JP5464413B2 - 秘匿通信システムにおける通信装置および通信制御方法 - Google Patents
秘匿通信システムにおける通信装置および通信制御方法 Download PDFInfo
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Description
図1に示すように、本発明の第1実施形態による通信装置は、鍵共有部10、鍵蓄積部11、暗号化通信部12および鍵消費量制御部13を有する。鍵蓄積部11は鍵共有部11で生成された鍵を蓄積し、暗号化/復号に使用される鍵を暗号化通信部12へ供給する。鍵蓄積部11が入力する鍵生成速度をVG、鍵蓄積部11から消費される鍵消費速度をVCとすれば、VG>VCの時に鍵蓄積部11の鍵蓄積量が増大し、VG<VCの時に鍵蓄積部11の鍵蓄積量が減少する。
Sth1>(VC−VG)* τ+S(rnd)
Sth2>(VC−VG)*Tp+S(rnd)
ここで、τは鍵蓄積量を検出してから暗号化方式の切替までの時間、S(rnd)は安全パラメータとしての乱数、Tpは通信予測時間である。
図2は本発明の第1実施例による秘匿通信システムの概略的構成を示すブロック図である。暗号化通信ノード100および200は光伝送路である光ファイバ300を介して接続されているものとする。暗号化通信ノード100は、送信側の暗号鍵共有部(QKD Alice)110、暗号鍵ファイル120、暗号鍵管理部130、暗号化/復号部140を含む。同様に、暗号化通信ノード200は、受信側の暗号鍵共有部(QKD Bob)210、暗号鍵ファイル220、暗号鍵管理部230、暗号化/復号部240を含む。ここで、暗号化/復号部140および240は暗号化通信を行うために接続されているが、物理インタフェースに関しては特に問わない。
図3に示すように、暗号化/復号部140は暗号化部400と復号部500とを有する。暗号部400は、セレクタ410および420によってOTP暗号化部430あるいはブロック暗号化部440のいずれかが選択される構成を有する。ただし、ここではブロック暗号はAES暗号であり、鍵長を選択可能であるとする。送信メッセージは、セレクタ410および420によって選択された一方の暗号化部により暗号化用鍵を用いて暗号化され送信される。復号部500は、セレクタ510および520によってOTP復号部530あるいはブロック復号部540のいずれかが選択される構成を有する。受信暗号化メッセージは、セレクタ510および520によって選択された一方の復号部により復号用鍵を用いて復号される。
上述したように、暗号化通信ノード100および200は、暗号鍵共有部110および暗号鍵共有部210を除いて基本的に同じ機能構成を有しているので、以下、暗号化方式の切替制御は暗号化通信ノード100の構成に基づいて説明する。暗号化通信ノード200の場合も同様である。
上述したように、本実施例によれば、鍵蓄積量が所定のレベルまで低下すると、暗号化方式をより鍵消費量の小さい方式に変更することで、鍵蓄積量を回復させることができ、暗号鍵の生成速度が消費速度を下回る場合でも暗号化通信を途絶えさせることなく継続させることが可能となる。
図5に示すように、本発明の第2実施形態による通信装置は、鍵共有部10、鍵蓄積部11、暗号化通信部12、鍵消費量制御部14および鍵消費量推定部15を有する。このうち、鍵蓄積部11および暗号化通信部12については第1実施形態と同様であるから、同じ参照番号を付して説明は省略する。以下、鍵消費量制御部14および鍵消費量推定部15について詳細に説明する。
本発明の第2実施例による秘匿通信システムの全体的な構成は、図2と同様であるから説明は省略し、図6に示すように、本実施例における鍵管理部130の暗号化方式切替制御部132と暗号化/復号部140の暗号化部401について説明する。その他の構成および動作は第1実施例と同様であるから、同一参照番号を付して説明は省略する。
このようにデータ量モニタ450からの送信データ量に基づいて消費鍵量を推定して暗号化方式の切替タイミングを予想することで、図7に示すように、鍵ファイル120の鍵蓄積量Sが下しきい値Sth1あるいは上しきい値Sth2に到達した時点Tth11、Tth21で暗号化方式を即座に切り替えることができる。
図8に示すように、本発明の第3実施形態による通信装置は、鍵共有部10、鍵蓄積部11、暗号化通信部12および鍵消費量制御部16を有する。このうち、鍵蓄積部11および暗号化通信部12については第1実施形態と同様であるから、同じ参照番号を付して説明は省略する。以下、鍵共有部10および鍵消費量制御部16について詳細に説明する。
本発明の第3実施例による秘匿通信システムの全体的な構成は、図2と同様であり、暗号化/復号部140も図3と同様であるから同一参照番号を付して説明は省略する。
このように、暗号鍵共有部の障害などによって暗号鍵の生成ができなくなると、鍵消費量が最も小さくなるように、あるいはゼロになるように暗号化方式を切り替える。これによって、図10の期間842に示すように、鍵ファイル120に蓄積されている鍵を用いて暗号化通信を継続させることができる。
上述した実施例では、暗号化通信ノード100および200がそれぞれ暗号鍵の蓄積状況をみて自律的に暗号化方式を切り替えるが、実際にどこから暗号化方式が変更されたかは相手側へ通知しなければ正確にはわからない。そこで、本発明の第4実施例による秘匿通信システムでは、相手側へ暗号化方式の切替を通知する。
図12は送信側の暗号鍵共有部110の一例であり、図13は受信側の暗号鍵共有部210の一例である。この適用例はPlug & Play方式のQKDシステムによって実現されている。特に、図12に示す暗号鍵共有部110は交互シフト位相変調型Plug & Play方式によるものである。
11 鍵ファイル
12 暗号化通信部
13, 14, 16 鍵消費量制御部
15 鍵消費量推定部
100、200 暗号化通信ノード
110、210 暗号鍵共有部
120、220 鍵ファイル
130、230 鍵管理部
140、240 暗号化/復号部
300 光ファイバ
400、401 暗号化部
500 復号部
410、420、510、520 セレクタ
430 OTP暗号化部
440 AES暗号化部
450 データ量モニタ
530 OTP復号部
