JP2010056917A - Wireless communication system, wireless communication device, and method for generating key - Google Patents

Wireless communication system, wireless communication device, and method for generating key Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for generating a key of which an original communication function can be used for generating key information and the key information can be generated regardless of whether or not devices are stationary or move. <P>SOLUTION: In the method for generating the key, a digital modulation signal having the same carrier frequency is transmitted and received between two wireless communication devices. Each wireless communication device performs quadrature demodulation of the digital modulation signal, extracts constellation feature information according to the result of quadrature demodulation, and generates key information to be used for encryption based on the extracted constellation feature information. As a result, two wireless communication devices share the same key information. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は無線通信システム、無線通信装置及び鍵生成方法に関し、例えば、暗号通信を適用している無線LANに適用し得るものである。   The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, and a key generation method, and can be applied to, for example, a wireless LAN to which encrypted communication is applied.

従来、無線通信においては、他の無線局からの盗聴の危険性がある。そのための対策としてなんらかの鍵を用いて暗号化する方法が一般的である。   Conventionally, in wireless communication, there is a risk of wiretapping from other wireless stations. As a countermeasure for this, an encryption method using a certain key is common.

しかしながら、その鍵は通信を行う者同士で事前に知っておかなければならない。その鍵を無線通信で渡す場合には、そこで鍵自体が盗聴される可能性がある。鍵を無線通信以外、例えば、有線通信などでやりとりする方法も考えられるが、通信経路を2つ確保しておかなければならず、現実的ではない。また、定期的に乱数を発生させるモジュールを、通信機を使用する者が持っておき、それを入力する方法などもあるが、両通信機の双方に入力しなければならず、現実的ではない。以上のように鍵の生成や鍵の授受に関しては、多くの方法があるものの、それぞれ課題がある。   However, the key must be known in advance between those who communicate. When the key is transferred by wireless communication, the key itself may be wiretapped there. Although a method of exchanging the key by other than wireless communication, for example, by wired communication, can be considered, it is not practical because two communication paths must be secured. In addition, there is a method that a person who uses a communication device has a module that generates random numbers periodically and inputs it, but it must be input to both communication devices, which is not practical. . As described above, although there are many methods for key generation and key exchange, there are respective problems.

上述のような課題を解決するため、鍵を授受することなく、双方の通信機がそれぞれ独立に、無線伝搬路の特性を用いて同じ鍵を生成できるようにした方法が、特許文献1や特許文献2で提案されている。   In order to solve the problems as described above, Patent Document 1 and Patent have disclosed a method in which both communication devices can independently generate the same key using the characteristics of the wireless propagation path without exchanging the key. Proposed in Document 2.

これらの文献で開示されている方法は、以下の着想に基づいている。ある通信機(通信機Aとする)から見た場合、他の通信機(通信機B〜Dとする)は、その設置場所毎に異なる状況の伝搬路を介して無線通信を実行するものである。つまり、通信機Aから通信機Bへの伝搬路特性と、通信機Aから通信機Cへの伝搬路特性は異なる。一方、通信機Aと通信機Bとが通信を行う伝送路は、同じ周波数で周囲の環境が変わらないのであれば、同じになる。すなわち、通信機Aから通信機Bへの伝搬路特性と、通信機Bから通信機Aへの伝搬路特性は同じである。   The methods disclosed in these documents are based on the following idea. When viewed from a certain communication device (referred to as communication device A), the other communication devices (referred to as communication devices B to D) execute wireless communication via propagation paths having different conditions for each installation location. is there. That is, the propagation path characteristic from the communication apparatus A to the communication apparatus B is different from the propagation path characteristic from the communication apparatus A to the communication apparatus C. On the other hand, the transmission path through which the communication device A and the communication device B communicate is the same if the surrounding environment does not change at the same frequency. That is, the propagation path characteristic from the communication apparatus A to the communication apparatus B and the propagation path characteristic from the communication apparatus B to the communication apparatus A are the same.

すなわち、伝搬路特性を鍵になるような数値化ができれば、別な手段で鍵を授受することなく、通信したい相手とのみ同じ鍵を共有することができる。   That is, if the propagation path characteristic can be converted into a numerical value so that it becomes a key, the same key can be shared only with the other party with which communication is desired without exchanging the key with another means.

特許文献1は、鍵の生成に利用できる伝搬路の特性を、通信アンテナの指向性を回転させながら測定した電界強度とすることを開示している。また、特許文献2は、鍵の生成に利用できる伝搬路の特性として、フエージングパターンを用いることを記載している。
特開2005−333438号公報 特開2006−222817号公報
Patent Document 1 discloses that the characteristic of a propagation path that can be used for key generation is the electric field strength measured while rotating the directivity of a communication antenna. Further, Patent Document 2 describes that a fading pattern is used as a characteristic of a propagation path that can be used for key generation.
JP 2005-333438 A JP 2006-222817 A

特許文献1の記載技術では、アンテナの指向性を回転させる機能など、本来、通信機として持つ以上の機能を備えておく必要があり、実用的でないという課題がある。   The technique described in Patent Document 1 has a problem that it is not practical because it is necessary to have more functions than a communication device such as a function of rotating the directivity of an antenna.

