(57)【要約】      （修正有）【課題】想定伝送速度よりも通信速度が向上しても脆弱性の増大がない、より秘匿性に優れた共通鍵暗号通信システムを提供する。【解決手段】互いに同期してカウント動作されるＰＯＮクロックカウンタ５，２０を生成する送信機２と受信機３とを備え、ＰＯＮクロックカウンタ５の一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタでブロック暗号化した暗号を送信機２が送信し、部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタで暗号を受信機３が復号する。送信機２は、自身の部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタ１２を生成し、サブカウンタ１２を更に含む入力ブロックカウンタで暗号を生成し、その暗号をサブカウンタ１２とともに送信する。また、受信機３は、送信機２から受信したサブカウンタ１２を更に含む入力ブロックカウンタで暗号を復号する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同期してカウント動作されるＰＯＮクロックカウンタを生成する送信機と受信機とを備え、前記ＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を前記送信機が送信し、前記部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いて前記暗号を前記受信機が復号するＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システムであって、
前記送信機は、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを生成するカウンタ生成部と、前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成し、その暗号を前記サブカウンタとともに送信する暗号生成部とを有し、
前記受信機は、前記送信機から受信した前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号する暗号復号部を有することを特徴とするＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システム。
【請求項２】
前記サブカウンタは、前記送信機における前記ＰＯＮクロックカウンタの一部のビット列で構成されている請求項１に記載のＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システム。
【請求項３】
前記サブカウンタは、前記送信機が前記フレームを送信するごとにカウント動作されるものである請求項１に記載のＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システム。
【請求項４】
タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタを生成し、このＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を送信するＰＯＮの送信機であって、
前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを生成するカウンタ生成部と、
前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成し、その暗号を前記サブカウンタとともに送信する暗号生成部とを備えていることを特徴とするＰＯＮの送信機。
【請求項５】
タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタを生成し、このＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタにより、ブロック暗号化された暗号を復号するＰＯＮの受信機であって、
前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを受信し、その受信した前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号する暗号復号部を備えていることを特徴とするＰＯＮの受信機。
【請求項６】
タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を送信し、この暗号の受信側において、前記部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いて前記暗号を復号するＰＯＮにおける共通鍵暗号通信方法であって、
送信側において、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成して、その暗号を前記サブカウンタとともに送信し、
受信側において、受信した前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号することを特徴とするＰＯＮにおける共通鍵暗号通信方法。
【請求項７】
互いに同期してカウント動作されるＰＯＮクロックカウンタを生成する送信機と受信機とを備え、前記ＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を前記送信機が送信し、前記部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いて前記暗号を前記受信機が復号するＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システムであって、
前記送信機は、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを送信するごとにカウント動作される送信機用サブカウンタを生成するカウンタ生成部と、前記送信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成する暗号生成部とを有し、
前記受信機は、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で受信可能な複数のフレームを受信するごとにカウント動作される受信機用サブカウンタを生成するカウンタ生成部と、前記受信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号する暗号復号部とを有することを特徴とするＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システム。
【請求項８】
前記送信機用サブカウンタのカウンタ生成部は、特定の前記受信機ごとに送信したフレームの数を別個にカウントするものであり、
前記受信機用サブカウンタのカウンタ生成部は、自身宛の受信したフレームの数をカウントするものである請求項７に記載のＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システム。
【請求項９】
前記送信機用サブカウンタのカウンタ生成部は、前記受信機の宛先に関係なくすべての送信したフレームの数を連続してカウントするものであり、
前記受信機用高速カウンタのカウンタ生成部は、すべての受信したフレームの数をカウントするものである請求項７に記載のＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システム。
【請求項１０】
タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタを生成し、このＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を送信するＰＯＮの送信機であって、
