JP2575380B2 - 秘話通信方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は通信情報の秘匿性を効果的に確保し得る秘話
通信方式に関する。

（従来の技術） 近時、各種の情報通信ネットワークが提唱されてい
る。この種のネットワークの１つに、例えば第５図に示
すように複数の加入者端末（モデム）1a,1b,〜1nと、中
央装置（センタ；例えば交換機）２とを上り線路と下り
線路とからなる伝送路３を介して結び、各加入者端末1
a,1b,〜1nからは上り線路を介して中央装置２に情報通
信し、中央装置２から各加入者端末1a,1b,〜1nに対して
は下り線路を介してブロードキャストに情報通信するシ
ステムが提唱されている。

加入者端末１は、例えば第６図（ａ）に示すように電
話機11が接続される加入者線インターフェース12,フレ
ーム合成・分解回路13,制御信号処理回路14,そしてダイ
プレクサ15を介して伝送路に接続された変調器16と復調
器17を備えて構成される。また中央装置２は第６図
（ｂ）に示すように、ダイプレクサ21を介して伝送路に
接続された変調器22と復調器23,制御信号処理回路24,フ
レーム合成・分解回路25,そして複数の加入者端末間の
交換制御を担う交換機26を備えて構成される。

そして複数の加入者端末1a,1b,〜1nと中央装置２との
間で、第７図に示すように上り線路と下り線路とを介し
て制御用信号（AGS,RPS）を送受し、加入者端末1a,1b,
〜1nは割当てられた音声タイムスロットを用いて音声信
号を中央装置２に通信し、中央装置２はこれを交換制御
して通信相手先の加入者端末に割当てた音声タイムスロ
ットを用いて該加入者端末に音声信号を送信するものと
なっている。

尚、上記制御用信号（AGS,RPS）は、中央装置２に対
して伝送路長の異なる複数の加入者端末1a,1b,〜1nでの
信号送出タイミングや送出レベルの調整や、呼設定処
理，音声タイムスロットの割当て等に用いられるもので
ある。またFSはフレーム同期信号を示している。

ところがこのようなシステムにあっては、一旦、中央
装置２に集められた通信情報が複数の加入者端末1a,1b,
〜1nにブロードキャストに情報通信される為、その情報
通信の秘匿性を確保する上で問題があった。

そこで従来、このような通信系に適した暗号化体系
（秘話化方式）として公開鍵暗号化方式が提唱され、大
きく注目されている。

然し乍ら、この公開鍵暗号化方式にあっては秘話化に
要するハードウェア量が多くなり、また秘話化を行なう
為の公開鍵の選択制御に起因して通信遅延時間が大きく
なる等の問題があった。特に電話サービスのような多く
の加入者を対象とした音声通信と云う実時間性の高い通
信システムに適用するには、ハードウェア的，ソフトウ
ェア的に多くの問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来の通信システムにあっては、複数の加
入者端末から中央装置に通信情報を集めた後、上記複数
の加入者端末に通信情報をブロードキャストに伝送する
に際し、その通信情報の秘匿性を簡易に確保することが
非常に困難である等の問題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、少ないハードウェア量と単純
なアルゴリズムで通信情報の秘匿性を十分に確保し得る
ようにした秘話通信方式を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、複数の加入者端末が送出した信号をそれぞ
れ方向性結合器を含む第１の伝送路を介して中央装置へ
のみ伝送し、上記中央装置から前記複数の加入者端末へ
第２の伝送路を介してブロードキャストに信号伝送する
通信システムにおいて、 各加入者端末において、通信の開始ごとに、中央装置
との間で通信される信号の秘話化のための鍵をそれぞれ
生成してこの鍵を第１の伝送路を介して中央装置に与え
るとともに、その後の信号伝送期間中に中央装置から所
定の周期で送られるポーリング信号に応答してその都度
上記秘話化のための鍵を新たに発生してこの鍵を中央装
置に与え、 中央装置は、通信の開始時およびポーリングごとに、
秘話化のための鍵を、各加入者端末からそれぞれ与えら
れた鍵に基づいて更新して上記各加入者端末に対応させ
て記憶し、 かつ各加入者端末および中央装置は、それぞれ上記鍵
に基づいて生成されるスクランブル・データとの排他的
論理和処理により通信データの秘話化および受信データ
の復号化を行なうようにしたものである。

