JP2018129715A - 無線通信システム、検知装置、無線通信端末、方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】正規の無線通信端末間で認証キーを共有することなく、無線通信端末の稼働環境下においても、送信無線端末のなりすましを検知可能にする。【解決手段】本発明の無線通信システムは、無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値の計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する変調性能計算部５０１と、学習対象とされたフレームから得られた変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて記憶する学習データ記憶部５０２と、検知対象とされたフレームから得られた変調性能と、検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、学習データ記憶部５０２に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する検知部５０３とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１６

Description

本発明は、無線通信端末のなりすましを検知する無線通信システム、検知装置、無線通信端末、なりすまし検知方法およびなりすまし検知プログラムに関する。

ＩｏＴ（インターネット・オブ・シングス）では、パソコンやスマートフォンなどの豊富な計算機資源を有するデバイスだけではなく、温度センサや照度センサなどの計算機資源が限られているデバイスも無線通信機能を搭載してインターネットに接続される。温度センサや照度センサなどを含むデバイスは、例えば、そのようなネットワークを介して他のデバイスとの間でセンサ情報や制御コマンドなどのフレームを送受信する。以下、本発明では、無線通信機能を備えるデバイスを総称して、無線通信端末と呼ぶ。

無線通信端末は、より強い電力でフレームを送信することによって、より広い範囲にフレームを到達させることができる。しかし、無線通信端末がより広い範囲にフレームを到達できるということは、より多くの悪意ある通信端末からの攻撃の脅威に晒されることでもある。

例えば、そのような攻撃の一例として、無線通信端末のなりすましがある。無線通信のなりすましは、ある無線通信端末が、別の無線通信端末を装ってフレームを送信する攻撃である。相手先の端末はそのような送信元の情報が偽装された不正なフレームを受信した際に、正規の端末から受信したと誤認識して受理してしまうと、不測の損害を受ける場合がある。

無線通信規格の多くでは、悪意ある無線通信端末が、送信元の情報を偽装した不正なフレームを簡単に送信できてしまう。一例として、例えば、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics engineers）８０２．１５．４や、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）では、フレームを受信した無線通信端末は、送信無線端末を、該フレームに登録された送信元の情報として示されるＰＡＮ（Personal Area Network）のアドレスおよびＰＡＮ内で割り当てられるローカルアドレスを用いて識別している。しかし、これらのアドレスはソフトウェアを用いて容易に変更可能であるため、フレームを送信する側の無線通信端末がフレーム内のこれらの情報を別の無線通信端末のＰＡＮアドレスおよびローカルアドレスに書き換えることで、別の無線通信端末を装うことが容易にできてしまう。

以下、フレームを受信する無線通信端末を受信無線端末といい、フレームを送信する無線通信端末を送信無線端末という。

無線通信端末のなりすましを検知する技術の１つに、認証キーを用いた暗号化技術がある。この技術では、あらかじめ正規の送信無線端末と正規の受信無線端末との間で認証キーを共有しておく。そして、送信無線端末が、共有された認証キーを用いてフレームを暗号化して送信し、受信無線端末が、受信したフレームを共有された認証キーを用いて復号する。受信無線端末は、正しい認証キーを知らない無線端末からのフレームを正しく復号できないため、正しく復号できなかったフレームは偽の送信無線端末から送信されたフレームと判断し、破棄する。

このアプローチの有効性は、認証キーを悪意ある無線通信端末に盗聴されずに、正規の無線通信端末間で共有することにある。認証キーを共有するための方法として、例えば、ＩＳＡ（International Society Of Automation）１００．１１Ａには、広範囲に届きにくく、第三者から盗聴されにくい赤外線通信を用いて、認証キーを共有する方法が規定されている。しかし、この方法は、無線通信端末が赤外線通信機能を含む認証キーを共有するための機構を備える必要があり、任意の無線通信端末で利用可能な方法ではない。例えば、上記のセンサなど計算機資源が限られているデバイスによる無線通信端末では実現が困難である。

さらに、現実に認証キーが盗聴される可能性もゼロではなく、また、リバースエンジニアリングを利用して認証キーを取り出すことも技術的に可能である。したがって、無線通信端末のなりすまし攻撃に対しては、認証キーに頼らずに、受信したフレームから送信無線端末のなりすましを検知できる技術が望まれる。

認証キーを用いないなりすまし検知技術に関連して、特許文献１および非特許文献１には、送信無線端末と受信無線端末との間で無線信号の送受信タイミングを同期させるためプリアンプル信号の波形データを用いて、フレームの送信無線端末を識別する技術が記載されている。しかし、特許文献１および非特許文献１に記載の技術は、無線通信端末が搭載する無線通信モジュールのベンダやロットレベルの違いを識別できる旨は記載されているが、無線通信端末を個体レベルで識別できる技術ではない。このため、無線通信端末のなりすましを検知する技術としては不十分である。

非特許文献２には、無線信号を時間軸と周波数軸の両方で同時に計測分析できるベクトル・シングル・アナライザを用いた無線通信端末の識別技術が記載されている。非特許文献２には、ベクトル・シングル・アナライザにより計測される無線通信端末のエラーベクトル精度（Error Vector Magnitude:EVM）や、位相誤差（Phase Error）、振幅誤差（Magnitude Error）といった変調信号の品質を示す指標を用いて無線通信端末固有の特徴を学習させることにより、個体レベルでの識別が可能である旨が記載されている。

特許第４５４３２８３号明細書

William C. Suski,et.al., "Using spectral Fingerprints to Improve Wireless Network Security", In: IEEE Global Telecommunications Conference, IEEE GLOBECOM 2008, 2008. Vladimir Brik, et.al., "Wireless device identification with radiometric signatures" In: ACM international conference on Mobile computing and networking, ACM MobiCom 2008, 2008.

正規の送信／受信無線端末間で認証キーをあらかじめ共有して、共有されている認証キーを用いて通信路を暗号化する方法では、そのための機構が必要となる。また、システムに新規に参入した無線通信端末など、予め他の無線通信端末と認証キーを共有していない正規の無線通信端末に対して、なりすましでないことを判定できない。

また、非特許文献１に記載の方法では、無線通信端末を識別可能な特徴量とされる変調性能の取得、学習および照合時に、ハードウェアやソフトウェアのオーバーヘッドが生じる問題がある。

さらに、無線通信端末の変調性能は、無線通信端末の劣化や温度などの影響を受けることが予想される。したがって、高い識別性能を維持するためには、頻繁にまたは変調性能の変化が予見されたタイミングで無線通信端末の変調性能を学習し直すことが好ましい。

一例として、無線通信端末の温度変化などの外的要因をトリガーとして無線通信端末の変調性能を計測し、学習し直すことが考えられる。しかし、上述したように無線通信端末の変調性能の計測および学習にはハードウェア的なオーバヘッドおよびソフトウェア的なオーバヘッドが生じる。このため、無線通信端末が頻繁に学習を行うことは難しい。

