特開 2024-61970 暗号通信システム、暗号通信装置、暗号通信方法および暗号通信プログラム

(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】P2024061970

(43)【公開日】2024-05-09

(54)【発明の名称】暗号通信システム、暗号通信装置、暗号通信方法および暗号通信プログラム

(51)【国際特許分類】

   H04L 9/08 20060101AFI20240430BHJP

   H04L 9/12 20060101ALI20240430BHJP

【ＦＩ】

H04L9/08 A

H04L9/12

H04L9/08 E

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022169651

(22)【出願日】2022-10-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】301063496

【氏名又は名称】東芝デジタルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長嶋 悠貴

(72)【発明者】

【氏名】澤崎 武

(72)【発明者】

【氏名】鹿目 洋志

(57)【要約】

【課題】鍵ＩＤの通知用の通信プロトコルを必要とせずに、鍵の先読みによる通信の高速化を実現することができる暗号通信システムを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、送信装置は、暗号鍵先読み部と暗号チャンク生成部とを備える。暗号鍵先読み部は、平文データの入力前に平文データの暗号化用の暗号鍵を鍵管理システムから取得する。暗号チャンク生成部は、第１暗号鍵を用いて第１平文データを暗号化して得られた第１暗号データと、第１暗号鍵の第１鍵ＩＤとが格納される、第１平文データよりも後に送信される第２平文データの暗号化に用いられる第２暗号鍵の第２鍵ＩＤを埋め込んだパケットを生成する。受信装置は、暗号チャンク解析部と復号鍵先読み部とを備える。暗号チャンク解析部は、パケットを解析して第２鍵ＩＤを読み取る。復号鍵先読み部は、暗号チャンク解析部が読み取った第２鍵ＩＤに対応する第２暗号鍵を鍵管理システムから取得する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

暗号鍵の提供時に鍵ＩＤを通知し、かつ、鍵ＩＤが指定された暗号鍵の要求に応じて前記鍵ＩＤに対応する暗号鍵を返送するインターフェースを有し、量子鍵配送技術によって第１拠点と第２拠点との間で暗号鍵を共有化する鍵管理システムを用いて、前記鍵管理システムで管理される暗号鍵を前記第１拠点から取得する送信装置と、前記鍵管理システムで管理される暗号鍵を前記第２拠点から取得する受信装置とが暗号通信を実行する暗号通信システムであって、
前記送信装置は、
前記鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて平文データを暗号化する暗号化ロジックと、
平文データの入力前に前記平文データを暗号化するための暗号鍵を前記鍵管理システムから取得する暗号鍵先読み部と、
前記暗号鍵先読み部が取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶する暗号鍵記憶部と、
前記暗号化ロジックが第１暗号鍵を用いて第１平文データを暗号化して得られた第１暗号データと、前記第１暗号鍵の第１鍵ＩＤとが格納されるパケットであって、前記第１平文データよりも後に送信される第２平文データの暗号化に用いられる、前記暗号鍵記憶部に記憶されている第２暗号鍵の第２鍵ＩＤを埋め込んだパケットを生成する暗号チャンク生成部と、
を具備し、
前記受信装置は、
前記鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて暗号データを復号する復号ロジックと、
前記パケットを解析して前記第２鍵ＩＤを読み取る暗号チャンク解析部と、
前記暗号チャンク解析部が読み取った前記第２鍵ＩＤに対応する前記第２暗号鍵を前記鍵管理システムから取得する復号鍵先読み部と、
前記復号鍵先読み部が取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶する復号鍵記憶部と、
を具備する暗号通信システム。

【請求項2】

前記暗号チャンク生成部は、
前記パケットの生成時、前記パケットで送信される平文データよりも後に送信される平文データの暗号化に用いられる暗号鍵の鍵ＩＤを前記パケットに複数埋め込み、
第１タイミングで送信される前記パケットに埋め込む複数の鍵ＩＤと、前記第１タイミングに後続する第２タイミングで送信される前記パケットに埋め込む複数の鍵ＩＤとの一部を重複させ、
前記復号鍵先読み部は、前記暗号チャンク解析部が読み取った鍵ＩＤに対応する暗号鍵が前記復号鍵記憶部に記憶されている場合、前記暗号チャンク解析部が読み取った鍵ＩＤを破棄する、
請求項１に記載の暗号通信システム。

【請求項3】

前記インターフェースは、ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ０１４仕様に準拠するインターフェースである請求項１または２に記載の暗号通信システム。

【請求項4】

暗号鍵の提供時に鍵ＩＤを通知し、かつ、鍵ＩＤが指定された暗号鍵の要求に応じて前記鍵ＩＤに対応する暗号鍵を返送するインターフェースを有し、量子鍵配送技術によって２拠点間で暗号鍵を共有化する鍵管理システムから暗号鍵を取得して、送信対象の平文データを暗号化し、前記暗号化によって得られた暗号データを送信する暗号通信装置であって、
前記鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて平文データを暗号化する暗号化ロジックと、
平文データの入力前に前記平文データを暗号化するための暗号鍵を前記鍵管理システムから取得する暗号鍵先読み部と、
前記暗号鍵先読み部が取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶する暗号鍵記憶部と、
前記暗号化ロジックが第１暗号鍵を用いて第１平文データを暗号化して得られた第１暗号データと、前記第１暗号鍵の第１鍵ＩＤとが格納されるパケットであって、前記第１平文データよりも後に送信される第２平文データの暗号化に用いられる、前記暗号鍵記憶部に記憶されている第２暗号鍵の第２鍵ＩＤを埋め込んだパケットを生成する暗号チャンク生成部と、
を具備する暗号通信装置。

