JPH0983512A

JPH0983512A - 暗号化システム及びそれに利用可能な光学的排他的論理和演算装置

Info

Publication number: JPH0983512A
Application number: JP7239974A
Authority: JP
Inventors: Nagaaki Ooyama; 永昭大山; Yasuhiro Komiya; 康宏小宮; Yoshinobu Komata; 芳信小俣; Masaki Higure; 正樹日暮; Mitsugi Tsunoda; 貢角田; Masahiro Yamaguchi; 雅浩山口; Takashi Koo; 高史小尾
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】Vernam暗号を高速に処理できるようにするこ
と。【解決手段】暗号化キー生成部４４の偏光板３８1 ，３
８2 、液晶パネル（ＬＣＰ）４０1 〜４０3 、回折素子
（ＤＥ）５６1 〜５６4 は、各ＬＣＰの各画素間の３ビ
ットの演算を行う光学的排他的論理和演算装置を構成す
る。ＤＥは演算すべき各画素間の対応を導く。ＬＣＰ４
０1 には、初期値ベクトル（最初は種信号）に対応する
パターンが表示される。偏光板３８3 からの出力光を撮
像しＡ／Ｄ変換することで、ＬＣＰの画素に対応したラ
ンダムなビット列が暗号化キーとして得られる。これ
が、暗号化部４６の偏光板３８3 ，３８4 、ＬＣＰ４０
4 ，４０5 でなる光学的排他的論理和演算装置のＬＣＰ
４０4 に表示され、また暗号化されるべきデジタルデー
タがＬＣＰ４０5 に表示される。偏光板３８4 からの出
力光は、撮像され、Ａ／Ｄ変換されて、Vernam暗号とし
て出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル通信等に
おける暗号化システム及びそれに利用可能な光学的排他
的論理和演算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高度情報化社会のデジタル通信網におい
ては、情報の安全性を確保するため、各種の暗号化手法
が重要になってきている。

【０００３】暗号化方式には、大きく、公開鍵を用いる
ものと、秘密鍵（共通鍵とも言う）を用いるものの２つ
に大別される。特に、後者の秘密鍵は、通信網における
印鑑的な役割もあり、今後益々利用されると考えられ
る。

【０００４】秘密鍵を用いる手法としては、ランダムな
鍵と平文（暗号化したいデータ）との排他的論理和（以
下、ＸＯＲと記す）を演算して暗号化するヴァーナム
（以下、Vernamと記す）暗号が知られている。このVern
am暗号では、一般的には、ある長さの初期値を種とした
疑似乱数が暗号化キーとして用いられる。

【０００５】図８の（Ｂ）は、疑似乱数の発生として、
最大長系列符号（以下、Ｍ系列と称する）を用いたVern
am暗号のアルゴリズムを示す図である。

【０００６】同図において、参照番号１Ａは暗号化した
いデジタルデータ（平文に相当）であり、これが暗号化
部２Ａに与えられる。暗号化部２Ａは、種信号３Ａを初
期値として、Ｍ系列乱数を暗号化キーとして生成する暗
号化キー生成部４Ａと、この生成された暗号化キーと上
記デジタルデータ１ＡとのＸＯＲ演算を行うＸＯＲ回路
５Ａとからなり、そのＸＯＲ演算結果をVernam暗号とし
て出力する。

【０００７】この暗号化部２Ａより出力されたVernam暗
号は、伝送路６を介して、復号化部２Ｂに送られる。

【０００８】復号化部２Ｂは、上記暗号化部２Ａと同様
な構成を有するもので、種信号３ＢからＭ系列乱数を暗
号化キーとして生成する暗号化キー生成部４Ｂと、この
生成された暗号化キーと伝送されてきたVernam暗号との
ＸＯＲ演算を行うＸＯＲ回路５Ｂとからなり、ＸＯＲ演
算結果を復号化されたデジタルデータ１Ｂとして出力す
る。

【０００９】このVernam暗号は秘密鍵方式であるため、
上記種信号３Ａと種信号３Ｂは、同じ信号である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】Vernam暗号は、長大な
暗号化キーを用いた場合には、安全性の高い暗号方式で
あることが明らかにされている。このVernam暗号では、
上述したように、ある長さの初期値を種とした疑似乱数
が暗号化キーとして用いられるが、このような乱数の周
期は、種とする信号（信号種）の大きさに依存する。従
って、Vernam暗号で高い安全性を確保するためには、暗
号化キーとして長大な疑似乱数を発生させる必要があ
る。

