JP2003198531A - 共通鍵暗号通信方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハードウェアやソフトウェア規模を増大させ
ることなく、共通鍵暗号の暗号強度を向上させることが
可能な共通鍵暗号通信方法及び装置を提供する。 【解決手段】 共通鍵暗号部１２でのデータの暗号化及
び復号に用いる秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒを、各暗号通信装置２
がそれぞれ個別に疑似乱数発生器２３を用いて生成し、
また、同期信号生成部２２がモニタ信号Ｍに基づいて伝
送路Ｂを流れる伝送フレームの伝送開始及び伝送終了タ
イミングから生成した同期信号Ｔｓ，Ｔｒに従って、各
暗号通信装置２がそれぞれ個別に、秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒの
更新を同一タイミングで行う。つまり、公開鍵暗号方式
を用いずに、しかも、各装置間で通信を行うことなく、
秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒの更新を行っているため、秘密鍵Ｋ
ｓ，Ｋｒを短時間で更新でき、その結果、秘密鍵Ｋｓ，
Ｋｒの更新周期を十分に短くして、共通鍵暗号の暗号強
度を十分に高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信データの暗号
化及び復号の際に用いる秘密鍵を更新しながら暗号通信
を行う共通鍵暗号通信方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、通信等に利用される暗号技術
の代表的なものとして、送信者と受信者とで秘密の鍵
（「秘密鍵」という）を共有し、暗号化，復号を同じ秘
密鍵を用いて行う共通鍵暗号方式と、暗号化時と復号時
とで異なった鍵を使用し、一般に公開された公開鍵で暗
号化したデータは、これと対になる秘密鍵でなければ復
号することのできない公開鍵暗号方式とが知られてい
る。

【０００３】このうち、共通鍵暗号では、暗号化，復号
の際の演算量が比較的少ないため処理速度が早いが、送
信者と受信者との間で秘密鍵を安全に受け渡すこと、い
わゆる鍵配送の問題を解決する必要がある。一方、公開
鍵暗号では、共通鍵暗号の持つ鍵配送の問題はないが、
膨大な演算量を必要とするため、通信速度を早くできな
いという問題がある。

【０００４】そこで、実際には、通信データの暗号化処
理を共通鍵暗号を用いて行い、これに使用する秘密鍵の
受け渡し（鍵交換）についてのみ公開鍵暗号を用いるこ
と（例えば、ＩＰｓｅｃ（IP Security ）のＥＳＰ（En
capsulating Security Payload））が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、公開鍵暗号を鍵交換の時にしか使用しないといって
も、これを実現するためのハードウェアやソフトウェア
の規模が大きいため、装置を構成する回路の規模や記憶
容量が増大してしまうという問題があった。

【０００６】また、公開鍵暗号を用いることにより、鍵
交換を安全に行うことができたとしても、共通鍵暗号に
おいて同じ秘密鍵を使用し続けると解読されるおそれが
あるため、定期的に鍵交換を行う必要がある。そして、
暗号強度を高めるためには、その交換周期をできるだけ
短くすることが望ましい。しかし、公開鍵暗号で行う鍵
交換は、上述したように膨大な演算量を必要とするた
め、その交換周期を十分に短くすることができないとい
う問題もあった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するために、
ハードウェアやソフトウェア規模を増大させることな
く、共通鍵暗号の暗号強度を向上させることが可能な共
通鍵暗号通信方法及び装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の発明である請求項１記載の共通鍵暗号通信方法では、
暗号通信を行う通信装置のそれぞれが、暗号化された通
信データが伝送される伝送路上の信号に基づいて、秘密
鍵の更新を行うべき共通の更新タイミングを表す同期信
号を生成すると共に、その同期信号に従って通信装置間
で同一の新たな秘密鍵を順次生成する。

【０００９】つまり、各通信装置が、同期信号が表す共
通の更新タイミングで、同一の秘密鍵を順次生成するこ
とにより、通信装置間で通信を行うことなく、通信装置
の内部のみで秘密鍵を更新するようにされている。従っ
て、本発明の共通鍵暗号通信によれば、秘密鍵を短時間
で更新できるため、秘密鍵の更新周期を短くすることが
でき、その結果、暗号強度を向上させることができる。

【００１０】即ち、同じ秘密鍵を長期間に渡って使用す
ると、使用している秘密鍵の解析が可能となり、暗号文
が解読されてしまうおそれがあるが、秘密鍵の解析に必
要な情報量に達する前に、次々と秘密鍵を更新すれば、
秘密鍵の解析が困難になるため、暗号強度が向上するの
である。

【００１１】なお、秘密鍵を生成する方法として、具体
的には、例えば請求項２記載のように、同期信号が表す
更新タイミング毎に疑似乱数を発生させ、この疑似乱数
を秘密鍵として用いるようにしてもよい。また、請求項
３記載のように、通信装置のそれぞれに予め秘密文と秘
密鍵とを記憶させ、同期信号が表す更新タイミング毎に
秘密鍵により秘密文を暗号化した暗号文を生成し、この
暗号文を秘密鍵として用いると共に、次回の更新タイミ
ングでは秘密文として用いるようにしてもよい。この場
合、最初は秘密文を秘密鍵で暗号化したものが秘密鍵と
なり、以後、使用中の秘密鍵を秘密鍵で暗号化したもの
が、次回の秘密鍵となる。つまり、暗号文を解読するに
は、鍵の解析を二重に行う必要があるため、暗号強度を
より向上させることができる。

