JP2005333439A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの無線装置間で同一の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個の電波の強度を検出し、その検出したｎ個の電波強度からしきい値Ｉｔｈ１以上のｋ個の電波強度を抽出する。そして、無線装置１０及び３０は、ｋ個の電波強度の平均値をしきい値Ｉｔｈ２とし、しきい値Ｉｔｈ２近傍に存在する所定範囲の電波強度を破棄し、残りの複数の電波強度をしきい値Ｉｔｈ２によって多値化してそれぞれ秘密鍵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、しきい値の近傍に存在する電波強度は、しきい値との大小関係が不明確となる場合もあり、多値化を正確に行なうことが困難であるという問題がある。その結果、２つの無線装置間において、異なる秘密鍵が生成される可能性がある。

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、２つの無線装置間で同一の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複数の指向性に変えられたときに複数の指向性に対応して第２の無線装置から受信した複数の電波に基づいて、複数の電波に対応する複数の電波強度を検出する電波強度検出処理と、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秘密鍵生成処理とを用いて第１の秘密鍵を生成する場合において、複数の電波強度のうち、しきい値を基準にして所定の範囲に存在する電波強度を破棄する適正化処理を秘密鍵生成処理に適用して第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複数の指向性に変えられたときに複数の指向性に対応して第１の無線装置から受信した複数の電波に基づいて、電波強度検出処理と秘密鍵生成処理とを用いて第１の秘密鍵と同じ第２の秘密鍵を生成する場合において、秘密鍵生成処理に適正化処理を適用して第２の秘密鍵を生成する。

好ましくは、第１および第２の無線装置は、第１のアンテナの指向性が所定数の指向性に切換えられるごとに１つのパケットを相互に送受信することにより複数の指向性に対応して所定数のパケットを相互に送受信し、所定数のパケットの受信に対応して受信される複数の電波に基づいてそれぞれ第１および第２の秘密鍵を生成する。そして、適正化処理は、所定数のパケットに対応して受信された複数の電波に対応する複数の電波強度の全体からしきい値を基準にして所定の範囲に存在する電波強度を破棄する処理である。

好ましくは、第１のアンテナの指向性は、ｎ（ｎは自然数）個の指向性に切換えられる。所定数のパケットは、第１のアンテナの指向性がｉ（ｉは、ｉ＜ｎを満たす自然数）個の指向性に切換えられるごとに１個送受信されるｊ（ｊは、ｉ×ｊ＝ｎを満たす自然数）個のパケットからなる。そして、ｉ×ｊは、第１および第２の秘密鍵の鍵長よりも長い。

好ましくは、適正化処理は、しきい値を中心にして上下に同じ範囲に存在する電波強度を破棄する処理である。

好ましくは、適正化処理は、複数の電波強度の正規分布における標準偏差の範囲に存在する電波強度を破棄する処理である。

好ましくは、電波強度検出処理は、各指向性に対応して受信した各電波を複数のサンプリングポイントでサンプリングして複数のサンプリング値を検出し、その検出した複数のサンプリング値に基づいて各指向性に対応する各電波の電波強度を検出することにより複数の電波に対応する複数の電波強度を検出する処理である。

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複数の指向性に順次変えて受信した複数の電波の強度に基づいて秘密鍵を作成する場合、複数の電波に対応する複数の電波強度を検出する電波強度検出処理と、複数の電波強度を多値化して秘密鍵を生成する秘密鍵生成処理とが用いられる。そして、秘密鍵生成処理において、しきい値を基準にして所定の範囲に存在する電波強度が破棄され、残りの電波強度がしきい値によって多値化されて第１および第２の秘密鍵が生成される。つまり、各電波強度としきい値との大小関係を明確にして複数の電波強度がしきい値により多値化される。

したがって、この発明によれば、正確な多値化により秘密鍵を生成できる。

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。そして、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の指向性を複数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。そして、アレーアンテナ２０は、設定された指向性で無線装置１０からの電波を受信してプロファイル生成部１５０へ供給する。プロファイル生成部１５０は、アレーアンテナ２０（アンテナ部２２０）から受けた電波の強度ＷＩ１を後述する方法によって検出する。

次に、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。そして、アレーアンテナ２０は、設定された指向性で無線装置１０からの電波を受信してプロファイル生成部１５０へ供給する。プロファイル生成部１５０は、アレーアンテナ２０（アンテナ部２２０）から受けた電波の強度ＷＩ２を後述する方法によって検出する。

