(57)【要約】【課題】加入者ユニットの利用者の負担を増加せず、サービス起動において過度の遅延を生じさせず、暗号化した認証番号を通信する。【解決手段】加入者ユニット参照番号に関連するメッセージング・キーは、加入者ユニット（１０５）とインフラ通信センタ（１０１）とに与えられる（２０３，４０３）。次に、加入者ユニット（１０５）の認証キーおよび／または識別子は、加入者ユニット（１０５）またはインフラ通信センタ（１０１）のいずれかによって生成される（３００，４０７）。認証キーおよび／または識別子は、メッセージング・キーで暗号化され（２０７，４１３）、ついで加入者ユニット（１０５）とインフラ通信センタ（１０１）との間で通信される（２０９，４１５）。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加入者ユニットおよびインフラ通信センタを有する通信システムにおけるメッセージング方法であって：
（ａ）加入者ユニット参照番号に関連するメッセージング・キーを、前記加入者ユニットと前記インフラ通信センタとに与える段階；
（ｂ）前記インフラ通信センタにて前記加入者ユニットの認証キーを生成する段階；
（ｃ）前記インフラ通信センタにて、前記認証キーを前記メッセージング・キーで暗号化して、暗号化された認証キーを生成する段階；および
（ｄ）前記加入者ユニット参照番号によって識別された前記加入者ユニットに、前記暗号化された認証番号を通信する段階；
によって構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
メッセージング・キーを、前記加入者ユニットと前記インフラ通信センタとに与える段階（ａ）が、前記メッセージング・キーを前記加入者ユニットに与える前、認証キーに基づいて前記インフラ通信センタにて前記メッセージ・キーを生成する段階より成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
メッセージング・キーを、前記加入者ユニットと前記インフ通信センタとに与える段階（ａ）が、更に、（ａ１）前記メッセージング・キーを前記インフラ通信センタに与える段階の前に、前記加入者ユニットにて前記メッセージング・キーを生成する段階より成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記メッセージング・キーを前記インフラ通信センタに与える段階の前に、前記加入者ユニットにて前記メッセージング・キーを生成する段階（ａ１）が、更に：
（ａ１ａ）ランダム・プロセスの関数として前記メッセージング・キーの第１部分を生成する段階；
（ａ１ｂ）前記第１部分に基づいて前記メッセージング・キーの第２部分を生成する段階；および
（ａ１ｃ）前記第２部分を前記第１部分に結合して、前記メッセージング・キーを生成する段階；
より成ることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
加入者ユニットおよびインフラ通信センタを有する通信システムにおけるメッセージング方法であって：
（ａ）加入者ユニット参照番号に関連するメッセージング・キーを、前記加入者ユニットと前記インフラ通信センタとに与える段階；
（ｂ）前記加入者ユニットにて認証キーを生成する段階；
（ｃ）前記加入者ユニットにて、前記認証キーを前記メッセージング・キーで暗号化して、暗号化された認証キーを生成する段階；および
（ｄ）前記暗号化された認証キーおよび前記加入者ユニット参照番号を前記インフラ通信センタに通信する段階；
によって構成されることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記メッセージング・キーは、暗号よりなることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記加入者ユニットにて認証キーを生成する段階（ｂ）が：
（ｂ１）ランダム・プロセスの関数として前記認証キーの第１部分を生成する段階；
（ｂ２）前記第１部分に基づいて前記認証キーの第２部分を生成する段階；
および
（ｂ３）前記第２部分を前記第１部分に結合して、前記認証キーを生成する段階；
