(57)【要約】【課題】無線通信の電波伝搬路特性の不規則変動に基づいて秘密裏に正規の送受信者が秘密鍵を個々に作成し、その作成された秘密鍵を用いて安全性の高い無線通信を行えるようにしたシステムを提供することを目的とする。【解決手段】秘密鍵を用いて無線通信する場合、まず、それぞれの無線局１、２から他の無線局２、１に測定用信号を送信するとともに、相手方から送信された測定用信号であって無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号を受信し、遅延プロファイルの時系列を測定する。そして、この遅延プロファイルに基づいてそれぞれの無線局１、２で独自に秘密鍵を作成し、この共有された秘密鍵を用いて通信を行うようにする。【選択図】  図１
2004187197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
秘密鍵を用いて無線局間で通信を行う無線通信システムにおいて、それぞれの無線局に、他の無線局に対して測定用信号を送信する送信手段と、他の無線局から送信され、無線局間で変化した測定用信号を受信する受信手段と、この受信した測定用信号に基づいて秘密鍵を作成する鍵作成手段と、この作成された秘密鍵を用いて信号を暗号化し、復号して通信を行う通信手段と、を設けたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記無線局間で変化した測定用信号が、無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号である請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
無線局間で変化した測定用信号が、人為的に操作された無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号である請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
秘密鍵を用いて無線局間で通信を行う無線通信方法において、それぞれの無線局から互いに測定用信号を送信するステップと、他の無線局から送信され、無線局間で変化した測定用信号を受信するステップと、この受信した測定用信号に基づいてそれぞれの無線局で秘密鍵を作成するステップと、この作成された秘密鍵を用いて信号を暗号化し、復号して通信を行うステップと、を設けたことを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
前記無線局間で変化した測定用信号が、無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号である請求項４に記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記無線局間で変化した測定用信号が、人為的に操作された無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号である請求項４に記載の無線通信方法。
【請求項７】
秘密鍵を用いて他の無線局との間で通信を行う無線局において、前記他の無線局に対し、秘密鍵を作成させるための測定用信号を送信する送信手段と、前記他の無線局から送信され、無線局間で変化した測定用信号を受信する受信手段と、この受信した測定用信号に基づいて秘密鍵を作成する鍵作成手段と、この作成された秘密鍵を用いて信号を暗号化し、復号して通信を行う通信手段と、を設けたことを特徴とする無線局。
【請求項８】
双方の無線局における機器特性の差に依存することが少なくなるように、測定用信号の発生、送信処理、受信処理、伝送路特性測定の少なくともいずれか一つを含む処理を行って秘密鍵を作成し、または／および、受信した測定用信号を機器特性の差に依存することが少ない測定量に変換して秘密鍵を作成する請求項７に記載の無線局。
【請求項９】
さらに、前記他の無線局の秘密鍵に基づいて非可逆的に演算された鍵確認用データを受信し、その受信したデータおよび自局の秘密鍵に基づいて非可逆的に演算された鍵確認用データの一致を確認することで秘密鍵の一致を確認する鍵確認手段を設けた請求項７または８に記載の無線局。
【請求項１０】
