JP2019121886A - 人工衛星、衛星通信システム、放送方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電子署名を生成するための情報を秘匿するための負担が比較的小さくて済むようにする。【解決手段】人工衛星が、公開鍵および秘密鍵を生成する鍵生成部と、前記公開鍵を送信する衛星側通信部と、前記秘密鍵を用いて電子署名を生成する署名生成部と、放送信号と共に前記電子署名を放送する放送部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、人工衛星、衛星通信システム、放送方法およびプログラムに関する。

人工衛星からの信号の信頼性の確保に関連して幾つかの技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、複数の無線航法衛星を用いて衛星無線航法信号にデジタル署名を行う方法が記載されている。特許文献１に記載の方法では、地上ミッションセグメントにリンクされていない状態の無線航法衛星（第一無線航法衛星）が、航法メッセージに予測不可ビットを挿入してブロードキャストする。

ここで、無線航法衛星が地上ミッションセグメントにリンクされていないことは、地上側からこの無線航法衛星へデータを送信しないことを意味する。逆に、無線航法衛星が地上ミッションセグメントにリンクされていることは、地上側からこの無線航法衛星へデータを送信可能であることを意味する。また、ここでいう予測不可ビットは、乱数或いは疑似乱数のビットであり、なりすまし者に予測不可能である。

地上側に設置されたデジタル署名生成装置は、第一無線航法衛星からの航法メッセージをハッシュ化し、ハッシュをプライベートキーで暗号化することにより、デジタル署名を生成する。
生成されたデジタル署名は、地上ミッションセグメントにリンクされている状態の無線航法衛星（第二無線航法衛星）へ送信され、第二無線航法衛星は、デジタル署名を送信する。

衛星無線航法信号を使用するユーザ受信機は、第一無線航法衛星からの航法メッセージを受信し、デジタル署名生成装置によるハッシュ化と同様にハッシュ化する。また、ユーザ受信機は、第二無線航法衛星が送信したデジタル署名を受信し、事前に送信された公開キーを用いてデジタル署名を解読（復号化）してハッシュ値を得る。ユーザ受信機は、第一無線航法衛星からの航法メッセージをハッシュ化して得られたハッシュ値と、第二航法無線衛星が送信したデジタル署名を解読して得られたハッシュ値とを比較し、これらのハッシュ値が一致する場合は、これら無線航法衛星からの信号が真正であると判定する。

また、特許文献２には、人工衛星内で乱数を生成する方法が記載されている。特許文献２に記載の方法では、人工衛星搭載のセンサの観測データに含まれるノイズを用いて乱数生成用のシード値を選定し、選定したシード値を用いて乱数を生成する。

特表２０１６−５３１４６５号公報 特開２０１４−６２９４１号公報

特許文献１に記載の方法のように電子署名（デジタル署名）を用いる方法では、成りすましを防止するために、暗号鍵など電子署名を生成するための情報を秘匿することが重要であり、秘匿のための負担がなるべく小さいことが好ましい。これに対し、特許文献１、２のいずれにも、電子署名を生成するための情報を秘匿するための負担を小さくすることは記載されていない。

本発明は、上述の課題を解決することのできる人工衛星、衛星通信システム、放送方法およびプログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、人工衛星は、公開鍵および秘密鍵を生成する鍵生成部と、前記公開鍵を送信する衛星側通信部と、前記秘密鍵を用いて電子署名を生成する署名生成部と、放送信号と共に前記電子署名を放送する放送部と、を備える。

本発明の第２の態様によれば、衛星通信システムは、人工衛星と、運用設備と、ユーザ装置とを備え、前記人工衛星は、公開鍵および秘密鍵を生成する鍵生成部と、前記公開鍵を送信する衛星側通信部と、放送信号の元データに基づくハッシュ値を生成する衛星側ハッシュ演算部と、前記放送信号の元データに基づくハッシュ値に対して前記秘密鍵を用いた暗号処理を行って電子署名を生成する署名生成部と、前記元データに基づく放送信号に前記電子署名を付した電子署名付き放送信号を放送する放送部と、を備え、前記運用設備は、前記衛星側通信部が送信した公開鍵を受信する運用側通信部と、前記運用側通信部が受信した公開鍵を前記ユーザ装置へ送信する公開鍵提供部と、を備え、前記ユーザ装置は、前記公開鍵提供部が送信した公開鍵を受信する公開鍵受領部と、前記放送部が放送した電子署名付き放送信号を受信する放送受信部と、前記電子署名付き放送信号のうち電子署名に対して前記公開鍵を用いた復号を行ってハッシュ値を取得する署名復号部と、前記電子署名付き放送信号のうち電子署名を除いた放送信号をハッシュ関数に入力してハッシュ値を生成する利用側ハッシュ演算部と、前記署名復号部が取得したハッシュ値と、前記利用側ハッシュ演算部が生成したハッシュ値とを比較するデータ認証部と、を備える。

