JPH11510668A - セキュリティ通信 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 通信回線網を介したセキュリティ通信セッション用の第１と第２の端末機鍵（Ｋa，Ｋb）に対応する暗号化鍵を、第１と第２の端末機（２ａ、２ｂ）の間で前記回線網を経て配分する方法であって、前記第１と第２の端末機鍵（Ｋa，Ｋb）を前記端末機（２ａ、２ｂ）に遠隔記憶するステップと、数字（ＲＡＮＤ）を供給するステップと、それぞれが前記数字（ＲＡＮＤ）の対応する関数と、前記端末機鍵（Ｋa，Ｋb）の対応する関数とからなる前記第１と第２の対応する部分鍵（Ｋpa，Ｋpb）を生成するステップと、第１部分鍵（Ｋpa）を第２端末機（２ｂ）の方向に、またその逆に発信（ディスパッチ）するステップと、からなることを特徴とする方法である。

Description

【発明の詳細な説明】 セキュリティ通信 本発明はセキュリティ通信の方法と装置に関する。 ディジタル方式の移動体音声通信システムは公知である。一例としてはＧＳＭ 地上セルラーシステムがあり、他の例にはインマルサット（国際海事衛星機構） Ｍ衛星電話システム、（例えば欧州特許出願第０３６５８８５号に記載されてい る）イリジウム（商標）衛星セルラーシステム、（例えば英国特許出願第２２９ ５２９６号に記載されている）ＩＣＯ（商標）衛星セルラーシステム、または（ 例えば欧州特許出願第０５１０７８９号に記載されている）オデッセイ（商標） 衛星セルラーシステムがある。 このようなシステムはワイヤレス・リンクを介して動作するので、無認可の人 によって呼出しが傍受される危険がある。 ＧＳＭシステムには例えばドイツ郵政省、フランス・テレコムおよび通信大学 から刊行されている１９８８年１０月１２〜１４日のディジタル方式セルラー無 線通信会議（ＤＣＲＣ）の議事録の第４ａ部に収録されているペーターＣ．Ｊ． ヴァン・デル・アーレント著の「ＧＳＭシステムにおけるセキュリティの側面と 実施」に記載されているオプションの暗号方式を含んでいる。その詳細について は下記のＧＳＭ推奨事項に記載されている。 ＧＳＭ０２．０９「セキュリティの側面」；ＧＳＭ０３．２０「セキュリティ に関連する回線網機能」；ＧＳＭ０３．２１「セキュリティに関連するアルゴリ ズム」 このような方式では、認証センター（ＡｕＣ）として知られているデータベー スが認証サービスの各加入者用の個々の暗号鍵番号（Ｋi）を保存しており、こ の鍵番号は加入者の移動体端末機に保持されている加入者情報モジュール（ＳＩ Ｍ）と呼ばれるチップにも記憶されている。加入者はＳＩＭに記憶されたデータ にアクセスできず、鍵を読取ることはできない。 セキュリティ・セッションが要求されると、乱数（ＲＡＮＤ）が認証センター によって生成され、顧客鍵（Ｋi）とともに、加入者への、また加入者からのメ ッセージを暗号化および暗号解読するセッション中に使用される暗号鍵（Ｋc） を計算するために使用される。 乱数はベース・トランシーバ局（ＢＴＳ）を経て加入者の移動体端末機に送ら れる。移動体端末機は乱数をＳＩＭに送り、これがＡ５と呼ばれるアルゴリズム を用いて暗号鍵Ｋcを計算する。 このように、乱数は無線で送信されるが、顧客鍵Ｋiあるいは暗号鍵Ｋcは無線 送信されない。 乱数および暗号鍵Ｋcは当該の加入者に関わる詳細なデータを記憶するホーム ・ロケーション・レジスタ（ＨＬＲ）データベースに送られ、更に現在使用中の 領域用のビジティング・ロケーション・レジスタ（ＶＬＲ）にも送られ、かつ移 動体端末機がそれを介して通信するＢＴＳに送られる。 移動体端末機およびベース・トランシーバ局内でＡ５暗号アルゴリズムを実施 するために、現在のＴＤＭＡフレーム番号とともに暗号鍵Ｋcが使用される。こ のように、個々のユーザー鍵Ｋiは認証センターおよびＳＩＭだけに記憶されて おり、そこで暗号鍵Ｋcが計算され、ＢＴＳおよび移動体端末機に送られる。 この方式は多くの側面では適切であるものの、無線送信経路を経由する場合の み秘密保護を提供するので、完全なセキュリティをもたらすものではない。すな わち回線網の固定部分を改ざんすることによって違法にアクセスすることが可能 である。 従って、本発明は端末間の暗号化を利用した移動体通信システムを提供する。 暗号は無線経路だけではなく通信経路全体を経て１つのユーザー端末機から他の ユーザー端末機に送られるので、プライバシー保護が改善される。 回線網を介した通信の端末間暗号化を行う際の基本的な問題点は、２人のユー ザーの各々に同一の、すなわち相互間だけの秘密鍵を与えることにある。 ある用途では、（例えば全部を一人が所有している）端末機群は全てが同じ鍵 にアクセスできる。それによってその端末機群を所有している以外の人に対する プライバシーは保たれるものの、群内の２つの端末機と群内の第３の端末機との 通信のプライバシーは保証されないので、この解決方法は不完全なものである。 公開鍵暗号化システムを使用することも可能であり、その場合は各端末機が暗 号解読秘密鍵と秘密ではない暗号化鍵を有しているので、第三者が誰でもデータ を暗号化するために暗号化鍵を使用することができるが、暗号化公開鍵を使用し て暗号化されたデータの暗号を受信者だけが解読することができる。 全てのユーザーにこのような一対の鍵が与えられ、一組のユーザー間の通信を 準備する際に、各々のユーザーが相手に対して暗号解読鍵の秘密を保ったまま暗 号化鍵を送信する通信システムを想定することもできよう。 しかし、通信回線網でこのような技術を利用することによって、何の監視の可 能性もなく秘密の通信を完全に利用して犯罪者またはテロリストが通信できる可 能性があることに対する公共上の関心が広まっている。 従って、本発明の側面では鍵のコピーを保存する“信頼できる第三者”データ ベースを提供し、かつそれぞれの端末機に他の端末機の鍵に関連する鍵データを 配分することができる。 盗聴者による傍受を防止するために、好ましくは各端末機に送信された鍵デー タがマスキングされ、特に好ましくは受信側の端末機がまさに端末機の鍵を抽出 、または解読できないようにする。その代わりに、好適な一実施の形態では、各 端末機が独自の鍵と、他の端末機に関連して受信された鍵データとに複合的に依 存した鍵を構成する。 好適な実施の形態では、マスキングは関数を利用して数字（この数字は各端末 機鍵で同一である）とともに各端末機鍵を処理する形式を採用しているので、ど の端末機も他の端末機の鍵を抽出できないが、各端末機が２つの鍵と数字の同じ 組合わせを暗号化鍵として構成することができる。 本発明は衛星移動体ディジタル通信システムで使用されるように想定されてお り、また（例えばＧＳＭシステムのようなセルラーシステムにおけるような）対 応する地上移動体ディジタル通信システムまたは固定リンク通信システムにも有 用である。本発明はＥ−メールまたはインターネットのような蓄積・交換通信シ ステムで実施してもよい。 本発明の側面とその好適な実施の形態は請求の範囲、および以下の詳細な説明 に記載されている。 図面の簡単な説明 次に本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ例示目的でのみ説明する。 図１は本発明を実施した通信システムの要素を概略的に示したブロック構成図 である。 図２は本発明での使用に適した移動体端末機の要素を概略的に示したブロック 構成図である。 図３は図１の実施の形態の一部を形成する地上局ノードの要素を概略的に示し たブロック構成図である。 図４は図１の実施の形態の一部を形成するゲートウェイ局の要素を概略的に示 したブロック構成図である。 図５は図１の実施の形態の一部を形成するデータベース局の要素を概略的に示 したブロック構成図である。 図６は図５のデータベース局の一部を形成する記憶内容を示した図である。 図７ａは図１の実施の形態の衛星によって放射されるビームを概略的に示した 図である。 図７ｂは地球の周りの軌道内にある、図１の一部を形成する衛星の配置を概略 的に示した図である。 図８は本発明の第１の実施の形態の、図２のハンドセットの構成要素間の信号 の流れを示した構成図である。 図９は第１の実施の形態の、図１に示した構成要素間の暗号化データと信号と の流れを示した概略構成図である。 