そこで、本発明は、正規の無線通信端末間で認証キーを共有することなく、無線通信端末の稼働環境下においても、送信無線端末のなりすましを検知できる無線通信システム、検知装置、無線通信端末、なりすまし検知方法およびなりすまし検知プログラムを提供することを目的とする。

本発明による無線通信システムは、無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値の計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する変調性能計算部と、学習対象とされたフレームから得られた変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて記憶する学習データ記憶部と、検知対象とされたフレームから得られた変調性能と、検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、学習データ記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する検知部とを備えたことを特徴とする。

本発明による検知装置は、無線信号を傍受して、無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号傍受部と、計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する変調性能計算部と、学習対象とされたフレームから得られた変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて記憶する学習データ記憶部と、検知対象とされたフレームから得られた変調性能と、検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、学習データ記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する検知部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明による無線通信端末は、他の無線通信端末と通信を行う無線通信端末であって、無線信号を受信して、無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号受信部と、計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する変調性能計算部と、学習対象とされたフレームから得られた変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて記憶する学習データ記憶部と、検知対象とされたフレームから得られた変調性能と、検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、学習データ記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する検知部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明によるなりすまし検知方法は、無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号処理部を有する端末が、学習対象とされたフレームに対する計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算し、得られた変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて所定の記憶部に記憶させ、検知対象とされたフレームに対する計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能を計算し、得られた変調性能と、検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、所定の記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知することを特徴とする。

また、本発明によるなりすまし検知プログラムは、無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号処理部を有する端末が備えるコンピュータに、学習対象とされたフレームに対する計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算し、得られた変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて所定の記憶部に記憶させる処理、および検知対象とされたフレームに対する計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能を計算し、得られた変調性能と、検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、所定の記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する処理を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、正規の無線通信端末間で認証キーを共有することなく、無線通信端末の稼働環境下においても、なりすましを検知できる。

第１の実施形態に係る無線通信システムの概要を示す説明図である。 検知装置２００の構成例を示すブロック図である。 検知装置２００の動作の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態の検知装置２００の学習処理の例を示すフローチャートである。 第１の実施形態の検知装置２００の検知処理の例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る検知装置２００の構成例を示すブロック図である。 学習データの生成例を示す説明図である。 第２の実施形態の検知装置２００の学習処理の例を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る検知装置２００の構成例を示すブロック図である。 第３の実施形態の検知装置２００の学習処理の例を示すフローチャートである。 第３の実施形態の検知装置２００の検知処理の例を示すフローチャートである。 検知装置２００の他の構成例を示すブロック図である。 無線通信システム１００の他の例を示すブロック図である。 無線通信端末４００の構成例を示すブロック図である。 無線通信端末４００の他の構成例を示すブロック図である。 本発明の概略を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図面において、同一または対応する要素には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、以下で説明する実施形態の各々は、独立に実施する他に、適宜他の実施形態と組み合わせて実施することも可能である。これらの実施形態が有する互いに異なる特徴は、互いに異なる目的又は課題の解決に寄与しており、したがって互いに異なる効果を奏することにも寄与する。

［第１の実施形態］
本実施形態では、検知装置２００がパッシブに計測して取得する送信無線端末の変調性能に関する情報を基に、なりすましを検知する。なお、検知装置２００は、後述するように、無線通信システムが備える他の無線通信端末との間で通常の通信を行う無線通信端末であってもよい。

図１は、本発明の実施形態にかかる無線通信システムの概要を示す説明図である。図１には、無線通信システム１００が、４つの無線通信端末１１〜１４を備える例が示されている。

なお、図１において、黒丸の無線通信端末１１は、後述する検知装置２００として機能する無線通信端末を表している。また、白丸の無線通信端末１２および１３は、正規の無線通信端末を表している。また、白の二重丸の無線通信端末１４は、なりすましを行う非正規の無線通信端末を表している。

なお、図１において、無線通信端末間を結ぶ実線の矢印は、その向きに通信すなわちフレーム送信をする様子を示している。また、無線通信端末間を結ぶ点線は、両方の端末（検知装置２００を含む）が互いに無線通信可能であることを示している。

図１に示す例では、非正規の無線通信端末１２が正規の無線通信端末１２になりすまして正規の無線通信端末１１に偽のパケットを送信した際に、そのなりすましを検知装置２００の機能を具備した無線通信端末１１が検知することを表している。

以下では、無線信号を送信した無線通信端末を送信無線端末といい、無線信号を受信した無線通信端末を受信無線端末という場合がある。また、なりすましを行った送信無線端末を偽送信無線端末といい、正規の送信無線端末を正規送信無線端末、正規の受信無線端末を正規受信無線端末という場合がある。なお、図１に示す例では、無線通信端末１２が偽送信無線端末に相当し、無線通信端末１４が正規送信無線端末に相当し、無線通信端末１３が正規受信無線端末に相当する。

なお、図１で例示した無線通信システム１００の構成はあくまでも一例である。偽送信無線端末１３と正規受信無線端末１２と正規送信無線端末１１は、市販されている無線通信端末でよく、本明細書で開示される技術を搭載する必要はない。したがって、本明細書で開示される無線通信システム１００は、少なくとも本明細書で開示される技術を搭載した検知装置２００またはそれと同等の機能を有する端末が１個以上あればよい。なお、検知装置２００は市販されている無線通信端末が有する機能を同時に有してもよい。

図２は、検知装置２００の構成例を示すブロック図である。図２に示す検知装置２００は、変調性能取得部２１０と、記憶部２２０と、検知部２３０とを備える。

変調性能取得部２１０は、無線信号を傍受して、傍受した無線信号から送信無線端末の変調性能を取得する処理部であり、無線通信傍受部２１１と、変調性能計算部２１２とを含む。

無線通信傍受部２１１は、事前に選んだ無線規格に従っている無線信号を受信して、必要な情報を取り出す。より具体的には、無線通信傍受部２１１は、受信対象とされるフレームの変調品質に関する情報と、フレームに格納された送信元アドレスとを取得する。無線通信傍受部２１１は、変調品質に関する情報として、検知装置２００が感知した無線信号のフレーム部分に対応する区間のＩ信号とＱ信号の波形データを取り出し、ＩＱコンスタレーション（IQ-constellation）またはその基となる実測値を取得してもよい。また、無線通信傍受部２１１は、同時にそれらのフレームから送信元アドレスを取得する。取得された情報は、変調性能計算部２１２に渡される。

例えば、無線規格としてＩＥＥＥ８０２．１５．４を傍受する場合、無線通信傍受部２１１は、２．４ＧＨｚの電波を受信できるアンテナおよびアップ・ダウンコンバータ、２ＭＨｚ帯の信号を取り出すバンドパスフィルターやアナログ・デジタルコンバータ、Ｏ−ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４位相変移変調）で変調されている信号を取り出すハードウェア回路やファームウェアなどを有していればよい。

