JPH08248879A - ２つの鍵を使用して暗号化する方法および装置 - Google Patents

２つの鍵を使用して暗号化する方法および装置

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JPH08248879A
JPH08248879A JP8016512A JP1651296A JPH08248879A JP H08248879 A JPH08248879 A JP H08248879A JP 8016512 A JP8016512 A JP 8016512A JP 1651296 A JP1651296 A JP 1651296A JP H08248879 A JPH08248879 A JP H08248879A
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Phillip W Rogaway
フィリップ・ダブリュー・ロガウェイ
Bellare Mihir
ミヒル・ベラール
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 決定論的かつヒストリ・フリーな平文ストリ
ング暗号化方法を提供する。 【解決手段】 平文ストリングを暗号文に暗号化する方
法が、第１の鍵および空初期設定ベクトルを使用して、
平文を暗号ブロック連鎖（ＣＢＣ）し、ブロック長に等
しい長さのＣＢＣメッセージ確認コード（ＭＡＣ）を生
成することによって開始する。その後、平文ストリング
は再び、今度は第２の鍵および初期設定ベクトルとして
のＣＢＣ−ＭＡＣを使用して、暗号ブロック連鎖され、
暗号化ストリングを生成する。ＣＢＣ−ＭＡＣおよび最
終ブロックを除くすべてのブロックを含む暗号化ストリ
ングのプレフィックスは、組み合わされて暗号文を生成
する。ここでの暗号利用モードは、長さ保持性を備えな
がらも、関連する平文が、関連のない暗号文を生じさせ
るという特性を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に安全な通信
に関し、より詳細には、平文を暗号文に暗号化するため
の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特定の特性を呈示する暗号化方式が、多
くの場合望ましいことは、一般に認められている。こう
した特性の第１は、多くの環境において使用可能もしく
は信頼に足る偶然性ソースは存在しないために、暗号化
および暗号解読操作が、確率論的ではなく決定論的であ
るということである。また、方式がヒストリ・フリー
（過去の状態に関係しない）であるため、各暗号化また
は暗号解読後に更新しなければならないメッセージ・カ
ウンタその他の情報を保存する必要がないということも
望ましい。この方式はまた、平文に関するあらゆる情報
を効果的に隠蔽するという点において、「安全」でなけ
ればならない。最後に、この方式が長さ保持性を備え
る、すなわち暗号文が平文の長さと等しいことが望まし
い。
【０００３】ブロック・サイファは、一般的な暗号化方
式を実施するために頻繁に使用される周知の暗号化ツー
ルである。ブロック・サイファは、（「ｌ」ビットの）
固定長のメッセージ（平文）ブロックを、（「ｋ」ビッ
トの）鍵の制御のもとに、等しい長さの暗号文ブロック
に変換する対称鍵暗号化システムである。広く使用され
るブロック・サイファは、米国標準ＤＥＳアルゴリズム
によるものであり、ｌ＝６４およびｋ＝５６を有し、１
９７７年１月米国商務省標準局発行「ＤａｔａＥｎｃｒ
ｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ」ＮＢＳ ＦＩＰＳ
Ｐｕｂ ４６に記載されている。ＤＥＳのようなブロッ
ク・サイファは、文（たとえば、６４ビット）の単一ブ
ロックを暗号化する方法をもたらす。しかし、それより
長いメッセージを暗号化するためには、ブロック・サイ
ファは、何らかの「暗号利用モード」において使用しな
ければならない。このような暗号利用モードの多くは、
従来技術において述べられてきたが、最も広く使用され
ているものは暗号ブロック連鎖（ＣＢＣ）である。ＣＢ
Ｃについては、１９８０年１２月米国商務省標準局発行
「ＤＥＳ Ｍｏｄｅｓ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」Ｎ
ＢＳ ＦＩＰＳＰｕｂ ８１に記載されている。しか
し、ＣＢＣおよびその他の周知のモードは、長さが増加
してしまうか、もしくは明確な関連平文が関連暗号文を
生じさせるという欠点に煩わされるかのいずれかであ
る。前者を容認できない多くのアプリケーション・ドメ
インは、後者と効果的に妥協した独自のセキュリティを
備えている。
【０００４】暗号ブロック連鎖（ＣＢＣ）は、「初期設
定ベクトル」（ＩＶ）に加え、秘密鍵を必要とする。ｌ
−ビットのＩＶ（その値は、メッセージと共に送られる
か、そうでない場合、両通信パーティに知らされる）と
共に、ストリングｘ＝ｘ1．．．ｘn（それぞれがｌビッ
トの、ｎブロックから成る）は、Ｅa,IV（ｘ）＝
ｙ1．．．ｙnと暗号化され，ここでｙ0＝ＩＶかつｙi＝
ｆa（ｘi＋ｙi-1）である。ＣＢＣ方式において、暗号
文の第１ブロックは、平文の最初のブロックに依存し、
暗号文の第２ブロックは、平文の最初の２つのブロック
に依存し、そしてさらに続き、暗号文の最終ブロック
は、平文のすべてのブロックに依存する。しかし、この
ような暗号化は、ＩＶが固定の場合、十分に安全とは言
えないという点において周知の欠点を有している。
【０００５】特に、ＣＢＣ方式は、暗号化される平文に
ついての情報を「漏洩」することもしばしばである。た
とえば、敵対者がＥa,IV（Ｘ）とＥa,IV（Ｘ'）を見
て、最初のｊブロックが合致することに気づいたとする
と、敵対者はＸとＸ'もまた最初のｊブロックが合致す
