JP4658678B2 - 近距離通信システム及び近距離通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、指向性無線通信手段によって通信対象を特定して非指向性無線通信手段による通信を行う、近距離通信システム及び近距離通信方法に関する。

近年、無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなど、有線による接続を必要とせず一定範囲内ならば方向を問わず無線にて通信を行う非指向性無線通信手段が普及してしている。これらの非指向性無線通信手段は、あらかじめ相互に通信対象の認識・認証が必要であり、また通信対象を選択する場合に、通信手段内で決定された通信対象に割り振られた名称またはアドレスによる指定が必要となる。

一方、赤外線や非接触ＩＣなど、通信対象に向けて送受信部を接近させて通信を行う指向性無線通信手段も普及している。これらの指向性無線通信手段は、通信対象をあらかじめ特定しなくても物理的な接近によって通信対象を特定する。
上述した通信装置として、特許文献１には、通信対象の通信機能を通信前に予め把握するために、その通信機能を利用するためのアドレス情報を含む機器情報を取得することが記載されているように、通信対象に割り当てられたアドレスにより指定している。

また、特許文献２には、数多くの無線通信端末が電波の到達する範囲内に存在する場合にも接続相手の特定を容易にするために、特定の無線通信用ＩＤを利用することが記載されているように、特許文献１のアドレスの代わりに、特定の無線通信用ＩＤを利用している。
特開２００４−３４３５５８号公報 特開２００１−１５６７２３号公報

しかしながら、現状の指向性無線通信手段は、双方向の送受信を行うためには数十センチ程度まで接近させる必要があり、数メ−トル以上の遠隔からの通信は送信のみなど一方向の通信に限られる。また、通信速度も非指向性無線通信手段に比較すると遅く、大量のデータの送受信を行うためには接近した状態を長時間保つ必要がある。
また、非指向性無線通信手段は、利用者が所持する通信装置から利用者の目視できる通信装置への通信に対しても通信装置の名称またはアドレスを指定する必要があり、直感的な操作による通信操作ができない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、指向性無線通信手段により主通信装置が通信対象とする副通信装置に対して遠隔から通信開始のトリガとなる情報を送信し、当該情報によって主通信装置と副通信装置が非指向性無線通信手段によって双方向の通信を可能とする近距離通信システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の近距離通信システムは、指向性を持ち一方的に送信のみを行う第一の通信手段（指向性無線通信送信部）と、指向性を持たず相互に送受信を行う第二の通信手段（非指向性無線通信送受信部）とを持つ主通信装置と、前記主通信装置の前記第一の通信手段からの通信を受信可能な指向性を持つ第三の通信手段（指向性無線通信受信部）と、前記主通信装置の前記第二の通信手段との通信が可能な指向性を持たず相互に送受信を行う第四の通信手段（非指向性無線通信送受信部）とを持つ副通信装置と、を備え、前記主通信装置と前記副通信装置との間で、前記主通信装置から前記第一の通信手段を用いて第１の暗号鍵を含む情報を前記副通信装置の前記第三の通信手段へ送信し、当該情報を受信した前記副通信装置から前記第四の通信手段によって、当該情報に含まれる前記第１の暗号鍵を用いた暗号化通信を前記主通信装置の前記第二の通信手段との間で行い、前記副通信装置の前記第四の通信手段から前記主通信装置に対して当該第１の暗号鍵を用いた暗号化通信によって公開鍵暗号方式における第２の公開鍵を送信し、前記主通信装置の前記第二の通信手段が当該第２の公開鍵を受信した後に前記主通信装置の前記第二の通信手段から前記副通信装置に対して当該第２の公開鍵で新しい第３の暗号鍵を暗号化した情報を当該第１の暗号鍵を用いた暗号化通信によって送信し、前記副通信装置の第四の通信手段が当該情報を受信した後に当該第２の公開鍵と対となる第２の秘密鍵を用いて当該情報から新しい第３の暗号鍵を生成することにより、以後、前記主通信装置の前記第二の通信手段と前記副通信装置の第四の通信手段との通信を当該第３の暗号鍵による暗号化通信によって通信を行う。

