(57)【要約】【課題】  盗聴を抑制して秘密鍵を生成する無線通信システムを提供する。【解決手段】  アレーアンテナ２０の指向性がｎ個の指向性に切換えられ、かつ、キャリア周波数がｍ個のキャリア周波数に切換えられながら無線装置１０，３０間でｎ個の電波が送受信される。そして、無線装置１０は、無線装置３０から受信したｎ個の第１の電波に対応するｎ個の第１の電波強度を検出し、その検出したｎ個の第１の電波強度に基づいてビット列からなる秘密鍵Ｋｓ１を生成する。また、無線装置３０は、無線装置１０から受信したｎ個の第２の電波に対応するｎ個の第２の電波強度を検出し、その検出したｎ個の第２の電波強度に基づいて秘密鍵Ｋｓ１と同じビット列からなる秘密鍵Ｋｓ２を生成する。【選択図】        図１
2006217301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性を電気的に切換え可能な第１のアンテナと、
第２のアンテナと、
前記第１及び第２のアンテナを介して無線伝送路により電波を相互に送受信する第１及び第２の無線装置とを備え、
前記第１の無線装置は、前記第１のアンテナの指向性が所定のパターンに従ってｎ（ｎは、２以上の整数）個の指向性に変えられたときに前記第２の無線装置がキャリア周波数を所定の順序に従ってｍ（ｍは、２以上の整数）個のキャリア周波数に切換えながら送信したｎ個の第１の電波に対応するｎ個の第１の電波強度を検出し、その検出したｎ個の第１の電波強度に基づいてビット列からなる第１の秘密鍵を生成し、
前記第２の無線装置は、前記第１のアンテナの指向性が前記ｎ個の指向性に変えられたときに前記第１の無線装置がキャリア周波数を前記所定の順序に従って前記ｍ個のキャリア周波数に切換えながら送信したｎ個の第２の電波に対応するｎ個の第２の電波強度を検出し、その検出したｎ個の第２の電波強度に基づいて前記第１の秘密鍵と同じビット列からなる第２の秘密鍵を生成する、無線通信システム。
【請求項２】
前記第１の無線装置は、前記ｎ個の第１の電波強度からｋ（ｋは、２≦ｋ＜ｎを満たす整数）個の第１の電波強度を選択し、その選択したｋ個の第１の電波強度を多値化して前記第１の秘密鍵を生成し、
前記第２の無線装置は、前記ｎ個の第２の電波強度からｋ個の第２の電波強度を選択し、その選択したｋ個の第２の電波強度を多値化して前記第２の秘密鍵を生成する、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記第１の無線装置は、前記多値化するときのしきい値に近い強度を有する複数の電波強度を削除して前記ｎ個の第１の電波強度から前記ｋ個の第１の電波強度を選択し、
前記第２の無線装置は、前記多値化するときのしきい値に近い強度を有する複数の電波強度を削除して前記ｎ個の第２の電波強度から前記ｋ個の第２の電波強度を選択する、請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記第１の無線装置は、一定個数の電波ごとに前記キャリア周波数を切換えて前記ｎ個の第２の電波を前記第２の無線装置へ送信し、
前記第２の無線装置は、前記一定個数の電波ごとに前記キャリア周波数を切換えて前記ｎ個の第１の電波を前記第１の無線装置へ送信する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記一定個数は、ｎ／ｍ個である、請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記ｍ個のキャリア周波数の各々は、前記第１のアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられながら前記第１の無線装置から前記第２の無線装置へ送信された複数の第１の電波に対応する複数の第１の電波強度の分布パターンと、前記第１のアンテナの指向性が前記複数の指向性に切換えられながら前記第１の無線装置から第３の無線装置へ送信された複数の第２の電波に対応する複数の第２の電波強度の分布パターンとの相関係数が所定値よりも小さくなるキャリア周波数からなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記ｍ個のキャリア周波数の各々は、前記第１のアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられながら前記第１の無線装置から前記第２の無線装置へ送信された複数の第１の電波に対応する複数の第１の電波強度のうち所定数の電波強度を多値化して生成した第３の秘密鍵と、前記第１のアンテナの指向性が前記複数の指向性に切換えられながら前記第１の無線装置から第３の無線装置へ送信された複数の第２の電波に対応する複数の第２の電波強度のうち前記所定数の電波強度を多値化して生成した第４の秘密鍵との相関係数が所定値よりも小さくなるキャリア周波数からなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記ｍ個のキャリア周波数は、前記第１および第２の無線装置が使用可能な最大個数のキャリア周波数、または前記最大個数のキャリア周波数から選択された一部のキャリア周波数からなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記一部のキャリア周波数は、定期的またはランダムに変えられる、請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記第１の無線装置は、前記ｍ個のキャリア周波数の各々で送信する電波の個数を前記ｍ個のキャリア周波数に応じて所定の規則に従って変えながら前記ｎ個の第２の電波を前記第２の無線装置へ送信し、
前記第２の無線装置は、前記ｍ個のキャリア周波数の各々で送信する電波の個数を前記ｍ個のキャリア周波数に応じて前記所定の規則に従って変えながら前記ｎ個の第１の電波を前記第１の無線装置へ送信する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記所定の規則は、前記第１および第２の秘密鍵が新たに生成されるごとに変えられる、請求項１０に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記第２のアンテナは、電気的に指向性を切換え可能なアンテナからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信システムに関し、特に、暗号化した情報を無線により通信する無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、情報化社会の発展に伴い情報通信が益々重要になるとともに、情報の盗聴または不正利用がより深刻な問題となっている。このような情報の盗聴を防止するために従来から情報を暗号化して送信することが行なわれている。
【０００３】
情報を暗号化して端末装置間で通信を行なう方式として公開鍵暗号方式と秘密鍵暗号方式とがある。公開鍵暗号方式は、安全性が高いが、大容量のデータの暗号化には向かない。
【０００４】
一方、秘密鍵暗号方式は、処理が比較的簡単であり、大容量のデータの高速暗号化も可能であるが、秘密鍵を通信の相手方に送信する必要がある。また、秘密鍵暗号方式は、同一の秘密鍵を使用し続けると、暗号解読の攻撃を受けやすく、安全性が損なわれる可能性がある。
【０００５】
そこで、秘密鍵を相手方に送信せずに秘密鍵を共有する方法として、２つの端末装置間の伝送路の特性を測定し、その測定した特性に基づいて各端末装置で秘密鍵を生成する方法が提案されている（非特許文献１）。
【０００６】
この方法は、２つの端末装置間でデータを送受信したときの遅延プロファイルを各端末装置で測定し、その測定した遅延プロファイルをアナログ信号からデジタル信号に変換して各端末装置で秘密鍵を生成する方法である。即ち、伝送路を伝搬する電波は可逆性を示すために、一方の端末装置から他方の端末装置へデータを送信したときの遅延プロファイルは、他方の端末装置から一方の端末装置へ同じデータを送信したときの遅延プロファイルと同じになる。従って、一方の端末装置で測定した遅延プロファイルに基づいて生成された秘密鍵は、他方の端末装置で測定した遅延プロファイルに基づいて作成された秘密鍵と同じになる。
【０００７】
このように、伝送路特性を用いて秘密鍵を生成する方法は、同じデータを２つの端末装置間で相互に送受信するだけで同じ秘密鍵を共有することができる。
【非特許文献１】堀池  元樹、笹岡  秀一，「陸上移動通信路の不規則変動に基づく秘密鍵共有方式」，信学技報，社団法人  電子情報通信学会，２００２年１０月，TECHNICAL REPORT OF IEICE RCS2002-173，ｐ．７−１２．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
伝送路特性を用いて秘密鍵を生成する場合、２つの端末装置間で複数の電波を送受信して複数の電波に対応する複数の電波強度を検出し、その検出した複数の電波強度をしきい値により多値化して秘密鍵を生成するが、複数の電波を同じキャリア周波数で送受信するため、秘密鍵が盗聴される場合があるという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、盗聴を抑制して秘密鍵を生成する無線通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、無線通信システムは、第１および第２のアンテナと、第１および第２の無線装置とを備える。第１のアンテナは、指向性を電気的に切換え可能なアンテナである。第１及び第２の無線装置は、第１及び第２のアンテナを介して無線伝送路により電波を相互に送受信する。そして、第１の無線装置は、第１のアンテナの指向性が所定のパターンに従ってｎ（ｎは、２以上の整数）個の指向性に変えられたときに第２の無線装置がキャリア周波数を所定の順序に従ってｍ（ｍは、２以上の整数）個のキャリア周波数に切換えながら送信したｎ個の第１の電波に対応するｎ個の第１の電波強度を検出し、その検出したｎ個の第１の電波強度に基づいてビット列からなる第１の秘密鍵を生成する。また、第２の無線装置は、第１のアンテナの指向性がｎ個の指向性に変えられたときに第１の無線装置がキャリア周波数を所定の順序に従ってｍ個のキャリア周波数に切換えながら送信したｎ個の第２の電波に対応するｎ個の第２の電波強度を検出し、その検出したｎ個の第２の電波強度に基づいて第１の秘密鍵と同じビット列からなる第２の秘密鍵を生成する。
【００１１】
好ましくは、第１の無線装置は、ｎ個の第１の電波強度からｋ（ｋは、２≦ｋ＜ｎを満たす整数）個の第１の電波強度を選択し、その選択したｋ個の第１の電波強度を多値化して第１の秘密鍵を生成する。また、第２の無線装置は、ｎ個の第２の電波強度からｋ個の第２の電波強度を選択し、その選択したｋ個の第２の電波強度を多値化して第２の秘密鍵を生成する。
【００１２】
好ましくは、第１の無線装置は、多値化するときのしきい値に近い強度を有する複数の電波強度を削除してｎ個の第１の電波強度からｋ個の第１の電波強度を選択する。また、第２の無線装置は、多値化するときのしきい値に近い強度を有する複数の電波強度を削除してｎ個の第２の電波強度からｋ個の第２の電波強度を選択する。
【００１３】
好ましくは、第１の無線装置は、一定個数の電波ごとにキャリア周波数を切換えてｎ個の第２の電波を第２の無線装置へ送信する。第２の無線装置は、一定個数の電波ごとにキャリア周波数を切換えてｎ個の第１の電波を第１の無線装置へ送信する。
【００１４】
好ましくは、一定個数は、ｎ／ｍ個である。
【００１５】
好ましくは、ｍ個のキャリア周波数の各々は、第１のアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられながら第１の無線装置から第２の無線装置へ送信された複数の第１の電波に対応する複数の第１の電波強度の分布パターンと、第１のアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられながら第１の無線装置から第３の無線装置へ送信された複数の第２の電波に対応する複数の第２の電波強度の分布パターンとの相関係数が所定値よりも小さくなるキャリア周波数からなる。
【００１６】
好ましくは、ｍ個のキャリア周波数の各々は、第１のアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられながら第１の無線装置から第２の無線装置へ送信された複数の第１の電波に対応する複数の第１の電波強度のうち所定数の電波強度を多値化して生成した第３の秘密鍵と、第１のアンテナの指向性が複数の指向性に切換えられながら第１の無線装置から第３の無線装置へ送信された複数の第２の電波に対応する複数の第２の電波強度のうち所定数の電波強度を多値化して生成した第４の秘密鍵との相関係数が所定値よりも小さくなるキャリア周波数からなる。
【００１７】
好ましくは、ｍ個のキャリア周波数は、第１および第２の無線装置が使用可能な最大個数のキャリア周波数、または最大個数のキャリア周波数から選択された一部のキャリア周波数からなる。
【００１８】
好ましくは、一部のキャリア周波数は、定期的またはランダムに変えられる。
【００１９】
好ましくは、第１の無線装置は、ｍ個のキャリア周波数の各々で送信する電波の個数をｍ個のキャリア周波数に応じて所定の規則に従って変えながらｎ個の第２の電波を第２の無線装置へ送信する。第２の無線装置は、ｍ個のキャリア周波数の各々で送信する電波の個数をｍ個のキャリア周波数に応じて所定の規則に従って変えながらｎ個の第１の電波を第１の無線装置へ送信する。
【００２０】
好ましくは、所定の規則は、第１および第２の秘密鍵が新たに生成されるごとに変えられる。
【００２１】
好ましくは、第２のアンテナは、電気的に指向性を切換え可能なアンテナからなる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明による無線通信システムにおいては、第１のアンテナの指向性がｎ個の指向性に順次切換えられ、かつ、キャリア周波数がｍ個のキャリア周波数に順次切換えられながらｎ個の電波が第１および第２の無線装置間で送受信される。そして、第１の無線装置は、第２の無線装置から受信したｎ個の第１の電波に対応するｎ個の第１の電波強度を検出し、その検出したｎ個の第１の電波強度に基づいてビット列からなる第１の秘密鍵を生成する。また、第２の無線装置は、第１の無線装置から受信したｎ個の第２の電波に対応するｎ個の第２の電波強度を検出し、その検出したｎ個の第２の電波強度に基づいて第１の秘密鍵と同じビット列からなる第２の秘密鍵を生成する。その結果、正規局である第１および第２の無線装置において検出されたｎ個の電波強度（＝ｎ個の第１の電波強度またはｎ個の第２の電波強度）と、盗聴局において検出されたｎ個の電波強度との相関係数が低くなり、盗聴局は、実用的な期間内で秘密鍵を解読できない。また、正規局である第１および第２の無線装置においてそれぞれ生成された第１および第２の秘密鍵間の誤りビット数（第１および第２の秘密鍵にどの程度の誤りが生じているかを示す）の分布が盗聴局によって盗聴され難いキャリア周波数を用いて送受信されたｎ個の電波に基づいて正規局で生成された秘密鍵の誤りビット数の分布となる。
