JPS63205687A - 開放キーの取扱いによって暗号装置のネットワークにおける秘密素子を保護する方法および装置 - Google Patents

開放キーの取扱いによって暗号装置のネットワークにおける秘密素子を保護する方法および装置

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JPS63205687A
JPS63205687A JP63034922A JP3492288A JPS63205687A JP S63205687 A JPS63205687 A JP S63205687A JP 63034922 A JP63034922 A JP 63034922A JP 3492288 A JP3492288 A JP 3492288A JP S63205687 A JPS63205687 A JP S63205687A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般に暗号装置に関し、さらに詳しく述べれ
ば、開放キーの取扱いによって暗号装置のネットワーク
における秘密素子を保護する方法および装置に関する。
現在広く使用されている通信ネットワークは、広範囲な
暗号学的保護を必要とする。これは、キー取扱いに関す
るかなりの問題を生じる。これは、下記の理由で在来の
二項点間接続の場合にめったに生じなかった： １、　ネットワークは動的であり、すなわち使用者の数
は絶えず変化し、古い関係者が出て新しい関係者が入り
、さらに所要（または許容）接続の量も可変である。
２、　ネットワークの開放性は使用者がだれでもネット
ワークに接近しうるので、使用者の識別に関する特殊な
手段を必要とする。
近年、かかる状況について異なるキー取扱いの可能性が
提案された。在来の（対称）ブロック暗号アルゴリズム
に基づく方法が知られているが、公共キー法も使用され
た。下記検討において、特にある種の実施例に関して、
主として在来のアルゴリズムの状況が説明されるが、本
発明の概念の大部分は公共キーの状況まで拡大すること
ができる。
在来のキー取扱い法の基本概念は、いわゆる「マスター
・キー」の原理に基づいている。これは、特定の階層の
キーが設定されることを意味するので、特定のキー（最
低位の階層）がデータ符号化自体に使用される。高位の
キー（マスタ一番キー）は「キー取扱い報告」の暗号化
に使用されるこれらの報告は低位の新しいキーの伝送に
役立つ。
対応する方法はＡＮＳＩ（米国規格協会）ニヨッテ規格
化された（Ａ　Ｎ　Ｓ　Ｉ　Ｘ９．１？）、事実上同じ
装置用のｌ５Ｏ（国際標準化機構）の提案された規格も
ある（ＩＳＯＤＰ　　８７３２）、ここで、「データ暗
号キー（ＫＤ）と「キー暗号キー（ＫＫ）Ｊとの間に区
別が作られている０代表的な応用では、すべての新しい
セツション（データ伝送）の始まりで、ランダムＫＤは
、暗号の形をした２字ＫＫと共に送られ、引続き暗号に
使用される。
暗号アルゴリズムとして、ＤＢＳ（１９７７年１月、ワ
シントンＤＣ１国家規格局、ＦＩＰＳ出版物４６による
「データ暗号規格」）が規格として提案されている。し
かしこれらの方法も他のすべてのブロック暗号と共に同
じように働く。
追加の保全として、規格はｒカウンタ」の使用を規定し
ている。これらのカウンタは、一方ではＫＫの応用の数
をカウントし、他方ではこのＫＫを使用前に変更する（
キー−オフセット動作）、装置はカウンタのいかなる減
分も不可能となるように設計すべきである。追加のプロ
セスが供給され、それによって２つの装置関連カウンタ
は同期化される。この結果、以前に記憶された古い報告
は盗まれた装置では復号することができないのは、それ
ぞれの場合に低いカウンタ値が使用されかつカウンタの
減分が不可能だからである。
図面の第１図はＡＮＳＩＸ９．１７によるセツションの
構造に必要な動作を概略的に示す、ブロック記号Ｅは暗
号動作を表わす、最初、キー符号化キーＫＫを用いて暗
号化された、例えばランダム発生器によってランダムに
作られたＫＤデータ・キーが送られる。この目的で、Ｋ
Ｋは関連カウンタ（オフセットされている）を用いてま
ず変更される。この動作の結果はＫＫ。
（オフセットされたＫＫ）で表わされ、暗号データ・キ
ーはＥｋに。　（ＫＤ）で表わされる。
次に、ＫＤの下で暗号化されたデータが送られ、暗号は
ＥＫＤ（データ）で表わされる。したがって受信機はま