以後、同様にして、バラクタダイオード２３１〜２３６は、それぞれ、パターンＰ３〜Ｐｎからなる制御電圧セットＣＬＶ３〜ＣＬＶｎに応じてアレーアンテナ２０の指向性を順次変える。そして、アレーアンテナ２０は、各々設定された指向性で無線装置１０からの電波を受信してプロファイル生成部１５０へ供給する。プロファイル生成部１５０は、アレーアンテナ２０（アンテナ部２２０）から受けた電波の強度ＷＩ３〜ＷＩｎを後述する方法によって順次検出する。

図８は、図７に示す複数の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎの各々を検出する方法を説明するための概念図である。受信電波ＲＷＶは、アレーアンテナ２０の指向性が１つの指向性に設定されたときに無線装置３０がアレーアンテナ２０を介して無線装置１０から受信した電波である（図８の（ａ）参照）。

無線装置３０のプロファイル生成部１５０は、複数のサンプリングタイミングｔ１〜ｔｍ（ｍは自然数）で受信電波ＲＷＶをサンプリングし、受信信号ＲＳを得る（図８の（ｂ）参照）。そして、プロファイル生成部１５０は、受信信号ＲＳを構成する複数のサンプリング値ＲＳ１〜ＲＳｍの平均値ＡＶ１を演算し、その演算した平均値ＡＶ１を電波強度ＷＩ１として検出する（図８の（ｃ）参照）。

プロファイル生成部１５０は、電波強度ＷＩ２〜ＷＩｎについても、電波強度ＷＩ１と同じ方法によって検出する。

そして、プロファイル生成部１５０は、上述した方法によって複数の指向性に対応して受信された複数の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎを検出すると、その検出した複数の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎ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。

パターンＰ１〜Ｐｎによってアレーアンテナ２０の指向性を複数の指向性に順次切換えて無線装置３０から無線装置１０へデータを送信したとき、無線装置１０のプロファイル生成部１５０も、上述した方法によって受信信号プロファイルＲＳＳＩを生成する。

図９は、プロファイル生成部１５０が生成した受信信号プロファイルＲＳＳＩに基づいて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成する方法を説明するための概念図である。鍵作成部１６０は、プロファイル生成部１５０から受信信号プロファイルＲＳＳＩ（＝ＲＳＳＩ１）を受け（図９の（ａ）参照）、受信信号プロファイルＲＳＳＩ１を構成する複数の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎのうち、しきい値Ｉｔｈ１以上のｋ（ｋは、ｋ＜ｎを満たす自然数）個の電波強度ＷＩ６，ＷＩ１１，・・・，ＷＩ９，ＷＩ８を抽出する。なお、しきい値Ｉｔｈ１は、無線装置１０，３０間で無線通信が確立可能な電波強度に設定される。

そして、鍵作成部１６０は、ｋ個の電波強度ＷＩ６，ＷＩ１１，・・・，ＷＩ９，ＷＩ８の平均値または中央値を演算し、その演算した平均値または中央値をしきい値Ｉｔｈ２とする。

そうすると、鍵作成部１６０は、しきい値Ｉｔｈ２を中心にして上下の所定範囲に存在する電波強度ＷＩ１４，ＷＩ７，ＷＩ１２，ＷＩ２を破棄し、残りの複数の電波強度ＷＩ６，ＷＩ１１，・・・，ＷＩ９，ＷＩ８をしきい値Ｉｔｈ２により多値化して秘密鍵Ｋｓ１を生成する。

より具体的には、鍵作成部１６０は、複数の電波強度ＷＩ６，ＷＩ１１，・・・，ＷＩ９，ＷＩ８がしきい値Ｉｔｈ２よりも大きい場合、「１」とし、複数の電波強度ＷＩ６，ＷＩ１１，・・・，ＷＩ９，ＷＩ８がしきい値Ｉｔｈ２よりも小さい場合、「０」として複数の電波強度ＷＩ６，ＷＩ１１，・・・，ＷＩ９，ＷＩ８を多値化する。そして、鍵作成部１６０は、複数の電波強度ＷＩ６，ＷＩ１１，・・・，ＷＩ９，ＷＩ８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、プロファイル生成部１５０からの受信信号プロファイルＲＳＳＩ２に基づいて、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、受信信号プロファイルＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２に基づいて、それぞれ、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成する場合、受信信号プロファイルＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２を構成する複数の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎから抽出されたｋ個の電波強度のうち、しきい値Ｉｔｈ２を中心にして所定の範囲に存在する電波強度を破棄し、残りの複数の電波強度をしきい値Ｉｔｈ２により多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成することを特徴とする。