【００１２】次に、請求項４記載の共通鍵暗号通信装置
では、同期信号生成手段が、暗号化された通信データが
伝送される伝送路上の信号に基づいて、秘密鍵の更新を
行うべき更新タイミングを表す同期信号を生成し、鍵生
成手段が、秘密情報格納手段に格納された秘密情報に基
づいて、同期信号が表す更新タイミング毎に新たな秘密
鍵を生成する。すると、データ暗号処理手段は、この鍵
生成手段が生成する秘密鍵を用いて、通信データの暗号
化及び復号を実行する。

【００１３】つまり、本発明の共通鍵暗号通信装置は、
請求項１記載の共通鍵暗号通信方法を実現する装置であ
り、従って、その方法を実施した場合と同様の効果を得
ることができる。なお、鍵生成手段は、請求項５記載の
ように、乱数発生手段が、秘密情報格納手段に格納され
た秘密情報を初期値として、同期信号が表す更新タイミ
ング毎に新たな疑似乱数を発生させるように構成し、こ
の乱数発生手段が発生させた疑似乱数を秘密鍵として使
用するようにしてもよい。

【００１４】また、鍵生成手段は、請求項６記載のよう
に、鍵暗号化手段が、同期信号が表す更新タイミング毎
に、秘密情報格納手段に格納された秘密情報である秘密
鍵を用いて、同じく秘密情報である秘密文を共通鍵暗号
方式により暗号化し、秘密文更新手段が、この鍵暗号化
手段が暗号化した暗号文により秘密文を更新するように
構成し、鍵暗号化手段が生成した暗号文を秘密鍵として
使用するようにしてもよい。

【００１５】また、鍵生成手段は、請求項７記載のよう
に、データ暗号処理手段に供給する秘密鍵が鍵記憶手段
に記憶されており、鍵更新手段が、同期信号が表す更新
タイミング毎に、暗号化すべき通信データの代わりに鍵
記憶手段に記憶された秘密鍵を、データ暗号処理手段に
供給すると共に、鍵記憶手段に記憶された秘密鍵の代わ
りに秘密情報格納手段に格納された秘密情報である秘密
鍵を、データ暗号処理手段に供給し、データ暗号処理手
段が暗号化した暗号文により前記鍵記憶手段の記憶内容
を更新するように構成してもよい。

【００１６】つまり、本発明の共通鍵暗号処理装置は、
データ暗号処理手段が請求項６記載の鍵暗号化手段を兼
ねるように構成したものであり、請求項６記載の発明と
比較して、より小さな装置構成にて、同等の暗号強度を
得ることができる。次に、請求項８記載の共通鍵暗号通
信装置において、同期信号生成手段は、伝送路上の通信
データの伝送開始又は伝送終了タイミングを検出する検
出手段を備え、この検出手段が検出した伝送開始又は伝
送終了タイミングに基づいて同期信号を生成する。

【００１７】なお、同期信号は、伝送開始又は伝送終了
タイミングのすべてが各更新タイミングに対応するよう
なものであってもよいが、請求項９記載のように、検出
手段での伝送開始又は伝送終了タイミングの検出数が、
予め設定された比較値に達する毎に、更新タイミングと
なるようなものであってもよい。

【００１８】この場合、請求項１０記載のように、比較
値変更手段が、同期信号が表す更新タイミング毎に、比
較値を、疑似乱数又は関数を用いて変更するように構成
してもよい。即ち、外部に対しては、秘密鍵の更新タイ
ミングも秘密化されるため、秘密鍵の解析をより困難な
ものとすることができ、暗号強度をより一層向上させる
ことができる。

【００１９】次に請求項１１記載の共通鍵暗号通信装置
では、エラー検出手段が、伝送路上での通信エラーを検
出すると、鍵生成手段に秘密鍵の生成を強制的に行わせ
る。従って、本発明の共通鍵暗号通信装置によれば、通
信エラーが発生した後、同じ通信データを再送信する時
には、通信エラーが発生した時とは異なる秘密鍵を用い
て通信データを暗号化することができ、再送信時の安全
性を確保することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面と
共に説明する。 ［第１実施形態］図２は、暗号通信を行う第１実施形態
の暗号通信装置の構成を表すブロック図である。

【００２１】図２に示すように、本実施形態の暗号通信
装置２（２ａ，２ｂ，２ｃ）は、バス状の伝送路Ｂに接
続された他の暗号通信装置２との間で予め指定された形
式を有するフレームを用いてデータを送受信する通信ブ
ロック４と、通信ブロック４が受信したデータを復号す
ると共に、他の暗号通信装置２に送信すべきデータを暗
号化して通信ブロック４に供給する暗号ブロック６と、
ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなるマイクロコンピュータ
を中心に構成され、他の暗号通信装置２から受信し、暗
号ブロック６にて復号されたデータ、及び他の暗号通信
装置２に送信するデータの処理を行うデータ処理ブロッ
ク８とを備えている。

【００２２】このうち、通信ブロック４は、伝送路Ｂの
電気的条件を満たす信号を確実に伝送するためのトラン
シーバ４１と、予め設定されたプロトコルに従って、伝
送路Ｂ（即ちトランシーバ４１）を介したフレームの送
受信を制御するコントローラ４２とを備えている。

【００２３】なお、フレームは、ヘッダ部とデータ部と
からなり、ヘッダ部にはそのフレームを受信すべき暗号
通信装置２に割り当てられたＩＤコードが少なくとも設
定されている。そして、コントローラ４２は、暗号ブロ
ック６から供給される送信フレームをトランシーバ４１
を介して伝送路Ｂに送出すると共に、伝送路Ｂ上からト
ランシーバ４１を介して取り込まれるフレームのうち、
自装置のＩＤコードがヘッダ部に設定されているフレー
ムのみを抽出して、暗号ブロック６に供給するように構
成されている。