また、特許文献2の記載技術では、鍵の生成に利用するフェージングは移動しないと変動しないため、固定局間での通信や、鍵の生成が必要なときに位置が固定している移動局間での通信には利用できないという課題がある。   In the technique described in Patent Document 2, since fading used for key generation does not change unless it moves, communication between fixed stations and between mobile stations whose positions are fixed when key generation is required There is a problem that it cannot be used for communication.

そのため、鍵情報の生成に本来の通信機能を利用可能な、しかも、装置間の固定、移動などを条件としないで鍵情報を生成できる無線通信システム、無線通信装置及び鍵生成方法が望まれている。   Therefore, a wireless communication system, a wireless communication device, and a key generation method that can use the original communication function for generating key information and that can generate key information without being fixed or moved between devices is desired. Yes.

第1の本発明の鍵生成方法は、(a)第1の無線通信装置及び第2の無線通信装置間で、同一のキャリア周波数のディジタル変調信号を授受し合い、(b)上記第1の無線通信装置及び上記第2の無線通信装置がそれぞれ、ディジタル変調信号を直交復調し、その直交復調結果に係る星座の特徴情報を抽出し、抽出した星座特徴情報に基づいて、暗号化で用いる鍵情報を生成し、(c)上記第1の無線通信装置及び上記第2の無線通信装置が同一の鍵情報を共有することを特徴とする。   The key generation method according to the first aspect of the present invention includes (a) exchange of digital modulation signals having the same carrier frequency between the first wireless communication device and the second wireless communication device, and (b) the first wireless communication device. Each of the wireless communication device and the second wireless communication device performs quadrature demodulation of the digital modulation signal, extracts constellation feature information related to the orthogonal demodulation result, and uses a key used for encryption based on the extracted constellation feature information And (c) the first wireless communication device and the second wireless communication device share the same key information.

第2の本発明は、対向する無線通信装置との間で暗号化通信を実行する無線通信装置において、(a)対向する無線通信装置から到来したディジタル変調信号を直交復調するディジタル復調手段と、(b)その直交復調結果に係る星座の特徴情報を抽出する星座分析手段と、(c)抽出された星座特徴情報に基づいて、暗号化の鍵情報を生成して保持する鍵情報生成・記憶手段とを備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in a wireless communication apparatus that performs encrypted communication with an opposing wireless communication apparatus, (a) a digital demodulation unit that orthogonally demodulates a digital modulation signal that has arrived from the opposing wireless communication apparatus; (B) constellation analysis means for extracting constellation feature information related to the orthogonal demodulation result; and (c) key information generation / storage for generating and storing encryption key information based on the extracted constellation feature information. Means.

第3の本発明の無線通信システムは、第2の本発明の無線通信装置を2つ有し、これら2つの無線通信装置間で、同一のキャリア周波数のディジタル変調信号を授受し合い、これら2つの無線通信装置が同一の鍵情報を共有することを特徴とする。   The wireless communication system of the third aspect of the present invention has two wireless communication apparatuses of the second aspect of the present invention, and exchanges digital modulation signals having the same carrier frequency between the two wireless communication apparatuses. Two wireless communication apparatuses share the same key information.

本発明によれば、ディジタル復調結果から得られる星座情報に基づいて、鍵情報を生成するようにしたので、鍵情報の生成に本来の通信機能を利用可能な、しかも、装置間の固定、移動などを条件としないで鍵情報を生成できる無線通信システム、無線通信装置及び鍵生成方法を提供できる。   According to the present invention, since the key information is generated based on the constellation information obtained from the digital demodulation result, the original communication function can be used for the generation of the key information, and the fixing and movement between the devices are possible. It is possible to provide a wireless communication system, a wireless communication apparatus, and a key generation method that can generate key information without conditions such as the above.

(A)第1の実施形態
以下、本発明による無線通信システム、無線通信装置及び鍵生成方法の第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
(A) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a wireless communication system, a wireless communication apparatus, and a key generation method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

(A−1)第1の実施形態の構成
図1は、鍵をそれぞれ生成する、対向する2つの無線通信装置(適宜、通信機とも呼ぶ)のうちの一方の構成を示すブロック図である。図1は、鍵の生成に関係する構成部分を取り出して示している。対向する2つの無線通信装置は共に、図1に示す構成を有することを要する。
(A-1) Configuration of First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of one of two opposing wireless communication devices (also referred to as communication devices as appropriate) that generate keys. FIG. 1 shows the components related to key generation. Both of the two facing radio communication apparatuses need to have the configuration shown in FIG.

