管理局、無線秘密鍵管理システム及びその方法
【課題】無線秘密鍵共有方式で通信を行なう２つの正規局に対し、管理者が任意にかつ確実に、２つの正規局間で生成された秘密鍵を再生できるようにする
【解決手段】各正規局のRSSI値の生成に大きな影響を与える素波を意図的に作り出し、この素波を管理局でも利用してRSSIを生成すれば、正規局のRSSI履歴と管理局のRSSI履歴とに高い相関が得られる。そのため、管理局は第１の正規局から第２の正規局へ送信される第１電波を受信し、この第１電波を増幅した増幅第１電波を第２の正規局へ送信する第１の増幅部と、第２の正規局から第１の正規局へ送信される第２電波を受信し、この第２電波を増幅した増幅第２電波を第１の正規局へ送信する第２の増幅部と、を備える。
【解決手段】各正規局のRSSI値の生成に大きな影響を与える素波を意図的に作り出し、この素波を管理局でも利用してRSSIを生成すれば、正規局のRSSI履歴と管理局のRSSI履歴とに高い相関が得られる。そのため、管理局は第１の正規局から第２の正規局へ送信される第１電波を受信し、この第１電波を増幅した増幅第１電波を第２の正規局へ送信する第１の増幅部と、第２の正規局から第１の正規局へ送信される第２電波を受信し、この第２電波を増幅した増幅第２電波を第１の正規局へ送信する第２の増幅部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は無線秘密鍵共有方式を利用した通信システムに適用される無線秘密鍵の管理システム及びその管理方法、並びにこの管理システムに適した管理局に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の安全性を確保するために様々な暗合通信方法が提案されており、その中に、無線秘密鍵共有方式がある。この方式は、鍵を共有したい２つの正規局間の電波伝搬路特性を測定し、その測定した特性に基づいて両正規局で秘密鍵を生成する(非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３)。
無線秘密鍵共有方式では、２つの正規局間でRSSI(Received Signal Strength Indicator:受信信号強度、以下同じ)測定用パルスの送受信を繰り返し、RSSI値を両正規局で測定する。これを鍵長回数繰り返してRSSI履歴を両正規局で作成し、その作成したRSSI履歴に基づいて、秘密鍵を生成する。即ち、伝搬路を伝搬する電波は可逆性を示すために、一方の正規局から他方の正規局へRSSI測定用パルスを送信したときのRSSI値は、他方の正規局から一方の正規局へRSSI測定用パルスを送信したときのRSSI値と比例関係にあるため、RSSI値の時間的揺らぎは同じになる。従って、一方の正規局で測定したRSSI履歴に基づいて生成された秘密鍵は、他方の正規局で測定したRSSI履歴に基づいて生成された秘密鍵と同じになる。
このように電波伝搬路特性を用いて秘密鍵を生成する方法は、２つの正規局で鍵情報を送信せずに電波を相互に送受信するだけで同じ秘密鍵を共有することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Aono et al. Wireless secret key generation exploiting reactance-domain scalar response of multipath fading channels. Antennas and Propagation, IEEE Transactions on (2005) vol. 53 (11) pp. 3776 ? 3784
【非特許文献２】大平孝, 笹岡秀一, “盗聴防止アンテナ ?セキュリティ対策への物理層的アプローチ-”, 信学誌, vol.88, No.3, pp.190-194, Mar. 2005.
【非特許文献３】岩井誠人, 笹岡秀一, “電波伝搬路特性を活用した秘密情報の伝送・共有技術”, 信学論(B), vol.J-90B, No.9, pp.770-783, 2007.
【非特許文献４】植松和正, “電波のゆらぎと相反性を利用して生成共有された秘密鍵を盗聴する研究,”電子情報通信学会東海支部合同卒業研究発表会予稿集, Mar. 2009
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無線秘密鍵共有方式では予め定められた秘密鍵を用いることがないので、管理者の見地からすれば、２つの正規局間の通信内容を把握することができない。換言すれば、管理者としては、２つの正規局の利用者に何ら気づかれることなく、また通信内容に影響を与えることなく、その通信内容を把握し、管理する必要がある。
上記秘密鍵を傍受する方法が提案されているので、管理のために、その傍受方法を適用することが考えられる。
従来の秘密鍵傍受法によれば、RSSI測定用パルス受信アンテナの特性、RSSI測定用パルス受信場所、信号処理方法（非特許文献４参照）の３つの要素を適正に調整する必要があるが、かかる調整には手間がかかり、正規局のアンテナ特性や、傍受装置の接地位置によっては秘密鍵を傍受できないことがあるので、正規局の適切な管理に支障が生じる。
そこでこの発明は、管理者が任意にかつ確実に、２つの正規局間で生成された秘密鍵を把握できるようにすることを目的とする。
【０００５】
無線秘密鍵共有システムにおける各正規局が生成する秘密鍵を、各正規局から独立した管理者が把握するには、正規局に蓄積されるRSSI履歴と管理局に蓄積されるRSSI履歴の相関を高める必要がある。
両者の相関を高める方策として、管理局が正規局のRSSI値を支配する素波を受信することが考えられる。なぜなら、RSSI値は、正規局で受信される各素波の受信電力の足し合わせで決まる。そして、各素波の受信電力は、アンテナの指向性、自由空間伝搬損失、壁での反射損失により決まる。正規局のRSSI値を支配する素波は、他の素波と比べ、壁での反射損失や自由空間伝搬損失が小さく、受信電力が大きい。ゆえにかかる素波が正規局のRSSI値を支配しており、そのRSSI値に基づきRSSI履歴が作成される為、同じ素波を用いて管理局がRSSI履歴を生成すれば、そのRSSI履歴は正規局のRSS履歴と高い相関を有するものとなる。
換言すれば、正規局のRSSI値を構成する素波には、受信電力が大きく正規局のRSSI値を支配するものがある一方で、受信電力が小さく正規局のRSSI値に対して小さな影響しか与えられないものもある。したがって、管理局のRSSI履歴と正規局のRSSI履歴の相関を高めるには、正規局のRSSI値を支配する素波を受信することが効果的である。
しかし、正規局のRSSI値を支配する素波は、両正規局の配置や伝搬路の環境によって変化し、受信することが困難な場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、正規局のRSSI値の生成に大きな影響を与える素波を意図的に作り出し、この素波を管理局でも利用してRSSIを生成すれば、正規局のRSSI履歴と管理局のRSSI履歴とに高い相関が得られると考え、本発明に想到した。
即ちこの発明の第１の局面は次のように規定される。
秘密鍵を共有可能な第１及び第２の正規局と備える無線秘密鍵共有方式の通信システムに用いられる管理局であって、
前記第１の正規局から第２の正規局へ送信される第１電波を受信し、この第１電波を増幅した増幅第１電波を前記第２の正規局へ送信する第１の増幅部と、前記第２の正規局から前記第１の正規局へ送信される第２電波を受信し、この第２電波を増幅した増幅第２電波を前記第１の正規局へ送信する第２の増幅部と、を備える管理局。
【０００７】
このように規定される発明の第１の局面の管理局によれば、第１の正規局から送信された第１電波が増幅されて第２の正規局で受信され、第２の正規局から送信された第２電波が増幅されて第１の正規局で受信される。
増幅された第１電波（増幅第１電波）は第２の正規局が構成するRSSIに大きな影響を与え、また増幅された第２電波（増幅第２の電波）も第１の正規局が構成するRSSIに大きな影響を与える。換言すれば、増幅第１電波は第２の正規局のRSSI値を支配し、増幅第２電波は第１の正規局のRSSI値を支配する。
よって、かかる増幅第１電波及び増幅第２電波を用いることにより、管理者が用いる汎用的な秘密鍵予測システムが生成するRSSI履歴は、第１及び第２の正規局のRSSI履歴と高い相関をもつことができる。
【０００８】
この発明の第２の局面は次のように規定される。
