JP5991051B2 - 無線通信システム、端末装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信を行う無線通信システム、端末装置及びプログラムに関する。

コンピュータ間で行われる無線通信において、その通信を通信参加端末間で秘匿したい場合、暗号技術を利用する。暗号を使って通信するには、通信端末間で共通の暗号鍵という数列を保持し、その暗号鍵は他者に知られてはいけない。他者に知られずに暗号鍵を交換する方法として、以下の方法が知られている。

例えば、ユーザが他者に知られないように手作業で設定する、公開鍵暗号技術やそれを応用した電子証明書技術を利用する、ＰＩＮコードという短い数列を目視で確認して入力する、端末間で同時期にボタンを押して相手を認証し数列を交換するなどの方法がある。

また、会議における情報のセキュリティーを守るために、会議空間の入退室情報に基づいて、入退室が起きる度に参加権をネットワーク上のコンピュータに配布する技術がある（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、従来の暗号鍵交換方式では、ユーザが認証情報を入力するなどの明示的な操作が必要である。また、入退室の度に参加権を配布する会議システムでは、ドアの開閉、入退室を管理する機構が必要になるため、扉などに囲まれた閉空間を前提としている。

よって、従来技術では、閉空間に限らずに、所定のエリア内で簡易かつ迅速に認証を行ない、セキュアな通信を行うことができなかった。

そこで、本発明は、閉空間に限らずに、所定のエリア内で簡易かつ迅速に認証を行ない、セキュアな通信を行うことができる無線通信システム、通信端末及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の無線通信システムは、無線通信により相互に通信可能な複数の端末装置を有する無線通信システムであって、符号と識別情報とを含む送信情報を送信する複数の送信手段と、受信された複数の前記送信情報に含まれる前記識別情報毎に前記符号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された複数の符号を取得する取得手段と、前記複数の符号を利用して、前記複数の端末装置間で暗号通信を行う通信手段と、を有し、前記送信手段は、前記符号が更新された場合、更新後の符号、前記識別情報、及び前記更新後の符号が暗号鍵に用いられるまでの時間を含む送信情報を送信する。

本発明によれば、閉空間に限らずに、所定のエリア内で簡易かつ迅速に認証を行ない、セキュアな通信を行うことができる。

実施例１における無線通信システムの一例を示す図。 実施例１における送信機の構成の一例を示すブロック図。 実施例１における受信機の構成の一例を示すブロック図。 受信機（その１）の一例を示す外観図。 受信機（その２）の一例を示す外観図。 実施例１における端末装置の構成の一例を示すブロック図。 実施例１における制御部の機能の一例を示すブロック図。 限定的な通信範囲（その１）の一例を示す図。 限定的な通信範囲（その２）の一例を示す図。 各送信機の送信タイミングの一例を示す図。 送信情報（その１）の一例を示す図。 送信情報（その２）の一例を示す図。 送信情報（その３）の一例を示す図。 実施例１における送信機の送信処理の一例を示すフローチャート。 実施例１における受信機の受信処理の一例を示すフローチャート。 実施例１における端末装置の通信設定処理の一例を示すフローチャート。 実施例２における制御部の機能の一例を示すブロック図。 実施例２における端末装置の通信設定処理の一例を示すフローチャート。

以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。

［実施例１］
＜システム＞
図１は、実施例１における無線通信システムの一例を示す図である。図１に示す無線通信システムは、送信機１００ａと１００ｂ、受信機１０２ａと１０２ｂ、端末装置１０３ａと１０３ｂを有する。

ここで、送信機１００ａと１００ｂ、受信機１０２ａと１０２ｂ、端末装置１０３ａと１０３ｂは、それぞれ同様の構成を有するため、それぞれを総称するときは送信機１００等と称し、個別に参照するときは送信機１００ａ等と称する。

図１に示す送信機１００ａ、１００ｂは、それぞれの送信情報を所定の範囲に送信する。所定範囲１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ送信機１００ａ、１００ｂの送信範囲を示す。送信情報は、少なくとも送信機の識別情報と符号とを含む。符号は、例えば乱数値である。

また、図１に示す受信機１０２ａ、１０２ｂは、それぞれ端末装置１０３ａ、１０３ｂに接続される。受信機１０２ａ、１０２ｂは、各送信機１００から送信された送信情報を受信し、送信情報又は送信情報に基づいて生成した鍵情報を、端末装置１０３ａ、１０３ｂに送信する。

端末装置１０３ａ、１０３ｂは、受信機１０２ａ、１０２ｂそれぞれから取得した情報を用いて認証を行い、認証成功後に相互に無線通信を行う。

図１に示す無線通信システムでは、例えば、送信機１００は、それぞれ独立した周期で乱数値を送信し、その２つの乱数値を受信機１０２が読み取り、その乱数値を端末装置１０３に通知する。端末装置１０３は、乱数値を暗号鍵とすることで、暗号通信１０４を行うことができるようになる。なお、受信機１０２は、端末装置１０３に組み込まれて構成されてもよい。