図1において、無線通信装置10は、鍵生成用符号発生部11、BPSK(Binary Phase Shift Keying)変調部12、BPSK復調部13、星座分析部14、鍵生成・記憶部15、送受切替スイッチ16、アンテナ17及び鍵生成制御部20を有する。   In FIG. 1, a wireless communication device 10 includes a key generation code generation unit 11, a BPSK (Binary Phase Shift Keying) modulation unit 12, a BPSK demodulation unit 13, a constellation analysis unit 14, a key generation / storage unit 15, and a transmission / reception changeover switch 16. And an antenna 17 and a key generation control unit 20.

鍵生成用符号発生部11は、鍵生成制御部20の指示に従い、鍵生成用のデータ符号を発生させるものである。鍵生成用のデータ符号の符号長は任意であるが、後述する星座分析部14が、符号「0」及び「1」の星座図での位置を精度良く得られる程度の符号長を有することが好ましい。鍵生成用のデータ符号は、鍵生成に専用のものであっても良いが、フレームシーケンスなどの通常の通信時に用いられる符号を鍵生成用のデータ符号として兼用するようにしても良い。   The key generation code generation unit 11 generates a data code for key generation in accordance with an instruction from the key generation control unit 20. The code length of the data code for generating the key is arbitrary, but the constellation analyzer 14 described later may have a code length that can accurately obtain the positions of the codes “0” and “1” in the constellation map. preferable. The data code for key generation may be dedicated for key generation, but a code used during normal communication such as a frame sequence may also be used as a data code for key generation.

BPSK変調部12は、所定周波数のキャリアに対して、鍵生成用のデータ符号によりBPSK変調をかけるものである。   The BPSK modulator 12 applies BPSK modulation to a carrier having a predetermined frequency using a data code for key generation.

送受切替スイッチ16は、鍵生成制御部20の制御下で、当該無線通信装置10が鍵生成のための送信動作を行う際には、アンテナ17に対してBPSK変調部12を接続させ、当該無線通信装置10が鍵生成のための受信動作を行う際には、アンテナ17に対してBPSK復調部13を接続させるものである。   When the wireless communication device 10 performs a transmission operation for key generation under the control of the key generation control unit 20, the transmission / reception changeover switch 16 connects the BPSK modulation unit 12 to the antenna 17, and When the communication device 10 performs a receiving operation for key generation, the BPSK demodulator 13 is connected to the antenna 17.

アンテナ17は送受共用のものであり、送信時には、BPSK変調部12によってBPSK変調されたキャリア(BPSK変調信号)を電磁波として空間に放射し、受信時には、飛来したBPSK変調されている電磁波でなるキャリアを捕捉するものである。   The antenna 17 is used for both transmission and reception. At the time of transmission, a carrier (BPSK modulation signal) BPSK modulated by the BPSK modulation unit 12 is radiated to the space as an electromagnetic wave. Is to capture.

BPSK復調部13は、アンテナ17が捕捉し、送受切替スイッチ16を介して与えられた受信信号(BPSK変調信号)をBPSK復調するものである。この第1の実施形態の場合、BPSK復調部13は、受信信号(BPSK変調信号)を、局部発生の直交するキャリアを利用する直交復調で復調する。   The BPSK demodulator 13 BPSK-demodulates a reception signal (BPSK modulation signal) captured by the antenna 17 and given through the transmission / reception changeover switch 16. In the case of the first embodiment, the BPSK demodulator 13 demodulates the received signal (BPSK modulated signal) by orthogonal demodulation using locally generated orthogonal carriers.

星座分析部14は、受信した信号(符号)の星座(コンスタレーション;constellation)を分析し、星座の特徴を表す情報を得る。星座には、通信に供している2つの通信機間の伝搬路の特性(例えば雑音特性)が反映される。   The constellation analysis unit 14 analyzes the constellation of the received signal (symbol) and obtains information representing the characteristics of the constellation. The constellation reflects the characteristics (for example, noise characteristics) of the propagation path between the two communication devices used for communication.

鍵生成・記憶部15は、星座分析部14が得た星座特徴情報をそのまま鍵情報として記憶したり、又は、星座分析部14が得た星座特徴情報を所定関数や変換アルゴリムへの入力値とし、その関数や変換アルゴリムの出力値を鍵情報として記憶したりする。このようにして記憶された鍵情報が、その後の暗号化通信で利用される。   The key generation / storage unit 15 directly stores the constellation feature information obtained by the constellation analysis unit 14 as key information, or uses the constellation feature information obtained by the constellation analysis unit 14 as an input value to a predetermined function or conversion algorithm. The function and the output value of the conversion algorithm are stored as key information. The key information stored in this way is used for subsequent encrypted communication.