本発明の第３の態様によれば、放送方法は、人工衛星が、公開鍵および秘密鍵を生成する工程と、前記人工衛星が、前記公開鍵を送信する工程と、前記人工衛星が、前記秘密鍵を用いて電子署名を生成する工程と、前記人工衛星が、放送信号と共に前記電子署名を放送する工程と、を含む。

本発明の第４の態様によれば、プログラムは、人工衛星に搭載されたコンピュータに、公開鍵および秘密鍵を生成する工程と、前記公開鍵を送信する工程と、前記秘密鍵を用いて電子署名を生成する工程と、放送信号と共に前記電子署名を放送する工程と、を実行させるためのプログラムである。

この発明によれば、電子署名を生成するための情報を秘匿するための負担が比較的小さくて済む。

本発明の実施形態に係る衛星通信システムの機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態での暗号用の鍵生成時における人工衛星での処理手順の例を示す図である。 同実施形態での公開鍵送受信時における人工衛星および運用設備での処理手順の例を示す図である。 同実施形態での公開鍵配布時における運用設備およびユーザ装置での処理手順の例を示す図である。 同実施形態での放送信号送信時における運用設備および人工衛星での処理手順の例を示す図である。 同実施形態での放送信号認証時におけるユーザ装置での処理手順の例を示す図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。 本発明に係る人工衛星の最小構成の例を示す図である。 本発明に係る衛星通信システムの最小構成の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る衛星通信システムの機能構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、衛星通信システム１は、人工衛星１００と、運用設備２００と、ユーザ装置３００とを備える。人工衛星１００は、鍵生成部１１１と、秘密鍵記憶部１１３と、衛星側通信部１１４と、衛星側ハッシュ演算部１１５と、署名生成部１１６と、放送データ生成部１１７と、放送部１１８とを備える。鍵生成部１１１は、暗号アルゴリズム実行部１１２を備える。運用設備２００は、運用側通信部２１１と、運用側公開鍵記憶部２１２と、公開鍵提供部２１３と、元データ生成部２１４とを備える。ユーザ装置３００は、公開鍵受領部３１１と、利用側公開鍵記憶部３１２と、放送受信部３１３と、署名復号部３１４と、利用側ハッシュ演算部３１５と、データ認証部３１６とを備える。
但し、ユーザ装置３００が衛星通信システム１の外部の装置として構成されていてもよい。ユーザ装置３００が衛星通信システム１の一部として構成されている場合、衛星通信システム１が備えるユーザ装置３００の数は１つ以上であればよい。

衛星通信システム１は、人工衛星による信号の放送（不特定多数への送信）を行うシステムである。さらに、衛星通信システム１は、ユーザ装置３００で放送信号の認証を行う機能を提供する。
以下では、衛星通信システム１が衛星測位システムであり、ユーザ装置３００が放送信号のデータ認証を行う場合を例に説明する。但し、人工衛星１００は特定の用途のものに限定されず、ユーザ装置３００でのデータ認証は、人工衛星１００が地上へ向けて放送するいろいろな通信データの認証に適用可能である。

人工衛星１００は、ユーザ装置３００が測位または測量等を行うために必要な情報を放送信号として提供する。特に、人工衛星１００は、放送信号の元データを運用設備２００から受信すると、予め生成しておいた秘密鍵により電子署名を生成し、放送信号に電子署名を添付して地上へ向けて放送する。
ここでいう放送信号に電子署名を添付するとは、放送信号に電子署名を分離可能に挿入することである。

運用設備２００は、人工衛星１００を運用するための設備である。運用設備２００は地上側に設けられ、公開鍵のユーザ装置３００への配布、および、放送信号の元データの人工衛星１００への送信を行う。具体的には、運用設備２００は、人工衛星１００が生成した公開鍵を人工衛星１００から受信して運用側公開鍵記憶部２１２に記憶しておき、ユーザ装置３００の各々へ公開鍵を送信する。また、運用設備２００は、放送信号の元データを生成して人工衛星１００へ送信する。