＜送信機＞
次に、送信機１００について説明する。図２は、実施例１における送信機１００の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す送信機１００は、乱数発生部２０１、識別情報記憶部２０２、スイッチング部２０３、タイミング生成部２０４、シリアル変換部２０５、変調部２０６、及び光源２０７を有する。

乱数発生部２０１は、乱数を発生する。乱数は、定期的に発生されてもよい。以下、乱数を二値化したものを乱数値と称す。乱数値は、例えば１２８〜１０２４ｂｉｔである。以下では、乱数値は、符号の一例として用いられる。

識別情報記憶部２０２は、送信機毎に異なる識別情報を保持する。識別情報は、例えば、ＩＥＥＥが定めた番号体系であるＥＵＩ−４８による４８ｂｉｔの数列である。４８ｂｉｔのうち、上位２４ｂｉｔはＯＵＩと呼ばれるメーカーごとに配布される値であり、下位２４ｂｉｔはそのメーカー内の責任でほかの機器とは重複しない番号を割り振る。

乱数発生部２０１で生成された乱数の乱数値、及び識別情報記憶部２０２から読み出された識別情報（前記のとおりＥＵＩ−４８値）は、合成されてスイッチング部２０３に送信される。

スイッチング部２０３では、タイミング生成部２０４から送られるタイミング信号に応じて、乱数値と識別情報を含む送信情報を送信する、又は送信しないをスイッチングする。送信情報は、例えば乱数値に続けて識別情報が付加された情報である。タイミング生成部２０４は、タイマを有し、所定のタイミングでスイッチング部２０３に送信指示を出す。

具体的には、タイミング生成部２０４が現時刻において送信情報を送信すべきタイミングであると判断した場合、スイッチング部２０３に乱数値と識別情報を送信させる送信命令を出力する。スイッチング部２０３は、タイミング生成部２０３により出力された送信命令を受けると、送信情報を次段のシリアル変換部２０５に送信する。

シリアル変換部２０５は、取得した送信情報の数列を時間的にシーケンシャルなディジタル信号列に変換して、変調部２０６に送信する。

変調部２０６は、取得したシーケンシャルなディジタル信号から、光源２０７を駆動する電力波形を生成して、その電力を光源２０７に印加する。

光源２０７は、所定の照射角で発散する光を出射する。光源２０７は、送信情報に対応する光信号２０８を送信する。このため、例えば２つの複数の送信機の出射光を交差させて、１つのエリアを形成することができる。

また、光源２０７は、変調部２０６により駆動され、送信情報を強度変調光として送信する。なお、光源２０７は、例えば可視光又は不可視光（例えば赤外光）を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）等である。

光源２０７は、送信情報を送信する送信手段として機能する。また、送信手段としては、光源２０７以外の構成を含めて考えてもよい。例えば、送信機１００を送信手段として称してもよい。

送信機１００は、以上の構成により、符号（例えば乱数値）と、送信機毎の識別情報とを含む送信情報を光源２０７の出射光に乗せて送信する。なお、光源２０７は、音波や超音波などを出力する装置などでも代用できる。

＜受信機＞
次に、受信機１０２について説明する。図３は、実施例１における受信機１０２の構成の一例を示すブロック図である。図３に示す受信機１０２は、受光部３０３、復調部３０４、記録処理部３０５、記憶部３０６、及びホスト通信部３０８を有する。

受光部３０３は、送信機１００から送信された送信情報の光信号２０８を受信する。受光部３０３は、受信した光信号２０８を電力値の波形に変換し、電力値の波形データを復調部３０４に出力する。

復調部３０４は、取得した電力値の波形データを数列に変換し、この数列を記録処理部３０５に出力する。

記録処理部３０５は、取得した数列に含まれる送信機１００の識別情報毎に乱数値（符号）を記憶部３０６に記録する。例えば、異なる識別情報に対応する乱数値は、異なる記憶領域に記憶されることとなる。

記憶部３０６は、受信された複数の送信情報に含まれる識別情報毎に乱数値を記憶する。例えば、記憶部３０６は、記録処理部３０５により、数列の中から抽出された識別情報毎に乱数値が記録される。

図３に示す記憶部３０６は、図１に示す例に基づく。図１に示す例では、送信機１００が２台あり、これらの送信機の識別情報は異なるので、記憶部３０６に２つの乱数値が記憶される。

この２つの乱数値は、乱数１、乱数２とも称する。図１に示す例では、識別情報１に乱数１が関連付けられ、識別情報２に乱数２が関連付けられる。この乱数１、乱数２を、まとめて鍵情報とも称する。鍵情報は、例えば乱数１と乱数２とを連結したデータである。

ホスト通信部３０８は、記憶部３０６に記憶された乱数１、乱数２を読み出し、端末装置１０３に鍵情報を送信する。なお、記録処理部３０５と記憶部３０６とは、後述する端末装置１０３に設けられてもよい。

