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JPS6329743B2 - - Google Patents
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JPS6329743B2 - - Google Patents

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JPS6329743B2
JPS6329743B2 JP56105217A JP10521781A JPS6329743B2 JP S6329743 B2 JPS6329743 B2 JP S6329743B2 JP 56105217 A JP56105217 A JP 56105217A JP 10521781 A JP10521781 A JP 10521781A JP S6329743 B2 JPS6329743 B2 JP S6329743B2
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JP
Japan
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master key
key
individual
data
cryptographic
Prior art date
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Expired
Application number
JP56105217A
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Japanese (ja)
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JPS587174A (en
Inventor
Kenji Koyama
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS587174A publication Critical patent/JPS587174A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、暗号システムにおける代表的な暗号
法であるRSA法(Rivest、Shamir and
Adelman′s method)に対して、その個別暗号鍵
から、各個別暗号鍵に共通に使用できる便利なマ
スター鍵の存在の判定を行ない、存在する場合は
自動的にマスター鍵を生成する暗号マスター鍵生
成装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention is based on the RSA method (Rivest, Shamir and
Adelman's method), a cryptographic master key that determines the existence of a convenient master key that can be commonly used for each individual cryptographic key from that individual cryptographic key, and automatically generates a master key if it exists. This relates to a generating device.

データ通信システムやデータ処理システムなど
で各種のサービス等を行う場合、機密性の高い重
要なデータの取扱いが問題となつてきており、
種々の暗号鍵管理法が提案されている。ところ
で、従来の暗号鍵管理法で用いられる通常の「マ
スター鍵」の概念は、個別鍵の使用時に必らず
「マスター鍵」も必要とする管理法の下での概念
であり、いわば安全性の強化を指向したものであ
つた。具体的には個々の暗号機における個別鍵を
一旦、1つの「マスター鍵」で暗号化して配布
し、各個別鍵の使用に当つては、まず、その「マ
スター鍵」で個別鍵を復号化してから用いる。こ
の「マスター鍵」は、いわば「個別鍵暗号用マス
ター鍵」である。一方、物理的な錠システムと同
時に、個別鍵の代替として直接共通に使うことが
できるマスター鍵を「真のマスター鍵」と呼ぶ。
本発明はこの「真のマスター鍵」に係わるもので
ある。
When providing various services using data communication systems and data processing systems, handling of highly confidential and important data has become an issue.
Various cryptographic key management methods have been proposed. By the way, the concept of a normal "master key" used in conventional cryptographic key management methods is a concept under management methods that always require a "master key" when using an individual key, so to speak, security is The aim was to strengthen the Specifically, the individual keys for each encryption machine are once encrypted with one "master key" and distributed, and when each individual key is used, the individual key must first be decrypted with that "master key." then use it. This "master key" is a so-called "master key for individual key encryption." On the other hand, a master key that can be used directly and commonly as a substitute for individual keys in a physical lock system is called a "true master key."
The present invention relates to this "true master key."

上記「真のマスター鍵」の概念は、従来の暗号
鍵管理法においては見当らず、また、その具体的
な解析を通した合成法は明らかにされていない。
以下では「真のマスター鍵」を単にマスター鍵と
呼ぶことにする。又、マスター鍵の生成を行う具
体的な暗号システムとして、署名可能で鍵の配布
が容易な公開鍵暗号系(暗号化鍵と復号化鍵が異
なる方式)の中で、最も有望視されているRSA
法を対象とする。
The above-mentioned concept of a "true master key" is not found in conventional cryptographic key management methods, and a method for synthesizing it through specific analysis has not been clarified.
In the following, the "true master key" will be simply referred to as the master key. In addition, as a specific cryptographic system for generating master keys, it is considered the most promising among public key cryptosystems (methods in which the encryption key and decryption key are different) that can be signed and keys can be easily distributed. RSA
Subject to law.