（作用） かくして本発明によれば、複数の加入者端末から中央
装置へ送信される制御用の応答信号を用いて、各加入者
端末から秘話化のための鍵が中央装置にそれぞれ与えら
れるので、その鍵が他の加入者に傍受されることがな
い。しかもその鍵は、その後の信号伝送期間中に中央装
置からのポーリングに応答して一定の周期で頻繁に更新
されるので、仮に或る時点で他の加入者端末にて鍵が解
読されたとしても、その解読結果が得られた頃には鍵が
更新されているので、通信情報の傍受を効果的に防ぐこ
とができる。

ちなみに、中央装置からの制御用信号（確認信号やタ
イムスロット指定信号等）を用いて該中央装置から特定
の加入者端末に秘話化の為の鍵を与えるものとすると、
その鍵を他の加入者端末にて傍受可能である。この結
果、第３者によって秘話化された通信情報が解読される
虞れがある。

また各加入者端末が個々に秘話化の為の鍵を生成する
ので、中央装置は各端末から与えられる鍵を端末に対応
させて管理すれば十分である。そしてその鍵に従って生
成されるスクランブル・データを用いた排他的論理和に
よって通信データに対する秘話化とその復号化を行うだ
けなので、その処理負担を大幅に軽減することができ
る。この結果、ハードウェア量の増大やその制御アルゴ
リズムの複雑化を招来することなしに、複数の加入者端
末と中央装置との間で通信される情報の秘話化を効果的
に実現することが可能となる。さらに、鍵の更新を中央
装置から一定周期でポーリング行なってこれに応答して
加入者端末が新たな鍵を送出することにより行なってい
るので、各加入者端末が独自のタイミングで更新用の鍵
を送信する場合に比べて、他の信号との衝突や本来の信
号の伝送遅延などの問題を起こすことなく、また更新タ
イミングの遅れを生じるずに、安定で効果的な更新を行
なうことが可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明す
る。

本発明は第５図に示す如く構成された通信システムに
おいて、複数の加入者端末1a,1b,〜1n,および中央装置
２をそれぞれ第１図（ａ）（ｂ）に示すように構成し、
第３図に示すようなタイムスロットで情報通信するよう
にしたものである。

尚、第６図に示した従来回路（加入者端末，中央装
置）の構成と同一部分には同一符号を付して説明する。

この通信システムにおいて本発明が特徴とするところ
は、加入者端末１において、第１図（ａ）に示すように
暗号化鍵発生回路18を備え、該暗号化鍵発生回路18にて
生成した秘話化の為の暗号化鍵を制御信号処理回路14を
介して中央装置２に送信する点と、排他的論理和回路1
9,20にて上記暗号化鍵に基いて生成されたスクランブル
・データを用いて前記中央装置２に送信する情報信号を
排他的論理和して暗号化し、また中央装置２から暗号化
されて通信されてきた信号を排他的論理和して復号化す
るようにした点にある。

また同時に中央装置２においては、加入者端末１から
通信されてきた暗号化鍵を制御信号処理回路24にて受信
し、これをその加入者端末に対応して暗号鍵保持回路27
に格納する点と、排他的論理和回路28,29にて上記暗号
化鍵に基いて生成されたスクランブル・データを用いて
該加入者端末から暗号化されて通信されてきた情報信号
を排他的論理和して復号化して取り込み、また該加入者
端末に送信すべき情報信号を排他的論理和して暗号化し
て送信するようにした点にある。

ここで暗号化鍵保持回路27は、例えば第２図に示すよ
うに加入者端末１に割当てたタイムスロットに対応した
データ領域に、その加入者端末１から与えられる暗号化
鍵を格納するものとなっている。即ち、後述するように
発呼端末または着信端末にタイムスロットの割当てが行
われたとき、そのタイムスロットに対応したデータ領域
をその端末に対応させて定める。そしてそのデータ領域
に該当端末から与えられる暗号化鍵を格納するものとな
っている。つまりタイムスロットの順に各加入者端末１
からの暗号化鍵が格納されるものとなっている。

