JP6667174B2 - Communication data encryption / decryption method and system - Google Patents
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Description
本発明は、ストリーム暗号を用いた通信データの暗号化／復号に関するものである。 The present invention relates to encryption / decryption of communication data using a stream cipher.
今日のコンピュータネットワーク社会において、通信内容の機密性を確保する暗号技術は情報セキュリティの中核の１つである。暗号には公開鍵暗号と共通鍵暗号があり、共通鍵暗号は、ブロック暗号とストリーム暗号に大別できることが知られている。 In today's computer network society, encryption technology for securing confidentiality of communication contents is one of the cores of information security. Ciphers include public key cryptography and common key cryptography, and it is known that common key cryptography can be roughly classified into block ciphers and stream ciphers.
ストリーム暗号は、秘密鍵ないし初期化ベクトルをシードとして、疑似乱数生成器によって生成した鍵系列を用いるものであり、暗号化においては、平文系列と鍵系列のビット毎の排他的論理和演算によって暗号文系列を生成し、復号においては、暗号文系列と鍵系列のビット毎の排他的論理和演算によって平文系列を生成する。また、ストリーム暗号は、鍵系列生成器の同期に着目すると、外部同期型と自己同期型に分類される。 The stream cipher uses a key sequence generated by a pseudo-random number generator using a secret key or an initialization vector as a seed.In encryption, a cipher is performed by exclusive OR operation of a plaintext sequence and a key sequence for each bit. In generating and decrypting a sentence sequence, a plaintext sequence is generated by performing an exclusive OR operation for each bit of a ciphertext sequence and a key sequence. Stream ciphers are classified into an external synchronization type and a self-synchronization type when focusing on the synchronization of the key sequence generator.
ストリーム暗号については、様々なものが提案されており、具体例については、ストリーム暗号評価プロジェクトであるeSTREAMやISO規格を参照することができる。ストリーム暗号の安全性及び処理性能は、鍵系列生成器の安全性及び処理性能に依存する部分が大きいが、最近では、軽量鍵系列生成器についての関心も高い（非特許文献１〜８）。 Various stream ciphers have been proposed. For specific examples, the stream cipher evaluation project eSTREAM and ISO standards can be referred to. Although the security and processing performance of the stream cipher largely depend on the security and processing performance of the key sequence generator, recently, interest in a lightweight key sequence generator is also high (Non-Patent Documents 1 to 8).
ストリーム暗号は、ブロック暗号に比べてデバイスにかかる負荷が小さく、メモリーや処理能力といった計算機資源を節約して暗号通信を行う場合、ストリーム暗号は有利である。しかし、センサー等の計算機資源の乏しいデバイスが、ＰＣのような計算機資源豊かなデバイスと暗号通信を行う環境（非対称計算機資源環境）では、計算機資源の乏しいデバイスにとって処理が依然として動作コストが高すぎるという課題がある。 The stream cipher has a smaller load on the device as compared with the block cipher, and the stream cipher is advantageous when performing cipher communication while saving computer resources such as memory and processing capacity. However, in an environment (asymmetric computer resource environment) in which a device with scarce computer resources, such as a sensor, performs cryptographic communication with a device with rich computer resources such as a PC, the processing cost is still too high for a device with scarce computer resources. There are challenges.
ワイヤレス・センサーネットワーク（ＷＳＮ）やユビキタス・センサーネットワーク（ＵＳＮ）に例示されるように、高性能な計算機だけでなく情報処理能力の低いウェラブルデバイスやセンサーなどのデバイスを含む複雑なネットワークシステムを構築し、新たなサービスと市場を創出する期待が高まっている。そのようなネットワークシステムのためのセキュリティ技術のニーズがあるものの、現在のストリーム暗号技術は必ずしもそのニーズに応えられるものであるとは言えない。 Build complex network systems that include not only high-performance computers but also devices such as wearable devices and sensors with low information processing capabilities, as exemplified by wireless sensor networks (WSN) and ubiquitous sensor networks (USN). There is a growing expectation that new services and markets will be created. Although there is a need for security techniques for such network systems, current stream cipher techniques cannot always be said to meet that need.
計算機資源の乏しいデバイス（センサ等）が計算機資源の豊かなデバイス（ＰＣ等）と暗号通信を行うという非対称的な環境において、計算機資源の乏しいデバイスが送信者として動作する場合（すなわち、暗号化を行う場合）でも、また、受信者として動作する場合（すなわち、復号を行う場合）でも、計算機資源の乏しいデバイス側の動作コストが低いことと、理論的に厳密な安全性と、を両立させることが重要である。
本発明は、デバイス間のデータの送受信における安全性を確保するものでありながら、計算機資源の乏しいデバイス側の動作コストを低くできる暗号化／復号方法及びシステムを提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an encryption / decryption method and system capable of lowering the operation cost of a device with scarce computer resources, while ensuring the security of data transmission and reception between devices. is there.
本発明が採用した通信データの暗号化／復号方法は、
第１デバイスと第２デバイス間の通信データの暗号化／復号方法であって、
前記第１デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、を備え、
前記第２デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、を備え、
前記第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合には、
前記第１デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するステップと、
を備え、
前記第２デバイスにおける復号方式は、
前記第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備え、
前記第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合には、
前記第２デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成するステップと、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成するステップと、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成するステップと、
を備え、
前記第１デバイスにおける復号方式は、
前記第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成するステップと、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備えている、
通信データの暗号化／復号方法。
The communication data encryption / decryption method adopted by the present invention is as follows.
A method for encrypting / decrypting communication data between a first device and a second device, comprising:
The first device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction decoder, and an embedder,
The second device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction encoder, and a decimator,
When the first device is a transmitter and the second device is a receiver,
The encryption method in the first device includes:
Performing an exclusive OR operation of the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
Generating a second ciphertext by performing embedding on the first ciphertext using a second key sequence;
With
The decoding method in the second device is as follows:
Performing a decimation on a second ciphertext received from the first device using a second key sequence to generate a third ciphertext;
Performing an exclusive OR operation of the third ciphertext and the first key sequence to output a plaintext;
With
When the second device is a transmitter and the first device is a receiver,
The encryption method in the second device includes:
Performing an exclusive OR operation on the plaintext and the third key sequence to generate a first ciphertext;
Generating a second 'ciphertext by error correcting and encoding the first'ciphertext;
Performing decimation on the second 'ciphertext using the fourth key sequence to generate a third'ciphertext;
With
The decoding method in the first device is as follows:
Error correcting and decoding the third 'ciphertext received from the second device using a fourth key sequence to generate a fourth'ciphertext;
Performing an exclusive OR operation of the fourth 'ciphertext and the third key sequence to output a plaintext;
Has,
Communication data encryption / decryption method.
