JP3115832B2 - 無線通信のための暗号システム - Google Patents

無線通信のための暗号システム

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JP3115832B2 JP08207530A JP20753096A JP3115832B2 JP 3115832 B2 JP3115832 B2 JP 3115832B2 JP 08207530 A JP08207530 A JP 08207530A JP 20753096 A JP20753096 A JP 20753096A JP 3115832 B2 JP3115832 B2 JP 3115832B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信の分野に関
し、特に、無線通信用暗号システムに関する。
【0002】
【従来の技術】毎日、何百万人ものユーザが、無線シス
テムを用いて、通信を行っている。このような通信は、
音声およびデータ伝送を含むものである。これらのシス
テムのユーザのすべてではないにしても、ほとんどは、
通信の内容が公然に得られるものとなることを望んでは
いない。むしろ、一般には、ユーザは通信の内容を、秘
密に保っておくことを望んでいるといえる。残念なこと
に、暗号によって適切な保護措置がなされないことに
は、侵入者は、ある種の無線システムにおける通信を容
易に盗聴可能である。例えば、ほとんどのアナログ無線
システムは、傍受から通信を保護することを行っていな
い。盗聴者は、単に適切な周波数に受信器(ラジオ)を
合わせる(チューニングする)ことで、伝送内容にアク
セス可能である。
【0003】現在のデジタル無線通信システムのなかに
は、ユーザのプライバシーを保護する保護措置をとって
いるものもある。例えば、米国電気通信産業協会(Telec
ommunication Industry Association)では、スペクトル
拡散無線通信システムのための標準を起案している。こ
の標準案の現時点での版(ヴァージョン)は、PN-3421
と記された(IS-95aとして公表される)Mobile Station
-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode
Spread Spectrum Cellular Systemとして、1994年12月
に発行された(以降、標準案と称する)。標準案で記述
されたスペクトル拡散システムは、通常の言葉では、符
号分割多重アクセス(Code Division Multiple Access)
あるいはCDMAと称されている。標準案では、プライ
バシーを増すため、伝送に先だって、音声あるいはデー
タ信号を暗号化する計画を含んでいる。このように、音
声あるいはデータの伝送の真の受け取り手のみが、伝送
内容を得るべきである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】標準案により特定され
ている暗号システムにおいて、これまで認識されていな
かった問題は、標準案に従って暗号化された伝送を、盗
聴者が、容易にかつすばやく、暗号解析(暗号解読)を
行い、それにより伝送内容にアクセスすることを許容し
ているということにある。標準案で記述された順方向ト
ラヒック通信路(チャネル)は、伝送に先立ち、キー信
号(鍵信号)をもって、入力音声あるいはデータ信号を
暗号化することを必要としている。また、標準案は、入
力信号が、排他的OR関数(すなわち、mod2、つま
り、2を法として加える)により、長符号配列と結合さ
れ、暗号化された出力信号を生成することを特定してい
る。
【0005】標準案は、公然に知られた配列と、長符号
マスクとして知られる、専用の42ビットのパターンか
ら、長符号配列を生成することを要する。公然に利用可
能な配列は、線形桁送りレジスタ(線形シフトレジス
タ)として概念化されることの可能なものに配置されて
いる。線形桁送りレジスタの出力は、長符号マスクのビ
ットと結合される。結合の線形的な性質のため、長符号
配列は、専用の長符号マスクのビットに線形に依存して
いる。このことより、盗聴者が、長符号配列の42ビッ
トへアクセスすることで、無線通信を復号化することを
可能にしている。盗聴者は、長符号マスクの未知の42
ビットに依存している42の線形方程式を創り出すた
め、長符号配列からのビットを利用することが可能であ
ろう。しかしながら、標準案では、長符号配列のビット
の直接の伝送を要求していない。さらに、排他的OR関
数は、長符号配列のビットと未知の入力信号とを結合さ
せるもので、このようにすることで、長符号配列を転化
させる。このことは、盗聴者が、うまく暗号化された伝
送を暗号解析(暗号解読)する機会を、最小限にするは
ずである。標準案については、(ただし)この点は当て
はまらない。それは、入力信号が、誤り訂正のため、3
84ビットのフレームを形成するように処理されるとい
う方法をとっていることによる。
【0006】盗聴者は、入力信号の各フレームにおける
最後の16ビット内の関係を認識することで、暗号化さ
れた伝送を暗号解析(暗号解読)することが可能であ
る。特定するに、盗聴者は、2を法とする(モジュロ2
の)数の合計が0を生成するように、各フレームにおけ
る最後の16ビットから選択された、入力信号のビット
を結合することが可能である。対応する入力ビットの合
計が0であるような、出力信号の(mod2による)ビ
ットを加えることで、盗聴者は、長符号配列のビットの
結合を表しているデータを得ることが可能である。実質
的には、盗聴者は、出力信号への入力信号の影響をキャ
ンセルすることが可能である。長符号配列の各ビット
は、42ビットの長符号マスクに線形に依存している。
このようなことから、長符号マスクのビットに線形に依
存している方程式を創り出すため、盗聴者は、出力信号
の既知のビットを結合することが可能である。データに
ついての連続するフレームが、通信が開始した後、1秒
以下以内に、通信の復号化(暗号解読)を許容するよう
な42の方程式を生じさせる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の実施例は、実質
的には、暗号化された伝送について暗号解析(暗号解
読)する、盗聴者の能力を排除あるいは減少させるもの
である。特定するに、本発明の典型的な実施例は、長符
号生成器の出力に接続された非線形スクランブラを含ん
でいる。これにより、デシメートされた(大幅に減らさ
れた)長符号配列から線形性を取り除き、長符号マスク
を決定して、従って、暗号化された出力信号について暗
号解析(暗号解読)することをより困難とするものであ
る。
【発明の実施の形態】
【0008】米国電気通信産業協会(The Telecommunic
ation Industry Association,TIA)は、無線通信シ
ステムのための標準を設定している。TIAは、スペク
トル拡散無線通信システム用の基準を起案している。標
準案で記述されたシステムは、符号分割多重化アクセス
(Code Division Multiple Access,CDMA)と呼ばれ
ている。標準案の一部では、無線通信におけるプライバ
シーの必要性を論じている。標準案の現時点での版(ヴ
ァージョン)は、PN-3421と記された(IS-95aとして公
表される)Mobile Station-Base Station Compatibilit
y Standard forDual-Mode Spread Spectrum Cellular S
ystemとして、1994年12月に発行された。(以降、標準
案と称する。)以下で概説されたような標準案の詳細な
分析を元にすると、標準案に従って組み立てられた通信
システムは、暗号システムの設計において、以前は未知
であった脆弱性のため、その暗号処理手順にもかかわら
ず、盗聴者による攻撃を受けやすい。本発明の実施例
は、暗号化された通信へのセキュリティを増した、順方
向通信路回路およびその方法を備えることで、標準案の
暗号処理手順におけるこのような脆弱性に打ち勝つこと
を可能とするものである。
【0009】標準案で特定された順方向通信路回路を詳
細に検討することは、本暗号化システムの脆弱性につい
ての理解を提供するものといえる。図1は、標準案に従
った、基地局における10で一般的に示された、順方向
通信路回路のブロック線図である。順方向通信路回路1
0は、典型的には、通信路符号器(チャネル符号器1
2、ブロックインタリーバ14、線形暗号器16を含ん
でいる。
【0010】通信路符号器12は、デジタル入力信号I
を処理する。例えば、入力信号Iは、無線ネットワーク
における、符号化されたデジタル音声、データ、あるい
は伝送のための、その他の適切な信号を含みうる。通信
路符号器12、およびブロックインタリーバ14は、信
号Iの連続するビットが、伝送の間に失われたり、飛ば
されたりしているとき、順方向通信路回路10の出力へ
の影響を最小化する。通信路符号器12は、典型的に
は、フレーム特性(フレームクオリティ)指示器18、
後部符号器20、畳込み符号器22、記号反復回路24
の直列な結合を含んでいる。ブロックインタリーバ14
とともに、通信路符号器12は、処理された信号Eを出
力する。
【0011】線形暗号器16は、キー信号Gを生成し、
処理された信号Eを暗号化する。線形暗号器16は、典
型的には、デシメータ28と長符号生成器26の直列な
結合を含んでいる。長符号生成器26は、長符号マスク
と呼ばれる、専用の入力信号Mからビット配列を生成す
