(57)【要約】【課題】  従来、地上から人工衛星に乱数を送信する方法では、送信する過程で盗聴もしくは改ざんされる可能性があり、地上で生成した乱数を暗号化用の鍵に利用することは、セキュリティ保全の観点から好ましくないという問題があった。【解決手段】  人工衛星に搭載されるセンサから取得できる観測データには、予測不可能性や無作為性が高いノイズが含まれている。この観測データを使用して、乱数を生成するためのシード値や乱数を算出することにより、人工衛星内で乱数を生成することが可能となる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星搭載センサの観測データに所定の統計演算処理を施し、ノイズを変換処理後データとして取り出す観測データ変換処理と、
観測データ変換処理で得られた変換処理後データから、異なるデータをシード値として選定するシード値選定処理と、
シード値選定処理によって得られたシード値を用いて乱数を生成する乱数生成処理と、
を備えた乱数生成方法。
【請求項２】
人工衛星搭載センサの観測データに所定の統計演算処理を施し、ノイズを変換処理後データとして取り出す観測データ変換処理と、
観測データ変換処理で得られた変換処理後データから、異なるデータを乱数として用いて２つの素数ペアを算出する素数生成処理と、
素数生成処理によって得られた２つの素数ペアを用いて、人工衛星に保持する秘密鍵および地上に送信する公開鍵のペアを生成する暗号鍵生成処理と、
を備えた暗号鍵生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星内で乱数を生成する乱数生成方法、および暗号鍵生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報を秘匿するための暗号鍵を生成する際、乱数を用いて生成するのが一般的である。従来、人工衛星で乱数を使用するために、例えば地上で乱数発生装置を用いて乱数を生成し、なんらかの伝送システムを用いて生成した乱数を人工衛星に送信していた。
【０００３】
また、人工衛星内で乱数を生成し、その乱数を利用して秘密鍵と公開鍵の暗号化鍵のペアを作成し、公開鍵を地上に送信することも知られている。このような場合、地上では受信した公開鍵を用いて秘匿情報を暗号化し、人工衛星内では秘密鍵を用いて復号することにより、セキュリティ保護の観点から、地上から人工衛星への秘匿情報の送信を安全に実施することができる。例えば特許文献１では、宇宙線によるＲＡＭのビット変化の情報を用いて、人工衛星のコンピュータ内で乱数を発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５０３８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
地上から人工衛星に乱数を送信する場合、その送信過程で盗聴または改ざんされる可能性があり、地上で生成した乱数を暗号化用の鍵のような秘匿情報に利用するには、セキュリティの観点から好ましくない。
【０００６】
一方、人工衛星のコンピュータ内で乱数を生成するためには、乱数のシード値を指定する必要がある。しかしながら、同じシード値を使用すると、同じ値が出力されるため、乱数として使用することはできない。
【０００７】
また、特許文献１による手法では、宇宙線によるＲＡＭのビット変化の情報を用いているため、ＲＡＭのビットが変化するのに十分な期間を取らなければいけないという課題がある。
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、人工衛星内で、より短時間に乱数または暗号化用の鍵を生成する方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による乱数生成方法は、人工衛星搭載センサの観測データに所定の統計演算処理を施し、ノイズを変換処理後データとして取り出す観測データ変換処理と、観測データ変換処理で得られた変換処理後データから、異なるデータをシード値として選定するシード値選定処理と、シード値選定処理によって得られたシード値を用いて乱数を生成する乱数生成処理と、を備えたものである。
【００１０】
また、この発明による暗号鍵生成方法は、人工衛星搭載センサの観測データに所定の統計演算処理を施し、ノイズを変換処理後データとして取り出す観測データ変換処理と、観測データ変換処理で得られた変換処理後データから、異なるデータを乱数として用いて２つの素数ペアを算出する素数生成処理と、素数生成処理によって得られた２つの素数ペアを用いて、人工衛星に保持する秘密鍵および地上に送信する公開鍵のペアを生成する暗号鍵生成処理と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、人工衛星搭載センサの観測データの値が時々刻々と変化することを利用することで、リアルタイムに乱数または暗号鍵を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１による観測データを用いた乱数生成装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１による観測データを用いたシード値の算出方法および乱数の算出方法のフローを説明する図である。