これは、複数の電波強度をしきい値Ｉｔｈ２により多値化する場合、しきい値Ｉｔｈ２の近傍に存在するしきい値Ｉｔｈ２との大小関係が不明確な電波強度も含めて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成すると、複数の電波強度の多値化を正確に行なうことが困難であり、秘密鍵Ｋｓ１と秘密鍵Ｋｓ２とが不一致になる可能性もあるので、同じ秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を正確に作成できるようにしきい値Ｉｔｈ２を中心にして所定の範囲に存在する電波強度を破棄することにしたものである。

そして、しきい値Ｉｔｈ２を中心にした所定の範囲は、次のように決定される。ｋ個の電波強度は、通常、正規分布に従って分布するので、正規分布の標準偏差をσとすると、しきい値Ｉｔｈ２を中心にした所定の範囲は、±０．１σに決定される。従って、ｋ個の電波強度の平均値であるしきい値Ｉｔｈ２（＝正規分布の中心）を中心にして約６．８％の電波強度が破棄される。

しきい値Ｉｔｈ２を中心にした所定の範囲は、±０．１σの範囲に決定されることから、破棄する電波強度は、しきい値Ｉｔｈ２を中心にして上下に同じ範囲、またはしきい値Ｉｔｈ２（＝ｋ個の電波強度の平均値）を中心にして対称な範囲に存在する電波強度である。

図１０および図１１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、ｋ＝１を設定する（ステップＳ１）。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Ｄｋに設定する（ステップＳ２）。

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Ｓ３）。

無線装置３０は、１つの指向性Ｄｋ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から受けた受信電波ＲＷＶを複数のサンプリングタイミングｔ１〜ｔｍでサンプリングし（ステップＳ４）、そのサンプリングした複数のサンプリング値ＲＳ１〜ＲＳｍの平均値ＡＶ１を演算して指向性Ｄｋに対応する電波強度Ｉ２ｋ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から受けた受信電波を複数のサンプリングタイミングでサンプリングし（ステップＳ７）、そのサンプリングした複数のサンプリング値ＲＳ１〜ＲＳｍの平均値ＡＶ１を演算して指向性Ｄｋに対応した電波強度Ｉ１ｋを検出する（ステップＳ８）。

その後、無線装置３０の送信処理部１２０は、ｋ＝ｎであるか否かを判定する（ステップＳ９）。そして、ｋ＝ｎでないとき、送信処理部１２０は、ｋ＝ｋ＋１を設定し（ステップＳ１０）、その後、ステップＳ２〜Ｓ１０が繰返し実行される。即ち、アレーアンテナ２０の指向性がパターンＰ１〜Ｐｎによってｎ個に変えられて、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との間で所定の信号を構成する電波が送受信され、強度Ｉ１１〜Ｉ１ｎ及びＩ２１〜Ｉ２ｎが検出されるまで、ステップＳ２〜Ｓ１０が繰返し実行される。

ステップＳ９において、ｋ＝ｎ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、複数の電波強度Ｉ２１〜Ｉ２ｎ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、受信信号プロファイルＲＳＳＩ２からしきい値Ｉｔｈ１以上のｋ個の電波強度を抽出し（ステップＳ１１）、その抽出したｋ個の電波強度の平均値を演算する。そして、鍵作成部１６０は、演算した平均値をしきい値Ｉｔｈ２とし、しきい値Ｉｔｈ２を中心にして所定の範囲（＝±０．１σ）に存在する電波強度を破棄し、残りの複数の電波強度をしきい値Ｉｔｈ２によって多値化して秘密鍵Ｋｓ２を生成する（ステップＳ１２）。

また、無線装置１０のプロファイル生成部１５０は、強度Ｉ１１〜Ｉ１ｎ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、受信信号プロファイルＲＳＳＩ１からしきい値Ｉｔｈ１以上のｋ個の電波強度を抽出し（ステップＳ１３）、その抽出したｋ個の電波強度の平均値を演算する。そして、鍵作成部１６０は、演算した平均値をしきい値Ｉｔｈ２とし、しきい値Ｉｔｈ２を中心にして所定の範囲（＝±０．１σ）に存在する電波強度を破棄し、残りの複数の電波強度をしきい値Ｉｔｈ２によって多値化して秘密鍵Ｋｓ１を生成する（ステップＳ１４）。

