JPS59207759A - 暗号化鍵の分配方法 - Google Patents

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】 本発明は、暗号化メツセージを伝送するため相互に接続
できる多数個（Ｎ、但しＮ〉２）の送受信装置を備える
システムにおける暗号化鍵の分配又は配布及び利用方法
に関する。

かかる方法は、端末相互間又は端末と中実装置との間に
暗号化により秘匿方式で保護される接続又は接続路が要
求される電話システム、コンビュータネッ１−ワーク等
において使用される。特に、ネットワーク構造において
極めて数の多い端末、電話器又は送受信装置が相互接続
される（少なくとも相互接続できる）システムにおいて
は、１個又は複数個の鍵の漏えいが残りの接続に影響を
及はざないようにする必要がある。

本発明の目的は、１個父は複数個の鍵の漏えいが残りの
接続の安全性に対し影響を及ぼさないようにする暗号化
鍵の分配及び利用方法を提供するにある。かかる目的を
達成するため本発明による暗号化鍵の分配及び利用方法
は、各送受信装置が初期鍵相を有し、この初期上相につ
いてはすべての場合において他の１個の送受信装置と通
信するため独特の鍵が確保され、１個の鍵箱の合鍵がＮ
ＸＮ第１１！マトリツクスの列の要素であり、かつ列の
番号が送受信装置の識別信号に関連し、２個の送受信装
置の間の通信開始以前にその列番号を交換し、２個の送
受信装置をその共通の鍵に自動的に調整することを特徴
とする。

この方法の利点は暗号解析によって鍵が見出された場合
２個の特定の送受信装置の間の１個の接３− 続だけが漏えい状態となるに過ぎないことである。

更に、１個又は複数個の端末が承認されていない者の手
に入った場合には、これら端末を含む接続だけが漏えい
状態となるに過ぎない。

この方法は特に、当該システムを比較的短い期間に際し
てだけ作動させる必要がある場合に適用することができ
、例えば民事又は軍事訓練又は作戦に際してはＮ個の送
受信装置のすべての鍵箱を新たなＮＸＮＩ！マトリック
スを構成する新たな鍵箱によって置換した後に当該シス
テムがかかる態様で使用される。

当該システムが中断されずに作動する場合には、暗号上
の理由のため使用する鍵を規則的に置換するようにする
。

本発明の他の目的は、すべての送受信装置の鍵を通信を
中断することなく新たな鍵によって置換する暗号化鍵の
分配及び利用方法を提供するにある。

そこで本発明方法の実施例においては、最初各送受信装
置が、第１鍵７１−リツクスからの前記古４− い上相に加え、新たな第２鍵絹を有し、２個の送受信装
置の間の通信開始以前に第１鍵マトリツクスにおけるそ
の列番号だけでなく第２鍵マトリツクスにお（プるその
列番号及びこれら２個の鍵マトリックスの識別信号を互
に交換し、２個の送受信装置を最も新しい共通鍵に自動
的に調整し、第１Ｗ１間に新たな鍵箱を各送受信・装置
へ別個に送信してその古い鍵箱を置換し、第２以降の期
間に新たな上相をすべての場合において各送受信装置に
別個に送信してその古い鍵箱を買換することを特徴とす
る。

また本発明方法の変形実施例においては、最初各送受信
装置が、第１鍵マトリツクスから前記古い鍵箱に加え、
新たな第２及び第３鍵マトリツクスからの新たな第２及
び第３鍵組をそれぞれ有し、第１期間に新たな第１．第
２及び第３鍵マトリツクスの列である新たな鍵箱を各送
受信装置へ別個に送信し、第２以降の期間に第１期間に
おける如く第１．第２及び第３ｍマトリックスと関連す
る上相を＠模し、２個の送受信装置の間の通信開始Ｊメ
前にその列番殉だけでなく期間の番号も互に交換し、送
受信装置を適切なマトリックスからの共通の鍵に自動的
に調整することを特徴とする。

これら２つの実施例は、鍵の分配が緩慢かつ連続的に行
われるから鍵の置換は、動作を擾乱することなく行うこ
とができるという利点を有する。

更に、これら２つの実施例は後で詳細に述べる利点を有
する。

以下、図面につき本発明の詳細な説明づ−る。

第１図は通信システムをブロック図により図面に示し、
図中のＴ１．Ｔ２．・・・Ｔ１．・・・Ｔｎは、この通
信システムがデータ通信、電話通信又は無線通信を含ん
でいるかに応じて端末、電話器又は送受信装置を示す。

