JP7466339B2

JP7466339B2 - 無線通信装置及び無線通信システム

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Publication number: JP7466339B2
Application number: JP2020046197A
Authority: JP
Inventors: 秀徳石田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2024-04-12
Anticipated expiration: 2040-03-17
Also published as: JP2021150706A

Description

本開示は、無線通信装置及び無線通信システムに関する。

無線通信システムにより伝送される音声データは、第三者により盗聴される可能性がある。このため、無線通信システムにおいては、伝送される音声データの内容を秘匿するために、伝送される音声データが暗号鍵を用いて暗号化され、伝送されてきた暗号化された音声データが暗号鍵を用いて復号される。当該暗号鍵は、音声データを伝送する回線と同じ回線により伝送される場合がある。特許文献１に記載された技術は、その例である。

特開平１１－２３４２６０号公報

伝送される音声データを暗号化し伝送されてきた暗号化された音声データを復号するための暗号鍵が音声データを伝送する回線と同じ回線により伝送された場合は、暗号の強度が低下したのと同じ効果をもたらす。この問題は、音声データ以外のデータが伝送される場合にも生じる。

本開示は、この問題に鑑みてなされた。本開示は、伝送されるデータの秘匿性を向上することを目的とする。

本開示は、無線通信装置及び当該無線通信装置を備える無線通信システムに関する。

本開示の第１の態様においては、無線通信装置は、第１の通信部、第２の通信部、通話鍵復号部及び暗号化部を備える。

第１の通信部は、第１の回線を経由して送信されてきた暗号鍵を受信する。

第２の通信部は、第２の回線を経由して送信されてきた暗号化された通話鍵を受信する。
第１の回線は自営網回線を含む。
第２の回線は事業者網回線を含む。
自営網回線は事業者網回線より高い秘匿性を有し、事業者網回線は自営網回線よりデータを高速で伝送できる。

通話鍵復号部は、暗号鍵を用いて暗号化された通話鍵を復号する。

暗号化部は、通話鍵復号部で復号された通話鍵を用いて送信データを暗号化する。

暗号鍵は第１の回線のみを経由して送信され、暗号化された通話鍵は第２の回線のみを経由して送信される。

本開示の第２の態様においては、無線通信装置は、第１の通信部、第２の通信部、通話鍵復号部及び暗号復号部を備える。

暗号復号部は、通話鍵復号部で復号された通話鍵を用いて暗号化された受信データを復号する。
暗号鍵は第１の回線のみを経由して送信され、暗号化された通話鍵は第２の回線のみを経由して送信される。

本開示の第３の態様においては、無線通信装置は、第１の通信部、第２の通信部、通話鍵算出部及び暗号化部を備える。

第２の通信部は、第２の回線を経由して送信されてきた通話鍵を受信する。
第１の回線は自営網回線を含む。
第２の回線は事業者網回線を含む。
自営網回線は事業者網回線より高い秘匿性を有し、事業者網回線は自営網回線よりデータを高速で伝送できる。

通話鍵算出部は、暗号鍵及び通話鍵から新たな通話鍵を算出する。

暗号化部は、新たな通話鍵を用いて送信データを暗号化する。

暗号鍵は第１の回線のみを経由して送信され、新たな通話鍵を算出するために用いた通話鍵は第２の回線のみを経由して送信される。

本開示の第４の態様においては、無線通信装置は、第１の通信部、第２の通信部、通話鍵算出部及び暗号復号部を備える。

暗号復号部は、新たな通話鍵を用いて暗号化された受信データを復号する。
暗号鍵は第１の回線のみを経由して送信され、新たな通話鍵を算出するために用いた通話鍵は第２の回線のみを経由して送信される。

本開示によれば、高い秘匿性を有する自営網回線により伝送される暗号鍵が、伝送されるデータの暗号化又は伝送されてきた暗号化されたデータの復号に用いられる。このため、伝送されるデータの秘匿性を向上することができる。

本開示の目的、特徴、局面及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態１－２の無線通信システムを模式的に図示するブロック図である。実施の形態１の無線通信システムに備えられる暗号鍵管理部を模式的に図示するブロック図である。実施の形態１の無線通信システムに備えられる各無線端末を模式的に図示するブロック図である。実施の形態１の無線通信システムに備えられる通話鍵暗号化部を模式的に図示するブロック図である。実施の形態１の無線通信システムに備えられる通話鍵復号部を模式的に図示するブロック図である。実施の形態２の無線通信システムに備えられる暗号鍵管理部を模式的に図示するブロック図である。実施の形態２の無線通信システムに備えられる各無線端末を模式的に図示するブロック図である。実施の形態２の無線通信システムに備えられる通話鍵算出部を模式的に図示するブロック図である。実施の形態２の無線通信システムにおける新たな通話鍵の生成を模式的に説明する図である。

１実施の形態１
１．１無線通信システム
図１は、実施の形態１の無線通信システムを模式的に図示するブロック図である。

図１に図示される無線通信システム１は、音声通信を行うためのデジタル無線通信システムである。

無線通信システム１は、図１に図示されるように、暗号鍵管理部１０１、通話配信部１０２、自営網基地局１０３、事業者網基地局１０４、第１の無線端末１０５ａ及び第２の無線端末１０５ｂを備える。