鍵生成制御部20は、鍵情報の生成時における全体の流れを、対向する無線機における鍵生成制御部(20)と協働して制御するものである。2つの無線機の鍵生成制御部20は、鍵生成用のデータ符号に係るディジタル変調信号(BPSK変調信号)の授受を、双方向について短時間内で時分割に実行させるように各部を制御し、各無線機の鍵生成・記憶部15に同じ鍵情報が記憶されるようにさせる。   The key generation control unit 20 controls the entire flow when generating key information in cooperation with the key generation control unit (20) in the opposite radio. The key generation control unit 20 of the two radios controls each unit so that the digital modulation signal (BPSK modulation signal) related to the data code for key generation is exchanged in a time-division manner within a short time for both directions. The same key information is stored in the key generation / storage unit 15 of each wireless device.

例えば、2つの無線機(無線通信装置)のうち、一方の無線機が無線LANのアクセスポイント装置10−1であって、他方の無線機が無線LAN端末10−2であったとする。無線LAN端末10−2の電源がオフからオンに切り替わり、アクセスポイント装置10−1が自己の管轄エリア内に無線LAN端末10−2が存在することを認識したとする。このとき、アクセスポイント装置10−1の鍵生成制御部20−1と、無線LAN端末10−2の鍵生成制御部20−2とは、まず、アクセスポイント装置10−1から無線LAN端末10−2へ鍵生成用のデータ符号に係るBPSK変調信号を送信させ、無線LAN端末10−2の鍵生成・記憶部15−2に鍵情報を記憶させ、その後直ちに、無線LAN端末10−2からアクセスポイント装置10−1へ鍵生成用のデータ符号に係るBPSK変調信号を送信させ、アクセスポイント装置10−1の鍵生成・記憶部15−1に鍵情報を記憶させる。   For example, it is assumed that one of the two wireless devices (wireless communication devices) is a wireless LAN access point device 10-1, and the other wireless device is a wireless LAN terminal 10-2. Assume that the power of the wireless LAN terminal 10-2 is switched from OFF to ON, and the access point device 10-1 recognizes that the wireless LAN terminal 10-2 exists in its own area. At this time, the key generation control unit 20-1 of the access point apparatus 10-1 and the key generation control unit 20-2 of the wireless LAN terminal 10-2 firstly transmit from the access point apparatus 10-1 to the wireless LAN terminal 10-. 2 transmits a BPSK modulated signal related to the data code for key generation, stores the key information in the key generation / storage unit 15-2 of the wireless LAN terminal 10-2, and then immediately accesses from the wireless LAN terminal 10-2 The BPSK modulation signal related to the data code for key generation is transmitted to the point device 10-1, and the key information is stored in the key generation / storage unit 15-1 of the access point device 10-1.

なお、鍵生成制御部20が、鍵情報の生成処理を起動するタイミングは上述の例に限定されない。   Note that the timing at which the key generation control unit 20 starts the key information generation process is not limited to the above example.

(A−2)第1の実施形態の動作
次に、通信に供する2つの通信機10−A及び10−Bと、盗聴機10−Cとの位置関係が図2の関係にあった場合における、鍵情報の生成動作を説明する。なお、通信機10−A及び10−Bだけでなく、盗聴機10−Cも、図1に示す内部構成を有しており(但し、鍵生成制御部による協働制御は実行されない)、また、通信機10−A及び通信機10−Bの電波を受信できる範囲内に設置されているとする。
(A-2) Operation of the First Embodiment Next, the positional relationship between the two communication devices 10-A and 10-B used for communication and the wiretapping device 10-C is in the relationship of FIG. The key information generation operation will be described. Note that not only the communication devices 10-A and 10-B but also the wiretapping device 10-C has the internal configuration shown in FIG. 1 (however, cooperative control by the key generation control unit is not executed). Suppose that the communication device 10-A and the communication device 10-B are installed within a range where radio waves can be received.

今、通信機10−Aが、通信機10−Bで鍵情報を生成させるための送信側の通信機になったとする。このとき、通信機10−Aにおける鍵生成用符号発生部11−Aが鍵生成用のデータ符号を発生させ、BPSK変調部12−Aが、所定周波数のキャリアに対して、鍵生成用のデータ符号によりBPSK変調をかけ、得られたBPSK変調信号が、送受切替スイッチ16−Aを介してアンテナ17−Aに与えられ、無線空間に放射される。通信機10−Aから送信された信号の星座は、図3(A)の星座図に示すように、I軸上に、符号「0」及び「1」の星座が共に存在するものとなる。   Now, it is assumed that the communication device 10-A has become a communication device on the transmission side for causing the communication device 10-B to generate key information. At this time, the key generation code generation unit 11-A in the communication device 10-A generates a key generation data code, and the BPSK modulation unit 12-A generates key generation data for a carrier having a predetermined frequency. BPSK modulation is performed by the code, and the obtained BPSK modulation signal is given to the antenna 17-A via the transmission / reception changeover switch 16-A and radiated to the radio space. As shown in the constellation diagram of FIG. 3A, the constellation of the signal transmitted from the communication device 10-A has both the constellations of “0” and “1” on the I axis.

