(57)【要約】【課題】衛星や大型航空機と複数の地上局との間で機密性の高い同報暗号通信を行う上で、複数の無人航空機を介して中継させる。【解決手段】他の航空機から送信されてくる無線信号を複数の無人航空機４０を介して伝送するための無人航空機による信号伝送システムにおいて、他の航空機等から発信された指向性を有する無線信号を受信可能な範囲まで互いに接近し、無線信号を受信した後に上記範囲から逸脱して互いに離間して飛行することによりこれを伝送する複数の無人航空機４０を備えることを特徴とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の航空機又は他の設備から送信されてくる無線信号を複数の無人航空機を介して伝送するための無人航空機による信号伝送システムにおいて、
他の航空機又は他の設備から発信された指向性を有する無線信号を受信可能な範囲まで互いに接近し、上記無線信号を受信した後に上記範囲から逸脱して互いに離間して飛行することによりこれを伝送する複数の無人航空機を備えること
を特徴とする無人航空機による信号伝送システム。
【請求項２】
衛星と、上記衛星よりも低高度を飛行する大型航空機と、上記大型航空機よりも低高度を飛行する複数の無人航空機をそれぞれ含む１階層以上の無人航空機層と、複数の地上局とを備え、
上記衛星により暗号鍵用の初期乱数Ｒ0を生成し、これを上記大型航空機に向けて暗号通信し、上記初期乱数Ｒ0に基づいた乱数Ｒ0´を受信した上記大型航空機と上記衛星との間で上記初期乱数Ｒ0及び上記乱数Ｒ0´間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数ＲSTを生成してこれを共有し、
上記大型航空機から上記無人航空機層を中継させることにより上記乱数ＲSTに基づく乱数ＲLA(k)を上記地上局に暗号通信し、
上記乱数ＲLA(k)に基づいた乱数Ｒn(k)を受信した各地上局と上記衛星との間でそれぞれが保有する上記乱数Ｒn(k)と上記ＲST間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数Ｒを生成してこれを共有すること
を特徴とする無人航空機を介した暗号鍵共有システム。
【請求項３】
大型航空機と、上記大型航空機よりも低高度を飛行する複数の無人航空機をそれぞれ含む１階層以上の無人航空機層と、複数の地上局とを備え、
上記大型航空機により暗号鍵用の初期乱数ＲSTを生成し、これを１階層以上からなる無人航空機層に向けて暗号通信し、上記初期乱数ＲSTに基づいた乱数ＲST(k)を受信した上記複数の無人航空機と上記大型航空機との間で上記初期乱数ＲST及び上記乱数ＲST(k)間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数ＲHAを生成してこれを共有し、
上記無人航空機層を中継させることにより上記乱数ＲHAに基づく乱数ＲLA(k)を上記地上局に暗号通信し、
上記乱数ＲLA(k)に基づいた乱数Ｒn(k)を受信した各地上局と上記大型航空機との間でそれぞれが保有する上記乱数Ｒn(k)と上記ＲHA間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数Ｒを生成してこれを共有すること
を特徴とする無人航空機を介した暗号鍵共有システム。
【請求項４】
上記大型航空機又は上記無人航空機層における無人航空機は、乱数の送信前に通信路における通信特性を評価し、通信特性の評価結果に基づいて上記乱数を送信するか否か判断すること
を特徴とする請求項２又は３項に記載の無人航空機を介した暗号鍵共有システム。
【請求項５】
請求項２〜４の何れか１項に記載の暗号鍵共有システムに適用され、
上記乱数を受信してこれを中継するための通信手段を備えること
を特徴とする無人航空機。
【請求項６】
中央制御局と、上記中央制御局と無線通信可能な複数の移動体をそれぞれ含む１階層以上の移動体層を備え、
上記中央制御局により暗号鍵用の初期乱数ＲSTを生成し、これを１階層以上からなる移動体層に向けて暗号通信し、上記初期乱数ＲSTに基づいた乱数ＲST(k)を受信した上記移動体層中の移動体と上記中央制御局との間で上記初期乱数ＲST及び上記乱数ＲST(k)間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数ＲHAを生成してこれを共有し、
上記移動体層を中継させることにより上記乱数ＲHAに基づく乱数ＲLA(k)を当該移動体層の末端にある末端移動体に暗号通信し、
上記乱数ＲLA(k)に基づいた乱数Ｒn(k)を受信した各末端移動体と上記中央制御局との間でそれぞれが保有する上記乱数Ｒn(k)と上記ＲHA間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数Ｒを生成してこれを共有すること
を特徴とする移動体を介した暗号鍵共有システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星や大型航空機と複数の地上局との間で機密性の高い同報暗号通信を行う上で必要となる互いに共通の暗号鍵を共有させるための無人航空機を介した暗号鍵共有システム、このような同報暗号通信するための信号を無人航空機により伝送させるための無人航空機による信号伝送システム及び当該システムに適用される無人航空機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年において、小型でかつ無人飛行が可能なドローン（マルチコプター）や無人ヘリコプター等からなる無人航空機が普及しつつある。この無人航空機は、測量、災害救助、自然環境の研究、スポーツの中継、配達、農薬散布等を始め、各種産業において活用されつつある。この無人航空機の技術が今後とも進展するにつれて、更にその使用用途の拡大が期待される。
【０００３】
特にこの無人航空機は、その航行距離や飛行高度の幅が広く、しかも空中においてほぼ定位置に停留し続けることも可能であることから機動性の面においても優れた特質を備える。さらに、太陽電池を使い成層圏に数年以上で滞空できる無人航空機も登場している。これらの無人航空機を基地局や中継局として活用ながら衛星通信と接続することによって、宇宙圏や成層圏、高高度対流圏、地上までにわたり、柔軟かつダイナミカルな無線通信ネットワークの構築が可能になると期待され、通信接続性の向上に向けた取り組みが進展しつつある。
【０００４】
これに加えて、無人航空機を中継ノードに含めた無線通信ネットワークにおいては、利便性や接続性の向上に加え、システム全体の情報セキュリティ性の向上が求められることは言うまでも無い。無人航空機を無線通信の中継ノードとして利用する場合には、特に衛星や大型航空機から医療や金融、さらには個人情報等のような機密性の高い情報を中継する場合も当然に起こり得る。有人、無人に関わらず、様々な航空機の航空管制用の通信ネットワークにおいては、機密性の高い情報が流れることはもとより、不正アクセスや制御信号の改竄等を完全に防ぐ必要がある。また無人航空機の航行時には衛星からＧＰＳ（Global Positioning System）信号を取得する場合も多いが、このＧＰＳ信号を詐称することで無人航空機が乗っ取られて不正に操作された場合には、無線通信ネットワークそのものの崩壊に繋がる。
【０００５】
従って、情報の漏洩や改竄、不正アクセス用が許されない重要用途にこの無人航空機を含む無線通信ネットワークを利用する場合には、セキュリティ面において極めて安全性の高いシステム構築が求められる。無線通信のセキュリティ性を向上させるために従来より様々な暗号技術が研究されている。現在使われている一般的な暗号技術は、公開鍵暗号と共通鍵暗号である。公開鍵暗号は、電子署名を発行し認証や改竄防止を行うとともに（完全性の確保）、必要な送受信者間で鍵交換を行う。共通鍵暗号は、その鍵を元にデータ通信を高速で暗号化する（機密性の確保）。これらは、解読に膨大な計算を必要とする、ある種の数理アルゴリズムに基づいてセキュリティを確保している。しかし、暗号解読技術は現在に至るまで進展し続けており、今後も目覚しい進歩を遂げるものと予測されている。このため、現在において十分な強度を持つ暗号方式で機密情報を暗号化して無線通信を行ったとしても、傍受した暗号文を長期間に亘り保存しておき、将来においてより高度な暗号解読技術や高性能な計算機を入手することができたとき、過去に遡って暗号文を解読されてしまう危険性がある。
【０００６】
このため、無人航空機を中継ノードに含めた無線通信ネットワークの情報セキュリティ性の向上を図るためには、極力解読することが不可能な暗号技術に基づいて無線通信を行う必要がある。このためには、少なくとも計算量的安全性を満たす暗号技術を適用することにより情報セキュリティ性の向上を図る必要がある。そして、重要情報を扱う通信においては、攻撃者がどれほどの計算能力を有するコンピュータを持っていようとも、暗号文から平文を解読することがそもそも原理的にできないことを証明できる、いわゆる情報理論的安全性をみたす暗号技術を用いることが強く望まれる。
【０００７】
従来において、衛星あるいは航空機と複数の地上局間で暗号通信を行う方法として、特許文献１、２及び非特許文献１の開示技術が提案されている。特許文献１の開示技術では、放送局が衛星を用いて同報暗号通信した情報を、視聴資格を有する受信者のみが復号できるようにするために、放送局および受信者間で公開鍵暗号方式を用いて鍵共有を行うための鍵配送方法が提案されている。また特許文献２には、人工衛星搭載センサから取得できる観測データに含まれるノイズを利用して疑似乱数生成のためのシード値を与え、人工衛星内で安全な疑似乱数生成が行えるようにする暗号通信技術が提案されている。非特許文献１では、公開鍵暗号に基づき無人航空機と複数の地上移動体間で暗号鍵を交換し管理するための方法が提案されている。しかし、これらの開示技術は、計算量的安全性に基づく暗号技術に立脚しており、解読技術の進展とともにセキュリティが危殆化することを防ぐことができない。
【０００８】
また、ネットワークの構成法に関する視点では、仮に地上局が分散していたとしても、衛星と複数の地上局との間で複数の無人航空機による中継を多段階にわたって階層的に行うことで、衛星から個々の地上局まで超高秘匿の暗号通信を行うことが可能となる。これら特許文献１、２及び非特許文献１に提案されている暗号通信技術は、このような機動的かつ階層的なネットワーク構成を前提とした技術ではない。
【０００９】
このため、衛星と複数の地上局との間で複数の無人航空機を中継することで、情報理論的に安全な暗号通信を行うための技術が従来より望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３４０９６２号公報
【特許文献２】特開２０１４−６２９４１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】K.-H. Rhee, Y.-H. Park, and G. Tsudik, "A Group Key Management Architecture for Mobile Ad-hoc Wireless Networks," J. Inform. Sci. Eng., 21, 415-428 (2005).
