JP2005333438A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 正確な多値化により秘密鍵を生成可能な無線通信システムを提供する。
【解決手段】 無線通信システム１００は、無線装置１０，３０と、アンテナ１１と、アレーアンテナ２０とを備える。無線装置１０及び３０は、アレーアンテナ２０の指向性を複数の指向性に変えながら相手方から受信したｎ個の電波に対応するｎ個の電波強度をＤＣオフセットを除去して検出する。この場合、ＤＣオフセットの除去は、パケット毎、および実部、虚部毎に行なわれる。そして、無線装置１０及び３０は、ＤＣオフセットを除去したｎ個の電波強度をしきい値により多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無線通信システムに関し、特に、暗号化した情報を無線により通信する無線通信システムに関するものである。

最近、情報化社会の発展に伴い情報通信が益々重要になるとともに、情報の盗聴または不正利用がより深刻な問題となっている。このような情報の盗聴を防止するために従来から情報を暗号化して送信することが行なわれている。

情報を暗号化して端末間で通信を行なう方式として公開鍵暗号方式と秘密鍵暗号方式とがある。公開鍵暗号方式は、安全性が高いが、大容量のデータの暗号化には向かない。

一方、秘密鍵暗号方式は、処理が比較的簡単であり、大容量のデータの高速暗号化も可能であるが、秘密鍵を通信の相手方に送信する必要がある。また、秘密鍵暗号方式は、同一の秘密鍵を使用し続けると、暗号解読の攻撃を受けやすく、安全性が損なわれる可能性がある。

そこで、秘密鍵を相手方に送信せずに秘密鍵を共有する方法として、２つの端末間の伝送路の特性を測定し、その測定した特性に基づいて各端末で秘密鍵を生成する方法が提案されている（非特許文献１）。

この方法は、２つの端末間でデータを送受信したときの遅延プロファイルを各端末で測定し、その測定した遅延プロファイルをアナログ信号からデジタル信号に変換して各端末で秘密鍵を生成する方法である。即ち、伝送路を伝搬する電波は可逆性を示すために、一方の端末から他方の端末へデータを送信したときの遅延プロファイルは、他方の端末から一方の端末へ同じデータを送信したときの遅延プロファイルと同じになる。従って、一方の端末で測定した遅延プロファイルに基づいて生成された秘密鍵は、他方の端末で測定した遅延プロファイルに基づいて作成された秘密鍵と同じになる。

このように、伝送路特性を用いて秘密鍵を生成する方法は、同じデータを２つの端末間で相互に送受信するだけで同じ秘密鍵を共有することができる。
堀池 元樹、笹岡 秀一，「陸上移動通信路の不規則変動に基づく秘密鍵共有方式」，信学技報，社団法人 電子情報通信学会，２００２年１０月，TECHNICAL REPORT OF IEICE RCS2002-173，ｐ．７−１２

伝送路特性を用いて秘密鍵を生成する場合、受信した複数の電波の強度を検出し、その検出した複数の電波強度をしきい値により多値化して秘密鍵を生成するが、複数の電波強度は、ＤＣオフセットを含むため複数の電波強度を多値化する際に誤りが生じ易いという問題がある。そして、このＤＣオフセットは、受信した電波の実部および虚部で発生し、実部で発生するＤＣオフセット量と虚部で発生するＤＣオフセット量とはバラバラである。したがって、ＤＣオフセットを正確に除去することが困難であるという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、正確な多値化により秘密鍵を生成可能な無線通信システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、受信電波のＤＣオフセットを正確に除去して秘密鍵を生成可能な無線通信システムを提供することである。

この発明によれば、無線通信システムは、第１および第２のアンテナと、第１および第２の無線装置とを備える。第１のアンテナは、指向性を電気的に切換え可能なアンテナである。第１および第２の無線装置は、第１及び第２のアンテナを介して無線伝送路により電波を相互に送受信する。そして、第１の無線装置は、第１のアンテナの指向性が所定のパターンに従ってｎ（ｎは、２以上の自然数）個の指向性に変えられたときにｎ個の指向性に対応して第２の無線装置から受信した第１のｎ個の電波に対応する第１のｎ個の電波強度をＤＣオフセットを除去して検出し、その検出した第１のｎ個の電波強度を多値化して第１の秘密鍵を生成する。また、第２の無線装置は、第１のアンテナの指向性がｎ個の指向性に変えられたときにｎ個の指向性に対応して第１の無線装置から受信した第２のｎ個の電波に対応する第２のｎ個の電波強度をＤＣオフセットを除去して検出し、その検出した第２のｎ個の電波強度を多値化して第２の秘密鍵を生成する。

好ましくは、第１の無線装置は、第１のアンテナの指向性が各パケット毎にｋ（ｋは、ｋ＜ｎを満たす自然数）個の指向性に変えられることにより全体でｎ個の指向性に変えられたときに第１のｊ（ｊは、ｋ×ｊ＝ｎを満たす自然数）個のパケットを第２の無線装置から受信し、その受信した第１のｊ個のパケットの各パケット毎にＤＣオフセットを除去することにより第１のｎ個の電波強度を検出する。また、第２の無線装置は、第１のアンテナの指向性が各パケット毎にｋ個の指向性に変えられることにより全体でｎ個の指向性に変えられたときに第２のｊ個のパケットを第１の無線装置から受信し、その受信した第２のｊ個のパケットの各パケット毎にＤＣオフセットを除去することにより第２のｎ個の電波強度を検出する。

好ましくは、第１の無線装置は、第１のアンテナの指向性がｋ個の指向性に変えられたときに第２の無線装置から受信した第１のｋ個の電波に対応する第１のｋ個の電波強度の平均である第１の平均値を演算し、第１のｋ個の電波強度の各々から第１の平均値を減算することにより各パケット毎にＤＣオフセットを除去する。第２の無線装置は、第１のアンテナの指向性がｋ個の指向性に変えられたときに第１の無線装置から受信した第２のｋ個の電波に対応する第２のｋ個の電波強度の平均である第２の平均値を演算し、第２のｋ個の電波強度の各々から第２の平均値を減算することにより各パケット毎にＤＣオフセットを除去する。

好ましくは、第１の無線装置は、第１のｋ個の電波を第１のｋ個の実部と第１のｋ個の虚部とに分解し、第１のｋ個の実部の平均である第１の実部平均値と第１のｋ個の虚部の平均である第１の虚部平均値とを演算し、第１のｋ個の実部の各々から第１の実部平均値を減算し、第１のｋ個の虚部の各々から第１の虚部平均値を減算することにより各パケット毎にＤＣオフセットを除去する。第２の無線装置は、第２のｋ個の電波を第２のｋ個の実部と第２のｋ個の虚部とに分解し、第２のｋ個の実部の平均である第２の実部平均値と第２のｋ個の虚部の平均である第２の虚部平均値とを演算し、第２のｋ個の実部の各々から第２の実部平均値を減算し、第２のｋ個の虚部の各々から第２の虚部平均値を減算することにより各パケット毎にＤＣオフセットを除去する。

この発明においては、指向性を電気的に切換え可能なアンテナの指向性をｎ個の指向性に順次変えて受信したｎ個の電波に対応するｎ個の電波強度に基づいて秘密鍵を作成する場合、ＤＣオフセットを除去してｎ個の電波強度を検出し、その検出したｎ個の電波強度を多値化して秘密鍵を生成する。

したがって、この発明によれば、正確に多値化を行なうことができる。その結果、秘密鍵を正確に作成できる。

また、この発明においては、１つのパケット毎にＤＣオフセットを除去することによりｎ個の電波強度のＤＣオフセットを除去する。そして、１つのパケット毎のＤＣオフセットの除去は、電波の実部および虚部毎に行なわれる。

したがって、この発明によれば、ＤＣオフセットが電波の実部および虚部においてバラバラに発生しても、ＤＣオフセットを正確に除去できる。その結果、秘密鍵を正確に作成できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による無線通信システムの概略図である。無線通信システム１００は、無線装置１０，３０と、アンテナ１１と、アレーアンテナ２０とを備える。無線装置１０は、例えば、ユーザの移動体通信端末である。また、無線装置３０は、例えば、無線アクセスポイントである。

