JP2003258771A

JP2003258771A - 秘密通信方法

Info

Publication number: JP2003258771A
Application number: JP2002059717A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Sasaoka; 秀一笹岡; Kiyotaka Nakayama; 清喬中山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】無線通信の伝送路特性の不規則変動を用いて安
全に情報を伝送できる方式を実現することが課題であ
る。ここで、伝送路特性の不規則変動とは、通信路に付
加される不規則な雑音、受信信号の振幅・位相の不規則
変動、不規則な誤り発生などである。また、安全に情報
を伝送する原理は、伝送する情報に通信路符号化を施す
とともに、正規の受信者の情報に含まれる誤り個数を誤
り訂正可能範囲とする一方、盗聴者の誤り個数を誤り訂
正可能範囲外に設定することである。【解決手段】伝送路特性の不規則変動とその送受信場所
への依存性を用いて、受信者の誤り個数のみを選択的に
減少させることで課題を解決する。このため、受信者の
誤り発生確率が高い部分を推測し、その部分の情報を選
択的に訂正する処理、及び、その部分に情報を伝送しな
い処理を行う一方、盗聴者の誤り個数の減少に寄与させ
ない方法を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ディジタル無線
通信において、無線伝送路特性の不規則変動を用いて、
盗聴を防止する秘密通信方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】無線通信においては、無線の傍受が容易
となるため、情報の盗聴を防止する対策が必要となる。
この盗聴対策としては、秘密鍵暗号や公開鍵暗号を用い
た暗号化が一般的であるが、別の手法として伝送路特性
に基づいて鍵なしで安全に情報が伝送できる可能性があ
ることが示されている。この伝送路特性に基づく秘密通
信方式は、盗聴者に制御できない不規則な現象を用いる
もので、この範疇に属するものに量子力学の不確定性を
根拠にした量子暗号の提案や、通信路雑音の不規則性を
根拠にした暗号理論（情報理論に基づく暗号理論）があ
る。

【０００３】情報理論に基づく暗号理論のうち盗聴通信
路に関する研究では、盗聴者より受信者の方が雑音を少
なく受信できる場合、通信路符号の伝送速度の設定を適
切に行えば、盗聴者が盗聴不能となることが示されてい
る。また、盗聴者が受信者より雑音の少ない場合にも、
帰還回線を利用した方法で盗聴者の雑音を常に大きく設
定できることが示されている（Ｍａｕｅｒ，Ｕ．Ｍ．：
ＳｅｃｒｅｔＫｅｙＡｇｒｅｅｍｅｎｔｂｙ
ＰｕｂｌｉｃＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｆｒｏｍＣｏ
ｍｍｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＩＥＥＥＴｒ
ａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍ．Ｔｈｅｏｒｙ，Ｖｏｌ．
３９，Ｎｏ．３，ｐｐ．７３３−７４２（Ｍａｙ
１９９３））。しかし、これらの方法においては、盗
聴者と受信者との雑音に十分な差をつけることが困難で
あり、理論的な可能性を示しただけで効果的な実現方法
を示したものでない。このように、伝送路特性に基づく
秘密通信方法が提案されているが、従来技術には簡易で
効果的な実現法はない。

【０００４】上記および下記で、送信者、受信者、盗聴
者との用語を用いている。ここで、送信者とは、安全に
伝送したい情報の送信者のことであり、受信者とは、情
報を受け取るべき正規の受信者のことである。なお、送
信者と受信者の間で別の情報（安全に伝送したい情報以
外の情報）の送受を行わないとは限らない。また、盗聴
者とは、盗聴の意思の有無に係わらず盗聴の可能性のあ
る正規でない受信者のことである。なお、送信者、受信
者、盗聴者は、人物であるとは限らず、送信、受信、盗
聴の各機能を持った自動又は手動の装置を含む。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、無線
通信の伝送路特性の不規則変動を用いて、安全に情報を
伝送できる方式を実現することである。ここで、具体的
な伝送路特性の不規則変動としては、通信路に付加され
る不規則な雑音、受信信号の振幅や位相の不規則な変
動、並びにそれに関連した不規則な誤り発生がある。ま
た、当該方式の現実的な方法は、伝送する情報に通信路
符号化を施すとともに、受信者の情報に含まれる誤り個
数を誤り訂正可能範囲とし、盗聴者の情報に含まれる誤
り個数を誤り訂正可能範囲外に設定することである。