第１の局面に規定の管理局と、少なくとも前記増幅第１電波及び増幅第２電波とを受信して、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測装置とを備える、無線秘密鍵管理システム。
【０００９】
このように規定される第２の局面の無線秘密鍵管理システムによれば、管理局により増幅され、RSSI値の生成に大きな影響力を持った増幅第１電波と増幅第２電波とが第１及び第２の正規局のみならず管理者の秘密鍵予測装置に入力される。よって、秘密鍵予測装置のRSSI履歴は第１及び第２の正規局の各RSSI履歴と高い相関をもつものとなり、当該秘密鍵予測装置は高い精度で秘密鍵を傍受できることとなる。
【００１０】
管理者の利用する秘密鍵予測装置は第１及び第２の正規局と異なる位置に配置される。その結果、増幅第１電波及び増幅第２電波はともに受信されるものの、秘密鍵予測装置は第１及び第２の正規局と異なる電波を受信し、他方、第１及び第２の正規局には受信されている電波を受信できない場合がある。
そこでこの発明の第３の局面では、RSSIの生成に大きな影響を与える増幅第１電波及び増幅第２電波の少なくとも一方のみを秘密鍵予測装置に入力することとした。これにより、各正規局のRSSI値と秘密鍵予測装置のRSSI値との間に高い相関性を維持しやすくなる。
【００１１】
秘密鍵予測装置を管理局と一体化することを考え、この発明の第４の局面に想到した。即ち、
第１の局面に記載の管理局が前記増幅第１電波から第１信号を形成する第１の信号形成部、
前記増幅第２電波から第２信号を形成する第２の信号形成部、並びに
前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方に基づき、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測装置、を備える、無線秘密鍵管理システム。
【００１２】
このように構成された第４の局面の無線秘密鍵管理システムによれば、管理局に秘密鍵予測装置が組み込まれるので、システム全体として部品点数の削減、小型化、製造コスト低減化などを達成できる。
管理局に組み込まれた秘密鍵予測装置は増幅第１電波から生成された第１信号及び増幅第２電波から生成された第２信号の少なくとも一方に基づき秘密鍵を生成する。換言すれば、他の電波に何ら影響されないので、既述の第３の局面と同様に、各正規局のRSSI値と秘密鍵予測装置のRSSI値との間に高い相関性を確保しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はこの発明の実施形態の無線秘密鍵管理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は汎用的な無線秘密鍵共有方式を示すフローチャートである。
【図３】図３は図１の管理システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図５】図５は図４の管理システムの動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図７】図７は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図８】図８は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図９】図９は図８の管理システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は他の実施形態の管理システムの構成を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は図１の管理システムのシミュレーション結果を示す室内相関マップである。
【図１５】図１５はBARを配置しないときの室内相関マップ（比較例）である。
【図１６】BARSの増幅器の利得とRSSI履歴の相関との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、無線秘密鍵共有方式に適用されるこの発明の実施の形態の無線秘密鍵管理システムについて説明する。
図１は第１の実施形態の秘密鍵管理システム１を示す。
この管理システム１は管理局としての双方向増幅中継装置２（この明細書においてBAR（Bidirectional Active Repeater；）という）とRSSI測定装置４とを備えてなる。このRSSI測定装置４には汎用的な秘密鍵予測装置が用いられる。
BARはそれぞれ一対のアンテナ（エスパスアンテナ）９a、９ｂ、サーキュレータ１０a、１０ｂ及び増幅器１２a、１２ｂを備える。アンテナの種類はエスパスアンテナに限定されず、単一指向性アンテナを用いることもできる。
第１の正規局６と第２の正規局７とで汎用的な無線秘密鍵共有方式の通信システムが確立される。
【００１５】
ここで、図２を参照して、無線秘密鍵共有方式について説明する。
第１の正規局６と第２の正規局７とがそれぞれ鍵共有モードを要求し、互いに認証しあうと（ステップ１，２）、それぞれ送信する電波のビームパターンを設定する（ステップ４，５）。
次に、第１の正規局６がRSSI測定用パルス信号を送信し（ステップ７）、第２の正規局７は所定の演算式に従いRSSIを測定する。このとき、第１の正規局７の受信するRSSI測定用パルス信号は第１の正規局６からダイレクトに送信されてきたものに限られず、壁等の障害物に反射されてまた回折してきたものも含まれる。同様に、第２の正規局７はRSSI測定用パルス信号を送信し（ステップ１０）、第１の正規局６はRSSIを測定する。
【００１６】
上記ステップ４〜ステップ１１までの処理を必要数繰返し、測定したRSSIの値を保存する（ステップ１３、１４）。ここに、RSSI履歴とは、ステップ８及びステップ１１において測定されたRSSIの値の集合体をいう。
ステップ１６及びステップ１７では、第１及び第２の正規局６，７においてそれぞれ所定の演算式にしたがって秘密鍵を生成する。生成された秘密鍵を比較し（ステップ１８、２０）、両者が一致すれば、無線秘密鍵共有方式により共有された秘密鍵を利用した暗号通信が開始される。
【００１７】
かかる無線秘密鍵共有方式を前提に、図１に開示の秘密鍵管理システム１の動作を図３に基づき説明する。なお、図３において、図２と同一の動作のステップには同一の符号を付してその説明を省略する。
第１及び第２の正規局が鍵共有モード状態になったことをBAR２が検出すると（ステップ２１）、BAR２はRSSI測定用パルス信号の受信待機状態となる（ステップ２３）。そして、第１の正規局から発信されたRSSI測定用パルス信号のうちの１つの素波を増幅する（ステップ２５）。ここに、素波とは、正規局間で通信される電波において同一の経路を伝搬してきたものをいう。正規局間で通信される電波には直接波の他に、壁等の影響をうけた反射波もあり、それぞれ伝搬経路が異なる。BAR２で用いる素波（第１の電波）は、直接波であっても反射波であってもよいが、RSSIの値に大きな影響を与えられる、即ち電力の最も大きい素波を選択することが好ましい。
素波の選択にはアンテナの指向性を利用することができる。
【００１８】
同様にステップ２７では第２の正規局７から発信されたRSSI測定用パルス信号の素波（第２の電波）を増幅する。
第１及び第２の正規局間におけるRSSI測定用パルス信号の送受信が終了したら、BAR２は待機状態となる（ステップ２９）。
上記の説明では、ステップ２１、２３、２９により、正規局間においてのRSSI測定用パルス信号の送受信に同期してBAR２を作動させているが、素波（第１及び第２の電波）の増幅を常時行なうことも可能である。
BAR２における信号増幅量は、システムの環境等において任意に設定可能である。
【００１９】
第１及び第２の正規局が鍵共有モード状態になったことをRSSI測定装置４が検出すると（ステップ３１）、RSSI測定装置４はRSSI測定用パルス信号の受信待機状態となる（ステップ３３）。
第１の正規局から発信されるRSSI測定用パルス信号を受信して所定の演算式にしたがってRSSIの測定を行なう（ステップ３５）。ここでRSSI測定装置４が受信した正規局１からのRSSI測定用パルス信号にはBAR２で増幅された第１電波（増幅第１電波）が含まれる。同様に、第２の正規局から発信されるRSSI測定用パルス信号を受信して所定の演算式にしたがってRSSIの測定を行なう（ステップ３７）。RSSI測定装置４が受信した正規局２からのRSSI測定用パルス信号にはBAR２で増幅された第２電波（増幅第２電波）が含まれる。