より成ることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記暗号化された認証キーおよび前記加入者ユニット参照番号を前記インフラ通信センタに通信する段階（ｄ）が、無線周波数リンクを利用して、前記暗号化された認証キーおよび前記加入者ユニット参照番号を送信する段階より成ることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項９】
更に、
（ｅ）前記インフラ通信センタにて、前記加入者ユニットの識別子を生成す
る段階；および
（ｆ）前記インフラ通信センタから前記加入者ユニットに前記識別子を通信する段階；
より成ることを特徴とする請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般に、通信システムに関し、さらに詳しくは、通信システムにおけるメッセージング方法に関する。
【０００２】
発明の背景
セルラまたはトランク通信システムなどの通信システムは、複数の加入者ユニットと、一般にサービス・プロバイダによって制御されるインフラ通信センタとを含むことが知られている。システムの種類に応じて、加入者ユニットはセルラ電話または双方向無線装置からなる場合がある。各加入者ユニットは、特定の製造業者によって製造され、対応するシリアル番号が付される。インフラ通信センタは、一般に、加入者ユニットに無線通信チャネルを提供する複数の基地局に接続される。一般に、インフラ通信センタは、交換機に結合されるホーム・ロケーション・レジスタ（ＨＬＲ：ｈｏｍｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｒｅｇｉｓｔｅｒ）を含む。周知のように、交換機は無線チャネルに対する加入者ユニット・アクセスを制御し、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）に相互接続を行う。
【０００３】
加入者ユニットのサービス起動前に、一般にサービス・プロバイダの担当者は加入者ユニットの移動識別番号（ＭＩＮ：ｍｏｂｉｌｅ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｎｕｍｂｅｒ）を割り当て、この識別番号を加入者ユニットに保存する。また、担当者は識別番号と対応する加入者ユニット・シリアル番号とをＨＬＲに保存する。加入者識別番号により、加入者ユニットは特定の通信システムにアクセスでき、またこの番号は加入者ユニットに提供されるサービス量（例えば、エア・タイム）を監視するためにサービス・プロバイダによって用いられる。この手順では、加入者ユニットの利用者がサービス起動を要求（例えば、加入者ユニットの販売時点で）した後の公称起動時間期間内に、サービスはサービス・プロバイダから利用可能になる。この方式は簡単であるが、加入者ユニット識別番号および対応する加入者ユニット・シリアル番号へのアクセスは、サービス・プロバイダの担当者に容易に入手できる。残念ながら、この不正アクセスは、加入者ユニットのクローン化（すなわち、ある加入者ユニットに割り当てられた識別番号およびシリアル番号を別の加入者ユニットにコピーする）に起因する多数のサービス詐欺の発生を招いている。
【０００４】
サービス詐欺の発生を低減するため、２つのセキュリティ概念が勧告された。第１の概念は、ＴＩＡ／ＥＩＡ　ＩＳ−５４およびＩＳ−９５（Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｉｍ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ　５４　ａｎｄ　９５）に基づく既存の米国デジタル・セルラ（ＵＳＤＣ）システム用に勧告された。この方法では、サービス・プロバイダは米国郵便サービスを介して加入者ユニットの利用者に認証コード（ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｄｅ）を送付することを必要とする。このコードを受け取ると、利用者は、加入者ユニットがキーパッドを有している場合に、認証コードを加入者ユニットに入力し、サービスを起動する。この方法は適切なセキュリティを提供するが、加入者ユニットの利用者に面倒な負担をかける。さらに、この方法は、認証コードを郵送するため、サービスの要求とサービスの起動との間で固有の遅延を含む。