既に提案されているRSA法(Rivest、Shamir
and Adelman “A method for Obtaining
Digital Signature and Public−Key
Cryptosystems”CACM Vol.21、No.2、Feb、
1978)の個別鍵を基本とした暗号原理は次の通り
である。
Already proposed RSA method (Rivest, Shamir
and Adelman “A method for observing
Digital Signature and Public−Key
Cryptosystems” CACM Vol.21, No.2, Feb.
The cryptographic principle based on individual keys (1978) is as follows.

m個の個別鍵(暗号化個別鍵Kei、復号化個別
鍵Kdi、(1im))が独立に以下の手順で求
められる。
m individual keys (encryption individual key K ei , decryption individual key K di , (1im)) are obtained independently by the following procedure.

(i) 任意の2つの相異なる大きな素数pi、qiを選
び、ni=pi・qiを計算する。
(i) Select two arbitrary different large prime numbers p i and q i and calculate n i =p i ·q i .

(ii) (Pi−1)(qi−1)(以下(ni)と略する)
と互いに素な任意の整数kdiを選び出す。
(ii) (P i −1) (q i −1) (hereinafter abbreviated as (n i ))
Select any integer k di that is coprime to .

(iii) (ni)を法としたKdiの乗算の逆元Keiを計算
する。すなわち Kei・Kdi≡1(mod(ni)) を解き、Keiを求める。
(iii) Calculate the inverse element K ei of the multiplication of K di modulo (n i ). That is, K ei is obtained by solving K ei ·K di ≡1 (mod(n i )).

そして、暗号化の鍵は(Kei、ni)の組であり、
対応する復号化の鍵は(Kdi、ni)の組である。
Kei、niは公開し、Kdiは秘密にしておく。
Then, the encryption key is a pair of (K ei , n i ),
The corresponding decryption key is the pair (K di , n i ).
K ei and n i are made public and K di is kept secret.

平文Pを暗号文Cに暗号化するアルゴリズムE
と、暗号文Cを平文Pに復号化するアルゴリズム
Dは C=E(P)=PKei(mod ni) P=D(C)=CKdi(mod ni) で表わされる。
Algorithm E for encrypting plaintext P into ciphertext C
Then, algorithm D for decrypting ciphertext C into plaintext P is expressed as C=E(P)=P Kei (mod n i ) P=D(C)=C Kdi (mod n i ).

本発明は、従来の個別鍵のみから成る暗号シス
テムを発展させて、複数の個別鍵に共通に適用で
きるマスター鍵の生成を行ない、個別鍵全体を格
納する記憶容量の削減および、マスター鍵所有者
が、各個別鍵を所有しなくとも、緊急時および日
常の便宜のために使用できるように、暗号鍵管理
が柔軟かつ効率的に行えることを目的とした暗号
マスター鍵生成装置を提供することにある。
The present invention develops a conventional cryptographic system consisting only of individual keys, generates a master key that can be commonly applied to multiple individual keys, reduces the storage capacity for storing all the individual keys, and enables the master key holder to However, the present invention aims to provide a cryptographic master key generation device that enables flexible and efficient cryptographic key management so that it can be used in emergencies and for daily convenience without having to own each individual key. be.

以下、本発明をマスター鍵の存在条件のチエツ
ク法と存在する場合の具体的な導出法にそれぞれ
分けて説明する。なお、マスター鍵はm組の個別
鍵に対するものとする。
Hereinafter, the present invention will be explained separately into a method for checking the existence condition of a master key and a specific method for deriving it when the master key exists. Note that the master key is for m sets of individual keys.

初め存在条件のチエツク法について説明する。
ここで、暗号化個別鍵をKei(i=1、2、…、
m)、復号化個別鍵をKdi(i=1、2、…、m)
とし、暗号化マスター鍵をKeM、復号化マスター
鍵をKdMとする。暗号化と復号化の関数はniを法
として、ある数(平文または暗号文)をべき乗す
るという意味で同形であり、暗号鍵と復号鍵のマ
スター鍵の存在条件は独立に同様に求められる。
以下では簡単化のためKdiとKei、KeMとKdMの添
字eとdを省略して、それぞれKi,KMで表わし、
PとCに対しては代表してMで表わす。
First, the method for checking existence conditions will be explained.
Here, the encryption individual key is K ei (i=1, 2,...,
m), the decryption individual key is K di (i=1, 2,..., m)
Let K eM be the encryption master key, and K dM be the decryption master key. Encryption and decryption functions are isomorphic in the sense that they raise a certain number (plaintext or ciphertext) to a power modulo n i , and the existence conditions for the master key of the encryption key and decryption key can be found independently and similarly. .
In the following, for simplicity, the subscripts e and d of K di and K ei and K eM and K dM are omitted, and they are expressed as K i and K M , respectively.
P and C are represented by M.