さらに、前記他の無線局の秘密鍵に基づいて演算されたシンドロームを受信し、その受信したシンドロームおよび自局の秘密鍵に基づいて演算されたシンドロームを用いて誤り訂正を行い、秘密鍵を一致させる鍵一致化手段を設けた請求項７から９いずれか１項に記載の無線局。
【請求項１１】
前記無線局間で変化した測定用信号が、無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号である請求項７から１０いずれか１項に記載の無線局。
【請求項１２】
前記無線局間で変化した測定用信号が、人為的に操作された無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号である請求項７から１０いずれか１項に記載の無線局。
【請求項１３】
秘密鍵を用いて他の無線局との間で通信を行う無線通信方法において、前記他の無線局に対し、秘密鍵を作成させるための測定用信号を送信するステップと、前記他の無線局から送信され、無線局間で変化した測定用信号を受信するステップと、この受信した測定用信号に基づいて秘密鍵を作成するステップと、この作成された秘密鍵を用いて信号を暗号化し、復号して通信を行うステップと、を設けたことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１４】
双方の無線局における機器特性の差に依存することが少なくなるように、測定用信号の発生、送信処理、受信処理、伝送路特性測定の少なくともいずれか一つを含む処理を行って秘密鍵を作成し、または／および、受信した測定用信号を機器特性の差に依存することが少ない測定量に変換して秘密鍵を作成するものである請求項１３に記載の無線通信方法。
【請求項１５】
さらに、前記他の無線局の秘密鍵に基づいて非可逆的に演算された鍵確認用データを受信し、その受信したデータおよび自局の秘密鍵に基づいて非可逆的に演算された鍵確認用データの一致を確認することで、秘密鍵の一致を確認するステップを設けた請求項１３または１４に記載の無線通信方法。
【請求項１６】
さらに、前記他の無線局の秘密鍵に基づいて演算されたシンドロームを受信し、その受信したシンドロームおよび自局の秘密鍵に基づいて演算されたシンドロームを用いて誤り訂正を行い、秘密鍵を一致させるステップを設けた請求項１３から１５いずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項１７】
前記無線局間で変化した測定用信号が、無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号である請求項１３から１６のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項１８】
前記無線局間で変化した測定用信号が、人為的に操作された無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号である請求項１３から１６いずれか１項に記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信に関するものであり、より詳しくは、例えば、移動無線端末間、もしくは、移動無線端末と基地局との間における無線通信に好適に用いられる無線通信技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報化社会の発展に伴い情報通信がますます重要となるとともに、情報の盗聴や不正利用がより深刻な問題となりつつある。特に、移動通信をはじめとする無線通信では無線の傍受により比較的容易にしかも秘密裏に盗聴を行うことが可能なため、盗聴対策がより重要である。盗聴対策としては、従来から暗号化などが用いられているが、既存技術をそのまま移動通信などに適用するには以下のような問題がある。
【０００３】
すなわち、暗号技術のうち、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。また、処理演算量が大きいため、消費電力と処理演算量に制約のある移動無線端末への適用が難しい。一方、処理が比較的簡単な秘密鍵暗号方式は、大容量データの高速暗号化も可能であるが、鍵管理と鍵配送が必要となる。また、秘密鍵暗号方式は、同一の秘密鍵を使い続けると、暗号解読の攻撃を受けやすく、安全性が損なわれる心配がある。さらに、移動通信では、端末の盗難・紛失の危険性が高いことも問題となる。