【０００５】
第２の概念は、ＧＳＭ（Ｇｒｏｕｐｅ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｍｏｂｉｌｅ　）汎欧州セルラ通信システム（Ｇｌｏｂａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｆｏｒ　Ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ともいう）において現在利用されている。この方法では、加入者ユニットの利用者は、利用前に加入者ユニットに伴うカード読み取り装置に認証カードを挿入する必要がある。認証カードは、加入者ユニットの識別番号および機密キー（ｓｅｃｕｒｅ　ｋｅｙ）を含む。機密キーは、加入者ユニットをさらに識別するデジタル・ワードであり、加入者ユニットのシステム・アクセス権を確定するためにサービス・プロバイダによって一般に利用される。
【０００６】
よって、この方法は、加入者ユニットの利用者が加入者ユニットを利用するときには必ず認証カードの携帯を必要とする負担をかける。さらに、この方法では、加入者ユニットとともに追加カード読み取り装置ハードウェアを購入する必要があり、加入者ユニットを所有する費用が増加する。
【０００７】
従って、加入者ユニットの利用者への負担を増加せず、サービス起動において過度の遅延を生じさせず、加入者ユニットに伴う追加ハードウェアを必要とせずに、加入者ユニットの識別番号および機密キーの機密利用を行う、通信システムにおいて機密メッセージングの方法が必要とされる。
【０００８】
好適な実施例の説明
一般に、本発明は、通信システムにおいて加入者ユニットとインフラ通信センタとの間のメッセージング方法を提供する。加入者ユニット参照番号に関連するメッセージング・キーは、加入者ユニットとインフラ通信センタとに与えられる。認証キー（例えば、システム認証コード）および／または加入者ユニットの識別子は、加入者ユニットまたはインフラ通信センタのいずれかによって生成される。認証キーおよび／または識別子は、メッセージング・キーで暗号化され、加入者ユニットとインフラ通信センタとの間で自動的に交信される。加入者ユニットの認証キーおよび／または識別子をこのように転送することによって、本発明は既設の通信システムにおいて加入者ユニット利用者に課せられる認証負担を軽減し、しかもかかるシステムに対する不正アクセスを最小限に抑える。
【０００９】
本発明は、図１ないし図４を参照してさらに詳しく説明できる。図１は、インフラ通信センタ１０１および加入者ユニット１０５を含む、本発明による通信システム１００を示す。好適な実施例では、インフラ通信センタ１０１は、基地局１０３に（例えば、ケーブルまたは無線周波数リンクを介して）結合されるが、基地局１０３はインフラ通信センタ１０１内で具現してもよい。インフラ通信センタ１０１は、交換機（ＨＬＲ／交換機１０７）およびアプリケーション・プロセッサ１０９とともに、周知のホーム・ロケーション・レジスタ（ＨＬＲ）または他の同等なデータベースを含む。加入者ユニット１０５は、とりわけ、メモリ・デバイス１１１を含む。加入者ユニット１０５とインフラ通信センタ１０１との間の通信は、好ましくは無線周波数（ＲＦ）チャネルまたはリンク１１３を利用して行われる。
【００１０】
加入者ユニット１０５は、好ましくは無線電話，携帯無線装置，移動無線装置または任意の他の双方向通信装置からなる。ただし、加入者ユニット１０５は、ページャなどの単方向通信装置でもよい。メモリ・デバイス１１１は、好ましくは、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ），プログラム可能なリードオンリ・メモリ（ＰＲＯＭ）または電気的に消去可能なＰＲＯＭなど、書き込み可能なメモリ・デバイスからなる。
【００１１】
インフラ通信センタ１０１は、好ましくは、ＲＦセルラ電話通信システム１００や、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）またはワイヤレス・ローカル・ループ（ＷＩＬＬ）などのトランク通信システムをサポートするために必要な交換制御機器からなる。ＨＬＲ／交換機１０７の交換機部分は、市販のＭｏｔｏｒｏｌａ　ＥＭＸ　２５００　交換機からなってもよい。アプリケーシヨン・プロセッサ１０９は、好ましくは、Ｍｏｔｏｒｏｌａ　ＭＣ６８０００マイクロプロセッサのファミリの１つなど、マイクロプロセッサからなる。