更に、この通信システムは各送受信装置Ｔｉ　　（ｉ　
＝１．２．・・・ｎ）と通信できる中実装置ＣＵを備え
る。通信システムが電話ネットワークである場合には、
中実装置が、二加入者間の通信を確立する中火交換装置
であることもしばしばある。通信システムがデータネッ
１〜ワークである場合には、中実装置ＣＵがデータ交換
装置であることもしばしばある。無線通信においては中
実装置は一般に、送信装置から受信装置又は受信装置か
ら送信装置に至る伝送路において何等の機能も有しない
。説明を簡明にするため装置Ｔ１を単に送受信装置どし
て説明するが、本発明はこれに限定されるものではない
。

暗号化技術は伝送される情報を保護するために使用する
ことができる。本発明においては、当該通信システムに
おける２個の送受信装置の間の任意の接続に対し独特の
鍵を使用して、１個又は複数個の鍵の漏えいが残りの接
続に対し影響を及はざｔ〒いようにする方法を提供する
。更に、極めて数の多い送受信装置を含む通信システム
においては、送受信装置が、承認されていない第３者の
手に入る機会（物即的漏えい）は、無視できる稈僅かで
はない。この理由のためＮ個の送受信装置を含むシステ
ムにおいては各送受信装置にＮ−１個の鍵が与えられ即
ち任意の他の１個の送受信装置どの通信に対し１個の独
特の鍵が与えられる。従ってシステム全体では合計 一７＝ （Ｎ）＝１／２Ｎ　（Ｎ−１）個の独特の鍵が必要にな
る。この原理は、通信参加者Ａ、Ｒ，・・・Ｅの５個の
送受信装置ＴＡ、Ｔ８．・・・ＴＥで構成されるシステ
ムにつき第２図に示した鍵７１ヘリックスに基づいて説
明することができる。各送受信装置Ｔｉはこの鍵マトリ
ックスの列に示した自由に使える鍵ｋから成る鍵絹を有
する。接続を確立するに当っては２個の送受信装置の間
で列識別信号が自動的に交換され、然る後両方の鍵絹よ
り自動的に適切な独特の鍵を選定することができる。そ
の場合その後の通信は保護される。例えば、送受信装置
ＴＡ及びＴＥが交信を所望した場合には、送受信装置Ｔ
Ａ　はその列（２）識別信号を送受信装置Ｔ　へ送信し
、かつ送受信装置−はその列（４）識別信号を送受信装
置ＴＡへ送信する。双方の送受信装置は互に独立にその
共通の鍵（ｋ２４）を選定し、然る後双方の送受信装置
はその通信を暗号化する。

これら送受信装置はその列識別信号を交換するから、ど
の送受信装置がどの識別列を得ているか８− ということは関係ない。

暗号化のためには、所定期間中だけ所定の鍵７トリツク
スを使用するのが得策である。この理由のため本発明で
は鍵マ［〜リックスを異なるマトリックスによって規ｆ
ｉｌｌ的に置換することを提案する。

これは、づべての送受信装置を集め、各送信装置に新た
な鍵絹（マトリックスにおける列）を付与することによ
って行うことができる。例えば、送受信装置が持続時間
の制限さねた偶発的動作に際して使用される場合には、
これを簡単に行うことができる。代案として、通信の強
制的又は非強制的中断に際してすべての送受信装置に遠
隔的に新たな鍵絹を付与することもできる。

通信を中断することなく新たな鍵絹を付与する必要があ
る場合には、すべての上相につき上列を新たな上列によ
って同時に置換することが必要である。

この問題を解決するため、鍵マトリックスを徐々にかつ
連続的に置換し、各送受信装置が２つの異なるマトリッ
クスからの一つの上相、即ちいわゆる゛古い″７１−リ
ックスからの一つの鍵絹及びいわゆる′新たな″マトリ
ックスからの一つの鍵絹を自由に使えるようにする。接
続の確立に際しこれら送受信装置はそのマトリックス及
び列の識別信号を自動的に交換し、かつこれら送受信装
置が共通に有する′新たな″マトリックス列から鍵を自
動的に選定する。