【請求項5】

前記暗号チャンク生成部は、
前記パケットの生成時、前記パケットで送信される平文データよりも後に送信される平文データの暗号化に用いられる暗号鍵の鍵ＩＤを前記パケットに複数埋め込み、
第１タイミングで送信される前記パケットに埋め込む複数の鍵ＩＤと、前記第１タイミングに後続する第２タイミングで送信される前記パケットに埋め込む複数の鍵ＩＤとの一部を重複させる、
請求項４に記載の暗号通信装置。

【請求項6】

暗号鍵の提供時に鍵ＩＤを通知し、かつ、鍵ＩＤが指定された暗号鍵の要求に応じて前記鍵ＩＤに対応する暗号鍵を返送するインターフェースを有し、量子鍵配送技術によって２拠点間で暗号鍵を共有化する鍵管理システムから暗号鍵を取得して、受信した暗号データを復号する暗号通信装置であって、
前記鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて暗号データを復号する復号ロジックと、
第１暗号鍵を用いて復号可能な第１暗号データと、前記第１暗号鍵の第１鍵ＩＤとが格納されるパケットであって、前記第１暗号データよりも後に送信されてくる第２暗号データを復号可能な第２暗号鍵の第２鍵ＩＤが埋め込まれたパケットを解析して、前記第２鍵ＩＤを読み取る暗号チャンク解析部と、
前記暗号チャンク解析部が読み取った前記第２鍵ＩＤに対応する前記第２暗号鍵を前記鍵管理システムから取得する復号鍵先読み部と、
前記復号鍵先読み部が取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶する復号鍵記憶部と、
を具備する暗号通信装置。

【請求項7】

前記復号鍵先読み部は、前記暗号チャンク解析部が読み取った鍵ＩＤに対応する暗号鍵が前記復号鍵記憶部に記憶されている場合、前記暗号チャンク解析部が読み取った鍵ＩＤを破棄する請求項６に記載の暗号通信装置。

【請求項8】

前記インターフェースは、ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ０１４仕様に準拠するインターフェースである請求項４～７のいずれか１項に記載の暗号通信装置。

【請求項9】

暗号鍵の提供時に鍵ＩＤを通知し、かつ、鍵ＩＤが指定された暗号鍵の要求に応じて前記鍵ＩＤに対応する暗号鍵を返送するインターフェースを有し、量子鍵配送技術によって第１拠点と第２拠点との間で暗号鍵を共有化する鍵管理システムを用いて、前記鍵管理システムで管理される暗号鍵を前記第１拠点から取得する送信装置と、前記鍵管理システムで管理される暗号鍵を前記第２拠点から取得する受信装置とが暗号通信を実行する暗号通信システムにおいて実行される暗号通信方法であって、
前記送信装置が、
前記鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて平文データを暗号化することと、
平文データの入力前に前記平文データを暗号化するための暗号鍵を前記鍵管理システムから取得することと、
前記取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶することと、
第１暗号鍵を用いて第１平文データを暗号化して得られた第１暗号データと、前記第１暗号鍵の第１鍵ＩＤとが格納されるパケットであって、前記第１平文データよりも後に送信される第２平文データの暗号化に用いられる、前記記憶している第２暗号鍵の第２鍵ＩＤを埋め込んだパケットを生成することと、
を具備し、
前記受信装置が、
前記鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて暗号データを復号することと、
前記パケットを解析して前記第２鍵ＩＤを読み取ることと、
前記読み取った前記第２鍵ＩＤに対応する前記第２暗号鍵を前記鍵管理システムから取得することと、
前記取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶することと、
を具備する暗号通信方法。

