JP6054224B2 - 通信装置、通信システム、通信方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、通信装置、通信システム、通信方法およびプログラムに関する。

鍵生成・共有システムには、２つのネットワーク（鍵共有ネットワーク、アプリケーションネットワーク）が存在する。鍵共有ネットワークは、複数のリンクによって相互に接続され、ネットワーク化された複数のノードから構成される。各ノードは、リンクによって接続された対向ノードとの間で乱数を生成および共有する機能と、生成および共有した乱数を暗号鍵（以下、リンク鍵）として利用して、リンク上で暗号通信を行う機能とを備える。また、ノードのうちの幾つかは、リンクとは独立に乱数である暗号鍵（以下、アプリケーション鍵）を生成する機能と、別のノードに対してリンクを介してアプリケーション鍵を送信する機能を備える。

アプリケーションは、ノードから、アプリケーション鍵を取得し、取得したアプリケーション鍵を暗号鍵として利用して、別のアプリケーションとの間で暗号データ通信を行う機能を備える。このときの暗号データ通信は、インターネット等の鍵共有ネットワークとは異なるネットワーク（アプリケーションネットワーク）によって実現されてよい。また、ノードとアプリケーションは、一体として実現されてもよい。ノードとアプリケーションを独立した端末として構成し、その間でアプリケーション鍵を送受信するようにしてもよい。

ノードにおいて、リンクによって接続された対向ノードとの間で乱数（リンク鍵）を生成および共有する機能は、例えば、一般に量子暗号または量子鍵配送（ＱＫＤ（Quantum Key Distribution））と呼ばれる技術によっても実現できる。

Dianati, M., Alleaume, R., Gagnaire, M. and Shen, X. （2008）, Architecture and protocols of the future European quantum key distribution network. Security and Communication Networks, 1: 57-74. DOI: 10.1002/sec.13 Kollmitzer C., Pivk M. （Eds.）, Applied Quantum Cryptography, Lect. Notes Phys. 797 （Springer, Berlin Heidelberg 2010）, p155-p168, DOI 10.1007/978-3-642-04831-9 Cisco Systems White Paper: Network Virtualization for the Campus, 2006 Cisco Systems, Inc.

量子鍵配送では、鍵共有ネットワークの中のノード間でアプリケーション鍵を共有するためのルーティング、すなわち、複数のノードを介したアプリケーション鍵の転送が行われる。従って、量子暗号通信システムでは、アプリケーション鍵の転送に用いられるリンク鍵の消費および枯渇を避けつつ、効率的にルーティングを行うことが望ましい。

実施形態の通信装置は、第１ネットワークと第２ネットワークと、に接続される。通信装置は、生成部と、変換部と、を備える。生成部は、第１ネットワークの経路情報である第１経路情報を生成する。変換部は、第１経路情報を変換することにより第２ネットワークの経路情報である第２経路情報を生成する。

本実施形態における通信システムの構成例を示す図。 本実施形態における複数のノード間の接続形態を示す図。 本実施形態における鍵共有ネットワークの構成例を示す図。 本実施形態のノードが保持する経路情報の一例を示す図。 本実施形態のノードのブロック図。 本実施形態における経路情報生成処理のフローチャート。 本実施形態にかかる通信装置のハードウェア構成図。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる通信装置の好適な実施形態を詳細に説明する。

鍵共有ネットワークは、ノードがリンク鍵を用いて暗号化しつつ、アプリケーション鍵を安全に共有するために用いられる。あるノードと、別のあるノードとの間でアプリケーション鍵を交換するとき、ネットワーク上のいずれの経路（リンク）を介してアプリケーション鍵を転送すべきか、がルーティングプロトコルにより決定される。ルーティングプロトコルは、リンクに割り当てられたコスト情報等を基にして、ノード間通信を行う上で最適な通信経路を算出する。また、動的ルーティングプロトコルを利用することで、システム運用中にある経路（リンク）やノードに障害が発生するなどした場合の迂回経路の算出なども可能となる。このような目的で使われるルーティングプロトコルとして、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path Fast）が知られている。

ＯＳＰＦのようなルーティングプロトコルは、ルーティング対象となるリンク（インタフェース）を介して、ネットワークの情報をＬＳＡ（Link State Advertisement）と呼ばれるメッセージを用いてノード間で相互に交換し、各ノードで通信経路を算出する仕組みである。

