JPH07226732A

JPH07226732A - 通信端末認証装置

Info

Publication number: JPH07226732A
Application number: JP6017687A
Authority: JP
Inventors: Naoya Torii; 直哉鳥居; Ryota Akiyama; 良太秋山; Masahiko Takenaka; 正彦武仲
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1994-02-14
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】秘密鍵の機密性を保持する。【構成】基地鍵記憶部１１ａ及び移動鍵記憶部３１ａは
移動端末局毎に複数種類の鍵インデックスに対応付けて
複数種類の秘密鍵を記憶する。演算装置１１ｄは秘密鍵
と乱数列との内積を演算して第１の認証子を求め、比較
装置１１ｇは第１の認証子と第２の認証子とを比較して
所定の許可信号を出力し、基地通信部１２は乱数列と鍵
インデックスとを送信すると共に第２の認証子を受信す
る。移動通信部２３は乱数列と鍵インデックスとを受信
すると共に第２の認証子を送信し、演算装置３１ｄは基
地通信部１２から受信した鍵インデックスに対応する秘
密鍵を移動鍵記憶部から取り出し秘密鍵と受信した乱数
列との内積を演算して第２の認証子を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無線通信局間の通信端
末認証装置に関し、特に無線基地局と移動端末局との間
で通信許可を付与するための認証を行う通信端末認証装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、人，自動車などの移動体による移
動通信が実用化されてきた。この移動通信では、任意の
場所で通信を行えるという利点がある。特に、自動車電
話や携帯電話機等の普及により高度のサービスが提供さ
れつつある。

【０００３】このような移動通信は、移動端末局と無線
基地局（センタ局ともいう。）との間で行なわれる。移
動端末局は移動体に無線通信設備を備えた端末装置であ
り、無線基地局は移動端末局を管理する。

【０００４】この移動端末局と無線基地局との間で無線
通信を行う場合に、通信接続を希望する移動端末局が無
線基地局に登録されている正規の移動端末局であるか否
かを判別する必要がある。

【０００５】この判別によって移動端末局の正当性を証
明することを認証と呼ぶ。そして、移動無線局は認証を
受けるために無線基地局へ移動端末局毎に付された固有
のＩＤ（IDentity）と呼ばれる識別符号を伝送する。

【０００６】この識別符号が、他の無線機器等によって
傍受されても、その内容が分からないようにするために
データの暗号化処理を行って伝送していた。従来では、
データの暗号化処理として、例えばＤＥＳ（Data Encry
ption Standard）方式を用いていた。このＤＥＳ方式は
同一の鍵または一方から他方が容易に導ける鍵の対を用
いる暗号方式である共通鍵方式（Common key system）
の一つであって、乱数、換字及び転置を複雑に組み合わ
せた方式である。この換字は鍵によって指定された方法
で文字を他の文字で置き換えるものであり、転置は文字
の順序を入れ換えるものである。

【０００７】このＤＥＳ方式では、６４ビットの単位で
変換が行われる。そして、正規の移動端末局では、予め
定められた前記乱数を用いて、換字、転置を行うことに
よりデータの復号化を行っていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＤＥＳ方式にあっては、複雑なアルゴリズムを用いてい
るため、ソフトウェアで実行するには処理時間を要して
いた。また、ハードウェアで実現するには、端末装置の
容量の上で問題があった。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、簡便なマイクロコン
トローラでも容易に実現可能であって、かつ秘密鍵を容
易に解読できることなく、秘密鍵の機密性を充分に保持
することのできる通信端末認証装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために下記の構成とした。図１は本発明の原理図
である。図１に従って、本発明を説明する。

【００１１】本発明の通信端末認証装置は、無線基地局
１０と移動端末局２１ｉとの間で通信許可を付与するた
めの認証を行う。前記無線基地局１０は、端末認証部１
１、基地通信部１２とを備える。端末認証部１は、基地
鍵記憶部１１ａ、演算装置１１ｄ、比較装置１１ｇを有
する。

【００１２】基地鍵記憶部１１ａは前記移動端末局毎に
複数種類の鍵インデックスＩＫｉに対応付けて複数種類
の秘密鍵Ｋｓｉを記憶する。演算装置１１ｄは秘密鍵と
予め定められた乱数列Ｒｉとの内積を演算して第１の認
証子ＭＳ１ｉを求める。

【００１３】比較装置１１ｇは求められた第１の認証子
と第２の認証子ＭＳ２ｉとを比較して所定の許可信号を
出力する。基地通信部１２は前記乱数列と鍵インデック
スとを送信するとともに前記第２の認証子を受信する。

【００１４】前記移動端末局２１ｉは、移動通信部２
３、認証子発生部２２とを備える。認証子発生部２２は
移動鍵記憶部３１ａ、演算装置３１ｄを備える。移動通
信部２３は前記乱数列と鍵インデックスとを受信すると
ともに前記第２の認証子を送信する。

【００１５】移動鍵記憶部３１ａは、前記移動端末局毎
に前記複数種類の鍵インデックスに対応付けて複数種類
の秘密鍵を記憶する。演算装置３１ｄは前記基地通信部
１２から受信した鍵インデックスに対応する秘密鍵を前
記移動鍵記憶部から取り出しこの秘密鍵と受信した乱数
列との内積を演算して前記第２の認証子を求める。

【００１６】ここで、前記端末認証部１１は、前記秘密
鍵と乱数列との内積を演算して求めた後に、秘密鍵に基
づく位置から所定の長さのデータを前記第１の認証子と
してもよい。なお、前記認証子発生部２２は、前記秘密
鍵と乱数列との内積を演算して求めた後に、秘密鍵に基
づく位置から所定の長さのデータを前記第２の認証子と
してもよい。