【００２４】また、通信ブロック４は、トランシーバ４
１を介して送受信される信号を、伝送路Ｂの状態を表す
モニタ信号Ｍとして、暗号ブロック６に供給するように
構成されている。ここで、図１は、暗号ブロック６の詳
細な構成を表すブロック図である。

【００２５】図１に示すように、暗号ブロック６は、デ
ータの暗号化及び復号を行う暗号処理部１０と、データ
の暗号化及び復号の際に使用する秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒを生
成する鍵生成部２０とからなる。このうち、暗号処理部
１０は、予め設定された共通鍵暗号方式によりデータの
暗号化及び復号を行う共通鍵暗号部１２と、送受信フレ
ームを構成するヘッダ部とデータ部との分離結合を行う
下位データ分離結合部１４，上位データ分離結合部１６
とを備えている。

【００２６】そして、通信ブロック４から供給される受
信フレームは、下位データ分離結合部１４にて、ヘッダ
部とデータ部とに分離され、ヘッダ部は上位データ分離
結合部１６に、データ部は共通鍵暗号部１２に供給され
る。そして、共通鍵暗号部１２に供給されたデータ部
は、鍵生成部２０から供給される復号用秘密鍵Ｋｒを用
いて復号された後、上位データ分離結合部１６にて、先
に分離されたヘッダ部と結合され、データ処理ブロック
８に供給される。

【００２７】一方、データ処理ブロック８から供給され
る送信フレームは、上位データ分離結合部１６にて、ヘ
ッダ部とデータ部とに分離され、ヘッダ部は下位データ
分離結合部１４に、データ部は共通鍵暗号部１２に供給
される。そして、共通鍵暗号部１２に供給されたデータ
部は、鍵生成部２０から供給される暗号化用秘密鍵Ｋｓ
を用いて暗号化された後、下位データ分離結合部１４に
て、先に分離されたヘッダ部と結合され、通信ブロック
４に供給される。

【００２８】なお、本実施形態において、共通鍵暗号部
１２は、暗号化又は復号の処理にシステムクロックで４
クロック分の時間がかかるものとする。次に、鍵生成部
２０は、予め各暗号通信装置２に配布された疑似乱数用
秘密鍵ＫＫを格納する秘密鍵レジスタ２１と、通信ブロ
ック４からのモニタ信号Ｍに基づいて、暗号化用秘密鍵
Ｋｓの更新タイミングを表す同期信号Ｔｓ、及び復号用
秘密鍵Ｋｒの更新タイミングを表す同期信号Ｔｒを生成
する同期信号生成部２２と、秘密鍵レジスタ２１に格納
された疑似乱数用秘密鍵ＫＫを初期値として、同期信号
Ｔｓが表す更新タイミング毎に疑似乱数を発生させ、こ
の疑似乱数を暗号化用秘密鍵Ｋｓとして共通鍵暗号部１
２に供給する疑似乱数生成器２３と、疑似乱数生成器２
３が生成する疑似乱数（即ち暗号化用秘密鍵Ｋｓ）を、
同期信号Ｔｒが表す更新タイミング毎にラッチし、これ
を復号用秘密鍵Ｋｒとして共通鍵暗号部１２に供給する
ラッチ回路２４とからなる。

【００２９】このうち、同期信号生成部２２は、図３に
示すように、モニタ信号Ｍに基づき、伝送路Ｂを流れる
伝送フレームの伝送開始タイミングに同期した開始トリ
ガ信号Ｄｓ及び伝送終了タイミングに同期した終了トリ
ガ信号Ｄｒを生成するトリガ生成部２５と、開始トリガ
信号Ｄｓから同期信号Ｔｓを生成する送信側生成部２６
と、終了トリガ信号Ｄｒから同期信号Ｔｒを生成する受
信側生成部２７とからなる。なお、伝送フレームの伝送
開始タイミングとは、例えば、伝送フレームにその先頭
や末尾を表すＳＯＦビットやＥＯＦビットが付加されて
いる場合には、これらが検出されるタイミングをいう。

【００３０】そして、送信側生成部２６は、開始トリガ
信号Ｄｓの発生回数をカウントすると共に、同期信号Ｔ
ｓにて規定される更新タイミング毎にカウント値がクリ
アされるカウンタ２８と、同期信号Ｔｓに示された更新
タイミング毎に疑似乱数を順次発生させる疑似乱数発生
器２９と、カウンタ２８でのカウント値と、疑似乱数発
生器２９が発生させた疑似乱数の値とを比較する比較器
３０と、比較器３０が両値の一致を検出すると、所定の
タイミング（本実施形態では１クロック後）で１クロッ
クの間だけハイレベルとなる同期信号Ｔｓを生成するタ
イミング生成回路３１とを備えている。なお、同期信号
Ｔｓの立ち上がりタイミングが、同期信号Ｔｓが表す更
新タイミングとなる。

【００３１】つまり、送信側生成部２６が生成する同期
信号Ｔｓには、疑似乱数発生器２９が発生させた疑似乱
数の値と同数だけ開始トリガ信号Ｄｓが生成される毎、
即ち疑似乱数の値と同数のフレームが伝送路Ｂに送出さ
れる毎に、更新タイミングが出現する。そして、その更
新タイミング毎に、カウンタ２８の値がクリアされると
共に、疑似乱数の値が更新され、その結果、更新タイミ
ングが随時変化するようにされている。