ユーザ装置３００は、人工衛星１００からの放送信号を受信して測位または測量等を行う。また、ユーザ装置３００は、人工衛星１００からの放送信号の認証を行う。ここでいうデータの認証とは、データの正当性（特に、データの送信元の正当性）を判定することである。以下では、放送信号等のデータの認証をデータ認証とも称する。
ユーザ装置３００は、放送信号の認証のために、人工衛星１００が生成した公開鍵を運用設備２００経由で予め入手しておく。放送信号を受信すると、ユーザ装置３００は、公開鍵と、受信した放送信号に含まれる電子署名とを用いて、放送信号が人工衛星１００から送信されたものであることを確認する。

人工衛星１００において、鍵生成部１１１は、暗号アルゴリズム実行部１１２を用いて、データ認証に必要な秘密鍵と公開鍵のペアを生成する。
暗号アルゴリズム実行部１１２は、秘密鍵および公開鍵の生成のために暗号アルゴリズム（暗号処理のコア部分のロジック）を実行する。
秘密鍵記憶部１１３は、鍵生成部１１１が生成した秘密鍵および公開鍵（特に、秘密鍵）を記憶する。

衛星側通信部１１４は、運用設備２００の運用側通信部２１１に無線通信接続してデータの送受信を行う。特に、衛星側通信部１１４は、人工衛星１００のハウスキーピングに係るコマンドやテレメトリ、放送信号の元データなど、人工衛星１００の運用のために一般的に送受信される各種データの送受信を行う。加えて、衛星側通信部１１４は、鍵生成部１１１が生成した公開鍵を運用設備２００へ送信する。

衛星側ハッシュ演算部１１５は、運用設備２００から送信された放送信号の元データを基にハッシュ値を生成する。衛星側ハッシュ演算部１１５が、元データ全体をハッシュ関数に入力するようにしてもよいし、元データのうち予め定められた場所の部分をハッシュ関数に入力するようにしてもよい。
署名生成部１１６は、衛星側ハッシュ演算部１１５が生成したハッシュ値に対して、鍵生成部１１１が生成した秘密鍵を用いた暗号処理を行い、電子署名を生成する。

放送データ生成部１１７は、放送信号を生成する。特に、放送データ生成部１１７は、一般的な測位衛星と同様に元データから放送信号を生成する。さらに、放送データ生成部１１７は、生成した放送信号に電子署名を添付する。
放送部１１８は、放送信号を地上へ向けて放送する。特に、放送部１１８は、電子署名が添付された放送信号を放送する。

運用設備２００において、運用側通信部２１１は、人工衛星１００の衛星側通信部１１４に無線通信接続してデータの送受信を行う。特に、運用側通信部２１１は、人工衛星１００のハウスキーピングに係るコマンドやテレメトリ、放送信号の元データなど、人工衛星１００の運用のために一般的に送受信される各種データの送受信を行う。加えて、運用側通信部２１１は、衛星側通信部１１４が送信する公開鍵を受信する。

運用側公開鍵記憶部２１２は、運用側通信部２１１が受信した公開鍵を記憶する。
公開鍵提供部２１３は、データ認証機能の利用を希望するデータ利用者のユーザ装置３００に、公開鍵を提供する。具体的には、公開鍵提供部２１３は通信機能を有しており、運用側公開鍵記憶部２１２から公開鍵を読み出してユーザ装置３００の公開鍵受領部３１１へ送信する。
元データ生成部２１４は、人工衛星１００が放送する放送信号の元データを生成する。

ユーザ装置３００において、公開鍵受領部３１１は、公開鍵を運用設備２００から受領する。具体的には、公開鍵受領部３１１は通信機能を有しており、運用設備２００の公開鍵提供部２１３が送信した公開鍵を受信する。
利用側公開鍵記憶部３１２は、公開鍵受領部３１１が受領した公開鍵を記憶する。
放送受信部３１３は、人工衛星１００の放送部１１８が放送する放送信号を受信する。特に、放送受信部３１３は、電子署名が添付された放送信号を受信する。