【請求項10】

暗号鍵の提供時に鍵ＩＤを通知し、かつ、鍵ＩＤが指定された暗号鍵の要求に応じて前記鍵ＩＤに対応する暗号鍵を返送するインターフェースを有し、量子鍵配送技術によって第１拠点と第２拠点との間で暗号鍵を共有化する鍵管理システムを用いて、前記鍵管理システムで管理される暗号鍵を前記第１拠点から取得する送信装置と、前記鍵管理システムで管理される暗号鍵を前記第２拠点から取得する受信装置とが暗号通信を実行する暗号通信システムにおいて適用されるプログラムであって、
前記送信装置を、
前記鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて平文データを暗号化する暗号化ロジック、
平文データの入力前に前記平文データを暗号化するための暗号鍵を前記鍵管理システムから取得する暗号鍵先読み部、
前記暗号鍵先読み部が取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶する暗号鍵記憶部、
前記暗号化ロジックが第１暗号鍵を用いて第１平文データを暗号化して得られた第１暗号データと、前記第１暗号鍵の第１鍵ＩＤとが格納されるパケットであって、前記第１平文データよりも後に送信される第２平文データの暗号化に用いられる、前記暗号鍵記憶部に記憶されている第２暗号鍵の第２鍵ＩＤを埋め込んだパケットを生成する暗号チャンク生成部、
として機能させ、
前記受信装置を、
前記鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて暗号データを復号する復号ロジック、
前記パケットを解析して前記第２鍵ＩＤを読み取る暗号チャンク解析部、
前記暗号チャンク解析部が読み取った前記第２鍵ＩＤに対応する前記第２暗号鍵を前記鍵管理システムから取得する復号鍵先読み部、
前記復号鍵先読み部が取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶する復号鍵記憶部、
として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【背景技術】

【0002】

量子鍵配送技術（ＱＫＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を利用して２拠点間で共有化した乱数を共通鍵（暗号鍵、復号鍵）として利用し、ワンタイムパッド（ＯＴＰ）等の安全な暗号通信を行う方法が知られている。

【0003】

このＱＫＤを利用した暗号通信アプリケーション（暗号通信装置）の通信を高速化する方法として、平文を受け付ける前の暗号鍵の先読みと、暗号文を受け付ける前の復号鍵の先読みとを行う方法が提案されている。

【0004】

また、暗号通信アプリケーションに対して、ＱＫＤを利用して共有化した鍵を提供する方法として、鍵管理システムを設置する方法が知られている。この鍵管理システムと暗号通信アプリケーションとの間の鍵のやり取りを定めた代表的なインターフェース仕様として、「ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ０１４」がある。

【0005】

このインターフェースでは、まず、暗号鍵と共に鍵ＩＤが発番され、復号鍵を取得する際には、同じ鍵ＩＤを指定することで、対応する復号鍵を得られる仕組みである。そのため、暗号化を行う装置は、鍵管理システムから鍵を取得した後、何らかの方法で、復号を行う装置に鍵ＩＤを通知する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－１６１５５７号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】欧州電気通信標準化機構：ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ ０１４ Ｖ１．１．１，２０２２－０２，ｐ．１０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

「ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ０１４」準拠の鍵取得インターフェースには、復号鍵を得るためには鍵ＩＤが必要という特徴がある。従って、同インターフェース（または同様の特徴を持つ鍵取得インターフェース）を採用する鍵管理システムとの組み合わせで鍵の先読みを実現しようとすると、暗号化を行う側の通信アプリケーションから復号を行う側の通信アプリケーションへ事前に鍵ＩＤを通知することが必要である。

【0009】

そのため、「ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ０１４」準拠の鍵取得インターフェースを採用する鍵管理システムとの組み合わせで鍵を先読みする手法には、鍵ＩＤの通知用の通信プロトコルが必要となることや、追加のネットワーク要件（通信ポートをファイアウォールで許可するなど）が生まれる等のデメリットがあり、本手法の通信アプリケーションでの活用が難しかった。

【0010】

本発明の１つの実施形態は、鍵ＩＤの通知用の通信プロトコル等を必要とせずに、鍵の先読みによる通信の高速化を実現することができる暗号通信システム、暗号通信装置、暗号通信方法および暗号通信プログラムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

実施形態によれば、暗号通信システムは、暗号鍵の提供時に鍵ＩＤを通知し、かつ、鍵ＩＤが指定された暗号鍵の要求に応じて前記鍵ＩＤに対応する暗号鍵を返送するインターフェースを有し、量子鍵配送技術によって第１拠点と第２拠点との間で暗号鍵を共有化する鍵管理システムを用いて、鍵管理システムで管理される暗号鍵を第１拠点から取得する送信装置と、鍵管理システムで管理される暗号鍵を第２拠点から取得する受信装置とが暗号通信を実行する。送信装置は、暗号化ロジックと、暗号鍵先読み部と、暗号鍵記憶部と、暗号チャンク生成部と、を具備する。暗号化ロジックは、鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて平文データを暗号化する。暗号鍵先読み部は、平文データの入力前に平文データを暗号化するための暗号鍵を鍵管理システムから取得する。暗号鍵記憶部は、暗号鍵先読み部が取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶する。暗号チャンク生成部は、暗号化ロジックが第１暗号鍵を用いて第１平文データを暗号化して得られた第１暗号データと、第１暗号鍵の第１鍵ＩＤとが格納されるパケットであって、第１平文データよりも後に送信される第２平文データの暗号化に用いられる、暗号鍵記憶部に記憶されている第２暗号鍵の第２鍵ＩＤを埋め込んだパケットを生成する。受信装置は、復号ロジックと、暗号チャンク解析部と、復号鍵先読み部と、復号鍵記憶部と、を具備する。復号ロジックは、鍵管理システムから取得される暗号鍵を用いて暗号データを復号する。暗号チャンク解析部は、パケットを解析して第２鍵ＩＤを読み取る。復号鍵先読み部は、暗号チャンク解析部が読み取った第２鍵ＩＤに対応する第２暗号鍵を鍵管理システムから取得する。復号鍵記憶部は、復号鍵先読み部が取得した暗号鍵を鍵ＩＤと共に記憶する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態の暗号通信システムの一構成例を示す図。