【非特許文献２】M. Bloch and J. Barros, "Physical-Layer Security,"Cambridge University Press, 2011.
【非特許文献３】O. Gungor, F. Chen, and C. E. Koksal, "Secret Key Generation Via Localization and Mobility,"IEEE Trans. Vehicular Tech. 64(6), 2214-2230 (June 2015).
【非特許文献４】H. Liu, J. Yang, Y. Wang, Y. Chen, and C. E. Koksal, "Group Secret Key Generation via Received Signal Strength: Protocols, Achievable Rates, and Implementation," IEEE Trans. Mobile Computing, 13(12), pp. 2820--2835 December 2014.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
情報理論的安全性を保証しえる従来の暗号通信技術としては、地上での鍵共有に基づくワンタイムパッド暗号が提案されている。この提案技術では、飛行前の衛星や大型航空機と地上局との間で互いに共通の真性乱数を予め大量に共有化させて保存しておく。そして打ち上げ又は離陸後の衛星や大型航空機と地上局との間で、上記保存した真性乱数によるワンタイムパッド暗号を用いて平文を暗号化する。暗号鍵は、1回ごとに使い捨てるものであるから、暗号鍵さえ安全に共有できれば情報理論的安全性は保証できる。
【００１３】
しかしながら、このワンタイムパッド暗号に基づく暗号通信技術では、特に衛星側において長期間枯渇することのない大量の真性乱数データを予め格納しておき、打ち上げ後の宇宙環境でこれを保持、管理し続けるのは容易ではない。衛星側に物理乱数源を搭載し、衛星内で真性乱数を常時生成するのが理想的であるが、その真性乱数データを情報理論的安全性を保証しながら無人航空機や地上局間でいかにして共有するかという問題点が依然として残る。
【００１４】
情報理論的安全性を保証する他の暗号通信技術としては、物理レイヤ暗号を使用する方法が従来において提案されている（例えば非特許文献２、３、４参照）。
【００１５】
しかしながら、非特許文献２に記載の開示技術は、情報理論の定理の証明という純粋な数理研究に関するものであり、衛星や航空機と複数の地上局間の無線通信ネットワークを構成するための具体的な方法を提示するものではない。また非特許文献３に記載の開示技術は、秘密鍵交換方式を１対１の車両間の無線通信で実装したものであり、１対多の同報暗号通信を目的とするものではない。一方、非特許文献４では、複数の無線通信デバイス間で連携しながら中継操作も組み込んで、情報理論的に安全な暗号鍵を共有するためのプロトコルと実証実験に関する情報が開示されている。しかし、この技術は、電波伝搬の通信路における雑音（受信信号のランダムな強度変動）を暗号鍵生成のソースにしており、そのソースの変動速度が高々kHz程度に限られるため鍵生成速度が極めて遅いという難点がある。また、衛星や高高度の航空機間ではそもそもそのようなランダム雑音ソースの確保は極めて困難である。またこの非特許文献４は、航空機の航行機能を活かした階層的なネットワーク構成を提示するものではない。
【００１６】
特にひとつの衛星や航空機に対して、ひとつの地上局ではなく、あくまで複数の地上局と情報の送受信をすることが必然的に求められるため、本発明において期待される効果を実現する上での技術的構成は未だ開示されていないのが現状であった。
【００１７】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、衛星や大型航空機と複数の地上局との間で機密性の高い同報暗号通信を行う上で、複数の無人航空機を介して中継させることができ、情報理論的安全性を保証することが可能な共通の暗号鍵を共有させることができる無人航空機を介した暗号鍵共有システム、並びにこのような同報暗号通信するための信号を他の無人航空機により傍受されることなく安全に伝送させるための無人航空機による信号伝送システム、当該システムに適用される無人航空機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第１発明に係る無人航空機による信号伝送システムは、他の航空機又は他の設備から送信されてくる無線信号を複数の無人航空機を介して伝送するための無人航空機による信号伝送システムにおいて、上空を飛行する他の航空機から発信された指向性を有する無線信号を受信可能な範囲まで互いに接近し、上記無線信号を受信した後に上記範囲から逸脱して互いに離間して飛行することによりこれを伝送する複数の無人航空機を備えることを特徴とする。
【００１９】
第２発明に係る無人航空機を介した暗号鍵共有システムは、衛星と、上記衛星よりも低高度を飛行する大型航空機と、上記大型航空機よりも低高度を飛行する複数の無人航空機をそれぞれ含む１階層以上の無人航空機層と、複数の地上局とを備え、上記衛星により暗号鍵用の初期乱数Ｒ0を生成し、これを上記大型航空機に向けて暗号通信し、上記初期乱数Ｒ0に基づいた乱数Ｒ0´を受信した上記大型航空機と上記衛星との間で上記初期乱数Ｒ0及び上記乱数Ｒ0´間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数ＲSTを生成してこれを共有し、上記大型航空機から上記無人航空機層を中継させることにより上記乱数ＲSTに基づく乱数ＲLA(k)を上記地上局に暗号通信し、上記乱数ＲLA(k)に基づいた乱数Ｒn(k)を受信した各地上局と上記衛星との間でそれぞれが保有する上記乱数Ｒn(k)と上記ＲST間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数Ｒを生成してこれを共有することを特徴とする。
【００２０】
第３発明に係る無人航空機を介した暗号鍵共有システムは、大型航空機と、上記大型航空機よりも低高度を飛行する複数の無人航空機をそれぞれ含む１階層以上の無人航空機層と、複数の地上局とを備え、上記大型航空機により暗号鍵用の初期乱数ＲSTを生成し、これを１階層以上からなる無人航空機層に向けて暗号通信し、上記初期乱数ＲSTに基づいた乱数ＲST(k)を受信した上記複数の無人航空機と上記大型航空機との間で上記初期乱数ＲST及び上記乱数ＲST(k)間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数ＲHAを生成してこれを共有し、上記無人航空機層を中継させることにより上記乱数ＲHAに基づく乱数ＲLA(k)を上記地上局に暗号通信し、上記乱数ＲLA(k)に基づいた乱数Ｒn(k)を受信した各地上局と上記大型航空機との間でそれぞれが保有する上記乱数Ｒn(k)と上記ＲHA間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数Ｒを生成してこれを共有することを特徴とする。
【００２１】
第４発明に係る無人航空機を介した暗号鍵共有システムは、第２発明又は第３発明のうち何れかにおいて、上記大型航空機又は上記無人航空機層における無人航空機は、乱数の送信前に通信路における通信特性を評価し、通信特性の評価結果に基づいて上記乱数を送信するか否か判断することを特徴とする。
【００２２】
第５発明に係る無人航空機は、第２発明〜第４発明の何れかに記載の暗号鍵共有システムに適用され、上記乱数を受信してこれを中継するための通信手段を備えることを特徴とする。
【００２３】
第６発明に係る移動体を介した暗号鍵共有システムは、中央制御局と、上記中央制御局と無線通信可能な複数の移動体をそれぞれ含む１階層以上の移動体層を備え、上記中央制御局により暗号鍵用の初期乱数ＲSTを生成し、これを１階層以上からなる移動体層に向けて暗号通信し、上記初期乱数ＲSTに基づいた乱数ＲST(k)を受信した上記移動体層中の移動体と上記中央制御局との間で上記初期乱数ＲST及び上記乱数ＲST(k)間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数ＲHAを生成してこれを共有し、上記移動体層を中継させることにより上記乱数ＲHAに基づく乱数ＲLA(k)を当該移動体層の末端にある末端移動体に暗号通信し、上記乱数ＲLA(k)に基づいた乱数Ｒn(k)を受信した各末端移動体と上記中央制御局との間でそれぞれが保有する上記乱数Ｒn(k)と上記ＲHA間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数Ｒを生成してこれを共有することを特徴とする。
【００２４】
更に第２発明については、更に詳細には、衛星と、上記衛星よりも低高度を飛行する大型航空機と、上記大型航空機よりも低高度を飛行する複数の無人航空機をそれぞれ含む１階層以上の無人航空機層と、地上局とを有すると共に、上記衛星から上記大型航空機へ暗号鍵用の乱数を送信する成層圏リンクと、上記大型航空機から上記無人航空機層に上記乱数を送信する中継リンクと、上記無人航空機層から上記地上局に上記乱数を送信する地上リンクとを備え、上記衛星により暗号鍵用の初期乱数Ｒ0を生成し、これを上記大型航空機に向けて暗号通信し、上記初期乱数Ｒ0に基づいた乱数Ｒ0´を受信した上記大型航空機と上記衛星との間で上記初期乱数Ｒ0及び上記乱数Ｒ0´間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数ＲSTを生成してこれを共有する成層圏リンクステップと、上記大型航空機から上記乱数ＲSTを第１の無人航空機層における複数の第１の無人航空機に対して暗号通信し、上記乱数ＲSTに基づいた乱数ＲST(k)を受信した上記第１の各無人航空機と上記大型航空機との間で上記乱数ＲST及び上記乱数ＲST(k)間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数ＲHAを生成してこれを共有する高高度リンクステップと、一の上記第１の無人航空機から上記乱数ＲHAを上記第１の無人航空機層よりも低高度を飛行する第２の無人航空機層における複数の第２の無人航空機に対して暗号通信し、上記乱数ＲHAに基づいた乱数ＲHAk(i)を受信した複