【００２０】
ステップ３９では、ステップ３５及びステップ３７で生成されたRSSIを蓄積し、得られたRSSI履歴に基づいて鍵を生成する（ステップ４１）。鍵の生成に際しては、ステップ３５に基づくRSSI履歴とステップ３７に基づくRSSI履歴の何れか一方を利用すればよい。
正規局の管理の必要上、ステップ４１で生成された秘密鍵を、各正規局６，７の秘密鍵と比較することができる（ステップ４３）。
【００２１】
図４は他の実施形態の秘密鍵管理システム２１を示す。なお、図４において、図１と同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を部分的に省略する。
この例では、BAR２を構成する各要素（図１参照）とRSSI測定装置２４とが一体化されている。以下この明細書においてBARとRSSI測定装置が合体したものをBARSと標記する。
この秘密鍵管理システム２１の動作を図５のフローチャートに表す。図５において図３と同じ動作を示すブロックには同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
第１及び第２の正規局が鍵共有モード状態になったことをBARS２５が検出すると（ステップ５１）、BARS２５はRSSI測定用パルス信号の受信待機状態となる（ステップ５３）。
第１の正規局から発信されたRSSI測定用パルス信号のうちの１つの素波を増幅し、かつその増幅された信号に基づいてRSSIの測定を行なう（ステップ５５）。同様にステップ２７では第２の正規局７から発信されたRSSI測定用パルス信号の素波（第２の電波）を増幅し、かつその増幅された信号に基づいてRSSIの測定を行なう（ステップ５７）。
ステップ５９では、ステップ５５及びステップ５７で生成されたRSSIを蓄積し、得られたRSSI履歴に基づいて鍵を生成する（ステップ６１）。鍵の生成に際しては、ステップ５５に基づくRSSI履歴とステップ５７に基づくRSSI履歴の何れか一方を利用すればよい。
正規局の管理の必要上、ステップ６１で生成された秘密鍵を、各正規局６，７の秘密鍵と比較することができる（ステップ６３）。
別の見方をすれば、図５のステップ５１は図３のステップ２１及び３１の動作を奏し、同じくステップ５３はステップ２３及び３３の動作を奏し、同じくステップ５５はステップ２５及び３５の動作を奏し、同じくステップ５７はステップ２７及び３７の動作を奏し、同じくステップ５９はステップ２９及び３９の動作を奏する。
このように構成された図４の管理システムによれば、BARの各要素とRSSI測定装置２４とが一体化されたので、装置のコンパクト化を達成できることはもとより、RSSI測定装置２４は増幅された信号（増幅第１信号及び増幅第２信号）のみを用いてRSSIの測定を行ないRSSI履歴を作成するので、得られたRSSI履歴は第１及び第２の正規局のそれらと高い相関を有するものとなる。図１のRSSI測定装置４は、第１及び第２の正規局と異なる位置に配置されるので、第１及び第２の正規局では受信しない電波を受信し、また、第１及び第２の正規局で本来受信されるべき電波を受信できない場合があるからである。
【００２３】
図６は他の実施形態の秘密鍵管理システム３１を示す。なお。図６において、図１と実質的に同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この例では、図１に開示のBAR２において、一方のアンテナ、サーキュレータ及び増幅器を省略した。図１において第１の正規局からの第１電波がアンテナ９a→サーキュレータ１０a→増幅器１２a→サーキュレータ１０ｂ→アンテナ９ｂの第１電波パスを介して増幅かつ送信される際、第２電波のパス（第２のアンテナ９ｂ→第２のサーキュレータ１０ｂ、第２の増幅器１２ｂ→第１のサーキュレータ１０a→アンテナ９ｂ）は閉塞されており、また逆の場合も同様であるからである。
この例のBAR３２は一つのアンテナ３３、サーキュレータ３４及び増幅器３６で第１電波及び第２電波を増幅する。
その動作は図３と同一である。
【００２４】
図７は他の実施形態の秘密鍵管理システム４１を示す。なお、図７において、図４及び図６と同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システムの動作は図５と同一である。
【００２５】
図８は他の実施形態の秘密鍵管理システム５１を示す。なお、図８において図１と同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この例の管理システム５１のBAR５２は、第１のサーキュレータ１０aと第１の増幅器１２aとの間に第１のスイッチ５３aが設けられ、第２のサーキュレータ１０ｂと第２の増幅器１２ｂとの間に第２のスイッチ５３ｂが配置されている。
かかる構成の管理システム５１の動作を図９に示す。なお、図９において図３と同一の動作を奏するブロックには同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システム５１では、図９のステップ７１及び７３に示す通り、増幅対象の電波のパスは導通状態とし、非増幅対象の電波のパスは非導通状態とする。かかるスイッチ５３a、５３ｂがないと、アンテナ等の接続点で各信号の反射が生じた場合にBARが発振するおそれがある。
【００２６】
図１０は他の実施形態の秘密鍵管理システム６１を示す。なお、図４及び図８と同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この例のBARSでは、RSSI測定装置２４が図８のBAR５１の各要素と一体とされている。
この管理システム６１の動作を図１１に示す。図１１において図５と同一の動作を奏するブロックには同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システム６１では、図１１のステップ７５及び７３に示すとおり、増幅対象の電波のパスは導通状態とし、非増幅対象の電波のパスは非導通状態として、回路の発振を未然に防止する。
【００２７】
図１２は他の実施形態の秘密鍵管理システム７１を示す。なお、図１の要素と同一の動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システム７１ではその管理局としてのBAR７２において、第１電波及び第２電波の各パスに２つのスイッチを設け、何れの電波も受け付けていない待機モードの実行を可能としている。また。待機モードから各電波を受信した際に、その電波の受信に基づき、素早くその電波に基づく電力信号を増幅できるように、ミキシング回路を採用している。
以下、詳細に説明する。
待機モードにおいて、第１電流パス及び第２電流パスの上流側にあるスイッチ７５及び９５をオン（ポート１へ接続）とし、各下流側にあるスイッチ９０及び１１０をオフ（ポート２へ接続）とする。スイッチ９０のポート２はダミーロード９１、１１１に接続され、電力信号の反射が吸収される。他のダミーロード７６，８１，９６，１０１も同様に電力信号の反射を吸収する。
【００２８】
この状態で第１電波が受信されると、この電波はアンテナ９aで第１電力信号に変換され、この第１電力信号はスイッチ７５により増幅器７８へ送られて増幅し、分配器７９により、増幅器８２と電力分離器８４に分配される。この分配器７９は第１電波パスを逆流する電力信号をダミーロード８１へ逃がす働きも奏する。
入力された第１電力信号は電力分離器８４でLＯ成分とRF成分に分離され、これらをミキサー８５で比較し、その比率に応じた信号IFを出力する。この信号IFと閾値信号発生器８８から出力される閾値信号を比較器８７で比較する。IFが閾値信号を超えるときは（即ち、第１電力信号中にRF成分が十分に含まれると判断されたときは）、比較器８７からスイッチ９０へ制御信号が送られてこのスイッチ９０をオンとし、増幅器８２で増幅された第１電力信号をサーキュレータ１０ｂからアンテナ９ｂへ送る。この増幅された第１電力信号がアンテナ９ｂで増幅第１電波に変換されて送信される。
このとき、比較器８７からの制御信号が第２電波パス上流側のスイッチ９５にも入力されて、このスイッチ９５をオフとする。これにより、サーキュレータ１０ｂから漏れ出した第１電力信号をダミーロード９６に吸収させる。
【００２９】
増幅第１電波の送信が終了すると、信号IFが閾値以下となり、比較器８７から他の制御信号が出力されて、スイッチ９０はオフに戻り、スイッチ９５はオンに戻る。即ち、待機状態となる。
