2023-40480 無線通信システムおよび無線通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023040480

(43)【公開日】2023-03-23

(54)【発明の名称】無線通信システムおよび無線通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04L 9/08 20060101AFI20230315BHJP

   H04W 12/041 20210101ALI20230315BHJP

   H04W 12/65 20210101ALI20230315BHJP

【ＦＩ】

H04L9/08 C

H04W12/041

H04W12/65

H04L9/08 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021147469

(22)【出願日】2021-09-10

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金川 信康

(72)【発明者】

【氏名】武井 健

(72)【発明者】

【氏名】金子 茂則

(72)【発明者】

【氏名】池田 尚弘

【テーマコード（参考）】

5K067

【Ｆターム（参考）】

5K067AA35

5K067DD11

5K067EE02

5K067EE16

5K067HH36

(57)【要約】

【課題】伝搬特性に基づく特有な物理量を暗号通信のための共通鍵として用いる際に、誤差による不確かさの影響を受けることなしに同一の共通鍵を共有する。
【解決手段】第１の無線機および第２の無線機が物理鍵を用いて情報を秘匿して通信を行う無線通信システムとして、第１の無線機および第２の無線機は、動的変化する伝搬特性の時系列変化を共有して通信を行い、第１の無線機は、自らが伝搬特性に基づいて求めた第１の離散値の所定範囲の最下位ビットおよび当該第１の離散値における前記最下位ビットに続く下位ビットを第２の無線機に送信し、第２の無線機は、自らが伝搬特性に基づいて求めた第２の離散値と第１の無線機から受信した前記最下位ビットおよび前記下位ビットとから第１の無線機における共通鍵を推定し、共通鍵が物理鍵となる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の無線機および第２の無線機が物理鍵を用いて情報を秘匿して通信を行う無線通信システムであって、
前記第１の無線機および前記第２の無線機は、動的変化する伝搬特性の時系列変化を共有して通信を行い、
前記第１の無線機は、自らが前記伝搬特性に基づいた求めた第１の離散値の所定範囲の最下位ビットおよび当該第１の離散値における前記最下位ビットに続く下位ビットを前記第２の無線機に送信し、
前記第２の無線機は、自らが前記伝搬特性に基づいて求めた第２の離散値と前記第１の無線機から受信した前記最下位ビットおよび前記下位ビットとから前記第１の無線機における共通鍵を推定し、
前記共通鍵が前記物理鍵となる
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記伝搬特性が、前記第１および前記第２の無線機間の伝搬時間である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】

請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記伝搬特性が、前記第１および前記第２の無線機間の伝搬損失または信号強度である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項4】

請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記第１の無線機および前記第２の無線機は、回転偏波通信機能を用いて通信を行い、
前記伝搬特性が、回転偏波の偏波角である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項5】

請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記第１の無線機および前記第２の無線機は、相互に回転偏波通信機能を有するか否かの情報を交換し、
前記第１の無線機および前記第２の無線機が共に前記回転偏波通信機能を有する場合には、前記伝搬特性が回転偏波の偏波角である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項6】

請求項４または５に記載の無線通信システムであって、
前記通信に使用する周波数および前記偏波角の角度の少なくともいずれかを時系列的に変える
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項7】

請求項６に記載の無線通信システムであって、
前記周波数および前記偏波角の角度の少なくともいずれかが妨害波による干渉を受ける場合に、当該干渉を受ける周波数および偏波角の角度の少なくともいずれかを除外する
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項8】

請求項４に記載の無線通信システムであって、
前記第１の無線機および前記第２の無線機は、強自己相関弱相互相関ビット列を共有すると共に、前記回転偏波に当該強自己相関弱相互相関ビット列を重畳して送信し、当該送信による受信信号と前記強自己相関弱相互相関ビット列との相関が最大となる時間差を、前記回転偏波の前記時系列変化として共有する
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項9】

請求項８に記載の無線通信システムであって、
前記回転偏波に前記強自己相関弱相互相関ビット列を重畳するために、前記回転偏波の偏波角を前記強自己相関弱相互相関ビット列により変調する
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項10】

請求項８または９に記載の無線通信システムであって、
前記強自己相関弱相互相関ビット列は、ＰＮ符号やＭ系列の信号である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか１項に記載の無線通信システムであって、
前記第１の無線機および前記第２の無線機それぞれは、複数の無線機の内の１台である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項12】

