(57)【要約】【課題】本発明の目的は、周波数帯域幅を増大させることなく、雑音やＤｏＳ攻撃への耐性を有した鍵更新を行う通信装置、集積回路、及び通信方法の実現である。【解決手段】本発明は、伝送路を介して、他の通信装置へ鍵更新情報を送信する通信装置であって、第１の時間幅を有する前記鍵更新情報を生成する鍵更新情報生成部と、前記鍵更新情報の符号化に用いる符号情報を生成する符号情報生成部と、前記第１の時間幅を第２の時間幅に拡張する時間幅拡張部２０と前記符号情報を用いて、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報の符号化処理を行う符号化処理部２１と、を有する通信装置である。【選択図】図９
2009010933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送路を介して、他の通信装置へ鍵更新情報を送信する通信装置であって、
第１の時間幅を有する前記鍵更新情報を生成する鍵更新情報生成部と、
前記鍵更新情報の符号化に用いる符号情報を生成する符号情報生成部と、
前記第１の時間幅を第２の時間幅に拡張する時間幅拡張部と
前記符号情報を用いて、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報の符号化処理を行う符号化処理部と、を有する通信装置。
【請求項２】
請求項１記載の通信装置であって、
前記符号化処理部によって符号化された鍵更新情報を、前記他の通信装置へ送信する送信部を有する通信装置。
【請求項３】
請求項１記載の通信装置であって、
前記符号情報は、第３の時間幅を有し、
前記第３の時間幅は、前記第２の時間幅に等しい通信装置。
【請求項４】
請求項１記載の通信装置であって、
前記符号化処理部は、前記符号化処理として前記鍵更新情報と前記符号情報との乗算を行う通信装置。
【請求項５】
請求項４記載の通信装置であって、
前記第２の時間幅を有する鍵更新情報と前記符号情報との積は、前記第２の時間幅と同じ時間幅を有する通信装置。
【請求項６】
請求項１記載の通信装置であって、
前記符号情報は、直交符号である通信装置。
【請求項７】
請求項６記載の通信装置であって、
前記直交符号は、Ｍ系列である通信装置。
【請求項８】
請求項６記載の通信装置であって、
前記直交符号は、巡回シフトＭ系列である通信装置。
【請求項９】
請求項１記載の通信装置であって、
前記鍵更新情報は、第１のデータと第２のデータを有し、、
前記符号情報生成部は、第１のデータに対応する第１の符号情報と、第２のデータに対応し、前記第１の符号情報と異なる第２の符号情報を生成し、
前記符号化処理部は、前記第１の符号情報を用いて前記第１のデータの符号化処理を行い、前記第２の符号情報を用いて前記第２のデータの符号化処理を行う通信装置。
【請求項１０】
請求項９記載の通信装置であって、
前記第１のデータおよび前記第２のデータは、それぞれ所定ビットの情報量を有する通信装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の通信装置であって、
前記第１のデータおよび前記第２のデータは、それぞれ１ビットの情報量を有する通信装置。
【請求項１２】
請求項１記載の通信装置であって、
前記伝送路は、電力線である通信装置。
【請求項１３】
請求項１記載の他の通信装置であって、
前記伝送路を介して、前記通信装置から送信される符号化された鍵更新情報を受信する受信部と、
前記符号化された鍵更新情報を復号する復号情報を生成する復号情報生成部と、
前記復号情報を用いて、前記符号化された鍵更新情報の復号化処理を行い、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報を取得する復号化処理部と、
前記第２の時間幅を縮小する時間幅縮小部と、を有する他の通信装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の他の通信装置であって、
前記時間幅縮小部は、前記第２の時間幅を第１の時間幅に等しくなるまで縮小する他の通信装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の他の通信装置であって、
前記復号化処理部は、前記復号化処理として前記符号化された鍵更新情報と復号情報との乗算を行う通信装置。
【請求項１６】
伝送路を介して、他の通信装置へ鍵更新情報を送信する通信装置に用いられる集積回路であって、
第１の時間幅を有する前記鍵更新情報を生成する鍵更新情報生成部と、
前記鍵更新情報の符号化に用いる符号情報を生成する符号情報生成部と、
前記第１の時間幅を第２の時間幅に拡張する時間幅拡張部と
前記符号情報を用いて、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報の符号化処理を行う符号化処理部と、を有する集積回路。
【請求項１７】
伝送路を介して、他の通信装置へ鍵更新情報を送信する通信方法であって、
第１の時間幅を有する前記鍵更新情報を生成し、
前記鍵更新情報の符号化に用いる符号情報を生成し、
前記第１の時間幅を第２の時間幅に拡張し、
前記符号情報を用いて、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報の符号化処理を行う通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信ネットワークにおいて、当該通信ネットワークに接続する全ての通信端末が共有する暗号鍵、すなわちグループ鍵を用いることにより、当該通信ネットワークに非接続の通信端末が、当該通信ネットワークに接続する通信端末の通信に悪影響を与えることを防止し、実際に通信を行う通信端末間で共有される個別鍵を用いることにより、当該通信ネットワーク内で行われる通信の安全性を確保する為の通信装置、通信方法、および集積回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、ＥＣＨＯＮＥＴシステムのグループ鍵更新の処理フローを示す図である。
【０００３】
以下に、ＥＣＨＯＮＥＴシステムにおけるグループ鍵更新の処理フローを説明する。
【０００４】
まず制御端末１０００は、新しいグループ鍵（Ｎｅｗ  Ｇｒｏｕｐ  Ｋｅｙ）を作成する。制御端末１０００によって作成された新しいグループ鍵は、以前のグループ鍵（Ｐｒｅ  Ｇｒｏｕｐ  Ｋｅｙ）で暗号化され、認証要求として通信端末１００１に送信される（ステップＳ１０００）。
【０００５】
制御端末１０００からの認証要求を受信した通信端末１００１は、以前のグループ鍵を用いて新しいグループ鍵を認証する。認証が成功した場合、通信端末１００１は、以前のグループ鍵で新しいグループ鍵を復号して新しいグループ鍵を取得する（ステップＳ１００１）。
【０００６】
通信端末１００１は、以前のグループ鍵を使って暗号化した応答信号を作成して、当該応答信号を制御端末１０００に送信する（ステップＳ１００２）。
【０００７】
制御端末１０００は、通信端末１００１からの応答信号を受信すると、通信ネットワーク内で用いられるグループ鍵を、以前のグループ鍵から新しいグループ鍵に更新する（Ｓ１００３）。グループ鍵の更新は、一時間に一回程度行われる。
【０００８】
上述したように、ＥＣＨＯＮＥＴシステムでは、新しいグループ鍵を以前のグループ鍵で暗号化して送信する。このようなシステムでは、通信ネットワーク内でグループ鍵が更新される前であれば、一度通信ネットワークから離脱した通信は、現在、通信ネットワーク内で用いられているグループ鍵（以前のグループ鍵）を取得済みであるため、グループ鍵の更新時に新しいグループ鍵を取得することが可能である。
