JP2578013B2 - 音声暗号装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電話において音声を暗号化して会話を行
うことができる音声暗号装置に関するものである。

〔従来の技術〕

音声信号を直接暗号化するアナログ暗号化方式とし
て、スペクトル反転暗号方式（詳細は例えば、今村、服
部、小園：“音声スペクトル反転秘話におけるコンパン
ダとエンファシスによる通話品質改善効果”、信学論
（Ｂ）、J64−B,5,pp.425−432（昭56−05）参照）、サ
ンプルした音声の時間順序および周波数を入れ替える方
式（詳細は例えば、N.S.Jayant,R.V.Cox,B.J.McDermott
and A.M.Quinn:“Analog scramblers for speech
based on sequential permutations in time and
frquency",Bell Syst.Tech.J.62,1,pp.25−46（Jan.1
983）参照）、サンプルした音声の極性を一定規則に従
って反転する方式（詳細は例えば、S.Asakawa,F.Sugiya
ma and M.Nakamura:“Avoice scrambler for mobi
l communication",IEEE Trans.Veh Technol.29,1,p
p.81−86（Feb.1980）参照）等がある。また、FFT（Fae
st Fourier Transform:高速フーリエ変換）の手法を
応用したFFTスクランブル方式（詳細は例えば、松永、
大川、桜井、古賀：“FFTを用いた全２重アナログ秘話
装置とその基本動作”、信学論（Ａ）、J72−A,4,pp.69
2−72（昭和64−04）参照）が提案されている。

また電文を暗号化するのと同様の手法で行うように、
音声信号を符号化した後、暗号化するディジタル暗号化
方式が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

アナログ暗号化方式の前記最初の三方式は、暗号強度
が弱い、信号処理遅延による会話のやりにくさ、暗号化
による復号音質の劣化、等の欠点がある。また最後の方
式は、信号処理遅延による会話のやりにくさ、暗号化に
よる復号音質の劣化、通常の会話から暗号化した会話状
態に切り換えるのに時間がかかる等の欠点がある。

ISDNがサービス開始される以前では電送路網はアナロ
グ方式がベースになっており、同一の音声信号を伝送す
るのにディジタル伝送ではアナログ伝送の約20倍の周波
数帯域が必要となり、アナログ方式の伝送路網を利用し
て電話についてディジタル暗号化はコスト面から実現さ
れた例はない。しかしISDNの普及に従って、電話による
会話をディジタル暗号化方式で暗号化して行うことが考
えられる。この場合、暗号強度を強くする点からストリ
ーム暗号形式を適用した暗号を用いるとよいが、このス
トリーム暗号形式の暗号は暗号開始時点が相手方で知ら
れないと復号することができない。つまり、互いに会話
を行う相互の電話機の暗号器と復号器とを同期させる必
要がある。しかし、電話においては相手が話をしたい者
であることを確認する必要があり、従って、非暗号化の
会話により相手を確認した後に、暗号化した会話に移す
ことになり、この時、暗号復号の同期が簡単にとれるこ
とが要望される。