数の上記第２の無人航空機と上記第１の無人航空機との間で上記乱数ＲHA及び上記乱数ＲHAk(i)間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数Ｒ
LA(k)を生成してこれを共有する低高度リンクステップと、上記第２の無人航空機から上記乱数ＲLA(k)を上記地上局に対して暗号通信し、上記乱数ＲLA(k)に基づいた乱数Ｒn(k)を受信した各地上局と上記衛星との間でそれぞれが保有する上記乱数Ｒn(k)と上記ＲST間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数Ｒを生成してこれを共有する地上リンクステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
上述した構成からなる本発明によれば、他の航空機から送信されてくる無線信号を複数の無人航空機を介して伝送する上で、上空を飛行する他の航空機から発信された指向性を有する無線信号を受信可能な範囲まで複数の無人航空機を互いに接近し、無線信号を受信した後に上記範囲から逸脱して互いに離間して飛行する。
【００２６】
これにより、仮に地上局が分散していたとしても、衛星と複数の地上局との間で複数の無人航空機を中継することで、個々の地上局まで無人航空機が飛行することが可能となり、これらと漏れなく暗号通信を行うことが可能となる。上述した構成からなる本発明によれば、衛星と各地上局においてそれぞれが保有する乱数は、初期乱数を基調として生成されたものであるから、互いに共通しているビットが存在することは勿論であり、互いに連関性の高い乱数列となっている。このため、メタデータの簡単な送受信を通じて互いに共通するビットを見つけ出して共通の乱数を互いに作り出すことが可能となる。このため、衛星と地上局とは、共通の乱数を暗号鍵としたワンタイムパット暗号を作成して送受信することにより、情報理論的安全性を保証した暗号通信を行うことができる。特に衛星側において初期乱数生成部を介して初期乱数を無限に作り出すことができるため、これが枯渇してしまう虞も無くなる。衛星は一度打ち上げてしまうと途中で乱数の補充が殆ど不可能となるが、本発明によれば、衛星から作り出した初期乱数に基づいて、衛星と各地上局との間で互いに共通の暗号鍵としての新しい乱数を継続的に作り出すことが可能となる。更に本発明によれば各リンク間における暗号通信を、上述した物理レイヤ暗号を用いることでシステム全体につき完全に情報理論的安全性を保証し得るワンタイムパッド暗号に基づく暗号通信を続けることが可能となる。更に衛星は、地上に張り巡らされた複数の地上局との間でいわゆる１対多のワンタイムパッド暗号に基づく暗号通信を継続することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用した暗号鍵共有システムの全体構成を示す図である。
【図２】衛星のシステム構成を示す図である。
【図３】大型航空機のシステム構成を示す図である。
【図４】無人航空機のシステム構成を示す図である。
【図５】成層圏リンクにおける処理動作方法について説明するための図である。
【図６】高高度リンクにおける処理動作方法について説明するための図である。
【図７】低高度リンクに移行した場合における第１の無人航空機層の各無人航空機の飛行動作について説明するための図である。
【図８】低高度リンクにおける処理動作方法について説明するための図である。
【図９】地上リンクに移行した場合における第２の無人航空機層の各無人航空機の飛行動作について説明するための図である。
【図１０】各地上局において生成するメタデータについて説明するための図である。
【図１１】各地上局から最終メタデータを中央基地局を介して衛星に送信する例について説明するための図である。
【図１２】衛星から全ての地上局に対して最終メタデータをブロードキャストすることにより送信する例を示す図である。
【図１３】本発明を地上又は地上付近におけるワイヤレス暗号通信に適用する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を適用した暗号鍵共有システムを実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００２９】
図１は、本発明を適用した暗号鍵共有システム１の全体構成を示している。暗号鍵共有システム１は、衛星２と、衛星２よりも低高度を飛行する大型航空機３と、大型航空機３よりも低高度を飛行する１階層以上からなる無人航空機層４と、複数の地上局５と、各地上局５に接続されている中央基地局６を備えている。この暗号鍵共有システム１は、衛星２と各地上局５との間で情報理論的安全性を保証し得るワンタイムパッド暗号を行う上で必要となる共通の暗号鍵を共有させることを目的としている。
【００３０】
衛星２は、地球の自転周期と一致する軌道周期をもつ地球周回軌道としての対地同期軌道（GEO：Geostationary Earth Orbit）を周回し、或いは地上高約５００〜２０００ｋｍに位置する軌道上にあって地球の自転周期とは無関係に回る低軌道（LEO: Low Earth Orbit)等を周回する人工衛星である。この衛星２は、いかなる用途に基づいて打ち上げられたものであってもよい。図２は、衛星２のシステム構成を示している。衛星２は、初期乱数生成部２１と、初期乱数生成部２１に接続された符号化処理部２２と、符号化処理部２２に接続された衛星通信部２３とを備えている。
【００３１】
初期乱数生成部２１は、暗号通信に必要となる暗号鍵としての乱数をランダムに生成する乱数源である。この初期乱数生成部２１により生成される初期乱数を以下、乱数Ｒ0という。以下の説明において、初期乱数生成部２１は、暗号鍵用の物理乱数列としての乱数Ｒ0を生成する場合を例にとり説明をするが、これに限定されるものではなく、暗号化に使用される暗号鍵用の乱数列であればいかなるものであってもよい。初期乱数生成部２１は、生成した乱数Ｒ0を符号化処理部２２へ出力する。
【００３２】
符号化処理部２２は、初期乱数生成部２１から送られてきた乱数Ｒ0に対して誤り訂正や盗聴者への漏洩を防ぐための適切な符号化を施す。即ち、この符号化処理部２２は、地上局５と共有するための暗号鍵のベースとなる乱数Ｒ0を平文とし、これに対して適切な暗号化処理を施し、これを衛星通信部２３へと送信する。なお、この符号化処理部２２において施される暗号化処理は、情報理論的安全性を担保できる従来のいかなる暗号化方法に基づくものであってもよい。
【００３３】
衛星通信部２３は、符号化処理部２２から送られてきた符号化された乱数Ｒ0を電波やレーザ光等に重畳させることで無線信号化し、これを成層圏又は対流圏を飛行する大型航空機３に向けて送信する。また衛星通信部２３は、大型航空機３や中央基地局６から送信されてくる電波やレーザ光からなる無線信号を受信する。
【００３４】
大型航空機３は、旅客機、輸送機、軍用機、各種観測機等の有人又は無人の航空機である。この大型航空機３は、実際に大型である場合に限定されるものではなく小型の航空機も含まれる概念であるが、成層圏又は対流圏を飛行し、衛星２との間で電波又はレーザ光に重畳された無線信号を送受信する。
【００３５】
大型航空機３は、図３に示すように、飛行制御部３０に基づいて飛行し、これ以外に衛星通信部３１と、衛星通信部３１に接続された符号化復号化部３２と、符号化復号化部３２に接続された無線通信部３３とを備え、更にこの符号化復号化部３２に接続された演算処理部３４を備えている。また飛行制御部３０及び演算処理部３４に接続された監視カメラ３５を更に備えている。
【００３６】
衛星通信部３１は、衛星２から送られてくる無線信号を受信し、これを符号化復号化部３２へ送信する。衛星通信部３１は、符号化復号化部３２から送られてくる信号を電波又はレーザ光に重畳させ、これを衛星２に向けて送信する。
【００３７】
符号化復号化部３２は、衛星通信部３１や無線通信部３３から送信されてくる信号を復号化した上で、これを演算処理部３４へ送信する。また符号化復号化部３２は、演算処理部３４から送られてきた乱数列に対して誤り訂正や盗聴者への漏洩を防ぐための適切な符号化、暗号化処理を施し、これを無線通信部３３へ送信する。
【００３８】
演算処理部３４は、符号化復号化部３２からの乱数列等の信号を解読するとともに、各種制御を施す。
【００３９】
無線通信部３３は、符号化復号化部３２からの乱数列を電波やレーザ光等に重畳させることで無線信号化し、これを無人航空機層４に向けて送信する。無線通信部３３は、無人航空機層４から送信されてくる電波やレーザ光からなる無線信号を受信する。
【００４０】
監視カメラ３５は、撮影方向を通信路側に向けて撮像を行うことにより、通信路の視野確認を行う。監視カメラ３５による撮像データは、飛行制御部３０や演算処理部３４に送られて各種判断に利用される。
【００４１】
無人航空機層４は、図１に示すように高高度から順に第１の無人航空機層４−１、第２の無人航空機層４−２が割り当てられている。但し、この無人航空機層４は、少なくとも１層で構成されていればよく、また３層以上に亘って割り当てられるものであってもよい。以下の例では、この無人航空機層４−１、４−２の２層で構成されている場合を例にとり説明をする。
【００４２】