通信機10−Bにおいては、アンテナ17−Bが、通信機10−Aから放射されたBPSK変調信号を捕捉し、捕捉されたBPSK変調信号が、送受切替スイッチ16−Bを介してBPSK復調部13−Bに与えられて直交復調された後、星座分析部14−Bにおいて、受信した信号の星座が分析される。この分析で得られる星座には、通信に供している2つの通信機10−A及び10−B間の伝搬路の特性が反映される。例えば、図3(B)の星座図に示すように、送信側の星座から角度αだけ回転している位置に星座が現れるものとなる。   In the communication device 10-B, the antenna 17-B captures the BPSK modulation signal radiated from the communication device 10-A, and the captured BPSK modulation signal is transmitted through the transmission / reception changeover switch 16-B. After being supplied to 13-B and orthogonally demodulated, the constellation analyzer 14-B analyzes the constellation of the received signal. The characteristics of the propagation path between the two communication devices 10-A and 10-B used for communication are reflected in the constellation obtained by this analysis. For example, as shown in the constellation diagram of FIG. 3B, the constellation appears at a position rotated by an angle α from the constellation on the transmission side.

例えば、この角度αの情報が星座特徴情報として、鍵生成・記憶部15−Bに与えられる。鍵生成・記憶部15−Bは、角度αの情報を量子化し(例えば、−5°以上5°未満を0にし、5°以上10°未満を1にするように変換する)、量子化した角度の情報をそのまま鍵情報として記憶したり、又は、量子化した角度の情報を所定関数や変換アルゴリムへの入力値とし、その関数や変換アルゴリムの出力値を鍵情報として記憶したりする。なお、角度αの情報を量子化することなく適用するようにしても良い。   For example, information on the angle α is given to the key generation / storage unit 15-B as constellation feature information. The key generation / storage unit 15-B quantizes the information of the angle α (for example, converts the angle α so that -5 ° or more and less than 5 ° becomes 0, and converts 5 ° or more and less than 10 ° to 1) and quantizes the information. The angle information is stored as key information as it is, or the quantized angle information is used as an input value to a predetermined function or conversion algorithm, and the output value of the function or conversion algorithm is stored as key information. The information on the angle α may be applied without being quantized.

盗聴機10−Cにおいても、アンテナ17−Cが、通信機10−Aから放射されたBPSK変調信号を捕捉し、捕捉されたBPSK変調信号が、送受切替スイッチ16−Cを介してBPSK復調部13−Cに与えられて直交復調された後、星座分析部14−Cにおいて、受信した信号の星座が分析される。この分析で得られる星座には、通信機10−A及び盗聴機10−C間の伝搬路の特性が反映され、通信機10−A及び10−B間の伝搬路の特性が反映されたものとは異なったものとなる。例えば、図3(C)の星座図に示すように、送信側の星座から角度β(βはαに等しくない)だけ回転している位置に星座が現れるものとなる。   Also in the wiretapping device 10-C, the antenna 17-C captures the BPSK modulation signal radiated from the communication device 10-A, and the captured BPSK modulation signal is transmitted through the transmission / reception changeover switch 16-C. After being supplied to 13-C and orthogonally demodulated, the constellation analyzer 14-C analyzes the constellation of the received signal. The constellation obtained by this analysis reflects the characteristics of the propagation path between the communication devices 10-A and 10-C, and reflects the characteristics of the propagation path between the communication devices 10-A and 10-B. Is different. For example, as shown in the constellation diagram of FIG. 3C, the constellation appears at a position rotated from the transmitting constellation by an angle β (β is not equal to α).

そのため、角度βの情報に基づいて、鍵生成・記憶部15−Cが鍵情報を生成しても、角度αの情報に基づいて、鍵生成・記憶部15−Bが生成した鍵情報とは異なったものとなる。すなわち、盗聴機10−Cにおいて、鍵情報を盗むことができない。   Therefore, even if the key generation / storage unit 15-C generates key information based on the information on the angle β, what is the key information generated by the key generation / storage unit 15-B based on the information on the angle α? It will be different. That is, the key information cannot be stolen in the wiretapping device 10-C.

通信機10−Bにおいては、鍵情報の生成、記憶が終了すると、通信機10−Bが送信側、通信機10−Aが受信側に切り替わり、上述の場合と同じキャリア周波数を用いた送信が実行される。この場合も、通信機10−Aから通信機10−Bへの送信のときの伝搬路を逆に伝搬していくので、通信機10−Aの星座分析部14−Aにおいて、送信側の星座から角度αだけ回転している位置に星座が現れるという分析結果が得られ、鍵生成・記憶部15−Aによって、鍵生成・記憶部15−Bが得た上述した鍵情報と同じ鍵情報が生成され、記憶される。   In the communication device 10-B, when the generation and storage of the key information is completed, the communication device 10-B is switched to the transmission side and the communication device 10-A is switched to the reception side, and transmission using the same carrier frequency as described above is performed. Executed. Also in this case, since the propagation path at the time of transmission from the communication device 10-A to the communication device 10-B propagates in the reverse direction, the constellation analysis unit 14-A of the communication device 10-A causes the constellation on the transmission side. Analysis result that a constellation appears at a position that is rotated by an angle α, and the key information that is the same as the key information obtained by the key generation / storage unit 15-B is obtained by the key generation / storage unit 15-B. Generated and stored.