【０００６】無線通信では、受信場所により伝送路特性
が異なるため、無線を傍受する盗聴者誤り個数が少ない
場合も起こりえる。また、無線通信は、一般に有線通信
に比べて誤りが発生し易い。さらに、フェージングと呼
ばれる伝送路特性の不規則変動により誤り率特性が劣化
し、誤り訂正可能範囲を外れる場合もある。このため、
秘密通信の実現には、受信者の誤り率特性のみを選択的
に改善することが必要となる。

【０００７】フェージング伝送路における誤り率特性の
劣化対策には、ダイバーシチ受信、誤り訂正符号化や再
送方式などの誤り制御、送信電力制御など各種の技術が
用いられる。これらは、受信者の誤り率特性の改善に効
果的であるとともに、盗聴者の誤り率特性の改善にも寄
与する。一方、フェージングの不規則な瞬時変動に適応
した適応変調技術は、盗聴者に比べて受信者の誤り率特
性をより良く改善する効果がある。しかし、これらは、
秘密通信の実現を目的とした技術ではない。また、受信
者と盗聴者の誤り個数に格差をつけることを目的にした
方法は、これまで必要がなかったためか検討されていな
い。

【０００８】そこで、本願発明が解決しようとする課題
は、無線伝送路特性の不規則変動と、その送受信場所へ
の依存性に基づいて、簡易な方法で効果的に受信者と盗
聴者の誤り率特性に顕著な格差をつけることにより、秘
密通信を実現することである。このため、受信者の誤り
個数を選択的に減少させることが課題となる。この課題
は、受信者の誤り発生確率の高い部分を何らかの手段で
検出し、その部分の情報を無視できるようにするか、そ
の部分のみを訂正することで誤り個数を減少させる一
方、伝送路特性の送受信場所への依存性に基づいて盗聴
者の誤り個数の減少に寄与させない手段を見出すことで
解決できる。このような処理を行うためには、送信者と
受信者間で何らかの手段により情報の送受又は共有が必
要となる。このため、送受される情報を盗聴されても差
し支えないようにする手段、又は、共有する情報が盗聴
者から推定不可能とする手段を見出すことも課題とな
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１は、ディジタル情報Ｉｓを伝送する無線
通信において、送信者Ｓが、受信者Ｒと盗聴者Ｔが受信
した情報に復号不能な程度に多くの誤りを含むように無
線伝送路Ｃと無線伝送路Ｃｔとを設定する手段と、送信
者Ｓが情報Ｉｓを誤り検出符号化並びに誤り訂正符号化
して得た符号語Ｉｃを送信する手段と、受信者Ｒが、受
信信号から受信語Ｉｒを得る手段と、受信者Ｒが、受信
語Ｉｒを誤り訂正復号後、誤り検出を行う手段と、受信
者Ｒが、受信語Ｉｒから低信頼ビット位置情報Ｋｒ１を
得る手段と、該情報Ｋｒ１を送信者Ｓに誤りなく送信す
る手段と、送信者Ｓが該情報Ｋｒ１に基づいて生成した
訂正情報Ｉｓ１’を受信者Ｒに対して送信する手段と、
受信者Ｒが、受信した訂正情報Ｉｒ１’に基づき受信語
Ｉｒを訂正する手段と、を実施することにより、受信者
の受信情報に含まれる誤り個数を誤り訂正可能範囲内、
盗聴者の受信情報に含まれる誤り個数を誤り訂正可能範
囲外にすることにより、安全な情報の伝送を実現するこ
とを特徴とする秘密通信方法である。

【００１０】また、請求項２は、ディジタル情報Ｉｓを
伝送する無線通信において、送信者Ｓが、情報Ｉｓを誤
り検出符号化並びに誤り訂正符号化して符号語Ｉｃを得
る手段と、送信者Ｓが、変調方式選択情報Ｋｒ２または
Ｋｓ２に基づき無線伝送路Ｃに適応した変調を符号語Ｉ
ｃに対して行い送信する及び送信停止する手段と、受信
者Ｒが、受信信号を復調し受信語Ｉｒを得る手段と、受
信者Ｒが、受信信号から伝送路特性の変動を推測し、そ
の情報を送信者に伝送する手段、または、送信者Ｓが、
受信者Ｒから送信されてきた伝送路特性の測定用信号を
観測することにより、受信者Ｒが得るであろう伝送路特
性Ｃを推測する手段、と、を実施することにより、受信
者の受信情報に含まれる誤り個数を誤り訂正可能範囲
内、盗聴者の受信情報に含まれる誤り個数を誤り訂正可
能範囲外にすることにより、安全な情報の伝送を実現す
ることを特徴とする秘密通信方法である。

