特許 7395455 転送装置、鍵管理サーバ装置、通信システム、転送方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-01

(45)【発行日】2023-12-11

(54)【発明の名称】転送装置、鍵管理サーバ装置、通信システム、転送方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04L 9/12 20060101AFI20231204BHJP

   H04L 9/36 20060101ALI20231204BHJP

【ＦＩ】

H04L9/12

H04L9/36

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020186158

(22)【出願日】2020-11-06

(65)【公開番号】P2022075398

(43)【公開日】2022-05-18

【審査請求日】2023-02-03

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、総務省「グローバル量子暗号通信網構築のための研究開発」に関する委託研究（ＪＰＭＩ００３６１）、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 康之

(72)【発明者】

【氏名】山浦 隆博

(72)【発明者】

【氏名】谷澤 佳道

【審査官】行田 悦資

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００９７７９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１４４２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０５７２８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０３９１６２３９（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１９１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１４９３２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１６－５２８７５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｌ ９／１２

Ｈ０４Ｌ ９／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

量子鍵配送を用いて復号鍵を生成する鍵管理サーバ装置に接続された転送装置であって、
携帯電話網管理サーバ装置から、復号対象パケットを指定する情報を受け付ける受付部と、
受信パケットを受信するパケット受信処理部と、
前記受信パケットが、前記携帯電話網管理サーバ装置から指定された前記復号対象パケットである場合、前記受信パケットを復号する復号処理部と、
復号された前記受信パケット、または、復号されていない前記受信パケットを転送する転送処理部と、
を備える転送装置。

【請求項2】

前記復号処理部は、前記受信パケットが復号対象パケットである場合、前記鍵管理サーバ装置に復号鍵生成要求を送信せずに、前記鍵管理サーバ装置から提供された復号鍵を用いて、前記受信パケットを復号する、
請求項１に記載の転送装置。

【請求項3】

前記携帯電話網管理サーバ装置は、携帯電話網内のバックホールに含まれるコアネットワーク装置である、
請求項１又は２に記載の転送装置。

【請求項4】

前記受付部は、前記携帯電話網管理サーバ装置から、前記復号対象パケットを指定する情報を、パケット通信のＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）パラメータの一部として受け付ける、
請求項３に記載の転送装置。

【請求項5】

量子鍵配送を用いて暗号鍵を生成する鍵管理サーバ装置に接続された転送装置であって、
携帯電話網管理サーバ装置から、暗号化対象パケットを指定する情報を受け付ける受付部と、
受信パケットを受信するパケット受信処理部と、
前記受信パケットが前記暗号化対象パケットである場合、前記鍵管理サーバ装置に暗号鍵生成要求を送信し、前記鍵管理サーバ装置から提供された暗号鍵を用いて、前記受信パケットを暗号化する暗号化処理部と、
暗号化された前記受信パケット、または、暗号化されていない前記受信パケットを転送する転送処理部と、
を備える転送装置。

【請求項6】

転送装置と接続された鍵管理サーバ装置であって、
量子鍵配送によってビット列を共有する鍵配送処理部と、
携帯電話網管理サーバ装置から前記転送装置へ暗号化対象パケットが指定された場合、前記転送装置から送信された暗号鍵生成要求に応じて、前記暗号化対象パケットを暗号化する暗号鍵を、前記ビット列から生成する暗号鍵生成部と、
前記暗号鍵を識別する鍵識別情報と、前記暗号鍵の長さを示す鍵長とを含む制御信号を、対向の鍵管理サーバ装置に送信する制御信号処理部と、
を備える鍵管理サーバ装置。

【請求項7】

携帯電話網管理サーバ装置と、第１の鍵管理サーバ装置と、第２の鍵管理サーバ装置と、第１の転送装置と、第２の転送装置とを備え、
前記第１の転送装置は、
前記携帯電話網管理サーバ装置から、暗号化対象パケットを指定する情報を受け付ける受付部と、
第１のネットワークを介して第１の受信パケットを受信するパケット受信処理部と、
前記第１の受信パケットが前記暗号化対象パケットである場合、前記第１の鍵管理サーバ装置に暗号鍵生成要求を送信し、前記第１の鍵管理サーバ装置から提供された暗号鍵を用いて、前記第１の受信パケットを暗号化する暗号化処理部と、
暗号化された前記第１の受信パケット、または、暗号化されていない前記第１の受信パケットを第２のネットワークを介して前記第２の転送装置に転送する第１の転送処理部と、を備え、
前記第１の鍵管理サーバ装置は、
量子鍵配送によってビット列を共有する鍵配送処理部と、
前記携帯電話網管理サーバ装置から前記第１の転送装置へ暗号化対象パケットが指定された場合、前記第１の転送装置から送信された暗号鍵生成要求に応じて、前記暗号化対象パケットを暗号化する暗号鍵を、前記ビット列から生成する暗号鍵生成部と、
前記暗号鍵を識別する鍵識別情報と、前記暗号鍵の長さを示す鍵長とを含む制御信号を、前記第２の鍵管理サーバ装置に送信する制御信号処理部と、を備え、
前記第２の転送装置は、
前記第２のネットワークを介して第２の受信パケットを受信するパケット受信処理部と、
前記第２の受信パケットが復号対象パケットである場合、前記第２の受信パケットを復号する復号処理部と、
復号された前記第２の受信パケット、または、復号されていない前記第２の受信パケットを転送する第２の転送処理部と、を備え、
前記第２の鍵管理サーバ装置は、
量子鍵配送によってビット列を共有する鍵配送処理部と、
前記制御信号を受信する制御信号処理部と、
前記制御信号が受信された時点で、前記第２の転送装置からの復号鍵生成要求を待たずに、前記ビット列から前記鍵識別情報と前記鍵長とに基づいて、前記暗号鍵に対応する復号鍵を生成する復号鍵生成部と、
前記復号鍵を前記第２の転送装置に提供する提供部と、
を備える通信システム。

【請求項8】

量子鍵配送を用いて復号鍵を生成する鍵管理サーバ装置に接続された転送装置の転送方法であって、
前記転送装置が、携帯電話網管理サーバ装置から、復号対象パケットを指定する情報を受け付けるステップと、
前記転送装置が、受信パケットを受信するステップと、
前記転送装置が、前記受信パケットが前記携帯電話網管理サーバ装置から指定された前記復号対象パケットである場合、前記受信パケットを復号するステップと、
復号された前記受信パケット、または、復号されていない前記受信パケットを転送するステップと、
を含む転送方法。

【請求項9】

量子鍵配送を用いて復号鍵を生成する鍵管理サーバ装置に接続された転送装置を、
携帯電話網管理サーバ装置から、復号対象パケットを指定する情報を受け付ける受付部と、
受信パケットを受信するパケット受信処理部と、
前記受信パケットが、前記携帯電話網管理サーバ装置から指定された前記復号対象パケットである場合、前記受信パケットを復号する復号処理部と、
復号された前記受信パケット、または、復号されていない前記受信パケットを転送する転送処理部、
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転送装置、鍵管理サーバ装置、通信システム、転送方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

量子鍵配送（ＱＫＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）によって生成された暗号鍵・復号鍵を鍵管理サーバ装置から取得する際にＡＰＩ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が用いられている。ワンタイム暗号を施されたパケットを受信したルータ等の転送装置（またはホスト）は、当該ＡＰＩを使って鍵管理サーバ装置から復号鍵を得て、パケットを復号する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】ＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ ０１４、［令和２年１０月９日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｅｔｓｉ．ｏｒｇ／ｄｅｌｉｖｅｒ／ｅｔｓｉ＿ｇｓ／ＱＫＤ／００１＿０９９／０１４／０１．０１．０１＿６０／ｇｓ＿ｑｋｄ０１４ｖ０１０１０１ｐ．ｐｄｆ〉