ＩＱコンスタレーションは、信号点配置とも呼ばれ、傍受した無線信号のＩ信号、Ｑ信号各々の波形データから切り出されるフレーム部分に対応する区間の波形信号に含まれる各シンボルの値（実測値）が、横軸をＩ信号、縦軸をＱ信号とする直交座標にプロットされたものである。なお、プロットされた各々の点は信号点と呼ばれ、その配置を表現したものがＩＱコンスタレーションである。信号点がどれだけ理想的な座標からずれているかを調べることにより、シンボルごとの変調品質を計測することができる。

したがって、フレーム毎に取得されるＩＱコンスタレーションを図で表すと、基準信号点と呼ばれる、変調方式毎に所定の符号（例：０、１、００、０１、１０、１１など）が割り当てられている信号点の理想的な座標を中心として、その周辺に実測値による信号点が分布する図となる。以下、このような理想的な座標が定まっている信号点、すなわち変調方式に応じて予め符号が割り当てられている信号点を「基準信号点」と呼ぶ。また、その理想的な座標を「基準信号点座標」と呼ぶ。なお、基準信号点の数は、例えば、ＱＰＳＫであれば４、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）であれば１６というように変調方式に応じて異なる。また、以下では、実測値による信号点を「実測点」と呼ぶ場合がある。

また、送信元の無線通信装置のアドレスは、切り出したＩ信号、Ｑ信号の波形データを符号列に復調し、無線通信規格に従ってフレーム内の送信元アドレスが登録されているフィールドの値を取り出すことで取得できる。例えば、無線通信規格がＩＥＥＥ８０２．１５．４の場合、３２ビットのプリアンブルシーケンス、８ビットのフレームデリミタ、８ビットのフレーム長、１６ビットのフレームコントロール、８ビットのシーケンス番号以降に続くアドレス情報に関するフィールドから送信元アドレスとして、送信無線端末のＰＡＮの識別子やＰＡＮ内で割り当てられる送信無線端末のアドレスを取得してもよい。

なお、上記の例では、ＩＥＥＥ８０２．１５．４の場合を説明したが、無線通信傍受部２１１が対応する無線通信規格はこれに限定されない。他の例として、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されるＬＡＮ（Local Area Network）やＬＴＥ（Long Term Evolution）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）であってもよい。その場合も、無線通信傍受部２１１が、それら無線通信規格に対応した無線インターフェイスや周辺回路、ファームウェアなどを備えていればよい。

変調性能計算部２１２は、無線通信傍受部２１１により計測された送信無線端末の変調品質に関する情報を基に、送信無線端末の変調性能を計算する。変調性能は、例えば、無線通信傍受部２１１の計測結果により示されるフレームごとのＩＱコンスタレーションを用いて、変調方式毎に定まる複数の基準信号点ごとに計算される、対応する実測点の分布の特徴量の集合であってもよい。なお、変調性能計算部が計算する変調性能の詳細については後述する。

また、変調性能計算部２１２は、少なくとも学習モードと検知モードの２種類の動作モードを有する。学習モード時、変調性能計算部２１２は、得られた変調性能を、送信無線端末のアドレスと対応づけて、学習データとして記憶部２２０に記憶する。なお、学習モード時における送信無線端末のアドレスは、対象フレームから取得されるもの以外に、例えば、別途手入力等により与えられたものを用いることも可能である。ここで、対象フレームとは、変調性能の取得対象としたフレームであって、より具体的にはＩＱコンスタレーションの基となる実測値を得たフレームである。なお、変調性能の取得対象としたフレームは、学習モードであれば学習対象とするフレームであり、検知モードであれば検知対象とするフレームである。

一方、検知モード時には、変調性能計算部２１２は、得られた変調性能を、対象フレームから取得された送信無線端末のアドレスと対応づけて、判定データとして検知部２３０に渡す。

記憶部２２０は、変調性能計算部２１２により得られた変調性能と送信無線端末のアドレスの組である学習データを記憶する。

検知部２３０は、記憶部２２０に記憶されている学習データと、変調性能計算部２１２から受け取った判定データとに基づいて、送信無線端末が正規送信無線端末か偽送信無線端末かの判定を行うことにより、なりすましを検知する。

また、検知部２３０は、なりすましを検知すると、図示してはいないＧＵＩ（Graphical User Interface）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）等で接続されている警告灯、電子メールなどを用いて通知してもよい。なお、通知方法は、特に限定されず、本明細書で例示した以外の方法を用いてもよい。

検知部２３０におけるなりすましを検知するためのアルゴリズムは特に限定されないが、例えば、Ｋ最近傍アルゴリズムを用いてもよい。一例として、検知部２３０は、Ｋ最近傍アルゴリズムを用いて、判定データが示す変調性能と、記憶部２２０に記憶されている複数の学習データが示す変調性能とを比較して、判定データの変調性能の近傍に存在する変調性能を有するＫ個の学習データを取得してもよい。そして、検知部２３０は、取得された学習データにおいて変調性能と対応づけられている送信元アドレスの中で最も多いアドレスを、送信元無線端末のアドレスと推定してもよい。

そして、検知部２３０は、推定された送信元無線端末のアドレスと、判定データに含まれる送信元アドレスとが一致していなかった場合、なりすましと判定してもよい。一方、アドレスが一致した場合、検知部２３０は、なりすましなしと判定してもよいが、送信無線端末が正規送信無線端末とする判定条件として、さらに、取得された学習データと判定データとの間の変調性能の差が所定の閾値以内であるか否かを加えてもよい。ここで、学習データと判定データ間の変調性能の差は、アドレスが一致した学習データの各々に対して求めた変調性能の差の平均や最大値を用いてもよい。

本実施形態において、変調性能計算部２１２、検知部２３０は、例えば、プログラムに従って動作するＣＰＵ等の情報処理装置によって実現される。また、記憶部２２０は、例えば、磁気ディスクまたは半導体メモリ等から構成されるＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記録媒体により実現される。

次に、変調性能計算部２１２が取得する変調性能の例とその類比判定方法について説明する。本例では、基準信号点ＣＰ_ｊごとの対応する実測点の分布の特徴量の集合を、送信無線端末の変調性能として取得する例を示す。本例では、まず基準信号点ＣＰ_ｊごとに、その基準信号点座標の一定範囲内に分布している実測点を、その基準点信号ＣＰ_ｊに対応する実測点とする。そして、各基準点信号に対応した実測点の分布の特徴量を計算し、それらの集合を送信無線端末の変調性能特徴量として取得する。この場合、取得される変調性能は、変調方式に応じて定まる全ての基準点信号に関する実測点の分布の特徴量が含まれたものと言える。