【００１１】また、請求項３は、符号語Ｉｃの送信及び
受信において、送信者Ｓが、変調方式選択情報Ｋｒ２ま
たはＫｓ２に基づき無線伝送路Ｃに適応した変調を符号
語Ｉｃに対して行い送信する手段と、受信者Ｒが、受信
信号を復調し受信語Ｉｒを得る手段と、受信者Ｒが、受
信信号から伝送路特性の変動を推測し、その情報を送信
者に伝送する手段または、送信者Ｓが、受信者Ｒから送
信されてきた伝送路特性の測定用信号を観測することに
より、受信者Ｒが得るであろう伝送路特性Ｃを推測する
手段、と、を実施することを特徴とする請求項１記載の
秘密通信方法である。

【００１２】また、請求項４は、請求項１又は請求項２
又は請求項３記載の方法により秘密通信を実現する機能
を有す無線通信装置である。

【００１３】また、請求項５は、請求項１又は請求項２
又は請求項３記載の方法を用いた鍵共有方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、請求項１記載の方法の実施
の形態について、図１を用いて説明する。先ず、送信者
Ｓは、盗聴者Ｔが受信情報を正しく復号できない程度に
多くの誤りが発生するよう、無線伝送路Ｃと無線伝送路
Ｃｔとを設定する。例えば、送信電力を低く設定するこ
とで、受信者Ｒ及び盗聴者Ｔの受信電力を低くし、誤り
が発生しやすくする。その上で、送信者Ｓが情報Ｉｓを
誤り検出符号化並びに誤り訂正符号化して得た符号語Ｉ
ｃを送信すると、受信者Ｒは無線伝送路Ｃの影響により
誤りを含む受信語Ｉｒを得る。受信者Ｒは、受信語Ｉｒ
を誤り訂正復号し、さらに、誤り検出符号を用いて誤り
の有無を検査し、誤りが含まれなければ、受信者Ｒは正
しい情報Ｉｚを得ることができる。受信情報Ｉｒに誤り
が含まれる場合、受信信号のうち、誤りが含まれている
可能性の高いビットを推測し、低信頼ビット位置情報Ｋ
ｒ１を得る。具体的には、受信信号において、受信電力
が低下している部分は誤っている可能性が高いため、そ
の部分を低信頼ビットとみなす。次に、受信者Ｒは、低
信頼ビット位置情報Ｋｒ１を送信者Ｓに誤りなく送信す
る。送信者Ｓは、該情報に基づき、情報Ｉｓから、低信
頼ビットに関する訂正情報Ｉｓ１’を生成し、受信者Ｒ
に対して送信する。なお、該通信は、誤り伝送路・誤り
なし伝送路のどちらを用いてもよい。受信者Ｒは受信し
た訂正情報Ｉｒ１’に基づき、受信語Ｉｒを訂正する。
以降、受信者Ｒは受信語Ｉｒを誤り訂正復号し、さらに
誤りの有無を検査し、もし誤りが含まれれば再度低信頼
ビットについて訂正情報の送信要求と訂正を繰り返す。

【００１５】このとき、盗聴者Ｔは、送受信者間の通信
について盗聴が可能である。先ず、送信者Ｓが送信する
符号語Ｉｃは、無線伝送路Ｃｔの影響を受け、誤りを含
む受信語Ｉｔとして得られる。受信語Ｉｔは、誤りを多
く含むため、正常に復号することはできない。また、受
信者Ｒと盗聴者Ｔの受信場所の相違と、伝送路特性の場
所依存性とにより、受信語Ｉｒと同Ｉｔの低信頼ビット
位置は異なる。また、盗聴者Ｔは受信情報Ｉｒに含まれ
る低信頼ビットの位置を推測できない。なぜなら、受信
者Ｒと盗聴者Ｔが半波長以上離れると、其々の受信信号
の振幅と位相の相互相関は非常に小さくなるからであ
る。ここで、盗聴者Ｔが、Ｉｔに関する低信頼ビット位
置について、送信者Ｓに訂正情報の送信を要求すると、
盗聴の事実を露呈してしまうため、盗聴者の低信頼ビッ
トに対応する訂正情報を送信者より得ることはできな
い。ただし、盗聴者Ｔは、受信者Ｒから行われる訂正情
報送信要求に含まれる低信頼ビット位置情報Ｋｒ１と、
対応する訂正情報Ｉｔ１’を得ることが可能である。し
かしながら、盗聴者Ｔが盗聴可能な以上の情報には、受
信者Ｒの受信語Ｉｒを訂正する情報は必ず含まれている
が、盗聴者Ｔの受信語Ｉｔを訂正する情報が含まれてい
るとは限らない。