暗号鍵管理部１０１と自営網基地局１０３とは、自営網回線１１１を介して互いに通信可能に接続される。暗号鍵管理部１０１と事業者網基地局１０４とは、事業者網回線１１２を介して互いに通信可能に接続される。通話配信部１０２と事業者網基地局１０４とは、事業者網回線１１２を介して互いに通信可能に接続される。

自営網基地局１０３と第１の無線端末１０５ａ及び第２の無線端末１０５ｂの各無線端末１０５とは、第１の無線回線１２１を介して互いに通信可能に接続される。事業者網基地局１０４と各無線端末１０５とは、第２の無線回線１２２を介して互いに通信可能に接続される。

これらにより、暗号鍵管理部１０１と各無線端末１０５とは、自営網回線１１１、自営網基地局１０３及び第１の無線回線１２１を介して互いに通信可能に接続される。暗号鍵管理部１０１と各無線端末１０５とは、さらに、事業者網回線１１２、事業者網基地局１０４及び第２の無線回線１２２を介しても互いに通信可能に接続される。通話配信部１０２と各無線端末１０５とは、事業者網回線１１２、事業者網基地局１０４及び第２の無線回線１２２を介して互いに通信可能に接続される。

自営網回線１１１及び第１の無線回線１２１は、高い秘匿性を有するが、データを低速でしか伝送することができない。事業者網回線１１２及び第２の無線回線１２２は、低い秘匿性しか有しないが、データを高速で伝送することができる。事業者網回線１１２は、インターネット網１３１を含む。

暗号鍵管理部１０１は、暗号鍵及び暗号化された通話鍵を生成する。また、暗号鍵管理部１０１は、暗号鍵及び暗号化された通話鍵を管理する。また、暗号鍵管理部１０１は、自営網回線１１１、自営網基地局１０３及び第１の無線回線１２１を経由して各無線端末１０５に暗号鍵を送信する。また、暗号鍵管理部１０１は、事業者網回線１１２、事業者網基地局１０４及び第２の無線回線１２２を経由して各無線端末１０５に暗号化された通話鍵を送信する。暗号鍵管理部１０１は、コンピュータにプログラムを実行させることにより構成される。暗号鍵管理部１０１の全部又は一部がハードウェアにより構成されてもよい。

通話配信部１０２は、各無線端末１０５から第２の無線回線１２２、事業者網基地局１０４及び事業者網回線１１２を経由して暗号化された音声データ及び制御データを受信する。また、通話配信部１０２は、事業者網回線１１２、事業者網基地局１０４及び第２の無線回線１２２を経由して各無線端末１０５に暗号化された音声データ及び制御データを送信する。通話配信部１０２は、コンピュータにプログラムを実行させることにより構成される。通話配信部１０２の全部又は一部がハードウェアにより構成されてもよい。

各無線端末１０５は、音声通信を行うための無線端末である。各無線端末１０５は、暗号鍵管理部１０１から自営網回線１１１、自営網基地局１０３及び第１の無線回線１２１を経由して暗号鍵を受信する。また、各無線端末１０５は、暗号鍵管理部１０１から事業者網回線１１２、事業者網基地局１０４及び第２の無線回線１２２を経由して暗号化された通話鍵を受信する。また、各無線端末１０５は、当該暗号鍵を用いて当該暗号化された通話鍵を復号して復号された通話鍵を生成する。また、各無線端末１０５は、第２の無線回線１２２、事業者網基地局１０４及び事業者網回線１１２を経由して通話配信部１０２に暗号化された音声データ及び制御データを送信する。また、各無線端末１０５は、通話配信部１０２から事業者網回線１１２、事業者網基地局１０４及び第２の無線回線１２２を経由して暗号化された音声データ及び制御データを受信する。

第１の無線端末１０５ａと第２の無線端末１０５ｂとの間で音声通信が行われる場合は、第１の無線端末１０５ａが、音声を音声データに変換する。また、第１の無線端末１０５ａが、復号された通話鍵を用いて音声データを暗号化して暗号化された音声データを生成する。また、第１の無線端末１０５ａが、暗号化された音声データを送信する。暗号化された音声データは、第２の無線回線１２２、事業者網基地局１０４及び事業者網回線１１２により伝送される。通話配信部１０２は、伝送されてきた暗号化された音声データを受信する。また、通話配信部１０２は、暗号化された音声データを送信する。暗号化された音声データは、事業者網回線１１２、事業者網基地局１０４及び第２の無線回線１２２により伝送される。第２の無線端末１０５ｂは、伝送されてきた暗号化された音声データを受信する。また、第２の無線端末１０５ｂは、復号された通話鍵を用いて暗号化された音声データを復号して復号された音声データを生成する。