【０００９】
従って、通信ネットワークから離脱した通信端末は、制御端末１００１から再度認証を受けることなく、通信ネットワークを流れる情報の取得が可能になるので、第三者によって離脱した通信端末を悪用されると情報の不正取得や通信ネットワークへの不正アクセスが発生する可能性があった（非特許文献１）。
【００１０】
上述したＥＣＨＯＮＥＴシステム以外で、グループ鍵を使う通信システムとしては、無線ＬＡＮも挙げられる。無線ＬＡＮのセキュリティ標準を定める規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｉでは、グループ鍵の更新プロトコルとして４−ｗａｙ  Ｈａｎｄｓｈａｋｅが定義されている（例えば、非特許文献２）。
【００１１】
このプロトコルでは、グループ鍵の配送時に用いられる暗号鍵の作成に必要な情報が、暗号化のされていないハンドシェイクによって親機と子機の間で共有される処理が存在する。
【００１２】
この場合、当該情報を解析すれば当該暗号鍵を作成することが可能になるため、第三者によるグループ鍵の不正取得や通信ネットワークへの不正アクセスが発生するといった問題があった。
【００１３】
また、ＰＭＫ（Ｐａｉｒｗａｉｓｅ  Ｍａｓｔｅｒ  Ｋｅｙ）が、ユーザーのマニュアル入力によるパスフレーズから生成される場合には、辞書攻撃を用いて、ＰＭＫを入手することにより、通信時の暗号に使うＰＴＫ（Ｐａｉｒｗｉｓｅ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｋｅｙ）を計算することが可能となる。
【００１４】
したがって、無線ＬＡＮにおいても、通信ネットワークを伝送する情報の不正取得や不正アクセスを行うことが可能であり、セキュリティ上問題である。
【００１５】
また、ＥＣＨＯＮＥＴやＩＥＥＥ８０２．１１ｉにおいては、通信端末（子機）は全ての鍵更新要求に対して応答を行う。
【００１６】
したがって、攻撃者は、通信端末に対して大量の鍵更新要求を送信することによって、制御端末と通信端末の間で行われる鍵更新ハンドシェイクを停止させることが可能となる。これは、ＤｏＳ攻撃（Ｄｅｎｉａｌ−Ｏｆ−Ｓｅｒｖｉｃｅ）とも呼ばれる。
【００１７】
また、グループ鍵更新後の暗号通信を行うためには、グループ鍵更新時に送受信される信号は、制御端末（親機）と通信端末（子機）との間で誤りなく伝送されなければならない。
【００１８】
もし、制御端末や通信端末が受信した鍵更新のための信号に誤りがあった場合には、制御端末や通信端末は、その信号を再送する必要があり、伝送遅延時間を発生させる。
【００１９】
高速電力線通信では、伝送路として電力線を用いているため、電力線に接続している家電機器（例えば、ドライヤーや充電器など）から発生するノイズの影響を受け易い。即ち、電力線は伝送路として劣悪であるため、伝送誤りが発生し易い。鍵更新ハンドシェイクの伝送誤りによる遅延は、遅延保障の必要なデータ伝送（例えば、画像配信やＩＰ電話など）において、伝送品質の低下を招くといった問題がある。
【００２０】
また、雑音やＤｏＳ攻撃への耐性を改善する通信方式としてスペクトラム拡散通信方式がある。
【００２１】
図１４は、スペクトラム拡散通信方式における拡散・逆拡散処理を行うブロックを示す。
【００２２】
図１４（ａ）は、スペクトラム拡散通信方式における送信側の通信端末が行う処理（拡散処理）を示す。図１４（ａ）において、乗算部３００１は、送信データと拡散符号を乗算する。送信データは、拡散符号との積として受信側の通信端末へ送信される。図１４（ｂ）は、スペクトラム拡散通信方式における受信系の処理（逆拡散処理）を示す。受信側の通信端末は、受信データ（送信側の通信端末における送信データと拡散符号との積）を受信すると、乗算部４０００によって、受信データと拡散符号の積を計算し、その結果を出力する。積分部４００１は、乗算部４０００からの出力を積分し、その結果を出力する。判定部４００２は、積分部４００１からの出力について、その極性を判定する。
【００２３】
図１５は、拡散処理のタイミングチャートを示す。図１５（ａ）は、１ビットの情報量を持つ送信データＡを示している。図１５（ｂ）は、ｎビットの情報量を有する拡散符号を示す。拡散符号は、送信データに対してｎ倍高速である。図１５（ｃ）は、送信側の通信端末からの出力を示す。図１５（ｃ）からも明らかなように、送信側の通信端末からの出力は、送信データに対して、単位時間当たりに伝送される情報量がｎ倍になる。すなわち、送信データに対して伝送レートがｎ倍になる。
【００２４】
図１６は、拡散処理を行う前および拡散処理を行った後の送信データを周波数軸上に表したものである。図１６からも明らかなように、拡散処理を行うと送信データの周波数帯域幅は、ｎ倍に広がることが分かる。このような周波数帯域幅の広がりは、送信データの情報量が拡散処理によってｎ倍になったため起こる現象である。
【００２５】
以上のことから、スペクトラム拡散通信方式では、単位時間当たりに伝送される情報量が増大し、送信側の通信端末から出力される信号の周波数帯域幅は、情報量の増大に伴って大きくなることが理解できる。
【００２６】
ここで、スペクトラム拡散通信方式を電力線通信に適用することを考える。電力線通信に使用が認められている帯域は、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚである。一般的に、電力線通信では、伝送効率を向上されるために、２〜３０ＭＨｚの周波数帯域をほぼ全て使って通信している。
【００２７】
従って、雑音やＤｏＳ攻撃への耐性を改善するために、スペクトラム拡散通信方式を電力線通信に適用すると、例えば、ｎ＝１０ビットの拡散符号を送信データに作用させると、約２ＭＨｚ〜２８２ＭＨｚの周波数帯域が必要となり、法律的に認められないという問題がある。
【非特許文献１】ＥＣＨＯＮＥＴ  ＳＰＥＣＩＦＩＣＡＴＩＯＮ  Ｖｅｒ．３．２１  第２部  第１０章  ＥＣＨＯＮＥＴセキュア通信仕様
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．１１ｉ−２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明の目的は、周波数帯域幅を増大させることなく、雑音やＤｏＳ攻撃への耐性を有した鍵更新を行う通信装置、集積回路、及び通信方法の実現である。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、伝送路を介して、他の通信装置へ鍵更新情報を送信する通信装置であって、第１の時間幅を有する前記鍵更新情報を生成する鍵更新情報生成部と、前記鍵更新情報の符号化に用いる符号情報を生成する符号情報生成部と、前記第１の時間幅を第２の時間幅に拡張する時間幅拡張部と前記符号情報を用いて、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報の符号化処理を行う符号化処理部と、を有する通信装置である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の通信装置によれば、鍵更新情報の時間幅を第１の時間幅から第２の時間幅へ拡張し、第２の時間幅を有する鍵更新情報について符号化を行うことにより、符号化された鍵更新情報の単位時間当たりの伝送情報量を上昇させることがないので、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の請求項１記載の発明は、伝送路を介して、他の通信装置へ鍵更新情報を送信する通信装置であって、第１の時間幅を有する前記鍵更新情報を生成する鍵更新情報生成部と、前記鍵更新情報の符号化に用いる符号情報を生成する符号情報生成部と、前記第１の時間幅を第２の時間幅に拡張する時間幅拡張部と前記符号情報を用いて、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報の符号化処理を行う符号化処理部と、を有する通信装置である。