540 AES復号部
Claims (27)
- 暗号鍵を用いて暗号化通信を行う秘匿通信システムにおける通信装置であって、
対向する通信装置との間で生成された暗号鍵を共有する鍵共有手段と、
共有された暗号鍵を蓄積する鍵蓄積手段と、
前記蓄積された暗号鍵を用いて前記対向する通信装置との間で暗号化通信を行う暗号化通信手段と、
前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量に応じて、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵消費量を制御する鍵消費量制御手段と、
を有し、
前記鍵消費量制御手段は、鍵蓄積量の上しきい値と下しきい値とを予め設定しておき、前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量が前記下しきい値まで低下すると、前記鍵消費量を前記鍵蓄積量以下になるように変更し、前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量が前記上しきい値を超えた場合には前記鍵消費量を増大させる、
ことを特徴とする通信装置。 - 前記鍵消費量制御手段は、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の更新速度を変更することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
- 前記鍵消費量制御手段は、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵長を変更することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の通信装置。
- 暗号鍵を用いて暗号化通信を行う秘匿通信システムにおける通信装置であって、
対向する通信装置との間で生成された暗号鍵を共有する鍵共有手段と、
共有された暗号鍵を蓄積する鍵蓄積手段と、
前記蓄積された暗号鍵を用いて前記対向する通信装置との間で暗号化通信を行う暗号化通信手段と、
前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量に応じて、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵消費量を制御する鍵消費量制御手段と、
を有し、
前記鍵消費量制御手段は、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵長を変更することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする通信装置。 - 前記鍵消費量制御手段は、前記暗号化通信手段に予め設けられた複数の異なる暗号化方式を選択することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする請求項1−4のいずれか1項に記載の通信装置。
- 暗号鍵を用いて暗号化通信を行う秘匿通信システムにおける通信装置であって、
対向する通信装置との間で生成された暗号鍵を共有する鍵共有手段と、
共有された暗号鍵を蓄積する鍵蓄積手段と、
前記蓄積された暗号鍵を用いて前記対向する通信装置との間で暗号化通信を行う暗号化通信手段と、
前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量に応じて、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵消費量を制御する鍵消費量制御手段と、
を有し、
前記鍵消費量制御手段は、前記暗号化通信手段に予め設けられた複数の異なる暗号化方式を選択することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする通信装置。 - 前記複数の異なる暗号化方式は、ワンタイムパッド(One-time pad)暗号化方式、ブロック暗号化方式および/またはストリーム暗号化方式を含むことを特徴とする請求項6に記載の通信装置。
- 前記暗号化通信手段は少なくともワンタイムパッド暗号化方式を有し、前記鍵消費量制御手段により暗号化方式が変更されると、変更メッセージをワンタイムパッド暗号化して前記対向する通信装置へ送信することを特徴とする請求項6または7に記載の通信装置。
- 前記鍵消費量制御手段は、前記鍵共有手段における暗号鍵の生成が停止すると、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の更新を停止することを特徴とする請求項1−8のいずれか1項に記載の通信装置。
- 前記鍵共有手段は、前記対向する通信装置との間で量子暗号鍵配布により暗号鍵を生成し共有することを特徴とする請求項1−9のいずれか1項に記載の通信装置。
- 暗号鍵を用いて暗号化通信を行う秘匿通信システムにおける通信制御方法であって、
対向する通信装置との間で生成され共有された暗号鍵を鍵蓄積手段に蓄積し、
暗号化通信手段が前記蓄積された暗号鍵を用いて前記対向する通信装置との間で暗号化通信を行い、
前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量の上しきい値と下しきい値とを予め設定しておき、前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量が前記下しきい値まで低下すると、前記鍵消費量を前記鍵蓄積量以下になるように変更し、前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量が前記上しきい値を超えた場合には前記鍵消費量を増大させるように、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵消費量を制御する、
ことを特徴とする通信制御方法。 - 前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の更新速度を変更することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする請求項11に記載の通信制御方法。