しかして暗号化鍵は次のようにして各加入者端末１に
てそれぞれ生成され、中央装置１に与えられる。即ち、
加入者端末１は、中央装置１に対して呼設定の要求を出
すとき、また中央装置１から着呼がある等の呼が発生し
たとき、暗号鍵発生回路18にて暗号鍵をランダムに生成
するものとなっている。そしてこの暗号鍵を第３図
（ａ）に示すように中央装置１との間で通信される制御
用信号を利用して該中央装置１に通知する。

例えば加入者端末に呼が発生すると該加入者端末１は
上り線路（アップリンク）を介して中央装置２に呼設定
要求の制御用信号（RSP）を送信する。この呼設定要求
を受けた中央装置２は、その加入者端末に対して下り線
路（ダウンリンク）を介して呼設定に対する確認要求の
制御用信号（ASG）を送信する。しかして上述した呼設
定要求を発した加入者端末１はこの制御用信号（ASG）
を受け、これに対する確認応答信号を制御用信号（RS
P）として中央装置１に送信するが、このとき前述した
如く生成した暗号鍵を中央装置２に同時に与えるものと
なっている。

中央装置２ではこのようにして与えられる暗号鍵をそ
の加入者端末１に対応して前述してたように記憶保存
し、その後、該加入者端末１に対して音声タイムスロッ
トを指定する制御用信号（ASG）を送信する。

以上の処理手続きによって加入者端末１が生成した暗
号鍵が該加入者端末１に対応して中央装置２に伝えら
れ、該加入者端末１と中央装置２との間に共通の暗号鍵
が設定される。そして中央装置２の制御の下で割当てら
れたタイムスロットを用いて、上記加入者端末１と中央
装置２との間で上記暗号鍵を用いた通信情報の暗号化が
行われ、秘話通信が行われることになる。

尚、発呼側の加入者端末１と中央装置２との間での暗
号鍵の設定は上述したようにして行われるが、被呼側の
加入者端末１と中央装置２との間の暗号鍵の設定も基本
的には同様にして行われる。

即ち、第４図（ａ）に示すように発呼側加入者端末１
と中央装置２との間では、その発呼手続きの一連の流れ
における制御用信号（RSP）を用いて暗号鍵を中央装置
２に与えることができる。尚、発呼に対する確認要求を
受けて応答するときに暗号鍵を送信しても良いが、その
後のタイムスロット指定に対する応答時に暗号鍵を送信
するようにしても良い。

しかして着呼側加入者端末１では、第４図（ｂ）に示
すように中央装置２からタイムスロットの指定信号（AS
G）を受けてその着呼を知り、これに対する応答（RSP）
を中央装置２に返すことから、このときに該着呼側加入
者端末１にて生成した暗号鍵を中央装置２に与えるよう
にすれば良い。

このようにして発呼側加入者端末１と中央装置２、お
よび被呼側加入者端末１と中央装置２との間でそれぞれ
独立に２つの暗号鍵が設定される。そして発呼側端末１
から中央装置２に対しては、例えば暗号鍵Ａに従って秘
話化された通信情報が該発呼側加入者端末１に割当てら
れた音声タイムスロットを用いて伝送され、中央装置２
はこれを復号化する。そして中央装置２は復号した通信
情報を被呼側加入者端末１との間で設定した暗号鍵Ｂに
従って暗号化し、これを該被呼側加入者端末１に割当て
た音声タイムスロットを用いて伝送する。

同様にして被呼側加入者端末１は上記暗号鍵Ｂを用い
て秘話化した通信情報を該被呼側加入者端末１に割当て
られた音声タイムスロットを用いて中央装置２に伝送
し、中央装置２はこれを復号する。そして暗号鍵Ａに従
ってその通信情報を秘話化し、これを発呼側加入者端末
１に割当てた音声タイムスロットを用いて該発呼側加入
者端末１に送信する。

従って発呼側および被呼側の各加入者端末１は、それ
ぞれ中央装置２との間で独立に設定した暗号鍵A,Bに従
ってそれぞれ独立に通信情報を秘話化した該中央装置２
との間で情報通信することになる。そして中央装置２は
これらの通信情報を復号化し、音声タイムスロットの入
替えによる交換サービスを行ない、且つ秘話化して前記
発呼側と被呼側の加入者端末１間の情報通信を中継する
ことになる。