ると推測することができる。このような欠点は非常に問
題である。したがって、１Ｋバイトの従業員記録のシー
ケンスから成るファイルにおいて、７番目の記録以降が
変更されていると気づかれたと仮定する。おそらくはま
ず、この変更が行われた理由は、誰かの降格により従業
員記録を更新したためであると知られるであろう。暗号
化方式が、Ｅa,IVであり、従業員記録が従業員名による
アルファベット順であれば、変更された従業員はアルフ
ァベット順で７番目にあった者であることが推測でき
る。
【０００６】平文に関する情報を「漏洩」するＣＢＣ暗
号化の上記の特徴には、初期設定ベクトルＩＶをランダ
ムに選択し、そしてそれをメッセージと共に送ることに
よって対処できよう。しかし、これが行われると、方式
は長さ保持性を失ってしまう。別法として、メッセージ
の暗号化は、ヒストリ依存（たとえば、ＩＶをメッセー
ジ・カウンタの関数として使用し、ＩＶをメッセージと
共には送らないことによって）で行うこともできるが、
意図した受信者によるメッセージの不受信を容認しない
ために、この手法もまた満足とはいえない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、ブロック
・サイファを使用する従来技術の暗号化技法は、長さの
増加、メッセージの除去に対する非容認、または関連平
文に関する情報の漏洩という点で望ましいものではな
い。従来技術におけるこれら他の問題を克服するブロッ
ク・サイファを使用する、安全で、長さ保持性を備える
暗号化方式をもたらすことが依然として求められてい
る。
【０００８】したがって、本発明の主な目的は、決定論
的かつヒストリ・フリーな平文ストリング暗号化の方法
をもたらすことである。
【０００９】本発明の他の目的は、暗号文の長さが、暗
号化される平文の長さと等しい、暗号化のためのブロッ
ク・サイファ暗号利用モードをもたらすことである。
【００１０】本発明の他の目的は、暗号化される平文に
関する情報を漏洩することのない、長さ保持性を備える
暗号化方式をもたらすことである。
【００１１】本発明の他の目的は、各暗号化後または暗
号解読後に更新しなければならないメッセージ・カウン
タもしくは他の情報を、パーティーが保存することがな
いように、ヒストリ・フリーなメッセージ暗号化方式を
もたらすことである。
【００１２】本発明の他の目的は、暗号ブロック連鎖
（ＣＢＣ）の新規な応用に基づく長さ保持性暗号化方式
をもたらし、ＣＢＣ暗号化に伴う周知の安全性および情
報漏洩問題を克服することである。この技法は、暗号文
メッセージをまだ見えない暗号文メッセージに改変する
と、そのとき見える暗号文メッセージとは無関係の平文
メッセージの暗号化が行われるので、極めて有利であ
る。
【００１３】本発明の他の目的は、１ブロックの長さの
倍数または分数の長さを有する平文メッセージ・ストリ
ングの暗号化を行う、新規な方法をもたらすことであ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の以上のならびに
他の目的は、第１および第２の秘密鍵を使用し、平文ス
トリングを暗号文ストリングに暗号化する方法において
実施される。この方法は、最初に、第１の鍵および固定
初期設定ベクトルを使用して平文ストリングの暗号ブロ
ック連鎖を行うことにより、ブロックの長さと等しいＣ
ＢＣメッセージ確認コード（ＣＢＣ−ＭＡＣ）を生成す
る。その後、第２の鍵を使用し、また上記のＣＢＣメッ
セージ確認コードを初期設定ベクトルとして使用する、
平文ストリングの暗号ブロック連鎖が続き、これにより
暗号化ストリングを生成する。ＣＢＣメッセージ確認コ
ードおよび暗号化ストリングのプレフィックスは（通常
は連結によって）組み合わされて、暗号文ストリングを
形成する。この技法は、長さ保持性を備える、すなわち
プレフィックスが最終ブロックを除くすべてのブロック
を含むため、暗号文の長さが平文の長さと等しくなって
いることが、望ましい。
【００１５】したがって、好ましい方法にしたがい、平
文ストリングは、ＣＢＣを２度使用して処理されるが、
まずＣＢＣ−ＭＡＣを生成し、次に暗号文自体の一部を
生成する。第１のパスにおいては、ＣＢＣで使用される
初期設定ベクトルは、空ベクトル（ブロック長さに等し
い長さを有する０ビットのストリングを意味する）であ
る。第２のパスにおいては、初期設定ベクトルは、第１
パスで生成されたＣＢＣ−ＭＡＣである。この２つのパ
スに対する鍵は、別個である。この方法は、平文ストリ
ングが、１つのブロックの長さの倍数の長さを有する場
合、暗号文を生成するのに有用である。この方式の変形
例は、平文ストリングが、このブロックの長さの分数で
ある場合に使用することができる。
【００１６】暗号文を暗号解読するためには、第２の鍵
およびＣＢＣ−ＭＡＣを初期設定ベクトルとして使用し
て、暗号化ストリング部分が暗号ブロック連鎖され、暗
号解読ストリングを生成する。そして暗号解読ストリン
グは、第１の鍵と空ＩＶを使用して、暗号ブロック連鎖
され、最後のブロックを有するストリングを生成する。
その後平文は、暗号解読ストリングと最終ブロックの所
定関数（たとえば、排他的論理和ＸＯＲ）、およびＣＢ
Ｃ−ＭＡＣにおける第１の鍵に基づくブロック・サイフ
ァの逆数の組合せとして得られる。
【００１７】本発明の他の目的は、このような方法を、
プログラムされたコンピュータにおいてまたは専用ハー
ドウェアやソフトウェアで実施することである。１つの
実施例においては、本発明の様々な方法は、プロセッサ
によって読取り可能であり、各方法の様々な処理ステッ
プを行うためにプロセッサによって実行される命令プロ
グラムを具体的に実施する、プログラム記憶装置（たと
えば、フロッピー・ディスケット）上で実施することが
できる。
【００１８】以上は、本発明のより関連のある目的の概
略を述べたものである。これらの目的は、本発明のより