第１の無線機および第２の無線機が物理鍵を用いて情報を秘匿して通信を行う無線通信方法であって、
前記第１の無線機および前記第２の無線機は、動的変化する伝搬特性の時系列変化を共有して通信を行い、
前記第１の無線機は、自らが前記伝搬特性に基づいて第１の離散値を求め、当該第１の離散値の所定範囲の最下位ビットおよび当該第１の離散値における前記最下位ビットに続く下位ビットを前記第２の無線機に送信し、
前記第２の無線機は、自らが前記伝搬特性に基づいて第２の離散値を求め、前記第１の無線機から受信した前記最下位ビットおよび前記下位ビットと前記第２の離散値とから前記第１の無線機における共通鍵を推定し、
前記共通鍵を前記物理鍵とする
ことを特徴とする無線通信方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の無線通信方法であって、
前記伝搬特性が、前記第１および前記第２の無線機間の伝搬時間である
ことを特徴とする無線通信方法。

【請求項14】

請求項１２に記載の無線通信方法であって、
前記伝搬特性が、前記第１および前記第２の無線機間の伝搬損失または信号強度である
ことを特徴とする無線通信方法。

【請求項15】

請求項１２に記載の無線通信方法であって、
前記第１の無線機および前記第２の無線機は、回転偏波通信機能を用いて通信を行い、
前記伝搬特性が、回転偏波の偏波角である
ことを特徴とする無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信システムおよび無線通信方法に関し、特に、暗号通信に好適な回転偏波通信を用いた無線通信システムおよび無線通信方法である。

【背景技術】

【0002】

無線通信では、外部に開かれた自由空間を伝送路とするために、原理的に通信情報を含む電磁波のエネルギーを外部者が容易に獲得可能である。このため、無線通信では、伝送すべき情報の秘匿が重要な技術課題となっている。

【0003】

情報の秘匿のための技術としては、暗号化して情報伝送を行う技術が使用されている。この暗号化による情報伝送の技術では、送り手と受け手とが共有する数学鍵を外部者から如何に秘匿するかという新たな課題が発生する。

【0004】

特許文献１には、回転偏波通信において一対の回転偏波無線機が偏波回転の時系列変化を共有し、動的変化する偏波位相に基づいた物理量を共通鍵として用いて暗号通信する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－４０２５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

アンテナによる伝搬の可逆性により、送信側と受信側とを交換しても同一の伝搬特性を有するため、一対の無線局間で伝搬特性に基づく特有な物理量を共有できる。その一方で、送受信局間以外では共有できない。

【0007】

これに対して、上記した従来技術によれば、一対の送受信局間で、伝搬特性に基づく特有な物理量を暗号通信のための共通鍵として用いることにより、共通鍵の秘匿性を高めることができる。

【0008】

しかし、上記した従来技術において、伝搬特性に基づく特有な物理量、即ちアナログ値を暗号通信のための共通鍵、即ちデジタル値への変換（デジタイズ）に伴う誤差（真値が不明なので「不確かさ」と呼ぶことも多い）の影響については、更なる考慮が望ましい。なぜなら、実質的に同一の物理量、即ちアナログ値をデジタイズする際に誤差（不確かさ）により異なるデジタル値に変換されることもあるので、一対の無線局間で同一の共通鍵を共有することができず、暗号通信が成立しないことも生じる。

【0009】

そこで、本発明は、伝搬特性に基づく特有な物理量を暗号通信のための共通鍵として用いる際に、誤差（不確かさ）の影響を受けずに同一の共通鍵を共有できることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記した課題を達成するために、代表的な本発明の無線通信システムの一つは、第１の無線機および第２の無線機が物理鍵を用いて情報を秘匿して通信を行う無線通信システムであって、第１の無線機および第２の無線機は、動的変化する伝搬特性の時系列変化を共有して通信を行い、第１の無線機は、自らが伝搬特性に基づいて求めた第１の離散値の所定範囲の最下位ビットおよび当該第１の離散値における前記最下位ビットに続く下位ビットを第２の無線機に送信し、第２の無線機は、自らが伝搬特性に基づいて求めた第２の離散値と第１の無線機から受信した前記最下位ビットおよび前記下位ビットとから第１の無線機における共通鍵を推定し、共通鍵が物理鍵となるものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、暫定ＬＳＢ以下のビットのみを交換し、共通鍵に用いる上位ビットを交換することなく、共通鍵を秘匿し、誤差（不確かさ）の影響を受けずに同一の共通鍵を共有することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施例１として、本発明の基本的な実施態様を示す図である。