図１０ａは第１の実施の形態の、図８に示したハンドセットの制御および暗号 化の構成要素によって実行されるプロセスを概略的に示した流れ図である。 図１０ｂは第１の実施の形態の、図３の地上局の動作プロセスを概略的に示し た流れ図である。 図１０ｃは第１の実施の形態の、図４の中央データベース局の動作プロセスを 概略的に示した流れ図である。 図１０ｄは第１の実施の形態の、図８のハンドセット内に保持された加入者情 報モジュール（ＳＩＭ）の動作プロセスを概略的に示した流れ図である。 図１１ａは図８の第１ハンドセット端末機による暗号化鍵の形成段階を示した 図面である。 図１１ｂは第２ハンドセットでの暗号化鍵の形成プロセスを示した対応する図 面である。 図１２は本発明の第３の実施の形態の、図１０ｃの動作を修正した流れ図であ る。 図１３ｂは第３の実施の形態の、図１０ｄの動作を修正した流れ図である。 図１４は本発明の第４の実施の形態でもたらされるセキュリティの段階を概略 的に示した流れ図である。 図１５ａは本発明の第４の実施の形態に基づく、図８のハンドセットに備えら れた機能素子の幾つかを概略的に示した構成図である。 図１５ｂは第４の実施の形態のデータベース局内に備えられた機能素子の幾つ かを概略的に示した構成図である。 図１５ｃは第４の実施の形態の地上局内に備えられた機能素子の幾つかを概略 的に示した構成図である。 図１６ａ（図１０ａに組込まれた部分である）は、第４の実施の形態に基づく ハンドセットの動作を概略的に示した流れ図である。 図１６ｂ（図１０ｂに組込まれた部分である）は、第４の実施の形態に基づく 地上局の動作プロセスを概略的に示した流れ図である。 図１６ｃ（図１０ｃに組込まれた部分である）は、第４の実施の形態に基づく データベース局の動作を概略的に示した流れ図である。 図１６ｄ（図１０ｄに組込まれた部分である）は、第４の実施の形態に基づく 加入者情報モジュールの動作を概略的に示した流れ図である。 発明の好ましい実施の形態 図１を参照すると、本実施の形態に基づく衛星通信回線網は移動体ユーザー端 末機２ａ、２ｂと、軌道中継衛星４ａ，４ｂと、衛星地上局ノード６ａ、６ｂと 、衛星システム・ゲートウェイ局８ａ、８ｂと、公衆交換通信回線網１０ａ、１ ０ｂと、固定通信端末機１２ａ、１２ｂとから構成されている。 衛星システム・ゲートウェイ８ａ、８ｂと地上局ノード６ａ、６ｂとの接続、 およびノード６ａ、６ｂの相互接続を行うのはチャネル１４ａ、１４ｂおよび１ ４ｃからなる専用の地上回線網である。衛星４、地上局ノード６およびライン１ ４が移動体端末機２と通信するための衛星通信回線網の下部構造を構成し、かつ ゲートウェイ局８を介してアクセス可能である。 端末機所在データベース局１５は（例えば専用回線網のチャネル１４内の）信 号リンク６０を介してゲートウェイ局と地上局６とに接続されている。 ＰＳＴＮ１０ａ、１０ｂは一般的には局所内ループ１８ａ、１８ｂを介して固 定端末機１２ａ、１２ｂが接続されている局所内交換機１６ａ、１６ｂと、（例 えば衛星リンクまたは海中光ファイバケーブル・リンクのような）国際横断リン ク２１を介して相互に接続可能な国際交換センター２０ａ、２０ｂとから構成さ れている。ＰＳＴＮ１０ａ、１０ｂと固定端末機１２ａ、１２ｂ（例えば電話機 ）は公知であり、今日ではほぼ世界中で市販されている。 各々の移動体端末機は（この実施の形態では）、例えば（それぞれの場合に応 じて）英国特許出願２２８８９１３号および英国特許出願第２２９３７２５号に 開示されているような呼出しの開始時に割当てられる特定の周波数のＴＤＭＡタ イム・スロットのようなダウンリンク・チャネルとアップリンク・チャネルから なる全二重チャネルを介して衛星４と通信する。この実施の形態では衛星４は静 止衛星ではなく、従って周期的に１つの衛星４から別の衛星への引き継ぎが行わ れる。 ＜移動体端末機２＞ 図２を参照すると、図１の移動体端末機が示されている。 適切な形式の１つは図示のようなハンドセットである。ハンドセット２ａ、２ ｂ等の詳細は本発明の一部を構成するものではなく、従来形のマイクロフォン３ ６と、スピーカ３４と、バッテリ４０と、キーパッド部３８と衛星通信に適した 無線周波数（ＲＦ）インターフェース３２とアンテナ３１とともに、ディジタル ・コーダ／デコーダ３０を備えた、ＧＳＭシステムで使用するのに現在使用でき るものと同様のハンドセットでよい。好適には（例えば液晶ディスプレイのよう な）ディスプレイ３９も備えられている。ユーザー情報を記憶するスマートカー ド（ＳＩＭ）３５を受容する「スマートカード」読取り機３３も備えられる。 コーダ／デコーダ（コーデック）３０は誤り訂正コード化を行って毎秒４．８ キロビットの伝送速度でコード化ビットストリームを生成するチャネル・コーダ と、毎秒約３．６キロビットで会話ビットストリームを生成する低ビット伝送速 度コーダとから構成されている。低ビット伝送速度コーダは例えば多重パルス予 測コーダ（ＭＰＬＰＣ）、コードブック励起線形予測コーダ（ＣＥＬＰ）または 残存励起線形予測コーダ（ＲＥＬＰ）のような線形予測コーダでよい。あるいは 、サブバンド・コーディングのようなある種の形式の波形コーディングを用いて もよい。 採用される誤り訂正コード化にはブロック・コード、ＢＣＨコード、リード− ソロモン(Reed-Solomon)コード、ターボ・コードまたは重畳コード（convolutio nalcode）を用いてもよい。同様にコーデック３０は（例えばViterbi 、すなわ ちソフト決定コード化を用いた）対応するチャネル・デコーダと音声デコーダと からなっている。 更に適切にプログラムされたマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ま たはディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）チップからなる制御回路３７（これは 実際にはコーダ３０と統合されてもよい。）も備えられている。 ＳＩＭ３５は、好ましくはＧＳＭ推奨事項０２．１７「加入者識別モジュール 」および１１．１１に準拠するものであって、好ましくは工業規格「スマートカ ード」として実施される。従ってＳＩＭ３５と読取り機３３とは、好ましくは国 際規格ＩＳＯ７８１０、７８１１および７８１５に記載されているようなもので ある。これらの規格、およびＧＳＭ０２．１７および１１．１１は全て本明細書 に参考文献として組入れられている。 具体的には、ＳＩＭ３５はプロセッサ３５ａと永久メモリ（ｐｅｒｍａｎｅｎ ｔ ｍｅｍｏｒｙ）３５ｂとを含んでいる。プロセッサ３５ａは後に詳述するよ うに、ある種の暗号化機能を行うように構成されている。 ＜地上局ノード６＞ 地上局ノード６は衛星と通信するように構成されている。 地上局ノード６は図３に示すように、少なくとも１つの移動衛星４を追跡する ように構成された少なくとも１つの衛星追跡アンテナ２４と、アンテナ２４に信 号を送るためのＲＦパワー増幅器２６ａと、アンテナ２４から信号を受信するた めのＲＦパワー増幅器２６ｂと、衛星位置推定データを記憶し、アンテナ２４の 操舵を制御し、かつ（アンテナ２４を介して衛星４に信号を送ることによって） 必要な衛星４の制御を行う制御装置２８とからなる従来形の衛星地上局２２から 構成されている。 地上局ノード６は更に、専用回線網の一部を形成する中継リンクに接続された 回線網スイッチ４４からなる移動衛星交換センター４２を備えている。マルチプ レクサ４６は、スイッチ４４から交換された呼出しを受信し、それらを合成信号 に多重化して、低ビット伝送速度の音声コーデック５０を介して増幅器２６に供 給するように構成されている。最後に、地上局ノード６はノード６がそれと通信 する衛星４のサービス領域内の各移動体端末機２ａの詳細なデータを記憶する局 所内記憶装置４８を備えている。 ＜ゲートウェイ８＞ 図４を参照すると、ゲートウェイ局８ａ、８ｂは、この実施の形態ではＧＳＭ システムのようなディジタル方式の移動体セルラー無線システムで使用される種 類の市販の移動体交換センター（ＭＳＣ）から構成されている。