以上のようにして、通信機10−A及び通信機10−Bが同じ鍵情報を所有し、その後の暗号化通信が可能となる。   As described above, the communication device 10-A and the communication device 10-B have the same key information, and subsequent encrypted communication is possible.

(A−3)第1の実施形態の効果
第1の実施形態によれば、2つの通信機が、伝搬路特性が反映された星座特徴情報(位相回転情報)を用いて鍵情報を生成するようにしたので、盗聴機に知りえない鍵情報を通信機間で共有することができる。
(A-3) Effect of First Embodiment According to the first embodiment, two communication devices generate key information using constellation feature information (phase rotation information) reflecting propagation path characteristics. Since it did in this way, the key information which a wiretap machine cannot know can be shared between communication apparatuses.

しかも、既存の通信構成を鍵情報の生成にそのまま適用でき、鍵情報の生成のための新たな付加回路を不要にでき、若しくは、ごく僅かに抑えることができる。   In addition, the existing communication configuration can be applied to the generation of key information as it is, and a new additional circuit for generating the key information can be dispensed with, or can be suppressed to a slight extent.

さらに、鍵情報を共有しようとする2つの通信機が、固定していても、また、伝搬特性に変化がない程度の移動速度で相対的に移動していても、上述した鍵情報の生成方法を適用できる。   Furthermore, even if two communication devices that want to share key information are fixed or relatively moved at a moving speed that does not change the propagation characteristics, the above-described method for generating key information Can be applied.

(B)第2の実施形態
次に、本発明による無線通信システム、無線通信装置及び鍵生成方法の第2の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
(B) Second Embodiment Next, a second embodiment of the wireless communication system, the wireless communication apparatus, and the key generation method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図4は、第2の実施形態の無線通信装置(適宜、通信機とも呼ぶ)における鍵の生成に関係する構成部分を取り出して示すブロック図であり、第1の実施形態に係る図1との同一、対応部分には同一符号を付して示している。   FIG. 4 is a block diagram showing extracted components related to key generation in the wireless communication apparatus (also referred to as a communicator as appropriate) of the second embodiment, and is a block diagram showing FIG. 1 according to the first embodiment. The same and corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図1及び図4の比較から明らかなように、第2の実施形態の無線通信装置30は、第1の実施形態の無線通信装置10におけるBPSK変調部12に代えてOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調部31を適用すると共に、第1の実施形態の無線通信装置10におけるBPSK復調部13に代えてOFDM復調部32を適用したものである。OFDM方式は、市販の無線LANなどで用いられているマルチキャリアの一般的な変調方式である。   As is clear from comparison between FIG. 1 and FIG. 4, the wireless communication device 30 of the second embodiment replaces the BPSK modulation unit 12 in the wireless communication device 10 of the first embodiment with OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). The modulation unit 31 is applied, and the OFDM demodulation unit 32 is applied instead of the BPSK demodulation unit 13 in the wireless communication apparatus 10 of the first embodiment. The OFDM scheme is a general multicarrier modulation scheme used in commercially available wireless LANs and the like.

第2の実施形態の場合、鍵情報を生成させるための送信側の通信機(符号を30−Aとする)においては、OFDM変調部31−Aが、鍵生成用符号発生部11−Aが発生させた鍵生成用のデータ符号に基づいて、OFDM変調を行う。一方、受信側の通信機(符号を30−Bとする)においては、OFDM復調部32−BがOFDM復調を行う。   In the case of the second embodiment, in the communication device on the transmission side for generating key information (the code is 30-A), the OFDM modulation unit 31-A is the key generation code generation unit 11-A. OFDM modulation is performed based on the generated data code for key generation. On the other hand, in the communication device on the receiving side (the code is 30-B), the OFDM demodulator 32-B performs OFDM demodulation.

ここで、OFDM変調信号は、周波数(サブキャリア)が異なる複数のBPSK変調信号の重畳信号であるものとする。OFDM復調部32−Bは、サブキャリア毎のBPSK変調信号をそれぞれ直交復調する。   Here, it is assumed that the OFDM modulation signal is a superimposed signal of a plurality of BPSK modulation signals having different frequencies (subcarriers). The OFDM demodulator 32-B orthogonally demodulates the BPSK modulation signal for each subcarrier.