ここで前記各加入者端末１は、例えば0.4sec毎に頻繁
に暗号化鍵を発生しており、第３図（ｂ）に示すように
中央装置２からポーリングされたとき、その新たな暗号
化鍵をポーリング応答信号と共に中央装置２に与えてい
る。中央装置２では、このようにして加入者端末１から
新たな暗号化鍵が与えられる都度、前記暗号化鍵保持回
路27に格納した暗号化鍵を更新している。例えば複数の
加入者端末１に対するポーリングが約0.5secの周期で行
われるものとすると、中央装置２と各加入者端末１との
間で個々に設定さる暗号化鍵はそれぞれ約0.5sec毎に更
新されることになる。この更新の周期は、主に端末の数
に依存する。

しかして加入者端末１は、前述した発呼の確認応答
時、およびポーリング応答時に暗号化鍵を出力する都
度、その時点から新たな暗号化鍵を用いた情報の暗号化
を開始している。そして復号化については、上記暗号化
鍵が中央装置２に与えられ、中央装置２がその新たな暗
号化鍵を用いて秘話化した信号が受信される時間を見込
んだ後、その新たな暗号化鍵を用いた復号化を開始する
ものとなっている。

尚、この遅れ時間については前述したASGとRSPを用い
た伝送遅延時間計測結果を用いる等して定められる。

また中央装置２では加入者端末１から新たな暗号化鍵
が与えられた時点で、即時そのフレームから新たな暗号
化鍵を用いて受信データの復号化および送信データの秘
話化を行うものとなっている。

尚、終話によって加入者端末１に対するタイムスロッ
トの割当てを解放する場合、第３図（ｃ）に示すように
そのタイムスロット解放に伴って前記暗号化鍵保持回路
27に格納した該当端末１の暗号化鍵を消去する。

かくして本発明によれば、加入者端末１と中央装置２
との間で設定された暗号鍵が、呼が発生する都度、加入
者端末１側から上り線路を介して中央装置２に与えら
れ、その後頻繁に更新される。そしてこの上り線路を介
する制御用信号（RSP）として加入者端末１から中央装
置２に暗号鍵が伝送されるだけなので、暗号鍵が他の加
入者回路に傍受されることがない。従って加入者回路１
と中央装置２との間だけで、それぞれ特定の暗号鍵を効
果的に設定することができ、その暗号鍵を用いて通信情
報の秘匿性を十分に確保した情報通信を行なうことが可
能となる。

また上述した方式によれば、暗号鍵の設定が各加入者
回路１にそれぞれ委ねられるので、中央装置の処理負担
が増えることがなく、またそのハードウェア量の増大を
招くことがない等の効果が奏せられる。そして簡易な制
御アルゴリズムの下で、効果的な秘話通信を行なうこと
が可能となる。

また上述したように暗号化鍵で示されるスクランブル
・データと通信データとの排他的論理和処理だけによっ
て秘話化とその復号化を行い得るので、その処理が非常
に簡単である。しかも各端末１との間で設定した暗号化
鍵がタイムスロットの順に得られるので、秘話化用およ
び復号化用にそれぞれ１個の排他的論理和回路を準備す
れば十分であり、その構成の簡易化を図ることができ
る。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例では加入者端末１においてフレーム合成する
前の通信情報を暗号化し、受信した信号をフレーム分解
した後に復号化したが、フレーム合成した後の通話音声
信号を秘話化し、またフレーム分解する前の信号を復号
化するようにしても良い。その他、秘話化のアルゴリズ
ムも従来より提唱されている種々の方式を適宜採用する
ことが可能である。要するに本発明は暗号鍵を端末が生
成し、これを頻繁に更新しながら秘話通信すると云う要
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、次のような各種
効果が奏せられる。

各加入者端末から中央装置へは中央装置にのみ信号
が伝送されるが、中央装置から各加入者端末へはずべて
の加入者端末へ信号が伝送されるシステムにあって、各
加入者端末において各々鍵を発生してこれを中央装置へ
与えるようにしている。したがって、鍵が他の加入者端
末に傍受されることがなく、これにより秘匿性の高い信
号伝送を行なうことができる。

ちなみに、中央装置から各加入者端末にそれぞれ鍵を
与えるものとすると、中央装置から送出された信号はす
べての加入者端末へ伝送されるため、他の加入者端末が
鍵を傍受し、この鍵を悪用して第三者が他の加入者端末
の通信情報を解読する虞れがある。