【００３２】なお、受信側生成部２７は、送信側生成部
２６と全く同様の構成をしており、トリガ信号Ｄｓ及び
同期信号Ｔｓが、それぞれトリガ信号Ｄｒ及び同期信号
Ｔｒとなること、タイミング生成回路３１における所定
タイミングが異なる（ここでは５クロック後である）こ
と以外は、全く同様に動作するため、その説明を省略す
る。

【００３３】また、疑似乱数発生器２９は、送信側生成
部２６と受信側生成部２７とで、同一の乱数系列を発生
させるものが用いられている。更に、各暗号通信装置２
の秘密鍵レジスタ２１には、いずれも同一の疑似乱数用
秘密鍵ＫＫが格納され、伝送路Ｂを介して構成される通
信システムがリセットされた初期状態では、疑似乱数生
成器２３が発生する疑似乱数、また、疑似乱数発生器２
９が発生する疑似乱数は、いずれも各暗号通信装置２で
同じ値になるようにされている。

【００３４】次に、暗号ブロック６の動作を、図４に示
すタイミング図に沿って説明する。なお、データ処理ブ
ロック８から供給されるｎ番目の送信フレームＦ中のデ
ータ部を構成するデータを平文Ｐ（ｎ）、この平文Ｐ
（ｎ）を暗号化した暗号文をＣ（ｎ）、疑似乱数生成器
２３が生成するｎ番目の疑似乱数をＫ（ｎ）とする。

【００３５】図４に示すように、まず、フレームの送信
を行う場合、データ処理ブロック８から送信フレームＦ
｛Ｈ（ｎ），Ｐ（ｎ）｝が供給されると、その送信フレ
ームＦのうち、上位データ分離結合部１６にて分離され
た平文Ｐ（ｎ）が共通鍵暗号部１２に入力される（時刻
ｔ１）。すると、共通鍵暗号部１２は、この平文Ｐ
（ｎ）を暗号化用秘密鍵Ｋｓ（＝Ｋ（ｎ））を用いて暗
号化し、４クロック後に暗号文Ｃ（ｎ）を出力する（時
刻ｔ２）。

【００３６】この暗号文Ｃ（ｎ）は、下位データ分離結
合部１４にてヘッダＨ（ｎ）と結合され、送信フレーム
Ｆ｛Ｈ（ｎ），Ｃ（ｎ）｝として、通信ブロック４に供
給される。すると、通信ブロック４のコントローラ４２
は、伝送路Ｂが未使用であればこの送信フレームＦの送
信を直ちに開始する。これにより、同期信号生成部２２
では、送信フレームＦの伝送開始タイミングが検出さ
れ、これに基づいて同期信号Ｔｓがハイレベルとなる
（時刻ｔ３）。これと同時に、疑似乱数生成器２３が新
たな疑似乱数Ｋ（ｎ＋１）を発生させ、この疑似乱数Ｋ
（ｎ＋１）が暗号化用秘密鍵Ｋｓとなる。つまり、暗号
化用秘密鍵Ｋｓが更新されることになる。

【００３７】一方、伝送路Ｂ上に送出されたフレームＦ
｛Ｈ（ｎ），Ｃ（ｎ）｝を受信する暗号通信装置２の暗
号ブロックでは、通信ブロック４から受信フレームＦの
供給を受けると、その受信フレームＦのうち、下位デー
タ分離結合部１４にて分離された暗号文Ｃ（ｎ）が共通
鍵暗号部１２に入力される（時刻ｔ４）。すると、共通
鍵暗号部１２は、この暗号文Ｃ（ｎ）を復号用秘密鍵Ｋ
ｒ（＝Ｋ（ｎ））を用いて復号し、４クロック後に平文
Ｐ（ｎ）を出力する（時刻ｔ５）。

【００３８】この平文Ｐ（ｎ）は、上位データ分離結合
部１６にてヘッダＨ（ｎ）と結合され、受信フレームＦ
｛Ｈ（ｎ），Ｐ（ｎ）｝として、データ処理ブロック８
に供給される。また、同期信号生成部２２では、受信フ
レームＦの伝送終了タイミング（時刻ｔ４）が検出され
ると、設定された時間（ここでは５クロック）を経過後
に、同期信号Ｔｒがハイレベルとなる（時刻ｔ６）。こ
れと同時に、疑似乱数生成器２３が発生させている疑似
乱数Ｋ（ｎ＋１）がラッチ回路２４にラッチされること
により、この疑似乱数Ｋ（ｎ＋１）が新たな復号用秘密
鍵Ｋｒとなる。つまり、復号用秘密鍵Ｋｒが更新される
ことになる。

【００３９】なお、フレームＦの送受信を行わない他の
暗号通信装置２でも、モニタ信号Ｍに基づいて同様の同
期信号Ｔｓ，Ｔｒが生成され、全く同様に暗号化用秘密
鍵Ｋｓ及び復号用秘密鍵Ｋｒが更新されることになる。
以上説明したように、本実施形態の暗号通信装置２にお
いては、データの暗号化及び復号に用いる秘密鍵Ｋｓ，
Ｋｒを、疑似乱数を用いて生成し、しかも、その秘密鍵
Ｋｓ，Ｋｒの更新を、各暗号通信装置２がそれぞれ個別
に、伝送路Ｂの伝送フレームの伝送開始及び伝送終了タ
イミングに基づいて生成される同期信号Ｔｓ，Ｔｒに従
って同一タイミングで行うようにされている。