ここで、ノードにおいて該当リンクを介したデータの送受信をする際、常にリンク鍵を消費してデータを暗号化して通信するようになっている実装を考える。このような実装では、ルーティングプロトコルの運用のためのＬＳＡ通信によっても、リンク鍵を消費するという事態が発生する。

この結果、さらに、リンク鍵の残量をコスト情報の一部として利用するルーティング方式の場合、ルーティングそのものに必要なデータ交換のために、ルーティングメトリックが変化してしまうという問題を生じる。さらに、リンク鍵の残量をコスト情報とする方式の場合、一般のルーティングに比べ、コスト情報の変動が頻繁となる。このため、既存のプロトコルよりも頻繁にネットワーク情報を交換する必要が生じ、結果としてリンク鍵の消費が増加するという悪影響が生じる。

一方、鍵共有ネットワークにおいては、暗号リンクの他、非暗号リンクが存在する。暗号リンクは、「リンク鍵を消費して暗号化しながらアプリケーション鍵を交換する」ためのインタフェースを使ったリンクである。非暗号リンクは、ノード間で制御情報または管理情報を交換するためのインタフェースを使ったリンクである。

鍵共有ネットワークにおいて、暗号リンクと非暗号リンクの２種類のネットワーク（リンク）が存在し、そのネットワーク形態（接続形態）は、例えば完全に一致することが想定される。すなわち、暗号リンクにより構成されるノードのネットワークと非暗号リンクによって構成されるノードのネットワークは同一の形状となる。ノードは、これらの両方について、経路情報を維持する必要がある。一方、ノード上で動作させるソフトウェアは、既存の資産として、通常のソケット通信を用いるソフトウェアを利用したいため、非暗号リンクを用いるネットワーク通信も、暗号リンクを用いるネットワーク通信も、通常のソケットインタフェースにより利用可能な、ＩＰインタフェースであることが望まれる。

本実施形態では、ノードによって構成される鍵共有ネットワークにおいて、暗号リンクを含むネットワークと非暗号リンクを含むネットワークの双方のルーティングを維持しつつ、ルーティングプロトコル運用のためのパケット交換におけるリンク鍵消費が発生しないようなルーティングの運用手法を実現する。

図１は、本実施形態における通信システムの構成例を示す図である。なお、図１は、ノードとアプリケーションとが独立に実現される場合の一例である。通信システムは、通信装置としてのノード１００ａ〜１００ｅと、アプリケーション２００ａ、２００ｂと、を含む。

ノード１００ａ〜１００ｅを区別する必要がない場合は、単にノード１００という場合がある。アプリケーション２００ａ、２００ｂを区別する必要がない場合は、単にアプリケーション２００という場合がある。ノード１００の個数は５に限られるものではない。また、アプリケーション２００の個数は２に限られるものではない。

ノード１００ａ〜１００ｅは、上述のように、対向ノードとの間で乱数を生成して共有する機能と、生成した乱数をリンク鍵として利用して、鍵共有ネットワーク３０１上で、別途生成する乱数であるアプリケーション鍵を、暗号化および復号化を繰り返して転送し、相互に共有する機能とを備える。アプリケーション２００ａ、２００ｂは、ノード１００からアプリケーション鍵を取得し、アプリケーションネットワーク３０２上で、アプリケーション鍵を用いた暗号通信を行う。

図２は、複数のノード１００（ノード１００ａ、１００ｂ）間の接続形態の一例を示す図である。

複数のノード１００の間は、一例として、単一光子通信を行うための物理リンク（光子通信リンク）と、古典データ通信を行うための物理リンク（古典通信リンク）と、によって接続される。

光子通信リンクによる通信を担当する量子通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）は、隣接するノード１００との間でリンク鍵を生成するための通信を行う。古典通信Ｉ／Ｆは、通常のデータ通信を担当するインタフェースである。

古典通信リンク上には、管理用リンクと、アプリケーション鍵リンクと、の２つの仮想リンクが存在する。管理用リンクは、複数のノード１００の間で制御データおよび管理データなどを交換するために用いられる。アプリケーション鍵リンクは、リンク鍵を利用した暗号通信により、ノード１００を介してアプリケーション鍵（アプリ鍵ともいう）を交換するためのリンクである。

アプリケーション鍵リンクは、データ交換ごとに消費される鍵情報により暗号化されるネットワークに相当する。管理用リンクは、このような暗号化を実行しないネットワークに相当する。なお、管理用リンクがアプリケーション鍵リンクとは異なる暗号方式により暗号化されたネットワークであってもよい。あるいは、アプリケーション鍵リンクは、リンク鍵によって暗号化とデータ認証を行うもので、管理用リンクは、リンク鍵によってデータ認証のみを行う形態でも良い。