本発明が採用した通信データの暗号化／復号システムは、
第１デバイスと第２デバイス間の通信データの暗号化／復号システムであって、 前記第１デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、を備え、
前記第２デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、を備え、
前記第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合には、
前記第１デバイスにおける暗号化手段は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
入力された平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する前記エンベッダと、
からなり、
前記第２デバイスにおける復号手段は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
前記第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する前記デシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなり、
前記第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合には、
前記第２デバイスにおける暗号化手段は
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成する前記誤り訂正符号化器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成する前記デシメータと、
からなり、
前記第１デバイスにおける復号手段は、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
前記第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する誤り訂正復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
The communication data encryption / decryption system adopted by the present invention includes:
An encryption / decryption system for communication data between a first device and a second device, wherein the first device includes a key sequence generator, an exclusive-OR operator, an error correction decoder, an embedder, With
The second device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction encoder, and a decimator,
When the first device is a transmitter and the second device is a receiver,
Encryption means in the first device,
The key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the input plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
An embedding unit that embeds the first ciphertext using a second key sequence to generate a second ciphertext;
Consisting of
Decoding means in the second device,
The key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
A decimator that performs decimation on a second ciphertext received from the first device using a second key sequence to generate a third ciphertext;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the third ciphertext and the first key sequence and outputs a plaintext;
Consisting of
When the second device is a transmitter and the first device is a receiver,
Encryption means in the second device comprises: a key sequence generator for generating a third key sequence and a fourth key sequence;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the plaintext and the third key sequence to generate a first ciphertext;
Said error correction encoder for error correcting encoding the first 'ciphertext to generate a second'ciphertext;
A decimator for performing decimation on the second 'ciphertext using a fourth key sequence to generate a third'ciphertext;
Consisting of
Decoding means in the first device,
The key sequence generator for generating a third key sequence and a fourth key sequence;
An error correction decoder for performing error correction decoding of the third ciphertext received from the second device using a fourth key sequence to generate a fourth ciphertext;
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the fourth 'ciphertext and the third key sequence and outputting a plaintext;
Consists of
１つの態様では、第１デバイスの処理能力は、第２デバイスの処理能力よりも高い。
１つの態様では、複数の鍵系列生成器が用いられ、例えば、第 １鍵系列と第３鍵系列が第１鍵系列生成器によって生成され、第２鍵系列と第４鍵系列が第１鍵系列生成器と別個の第 ２鍵系列生成器によって生成される。
また、第２鍵系列と第４鍵系列をさらに異なる鍵系列生成器によって生成してもよく、また、第１鍵系列と第３鍵系列をさらに異なる鍵系列生成器によって生成してもよい。また、第１鍵系列〜第４鍵系列を同一の鍵系列生成器によって生成してもよい。
In one aspect, the processing capacity of the first device is higher than the processing capacity of the second device.
In one aspect, a plurality of key sequence generators are used, for example, a first key sequence and a third key sequence are generated by a first key sequence generator, and a second key sequence and a fourth key sequence are generated by a first key sequence. It is generated by a second key sequence generator separate from the sequence generator.
Further, the second key sequence and the fourth key sequence may be generated by different key sequence generators, and the first key sequence and the third key sequence may be generated by further different key sequence generators. Further, the first to fourth key sequences may be generated by the same key sequence generator.
本発明が採用した他の技術手段は、暗号化装置及び復号装置として動作するデバイスであって、
前記デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、送信手段と、受信手段と、を備え、
暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する前記エンベッダと、
第２暗号文を送信する前記送信手段と、
からなり、
復号装置は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１´暗号文を誤り訂正符号化して生成された第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して生成された第３´暗号文を受信する前記受信手段と、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する前記誤り訂正復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなる、デバイス。
１つの態様では、当該デバイスは、計算機資源が豊富なデバイス（第１デバイス）である。
Another technical means adopted by the present invention is a device that operates as an encryption device and a decryption device,
The device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction decoder, an embedder, a transmission unit, and a reception unit,
The encryption device is
The key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
Said embedder for embedding a first ciphertext using a second key sequence to generate a second ciphertext;
Said transmitting means for transmitting a second ciphertext;
Consisting of
The decryption device is
A decimation is performed on the second ciphertext generated by performing error correction encoding on the first ciphertext generated by the exclusive OR operation of the plaintext and the third key sequence using the fourth key sequence. Said receiving means for receiving the generated third 'ciphertext;
The key sequence generator for generating a third key sequence and a fourth key sequence;
An error correction decoder that performs error correction decoding of the 3 ′ ciphertext using a fourth key sequence to generate a 4 ′ ciphertext;
The exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the fourth 'ciphertext and the third key sequence and outputting a plaintext;
Consisting of a device.
In one aspect, the device is a device with abundant computer resources (first device).
本発明が採用した他の技術手段は、暗号化装置及び復号装置として動作するデバイスであって、
前記デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、送信手段と、受信手段と、を備え、
前記暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する前記誤り訂正符号化器と、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する前記デシメータと、
第３暗号文を送信する前記送信手段と、
からなり、
前記復号装置は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１´暗号文に対して第４鍵系列を用いて埋め込みを実行して生成された第２´暗号文を受信する前記受信手段と、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成する前記デシメータと、
第３´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなる、デバイス、である。
１つの態様では、当該デバイスは、計算機資源が乏しいデバイス（第２デバイス）である。
Another technical means adopted by the present invention is a device that operates as an encryption device and a decryption device,
The device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction encoder, a decimator, a transmission unit, and a reception unit,
The encryption device,
The key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
Said error correction encoder for error correction encoding the first ciphertext to generate a second ciphertext;
A decimator that performs decimation on a second ciphertext using a second key sequence to generate a third ciphertext;
Said transmitting means for transmitting a third ciphertext;
Consisting of
The decoding device,
The receiving means for receiving a second 'ciphertext generated by executing embedding of a first' ciphertext generated by an exclusive OR operation of a plaintext and a third key sequence using a fourth key sequence When,
The key sequence generator for generating a third key sequence and a fourth key sequence;
A decimator for performing decimation on the second 'ciphertext using a fourth key sequence to generate a third'ciphertext;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the 3 ′ ciphertext and the third key sequence and outputs a plaintext;
Consisting of a device.
In one aspect, the device is a device (second device) with scarce computer resources.
本発明が採用した暗号化／復号方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する第１ステップと、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する第２ステップと、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する第３ステップと、
第３暗号文を第２鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４暗号文を生成する第４ステップと、
第４暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する第５ステップと、
からなる。
１つの態様では、第１ステップ〜第３ステップは第２デバイスによって実行され、第４ステップ〜第５ステップは第１デバイスによって実行される。
The encryption / decryption method adopted by the present invention is as follows:
A first step of performing an exclusive OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
A second step of error-correcting and encoding the first ciphertext to generate a second ciphertext;
A third step of performing decimation on the second ciphertext using the second key sequence to generate a third ciphertext;
A fourth step of error-correcting and decoding the third ciphertext using the second key sequence to generate a fourth ciphertext;
A fifth step of performing an exclusive OR operation on the fourth ciphertext and the first key sequence to output a plaintext;
Consists of
In one aspect, the first to third steps are performed by a second device, and the fourth to fifth steps are performed by the first device.
本発明が採用した暗号化／復号システムは、
暗号化装置と復号装置とからなる暗号化／復号システムにおいて、
前記暗号化装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する誤り訂正符号化器と、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
からなり、
前記復号装置は、
第３暗号文を第２鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４暗号文を生成する誤り訂正復号器と、
第４暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
１つの態様では、前記暗号化装置は第２デバイスに含まれ、前記復号装置は第１デバイスに含まれる。
The encryption / decryption system adopted by the present invention comprises:
In an encryption / decryption system including an encryption device and a decryption device,
The encryption device,
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
An error correction encoder for error correcting and encoding the first ciphertext to generate a second ciphertext;
A decimator for performing decimation on the second ciphertext using the second key sequence to generate a third ciphertext;
Consisting of
The decoding device,
An error correction decoder for performing error correction decoding of the third ciphertext using the second key sequence to generate a fourth ciphertext;
An exclusive-OR operator that performs an exclusive-OR operation on the fourth ciphertext and the first key sequence and outputs a plaintext;
Consists of
In one aspect, the encryption device is included in a second device, and the decryption device is included in a first device.
本発明が採用した他の暗号化／復号方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する第１ステップと、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する第２ステップと、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する第３ステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する第４ステップと、
からなる。
１つの態様では、第１ステップ〜第２ステップは第１デバイスによって実行され、第３ステップ〜第４ステップは第２デバイスによって実行される。
Other encryption / decryption methods employed by the present invention include:
A first step of performing an exclusive OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
A second step of performing embedding of the first ciphertext using the second key sequence to generate a second ciphertext;
A third step of performing decimation on the second ciphertext using the second key sequence to generate a third ciphertext;
A fourth step of performing an exclusive OR operation on the third ciphertext and the first key sequence to output a plaintext;
Consists of
In one aspect, the first to second steps are performed by a first device, and the third to fourth steps are performed by a second device.