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら従来の技術では、携帯電話網の通信性能を損なわずに、ＱＫＤによる暗号化及び復号を行うことが難しかった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の転送装置は、量子鍵配送を用いて復号鍵を生成する鍵管理サーバ装置に接続された転送装置であって、受付部とパケット受信処理部と復号処理部と転送処理部とを備える。受付部は、携帯電話網管理サーバ装置から、復号対象パケットを指定する情報を受け付ける。パケット受信処理部は、受信パケットを受信する。復号処理部は、前記受信パケットが、前記携帯電話網管理サーバ装置から指定された前記復号対象パケットである場合、前記受信パケットを復号する。転送処理部は、復号された前記受信パケット、または、復号されていない前記受信パケットを転送する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態の通信システムの装置構成の例を示す図。

【図2】第１実施形態のパケットを暗号化するルータの機能構成の例を示す図。

【図3】第１実施形態のパケットを復号するルータの機能構成の例を示す図。

【図4】第１実施形態の暗号鍵を提供する鍵管理サーバ装置の機能構成の例を示す図。

【図5】第１実施形態の復号鍵を提供する鍵管理サーバ装置の機能構成の例を示す図。

【図6】第１実施形態の通信方法の例を説明するための図。

【図7】第２実施形態の通信システムの装置構成の例を示す図。

【図8】第２実施形態の経路変更指示を受け付けるルータの機能構成の例を示す図。

【図9】第３実施形態の通信システムの装置構成及び通信方法の例を説明するための図。

【図10】第４実施形態の通信システムの装置構成の例を示す図。

【図11】第４実施形態のパケットを復号するルータの機能構成の例を示す図。

【図12】第１乃至第４実施形態のルータのハードウェア構成の例を示す図。

【図13】第１乃至第４実施形態の鍵管理サーバ装置のハードウェア構成の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に添付図面を参照して、転送装置、鍵管理サーバ装置、通信システム、転送方法及びプログラムの実施形態を詳細に説明する。

【0008】

なお、下記の実施形態の説明では、パケットは、ネットワーク経由でやり取りされる情報の伝送単位を示しており、便宜上、Ｌ２におけるフレーム、Ｌ４におけるセグメントやデータグラムもパケットと呼ぶ。パケットと呼んだ場合にもＬ２のヘッダやフッタなどの情報を含むものとする。

【0009】

（第１実施形態）
はじめに、第１実施形態の通信システムの装置構成の例について説明する。

【0010】

［装置構成の例］
図１は第１実施形態の通信システム１００の装置構成の例を示す図である。第１実施形態の通信システム１００は、ルータ１０ａ及び１０ｂ、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂ、携帯電話網管理サーバ装置３０、並びに、ネットワーク１０１～１０６を備える。

【0011】

以下、ルータ１０ａ及び１０ｂを区別しない場合には、単にルータ１０という。同様に、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂを区別しない場合には、単に鍵管理サーバ装置２０という。

【0012】

ルータ１０ａ及び１０ｂはネットワーク１０２を介して接続されている。ネットワーク１０２は、例えば携帯電話網内のネットワークである。

【0013】

また、ルータ１０ａはネットワーク１０１とも接続されており、ネットワーク１０１を介して受信されたパケットをルータ１０ｂへ転送する。ルータ１０ｂはネットワーク１０３とも接続されており、ルータ１０ｂはルータ１０ａから転送されたパケットをネットワーク１０３に接続された外部装置に転送する。

【0014】

以下、第１実施形態では、通信システム１００が携帯電話網に含まれるネットワーク１０１～１０６の通信を制御する場合について説明する。

【0015】

例えば、ルータ１０ａ及び１０ｂは、コアネットワーク装置と基地局装置との間であるモバイルバックホール（Ｍｏｂｉｌｅ Ｂａｃｋｈａｕｌ）の区間に設置されてもよい。この場合、ネットワーク１０１、１０２及び１０３が、モバイルバックホールに対応する。コアネットワーク装置は、例えばＥＰＣ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｒｅ）または５ＧＣ（５Ｇ Ｃｏｒｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）である。基地局装置は、例えばＢＢＵ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ Ｕｎｉｔ）またはＣＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｕｎｉｔ）である。

【0016】

また例えば、ルータ１０ａ及び１０ｂは、ベースバンド装置と無線装置との間であるモバイルフロントホール（Ｍｏｂｉｌｅ Ｆｒｏｎｔｈａｕｌ）の区間に設置されてもよい。この場合、ネットワーク１０１、１０２及び１０３が、モバイルフロントホールに対応する。ベースバンド装置は、例えばＢＢＵ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ Ｕｎｉｔ）またはＤＵ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｕｎｉｔ）である。無線装置は、例えばＲＲＨ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｒａｄｉｏ Ｈｅａｄ）またはＲＵ（Ｒａｄｉｏ Ｕｎｉｔ）である。例えば、分散ユニット（ＤＵ）を用いたネットワーク構成の場合には、ルータ１０ａ及び１０ｂは、ＣＵとＤＵとの間であるモバイルミッドホール（Ｍｏｂｉｌｅ Ｍｉｄｈａｕｌ）の区間に設置されてもよい。この場合、ネットワーク１０１、１０２及び１０３が、モバイルミッドホールに対応する。

【0017】

例えば、バックホール及びミッドホールにおいて、ユーザデータはＧＴＰ－Ｕ（ＧＴＰ ｕｓｅｒ ｄａｔａ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ； ＧＰＲＳ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ； ＧＰＲＳ： Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）プロトコルにて送受信される。また、フロントホールにおいて、ユーザデータはｅＣＰＲＩプロトコルによって送受信される。

【0018】

ルータ１０ａは鍵管理サーバ装置２０ａと接続され、ルータ１０ｂは鍵管理サーバ装置２０ｂと接続される。ルータ１０ａは、ルータ１０ｂへ転送するパケットを暗号化するための暗号鍵を鍵管理サーバ装置２０ａから得る。一方、ルータ１０ｂは、ルータ１０ａから受信されたパケットを復号するための復号鍵を鍵管理サーバ装置２０ｂから得る。

【0019】

便宜上、実施形態の説明にパケットの暗号化、及び、パケットの復号という処理を記載するが、必ずしもパケットの暗号化及び復号をしなくてよい。アプリケーションによっては、ルータ１０ａはパケットの暗号化はせずに認証データを付与し、ルータ１０ｂはその認証データの検証をするかもしれない。いずれにしても、ルータ１０ａはパケットの転送処理に伴い、鍵管理サーバ装置２０ａから鍵を取得し、ルータ１０ｂは、ルータ１０ａで使用された鍵に対応する鍵を、鍵管理サーバ装置２０ｂから取得する。

【0020】

なお、ルータ１０及び鍵管理サーバ装置２０は同一筐体内に一つの装置として実装されていてもよいし、それぞれ別の装置として実装されていてもよい。

【0021】

鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂはネットワーク１０４を介して接続されている。ネットワーク１０２及び１０４は同一のネットワークでもよいし、異なるネットワークでもよい。典型的には鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂは光ファイバ網でお互い接続され、量子暗号通信によりお互いに安全にビット列を共有できる。鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂはビット列の共有に加え、暗号鍵に対応する復号鍵を生成・共有するための制御メッセージをやり取りする。例えば、各鍵を特定するための鍵識別子、及び、鍵の長さ（鍵長）等は制御メッセージにより調整される。制御メッセージに含まれる情報を鍵情報と呼ぶ。一方、暗号鍵及び復号鍵そのものを示すビット列を鍵値と呼ぶ。

【0022】

携帯電話網管理サーバ装置３０はネットワーク１０５を介してルータ１０ａと接続される。携帯電話網管理サーバ装置３０は、暗号化するパケットを指定する情報をルータ１０ａに送信する。また、携帯電話網管理サーバ装置３０はネットワーク１０６を介してルータ１０ｂと接続される。携帯電話網管理サーバ装置３０は、復号するパケットを指定する情報をルータ１０ｂに送信する。