また、上記近距離通信システムにおいて、前記主通信装置から前記第一の通信手段を用いて送信された当該情報が複数の前記副通信装置によって受信され、複数の前記副通信装置から前記第三の通信手段によって前記主通信装置に対して通信が開始された際すべての通信を切断するようにしてもよい。

また、本発明による近距離通信方法は、主通信装置において、指向性を持ち一方的に送信のみを行う第一の通信ステップと、主通信装置において、指向性を持たず相互に送受信を行う第二の通信ステップと、
副通信装置において、前記主通信装置の前記第一の通信ステップの通信を受信可能な指向性を持つ第三の通信ステップと、副通信装置において、前記主通信装置の前記第二の通信ステップとの通信が可能な指向性を持たず相互に送受信を行う第四の通信ステップとを含み、
前記主通信装置と前記副通信装置との間で、前記主通信装置から前記第一の通信ステップにおいて送信され第１の暗号鍵を含む情報を前記副通信装置における前記第三の通信ステップにおいて送信し、当該情報を受信した前記副通信装置から前記第四の通信ステップにおいて当該情報に含まれる前記第１の暗号鍵を用いた暗号化通信を前記主通信装置の前記第二の通信ステップにおいて行い、
前記副通信装置から前記主通信装置に対して当該第１の暗号鍵を用いた暗号化通信によって公開鍵暗号方式における第２の公開鍵を送信し、前記主通信装置が当該第２の公開鍵を受信した後に前記主通信装置から前記副通信装置に対して当該第２の公開鍵で新しい第３の暗号鍵を暗号化した情報を当該第１の暗号鍵を用いた暗号化通信によって送信し、前記副通信装置が当該情報を受信した後に当該第２の公開鍵と対となる第２の秘密鍵を用いて当該情報から新しい第３の暗号鍵を生成することにより、以後、前記主通信装置と前記副通信装置との通信を当該第３の暗号鍵による暗号化通信によって通信を行う。

本発明によれば、主通信装置を持つ所持者が明示的に通信を行うべき副通信装置を副通信装置の受信部に対して主通信装置の送信部を指し示して指向性無線通信手段によって通信開始のトリガとなる情報を送信することによって、主通信装置と副通信装置の非指向性無線通信手段による双方向通信を可能とし、利用者の視野内に入る通信対象を容易に指向性無線通信手段によって指示することが可能となり、容易に暗号情報の交換を可能とする。
また、大量のデータの送受信において、最初のトリガ送信以降の主通信装置の指向状態に関わらず遠隔で高速に通信を可能とする。

次に、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、以下の説明において参照する各図においては、他の図と同等部分に同一符号が付されている。
［全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係る近距離通信システムの全体構成を示すブロック図である。
このシステムは、主通信装置１と副通信装置２とを備える。
主通信装置１は、暗号鍵生成部１０１、暗号鍵保管部１０２、機器情報生成部１０３、指向性無線通信送信部１０４、非指向性無線通信送受信部１０５、データ暗号化／復号化部１０６、公開鍵保管部１０７、及び暗号鍵暗号化部１０８からなる。
暗号鍵生成部１０１は、非指向性無線通信にて送受信するデータを暗号化する暗号鍵を生成する。

暗号鍵保管部１０２は、暗号鍵生成部１０１にて生成した暗号鍵を保管する。
機器情報生成部１０３は、暗号鍵保管部１０２にて保管されている暗号鍵と主通信装置１の個々が持つ識別子を元に、副通信装置２に送信する機器情報を生成する。
指向性無線通信送信部１０４は、機器情報生成部１０３にて生成した機器情報を、副通信装置２に向けて指向性無線通信手段にて送信を行う。

非指向性無線通信送受信部１０５は、副通信装置２と非指向性無線通信手段にて暗号鍵で暗号化されたデータを送受信する。
データ暗号化／復号化部１０６は、非指向性無線通信送受信部１０５で送信する前にデータを暗号鍵保管部１０２にて保管されている暗号鍵にて暗号化を行う。また、副通信装置２から非指向性無線通信送受信部１０５にて受信した暗号化されたデータを暗号鍵保管部１０２にて保管されている暗号鍵にて復号化を行う。