【図３】図３は、実施の形態２による観測データを用いた暗号鍵生成装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２による観測データを用いた暗号鍵生成方法の概要を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による観測データを用いた乱数生成装置１の構成を示したものである。図２は、実施の形態１による観測データを用いたシード値の算出方法、および乱数の算出方法のフローを説明する図である。以下、図を用いて実施の形態１による乱数生成方法について説明する。
【００１４】
実施の形態１による乱数生成方法は、衛星に搭載されるセンサ１０と、センサ１０の観測した観測データが入力される乱数生成装置１から構成される。乱数生成装置１は計算機によって構成され、観測データ入力部１１、観測データ変換部１２、シード値選定部１３、乱数生成装置１４の各部を備えている。センサ１０は、例えば温度センサやスタートラッカ等の１つもしくは複数の衛星搭載センサから構成される。センサ１０が取得するデータにはノイズが含まれている。このノイズは、予測不可能性や無作為性が高い。そのため、衛星搭載センサの観測データは、乱数を生成するのに適している。
【００１５】
次に、実施の形態１の乱数生成装置１による乱数生成方法について図１、２を用いて説明する。
まず、ステップＳ１において、観測データ入力部１１は、センサ１０からの観測データ（例えば{ａ１、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｃ２}）を入力し、観測データ変換部１２で利用するデータと、観測データ変換部１２で利用しないデータに振り分け、利用するデータ（例えば{ａ１、ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２、ｃ２}）を観測データ変換部１２に入力する。
【００１６】
例えば、センサ１０がスタートラッカで構成される場合、スタートラッカのＣＣＤで撮影した観測データ（例えば、図２におけるa1,a2）は、環境によってランダムなノイズを発生し、予測不可能性が高い。このため、利用するデータとして選別し、観測データ変換部１２に入力する。
【００１７】
また、宇宙環境では、温度情報の予測も難しいため、温度センサの入力データ(例えば、図２におけるc1,c2)は、利用するデータとして選別し、観測データ変換部１２に入力する。
【００１８】
一方、クォータニオン(例えば、図２におけるb1,b2)は、衛星の姿勢状態に依存し、予測可能なため、利用しないデータとして選別し、観測データ変換部１２に入力しない。
【００１９】
次に、ステップＳ２において、観測データ変換部１２は、観測データ入力部１１から入力されたＣＣＤや温度センサ等の観測データについて、統計演算処理により加工を加え、加工を施した変換処理後データ（例えば{ｆ（ａ１）、ｆ（ａ１）、ｆ（ａ２）、ｆ（ｃ１）、ｆ（ｃ２）、ｆ（ｃ２）}）をシード値選定部１３に入力する。例えばＣＣＤから得られた観測データの加工を行う統計演算処理例として、以下のようなものが挙げられる。
【００２０】
１）観測データをそのまま切り出す。
２）観測データの総和を取る。
３）観測データの平均値を取る。
４）観測データからノイズ部分のみを取り出して総和を取る。
【００２１】
なお、観測データからノイズを取り出す方法に関してはここでは問わないが、例えば観測データの平均値を閾値とし、当該閾値よりも所定の比率（例えば１／２）だけ小さい値をノイズとして取り出しても良い。
【００２２】
また、観測データ変換部１２は、温度センサから入力されるアナログの温度情報をデジタル化(離散化)する処理を行う。
【００２３】
次に、ステップＳ３において、シード値選定部１３で、次々と入力される変換処理後データを保存する。観測データは、値が時々刻々と変化するものだが、取得周期が短すぎると、同じ値が入力される可能性がある。
そのため、シード値選定部１３で一定期間変換処理後データを保持し、過去の一定期間に同じ値が入力されていたら、同じ値を破棄する。
一方で過去の一定期間に同じ値が入力されていなければ、変換処理後データをシード値として選定し、選定したシード値を乱数生成装置１４に入力する。
【００２４】
例えば図２の例において、シード値選定部１３は、観測データ変換部１２から入力される変換処理後データ{ｆ（ａ１）、ｆ（ａ１）、ｆ（ａ２）、ｆ（ｃ１）、ｆ（ｃ２）、ｆ（ｃ２）}の中から同じ値（ｆ（ａ１）、ｆ（ｃ２））を破棄し、データ{ｆ（ａ１）、ｆ（ａ２）、ｆ（ｃ１）、ｆ（ｃ２）}をシード値として出力する。
【００２５】
最後に、ステップＳ４において、乱数生成装置１４は、シード値選定部１３で選定されたシード値に基いて、予め設定された乱数生成アルゴリズムを用いて乱数値を生成する。例えば、シード値{ｆ（ａ１）、ｆ（ａ２）、ｆ（ｃ１）、ｆ（ｃ２）}から、乱数値{ｒａｎｄ（ｆ（ａ１））、ｒａｎｄ（ｆ（ａ２））、ｒａｎｄ（ｆ（ｃ１））、ｒａｎｄ（ｆ（ｃ２））}が生成される。