ず第１動作の反転によってＫＤを求め、次にデータの暗
号を解読することができる。
暗号装置の設計では、主な問題の１つはどんな形の接近
に対してどんな素子を保護すべきかという点である。一
層安全な費用効果の良い装置を作るべきならば、一方で
は保護すべき区域をできるだけ小さく保たなければなら
ない、他方では、比較的簡単な保護手段で事が足りるよ
うに考慮すべきである。したがって、高感度な素子につ
いて費用効果の良い保護手段が可能となるようなキー取
扱い装置が要求される。なるべく装置は、使用者の簡単
な識別や、接近制御器の使用をも可能にするとともに、
最高保全（または階層）位のＫＫの分配用「キー・ガン
」の提供を直接可能にすることが望ましい。
したがって、以下に一段と詳しく開示される特徴を含む
適当な別法が提供される。
本発明の１つの面において、これは開放キー取扱い法お
よび異なる階層位のキーを持つネットワークに用いる暗
号装置を供給することによって達成され、その場合キー
は高い階層位のキーの下に暗号の形で送られ、また保全
モジュールは装置から構造的かつ電気的に分離可能であ
り、また機能段およびキーも置かれて記憶されるので、
装置は秘密素子から離れている。
上記および他の面は、添付図面とともに下記の本発明の
詳細な説明から明白になるであろう。
しかし言うまでもなく５図面は本発明の定義を意図する
ものではなく、説明のためのものに過ぎない。
本発明は下記特性を有する情報保全モジュール「トーク
ン」の使用に基づいている＝１、寸法は人が楽に持ち運
べるだけ小さい（例えばトークンはいわゆる「スマート
・カード」、すなわちクレジット拳カード形式に電子情
報を備えたモジュールの形をとることがある）； ２、情報を記憶してそれを長期間にわたり利用できるよ
うに保つ能力がある； ３、暗号操作を実行する能力がある； ４、機能（例えばそのプログラム）は外部からの影響を
受けない； ５、トークンに記憶された情報は簡単には読み出されな
い。
６、動作には合い言葉が必要である点から、トークンは
合い言葉で「封印」されている。
このトークンによって、本発明の基本目的が達成される
だけではなく、以下に示す多くの他の利点が得られる。
少し似た装置が、例えばニューヨークのＪｏｈｎＷｉｌ
ｅｙ　ａｎｄ　５ｏｎｓ発行ｔｙ）　Ｃ，に、　Ｍｅｙ
ｅｒらによるｒ　Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈ２　：　Ａ　
Ｎｅｗ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　ｉｎ　ＤａｔａＳｅｃｕ
ｒｉｔｙ　（暗号体系：データ保全の新次元）」の第８
５２頁〜第５８４頁、および米国特許第４．４９８，０
００号、ならびに欧州特許出願第ＥＰＯ，１４８，９１
３０Ａ　１号に記載されている０本発明とＣ，Ｈ，Ｍｅ
ｙｅｒらの装置との主要な相違は、例えばＭｅ７ｅ　ｒ
らによる保全モジュールは端末（すなわちホスト）と共
に静止して固く結合されているが、本発明による保全モ
ジュールは移動式であり、すなわちベース・ユニットか
ら分離することができる点である。米国特許第４，４９
８．０００号は基本的にコンピュータ呼出しの「バンコ
マッ）　（１３ａｎｋｏ■ａｔ）　Ｊに対する識別を供
給する装置を開示している。これはデータの暗号化を伴
わない、欧州特許出願第Ｅ　Ｐ　Ｏ，１４８，９８０Ａ
　１号の装置では、データ暗号化に関して「妥当モジュ
ール」が使用されている。しかし、この場合キー制御は
本発明によるものよりもはるかに困難である０本発明に
よるキーの階層は存在しない。
上記は本装置および方法に存在する既知の制限を示す、
かくして、それは上記の１つ以上の制限に打ち勝つよう
にされた別法を提供するのに有利であることは明白であ
る。
図示されている暗号装置は２つの部分から成る。それは
「ベース」と呼ばれる基本部分Ｂと、トークンと呼ばれ
てベースから構造的かつ電気的に分離可能な保全モジュ
ールＴとから成る。相互に接続するように、部分Ｂおよ
びＴは相補インターフェース１ならびにｌ’　（例えば
動電気接点の形をした）を備えている。全体として見る
と、図示の暗号装置は前述のＡＮＳ　Ｉ規格Ｘ　９．１
７により作動するように設計された在来の暗号装置に全
く対応する。したがって本発明はかかる在来形の装置に
新しい部分ＢおよびＴを含むものである。