公開鍵保管部１０７は、データ暗号化／復号化部１０６にて復号化されたデータ内の公開鍵を保管する。
暗号鍵暗号化部１０８は、暗号鍵保管部１０２にて保管されている暗号鍵を、公開鍵保管部１０７に保管されている公開鍵によって暗号化する。
副通信装置２は、指向性無線通信受信部２０１、機器情報解析部２０２、暗号鍵保管部２０３、データ暗号化／復号化部２０４、非指向性無線通信送受信部２０５、公開鍵・秘密鍵生成部２０６、公開鍵・秘密鍵保管部２０７、及び暗号鍵復号化部２０８からなる。

指向性無線通信受信部２０１は、主通信装置１から指向性無線通信手段にて送信された機器情報を受信する。
機器情報解析部２０２は、指向性無線通信受信部２０１にて受信した機器情報を解析し、非指向性無線通信手段にて通信すべき主通信装置１の識別子とデータ暗号化に用いる暗号鍵を抽出する。

暗号鍵保管部２０３は、機器情報解析部２０２にて抽出した暗号鍵、又は暗号鍵復号化部２０８にて復号化した暗号鍵を保管する。
データ暗号化／復号化部２０４は、指向性無線通信送受信部２０５で送信する前にデータを暗号鍵保管部２０３にて保管されている暗号鍵にて暗号化を行う。また、主通信装置１から非指向性無線通信送受信部２０５にて受信した暗号化されたデータを暗号化保管部２０３にて保管されている暗号鍵にて復号化を行う。

非指向性無線通信送受信部２０５は、主通信装置１と非指向性無線通信手段にて暗号鍵で暗号化されたデータを送受信する。
公開鍵・秘密鍵生成部２０６は、公開鍵暗号化方式による公開鍵と秘密鍵のペアを生成する。
公開鍵・秘密鍵保管部２０７は、公開鍵・秘密鍵生成部２０６にて生成した公開鍵と秘密鍵のペアを保管する。
暗号鍵復号化部２０８は、データ暗号化／復号化部１０６にて復号化されたデータ内の暗号化された暗号鍵を公開鍵・秘密鍵保管部２０７にて保管されている秘密鍵にて復号化する。

［データ構成］
図２は、主通信装置１の機器情報生成部１０３にて生成される機器情報３のデータ構成を示すブロック図である。
機器情報３は、暗号鍵３０１及び主通信装置識別子３０２からなる。
暗号鍵３０１は、非指向性無線通信手段にて通信を行うときにデータを暗号化するための暗号鍵である。
主通信装置識別子３０２は、副通信装置２が非指向性無線通信手段にて主通信装置１と通信を行う際に、主通信装置１を特定するために用いる識別子である。

［処理フロー］
次に、主通信装置１が副通信装置２を指向して指向型無線通信手段によって機器情報３の送信を行うことによって、主通信装置１と副通信装置２とが非指向性無線通信手段によってセキュアな双方向通信を行うための暗号鍵の共有を行うまでの処理の流れを図３によって説明する。
以下、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４は主通信装置１、ステップＳ２０１〜Ｓ２０７は副通信装置２、ステップＳ１０５〜Ｓ１１１は主通信装置１、ステップＳ２０８〜Ｓ２１１は副通信装置２における処理フローである。
ステップＳ１０１において、主通信装置１の暗号鍵生成部１０１にて、暗号鍵Ａを生成する。

ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１にて生成した暗号鍵Ａを暗号鍵保管部１０２に保管する。
ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２にて保管した暗号鍵Ａと主通信装置識別子とを識別情報３として生成する。
ステップＳ１０４において、指向性無線通信部１０４によって識別情報３の通信を行いたい副通信装置２を指向して識別情報３を送信する。
ステップＳ２０１において、ステップＳ１０４によって主通信装置１から送信された識別情報３を受信する。
ステップＳ２０２において、ステップＳ２０１にて受信した識別情報３を解析し、暗号鍵Ａと主通信装置識別子を抽出する。
ステップＳ２０３において、ステップＳ２０２にて抽出した暗号鍵Ａを保管する。