１．２暗号鍵管理部
図２は、実施の形態１の無線通信システムに備えられる暗号鍵管理部を模式的に図示するブロック図である。

暗号鍵管理部１０１は、図２に図示されるように、暗号鍵生成部２０１、通話鍵生成部２０２、通話鍵暗号化部２０３、暗号鍵配送部２０４及び通話鍵配送部２０５を備える。

暗号鍵生成部２０１は、暗号鍵Ｋ１を生成する。暗号鍵Ｋ１は、乱数であり、例えば１２８ｂｉｔの鍵長を有する短い暗号鍵である。また、暗号鍵生成部２０１は、通話鍵暗号化部２０３及び暗号鍵配送部２０４に暗号鍵Ｋ１を出力する。

通話鍵生成部２０２は、通話鍵Ｋ２を生成する。通話鍵Ｋ２は、乱数であり、例えば１２８００ｂｉｔの鍵長を有する長い通話鍵である。また、通話鍵生成部２０２は、通話鍵暗号化部２０３に通話鍵Ｋ２を出力する。

通話鍵暗号化部２０３は、暗号鍵Ｋ１を用いて通話鍵Ｋ２を暗号化して暗号化された通話鍵Ｋ３を生成する。また、通話鍵暗号化部２０３は、通話鍵配送部２０５に暗号化された通話鍵Ｋ３を出力する。

暗号鍵配送部２０４は、自営網回線１１１を経由して自営網基地局１０３に暗号鍵Ｋ１を送信する。

通話鍵配送部２０５は、事業者網回線１１２を経由して事業者網基地局１０４に暗号化された通話鍵Ｋ３を送信する。

１．３無線端末
図３は、実施の形態１の無線通信システムに備えられる各無線端末を模式的に図示するブロック図である。

図３に図示される各無線端末１０５は、無線通信装置である。

各無線端末１０５は、図３に図示されるように、自営網通信部３０１、事業者網通信部３０２、通話鍵復号部３０３、マイク３０４、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部３０５、音声圧縮部３０６、音声暗号化部３０７、音声暗号復号部３０８、音声復号部３０９、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換部３１０及びスピーカ３１１を備える。

通話鍵復号部３０３、音声圧縮部３０６、音声暗号化部３０７、音声暗号復号部３０８及び音声復号部３０９は、コンピュータにプログラムを実行させることにより構成される。通話鍵復号部３０３、音声圧縮部３０６、音声暗号化部３０７、音声暗号復号部３０８及び音声復号部３０９の全部又は一部がハードウェアにより構成されてもよい。

まず、各無線端末１０５が復号された通話鍵Ｋ４を生成するための構成を説明する。

自営網通信部３０１は、自営網基地局１０３から第１の無線回線１２１を経由して無線信号を受信する。また、自営網通信部３０１は、無線信号を無線変換する。また、自営網通信部３０１は、無線変換した無線信号を復調する。これにより、自営網通信部３０１は、自営網回線１１１を経由して送信されてきた暗号鍵Ｋ１を受信する。自営網通信部３０１は、通話鍵復号部３０３に暗号鍵Ｋ１を出力する。

事業者網通信部３０２は、事業者網基地局１０４から第２の無線回線１２２を経由して無線信号を受信する。また、事業者網通信部３０２は、無線信号を無線変換する。また、事業者網通信部３０２は、無線変換した無線信号を復調する。これにより、事業者網通信部３０２は、事業者網回線１１２を経由して送信されてきた暗号化された通話鍵Ｋ３を受信する。事業者網通信部３０２は、通話鍵復号部３０３に暗号化された通話鍵Ｋ３を出力する。

通話鍵復号部３０３は、上述した暗号鍵Ｋ１を用いて上述した暗号化された通話鍵Ｋ３を復号して復号された通話鍵Ｋ４を生成する。また、通話鍵復号部３０３は、音声暗号化部３０７及び音声暗号復号部３０８に復号された通話鍵Ｋ４を出力する。

続いて、各無線端末１０５が音声データを送信するための構成を説明する。

マイク３０４は、話者により発せられた音声を音声信号に変換する。マイク３０４は、Ａ／Ｄ変換部３０５に音声信号を出力する。

Ａ／Ｄ変換部３０５は、アナログ信号である音声信号をデジタル信号である音声データに変換する。Ａ／Ｄ変換部３０５は、音声圧縮部３０６に音声データを出力する。

音声圧縮部３０６は、音声データを圧縮して送信データを生成する。音声圧縮部３０６は、その際に、例えば２０ミリ秒ごとに音声符号化により音声データを圧縮する。また、音声圧縮部３０６は、音声暗号化部３０７に送信データを出力する。送信データは、音声データである。

音声暗号化部３０７は、復号された通話鍵Ｋ４を用いて送信データを暗号化して暗号化された送信データを生成する。音声暗号化部３０７は、事業者網通信部３０２に暗号化された送信データを出力する。暗号化された送信データは、音声データである。

事業者網通信部３０２は、暗号化された送信データにより搬送波を変調して無線信号を生成する。また、事業者網通信部３０２は、無線信号を無線変換する。また、事業者網通信部３０２は、第２の無線回線１２２を経由して事業者網基地局１０４に無線変換した無線信号を送信する。これにより、事業者網通信部３０２は、事業者網回線１１２を経由して暗号化された送信データを送信する。