【００２６】
以上説明した通り、実施の形態１による乱数生成方法は、人工衛星搭載センサの観測データに所定の統計演算処理を施し、ノイズを変換処理後データとして取り出す観測データ変換処理（Ｓ２）と、観測データ変換処理で得られた変換処理後データから、異なるデータをシード値として選定するシード値選定処理（Ｓ３）と、シード値選定処理によって得られたシード値を用いて乱数を生成する乱数生成処理（Ｓ４）と、を備えたことを特徴とする。かくして、人工衛星に搭載される温度センサやスタートラッカ等のセンサから取得した観測データには予測不可能性や無作為性が高いノイズが含まれているので、値が時々刻々と変化する観測データを使用して乱数を生成するためのシード値や乱数を算出することにより、人工衛星内でリアルタイムに乱数を発生することが可能となる。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、この発明に係る実施の形態２による観測データを用いた暗号鍵生成装置２の構成を示したものである。図４は、実施の形態２による観測データを用いた暗号鍵生成方法のフローを説明する図である。以下、図を用いて実施の形態２による乱数生成方法について説明する。
【００２８】
実施の形態２による暗号鍵生成方法は、衛星に搭載されるセンサ１０と、センサ１０の観測した観測データが入力される暗号鍵生成装置２から構成される。暗号鍵生成装置２は計算機によって構成され、観測データ入力部１１、観測データ変換部１２、素数選定部２３、暗号鍵生成部２４の各部を備えている。図３において、図１に説明した実施の形態１と同一符号のものは、実施の形態１と同一相当のものである。
【００２９】
次に、実施の形態２の暗号鍵生成装置２による暗号鍵生成方法について図３、４を用いて説明する。
公開鍵暗号方式では、非常に大きな値の素数のペアを利用する。そこで、ステップＳ５において、ステップＳ２において観測データ変換部１２が生成した変換処理後データを用いて、素数生成部１５が素数を生成する。素数生成部１５は、予め設定された一般的な素数生成アルゴリズムに従い、変換処理後データから２つの非常に大きな値の素数３１、素数３２を生成する。ここで素数生成部１５は、実施の形態１と同様、変換処理後データの中の異なるデータ（例えば{ｆ（ａ１）、ｆ（ａ２）、ｆ（ｃ１）、ｆ（ｃ２）}を乱数として利用して、２つの素数（例えばｇ（ｆ（ａ１））、ｇ（ｆ（ｃ２）））を生成する。
【００３０】
ステップＳ６において、生成した２つの素数３１、３２が暗号鍵生成部１６に入力されると、暗号鍵生成部１６が予め設定された一般的な鍵生成アルゴリズムに従い、公開鍵および秘密鍵のペアを生成する。例えば素数ｇ（ｆ（ａ１））およびｇ（ｆ（ｃ２））から、秘密鍵ｈ（ｇ（ｆ（ａ１））、ｇ（ｆ（ｃ２）））および公開鍵ｇ（ｆ（ａ１））×ｇ（ｆ（ｃ２））を生成する。
【００３１】
かくして、人工衛星上で生成した公開鍵および秘密鍵のペアのうち、秘密鍵を人工衛星側で保持し、公開鍵を人工衛星から地上にテレメトリとしてダウンリンク（送信）する。地上では、人工衛星からダウンリンクされ取得した公開鍵を用いて、コマンドを暗号化し、暗号化したコマンドを人工衛星にアップリンク（送信）する。また、人工衛星では、人工衛星側で保持している秘密鍵を用いて、地上からアップリンクされた暗号化したコマンドを復号する。
【００３２】
以上説明した通り、実施の形態２による乱数生成方法は、人工衛星搭載センサの観測データに所定の統計演算処理を施し、ノイズを変換処理後データとして取り出す観測データ変換処理（Ｓ２）と、観測データ変換処理で得られた変換処理後データから、異なるデータを乱数として用いて２つの素数ペアを算出する素数生成処理（Ｓ５）と、素数生成処理によって得られた２つの素数ペアを用いて、人工衛星に保持する秘密鍵および地上に送信する公開鍵のペアを生成する暗号鍵生成処理（Ｓ６）と、を備えたことを特徴とする。
【００３３】
これによって、人工衛星に搭載される温度センサやスタートラッカ等のセンサから取得した観測データには予測不可能性や無作為性が高いノイズが含まれているので、値が時々刻々と変化する観測データを使用して得られる乱数から２つの素数ペアを算出することにより、人工衛星内でリアルタイムに秘密鍵および公開鍵のペアを発生し、地上に公開鍵のみを送信することが可能となる。
【００３４】
実施の形態１、実施の形態２のいずれに関しても、定期的に変化する観測データを用いているため、安定して乱数を取得することが出来る。そのため、従来問題となっていた十分な期間をとらなければ乱数を生成できないという課題が解決される。
【符号の説明】
【００３５】
１  乱数生成装置、２  暗号鍵生成装置、１０  センサ、１１  観測データ入力部、１２  観測データ変換部、１３  シード値選定部、１４  乱数生成部、１５  素数生成部、１６  暗号鍵生成部。
【図１】
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【図２】
2014062941.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014062941.tif 000006