【００３２】
請求項１記載の発明によれば、鍵更新情報の時間幅を第１の時間幅から第２の時間幅へ拡張し、第２の時間幅を有する鍵更新情報について符号化を行うことにより、符号化された鍵更新情報の単位時間当たりの伝送情報量を上昇させることがないので、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００３３】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の通信装置であって、前記符号化処理部によって符号化された鍵更新情報を、前記他の通信装置へ送信する送信部を有する通信装置である。
【００３４】
請求項２に記載の発明によれば、符号化された鍵更新情報の単位時間当たりの伝送情報量を上昇させることがないので、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００３５】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の通信装置であって、前記符号情報は、第３の時間幅を有し、前記第３の時間幅は、前記第２の時間幅に等しい通信装置である。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、第２の時間幅を有する符号情報を用いて、第２の時間幅を有する鍵更新情報について符号化を行うことにより、符号化された鍵更新情報の単位時間当たりの伝送情報量を上昇させることがないので、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００３７】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１記載の通信装置であって、前記符号化処理部は、前記符号化処理として前記鍵更新情報と前記符号情報との乗算を行う通信装置である。
【００３８】
請求項４に記載の発明によれば、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００３９】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４記載の通信装置であって、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報と前記符号情報との積は、前記第２の時間幅と同じ時間幅を有する通信装置である。
【００４０】
請求項５に記載の発明によれば、符号化する前の鍵更新情報と符号化された鍵更新情報の単位時間当たりの伝送情報量が変わらないので、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００４１】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１記載の通信装置であって、前記符号情報は、直交符号である通信装置である。
請求項６に記載の発明によれば、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００４２】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項６記載の通信装置であって、前記直交符号は、Ｍ系列である通信装置である。
【００４３】
請求項７に記載の発明によれば、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００４４】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項６記載の通信装置であって、前記直交符号は、巡回シフトＭ系列である通信装置である。
【００４５】
請求項８に記載の発明によれば、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００４６】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１記載の通信装置であって、前記鍵更新情報は、第１のデータと第２のデータを有し、前記符号情報生成部は、第１のデータに対応する第１の符号情報と、第２のデータに対応し、前記第１の符号情報と異なる第２の符号情報を生成し、前記符号化処理部は、前記第１の符号情報を用いて前記第１のデータの符号化処理を行い、前記第２の符号情報を用いて前記第２のデータの符号化処理を行う通信装置である。
【００４７】
請求項９に記載の発明によれば、符号化に用いる符号情報を、鍵更新情報を構成するデータ毎に異なるようにすることで、第三者によるＤｏＳ攻撃の影響や鍵更新情報の不正取得を低減することが可能になるため、より安全に鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００４８】
本発明の請求項１０に記載の発明は、前記第１のデータおよび前記第２のデータは、それぞれ所定ビットの情報量を有する通信装置である。
【００４９】
請求項１０に記載の発明によれば、第三者によるＤｏＳ攻撃の影響や鍵更新情報の不正取得を低減することが可能になるため、より安全に鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００５０】
本発明の請求項１１に記載の発明は、前記第１のデータおよび前記第２のデータは、それぞれ１ビットの情報量を有する通信装置である。
【００５１】
請求項１１に記載の発明によれば、第三者によるＤｏＳ攻撃の影響や鍵更新情報の不正取得を低減することが可能になるため、より安全に鍵更新情報を送信することが可能になる。
【００５２】
本発明の請求項１２に記載の発明は、請求項１記載の通信装置であって、前記伝送路は、電力線である通信装置である。
【００５３】
請求項１２に記載の発明は、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能になるので、法規制により使用帯域が制限されている電力線通信に好適である。
【００５４】
本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１記載の他の通信装置であって、前記伝送路を介して、前記通信装置から送信される符号化された鍵更新情報を受信する受信部と、前記符号化された鍵更新情報を復号する復号情報を生成する復号情報生成部と、前記復号情報を用いて、前記符号化された鍵更新情報の復号化処理を行い、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報を取得する復号化処理部と、前記第２の時間幅を縮小する時間幅縮小部と、を有する他の通信装置である。
【００５５】
請求項１３に記載の発明によれば、符号化された鍵更新情報を復号化し、第２の時間幅を有する鍵更新情報の時間幅を縮小することによって、請求項１に記載の通信装置から送信された鍵更新情報を取得可能な通信装置を実現することが可能である。
【００５６】
本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１３記載の他の通信装置であって、前記時間幅縮小部は、前記第２の時間幅を第１の時間幅に等しくなるまで縮小する他の通信装置である。
【００５７】