【０００４】
一方、通信路雑音や通信路変動などの不規則な現象を用いて秘密通信を行うことも可能である。通信路雑音を活用する方式には、盗聴通信路を利用した秘密鍵配送の可能性の理論的検討（Ｕ．  Ｍ．  Ｍａｕｒｅｒ，  “Ｓｅｃｒｅｔ  ｋｅｙ  ａｇｒｅｅｍｅｎｔ  ｂｙ  ｐｕｂｌｉｃｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｃｏｍｍｏｎ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，  “ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ，  ｖｏｌ３９，  ｎｏ３，  ｐｐ７３３−７４２，  Ｍａｙ，  １９９３）などがある。また、移動通信路の不規則変動を活用して、正規の送受信者と盗聴者の間に誤り発生の格差を付ける伝送制御を行うことで、秘密通信を実現する方法が提案されている（中山、笹岡、“移動通信における通信路雑音を用いたセキュリティ通信方式の検討”、２００２年信学総大，  Ｂ−５−７３，  Ｍａｒｃｈ，  ２００２）。しかし、これらは十分に簡易な方法とは言い難い。
【０００５】
また、雑音や不規則な現象を用いて秘密鍵を作成する方法は知られているが、それらを秘密通信に用いる場合には、一度作成した秘密鍵を正規の利用者に安全に配る手段とその鍵を厳重に管理する手段とが必須となる。そして、正規の送受信者間で秘密鍵の情報の配送を行わないで秘密鍵を共有する方法、例えば、正規の送受信者で秘密鍵を個々に作成し、その秘密鍵を盗聴者には秘密裏に一致させることで、秘密鍵の共有を図る方法は知られていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる課題に着目したものであるが、一般的に、陸上移動通信では、電波伝搬路特性に依存して受信電界強度に高速で複雑な変動（マルチパス・フェージング）が発生するとともに、多重波の到達時間差（遅延時間差）を無視できないような場合に選択性フェージングが発生することが知られている。このマルチパス・フェージングは、一般に包絡線の分布がレイリー分布となる不規則過程で、その変動速度は一般的に数Ｈｚから数百Ｈｚであり、このため、時間が極わずか（例えば１秒）異なれば、フェージングの時間相関がほぼ無相関となる。また、移動局受信で場所が極わずか（半波長程度：１ＧＨｚの場合に１５ｃｍ）異なれば、フェージングの空間相関がほぼ無相関となる。なお、基地局受信でも、フェージング空間相関が十数波長でほぼ無相関となる。
【０００７】
一方、電波伝搬では、特定の送受信点間で可逆性が成り立つ。即ち、伝搬方向が逆となっても、２地点間の伝搬路の様子（伝搬経路、減衰量、遅延時間など）は変わらない。このため、同一周波数で時分割復信を行う場合に、相手局受信信号と自局受信信号とのフェージング変動の相関が強くなる。このため、正規の送受信者間でフェージング変動（広くは、伝送路特性）を情報の共有することが容易であり、これと受信場所を異にし盗聴者がこの伝送路特性の情報を共有することはほとんど不可能である。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる無線通信の伝送路特性の不規則変動に基づいて秘密裏に正規の送受信者が秘密鍵を個々に作成し、その作成された秘密鍵を用いて安全性の高い無線通信を行えるようにしたシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、秘密鍵を用いて無線局間で通信を行う場合、まず、それぞれの無線局から他の無線局に測定用信号を送信するとともに、相手方から送信された測定用信号であって無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号を受信する。そして、この受信した測定用信号に基づいてそれぞれの無線局で独自に秘密鍵を作成し、この秘密鍵を用いて通信を行うようにしたものである。
【００１０】