この発明の目的は非暗号会話と、暗号会話との切替え
が可能で、暗号強度が強い暗号化を行うことができか
つ、非暗号会話から暗号会話への切替えが容易な音声暗
号装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によれば送話器（マイク）からの入力信号
（アナログ信号）をディジタル信号に変換する符号器
と、 その符号器の出力をその出力ビット幅（ｎビット）単
位で暗号化するストリーム暗号形式を適用した暗号器
と、 ｎビット幅の第１のキャラクタを格納する第１のレジ
スタと、 ｎビット幅の第２のキャラクタを格納する第２のレジ
スタと、 第１のセレクタと、 暗号通信開始信号と第１の割込み信号とのうちの最初
に発生した信号により、上記符号器の出力を送出してい
る状態から、上記第１のキャラクタを所定の複数個送出
し、その後上記第２のキャラクタを１個送出してから上
記暗号器の出力を送出するように上記第１のセレクタを
切替え制御する送話制御手段とを有する送話部と、 ディジタル信号をアナログ信号に変換して受話器（ス
ピーカー）へ供給する符号復号器と、 受信したディジタル信号をｎビット単位で復号するス
トリーム暗号形式を適用した暗号復号器と、 受信したディジタル信号から上記第１のキャラクタを
検出する手段と、 受信したディジタル信号から上記第２のキャラクタを
検出する手段と、 第２のセレクタと、 上記第１のキャラクタを一定個数連続して受信すると
上記第１の割込み信号を発生し、その後、上記第２のキ
ャラクタを検出すると、上記受信したディジタル信号を
上記符号復号器へ供給している状態から上記暗号復号器
の出力を上記符号復号器へ供給するように上記第２のセ
レクタを切替えると共に上記暗号復号器に復号開始指示
を行う受話制御手段とを有する受話部と、 手動操作され、上記暗号通信開始信号を出力するスイ
ッチと、 暗号鍵を保持して上記暗号器及び上記暗号復号器へ供
給する第３のレジスタとを具備する。

この装置により、通信回線上での盗聴防止、および通
信中の任意の時点から暗号通信を開始・解除できること
が可能となる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。

第１図はこの発明による音声暗号装置（暗号機能付き
ディジタル電話機）の実施例の構成を示す。この装置は
本体１、本体１に接続されたハンドセット２、本体１と
ISDN（Integrated Services Digital Network）の加入
者線路４とを接続するための回線終端装置（DSU）３と
から成る。

本体１は、ハンドセット２の送話器2sからの音声信号
を暗号化して送出する送話部５、暗号化された音声信号
を復号してハンドセット２の受話器2rへ音声信号を出力
する受話部６、回線終端装置３とのインタフェース変換
を行うドライバ／レシーバ７、ドライバ／レシーバ７、
送話部５、受話部６と接続され、ISDNのＢチャネルのレ
イヤ１およびＤチャネルのレイヤ1,2を制御するレイヤ
1,2制御部８、レイヤ1,2制御部８と接続され、ISDNのＤ
チャネルのレイヤ３を制御するレイヤ３制御部９、通話
内容の暗号開始を指示するスイッチ10（このスイッチ10
はトグルスイッチになっており再度押下すると暗号終了
を指示する）、会話する当事者同志しか知らない暗号鍵
を入力する入力ボタン11（入力ボタンはダイアルボタ
ン、あるいは別のファンクションボタンと兼用であって
もよい）、入力された暗号鍵を保持するためのレジスタ
12から成る。

送話部５からのＢチャネル信号13がレイヤ1,2制御部
８へ供給され、レイヤ1,2制御部８からのＢチャネル信
号14は受話部６へ供給され、ハンドセット２からの送話
信号15は送話部５へ供給され、受話部６からの受話信号
16はハンドセット２へ供給される。スイッチ10からの暗
号開始信号12は送話部５へ供給され、入力ボタン11の出
力信号18はレジスタ12へ供給され、レジスタ12の出力信
号19は送話部５及び受話部６へ供給される。