【図2】共通鍵を生成する際の処理の一例を示す図である。

【図3】図２に示す親局１０が行う処理手順をフローチャートで示す図である。

【図4】図２に示す子局２０が行う処理手順をフローチャートで示す図である。

【図5】端数処理として、暫定ＬＳＢの下位ビットを０捨１入する場合の表である。

【図6】端数処理として、暫定ＬＳＢの下位ビットを切り捨てる場合の表である。

【図7】本発明の実施例２に係る無線通信システムの構成を示す図である。

【図8】共通鍵のハンドオーバー方法の第１例を示す図である。

【図9】共通鍵のハンドオーバー方法の第２例を示す図である。

【図10】共通鍵のハンドオーバー方法の第３例を示す図である。

【図11】共通鍵のハンドオーバー方法の第４例を示す図である。

【図12】共通鍵のハンドオーバー方法の第５例を示す図である。

【図13】実施例３の第１パターンとして、周波数および偏波角のホッピングテーブルを示す図である。

【図14】実施例３の第２パターンとして、相手局が回転偏波通信機能を有しない場合に対して周波数のみのホッピングテーブルを示す図である。

【図15】実施例３の第３パターンとして、通信不良発生時に対処して変更するホッピングテーブルを示す図である。

【図16】通信を行う無線機に固有な偏波シフト特性を暗号鍵として情報秘匿通信を行う無線通信システムの構成の一例を示す図である。

【図17】本発明に係る無線通信システムの各無線機の通信プロトコルの一例を示す図である。

【図18】通信を行う無線機に固有な偏波シフト特性を暗号鍵として情報秘匿通信を行う無線通信システムの別の一例の概要を示す図である。

【図19】図１８に示す各無線機が使用する通信プロトコルの一例を示す図である。

【図20】実施例４に係る無線通信システムの受信機の代表例として、第１の構成例とその動作態様を示す図である。

【図21】送信波形と受信波形との関係を示す図である。

【図22】送信局と受信局が共有している強自己相関弱相互相関ビット列をずらして受信信号との相関をとった図である。

【図23】実施例４に係る無線通信システムに用いる受信機として、第２の構成例を示す図である。

【図24】実施例４に係る無線通信システムの受信機として、第３の構成例を示す図である。

【図25】実施例４に係る無線通信システムの送信機の代表例として、第４の構成例を示す図である。

【図26】実施例４に係る無線通信システムに用いる送信機として、第５の構成例を示す図である。

【図27】実施例４に係る無線通信システムに用いる無線機対（送受信機）の代表例として、第６の構成例を示す図である。

【図28】実施例４に係る無線通信システムに用いる無線機対（送受信機）として、第７の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態として、実施例１から４について、図面を参照して説明する。ここで、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

【0014】

本発明の実施例の説明に先立ち、本発明に係る情報秘匿通信を行う無線通信システムの概要を説明する。

【0015】

図１６は、通信を行う無線機に固有な偏波シフト特性を暗号鍵として情報秘匿通信を行う無線通信システムの構成の一例を示す図である。
この無線通信システムは、親局１０－１および子局２０－１と２０－と２から構成される。送受信機の周囲には、遮蔽物３１や反射板３２などが存在している。

【0016】

親局１０－１の送信機と子局２０－１の受信機との間には、見通し伝搬路を遮る実体がないので、親局１０－１の送信機と子局２０－１の受信機とが回転偏波通信を行う際の偏波シフトは０°である。

【0017】

一方、親局１０－１の送信機と子局２０－２の受信機との間には、見通し伝搬路上に遮蔽物３１が存在するので、親局１０－１の送信機の送信波は、反射板３２を介して子局２０－２の受信機の受信波となる。反射の際には、反射板３２の法線ベクトルと送信波の入射ベクトルにより決定される固有の偏波シフトが発生し、回転偏波通信を行う際の偏波シフトは、０°とは異なる。また、偏波シフトは、送信波の入射ベクトルに依存するため、送信波の偏波角度と受信時の偏波角度との差は一定ではない。

【実施例0018】

図１は、本発明の実施例１として、本発明の基本的な実施態様を示す図である。
図１には、送信側から送出した電波の偏波角（送信側偏波角）ΦＴＸに対する受信器側で受信した電波の偏波角（受信側偏波角）ΦＲＸの関係をグラフで示す。