【００１１】しかしながら、画像のような大容量のデー
タを暗号化するのに充分な安全性を保つために、このよ
うな長大な疑似乱数を発生するには、非常に多くの計算
量を要し、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと
略す）等の計算機で大容量データを暗号化乃至は復号化
する際には、大変に時間がかかってしまうという問題点
を有していた。

【００１２】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、Vernam暗号を高速に処理することが可能な暗号化シ
ステム及びそれに利用可能な光学的排他的論理和演算装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による暗号化システムは、種信号を受けて
暗号化キーを生成する暗号化キー生成部と、暗号化すべ
きデジタルデータ又は暗号化されたデジタルデータを受
け、該デジタルデータと前記暗号化キー生成部で生成さ
れた暗号化キーとの排他的論理和演算を行って暗号化し
たデジタルデータ又は復号化されたデジタルデータを出
力する排他的論理和演算部とからなる暗号化／復号化部
を備えた暗号化システムであって、特に、前記暗号化キ
ー生成部及び前記排他的論理和演算部の少なくとも一方
が、空間変調素子を利用した光学的排他的論理和演算装
置を含むことを特徴とする。

【００１４】即ち、本発明の暗号化システムによれば、
大容量データを暗号化するために、画像などの比較的大
きなデータを種信号とした疑似乱数を暗号化キーとして
生成する。このとき、光が並列に大容量の情報を扱える
ことに注目し、光学的な並列演算システムとしての、空
間変調素子を利用した光学的排他的論理和演算装置を利
用して、暗号化キーの生成乃至はデジタルデータの暗号
化、復号化を行うようにしている。

【００１５】また、本発明による光学的排他的論理和演
算装置は、２枚の偏光板と、これら偏光板の間に、それ
ぞれ前記偏光板と整列されて配設された複数枚の空間変
調素子とを備えることを特徴とする。

【００１６】即ち、本発明の光学的排他的論理和演算装
置によれば、偏光板の偏光方向を調整すると共に、それ
らの間に配設された各空間変調素子の各デジタルデータ
に対応するエリアの変調状態を制御することで、そのエ
リア数分の排他的論理和演算を並列に実施できるように
している。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１８】［第１の実施の形態］図２は、本発明の第
１の実施の形態における暗号化システムの構成を示す図
で、同図において、参照番号１０Ａ，１０Ｂはパソコン
等の通信端末である。１２Ａ，１２Ｂは、ハードディス
クや光磁気ディスク等の記憶媒体であり、この記憶媒体
１２Ａ，１２Ｂは、暗号化すべきデータもしくは復号化
されたデータであるデジタルデータ１４Ａ，１４Ｂを記
憶する。このデジタルデータ１４Ａ，１４Ｂは、画像や
音声、テキストデータ等のどのようなデータであっても
良い。さらに記憶媒体１２Ａ，１２Ｂは、種信号ａ１６
Ａ，１６Ｂ、種信号ｂ１８Ａ，１８Ｂ、種信号ｃ２０
Ａ，２０Ｂを記憶している。ここでは、長大な鍵を生成
する種としての種信号ａ〜ｃは、画像データである場合
を想定するが、もちろん、テキストなどデジタルデータ
なら何を用いてもかまわない。

【００１９】このような記憶媒体１２Ａ，１２Ｂは、デ
ータバス２２Ａ，２２Ｂを介して、暗号／復号化ユニッ
ト２４Ａ，２４Ｂ及びＲＡＭ２６Ａ，２６Ｂに接続され
ている。暗号／復号化ユニット２４Ａ，２４Ｂは、後で
詳細に説明するようにデジタルデータをVernam暗号に暗
号化したり、逆に、Vernam暗号をデジタルデータに復号
したりする機能を有する。また、ＲＡＭ２６Ａ，２６Ｂ
は、図示しないＣＰＵにより暗号化、復号化、及び通信
を制御するためのコントロールプログラム２８Ａ，２８
Ｂが読み込まれるものである。

【００２０】そして、さらにデータバス２２Ａ，２２Ｂ
には、モデム等の通信制御器３０Ａ，３０Ｂが接続さ
れ、通信のための伝送路３２を介して、それらの間で、
暗号／復号化ユニット２４Ａ，２４Ｂにて暗号化された
Vernam暗号が伝送されるようになっている。