無人航空機層４−１、４−２には、それぞれ複数の無人航空機４０が配置されることとなる。ここでいう無人航空機４０は、いわゆる小型でかつ無人飛行が可能な航空機であり、代表的なものとしてはドローン（マルチコプター）であるが、これに限定されるものでは無く、無人ヘリコプター等で具現化されるものであってもよい。
【００４３】
最も高高度に位置する第１の無人航空機層４−１に割り当てられている無人航空機４０−１は、自身よりも高高度を飛行する大型航空機３との間で各種情報の送受信を行う。また無人航空機４０−１は、自身よりも低高度を飛行する第２の無人航空機層４−２における無人航空機４０−２との間で各種情報の送受信を行う。また、第２の無人航空機層４−２に割り当てられている無人航空機４０−２は、自身よりも高高度を飛行する第１の無人航空機層４−１における無人航空機４０−１との間で各種情報の送受信を行う。また無人航空機４０−２は、地上局５との間で各種情報の送受信を行う。
【００４４】
図４は、無人航空機４０を制御するための制御ユニット４５のブロック構成を示している。制御ユニット４５は、接続されたバッテリー４４から電力が供給され、フライトコントローラ５０を中心とし、これに対してそれぞれ接続されている符号化復号化部５２、無線通信部５１、ＥＳＣ（Electronic Speed Controller）５４とを備えている。
【００４５】
無人航空機４０は、複数個のローターを回転させることにより浮力を得ることができる。このローターは、ローター用モーター４２の回転に基づき回転させることが可能となる。ローター用モーター４２は、バッテリー４４から供給されてくる電力に基づいて回転動作可能とされている。ローター用モーター４２を回転させることによりローターを回転させることができ、無人航空機４０を即座に垂直方向に向けて上昇させ又は下降させることができ、或いはその場で静止させることも可能となる。また、無人航空機４０を前後左右に移動させる場合は、進行方向のローター用モーター４２の回転数を下げ、進行方向とは反対側のローター用モーター４２の回転数を上げる。これにより、無人航空機４０は進行方向に対して前かがみの姿勢となり、進行方向に移動することが可能となる。また、ローター用モーター４２の回転方向による出力の調整を行うことで、無人航空機４０自体を回転させることも可能となる。これらローター用モーター４２の回転数の制御は、制御ユニット４５におけるフライトコントローラ５０による制御の下でＥＳＣ５４を介して行われる。
【００４６】
無線通信部５１は、大型航空機３や他の無人航空機４０、更には地上局との間で無線通信を行う上で必要な周波数変換やその他各種変換処理を行い、電気信号を電波に変換し、或いは電波を電気信号に変換するアンテナも含まれる。また無線通信部５１は、レーザ光を電気信号に変換し、或いは電気信号をレーザ光に変換する変換器も含まれる。この無線通信部５１は、外部から送信されてきた電波やレーザ光に重畳されてきた信号を電気信号に変換した上で符号化復号化部５２へ出力する。またこの無線通信部５１は、符号化復号化部５２から送信されてきた信号を電波やレーザ光に重畳させて外部へと発信する。
【００４７】
符号化復号化部５２は、無線通信部５１から送信されてくる信号を復号化した上で、これをフライトコントローラ５０へ送信する。また符号化復号化部５２は、フライトコントローラ５０から送られてきた乱数列に対して誤り訂正や盗聴者への漏洩を防ぐための適切な符号化、暗号化処理を施し、これを無線通信部５１へ送信する。
【００４８】
フライトコントローラ５０は、制御部５７と、この制御部５７に接続されている飛行制御センサ群５５及びＧＰＳ受信部５６とを備えている。
【００４９】
制御部５７は、全ての構成要素を制御するためのいわゆる中央演算ユニットである。この制御部５７は、図示しないメモリに記憶されているプログラムを読み出して各種動作を行うための命令を各構成要素に対して通知する。例えばメモリに記憶されているプログラムが無人航空機４０における暗号化処理方法や飛行方法に関するものであれば、これに基づいて暗号化処理を行ったり、或いは飛行するための各種命令を静止して各構成要素に送信する。
【００５０】
飛行制御センサ群５５は、少なくとも加速度センサ、角速度センサ、気圧センサ（高度センサ）、地磁気センサ（方位センサ）に加え、飛行高度を検出するための高度計、風速や風向を検出するための風向風速計、機体の傾斜角度や傾斜方向を検出するための加速度センサ、ジャイロセンサ等を始めとした各種センサで構成されている。飛行制御センサ群５５は、検知した各データを制御部５７へ送信する。
【００５１】
ＧＰＳ受信部５６は、人工衛星から送られてくる衛星測位信号に基づいて無人航空機４０の飛行時における現時点の位置情報をリアルタイムに取得する。ＧＰＳ受信部５６は、取得した位置情報を制御部５７へ送信する。
【００５２】
なお上述した構成要素のうち、フライトコントローラ５０、ＥＳＣ５４等は何れもバッテリー４４に接続されており、電力が供給される。
【００５３】
地上局５は、地上に点在している無線通信用の基地局である。地上局５は、地上において完全に固定されている基地局に限定されるものではなく、車両等に搭載されている移動自在型の基地局も含まれる。この地上局５は、第２の無人航空機層４−２における無人航空機４０との間で無線通信が可能な構成とされている。また各地上局５に接続されている中央基地局６は、衛星２との間で衛星通信を可能とする。
【００５４】
次に上述した構成からなる暗号鍵共有システム１による暗号鍵共有の処理動作方法について説明をする。暗号鍵共有の処理動作は、図１に示すように衛星２と大型航空機３との間で行われる成層圏リンク、大型航空機３と第１の無人航空機層４−１との間で行われる高高度リンク、第１の無人航空機層４−１と第２の無人航空機層４−２との間で行われる低高度リンク、第２の無人航空機層４−２と地上局５との間で行われる地上リンクに分類できる。
【００５５】
成層圏リンクでは、衛星２から発信された初期乱数Ｒ0に基づいて大型航空機３との間で共通の乱数ＲSTを生成し、高高度リンクでは、大型航空機３から発信されたＲSTに基づいて第１の無人航空機層４−１との間で共通の乱数ＲHAを生成する。また低高度リンクでは、第１の無人航空機層４−１から発信されたＲHAに基づいて第２の無人航空機層４−２との間で共通の乱数ＲLAを生成し、地上リンクでは、第２の無人航空機層４−２から発信されたＲLAに基づいて各地上局５と、衛星２の間で共通の乱数Ｒを生成する。この地上局５が当初において第２の無人航空機層４−２から取得する乱数Ｒ´は、あくまで初期乱数Ｒ0を原形としたものであるところ、生成した乱数ＲST、ＲHA、ＲLA、Ｒ´は互いに連関している割合が高い。地上局５は、中央基地局６を介して衛星２とメタデータを送受信し、それぞれが保有し、しかも互いに連関している割合が高い乱数ＲST、Ｒ´とから共通の乱数Ｒを作り出し、これを暗号鍵として共有させる。
【００５６】
以下、成層圏リンクから順に処理動作を説明する。成層圏リンクでは、先ず図５に示すように大型航空機３は、衛星２との通信路につき、通信路特性評価を行う。この通信路特性評価では、例えば大型航空機３における監視カメラ３５を使用し、衛星２への通信路の視野確認を行うと共に、衛星２との間に不審な盗聴飛行体等が飛行していないこと確認する。また、この通信路特性評価において、大型航空機３は、例えば衛星通信部３１を介してプローブ信号を通信路に向けてプローブ信号を送信するようにしてもよい。このプローブ信号を通じて通信路特性を推定すると共に、過去のプローブ信号による通信特性の評価データと比較することで特性評価を行うようにしてもよい。
【００５７】
このような通信路特性評価を通じて、大型航空機３と衛星２との間に盗聴飛行体が存在しないこと、或いは盗聴飛行体が存在していたとしてもこれが通信路から相当離れていることを確認した後、衛星２は、初期乱数Ｒ0を生成する。初期乱数Ｒ0の生成は、初期乱数生成部２１において行い、符号化処理部２２に送られた後に誤り訂正等が施される。このとき、この成層圏リンクにおいては、平文としての初期乱数Ｒ0につき、情報理論的安全性を担保できる従来のいかなる暗号化技術により暗号文化してもよい。暗号化された初期乱数Ｒ0は、衛星通信部２３を介して大型航空機３へと送信される。
【００５８】
大型航空機３に向けて送信された乱数Ｒ0を平文として含む暗号文からなるデータは、大型航空機３における衛星通信部３１により受信され、符号化復号化部３２において復号化される。ここで大型航空機３によって受信され復号化されることで得られた乱数を乱数Ｒ0´とする。この乱数Ｒ0´は、初期乱数Ｒ0と完全に同一である場合もあるが、無線通信の環境に応じて必ずしも同一にならない場合もある。
【００５９】
この成層圏リンクにおいて初期乱数Ｒ0を送信する過程で、例えば物理レイヤ暗号により暗号化するようにしてもよい。物理レイヤ暗号としては、秘匿メッセージ伝送と秘密鍵交換の２つの方式から適宜適切なものを選択して使用するようにしてもよい。
【００６０】
秘匿メッセージ伝送では、一の通信路で一方向にメッセージを伝送する方式である。通信路が比較的良好な場合、換言すれば正規受信者としての大型航空機３のＳＮ比が、盗聴者８３のＳＮ比より勝っていると判断できる場合に利用する。かかる場合は、大型航空機３により小さな誤り率で初期乱数Ｒ0のデータを受信できると仮定できる。
【００６１】
秘匿メッセージ伝送を採用する場合、衛星２から大型航空機３に向けて一方向に初期乱数Ｒ0を伝送する。このとき衛星２は、より確実な伝送を行うため、初期乱数Ｒ0のコピーを複数用意し、これらをインターリーブにより大型航空機３に向けて伝送するようにしてもよい。大型航空機３における符号化復号化部３２では、誤り訂正を施した後、複数の乱数を得ることが可能となる。そのうちの一つが乱数Ｒ0´となる。
【００６２】
初期乱数Ｒ0と乱数Ｒ0´とが互いに相違している可能性があることから、これらとの間で整合を取るため、衛星２と大型航空機３とは図５に示すように互いに共通の乱数ＲSTを得るための処理動作を実行する。