ｆＬ（第２図も参照） ＴＡ　はマトリックス１からの列２及び７トリツクス２
からの列４を有する。

Ｔ８　　はマトリックス２からの列１及び７１〜リツク
ス３からの列３を有する。

Ｔｏ　　はマトリックス２からの列５及びマトリックス
３からの列２を有する。

ここでＴ、Ｔ８及びＴ。はそれぞれ通信参加に 者Ａ、Ｂ及びＣの送受信装置を示す。

その場合接続のために次のマトリックス及び列がそれぞ
れ使用される。

ＴＡをＢに接続：マトリックス２．Ｉｌｋ□。

ＴＡ　　をＣに接続：マトリックス２．！１に、５Ｔ　
をＣに接続；マトリックス３．鍵１（２８しかし、すべ
ての）２ｉ受信装置が先行７１〜リツクスからの列を供
給されるまで、鍵の連続的分配は起らない。

第３図は本発明方法を実施するのに好適な送受信装置Ｔ
ｉの一例を示す。

送受信装置Ｔｉでは２つの部分即ち送信部及び受信部を
区別することができる。まず受信部を詳細に説明する。

受信信号は送受信装置の入力回路１１の入力端子１０に
供給する。この入力回路の目的は送受信装置の性質に応
じて既知の態様で受信信号の復調、再生、濾波等を行う
にある。暗号化された入力信号はパノノ回路１１の第１
出力端子１２を介して復号（ｄｅｃｉｐｈｅｒｉｎｇ）
装置１４の入力端子１３に供給し、この復号装置１４に
おいてこの暗号化入力信号と、この復帰装置の制御入力
端子１５に供給された暗号化鍵とを既知の態様で混合す
る。従って入力信号の復号された平文形態の信号が復号
装置１４の出力端子１６に発生する。記憶装置１７の記
憶場所には使用すべき鍵絹（列）を記憶する。合鍵は＝
１１− 約１００ピツ１〜で構成する。当該システムが５０００
個の送受信装置を含み、かつ２個のマトリックスを使用
する場合、記憶装置は約１メガビツトの記憶容量を有す
る必要がある。記憶装置１７は、例えば、パバルブ″メ
モリとすることができる。

安全の理由のため鍵は記憶装置１７において平文の形態
ではなく、暗号化した形態で記憶する。従って、新たな
鍵情報の書込及び既存の鍵の続出は、復号／暗号化（ｄ
ｅｃｉｐｈｒｉｎｇ／　ｅｎｃｉｐｈｅｒｉｎｇ　）装
置１８及びこれに接続した補助記憶装置１９を介して行
う。記憶装置１７の出力端子２０から復号／暗号化装置
１８の入力端子１２ａに供給され読出された暗号化鍵は
補助記憶装置１９に記憶した補助鍵を介し復号／暗号化
装置１８によって復号し、この復号／暗号化装置１８の
第１出力端子２１を介して復月装Ｍ１４の制御入力端子
１５に供給する。

補助記憶装置１９は筒中に消去できるメモリであり、こ
れを適切に構成配置して、ある状態においては記憶した
補助鍵を消去できるか又は装置の作動状態とは無関係に
直ちに少なくとも使用不能な１２− らしめることができるようにする（特に、電圧が印加さ
れず、不作動状態）。

新たな鍵情報、即ち既存の最も古い上相と買換すべき新
たなマトリックスと関連する鍵絹は、記憶装置１７にお
いて記憶する以前に復号／暗号化装置１８によって暗号
化する。この目的のため入力回路１１の第２出力端子２
２を復号／暗号化装置１８の入力端子２３に接続する。

暗号化後筒２出力端子２４に生ずる暗号化された鍵絹は
記憶装置１７の入力端子２５に供給する。

記憶装置１７の記憶場所はこれに接続したアドレスデコ
ーダ２６によってアドレス指定する。アドレス指定情報
（列識別及びマトリックス識別信号）は入力回路１１の
第３出力端子２８を介して制御回路２７に供給する。制
御回路２７は供給された情報から記憶アドレスを決定し
、これをアドレスデコーダ２６に供給する。

原理的には送受信装置Ｔｉは３つの形式の動作状態即ち
接続確立状態、通信状態及び鍵分配状態を有する。接続
確立状態に際しては入力回路１１は発信側送受信’Ｉ＝
’ｌＢの列識別及び７トリツクス識別信号を制御回路２
７へ転送し、逆に制御回路２７は着信側送受信装置の列
識別及び？１〜リックス識別信号を入力回路１１を介し
て発信者へ転送する。この情報に基づいて双方の通信参
加者により適当な鍵が自動的に選択される。

通信状態においては受信した暗号化情報は入力回路１１
を介して復号装置１４へ転送され、この復号装置は供給
された情報を、接続確立状態において決定された鍵に基
づいて決定する。