前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを送信するごとにカウント動作される送信機用サブカウンタを生成するカウンタ生成部と、
前記送信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成する暗号生成部とを備えていることを特徴とするＰＯＮの送信機。
【請求項１１】
タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタを生成し、このＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタにより、ブロック暗号化された暗号を復号するＰＯＮの受信機であって、
前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で受信可能な複数のフレームを受信するごとにカウント動作される受信機用サブカウンタを生成するカウンタ生成部と、
前記受信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号する暗号復号部とを備えていることを特徴とするＰＯＮの受信機。
【請求項１２】
タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を送信し、この暗号の受信側において、前記部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いて前記暗号を復号するＰＯＮにおける共通鍵暗号通信方法であって、
送信側において、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを送信するごとにカウント動作される送信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成し、
受信側において、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で受信可能な複数のフレームを受信するごとにカウント動作される受信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号することを特徴とするＰＯＮにおける共通鍵暗号通信方法。
【請求項１３】
請求項４又は請求項１０に記載の送信機をコンピュータで実現するためのコンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項５又は請求項１１に記載の受信機をコンピュータで実現するためのコンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項４に記載の送信機の暗号生成部で生成されて受信機に送信される暗号フレーム構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＯＮシステムを利用した情報通信に適した共通鍵暗号通信システム及び方法と、これに使用するＰＯＮの送信機及び受信機等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＯＮ (Passive Optical Network)システムは、集約局としての局側装置と複数の加入者宅に設置された宅側装置とを、一本の光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐する光ファイバ網によって接続したネットワークトポロジによって構成されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
かかるＰＯＮシステムでは、宅側装置から局側装置への上り方向通信は、信号の衝突を防止すべく局側装置によって時分割で管理されるが、局側装置から宅側装置への下り方向通信は物理的にブロードキャスト送信となるため、下りの送信データの秘匿化が必須となる。
【０００３】
上記ＰＯＮシステムの一種であるＥＰＯＮ（ＩＥＥＥ８０２．３で規格化）における暗号化方式の一つとして、非特許文献１に記載されたＡＥＳ１２８ｂｉｔＣＴＲ方式のものがある。このＡＥＳ１２８ｂｉｔＣＴＲ方式は、暗号化を行う送信機と復号を行う受信機とで同じ鍵を用いる、１２８ビットブロックの暗号モードの共通鍵暗号化方式である。
この方式は、イーサネットフレームのような可変長データを固定長に揃えることなくブロック暗号化する方式であり、例えばイーサネットフレームを４つにブロック化した内の１ブロックを入力ブロックカウンタでブロック暗号化し、その暗号を同じ内容の入力ブロックカウンタで復号する。なお、他の３ブロックについては異なる内容の入力ブロックカウンタで暗号化及び復号を行う。
【０００４】
非特許文献１では、ＥＰＯＮに上記ＡＥＳ１２８ｂｉｔＣＴＲ方式を適用するに当たって、送信機側と受信機側の入力ブロックカウンタを同期させるために、ＥＰＯＮ内部の３２ビットカウンタであって、１６ｎｓ（ナノ秒）ごとに１ビットずつインクリメントされるＰＯＮクロックカウンタの利用が提案されている。
これによると、送信機ではＰＯＮクロックカウンタ（具体的には、下記（２）の部分的なカウンタ：以下、これを部分ＰＯＮクロックカウンタということがある。）を読み出し、それを含む入力ブロックカウンタで平文を暗号化し、その暗号を受信機に送信する。また、受信機でも部分ＰＯＮクロックカウンタを読み出し、それを含む入力ブロックカウンタで暗号を復号し、平文を再生する。
【０００５】
より具体的には、上記非特許文献１に記載されたＥＰＯＮにおけるＡＥＳ１２８ｂｉｔＣＴＲ方式においては、暗号／復号に使用する入力カウンタブロックとして、次の（１）〜（３）のカウンタを使用する。
（１）サイクルカウンタ（cycle_counter）３２ビット
（２）ＰＯＮクロックカウンタのうちの上位２７ビット
（３）フレーム内カウンタ  ７ビット
【０００６】
上記（２）のＰＯＮクロックカウンタに基づく部分的なカウンタは、送受信機のＰＯＮクロックカウンタ間のジッタに対応するために、３２ビットのうちの上位２７ビットを使用しており、基本的にある程度の精度で局側装置と宅側装置との間で同期が取れている。
また、（１）のカウンタは、ＰＯＮクロックカウンタが一周するごとにカウントアップされるものであり、（３）のカウンタは、暗号／復号するフレームを１２８ビットごとのブロックに分けた場合のブロック番号である。従って、上記（１）、（２）及び（３）のいずれのカウンタも暗号／復号側で同期が取れている。
【０００７】
しかし、上記（２）のＰＯＮクロックカウンタに想定内のジッタであっても上位２７ビットの値が送信機と受信機の間で異なることがあり、この場合には、平文を適切に再生できなくなる。
そこで、特許文献３では、送信機で暗号化する際に、部分ＰＯＮクロックカウンタ（ＰＯＮクロックカウンタの上位２７ビット）の最下位ビットを受信機に送信し、受信機側において、受信した最下位ビットと自身が持っているカウンタの当該ビットの比較を行い、一致しない場合にカウンタの補正を行うことを提案している。
【０００８】
この結果、特許文献３では、ＰＯＮクロックカウンタにジッタがある場合であっても、暗号／復号で使用するカウンタで適切に同期が取れ、平文を適切に再生できることとされている。
【特許文献１】特開２００４−６４７４９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９７８０号公報
【特許文献３】特開２００７−７４６４５号公報
【非特許文献１】CTR Mode of Encryption:Onn Haran, Passave, Olli-Pekka Hiironen, Nokia,［online］,[URL：http://grouper.ieee.org/groups/802/3/efm/public/jul02/p2mp/haran_p2mp_2_0702.pdf（平成１９年４月２３日検索）]