【００１７】また、前記端末認証部１１は、前記秘密鍵
と前記乱数列との内積を演算して求めた後に、前記秘密
鍵に基づいて転置処理を行ったデータを前記第１の認証
子としてもよい。なお、前記認証発生部２２は、前記秘
密鍵と前記乱数列との内積を演算して求めた後に、前記
秘密鍵に基づいて転置処理を行ったデータを前記第２の
認証子としてもよい。

【００１８】さらに、前記端末認証部１１は、前記秘密
鍵に基いて前記乱数列を転置処理した後に、前記秘密鍵
との内積を演算して求めたデータを前記第１の認証子と
してもよい。なお、前記認証発生部２２は、前記秘密鍵
に基いて前記乱数列を転置処理した後に、前記秘密鍵と
の内積を演算して求めたデータを前記第２の認証子とし
てもよい。

【００１９】また、前記端末認証部１１は、鍵インデッ
クスが変わる毎に前記秘密鍵に対して異なる転置を行う
ようにしてもよい。あるいは、秘密鍵に対して論理和、
論理積、換字、それらの組み合せ処理を行うようにして
もよい。

【００２０】さらに、秘密鍵を用いて内積処理に対する
前処理あるいは後処理として複数の変換処理を用意し、
複数の変換処理のいずれかを選択して処理を行うように
してもよい。複数の変換処理としては、例えば論理和、
論理積、排他的論理和、換字、それらの組み合せ処理で
ある。

【００２１】このような処理を行うことで、さらに、秘
密鍵の解読が困難になるため、秘密鍵の機密性が保持で
きる。

【００２２】

【作用】本発明によれば、無線基地局１０において、端
末認証部１１では、複数種類の秘密鍵の内、記鍵インデ
ックスに対応する一の秘密鍵が基地鍵記憶部１１ａから
読み出される。そして、この鍵インデックスと乱数列Ｒ
ｉとを基地通信部１２が送信される。

【００２３】次に、移動端末局２１ｉにおいて、移動通
信部２３が前記鍵インデックスＩＫｉと乱数列Ｒｉとを
受信すると、鍵インデックスＩＫｉに対応する秘密鍵が
移動鍵記憶部３１ａから読み出される。そして、演算装
置３１ｄがこの秘密鍵と受信した乱数列との内積を演算
して第２の認証子を求め、移動通信部２３が第２の認証
子を送信する。

【００２４】さらに、無線基地局１０において、基地通
信部１２が第２の認証子を受信する。演算装置１１ｄ
は、前記秘密鍵と出力された前記乱数列との内積を演算
して第１の認証子ＭＳ１ｉを求め、比較装置１１ｇは求
められた第１の認証子と第２の認証子ＭＳ２ｉとを比較
して所定の許可信号を出力する。

【００２５】すなわち、本発明では、移動端末局毎に複
数種類の秘密鍵を有するとともに複数種類の秘密鍵のい
ずれかを鍵インデックスにより指定できるので、移動端
末局毎に秘密鍵が１つの秘密鍵よりも複数種類増加する
ため、傍受者には秘密鍵の解読がより困難になる。従っ
て、よりデータの秘密性を保持することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の通信端末認証装置の実施例を
説明する。図２は本発明の通信端末認証装置の実施例１
の構成ブロック図である。＜実施例１＞図２に示すように、通信端末認証装置は無
線基地局１０と複数の移動端末局２１とからなり、無線
基地局１０と各移動端末局２１（２１ａ〜２１ｎ）との
間で無線通信を行う。

【００２７】無線基地局１０は端末認証部１１、基地通
信部１２、制御部１３とを備える。各移動端末局２１
（２１ａ〜２１ｎ）は認証子発生部２２（２２ａ〜２２
ｎ）、移動通信部２３（２３ａ〜２３ｎ）、制御部２４
（２４ａ〜２４ｎ）を備える。

【００２８】無線基地局１０において、端末認証部１１
は、通信接続可能な移動端末局２１（２１ａ〜２１ｎ）
毎に複数種類の秘密鍵Ｋｓｉ（Ｋｓｉ１，Ｋｓｉ２・・
・，Ｋｓｉｎ）（ｓは１以上ｍである。）と鍵インデッ
クスＩＫｉ（ｓ＝ＩＫｉ，ＩＫｉは１以上ｍである。）
とを対応付けて鍵データベース１１ａに格納する。ま
た、端末認証部１１は、乱数列Ｒｉ（ｒｉ１，ｒｉ２・
・・，ｒｉｎ）（各要素は予め定められたビット幅をも
つ。）を発生して移動端末局２１（２１ａ〜２１ｎ）に
出力する。

【００２９】無線基地局１０は、鍵インデックスＩＫｉ
により指定された秘密鍵Ｋｓｉ（Ｋｓｉ１，Ｋｓｉ２・
・・，Ｋｓｉｎ）と出力した乱数列Ｒｉ（ｒｉ１，ｒｉ
２・・・，ｒｉｎ）との内積を演算して得られた第１の
認証子ＭＳ１ｉと移動端末局２１から受信した第２の認
証子とを比較して通信許可信号または通信拒否信号を出
力する。

【００３０】基地通信部１２は、乱数列Ｒｉと鍵インデ
ックスＩＫｉを送信するとともに、第２の認証子ＭＳ２
ｉを受信する。制御部１３は無線基地局１０全体を制御
するとともに、端末認証部１１及び基地通信部１２の動
作を制御する。

【００３１】なお、乱数列Ｒｉ及び秘密鍵は例えば、夫
々512ビットの符号列であり、要素の長さは8ビットであ
る。移動端末局２１ａ〜２１ｎにおいて、移動通信部２
３ａ〜２３ｎは夫々乱数列Ｒｉ及び鍵インデックスＩＫ
ｉを受信するとともに、第２の認証子ＭＳ２ｉを送信す
る。認証子発生部２２ａ〜２２ｎは、複数種類の秘密鍵
Ｋｓｉの中の鍵インデックスＩＫｉに対応する秘密鍵Ｋ
ｓｉと受信した乱数列Ｒｉとの内積を演算して得られた
第２の認証子ＭＳ２ｉを無線基地局１０に出力する。