本発明が採用した暗号化／復号システムは、
暗号化装置と復号装置とからなる暗号化／復号システムにおいて、
前記暗号化装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するエンベッダと、
からなり、
前記復号装置は、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
１つの態様では、前記暗号化装置は第１デバイスに含まれ、前記復号装置は第２デバイスに含まれる。
The encryption / decryption system adopted by the present invention comprises:
In an encryption / decryption system including an encryption device and a decryption device,
The encryption device,
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
An embedder that embeds the first ciphertext using a second key sequence to generate a second ciphertext;
Consisting of
The decoding device,
A decimator for performing decimation on the second ciphertext using the second key sequence to generate a third ciphertext;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the third ciphertext and the first key sequence and outputs a plaintext;
Consists of
In one aspect, the encryption device is included in a first device, and the decryption device is included in a second device.
本発明が採用した暗号化方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成するステップと、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
からなる。
本発明が採用した暗号化装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する誤り訂正符号化器と、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
からなる。
１つの態様では、上記暗号化方法及び装置は、第２デバイスによって実現される。
The encryption method adopted by the present invention is:
Performing an exclusive OR operation of the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
Error correcting and encoding the first ciphertext to generate a second ciphertext;
Performing decimation on the second ciphertext using the second key sequence to generate a third ciphertext;
Consists of
The encryption device adopted by the present invention is:
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
An error correction encoder for error correcting and encoding the first ciphertext to generate a second ciphertext;
A decimator for performing decimation on the second ciphertext using the second key sequence to generate a third ciphertext;
Consists of
In one aspect, the encryption method and apparatus are realized by a second device.
本発明が採用した復号方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１暗号文を誤り訂正符号化して生成された第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して生成された第３暗号文の復号方法であって、
第３暗号文を第２鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４暗号文を生成するステップと、
第４暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備えている。
本発明が採用した復号装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１暗号文を誤り訂正符号化して生成された第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して生成された第３暗号文の復号装置であって、
第３暗号文を第２鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４暗号文を生成する誤り訂正復号器と、
第４暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
１つの態様では、上記復号方法及び装置は、第１デバイスによって実現される。
The decoding method adopted by the present invention is:
The first ciphertext generated by the exclusive OR operation of the plaintext and the first key sequence is error-correction-encoded, and the second ciphertext generated is subjected to decimation using the second key sequence to be generated. A third ciphertext decryption method,
Error correcting and decoding the third cipher text using the second key sequence to generate a fourth cipher text;
Performing an exclusive OR operation of the fourth ciphertext and the first key sequence to output a plaintext;
It has.
The decoding device adopted by the present invention is:
The first ciphertext generated by the exclusive OR operation of the plaintext and the first key sequence is error-correction-encoded, and the second ciphertext generated is subjected to decimation using the second key sequence to be generated. A third ciphertext decryption device,
An error correction decoder for performing error correction decoding of the third ciphertext using the second key sequence to generate a fourth ciphertext;
An exclusive-OR operator that performs an exclusive-OR operation on the fourth ciphertext and the first key sequence and outputs a plaintext;
Consists of
In one aspect, the above-described decoding method and apparatus are realized by a first device.
本発明が採用した他の暗号化方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するステップと、
からなる。
本発明が採用した他の暗号化装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するエンベッダと、
からなる。
１つの態様では、上記暗号化方法及び装置は、第１デバイスによって実現される。
Other encryption methods employed by the present invention include:
Performing an exclusive OR operation of the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
Executing embedding of the first ciphertext using the second key sequence to generate a second ciphertext;
Consists of
Other encryption devices employed by the present invention include:
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
An embedder that embeds the first ciphertext using the second key sequence to generate a second ciphertext;
Consists of
In one aspect, the encryption method and apparatus are realized by a first device.
本発明が採用した他の復号方法は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して生成された第２暗号文の復号方法であって、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
からなる。
本発明が採用した他の復号装置は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して生成された第２暗号文の復号装置であって、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
１つの態様では、上記復号方法及び装置は、第２デバイスによって実現される。
Another decoding method adopted by the present invention is:
A method for decrypting a second ciphertext generated by performing embedding using a second key sequence on a first ciphertext generated by an exclusive OR operation of a plaintext and a first key sequence,
Performing decimation on the second ciphertext using the second key sequence to generate a third ciphertext;
Performing an exclusive OR operation of the third ciphertext and the first key sequence to output a plaintext;
Consists of
Another decoding device adopted by the present invention is:
A decryption apparatus for a second ciphertext generated by executing embedding using a second key sequence on a first ciphertext generated by an exclusive OR operation of a plaintext and a first key sequence,
A decimator for performing decimation on the second ciphertext using the second key sequence to generate a third ciphertext;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the third ciphertext and the first key sequence and outputs a plaintext;
Consists of
In one aspect, the above-described decoding method and apparatus are realized by a second device.
本発明は、上記暗号化方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、
上記復号方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、
上記暗号化／復号方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム、
として規定することもできる。
The present invention provides a computer program for causing a computer to execute the encryption method,
A computer program for causing a computer to execute the decoding method,
A computer program for causing a computer to execute the encryption / decryption method,
Can be defined as
本発明では、誤り生成と訂正に必要な事前情報（鍵系列）を送受信者が共有しておき、送信者が意図的に誤りを発生させ、受信者がそれを訂正する。
挿入処理（埋め込み）は高コストであるが、信号を欠落させる間引き処理（デシメーション）は低コストであること、及び、誤り訂正復号は高コストであるが、誤り訂正符号化は低コストであることに着目し、計算機資源が乏しいデバイスが送信者、計算機資源が豊かなデバイスが受信者の場合には、送信者においてデシメーション、誤り訂正符号化を行う一方、受信者において誤り訂正復号を行い、計算機資源が豊かなデバイスが送信者、計算機資源が乏しいデバイスが受信者の場合には、送信者において埋め込みを行う一方、受信者においてデシメーションを行うという非対称的な方式とし、負荷の高い処理を計算機資源が豊かなデバイス側へ偏らせることによって、計算機資源の乏しいデバイス側の動作コストを低くした。
また、計算機資源が乏しいデバイス側の動作コストを低くすることで、消費電力を大幅に抑えることができる。
In the present invention, prior information (key sequence) necessary for error generation and correction is shared between the transmitter and the receiver, the sender intentionally generates an error, and the receiver corrects the error.
The insertion process (embedding) is expensive, but the decimation process for dropping the signal is low, and the error correction decoding is high cost, but the error correction coding is low cost. When the device with less computer resources is the sender and the device with more computer resources is the receiver, the sender performs decimation and error correction coding, while the receiver performs error correction decoding and performs When the device with rich resources is the sender and the device with scarce computer resources is the receiver, the sender performs embedding and the receiver performs decimation, and the asymmetric method is adopted. The operating cost on the device side where computer resources are scarce was lowered by biasing toward the device side where the computer is rich.
In addition, power consumption can be significantly reduced by lowering the operation cost of a device with scarce computer resources.
本発明では、符号技術を応用したことにより、安全性を符号理論分野で良く知られている問題（雑音の挿入あるいは信号の欠落を経た後の復号という課題）に帰着させることができた。
計算機資源が豊かなデバイスが送信者の場合における暗号化テキストの安全性は、採用する鍵系列生成器の安全性と、鍵系列を用いたバイナリベクトルの埋め込み（挿入）に依存する。
計算機資源が乏しいデバイスが送信者の場合における暗号化テキストの安全性は、採用する鍵系列生成器の安全性と、鍵系列を用いたバイナリベクトルのデシメーションに依存する。
In the present invention, by applying the coding technique, the security can be reduced to a problem well known in the field of coding theory (a problem of decoding after insertion of noise or signal loss).