顕著な特徴および用途を単に例示したものと解釈された
い。ここに開示する発明を、異なる方法で適用すること
によって、もしくは以下に述べるように本発明に変更を
加えることによって、多くの他の有利な結果を得ること
もできる。したがって、以下の好ましい実施例について
の詳細な記述を参照することにより、本発明の他の目的
およびさらに深い理解が得られるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】簡単な背景として、本発明のサポ
ートに使用するコンピュータが図１に示されている。コ
ンピュータ２０は、システム・ユニット２１、キーボー
ド２２、マウス２３および表示装置２４を含んでいる。
表示装置２４の画面２６は、グラフィカル・ユーザ・イ
ンターフェース（ＧＵＩ）を呈示するために使用され
る。オペレーティング・システムによってサポートされ
たグラフィカル・ユーザ・インターフェースにより、ユ
ーザは、指示して選ぶ入力方法を使用する、すなわちマ
ウス・ポインタ２５を、画面２６上の特定位置のデータ
・オブジェクトを表すアイコンまで移動させ、マウス・
ボタンを押してユーザ命令または選択を実行することが
できる。
【００２０】図２は、図１に示されたパーソナル・コン
ピュータの構成要素を示すブロックダイアグラムであ
る。システム・ユニット２１は、様々な構成要素が接続
され、様々な構成要素間の通信が行われる、１つまたは
複数のシステム・バス３１を含んでいる。マイクロプロ
セッサ３２は、システム・バス３１に接続されており、
同様にシステム・バス３１に接続された読取り専用メモ
リ（ＲＯＭ）３３およびランダムアクセス・メモリ（Ｒ
ＡＭ）３４によってサポートされている。ＩＢＭＰＳ／
２シリーズ・コンピュータに搭載されているマイクロプ
ロセッサは、３８６や４８６マイクロプロセッサなどの
Ｉｎｔｅｌ系マイクロプロセッサの１つである。６８０
００、６８０２０、６８０３０マイクロプロセッサのよ
うな、Ｍｏｔｏｒｏｌａ系マイクロプロセッサ、ＩＢＭ
社製ＰｏｗｅｒＰＣTMマイクロプロセッサのような様々
なＲＩＳＣマイクロプロセッサ、およびＨｅｗｌｅｔｔ
Ｐａｃｋａｒｄ、Ｓｕｎ、Ｉｎｔｅｌ、Ｍｏｔｏｒｏｌ
ａ他により製造された他のマイクロプロセッサも、特定
のコンピュータにおいて使用することができるが、これ
らに限定するものではない。
【００２１】ＲＯＭ３３は、他のコードと共に、対話の
ような基本的ハードウェア動作およびディスク・ドライ
ブやキーボードを制御する基本入出力システム（ＢＩＯ
Ｓ）を含んでいる。ＲＡＭ３４は、オペレーティング・
システムおよびアプリケーション・プログラムがロード
されるメイン・メモリである。メモリ管理チップ３５
は、システム・バス３１に接続され、ＲＡＭ３４、ハー
ド・ディスク・ドライブ３６、フロッピー・ディスク・
ドライブ３７の間でデータをやりとりするなどの、ダイ
レクト・メモリ・アクセス動作を制御する。同様にシス
テム・バス３１に接続されたＣＤ ＲＯＭ４２は、たと
えばマルチメディア・プログラムや大規模データベース
などの大容量データを保存するために使用される。
【００２２】その他にこのシステム・バス３１に接続さ
れているのは、キーボード・コントローラ３８、マウス
・コントローラ３９、ビデオ・コントローラ４０、オー
ディオ・コントローラ４１などの、様々な入出力コント
ローラである。キーボード・コントローラ３８は、キー
ボード２２のハードウェア・インターフェースをもたら
し、マウス・コントローラ３９は、マウス２３のハード
ウェア・インターフェースをもたらし、ビデオ・コント
ローラ４０は、表示装置２４にハードウェア・インター
フェースをもたらし、オーディオ・コントローラ４１
は、スピーカー２５ａと２５ｂにハードウェア・インタ
ーフェースをもたらす。トークン・リング・アダプタの
ような入出力コントローラ５０は、ローカル・エリア・
ネットワーク５６を介して他の同様に構成されたデータ
処理システムへの通信を可能にしている。
【００２３】本発明の好ましい実施例の１つは、ランダ
ム・アクセス・メモリ３４内に常駐するコード・モジュ
ール内の命令セットとしてのものである。コンピュータ
・システムによって要求されるまで、命令セットは他の
コンピュータ・メモリ、たとえばハード・ディスク・ド
ライブ３６内、またはＣＤ ＲＯＭ４２で最終的に使用
される光ディスクもしくはフロッピー・ディスク・ドラ
イブ３７で最終的に使用されるフロッピー・ディスクの
ような取外し可能メモリ内に保存されている。さらに、
ソフトウェアによって選択的に活動化または再構成され
る汎用コンピュータにおいて、本明細書に記載の様々な
方法が好都合に実施されるが、このような方法は、必要
な方法ステップを実行するように構成されたハードウェ
ア、ファームウェア、またはさらに特殊な装置において
も実行できる。
【００２４】本発明の方法は、図１に示されたようなコ
ンピュータ上で実施されることを意図したものである
が、「コンピュータ」という用語には、最も広い範囲と
意味が与えられ、特定のアプリケーションには関わりな
く計算機能をもたらす任意のタイプの装置またはその一
部を含むことに留意されたい。
【００２５】ここで図３を参照すると、平文ストリング
を暗号文に暗号化する好ましい方法が、流れ図により示
されている。暗号化パーティおよび暗号解読パーティ
が、１対の秘密鍵（すなわち第１および第２の鍵）を共
用するものと仮定する。ステップ７０において、平文ス
トリングは、第１の（秘密）鍵および空初期設定ベクト
ル（ＩＶ）を使用して暗号ブロック連鎖され、暗号文の
最終ブロックであるＣＢＣメッセージ確認コード（ＭＡ
Ｃ）を生成する。ステップ７２において、平文ストリン
グは、今度は第２の（秘密）鍵および初期設定ベクトル
としてのＣＢＣ−ＭＡＣ（ステップ７０で生成）を使用
して、再び暗号ブロック連鎖され、これにより暗号化ス
トリングを生成する。ステップ７４において、ＣＢＣ−