仮想Ｉ／Ｆ（非暗号通信）は、管理用リンクによる通信を担当するインタフェースである。仮想Ｉ／Ｆ（暗号通信）は、アプリケーション鍵リンクによる通信を担当するインタフェースである。なお、仮想Ｉ／Ｆ（暗号通信）に適用する暗号アルゴリズムは特に限定しない。例えば、ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）の様なブロック暗号であってもよいし、ＯＴＰ（One-time Pad）の様なバーナム暗号であってもよい。

アプリケーション鍵リンクを使った通信は、リンク鍵によって常に暗号化されたデータ通信となるため、アプリケーション鍵リンクのことを、暗号リンクとも呼ぶ。ノード１００上のプログラムが、暗号リンクを介したデータ通信を行うと、データは暗号リンク上でリンク鍵によって暗号化され、直接接続された宛先のノード１００まで到達する。宛先のノード１００に到達したデータは、当該ノード１００でリンク鍵を用いて復号される。このように、リンク鍵を使って暗号化と復号化をくり返し、ノード１００を介してアプリケーション鍵を送信することによって、ノード１００はアプリケーション鍵を安全に共有することができる。なお、このリンクを介して交換されるデータとして、代表的なものはアプリケーション鍵であるが、それ以外の制御情報を交換してもよい。

一方、管理用リンクを使った通信は、暗号化されないデータ通信となるため、管理用リンクのことを、非暗号リンクとも呼ぶ。ノード１００上のプログラムが、非暗号リンクを介したデータ通信を行うと、データは、非暗号リンクを介してノード１００間を転送され、宛先のノード１００まで到達する。このとき、リンク鍵による暗号化等は行われないため、このデータ通信は安全とはいえない。なお、このリンクを介して交換されるデータとして、代表的なものは管理情報や、リンク鍵情報を共有するために必要な古典通信であるＥＣ／ＰＡ（Error Correction／Privacy Amplification）等であるが、それ以外の情報を交換してもよい。

図２の接続形態は一例であり、図２以外のリンクが存在しても構わないし、上記２つの仮想リンクが別々の物理リンクとして実現されていてもよい。

図３は、本実施形態における鍵共有ネットワークの詳細な構成例を示す図である。図３に示すように、複数のノード１００（ノード１００ａ〜１００ｅ）が、暗号リンクと非暗号リンクとによって接続されている。図３では、Ｕ１〜Ｕ５が非暗号リンクを表し、Ｅ１〜Ｅ５が暗号リンクを表している。

接続形態は、暗号リンクによるネットワークと非暗号リンクによるネットワークとで共通である。図３では、５つのノード１００（ノード１００ａ〜１００ｅ）を含むネットワークを示しているが、ノード１００の個数は５つには限らない。図３では各ノード１００が他の２つのノード１００との間でリンク接続している構成を示しているが、各ノード１００は、２つ以外の数の他のノード１００との間でリンク接続してもよい。

ここで、各ノード１００に対するＩＰアドレスの割り当て方法の一例について説明する。暗号リンクと非暗号リンクとが存在するため、各ノード１００は、それぞれを別々に用いてデータ通信できる必要がある。このため、暗号リンクに割り当てられるＩＰアドレス（暗号リンクＩＰアドレス）、および、非暗号リンクに割り当てられるＩＰアドレス（非暗号リンクＩＰアドレス）の２種類が存在する。

また、ノード１００が複数の他のノード１００との間でリンク接続している場合、特定のリンクに特化したＩＰアドレスではなく、個々のリンクから独立したＩＰアドレスが必要となる。このＩＰアドレスは、ノード１００において、アプリケーション鍵の送受信を行うプログラムを動作させる場合、そのプログラムが何らかのデータを送受信する際の送信元ＩＰアドレスおよび送信先ＩＰアドレスとして用いられる。このＩＰアドレスを以下では代表アドレスと呼ぶ。また、ノード１００上のプログラムが暗号リンクを介して他のノード１００との間で暗号データ通信する際の送信元ＩＰアドレスおよび送信先ＩＰアドレスとして用いられる代表アドレスを、暗号代表ＩＰアドレスと呼ぶ。また、ノード１００上のプログラムが非暗号リンクを介して他のノード１００との間で非暗号データ通信する際の送信元ＩＰアドレスおよび送信先ＩＰアドレスとして用いられる代表アドレスを非暗号代表ＩＰアドレスと呼ぶ。