【００２１】ここで、暗号／復号化ユニット２４Ａ，２
４Ｂにつき説明をするが、その理解を助けるために、ま
ず、疑似乱数の発生についてから説明を開始する。

【００２２】Ｍ系列は、線形シフトレジスタ回路（以
下、ＬＳＲと称す）を用いて生成される符号語であり、
擬似的にランダムな系列である。ｎ段のシフトレジスタ
を用いると、２ⁿ−１の周期を持つ系列を発生させるこ
とができることが知られている。このｎを適当に選択す
ると、Ｖ（ｘ）＝１＋ｘ^k＋ｘⁿ （ｎ，ｋ：正の整数）で表される原始多項式Ｖ（ｘ）に基づいた図３の（Ａ）
に示すような回路によって、１クロックにつき１ビット
の系列が生成される。ここで、ｘ^kはＬＳＲ３４におい
てｋ段目のレジスタからフィードバックをかけることを
意味する。同図では、ＬＳＲ３４の各ビットに、１（前
回生成したビット）からｎ（ｎ回前に生成したビット）
までの番号を付けてａ1 からａn で表し、ａ0 に新しい
ビットが生成される様子を示す。この原始多項式の例で
は、ｎ番目のビットとｋ番目のビットとをＸＯＲ回路３
６にてＸＯＲ演算したものがａ0 になる。こうしてａ0
が生成された後は、このａ0 をａ1 とし、全てのビット
をずらすので、古いａn は失われる。この操作を繰り返
すことで、擬似的にランダムなビット列が生成される。

【００２３】Ｍ系列は、ある状態からｎクロックシフト
後の状態への変換を用いることにより、ｎ個の初期入力
に対して一度にｎ個の系列を生成することができる。さ
らに、ｎ＞ｋ＞ｎ／２である場合に着目すると、ビット
の入れ替えと最大３ビットのＸＯＲを組み合わせること
によって、同時にｎ個の系列の生成が可能である。

【００２４】ここで、ｎ＝１０，ｋ＝７の場合につい
て、図３の（Ｂ）を用いて具体的に説明する。この図中
の各欄の数字は、初期値のビット値に対応し、記号
「＾」は、ＸＯＲ演算を表すものとする。また、各行
は、初期値から１ビットずつ乱数列を生成したときの各
ビットの状態を示している。この図より、１０クロック
シフト後の各ビット状態が１０個の乱数列に対応するこ
とがわかる。また、最大３ビットのＸＯＲで１０クロッ
クシフト後の状態が実現されていることがわかる。

【００２５】図３の（Ｃ）は、上記のように１度にｎビ
ットの乱数列を生成できるコネクションの概念図であ
る。このコネクションは３層からなり、コネクションの
入力（第１層）は初期値ベクトルａで、第２層、第３層
への入力はｂ、ｃであり、出力はｂ_out、ｃ_outであ
る。また、ｃ_outはこのコネクションの出力でもあり、
ｎビットの乱数列になる。ｂ_outはａとｂのＸＯＲ演算
の、またｃ_outはａ′とｃのＸＯＲ演算の結果になる。

【００２６】ここで、ａ＝（ａ1 ，ａ2 ，…，ａn ）と
すると、ｂは、ｂi ＝ａi+n-k （ｉ≦ｋ），ｂi ＝ａi-k （ｉ＞ｋ） …（１）と表され、ｃは、ｃi ＝ｂi+n-k _out （ｉ≦ｋ），ｃi ＝ｂi-k _out （ｉ＞ｋ） …（２）と表される。また、ａ′は、ａ′i ＝ａi （２ｋ−ｎ＜ｉ≦ｋ），ａ′i ＝０（２ｋ−ｎ≧ｉ，ｉ＞ｋ） …（３）と表される。

【００２７】ここで、ａ′i ＝０とは、図３の（Ｂ）に
おいて、１０クロック後の行では２つのＸＯＲと３つの
ＸＯＲを取るところがあり、この２つのＸＯＲを取って
いるところを示している。即ち、この部分は、「０」と
のＸＯＲを取っていると見なすことができる。

【００２８】そして、このコネクションの出力ｃ
_outを、改めて初期値ベクトルａとすることで、次のｎ
ビット乱数が発生できる。この各層のコネクションは逆
にしても乱数列の順番は変わるが、同様の効果が得られ
る。

【００２９】このような第２層、第３層等で行われる複
数ビットの並列的なＸＯＲ演算を実現できれば、暗号化
が高速に行われることができる。

【００３０】本実施の形態では、そのような並列的なＸ
ＯＲ演算を、図４の（Ａ）に示すような、空間変調素子
を利用した光学系、即ち光学的排他的論理和演算装置に
より実現している。なお、本実施の形態中では、空間変
調素子として液晶パネルを例に説明するが、本発明はそ
れだけに限定されないことは勿論である。