【００１２】
本発明の好適な実施例による通信システム１００の動作は、図２を参照してさらに詳しく説明できる。図２は、加入者ユニット１０５からインフラ通信センタ１０１に機密メッセージングを行うために実行されるステップの論理フロー図２００を示す。論理フローは、加入者ユニット１０５が通信システム１００に登録することを希望する特定の時間期間（例えば、サービスを開始するとき）において、加入者ユニットの参照番号（例えば、シリアル番号）に関連するメッセージング・キーがインフラ通信センタ１０１，加入者ユニット１０５またはインフラ通信センタ１０１および加入者ユニット１０５から外部の装置のいずれかによって生成される（２０２）ときに開始する（２０１）。好適な実施例では、メッセージング・キーは、６４ビット暗号キーなど、外部生成される機密キーからなる。別の実施例では、暗号キーは、メッセージング・キーをなす５１２ビット暗号マスクを生成するためにその後用いることができる。さらに別の実施例では、加入者ユニットの参照番号に対応する認証キー（以下で説明する）に基づいて、インフラ通信センタ１０１によってメッセージング・キーを生成してもよい。さらに別の実施例では、加入者ユニット１０５によってメッセージング・キーを生成してもよい。加入者ユニットにおける機密キーの生成については、図３を参照して以下で詳説する。
【００１３】
メッセージング・キーが生成されると、このメッセージング・キーおよび関連する加入者ユニット参照番号は、どこでメッセージング・キーが生成されたかに応じて、加入者ユニット１０５および／またはインフラ通信センタ１０１に与えられる（２０３）。インフラ通信センタ１０１がメッセージング・キーを生成した場合、メッセージング・キーは、ＲＦリンク１１３，ケーブルまたは他の種類の電気媒体を利用して加入者ユニット１０５に送信できる。同様に、加入者ユニット１０５がメッセージング・キーを生成した場合、メッセージング・キーはＲＦリンク１１３を利用してインフラ通信センタ１０１に送信できる。メッセージング・キーが加入者ユニット１０５およびインフラ通信センタ１０１の外部で生成される場合、メッセージング・キーは、電子データ・バス，有線回線または他の種類の電気媒体を利用して両方にダウンロードされる。次に、加入者ユニット参照番号は、インフラ通信センタ１０１のＨＬＲ／交換機１０７と、加入者ユニット１０５とに格納される。
【００１４】
メッセージング・キーおよび関連する加入者ユニット参照番号を得ると、加入者ユニット１０５は認証キーを生成する（３００）。認証キーは、好ましくは、通信システム１００に対する認証アクセスを確定するために用いられるビット・ストリームである。好適な実施例では、認証キーは１２８ビット（３２個の１６進キャラクタ）のデジタル・ワードからなる。認証キーは、好ましくは、図３を参照して以下で説明するように生成される。認証キーを生成すると、加入者ユニット１０５は認証キーをメッセージング・キーで暗号化する（２０７）。この暗号化は、好ましくは、周知の暗号方法を利用して行われる。暗号化された認証キーおよび加入者ユニット参照番号は、加入者ユニット１０５からインフラ通信センタ１０１に送信（２０９）あるいは通信される。好適な実施例では、送信はＲＦリンク１１３を介して行われるが、ケーブル，赤外線リンク，光ファイバ・リンク，衛星リンクなどさまざまな他の電気媒体も採用できる。
【００１５】
暗号化された認証キーを加入者ユニット１０５から受信すると、インフラ通信センタ１０１は暗号化された認証キーを解読し、認証キーが以前に格納された加入者ユニット参照番号と対応するように認証キーをＨＬＲ／交換機１０７に格納する。認証キーおよび加入者ユニット参照番号は、加入者ユニットの通信システム１００に対する認証アクセスを確認するためインフラ通信センタ１０１によって周期的に用いられる。
【００１６】