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献３に記載の暗号化方式は、伝送速度が標準的な１Ｇｂｐｓ（後述する実施形態にいう基準レート）の場合は有効であるが、ＰＯＮシステムの通信フレームがこれよりも高速化された場合には、セキュリティ上非常に脆弱な方式となる。
その理由は、この種のＣＴＲモードによるブロック暗号化では、異なる暗号対象データに対しては必ず異なるカウンタを使用することが前提となっているが、後述の実施形態（図４）でも説明する通り、想定する基準レートよりも高速のハイレートフレームの場合には、当該フレーム間のギャップ時間が短くなるため、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内でハイレートフレームが密集し、異なる暗号化対象フレームに対して使用する部分ＰＯＮクロックカウンタが同一の値となってしまうからである。
【００１０】
上記の不都合を解消する方法としては、ＰＯＮクロックカウンタの許容ジッタをより小さな値として、部分ＰＯＮクロックカウンタのビット数を２７ビット超に拡張することにより、異なるフレームに対する入力ブロックカウンタが常に異なるように変更することが考えられるが、ＰＯＮクロックカウンタの同期のためのジッタを小さくするのは実装上限度があるため、今後予想される更なる伝送速度の高速化に適切に対応することができない。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑み、当初想定していた伝送速度よりも通信速度が向上しても脆弱性が増大することのない、より秘匿性に優れた共通鍵暗号通信システム及び方法とこれに使用するＰＯＮの送信機及び受信機等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するためには、本発明者は、暗号カウンタである入力ブロックカウンタの拡張が必須であると考え、この拡張された入力ブロックカウンタを送信機側と受信機側とで同期を取ることができる構成を採用することにより、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明の第一の通信システム（請求項１）は、互いに同期してカウント動作されるＰＯＮクロックカウンタを生成する送信機と受信機とを備え、前記ＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を前記送信機が送信し、前記部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いて前記暗号を前記受信機が復号するＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システムであって、
前記送信機は、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを生成するカウンタ生成部と、前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成し、その暗号を前記サブカウンタとともに送信する暗号生成部とを有し、
前記受信機は、前記送信機から受信した前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号する暗号復号部を有することを特徴とする。
【００１４】
なお、本明細書において、特に断りなく「カウンタ」という時は、カウント動作を行う回路ではなく、カウント動作（インクリメント又はデクリメント）によって得られる値のことを意味する。
【００１５】
上記第一の通信システム（請求項１）によれば、送信機側において、カウンタ生成部が、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを生成し、暗号生成部が、当該サブカウンタを更に含む入力ブロックカウンタで暗号を生成し、その暗号をサブカウンタとともに送信する。
このため、部分ＰＯＮクロックカウンタの動作周期（例えば、５１２ｎｓ）よりも短い送信間隔のフレームでデータ送信を行う場合でも、上記サブカウンタによってフレームごとに異なるカウンタ値を割り当てることができ、異なるフレームが同一の入力ブロックカウンタを使用して暗号化されることがなく、高速伝送における脆弱性の増大を回避することができる。
【００１６】
また、第一の通信システム（請求項１）では、送信機側の暗号生成部が、暗号だけでなく上記サブカウンタを受信機側に送信することから、受信機側の暗号復号部は、その送信機から受信した当該サブカウンタを更に含む入力ブロックカウンタを使用する。
このため、後述する第二の通信システム（請求項７）の場合と異なり、受信機側においてサブカウンタを別途計数しなくても、送信機側の暗号生成部で生成された暗号を当該受信機側の暗号復号部によって適切に復号することができる。
【００１７】
本発明の第一の通信システム（請求項１）において、前記サブカウンタは、前記送信機における前記ＰＯＮクロックカウンタの部分ＰＯＮクロックカウンタとして使用していない、一部のビット列で構成することができる。この場合、従来から利用していたＰＯＮクロックカウンタのビット列を利用してサブカウンタの送受信が可能となるので、受信機側においてサブカウンタの同期が取り易くなり、また、新たにカウンタを生成する処理部を実装する必要がなく、本発明の実装が容易になる。
また、本発明の第一の通信システム（請求項１）において、前記サブカウンタとして、前記送信機が前記フレームを送信するフレームごとにカウント動作されるものを採用することもでき、この場合でも、当該サブカウンタを含む入力ブロックカウンタを利用することで、異なるフレームに対する同一の入力ブロックカウンタの使用が未然に防止される。
【００１８】
本発明の第一の送信機（請求項４）は、タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタを生成し、このＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を送信するＰＯＮの送信機であって、
前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを生成するカウンタ生成部と、
前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成し、その暗号を前記サブカウンタとともに送信する暗号生成部とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
上記第一の送信機（請求項４）によれば、カウンタ生成部が、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを生成し、暗号生成部が、当該サブカウンタを更に含む入力ブロックカウンタで暗号を生成し、その暗号をサブカウンタとともに送信する。
このため、部分ＰＯＮクロックカウンタの動作周期（例えば、５１２ｎｓ）よりも短い送信間隔のフレームでデータ送信を行う場合でも、上記サブカウンタによってフレームごとに異なるカウンタ値を割り当てることができ、異なるフレームが同一の入力ブロックカウンタを使用して暗号化されることがなく、高速伝送における脆弱性の増大を回避することができる。
【００２０】
本発明の第一の受信機（請求項５）は、タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタを生成し、このＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタにより、ブロック暗号化された暗号を復号するＰＯＮの受信機であって、