【００３２】制御部２４ａ〜２４ｎは、移動端末局２１
ａ〜２１ｎ全体を制御するとともに、移動通信部２３ａ
〜２３ｎ及び認証子発生部２２ａ〜２２ｎの移動制御を
行う。

【００３３】次に、無線基地局１０に設けられた端末認
証子部１１、及び移動端末局２１に設けられた認証子発
生部２３の具体的な構成について説明する。図３は実施
例１の端末認証部１１の構成ブロック図である。端末認
証部１１は鍵データベース１１ａ、乱数発生装置１１
ｂ、出力装置１１ｃ、演算装置１１ｄ、後処理装置１１
ｅ、入力装置１１ｆ、比較装置１１ｇ、各々の装置を制
御する制御回路１１ｈとを備える。

【００３４】鍵データベース１１ａは通信可能な移動端
末局２１ａ〜２１ｉ〜２１ｎ毎に複数種類の秘密鍵Ｋｓ
ｉ（Ｋｓｉ１，Ｋｓｉ２・・・，Ｋｓｉｎ）と鍵インデ
ックスＩＫｉ（ｓ＝ＩＫｉ，ＩＫｉは１以上ｍであ
る。）とを対応付けて格納する。ここで、ｉは任意の移
動端末番号を示し、１以上ｎである。ｎは全ての端末数
を示す。ｓは１以上ｍであるので、複数種類の秘密鍵Ｋ
ｓｉは移動端末局毎にｍ種類用意される。

【００３５】すなわち、数式で表すと、（１）式のよう
になる。ｓ＝ＩＫｉ・・・（１）図４に鍵データベースに格納される複数種類の秘密鍵と
鍵インデックスとの対応を示す。図４に示したように移
動端末局２１ｉに対して複数種類の鍵インデックスＩＫ
ｉ（ＩＫ１ｉ，ＩＫ２ｉ・・・ＩＫｍｉ）と複数種類の
秘密鍵Ｋｓｉ（Ｋ１ｉ，Ｋ２ｉ・・・Ｋｍｉ）とが対応
している。

【００３６】制御部１３は鍵データベース１１ａからそ
の鍵インデックスＩＫｉに対応する秘密鍵Ｋｓｉを取り
出す。乱数発生装置１１ｂは、図２に示した制御部１３
からの指令に応じて、鍵インデックスＩＫｉと例えば日
付・時刻によって変化する乱数列Ｒｉを発生する。

【００３７】出力装置１１ｃは、乱数発生装置１１ｂで
発生した乱数列Ｒｉと鍵インデックスＩＫｉ及び後述す
る比較装置１１ｇから出力された所定の許可信号ＹＮを
一定の出力レベルに増幅して出力する。

【００３８】演算装置１１ｄは鍵データベース１１ａに
格納された秘密鍵Ｋｓｉと、乱数発生装置１１ｂで発生
した乱数列Ｒｉとの内積を夫々演算して内積列ＭＳ１ｉ
を求める。

【００３９】すなわち、数式で表すと、（２）式のよう
になる。ＭＳｉ＝ΣＫｓｉｊ×ｒｉｊ・・・（２）なお、ｊは１からｎまで変化させる。

【００４０】後処理装置１１ｅは演算装置１１ｄで得ら
れた内積列ＭＳ１ｉについて、秘密鍵Ｋｓｉに基づき後
処理を行い、第１の認証子Ｓ１ｉを求める。すなわち、
数式で表すと、（３）式のようになる。

【００４１】Ｓｉ＝ＴＫｉ（ＭＳｉ）・・・（３）ここで、ＴＫｉ（ＭＳｉ）はＭＳｉの内、鍵で定められ
た位置のデータをＳｉとして取り出す関数である。すな
わち、Ｓｉのビット長をＮｓとし、ＭＳｉのビット長を
Ｎｍとする。このとき、ＮｍはＮｓよりも大であり、Ｋ
ｉの値によりＳｉの取り出し位置を変更する。

【００４２】例えば図５に認証子の決定方法の一例を示
す。図５（ａ）に内積列ＭＳｉの例を示し、図５（ｂ）
に鍵Ｋｉと認証子Ｓｉとを対応付けたテーブル８０を示
す。ここでは、簡単のために内積列ＭＳｉを１６ビッ
ト、認証子Ｓｉを８ビットとする。図５（ａ）におい
て、内積列７０は１６ビットとし、鍵７１は先頭の４ビ
ットとする。

【００４３】図５（ｂ）に示すテーブル８０では、鍵が
「００００」である場合には、第１番目（上位１ビッ
ト）から８ビットまでの「１０１１１１１０」が認証子
Ｓｉとなる。鍵が「０００１」である場合には、第２番
目から８ビットまでの「０１１１１１００」が認証子Ｓ
ｉとなる。

【００４４】なお、認証子Ｓｉの決定方法として、前記
とは逆に内積列の下位１ビットから順に選択するように
してもよい。入力装置１１ｆは基地通信部１２によって
受信した第２の認証子Ｓ２ｉを受ける。比較装置１１ｇ
は後処理装置１１ｅから出力された認証子Ｓ１ｉと、入
力装置１１ｆから出力された認証子Ｓ２ｉとを比較し
て、所定の許可信号ＹＮを出力する。具体的には、認証
子Ｓ１ｉと、入力装置１１ｆから出力された認証子Ｓ２
ｉとが一致した場合には通信許可信号を出力し、そうで
ない場合には通信拒否信号を出力する。

【００４５】図６は実施例１の認証子発生部２２ａの構
成ブロック図である。認証子発生部２２ｂ，２２ｃ・・
２２ｎはいずれも同一構成であるので、ここでは認証子
発生部２２ａの構成を説明する。