ベース部分Ｂは本質的に、データ暗号キーＫＤを作る符
号化／復号化段？およびランダム発生器３を含んでいる
。トークンＴもまた本質的に、符号化／復号化段４、オ
フセット段５、オフセット使用のカウンタ１２、および
（おそらく数個の）キー暗号キーＫＫ用のメモリ６を含
む、カウンタはソフトウェアで実現されることが望まし
い。
ベース部分Ｂの残部はこの種の在来装置に対応し、詳し
く説明する必要はない。
構造上、トークンはクレジット・カードのような形をし
ていることが望ましい、−例が第５図に概略的に示され
ており、電子回路を含む区域は７で表わされる。ベース
部分Ｂとの電気接続は、例えばガルバニック接触により
既知の「スマート・カード」で行われる。
必要な機能を実現させるのに要求される電子回路は第６
図により、すなわち単チップ・プロセッサ（単一集積回
路の形をしたプロセッサ）８およびＥＥＰＲＯＭＳすな
わちバッテリ・バッファ式ＲＡＭの形をしたメモリ９に
よって供給されることが望ましい、メモリは一定の条件
下で、プロセッサ・チップ自体のすぐ上に置かれる。
かくてトークンＴの「情報」は単チップ・プロセッサ（
メモリと組み合わせて）により供給される。簡単な手段
では記憶された情報を読み出すことができないようにす
る（非認可者による）ために、プロセッサは一方では外
部プログラム符号（指令）を実行することができず、他
方ではその内部メモリの内容（プログラムおよびデータ
）が電気信号の印加によって外部から読むことができな
いようにプログラムし得るものとする。比較的大形で電
気的に消去可能でなければならない（例えば保全上の理
由で）持久メモリ９がプロセッサ８と同じチップ上に含
まれていないならば、その内容は読出しおよび変更に対
する暗号アルゴリズムによって保護されなければならな
い、この目的で、単チップ・プロセッサ８の（読出し不
能）メモリ内に置かれる特殊ファイル拳キーに、が使用
されることがある。このレイアウトでは、トークンにあ
る情報のどんな未承認の読出しでも、プロセッサ・チッ
プ（少なくともＫＦ）の情報の読出しを必要とする。も
し対応するチップ・メモリがＥＰＲＯＭまたはＥＥＦＲ
ＯＭ技術に供給されるならば、これは比較的高価な技術
を要求し、かつ多くの場合に適当な保護の程度（いわゆ
る「不正変更保護」を与える。
データ暗号キーＫＤの暗号化に必要なキー暗号キーＫＫ
は、特殊装置またはおそらく暗号装置（ベース部分）に
おいて装置自体によって作られ、かつ前述の保護面を考
慮してトークン上の関連カウンタ（カウンタ自体および
内容）と共に記憶される。
２つの暗号装置間の接続が設定されるべき場合は、トー
クンは暗号装置（ベース部分）への接続に必要なＫＫと
共に挿入されなければならない、すべてのセツションで
、ランダム・データ暗号化符号ＫＤが作られて、符号（
ＥＫに。
（ＫＤ））の形でＫＫにより（対応するオフセットと共
に）引続き送られなければならない、受信暗号装置にお
いて、データ暗号ＫＤは暗号からの操作の適当な逆転に
よって復帰されなければならない、データ暗号ＫＤの符
号化および復号化はトークンで行われ、ベース部分では
行われない、したがって、関連の暗号装置（ベース部分
、すなわちトークンを含まない装置）はデータ暗号キー
ＫＤのみを呼び出し、関連のキー暗号キーＫＫを呼び出
さない、カウンタでの所要操作、すなわち例えばオフセ
ツティングも、トークンで自動的に行われる。
第２図および第３図に概略的に示される通り、トークン
は合い言葉装置を具備することもあり、それによって使
用者が正しい合い言葉を（ベース部分によって）挿入し
た場合のみキーＫＫを呼び出すことができる。比較器１
０は挿入された合い言葉をトークンに記憶された合い言
葉ＰＷと比較して、比較結果の関数として、例えば符号
化／復号化段４を解除したり阻止する。この合い言葉装
置は明らかに、どんな所望の複雑性でも思いつくことが
できる。−通信暗号化の上述の装置は（合い言葉装置と
共に）、正しい所要の合い言葉を知るトークンの所有者
のみが接続を行うのに必要なキーＫＫを呼び出すので、
暗黙の使用者識別を与える。
しかし、第４図に示される例のような、明確な使用者識
別の原理を利用することもできる。
そこに示される装置は、「トークン・リーダー」と呼ば
れるベース部分Ｂ′と、既知のトークンＴとから成る。
トークンは同じく符号化段４、合い言葉装置１０および