ＭＡＣ（ステップ７０で生成）および暗号化ストリング
（ステップ７２で生成）の一部が組み合わされて暗号文
を生成する。この暗号化ストリングの部分は、「プレフ
ィックス」とも呼ばれる。この組合せはさらに第１の鍵
の関数である。
【００２６】暗号文（図３のルーチンにより生成）の暗
号解読は、図４において示されている。ステップ７６に
おいて、暗号化ストリング（ステップ７２で生成）は、
第２の秘密鍵および初期設定ベクトルとしてのＣＢＣ−
ＭＡＣ（ステップ７０で生成）を使用して、暗号ブロッ
ク連鎖によって暗号解読される。ステップ７６は、暗号
解読ストリングを生成する。ステップ７８において、暗
号解読ストリングは、第１の鍵および空ＩＶを使用し
て、暗号ブロック連鎖され、最終ブロックを有するもう
１つのストリングを生成する。ステップ８０において、
この最終ブロックと第１の鍵に基づくＣＢＣ−ＭＡＣ
（ステップ７０で生成）におけるブロック・サイファの
逆数との所定関数が計算される。続いて平文が、ステッ
プ８２において、暗号解読ストリングおよび所定関数の
結果の組合せ（すなわち連結）として形成される。
【００２７】暗号化ルーチンのステップ７０および７２
における動作は、それぞれ図５および６に示されてい
る。このルーチンは、鍵の長さｋを有するｌビット・ブ
ロック・サイファｆ（ＤＥＳのような）を使用する。ｋ
ビット鍵ａを使用してｌビットのｘに適用されたブロッ
ク・サイファの値であるｌビットのストリングをｆ
a（ｘ）で表す。さらに、上記のように、第１の鍵ａ0お
よび第２の鍵ａ1がルーチンに使用可能であり、｜ａ0｜
＝｜ａ1｜＝ｋであると、初めに仮定する。これらの鍵
は、標準鍵分離技法を使用して、見えないｋビットの鍵
Ｋから導き出すことができる。たとえば、ａ0はｆ
K（０）の最初のｋビットであり、ａ1はｆK（１）の最
初のｋビットとなる。図５において、平文ストリング
は、メッセージ・ストリングｘから構成されており、こ
れは例示のためにそれぞれ６４ビットのブロックが１
０、すなわち合計６４０ビットを含むものと仮定する。
したがって、メッセージ・ストリングは、ｘ＝ｘ
1ｘ2．．．ｘ10である。このストリングは、暗号ブロッ
ク連鎖暗号化ルーチン８２に供給され、これはまた第１
の鍵ａ0および空初期設定ベクトル（すなわちＩＶ＝
０）を受け取る。暗号ブロック連鎖ルーチン８２の結果
は、出力ストリングｙ＝ｙ1ｙ2．．．ｙ10である。最終
ブロックｙ10は、６４ビットの暗号ブロック連鎖メッセ
ージ確認コード、すなわち「ＣＢＣ−ＭＡＣ」である。
これでルーチンの第１パスは終了する。
【００２８】第２パスは、図６において示され、ここで
メッセージ・ストリング（すなわち平文）は、再び暗号
ブロック連鎖暗号化ルーチン８２に供給される。しか
し、このパスにおいては、ルーチンによって使用される
鍵は、第２の（秘密）鍵ａ1であり、初期設定ベクトル
は、図５に示された第１のパスにおいて生成されたＣＢ
Ｃ−ＭＡＣ（すなわちｙ10）である。結果として生成し
た暗号化ストリングは、ｙ'＝ｙ'1ｙ'2．．．ｙ'10であ
る。このプロセスで第２のパスが終了する。図５および
図６において示されたブロック・サイファｆは同一であ
るが、これは必須ではないことに留意されたい。そして
暗号文は、ＣＢＣ−ＭＡＣおよび暗号化ストリングの一
部を組合せて（たとえば、連結によって）得られる。す
なわち、 暗号文＝ｙ10‖ｙ'1ｙ'2．．．ｙ'9 暗号文の長さが平文ストリングの長さと等しいので、こ
のルーチンは、長さ保持性を備える。「‖」は連結を表
す。
【００２９】１０ブロックのストリングｙを暗号解読す
るために、まずこれを一連のブロックと考える。 ｙ10‖ｙ'1ｙ'2．．．ｙ'9 暗号解読ルーチンの各ステップ７６、７８、８０におけ
る動作は、それぞれ図７、図８、図９において示された
通りである。図７に示されるように、ステップ７６は、
第２の鍵ａ1およびＩＶとしてのＣＢＣ−ＭＡＣ（すな
わち、ｙ10）を使用して暗号化ストリングｙ'
1ｙ'2．．．ｙ'9（ステップ７２で生成）のＣＢＣ暗号
解読８４を含んでいる。結果として暗号解読されたスト
リングは、ｘ1ｘ2．．．ｘ9であり、これは元の平文の
ほとんどすべてを表している。ｘ10を復元するために、
暗号解読ルーチンはまず、図８に示す操作を行い、ここ
で解読されたストリングｘ1ｘ2．．．ｘ9は、第１の鍵
ａ0と空ＩＶを使用して暗号化され（ＣＢＣ８４によ
り）、最終ブロックがｙ9であるストリングｙ
1ｙ2．．．ｙ9を生成する。図９から見て取れるよう
に、ｙ9と、ｙ10における第１の鍵に基づくブロック・
サイファｆの逆関数と、所定関数８６（たとえば、ＸＯ
Ｒ）が計算されてｘ10を生成する。その後、平文は、以
下のようになる。 平文＝ｘ1ｘ2．．．ｘ9‖ｘ10
【００３０】上記の好ましい実施例では、ステップ７２
および７６におけるブロック・サイファの暗号利用モー
ドとして暗号ブロック連鎖を使用している。しかし、他
の暗号利用モードもこうしたステップに使用することが
できるため、本発明は、さほど限定されたものではな
い。さらに、暗号ブロック連鎖が、メッセージ確認コー
ドを生成するために平文に対する第１のパス（ステップ
７０）において好ましく使用されているが、他の周知の
ＭＡＣ（もしくは他のブロック・サイファ連鎖モード）
生成の技法を、このステップにおいてＣＢＣに代えて代
用することができることに留意されたい。（唯一必要な
ことは、ｍのｌビットのＭＡＣおよびｍの特定ｌビット
以外のすべてのビットが与えられると、脱落しているｌ
ビットは、効果的かつ一意的に再構成可能である。）し
たがって、本発明によれば、平文ストリングを処理する
第１のパスは、メッセージ確認コードまたはタグを計算
する第１の鍵ａ0を使用する周知の技法を含むものと想
定される。上記のように、第２のパスは、このＭＡＣを
ＩＶとして第２の鍵ａ1と共に使用してメッセージを暗
号化ストリングに暗号化することを含んでいる。この第