【００４６】認証子発生部２２ａは、入力装置３１ｆ、
演算装置３１ｄ、秘密鍵テーブル３１ａ、後処理装置３
１ｅ、及び出力装置３１ｃ、制御回路３１ｈの各部から
構成される。

【００４７】入力装置３１ｆは基地通信部１２によって
受信した乱数列Ｒ１を受ける。演算装置３１ｄは前記
（２）式を用いて秘密鍵Ｋｓｉと受信した乱数列Ｒ１と
の内積とを演算して内積列ＭＳ２１を求める。

【００４８】秘密鍵テーブル３１ａは前記鍵データベー
ス１１ａに格納された内容と同一の内容を格納してい
る。すなわち、秘密鍵テーブル３１ａは移動端末局２１
毎に複数種類の秘密鍵Ｋｓｉと複数種類の秘密鍵Ｋｓｉ
の各々を指定する鍵インデックスＩＫｉ（ｓ＝ＩＫｉ，
ＩＫｉは１以上ｍである。）とを対応付けて格納する。
この秘密鍵テーブル３１ａは前記図４に示すように複数
種類の秘密鍵Ｋｓｉと鍵インデックスＩＫｉとを格納し
ている。

【００４９】後処理装置３１ｅは演算装置３１ｄで求め
られた内積列ＭＳ２１について、前記秘密鍵に基いて前
記（３）式の同様な後処理を行い、認証子ＭＳ２１を求
めて出力装置３１ｃに出力する。

【００５０】出力装置３１ｃは後処理装置３１ｅから出
力された認証子ＭＳ２１を一定の出力レベルに増幅して
無線基地局１０に出力する。図７に実施例１の無線基地
局１０の処理フローチャートを示す。図７に示す処理フ
ローを用いて無線基地局１０の動作を説明する。まず、
無線基地局１０において、乱数発生装置１１ｂが乱数Ｒ
ｉと鍵インデックスＩＫｉを発生し（ステップ１０
１）、乱数列Ｒｉと鍵インデックスＩＫｉとを出力装置
１１ｃで所定の出力レベルまで増幅する。そして、基地
通信部１２が乱数列Ｒｉと鍵インデックスＩＫｉとを各
移動端末局２１ａ〜２１ｎに送信する（ステップ１０
２）。

【００５１】次に、移動端末局２１から送信されてくる
第２の認証子Ｓ２ｉを受信する（ステップ１０３）。な
お、移動端末局２１で得られる第２の認証子について
は、移動端末局２１の処理フローチャートで説明する。

【００５２】さらに、秘密鍵データベース１１ａから通
信すべき移動端末局２１における複数種類の秘密鍵の
内、鍵インデックスＩＫｉに対応する秘密鍵Ｋｓｉを取
り出す（ステップ１０４）。そして、（２）式を用いて
乱数列Ｒｉと取り出した秘密鍵Ｋｓｉとの内積列ＭＳ２
ｉを演算する（ステップ１０５）。なお、内積演算の詳
細については後述する。

【００５３】さらに、得られた内積列ＭＳ１ｉに基いて
（３）式による抽出処理を行うことにより第１の認証子
Ｓ１ｉを求める（ステップ１０６）。ステップ１０３で
受信した移動端末局２１の第２の認証子とステップ１０
６で求められた第１の認証子との比較を行う。

【００５４】移動端末局２１が無線基地局１０に正規に
登録された端末局か否かを判別する（ステップ１０
８）。すなわち、ステップ１０３で受信した移動端末局
２１の第２の認証子と、ステップ１０６で求められた第
１の認証子とが一致するか否かを判別する。ここで、第
１の認証子と第２の認証子とが一致する場合には、処理
を終了する。そうでない場合には、ステップ１０１に戻
る。

【００５５】すなわち、移動端末局２１毎に複数種類の
秘密鍵Ｋｓｉを有するとともに複数種類の秘密鍵Ｋｓｉ
のいずれかを鍵インデックスＩＫｉにより指定できるの
で、移動端末局毎に秘密鍵が１つの秘密鍵よりも複数種
類増加するため、傍受者には秘密鍵の解読がより困難に
なる。従って、よりデータの秘密性を保持することがで
きる。

【００５６】図８に移動端末局の処理フローチャートを
示す。まず、各移動端末局２１ａ〜２１ｎでは、無線基
地局１０から送信された鍵インデックスＩＫｉと乱数列
Ｒｉの受信を待つ（ステップ１１１）。そして、入力装
置３１ｆが鍵インデックスＩＫｉと乱数列Ｒｉを受信す
ると、演算装置３１ｄは鍵インデックスＩＫｉに対応す
る秘密鍵Ｋｉを秘密鍵テーブル３１ａから取り出す（ス
テップ１１２）。

【００５７】さらに、演算装置３１ｄは、ステップ１１
１で受けた乱数列Ｒｉとステップ１１２で取り出した秘
密鍵とから（２）式を用いて内積を演算して、内積列Ｍ
Ｓ２ｉを求める（ステップ１１３）。

【００５８】次に、後処理装置３１ｅはステップ１１３
で求められた内積列ＭＳ２ｉに基いて抽出処理を行うこ
とにより第２の認証子Ｓ２ｉを求める（ステップ１１
４）。ステップ１１４で求められた第２の認証子を無線
基地局１０に送信する（ステップ１１６）。

【００５９】次に、前記内積演算処理及び後処理の具体
的な処理手順について説明する。図９に実施例１の内積
処理フローチャートを示す。図９において、まず、変数
ｊ及び内積列ＭＳｉを初期化する。ここでは、変数ｊに
「１」を代入し、内積列ＭＳｉに「１」を代入する（ス
テップ１２１）。

【００６０】次に、内積演算を行う。ここでは、秘密鍵
Ｋｓｉのｊ番目のビット（Ｋｓｉｊ）と乱数列ｒｉのｊ
番目のビット（ｒｉｊ）との内積に前記内積列ＭＳｉを
加算したものを内積列ＭＳｉとして代入する（ステップ
１２２）。そして、変数ｊの値を１だけインクリメント
する（ステップ１２３）。