The security of the cipher text in the case where the device with a large amount of computer resources is the sender depends on the security of the key sequence generator employed and the embedding (insertion) of the binary vector using the key sequence.
The security of the ciphertext when the device with scarce computer resources is the sender depends on the security of the key sequence generator employed and the decimation of the binary vector using the key sequence.
本発明は暗号処理のスキームを提案するものであり、各ブロックないし構成要素の具体的な構成は限定されず、例えば、既存の技術あるいは将来開発されるであろうストリーム暗号技術と組み合わせて用いることができる。
本発明は、構成要素をブラックボックスとしているため（例えば、要素技術の鍵系列生成が特定のアルゴリズムに依存しているわけではないため）、特定のアルゴリズムが破られたからといって提案方式自体が破綻するわけではない。
The present invention proposes a scheme of cryptographic processing, and the specific configuration of each block or component is not limited. For example, the present invention is used in combination with an existing technology or a stream cryptographic technology that will be developed in the future. Can be.
In the present invention, since the components are black boxes (for example, the key sequence generation of the element technology does not depend on a specific algorithm), the proposed method itself does not exist even if the specific algorithm is broken. It does not fail.
［Ａ］通信データの暗号化／復号システムの全体構成
図１に示すように、通信データの暗号化／復号システムは、第１デバイスと第２デバイスとを備えている。図１では便宜上、１つの第１デバイスと、１つの第２デバイスを示すが、暗号化／復号システムは、１つあるいは複数の第１デバイスと、１つあるいは複数の第２デバイスと、を備えていてもよい。第１デバイス、第２デバイスは共にコンピュータを含んでいると共に、Bluetooth、Wifi等の通信機能を備えている。コンピュータは、ハードウェアとして、入力部、記憶部、処理部（演算部ないしＣＰＵ）、出力部等を備えており、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって所定の処理を実行する。
[A] Overall Configuration of Communication Data Encryption / Decryption System As shown in FIG. 1, the communication data encryption / decryption system includes a first device and a second device. Although one first device and one second device are shown in FIG. 1 for convenience, the encryption / decryption system includes one or more first devices and one or more second devices. May be. Both the first device and the second device include a computer and have communication functions such as Bluetooth and Wifi. The computer includes, as hardware, an input unit, a storage unit, a processing unit (arithmetic unit or CPU), an output unit, and the like, and executes a predetermined process by software (computer program).
本実施形態では、第１デバイスは計算機資源（ＣＰＵ、メモリ等）が豊かであり、第２デバイスは計算機資源が乏しい。第１デバイスは第２デバイスよりも処理能力（計算能力）が高く、また、第２デバイスはより小さい消費電力で動作可能である。 In the present embodiment, the first device has rich computer resources (CPU, memory, etc.), and the second device has poor computer resources. The first device has a higher processing capability (calculation capability) than the second device, and the second device can operate with lower power consumption.
第１デバイスとしては、ＰＣ（デスクトップ、ラップトップ、ノートブック等）、サーバ、モバイルコンピュータ（スマートフォン、携帯電話、ＰＤＡ、タブレット、所定の計算機資源を備えたウェラブルコンピュータ等）、タグリーダ等が例示される。 Examples of the first device include a PC (desktop, laptop, notebook, etc.), a server, a mobile computer (smartphone, mobile phone, PDA, tablet, a wearable computer equipped with predetermined computer resources, etc.), a tag reader, etc. You.
第２デバイスとしては、センサー（ＩＣ内蔵）、ＲＦＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣカード、ウェアラブルコンピュータが例示される。１つの態様では、第２デバイスは、ワイヤレス・センサーネットワーク（ＷＳＮ）やユビキタス・センサーネットワーク（ＵＳＮ）で採用され得るセンサー（ウェラブルセンサー、埋め込み型センサー等）である。 Examples of the second device include a sensor (built-in IC), an RFID tag, an IC tag, an IC card, and a wearable computer. In one aspect, the second device is a sensor (a wearable sensor, an embedded sensor, etc.) that may be employed in a wireless sensor network (WSN) or a ubiquitous sensor network (USN).
第１デバイス、第２デバイスは共に、入力部、出力部、通信機能（送信手段、受信手段）を備えており、コンピュータネットワーク（典型的にはインターネット）を介して通信可能となっており、第１デバイスと第２デバイスとの間でデータの送受信（典型的には無線）が可能となっている。例えば、第２デバイス（例えばセンサ）に入力されたデータ（センサで取得されたデータ）は、ワイヤレスネットワークを介して第１デバイス（サーバやホストコンピュータ）に送信される。 Both the first device and the second device have an input unit, an output unit, and a communication function (transmission means, reception means), and can communicate via a computer network (typically, the Internet). Data transmission / reception (typically, wireless) is possible between the first device and the second device. For example, data input to a second device (for example, a sensor) (data obtained by the sensor) is transmitted to the first device (a server or a host computer) via a wireless network.
第１デバイス、第２デバイスは共に、暗号化装置、復号装置を備えており、データのやり取りにおいて、暗号通信が行われる。通信時に、第１デバイスから第２デバイスに送信されるデータ（ビット列）は、第１デバイスの暗号化装置で暗号化されて第２デバイスに送信され、第２デバイスで受信されたデータは、第２デバイスの復号装置で復号（解読）され、第２デバイスから第１にデバイスに送信されるデータ（ビット列）は、第２デバイスの暗号化装置で暗号化されて第１デバイスに送信され、第１デバイスで受信されたデータは、第１デバイスの復号装置で復号（解読）される。本実施形態では、第１デバイスと第２デバイスとの間でデータの双方向の暗号通信が行われるが、第１デバイスから第２デバイスへの一方向のみ、あるいは、第２デバイスから第１デバイスへの一方向のみに暗号通信を採用してもよい。暗号化装置、復号装置の各構成要素は、コンピュータのハードウェア／ソフトウェアによって構成することができる。 Each of the first device and the second device includes an encryption device and a decryption device, and performs encrypted communication in data exchange. During communication, data (bit string) transmitted from the first device to the second device is encrypted by the encryption device of the first device and transmitted to the second device, and data received by the second device is transmitted to the second device. Data (bit string) that is decrypted (decrypted) by the decryption device of the two devices and transmitted from the second device to the first device is encrypted by the encryption device of the second device, transmitted to the first device, and transmitted to the first device. The data received by one device is decoded (decoded) by the decoding device of the first device. In the present embodiment, bidirectional cryptographic communication of data is performed between the first device and the second device, but only in one direction from the first device to the second device, or from the second device to the first device. Alternatively, encrypted communication may be employed only in one direction. Each component of the encryption device and the decryption device can be configured by computer hardware / software.
第１デバイスは、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、埋め込み器（エンベッダ）、誤り訂正復号器、データの送受信手段を備えている。第１デバイスの暗号化装置（図２上図）は、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、埋め込み器から構成され、復号装置（図３上図）は、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、誤り訂正復号器から構成される。 The first device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an embedding unit (embedder), an error correction decoder, and data transmission / reception means. The encryption device (the upper diagram in FIG. 2) of the first device is composed of a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, and an embedding device, and the decryption device (the upper diagram in FIG. 3) is a key sequence generator and an exclusive device. It is composed of a logical sum operator and an error correction decoder.