【0019】

上記したように、偏差シフトが、伝搬経路の途中における反射や回折などの影響により発生するために、ΦＲＸ＝ΦＴＸとならない。また、それのみならず、偏波シフトは、送信波の入射ベクトルに依存するので、送信波の偏波角度と受信波の偏波角度との差は一定ではない。そのため、必ずしも直線関係にならない。なお、アンテナおよび伝搬の可逆性により、送信側と受信側とを交換しても同一の曲線となる。

【0020】

また、送信局および受信局の条件が異なれば、送信側偏波角ΦＴＸと受信側偏波角ΦＲＸの関係は、図１で、条件１および条件２に示されるように、異なる曲線となる。

【0021】

そこで、曲線と直線ΦＲＸ＝ΦＴＸとの差、即ちΦＲＸ―ΦＴＸの値、または、曲線と直線ΦＲＸ＝ΦＴＸ＋ΔΦとの差、即ち、ΦＲＸ―ΦＴＸ―ΔΦの値、を離散化した値ＤＡおよびＤＢに基づき、共通鍵ＫＥＹＡ＝ＫＥＹＢを生成する第１の方法と、離散化した値ＤＡおよび値ＤＢの正負から、共通鍵ＫＥＹＡ＝ＫＥＹＢを生成する第２の方法と、が考えられる。

【0022】

まず、第１の方法によれば、１サンプリング当たりより多くのビット数の情報が得られるので、より多くのビット数からなる暗号鍵を生成することができる。しかしその反面、デジタル化に伴う誤差（不確かさ）の影響を受けやすいため、図２以降を用いて後述する不確かさ解消処理が必要となる。

【0023】

また、物理現象につきものの１／ｆ揺らぎにより、上位ビットの変化が少なく、下位ビットの変化が多い傾向にあるので、この分布から暗号鍵を推測されることを防ぐために、ビット位置を交換（シャッフル）することが望ましい。ただし、ビット位置をシャッフルする操作として、元来含んでいる暗号化のアルゴリズムを用いる場合には、この限りではない。

【0024】

次に、第２の方法によれば、１サンプリングあたり正負を表す符号（ｓｉｇｎ）の１ビットの情報しか得られないので、ｎビットの暗号鍵を生成するためにはｎサンプルの値を得る必要がある。

【0025】

また、サンプリングした値が０付近の場合には、デジタル化に伴う誤差（不確かさ）の影響を受けやすいため、図２以降を用いて後述する不確かさ解消処理が必要となる。この場合、符号ビットを暫定ＬＳＢとすると、親局と子局間で符号ビットを通信により交換することになるので、符号ビットよりの下位のビットを暫定ＬＳＢとすることにより、符号ビットの値を秘匿することができる。

【0026】

ここにおいて、暗号通信のための共通鍵として用いる伝搬特性に基づく特有な物理量としては、上記した偏波角度の他に、一対の無線局間の伝搬時間または伝搬損失などの値が考えられる。

【0027】

ここで、伝搬時間または伝搬損失の値を用いる場合も、暗号鍵として容易に推定されないためには、理論上の推定値と実測値との差に基づき、共通鍵を生成することが望ましい。具体的には、無線局間の距離から導かれる伝搬時間の理論値と実測値との差、または、伝搬損失（信号強度）の理論値と実測値との差、に基づき、共通鍵を生成することが望ましい。

【0028】

そしてまた、こうして得られた共通鍵により暗号通信を行うことにより、情報を秘匿することが可能になるが、暗号通信の方法としては、従来から用いられているＤＥＳやＡＥＳによる方法でもよい。さらに、複数で多段の暗号化方式や暗号鍵を組み合わせること、例えば、従来の共通鍵に加えて本発明により得られた共通鍵を組み合わせること、により、暗号強度を高めることができる。

【0029】

図２は、伝搬特性の内の偏波角度の値を離散化した値ＤＡおよびＤＢに基づき、共通鍵ＫＥＹＡ＝ＫＥＹＢを生成する際の処理の一例を示す図である。

【0030】

親局１０では、伝搬特性を離散化した値ＤＡを暫定ＬＳＢ、すなわち、ｔＬＳＢを最下位ビットとして端数処理（図２および図３に示す、Ｓ１０６）を行って、暗号鍵ＫＥＹＡを得る。