第２図に第１図中の送話部５および受話部６の内部構
成例を示す。

符号器21はハンドセット２の送話器2sからの音声信号
15（アナログ信号）を１バイト（８ビット）のディジタ
ル信号に変換する（符号器21によるアナログ信号をディ
ジタル信号に変換する規定は例えばCCITT勧告G.711によ
る。またはCCITT勧告G.721によるADPCM（Adaptive Diff
errential Pulse Code Modulation）符号器などでもよ
い）、暗号器22は符号器21の出力をその出力幅単位に、
この例では１バイトのディジタル信号を１バイト単位で
暗号化する（暗号化に付いては後程詳細に説明する）、
セレクタ23は送話制御部25によって信号線36を通じて符
号器21の出力信号線31（１バイト幅）、暗号器32の出力
信号線32（１バイト幅）、端子28からIDLが与えられて
いる信号線33、端子29からEOCが与えられている信号線3
4のいずれかを選択して出力する１バイト幅のセレク
タ、セレクタ23の出力が供給される並列直列変換器24は
１バイト幅のパラレルデータを１ビットのシリアルデー
タに変換してＢチャネル信号13として出力する。送話制
御部25は送話部５の全体を制御する、カウンタ26は送話
制御部25がセレクタ23に対して信号線33を選択指示して
いる状態でセレクタ23の出力信号線35上のキャラクタが
１個送出される毎にカウント値が１増加するカウンタ、
比較器27はカウンタ26の計数値出力39と信号線40の信号
内容とが一致したとき出力線41をオンにして送話制御部
25へ通知する、端子28はレジスタ81に格納されている第
１のキャラクタ（以下この１バイトのキャラクタを“ID
L"と記す）が供給される端子、端子29はレジスタ28に格
納されている第２のキャラクタ（以下この１バイトのキ
ャラクタを“EOC"と記す）が供給される端子、端子30は
IDLの送出すべき連続送信個数を示す値（以下この値を
“M"と記す）が与えられる端子。送話制御部25から暗号
器22を制御する信号線37、カウンタ26を制御する信号線
38が出ており、端子30からの値（Ｍ）が信号線40へ与え
られている。

受話部６において、直列並列変換器51は（Ｂチャネル
信号14としての）１ビットのシリアルデータを１バイト
幅のパラレルデータに変換する、暗号復号器52は直列並
列変換器51からの１バイトの出力ディジタル信号61を１
バイト単位で復号する（復号については後程詳細に説明
する）、セレクタ53は信号線69を通じて受話制御部59に
よって直列並列変換器51の出力信号61、暗号復号器52の
出力信号62のいずれかを選択して出力する１バイト幅の
セレクタ、符号復号器54はセレクタ53の出力63（１バイ
ト幅）のディジタル信号を音声信号（アナログ信号）に
変換する、比較器55は信号線61と信号線33との内容が一
致したとき出力64がオンとなる、カウンタ56は比較器55
の出力64がオンのときカウント値が１増加し、出力64が
オフのときカウント値が０となる、比較器57はカウンタ
56の計数値出力65と信号線60の内容とが一致したとき出
力67がオンとなって受話制御部59へ供給される、比較器
58は信号線61と信号線34との内容が一致したとき出力68
がオンとなって受話制御部59へ供給される、受話制御部
59は受話部６の全体を制御する、端子60にはIDLの連続
受信個数を示す値（以下この値を“N"と記す：ただしＮ
≦Ｍ）が与えられる。

現在ディジタル通信のセキュリティ対策として、送信
者または受信者の一方が鍵をきめ、送信側で送るべきデ
ータ（平文）をその鍵で暗号化して暗号文を送信し、受
信側では先の鍵と同一の鍵で受信した暗号文を暗号の逆
変換つまり復号し、もとの平文に戻す方法が用いられて
いる。これらで使用されているアルゴリズム公開型暗号
の代表例としてDES（DESアルゴリズムの詳細は例えば、
D.W.Davies and W.L.Price（上園監訳）：“ネットワー
ク・セキュリティ”、日経マグロウヒル社、1985 pp.55
−84参照）、FEAL（FEALアルゴリズムの詳細は例えば、
宮口、白石、清水：“FEAL−８暗号アルゴリズム”、研
実報第37巻第4/5号、1988 pp.321−372参照）があり、
この発明ではこれらのいずれも使用可能である。次に、
暗号形式（暗号形式の詳細は例えば、D.W.De−vies and
W.L.Price（上園監訳）：“ネットワーク・セキュリテ
ィ”、日経マグロウヒル社、1985 pp.85−102参照）に
ついてみると、この発明では符号化された音声信号が８
ビット（１バイト）単位であること、リアルタイム通信
を可能とすること、回線上のビット誤りの拡大を防ぐこ
と、強い暗号強度にすることにより、ストリーム暗号形
式であるOFB（Output Feedback）の８ビットフィード
バックを適用する。つまり通常の暗号装置は８バイト単
位で処理するものが多いが、OFBの８ビットフィードバ
ックは１バイト入力されるごとに暗号処理する。