以下、ある基準信号点座標の一定範囲内に分布している実測点を、「対応実測点」という場合がある。また、対応実測点の基準信号点座標に対する分布を「対応実測点分布」という場合がある。ここで、ｊは基準信号点の識別子である。また、対応実測点とする範囲は、例えば、基準信号点座標からＩ軸方向に±１かつＱ軸方向に±１などであってもよい。また、分布の特徴量は、対応実測点がその基準信号点座標に対してどのように分布しているかが表現されたものであればよい。対応実測点分布の特徴量の一例として、対応実測点のＩ軸方向やＱ軸方向や位相軸方向や振幅軸方向への広がりや平均値などが挙げられる。なお、取得対象とする変調性能は、上記のような数値で表されるものに限定されず、例えば、ＩＱコンスタレーション図といった、対象フレームから計測された実測値が所定のスケールでプロットされたグラフ画像そのものであってもよい。このように、取得対象とする変調性能は、変調方式により定まる全ての基準点信号に対応した変調性能が、図形的な特徴量により表現されたものであればよい。なお、上述した分布の特徴量やグラフ画像は、１フレーム分に含まれるシンボルから得た全ての基準点信号に対応した変調品質に関する情報が、図形的な特徴量に変換されて表現された例であり、いずれも送信無線端末の変調性能の特徴が図形的に表現されたものといえる。

例えば、ある基準信号点ＣＰ_ｊに対して求まる変調性能に関する特徴量は、特徴量ベクトルｖ_ｊを用いて、例えば以下の式（１）で表すことができる。

例えば、傍受対象とした無線通信規格の変調方式が４ＱＡＭの場合には、基準信号点が４つある。したがって、ｊは４通りの値をとり得る。また、μ_Ｉ ^ｊは、基準信号点ｊの対応実測点のＩ軸方向の平均値を表している。また、μ_Ｑ ^ｊは、基準信号点ｊの対応実測点のＱ軸方向の平均値を表している。また、σ_Ｉ ^ｊは、基準信号点ｊの対応実測点のＩ軸方向の分散値を表している。σ_Ｑ ^ｊは、基準信号点ｊの対応実測点のＱ軸方向の分散値を表している。なお、本例では、対応実測点分布の特徴を、対応実測点分布の平均値と分散値とを用いて表現しているが、あくまでも一例であり、表現方法はこれに限定されない。

μ_Ｉ ^ｊ，μ_Ｑ ^ｊ，σ_Ｉ ^ｊ，σ_Ｑ ^ｊは、確率モデルのパラメータを最尤推定する手法で計算でき、例えば、対応実測点を用いて、反復法の一種であるＥＭ（Expectation Maximization）アルゴリズムを使うことによって推定することができる。

また、傍受対象の無線通信規格がＩＥＥＥ８０２．１５．４の場合、変調方式はＱ−ＰＳＫであり、基準信号点は４つある。したがって、ある無線通信端末の変調性能Ｖ_ｉは、以下の式（２）に示すように、４つの特徴量ベクトルｖ_ｊ（ｊ＝１〜４）の組み合わせで表すことができる。ここで、ｉは無線通信端末の識別子である。

本例の場合、正規送信無線端末から送信された無線信号の傍受により取得される変調性能Ｖ^ｉと、送信無線端末のアドレスａｄｒ_ｉの組が、無線通信端末ｉについての１つの学習データとされる。記憶部２２０には、そのような学習データのリストが記憶される。なお、送信無線端末のアドレスに代えて、送信無線端末を識別可能な識別子を登録してもよい。

また、任意の無線通信端末から送信された無線信号の傍受により取得される変調性能Ｖ^ｉ’と、そのときの対象フレーム内の送信元アドレスａｄｒ_ｉ’の組が判定データとされる。ここで、ｉ’は、具体的には検知対象とされるフレームを識別する識別子であるが、意味合いとしては、検知対象とする未知の無線通信端末を識別する識別子を表している。

次に、上記の変調性能による類比判定方法を説明する。既に説明したように、類比判定は、判定データと学習データ間の距離に基づいて行ってもよい。本例の場合、変調性能Ｖ^ｉ’と変調性能Ｖ^ｉ間の距離に基づいて類比判定を行えばよい。２つの変調性能間の距離は、例えば、以下の式（３）で定義されるユークリッド距離に基づいて計算できる。

式（３）において、ｄ_ａ，ｂは、変調性能Ｖ^ａと変調性能Ｖ^ｂとの間のユークリッド距離を表す。式（３）を判定データと学習データ間の距離に適用した例を式（４）に示す。

式（４）において、ｄ_ｉ’［ｍ］は、記憶部２２０に記憶されている複数の学習データのうちのある１つの学習データ（無線通信端末は任意）における変調性能Ｖ［ｍ］と、無線通信端末ｉ’が送信元とされる無線信号から得られた判定データにおける変調性能Ｖ^ｉ’との間のユークリッド距離を表す。ここで、ｎは、記憶部２２０に記憶されている複数の学習データのうちの１つを識別する識別子である。また、（右肩に符号のない）Ｖは、任意の無線通信端末の変調性能であることを表している。したがって、Ｖ［ｍ］は、記憶部２２０に記憶されている学習データリストのうち、無線通信端末の限定なく、リストの識別子ｍで識別される学習データに含まれる変調性能を表す。

検知部２３０は、例えば、このようなユークリッド距離ｄ_ｉ’［ｍ］に基づいて、最近傍Ｋ個の学習データを取り出してもよい。そして、取り出した学習データに対応する送信無線端末のアドレスａｄｒのうち最も多いアドレスを、判定データが示す変調性能Ｖｉ’を有する無線通信端末のアドレスと推定する。検知部２３０は、このときの推定されたアドレスと、判定データに含まれるアドレスａｄｒ_ｉ’が異なっているときには、判定データの対象フレームを送信した無線通信端末はなりすましていると判定してもよい。

一方、推定されたアドレスと判定データに含まれるアドレスａｄｒ_ｉ’が一致した場合、検知部２３０は、判定データの対象フレームを送信した無線通信端末はなりすましていないと判定してもよい。ただし、必ずしもなりすましていないとは限らないため、本例では、この場合に備えて、判定データの送信無線端末の変調性能が、推定された無線通信端末の学習データにより示される変調性能と異なる（類似の範囲外）場合には、判定データの対象フレームを送信した無線通信端末はなりすましていると判定することができる。一方、類似の範囲内である場合には、該無線通信端末はなりすましていないと判定する。これを表したのが、以下の式（５）である。

式（５）において、τは、推定結果とされた無線通信端末の変調性能と判定データの変調性能の差（ユークリッド距離ｄ_ｉｉ’［］（ｍａｘ Ｋ個））に対してなりすましをしているかしていないかを判定するための、閾値である。このとき、変調性能の差は、推定結果とされた無線通信端末の変調性能（より具体的には、Ｋ個の学習データのうち推定アドレスａｄｒ_ｉ’と一致するアドレスａｄｒ_ｉを有する１つ以上の学習データが示す各変調性能Ｖ^ｉ［］）と判定データの変調性能との差の最大値を用いた。式（５）によれば、これらの変調性能の差の最大値がτより多ければ、なりすましと判定され、τ以下であれば正規の無線通信端末であると判定される。