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Ｓ１５）。

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Ｓ１６）。

ステップＳ１５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Ｓ１５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Ｓ１７）。

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行なってもよい（ステップＳ１８）。

ステップＳ１５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Ｓ１７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Ｓ１９）。

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Ｓ２０）。そして、一連の動作が終了する。

上述したステップＳ３〜Ｓ５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Ｉ２ｋを検出する動作であり、ステップＳ６〜Ｓ８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Ｉ１ｋ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Ｉ２ｋ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Ｉ１ｋ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Ｉ１１〜Ｉ１ｎの分布パターンをそれぞれ電波強度Ｉ２１〜Ｉ２ｎの分布パターン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、ｋ個の電波強度をしきい値Ｉｔｈ２により多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成するとき、ｋ個の電波強度のうち、しきい値Ｉｔｈ２を中心にして所定の範囲に存在する電波強度を破棄するので（ステップＳ１２，Ｓ１４参照）、しきい値Ｉｔｈ２の近傍に存在するしきい値Ｉｔｈ２との大小関係が不明確な電波強度を除去して多値化を正確に行なうことができる。その結果、同じ秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を正確に作成できる。

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、ｋ個の電波強度を多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成するとき、しきい値Ｉｔｈ２近傍の一部の電波強度を破棄するので、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、ｋ個の電波強度を多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成するとき、しきい値Ｉｔｈ２近傍の一部のデータを破棄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。

また、盗聴装置５０は、無線装置１０，３０において、しきい値Ｉｔｈ２近傍の電波強度を破棄していることを検知できたとしても、どの範囲で電波強度を破棄しているかを検知することは極めて困難であるので、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（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１０及び図１１に示す各ステップＳ３，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１３〜Ｓ１５，Ｓ１７，Ｓ１９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１０及び図１１に示す各ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４〜Ｓ６，Ｓ９〜Ｓ１２，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０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１０及び図１１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。

アレーアンテナ２０の指向性を複数の指向性に変えて無線装置１０，３０間で所定の信号を送受信し、無線装置１０，３０においてそれぞれ秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する場合、所定の信号は、パケットにより送受信される。

従って、アレーアンテナ２０の指向性が制御電圧セットＣＬＶ１〜ＣＬＶｎによってｎ個の指向性に順次変えられたとき、無線装置１０，３０は、ｊ（ｊは自然数）個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊを相互に送受信する。そして、ｊ個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊの各々が送受信される期間に、アレーアンテナ２０の指向性は、ｉ（ｉはｉ×ｊ＝ｎを満たす自然数）個の指向性に切換えられる。

この場合、ｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎは、ｊ個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊを受信したときのｎ個の電波強度に相当する。そして、無線装置１０，３０における鍵作成部１６０は、１つのパケットを受信するごとにしきい値Ｉｔｈ２近傍に存在する所定の範囲の電波強度を破棄するのではなく、ｊ個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊを全て受信したときに得られるｎ（＝ｉ×ｊ）個の電波に対応するｎ個の電波強度を検出し、その検出したｎ個の電波強度からしきい値Ｉｔｈ１以上のｋ個の電波強度を抽出した後に、ｋ個の電波強度の平均値をしきい値Ｉｔｈ２と決定し、しきい値Ｉｔｈ２近傍に存在する所定範囲の電波強度を破棄する。つまり、鍵作成部１６０は、ｋ個の電波強度に対して統一的なしきい値Ｉｔｈ２を決定し、その決定したしきい値Ｉｔｈ２を基準にして一部の電波強度を破棄する。

これにより、一部の電波強度を破棄する基準を複数のパケット間で統一でき、複数の電波強度を多値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する基準も統一できる。その結果、信頼性のある秘密鍵を生成できる。

ｊ個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊを無線装置１０，３０間で送受信して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成し、その生成した秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を用いて無線装置１０，３０間で通信を行なう場合、図１０に示すフローチャートに代えて図１２に示すフローチャートが用いられる。図１２は、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のフローチャートの他のフローチャートである。

図１２に示すフローチャートは、図１０に示すフローチャートのステップＳ９をステップＳ９Ａに代え、ステップＳ０，Ｓ９Ｂ，Ｓ９Ｃを追加したものであり、その他は、図１０に示すフローチャートと同じである。