図４は、受信機１０２（その１）の一例を示す外観図である。図４に示す受信機１０２は、受光部３０３と、受光部３０３以外の部分３５０に分類される。部分３５０は、図３に示す受光部３０３以外の構成を含む。

図５は、受信機１０２（その２）の一例を示す外観図である。図５に示す受信機１０２は、受光部３０３と、ホスト通信部３０８と、それ以外の部分３５１に分類される。部分３５１は、図３に示す受光部３０３、ホスト通信部３０８以外の構成を含む。図５に示す受信機１０２は、例えばＵＳＢ接続可能な媒体を想定し、このＵＳＢ接続可能な媒体に受光部３０３を追加する。

本願の図面では、受信機１０２として、図４のタイプを用いて説明するが、図５のタイプを用いてもよく、さらに、図３に示す構成を有していれば、受信機１０２の形状はどんな形状をしてもよい。

図４及び図５に示す受光部３０３は、設置される場所から３６０度全方位および上方からの光信号を受信できる受信指向性を持つ。これにより、受信機１０２の向きに制限を受けることなく、光信号を受信することができる。

＜端末装置＞
次に、端末装置４０について説明する。図６は、実施例１における端末装置１０３の構成の一例を示すブロック図である。端末装置１０３は、ホスト通信部４０１、制御部４０２、ＲＯＭ４０４、ＲＡＭ４０６、無線通信部４０８、及び記憶媒体Ｉ／Ｆ部４０９を有する。これら各構成は、バスを介して相互にデータ送受信可能に接続されている。

ホスト通信部４０１は、受信機１０２から送信された鍵情報を取得する。制御部４０２は、ＲＡＭ４０６にロードされたプログラムを処理することにより、後述する各機能を実現する。制御部４０２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。

ＲＯＭ４０４は、各種のプログラムやプログラムによって利用されるデータ等を記憶する。ＲＡＭ４０６は、プログラムをロードするための記憶領域や、ロードされたプログラムのワーク領域等として用いられる。

無線通信部４０８は、他の端末装置と無線通信し、暗号通信に用いる共通暗号鍵などの送受信を行う。記憶媒体Ｉ／Ｆ（インタフェース）部４０９は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのデータ伝送路を介して接続された記憶媒体４１１（例えば、フラッシュメモリなど）と端末装置１０３とのインタフェースである。

なお、プログラムは、記憶媒体４１１に記憶させておき、記憶媒体Ｉ／Ｆ部４０９を介してＲＯＭ４０４などに記憶されてもよい。このＲＯＭ４０４に記憶されたプログラムは、制御部４０２により処理され、実行可能となる。

また、図３に示す記録処理部３０５及び記憶部３０６は、端末装置１０３に含まれる構成としてもよい。また、受信機１０２自体を端末装置１０３に含めるような構成にしてもよい。

（機能）
図７は、実施例１における制御部４０２の機能の一例を示すブロック図である。図７に示す制御部４０２は、取得手段５０２及び暗号通信制御手段５０４を有する。暗号通信制御手段５０４は、暗号鍵記憶手段５４２及びハッシュ値算出手段５４４を有する。

取得手段５０２は、ホスト通信部４０１を介して、受信機１０２から鍵情報を取得する。取得手段５０２は、取得した鍵情報を暗号通信制御手段５０４に出力する。

暗号通信制御手段５０４は、端末装置１０３としての通信を暗号化する機能を有する。暗号通信制御手段５０４は、取得した鍵情報を、他の端末装置との暗号通信に用いる共通の暗号鍵として暗号鍵記憶手段５４２に記憶する。

暗号通信制御手段５０４は、受信機１０２により受信された鍵情報（２種類の乱数値）に基づく１つの暗号鍵を用いて、端末装置１０３が他の端末装置に対して行う暗号通信を制御する。例えば、暗号通信制御手段５０４は、１つの暗号鍵を共通暗号鍵とする。共通暗号鍵は、例えば、鍵情報に含まれる複数の乱数値を結合したものでもよいし、複数の乱数値の論理積や論理和などでもよい。

これにより、同一の光信号２０８を受信する複数の受信機１０２および端末装置１０３の対は、同一の暗号鍵を保有する。そのため、端末装置１０３の間で、この共通暗号鍵を用いて暗号通信ができるようになる。

なお、記憶部３０６に記憶される乱数１及び乱数２を連結した数列の長さと、暗号鍵情報として必要な数列の長さとに違いがある場合がある。また、送信機１００の数が増えると記憶部３０６に記憶される乱数値の数が増えるため、乱数値を連結した長さが増加する場合がある。

このような場合に、暗号鍵情報は、暗号通信制御手段５０４が求める一定の長さにすることが求められる。そこで、鍵情報の数列の長さが、暗号鍵情報の求める長さを超えている場合、ハッシュ値算出手段５４４は、鍵情報をハッシュ関数に通して、暗号鍵情報が求める一定の長さ（ビット長）にしたハッシュ値を暗号鍵情報にする。