【００３１】同図において、参照番号３８Ａ及び３８Ｂ
は偏光板で、互いの偏光面が直角になるように配置され
ている。そして、この間に、ホモジニアス配向の液晶パ
ネル（以下、ＬＣＰと称する）４０Ａ，４０Ｂが配設さ
れている。また、４２は出力面を表している。なお、こ
の図は、簡略化のため、ＬＣＰ４０Ａ，４０Ｂ及び出力
面４２は、４画素のみを示している。

【００３２】このような光学系では、ＬＣＰ４０Ａ，４
０Ｂを一画素単位で１／２波長板として制御することに
よりＸＯＲ演算が可能になる。即ち、ＬＣＰ４０Ａ，４
０Ｂは、オンの状態の時（図中で白い画素ａ，ｂ，ｃ，
ｄ）には、１／２波長板として働くため、図中に両方向
矢印で示すように、入射光に対して偏光方向を９０度変
化させることができる。また、オフの場合（図中で黒い
画素ａ′，ｂ′，ｃ′，ｄ′）には、入射光の偏光方向
は変化しない。そのため、ＬＣＰ４０ＡとＬＣＰ４０Ｂ
が共にオンの場合（画素ｅ）及び共にオフの場合（画素
ｆ）に、出力面４２はオフとなるが、ＬＣＰ４０ＡとＬ
ＣＰ４０Ｂのどちらか一方だけがオンの場合（画素ｇ，
ｈ）には、出力面４２はオンとなり、ＸＯＲ演算が実現
できる。

【００３３】この演算は、ＬＣＰの各画素が１ビットに
対応し、ＬＣＰの画素数分のＸＯＲ演算が同時に実行さ
れることができる。なお、３ビット以上のＸＯＲ演算
は、偏光板３８Ａ，３８Ｂの間におくＬＣＰの数を増や
し、偏光板による偏光方向を適当に変えることで、可能
になる。

【００３４】このような光学系を利用して、上記暗号／
復号化ユニット２４Ａ，２４Ｂは、例えば、図１に示す
ように構成される。

【００３５】即ち、上記暗号／復号化ユニット２４Ａ，
２４Ｂとしての暗号／復号化ユニット２４は、暗号キー
生成部４４と暗号化部４６とからなるが、それぞれは光
学系４８によって実現される。例えば、レーザ等の光源
５０からのコヒーレント光がハーフミラー５２によって
分岐されて、暗号化キー生成部４４及び暗号化部４６に
導かれる。

【００３６】暗号化キー生成部４４においては、入射コ
ヒーレント光をレンズ系５４1 により平行光にした後、
偏光板３８1 に導かれる。この偏光板３８1 は、ＬＣＰ
４０1 ，４０2 ，４０3 、回折素子（以下、ディフレク
ションエレメント：ＤＥと称する）５６1 ，５６2 ，５
６3 ，５６4 、及び偏光板３８2 と共に、前述したコネ
クションを実現するものである。ここで、ＤＥ５６1 ，
５６2 ，５６3 ，５６4 は、所望の方向に光を曲げるも
のであり、これは、例えば、ホログラム等で実現されて
いる。即ち、ＤＥ５６1 ，５６3 はＬＣＰ４０1 ，４０
2 の各画素を通して出てきた光軸に平行な光を画素毎に
所望の方向に曲げて出射し、ＤＥ５６2，５６4 はＤＥ
５６1 ，５６3 からの光を光軸に平行な方向に戻してＬ
ＣＰ４０2 ，４０3 に入射させる役目を果たす。

【００３７】ここで、ＬＣＰ４０1 には、画像メモリ５
８に記憶されている初期値ベクトルに対応するパターン
が表示される。なお、この初期値ベクトルは、最初は、
記憶媒体１２Ａ又は１２Ｂから読み出されて画像メモリ
５８に一時記憶された種信号である。そして、偏光板３
８1 からの出力光をＣＣＤカメラ６０1 で撮像し、Ａ／
Ｄ変換部６２1 を通し、適当な閾値処理をすることで、
ＬＣＰの画素に対応したランダムなビット列が得られ
る。なお、閾値処理回路は図示されていない。このビッ
ト列は、画像メモリ５８に記憶され、次のランダムなビ
ット列を生成するために再びフィードバックされると共
に、暗号化キーとして、暗号化部４６に入力される。

【００３８】暗号化部４６においては、この入力された
暗号化キーをＬＣＰ４０4 に表示する。一方、暗号化さ
れるべきデジタルデータは、記憶媒体１２Ａ又は１２Ｂ
から読み出されてデータメモリ６４に記憶されており、
これがＬＣＰ４０5 に表示される。偏光板３８3 には、
上記ハーフミラー５２で分岐された光が、レンズ系５４
2 によって平行光にされて入射されており、ＬＣＰ４０
4 ，４０5 と偏光板３８3 ，３８4 とによって、前述し
たようにＸＯＲ演算が行われる。偏光板３８4からの出
力光は、ＣＣＤカメラ６０2 で撮像され、Ａ／Ｄ変換部
６２2 にてデジタルデータに変換され、これがVernam暗
号として出力される。この場合も、閾値処理をしてビッ
ト列として出力する。