論理フロー図２００を進んで、インフラ通信センタ１０１は加入者ユニット１０５の識別子（例えば、移動識別番号）を生成し（２１１）、例えばＲＦリンク１１３を利用して、この識別子を加入者ユニット１０５に送信または通信する（２１３）。別の実施例では、インフラ通信センタ１０１はあらかじめ設定された識別子のリストから識別子を割り当ててもよい。好適な実施例では、インフラ通信センタ１０１は識別子および加入者ユニット参照番号をアプリケーション・プロセッサ１０９のメモリ部に格納する。識別子の送信を完了したら、論理フローは終了する（２１５）。尚、認証キーをインフラ通信センタ１０１に送信する前に認証キーを暗号化することが好ましいが、別の実施例では、機密送信が必要ない場合に、暗号化されていない認証キーをインフラ通信センタ１０１に送信してもよいことに留意されたい。
【００１７】
図３は、本発明の好適な実施例により機密キーを生成する（３００）ために実行されるステップの論理フロー図を示す。前述のように、いわゆる機密キーは、好ましくは認証キーからなるが、以下の方法もメッセージング・キーを生成するのに同様に適用可能である。加入者ユニット１０５にて手順を開始するため（３０１）、加入者ユニット１０５は、ランダム・プロセスの関数として機密キーの第１部分を生成する（３０２）。好適な実施例では、この第１部分は、乱数発生器を用いて発生される１１２ビット（２８個の１６進キャラクタ）からなる。
【００１８】
第１部分を生成した後、加入者ユニット１０５は、第１部分に基づいて機密キーの第２部分を生成する（３０３）。この第２部分は、好ましくは、第１部分に対して再帰多項式符号を適用することによって算出される１６ビット（４個の１６進キャラクタ）からなる。第２部分の計算は、（例えば、ルックアップ・テーブルからの）符号番号とともに第１部分における２８個の１６進キャラクタの第１対を多項式（例えば、三次式）に入力することによって開始する。次に、最初の計算の積は、第１部分における２８個の１６進キャラクタの第２対と新たな符号番号とともに、多項式への再帰入力として用いられる。このプロセスは、第１部分における２８個の１６進キャラクタの１４個の対が多項式への入力として用いられるまで継続する。最終計算結果は、第２部分をなす。この第２部分は、好ましくは、インフラ通信センタ１０１によってチェックサムとして用いられ、加入者ユニット１０５からの通信の受信時に加入者ユニットの機密キーを確認する。好適な実施例では、第２部分は第１部分に追加され（３０５）、完全な機密キーを形成する。ただし、第２部分は、所望の機密キー構造に応じて第１部分のさまざまな点に結合できる（３０５）ことに理解されたい。機密キーが生成されると、加入者ユニットは機密キーをそのメモリ１１１に格納し（３０７）、論理フローは終了する（３０９）。
【００１９】
図２および図３を参照して説明したように、本発明は、加入者ユニット内で機密キー（例えば、認証キー）を生成し、この機密キーを暗号化し、ついで暗号化された機密キーをインフラ通信センタに通信する方法を提供する。この方法により、インフラ通信センタは、加入者ユニットのサービスが起動されたときに、加入者ユニットのランダムに生成された認証キーを、キー生成または送信プロセス中に人間の介入を必要とせずに、自動的に得ることができる。よって、認証キーを生成する従来の方法とは対照的に、本発明は、使用する前にアクセス・カードを挿入したり、あるいは通信システムにおいてサービスの起動前に長いアクセス・コードを入力するという加入者ユニットの利用者に課せられる負担を省く。さらに、キー生成は好ましくは加入者ユニット内で行われるので、ＨＬＲ／交換機にアクセスする適切な権限のないインフラ通信線センタ側のオペレータは機密キーを入手できない。従って、本発明は、インフラ通信センタの関係者による加入者ユニットのクローン化の可能性を低減する。さらに、本発明は、加入者ユニットの認証キーを周期的に変更する便宜的な手段を提供し、クローン化の可能性をさらに低減する。
【００２０】
図４は、本発明の別の実施例によりインフラ通信センタ１０１から加入者ユニット１０５に機密メッセージングを行うために実行されるステップの論理フロー４００を示す。図２による説明と同様に、論理フローは、加入者ユニットの参照番号（例えば、シリアル番号）に関連するメッセージング・キーがインフラ通信センタ１０１，加入者ユニット１０５またはインフラ通信センタ１０１および加入者ユニット１０５から外部の装置のいずれかによって生成（４０２）されると開始する（４０１）。メッセージング・キーが生成されると、メッセージング・キーおよび関連する加入者ユニット参照番号は、前述のように加入者ユニット１０５および／またはインフラ通信センタ１０１に与えられる（４０３）。