【００１６】つまり、受信語Ｉｒと同Ｉｔとの低信頼ビ
ット位置が異なるにも関わらず、送信者Ｓは、受信語Ｉ
ｒに関する低信頼ビット訂正情報Ｉｓ１’のみを送信す
るため、受信者Ｒが効果的に受信語Ｉｒに含まれる誤り
を減少させることができる一方、盗聴者Ｔは受信語Ｉｔ
に含まれる誤りを効果的に減少させることはできない。
結果、受信者Ｒと盗聴者Ｔの受信語に含まれる誤り個数
には格差が創出される。該格差により、受信者の誤り個
数が使用する符号の誤り訂正可能範囲内、盗聴者の誤り
個数が誤り訂正可能範囲外となるように設定することに
より、受信者Ｒには正常に復号可能で盗聴者Ｔには正常
に復号不可能な秘密通信が実現される。

【００１７】次に、請求項２記載の方法の実施の形態に
ついて説明する。この方法では、受信者の伝送路特性に
適応して、送信者が、変調方式を選択する。この際、送
信者が、受信者の伝送路特性を取得する方法として、大
別すると二種類の方式がある。第一は、受信者が得た伝
送路特性に関する情報を、送信者へ伝達する方式であ
り、第二は、受信者から送信されてきた伝送路特性の測
定用信号を、送信者が観測することにより、受信者が得
るであろう伝送路特性を推測する方式である。

【００１８】先ず、図２に示されるモデルを用いる方法
を説明する。送信者Ｓは情報Ｉｓに誤り検出符号化並び
に誤り訂正符号化を施し符号語Ｉｃを得、さらに、任意
の変調方式によって変調し受信者Ｒに対して送信する。
送信された信号は、無線伝送路Ｃの影響を受けて受信さ
れる。受信者Ｒは、受信信号を復調すると同時に、該信
号から伝送路状況を推測する。例えば、受信信号の電力
が低いならば、伝送路状況は良好でないと推測する。該
推測に基づき、送信者Ｓまたは受信者Ｒは、次回の情報
送信に用いられる変調方式の選択情報Ｋｒ２を決定す
る。このとき、Ｋｒ２またはＫｒ２を決定するために必
要な情報は、受信者Ｒから送信者Ｓへ、誤りなく送信さ
れる。以降、送信者Ｓは変調方式選択情報Ｋｒ２に準じ
た変調方式により、変調を行い送信する。受信者Ｒは、
復調により得た受信語Ｉｒに誤り訂正復号を行い、さら
に復号結果に誤りが含まれるかを誤り検出符号を用いて
検証し、誤りが含まれなければ正しい情報Ｉｚを得る。
復号結果に誤りが含まれる場合、本形態に基づき以上の
過程を繰り返す。

【００１９】次に、図３に示されるモデルを用いる方法
を説明する。送信者Ｓは受信者Ｒからの伝送路計測用信
号により伝送路Ｃの特性を観測し、変調方式選択情報Ｋ
ｓ２を決定する。送信者は、情報Ｉｓを誤り検出符号化
並びに誤り訂正符号化して得られた符号語Ｉｃを、変調
方式選択情報Ｋｓ２に基づいた変調方式により変調を施
し、受信者Ｒに対して送信する。受信者Ｒは、伝送路Ｃ
の影響を受けた受信信号を得、復調を行う。受信者Ｒ
は、復調により得た受信語Ｉｒに誤り訂正復号を行い、
さらに復号結果に誤りが含まれるかを誤り検出符号を用
いて検証し、誤りが含まれなければ正しい情報Ｉｚを得
る。復号結果に誤りが含まれる場合、本形態に基づき以
上の過程を繰り返す。なお、変調方式選択情報Ｋｒ２と
同Ｋｓ２は、変調方式を決定する情報でありえるほか、
送信者Ｓの送信停止を決定する情報でありえ、このと
き、送信者Ｓは情報語Ｉｓの変調及び送信を停止する。

【００２０】以上二種類の方式の何れかを実施すること
により、送受信者は、誤りが発生しやすい時間帯には、
変調多値数を低下、または、送信停止させ、誤りが発生
しにくい時間帯には、変調多値数を高めることにより、
発生する誤り個数を抑制することができる。なお、この
方法は、適応変調にも用いられる手法である。