【００４０】このように、本実施形態の暗号通信装置２
によれば、公開鍵暗号方式を用いずに、しかも、各装置
間で通信を行うことなく、秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒの更新を行
っているため、ハードウェアやソフトウェアの規模を小
さくすることができると共に、秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒを短時
間で更新することができ、その結果、秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒ
の更新周期を短くすることが可能となるため、共通鍵暗
号の暗号強度を十分に高いものとすることができる。

【００４１】しかも、本実施形態の暗号通信装置２で
は、秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒの更新タイミングが疑似乱数に従
って変化し、秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒだけでなく、その更新タ
イミングも秘密化されているため、秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒの
解析をより困難なものとすることができ、暗号強度をよ
り一層向上させることができる。

【００４２】なお、本実施形態において、秘密鍵レジス
タ２１が秘密情報格納手段、同期信号生成部２２が同期
信号生成手段、疑似乱数生成器２３が鍵生成手段及び乱
数発生手段、共通鍵暗号部１２がデータ暗号処理手段、
トリガ生成部２５が検出手段に相当する。

【００４３】本実施形態では、送信側生成部２６，受信
側生成部２７は、疑似乱数発生器２９が発生させた値
（疑似乱数）だけトリガ信号Ｄｓ，Ｄｒが検出される毎
に更新タイミングが出現するような同期信号Ｔｓ，Ｔｒ
を生成するように構成されているが、カウンタ２８，疑
似乱数発生器２９，比較器３０を省略して、トリガ信号
Ｄｓ，Ｄｒが一回検出される毎に更新タイミングが出現
するような同期信号Ｔｓ，Ｔｒを生成するように構成し
てもよい。

【００４４】また、カウンタ２８と比較する比較値とし
て、疑似乱数発生器２９が発生する疑似乱数の代わり
に、予め設定された固定値や、更新タイミング毎に関数
を用いて算出される乱数等を比較器３０に供給するよう
に構成してもよい。また、疑似乱数発生器２９内部の初
期状態は、秘密鍵レジスタ２１に格納された疑似乱数用
秘密鍵ＫＫによって決まるように構成してもよい。 ［第２実施形態］次に第２実施形態について説明する。

【００４５】本実施形態では、第１実施形態とは一部構
成が異なるだけであるため、同一の構成については、同
一の符号を付して説明を省略し、構成の相違する部分を
中心に説明する。即ち、図５に示すように、本実施形態
において、鍵生成部２０ａは、疑似乱数生成器２３の代
わりに、共通鍵暗号部３３が設けられていると共に、予
め各暗号通信装置２に配布された秘密文ＣＫを格納する
秘密文レジスタ３４が追加されている。

【００４６】そして、共通鍵暗号部３３は、同期信号生
成部２２からの同期信号Ｔｓが入力される毎に、秘密文
レジスタ３４に格納された秘密文ＣＫを、秘密鍵レジス
タ２１に格納された鍵生成用秘密鍵ＫＫを用いて共通鍵
暗号によって暗号化し、その暗号文を暗号化用秘密鍵Ｋ
ｓとして出力すると共に、その暗号文により秘密文レジ
スタ３４の内容を更新するようにされている。

【００４７】このように、本実施形態によれば、同期信
号Ｔｓが表す更新タイミング毎に秘密鍵Ｋｓ（ひいては
Ｋｒ）が更新されるため、第１実施形態の場合と同様の
効果を得ることができる。しかも、本実施形態では、秘
密鍵Ｋｓの更新に乱数を用いるのではなく、共通鍵暗号
を用いていることにより、秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒの解析が疑
似乱数を用いたものと比較して、より困難なものとなる
ため、暗号強度が向上する。

【００４８】なお、本実施形態において、共通鍵暗号部
３３が鍵暗号化手段、秘密文レジスタ３４が秘密情報格
納手段及び秘密文更新手段に相当する。 ［第３実施形態］次に第３実施形態について説明する。

【００４９】本実施形態では、第１実施形態とは、暗号
ブロック６を構成する暗号処理部１０及び鍵生成部２０
の構成が一部異なるだけであるため、同一の構成につい
ては、同一の符号を付して説明を省略し、構成の相違す
る部分を中心に説明する。即ち、図６に示すように、本
実施形態において暗号処理部１０ｂには、上位データ分
離結合部１６と共通鍵暗号部１２との間に、選択信号Ｓ
Ｂに従って、データ分離結合部１６にて分離されたデー
タ部（平文）Ｐ、又は鍵生成部２０ｂから供給される鍵
生成元データＤｋのいずれかを選択して共通鍵暗号部１
２に供給すると共に、共通鍵暗号部１２にて復号された
データ部Ｐを、上位データ分離結合部１６に供給するセ
レクタ１８が追加されている。