星座分析部14−Bは、サブキャリア毎の直交復調結果に基づき、サブキャリア毎の星座特徴情報を得る。例えば、第1の実施形態で説明した方法によって、サブキャリア毎の角度(位相回転量)α(1)、α(2)、…、α(n)を得る(但し、nはサブキャリア数)。ここで、角度の情報は上述したように量子化したものであっても良い。鍵生成・記憶部15−Bは、サブキャリア毎の角度の系列α(1)、α(2)、…、α(n)を鍵情報とし、若しくは、サブキャリア毎の角度の系列α(1)、α(2)、…、α(n)を適用して鍵情報を生成し、記憶する。   The constellation analyzer 14-B obtains constellation feature information for each subcarrier based on the orthogonal demodulation result for each subcarrier. For example, the angle (phase rotation amount) α (1), α (2),..., Α (n) for each subcarrier is obtained by the method described in the first embodiment (where n is the number of subcarriers). . Here, the angle information may be quantized as described above. The key generation / storage unit 15-B uses the angle series α (1), α (2),..., Α (n) for each subcarrier as key information or the angle series α (1 for each subcarrier. ), Α (2),..., Α (n) are applied to generate and store key information.

逆に、他方の通信機30−Aにおいて、鍵情報を生成させる場合には、第1の実施形態の場合と同様に、通信機30−Bから通信機30−AへOFDM変調信号を送信させるようにすれば良い。   Conversely, when key information is generated in the other communication device 30-A, the OFDM modulation signal is transmitted from the communication device 30-B to the communication device 30-A, as in the case of the first embodiment. You can do that.

周知のように、暗号化は、鍵情報を元に、対象データを数値演算することで行われる。ある程度の数値列を用いた鍵情報の方が、暗号化を破られる確率が低くなる。   As is well known, encryption is performed by numerically calculating target data based on key information. Key information using a certain number of numerical sequences has a lower probability of being broken.

第2の実施形態によれば、OFDM変調方式を利用し、各サブキャリアの星座特徴情報を、鍵情報の生成に利用するようにしたので、第1の実施形態以上に、盗まれることに対する耐性が強い鍵情報を生成でき、暗号化を破られる確率を一段と低くすることができる。   According to the second embodiment, since the constellation feature information of each subcarrier is used for generation of key information by using the OFDM modulation scheme, it is more resistant to being stolen than the first embodiment. Strong key information can be generated, and the probability of breaking the encryption can be further reduced.

第2の実施形態で利用しているディジタル変調方式も、無線LANで多用されているOFDM変調方式であるので、既存の通信構成を鍵情報の生成にそのまま適用でき、鍵情報の生成のための新たな付加回路を不要にでき、若しくは、ごく僅かに抑えることができる。   Since the digital modulation scheme used in the second embodiment is also an OFDM modulation scheme that is frequently used in wireless LANs, the existing communication configuration can be directly applied to the generation of key information. A new additional circuit can be dispensed with or can be suppressed to a slight extent.

さらに、鍵情報を共有しようとする2つの通信機が、固定していても、また、伝搬特性に変化がない程度の移動速度で相対的に移動していても、第2の実施形態の鍵情報の生成方法を適用できることは、第1の実施形態の場合と同様である。   Furthermore, even if two communication devices that are to share key information are fixed or relatively moving at a moving speed that does not change the propagation characteristics, the key of the second embodiment The information generation method can be applied as in the case of the first embodiment.

(C)他の実施形態
第1の実施形態においては、ディジタル変調方式がBPSK変調方式であるものを示し、第2の実施形態においては、ディジタル変調方式が、サブキャリア毎の変調方式がBPSK変調方式であるOFDM変調方式を示したが、伝搬路の特性が星座情報に表れる他のディジタル変調方式を適用するようにしても良い。
(C) Other Embodiments In the first embodiment, the digital modulation scheme is the BPSK modulation scheme. In the second embodiment, the digital modulation scheme is the BPSK modulation for each subcarrier. Although the OFDM modulation method, which is a method, has been shown, other digital modulation methods in which the characteristics of the propagation path appear in the constellation information may be applied.

例えば、QPSK(Quadri PSK)変調方式を、第1の実施形態のBPSK変調方式に代えて適用するようにしても良い。また例えば、サブキャリア毎の変調方式として、QPSK変調方式を適用したOFDM変調方式を、第2の実施形態の変調方式に代えて適用するようにしても良い。   For example, a QPSK (Quadri PSK) modulation method may be applied instead of the BPSK modulation method of the first embodiment. Further, for example, as a modulation scheme for each subcarrier, an OFDM modulation scheme to which the QPSK modulation scheme is applied may be applied instead of the modulation scheme of the second embodiment.

第1の実施形態では、星座特徴情報が、I軸との角度(位相回転量)であるものを示したが、他の値を用いるようにしても良い。例えば、I軸及びQ軸の交点を起点とし、符号位置を終点としたベクトルを星座特徴情報とし、鍵情報の生成に利用するようにしても良い。第2の実施形態についても同様である。   In the first embodiment, the constellation feature information is an angle with respect to the I axis (phase rotation amount), but other values may be used. For example, a vector having an intersection of the I axis and the Q axis as a starting point and a code position as an ending point may be used as constellation feature information and used to generate key information. The same applies to the second embodiment.

