DE19924986B4

DE19924986B4 - Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung, Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtung, kryptografisches Kommunikationssystem und elektronische Gebühren-Sammelvorrichtung

Info

Publication number: DE19924986B4
Application number: DE19924986A
Authority: DE
Inventors: Makoto Aikawa; Shigeru Hirahata; Kazuo Takaragi; Yoshimichi Kudo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2019-06-01
Also published as: US20030026430A1; DE19924986A1; US6683956B1

Abstract

Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung (11) zum Eingeben mindestens eines Schlüssels, mindestens eines Algorithmus-Parameters und Normaltextdaten und zum Ausgeben verschlüsselter Textdaten, wobei die Verschlüsselungsvorrichtung aufweist:
mehrstufige Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) zum Ausführen jeder Operation von einer Exklusiv-Oder-Operation, einer zyklischen Verschiebungsoperation und einer Additionsoperation zumindest einmal, dadurch gekennzeichnet, dass:
die Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) mindestens eines von jedem von ersten bis dritten Operationsmitteln aufweisen, wobei das erste Operationsmittel (94) entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten, die von Daten des Schlüssels erzeugt werden, ausführt, wobei das zweite Operationsmittel (95) entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten ausführt, die durch den Algorithmus-Parameter bestimmt werden, und wobei das dritte Operationsmittel (92) Eingangsdaten zyklisch um die Anzahl von Bits verschiebt, die allein durch den Algorithmus-Parameter bestimmt wird; und
Konversionen alle unterschiedlich sind, die Kombinationen mehrstufiger konsekutiver Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) verwenden, die aus allen Verschlüsselungs-Konversionsmitteln (20) optional ausgewählt werden,...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Techniken zum Verschlüsseln/Entschlüsseln digitaler Daten, die zwischen Computern transferiert werden, Konsum- bzw. Haushalts-Informationsverarbeitungsanwendungen und elektronische Gebühren-Sammelvorrichtungen.
Verschlüsselungstechniken zum Verhindern illegaler Kopie digitaler Daten sind notwendig für digitale Konsum-Informationsverarbeitungsanwendungen. Wenn beispielsweise digitale visuelle Daten, die durch einen Rundfunkempfänger empfangen werden, digital auf einem digitalen Videorekorder aufgezeichnet werden und die digitalen visuellen Daten ein Urheberrecht haben, müssen sowohl der Empfänger als auch der digitale Videorekorder eine Funktion zum Schützen des Urheberrechts aufweisen. Um ein derartiges Urheberrechts-Schutzsystem zu realisieren, ist es notwendig, Veränderung und illegales Kopieren digitaler Daten zu verhindern, und zwar durch Setzen einer Beschränkung hinsichtlich des digitalen Datenkopierens, Geräte-Authentifizierung, und kryptografischen Techniken, wie zum Beispiel Echtzeit-Kryptografie digitaler Daten.

Ein Beispiel herkömmlicher kryptografischer Techniken ist zum Beispiel ein Algorithmus mit symmetrischem Schlüssel oder gemeinsamem Schlüssel, typischerweise DES-Kryptografie, offenbart in US-Patent 3,962,539. Die meisten Algorithmen mit gemeinsamem Schlüssel sind gekennzeichnet durch ein kompliziertes Kryptogramm, das durch Wiederholen einer einfachen Konversion gebildet wird. Verschiedenartige Vorgehensweisen wurden versucht, um die Sicherheit von Kryptogrammen zu erhöhen. Beispielsweise kann ein kryptografischer Angriff erschwert werden durch Erhöhen der Anzahl von Wiederholungen einfacher Konversionen, um statistische Eigenschaften von verschlüsselten Texten weiter zu verwirren.

Wenn jedoch die Anzahl von Konversionswiederholungen erhöht wird, wird die zur kryptografischen Konversion benötige Verarbeitungszeit lang. Daher ist eine Sicherheits-Verstärkungsgegenmaßnahme durch eine Erhöhung der Anzahl von Wiederholungen einfacher Konversionen nicht geeignet für Echtzeit-Kryptografie bei dem Urheberrechtsschutzsystem.

Bei einem elektronischen Gebührensammelsystem (ETC) einer mautpflichtigen Autobahn, welches zuletzt Aufmerksamkeit erlangte, wird eine Echtzeit-Kryptografieverarbeitung benötigt, so daß das oben erwähnte Problem auftritt.

Das elektronische Gebührensammelsystem repräsentiert ein System, das in der Lage ist, eine Gebühr zu sammeln auf der Basis einer elektronischen Transaktion durch eine drahtlose Kommunikation zwischen einer Antenne, die sich bei einer Gebühren-Sammelstation befindet, und einer mitgeführten Ausstattung, die in einem Fahrzeug angeordnet ist, wenn das Fahrzeug durch die Gebühren-Sammelstation hindurchfährt, wobei deren Einzelheiten zum Beispiel in dem japanischen Magazin "Card Wave", veröffentlicht durch C-Media, März 1999, S. 42-45, beschrieben sind. Bei dem referenzierten System ist eine Echtzeit-Kryptografieverarbeitung unverzichtbar, um Austauschdaten in Echtzeit zu senden und zu empfangen und um den Austausch von Daten vor Anzapfen und nicht authorisierter Veränderung zu schützen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung, eine Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtung, ein kryptografisches Kommunikationssystem und eine elektronische Gebühren-Sammelvorrichtung zu schaffen, welche in der Lage sind, Algorithmen zur kryptografischen Konversion zu wechseln, um den verwendeten Algorithmus vor Dritten zu verbergen, derart, daß die Vorrichtungen und das System gegen einen kryptografischen Angriff durch Dritte resistent sind, und mit hoher Geschwindigkeit arbeiten können.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung geschaffen zum Eingeben mindestens eines Schlüssels, mindestens eines Algorithmus-Parameters und Normaltextdaten und zum Ausgeben verschlüsselter Textdaten, wobei die Verschlüsselungsvorrichtung aufweist: mehrstufige Verschlüsselungs-Konversionsmittel zum Ausführen jeder Operation von einer exklusiven logischen Summenoperation, einer zyklischen Verschiebungsoperation und einer Additionsoperation zumindest einmal, wobei: die Verschlüsselungs-Konversionsmittel mindestens eines von jedem von ersten bis dritten Operationsmitteln aufweisen, wobei das erste Operationsmittel entweder eine exklusive logische Summenoperation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten, die von Daten des Schlüssels erzeugt werden, ausführt, wobei das zweite Operationsmittel entweder eine exklusive logische Summenoperation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten ausführt, die durch den Algorithmus-Parameter bestimmt werden, und wobei das dritte Operationsmittel Eingangsdaten zyklisch um die Anzahl von Bits verschiebt, die durch den Algorithmus-Parameter bestimmt wird; und Konversionen, die Kombinationen mehrstufiger konsekutiver Verschlüsselungs-Konversionsmittel, die aus allen Verschlüsselungs-Konversionsmitteln optional ausgewählt werden, verwenden und die dieselben Eingangsdaten und denselben Algorithmus-Parameter verwenden, alle unterschiedlich sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtung geschaffen zum Eingeben mindestens eines Schlüssels, mindestens eines Algorithmus-Parameters und verschlüsselter Textdaten und zum Ausgeben von Normaltextdaten, wobei die Vorrichtung aufweist: mehrstufige Entschlüsselungs-Konversionsmittel zum Ausführen jeder Operation von einer exklusiven logischen Summenoperation, einer zyklischen Verschiebungsoperation und einer Additionsoperation zumindest einmal, wobei: die Entschlüsselungs-Konversionsmittel mindestens eines von jedem von ersten bis dritten Operationsmitteln aufweisen, wobei das erste Operationsmittel entweder eine exklusive logische Summenoperation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten ausführt, die aus Daten des Schlüssels erzeugt werden, wobei das zweite Operationsmittel entweder eine exklusive logische Summenoperation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten ausführt, die durch den Algorithmus-Parameter bestimmt sind, und wobei das dritte Operationsmittel Eingangsdaten zyklisch um die Anzahl von Bits, die durch den Algorithmus-Parameter bestimmt sind, verschiebt; und Konversionen, die Kombinationen mehrstufiger konsekutiver Entschlüsselungs-Konversionsmittel, die aus allen Entschlüsselungs-Konversionsmitteln optional ausgewählt werden, verwenden und die dieselben Eingangsdaten und denselben Algorithmus-Parameter verwenden, alle verschieden sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein kryptografisches Kommunikationssystem geschaffen mit einem gemeinsamen Schlüsselalgorithmus zur Kommunikation zwischen einer Übertragervorrichtung und einer Empfängervorrichtung, die denselben Schlüssel haben, wobei die Übertragervorrichtung einen Normaltext unter Verwendung des Schlüssels verschlüsselt, um einen Verschlüsselungstext anzunehmen und zu übertragen, und die Empfängervorrichtung den empfangenen Verschlüsselungstext unter Verwendung des Schlüssels entschlüsselt, um den Normaltext wiederzugewinnen, wobei: die Übertragervorrichtung Verschlüsselungs-Konversionsmittel und erste Algorithmusschlüssel-Speichermittel aufweist; die Empfängervorrichtung Entschlüsselungs-Konversionsmittel und zweite Algorithmusschlüssel-Speichermittel aufweist; ein durch die Verschlüsselungs-Konversionsmittel der Übertragervorrichtung auszuführender Konversionsalgorithmus durch einen ersten Parameter bestimmt wird, welcher in den ersten Algorithmusschlüssel-Speichermitteln der Übertragervorrichtung gespeichert ist; der durch die Entschlüsselungs-Konversionsmittel der Empfängervorrichtung auszuführende Konversionsalgorithmus durch einen zweiten Parameter bestimmt wird, der in den zweiten Algorithmusschlüssel-Speichermitteln der Empfängervorrichtung gespeichert ist; und der durch die Übertragervorrichtung unter Verwendung des Schlüssels verschlüsselte Verschlüsselungstext durch die Empfängervorrichtung unter Verwendung des Schlüssels nur dann korrekt entschlüsselt werden kann, wenn der Schlüssel wie auch der erste und der zweite Parameter, der durch die Übertragervorrichtung und die Empfängervorrichtung verwendet werden, dieselben sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben, in welchen:

1 ein Blockdiagramm ist, das ein kryptografisches Kommunikationssystem mit einem Übertrager und einem Empfänger gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,

2 ein Blockdiagramm einer Verschlüsselungs-Konversionseinheit, gezeigt in 1, ist,

3 ein Blockdiagramm von Verschlüsselungs-Konversionsmitteln, gezeigt in 2, ist,

4 ein Blockdiagramm von Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln, gezeigt in 2, ist,

5 ein Blockdiagramm einer Bitzug-Konversionseinheit, gezeigt in 4, ist,

6 ein Blockdiagramm einer Entschlüsselungs-Konversionseinheit, gezeigt in 1, ist,

7 ein Blockdiagramm von Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln, gezeigt in 6, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,

8 ein Blockdiagramm von Schlüssel-Konversionsmitteln gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,

9 ein Blockdiagramm von Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist,

10 ein Blockdiagramm einer Bitzug-Konversionseinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist,

11 ein Blockdiagramm ist, das ein elektronisches Gebührensammelsystem als ein weiteres Ausführungsbeispiel kryptografischer Kommunikation gemäß der Erfindung zeigt,

12 ein Flußdigramm ist, das Kommunikationsflüsse des elektronischen Gebührensammelsystems verdeutlicht, und

13 ein Flußdiagramm ist, das kryptografische Kommunikation des elektronischen Gebührensammelsystems verdeutlicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines kryptografischen Kommunikationssystems zeigt, bei welchem ein Datenübertrager, ausgestattet mit einer Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung gemäß der Erfindung, kryptografisch mit einem Datenempfänger kommuniziert, welcher mit einer Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist. Unter Bezugnahme auf 1 weist der Datenübertrager 1 auf eine Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11, eine Schlüssel-Teilungseinheit 12, eine Datenverarbeitungseinheit 13, eine Kommunikations-Verarbeitungseinheit 14 und Schlüssellängen-Datenspeichermittel 15. Der Datenempfänger 2 weist auf: eine Entschlüsselungs-Konversionseinheit 31, eine Schlüssel-Teilungseinheit 32, eine Datenverarbeitungseinheit 33 und eine Kommunikationsverarbeitungseinheit 34. Der Datenübertrager 1 kann ein digitaler Funkempfänger sein. Der Datenempfänger 2 kann ein digitaler Videorekorder sein. In diesem Fall verarbeiten die Datenverarbeitungseinheiten 13 und 33 digitale Programmdaten von beispielsweise MPEG2-TS (Transport Stream, Transportstrom), verteilt durch digitale Rundfunkdienste. Die Datenverarbeitungseinheit 13 führt einen Empfangsprozeß, einen Multiplex-/Separationsprozeß, einen Expansionsprozeß und einen Übertragungsprozeß, jeweils von digitalen Programmdaten durch, wohingegen die Datenverarbeitungseinheit 33 einen Empfangsprozeß, einen Expansionsprozeß und einen Speicherprozeß ausführt, jeweils von digitalen Programmdaten.
Der Datenübertrager 1 und der Datenempfänger 2 teilen sich gemeinschaftlich Daten, die als ein Schlüssel bezeichnet werden, der notwendig ist für Datenverschlüsselung und -entschlüsselung, um kryptografische Kommunikation zu beginnen. Gemeinsam Benutzen dieses Schlüssels wird durch einen Meldungsaustausch zwischen der Schlüssel-Teilungseinheit 12 des Datenübertragers 1 und der Schlüssel-Teilungseinheit 32 des Datenempfängers über die Verarbeitungseinheiten 14 und 34 realisiert. In diesem Fall wird die Schlüssellänge gemäß Schlüssellängendaten, die in Schlüssellängen-Datenspeichermitteln 15 des Datenübertragers 1 gespeichert sind, bestimmt. Es ist erwünscht, daß der Schlüssel, der durch den Datenübertrager 1 und den Datenempfänger 2 gemeinsam verwendet wird, jedesmal gewechselt wird, wenn Daten transferiert werden. Deshalb wird, weil ein erzeugtes Kryptogramm verschieden ist, wenn der Schlüssel verschieden ist, ein kryptografischer Angriff auf ein Kryptogramm durch einen Dritten schwierig. Es existieren verschiedene Verfahren zum gemeinsamen Nutzen eines Schlüssels. Beispielsweise kann Schlüssel-Austausch in einem Schlüsselverteilungssystem durch Diffie-Hellman verwendet werden, detailliert beschrieben zum Beispiel in "Current Cryptograph" von Tatsuaki Okamoto et al., veröffentlicht durch Sangyo Tosho Kabushiki Kaisha auf S. 200 bis 202. Mit diesem Schlüsselaustausch ist es für einen Dritten sehr schwierig, auf einen Schlüssel zu schließen aus einer abgegriffenen Botschaft, die zum gemeinsamen Benutzen des Schlüssels ausgetauscht wurde, und es ist möglich, einen Schlüssel gemeinsam mit hoher Geheimhaltung jedesmal gemeinschaftlich zu teilen, wenn Daten transferiert werden.
Nachdem der Schlüssel gemeinsam geteilt worden ist, führt die Datenverarbeitungseinheit 13 des Datenübertragers 1 der Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11 zu übertragende Daten zu. Von der Datenverarbeitungseinheit 13 zugeführte Daten sind noch nicht verschlüsselt, und derartige Daten werden im nachfolgenden als "Normaltext" bezeichnet. Die Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11 besteht aus Verschlüsselungs-Konversionsmitteln 20, Schlüssel-Konversionsmitteln 23 und einem Algorithmusschlüssel-Speichermittel 24. Die Schlüssel-Konversionsmittel 23 erzeugen einen Mehrfachsatz von Daten, bezeichnet als Konversionsschlüssel, gemäß dem Schlüssel und den Schlüssellängen-Daten. Die Schlüssellängen-Daten repräsentieren die Länge eines Schlüssels, der durch gemeinsames Schlüsselteilen bestimmt ist. Das Algorithmusschlüssel-Speichermittel 24 speichert einen Mehrfachsatz von Daten, bezeichnet als Algorithmus-Schlüssel. Ein Verschlüsselungs-Konversionsalgorithmus, der durch die Verschlüsselungs-Konversionsmittel 20 auszuführen ist, wird durch den Algorithmus-Schlüssel bestimmt. Durch Verwenden des Konversionsschlüssels, der durch das Schlüssel-Konversionsmittel 23 erzeugt wurde, und des in dem Algorithmusschlüssel-Speichermittel 24 gespeicherten Algorithmus-Schlüssels, verschlüsseln die Verschlüsselungs-Konversionsmittel 20 den Normaltext und geben einen Schlüsseltext aus. Der durch die Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11 erzeugte Schlüsseltext wird von der Kommunikationsverarbeitungseinheit 14 an den Datenempfänger 2 übertragen.
Die Kommunikationsverarbeitungseinheit 34 des Datenempfängers 2 empfängt den Schlüsseltext und führt ihn der Verschlüsselungs-Konversionseinheit 31 zu. Die Entschlüsselungs-Konversionseinheit 31 besteht aus Entschlüsselungs-Konversionsmitteln 40, einem Schlüssel-Konversionsmittel 43 und einem Algorithmusschlüssel-Speichermittel 44. Das Schlüssel-Konversionsmittel 43 hat einen ähnlichen Aufbau wie das Schlüssel-Konversionsmittel 23 und erzeugt einen Konversionsschlüssel gemäß dem Schlüssel und den Schlüssellängen-Daten. Das Algorithmusschlüssel-Speichermittel 44 hat eine ähnliche Struktur wie das Algorithmusschlüssel-Speichermittel 24 und speichert einen Algorithmusschlüssel. Ein Entschlüsselungs-Konversionsalgorithmus, der durch die Entschlüsselungs-Konversionsmittel 40 auszuführen ist, wird durch den Algorithmus-Schlüssel bestimmt. Durch Verwenden des Konversionsschlüssels, der durch das Schlüssel-Konversionsmittel 24 erzeugt wird, und des in dem Algorithmusschlüssel-Speichermittel 44 gespeicherten Algorithmus-Schlüssels entschlüsseln die Entschlüsselungs-Konversionsmittel 40 den Schlüsseltext. In diesem Fall können die Entschlüsselungs-Konversionsmittel 40 nur dann, wenn die Entschlüsselungs-Konversionsmittel 20 denselben Algorithmus-Schlüssel verwenden wie die Verschlüsselungs-Konversionsmittel 20 verwendet haben, den Schlüsseltext, der durch die Verschlüsselungs-Konversionsmittel 20 verschlüsselt worden ist, in den originalen Normaltext entschlüsseln. Die Normaltext-Ausgabe von der Entschlüsselungs-Konversionseinheit 31 wird der Datenverarbeitungseinheit 33 zum Verarbeiten der Daten zugeführt.
Wie oben beschrieben wurde, können der Datenübertrager 1 und der Datenempfänger 2 nur dann miteinander kryptografisch kommunizieren, wenn sie denselben Algorithmus-Schlüssel haben. Kryptografische Kommunikation mit einer Authentifizierungsfunktion kann realisiert werden durch Halten dieses Algorithmus-Schlüssels als geheime Information. Wenn nämlich der korrekte Algorithmus-Schlüssel nur durch eine authorisierte Vorrichtung gehalten wird, kann kryptografische Kommunikation nur für die authorisierte Kommunikations-Partnervorrichtung durchgeführt werden. Um dieses zu realisieren, ist eine Schlüsselverwaltungseinrichtung 3 zum Erzeugen von Algorithmus-Schlüsseln und gemeinsamem Verwalten dieser vorgesehen, wie in 1 gezeigt ist. Wie gezeigt ist, nehmen authorisierte Vorrichtungen (in diesem Beispiel der Datenübertrager 1 und der Datenempfänger 2) den Algorithmus-Schlüssel aus der Schlüsselverwaltungseinrichtung 3 auf, ohne durch einen Dritten abgegriffen zu werden. Beispielsweise kann ein Algorithmus-Schlüssel, der durch die Schlüsselverwaltungseinrichtung 3 verwaltet wird, in dem Algorithmusschlüssel-Speichermittel 24 und 44 eingebettet werden, wenn der Datenübertrager 1 und der Datenempfänger 2 hergestellt werden. In diesem Fall nimmt der Datenempfänger 11 zur selben Zeit auch die Schlüssellängen-Daten auf. In dieser Weise kann ein Schlüsseltext, der von einer authorisierten Vorrichtung übertragen wurde, die einen korrekten Algorithmus-Schlüssel hat, nur durch eine authorisierte Vorrichtung entschlüsselt werden, die den korrekten Algorithmus-Schlüssel hat. Zusätzlich zu dem Schlüssel ist der Algorithmus-Schlüssel auch eine geheime Information, so daß ein kryptografischer Angriff durch einen Dritten auf einen Schlüsseltext, der sich auf dem Kommunikationspfad bewegt, schwieriger wird.