前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを受信し、その受信した前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号する暗号復号部を備えていることを特徴とする。
【００２１】
上記第一の受信機（請求項５）によれば、暗号を生成して送信する側が、暗号だけでなく上記サブカウンタを送信することに対応して、暗号復号部が、受信した当該サブカウンタを更に含む入力ブロックカウンタを使用する。
このため、受信機側においてサブカウンタを別途計数しなくても、送信側で生成された暗号を当該受信機側の暗号復号部によって適切に復号することができる。
【００２２】
本発明の第一の通信方法（請求項６）は、前記第一の通信システム（請求項１）が行う共通鍵暗号通信方法である。
すなわち、本発明の第一の通信方法（請求項６）は、タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を送信し、この暗号の受信側において、前記部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いて前記暗号を復号するＰＯＮにおける共通鍵暗号通信方法であって、
送信側において、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを識別するためのサブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成して、その暗号を前記サブカウンタとともに送信し、
受信側において、受信した前記サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第二の通信システム（請求項７）は、互いに同期してカウント動作されるＰＯＮクロックカウンタを生成する送信機と受信機とを備え、前記ＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を前記送信機が送信し、前記部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いて前記暗号を前記受信機が復号するＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システムであって、
前記送信機は、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを送信するごとにカウント動作される送信機用サブカウンタを生成するカウンタ生成部と、前記送信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成する暗号生成部とを有し、
前記受信機は、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で受信可能な複数のフレームを受信するごとにカウント動作される受信機用サブカウンタを生成するカウンタ生成部と、前記受信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号する暗号復号部とを有することを特徴とする。
【００２４】
上記第二の通信システム（請求項７）によれば、送信機側において、カウンタ生成部が、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを送信するごとにカウント動作される送信機用サブカウンタを生成し、暗号生成部が、その送信機用サブカウンタを更に含む入力ブロックカウンタで暗号を生成する。
このため、部分ＰＯＮクロックカウンタの動作周期（５１２ｎｓ）よりも短い送信間隔のフレームでデータ送信を行う場合でも、上記送信機用サブ高速カウンタによってフレームごとに異なるカウンタ値を割り当てることができ、異なるフレームが同一の入力ブロックカウンタを使用して暗号化されることがなく、高速伝送における脆弱性の増大を回避することができる。
【００２５】
一方、上記第二の通信システム（請求項７）では、送信機側の暗号生成部が前記送信機用サブカウンタを受信機側に送信しないことから、受信機側に、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で受信可能な複数のフレームを受信するとごとにカウント動作される受信機用サブカウンタを生成するカウンタ生成部が設けられている。この受信機用サブカウンタは前記送信機用サブカウンタと一致するので、受信機側の暗号復号部は、その受信機用サブカウンタを含む入力ブロックカウンタで暗号を復号する。
このため、前記した第一の通信システム（請求項１）の場合と異なり、サブカウンタの追加のために送信機側において暗号フレームのデータ構造を変更しなくても、送信機側の暗号生成部で生成された暗号を当該受信機側の暗号復号部によって適切に復号することができる。
【００２６】
上記第二の通信システム（請求項７）において、前記送信機用サブカウンタのカウンタ生成部として、特定の前記受信機ごとに送信したフレームの数を別個にカウントするものを採用することができ、この場合には、前記受信機用サブカウンタのカウンタ生成部として、自身宛の受信したフレームの数をカウントするものを採用すればよい。
また、第二の通信システム（請求項７）において、前記送信機用サブカウンタのカウンタ生成部として、前記受信機の宛先に関係なくすべての送信したフレームの数を連続してカウントするものを採用することもでき、この場合には、前記受信機用サブカウンタのカウンタ生成部として、すべての受信したフレームの数をカウントするものを採用すればよい。
【００２７】
このうち、受信機ごとに送信フレームの数をカウントする前者の方法では、暗号フレーム中の宛先部分が化けると、受信機側で自身宛か否かを判定できなくなり、同期が取れなくなる恐れがある。
これに対して、受信機の宛先に関係なくすべての送信フレームの数をカウントする後者の方法では、受信機側で暗号フレーム中の宛先部分を検査する必要がないので、上記の不都合を回避できるという利点がある。
【００２８】
本発明の第二の送信機（請求項１０）は、タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタを生成し、このＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を送信するＰＯＮの送信機であって、
前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを送信するごとにカウント動作される送信機用サブカウンタを生成するカウンタ生成部と、
前記送信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成する暗号生成部とを備えていることを特徴とする。
【００２９】
上記第二の送信機（請求項１０）によれば、カウンタ生成部が、カウンタ生成部が、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを送信するごとにカウント動作される送信機用サブカウンタを生成し、暗号生成部が、その送信機用サブカウンタを更に含む入力ブロックカウンタで暗号を生成する。
このため、部分ＰＯＮクロックカウンタの動作周期（５１２ｎｓ）よりも短い送信間隔のフレームでデータ送信を行う場合でも、上記送信機用サブ高速カウンタによってフレームごとに異なるカウンタ値を割り当てることができ、異なるフレームが同一の入力ブロックカウンタを使用して暗号化されることがなく、高速伝送における脆弱性の増大を回避することができる。
【００３０】