【００３９】ここで、暗号化したいデジタルデータの総
ビット数（Ｍ）が種信号の総ビット数（Ｎ）と一致する
か又は種信号の方が大きい場合（Ｍ≦Ｎ）には、フィー
ドバックを行う必要はないが、一般にはＭ＞Ｎであるた
め、フィードバックが行われる。

【００４０】なお、このような構成の暗号／復号化ユニ
ット２４で、Vernam暗号の復号化を行う場合には、デー
タメモリ６４を介してデジタルデータの代わりにVernam
暗号をＬＣＰ４０5 にて表示するようにすれば良い。こ
れにより、Ａ／Ｄ変換部６２2 の出力に、復号化された
デジタルデータが得られる。

【００４１】以上のような構成の暗号化システムでは、
次のように動作する。なお、通信端末１０Ａ，１０Ｂの
双方向での暗号の通信ができるが、ここでは通信端末１
０Ａから通信端末１０Ｂへ暗号化したVernam通信を送る
場合について説明する。

【００４２】まず、通信端末１０Ａでは、通信のための
コントロールプログラムを起動し、これがＲＡＭ２６Ａ
に読み込まれる。次に、送信したいデジタルデータ１４
Ａを指定すると共に、暗号化に用いる種信号を指定す
る。ここでは例えば、種信号ｂ１８Ａを選択したとす
る。このデジタルデータ１４Ａと種信号ｂ１８Ａは、暗
号／復号化ユニット２４Ａ送られ、前述した処理により
Vernam信号が発生される。このVernam信号は、通信制御
器３０Ａを介して、伝送路３２を通って、通信端末１０
Ｂへと送られる。通信端末１０Ｂでは、通信制御器３０
Ｂを介して、入力されるVernam信号が暗号／復号化ユニ
ット２４Ｂへ送られると共に、種信号ｂ１８Ｂが読み出
されて暗号／復号化ユニット２４Ｂへ送られる。そし
て、元のデジタルデータとして復号化される。なお、当
然のことながら、この復号時に種信号ｂ以外の種信号ａ
や種信号ｃでは、元のデジタルデータへの復号化はでき
ず、暗号化に用いたときと同じ種信号ｂを用いる必要が
ある。

【００４３】以上のように本実施の形態では、暗号／復
号化ユニットに光学的排他的論理和演算装置を用いるこ
とにより、長大なキーを用いた暗号化、復号化の処理
を、非常に高速に行うことができる。しかも、ＬＣＤ等
が４０万画素あれば、４０万ビット分の暗号化が一度で
できることになる。

【００４４】なお、図１の構成では、ＤＥ（回折素子）
をインラインに配置しているが、もちろん光軸からオフ
セットさせて配置することも可能である。

【００４５】また、図５に示すように、回折素子の代わ
りに光ファイバ（図中ではＯＦと記す）６６1 ，６６2
で接続したユニットも実現可能である。この場合には、
光源５０として、十分に波長域の狭いものであれば、コ
ヒーレント光を発生するものでなくても良い。

【００４６】また、図４の（Ｂ）に示すように、暗号／
復号化ユニット２４は、通信制御器３０の中に組み込ま
れるようにしても良い。

【００４７】本実施の形態では、信号の読み出しにＣＣ
Ｄカメラ６０1 ，６０2 を利用しているが、ＬＣＬＶ
（Liquid Crystal Light Valve）を用いることもでき
る。この場合、暗号キー生成部４４側の出力光を光学系
を介して直接、暗号化部４６のＸＯＲ演算部分の入力と
することができる。

【００４８】さらに、ＸＯＲ演算を光学的に実現する方
法として、空間コーディングと呼ばれる手法も利用でき
る。

【００４９】［第２の実施の形態］次に、伝送速度と安
全性をさらに高めた、本発明の第２の実施の形態につい
て、図６を参照して説明する。

【００５０】上記第１の実施の形態では、Vernam暗号を
伝送路３２にて伝送していた。この伝送路に、例えば２
４００ＢＰＳの電話回線を用いて、縦横それぞれ５１２
画素のＲＧＢカラー画像データのVernam暗号を送る場合
には、（５１２＊５１２＊３＊８）／（２４００＊６０）＝４
３．６９分もかかってしまう。処理したいデータが複数あるとき
は、現状の電話回線での伝送は現実的でない。