Da des weiteren der Datenübertrager 1 einen Schlüssel erzeugt, der auf den Schlüssellängen-Daten basiert, die von der Schlüsselverwaltungseinrichtung 3 angenommen werden, kann die Länge des Schlüssels erneuert werden. Wenn beispielsweise erneuerte Schlüssellängen-Daten in einen von neuem hergestellten Datenübertrager eingebettet werden, kann kryptografische Kommunikation mit dem neu hergestellten Datenübertrager durchgeführt werden durch Verwenden eines Schlüssels, der die erneuerte Länge aufweist.
Daher ist es möglich, die Schlüssellänge eines Schlüssels in der Zukunft zu verlängern, um hierdurch die Sicherheit weiter zu erhöhen. Die Schlüssellänge kann in jedem Bereich geändert werden, wo Vorrichtungen angeliefert werden.
2 ist ein detailliertes Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11 zeigt. Es wird angenommen, daß die Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11 einen Normaltext von 64 Bit, einen Schlüssel von 40 oder 64 Bit und Schlüssellängen-Daten von einem Bit empfängt und einen Schlüsseltext von 64 Bit ausgibt. Unter Bezugnahme auf die Schlüssellängen-Daten konvertiert das Schlüssel-Konversionsmittel 23 den Schlüssel in Konversionsschlüssel K1 und K2, die jeweils 32 Bit aufweisen. Die Schlüssellängen-Daten nehmen "0" an, wenn der Schlüssel 40 Bit aufweist, und "1", wenn der Schlüssel 64 Bit aufweist. Konversion durch das Schlüssel-Konversionsmittel 32 wird später beschrieben. Die Verschlüsselungs-Konversionsmittel 20 der Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11 bestehen aus N Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln 21₁ bis 21_N . Ein Verschlüsselungsalgorithmus, der durch die Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21_n (wobei 1 ≤ n ≤ N) auszuführen ist, wird durch einen Algorithmus-Schlüssel G_n bestimmt, der in dem Algorithmusschlüssel-Speichermittel 24 gespeichert ist.
Ein Normaltext wird in obere 32 Bit R₀ und untere 32 Bit L₀ separiert und in das Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21₁ eingegeben, wo eine erste Verschlüsselungskonversion durchgeführt wird unter Verwendung der Konversionsschlüssel K1 und K2, um 32 Bits R₁ und 32 Bits L₁ auszugeben. Diese Bits R₁ und L₁ werden dem Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21₂ eingegeben, wo eine zweite Verschlüsselungs-Konversion durchgeführt wird durch Verwenden der Konversionsschlüssel K1 und K2, um 32 Bits R₂ und 32 Bits L₂ auszugeben. Derartige Verschlüsselungskonversion wird N-male durchgeführt und die letzten Ausgaben von 32 Bits R_N und 32 Bits L_N werden kombiniert, um einen Schlüsseltext von 64 Bits zu erhalten. Die totale Anzahl N von Verschlüsselungs-Konversions-Wiederholungen wird als eine Runden-Zahl bezeichnet.
Es sei nun der Fall betrachtet, bei welchem der Schlüssel feststeht und dieselben Daten einer optionalen Kombination von zwei oder mehreren konsekutiven Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln, die aus allen Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln ausgewählt werden, zugeführt werden. In diesem Fall wird das Konversionsergebnis durch die Algorithmus-Schlüssel Gn bestimmt. Bei der Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung gemäß der Erfindung wird angenommen, daß nur Algorithmus-Schlüssel, die unterschiedliche Konversionsergebnisse für alle Kombinationen schaffen, verwendet werden. Eine Periodizität erscheint nicht bei Verschlüsselungskonversionen, welche eine Mehrzahl von Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln verwenden. In dieser Weise kann die Geheimhaltung von Verschlüsselungs-Konversion verbessert werden.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel des Schlüssel-Konversionsmittels 23, gezeigt in 2, darstellt. Bezug nehmend auf 3 besteht das Schlüssel-Konversionsmittel 23 aus einem Register 26 von 64 Bit Länge, einem Multiplexer 27 und einer Additions-Operationseinheit 28. Ein Schlüssel wird zunächst in das Register 26 geladen. Wenn der Schlüssel 40 Bits aufweist, wird er in die unteren 40 Bits des Registers 26 geladen, wohingegen, wenn der Schlüssel 64 Bits aufweist, er in allen Bits des Registers 26 gespeichert wird. Die unteren 32 Bits des Registers 26 werden als der Konversionsschlüssel K1 verwendet. Wenn die Schlüssellängen-Daten "0" sind, werden 32 Bits des Registers 26 von dem 9ten Bit zu dem unteren 40sten Bit als eine Eingabe für den Multiplexer 27 ausgewählt. Wenn die Schlüssellängen-Daten "1" sind, werden die oberen 32 Bits des Registers 26 als eine Eingabe für den Multiplexer 27 ausgewählt. Eine Ausgabe des Multiplexers 27 wird einer 32-Bit-Addition von K1 bei der Additions-Operationseinheit 28 unterzogen, wobei das Ergebnis K2 ist. Ein Ergebnis der 32 Bit-Addition ist ein Rest eines gewöhnlichen Additionsergebnisses, dividiert durch 2 und erhöht zur Potenz von 32.
4 ist ein Blockdiagramm des Substitutions-/Permutations-Konversionsmittels 21_n , das in 3 gezeigt ist, welches die nte (1 ≤ n ≤ N) Verschlüsselungs-Konversion ausführt. Bezug nehmend auf 4 besteht das Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21_n aus einer Bitzug-Konversionseinheit 61 und einer Additions-Operationseinheit 62. R_n–1 und L_n–1 werden in R_n und L_n konvertiert unter Verwendung der Konversionsschlüssel K1 und K2. Zunächst gibt das Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21_n L_n–1 der Bitzug-Konversionseinheit 61 ein. Der Konversions-Algorithmus, der durch die Bitzug-Konversionseinheit 61 auszuführen ist, wird durch den Algorithmus-Schlüssel G_n bestimmt. Eine Eingabe U an die Bitzug-Konversionseinheit 61 ist auf eine Ausgabe Z von der Einheit 61 durch die folgende Gleichung bezogen: Z = FGn(K1, K2, U),worin die Funktion F_Gn eine Konversion durch die Bitzug-Konversionseinheit 61 bezeichnet. Der Algorithmus-Schlüssel G_n besteht aus den folgenden Daten: Gn = (An, Bn, Cn, Pn, Qn, Sn),worin A_n, B_n und C_n 32 Bit-Daten sind und P_n, Q_n und S_n ausgedrückt werden durch 1 ≤ P_n ≤ 31, Q_n ≤ 31, und 1 ≤ S_n ≤ 31. Die Werte des Algorithmus-Schlüssels G_n können verschiedene Werte bei jedem n (1 ≤ n ≤ N) annehmen.
Als nächstes wird R_n–1 der Additions-Operationseinheit 62 eingegeben, wo eine 62 Bit-Addition von Z_n durchgeführt wird, wobei das Ergebnis L_n ist. L_n–1 wird als R_n verwendet. Die oben beschriebene Konversion wird in dem folgenden zusammengefaßt: Ln = Rn + FGn(K1, K2, Ln–1) Rn = Ln–1
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Bitzug-Konversionseinheit 31, gezeigt in 4, darstellt.
Die Bitzug-Konversionseinheit 61 besteht aus fünf Bitzug-Konvertern 81 bis 85. Der Bitzug-Konverter 81 weist eine exklusive logische Summen-(Exklusiv- oder) Einheit 94 auf. Der Bitzug-Konverter 82 weist eine Additions-Berechnungseinheit 95 und eine zyklische Verschiebungseinheit 91 auf. Der Bitzug-Konverter 83 weist eine Additions-Berechnungseinheit 96 und eine zyklische Verschiebungseinheit 92 auf. Der Bitzug-Konverter 84 weist eine Additions- Operationseinheit 97 auf. Der Bitzug-Konverter 85 weist eine Additions-Berechnungseinheit 98 und eine zyklische Verschiebungseinheit 93 auf.
Die exklusive logische Summeneinheit 94 des Bitzug-Konverters 81 führt eine exklusive logische Summenoperation von zwei Eingangswerten aus. Von den zwei Eingangswerten ist einer K1, gezeigt in 4 und der andere U, gezeigt in 4, das heißt ein Ausgangswert zu Bitzug-Konversionseinheit 61 oder Bitzug-Konverter 81. Eine Konversion durch den Bitzug-Konverter 81 ist gegeben durch: V = K1 ⊕ U,wobei V ein Ausgangswert des Bitzug-Konverters 81 ist und ein Ausdruck X Y eine exklusive logische Summe von X und Y bezeichnet.
Die zyklische Verschiebungseinheit 91 des Bitzug-Konverters 82 verschiebt zyklisch nach links nur die Daten P_n (1 ≤ n ≤ 31), was ein Teil des Algorithmus-Schlüssels G_n ist. Die Additions-Operationseinheit 95 führt eine 32 Bit-Addition von drei Eingängen durch. Von den drei Eingängen ist einer die Daten A_n, die ein Teil des Algorithmus-Schlüssels Gn, gezeigt in 4 sind. Ein weiterer ist ein Eingangswert V für den Bitzug-Konverter 82 und der andere ist die Daten P_n, die zyklisch nach links zu schieben sind. Eine Konversion durch den Bitzug-Konverter 82 ist gegeben durch: W = V + (V <<< Pn) + An,wobei W ein Ausgangswert des Bitzug-Konverters 82 ist und ein Ausdruck von X <<< Y eine zyklische Verschiebung von X nach links um Y Bits angibt.
Die zyklische Verschiebungseinheit 92 des Bitzug-Konverters 83 verschiebt zyklisch nach links nur die Daten Q_n (1 ≤ Q_n ≤ 31), was ein Teil des Algorithmus-Schlüssels G_n ist. Die Additions-Operationseinheit 96 führt eine 32 Bit-Addition von drei Eingängen durch. Von den drei Eingängen ist einer die Daten P_n, die ein Teil des Algorithmus-Schlüssels G_n, gezeigt in 4 sind. Ein weiterer ist ein Eingangswert W für den Bitzug-Konverter 83, und der andere ist die Daten P_n, die zyklisch nach links zu verschieben sind. Eine Konversion durch den Bitzug-Konverter 83 ist gegeben durch X = W + (W <<< Qn) + Bn wobei W ein Ausgangswert des Bitzug-Konverters 83 ist.