例えば、Ｋ個の学習データに含まれるアドレスの中から推定されたアドレスがａｄｒ_ｉであり、Ｋ個の学習データのうち該ａｄｒ_ｉを含む学習データが、Ｄ［ｉ１］，Ｄ［ｉ２］，．．．，Ｄ［ｉ５］の５つであったとする。この場合、検知部２３０は、５つの学習データＤ［ｉ１］〜Ｄ［ｉ５］の変調性能Ｖ^ｉ［ｉ１］〜Ｖ^ｉ［ｉ５］の各々について、判定データの変調性能Ｖ^ｉ’との差をとる。そして、その結果として、ユークリッド距離ｄ_ｉ’［ｍ＝ｉ１］〜ｄ_ｉ’［ｍ＝ｉ５］を得たとする。ここで、例えば、これらユークリッド距離のうちの最大値がτ以下であれば、変調性能の差は類似の範囲内であるとして、送信元とされる無線通信端末ｉ’は、なりすましはしていないと判定してもよい。なお、上記の例では、変調性能の類比判定に用いる距離差に、Ｍａｘ関数を用いて複数あるうちの最大値を利用したが、例えば、平均値や最小値などを出力する他の関数を用いてもよい、

次に、本実施形態の動作について説明する。検知装置２００は、学習モードと検知モードの２つのモードを有している。以降では、説明の明確化のため、モードを切り替えながら受信時にどちらか一方の動作モードで動作する場合を例示するが、同人に両方のモードで動作してもよい。

図３は、本実施形態の検知装置２００の動作の概略を示すフローチャートである。図３に示す例は、例えば、無線信号を傍受したタイミングで開始される。図３に示すように、検知装置２００は、動作モード毎に異なる動作をする。すなわち、検知装置２００は、ステップＳ０１で動作モードを判定し、学習モードであれば学習処理（ステップＳ０２）を行い、検知モードであれば検知処理（ステップＳ０３）を行う。

図４は、本実施形態の検知装置２００における学習処理の例を示すフローチャートである。図４に示す例では、まず検知装置２００は、送信無線端末のアドレスを取得する（ステップＳ１０１）。検知装置２００は、例えば、傍受した無線信号から送信元アドレスを取得してもよい。

次に、検知装置２００は、傍受した無線信号を用いて送信無線端末の変調性能を計算する（ステップＳ１０２）。検知装置２００は、例えば、傍受した無線信号からフレームに対応する区間のＩ信号およびＱ信号の値を計測し、計測結果から該フレームの送信無線端末の変調性能を取得してもよい。そして、検知装置２００は、学習データとして、取得した変調性能と送信無線端末のアドレスとを対応づけて記憶部２２０に記憶する（ステップＳ１０３）。

なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の動作順序は特に問わない。例えば、ステップＳ１０２の後にステップＳ１０１を行ってもよいし、並列で処理してもよい。

また、図５は、本実施形態の検知装置２００における検知処理の例を示すフローチャートである。図５に示す例では、まず検知装置２００は、傍受した無線信号から送信元アドレスを取得する（ステップＳ２０１）。次に、検知装置２００は、傍受した無線信号を用いて送信無線端末の変調性能を取得する（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２の動作は、学習モードのステップＳ１０１およびステップＳ１０２と同様であるが、取得された変調性能と送信元アドレスの組は判定データとされる。

次に、検知装置２００は、フレームを分類する（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０３で、検知装置２００は、例えば、ステップＳ２０２で取得した変調性能を基に、最近傍の変調性能特徴量を有する学習データを所定数取得し、その中から最多の無線通信端末を特定することにより、対象フレームの変調性能が記憶部２２０に記憶されている学習済みの無線通信端末のうちのどの無線通信端末の変調性能に最も近いかを分類する。なお、このようなフレーム分類により、対象フレームの推定送信無線端末のアドレスまたは識別子を得る。

次に、検知装置２００は、ステップＳ２０１で取得した送信元アドレスにより示される送信無線端末と、ステップＳ２０３での分類結果により示される推定送信無線端末とが一致するか否かを判定する（ステップＳ２０４）。一致しなかった場合（ステップＳ２０４のＮｏ）、検知装置２００は、傍受した無線信号はなりすましがされているすなわち対象フレームの送信無線端末は偽送信無線端末であると判定する（ステップＳ２０７）。

一方、一致した場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、検知装置２００は、ステップＳ２０２で取得された送信無線端末の変調性能と、スステップＳ２０３での分類結果により示される推定無線通信端末の変調性能とを比較して、両者が類似の範囲内か否かを判定する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５では、検知装置２００は、ステップＳ２０２で取得した送信無線端末の変調性能と、ステップＳ２０３の分類結果により示される推定無線通信端末の学習データが示す変調性能（以下、正常時の変調性能という）の差から両者の類似度を求め、求めた類似度が所定の閾値以上か否かを判定してもよい。

検知装置２００は、判定の結果、類似度が所定の閾値以上であれば（ステップＳ２０５のＹｅｓ）、対象フレームはなりすましがされていない、すなわち送信無線端末は正規送信無線端末であると判定する（ステップＳ２０６）。

一方、検知装置２００は、判定の結果、類似度が所定の閾値以上でなければ（ステップＳ２０５のＮｏ）、ステップＳ２０７に進み、対象フレームはなりすましがされている、すなわち送信無線端末は偽送信無線端末であると判定する。

以上のように、本実施形態によれば、認証キーといった事前共有を必要とする情報を用いなくても、無線信号から得られる変調品質に関する計測結果（Ｉ信号およびＱ信号の実測値）というパッシブに取得できる情報を変調性能に変換した上で記憶および比較するため、少ないリソース負担および計算量で、送信無線端末のなりすましを検知できる。したがって、無線通信端末の稼働環境下においても、送信無線端末のなりすましを検知できる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、検知装置２００は、感知した無線信号から変調品質に関する情報を計測し、その計測結果から送信無線端末の変調性能を計算して１つの学習データとして記憶・学習する例を示した。本実施形態では、過去の計測結果を利用することにより、１回の計測で複数の学習データを生成して記憶する。これにより、無線通信端末の特徴量の学習に沢山の学習データを必要とする場合であっても、少ない計測で必要な学習データを得られるようにし、計算量の削減および学習完了までの時間の削減を可能とする。

図６は、第２の実施形態の検知装置２００の構成例を示すブロック図である。図６に示す検知装置２００は、図２に示した第１の実施形態の検知装置２００と比較して、さらに学習データ生成部２４０を備える点が異なる。

学習データ生成部２４０は、新たに取得された変調性能または新たな計測された変調性能に関する情報と、過去に取得された変調性能または過去に計測された変調性能に関する情報とを用いて、新たな学習データを生成し、記憶部２２０に記憶する。

学習データ生成部２４０は、例えば、変調性能計算部２１２がある無線通信端末について新たに変調性能を取得すると、その変調性能と、該無線通信端末の登録済みの学習データとを用いて、該無線通信端末についての新たな学習データを生成する。