【００５１】そこで、本実施の形態においては、Vernam
暗号を外部記憶媒体に記憶して、オフラインで搬送する
ようにしている。

【００５２】即ち、図６において、参照番号６８Ａ，６
８Ｂは、第１のデータ入出力機器であり、例えば、フロ
ッピーディスクドライブや光磁気ディスクドライブであ
る。Vernam暗号は、フロッピーディスクや光磁気ディス
ク等の記憶媒体７０に記憶されて、オフライン搬送され
る。

【００５３】また、上記第１の実施の形態では、種信号
は予め通信端末に記憶されていたが、この場合は、すべ
ての種信号で復号化を試せるため、安全性をより高める
意味で更なる改良の余地がある。

【００５４】そこで、本実施の形態では、種信号を通信
端末以外の媒体に記憶させることを提案する。即ち、同
図において、参照番号７２Ａ，７２Ｂは、第２のデータ
入出力機器であり、例えば、ＩＣカードリーダライタや
光カードドライブである。そして、種信号は、ＩＣカー
ドや光カード等の携帯可能な記憶媒体７４に記憶され、
オフライン搬送される。ここで、種信号をフロッピーデ
ィスクや光磁気ディスク等に記憶させても良いが、情報
の安全性を保つためには、データを利用する個人が携帯
した方が良く、その点、携帯に便利なＩＣカード（ＣＰ
Ｕを含むので特に秘匿性が高い）や光カードは有効であ
る。また、この場合、秘密を共有し合う複数のメンバー
だけが同じ種信号の記憶媒体を持つことにより、情報の
安全性がより高く確保される。

【００５５】［第３の実施の形態］なお、上記のような
構成の暗号／復号化ユニット２４は、必ずしも各端末１
０に必要なものではない。近年、図７に示すように、Ｌ
ＡＮによって各端末をネットワーク化する機会が増えて
きているが、その際、外部通信網７６と接続する部分に
ゲートウェイ７８と呼ばれる保護壁を設置することがあ
る。そこで、各端末１０に暗号／復号化ユニット２４を
設けるのではなく、ゲートウェイ７８に設置し、外部と
データの交換を行う際にのみ、暗号化されたデータを用
いることができる。

【００５６】このような構成とした場合、例えば、医療
データの利用などにおいて有効である。即ち、ある患者
が、かかりつけ以外の病院（例えば、救急病院；図７に
おけるＬＡＮ２が運用されている）に運ばれたとき、そ
の運ばれた病院の医師がその患者のこれまでの様子を知
りたい場合、患者が身につけている種信号を記憶したカ
ードを用いて、離れた場所にあるかかりつけの病院のデ
ータベース（図７におけるＬＡＮ１が運用されている）
にアクセスし、望みのデータを安全に手に入れることが
できる。この患者のデータは、種信号を記憶したカード
が無い限りは見ることができず、完全にプライバシィー
が保たれる。

【００５７】もちろん、図７に示すように、サブネット
の入口にあるゲートウェイ／端末８０に、暗号／復号化
ユニット２４を設置してもかまわない。このようにする
ことで、暗号を何重にもかけることができる。例えば、
ＬＡＮでつながれたある建物の中の複数の部署毎にサブ
ネットを構築すると、その部署内では平文でデータが伝
送され、他の部署にそのデータを渡すときには、ゲート
ウェイ／端末８０に設置された暗号／復号化ユニット２
４で暗号化して渡すことができ、さらにそれを外部通信
網７６を介して建物外に伝送するときにはゲートウェイ
７８に設置された暗号／復号化ユニット２４でもう一度
暗号化することができるので、外部に伝送されるデータ
の秘匿性をより高めることが可能なる。

【００５８】［第４の実施の形態］本実施の形態は、種
信号をデジタルデータにおける印鑑代わりに利用するも
のである。即ち、現在の公的な印鑑登録では、押印され
た陰影と登録された陰影をプリントアウトしたものを照
合して確認している。ところが、デジタルデータに対し
ては印鑑に当たるものが現在までに実用化されていな
い。

【００５９】そこで、図８の（Ａ）に示すように、公的
に証明乃至登録された陰影をスキャナ等で取り込んだデ
ータをキー生成のための種信号とし、証明したいデータ
を暗号化すれば、公的な登録で証明された陰影でなけれ
ば、データを復号化して利用することができない。この
種信号を、前述した第２の実施の形態の中で述べたよう
に、例えばＩＣカードに記憶しておき、暗号／復号化を
することで、種信号を印鑑代わりに利用することができ
る。