続いて、各無線端末１０５が音声データを受信するための構成を説明する。

事業者網通信部３０２は、事業者網基地局１０４から第２の無線回線１２２を経由して、無線信号を受信する。また、事業者網通信部３０２は、無線信号を無線変換する。また、事業者網通信部３０２は、無線変換した無線信号を復調する。これにより、事業者網通信部３０２は、事業者網回線１１２を経由して送信されてきた暗号化された受信データを受信する。事業者網通信部３０２は、音声暗号復号部３０８に暗号化された受信データを出力する。暗号化された受信データは、音声データである。

音声暗号復号部３０８は、上述した復号された通話鍵Ｋ４を用いて上述した暗号化された受信データを復号して復号された受信データを生成する。また、音声暗号復号部３０８は、音声復号部３０９に復号された受信データを出力する。復号された受信データは、音声データである。

音声復号部３０９は、復号された受信データを音声復号して音声データを得る。音声復号部３０９は、その際に、例えば２０ミリ秒ごとに復号された受信データを音声復号する。また、音声復号部３０９は、音声データをＤ／Ａ変換部３１０に出力する。

Ｄ／Ａ変換部３１０は、デジタル信号である音声データをアナログ信号である音声信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部３１０は、スピーカ３１１に音声信号を出力する。

スピーカ３１１は、音声信号を音声に変換する。

１．４通話鍵暗号化部
図４は、実施の形態１の無線通信システムに備えられる通話鍵暗号化部を模式的に図示するブロック図である。

通話鍵暗号化部２０３は、図４に図示されるように、暗号化部４０１を備える。

暗号化部４０１は、通話鍵Ｋ２が更新される時に、暗号鍵Ｋ１を用いて通話鍵Ｋ２を暗号化して暗号化された通話鍵Ｋ３を生成する。また、暗号化部４０１は、通話鍵配送部２０５に暗号化された通話鍵Ｋ３を出力する。暗号化は、ＤＥＳ（Data Encryption Standard）、ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）、Camellia等の共通鍵暗号方式の暗号アルゴリズムにより行われる。

１．５通話鍵復号部、音声暗号化部及び音声暗号復号部
図５は、実施の形態１の無線通信システムに備えられる通話鍵復号部を模式的に図示するブロック図である。

通話鍵復号部３０３は、図５に図示されるように、復号部５０１、通話鍵記憶部５０２及び分割部５０３を備える。

復号部５０１は、通話鍵Ｋ２が更新されて暗号化された通話鍵Ｋ３が更新される時に、上述した暗号鍵Ｋ１を用いて上述した暗号化された通話鍵Ｋ３を復号して復号された通話鍵Ｋ４を生成する。復号は、ＤＥＳ、ＡＥＳ、Camellia等の共通鍵暗号方式の暗号アルゴリズムにより行われる。復号部５０１は、通話鍵記憶部５０２に復号された通話鍵Ｋ４を記憶させる。

分割部５０３は、音声通話が行われる際に、通話鍵記憶部５０２に記憶されている復号された通話鍵Ｋ４を読み出す。また、分割部５０３は、復号された通話鍵Ｋ４を複数の通話鍵Ｋ５に分割する。分割部５０３は、復号された通話鍵Ｋ４を例えば１２８ｂｉｔごとに分割する。分割部５０３は、音声暗号化部３０７及び音声暗号復号部３０８に複数の通話鍵Ｋ５を出力する。

音声暗号化部３０７は、複数の通話鍵Ｋ５に含まれる通話鍵を用いて送信データを暗号化する。復号された通話鍵Ｋ４が１２８ｂｉｔごとに分割される場合は、音声暗号化部３０７は、１２８ｂｉｔの鍵長を有するひとつの通話鍵を用いて送信データを暗号化する。音声暗号化部３０７は、設定された周期で用いる通話鍵を変更する。設定された周期は、例えば２０ミリ秒である。復号された通話鍵Ｋ４が１２８００ｂｉｔの鍵長を有し１００分割され、設定された周期が２０ミリ秒である場合は、音声暗号化部３０７は、送信データを暗号化するための通話鍵を２０ミリ秒ごとに変更し、復号された通話鍵Ｋ４が生成されるごとに送信データを暗号化するための通話鍵を変更することを１００回繰り返す。

音声暗号復号部３０８は、複数の通話鍵Ｋ５に含まれる通話鍵を用いて暗号化された受信データを復号する。復号された通話鍵Ｋ４が１２８ｂｉｔごとに分割される場合は、音声暗号復号部３０８は、１２８ｂｉｔの鍵長を有するひとつの通話鍵を用いて暗号化された受信データを復号する。音声暗号復号部３０８は、設定された周期で用いる通話鍵を変更する。設定された周期は、例えば２０ミリ秒である。復号された通話鍵Ｋ４が１２８００ｂｉｔの鍵長を有し１００分割され、設定された周期が２０ミリ秒である場合は、音声暗号復号部３０８は、暗号化された受信データを復号するための通話鍵を２０ミリ秒ごとに変更し、復号された通話鍵Ｋ４が生成されるごとに暗号化された受信データを復号するための通話鍵を変更することを１００回繰り返す。