【００２３】
従って、この発明によれば、盗聴装置による秘密鍵の盗聴を抑制できる。
【００２４】
また、第１および第２の無線装置は、ｎ個の電波強度から選択したｋ個の電波強度を多値化してそれぞれ第１および第２の秘密鍵を生成するので、正規局において生成された第１および第２の秘密鍵は、盗聴局において生成された秘密鍵と異なる可能性が高い。
【００２５】
従って、この発明によれば、盗聴装置による秘密鍵の盗聴をより確実に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２７】
図１は、この発明の実施の形態による無線通信システムの概略図である。無線通信システム１００は、無線装置１０，３０と、アンテナ１１と、アレーアンテナ２０とを備える。
【００２８】
アンテナ１１は、全方位性のアンテナであり、無線装置１０に装着される。アレーアンテナ２０は、アンテナ素子２１〜２７を備える。アンテナ素子２４は、給電素子であり、アンテナ素子２１〜２３，２５〜２７は、無給電素子である。  アンテナ素子２１〜２３，２５〜２７は、アンテナ素子２４の周りに略円形に配置される。また、アンテナ素子２１〜２３，２５〜２７は、相互に等間隔に配置される。そして、アレーアンテナ２０が送受信する電波の波長をλとした場合、給電素子であるアンテナ素子２４と、無給電素子であるアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７との間隔は、例えば、λ／４に設定される。
【００２９】
無給電素子であるアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７には、可変容量素子であるバラクタダイオード（図示省略）が装荷され、その装荷されたバラクタダイオードに印加する直流電圧を制御することにより、アレーアンテナ２０は、適応ビーム形成が可能である。
【００３０】
即ち、アレーアンテナ２０は、無線装置３０に含まれるバラクタダイオード（図示せず）に印加する直流電圧を変えることによって指向性が変えられる。従って、アレーアンテナ２０は、電気的に指向性を切換え可能なアンテナである。そして、アレーアンテナ２０は、無線装置３０に装着される。
【００３１】
無線装置１０と無線装置３０との間で通信が行われる場合、電波は、無線装置１０のアンテナ１１と無線装置３０のアレーアンテナ２０との間を直接伝搬したり、中間物４０による影響を受けて伝搬する。中間物４０としては、反射物及び障害物が想定される。中間物４０が反射物である場合、無線装置１０のアンテナ１１または無線装置３０のアレーアンテナ２０から出射した電波は、中間物４０によって反射されて無線装置３０のアレーアンテナ２０または無線装置１０のアンテナ１１へ伝搬する。また、中間物４０が障害物である場合、無線装置１０のアンテナ１１または無線装置３０のアレーアンテナ２０から出射した電波は、中間物４０によって回折されて無線装置３０のアレーアンテナ２０または無線装置１０のアンテナ１１へ伝搬する。
【００３２】
このように、電波は、無線装置１０のアンテナ１１と無線装置３０のアレーアンテナ２０との間を直接伝搬したり、中間物４０による反射を受けて反射波として伝搬したり、中間物４０による回折を受けて回折波として伝搬したりする。そして、電波は、無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０（または無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１）へ伝搬する場合、直接伝搬成分、反射波成分及び回折波成分が混在しており、無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０（または無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１）へ伝搬した電波がどのような成分により構成されるかによって無線装置１０と無線装置３０との間の伝送路の特性が決定される。
【００３３】
この発明においては、無線装置１０と無線装置３０との間で通信が行なわれる場合、アレーアンテナ２０の指向性を複数個に変え、かつ、キャリア周波数を複数個に変えて時分割復信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）等により所定のデータが無線装置１０，３０間で送受信される。そして、無線装置１０，３０は、アレーアンテナ２０の指向性を複数個に変え、かつ、キャリア周波数を複数個に変えたときの複数の電波の強度を示す受信信号プロファイルＲＳＳＩを後述する方法によって生成し、その生成した受信信号プロファイルＲＳＳＩに基づいて後述する方法によって秘密鍵を生成する。
【００３４】
秘密鍵が無線装置１０，３０において生成されると、無線装置１０，３０は、生成した秘密鍵により情報を暗号化して相手方へ送信し、相手方から受信した暗号化情報を秘密鍵によって復号して情報を取得する。
【００３５】
図２は、図１に示す一方の無線装置１０の概略ブロック図である。無線装置１０は、信号発生部１１０と、周波数変換部１２０と、送信処理部１３０と、アンテナ部１４０と、受信処理部１５０と、プロファイル生成部１６０と、鍵作成部１７０と、鍵一致確認部１８０と、鍵記憶部１９０と、鍵一致化部２００と、暗号部２１０と、復号部２２０とを含む。
【００３６】
信号発生部１１０は、秘密鍵を生成するときに無線装置３０へ送信するための所定のデータからなるパケットを発生し、その発生したパケットを周波数変換部１２０へ出力する。
【００３７】
周波数変換部１２０は、信号発生部１１０、鍵一致確認部１８０および鍵一致化部２００のいずれかから受けた所定のデータからなるパケットのキャリア周波数を後述する方法によって複数のキャリア周波数に順次変換して送信処理部１３０へ出力する。送信処理部１３０は、変調、多元接続及び送信信号の増幅等の送信系の処理を行なう。アンテナ部１４０は、図１に示すアンテナ１１からなり、送信処理部１３０からのパケットを無線装置３０へ送信し、無線装置３０からのパケットを受信して受信処理部１５０またはプロファイル生成部１６０へ供給する。
【００３８】
受信処理部１５０は、受信信号の増幅、多元接続、周波数変換及び復調等の受信系の処理を行なう。そして、受信処理部１５０は、受信処理を行なったデータまたは信号を必要に応じて鍵一致確認部１８０、鍵一致化部２００及び復号部２２０へ出力する。
【００３９】
プロファイル生成部１６０は、アレーアンテナ２０の指向性を複数個に変え、かつ、キャリア周波数を複数個に変えたときの複数の電波をアンテナ部１４０から順次受け、その受けた複数の電波の強度を後述する方法によって検出する。そして、プロファイル生成部１６０は、検出した複数の電波強度からなる受信信号プロファイルＲＳＳＩを生成して鍵作成部１７０へ出力する。
【００４０】
鍵作成部１７０は、プロファイル生成部１６０からの受信信号プロファイルＲＳＳＩに基づいて後述する方法によって秘密鍵Ｋｓ１を作成する。そして、鍵作成部１７０は、作成した秘密鍵Ｋｓ１を鍵一致確認部１８０及び鍵一致化部２００へ出力する。
【００４１】
鍵一致確認部１８０は、所定のデータからなるパケットを周波数変換部１２０、送信処理部１３０、アンテナ部１４０及び受信処理部１５０を介して無線装置３０と送受信し、鍵作成部１７０によって作成された秘密鍵Ｋｓ１が無線装置３０において作成された秘密鍵Ｋｓ２に一致するか否かを後述する方法によって確認する。そして、鍵一致確認部１８０は、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致することを確認したとき、秘密鍵Ｋｓ１を鍵記憶部１９０に記憶する。また、鍵一致確認部１８０は、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に不一致であることを確認したとき、不一致信号ＮＭＴＨを生成して送信処理部１３０および鍵一致化部２００へ出力する。
【００４２】
鍵記憶部１９０は、鍵一致確認部１８０及び鍵一致化部２００からの秘密鍵Ｋｓ１を記憶する。また、鍵記憶部１９０は、記憶した秘密鍵Ｋｓ１を暗号部２１０及び復号部２２０へ出力する。なお、鍵記憶部１９０は、秘密鍵Ｋｓ１を一時的、例えば、無線装置３０との通信の間だけ記憶するようにしてもよい。
【００４３】
鍵一致化部２００は、鍵一致確認部１８０から不一致信号ＮＭＴＨを受けると、後述する方法によって秘密鍵Ｋｓ１を秘密鍵Ｋｓ２に一致させる。そして、鍵一致化部２００は、一致させた秘密鍵が秘密鍵Ｋｓ２に一致することを鍵一致確認部１８０における方法と同じ方法によって確認する。鍵一致化部２００は、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致することを確認すると、秘密鍵Ｋｓ１を鍵記憶部１９０に記憶する。
【００４４】
暗号部２１０は、送信データを鍵記憶部１９０に記憶された秘密鍵Ｋｓ１によって暗号化して送信処理部１３０へ出力する。復号部２２０は、受信処理部１５０からの信号を鍵記憶部１９０からの秘密鍵Ｋｓ１によって復号して受信データを生成する。
【００４５】
図３は、図１に示す他方の無線装置３０の概略ブロック図である。無線装置３０は、無線装置１０のアンテナ部１４０をアンテナ部２３０に代え、指向性設定部２４０を追加したものであり、その他は、無線装置１０と同じ構成からなる。
【００４６】
アンテナ部２３０は、図１に示すアレーアンテナ２０からなる。そして、アンテナ部２３０は、送信処理部１３０からのデータを指向性設定部２４０によって設定された指向性で無線装置１０へ送信し、無線装置１０からのデータを指向性設定部２４０によって設定された指向性で受信して受信処理部１５０またはプロファイル生成部１６０へ出力する。
【００４７】
指向性設定部２４０は、アンテナ部２３０の指向性を設定する。また、指向性設定部２４０は、無線装置１０，３０において秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成するとき、後述する方法により所定の順序に従ってアンテナ部２３０の指向性を順次切換える。
【００４８】
また、無線装置３０のプロファイル生成部１６０は、アレーアンテナ２０の指向性が複数個に切換えられ、かつ、キャリア周波数が複数個に切換えられたときの複数の電波をアンテナ部２３０から順次受け、その受けた複数の電波の強度を後述する方法によって検出する。そして、プロファイル生成部１６０は、検出した複数の電波強度からなる受信信号プロファイルＲＳＳＩを生成して鍵作成部１７０へ出力する。
【００４９】
図４は、図３に示す指向性設定部２４０の概略ブロック図である。指向性設定部２４０は、バラクタダイオード２４１〜２４６と、制御電圧発生回路２４７とを含む。バラクタダイオード２４１〜２４６は、それぞれ、図１に示すアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７に装荷される。
【００５０】
制御電圧発生回路２４７は、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎ（ｎは２以上の整数）を順次発生し、その発生した制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎをバラクタダイオード２４１〜２４６へ順次出力する。
【００５１】
制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎの各々は、６個のバラクタダイオード２４１〜２４６に対応して６個の電圧値Ｖ１〜Ｖ６からなる。そして、バラクタダイオード２４１〜２４６は、制御電圧セットＣＬＶ１を受けると、その受けた制御電圧セットＣＬＶ１に応じて、無給電素子であるアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７に装荷される容量を所定の容量に設定し、アレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性に設定する。また、バラクタダイオード２４１〜２４６は、制御電圧セットＣＬＶ２を受けると、その受けた制御電圧セットＣＬＶ２に応じて、無給電素子であるアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７に装荷される容量を所定の容量に設定し、アレーアンテナ２０の指向性を別の指向性に設定する。従って、バラクタダイオード２４１〜２４６は、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎに応じて無給電素子であるアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７に装荷される容量を順次変え、アレーアンテナ２０の指向性をｎ個の指向性に順次変える。
【００５２】
図５は、図２及び図３に示す鍵一致確認部１８０の概略ブロック図である。鍵一致確認部１８０は、データ発生部１８１と、データ比較部１８２と、結果処理部１８３とを含む。なお、無線装置１０，３０の鍵一致確認部１８０は、同じ構成からなるが、図５においては、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致することを確認する動作を説明するために、無線装置３０においてはデータ発生部１８１のみを示す。
【００５３】
データ発生部１８１は、鍵作成部１７０から秘密鍵Ｋｓ１を受けると、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致することを確認するための鍵確認用データＤＣＦＭ１を発生し、その発生した鍵確認用データＤＣＦＭ１を周波数変換部１２０及びデータ比較部１８２へ出力する。
【００５４】
この場合、データ発生部１８１は、秘密鍵Ｋｓ１から非可逆的な演算及び一方向的な演算等により、鍵確認用データＤＣＦＭ１を発生する。より具体的には、データ発生部１８１は、秘密鍵Ｋｓ１またはＫｓ２のハッシュ値を演算することにより、鍵確認用データＤＣＦＭ１を発生する。
【００５５】