【００２１】
メッセージング・キーおよび関連する加入者ユニット参照番号を取得すると、インフラ通信センタ１０１は、加入者ユニット１０５が認証キーを必要とするかどうかを判定する。加入者ユニット１０５は、通信システム１００においてサービスを開始するか、確定する際に認証を必要とする。また、インフラ通信センタ１０１は、加入者ユニット１０５が前回のキーを所定の時間期間（例えば、１カ月）使用した後に新たな認証キーを必要とするかどうか判定してもよい。加入者ユニット１０５が認証キーを必要とするとインフラ通信センタ１０１が判断すると、インフラ通信センタ１０１は加入者ユニット１０５の認証キーを生成する（４０７）。インフラ通信センタ１０１は、データベースに常駐する認証キーのリストから認証キーを加入者ユニット１０５に割り当ててもよい。別の実施例では、インフラ通信センタ１０１は、加入者ユニット１０５について上で説明したのと同様な方法で認証キーを生成してもよい（３００）。好適な実施例では、インフラ通信センタ１０１は認証キーをＨＬＲ／交換機１０７に格納する。
【００２２】
論理フロー図４００をさらに進んで、インフラ通信センタは、加入者ユニットが識別子を必要とするかどうかを判定する。好適な実施例では、加入者ユニットは、通信システム１００においてサービスを起動するときにのみ識別子を取得すればよい。しかし、別の実施例では、通信システム１００への不正アクセスをさらに禁止するため、加入者ユニットの識別子の更新を必要としてもよい。加入者ユニット１０５が識別子を必要とする場合、インフラ通信センタ１０１は加入者ユニット１０５の識別子を生成する（４１１）。認証キーの生成（４０７）と同様に、インフラ通信センタ１０１は、インフラ通信センタ１０１の構成に応じて識別子を割り当てても、あるいは生成してもよい。好適な実施例では、インフラ通信センタ１０１は、識別子がＨＬＲ／交換機１０７における認証キーと、アプリケーション・プロセッサ１０９における加入者ユニット・シリアル番号と対応するように、識別子をＨＬＲ／交換機およびアプリケーション・プロセッサ１０９に格納する。
【００２３】
識別子が生成された後、あるいは加入者ユニット１０５が識別子を必要としない場合に、インフラ通信センタ１０１は認証キーおよび／または識別子をメッセージング・キーで暗号化する。この暗号化は、図２を参照して説明したのと同様な方法で行われる。次に、インフラ通信センタ１０１は、暗号化された認証キーおよび／または暗号化された識別子を、加入者ユニット参照番号によって識別された加入者ユニット１０５に送信（４１５）または通信し、論理フローは終了する（４１７）。
【００２４】
本発明は、通信システムにおいて加入者ユニットとインフラ通信センタとの間の機密メッセージングの方法を提供する。本発明により、認証キーの生成時に、または加入者ユニットとインフラ通信センタとの間のキーの転送時に人間の介入を必要としないので、サービス詐欺の可能性は大幅に低減される。さらに、人間の介入の不在により、従来の機密方法が加入者ユニットの利用者に課していた認証負担が省かれる。さらに、本発明は、従来のＧＳＭシステムにおけるように加入者ユニットを伴わずに、直接加入者ユニット内で機密を行う手段を含むので、本発明は、加入者ユニットの機密を保証するために追加ハードウェアを必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による通信システムを示すブロック図。
【図２】本発明により、加入者ユニットからインフラ通信センタに機密メッセージングを行うために実行されるステップのフローチャート。
【図３】本発明の好適な実施例により、加入者ユニットにおいて機密キーを生成するために実行されるステップのフローチャート。
【図４】本発明により、インフラ通信センタから加入者ユニットに機密メッセージングを行うために実行されるステップのフローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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