代表アドレスを用いることで、ノード１００は、直接接続したリンク上に何らかの障害が発生した場合に、障害発生箇所を回避して、別のリンクを介して送信先のノード１００と通信できるようになる。逆に言えば、送信元ＩＰアドレスまたは送信先ＩＰアドレスにリンクＩＰアドレスを用いたと仮定すると、ノード１００間のデータ通信は、指定されたリンクに束縛され、例えばそのリンクに障害が発生した場合、迂回経路を介して通信を継続するようなことはできない。

以上をまとめると、ノード１００が利用するＩＰアドレスは以下の４種類である。
（１）リンクに割り当てられ暗号データ通信の際に用いられる暗号リンクＩＰアドレス
（２）リンクに割り当てられ非暗号データ通信に用いられる非暗号リンクＩＰアドレス
（３）リンクとは独立にノード１００に割り当てられ、ノード１００上のプログラムが暗号データ通信する際の送信元および送信先に指定される暗号代表ＩＰアドレス
（４）リンクとは独立にノード１００に割り当てられ、ノード１００上のプログラムが非暗号データ通信する際の送信先および送信元に指定される非暗号代表ＩＰアドレス

（１）および（２）は、ノード１００がリンクで接続される他のノード１００の数だけ存在すると考えてよい。

以下、図３におけるＩＰアドレス割り当てルールの詳細についてさらに説明する。まず、各ノード１００間のリンクに対しても、一意となるリンク番号を割り当てる。図３の例では、以下のようにリンク番号が割り当てられている。なお、リンク番号は、暗号リンク、非暗号リンクで共通としている。
ノード１００ａとノード１００ｃとの間のリンク：リンク番号１
ノード１００ｃとノード１００ｅとの間のリンク：リンク番号２
ノード１００ａとノード１００ｂとの間のリンク：リンク番号３
ノード１００ｂとノード１００ｄとの間のリンク：リンク番号４
ノード１００ｄとノード１００ｅとの間のリンク：リンク番号５

次に、リンクＩＰアドレス（暗号リンクＩＰアドレス、非暗号リンクＩＰアドレス）の割り当てルールについて説明する。リンクＩＰアドレスは、図３の例では「１０．ｘ．ｙ．ｚ」という形式である。ここで、「ｘ」は、リンクＩＰアドレスが非暗号リンクＩＰアドレスであった場合は１をとり、暗号リンクＩＰアドレスであった場合は２をとる。「ｙ」は、リンクのリンク番号となる。「ｚ」は、ノード１００上および量子通信Ｉ／Ｆ上で量子鍵配送技術を行っているとき、ノード１００が光子送信器（一般にＡｌｉｃｅと呼ばれる）であった場合は１をとり、光子受信器（一般にＢｏｂと呼ばれる）であった場合は２をとる。以上のルールによって、すべてのリンクアドレスに対して、一意となるＩＰアドレスが割り当てられる。

図３では、「Ｕ：１０．ｘ．ｙ．ｚ（ＡｌｉｃｅまたはＢｏｂ）」の形式のアドレスが、各ノード１００に割り当てられる非暗号リンクＩＰアドレスを表している。また、「Ｅ：１０．ｘ．ｙ．ｚ（ＡｌｉｃｅまたはＢｏｂ）」の形式のアドレスが、各ノード１００に割り当てられる暗号リンクＩＰアドレスを表している。

次に、代表ＩＰアドレス（暗号代表ＩＰアドレス、非暗号代表ＩＰアドレス）の割り当てルールについて説明する。代表ＩＰアドレスも、「１０．ｘ．ｙ．ｚ」という形式である。ここで、「ｘ」は、代表アドレスが代表暗号ＩＰアドレスであった場合は４をとり、代表非暗号ＩＰアドレスであった場合は５をとる。「ｙ」は、ノード１００のＢｏｂ側のリンクのリンク番号とする。ただし、そのノードが２より多くのノード１００と直接接続されているなど、複数のＢｏｂとして機能している場合、そのリンク番号のうち、最小のものを選択する。「ｚ」は常に２となる。以上のルールによって、すべての代表アドレスに対して、一意となるＩＰアドレスが割り当てられる。

図３では、吹き出し内の「Ｕ：１０．ｘ．ｙ．ｚ」の形式のアドレスが、各ノード１００に割り当てられる非暗号代表ＩＰアドレスを表している。また、吹き出し内の「Ｅ：１０．ｘ．ｙ．ｚ」の形式のアドレスが、各ノード１００に割り当てられる非暗号代表ＩＰアドレスを表している。