【0023】

なお、ネットワーク１０２、１０５及び１０６は、同一のネットワークでもよいし、それぞれ異なるネットワークでもよい。また、ネットワーク１０２、１０５及び１０６の一部が同一のネットワークで残りが別のネットワークでもよい。

【0024】

暗号化するパケット及び復号するパケットの指定は、例えばＧＴＰ－Ｕヘッダに含まれるＴＥＩＤ（トンネル終端の識別子）フィールド、ＱＦＩ（フローのサービス品質を示す識別子）フィールド、ｅＣＰＲＩプロトコルに含まれるＰＣ＿ＩＤ（連続するＩＱデータの識別子；例えば物理的なチャネル、レイヤ及びアンテナポート等）により行われる。コアネットワーク装置がＥＰＣの場合には、携帯電話網管理サーバ装置３０は、ＴＥＩＤを直接指定する代わりに、ベアラ識別子（ＥＰＳ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ｓｙｓｔｅｍ） Ｂｅａｒｅｒ ＩＤ； ＥＢＩ）を指定してもよい。ＰＣ＿ＩＤには、Ｏ－ＲＡＮフロントホール仕様で定義されるｅＡｘＣ（ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ－Ｃａｒｒｉｅｒ）識別子（ＤＵのポート識別子、バンドセクタの識別子、コンポーネントキャリア、ＲＵのポート識別子の組み合わせから構成される）を用いてもよい。

【0025】

携帯電話網管理サーバ装置３０は、例えば携帯電話網内のバックホールに含まれるコアネットワーク装置である。より具体的には、５Ｇコアの場合、Ｎ２インターフェースで設定を行うＡＭＦ（Ａｃｃｅｓｓ ａｎｄ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、Ｎ４インターフェースで設定を行うＳＭＦ（ Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、ポリシを制御するＰＣＦ（Ｐｏｌｉｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、及び、外部からの要求を受け付けるＡＦ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）のうち少なくともひとつが携帯電話網管理サーバ装置３０にあたる。なお、上記ＡＦを介して外部からデータの暗号化が必要なことをユーザー又は運用者が設定できるようにすることも可能である。この場合、この設定を行う外部のサーバも携帯電話網管理サーバ装置３０といえる。また、ＥＰＣの場合にはポリシの管理を行う３ＧＰＰ ＴＳ２３．４０１に記載されているＰＣＲＦ （Ｐｏｌｉｃｙ ａｎｄ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｒｕｌｅｓ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）や、通信制御を行うＰＣＥＦ （Ｐｏｌｉｃｙ ａｎｄ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｅｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が携帯電話網管理サーバ装置３０にあたる。

【0026】

なお、フロントホールを暗号化する場合には、ＰＣ＿ＩＤを指定するサーバとして、上記とは別にアンテナの物理的な位置、アンテナまでの距離（遅延から推測した値でもよい）、アンテナ配下に設置されているアプリケーションの機密性などを把握している携帯電話網管理サーバ装置３０からの指示を受けるようにしてもよい。

【0027】

携帯電話網管理サーバ装置３０は、特定のノード間や特定のアプリケーション間でやり取りされる一連のパケットを一意に指定し、指定した複数のパケット（フロー、ベアラ、スライス）に対してルータ１０ａに暗号化を指示し、ルータ１０ｂに復号の指示を行う。なお、携帯電話網管理サーバ装置３０が指定する暗号化及び復号の対象は、複数のパケット（フロー）だけでなく、１つのパケットでもよい。

【0028】

さらに、携帯電話網管理サーバ装置３０は、ルータ１０ａに暗号化を行わないフローも指定でき、ルータ１０ｂに復号を行わないフローも指定できる。

【0029】

ルータ１０ａは、ルータ１０ｂのＳＡＥ（Ｓｅｃｕｒｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｔｉｔｙ） ＩＤ等の情報を携帯電話網管理サーバ装置３０からの指示と共に得てもよいし、当該指示からルータ１０ｂのＳＡＥ ＩＤを特定してもよい。

【0030】

携帯電話網管理サーバ装置３０からルータ１０ａへの指示には、例えばＧＰＰ ＴＳ２３．５０１に記載されているＮ２インターフェースやＮ４インターフェース、Ｄｉａｍｅｔｅｒ、ＧＴＰ－Ｃ（ＧＴＰ ｃｏｎｔｒｏｌ）、ＲＥＳＴ、ｅＣＰＲＩ、ＮＥＴＣＯＮＦなどが用いられる。Ｎ２インターフェース及びＮ４インターフェースの場合、設定に用いられるプロトコルは、例えばＮ４インターフェースの場合はＰＦＣＰ（Ｐａｃｋｅｔ Ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）であり、Ｎ２インターフェースの場合はＮＧＡＰ（Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ）である。なお、バックホールまたはミッドホールの場合には、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）パラメータの一部として暗号化（復号）の有無及び方式等を指定できるようにしてもよい。また例えば、携帯電話網管理サーバ装置３０とルータ１０ａとの間でファイル及びメモリを共有し、当該ファイル及びメモリ上で指示を行ってもよい。携帯電話網管理サーバ装置３０からルータ１０ｂへの指示についても、同様である。

【0031】

［パケットを暗号化するルータの機能構成の例］
図２は第１実施形態のパケットを暗号化するルータ１０ａの機能構成の例を示す図である。第１実施形態のルータ１０ａは、受付部１１、パケット受信処理部１２、暗号化処理部１３、暗号鍵受信処理部１４、記憶制御部１５、記憶部１６及び転送処理部１７を備える。

【0032】

受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から、例えば暗号化するパケット（暗号化対象パケット）を指定する情報を受け付ける。また例えば、受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から、暗号化しないパケットを指定する情報を受け付ける。具体的には、例えば、受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から、暗号化対象パケット（または暗号化非対象パケット）を指定（指示）する情報を、パケット通信のＱｏＳパラメータの一部として受け付けてもよい。受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から指示を受けると、指示されたパケットに対する暗号化の有無を暗号化処理部１３に伝える。

【0033】

パケット受信処理部１２は、ネットワーク１０１からパケットを受信すると、当該パケットを暗号化処理部１３に入力する。

【0034】

暗号化処理部１３は、受信したパケットが携帯電話網管理サーバ装置３０により暗号化の指示を受けたものならば、鍵長が指定された暗号鍵の読み出し要求を記憶制御部１５に入力し、記憶制御部１５から暗号鍵を取得する。そして、暗号化処理部１３は、パケットに暗号化処理を施し、暗号化されたパケットを転送処理部１７に入力する。一方、暗号化処理部１３は、受信したパケットが携帯電話網管理サーバ装置３０により暗号化の指示を受けたものでなければ、暗号化処理を施さずに、当該パケットを転送処理部１７に入力する。

【0035】

暗号鍵受信処理部１４は、鍵管理サーバ装置２０ａから暗号鍵を受け付けると、当該暗号鍵を記憶制御部１５に入力する。

【0036】

記憶制御部１５は、暗号鍵受信処理部１４から暗号鍵を受け付けると、当該暗号鍵を記憶部１６に記憶する。また、記憶制御部１５は、暗号化処理部１３から、鍵長が指定された暗号鍵の読み出し要求を受け付けると、記憶部１６から、指定された鍵長の暗号鍵を読み出し、当該暗号鍵と当該暗号鍵を識別する鍵識別子とを暗号化処理部１３に入力する。

【0037】

なお、記憶制御部１５は、暗号化処理部１３の動作とは独立に、暗号鍵受信処理部１４を介して鍵管理サーバ装置２０ａから暗号鍵を取得し続けていてもよいし、暗号化処理部１３から指示された場合に、暗号鍵受信処理部１４を介して鍵管理サーバ装置２０ａから暗号鍵を取得してもよい。

【0038】

例えば、暗号鍵の取得はＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ ０１４のような通信プロトコルを使って行われる。また例えば、暗号鍵の取得は、鍵管理サーバ装置２０ａにより生成される鍵ファイルを介して行われてもよい。また例えば、ルータ１０ａ及び鍵管理サーバ装置２０ａが同一筐体内に一つの装置として実装されている場合は、共有メモリ上で暗号鍵の取得が行われてもよい。