この発明は、ISDN基本インタフェース加入者線の情報
チャネル（Ｂチャネル）を用いて、音声を符号化して通
信を行うディジタル電話機に適用できる。以下このディ
ジタル電話機を例に、第１図、第２図および第３図を用
いてこの発明の動作を説明する。

ISDNサービスで提供されている回線交換の呼設定機能
（ISDNの回線交換サービスとその呼設定機能の詳細は例
えば、秋山監修：“ISDN絵とき絵本”、オーム社、1988
PP.92−106参照）を用いて、この発明を適用した発信
側のディジタル電話機（以下「Ａ電話機」と記す）のＢ
チャネルと、同じくこの発明を適用した着信側のディジ
タル電話機（以下「Ｂ電話機」と記す）のＢチャネルと
が接続された後の時点より説明を行う。

まず音声を暗号化して通信を行う前に、Ｂ電話機に出
たものが、Ａ電話機をかけた者が話をしたい相手である
か否かを話をしながら確認する必要がある。さらにＢ電
話機に出た者が、Ａ電話機をかけた者が話をしたい相手
であるか否かを確認するために、何らかの手段、例えば
手紙で予め送られている暗号鍵（当事者同志のみしか知
らない数字の組み合わせ）を、暗号化して通信を行う前
に双方が各電話機の入力ボタン11より入力する。双方が
暗号鍵を入力したことを会話により確認後、いずれか一
方の者があるいは双方が電話機に付いている暗号開始を
指示するスイッチ10を押下する。以後の通信は暗号化さ
れているため、もし双方が入力した暗号鍵が異なれば通
信不能（受話器にはノイズのみしか送られて来ない）と
なり、通信内容が相手に漏洩する事はない。またネット
・ワーク上の何処かで盗聴したとしても先と同じ暗号鍵
で通信内容を復号しない限り元の通話内容は聞けない。

ここでいずれか一方の者が誤った暗号鍵を入力した場
合、双方が再度スイッチ11を押下することにより通常の
音声通信となり再度上述の動作を行えばよい。

次に、送話側、受話側の動作を説明する。

送話側 送話側には４つの動作フェーズが存在する。第１の動
作フェーズは呼設定後から暗号開始指示があるまで（以
下“フェーズ1"と記す）。第２の動作フェーズは暗号開
始指示によりＭ個のIDLを送出するまで（以下、“フェ
ーズ2"と記す）。第３の動作フェーズは１個のEOCを送
出まで（以下、“フェーズ3"と記す）。第４の動作フェ
ーズは入力音声信号を暗号化して送出する（以下“フェ
ーズ4"と記す）。

各動作フェーズは第３図参照。

・フェーズ１ 第１図のハンドセット２の送話器2s出力15（アナログ
信号）は、第２図の符号器21で１バイトのディジタル信
号に変換される。このとき送話制御部25の出力36はセレ
クタ23に対して信号線31を選択するように指示する。

よって本フェーズでは第１図の送話部５の出力13には
通常の（暗号化されていない）音声信号が送出される。

また本フェーズ内にＡ電話機をかけた者とＢ電話機を
受けた者とが会話により相手を確認しあい、Ａ電話機を
かけた者およびＢ電話機に受けた者は双方がそれぞれの
電話機の入力ボタン11より暗号鍵を入力し、双方が暗号
鍵を入力したことを会話により確認後、いずれか一方の
者があるいは双方が電話機に付いている暗号開始を指示
するスイッチ10を押下する。