この状態で第２電波が受信されると、この電波はアンテナ９ｂで第２電力信号に変換され、この第２電力信号はスイッチ９５により増幅器９８へ送られて増幅し、分配器９９により、増幅器１０２と電力分離器１０４に分配される。この分配器９９は第１電波パスを逆流する電力信号をダミーロード１０１へ逃がす働きも奏する。
第２電力信号は電力分離器１０４でLＯ成分とRF成分に分離され、これらをミキサー１０５で比較し、その比率に応じた信号IFを出力する。この信号IFと閾値信号発生器１０８から出力される閾値信号を比較器１０７で比較する。IFが閾値信号を超えるときは（即ち、第２電力信号中にRF成分が十分に含まれると判断されたときは）、比較器１０７からスイッチ１１０へ制御信号が送られてこのスイッチ１１０をオンとし、増幅器１０２で増幅された第２電力信号をサーキュレータ１０aからアンテナ９aへ送る。この増幅された第２電力信号がアンテナ９aで増幅第２電波に変換されて送信される。
このとき、比較器１０７からの制御信号が第１電波パス上流側のスイッチ７５にも入力されて、このスイッチ７５をオフとする。これにより、サーキュレータ１０aから漏れ出した第１電力信号をダミーロード７６に吸収させる。
【００３０】
増幅第２電波の送信が終了すると、信号IFが閾値以下となり、比較器１０７から他の制御信号が出力されて、スイッチ１１０はオフに戻り、スイッチ７５はオンに戻る。即ち、待機状態となる。
このように構成された管理システム７１によれば、管理局としてのBAR７２を構成する回路での発振が確実に防止される。
また、受信した電波を分離して待機状態からの立ち上がりを制御しているので、回路に充分な応答性を確保できる。
【００３１】
図１３には他の実施形態の管理システム１２１を示す。なお、図１３において、図１２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システム１２１は、図１２に示す管理システム７１のBAR７２へRSSI測定装置１２４、１３４を組み込んだものである。RSSI測定装置１２４、１３４は図４のRSSI測定装置２４と同様の動作を奏する。
図１３において、符号１２５、１３５は分配器でありそれぞれ増幅第１電波と増幅第２電波に対応する信号をそれぞれのパスからRSSI測定装置１２４、１３４へ入力する。符号１２６、１３６はRSSI測定装置１２４、１３４からの反射波を吸収するダミーロードである。
この様に構成された管理システム１２１によれば、図１２のものに比べて、装置がコンパクトになり、また、RSSI測定装置１２４、１３４で生成されるRSSI履歴が各正規局６、７のRSSI履歴に対し、より高い相関性を有するものとなる。
【００３２】
（試験例）
図１に示した管理システム１を用いてシミュレーションを実行した。
シミュレーションの諸元を表１に示す。
【表１】
シミュレーションの結果として室内相関マップを図１４に示す。図１５は、BAR2を配置しないときの室内相関マップである。各図において、左上角の○がBAR２の位置を示し、右上角及び左下角の○が一対の正規局の位置を示す。
図１４及び図１５において黒色の部分は正規局のRSSI履歴とRSSI測定装置（即ち、管理者用の傍受機）のRSSI履歴との相関性が高いことを意味し、反対に白色部分は当該相関性が低いことを意味している。
図１４と図１５との比較よりBAR２を配置することにより、相関性の高い領域と相関性の低い領域とが明確に区分けされることがわかる。換言すれば、BAR２を配置することで、第三者による傍受が容易な領域と困難な領域が明確に区別される。よって、管理者としては、傍受が容易な領域への第三者の立ち入りを禁止することで、正規局間の通信の安全性を確保できる。
他方、図１５に示す比較例では、傍受が容易な領域と困難な領域とが混在している。
【００３３】
（試験例２）
図４に示した管理システム２１を用いてシミュレーションを実行した。
シミュレーションの諸元を表２に示す。
【表２】
BARSを用い取得したRSSI履歴と正規局のRSSI履歴の相関及び、従来の秘密鍵傍受法で取得したRSSI履歴と正規局のRSSI履歴の相関を併せて図１６に示す。
なお、本発明の秘密鍵傍受法としてBARS(middle)とBARS(random)を採用した。ここに、BARS(middle)とはBARSを両正規局中央に配置し、RSSI履歴を作成する方法を指し、BARS(random)とはBARSを任意の場所に配置し、RSSI履歴を作成する方法を指す。
他方、比較例の秘密鍵傍受法として、中央傍受法とランダム傍受法を採用した。ここに中央傍受法とは無指向性アンテナを両正規局中央に配置し、RSSI履歴を作成する方法を指し、ランダム傍受法とは無指向性アンテナを任意の場所に配置し、RSSI履歴を作成する方法を指す。
【００３４】
BARSを用いRSSI履歴を作成した結果、増幅度を高くしたとき、正規局のRSSI履歴との相関が高まることがわかる。また、増幅度60dBのBARSを室内にランダム配置したときにおいても、中央傍受法を上回る高い相関が得られることがわかった。BARSを用いた秘密鍵傍受法は、増幅度を60dB以上増幅したとき、RSSI測定用パルス受信場所に依存せずに正規局のRSSI履歴と高い相関を得ることができる。
【００３５】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
この明細書に記載した先行文献の記載内容を、この明細書の記載の一部として取り込むことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、１２１ 無線秘密鍵管理システム
２、３２、５２、７２、１２２ 双方向増幅中継装置（ＢＡＲ）
４ RSSI測定装置
６ 第１の正規局
７ 第２の正規局
９、３３ アンテナ
１０、３４ サーキュレータ
１２、３６ 増幅器
２５、４５、６２ 双方向増幅中継装置+RSSI測定装置（ＢＡＲＳ）
５３ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
この発明は無線秘密鍵共有方式を利用した通信システムに適用される無線秘密鍵の管理システム及びその管理方法、並びにこの管理システムに適した管理局に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の安全性を確保するために様々な暗合通信方法が提案されており、その中に、無線秘密鍵共有方式がある。この方式は、鍵を共有したい２つの正規局間の電波伝搬路特性を測定し、その測定した特性に基づいて両正規局で秘密鍵を生成する(非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３)。
無線秘密鍵共有方式では、２つの正規局間でRSSI(Received Signal Strength Indicator:受信信号強度、以下同じ)測定用パルスの送受信を繰り返し、RSSI値を両正規局で測定する。これを鍵長回数繰り返してRSSI履歴を両正規局で作成し、その作成したRSSI履歴に基づいて、秘密鍵を生成する。即ち、伝搬路を伝搬する電波は可逆性を示すために、一方の正規局から他方の正規局へRSSI測定用パルスを送信したときのRSSI値は、他方の正規局から一方の正規局へRSSI測定用パルスを送信したときのRSSI値と比例関係にあるため、RSSI値の時間的揺らぎは同じになる。従って、一方の正規局で測定したRSSI履歴に基づいて生成された秘密鍵は、他方の正規局で測定したRSSI履歴に基づいて生成された秘密鍵と同じになる。
このように電波伝搬路特性を用いて秘密鍵を生成する方法は、２つの正規局で鍵情報を送信せずに電波を相互に送受信するだけで同じ秘密鍵を共有することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Aono et al. Wireless secret key generation exploiting reactance-domain scalar response of multipath fading channels. Antennas and Propagation, IEEE Transactions on (2005) vol. 53 (11) pp. 3776 ? 3784
【非特許文献２】大平孝, 笹岡秀一, “盗聴防止アンテナ ?セキュリティ対策への物理層的アプローチ-”, 信学誌, vol.88, No.3, pp.190-194, Mar. 2005.