計算機資源の豊かな第１デバイスは、送信時すなわち暗号化処理において、軽量な鍵系列生成器とビット毎の排他的論理和演算（ストリーム暗号演算）を行ってからランダムビット埋め込みを行う。また、第１デバイスは、受信時すなわち復号処理において、誤り訂正復号を行ってからストリーム暗号演算を行う。 The first device with abundant computer resources performs random OR embedding after performing an exclusive OR operation (stream cipher operation) for each bit with a lightweight key sequence generator at the time of transmission, that is, in encryption processing. Further, the first device performs a stream cipher operation after performing error correction decoding at the time of reception, that is, in a decoding process.
第２デバイスは、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、間引き器（デシメータ）、誤り訂正符号化器、データの送受信手段を備えている。第２デバイスの暗号化装置（図３下図）は、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、間引き器、誤り訂正符号化器から構成され、復号装置（図２下図）は、鍵系列生成器、排他的論理和演算器、間引き器から構成される。 The second device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, a decimator (decimator), an error correction encoder, and data transmission / reception means. The encryption device (lower diagram in FIG. 3) of the second device includes a key sequence generator, an exclusive-OR calculator, a thinning device, and an error correction encoder. The decryption device (lower diagram in FIG. 2) generates a key sequence. , Exclusive OR operation unit, and thinning unit.
計算機資源の乏しい第２デバイスは、送信時すなわち暗号化処理において、ストリーム暗号演算を行ってから誤り訂正符号化を行い、さらにデシメーション(間引き処理)を行う。また、第２デバイスは、受信時すなわち復号処理において、デシメーションを行ってからストリーム暗号演算を行う。 At the time of transmission, that is, in the encryption process, the second device having a scarce computer resource performs a stream cipher operation, performs error correction encoding, and further performs decimation (decimation process). Further, at the time of reception, that is, in the decryption process, the second device performs the stream cipher operation after performing the decimation.
本実施形態に用いられ得る鍵系列生成器及びストリーム暗号の種類は限定されず、既存の技術を用いて本発明を実施することができる。鍵系列生成器は１つあるいは複数であってもよく、１つの鍵系列生成器に含まれる擬似乱数生成器の個数は限定されず、１つあるいは複数であってもよい。本実施形態では、複数種類の鍵系列を用いるが、これらの鍵系列は共通の疑似乱数生成器によって生成してもよく、あるいは、それぞれ別個の疑似乱数生成器によって生成してもよい。また、鍵系列生成器において、CTRモード(Counter Mode)で動作するブロック暗号を採用してもよい。第１デバイスと第２デバイスの鍵系列生成器の同期の手段は限定されない。望ましくは、鍵系列生成器は、軽量鍵系列生成器である。軽量鍵系列生成器としては、これらに限定されないものの、例えば、eSTREAMで提案されているTrivium（非特許文献３）やGrain v1（非特許文献８）を採用することができる。 The types of the key sequence generator and the stream cipher that can be used in the present embodiment are not limited, and the present invention can be implemented using an existing technology. One or more key sequence generators may be provided, and the number of pseudo-random number generators included in one key sequence generator is not limited, and may be one or more. In the present embodiment, a plurality of types of key sequences are used, but these key sequences may be generated by a common pseudo-random number generator, or may be generated by separate pseudo-random number generators. Further, the key sequence generator may employ a block cipher operating in the CTR mode (Counter Mode). The means for synchronizing the key sequence generators of the first device and the second device is not limited. Preferably, the key sequence generator is a lightweight key sequence generator. As the lightweight key sequence generator, for example, Trivium (Non-Patent Document 3) and Grain v1 (Non-Patent Document 8) proposed in eSTREAM can be adopted, although not limited thereto.
ランダムな雑音が挿入されたり信号が欠落したりしても、それらの誤りを訂正できる符号技術がある。誤り訂正符号は、送信する情報に冗長性を持たせることにより、伝送路で発生する誤りを訂正する技術である。符号化器は、情報系列に冗長ビットを付加する。通信路で発生したビット誤りを訂正するのが復号器である。復号器は、付加されている冗長ビットを用いて誤りを訂正する。 Even if random noise is inserted or a signal is lost, there is a coding technique that can correct those errors. The error correction code is a technique for correcting an error occurring in a transmission path by giving information to be transmitted redundancy. The encoder adds redundant bits to the information sequence. A decoder corrects a bit error occurring in a communication channel. The decoder corrects the error using the added redundant bits.
本発明では、誤り生成と訂正に必要な事前情報（鍵系列）を送受信者が共有しておき、送信者が意図的に誤りを発生させ、受信者がそれを訂正する。埋め込み器、間引き器、誤り訂正復号器が、それぞれ、埋め込み処理、間引き処理、復号処理を実行する際に、鍵系列生成器から供給される鍵系列（秘密パラメータ）が用いられる。挿入処理（埋め込み）は高コストであるが、信号を欠落させる間引き処理（デシメーション）は低コストであること、及び、誤り訂正復号は高コストであるが、誤り訂正符号化は低コストであることに着目し、第２デバイスが送信者、第１デバイスが受信者の場合には、第２デバイスにおいてデシメーション、誤り訂正符号化を行う一方、第１デバイスにおいて誤り訂正復号を行い、第１デバイスが送信者、第２デバイスが受信者の場合には、第１デバイスにおいて埋め込みを行う一方、第２デバイスにおいてデシメーションを行うという非対称的な方式とし、負荷の高い処理を第１デバイス側へ偏らせることによって、第２デバイスの動作コストを低く抑えることを可能とした。 In the present invention, prior information (key sequence) necessary for error generation and correction is shared between the transmitter and the receiver, the sender intentionally generates an error, and the receiver corrects the error. When the embedding unit, the decimation unit, and the error correction decoder perform the embedding process, the decimation process, and the decoding process, respectively, the key sequence (secret parameter) supplied from the key sequence generator is used. The insertion process (embedding) is expensive, but the decimation process for dropping the signal is low, and the error correction decoding is high cost, but the error correction coding is low cost. When the second device is a sender and the first device is a receiver, while the second device performs decimation and error correction coding, the first device performs error correction decoding, and the first device performs When the sender and the second device are receivers, the embedding is performed in the first device, and the decimation is performed in the second device. This makes it possible to reduce the operation cost of the second device.
符号技術を応用したことにより、安全性を符号理論分野で良く知られている問題（雑音の挿入あるいは信号の欠落を経た後の復号という課題）に帰着させることができた。データの符号化と誤り訂正技術は確立されており、本発明に適用され得る符号は限定されないが、１つの例示として、LDPC符号（low-density parity-check code：低密度パリティ検査符号）を挙げることができる。LDPC符号は、当業者に知られており、より具体的な内容については、例えば、非特許文献９、１０を参照することができる。また、LDPC符号以外の符号としては、限定されないものの、RS(Reed-Solomon)符号、噴水(Fountain)符号として例示するLT（Luby Transform）符号を挙げることができる。 By applying the coding technology, the security could be reduced to a problem well known in the field of coding theory (the problem of decoding after passing through noise insertion or signal loss). Data encoding and error correction techniques have been established, and codes applicable to the present invention are not limited, but one example is an LDPC code (low-density parity-check code). be able to. The LDPC code is known to those skilled in the art, and for more specific contents, for example, Non-Patent Documents 9 and 10 can be referred to. Codes other than the LDPC code include, but are not limited to, an RS (Reed-Solomon) code and an LT (Luby Transform) code exemplified as a fountain code.