データ比較部１８２は、データ発生部１８１から鍵確認用データＤＣＦＭ１を受け、無線装置３０のデータ発生部１８１で発生された鍵確認用データＤＣＦＭ２を受信処理部１５０から受ける。そして、データ比較部１８２は、鍵確認用データＤＣＦＭ１を鍵確認用データＤＣＦＭ２と比較する。データ比較部１８２は、鍵確認用データＤＣＦＭ１が鍵確認用データＤＣＦＭ２に一致するとき、一致信号ＭＴＨを生成して結果処理部１８３へ出力する。
【００５６】
また、データ比較部１８２は、鍵確認用データＤＣＦＭ１が鍵確認用データＤＣＦＭ２に不一致であるとき、不一致信号ＮＭＴＨを生成する。そして、データ比較部１８２は、不一致信号ＮＭＴＨを鍵一致化部２００へ出力し、不一致信号ＮＭＴＨを送信処理部１３０及びアンテナ部１４０を介して無線装置３０へ送信する。
【００５７】
結果処理部１８３は、データ比較部１８２から一致信号ＭＴＨを受けると、鍵作成部１７０から受けた秘密鍵Ｋｓ１を鍵記憶部１９０へ記憶する。
【００５８】
図６は、図２及び図３に示す鍵一致化部１９０の概略ブロック図である。鍵一致化部２００は、擬似シンドローム作成部２０１と、不一致ビット検出部２０２と、鍵不一致訂正部２０３と、データ発生部２０４と、データ比較部２０５と、結果処理部２０６とを含む。
【００５９】
なお、無線装置１０，３０の鍵一致化部２００は、同じ構成からなるが、図６においては、秘密鍵Ｋｓ１を秘密鍵Ｋｓ２に一致させる動作を説明するために、無線装置３０においては擬似シンドローム作成部２０１のみを示す。
【００６０】
擬似シンドローム作成部２０１は、鍵一致確認部１８０のデータ比較部１８２から不一致信号ＮＭＴＨを受けると、鍵作成部１７０から受けた秘密鍵Ｋｓ１のシンドロームｓ１を演算する。より具体的には、擬似シンドローム作成部２０１は、秘密鍵Ｋｓ１のビットパターンｘ１を検出し、ビットパターンｘ１に対して検査行列Ｈを乗算してシンドロームｓ１＝ｘ１ＨＴを演算する。そして、擬似シンドローム作成部２０１は、ビットパターンｘ１を鍵不一致訂正部２０３へ出力し、演算したシンドロームｓ１＝ｘ１ＨＴを不一致ビット検出部２０２へ出力する。
【００６１】
なお、これらの演算は、ｍｏｄ２の演算であり、ＨＴは、検査行列Ｈの転置行列である。
【００６２】
不一致ビット検出部２０２は、擬似シンドローム作成部２０１からシンドロームｓ１を受け、無線装置３０の擬似シンドローム作成部２０１によって演算されたシンドロームｓ２＝ｘ２ＨＴを受信処理部１５０から受ける。そして、不一致ビット検出部２０２は、シンドロームｓ１とシンドロームｓ２との差分ｓ＝ｓ１−ｓ２を演算する。
【００６３】
なお、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２のビットパターンの差分（鍵不一致のビットパターン）をｅ＝ｘ１−ｘ２とすると、ｓ＝ｅＨＴの関係が成立する。ｓ＝０の場合、ｅ＝０となり、秘密鍵Ｋｓ１のビットパターンは、秘密鍵Ｋｓ２のビットパターンに一致する。
【００６４】
不一致ビット検出部２０２は、演算した差分ｓが０でないとき（即ち、ｅ≠０のとき）、鍵不一致のビットパターンｅをｓ＝ｅＨＴから導出し、その導出したビットパターンｅを鍵不一致訂正部２０３へ出力する。
【００６５】
鍵不一致訂正部２０３は、擬似シンドローム作成部２０１からビットパターンｘ１を受け、不一致ビット検出部２０２から鍵不一致のビットパターンｅを受ける。そして、鍵不一致訂正部２０３は、ビットパターンｘ１から鍵不一致のビットパターンｅを減算することにより相手方の秘密鍵のビットパターンｘ２＝ｘ１−ｅを演算する。
【００６６】
このように、鍵一致化部２００は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の不一致を誤りと見なして誤り訂正の応用により秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の不一致を解消する。
【００６７】
この秘密鍵を一致させる方法は、鍵不一致のビット数が誤り訂正能力以上である場合に鍵の一致化に失敗する可能性があるので、鍵一致化の動作を行なった後に鍵一致の確認を行なう必要がある。
【００６８】
データ発生部２０４は、一致化後のビットパターン（鍵）ｘ２＝ｘ１−ｅを鍵不一致訂正部２０３から受けると、ビットパターン（鍵）ｘ２に基づいて鍵確認用データＤＣＦＭ３を発生させ、その発生させた鍵確認用データＤＣＦＭ３をデータ比較部２０５へ出力する。また、データ発生部２０４は、発生させた鍵確認用データＤＣＦＭ３を周波数変換部１２０、送信処理部１３０及びアンテナ部１４０を介して無線装置３０へ送信する。
【００６９】
なお、データ発生部２０４は、鍵一致確認部１８０のデータ発生部１８１による鍵確認用データＤＣＦＭ１の発生方法と同じ方法により鍵確認用データＤＣＦＭ３を発生する。
【００７０】
データ比較部２０５は、データ発生部２０４から鍵確認用データＤＣＦＭ３を受け、無線装置３０で発生された鍵確認用データＤＣＦＭ４を受信処理部１５０から受ける。そして、データ比較部２０５は、鍵確認用データＤＣＦＭ３を鍵確認用データＤＣＦＭ４と比較する。
【００７１】
データ比較部２０５は、鍵確認用データＤＣＦＭ３が鍵確認用データＤＣＦＭ４に一致するとき、一致信号ＭＴＨを生成して結果処理部２０６へ出力する。
【００７２】
また、データ比較部２０５は、鍵確認用データＤＣＦＭ３が鍵確認用データＤＣＦＭ４に不一致であるとき、不一致信号ＮＭＴＨを生成する。そして、データ比較部２０５は、不一致信号ＮＭＴＨを送信処理部１３０及びアンテナ部１４０を介して無線装置３０へ送信する。
【００７３】
結果処理部２０６は、データ比較部２０５から一致信号ＭＴＨを受けると、鍵不一致訂正部２０３から受けたビットパターン（鍵）ｘ２＝ｘ１−ｅを鍵記憶部１９０へ記憶する。
【００７４】
このように、データ発生部２０４、データ比較部２０５及び結果処理部２０６は、鍵一致確認部１８０における確認方法と同じ方法によって一致化が施された鍵の一致を確認する。
【００７５】
図７は、受信信号プロファイルＲＳＳＩの概念図である。指向性設定部２４０の制御電圧発生回路２４７は、各々が電圧Ｖ１〜Ｖ６からなる制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎを順次発生してバラクタダイオード２４１〜２４６へ出力する。この場合、電圧Ｖ１〜Ｖ６は、それぞれ、アンテナ素子２１〜２３，２５〜２７に装荷される容量を変えるための電圧であり、例えば、０〜２０Ｖの範囲の直流電圧からなる。そして、制御電圧発生回路２４７は、電圧Ｖ１〜Ｖ６の各々の電圧値を８ビットのデータにより変えることによって各制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎを決定し、その決定した各制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎをバラクタダイオード２４１〜２４６へ出力する。
【００７６】
バラクタダイオード２４１〜２４６は、パターンＰ１＝［Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５，Ｖ１６］からなる制御電圧セットＣＬＶ１に応じてアレーアンテナ２０の指向性をある１つの指向性に設定する。また、バラクタダイオード２４１〜２４６は、パターンＰ２＝［Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ２３，Ｖ２４，Ｖ２５，Ｖ２６］からなる制御電圧セットＣＬＶ２に応じてアレーアンテナ２０の指向性を別の指向性に設定する。以下、同様にして、バラクタダイオード２４１〜２４６は、それぞれ、パターンＰ３〜Ｐｎからなる制御電圧セットＣＬＶ３〜ＣＬＶｎに応じてアレーアンテナ２０の指向性を順次切換える。
【００７７】
このように、バラクタダイオード２４１〜２４６は、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎに応じてアレーアンテナ２０の指向性をｎ個の指向性に順次切換える。この場合、制御電圧発生回路２４７は、各パケットＰＫＴｎごとにアレーアンテナ２０の指向性が切換えられるように制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎをバラクタダイオード２４１〜２４６へ順次出力し、バラクタダイオード２４１〜２４６は、各パケットＰＫＴｎごとにアレーアンテナ２０の指向性を切換える。
【００７８】
また、無線装置１０の周波数変換部１２０は、信号発生部１１０から受けたパケット数ｐが２４個になるごとに、信号発生部１１０から受けたパケット（所定のデータからなる）のキャリア周波数を切換える。より具体的には、無線装置１０の周波数変換部１２０は、アレーアンテナ２０の指向性がそれぞれパターンＰ１〜Ｐ２４からなる制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ２４によって２４個の指向性ＤＩＲ１〜ＤＩＲ２４に順次設定されている期間、所定のデータのキャリア周波数をキャリア周波数ｆ１に変換して送信処理部１３０およびアンテナ部１４０を介して無線装置３０へ送信する。
【００７９】
そして、無線装置１０の周波数変換部１２０は、アレーアンテナ２０の指向性がそれぞれパターンＰ２５〜Ｐ４８からなる制御電圧セットＣＬＶ２５〜ＣＬＶ４８によって指向性ＤＩＲ２５〜ＤＩＲ４８に順次設定されている期間、所定のデータのキャリア周波数をキャリア周波数ｆ２に変換して送信処理部１３０およびアンテナ部１４０を介して無線装置３０へ送信する。
【００８０】
以下、同様にして、無線装置１０の周波数変換部１２０は、信号発生部１１０から受けたパケット数ｐが２４個になるごとに、キャリア周波数を変換して所定のデータを送信処理部１３０およびアンテナ部１４０を介して無線装置３０へ送信する。
【００８１】
即ち、無線装置１０は、パケット数ｐが２４個になるごとに、所定のデータを送信するチャネルをチャネルＣｈ１〜Ｃｈｍ（ｍは、２以上の整数）に順次切換えて無線装置３０へ送信する。
【００８２】
その結果、無線装置１０のプロファイル生成部１６０は、アレーアンテナ２０の指向性および所定のデータのキャリア周波数が切換えられたときのｎ個の電波をアンテナ部１４０から受ける。
【００８３】
より具体的には、無線装置１０のプロファイル生成部１６０は、アレーアンテナ２０の指向性がパターンＰ１〜Ｐ２４によって２４個の指向性ＤＩＲ１〜ＤＩＲ２４に順次設定されている期間、キャリア周波数ｆ１の電波をアンテナ部１４０から受ける。また、無線装置１０のプロファイル生成部１６０は、アレーアンテナ２０の指向性がパターンＰ２５〜Ｐ４８によって２４個の指向性ＤＩＲ２５〜ＤＩＲ４８に順次設定されている期間、キャリア周波数ｆ２の電波をアンテナ部１４０から受ける。以下、同様にして、無線装置１０のプロファイル生成部１６０は、アレーアンテナ２０の指向性がパターンＰｉ〜Ｐｉ＋２３（ｉ＝４９〜ｎ−７）によって２４個の指向性ＤＩｉ〜ＤＩＲｉ＋２３に順次設定されている期間、キャリア周波数ｆｊ（ｊ＝３〜ｍ）の電波をアンテナ部１４０から順次受ける。
【００８４】
そして、無線装置１０のプロファイル生成部１６０は、アレーアンテナ２０の指向性および所定のデータのキャリア周波数を切換えたときのｎ個の電波に対応するｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを検出し、その検出したｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎからなる受信信号プロファイルＲＳＳＩを生成して鍵作成部１７０へ出力する。
【００８５】
無線装置１０の鍵作成部１７０は、受信信号プロファイルＲＳＳＩをプロファイル生成部１６０から受けると、受信信号プロファイルＲＳＳＩを構成するｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎの平均値または中央値を演算し、その演算した平均値または中央値をしきい値Ｉｔｈとする。そして、鍵作成部１７０は、ｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎのうち、しきい値Ｉｔｈに近い所定個数の電波強度を削除し、残りのｋ（ｋは、２≦ｋ＜ｎを満たす整数）個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｋをしきい値Ｉｔｈによって多値化して秘密鍵Ｋｓ１を作成する。
【００８６】
より具体的には、無線装置１０の鍵作成部１７０は、電波強度ＷＩ１〜ＷＩｋがしきい値Ｉｔｈよりも大きい場合、「１」とし、電波強度ＷＩ１〜ＷＩｋがしきい値Ｉｔｈよりも小さい場合、「０」としてｋ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｋを多値化する。そして、無線装置１０の鍵作成部１７０は、ｋ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｋを多値化したビット列［１，０，１，１，１，０，０，・・・，１，０，１］を秘密鍵Ｋｓ１とする。
【００８７】
無線装置３０のプロファイル生成部１６０も、上述した方法によって受信信号プロファイルＲＳＳＩを生成して鍵作成部１７０へ出力し、無線装置３０の鍵作成部１７０も、上述した方法によって秘密鍵Ｋｓ２を作成する。
【００８８】
この発明においては、無線装置１０，３０は、例えば、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）という無線通信規格に従って無線通信を行なう。このＺｉｇＢｅｅは、ＷＬ−ＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）の国際標準規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．４によって規定された物理層およびＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）層を用い、その上位のネットワーク層およびアプリケーション層を規格化したものである。
【００８９】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、８６８ＭＨｚ帯域、９１０ＭＨｚ帯域および２．４ＧＨｚ帯域の３つの無線帯域を規格化している。そして、２．４ＧＨｚ帯域が用いられる場合、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の物理層は、２４０５ＭＨｚ〜２４８０ＭＨｚの範囲で５ＭＨｚ間隔で設定されたチャネル１１ｃｈ〜チャネル２６ｃｈの１６チャネルを有し、転送速度は、２５０ｋｂｐｓである。
【００９０】