【0031】

同様に、子局２０では、伝搬特性を離散化した値ＤＢを暫定ＬＳＢ、すなわち、ｔＬＳＢを最下位ビットとして、端数処理（図２および図４に示す、Ｓ２０６）および不確かさ解消処理（図２および図４に示す、Ｓ２０７）を行って、暗号鍵ＫＥＹＢを得る。

【0032】

このとき、親局１０からは、値ＤＡのｔＬＳＢおよびその１ビット下位の２ビットが送信される（図２および図３に示す、Ｓ１０２）。他方、子局２０では、この２ビットを受信して（図２および図４に示す、Ｓ２０２）、親局１０での端数処理（図２および図４に示す、Ｓ２０６）の結果を予測し、値ＤＢの不確かさ解消処理（図２および図４に示す、Ｓ２０７）の結果を予測値に合わせることにより、この不確かさ解消処理（Ｓ２０７）を行う。

【0033】

図３は、図２に示す親局１０が行う処理手順をフローチャートで示す図である。なお、以下のステップ１００（Ｓ１００）からステップ１１２（Ｓ１１２）の処理主体は、親局１０であるので、以下では処理主体の表記を省略する。

【0034】

ステップ１００（Ｓ１００）として、処理を開始する。
ステップ１０１（Ｓ１０１）で、暫定ＬＳＢのビット位置ｋを初期値ｋ０とする。

【0035】

ステップ１０２（Ｓ１０２）で、伝搬特性を離散化した値ＤＡのｋビット目およびｋ－１ビット目を、子局２０に送信する。

【0036】

ステップ１０４（Ｓ１０４）で、子局２０から親局１０への送信内容を確認する。
子局２０から親局１０への送信内容がＮＧの場合には（図４に示すステップ２１１（Ｓ２１１）に対応）、ステップ１１２（Ｓ１１２）で、暫定ＬＳＢのビット位置ｋを１ビット上位に移動して、ステップ１０２（Ｓ１０２）に戻り、ステップ１０２（Ｓ１０２）の処理を行う。

【0037】

子局２０から親局１０への送信内容がＯＫの場合には（図４に示すステップ２０５（Ｓ２０５）に対応）、ステップ１０６（Ｓ１０６）で、値ＤＡをｋビットだけ左シフト（値ＤＡが符号付き整数の場合には算術シフト）し、端数処理をしてＫＥＹＡとする。なおここで、ＫＥＹＡの最下位ビットは、親局１０から子局２０に送信されているので暗号鍵として使用せずに、それよりも上位ビットを暗号鍵として使ってもよい。

【0038】

ステップ１０８（Ｓ１０８）で、ＫＥＹＡを共通鍵として、子局２０との暗号通信を開始する。

【0039】

ステップ１０９（Ｓ１０９）で、暗号通信が成功したか否かを確認する。
暗号通信に成功しなかった場合（Ｎ）には、ステップ１１２（Ｓ１１２）を介して（暫定ＬＳＢのビット位置ｋを１ビット上位に移動）、ステップ１０２（Ｓ１０２）に戻り、ステップ１０２（Ｓ１０２）の処理を行う。

【0040】

暗号通信に成功した場合（Ｙ）には、ステップ１１０（Ｓ１１０）で、一連の処理を終了し、引き続き、ＫＥＹＡを共通鍵として子局２０との暗号通信を継続する。

【0041】

図４は、図２に示す子局２０が行う処理手順をフローチャートで示す図である。なお、以下のステップ２００（Ｓ２００）からステップ２１２（Ｓ２１２）の処理主体は、子局２０であるので、以下では処理主体の表記を省略する。
ステップ２００（Ｓ２００）として、処理を開始する。
ステップ２０１（Ｓ２０１）で、暫定ＬＳＢのビット位置ｋを初期値ｋ０とする。

【0042】

ステップ２０２（Ｓ２０２）で、親局１０から、伝搬特性を離散化した値ＤＡのｋビット目およびｋ－１ビット目を受信する（図３に示すステップ１０２（Ｓ１０２）に対応）。

【0043】

ステップ２０３（Ｓ２０３）で、値ＤＡのｋビット目およびｋ－１ビット目と、値ＤＢのｋビット目およびｋ－１ビット目とから、値ＤＡと値ＤＢとの差εを計算する。

【0044】

ステップ２０４（Ｓ２０４）で、差εの値が、１暫定ＬＳＢ未満か否かを判断する。
差εが１暫定ＬＳＢ以上の場合（Ｎ）には、ステップ２１１（Ｓ２１１）で、“ＮＧ”を子局２０から親局１０に送信する。続いて、ステップ２１２（Ｓ２１２）で、暫定ＬＳＢのビット位置ｋを１ビット上位に移動して、ステップ２０２（Ｓ２０２）の処理を行う。

