(57)【要約】      （修正有）【課題】ソフトウェア無線機への通信用プログラムのロードを安全かつ効率よく行えるようにする。【解決手段】ＳＤＲ管理者１０３は、固有のシリアルＩＤ１０が格納されたソフトウェア無線機１ごとに、当該ソフトウェア無線機が復号・セキュリティ処理を行うためのエージェントプログラム２１及びこのプログラムをハッシュ処理して生成したエージェントＩＤ１１を当該ソフトウェア無線機へ格納し、さらに上記エージェントＩＤを対称鍵とした暗号化により通信用プログラムから電子署名を生成して通信用プログラムに付加したファイルを、さらに上記エージェントＩＤとシリアルＩＤを組み合わせた対称鍵で暗号化して当該ソフトウェア無線機用の暗号化ファイル２２とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードする通信用プログラムに応じた無線通信方式での動作を実現する再構成可能ロジック、当該機固有のシリアルＩＤが格納された耐タンパＲＯＭ、及び前記再構成可能ロジック以外の処理手段を有した複数のソフトウェア無線機と、前記通信用プログラムへの電子署名付加及び暗号化を行った暗号化プログラムファイルの生成と各ソフトウェア無線機への搭載、及び各ソフトウェア無線機が前記暗号化プログラムファイルの復号化・セキュリティチェックを行って当該機の再構成可能ロジックへロードするためのプログラムであるエージェントの当該ソフトウェア無線機への搭載を行うＳＤＲ管理者とを備えたソフトウェア無線システムであって、
前記ＳＤＲ管理者は、１つのソフトウェア無線機へ搭載するエージェントに対して当該エージェントに含まれる第１ハッシュ関数によるハッシュ処理を施してエージェントＩＤを生成しこれを当該ソフトウェア無線機の耐タンパＲＯＭへ格納し、当該ソフトウェア無線機向けの前記通信用プログラムに対して前記エージェントに含まれる第２ハッシュ関数によるハッシュ処理を施し、さらにこのハッシュ処理出力を前記エージェントＩＤを暗号鍵とした対称鍵暗号化法により暗号化して電子署名を生成し、こうして生成した電子署名を前記通信用プログラムに付加した署名付プログラムを前記エージェントＩＤと前記シリアルＩＤとを組み合わせて暗号鍵とした対称鍵暗号化法により暗号化して暗号化プログラムを生成してこれを当該ソフトウェア無線機へ格納するファイルとし、さらに前記エージェントの内の少なくとも前記第１及び第２ハッシュ関数を前記耐タンパＲＯＭへ格納する機能を備えるとともに、
前記ソフトウェア無線機は、ＳＤＲ管理者により直接あるいはネットワーク経由で格納された前記暗号化プログラムファイルの１つがユーザにより選択されると、前記エージェントが前記処理手段上で実行され、この実行によりまず選択された暗号化プログラムファイルが前記耐タンパＲＯＭに格納されたシリアルＩＤとエージェントＩＤとの組み合わせ鍵を用いて復号化されて復号化プログラムファイルと復号化電子署名とを生成し、前記耐タンパＲＯＭに格納された第２ハッシュ関数により前記復号化プログラムファイルをハッシュ処理した第１データと前記耐タンパＲＯＭに格納されたエージェントＩＤを鍵として前記復号化電子署名を復号した第２データとを比較し、この比較結果が一致であれば前記復号化プログラムファイルを当該ソフトウェア無線機の再構成可能ロジックへロードし、前記比較結果が不一致であれば前記復号化プログラムファイルを破棄して不正動作の表示を行う機能を備えたことを特徴とするソフトウェア無線システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソフトウェア無線システムに係り、とくにソフトウェア無線機の動作を制御するプログラムの変更に対するセキュリティを向上させたソフトウェア無線システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ソフトウェア無線（ＳＤＲ：Software Defined Radio）機は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）のような再構成可能ロジックや、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の信号処理プロセッサを備え、ダウンロードするプログラムを変えることによって種々の通信方式に対応した無線通信機能を実現できるように構成されている。従って、あるソフトウェア無線機又はその所有者に対して許可されていない通信方式用の不正なプログラムがダウンロードされると違法電波送信等の不正使用が可能であるので、その防止策が不可欠である。