これらにより、各無線端末１０５においては、高い秘匿性を有する自営網回線１１１により伝送される暗号鍵Ｋ１を用いて、暗号化された通話鍵Ｋ３が復号される。また、復号された通話鍵Ｋ４を用いて、送信データが暗号化され、暗号化された受信データが復号される。このため、自営網回線１１１の高い秘匿性により、伝送される送信データ及び受信データの秘匿性が担保される。このため、実施の形態１によれば、伝送される送信データ及び受信データの秘匿性を向上することができる。

また、各無線端末１０５においては、長い復号された通話鍵Ｋ４が分割され、送信データを暗号化するための通話鍵及び暗号化された受信データを復号するための通話鍵が設定された周期で変更される。これにより、伝送される送信データ及び受信データの秘匿性をさらに向上することができる。なお、長い復号された通話鍵Ｋ４は、データを高速で伝送することができる事業者網回線１１２により伝送されるため、復号された通話鍵Ｋ４が長いことは著しい伝送時間の増加をもたらさない。

１．６変形例
実施の形態１においては、各無線端末１０５は、暗号化された送信データを送信する送信機能、及び暗号化された受信データを受信する受信機能を有する。しかし、各無線端末１０５が、送信機能及び受信機能の一方のみを有してもよい。

また、実施の形態１においては、無線通信システム１は、音声通信を行うための無線通信システムである。このため、伝送されるデータは、音声データである。しかし、無線通信システム１が、音声通信以外の通信を行うための無線通信システムであってもよい。このため、伝送されるデータが、音声データ以外のデータであってもよい。伝送されるデータが音声データ以外のデータである場合は、音声データを暗号化する暗号化部である音声暗号化部３０７が、音声データ以外のデータを暗号化する暗号化部に置き換えられる。また、暗号化された音声データを復号する暗号復号部である音声暗号復号部３０８が、暗号化された、音声データ以外のデータを復号する暗号復号部に置き換えられる。

２実施の形態２
２．１無線通信システム
図１は、実施の形態２の無線通信システムを模式的に図示するブロック図でもある。

図１に図示される実施の形態２の無線通信システム２は、主に下述する点で実施の形態１の無線通信システム１と相違する。下述されない点については、実施の形態１の無線通信システム１において採用される構成と同様の構成が実施の形態２の無線通信システム２においても採用される。

２．２暗号鍵管理部
図６は、実施の形態２の無線通信システムに備えられる暗号鍵管理部を模式的に図示するブロック図である。

暗号鍵管理部１０１は、図６に図示されるように、暗号鍵生成部２０１、通話鍵生成部２０２、固定鍵記憶部６０１、通話鍵暗号化部２０３、暗号鍵配送部２０４及び通話鍵配送部２０５を備える。

実施の形態２の無線通信システム２に備えられる暗号鍵生成部２０１、通話鍵生成部２０２、通話鍵暗号化部２０３、暗号鍵配送部２０４及び通話鍵配送部２０５は、実施の形態１の無線通信システム１に備えられる暗号鍵生成部２０１、通話鍵生成部２０２、通話鍵暗号化部２０３、暗号鍵配送部２０４及び通話鍵配送部２０５にそれぞれ相当する。

暗号鍵生成部２０１は、暗号鍵配送部２０４に暗号鍵Ｋ１を出力する。

固定鍵記憶部６０１は、固定鍵Ｋ６を記憶する。固定鍵Ｋ６は、乱数であり、例えば１２８ｂｉｔの鍵長を有する短い固定鍵である。固定鍵Ｋ６は、固定されている。固定鍵記憶部６０１は、通話鍵暗号化部２０３に固定鍵Ｋ６を出力する。

通話鍵暗号化部２０３は、固定鍵Ｋ６を用いて通話鍵Ｋ２を暗号化して暗号化された通話鍵Ｋ３を生成する。

２．３無線端末
図７は、実施の形態２の無線通信システムに備えられる各無線端末を模式的に図示するブロック図である。

各無線端末１０５は、図７に図示されるように、自営網通信部３０１、事業者網通信部３０２、通話鍵算出部７０１、固定鍵記憶部７０２、マイク３０４、Ａ／Ｄ変換部３０５、音声圧縮部３０６、音声暗号化部３０７、音声暗号復号部３０８、音声復号部３０９、Ｄ／Ａ変換部３１０及びスピーカ３１１を備える。

実施の形態２の無線通信システム２に備えられる自営網通信部３０１、事業者網通信部３０２、マイク３０４、Ａ／Ｄ変換部３０５、音声圧縮部３０６、音声暗号化部３０７、音声暗号復号部３０８、音声復号部３０９、Ｄ／Ａ変換部３１０及びスピーカ３１１は、実施の形態１の無線通信システム１に備えられる自営網通信部３０１、事業者網通信部３０２、マイク３０４、Ａ／Ｄ変換部３０５、音声圧縮部３０６、音声暗号化部３０７、音声暗号復号部３０８、音声復号部３０９、Ｄ／Ａ変換部３１０及びスピーカ３１１にそれぞれ相当する。