【００２１】このとき、盗聴者Ｔは、送受信者間の通信
について盗聴が可能である。先ず、送信者Ｓが送信した
信号は、無線伝送路Ｃｔの影響を受けて受信される。し
かし、受信信号の変調方式は、送受信者間の伝送路Ｃの
状況に適応して選択されたものであって、送信者盗聴者
間の伝送路Ｃｔの状況に適応したものではない。つま
り、送信者Ｓは送受信者間の伝送路Ｃの状況に適応した
変調を行うにも関わらず、盗聴者Ｔは伝送路Ｃｔを経た
情報のみを盗聴可能であるため、受信者Ｒが効果的に誤
り発生を抑制できる一方、盗聴者Ｔは効果的に誤り発生
を抑制できない。結果、受信語Ｉｒと同Ｉｔに含まれる
誤り個数には格差が創出される。該格差により、受信者
の誤り個数が使用する符号の誤り訂正可能範囲内、盗聴
者の誤り個数が誤り訂正可能範囲外となるように設定す
ることにより、受信者Ｒには正常に復号可能で盗聴者Ｔ
には正常に復号不可能な秘密通信が実現される。

【００２２】次に、請求項３記載の方法の実施の形態に
ついて説明する。請求項１記載の方法の実施により創出
される、受信者Ｒと盗聴者Ｔとの受信情報に含まれる低
信頼ビット位置の相違による誤り個数の格差と、請求項
２記載の方法の実施により創出される、受信者Ｒと盗聴
者Ｔが望む変調方式の相違による誤り個数の格差との双
方の格差を利用することにより、両者を単独で実施した
場合と比較して、より大きな格差を創出可能である。

【００２３】より具体的には、図４に示されるように、
前記請求項１の実施の形態における符号語Ｉｃの送信及
び受信において、送信者Ｓは、変調方式選択情報Ｋｒ２
またはＫｓ２に基づき無線伝送路Ｃに適応した変調を符
号語Ｉｃに対して行い、受信者Ｒは、受信信号を復調し
受信語Ｉｒを得る。ここで、情報Ｋｒ２とは、受信信号
から伝送路特性の変動を推測し、送信者Ｓに伝送された
ものであり、また、情報Ｋｓ２とは、送信者Ｓが受信者
Ｒから送信されてきた伝送路特性の測定用信号を観測す
ることにより、受信者Ｒが得るであろう伝送路特性Ｃを
推測して得るものである。

【００２４】この形態において、受信者の誤り個数が使
用する符号の誤り訂正可能範囲内、盗聴者の誤り個数が
誤り訂正可能範囲外となるように設定することにより、
受信者Ｒには正常に復号可能で盗聴者Ｔには正常に復号
不可能な秘密通信が実現される。

【００２５】次に、請求項４記載の装置の実施の形態に
ついて説明する。請求項１又は２又は３記載の方法によ
り秘密通信を実現する機能を有す無線通信装置とは、前
述の請求項１又は２又は３に関する実施の形態における
送信者の各手段を実施する無線通信装置と、請求項１又
は２又は３に関する実施の形態における受信者の各手段
を実施する無線通信装置と、であって、当該装置を用い
ることにより請求項１又は２又は３記載の方法による秘
密通信を容易に実施可能となる。

【００２６】最後に、請求項５記載の方法の実施の形態
について説明する。請求項１又は２又は３記載の方法に
よれば、送信者Ｓは情報Ｉｓを安全に受信者Ｒへ伝送可
能である。このとき、鍵情報Ｋを情報Ｉｓとして用いる
ことにより、送信者Ｓは鍵情報Ｋを安全に受信者Ｒへ配
送可能であって、送信者Ｓと受信者Ｒは鍵情報Ｋを共有
することができる。

【００２７】

【実施例】（実施例１：請求項１記載の方法の一実施
例）請求項１記載の方法による秘密通信の一実施例を示
す。通信に用いられる周波数を１．５ＧＨｚ、通信速度
を１２Ｋｂｐｓとする。また、フレーム長を１０２３ビ
ットとし、送信者が時速４０Ｋｍで移動する。この場
合、フェージングの平均周期は５５Ｈｚとなり、１フレ
ームに対しては４．５回程度の受信電力の落ち込みが予
想される。換言すれば、受信者・盗聴者の受信情報に
は、１フレームあたり４〜５箇所にバースト的に誤りが
発生することが予想される。

【００２８】送信者が、情報Ｉｓを３２ビットＣＲＣで
符号化後、ＢＣＨ（１０２３，９９３，３）で符号化し
て送信する（符号長：１０２３ビット、情報長：９９３
ビット、誤り訂正能力：３ビット）。このとき、伝送路
Ｃと伝送路Ｃｔを経た受信情報には誤りが印加される。
受信者は受信情報ＩｒのＢＣＨ復号を行った後、ＣＲＣ
により誤り検査を行うが、受信信号に含まれる誤り個数
が訂正能力である３個以上であった場合、ＢＣＨ復号処
理において誤復号を行ったことが検出される。