このように構成することにより、簡易な方法で秘密鍵の作成や秘密鍵の盗聴防止を図ることができ、しかも、秘密鍵を使い捨てするようにした場合は、端末の盗難や紛失などが生じた場合であってもその秘密鍵が盗まれることがなくなる。
【００１１】
なお、ここで「無線局」とは、電磁波により無線通信を行う装置、端末、デバイスなどを意味するものであり、例えば、携帯電話、ＰＨＳ（登録商標）、ＰＤＡなどの移動可能な携帯端末の他、基地局などのように地面に設置されたものも含むものである。また、「電波伝搬路特性」とは、どのように電波が無線局間を伝搬するかを示す特性であり、例えば、それぞれの無線局の間における固有の特性である「伝送経路」、「減衰量」、「伝搬時間差」などのような自然的な電波伝搬路特性のほか、人為的に操作された現象に基づく特性をも含むものである。また「伝送路特性」とは、電波伝搬路特性に基づいて信号がどのように変化するかなどを示す特性であり、例えば、電波伝搬路特性に依存する信号の振幅・位相とその変動、伝送路のインパルス応答特性や周波数特性とその変動などを含むものである。
【００１２】
また、このようなシステムにおいて、秘密鍵を作成する際、無線局における送受信機の機器特性の差に依存することが少なくなるように測定用信号の発生、送信処理、受信処理、伝送路特性の測定処理、測定量の変換処理などを行い、秘密鍵を作成する。このような処理は、測定用信号の発生、送信処理、受信処理、伝送路特性の測定処理、測定量の変換処理の全てに行うようにしても良いが、いずれか一つもしくは所定の処理に対してのみ行うようにしても良い。
【００１３】
このように構成すれば、無線局の機器特性の差によって受信した測定用信号の差を小さくすることができ、それぞれの秘密鍵の不一致を可能な限り小さくすることができるようになる。
【００１４】
さらに、他の無線局の秘密鍵に基づいて非可逆的に演算された鍵確認用データを受信し、その受信したデータおよび自局の秘密鍵に基づき同様の非可逆的に演算されたデータの一致を確認することで、秘密鍵の一致を図れるようにする。
【００１５】
このように構成すれば、一致確認のために相手局へ鍵確認用データを送信する場合であっても、仮に盗聴者にその情報が盗聴されたとしても秘密鍵に戻すことが不可能となり、安全かつ確実に秘密鍵の一致を図ることができるようになる。
【００１６】
また、それぞれの無線局の秘密鍵を確認する際、他の無線局の秘密鍵に基づき演算されたシンドロームを受信し、その受信したシンドロームおよび自局の秘密鍵に基づき演算されたシンドロームを用いて誤り訂正を行い、秘密鍵を一致させるようにする。
【００１７】
このように構成すれば、仮にシンドロームに関する情報が盗聴者に知られたとしても秘密鍵自体が知られることはなく、また、それぞれの無線局で作成された秘密鍵が異なっている場合に、確実にそれらの秘密鍵を一致させることができるようになる。
【００１８】
なお、本発明において、「送信者」とは、安全に伝送した情報の送信者を意味し、「受信者」とは、情報を受けるべき正規の受信者を意味する。また「盗聴者」とは、盗聴の意思の有無に関わらず盗聴の可能性のある正規でない受信者を意味する。これらの送信者、受信者、盗聴者の概念は、人物だけに限らず、送信、受信、盗聴の各機能を持った自動または手動の装置を含むものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態について図面を用いて説明する。本実施の形態では、図２に示すように携帯電話などの無線局１、２との間で無線通信を行うシステムについて説明する。図２において、１および２は正規の送受信者を示し、３は盗聴者を示す。
【００２０】
本実施の形態における無線局１、２は、測定用信号を送信する送信手段と、その送信手段によって送信され無線局間１、２の電波伝搬路特性、すなわち、無線局間に存在する電波の反射物、散乱物、遮蔽物、吸収物などあらゆる地物の配置特性およびその電波的な特性など、によって変化した測定用信号を受信する受信手段と、その受信した測定用信号に基づいて秘密鍵を作成する鍵作成手段と、その作成された秘密鍵が一致するか否かを確認する鍵確認手段と、その秘密鍵の一致が確認できなかった場合に誤り訂正などを行って一致化を図る鍵一致化手段とを備え、その一致した秘密鍵を用いて信号を暗号化、復号して通信を行うようにしたものである。以下、本実施形態における無線局１、２およびシステムのフローについて詳細に説明する。