２のパスは、ＣＢＣを使用して行うことができるが、こ
れは必須ではない。ＭＡＣおよび暗号化ストリングの一
部は、暗号文として得られる。
【００３１】したがって、本発明のより一般的な態様に
よれば、暗号化は、メッセージ確認コードを計算するた
めに、平文ストリングおよび第１の鍵の使用を伴う。こ
のルーチンは、メッセージ、第２の鍵、およびメッセー
ジ確認コードを使用することによって継続して、メッセ
ージ確認コードに実質的に依存する暗号化ストリングを
生成する。このような「実質的」依存とは、暗号化スト
リングのすべてのビットが、ＭＡＣが異なる値をとるに
つれて変化することを意味している。平文の暗号文は、
メッセージ確認コードおよび暗号化ストリングの一部を
共に含む形態で得られる。このプロセスを逆行させるた
めに、暗号解読ルーチンには、暗号文の暗号化ストリン
グ部分、第２の鍵およびＭＡＣを使用して暗号解読スト
リングを生成することが含まれる。暗号解読は、暗号解
読ストリングおよび第１の鍵を使用して最終ブロックを
有するストリングを生成することによって継続する。そ
して、最終ブロックおよびＭＡＣにおける第１の鍵に基
づくブロック・サイファの逆数の既定関数が計算され
る。平文は、暗号解読ストリングおよび既定関数の結果
として得られる。
【００３２】本発明のより詳細な実施例を、以下に述べ
る。この実施例では、処理される特定のストリングが、
所望のブロック長と等しいかまたはその分数であろうと
なかろうと、メッセージ・ストリングを処理する。この
方法は、長さｋの鍵と共にｌビットのブロック・サイフ
ァｆを選択することにより開始する。たとえば、ｆがＤ
ＥＳアルゴリズムである場合、ｌは６４である。もちろ
ん、ＤＥＳに加えて他のブロック・サイファ（たとえ
ば、ＩＤＥＡまたはＳＫＩＰＪＡＣＫ）も使用すること
ができる。秘密鍵を、ａ＝（ａ0，ａ1）、ここで｜ａ0
｜＝｜ａ1｜＝ｋとし、またλが空ストリング（０0＝
λ）を表すものとする。秘密鍵ａ0およびａ1は、（少な
くとも実際の計算に関しては）相互関係はないものとす
る。＜ｍ＞が、数ｍ＜２lをｌビットのブロックに符号
化することを表すものとする。それぞれｌビットの、ｓ
ブロックから成るストリングｍ＝ｍ1．．．ｍsに対し、
ａ0におけるｍの（ｌビット）ＣＢＣ−ＭＡＣは、次の
ように定義される。
【数１】
【００３３】ここでｘが、暗号化しようとするメッセー
ジであり、ｌ≦｜ｘ｜＜２lと仮定する。ｘ＝ｘ1．．．
ｘn-lｘnを、暗号化されるメッセージとし、ここで｜ｘ
l｜＝．．．＝｜ｘn-l｜＝ｌかつ｜ｘn｜≦ｌとする。
仮定｜ｘl｜≧ｌは、暗号化すべき「フル」ブロックが
少なくとも１つあることを意味することに留意された
い。次の方法は、ｌ未満の長さのメッセージには適用す
べきではない。
【数２】 とする。上記のステップではまず、メッセージ・ストリ
ングを後続ゼロで埋め、暗号化されるストリングの全長
が、確実にブロック長の倍数になるようにし、それから
ｘの（以前は短かった）最終ブロックを、ｘの第２から
最終に至る（フル）ブロックと入れ換える。（メッセー
ジの長さが、ブロック長の倍数である場合は、このステ
ップは必須ではない）ここで、ｘ*＝ｘ1．．．ｘn-2ｘn
とする。｜ｘ*｜＝｜ｘ｜＝ｌであることに留意された
い。
【００３４】暗号化方式Ｅa（・）は次の通りである。 ・ ステップ１．
【数３】 を、ａ0におけるｘ'のｌビットのＣＢＣ−ＭＡＣとす
る。 ・ ステップ２． ｘ*を次のように暗号化する。ｙ0＝
ｔ（すなわち初期設定ベクトル）とする。そして、ｉ＝
１，．．．，ｎ−２に対し、
【数４】 とする。最後に、｜ｘn｜＝ｌの場合、
【数５】 とする。そうでない場合（すなわち１≦｜ｘn｜＜
ｌ）、ｙnを、ｆa1（ｙn-2）の最初の｜ｘn｜ビットと
ｘnとのＸＯＲとする。この暗号化方法は、可変長ブロ
ックにも適用可能なＣＢＣ暗号利用モードの拡張機能で
ある。（ブロック・サイファがＤＥＳである場合、この
方法は、ＩＢＭ ＣＵＳＰ／３８４８メカニズムと呼ば
れている。） ・ ステップ３． Ｅa（ｘ）＝ｔｙ1．．．ｙn-2ｙnと
定義する。すなわち、ｘの暗号化は、ステップ２からの
暗号文を伴うｔである。
【００３５】受信した暗号文をｙ＝ｔｙ1．．．ｙn-2ｙ
nとして、暗号解読は、次のように行われる。 ・ ステップ１． 鍵ａ1で暗号文ｙ1．．．ｙn-1ｙnを
暗号解読することによって、ｘ*を復元する。すなわ
ち、ｙ0＝ｔとし、ｉ＝１，．．．，ｎ−２に対し、
【数６】 とする。
【数７】 の場合
【数８】 とする。そうでない場合（すなわち １≦｜ｙn｜＜
ｌ）、ｘnを、ｆal（ｙn-2）の最初の｜ｙn｜ビットと
ｙnとのＸＯＲとする。 ・ ステップ２． ｘn-1を復元するために、
【数９】 とし、
【数１０】 とする。復元された平文は、ｘ1．．．ｘnである。
【００３６】本発明は、暗号化が長さ保持性を備え、過
去の状態に関係せず、決定論的かつ安全であるという点
において、重要な利点をもたらす。関連する暗号化方法
は、こうした初期的要求事項を達成できるだけでなく、
さらに、ハードウェア、ソフトウェアいずれにおいて
も、完全に並列使用を確かなものにする。たとえば、メ
ッセージ確認コードｔは米国特許第４，９３３，９６９
号に記載の「ツリーＭＡＣ」方式により計算することが
できる。暗号化機能には、単に、メッセージｘとｆ
a（ｔ）ｆa（（ｔ＋１）ｍｏｄ２l）ｆa（（ｔ＋２）ｍ
ｏｄ２l）．．．の長さ｜ｘ｜のプレフィックスとのＸ
ＯＲをとることが含まれる。このような実施例に基づ
き、プロセッサの効率を２倍にすることは、暗号文が計
算される速度を２倍にすることになる。
【００３７】本明細書に記載の方法の具体的な適用例
は、多岐にわたる。たとえば、この技法は、プロトコル
・データ・ユニットのフィールドの暗号化、ファイルの
「ｉノード」に依存しない方法でのファイルの暗号化、
または物理媒体におけるセクタ位置に依存しないディス
