
Message authentication is performed based on whether or not the capacity portion S C, 0 of the decryption state S 0 and the private key K match, and if they match, the predetermined bit string and the rate portion S R of the decryption state S 0, Execute the authentication step that outputs the exclusive OR with 0 as the value Ar ,
The above substitution f is a substitution indistinguishable from a random substitution ,
Authenticated encryption method with additional data.
暗号化データ生成方法。 Encrypted data generation method.
復号データ生成方法。 Decrypted data generation method.
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