暗号通信制御手段５０４は、ハッシュ関数を通した暗号鍵情報を採用し、暗号通信を制御してもよい。

＜限定的な通信例＞
次に、実施例を用いて、暗号通信を行う通信範囲を限定できることを説明する。図８は、限定的な通信範囲（その１）の一例を示す図である。図８に示す例では、図１に示した例と同様に、送信機１００ａ、１００ｂが光信号によって乱数値と識別情報とを送信する。光信号の送信範囲は、それぞれ符号１０１ａ、１０１ｂが示す範囲である。

図３で説明した受信機１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、その光信号を受信する。受信機１０２は、光信号に対応する送信情報から乱数値と識別情報とを分離して、識別情報に従って乱数値を記憶する。

また、受信機１０２は、記憶した乱数値を連結して、連結した乱数値を端末装置１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに送信する。端末装置１０３は、その乱数値を暗号鍵として、暗号化された通信を行う。

ここで、図８に示すように、端末装置１０３ａ、１０３ｂの受信機１０２ａ、１０２ｂは、２つの光送信範囲１０１ａ、１０１ｂの範囲内にあるため、２つの送信機１００ａ、１００ｂの乱数情報を取得できる。よって、端末装置１０３ａ、１０３ｂは、使用する暗号鍵情報が一致するので、相互に暗号通信１０４を行うことができる。

しかし、端末装置１０３ｃの受信機１０２ｃは、送信範囲１０１ａに入っているものの送信範囲１０１ｂには入っていない。そのため、端末装置１０３ｃは、送信機１００ａが生成した乱数値しか受信できないため、他の端末装置１０３ｂ、１０３ｃとは異なる暗号鍵情報を有する。よって、端末装置１０３ｃは、端末装置１０３ａ、１０３ｂが行う暗号化された通信に参加することができない。

以上のように、複数の送信機を設置して、各送信機の送信範囲が重複する範囲でのみ暗号通信ができるものとする。これにより、閉空間ではなく、開放空間であっても、限定した範囲でのみ暗号通信ができるようになる。

図９は、限定的な通信範囲（その２）の一例を示す図である。図９では、送信機１００を３台に追加した場合に、より通信範囲が限定された無線通信システムを示す。図９に示す例では、送信機１００ａ、１００ｂ、１００ｃを設置しており、それぞれの送信範囲は符号１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃで示す。

図８に示す例と同じように、受信機１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが３台あり、それぞれの受信機１０２と接続された端末装置１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃがある。

図９に示す環境において、３つの送信範囲１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが重複する範囲でのみ３つの乱数値を入手することができる。この３つの乱数値に基づく暗号鍵情報を、端末装置１０３間の通信の暗号鍵とすることができる。

図９に示す例では、受信機１０２ａ、１０２ｂは、３つの送信機１０１からの送信範囲に入っており、３つの送信機１００から乱数値を取得する。受信機１０２ａ、１０２ｂは、同じ乱数列を取得することができ、受信機１０２ａ、１０２ｂと接続された端末装置１０３ａ、１０３ｂは、同じ暗号鍵を使用した暗号通信１０４を実現することができる。

一方、受信機１０２ｃは、送信機１００ａ，１００ｃが送信する乱数値を取得することはできるが、送信機１００ｂが送信する乱数を取得することはできない。よって、端末装置１０３ｃが取得する暗号鍵情報は、端末装置１０３ａ、１０３ｂとは異なるため、端末装置１０３ａ、１０３ｂと暗号通信することができない。

これにより、送信機の数を増やすことによって、開放空間であっても、通信範囲をより限定することができる。なお、送信機が１つであっても、送信機の送信範囲に受信機が入っているか否かで暗号通信の範囲を限定することも可能である。

＜送信タイミング＞
次に、各送信機１００が送信する送信情報の送信タイミングについて説明する。図１０は、各送信機の送信タイミングの一例を示す図である。図１０に示す例は、３台の送信機１００が乱数値および識別情報を含む送信情報（光信号）を送信するタイミングを示している。

図１０では、３台の送信機１００を識別するため、送信機Ａ、Ｂ、Ｃと称す。図１０に示す例では、このとき、各送信機Ａ〜Ｃが送信している状態を四角で示し、四画のない状態は送信していないことを表す。図１０に示す送信タイミングは、図２のタイミング生成部２０４で管理される。

時刻ｔ_１のタイミングでは、３台の送信機Ａ〜Ｃが送信状態となっており、３台の送信機Ａ〜Ｃの送信情報が重複して送信されている。よって、時刻ｔ_１では混信状態となり、受信機１０２は適切な情報を受け取ることができない。以降では、これを衝突（受信失敗）称する。

各送信機Ａ〜Ｃは、独立に動作しているため、この衝突（受信失敗）を避けることはできない。仮に、送信機同士でなんらかの通信手段を使い、同期を取って送信タイミングを決定するとする。この場合、衝突は回避することができるが、送信機１００の機構が複雑になり、コストが増加する。よって、実施例では、送信機間で同期を取ることを前提としないが、この限りではない。