キーと合い言葉用のメモリ６を含む、ここで識別に使用
されるキーは一般にＫＫｉで表わされる。トークン・リ
ーダーには、ランダム発生器３、符号化段２、キー・メ
モリ６′、および比較器１１がある。
装置は「呼掛は応答法」によって作動し、すなわち正し
い合い言葉の入力によるトークンの作動に従って、ラン
ダム発生器３はランダム数ＲＮを作るが、これはメモリ
６′に含まれる識別キー２により符号化段２で符号化さ
れる。同時に、ランダム数はトークンに転送されて再び
そこでトークンに記憶されたキーＫＫｉの下で符号化さ
れる。暗号（Ｅ　　　（ＲＮ）’）はトークＫｉ ン・リーダに戻り、そこで比較器１１によってトークン
・リーダで作られる暗号と比較される。したがって比較
の結果がそのとき知らされる。
トークン・リーダＢ′は必ずしも独立した装置である必
要はなく、明らかに暗号装置に一体化されたりかかる装
置に具備されることがある。ただ必要なことは１例えば
第２図および第３図の暗号装置のベース部分Ｂを比較器
１１およびオプションとしてのキー参メモリ６′によっ
て拡張することである。
本発明による保全モジュール（トークン）はさらに、い
わゆる「キー・ガン」　（キー分配装置）の意味でキー
分配に直接使用されることがある０分配すべきキーはト
ークンのメモリに置かれるとともに、目標暗号装置への
トークンの挿入に続いて（合い言葉の入力に続いて）装
置および関連の第２トークンに転送される。
装置をベース部分とトークンとに分ける上述の原理によ
って、多数の保護機能が得られる。
トークン内におけるキー符号化キーＫＫ（すなわち真に
高感度な秘密素子）および容易に操作される形のトーク
ンの記憶は、装置の使用に続くすべての高感度素子の除
去を可能にする。これは、暗号装置がその非作動状態で
保全素子を含まないことを意味する。したがってそれら
を非承認の開放から守る必要はない。
暗号装置の作動が例えばせいぜいハードウェアやソフト
ウェアの変形によって影響されることがあれば、瞬時デ
ータ・キー（ＫＤ）の呼出しが得られる。トークンの分
析なしに、使用されるＫＫを学ぶことは不可能である。
トークンは主としてその形状が小さいという面で保護さ
れ、それによってトークンは例えば使用者により容易に
確実に保護される。
トークンの秘密素子は、合い言葉によって第１段で保護
される０合い言葉を知らずに呼び出すには、集積回路素
子の技術的に困難な操作が必要になる。
【図面の簡単な説明】
第１図はＡＮＳ　Ｉ規格Ｘ　９．１７による先行技術の
セツションの構造に必要な作動を示す図、第２図および
第３図は本発明の暗号装置の１つの実施例を示す図、第
４図は本発明による識別装置の１つの実施例を示す図、
第５図は本発明による保全モジュール（トークン）の１
つの実施例の略図、第６図は第５図のトークンの電気的
レイアウトの１つの実施例を示す図である。 図中、 Ｂ・・・ベース；Ｔ・・・トークン；１，１’・・・イ
ンターフェース；２．４・・・符号化／復号化段；３・
・・ランダム発生器；５・・・オフセット段；６・・・
メモリ；　１Ｇ、１１．１２・・・カウンタ１　　　、
、、、、　　インターフェイス１　’　　、、、、、　
　インターフェイス２　　、、、、、符号化／榎号化役 ３　　　、、、、、　　ランダムｉｅ−生外４　　、、
、、、符号化／復号化段 Ｓ　　　、、、、、　　オフセット段 ６　　　、、、、、　　メ七り １Ｇ　　　、、、、、８い畜儀装！ １２　　　、、、、、　７７ウンタ Ｂ　　、、、、、　　ベース部分 子　　、、、、、　保金七ジュール（トークン）１　　
　、、、、、　　インターフェイス３　　　、、、、、
　　ラ゛ツタ゛ム欠生器４　　、、、、、　　行乃化／
僕号化段Ｓ　　、、、、、　　オフセット段 １１　　　、、、、、　　比較ａ　　　　　　Ｔ　　＋
＋＋＋＋　　保会七ゾユール（トタン）１　’　　、、
、、、　　インターフェイス４　　、、、、、　Ｒ号化
／ｆｌｊｉ５化段７　　、、、、、　　区域 ａ　　　、、、、、　　＊テ、９アアロで・ソサ９　　
　、、、、、　　メモリ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）開放キー制御器および異なる階層位のキーを持つ
    暗号装置のネットワークにおいて秘密素子を保護する方
    法であって： 低い階層位のキーの暗号化が使用される暗 号装置から分離し得る保全モジュールで行われ、かつ高