また、ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、超低消費電力、小型および低コストを特徴としているため、無線装置１０，３０は、ＺｉｇＢｅｅに従って無線通信を実行することにより、超低消費電力、小型および低コストな無線通信を実現できる。
【００９１】
無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、Ｚｉｇｂｅｅの１６個のチャネル１１ｃｈ〜チャネル２６ｃｈをそれぞれチャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６（ｍ＝１６）として用い、信号発生部１１０から受けた所定のデータをチャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６によって順次送信する。
【００９２】
チャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６は、それぞれ、キャリア周波数ｆ１＝２４０５ＭＨｚ，ｆ２＝２４１０ＭＨｚ，ｆ３＝２４１５ＭＨｚ，ｆ４＝２４２０ＭＨｚ，ｆ５＝２４２５ＭＨｚ，ｆ６＝２４３０ＭＨｚ，ｆ７＝２４３５ＭＨｚ，ｆ８＝２４４０ＭＨｚ，ｆ９＝２４４５ＭＨｚ，ｆ１０＝２４５０ＭＨｚ，ｆ１１＝２４５５ＭＨｚ，ｆ１２＝２４６０ＭＨｚ，ｆ１３＝２４６５ＭＨｚ，ｆ１４＝２４７０ＭＨｚ，ｆ１５＝２４７５ＭＨｚ，ｆ１６＝２４８０ＭＨｚでデータを送信するチャネルである。
【００９３】
従って、無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、信号発生部１１０から受けた所定のデータのキャリア周波数をパケット数ｐが２４個になるごとにキャリア周波数ｆ１〜ｆ１６に順次変換して送信する。
【００９４】
図８は、パケットとチャネルを切換えるチャネルパターンとの関係を示す図である。図７において説明したように、無線装置１０，３０の鍵作成部１７０は、受信信号プロファイルＲＳＳＩを構成するｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎのうち、しきい値Ｉｔｈに近い所定数の電波強度を削除したｋ個の電波強度を多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成し、ｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎは、アレーアンテナ２０の指向性がｎ個の指向性に切換えられたときにプロファイル生成部１６０によって検出された電波強度であるので、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長は、アレーアンテナ２０の指向性を切換える個数ｎに依存して決定される。
【００９５】
この発明の実施の形態においては、アレーアンテナ２０の指向性を切換え、かつ、キャリア周波数を変えながら３８４個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ３８４を無線装置１０，３０間で送受信して３８４個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩ３８４からなる受信信号プロファイルＲＳＳＩを作成する。
【００９６】
従って、アレーアンテナ２０の指向性は、３８４個の指向性に切換えられる。そして、キャリア周波数は、１６個のキャリア周波数ｆ１〜ｆ１６（＝チャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６）に切換えられる。その結果、１つのキャリア周波数で送受信されるパケット数ｎ／ｍは、３８４／１６＝２４パケットである。
【００９７】
そうすると、受信信号プロファイルＲＳＳＩのうち、最初の２４個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩ２４は、キャリア周波数ｆ１（＝チャネルＣｈ１）で送受信されたパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ２４に基づいて検出され、次の２４個の電波強度ＷＩ２５〜ＷＩ４８は、キャリア周波数ｆ２（＝チャネルＣｈ２）で送受信されたパケットＰＫＴ２５〜ＰＫＴ４８に基づいて検出される。そして、以下、同様にして、受信信号プロファイルＲＳＳＩを構成する２４個の電波強度は、キャリア周波数ｆ３〜ｆ１５（＝チャネルＣｈ３〜Ｃｈ１５）で送受信された２４個のパケットＰＫＴｉ〜ＰＫＴｉ＋２３（ｉ＝４９〜ｎ−４７）に基づいて検出され、受信信号プロファイルＲＳＳＩのうち、最後の２４個の電波強度ＷＩ３６１〜ＷＩ３８４は、キャリア周波数ｆ１６（＝チャネルＣｈ１６）で送受信された２４個のパケットＰＫＴ３６１〜ＰＫＴ３８４に基づいて作成される。
【００９８】
このように、各キャリア周波数ｆ１〜ｆ１６（＝チャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６）は、３８４個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩ３８４からなる受信信号プロファイルＲＳＳＩのうち、一定個数の電波強度（２４個の電波強度）を生成するための一定個数（２４個）のパケット（即ち、一定個数（２４個）の電波）を送受信するために用いられる。つまり、各キャリア周波数ｆ１〜ｆ１６（＝チャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６）は、同じ個数の電波を送受信するために用いられる。
【００９９】
無線装置１０，３０は、３８４個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩ３８４を検出すると、３８４個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩ３８４のうち、しきい値Ｉｔｈに近い２５６個の電波強度を削除し、残りの１２８個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩ１２８をしきい値Ｉｔｈによって多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する。この場合、２５６個の電波強度は、しきい値Ｉｔｈに近い順番に３８４個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩ３８４から選択され、削除される。
【０１００】
このように、しきい値Ｉｔｈに近い２５６個の電波強度を削除して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成することにより、同じビット列からなる秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を容易に作成できる。しきい値Ｉｔｈに近い２５６個の電波強度を削除するので、残りの１２８個の電波強度は、しきい値Ｉｔｈとの大小関係が明確である電波強度からなる。その結果、１２８個の電波強度をしきい値Ｉｔｈによって正確に多値化でき、秘密鍵Ｋｓ１のビット列を秘密鍵Ｋｓ２のビット列に容易に一致させることができる。
【０１０１】
図９および図１０は、それぞれ、図１に示す２つの無線装置１０，３０間で通信を行なう動作を説明するための第１および第２のフローチャートである。一連の動作が開始されると、無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、指向性の総数ｎ（＝３８４）を設定し、無線装置３０の指向性設定部２４０は、ｉ＝１および指向性の総数ｎ（＝３８４）を設定する（ステップＳ１）。ここで、ｉは、アンテナ部２３０（＝アレーアンテナ２０）に設定される指向性を指示する指示値であり、１〜ｎのいずれかの値からなる。
【０１０２】
そして、無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、ｊ＝１およびキャリア周波数の総数ｍ（＝１６）を設定する（ステップＳ２）。ここで、ｊは、周波数変換部１２０において用いられるキャリア周波数を指示する指示値であり、１〜ｍのいずれかの値からなる。
【０１０３】
その後、無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、ｎ／ｍ＝３８４／１６＝２４を演算し、その演算したｎ／ｍ＝２４を記憶する。これにより、無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、信号発生部１１０から受けたパケットのキャリア周波数ｆｊを２４パケットごとに切換えることを検知する。
【０１０４】
そして、無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、パケット数ｐをｐ＝０に設定し（ステップＳ３）、無線装置３０の指向性設定部２４０は、パターンＰ１によりアレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性Ｄｉに設定する（ステップＳ４）。
【０１０５】
その後、無線装置１０の信号発生部１１０は、所定のデータからなるパケットＰＫＴｐ（＝ＰＫＴ１）を発生して周波数変換部１２０へ出力する。無線装置１０の周波数変換部１２０は、信号発生部１１０から受けたパケットＰＫＴｐ（＝ＰＫＴ１）のキャリア周波数をキャリア周波数ｆｊ（＝ｆ１）に変換して送信処理部１３０へ出力するとともに、パケット数ｐをｐ＝ｐ＋１に設定する。
【０１０６】
そして、無線装置１０の送信処理部１３０は、周波数変換１２０から受けたパケットＰＫＴｐ（＝ＰＫＴ１）に変調等の処理を施してアンテナ部１４０（＝アンテナ１１）へ出力する。アンテナ部１４０（＝アンテナ１１）は、送信処理部１３０から受けたパケットＰＫＴｐ（＝ＰＫＴ１）を無線装置３０へ送信する（ステップＳ５）。
【０１０７】
無線装置３０のアンテナ部２３０（＝アレーアンテナ２０）は、指向性を１つの指向性Ｄｉに設定した状態で無線装置１０からのパケットＰＫＴｐを受信し、その受信したパケットＰＫＴｐをプロファイル生成部１６０へ出力する。そして、無線装置３０のプロファイル生成部１６０は、アンテナ部２３０（＝アレーアンテナ２０）からパケットＰＫＴｐを受けると、そのパケットＰＫＴｐを受信したときの電波強度ＷＩ２ｉを検出する（ステップＳ６）。
【０１０８】
その後、無線装置３０の信号発生部１１０は、所定のデータからなるパケットＰＫＴｐを発生して周波数変換部１２０へ出力する。無線装置３０の周波数変換部１２０は、信号発生部１１０から受けたパケットＰＫＴｐのキャリア周波数をキャリア周波数ｆｊに変換して送信処理部１３０へ出力するとともに、パケット数ｐをｐ＝ｐ＋１に設定する。
【０１０９】
無線装置３０の送信処理部１３０は、周波数変換部１２０から受けたパケットＰＫＴｐに変調等の処理を施してアンテナ部２３０（＝アレーアンテナ２０）へ出力し、アンテナ部２３０（＝アレーアンテナ２０）は、指向性を１つの指向性Ｄｉに設定した状態で送信処理部１３０からのパケットＰＫＴｐを無線装置１０へ送信する（ステップＳ７）。
【０１１０】
無線装置１０のアンテナ部１４０（＝アンテナ１１）は、無線装置３０からのパケットＰＫＴｐを受信し、その受信したパケットＰＫＴｐをプロファイル生成部１６０へ出力する。そして、無線装置１０のプロファイル生成部１６０は、アンテナ部１４０（＝アンテナ１１）からパケットＰＫＴｐを受けると、パケットＰＫＴｐを受信したときの電波強度ＷＩ１ｉを検出する（ステップＳ８）。
【０１１１】
その後、無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、ｐ＝（（ｎ／ｍ）＋１）×ｔ（ｔは正の整数）であるか否かを判定する（ステップＳ９）。
【０１１２】
上述したように、ｎ／ｍ＝２４であり、周波数変換部１２０におけるキャリア周波数ｆｊは、２４個のパケットごとに切換えられるので、パケット数ｐが（ｎ／ｍ）＋１＝２４＋１＝２５であるか否かを判定することは、周波数変換部１２０におけるキャリア周波数ｆｊを切換えるか否かを判定することに相当する。
【０１１３】
従って、ステップＳ９において、無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、２４個のパケットごとにキャリア周波数ｆｊを切換えるか否かを判定することにしたものである。
【０１１４】
そして、ステップＳ９において、ｐ＝（（ｎ／ｍ）＋１）×ｔでないと判定されたとき、即ち、周波数変換部１２０におけるキャリア周波数ｆｊを切換えないと判定されたとき、指向性設定部２４０は、指示値ｉをｉ＝ｉ＋１に設定する（ステップＳ１０）。
【０１１５】
ステップＳ９からステップＳ１０へ移行するときは、ステップＳ９においてｐ＝（（ｎ／ｍ）＋１）×ｔでないと判定されたとき、つまり、ステップＳ９においてキャリア周波数ｆｊを切換えないと判定されたときである。従って、アレーアンテナ２０の指向性を次の指向性に設定するために、ステップＳ１０において、指示値ｉをｉ＝ｉ＋１に設定することにしたものである。
【０１１６】
そして、ステップＳ１０の後、一連の動作は、ステップＳ４へ移行し、ステップＳ９において、ｐ＝（（ｎ／ｍ）＋１）×ｔであると判定されるまで、上述したステップＳ４〜ステップＳ１０が繰返し実行される。
【０１１７】
一方、ステップＳ９において、周波数変換部１２０におけるキャリア周波数ｆｊを切換えると判定されたとき、無線装置３０の指向性設定部２４０は、指示値ｉがｎであるか否かを判定する（ステップＳ１１）。即ち、指向性設定部２４０は、アレーアンテナ２０の指向性を全ての指向性に切換えたか否かを判定する。
【０１１８】
そして、ステップＳ１１において、指示値ｉがｎでないとき、無線装置１０，３０の周波数変換部１２０は、指示値ｊをｊ＝ｊ＋１に設定し、無線装置３０の指向性設定部２４０は、指示値ｉをｉ＝ｉ＋１に設定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２が実行されるのは、ステップＳ９において、周波数変換部１２０におけるキャリア周波数ｆｊを切換えると判定され、かつ、ステップＳ１１においてアレーアンテナ２０の指向性が全ての指向性に切換えられていないと判定されたときであるので、ステップＳ１２において、指示値ｊをｊ＝ｊ＋１に設定し、指示値ｉをｉ＝ｉ＋１に設定することにしたものである。
【０１１９】
そして、ステップＳ１２の後、一連の動作は、ステップＳ４へ移行し、ステップＳ１１において、指示値ｉがｎであると判定されるまで、つまり、アレーアンテナ２０の指向性が全ての指向性ｎに切換えられたと判定されるまで、上述したステップＳ４〜ステップＳ１２が繰返し実行される。
【０１２０】