署名復号部３１４は、放送受信部３１３が受信したデータ（電子署名が添付された放送信号）に含まれる電子署名を、運用設備２００から受領した公開鍵により復号する。これにより、署名復号部３１４は、人工衛星１００の衛星側ハッシュ演算部１１５が生成したハッシュ値を取得する。
利用側ハッシュ演算部３１５は、放送受信部３１３が受信したデータ（電子署名が添付された放送信号）のうち、電子署名を除いた放送信号からハッシュ値を生成する。具体的には、利用側ハッシュ演算部３１５は、衛星側ハッシュ演算部１１５が元データに対して行う処理を同じ処理を放送信号に対して行う。

ここで、人工衛星１００の放送部１１８が送信したデータ（電子署名が添付された放送信号）から電子署名を除いたデータは、（ノイズ等の影響を除去すれば）元データと同一のデータとなる。従って、放送受信部３１３が受信したデータが正当なもの（人工衛星１００が送信したもの）であれば、利用側ハッシュ演算部３１５が生成するハッシュ値は、衛星側ハッシュ演算部１１５が生成するハッシュ値と同じ値になる。

データ認証部３１６は、署名復号部３１４の復号により得られたハッシュ値と、利用側ハッシュ演算部３１５により放送信号から得られたハッシュ値を比較する。署名復号部３１４の復号により得られたハッシュ値と、利用側ハッシュ演算部３１５により放送信号から得られたハッシュ値とが同一の値である場合、データ認証部３１６は、放送受信部３１３が受信した放送信号が正当なもの（人工衛星１００が送信したもの）であると判定する。一方、署名復号部３１４の復号により得られたハッシュ値と、利用側ハッシュ演算部３１５により放送信号から得られたハッシュ値とが異なる値である場合、データ認証部３１６は、放送受信部３１３が受信した放送信号が正当なものでない可能性があると判定する。
データ認証部３１６が、放送受信部３１３が受信した放送信号が正当なものでない可能性があると判定した場合、ユーザ装置３００がその放送信号を使用せずに破棄することで、ユーザ装置３００が不正なデータを使用して誤動作する可能性を低減させることができる。

次に、図２〜図６を参照して衛星通信システム１の動作について説明する。
図２は、暗号用の鍵生成時における人工衛星１００での処理手順の例を示す図である。
放送部１１８による信号の放送に先立ち、鍵生成部１１１が暗号アルゴリズム実行部１１２を用いて公開鍵と秘密鍵とを生成しておく（ステップＳ１１）。鍵生成部１１１は、生成した秘密鍵を秘密鍵記憶部１１３に記憶させる（ステップＳ１２）。また、鍵生成部１１１は、生成した公開鍵を衛星側通信部１１４へ出力する（ステップＳ１３）。

図３は、公開鍵送受信時における人工衛星１００および運用設備２００での処理手順の例を示す図である。
衛星側通信部１１４は、鍵生成部１１１が生成した公開鍵を運用設備２００の運用側通信部２１１へ送信する（ステップＳ２１）。運用側通信部２１１は、衛星側通信部１１４から公開鍵を受信すると、受信した公開鍵を運用側公開鍵記憶部２１２に記憶させる（ステップＳ２２）。
なお、衛星側通信部１１４と運用側通信部２１１との通信において、指向性の高い周波数を用い、かつ通信前に論理的な通信路の確立手順にて通信相手を認証する。これにより、衛星側通信部１１４および運用側通信部２１１のいずれについても、意図しない相手と通信する可能性を低減させることができる。

図４は、公開鍵配布時における運用設備２００およびユーザ装置３００での処理手順の例を示す図である。
運用設備２００は、データ認証機能の利用を希望する信号利用者のユーザ装置３００に対して、地上回線により公開鍵を提供する。具体的には、公開鍵提供部２１３が運用側公開鍵記憶部２１２から公開鍵を読み出し（ステップＳ３１）、読み出した公開鍵をユーザ装置３００へ送信する（ステップＳ３２）。ユーザ装置３００では、公開鍵受領部３１１が公開鍵を受信し、受信した公開鍵を利用側公開鍵記憶部３１２に記憶させる（ステップＳ３３）。

なお、運用設備２００からユーザ装置３００への公開鍵の提供において、運用設備２００側が偽の提供者でないことを担保する必要がある場合、既存の電子証明書に基づくデータ認証等を、公開鍵提供部２１３と公開鍵受領部３１１との間で利用するようにしてもよい。
図２〜図４を参照して説明した処理が、放送に先立つ準備段階の動作となる。