【0045】

差εが１暫定ＬＳＢ未満の場合（Ｙ）には、ステップ２０５（Ｓ２０５）で、“ＯＫ”を子局２０から親局１９に送信する。

【0046】

ステップ２０６（Ｓ２０６）で、値ＤＢをｋビットだけ左シフト（ＤＢが符号付き整数の場合には算術シフト）し、端数処理をしてＫＥＹＢとする。

【0047】

ステップ２０７（Ｓ２０７）で、図５または図６に示す不確かさ解消処理を実行する。なおここで、ＫＥＹＡ（＝ＫＥＹＢ）の最下位ビットは、親局１０から子局２０に送信されているので暗号鍵として使用せず、それよりも上位ビットを暗号鍵として使ってもよい。

【0048】

ステップ２０８（Ｓ２０８）で、ＫＥＹＢを共通鍵として親局１０との暗号通信を開始する。

【0049】

ステップ２０９（Ｓ２０９）で、暗号通信が成功したか否かを確認する。
暗号通信に成功しなかった場合（Ｎ）には、ステップ２１２（Ｓ２１２）を介して（暫定ＬＳＢのビット位置ｋを１ビット上位に移動）、ステップ２０２（Ｓ２０２）に戻り、ステップ２０２（Ｓ２０２）の処理を行う。

【0050】

暗号通信に成功した場合（Ｙ）には、ステップ２１０（Ｓ２１０）で、一連の処理を終了し、引き続き、ＫＥＹＢを共通鍵として親局１０との暗号通信を継続する。

【0051】

次に、ステップ２０７（Ｓ２０７）の不確かさ解消処理について説明する。図５および図６に、不確かさ処理に用いる表を示す。

【0052】

図５は、端数処理（Ｓ１０６、Ｓ２０６）として、暫定ＬＳＢ（ｔＬＳＢ）の下位ビットを十進数の四捨五入に相当する「０捨１入」する場合の表である。
他方、図６は、端数処理（Ｓ１０６、Ｓ２０６）として、暫定ＬＳＢ（ｔＬＳＢ）の下位ビットを切り捨てる場合の表である。

【0053】

これらの表により、不確かさ解消処理（Ｓ２０７）が実行される。
それぞれの表においては、横方向は親局で、縦方向は子局であって、それぞれの暫定ＬＳＢ（ｔＬＳＢ）、その下位ビットの値および括弧内に端数処理結果、を示している。また、親局と子局との交点には、不確かさ解消処理（Ｓ２０７）後の結果と括弧内に子局の端数処理結果の修正値を示している。

【0054】

子局の端数処理結果の修正値については、「±０」が修正不要、「＋１」が１加算、「－１」が１減算、が必要であることを示している。なお、「Ｘ」は、値ＤＡと値ＤＢとの差が１暫定ＬＳＢ以上あり、端数処理のためには、暫定ＬＳＢをさらに上位に移動しなければならないことを表している。

【0055】

例えば、図５では、一番上の行では子局の暫定ＬＳＢと下位ビットは００…で、「０捨１入」されると０となることを示し、一番左側の列では、親局の暫定ＬＳＢと下位ビットは００…で、「０捨１入」されると０となるので、不確かさ解消処理（Ｓ２０７）後の結果は０のままで、子局の端数処理結果の修正は「±０」で修正不要であることを示している。

【0056】

また、同じ行の左から２番目の列では、親局の暫定ＬＳＢと下位ビットは０１…で、「０捨１入」されると１となるので、不確かさ解消処理（Ｓ２０７）後の結果は１となり、子局の端数処理結果の修正は「＋１」で、１加算が必要であることを示している。

【実施例0057】

図７は、本発明の実施例２に係る無線通信システムの構成を示す図である。
図７の（ａ）には、親局であるＡ局１０に対して、複数の移動する子局であるｍ１局２０－１およびｍ２局２０－２が存在する構成例を示す。