ステップＳ１１において、指示値ｉがｎであると判定されると、無線装置３０のプロファイル生成部１６０は、検出したｎ個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎからなる受信信号プロファイルＲＳＳＩ２（受信信号プロファイルＲＳＳＩの一種）を生成して鍵作成部１７０へ出力する。
【０１２１】
無線装置３０の鍵作成部１７０は、プロファイル生成部１６０からの受信信号プロファイルＲＳＳＩ２を受信し、その受信した受信信号プロファイルＲＳＳＩ２を構成するｎ個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎの平均値または中央値を演算し、その演算した平均値または中央値をしきい値Ｉｔｈ２とする。そして、無線装置３０の鍵作成部１７０は、ｎ個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎ（ｎ＝３８４）のうち、しきい値Ｉｔｈ２に近い所定数（＝２５６個）の電波強度を削除し、残りのｋ（＝１２８）個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｋをしきい値Ｉｔｈ２により多値化して秘密鍵Ｋｓ２を生成する（ステップＳ１３）。
【０１２２】
一方、無線装置１０のプロファイル生成部１６０は、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎからなる受信信号プロファイルＲＳＳＩ１（受信信号プロファイルＲＳＳＩの一種）を生成して鍵作成部１７０へ出力する。
【０１２３】
無線装置１０の鍵作成部１７０は、プロファイル生成部１６０からの受信信号プロファイルＲＳＳＩ１を受信し、その受信した受信信号プロファイルＲＳＳＩ１を構成するｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎの平均値または中央値を演算し、その演算した平均値または中央値をしきい値Ｉｔｈ１とする。そして、無線装置１０の鍵作成部１７０は、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ（ｎ＝３８４）のうち、しきい値Ｉｔｈ１に近い所定数（＝２５６個）の電波強度を削除し、残りのｋ（＝１２８）個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｋをしきい値Ｉｔｈ１により多値化して秘密鍵Ｋｓ１を生成する（ステップＳ１４）。
【０１２４】
その後、無線装置１０において、鍵作成部１７０は、秘密鍵Ｋｓ１を鍵一致確認部１８０へ出力する。鍵一致確認部１８０のデータ発生部１８１は、上述した方法によって鍵確認用データＤＣＦＭ１を発生して周波数変換部１２０及びデータ比較部１８２へ出力する。周波数変換部１２０は、鍵確認用データＤＣＦＭ１のキャリア周波数を所定のキャリア周波数に変換して送信処理部１３０へ出力し、送信処理部１３０は、鍵確認用データＤＣＦＭ１に変調等の処理を施し、アンテナ部１４０を介して無線装置３０へ鍵確認用データＤＣＦＭ１を送信する。
【０１２５】
そして、アンテナ部１４０は、無線装置３０において発生された鍵確認用データＤＣＦＭ２を無線装置３０から受信し、その受信した鍵確認用データＤＣＦＭ２を受信処理部１５０へ出力する。無線装置１０の受信処理部１５０は、鍵確認用データＤＣＦＭ２に所定の処理を施し、鍵一致確認部１８０のデータ比較部１８２へ鍵確認用データＤＣＦＭ２を出力する。
【０１２６】
無線装置１０のデータ比較部１８２は、データ発生部１８１からの鍵確認用データＤＣＦＭ１を受信処理部１５０からの鍵確認用データＤＣＦＭ２と比較する。そして、無線装置１０のデータ比較部１８２は、鍵確認用データＤＣＦＭ１が鍵確認用データＤＣＦＭ２に一致しているとき、一致信号ＭＴＨを生成して結果処理部１８３へ出力する。無線装置１０の結果処理部１８３は、一致信号ＭＴＨに応じて、鍵作成部１７０からの秘密鍵Ｋｓ１を鍵記憶部１９０に記憶する。
【０１２７】
一方、鍵確認用データＤＣＦＭ１が鍵確認用データＤＣＦＭ２に不一致であるとき、データ比較部１８２は、不一致信号ＮＭＴＨを生成して送信処理部１３０及び鍵一致化部２００へ出力する。無線装置１０の送信処理部１３０は、不一致信号ＮＭＴＨをアンテナ部１４０を介して無線装置３０へ送信する。そして、無線装置３０は、無線装置１０において秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の不一致が確認されたことを検知する。
【０１２８】
これにより、無線装置１０における鍵一致の確認が終了する（ステップＳ１５）。
【０１２９】
なお、無線装置１０における鍵一致確認に代えて、無線装置３０において鍵一致確認を行なってもよい（ステップＳ１６）。
【０１３０】
ステップＳ１５において、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の不一致が確認されたとき、無線装置１０において、鍵一致化部２００の擬似シンドローム作成部２０１は、鍵一致確認部１８０から不一致信号ＮＭＴＨを受ける。そして、擬似シンドローム作成部２０１は、不一致信号ＮＭＴＨに応じて、鍵作成部１７０から受けた秘密鍵Ｋｓ１のビットパターンｘ１を検出し、その検出したビットパターンｘ１のシンドロームｓ１＝ｘ１ＨＴを演算する。
【０１３１】
擬似シンドローム作成部２０１は、演算したシンドロームｓ１＝ｘ１ＨＴを不一致ビット検出部２０２へ出力し、ビットパターンｘ１を鍵不一致訂正部２０３へ出力する。
【０１３２】
一方、無線装置３０は、ステップＳ１５において無線装置１０から不一致信号ＮＭＴＨを受信し、その受信した不一致信号ＮＭＴＨに応じて、シンドロームｓ２＝ｘ２ＨＴを演算して無線装置１０へ送信する。
【０１３３】
無線装置１０のアンテナ部１４０は、無線装置３０からシンドロームｓ２＝ｘ２ＨＴを受信して受信処理部１５０へ出力する。受信処理部１５０は、シンドロームｓ２＝ｘ２ＨＴに対して所定の処理を施し、シンドロームｓ２＝ｘ２ＨＴを鍵一致化部２００へ出力する。
【０１３４】
鍵一致化部２００の不一致ビット検出部２０２は、受信処理部１５０から無線装置３０において作成されたシンドロームｓ２＝ｘ２ＨＴを受ける。そして、不一致ビット検出部２０２は、無線装置１０で作成されたシンドロームｓ１＝ｘ１ＨＴと無線装置３０において作成されたシンドロームｓ２＝ｘ２ＨＴとの差分ｓ＝ｓ１−ｓ２を演算する。
【０１３５】
その後、不一致ビット検出部２０２は、ｓ≠０であることを確認し、鍵不一致のビットパターンｅ＝ｘ１−ｘ２をｓ＝ｅＨＴに基づいて演算し、その演算した鍵不一致のビットパターンｅを鍵不一致訂正部２０３へ出力する。
【０１３６】
鍵不一致訂正部２０３は、擬似シンドローム作成部２０１からのビットパターンｘ１と、不一致ビット検出部２０２からの鍵不一致のビットパターンｅとに基づいて、無線装置３０において作成された秘密鍵Ｋｓ２のビットパターンｘ２＝ｘ１−ｅを演算する。
【０１３７】
そして、データ発生部２０４、データ比較部２０５及び結果処理部２０６は、鍵一致確認部１８０における鍵一致確認の動作と同じ動作によって、一致化された鍵ｘ２＝ｘ１−ｅの一致を確認する。
【０１３８】
これにより、鍵不一致対策が終了する（ステップＳ１７）。
【０１３９】
なお、無線装置１０における鍵不一致対策に代えて、無線装置３０において鍵不一致対策をしてもよい（ステップＳ１８）。
【０１４０】
ステップＳ１５において、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致することが確認されたとき、またはステップＳ１７において鍵不一致対策がなされたとき、暗号部２１０は、鍵記憶部１９０から秘密鍵Ｋｓ１を読出して送信データを暗号化し、暗号化した送信データを送信処理部１３０へ出力する。そして、送信処理部１３０は、暗号化された送信データに変調等を施し、アンテナ部１４０を介して暗号化された送信データを無線装置３０へ送信する。
【０１４１】
また、アンテナ部１４０は、暗号化された送信データを無線装置３０から受信し、その受信した暗号化された送信データを受信処理部１５０へ出力する。受信処理部１５０は、暗号化された送信データに所定の処理を施し、暗号化された送信データを復号部２２０へ出力する。
【０１４２】
復号部２２０は、受信処理部１５０からの暗号化された送信データを復号して受信データを取得する。
【０１４３】
これにより、秘密鍵Ｋｓ１による暗号・復号が終了する（ステップＳ１９）。
【０１４４】
無線装置３０においても、無線装置１０と同じ動作によって秘密鍵Ｋｓ２による暗号・復号が行なわれる（ステップＳ２０）。そして、一連の動作が終了する。
【０１４５】
上述したステップＳ４〜Ｓ６に示す動作は、無線装置３０において受信信号プロファイルＲＳＳＩ２を生成するための電波を無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０へ送信し、かつ、無線装置３０において電波の強度ＷＩ２ｉを検出する動作であり、ステップＳ７，Ｓ８に示す動作は、無線装置１０において受信信号プロファイルＲＳＳＩ１を生成するための電波を無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１へ送信し、かつ、無線装置１０において電波の強度ＷＩ１ｉを検出する動作である。そして、所定のデータからなるパケット（所定のデータを構成する電波を表す。以下、同じ。）の無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０への送信及び所定のデータからなるパケットの無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１への送信は、アレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性に設定して交互に行なわれる。つまり、所定のデータからなるパケットは、無線装置１０のアンテナ１１と無線装置３０のアレーアンテナ２０との間で時分割復信により送受信される。
【０１４６】
従って、アレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性に設定して無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０へ所定のデータからなるパケットを送信し、無線装置３０において電波の強度ＷＩ２ｉを検出した直後に、同じ所定のデータからなるパケットを無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１へ送信し、無線装置１０において電波の強度ＷＩ１ｉを検出することができる。
【０１４７】
その結果、無線装置１０，３０間において同じ伝送路特性を確保して所定のデータからなるパケットを無線装置１０，３０間で送受信でき、電波の可逆性によりｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎをそれぞれｎ個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎに一致させることができる。その結果、ｋ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｋをそれぞれｋ個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｋに一致させることができる。そして、無線装置１０において作成される秘密鍵Ｋｓ１を無線装置３０において作成される秘密鍵Ｋｓ２に容易に一致させることができる。
【０１４８】
また、アレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性に設定して無線装置１０，３０間で所定のデータからなるパケットを送受信し、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成するための受信信号プロファイルを生成するので、図１に示すようにアレーアンテナ２０を装着した無線装置３０の近傍にアンテナ５１を装着した盗聴装置５０が配置されていても、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を抑制できる。
【０１４９】
即ち、パケットが無線装置１０，３０間で送受信されるとき、パケットを送受信するアレーアンテナ２０の指向性がｎ個の指向性に順次切換えられる上に、パケットのキャリア周波数ｆｊは、ｎ／ｍ＝２４個の電波強度ＷＩ１ｉ〜ＷＩ１ｉ＋２３，ＷＩ２ｉ〜ＷＩ２ｉ＋２３が検出されるごとに切換えられるので（ステップＳ５〜Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ１２参照）、図１に示すようにアレーアンテナ２０を装着した無線装置３０の近傍にアンテナ５１を装着した盗聴装置５０が配置されていても、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を抑制できる。
【０１５０】
つまり、１６個のキャリア周波数ｆ１〜ｆ１６によって変調された３８４個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ３８４の中に盗聴装置５０によって盗聴され易いパケットが含まれていても、無線装置１０，３０間で送受信されるパケットのキャリア周波数ｆｊは、１６個のキャリア周波数ｆ１〜ｆ１６に順次切換えられるので、盗聴装置５０は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の一部分を盗聴することができるだけであり、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の全体を盗聴することができない。そして、盗聴装置５０は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の一部分を盗聴できても、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２のどの一部分を盗聴できたかを認識できないので、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を解読するには、総当り方式の演算を行なう必要がある。更に、秘密鍵がキャリア周波数を切換えて送受信された電波に基づいて作成された場合、後述するように、総当り方式の演算を実用的な時間内で実行することは困難である。その結果、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を抑制できる。
【０１５１】