鍵分配状態においては入力回路１１は受信した新たな上
相を制御回路２７により決定された記憶装置１７の記憶
場所に暗号化／復号装置１８を介して書込む。すべての
送受信装置が先のマトリックスに関連する上相を有する
に至るまで、新たな上相の分配を開始できないことは明
らかである。更に、送受信装置がその正規の鍵の内容を
喪失した（何等かの理由で）場合送受信装置が使用不能
になるか又は所定期間限られた範囲しか使用できなくな
るのを防止するため多数の上相（従ってマトリックスに
お（Ｊる列）をスペア鍵どして保持することが所望され
る。

かかる方法の利点は次の通りである。

（１）１個又は複数個の鍵の漏えいが他の接続の保護に
影響を及ぼさず、 （２）新たな鍵への変更を任意瞬時にかつ通信を中断す
ることなく行うことができ、 （３）追加経費をそれ程必要とすることなく送受信装置
を極め人容量の通信システム用に構成できるので通信シ
ステムの拡張が容易であり、その結果小さいシステムに
対しても初期投下資本を低くおさえることができ、かつ
規模の増大に対する投下資本の増大は緩やかである。

更に、送受信装置Ｔｉは図示しない送信部を備え、この
送信部は送信すべき平文を、暗号化複信の１個又は複数
個の送受信装置へ既知の態様で送信する。この目的のた
め送受信装置Ｔｉは暗号化装置を備え、実際上この暗号
化装置は復号装置１４ど合体されるのが普通である。し
かし復号／暗号化装置を構成するよう復号／暗号化装置
１８及び復１５− 曇化装置１４も拡張する場合には復号／暗号化装置１８
及び復号化装置１４を合体して単一の復号／暗号化装置
を構成するようにすることもできる。

上述した２７１〜リツクス法の変形として３マトリツク
ス法がある。３７１〜リツクス法においては各送受信装
置に対し３個の異なるマトリックスからの３個の列を付
与し、連続的分配に際して全記憶内容（例えば記憶装置
１７の）を３個の新たな列によって置換する。代案とし
て、３個のマトリックスからの３個の列に代えて１個の
超マトリックス又はスーパーマトリックス（３ＮＸＮ＞
からの１個の列（３Ｎ個の要素から成る）を分配するこ
ともできる。

上記３個の列のうち第１列は各送受信装置へ送信される
先行期間の転置第３マトリツクスからの任意の列である
。これは鍵を有する完全なマトリックスを常に中央に維
持する必要があることを意味する。

上記３個の列のうち第３及び第２列は送受信装置へ送信
され、かつ新たに発生した７１へリツクス１６− から発生する。第４図は特に３個の連続した期間即ち（
ｎ−１）、ｎ及び（ｎ＋１）につき５個の送受信装置に
対する鍵マトリックス系の例を示す。

子側のマトリックス（Ｍ、Ｍ　　及びＭ。）は先ａ　　
　　　　Ｃ 待期間（期間ｎ−２（図示せず）、ｎ−１及びｎ）の第
３マトリツクス（Ｍａ　（図示せず）、Ｍｏ及びＭ　）
の転置によって決まるマトリックスである。接続確立状
態においては送受信装置は期間番号及び列識別信号を自
動的に交換し、適当なマトリックスから共通の鍵を自動
的に選定する。

１、送受信装置Ｔ　（期間ｎ）と送受信装置Ｔ８（期間
ｎ）：鍵ｄ４゜ ２、送受信装置ＴＡ　　（期間ｎ）と送受信装置ＴＢ（
期間ｎ−１）：鍵”　Ｉｎ　。

３、送受信装置ＴＡ（期間ｎ）と送受信装置Ｔ８（期間
ｎ＋１）：鍵ｅ２．。

一般に、同じ期間からの鍵を有する送受信装置（例１）
は常に中央マトリックス（Ｍｄ、例１）からの鍵に限定
されるのに対し、豆に異なる期間からの鍵を有する送受
信装置は第１及び第３マド先行期間においてすべての送
受信装置に新たな列が準備されるまで新たな分配期間が
開始されないことは明らかである。何等かの理由で上相
の鍵の内容が喪失した場合には、この上相を再び当該ネ
ットワーク全体において使用するのに好適ならしめる必
要があるのであれば、次の分配期間を早期に行えば充分
である。これは、マトリックスのスペア列を使用可能な
らしめる必要がないことを意味する。