【0058】

親局であるＡ局１０と移動する子局であるｍ１局２０－１およびｍ２局２０－２との間は、それぞれ共通鍵ＫＹＡｍ１およびＫＥＩＡｍ２により暗号通信が行われる。また、移動する子局である、ｍ１局２０－１とｍ２局２０－２との間は、共通鍵ＫＥＹｍ１ｍ２により暗号通信が行われる。

【0059】

図７の（ｂ）には、複数の親局であるＡ局１０－１、Ｂ局１０－２およびＣ局１０－３に対して、１つの移動する子局であるｍ局２０が存在する例を示す。

【0060】

親局である、Ａ局１０－１とＢ局１０－２との間は共通鍵ＫＥＹＡＢで、Ｂ局１０－２とＣ局１０－３との間は共通鍵ＫＥＹＢＣで、それぞれ暗号通信が行われる。また、親局であるＡ局１０－１と移動する子局であるｍ局２０との間は共通鍵ＫＥＹＡｍで、親局であるＢ局１０－２と移動する子局であるｍ局２０との間は共通鍵ＫＥＹＢｍで、それぞれ暗号通信が行われる。

【0061】

次に、図８から図１２により、異なる親局であるＡ局１０－１、Ｂ局１０－２およびＣ局１０－３のサービスエリア１１－１、１１－２および１１－３の間の共通鍵のハンドオーバー方法について説明する。

【0062】

図８は、共通鍵のハンドオーバー方法の第１例を示す図である。
第１例では、暗号通信の都度、親局と子局との間で、実施例１に係る方法により、偏波角から共通鍵を生成し確立して、暗号通信を行う。

【0063】

移動する子局であるｍ局２０が、親局であるＡ局１０－１のサービスエリア１１－１に存在する時には、暗号通信の都度、Ａ局１０－１とｍ局２０との間で、実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＡｍを生成し確立して、共通鍵ＫＥＹＡｍにより暗号通信をする。

【0064】

続いて、移動する子局であるｍ局２０が、親局であるＢ局１０－２のサービスエリア１１－２に入ると、暗号通信の都度、Ｂ局１０－２とｍ局２０との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＢｍを生成し確立して、共通鍵ＫＥＹＢｍにより暗号通信をする。

【0065】

このように、第１例によれば、共通鍵が頻繁に更新されるために、万一共通鍵が漏洩しても、被害を最小限に抑えることができる。

【0066】

図９は、共通鍵のハンドオーバー方法の第２例を示す図である。
第２例では、子局が複数の親局のサービスエリアに入った時点毎に、共通鍵を生成し確立して、暗号通信を行う。すなわち、子局がある親局のサービスエリアに入った時点で、この親局と子局との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵を生成し確立して、以降子局がこの親局のサービスエリアにいる間は、その共通鍵を用いて暗号通信を行う。その後、子局が他の親局のサービスエリアに入った時点で、他の親局と子局との間で実施例１に係る方法により偏波角から別の共通鍵を生成し確立して、以降子局が他の親局のサービスエリアにいる間は、別の共通鍵を用いて暗号通信を行う。

【0067】

移動する子局であるｍ局２０が、親局であるＡ局１０－１のサービスエリア１１－１に入った時点で、Ａ局１０－１とｍ局２０との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＡｍを生成し確立して、共通鍵ＫＥＹＡｍにより暗号通信をする。

【0068】

続いて、移動する子局であるｍ局２０が、親局であるＢ局１０－２のサービスエリア１１－２に入ると、Ｂ局１０－２とｍ局２０との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＢｍを生成し確立して、共通鍵ＫＥＹＢｍにより暗号通信をする。

【0069】

このように、第２例によれば、共通鍵を生成し確立するためのオーバーヘッドを減らすことができるので、通信効率を上げることができる。

【0070】

図１０は、共通鍵のハンドオーバー方法の第３例を示す図である。
第３例では、子局が最初の親局のサービスエリアに入った時点で、親局と子局との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵を生成し確立して、以降は子局が他の親局のサービスエリアに入っても引き続きその共通鍵を用いて暗号通信を行う。

【0071】

親局であるＡ局１０－１およびＢ局１０－２は、基地局であるために地上高もゲインも高いアンテナを備えている。そのために、子局であるｍ局２０よりも長い距離の通信が可能である上、地上の通信回線での通信も可能である。

【0072】

また、Ａ局１０－１とＢ局１０－２とが無線通信を行うときには、それに先立って実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＡＢを生成し確立して、共通鍵ＫＥＹＡＢにより暗号通信をすることも可能である。