【００６３】
秘匿メッセージ伝送では、初期乱数Ｒ0と乱数Ｒ0´との間で互いに相違しているビットを破棄する、いわゆる残留誤りの刈り取りを行うことで共通の乱数ＲSTを抽出するようにしてもよい。衛星２と大型航空機３とは、これらのネゴシエーションを、公開通信路を介して行うようにしてもよい。かかる場合には、衛星２と大型航空機３との間で何番目のビット位置が共通しているか、或いは相違しているか等、互いのデータの連関性を互いに確認し合うようにしてもよい。これら衛星２と大型航空機３との間で行われるネゴシエーションの例としては、何番目のビット位置を使用するか、何番目のビットをいかに平均化するとどの程度の誤りが生じるか等、互いの連関性に関する情報のみの送受信に終始し、公開された通信路上で決して乱数Ｒ0、Ｒ0´を開示又は示唆することなく、断片的な属性情報のみで互いの連関性を確認し合うものとする。これにより、このようなビット位置の送受信のみでは具体的な初期乱数Ｒ0、乱数Ｒ0´の数値が外部に漏れることも無くなる。
【００６４】
これらの確認を通じて、大型航空機３における演算処理部３４が最終的に乱数Ｒ0´の中から残すビット位置、廃棄するビット位置を決定する。この残すビット位置が初期乱数Ｒ0と共通するものであり、廃棄するビット位置が初期乱数Ｒ0と相違しているものと考えられるものである。大型航空機３は、衛星２に対して、何番目のビット位置を廃棄するかを公開通信路を介して通知し、衛星２は、通知されたビット位置にあるビットを廃棄する。同様に大型航空機３は、衛星２に廃棄するものとして通知したビット位置にあるビットを廃棄する。その結果、衛星２と大型航空機３には、互いに共通の暗号鍵としての乱数ＲSTが残ることとなる。なお正規受信者としての大型航空機３のＳＮ比が、盗聴者８３のＳＮ比より勝っている状態をうまく作り出すためには、衛星２と大型航空機３間の距離を測定し、或いは事前に通信距離を規定し、これら距離について大型航空機３における衛星通信部３１において予め規定されたエラーレートとなるように衛星２の衛星通信部２３の信号強度を調整するようにしてもよい。
【００６５】
ところで、通信路が比較的劣悪な場合で、大型航空機３における受信データの誤り率が大きく、上述した秘匿メッセージ伝送では、劣悪な通信環境の下で互いに相違するビット位置が多すぎ、初期乱数Ｒ0からかなりのビット位置を廃棄して暗号鍵としての乱数ＲSTを抽出しなければならない。その結果、共通の暗号鍵としての乱数ＲSTのサイズが初期乱数Ｒ0よりも大きく減ってしまう。特に通信路の条件によっては、共通の暗号鍵としての乱数ＲSTを共有できなくなってしまう場合もある。
【００６６】
このため通信路が比較的劣悪な場合、盗聴者８３のＳＮ比が、正規受信者の大型航空機３のＳＮ比よりも優れていると判断される場合には、物理レイヤ暗号における秘密鍵交換を行う。この秘密鍵交換では、乱数を共有する通信路の他に、鍵蒸留のための公開通信路を用意する。この乱数を共有する通信路と、鍵蒸留のための公開通信路を適宜組み合わせることにより、情報理論的安全性を確保した暗号鍵を生成する。
【００６７】
この秘密鍵交換による方式は、逆に盗聴者８３のＳＮ比が、正規受信者の大型航空機３のＳＮ比よりも劣っている場合においても勿論採用可能である。しかしながら、この秘密鍵交換による方式では、上述したように乱数を共有する通路以外に、公開通信路をもう一つ用意する必要があるため、消費電力や通信時間を余計に消費する。このため、何れのかの方式を選択する際には、秘匿メッセージ伝送の優先度を高くし、盗聴者８３のＳＮ比が、正規受信者の大型航空機３のＳＮ比よりも優れている場合のみ秘密鍵交換による方式を選択することが望ましい。
【００６８】
この秘密鍵交換では、衛星２側から上述と同様に初期乱数Ｒ0を送信メッセージ（平文）とみなし、誤り訂正や盗聴者への漏洩を防ぐための適切な符号化を施して大型航空機３へ送信する。大型航空機３によって取得された乱数Ｒ0´に更に適切な鍵蒸留処理を施す。その結果、この鍵蒸留のステップにおいても同様に公開通信路上で決して乱数Ｒ0、Ｒ0´を開示又は示唆することなく、断片的な連関性を示す情報のみで確認し合うものとする。これにより、具体的な初期乱数Ｒ0、乱数Ｒ0´の数値が外部に漏れることも無く、互いに共通の乱数ＲSTを生成することが可能となる。
【００６９】
なお、上述した物理レイヤ暗号を採用した結果、共通の暗号鍵の乱数ＲSTのサイズが初期乱数Ｒ0のサイズより大きく減ってしまった場合、換言すれば乱数ＲSTのサイズ（鍵長）ＬSTに対して、それより短い鍵長Ｌ0´しか鍵蒸留できない場合、以下に説明する手法によりＬST／Ｌ0´倍に鍵拡張する手段を実装させるようにしてもよい。この鍵拡張では初期乱数Ｒ0からランダムシャッフルして別の乱数Ｒｓ1を生成する手順と、さらに乱数Ｒｓ1から同様な処理でＲｓ2…を順次生成する。そして生成した乱数Ｒｓ1からＲｓXまでを順次繋げて必要とされるサイズＬSTまで拡張することで鍵拡張するようにしてもよい。このとき、ランダムシャッフルを行うのではなく、その場で生成した乱数を用いて簡単な演算によってＬST／Ｌ0´倍の鍵拡張を行うようにしてもよい。
【００７０】
また、この成層圏リンクにおいて、当初に行った通信路特性評価結果を、物理レイヤ暗号のパラメータに反映させるようにしてもよい。この反映させるパラメータの例としては、誤り訂正の冗長性、符号長、メッセージレート、秘匿性増強の圧縮率等である。
【００７１】
衛星２及び大型航空機３は、上述のようにして成層圏リンクで生成した共通の乱数ＲSTをそれぞれ保持しておく。大型航空機３は、この生成した乱数ＲSTを利用し、以下に説明する高高度リンクへ移行する。
【００７２】
高高度リンクに移行した場合、図６に示すように第１の無人航空機層４−１における複数の各無人航空機４０−１は、大型航空機３からの乱数列が重畳されたレーザ光や電波等の信号がブロードキャスト可能な範囲まで互いに接近する。この信号は、図６に示すように何れかの方向に向けて指向性を持たせた状態で発信されることが前提である。かかる場合には、大型航空機３もこれら各無人航空機４０−１が待機する高度付近まで高度を下げるべく降下する。このとき、各無人航空機４０−１も大型航空機３により近づくために高度を上げるようにしてもよい。
【００７３】
このとき、大型航空機３からブロードキャストされるレーザ光や電波は、放射角度が広い場合には、他の盗聴者８３の飛行体に捕捉されてしまう可能性が高くなる。このため、大型航空機３からブロードキャストするレーザ光のビームを極力絞り、或いは電波の指向性を極力絞ることで、無人航空機４０−１が信号を受信可能ないわゆるセキュアゾーンからなる範囲を形成させる。実際に大型航空機３からブロードキャストされるビーム等を絞った場合においても、無人航空機４０−１としてドローンを使用するものであれば、複数の無人航空機４０−１を例えば直径１０ｍ程度のセキュアゾーンの領域においても互いに近接させた状態でほぼ停留させつつ飛行させることが可能となる。
【００７４】
この高高度リンクにおいても、大型航空機３及び／又は無人航空機４０−１は、通信路につき、通信路特性評価を行う。この通信路特性評価では、例えば大型航空機３における監視カメラ３５や、無人航空機４０−１の飛行制御センサ群５５を使用し、互いの通信路の視野確認を行うと共に、不審な盗聴飛行体等が飛行していないこと確認する。また、この高高度リンクにおける通信路特性評価において、プローブ信号を介して通信路特性を評価するようにしてもよい。
【００７５】
このような通信路特性評価を通じて、大型航空機３と複数の無人航空機４０−１間に盗聴飛行体が存在しないこと、或いは盗聴飛行体が存在していたとしてもこれが通信路から相当離れていることを確認した後、大型航空機３は、生成したＲSTを平文として、これを符号化復号化部３２にて符号化、暗号化し、無線通信部３３を介してセキュアゾーン内にある複数の無人航空機４０−１に対してブロードキャストする。このブロードキャストは、無線通信部３３からセキュアゾーンにある複数の無人航空機４０−１に対して信号をワイヤレス送信するものであればいかなる概念も含まれるものである。なお通信路特性評価結果に応じて乱数を送信するか否かの判断を行う場合に限定されるものではなく、当該工程は省略するようにしてもよい。
【００７６】
複数の無人航空機４０−１に向けてブロードキャストされた乱数ＲSTを平文として含む暗号文からなるデータは、各無人航空機４０−１における無線通信部５１により受信され、符号化復号化部５２において復号化される。ここで各無人航空機４０−１によって受信され復号化されることで得られた乱数を乱数ＲST(n)とする。この乱数ＲST(n)は、乱数ＲSTと完全に同一である場合もあるが、無線通信の環境に応じて必ずしも同一にならない場合もある。また、複数の無人航空機４０−１間でも互いに通信環境が異なる場合もあることから、各無人航空機４０−１間においても受信した乱数ＲST(n)が互いに相違する場合がある。以下、ｋ個の無人航空機４０−１が受信した乱数を、それぞれＲST(1)、ＲST(2)、ＲST(3)、・・・・、ＲST(k)とする。
【００７７】
この高高度リンクにおいて乱数ＲSTを送信する過程で、情報理論的安全性を担保できるいかなる暗号化方式に基づいて暗号化されていてもよいが、例えば物理レイヤ暗号により暗号化にしてもよい。物理レイヤ暗号としては、正規受信者の無人航空機４０−１のＳＮ比と、盗聴者８３のＳＮ比とに基づいて、秘匿メッセージ伝送と秘密鍵交換の２つの方式から適宜適切なものを選択して使用するようにしてもよい。
【００７８】
秘匿メッセージ伝送では、正規受信者としての無人航空機４０−１のＳＮ比が、盗聴者８３のＳＮ比より勝っていると判断できる場合に利用する。
【００７９】