アンテナ１１は、無線装置１０に装着される。そして、アンテナ１１は、全方位性のアンテナである。アレーアンテナ２０は、アンテナ素子２１〜２７を備える。アンテナ素子２４は、給電素子であり、アンテナ素子２１〜２３，２５〜２７は、無給電素子である。そして、アンテナ素子２１〜２３，２５〜２７は、アンテナ素子２４の周りに略円形に配置される。また、アンテナ素子２１〜２３，２５〜２７は、相互に等間隔に配置される。無給電素子であるアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７には、可変容量素子であるバラクタダイオードが装荷され、その装荷されたバラクタダイオードに印加する直流電圧を制御することにより、アレーアンテナ２０は、適応ビーム形成が可能である。

即ち、アレーアンテナ２０は、無線装置３０に含まれるバラクタダイオード（図示せず）に印加する直流電圧を変えることによって指向性が変えられる。従って、アレーアンテナ２０は、電気的に指向性を切換え可能なアンテナである。そして、アレーアンテナ２０は、無線装置３０に装着される。

無線装置１０と無線装置３０との間で通信が行われる場合、電波は、無線装置１０のアンテナ１１と無線装置３０のアレーアンテナ２０との間を直接伝搬したり、中間物４０による影響を受けて伝搬する。中間物４０としては、反射物及び障害物が想定される。中間物４０が反射物である場合、無線装置１０のアンテナ１１または無線装置３０のアレーアンテナ２０から出射した電波は、中間物４０によって反射されて無線装置３０のアレーアンテナ２０または無線装置１０のアンテナ１１へ伝搬する。また、中間物４０が障害物である場合、無線装置１０のアンテナ１１または無線装置３０のアレーアンテナ２０から出射した電波は、中間物４０によって回折されて無線装置３０のアレーアンテナ２０または無線装置１０のアンテナ１１へ伝搬する。

このように、電波は、無線装置１０のアンテナ１１と無線装置３０のアレーアンテナ２０との間を直接伝搬したり、中間物４０による反射を受けて反射波として伝搬したり、中間物４０による回折を受けて回折波として伝搬したりする。そして、電波は、無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０（または無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１）へ伝搬する場合、直接伝搬成分、反射波成分及び回折波成分が混在しており、無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０（または無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１）へ伝搬した電波がどのような成分により構成されるかによって無線装置１０と無線装置３０との間の伝送路の特性が決定される。

この発明においては、無線装置１０と無線装置３０との間で通信が行なわれる場合、アレーアンテナ２０の指向性を複数個に変えて時分割復信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）等により所定のデータが同一の周波数で無線装置１０，３０間で送受信される。そして、無線装置１０，３０は、アレーアンテナ２０の指向性を複数個に変えたときの複数の電波の強度を示す受信信号プロファイルＲＳＳＩを後述する方法によって生成し、その生成した受信信号プロファイルＲＳＳＩに基づいて後述する方法によって秘密鍵を生成する。

秘密鍵が無線装置１０，３０において生成されると、無線装置１０，３０は、生成した秘密鍵により情報を暗号化して相手方へ送信し、相手方から受信した暗号化情報を秘密鍵によって復号して情報を取得する。

図２は、図１に示す一方の無線装置１０の概略ブロック図である。無線装置１０は、信号発生部１１０と、送信処理部１２０と、アンテナ部１３０と、受信処理部１４０と、プロファイル生成部１５０と、鍵作成部１６０と、鍵一致確認部１７０と、鍵記憶部１８０と、鍵一致化部１９０と、暗号部２００と、復号部２１０とを含む。

信号発生部１１０は、秘密鍵を生成するときに無線装置３０へ送信するための所定の信号を生成し、その生成した所定の信号を送信処理部１２０へ出力する。送信処理部１２０は、変調、周波数変換、多元接続及び送信信号の増幅等の送信系の処理を行なう。アンテナ部１３０は、図１に示すアンテナ１１からなり、送信処理部１２０からの信号を無線装置３０へ送信し、無線装置３０からの信号を受信して受信処理部１４０またはプロファイル生成部１５０へ供給する。

受信処理部１４０は、受信信号の増幅、多元接続、周波数変換及び復調等の受信系の処理を行なう。そして、受信処理部１４０は、受信処理を行なった信号を必要に応じて鍵一致確認部１７０、鍵一致化部１９０及び復号部２１０へ出力する。

プロファイル生成部１５０は、アレーアンテナ２０の指向性を複数個に変えたときの複数の電波をアンテナ部１３０から順次受け、その受けた複数の電波の強度を後述する方法によって検出する。そして、プロファイル生成部１５０は、検出した複数の電波強度からなる受信信号プロファイルＲＳＳＩを生成して鍵作成部１６０へ出力する。

鍵作成部１６０は、プロファイル生成部１５０からの受信信号プロファイルＲＳＳＩに基づいて後述する方法によって秘密鍵Ｋｓ１を作成する。そして、鍵作成部１６０は、作成した秘密鍵Ｋｓ１を鍵一致確認部１７０及び鍵一致化部１９０へ出力する。

鍵一致確認部１７０は、所定の信号を送信処理部１２０、アンテナ部１３０及び受信処理部１４０を介して無線装置３０と送受信し、鍵作成部１６０によって作成された秘密鍵Ｋｓ１が無線装置３０において作成された秘密鍵Ｋｓ２に一致するか否かを後述する方法によって確認する。そして、鍵一致確認部１７０は、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致すると確認したとき、秘密鍵Ｋｓ１を鍵記憶部１８０に記憶する。また、鍵一致確認部１７０は、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に不一致であることを確認したとき、不一致信号ＮＭＴＨを生成して鍵一致化部１９０へ出力する。

鍵記憶部１８０は、鍵一致確認部１７０及び鍵一致化部１９０からの秘密鍵Ｋｓ１を記憶する。また、鍵記憶部１８０は、記憶した秘密鍵Ｋｓ１を暗号部２００及び復号部２１０へ出力する。なお、鍵記憶部１８０は、秘密鍵Ｋｓ１を一時的、例えば、無線装置３０との通信の間だけ記憶するようにしてもよい。

鍵一致化部１９０は、鍵一致確認部１７０から不一致信号ＮＭＴＨを受けると、後述する方法によって秘密鍵Ｋｓ１を秘密鍵Ｋｓ２に一致させる。そして、鍵一致化部１９０は、一致させた秘密鍵が秘密鍵Ｋｓ２に一致することを鍵一致確認部１７０における方法と同じ方法によって確認する。鍵一致化部１９０は、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致すると、秘密鍵Ｋｓ１を鍵記憶部１８０に記憶する。

暗号部２００は、送信データを鍵記憶部１８０に記憶された秘密鍵Ｋｓ１によって暗号化して送信処理部１２０へ出力する。復号部２１０は、受信処理部１４０からの信号を鍵記憶部１８０からの秘密鍵Ｋｓ１によって復号して受信データを生成する。

図３は、図１に示す他方の無線装置３０の概略ブロック図である。無線装置３０は、無線装置１０のアンテナ部１３０をアンテナ部２２０に代え、指向性設定部２３０を追加したものであり、その他は、無線装置１０と同じ構成からなる。

アンテナ部２２０は、図１に示すアレーアンテナ２０からなる。そして、アンテナ部２２０は、送信処理部１２０からの信号を指向性設定部２３０によって設定された指向性で無線装置１０へ送信し、無線装置１０からの信号を指向性設定部２３０によって設定された指向性で受信して受信処理部１４０またはプロファイル生成部１５０へ出力する。

指向性設定部２３０は、アンテナ部２２０の指向性を設定する。また、指向性設定部２３０は、無線装置１０，３０において秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成するとき、後述する方法により所定の順序に従ってアンテナ部２２０の指向性を順次切換える。

なお、無線装置３０のプロファイル生成部１５０は、アレーアンテナ２０の指向性を複数個に変えたときの複数の電波をアンテナ部２２０から順次受け、その受けた複数の電波の強度を後述する方法によって検出する。そして、プロファイル生成部１５０は、検出した複数の電波強度からなる受信信号プロファイルＲＳＳＩを生成して鍵作成部１６０へ出力する。