送信期間で同期を取らない状況において、衝突を起こすことを最小限にするため、送信機は、送信情報を間欠的に送信する。さらに、送信機は、送信情報を送信する周期を、送信機同士で互いに素な周期とする。

図１０に示す例では、送信機Ａの送信周期を３単位時間に１回とし、送信機Ｂの送信周期を４単位時間に１回、送信機Ｃの送信周期を５単位時間に１回と設定している。

これにより、図１０に示すように、送信機同士の送信周期の最小公倍数まで衝突が発生しないことになる。図１０に示す例では、時刻ｔ_１で最初に衝突が生じる。その後、無情報の期間（ｔ_２〜ｔ_４）を経て、時刻ｔ_５で送信機Ａの送信情報が送られる。

次に、時刻ｔ_６で送信機Ｂの送信情報が送られ、その後、時刻ｔ_８で送信機Ｃの送信情報が送られる。これにより、送信情報の衝突の可能性を低減することで、受信機は、送信情報、さらには鍵情報を高頻度で取得することができるようになる。

＜送信情報＞
次に、送信機１００から送信される送信情報のデータ構造について説明する。図１１は、送信情報（その１）の一例を示す図である。図１１に示すように、送信情報は、送信機の識別情報６０１、乱数値６０２を含む。識別情報６０１は、送信機１００固有の識別情報であり、識別情報記憶部２０２に記憶されている。乱数値６０２は、乱数発生部２０１により発生される乱数値である。

図１２は、送信情報（その２）の一例を示す図である。一般に、暗号通信で使用する暗号鍵は一定時間ごとに更新されなければその暗号通信は危殆化する。そのため、実施例における無線通信システムにおいても、暗号鍵は一定時間ごとに更新した方がよい。

そこで、実施例における無線通信システムでは、暗号鍵の基となる、送信機１００が送信する乱数値を一定時間ごとに更新する。これにより、受信機１０２が受信する乱数値を更新し、端末装置１０３が使用する暗号鍵が更新されるようになる。

しかしながら、複数の端末装置１０３は、それぞれ非同期的に動作している場合が多く、端末装置１０３の処理速度も異なるため、完全に同時期に乱数値を分配して、暗号鍵を更新することは困難である。

そのため、乱数の更新時には一時的に古い暗号鍵と新しい暗号鍵とが混在することになり、その間は通信不能期間となってしまう。この問題は、乱数値の更新頻度が高くなるほど無視できなくなる。

そこで、この問題を解決するため、図１２に示すように、送信機から送信する送信情報に、送信機の識別情報６０１と、乱数値６０２とに加えて、その乱数値６０２が暗号鍵に用いられるまでの残り時間６０３を含める。

例えば、乱数発生部２０１は、所定のタイミングで乱数を更新する。所定のタイミングはユーザが適宜設定できるようにしておくとよい。乱数発生部２０１は、乱数を更新すると、タイミング生成部２０４にその旨を知らせる。

例えば、残り時間６０３は、タイミング生成部２０４により管理される。タイミング生成部２０４は、乱数が更新された時点で残り時間のカウントダウンを開始し、スイッチング部２０３に送信指示を出すときに、その時点の残り時間を送信情報に含めるようにすればよい。

受信機１０２は、受信した図１２に示す送信情報を鍵情報として端末装置１０３に送信する。これにより、端末装置１０３は、鍵情報に残り時間６０３が含まれていれば、暗号鍵が更新されることを事前に知ることができ、前述した通信不能期間を減らすことができる。

ここで、一般に、無線ＬＡＮとしてＩＥＥＥ８０２．１１で定義された通信網が普及している。ＩＥＥＥ８０２．１１では暗号化機能を定義しており、暗号鍵を指定することで、指定された端末間で安全な無線通信を実現することができる。上述した無線通信システムにおいて、ＩＥＥＥ８０２．１１の暗号鍵の指定方法を採用することができる。

図１３は、送信情報（その３）の一例を示す図である。図１３に示すように、送信情報に、ＳＳＩＤ６０４を含めてもよい。このＩＥＥＥ８０２．１１及びこの上位規格の通信において、ユーザの使用をより簡易化するために、送信機１００は、該当する無線ＬＡＮのＳＳＩＤを送信する機能を有する。

この機能により、端末装置１０３は、ＩＥＥＥ８０２．１１に対応したＩ／Ｆに付与すべきＳＳＩＤを知ることができ、その閉じたネットワークで暗号通信ができるようになり、さらにユーザがＳＳＩＤを設定する手間を省くことができる。

なお、送信情報に含められるＳＳＩＤ６０４は、送信機１００に予め記憶される。例えば、送信機１００は、ＳＳＩＤ記憶部を有する。スイッチング部２０３は、ＳＳＩＤを読み出し、送信情報に含める。

＜動作＞
次に、実施例１における無線通信システムの各機器の動作について説明する。図１４は、実施例１における送信機１００の送信処理の一例を示すフローチャートである。

