(57)【要約】前の時刻の暗号文の一部のデータがＩＶとして取り出され、ＥＸ−ＯＲゲートにおいて共通鍵と演算され、暗号鍵が得られる。この暗号鍵によって送信すべきデータがストリーム暗号で暗号化される。時刻ｔｎ−１において暗号化データ１５ａが得られると、次に、暗号化データ１５ａから取り出されたＩＶがＥＸ−ＯＲゲート１１ｂに供給され、共通鍵１２ｂとの排他的論理和が求められ、暗号鍵１３ｂが得られる。暗号鍵１３ｂと送信データとが排他的論理和演算されることで、ストリーム暗号化がなされ、時刻ｔｎにおける暗号化データ１５ｂが得られる。次に、暗号化データ１５ｂから取り出されたＩＶを使用して時刻ｔｎ＋１における暗号化がなされる。以下、各時刻において、生成された暗号文の一部をＩＶとして使用して暗号化処理が繰り返しなされる。
2004086672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍵データと情報データとの排他的論理和によって暗号文を生成するストリーム暗号の暗号化装置において、
同期信号が入力され、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された上記一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成手段と、
上記鍵データによって情報データを暗号化する暗号化手段とからなる暗号化装置。
【請求項２】
請求の範囲１において、
上記一部のデータと共通鍵によって上記鍵データを生成する暗号化装置。
【請求項３】
請求の範囲１において、
上記情報データがストリームデータであり、上記同期信号がストリームデータの同期信号であり、上記ストリームデータの同期信号に同期して鍵データを生成する暗号化装置。
【請求項４】
請求の範囲３において、
上記ストリームデータがビデオデータである暗号化装置。
【請求項５】
請求の範囲３において、
上記ストリームデータが音声データである暗号化装置。
【請求項６】
請求の範囲１において、
上記鍵データ生成手段および上記暗号化手段が集積回路上に実現されたことを特徴とする暗号化装置。
【請求項７】
鍵データと情報データとの排他的論理和によって暗号文を生成するストリーム暗号の暗号化方法において、
同期信号を入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された上記一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
上記鍵データによって情報データを暗号化する暗号化ステップとからなる暗号化方法。
【請求項８】
請求の範囲７において、
上記一部のデータと共通鍵によって上記鍵データを生成する暗号化方法。
【請求項９】
請求の範囲７において、
上記情報データがストリームデータであり、上記同期信号がストリームデータの同期信号であり、上記ストリームデータの同期信号に同期して鍵データを生成する暗号化方法。
【請求項１０】
請求の範囲９において、
上記ストリームデータがビデオデータである暗号化方法。
【請求項１１】
請求の範囲９において、
上記ストリームデータが音声データである暗号化方法。
【請求項１２】
コンピュータに対して、鍵データと情報データとの排他的論理和によって暗号文を生成するストリーム暗号の暗号化方法を実行させるためのプログラムにおいて、
同期化用データを入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された上記一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
上記鍵データによって情報データを暗号化する暗号化ステップとからなる暗号化方法を実行させるためのプログラム。
【請求項１３】
コンピュータに対して、鍵データと情報データとの排他的論理和によって暗号文を生成するストリーム暗号の暗号化方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体において、
同期化用データを入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された上記一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
上記鍵データによって情報データを暗号化する暗号化ステップとからなる暗号化方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【請求項１４】
暗号文と鍵データの排他的論理和によって暗号文を復号するストリーム暗号の復号装置において、
同期信号が入力され、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された上記一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成手段と、
上記鍵データによって暗号文を復号する復号手段とからなる復号装置。
【請求項１５】
請求の範囲１４において、
上記一部のデータと共通鍵によって上記鍵データを生成する復号装置。