図４は、図３に示す指向性設定部２３０の概略ブロック図である。指向性設定部２３０は、バラクタダイオード２３１〜２３６と、制御電圧発生回路２３７とを含む。バラクタダイオード２３１〜２３６は、それぞれ、図１に示すアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７に装荷される。制御電圧発生回路２３７は、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎ（ｎは２以上の自然数）を順次発生し、その発生した制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎをバラクタダイオード２３１〜２３６へ順次出力する。制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎの各々は、６個のバラクタダイオード２３１〜２３６に対応して６個の電圧値Ｖ１〜Ｖ６からなる。そして、バラクタダイオード２３１〜２３６は、制御電圧セットＣＬＶ１を受けると、その受けた制御電圧セットＣＬＶ１に応じて無給電素子であるアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７に装荷される容量を所定の容量に設定し、アレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性に設定する。従って、バラクタダイオード２３１〜２３６は、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎに応じて無給電素子であるアンテナ素子２１〜２３，２５〜２７に装荷される容量を順次変え、アレーアンテナ２０の指向性をｎ個の指向性に順次変える。

図５は、図２及び図３に示す鍵一致確認部１７０の概略ブロック図である。鍵一致確認部１７０は、データ発生部１７１と、データ比較部１７２と、結果処理部１７３とを含む。なお、無線装置１０，３０の鍵一致確認部１７０は、同じ構成からなるが、図５においては、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致することを確認する動作を説明するために、無線装置３０においてはデータ発生部１７１のみを示す。

データ発生部１７１は、鍵作成部１６０から秘密鍵Ｋｓ１を受けると、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致することを確認するための鍵確認用データＤＣＦＭ１を発生し、その発生した鍵確認用データＤＣＦＭ１を送信処理部１２０及びデータ比較部１７２へ出力する。

この場合、データ発生部１７１は、秘密鍵Ｋｓ１から非可逆的な演算及び一方向的な演算等により、鍵確認用データＤＣＦＭ１を発生する。より具体的には、データ発生部１７１は、秘密鍵Ｋｓ１またはＫｓ２のハッシュ値を演算することにより、鍵確認用データＤＣＦＭ１を発生する。

データ比較部１７２は、データ発生部１７１から鍵確認用データＤＣＦＭ１を受け、無線装置３０のデータ発生部１７１で発生された鍵確認用データＤＣＦＭ２を受信処理部１４０から受ける。そして、データ比較部１７２は、鍵確認用データＤＣＦＭ１を鍵確認用データＤＣＦＭ２と比較する。データ比較部１７２は、鍵確認用データＤＣＦＭ１が鍵確認用データＤＣＦＭ２に一致するとき、一致信号ＭＴＨを生成して結果処理部１７３へ出力する。

また、データ比較部１７２は、鍵確認用データＤＣＦＭ１が鍵確認用データＤＣＦＭ２に不一致であるとき、不一致信号ＮＭＴＨを生成する。そして、データ比較部１７２は、不一致信号ＮＭＴＨを鍵一致化部１９０へ出力し、不一致信号ＮＭＴＨを送信処理部１２０及びアンテナ部１３０を介して無線装置３０へ送信する。

結果処理部１７３は、データ比較部１７２から一致信号ＭＴＨを受けると、鍵作成部１６０から受けた秘密鍵Ｋｓ１を鍵記憶部１８０へ記憶する。

図６は、図２及び図３に示す鍵一致化部１９０の概略ブロック図である。鍵一致化部１９０は、擬似シンドローム作成部１９１と、不一致ビット検出部１９２と、鍵不一致訂正部１９３と、データ発生部１９４と、データ比較部１９５と、結果処理部１９６とを含む。

なお、無線装置１０，３０の鍵一致化部１９０は、同じ構成からなるが、図６においては、秘密鍵Ｋｓ１を秘密鍵Ｋｓ２に一致させる動作を説明するために、無線装置３０においては擬似シンドローム作成部１９１のみを示す。

擬似シンドローム作成部１９１は、鍵一致確認部１７０のデータ比較部１７２から不一致信号ＮＭＴＨを受けると、鍵作成部１６０から受けた秘密鍵Ｋｓ１のシンドロームｓ_１を演算する。より具体的には、擬似シンドローム作成部１９１は、秘密鍵Ｋｓ１のビットパターンｘ_１を検出し、ビットパターンｘ_１に対して検査行列Ｈを乗算してシンドロームｓ１＝ｘ_１Ｈ^Ｔを演算する。そして、擬似シンドローム作成部１９１は、ビットパターンｘ_１を鍵不一致訂正部１９３へ出力し、演算したシンドロームｓ１＝ｘ_１Ｈ^Ｔを不一致ビット検出部１９２へ出力する。

なお、これらの演算は、ｍｏｄ２の演算であり、Ｈ^Ｔは、検査行列Ｈの転置行列である。

不一致ビット検出部１９２は、擬似シンドローム作成部１９１からシンドロームｓ１を受け、無線装置３０の擬似シンドローム作成部１９１によって演算されたシンドロームｓ２＝ｘ_２Ｈ^Ｔを受信処理部１４０から受ける。そして、不一致ビット検出部１９２は、シンドロームｓ１とシンドロームｓ２との差分ｓ＝ｓ１−ｓ２を演算する。

なお、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２のビットパターンの差分（鍵不一致のビットパターン）をｅ＝ｘ_１−ｘ_２とすると、ｓ＝ｅＨ^Ｔの関係が成立する。ｓ＝０の場合、ｅ＝０となり、秘密鍵Ｋｓ１のビットパターンは、秘密鍵Ｋｓ２のビットパターンに一致する。

不一致ビット検出部１９２は、演算した差分ｓが０でないとき（即ち、ｅ≠０のとき）、鍵不一致のビットパターンｅをｓ＝ｅＨ^Ｔから導出し、その導出したビットパターンｅを鍵不一致訂正部１９３へ出力する。

鍵不一致訂正部１９３は、擬似シンドローム作成部１９１からビットパターンｘ_１を受け、不一致ビット検出部１９２から鍵不一致のビットパターンｅを受ける。そして、鍵不一致訂正部１９３は、ビットパターンｘ_１から鍵不一致のビットパターンｅを減算することにより相手方の秘密鍵のビットパターンｘ_２＝ｘ_１−ｅを演算する。

このように、鍵一致化部１９０は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の不一致を誤りと見なして誤り訂正の応用により秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の不一致を解消する。

この秘密鍵を一致させる方法は、鍵不一致のビット数が誤り訂正能力以上である場合に鍵の一致化に失敗する可能性があるので、鍵一致化の動作を行なった後に鍵一致の確認を行なう必要がある。

データ発生部１９４は、一致化後のビットパターン（鍵）ｘ_２＝ｘ_１−ｅを鍵不一致訂正部１９３から受けると、ビットパターン（鍵）ｘ_２に基づいて鍵確認用データＤＣＦＭ３を発生させ、その発生させた鍵確認用データＤＣＦＭ３をデータ比較部１９５へ出力する。また、データ発生部１９４は、発生させた鍵確認用データＤＣＦＭ３を送信処理部１２０及びアンテナ部１３０を介して無線装置３０へ送信する。

なお、データ発生部１９４は、鍵一致確認部１７０のデータ発生部１７１による鍵確認用データＤＣＦＭ１の発生方法と同じ方法により鍵確認用データＤＣＦＭ３を発生する。

データ比較部１９５は、データ発生部１９４から鍵確認用データＤＣＦＭ３を受け、無線装置３０で発生された鍵確認用データＤＣＦＭ４を受信処理部１４０から受ける。そして、データ比較部１９５は、鍵確認用データＤＣＦＭ３を鍵確認用データＤＣＦＭ４と比較する。

データ比較部１９５は、鍵確認用データＤＣＦＭ３が鍵確認用データＤＣＦＭ４に一致するとき、一致信号ＭＴＨを生成して結果処理部１９６へ出力する。

また、データ比較部１９５は、鍵確認用データＤＣＦＭ３が鍵確認用データＤＣＦＭ４に不一致であるとき、不一致信号ＮＭＴＨを生成する。そして、データ比較部１９５は、不一致信号ＮＭＴＨを送信処理部１２０及びアンテナ部１３０を介して無線装置３０へ送信する。

結果処理部１９６は、データ比較部１９５から一致信号ＭＴＨを受けると、鍵不一致訂正部１９３から受けたビットパターン（鍵）ｘ_２＝ｘ_１−ｅを鍵記憶部１８０へ記憶する。