Die Additions-Operationseinheit 97 des Bitzugkonverters 84 führt eine 32 Bit-Addition von zwei Eingängen durch. Von den zwei Eingängen ist einer K2, gezeigt in 2, und der andere ist eine Eingabe X an den Bitzug-Konverter 84. Eine Konversion durch den Bitzug-Konverter 84 ist gegeben durch: Y = K2 + X,wobei Y ein Ausgangswert des Bitzug-Konverters 84 ist.
Die zyklische Verschiebungseinheit 93 des Bitzug-Konverters 85 verschiebt zyklisch nach links nur die Daten S_n (1 ≤ S_n ≤ 31), die einen Teil des Algorithmus-Schlüssels G_n sind. Die Additions-Operationseinheit 98 führt eine 32 Bit-Addition von drei Eingängen durch. Von den drei Eingängen ist einer die Daten G_n, die ein Teil des Algorithmus-Schlüssels G_n, gezeigt in 4 sind, ein weiterer ist ein Eingangswert Y für den Bitzug-Konverter 85, und der andere sind die Daten S_n, die zyklisch nach links zu verschieben sind. Eine Konversion durch den Bitzug-Konverter 85 ist gegen durch: Z = Y + (Y <<< Sn) + Cn,wobei Z ein Ausgangswert des Bitzug-Konverters 85 ist.
Wie oben beschrieben wurde, führen die fünf Bitzug-Konverter 81 bis 85 der Bitzug-Konversionseinheit 61 eine Bitzug-Konversion durch Verarbeiten zu konvertierender Daten durch. Die Reihenfolge des Verarbeitens von Daten durch die Bitzug-Konverter 81 bis 85 der Bitzug-Konversionseinheit 61 kann geändert werden. Diese geänderte Konfiguration ist auch in dem Bereich der vorliegenden Erfindung umfaßt. Beispielsweise kann anstelle der Reihenfolge der Bitzug-Konverter 81 → 82 → 83 → 84 → 85 auch die Reihenfolge von Bitzug-Konversionsfunktionen 84 → 83 → 81 → 85 → 82 verwendet werden. Obwohl die fünf Bitzug-Konverter 81 bis 85 von einer exklusiven logischen Summeneinheit, drei zyklischen Verschiebungseinheiten und vier Additions-Operationseinheiten gebildet werden, können diese auch aus mindestens einer Additions-Operationseinheit und mindestens einer zyklischen Verschiebungsoperationseinheit gebildet sein, die fähig sind, Substitutions-/Permutations-/Mischungskonversion mit ähnlichen erwarteten Vorteilen der Erfindung auszuführen.
6 ist ein Blockdiagramm, das die Details der in 1 gezeigten Entschlüsselungs-Konversionseinheit 31 zeigt. Die Entschlüsselungs-Konversionseinheit 31 entschlüsselt einen Schlüsseltext, der durch die Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11, gezeigt in 2, verschlüsselt worden ist, in den ursprünglichen Normaltext. Die Entschlüsselungs-Konversionseinheit 31 empfängt einen Schlüsseltext von 64 Bit, einen Schlüssel von 40 Bit oder 64 Bit und Schlüssellängen-Daten von einem Bit und gibt einen Normaltext von 64 Bit aus. Die Entschlüsselungs-Konversionsmittel 40 der Entschlüsselungs-Konversionseinheit 31 bestehen aus N Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln 41₁ bis 41_N . Ein Konversionsalgorithmus, der durch Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 41_n (wobei 1 ≤ n ≤ N) auszuführen ist, wird durch einen Algorithmus-Schlüssel G_n bestimmt, der in dem Algorithmusschlüssel-Speichermittel 44 gespeichert ist.
Ein Schlüsseltext wird separiert in obere 32 Bit R_N und untere 32 Bits L_N und dem Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 41₁ eingegeben, wo eine erste Entschlüsselungskonversion durchgeführt wird unter Verwendung der Konversionsschlüssel K1 und K2, um 32 Bit R_N–1 und 32 Bit L_N–1 auszugeben. Diese Bits R_N–1 und L_N–1 werden dem Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 41₂ eingegeben, wo eine zweite Entschlüsselungs-Konversion durchgeführt wird unter Verwendung der Konversionsschlüssel K1 und K2, um 32 Bit R_N–2 und 32 Bit L_N–2 auszugeben. Derartige Entschlüsselungs-Konversion wird N mal wiederholt und die letzten Ausgaben von 32 Bit R₀ und 32 Bit L₀ werden kombiniert, um einen Normaltext von 64 Bit zu erhalten. Ähnlich der Verschlüsselungs-Konversion wird die totale Anzahl N von Entschlüsselungs-Konversions-Wiederholungen als eine Runden-Zahl bezeichnet.
Es sei nun der Fall betrachtet, in welchem der Schlüssel feststeht und dieselben Daten einer optionalen Kombination von zwei oder mehreren konsekutiven Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln, die aus allen von den Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln ausgewählt sind, zugeführt werden. In diesem Fall wird das Konversionsergebnis durch die Algorithmus-Schlüssel G_n bestimmt. Bei der Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung dieser Erfindung wird angenommen, daß nur Algorithmus-Schlüssel verwendet werden, welche unterschiedliche Konversionsergebnisse für alle Kombinationen schaffen. Eine Periodizität erscheint nämlich bei Entschlüsselungs-Konversionen nicht, welche Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel wiederholt verwenden.
7 ist ein Blockdiagramm des Substitutions-/Permutations-Konversionsmittels 41_n , das in 6 gezeigt ist, welches die (N + 1 – n)te (1 ≤ n ≤ N)-Entschlüsselungs-Konversion ausführt. Unter Bezugnahme auf 7 besteht das Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 41_n aus einer Bitzug-Konversionseinheit 61, die mit Bezug auf 5 beschrieben wird, und einer Subtraktions-Operationseinheit 72. R_n und L_n werden in R_n–1 und L_n–1 konvertiert unter Verwendung der Konversionsschlüssel K1 und K2. Zuerst gibt das Substitutions-/Permutations- Konversionsmittel 41_n R_n der Bitzug-Konversionseinheit 61 ein. Der durch die Bitzug-Konversionseinheit 61 auszuführende Konversionsalgorithmus wird durch den Algorithmus-Schlüssel G_n bestimmt. Eine Eingabe zu der Bitzug-Konversionseinheit 61 wird durch U dargestellt, und eine Ausgabe von dieser Einheit 61 wird durch Z dargestellt. Als nächstes wird L_n der Subtraktions-Operationseinheit 72 eingegeben, um eine 32 Bit-Subtraktion von Z durchzuführen, wobei das Ergebnis R_n–1 ist. Ein Ergebnis der 32 Bit-Subtraktion ist ein gewöhnliches Subtraktionsergebnis, addiert zu 2, erhöht zu einer Potenz von 32, wenn das gewöhnliche Subtraktionsergebnis negativ ist. Als letztes wird R_n für L_n–1 verwendet. Die oben beschriebene Konversion wird nachfolgend zusammengefaßt: Rn–1 = Ln – FGn(K1, K2, Rn) In–1 = Rn
Diese Konversion ist eine inverse Konversion des Substitutions-/Permutations-Konversionsmittels 21n, das mit Bezug auf 2 beschrieben wurde. Wenn die Entschlüsselungs-Konversionseinheit 31 denselben Schlüssel und Algorithmus-Schlüssel wie die Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11 hat, kann die Entschlüsselungs-Konversionseinheit 314 Daten, die durch die Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11 verschlüsselt wurden, in der oben beschriebenen Weise entschlüsseln.
Das Ausführungsbeispiel des Datenübertragers 1, der mit der Verschlüsselungs-Konversionseinheit ausgestattet ist und des Datenempfängers 2, der mit der Entschlüsselungs-Konversionseinheit ausgestattet ist, wurden oben im Detail beschrieben. Es ist offensichtlich, daß eine Konfiguration, welche die oben beschriebene Konfiguration teilweise ändert, im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Obwohl beispielsweise der Schlüssel 40 Bit oder 64 Bit aufweisen kann, und die Schlüssellängen-Daten ein Bit aufweisen, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann der Schlüssel die gewünschte Anzahl von Bits in dem Bereich von 40 bis 128 Bit aufweisen und die Schlüssellängen-Daten können 7 Bit aufweisen, um jeden Schlüssel zu identifizieren. In diesem Fall ist das Schlüssel-Konversionsmittel mit einem Selektor versehen, der eine Position auswählt, an der ein Schlüssel ausgewählt wird gemäß den Eingangsschlüssellängen-Daten, um zwei Konversionsschlüssel von 32 Bit zu erzeugen. Vier Konversionsschlüssel von 32 Bit können erzeugt werden für einen Schlüssel, der 64 Bit oder mehr aufweist. In diesem Fall sind N Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel in vier Gruppen unterteilt, zu der jeder zwei Konversionsschlüssel zugeführt werden.
Um eine Mehrzahl von Konversionsschlüsseln zu erzeugen, können Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel zur Verschlüsselungs-Konversion verwendet werden. Als Beispiel wird ein Schlüssel-Konversionsmittel zum Erzeugen von acht Konversionsschlüsseln von 32 Bit beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 8 besteht das Schlüssel-Konversionsmittel 23 aus acht Substitutions-/Permutations-Konversionsmitteln 21₁ bis 21₈ und einem Erweiterungsschlüssel-Speichermittel 100. Das Erweiterungsschlüssel-Speichermittel 100 speichert acht Erweiterungsschlüssel KE₁ bis KE₈, die eine 32 Bit-Länge aufweisen und als Konversionsschlüssel zu verwenden sind. Ein Schlüssel mit 64 Bit wird sequentiell konvertiert durch die acht Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21₁ bis 21₈ . Ein Konversionsalgorithmus, der durch jedes Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel zu verwenden ist, wird durch jeden Algorithmus-Schlüssel, der in dem Algorithmus-Speichermittel 24 gespeichert ist, bestimmt. In dem Erweiterungsschlüssel-Speichermittel 100 gespeicherte Erweiterungsschlüssel werden jedem Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel eingegeben. Zum Beispiel werden Erweiterungsschlüssel KE₃ und KE₄ dem Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21₂ eingegeben.