【0039】

転送処理部１７は、暗号化処理部１３から、暗号化されたパケット又は暗号化されていないパケットを受け付けると、当該パケットを、ネットワーク１０２を介してルータ１０ｂへ転送する。

【0040】

［パケットを復号するルータの機能構成の例］
図３は第１実施形態のパケットを復号するルータ１０ｂの機能構成の例を示す図である。基本的には、ルータ１０ｂは、ルータ１０ａと同様の動作を行う。ルータ１０ａとルータ１０ｂの違いはパケットに施す処理であり、ルータ１０ａは暗号化を行い、ルータ１０ｂは復号を行う。第１実施形態のルータ１０ｂは、受付部１１、パケット受信処理部１２、記憶制御部１５、記憶部１６、転送処理部１７、復号鍵受信処理部１８及び復号処理部１９を備える。

【0041】

パケットのヘッダには暗号化の有無が含まれる。暗号化されている場合は、パケットのヘッダには、暗号化に用いられた鍵の鍵識別子及び暗号アルゴリズムが含まれる。ペイロードの一部のみが暗号化されている場合は、パケットのヘッダには、暗号化されている領域を特定する情報が含まれる。

【0042】

受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から、例えば復号するパケット（復号対象パケット）を指定する情報を受け付ける。また例えば、受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から、復号しないパケットを指定する情報を受け付ける。具体的には、例えば、受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から、復号対象パケット（または復号非対象パケット）を指定（指示）する情報を、パケット通信のＱｏＳパラメータの一部として受け付けてもよい。受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から指示を受けると、指示されたパケットに対する復号の有無を復号処理部１９に伝える。

【0043】

パケット受信処理部１２は、ネットワーク１０２からパケットを受信すると、当該パケットを復号処理部１９に入力する。

【0044】

一方、復号鍵受信処理部１８は、パケットの受信処理とは独立に、鍵管理サーバ装置２０ｂから復号鍵を取得する。復号鍵受信処理部１８は、鍵管理サーバ装置２０ｂから復号鍵を受け付けると、当該復号鍵を記憶制御部１５に入力する。

【0045】

復号鍵の取得は、例えばＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ ０１４のような通信プロトコルを使って行われる。また例えば、復号鍵の取得は、鍵管理サーバ装置２０ｂにより生成される鍵ファイルを介して行われてもよい。また例えば、ルータ１０ｂ及び鍵管理サーバ装置２０ｂが同一筐体内に一つの装置として実装されている場合は、共有メモリ上で復号鍵の取得が行われてもよい。

【0046】

記憶制御部１５は、復号鍵受信処理部１８から復号鍵を受け付けると、当該復号鍵を記憶部１６に記憶する。復号鍵は、パケットの受信処理とは独立に、記憶部１６に蓄積される。また、記憶制御部１５は、復号処理部１９から、復号鍵の読み出し要求を受け付けると、記憶部１６から、復号鍵を読み出し、当該復号鍵を復号処理部１９に入力する。

【0047】

なお、記憶制御部１５は、復号処理部１９の動作とは独立に、復号鍵受信処理部１８を介して鍵管理サーバ装置２０ｂから復号鍵を取得し続ける。これにより、復号処理部１９が、鍵管理サーバ装置２０ｂに復号鍵の生成要求を出さずに、鍵管理サーバ装置２０ｂから提供された復号鍵を用いて、パケットを復号可能にする。

【0048】

復号処理部１９は、受付部１１から指示されたパケットの復号を行う。復号処理部１９はパケットの復号を行う際、パケットのヘッダ情報などから、当該パケットの暗号化に使用された暗号鍵に対応する復号鍵の識別情報（典型的には鍵識別子）を抽出し、当該識別情報に対応する復号鍵を、記憶制御部１５を介して記憶部１６から取得する。

【0049】

このとき、記憶部１６が、暗号鍵に対応する復号鍵を持たない場合（復号鍵が鍵管理サーバ装置２０ｂから提供されていなかった場合）、記憶制御部１５が復号鍵受信処理部１８を介して、鍵管理サーバ装置２０ｂへ当該復号鍵を要求する。そして、記憶制御部１５は、復号鍵が復号鍵受信処理部１８から入力された際、記憶部１６に記憶することなくそのまま復号処理部１９に入力する。これによりできるだけ早く復号鍵を復号処理部１９に渡すことができ復号処理を早く行うことができる。

【0050】

なお、復号処理部１９は、パケットを復号するときに、パケットを復号する復号鍵が鍵管理サーバ装置２０ｂから提供されていなかった場合、所定の時間待ってから、記憶制御部１５に復号鍵の読み出しを要求してもよい。

【0051】

復号処理部１９は、所定の回数、記憶制御部１５に復号鍵の読み出しを要求しても復号鍵を取得できなかった場合、パケットを復号せずに廃棄する。また、復号処理部１９は、パケットを復号するときに、パケットを復号する復号鍵が鍵管理サーバ装置２０ｂから提供されていなかった場合、所定の時間、記憶制御部１５からの通知を待ち、所定の時間が経過しても通知を受信できなかった場合、パケットを復号せずに廃棄してもよい。

【0052】

復号処理部１９は、記憶制御部１５から復号鍵を取得すると、パケットに復号処理を施し、復号されたパケットを転送処理部１７に入力する。

【0053】

転送処理部１７は、復号処理部１９から復号されたパケットを受け付けると、当該パケットをネットワーク２００ｂに接続された外部装置へ転送する。

【0054】

［暗号鍵を提供する鍵管理サーバ装置の機能構成の例］
図４は第１実施形態の暗号鍵を提供する鍵管理サーバ装置２０ａの機能構成の例を示す図である。第１実施形態の鍵管理サーバ装置２０ａは、鍵配送処理部２１、記憶部２２、制御信号処理部２３、暗号鍵生成部２４及び提供部２５を備える。

【0055】

鍵配送処理部２１は、量子鍵配送（量子暗号通信）を用いて鍵管理サーバ装置２０ｂとネットワーク２００ｄを介してビット列を共有する。なお、鍵配送処理部２１は、量子鍵配送処理装置として鍵管理サーバ装置２０ａとは別の装置として実装されてもよい。

【0056】

記憶部２２は、鍵配送処理部２１によって共有されたビット列を蓄積する。

【0057】

制御信号処理部２３は、前述のビット列の共有に関わる制御に加え、暗号鍵（鍵管理サーバ装置２０ｂでは復号鍵）の識別情報（典型的には鍵識別子）、鍵長及びオフセット情報などの鍵情報を含む制御信号を、復号鍵を生成する鍵管理サーバ装置２０ｂに送信する。オフセット情報は、共有されたビット列のどこから暗号鍵（復号鍵）を切り出すかを示す情報である。

【0058】

暗号鍵生成部２４は、ルータ１０ａからの暗号鍵の要求に応じて、又は自律的に、暗号鍵を生成する。暗号鍵の鍵長は、例えば、ルータ１０ａからの暗号鍵の要求で指定される。また例えば、暗号鍵生成部２４は、所定の鍵長の暗号鍵を自律的に生成する。暗号鍵生成部２４は、ビット列から鍵長分の暗号鍵を切り出して、暗号鍵を生成するとともに、当該暗号鍵を識別する鍵識別子を生成する。

【0059】

提供部２５は、ルータ１０ａからの暗号鍵の要求に応じて、又は自律的に、暗号鍵生成部２４により生成された暗号鍵をルータ１０ａに提供する。暗号鍵は、暗号鍵そのものを示すビット列（鍵値）と、暗号鍵を識別する鍵識別子とによりルータ１０ａに提供される。

【0060】

［復号鍵を提供する鍵管理サーバ装置の機能構成の例］
図５は第１実施形態の復号鍵を提供する鍵管理サーバ装置２０ｂの機能構成の例を示す図である。第１実施形態の鍵管理サーバ装置２０ｂは、鍵配送処理部２１、記憶部２２、制御信号処理部２３、提供部２５及び復号鍵生成部２６を備える。