このように、データ発生部１９４、データ比較部１９５及び結果処理部１９６は、鍵一致確認部１７０における確認方法と同じ方法によって一致化が施された鍵の一致を確認する。

図７は、受信信号プロファイルＲＳＳＩの概念図である。指向性設定部２３０の制御電圧発生回路２３７は、各々が電圧Ｖ１〜Ｖ６からなる制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎを順次発生してバラクタダイオード２３１〜２３６へ出力する。この場合、電圧Ｖ１〜Ｖ６は、それぞれ、アンテナ素子２１〜２３，２５〜２７に装荷される容量を変えるための電圧である。そして、電圧Ｖ１〜Ｖ６の各々は、８ビットのデータからなる。したがって、制御電圧発生回路２３７は、電圧Ｖ１〜Ｖ６の各々の電圧値を８ビットのデータにより変えることによって各制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎを決定し、その決定した各制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎをバラクタダイオード２３１〜２３６へ出力する。

バラクタダイオード２３１〜２３６は、パターンＰ１からなる制御電圧セットＣＬＶ１に応じてアレーアンテナ２０の指向性をある１つの指向性に設定する。また、バラクタダイオード２３１〜２３６は、パターンＰ２からなる制御電圧セットＣＬＶ２に応じてアレーアンテナ２０の指向性を別の指向性に設定する。以下、同様にして、バラクタダイオード２３１〜２３６は、制御電圧セットＣＬＶ３〜ＣＬＶｎに応じてアレーアンテナ２０の指向性を順次切換える。

このように、バラクタダイオード２３１〜２３６は、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎに応じてアレーアンテナ２０の指向性をｎ個の指向性に順次切換える。この場合、制御電圧発生回路２３７は、パケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊ（ｊは、自然数）の各々に対してアレーアンテナ２０の指向性が、例えば、４個の指向性に切換えられるように制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎをバラクタダイオード２３１〜２３６へ順次出力し、バラクタダイオード２３１〜２３６は、各パケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊの送信期間においてアレーアンテナ２０の指向性を４個の指向性に切換える。

より具体的には、バラクタダイオード２３１〜２３６は、パケットＰＫＴ１に対して、それぞれパターンＰ１〜Ｐ４からなる制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ４に応じてアレーアンテナ２０の指向性を４個の指向性に順次切換え、パケットＰＫＴ２に対して、それぞれパターンＰ５〜Ｐ８からなる制御電圧セットＣＬＶ５〜ＣＬＶ８に応じてアレーアンテナ２０の指向性を４個の指向性に順次切換える。以下、同様にして、バラクタダイオード２３１〜２３６は、パケットＰＫＴｊに対して、それぞれパターンＰｎ−３，Ｐｎ−２，Ｐｎ−１，Ｐｎからなる制御電圧セットＣＬＶｎ−３，ＣＬＶｎ−２，ＣＬＶｎ−１，ＣＬＶｎに応じてアレーアンテナ２０の指向性を４個の指向性に順次切換える。

その結果、プロファイル生成部１５０は、無線装置１０，３０が１つのパケットを受信するごとにアレーアンテナ２０の指向性が４個に切換えられたときの４個の電波をアンテナ部１３０，２２０から受ける。

より具体的には、プロファイル生成部１５０は、無線装置１０，３０がパケットＰＫＴ１を受信したとき、アレーアンテナ２０の指向性が制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶ４によって順次切換えられたときの４個の電波ＷＶ１〜ＷＶ４をアンテナ部１３０，２２０から受け、無線装置１０，３０がパケットＰＫＴ２を受信したとき、アレーアンテナ２０の指向性が制御電圧セットＣＬＶ５〜ＣＬＶ８によって順次切換えられたときの４個の電波ＷＶ５〜ＷＶ８をアンテナ部１３０，２２０から受ける。以下、同様にして、プロファイル生成部１５０は、無線装置１０，３０がパケットＰＫＴｊを受信したとき、アレーアンテナ２０の指向性が制御電圧セットＣＬＶｎ−３〜ＣＬＶｎによって順次切換えられたときの４個の電波ＷＶｎ−３〜ＷＶｎをアンテナ部１３０，２２０から受ける。

そして、プロファイル生成部１５０は、無線装置１０，３０が１つのパケットを受信するごとに、４個の電波ＷＶ１〜ＷＶ４，ＷＶ５〜ＷＶ８，・・・，ＷＶｎ−３〜ＷＶｎに基づいて、受信電波のＤＣオフセットを演算し、その演算したＤＣオフセットを除去して各電波ＷＶ１〜ＷＶｎの電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを検出する。

図８は、実部受信信号プロファイルおよび虚部受信信号プロファイルの概念図である。各電波ＷＶ１〜ＷＶｎは、実部および虚部からなるため、プロファイル生成部１５０は、電波ＷＶ１をアンテナ部１３０，２２０から受けると、電波ＷＶ１を実部ＷＶ１＿Ｉと虚部ＷＶ１＿Ｑとに分解し、実部ＷＶ１＿Ｉの電波強度ＷＩ１＿ＯＩと、虚部ＷＶ１＿Ｑの電波強度ＷＩ１＿ＯＱとを検出する。また、プロファイル生成部１５０は、電波ＷＶ２をアンテナ部１３０，２２０から受けると、電波ＷＶ２を実部ＷＶ２＿Ｉと虚部ＷＶ２＿Ｑとに分解し、実部ＷＶ２＿Ｉの電波強度ＷＩ２＿ＯＩと、虚部ＷＶ２＿Ｑの電波強度ＷＩ２＿ＯＱとを検出する。以下、同様にして、プロファイル生成部１５０は、電波ＷＶｎをアンテナ部１３０，２２０から受けると、電波ＷＶｎを実部ＷＶｎ＿Ｉと虚部ＷＶｎ＿Ｑとに分解し、実部ＷＶｎ＿Ｉの電波強度ＷＩｎ＿ＯＩと、虚部ＷＶｎ＿Ｑの電波強度ＷＩｎ＿ＯＱとを検出する。

プロファイル生成部１５０は、４個の電波をアンテナ部１３０，２２０から受けるごとに実部のＤＣオフセットと虚部のＤＣオフセットとを演算し、その演算した実部のＤＣオフセットを実部の電波強度から減算し、虚部のＤＣオフセットを虚部の電波強度から減算して実部および虚部におけるＤＣオフセットをそれぞれ独立に除去する。

より具体的には、プロファイル生成部１５０は、電波ＷＶ４をアンテナ部１３０，２２０から受け、実部の電波強度ＷＩ４＿ＯＩと虚部の電波強度ＷＩ４＿ＯＱとを検出すると、実部の４個の電波強度ＷＩ１＿ＯＩ〜ＷＩ４＿ＯＩの平均を実部平均値ＡＶ＿Ｉとして演算し、虚部の４個の電波強度ＷＩ１＿ＯＱ〜ＷＩ４＿ＯＱの平均を虚部平均値ＡＶ＿Ｑとして演算する。そして、プロファイル生成部１５０は、演算した実部平均値ＡＶ＿Ｉを実部のＤＣオフセットとし、虚部平均値ＡＶ＿Ｑを虚部のＤＣオフセットとする。

プロファイル生成部１５０は、実部および虚部のＤＣオフセットを演算すると、実部の４個の電波強度ＷＩ１＿ＯＩ〜ＷＩ４＿ＯＩの各々から実部平均値ＡＶ＿Ｉを減算して実部のＤＣオフセットを除去した実部の４個の電波強度ＷＩ１＿Ｉ〜ＷＩ４＿Ｉを求める。また、プロファイル生成部１５０は、虚部の４個の電波強度ＷＩ１＿ＯＱ〜ＷＩ４＿ＯＱの各々から虚部平均値ＡＶ＿Ｑを減算して虚部のＤＣオフセットを除去した虚部の４個の電波強度ＷＩ１＿Ｑ〜ＷＩ４＿Ｑを求める。