【非特許文献３】岩井誠人, 笹岡秀一, “電波伝搬路特性を活用した秘密情報の伝送・共有技術”, 信学論(B), vol.J-90B, No.9, pp.770-783, 2007.
【非特許文献４】植松和正, “電波のゆらぎと相反性を利用して生成共有された秘密鍵を盗聴する研究,”電子情報通信学会東海支部合同卒業研究発表会予稿集, Mar. 2009
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無線秘密鍵共有方式では予め定められた秘密鍵を用いることがないので、管理者の見地からすれば、２つの正規局間の通信内容を把握することができない。換言すれば、管理者としては、２つの正規局の利用者に何ら気づかれることなく、また通信内容に影響を与えることなく、その通信内容を把握し、管理する必要がある。
上記秘密鍵を傍受する方法が提案されているので、管理のために、その傍受方法を適用することが考えられる。
従来の秘密鍵傍受法によれば、RSSI測定用パルス受信アンテナの特性、RSSI測定用パルス受信場所、信号処理方法（非特許文献４参照）の３つの要素を適正に調整する必要があるが、かかる調整には手間がかかり、正規局のアンテナ特性や、傍受装置の接地位置によっては秘密鍵を傍受できないことがあるので、正規局の適切な管理に支障が生じる。
そこでこの発明は、管理者が任意にかつ確実に、２つの正規局間で生成された秘密鍵を把握できるようにすることを目的とする。
【０００５】
無線秘密鍵共有システムにおける各正規局が生成する秘密鍵を、各正規局から独立した管理者が把握するには、正規局に蓄積されるRSSI履歴と管理局に蓄積されるRSSI履歴の相関を高める必要がある。
両者の相関を高める方策として、管理局が正規局のRSSI値を支配する素波を受信することが考えられる。なぜなら、RSSI値は、正規局で受信される各素波の受信電力の足し合わせで決まる。そして、各素波の受信電力は、アンテナの指向性、自由空間伝搬損失、壁での反射損失により決まる。正規局のRSSI値を支配する素波は、他の素波と比べ、壁での反射損失や自由空間伝搬損失が小さく、受信電力が大きい。ゆえにかかる素波が正規局のRSSI値を支配しており、そのRSSI値に基づきRSSI履歴が作成される為、同じ素波を用いて管理局がRSSI履歴を生成すれば、そのRSSI履歴は正規局のRSS履歴と高い相関を有するものとなる。
換言すれば、正規局のRSSI値を構成する素波には、受信電力が大きく正規局のRSSI値を支配するものがある一方で、受信電力が小さく正規局のRSSI値に対して小さな影響しか与えられないものもある。したがって、管理局のRSSI履歴と正規局のRSSI履歴の相関を高めるには、正規局のRSSI値を支配する素波を受信することが効果的である。
しかし、正規局のRSSI値を支配する素波は、両正規局の配置や伝搬路の環境によって変化し、受信することが困難な場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、正規局のRSSI値の生成に大きな影響を与える素波を意図的に作り出し、この素波を管理局でも利用してRSSIを生成すれば、正規局のRSSI履歴と管理局のRSSI履歴とに高い相関が得られると考え、本発明に想到した。
即ちこの発明の第１の局面は次のように規定される。
秘密鍵を共有可能な第１及び第２の正規局と備える無線秘密鍵共有方式の通信システムに用いられる管理局であって、
前記第１の正規局から第２の正規局へ送信される第１電波を受信し、この第１電波を増幅した増幅第１電波を前記第２の正規局へ送信する第１の増幅部と、前記第２の正規局から前記第１の正規局へ送信される第２電波を受信し、この第２電波を増幅した増幅第２電波を前記第１の正規局へ送信する第２の増幅部と、を備える管理局。
【０００７】
このように規定される発明の第１の局面の管理局によれば、第１の正規局から送信された第１電波が増幅されて第２の正規局で受信され、第２の正規局から送信された第２電波が増幅されて第１の正規局で受信される。
増幅された第１電波（増幅第１電波）は第２の正規局が構成するRSSIに大きな影響を与え、また増幅された第２電波（増幅第２の電波）も第１の正規局が構成するRSSIに大きな影響を与える。換言すれば、増幅第１電波は第２の正規局のRSSI値を支配し、増幅第２電波は第１の正規局のRSSI値を支配する。
よって、かかる増幅第１電波及び増幅第２電波を用いることにより、管理者が用いる汎用的な秘密鍵予測システムが生成するRSSI履歴は、第１及び第２の正規局のRSSI履歴と高い相関をもつことができる。
【０００８】
この発明の第２の局面は次のように規定される。
第１の局面に規定の管理局と、少なくとも前記増幅第１電波及び増幅第２電波とを受信して、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測装置とを備える、無線秘密鍵管理システム。
【０００９】
このように規定される第２の局面の無線秘密鍵管理システムによれば、管理局により増幅され、RSSI値の生成に大きな影響力を持った増幅第１電波と増幅第２電波とが第１及び第２の正規局のみならず管理者の秘密鍵予測装置に入力される。よって、秘密鍵予測装置のRSSI履歴は第１及び第２の正規局の各RSSI履歴と高い相関をもつものとなり、当該秘密鍵予測装置は高い精度で秘密鍵を傍受できることとなる。
【００１０】
管理者の利用する秘密鍵予測装置は第１及び第２の正規局と異なる位置に配置される。その結果、増幅第１電波及び増幅第２電波はともに受信されるものの、秘密鍵予測装置は第１及び第２の正規局と異なる電波を受信し、他方、第１及び第２の正規局には受信されている電波を受信できない場合がある。
そこでこの発明の第３の局面では、RSSIの生成に大きな影響を与える増幅第１電波及び増幅第２電波の少なくとも一方のみを秘密鍵予測装置に入力することとした。これにより、各正規局のRSSI値と秘密鍵予測装置のRSSI値との間に高い相関性を維持しやすくなる。
【００１１】
秘密鍵予測装置を管理局と一体化することを考え、この発明の第４の局面に想到した。即ち、
第１の局面に記載の管理局が前記増幅第１電波から第１信号を形成する第１の信号形成部、
前記増幅第２電波から第２信号を形成する第２の信号形成部、並びに
前記第１信号及び前記第２信号の少なくとも一方に基づき、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測装置、を備える、無線秘密鍵管理システム。
【００１２】
このように構成された第４の局面の無線秘密鍵管理システムによれば、管理局に秘密鍵予測装置が組み込まれるので、システム全体として部品点数の削減、小型化、製造コスト低減化などを達成できる。
管理局に組み込まれた秘密鍵予測装置は増幅第１電波から生成された第１信号及び増幅第２電波から生成された第２信号の少なくとも一方に基づき秘密鍵を生成する。換言すれば、他の電波に何ら影響されないので、既述の第３の局面と同様に、各正規局のRSSI値と秘密鍵予測装置のRSSI値との間に高い相関性を確保しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はこの発明の実施形態の無線秘密鍵管理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は汎用的な無線秘密鍵共有方式を示すフローチャートである。
【図３】図３は図１の管理システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図５】図５は図４の管理システムの動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図７】図７は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図８】図８は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図９】図９は図８の管理システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は他の実施形態の管理システムの構成を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は他の実施形態の管理システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は図１の管理システムのシミュレーション結果を示す室内相関マップである。