【0073】

移動する子局であるｍ局２０が、親局であるＡ局１０－１のサービスエリア１１－１に入った時点で、Ａ局１０－１とｍ局２０との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＡｍを生成し確立して、共通鍵ＫＥＹＡｍにより暗号通信をする。

【0074】

続いて、移動する子局であるｍ局２０が、親局であるＢ局１０－２のサービスエリア１１－２に入ると、Ａ局１０－１からＢ局１０－２に共通鍵ＫＥＹＡｍを共通鍵ＫＥＹＡＢで暗号化して送るか、地上の通信回線で送る。それ以降は、ｍ局２０とＢ局１０－２とは、共通鍵ＫＥＹＡｍにより暗号通信をする。

【0075】

このように、第３例によれば、共通鍵を生成し確立するためのオーバーヘッドを減らすことができるので通信効率を上げることができる。加えて、ハンドオーバー時に共通鍵を認証のための情報として使うことにより、親局または子局のなりすましを防ぐことができる。

【0076】

図１１は、共通鍵のハンドオーバー方法の第４例を示す図である。
第４例では、子局が最初の親局のサービスエリアに入った時点で、親局と子局との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵を生成し確立して、その共通鍵を用いて暗号通信を行い、子局が他の親局のサービスエリアに入った時点で、最初の親局から他の親局に認証情報として最初の共通鍵を送る。

【0077】

親局であるＡ局１０－１およびＢ局１０－２は、基地局であるために地上高もゲインも高いアンテナを備えている。そのために、子局であるｍ局２０よりも長い距離の通信が可能である上、地上の通信回線での通信も可能である。

【0078】

また、Ａ局１０－１とＢ局１０－２とが無線通信を行うときには、それに先立って実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＡＢを生成し確立して、共通鍵ＫＥＹＡＢにより暗号通信をすることも可能である。

【0079】

移動する子局であるｍ局２０が、親局であるＡ局１０－１のサービスエリア１１－１に入った時点で、Ａ局１０－１とｍ局２０との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＡｍを生成し確立して、共通鍵ＫＥＹＡｍにより暗号通信をする。

【0080】

続いて、移動する子局であるｍ局２０が、親局であるＢ局１０－２のサービスエリア１１－２に入ると、認証情報として、Ａ局１０－１からＢ局１０－２に共通鍵ＫＥＹＡｍを、共通鍵ＫＥＹＡＢで暗号化して送るか、地上の通信回線で送る。

【0081】

Ｂ局１０－２は、共通鍵ＫＥＹＡｍによりｍ局２０との暗号通信が成立することを確認する。これにより、Ｂ局１０－２は、サービスエリア１１－２に入ってきたｍ局２０が正当であることを確認する。その後、Ｂ局１０－２とｍ局２０との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＢｍを生成し確立して、それ以降は、ｍ局２０とＢ局１０－２とは、共通鍵ＫＥＹＢｍにより暗号通信をする。

【0082】

このように、第４例によれば、ハンドオーバー時に共通鍵を認証のための情報として使うことにより、親局または子局のなりすましを防ぐことができる。

【0083】

図１２は、共通鍵のハンドオーバー方法の第５例を示す図である。
第５例では、子局が最初の親局のサービスエリア内での始業時の認証のために、前日の暗号通信が成立するかどうかを確認する。

【0084】

まず始業時に、親局であるＡ局１０－１は、前日の共通鍵ＫＥＹＡｍにより子局であるｍ局２０との暗号通信が成立することを確認する。これにより、Ａ局１０－１は、始業時にサービスエリア１１－１に存在するｍ局２０が正当であることを確認する。

【0085】

その後、移動する子局であるｍ局２０が、親局であるＡ局１０－１のサービスエリア１１－１に入った時点で、Ａ局１０－１とｍ局２０との間で実施例１に係る方法により偏波角から共通鍵ＫＥＹＡｍを生成し確立して、共通鍵ＫＥＹＡｍにより暗号通信をする。以降の動作態様は、図１１に示す第３の例と同一である。

【0086】

このように、第５例によれば、ハンドオーバー時に共通鍵を認証のための情報として使うことにより、親局または子局のなりすましを防ぐことができるだけでなく、始業時にも前日の共通鍵を認証のための情報として使うことにより、親局または子局のなりすましを防ぐことができる。