本発明の第二の受信機（請求項１１）は、タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタを生成し、このＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタにより、ブロック暗号化された暗号を復号するＰＯＮの受信機であって、
前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で受信可能な複数のフレームを受信するごとにカウント動作される受信機用サブカウンタを生成するカウンタ生成部と、
前記受信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号する暗号復号部とを備えていることを特徴とする。
【００３１】
上記第二の受信機（請求項１１）によれば、前記送信機用サブカウンタが受信機側に送信されないことに対応して、受信機のカウンタ生成部において、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で受信可能な複数のフレームを受信するごとにカウント動作される受信機用サブカウンタを生成する。この受信機用サブカウンタは前記送信機用サブカウンタと一致するので、受信機側の暗号復号部は、その受信機用サブカウンタを更に含む入力ブロックカウンタで暗号を復号する。
このため、サブカウンタの追加のために送信機側において暗号フレームのデータ構造を変更しなくても、送信機側の暗号生成部で生成された暗号を当該受信機側の暗号復号部によって適切に復号することができる。
【００３２】
本発明の第二の通信方法（請求項１２）は、前記第二の通信システム（請求項７）が行う共通鍵暗号通信方法である。
すなわち、本発明の第二の通信方法（請求項１２）は、タイムスタンプで同期を取るＰＯＮクロックカウンタの一部である部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いてブロック暗号化してなる暗号を送信し、この暗号の受信側において、前記部分ＰＯＮクロックカウンタを含む入力ブロックカウンタを用いて前記暗号を復号するＰＯＮにおける共通鍵暗号通信方法であって、
送信側において、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で送信可能な複数のフレームを送信するごとにカウント動作される送信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を生成し、
受信側において、自身の前記部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で受信可能な複数のフレームを受信するごとにカウント動作される受信機用サブカウンタを更に含む前記入力ブロックカウンタで前記暗号を復号することを特徴とする。
【００３３】
なお、前記第一及び第二の送信機及び受信機の各機能（カウンタの生成及び暗号化又は復号）は、コンピュータによって実現することができる。この場合には、コンピュータにその各機能を動作させるプログラムや、このプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も本発明に含まれる。
また、前記第一の送信機からＰＯＮに送信される暗号フレーム構造は、従前のＰＯＮクロックカウンタを利用した暗号フレーム構造の冗長部分に、高速のハイレートフレームのフレーム数に関するデータ部分である高速カウンタを格納している点で新規なデータ構造であり、かかる暗号フレーム構造をＰＯＮに伝送する行為は、本発明の実施（データ構造の使用ないし譲渡（電気通信回線を通じた提供））に含まれる。
【発明の効果】
【００３４】
以上の通り、本発明によれば、当初想定していた伝送速度よりも通信速度が向上しても脆弱性が増大するのを防止できるので、伝送速度の高速化に対してより秘匿性に優れたＰＯＮにおける共通鍵暗号通信システムを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
〔第一実施形態〕
〔システム構成〕
図１は、本発明の第一実施形態に係る共通鍵暗号通信システムの構成図である。
この第一実施形態の暗号通信システム１は、基本的には、従来と同様のＡＥＳ１２８ｂｉｔＣＴＲ方式の暗号通信システムであり、互いに同期してインクリメントされるＰＯＮクロックカウンタ５，２０を生成する送信機２と受信機３とを備えている。
上記送信機２及び受信機３は、例えば、ＥＰＯＮの局側装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）とユーザ宅側装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）との間での双方向通信を行う際の、当該各装置内に構成される。
【００３６】
上記ＥＰＯＮに代表されるＰＯＮシステムは、局側装置と、これに接続された光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成をなす光ファイバ網と、分岐した光ファイバの終端にそれぞれ接続された複数の宅側装置とを備えた、Ｐ２ＭＰ（Point To Multipoint）形態の光ファイバネットワークシステムであり、局側装置から複数の宅側装置への下り方向通信が物理的にブロードキャスト送信となるため、本実施形態のような暗号化方式による下りの送信データの秘匿化が必要となる。
【００３７】
上記ＰＯＮシステムにおいて、各宅側装置の上り信号を時分割多重するには，局側装置と各宅側装置との間で時刻の同期が取れている必要がある。そこで、例えば、本実施形態のＰＯＮシステムでは、送信許可のために所定時間ごとに発行するゲートフレームに埋め込まれたタイムスタンプを用いて同期状態を維持する方式を採用している。
すなわち，局側装置が、自身のマスタカウンタの現在値をタイムスタンプ情報として宅側装置に送信し、宅側装置が、そのタイムスタンプ値に合わせて自身のマスタカウンタの現在値を更新する方式である。この方式を用いることで、宅側装置は独立同期方式で動作することができ、従属側の宅側装置に高精度のＰＬＬが不要となってコスト低減に寄与で
きる。
【００３８】
上記タイムスタンプによる時刻同期は、この種のＰＯＮシステムに通常採用されているＭＰＣＰ（Multi-Point Control Protocol）によって実装することができる。なお、このＭＰＣＰには、主に次の各機能が含まれる。
（１）  ＰＯＮに接続された複数の宅側装置を局側装置が認識し、各宅側装置と局側装置で通信するために必要なＲＴＴ（Round Trip Time:往復遅延時間）測定や、ＬＬＩＤ（Logical Link ＩＤ）の付与を行うディスカバリ機能
（２）  各宅側装置にタイムスロットを割り当て、各宅側装置からの上りバースト信号を時間軸上に多重する時分割多重制御機能
（３）  宅側装置と局側装置との間の時刻同期機能
【００３９】
〔送信機〕
図１に示すように、本実施形態の送信機１は、ビット列であって最下位ビットが定期的にインクリメント（デクリメントであってもよい。各種カウンタについて同様。）されるＰＯＮクロックカウンタ５を生成する第一カウンタ生成部６と、ＰＯＮクロックカウンタ５が１周するごとにインクリメントされるビット列であるラウンドアップカウンタ７を生成する第二カウンタ生成部８と、暗号化対象の平文フレーム９を１２８ビットごとのブロックに分けた場合のブロック番号であるフレームブロックカウンタ１０を生成する第三カウンタ生成部１１とを備えている。
この第三カウンタ生成部１１は、例えば、１２８ビットの平文を暗号化するごとにフレームブロックカウンタ１０をインクリメントする。
【００４０】
また、送信機２は、上記各カウンタ生成部６，８，１１に加えて、ＰＯＮクロックカウンタ５のうち、送信機２側と受信機３側で同期が取れていることが保証されている部分のインクリメント周期（例えば、ＥＰＯＮでは５１２ｎｓごと）よりも高速の周期（例えば、１０Ｇｂｐｓ伝送では５１．２ｎｓごと）でインクリメントされる、補助的なカウンタである高速カウンタ１２を生成する第四カウンタ生成部１３を備えている。