なお、本明細書において、埋め込み (embedding)と挿入（insertion）は、バイナリビット列にビットを追加するという処理においては、実質的に同義である。埋め込みは、埋め込む側（送信者）の立場で見た場合に用い、どこにビットを埋め込むかを鍵系列で知っているので、「確定的に挿入」する。なお、挿入は、第三者（含む攻撃者）の立場で見た場合にも用いられる。鍵系列を知らない第三者にとっては、埋め込まれた（挿入された）ビットと確率的に生じた雑音とを区別できない。同様に、デシメーション（decimation）と削除（deletion）は、バイナリビット列からビットを欠落させるという処理においては、実質的に同義である。 In this specification, embedding and insertion are substantially synonymous in the process of adding a bit to a binary bit string. The embedding is used from the viewpoint of the embedding side (sender), and since the key sequence is used to know where to embed bits, "determinate insertion" is performed. The insertion is also used when viewed from the viewpoint of a third party (including an attacker). A third party who does not know the key sequence cannot distinguish between embedded bits (inserted) and probabilistically generated noise. Similarly, decimation and deletion are substantially synonymous in the process of dropping bits from a binary bit string.
［Ｂ］非対称計算機資源環境における暗号化方式及び復号方式
［Ｂ−１］第１デバイスから第２デバイスへのデータ送信（図２）
第１デバイスが送信機、第２デバイスが受信機の場合は、
第１デバイスにおける暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する鍵系列生成器と、
入力された平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するエンベッダと、
からなり、
第２デバイスにおける復号装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する鍵系列生成器と、
第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するデシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
[B] Encryption method and decryption method in asymmetric computer resource environment [B-1] Data transmission from first device to second device (FIG. 2)
If the first device is a transmitter and the second device is a receiver,
The encryption device in the first device is
A key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the input plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
An embedder that embeds the first ciphertext using the second key sequence to generate a second ciphertext;
Consisting of
The decoding device in the second device includes:
A key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
A decimator that performs decimation on a second ciphertext received from the first device using a second key sequence to generate a third ciphertext;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the third ciphertext and the first key sequence and outputs a plaintext;
Consists of
第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合は、
第１デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するステップと、
を備え、
第２デバイスにおける復号方式は、
第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備える。
When the first device is a transmitter and the second device is a receiver,
The encryption method in the first device is:
Performing an exclusive OR operation of the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
Executing embedding of the first ciphertext using the second key sequence to generate a second ciphertext;
With
The decoding method in the second device is as follows:
Performing decimation on the second ciphertext received from the first device using the second key sequence to generate a third ciphertext;
Performing an exclusive OR operation of the third ciphertext and the first key sequence to output a plaintext;
Is provided.
［Ｂ−２］第２デバイスから第１デバイスへのデータ送信（図３）
第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合は、
第２デバイスにおける暗号化装置は
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する鍵系列生成器と、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成する排他的論理和演算器と、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成する符号化器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成するデシメータと、
からなり、
第１デバイスにおける復号装置は、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する鍵系列生成器と、
第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる。
[B-2] Data transmission from second device to first device (FIG. 3)
If the second device is a transmitter and the first device is a receiver,
An encryption device in the second device includes a key sequence generator that generates a third key sequence and a fourth key sequence;
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the plaintext and the third key sequence to generate a first ciphertext;
An encoder for performing error correction encoding on the first 'ciphertext to generate a second'ciphertext;
A decimator that performs decimation on the second ′ ciphertext using the fourth key sequence to generate a third ′ ciphertext;
Consisting of
The decoding device in the first device is:
A key sequence generator for generating a third key sequence and a fourth key sequence;
A decoder configured to perform error correction decoding of the third ciphertext received from the second device using the fourth key sequence to generate a fourth ciphertext;
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the fourth 'ciphertext and the third key sequence and outputting a plaintext;
Consists of
第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合は、
第２デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成するステップと、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成するステップと、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成するステップと、
を備え、
第１デバイスにおける復号方式は、
第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成するステップと、
第４´暗号文と第２鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備えている。
If the second device is a transmitter and the first device is a receiver,
The encryption method in the second device is
Performing an exclusive OR operation on the plaintext and the third key sequence to generate a first ciphertext;
Error correcting and encoding the first ciphertext to generate a second ′ ciphertext;
Performing decimation on the second 'ciphertext using the fourth key sequence to generate a third'ciphertext;
With
The decoding method in the first device is as follows:
Error correcting and decoding the third 'ciphertext received from the second device using the fourth key sequence to generate a fourth'ciphertext;
Performing an exclusive OR operation of the 4 ′ ciphertext and the second key sequence to output a plaintext;
It has.
［Ｃ］暗号化／復号システムにおけるデータの流れ
［Ｃ−１］暗号化／復号システムの全体図
図４に、非対称計算機資源環境における暗号化／復号システムの全体図を示す。図には、鍵系列生成器として例示する軽量鍵系列生成器、符号化ブロック、復号グロック、埋め込みブロック、デシメーションブロックが示してある。
軽量鍵系列生成器は、バイナリ鍵系列X、X*、X**を生成する。１つの好ましい態様では、生成される鍵系列の独立性を担保するために、バイナリ鍵系列Xを第１軽量鍵系列生成器で生成し、バイナリ鍵系列X*、X**を第２軽量鍵系列生成器で生成する。
符号化ブロックにおいて、符号化{0,1}n→{0,1}n+mを提供する。
埋め込みブロックにおいて、所与のn次元バイナリベクトルに対して、バイナリ鍵系列X*を用いてmランダムビットを挿入する（埋め込む）。
デシメーションブロックにおいて、所与のn+m次元バイナリベクトルに対して、バイナリ鍵系列X**（あるいはX*）を用いてデシメーションを実行して、所定のnビットを選択する。
[C] Data Flow in Encryption / Decryption System [C-1] Overall View of Encryption / Decryption System FIG. 4 shows an overall view of an encryption / decryption system in an asymmetric computer resource environment. The figure shows a lightweight key sequence generator exemplified as a key sequence generator, an encoding block, a decoding block, an embedding block, and a decimation block.
The lightweight key sequence generator generates binary key sequences X, X * , X ** . In one preferred embodiment, in order to ensure the independence of the generated key sequence, a binary key sequence X is generated by a first lightweight key sequence generator, and the binary key sequences X * and X ** are generated by a second lightweight key sequence. Generated by a sequence generator.
In the coding block, provide coding {0,1} n → {0,1 } n + m .
In an embedding block, m random bits are inserted (embedded) into a given n-dimensional binary vector using a binary key sequence X * .
In the decimation block, a given n + m-dimensional binary vector is subjected to decimation using a binary key sequence X ** (or X * ) to select predetermined n bits.
［Ｃ−２］暗号化／復号システムにおける各ベクトル、演算子の表記
ベクトルyの各ビットの直後にランダムビットを1ビット挿入するか否かをベクトルX*で指定する場合には、
i=1,2,…,nに対して、Xi *=1ならば、
また、ベクトルｙの各ビットの直前にランダムビット1ビット挿入するか否かをベクトルX*で指定する場合には、
i=1,2,…,nに対して、
i=1,2,…,nに対して、Xi *=1ならば、
For i = 1,2,…, n, if X i * = 1,
In addition, when designating whether or not to insert one random bit immediately before each bit of the vector y with the vector X * ,
For i = 1,2,…, n,
For i = 1,2,…, n, if X i * = 1,
同様に、ベクトルX*によってベクトルyの各ビットの直前へのランダムビット挿入が制御されて生成された(n+m)次元のバイナリベクトルy(ins)からランダムビットを除いて所定のnビットを選択する場合には、
i=1,2,…,nに対して、
Similarly, by removing random bits from the (n + m) -dimensional binary vector y (ins) generated by controlling random bit insertion immediately before each bit of the vector y by the vector X * , If you choose,
For i = 1,2,…, n,
所与のnビットベクトルy(decim)及びベクトルX**に基づいて、(n+m)ビットベクトル
Given an n-bit vector y (decim) and a vector X ** , an (n + m) -bit vector
［Ｃ−３］第１デバイスにおける暗号化方式
第１デバイスにおける暗号化において、第２デバイスに送信される暗号文ベクトルはY(ins)であり、
［Ｃ−４］第２デバイスにおける復号方式
暗号文ベクトルY(ins)を受信した第２デバイスにおける復号において、解読して得られる平文ベクトルａは、
［Ｃ−５］第２デバイスにおける暗号化方式
第２デバイスにおける暗号化において、第１デバイスに送信される暗号文ベクトルはY(del)であり、
［Ｃ−６］第１デバイスにおける復号方式
暗号文ベクトルY(del)を受信した第１デバイスにおける復号において、解読して得られる平文ベクトルａは、
［Ｃ−７］鍵系列を用いたランダムビット埋め込み
与えられたビット列を
埋め込みに用いる鍵系列を、
埋め込みが実行された系列は、
ここで、「r」は、同じ確率で1あるいは0の値をとるランダムビットを表す。
鍵系列を用いたランダムビット埋め込みについて、各ビットの直後にビット埋め込みを行う場合について説明したが、各ビットの直前にビット埋め込みを行う場合も同様に理解される。
[C-7] Random bit embedding using key sequence Given bit sequence
The key sequence used for embedding is
The series on which embedding was performed is
Here, “r” represents a random bit having a value of 1 or 0 with the same probability.
