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暗号化システム 新技術説明会

国内特許コード P07P004102
整理番号 IU050078JP01
掲載日 2007年4月6日
出願番号 特願2005-262581
公開番号 特開2007-073012
登録番号 特許第4586163号
出願日 平成17年9月9日(2005.9.9)
公開日 平成19年3月22日(2007.3.22)
登録日 平成22年9月17日(2010.9.17)
発明者
  • 吉田 等明
  • 中西 貴裕
出願人
  • 国立大学法人岩手大学
発明の名称 暗号化システム 新技術説明会
発明の概要 【課題】擬似乱数発生手段を用いて暗号学的に安全な乱数を生成する乱数生成システムの提供。
【解決手段】本発明の手法は、ある擬似乱数発生手段(CNN-2 220)から生成した擬似乱数(222a,222b,222c,222d,…)を、異なった系の擬似乱数発生手段(CNN-1 210)から生成した擬似乱数212を基に作り出したマスクパタ-ン214によりマスクして、その結果(230a,230b,230c,230d,…)を乱数列として出力する。これらの擬似乱数発生手段には、例えば、カオス・ニューラルネットワーク(CNN)を用いることができる。出力された乱数列を従来のストリーム暗号方式等による暗号化システムに用いることにより、より堅牢性の高い暗号化を行なうことができる。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


デジタルデータの暗号化および復号を行なうシステムにおいては、従来、ストリーム暗号方式という手法が広く用いられている。
ストリーム暗号方式とは、平文を1ビット、または数ビットごとに暗号化・復号を行なう方法であり、暗号化鍵から鍵系列とよばれる擬似乱数を生成し、その擬似乱数により平文を逐次暗号化する暗号方式である。擬似乱数は、ソフトウェアでも比較的高速に生成することができるため、ストリーム暗号方式による暗号化及び復号システムは、ソフトウェアで実現する場合でも、高速な処理を行なうことができる。この方式では、擬似乱数の生成方法が非常に重要であり、暗号強度に大きく影響する。



発明者らは、ホップフィールドネットワークや誤差逆伝搬学習則等で用いられている通常の人工ニューロンからなり、カオス出力が得られるニューラルネットワークを発明し、この独自のニューラルネットワークのことをカオス・ニューラルネットワーク(以下CNN)と呼んでいる(例えば非特許文献1,特許文献1,特許文献2)。そしてCNNを用いることにより、従来技術よりも乱数性に優れた擬似乱数を生成できることを明らかにしている(特許文献2)。
発明者らのCNNのニューロンモデルを図1(a)および式(1),式(2)に示す。



【数1】




【数2】




ここで、式(1)で表される非線形出力関数fは特異な関数ではなく、一般的に用いられているsigmoid関数である。図1(a)および式(1),式(2)におけるその他の各係数は、以下のように定義する。
(t):時刻tにおけるニューロンjの出力(t=0,1,2,…)
:ニューロンjの内部状態
(t-1):時刻t-1におけるニューロンiからの入力
ij:ニューロンiからニューロンjへの結合荷重
θ:ニューロンjの閾値
:ニューロンjへの外部入力値



自然界では単一で振動する出力を発生するニューロンもあるが、CNNに用いた上述のニューロンの場合には、1個のニューロンのみでは振動しない。ニューロン・ネットワークの例として、ニューロン4個から構成されるカオス・ニューラルネットワーク(CNN)の構成を図1(b)に示す。図1(b)は、ニューロン1(N)121,ニューロン2(N)122,ニューロン3(N)123,ニューロン4(N)124の4個のニューロンから構成されている。構造の特徴としてニューロンのサイクルが1つあるので、cyclic-4nn(以下C-4nn)と呼んでいる。C-4nnのパラメータ(結合荷重W、閾値θおよび外部入力I)を表1に示す。



【表1】




さらに、発明者らは、CNNより生成された出力の下位bitがよい乱数性を持っていることを明らかにし、従来の乱数発生方法よりも一様性に優れ、容易に真性乱数と区別できない一様な乱数を生成することができる乱数生成システムを発明している(特許文献2)。



【非特許文献1】
S.Kawamura, H.Yoshida, M.Miura, and M.Abe: Implementation of Uniform Pseudo Random Number Generator and Application to Stream Cipher based on Chaos Neural Network, Proceedings of Papers, the International Conference on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences, R-18, 2002.
【特許文献1】
特開2001-144746号公報
【特許文献2】
特開2003-76272号公報

産業上の利用分野


本発明は、暗号学的に安全な擬似乱数を発生する技術に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
入力した平文に暗号化行う暗号化システムであって、
擬似乱数を出力する2個の擬似乱数発生手段と、
一方の前記擬似乱数発生手段から出力した擬似乱数を用いてマスクパターンを生成するマスクパターン生成手段と、
他方の前記擬似乱数発生手段から出力した擬似乱数に前記マスクパターンをマスクした結果を出力する乱数出力手段とを有する乱数生成システムと
入力した平文と前記乱数生成システムからの乱数とを演算して暗号化文を出力する暗号化手段と
を備えることを特徴とする暗号化システム。

【請求項2】
請求項1に記載の暗号化システムにおいて、
前記マスクパターンは、0と1とが同数であること
を特徴とする暗号化システム。

【請求項3】
請求項1または2に記載の暗号化システムにおいて、
前記擬似乱数発生手段はカオス・ニューラルネットワークであり、前記擬似乱数は前記カオス・ニューラルネットワークからの出力の下位ビットであること
を特徴とする暗号化システム。

【請求項4】
請求項1~3に記載の暗号化システムの機能をコンピュータ・システムに構築させるプログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005262581thum.jpg
出願権利状態 登録
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