３マトリツクス法は２マトリツクス法に比べ次の利点を
有する。（１）鍵の材料が各期間において置換され、そ
の結果記憶（ｃｈａｒｇｉｎｇ）及び記憶手順を簡単化
することができ、（２）後続の分配期間を早期瞬時に早
めることができるから、スペア列を貯える必要がなくな
り、かつ−岡重要なことは貯えたスペア列を使いつくし
てしまう可能性がなくなることである。

また２マトリツクス法は３７トリツクス法に比べ特定の
利点を有しており、即ち（１）送受信装置の記憶装置に
記憶する必要がある鍵が少なくｃ済み（２／３）：従っ
て所定記憶容量において送受信装置の最大個数が大ぎく
なり、（２）各連続的分配のために発生する必要がある
鍵が少なくて済み（１／３）、（３）ｅｌｆ持する必要
がある鍵の材料が少なくて済み、即ち完全なく非対称）
マトリックスに代え若干のスペア列だ【プ雑持４ること
を必要とするに過ぎなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を使用できるシステムを示すブロ
ック図、 第２図は本発明の方法において使用できる鍵マトリック
スの一例を示す図、 第３図は本発明の方法において使用覆る送受信装置の一
例を示すブロック図、 第４図は本発明の変形方法において使用１″る鍵マトリ
ックス系の一例を示す図である。 Ｔ＋、丁２．Ｔ３．Ｔｉ　、ｌ”ｎ・−送受信装置１９
− ＣＵ・・・中実装置 １１・・・入力回路　　　　１４・・・復号装置１７・
・・記憶装置　　　　１８・・・復号／暗号化装置１９
・・・補助記憶装置　　２６・・・アドレスデコーダ２
７・・・制御回路。 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン ２０− オランダ国デン・ハーク・プリ ストラード５ ３５６−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、暗号化メツセージを伝送するため相互に接続できる
   多数個（Ｎ、但しＮ〉２）の送受信装置を具えるシステ
   ムにおける暗号化鍵の分配及び利用方法において、各送
   受信装置が初期上相を有し、この初期上相についてはす
   べての場合において他の１個の送受信装置と通信するた
   め独特の鍵が確保され、１個の上相の合鍵がＮＸＮ第１
   鍵マトリツクスの列の要素であり、かつ列の番号が送受
   信装置の識別信号に関連し、２個の送受信装置の間の通
   信開始以前にその列番号を交換し、２個の送受信装置を
   その共通の鍵に自動的に調整することを特徴とする暗号
   化鍵の分配及び利用方法。 ２、　Ｎ個の送受信装置のすべての上相を新たなＮＸＮ
   ＸＮ上リックスを構成する新たな上相によって置換する
   特許請求の範囲第１項記載の分配及び利用方法。 ３、最初各送受信装置が、第１鍵７トリツクスからの前
   記古い上相に加え、新たな第２鍵マトリツクスからの新
   たな第２鍵組を有し、２個の送受信装置の間の通信開始
   以前に第１鍵マトリツクスにおけるその列番号だけでな
   く第２鍵マトリツクスにおけるその列番号及びこれら２
   個の鍵マトリックスの識別信号を互に交換し、２個の送
   受信装置を最も新しい共通の鍵に自動的に調整し、第１
   期間に新たな上相を各送受信装置へ別個に送信してその
   古い上相を置換し、第２以降の期間に新たな上相をすべ
   ての場合において各送受信装置に別個に送信してその古
   い上相を置換する特許請求の範囲第１項記載の分配及び
   利用方法。 ４、最初各送受信装置が、第１鍵マトリツクスから前記
   古い上相に加え、新たな第２及び第３鍵マトリツクスか
   らの新たな第２及び第３鍵組をそれぞれ有し、第１期間
   に新たな第１゜第２及び第３鍵マトリツクスの列である
   新たな上相を各送受信装置へ別個に送信し、第２以降の
   期間に第１期間における如（第１．第２及び第３鍵マト
   リツクスと関連する鍵箱を置換し、２個の送受信装置の
   間の通信開始以前にその列番号だけでなく期間の番号も
   互に交換し、送受信装置を適切な７１〜リツクスからの
   共通の鍵に自動的に調整する特許請求の範囲第１項記載
   の分配及び利用方法。 ５、先行期間の転置された第３鍵マトリツクスから任意
   の列を選択することによって第１排列と関連する鍵箱を
   得る特許請求の範囲第４項記載の分配及び利用方法。