秘匿メッセージ伝送を採用する場合、大型航空機３から無人航空機４０−１に向けて一方向に乱数ＲSTを伝送する。このとき大型航空機３は、より確実な伝送を行うため、乱数ＲSTのコピーを複数用意し、これらをインターリーブにより無人航空機４０−１に向けて伝送するようにしてもよい。無人航空機４０−１における符号化復号化部５２では、誤り訂正を施した後、それぞれ乱数ＲST(1)、ＲST(2)、ＲST(3)、・・・・、ＲST(k)を得ることが可能となる。
【００８０】
乱数ＲSTと乱数ＲST(1)、ＲST(2)、ＲST(3)、・・・・、ＲST(k)とは互いに連関性がある程度存在しつつも、互いに相違している可能性があることから、これらとの間で整合を取るため、大型航空機３と、各無人航空機４０−１は、図６に示すように互いに共通の乱数ＲHAを得るための処理動作を実行する。
【００８１】
この秘匿メッセージ伝送では、インターリーブされた乱数ＲSTの複数のコピーを復元した後、残留誤りの刈り取りを行い、乱数データを抽出する。但し、複数の無人航空機４０−１間で互いに通信路特性が相違することにより、実際に各無人航空機４０−１が取得できる乱数データは、乱数ＲST(1)、ＲST(2)、ＲST(3)、・・・・、ＲST(k)となる。大型航空機３と各無人航空機４０−１は、乱数ＲSTと、乱数ＲST(1)、ＲST(2)、・・・・、ＲST(k)との間で互いに連関性を確認しあうことにより、共通する乱数のサブセットＲHAを得るためのネゴシエーションを行う。このネゴシエーションは公開通信路におけるメタデータＤHAの送受信を介して行う。送受信するメタデータＤHAには、何番目のビット位置を使用するか、何番目のビットをいかに平均化するとどの程度の誤りが生じるか等、互いのデータの連関性に関する情報のみを含ませることにより、公開された通信路上で決して乱数ＲST、ＲST(n)を開示又は示唆することなく、断片的な連関性に関する情報のみで確認し合うものとする。これにより、具体的な乱数ＲST、ＲST(n)の数値が外部に漏れることも無くなる。
【００８２】
大型航空機３では、これら各無人航空機４０−１から送られてきたメタデータＤHAに基づいて、乱数ＲSTと全ての無人航空機４０−１における乱数ＲST(1)、ＲST(2)、ＲST(3)、・・・・、ＲST(k)との間で互いに共通するビット位置を判定する。そして、この判定したビット位置に関する情報を新たに盛り込んだメタデータＤHAを生成し、これを各無人航空機４０−１に対して送信する。このメタデータＤHAを受信した各無人航空機４０−１は、当該メタデータＤHAに記述されている互いに共通するビット位置（残すビット位置）、又は廃棄するビット位置の情報に基づき、ビットの廃棄を行う。同様に大型航空機３は、互いに共通するビット位置にあるビットを残し、それ以外のビット位置にあるビットを廃棄する。これにより、大型航空機３と、全ての無人航空機４０−１との間で、互いに共通の暗号鍵としての乱数データＲHAが生成されることとなる。
【００８３】
なお正規受信者としての無人航空機４０−１のＳＮ比が、盗聴者８３のＳＮ比より勝っている状態をうまく作り出すためには、大型航空機３と無人航空機４０−１間の距離を測定し、或いは事前に通信距離を規定し、これら距離について無人航空機４０−１における無線通信部５１において予め規定されたエラーレートとなるように大型航空機３の無線通信部３３の信号強度を調整するようにしてもよい。
【００８４】
また、この高高度リンクにおいても、通信路が比較的劣悪な場合、盗聴者８３のＳＮ比が、正規受信者の無人航空機４０−１のＳＮ比よりも優れていると判断される場合には、物理レイヤ暗号における秘密鍵交換を行う。この秘密鍵交換では、大型航空機３側から上述と同様に乱数ＲSTを送信メッセージ（平文）とみなし、誤り訂正や盗聴者への漏洩を防ぐための適切な符号化を施して無人航空機４０−１へ送信する。各無人航空機４０−１は、取得した乱数ＲST(1)、ＲST(2)、・・・・、ＲST(k)に対して鍵蒸留処理を施す。その結果、この鍵蒸留のステップにおいても同様に公開通信路上で決して乱数ＲST、ＲST(n)を開示又は示唆することなく、メタデータＤHAを介して断片的な属性情報のみで確認し合うものとする。これにより、このようなビット位置の送受信のみでは具体的な乱数ＲST、ＲST(n)の数値が外部に漏れることも無く、互いに共通の乱数ＲHAを生成することが可能となる。
【００８５】
なお、この高高度リンクにおける物理レイヤ暗号の説明において、その他の処理動作方法は何れも成層圏リンクにおいて説明した方法を適用してもよいことは勿論である。
【００８６】
大型航空機３及び各無人航空機４０−１は、上述のようにして高高度リンクで生成した共通の乱数ＲHAをそれぞれ保持しておく。無人航空機４０−１は、この生成した乱数ＲHAを利用し、以下に説明する低高度リンクへ移行する。
【００８７】
低高度リンクに移行した場合、図７に示すように第１の無人航空機層４−１における複数の各無人航空機４０−１は、高高度リンクにおいて設定されたセキュアゾーンの範囲からそれぞれ逸脱し、互いに離間して第２の無人航空機層４−２の飛行高度まで降下する。その代わりに第２の無人航空機層４−２における無人航空機４０−２は、第１の無人航空機層４−１の飛行高度まで上昇するようにしてもよい。また無人航空機４０−１が降下するとともに、無人航空機４０−２が上昇するようにしてもよい。
【００８８】
複数の無人航空機４０−１はそれぞれ低高度における各空域に分かれて降下する。低高度にある第２の無人航空機層４−２には、各空域につい複数の無人航空機４０−２が飛行しているものとする。各空域まで降下した各無人航空機４０−１に対して複数の無人航空機４０−２が予め割り当てられているものとする。この各空域における複数の無人航空機４０−２は、無人航空機４０−１からの乱数列が重畳されたレーザ光や電波等の信号がブロードキャスト可能な範囲まで互いに接近する。
【００８９】
無人航空機４０−１からブロードキャストされるレーザ光や電波は、放射角度をより絞り込むことでセキュアゾーンを形成し、複数の無人航空機４０−２をこの狭領域に形成されたセキュアゾーンの領域においても互いに近接させた状態で停留させつつ飛行させる。上述したブロードキャストは、セキュアゾーンにある複数の無人航空機４０−２に対して信号をワイヤレス送信するものであればいかなる概念も含まれるものである。このワイヤレス送信される信号は、図８に示すように何れかの方向に向けて指向性を持たせた状態で発信されることが前提である。
【００９０】
この低高度リンクにおいても、無人航空機４０−１及び／又は無人航空機４０−２は、図８に示すように通信路につき、通信路特性評価を行う。この通信路特性評価方法は、高高度リンクと同様である。
【００９１】
通信路特性評価を通じて、無人航空機４０−１と複数の無人航空機４０−２間に盗聴飛行体が存在しないこと等を確認した後、無人航空機４０−１は、生成したＲHAを平文として、これを符号化復号化部５２にて符号化、暗号化し、無線通信部５１を介してセキュアゾーン内にある複数の無人航空機４０−２に対してブロードキャストする。
【００９２】
複数の無人航空機４０−２に向けてブロードキャストされた乱数ＲHAを平文として含む暗号文からなるデータは、各無人航空機４０−２における無線通信部５１により受信され、符号化復号化部５２において復号化される。ここで各無人航空機４０−２によって受信され復号化されることで得られた乱数を乱数ＲHAk(n)とする。この乱数ＲHAk(n)は、乱数ＲHAと完全に同一である場合もあるが、無線通信の環境に応じて必ずしも同一にならない場合もある。また、複数の無人航空機４０−２間でも互いに通信環境が異なる場合もあることから、各無人航空機４０−２間においても受信した乱数ＲHAk(n)が互いに相違する場合がある。以下、ｋ個の無人航空機４０−２が受信した乱数を、それぞれＲHAk(1)、ＲHAk(2)、・・・・、ＲHAk(k)とする。
【００９３】
この低高度リンクにおいて乱数ＲHAを送信する過程では、情報理論的安全性を担保できるいかなる暗号通信方法を適用してもよいが、例えば物理レイヤ暗号により暗号化にしてもよい。物理レイヤ暗号としては、正規受信者の無人航空機４０−２のＳＮ比と、盗聴者８３のＳＮ比とに基づいて、秘匿メッセージ伝送と秘密鍵交換の２つの方式から適宜適切なものを選択して使用するようにしてもよい。秘密メッセージ伝送と秘密鍵交換の具体的な方法は、高高度リンクと同様であるため説明は省略するが、何れの方式においても、無人航空機４０−１から送信した乱数ＲHAと各無人航空機４０−２が受信した乱数ＲHAk(1)、ＲHAk(2)、ＲHAk(3)、・・・・、ＲHAk(k)とが互いに連関しつつも、互いに相違している可能性があることから、これらとの間で整合を取るため、無人航空機４０−１と、各無人航空機４０−２は、図８に示すように互いに共通の乱数ＲLA(k)を得るための処理動作を実行する。この処理動作は、高高度リンクと同様に無人航空機４０−１と各無人航空機４０−２との間で互いに共通する乱数のサブセットＲLA(k)を得るため、互いに連関性を確認しあうためのネゴシエーションを行う。このネゴシエーションは公開通信路におけるメタデータＤLAkの送受信を介して行うようにしてもよい。送受信するメタデータＤLAkには、何番目のビット位置を使用するか、何番目のビットをいかに平均化するとどの程度の誤りが生じるか等、連関性に関する情報のみを含ませることにより、公開された通信路上で決して乱数ＲHA、ＲHAk(n)を開示又は示唆することなく、断片的な連関性に関する情報のみで確認し合うものとする。これにより、具体的な乱数ＲHA、ＲHAk(n)の数値が外部に漏れることも無くなる。
【００９４】