【0061】

鍵配送処理部２１は、量子鍵配送（量子暗号通信）を用いて鍵管理サーバ装置２０ａとネットワーク２００ｄを介してビット列を共有する。なお、鍵配送処理部２１は、量子鍵配送処理装置として鍵管理サーバ装置２０ｂとは別の装置として実装されてもよい。

【0062】

記憶部２２は、鍵配送処理部２１によって共有されたビット列を蓄積する。

【0063】

制御信号処理部２３は、前述のビット列の共有に関わる制御に加え、復号鍵（鍵管理サーバ装置２０ａでは暗号鍵）の識別情報（典型的には鍵識別子）、鍵長及びオフセット情報などの鍵情報を含む制御信号を、鍵管理サーバ装置２０ａから受信する。

【0064】

復号鍵生成部２６は、制御信号が受信された時点で、ルータ１０ｂからの復号鍵の生成要求を待たずに、ビット列から鍵識別情報と鍵長とに基づいて、暗号鍵に対応する復号鍵を生成する。これにより、ルータ１０ｂがルータ１０ａから受信したパケットを復号処理する際に、より早く復号鍵を取得できるようになり、ルータ１０ｂの転送スループット・転送速度が向上する。なお、共有されたビット列から復号鍵を切り出すビットの位置は、例えば制御信号に含まれるオフセット情報により特定される。

【0065】

提供部２５は、復号鍵生成部２６により生成された復号鍵をルータ１０ｂに提供する。

【0066】

［通信方法の例］
図６は第１実施形態の通信方法の例を説明するための図である。はじめに、ルータ１０ａの受付部１１が、携帯電話網管理サーバ装置３０から、暗号化するパケットを指定する情報を受け付ける（ステップＳ１－１）。一方、ルータ１０ｂでは、受付部１１が、携帯電話網管理サーバ装置３０から、復号するパケットを指定する情報を受け付ける（ステップＳ１－２）。

【0067】

次に、ルータ１０ａのパケット受信処理部１２が、ネットワーク１０１に接続された外部装置からパケットを受信する（ステップＳ２）。次に、ルータ１０ａの暗号化処理部１３が、ステップＳ２の処理により受信されたパケットと同じ長さの暗号鍵の生成要求を鍵管理サーバ装置２０ａに送信する（ステップＳ３）。

【0068】

次に、鍵管理サーバ装置２０ａの暗号鍵生成部２４が、暗号鍵を生成し、制御信号処理部２３が、生成された暗号鍵の鍵情報（鍵識別情報及び鍵長）を鍵管理サーバ装置２０ｂに通知する（ステップＳ４）。

【0069】

次に、鍵管理サーバ装置２０ａの提供部２５が、暗号鍵をルータ１０ａに提供する（ステップＳ５－１）。一方、鍵管理サーバ装置２０ｂでは、復号鍵生成部２６が、ルータ１０ｂからの復号鍵の生成要求を待たずに、鍵管理サーバ装置２０ａと共有されたビット列から、ステップＳ４で通知された鍵識別情報と鍵長とに基づいて、ステップＳ５－１の処理により提供された暗号鍵に対応する復号鍵を生成し、提供部２５が、当該復号鍵をルータ１０ｂに提供（プッシュ）する（ステップＳ５－２）。なお、復号鍵生成要求とは例えばＥＴＳＩ ＧＳ ＱＫＤ ０１４に記載のＫｅｙ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ ＡＰＩのＧｅｔ ｋｅｙやＧｅｔ ｋｅｙ ｗｉｔｈ ｋｅｙ ＩＤｓの呼び出しのことである。またはＴＣＰやＵＤＰ、その他トランスポートプロトコル上でルータ１０ｂから鍵管理サーバ装置へ復号鍵生成要求を出してもよい。ルータ１０ｂと鍵管理サーバ装置がファイルシステムやメモリを共有している場合はプロセス間通信などを通じて復号鍵生成要求を出してもよい。

【0070】

次に、ルータ１０ａの暗号化処理部１３が、ステップＳ２の処理により受信されたパケットがステップＳ１－１の処理により指定されたパケットである場合、ステップＳ５－１の処理により提供された暗号鍵を使用して当該パケットを暗号化し、暗号化されたパケットを、ネットワーク２００ｃを介してルータ１０ｂに転送する（ステップＳ６）。なお、ステップＳ１－１の処理により指定されていないパケットは、ステップＳ６で暗号化処理を行われずに転送される。

【0071】

次に、ルータ１０ｂのパケット受信処理部１２が、ステップＳ６の処理により転送されたパケットを受信する。そして、復号処理部１９が、ステップＳ６の処理により転送されたパケットがステップＳ１－２の処理により指定されたパケットである場合、ステップＳ５－２の処理により提供された復号鍵を使用して当該パケットを復号し、転送処理部１７が、当該パケットをネットワーク２００ｂに接続された外部装置に転送する（ステップＳ７）。なお、ステップＳ１－２の処理により指定されていないパケットは、ステップＳ７で復号処理を行われずに転送される。

【0072】

以上、説明したように、第１実施形態の通信システム１００は、携帯電話網管理サーバ装置３０と、鍵管理サーバ装置２０ａ（第１の鍵管理サーバ装置）と、鍵管理サーバ装置２０ｂ（第２の鍵管理サーバ装置）と、ルータ１０ａ（第１の転送装置）と、ルータ１０ｂ（第２の転送装置）とを備える。

【0073】

ルータ１０ａ（第１の転送装置）では、受付部１１が、携帯電話網管理サーバ装置３０から、暗号化対象パケットを指定する情報を受け付ける。パケット受信処理部１２が、ネットワーク１０１（第１のネットワーク）を介して第１の受信パケットを受信する。暗号化処理部１３が、第１の受信パケットが暗号化対象パケットである場合、第１の鍵管理サーバ装置に暗号鍵生成要求を送信し、第１の鍵管理サーバ装置から提供された暗号鍵を用いて、第１の受信パケットを暗号化する。そして、転送処理部１７（第１の転送処理部）が、暗号化された第１の受信パケット、または、暗号化されていない第１の受信パケットを、ネットワーク１０２（第２のネットワーク）を介して第２の転送装置に転送する。

【0074】

鍵管理サーバ装置２０ａ（第１の鍵管理サーバ装置）では、鍵配送処理部２１が、量子鍵配送によってビット列を共有する。暗号鍵生成部２４が、携帯電話網管理サーバ装置３０から第１の転送装置へ暗号化対象パケットが指定された場合、第１の転送装置から送信された暗号鍵生成要求に応じて、暗号化対象パケットを暗号化する暗号鍵を、ビット列から生成する。そして、制御信号処理部２３が、暗号鍵を識別する鍵識別情報と、暗号鍵の長さを示す鍵長とを含む制御信号を、第２の鍵管理サーバ装置に送信する。

【0075】

ルータ１０ｂ（第２の転送装置）では、パケット受信処理部１２が、第２のネットワークを介して第２の受信パケットを受信する。復号処理部１９が、第２の受信パケットが復号対象パケットである場合、第２の鍵管理サーバ装置に復号鍵生成要求を送信せずに、第２の鍵管理サーバ装置から提供された復号鍵を用いて、第２の受信パケットを復号する。そして、転送処理部１７（第２の転送処理部）が、復号された第２の受信パケット、または、復号されていない第２の受信パケットを転送する。

【0076】

鍵管理サーバ装置２０ｂ（第２の鍵管理サーバ装置）では、鍵配送処理部２１が、量子鍵配送によってビット列を共有する。制御信号処理部２３が、制御信号を受信する。復号鍵生成部２６が、制御信号が受信された時点で、第２の転送装置からの復号鍵生成要求を待たずに、ビット列から鍵識別情報と鍵長とに基づいて、暗号鍵に対応する復号鍵を生成する。そして、提供部２５が、復号鍵を第２の転送装置に提供する。