図１４に示すステップＳ１０１で、乱数発生部２０１は、初回又は乱数を更新する時期か否かを判定する。初回又は乱数を更新する時期であれば（ステップＳ１０１−ＹＥＳ）ステップＳ１０２に進み、初回又は更新する時期でなければ（ステップＳ１０１−ＮＯ）ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０２で、乱数発生部２０１は、乱数値を生成する。ステップＳ１０３で、タイミング生成部２０４は、送信情報を送信するタイミングであるか否かを判定する。送信タイミングは、例えば各送信機で互いに素な周期である。送信タイミングであれば（ステップＳ１０３−ＹＥＳ）ステップＳ１０４に進み、送信タイミングでなければ（ステップＳ１０３−ＮＯ）ステップＳ１０３に戻る。

ステップＳ１０４で、スイッチング部２０３は、識別情報、乱数値、乱数値が用いられるまでの時間をビット列にして例えば連結し、送信情報を作成する。また、無線ＬＡＮを用いる場合は、送信情報にＳＳＩＤを含めるようにしてもよい。

ステップＳ１０５で、シリアル変換部２０５、変調部２０６により、送信情報を変調し、光源２０７から、送信情報に対応する光信号を送信する。これにより、送信機は、暗号鍵の基となる情報を簡易な構成により送信することができる。

図１５は、実施例１における受信機１０２の受信処理の一例を示すフローチャートである。図１５に示すステップＳ２０１で、受光部３０３は、各送信機１００から送信された光信号を受信する。

ステップＳ２０２で、復調部３０４は、光信号をビット列に復調する。ステップＳ２０３で、復調部３０４は、復調に成功したか否かを判定する。復調に成功すれば（ステップＳ２０３−ＹＥＳ）ステップＳ２０４に進み、復調に失敗すれば（ステップＳ２０３−ＮＯ）ステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０４で、記録処理部３０５は、復調された情報内の中から識別情報を抽出し、識別情報に応じて乱数値を記憶部３０６に記憶する。記録処理部３０５は、例えば復調した情報の最初の４８ビットまでが識別情報であると認識する。

ステップＳ２０５で、ホスト通信部３０８は、送信に関する所定の条件を満たすか否かを判定する。所定の条件とは、端末装置１０３に鍵情報を送信していない（条件１）、又は鍵情報（又は乱数値）が更新されたか（条件２）、又は残り時間６０３が送信情報に含まれるか（条件３）である。いずれかの条件が満たされれば（ステップＳ２０５−ＹＥＳ）ステップＳ２０６に進み、いずれの条件も満たされなければ（ステップＳ２０５−ＮＯ）ステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０６で、ホスト通信部３０８は、記憶部３０６に記憶される乱数値を、例えば結合して鍵情報を生成し、端末装置１０３に鍵情報を送信する。残り時間６０３が送信情報に含まれる場合は、ホスト通信部３０８は、鍵情報に残り時間６０３を含める。

これにより、受信機１０２は、送信機１００から受信した乱数値を含む鍵情報を端末装置１０３に送信することができる。

図１６は、実施例１における端末装置１０３の通信設定処理の一例を示すフローチャートである。図１６に示すステップＳ３０１で、ホスト通信部４０１は、受信機１０２が接続されたことを検知する。

ステップＳ３０２で、制御部４０２は、暗号鍵設定ソフトウェアを起動する。暗号鍵設定ソフトウェアは、例えば記憶媒体４１１を介してＲＯＭ４０４に記憶されている。暗号鍵設定ソフトウェアは、暗号鍵を設定するためのアプリケーションプログラムであり、この暗号鍵ソフトウェアを起動することで、以下の処理が行われる。

ステップＳ３０３で、取得手段５０２は、受信機１０２からの鍵情報を取得したか否か判断する。鍵情報が取得されれば（ステップＳ３０３−ＹＥＳ）ステップＳ３０４に進み、鍵情報が取得されなければ（ステップＳ３０３−ＮＯ）ステップＳ３０３に戻る。

ステップＳ３０４で、暗号通信制御手段５０４は、乱数値の更新時間が経過したか否かを判定する。暗号通信制御手段５０４は、残り時間６０３の取得時点からカウントダウンを開始し、残り時間が０になっていれば、更新時間が経過と判断する。更新時間が経過すれば（ステップＳ３０４−ＹＥＳ）ステップＳ３０５に進み、更新時間が経過していなければ（ステップＳ３０４−ＮＯ）ステップＳ３０４に戻る。

ステップＳ３０５で、ハッシュ値算出手段５４４は、鍵情報をハッシュ関数に通す。ハッシュ関数に通すとは、ハッシュ関数により鍵情報からハッシュ値を求めることをいう。

ステップＳ３０６で、暗号通信制御手段５０４は、ハッシュ値を暗号鍵情報として設定する。暗号通信制御手段５０４は、この暗号鍵情報を用いて通信接続を確立する。これにより、レイヤ２による接続が確立される。

なお、残り時間６０３が鍵情報に含まれていない場合は、ステップＳ３０４の代わりに、鍵情報が同じであるか否かを判定すればよい。鍵情報が同じあればステップＳ３０３に戻り、鍵情報が異なればステップＳ３０５に進む。