無人航空機４０−１には、その配下にある全ての無人航空機４０−２との間でネゴシエーションを行っており、或いはメタデータＤLAkを受信しているため、互いの乱数間の連関性を把握できているため、乱数ＲHAと全ての無人航空機４０−２における乱数ＲHAk(1)、ＲHAk(2)、ＲHAk(3)、・・・・、ＲHAk(k)との間で互いに共通するビット位置を判定することができる。そして、この判定したビット位置に関する情報を新たに盛り込んだメタデータＤHAk(k)を生成し、これを各無人航空機４０−２に対して送信する。このメタデータＤHAk(k)を受信した各無人航空機４０−２は、当該メタデータＤHAk(k)に記述されている互いに共通するビット位置（残すビット位置）、又は廃棄するビット位置の情報に基づき、ビットの廃棄を行う。同様に無人航空機４０−１は、互いに共通するビット位置にあるビットを残し、それ以外のビット位置にあるビットを廃棄する。これにより、無人航空機４０−１と全ての無人航空機４０−２との間で互いに共通の暗号鍵としての乱数データＲLA(k)が生成されることとなる。
【００９５】
なお正規受信者としての無人航空機４０−２のＳＮ比が、盗聴者８３のＳＮ比より勝っている状態をうまく作り出すためには、無人航空機４０−１と無人航空機４０−２間の距離を測定し、或いは事前に通信距離を規定し、これら距離について無人航空機４０−２における無線通信部５１において予め規定されたエラーレートとなるように無人航空機４０−１の無線通信部５１の信号強度を調整するようにしてもよい。
【００９６】
また、この低高度リンクにおいても、通信路が比較的劣悪な場合、盗聴者８３のＳＮ比が、正規受信者の無人航空機４０−２のＳＮ比よりも優れていると判断される場合には、物理レイヤ暗号における秘密鍵交換を行う。この秘密鍵交換の具体的な方法は、高高度リンクと同様である。
【００９７】
なお、この低高度リンクにおける物理レイヤ暗号の説明において、その他の処理動作方法は何れも成層圏リンク、高高度において説明した方法を適用してもよいことは勿論である。
【００９８】
各空域について、この無人航空機４０−１と複数の無人航空機４０−２との間で上述した処理を実行することにより、個々の空域における無人航空機４０−２において互いに共通の暗号鍵としての乱数データＲLA(k)が生成された状態となる。
【００９９】
無人航空機４０−１及び複数の無人航空機４０−２は、上述のようにして低高度リンクで生成した共通の乱数ＲLA(k)をそれぞれ保持しておく。各無人航空機４０−２は、この生成した乱数ＲLA(k)を利用し、以下に説明する地上リンクへ移行する。
【０１００】
地上リンクに移行した場合、図９に示すように第２の無人航空機層４−２における複数の各無人航空機４０−２は、低高度リンクにおいて設定されたセキュアゾーンの範囲からそれぞれ逸脱し、互いに離間して地上局５の飛行高度まで降下する。各無人航空機４０−２は、自身が管轄する地上局５がそれぞれ割り当てられている。このため、低高度リンクにおいて互いに近接していた複数の無人航空機４０−２は、互いに離散し、それぞれの管轄下にある地上局５へ飛行していくこととなる。なお、一の無人航空機４０−２に対して必ずしも一の地上局５が割り当てられている場合に限定されるものではなく、一の無人航空機４０−２に対して複数の地上局５が割り当てられるものであってもよい。
【０１０１】
各無人航空機４０−２は、乱数列を重畳させたレーザ光や電波等の信号がブロードキャスト可能な範囲まで互いに接近する。
【０１０２】
この地上リンクにおいても、無人航空機４０−２及び／又は地上局５は、通信路につき、通信路特性評価を行う。この通信路特性評価方法は、高高度リンク、低高度リンクと同様である。ちなみにこの地上リンクにおいて通信路特性評価を省略するようにしてもよい。
【０１０３】
通信路特性評価を通じて、無人航空機４０−２と地上局５間に盗聴飛行体が存在しないこと等を確認した後、無人航空機４０−２は、生成したＲLA(k)を平文として、これを符号化復号化部５２にて符号化、暗号化し、無線通信部５１を介して地上局５に対してブロードキャストする。このブロードキャストは、地上局５に対して信号をワイヤレス送信するものであればいかなる概念も含まれるものである。こ
【０１０４】
複数の無人航空機４０−２に向けてブロードキャストされた乱数ＲLA(k)を平文として含む暗号文からなるデータは、地上局５により受信され、復号化される。この地上リンクにおいて乱数ＲLA(k)を送信する過程で、例えば物理レイヤ暗号により暗号化するようにしてもよい。物理レイヤ暗号としては、正規受信者である地上局５のＳＮ比と、盗聴者８３のＳＮ比とに基づいて、秘匿メッセージ伝送と秘密鍵交換の２つの方式から適宜適切なものを選択して使用するようにしてもよい。秘密メッセージ伝送と秘密鍵交換の具体的な方法は、高高度リンクや低高度リンクと同様であるため説明は省略する。
【０１０５】
ここで各地上局５によって受信され復号化されることで得られた乱数を乱数Ｒn(k)とする。この乱数Ｒn(k)における上付の（ｋ）は、無人航空機４０−２の各空域に対応した番号である。また下付のｎは、それぞれの地上局５毎に割り当てられた番号である。ｋ個の各空域において、それぞれi個の地上局５が存在するとき、図１０に示すように、その乱数Ｒn(k)は、それぞれＲ1(1)、・・、Ｒi(1)、Ｒ1(2)、・・、Ｒi(2)、Ｒ1(k)、・・、Ｒi(k)となる。この乱数Ｒn(k)は、乱数ＲLA(k)と完全に同一である場合もあるが、無線通信の環境に応じて必ずしも同一にならない場合もある。また、地上局５間でも互いに通信環境が異なる場合もあることから、各地上局５間においても受信した乱数Ｒn(k)が互いに相違する場合がある。但し、これらＲ1(1)、・・、Ｒi(1)、Ｒ1(2)、・・、Ｒi(2)、Ｒ1(k)、・・、Ｒi(k)は、あくまで乱数ＲLA(k)に基づくものであるところ、少なくともある程度は互いに連関するものであり、また乱数ＲLA(k)に対しても連関するものである。
【０１０６】
各地上局５は、図１０に示すようにそれぞれメタデータを生成する。各地上局５においてＲ1(1)に応じたメタデータをＤ1(1)とし、Ｒ2(1)に応じたメタデータをＤ2(1)とし、Ｒi(1)に応じたメタデータをＤi(1)とし、Ｒn(k)に応じたメタデータをＤn(k)とする。地上局５は、図１１に示すように生成した各メタデータＤ1(1)、・・、Ｄi(1)、Ｄ1(2)、・・、Ｄi(2)、Ｄ1(k)、・・、Ｄi(k)を中央基地局６に送信する。これらメタデータＤn(k)も同様に、何番目のビット位置を使用するか、何番目のビットをいかに平均化するとどの程度の誤りが生じるか等の情報のみを含ませることにより、公開された通信路上で決して乱数Ｒn(k)を開示又は示唆することなく、断片的な属性情報のみで確認し合うものとする。また、中央基地局６においても同様に各地上局５に対してメタデータを送信することにより、互いに共通するビット位置を相互に確認しあう。中央基地局６は、全ての地上局からのメタデータＤn(k)を受信することができるため、全ての地上局５間において互いに共通するビットの位置や互いに相違するビットの位置等を把握することができる。
【０１０７】
中央基地局６は、図１１に示すように、これら全ての地上局５間から吸い上げたメタデータＤn(k)に基づいて、最終メタデータＤfinalを作成し、これを衛星２に向けて送信する。この最終メタデータＤfinalは、全ての地上局５において共通するビットの位置に関する情報が反映されたものであるが、具体的なデータの内容としては、上述と同様に何番目のビット位置を使用するか、何番目のビットをいかに平均化するとどの程度の誤りが生じるか等の互いの連関性に関する情報のみを含ませることにより、公開された通信路上で決して乱数Ｒn(k)を開示又は示唆しないようにする。
【０１０８】
衛星２は、このような最終メタデータＤfinalを衛星通信部２３を介して受信し、自身が保有している乱数データＲSTと照合する。最終メタデータＤfinalは、各地上局５が取得した乱数Ｒ1(1)、・・、Ｒi(1)、Ｒ1(2)、・・、Ｒi(2)、Ｒ1(k)、・・、Ｒi(k)との間で共通しているビットのビット位置が反映されている。このため衛星２は、この最終メタデータＤfinalを取得することにより、乱数データＲSTと各地上局５が取得した乱数Ｒ1(1)、・・、Ｒi(1)、Ｒ1(2)、・・、Ｒi(2)、Ｒ1(k)、・・、Ｒi(k)との間で共通しているビットのビット位置を確認することが可能となり、ひいては互いの連関性を確認することが可能となる。
【０１０９】
衛星２は、最後に地上局５に対して送信すべきメタデータＤfinal´を生成する。このメタデータＤfinal´は、ＲSTと各地上局５が取得した乱数Ｒ1(1)、・・、Ｒi(1)、Ｒ1(2)、・・、Ｒi(2)、Ｒ1(k)、・・、Ｒi(k)との間で共通しているビットのビット位置に関する情報が反映されている。このメタデータＤfinal´においても上述と同様に何番目のビット位置を使用するか、何番目のビットをいかに平均化するとどの程度の誤りが生じるか等の連関性に関する情報のみが含まれていることは勿論である。衛星２は、生成したメタデータＤfinal´に含ませた内容に基づいて乱数ＲSTから新たに乱数Ｒを生成する。また衛星２は、衛星通信部２３を介して全ての地上局５に対して図１２に示すようにメタデータＤfinal´をブロードキャストすることにより送信する。
【０１１０】
全ての地上局５は、衛星２からブロードキャストされてくるメタデータＤfinal´を受信し、これに基づいて新たに乱数Ｒを生成する。メタデータＤfinal´は、ＲSTと各地上局５が取得した乱数Ｒ1(1)、・・、Ｒi(1)、Ｒ1(2)、・・、Ｒi(2)、Ｒ1(k)、・・、Ｒi(k)との間で共通しているビットのビット位置に関する情報が反映されていることから、これに基づくことにより、衛星２及び全ての地上局５との間で互いに共通する暗号鍵としての乱数Ｒを整合させることが可能となる。特にこの乱数Ｒの生成は、ＲSTやＲi(k)との間で共通のビットのみ残し、互いに相違するビットを削除するのみで実現できる。その共通のビットのみ残す処理を行うことで、上述した共通の乱数Ｒが作り出されることとなる。これにより、衛星２と各地上局５とは、最終的には互いに共通する乱数データＲが共有されることとなる。なおメタデータＤfinal、Ｄfinal´の送受信を通じて、ＲSTと各地上局５が取得した乱数Ｒ1(1)、・・、Ｒi(1)、Ｒ1(2)、・・、Ｒi(2)、Ｒ1(k)、・・、Ｒi(k)との間で互いに連関性を確認することができるのであれば、他のいかなる方法を使用してもよい。