【００２９】次に、受信者は受信情報Ｉｒから、特に受
信電力が低いビットを、５ビットを限度として選択して
低信頼ビット位置情報Ｋｒ１を決定し、送信者に誤りな
く送信する。送信者は、情報Ｉｓから、Ｋｒ１の位置に
相当するビットのみを抽出して訂正情報Ｉｓ１’を生成
し、フェージング伝送路を用いて送信を行う。受信者
は、得た訂正情報Ｉｒ１’を基に、受信情報Ｉｒの各低
信頼ビットを更新する。以降、ＢＣＨ復号後のＣＲＣ検
証により誤りが検出される場合、再度低信頼ビットを決
定し、その訂正情報の送信要求と訂正を繰り返す。この
過程を繰り返すうちに、受信者の誤り個数は３個以下と
なり、正常に復号可能となるが、効果的に誤り個数を減
じられない盗聴者にとって、誤り訂正能力範囲に達する
ことは困難である。

【００３０】上記モデルを、計算機シミュレーションに
より検証した。シミュレーションによれば、訂正情報の
送信回数に対する受信者と盗聴者の誤り個数の減少は図
５のような特性となった。同図より、低信頼ビットの訂
正情報の送信により、受信者の誤り個数のみを効果的に
減少できることが示された。また、各ＳＮ比における受
信者と盗聴者のフレーム復号成功率のシミュレーション
結果は、図６のようなものとなった。同図によれば、Ｓ
Ｎ比９〜１３ｄＢの範囲において、受信者は容易に復号
成功する一方、盗聴者は復号困難であると言える。換言
すれば、盗聴者が受信者の情報を盗聴するためには、そ
の差である４ｄＢ以上高性能な受信機が必要であると言
える。なお、受信者と盗聴者の特性格差は、用いる符号
長等によってさらに拡大可能である。

【００３１】（実施例２：請求項２記載の方法の一実施
例）請求項２記載の方法による秘密通信の一実施例を示
す。実施例１と同様の条件において、図３に示されるモ
デルを実施する。より具体的には、送信者は送受信者間
の伝送路を観測し、現在のフェージングの瞬時電力が平
均電力の１５０％以上の場合にはＢＰＳＫ変調、１５０
％未満の場合には情報送信を停止する。このような処理
を実施することにより、見かけ上、受信者は常に誤りが
非常に発生しにくい伝送路を用いて通信を行っているこ
とになる。一方、送信者が情報送信を停止している時間
帯は、盗聴者に誤りが発生しにくい時間帯と同一である
とは限らないから、盗聴者の誤り発生はさほど抑制され
ない。

【００３２】上記モデルを、計算機シミュレーションに
より検証した。各ＳＮ比における受信者と盗聴者のフレ
ーム復号成功率のシミュレーション結果は、図７のよう
なものとなった。同図によれば、ＳＮ比が５〜１５ｄＢ
の範囲においては、受信者は容易に復号成功する一方、
盗聴者は復号困難であると言える。換言すれば、盗聴者
が受信者の情報を盗聴するためには、その差である１０
ｄＢ以上高性能な受信装置が必要であると言える。

【００３３】（実施例３：請求項５記載の方法を用いた
秘密通信）請求項５記載の方法を用いて、送信者から受
信者へ安全に鍵を配送した場合、さらに暗号技術を組み
合わせることにより可能となる、秘密通信の一例を示
す。先ず、送受信者間の情報伝送のうち、一部を鍵共有
用の伝送に、残りのをデータ通信用の伝送に、同時に用
いる。鍵共有用の伝送においては、請求項５記載の方式
を用いて鍵Ｋの共有を行う。具体的には、送信者がラン
ダムに鍵Ｋを生成し、受信者に安全に送信する。送信者
と受信者は其々、鍵Ｋを種に、長周期乱数列発生アルゴ
リズムにより共通の乱数列Ｒｎを得る。鍵共有用の伝送
では、この過程を繰り返し、周期的に新しい乱数列Ｒｎ
を得る。