【図１５】図１５はBARを配置しないときの室内相関マップ（比較例）である。
【図１６】BARSの増幅器の利得とRSSI履歴の相関との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、無線秘密鍵共有方式に適用されるこの発明の実施の形態の無線秘密鍵管理システムについて説明する。
図１は第１の実施形態の秘密鍵管理システム１を示す。
この管理システム１は管理局としての双方向増幅中継装置２（この明細書においてBAR（Bidirectional Active Repeater；）という）とRSSI測定装置４とを備えてなる。このRSSI測定装置４には汎用的な秘密鍵予測装置が用いられる。
BARはそれぞれ一対のアンテナ（エスパスアンテナ）９a、９ｂ、サーキュレータ１０a、１０ｂ及び増幅器１２a、１２ｂを備える。アンテナの種類はエスパスアンテナに限定されず、単一指向性アンテナを用いることもできる。
第１の正規局６と第２の正規局７とで汎用的な無線秘密鍵共有方式の通信システムが確立される。
【００１５】
ここで、図２を参照して、無線秘密鍵共有方式について説明する。
第１の正規局６と第２の正規局７とがそれぞれ鍵共有モードを要求し、互いに認証しあうと（ステップ１，２）、それぞれ送信する電波のビームパターンを設定する（ステップ４，５）。
次に、第１の正規局６がRSSI測定用パルス信号を送信し（ステップ７）、第２の正規局７は所定の演算式に従いRSSIを測定する。このとき、第１の正規局７の受信するRSSI測定用パルス信号は第１の正規局６からダイレクトに送信されてきたものに限られず、壁等の障害物に反射されてまた回折してきたものも含まれる。同様に、第２の正規局７はRSSI測定用パルス信号を送信し（ステップ１０）、第１の正規局６はRSSIを測定する。
【００１６】
上記ステップ４〜ステップ１１までの処理を必要数繰返し、測定したRSSIの値を保存する（ステップ１３、１４）。ここに、RSSI履歴とは、ステップ８及びステップ１１において測定されたRSSIの値の集合体をいう。
ステップ１６及びステップ１７では、第１及び第２の正規局６，７においてそれぞれ所定の演算式にしたがって秘密鍵を生成する。生成された秘密鍵を比較し（ステップ１８、２０）、両者が一致すれば、無線秘密鍵共有方式により共有された秘密鍵を利用した暗号通信が開始される。
【００１７】
かかる無線秘密鍵共有方式を前提に、図１に開示の秘密鍵管理システム１の動作を図３に基づき説明する。なお、図３において、図２と同一の動作のステップには同一の符号を付してその説明を省略する。
第１及び第２の正規局が鍵共有モード状態になったことをBAR２が検出すると（ステップ２１）、BAR２はRSSI測定用パルス信号の受信待機状態となる（ステップ２３）。そして、第１の正規局から発信されたRSSI測定用パルス信号のうちの１つの素波を増幅する（ステップ２５）。ここに、素波とは、正規局間で通信される電波において同一の経路を伝搬してきたものをいう。正規局間で通信される電波には直接波の他に、壁等の影響をうけた反射波もあり、それぞれ伝搬経路が異なる。BAR２で用いる素波（第１の電波）は、直接波であっても反射波であってもよいが、RSSIの値に大きな影響を与えられる、即ち電力の最も大きい素波を選択することが好ましい。
素波の選択にはアンテナの指向性を利用することができる。
【００１８】
同様にステップ２７では第２の正規局７から発信されたRSSI測定用パルス信号の素波（第２の電波）を増幅する。
第１及び第２の正規局間におけるRSSI測定用パルス信号の送受信が終了したら、BAR２は待機状態となる（ステップ２９）。
上記の説明では、ステップ２１、２３、２９により、正規局間においてのRSSI測定用パルス信号の送受信に同期してBAR２を作動させているが、素波（第１及び第２の電波）の増幅を常時行なうことも可能である。
BAR２における信号増幅量は、システムの環境等において任意に設定可能である。
【００１９】
第１及び第２の正規局が鍵共有モード状態になったことをRSSI測定装置４が検出すると（ステップ３１）、RSSI測定装置４はRSSI測定用パルス信号の受信待機状態となる（ステップ３３）。
第１の正規局から発信されるRSSI測定用パルス信号を受信して所定の演算式にしたがってRSSIの測定を行なう（ステップ３５）。ここでRSSI測定装置４が受信した正規局１からのRSSI測定用パルス信号にはBAR２で増幅された第１電波（増幅第１電波）が含まれる。同様に、第２の正規局から発信されるRSSI測定用パルス信号を受信して所定の演算式にしたがってRSSIの測定を行なう（ステップ３７）。RSSI測定装置４が受信した正規局２からのRSSI測定用パルス信号にはBAR２で増幅された第２電波（増幅第２電波）が含まれる。
【００２０】
ステップ３９では、ステップ３５及びステップ３７で生成されたRSSIを蓄積し、得られたRSSI履歴に基づいて鍵を生成する（ステップ４１）。鍵の生成に際しては、ステップ３５に基づくRSSI履歴とステップ３７に基づくRSSI履歴の何れか一方を利用すればよい。
正規局の管理の必要上、ステップ４１で生成された秘密鍵を、各正規局６，７の秘密鍵と比較することができる（ステップ４３）。
【００２１】
図４は他の実施形態の秘密鍵管理システム２１を示す。なお、図４において、図１と同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を部分的に省略する。
この例では、BAR２を構成する各要素（図１参照）とRSSI測定装置２４とが一体化されている。以下この明細書においてBARとRSSI測定装置が合体したものをBARSと標記する。
この秘密鍵管理システム２１の動作を図５のフローチャートに表す。図５において図３と同じ動作を示すブロックには同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
第１及び第２の正規局が鍵共有モード状態になったことをBARS２５が検出すると（ステップ５１）、BARS２５はRSSI測定用パルス信号の受信待機状態となる（ステップ５３）。
第１の正規局から発信されたRSSI測定用パルス信号のうちの１つの素波を増幅し、かつその増幅された信号に基づいてRSSIの測定を行なう（ステップ５５）。同様にステップ２７では第２の正規局７から発信されたRSSI測定用パルス信号の素波（第２の電波）を増幅し、かつその増幅された信号に基づいてRSSIの測定を行なう（ステップ５７）。
ステップ５９では、ステップ５５及びステップ５７で生成されたRSSIを蓄積し、得られたRSSI履歴に基づいて鍵を生成する（ステップ６１）。鍵の生成に際しては、ステップ５５に基づくRSSI履歴とステップ５７に基づくRSSI履歴の何れか一方を利用すればよい。
正規局の管理の必要上、ステップ６１で生成された秘密鍵を、各正規局６，７の秘密鍵と比較することができる（ステップ６３）。
別の見方をすれば、図５のステップ５１は図３のステップ２１及び３１の動作を奏し、同じくステップ５３はステップ２３及び３３の動作を奏し、同じくステップ５５はステップ２５及び３５の動作を奏し、同じくステップ５７はステップ２７及び３７の動作を奏し、同じくステップ５９はステップ２９及び３９の動作を奏する。
このように構成された図４の管理システムによれば、BARの各要素とRSSI測定装置２４とが一体化されたので、装置のコンパクト化を達成できることはもとより、RSSI測定装置２４は増幅された信号（増幅第１信号及び増幅第２信号）のみを用いてRSSIの測定を行ないRSSI履歴を作成するので、得られたRSSI履歴は第１及び第２の正規局のそれらと高い相関を有するものとなる。図１のRSSI測定装置４は、第１及び第２の正規局と異なる位置に配置されるので、第１及び第２の正規局では受信しない電波を受信し、また、第１及び第２の正規局で本来受信されるべき電波を受信できない場合があるからである。