る。長符号生成器26による出力である、信号Fは、長
符号配列と呼ばれている。デシメータ回路28は、長符
号配列のビットの64のうち一つを信号Gとして出力す
る。デシメータ28の出力は、排他的OR関数のよう
な、モジュロ2の(2を法とする)加算器の入力に結合
されている。通信路符号器12は、また、モジュロ2の
(2を法とする)加算器30の入力に結びつけられてい
る。モジュロ2の(2を法とする)加算器30は、信号
Eの暗号化されたものを多重化器32へと出力する。出
力制御ビット信号PCBは、また、多重化器32に供給
されている。多重化器32は、信号Oを図1の順方向通
信路回路10の出力として出力する。デシメータ33
は、デシメータ28と多重化器32の制御入力の間に結
びつけられている。
【0012】動作中は、順方向通信路回路10は、入力
信号Iを受け取り、処理して、伝送用の暗号化された出
力信号Oを供給している。入力信号Iは、ビットのフレ
ームとして受け取られる。各フレームにおけるビット数
は、入力信号に含まれた情報を元に変化しうる。例え
ば、最大データレートの場合における各フレームは、1
72ビットであるが、一方では、最も低いデータレート
の場合においては、各フレームは、わずか16ビットし
か含まない。記号反復回路24は、各データレートの場
合の信号Eにおける全体のビット数が同じとなるよう
に、畳込み符号器22の出力を複製する。以下の分析に
おける助けとするため、信号E、G、Oは、長さ384
ビットのバイナリベクトルとみなされる。また、各ベク
トルは、2つの下付き添字を有している。第一の添字f
は、ベクトルを生成する際のデータのフレームを示すも
のであり、第二の添字jは、ベクトルの要素あるいはビ
ットを示すものである。
【0013】通信路符号器12は、入力信号Iを操作
し、伝送の間に生じるバーストエラーの影響を低減させ
る。フレーム特性(フレームクオリティ)指示器18
は、入力信号Iの各フレーム末端位に所定数のビットを
添加することで、最初に信号Aを創り出す。後部符号器
20は、0に等しい8ビットの後端部のセットを添加す
ることで、信号Bを創り出す。畳込み符号器22は、信
号Bの2倍のビットをもつ信号Cを創り出す。典型的な
畳込み符号器は、図2における22aで一般的に示され
ている。畳込み符号器22aは、後部符号器20から信
号Bを受け取る線形桁送りレジスタ(シフトレジスタ)
34を含んでいる。信号Bの現時点でのビット同様、ビ
ット位置34a、34b、34c、34e、34gおよ
び34hは、排他的OR関数のような、モジュロ2の
(2を法とする)加算器36に結びつけられており、畳
込み符号器22aの第一の出力を提供する。さらに、信
号Bの現時点でのビット同様、ビット位置34b、34
c、34d、34hは、排他的OR関数のような、モジ
ュロ2の(2を法とする)加算器38に結びつけられて
おり、畳込み符号器22aの第二の出力を提供する。イ
ンタリーバ39は、畳込み符号器22aの2つの出力を
インタリーブして、出力信号Cを提供する。このような
ことから、畳込み符号器22aの出力ビットである、信
号Cは、信号Bのビットの線形結合、例えば、モジュロ
2での(2を法とする)合計である。記号反復回路24
およびブロックインタリーバ14は、さらに信号Cを操
作して、信号Eを生成する。信号Eのビットは、24ビ
ットの16グループで配列されている。最大データレー
トの場合において、信号Eのビットは、以下の表1で示
されている。
【表1】
【0014】表1における数は、畳込み符号器22から
の信号Cでのビット位置を呼称しているということが認
められる。さらに、表1における各カラム(列)は、2
4ビットの16グループのうちの一つを表している。通
信路符号器12の動作は、公開されており、従って、潜
在的な盗聴者は、表1において含まれた情報にはアクセ
スが可能である。
【0015】線形暗号器16は、信号Eと合計される
(2を法として)信号Gを創り出す。長符号生成器26
は、専用の長符号マスクMから、推定上、専用とされる
長符号配列を創り出している。26aで一般的に示され
た、典型的な長符号生成器は、図3に示されている。長
符号生成器26aは、42ビットを有する、公然に知ら
れた量を含む線形フィードバック桁送りレジスタ(線形
フィードバックシフトレジスタ)40を含んでいる。桁
送りレジスタの各ビットは、対応するANDゲート42
において、専用長符号マスクMの対応するビットと結合
される。各ANDゲートの出力は、加算器44と結び付
けられている。加算器44は、モジュロ2の(2を法と
する)、あるいは排他的ORの、加算器を含んでいる。
加算器44は、ANDゲート42の出力を共に加算し、
長符号配列Fのビットを生成する。FとMの間の関係
は、次式のように表現されることが可能である。
【数1】 ここで、x〜{i,f,j}とは、f番目のフレームの
処理の間にj回ステップをえた後の、線形フィードバッ
ク桁送りレジスタ40のi番目のセルの内容であり、m
〜{i}とは、長符号マスクのi番目のビットであり、
F〜{f,j}とは、f番目のフレームの開始からの、
長符号配列のj番目のビットである。デシメータ28
は、信号Fの全部で64ビットのうち一つを、信号Eを
暗号化するため利用される信号Gとして出力する。従っ
て、信号Gの各ビットは、また、次式のように表現され
ることが可能である。
【数2】
【0016】ブロックインタリーバ14からの信号E
は、モジュロ2の(2を法とする)加算器30におい
て、線形暗号器16の信号Gと、モジュロ2として(2
を法として)合計される。信号Eは、モジュロ2とする
(2を法とする)算術で、信号Gに加算される。モジュ
ロ2の(2を法とする)加算器30による、各ビット出
力について、多重化器32は、モジュロ2の(2を法と
する)加算器30の出力、あるいはPCB信号を、順方
向通信路回路10の出力信号Oとして伝送する。PCB
信号は、信号Eでの24ビットの各グループにおける最
初の17ビットの対を上書きする出力制御信号である。
従って、信号Oでの24ビットの各グループについての
最後の7ビットのみが、PCB信号の影響からフリーで
ある。(影響を受けない。)
【0017】伝送を暗号化するため用いられる長符号配
列Fは、長符号マスクM(式1での)に線形に依存して
いる。さらに、信号Dのビットが、既知の線形代数方程
式により、信号Iのビットと関連付けられているよう
に、通信路符号器12は、入力信号Iのビットを操作し
ている。従って、潜在的な盗聴者が、入力信号Iの影響
を取り除くように、出力信号Oを操作することが可能で
あるとすれば、その盗聴者は、長符号マスクMの未知の
ビットに線形に依存するデータを有することになるであ
ろう。このようなデータをもって、盗聴者は、長符号マ
スクMを決定するため、線形方程式を解く標準的な技術
を利用することが可能となる。
【0018】通信路符号器12による信号Eの出力ビッ
トは、長符号マスクMのビットのみに依存する線形方程
式を創り出すように結合されることが可能である。この
ような関係をみるため、順方向通信路回路10の数学的
記述を考えてみよう。まずは、(簿記を付けるように)
詳細な表記を行う。PCB信号の影響のため、盗聴者が
頼りにできる唯一のビットは、出力信号Oでの24ビッ
トの各グループの内、最後の7ビットである。従って、
f番目のフレームで、ビットの各グループの最後の7ビ
ットに属するすべてのビット位置jについて、順方向通
信路回路10の出力は、以下の等式で記述可能である。
【数3】 各フレームにおいて、式(3)は、順方向通信路回路1
0への信号I入力の112ビットの値を支配している。
上の式(2)は、Gが、長符号マスクの未知のビットm
〜{i}に依存していることを示している。ベクトルE
は、盗聴者にとっては知られていない。従って、m〜
{i}にのみ依存する方程式を創り出すため、ベクトル
Eの影響が取り除かれなくてはならない。24ビットの
各グループにおける最初の17ビットのなかで、jのす
べての値について、α〜{j}が0となり、次式が成り
立つように、ベクトルαが見いだされることが可能であ
るとすれば、出力ベクトルOへのEの影響は取り除かれ
ることが可能である。
【数4】 式(4)は、ベクトルαとEの、モジュロ2での(2を
法としての)ドット積(内積)を指していることが示さ
れている。ベクトルαでは、Eとのドット積(内積)
が、0に等しい、Eのビット合計を創り出すように、ビ
ットが選択される。式(3)における各ベクトルとαの
ドット積(内積)をとると、次式のようになる。
【数5】 式(4)を、式(5)に代入すると、次式のようにな
る。
【数6】 式(2)において、上で議論されたように、信号Gは、
信号Fのデシメートされたものであり、従って、各ビッ
トは、長符号マスクm〜{i}のビットに線形に依存し
ている。このようなことから、式(6)は、以下の次式
のように展開することが可能である。
【数7】 式(2)を式(7)に代入すると、次式のようになる。
【数8】 これは、線形方程式であり、ここで、長符号マスクのビ
ットm〜{i}は、唯一の未知のものである。従って、
42の方程式を生成するため、十分なデータが集められ
ているとすれば、盗聴者は、長符号マスクのビットを決
定するために既知の技術を利用することが可能である。
盗聴者は、最初に式(3)を満たすベクトルαを識別し
なくてはならない。通信路符号器12は、このことを可
能にするものである。
【0019】式(3)を満たすベクトルαを見つけるた
め、畳込み符号器22を通じて、信号Bでのデータの最
後の16ビットをトレースする。ここで、最後の8ビッ
トについては、後部符号器20により設定されたものと