【０１１１】
特にこのＲST及びＲi(k)は、そもそも初期乱数Ｒ0を基調として生成されたものであるから、互いに連関しており、共通しているビットが存在することは勿論であり、互いに連関性の高い乱数列となっている。このため、メタデータの簡単な送受信を通じて互いに共通するビットを見つけられる可能性が高い。
【０１１２】
このため、衛星２と各地上局５とは、この乱数Ｒを暗号鍵としたワンタイムパット暗号を作成して送受信することにより、情報理論的安全性を保証した暗号通信を行うことができる。特に衛星２側において初期乱数生成部２１を介して初期乱数Ｒ0を無限に作り出すことができるため、これが枯渇してしまう虞も無くなる。衛星２は一度打ち上げてしまうと途中で乱数の補充が殆ど不可能となるが、本発明によれば、衛星２から作り出した初期乱数Ｒ0に基づいて、衛星２と各地上局５との間で互いに共通の暗号鍵としての新しい乱数Ｒを継続的に作り出すことが可能となる。更に本発明によれば各リンク間における暗号通信を、上述した物理レイヤ暗号を用いることでシステム全体につき完全に情報理論的安全性を保証し得るワンタイムパッド暗号に基づく暗号通信を続けることが可能となる。更に衛星２は、地上に張り巡らされた複数の地上局５との間でいわゆる１対多のワンタイムパッド暗号に基づく暗号通信を継続することも可能となる。
【０１１３】
実際に運用する際の情報理論的安全性を強化する方法としては、最終的に共有した乱数データＲを適切に分割してＲ'、Ｒ"を用意し、乱数Ｒ'を用いてFisher-Yatesのシャッフルと呼ばれるランダム並べ替えをＲ"に施したものをＲ'''とし、これを暗号鍵として用いるようにしてもよい。
【０１１４】
なお本発明は、衛星２と地上局５との間で共通の乱数Ｒを生成して共有させることを目的としているが、これに限定されるものではない。大型航空機３と地上局５との間で共通の乱数Ｒを生成して互いに共有させるようにしてもよい。
【０１１５】
かかる場合には、暗号鍵共有システム１において衛星２の構成並びに成層圏リンクを省略し、衛星２側において初期乱数Ｒ0を生成する代わりに、大型航空機３において初期乱数ＲSTを生成する。その後は高高度リンクにおける処理動作を同様に実行することにより、大型航空機３において乱数ＲHAを取得する。低高度リンク、地上リンクは、上述と同様であるが、中央基地局６は、全ての地上局５間から吸い上げたメタデータＤn(k)に基づいて、最終メタデータＤfinalを作成し、これを大型航空機３に向けて送信する。
【０１１６】
大型航空機３は、最終メタデータＤfinalを無線通信部３３を介して受信し、自身が保有している乱数データＲHAと照合する。大型航空機３は、最終メタデータＤfinalを取得することにより、乱数データＲHAと各地上局５が取得した乱数Ｒ1(1)、・・、Ｒi(1)、Ｒ1(2)、・・、Ｒi(2)、Ｒ1(k)、・・、Ｒi(k)との間で共通しているビットのビット位置を確認することが可能となる。
【０１１７】
大型航空機３は、最後に地上局５に対して送信すべきメタデータＤfinal´を生成する。このメタデータＤfinal´は、ＲHAと各地上局５が取得した乱数Ｒ1(1)、・・、Ｒi(1)、Ｒ1(2)、・・、Ｒi(2)、Ｒ1(k)、・・、Ｒi(k)との間で共通しているビットのビット位置に関する情報が反映されている。大型航空機３は、生成したメタデータＤfinal´に含ませた内容に基づいて乱数ＲHAから新たに乱数Ｒを生成する。また大型航空機３は、無線通信部３３を介して全ての地上局５に対してメタデータＤfinal´を送信する。
【０１１８】
全ての地上局５は、大型航空機３から送信されてくるメタデータＤfinal´を受信する。そして上述と同様に大型航空機及び全ての地上局５との間で互いに共通する暗号鍵としての乱数Ｒを共有させることが可能となる。
【０１１９】
また上述した実施の形態において、無人航空機層４は、第１の無人航空機層４−１及び第２の無人航空機層４−２の２層に亘って構成される場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではない。第１の無人航空機層４−１と第２の無人航空機層４−２の間に中継用の無人航空機層４を１層以上に亘り挿入するようにしてもよい。この中継用の無人航空機層４の処理動作方法は、上述した低高度リンクと同様である。
【０１２０】
また本発明によれば、無人航空機層４を第１の無人航空機層４の１層で構成するようにしてもよい。かかる場合には、第１の無人航空機層４における無人航空機４０−１は、高高度リンクを終了させた後に、地上局５の直上まで降下し、地上リンクにおける処理動作を、第２の無人航空機４０−２の代替として無人航空機４０−１が行うこととなる。
【０１２１】
また本発明によれば、高高度リンクや低高度リンクにおいて、他の航空機から送信されてくる無線信号を複数の無人航空機４０を介して伝送するための無人航空機による信号伝送システムとして具現化されるものであってもよい。
【０１２２】
高高度リンクにおいては、上空を飛行する大型航空機３から発信された指向性を有する無線信号を受信可能なセキュアゾーンの範囲まで複数の無人航空機４０−１を互いに接近させる。そしてセキュアゾーンにて大型航空機３からの無線信号を受信した無人航空機４０−１は、当該セキュアゾーンの範囲から逸脱して互いに離間して飛行することで当該無線信号を伝送する。
【０１２３】
同様に低高度リンクにおいては、上空を飛行する無人航空機４０−１から発信された指向性を有する無線信号を受信可能なセキュアゾーンの範囲まで複数の無人航空機４０−２を互いに接近させる。そしてセキュアゾーンにて無人航空機４０−１からの無線信号を受信した無人航空機４０−２は、当該セキュアゾーンの範囲から逸脱して互いに離間して飛行することで当該無線信号を伝送する。
【０１２４】
即ち、高高度リンク、低高度リンク何れにおいても、無人航空機４０に対して上空を飛行する他の飛行機（無人航空機４０、大型航空機３）から発信された指向性を有する無線信号を受信可能なセキュアゾーンの範囲まで互いに近接するものであれば、いかなる形態で具現化されるものであってもよい。
【０１２５】
このとき、送信される無線信号は、上述した乱数に限定されるものではなく、いかなるものであってもよい。また送信される無線信号は、暗号化されている場合に限定されるものではなく、暗号化されていない状態も含む。
【０１２６】
上述のような無人航空機４０の動作を実現できることで通常の無線信号の伝送はできることは勿論である。また本発明を適用した暗号鍵共有システム１の高高度リンク、低高度リンクにおいても、ビームや電波に指向性を持たせて絞り込んだセキュアゾーンに無人航空機４０を飛行させて無線通信することにより、他の無人航空機により傍受されること無く安全に伝送させることが可能となる。
【０１２７】
更に本発明は、図１３に示すように地上又は地上付近におけるワイヤレス暗号通信においても同様に適用することができる。地上に設置された他の設備としでの中央制御局１０３が衛星２としての役割を担い、初期乱数ＲSTを生成し、これを１階層以上からなる移動体層１０４に向けて暗号通信する。初期乱数ＲSTに基づいた乱数ＲST(k)を受信した移動体層１０４中の移動体１４１は、上述した無人航空機４０であってもよいし、地上を走行する車両、或いは海上を移動する船舶、更には人間も含めて移動可能ないかなる対象物を含む概念である。
【０１２８】
移動体１４１は、中央制御局との間で上記初期乱数ＲST及び上記乱数ＲST(k)間の互いの連関性に関する情報の送受信を行うことにより互いに共通の乱数ＲHAを生成してこれを共有する。
【０１２９】
移動体層１０４は、上述と同様に乱数ＲHAを中継させることにより末端移動体１０５に対して上記乱数ＲHAに基づく乱数ＲLA(k)を暗号通信する。末端移動体１０５も移動体１４１と同様に移動可能ないかなる対象物を含む概念である。
【０１３０】
末端移動体１０５は、乱数ＲLA(k)に基づいた乱数Ｒn(k)を受信する。そして、上述した衛星２と地上局５と同様に末端移動体１０５と中央制御局１０３とは、でそれぞれが保有する乱数Ｒn(k)とＲHA間の互いの連関性に関する情報の送受信を行う。この連関性に関する情報は、衛星２と地上局５と同様にメタデータＤfinal、Ｄfinal´を互いに送受信するようにしてもよい。これにより互いに共通の乱数Ｒを生成してこれを共有することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１  暗号鍵共有システム
２  衛星
３  大型航空機
４  無人航空機層
５  地上局
６  中央基地局
２１  初期乱数生成部
２２  符号化処理部
２３  衛星通信部
３０  飛行制御部
３１  衛星通信部
３２  符号化復号化部
３３  無線通信部
３４  演算処理部
３５  監視カメラ
４０  無人航空機
４２  ローター用モーター
４４  バッテリー
４５  制御ユニット
５０  フライトコントローラ
５１  無線通信部
５２  符号化復号化部
５４  ＥＳＣ
５５  飛行制御センサ群
５６  ＧＰＳ受信部
５７  制御部
８３  盗聴者
【図１】
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【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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