更に、送信機１は、上記各カウンタ６，８，１１，１３から入力ブロックカウンタ１４（図２及び図３参照）を生成するカウンタ処理部１５と、その入力ブロックカウンタ１４により平文から暗号を生成する暗号生成部１６とを備えている。
上記暗号生成部１６は、暗号化した暗号フレーム１７とともに、読み出した部分ＰＯＮクロックカウンタ１８の最下位ビットと、前記高速カウンタ（サブカウンタ）１２とを受信機２に送信するようになっている。
【００４１】
本実施形態の送信機２では、受信機３との間で生じるＰＯＮクロックカウンタ５，２０のジッタに対応するため、図４に示すように、３２ビットのうちの上位２７ビットを使用しており、これにより、基本的にある程度の精度で送信機２と受信機３との間での同期が取れるようになっている。
すなわち、送信機２のカウンタ処理部１５は、１６ｎｓごとにインクリメントされる通常３２ビットのＰＯＮクロックカウンタ５のうち、上位２７ビットを使用した部分ＰＯＮクロックカウンタ１８（図３及び図４参照）を読み出すことができる。
【００４２】
〔受信機〕
一方、本実施形態の受信機３は、送信機２のＰＯＮクロックカウンタ５と同一長さのビット列であり、かつ、暗号化の際のＰＯＮクロックカウンタ５と同様にインクリメントされるビット列であるＰＯＮクロックカウンタ２０を生成する第一カウンタ生成部２１と、ＰＯＮクロックカウンタ２０が１周するごとにインクリメントされるビット列であるラウンドアップカウンタ２２を生成する第二カウンタ生成部２３と、復号対象の暗号フレーム１７を１２８ビットごとのブロックに分けた場合のブロック番号であるフレームブロックカウンタ２４を生成する第三カウンタ生成部２５とを備えている。
なお、本実施形態では、送信機２のＰＯＮクロックカウンタ５と受信機３のＰＯＮクロックカウンタ２０の時刻同期は、前記したＭＰＣＰの制御フレームに含まれるタイムスタンプによって取るようになっている。
【００４３】
この第三カウンタ生成部２５は、１２８ビットの暗号を復号するごとにフレームブロックカウンタ２４をインクリメントする。
本実施形態の受信機３は、更にジッタ補正部２６を備えている。このジッタ補正部２６は、１６ｎｓごとにインクリメントされる通常３２ビットのＰＯＮクロックカウンタ２０のうち、上位２７ビットを使用した部分ＰＯＮクロックカウンタ２７を読み出すことができる。また、ジッタ補正部２６は、読み出した自身の部分ＰＯＮクロックカウンタ２７の最下位ビットの値に基づいて、当該部分ＰＯＮクロックカウンタ２７を補正するか否かを判定するものである。
【００４４】
その判定方法は、受信機３自身の部分ＰＯＮカウンタ２７の最下位ビットが、受信した暗号フレーム１７に含まれる送信機２側の部分ＰＯＮカウンタ１８の最下位ビットと同じである場合には、自身の部分ＰＯＮクロックカウンタ２７を含むビット列である入力ブロックカウンタ２８による復号を行う。
他方、上記最下位ビットが同じでないときは、読み出した自身の部分ＰＯＮクロックカウンタ２７を１回インクリメント、或いは、１回デクリメントしてそのカウンタ２７を補正し、その補正後のカウンタ２７を含むビット列である入力ブロックカウンタ２８による復号を行う。
【００４５】
なお、上記ジッタ補正部２６による部分ＰＯＮクロックカウンタ２７のより具体的な補正方法は、前記特許文献３に記載の方法と同様であるから、その詳細な説明を省略する。
また、本実施形態の受信機３は、自身が生成する上記各カウンタ２２，２４，２７と暗号フレーム１７に含まれる前記高速カウンタ１２とから、入力ブロックカウンタ２８を生成するカウンタ処理部２９と、その入力ブロックカウンタ２８により暗号フレーム１７を復号して平文フレーム３０を再生する暗号復号部３１とを備えている。
【００４６】
〔暗号化及び復号を伴う通信方法の手順〕
図２は、暗号生成部１６と暗号復号部３１の動作を示すブロック図である。また、図３は、入力ブロックカウンタ１４，２８のビット列の構成図である。
図２に示すように、送信機２の暗号生成部１６に、例えば長さが６４バイト（５１２ビット）のイーサネットフレーム３３が到着すると、送信機２のカウンタ処理部１５がＰＯＮクロックカウンタ５から部分ＰＯＮクロックカウンタ１８を読み出す。この部分ＰＯＮクロックカウンタ１８は同一のイーサネットフレーム３３内の暗号化で共通に使用される。
【００４７】
また、送信機２の暗号生成部１６は、読み出された部分ＰＯＮクロックカウンタ１８を含むビット列であるクロックカウンタ３４（図３参照）を生成する。具体的には、暗号生成部１６は、読み出された部分ＰＯＮクロックカウンタ１８の上位側に、ラウンドアップカウンタ７から読み出したビット列を連結することでクロックカウンタ３４を生成する。
なお、必ずしもラウンドアップカウンタ７を用いる必要はなく、クロックカウンタ３４の上位１１８ビットを全て「０」としてもよい。また、ラウンドアップカウンタ７の下位Ｎ（＜１１９）ビットを読み出して、これを部分ＰＯＮクロックカウンタ１８の上位側に連結してクロックカウンタ３４を生成してもよい。
【００４８】
次に、送信機２の暗号生成部１６は、図３に示すように、フレームブロックカウンタ（シリアル番号）１０を読み出し、これを上記クロックカウンタ３４の下位側に連結することで、入力ブロックカウンタ１４を生成する。
なお、ラウンドアップカウンタ７の下位Ｎ（＜１１９）ビットを部分ＰＯＮクロックカウンタ１８の上位側に連結してクロックカウンタ３４を生成した場合は、この上位側にビット数が（１１９−Ｎ）であるビット列を連結してもよい。
【００４９】
そして、送信機２の暗号生成部１６は、イーサネットフレームを４つにブロック化したうちの第１ブロック（１２８ビットの平文）を上記入力ブロックカウンタ１４で暗号化（ブロック暗号化）する。
また、送信機２の暗号生成部１６は、上記と同様に、第２ブロック（２つ目の１２８ビットの平文）を暗号化するための入力ブロックカウンタ１４を生成する。この場合、第２番目であるからフレームブロックカウンタ１０は１つインクリメントされる。
【００５０】
以下、同様にして、長さが６４バイトのイーサネットフレームについては、入力ブロックカウンタ１４が４回生成され、それぞれ１ブロックを暗号化することにより、合計４つの暗号（ブロック暗号）が生成される。
図２に示すように、送信機２は各暗号をイーサネットフレームに格納し、そのプリアンブル領域に、前記部分ＰＯＮクロックカウンタ１８の最下位ビットと前記高速カウンタ１２を格納し、このフレームを受信機３に送信する。
【００５１】
なお、図４に示すように、送信機２と受信機３の部分ＰＯＮクロックカウンタ１８，２７は、それぞれ１６ｎｓ×３２＝５１２ｎｓごとにインクリメントされるので、インクリメントされた後に到着するイーサネットフレームについての暗号化の際は、次の部分ＰＯＮクロックカウンタ２７が読み出され、これにより、イーサネットフレームごとに異なる入力ブロックカウンタ１４，２８での暗号化及び復号を行うことができる。
【００５２】
一方、受信機３の暗号復号部３１にイーサネットフレームが到着すると、ジッタ補正部２６が部分ＰＯＮクロックカウンタ２７を読み出し、読み出された部分ＰＯＮクロックカウンタ２７の最下位ビットと、前記暗号フレーム１７のプリアンブル領域に格納された最下位ビットとが同じか否かを判定する。
前述のように、受信機３のＰＯＮクロックカウンタ２０は、ジッタがない場合には、暗号化の際のＰＯＮクロックカウンタ５と同じになるようにインクリメントされるので、自身の最下位ビットは「１」であり、送信機２側の最下位ビットも「１」である。従って、この場合は同じカウンタ値と判定される。
【００５３】