なお、これまで説明した方法はアドレス割り当て方法の一例であり、これに限定されない。後述するように、各ノード１００において、非暗号リンクＩＰアドレスの情報から暗号リンクＩＰアドレスの情報を容易な変換等の手法によって算出可能であること、非暗号代表ＩＰアドレスの情報から暗号代表ＩＰアドレスの情報を容易な変換等の手法によって算出可能であること、を条件とするようなアドレス割り当て方法を適用してもよい。

次に、図４を用いて、リンク鍵を消費せずに（すなわち、暗号リンクを介したデータ交換を行わずに）、代表暗号ＩＰアドレスを指定したセキュアなアプリケーション鍵のノード間共有ができるように、ノード１００におけるルーティングアドレスを設定する方法について説明する。図４は、ノード１００ａが保持する経路情報（ルーティングテーブルなど）の一例を示す図である。

本実施形態は、任意のルーティングプロトコルを用いて実現可能である。以下では、ＯＳＰＦを用いた例を説明する。ＯＳＰＦでは、各ノード１００が、ＬＳＡと呼ばれるデータをルーティング対象のネットワークインタフェースから送受信して交換し、ネットワークの形態を把握し、ルーティングを決定する。

ここでは、暗号通信のためのルーティング経路と、非暗号通信のルーティング経路の２種類が必要である。これを愚直に実現するためには、ＯＳＰＦのようなルーティングプロトコルプログラムを複数（２つ）、同一のノードで動作させる必要がある（要求Ａ）。また、暗号通信のためのルーティング経路を構築する際、通常であれば、暗号リンクＩＰアドレスを介してノード１００のリンク間でＬＳＡを交換してルーティング経路を構築することになる。このため、暗号リンクによるＬＳＡ通信の際にリンク鍵が消費される。ここで、暗号経路のルーティング経路を構築する際に、暗号リンクによるＬＳＡ通信が発生しない方法が存在すると、リンク鍵の消費が回避できるため、望ましい（要求Ｂ）。

要求Ａについて述べる。このようなコンフィグレーションは、現在のＯＳＰＦの実装においては許可されていない。一方、非特許文献３等に記載のＶＲＦ（Virtual Routing and Forwarding）と呼ばれる技術を使うことで、仮想的に一台のノード１００上で複数の仮想ルータを動作させることができる。この技術を使うことで、暗号通信のためのルーティング経路と非暗号通信のためのルーティング経路を別々に管理させることは可能である。ただし、いずれにしても、要求Ｂを満たすことはできない。

次に要求Ｂについて述べる。リンク鍵の消費は、ＯＳＰＦのようなルーティングプロトコルの基本動作として、通常はルーティング対象となるＩＰインタフェースを介してＬＳＡを交換することに起因する。以下、このＬＳＡによるリンク鍵の消費を回避しつつ、暗号通信のルーティング経路を確立する方法について説明する。

図４に示すように、ルーティングテーブルは、宛先となるＩＰアドレスの情報４０１（宛先ＩＰ）と、その宛先に対してデータを届ける場合に、そのデータを送信すべきＩＰアドレス（出力Ｉ／Ｆ）の情報４０２と、の組によって示される。例えば、宛先ＩＰ「１０．５．１．２」（図３の例ではノード１００ｃ）にデータを送信する場合、ノード１００ａは、非暗号リンクＩＰアドレス「１０．１．１．１」（図３の例では「Ｕ：１０．１．１．１（Ａｌｉｃｅ）」）が割り当てられる非暗号リンク（に対応する出力Ｉ／Ｆ）を用いてデータを送信する。

本実施形態におけるルーティング経路は、非暗号通信用のルーティング経路と、暗号通信用のルーティング経路と、に分けられる。非暗号通信用のルーティング経路は、宛先ＩＰ（非暗号代表ＩＰアドレス）と、出力Ｉ／Ｆ（非暗号リンクＩＰアドレス）と、を含む経路の組の集合である（図４の例では、情報４０１、情報４０２）。暗号通信用のルーティング経路は、宛先ＩＰ（アドレス暗号代表ＩＰアドレス）と、出力Ｉ／Ｆ（暗号リンクＩＰアドレス）と、を含む経路の組の集合である（図４の例では、情報４１１、情報４１２）。