図５は、放送信号送信時における運用設備２００および人工衛星１００での処理手順の例を示す図である。
元データ生成部２１４は、放送信号の元データを生成して運用側通信部２１１へ出力する（ステップＳ４１）。運用側通信部２１１は、元データ生成部２１４が生成した元データを人工衛星１００へ送信する（ステップＳ４２）。

人工衛星１００では、衛星側通信部１１４が元データを受信して衛星側ハッシュ演算部１１５および放送データ生成部１１７へ出力する（ステップＳ５１）。衛星側ハッシュ演算部１１５は、衛星側通信部１１４が受信した元データを基にハッシュ値を生成し、生成したハッシュ値を署名生成部１１６へ出力する（ステップＳ５２）。
署名生成部１１６は、衛星側ハッシュ演算部１１５が生成したハッシュ値を取得すると、秘密鍵記憶部１１３から秘密鍵を読み出す（ステップＳ５３）。そして、署名生成部１１６は、衛星側ハッシュ演算部１１５が生成したハッシュ値に対して、秘密鍵を用いた暗号処理を行うことで電子署名を生成し、生成した電子署名を放送データ生成部１１７へ出力する（ステップＳ５４）。

放送データ生成部１１７は、元データから放送信号を生成し、署名生成部１１６が生成した電子署名を放送信号に添付して、電子署名の添付された放送信号を放送部１１８へ出力する（ステップＳ６１）。以下では、電子署名が添付された放送信号を電子署名付き放送信号と称する。
放送部１１８は、放送データ生成部１１７が生成した電子署名付き放送信号を、地上へ向けて放送する（ステップＳ６２）。この放送により、放送部１１８は、電子署名付き放送信号を全てのユーザ装置３００へ向けて一斉送信する。

図６は、放送信号認証時におけるユーザ装置３００での処理手順の例を示す図である。
放送受信部３１３は、電子署名付き放送信号を受信すると（ステップＳ７１）、電子署名付き放送信号のうち電子署名を署名復号部３１４へ出力し、放送信号（電子署名付き放送信号から電子署名を除いた部分）を利用側ハッシュ演算部３１５へ出力する（ステップＳ７２）。
署名復号部３１４は、放送受信部３１３から電子署名を取得すると、利用側公開鍵記憶部３１２から公開鍵を読み出す（ステップＳ７３）。そして、署名復号部３１４は、公開鍵を用いて電子署名を復号することでハッシュ値を取得し、得られたハッシュ値をデータ認証部３１６へ出力する（ステップＳ７４）。
また、利用側ハッシュ演算部３１５は、放送信号からハッシュ値を生成し、得られたハッシュ値をデータ認証部３１６へ出力する（ステップＳ７５）。
データ認証部３１６は、署名復号部３１４からのハッシュ値と利用側ハッシュ演算部３１５からのハッシュ値とを比較することでデータ認証を行う（ステップＳ７６）。

なお、鍵生成部１１１が、データ認証に用いる暗号鍵（公開鍵および秘密鍵）を所定の期間毎に更新するようにしてもよい。この場合、鍵生成部１１１が所定の期間を予め記憶しておき、所定の期間をタイマで測定して鍵の更新タイミングを検出するようにしてもよい。あるいは、運用設備２００から人工衛星１００へ、鍵の更新を指示する命令を送信するなど、運用設備２００が鍵の更新タイミングを検出して人工衛星１００へ通知するようにしてもよい。

以上のように、人工衛星１００において、鍵生成部１１１は、公開鍵および秘密鍵を生成する。衛星側通信部１１４は、公開鍵を送信する。署名生成部１１６は、秘密鍵を用いて電子署名を生成する。放送部１１８は、放送信号と共に電子署名を放送する。
これにより、人工衛星１００では、電子署名を生成するための情報である暗号アルゴリズムおよび秘密鍵を秘匿するための負担が比較的小さくて済む。具体的には、人工衛星１００では、秘密鍵の生成および秘密鍵を用いた電子署名の生成のいずれも人工衛星１００内で行うので、暗号アルゴリズムおよび秘密鍵を人工衛星１００の外部へ送信する必要がない。暗号アルゴリズムおよび秘密鍵を人工衛星１００の内部で管理できる点で、これらの情報の秘匿のための装置または処置を特別に設ける必要がなく、これらの情報を地上側で管理する場合と比較して負担が小さくて済む。