更に、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎから選択されたｋ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｋ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｋが多値化されて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が生成されるので、盗聴装置５０は、無線装置１０，３０においてｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎのうち、ｎ−ｋ個の電波強度が削除されてｋ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｋ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｋが選択され、ｋビットの秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が生成されていることを検知できない。そうすると、後述するように、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長が解っている場合でも、総当り方式で秘密鍵の解読を行なうと、実用的な期間内で秘密鍵の解読をできないので、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長が解らない状態では、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の解読を行なうことは殆どできない。従って、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を抑制できる。
【０１５２】
更に、所定のデータからなるパケットは、無線装置１０，３０間で時分割復信（ＴＤＤ）等により送受信されるので、電波の干渉を抑制して１つのアレーアンテナ２０を介して所定のデータからなるパケットを無線装置１０，３０間で送受信できる。
【０１５３】
更に、鍵確認用データＤＣＦＭ１〜４は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２に非可逆的な演算、または一方向的な演算を施して発生されるので、鍵確認用データＤＣＦＭ１〜４が盗聴されても秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が解読される危険性を極めて低くできる。
【０１５４】
更に、シンドロームｓ１，ｓ２は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２のビットパターンを示す鍵ｘ１，ｘ２に検査行列Ｈの転置行列ＨＴを乗算して得られるので、シンドロームｓ１，ｓ２が盗聴されても直ちに情報のビットパターンが推測されることは特殊な符号化を想定しない限り起こらない。従って、盗聴を抑制して秘密鍵を一致させることができる。
【０１５５】
なお、無線装置１０，３０間で通信を行なう動作は、実際には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によって行なわれ、無線装置１０に搭載されたＣＰＵは、図９及び図１０に示す各ステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ５，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１７，Ｓ１９を備えるプログラムをＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）から読出し、無線装置３０に搭載されたＣＰＵは、図９及び図１０に示す各ステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ９〜Ｓ１３，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０を備えるプログラムをＲＯＭから読出し、無線装置１０，３０に搭載された２つのＣＰＵは、その読出したプログラムを実行して図９及び図１０に示すフローチャートに従って無線装置１０，３０間で通信を行なう。
【０１５６】
従って、ＲＯＭは、無線装置１０，３０間で通信を行なう動作をコンピュータ（ＣＰＵ）に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取り可能な記録媒体に相当する。
【０１５７】
次に、無線装置１０，３０間でアレーアンテナ２０の指向性を切換え、かつ、キャリア周波数を切換えてパケットを送受信して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成することにより秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴が抑制される点について説明する。
【０１５８】
図１１は、実験Ｉの実験環境を示す平面図である。実験Ｉは、無線装置１０，３０および盗聴装置５０を部屋６０に配置して行われた。部屋６０は、縦が６．７ｍであり、横が８．４ｍである広さを有し、壁６１〜６４と、床６５とを備える。壁６１〜６３は、金属壁からなり、壁６４は、コンクリート壁からなる。
【０１５９】
無線装置１０，３０、盗聴装置５０、障害物６６およびテーブル６７，６８は、床６５に配置される。より具体的には、無線装置１０は、壁６１から１．０ｍおよび壁６４から３．０ｍの位置に配置され、盗聴装置５０は、壁６１から２．０ｍおよび壁６４から３．０ｍの位置に配置され、無線装置１０は、壁６１から３．０ｍおよび壁６４から３．０ｍの位置に配置される。
【０１６０】
即ち、無線装置１０，３０および盗聴装置５０は、壁６４から３．０ｍの位置に直線的に配置される。そして、盗聴装置５０は、無線装置１０，３０間に２つの無線装置１０，３０と等距離に配置される。
【０１６１】
また、障害物６６およびテーブル６７，６８は、壁６１，６２に近い位置に配置される。
【０１６２】
図１２は、実験ＩＩの実験環境を示す平面図である。実験ＩＩは、無線装置１０，３０および盗聴装置５０を廊下７１に配置して行われた。この廊下７１の近くには、１階から３階まで吹き抜けている吹き抜け７２，７３が存在する。
【０１６３】
無線装置１０，３０および盗聴装置５０は、幅３．１５ｍの廊下７１に直線的に配置される。そして、盗聴装置５０は、無線装置１０，３０間に配置される。この場合、無線装置１０と盗聴装置５０との距離は、７．３ｍであり、無線装置３０と盗聴装置５０との距離は、２３．８ｍである。
【０１６４】
実験Ｉ，ＩＩにおいては、１２８ビットの鍵長を有する秘密鍵の生成回数は、１７０回に設定された。そして、バラクタダイオード２４１〜２４６に印加する直流電圧は、０〜２０Ｖの範囲であり、８ビットのデータによりバラクタダイオード２４１〜２４６へ供給された。
【０１６５】
図１３は、２つの無線装置１０，３０間における受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示す図である。図１３の（ａ）は、実験Ｉにおける無線装置１０，３０間の受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示し、図１３の（ｂ）は、実験ＩＩにおける無線装置１０，３０間の受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示す。
【０１６６】
図１３の（ａ），（ｂ）において、縦軸は、累積密度分布を表し、横軸は、受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関係数ρを表す。そして、相関係数ρは、次式によって表される。
【０１６７】
【数１】
2006217301.tif 000003
式（１）において、＜ＲＳＳＩ１＞は、受信信号プロファイルＲＳＳＩ１のベクトル表示を意味し、＜ＲＳＳＩ２＞は、受信信号プロファイルＲＳＳＩ２のベクトル表示を意味する。そして、＜ＲＳＳＩ１＞＝［ｒ１１，ｒ１２，・・・，ｒ１ｎ）］Ｔである。また、＜ＲＳＳＩ２＞＝［ｒ２１，ｒ２２，・・・，ｒ２ｎ）］Ｔである。なお、Ｔは、転置を表す。
【０１６８】
式（１）に従って相関係数ρを演算する場合、受信信号プロファイルＲＳＳＩ１を構成する強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎを要素ｒ１１〜ｒ１ｎとし、受信信号プロファイルＲＳＳＩ２を構成する強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎを要素ｒ２１〜ｒ２ｎとする。
【０１６９】
また、図１３の（ａ），（ｂ）において、チャネル１１ｃｈ〜チャネルｃｈ２６は、Ｚｉｇｂｅｅにおけるチャネルを表し、それぞれ上述したチャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６に相当する。従って、図１３の（ａ），（ｂ）に示す各曲線は、無線装置１０，３０間において、パケットを２４０５ＭＨｚ，２４１０ＭＨｚ，２４１５ＭＨｚ，２４２０ＭＨｚ，２４２５ＭＨｚ，２４３０ＭＨｚ，２４３５ＭＨｚ，２４４０ＭＨｚ，２４４５ＭＨｚ，２４５０ＭＨｚ，２４５５ＭＨｚ，２４６０ＭＨｚ，２４６５ＭＨｚ，２４７０ＭＨｚ，２４７５ＭＨｚ，２４８０ＭＨｚのキャリア周波数で送受信したときの累積密度分布と受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関係数ρとの関係を示す。
【０１７０】
図１３の（ａ），（ｂ）に示す結果から、実験Ｉ，ＩＩの両方において、１６個のチャネル１１ｃｈ〜チャネルｃｈ２６の全てに対して相関係数ρが約０．９以上になっており、無線装置１０，３０間で同じ秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を共有することに成功している。
【０１７１】
図１４は、全方位性のアンテナ１１を備えた無線装置１０と盗聴装置５０との間における受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示す図である。図１４の（ａ）は、実験Ｉにおける無線装置１０と盗聴装置５０との間の受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示し、図１４の（ｂ）は、実験ＩＩにおける無線装置１０と盗聴装置５０との間の受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示す。
【０１７２】
図１４の（ａ），（ｂ）において、縦軸は、累積密度分布を表し、横軸は、受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関係数ρを表す。
【０１７３】
図１４の（ａ），（ｂ）に示す結果から、実験Ｉにおいては、チャネル１４ｃｈ，１６ｃｈが盗聴装置５０によって盗聴され易く、実験ＩＩにおいては、チャネル１１ｃｈ，１７ｃｈ，２０ｃｈが盗聴装置５０によって盗聴され易い。チャネル１１ｃｈ，１４ｃｈ，１６ｃｈ，１７ｃｈ，２０ｃｈは、それぞれ、２４０５ＭＨｚ、２４２０ＭＨｚ，２４３０ＭＨｚ，２４３５ＭＨｚ，２４５０ＭＨｚのキャリア周波数で変調された電波を送受信するチャネルである。
【０１７４】
従って、実験Ｉにおいて、２４２０ＭＨｚおよび２４３０ＭＨｚのキャリア周波数で変調された電波が盗聴装置５０によって盗聴され易く、実験ＩＩにおいては、２４０５ＭＨｚ、２４３５ＭＨｚおよび２４５０ＭＨｚのキャリア周波数で変調された電波が盗聴装置５０によって盗聴され易い。
【０１７５】
このように、実験Ｉ，ＩＩにおいて、盗聴装置５０によって盗聴され易いチャネルが異なるのは、実験Ｉ，ＩＩにおいては、それぞれ、電波環境が異なるからである。
【０１７６】
図１５は、図１４の（ａ）に示すチャネル１４ｃｈにおける誤りビット特性を示す図である。図１５の（ａ）は、無線装置１０，３０間の誤りビット特性を示し、図１５の（ｂ）は、全方位性のアンテナ１１を備えた無線装置１０と盗聴装置５０との間の誤りビット特性を示す。
【０１７７】
図１５の（ａ），（ｂ）において、縦軸は、出現確率を表し、横軸は、鍵の誤りビット数を表す。この誤りビット数は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を構成する１２８ビットのうち、どの部分のビットが誤っているかを示す。例えば、１２８ビットのうち、最初から２０番目のビットが誤っていれば、誤りビット数＝“２０”である。
【０１７８】
図１５の（ａ），（ｂ）に示す結果から、正規局である無線装置１０，３０間の誤りビット数は、無線装置１０と盗聴装置５０との間の誤りビット数の分布に非常に近い分布を示す。これは、図１４の（ａ）に示したように、受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関係数ρが高いチャネル１４ｃｈで送受信された電波に基づいて秘密鍵が生成されたからである。
【０１７９】
実験の結果、図１４の（ａ）に示すチャネル１６ｃｈについても、チャネル１４ｃｈと同じ傾向を示した。
【０１８０】
従って、チャネル１４ｃｈ，１６ｃｈを用いた場合には、無線装置１０，３０で生成された秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が解読される危険性が高いと予測される。
【０１８１】
盗聴装置５０が無線装置１０，３０間で生成された秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を解読する予測を計算により確かめると、次のようになる。
【０１８２】
盗聴装置５０が自身の受信信号プロファイルＲＳＳＩ３（受信信号プロファイルＲＳＳＩの一種）を元に総当り演算により秘密鍵の解読を実行する場合、秘密鍵を解読するまでの演算回数Ｒは、次式により表される。
【０１８３】
【数２】
2006217301.tif 000004
式（２）において、ｘは、正規局である無線装置１０，３０において生成された秘密鍵と、盗聴装置５０において生成された秘密鍵との間の相違ビット数を表す。
【０１８４】
１２８ビットの秘密鍵のうち、１２ビットが正規局である無線装置１０，３０と盗聴装置５０との間で異なっていたとすると、ｘ＝１２であり、演算回数Ｒは、Ｒ＝２．６×１０１６回となり、５６ビットＤＥＳ（Ｄａｔａ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）の総当り演算量２５６＝７．２×１０１６回に換算すると、半分以下の値になる。５６ビットのＤＥＳが約２２時間で解読されるので、チャネル１４ｃｈ，１６ｃｈで送受信された電波に基づいて作成された１２８ビットの秘密鍵が解読される危険性は高い。