そうすると、プロファイル生成部１５０は、実部の電波強度ＷＩｉ＿Ｉと虚部の電波強度ＷＩｉ＿Ｑ（ｉ＝１〜４）とを次式に代入して電波強度ＷＩｉを演算する。

ＷＩｉ＝（（ＷＩｉ＿Ｉ）^２＋（ＷＩｉ＿Ｑ）^２）^１／２・・・（１）
プロファイル生成部１５０は、４個の電波ＷＶ５〜ＷＶ８をアンテナ部１３０，２２０から受けると、上述した方法によって、実部および虚部ごとにＤＣオフセットを独立に除去して４個の電波強度ＷＩ５〜ＷＩ８を演算する。以下、同様にして、プロファイル生成部１５０は、４個の電波ＷＶｎ−３〜ＷＶｎをアンテナ部１３０，２２０から受けると、上述した方法によって、実部および虚部ごとにＤＣオフセットを独立に除去して４個の電波強度ＷＩｎ−３〜ＷＩｎを演算する。

そして、プロファイル生成部１５０は、ＤＣオフセットを除去してｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを求めると、ｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎからなる受信信号プロファイルＲＳＳＩを作成して鍵作成部１６０へ出力する。

無線装置１０，３０が１つのパケットを受信すると、プロファイル生成部１５０は、アンテナ部１３０，２２０から４個の電波ＷＶ１〜ＷＶ４（またはＷＶ５〜ＷＶ８または・・・またはＷＶｎ−３〜ＷＶｎ）を受けるので、４個の電波ごとにＤＣオフセットを除去してｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを検出することは、１つのパケット（パケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊの各々）毎にＤＣオフセットを除去してｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを検出することに相当する。

このように、この発明においては、１つのパケット（パケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊの各々）毎にＤＣオフセットを除去してｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを検出することを特徴とする。そして、ＤＣオフセットの除去は、電波の実部および虚部毎にＤＣオフセットを求め、電波の実部および虚部毎にＤＣオフセットを独立に除去することにより行なわれる。また、ＤＣオフセットは、各パケットを受信したときの４個の電波に対応する４個の電波強度の平均値を演算することにより演算される。

鍵作成部１６０は、受信信号プロファイルＲＳＳＩをプロファイル生成部１５０から受けると、受信信号プロファイルＲＳＳＩを構成するｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎの平均値を演算し、その演算した平均値をしきい値Ｉｔｈとする。そして、鍵作成部１６０は、ｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎをしきい値Ｉｔｈによって多値化して秘密鍵Ｋｓ１を作成する。

より具体的には、鍵作成部１６０は、電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎがしきい値Ｉｔｈよりも大きい場合、「１」とし、電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎがしきい値Ｉｔｈよりも小さい場合、「０」として複数の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを多値化する。そして、鍵作成部１６０は、複数の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを多値化したビット列［１，０，１，１，１，０，０，・・・，１，０，１］を秘密鍵Ｋｓ１とする。

無線装置３０における鍵作成部１６０も、上述した方法によって秘密鍵Ｋｓ２を作成する。

このように、この発明においては、アレーアンテナ２０の指向性がｎ個の指向性に変えられたときのｎ個の電波ＷＶ１〜ＷＶｎに基づいて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成する場合、ｎ個の電波ＷＶ１〜ＷＶｎのうち、１つのパケットを構成する４個の電波ＷＶ１〜ＷＶ４，ＷＶ５〜ＷＶ８，・・・，ＷＶｎ−３〜ＷＶｎ毎にＤＣオフセットを除去することにより、全体としてＤＣオフセットを除去したｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを検出する。

このＤＣオフセットの除去によりｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎの多値化を正確に行なうことができる。

そして、４個の電波ＷＶ１〜ＷＶ４，ＷＶ５〜ＷＶ８，・・・，ＷＶｎ−３〜ＷＶｎ毎のＤＣオフセットの除去は、実部と虚部とに分けて行なわれる。したがって、この発明においては、ＤＣオフセットの除去は、各パケット毎に行なわれ、各パケット毎のＤＣオフセットの除去は、実部および虚部毎に行なわれる。

これにより、ＤＣオフセットが実部および虚部においてバラバラに発生しても、ＤＣオフセットを正確に除去できる。

図９および図１０は、それぞれ、図１に示す２つの無線装置１０，３０間で通信を行なう動作を説明するための第１および第２のフローチャートである。一連の動作が開始されると、無線装置３０の送信処理部１２０は、ｐ＝１を設定し（ステップＳ１）、ｍ＝１を設定する（ステップＳ２）。そして、指向性設定部２３０は、パターンＰ１によりアレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性Ｄｍに設定する（ステップＳ３）。

その後、無線装置１０の信号発生部１１０は、所定の信号を発生して送信処理部１２０へ出力する。送信処理部１２０は、所定の信号に変調等の処理を施し、アンテナ１１を介して無線装置３０へ所定の信号を構成する電波を送信する（ステップＳ４）。

無線装置３０は、１つの指向性Ｄｍに設定されたアレーアンテナ２０を介して無線装置１０からの電波を受信し、その受信した電波をプロファイル生成部１５０へ出力する。プロファイル生成部１５０は、アレーアンテナ２０から受けた電波ＷＶ２ｍを実部ＷＶ２ｍ＿Ｉと虚部ＷＶ２ｍ＿Ｑとに分解し、実部の電波強度ＷＩ２ｍ＿ＯＩおよび虚部の電波強度ＷＩ２ｍ＿ＯＱを検出する（ステップＳ５）。

その後、無線装置３０の信号発生部１１０は、所定の信号を発生して送信処理部１２０へ出力する。送信処理部１２０は、所定の信号に変調等の処理を施し、アレーアンテナ２０を介して無線装置１０へ所定の信号を構成する電波を送信する（ステップＳ６）。

無線装置１０は、アンテナ１１を介して無線装置３０からの電波を受信し、その受信した電波をプロファイル生成部１５０へ出力する。プロファイル生成部１５０は、アンテナ１１から受けた電波ＷＶ１ｍを実部ＷＶ１ｍ＿Ｉと虚部ＷＶ１ｍ＿Ｑとに分解し、実部の電波強度ＷＩ１ｍ＿ＯＩおよび虚部の電波強度ＷＩ１ｍ＿ＯＱを検出する（ステップＳ７）。

その後、無線装置３０の送信処理部１２０は、ｍ＝ｋであるか否かを判定する（ステップＳ８）。ここで、ｋは、１つのパケット（パケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊの各々）が送信される期間にアレーアンテナ２０に設定される指向性の最大個数を表す。秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成する場合、アレーアンテナ２０の指向性はｎ個に切換えられ、パケットの総数は、ｊ個であるので、ｋ×ｊ＝ｎが成立する。ｍは、１つのパケット（パケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊの各々）が送信される期間にアレーアンテナ２０の指向性が切換えられる回数を表し、ｍ＝ｋが成立するとき、無線装置１０，３０は、１つのパケットを受信したことになる。したがって、ステップＳ８において、ｍ＝ｋであるか否かを判定することにより、無線装置１０，３０が１つのパケットを送受信したか否かを判定することにしたものである。

ステップＳ８において、ｍ＝ｋでないと判定されたとき、送信処理部１２０は、ｍ＝ｍ＋１を設定し（ステップＳ９）、その後、ステップＳ８において、ｍ＝ｋであると判定されるまで、ステップＳ３〜ステップＳ９が繰り返し実行される。つまり、無線装置１０，３０が１つのパケットを送受信するまでステップＳ３〜ステップＳ９が繰り返し実行される。

そして、ステップＳ８において、ｍ＝ｋであると判定されると、無線装置３０において、プロファイル生成部１５０は、ｋ個の実部の電波強度ＷＩ２１＿ＯＩ〜ＷＩ２ｋ＿ＯＩの平均値ＡＶ２＿Ｉと、ｋ個の虚部の電波強度ＷＩ２１＿ＯＱ〜ＷＩ２ｋ＿ＯＱの平均値ＡＶ２＿Ｑとを演算する（ステップＳ１０）。ここで、平均値ＡＶ２＿Ｉは、実部のＤＣオフセットを表し、平均値ＡＶ２＿Ｑは、虚部のＤＣオフセットを表す。