【００６１】次に、変数ｊの値が所定の数（ｎ＋１）を
越えたか否かを判別する（ステップ１２４）。ここで、
変数ｊが所定の数（ｎ＋１）を越えた場合には内積処理
を終了する。そうでない場合にはステップ１２２に戻
る。

【００６２】図１０に実施例１の後処理フローチャート
を示す。図１０において、演算装置が秘密鍵テーブル３
１ａから秘密鍵Ｋｓｉを取り出す（ステップ１２５）。
次に、図５に示すようなテーブルを用いて内積列ＭＳｉ
の取り出し位置を秘密鍵Ｋｓｉの値により決定する（ス
テップ１２６）。すると、任意の位置の認証子Ｓｉが取
り出される（ステップ１２７）。＜実施例２＞次に、本発明の実施例２について説明す
る。実施例２では、実施例１の後処理における抽出処理
に代えて、転置処理を行う点が異なる。

【００６３】図１１に実施例２の後処理フローチャート
を示す。この場合には、後処理として転置処理を行うも
のとする。演算装置３１ｄが秘密鍵テーブル３１ａから
秘密鍵Ｋｓｉを取り出す（ステップ１２５）。そして、
乱数列Ｒｉと鍵Ｋｓｉとから内積列ＭＳｉを演算した後
に、この鍵Ｋｉに基づき内積列ＭＳｉの転置処理を行う
（ステップ１２８）。

【００６４】すなわち、ステップ１１４で求められた内
積列ＭＳに基いて認証子Ｓｉの転置処理を行う。例え
ば、図１２に示すように、鍵が「０００」である場合に
転置前のデータ「Ａ１，Ａ２・・・Ａｎ」を転置後のデ
ータ「Ａｎ，Ａ１，Ａ２・・・Ａ_n-1」のように転置す
る。また、鍵が「０１０」である場合に転置前のデータ
「Ａ３，Ａ１・・・Ａｎ」を転置後のデータ「Ａ１，Ａ
３，Ａ２・・・Ａｎ」のように転置する。

【００６５】このような転置処理を行うことで、秘密鍵
の機密性が保持できる。＜実施例３＞次に、本発明の実施例３について説明す
る。実施例３では、実施例１の後処理における抽出処理
と実施例２の転置処理とを組み合わせたものである。

【００６６】図１３に実施例３の後処理フローチャート
を示す。まず、演算装置が秘密鍵Ｋｓｉを取り出す（ス
テップ１２５）。次に、図１２に示すように鍵に基づき
内積列ＭＳｉの転置処理を行う（ステップ１２８）。

【００６７】すなわち、ステップ１１４で求められた内
積列ＭＳに基いて認証子の転置処理を行う。さらに、内
積列ＭＳｉの取り出し位置を秘密鍵Ｋｓｉから定めて取
り出す（ステップ１２９）。

【００６８】この場合には、転置処理と抽出処理とを行
うことでさらに、秘密鍵が解読しにくくなり、秘密鍵の
機密性が保持できる。＜実施例４＞次に、本発明の実施例４について説明す
る。図１４に実施例４の端末認証部の構成ブロック図を
示す。実施例４では、端末認証部４４において、乱数発
生装置１１ｂと演算装置１１ｄとの間に前処理装置１１
ｊを備える点が実施例１に対して異なる。図１４におい
て、前処理装置１１ｊは、鍵データベース１１ａから通
信すべき移動端末局２１における鍵インデクッスＩＫｉ
に対応する秘密鍵Ｋｓｉを取り出して、秘密鍵Ｋｓｉと
乱数発生装置１１ｂから出力された乱数列Ｒｉとの排他
的論理和をとる。

【００６９】図１５に実施例４の認証子発生部の構成ブ
ロック図を示す。実施例４では、認証子発生部５４にお
いて、入力装置３１ｆと演算装置３１ｄとの間に前処理
装置３１ｊを備える点が実施例１に対して異なる。図１
５において、前処理装置３１ｊは、前記秘密鍵テーブル
３１ａからの秘密鍵と入力装置３１ｆからの乱数列Ｒｉ
との排他的論理和をとる。

【００７０】このような前処理装置１１ｊ，３１ｊを用
いるので、認証子等の符号列が傍受されても、排他的論
理和処理によって、その内容を解析することはより困難
となるので、通信内容の秘密性を確保することができ
る。

【００７１】図１６に実施例４の無線基地局の処理フロ
ーチャートを示す。このように構成された実施例４にお
ける無線基地局の処理を説明する。まず、無線基地局１
０において、乱数発生装置１１ｂが乱数Ｒｉと鍵インデ
ックスＩＫｉを発生し（ステップ４０１）、乱数列Ｒｉ
と鍵インデックスＩＫｉとを出力装置１１ｃで所定の出
力レベルまで増幅する。そして、基地通信部１２が乱数
列Ｒｉと鍵インデックスＩＫｉとを各移動端末局２１ａ
〜２１ｎに送信する（ステップ４０２）。

【００７２】次に、移動端末局２１から送信されてくる
認証子を受信する（ステップ４０３）。なお、移動端末
局２１で得られる認証子については、移動端末局２１の
処理フローチャートで説明する。

【００７３】さらに、秘密鍵データベース１１ａから秘
密鍵Ｋｓｉを通信すべき移動端末局２１に対応する秘密
鍵Ｋｓｉを取り出す（ステップ４０４）。そして、この
乱数列及び鍵インデックスに対して前処理として排他的
論理和処理を行う（ステップ４０５）。

【００７４】図１７に前処理フローチャートを示す。図
１７において、前処理装置１１ｊは取り出した秘密鍵Ｋ
ｓｉと乱数列Ｒｉとの排他的論理和を求める（ステップ
４２０）。そして、演算装置１１ｄが乱数Ｒｉと秘密鍵
Ｋｓｉとの内積を演算して内積列ＭＳｉを求める（ステ
ップ４０６）。