マスター鍵の存在する条件は、1からmまでの
すべてのiと、0からni−1までのすべての整数
Mに対して、 MKM≡MKi(mod ni) (1) が成立することである。式(1)をMがpiと互いに素
な場合と、Mがqiと互いに素な場合に分けて考察
すると、式(1)が成立する必要十分条件は KM=Ki+liEi(i=1、…、m) (2) Ei=LCM{(pi−1)、(qi−1)} (3) であることが導かれる。ここで、LCM{(pi
1)、(qi−1)}は(pi−1)と(qi−1)の最小
公倍数を表わし、liは整数である。
The condition for the existence of a master key is that M KM ≡M Ki (mod n i ) (1) holds for all i from 1 to m and all integers M from 0 to n i -1. That's true. If we consider equation (1) separately for the case where M is disjoint with p i and the case where M is disjoint with q i , the necessary and sufficient condition for equation (1) to hold is K M =K i +l i E i (i=1,...,m) (2) E i =LCM {(p i −1), (q i −1)} (3) It is derived that. Here, LCM {(p i
1), (q i −1)} represents the least common multiple of (p i −1) and (q i −1), and l i is an integer.

更に条件を具体化すると、マスター鍵の存在す
る条件は、1からmの間のすべての整数i、jの
組合せに対して、次式が成立することである。
To make the conditions more specific, the condition for the existence of a master key is that the following equation holds true for all combinations of integers i and j between 1 and m.

Kj−Ki=aij×gij gij=GCD(Ei、Ej) (4) ここで、GCD(Ei、Ej)はEiとEjの最大公約数
を表わし、aijは整数である。
K j −K i = a ij × g ij g ij = GCD (E i , E j ) (4) Here, GCD (E i , E j ) represents the greatest common divisor of E i and E j , and a ij is an integer.

次に、上記に示したマスター鍵の存在条件を満
たす個別鍵Kiが与えられた場合のマスター鍵KM
の具体的な求め方を説明する。1番目からi番目
(1im)までの個別鍵に対するマスター鍵
をKM,iと表わす。当然KM,n=KM、KM,1=K1とな
る。
Next, given an individual key K i that satisfies the master key existence conditions shown above, the master key K M
We will explain the specific method of finding. The master key for the first to i-th (1im) individual keys is expressed as K M,i . Naturally, K M,n = K M and K M,1 = K 1 .

存在条件より、例えばKM,2に関しては KM,2=K11E1 KM,2=K2+l2E2 を満たす。したがつて、KM,2を消去して、 1E1−l2E2=K2−K1 (5) となり、この2元1次不定方程式を解き、1
l2を求める。したがつて、KM,2が求まる。次に
KM,3に関しては、 KM,3=KM,22LCM(E1、E2) KM,3=K3+l3E3 (6) を解き、2、l3を求める。したがつて、KM,3が求
まる。順次同様にしてKM,iを求めていくと、一般
的にKn,i(i=2、…、m)に関して KM,i=KM,i-1+li-1・Li-1 KM,i=Ki+liEi (7) が成立する。ただし、Li=LCM(E1、E2、…、
Ei)(i=1、…、m−1)である。
From the existence condition, for example, regarding K M,2 , K M,2 = K 1 + 1 E 1 K M,2 = K 2 + l 2 E 2 is satisfied. Therefore, by eliminating K M,2 , we get 1 E 1 −l 2 E 2 =K 2 −K 1 (5), and solving this two-dimensional linear equation, 1 ,
Find l 2 . Therefore, K M,2 is found. next
Regarding K M,3 , solve K M,3 = K M,2 + 2 LCM (E 1 , E 2 ) K M,3 = K 3 + l 3 E 3 (6) to find 2 and l 3 . Therefore, K M,3 is found. If K M,i is found in the same way one after another, generally for K n,i (i=2,...,m), K M,i = K M,i-1 +l i-1・L i- 1 K M,i =K i +l i E i (7) holds true. However, L i = LCM (E 1 , E 2 ,...,
E i ) (i=1,..., m-1).