【請求項１６】
請求の範囲１４において、
上記情報データがストリームデータであり、上記同期信号がストリームデータの同期信号であり、上記ストリームデータの同期信号に同期して鍵データを生成する復号装置。
【請求項１７】
請求の範囲１６において、
上記ストリームデータがビデオデータである復号装置。
【請求項１８】
請求の範囲１６において、
上記ストリームデータが音声データである復号装置。
【請求項１９】
請求の範囲１４において、
上記鍵データ生成手段および上記復号手段が集積回路上に実現されたことを特徴とする復号装置。
【請求項２０】
暗号文と鍵データの排他的論理和によって暗号文を復号するストリーム暗号の復号方法において、
同期信号を入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された上記一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
上記鍵データによって暗号文を復号する復号ステップとからなる復号方法。
【請求項２１】
請求の範囲２０において、
上記一部のデータと共通鍵によって上記鍵データを生成する復号方法。
【請求項２２】
請求の範囲２０において、
上記情報データがストリームデータであり、上記同期信号がストリームデータの同期信号であり、上記ストリームデータの同期信号に同期して鍵データを生成する復号方法。
【請求項２３】
請求の範囲２２において、
上記ストリームデータがビデオデータである復号方法。
【請求項２４】
請求の範囲２２において、
上記ストリームデータが音声データである復号方法。
【請求項２５】
コンピュータに対して、暗号文と鍵データの排他的論理和によって暗号文を復号するストリーム暗号の復号方法を実行させるためのプログラムにおいて、
同期化用データを入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された上記一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
上記鍵データによって暗号文を復号する復号ステップとからなる復号方法を実行させるためのプログラム。
【請求項２６】
コンピュータに対して、暗号文と鍵データの排他的論理和によって暗号文を復号するストリーム暗号の復号方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体において、
同期化用データを入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された上記一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
上記鍵データによって暗号文を復号する復号ステップとからなる復号方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、ストリーム暗号化に適用される暗号化および復号のための装置、方法、プログラム並びに記録媒体に関する。
【背景技術】  近年のインターネットやモバイルコミュニケーションの急速な普及に伴い、さまざまなデータを無線通信で送信する機会が増大している。無線通信は、第三者が簡単に傍受・盗聴が可能なために、送信データの暗号化が必要不可欠である。暗号技術として、暗号化と復号に同じ秘密鍵を使用する共通鍵方式が知られており、共通鍵方式の中に、ブロック暗号とストリーム暗号とがある。
図１Ａは、ブロック暗号を説明するものである。平文の情報ビット列を所定の長さ（ブロック）に区切り、ブロック毎に暗号化器１によって暗号化する。暗号化文もブロック毎に区切られている。
一方、図１Ｂに示すように、ストリーム暗号の場合では、暗号化器（乱数発生器）２によって発生した乱数をビット毎に情報ビット列に対して作用させて暗号化を行う。
ストリーム暗号においては、平文のビット系列をｍ１，ｍ２，ｍ３，・・・とし、乱数のビット系列をｒ１，ｒ２，ｒ３，・・・とし、暗号文のビット系列をｃ１，ｃ２，ｃ３，・・・とすると、暗号化処理は、ｃｉ＝ｍｉ＋ｒｉ（＋は、ｍｏｄ．２の演算、ｉ＝１，２，３，・・・）となり、復号処理は、ｍｉ＝ｃｉ＋ｒｉ（＋は、ｍｏｄ．２の演算、ｉ＝１，２，３，・・・）となる。ｍｏｄ．２の演算は、排他的論理和で実現される。
送信側と受信側とで共通の乱数を生成することが必要とされる。乱数列または乱数生成のパターンが知られてしまうと、容易に解読されてしまう。したがって、暗号用として安全な乱数は、統計的な乱数の一様性のみならず、過去の乱数列から将来の乱数列が予測不可能であることも必要である。
一般的にストリーム暗号の方がブロック暗号より高速であり、画像データのような大量のデータを暗号化してリアルタイムで伝送する場合では、ストリーム暗号の方が適している。また、ストリーム暗号の方が回路規模を小さくできる場合が多い。このため、ＤＥＳ（Ｄａｔａ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）やＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）等のブロック暗号が標準化されているにもかかわらず、ストリーム暗号が使われている。