【0077】

これにより、第１実施形態の通信システム１００によれば、携帯電話網の通信性能を損なわずに、ＱＫＤによる暗号化及び復号を行えるようにすることができる。具体的には、上記構成によって、ルータ１０ａ（ＱＫＤ対応ルータ）が、携帯電話網からの制御情報（暗号化対象のパケット（フロー）を指定する情報）を受け付けられるので、ルータ１０ａを通るトラフィックのうち、ＱＫＤの暗号鍵で保護すべきトラフィックをルータ１０ａは特定できるようになる。また、携帯電話網からの制御情報はＱＫＤの鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂにも伝えられるので、保護すべき通信の両端点で必要な暗号鍵が共有できるよう鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂ間で調整が行われる。すなわち、携帯電話網の通信を選択的にＱＫＤで保護できる。この結果、網内主要拠点にＱＫＤによる暗号化ルータ（ＶＰＮルータ）を設置しても広域ＩＰ網の通信性能を損なうことなく、保護すべき通信についてはこれを適切に暗号化することができるようになる。

【0078】

従来の技術では、ＱＫＤによる鍵配送処理速度は携帯電話網の通信速度に対して遅いため、網内主要拠点にＱＫＤによる暗号化ルータ（ＶＰＮルータ）を設置してしまうと携帯電話網の通信性能が損なわれていた。

【0079】

なお、図１の例では、鍵管理サーバ装置２０ｂに接続されたルータ１０ｂが１つである場合を例示しているが、鍵管理サーバ装置２０ｂに複数のルータ１０ｂが接続されていてもよい。鍵管理サーバ装置２０ｂに複数のルータ１０ｂが接続されている場合、制御信号は、復号鍵が提供されるルータ１０ｂを識別するルータ識別情報を更に含む。ルータ識別情報は、例えばルータ１０のＩＰアドレス、ポート番号及びホスト名等を含む。提供部２５は、ルータ識別情報により識別されるルータに復号鍵を提供する。

【0080】

（第１実施形態の変形例）
次に第１実施形態の変形例について説明する。変形例の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

【0081】

変形例では、フローごとにＳＡＥ ＩＤを生成して、付与する場合について説明する。

【0082】

変形例のルータ１０ａの受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から、暗号化するフローの指定を受けると、そのフローに対応するＳＡＥ ＩＤを生成し、自身に追加設定する。受付部１１は、例えばルータ１０ａ自身に設定されたＳＡＥ ＩＤと、フローを特定する情報とを組み合わせて、フローに対応したＳＡＥ ＩＤを生成する。

【0083】

受付部１１は、例えば、ルータ１０ａ自身に設定されたＳＡＥ ＩＤと、フローを特定する情報とを連結して新しいＳＡＥ ＩＤを生成する。また例えば、受付部１１は、ルータ１０ａ自身に設定されたＳＡＥ ＩＤと、フローを特定する情報のハッシュ値とを連結して新しいＳＡＥ ＩＤを生成する。また例えば、受付部１１は、ルータ１０ａ自身に設定されたＳＡＥ ＩＤと、フローを特定する情報とから得られるハッシュ値を、新しいＳＡＥ ＩＤとして生成する。

【0084】

フローに対応する新たなＳＡＥ ＩＤは、グローバルユニークであってもよいし、ルータ１０ａ及び１０ｂの間でのみユニーク（ローカルユニーク）であってもよい。いずれにしても、携帯電話網管理サーバ装置３０から指示を受け付けたルータ１０ａの受付部１１は、なんらかのルールに従い、暗号化を行うフローに対応したＳＡＥ ＩＤを生成する。ルータ１０ｂの受付部１１も同様の方法で復号するフローに対応したＳＡＥ ＩＤを生成する。

【0085】

それぞれの受付部１１により生成されたＳＡＥ ＩＤは、例えばルータ１０ａ及び１０ｂ間でやり取りされてもよいし、鍵管理サーバ装置２０を介して制御信号通信路上でやり取りされてもよい。また例えば、ルータ１０ａは、ルータ１０ｂ自身のＳＡＥ ＩＤと、ルータ１０ｂが復号することになるフローを特定する情報とから、ルータ１０ｂが新たに生成するであろうＳＡＥ ＩＤを推測してもよい。ルータ１０ｂについても同様である。

【0086】

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

【0087】

第２実施形態では、経路変更指示を受け付けるルータが追加されている場合について説明する。

【0088】

［装置構成の例］
図７は第２実施形態の通信システム１００－２の装置構成の例を示す図である。第２施形態の通信システム１００－２は、ルータ１０ａ～１０ｄ、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂ、携帯電話網管理サーバ装置３０、並びに、ネットワーク１０１～１０７を備える。第２実施形態では、第１実施形態の構成に、ルータ１０ｃ及び１０ｄ、並びに、ネットワーク１０７が追加されている。ルータ１０ｃ及び１０ｄは同一の構成を持つので、ルータ１０ｃの場合を例にして図８を用いて後述する。

【0089】

図７の例では、ルータ１０ａ及び１０ｂはネットワーク１０７を介して接続されている。ルータ１０ｂにより暗号化されたパケットは、ネットワーク１０７を通り、ルータ１０ｂに転送される。ネットワーク１０７及びネットワーク１０２は同一のネットワークでもよいし、異なるネットワークでもよい。また、ルータ１０ａ及び１０ｂがネットワーク１０７に接続せず、ルータ１０ａにより暗号化されたパケットがルータ１０ｃ、ネットワーク１０２及びルータ１０ｄを通ってルータ１０ｂに転送されてもよい。

【0090】

なお、第２実施形態の経路変更を実現する方法としてＳＤＮ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）対応ルータと、ＲＦＣ８３００によって定義されるＮＳＨ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｈｅａｄｅｒ）とを用いてもよい。この場合、受付部１１は、携帯電話網管理サーバ装置３０から指示された特定のパケットを、ルータ１０ａ及び１０ｂを経由するようにするため、サービスの機能種別と順序とが記述されたＮＳＨヘッダを、当該特定のパケットに付与する。そして転送処理部１７は、ＮＳＨヘッダで指定されたパケットをルータ１０ａに転送する。転送処理部１７は、その他のパケット（携帯電話網管理サーバ装置３０から指示されていないパケット）、及び、ルータ１０ａから受信したパケットは、ネットワーク１０２に転送する。

【0091】

［経路変更指示を受け付けるルータの機能構成の例］
図８は第２実施形態の経路変更指示を受け付けるルータ１０ｃの機能構成の例を示す図である。第２実施形態のルータ１０ｃは、受付部１１、パケット受信処理部１２及び転送処理部１７を備える。

【0092】

受付部１１は携帯電話網管理サーバ装置３０から特定のパケットをルータ１０ａに転送する指示（指定）を受け付ける。

【0093】

転送処理部１７は、指定されたパケットをルータ１０ａに転送する。転送処理部１７は、その他のパケット（携帯電話網管理サーバ装置３０から指示されていないパケット）、及び、ルータ１０ａから受信したパケットは、ネットワーク１０２に転送する。

【0094】

ルータ１０ａ及び１０ｂは、携帯電話網管理サーバ装置３０と接続されていてもよいし、携帯電話網管理サーバ装置３０と接続されていなくてもよい。図７では、ルータ１０ａ及び１０ｂが、携帯電話網管理サーバ装置３０との接続を持つ構成を例示している。ルータ１０ａ及び１０ｂが、携帯電話網管理サーバ装置３０との接続を持つ場合、第１実施形態と同様に、携帯電話網管理サーバ装置３０から指定されたパケットに対し暗号化及び復号を行う。

【0095】

ルータ１０ａ及び１０ｂが、携帯電話網管理サーバ装置３０との接続を持たない場合、ルータ１０ａは受信したパケットを常に暗号化したり、特定のパケットだけを暗号化したりするなど、所定の設定に従って暗号化を行う。復号を行うルータ１０ｂについても同様である。