【００２１】
図３に無線局１、２の機能ブロックを示す。図３は、特に秘密鍵の共有および秘密通信に関する機能ブロックを示したものである。
【００２２】
図３において、無線局１、２は、少なくとも測定用信号発生部１０、送信処理部１１、アンテナ部１２、受信処理部１３、伝送路特性測定部１４、鍵作成部１５、鍵一致確認部１６、鍵一致化部１７、鍵記憶部１８を有する。そして、これらが協働して、送信手段、受信手段、鍵作成手段、鍵確認手段、鍵一致化手段をなす。
【００２３】
測定用信号発生部１０は、あらかじめ定められた互いに共通の測定用信号を発生させ、送信処理部１１、アンテナ部１２を介して相手方に送信する。ここで、測定用信号は、特殊な信号を別途発生させる場合以外に、通信用の信号を用いることもできる。送信処理部１１は、変調、周波数変換、多元接続、送信信号増幅など送信系の処理を有するものである。また、受信処理部１３は、アンテナ部１２を介して相手方から送信されてきた信号の受信処理を行うものであり、受信増幅、多元接続、周波数変換、復調などの処理を行う。伝送路特性測定部１４は、その受信した信号の伝送路特性を調べ鍵作成部１５に受け渡す。鍵作成部１５は、その伝送路特性を秘密鍵の作成に適するように変換した後、デジタル化し、ビット情報で表される秘密鍵を作成する。鍵一致確認部１６は、図４に示すように鍵確認用データ発生部１６ａと、鍵確認用データ比較部１６ｂと、結果処理部１６ｃとを具備してなるもので、鍵確認用データを送信処理部１１およびアンテナ部１２を介して相手方に送信し、もしくは、相手方から受信した鍵確認用データを自局の鍵確認用データ発生部１６ａで作成したものと鍵確認用データ比較部１６ｂで比較し、その結果を鍵記憶部１８や送信処理部１１などに送信する。鍵一致化部１７は、図５に示すように擬似シンドローム作成部１７ａ、不一致ビット検出部１７ｂ、鍵不一致訂正部１７ｃ、確認用データ発生部１７ｄ、鍵確認用データ比較部１７ｅ、結果処理部１７ｆを具備するもので、鍵一致確認部１６によって不一致が確認された場合に、擬似シンドロームを用いて秘密鍵を一致化させるとともに、その一致化させた秘密鍵を鍵一致確認部１６の処理と同様にして鍵確認用データに変換し、一致を確認するものである。鍵記憶部１８は、鍵一致確認部１６によって一致が確認された秘密鍵もしくは鍵一致化部１７によって一致処理された秘密鍵を一時的に記憶するものであり、例えば、１回の通信の間その情報を記憶しておく。一方、暗号化部１９ａは、秘密鍵の一致確認を行った後に、その秘密鍵を用いて送信データを暗号化し、送信処理部１１およびアンテナ部１２を介して相手方に送信できるようにする。また、復号部１９ｂは、逆にアンテナ部１２、受信処理部１３を介して受信した暗号化データを秘密鍵で復号し、受信データとして出力する。
【００２４】
次に、このように構成された無線局１、２が秘密通信を行う場合のフローについて図１を用いて説明する。
【００２５】
（測定用信号の送受信・伝送路特性変動の測定）
まず、それぞれの無線局１、２で秘密通信を行うに際して、それぞれの無線局１、２から共通の測定用信号を送出し（ステップＳ１）、互いに電波伝搬路特性に基づき変化した測定用信号を受信して（ステップＳ２）伝送路特性の変動測定を行う（ステップＳ３）。なお、無線通信を行う場合、伝搬路部分は共通することになるが、一般に無線局１、２の送受信部分は共通でないため、その機器特性に基づいて測定用信号および伝送路特性の測定結果に誤差を生じる。また、伝搬路の可逆性は、厳密には同一周波数の電波でなくては成立しない。そこで、双方の無線局１、２で同一の送信周波数を用いる。この場合に、同一周波数の電波を同時に送信すると干渉が発生するので、時分割復信（ＴＤＤ）で測定用信号を送信する。また、アンテナ部１２において、送信アンテナと受信アンテナが別のような場合には、送受のアンテナ特性が異なり、伝送路特性の測定結果に誤差が生じるので、同一アンテナを時分割に送受信で使用する。また、送信処理部１１での信号出力レベルの変動、受信処理部１３での入出力の信号増幅率の変動があると、伝送路特性測定の誤差となるので必要に応じて変動の検出と補償を行う手段を付加する。さらに、送信処理部１１や受信処理部１３において周波数変換を行う場合に、局部発信器の周波数変動や位相変動が伝送路特性測定の誤差となるので、必要により送受に同一の局部発信器を使用する。
