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8ビットマイコン専用相互認証用暗号ソフトウェアIPの開発について

2003年12月8日

キーレスエントリーシステムへの適用可能

 当社は、キーレスエントリーシステムなどの電子ロックシステム向けに、8ビットマイクロコントローラへの搭載を可能とし、コンパクトなソフトウェアサイズを実現しながら、トリプルDES*1(3DES)と同等の安全性を確保した相互認証用暗号ソフトウェアIP*2を開発しました。本ソフトウェアIPは、当社製8ビットマイクロコントローラ TLCS−870/C シリーズ専用設計であり、同マイクロコントローラ上でユーザーのソフトウェアへ付加され、高い安全性を実現します。

 暗号ソフトウェアIPの開発では、安全性を高めるため暗号の複雑化を進めると、それを実現するためのソフトウェアサイズのコンパクト化が難しくなります。本ソフトウェアIPは、マイクロコントローラ向け専用に速度と安全性のバランスをとった、東芝独自のブロック暗号アルゴリズム*3を新たに開発することにより、他のユーザーアプリケーションのデータサイズにも影響を与えないコンパクトなソフトウェアサイズを実現しました。
 ソフトウェアサイズは、暗号強度により1KBと2KBの2種類を用意しています。暗号の鍵長は、1KB版で96ビット、2KB版で128ビットで、さらに強度を高めたハイレベルキーとして、1KB版に192ビット、2KB版に256ビットの選択も可能です。また、同程度の鍵長をもつトリプルDES(3DES)に比較し、半分以下の処理時間を可能としました*4

 また、本ソフトウェアIPではチャレンジ&レスポンス認証方式*5を採用しています。単一の通信データを送信するパスワード認証方式とは異なり、通信内容が毎回異なるため、高い安全性を確保できます。

 今後、車両用キーレスエントリーシステム、電子ロック、車両用イモビライザー、パソコン用暗号鍵、入退室鍵などの認証を必要とするロックシステム全般への使用を提案していきます。

開発の背景と狙い

 近年、住居のドア鍵のピッキングや自動車の盗難などが大きな社会問題となっており、ロックシステムにはより高度な安全性が求められています。しかしながら、安全性を高めたロックシステムの開発には、多大な時間と費用を必要とするため、容易に性能向上を実現できないのが現状です。また、住宅や車のように長期にわたって使用する財産については、使用期間全体を通した安全性の確保が要求され、単純に鍵長を長くするだけでは、安全性の確保が困難でした。
 当社は、独自のアルゴリズムの開発により、コンパクトなソフトウェア設計ながら、高い安全性を確保した相互認証用暗号ソフトウェアIPを開発しました。

安全性について

乱数生成アルゴリズムについては、FIPS140−2*6で定められた検定を実施
プロトコルは、ISO/IEC9798−2*7に基づく認証方式を採用
暗号理論に基づいた専用設計によるブロック暗号アルゴリズム*3を使用

*1: DES(Data Encryption Standard): 共通(秘密)鍵方式の暗号アルゴリズム。1970年代に米国政府標準の暗号として認定されている。
*2: ハードウエアと一体化して供給されるソフトウェアを通常のソフトウェアと区別するための呼称。オブジェクトをリンクするだけで他のソフトウェアとの機能連携を図ることができる。ハードウェアでは作成に時間がかかる、或いは対応できないものを実現するため、ソフトウェアにより構成され、ハードの代わりとして動作するもの。
*3: データを決まった長さのブロックに分割して、各ブロック単位で暗号化処理を行う方式
*4: 1KB版で通常モードの処理時間は1.65ms@16MHz、2KB版でも通常モードで4.45ms@16MHzであり、同程度のトリプルDES(同一実装条件)10.3ms@16MHzと比較して高速動作が可能。(本測定時間は、供給するソフトウェアIPの動作時間のみ。その他に付随するソフトウェアについては作成される内容により異なる。)
*5: ロックシステムを構成するキーとデバイスの間で、毎回変化するチャレンジデータと呼ばれる値を使って認証を行う方式。開錠時、キー側からのリクエストに対して、デバイス側からチャレンジデータを発信。キーとデバイス双方が共有する固有鍵を用いてキーは演算を行い、その結果をレスポンスデータとしてデバイスへ返信。デバイスが同様に固有鍵による演算を行い、認証の可否を決定する。キーとデバイス間でやり取りされるチャレンジ/レスポンスデータは毎回変化するので、安全性が高い。
*6: NIST(米国標準技術研究所)の策定したコンピュータや通信システムの標準規格のうち、暗号モジュールに関するセキュリティ要件の規格
*7: ICカード等のデータ通信に使用される認証方式の規約

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