【００３４】データ通信用の伝送においては、鍵共有用
の伝送によって得られた乱数列Ｒｎと送信情報との排他
的論理和をとり、誤りなし伝送路を用いて送信する。受
信者は受信情報と乱数列Ｒｎとの排他的論理和をとるこ
とにより、送信情報を得ることができる。この暗号化方
式は、秘密鍵暗号方式において特にストリーム暗号と呼
ばれ、乱数列Ｒｎが真性乱数の時、解読不能の究極の暗
号となることが証明されている。従来、情報長と同一長
の乱数列Ｒｎを共有（配送）することは困難であるた
め、ストリーム暗号が実用される機会は少なかったが、
本実施例では、本願発明を用いることにより容易なスト
リーム暗号の実施を実現している。

【００３５】

【発明の効果】先ず、本願発明による秘密性に関する効
果を説明する。無線通信においては、有線通信と比較し
て、傍受・盗聴が容易であるため、秘密通信技術の重要
性は高い。そのため、従来、秘密鍵暗号方式並びに公開
鍵暗号方式として知られる暗号技術によって情報を暗号
化する方法により、秘密通信を実現してきた。一方、情
報理論に基づく暗号理論によれば、暗号技術による方法
に対して、多くの長所を有す秘密通信が実現可能とされ
る。具体的には、鍵を用いないため、鍵の生成・管理
・配布が不要である点。鍵の盗難・紛失・漏洩が発生
し得ない点。特にクリティカルなセキュリティ系に対
する攻撃として行われることが多い、秘密通信方式の開
発者や装置利用者に対する買収・脅迫行為や、装置解析
行為によって、秘密強度が劣化しない点。自然界の複
雑性を根拠にするため、計算機性能の進歩によって秘密
強度が劣化しない点、等がある。

【００３６】しかし、特に無線通信においては、情報理
論に基づく暗号理論を用いて実用的な秘密強度、つま
り、受信者と盗聴者の復号成功率の格差を創出すること
は困難であり、現在、該方法は殆んど実用化されていな
い。換言すれば、従来、前述の多くの長所を享受できる
秘密通信方法は実用されなかった。

【００３７】斯くたる状況において考案された本願発明
は、無線通信環境特有の伝送路特性の不規則変動を利用
することにより、情報理論に基づく暗号理論において実
用的な秘密強度を創出する秘密通信を実現し、結果、前
述の多くの長所の恩恵を享受することを可能とするもの
である。

【００３８】次に、本願発明の実装性に関する効果を説
明する。本願発明は、無線通信分野で既に広く用いられ
ている適応変調や再送方式に用いられる技術を活用して
実現されているものであって、また、アルゴリズムは比
較的単純であって、現行技術水準によって十分容易に、
かつ、十分安価に実施可能である。特に、小型化・省電
力化により、処理能力等に制限が課せられる携帯端末用
マイクロプロセッサに対しても、大きな演算処理負荷を
与えることはない。

【００３９】最後に、上記の進歩性に加え、本願発明の
着眼点・新規性について補足する。本来、適応変調や再
送方式は、盗聴者を含む受信者の誤り率特性を改善する
技術である。しかし、当該技術の新たな活用方法によ
り、秘密通信の実現が可能である事を着想した点が、本
願発明の直接の新規性が帰着するところである。

【００４０】また、従来の秘密通信に関する研究のアプ
ローチとは異なり、敢えて移動通信分野と情報セキュリ
ティ分野を一体として捉え、劣悪な伝送路特性を利用す
ることにより秘密通信を実現する本願発明は、移動通信
分野において、極めて特異な存在と言える。つまり、無
線通信の複雑な伝送路特性を克服すべきものとして捕え
ず、その複雑性を、つまり、理想伝送路の成立困難性
を、逆手に利用して前述の進歩性を得ている点に、着想
の新奇性が存在する。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の方法の実施形態を表す概念解説
図である。

【図２】請求項２記載の方法の一実施形態を表す概念解
説図である。

【図３】請求項２記載の方法の一実施形態を表す概念解
説図である。

【図４】請求項３記載の方法の実施形態を表す概念解説
図である。

【図５】実施例１における受信者と盗聴者の誤り数推移
のシミュレーション結果を表すグラフである。

【図６】実施例１における受信者と盗聴者の復号成功率
のシミュレーション結果を表すグラフである。

【図７】実施例２における受信者と盗聴者の復号成功率
のシミュレーション結果を表すグラフである。なお、以
上の本願図面においては、一般に記憶装置を表すブロッ
クを、データの意として用いているが、これらデータ
は、単一または複数の記憶装置に格納されるとは限らな
い。