【００２６】
また、さらに機器特性の差に依存することが少ない測定量に変換して秘密鍵を作成するためには、伝送路特性の変換とともに測定用信号の選択が重要となる。測定用信号としては、送信信号の振幅・位相変動の測定用連続波（ＣＷ波）、遅延プロファイル測定用のスペクトル拡散（ＳＳ）信号、伝送路の周波数特性測定用のスイープ信号、伝送路の周波数特性の測定が可能なＯＦＤＭ信号などを使用できる。測定用信号としてＣＷ波を用いた場合、双方の無線局で受信されたＣＷ波は、双方の送受信機の増幅特性に依存する受信振幅偏差および局部発信器の位相変動による位相偏差の影響を受ける。そこで、受信ＣＷ波の振幅の相対値を用いる。一方、遅延プロファイルの測定においては、受信振幅偏差と位相偏差の影響を受けるほか、相対値で表した電力遅延プロファイルを使用する。また、双方の無線局間で遅延を測る基準時刻がずれると電力遅延プロファイル特性が相違するので、時間のずれに関係しない測定量に変換する必要がある。この一方法としては、電力遅延プロファイルのスペクトルを求めることなどが考えられる。伝送路の周波数特性の測定については、位相成分を含まない振幅周波数特性の相対値を求める。
【００２７】
また、伝送路特性測定において、双方の無線局１、２で条件が共通でないために誤差が生じる原因として、受信側に加わる干渉や雑音の相違、測定時間の相違がある。干渉や雑音の相違の影響を少なくするため、測定用信号を複数回送信し、受信側で同期加算を行い、信号に対して干渉や雑音を抑圧する手法を用いる。また、測定時間の相違が、電波伝搬路特性の時間変化に対して無視できない場合には、双方の無線局で時間的に相互に測定を行い、異なる時間の特性を補間して時間差を補正する手法を用いる。
【００２８】
このようにして送受信され測定された伝送路特性の変動の測定値は、ステップＳ４の秘密鍵作成に用いられる。
【００２９】
（秘密鍵の作成）
共有された伝送路特性から秘密鍵を作成する場合、なんらかの方法で標本化、量子化、符号化を行い、アナログ情報からデジタル情報へ変換を行う。ここで、双方の無線局で測定された伝送路特性のわずかな差が、秘密鍵の大きな不一致とならないようにする必要がある。
【００３０】
（鍵一致の確認）
ステップＳ４で作成された秘密鍵は、それぞれの無線局間で一致しているかどうか確認される（ステップＳ５）。この確認の手法としては、まず、一方の無線局２で、作成された秘密鍵に基づいて鍵確認用データを発生する。このデータは、秘密鍵から非可逆的な演算、あるいは、一方向的な演算により変換されるものであり、例えば、ハッシュ化などを含むものである。このような変換を用いると、鍵確認用データが盗聴されても秘密鍵の情報を解読される危険性が極めて低くなる。一方、鍵確認用データを受信した無線局１では、自局で作成した秘密鍵についても同様に同一の非可逆的な演算、あるいは、一方向的な演算により鍵確認用データを作成し、このデータと送信されてきた鍵確認用データとの一致を確認する。両データが不一致であれば、双方が作成した秘密鍵が不一致であることが分かり、一方、一致している場合は、秘密鍵も一致している確率が非常に高いので、秘密鍵が一致したと判断し、他局に一致を通知するとともに鍵記憶部１８に秘密鍵を記憶させる。
【００３１】
（鍵不一致対策）
ステップＳ５で双方の確認用データが不一致であると判断した場合は、他局にその旨の情報を通知し、誤り訂正を行えるようにする（ステップＳ６）。この誤り訂正は、秘密鍵の不一致を誤りとみなして誤り訂正の応用により鍵の不一致を解消するものである。この手法では、便宜上、秘密鍵のビットパターンに対して、あるブロック符号化が行われ、誤りが付加されたものと仮定する。そして、双方のビットパターンｘ１、ｘ２に対して検査行列Ｈを掛けてシンドロームｓ１＝ｘ１ＨＴ、ｓ２＝ｘ２ＨＴを算出する。なお、これらの演算はｍｏｄ２の演算とする。鍵不一致の訂正を行う無線局１では、他の無線局２からのシンドロームｓ２を受信し、自局で算出したシンドロームｓ１との差分ｓ＝ｓ１―ｓ２を求める。秘密鍵のビットパターンの差分（鍵不一致のビットパターン）ｅ＝ｘ１−ｘ２とすると、ｓ＝ｅＨＴの関係にある。ここでｓ＝０の場合はｅ＝０、すなわち、鍵不一致なしと判定できる。