これにより、残り時間６０３が鍵情報に含まれていない場合でも、鍵情報の更新を判断することができ、適宜暗号鍵を更新することができる。

以上、実施例１によれば、閉空間に限らずに、所定のエリア内で簡易かつ迅速に認証を行ない、セキュアな通信を行うことができる。実施例１により、接続を確立した後は、セキュアな通信により、会議に用いる秘匿性の高いファイルを交換するなどが実現できる。

なお、送信機１００の数が予め決まっていれば、端末装置１０３は、決められた送信機の数だけの乱数値を取得したかを判定し、決められた数の乱数値を取得していなければ以降の処理を行わないようにしてもよい。

［実施例２］
次に、実施例２における無線通信システムについて説明する。実施例２では、各端末装置が受信した鍵情報が共通であるかの認証を先に行って、同じ鍵情報であれば、共通の暗号鍵を生成する。これにより、同じ鍵情報を受信した端末装置間で確実に暗号通信を行うことができる。また、この方法により、既存の技術を用いて容易に実装することができる。

＜システム、送信機、受信機＞
実施例２における無線通信システムの構成、送信機の構成、受信機の構成は、実施例１の各構成と同様であるため、以降の説明でその構成を用いる場合は、実施例１の構成と同じ符号を用いる。

＜端末装置＞
実施例２における端末装置の構成は、図６に示す構成と同様であり、以降の説明で端末装置の構成を用いる場合は、図６に示す符号と同じ符号を用いる。

（機能）
図１７は、実施例２における制御部４０２の機能の一例を示すブロック図である。図１２に示す例では、制御部４０２は、取得手段５０２、認証・鍵交換手段７０２、及び暗号通信制御手段７０４を有する。取得手段５０２は、実施例１同様、受信機１０２から鍵情報を取得する。

認証・鍵交換手段７０２は、取得手段５０２から鍵情報を取得し、共通認証値として認証値記憶手段７２２に記録する。認証・鍵交換手段７０２は、他の端末装置と通信を行い、端末装置間で保持されるこの共通認証値が同一かどうかの認証を行う。

認証・鍵交換手段７０２は、共通認証値が同一であれば、端末装置間で共通の暗号鍵を生成し、この暗号鍵情報を端末装置間で交換する。生成した暗号鍵情報は、暗号通信制御手段７０４に送信される。この共通認証値は、例えばＷＰＡ（Wi-Fi Protected Access）のパスフレーズとして用いられうる。

暗号通信制御手段７０４は、取得した共通の暗号鍵情報を用いて、実施例１同様、他の端末装置と暗号通信を行う。

なお、送信機１００によって伝達される乱数値の数は、送信機１００の数と同一であり、送信機１００が増えれば増えるほど共通認証値に与えられる乱数値の長さが増加する。そこで、共通認証値の長さを一定の長さにするため、認証・鍵交換手段７０２は、固定長のビット列を出力するハッシュ関数を使用してもよい。

ハッシュ値算出手段７２４は、共通認証値を一定の長さにするため、ハッシュ関数を用いる。ハッシュ値算出手段７２４は、算出した一定の長さのハッシュ値を、新たな共通認証値として、認証値記憶手段７２２に記録する。

以上の構成を有することで、各端末装置の暗号通信制御手段が、共通の暗号鍵を持つことになり、複数の端末装置間で暗号通信ができるようになる。

＜動作＞
次に、実施例２における無線通信システムの各機器の動作について説明する。送信機の動作は、図１４に示す処理と同様であり、受信機の動作は、図１５に示す処理と同様である。

図１８は、実施例２における端末装置の通信設定処理の一例を示すフローチャートである。図１８に示す処理では、無線ＬＡＮを用い、送信機１００から図１３に示す送信情報が送信されるとする。

図１８に示すステップＳ４０１〜Ｓ４０３の処理は、図１６に示すステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理と同様である。

ステップＳ４０４で、認証・鍵交換手段７０２は、乱数値とともに取得されたＳＳＩＤを設定して、同一ネットワーク内の他のホスト（端末装置）を検索する。

ステップＳ４０５で、認証・鍵交換手段７０２は、乱数値の更新時間が経過したか否かを判定する。更新時間が経過すれば（ステップＳ４０５−ＹＥＳ）ステップＳ４０６に進み、更新時間が経過していなければ（ステップＳ４０５−ＮＯ）ステップＳ４０５に戻る。

ステップＳ４０６で、認証・鍵交換手段７０２は、乱数値を共通認証情報として、ＳＳＩＤ内で検索されたホストと認証処理を行う。

ステップＳ４０７で、認証・鍵交換手段７０２は、相手ホストも同じ認証値を持っており、認証に成功したか否かを判定する。認証が成功すれば（ステップＳ４０７−ＹＥＳ）ステップＳ４０８に進み、認証が失敗すれば（ステップＳ４０７−ＮＯ）ステップＳ４０３に戻る。