請求項１４に記載の発明によれば、第２の時間幅を有する鍵更新情報の時間幅を第１の時間幅まで縮小することによって、請求項１に記載の通信装置から送信された鍵更新情報を取得可能な通信装置を実現することが可能である。
【００５８】
本発明の請求項１５に記載の発明は、請求項１３記載の他の通信装置であって、前記復号化処理部は、前記復号化処理として前記符号化された鍵更新情報と復号情報との乗算を行う通信装置である。
【００５９】
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置から送信された鍵更新情報を取得可能な通信装置を実現することが可能である。
【００６０】
本発明の請求項１６に記載の発明は、伝送路を介して、他の通信装置へ鍵更新情報を送信する通信装置に用いられる集積回路であって、第１の時間幅を有する前記鍵更新情報を生成する鍵更新情報生成部と、前記鍵更新情報の符号化に用いる符号情報を生成する符号情報生成部と、前記第１の時間幅を第２の時間幅に拡張する時間幅拡張部と前記符号情報を用いて、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報の符号化処理を行う符号化処理部と、を有する集積回路である。
【００６１】
請求項１６に記載の発明によれば、鍵更新情報の時間幅を第１の時間幅から第２の時間幅へ拡張し、第２の時間幅を有する鍵更新情報について符号化を行うことにより、符号化された鍵更新情報の単位時間当たりの伝送情報量を上昇させることがないので、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能な集積回路を実現できる。
【００６２】
本発明の請求項１７に記載の発明は、伝送路を介して、他の通信装置へ鍵更新情報を送信する通信方法であって、第１の時間幅を有する前記鍵更新情報を生成し、  前記鍵更新情報の符号化に用いる符号情報を生成し、前記第１の時間幅を第２の時間幅に拡張し、前記符号情報を用いて、前記第２の時間幅を有する鍵更新情報の符号化処理を行う通信方法である。
【００６３】
請求項１７に記載の発明によれば、鍵更新情報の時間幅を第１の時間幅から第２の時間幅へ拡張し、第２の時間幅を有する鍵更新情報について符号化を行うことにより、符号化された鍵更新情報の単位時間当たりの伝送情報量を上昇させることがないので、周波数帯域を広げずに鍵更新情報を送信することが可能な通信方法を実現できる。
【００６４】
（実施の形態）
図１は、電力線通信システムの構成を示す。図１の電力線通信システムは、電力線９００に接続された複数台のＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）モデム１００Ｍ、１００Ｔ１、１００Ｔ２、１００Ｔ３、・・、１００ＴＮを備える。図１には、５台のＰＬＣモデムが示されているが、接続台数は任意である。ＰＬＣモデム１００Ｍは、親機として機能するものであり、子機として機能する他のＰＬＣモデム１００Ｔ１、・・１００ＴＮの接続状態（リンク状態）の管理を行うものである。
【００６５】
なお、以降の説明において、親機及び特定の子機について言及する場合は、ＰＬＣモデム１００Ｍ、１００Ｔ１、１００Ｔ２、１００Ｔ３、・・、１００ＴＮのように記述し、子機一般に言及する場合は、ＰＬＣモデム１００Ｔと記述する。また、親機、子機の限定がないＰＬＣモデムに言及する場合は、単に、ＰＬＣモデム１００と記述する。
【００６６】
電力線９００は、図１では１本の線で示されているが、実際には２本以上の導線であり、ＰＬＣモデム１００は、その内の２本に接続されている。
【００６７】
図２は、ＰＬＣモデム１００の概観を示す図であり、図２（ａ）は前面を示す外観斜視図、図２（ｂ）は前面図、図２（ｃ）は背面図である。図２に示すＰＬＣモデム１０は、筐体１０１を有しており、筐体１０１の前面には、図２（ａ）（ｂ）に示すようにＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃからなる表示部１０５が設けられている。表示部１０５は、ＰＬＣモデム１００の通信速度を表示する。
【００６８】
また、筐体１０１の背面には、図２（ｃ）に示すように電源コネクタ１０２、及びＲＪ４５等のＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）用モジュラージャック１０３、及びＰＬＣモデム１００を親機として動作させるか子機をして動作させるかを切換える切換えスイッチ１０４が設けられている。
【００６９】
電源コネクタ１０２には、電源ケーブル（図２では図示せず）が接続され、モジュラージャック１０３には、ＬＡＮケーブル（図２では図示せず）が接続される。なお、ＰＬＣモデム１００には、さらにＤｓｕｂ（Ｄ−Ｓｕｂｍｉｎｉａｔｕｒｅ）コネクタを設け、Ｄｓｕｂケーブルを接続するようにしてもよい。
【００７０】
図３は、ＰＬＣモデム１００の構成を示すブロック図である。ＰＬＣ回路モジュール２００には、変復調ＩＣとしてのＰＬＣ・ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）２１０、ＡＦＥ・ＩＣ（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ  ＩＣ）２２０、メモリ２４０、ローパスフィルタ２５１、ドライバＩＣ２５２、バンドパスフィルタ２６０が設けられている。スイッチング電源３００およびカプラ２７０は、電源コネクタ１０２に接続され、さらに電源ケーブル６００、電源プラグ４００、コンセント５００を介して電力線９００に接続される。
【００７１】
ＰＬＣ・ＩＣ２１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２１１、ＰＬＣ・ＭＡＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  ＣｏｍｍｕｎＩＣａｔｉｏｎ・Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌａｙｅｒ）ブロック２１２、およびＰＬＣ・ＰＨＹ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｐｈｙｓｉｃ  ｌａｙｅｒ）ブロック２１３で構成されている。ＣＰＵ２１１は、３２ビットのＲＩＳＣ（Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｓｅｔ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）プロセッサを実装している。ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２１２は、送受信信号のＭＡＣ層を管理し、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３は、送受信信号のＰＨＹ層を管理する。ＡＦＥ・ＩＣ２２０は、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）２２１、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２２２、および可変増幅器（ＶＧＡ）２２３で構成されている。カプラ２７０は、コイルトランス２７１、およびカップリング用コンデンサ２７２ａ、２７２ｂで構成されている。なお、ＣＰＵ２１１は、メモリ２４０に記憶されたデータを利用して、ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２１２、およびＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３の動作を制御するとともに、ＰＬＣモデム１００全体の制御も行う。