したがつて、式(7)はi-1 ・li-1−liEi=Ki−KM,i-1 となり、この2元1次不定方程式を解き、i-1
liを求める。求まつたliより、KM,iが求まる。iを
増加させると、最終的にKM,n(=KM)が求まる。
Therefore, equation (7) becomes i-1・l i-1 −l i E i =K i −K M,i-1 , and by solving this two-dimensional linear indeterminate equation, i-1 ,
Find l i . From the obtained l i , K M,i can be found. When i is increased, K M,n (=K M ) is finally found.

次に、以上のマスター鍵の存在条件のチエツク
とマスター鍵の生成機能を備えた本発明装置の一
実施例を説明する。
Next, an embodiment of the apparatus of the present invention having the above-mentioned master key existence condition checking and master key generation functions will be described.

第1図は本発明に係る暗号マスター鍵生成装置
の一実施例のブロツク図である。第1図におい
て、線10よりデータ読込み回路11に個別鍵Ki
と基本定数pi、qiがm組入力されると、プログラ
ム格納メモリ16内のプログラムの指令により、
加算器12、乗算器13、除算器14より成る演
算器15を用いてマスター鍵の存在のチエツクと
マスター鍵の導出を実行し、データ格納メモリ1
7に中間変数を格納しながら、その結果をデータ
書込み回路18により出力する。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a cryptographic master key generation device according to the present invention. In FIG. 1, the individual key K i is connected to the data reading circuit 11 from the line 10.
When m sets of basic constants p i and q i are input, according to the instructions of the program in the program storage memory 16,
A computing unit 15 consisting of an adder 12, a multiplier 13, and a divider 14 is used to check the existence of a master key and derive the master key, and the data storage memory 1
While intermediate variables are stored in 7, the result is outputted by the data writing circuit 18.

第1図の主要部の詳細を第2図に示す。第2図
において、線26より個別鍵Kiが入力されると、
そのままデータ格納メモリ17に格納する。線2
1よりpi、qiが入力されると、プログラム格納メ
モリ16中の最小公倍数導出プログラムを起動し
て、演算器15を用いて式(3)のEiを求め、データ
格納メモリ17に格納する。m組のKiとEiの格納
が完了すると、プログラム格納メモリ16の最大
公約数導出プログラムを起動し、データEiと演算
器15を用いて、式(4)のgijを求め、データ格納メ
モリ17に格納する。次に、データKiと加算器1
2を用いてKi−Kjを求め、データ格納メモリ1
7に格納する。Ki−Kjを除算器14によりgij
割り、その余りを線27に出力する。比較器28
により余りが0か否かを判定し、もし0でないな
らば、線29により信号を送り、データ書込み回
路18を通して「マスター鍵は存在しない」とメ
ツセージを出力する。
Details of the main parts of FIG. 1 are shown in FIG. 2. In FIG. 2, when the individual key K i is input from line 26,
The data is stored in the data storage memory 17 as it is. line 2
When p i and q i are input from 1, the least common multiple derivation program in the program storage memory 16 is started, E i of equation (3) is calculated using the arithmetic unit 15, and it is stored in the data storage memory 17. do. When the storage of m sets of K i and E i is completed, the greatest common divisor derivation program in the program storage memory 16 is activated, g ij in equation (4) is calculated using the data E i and the arithmetic unit 15, and the data The data is stored in the storage memory 17. Next, data K i and adder 1
2 to find K i −K j and store data in data storage memory 1.
Store in 7. K i −K j is divided by g ij by the divider 14 and the remainder is output to the line 27 . Comparator 28
It is determined whether the remainder is 0 or not, and if it is not 0, a signal is sent through the line 29 and a message is outputted through the data writing circuit 18 saying that "the master key does not exist."