して、0となっているものとしよう。さらに、先の方の
8ビットは、a、b、c、d、e、f、g、hであり、
ここで、aとは、8つの0というビットが(後に)続い
ているビットであるものとしよう。すると、信号Cの最
後の16ビットは、以下のようになる。
【数9】
【0020】モジュロ2の(2を法とする)数の合計が
0を生じる、信号Cのビットの結合は、式(3)を満た
している。例えば、ビットc〜{383}およびc〜
{384}の合計は、それらのビットが等しいことか
ら、0である。記号反復およびインタリーブの後には、
信号Cのビット383および384は、それぞれ、信号
Eのビット192と384とになることが認められる。
従って、結果としてこれらの2つのビットの合計となる
ベクトルαは、次式のように、長符号マスクMのビット
m〜{i}における線形方程式を生じるであろう。
【数10】 式(25)は、次のように書き換え可能である。
【数11】
【0021】式(26)において、唯一の未知のもの
は、長符号マスクのビットm〜{i}である。結果とし
てベクトルαとなる、その他の結合は、以下のようなも
のである。
【数12】 従って、最大(データ)レートの場合において、盗聴者
は、一つのデータフレームから、出力信号Oへの入力信
号Iの影響をキャンセルする、少なくとも8つのビット
の結合を創り出すことが可能である。丁度6つのデータ
フレームをもって、盗聴者は、長符号マスクMの42ビ
ットの値を決定するために必要な42の以上の方程式を
創り出すことが可能である。このようなデータは、1秒
以下以内に集められることが可能である。より低い(デ
ータ)レートの場合においては、盗聴者の手間はいくら
か単純化される。以下の表2は、信号Eのビットを、畳
込み符号器による信号Cの出力における(番号と同じ)
ように、各ビットに対するビット位置の番号とともに示
している。
【表2】 各ビットは、8回繰り返されていることが認められる。
従って、低い(データ)レートの場合は、盗聴者は、単
一のデータフレームをもって、長符号マスクMのビット
を決定することが可能である。このように、低い(デー
タ)レートの場合においては、長符号マスクMのビット
を決定する方程式を創り出すことは、より容易である。
【0022】図4は、110において一般的に示され、
スペクトル拡散技術を実施しており、本発明の教示する
ところに従って構成された、無線システムのブロック線
図である。無線システム110は、移動交換局(Mobile
Switching Center,MSC)114に結びつけられ、そ
れと通信している、複数の基地局112を含んでいる。
MSC114は、一つ以上のローカル局(市内局)11
8と一つ以上の市外局120を含む公衆交換電話回線網
(public switched telephone network,PSTN)に結
びつけられ、それと通信している。PSTN116は、
さらに、ローカル局(市内局)118および市外局12
0に結びつけられ、それと通信している固定端末122
を含んでいる。固定端末は、例えば、銅線、光ファイバ
ーケーブル、およびそれに類するものを含む、任意の適
切な通信ケーブルにより、PSTNに結びつけられう
る。また、無線システム110は、一つ以上の無線端末
124を含んでいる。各無線端末124および各基地局
112の順方向通信路は、従来のシステムおよび方法と
比較して、伝送におけるプライバシーの増加を提供する
ため、以下で記述されたような暗号化器を含んでいる。
【0023】動作中は、無線システム110は、基地局
112と無線端末124との間で暗号化された信号を伝
送する。例えば、無線端末124への通信は、固定端末
122において開始されうる。ローカル局(市内局)1
18とMSC114は、固定端末122を適切な基地局
112へと接続する。基地局112は、固定端末122
からの信号を暗号化し、その暗号化された信号を伝送す
る。適切な無線端末124は、暗号化された信号を受け
取る。無線端末124は、信号を復号化して、通信を完
了する。
【0024】図5は、112において一般的に示され、
本発明の教示するところに従って構成された、基地局の
一つの実施例のブロック線図である。基地局112は、
無線端末124へと信号を伝送する順方向通信路126
を含んでいる。また、基地局112は、無線端末124
からの信号を受け取る逆監視通信路(リバースチャネ
ル)128を含んでいる。順方向通信路126は、専用
長符号マスクの非線形関数であるキー信号を創り出す暗
号化器130を含んでいる。従って、順方向通信路12
6は、伝送におけるプライバシーの増加を提供してい
る。
【0025】順方向通信路126は、MSC114に結
びつけられている通信路符号器132を含んでいる。順
方向通信路126は、さらに、ビットインタリーバ13
4、暗号化器130、ウォルシュ関数変調器136、直
角位相(直交位相)拡散器138、直角位相(直交位
相)搬送波変調器140、RF送信器142の直列の結
合を含んでいる。RF送信器142はアンテナ144に
結びつけられている。逆監視通信路(リバースチャネ
ル)128は、RF受信器146、直角位相(直交位
相)搬送波復調器148、直角位相(直交位相)逆拡散
器150、逆拡散器152、ウォルシュ記号復調器15
4、ビットデインタリーバ156、通信路復号器(チャ
ネル復号器)158の直列の結合を含んでいる。
【0026】動作中は、順方向通信路126は、アンテ
ナ144での伝送のために、MSC114からの信号を
処理し、暗号化する。MSC114は、デジタル信号を
通信路符号器132に供給する。通信路符号器132
は、伝送後の誤り訂正のために信号を符号化している。
ビットインタリーバ134は、エラーバーストの影響を
最小限化するように、信号のビット配列を再配置する。
暗号化器130は、ビットインタリーバ134からの信
号を暗号化するため、非線形のキー信号を利用してい
る。ウォルシュ関数変調器136は、選択されたウォル
シュ関数を信号に掛けることで、信号を変調する。直角
位相拡散器138は、固定端末122と無線端末124
間の伝送に固有の、選択されたPN(pseudo-noise)符号
をもって信号を拡散する。直角位相搬送波変調器140
は、アンテナ144での、RF送信器142による伝送
のため信号を変調する。
【0027】逆監視通信路(リバースチャネル)128
は、アンテナ144および受信器146において、無線
端末124から信号を受信する。直角位相搬送波変調器
148は、処理のため、搬送波から信号を復調する。直
角位相逆拡散器150は、適切なPN信号を用いて、無
線端末124からの信号を逆拡散する。逆拡散器152
は、専用キー信号を用いて、さらに無線端末124から
の信号を逆拡散する。ウォルシュ記号復調器154は、
適切なウォルシュ関数をもって、信号を復調する。ビッ
トデインタリーバ156は、信号におけるビットを再配
置し、無線端末124により実行されたインタリーブ
(交互配置)操作を元に戻す。通信路復号器158は、
誤り訂正技術を用いて、無線端末124からの信号にお
ける誤りを訂正する。
【0028】図6は、124において一般的に示され、
本発明の教示するところに従って構成された、無線端末
のブロック線図である。無線端末124は、基地局11
2へ信号を伝送する逆監視通信路(リバースチャネル)
160を含んでいる。また、無線端末124は、基地局
112から信号を受信する順方向通信路162を含んで
いる。順方向通信路162は、専用長符号マスクの非線
形関数であるキー信号を創り出す復号化器164を含ん
でいる。従って、順方向通信路162は、伝送における
プライバシーの増加を提供している。
【0029】無線端末168は、入出力(I/O)装置
166を含んでいる。入出力(I/O)装置166は、
スピーカーおよびマイクロフォンを含みうる。選択的に
は、入出力(I/O)装置166は、適切なデータポー
トを含みうる。逆監視通信路(リバースチャネル)16
0は、入出力(I/O)装置166に結びつけられた音
声符号器168を含んでいる。音声符号器168は、通
信路符号器170、ビットインタリーバ172、ウォル
シュ関数変調器174、拡散器176、直角位相拡散器
178、直角位相搬送波変調器180、RF送信器18
2の直列の結合に結びつけられている。RF送信器18
2は、アンテナ184に結びつけられている。逆監視通
信路(リバースチャネル)162は、RF受信器18
6、直角位相搬送波復調器188、直角位相逆拡散器1
90、ウォルシュ関数変調器192、復号化器164、
ビットデインタリーバ194、通信路復号器196、音
声復号器198の直列の結合に結びつけられている。音
声復号器198は、入出力(I/O)装置166に結び
つけられている。
【0030】動作中は、逆監視通信路(リバースチャネ
ル)160は、アンテナ184での伝送のため、ユーザ
からの信号を処理する。音声符号器168は、入出力
(I/O)装置166からのデジタル信号を符号化す
る。通信路符号器170は、伝送の後の誤り訂正のため
信号を符号化する。ビットインタリーバ172は、誤り
バーストの影響を最小限化するように、信号におけるビ
ット配列を再配置する。ウォルシュ関数変調器174
は、選択されたウォルシュ関数を信号に掛けることで、
信号を変調する。拡散器176は、キー信号を用いて、
ウォルシュ関数変調器174からの信号を拡散する。直
角位相拡散器178は、固定端末122と無線端末12
4の間の伝送に固有の、選択されたPN(pseudo-noise)
符号をもって信号を拡散する。直角搬送波変調器180
は、アンテナ184での、RF送信器182による伝送