【００７２】
ＰＬＣモデム１００は、ＯＦＤＭ方式等の複数のサブキャリアを用いた伝送を行うものであり、このような伝送を行うためのデジタル信号処理は、ＰＬＣ・ＩＣ２１０、特にＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３で行われる。
【００７３】
図４は、ＰＬＣ・ＩＣ２１０によって実現されるデジタル信号処理部の一例を示す概略機能ブロック図であり、ウェーブレット変換を利用するＯＦＤＭ伝送を行う場合のものである。図４のデジタル信号処理部は、変換制御部２１１０、シンボルマッパ２１１１、シリアル−パラレル変換器（Ｓ／Ｐ変換器）２１１２、逆ウェーブレット変換器２１１３、ウェーブレット変換器２１１４、パラレル−シリアル変換器（Ｐ／Ｓ変換器）２１１５、デマッパ２１１６を備える。
【００７４】
シンボルマッパ２１１１は、送信すべきビットデータをシンボルデータに変換し、各シンボルデータにしたがってシンボルマッピング（例えばＰＡＭ変調）を行うものである。Ｓ／Ｐ変換器２１１２は、マッピングされた直列データを並列データに変換するものである。逆ウェーブレット変換器２１１３は、並列データを逆ウェーブレット変換し、時間軸上のデータとするものであり、伝送シンボルを表すサンプル値系列を生成するものである。このデータは、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＤＡ変換器（ＤＡＣ）２２１に送られる。
【００７５】
ウェーブレット変換器２１１４は、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＡＤ変換器（ＡＤＣ）２２２から得られる受信デジタルデータ（送信時と同一のサンプルレートでサンプルされたサンプル値系列）を周波数軸上へ離散ウェーブレット変換するものである。Ｐ／Ｓ変換器２１１５は、周波数軸上の並列データを直列データに変換するものである。デマッパ２１１６は、各サブキャリアの振幅値を計算し、受信信号の判定を行って受信データを求めるものである。
【００７６】
ＰＬＣモデム１００による通信は、概略次のように行われる。ＲＪ４５コネクタ１０３から入力されたデータの受信時、イーサネット（登録商標）ＰＨＹ・ＩＣ２３０を介してＰＬＣ・ＩＣ２１０に送られ、デジタル信号処理を施すことによって生成されたデジタル送信信号は、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＤＡ変換器（ＤＡＣ）２２１によってアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ２５１、ドライバＩＣ２５２、カプラ２７０、電源コネクタ１０２、電源ケーブル６００、電源プラグ４００、コンセント５００を介して電力線９００に出力される。
【００７７】
電力線９００からの信号受信時は、カプラ２７０を経由してバンドパスフィルタ２６０に送られ、ＡＦＥ・ＩＣ２２０の可変増幅器（ＶＧＡ）２２３でゲイン調整がされた後、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２２２でデジタル信号に変換された後、ＰＬＣ・ＩＣ２１０に送られ、デジタル信号処理を施すことによって、デジタルデータに変換される。そして、イーサネット（登録商標）ＰＨＹ・ＩＣ２３０を介してＲＪ４５コネクタ１０３から出力される。
【００７８】
図５は、ＰＬＣモデム１００ＭとＰＬＣモデム１００Ｔとの間で行われるグループ鍵更新時のハンドシェイクを示す図である。図５では、説明を簡単にするため、ＰＬＣモデム１００Ｍと単一のＰＬＣモデム１００Ｔとのハンドシェイクを説明するが、実際の通信システムにおいて、ＰＬＣモデム１００Ｔは複数存在しても構わない。以下に説明する処理は、ＰＬＣモデム１００Ｔの初期認証後のグループ鍵更新に関する。
【００７９】
初期認証において、ＰＬＣモデム１００ＭとＰＬＣモデム１００Ｔは、自身のＭＡＣアドレスを互いに相手に送信することによって、相手のＭＡＣアドレスを取得する。さらに、自身のＭＡＣアドレスと相手のＭＡＣアドレスをパラメータとしてユニキャスト鍵を計算する。
【００８０】
ユニキャスト鍵とは、ＰＬＣモデム１００ＭとＰＬＣモデム１００Ｔによって共有される鍵の一つで、後述する個別鍵の生成に必要な情報の暗号化やＭＩＣ（Ｍｅｓｓａｇｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｄｅ）値の計算に用いられる。ＭＩＣ値とは、情報の改ざんを検知するための検証符号として用いられる。
【００８１】
ＰＬＣモデム１００Ｍは、初期認証を行ったＰＬＣモデム１００Ｔについては、当該ＰＬＣモデム１００Ｔと共有するユニキャスト鍵を記憶部４０５に登録する。記憶部４０５に登録されたユニキャスト鍵は、ＰＬＣモデム１００ＭがＰＬＣモデム１００Ｔを再認証する際に、ＰＬＣモデム１００Ｔの識別情報として利用される。
【００８２】
なお、ＰＬＣモデム１００Ｍは、ユニキャスト鍵を安全な伝送路を介してＰＬＣモデム１００Ｔに送信しても良い。
【００８３】
また、ユニキャスト鍵は、ユーザーがパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）などの機器を介してＰＬＣモデム１００ＭとＰＬＣモデム１００Ｔの両方に同じパスワードやパスフレーズを入力し、当該パスワードやパスフレーズを用いて生成しても良い。
【００８４】
また、ＰＬＣモデム１００Ｍは、ユニキャスト鍵を配送する際に、ＰＬＣモデム１００Ｍや認証サーバ（図示せず）が生成した乱数データを、ＰＬＣモデム１００Ｔに対して送信する。この際、ＰＬＣモデム１００ＭとＰＬＣモデム１００Ｔは、ユニキャスト鍵と乱数データからユニキャスト一時鍵を生成する。
【００８５】
図６、７は、グループ鍵の更新処理を示したフローチャートである。以下、図６、７を用いてグループ鍵更新の処理について説明する。
【００８６】
まず、ＰＬＣモデム１００Ｍは、ＰＬＣモデム１００Ｔに対して、鍵更新メッセージ１を送信する（ステップＳ１００）。鍵更新メッセージ１は、ユニキャスト鍵で暗号化される。鍵更新メッセージ１には、後述する個別鍵の生成に必要な情報が含まれており、具体的には乱数データである。乱数データは、ＰＬＣモデム１００Ｔによって生成される。以降、ＰＬＣモデム１００Ｍによって生成された乱数データをＱＮｏｎｃｅと呼ぶ。
【００８７】
ＰＬＣモデム１００Ｔは、鍵更新メッセージ１を受信した後、ユニキャスト鍵を用いて個別鍵の生成に必要な情報を復号する（ステップＳ１０１）。また、ＰＬＣモデム１００Ｔも、ＰＬＣモデム１００Ｍと同様に乱数データを生成する。以降、ＰＬＣモデム１００Ｔによって生成された乱数データをＴＮｏｎｃｅと呼ぶ。ＰＬＣモデム１００Ｔは、復号によって得られたＱＮｏｎｃｅ、初期認証時に取得したＰＬＣモデム１００ＭのＭＡＣアドレス、自身のＭＡＣアドレス、ＴＮｏｎｃｅ、及びユニキャスト鍵を用いて、新しい個別鍵を生成する（ステップＳ１０２）。グループ鍵更新前の個別鍵（以前の個別鍵）は、新しい個別鍵に置き換わる。ＰＬＣモデム１００ＴとＰＬＣモデム１００Ｍとの間で生成された個別鍵は、ＰＬＣモデム１００Ｍの記憶部４０５に記憶される。
【００８８】
次に、ＰＬＣモデム１００Ｔは、鍵更新メッセージ１に対する応答として、鍵更新メッセージ２をＰＬＣモデム１００Ｍへ送信する（ステップＳ１０３）。鍵更新メッセージは、ＴＮｏｎｃｅ、ＱＮｏｎｃｅ、鍵更新メッセージ１について以前の個別鍵を用いて計算されたＭＩＣ値を含み、以前の個別鍵によって暗号化されている。