- 前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵長を変更することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする請求項11または12に記載の通信制御方法。
- 暗号鍵を用いて暗号化通信を行う秘匿通信システムにおける通信制御方法であって、
対向する通信装置との間で生成され共有された暗号鍵を鍵蓄積手段に蓄積し、
暗号化通信手段が前記蓄積された暗号鍵を用いて前記対向する通信装置との間で暗号化通信を行い、
前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量に応じて、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵長を変更することによって前記鍵消費量を制御する、
ことを特徴とする通信制御方法。 - 前記暗号化通信手段に予め設けられた複数の異なる暗号化方式を選択することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする請求項11−14のいずれか1項に記載の通信制御方法。
- 暗号鍵を用いて暗号化通信を行う秘匿通信システムにおける通信制御方法であって、
対向する通信装置との間で生成され共有された暗号鍵を鍵蓄積手段に蓄積し、
暗号化通信手段が前記蓄積された暗号鍵を用いて前記対向する通信装置との間で暗号化通信を行い、
前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量に応じて、前記暗号化通信手段に予め設けられた複数の異なる暗号化方式を選択することによって前記鍵消費量を制御する、
ことを特徴とする通信制御方法。 - 前記複数の異なる暗号化方式は、ワンタイムパッド(One-time pad)暗号化方式、ブロック暗号化方式および/またはストリーム暗号化方式を含むことを特徴とする請求項16に記載の通信制御方法。
- 前記暗号化通信手段は少なくともワンタイムパッド暗号化方式を有し、暗号化方式が変更されると、変更メッセージをワンタイムパッド暗号化して前記対向する通信装置へ送信することを特徴とする請求項16または17に記載の通信制御方法。
- 暗号鍵の生成が停止すると、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の更新を停止することを特徴とする請求項11−18のいずれか1項に記載の通信制御方法。
- 前記対向する通信装置との間で量子暗号鍵配布により暗号鍵を生成し共有することを特徴とする請求項11−19のいずれか1項に記載の通信制御方法。
- 暗号鍵を用いて暗号化通信を行う秘匿通信システムにおける通信装置のプログラム制御プロセッサを通信制御装置として機能させるプログラムであって、
対向する通信装置との間で生成され共有された暗号鍵を鍵蓄積手段に蓄積する機能と、
暗号化通信手段が前記蓄積された暗号鍵を用いて前記対向する通信装置との間で暗号化通信を行う機能と、
前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量の上しきい値と下しきい値とを予め設定しておき、前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量が前記下しきい値まで低下すると、前記鍵消費量を前記鍵蓄積量以下になるように変更し、前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量が前記上しきい値を超えた場合には前記鍵消費量を増大させるように、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵消費量を制御する機能と、
を前記プログラム制御プロセッサに実現させることを特徴とするプログラム。 - 前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の更新速度を変更することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする請求項21に記載のプログラム。
- 前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵長を変更することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする請求項21または22に記載のプログラム。
- 暗号鍵を用いて暗号化通信を行う秘匿通信システムにおける通信装置のプログラム制御プロセッサを通信制御装置として機能させるプログラムであって、
対向する通信装置との間で生成され共有された暗号鍵を鍵蓄積手段に蓄積する機能と、
暗号化通信手段が前記蓄積された暗号鍵を用いて前記対向する通信装置との間で暗号化通信を行う機能と、
前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量に応じて、前記暗号化通信手段が消費する暗号鍵の鍵長を変更することによって前記鍵消費量を制御する機能と、
を前記プログラム制御プロセッサに実現させることを特徴とするプログラム。 - 前記暗号化通信手段に予め設けられた複数の異なる暗号化方式を選択することによって前記鍵消費量を制御することを特徴とする請求項21−24のいずれか1項に記載のプログラム。
- 暗号鍵を用いて暗号化通信を行う秘匿通信システムにおける通信装置のプログラム制御プロセッサを通信制御装置として機能させるプログラムであって、
対向する通信装置との間で生成され共有された暗号鍵を鍵蓄積手段に蓄積する機能と、
暗号化通信手段が前記蓄積された暗号鍵を用いて前記対向する通信装置との間で暗号化通信を行う機能と、
前記鍵蓄積手段の鍵蓄積量に応じて、前記暗号化通信手段に予め設けられた複数の異なる暗号化方式を選択することによって前記鍵消費量を制御する機能と、
を前記プログラム制御プロセッサに実現させることを特徴とするプログラム。 - 請求項1−10のいずれか1項に記載の通信装置を暗号化通信ノードとして含む秘匿通信システム。
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