のため信号を変調する。
【0031】順方向通信路162は、アンテナ184お
よび受信器186において、基地局112から信号を受
信する。直角位相搬送波変調器188は、処理のため、
搬送波から信号を復調する。直角位相逆拡散器190
は、適切なPN信号を用いて、基地局112からの信号
を逆拡散する。ウォルシュ関数復調器192は、適切な
ウォルシュ関数をもって、信号を復調する。復号化器1
64は、専用キー信号を用いて、基地局112からの信
号についてスクランブルを解く。ビットデインタリーバ
194は、信号におけるビットを再配置し、基地局11
2により実行されたインタリーブ(交互配置)操作を元
に戻す。通信路復号器196は、誤り訂正技術を用い
て、基地局112からの信号における誤りを訂正する。
音声復号器198は、入出力(I/O)装置166への
信号を復号し、伝送を完了させる。
【0032】図7は、130において一般的に示され
た、図5の順方向通信路126で用いられる、暗号化器
の実施例である。暗号化器130は、長符号マスク生成
器200、長符号生成器202、デシメータ204の直
列の結合をもって、キー信号を生成する。デシメータ2
04の出力は、モジュロ2の(2を法とする)加算器2
06の第一の入力に結びつけられている。加算器206
の第二の入力はビットインタリーバ134に結びつけら
れている。
【0033】動作中は、長符号マスク生成器200は、
長符号マスクと呼ばれるビット配列を生成する。長符号
生成器200は、長符号配列のビットが長符号マスクの
ビットに線形に依存するような、図3の長符号生成器2
6aからなることが可能である。非線形スクランブラ2
02は、非線形スクランブラ202の出力ビットが長符
号マスクのビットに対して非線形に依存するように、長
符号配列のビットをスクランブルする。非線形スクラン
ブラ202の実施例については後で図9〜図15を参照
して説明する。非線形スクランブラ202によって生成
される非線形性はさまざまなものが可能である。例え
ば、非線形スクランブラ202はフィードバックループ
を含むことが可能である。あるいは、非線形スクランブ
ラ202は、長符号配列に非線形性を導入する簡単な組
合せ論理回路からなることも可能である。このようにし
て、本発明によって構成されるシステムは、盗聴者が長
符号マスクMのビットを取得することに対する困難性を
増大させる。デシメータ204は、長符号生成器202
から、既知の周波数を有するビット出力を選択する。例
えば、デシメータ204は、長符号生成器202による
64のビット出力のうち一つを出力しうる。加算器20
6は、デシメータ204からの信号とビットインタリー
バ134からの信号を(2を法として)加える。
【0034】図8は、164において一般的に示され
た、図6の順方向通信路162で用いられる、復号化器
の実施例である。復号化器164は、長符号マスク生成
器208、長符号生成器210、デシメータ212の直
列の結合をもって、キー信号を生成する。デシメータ2
12の出力は、モジュロ2の(2を法とする)加算器2
14の第一の入力に結びつけられている。加算器214
の第二の入力は、ウォルシュ記号変調器192に結びつ
けられている。
【0035】動作中は、復号化器164は、キー信号を
生成し、基地局112から受信した信号の暗号を復号化
する。そのように、復号化器164は、暗号化器130
で生成されたキー信号と同一なキー信号を独立に生成し
ている。そこで、長符号マスク生成器208は、固有の
長符号マスクからビット配列を生成する。長符号生成器
208は、長符号配列のビットが長符号マスクのビット
に線形に依存するような、図3の長符号生成器26aか
らなることが可能である。非線形スクランブラ210
は、非線形スクランブラ210の出力ビットが長符号マ
スクのビットに対して非線形に依存するように、長符号
配列のビットをスクランブルする。非線形スクランブラ
210の実施例については後で図9〜図15を参照して
説明する。非線形スクランブラ210によって生成され
る非線形性はさまざまなものが可能である。例えば、非
線形スクランブラ210はフィードバックループを含む
ことが可能である。あるいは、非線形スクランブラ21
0は、長符号配列に非線形性を導入する簡単な組合せ論
理回路からなることも可能である。このようにして、本
発明によって構成されるシステムは、盗聴者が長符号マ
スクMのビットを取得することに対する困難性を増大さ
せる。デシメータ212は、長符号生成器210から、
既知の周波数を有するビット出力を選択する。例えば、
デシメータ212は、長符号生成器210による64の
ビット出力のうち一つを出力しうる。加算器214は、
デシメータ212からの信号とウォルシュ関数復調器1
92からの信号を加える。
【0036】図9は、202aにおいて一般的に示さ
れ、本発明の教示するところに従って構成された、非線
形スクランブラの実施例である。注意すべき点である
が、図9〜図15で示された回路は、暗号化器130ま
たは復号化器164のいずれにおいて使用することも可
能である。簡単のため、図9〜図15の説明は、暗号化
器130の場合についてだけ行う。スクランブラ202
aは、排他的ORゲート216、シフトレジスタ21
8、論理回路220およびスイッチ222からなる。長
符号生成器200の出力および論理回路220の出力は
排他的ORゲート216の入力に送られる。排他的OR
ゲート216の出力はシフトレジスタ218およびスイ
ッチ222に接続される。論理回路220は、シフトレ
ジスタ218の複数のセルへのタップを有する。最後
に、長符号生成器200の出力はスイッチ222にも接
続される。
【0037】動作時には、スクランブラ202aは、フ
ィードバックループを用いることにより長符号配列のビ
ットを非線形に組み合わせたビット配列を出力する。排
他的ORゲート216はビットをシフトレジスタ218
に出力する。そのビットはシフトレジスタ218を通し
てシフトされ、論理回路220で選択的に組み合わされ
る。論理回路220は例えば単純なANDゲートからな
る。あるいは、論理回路220は複雑な組合せ論理回路
からなることも可能である。論理回路220は、シフト
レジスタ218に入るビットが最終的に、長符号配列の
現在のビットと、排他的ORゲート216によって出力
された過去のビットの論理的組合せとに依存するよう
に、排他的ORゲート216への第2の入力を有する。
スイッチ222は、長符号生成器200をデシメータ2
04に直接接続することによってスクランブラ202a
の効果をバイパスさせることも可能である。シフトレジ
スタ218をクリアするためのリセット信号も設けられ
る。
【0038】図10に、本発明に従って構成された非線
形スクランブラのもう一つの実施例202bを示す。ス
クランブラ202bは、64個のセルを有するシフトレ
ジスタ224からなる。シフトレジスタ224の各セル
はマルチプレクサ226の入力に接続される。さらに、
シフトレジスタ224の0〜5とラベルされたセルはマ
ルチプレクサ226のセレクタ入力に接続される。注意
すべき点であるが、マルチプレクサ226のセレクタ入
力としては、シフトレジスタ224のセルのうちのいず
れの6個を使用することも可能である。
【0039】動作時には、長符号配列のビットはシフト
レジスタ224を通ってシフトされる。シフトレジスタ
224のセル0〜5内の値は、シフトレジスタ224の
セルのうちから、マルチプレクサ226が出力ビットと
してデシメータ204に渡すセルを選択する。
【0040】図11に、本発明に従って構成された非線
形スクランブラのもう一つの実施例202cを示す。ス
クランブラ202cは、64個のセルを有するシフトレ
ジスタ228からなる。シフトレジスタ228のN個の
選択されたセルがマルチプレクサ230のセレクタ入力
に接続される。さらに、シフトレジスタ228の2〜
[N]個の選択されたセルがマルチプレクサ230の入
力としても接続される。
【0041】動作時には、長符号配列のビットはシフト
レジスタ228を通ってシフトされる。マルチプレクサ
230は、シフトレジスタ228からのセレクタ入力に
基づいてシフトレジスタ228の一つのセルを選択す
る。選択されたセルの値はスクランブラ202cの出力
としてデシメータ204に渡される。
【0042】図12に、本発明に従って構成された非線
形スクランブラのもう一つの実施例202dを示す。ス
クランブラ202dは、64個のセルを有するシフトレ
ジスタ232からなる。シフトレジスタ232の各セル
はデータ暗号化規格(DES)回路234の入力に接続
される。DES回路234は、Federal InformationPro
cessing Standards Publication 46 (January 15, 197
7)に従ってデータを暗号化する。秘密鍵信号がDES回
路234に入力される。DES回路234は、レジスタ
236に接続された64個の出力を有する。レジスタ2
36の選択された一つのセルがスクランブル回路202
dの出力となる。
【0043】動作時には、長符号配列のビットはシフト
レジスタ232を通ってシフトされる。DES回路23
4は、鍵信号および通常のDES方式を用いてシフトレ
ジスタ232内のデータを暗号化する。DES回路23
4は、シフトレジスタ232内のデータの暗号化版をレ
ジスタ236に出力する。スクランブラ202dはレジ
スタ236からの出力信号をデシメータ204に送る。
【0044】図13に、本発明に従って構成された非線
形スクランブラのもう一つの実施例202eを示す。ス
クランブラ202eは、64個のセルを有するシフトレ