あるいは、ゲー トウェイ局はソフトウェア制御で回線網１０を衛星システムの中継線１４と接続 するように動作するＰＳＴＮ１０ａ，１０ｂの１つを形成する国際交換機、また はその他の交換機の一部から構成されていてもよいであろう。 ゲートウェイ局８はＰＳＴＮ１０から入るＰＳＴＮ線を制御装置７２の制御で 、１つ以上の地上局ノード６に接続された専用のサービス線１４と相互に接続す るように構成されたスイッチ７０を備えている。制御装置７２は信号装置７４を 介してデータベース局１５に接続されたデータ・チャネル６０と通信することが でき、かつある種の適切な様式（例えばパケットまたはＡＴＭセル）でデータ・ メッセージを生成するように構成されている。 ゲートウェイ局８にはゲートウェイ局８がそのためのホーム・ゲートウェイ局 である移動体端末機２に関する勘定、サービスおよびその他の情報を記憶する記 憶装置７６も備えられている。データは、ＰＳＴＮ１０、または衛星回線網を構 成する地上局ノード６から信号装置７４またはスイッチ７０を介して受信された 後、制御装置７２によって記憶装置７６に書込まれる。この記憶装置は地上ＧＳ Ｍ回線網のビジティング・ロケーション・レジスタ（ＶＬＲ）と同様に機能し、 従って市販されているＶＬＲを記憶装置７６として使用してもよい。 衛星システム中継線１４はこの実施の形態では、信号の劣化および遅延の最小 限の許容基準を満たす高性能の専用回線からなっている。この実施の形態では、 回線１４は全て地上リンクからなっている。中継線１４は好適には専用回線であ るので、回線１４は回線網１０への物理的チャネルの別個のセットを形成する。 しかし、回線網１０を経た仮想回路を使用しても構わない。 ＜データベース局１５＞ 図５を参照すると、データベース局１５はディジタル・データ記憶装置５４と 、信号発信回路５６と、信号発信回路５６と記憶装置５４とに接続されたプロセ ッサ５８と、データベース局１５をゲートウェイ局８と地上局６とに接続する信 号発信またはデータ・メッセージ通信用の衛星システム回線網を構成する信号リ ンク６０とからなっている。 記憶装置５４は全ての加入者端末機２毎に、識別名（例えば国際移動体加入者 識別名、すなわちＩＭＳＩ）を示す記録、端末機２の現在の状態（後に詳述する ようにそれが「局所内」であるか「大域的」であるか）、（座標の形状で、また はそれがある領域を特定するコードとしての）移動体端末機２の地理的な位置、 （単一のポイントで勘定その他のデータを収集できるように）装置がそれによっ て登録されている「ホーム」ゲートウェイ局８、および装置２がそれによって衛 星４を介して通信する現在稼動中の地上局ノード６を含んでいる。記憶装置の内 容は図６に示してある。 更に、この実施の形態では記憶装置は、各ユーザー毎に後述のように使用され る一意的、かつ固有の暗号化鍵Ｋiを記憶している。 信号装置５６とプロセッサとはゲートウェイ８またはノード６から（パケット 切換え接続でよい）信号送信回路６０を経て、（例えば端末機２の電話番号のよ うな）移動体端末機２の１つを特定するデータからなる呼び掛けデータ・メッセ ージを受信するように構成されており、プロセッサ５８は端末機２の状態および 稼動中の地上局ノード６に関して記憶装置５４を探索し、かつこれらのデータを データ回線６０を経て応答メッセージで送信するように構成されている。 このように、この実施の形態ではデータベース局１５はＧＳＭシステムのホー ム・ロケーション・レジスタ（ＨＬＲ）と、ＧＳＭシステムの認証センター（Ａ ｕＣ）の両方の機能を果たすように動作しており、かつ市販のＧＳＭ製品を使用 してもよい。 ＜衛星４＞ 基本的に衛星４ａ、４ｂは公知のヒューズＨＳ６０１型のような従来形の通信 衛星からなっており、英国特許出願第２２８８９１３号に開示されているような ものでよい。各々の衛星４は衛星の下方の足跡をカバーするビーム・アレイを発 生するように構成されており、各々のビームは英国特許出願第２２９３７２５号 に記載され、図７ａに図示したような多数の異なる周波数チャネルとタイム・ス ロットとを含んでいる。 衛星４ａは地球全体をカバーするため（好ましくは大域的にカバーするため） 充分な数の星座内に適当な軌跡で配置され、例えば１０の（またはそれ以上の） 衛星を例えば図７ｂに示すように１０，５００キロメートルの高度で２つの（ま たはそれ以上の）互いに直交する中間円形軌道で備てもよい。しかし、欧州特許 出願第０３６５８８５号、または例えばイリジウムシステムに関するその他の刊 行物に開示されているように、それ以上の数の低高度の衛星を使用してもよい。 ＜登録とロケーション＞ 一実施の形態では、顧客の移動体端末機２は２つの異なる状態の一方で登録で きる。すなわち、移動体端末機が１つの局所すなわち衛星システム回線網の一部 を介してのみ通信できる“局所内”状態と、衛星システム回線網のどの部分を介 してでも通信できる“大域的”状態である。 各々の装置２の状態（すなわち“局所内”または“大域的”）はデータベース 局１５の記憶装置５４に装置２用に保存される記録に記憶される。 移動体端末機２は、次の各場合すなわち端末機２が発呼用に使用された時、お よび（または）端末機２がスイッチ・オンされた時、および（または）端末機が スイッチ・オンの状態の間に周期的にセルラー地上通信の分野で公知である自動 登録プロセスを実行する。従来のとおり、登録プロセスは（例えば電話番号を共 通の呼び掛け、もしくは信号通信周波数で送信することによって）移動体端末機 ２を特定する信号通信の形式をとる。 送信された信号は１つ以上の衛星４によってピックアップされる。通常の状況 では、信号は複数の衛星４によってピックアップされ、受信された信号強度およ び（または）到着時間が移動体端末機２と信号を受信する衛星４の識別名ととも に、衛星４が通信しているの地上局ノード（単数または複数）６および信号線６ ０を経てデータベース局１５に送信される。 データベース局１５のプロセッサ５８は例えば到着時間差に応じて移動体端末 機２の地上位置を計算して、この位置はデータベース５４内に記憶される。移動 端末機２と通信するのに最適な地上局ノード６（“能動局”）の識別名も記憶さ れる。これは一般に、記憶された端末機２の位置と記憶された各々の地上局ノー ド６の所定位置とを比較し、最も近い位置を選択するプロセッサ５８によって特 定される。しかし、また、あるいはその代わりに、衛星４を介して受信された信 号の強度、または（回線網の混雑のような）その他の要因を考慮して、ボーダー ラインの場合は、移動体端末機２に地理的にさほど近くはない地上局ノードを結 果として選択してもよい。次に割当てられた能動地上局ノード６の識別名は同様 に記憶装置５４内でその端末機用の記録に記憶される。 ＜呼出しの準備と経路指定＞ 移動体端末機２への、または移動体端末機からの呼出しの経路指定プロセスは 、双方とも本明細書に完全に組入れられている英国特許出願第２２９５２９６号 またはＰＣＴ／英国特許第９５０１０８７号に詳細に記載されている。簡略に説 明すると、領域外の局所内ユーザー向けには、ユーザーへの、またはユーザーか らの呼出しはデータベース局に持ち込まれ、この局はユーザーが局所外にあるこ とを判定すると、その後は呼出しを処理しない。上記の英国および国際出願に記 載されている好適な実施の形態では、領域内にある局所内のユーザー向けには、 ユーザーへの、またはユーザーからの呼出しは能動地上局６、地上回線網、およ び国際公衆交換局回線網（ＰＳＴＮ）を経て衛星リンクを介して最も近いゲート ウェイ８から地上のユーザーに送られるように準備される。 大域領域のユーザー向けには、呼出しは衛星と能動地上局を経て、次に地上回 線網を経て地上のユーザーに最も近いゲートウェイ局８に経路指定される。 移動端末機のユーザーに割当てられるダイアル番号には衛星サービス回線網に 対応するコードを後に付した“国際”の接頭辞を有していてもよい。あるいは、 衛星サービスに割当てられた地区コードを後に付した国際接頭辞を有していても よいであろう。 １つの端末機のユーザーと別の端末機のユーザーとの間の呼出しは信号を第１ の衛星リンクを経て第１の移動体端末機のユーザーの能動地上局ノードへと下ろ し、地上回線網を経て（第１の移動体端末機の地上局ノードと同一でもよいが、 必ずしもそうではなくてもよい）第２の移動体端末機のユーザーの能動地上局へ と向け、次に（同じ衛星を介してでもよいが、そうでなくてもよい）第２の衛星 リンクを経て第２の端末機のユーザーへと向けられる。 ＜第１の実施の形態＞ 図８は図２の移動端末機の素子を経た信号の流れをより詳細に示している。ア ンテナ３１から受信された信号はＲＦモデム３２によってＲＦ復調され、暗号化 モードの場合は例えばＳＩＭ３５から供給される暗号解読鍵に従ったＡ５アルゴ リズムを用いて受信データを解読するように構成されたプロセッサ回路３７に送 られる。暗号解読鍵はＫa.bと呼ばれる。 解読されたビットストリームは次にチャネルコーデック３０ｂに送られ、これ が誤り訂正デコードを行い、誤り訂正された音声信号がディジタル／アナログ変 換器を含むビット伝送速度が低いコーデック３０ａに供給され、そのアナログ出 力がスピーカ３４に送られる。 マイクロフォン３６からの音声はアナログ／ディジタル変換器を含むビット伝 送速度が低いコーデック３０ａに送られ、その結果生じるビット伝送速度が低い 音声信号はチャネルコーデック３０ｂによって誤り訂正を含むようにコード化さ れる。誤り訂正されたビットストリームは暗号化モードにある場合には次に制御 回路３７によって暗号化され、暗号化されたビットストリームはアンテナ３１か ら送信されるようにＲＦモデム３２に送られる。 図９、１０および１１を参照して、通信の暗号化モードを準備するプロセスを より詳細に説明する。 ２つのユーザー端末機２ａと２ｂ間の通信セッション中は、一方または双方の 端末のユーザーは暗号形式で会話を継続するように選択する。従って、図１０ａ を参照すると、ステップ１００２で呼出し側はキーボード３８によるキー・スト ロークのシーケンスに入り、これがプロセッサ３７によってセキュリティに関わ る命令として認識され、従ってプロセッサ３７はステップ１００２で帯域内また は関連する制御チャネルでの暗号化に関わる信号を送信する。 図１０ｂを参照すると、地上局６で、ステップ１１０２ではプライバシー要求 信号が受信され、ステップ１１０４で信号は（端末機２ａおよび２ｂの識別名を 示す識別コードとともに）中央データベース局１５に、また第２のユーザー端末 機２ｂに同時に送信される。 第２ユーザー端末機２ｂでは、プライバシー信号の受信は図１０ａのステップ １００２で行われる。 図１０ｃを参照すると、ステップ１２０２においてプライバシー信号が中央デ ータベース局で受信される。 ステップ１２０４で、データベース局１５のコントローラ５８がメモリ５４に アクセスし、第１移動体端末機２ａ用に記憶された個々の暗号化鍵Ｋaと、第２ 移動体端末機２ｂ用に記憶された鍵Ｋbとを読出す。 ステップ１２０６で、コントローラ５８は疑似乱数（ＲＡＮＤ）を生成する。 この実施の形態では、鍵ＫaとＫbとはそれぞれ１２８ビットのバイナリ数であ り、乱数ＲＡＮＤは別の１２８ビット・バイナリ数である。 ステップ１２０８で、コントローラ５８は第１と第２の部分鍵ＫpaとＫpbとを 計算する。第２部分鍵の計算は図１１ａに示されている。この計算で１２８ビッ トの数が生成され、その各ビットは第２端末機鍵Ｋbの対応位置内のビットと乱 数ＲＡＮＤとの排他的ＯＲ関数である。このように、第２部分鍵ＫpbはＫb＋Ｒ ＡＮＤに等しい（但し、＋はバイナリ数の排他的ＯＲ演算を示す）。 第１部分鍵Ｋpaは図１０ｂに示すように、第１端末機鍵Ｋaと乱数ＲＡＮＤと のビット毎の排他的ＯＲ演算を行うことによって全く同様に計算される。 ステップ１２１０で、中央データベース局１５は信号通信回線網６０と、それ ぞれの地上局６ｂおよび６ａと、衛星４ｂと４ａとを経て第１部分鍵（Ｋpa）を 第２端末機２ｂに送信し、第２部分鍵（Ｋpb）を第１端末機２ａに送信する。 この段階で、個々の端末機鍵は乱数ＲＡＮＤとの排他的ＯＲ演算によって既に “スクランブル”されている。部分鍵の１つを傍受する無認可の盗聴者は２つの 未知要素、すなわち乱数ＲＡＮＤと端末機鍵とに直面するのでそれから端末機鍵 を知ることはできない。双方の部分鍵を傍受する無認可の盗聴者でも３つの未知 の要素をそこから導き出すデータを２つしか持っていないので、乱数または端末 機鍵のうちの１つのいずれかを導き出すことはできない。たかだか導きだせるの は２つの端末機鍵の差異であり、これには価値がない。 ここで図１０ｂを参照すると、ステップ１１０６で各地上局は部分鍵を受信し 、ステップ１１０８でこれを移動体端末機へと送る。 図１０ａを参照すると、ステップ１００４で各々の移動体端末機は対応する部 分鍵を受信する。ステップ１００６で、部分鍵はカード読取り機３３を介してＳ ＩＭ３５に送信される。 図１０ｄを参照すると、ステップ１３０２で、ＳＩＭは部分鍵を受信し、ステ ップ１３０４でＳＩＭはメモリ３５ｂ内から端末機鍵を読出す。ステップ１３０ ６で、ＳＩＭプロセッサ３５ａは受信した部分鍵と記憶されている端末機鍵とで ビット方式の排他的ＯＲ演算を行うことによって暗号化鍵を計算して、新たな１ ２８ビットのバイナリ数を生成する。ステップ１３０８で、ＳＩＭ３５はそのよ うにして計算された（Ｋa，Ｋbと呼ばれる）暗号化鍵をカード読取り機３３を経 て端末機プロセッサ３７に供給する。 第１端末機２ａに送られた部分鍵が第２端末機２ｂの端末機鍵Ｋbと乱数ＲＡ ＮＤとの排他的ＯＲ関数の積（Ｋpb＝Ｋb＋ＲＡＮＤ）であることが想起されよ う。このように、図１０ａに示すように、ステップ１３０６で、この部分鍵Ｋpb と端末機鍵Ｋaとの排他的ＯＲ演算の積として計算された暗号化鍵はＫab＝Ｋb＋ ＲＡＮＤ＋Ｋaである。 同様に、図１０ｂに示すように第２端末機２ｂでは、計算された暗号化鍵Ｋab は部分鍵Ｋpaと端末機鍵Ｋbとの排他的ＯＲ演算の積である。言い換えると、Ｋ ab＝Ｋa＋ＲＡＮＤ＋Ｋbである。 排他的ＯＲ演算は関連する数学的法則に従うので、これら２つの計算結果は同 一である。言い換えると、各端末機は同じ暗号化鍵を計算する。 図１０ａを再び参照すると、ステップ１００８で端末機プロセッサ３７は暗号 化鍵Ｋabを受信し、ステップ１０１０で端末機３７は暗号化モードに切り換わる 。その後、ステップ１０１２に示すように、プロセッサ３７はＲＦ変調および送 信の前にコーデック３０からのビットストリームを暗号化し、かつＲＦモデム３ ２からの対応するビットストリームをコーデック３０に送られる前に解読する機 能を果たす。 暗号化アルゴリズムは任意の適宜のアルゴリズムでよく、（暗号化鍵自体が秘 密であるので）オープンに知られてもよい。特に、暗号化アルゴリズムはＧＳＭ ハンドセットで用いられ、前述の推奨事項に記載されているＡ５暗号化アルゴリ ズムであることが便利である。これはほとんどのＧＳＭハンドセットに既に内蔵 されている。 このように、要約すると図９に示すように、この実施の形態では各端末機２は 端末機、および中央データベース局１５内に備えられたＳＩＭ３５内に記憶され た関連する一意的な端末機鍵を有している。使用される暗号化鍵は双方の端末機 鍵の関数である。データベース局１５は一方の端末機２に他方の端末機の端末機 鍵を配分する。 端末機鍵はマスキングされた形式で配分される。この実施の形態におけるマス キングは乱数との排他的ＯＲ演算の形式を呈している。演算は各端末機で行われ てその独自の端末機鍵をマスキングされた他の端末機鍵と結合する演算により各 端末機で双方の端末機鍵の同一の関数である暗号化された端末機鍵を生成する。 この端末機鍵はこの実施の形態では同じ端末機番号に従って各端末機鍵を処理す ることによって便利に構成される。 端末機鍵をマスキングされた形式で送信することによって、盗聴者がいずれか の端末機鍵へのアクセス手段を得ることが防止される。（例えば疑似乱数の順序 を継続的に変えることによって）各セッションの演算でのマスキングを変更する ことで、盗聴者が時間をかけてマスキング関数を知ることは不可能である。 他の端末機鍵は端末機自体からもマスキングされているので、端末機またはＳ ＩＭのいずれかが他の端末機鍵を解読することも不可能である。 最後に、ＧＳＭシステムの場合のように端末機はそれ自体の端末機鍵を知らな い。何故ならば、これは端末機からのアクセスが不可能であるＳＩＭに記憶され ているからであ。