固定鍵記憶部７０２は、固定鍵記憶部６０１と同様に、固定鍵Ｋ６を記憶する。固定鍵Ｋ６は、乱数であり、例えば１２８ｂｉｔの鍵長を有する短い固定鍵である。固定鍵Ｋ６は、固定されている。固定鍵記憶部７０２は、通話鍵算出部７０１に固定鍵Ｋ６を出力する。

事業者網通信部３０２は、通話鍵Ｋ３を受信する。

通話鍵算出部７０１は、暗号鍵Ｋ１及び通話鍵Ｋ３から新たな通話鍵Ｋ７を算出する。通話鍵Ｋ３は、暗号化された通話鍵である。通話鍵算出部７０１は、上述した固定鍵Ｋ６を用いて上述した暗号化された通話鍵Ｋ３を復号して復号された通話鍵を生成する。また、通話鍵算出部７０１は、暗号鍵Ｋ１及び復号された通話鍵から新たな通話鍵Ｋ７を算出する。また、通話鍵算出部７０１は、音声暗号化部３０７及び音声暗号復号部３０８に新たな通話鍵Ｋ７を出力する。

音声暗号化部３０７は、新たな通話鍵Ｋ７を用いて送信データを暗号化して暗号化された送信データを生成する。

音声暗号復号部３０８は、新たな通話鍵Ｋ７を用いて暗号化された受信データを復号して復号された受信データを生成する。

２．４通話鍵復号部
図８は、実施の形態２の無線通信システムに備えられる通話鍵算出部を模式的に図示するブロック図である。

通話鍵算出部７０１は、図８に図示されるように、復号部５０１、通話鍵記憶部５０２、鍵導出部８０１及び鍵結合部８０２を備える。

復号部５０１は、通話鍵Ｋ２が更新されて暗号化された通話鍵Ｋ３が更新される時に、上述した固定鍵Ｋ６を用いて上述した暗号化された通話鍵Ｋ３を復号して復号された通話鍵Ｋ８を生成する。復号部５０１は、通話鍵記憶部５０２に復号された通話鍵Ｋ８を記憶させる。

鍵導出部８０１は、鍵導出関数（ＫＤＦ；Key Derivation Function）を用いて暗号鍵Ｋ１から導出鍵Ｋ９を導出する。導出鍵Ｋ９は、例えば１２８００ｂｉｔの鍵長を有する。また、鍵導出部８０１は、鍵結合部８０５に導出鍵Ｋ９を出力する。

鍵結合部８０２は、音声通話が行われる際に、通話鍵記憶部５０２に記憶されている復号された通話鍵Ｋ８を読み出す。また、鍵結合部８０２は、復号された通話鍵Ｋ８及び導出鍵Ｋ９を結合して新たな通話鍵Ｋ７を生成する。また、鍵結合部８０２は、音声暗号化部３０７及び音声暗号復号部３０８に新たな通話鍵Ｋ７を出力する。

２．５通話鍵及び導出鍵の結合
図９は、実施の形態２の無線通信システムにおける新たな通話鍵の生成を模式的に説明する図である。

鍵結合部８０２は、復号された通話鍵Ｋ８及び導出鍵Ｋ９を結合する際に、図９に図示されるように、復号された通話鍵Ｋ８を複数の通話鍵Ｋ８ａ，Ｋ８ｂ，Ｋ８ｃ，Ｋ８ｄ及びＫ８ｅに分割する。鍵結合部８０２は、その際に、例えば復号された通話鍵Ｋ８を１２８ｂｉｔごとに分割する。

また、鍵結合部８０２は、復号された通話鍵Ｋ８及び導出鍵Ｋ９を結合する際に、図９に図示されるように、導出鍵Ｋ９を複数の導出鍵Ｋ９ａ，Ｋ９ｂ，Ｋ９ｃ，Ｋ９ｄ及びＫ９ｅに分割する。鍵結合部８０２は、その際に、導出鍵Ｋ９を例えば１２８ｂｉｔごとに分割する。

また、鍵結合部８０２は、図９に図示されるように、複数の通話鍵Ｋ８ａ，Ｋ８ｂ，Ｋ８ｃ，Ｋ８ｄ及びＫ８ｅと複数の導出鍵Ｋ９ａ，Ｋ９ｂ，Ｋ９ｃ，Ｋ９ｄ及びＫ９ｅとの排他的論理和演算を行って複数の通話鍵Ｋ７ａ，Ｋ７ｂ，Ｋ７ｃ，Ｋ７ｄ及びＫ７ｅをそれぞれ生成する。複数の通話鍵Ｋ７ａ，Ｋ７ｂ，Ｋ７ｃ，Ｋ７ｄ及びＫ７ｅは、新たな通話鍵Ｋ７を構成する。また、鍵結合部８０２は、音声暗号化部３０７及び音声暗号復号部３０８に複数の通話鍵Ｋ７ａ，Ｋ７ｂ，Ｋ７ｃ，Ｋ７ｄ及びＫ７ｅを出力する。複数の通話鍵Ｋ７ａ，Ｋ７ｂ，Ｋ７ｃ，Ｋ７ｄ及びＫ７ｅは、例えば２０ミリ秒ごとに順次出力される。