【００７５】さらに、得られた内積列に基いて、後処理
装置１１ｅが転置処理やあるいは抽出処理を行うことに
より認証子を求める（ステップ４０７）。次に、比較装
置１１ｇががステップ１０３で受信した移動端末局２１
の第２の認証子とステップ４０７で求められた第１の認
証子との比較を行う（ステップ４０８）。

【００７６】そして、移動端末局２１が無線基地局１０
に正規に登録された端末局か否かを判別する（ステップ
４０９）。すなわち、ステップ４０３で受信した移動端
末局２１の認証子と、ステップ４０７で求められた認証
子とが一致するか否かを判別する。ここで、第１の認証
子と第２の認証子とが一致する場合には、処理を終了す
る。そうでない場合には、ステップ４０１に戻る。

【００７７】このような装置においては、前処理及び後
処理が追加されているので、さらに秘密鍵の解読がしく
くなる。図１８に移動端末局の処理フローチャートを示
す。まず、各移動端末局２１ａ〜２１ｎでは、無線基地
局１０から送信された鍵インデックスＩＫｉと乱数列Ｒ
ｉの受信を待つ（ステップ４１１）。そして、入力装置
３１ｆが鍵インデックスＩＫｉと乱数列Ｒｉを受信する
と、演算装置３１ｄは鍵インデックスＩＫｉに対応する
秘密鍵Ｋｉを取り出す（ステップ４１２）。

【００７８】さらに、前処理装置３１ｊが前処理として
排他的論理和処理を行った後に（ステップ４１３）、演
算装置３１ｄは、ステップ４１１で受けた乱数列Ｒｉと
ステップ１１２で取り出した秘密鍵とから内積を演算し
て、内積列を求める（ステップ４１４）。

【００７９】そして、後処理装置３１ｅが後処理として
内積列から抽出処理を行った後（ステップ４１５）、第
２の認証子として無線基地局１０に送信する（ステップ
４１６）。＜実施例５＞次に、本発明の実施例５について説明す
る。図１９に実施例５の端末認証部４５の構成ブロック
図を示す。実施例５では、端末認証部４５において、鍵
インデックスを変換する変換装置１１ｋを備える点が実
施例４に対して異なる。図１９において、変換装置１１
ｋは、鍵の変換方法を複数種類用意したものであり、複
数種類の鍵インデックスＩＫｉにより鍵データベース１
１ａからの秘密鍵を変換処理、例えば転置処理、排他的
論理和処理、換字処理を行う。

【００８０】例えば、図２１に示すように鍵インデック
スが「００」である場合には転置前の鍵「Ｋ１，Ｋ２，
Ｋ３・・・Ｋｎ」を転置後の鍵「Ｋｎ，Ｋ１，Ｋ２・・
・Ｋ_n-1」に転置する。

【００８１】なお、換字処理とは、複数の換字テーブル
を用意し、鍵インデックスの値に応じた換字テーブルを
参照して鍵の換字を行うものである。この換字処理も転
置処理の一種である。

【００８２】図２０に実施例５の認証子発生部の構成ブ
ロック図を示す。実施例５では、認証子発生部５５にお
いて、鍵インデックスを変換する変換装置３１ｋを備え
る点が実施例４に対して異なる。図２０において、変換
装置３１ｋは、図１９に示す変換装置１１ｋと同一構成
であり、複数種類の鍵インデックスＩＫｉにより秘密鍵
を変換処理、例えば図２１に示すような転置処理を行
う。

【００８３】このような変換装置１１ｋ，３１ｋを用い
るので、認証子等の符号列が傍受されても、鍵インデッ
クスによる鍵の転置処理によって、その内容を解析する
ことはより困難となるので、通信内容の秘密性を確保す
ることができる。

【００８４】図２２に実施例５の無線基地局の処理フロ
ーチャートを示す。このように構成された実施例５にお
ける無線基地局の処理を説明する。まず、無線基地局１
０において、乱数発生装置１１ｂが乱数Ｒｉと鍵インデ
ックスＩＫｉを発生し（ステップ５０１）、乱数列Ｒｉ
と鍵インデックスＩＫｉとを出力装置１１ｃで所定の出
力レベルまで増幅する。そして、基地通信部１２が乱数
列Ｒｉと鍵インデックスＩＫｉとを各移動端末局２１ａ
〜２１ｎに送信する（ステップ５０２）。

【００８５】次に、移動端末局２１から送信されてくる
認証子を受信する（ステップ５０３）。秘密鍵データベ
ース１１ａから秘密鍵Ｋｓｉを通信すべき移動端末局２
１に対応する秘密鍵を取り出す（ステップ５０４）。そ
して、変換装置１１ｋが鍵インデックスＩＫｉにより鍵
の変換を行い（ステップ５０５）、前処理装置１１ｊが
変換された鍵と乱数列に対して前処理を行う（ステップ
５０６）。

【００８６】さらに、演算装置１１ｄが乱数列Ｒｉと秘
密鍵Ｋｓｉとの内積を演算する（ステップ５０７）。得
られた内積列に基いて、転置処理やあるいは抽出処理を
行うことにより認証子を求める（ステップ５０８）。

【００８７】そして、受信した移動端末局２１の認証子
とステップ５０８で求められた認証子との比較を行う
（ステップ５０９）。移動端末局２１が無線基地局１０
に正規に登録された端末局か否かを判別する（ステップ
５１０）。すなわち、受信した移動端末局２１の認証子
と、ステップ５０８で求められた認証子とが一致するか
否かを判別する。ここで、認証子同士が一致する場合に
は、処理を終了する。そうでない場合には、ステップ５
０１に戻る。