学習データ生成部２４０は、例えば、あるフレームの計測結果から取得される、ある基準信号点についての特徴と、他のフレームの計測結果から取得される他の基準信号点についての特徴とを合成して、新たな学習データに用いられる変調性能を取得する。換言すると、学習データ生成部２４０は、異なるフレームから計測された各々の基準点信号についての特徴を用いて新たな変調性能を推定し、それを用いて新たな学習データを生成する。

以下、基準信号点の数が２つの変調方式における例を示す。本例の場合、フレームごとに得られるＩＱコンスタレーションは、２つの基準信号点座標の周囲に実測点が分布したものとなる。

ここで、変調方式に対応した２つの基準信号点をそれぞれＣＰ_１、ＣＰ_２とする。図７は、学習データ生成部２４０による学習データの生成例を示す説明図である。本例は、既に記憶部２２０に無線通信端末ｉに関する学習データＤ１が記憶されていた状態で、新たに変調性能計算部２１２により無線通信端末ｉに関する学習データＤ２が取得された場合を想定する。図中において、“Ｄ１：Ｖ^ｉ”は、無線通信端末ｉに関する学習データＤ１に含まれる変調性能Ｖ^ｉ＝（ｖ_１，ｖ_２）を示している。同様に、“Ｄ２：Ｖ^ｉ”は、無線通信端末ｉに関する学習データＤ２に含まれる変調性能Ｖ^ｉ＝（ｖ_１，ｖ_２）を示している。なお、ｖ_１，ｖ_２は、それぞれ基準信号点ＣＰ_１，ＣＰ_２の対応実測点分布の特徴を示す特徴量ベクトルである。

このような場合に、学習データ生成部２４０は、無線通信端末ｉに関する新たな学習データＤ３に用いる変調性能（Ｄ３：Ｖ^ｉ）を得るために、Ｄ１：Ｖ^ｉの基準信号点ＣＰ_１に対応する特徴量ベクトルｖ_１と、Ｄ２：Ｖ^ｉの基準信号点ＣＰ_２に対応する特徴量ベクトルｖ_２とを合成する。学習データ生成部２４０は、このようにして得られる変調性能Ｖ^ｉと、無線通信端末ｉの送信アドレスとを対応づけて新たな学習データＤ３を生成してもよい。同様に、学習データ生成部２４０は、Ｄ１：Ｖ^ｉの基準信号点ＣＰ_２に対応する特徴量ベクトルｖ_２と、Ｄ２：Ｖ^ｉの基準信号点ＣＰ_１に対応する特徴量ベクトルｖ_１とを合成して、Ｄ４：Ｖ^ｉを生成してもよい。このように、過去の計測結果を転用することにより、新たな学習データを生成できる。なお、一つの学習データから取得する特徴量ベクトルの数は１つに限定されず、変調方式に応じて様々な組み合わせが考えられる。また、上記では、１つの学習データから取得されるある基準信号点の特徴量ベクトルをそのまま他の学習データの対応する基準信号点の特徴量ベクトルとして用いる例を示したが、合成の仕方はこれに限定されず、例えば、ある学習データに含まれるある基準特徴点の特徴量ベクトルを、他の基準特徴点の特徴量ベクトルとして転用したり、その際に、特徴量ベクトルに対して変換処理（対応実測点に軸反転や回転などの座標変換を施して分布の特徴を得るなど）をした上で転用してもよい。

なお、上記の例では、新たな学習データを生成する手段を別途設けたが、変調性能計算部２１２が、学習モード時に新たに変調性能に関する情報を取得したタイミングで、上記のような新たな学習データの生成を行ってもよい。その場合、変調性能計算部２１２を、学習データ生成機能付き変調性能計算部２１２という場合がある。例えば、学習データ生成機能付き変調性能計算部２１２は、ある計測結果から第１の基準信号点の対応実測点分布の特徴を取り出す。そして、他の計測結果から、第２の基準信号点の対応実測点分布の特徴を取り出す。以上の処理を、全ての基準信号点の対応実測点分布の特徴が得られるまで行うことによって、新しい学習データを生成してもよい。なお、基準信号点についての特徴を取得する代わりに、学習モード時において同じ無線通信端末が送信した無線信号から異なるタイミングで計測された計測結果（変調品質に関する情報）のうちのある基準信号点についての計測結果（例えば、対応実測点の情報）を取得して、それらの組み合わせによって示される変調性能を取得して、新たな学習データを生成してもよい。

本実施形態において、学習データ生成部２４０は、例えば、プログラムに従って動作するＣＰＵ等の情報処理装置によって実現される。

次に、本実施形態の動作について説明する。図８は、本実施形態の検知装置２００における学習処理の例を示すフローチャートである。なお、検知処理は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図８に示す例において、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ１０２で変調性能が取得されると、次に、検知装置２００は、ステップＳ１０２で得られた情報と記憶部２２０に記憶された学習データとを用いて、複数の学習データを生成する（ステップＳ１２３）。そして、生成した学習データを記憶部２２０に記憶する（ステップＳ１２４）。

以上のように、本実施形態によれば、検知装置２００が、１回の計測から複数の学習データを生成することができるので、少ない計測で、送信無線端末の変調性能を学習可能になる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１のＡＲＦ（Adaptive Rate Fallback）といった変調方式が動的に変化する無線規格に対しても適用できるように、無線規格の変化に応じて基準信号点や基準信号座標を動的に変化させる機能を備える。これにより、変調方式が動的に変化する無線規格で動作する無線通信端末に対してもなりすましを検知可能とする。

図９は、第３の実施形態の検知装置２００の構成例を示すブロック図である。図９に示す検知装置２００は、図２に示した第１の実施形態の検知装置２００と比較して、変調性能取得部２１０が、さらに基準信号点選択部２１３を含む点が異なる。

基準信号点選択部２１３は、無線信号から得られる変調方式に関する情報に基づいて、変調方式に応じた基準信号点およびその座標を選択し、選択結果を変調性能計算部２１２に出力する。

例えば、無線信号のプリアンブル・パケットには、後続のフレームの変調方式を指定するフィールドがある。無線通信傍受部２１１が、無線信号から、検知対象とするフレームが対応する変調方式に関する情報として、そのようなフィールドの値を取得して、基準信号点選択部２１３に出力してもよい。

また、基準信号点選択部２１３は、変調方式に関する情報と、その変調方式における基準信号点の数や各基準信号点の座標を示す情報とを対応づけた情報を保持していてもよい。

なお、本実施形態において、無線通信傍受部２１１は、無線信号から変調方式に関する情報を取得し、基準信号点選択部２１３に出力する機能をさらに有する。また、変調性能計算部２１２は、基準信号点選択部２１３が選択した基準信号点および基準信号点座標に基づいて送信無線端末の変調性能を計算（取得）する。なお、本実施形態の学習データおよび判定データには、変調方式に関する情報がさらに含まれる。また、検知部２３０は、学習データを記憶部２２０から読み出す際には、判定データが示す変調方式と同じ変調方式に対応した学習データを読み出す。