ここで、衛星測位システムにおいて、人工衛星に相当する偽の信号源が地上に設置され、偽の放送信号が送出された場合、信号利用者の位置情報等が狂い、重大な事故につながる可能性がある。これを防止するため、受信した信号の発信源が測位衛星であることを証明する必要がある。測位衛星に限らず他の人工衛星の場合も、成りすましによって偽のデータが送出されると不都合が生じることが考えられ、データの発信源が正当な発信源であることの証明が求められる。

人工衛星と地上の運用設備との間で暗号に係る通信を行う場合、そのための暗号鍵を運用設備側で生成し、人工衛星側で保持すべき鍵を運用設備から人工衛星へ送信することが考えられる。この場合、秘匿性を要求される暗号アルゴリズムおよび秘密鍵等を運用設備が保持することとなり、これらの情報を秘匿するための装置または処置を運用設備にて用意する必要があり、運用設備側にとって負担となる。また、これらの情報を秘匿するための装置または処置の効果を定期的に確認する必要があり、運用設備側にとってさらに負担となる。

これに対し、衛星通信システム１では、公開鍵方式を採用し、鍵の生成および電子署名の生成を人工衛星１００が実行することにより、暗号アルゴリズムおよび秘密鍵を衛星内に留めることができる。これにより、運用設備２００は、これらの情報の秘匿のための装置または処置を備える必要がない。宇宙空間にある人工衛星１００への物理的な侵入は現時点ではほぼ不可能である。また、人工衛星１００にて暗号アルゴリズムおよび秘密鍵をリモートアクセスの対象とするための仕組みを用意しなければ、オンラインで人工衛星１００に侵入してこれらの情報を取得することもできない。このように、人工衛星１００そのものが高度な秘匿用の保管装置としての役割を果たす。公開鍵方式で秘匿が必要な暗号アルゴリズムおよび秘密鍵を人工衛星１００内に留めることにより、運用設備２００ではこれら秘匿が必要な情報を管理する必要がなく、そのための装置または処置が不要である。
なお、人工衛星１００が複数ある場合、人工衛星１００毎にユニークな暗号鍵を用いることで、人工衛星１００の識別に暗号鍵を用いることができる。

また、衛星側ハッシュ演算部１１５は、放送信号の元データに基づくハッシュ値を生成する。署名生成部１１６は、放送信号の元データに基づくハッシュ値に対して秘密鍵を用いた暗号処理を行って電子署名を生成する。
これにより、ユーザ装置３００は放送信号を用いて電子署名の認証を行うことができ、電子署名の認証のために人工衛星１００からユーザ装置３００へ別途データを送信する必要がない。この点で、通信量の増加を抑制することでき、人工衛星１００およびユーザ装置３００のデータ送受信の負荷の増大を抑制することができる。

図７は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。図７に示すコンピュータ１０は、ＣＰＵ１１と、補助記憶装置１２と、主記憶装置１３と、インタフェース１４とを備える。
図１を参照して説明した人工衛星１００の各部、運用設備２００の各部、ユーザ装置３００の各部のいずれもコンピュータ１０に実装されていてもよい。なお、人工衛星１００の各部、運用設備２００の各部、ユーザ装置３００の各部それぞれにコンピュータ１０を設ける。

人工衛星１００の各部がコンピュータ１０に実装される場合、コンピュータ１０は、人工知能１００に搭載される。鍵生成部１１１、暗号アルゴリズム実行部１１２、衛星側ハッシュ演算部１１５、署名生成部１１６、および、放送データ生成部１１７の各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置１２に記憶されている。ＣＰＵ１１は、プログラムを補助記憶装置１２から読み出して主記憶装置１３に展開し、当該プログラムに従って上記の各部の処理を実行する。また、ＣＰＵ１１は、プログラムに従って、秘密鍵記憶部１１３に対応する記憶領域を主記憶装置１３に確保する。また、ＣＰＵ１１がプログラムに従ってインタフェース１４を制御することで、衛星側通信部１１４および放送部１１８が構成される。