ステップＳ４０８で、認証・鍵交換手段７０２は、認証に応じた鍵交換を相手ホストと行う。暗号通信制御手段７０４は、交換された共通の暗号鍵を用いて暗号通信を行う。なお、図１８に示す処理では、ＳＳＩＤを用いる場合について説明したが、端末装置１００の通信設定処理では必ずしもＳＳＩＤを用いる必要はない。

以上、実施例２によれば、閉空間に限らずに、所定のエリア内で簡易かつ迅速に認証を行ない、セキュアな通信を行うことができる。また、実施例２によれば、同じ鍵情報を受信した端末装置間で確実に暗号通信を行うことができる。また、この方法により、既存の技術を用いて容易に実装することができる。

なお、上記実施例１，２において、通信方式としては、赤外線通信、ブルートゥース（登録商標）通信、ＮＦＣ（Near Field Communication）を用いることができる。また、端末装置１０３としては、ＰＣ（Personal Computer）、スマートフォン、タブレット端末、携帯ゲーム機などに適用することができる。

また、各実施例の端末装置で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、各実施例の端末装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、各実施例の端末装置で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

また、各実施例の端末装置で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

各実施例の端末装置で実行されるプログラムは、前述した各部を含むモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵがＲＯＭやＨＤＤからプログラムを読み出して実行することにより上記各部のうち１又は複数の各部がＲＡＭ上にロードされ、１又は複数の各部がＲＡＭ上に生成されるようになっている。

なお、上記の無線通信システム、端末装置及びプログラムは、上記実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。

１００ 送信機
１０２ 受信機
１０３ 端末装置
３０６ 記憶部
４０２ 制御部
４０４ ＲＯＭ
４０６ ＲＡＭ
４０９ 記憶媒体Ｉ／Ｆ部
４１１ 記憶媒体
５０２ 取得手段
５０４、７０２ 暗号通信制御手段
５４２、７４２ 暗号鍵記憶手段
５４４、７２４ ハッシュ値算出手段
７０２ 認証・鍵交換手段
７２２ 認証値記憶手段

特開２００５−０１８４８７号公報

Claims (9)

1. 無線通信により相互に通信可能な複数の端末装置を有する無線通信システムであって、
   符号と識別情報とを含む送信情報を送信する複数の送信手段と、
   受信された複数の前記送信情報に含まれる前記識別情報毎に前記符号を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された複数の符号を取得する取得手段と、
   前記複数の符号を利用して、前記複数の端末装置間で暗号通信を行う通信手段と、
   を有し、
   前記送信手段は、
   前記符号が更新された場合、更新後の符号、前記識別情報、及び前記更新後の符号が暗号鍵に用いられるまでの時間を含む送信情報を送信する無線通信システム。
2. 前記通信手段は、
   前記複数の符号を共通暗号鍵とし、前記複数の端末装置間で保持された前記共通暗号鍵を用いて暗号通信する請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記複数の符号を共通認証値とし、前記複数の端末装置間で前記共通認証値を用いる認証及び共通暗号鍵の交換を行う認証・鍵交換手段をさらに備え、
   前記通信手段は、
   前記複数の端末装置間で保有された前記共通暗号鍵を用いて暗号通信する請求項１記載の無線通信システム。
4. 前記送信手段は、
   前記送信情報を間欠的に送信する請求項１乃至３いずれか一項に記載の無線通信システム。
5. 前記送信手段は、
   各送信手段間で互いに素な周期で前記送信情報を送信する請求項４記載の無線通信システム。
6. 前記送信手段は、
   前記無線通信がＩＥＥＥ８０２．１１及び該ＩＥＥＥ８０２．１１の上位規格を用いる場合、前記送信情報にネットワークのＳＳＩＤ（Service Set Identifier）を含める請求項１乃至５いずれか一項に記載の無線通信システム。
7. 前記通信手段は、
   前記複数の送信手段による送信範囲が重複する範囲内で、前記暗号通信を可能とする請求項１乃至６いずれか一項に記載の無線通信システム。
8. 符号と識別情報とを含む送信情報を送信する複数の送信機と、無線通信により相互に通信可能な複数の端末装置とを有する無線通信システムの前記端末装置であって、
   受信された複数の前記送信情報に含まれる前記識別情報毎に前記符号を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された複数の符号を取得する取得手段と、
   前記複数の符号を利用して、前記複数の端末装置間で暗号通信を行う通信手段と、
   を有し、
   前記送信情報は、
   前記符号が更新された場合、更新後の符号、前記識別情報、及び前記更新後の符号が暗号鍵に用いられるまでの時間を含むことを特徴とする端末装置。
9. コンピュータに、
   複数の送信機から送信された各送信情報に含まれる符号及び前記符号が暗号鍵に用いられるまでの時間を取得する取得ステップと、
   前記各符号と他のコンピュータが保持する各符号、及び前記時間を利用して、前記他のコンピュータと行う暗号通信を制御する通信制御ステップと、
   を実行させるためのプログラム。

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