同じカウンタ値と判定された場合、暗号復号部３１は、自身の部分ＰＯＮクロックカウンタ２７を用いて、前記暗号化の場合と同様の手順で入力ブロックカウンタ２８を生成し、この入力ブロックカウンタ２８によってイーサネットフレーム内の４つのブロックを復号する。
また、同じカウンタ値でないと判定された場合、暗号復号部３１は、自身のＰＯＮクロックカウンタ２７を補正し、この補正したカウンタ値を用いて前記暗号化の場合と同様の手順で入力ブロックカウンタ２８を生成し、この入力ブロックカウンタ２８によってイーサネットフレーム内の４つのブロックを復号する。
【００５４】
〔高速伝送の場合の暗号化と復号〕
ところで、上記した本実施形態のＣＴＲモードによるブロック暗号化において、ＰＯＮの伝送速度が所定の基準レート（例えば、１Ｇｂｐｓ）の場合は、従前の３つのカウンタ（部分ＰＯＮクロックカウンタ、ランドアップカウンタ及びフレームブロックカウンタ）から生成した入力ブロックカウンタを利用すれば足りるが、ＰＯＮシステムの通信フレームがこれよりも高速化された場合には、セキュリティ上非常に脆弱な方式となる恐れがある。
【００５５】
図４は、伝送レートと部分ＰＯＮクロックカウンタとの関係を示す図である。
図４に示すように、部分ＰＯＮクロックカウンタ１８，２７は５１２ｎｓ周期でインクリメントされるが、６４バイトのイーサネットフレームを基準レート（１Ｇｂｐｓ）で伝送する場合は、そのフレーム間の時間間隔は６７２ｎｓになる。この場合、異なるイーサネットフレームに対しては部分ＰＯＮクロックカウンタ１８，２７の値が必ず相違するため、特に問題はない。
【００５６】
ところが、上記６４バイトのイーサネットフレームを、通常想定される基準レート（１Ｇｂｐｓ）よりも高速のハイレート（図例では１０Ｇｂｐｓ）で伝送する場合には、当該フレーム間の時間間隔が６７．２ｎｓと非常に短くなる。このため、部分ＰＯＮクロックカウンタ１８，２７の周期内でハイレートのフレームが密集し、異なる暗号化対象フレームに対して使用する部分ＰＯＮクロックカウンタ１８，２７が同一の値となってしまう。この場合、異なる暗号対象データに対しては異なるカウンタを使用することが前提であるＣＴＲモードを採用すると、秘匿性が低下することになる。
【００５７】
例えば、同一のカウンタを使用する暗号対象データとしてＡとＢというデータがあったとする。これらに同一のカウンタＣを使用して暗号化すると、暗号化データはそれぞれ次の（１）及び（２）のようになる。
（１） Ａ xor Enc(Ｃ)
（２） Ｂ xor Enc(Ｃ)
ここで、仮にＡとＢが同一であるとすると、暗号データも同一のものとなり、盗聴者から同一のデータが送信されていることが分かってしまう。
【００５８】
また、仮にＡとＢが異なるデータであったとしても、暗号前のデータと暗号後のデータとの差分が同一となる、すなわち次の式（３）が成立するため、盗聴者にデータの差分がわかってしまう。
（３）  Ａ xor Ｂ ＝ (Ａ xor Enc(Ｃ)) xor (Ｂ xor Enc(Ｃ))
それゆえ、ＣＴＲモードでは異なる暗号対象データには必ず異なるカウンタを使用する必要があるが、図４に示すように、部分ＰＯＮクロックカウンタ１８，２７が同一の値となる高速伝送のハイレートフレームをそのまま放置すると、高速伝送の際の脆弱性が増大することになる。
【００５９】
この点、本実施形態の暗号通信システム１では、送信機２の第四カウンタ生成部１３が、部分ＰＯＮクロックカウンタ５の周期（５１２ｎｓ）内で送信するハイレートフレームを識別可能な高速カウンタ１２を生成し、送信機２の暗号生成部１６が、当該高速カウンタ１２を更に含む入力ブロックカウンタ１４で暗号を生成し、その暗号を高速カウンタ１２とともに送信する。
このため、基準レート（１Ｇｂｐｓ）よりも高速のハイレート（１０Ｇｂｐｓ）フレームでデータ送信を行う場合でも、上記高速カウンタ１２によってハイレートフレームごとに異なるカウンタ値を割り当てることができ、異なるハイレートフレームが同一の入力ブロックカウンタ１４を使用して暗号化されることがなく、高速伝送における脆弱性の増大を回避することができる。
【００６０】
また、本実施形態の暗号通信システム１では、送信機２側の暗号生成部１６が、暗号だけでなく上記高速カウンタ１２を受信機３側に送信することから、受信機３側の暗号復号部３１において、送信機２から受信した当該高速カウンタ１２を更に含む入力ブロックカウンタ２８を生成するようにしている。
このため、後述する第二実施形態（図５）のシステム１と異なり、受信機３側において高速カウンタ１２を別途計数しなくても、送信機２の暗号生成部１６で生成された暗号を当該受信機３側の暗号復号部３１によって適切に復号することができる。
【００６１】
〔高速カウンタ（サブカウンタ）の具体例〕
図４に示すように、高速伝送として１０Ｇｂｐｓの伝送速度の場合を想定する場合、最小フレーム６４バイトを１０Ｇｂｐｓで送信すると、フレーム間隔時間が６７．２ｎｓとなるが、部分ＰＯＮクロックカウンタ１８，２７の周期は５１２ｎｓであるから、その周期内に最大８フレームのフレーム境界が含まれることになる。
逆に言うと、この最大８フレームを識別できる高速カウンタ１２を、入力ブロックカウンタ１４，２８に拡張して暗号化ないし復号を行えば、目的は達成されることになる。
【００６２】
つまり、入力ブロックカウンタ１４に対して３ビットの拡張を行えばよく、この３ビットの高速カウンタ１２を送信機２側が暗号フレーム１７とともに送信し、受信機３側も受信したその３ビットの高速カウンタ１２を利用して入力ブロックカウンタ２８を生成して復号すればよい。
上記３ビットの高速カウンタ１２は、ＰＯＮクロックカウンタ５の一部のビット列で構成することができる。３ビット増やす方法としては、ＰＯＮクロックカウンタ５の、ＰＯＮクロックカウンタ１８，２７としては不使用の下位５ビットのうち、２５６ｎｓ、１２８ｎｓ及び６４ｎｓごとに変化するビット列を使用する方法が考えられる。
【００６３】
この場合、従来から利用していたＰＯＮクロックカウンタ５のビット列を利用して高速カウンタ１２の送受信が可能となるので、新たにまったく別のカウンタ生成部を実装する必要がなく、本発明の実装が容易になる。
一方、前記高速カウンタ１２として、１０Ｇｂｐｓのフレームの送信ごとにカウントアップされるものを採用することもできる。この場合でも、当該高速カウンタ１２を含む入力ブロックカウンタ１４，２８を利用することで、異なるハイレートフレームに対する同一のカウンタ１４，２８の使用が未然に防止される。
【００６４】
〔第二実施形態〕
図５は、本発明の第二実施形態に係る共通鍵暗号通信システムの構成図である。
本実施形態の暗号化通信システム１が第一実施形態のそれと異なる点は、送信機２が高速カウンタ１２を受信機３に送信せず、両者で独立して高速カウンタ３８，４１を生成する点にある。
【００６５】
すなわち、本実施形態の送信機２は、当該送信機２が送信するハイレートフレームのタイミングを監視する送信フレーム監視部３７を備えており、第四カウンタ生成部１３は、その監視部３７がハイレートフレームを検出するごとに高速カウンタ３８をインクリメントする。また、第四カウンタ生成部１３は、第一カウンタ生成部６から入力された部分ＰＯＮクロックカウンタのカウントアップ周期ごとにカウントを初期化する。
従って、当該送信機２の第四カウンタ生成部１３は、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内において、ハイレートフレームが送信されるごとにインクリメントされる送信機２用の高速カウンタ３８を生成する。
【００６６】
一方、本実施形態の受信機３は、当該受信機３が受信するハイレートフレームのタイミングを監視する受信フレーム監視部３９と、この監視部３９がハイレートフレームを検出するごとに高速カウンタ４１をインクリメントする第四カウンタ生成部４０とを備えている。この第四カウンタ生成部４０は、第一カウンタ生成部２１から入力された部分ＰＯＮクロックカウンタのカウントアップ周期ごとにカウントを初期化する。