このことが重要であるのは、そうしないと基本的に一方の端末 機が他方の端末機に送信された部分鍵を聞くことができ、それ自体の端末機鍵を 知って、乱数を導き出した後、送信された部分鍵から他の端末機鍵を解読できる からである。 ＜第２の実施の形態＞ 第２の実施の形態では、中央データベース局で不正を企てる機会を減らすこと によってセキュリティは更に改善される。第２の実施の形態は、図１１に示すよ うに図１０ｃのステップ１２０４から１２１０の代わりにステップ１４０４から １４２０までが実行される点を除いては第１の実施の形態とほぼ同様に動作する 。 従って、ステップ１２０２の後、プロセッサ５８は先ずステップ１４０４で第 １端末機鍵Ｋaにアクセスし、次に（ステップ１２０６に関して前述したように ）ステップ１４０６で乱数を計算し、次に（ステップ１２０８に関して前述した ように）ステップ１４０８で第１部分鍵を計算し、次に（ステップ１２１０に関 連して前述したように）ステップ１４１０で第１部分鍵を送信する。 これらの動作の後、局所的に記憶されているＫaとＫpaのコピーが消去される 。次に、ステップ１４１４で、プロセッサ５８は第２端末機鍵Ｋbにアクセスし 、第２部分鍵を計算し（ステップ１４１６）、第２部分鍵を送信し（ステップ１ ４１８）、かつ第２部分鍵と第２端末機鍵とを消去する（ステップ１４２０）。 このようにして、この実施の形態では２つの部分鍵と端末機鍵へのアクセスは 時間的に分離され、データベース局１５を盗聴したり不正使用する可能性が減少 する。 ２つの部分鍵および（または）端末機鍵へのアクセスは他の方法でも分離でき るのは明白であろう。例えば、２つの端末機鍵を物理的に分離された装置に送信 し、次に乱数をそこで端末機鍵を結合するために各装置に送信する。 同じ乱数を２つの別の装置に送信するのではなく、セキュリティを更に高める ために同一の２つの乱数発生器を異なる２つのロケーションに段階的に備え、そ こに２つの端末機鍵を送信してもよい。このように、２つの端末機鍵および（ま たは）部分鍵へのアクセスを物理的および、またはその代わりに時間的に分離し てもよい。 ＜第３の実施の形態＞ 上記の実施の形態では、部分鍵Ｋpa、Ｋpbが暗号化されずに普通文で送信され る。この実施の形態では、各送信毎に暗号化が行われることによってセキュリテ ィは更に高まる。 共通の暗号を用いることも可能だろうが、共通の暗号にアクセスする（例えば プライバシー・サービスを認可された他のユーザーのような）盗聴者が暗号を解 読できる可能性があるので、それは好ましくない。 同様に、ＧＳＭシステムで公知の種類のエアインターフェース暗号を利用する ことは、それによって回線網の固定部分での傍受に対してオープンになるので好 ましくない。 従って、この実施の形態では、ＳＩＭ３５は（ＧＳＭシステムで用いられるＡ ５アルゴリズムであることが便利な）暗号解読アルゴリズムを記憶しており、か つデータベース局１５は対応する暗号化アルゴリズムを実行するように構成され ている。 図１３ａを参照すると、この実施の形態では第１の実施の形態の図１０ｃのプ ロセスはステップ１２０８と１２１０の間にステップ１２０９を含めるように修 正されている。このステップでは、各部分鍵はそれが送出されるべき端末機の端 末機鍵を用いて暗号化され、暗号化された形式で送信される。 図１３ｂを参照すると、この実施の形態では各端末機でＳＩＭプロセッサ３５ ａはステップ１３０４と１３０６との間で追加のステップ１３０５を実行する。 ステップ１３０５で、受信された部分鍵は暗号化鍵を計算する前に端末機鍵を用 いて解読される。 このように、この実施の形態では、送信された部分鍵を暗号化することによっ てセキュリティが更に高まる。暗号化が宛先の端末機の端末機鍵を利用しておこ なわれ、更に別の暗号化データを記憶する必要がないようにする。 しかし、明らかに他の形式の暗号化も可能である。すなわち、追加の乱数も送 出されるより精巧な暗号化アルゴリズムを用いることが可能であろう。最後に、 この実施の形態で説明した暗号化方式を用いる場合、端末機鍵のマスキングによ って生成される部分鍵ではなく送信された端末機鍵を直接暗号化することも可能 であろう。それによって、受信された端末機鍵がＳＩＭ３５内でだけ解読される ので、ほとんどの状況でより高いレベルのセキュリティが得られよう。しかし、 不正なＳＩＭが製造されるような危険がある場合は、それによってＳＩＭからも 他の端末機鍵の識別名が隠されるので、部分鍵を生成するためにマスキングが使 用される。 ＜第４の実施の形態＞ この実施の形態では、ＧＳＭ互換性回線網に備えられ、前記のＧＳＭ推奨事項 に記載されているエアインターフェース暗号化および認証・システムと組合わせ て第１の実施の形態の原理が採用される。 図１４を参照すると、セキュリティ機能は以下の順序で与えられる。すなわち 、 認証（ステップ２００２）、エアインターフェース暗号化（ステップ２００４） 、端末間暗号化（ステップ２００６）である。 基本的には、最初の２ステップは既存のＧＳＭ回線網の場合と同様であり、第 ３のステップは第１の実施の形態に関して前述したステップと同様である。しか し、明確にするため、以下に更に説明を加える。 図１５ａを参照すると、ハンドセット・プロセッサ３７とＳＩＭ３５とによっ て実行される機能が別個の機能ブロックとして説明される。各機能ブロックは勿 論、別個のマイクロプロセッサまたはディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によ って実行することもできるが、この実施の形態では、実際には上記のプロセッサ 装置はハンドセット内に１つと、ＳＡＮ３５内に１つしか備えられていない。 図１５ａを参照すると、アンテナ３１から受信され、ＲＦモデム３２によって 復調された信号はエアインターフェース暗号化鍵Ｋcに従ってＧＳＭから公知の Ａ５アルゴリズムを適用するように構成された第１の暗号化／暗号解読段３７２ と、端末間暗号鍵Ｋa.bに従って暗号解読する（この場合もＧＳＭシステムで使 用され、上記の推奨事項に記載されているＡ５アルゴリズムであることが便利で ある）第２暗号解読アルゴリズムを適用するように構成された第２暗号化／暗号 解読段３７４とを通過する。暗号解読されたビットストリームはその後でコーデ ック３０に供給される。 同様にして、コーデック３０からの会話ビットストリームは逆の順序で２つの 暗号化／暗号解読段３７２、３７４を通過する。図面を明解にするため、信号経 路は図１５ａでは省略してある。 ＳＩＭ３５内には端末機用の端末機鍵Ｋiを記憶するための端末機鍵記憶レジ スタ３５２が配設されている。端末機鍵記憶レジスタ３５２は端末機鍵Ｋiを符 号定数計算段３５４に送るように接続されており、この段は前述のＧＳＭ推奨に 記載され、ＧＳＭシステムで使用されているＡ３アルゴリズムに従って、端末機 を認証するために用いられる“符号付き応答”数（ＳＲＥＳ）を計算するように 構成されている。応答計算段３５４はカード読取り器３３を介してＲＦモデム３ ２から出力される暗号化されないビットストリームから乱数（ＲＡＮＤ１）を受 信するようにも接続されている。 端末機鍵・レジスタ３５２は端末機鍵Ｋiを第１鍵生成段３５６に送るように も接続されており、この段も乱数（ＲＡＮＤ１）を受信し、かつそこから上記の ＧＳＭ推奨事項に記載され、ＧＳＭシステムで使用されているＡ８アルゴリズム に従ってエアインターフェース暗号化鍵Ｋcを計算するように構成されている。 このようにして計算された鍵はカード読取り器３３を介して端末機プロセッサ３ ７の第１の（エアインターフェース）暗号化／暗号解読段３７２に送られる。 端末機鍵・レジスタ３５２は端末機鍵を第２鍵生成段３５８に送るようにも接 続されており、この段は端末機プロセッサ３７の第１の（エアインターフェース ）暗号化／暗号解読段３７２の解読された出力から（カード読取り器３３を介し て）受信するように接続された端末機鍵Ｋiと部分鍵Ｋpbを利用して（上記の第 １の実施の形態で説明したような）端末機間暗号化用の暗号化鍵Ｋabを生成する ように構成されている。 このようにして計算された端末機間暗号化鍵は端末機プロセッサ３７の第２の （端末機間）暗号化／暗号解読段３７４に送られる。 