例えばＲＣ４（（Ｒｉｖｅｓｔ  Ｃｉｐｈｅｒ）４  Ｓｔｒｅａｍ  Ｃｉｐｈｅｒ）が無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ  ８０２．１１）において使用され、暗号鍵の生成アルゴリズムとしてＷＥＰ（Ｗｉｒｅｄ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｐｒｉｖａｃｙ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が使用される。ＷＥＰでは、ＩＶ（Ｉｎｉｔｉａｌ  Ｖｅｃｔｏｒ）と共通鍵から暗号鍵を生成して、ネットワークのパケット（コンピュータのデータ）が暗号化されている。
この方法をそのままリアルタイム通信に適用するには、第２図に示すように、送信データが暗号文とＩＶとを送る必要があるので、送信すべきデータ量が増える問題がある。また、ＩＶと暗号文とをひとかたまりにするための部分も新たに作る必要があるため、既存のシステムのデータ転送レートを上げる等、既存のシステムに大幅な変更を加える必要があった。
さらに、ストリーム暗号においては、同じ暗号鍵を繰り返し使うことは、安全性の点で問題があるため、ある一定時間毎に別の暗号鍵を使うことが望ましい。別の鍵を使うために、例えば送信側と受信側とで暗号鍵の同期をとるために新たに信号が付加される。しかしながら、送信すべきデータ量が増える問題が生じる。
別の方法として、ある一定時間毎に公開鍵暗号システムなどの方法を用いて暗号鍵を送信すれば、送信側と受信側とで別の鍵を使うことができるが、鍵の送信のためにデータの転送を中断する必要が生じ、リアルタイムでの通信が難しくなる。
また、暗号文パケットの情報を基に鍵生成情報を生成し、その鍵生成情報とマスター鍵とに基づいて暗号化鍵および復号鍵を生成する暗号通信システムが特開２０００−２２４１５８に記載されている。この文献に記載のものは、パケット通信を対象としたものであって、ビデオデータ、音楽データ等の連続したストリームに適用することが難しい問題があった。ストリームデータを同期化するためには、同期信号が必要であるが、特開２０００−２２４１５８には記載されていない。
したがって、この発明の目的は、ビデオデータ等の連続したストリームに対して適用することができ、送信するデータを増やす必要がなく、既存のシステムに大幅な変更を加える必要のない暗号化および復号のための装置、方法、プログラム並びに記録媒体を提供することにある。
【発明の開示】
請求の範囲１の発明は、鍵データと情報データとの排他的論理和によって暗号文を生成するストリーム暗号の暗号化装置において、
同期信号が入力され、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成手段と、
鍵データによって情報データを暗号化する暗号化手段とからなる暗号化装置である。
請求の範囲７の発明は、鍵データと情報データとの排他的論理和によって暗号文を生成するストリーム暗号の暗号化方法において、
同期信号を入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
鍵データによって情報データを暗号化する暗号化ステップとからなる暗号化方法である。
請求の範囲１２の発明は、コンピュータに対して、鍵データと情報データとの排他的論理和によって暗号文を生成するストリーム暗号の暗号化方法を実行させるためのプログラムにおいて、
同期化用データを入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
鍵データによって情報データを暗号化する暗号化ステップとからなる暗号化方法を実行させるためのプログラムである。
請求の範囲１３の発明は、ストリーム暗号の暗号化方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。
請求の範囲１４の発明は、暗号文と鍵データの排他的論理和によって暗号文を復号するストリーム暗号の復号装置において、
同期信号が入力され、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成手段と、
鍵データによって暗号文を復号する復号手段とからなる復号装置である。
請求の範囲２０の発明は、暗号文と鍵データの排他的論理和によって暗号文を復号するストリーム暗号の復号方法において、
同期信号を入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
鍵データによって暗号文を復号する復号ステップとからなる復号方法である。
請求の範囲２５の発明は、コンピュータに対して、暗号文と鍵データの排他的論理和によって暗号文を復号するストリーム暗号の復号方法を実行させるためのプログラムにおいて、
同期化用データを入力し、前の時刻の暗号文中の一部のデータを取り出し、取り出された一部の暗号文から鍵データを生成する鍵データ生成ステップと、