【００５０】なお、セレクタ１８は、選択信号ＳＢがロ
ウレベルの時に鍵生成元データＤｋを選択し、ハイレベ
ルの時に、上位データ分離結合部１６からの平文Ｐを選
択するように構成されている。一方、鍵生成部２０ｂ
は、疑似乱数生成器２３が省略され、代わりに、予め各
暗号通信装置２に配布された秘密文ＣＫを格納する秘密
文レジスタ３４と、書込信号Ｗに従って共通鍵暗号部１
２で暗号化された暗号文Ｃを格納する生成鍵レジスタ３
５と、選択信号ＳＡに従って、秘密文レジスタ３４に格
納された秘密文ＣＫ或いは生成鍵レジスタ３５の格納値
（以下「生成鍵」という）Ｋ（ｎ）のいずれかを、鍵生
成元データＤｋとして暗号処理部１０ｂに供給するセレ
クタ３６と、選択信号ＳＢに従って、秘密鍵レジスタ２
１に格納された鍵生成用秘密鍵ＫＫ或いは生成鍵レジス
タ３５に格納された生成鍵Ｋ（ｎ）のいずれかを、暗号
化用秘密鍵Ｋｓとして暗号処理部１０ｂに供給するセレ
クタ３７と、同期信号生成部２２からの同期信号Ｔｓに
基づいて、選択信号ＳＡ，ＳＢ及び書込信号Ｗを生成す
る選択信号生成部３８とが追加されている。

【００５１】なお、セレクタ３６は、選択信号ＳＡがロ
ウレベルの時に秘密文ＣＫを、ハイレベルの時に生成鍵
Ｋ（ｎ）を鍵生成元データＤｋとして選択し、また、セ
レクタ３７は、選択信号ＳＢがロウレベルの時に鍵生成
用秘密鍵ＫＫを、ハイレベルの時に生成鍵Ｋ（ｎ）を暗
号化用秘密鍵Ｋｓとして選択するように構成されてい
る。

【００５２】このように構成された暗号ブロックの動作
を、図７に示すタイミング図に沿って説明する。図７に
示すように、当該装置のリセット時に選択信号生成部３
８は、選択信号ＳＡ，ＳＢをいずれもロウレベルにす
る。これにより、共通鍵暗号部１２には、鍵生成元デー
タＤｋとして秘密文ＣＫがセレクタ３６，１８を介して
供給されると共に、暗号化用秘密鍵Ｋｓとして鍵生成用
秘密鍵ＫＫがセレクタ３７を介して供給される。

【００５３】この状態で鍵の初期化が行われ、共通鍵暗
号部１２は、秘密文ＣＫを鍵生成用秘密鍵ＫＫで暗号化
した暗号文Ｋ（１）を出力する。その後、選択信号生成
部３８から出力される書込信号Ｗのタイミングで、暗号
文Ｋ（１）は生成鍵として、生成鍵レジスタ３５に格納
される。

【００５４】この格納が終了すると、選択信号生成部３
８は、選択信号ＳＡ，ＳＢをいずれもハイレベルにす
る。これにより、共通鍵暗号部１２には、上位データ分
離結合部１６からのデータが鍵生成元データＤｋとして
供給されると共に、先に生成鍵レジスタ３５に格納され
た生成鍵Ｋ（１）が暗号化用秘密鍵Ｋｓとして供給され
る。

【００５５】従って、データ処理ブロック８から暗号ブ
ロック６に送信フレームＦ｛Ｈ（１），Ｐ（１）｝が入
力されると、共通鍵暗号部１２は、平文Ｐ（１）を暗号
化用秘密鍵Ｋｓ（＝Ｋ（１））で暗号化した暗号文Ｃ
（１）を出力する。この暗号文Ｃ（１）は、そのまま下
位データ分離結合部１４を介してヘッダＨ（１）と共に
通信ブロック４に供給され、伝送路Ｂに送出される。

【００５６】その後、同期信号生成部２２にて同期信号
Ｔｓが生成されると、選択信号生成部３８は、共通鍵暗
号部１２が使用されないタイミングで、選択信号ＳＢの
みをロウレベルにする。すると、共通鍵暗号部１２に
は、生成鍵レジスタ３５に格納された生成鍵Ｋ（１）が
鍵生成元データＤｋとして供給されると共に、鍵生成用
秘密鍵ＫＫが暗号化用秘密鍵Ｋｓとして供給される。

【００５７】このため、共通鍵暗号部１２は、生成鍵Ｋ
（１）を鍵生成用秘密鍵ＫＫで暗号化した暗号文Ｋ
（２）を出力し、その後、選択信号生成部３８から出力
される書込信号Ｗのタイミングで、暗号文Ｋ（２）は新
たな生成鍵として、生成鍵レジスタ３５に格納される。

【００５８】この格納が終了すると、選択信号生成部３
８は、選択信号ＳＢをハイレベルにする。以下、同様の
動作が繰り返され、同期信号Ｔｓが生成される毎に、そ
れまで使用していた秘密鍵Ｋｓ（＝Ｋ（ｎ））と鍵生成
用秘密鍵ＫＫとに基づいて、新たな秘密鍵Ｋｓ（＝Ｋ
（ｎ＋１））が生成される。即ち、秘密鍵Ｋｓが更新さ
れることになる。

【００５９】以上説明したように、本実施形態では、同
期信号Ｔｓが表す更新タイミング毎に秘密鍵Ｋｓ（ひい
てはＫｒ）が更新され、その更新を共通鍵暗号を用いて
行っているため、第２実施形態の場合と同様の効果を得
ることができる。しかも、本実施形態では、秘密鍵Ｋ
ｓ，Ｋｒの生成のために専用の共通鍵暗号部を設けるの
ではなく、データの暗号化，復号に使用する暗号処理部
１０ｂの共通鍵暗号部１２を用いているため、装置を小
型化することができる。

【００６０】なお、本実施形態において、生成鍵レジス
タ３５が鍵記憶手段、セレクタ３６，３７、選択信号生
成部３８が鍵更新手段に相当する。 ［第４実施形態］次に第４実施形態について説明する。