引き続いて、プロファイル生成部１５０は、ｋ個の実部の電波強度ＷＩ２１＿ＯＩ〜ＷＩ２ｋ＿ＯＩの各々から平均値ＡＶ２＿Ｉを減算し、ｋ個の虚部の電波強度ＷＩ２１＿ＯＱ〜ＷＩ２ｋ＿ＯＱの各々から平均値ＡＶ２＿Ｑを減算して実部および虚部毎にＤＣオフセットを独立に除去する（ステップＳ１１）。そして、プロファイル生成部１５０は、ＤＣオフセットが除去されたｋ個の実部の電波強度ＷＩ２１＿Ｉ〜ＷＩ２ｋ＿Ｉおよびｋ個の虚部の電波強度ＷＩ２１＿Ｑ〜ＷＩ２ｋ＿Ｑを電波強度ＷＩ２１＿Ｉ，ＷＩ２１＿Ｑ；ＷＩ２２＿Ｉ，ＷＩ２２＿Ｑ；・・・；ＷＩ２ｋ＿Ｉ，ＷＩ２ｋ＿Ｑ毎に式（１）に代入してＤＣオフセットを除去したｋ個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｋを演算する（ステップＳ１２）。

その後、無線装置１０のプロファイル生成部１５０は、ｋ個の実部の電波強度ＷＩ１１＿ＯＩ〜ＷＩ１ｋ＿ＯＩの平均値ＡＶ１＿Ｉと、ｋ個の虚部の電波強度ＷＩ１１＿ＯＱ〜ＷＩ１ｋ＿ＯＱの平均値ＡＶ１＿Ｑとを演算する（ステップＳ１３）。ここで、平均値ＡＶ１＿Ｉは、実部のＤＣオフセットを表し、平均値ＡＶ１＿Ｑは、虚部のＤＣオフセットを表す。

引き続いて、プロファイル生成部１５０は、ｋ個の実部の電波強度ＷＩ１１＿ＯＩ〜ＷＩ１ｋ＿ＯＩの各々から平均値ＡＶ１＿Ｉを減算し、ｋ個の虚部の電波強度ＷＩ１１＿ＯＱ〜ＷＩ１ｋ＿ＯＱの各々から平均値ＡＶ１＿Ｑを減算して実部および虚部毎にＤＣオフセットを独立に除去する（ステップＳ１４）。そして、プロファイル生成部１５０は、ＤＣオフセットが除去されたｋ個の実部の電波強度ＷＩ１１＿Ｉ〜ＷＩ１ｋ＿Ｉおよびｋ個の虚部の電波強度ＷＩ１１＿Ｑ〜ＷＩ１ｋ＿Ｑを電波強度ＷＩ１１＿Ｉ，ＷＩ１１＿Ｑ；ＷＩ１２＿Ｉ，ＷＩ１２＿Ｑ；・・・；ＷＩ１ｋ＿Ｉ，ＷＩ１ｋ＿Ｑ毎に式（１）に代入してＤＣオフセットを除去したｋ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｋを演算する（ステップＳ１５）。

そうすると、無線装置３０の送信処理部１２０は、ｐ＝ｊであるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ｊは、アレーアンテナ２０の指向性がｎ個の指向性に変えられるときに無線装置１０，３０間で送受信されるパケットの総数を表す。また、ｐは、無線装置１０，３０間で送受信されているパケットの数を表す。ｐ＝ｊが成立するとき、アレーアンテナ２０の指向性がｎ個の指向性に変えられたことになる。したがって、ステップＳ１６において、ｐ＝ｊであるか否かを判定することにより、アレーアンテナ２０の指向性がｎ個の指向性に変えられたか否かを判定することにしたものである。

ステップＳ１６において、ｐ＝ｊでないと判定されたとき、無線装置３０の送信処理部１２０は、ｐ＝Ｐ＋１を設定し（ステップＳ１７）、その後、ステップＳ１６において、ｐ＝ｊであると判定されるまで、ステップＳ２〜ステップＳ１７が繰り返し実行される。

ステップＳ１６において、ｐ＝ｊであると判定されると、無線装置３０のプロファイル生成部１５０は、ｎ個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎからなる受信信号プロファイルＲＳＳＩ２を生成して鍵作成部１６０へ出力する。

鍵作成部１６０は、プロファイル生成部１５０からの受信信号プロファイルＲＳＳＩ２を受信し、その受信した受信信号プロファイルＲＳＳＩ２を構成するｎ個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎの平均値を演算し、その演算した平均値をしきい値Ｉｔｈ２とする。そして、鍵作成部１６０は、ｎ個の電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎをしきい値Ｉｔｈ２により多値化して秘密鍵Ｋｓ２を生成する（ステップＳ１８）。

一方、無線装置１０のプロファイル生成部１５０は、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎからなる受信信号プロファイルＲＳＳＩ１を生成して鍵作成部１６０へ出力する。

鍵作成部１６０は、プロファイル生成部１５０からの受信信号プロファイルＲＳＳＩ１を受信し、その受信した受信信号プロファイルＲＳＳＩ１を構成するｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎの平均値を演算し、その演算した平均値をしきい値Ｉｔｈ１とする。そして、鍵作成部１６０は、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎをしきい値Ｉｔｈ１により多値化して秘密鍵Ｋｓ１を生成する（ステップＳ１９）。

その後、無線装置１０において、鍵作成部１６０は、秘密鍵Ｋｓ１を鍵一致確認部１７０へ出力する。鍵一致確認部１７０のデータ発生部１７１は、上述した方法によって鍵確認用データＤＣＦＭ１を発生して送信処理部１２０及びデータ比較部１７２へ出力する。送信処理部１２０は、鍵確認用データＤＣＦＭ１に変調等の処理を施し、アンテナ部１３０を介して無線装置３０へ鍵確認用データＤＣＦＭ１を送信する。

そして、アンテナ部１３０は、無線装置３０において発生された鍵確認用データＤＣＦＭ２を無線装置３０から受信し、その受信した鍵確認用データＤＣＦＭ２を受信処理部１４０へ出力する。受信処理部１４０は、鍵確認用データＤＣＦＭ２に所定の処理を施し、鍵一致確認部１７０のデータ比較部１７２へ鍵確認用データＤＣＦＭ２を出力する。

データ比較部１７２は、データ発生部１７１からの鍵確認用データＤＣＦＭ１を受信処理部１４０からの鍵確認用データＤＣＦＭ２と比較する。そして、データ比較部１７２は、鍵確認用データＤＣＦＭ１が鍵確認用データＤＣＦＭ２に一致しているとき、一致信号ＭＴＨを生成して結果処理部１７３へ出力する。結果処理部１７３は、一致信号ＭＴＨに応じて、鍵作成部１６０からの秘密鍵Ｋｓ１を鍵記憶部１８０に記憶する。

一方、鍵確認用データＤＣＦＭ１が鍵確認用データＤＣＦＭ２に不一致であるとき、データ比較部１７２は、不一致信号ＮＭＴＨを生成して送信処理部１２０及び鍵一致化部１９０へ出力する。送信処理部１２０は、不一致信号ＮＭＴＨをアンテナ部１３０を介して無線装置３０へ送信する。そして、無線装置３０は、無線装置１０において秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の不一致が確認されたことを検知する。

これにより、無線装置１０における鍵一致の確認が終了する（ステップＳ２０）。

なお、無線装置１０における鍵一致確認に代えて、無線装置３０において鍵一致確認を行なってもよい（ステップＳ２１）。

ステップＳ２０において、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の不一致が確認されたとき、無線装置１０において、鍵一致化部１９０の擬似シンドローム作成部１９１は、鍵一致確認部１７０から不一致信号ＮＭＴＨを受ける。そして、擬似シンドローム作成部１９１は、不一致信号ＮＭＴＨに応じて、鍵作成部１６０から受けた秘密鍵Ｋｓ１のビットパターンｘ_１を検出し、その検出したビットパターンｘ_１のシンドロームｓ１＝ｘ_１Ｈ^Ｔを演算する。

擬似シンドローム作成部１９１は、演算したシンドロームｓ１＝ｘ_１Ｈ^Ｔを不一致ビット検出部１９２へ出力し、ビットパターンｘ_１を鍵不一致訂正部１９３へ出力する。

一方、無線装置３０は、ステップＳ２０において無線装置１０から不一致信号ＮＭＴＨを受信し、その受信した不一致信号ＮＭＴＨに応じて、シンドロームｓ２＝ｘ_２Ｈ^Ｔを演算して無線装置１０へ送信する。