Durch Durchführen der Konversion werden Ausgaben L₁ bis L₈ der acht Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21₁ bis 21₈ als die acht Erweiterungsschlüssel verwendet.
Dieselben in dem Erweiterungsschlüssel-Speichermittel gespeicherten Erweiterungsschlüssel können jedesmal verwendet werden, wenn Daten verarbeitet werden, oder können erneuert werden durch ein Verfahren, das den Algorithmus-Schlüsseln ähnelt. Ein Schlüsselteilungsprozeß kann auch ausgeführt werden für die Erweiterungsschlüssel durch ein Verfahren, das demjenigen für den Schlüssel ähnlich ist. Das Schlüssel-Konversionsmittel 23, das mit Bezug auf 8 beschrieben wird, kann dieselben Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel verwenden wie diejenigen, die durch Verschlüsselungs-Konversion verwendet werden. Daher kann zum Beispiel, wenn die Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung der Erfindung durch Hardware realisiert ist, Verschlüsselungs-Konversion mit einem kleinen Schaltungs-Maßstab und hoher Sicherheit realisiert werden.
Als nächstes werden die Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung und die Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Das Blockdiagramm der Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels ist dasselbe wie das in 2 gezeigte des zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels.
9 ist ein Blockdiagramm eines Substitutions-/Permutations-Konversionsmittels 21_n dieses Ausführungsbeispiels in der Verschlüsselungs-Konversionseinheit 11, die in 2 gezeigt ist, welches die n-te Verschlüsselungskonversion ausführt. Unter Bezugnahme auf 9 besteht das Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21_n aus einer Bitzug-Konversionseinheit 361 und einer Operationseinheit 362. Die Operationseinheit 362 führt entweder eine exklusive logische Summenoperation oder eine Additionsoperation von zwei Eingängen aus. Welche Operation die Operationseinheit 362 ausführt, wird durch einen Algorithmus-Schlüssel bestimmt. Der durch das Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel 21_n auszuführende Konversionsprozeß ist derselbe wie der im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebene.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Bitzug-Konversionseinheit 361, gezeigt in 9, darstellt. Die Bitzug-Konversionseinheit 361 wird aus fünf Bitzug-Konvertern 81 bis 85 gebildet. Der Bitzug-Konverter 81 weist eine Operationseinheit 394 auf. Der Bitzug-Konverter 82 weist eine Operationseinheit 395, eine Operationseinheit 396 und eine zyklische Verschiebungseinheit 91 auf. Der Bitzug-Konverter 83 weist eine Operationseinheit 397, eine Operationseinheit 398 und eine zyklische Verschiebungseinheit 92 auf. Der Bitzug-Konverter 84 weist eine Operationseinheit 399 auf. Der Bitzug-Konverter 85 weist eine Operationseinheit 400, eine Operationseinheit 401 und eine zyklische Verschiebungseinheit 93 auf. Ähnlich der Operationseinheit 362, die in 9 gezeigt ist, führt jede der Operationseinheiten 394 bis 401 entweder eine exklusive logische Summenoperation oder eine Additionsoperation von zwei Eingängen aus. Welche Operation die Operationseinheiten 394 bis 401 ausführen, wird durch einen Algorithmus-Schlüssel bestimmt. Die Bitzug-Konversionseinheit 361 führt eine Bitzug-Konversion durch Anwenden der Bitzug-Konverter 81 bis 85 auf zu konvertierende Daten durch. Wie oben beschrieben wurde, können bei der Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels die Anzahl von Additionsoperationen und exklusiven logischen Summenoperationen durch Algorithmus-Schlüssel bestimmt werden.
Als nächstes werden ein kryptografisches Kommunikationssystem, das die Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung und die Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet, beschrieben.
11 ist ein Blockdiagramm, das ein elektronisches Gebührensammelsystem zeigt. Das elektronische Gebührensammelsystem ist in der Lage, durch elektronische Kontoverrechnung eine Gebühr zu erfassen von einer IC-Karte, die einem Fahrer eines Fahrzeugs gehört, das auf einer Maut-Straße fährt, bei einer straßenseitigen Einrichtung, die auf der Maut-Straße angeordnet ist, ohne das Fahrzeug anzuhalten. Von einem derartigen elektronischen Gebührensammelsystem wird erwartet, daß es die Verkehrsführung erleichtert und Benutzerfreundlichkeit durch elektronische Kontoverrechnung mit IC-Karten erhöht.
Das elektronische Gebührensammelsystem, das in 11 gezeigt ist, weist ein Fahrzeug 200, eine straßenseitige Einrichtung 201, eine mitgeführte Einrichtung 202, eine IC-Karte 203 und eine Schlüsselverwaltungseinrichtung 204 auf.
Das Fahrzeug 200 weist die mitgeführte Einrichtung 202 auf, in welche die IC-Karte 203 eingeführt ist, während das Fahrzeug 200 gefahren wird.
Die straßenseitige Einrichtung 201 ist auf der Maut-Straße angeordnet und hat eine Funktion des Sammelns einer Gebühr, während das Fahrzeug 200 vorbeifährt.
Die IC-Karte 203 speichert im voraus Vertragsinformation des elektronischen Gebührensammelsystems. Während das Fahrzeug 200 die straßenseitige Einrichtung passiert, wird die Vertragsinformation durch drahtlose Kommunikation von der mitgeführten Einrichtung 202, in die eine IC-Karte 203 eingeführt ist, transferiert, um Streckeninformation und Kontoverrechnungsinformation von der straßenseitigen Einrichtung 201 zu empfangen.
Um Sicherheit und Zuverlässigkeit derartiger Prozesse zu gewährleisten, ist es notwendig, die Authentizität der Vertragsinformation, der Streckeninformation und der Kontoverrechnungsinformation zu verifizieren und illegale Veränderung und Abgreifen der Information zu verhindern. Es ist notwendig, zwischen der IC-Karte und der mitgeführten Einrichtung 202 und zwischen der mitgeführten Einrichtung 202 und der straßenseitigen Einrichtung einen Authentifizierungsprozeß für einen Kommunikationspartner, einen Teilungsprozeß zum gemeinsamen Verwenden eines zum Verschlüsseln/Entschlüsseln von Austauschdaten zu verwendenden Schlüssels und eine kryptografische Kommunikation unter Verwendung des gemeinsam genutzten Schlüssels auszuführen. Für diesen Drittseiten-Authentifizierungsprozeß, für den Schlüsselteilungsprozeß und die kryptografische Kommunikation können die Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtungen gemäß der Erfindung verwendet werden.
Um die oben beschriebenen Prozesse zu realisieren, müssen die mitgeführte Einrichtung 202, die IC-Karte 203 und die straßenseitige Einrichtung 201 im voraus einen gemeinsam genutzen Algorithmus-Schlüssel und einen Lizenz-Schlüssel, ausgegeben durch die Schlüsselverwaltungseinrichtung 204, speichern. Beispielsweise können diese Schlüssel während der Herstellung eingebettet werden.
Einzelheiten des Algorithmus-Schlüssels und der durch den Algorithmus-Schlüssel eingestellten Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs-Konversionen sind oben beschrieben worden.
Der Lizenz-Schlüssel wird in eine authorisierte Einrichtung als geheime Information eingebettet und wird zum zuverlässigen Ausführen des Authentizierungsprozesses und des Schlüssel-Teilungsprozesses verwendet. Es sei zum Beispiel der Fall betrachtet, daß eine Einrichtung B feststellt, ob eine Einrichtung A eine authorisierte Einrichtung ist, um mit der Einrichtung A zu kommunizieren. In diesem Fall versorgt die Einrichtung A die Einrichtung B mit der Bestätigung, daß der Lizenzschlüssel der Einrichtung A korrekt ist. Da der Lizenz-Schlüssel eine geheime Information ist, muß die Einrichtung A die Einrichtung B mit der Bestätigung versehen, daß der Lizenz-Schlüssel korrekt ist, ohne den Lizenz-Schlüssel offenzulegen. Diese Bestätigung kann durch Verwenden von kryptografischen Techniken realisiert sein. Zum Beispiel ist ein symmetrischer Schlüssel-Algorithmus beschrieben in ISO 9798-2, welche internationale Spezifikationen für Sicherheitsmechanismen erhalten. Als spezifisches Beispiel des symmetrischen Schlüssel-Algorithmus können die Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtungen der Erfindung verwendet werden.
Elemente, welche die in 11 gezeigten Vorrichtungen bilden, werden nunmehr beschrieben.
Die straßenseitige Einrichtung 201 besteht aus einer drahtlosen Kommunikationseinheit 232, einer Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsverarbeitungseinheit 230, einer Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungs-Prozeßeinheit 233, einer Hauptsteuereinheit 235 und einer Datenspeichereinheit 234.
Die mitgeführte Einrichtung 202 besteht aus einer drahtlosen Kommunikationseinheit 212, einer Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsverarbeitungseinheit 210, einer IC-Karten-Kommunikationseinheit 211, einer Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsverarbeitungseinheit 213, einer Datenspeichereinheit 214 und einer Hauptsteuereinheit 215.