m個の余りがすべて0ならばマスター鍵は存在
するので、マスター鍵生成段階へ移行する。まず
データE1、E2、…、Eiよりプログラム格納メモリ
16内の最小公倍数導出プログラムを起動し、演
算器15を用いてLiを求め、データ格納メモリ1
7に格納する。次にプログラム格納メモリ16内
の2元1次不定方程式の解法プログラムを起動
し、データEi、Li-1、KM,i-1、Ki(i=2、…、m
−1)と演算器15を用いて式(7)のliを求め、更
に演算器15を用いてKM,iを求め、データ格納メ
モリ17に格納する。上記の2元1次不定方程式
を、iが1からmまで逐次的に実行することによ
り、最終的に全体のマスター鍵KM(=KMn)が得
られる。このKMをデータ書込み回路18を用い
て出力する。
If all m remainders are 0, a master key exists, and the process moves to the master key generation stage. First, the least common multiple derivation program in the program storage memory 16 is started from the data E 1 , E 2 , ..., E i , L i is calculated using the arithmetic unit 15, and the data is stored in the data storage memory 1.
Store in 7. Next, the program for solving the two-dimensional linear indefinite equation in the program storage memory 16 is started, and the data E i , L i-1 , K M,i-1 , K i (i=2,..., m
-1) and computing unit 15 to find l i in equation (7), further using computing unit 15 to find K M,i , and store it in data storage memory 17 . The overall master key K M (=K Mn ) is finally obtained by sequentially executing the above two-dimensional linear indeterminate equation from i to m. This K M is output using the data write circuit 18.

以上説明したように、本発明の暗号マスター鍵
生成装置は次の利点がある。
As explained above, the cryptographic master key generation device of the present invention has the following advantages.

(1) 従来、マスター鍵の存在が不明であつた暗号
システムに対し、具体的にその存在条件を明ら
かにし、各個別鍵がその存在条件に適するか否
かを自動的にチエツクできる。
(1) For cryptographic systems in which the existence of a master key was previously unknown, it is possible to specifically clarify the existence conditions and automatically check whether each individual key meets the existence conditions.

(2) マスター鍵の存在条件を満たす場合に、マス
ター鍵を個別鍵から自動的に生成できる。
(2) If the master key existence conditions are met, the master key can be automatically generated from the individual keys.

(3) 鍵の格納する容量が小さい。(3) The key storage capacity is small.

(4) 緊急時にマスター鍵所有者が各個別鍵を用い
なくとも、迅速に鍵入力操作ができる。
(4) In an emergency, the master key holder can perform key input operations quickly without using each individual key.

(5) 個別鍵を紛失または破壊しても、マスター鍵
により代替できるので、信頼性が向上する。
(5) Even if an individual key is lost or destroyed, it can be replaced by the master key, improving reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明にかゝる暗号マスター鍵生成装
置の一実施例のブロツク図、第2図は第1図の主
要部の詳細図である。 11………データ読込み回路、12……加算
器、13……乗算器、14……除算器、15……
演算器、16……プログラム格納メモリ、17…
…データ格納メモリ、18……データ書込み回
路、28……比較器。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a cryptographic master key generation device according to the present invention, and FIG. 2 is a detailed diagram of the main part of FIG. 1. 11... Data reading circuit, 12... Adder, 13... Multiplier, 14... Divider, 15...
Arithmetic unit, 16...Program storage memory, 17...
...Data storage memory, 18...Data write circuit, 28...Comparator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 複数の相異なる個別暗号鍵を入力する手段
と、前記複数の相異なる個別暗号鍵がそれらに共
通して代替できるマスター鍵の存在条件を満たす
か否かの判定を行う手段と、マスター鍵の存在条
件を満たす場合、前記複数の個別暗号鍵に共通に
適用できるマスター鍵を生成する手段とを有する
ことを特徴とする暗号マスター鍵生成装置。
1 means for inputting a plurality of different individual encryption keys, means for determining whether or not the plurality of different individual encryption keys satisfy the existence condition of a master key that can commonly be substituted for the plurality of different individual encryption keys; A cryptographic master key generation device comprising means for generating a master key that can be commonly applied to the plurality of individual cryptographic keys when an existence condition is satisfied.
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