無線装置１０のアンテナ部１３０は、無線装置３０からシンドロームｓ２＝ｘ_２Ｈ^Ｔを受信して受信処理部１４０へ出力する。受信処理部１４０は、シンドロームｓ２＝ｘ_２Ｈ^Ｔに対して所定の処理を施し、シンドロームｓ２＝ｘ_２Ｈ^Ｔを鍵一致化部１９０へ出力する。

鍵一致化部１９０の不一致ビット検出部１９２は、受信処理部１４０から無線装置３０において作成されたシンドロームｓ２＝ｘ_２Ｈ^Ｔを受ける。そして、不一致ビット検出部１９２は、無線装置１０で作成されたシンドロームｓ１＝ｘ_１Ｈ^Ｔと無線装置３０において作成されたシンドロームｓ２＝ｘ_２Ｈ^Ｔとの差分ｓ＝ｓ１−ｓ２を演算する。

その後、不一致ビット検出部１９２は、ｓ≠０であることを確認し、鍵不一致のビットパターンｅ＝ｘ_１−ｘ_２をｓ＝ｅＨ^Ｔに基づいて演算し、その演算した鍵不一致のビットパターンｅを鍵不一致訂正部１９３へ出力する。

鍵不一致訂正部１９３は、擬似シンドローム作成部１９１からのビットパターンｘ_１と、不一致ビット検出部１９２からの鍵不一致のビットパターンｅとに基づいて、無線装置３０において作成された秘密鍵Ｋｓ２のビットパターンｘ_２＝ｘ_１−ｅを演算する。

そして、データ発生部１９４、データ比較部１９５及び結果処理部１９６は、鍵一致確認部１７０における鍵一致確認の動作と同じ動作によって、一致化された鍵ｘ_２＝ｘ_１−ｅの一致を確認する。

これにより、鍵不一致対策が終了する（ステップＳ２２）。

なお、無線装置１０における鍵不一致対策に代えて、無線装置３０において鍵不一致対策をしてもよい（ステップＳ２３）。

ステップＳ２０において、秘密鍵Ｋｓ１が秘密鍵Ｋｓ２に一致することが確認されたとき、またはステップＳ２２において鍵不一致対策がなされたとき、暗号部２００は、鍵記憶部１８０から秘密鍵Ｋｓ１を読出して送信データを暗号化し、暗号化した送信データを送信処理部１２０へ出力する。そして、送信処理部１２０は、暗号化された送信データに変調等を施し、アンテナ部１３０を介して暗号化された送信データを無線装置３０へ送信する。

また、アンテナ部１３０は、暗号化された送信データを無線装置３０から受信し、その受信した暗号化された送信データを受信処理部１４０へ出力する。受信処理部１４０は、暗号化された送信データに所定の処理を施し、暗号化された送信データを復号部２１０へ出力する。

復号部２１０は、受信処理部１４０からの暗号化された送信データを復号して受信データを取得する。

これにより、秘密鍵Ｋｓ１による暗号・復号が終了する（ステップＳ２４）。

無線装置３０においても、無線装置１０と同じ動作によって秘密鍵Ｋｓ２による暗号・復号が行なわれる（ステップＳ２５）。そして、一連の動作が終了する。

上述したステップＳ３〜Ｓ５，Ｓ１０〜Ｓ１２に示す動作は、無線装置３０において受信信号プロファイルＲＳＳＩ２を生成するための電波を無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０へ送信し、かつ、無線装置３０において電波の強度ＷＩ２ｋを検出する動作であり、ステップＳ７，Ｓ１３〜Ｓ１５に示す動作は、無線装置１０において受信信号プロファイルＲＳＳＩ１を生成するための電波を無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１へ送信し、かつ、無線装置１０において電波の強度ＷＩ１ｋを検出する動作である。そして、所定の信号を構成する電波の無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０への送信及び所定の信号を構成する電波の無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１への送信は、アレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性に設定して交互に行なわれる。つまり、所定の信号を構成する電波は、無線装置１０のアンテナ１１と無線装置３０のアレーアンテナ２０との間で時分割通信により送受信される。

従って、アレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性に設定して無線装置１０のアンテナ１１から無線装置３０のアレーアンテナ２０へ所定の信号を構成する電波を送信し、無線装置３０において電波の強度ＷＩ２ｋを検出した直後に、同じ所定の信号を構成する電波を無線装置３０のアレーアンテナ２０から無線装置１０のアンテナ１１へ送信し、無線装置１０において電波の強度ＷＩ１ｋを検出することができる。その結果、無線装置１０，３０間において同じ伝送路特性を確保して所定の信号を構成する電波を無線装置１０，３０間で送受信でき、電波の可逆性により電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎをそれぞれ電波強度ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎに一致させることができる。そして、無線装置１０において作成される秘密鍵Ｋｓ１を無線装置３０において作成される秘密鍵Ｋｓ２に容易に一致させることができる。

また、ＤＣオフセットを除去してｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎを検出するので（ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１５参照）、ｎ個の電波強度ＷＩ１１〜ＷＩ１ｎ，ＷＩ２１〜ＷＩ２ｎを正確に多値化できる。

更に、電波の実部および虚部毎にＤＣオフセットを独立に除去するので（ステップＳ１１，Ｓ１４参照）、電波の実部および虚部毎にバラバラにオフセットが生じてもＤＣオフセットを正確に除去できる。

更に、所定の信号を構成する電波は、無線装置１０，３０間で時分割復信（ＴＤＤ）等により送受信されるので、電波の干渉を抑制して１つのアレーアンテナ２０を介して所定の信号を構成する電波を無線装置１０，３０間で送受信できる。

更に、アレーアンテナ２０の指向性を１つの指向性に設定して無線装置１０，３０間で所定の信号を構成する電波を送受信し、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成するための受信信号プロファイルを生成するので、図１に示すようにアレーアンテナ２０を装着した無線装置３０の近傍にアンテナ５１を装着した盗聴装置５０が配置されていても、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を抑制できる。特に、無線装置１０，３０においては、ＤＣオフセットを除去してｎ個の電波強度を検出し、その検出したｎ個の電波強度を多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成するので、無線装置１０，３０において作成された秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が盗聴装置５０において作成された秘密鍵に一致しない可能性を更に高くでき、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴をより一層抑制できる。

即ち、盗聴装置５０は、無線装置１０，３０において、ｎ個の電波強度を多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成するとき、ＤＣオフセットを除去してｎ個の電波強度を検出していることを検知できないので、無線装置１０，３０において作成された秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２は、盗聴装置５０において作成された秘密鍵と必然的に異なる秘密鍵になる。

更に、鍵確認用データＤＣＦＭ１〜４は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２に非可逆的な演算、または一方向的な演算を施して発生されるので、鍵確認用データＤＣＦＭ１〜４が盗聴されても秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が解読される危険性を極めて低くできる。

更に、シンドロームｓ１，ｓ２は、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２のビットパターンを示す鍵ｘ_１，ｘ_２に検査行列Ｈの転置行列Ｈ^Ｔを乗算して得られるので、シンドロームｓ１，ｓ２が盗聴されても直ちに情報のビットパターンが推測されることは特殊な符号化を想定しない限り起こらない。従って、盗聴を抑制して秘密鍵を一致させることができる。

なお、無線装置１０，３０間で通信を行なう動作は、実際には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）によって行なわれ、無線装置１０に搭載されたＣＰＵは、図９及び図１０に示す各ステップＳ４，Ｓ７，Ｓ１３〜Ｓ１５，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ２２，Ｓ２４を備えるプログラムをＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）から読出し、無線装置３０に搭載されたＣＰＵは、図９及び図１０に示す各ステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８〜Ｓ１２，Ｓ１６〜Ｓ１８，Ｓ２１，Ｓ２３，Ｓ２５を備えるプログラムをＲＯＭから読出し、無線装置１０，３０に搭載された２つのＣＰＵは、その読出したプログラムを実行して図９及び図１０に示すフローチャートに従って無線装置１０，３０間で通信を行なう。

従って、ＲＯＭは、無線装置１０，３０間で通信を行なう動作をコンピュータ（ＣＰＵ）に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取り可能な記録媒体に相当する。

上記においては、１つのパケット（パケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊの各々）毎に切換えられるアレーアンテナ２０の指向性の個数は、４個であるとして説明したが、この発明においては、これに限らず、パケット数をｊとし、切換え可能なアレーアンテナ２０の指向性の最大数をｎとし、さらに、１つのパケット毎に切換えられるアレーアンテナ２０の指向性の個数をｋとした場合、ｋ×ｊ＝ｎが成立するように、１つのパケット毎に切換えられるアレーアンテナ２０の指向性の個数ｋが決定される。