ステップＳ２０４において、公開鍵・秘密鍵生成部２０６にて公開鍵と秘密鍵のペアを生成する。
ステップＳ２０５において、ステップＳ２０４にて生成した公開鍵と秘密鍵のペアを保管する。
ステップＳ２０６において、データ暗号化／復号化部２０４によって、ステップＳ２０５にて保管した公開鍵をステップＳ２０３にて保管した暗号鍵Ａにて暗号化する。
ステップＳ２０７において、ステップＳ２０６にて暗号化したデータを非指向性無線通信送受信部２０５によって非指向性無線通信手段を用いステップＳ２０２によって抽出した主通信装置識別子を使って主通信装置１に送信する。
ステップＳ１０５において、ステップＳ２０７にて送信されたデータを非指向性無線通信送受信部１０５によって受信する。

ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５にて受信したデータをデータ暗号化／復号化部１０６によって復号化して公開鍵を抽出する。
ステップＳ１０７において、ステップＳ１０６にて抽出した公開鍵を公開鍵保管部１０７に保管する。
ステップＳ１０８において、暗号鍵生成部１０１にて新しい暗号鍵Ｂを生成し、暗号鍵保管部１０２に保管する。
ステップＳ１０９において、ステップＳ１０８にて生成した暗号鍵ＢをステップＳ１０７にて保管した公開鍵にて暗号鍵暗号化部１０８で暗号化する。

ステップＳ１１０において、ステップＳ１０９にて暗号化した暗号鍵Ｂを、暗号鍵Ａによってデータ暗号化／復号化部１０６で暗号化する。
ステップＳ１１１において、ステップＳ１１０にて暗号化したデータを非指向性無線通信手段によって非指向性無線通信送受信部１０５で送信する。
ステップＳ２０８において、ステップＳ１１１にて送信されたデータを非指向性無線通信送受信部２０５で受信する。
ステップＳ２０９において、データを暗号鍵保管部２０３に保管されている暗号鍵Ａによってデータ暗号化／復号化部２０４で復号化して、公開鍵で暗号化された暗号鍵Ｂを抽出する。

ステップＳ２１０において、ステップＳ２０９にて抽出した公開鍵で暗号化された暗号鍵Ｂを、公開鍵・秘密鍵保管部２０７にて保管されている秘密鍵を用い暗号鍵復号化部２０８で復号化し、暗号鍵Ｂを抽出する。
ステップＳ２１１において、ステップＳ２１０にて抽出した暗号鍵Ｂを暗号鍵保管部２０３に保管する。
上記の手段にて暗号鍵Ｂを主通信装置１と副通信装置２にて共有した後、非指向性無線通信手段によって、図４に示すような処理で主通信装置１から副通信装置２への送信を、図５に示すような処理で副通信装置２から主通信装置１への送信を実現する。

図４に示すように、主通信装置１から副通信装置２への送信は、以下の処理による。
ステップＳ１１２において、暗号鍵保管部１０２にて保管されている暗号鍵Ｂによって、送信するデータをデータ暗号化／復号化部１０６にて暗号化する。
ステップＳ１１３において、ステップＳ１１２にて暗号化したデータを非指向性無線通信手段によって、非指向性無線通信送受信部１０５で送信する。
ステップＳ２１２において、ステップＳ１１３にて送信したデータを非指向性無線通信送受信部２０５で受信する。
ステップＳ２１３において、ステップＳ２１２にて受信したデータを暗号鍵保管部２０３に保管された暗号鍵Ｂを用いデータ暗号化／復号化部２０４で復号化して、データを抽出する。