【００６０】なおこの場合、登録する種信号は、印鑑、
サイン等の公的に証明されたデータであれば、何でも良
いことは勿論である。

【００６１】［第５の実施の形態］上記第１乃至第４の
実施の形態で述べた暗号化鍵を生成するための種信号と
して、画像を利用することができる。一般に、画像デー
タは容量が大きいため、長大な鍵を生成する種信号とし
て適当である。また、一般に、画像データは、１画素８
ビットの階調を持ったグレースケールデータとして表さ
れるため、例えば、各画素上位３ビット目といったよう
に、各画素値のビットスライスを種信号として利用でき
る。あるいは、オリジナル画像データを間引いた画像の
ビット列を種信号として選択することも可能である。

【００６２】もちろん、本実施の形態では、画像データ
から種信号を選択する方法として２種類挙げたが、本発
明における暗号／復号化は暗号のデータの送／受信側で
同じ種信号を利用すれば良いので、ここに挙げた以外の
種信号の選択が可能なことは当然である。

【００６３】以上実施の形態に基づいて本発明を説明し
たが、本発明は上述した実施の形態に限定されるもので
はなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可
能である。ここで、本発明の要旨をまとめると以下のよ
うになる。

【００６４】（１）種信号を受けて暗号化キーを生成
する暗号化キー生成部と、暗号化すべきデジタルデータ
又は暗号化されたデジタルデータを受け、該デジタルデ
ータと前記暗号化キー生成部で生成された暗号化キーと
の排他的論理和演算を行って暗号化したデジタルデータ
又は復号化されたデジタルデータを出力する排他的論理
和演算部とからなる暗号化／復号化部を備えた暗号化シ
ステムにおいて、前記暗号化キー生成部及び前記排他的
論理和演算部の少なくとも一方は、空間変調素子を利用
した光学的排他的論理和演算装置を含むことを特徴とす
る暗号化システム。

【００６５】即ち、大容量データを暗号化するために、
画像などの比較的大きなデータを種信号とした疑似乱数
を暗号化キーとして生成すると共に、このとき、光が並
列に大容量の情報を扱えることに注目し、光学的な並列
演算システムとしての、空間変調素子を利用した光学的
排他的論理和演算装置を利用して、暗号化キーの生成乃
至はデジタルデータの暗号化を行うようにしているの
で、長大なキーを用いた暗号化、復号化の処理を、非常
に高速に行うことができる。

【００６６】（２）前記暗号化キー生成部の光学的排
他的論理和演算装置は、Ｖ（ｘ）＝１＋ｘ^k＋ｘⁿ （但し、ｎ＞ｋ＞ｎ／
２）で表される原始多項式に基づいたｎビット最大長系列符
号による疑似乱数を発生するように構成されていること
を特徴とする（１）に記載の暗号化システム。

【００６７】即ち、上記原始多項式に基づいて光学的排
他的論理和演算装置を構成することで、その光学的排他
的論理和演算装置に利用される空間変調素子の個数を最
小限にすることができる。

【００６８】（３）２枚の偏光板と、これら偏光板の
間に、それぞれ前記偏光板と整列されて配設された複数
枚の空間変調素子と、を具備することを特徴とする光学
的排他的論理和演算装置。

【００６９】即ち、偏光板の偏光方向を調整すると共
に、それらの間に配設された各空間変調素子の各デジタ
ルデータに対応するエリアの変調状態を制御すること
で、そのエリア数分の排他的論理和演算を並列に実施で
きる。

【００７０】（４）前記種信号は、前記暗号化／復号
化部を収容する装置本体に着脱自在な記憶媒体に記憶さ
れており、前記暗号化／復号化ユニットは、前記記憶媒
体から種信号を読み出して前記暗号化キー生成部に供給
する手段を含むことを特徴とする（１）に記載の暗号化
システム。

【００７１】即ち、種信号を暗号化／復号化部を収容す
る装置本体内に持たず、特定の人が形態可能な記憶媒体
内に記憶させておくことで、デジタルデータ又は暗号の
秘密性をより向上することができる。

【００７２】（５）前記種信号は、公的に証明された
データであることを特徴とする（１）に記載の暗号化シ
ステム。

【００７３】即ち、種信号を印鑑代わりに利用すること
ができるようになる。

【００７４】（６）前記種信号は、階調を持つ画像信
号であることを特徴とする（１）に記載の暗号化システ
ム。

【００７５】即ち、画像データは容量が大きいため、長
大な鍵を生成する種信号として適当である。また、画像
データの一部のみを種信号に用いることも可能であるの
で、画像データのどの部分が種信号と選択されているか
わからない限り、その画像データを不正に入手したとし
ても暗号化されたデータを復号化することができないの
で、デジタルデータ又は暗号の秘密性を向上できる。