・フェーズ２ 第１図のスイッチ10の押下（第３図の71）または第２
の比較器58の出力68がオン（IDLを連続Ｎ個受信：相手
側がこちら側より先にスイッチ10を押下した場合）によ
り第２図の送話制御部25の出力36はセレクタ23に対して
信号線33（IDLがセットされている）を選択するように
するとともに、信号線38をオンにしてカウンタ26をスタ
ートさせる。これによりIDLを送出する毎にカウンタ26
のカウント値は１づつ増加し、カウンタ26の出力39の値
がＭになれば比較器27の出力41がオンになる。

よって本フェーズでは第１図の送話部５の出力13には
IDLがＭ個送出される（第３図の72）。13にはIDLがＭ個
送出される（第３図の72）。

・フェーズ３ 比較器27の出力41がオンになれば、送話制御部25は出
力38をオフにしてカウンタ26をクリアするとともに、セ
レクタ23に対して信号線34（EOCがセットされている）
を選択するように指示する。

よって本フェーズでは第１図の送話部５の出力13には
EOCが１個送出される（第３図の73）。

・フェーズ４ 送話制御部25は出力37で暗号器22に対して暗号開始指
示を出すとともに、セレクタ23に対して信号線32を選択
するように指示する。

よって本フェーズでは第１図の送話部５の出力13には
暗号化された音声信号が送出される。

なお、どのフェーズにおいても再度スイッチ10を押下
すると暗号終了となりフェーズ１に戻る。

受話側 受話側には３つの動作フェーズが存在する。第１の動
作フェーズは呼設定後からIDLを連続Ｎ個検出するまで
（以下、“フェーズ1"と記す）。第２の動作フェーズは
EOCを検出するまで（以下、“フェーズ2"と記す）。第
３の動作フェーズは受話した信号（暗号化された音声信
号）を復号する（以下、“フェーズ3"と記す）。

各動作フェーズは第３図参照。

・フェーズ１ 呼設定後、受話制御部59の出力69はセレクタ53に対し
て信号61を選択するように指示しているため、符号復号
器54には受話データ（通常の暗号化されていない音声信
号）が入力され、第１図のハンドセット２の受話器2rに
は相手からの音声が出力される。また呼設定後はカウン
タ56が動作しているため、相手側が音声の暗号化を開始
する前に送出するIDIをいつでも検出可能である。比較
器55がIDLを１個検出する毎にカウンタ56のカウント値
は１づつ増加する。カウンタ56の計数値65がＮになると
比較器57の出力67がオンになり、受話制御部59はこれを
受けてフェーズ２になる（第３図の74）。

よって本フェーズでは第１図の受話部６の出力16には
受話した音声信号をそのままアナログ変換して出力す
る。

・フェーズ２ 信号線61上にEOCを受話すると比較器58の出力68がオ
ンになり、受話制御部59はこれを受けてフェーズ３にな
る（第３図の75）。

よって本フェーズではこれから受話する暗号化された
音声信号の復号待ち状態である。

・フェーズ３ 受話制御部59は出力69をオンにし、これにより暗号復
号器52は受信データ（暗号化された音声信号）の復号を
開始し、セレクタ53は信号62を選択する。ここで相手側
が音声を暗号化するために入力した暗号鍵と同じ暗号鍵
が第１図のレジスタ12にセットされていれば暗号化され
た音声信号は完全に元の音声信号に復号できるが、暗号
鍵が相手側と異なれば暗号化された音声信号は元の音声
信号には戻らない。