    い階層位のキーの必要なキーも暗号的に保証される様式
    で記憶される、低い階層位のキーを高い階層位のキーの
    下に暗号化された形で送る段階を含むことを特徴とする
    前記秘密素子を保護する方法。
  2. （２）保全モジュールにおける高い階層位のキーの下の
    暗号が合い言葉装置によって保証される、ことを特徴と
    する請求項１記載の方法。
  3. （３）開放キー制御器および異なる階層位のキーを持つ
    ネットワークに用いる暗号装置において、キーは高い階
    層位のキーの下に暗号化された形で送られ、かつ保全モ
    ジュールは装置から構造的および電気的に分離可能であ
    り、さらに機能段およびキーも装置が秘密素子から離れ
    るように置かれかつ記憶される、ことを特徴とする暗号
    装置。
  4. （４）秘密素子が保護する合い言葉装置を含むことを特
    徴とする請求項３記載の装置。
  5. （５）保全モジュールはクレジット・カードの形状に似
    た形状を有することを特徴とする請求項３記載の装置。
  6. （６）保全モジュールはクレジット・カードの形状に似
    た形状を有することを特徴とする請求項４記載の装置。
  7. （７）保全モジュールに記憶される情報は少なくとも一
    部暗号的に保証された形で記憶され る、ことを特徴とする請求項３記載の装 キー置。
  8. （８）保全モジュールには、オフセット値を作るカウン
    タ装置と前記オフセット値と調和してキーを変更する変
    更段とが具備される、ことを特徴とする請求項３記載の
    装置。
  9. （９）特に開放キー制御器および異なる階層位のキーを
    持つネットワークに用いる暗号装置用の保全モジュール
    において、前記モジュールは暗号装置または別の装置と
    構造的および電気的に接続し得る携帯式独立装置の形を
    しており、かつ送り込まれる情報の符号化／復号化に、
    また使用される符号化／復号化キーの記憶に必要な機能
    段およびメモリを含む、ことを特徴とする安全モジュー
    ル。
  10. （１０）保全モジュールは保護する合い言葉装置を含む
    ことを特徴とする請求項９記載の保全モジュール。
  11. （１１）保全モジュールはクレジット・カードの形状に
    似た形状を有することを特徴とする請求項９記載の保全
    モジュール。
  12. （１２）保全モジュールはクレジット・カードの形状に
    似た形状を有することを特徴とする請求項１０記載の保
    全モジュール。
  13. （１３）保全モジュールに記憶される情報は少なくとも
    一部暗号的に保証された形で記憶され る、ことを特徴とする請求項９記載の保全モジュール。
  14. （１４）保全モジュールにはオフセット値を作るカウン
    タ装置と前記オフセット値と調和して キーを変更する変更段とが具備される、ことを特徴とす
    る請求項９記載の保全モジュー ル。
  15. （１５）保全モジュールは使用者識別を与えることを特
    徴とする請求項９記載の保全モジュー ル。
  16. （１６）保全モジュールは記憶を与えるとともに暗号装
    置および所望により別の保全モジュールに暗号キーの出
    力を与える、ことを特徴とする請求項９記載の保全モジ
    ュール。
JP63034922A 1987-02-17 1988-02-17 開放キーの取扱いによって暗号装置のネットワークにおける秘密素子を保護する方法および装置 Pending JPS63205687A (ja)

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CH578/87-1 1987-02-17
CH57887 1987-02-17

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US (1) US4969188A (ja)
EP (1) EP0283432B1 (ja)
JP (1) JPS63205687A (ja)
AT (1) ATE67912T1 (ja)
AU (1) AU595426B2 (ja)
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