このようなルーティング経路が実現されると、送信元および送信先を非暗号代表ＩＰアドレスとした通信は、非暗号リンクＩＰアドレスを含む経路を経由して宛先に到達する。また、送信元および送信先を暗号代表ＩＰアドレスとした通信は、暗号リンクＩＰアドレスを含む経路を経由して宛先に到達する。これにより所望のルーティングが達成される。なお、これを実現するためにＶＲＦを用いても構わないし、用いなくても構わない。ＶＲＦを用いると、例えば暗号代表ＩＰアドレスを送信元として非暗号代表ＩＰアドレスを送信先とするような、ノード１００上のプログラムによる誤ったデータ通信が実現できないため、プログラム脆弱性に対する健全性が増加する。一方、ノード１００上のプログラムに誤りはない（健全性を有する）と仮定した場合、ＶＲＦを用いる方式と用いない方式での差は存在しない。

図５は、本実施形態のノード１００の機能構成例を示すブロック図である。ノード１００は、アプリＩ／Ｆ部１０１と、非暗号Ｉ／Ｆ部１０２と、暗号Ｉ／Ｆ部１０３と、アプリ鍵管理部１０４と、リンク鍵管理部１０５と、生成部１０６と、転送処理部１０７と、変換部１０８と、を含む。

リンク鍵管理部１０５は、リンク鍵を生成して管理（記憶）する。例えば、リンク鍵管理部１０５は、量子通信Ｉ／Ｆを介して直接接続された他のノード１００と単一光子通信する等により、他のノード１００との間のリンク通信を暗号化するためのリンク鍵を生成して管理する。

暗号Ｉ／Ｆ部１０３は、暗号通信を行うためのインタフェースである。例えば、暗号Ｉ／Ｆ部１０３は、データの送信および受信の際は、リンク鍵管理部１０５が管理するリンク鍵を用いて暗号化および復号化を実行する。暗号Ｉ／Ｆ部１０３は、上位のモジュールに対して、通常のソケットインタフェースのようなインタフェースを提供する。このため、暗号Ｉ／Ｆ部１０３を用いて暗号通信するアプリケーション２００は、特に改変は不要である。暗号Ｉ／Ｆ部１０３には、暗号リンクＩＰアドレスが付与される。

非暗号Ｉ／Ｆ部１０２は、非暗号通信を行うためのインタフェースである。非暗号Ｉ／Ｆ部１０２は、リンク鍵による暗号化および復号化等は発生しない。非暗号Ｉ／Ｆ部１０２は、上位のモジュールに対して、通常のソケットインタフェースのようなインタフェースを提供する。このため、非暗号Ｉ／Ｆ部１０２を用いて暗号通信するアプリケーション２００は、特に改変不要である。非暗号Ｉ／Ｆ部１０２には、非暗号リンクＩＰアドレスが付与される。

図５では、リンク鍵管理部１０５、暗号Ｉ／Ｆ部１０３、および、非暗号Ｉ／Ｆ部１０２は一つずつ示されているが、複数のリンクによって複数のノード１００に接続されるノード１００では、これらは複数備えられていても構わない。

転送処理部１０７は、データ（パケット等）の送受信処理および転送処理を行う。転送処理部１０７は、生成部１０６および変換部１０８が生成したルーティングテーブルを参照し、パケットの送受信や転送処理を行う。

生成部１０６は、ＯＳＰＦ等のルーティングプロトコルを実行することにより非暗号経路の経路情報（ルーティングテーブル）を生成する。生成部１０６は、非暗号経路に対してルーティングプロトコルを実行する。生成部１０６は、ルーティングプロトコルの仕組みにより、動的にルーティングテーブルを生成する。

変換部１０８は、転送処理部１０７に保持される非暗号経路のルーティングテーブルを参照し、非暗号経路のルーティングテーブルの少なくとも一部の情報を変換することにより、暗号経路のルーティングテーブルを生成する。

アプリ鍵管理部１０４は、暗号経路を経由してリンク鍵で暗号しつつ交換したアプリケーション鍵を保持して管理する。

アプリＩ／Ｆ部１０１は、他のノード１００に接続してアプリケーション鍵を利用して暗号データ通信を行うアプリケーション（アプリケーション２００等）と通信するためのインタフェースである。ノード１００は、アプリＩ／Ｆ部１０１を介してアプリケーション２００からアプリケーション鍵の要求を受けるとともに、アプリケーション２００に対してアプリケーション鍵を提供する。