また、ｓ＝０でない場合、誤り訂正復号の手法でｓから不一致数最小を満たすｅを推定することができる。ここで、鍵不一致のビット数が誤り訂正能力内であれば、訂正が正しく行われる。このようにして、鍵不一致のビットパターンｅが得られると、自局で作成した秘密鍵ｘ１から引くことで、相手局の秘密鍵ｘ２＝ｘ１―ｅが得られる。なお、シンドローム情報が盗聴されても、ただ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。また、この手法は、鍵不一致のビット数が誤り訂正能力以上の場合に鍵一致に失敗する可能性があるので、別途、鍵一致の確認を行うことが望ましい。このため、鍵不一致訂正後の鍵について、ステップＳ５と同様の手法で自局の鍵確認用データを作成し、他局から受信している鍵確認用データと比較して、鍵一致／不一致を確認し、相手方に通知する。なお、鍵確認用データの比較が不一致である場合は、鍵不一致のビット数が誤り訂正能力以上である可能性が高いため、ステップ１に戻って秘密鍵の作成をやり直すのが好ましい。
【００３２】
（秘密鍵による通信）
そして、このように秘密鍵の一致の確認が行われた場合、その秘密鍵を用いて送信データを暗号化するとともに、受信したデータを復号して受信データとして出力する（ステップＳ７）。
【００３３】
このように上記実施の形態では、無線局間に共有される伝送路特性を用いて秘密鍵を作成するようにしたので、盗聴者が別の場所でこの秘密鍵を作成することが不可能となり、盗聴の危険性を減少させることができるようになる。また、この実施の形態では、それぞれの無線局１、２で、機器特性の影響が少なくなるように測定用信号、送信処理、受信処理、伝送路特性測定を含む送受信処理などを行うようにしたので、作成される秘密鍵の不一致を可能な限り少なくすることができるようになる。さらに、本実施の形態では、ハッシュ化などを行って鍵確認用データを送信して秘密鍵の一致を確認し、また、両データが不一致である場合には、誤り訂正なども行うようにしたので、安全かつ確実に秘密鍵の一致を図ることができるようになる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【００３５】
例えば、上記実施の形態においては、電波伝搬路特性として、無線局間の自然的な電波伝搬路特性を用いるようにしたが、これに限らず、人為的に操作した電波伝搬路特性を用いるようにしても良い。この方法としては、図６に示すように人為的な移動物体や変動物体を無線局間に設置し、不規則な移動や変動を与える手段や、物体の移動や変動を用いず電磁気的な特性を人為的に変化させる手段などがある。電磁気的な特性を変化させるものとしては、無線局間にアンテナを設置し、アンテナの等価長を電気的に変化させて、電波の反射率、吸収率を操作するものがある。また、別の手段として、双方または一方の無線局に電波伝搬路特性変動発生部を付加する手段がある。ここで、電波伝搬特性の変動を発生させるものとしては、複数アンテナからの送信ダイバーシチ、送信アダプティブアレーがある。なお、電波伝搬路特性の不規則的な変動は、アンテナの複素重み（振幅、位相）を不規則に変化させて発生できる。このような人為的電波伝搬特性を用いることが好適な場合としては、例えば、無線局の移動および無線局間に移動物体がない場合であって、電波伝搬路特性の時間変化がほとんど発生しないような場合が考えられる。
【００３６】
また、上記実施の形態では、鍵不一致対策としてシンドロームによる誤り訂正を行うようにしたが、これに限らず、鍵確認用データを受信する無線局側で、あらかじめ秘密鍵の候補を複数作成しておき、これらを用いて秘密鍵の一致化を図るようにしても良い。
【００３７】
なお、本発明と上記実施の形態との関係において、
送信手段は、測定用信号発生部１０、送信処理部１１、アンテナ部１２に対応し、
受信手段は、アンテナ部１２、受信処理部１３に対応し、
鍵作成手段は、伝送路特性測定部１４、鍵作成部１５に対応し、
鍵確認手段は、鍵一致確認部１６に対応し、
鍵一致化手段は、鍵一致化部１７に対応し、
通信手段は、暗号化部１９ａ、送信処理部１１、アンテナ部１２、および受信処理部１３、復号部１９ｂに対応する。
【００３８】
【実施例】
上記実施の形態に基づき、実際に計算機シミュレーションを用いて特性評価を行った結果を示す。
【００３９】