運用設備２００の各部がコンピュータ１０に実装される場合、コンピュータ１０は、運用設備２００に含まれて構成される。元データ生成部２１４の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置１２に記憶されている。ＣＰＵ１１は、プログラムを補助記憶装置１２から読み出して主記憶装置１３に展開し、当該プログラムに従って元データ生成部２１４の処理を実行する。また、ＣＰＵ１１は、プログラムに従って、運用側公開鍵記憶部２１２に対応する記憶領域を主記憶装置１３に確保する。また、ＣＰＵ１１がプログラムに従ってインタフェース１４を制御することで、運用側通信部２１１および公開鍵提供部２１３が構成される。

ユーザ装置３００の各部がコンピュータ１０に実装される場合、コンピュータ１０は、ユーザ装置３００に含まれて構成される。署名復号部３１４、利用側ハッシュ演算部３１５、および、データ認証部３１６の各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置１２に記憶されている。ＣＰＵ１１は、プログラムを補助記憶装置１２から読み出して主記憶装置１３に展開し、当該プログラムに従って上記の各部の処理を実行する。また、ＣＰＵ１１は、プログラムに従って、利用側公開鍵記憶部３１２に対応する記憶領域を主記憶装置１３に確保する。また、ＣＰＵ１１がプログラムに従ってインタフェース１４を制御することで、公開鍵受領部３１１および放送受信部３１３が構成される。

次に、図８、９を参照して本発明の最小構成について説明する。
図８は、本発明に係る人工衛星の最小構成の例を示す図である。図８に示す人工衛星２０は、鍵生成部２１と、衛星側通信部２２と、署名生成部２３と、放送部２４と、を備える。
かかる構成にて、鍵生成部２１は、公開鍵および秘密鍵を生成する。衛星側通信部２２は、公開鍵を送信する。署名生成部２３は、秘密鍵を用いて電子署名を生成する。放送部２４は、放送信号と共に前記電子署名を放送する。

これにより、人工衛星２０では、電子署名を生成するための情報である秘密鍵を秘匿するための負担が比較的小さくて済む。具体的には、人工衛星２０では、秘密鍵の生成および秘密鍵を用いた電子署名の生成のいずれも人工衛星２０内で行うので、暗号アルゴリズムおよび秘密鍵を人工衛星２０の外部へ送信する必要がない。暗号アルゴリズムおよび秘密鍵を人工衛星２０の内部で管理できる点で、これらの情報の秘匿のための装置または処置を特別に設ける必要がなく、これらの情報を地上側で管理する場合と比較して負担が小さくて済む。

図９は、本発明に係る衛星通信システムの最小構成の例を示す図である。図９に示す衛星通信システム４０は、人工衛星５０と、運用設備６０と、ユーザ装置７０とを備える。人工衛星５０は、鍵生成部５１と、衛星側通信部５２と、衛星側ハッシュ演算部５３と、署名生成部５４と、放送部５５と、を備える。運用設備６０は、運用側通信部６１と、公開鍵提供部６２と、を備える。ユーザ装置７０は、公開鍵受領部７１と、放送受信部７２と、署名復号部７３と、利用側ハッシュ演算部７４と、データ認証部７５と、を備える。

かかる構成にて、鍵生成部５１は、公開鍵および秘密鍵を生成する。衛星側通信部５２は、公開鍵を送信する。衛星側ハッシュ演算部５３は、放送信号の元データに基づくハッシュ値を生成する。署名生成部５４は、放送信号の元データに基づくハッシュ値に対して秘密鍵を用いた暗号処理を行って電子署名を生成する。放送部５５は、元データに基づく放送信号に電子署名を付した電子署名付き放送信号を放送する。
運用側通信部６１は、衛星側通信部５２が送信した公開鍵を受信する。公開鍵提供部６２は、運用側通信部６１が受信した公開鍵をユーザ装置７０へ送信する。
公開鍵受領部７１は、前記公開鍵提供部が送信した公開鍵を受信する。放送受信部７２は、放送部５５が放送した電子署名付き放送信号を受信する。署名復号部７３は、電子署名付き放送信号のうち電子署名に対して公開鍵を用いた復号を行ってハッシュ値を取得する。利用側ハッシュ演算部７４は、電子署名付き放送信号のうち電子署名を除いた放送信号をハッシュ関数に入力してハッシュ値を生成する。データ認証部７５は、署名復号部７３が取得したハッシュ値と、利用側ハッシュ演算部７４が生成したハッシュ値とを比較する。