図５に示すように、副通信装置２から主通信装置１への送信は、以下の処理による。
ステップＳ１１４において、暗号鍵保管部２０３にて保管されている暗号鍵Ｂによって、送信するデータをデータ暗号化／復号化部２０４にて暗号化する。
ステップＳ１１５において、ステップＳ１１４にて暗号化したデータを非指向性無線通信手段によって、非指向性無線通信送受信部２０５で送信する。
ステップＳ２１４において、ステップＳ１１５にて送信したデータを非指向性無線通信送受信部１０５で受信する。
ステップＳ２１５において、ステップＳ２１４にて受信したデータを暗号鍵保管部１０２に保管された暗号鍵Ｂを用いデータ暗号化／復号化部１０６で復号化して、データを抽出する。

［動作］
次に、上記の処理による動作について説明する。
主通信装置１が特定の副通信装置２との通信を開始したい場合、利用者は主通信装置１の指向性無線通信手段の送信部を副通信装置２の指向性無線通信手段の受信部に指向して通信開始のトリガを出す。
主通信装置１は、暗号鍵Ａを生成して機器情報３を生成して、指向性無線通信手段によって副通信装置２に送信する。受信した副通信装置２は、暗号鍵Ａと主通信装置１を特定する識別子を機器情報３から抽出する。

ここで、暗号鍵Ａによる暗号化相互通信を行うと他に主通信装置１の送信した機器情報を受信した副通信装置によって通信の内容を盗聴される危険性があるため、主通信装置１と副通信装置２によって新しい暗号鍵を共有する。
副通信装置２によって公開鍵と暗号鍵のペアを生成し、公開鍵を主通信装置１に送信する。複数の副通信装置が機器情報を受け取り、複数の公開鍵が主通信装置１に送信された場合、主通信装置１は正確に通信対象となる副通信装置が指向できなかったものとみなし、公開鍵をすべて廃棄して通信を終了する。

公開鍵を受信した主通信装置１は、新たな暗号鍵Ｂを生成して公開鍵によって暗号化し、副通信装置２に送信する。副通信装置２は暗号化された暗号鍵Ｂをペアとなる秘密鍵で復号化して抽出する。
以降、主通信装置１と副通信装置２は暗号鍵Ｂを用いてデータを暗号化した後に非指向性通信手段によって送信し、受信した装置は暗号鍵Ｂを用いてデータを復号化することによって、指向性をもたない通信手段によってセキュアにデータの送受信を行うことが可能となる。

［その他の形態］
上記に述べた形態は、最初に指向性無線通信手段によって暗号鍵を送信した後、通信の盗聴の危険性を防ぐため公開鍵・秘密鍵によって新しい暗号鍵を共有して以降の通信は新しい暗号鍵を用いるが、初回の暗号鍵によって以降のすべての通信を暗号化することもできる。この形態では初回の暗号鍵を盗聴された場合、以降の通信が盗聴される可能性があるが、暗号鍵の送信は指向性無線通信手段によって瞬時に行われるため、盗聴を行うには意図的に通信の指向方向に送信された時点で機器が存在しなければならず、比較的低いと思われる盗聴のリスクを許容するならば初回の暗号鍵を以降の通信に利用してもよい。

指向性無線通信手段としては、赤外線通信・非接触ＩＣなどを用いる。
非指向性無線通信手段としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ・無線ＬＡＮなどを用いる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、この実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、主通信装置を利用者が所持し複数の副通信装置が存在するような状況において、主通信装置と利用者の意図する特定の副通信装置が非指向性無線通信手段にて通信を行うために、指向性無線通信手段による機器情報の送信・受信によって副通信装置の特定を行うことにより通信開始を補助することができる。

本発明の実施形態に係る近距離通信システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る近距離通信システムにおける機器情報生成部にて生成される機器情報の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る近距離通信システムにおける暗号鍵共有の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る近距離通信システムにおける共有後の処理（主通信装置から副通信装置への送信）を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る近距離通信システムにおける共有後の処理（副通信装置から主通信装置への送信）を示すフローチャートである。