Die IC-Karte 203 wird gebildet aus einer IC-Kartenkommunikationseinheit 221, einer Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsverarbeitungseinheit 220, einer Partner- Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsverarbeitungseinheit 223, einer Datenspeichereinheit 224 und einer Hauptsteuereinheit 225.
Die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsverarbeitungseinheiten 210, 220 und 230 weisen Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtungen gemäß der Erfindung auf, die zuvor beschrieben wurden, und können Daten verschlüsseln und entschlüsseln.
Die IC-Karten-Kommunikationseinheiten 211 und 221 werden zur Kommunikation zwischen der mitgeführten Einrichtung 202 und der IC-Karte 203 verwendet.
Die drahtlosen Kommunikationseinheiten 212 und 232 werden zur drahtlosen Kommunikation zwischen der mitgeführten Einrichtung 202 und der straßenseitigen Einrichtung 201 verwendet.
Die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsverarbeitungseinheiten 210, 220 und 230 führen den Authentifizierungsprozeß des Feststellens aus, ob ein Kommunikationspartner authorisiert ist, und einen Teilungsprozeß des Teilens eines zur Datenverschlüsselung und -entschlüsselung zu verwendenden Schlüssels. Die Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsverarbeitungseinheit 213 verwendet eine Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Konversionsfunktion, die von der Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsverarbeitungseinheit 210 zugeführt wird, um den Partner-Authentifizierungs- und den Schlüsselteilungsprozeß auszuführen. Um ähnliche Funktionen zu realisieren, verwendet die Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsverarbeitungseinheit 223 die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsverarbeitungseinheit 220. In ähnlicher Weise verwendet die Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsverarbeitungseinheit 223 die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsverarbeitungseinheit 230.
Die Datenspeichereinheiten 214, 224 und 234 speichern den Algorithmus-Schlüssel und den Lizenz-Schlüssel, die von der Schlüsselverwaltungseinrichtung 204 angenommen wurden, und können auch Vertragsinformationen, Streckeninformationen und Kontoverrechnungsinformation speichern.
12 ist ein Flußdiagramm, welches durch das in 11 dargestellte elektronische Gebührensammelsystem auszuführende Kommunikationen verdeutlicht.
In dem in 12 gezeigten Flußdiagramm wird ein Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsprozeß 240 zuerst zwischen der IC-Karte 203 und der mitgeführten Einrichtung 202 ausgeführt, wenn die IC-Karte 203, gezeigt in 11, auf die mitgeführte Einrichtung 202 gesetzt wird. Nachdem der Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsprozeß 240 erfolgreich war, führt die IC-Karte 203 eine kryptografische Kommunikation 241 durch, um Vertragsinformation zu der straßenseitigen Einrichtung 202 zu transferieren. Auf Empfang der Vertragsinformation von der IC-Karte 203 speichert die mitgeführte Einrichtung geheim die Vertragsinformation in der Datenspeichereinheit 214 (11).
Als nächstes wird ein Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsprozeß 250 zwischen der mitgeführten Einrichtung 202 und der straßenseitigen Einrichtung 201 durchgeführt, während das in 11 gezeigte Fahrzeug die straßenseitige Einrichtung 201 passiert. Nachdem der Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsprozeß 250 erfolgreich war, führt die straßenseitige Einrichtung 202 eine kryptografische Kommunikation 251 durch, um die von der IC-Karte zugeführte Information an die straßenseitige Einrichtung 201 zu transferieren. Diese kryptografische Kommunikation 251 wird auch zum Transferieren von Streckeninformation und Kontoverrechnungsinformation von der straßenseitigen Einrichtung 201 an die mitgeführte Einrichtung 202 verwendet.
Als nächstes führt die mitgeführte Einrichtung 202 eine kryptografische Kommunikation 261 durch, um die Streckeninformation und die Kontoverrechnungsinformation, die von der straßenseitigen Einrichtung 201 angenommen wurden, zu der IC-Karte 203 zu transferieren.
Kontoverrechnung für Straßengebühr wird zwischen der IC-Karte 203 und der straßenseitigen Einrichtung 201 durchgeführt. Jedoch muß Kommunikation zwischen der IC-Karte 203 und der straßenseitigen Einrichtung 201 die mitgeführte Einrichtung 202 verwenden. In diesem Fall, wenn die mitgeführte Einrichtung 202 einen illegalen Prozeß durchführt, könnte eine illegale Kontoverrechnung durchgeführt werden. Um einen derartigen Prozeß zu vermeiden, ist es für die straßenseitige Einrichtung 201 notwendig, die mitgeführte Einrichtung 202, die mit der IC-Karte 203 für die Kontoverrechnung verwendet wird, zu identifizieren. Beispielsweise wird der mitgeführten Einrichtung 202 eine Identifikationsnummer zugeordnet und diese wird der IC-Karte 203 während des Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsprozesses 240 mit der IC-Karte transferiert. Die IC-Karte 203 erzeugt eine digitale Signatur für sowohl die Identifikationsnummer der mitgeführten Einrichtung 202 als auch die Kontoverrechnungsgeschichte der IC-Karte 203 und gibt diese an die mitgeführte Einrichtung 202 zurück. Die mitgeführte Einrichtung 202 transferiert die Identifikationsnummer und die digitale Signatur, die von der IC-Karte 203 angenommen wurde, an die straßenseitige Einrichtung 201 während des Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsprozesses 250. Hiernach verifiziert die straßenseitige Einrichtung 201 die durch die IC-Karte 203 erzeugte digitale Signatur, um die Zeit, zu der die mitgeführte Einrichtung 202 verwendet wurde, zu überprüfen.
Es ist auch nötig, einen Dritten davon abzuhalten, verschlüsselte Daten, die auf einem Kommunikationspfad während der kryptografischen Kommunikation 241, 251 und 261 fließen, zu verändern. Um dieses zu realisieren, ist es notwendig, eine Botschafts-Authentifizierung durchzuführen, die in der Lage ist, zu beurteilen, ob eine empfangene Botschaft korrekt ist. Um die Botschaft-Authentifizierung durchzuführen, teilen ein Übertrager und ein Empfänger im voraus einen Botschafts-Authentifizierungsschlüssel, der geheimgehalten wird. Gemeinsames Teilen des Botschafts-Authentifizierungsschlüssels wird zum Beispiel in dem in 12 gezeigten Partner-Authentifizierungs-/Schlüsselteilungsprozess 150 durchgeführt. Der Übertrager erzeugt Daten, bezeichnet als Botschafts-Authentifizierungscodes (MAC), von einer zu transferierenden Botschaft und dem Botschafts-Authentifizierungscode. Der Übertrager überträgt die Botschaft zusammen mit dem Botschafts-Authentifizierungsschlüssel an den Empfänger. Der Empfänger verifiziert den empfangenen Botschafts-Authentifizierungscode durch Verwenden des Botschafts-Authentifizierungsschlüssels. Es ist möglich, aus dieser Verifikation zu beurteilen, ob die empfangene Botschaft geändert wurde. Als die Botschafts-Authentifizierung ist zum Beispiel ein Verfahren, das einen symmetrischen Schlüssel-Algorithmus verwendet, in ISO 9797 beschrieben, die eine internationale Spezifikation für Sicherheitsmechanismen enthält. Als ein spezifisches Beispiel des symmetrischen Schlüssel-Algorithmus können die Verschlüsselungs- und Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtungen gemäß der Erfindung verwendet werden.
13 ist ein detailliertes Flußdiagramm, das die kryptografische Kommunikation 241 als ein Beispiel einer kryptografischen Kommunikation mit Botschafts-Authentifizierung darstellt. Unter Bezugnahme auf das in 13 gezeigte Flußdiagramm erzeugt zunächst die IC-Karte 203 einen Botschafts-Authentifizierungscode bei einem MAC-Erzeugungsprozeß 261. Als nächstes werden die zu übertragende Botschaft und der Botschafts-Authentifizierungscode in einem Koppelprozeß 262 gekoppelt. Hiernach werden Daten, welche die gekoppelte Botschaft und den Botschafts-Authentifizierungscode enthalten, bei einem Verschlüsselungsprozeß 263 verschlüsselt, um verschlüsselte Daten zu bilden.
Als nächstes entschlüsselt auf Empfang der verschlüsselten Daten hin die mitgeführte Einrichtung 202 die Daten in einem Entschlüsselungsprozeß 264. Hiernach werden bei einem Separationsprozeß 265 die Botschaft und der Botschafts-Authentifizierungscode, die von der IC-Karte transferiert wurden, wiedergewonnen. Als nächstes wird der wiedergewonnene Botschafts-Authentifizierungscode bei einem MAC-Verifikationsprozeß 266 verifiziert, um die Korrektheit der empfangenen Botschaft zu verifizieren.
In der obigen Weise können Daten, die nicht verändert oder abgegriffen werden dürfen, wie zum Beispiel Gebühreninformation und Streckeninformation, mit Sicherheit ausgetauscht werden.
Mit den obigen Prozessen kann eine IC-Karte 203 mit einer Straßengebühr belastet werden und die Gebühreninformation kann bei der straßenseitigen Einrichtung 201 verwaltet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung, eine Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtung, ein kryptografisches Kommunikationssystem und eine elektronische Gebührensammelvorrichtung zu realisieren, welche in der Lage sind, Algorithmen zur kryptografischen Konversion zu wechseln, um den verwendeten Algorithmus vor einem Dritten zu verbergen, so daß die Vorrichtungen und das System resistent gegen einen kryptografischen Angriff sind und mit hoher Geschwindigkeit arbeiten können.