【００８９】
なお、ＰＬＣモデム１００Ｔの初期認証後の最初のハンドシェイク時には、鍵更新メッセージ２のＭＩＣ値の計算や暗号化に用いる鍵は個別鍵ではなくユニキャスト鍵やユニキャスト鍵とＱＮｏｎｃｅとから生成されるユニキャスト一時鍵を用いてもよい。
【００９０】
ＰＬＣモデム１００Ｍは、鍵更新メッセージ２を受信して以前の個別鍵で復号（ステップＳ１０４）した後、鍵更新メッセージ２を正当なメッセージと認証した場合は、復号によって得られたＴＮｏｎｃｅ、初期認証時に取得したＰＬＣモデム１００ＴのＭＡＣアドレスおよび、自身のＱＮｏｎｃｅ、自身のＭＡＣアドレス、及びユニキャスト鍵から新しい個別鍵を生成する（ステップＳ１０６）。鍵更新メッセージ２が正当なメッセージであるか否かの判断（ステップＳ１０５）は、復号したＱＮｏｎｃｅと自身が生成したＱＮｏｎｃｅとが一致しているか否かによって行う。ＱＮｏｎｃｅが一致する場合は、以前の個別鍵を用いて復号したＭＩＣ値以外の情報（ＴＮｏｎｃｅなど）のＭＩＣ値を計算し、計算によって得られたＭＩＣ値と復号によって得られたＭＩＣ値が一致するか否かの確認を行う。ＭＩＣ値が一致しない場合、ＰＬＣモデム１００Ｍは、受信したメッセージを破棄し（ステップＳ１０７）、一致した場合に、受信メッセージを正当なメッセージと認証する。
【００９１】
ここで、ＰＬＣモデム１００ＭとＰＬＣモデム１００Ｔによる新しい個別鍵の生成アルゴリズムは同じである。この段階で、ＰＬＣモデム１００ＭとＰＬＣモデム１００Ｔは、それぞれ新しい個別鍵を共有する。
【００９２】
なお、ＰＬＣモデム１００Ｔの初期認証後の最初のハンドシェイク時には、暗号鍵としてユニキャスト鍵やユニキャスト一時鍵を用いる。
【００９３】
次に、ＰＬＣモデム１００Ｍは、新しいグループ鍵を生成する（ステップＳ１０８）。更に、ＰＬＣモデム１００Ｔに対して、鍵更新メッセージ３を送信する（ステップＳ１０９）。鍵更新メッセージ３は、新しいグループ鍵、ＱＮｏｎｃｅ、ＴＮｏｎｃｅ、及びこれらの情報について、新しい個別鍵を用いて計算されたＭＩＣ値を含み、新しい個別鍵で暗号化されている。
【００９４】
鍵更新メッセージ３を受信したＰＬＣモデム１００Ｔは、新しい個別鍵を用いて、鍵更新メッセージ３に含まれる情報を復号する（ステップＳ１１０）。そして、復号によって得られたＴＮｏｎｃｅと自信が生成したＴＮｏｎｃｅが一致するか否かの確認を行う（ステップＳ１１１）。ＴＮｏｎｃｅが一致しない場合は、ＰＬＣモデム１００Ｔは、受信した鍵更新メッセージ３を破棄し（ステップＳ１１２）、ＴＮｏｎｃｅが一致した場合は、復号によって得られたＱＮｏｎｃｅと鍵更新メッセージ１で受信したＱＮｏｎｃｅが一致するか否かの確認を行う。ＱＮｏｎｃｅが一致しない場合、ＰＬＣモデム１００Ｔは、鍵更新メッセージ３を破棄し、ＱＮｏｎｃｅが一致する場合は、復号によって得られたＭＩＣ値以外のメッセージ（例えば、ＴＮｏｎｃｅなど）について、新しい個別鍵を用いてＭＩＣ値を計算し、計算によって得られたＭＩＣ値と複合によって得られたＭＩＣ値が一致するか否かの確認を行う。ＭＩＣ値が一致しない場合、ＰＬＣモデム１００Ｔは、鍵更新メッセージ３を破棄し、ＭＩＣ値が一致した場合は、受信した鍵更新メッセージ３を正当なメッセージと認証する。
【００９５】
次に、ＰＬＣモデム１００Ｔは、鍵更新メッセージ３に対する応答として、鍵更新メッセージ４をＰＬＣモデム１００Ｍに対して送信する（ステップＳ１１３）。鍵更新メッセージ４は、新しい個別鍵によって暗号化される。また、鍵更新メッセージ４は、当該鍵更新メッセージ４ついて、新しい個別鍵を用いて計算されたＭＩＣ値を含む。
【００９６】
鍵更新メッセージ４を受信したＰＬＣモデム１００Ｍは、鍵更新メッセージ４の復号を行う（ステップＳ１１４）。復号によって得られたＭＩＣ値以外のメッセージについて、新しい個別鍵を用いてＭＩＣ値を計算し、計算によって得られたＭＩＣ値と複合によって得られたＭＩＣ値が一致するか否かの確認を行う（ステップＳ１１５）。ＭＩＣ値が一致しない場合、ＰＬＣモデム１００Ｍは、鍵更新メッセージ４を破棄し（ステップＳ１１６）、ＭＩＣ値が一致した場合は、受信した鍵更新メッセージ４を正当なメッセージと認証する。
【００９７】
鍵更新メッセージ４を正当なメッセージと認証したＰＬＣモデム１００Ｍは、ＰＬＣモデム１００Ｍからブロードキャストされるビーコン信号に、グループ鍵の更新情報ＮＫＩ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｋｅｙ  Ｉｎｄｅｘ）を付与した後、ビーコン信号をブロードキャストする（ステップＳ１１７）。ＰＬＣモデム１００Ｔは、ビーコン信号を受信してグループ鍵の更新情報を解析することによって、グループ鍵が更新されたことを確認する（ステップＳ１１８）。以上が、グループ鍵更新のプロセスである。更新後の通信は、新しいグループ鍵を用いて暗号化される。グループ鍵の更新は、一定期間毎（例えば、一時間に一回程度）に行われる。
【００９８】
なお、ユニキャスト鍵による暗号化は、鍵情報等のように不規則に変化する情報のみに対して行われる。
【００９９】
また、ＰＬＣモデム１００Ｍの記憶部４０５に登録されていないユニキャスト鍵で暗号化されたメッセージは配送されない。したがって、以前のユニキャスト鍵は、グループ鍵更新の際に、新しいユニキャスト鍵に更新されるので、以前のユニキャスト鍵を用いて暗号化されたメッセージは、配送されないことになる。また、ＰＬＣモデム１００Ｔが通信ネットワークから離脱した際には、当該ＰＬＣモデム１００Ｔに対応する個別鍵は、ＰＬＣモデム１００Ｍの記憶部４０５から破棄されるので、当該個別鍵は無効となる。
【０１００】
図８は、ＰＬＣモデム１００Ｍ、１００Ｔのグループ鍵更新の処理を行う回路をブロック図として示したものである。
【０１０１】
図８に示すグループ鍵更新の処理を行う回路の大部分は、図３で示したメインＩＣ２１０に含まれている。この点について、ＰＬＣモデム１００Ｍを例に説明する。制御部４０１は、ＣＰＵ２１１に含まれる。鍵情報受信部４０２、及び通信部４０４は、ＰＬＣ  ＭＡＣブロック２１２に含まれる。鍵生成部は、ＣＰＵ２１１とＰＬＣ  ＭＡＣブロック２１２に含まれる。
【０１０２】
以下、各ブロックの機能を説明する。制御部４０１は、鍵更新の処理を行う各ブロックの制御、鍵更新メッセージの暗号化・復号化、及び鍵更新メッセージの認証処理を行う。鍵情報受信部４０２は、鍵更新メッセージを受信する。鍵生成部４０３は、制御部４０１で鍵更新メッセージに含まれる情報（ＭＡＣアドレス、乱数データなど）を用いて、各種暗号鍵を生成する。通信部４０４は、鍵更新メッセージの送信を行う。記憶部４０５は、認証したＰＬＣモデム１００Ｔのユニキャスト鍵を登録する。
【０１０３】
ＰＬＣモデム１００Ｔについては、ＰＬＣモデム１００Ｍと機能が重複するので、説明を省略する。
【０１０４】
図９は、鍵更新メッセージの暗号化を行う符号化処理ブロックを示す。以下、鍵更新メッセージの暗号化は、ＰＬＣモデム１００Ｍが行うものとする。この符号化処理ブロックは、前述した制御部４０１に含まれる。
【０１０５】
図９において、リサンプリング部２０は、鍵更新メッセージのビット周期を拡張する。リサンプリング部２０は、鍵更新メッセージのビット周期を、符号化に用いる乱数データと同じ周期になるまで拡張する。乱数データは、鍵更新メッセージを符号化するための情報として用いられ、制御部４０１によって生成される。乱数データの生成には、擬似乱数関数を用いる。
【０１０６】