【０００３】
ソフトウェア無線機の不正使用を防止する従来技術には、例えば「無線通信装置、およびプログラムダウンロード方法、並びにコンピュータ・プログラム」（特許文献１参照）や「ソフトウェア・ダウンロードシステムのための無線データ・通信方法及び装置」（特許文献２参照）がある。これらの技術では、配信側でダウンロードするプログラムＤにハッシュ処理を施してフィンガープリントを生成し、これを公開鍵暗号の秘密鍵で暗号化して電子署名ＤＳを生成する。次にプログラムＤに電子署名ＤＳを付加したデータを対称鍵暗号の秘密鍵で暗号化して配信データとする。
【０００４】
この配信データを受信したソフトウェア無線機では、まず対称鍵暗号の秘密鍵を用いて配信データの復号処理を行い、プログラムＤと電子署名ＤＳを得る。次に復号した電子署名ＤＳを公開鍵暗号の公開鍵（配信側で用いた公開鍵暗号の秘密鍵に対応する公開鍵）で復号して配信側で生成したフィンガープリントを取り出し、一方で復号したプログラムＤに対して配信側と同じハッシュ処理を施して復号したプログラムのフィンガープリントを生成する。そしてこの生成したフィンガープリントと電子署名ＤＳ復号により取り出したフィンガープリントとを比較し、両者が一致していれば復号したプログラムを正当なものとしてソフトウェア無線機の再構成可能ロジック用プログラムとして利用する。
【０００５】
ここで公開鍵暗号の秘密鍵は政府機関等の管理局により管理され、また対称鍵の秘密鍵、復号のための処理を行うロジック及び再構成可能ロジックは、ソフトウェア無線機の外部から読み出しができない耐タンパ性ハードウェアパッケージに収められる。このような構成により、ダウンロードされるプログラムが認証を受けた正当なものであり、改ざんされたものでないことを確認し、認証されていないプログラムによるソフトウェア無線機の不正動作を防止し、かつ配信時等に於ける盗聴防止を行っている。
【０００６】
また、特許文献１の技術では、ハッシュ関数、鍵、暗号化法等の種々の組み合わせを用意して、これらを切換えて使用できるようにすることで、さらにセキュリティの向上を企っている。
【特許文献１】特開２００３−３０４２３５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２２４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ソフトウェア無線機へプログラムを初めてダウンロードするとき、あるいは既にダウンロードされたプログラムを切換えて使用するときには、ソフトウェア無線機に於ける復号化、セキュリティチェックの処理はなるべく早く終わって通信端末としての動作を開始できることが好ましい。復号化、セキュリティチェック処理で大きな時間を占めるのは暗号化されたデータの復号化処理であるから、なるべくこの処理を短時間で実行できることが望まれる。しかし、上記した従来技術では、電子署名を公開鍵暗号方式で行っているが、一般に公開鍵暗号の処理は対称鍵暗号のそれに比べて複雑で処理量が大きく、何らかの対策が望まれていた。
【０００８】
さらに上記公知例では、再構成可能ロジックそのものとともに、復号化、セキュリティチェックの処理を行うセキュリティロジック及び各種の鍵を耐タンパ性ハードウェアパッケージに収容することでセキュリティの向上を企っているが、耐タンパ性ハードウェアに収容されるロジックが多くなり、目標とするセキュリティレベルによってはより簡略化することが好ましい場合もある。
【０００９】