【図2】図１の暗号化処理部の機能ブロック図。

【図3】図１の暗号鍵記憶部が記憶するデータテーブルの一例を示す図。

【図4】図１の復号処理部の機能ブロック図。

【図5】実施形態の暗号通信システムの処理を表すフローチャート。

【図6】図２の暗号鍵先読み部による暗号鍵先読み処理の詳細を表すフローチャート。

【図7】図２の暗号鍵先読み部が鍵管理システムから取得する暗号鍵および鍵ＩＤのデータ形式の一例を示す図。

【図8】実施形態の暗号通信システムの送信処理の詳細を表すフローチャート。

【図9】図１の暗号化処理部による暗号化処理の詳細を表すフローチャート。

【図10】実施形態の暗号通信システムの受信処理の詳細を表すフローチャート。

【図11】図１の復号処理部による復号処理の詳細を表すフローチャート。

【図12】図１の暗号化処理部が生成する暗号チャンクのデータテーブルの一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

【0014】

図１は、実施形態の暗号通信システム１００の一構成例を示す図である。

【0015】

暗号通信アプリケーション［１］１と暗号通信アプリケーション［２］１とは、それぞれ異なるコンピュータ上で実行されるプログラムであり、入力されたデータを暗号化して互いに送信し合うプログラムである。ここでは、拠点［１］と拠点［２］とを結んだリモート会議が開催されており、拠点［１］のコンピュータ上で動作する暗号通信アプリケーション［１］１は、入力された音声（拠点［１］での発声音）および映像（拠点［１］での撮画像またはコンピュータ上の表示画像）を暗号化して暗号データとして拠点［２］のコンピュータ上で動作する暗号通信アプリケーション［２］１へ送信し、一方、この暗号データを受信した暗号通信アプリケーション［１］１は、その暗号データを復号して原形の音声および映像を出力し、また、これと並行して、暗号通信アプリケーション［２］１は、入力された音声および映像を暗号化して暗号データとして暗号通信アプリケーション［１］１へ送信し、一方、この暗号データを受信した暗号通信アプリケーション［１］１は、その暗号データを復号して原形の音声および映像を出力する状況を想定する。なお、音声および映像を暗号通信の対象として想定するが、これらに限らず、実施形態の暗号通信システム１００は、文書ファイルやＣＳＶファイルのデータなど、様々な種類のデータを対象とすることができる。

【0016】

また、ここでは、暗号通信を実行する主体である暗号通信装置として、コンピュータ上で実行される一プログラムである暗号通信アプリケーション１を例示するが、暗号通信装置は、専用のハードウェア機器として実現されるものであってもよい。

【0017】

暗号通信アプリケーション１は、音声および映像を暗号化するための暗号鍵および暗号データを復号するための復号鍵を鍵管理システム２から取得する。より具体的には、暗号通信アプリケーション［１］１は、暗号鍵および復号鍵を鍵管理システム［１］２から取得し、また、暗号通信アプリケーション［２］１は、暗号鍵および復号鍵を鍵管理システム［２］２から取得する。ここで、たとえば暗号通信アプリケーション［１］１が音声および映像の暗号化のために用いる暗号鍵と、この暗号鍵を用いて暗号化されている暗号データを暗号通信アプリケーション［２］１が復号するために用いる復号鍵とは、同一の鍵である。つまり、暗号通信アプリケーション［１］１と暗号通信アプリケーション［２］１とは、共通鍵暗号方式で暗号化および復号を行う。以下、暗号通信アプリケーション１が暗号データの復号に用いる鍵（復号鍵）を、共通鍵とも称することがあるかもしれないし、また、（音声および映像の暗号化に用いられた）暗号鍵とも称することがあるかもしれない。

【0018】

鍵管理システム２は、量子鍵配送を実行するＱＫＤ装置３を介して他の鍵管理システム２との間で共通鍵を共有し、この共通鍵を暗号鍵と復号鍵とに振り分けて暗号通信アプリケーション１に提供する。量子鍵配送は、光子の挙動を利用する技術であり、ＱＫＤ装置３は、他のＱＫＤ装置３との間で光ファイバ（または真空）を媒体として光子により共通鍵生成用の乱数等の情報を送受信する。光子の伝搬路（媒体）上で盗聴が行われると、光子の挙動が変化するので、ＱＫＤ装置３は、盗聴を検知することができる。

【0019】

鍵管理システム２は、たとえば「ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ０１４」準拠の、復号鍵の取得時に鍵ＩＤの指定が必要な鍵取得インターフェースを有する。たとえば、暗号通信アプリケーション［１］１から暗号通信アプリケーション［２］１へ（音声および映像を暗号化した）暗号データを送信する場合、暗号通信アプリケーション［１］１は、鍵管理システム［１］２に暗号鍵を要求する。この要求を受けた鍵管理システム［１］２は、暗号鍵を当該暗号鍵の鍵ＩＤと共に暗号通信アプリケーション［１］１に提供する。暗号通信アプリケーション［１］１は、提供された暗号鍵を用いて音声および映像を暗号化し、得られた暗号データを暗号通信アプリケーション［２］１へ送信する。