また、電気的に指向性を切換え可能なアレーアンテナ２０を無線装置３０のみに装着すると説明したが、この発明においては、アレーアンテナ２０は、無線装置１０及び３０の両方に装着されてもよい。

即ち、この発明においては、アレーアンテナ２０は、２つの無線装置１０，３０のうち、少なくとも一方の無線装置に装着されていればよい。そして、アレーアンテナ２０を装着した無線装置は、好ましくは、盗聴装置５０の近傍に配置される。

更に、この発明においては、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長は、無線装置１０，３０間の通信環境に応じて決定されてもよい。即ち、無線装置１０，３０間の通信環境が盗聴し易い環境であるとき、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を相対的に長くし、無線装置１０，３０間の通信環境が盗聴しにくい環境であるとき、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を相対的に短くする。

更に、定期的に秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を変えるようにしてもよい。

更に、無線装置１０，３０間で送受信する情報の機密性に応じて秘密鍵Ｋｓ１、Ｋｓ２の鍵長を変えるようにしてもよい。即ち、情報の機密性が高いとき秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を相対的に長くし、情報の機密性が低いとき秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を相対的に短くする。

そして、この鍵長は、アレーアンテナ２０の指向性を変化させる個数、即ち、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎの個数により制御される。秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２は、検出されたｋ個の電波強度を多値化したビットパターンを有し、ｋ個の電波強度は、アレーアンテナ２０の指向性を変化させる個数により制御可能である。つまり、制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎの個数により秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長を制御できる。

このように、この発明においては、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長は、電気的に指向性を切換え可能なアレーアンテナ２０の指向性を変化させる個数によって決定される。そして、この発明においては、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長は、２以上であればよい。

更に、上記においては、２つの無線装置間において秘密鍵を生成する場合、即ち、１つの無線装置が１つの無線装置と通信する場合について説明したが、この発明は、これに限らず、１つの無線装置が複数の無線装置と通信する場合についても適用される。この場合、１つの無線装置は、通信の相手毎にアレーアンテナ２０の指向性の切換パターンを変えて秘密鍵を生成する。１つの無線装置は、アレーアンテナ２０の指向性の切換パターンを１つに固定して複数の無線装置との間で秘密鍵を生成することも可能であるが（複数の無線装置の設置場所によって１つの無線装置との伝送路が異なるので、通信の相手毎に異なる秘密鍵を生成できる）、盗聴を効果的に抑制するには、通信の相手毎にアレーアンテナ２０の指向性の切換パターンを変えて秘密鍵を生成するのが好ましい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、正確な多値化により秘密鍵を生成可能な無線通信システムに適用される。また、この発明は、受信電波のＤＣオフセットを正確に除去して秘密鍵を生成可能な無線通信システムに適用される。

この発明の実施の形態による無線通信システムの概略図である。 図１に示す一方の無線装置の概略ブロック図である。 図１に示す他方の無線装置の概略ブロック図である。 図３に示す指向性設定部の概略ブロック図である。 図２及び図３に示す鍵一致確認部の概略ブロック図である。 図２及び図３に示す鍵一致化部の概略ブロック図である。 受信信号プロファイルの概念図である。 実部受信信号プロファイルおよび虚部受信信号プロファイルの概念図である。 図１に示す２つの無線装置間で通信を行なう動作を説明するための第１のフローチャートである。 図１に示す２つの無線装置間で通信を行なう動作を説明するための第２のフローチャートである。

符号の説明

１０，３０ 無線装置、１１，５１ アンテナ、２０ アレーアンテナ、２１〜２７ アンテナ素子、４０ 中間物、５０ 盗聴装置、１００ 無線通信システム、１１０ 信号発生部、１２０ 送信処理部、１３０，２２０ アンテナ部、１４０ 受信処理部、１５０ プロファイル生成部、１６０ 鍵作成部、１７０ 鍵一致確認部、１７１，１９４ データ発生部、１７２，１９５ データ比較部、１７３，１９６ 結果処理部、１８０ 鍵記憶部、１９０ 鍵一致化部、１９１ 擬似シンドローム作成部、１９２ 不一致ビット検出部、１９３ 鍵不一致訂正部、２００ 暗号部、２１０ 復号部、２３０ 指向性設定部、２３１〜２３６ バラクタダイオード、２３７ 制御電圧発生回路。

Claims (4)

1. 指向性を電気的に切換え可能な第１のアンテナと、
   第２のアンテナと、
   前記第１及び第２のアンテナを介して無線伝送路により電波を相互に送受信する第１及び第２の無線装置とを備え、
   前記第１の無線装置は、前記第１のアンテナの指向性が所定のパターンに従ってｎ（ｎは、２以上の自然数）個の指向性に変えられたときに前記ｎ個の指向性に対応して前記第２の無線装置から受信した第１のｎ個の電波に対応する第１のｎ個の電波強度をＤＣオフセットを除去して検出し、その検出した第１のｎ個の電波強度を多値化して第１の秘密鍵を生成し、
   前記第２の無線装置は、前記第１のアンテナの指向性が前記ｎ個の指向性に変えられたときに前記ｎ個の指向性に対応して前記第１の無線装置から受信した第２のｎ個の電波に対応する第２のｎ個の電波強度をＤＣオフセットを除去して検出し、その検出した第２のｎ個の電波強度を多値化して第２の秘密鍵を生成する、無線通信システム。
2. 前記第１の無線装置は、前記第１のアンテナの指向性が各パケット毎にｋ（ｋは、ｋ＜ｎを満たす自然数）個の指向性に変えられることにより全体で前記ｎ個の指向性に変えられたときに第１のｊ（ｊは、ｋ×ｊ＝ｎを満たす自然数）個のパケットを前記第２の無線装置から受信し、その受信した第１のｊ個のパケットの各パケット毎に前記ＤＣオフセットを除去することにより前記第１のｎ個の電波強度を検出し、
   前記第２の無線装置は、前記第１のアンテナの指向性が各パケット毎に前記ｋ個の指向性に変えられることにより全体で前記ｎ個の指向性に変えられたときに第２のｊ個のパケットを前記第１の無線装置から受信し、その受信した第２のｊ個のパケットの各パケット毎に前記ＤＣオフセットを除去することにより前記第２のｎ個の電波強度を検出する、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１の無線装置は、前記第１のアンテナの指向性が前記ｋ個の指向性に変えられたときに前記第２の無線装置から受信した第１のｋ個の電波に対応する第１のｋ個の電波強度の平均である第１の平均値を演算し、前記第１のｋ個の電波強度の各々から前記第１の平均値を減算することにより前記各パケット毎に前記ＤＣオフセットを除去し、
   前記第２の無線装置は、前記第１のアンテナの指向性が前記ｋ個の指向性に変えられたときに前記第１の無線装置から受信した第２のｋ個の電波に対応する第２のｋ個の電波強度の平均である第２の平均値を演算し、前記第２のｋ個の電波強度の各々から前記第２の平均値を減算することにより前記各パケット毎に前記ＤＣオフセットを除去する、請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記第１の無線装置は、前記第１のｋ個の電波を第１のｋ個の実部と第１のｋ個の虚部とに分解し、前記第１のｋ個の実部の平均である第１の実部平均値と前記第１のｋ個の虚部の平均である第１の虚部平均値とを演算し、前記第１のｋ個の実部の各々から前記第１の実部平均値を減算し、前記第１のｋ個の虚部の各々から前記第１の虚部平均値を減算することにより前記各パケット毎に前記ＤＣオフセットを除去し、
   前記第２の無線装置は、前記第２のｋ個の電波を第２のｋ個の実部と第２のｋ個の虚部とに分解し、前記第２のｋ個の実部の平均である第２の実部平均値と前記第２のｋ個の虚部の平均である第２の虚部平均値とを演算し、前記第２のｋ個の実部の各々から前記第２の実部平均値を減算し、前記第２のｋ個の虚部の各々から前記第２の虚部平均値を減算することにより前記各パケット毎に前記ＤＣオフセットを除去する、請求項３に記載の無線通信システム。

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