【0096】

（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

【0097】

第３実施形態では、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂの間に１以上の鍵管理サーバ装置２０が存在する場合について説明する。

【0098】

図９は第３実施形態の通信システム１００－３の装置構成及び通信方法の例を説明するための図である。図３の例では、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂの間に２つの鍵管理サーバ装置２０ｅ及び２０ｆが追加されている。

【0099】

第３実施形態では、鍵管理サーバ装置２０ａが量子暗号通信路を介してビット列を共有している装置は、鍵管理サーバ装置２０ｅである。また、鍵管理サーバ装置２０ｂが量子暗号通信路を介してビット列を共有している装置は鍵管理サーバ装置２０ｆである。そのため、第３実施形態では、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂの間では、ビット列を直接共有できない。

【0100】

そこで、第３実施形態では、鍵管理サーバ装置２０ａの制御信号処理部２３が、ルータ１０ｂがパケットの復号に使う鍵情報を、隣接する鍵管理サーバ装置２０ｅと共有するビット列で保護（暗号化）して、鍵管理サーバ装置２０ｅに送信する。なお、第３実施形態の鍵情報は、鍵識別情報及び鍵長だけでなく、復号鍵に使用される鍵値も含む。鍵管理サーバ装置２０ｅの制御信号処理部２３は、自身が隣接する鍵管理サーバ装置２０ｆに同様の方法で、ルータ１０ｂがパケットの復号に使う鍵情報を送信する。このように、ルータ１０ａにより転送されるパケットの復号に使用される鍵情報は、鍵管理サーバ装置２０間のバケツリレー方式で、鍵管理サーバ装置２０ｂまで運ばれる（ステップＳ４－１～ステップＳ４－３）。

【0101】

鍵管理サーバ装置２０ａの提供部２５は、暗号鍵をルータ１０ａに提供する（ステップＳ５－１）。一方、鍵管理サーバ装置２０ｂでは、復号鍵生成部２６が、ルータ１０ｂからの復号鍵の生成要求を待たずに、ステップＳ４－３の処理により通知された鍵情報に含まれる鍵値を使用して復号鍵を生成し、提供部２５が、当該復号鍵をルータ１０ｂに提供（プッシュ）する（ステップＳ５－２）。

【0102】

なお、ステップＳ１－１、ステップＳ１－２、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ６及びステップＳ７の説明は、第１実施形態の説明（図６参照）と同様なので省略する。

【0103】

なお、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｅでは、鍵配送処理部２１により事前にビット列が共有されているため、このビット列の一部をルータ１０ｂで使用される復号鍵の鍵値として切り出して使ってもよい。つまり、鍵管理サーバ装置２０ａは、ルータ１０ｂで使用される復号鍵を新たに生成して、それを鍵管理サーバ装置２０ｅと共有しているビット列で保護して鍵管理サーバ装置２０ｅに送信してもよいし、ルータ１０ｂで使用される復号鍵の鍵値として鍵管理サーバ装置２０ｅと共有しているビット列の一部を使うよう、鍵管理サーバ装置２０ｅに指示してもよい。

【0104】

また、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂで共有される鍵識別情報及び鍵長については、鍵管理サーバ装置２０ｅ及び２０によりバケツリレー方式で中継されずに、鍵管理サーバ装置２０ａの制御信号処理部２３が、鍵管理サーバ装置２０ｂに直接送信してもよい。なお、この際、鍵識別情報及び鍵長は暗号化されてもよいし、平文でもよい。

【0105】

なお、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂの間に追加の鍵管理サーバ装置２０が存在しない場合、つまり、図１の第１実施形態と同様の構成であっても、鍵管理サーバ装置２０ａはルータ１０ｂで使用される復号鍵を、鍵管理サーバ装置２０ｂと共有するビット列で保護（暗号化）して鍵管理サーバ装置２０ｂに送信してもよい。

【0106】

以上、説明したように、第３実施形態の通信システム１００－３では、鍵管理サーバ装置２０ａの鍵配送処理部２１は、量子鍵配送によって、対向の鍵管理サーバ装置２０ｅとビット列を共有する。鍵管理サーバ装置２０ａの制御信号処理部２３は、共有されたビット列を使用して復号鍵を暗号化し、暗号化された復号鍵及び復号鍵を識別する鍵識別情報を含む制御信号を、対向の鍵管理サーバ装置２０ｅに送信する。

【0107】

同様に、鍵管理サーバ装置２０ｅの鍵配送処理部２１は、量子鍵配送によって、対向の鍵管理サーバ装置２０ｆとビット列を共有する。鍵管理サーバ装置２０ｅの制御信号処理部２３は、共有されたビット列を使用して復号鍵（鍵管理サーバ装置２０ａから受信した復号鍵）を暗号化し、暗号化された復号鍵及び復号鍵を識別する鍵識別情報を含む制御信号を、対向の鍵管理サーバ装置２０ｆに送信する。

【0108】

同様に、鍵管理サーバ装置２０ｆの鍵配送処理部２１は、量子鍵配送によって、対向の鍵管理サーバ装置２０ｂとビット列を共有する。鍵管理サーバ装置２０ｆの制御信号処理部２３は、共有されたビット列を使用して復号鍵（鍵管理サーバ装置２０ｅから受信した復号鍵）を暗号化し、暗号化された復号鍵及び復号鍵を識別する鍵識別情報を含む制御信号を、対向の鍵管理サーバ装置２０ｂに送信する。

【0109】

鍵管理サーバ装置２０ｂの提供部２５は、ルータ１０ｂから復号鍵の生成要求を待たずに、鍵管理サーバ装置２０ｆから制御信号を受信した時点で、復号鍵をルータ１０ｂに提供する。

【0110】

一方、ルータ１０ｂでは、パケット受信処理部１２が、鍵識別情報により識別される復号鍵に対応する暗号鍵によって暗号化されたパケットを受信する。そして、復号処理部１９が、鍵管理サーバ装置２０ｂに復号鍵の生成要求を出さずに、鍵管理サーバ装置２０ｂから提供された復号鍵を用いて、パケットを復号する。

【0111】

これにより、第３実施形態の通信システム１００－３によれば、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂの間でビット列を直接共有できない場合でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、第３実施形態の通信システム１００－３によれば、暗号化パケットを受信しなくても、当該暗号化パケットを復号する復号鍵を鍵管理サーバ装置２０ｂから取得できる。

【0112】

（第４実施形態）
次に第４実施形態について説明する。第４実施形態の説明では、第１実施形態と同様の説明については省略し、第１実施形態と異なる箇所について説明する。

【0113】

第４実施形態では、携帯電話網管理サーバ装置３０が、ルータ１０ａと接続され、ルータ１０ｂとは接続されない場合について説明する。

【0114】

［装置構成の例］
図１０は第４実施形態の通信システム１００－４の装置構成の例を示す図である。第４実施形態の通信システム１００－４は、ルータ１０ａ及び１０ｂ、鍵管理サーバ装置２０ａ及び２０ｂ、携帯電話網管理サーバ装置３０、並びに、ネットワーク１０１～１０５を備える。第４実施形態では、第１実施形態の構成から、携帯電話網管理サーバ装置３０とルータ１０ｂとの間のネットワーク１０６が削除されている。

【0115】

［パケットを復号するルータの機能構成の例］
図１１は第４実施形態のパケットを復号するルータ１０ｂの機能構成の例を示す図である。第４実施形態のルータ１０ｂは、パケット受信処理部１２、記憶制御部１５、記憶部１６、転送処理部１７、復号鍵受信処理部１８及び復号処理部１９を備える。第４実施形態では、ルータ１０ｂは受付部１１を持たない。そして、第１実施形態とは異なり、復号処理部１９は受信したパケットのヘッダ等から、当該パケットが暗号化されているか否かを判定し、暗号化されている場合は第１実施形態と同様に、復号鍵を得て復号処理を行う。ルータ１０ｂのその他の動作は、第１実施形態と同様である。