本発明の目的は、不正プログラムの使用により、ソフトウェア無線機が不法な電波を送出するのを防止するのを主な目標として、プログラムチェックの高速化、鍵管理の簡易化を企り、かつハード構成もより簡単なソフトウェア無線システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ロードする通信用プログラムに応じた無線通信方式での動作を実現する再構成可能ロジック、当該機固有のシリアルＩＤが格納された耐タンパＲＯＭ、及び前記再構成可能ロジック以外の処理手段を有した複数のソフトウェア無線機と、前記通信用プログラムへの電子署名付加及び暗号化を行った暗号化プログラムファイルの生成と各ソフトウェア無線機への搭載、及び各ソフトウェア無線機が前記暗号化プログラムファイルの復号化・セキュリティチェックを行って当該機の再構成可能ロジックへロードするためのプログラムであるエージェントの当該ソフトウェア無線機への搭載を行うＳＤＲ管理者とを備えたソフトウェア無線システムであって、
前記ＳＤＲ管理者は、１つのソフトウェア無線機へ搭載するエージェントに対して当該エージェントに含まれる第１ハッシュ関数によるハッシュ処理を施してエージェントＩＤを生成しこれを当該ソフトウェア無線機の耐タンパＲＯＭへ格納し、当該ソフトウェア無線機向けの前記通信用プログラムに対して前記エージェントに含まれる第２ハッシュ関数によるハッシュ処理を施し、さらにこのハッシュ処理出力を前記エージェントＩＤを暗号鍵とした対称鍵暗号化法により暗号化して電子署名を生成し、こうして生成した電子署名を前記通信用プログラムに付加した署名付プログラムを前記エージェントＩＤと前記シリアルＩＤとを組み合わせて暗号鍵とした対称鍵暗号化法により暗号化して暗号化プログラムを生成してこれを当該ソフトウェア無線機へ格納するファイルとし、さらに前記エージェントの内の少なくとも前記第１及び第２ハッシュ関数を前記耐タンパＲＯＭへ格納する機能を備えるとともに、
前記ソフトウェア無線機は、ＳＤＲ管理者により直接あるいはネットワーク経由で格納された前記暗号化プログラムファイルの１つがユーザにより選択されると、前記エージェントが前記処理手段上で実行され、この実行によりまず選択された暗号化プログラムファイルが前記耐タンパＲＯＭに格納されたシリアルＩＤとエージェントＩＤとの組み合わせ鍵を用いて復号化されて復号化プログラムファイルと復号化電子署名とを生成し、前記耐タンパＲＯＭに格納された第２ハッシュ関数により前記復号化プログラムファイルをハッシュ処理した第１データと前記耐タンパＲＯＭに格納されたエージェントＩＤを鍵として前記復号化電子署名を復号した第２データとを比較し、この比較結果が一致であれば前記復号化プログラムファイルを当該ソフトウェア無線機の再構成可能ロジックへロードし、前記比較結果が不一致であれば前記復号化プログラムファイルを破棄して不正動作の表示を行う機能を備えたことを特徴とするソフトウェア無線システムを開示する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電子署名もプログラム本体とともに対称鍵暗号方式を用いているので処理が早く、通信用プログラム切換え時間を短縮できる。また、エージェントをＣＰＵ等の通常の処理手段で実行する構成としたことで、耐タンパＲＯＭが簡略化できる。また電子署名のための暗号鍵はエージェントのハッシュ処理によりエージェントＩＤとして生成できるから、エージェントの変更を行うときはそれ自体の情報から暗号鍵をソフトウェア無線側で容易に生成でき、電子署名のための復号鍵を合わせて配布する必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明のソフトウェア無線システムの構成例を示したもので、本発明に於いてセキュリティを実現するための主な構成要素を示している。図１に於いて、ハードウェアメーカ１０１は、ソフトウェア無線機（ＳＤＲ）１を製造し、ソフトウェア無線機ごとに固有のシリアルＩＤ１０を、ソフトウェア無線機内に設けた記憶手段へ書き込んでＳＤＲ管理者１０３へ渡す。ここでハードウェアメーカが複数存在しうる状況を考慮すると、シリアルＩＤ１０はＳＤＲ管理者１０３により一元的に管理されるのが好ましい。一方、ソフトウェア無線機１の再構成可能ロジックで実行するためのプログラムファイル２０はソフトウェアメーカ１０２により作製され、その動作確認を行ったのち、ＳＤＲ管理者１０３へ渡される。なお、このソフトウェアメーカはハードウェアメーカと一体であってもよい。