音声暗号化部３０７は、複数の通話鍵Ｋ７ａ，Ｋ７ｂ，Ｋ７ｃ，Ｋ７ｄ及びＫ７ｅに含まれる通話鍵を用いて送信データを暗号化する。複数の通話鍵Ｋ７ａ，Ｋ７ｂ，Ｋ７ｃ，Ｋ７ｄ及びＫ７ｅの各々は、例えば１２８ｂｉｔの鍵長を有する。音声暗号化部３０７は、設定された周期で用いる通話鍵を変更する。設定された周期は、例えば２０ミリ秒である。設定された周期が２０ミリ秒である場合は、音声暗号化部３０７は、送信データを暗号化するための通話鍵を２０ミリ秒ごとに変更する。

音声暗号復号部３０８は、複数の通話鍵Ｋ７ａ，Ｋ７ｂ，Ｋ７ｃ，Ｋ７ｄ及びＫ７ｅに含まれる通話鍵を用いて暗号化された受信データを復号する。複数の通話鍵Ｋ７ａ，Ｋ７ｂ，Ｋ７ｃ，Ｋ７ｄ及びＫ７ｅの各々は、例えば１２８ｂｉｔの鍵長を有する。音声暗号復号部３０８は、設定された周期で用いる通話鍵を変更する。設定された周期は、例えば２０ミリ秒である。設定された周期が２０ミリ秒である場合は、音声暗号復号部３０８は、暗号化された受信データを復号するための通話鍵を２０ミリ秒ごとに変更する。

これらにより、各無線端末１０５においては、高い秘匿性を有する自営網回線１１１により伝送される暗号鍵Ｋ１から新たな通話鍵Ｋ７が生成される。また、新たな通話鍵Ｋ７を用いて、送信データが暗号化され、暗号化された受信データが復号される。このため、自営網回線１１１の高い秘匿性により、伝送される送信データ及び受信データの秘匿性が担保される。このため、実施の形態２によれば、伝送される送信データ及び受信データの秘匿性を向上することができる。

また、各無線端末１０５においては、複数の通話鍵Ｋ７ａ，Ｋ７ｂ，Ｋ７ｃ，Ｋ７ｄ及びＫ７ｅが生成され、送信データを暗号化するための通話鍵及び暗号化された受信データを復号するための通話鍵が設定された周期で変更される。これにより、伝送される送信データ及び受信データの秘匿性をさらに向上することができる。

なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、限定的なものではない。例示されていない無数の変形例が、想定され得るものと解される。

１，２無線通信システム、１０１暗号鍵管理部、１０２通話配信部、１０５無線端末、１１１自営網回線、１１２事業者網回線、２０１暗号鍵生成部、２０２通話鍵生成部、２０３通話鍵暗号化部、２０４暗号鍵配送部、２０５通話鍵配送部、３０１自営網通信部、３０２事業者網通信部、３０３通話鍵復号部、３０６音声圧縮部、３０７音声暗号化部、３０８音声暗号復号部、３０９音声復号部、７０１通話鍵算出部、７０２固定鍵記憶部。