リサンプリング部２０は、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ‐Ｉｎ  Ｆｉｒｓｔ‐Ｏｕｔ）方式に基づいて鍵更新メッセージを処理している。このとき、キュー（図示せず）に入力する際の鍵更新メッセージのサンプリング周期（キューへの書き込み速度）とキューから出力する際の鍵更新メッセージのサンプリング周期（キューからの読み出し速度）に差をつけることによって、鍵更新メッセージのビット周期を拡張する。
【０１０７】
リサンプリング部２０において周期が拡張された鍵更新メッセージは、乗算部２１に入力される。乗算部２１では、周期が拡張された鍵更新メッセージと乱数データの乗算を行い、それらの積を出力する。制御部４０１は、擬似乱数関数を用いて乱数データを生成する。乱数データは、ＰＬＣモデム１００Ｍが認証したＰＬＣモデム１００Ｔ毎に異なっている。また、乱数データは、乗算部２１が出力する鍵更新メッセージと乱数データの積が１ビット毎に異なるように決定される。１ビット毎に乱数データを異なるようにすることで、第三者によるＤｏＳ攻撃の影響や鍵更新メッセージの不正取得を低減することが可能になるため、より安全に鍵更新メッセージを送信することが可能になる。
【０１０８】
図１０は、図９で示した符号化処理の詳細を説明する図である。符号化処理は、ビット単位で行われる。
【０１０９】
図１０（ａ）は、鍵更新メッセージのビット列を示す。当該ビット列を構成するビットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・は、それぞれ１ビットの情報量を有する。
【０１１０】
図１０（ｂ）は、リサンプリング部２１によって周期が拡張されたビットＡを示している。リサンプリング部２１による周期の拡張は、ビットＡ以外のビットについても行われる。リサンプリング部２０は、後述する乱数データａと同じ周期となるように、ビットＡの周期を拡張する。図１０（ｂ）から明らかなように、乱数データａの単位時間当たりの伝送情報量は、鍵更新メッセージの単位時間当たりの伝送情報量と同じである。
【０１１１】
図１０（ｃ）は、乱数データａを示している。乱数データａは、ｎビットの情報量を有し、初期設定後の最初の鍵更新においては、ユニキャスト鍵を用いて生成される。また、最初の鍵更新以降の鍵更新においては、ＱＮｏｎｃｅとＴＮｏｎｃｅから生成される。
【０１１２】
図１０（ｄ）は、乗算部２１から出力された、周期拡張後のビットＡと乱数データａとの積を示している。乱数データａとの積は、ビットＡ以外のビットについても行われる。
【０１１３】
鍵更新メッセージは、鍵更新メッセージのビット列と乱数データとの積として、相手側のＰＬＣモデム１００に対して出力される。
【０１１４】
鍵更新メッセージのビットＡ（＋１又は−１とする）に対するリサンプリング部出力をＲＳ（＋１又は−１とする）、そのＲＳに乗算される乱数をａｉ（＋１又は−１とする。ｉ＝１〜Ｎ）と定義すると、出力信号（鍵更新メッセージのビット列と乱数データとの積）Ｓｉは（数１）で表される。
【０１１５】
【数１】
2009010933.tif 000003
【０１１６】
図９、１０において示した符号化方式が従来のスペクトラム拡散通信方式と相違する点は、ビット毎に鍵更新メッセージの周期を、乱数データの周期と同じになるように拡張することである。
【０１１７】
図１０（ｄ）からも明らかなように、拡張された鍵更新メッセージと乱数データとの積の単位時間当たりの伝送情報量は、鍵更新メッセージの単位時間当たりの伝送情報量と同一であることが理解できる。
【０１１８】
したがって、拡張された鍵更新メッセージと乱数データとの積は、スペクトラム拡散通信方式の符号化出力のように、単位時間当たりの情報量が増大することがない。よって、拡張された鍵更新メッセージと乱数データとの積が有する周波数帯域幅の増大も生じない。
【０１１９】
図９、１０に示した符号化方式は、周波数帯域を増大させることなく、鍵更新メッセージの配送が可能であるため、電力線通信のように使用可能な周波数帯域が制限されている通信方式において、好適に適用することが可能である。
【０１２０】
なお、図５に示したＰＬＣモデム１００ＭとＰＬＰＣモデム１００Ｔの初期設定後の最初の鍵更新において、鍵更新メッセージ１の符号化は、ユニキャスト鍵をパラメータとして生成した乱数データを用いて行い、鍵更新メッセージ２の符号化は、ユニキャスト鍵及びＱＮｏｎｃｅをパラメータとして生成した乱数データを用いて行い、鍵更新メッセージ３、４の符号化は、ＱＮｏｎｃｅ及びＴＮｏｎｃｅをパラメータとして生成した乱数データを用いて行ってもよい。
【０１２１】
また、乱数データは、ユニキャスト鍵、ＱＮｏｎｃｅ、ＴＮｏｎｃｅ、及びリサンプリング部２０の出力ビットの順番に関する情報から生成しても構わない。このように乱数データを生成すると、乱数データにランダム性を付与することが可能となり、暗号化の安全性が高まる。
【０１２２】
上述した乱数データは、常に第三者には知られていない秘密の情報から生成される。したがって、第三者の通信端末が、ＰＬＣモデム１００Ｍから送信された鍵更新メッセージを受信した場合でも、当該鍵更新メッセージを復号できないので、通信の安全性を高めることができる。
【０１２３】
また、第三者の通信端末が、ＰＬＣモデム１００Ｍからの鍵更新メッセージを受信して、鍵更新メッセージに対する応答メッセージを送信した場合でも、第三者の通信端末とＰＬＣモデム１００Ｍは、共通の暗号鍵を持たないため、ＰＬＣモデム１００Ｍは、当該応答メッセージを復号できない。したがって、通信の安全性を高めることができる。
【０１２４】
また、乱数データの長さをリサンプリング部２０の出力ビットの長さに等しくすることも好適である。乱数データの長さを出力ビットの長さに等しくすると、乱数データの生成が簡便になる。
【０１２５】
また、ＱＮｏｎｃｅ、ＴＮｏｎｃｅ、グループ鍵以外の情報に対しては、乱数データとして直交符号を用いることも好適である。直行符号を用いると、出力ビットのタイミングを抽出することが容易になる。直交符号としては、Ｍ系列、巡回シフトＭ系列等が考えられる。
【０１２６】
図１１は、鍵更新メッセージの復号化を行う符号化処理ブロックを示す。以下、鍵更新メッセージの復号化は、ＰＬＣモデム１００Ｔが行うものとする。図１１に示す符号化処理ブロックは、制御部４１１に含まれる。
【０１２７】
図１１において、乗算部３０は、乱数データを用いて受信メッセージの乗算を行い、その結果を出力する。ここで、受信メッセージは、図１０（ｄ）において示した鍵更新メッセージと乱数データとの積である。乱数データは、受信メッセージを復号化するための情報として用いられ、制御部４１１によって生成される。乱数データの生成には、擬似乱数関数を用いる。積分部３１は、乗算部３０からの出力について積分を行い、その結果を出力する。判定部３２は、積分部３１からの出力について極性（積分部３１からの出力が正の値であるのか負の値であるのか）を判定し、その結果を出力する。デサンプリング部３３は、判定部３２からの出力について、その周期の収縮を行う。デサンプリング部３３は、リサンプリング部２０と同様に、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ‐Ｉｎ  Ｆｉｒｓｔ‐Ｏｕｔ）方式に基づいて、周期の収縮処理を行っている。
【０１２８】
図１２は、図１１で示した符号化処理の詳細を説明する図である。符号化処理は、ビット単位で行われる。
【０１２９】
図１２（ａ）は、受信メッセージのビット列を示す。当該ビット列を構成するビットＡ・ａ１、Ａ・ａ２、Ａ・ａ３、Ａ・ａ４、・・・は、それぞれ１ビットの情報量を有する。
【０１３０】
なお、受信メッセージは、伝送路上のノイズや第三者（攻撃者）からの信号が加わることが一般的である。