【００１３】
ＳＤＲ管理者１０３では、ソフトウェア無線機でセキュリティ処理を行うためのプログラムであるエージェント２１と、そのエージェント２１から生成したエージェントＩＤ１１とをソフトウェア無線機１へ書き込み、またエージェントＩＤ１１とシリアルＩＤ１０を暗号鍵としてプログラムファイル２０から電子署名付きの暗号化プログラムファイル２２を生成する。この暗号化プログラムファイル２２は、ソフトウェア無線機１に必要な通信方式に応じた、一般には複数のものがソフトウェア無線機１の記憶手段に格納される。この暗号化プログラムファイルの格納は、ソフトウェア無線機１がユーザ１０４へ最初に引き渡されるとき以外にも、ネットワーク経由もしくは直接操作により行えるものとする。管理テーブル２は、各ソフトウェア無線機の名称、シリアルＩＤ、搭載されているエージェントやプログラムファイル等の情報から成るテーブルで、ＳＤＲ管理者１０３により作成されソフトウェア無線機の管理に用いられる。
【００１４】
ユーザ１０４のソフトウェア無線機１では、使用する通信方式対応の暗号化プログラムファイル２２の１つを記憶手段から取り出し、エージェントＩＤ１１及びシリアルＩＤ１０を鍵としてエージェント２１が復号化処理及びセキュリティ処理を行い、セキュリティが確認されたのちに復号化されたプログラムファイル２０を再構成可能ロジックへロードして通信処理を行えるようにする。以下では、ソフトウェア無線機１の構成、ＳＤＲ管理者１０３及びソフトウェア無線機１に於けるセキュリティ処理等を詳しく説明する。
【００１５】
図２は、ソフトウェア無線機１のハードウェア構成例で、バス２０９にＣＰＵ２０１、ＤＳＰ２０２、再構成可能ロジックとしてのＦＰＧＡ２０３、無線部２０４、ＲＯＭ２０５、ＲＡＭ２０６、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換部２０７、マイク／スピーカやネットワーク等のＩ／Ｏ部２０８、及び耐タンパＲＯＭ２０９等が接続されている。この構成において、無線部２０４は、ソフトウェア無線の特徴である多様な通信方式をサポートするために、広範囲の周波数や多種の変調波の送受信機能を有している。ＲＯＭ２０５内には前述した暗号化プログラム２２と、暗号化プログラム２２の復号・セキュリティ処理を行うエージェント２１が格納されている。耐タンパＲＯＭ２０９内にはシリアルＩＤ１０、エージェントＩＤ１１及びエージェント２１の一部である第１及び第２ハッシュ関数１２が格納されている。この耐タンパＲＯＭ２０９は外部からのデータ読み出しや書き換えができないので、そこに格納されているシリアルＩＤ１０、エージェントＩＤ１１、ハッシュ関数１２は盗聴から保護されている。耐タンパＲＯＭ２０９はＣＰＵ２０１と一体に構成されるとなお良い。
【００１６】
再構成可能ロジックとしてのＦＰＧＡ２０３は、前記公知技術のように耐タンパＲＯＭ内には格納されていない。ＦＰＧＡ２０３にロードされるプログラム（ハードウェア定義情報）は、後述するエージェント２１の処理によって正当なものであることが確認されたプログラム２０であり、これが万一読み出されて他のソフトウェア無線機へ流用されたとしても、違法電波発信等の原因にはならないので、ハードウェア全体の構成を簡単化するために、図２の構成例ではＦＰＧＡと耐タンパＲＯＭ内は一体に収容しないものとしている。
【００１７】
図３は、図１で説明した暗号化プログラムファイルを生成する処理のフローチャートで、これはＳＤＲ管理者１０３で実行される。この処理ではまず、対象としているソフトウェア無線機の復号・セキュリティ処理を行うエージェント２１を選択し、これを当該ソフトウェア無線機のＲＯＭ２０５及び耐タンパＲＯＭ２０９（エージェント内のハッシュ関数）（図２）へ書き込む（ステップ３０１）。また対象としているソフトウェア無線機の耐タンパＲＯＭ２０９にはシリアルＩＤ１０がハードウェアメーカ１０１により既に書き込まれているとしたが、この書き込みもＳＤＲ管理者１０３で行うようにしてもよい。次に選択したエージェント２１に対しても予め定めた第１ハッシュ関数（エージェント２１の一部）によってハッシュ処理を行い（ステップ３０２）、そのハッシュ値をエージェントＩＤ１１とし、これを当該ソフトウェア無線機の耐タンパＲＯＭ２０９へ書き込む（ステップ３０３）。