Claims

Verschlüsselungs-Konversionsvorrichtung (11) zum Eingeben mindestens eines Schlüssels, mindestens eines Algorithmus-Parameters und Normaltextdaten und zum Ausgeben verschlüsselter Textdaten, wobei die Verschlüsselungsvorrichtung aufweist: mehrstufige Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) zum Ausführen jeder Operation von einer Exklusiv-Oder-Operation, einer zyklischen Verschiebungsoperation und einer Additionsoperation zumindest einmal, dadurch gekennzeichnet, dass: die Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) mindestens eines von jedem von ersten bis dritten Operationsmitteln aufweisen, wobei das erste Operationsmittel (94) entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten, die von Daten des Schlüssels erzeugt werden, ausführt, wobei das zweite Operationsmittel (95) entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten ausführt, die durch den Algorithmus-Parameter bestimmt werden, und wobei das dritte Operationsmittel (92) Eingangsdaten zyklisch um die Anzahl von Bits verschiebt, die allein durch den Algorithmus-Parameter bestimmt wird; und Konversionen alle unterschiedlich sind, die Kombinationen mehrstufiger konsekutiver Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) verwenden, die aus allen Verschlüsselungs-Konversionsmitteln (20) optional ausgewählt werden, und die dieselben Eingangsdaten und denselben Algorithmus-Parameter verwenden, die keine Wiederholung der aufeinander folgenden Muster aufweisen.
Entschlüsselungs-Konversionsvorrichtung (31) zum Eingeben mindestens eines Schlüssels, mindestens eines Algorithmus-Parameters und verschlüsselter Textdaten und zum Ausgeben von Normaltextdaten, wobei die Vorrichtung aufweist: mehrstufige Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) zum Ausführen jeder Operation von einer Exklusiv-Oder-Operation, einer zyklischen Verschiebungsoperation und einer Additionsoperation zumindest einmal, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) mindestens eines von jedem von ersten bis dritten Operationsmitteln aufweisen, wobei das erste Operationsmittel (94) entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten ausführt, die aus Daten des Schlüssels erzeugt werden, wobei das zweite Operationsmittel (95) entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten ausführt, die durch den Algorithmus-Parameter bestimmt sind, und wobei das dritte Operationsmittel (92) Eingangsdaten zyklisch um die Anzahl von Bits, die allein durch den Algorithmus-Parameter bestimmt sind, verschiebt; und Konversionen alle verschieden sind, die Kombinationen mehrstufiger konsekutiver Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) verwenden, die aus allen Entschlüsselungs-Konversionsmitteln (40) optional ausgewählt werden, und die dieselben Eingangsdaten und denselben Algorithmus-Parameter verwenden, die keine Wiederholung der aufeinander folgenden Muster aufweisen.
Kryptografisches Kommunikationssystem mit einem gemeinsamen Schlüsselalgorithmus zur Kommunikation zwischen einer Übertragungsvorrichtung (1) und einer Empfängervorrichtung (2), die denselben Schlüssel haben, wobei die Übertragervorrichtung (1) einen Normaltext unter Verwendung des Schlüssels verschlüsselt, um einen Verschlüsselungstext anzunehmen und zu übertragen, und die Empfängervorrichtung (2) den empfangenen Verschlüsselungstext unter Verwendung des Schlüssels entschlüsselt, um den Normaltext wiederzugewinnen, wobei: die Übertragervorrichtung (1) Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) gemäß Anspruch 1 und erste Algorithmusschlüssel-Speichermittel (24) aufweist; die Empfängervorrichtung (2) Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) gemäß Anspruch 2 und zweite Algorithmusschlüssel-Speichermittel (44) aufweist; ein durch die Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) der Übertragervorrichtung (1) auszuführender Konversions-Algorithmus durch einen ersten Parameter bestimmt wird, welcher in den ersten Algorithmusschlüssel-Speichermitteln (24) der Übertragervorrichtung (1) gespeichert ist; ein durch die Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) der Empfängervorrichtung (2) auszuführender Konversionsalgorithmus durch einen zweiten Parameter bestimmt wird, der in den zweiten Algorithmusschlüssel-Speichermitteln (44) der Empfängervorrichtung (2) gespeichert ist; und der durch die Übertragervorrichtung (1) unter Verwendung des Schlüssels verschlüsselten Verschlüsselungstext durch die Empfängervorrichtung (2) unter Verwendung des Schlüssels nur dann korrekt entschlüsselt werden kann, wenn der Schlüssel wie auch der erste und der zweite Parameter, der durch die Übertragervorrichtung und die Empfängervorrichtung (2) verwendet werden, dieselben sind.
Kryptografisches Kommunikationssystem gemäß Anspruch 3, bei welchem die Übertragervorrichtung einen vorbestimmten spezifischen dritten Parameter als den ersten Parameter verwendet und die Empfängervorrichtung (2) den dritten Parameter als den zweiten Parameter verwendet.
Kryptografisches Kommunikationssystem mit einem gemeinsamen Schlüsselalgorithmus zur Kommunikation zwischen einer Übertragervorrichtung (1) und einer Empfängervorrichtung (2), die einen gleichen Schlüssel haben, wobei die Übertragervorrichtung einen Normaltext unter Verwendung des Schlüssels verschlüsselt, um einen Schlüsseltext anzunehmen und zu übertragen und die Empfängervorrichtung (2) den empfangenen Schlüsseltext unter Verwendung des Schlüssels entschlüsselt, um den Normaltext wiederzugewinnen, wobei: die Übertragervorrichtung (1) Schlüssellängen-Speichermittel (15) zum Speichern von Schlüssellängen-Daten, erste Schlüssel-Teilungsmittel (12) zum gemeinschaftlichen Teilen von Schlüsseldaten und Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) zum Verschlüsseln gemäß Anspruch 1 aufweist; die Empfängervorrichtung (2) zweite Schlüssel-Teilungsmittel (32) zum gemeinschaftlichen Teilen von Schlüsseldaten und Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) zum Entschlüsseln gemäß Anspruch 2 aufweist; und wobei vor Starten von kryptografischer Kommunikation die Übertragervorrichtung (1) und die Empfängervorrichtung (2) über denselben Schlüssel verfügen, der eine Länge aufweist, die durch Schlüssellängen-Daten bezeichnet ist, welche in den Schlüssellängen-Speichermitteln (15) der Übertragervorrichtung (1) gespeichert sind, unter Verwendung der ersten Schlüssel-Verfügbarmachungsmittel der Übertragervorrichtung (1) und der zweiten Schlüssel-Verfügbarmachungsmittel der Empfängervorrichtung (2).
Kryptografisches Kommunikationssystem gemäß Anspruch 5, bei welchem die Übertragervorrichtung (1) vorbestimmte spezifische Schlüssellängen-Daten verwendet.
Kryptografisches Kommunikationssystem gemäß Anspruch 5, bei welchem: die Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) mehrstufige Substitutions-/Permutationskonversionsmittel zum Durchführen von Substitutions-/Permutationskonversion aufweisen und den Schlüsseltext durch Verarbeiten des Normaltextes bei jedem der ersten Substitutions-/Permutationskonversionsmittel ausgeben unter Verwendung des Schlüssels oder Daten, die aus dem Schlüssel konvertiert werden; und jedes der ersten Substitutions-/Permutationskonversionsmittel zur Datenkonversion Bitzug-Konverter aufweist, die ein mehrstufiges zyklisches Verschiebungsoperationsmittel und mehrstufige Additionsoperationseinheiten aufweist.
Kryptografisches Kommunikationssystem gemäß Anspruch 7, bei welchem eine Ausgabe der zyklischen Verschiebungsoperationseinheiten durch zu konvertierende Eingangsdaten und einen Anteil des dritten Parameters bestimmt wird.
Kryptografisches Kommunikationssystem gemäß Anspruch 7, bei welchem eine Ausgabe von jeder der Additionsoperationseinheiten durch zu konvertierende Eingangsdaten und einen Anteil des dritten Parameters bestimmt wird.
Kryptografisches Kommunikationssystem gemäß Anspruch 5, bei welchem: die Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) mehrstufige zweite Substitutions-/Permutationskonversionsmittel zum Durchführen von Substitutions-/Permutationskonversion aufweisen und den Normaltext durch Verarbeiten des Schlüsseltextes in jedem der zweiten Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel unter Verwendung des Schlüssels oder von aus dem Schlüssel konvertierten Daten ausgeben; und jedes der zweiten Substitutions-/Permutations-Konversionsmittel zur Datenkonversion Bitzug-Konverter aufweist, welche ein mehrstufiges zyklisches Verschiebungsoperationsmittel und ein mehrstufiges Additionsoperationsmittel aufweisen.
