KR20060002774A - 무선 통신 시스템 - Google Patents

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KR20060002774A
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히데이치 사사오카
토모유키 아오노
타카시 오히라
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학교법인 도시샤
가부시키가이샤 고쿠사이 덴키 츠신 기소 기주츠 겐큐쇼
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Abstract

무선 통신 시스템(100)은 무선 장치(10, 30)와, 안테나(11)와, 어레이 안테나(20)를 구비한다. 무선 장치(10 및 30)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개로 변화하면서 시분할 복신(復信)(TDD) 등의 동일 주파수로 총(總) 수신하는 방식에 의해 소정의 신호를 안테나(11) 및 어레이 안테나(20)를 통하여 상호 송수신한다. 그리고, 무선 장치(10 및 30)는 수신한 복수의 전파의 강도를 검출하고 복수의 강도의 프로파일을 나타내는 수신 신호 프로파일(RSSI1, RSSI2)을 각각 작성한다. 무선 장치(10 및 30)는 각각 수신 신호 프로파일(RSSI1, RSSI2)의 복수의 강도를 다치화하고, 그 다치화한 복수의 값을 비트 패턴으로 하는 비밀키(Ks1, Ks2)를 작성한다.
무선 통신 시스템

Description

무선 통신 시스템 {RADIO COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이며, 특히 암호화한 정보를 무선에 의해 통신하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
최근, 정보화 사회의 발전에 수반하여 정보 통신이 점점 중요해짐과 함께, 정보의 도청 또는 부정 이용이 보다 심각한 문제로 되어 있다. 이와 같은 정보의 도청을 방지하기 위해 종래부터 정보를 암호화하고 송신한 것이 행하여지고 있다.
정보를 암호화하고 단말 사이에서 통신을 행하는 방식으로서 공개키 암호 방식과 비밀키 암호 방식이 있다. 공개키 암호 방식은, 안전성이 높지만, 대용량의 데이터의 암호화에는 맞지 않다.
한편, 비밀키 암호 방식은 처리가 비교적 간단하고, 대용량의 데이터의 고속 암호화도 가능하지만, 비밀키를 통신의 상대방에게 송신할 필요가 있다. 또한, 비밀키 암호 방식은 같은 비밀키를 계속 사용하면, 암호 해독의 공격을 받기 쉽고, 안전성이 손상될 가능성이 있다.
그래서, 비밀키를 상대방에게 송신하지 않고 비밀키를 공유하는 방법으로서, 2개의 단말 사이의 전송로의 특성을 측정하고, 그 측정한 특성에 의거하여 각 단말에서 비밀키를 생성하는 방법이 제안되어 있다(호리이케 모토키, 사사오카 슈이치, 「육상 이동통신로의 불규칙 변동에 의거한 비밀키 공유 방식」, 노부미치 기보, 사단법인 전자정보통신학회, 2002년 10월, TECHNICAL REP0RT 0F IEICE RCS2002-173, p.7-12).
이 방법은, 2개의 단말 사이에서 데이터를 송수신한 때의 지연 프로파일을 각 단말에서 측정하고, 그 측정한 지연 프로파일을 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환하고 각 단말에서 비밀키를 생성하는 방법이다. 즉, 전송로를 전반하는 전파는 가역성을 나타내기 때문에, 한쪽의 단말로부터 다른 쪽의 단말에 데이터를 송신한 때의 지연 프로파일은, 다른 쪽의 단말로부터 한쪽의 단말에 같은 데이터를 송신한 때의 지연 프로파일과 같게 된다. 따라서, 한쪽의 단말에서 측정한 지연 프로파일에 의거하여 생성된 비밀키는, 다른 쪽의 단말에서 측정한 지연 프로파일에 의거하여 작성된 비밀키와 같게 된다.
이와 같이, 전송로 특성을 이용하여 비밀키를 생성하는 방법은, 같은 데이터를 2개의 단말 사이에서 서로 송신하는 것만으로 같은 비밀키를 공유할 수 있다.
그러나, 2개의 단말 사이에서 송신되는 데이터를 도청자가 각 단말의 부근에서 방수(傍受)하여 지연 프로파일을 측정하면, 도청자는 각 단말에서 측정한 지연 프로파일에 가까운 지연 프로파일을 취득할 수 있다. 그 결과, 비밀키가 해독될 가능성이 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 비밀키의 도청을 억제 가능한 무선 통신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템은 제 1 및 제 2의 안테나와, 제 1 및 제 2의 무선 장치를 구비한다. 제 1의 안테나는 지향성을 전기적으로 전환 가능하다. 제 1 및 제 2의 무선 장치는, 제 1 및 제 2의 안테나를 통하여 무선 전송로에 의해 전파를 상호 송수신한다. 그리고, 제 1의 무선 장치는 제 1의 안테나의 지향성이 소정의 패턴에 의해 복수 개로 변화된 때에 제 2의 무선 장치로부터 수신한 복수의 전파에 의거하여 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 제 1의 수신 신호 프로파일을 생성하고, 그 생성한 제 1의 수신 신호 프로파일에 의거하여 제 1의 비밀키를 생성한다. 또한 제 2의 무선 장치는 제 1의 안테나의 지향성이 소정의 패턴에 의해 복수 개로 변화된 때에 제 1의 무선 장치로부터 수신한 복수의 전파에 의거하여 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 제 2의 수신 신호 프로파일을 생성하고, 그 생성한 제 2의 수신 신호 프로파일에 의거하여 제 1의 비밀키와 같은 제 2의 비밀키를 생성한다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2의 수신 신호 프로파일의 각각은 복수 개의 지향성에 대응한 복수의 강도로 이루어진다. 제 1 및 제 2의 무선 장치는 복수의 강도를 다치화하고 각각 제 1 및 제 2의 비밀키를 생성한다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2의 무선 장치는 시분할 복신(復信) 방식에 의해 복수의 전파를 송수신한다.