ク・セクタの暗号化に有用である。最初の例は、いくつ
かのメッセージ・ビットが不用意に使用可能になるよう
な通信プロトコルがある場合に行われ得る。各フィール
ドのビット数を変えずに、安全性を高めることが望まし
い。言い替えれば、かつて明文で転送されたメッセージ
のすべてを暗号化して送ることができることが望まし
い。
【００３８】以上開示された特定の実施例は、本発明と
同様の目的を達成するための他のルーチンを変更または
設計する基礎として容易に利用することができる。この
ような均等技法および実施例は、本発明の精神および範
囲を逸脱するものではない。
【００３９】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００４０】（１）第１および第２の鍵を使用して、平
文ストリングを暗号文ストリングに暗号化する暗号化方
法であって、前記平文ストリングおよび前記第１の鍵を
使用して、メッセージ確認コードを計算するステップ
と、前記平文ストリング，前記第２の鍵、および前記メ
ッセージ確認コードを使用して、実質的に前記メッセー
ジ確認コードに依存する暗号化ストリングを生成するス
テップと、前記暗号化ストリングの所定部分を前記メッ
セージ確認コードと組み合わせて前記暗号文ストリング
を得るステップとを含む暗号化方法。 （２）前記所定部分が前記暗号化ストリングの一部であ
ることを特徴とする、上記（１）に記載の暗号化方法。 （３）前記メッセージ確認コードが、ブロック・サイフ
ァの暗号ブロック連鎖によって計算されることを特徴と
する、上記（１）に記載の暗号化方法。 （４）前記ブロック・サイファが、ＤＥＳであることを
特徴とする、上記（２）に記載の暗号化方法。 （５）前記所定部分が、前記暗号化ストリングから最終
ブロックを除いたものであることを特徴とする、上記
（２）に記載の暗号化方法。 （６）前記メッセージ確認コードが、ブロック長と等し
い長さを有することを特徴とする、上記（２）に記載の
暗号化方法。 （７）第１および第２の鍵を使用して、平文ストリング
を暗号文ストリングに暗号化する方法であって、（ａ）
前記第１の鍵および第１の初期設定ベクトルを使用し
て、前記平文ストリングを暗号ブロック連鎖し、長さが
ブロック長と等しいメッセージ確認コードを生成するス
テップと、（ｂ）前記第２の鍵および第２の初期設定ベ
クトルとしての前記メッセージ確認コードを使用して、
前記平文ストリングを暗号ブロック連鎖し、暗号化スト
リングを生成するステップと、（ｃ）前記メッセージ確
認コードおよび前記暗号化ストリングの所定部分を組み
合わせて、前記暗号文ストリングを形成するステップと
を含む方法。 （８）前記所定部分が、前記暗号化ストリングから最終
ブロックを除いたものであることを特徴とする、上記
（７）に記載の方法。 （９）前記第１の初期設定ベクトルが、空ベクトルであ
ることを特徴とする、上記（７）に記載の方法。 （１０）前記平文ストリングの長さが、ブロック長の倍
数に等しいことを特徴とする、上記（７）に記載の方
法。 （１１）前記平文ストリングの長さが、前記ブロック長
の倍数に等しくないことを特徴とする、上記（７）に記
載の方法。 （１２）ステップ（ｃ）が、前記メッセージ確認コード
および前記所定部分を連結して、前記暗号文ストリング
を形成することを特徴とする、上記（７）に記載の方
法。 （１３）前記暗号文ストリングが、前記平文ストリング
と等しい長さを有することを特徴とする、上記（７）に
記載の方法。 （１４）前記第１および第２の鍵が、秘密鍵から導き出
されることを特徴とする、上記（７）に記載の方法。 （１５）第１および第２の鍵ならびにブロック・サイフ
ァを使用して、メッセージ確認コードおよび暗号化スト
リングを含む暗号文ストリングを平文ストリングに暗号
解読する方法であって、（ａ）前記第２の鍵および初期
設定ベクトルとしての前記メッセージ確認コードを使用
して、前記暗号化ストリングを暗号ブロック連鎖し、暗
号解読ストリングを生成するステップと、（ｂ）前記第
１の鍵および空初期設定ベクトルを使用して、前記暗号
解読ストリングを暗号ブロック連鎖し、最終ブロックを
有するストリングを生成するステップと、（ｃ）前記最
終ブロックと、前記メッセージ確認コードにおける前記
第１の鍵に基づくブロック・サイファの逆数との所定関
数を計算するステップと、（ｄ）前記暗号解読ストリン
グおよび前記所定関数の結果を組み合わせて、平文スト
リングを生成するステップとを含む方法。 （１６）前記ブロック・サイファがＤＥＳであることを
特徴とする、上記（１５）に記載の方法。 （１７）ステップ（ｃ）における所定関数が、排他的論
理和であることを特徴とする、上記（１５）に記載の方
法。 （１８）記憶装置と、平文ストリングを暗号文ストリン
グに暗号化するための、前記記憶装置においてサポート
されたプログラム手段とを含み、前記プログラム手段
が、前記平文ストリングおよび第１の鍵を使用してメッ
セージ確認コードを計算する手段と、前記平文ストリン
グ、第２の鍵、および前記メッセージ確認コードを使用
して暗号化ストリングを生成する手段と、前記暗号化ス
トリングの一部を前記メッセージ確認コードと組み合わ
せて前記暗号文ストリングを生成する手段とを含むこと
を特徴とするコンピュータ装置。 （１９）記憶装置と、メッセージ確認コードおよび暗号
化ストリングを含む暗号文ストリングを平文ストリング
に暗号解読するための、前記記憶装置においてサポート
されたプログラム手段とを含み、前記プログラム手段
が、秘密鍵および初期設定ベクトルとしての前記メッセ
ージ確認コードを使用して、前記暗号化ストリングを暗
号ブロック連鎖し、暗号解読ストリングを生成する手段
と、第２の秘密鍵および空初期設定ベクトルを使用し
て、前記暗号解読ストリングを暗号ブロック連鎖し、最
終ブロックを有するストリングを生成する手段と、前記
最終ブロックと、前記第２の秘密鍵を使用して評価され