【0020】

一方、暗号通信アプリケーション［２］１は、暗号通信アプリケーション［１］１から受信した暗号データを復号するための復号鍵を鍵管理システム［２］２から取得する。この復号鍵の取得時、暗号通信アプリケーション［２］１は、鍵ＩＤを指定して、鍵管理システム［２］２に対して当該鍵ＩＤに対応する復号鍵を要求する。従って、暗号通信アプリケーション［１］１は、音声および映像の暗号化に用いた暗号鍵の鍵ＩＤを、暗号通信アプリケーション［２］１へ何らかの方法で通知する必要がある。これは、逆方向の、暗号通信アプリケーション［２］１から暗号通信アプリケーション［１］１へ（音声および映像を暗号化した）暗号データを送信する場合も同様である。

【0021】

そこで、実施形態の暗号通信システム１００は、復号鍵の取得に鍵ＩＤを必要とするインターフェースを有する鍵管理システムを利用しつつ、通信の高速化のための鍵の先読みを実現するにあたり、鍵ＩＤの通知用の通信プロトコル等を必要としない仕組みを備えたものであり、以下、この点について詳述する。

【0022】

まず、暗号通信アプリケーション１の構成について説明する。図１に示すように、暗号通信アプリケーション１は、入力部１１、暗号化処理部１２、送信部１３、出力部１４、復号処理部１５および受信部１６を有する。

【0023】

入力部１１は、コンピュータのマイクロフォンやカメラから入力された音声や映像を符号化する。なお、前述のように、実施形態の暗号通信システム１００は、様々な種類のデータを暗号通信の対象とすることができるので、音声や映像に限らず、入力部１１には、文書ファイルやＣＳＶファイルのデータなど、様々な種類のデータが入力され得る。

【0024】

暗号化処理部１２は、入力部１１が符号化した映像・音声信号（平文データ）に対して暗号化を施す。

【0025】

送信部１３は、暗号化処理部１２が暗号化した映像・音声信号を、他の暗号通信アプリケーション１に送信する。

【0026】

出力部１４は、復号処理部１５が復号した映像・音声信号を、コンピュータのスピーカやディスプレイから出力する。

【0027】

復号処理部１５は、受信部１６が受信した映像・音声信号を復号する。

【0028】

受信部１６は、他の暗号通信アプリケーション１から、暗号化された映像・音声信号を受信する。

【0029】

図２は、暗号化処理部１２の機能ブロック図である。

【0030】

図２に示すように、暗号化処理部１２は、暗号化ロジック１２１、暗号チャンク生成部１２２、暗号鍵記憶部１２３および暗号鍵先読み部１２４を有する。また、暗号化処理部１２は、入力部１１、送信部１３および鍵管理システム２と接続される。

【0031】

暗号化ロジック１２１は、暗号鍵記憶部１２３に記憶されている暗号鍵を用いて、入力部１１が入力する音声や映像を暗号化する。

【0032】

暗号チャンク生成部１２２は、暗号化ロジック１２１から出力される暗号データを暗号チャンク（パケット）として整形する。暗号チャンク生成部１２２の詳細については後述する。暗号チャンク生成部１２２は、暗号チャンクを送信部１３へ入力する。

【0033】

暗号鍵記憶部１２３は、暗号化ロジック１２１から高速にアクセスできるメインメモリ等の領域である。暗号鍵記憶部１２３は、図３に示すようなデータテーブル１２３１を記憶する。

【0034】

図３に示すように、データテーブル１２３１は、鍵ＩＤフィールド、鍵データフィールド、オフセット情報フィールドを有する。

【0035】

鍵ＩＤは、鍵管理システム２が管理する暗号鍵を一意に特定するための識別子である。

【0036】

鍵データは、（後述する暗号鍵先読み部１２４が）鍵ＩＤと共に鍵管理システム２から取得した暗号鍵であり、たとえば乱数列である。

【0037】

オフセット情報は、鍵データから必要サイズ分のバイト列だけ取り出して暗号化処理に使用し、余ったバイト列は次回の暗号化処理で使用する場合に、使用済みのバイト位置を示す情報である。

【0038】

暗号鍵先読み部１２４は、入力部１１から音声や映像が入力される前に当該音声や映像を暗号化するための暗号鍵を鍵ＩＤと共に鍵管理システム２から取得する。暗号鍵先読み部１２４の詳細については後述する。暗号鍵先読み部１２４が取得した暗号鍵および鍵ＩＤは、暗号鍵記憶部１２３のデータテーブル１２３１に格納される。

【0039】

図４は、復号処理部１５の機能ブロック図である。

【0040】

図４に示すように、復号処理部１５は、暗号チャンク解析部１５１、復号ロジック１５２、復号鍵先読み部１５３および復号鍵記憶部１５４を有する。また、復号処理部１５は、受信部１６、出力部１４および鍵管理システム２と接続される。