【０１３１】
伝送路のノイズをＮｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、第三者からの信号をＳｉｊ（ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｌ、ｉ≠ｊ）と定義すると、受信メッセージＲｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、（数２）で表される。
【０１３２】
【数２】
2009010933.tif 000004
【０１３３】
図１２（ｂ）は、乱数データａを示している。乱数データａは、ｎビットの情報量を有し、ＰＬＣモデム１００Ｍにおける暗号化の際に用いた乱数データａと同じものである。
【０１３４】
図１２（ｃ）は、乗算部３０から出力された、受信メッセージＲｉと乱数データａとの積を示している。乱数データａとの積は、ビットＡ以外のビットについても行われる。受信メッセージＲｉと乱数データａとの積は、ｎ個のビットＡとなり、その情報量はｎビットになる。
【０１３５】
図１２（ｄ）は、積分部３１の出力を示す。当該出力は、ｎ・Ａの値を有し、その情報量は、ｌｏｇ2ｎとなる。積分部３１の出力ＩＳは、（数３）で表される。
【０１３６】
【数３】
2009010933.tif 000005
【０１３７】
ここで、ＲＳｊとａｉｊは、各々Ｓｉｊに対応するリサンプリング部出力と乱数であり、任意のｊに対して、乱数の数列ａｉｊ（ｉ＝１〜Ｎ）と乱数の数列ａｉは異なるとする。（数３）の最下段の式の第１項は、受信メッセージの信号成分を表し、第２項は、伝送路での雑音成分を表し、第３項は、第三者（攻撃者）から送信される意図しない信号の成分を表している。
【０１３８】
図１２（ｅ）は、判定部３２からの出力を示す。当該出力の周期は、乱数データａの周期と同じであり、その情報量は、１ビットとなる。
【０１３９】
判定部３２では、（数３）で表現される積分部３１からの出力が正の値であるのか負の値であるのか（すなわち、極性）を解析し、正の場合には＋１を、負の場合には−１を出力する。
【０１４０】
図１２（ｆ）は、デサンプリング部３３からの出力を示す。デサンプリング部において、周期の収縮処理を行うことによって、鍵更新メッセージの復号化処理は完了する。
【０１４１】
ここで、（数３）の最下段の式の第２項について考える。この項は、伝送路での雑音成分を表したものである。通常、伝送路が劣悪な環境においては、雑音による誤り率は０．０１程度となる。例えば、Ｎを１２８とすると、第２項の値は、およそ１になる。したがって、受信メッセージの雑音成分は、信号成分に比べて十分小さくなる。
【０１４２】
次に、（数３）の最下段の式の第３項について考える。この項は、第三者（攻撃者）から送信される意図しない信号の成分を表している。第３項の括弧内の式は、Ｎが十分大きい場合に、平均値が０、標準偏差が、√（Ｌ×Ｎ×０．５）の正規分布で近似出来る。例えば、ＲＳｊ＝１、Ｎ＝１２８、Ｌ＝１６として、且つ、受信メッセージの信号成分と第三者（攻撃者）から送信される意図しない信号の成分のタイミングが完全に一致しているとすれば、判定部３２における誤判定確率、すなわち、第１項より第３項が大きくなる確率は約０．００３％となる。したがって、判定部３２がＤｏＳ攻撃等により誤判定を起こす確率は十分小さいと考えられる。
【０１４３】
したがって、鍵更新メッセージの誤送信やＤｏＳ攻撃等による伝送効率の低下を防ぐことができる。
【０１４４】
従って、本実施の形態によれば、電力線通信のように劣悪な伝送路を用いる通信方式においても、鍵配送の再送数を大幅に低減可能である他、ＤｏＳ攻撃に対して耐性を有する。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明は、周波数帯域を増大させることなく、鍵更新情報の送信が可能であるため、電力線通信のように使用可能な周波数帯域が制限されている通信方式において、好適に適用することが可能である。
【０１４６】
また、本発明は、不正アクセスやＤｏＳ攻撃への耐性を有すると共に、高い伝送信頼性を確保するため、伝送路が第３者にも共用されている他、劣悪である無線や電力線を使った通信に適用出来る。
【０１４７】
なお、本発明は、無線通信などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】電力線通信システムの構成図
【図２】ＰＬＣモデムの概観図
【図３】ＰＬＣモデムの構成を示すブロック図
【図４】ＰＬＣ・ＩＣによって実現されるデジタル信号処理部の一例を示す概略機能ブロック図
【図５】グループ鍵更新時のハンドシェイクを示す図
【図６】グループ鍵の更新処理を示したフローチャート
【図７】グループ鍵の更新処理を示したフローチャート
【図８】グループ鍵更新の処理を行う回路のブロック図
【図９】鍵更新メッセージの暗号化を行う符号化処理ブロックを示す図
【図１０】図９で示した符号化処理の詳細を説明する図
【図１１】鍵更新メッセージの復号化を行う符号化処理ブロックを示す図
【図１２】図１１で示した符号化処理の詳細を説明する図
【図１３】ＥＣＨＯＮＥＴシステムのグループ鍵更新の処理フローを示す図
【図１４】スペクトラム拡散通信方式における拡散・逆拡散処理を行うブロックを示す図
【図１５】拡散処理のタイミングチャート
【図１６】拡散処理を行う前および拡散処理を行った後の送信データを周波数軸上に表した図
【符号の説明】
【０１４９】
２０    リサンプリング部
２１、３０    乗算部
３１    積分部
３２    判定部
３３    デサンプリング部
１００    ＰＬＣモデム
１０１    筐体
１０２    電源コネクタ
１０３    ＬＡＮ用モジュラージャック
１０４    切換えスイッチ
１０５    表示部
２００    ＰＬＣ回路モジュール
２１０    ＰＬＣ・ＩＣ
２１１    ＣＰＵ
２１２    ＰＬＣ・ＭＡＣブロック
２１３    ＰＬＣ・ＰＨＹブロック
２２０    ＡＦＥ・ＩＣ
２２１    ＤＡ変換器
２２２    ＡＤ変換器
２２３    可変増幅器
２３０    イーサネット（登録商標）ＰＨＹ・ＩＣ
２４０    メモリ
２５１    ローパスフィルタ
２５２    ドライバＩＣ
２６０    バンドパスフィルタ
２７０    カプラ
２７１    コイルトランス
２７２ａ、２７２ｂ    カップリング用コンデンサ
３００    スイッチング電源
４００    電源プラグ
４０１、４１１    制御部
４０２、４１２    鍵情報受信部
４０３、４１３    鍵生成部
４０４、４１４    通信部
４０５、４１５    記憶部
５００    コンセント
６００    電源ケーブル
９００    電力線
１０００    制御端末
１００１    通信端末
２１１０    変換制御部
２１１１    シンボルマッパ
２１１２    Ｓ／Ｐ変換器
２１１３    逆ウェーブレット変換器
２１１４    ウェーブレット変換器
２１１５    Ｐ／Ｓ変換器
２１１６    デマッパ
３０００、４０００    乗算部
４００１    積分部
４００２    判定部
【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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【図１５】
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【図１６】
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