鍵データによって暗号文を復号する復号ステップとからなる復号方法を実行させるためのプログラムである。
請求の範囲２６の発明は、コンピュータに対して、ストリーム暗号の復号方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。
【図面の簡単な説明】  第１図は、従来のブロック暗号およびストリーム暗号の概略を説明するための略線図である。
第２図は、従来の暗号化における送信データの構成を示す略線図である。
第３図は、この発明による暗号化器の説明に用いるブロック図である。
第４図は、この発明による暗号化器の構成を示すブロック図である。
第５図は、この発明による復号器の構成を示すブロック図である。
第６図は、暗号鍵生成部の一例の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】  第３図は、この発明による暗号化装置を概略的に示す。参照符号１１ａは、暗号文から取り出されたストリーム暗号の暗号鍵と同じビット長のＩＶが入力される排他的論理和ゲート（以下、ＥＸ−ＯＲゲートと適宜略す）を示す。ＥＸ−ＯＲゲート１１ａに対して共通鍵１２ａが入力される。共通鍵１２ａは、送信側と受信側とで共有している秘密鍵である。
ＩＶを暗号文からどのように取り出すかは、送信側と受信側で予め決められている。例えばビデオデータを暗号化する場合では、１フレーム内の所定位置例えば１フレームの有効ビデオデータの先頭から所定ビット数をＩＶとして使用することが予め決められている。この場合では、時刻の間隔がフレーム期間である。
ＥＸ−ＯＲゲート１１ａの出力に暗号鍵１３ａが得られる。この暗号鍵１３ａによって送信すべきデータ例えばビデオデータがストリーム暗号で暗号化される。参照符号１５ａは、暗号文（暗号化データ）を示している。暗号鍵１３ａと送信データとが１ビットまたは複数ビット毎に排他的論理和演算されることで、暗号化がなされる。
時刻ｔｎ−１において暗号文１５ａが得られると、次に、暗号文１５ａから取り出されたＩＶがＥＸ−ＯＲゲート１１ｂに供給され、共通鍵１２ｂとの排他的論理和が求められる。ＥＸ−ＯＲゲート１１ｂから暗号鍵１３ｂが得られる。暗号鍵１３ｂと送信データとが１ビットまたは複数ビット毎に排他的論理和演算されることで、ストリーム暗号化がなされ、時刻ｔｎにおいて暗号文１５ｂが得られる。
時刻ｔｎにおいて暗号文１５ｂが得られると、次に、暗号文１５ｂから取り出されたＩＶがＥＸ−ＯＲゲート１１ｃに供給され、共通鍵１２ｃとの排他的論理和が求められる。ＥＸ−ＯＲゲート１１ｃから暗号鍵１３ｃが得られる。暗号鍵１３ｃと送信データとが１ビットまたは複数ビット毎に排他的論理和演算されることで、ストリーム暗号化がなされ、時刻ｔｎ＋１において暗号文１５ｃが得られる。
以下、各時刻において、生成された暗号文の一部をＩＶとして使用して暗号化処理が繰り返しなされる。したがって、暗号文以外にＩＶを送信データとして伝送する必要がない利点がある。
受信側の復号部では、１ステップ前の時刻で受信したデータの中からＩＶに相当する部分を取り出して記憶しておく。そして、受信側と共用している共通鍵と排他的論理和をとり、暗号鍵を生成する。この暗号鍵によって復号を行う。
なお、暗号化の一番最初の時刻では、暗号文がまだ得られていないので、所定のデータをＩＶとして使用する等の例外処理が必要とされる。
送信される暗号化データは、時間とともに変化するので、ＩＶも時間とともに変化する。したがって、共通鍵を変更しなくても、ストリーム暗号に使用される暗号鍵をＩＶを元にして生成しているので、暗号鍵を時間とともに変化させることができる。したがって、安全性の高い暗号化が可能となる。また、ＩＶを１ステップ前に送信または受信した暗号文の中から取り出すために、鍵の同期をとるための信号を送信する必要がなく、暗号文を送信または受信しながらＩＶを取り出すことができるので、時間的なオーバーヘッドもない利点がある。これらの特徴を有するこの発明は、既存のリアルタイム通信手段に対して殆ど変更を加える必要がなく、また、リアルタイム性を損なうことがない。
第４図は、送信側の暗号化部の構成の一実施形態を示す。参照符号２１が暗号化部を全体として示す。ｋビットの平文がＥＸ−ＯＲゲート２２に供給される。ＥＸ−ＯＲゲート２２に対してストリーム暗号コア２３からのｋビットのストリーム鍵が供給され、ＥＸ−ＯＲゲート２２から暗号文が出力される。
ＥＸ−ＯＲゲート２２から出力される暗号文が送信されるとともに、暗号鍵生成部２４に対してフィードバックされる。暗号鍵生成部２４は、内部にｎビットの共通鍵を有している。暗号文の中の一部のデータをＩＶとして用い、共通鍵とＩＶとから暗号鍵を生成し、生成した暗号鍵をストリーム暗号コア２３に送る。ストリーム暗号コア２３からのストリーム鍵がＥＸ−ＯＲゲート２２に供給され、暗号化がなされる。
一例として、暗号鍵生成部２４は、４８０ビット並列の鍵長の暗号鍵を生成し、暗号鍵から４０ビットのストリーム鍵が生成される。ＥＸ−ＯＲゲート２２において、４０ビット毎に並列化された平文とストリーム暗号コア２３からの４０ビットのストリーム鍵との排他的論理和がとられる。