【００１８】
一方、対象としているソフトウェア無線機で用いるＦＰＧＡ用のプログラムファイル２０に対して第２ハッシュ関数によってハッシュ処理を施し（ステップ３０４）、その処理で得られたハッシュ値を暗号鍵Ｋ１を用いて暗号化し（ステップ３０５）、その結果を電子署名１３とする。ここで暗号鍵Ｋ１はエージェントＩＤ１１である。次にこの電子署名１３をプログラム２０に付加し（ステップ３０６）、署名付プログラムファイル１４とする。さらにこのファイルをエージェントＩＤ１１とシリアルＩＤ１０を組み合わせた暗号鍵Ｋ２を用いて暗号化し（ステップ３０７）、暗号化プログラムファイル２２を生成する。
【００１９】
以上の図３の処理で用いる第１及び第２ハッシュ関数は、ともにステップ３０１でＲＯＭ等へ書き込んだエージェント２１がソフトウェア無線機で実行されるときに用いられるものと同一の関数で、選択したエージェント２１の一部を成すものである。またステップ３０５とステップ３０７に於ける暗号化処理は一般には異なるアルゴリズムを持つが、これらは共にＤＥＳ（Data Encryption Standard）のような対称鍵暗号方式によるものとし、エージェント２１がソフトウェア無線機で実行されるときに行われる復号化処理に対応するものである。
【００２０】
図４は、図３の処理によって生成され搭載された暗号化プログラムファイル２２を復号化し、セキュリティ処理を行う、エージェント２１の動作を示すフローチャートで、これはソフトウェア無線機のＣＰＵもしくはＤＳＰで実行される。このエージェント２１は、ソフトウェア無線機において初めて１つの通信方式に対応するプログラムをＦＰＧＡに実装するとき、あるいはその時点までとは異なる通信方式対応のプログラムに切り換えるときに、ユーザの操作をトリガーとして起動される。起動されると、ユーザ操作により指定された通信方式対応の暗号化プログラムファイル２２をＲＯＭ２０５から取り出し（ステップ４０１）、耐タンパＲＯＭ２０９に格納されているシリアルＩＤ１０とエージェントＩＤ１１を組み合わせた暗号鍵Ｋ２を用いて復号化処理を行う（ステップ４０２）。この復号化は、図３の暗号化処理３０７に対応する必要がある。
【００２１】
復号化処理４０２によって暗号化プログラムファイル２２から平文のプログラムファイル２０Ｒと電子署名１３Ｒが生成される。これらは、暗号化プログラムファイルがＳＤＲ管理者１０３で作成された正当なもので、かつエージェントが正しいアルゴリズムで復号化処理を実行していれば、本来のプログラムファイル２０と電子署名１３に一致するが、もし何らかの改ざんがあると一致しない。そこでプログラムファイル２０Ｒを第２ハッシュ関数によりハッシュ処理し（ステップ４０３）、また電子署名１３Ｒを暗号鍵Ｋ１（耐タンパＲＯＭに格納されたエージェントＩＤ１１）を用いて図３の暗号化処理３０５に対応する復号化処理を行うと（ステップ４０４）、何らの改ざんも行われていなければこれら２つの処理で得られるデータはともに図３の処理ステップ３０４の出力と同じものとなる。従ってステップ４０３、４０４の出力が一致するか否かをチェックすると（ステップ４０５）、復号化した平文のプログラムファイル２０Ｒを正当なものとしてＦＰＧＡへロードすることができる（ステップ４０６）。もしステップ４０５で不一致となったときは、何らかの不正があることをソフトウェア無線機の表示手段に表示し、復号化したプログラムファイル２０Ｒを破棄して不正使用を防止する（ステップ４０７、４０８）。なお不正検出時には、不正内容の外部記憶装置ログファイルへの出力、引き続く不正利用防止のためにエージェントＩＤ１１を書き換える等の対処を行うようにしてもよい。
【００２２】