【００２３】
図６は他の実施形態の秘密鍵管理システム３１を示す。なお。図６において、図１と実質的に同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この例では、図１に開示のBAR２において、一方のアンテナ、サーキュレータ及び増幅器を省略した。図１において第１の正規局からの第１電波がアンテナ９a→サーキュレータ１０a→増幅器１２a→サーキュレータ１０ｂ→アンテナ９ｂの第１電波パスを介して増幅かつ送信される際、第２電波のパス（第２のアンテナ９ｂ→第２のサーキュレータ１０ｂ、第２の増幅器１２ｂ→第１のサーキュレータ１０a→アンテナ９ｂ）は閉塞されており、また逆の場合も同様であるからである。
この例のBAR３２は一つのアンテナ３３、サーキュレータ３４及び増幅器３６で第１電波及び第２電波を増幅する。
その動作は図３と同一である。
【００２４】
図７は他の実施形態の秘密鍵管理システム４１を示す。なお、図７において、図４及び図６と同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システムの動作は図５と同一である。
【００２５】
図８は他の実施形態の秘密鍵管理システム５１を示す。なお、図８において図１と同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この例の管理システム５１のBAR５２は、第１のサーキュレータ１０aと第１の増幅器１２aとの間に第１のスイッチ５３aが設けられ、第２のサーキュレータ１０ｂと第２の増幅器１２ｂとの間に第２のスイッチ５３ｂが配置されている。
かかる構成の管理システム５１の動作を図９に示す。なお、図９において図３と同一の動作を奏するブロックには同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システム５１では、図９のステップ７１及び７３に示す通り、増幅対象の電波のパスは導通状態とし、非増幅対象の電波のパスは非導通状態とする。かかるスイッチ５３a、５３ｂがないと、アンテナ等の接続点で各信号の反射が生じた場合にBARが発振するおそれがある。
【００２６】
図１０は他の実施形態の秘密鍵管理システム６１を示す。なお、図４及び図８と同じ動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この例のBARSでは、RSSI測定装置２４が図８のBAR５１の各要素と一体とされている。
この管理システム６１の動作を図１１に示す。図１１において図５と同一の動作を奏するブロックには同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システム６１では、図１１のステップ７５及び７３に示すとおり、増幅対象の電波のパスは導通状態とし、非増幅対象の電波のパスは非導通状態として、回路の発振を未然に防止する。
【００２７】
図１２は他の実施形態の秘密鍵管理システム７１を示す。なお、図１の要素と同一の動作を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システム７１ではその管理局としてのBAR７２において、第１電波及び第２電波の各パスに２つのスイッチを設け、何れの電波も受け付けていない待機モードの実行を可能としている。また。待機モードから各電波を受信した際に、その電波の受信に基づき、素早くその電波に基づく電力信号を増幅できるように、ミキシング回路を採用している。
以下、詳細に説明する。
待機モードにおいて、第１電流パス及び第２電流パスの上流側にあるスイッチ７５及び９５をオン（ポート１へ接続）とし、各下流側にあるスイッチ９０及び１１０をオフ（ポート２へ接続）とする。スイッチ９０のポート２はダミーロード９１、１１１に接続され、電力信号の反射が吸収される。他のダミーロード７６，８１，９６，１０１も同様に電力信号の反射を吸収する。
【００２８】
この状態で第１電波が受信されると、この電波はアンテナ９aで第１電力信号に変換され、この第１電力信号はスイッチ７５により増幅器７８へ送られて増幅し、分配器７９により、増幅器８２と電力分離器８４に分配される。この分配器７９は第１電波パスを逆流する電力信号をダミーロード８１へ逃がす働きも奏する。
入力された第１電力信号は電力分離器８４でLＯ成分とRF成分に分離され、これらをミキサー８５で比較し、その比率に応じた信号IFを出力する。この信号IFと閾値信号発生器８８から出力される閾値信号を比較器８７で比較する。IFが閾値信号を超えるときは（即ち、第１電力信号中にRF成分が十分に含まれると判断されたときは）、比較器８７からスイッチ９０へ制御信号が送られてこのスイッチ９０をオンとし、増幅器８２で増幅された第１電力信号をサーキュレータ１０ｂからアンテナ９ｂへ送る。この増幅された第１電力信号がアンテナ９ｂで増幅第１電波に変換されて送信される。
このとき、比較器８７からの制御信号が第２電波パス上流側のスイッチ９５にも入力されて、このスイッチ９５をオフとする。これにより、サーキュレータ１０ｂから漏れ出した第１電力信号をダミーロード９６に吸収させる。
【００２９】
増幅第１電波の送信が終了すると、信号IFが閾値以下となり、比較器８７から他の制御信号が出力されて、スイッチ９０はオフに戻り、スイッチ９５はオンに戻る。即ち、待機状態となる。
この状態で第２電波が受信されると、この電波はアンテナ９ｂで第２電力信号に変換され、この第２電力信号はスイッチ９５により増幅器９８へ送られて増幅し、分配器９９により、増幅器１０２と電力分離器１０４に分配される。この分配器９９は第１電波パスを逆流する電力信号をダミーロード１０１へ逃がす働きも奏する。
第２電力信号は電力分離器１０４でLＯ成分とRF成分に分離され、これらをミキサー１０５で比較し、その比率に応じた信号IFを出力する。この信号IFと閾値信号発生器１０８から出力される閾値信号を比較器１０７で比較する。IFが閾値信号を超えるときは（即ち、第２電力信号中にRF成分が十分に含まれると判断されたときは）、比較器１０７からスイッチ１１０へ制御信号が送られてこのスイッチ１１０をオンとし、増幅器１０２で増幅された第２電力信号をサーキュレータ１０aからアンテナ９aへ送る。この増幅された第２電力信号がアンテナ９aで増幅第２電波に変換されて送信される。
このとき、比較器１０７からの制御信号が第１電波パス上流側のスイッチ７５にも入力されて、このスイッチ７５をオフとする。これにより、サーキュレータ１０aから漏れ出した第１電力信号をダミーロード７６に吸収させる。
【００３０】
増幅第２電波の送信が終了すると、信号IFが閾値以下となり、比較器１０７から他の制御信号が出力されて、スイッチ１１０はオフに戻り、スイッチ７５はオンに戻る。即ち、待機状態となる。
このように構成された管理システム７１によれば、管理局としてのBAR７２を構成する回路での発振が確実に防止される。
また、受信した電波を分離して待機状態からの立ち上がりを制御しているので、回路に充分な応答性を確保できる。
【００３１】
図１３には他の実施形態の管理システム１２１を示す。なお、図１３において、図１２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この管理システム１２１は、図１２に示す管理システム７１のBAR７２へRSSI測定装置１２４、１３４を組み込んだものである。RSSI測定装置１２４、１３４は図４のRSSI測定装置２４と同様の動作を奏する。
図１３において、符号１２５、１３５は分配器でありそれぞれ増幅第１電波と増幅第２電波に対応する信号をそれぞれのパスからRSSI測定装置１２４、１３４へ入力する。符号１２６、１３６はRSSI測定装置１２４、１３４からの反射波を吸収するダミーロードである。
この様に構成された管理システム１２１によれば、図１２のものに比べて、装置がコンパクトになり、また、RSSI測定装置１２４、１３４で生成されるRSSI履歴が各正規局６、７のRSSI履歴に対し、より高い相関性を有するものとなる。
【００３２】
（試験例）
図１に示した管理システム１を用いてシミュレーションを実行した。