ジスタ240からなる。シフトレジスタ240のN個の
選択されたセルが非線形関数要素242の入力に接続さ
れる。例えば、非線形関数要素242は、2個の入力A
NDゲートと、非線形出力を生成するための適当な関数
要素とからなる。
【0045】動作時には、長符号配列のビットはシフト
レジスタ240を通ってシフトされる。非線形関数要素
242は、シフトレジスタ240のN個の入力セルの値
に基づいて出力信号を生成する。
【0046】図14に、本発明に従って構成された非線
形スクランブラのもう一つの実施例202fを示す。ス
クランブラ202fは、排他的ORゲート244、シフ
トレジスタ246、第1論理回路248および第2論理
回路250からなる。長符号生成器200の出力および
第1論理回路248の出力は排他的ORゲート244の
入力に接続される。排他的ORゲート244はシフトレ
ジスタ246に接続される。第1論理回路248はシフ
トレジスタ246の複数のセルへのタップを有する。最
後に、第2論理回路250は、シフトレジスタ246の
セルのうちの第2の選択されたセットへのタップを有す
る。第2論理回路250の出力は、スクランブラ202
fの出力となる。シフトレジスタ248および250を
クリアするためのリセット信号も設けられる。
【0047】動作時には、スクランブラ202fは、フ
ィードバックループを用いることにより長符号配列のビ
ットを非線形に組み合わせたビット配列を出力する。排
他的ORゲート244はビットをシフトレジスタ246
に出力する。そのビットはシフトレジスタ246を通し
てシフトされ、第1論理回路248で選択的に組み合わ
される。第1論理回路248は例えば単純なANDゲー
トからなる。あるいは、第1論理回路248は複雑な組
合せ論理回路からなることも可能である。第1論理回路
248は、シフトレジスタ246に入るビットが最終的
に、長符号配列の現在のビットと、排他的ORゲート2
44によって出力された過去のビットの論理的組合せと
に依存するように、排他的ORゲート244への第2の
入力を有する。第2論理回路250は、レジスタ246
の選択されたセルからのビットを組み合わせてスクラン
ブラ202fの出力とする。
【0048】図15に、本発明に従って構成された非線
形スクランブラのもう一つの実施例202gを示す。ス
クランブラ202fは、排他的ORゲート252、シフ
トレジスタ254、第1論理回路256および第2論理
回路258からなる。長符号生成器200の出力および
第1論理回路256の出力は排他的ORゲート252の
入力に接続される。排他的ORゲート252はシフトレ
ジスタ254に接続される。第1論理回路256はシフ
トレジスタ256の複数のセルへのタップを有する。さ
らに、秘密鍵信号K〜{1}が、暗号化信号を生成する
際に使用するために第1論理回路256に入力される。
第2論理回路258は、シフトレジスタ254のセルの
うちの第2の選択されたセットへのタップを有する。第
2の秘密鍵K〜{2}が、暗号化信号を生成する際に使
用するために第2論理回路258に入力される。第2論
理回路258の出力は、スクランブラ202gの出力と
なる。シフトレジスタ256および258をクリアする
ためのリセット信号も設けられる。
【0049】動作時には、スクランブラ202gは、秘
密のビット配列への非線形依存性を有するビット配列を
出力する。この秘密ビット配列としては、長符号生成器
200によって処理された長符号マスク、信号K〜
{1}もしくはK〜{2}、またはそれらの適当な組合
せが可能である。排他的ORゲート252はビットをシ
フトレジスタ254に出力する。そのビットはシフトレ
ジスタ254を通してシフトされ、第1論理回路256
で信号K〜{1}のビットと選択的に組み合わされる。
第1論理回路256は例えば単純なANDゲートからな
る。あるいは、第1論理回路256は複雑な組合せ論理
回路からなることも可能である。第1論理回路256
は、シフトレジスタ254に入るビットが最終的に、長
符号配列の現在のビットと、排他的ORゲート252に
よって出力された過去のビットと信号K〜{1}の論理
的組合せとに依存するように、排他的ORゲート252
への第2の入力を有する。第2論理回路258は、レジ
スタ254の選択されたセルからのビットを信号K〜
{2}のビットと組み合わせてスクランブラ202gの
出力とする。
【0050】注意すべき点であるが、非線形スクランブ
ラ202gは、長符号生成器200を使用しない従来の
システムよりも強い秘密保護を達成することができる。
長符号生成器200が暗号化器130から除かれた場
合、秘密性を増大させるためには、K〜{1}、K〜
{2}またはその両方を秘密にしなければならない。さ
らに、K〜{1}、K〜{2}またはその両方が秘密で
ある場合、長符号生成器200は、公開の長符号マスク
Mから長符号配列を生成することが可能である。さらに
注意すべき点であるが、K〜{1}またはK〜{2}の
いずれかを省略したものも本発明の技術的範囲内にあ
る。
【0051】図16に、図5の基地局112で使用する
ための暗号化器のもう一つの実施例130aを示す。暗
号化器130aは、シフトレジスタ260、非線形組合
せ器262およびデシメータ264の直列結合によって
鍵信号を生成する。デシメータ264の出力はモジュロ
2加算器266の第1入力に接続される。加算器266
の第2入力はビットインタリーバ134に接続される。
秘密の長符号マスクMが非線形組合せ器262に入力さ
れる。
【0052】動作時には、暗号化器130aは、長符号
マスクのビットの非線形組合せであるビットによって鍵
信号を生成する。シフトレジスタ260は公知の量から
ビット配列を生成する。非線形組合せ器262は、長符
号マスクMをシフトレジスタ260の出力と組み合わせ
る。デシメータ264は、非線形組合せ器262から出
力されるビットを既知の周期で選択する。例えば、デシ
メータ264は、非線形組合せ器262によって出力さ
れるビットを64個に1個の割合で出力する。加算器2
66は、ビットインタリーバ134からの信号をデシメ
ータ264からの信号と(2を法として)加算する。
【0053】図17に、図6の無線端末124で使用す
るための復号化器のもう一つの実施例164aを示す。
復号化器164aは、シフトレジスタ268、非線形組
合せ器270およびデシメータ272の直列結合によっ
て鍵信号を生成する。デシメータ272の出力はモジュ
ロ2加算器274の第1入力に接続される。加算器27
4の第2入力はウォルシュ記号復調器154に接続され
る。秘密の長符号マスクMが非線形組合せ器270に入
力される。
【0054】動作時には、復号化器164aは、長符号
マスクのビットの非線形組合せであるビットによって鍵
信号を生成する。シフトレジスタ268は公知の量から
ビット配列を生成する。非線形組合せ器270は、長符
号マスクMをシフトレジスタ268の出力と組み合わせ
る。デシメータ272は、非線形組合せ器262から出
力されるビットを既知の周期で選択する。例えば、デシ
メータ272は、非線形組合せ器270によって出力さ
れるビットを64個に1個の割合で出力する。加算器2
74は、ウォルシュ記号復調器154からの信号をデシ
メータ272からの信号と(2を法として)加算する。
【0055】以上、本発明の実施例について詳細に説明
したが、以上説明した実施例以外にもさまざまな変形例
が可能である。例えば、図9〜図15に示したシフトレ
ジスタは64セルのものに限定されない。セルの数を変
更したものも、本発明の技術的範囲内にある。64セル
のレジスタは単に例示のためのものであり、本発明を限
定するものではない。さらに、上記の暗号化器および復
号化器はデシメータなしで用いることも可能である。あ
るいは、デシメータの機能の一部または全部を他の回路
に含めることも可能である。
【0056】スクランブラ202a〜202gはそれぞ
れ一つまたは複数のシフトレジスタを有する。強調して
おくが、これらのシフトレジスタは単に例示のためのも
のであり、本発明を限定するものではない。シフトレジ
スタは、連続する出力ビットを生成する際に使用するた
めにスクランブラに供給される入力ビットを記憶するも
のである。この目的で、これと同じ機能を実行するため
に、図9〜図15のシフトレジスタを適当な回路で置き
換えることも可能である。
【0057】本発明に従って基地局および無線端末内に
構成される非線形スクランブラが、伝送中に同一の長符
号系列入力を与えられたときに同一の出力を生成するこ
とを保証するため、スクランブラは同じ内部状態から始
動すべきである。従って、スクランブラ内のシフトレジ
スタは同一内容で始動しなければならない。これを実現
する一つの方法は、ハンドオフ中のリセット信号に応答
してシフトレジスタを固定内部値でリセットすることで
ある。図9、図14および図15に示したリセット信号
は、この機能を実装するために使用可能である。また、
レジスタは、各新フレームの最初のようなときにリセッ
トすることも可能である。
【0058】注意すべき点であるが、図9、図14およ
び図15に示した排他的ORゲートは、モジュロ2加算
を実行する適当な演算要素により実装することが可能で
ある。
【0059】また、注意すべき点であるが、長符号マス
ク中のビット数を42以外とすることも、本発明の技術
的範囲内にある。
【0060】
【発明の効果】本発明の実施例により、盗聴者の、暗号
化された伝送について暗号解析(暗号解読)するという
能力を、実質的に排除あるいは減少させることが可能と
なった。例えば、変化する回転長符号マスクを創り出す