たブロック・サイファの逆数との所定関数を計算する手
段と、前記暗号解読ストリングおよび前記所定関数を組
み合わせて前記平文ストリングを生成する手段とを含む
ことを特徴とするコンピュータ装置。 （２０）第１および第２の鍵ならびにブロック・サイフ
ァを使用して、暗号化および暗号解読を行うために、プ
ロセッサによって実行される命令プログラムを記憶し、
該プロセッサによって読取り可能なプログラム記憶装置
であって、前記暗号化が、（ａ）前記第１の鍵および初
期設定ベクトルを使用して、平文ストリングを暗号ブロ
ック連鎖し、メッセージ確認コードを生成するステップ
と、（ｂ）前記第２の鍵および初期設定ベクトルとして
の前記メッセージ確認コードを使用して、前記平文スト
リングを暗号ブロック連鎖し、暗号化ストリングを生成
するステップと、（ｃ）前記メッセージ確認コードおよ
び前記暗号化ストリングの一部を組み合わせて暗号文ス
トリングを生成するステップとにより実行され、前記暗
号解読が、（ａ）前記第２の鍵および初期設定ベクトル
としての前記メッセージ確認コードを使用して、前記暗
号化ストリングを暗号ブロック連鎖し、暗号解読ストリ
ングを生成するステップと、（ｂ）前記第１の鍵および
空初期設定ベクトルを使用して、前記暗号解読ストリン
グを暗号ブロック連鎖し、最終ブロックを有するストリ
ングを生成するステップと、（ｃ）前記最終ブロック
と、前記メッセージ確認コードにおける前記第１の鍵に
基づくブロック・サイファの逆数との所定関数を計算す
るステップと、（ｄ）前記暗号解読ストリングおよび前
記所定関数を組み合わせて平文ストリングを生成するス
テップとにより実行されることを特徴とする、プログラ
ム記憶装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の暗号化および暗号解読方式の実施に使
用する、システム・ユニット、キーボード、マウスおよ
び表示装置を含むコンピュータを示す図である。
【図２】図１に示されたコンピュータの構造を示すブロ
ック図である。
【図３】平文を暗号文に暗号化する本発明の方法を示す
簡略化流れ図である。
【図４】暗号文（図３において生成された）が、どのよ
うに変換されて平文に戻されるかを示す、簡略化流れ図
である。
【図５】図３のステップ７０を示す図である。
【図６】図３のステップ７２を示す図である。
【図７】図４のステップ７６を示す図である。
【図８】図４のステップ７８を示す図である。
【図９】図４のステップ８０を示す図である。
【符号の説明】
７０ 平文を暗号化してＣＢＣ−ＭＡＣを生成 ７２ 平文を暗号化して暗号ストリングを生成 ７４ ＣＢＣ−ＭＡＣとプレフィックスを組み合わせる
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒル・ベラール アメリカ合衆国10532 ニューヨーク州ホ ーソンセントラル・パーク・ウェスト 372

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１および第２の鍵を使用して、平文スト
    リングを暗号文ストリングに暗号化する暗号化方法であ
    って、 前記平文ストリングおよび前記第１の鍵を使用して、メ
    ッセージ確認コードを計算するステップと、 前記平文ストリング，前記第２の鍵、および前記メッセ
    ージ確認コードを使用して、実質的に前記メッセージ確
    認コードに依存する暗号化ストリングを生成するステッ
    プと、 前記暗号化ストリングの所定部分を前記メッセージ確認
    コードと組み合わせて前記暗号文ストリングを得るステ
    ップとを含む暗号化方法。
  2. 【請求項２】前記所定部分が前記暗号化ストリングの一
    部であることを特徴とする、請求項１に記載の暗号化方
    法。
  3. 【請求項３】前記メッセージ確認コードが、ブロック・
    サイファの暗号ブロック連鎖によって計算されることを
    特徴とする、請求項１に記載の暗号化方法。
  4. 【請求項４】前記ブロック・サイファが、ＤＥＳである
    ことを特徴とする、請求項２に記載の暗号化方法。
  5. 【請求項５】前記所定部分が、前記暗号化ストリングか
    ら最終ブロックを除いたものであることを特徴とする、
    請求項２に記載の暗号化方法。
  6. 【請求項６】前記メッセージ確認コードが、ブロック長
    と等しい長さを有することを特徴とする、請求項２に記
    載の暗号化方法。
  7. 【請求項７】第１および第２の鍵を使用して、平文スト
    リングを暗号文ストリングに暗号化する方法であって、 （ａ）前記第１の鍵および第１の初期設定ベクトルを使
    用して、前記平文ストリングを暗号ブロック連鎖し、長
    さがブロック長と等しいメッセージ確認コードを生成す
    るステップと、 （ｂ）前記第２の鍵および第２の初期設定ベクトルとし
    ての前記メッセージ確認コードを使用して、前記平文ス
    トリングを暗号ブロック連鎖し、暗号化ストリングを生
    成するステップと、 （ｃ）前記メッセージ確認コードおよび前記暗号化スト
    リングの所定部分を組み合わせて、前記暗号文ストリン
    グを形成するステップとを含む方法。
  8. 【請求項８】前記所定部分が、前記暗号化ストリングか
    ら最終ブロックを除いたものであることを特徴とする、
    請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】前記第１の初期設定ベクトルが、空ベクト
    ルであることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記平文ストリングの長さが、ブロック
    長の倍数に等しいことを特徴とする、請求項７に記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】前記平文ストリングの長さが、前記ブロ