【0041】

暗号チャンク解析部１５１は、受信部１６が受信する暗号チャンクを解析して、その暗号チャンクで送られてきた暗号データを復号するための復号鍵の鍵ＩＤと、当該暗号データよりも後に送られてくる予定の暗号データを復号するための、先読みしておくべき復号鍵の鍵ＩＤとを取得する。暗号チャンク解析部１５１の詳細については後述する。暗号チャンク解析部１５１は、解析対象の暗号チャンクで送られてきた暗号データおよび当該暗号データを復号するための復号鍵の鍵ＩＤを復号ロジック１５２へ転送し、当該暗号データよりも後に送られてくる予定の暗号データを復号するための、先読みしておくべき復号鍵の鍵ＩＤを復号鍵先読み部１５３へ転送する。

【0042】

復号ロジック１５２は、暗号チャンク解析部１５１から受け取った鍵ＩＤに対応する復号鍵を復号鍵記憶部１５４から取得し、その復号鍵を用いて、同じく暗号チャンク解析部１５１から受け取った暗号データを復号する。復号ロジック１５２は、暗号データを復号することで得られた音声や映像を出力部１４へ転送する。

【0043】

復号鍵先読み部１５３は、暗号チャンク解析部１５１から受け取った鍵ＩＤに対応する復号鍵を鍵管理システム２から取得する。復号鍵先読み部１５３が取得した復号鍵は、鍵ＩＤと共に復号鍵記憶部１５４内の後述するデータテーブル１５４１に格納される。

【0044】

復号鍵記憶部１５４は、復号ロジック１５２から高速にアクセスできるメインメモリ等の領域である。復号鍵記憶部１５４は、復号鍵先読み部１５３が取得した復号鍵を鍵ＩＤと共に格納するデータテーブル１５４１を記憶する。なお、データテーブル１５４１の構成は、前述のデータテーブル１２３１（図３参照）と共通である。

【0045】

図５は、暗号通信アプリケーション１の処理を表すフローチャートである。

【0046】

暗号通信アプリケーション１は、起動時に、通信先の暗号通信アプリケーション１と鍵管理システム２の指定をユーザから受け付ける（Ｓ１０１）。

【0047】

続いて、暗号通信アプリケーション１では、暗号化処理部１２の暗号鍵先読み部１２４が、指定された鍵管理システム２からの鍵の先読みを開始する（Ｓ１０２）。この暗号鍵先読み部１２４による鍵管理システム２からの鍵の先読みは、暗号通信アプリケーション１が稼働している間、継続的に実行される。

【0048】

以降、暗号通信アプリケーション１は、入力部１１または受信部１６にデータが入力されるまで待機状態となり（Ｓ１０３）、入力部１１にコンピュータのマイクやカメラから音声や映像が入力されれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、送信処理を実行し（Ｓ１０５）、受信部１６が他の暗号通信アプリケーション１から暗号データを受信すれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、受信処理（Ｓ１０７）と、出力部１４による出力を行う（Ｓ１０８）。暗号通信アプリケーション１は、送信処理（Ｓ１０５）、または、受信処理（Ｓ１０７）および出力部１４による出力（Ｓ１０８）を完了すると、待機状態（Ｓ１０３）に戻る。

【0049】

続いて、以下に、Ｓ１０２で開始する暗号鍵先読み処理、Ｓ１０５の送信処理、Ｓ１０７の受信処理の詳細について説明する。

【0050】

図６は、暗号鍵先読み部１２４による暗号鍵先読み処理の詳細を表すフローチャートである。

【0051】

暗号鍵先読み部１２４は、まず、ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ０１４を例とする通信プロトコルを用いて、鍵管理システム２から暗号鍵と鍵ＩＤを取得する（Ｓ２０１）。この際に必要となる接続先などの情報は、図５に示した暗号通信アプリケーションのフローチャートのステップＳ１０１で入力済みである。

【0052】

暗号鍵先読み部１２４は、暗号鍵と鍵ＩＤを、たとえば図７に示すデータ形式で鍵管理システム２から取得し、図３に示すデータ形式で暗号鍵記憶部１２３に追加（データテーブル１２３１に格納）する（Ｓ２０２）。この時、暗号鍵先読み部１２４は、鍵データをＢａｓｅ６４形式から元のバイト列へデコードし、オフセット情報は０とする。また、暗号鍵先読み部１２４は、鍵ＩＤをＵＵＩＤ形式から整数値に変換しても良い。

【0053】

この時点で、暗号鍵先読み部１２４は、暗号鍵記憶部１２３に格納されている鍵の個数を確認し、あらかじめ定められた上限個数と比較する（Ｓ２０３）。鍵の個数が上限に達している場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、暗号鍵先読み部１２４は、処理を一時停止し、一定時間待機した後（Ｓ２０４）、Ｓ２０３に戻って再度鍵の個数を確認する。鍵の個数が上限に達していない場合は（Ｓ２０３：ＮＯ）、暗号鍵先読み部１２４は、Ｓ２０１以降を再び実施する。