【０１８５】
図１６は、図１４の（ａ）に示すチャネル２６ｃｈにおける誤りビット特性を示す図である。図１６の（ａ）は、無線装置１０，３０間の誤りビット特性を示し、図１６の（ｂ）は、全方位性のアンテナ１１を備えた無線装置１０と盗聴装置５０との間の誤りビット特性を示す。また、図１６の（ａ），（ｂ）において、縦軸は、出現確率を表し、横軸は、鍵の誤りビット数を表す。
【０１８６】
正規局である無線装置１０，３０における誤りビット数は、４ビット目付近に分布するのに対して、盗聴装置５０における誤りビット数は、６４ビット目付近に分布する。式（２）の計算式に当てはめると、Ｒ＝１．８×１０３８回となり、５６ビットＤＥＳの総当り演算量の約２．５×１０２１倍となる。
【０１８７】
その結果、秘密鍵の解読に要する時間は、６．３５×１０１８年以上となり、生成した秘密鍵が解読される危険性は、極めて低い。図１４の（ａ）に示すチャネル１２ｃｈ，１７ｃｈ，２３ｃｈについても同一の傾向が示された。
【０１８８】
無線装置１０，３０と盗聴装置５０との間における受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性は、無線装置１０，３０および盗聴装置５０の配置、およびその他の環境条件によって左右されるため、相関係数ρが大きいチャネルを推定することは困難である。
【０１８９】
しかし、実験Ｉ，ＩＩにおいて、無線装置１０，３０および盗聴装置５０は、直線上に近距離で配置されているにもかかわらず、相関係数ρが低いチャネルも存在していたことを考慮すると、複数のキャリア周波数を切換えながら秘密鍵を生成することにより、盗聴装置５０による秘密鍵の盗聴を抑制することが可能である。
【０１９０】
図１７は、実験Ｉにおいて、１６個のチャネル１１ｃｈ〜２６ｃｈを切換えながら秘密鍵を生成した場合の無線装置１０と盗聴装置５０との間の受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示す図である。また、図１８は、実験ＩＩにおいて、１６個のチャネル１１ｃｈ〜２６ｃｈを切換えながら秘密鍵を生成した場合の無線装置１０と盗聴装置５０との間の受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示す図である。
【０１９１】
図１７および図１８において、縦軸は、累積密度分布を表し、横軸は、受信信号プロファイルの相関係数ρを表す。１６個のチャネル１１ｃｈ〜２６ｃｈを切換えながら秘密鍵を生成する方法は、上述したとおりである。
【０１９２】
図１７および図１８に示す結果から、キャリア周波数を切換えながら複数の電波を送受信することにより、正規局である無線装置１０，３０における受信信号プロファイルＲＳＳＩ１，２と、盗聴装置５０における受信信号プロファイルＲＳＳＩ３との相関係数ρを低く抑えることができる。
【０１９３】
図１９は、実験Ｉにおける誤りビット特性を示す図である。また、図２０は、実験ＩＩにおける誤りビット特性を示す図である。図１９および図２０において、縦軸は、出現確率を表し、横軸は、鍵の誤りビット数を表す。
【０１９４】
また、図１９の（ａ）および図２０の（ａ）は、正規局である無線装置１０，３０間の誤りビット数を示し、図１９の（ｂ）および図２０の（ｂ）は、無線装置１０，３０と盗聴装置５０との間の誤りビット数を示す。
【０１９５】
実験Ｉにおいて、無線装置１０，３０間における誤りビット数は、４ビット目付近に分布するのに対し、無線装置１０，３０と盗聴装置５０との間における誤りビット数は、５８ビット目付近に分布する（図１９参照）。
【０１９６】
また、実験ＩＩにおいて、無線装置１０，３０間における誤りビット数は、１，２ビット目付近に分布するのに対し、無線装置１０，３０と盗聴装置５０との間における誤りビット数は、４０ビット目付近に分布する（図２０参照）。
【０１９７】
このように、実験Ｉ，ＩＩの両方において、正規局間における誤りビット数は、正規局と盗聴局との間における誤りビット数と全く異なる。そして、図１９および図２０に示す結果は、盗聴され難いチャネル２６ｃｈを用いて秘密鍵を生成した場合の誤りビット数を示す図１６の結果と殆ど同じである。また、式（２）を用いて計算された解読までの演算回数は、３．２９×１０２６回となり、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の解読に要する時間は、１．１５×１０６年以上となる。
【０１９８】
従って、キャリア周波数を切換えながら複数の電波を送受信して秘密鍵を生成することにより、実用的な期間内で秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を解読することができず、盗聴装置５０による秘密鍵の盗聴を抑制できることが実験からも実証された。
【０１９９】
また、無線装置１０，３０において生成される秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長が１２８ビットであることを盗聴装置５０が認識している場合でも、上述したように、総当り方式の演算では、１．１５×１０６年以上の解読期間が必要であるので、盗聴装置５０が無線装置１０，３０において生成される秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を知らない場合は、総当り方式の演算量は、更に増加し、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を解読することは殆どできない。
【０２００】
従って、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎから選択したｋ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｋ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｋを多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成することにより、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の解読を更に抑制できる。
【０２０１】
キャリア周波数を切換えながら複数の電波を送受信して２つの無線装置１０，３０において生成した２つの秘密鍵に対して、８ビット訂正可能な不一致訂正処理を用いると、実験Ｉ，ＩＩにおいて、正規局である無線装置１０，３０の鍵生成成功確率は、それぞれ、９７．２％，９８．７％である。これは、例えば、１２８ビットの秘密鍵を３秒周期で変更するシステムの場合の鍵生成成功確率が９９．９９８％以上となることを示している。
【０２０２】
上述したように、キャリア周波数を切換えながら複数の電波を送受信することにより、正規局である無線装置１０，３０において検出されたｎ個の電波強度（＝受信信号プロファイルＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２を構成するｎ個の電波強度）と、盗聴局（盗聴装置５０）において検出されたｎ個の電波強度（＝受信信号プロファイルＲＳＳＩ３を構成するｎ個の電波強度）との相関係数が低くなり、盗聴局は、実用的な期間内で秘密鍵を解読できない。また、正規局である第１および第２の無線装置においてそれぞれ生成された２つの秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２間の誤りビット数（秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２のどの位置に誤りが生じているかを示す）の分布が盗聴局によって盗聴され難いキャリア周波数を用いて送受信されたｎ個の電波に基づいて正規局で生成された秘密鍵の誤りビット数の分布となる。
【０２０３】
その結果、無線装置１０，３０は、盗聴装置５０によって盗聴され難い秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成できる。
【０２０４】
上記においては、キャリア周波数をチャネルＣｈ１からチャネルＣｈ１６へ順次切換えながら、即ち、キャリア周波数を低周波数から高周波数（２４０５ＭＨｚから２４８０ＭＨｚ）へ順次切換えながらｎ個のパケット（＝ｎ個の電波）を送受信して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する場合について説明したが、この発明においては、これに限らず、キャリア周波数を切換える順序は、任意であってもよい。
【０２０５】
［チャネルの他の切換えパターン］
図２１は、パケットとチャネルを切換えるチャネルパターンとの他の関係を示す図である。上記においては、無線装置１０，３０が使用可能な全てのチャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６（全てのキャリア周波数ｆ１〜ｆ１６）を用いて複数の電波を送受信して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する場合について説明したが、この発明においては、無線装置１０，３０が使用可能な全てのチャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６（全てのキャリア周波数ｆ１〜ｆ１６）のうち、一部のチャネル（一部のキャリア周波数）を用いて複数の電波を送受信して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成してもよい。
【０２０６】
図２１は、無線装置１０，３０が使用可能な１６個のチャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６（キャリア周波数ｆ１〜ｆ１６）のうち、８個のチャネル（８個のキャリア周波数）を用いて複数の電波を送受信して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する場合について示す。
【０２０７】
８個のチャネルを用いて複数の電波を送受信して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する場合、各チャネルは、３８４個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ３８４のうち、ｎ／ｍ＝４８個のパケットを送受信するために用いられる。
【０２０８】
この場合、チャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６（キャリア周波数ｆ１〜ｆ１６）からチャネルＣｈ１〜Ｃｈ８（キャリア周波数ｆ１〜ｆ８）を選択し、その選択したチャネルＣｈ１〜Ｃｈ８（キャリア周波数ｆ１〜ｆ８）をチャネルＣｈ１（キャリア周波数ｆ１）からチャネルＣｈ８（キャリア周波数ｆ８）へ順次切換えながら３８４個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ３８４を無線装置１０，３０間で送受信して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する（チャネルパターン２参照）。
【０２０９】
また、チャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６（キャリア周波数ｆ１〜ｆ１６）から８個のチャネルＣｈ３，Ｃｈ１２，・・・，Ｃｈ１１（８個のキャリア周波数ｆ３，ｆ１２，・・・，ｆ１１）を任意に選択し、その任意に選択した８個のチャネルＣｈ３，Ｃｈ１２，・・・，Ｃｈ１１（８個のキャリア周波数ｆ３，ｆ１２，・・・，ｆ１１）に順次切換えながら３８４個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ３８４を無線装置１０，３０間で送受信して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する（チャネルパターン３参照）。
【０２１０】
このように、無線装置１０，３０が使用可能な１６個のチャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６（キャリア周波数ｆ１〜ｆ１６）のうち、一部のチャネル（一部のキャリア周波数）を用いて複数の電波を送受信することにより、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を更に抑制できる可能性がある。
【０２１１】
即ち、選択されたチャネル（キャリア周波数）の中に、盗聴装置５０によって盗聴され易いチャネルが含まれていなければ、正規局と盗聴局との間における受信信号プロファイルの相関係数ρは、図１４に示すチャネル２３ｃｈ，２６ｃｈのように低くなるので、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を更に抑制できる。
【０２１２】
しかし、一部のチャネル（一部のキャリア周波数）の中に盗聴装置５０によって盗聴され易いチャネルが含まれている場合、盗聴装置５０によって秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が盗聴される確率は、高くなる。
【０２１３】
従って、この方式を用いて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する場合には、選択する一部のチャネル（一部のキャリア周波数）を定期的またはランダムに変更することが好ましい。
【０２１４】
図２２は、パケットとチャネルを切換えるチャネルパターンとの更に他の関係を示す図である。上記においては、各チャネルが同じ個数のパケット（＝電波）を送受信するために用いられる場合について説明したが、この発明においては、これに限らず、各チャネルは、相互に異なる個数のパケット（＝電波）を送受信するために用いられてもよい。
【０２１５】
図２２において、チャネルＣｈ１（キャリア周波数ｆ１）は、３８４個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ３８４のうち、１６個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ１６を送受信するために用いられ、チャネルＣｈ２（キャリア周波数ｆ２）は、３８４個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ３８４のうち、８個のパケットＰＫＴ１７〜ＰＫＴ２４を送受信するために用いられ、チャネルＣｈ１６（キャリア周波数ｆ１６）は、３８４個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴ３８４のうち、３０個のパケットＰＫＴ３５５〜ＰＫＴ３８４を送受信するために用いられる（チャネルパターン４参照）。