よって本フェースでは第１図の受話部６の出力16には
受話した暗号化された音声信号を復号し、それをアナロ
グ変換して出力する。

なお、どのフエーズにおいても再度スイッチ10を押下
すると暗号終了となりフェーズ１に戻る。

〔発明の効果〕

以上の説明から理解されるように、この発明は下記の
効果を有する。

DES、FEAL等の暗号アルゴリズムを使用し、ストリ
ーム暗号形式で暗号化しているため暗号強度は強い。

暗号、復号はディジタル信号で行うため、暗号化に
よる復号音質の劣化はない。

暗号、復号処理を符号器の出力幅単位（実施例では
８ビット単位）で行っているため信号処理遅延が小さ
い。これにより会話のやりにくさはない。

暗号開始指示スイッチを操作するだけで特定のキャ
ラクタが所定数自動的に送出され、その後、他の特定の
キャラクタが１つ自動的に送出され、これを相手方で検
出して、復号を開始するため、ストリーム暗号形式の暗
号を同期をとって復号することができ、これは高速に行
われるため、通常の会話から暗号化した会話状態への切
り換えが瞬時に行える。

簡単な構成であるためハードウェア規模が小さく、
現在のLSI技術で容易に１チップ化可能な範囲であり、
安価に装置の実現が可能。

IDLをＮ個受信した後に、所定時間以内にEOCを受信
した時に暗号の復号を開始するようにしているため、音
声信号中にEOCと同一のものが生じても誤動作するおそ
れはない。またＮ＝ＭとするとＭ個のIDL中にビット誤
りが生じた場合は同期化しない。しかしＮ＜Ｍとし、か
つビット誤りが生じても少くともＮ個は正しくIDLを受
信できる程度にＮを選定しておけば、ビット誤りに影響
されることなく同期化する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図中の送話部５および受話部６の内部構成例を示
すブロック図、第３図は第１図、第２図の動作を説明す
るためのタイムチャートである。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−3402（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−74744（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−102038（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−292436（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−63232（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−261933（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−77745（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−76876（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−150339（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−189045（ＪＰ，Ａ) 電子通信学会誌，Ｖｏｌ．65，Ｎｏ. ８，Ａｕｇｕｓｔ1982，Ｐ．832−834, 赤岩，「秘話技術」，（昭57−８−25発 行) 池野，小山「現代暗号理論」第３版 （平元−５−20）電子情報通信学会Ｐ. 67−76

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送話器からのアナログ信号をｎビットの符
   号のディジタル信号に変換する符号器と、 その符号器の出力をその出力ビット幅（ｎビット）単位
   で暗号化するストリーム暗号形式を適用した暗号器と、 ｎビット幅の第１のキャラクタを格納する第１のレジス
   タと、 ｎビット幅の第２のキャラクタを格納する第２のレジス
   タと、 第１のセレクタと、 暗号通信開始信号と第１の割込み信号とのうちの最初に
   発生した信号により、上記符号器の出力を送出している
   状態から、上記第１のキャラクタを所定のＭ個（Ｍは３
   以上の整数）送出し、その後、上記第２のキャラクタを
   １個送出してから上記暗号器の出力を送出するように上
   記第１のセレクタを切替え制御する送話制御手段とを有
   する送話部と、 ディジタル信号をｎビット単位でアナログ信号に変換し
   て受話器へ供給する符号復号器と、 受信したディジタル信号をｎビット単位で復号するスト
   リーム暗号形式を適用した暗号復号器と、 上記受信したディジタル信号から上記第１のキャラクタ
   を検出する手段と、 上記受信したディジタル信号から上記第２のキャラクタ
   を検出する手段と、 第２のセレクタと、 上記第１のキャラクタをＮ個（Ｍより小さい整数）連続
   して受信すると上記第１の割込み信号を発生し、その
   後、上記第２のキャラクタを検出すると、上記受信した
   ディジタル信号を上記符号復号器へ供給している状態か
   ら上記暗号復号器の出力を上記符号復号器へ供給するよ
   うに上記第２のセレクタを切替えると共に上記暗号復号
   器に復号開始指示を行う受話制御手段とを有する受話部
   と、 手動操作され、上記暗号通信開始信号を出力するスイッ
   チと、 暗号鍵を保持して上記暗号器及び上記暗号復号器へ供給
   する第３のレジスタと、 を具備する音声暗号装置。