    ック長の倍数に等しくないことを特徴とする、請求項７
    に記載の方法。
  12. 【請求項１２】ステップ（ｃ）が、前記メッセージ確認
    コードおよび前記所定部分を連結して、前記暗号文スト
    リングを形成することを特徴とする、請求項７に記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】前記暗号文ストリングが、前記平文スト
    リングと等しい長さを有することを特徴とする、請求項
    ７に記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記第１および第２の鍵が、秘密鍵から
    導き出されることを特徴とする、請求項７に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】第１および第２の鍵ならびにブロック・
    サイファを使用して、メッセージ確認コードおよび暗号
    化ストリングを含む暗号文ストリングを平文ストリング
    に暗号解読する方法であって、 （ａ）前記第２の鍵および初期設定ベクトルとしての前
    記メッセージ確認コードを使用して、前記暗号化ストリ
    ングを暗号ブロック連鎖し、暗号解読ストリングを生成
    するステップと、 （ｂ）前記第１の鍵および空初期設定ベクトルを使用し
    て、前記暗号解読ストリングを暗号ブロック連鎖し、最
    終ブロックを有するストリングを生成するステップと、 （ｃ）前記最終ブロックと、前記メッセージ確認コード
    における前記第１の鍵に基づくブロック・サイファの逆
    数との所定関数を計算するステップと、 （ｄ）前記暗号解読ストリングおよび前記所定関数の結
    果を組み合わせて、平文ストリングを生成するステップ
    とを含む方法。
  16. 【請求項１６】前記ブロック・サイファがＤＥＳである
    ことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】ステップ（ｃ）における所定関数が、排
    他的論理和であることを特徴とする、請求項１５に記載
    の方法。
  18. 【請求項１８】記憶装置と、 平文ストリングを暗号文ストリングに暗号化するため
    の、前記記憶装置においてサポートされたプログラム手
    段とを含み、 前記プログラム手段が、 前記平文ストリングおよび第１の鍵を使用してメッセー
    ジ確認コードを計算する手段と、 前記平文ストリング、第２の鍵、および前記メッセージ
    確認コードを使用して暗号化ストリングを生成する手段
    と、 前記暗号化ストリングの一部を前記メッセージ確認コー
    ドと組み合わせて前記暗号文ストリングを生成する手段
    とを含むことを特徴とするコンピュータ装置。
  19. 【請求項１９】記憶装置と、 メッセージ確認コードおよび暗号化ストリングを含む暗
    号文ストリングを平文ストリングに暗号解読するため
    の、前記記憶装置においてサポートされたプログラム手
    段とを含み、 前記プログラム手段が、 秘密鍵および初期設定ベクトルとしての前記メッセージ
    確認コードを使用して、前記暗号化ストリングを暗号ブ
    ロック連鎖し、暗号解読ストリングを生成する手段と、 第２の秘密鍵および空初期設定ベクトルを使用して、前
    記暗号解読ストリングを暗号ブロック連鎖し、最終ブロ
    ックを有するストリングを生成する手段と、 前記最終ブロックと、前記第２の秘密鍵を使用して評価
    されたブロック・サイファの逆数との所定関数を計算す
    る手段と、 前記暗号解読ストリングおよび前記所定関数を組み合わ
    せて前記平文ストリングを生成する手段とを含むことを
    特徴とするコンピュータ装置。
  20. 【請求項２０】第１および第２の鍵ならびにブロック・
    サイファを使用して、暗号化および暗号解読を行うため
    に、プロセッサによって実行される命令プログラムを記
    憶し、該プロセッサによって読取り可能なプログラム記
    憶装置であって、前記暗号化が、 （ａ）前記第１の鍵および初期設定ベクトルを使用し
    て、平文ストリングを暗号ブロック連鎖し、メッセージ
    確認コードを生成するステップと、 （ｂ）前記第２の鍵および初期設定ベクトルとしての前
    記メッセージ確認コードを使用して、前記平文ストリン
    グを暗号ブロック連鎖し、暗号化ストリングを生成する
    ステップと、 （ｃ）前記メッセージ確認コードおよび前記暗号化スト
    リングの一部を組み合わせて暗号文ストリングを生成す
    るステップとにより実行され、 前記暗号解読が、 （ａ）前記第２の鍵および初期設定ベクトルとしての前
    記メッセージ確認コードを使用して、前記暗号化ストリ
    ングを暗号ブロック連鎖し、暗号解読ストリングを生成
    するステップと、 （ｂ）前記第１の鍵および空初期設定ベクトルを使用し
    て、前記暗号解読ストリングを暗号ブロック連鎖し、最
    終ブロックを有するストリングを生成するステップと、 （ｃ）前記最終ブロックと、前記メッセージ確認コード
    における前記第１の鍵に基づくブロック・サイファの逆
    数との所定関数を計算するステップと、 （ｄ）前記暗号解読ストリングおよび前記所定関数を組
    み合わせて平文ストリングを生成するステップとにより
    実行されることを特徴とする、プログラム記憶装置。
JP8016512A 1995-02-06 1996-02-01 ２つの鍵を使用して暗号化する方法および装置 Pending JPH08248879A (ja)

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