In the case of random bit embedding using a key sequence, the case where bit embedding is performed immediately after each bit has been described, but the case where bit embedding is performed immediately before each bit is similarly understood.
［Ｃ−８］鍵系列を用いたデシメーション（ランダムビット埋め込み後）
埋め込みが実行された系列を
例えば、
デシメーションに用いる鍵系列を
デシメーションが実行された系列は、
各ビット直後のランダムビット埋め込み後の鍵系列を用いたデシメーションについて説明したが、各ビット直前のランダムビット埋め込み後にデシメーションを行う場合も同様に理解される。
[C-8] Decimation using key sequence (after embedding random bits)
The series where the embedding was performed
For example,
Key sequence used for decimation
The series on which decimation was performed is
Although the decimation using the key sequence after the random bit embedding immediately after each bit has been described, the case where the decimation is performed after the random bit embedding immediately before each bit is similarly understood.
［Ｃ−９］鍵系列を用いたデシメーション
与えられたビット列を
鍵系列を
デシメーションが実行されたビット列は、
Key sequence
The bit string that has been decimated is
［Ｃ−１０］鍵系列を用いたデシメーション（ビット消失）後の復号の前処理
デシメーション後のビット列を
デシメーション前の系列は、
ここで、「e」は、間引かれたビットの位置を表す。
[C-10] Preprocessing of decryption after decimation (bit erasure) using key sequence
The series before decimation is
Here, “e” indicates the position of the decimated bit.
［Ｄ］非対称的な暗号化／復号システムにおける処理量
図５に、図４に示す暗号化／復号システムを整理して示す。第１デバイスにおける暗号化は、鍵系列生成、ランダムビット埋め込みが用いられ（図２上図参照）、第２デバイスにおける暗号化は、鍵系列生成、符号化、デシメーションが用いられる（図３下図参照）。第１デバイスにおける復号（解読）は、鍵系列生成、復号が用いられ（図３上図参照）、第２デバイスにおける復号（解読）は、鍵系列生成、デシメーションが用いられる（図２下図参照）。第１デバイスが送信者、第２デバイスが受信者の場合には、第１デバイスにおいて埋め込みを行う一方、第２デバイスにおいてデシメーションを行い、第２デバイスが送信者、第１デバイスが受信者の場合には、第２デバイスにおいてデシメーション、誤り訂正符号化を行う一方、第１デバイスにおいて誤り訂正復号を行うという非対称的な方式とし、負荷の高い処理を第１デバイス側へ偏らせることによって、第２デバイスの動作コストを低く抑えることを可能とした。
[D] Processing Amount in Asymmetric Encryption / Decryption System FIG. 5 shows the encryption / decryption system shown in FIG. The first device uses key sequence generation and random bit embedding (see the upper diagram in FIG. 2), and the second device uses key sequence generation, encoding, and decimation (see the lower diagram in FIG. 3). ). Key sequence generation and decryption are used for decryption (decryption) in the first device (see the upper diagram in FIG. 3), and key sequence generation and decimation are used for decryption (decryption) in the second device (see the lower diagram in FIG. 2). . When the first device is the sender and the second device is the recipient, the embedding is performed in the first device, while the decimation is performed in the second device, and the second device is the sender and the first device is the recipient. The second device performs decimation and error correction coding in the second device while performing error correction decoding in the first device, and biases high-load processing to the first device side. It has made it possible to keep the operating cost of the device low.
１つの態様では、提案するストリーム暗号に係るデバイス１における処理量は、
鍵系列生成器における第１鍵系列生成部、第２鍵系列生成部、
BECにおける復号、
ランダムビットの生成、
埋め込みブロック、
からなり、
提案するストリーム暗号に係るデバイス２における処理量は、
鍵系列生成器における第１鍵系列生成部、第２鍵系列生成部、
BECにおける符号化、
デシメーションブロック、
からなり、
第１鍵系列生成部としてTrivium（非特許文献３）、第２鍵系列生成部としてGrain v1（非特許文献８）、符号化、復号用の符号としてLDPC符号（非特許文献９）を採用すると、以下の通りとなる。
A first key sequence generator, a second key sequence generator in a key sequence generator,
Decryption in BEC,
Generation of random bits,
Embedded block,
Consisting of
The processing amount in the device 2 related to the proposed stream cipher is:
A first key sequence generator, a second key sequence generator in a key sequence generator,
Coding in BEC,
Decimation block,
Consisting of
It is assumed that Trivium (Non-Patent Document 3) is used as the first key sequence generation unit, Grain v1 (Non-Patent Document 8) is used as the second key sequence generation unit, and LDPC codes (Non-Patent Document 9) are used as coding and decoding codes. , As follows.
高性能な計算機だけでなく情報処理能力の低いウェラブルデバイスやセンサーなどのデバイスを含む複雑なネットワークシステムを構築し、ＩＴが新たなサービスと市場を創出する期待が高まっている。本発明は、そのようなシステムのためのセキュリティ技術として利用可能である。 There is a growing expectation that IT will create new services and markets by building complex network systems that include not only high-performance computers but also devices such as wearable devices and sensors with low information processing capabilities. The present invention can be used as a security technique for such a system.
本発明では、計算機資源の乏しいデバイス側の消費電力を大幅に抑えることができるため、応用範囲が格段に広まる。例えば、電力など重要インフラのセキュリティ、人への埋め込みもしくは携帯デバイスを活用したヘルスケアや高齢者向けサービス、様々なセンサーを活用した農業、漁業支援や災害対策システム、計算機を持ち歩かずとも利用可能な外出先での次世代クレジットカード決済など、市場の大きな応用しかもグローバルな市場への応用が期待できる。ウェアラブルデバイスを着用した作業員がロボットやセンサーと協調して働く制御システムなど、一見異なる応用に見えるものの融合もあり得る。それらの基盤技術として利用価値が高い。 According to the present invention, the power consumption of a device having a scarce computer resource can be greatly reduced, so that the range of application can be greatly expanded. For example, security of critical infrastructure such as electricity, healthcare and elderly services using embedded or mobile devices, agriculture using various sensors, fisheries support and disaster response systems, and computers that can be used without carrying a computer It can be expected to have a large market application, such as next-generation credit card payment on the go, as well as a global market. There could be a fusion of seemingly different applications, such as a control system where workers wearing wearable devices work in concert with robots and sensors. The utility value is high as their basic technology.