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を設定する（ステップＳ０）。そして、上述したステップＳ１〜Ｓ８が実行された後、送信処理部１２０は、ｋ＝ｉであるか否かを判定し（ステップＳ９Ａ）、ｋ＝ｉでないとき、ｋ＝ｋ＋１を設定する（ステップＳ１０）。その後、ステップＳ９Ａにおいて、ｋ＝ｉになるまで、ステップＳ２〜Ｓ１０が繰り返し実行される。

ステップＳ９Ａにおいて、ｋ＝ｉであると判定されたとき、即ち、１個のパケットが無線装置１０，３０間で送受信されたと判定されたとき、送信処理部１２０は、ｐ＝ｊであるか否かをさらに判定し（ステップＳ９Ｂ）、ｐ＝ｊでないとき、ｐ＝ｐ＋１を設定する（ステップＳ９Ｃ）。

その後、ｐ＝ｊになるまで、ステップＳ１〜Ｓ１０，Ｓ９Ｂ，Ｓ９Ｃが繰り返し実行される。

ステップＳ９Ｂにおいて、ｐ＝ｊであると判定されたとき、即ち、ｊ個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊが無線装置１０，３０間で送受信されたとき、上述したステップＳ１１〜Ｓ１３および図１１に示すステップＳ１４〜Ｓ２０が実行される。

なお、図１２においては、ステップＳ５で電波強度Ｉ２ｐｋが検出され、ステップＳ８で電波強度Ｉ１ｐｋが検出される。

そして、ステップＳ９Ａにおいて、ｋ＝ｉであると判定されることは、アレーアンテナ２０の指向性がｉ個の指向性に順次切換えられて無線装置１０，３０間で１個のパケットが送受信されたことに相当する。

また、ステップＳ９Ｂにおいて、ｐ＝ｊであると判定されることは、アレーアンテナ２０の指向性がｎ個の指向性に順次切換えられて無線装置１０，３０間でｊ個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊが送受信されたことに相当する。ｉ×ｊ＝ｎが成立するからである。

したがって、アレーアンテナ２０の指向性が１つの指向性に設定されたときに無線装置１０，３０間で送受信された電波を１個の電波とすると、無線装置１０，３０間でｊ個のパケットＰＫＴ１〜ＰＫＴｊが送受信されることは、無線装置１０，３０間でｎ個の電波が送受信されることに相当する。

つまり、ステップＳ９Ｂにおいて、ｐ＝ｊであると判定されることは、無線装置１０，３０間でｎ個の電波が送受信されたと判定されることに相当する。

この発明においては、図１２および図１１に示すフローチャートに従って無線装置１０，３０間で通信が行なわれる場合、無線装置１０のＣＰＵは、図１２に示すステップＳ３，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１３および図１１に示すＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１７，Ｓ１９を備えるプログラムをＲＯＭから読出して実行し、無線装置３０のＣＰＵは、図１２に示すステップＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４〜Ｓ６，Ｓ９Ａ，Ｓ９Ｂ，Ｓ９Ｃ，Ｓ１０〜Ｓ１２およびおよび図１１に示すＳ１６，Ｓ１８，Ｓ２９を備えるプログラムをＲＯＭから読出して実行する。

なお、ｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎのうち、しきい値Ｉｔｈ１よりも小さい電波強度、およびしきい値Ｉｔｈ２近傍に存在する電波強度は、破棄されるので、ｉおよびｊは、ｉ×ｊ（＝ｎ）が最終的に生成される秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長よりも長くなるように決定される。そして、最終的に生成される秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長は、２ビット以上に設定される。秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長が２ビット以上であれば、４種類以上のビット列が存在し得るので、盗聴装置５０による秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の盗聴を抑制できるからである。

上述したように、この発明においては、ｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎに基づいて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成する場合、ｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎのうち、しきい値Ｉｔｈ１よりも強度が小さいｎ−ｋ個の電波強度を破棄し、さらに、適正化処理によって、しきい値Ｉｔｈ１以上のｋ個の電波強度のうち、しきい値Ｉｔｈ２（＝ｋ個の電波強度の平均値）近傍に存在する所定数の電波強度を破棄して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成する。

一方、この発明においては、最終的に作成された秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長は、上述したように２ビット以上に設定される。