符号の説明

１…主通信装置、２…副通信装置、３…機器情報、１０１…暗号鍵生成部、１０２…暗号鍵保管部、１０４…指向性無線通信送信部、１０５…非指向性無線通信送受信部、１０６…データ暗号化／復号化部、１０７…公開鍵保管部、１０８…暗号鍵暗号化部、２０１…指向性無線通信受信部、２０２…機器情報解析部、２０３…暗号鍵保管部、２０４…データ暗号化／復号化部、２０５…非指向性無線通信送受信部、２０６…公開鍵、２０７…公開鍵・秘密鍵、２０８…暗号鍵復号化部、３０１…暗号鍵、３０２…主通信装置識別子

Claims (3)

1. 指向性を持ち一方的に送信のみを行う第一の通信手段と、指向性を持たず相互に送受信を行う第二の通信手段とを持つ主通信装置と、
   前記主通信装置の前記第一の通信手段からの通信を受信可能な指向性を持つ第三の通信手段と、前記主通信装置の前記第二の通信手段との通信が可能な指向性を持たず相互に送受信を行う第四の通信手段とを持つ副通信装置と、
   を備え、前記主通信装置と前記副通信装置との間で、前記主通信装置から前記第一の通信手段を用いて第１の暗号鍵を含む情報を前記副通信装置の前記第三の通信手段へ送信し、当該情報を受信した前記副通信装置から前記第四の通信手段によって、当該情報に含まれる前記第１の暗号鍵を用いた暗号化通信を前記主通信装置の前記第二の通信手段との間で行い、前記副通信装置の前記第四の通信手段から前記主通信装置に対して当該第１の暗号鍵を用いた暗号化通信によって公開鍵暗号方式における第２の公開鍵を送信し、前記主通信装置の前記第二の通信手段が当該第２の公開鍵を受信した後に前記主通信装置の前記第二の通信手段から前記副通信装置に対して当該第２の公開鍵で新しい第３の暗号鍵を暗号化した情報を当該第１の暗号鍵を用いた暗号化通信によって送信し、前記副通信装置の第四の通信手段が当該情報を受信した後に当該第２の公開鍵と対となる第２の秘密鍵を用いて当該情報から新しい第３の暗号鍵を生成することにより、以後、前記主通信装置の前記第二の通信手段と前記副通信装置の第四の通信手段との通信を当該第３の暗号鍵による暗号化通信によって通信を行う、近距離通信システム。
2. 請求項１の近距離通信システムにおいて、前記主通信装置から前記第一の通信手段を用いて送信された当該情報が複数の前記副通信装置によって受信され、複数の前記副通信装置から前記第三の通信手段によって前記主通信装置に対して通信が開始された際すべての通信を切断する、近距離通信システム。
3. 主通信装置において、指向性を持ち一方的に送信のみを行う第一の通信ステップと、主通信装置において、指向性を持たず相互に送受信を行う第二の通信ステップと、
   副通信装置において、前記主通信装置の前記第一の通信ステップの通信を受信可能な指向性を持つ第三の通信ステップと、副通信装置において、前記主通信装置の前記第二の通信ステップとの通信が可能な指向性を持たず相互に送受信を行う第四の通信ステップとを含み、
   前記主通信装置と前記副通信装置との間で、前記主通信装置から前記第一の通信ステップにおいて送信され第１の暗号鍵を含む情報を前記副通信装置における前記第三の通信ステップにおいて送信し、当該情報を受信した前記副通信装置から前記第四の通信ステップにおいて当該情報に含まれる前記第１の暗号鍵を用いた暗号化通信を前記主通信装置の前記第二の通信ステップにおいて行い、
   前記副通信装置から前記主通信装置に対して当該第１の暗号鍵を用いた暗号化通信によって公開鍵暗号方式における第２の公開鍵を送信し、前記主通信装置が当該第２の公開鍵を受信した後に前記主通信装置から前記副通信装置に対して当該第２の公開鍵で新しい第３の暗号鍵を暗号化した情報を当該第１の暗号鍵を用いた暗号化通信によって送信し、前記副通信装置が当該情報を受信した後に当該第２の公開鍵と対となる第２の秘密鍵を用いて当該情報から新しい第３の暗号鍵を生成することにより、以後、前記主通信装置と前記副通信装置との通信を当該第３の暗号鍵による暗号化通信によって通信を行う、近距離通信方法。

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