長符号マスク生成器を含むことで、長符号配列から線形
性を取り除き、長符号マスクを決定することにより、暗
号化された出力信号を暗号解析(暗号解読)すること
を、より困難としたといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、米国電気通信産業協会(the Telecommu
nication Industry Association)により、PN-3421とし
て1994年12月に公表された標準案に従った、スペクトル
拡散無線通信システムの順方向通信路回路のブロック線
図である。
【図2】図2は、図1の順方向通信路回路において用い
られる、畳込み符号器のブロック線図である。
【図3】図3は、図1の順方向通信路回路において用い
られる、長符号生成器の実施例のブロック線図である。
【図4】図4は、本発明の教示するところに従って構成
された、非線形スクランブラを組み込んでいるスペクト
ル拡散無線インフラストラクチャのブロック線図であ
る。
【図5】図5は、図4のスペクトル拡散無線システムに
おける、基地局のブロック線図である。
【図6】図6は、図4のスペクトル拡散無線システムに
おける、無線端末のブロック線図である。
【図7】図7は、図5の基地局において用いられる、暗
号化器の実施例である。
【図8】図8は、図6の無線端末において用いられる、
復号化器の実施例である。
【図9】図9は、図7の暗号化器および図8の復号化器
において用いられる、長符号マスク生成器の実施例であ
る。
【図10】図10は、図7の暗号化器および図8の復号
化器において用いられる、長符号マスク生成器の別の実
施例である。
【図11】図7の暗号化器および図8の復号化器で用い
られる非線形スクランブラのもう一つの実施例の図であ
る。
【図12】図7の暗号化器および図8の復号化器で用い
られる非線形スクランブラのもう一つの実施例の図であ
る。
【図13】図7の暗号化器および図8の復号化器で用い
られる非線形スクランブラのもう一つの実施例の図であ
る。
【図14】図7の暗号化器および図8の復号化器で用い
られる非線形スクランブラのもう一つの実施例の図であ
る。
【図15】図7の暗号化器および図8の復号化器で用い
られる非線形スクランブラのもう一つの実施例の図であ
る。
【図16】図5の基地局で用いられる暗号化器のもう一
つの実施例の図である。
【図17】図6の無線端末で用いられる復号化器のもう
一つの実施例の図である。
【符号の説明】
10 順方向通信路(順方向チャネル) 12 通信路符号器(チャネル符号器) 14 ブロックインタリーバ 16 線形暗号化器 18 フレーム特性(フレームクオリティ)指示器 20 後部符号器 22、22a 畳込み符号器 24 記号反復回路 26、26a 長符号生成器 28 デシメータ 30 モジュロ2の(2を法とする)加算器 32 多重化器 33 デシメータ 34 線形桁送りレジスタ(線形シフトレジスタ) 34a、34b、34c、34d、35e、34f、3
4g、34h ビット位置 36、38 モジュロ2の(2を法とする)加算器 39 インタリーバ 40 線形フィードバック桁送りレジスタ(線形フィー
ドバックシフトレジスタ) 42 ANDゲート 44 加算器 110 無線システム 112 基地局 114 移動交換局(Mobile Switching Center,MS
C) 116 公衆交換電話回線網(Public Switched Teleph
one Network,PSTN) 118 市内局 120 市外局 122 固定端末 124 無線端末 126、162 順方向通信路(順方向チャネル) 128、160 逆監視通信路(リバースチャネル) 130 暗号化器 132、170 通信路符号器(チャネル符号器 134、172 ビットインタリーバ 136、174 ウォルシュ関数変調器 138、178 直角位相拡散器 140、180 直角位相搬送波変調器 142、182 RF送信器 144、184 アンテナ 146、186 RF受信器 148、188 直角位相搬送波復調器 150、190 直角位相逆拡散器 152 逆拡散器 154 ウォルシュ記号復調器 156 ビットデインタリーバ 158、196 通信路復号器(チャネル復号器) 164 復号化器 166 入出力(I/O)装置 168 音声符号器 176 拡散器 192 ウォルシュ関数変調器 194 ビットデインタリーバ 198 音声復号器 200、208 長符号マスク生成器 202、210 非線形スクランブラ 204、212 デシメータ 206、214 モジュロ2の(2を法とする)加算器 216 排他的ORゲート 218 シフトレジスタ 220 論理回路 222 スイッチ 224 シフトレジスタ 226 マルチプレクサ 228 シフトレジスタ 230 マルチプレクサ 232 シフトレジスタ 234 データ暗号化規格(DES)回路 236 レジスタ 240 シフトレジスタ 242 非線形関数要素 244 排他的ORゲート 246 シフトレジスタ 248 第1論理回路 250 第2論理回路 252 排他的ORゲート 254 シフトレジスタ 256 第1論理回路 258 第2論理回路 260 シフトレジスタ 262 非線形組合せ器 264 デシメータ 266 モジュロ2加算器 268 シフトレジスタ 270 非線形組合せ器 272 デシメータ 274 モジュロ2加算器 I (デジタル)入力信号 M 専用入力信号 A、B、C、D、E、O、 信号 F 長符号配列(信号) G キー信号(鍵信号)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−51736(JP,A) 特開 昭64−10750(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 7/26 H04L 9/00 H04Q 7/00

Claims (55)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 RFアンテナと、 無線端末から信号を受信し処理するリバースチャネル回
    路と、 移動交換センタから無線端末への入力信号を送信する順
    方向チャネル回路とを有するスペクトラム拡散無線通信
    方式の基地局装置において、前記順方向チャネル回路
    は、 前記移動交換センタに応答して、前記入力信号を誤り訂
    正するチャネル符号器と、 前記チャネル符号器に応答して、バースト誤りの影響を
    最小にするために入力信号中のビットの順序を並べ替え
    るビットインタリーバと、 秘密の長符号マスクと非線形関係にあるビット系列から
    なる鍵信号を生成する非線形スクランブラを有し、前記
    チャネル符号器に応答して、前記入力信号を暗号化する
    暗号化器と、 前記アンテナに接続され、前記チャネル符号器、前記ビ
    ットインタリーバおよび前記暗号化器に応答して、前記
    入力信号を変調して送信する回路とからなることを特徴
    とする、スペクトラム拡散無線通信方式の基地局装置。
  2. 【請求項2】 前記暗号化器は、 長符号マスクから長符号系列を生成する長符号生成器
    と、 前記長符号生成器に応答して、長符号マスクのビットの
    非線形関数である鍵信号を生成する非線形スクランブラ
    と、 前記ビットインタリーバおよび前記非線形スクランブラ
    に応答して、前記入力信号を暗号化する回路とからなる
    ことを特徴とする請求項1の装置。
  3. 【請求項3】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、第1の所定数のセルを有するシフトレジスタと、 一つの出力を有し、選択されたセルの内容にアクセスす
    るように前記シフトレジスタに接続された第1論理回路
    と、 前記非線形スクランブラのフィードバックループを構成
    するように、前記長符号生成器に接続された第1入力
    と、前記第1論理回路の出力に接続された第2入力と、
    前記シフトレジスタの入力に接続されるとともに前記非
    線形スクランブラの出力でもある出力を有する第2論理
    回路とからなることを特徴とする請求項2の装置。
  4. 【請求項4】 前記第2論理回路は排他的ORゲートか
    らなることを特徴とする請求項3の装置。
  5. 【請求項5】 前記非線形スクランブラはフィードバッ
    クループを有することを特徴とする請求項2の装置。
  6. 【請求項6】 前記非線形スクランブラは、前記非線形
    スクランブラの出力ビットが後続の出力ビットを生成す
    るために使用されるようなフィードバックループを有す
    ることを特徴とする請求項2の装置。
  7. 【請求項7】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記非線形スクランブラの出力を生成するために、前記
    シフトレジスタの選択されたセルの内容を取り出すよう
    に接続された組合せ論理回路とからなることを特徴とす
    る請求項2の装置。
  8. 【請求項8】 前記組合せ論理回路は、前記シフトレジ
    スタの選択されたセルに接続された少なくとも2個の入
    力を有するANDゲートからなることを特徴とする請求
    項7の装置。
  9. 【請求項9】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記シフトレジスタの選択されたセルの第1のセットに
    接続された所定数のセレクタ入力と、前記シフトレジス