ストリーム暗号コア２３および暗号鍵生成部２４に対して同期信号（Ｓｙｎｃ）が供給され、同期信号によって規定される時刻毎に鍵の更新がなされる。ビデオデータを扱う場合では、同期信号（Ｓｙｎｃ）としてフレーム同期信号または垂直同期信号を使用できる。
なお、暗号鍵と平文との１ビット毎の排他的論理和をとるようにしても良い。但し、一実施形態におけるように、並列化の処理を行うことによって暗号化の速度を向上させることが可能となる。
第５図は、受信側の復号化部の構成の一実施形態を示す。参照符号３１が復号部を全体として示す。受信された暗号文がＥＸ−ＯＲゲート３２に供給される。ＥＸ−ＯＲゲート３２に対してストリーム暗号コア３３からのストリーム鍵が供給され、ＥＸ−ＯＲゲート３２から平文が出力される。
暗号文が暗号鍵生成部３４にも入力される。暗号鍵生成部３４は、内部に共通鍵を有し、暗号文の中の一部のＩＶと共通鍵とから４８０ビット並列の鍵長の暗号鍵が生成される。暗号鍵がストリーム暗号コア３３に供給される。ストリーム暗号コア３３では、４０ビットのストリーム鍵が生成され、４０ビット毎に並列化された暗号文とストリーム鍵との排他的論理和がＥＸ−ＯＲゲート３２によって演算され、ＥＸ−ＯＲゲート３２の出力に平文が得られる。同時に暗号鍵生成部３４では、次のステップの復号化のためのＩＶを受信した暗号文から取り出して保持する。
ストリーム暗号コア３３および暗号鍵生成部３４に対して同期信号（Ｓｙｎｃ）が供給され、同期信号によって規定される時刻毎に鍵の更新がなされる。
第６図は、暗号鍵生成部２４の一例の構成を示す。暗号鍵生成部３４も第６図と同一の構成とされる。参照符号４１がＩＶ読み込み制御部を示す。読み込み制御部４１に対してクロック、暗号化データおよび同期信号（Ｓｙｎｃ）が供給される。クロックに同期して例えば４０ビットずつの暗号データが読み込まれ、暗号化データの中で、ＩＶとして使う部分の所定のデータが取り出される。
そして、取り出された例えば４８０ビットのＩＶ４２と、４８０ビットの秘密鍵４４とがＥＸ−ＯＲゲート４３に供給され、４８０ビットの暗号鍵がＥＸ−ＯＲゲート４３から出力される。
上述したように、この発明では、時間とともに変化する暗号化データの一部をＩＶとして使用するので、ＩＶを時間とともに変化させることができる。したがって、共通鍵を変更しなくても、ストリーム暗号に使用される暗号鍵を時間とともに変化させることができ、したがって、安全性の高い暗号化が可能となる。また、この発明では、ＩＶを１ステップ前に送信または受信した暗号文の中から取り出している。したがって、ある一定時間毎に別の鍵を使うために、鍵の同期をとるための信号を送信する必要がない。また、一定時間毎に公開鍵暗号システムなどの方法を用いて暗号鍵を送信すれば、送信側と受信側で別の鍵を使うことができるが、鍵の送信のためにデータの転送を中断する必要があり、リアルタイム通信が難しくなる。この発明は、暗号文を送信または受信しながらＩＶを取り出すことができるので、時間的なオーバーヘッドもない利点がある。したがって、既存のリアルタイム通信手段に対して殆ど変更を加える必要がなく、また、リアルタイム性を損なうことがない利点がある。
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば上述した暗号鍵の鍵長は、一例であって、任意の鍵長の暗号鍵を使用することができる。また、ＩＶを取り出す暗号文の区切りは、ビデオ信号の１フレームに限らず、１フィールド等の任意の長さとすることができる。ビデオデータ以外に音楽データ等の情報データの暗号化に対してこの発明を適用できる。さらに、第４図および第５図において、ストリーム暗号コア２３および３３を設けずに、暗号鍵生成部２４および３４で生成された暗号鍵をＥＸ−ＯＲゲート２２および３２にそれぞれ供給するようにしても良い。
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ    ＥＸ−ＯＲゲート
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ    共通鍵
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ    暗号鍵
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ    暗号文
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ    ＩＶ
２１      暗号化部
３１      復号部
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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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【国際調査報告】
2004086672.tif 000009
2004086672.tif 000010
2004086672.tif 000011
2004086672.tif 000012