【００６１】本実施形態では、暗号ブロックの構成が、
第１実施形態の暗号ブロック６に、一部構成を追加した
ものとなっているため、同一の構成については同一の符
号を付して説明を省略し、その追加した構成を中心に説
明する。即ち、本実施形態において暗号ブロック６ａ
は、図８に示すように、暗号処理部１０及び鍵生成部２
０に加えて、データ処理ブロック８からの送信フレーム
を一時的に格納する上位バッファ６０と、通信ブロック
４からの受信フレームを一時的に格納する下位バッファ
６１と、選択信号ＳＣに従って、上位バッファ６０と下
位バッファ６１との間に設けられた暗号処理部１０又は
そのバイパス経路６５のいずれかを有効とする一対のセ
レクタ６２，６３と、上位バッファ６０に格納された送
信フレーム又は下位バッファ６１に格納された受信フレ
ームＦのヘッダ部Ｈを解析結果に基づいて、選択信号Ｓ
Ｃを生成するヘッダ解析部６４とが追加されている。

【００６２】なお、送信及び受信フレームのヘッダＨに
は、データ部に対する暗号化の要否を指定する情報が含
まれている。そして、ヘッダ解析部６４は、ヘッダＨに
暗号化が必要である旨の情報が含まれている場合に、暗
号処理部１０が有効となり、暗号化が不要である旨の情
報が含まれている場合に、バイパス経路６５が有効とな
るような選択信号ＳＣを生成するように構成されてい
る。

【００６３】従って、本実施形態の暗号通信装置によれ
ば、必要に応じて通常の通信と暗号通信とを使い分ける
ことができる。なお、本実施形態では、第１実施形態で
説明した暗号処理部１０及び鍵生成部２０が用いられて
いるが、これらに代えて、第２及び第３実施形態の暗号
処理部１０ｂや鍵生成部２０ａ，２０ｂを用いてもよ
い。 ［第５実施形態］次に第５実施形態について説明する。

【００６４】本実施形態では、暗号ブロックの構成が、
第１実施形態の暗号ブロック６に、一部構成を追加した
ものとなっているため、同一の構成については同一の符
号を付して説明を省略し、その追加した構成を中心に説
明する。即ち、本実施形態において暗号ブロック６ｂ
は、図９に示すように、暗号処理部１０及び鍵生成部２
０に加えて、データ処理ブロック８からの送信フレーム
を格納する再送用バッファ６６と、選択信号ＳＤに従っ
て、データ処理ブロック８からの送信フレーム、或いは
再送用バッファ６６に格納された送信フレームのいずれ
かを暗号処理部１０に供給すると共に、暗号処理部１０
からの受信フレームを、データ処理ブロック８に通過さ
せるセレクタ６７と、モニタ信号Ｍに基づいて、選択信
号ＳＤを生成する通信エラー検出部６８とが追加されて
いる。

【００６５】そして、通信エラー検出部６８は、モニタ
信号Ｍに基づいて伝送路Ｂを流れる伝送フレームを監視
し、伝送フレームが正常に伝送されている時、又は他の
装置がフレームの送出を行った時には、データ処理ブロ
ック８からのデータが選択され、当該装置がフレームの
送出を行い、且つその送出したフレームについて通信エ
ラーが検出された時には、再送用バッファ６６からのデ
ータが選択されるような選択信号ＳＤを生成すると共
に、鍵生成部２０に対しては、秘密鍵Ｋｓ，Ｋｒの更新
を強制的に行わせる強制更新信号Ｅを出力するように構
成されている。

【００６６】このように構成された本実施形態の暗号通
信装置では、フレームの送信に失敗した時には、同じフ
レームを再送信する際に、データ処理ブロック８の関与
が不要であるため、データ処理ブロック８の処理負荷を
軽減できると共に、再送時には先の送信時とは異なる秘
密鍵Ｋｓでデータ部が暗号化されるため、再送時に暗号
強度が低下してしまうことがなく、安全性の高い暗号通
信を提供することができる。

【００６７】なお、本実施形態において、通信エラー検
出部６８がエラー検出手段に相当する。また、本実施形
態では、第１実施形態で説明した暗号処理部１０及び鍵
生成部２０が用いられているが、第４実施形態の場合と
同様に、これらに代えて、第２及び第３実施形態の暗号
処理部１０ｂや鍵生成部２０ａ，２０ｂを用いてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態における暗号ブロックの構成を
表すブロック図である。