【００７６】（７）前記暗号化／復号化部は、情報ネ
ットワークにおけるグルーピングされた所定のエリアの
中で、その情報の入出力部の部分にあることを特徴とす
る（１）に記載の暗号化システム。

【００７７】即ち、情報ネットワーク内でのグルーピン
グされた所定のエリアの中で、暗号化／復号化すれば良
いので、個々の端末が暗号化／復号化部を持たなくて
も、どの端末からもエリア外部と暗号化したデータの交
換を行うことが可能になり、全体構成の簡素化と共に情
報の秘匿性を向上することができる。

【００７８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Vernam暗号を高速に処理することが可能な暗号化システ
ム及びそれに利用可能な光学的排他的論理和演算装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における暗号／復号化ユニッ
トのブロック構成図である。

【図２】第１の実施の形態における暗号化システムのブ
ロック構成図である。

【図３】（Ａ）は線形シフトレジスタ回路を用いたｎビ
ット最大長系列符号（Ｍ系列）による疑似乱数発生回路
を示す図、（Ｂ）は（Ａ）においてｎ＝１０，ｋ＝７と
したときのビット状態を示す図であり、（Ｃ）は１度に
ｎビットの乱数列を生成できるコネクションの概念図で
ある。

【図４】（Ａ）は第１の実施の形態における光学的排他
的論理和装置の原理を説明するための図であり、（Ｂ）
は第１の実施の形態における暗号化システムの変形例を
示すブロック構成図である。

【図５】第１の実施の形態における暗号／復号化ユニッ
トの変形例を示すブロック構成図である。

【図６】第２の実施の形態における暗号化システムのブ
ロック構成図である。

【図７】第３の実施の形態における暗号化システムの構
成を示す図である。

【図８】（Ａ）は種信号をデジタル印鑑として利用する
第４の実施の形態を説明するための図であり、（Ｂ）は
従来の暗号化システムのブロック構成図である。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ…通信端末、１４Ａ，１４Ｂ…
デジタルデータ、１６Ａ，１６Ｂ…種信号ａ、１８
Ａ，１８Ｂ…種信号ｂ、２０Ａ，２０Ｂ…種信号ｃ、
２４，２４Ａ，２４Ｂ…暗号／復号化ユニット、３
０，３０Ａ，３０Ｂ…通信制御器、３２…伝送路、
３８Ａ，３８Ｂ，３８1 〜３８4 …偏光板、４０Ａ，
４０Ｂ，４０1 〜４０5 …液晶パネル（ＬＣＰ）、４
４…暗号化キー生成部、４６…暗号化部、５６1 〜
５６4 …回折素子（ＤＥ）、６６1 ，６６2 …光ファ
イバ（ＯＦ）、６８Ａ，６８Ｂ，７２Ａ，７２Ｂ…デ
ータ入出力機器、７０，７４…記憶媒体、７８…ゲ
ートウェイ、８０…ゲートウェイ／端末。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者日暮正樹東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者角田貢神奈川県横浜市緑区長津田町4259 東京工業大学内 (72)発明者山口雅浩神奈川県横浜市緑区長津田町4259 東京工業大学内 (72)発明者小尾高史神奈川県横浜市緑区長津田町4259 東京工業大学内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】種信号を受けて暗号化キーを生成する暗
号化キー生成部と、暗号化すべきデジタルデータ又は暗
号化されたデジタルデータを受け、該デジタルデータと
前記暗号化キー生成部で生成された暗号化キーとの排他
的論理和演算を行って暗号化したデジタルデータ又は復
号化されたデジタルデータを出力する排他的論理和演算
部とからなる暗号化／復号化部を備えた暗号化システム
において、前記暗号化キー生成部及び前記排他的論理和演算部の少
なくとも一方は、空間変調素子を利用した光学的排他的
論理和演算装置を含むことを特徴とする暗号化システ
ム。
【請求項２】前記暗号化キー生成部の光学的排他的論
理和演算装置は、Ｖ（ｘ）＝１＋ｘ^k＋ｘⁿ （但し、ｎ＞ｋ＞ｎ／
２）で表される原始多項式に基づいたｎビット最大長系列符
号による疑似乱数を発生するように構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の暗号化システム。
【請求項３】２枚の偏光板と、これら偏光板の間に、それぞれ前記偏光板と整列されて
配設された複数枚の空間変調素子と、を具備することを特徴とする光学的排他的論理和演算装
置。