【0054】

図８は、暗号通信アプリケーション１の送信処理（図５：Ｓ１０５）の詳細を表すフローチャートである。

【0055】

まず、入力部１１が、音声や映像を入力すると、これを符号化して、映像・音声ストリームを生成する（Ｓ３０１）。さらに、入力部１１は、ストリームを時間やフレーム等の単位で細切れ（チャンク）に分割する（Ｓ３０２）。これは、ストリーミング処理と呼ばれ、映像・音声の転送をリアルタイムに行う際に一般的な処理である。

【0056】

続いて、入力部１１は、チャンクに分割された音声・映像を、暗号化処理部１２へと入力する（Ｓ３０３）。

【0057】

暗号化処理部１２は、後述する暗号化処理（図８）を行った後、後述する暗号チャンク（図１２）として整形する（Ｓ３０４）。

【0058】

その後、送信部１３が、当該暗号チャンクを送信する（Ｓ３０５）。この際の通信プロトコルは任意だが、たとえば、ＲＴＰ（Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）やＳＲＴＰ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を使用してもよい。

【0059】

図９は、暗号化処理部１２による暗号化処理の詳細を表すフローチャートである。

【0060】

まず、暗号化処理部１２は、音声・映像チャンクの入力を受けると、暗号化に必要な長さの鍵データが暗号鍵記憶部１２３に蓄積されているかどうか調べる（Ｓ４０１）。

【0061】

暗号鍵記憶部１２３に十分な鍵データがある場合（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、暗号化処理部１２は、暗号鍵記憶部１２３から暗号鍵を取得し（Ｓ４０２）、取得した暗号鍵を暗号鍵記憶部１２３から削除するか、あるいは、暗号鍵中の一部のバイト列のみを取得した場合にはオフセット情報を更新する（Ｓ４０３）。

【0062】

続いて、暗号化処理部１２は、暗号化ロジック１２１により、音声・映像チャンクを暗号化する（Ｓ４０４）。また、暗号化ロジック１２１は、暗号鍵記憶部１２３にある鍵ＩＳの一覧を取得する（Ｓ４０５）。これは、後続の、詳細は後述する暗号チャンク生成部１２２による処理（Ｓ４０６）において後述する暗号チャンク（図１２）を整形する際に先読み用鍵ＩＤとして付加する（埋め込む）ためである。暗号化処理部１２は、暗号チャンク生成部１２２により、暗号チャンクを整形し（Ｓ４０６）、最後に、暗号チャンクを送信部１３へ出力し（Ｓ４０７）、暗号化処理を終了する。

【0063】

一方、暗号鍵記憶部１２３に十分な鍵データがない場合（Ｓ４０１：ＮＯ）は、暗号化処理部１２は、入力データを捨てて（Ｓ４０８）、暗号化処理を終了する（S448）。ただし、暗号化処理による遅延時間が問題にならない場合は、鍵データが蓄積されるのを待ってから、Ｓ４０１を再試行しても良い 。

【0064】

図１０は、暗号通信アプリケーション１の受信処理（図５：Ｓ１０７）の詳細を表すフローチャートである。

【0065】

まず、受信部１６が、暗号チャンクを受信すると、これを復号処理部１５に入力する（Ｓ５０１）。復号処理部１５は、入力された暗号チャンクの復号処理を行い、音声・映像チャンクを生成する（Ｓ５０２）。

【0066】

続いて、復号処理部１５は、音声・映像チャンクから、ストリームを生成する（Ｓ５０３）。復号処理部１５は、生成したストリームを出力部１４へ転送する。

【0067】

出力部１４は、復号処理部１５からストリームを受け取ると、スピーカから音声を出力し、また、映像をディスプレイに表示する（Ｓ５０４）。

【0068】

図１１は、復号処理部１５による復号処理の詳細を表すフローチャートである。

【0069】

まず、復号処理部１５は、暗号チャンクの入力を受けると、暗号チャンク解析部１５１により、その暗号チャンクを解析し、復号用鍵ＩＤと先読み用鍵ＩＤとを取得する（Ｓ６０１）。

【0070】

続いて、復号処理部１５は、取得した先読み用鍵ＩＤを復号鍵先読み部１５３に通知し、復号鍵の先読みを要求する（Ｓ６０２）。これを受けて、復号鍵先読み部１５３は、先読み用鍵ＩＤに一致する復号鍵を鍵管理システム２から取得する（Ｓ６５１）。取得した復号鍵を復号鍵記憶部１５４に格納する手順は、暗号鍵先読み部１２４による暗号鍵先読み処理の詳細で説明した手順と同一である（図６参照）。

【0071】

この復号鍵の先読み処理（Ｓ６５１、Ｓ６５２）は、復号処理部１５の復号処理とは非同期に実行される。すなわち、復号処理部１５は、先読み処理の完了を待つことなく次の処理に遷移し、復号用鍵ＩＤと一致する復号鍵を復号鍵記憶部１５４から取得する（Ｓ６０３。