本実施形態において、基準信号点選択部２１３は、例えば、プログラムに従って動作するＣＰＵ等の情報処理装置によって実現される。

次に、本実施形態の動作について説明する。図１０は、本実施形態の検知装置２００における学習処理の例を示すフローチャートである。

本実施形態では、まず検知装置２００は、送信無線端末のアドレスを取得する（ステップＳ１０１）。次に、検知装置２００は、無線信号から変調方式に関する情報を取得し、取得した変調方式に関する情報に基づいて基準信号点を選択する（ステップＳ１３２１）。次に、検知装置２００は、選択された基準信号点と、傍受した無線信号から得られた変調性能に関する情報とに基づいて、送信無線端末の変調性能を取得する（ステップＳ１３２２）。

そして、検知装置２００は、学習データとして、取得した変調性能と送信無線端末のアドレスと変調方式に関する情報とを対応づけて記憶部２２０に記憶する（ステップＳ１３３）。

また、図１１は、本実施形態の検知装置２００における検知処理の例を示すフローチャートである。図１１に示す例では、まず検知装置２００は、傍受した無線信号から送信元アドレスを取得する（ステップＳ２０１）。次に、検知装置２００は、無線信号から変調方式に関する情報を取得して、基準信号点を選択する（ステップＳ２３２１）。次に、検知装置２００は、選択された基準信号点と、傍受した無線信号から得られた変調性能に関する情報とに基づいて、送信無線端末の変調性能を取得する（ステップＳ２３２２）。なお、ステップＳ２０１〜ステップＳ２３２２の動作は、学習モードにおけるステップＳ１０１〜ステップＳ１３２２の動作と同様である。

次に、検知装置２００は、ステップＳ２３２１で取得された情報が示す変調方式に合致する学習データと、ステップＳ２３２２で取得された変調性能とに基づき、フレームを分類する（ステップＳ２３３）。

なお、以降の処理は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上のように、本実施形態によれば、傍受した無線信号から得られる変調方式に関する情報を基に、基準信号点を選択する機能を有し、かつ該情報を学習データおよび判定データに含ませることにより、複数の変調方式に対応できる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、学習データを検知装置２００以外に備えられた記憶装置に記憶する。これにより、検知対象とされる無線通信端末数の増加や無線通信端末の稼動時間の増加に対して、検知装置２００のリソース負担や処理負荷を軽減させるとともに、検知装置２００の稼動時間にかかわらず学習データを他の端末で利用可能にする。

図１２は、本実施形態の検知装置２００の構成例を示すブロック図である。図１２に示す検知装置２００は、図２に示した第１の実施形態の検知装置２００と比較して、記憶部２２０が、外部の記憶部３２０に置き換わっている点が異なる。

記憶部３２０は、第１の実施形態の記憶部２２０と同様、学習データを記憶する。記憶部３２０は、例えば、クラウド上にあるネットワーク型ストレージであってもよい。その場合、無線通信システムが、１つ以上の検知装置２００と、該検知装置２００とは別に記憶部３２０を備える構成であってもよい。また、記憶部３２０は、例えば、ＵＳＢなどの専用線で直接接続される外部ＨＤＤ、ＳＳＤであってもよい。なお、専用線は有線であっても無線であってもよい。

本実施形態の動作は、学習データの登録および参照を、インターネット等のネットワーク回線または専用線を介して接続される記憶部３２０に対して行う以外は、第１の実施形態と同様である。

なお、図１３に示すように、さらに、本実施形態では、検知処理を行う装置と、学習処理を行う装置とを分けることも可能である。図１３は、第４の実施形態の無線通信システムの構成例を示す説明図である。図１３に示す例では、無線通信システムが、学習装置２００Ａと、検知装置２００Ｂと、記憶部３２０とを備えている。なお、図示省略しているが、無線通信システムが、検知対象とされる複数の無線通信端末を備える点は第１の実施形態と同様である。

本例において、学習装置２００Ａには変調性能取得部２１０が含まれている。また、検知装置２００Ｂには変調性能取得部２１０と、検知部２３０とが含まれている。なお、各処理部の動作は第１の実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態によれば、検知対象の無線通信端末の増加や無線通信端末の稼動時間の増加等に伴って学習データ数が増加した場合であっても、検知装置２００のリソース負担や処理負荷を軽減できる。また、本実施形態によれば、第１の検知装置２００または学習装置２００Ａ）が取得した学習データを用いて、第２の検知装置２００または検知装置２００Ｂがなりすましを検知することも可能であるため、一度も無線信号を傍受したことがない無線通信端末が送信元の場合も、記憶部３２０に学習データが記憶されていればなりすましか否かを判定できる。

なお、図１３および図１４では、第１の実施形態の検知装置２００の構成を例に、記憶部２２０を外部装置化される例を示したが、他の実施形態の構成であっても同様に、記憶部２２０の外部装置化が可能である。また、記憶部２２０を外部装置化する以外にも、検知部２３０や学習データ生成部２４０などをネットワーク経由で無線通信傍受部２１１と接続するような構成をとることも可能である。

［その他の実施形態］
また、上記の各実施形態では、無線通信システムが、検知対象とされる無線通信端末とは別に、検知装置や学習装置を備える例を示したが、検知装置および／または学習装置は、検知対象とされる無線通信端末が備えていてもよい。このような構成において、無線通信端末は、自身が受信したフレームがなりすましであると判定された場合に、該フレームを破棄するといった処理を行ってもよい。

図１４は、第１の実施形態の検知装置２００を無線通信端末に適用した場合の、該無線通信端末４００の構成例を示すブロック図である。図１４に示す例では、無線通信端末４００が備える無線処理部４１０内に、変調性能計算部２１２と検知部２３０とが備えられている。無線処理部４１０は、例えば、無線信号の送受信や符号化処理等を行う。なお、無線通信傍受部２１１は、無線処理部４１０の無線送受信部４１１に代替されている。このような構成により、上記の各実施形態における検知装置２００と同等の処理を、無線通信端末４００で行わせることができる。なお、端末機能部４３０は、無線通信端末４００独自の処理（通話やセンサ処理や各種アプリケーション処理など）を行う処理部の集合を表している。

例えば、図１に示す例において、正規の無線通信端末である無線通信端末１３、１４の各々が、上記構成を採用するなどして検知装置２００の機能を具備していてもよい。

また、図１４に示す例は、第１の実施形態の検知装置２００が無線通信端末に適用された例であるが、図１５に示すように、他の実施形態の検知装置２００の構成についても、同様に無線通信端末への適用が可能である。

また、検知装置または無線通信システムは、図示しない学習部をさらに備え、学習部が記憶部２２０や記憶部３２０に記憶された学習データを用いて、無線通信端末特有の変調性能に関する特徴量をさらに学習し、その学習結果を無線通信端末を識別する識別子と対応づけて記憶してもよい。