【００８８】図２３に移動端末局の処理フローチャート
を示す。まず、各移動端末局２１ａ〜２１ｎでは、無線
基地局１０から送信された鍵インデックスＩＫｉと乱数
列Ｒｉの受信を待つ（ステップ５１１）。そして、入力
装置３１ｆが鍵インデックスＩＫｉと乱数列Ｒｉを受信
すると、演算装置３１ｄは鍵インデックスＩＫｉに対応
する秘密鍵Ｋｉを取り出す（ステップ５１２）。

【００８９】そして、変換装置３１ｋが鍵インデックス
ＩＫｉにより鍵の変換を行い（ステップ５１３）、前処
理装置３１ｊが変換された鍵と乱数列に対して前処理を
行う（ステップ５１４）。さらに、演算装置３１ｄは、
ステップ５１１で受けた乱数列Ｒｉと秘密鍵とから内積
を演算して、内積列を求め（ステップ５１５）、後処理
を行って（ステップ５１６）、認証子を送信する（ステ
ップ５１７）。＜実施例６＞次に、本発明の実施例６について説明す
る。図２４に実施例６の端末認証部の構成ブロック図を
示す。実施例６では、端末認証部４６において、前処理
及び後処理に対して選択すべき複数種類の変換方法を用
意したものであり、鍵インデックスＩＫｉの値と複数種
類の変換内容とを対応付けた変換データベース１１ｍを
備える。図２４において、変換データベース１１ｍは、
図２５に示すような鍵インデックスと変換内容（論理
和、論理積、排他的論理和、転置、換字等）とを対応付
けて格納している。

【００９０】例えば、鍵インデックスが「０００」であ
る場合には前処理装置１１ｊ及び後処理装置１１ｅで行
うべき処理として、「論理和」が変換データベース１１
ｍから選択される。

【００９１】図２６に実施例６の認証子発生部の構成ブ
ロック図を示す。実施例６では、認証子発生部５６にお
いて、図２４に示した変換データベース１１ｍと同一構
成の変換データベース３１ｍを備える。

【００９２】このような変換データベース１１ｍ，３１
ｍを用いるので、各種の変換処理を適宜選択でき、通信
内容の秘密性を確保することができる。図２７に実施例
６の無線基地局の処理フローチャートを示す。このよう
に構成された実施例６における無線基地局の処理を説明
する。まず、無線基地局１０において、乱数発生装置１
１ｂが乱数Ｒｉと鍵インデックスＩＫｉを発生し（ステ
ップ６０１）、乱数列Ｒｉと鍵インデックスＩＫｉとを
出力装置１１ｃで所定の出力レベルまで増幅する。

【００９３】そして、基地通信部１２が乱数列Ｒｉと鍵
インデックスＩＫｉとを各移動端末局２１ａ〜２１ｎに
送信する（ステップ６０２）。次に、移動端末局２１か
ら送信されてくる認証子を受信する（ステップ６０
３）。秘密鍵データベース１１ａから通信すべき移動端
末局２１に対応する秘密鍵を取り出す（ステップ６０
４）。鍵インデックスにより図２５に示すいずれかの変
換、例えば論理和を選択し（ステップ６０５）、鍵に対
して前処理として論理和処理を行う（ステップ６０
６）。

【００９４】さらに、乱数列Ｒｉと秘密鍵Ｋｓｉとの内
積を演算する（ステップ６０７）。得られた内積列に基
いて、転置処理やあるいは抽出処理を行うことにより認
証子を求める（ステップ６０８）。

【００９５】受信した移動端末局２１の認証子とステッ
プ６０８で求められた認証子との比較を行う（ステップ
６０９）。移動端末局２１が無線基地局１０に正規に登
録された端末局か否かを判別する（ステップ６１０）。
すなわち、受信した移動端末局２１の認証子と、求めら
れた認証子とが一致するか否かを判別する。ここで、認
証子同士が一致する場合には、処理を終了する。そうで
ない場合には、ステップ６０１に戻る。

【００９６】図２８に移動端末局の処理フローチャート
を示す。まず、各移動端末局２１ａ〜２１ｎでは、無線
基地局１０から送信された鍵インデックスＩＫｉと乱数
列Ｒｉの受信を待つ（ステップ６１１）。そして、入力
装置３１ｆが鍵インデックスＩＫｉと乱数列Ｒｉを受信
すると、演算装置３１ｄは鍵インデックスＩＫｉに対応
する秘密鍵Ｋｉを取り出す（ステップ６１２）。

【００９７】そして、鍵インデックスにより図２５に示
すいずれかの変換、例えば論理和を選択し（ステップ６
１３）、鍵に対して前処理として論理和処理を行う（ス
テップ６１４）。演算装置３１ｄは、乱数列Ｒｉと秘密
鍵とから内積を演算して、内積列を求める（ステップ６
１５）。

【００９８】次に、得られた内積列に基いて、転置処理
やあるいは抽出処理を行うことにより認証子を求め（ス
テップ６１６）、認証子を無線基地局１０に送信する
（ステップ６１７）。

【００９９】以上実施例１から実施例６まで説明した
が、これらの実施例によれば、移動端末局毎に複数種類
の秘密鍵を有するとともに複数種類の秘密鍵のいずれか
を鍵インデックスにより指定できるので、移動端末局毎
に秘密鍵が１つの秘密鍵よりも複数種類増加するため、
傍受者には秘密鍵の解読がより困難になる。

【０１００】すなわち、線形独立な乱数式Ｒｉがｎ個と
それに対応する内積列ＭＳｉが傍受者にわかるならば、
利用者の秘密鍵は解読できる。従って、実施例によれ
ば、１つの秘密鍵を用いるようも約ｍ倍（Ｋｓｉのｓを
１からｍとした場合）の乱数と認証子とのペアが必要と
なるため、より安全な端末認証を行うことができる。

【０１０１】また、前処理、後処理、変換処理などの処
理を加えることにより、さらに、秘密鍵の安全性を確保
できる。なお、本発明は実施例１ないし実施例６に限定
されるものではない。前記実施例では、無線基地局１０
で移動端末局２１の認証を行うようにしたが、移動端末
局２１に前記実施例で説明した乱数発生装置を備えるよ
うにしてよい。