このシミュレーションにおいては、正規の送受信者はＴＤＤを使用し、遅延プロファイルの測定機能をもつ。システム緒元としては、図８に示すようにＴＤＭＡ／ＴＤＤを適用したＳＳ変調を想定した。秘密鍵作成の手順は、図７に示すように始めに遅延プロファイル測定用の信号であるＳＳ変調波を送受し、受信側で同期加算を行って、伝送路特性として遅延プロファイルの時系列を測定する。また、一方の無線局で補間により遅延プロファイルの測定時間差の影響を取り除く。この後、遅延プロファイルの時系列をフーリエ変換して伝送路の時変周波数特性を求め、時間・周波数領域で標本化を行い、２値化してビットパターンである鍵候補を求める。さらに、鍵不一致対策を施し、正常の鍵共有を確認する。その後、共有された秘密鍵を用いて暗号化・復号を行う。
【００４０】
この結果を図９から図１４に示す。図９は、電力遅延プロファイルの一例である。送信者、受信者、盗聴者での測定結果は全て異なっているが、正規の送受信者の測定結果に時間差の補正を施すと同一となるのに対して、盗聴者の測定する者は形状がかなり異なる。このような電力遅延プロファイルの時間変化を測定し、時変振幅周波数特性を求めた結果を図１０に示す。この時変振幅周波数特性を周波数軸方向に８サンプル、時間軸方向に１２サンプルし、９６のサンプル値の平均値を閾値として２値判定を行って作成した（０、１）のビットパターンを図１１に示す。両者のビットパターンは一致しており、秘密鍵が共有できることが分かる。
【００４１】
次に、伝送路特性の測定が理想的でない場合に、鍵不一致が発生する割合と鍵不一致対策の効果について説明する。図１２に、測定時間差による劣化と補間による改善効果を示す。線形補間や３次補間により鍵不一致率が低下できることが分かる。図１３に同期加算による雑音低減効果を示す。図１４に誤り訂正復号を応用した鍵不一致対策の効果を示す。信号対雑音電力比（ＳＮ比）が２０ｄＢ程度で、鍵不一致率がほぼゼロとなることがわかる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、秘密鍵を用いて無線局間で通信を行う場合、まず、それぞれの無線局から他の無線局に測定用信号を送信するとともに、相手方から送信された測定用信号であって無線局間の電波伝搬路特性によって変化した測定用信号を受信する。そして、この受信した測定用信号に基づいてそれぞれの無線局で独自に秘密鍵を作成し、この作成された秘密鍵を用いて通信を行うようにしたので、簡易な方法で秘密鍵の作成や秘密鍵の盗難防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における無線通信の状態を示すフロー
【図２】同形態におけるシステム概略図
【図３】同形態における無線局の機能ブロック図
【図４】同形態における鍵一致確認部の詳細ブロック図
【図５】同形態における鍵一致化部の詳細ブロック図
【図６】別の実施の形態におけるシステム概略図
【図７】実施例におけるシミュレーションフローを示す図
【図８】シミュレーションシステムの諸元を示す図
【図９】シミュレーションにおける電力遅延プロファイルを示す図
【図１０】シミュレーションにおける伝送路の時変振幅周波数特性（絶対値）を示す図
【図１１】シミュレーションにおける作成したビットパターンを示す図
【図１２】シミュレーションにおける鍵不一致特性の補間による改善効果を示す図
【図１３】シミュレーションにおける鍵不一致特性の同期加算による改善効果を示す図
【図１４】シミュレーションにおける誤り訂正復号を応用した場合の鍵不一致特性を示す図
【符号の説明】
１、２・・・無線局
３・・・盗聴者
１０・・・測定用信号発生部
１１・・・送信処理部
１２・・・アンテナ
１３・・・受信処理部
１４・・・伝送路特性測定部
１５・・・鍵作成部
１６・・・鍵一致確認部
１７・・・鍵一致化部
１８・・・鍵記憶部
１９ａ・・・暗号化部
１９ｂ・・・復号部
【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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【図１４】
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