FS−CES (Finite State - Chaotic Encryption System, 有限状態カオス暗号系)
暗号技術仕様書
カオス力学系は、情報理論的観点からは、軌道にそって情報が損失していく系
である。一方、構成されたカオス暗号方式の安全性や設計基準を、力学系理論
で評価することができるため今後の発展の可能性は大きい。本暗号では、一次元歪テント
写像 fa の変形を平文に反復して施すことによって暗号文を得る。fa
は通常のテント写像の山の位置 a を
からずらしたものであ
り、山の位置は秘密鍵として用いられる。直観的には、平文
に
対して、fan(x) (n は十分大きな整数) を暗号文としたいが、faは
二対一なのでこのままでは復号化が一意的に定義できない。そこで、平文空間、
暗号文空間、鍵空間、変換を離散化し、明示的に一対一写像を導く。この修正
された写像は、切り上げと切り捨てを用いて陽に書ける。また、オリジナルの
歪テント写像と比べて、計算時間の増加をおさえることができる。
また、力学系の理論を応用した理論解析(自己評価書参照)が可能であり、情報理論的
な暗号強度が保証される。反復回数は、それらの安全性解析に基いて決定され
る。
簡単のために、 変形テント写像の定義域と値域 [0,1] を [0,M] に引
き伸ばして考える。このように拡大スケーリングされた変形テント写像を FA と書く。
ここで、整数
M = 2128 は、平文空間
、暗号文空間
、鍵空間
の位
数であり、
|
(1) |
である。
離散化変形テント写像
を以下のように定義する。
ここで、
は集合の位数である。
は X に 全ての
の中
での FA(X) の昇順を対応させたものである。
もし
FA(X1) = FA(X2), X1 < A < X2 ならば
とする。
は
上で一対一である。
FS−CESは暗号化器
と、復号化器
で定義される。なお、数式では
と表される。ただし、
である。ここで、
,
は、それぞれ切り捨
て、切り上げを意味する。
鍵の値として、
0.4M < A < 0.6M が推奨される. A が
0.5M から離れるほど、1 回の写像ごとの情報拡散が遅くなって、反復回数
n を大きくしなくてはならなくなる。
以下の安全強度解析も、この範囲への鍵空間の制限に基く。
鍵の値として、 A = 0.5M に非常に近い値
は用いない。これは、
この領域の A に対応する暗号化写像は、シフト写像に近い構造を持ち、それに起因して解
読される可能性があるからである。
反復回数として
が推奨される。この反復回数は、
理論解析(自己評価書参照)の結果をもとに定めている。
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