【０２１６】
このように、この発明においては、各チャネル（各キャリア周波数）を用いて送受信するパケット（＝電波）の個数は、所定の規則に従って変えられる。そして、各チャネル（各キャリア周波数）を異なる個数のパケット（＝電波）を送受信するために用いることにより、チャネルＣｈ１〜Ｃｈ１６（キャリア周波数ｆ１〜ｆ１６）に、盗聴装置５０によって盗聴され易いチャネル（キャリア周波数）が含まれていても、その盗聴され易いチャネル（キャリア周波数）で送受信されるパケット（＝電波）の個数を減少させることが可能になり、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を更に抑制できる可能性がある。
【０２１７】
しかし、この場合も、盗聴装置５０によって盗聴され易いチャネルを用いて送受信される電波の個数が最大である場合、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が盗聴装置５０によって盗聴される確率が高くなる可能性がある。
【０２１８】
従って、各チャネル（各キャリア周波数）が送受信するパケット（＝電波）の個数を定期的またはランダムに変更することが好ましい。つまり、各チャネル（各キャリア周波数）を用いて送受信するパケット（＝電波）の個数を変える所定の規則は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が新たに生成されるごとに変えられる。
【０２１９】
［好ましいチャネルの選択］
無線装置３０が他の複数の無線装置Ａ，Ｂと無線通信を行い、秘密鍵ＫｓＡ，ＫｓＢを生成する場合、次のようにして複数のキャリア周波数（複数のチャネル）を決定する。
【０２２０】
盗聴装置５０における誤りビット数（誤っているビットの個数）が１５ビットである場合、ｘ＝１５を式（２）に代入すると、盗聴装置５０が秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の解読に要する演算回数Ｒは、Ｒ＝１．５×１０１９回となる。この演算回数を現在のコンピュータを用いて実行すると、約２日を要すると予想される。
【０２２１】
また、盗聴装置５０における誤りビット数（誤っているビットの個数）が１６ビットである場合、ｘ＝１６を式（２）に代入すると、盗聴装置５０が秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の解読に要する演算回数Ｒは、Ｒ＝１．１×１０２０回となる。この演算回数を現在のコンピュータを用いて実行すると、約２週間を要すると予想される。
【０２２２】
従って、盗聴装置５０における誤りビット数（誤っているビットの個数）が１６ビット以上であれば、実用的には支障がない。この場合、正規局と盗聴局との間の相関係数は、１−（１６／１２８）＝０．８７５となる。
【０２２３】
１つの無線装置が複数の無線装置との間で秘密鍵を生成する場合において、無線装置３０は、無線装置Ａ，Ｂからそれぞれｎ個の電波を同じ指向性パターンを用いて送受信して秘密鍵ＫｓＡ，ＫｓＢを生成し、その生成した秘密鍵ＫｓＡと秘密鍵ＫｓＢとの相関係数ρが０．８７５よりも小さくなる複数のキャリア周波数（複数のチャネル）を選択する。
【０２２４】
相関係数ρが０．８７５よりも小さくなる複数のキャリア周波数（複数のチャネル）を選択して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する場合、選択した複数のキャリア周波数（複数のチャネル）の一部を用いて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成するようにしてもよい。
【０２２５】
また、選択した複数のチャネル（複数のキャリア周波数）が送受信する電波の個数を相互に異なるようにしてもよい。
【０２２６】
なお、相関係数ρが０．８７５よりも小さくなる複数のキャリア周波数（複数のチャネル）を選択する場合、相関係数ρは、複数の電波強度および秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２のいずれを用いて演算されてもよい。
【０２２７】
この発明においては、キャリア周波数は、２個以上であればよい。複数の電波の送受信に用いられるキャリア周波数が２個であり、その２個のキャリア周波数が両方とも盗聴装置５０によって盗聴され易いキャリア周波数である場合、無線装置１０，３０の両方が電気的に指向性を切換え可能なアレーアンテナ２０を装着する。
【０２２８】
この場合、無線装置１０，３０の両方が指向性を切換えながらｎ個の電波を送受信する。これにより、無線装置１０，３０においてそれぞれ生成される受信信号プロファイルＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２は、盗聴装置５０において生成される受信信号プロファイルＲＳＳＩ３と異なる可能性が高くなる。
【０２２９】
従って、キャリア周波数を切換える個数が２個であっても、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を抑制できる。
【０２３０】
また、上記においては、ｎ（＝３８４）個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎのうち、しきい値Ｉｔｈ１，Ｉｔｈ２に近いｎ−ｋ（＝２５６）個の電波強度を削除してｋ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｋ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｋを選択すると説明したが、この発明においては、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎから削除する電波強度の個数は、１個以上であればよい。また、しきい値Ｉｔｈ１，Ｉｔｈ２に近い電波強度が存在しない場合は、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎから削除する電波強度の個数を０個にしてもよい。この場合、しきい値Ｉｔｈ１，Ｉｔｈ２を中心とした所定の範囲Ｉｔｈ１±α，Ｉｔｈ２±α（αは、Ｉｔｈ１±α，Ｉｔｈ２±αとＩｔｈ１，Ｉｔｈ２との大小関係が明確に解る値に設定される。）を設定し、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎの各々がこの所定の範囲Ｉｔｈ１±α，Ｉｔｈ２±αに入らなければ、削除する電波強度の個数を０個にする。
【０２３１】
更に、この発明においては、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長は、無線装置１０，３０間の通信環境に応じて決定されてもよい。即ち、無線装置１０，３０間の通信環境が盗聴し易い環境であるとき、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を相対的に長くし、無線装置１０，３０間の通信環境が盗聴しにくい環境であるとき、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を相対的に短くする。
【０２３２】
更に、定期的に秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を変えるようにしてもよい。
【０２３３】
更に、無線装置１０，３０間で送受信する情報の機密性に応じて秘密鍵Ｋｓ１、Ｋｓ２の鍵長を変えるようにしてもよい。即ち、情報の機密性が高いとき秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を相対的に長くし、情報の機密性が低いとき秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を相対的に短くする。
【０２３４】
そして、この鍵長は、アレーアンテナ２０の指向性を変化させる個数、即ち、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎの個数により制御される。秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２は、検出されたｎ個の電波強度から選択されたｋ個の電波強度を多値化したビットパターンを有し、ｎ個の電波強度は、アレーアンテナ２０の指向性を変化させる個数により制御可能である。つまり、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎの個数により秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を制御できる。
【０２３５】
このように、この発明においては、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長は、電気的に指向性を切換え可能なアレーアンテナ２０の指向性を変化させる個数によって決定される。
【０２３６】
更に、キャリア周波数ｆｊの個数ｍは、無線装置１０，３０間の通信環境に応じて決定されてもよい。即ち、無線装置１０，３０間の通信環境が盗聴し易い環境であるとき、キャリア周波数ｆｊの個数ｍを相対的に多くし、無線装置１０，３０間の通信環境が盗聴しにくい環境であるとき、キャリア周波数ｆｊの個数ｍを相対的に少なくする。
【０２３７】
更に、無線装置１０，３０間で送受信する情報の機密性に応じてキャリア周波数ｆｊの個数ｍを変えるようにしてもよい。即ち、情報の機密性が高いときキャリア周波数ｆｊの個数ｍを相対的に多くし、情報の機密性が低いときキャリア周波数ｆｊの個数ｍを相対的に少なくする。
【０２３８】
更に、上記においては、２つの無線装置間において秘密鍵を生成する場合、即ち、１つの無線装置が１つの無線装置と通信する場合について説明したが、この発明は、これに限らず、１つの無線装置が複数の無線装置と通信する場合についても適用される。この場合、１つの無線装置は、通信の相手毎にアレーアンテナ２０の指向性の切換パターンを変えて秘密鍵を生成する。１つの無線装置は、アレーアンテナ２０の指向性の切換パターンを１つに固定して複数の無線装置との間で秘密鍵を生成することも可能であるが（複数の無線装置の設置場所によって１つの無線装置との伝送路が異なるので、通信の相手毎に異なる秘密鍵を生成できる）、盗聴を効果的に抑制するには、通信の相手毎にアレーアンテナ２０の指向性の切換パターンを変えて秘密鍵を生成するのが好ましい。
【０２３９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２４０】
この発明は、盗聴を抑制して秘密鍵を生成する無線通信システムに適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２４１】
【図１】この発明の実施の形態による無線通信システムの概略図である。
【図２】図１に示す一方の無線装置の概略ブロック図である。
【図３】図１に示す他方の無線装置の概略ブロック図である。
【図４】図３に示す指向性設定部の概略ブロック図である。
【図５】図２及び図３に示す鍵一致確認部の概略ブロック図である。
【図６】図２及び図３に示す鍵一致化部の概略ブロック図である。
【図７】受信信号プロファイルの概念図である。
【図８】パケットとチャネルを切換えるチャネルパターンとの関係を示す図である。
【図９】図１に示す２つの無線装置間で通信を行なう動作を説明するための第１のフローチャートである。
【図１０】図１に示す２つの無線装置間で通信を行なう動作を説明するための第２のフローチャートである。
【図１１】実験Ｉの実験環境を示す平面図である。
【図１２】実験ＩＩの実験環境を示す平面図である。
【図１３】２つの無線装置間における受信信号プロファイルの相関特性を示す図である。
【図１４】全方位性のアンテナを備えた無線装置と盗聴装置との間における受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示す図である。
【図１５】図１４の（ａ）に示すチャネル１４ｃｈにおける誤りビット特性を示す図である。
【図１６】図１４の（ａ）に示すチャネル２６ｃｈにおける誤りビット特性を示す図である。
【図１７】実験Ｉにおいて、１６個のチャネル１１ｃｈ〜２６ｃｈを切換えながら秘密鍵を生成した場合の無線装置と盗聴装置との間の受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示す図である。
【図１８】実験ＩＩにおいて、１６個のチャネル１１ｃｈ〜２６ｃｈを切換えながら秘密鍵を生成した場合の無線装置と盗聴装置との間の受信信号プロファイルＲＳＳＩの相関特性を示す図である。
【図１９】実験Ｉにおける誤りビット特性を示す図である。
【図２０】実験ＩＩにおける誤りビット特性を示す図である。
【図２１】パケットとチャネルを切換えるチャネルパターンとの他の関係を示す図である。
【図２２】パケットとチャネルを切換えるチャネルパターンとの更に他の関係を示す図である。
【符号の説明】
【０２４２】
１０，３０  無線装置、１１，５１  アンテナ、２０  アレーアンテナ、２１〜２７  アンテナ素子、４０，６６  障害物、５０  盗聴装置、６０  部屋、６１〜６４  壁、６５  床、６７，６８  テーブル、７１  廊下、７２，７３  吹き抜け、１００  無線通信システム、１１０  信号発生部、１２０  周波数変換部、１３０  送信処理部、１４０，２３０  アンテナ部、１５０  受信処理部、１６０  プロファイル生成部、１７０  鍵作成部、１８０  鍵一致確認部、１８１，２０４  データ発生部、１８２，２０５  データ比較部、１８３，２０６  結果処理部、１９０  鍵記憶部、２００  鍵一致化部、２０１  擬似シンドローム作成部、２０２  不一致ビット検出部、２０３  鍵不一致訂正部、２１０  暗号部、２２０  復号部、２４０  指向性設定部、２４１〜２４６  バラクタダイオード、２４７  制御電圧発生回路。
【図１】
2006217301.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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