    タの選択されたセルの第2のセットに接続された所定数
    のデータ入力とを有し、前記選択されたセルの第1のセ
    ットが前記選択されたセルの第2のセットのうちから選
    択したセルを出力するマルチプレクサとからなることを
    特徴とする請求項2の装置。
  10. 【請求項10】 前記選択されたセルの第1および第2
    のセットは互いに排他的であることを特徴とする請求項
    9の装置。
  11. 【請求項11】 前記選択されたセルの第1および第2
    のセットは所定数のセルを共有することを特徴とする請
    求項9の装置。
  12. 【請求項12】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記シフトレジスタの選択されたセルに接続された所定
    数の入力を有し、鍵信号を使用して、各入力ごとに暗号
    化出力ビットを生成するデータ暗号化規格回路と、 前記データ暗号化規格回路によって出力されたビットを
    それぞれ受信するように接続された所定数のセルを有
    し、当該セルのうちから選択される一つのセルを前記非
    線形スクランブラの出力として出力するレジスタとから
    なることを特徴とする請求項2の装置。
  13. 【請求項13】 前記長符号生成器に接続され、シフト
    レジスタを含むフィードバック回路と、 前記非線形スクランブラの出力を生成するように、前記
    シフトレジスタの選択されたセルを読み出すように接続
    された組合せ論理回路とからなることを特徴とする請求
    項2の装置。
  14. 【請求項14】 スペクトル拡散無線通信方式の順方向
    チャネルの誤り訂正が行われた入力信号を暗号化する暗
    号化装置において、 長符号マスクから長符号系列を生成する長符号生成器
    と、 前記長符号生成器に応答して、長符号マスクのビットの
    非線形関数である鍵信号を生成する非線形スクランブラ
    と、 前記入力信号を前記鍵信号で暗号化する組合せ論理回路
    とからなることを特徴とする、スペクトル拡散無線通信
    方式の順方向チャネルの入力信号を暗号化する暗号化装
    置。
  15. 【請求項15】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、第1の所定数のセルを有するシフトレジスタと、 一つの出力を有し、選択されたセルの内容にアクセスす
    るように前記シフトレジスタに接続された第1論理回路
    と、 前記非線形スクランブラのフィードバックループを構成
    するように、前記長符号生成器に接続された第1入力
    と、前記第1論理回路の出力に接続された第2入力と、
    前記シフトレジスタの入力に接続されるとともに前記非
    線形スクランブラの出力でもある出力を有する第2論理
    回路とからなることを特徴とする請求項14の装置。
  16. 【請求項16】 前記第2論理回路は排他的ORゲート
    からなることを特徴とする請求項15の装置。
  17. 【請求項17】 前記非線形スクランブラは、前記非線
    形スクランブラの出力ビットが後続の出力ビットを生成
    するために使用されるようなフィードバックループを有
    することを特徴とする請求項14の装置。
  18. 【請求項18】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記非線形スクランブラの出力を生成するために、前記
    シフトレジスタの選択されたセルの内容を取り出すよう
    に接続された組合せ論理回路とからなることを特徴とす
    る請求項14の装置。
  19. 【請求項19】 前記組合せ論理回路は、前記シフトレ
    ジスタの選択されたセルに接続された少なくとも2個の
    入力を有するANDゲートからなることを特徴とする請
    求項18の装置。
  20. 【請求項20】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記シフトレジスタの選択されたセルの第1のセットに
    接続された所定数のセレクタ入力と、前記シフトレジス
    タの選択されたセルの第2のセットに接続された所定数
    のデータ入力とを有し、前記選択されたセルの第1のセ
    ットが前記選択されたセルの第2のセットのうちから選
    択したセルを出力するマルチプレクサとからなることを
    特徴とする請求項14の装置。
  21. 【請求項21】 前記選択されたセルの第1および第2
    のセットは互いに排他的であることを特徴とする請求項
    20の装置。
  22. 【請求項22】 前記選択されたセルの第1および第2
    のセットは所定数のセルを共有することを特徴とする請
    求項20の装置。
  23. 【請求項23】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記シフトレジスタの選択されたセルに接続された所定
    数の入力を有し、鍵信号を使用して、各入力ごとに暗号
    化出力ビットを生成するデータ暗号化規格回路と、 前記データ暗号化規格回路によって出力されたビットを
    それぞれ受信するように接続された所定数のセルを有
    し、当該セルのうちから選択される一つのセルを前記非
    線形スクランブラの出力として出力するレジスタとから
    なることを特徴とする請求項14の装置。
  24. 【請求項24】 RFアンテナと、 信号を処理して基地局へ送信するリバースチャネル回路
    と、 基地局から送信された伝送信号を受信し処理する順方向
    チャネル回路とを有するスペクトラム拡散無線通信方式
    の無線端末装置において、前記順方向チャネル回路は、 前記アンテナに接続され、前記伝送信号を復調する受信
    器回路と、 秘密の長符号マスクと非線形関係にあるビット系列から
    なる鍵信号を生成する非線形スクランブラを有し、前記
    受信器回路に応答して、前記伝送信号を復号化する復号
    化器と、 前記受信器回路に応答して、伝送信号中のビットの順序
    を並べ替えるビットデインタリーバと、 前記受信器回路に応答して、前記伝送信号の誤り訂正を
    行うチャネル復号器と、 前記受信器回路に応答して、前記伝送信号から出力信号
    を生成する音声復号器と、 前記伝送信号を出力する出力デバイスとからなることを
    特徴とする、スペクトラム拡散無線通信方式の無線端末
    装置。
  25. 【請求項25】 前記復号化器は、 長符号マスクから長符号系列を生成する長符号生成器
    と、 前記長符号生成器に応答して、長符号マスクのビットの
    非線形関数である鍵信号を生成する非線形スクランブラ
    と、 前記非線形スクランブラおよび前記受信器回路に応答し
    て、前記伝送信号を復号化する組合せ論理回路とからな
    ることを特徴とする請求項24の装置。
  26. 【請求項26】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、第1の所定数のセルを有するシフトレジスタと、 一つの出力を有し、選択されたセルの内容にアクセスす
    るように前記シフトレジスタに接続された第1論理回路
    と、 前記非線形スクランブラのフィードバックループを構成
    するように、前記長符号生成器に接続された第1入力
    と、前記第1論理回路の出力に接続された第2入力と、
    前記シフトレジスタの入力に接続されるとともに前記非
    線形スクランブラの出力でもある出力を有する第2論理
    回路とからなることを特徴とする請求項25の装置。
  27. 【請求項27】 前記第2論理回路は排他的ORゲート
    からなることを特徴とする請求項26の装置。
  28. 【請求項28】 前記非線形スクランブラはフィードバ
    ックループを有することを特徴とする請求項25の装
    置。
  29. 【請求項29】 前記非線形スクランブラは、前記非線
    形スクランブラの出力ビットが後続の出力ビットを生成
    するために使用されるようなフィードバックループを有
    することを特徴とする請求項25の装置。
  30. 【請求項30】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記非線形スクランブラの出力を生成するために、前記
    シフトレジスタの選択されたセルの内容を取り出すよう
    に接続された組合せ論理回路とからなることを特徴とす
    る請求項25の装置。
  31. 【請求項31】 前記組合せ論理回路は、前記シフトレ
    ジスタの選択されたセルに接続された少なくとも2個の
    入力を有するANDゲートからなることを特徴とする請
    求項30の装置。
  32. 【請求項32】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記シフトレジスタの選択されたセルの第1のセットに
    接続された所定数のセレクタ入力と、前記シフトレジス
    タの選択されたセルの第2のセットに接続された所定数
    のデータ入力とを有し、前記選択されたセルの第1のセ
    ットが前記選択されたセルの第2のセットのうちから選
    択したセルを出力するマルチプレクサとからなることを
    特徴とする請求項25の装置。
  33. 【請求項33】 前記選択されたセルの第1および第2