これにより、衛星通信システム４０では、電子署名を生成するための情報である秘密鍵を秘匿するための負担が比較的小さくて済む。具体的には、衛星通信システム４０では、秘密鍵の生成および秘密鍵を用いた電子署名の生成のいずれも人工衛星５０内で行うので、暗号アルゴリズムおよび秘密鍵を人工衛星５０の外部へ送信する必要がない。暗号アルゴリズムおよび秘密鍵を人工衛星５０の内部で管理できる点で、これらの情報の秘匿のための装置または処置を特別に設ける必要がなく、これらの情報を地上側で管理する場合と比較して負担が小さくて済む。

なお、人工衛星１００、運用設備２００およびユーザ装置３００が行う処理の全部または一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、４０ 衛星通信システム
２０、５０、１００ 人工衛星
２１、５１、１１１ 鍵生成部
２２、５２、１１４ 衛星側通信部
２３、５４、１１６ 署名生成部
２４、５５、１１８ 放送部
５３、１１５ 衛星側ハッシュ演算部
６０、２００ 運用設備
６１、２１１ 運用側通信部
６２、２１３ 公開鍵提供部
７０、３００ ユーザ装置
７１、３１１ 公開鍵受領部
７２、３１３ 放送受信部
７３、３１４ 署名復号部
７４、３１５ 利用側ハッシュ演算部
７５、３１６ データ認証部
１１２ 暗号アルゴリズム実行部
１１３ 秘密鍵記憶部
１１７ 放送データ生成部
２１２ 運用側公開鍵記憶部
２１４ 元データ生成部
３１２ 利用側公開鍵記憶部

Claims (5)

1. 公開鍵および秘密鍵を生成する鍵生成部と、
   前記公開鍵を送信する衛星側通信部と、
   前記秘密鍵を用いて電子署名を生成する署名生成部と、
   放送信号と共に前記電子署名を放送する放送部と、
   を備える人工衛星。
2. 前記放送信号の元データに基づくハッシュ値を生成する衛星側ハッシュ演算部を備え、
   前記署名生成部は、前記放送信号の元データに基づくハッシュ値に対して前記秘密鍵を用いた暗号処理を行って前記電子署名を生成する、
   請求項１に記載の人工衛星。
3. 人工衛星と、運用設備と、ユーザ装置とを備え、
   前記人工衛星は、
   公開鍵および秘密鍵を生成する鍵生成部と、
   前記公開鍵を送信する衛星側通信部と、
   放送信号の元データに基づくハッシュ値を生成する衛星側ハッシュ演算部と、
   前記放送信号の元データに基づくハッシュ値に対して前記秘密鍵を用いた暗号処理を行って電子署名を生成する署名生成部と、
   前記元データに基づく放送信号に前記電子署名を付した電子署名付き放送信号を放送する放送部と、
   を備え、
   前記運用設備は、
   前記衛星側通信部が送信した公開鍵を受信する運用側通信部と、
   前記運用側通信部が受信した公開鍵を前記ユーザ装置へ送信する公開鍵提供部と、
   を備え、
   前記ユーザ装置は、
   前記公開鍵提供部が送信した公開鍵を受信する公開鍵受領部と、
   前記放送部が放送した電子署名付き放送信号を受信する放送受信部と、
   前記電子署名付き放送信号のうち電子署名に対して前記公開鍵を用いた復号を行ってハッシュ値を取得する署名復号部と、
   前記電子署名付き放送信号のうち電子署名を除いた放送信号をハッシュ関数に入力してハッシュ値を生成する利用側ハッシュ演算部と、
   前記署名復号部が取得したハッシュ値と、前記利用側ハッシュ演算部が生成したハッシュ値とを比較するデータ認証部と、
   を備える衛星通信システム。
4. 人工衛星が、公開鍵および秘密鍵を生成する工程と、
   前記人工衛星が、前記公開鍵を送信する工程と、
   前記人工衛星が、前記秘密鍵を用いて電子署名を生成する工程と、
   前記人工衛星が、放送信号と共に前記電子署名を放送する工程と、
   を含む放送方法。
5. 人工衛星に搭載されたコンピュータに、
   公開鍵および秘密鍵を生成する工程と、
   前記公開鍵を送信する工程と、
   前記秘密鍵を用いて電子署名を生成する工程と、
   放送信号と共に前記電子署名を放送する工程と、
   を実行させるためのプログラム。

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