アプリＩ／Ｆ部１０１、非暗号Ｉ／Ｆ部１０２、暗号Ｉ／Ｆ部１０３、アプリ鍵管理部１０４、リンク鍵管理部１０５、生成部１０６、転送処理部１０７、および、変換部１０８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現してもよいし、ＩＣ（Integrated Circuit）などのハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。

次に、このように構成された本実施形態にかかるノード１００による経路情報生成処理について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態における経路情報生成処理の一例を示すフローチャートである。

まず、生成部１０６は、非暗号代表ＩＰアドレスと、非暗号リンクＩＰアドレスのサブネットとを指定して、ＯＳＰＦルーティングプロトコルを初期化する。これにより、非暗号通信用の経路情報（ルーティングテーブル）が生成される（ステップＳ１０１）。

非暗号通信用の経路情報（ルーティングテーブル）が生成されると、変換部１０８は、非暗号通信の経路情報（ルーティングテーブル）から、暗号通信の経路情報（ルーティングテーブル）を生成する（ステップＳ１０２）。図４の例では、変換部１０８は、例えば以下の手順により暗号通信の経路情報を生成する。
（１）変換部１０８は、宛先ＩＰアドレス（図４では宛先ＩＰ）である非暗号代表ＩＰアドレスと、出力先ＩＰアドレス（図４では出力Ｉ／Ｆ）である非暗号リンクＩＰアドレスとを、一経路ずつ取得する。変換部１０８は、この取得処理をすべての非暗号通信用経路について繰り返す。
（２）変換部１０８は、取得した経路情報を次の（ア）〜（ウ）に示すルールで変換する。
（ア）非暗号代表ＩＰアドレスにおける「１０．ｘ．ｙ．ｚ」のｘの部分を５から４に変換し、変換後のＩＰアドレスを、暗号代表ＩＰアドレスとして保持する。
（イ）非暗号リンクＩＰアドレスにおける「１０．ｘ．ｙ．ｚ」のｘの部分を、１から２に変換し、変換後のＩＰアドレスを、暗号リンクＩＰアドレスとして保持する。
（ウ）保持している暗号代表ＩＰアドレスと、暗号リンクＩＰアドレスとの組を含む経路を生成し、ルーティングテーブルに設定する。設定されたルーティングテーブルが、暗号通信用の経路におけるルーティング経路に対応する。

このように、本実施形態では、非暗号経路のルーティングテーブルを、ＯＳＰＦのような動的ルーティングによって生成する。そして、生成された非暗号経路のルーティングテーブルを用いて、対応する暗号経路のルーティングテーブルを（動的ルーティングプロトコルを直接には使わずに）生成する。なお、非暗号経路のルーティングテーブルと暗号経路のルーティングテーブルの更新に遅延が生じることが予想される。この場合は、例えば転送処理部１０７が、変換部１０８による変換処理の実行中は、データのルーティング（転送）を停止するように制御してもよい。

なお、非暗号経路におけるルーティングメトリックに用いる情報は特に限定されない。例えば、非暗号リンクのコスト情報として、暗号リンクのコスト情報（リンク鍵の残量等）を用いるという最適化も可能である。これにより、変換後に生成される暗号経路のルーティングテーブルが、暗号リンクのコスト情報に基づいた経路となる。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、リンク鍵の消費および枯渇を避けつつ、効率的にルーティングを行うことができる。

次に、本実施形態にかかる通信装置のハードウェア構成について図７を用いて説明する。図７は、本実施形態にかかる通信装置のハードウェア構成を示す説明図である。

本実施形態にかかる通信装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１などの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２やＲＡＭ（Random Access Memory）５３などの記憶装置と、ネットワークに接続して通信を行う通信Ｉ／Ｆ５４と、各部を接続するバス６１を備えている。

本実施形態にかかる通信装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ５２等に予め組み込まれて提供される。

本実施形態にかかる通信装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ（Compact Disk Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録してコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるように構成してもよい。

さらに、本実施形態にかかる通信装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施形態にかかる通信装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

本実施形態にかかる通信装置で実行されるプログラムは、コンピュータを上述した通信装置の各部として機能させうる。このコンピュータは、ＣＰＵ５１がコンピュータ読取可能な記憶媒体からプログラムを主記憶装置上に読み出して実行することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００ａ〜１００ｅ ノード
１０１ アプリＩ／Ｆ部
１０２ 非暗号Ｉ／Ｆ部
１０３ 暗号Ｉ／Ｆ部
１０４ アプリ鍵管理部
１０５ リンク鍵管理部
１０６ 生成部
１０７ 転送処理部
１０８ 変換部
２００ａ、２００ｂ アプリケーション
３０１ 鍵共有ネットワーク
３０２ アプリケーションネットワーク