シミュレーションの諸元を表１に示す。
【表１】
シミュレーションの結果として室内相関マップを図１４に示す。図１５は、BAR2を配置しないときの室内相関マップである。各図において、左上角の○がBAR２の位置を示し、右上角及び左下角の○が一対の正規局の位置を示す。
図１４及び図１５において黒色の部分は正規局のRSSI履歴とRSSI測定装置（即ち、管理者用の傍受機）のRSSI履歴との相関性が高いことを意味し、反対に白色部分は当該相関性が低いことを意味している。
図１４と図１５との比較よりBAR２を配置することにより、相関性の高い領域と相関性の低い領域とが明確に区分けされることがわかる。換言すれば、BAR２を配置することで、第三者による傍受が容易な領域と困難な領域が明確に区別される。よって、管理者としては、傍受が容易な領域への第三者の立ち入りを禁止することで、正規局間の通信の安全性を確保できる。
他方、図１５に示す比較例では、傍受が容易な領域と困難な領域とが混在している。
【００３３】
（試験例２）
図４に示した管理システム２１を用いてシミュレーションを実行した。
シミュレーションの諸元を表２に示す。
【表２】
BARSを用い取得したRSSI履歴と正規局のRSSI履歴の相関及び、従来の秘密鍵傍受法で取得したRSSI履歴と正規局のRSSI履歴の相関を併せて図１６に示す。
なお、本発明の秘密鍵傍受法としてBARS(middle)とBARS(random)を採用した。ここに、BARS(middle)とはBARSを両正規局中央に配置し、RSSI履歴を作成する方法を指し、BARS(random)とはBARSを任意の場所に配置し、RSSI履歴を作成する方法を指す。
他方、比較例の秘密鍵傍受法として、中央傍受法とランダム傍受法を採用した。ここに中央傍受法とは無指向性アンテナを両正規局中央に配置し、RSSI履歴を作成する方法を指し、ランダム傍受法とは無指向性アンテナを任意の場所に配置し、RSSI履歴を作成する方法を指す。
【００３４】
BARSを用いRSSI履歴を作成した結果、増幅度を高くしたとき、正規局のRSSI履歴との相関が高まることがわかる。また、増幅度60dBのBARSを室内にランダム配置したときにおいても、中央傍受法を上回る高い相関が得られることがわかった。BARSを用いた秘密鍵傍受法は、増幅度を60dB以上増幅したとき、RSSI測定用パルス受信場所に依存せずに正規局のRSSI履歴と高い相関を得ることができる。
【００３５】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
この明細書に記載した先行文献の記載内容を、この明細書の記載の一部として取り込むことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、１２１ 無線秘密鍵管理システム
２、３２、５２、７２、１２２ 双方向増幅中継装置（ＢＡＲ）
４ RSSI測定装置
６ 第１の正規局
７ 第２の正規局
９、３３ アンテナ
１０、３４ サーキュレータ
１２、３６ 増幅器
２５、４５、６２ 双方向増幅中継装置+RSSI測定装置（ＢＡＲＳ）
５３ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
秘密鍵を共有可能な第１及び第２の正規局と備える無線秘密鍵共有方式の通信システムに用いられる管理局であって、
前記第１の正規局から第２の正規局へ送信される第１電波を受信し、この第１電波を増幅した増幅第１電波を前記第２の正規局へ送信する第１の増幅部と、前記第２の正規局から前記第１の正規局へ送信される第２電波を受信し、この第２電波を増幅した増幅第２電波を前記第１の正規局へ送信する第２の増幅部と、を備える管理局。
【請求項２】
請求項１に記載の管理局と、前記増幅第１電波及び増幅第２電波の少なくとも一方を受信して、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測装置とを備える、無線秘密鍵管理システム。
【請求項３】
前記秘密鍵予測装置は前記増幅第１電波と前記増幅第２電波とに基づき前記秘密鍵を予測する、請求項２に記載の無線秘密鍵管理システム。
【請求項４】
請求項１に記載の管理局が前記増幅第１電波から第１信号を形成する第１の信号形成部、
前記増幅第２電波から第２信号を形成する第２の信号形成部、並びに
前記第１信号及び前記第２信号に基づき、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測装置、を備える、無線秘密鍵管理システム。
【請求項５】
秘密鍵を共有可能な第１及び第２の正規局と備える無線秘密鍵共有方式の通信システムに用いられる無線秘密鍵管理方法であって、
前記第１の正規局から第２の正規局へ送信される第１電波を受信し、この第１電波を増幅した増幅第１電波を前記第２の正規局へ送信する第１の増幅ステップと、
前記第２の正規局から前記第１の正規局へ送信される第２電波を受信し、この第２電波を増幅した増幅第２電波を前記第１の正規局へ送信する第２の増幅ステップと、
前記増幅第１電波及び前記増幅第２電波の少なくとも一方を受信して、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測ステップと、
を備える無線秘密鍵管理方法。
【請求項６】
前記秘密鍵予測ステップは前記増幅第１電波と前記増幅第２電波とに基づき前記秘密鍵を予測する、請求項５に記載の無線秘密鍵管理方法。
【請求項１】
秘密鍵を共有可能な第１及び第２の正規局と備える無線秘密鍵共有方式の通信システムに用いられる管理局であって、
前記第１の正規局から第２の正規局へ送信される第１電波を受信し、この第１電波を増幅した増幅第１電波を前記第２の正規局へ送信する第１の増幅部と、前記第２の正規局から前記第１の正規局へ送信される第２電波を受信し、この第２電波を増幅した増幅第２電波を前記第１の正規局へ送信する第２の増幅部と、を備える管理局。
【請求項２】
請求項１に記載の管理局と、前記増幅第１電波及び増幅第２電波の少なくとも一方を受信して、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測装置とを備える、無線秘密鍵管理システム。
【請求項３】
前記秘密鍵予測装置は前記増幅第１電波と前記増幅第２電波とに基づき前記秘密鍵を予測する、請求項２に記載の無線秘密鍵管理システム。
【請求項４】
請求項１に記載の管理局が前記増幅第１電波から第１信号を形成する第１の信号形成部、
前記増幅第２電波から第２信号を形成する第２の信号形成部、並びに
前記第１信号及び前記第２信号に基づき、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測装置、を備える、無線秘密鍵管理システム。
【請求項５】
秘密鍵を共有可能な第１及び第２の正規局と備える無線秘密鍵共有方式の通信システムに用いられる無線秘密鍵管理方法であって、
前記第１の正規局から第２の正規局へ送信される第１電波を受信し、この第１電波を増幅した増幅第１電波を前記第２の正規局へ送信する第１の増幅ステップと、
前記第２の正規局から前記第１の正規局へ送信される第２電波を受信し、この第２電波を増幅した増幅第２電波を前記第１の正規局へ送信する第２の増幅ステップと、
前記増幅第１電波及び前記増幅第２電波の少なくとも一方を受信して、前記第１及び第２の正規局が共有する秘密鍵を予測する秘密鍵予測ステップと、
を備える無線秘密鍵管理方法。
【請求項６】
前記秘密鍵予測ステップは前記増幅第１電波と前記増幅第２電波とに基づき前記秘密鍵を予測する、請求項５に記載の無線秘密鍵管理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−６６０７８（Ｐ２０１３−６６０７８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３８６２（Ｐ２０１１−２０３８６２）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
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