情報通信期間中においても、一定の周期で頻繁に鍵
の更新を行なっている。このため、仮にある時点で他の
加入者端末にて鍵が解読されたとしても、その解読結果
が得られた頃には鍵が更新されているので、通信情報の
傍受を効果的に防止することができる。

しかも上記鍵の更新を、各加入者端末に対し中央装
置から一定周期でポーリングを行なってこれに加入者端
末が応答して新たな鍵を発生し送出することにより行な
っている。このため、各加入者端末が独自のタイミング
で更新用の鍵を送信する場合に比べて、他の信号との衝
突や本来の信号の伝送遅延などの問題を起こすことな
く、また更新タイミングの遅れを生じるずに、安定で効
率的な更新を行なうことが可能となる。

各加入者端末および中央装置は、鍵に従って生成さ
れるスクランブル・データを用いた排他的論理和処理に
より通信データの秘話化およびその復号化を行なってい
る。このため、ハードウエア量の増大や制御アルゴリズ
ムの複雑化を招来することなしに、複数の加入者端末中
央装置との間で通信される情報の秘話化を効果的に実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方式を適用して構成される加入
者端末と中央装置の構成例を示す図、第２図は中央装置
における暗号化鍵の保持形態を示す図、第３図および第
４図はそれぞれ実施例方式における暗号鍵の通信形態を
示す図、第５図は本発明方式が対象とする通信システム
の概略構成図、第６図は従来システムにおける加入者端
末と中央装置の構成例を示す図、第７図は加入者端末と
中央装置との間における情報通信の形態を示す図であ
る。 1,1a,1b,〜1n……加入者端末、２……中央装置、３……
伝送路（上り線路と下り線路）、13,25……フレーム合
成分解回路、14,24……制御信号処理回路、15,21……ダ
イプレクサ、16,22……変調器、17,23……復調器、18…
…暗号鍵発生回路、19,20,28,29……排他的論理和回
路、26……交換機、27……暗号鍵保持回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 良博 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東京電力株式会社内 (72)発明者 小沢 和義 川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社 東芝総合研究所内 (72)発明者 春山 秀朗 川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社 東芝総合研究所内 (72)発明者 小林 浩 川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社 東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−54441（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−213443（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−167147（ＪＰ，Ａ) 池野、小山「現代暗号理論」（昭61− ４−１）電子情報通信学会、Ｐ265−268 「データ通信用語辞典」（昭49−１− 25）ラティスＰ254

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の加入者端末が送出した信号をそれぞ
   れ第１の伝送路を介して中央装置へのみ伝送し、上記中
   央装置が送出した信号を第２の伝送路を介して前記複数
   の加入者端末へブロードキャストに伝送する有線通信シ
   ステムの秘話通信方式であって、 前記各加入者端末は、 通信の開始ごとに、前記中央装置との間で通信される信
   号の秘話化のための鍵をそれぞれ生成してこの鍵を前記
   第１の伝送路を介して中央装置に与える手段と、 前記鍵を中央装置に与えた後の信号伝送期間中に、前記
   中央装置から所定の周期で送らえるポーリング信号に応
   答してその都度前記秘話化のための鍵を新たに生成しこ
   の鍵を前記第１の伝送路を介して前記中央装置に与える
   手段と、 前記中央装置へ送出する送信データの秘話化、および前
   記中央装置から到来した受信データの復号化を、前記鍵
   に基づいて生成されるスクランブル・データとの排他的
   論理和処理により行なう手段とを備え、 かつ前記中央装置は、 前記各加入者端末から鍵が与えられた後の信号伝送期間
   中に、当該加入者端末に対し所定の周期で前記ポーリン
   グ信号を送出する手段と、 通信の開始時に前記各加入者端末から与えられた鍵を前
   記各加入者端末に対応させて記憶するとともに、この記
   憶した鍵を、前記ポーリング信号に対する応答として前
   記各加入者端末から与えられた鍵に基づいて更新する記
   憶手段と、 前記各加入者端末へ送出する送信データの秘話化、およ
   び前記各加入者端末から到来した受信データの復号化
   を、前記記憶手段に記憶された鍵に基づいて生成される
   スクランブル・データとの排他的論理和処理により行な
   う手段とを備えたことを特徴とする有線通信システムの
   秘話通信方式。