図１５ｂを参照すると、中央データベース局は、この実施の形態ではそれぞれ の使用機会に無作為の順序で新たな１２８ビットのバイナリ数（ＲＡＮＤ１）を 生成するように構成された乱数発生器５８２と、端末機鍵Ｋiを記憶する記憶装 置５４と、記憶装置５４からの端末機鍵と乱数（ＲＡＮＤ１）とを受信し、かつ そこから（上記のＧＳＭ推奨事項に記載され、ＧＳＭシステムで使用される）Ａ ８アルゴリズムに従ってエアインターフェース暗号化鍵Ｋcを計算するように接 続された鍵生成段５８４と、これも同様に端末機鍵と乱数とを受信するように接 続され、（上記のＧＳＭ推奨事項に記載され、ＧＳＭシステムで使用される）Ａ ３アルゴリズムに従って符号付きの応答数（ＳＲＥＳ）を計算するように構成さ れた、符号定数計算段５８６とから構成されている。 乱数発生段５８２と、符号付き応答発生段５８６と、鍵生成段５８４との出力 は地上局６に送信されるように信号通信回路５６に接続されている。 図１５ｃを参照すると、地上局６は（データベース４８内に）それぞれがデー タベース局１５から信号通信回路６０を経て送信される乱数と、対応する符号付 き応答（ＳＲＥＳ）と、対応するエアインターフェース暗号化鍵（Ｋc）とから なる所定数（例えば５つ）を記憶するように構成されたトリプレット・レジスタ ４８２とから構成されている。 移動体端末機２が地上局６に登録される機会毎に、地上局は中央データベース 局１５から所定数のトリプレットが供給されることを要求し、中央データベース 局はそれに従って所定数のトリプレットを発生し、信号通信チャネル６０を経て これらのバイトがレジスタ４８２内に記憶されるように送信する。 地上局６内には地上局６のトリプレット・レジスタ４８２およびエアインター フェース部品２４、２６に結合され、移動体端末機２から受信した符号付き応答 （ＳＲＥＳ）数とレジスタ４８２内に記憶された符号付き応答とを比較し、かつ ２つの数の対応関係の有無を示すように構成された比較器２８２が備えられてい る。２つの数が対応しない場合は、ユーザーは認証されず、制御装置２８によっ てサービスが中断される。 最後に、地上局６はトリプレット・レジスタ４８２から送られたエアインター フェース暗号化鍵Ｋcを利用して（ＧＳＭから公知である）Ａ５アルゴリズムに 従って暗号化と暗号解読を行うように構成されたエアインターフェース暗号化段 ２８４を備えている。 暗号化方向では、エアインターフェース暗号化／暗号解読段２８４はコーデッ ク５０からの入力を受け、その出力をエアインターフェース部品２４、２６に送 る。一方、暗号解読方向では、暗号化／暗号解読段２８４はその入力をエアイン ターフェース部品２４、２６から受け、その出力をコーデック５０に送る。 ここでこの実施の形態の動作を図１６ａから１６ｄを参照してより詳細に説明 する。図１６ａから１６ｄには図１０ａから１０ｄの処理段階が組入れられてお り、後述で更に詳細に説明することはない。 図１０ａでは、先ずプライバシー要求が一方の通話者から出され、プライバシ ー要求信号が端末機２ａから送信される。 プライバシー信号が地上局６ａで受信され（ステップ１１０２）、それがデー タベース局１５に送られた（ステップ１１０４）後、図１６ｃに示すようにステ ップ１２０２と１２０４が実行され、２つの端末機の端末機鍵が導出される。 次に、ステップ１２０５で、双方の加入者が端末機間の暗号化を利用する権利 があるか否かを判定するテストが行われる。権利がある場合は、図１０ｃのステ ップ１２０６から１２１０が実行される。引き続いて、または、権利がない場合 は、データベース局１５はステップ１２１２に進み、そこでデータベース局は地 上局（単数または複数）６ａ、６ｂに、２つの端末機２ａ、２ｂに対して端末機 認証のチェックを行い、かつエアインターフェース暗号化を開始するように命令 する信号を送信する。 図１６ｂに戻ってこれを参照すると、各地上局６は命令信号と部分鍵を受信す ると（ステップ１１１０）、トリプレット・レジスタ４８２から得た次の乱数Ｒ ＡＮＤ１を含む認証呼び掛けメッセージを送信する（ステップ１１１２）。加え て、ＧＳＭシステムの場合と同様に、次の確認のために鍵ナンバーを送信しても よい。 図１６ａを参照すると、認証要求メッセージを受け取ると（ステップ１０１４ ）、乱数（ＲＡＮＤ１）が抽出され、ＳＩＭ３５に送出される。（ステップ１０ １６）。 図１６ｄを参照すると、ＳＩＭ３５で、乱数ＲＡＮＤ１を受信すると（ステッ プ１３１０）、ＳＩＭプロセッサ３５ａは端末機鍵Ｋaを探索し（ステップ１３ １２）、Ａ３アルゴリズムを用いて符号付き応答（ＳＲＥＳ）を計算する（ステ ップ１３１４）。 ステップ１３１６で、ＳＩＭプロセッサ３５ａは乱数（ＲＡＮＤ１）と端末機 鍵Ｋaを用いてエアインターフェース暗号化鍵Ｋcを計算する。ステップ１３１８ で、ＳＩＭ３５は符号付き応答数（ＳＲＥＳ）とエアインターフェース暗号化鍵 （Ｋc）をカード読取り器３３を経て端末機プロセッサ３７に送信する。 引き続いて、ＳＩＭ３５は図１０ｄのプロセスを実行する。 図１６ａを参照すると、符号付き応答数（ＳＲＥＳ）をステップ１０１８で受 信した後、端末機プロセッサ３７はＳＲＥＳ数を地上局６ａに送信する（ステッ プ１０２０）。 図１６ｂを参照すると、地上局６は符号付き応答数を受信し（ステップ１１１ ４）、これとトリプレット・レジスタ４８２内に保存されている記憶された符号 付き応答数とを比較する（ステップ１１１６）。 ２つが一致しない場合は、呼出しは終了する（ステップ１１１７）。あるいは 、必要ならば更に認証の試みがなされてもよい。 移動体端末機２から受信された符号付き応答がステップ１１１６で記憶された 符号付き応答と一致した場合は、地上局６は受信されたばかりの符号付き応答に 対応するトリプレット・レジスタ４８２に記憶された暗号化鍵Ｋcを読取り、暗 号化鍵ＫcとともにＡ５アルゴリズムを用いて移動体端末機２へのそれ以降の全 ての交信の暗号化と、移動体端末機からのそれ以降の全ての交信の暗号解読を開 始する（ステップ１１１８）。ＧＳＭシステムでは一般的であるように、暗号化 アルゴリズムへの入力としてフレーム数を使用してもよい。 その後、地上局６は図１０ｃのステップ１１０８に戻り、データベース局１５ から受信した部分鍵を端末機２に送信するが、この実施の形態ではこれは暗号化 された形式で行われる。 図１６ａに戻ってこれを参照すると、ＳＩＭ３５からのエアインターフェース 暗号化鍵Ｋcを受信すると（ステップ１０２２）、端末機プロセッサ３７は暗号 化／暗号解読モードを開始し、このモードではエアインターフェース・モデム３ ２から受信された交信は全て暗号解読され、エアインターフェース・モデム３２ に送信された交信は全てＡ５アルゴリズムとエアインターフェース暗号化鍵Ｋc とを用いて暗号化される。地上局６が補足的にフレーム数を用いる場合は、端末 機２も同様にこれを用いる。 端末機プロセッサ３７によって実行されるプロセスは次に図１０ａのステップ １００４に戻って、地上局６から受信した部分暗号化鍵Ｋpbを（暗号形式で）受 信し、暗号解読し、かつ利用する。 上記の説明ではどの端末機も最近は認証されておらず、またどの端末機も既に エアインターフェース暗号化モードには入っていないものと想定されているが、 かならずしもそういう場合だけではないことが理解されよう。いずれかの端末機 が既にエアインターフェース暗号化を適用している場合は、認証および空気イン ターフェース暗号化を準備するための前述の対応するステップが再び実行される ことはない。 上記の実施の形態では、補足的な防護策を講じてもよい。たとえば、セキュリ ティ通信を開始するため、ＳＩＭに保存されているデータと突き合わせるために 、端末機のユーザーにＰＩＮコードを入力することを要求してもよい。 本発明がＧＳＭ互換性システムまたはその類似システムで実施される場合は、 ＳＩＭ３５は国際移動体端末機加入者識別番号（ＩＭＳＩ）の形式の更に別の情 報と、場合によっては迅速ダイアリングおよびその他の目的のための電話番号の リストを含んでいることが理解されよう。 本発明は、それぞれが対応する閉鎖的ユーザー・グループ（ＣＵＧ）を指定す るリストをデータベース局１５に保存することによって便利に実施される。それ によって１つの閉鎖的ユーザー・グループのメンバーが同じユーザー・グループ の他のメンバーと通信することができる。