従って、当該受信機３の第四カウンタ生成部４０は、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内において、ハイレートフレームが受信されるごとにインクリメントされる受信機３用の高速カウンタ４１を生成する。
なお、その他の各部の構成及び機能は、第一実施形態の場合と同様である。
【００６７】
本実施形態の暗号通信システム１によれば、送信機２の第四カウンタ生成部１３が、部分ＰＯＮクロックカウンタの周期内で基準レートよりも高速のハイレートフレームを送信するごとにインクリメントされる送信機用高速カウンタ３８を生成し、暗号生成部１６が、その送信機用高速カウンタ３８を更に含む入力ブロックカウンタ１４で暗号を生成する。
このため、基準レートよりも高速のハイレートフレームでデータ送信を行う場合でも、上記高速カウンタ３８によってハイレートフレームごとに異なるカウンタ値を割り当てることができ、異なるハイレートフレームが同一の入力ブロックカウンタ１４を使用して暗号化されることがなく、高速伝送における脆弱性の増大を回避することができる。
【００６８】
また、本実施形態の暗号通信システム１によれば、送信機３の暗号生成部１６が送信機用高速カウンタ３８を受信機３側に送信しないことから、受信機３は、ＰＯＮクロックカウンタ２０の周期内でハイレートフレームを受信するごとにインクリメントされる受信機３用の高速カウンタ４１を独自に生成する第四カウンタ生成部４０を備えている。
このため、前記した第一実施形態（図１）の場合と異なり、高速カウンタの追加のために送信機２側において暗号フレーム１７のデータ構造を変更しなくても、送信機２側の暗号生成部１６で生成された暗号を当該受信機３側の暗号復号部３１によって適切に復号することができる。
【００６９】
〔高速カウンタ（サブカウンタ）の具体例〕
ところで、図５に示す第二実施形態において、送信機用高速カウンタ３８を生成する第四カウンタ生成部１３は、特定の受信機３ごとにハイレートフレームの数を別個にカウントするものを採用することができる。この場合には、受信機用高速カウンタ４１を生成する第四カウンタ生成部４０として、自身宛のハイレートフレームの数をカウントするものを採用すればよい。
もっとも、この場合には、暗号フレーム１７中の宛先部分が化けると、受信機３側で自身宛か否かを判定できなくなり、同期が取れなくなる恐れがある。
【００７０】
そこで、図５に示す第二実施形態において、送信機用高速カウンタ３８を生成する第四カウンタ生成部１３としては、受信機３の宛先に関係なくすべてのハイレートフレームの数を連続してカウントするものを採用し、また、受信機用高速カウンタ４１を生成する受信機３の第四カウンタ生成部４０として、すべてのハイレートフレームの数をカウントするものを採用することが好ましい。
この場合、暗号フレーム１７中の宛先部分を確認する必要がないので、上記の不都合が回避され、高速カウンタ３８，４１の同期が取れやすいシステムにすることができる。
【００７１】
〔その他の開示〕
前記した各実施形態において、送信機２のカウンタ生成部６，８，１１，１３と受信機３のカウンタ生成部２１，２３，２５，４０は、ＰＬＬ (Phase Locked Loop) 回路によって構成することができる。また、送信機２のカウンタ処理部１５及び暗号生成部１６と、受信機３のカウンタ処理部２９と暗号復号部３１は、ハードウェアロジックによって構成してもよいが、一般にはＣＰＵ等よりなるコンピュータを用いたソフトウェアによって実現される。
【００７２】
すなわち、送信機２及び受信機３は、カウンタの処理及び暗号化又は復号の各機能を実現するための制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、その制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）と、その制御プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）と、その制御プログラム及び各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）等を備えている。
そして、本発明は、上記制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム及びソースプログラム等）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を送信機２又は受信機３に供給し、そのコンピュータが記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出して実行することによって達成される。
【００７３】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【００７４】
また、送信機２及び受信機３を通信ネットワークと接続し、このネットワークを介して上記プログラムコードを供給してもよい。この通信ネットワークとしては、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（Virtual Private Network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。
また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。
【００７５】
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明は、広くＣＴＲモードでブロック暗号化する通信システムに採用することができ、前記したＡＥＳ１２８ｂｉｔＣＴＲ方式に限定されるものではない。
また、前記基準レート及びハイレートは１Ｇｂｐｓ及び１０Ｇｂｐｓに限定されるものではないし、３種類以上の伝送速度を利用するマルチレートＰＯＮシステムに本発明を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】第一実施形態に係る共通鍵暗号通信システムの構成図である。
【図２】暗号生成部と暗号復号部の動作を示すブロック図である。
【図３】入力ブロックカウンタのビット列の構成図である。
【図４】伝送レートと部分ＰＯＮクロックカウンタとの関係を示す図である。
【図５】第二実施形態に係る共通鍵暗号通信システムの構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
１      共通鍵暗号通信システム
２      送信機
３      受信機
５      ＰＯＮクロックカウンタ
７      ラウンドアップカウンタ
９      平文フレーム
１０      フレームブロックカウンタ
１２      高速カウンタ（サブカウンタ）
１３      第四カウンタ生成部
１４      入力ブロックカウンタ
１６      暗号生成部
１７      暗号フレーム
１８      部分ＰＯＮクロックカウンタ
２０      ＰＯＮクロックカウンタ
２２      ラウンドアップカウンタ
２４      ブロックフレームカウンタ
２７      部分ＰＯＮクロックカウンタ
２８      入力ブロックカウンタ
３０      平文フレーム
３１      暗号復号部
３８      送信機用の高速カウンタ（サブカウンタ）
４０      第四カウンタ生成部
４１      受信機用の高速カウンタ（サブカウンタ）
【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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