したがって、アレーアンテナ２０の指向性をｎ個の指向性に変化させて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成する場合、ｎ個の電波強度ＷＩ１〜ＷＩｎから破棄する電波強度の個数を考慮し、最終的に作成された秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長が２ビット以上になるようにアレーアンテナ２０の指向性を変化させる個数（ｎ）を決定する。

上述したように、しきい値Ｉｔｈ１は、無線装置１０，３０間で無線通信が確立可能な電波強度に設定されるので、しきい値Ｉｔｈ１以上のｋ個の電波強度を抽出する際に破棄する電波強度の個数ｎ−ｋは、無線通信環境に依存する。したがって、より具体的には、無線通信環境および適正化処理を考慮し、最終的に作成された秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長が２ビット以上になるようにアレーアンテナ２０の指向性を変化させる個数（ｎ）を決定する。

この場合、無線装置１０，３０間で電波を送受信した場合、どの程度の電波強度が得られるかを予め調査し、しきい値Ｉｔｈ１以上のｋ個の電波強度を抽出する際に破棄する電波強度の個数ｎ−ｋを予め決定した上で秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を作成するようにしてもよい。

この発明においては、アレーアンテナ２０の指向性を複数の指向性に順次変化させて受信した複数の受信電波の各々を複数のサンプリングタイミングでサンプリングし、そのサンプリングされた複数のサンプリング値に基づいて複数の受信電波に対応する複数の電波強度を検出する処理は、「電波強度検出処理」を構成する。

また、複数の電波強度を多値化して秘密鍵を生成する処理は、「秘密鍵生成処理」を構成する。

上記においては、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いてもよい。

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。

また、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。

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、２つの無線装置間で同一の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。 図７に示す複数の電波強度の各々を検出する方法を説明するための概念図である。 プロファイル生成部が生成した受信信号プロファイルに基づいて秘密鍵を作成する方法を説明するための概念図である。 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。 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のフローチャートの他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 (6)

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複数の指向性に変えられたときに前記複数の指向性に対応して前記第２の無線装置から受信した複数の電波に基づいて、前記複数の電波に対応する複数の電波強度を検出する電波強度検出処理と、前記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秘密鍵生成処理とを用いて第１の秘密鍵を生成する場合において、前記複数の電波強度のうち、前記しきい値を基準にして所定の範囲に存在する電波強度を破棄する適正化処理を前記秘密鍵生成処理に適用して前記第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複数の指向性に変えられたときに前記複数の指向性に対応して前記第１の無線装置から受信した複数の電波に基づいて、前記電波強度検出処理と前記秘密鍵生成処理とを用いて前記第１の秘密鍵と同じ第２の秘密鍵を生成する場合において、前記秘密鍵生成処理に前記適正化処理を適用して前記第２の秘密鍵を生成する、無線通信システム。
2. 前記第１および第２の無線装置は、前記第１のアンテナの指向性が所定数の指向性に切換えられるごとに１つのパケットを相互に送受信することにより前記複数の指向性に対応して所定数のパケットを相互に送受信し、前記所定数のパケットの受信に対応して受信される複数の電波に基づいてそれぞれ前記第１および第２の秘密鍵を生成し、
   前記適正化処理は、前記所定数のパケットに対応して受信された複数の電波に対応する複数の電波強度の全体から前記しきい値を基準にして所定の範囲に存在する電波強度を破棄する処理である、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１のアンテナの指向性は、ｎ（ｎは自然数）個の指向性に切換えられ、
   前記所定数のパケットは、前記第１のアンテナの指向性がｉ（ｉは、ｉ＜ｎを満たす自然数）個の指向性に切換えられるごとに１個送受信されるｊ（ｊは、ｉ×ｊ＝ｎを満たす自然数）個のパケットからなり、
   ｉ×ｊは、前記第１および第２の秘密鍵の鍵長よりも長い、請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記適正化処理は、前記しきい値を中心にして上下に同じ範囲に存在する電波強度を破棄する処理である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
5. 前記適正化処理は、前記複数の電波強度の正規分布における標準偏差の範囲に存在する電波強度を破棄する処理である、請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記電波強度検出処理は、各指向性に対応して受信した各電波を複数のサンプリングポイントでサンプリングして複数のサンプリング値を検出し、その検出した複数のサンプリング値に基づいて前記各指向性に対応する各電波の電波強度を検出することにより前記複数の電波に対応する前記複数の電波強度を検出する処理である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線通信システム。

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