例えば、閉鎖的ユーザー・グループが 別の国の軍人グループであったり、別の国の緊急出動要員グループであったりす る。 ＜その他の実施の形態＞ これまでの説明から、前述の実施の形態は本発明を実施する１つの方法である に過ぎないことが明らかであろう。本発明の範囲内でその他の多くの代案が可能 であることが専門家には明白であろう。 例えば、記載した衛星や衛星の軌道数は単なる一例であるに過ぎない。より少 数の静止衛星または高度がより高い軌道の衛星を使用することも可能であり、ま たはより多数の地球低軌道（ＬＥＯ）衛星を使用することも可能であろう。同様 に、中間軌道内の異なる数の衛星を使用することもできよう。 ＴＤＭＡを適切な接続プロトコルとして記載してきたが、本発明は符号分割多 元接続（ＣＤＭＡ）または周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）のような他の接続プ ロトコルにも充分に適用できる。 本発明の原理を衛星通信システムに適用するものとして想定してきたが、（例 えばＧＳＭのようなディジタル地上セルラー・システムの）他の通信システムに 本発明を利用することも可能である。 便宜上、端末機２を示すのに前述の説明では“移動体”という用語を用いてき たが、この用語は携帯または手持ちの端末機に限定されるものではなく、例えば 船舶や航空機、または陸上車両に実装する端末機をも含むことが理解されよう。 同様に、本発明を完全に移動不能である、ある種の端末機２とともに実施するこ とも可能である。 全ての端末機２の詳細データを記憶する単一の中央データベース局１５を備え る代わりに、同様の詳細データをホーム・ゲートウェイ８に記憶して、全ての端 末機をそのホーム・ゲートウェイ８に登録することもできよう。 同様に、上記の実施の形態では中央データベース局１５はＧＳＭシステムのホ ーム・ロケーション・レジスタ（ＨＬＲ）として機能し、市販のＨＬＲハードウ ェアを使用して装備してもよく、かつ各地上局６内のデータベースはビジティン グ・ロケーション・レジスタ（ＶＬＲ）の態様で機能し、同様に市販のＧＳＭハ ードウェアを使用してもよいが、様々なユーザーに関する情報を幾つかの異なる データベース間で配分することも可能であることが理解されよう。例えば、物理 的に異なる位置に各々の閉鎖的ユーザー・グループ毎に１つのデータベースを備 えることもできよう。 上記の第４の実施の形態では、エアインターフェース暗号化用に使用されるも のと同じ端末機鍵Ｋ_iがセキュリティ端末機間暗号化用に使用されているが、必 ずしもそうである必要はないことは明かである。それぞれの端末機が２つの異な る端末機鍵を記憶することができよう。すなわち１つの端末機鍵はエアインター フェース暗号化用であり、もう１つは端末機間暗号化用である。この場合は、従 来のエアインターフェース暗号化で使用されるものとは別個の認証用中央データ ベースを端末機間の暗号化鍵配分用に備えることもできよう。 前述の実施の形態では、ＧＳＭシステムのエアインターフェース暗号化用に使 用される同じ（Ａ５）暗号化アルゴリズムを端末機間の暗号化にも使用すること が提案されているが、異なる暗号化方式を採用してもよいことが明らかであろう 。その場合は、端末機は第４の実施の形態で使用するための２つの異なる暗号化 段を含んでいよう。更に、複数の閉鎖的ユーザー・グループがある場合は、それ ぞれの閉鎖的ユーザー・グループは異なる暗号を使用できよう。 前述の実施の形態で、ゲートウェイ８は実際にはゲートウェイの機能を実行す る補足的な動作制御プログラムを備えることによってＩＳＣ、または交換または 移動体切換えセンター（ＭＳＣ）に内蔵されていてもよい。 前述の実施の形態では専用の地上回線が記載されており、これが好適である。 しかし、例えば専用回線を使用できない場合、または交信状態に対処するために 暫定的に付加的な容量を要する場合は、ＰＳＴＮまたはＰＬＭＮリンクを使用し ても構わない。 ゲートウェイ８内の記憶装置は、信号線を介して接続されていれば、その他の 構成部品と物理的に同一の位置に配置する必要はないことは勿論である。 前述の実施の形態では、“大域的”という用語が用いられ、衛星システムが地 球の全領域、またはほとんどの部分をカバーすることが好適ではあるものの、本 発明はカバー領域がより限定された（例えば１つ以上の大陸）同様のシステムに も拡張できる。 前述の実施の形態では二重通信システムを記載しているが、本発明はポイント ・ツー・マルチポイント、もしくは放送システムのような単信（１方向）送信シ ステムにも適用できることが明白であろう。 同様に、前述の実施の形態では直接送信システムに記載されているが、本発明 は一方の記憶のために当事者がメッセージを送信して、これが記憶され、その後 で他の当事者に配送または転送されるような蓄積・交換通信システムにも適用で きることが明白であろう。 このような蓄積・交換システムの一例は、例えばコンピュサーブ（商標）また はＭＣＩ（商標）によって提供されるタイプのＥ−メールである。その他の例に はインターネットであり、これは公知のように、高速パケット通信リンクのバッ クボーンによって相互接続され、公衆通信網またはその他の回線網を経て世界中 のほとんどの地点からファイル伝送するためにアクセス可能である多数のホスト コンピュータ・サイトから構成されている。 この種類の実施の形態では、中央データベース局１５は双方の端末機に同時に 鍵を配分する必要はなく、送信側の端末機への部分鍵の配分は、暗号化された形 式で記憶されるデータ・ファイルの送信の時点で行われ、また受信側の端末機へ の部分鍵の配分は実質的に後の時点で行われてもよい。例えば、受信側の端末機 が回線網に接続される次の機会、および（または）受信側の端末機がホストコン ピュータ内の中間記憶装置からファイルをダウンロードしたい次の機会である。 上記の実施の形態は音声通信に関して説明しているが、本発明をどのような種 類のデータの暗号化にも適用でき、それに限定されるものではないが、特に画像 データ、ビデオデータ、テキストファイル等にも適用できることが当然理解され よう。 本発明の様々な構成要素の地理的な配置は重要ではなく、様々な国内管轄区域 内に上記の実施の形態のシステムの様々な部品を装備してもよいことが理解され よう。本発明は疑念の余地なく、本発明の概念に寄与する通信装置、またはシス テムのどの部品もしくは構成要素にも拡張できる。 本発明の前述の、およびその他の全ての変化形、修正および改良は本発明の範 囲内に含まれることを意図するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 通信回線網を経たセキュリティ通信用の暗号化鍵データを、それぞれが対 応する第１と第２の端末機鍵（Ｋa，Ｋb）を記憶している第１と第２の端末機（ ２ａ、２ｂ）の間で前記回線網を介して配分する方法において、 前記第１と第２の端末機鍵（Ｋa，Ｋb）を前記端末機（２ａ、２ｂ）に遠隔記 憶するステップと、 それぞれが前記端末機鍵（Ｋa，Ｋb）のうちの対応する一方の対応するマスキ ング機能をなす第１と第２の対応する部分鍵（Ｋpa，Ｋpb）を生成するステップ と、 第１部分鍵（Ｋpa）を第２端末機（２ｂ）の方向に、またその逆に発信（ディ スパッチ）するステップと、からなることを特徴とする方法。 ２． 数字（ＲＡＮＤ）を供給するステップを更に含み、マスキング関数は前記 数字と、対応する前記端末機鍵との結合関数であることを特徴とする請求項１記 載の方法。 ３． 第１と第２の関数は排他的ＯＲ演算からなることを特徴とする請求項２記 載の方法。 ４． 第１と第２の関数が同一であることを特徴とする請求項１記載の方法。 ５． 暗号化を要求する要求信号を受信するステップを更に含むことを特徴とす る請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。 ６． 前記数字を供給するステップが前記要求信号に応答して新たな前記数字（ ＲＡＮＤ）を供給するステップからなることを特徴とする請求の範囲第２項に追 加した請求項５記載の方法。 ７． 