Claims (8)

1. 第１ネットワークと第２ネットワークとに接続される通信装置であって、
   前記第１ネットワークの経路情報である第１経路情報を生成する生成部と、
   前記第１経路情報を変換することにより前記第２ネットワークの経路情報である第２経路情報を生成する変換部と、を備え、
   前記第１ネットワークは、通信装置間で量子鍵配送技術により鍵情報を共有し、前記第１経路情報を共有するための情報を転送する、ネットワークであり、
   前記第２ネットワークは、前記第１ネットワークを介して共有した前記鍵情報を用いて、通信装置間で暗号通信を行い、前記第２経路情報を共有するための情報を転送しない、ネットワークである、
   通信装置。
2. 前記第１経路情報は、前記第１ネットワーク上のアドレスを含み、
   前記第２経路情報は、前記第２ネットワーク上のアドレスを含み、
   前記変換部は、前記第１ネットワーク上のアドレスの少なくとも一部を変換したアドレスを含む前記第２経路情報を生成する、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記生成部は、前記第２ネットワークに含まれる複数のリンクそれぞれに割り当てられるコスト情報を用いて、前記第１経路情報を生成する、
   請求項１に記載の通信装置。
4. 前記変換部により前記第２経路情報を生成する処理が実行中の場合、データの転送処理を停止する転送処理部をさらに備える、
   請求項１に記載の通信装置。
5. 前記第１経路情報は、前記第１ネットワークに含まれる複数のリンクそれぞれに割り当てられる第１リンクアドレスと、前記第１ネットワーク上の宛先および送信元の少なくとも一方として利用される第１代表アドレスと、を含み、
   前記第２経路情報は、前記第２ネットワークに含まれる複数のリンクそれぞれに割り当てられる第２リンクアドレスと、前記第２ネットワーク上の宛先および送信元の少なくとも一方として利用される第２代表アドレスと、を含み、
   前記変換部は、前記第１リンクアドレスを前記第２リンクアドレスに変換し、前記第１代表アドレスを前記第２代表アドレスに変換する、
   請求項１に記載の通信装置。
6. 第１ネットワークと第２ネットワークとに接続される複数の通信装置を備える通信システムであって、
   前記通信装置それぞれは、
   前記第１ネットワークの経路情報である第１経路情報を生成する生成部と、
   前記第１経路情報を変換することにより前記第２ネットワークの経路情報である第２経路情報を生成する変換部と、を備え、
   前記第１ネットワークは、通信装置間で量子鍵配送技術により鍵情報を共有し、前記第１経路情報を共有するための情報を転送する、ネットワークであり、
   前記第２ネットワークは、前記第１ネットワークを介して共有した前記鍵情報を用いて、通信装置間で暗号通信を行い、前記第２経路情報を共有するための情報を転送しない、ネットワークである、
   通信システム。
7. 第１ネットワークと第２ネットワークとに接続される通信装置で実行される通信方法であって、
   前記第１ネットワークの経路情報である第１経路情報を生成する生成ステップと、
   前記第１経路情報を変換することにより前記第２ネットワークの経路情報である第２経路情報を生成する変換ステップと、を含み、
   前記第１ネットワークは、通信装置間で量子鍵配送技術により鍵情報を共有し、前記第１経路情報を共有するための情報を転送する、ネットワークであり、
   前記第２ネットワークは、前記第１ネットワークを介して共有した前記鍵情報を用いて、通信装置間で暗号通信を行い、前記第２経路情報を共有するための情報を転送しない、ネットワークである、
   通信方法。
8. 第１ネットワークと第２ネットワークとに接続されるコンピュータを、
   前記第１ネットワークの経路情報である第１経路情報を生成する生成部と、
   前記第１経路情報を変換することにより前記第２ネットワークの経路情報である第２経路情報を生成する変換部、として機能させ、
   前記第１ネットワークは、通信装置間で量子鍵配送技術により鍵情報を共有し、前記第１経路情報を共有するための情報を転送する、ネットワークであり、
   前記第２ネットワークは、前記第１ネットワークを介して共有した前記鍵情報を用いて、通信装置間で暗号通信を行い、前記第２経路情報を共有するための情報を転送しない、ネットワークである、
   プログラム。

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