IC-Karte (203) zur Verwendung für ein elektronisches Gebührensammelsystem, das in der Lage ist, eine Gebühr aus der in eine mitgeführte Vorrichtung (202) eines auf einer Maut-Straße fahrenden Fahrzeugs eingelegten IC-Karte zu sammeln, während das Fahrzeug (200) eine straßenseitige Einrichtung (201) auf der Maut-Straße passiert, ohne das Fahrzeug (200) anzuhalten, wobei die mitgeführte Vorrichtung (202) Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) zum Verschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 1 und Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) zum Entschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 2 und erste Algorithmusschlüssel-Speichermittel (24) zum Speichern eines Algorithmusschlüssels aufweist und wobei ein durch die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Konversionsmittel (210) der mitgeführten Vorrichtung (202) auszuführender Konversionsalgorithmus durch einen ersten Parameter bestimmt wird, der in den Algorithmusschlüssel-Speichermitteln (24) gespeichert ist, wobei: die IC-Karte (203) Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) zum Verschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 1 und Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) zum Entschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 2 und zweite Algorithmusschlüssel-Speichermittel (24) zum Speichern eines Algorithmusschlüssels aufweist; ein Konversionsalgorithmus, der durch die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Konversionsmittel (221) der IC-Karte (203) durchzuführen ist, durch einen zweiten Parameter bestimmt wird, der in den zweiten Algorithmusschlüssel-Speichermitteln (44) der IC-Karte (203) gespeichert ist; und die IC-Karte (203) mit der mitgeführten Vorrichtung (202) kryptografisch nur dann kommunizieren kann, wenn der zweite Parameter derselbe wie der erste Parameter ist.
Mitgeführte Vorrichtung (202) zur Verwendung für ein elektronisches Gebührensammelsystem, das in der Lage ist, eine Gebühr aus einer IC-Karte (203) zu sammeln, welche in die mitgeführte Vorrichtung (202) eines Fahrzeugs (200), das auf einer Maut-Straße fährt, eingelegt ist, während das Fahrzeug (200) eine straßenseitige Einrichtung (201) auf der Maut-Straße passiert, ohne das Fahrzeug (200) anzuhalten, wobei die mitgeführte Vorrichtung (202) Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) zum Verschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 1 und Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) zum Entschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 2 und erste Algorithmusschlüssel-Speichermittel (24) aufweist und ein durch die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Konversionsmittel (210) der mitgeführten Vorrichtung (202) auszuführender Konversionsalgorithmus durch einen erste Parameter bestimmt wird, der in den ersten Algorithmusschlüssel-Speichermitteln (24) gespeichert ist, wobei: die mitgeführte Vorrichtung (202) die Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) zum Verschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 1 und Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) zum Entschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 2 und zweite Algorithmusschlüssel-Speichermittel (44) aufweist; ein Konversionsalgorithmus, der durch die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Konversionsmittel (210) der mitgeführten Vorrichtung (202) auszuführen ist, durch einen zweiten Parameter bestimmt wird, der in den zweiten Algorithmusschlüssel-Speichermitteln (44) der mitgeführten Vorrichtung (202) gespeichert ist; und die mitgeführte Vorrichtung (202) mit der straßenseitigen Vorrichtung (201) nur dann kryptografisch kommunizieren kann, wenn der zweite Parameter derselbe wie der erste Parameter ist.
Straßenseitige Vorrichtung (201) zur Verwendung für ein elektronisches Gebührensammelsystem zum Sammeln einer Gebühr aus einer IC-Karte (203), die in eine mitgeführte Vorrichtung (202) eines Fahrzeuges (200), das auf einer Maut-Straße fährt, eingelegt ist, während das Fahrzeug (200) die straßenseitige Einrichtung (201) auf der Maut-Straße passiert, ohne das Fahrzeug (200) anzuhalten, wobei die mitgeführte Vorrichtung (202) Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) zum Verschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 1 und Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) zum Entschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 2 und erste Algorithmusschlüssel-Speichermittel (24) aufweist und ein durch die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Konversionsmittel (210) der mitgeführten Vorrichtung (202) auszuführender Konversionsalgorithmus durch einen ersten Parameter bestimmt wird, der in den ersten Algorithmusschlüssel-Speichermitteln (24) gespeichert ist, wobei: die straßenseitige Vorrichtung (201) Verschlüsselungs-Konversionsmittel (20) zum Verschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 1 und Entschlüsselungs-Konversionsmittel (40) zum Entschlüsseln von Daten gemäß Anspruch 2 und zweite Algorithmusschlüssel-Speichermittel (44) aufweist; ein durch die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Konversionsmittel (230) der straßenseitigen Vorrichtung (201) auszuführender Konversionsalgorithmus durch einen zweiten Parameter bestimmt wird, der in den zweiten Algorithmusschlüssel-Speichermitteln der straßenseitigen Vorrichtung (201) gespeichert ist; und die straßenseitige Vorrichtung (201) mit der mitgeführten Vorrichtung (202) nur dann kryptografisch kommunizieren kann, wenn der zweite Parameter derselbe wie der erste Parameter ist.
Verschlüsselungsverfahren zum Eingeben mindestens eines Schlüssels, mindestens eines Algorithmus-Parameters und Normaltextdaten und zum Ausgeben von Schlüsseltextdaten, wobei das Verschlüsselungsverfahren die folgenden Schritte aufweist: Durchführen mehrstufiger Verschlüsselungen, jede durch Ausführen jeder einer Exklusiv-Oder-Operation einer zyklischen Verschiebungsoperation und einer Additionsoperation mindestens einmal, wobei der Verschlüsselungsschritt mindestens einen Operationsunterschritt von jedem der ersten bis dritten Operationsunterschritte aufweist, wobei der erste Operationsunterschritt entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten, der aus Daten des Schlüssels erzeugt wird, ausführt, wobei der zweite Operationsunterschritt entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten, der durch den Algorithmus-Parameter bestimmt wird, ausführt, und wobei der dritte Operationsunterschritt zyklisch Eingangsdaten um die Anzahl von Bits verschiebt, die allein durch den Algorithmus-Parameter bestimmt wird; und Kombinieren mehrstufiger konsekutiver Verschlüsselungsschritte, die aus allen der Verschlüsselungsschritte optional ausgewählt werden unter Verwendung derselben Eingangsdaten und desselben Algorithmus-Parameters, derart, dass die Verschlüsselungsergebnisse alle unterschiedlich sind.
Verschlüsselungsverfahren zum Eingeben mindestens eines Schlüssels, mindestens eines Algorithmus-Parameters und von Schlüsseltextdaten und zum Ausgeben von Normaltextdaten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Durchführen mehrstufiger Entschlüsselungen, jede durch Ausführen jeder Operation von einer Exklusiv-Oder-Operation, einer zyklischen Verschiebungsoperation und einer Additionsoperation mindestens einmal, wobei der Entschlüsselungsschritt mindestens einen von jedem der ersten bis dritten Operationsunterschritte aufweist, wobei der erste Operationsunterschritt entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsope ration von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten ausführt, der aus Daten von dem Schlüsseltext erzeugt wird, wobei der zweite Operationsunterschritt entweder eine Exklusiv-Oder-Operation oder eine Additionsoperation von Eingangsdaten und einem Anteil von Daten ausführt, die durch den Algorithmus-Parameter bestimmt werden, und wobei der dritte Operationsunterschritt Eingangsdaten zyklisch durch die Anzahl von Bits verschiebt, welche allein durch den Algorithmus-Parameter bestimmt wird; und Kombinieren mehrstufiger konsekutiver Entschlüsselungsschritte, die optional aus allen Entschlüsselungsschritten ausgewählt werden unter Verwendung derselben Eingangsdaten und desselben Algorithmus-Parameters, derart, dass die Entschlüsselungsergebnisse alle unterschiedlich sind.