図５はＳＤＲ管理者１０３に設けられる管理テーブル２の例である。名称はソフトウェア無線機の呼び名で、そのソフトウェア無線機のシリアルＩＤ、搭載したプログラム等の他にグループ名を記録する。このグループ名は、当該ソフトウェア無線機に搭載したエージェントを表すもので、同一グループ名であればそのエージェントは同じものである。このようなエージェントによるソフトウェア無線機のグループ化は、万一エージェントそのものが漏れたり流用された場合でもその影響を受けうるのは同一グループ内のソフトウェア無線機に限られるので、セキュリティの向上に役立つ。
【００２３】
以上に説明した実施の形態によれば、署名を含めた暗号化／復号化をすべて対称鍵暗号方式で行うので処理が短時間で行え、ソフトウェア無線機の通信方式変更を迅速に行える。そして、ＳＤＲ管理者によってソフトウェア無線機に書き込まれたエージェントが復号化及び認証を行うことにより、ＦＰＧＡ（一般には再構成可能ロジック）上での異常なプログラムファイルの実行を排除できる。また、シリアルＩＤとエージェントＩＤとを組み合わせた鍵を用いて暗号化及び復号化することで、他のソフトウェア無線機へのプログラムファイルの不正流用があった場合でも、再構成可能ロジック上での流用されたソフトウェア実行を防止できる。仮にハードウェアを複製した場合でもシリアルＩＤ、エージェントＩＤ、エージェントによる復号化及び認証の手順を秘密にすることで、流用されたプログラムファイルは実行できない。
【００２４】
また、ＳＤＲ管理者によって書き込まれたエージェントがプログラムの復号及び認証を行い、再構成可能ロジックのソフトウェア変更の実行、禁止を制御することで、ユーザが暗号化されていない違法なソフトウェアを再構成可能ロジックへ転送することはできない。さらに、プログラムとして実行されるエージェントであるため、復号化及び認証処理に回数や期限といった制限を持たせることが容易であり、悪意のあるユーザによるＳＤＲの乱用を防止し、運用期間を管理することができる。
【００２５】
なお、図２のソフトウェア無線機構成例ではエージェント２１の内のハッシュ関数のみを耐タンパＲＯＭ２０９へ格納して保護するようにしているが、エージェント２１の他の部分、即ち図４の復号化処理ステップ４０２、４０４のアルゴリズムも耐タンパＲＯＭ２０９へ格納して外部からの読み出しを防止すれば、セキュリティを向上させることができる。
【００２６】
また、暗号化プログラムファイルはＳＤＲ管理者１０３により直接ソフトウェア無線機へ格納するものとして説明したが、ネットワークセキュリティ対策を十分に講じることができれば、ユーザ要求に応じてネットワーク経由でのプログラム配信を行うようにすることもできる。
【００２７】
また、耐タンパＲＯＭ２０９は、シリアルＩＤ１０と工一ジェントＩＤ１１とを記憶するとともに、ＭＵＧＩ（日立製作所が開発した擬似乱数／ハッシュ発生器）等の暗号・復号処理ロジック（及び場合によってはＲＯＭ２０５からの読み出し及びＦＰＧＡ２０３への書き込みを行うＤＭＡ（Direct Memory Access）機能）を備えたＲＯＭ型ＦＰＧＡ或いはＰＬＤとしてＣＰＵ２０１とは別体で実現し、ＣＰＵで行っていた暗号化プログラム２２の復号処理等を、このＲＯＭ型ＦＰＧＡ内で行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のシステム構成概略を示す図である。
【図２】ソフトウェア無線機の構成例である。
【図３】暗号化プログラムファイル生成処理のフローチャートである。
【図４】復号化・セキュリティ処理のフローチャートである。
【図５】管理テーブル説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ソフトウェア無線機
２    管理テーブル
１０    シリアルＩＤ
１１    エージェントＩＤ
１２    ハッシュ関数
１３    電子署名
１４    署名付プログラムファイル
２０    プログラムファイル
２１    エージェント
２２    暗号化プログラムファイル
２０９    耐タンパＲＯＭ
【図１】
2006072414.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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