また、学習モードと検知モードとの切り替えは、例えば、ユーザ入力により行ってもよい。一例として、無線通信端末が無線信号を受信したタイミングで正規かなりすましかに関わらず学習データを生成しておき、その後、ユーザに問い合わせてもよい。例えば、なりすまし判定のために、通話もしくは通信完了後に現在の通話もしくは通信により得た無線信号の性能情報を正規の無線通信端末から得た情報として登録してよいか否かを問い合わせを行って、その結果に応じて記憶部２２０に記憶するなどしてもよい。

また、各実施形態において、無線通信端末は、無線端末、通信端末、移動端末、ユーザ端末、端末と呼ぶこともできる。また、検知装置や学習装置といった場合の装置および無線通信端末といった場合の端末には、システム、加入者ユニット、加入者局、移動局、ワイヤレス端末、モバイルデバイス、ノード、デバイス、リモート局、リモート端末、ワイヤレス通信デバイス、ワイヤレス通信デバイス、ワイヤレス通信装置またはユーザエージェントの機能性の一部または全部が含まれ得る。また、装置および端末は、セルラー電話、コードレス電話、セッション開始プロトコル（Session Initiation Protocol：SIP）電話、スマートフォン、ワイヤレスローカルループ（Wireless Local Loop：WLL）局、携帯情報端末（Personal Digital Assistant：PDA）、ラップトップ、タブレット、ネットブック、スマートブック、ハンドヘルド通信デバイス、ハンドヘルドコンピューティングデバイス、衛星無線、ワイヤレスモデムカードおよび/またはワイヤレスシステムを介して通信する別の処理デバイスであってもよい。

また、上記の無線通信端末、無線通信システム、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。また、上記の無線通信システムの無線通信方法も、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現できる。ここでのソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納されるものであり、コンピュータに供給できる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc Recordable）、ＣＤ−Ｒ／Ｗ（Compact Disc Rewritable）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc ROM）、ＤＶＤ−Ｒ（Digital Versatile Disc Recordable）、ＤＶＤ−Ｒ／Ｗ（Digital Versatile Disc Rewritable）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。更に、上述した実施形態は本件発明者により得られた技術思想の適用に関する例にすぎない。

次に、本発明の概要を説明する。図１６は、本発明の概要を示すブロック図である。図１６に示すように、本発明による無線通信システムは、変調性能計算部５０１と、学習データ記憶部５０２と、検知部５０３とを備えている。

変調性能計算部５０１（例えば、変調性能計算部２１２）は、無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値の計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として前記計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する。

学習データ記憶部５０２（例えば、記憶部２２０、記憶部３２０）は、学習対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて記憶する。

検知部５０３（例えば、検知部２３０）は、検知対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、前記検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、前記学習データ記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する。

このような構成により、正規の無線通信端末間で認証キーを共有することなく、無線通信端末の稼働環境下においても、送信無線端末のなりすましを検知できる。

また、例えば、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）無線信号を傍受して、前記無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号傍受部と、
前記計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として前記計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する変調性能計算部と、
学習対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて、学習データとして所定の記憶部に記憶させる学習データ登録部とを備えた学習装置。

（付記２）無線信号を傍受して、前記無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号傍受部と、
前記計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として前記計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する変調性能計算部と、
検知対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、前記検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、所定の記憶部に記憶されている学習データであって学習対象とされたフレームから得られた前記変調性能と送信無線端末の識別子とを対応づけた学習データとに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する検知部とを備えた
ことを特徴とする検知装置。

以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当事者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明は、無線通信を行うシステムでなりすましを検知する用途に好適に適用可能である。

１００ 無線通信システム
１１、１２、１３、１４ 無線通信端末
２００、２００Ｂ 検知装置
２００Ａ 学習装置
２１０ 変調性能取得部
２１１ 無線通信傍受部
２１２ 変調性能計算部
２１３ 基準信号点選択部
２２０、３２０ 記憶部
２３０ 検知部
２４０ 学習データ生成部
４００ 無線通信端末
４１０ 無線処理部
４１１ 無線送受信部
４３０ 端末機能部

Claims (10)

1. 無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値の計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として前記計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する変調性能計算部と、
   学習対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて記憶する学習データ記憶部と、
   検知対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、前記検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、前記学習データ記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する検知部とを備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記変調性能は、前記変調品質に関する値の計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにおける、基準信号点ごとの実測点の分布の特徴により定義される
   請求項１に記載の無線通信システム。
3. 無線信号から得られる変調方式に関する情報を基に、基準信号点を選択する基準信号点選択部を備えた
   請求項１または請求項２に記載の無線通信システム。
4. 同一の送信無線端末について取得された２以上の変調性能を基に、前記送信無線端末の新たな変調性能を推定し、前記学習データ記憶部に記憶させる学習データ生成部を備えた
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の無線通信システム。
5. 前記２以上の変調性能の少なくとも１つが、前記学習データ記憶部に記憶されている変調性能である
   請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記学習データ記憶部が、前記変調性能計算部および前記検知部を備える端末外に設置された外部記憶装置により実現されている
   請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の無線通信システム。
7. 無線信号を傍受して、前記無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号傍受部と、
   前記計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として前記計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する変調性能計算部と、
   学習対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて記憶する学習データ記憶部と、
   検知対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、前記検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、前記学習データ記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する検知部とを備えた
   ことを特徴とする検知装置。
8. 他の無線通信端末と通信を行う無線通信端末であって、
   無線信号を受信して、前記無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号受信部と、
   前記計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として前記計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算する変調性能計算部と、
   学習対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて記憶する学習データ記憶部と、
   検知対象とされたフレームから得られた前記変調性能と、前記検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、前記学習データ記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する検知部とを備えた
   ことを特徴とする無線通信端末。
9. 無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号処理部を有する端末が、
   学習対象とされたフレームに対する前記計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として前記計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算し、得られた前記変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて所定の記憶部に記憶させ、
   検知対象とされたフレームに対する前記計測結果を用いて、送信無線端末の前記変調性能を計算し、得られた前記変調性能と、前記検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、前記所定の記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する
   ことを特徴とするなりすまし検知方法。
10. 無線信号のフレームに相当する区間の変調品質に関する値を計測するとともにフレーム内の送信元アドレスを取得する無線信号処理部を有する端末が備えるコンピュータに、
    学習対象とされたフレームに対する前記計測結果を用いて、送信無線端末の変調性能として前記計測結果から得られるＩＱコンスタレーションにより示される変調性能を計算し、得られた前記変調性能と、送信無線端末の識別子とを対応づけて所定の記憶部に記憶させる処理、および
    検知対象とされたフレームに対する前記計測結果を用いて、送信無線端末の前記変調性能を計算し、得られた前記変調性能と、前記検知対象とされたフレーム内の送信元アドレスと、前記所定の記憶部に記憶されている情報とに基づいて、送信無線端末のなりすましを検知する処理
    を実行させるためのなりすまし検知プログラム。

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