【0072】

復号鍵記憶部１５４からの復号鍵の取得に成功した場合（Ｓ６０４：ＹＥＳ）、復号処理部１５は、取得した復号鍵を復号鍵記憶部１５４から削除（復号鍵中の一部のバイト列のみを取得した場合はオフセット情報を更新）し（Ｓ６０５）、復号ロジック１５２により、暗号チャンクの暗号ペイロード部分を復号する（Ｓ６０６）。復号処理部１５は、復号された音声・映像チャンクを出力部１４へ出力し（Ｓ６０７）、復号処理を終了する。

【0073】

一方、復号鍵記憶部１５４から復号鍵が取得できなかった場合（Ｓ６０４：ＮＯ）は、復号処理部１５は、入力データを捨てて（Ｓ６０８）、復号処理を終了する。

【0074】

図１２は、暗号化処理部が生成する暗号チャンクのデータテーブルの一例を示す図である。

【0075】

暗号化ペイロードは、暗号鍵の乱数列を使用して音声・映像チャンクを暗号化したものに相当する。

【0076】

復号用鍵ＩＤとオフセット情報は、いずれも暗号化ペイロードを復号するために必要な情報である。復号用鍵ＩＤは、暗号化に使用した暗号鍵の暗号鍵ＩＤと同一であり、オフセット情報は、暗号化に使用した乱数列の暗号鍵中の開始位置を指定する。また、暗号化ペイロードが複数の暗号鍵を連結した乱数列を使用して暗号化されるという場合も発生し得るため、復号用鍵ＩＤおよびオフセット情報は複数指定可能とし、暗号チャンクのデータテーブルは、これらの個数情報（復号用鍵ＩＤの個数）を持つ。

【0077】

先読み用鍵ＩＤは、送信側の暗号通信アプリケーション１の暗号鍵記憶部１２３に先読みされた暗号鍵であり、受信側の暗号通信アプリケーション１がこれから先読みすべき復号鍵のＩＤの一覧である。この時、先読み用鍵ＩＤ一覧は可変長となるため、暗号チャンクのデータテーブルは、その長さを特定するために、個数情報（先読み用鍵ＩＤの個数）を持つ。

【0078】

以上のように、実施形態の暗号通信システム１００においては、鍵の先読みによる通信速度向上の恩恵を受けつつも、暗号通信アプリケーション１間（暗号通信アプリケーション［１］１と暗号通信アプリケーション［２］１との間）で特別な通信プロトコルを用いる必要がないため、様々な通信アプリケーションで量子鍵配送技術（ＱＫＤ）により共有された暗号鍵・復号鍵を利用した暗号化を活用することができる。

【0079】

つまり、実施形態の暗号通信システム１００は、鍵ＩＤの通知用の通信プロトコル等を必要とせずに、鍵の先読みによる通信の高速化を実現することができる。

【0080】

ところで、実施形態の暗号通信システム１００においては、送信側の暗号通信アプリケーション１が、暗号データおよび当該暗号データの暗号化に用いた暗号鍵のＩＤを受信側の暗号通信アプリケーション１へ送信するための暗号チャンクを整形する際、受信側の暗号通信アプリケーション１が先読みすべき復号鍵のＩＤを埋め込む。この暗号チャンクに埋め込む先読みすべき復号鍵のＩＤについては、たとえば、時系列的に連続して送受信される暗号チャンク間で一部の先読みすべき復号鍵のＩＤが重複するように暗号チャンクへの先読みすべき復号鍵のＩＤの埋め込みを行うようにしてもよい。

【0081】

たとえば、送信側の暗号通信アプリケーション１において、暗号鍵ＩＤが１～６の暗号鍵が先読みされたとき、１個目の暗号チャンクに１～４のＩＤを埋め込み、２個目の暗号チャンクに３～６のＩＤを埋め込むようにしてもよい。この場合、１～６の中の３，４が重複して２つの暗号チャンクに埋め込まれている、
この場合、仮に、１個目または２個目の暗号チャンクにパケットロスが起きると、その暗号チャンクに含まれる先読みすべき復号鍵のＩＤのすべてが不達となるところ、一部のＩＤについては他の暗号チャンクでリカバリーされることになる。

【0082】

すなわち、実施形態の暗号通信システム１００は、埋め込む鍵ＩＤの範囲や個数を調整し、複数の暗号チャンクに同一の先読み用鍵ＩＤを埋め込むことで、暗号通信アプリケーションが再送制御を行わない場合に先読み用鍵ＩＤが不達となる可能性を低減できる。

【0083】

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。

【符号の説明】

【0084】

１…暗号通信アプリケーション、２…鍵管理システム、３…ＱＫＤ装置、１１…入力部、１２…暗号化処理部、１３…送信部、１４…出力部、１５…復号処理部、１６…受信部、１００…暗号通信システム、１２１…暗号化ロジック、１２２…暗号チャンク生成部、１２３…暗号鍵記憶部、１２４…処理部、１５１…暗号チャンク解析部、１５２…復号ロジック、１５４…復号鍵記憶部、１２３１、１５４１…データテーブル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】