    のセットは互いに排他的であることを特徴とする請求項
    32の装置。
  34. 【請求項34】 前記選択されたセルの第1および第2
    のセットは所定数のセルを共有することを特徴とする請
    求項32の装置。
  35. 【請求項35】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記シフトレジスタの選択されたセルに接続された所定
    数の入力を有し、鍵信号を使用して、各入力ごとに暗号
    化出力ビットを生成するデータ暗号化規格回路と、 前記データ暗号化規格回路によって出力されたビットを
    それぞれ受信するように接続された所定数のセルを有
    し、当該セルのうちから選択される一つのセルを前記非
    線形スクランブラの出力として出力するレジスタとから
    なることを特徴とする請求項25の装置。
  36. 【請求項36】 前記長符号生成器に接続され、シフト
    レジスタを含むフィードバック回路と、 前記非線形スクランブラの出力を生成するように、前記
    シフトレジスタの選択されたセルを読み出すように接続
    された組合せ論理回路とからなることを特徴とする請求
    項25の装置。
  37. 【請求項37】 スペクトラム拡散無線通信方式におい
    て基地局から無線端末への情報信号の傍受を防ぐ方法に
    おいて、 移動交換センタから入力信号を受信するステップと、 前記入力信号をチャネル符号器で符号化することにより
    前記入力信号を誤り訂正するステップと、 バースト誤りの影響を最小にするために前記入力信号の
    ビットをビットインタリーバでインタリーブするステッ
    プと、 非線形スクランブラを有する暗号化器で、秘密の長符号
    マスクと非線形関係にあるビット系列からなる鍵信号を
    生成するステップと、 前記入力信号を前記鍵信号で暗号化するステップと、 前記入力信号を送信のために変調するステップと、 前記入力信号を送信するステップとからなることを特徴
    とする、スペクトラム拡散無線通信方式において基地局
    から無線端末への情報信号の傍受を防ぐ方法。
  38. 【請求項38】 前記鍵信号を生成するステップは、 長符号生成器で長符号マスクから長符号系列を生成する
    ステップと、 非線形スクランブラで前記長符号系列をスクランブルす
    るステップとからなることを特徴とする請求項37の方
    法。
  39. 【請求項39】 前記スクランブルするステップは、フ
    ィードバックループを有する非線形スクランブラで長符
    号系列をスクランブルするステップからなることを特徴
    とする請求項38の方法。
  40. 【請求項40】 前記スクランブルするステップは、長
    符号系列を受信するように接続されたシフトレジスタ
    と、当該シフトレジスタの選択されたセルに接続され非
    線形スクランブラの出力を生成する組合せ論理回路とを
    有する非線形スクランブラで長符号系列をスクランブル
    するステップからなることを特徴とする請求項38の方
    法。
  41. 【請求項41】 前記スクランブルするステップは、 所定数のセルを有するシフトレジスタを通して長符号系
    列のビットをシフトするステップと、 前記シフトレジスタの選択されたセルを使用して、シフ
    トレジスタのセルのうちから前記非線形スクランブラの
    出力を生成するステップとからなることを特徴とする請
    求項38の方法。
  42. 【請求項42】 前記スクランブルするステップは、 所定数のセルを有するシフトレジスタを通して長符号系
    列のビットをシフトするステップと、 前記シフトレジスタ内のビットを、データ暗号化規格回
    路と、前記鍵信号とは別の鍵信号とで暗号化するステッ
    プとからなることを特徴とする請求項38の方法。
  43. 【請求項43】 少なくとも一つの市内局および少なく
    とも一つの市外局から入力信号を受信するように接続さ
    れた移動交換センタと、 前記移動交換センタに接続された複数の基地局とからな
    るスペクトラム拡散無線通信システムにおいて、各基地
    局は、 RFアンテナと、 無線端末から信号を受信し処理するリバースチャネル回
    路と、 移動交換センタから無線端末への入力信号を送信する順
    方向チャネル回路とを有し、当該順方向チャネル回路
    は、 前記移動交換センタに応答して、前記入力信号を誤り訂
    正するチャネル符号器と、 前記チャネル符号器に応答して、バースト誤りの影響を
    最小にするために入力信号中のビットの順序を並べ替え
    るビットインタリーバと、 秘密の長符号マスクと非線形関係にあるビット系列から
    なる鍵信号を生成する非線形スクランブラを有し、前記
    チャネル符号器に応答して、前記入力信号を暗号化する
    暗号化器と、 前記チャネル符号器に応答して、前記入力信号を変調す
    る回路とからなることを特徴とする、スペクトラム拡散
    無線通信システム。
  44. 【請求項44】 前記暗号化器は、 長符号マスクから長符号系列を生成する長符号生成器
    と、 前記長符号生成器に応答して、長符号マスクのビットの
    非線形関数である鍵信号を生成する非線形スクランブラ
    と、 前記ビットインタリーバに応答して、前記入力信号を暗
    号化する組合せ論理回路とからなることを特徴とする請
    求項43のシステム。
  45. 【請求項45】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、第1の所定数のセルを有するシフトレジスタと、 一つの出力を有し、選択されたセルの内容にアクセスす
    るように前記シフトレジスタに接続された第1論理回路
    と、 前記非線形スクランブラのフィードバックループを構成
    するように、前記長符号生成器に接続された第1入力
    と、前記第1論理回路の出力に接続された第2入力と、
    前記シフトレジスタの入力に接続されるとともに前記非
    線形スクランブラの出力でもある出力を有する第2論理
    回路とからなることを特徴とする請求項44のシステ
    ム。
  46. 【請求項46】 前記第2論理回路は排他的ORゲート
    からなることを特徴とする請求項45のシステム。
  47. 【請求項47】 前記非線形スクランブラはフィードバ
    ックループを有することを特徴とする請求項44のシス
    テム。
  48. 【請求項48】 前記非線形スクランブラは、前記非線
    形スクランブラの出力ビットが後続の出力ビットを生成
    するために使用されるようなフィードバックループを有
    することを特徴とする請求項44のシステム。
  49. 【請求項49】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記非線形スクランブラの出力を生成するために、前記
    シフトレジスタの選択されたセルの内容を取り出すよう
    に接続された組合せ論理回路とからなることを特徴とす
    る請求項44のシステム。
  50. 【請求項50】 前記組合せ論理回路は、前記シフトレ
    ジスタの選択されたセルに接続された少なくとも2個の
    入力を有するANDゲートからなることを特徴とする請
    求項49のシステム。
  51. 【請求項51】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記シフトレジスタの選択されたセルの第1のセットに
    接続された所定数のセレクタ入力と、前記シフトレジス
    タの選択されたセルの第2のセットに接続された所定数
    のデータ入力とを有し、前記選択されたセルの第1のセ
    ットが前記選択されたセルの第2のセットのうちから選
    択したセルを出力するマルチプレクサとからなることを
    特徴とする請求項44のシステム。
  52. 【請求項52】 前記選択されたセルの第1および第2
    のセットは互いに排他的であることを特徴とする請求項
    51のシステム。
  53. 【請求項53】 前記選択されたセルの第1および第2
    のセットは所定数のセルを共有することを特徴とする請
    求項51のシステム。
  54. 【請求項54】 前記非線形スクランブラは、 前記長符号生成器から入力ビット列を受信する入力を有
    し、所定数のセルを有するシフトレジスタと、 前記シフトレジスタの選択されたセルに接続された所定
    数の入力を有し、鍵信号を使用して、各入力ごとに暗号
    化出力ビットを生成するデータ暗号化規格回路と、 前記データ暗号化規格回路によって出力されたビットを
    それぞれ受信するように接続された所定数のセルを有
    し、当該セルのうちから選択される一つのセルを前記非
    線形スクランブラの出力として出力するレジスタとから
    なることを特徴とする請求項44のシステム。
  55. 【請求項55】 前記長符号生成器に接続され、シフト
    レジスタを含むフィードバック回路と、 前記非線形スクランブラの出力を生成するように、前記
    シフトレジスタの選択されたセルを読み出すように接続
    された組合せ論理回路とからなることを特徴とする請求
    項44のシステム。
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