【図２】 暗号通信装置の構成を表すブロック図であ
る。

【図３】 同期信号生成部の構成を表すブロック図であ
る。

【図４】 第１実施形態における暗号ブロックの動作を
表すタイミング図である。

【図５】 第２実施形態における鍵生成部の構成を表す
ブロック図である。

【図６】 第３実施形態における暗号ブロックの構成を
表すブロック図である。

【図７】 第３実施形態における暗号ブロックの動作を
表すタイミング図である。

【図８】 第４実施形態における暗号ブロックの構成を
表すブロック図である。

【図９】 第５実施形態における暗号ブロックの構成を
表すブロック図である。

【符号の説明】

２…暗号通信装置、４…通信ブロック、６，６ａ，６ｂ
…暗号ブロック、８…データ処理ブロック、１０，１０
ｂ…暗号処理部、１２，３３…共通鍵暗号部、１４，１
６…データ分離結合部、１８，３６，３７，６２，６
３，６７…セレクタ、２０，２０ａ，２０ｂ…鍵生成
部、２１…秘密鍵レジスタ、２２…同期信号生成部、２
３，２９…疑似乱数生成器、２４…ラッチ回路、２５…
トリガ生成部、２６…送信側生成部、２７…受信側生成
部、２８…カウンタ、３０…比較器、３１…タイミング
生成回路、３４…秘密文レジスタ、３５…生成鍵レジス
タ、３８…選択信号生成部、４１…トランシーバ、４２
…コントローラ、６０，６１…バッファ、６４…ヘッダ
解析部、６５…バイパス経路、６６…再送用バッファ、
６８…通信エラー検出部、Ｂ…伝送路。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信データの暗号化及び復号の際に用い
   る秘密鍵を更新しながら暗号通信を行う共通鍵暗号通信
   方法において、 暗号通信を行う通信装置のそれぞれが、暗号化された通
   信データが伝送される伝送路上の信号に基づいて、前記
   秘密鍵の更新を行うべき共通の更新タイミングを表す同
   期信号を生成すると共に、該同期信号に従って前記通信
   装置間で同一の新たな秘密鍵を順次生成することを特徴
   とする共通鍵暗号通信方法。
2. 【請求項２】 前記同期信号が表す更新タイミング毎に
   疑似乱数を発生させ、該疑似乱数を前記秘密鍵として用
   いることを特徴とする請求項１記載の共通鍵暗号通信方
   法。
3. 【請求項３】 前記通信装置のそれぞれに予め秘密文と
   秘密鍵とを記憶させ、前記同期信号が表す更新タイミン
   グ毎に前記秘密鍵により前記秘密文を暗号化した暗号文
   を生成し、該暗号文を前記秘密鍵として用いると共に、
   次回の更新タイミングでは秘密文として用いることを特
   徴とする共通鍵暗号通信方法。
4. 【請求項４】 通信データの暗号化及び復号の際に用い
   る秘密鍵を更新しながら暗号通信を行う共通鍵暗号通信
   装置において、 暗号通信が可能な他の通信装置と共有する秘密情報を格
   納するための秘密情報格納手段と、 暗号化された通信データが伝送される伝送路上の信号に
   基づいて、前記秘密鍵の更新を行うべき更新タイミング
   を表す同期信号を生成する同期信号生成手段と、 前記秘密情報格納手段に格納された秘密情報に基づい
   て、前記同期信号が表す更新タイミング毎に新たな秘密
   鍵を生成する鍵生成手段と、 該鍵生成手段が生成する秘密鍵を用いて、通信データの
   暗号化及び復号を実行するデータ暗号処理手段と、 を備えることを特徴とする共通鍵暗号通信装置。
5. 【請求項５】 前記鍵生成手段は、 前記秘密情報格納手段に格納された秘密情報を初期値と
   して、前記同期信号が表す更新タイミング毎に新たな疑
   似乱数を発生させる乱数発生手段からなり、 該乱数発生手段が発生させた疑似乱数を前記秘密鍵とし
   て使用することを特徴とする請求項４記載の共通鍵暗号
   通信装置。
6. 【請求項６】 前記秘密情報格納手段が格納する秘密情
   報は、少なくとも秘密文及び秘密鍵からなり、 前記鍵生成手段は、 前記同期信号が表す更新タイミング毎に、前記秘密情報
   格納手段に格納された秘密情報である秘密鍵を用いて、
   同じく秘密情報である秘密文を共通鍵暗号方式により暗
   号化する鍵暗号化手段と、 該鍵暗号化手段が暗号化した暗号文により、前記秘密文
   を更新する秘密文更新手段と、 を備え、前記鍵暗号化手段が生成した暗号文を前記秘密
   鍵として使用することを特徴とする請求項４記載の共通
   鍵暗号通信装置。
7. 【請求項７】 前記鍵生成手段は、 前記データ暗号処理手段に供給する秘密鍵を記憶する鍵
   記憶手段と、 前記同期信号が表す更新タイミング毎に、暗号化すべき
   通信データの代わりに前記鍵記憶手段に記憶された秘密
   鍵を、該秘密鍵の代わりに前記秘密情報格納手段に格納
   された秘密情報である秘密鍵を、前記データ暗号処理手
   段に供給し、該データ暗号処理手段が暗号化した暗号文
   により前記鍵記憶手段の記憶内容を更新する鍵更新手段
   と、 を備えることを特徴とする請求項４記載の共通鍵暗号通
   信装置。
8. 【請求項８】 前記同期信号生成手段は、 前記伝送路上の通信データの伝送開始又は伝送終了タイ
   ミングを検出する検出手段を備え、該該検出手段が検出
   した伝送開始又は伝送終了タイミングに基づいて前記同
   期信号を生成することを特徴とする請求項４乃至請求項
   ７いずれか記載の共通鍵暗号通信装置。
9. 【請求項９】 前記同期信号生成手段は、 前記検出手段での伝送開始又は伝送終了タイミングの検
   出数が予め設定された比較値に達する毎に、前記更新タ
   イミングとなる同期信号を生成することを特徴とする請
   求項８記載の共通鍵暗号通信装置。
10. 【請求項１０】 前記同期信号生成手段は、 前記同期信号が表す更新タイミング毎に、前記比較値
    を、疑似乱数又は関数を用いて変更する比較値変更手段
    を備えることを特徴とする請求項９記載の共通鍵暗号通
    信装置。
11. 【請求項１１】 前記伝送路上での通信エラーを検出す
    ると、前記鍵生成手段に前記秘密鍵の生成を強制的に行
    わせるエラー検出手段を備えることを特徴とする請求項
    ４乃至請求項１０いずれか記載の共通鍵暗号通信装置。