【０１０２】この場合には、移動端末局１０が乱数列及
び認証子を無線基地局１０に送信する。このような構成
であっても、移動端末局を認証することができる。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、移動端末局毎に複数種
類の秘密鍵を有するとともに複数種類の秘密鍵のいずれ
かを鍵インデックスにより指定できるので、移動端末局
毎に秘密鍵が１つの秘密鍵よりも複数種類増加するた
め、傍受者には秘密鍵の解読がより困難になる。従っ
て、よりデータの秘密性を保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の実施例１の構成ブロック図である。

【図３】実施例１の端末認証部の構成ブロック図であ
る。

【図４】鍵インデックスと秘密鍵との対応を示す図であ
る。

【図５】認証子の決定方法の一例を示す図である。

【図６】実施例１の認証子発生部の構成ブロック図であ
る。

【図７】実施例１の無線基地局処理フローチャートであ
る。

【図８】実施例１の端末処理テローチャートである。

【図９】実施例１の内積処理フローチャートである。

【図１０】実施例１の後処理フローチャートである。

【図１１】実施例２の後処理フローチャートである。

【図１２】転置処理の一例を示す図である。

【図１３】実施例３の後処理フロチャートである。

【図１４】実施例４の端末認証部の構成ブロック図であ
る。

【図１５】実施例４の認証子発生部の構成ブロック図で
ある。

【図１６】実施例４の無線基地局の処理フローチャート
である。

【図１７】実施例４の前処理フローチャートである。

【図１８】実施例４の端末処理フローチャートである。

【図１９】実施例５の端末認証部の構成ブロック図であ
る。

【図２０】実施例５の認証子発生部の構成ブロック図で
ある。

【図２１】変換処理の一例を示す図である。

【図２２】実施例５の無線基地局の処理フローチャート
である。

【図２３】実施例５の端末処理フローチャートである。

【図２４】実施例６の端末認証部の構成ブロック図であ
る。

【図２５】変換処理の他の一例を示す図である。

【図２６】実施例６の認証子発生部の構成ブロック図で
ある。

【図２７】実施例６の無線基地局の処理フローチャート
である。

【図２８】実施例６の端末処理フローチャートである。

【符号の説明】

１０・・無線基地局１１・・端末認証部１２・・基地通信部１３，２４ａ〜２４ｎ・・制御部２１ａ〜２１ｎ・・移動端末局２２ａ〜２２ｎ・・認証子発生部２３ａ〜２３ｎ・・移動通信部１１ａ・・鍵データベース１１ｂ・・乱数発生装置１１ｃ，３１ｃ・・出力装置１１ｄ，３１ｄ・・演算装置１１ｅ，３１ｅ・・後処理装置１１ｆ，３１ｆ・・入力装置１１ｇ・・比較装置１１ｈ，３１ｈ・・制御回路１１ｋ・・変換装置１１ｍ・・変換データベースＩＫｉ・・鍵インデックスＫｓｉ・・秘密鍵Ｓｉ・・認証子ＭＳｉ・・内積列Ｒｉ・・乱数列

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０９Ｃ 1/00 ３１０ 9364−5ＬＨ０４Ｑ 7/38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】無線基地局（１０）と移動端末局（２１
ｉ）との間で通信許可を付与するための認証を行う通信
端末認証装置であって、前記無線基地局（１０）は、前記移動端末局毎に複数種
類の秘密鍵（Ｋｓｉ）と複数種類の秘密鍵の各々を指定
する複数種類の鍵インデックス（ＩＫｉ）とを対応付け
た基地鍵記憶部（１１ａ）と、前記秘密鍵と予め定めら
れた乱数列（Ｒｉ）との内積を演算して第１の認証子
（ＭＳ１ｉ）を求める演算装置（１１ｄ）と、求められ
た第１の認証子と第２の認証子（ＭＳ２ｉ）とを比較し
て所定の許可信号を出力する比較装置（１１ｇ）とを有
する端末認証部（１１）と、前記乱数列と鍵インデックスとを送信するとともに前記
第２の認証子を受信する基地通信部（１２）とを備え、前記移動端末局（２１ｉ）は、前記乱数列と鍵インデッ
クスとを受信するとともに前記第２の認証子を送信する
移動通信部（２３）と、前記移動端末局毎に前記複数種類の秘密鍵と前記複数種
類の鍵インデックスとを対応付けた移動鍵記憶部（３１
ａ）と、前記基地通信部（１２）から受信した鍵インデ
ックスに対応する秘密鍵を前記移動鍵記憶部から取り出
しこの秘密鍵と受信した乱数列との内積を演算して前記
第２の認証子を求める演算装置（３１ｄ）とを有する認
証子発生部（２２）とを備えたことを特徴とする通信端
末認証装置。
【請求項２】請求項１において、前記端末認証部（１
１）は、前記秘密鍵と乱数列との内積を演算して求めた
後に、秘密鍵に基づく位置から所定の長さのデータを前
記第１の認証子とすることを特徴とする通信端末認証装
置。
【請求項３】請求項１において、前記端末認証部（１
１）は、前記秘密鍵と前記乱数列との内積を演算して求
めた後に、前記秘密鍵に基づいて転置処理を行ったデー
タを前記第１の認証子とすることを特徴とする通信端末
認証装置。
【請求項４】請求項１において、前記端末認証部（１
１）は、前記秘密鍵に基いて前記乱数列を転置処理した
後に、前記秘密鍵との内積を演算して求めたデータを前
記第１の認証子とすることを特徴とする通信端末認証装
置。
【請求項５】請求項１において、前記端末認証部（１
１）は、鍵インデックスが変わる毎に前記秘密鍵に対し
て異なる転置を行うことを特徴とする通信端末認証装
置。