Claims

第１の回線を経由して送信されてきた暗号鍵を受信する第１の通信部と、
第２の回線を経由して送信されてきた暗号化された通話鍵を受信する第２の通信部とを備え、
前記第１の回線は自営網回線を含み、
前記第２の回線は事業者網回線を含み、
前記自営網回線は前記事業者網回線より高い秘匿性を有し、前記事業者網回線は前記自営網回線よりデータを高速で伝送でき、
前記暗号鍵を用いて前記暗号化された通話鍵を復号する通話鍵復号部と、
前記通話鍵復号部で復号された通話鍵を用いて送信データを暗号化する暗号化部と、
をさらに備え、
前記暗号鍵は前記第１の回線のみを経由して送信され、前記暗号化された通話鍵は前記第２の回線のみを経由して送信される
無線通信装置。
前記暗号化部で暗号化された送信データは、前記第２の回線を経由して送信される
請求項１の無線通信装置。
前記通話鍵復号部は、前記復号された通話鍵を複数の通話鍵に分割し、
前記暗号化部は、前記複数の通話鍵に含まれる通話鍵を用いて前記送信データを暗号化し、設定された周期で用いる通話鍵を変更する
請求項１又は２の無線通信装置。
前記送信データ及び前記暗号化部で暗号化された送信データは、音声データである
請求項１から３までのいずれかの無線通信装置。
第１の回線を経由して送信されてきた暗号鍵を受信する第１の通信部と、
第２の回線を経由して送信されてきた暗号化された通話鍵を受信する第２の通信部とを備え、
前記第１の回線は自営網回線を含み、
前記第２の回線は事業者網回線を含み、
前記自営網回線は前記事業者網回線より高い秘匿性を有し、前記事業者網回線は前記自営網回線よりデータを高速で伝送でき、
前記暗号鍵を用いて前記暗号化された通話鍵を復号する通話鍵復号部と、
前記通話鍵復号部で復号された通話鍵を用いて前記暗号化された受信データを復号する暗号復号部と、
をさらに備え、
前記暗号鍵は前記第１の回線のみを経由して送信され、前記暗号化された通話鍵は前記第２の回線のみを経由して送信される
る無線通信装置。
前記暗号化された受信データは、前記第２の回線を経由して受信されてきた
請求項５の無線通信装置。
前記通話鍵復号部は、前記復号された通話鍵を複数の通話鍵に分割し、
前記暗号復号部は、前記複数の通話鍵に含まれる通話鍵を用いて前記暗号化された受信データを復号し、設定された周期で用いる通話鍵を変更する
請求項５又は６の無線通信装置。
前記暗号化された受信データ及び前記暗号復号部で復号された受信データは、音声データである
請求項５から７までのいずれかの無線通信装置。
前記通話鍵復号部で復号された通話鍵を用いて送信データを暗号化する暗号化部を備え、
前記暗号化部で暗号化された送信データは、前記第２の回線を経由して送信される
請求項５から８までのいずれかの無線通信装置。
第１の回線を経由して送信されてきた暗号鍵を受信する第１の通信部と、
第２の回線を経由して送信されてきた通話鍵を受信する第２の通信部とを備え、
前記第１の回線は自営網回線を含み、
前記第２の回線は事業者網回線を含み、
前記自営網回線は前記事業者網回線より高い秘匿性を有し、前記事業者網回線は前記自営網回線よりデータを高速で伝送でき、
前記暗号鍵及び前記通話鍵から新たな通話鍵を算出する通話鍵算出部と、
前記新たな通話鍵を用いて送信データを暗号化する暗号化部と、
をさらに備え、
前記暗号鍵は前記第１の回線のみを経由して送信され、前記新たな通話鍵を算出するために用いた前記通話鍵は前記第２の回線のみを経由して送信される
無線通信装置。
前記暗号化部で暗号化された送信データは、前記第２の回線を経由して送信される
請求項１０の無線通信装置。
前記新たな通話鍵は、複数の通話鍵により構成され、
前記暗号化部は、前記複数の通話鍵に含まれる通話鍵を用いて前記送信データを暗号化し、設定された周期で用いる通話鍵を変更する
請求項１０又は１１の無線通信装置。
前記送信データ及び前記暗号化部で暗号化された送信データは、音声データである
請求項１０から１２までのいずれかの無線通信装置。
第１の回線を経由して送信されてきた暗号鍵を受信する第１の通信部と、
第２の回線を経由して送信されてきた通話鍵を受信する第２の通信部とを備え、
前記第１の回線は自営網回線を含み、
前記第２の回線は事業者網回線を含み、
前記自営網回線は前記事業者網回線より高い秘匿性を有し、前記事業者網回線は前記自営網回線よりデータを高速で伝送でき、
前記暗号鍵及び前記通話鍵から新たな通話鍵を算出する通話鍵算出部と、
前記新たな通話鍵を用いて前記暗号化された受信データを復号する暗号復号部と、
をさらに備え、
前記暗号鍵は前記第１の回線のみを経由して送信され、前記新たな通話鍵を算出するために用いた前記通話鍵は前記第２の回線のみを経由して送信される
無線通信装置。
前記暗号化された受信データは、前記第２の回線を経由して送信されてきた
請求項１４の無線通信装置。
前記新たな通話鍵は、複数の通話鍵により構成され、
前記暗号復号部は、前記複数の通話鍵に含まれる通話鍵を用いて前記暗号化された受信データを復号し、設定された周期で用いる通話鍵を変更する
請求項１４又は１５の無線通信装置。
前記暗号化された受信データ及び前記暗号復号部で復号された受信データは、音声データである
請求項１４から１６までのいずれかの無線通信装置。
前記新たな通話鍵を用いて送信データを暗号化する暗号化部を備え、
前記暗号化部で暗号化された送信データは、前記第２の回線を経由して送信される
請求項１４から１７までのいずれかの無線通信装置。
固定鍵を記憶する固定鍵記憶部を備え、
前記通話鍵は、暗号化された通話鍵であり、
前記通話鍵算出部は、前記固定鍵を用いて前記暗号化された通話鍵を復号して復号された通話鍵を生成し、前記暗号鍵及び前記復号された通話鍵から前記新たな通話鍵を算出する
請求項１０から１８までのいずれかの無線通信装置。
前記通話鍵算出部は、鍵導出関数を用いて前記暗号鍵から導出鍵を導出し、前記復号された通話鍵及び前記導出鍵を結合して前記新たな通話鍵を生成する
請求項１９の無線通信装置。
請求項１から９までのいずれかの無線通信装置と、
前記第１の回線のみを経由して前記無線通信装置に前記暗号鍵を送信し、前記第２の回線のみを経由して前記無線通信装置に前記暗号化された通話鍵を送信する暗号鍵管理部と、
を備える無線通信システム。
請求項１０から２０までのいずれかの無線通信装置と、
前記第１の回線のみを経由して前記無線通信装置に前記暗号鍵を送信し、前記第２の回線のみを経由して前記無線通信装置に前記通話鍵を送信する暗号鍵管理部と、
を備える無線通信システム。