【符号の説明】

Ｓ送信者Ｒ受信者Ｔ盗聴者Ｃ送信者・受信者間の誤り伝送路Ｃｔ送信者・盗聴者間の誤り伝送路Ｉｓ秘密情報Ｉｚ受信者が得る正しい秘密情報Ｉｃ秘密情報Ｉｓを符号化して得られた符号語ＩｒＩｓが伝送路Ｃを経て受信された受信語ＩｔＩｓが伝送路Ｃｔを経て受信された受信語Ｉｓ１’ 訂正情報Ｉｒ１’ 訂正情報Ｉｓ１’が伝送路Ｃ又は誤りなし伝
送路を経て受信された訂正情報Ｉｔ１’ 訂正情報Ｉｓ１’が伝送路Ｃｔ又は誤りなし
伝送路を経て受信された訂正情報Ｋｒ１受信語Ｉｒにおける低信頼ビット位置情報Ｋｒ２受信者の受信情報から決定された変調方式選
択情報Ｋｓ２送信者が観測した伝送路情報から決定した変
調方式選択情報

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J065 AB05 AC02 AD04 AE06 AF02 AG03 AG08 AH04 AH15 5J104 AA01 BA07 5K033 AA08 CB03 DA17 DB09 DB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディジタル情報Ｉｓを伝送する無線通信に
おいて、送信者Ｓが、受信者Ｒと盗聴者Ｔが受信した情
報に復号不能な程度に多くの誤りを含むように無線伝送
路Ｃと無線伝送路Ｃｔとを設定する手段と、送信者Ｓが
情報Ｉｓを誤り検出符号化並びに誤り訂正符号化して得
た符号語Ｉｃを送信する手段と、受信者Ｒが、受信信号
から受信語Ｉｒを得る手段と、受信者Ｒが、受信語Ｉｒ
を誤り訂正復号後、誤り検出を行う手段と、受信者Ｒ
が、受信語Ｉｒから低信頼ビット位置情報Ｋｒ１を得る
手段と、該情報Ｋｒ１を送信者Ｓに誤りなく送信する手
段と、送信者Ｓが該情報Ｋｒ１に基づいて生成した訂正
情報Ｉｓ１’を受信者Ｒに対して送信する手段と、受信
者Ｒが、受信した訂正情報Ｉｒ１’に基づき受信語Ｉｒ
を訂正する手段と、を実施することにより、受信者の受
信情報に含まれる誤り個数を誤り訂正可能範囲内、盗聴
者の受信情報に含まれる誤り個数を誤り訂正可能範囲外
にすることにより、安全な情報の伝送を実現することを
特徴とする秘密通信方法。
【請求項２】ディジタル情報Ｉｓを伝送する無線通信に
おいて、送信者Ｓが、情報Ｉｓを誤り検出符号化並びに
誤り訂正符号化して符号語Ｉｃを得る手段と、送信者Ｓ
が、変調方式選択情報Ｋｒ２またはＫｓ２に基づき無線
伝送路Ｃに適応した変調を符号語Ｉｃに対して行い送信
する及び送信停止する手段と、受信者Ｒが、受信信号を
復調し受信語Ｉｒを得る手段と、受信者Ｒが、受信信号
から伝送路特性の変動を推測し、その情報を送信者に伝
送する手段、または、送信者Ｓが、受信者Ｒから送信さ
れてきた伝送路特性の測定用信号を観測することによ
り、受信者Ｒが得るであろう伝送路特性Ｃを推測する手
段、と、を実施することにより、受信者の受信情報に含
まれる誤り個数を誤り訂正可能範囲内、盗聴者の受信情
報に含まれる誤り個数を誤り訂正可能範囲外にすること
により、安全な情報の伝送を実現することを特徴とする
秘密通信方法。
【請求項３】符号語Ｉｃの送信及び受信において、送信
者Ｓが、変調方式選択情報Ｋｒ２またはＫｓ２に基づき
無線伝送路Ｃに適応した変調を符号語Ｉｃに対して行い
送信する手段と、受信者Ｒが、受信信号を復調し受信語
Ｉｒを得る手段と、受信者Ｒが、受信信号から伝送路特
性の変動を推測し、その情報を送信者に伝送する手段ま
たは、送信者Ｓが、受信者Ｒから送信されてきた伝送路
特性の測定用信号を観測することにより、受信者Ｒが得
るであろう伝送路特性Ｃを推測する手段、と、を実施す
ることを特徴とする請求項１記載の秘密通信方法。
【請求項４】請求項１又は請求項２又は請求項３記載の
方法により秘密通信を実現する機能を有す無線通信装
置。
【請求項５】請求項１又は請求項２又は請求項３記載の
方法を用いた鍵共有方法。