【0116】

最後に、第１乃至第４実施形態のルータ１０及び鍵管理サーバ装置２０のハードウェア構成の例について説明する。

【0117】

［ハードウェア構成の例］
図１２は第１乃至第４実施形態のルータ１０のハードウェア構成の例を示す図である。ルータ１０は、制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５及び通信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）３０６を備える。

【0118】

制御装置３０１、主記憶装置３０２、補助記憶装置３０３、表示装置３０４、入力装置３０５及び通信ＩＦ３０６は、バス３１０を介して接続されている。

【0119】

制御装置３０１は、補助記憶装置３０３から主記憶装置３０２に読み出されたプログラムを実行する。主記憶装置３０２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリである。補助記憶装置３０３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）及びメモリカード等である。

【0120】

表示装置３０４は、ルータ１０の状態等を表示する。入力装置３０５はユーザーからの入力を受け付ける。通信ＩＦ３０６は、ネットワーク１０１～１０３、１０５～１０７及び、鍵管理サーバ装置２０に接続するためのインターフェースである。なお、ルータ１０は、表示装置３０４及び入力装置３０５を備えていなくてもよい。ルータ１０が表示装置３０４及び入力装置３０５を備えていない場合は、例えば通信ＩＦ３０６を介して接続された外部端末の表示機能及び入力機能を利用してもよい。

【0121】

図１３は第１乃至第４実施形態の鍵管理サーバ装置２０のハードウェア構成の例を示す図である。第１乃至第４実施形態の鍵管理サーバ装置２０は、制御装置４０１、主記憶装置４０２、補助記憶装置４０３、表示装置４０４、入力装置４０５、量子通信ＩＦ４０６及び古典通信ＩＦ４０７を備える。

【0122】

制御装置４０１、主記憶装置４０２、補助記憶装置４０３、表示装置４０４、入力装置４０５、量子通信ＩＦ４０６及び古典通信ＩＦ４０７は、バス４１０を介して接続されている。

【0123】

制御装置４０１は、補助記憶装置４０３から主記憶装置４０２に読み出されたプログラムを実行する。主記憶装置４０２は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリである。補助記憶装置４０３は、ＨＤＤ及びメモリカード等である。

【0124】

表示装置４０４は、鍵管理サーバ装置２０の状態等を表示する。入力装置４０５はユーザーからの入力を受け付ける。なお、鍵管理サーバ装置２０は、表示装置４０４及び入力装置４０５を備えていなくてもよい。

【0125】

量子通信ＩＦ４０６は、量子暗号通信路（ネットワーク１０４）に接続するためのインターフェースである。古典通信ＩＦ４０７は、制御信号通信路及びルータ１０に接続するためのインターフェースである。

【0126】

第１乃至第４実施形態のルータ１０及び鍵管理サーバ装置２０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、メモリカード、ＣＤ－Ｒ、及び、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータ・プログラム・プロダクトとして提供される。

【0127】

また、第１乃至第４実施形態のルータ１０及び鍵管理サーバ装置２０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。

【0128】

また、第１乃至第４実施形態のルータ１０及び鍵管理サーバ装置２０が実行するプログラムを、ダウンロードさせずにインターネット等のネットワーク経由で提供するように構成してもよい。

【0129】

また、第１乃至第４実施形態のルータ１０及び鍵管理サーバ装置２０で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

【0130】

第１乃至第４実施形態のルータ１０で実行されるプログラムは、第１乃至第４実施形態のルータ１０の機能構成のうち、プログラムにより実現可能な機能を含むモジュール構成となっている。プログラムにより実現される機能は、制御装置３０１が補助記憶装置３０３等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、主記憶装置３０２にロードされる。すなわちプログラムにより実現される機能は、主記憶装置３０２上に生成される。

【0131】

また、第１乃至第４実施形態の鍵管理サーバ装置２０で実行されるプログラムは、第１及び第２実施形態の鍵管理サーバ装置２０の機能構成のうち、プログラムにより実現可能な機能を含むモジュール構成となっている。プログラムにより実現される機能は、制御装置４０１が補助記憶装置４０３等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、主記憶装置４０２にロードされる。すなわちプログラムにより実現される機能は、主記憶装置４０２上に生成される。

【0132】

なお、第１乃至第４実施形態のルータ１０及び鍵管理サーバ装置２０の機能の一部又は全部を、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよい。ＩＣは、例えば専用の処理を実行するプロセッサである。

【0133】

また、複数のプロセッサを用いて各機能を実現する場合、各プロセッサは、各機能のうち１つを実現してもよいし、各機能のうち２つ以上を実現してもよい。

【0134】

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。

【0135】

例えば上述のルータ１０は、Ｌ２レイヤでフレーム（パケット）の転送を行うスイッチでもよい。すなわち、上述の実施形態は、ルータ及びスイッチ、ゲートウェイ等を含む転送装置に適用できる。

【0136】

また例えば、パケットの暗号化および復号は、パケット全体に対して行うのではなく部分的に行ってもよい。好ましくは暗号化もしく復号の指定されたプロトコルのうち、最も上位のプロトコルの指定された条件以外の一部または全部の暗号化を行う。例えば、最も上位のプロトコルのデータ部分（ペイロード部分）を暗号化または復号するようにしてもよい。例えば，ＩＰｖ４で転送され、ＵＤＰの宛先ポート番号が１２３４番のフローを対象に暗号化および復号を行う場合には、ＵＤＰヘッダを除くＵＤＰのデータ部分（ペイロード部分）を暗号化および復号するようにしてもよい。パケット全体を暗号化すると転送で問題が生じたり、復号側で同じ条件で復号対象を指定したりすることが難しくなるが、データ部分のみを暗号化することでこれらの問題を解決することができる。

【0137】

また例えば、暗号化もしくは復号する部分は、携帯電話網管理サーバ装置３０から指定されてもよい。例えばフロー毎に暗号化・復号する条件とともに、パケット中の暗号化または復号を行う開始位置及び終了位置を含む暗号化対象部分（復号対象部分）を通知するようにしても良い。例えば、開始位置及び終了位置はパケットの先頭からのオフセットをバイト数（オクテット数）で通知してもよい。ルータ１０は上記指示に基づきパケットの指定された部分の暗号化または復号を行う。また、暗号化対象部分（復号対象部分）は、フレームのヘッダやデータなどに埋め込んで伝達するようにしてもよい。さらに逆に、暗号化対象部分（復号対象部分）ではなく、暗号化対象外部分（復号対象外部分）を伝達するようにしてもよい。

【0138】

また例えば、ルータ１０ａの暗号化処理部１３（ルータ１０ｂの復号処理部１９）は、暗号化（復号）によってデータが変わるため、イーサネットのチェックサムの再計算を行う。この際、ＩＰｖ４、ＵＤＰ、ＴＣＰ、及び、その他プロトコルのチェックサムが変更になる場合には、計算しなおして付与するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0139】

１０ ルータ
１１ 受付部
１２ パケット受信処理部
１３ 暗号化処理部
１４ 暗号鍵受信処理部
１５ 記憶制御部
１６ 記憶部
１７ 転送処理部
１８ 復号鍵受信処理部
１９ 復号処理部
２０ 鍵管理サーバ装置
２１ 鍵配送処理部
２２ 記憶部
２３ 制御信号処理部
２４ 暗号鍵生成部
２５ 提供部
２６ 復号鍵生成部
３０ 携帯電話網管理サーバ装置
１０１～１０７ ネットワーク
３０１ 制御装置
３０２ 主記憶装置
３０３ 補助記憶装置
３０４ 表示装置
３０５ 入力装置
３０６ 通信ＩＦ
３１０ バス
４０１ 制御装置
４０２ 主記憶装置
４０３ 補助記憶装置
４０４ 表示装置
４０５ 入力装置
４０６ 量子通信ＩＦ
４０７ 古典通信ＩＦ
４１０ バス

【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】