第2の実施形態では、OFDM変調方式を適用することで、キャリア周波数(サブキャリア周波数)が異なる通信を同時に行うものを示したが、キャリア周波数の可変機能を有する通信機であれば、時分割で、キャリア周波数が異なる通信を行って、キャリア周波数毎の星座特徴情報を得て、鍵情報の生成に利用するようにしても良い。   In the second embodiment, the OFDM modulation scheme is applied to perform communication with different carrier frequencies (subcarrier frequencies) at the same time. However, if the communication device has a carrier frequency variable function, the time division is used. Thus, communication with different carrier frequencies may be performed to obtain constellation feature information for each carrier frequency, which may be used to generate key information.

第1の実施形態の無線通信装置における鍵の生成に関係する構成部分を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the component related to the production | generation of the key in the radio | wireless communication apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の無線通信装置(無線機)と盗聴機の位置関係例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the positional relationship of the radio | wireless communication apparatus (radio | wireless machine) of 1st Embodiment, and an eavesdropper. 図2における送信無線機、受信無線機及び盗聴機での星座を示す星座図である。FIG. 3 is a constellation diagram illustrating constellations in the transmitting radio, the receiving radio, and the eavesdropper in FIG. 2. 第2の実施形態の無線通信装置における鍵の生成に関係する構成部分を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the component related to the production | generation of the key in the radio | wireless communication apparatus of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10、30…無線通信装置、11…鍵生成用符号発生部、12…BPSK変調部、13…BPSK復調部、14…星座分析部、15…鍵生成・記憶部、16…送受切替スイッチ、17…アンテナ、20…鍵生成制御部、31…OFDM変調部、32…OFDM復調部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 30 ... Wireless communication apparatus, 11 ... Key generation code generation unit, 12 ... BPSK modulation unit, 13 ... BPSK demodulation unit, 14 ... Constellation analysis unit, 15 ... Key generation / storage unit, 16 ... Transmission / reception changeover switch, 17 ... Antenna, 20 ... Key generation control part, 31 ... OFDM modulation part, 32 ... OFDM demodulation part.

Claims (5)

第1の無線通信装置及び第2の無線通信装置間で、同一のキャリア周波数のディジタル変調信号を授受し合い、
上記第1の無線通信装置及び上記第2の無線通信装置がそれぞれ、ディジタル変調信号を直交復調し、その直交復調結果に係る星座の特徴情報を抽出し、抽出した星座特徴情報に基づいて、暗号化で用いる鍵情報を生成し、
上記第1の無線通信装置及び上記第2の無線通信装置が同一の鍵情報を共有する
ことを特徴とする鍵生成方法。
A digital modulated signal having the same carrier frequency is exchanged between the first wireless communication device and the second wireless communication device;
Each of the first wireless communication device and the second wireless communication device performs quadrature demodulation on the digital modulation signal, extracts constellation feature information related to the quadrature demodulation result, and performs encryption based on the extracted constellation feature information. Generate key information used in
The key generation method, wherein the first wireless communication device and the second wireless communication device share the same key information.
キャリア周波数が異なる複数のディジタル変調信号の重畳信号を、上記第1の無線通信装置及び上記第2の無線通信装置間で授受し合い、キャリア周波数毎に星座特徴情報を抽出して、鍵情報の生成に利用することを特徴とする請求項1に記載の鍵生成方法。   A superimposition signal of a plurality of digital modulation signals having different carrier frequencies is exchanged between the first wireless communication device and the second wireless communication device, constellation feature information is extracted for each carrier frequency, and key information The key generation method according to claim 1, wherein the key generation method is used for generation. 上記星座特徴情報が位相回転量であることを特徴とする請求項1又は2に記載の鍵生成方法。   The key generation method according to claim 1, wherein the constellation feature information is a phase rotation amount. 対向する無線通信装置との間で暗号化通信を実行する無線通信装置において、
対向する無線通信装置から到来したディジタル変調信号を直交復調するディジタル復調手段と、
その直交復調結果に係る星座の特徴情報を抽出する星座分析手段と、
抽出された星座特徴情報に基づいて、暗号化の鍵情報を生成して保持する鍵情報生成・記憶手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
In a wireless communication device that performs encrypted communication with a facing wireless communication device,
Digital demodulation means for orthogonally demodulating a digital modulation signal coming from an opposing wireless communication device;
Constellation analysis means for extracting feature information of the constellation according to the orthogonal demodulation result;
A wireless communication apparatus comprising: key information generation / storage means for generating and storing encryption key information based on the extracted constellation characteristic information.
請求項4に記載の無線通信装置を2つ有し、
これら2つの無線通信装置間で、同一のキャリア周波数のディジタル変調信号を授受し合い、これら2つの無線通信装置が同一の鍵情報を共有する
ことを特徴とする無線通信システム。
Two wireless communication devices according to claim 4,
A wireless communication system characterized in that a digital modulation signal having the same carrier frequency is exchanged between the two wireless communication devices, and the two wireless communication devices share the same key information.
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