Claims (5)
前記第２デバイスは、前記第１デバイスに比べて計算機資源が乏しいデバイスであり、
前記第１デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、を備え、
前記第２デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、を備え、
前記第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合には、
前記第１デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成するステップと、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成するステップと、
を備え、
前記第２デバイスにおける復号方式は、
前記第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成するステップと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備え、
前記第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合には、
前記第２デバイスにおける暗号化方式は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成するステップと、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成するステップと、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成するステップと、
を備え、
前記第１デバイスにおける復号方式は、
前記第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成するステップと、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力するステップと、
を備えている、
通信データの暗号化／復号方法。 A method for encrypting / decrypting communication data between a first device and a second device, comprising:
The second device is a device having less computer resources than the first device,
The first device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction decoder, and an embedder,
The second device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction encoder, and a decimator,
When the first device is a transmitter and the second device is a receiver,
The encryption method in the first device includes:
Performing an exclusive OR operation of the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
Generating a second ciphertext by performing embedding on the first ciphertext using a second key sequence;
With
The decoding method in the second device is as follows:
Performing a decimation on a second ciphertext received from the first device using a second key sequence to generate a third ciphertext;
Performing an exclusive OR operation of the third ciphertext and the first key sequence to output a plaintext;
With
When the second device is a transmitter and the first device is a receiver,
The encryption method in the second device includes:
Performing an exclusive OR operation on the plaintext and the third key sequence to generate a first ciphertext;
Generating a second 'ciphertext by error correcting and encoding the first'ciphertext;
Performing decimation on the second 'ciphertext using the fourth key sequence to generate a third'ciphertext;
With
The decoding method in the first device is as follows:
Error correcting and decoding the third 'ciphertext received from the second device using a fourth key sequence to generate a fourth'ciphertext;
Performing an exclusive OR operation of the fourth 'ciphertext and the third key sequence to output a plaintext;
Has,
Communication data encryption / decryption method.
前記第２デバイスは、前記第１デバイスに比べて計算機資源が乏しいデバイスであり、
前記第１デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、を備え、
前記第２デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、を備え、
前記第１デバイスが送信機、前記第２デバイスが受信機の場合には、
前記第１デバイスにおける暗号化手段は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
入力された平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
前記第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する前記エンベッダと、
からなり、
前記第２デバイスにおける復号手段は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
前記第１デバイスから受信した第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する前記デシメータと、
第３暗号文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなり、
前記第２デバイスが送信機、前記第１デバイスが受信機の場合には、
前記第２デバイスにおける暗号化手段は
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１´暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１´暗号文を誤り訂正符号化して第２´暗号文を生成する前記誤り訂正符号化器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成する前記デシメータと、
からなり、
前記第１デバイスにおける復号手段は、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
前記第２デバイスから受信した第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する誤り訂正復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する排他的論理和演算器と、
からなる、
通信データの暗号化／復号システム。 A communication data encryption / decryption system between a first device and a second device,
The second device is a device having less computer resources than the first device,
The first device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction decoder, and an embedder,
The second device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction encoder, and a decimator,
When the first device is a transmitter and the second device is a receiver,
Encryption means in the first device,
The key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the input plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
An embedding unit that embeds the first ciphertext using a second key sequence to generate a second ciphertext;
Consisting of
Decoding means in the second device,
The key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
A decimator that performs decimation on a second ciphertext received from the first device using a second key sequence to generate a third ciphertext;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the third ciphertext and the first key sequence and outputs a plaintext;
Consisting of
When the second device is a transmitter and the first device is a receiver,
Encryption means in the second device comprises: a key sequence generator for generating a third key sequence and a fourth key sequence;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the plaintext and the third key sequence to generate a first ciphertext;
Said error correction encoder for error correcting encoding the first 'ciphertext to generate a second'ciphertext;
A decimator for performing decimation on the second 'ciphertext using a fourth key sequence to generate a third'ciphertext;
Consisting of
Decoding means in the first device,
The key sequence generator for generating a third key sequence and a fourth key sequence;
An error correction decoder for error correcting and decoding the third 'ciphertext received from the second device using a fourth key sequence to generate a fourth'ciphertext;
An exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the fourth 'ciphertext and the third key sequence and outputting a plaintext;
Consisting of
Communication data encryption / decryption system.
前記デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正復号器と、エンベッダと、送信手段と、受信手段と、を備え、
暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１暗号文に対して第２鍵系列を用いて埋め込みを実行して第２暗号文を生成する前記エンベッダと、
第２暗号文を送信する前記送信手段と、
からなり、
復号装置は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１´暗号文を誤り訂正符号化して生成された第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して生成された第３´暗号文を受信する前記受信手段と、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
第３´暗号文を第４鍵系列を用いて誤り訂正復号して第４´暗号文を生成する前記誤り訂正復号器と、
第４´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなる、デバイス。 A device acting as a decoding device of the encryption device and the second encryption / decryption system of the first encryption / decryption scheme,
The device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction decoder, an embedder, a transmission unit, and a reception unit,
The encryption device is
The key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
Said embedder for embedding a first ciphertext using a second key sequence to generate a second ciphertext;
Said transmitting means for transmitting a second ciphertext;
Consisting of
The decryption device is
A decimation is performed on the second ciphertext generated by performing error correction encoding on the first ciphertext generated by the exclusive OR operation of the plaintext and the third key sequence using the fourth key sequence. Said receiving means for receiving the generated third 'ciphertext;
The key sequence generator for generating a third key sequence and a fourth key sequence;
An error correction decoder that performs error correction decoding of the 3 ′ ciphertext using a fourth key sequence to generate a 4 ′ ciphertext;
The exclusive-OR operator for performing an exclusive-OR operation on the fourth 'ciphertext and the third key sequence and outputting a plaintext;
Consisting of a device.
前記デバイスは、鍵系列生成器と、排他的論理和演算器と、誤り訂正符号化器と、デシメータと、送信手段と、受信手段と、を備え、
前記暗号化装置は、
第１鍵系列、第２鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
平文と第１鍵系列の排他的論理和演算を実行して第１暗号文を生成する前記排他的論理和演算器と、
第１暗号文を誤り訂正符号化して第２暗号文を生成する前記誤り訂正符号化器と、
第２暗号文に対して第２鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３暗号文を生成する前記デシメータと、
第３暗号文を送信する前記送信手段と、
からなり、
前記復号装置は、
平文と第３鍵系列の排他的論理和演算により生成された第１´暗号文に対して第４鍵系列を用いて埋め込みを実行して生成された第２´暗号文を受信する前記受信手段と、
第３鍵系列、第４鍵系列を生成する前記鍵系列生成器と、
第２´暗号文に対して第４鍵系列を用いてデシメーションを実行して第３´暗号文を生成する前記デシメータと、
第３´暗号文と第３鍵系列の排他的論理和演算を実行して平文を出力する前記排他的論理和演算器と、
からなる、デバイス。 A device acting as a decoding device of the encryption device and the first encryption / decryption system of the second encryption / decryption system,
The device includes a key sequence generator, an exclusive OR operation unit, an error correction encoder, a decimator, a transmission unit, and a reception unit,
The encryption device,
The key sequence generator for generating a first key sequence and a second key sequence;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the plaintext and the first key sequence to generate a first ciphertext;
Said error correction encoder for error correction encoding the first ciphertext to generate a second ciphertext;
A decimator that performs decimation on a second ciphertext using a second key sequence to generate a third ciphertext;
Said transmitting means for transmitting a third ciphertext;
Consisting of
The decoding device,
The receiving means for receiving a second 'ciphertext generated by executing embedding of a first' ciphertext generated by an exclusive OR operation of a plaintext and a third key sequence using a fourth key sequence When,
The key sequence generator for generating a third key sequence and a fourth key sequence;
A decimator for performing decimation on the second 'ciphertext using a fourth key sequence to generate a third'ciphertext;
An exclusive-OR calculator that performs an exclusive-OR operation on the 3 ′ ciphertext and the third key sequence and outputs a plaintext;
Consisting of a device.
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