前記数字を供給するステップが疑似乱数的に前記数字を生成するステップ からなることを特徴とする請求項２、またはこれに追加した請求項３から請求項 ６のいずれかに記載の方法。 ８． 前記発信ステップの前に前記第１と第２の部分鍵（Ｋpa，Ｋpb）の少なく とも一方を暗号化するステップを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項 ７のいずれかに記載の方法。 ９． 前記第１と第２の鍵のそれぞれが異なる暗号で暗号化されることを特徴と する請求項８記載の方法。 １０． 前記第１と第２の鍵のそれぞれが前記第１と第２の鍵を暗号化鍵として 用いた共通の暗号化アルゴリズムで暗号化されることを特徴とする請求項９記載 の方法。 １１． 前記発信ステップの前に、信号通信の対話を介して前記端末機（２ａ、 ２ｂ）の少なくとも一方を認証するステップを更に含むことを特徴とする請求項 １から請求項１０のいずれかに記載の方法。 １２． 前記部分鍵と関数へのアクセスをそれらが生成されたロケーション（１ ５）で分離するステップを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１１の いずれかに記載の方法。 １３． 通信回線網を経て２つの端末機（２ａ、２ｂ）間で通信する方法におい て、 遠隔位置から前記回線網を介して第１と第２の端末機に暗号化鍵データを配分 するステップと、 前記暗号化鍵データを用いて前記端末機（２ａ、２ｂ）のそれぞれで暗号化鍵 （Ｋab）を導出するステップと、 前記第１端末機（２ａ）で前記暗号化されたデータを送信するステップと、 前記通信回線網を介して前記暗号化されたデータを送信するステップと、 前記第２端末機（２ｂ）で前記暗号化されたデータを受信するステップと、 前記暗号化されたデータを暗号解読するステップと、からなることを特徴とす る方法。 １４． 端末機（２ａ、２ｂ）の少なくとも一方が移動体であることを特徴とす る請求項１３記載の方法。 １５． 少なくとも１つの端末機への通信経路がエアインターフェースを含むこ とを特徴とする請求項１３、または請求項１４に記載の方法。 １６． 前記エアインターフェースが中継衛星（４ａ、４ｂ）を含むことを特徴 とする請求項１５記載の方法。 １７． 前記エアインターフェースが地上無線リンクを含むことを特徴とする請 求項１５記載の方法。 １８． 前記エアインターフェース、またはその各々に暗号化段を更に備えたこ とを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれかに記載の方法。 １９． 前記データを記憶するステップを更に含むことを特徴とする請求項１３ 記載の方法。 ２０． 前記通信回線網が、それを介してデータをメッセージ・ファイルの形式 で伝送できる少なくとも１つのコンピュータを備えたとを特徴とする請求項１９ 記載の方法。 ２１． ２つの端末機（２ａ、２ｂ）の間のセキュリティ通信の方法において、 それぞれの端末機（２ａ、２ｂ）に端末機鍵（Ｋa，Ｋb）を供給するステップと 、それぞれの端末機に他の端末機に関するデータである端末機鍵を送信するステ ップと、前記双方の端末機鍵（Ｋa，Ｋb）に従って、第１の前記端末機（２ａ） から第２の端末機（２ｂ）に暗号（Ｋab）で暗号化された交信を搬送するステッ プとからなることを特徴とする方法。 ２２． 前記端末機鍵に関するデータを記憶する前記端末機（２ａ、２ｂ）から 離れた記憶手段（１５）をさらに備えるとともに、端末機鍵が記憶手段（１５） から各端末機に送信されることを特徴とする請求項２１記載の方法。 ２３． 前記鍵（Ｋa，Ｋb）がコード化された形式（Ｋpa，Ｋpb）で送信される ことを特徴とする請求項２２記載の方法。 ２４． 前記各々のコード化された形式（Ｋpa，Ｋpb）を対応する端末機鍵と所 定数（ＲＡＮＤ）の積として生成することを特徴とする請求項２３記載の方法。 ２５． 衛星通信システムで２つの移動体端末機（２ａ，２ｂ）間のセキュリテ ィ通信を行う方法において、前記第１端末機（２ａ）でデータを暗号化するステ ップと、前記データを暗号化された形式で前記回線網の全経路で前記第２端末機 （２ｂ）へと搬送するステップと、前記データを前記第２端末機（２ｂ）で暗号 解読するステップと、からなることを特徴とする方法。 ２６． それぞれがエアインターフェースで地上トランシーバ局（６ａ、６ｂ） に接続さている２つの移動体端末機（２ａ、２ｂ）間でセキュリティ通信を行う 方法において、各端末機（２ａ、２ｂ）と地上トランシーバ局（６ａ、６ｂ）と の間で第１の暗号化を行い、前記第１の暗号化は前記トランシーバ局（６）にて 行われるステップと、前記第１と第２の端末機（２ａ、２ｂ）の間の回線網を経 た全経路に亘って第２の暗号化を行うステップと、からなることを特徴とする方 法。 ２７． 通信回線網を経て、それぞれが対応する第１と第２の端末機鍵（Ｋa， Ｋb）を記憶している第１と第２の端末機（２ａ、２ｂ）の間のセキュリティ通 信を可能にするため暗号化鍵データを記憶する装置（１５）おいて、 前記端末機鍵（Ｋa，Ｋb，．．）を含む記憶装置（５４）と、 前記回線網と通信する手段（５６）と、 前記第１端末機鍵（Ｋa）を前記第２端末機（２ｂ）に送信し、前記第２端末 機鍵（Ｋb）を前記第１端末機（Ｋa）に送信して、前記端末機（２ａ、２ｂ）間 の端末機間暗号通信を可能にする手段（５８）とを備えて構成されたことを特徴 とする装置。 ２８． 前記端末機鍵（Ｋa，Ｋb，．．）を送信する前にそれぞれの端末機鍵を マスキングするための手段（５８）を更に備えたことを特徴とする請求項２７記 載の装置（１５）。 ２９． 通信回線網を経て第１端末機（２ａ）から第２端末機（２ｂ）への信号 経路を指定する信号経路指定装置（６ａ、６ｂ）において、 前記第１と第２の端末機（２ａ、２ｂ）間の端末機間暗号通信の要求を示す信 号を受信する手段（７２）と、 前記要求を暗号化鍵データを保存する別の局（１５）に示すための手段（７４ ）と、 前記別の局（１５）からの前記暗号化データを受信するための手段（７６）と 、 前記暗号化データを前記移動体端末機（２ａ）に送るための手段と、 を備えて構成されたことを特徴とする装置。 ３０． 通信回線網を介して第２端末機（２ｂ）と通信するための第１端末機（ ２ａ）において、 前記第１端末機用の端末機鍵（Ｋa）を記憶して いる記憶装置（３５ｂ）と、 前記通信回線網と結合された受信機ポート（３１、３２）と、 前記受信機ポートと結合され、この受信機ポートから前記第２端末機（２ｂ） に保存された端末機鍵（Ｋb）に関するデータ（Ｋpb）を受信するプロセッサ装 置（３５ａ）と、 前記双方の端末機鍵に従って、前記第１端末機の前記データ（Ｋpb）および前 記端末機鍵（Ｋa）から暗号化鍵（Ｋa.b）を計算するように構成された鍵発生器 （３５ａ）と、 前記暗号化鍵（Ｋa.b）に従って前記端末機（２ａ）から送信され、および（ または）そこで受信されたデータを暗号化および（または）暗号解読するように 構成された暗号化／暗号解読装置（３７）と、 を備えて構成されたことを特徴とする第１端末機。 ３１． 前記記憶装置（３５ｂ）と前記プロセッサ装置（３５ａ）とを外部装置 からは読出すことができないセキュリティ装置（３５）内に備えたことを特徴と する請求項３０記載の装置。 ３２． 前記セキュリティ装置（３５）が取り外し可能、かつ挿入可能なモジュ ール（３５）からなることを特徴とする請求項３１記載の装置。 ３３． エアインターフェースを介して前記回線網と通信するためのエアインタ ーフェース部品（３１、３２）を更に備えたことを特徴とする請求項３０から請 求項３２のいずれかに記載の装置。 ３４． 前記エアインターフェース部品（３１、３２）が衛星（４ａ、４ｂ）と の通信用の部品であることを特徴とする請求項３４記載の装置。 ３５． セキュリティ・データ記憶装置（３５）において、端末機鍵データ（Ｋ a）を記憶するための記憶装置（３５ｂ）と、更に別の端末機鍵データ（Ｋpb） を受信し、かつ前記更に別の端末機鍵データ（Ｋpb）と前記記憶された端末機鍵 データ（Ｋa）とを結合し、それに応答して結合された暗号化鍵（Ｋab）を生成 するプロセッサ（３５ａ）とを備えて構成されたことを特徴とするセキュリティ ・データ記憶装置。