바람직하게는, 제 1의 무선 장치는 생성한 제 1의 비밀키가 제 2의 비밀키에 일치하는 것을 확인한다.
또한, 본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템은 제 1 및 제 2의 안테나와, 제 1 및 제 2의 무선 장치를 구비한다. 제 1의 안테나는 지향성을 전기적으로 전환 가능한 안테나이다. 제 1 및 제 2의 무선 장치는 제 1 및 제 2의 안테나를 통하여 무선 전송로에 의해 전파를 상호 송수신한다. 그리고, 제 1의 무선 장치는 제 1의 안테나의 지향성이 소정의 패턴에 의해 복수 개로 변화된 때에 제 2의 무선 장치가 소정의 통신 프로토콜에 따라 송신한 복수의 데이터에 대응하는 복수의 전파를 수신하고, 그 수신한 복수의 전파에 의거하여 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 제 1의 수신 신호 프로파일을 생성하고, 그 생성한 제 1의 수신 신호 프로파일에 의거하여 제 1의 비밀키를 생성한다. 또한, 제 2의 무선 장치는 제 1의 안테나의 지향성이 소정의 패턴에 의해 복수 개로 변화된 때에 제 1의 무선 장치가 소정의 통신 프로토콜에 따라 송신한 복수의 데이터에 대응하는 복수의 전파를 수신하고, 그 수신한 복수의 전파에 의거하여 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 제 2의 수신 신호 프로파일을 생성하고, 그 생성한 제 2의 수신 신호 프로파일에 의거하여 제 1의 비밀키와 같은 제 2의 비밀키를 생성한다.
바람직하게는, 제 1의 무선 장치는 제 1의 안테나가 무 지향성으로 제어된 때에 제 2의 무선 장치와의 사이에서 무선 전송로를 확립하고, 무선 전송로가 확립한 후, 제 1의 안테나의 지향성을 복수 개로 변화하면서 제 2의 무선 장치와의 사이에서 복수의 데이터를 송수신한다.
바람직하게는, 제 1의 무선 장치는, 제 2의 무선 장치와의 사이에서의 각 데이터의 송수신에 있어서, 제 1의 안테나의 지향성을 갱신하고 제 2의 무선 장치로부터 데이터를 수신하고, 갱신한 제 1의 안테나의 지향성을 유지하고 수신한 데이터를 제 2의 무선 장치에 송신한다.
바람직하게는, 소정의 통신 프로토콜은 복수의 계층으로 이루어진다. 복수의 데이터는 복수의 계층 중, 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층에 있어서의 데이터 포맷에 포함된다. 그리고, 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층은 복수의 통신 프로토콜로 공통의 계층이다.
바람직하게는, 복수의 데이터의 각각은 제 1 및 제 2의 무선 장치에 의해 수신된 전파의 강도를 검출하는 구간과, 제 1의 안테나의 지향성을 변경하는 구간으로 이루어진다.
바람직하게는, 제 1의 무선 장치는 생성한 제 1의 비밀키가 제 2의 비밀키에 불일치할 때, 제 1의 비밀키를 제 2의 비밀키에 일치시킨다.
바람직하게는, 제 1의 안테나는 도청자의 단말에 근접하여 배치된 제 1의 무선 장치에 설치된다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2의 무선 장치는, 제 1 및 제 2의 비밀키를 이용하여 데이터를 암호 및 복호하여 상호 통신한다.
본 발명에 의한 무선 통신 시스템에서는, 지향성을 전기적으로 전환 가능한 제 1의 안테나를 통하여 2개의 무선 장치 사이에서 소정의 데이터가 송수신된다. 그리고, 제 1의 안테나의 지향성을 복수 개로 변화한 때에 검출되는 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 수신 신호 프로파일이 2개의 무선 장치에서 생성되고, 그 생성된 각 수신 신호 프로파일에 의거하여 2개의 무선 장치에서 비밀키가 작성된다. 이 경우, 각 무선 장치에서 생성되는 수신 신호 프로파일은, 2개의 무선 장치 사이에 형성되는 전송로로 고유하다. 즉, 2개의 무선 장치 사이에서 송수신되는 복수의 전파를 방수하여 수신 신호 프로파일을 생성하여도, 그 생성한 수신 신호 프로파일은, 2개의 단말 장치에서 생성된 수신 신호 프로파일과 다르다.
따라서 본 발명에 의하면, 2개의 무선 장치에서 작성되는 비밀키의 도청을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 무선 통신 시스템에서는, 지향성을 전기적으로 전환 가능한 안테나를 통하여 2개의 무선 장치 사이에서 소정의 데이터가 소정의 통신 프로토콜에 따라 송수신된다. 그리고, 이 안테나의 지향성을 복수 개로 변화한 때에 검출되는 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 수신 신호 프로파일이 2개의 무선 장치에서 생성되고, 그 생성된 각 수신 신호 프로파일에 의거하여 2개의 무선 장치에서 비밀키가 작성된다. 이 경우, 각 무선 장치에서 생성되는 수신 신호 프로파일은, 2개의 무선 장치 사이에 형성되는 전송로에 고유하다. 즉, 2개의 무선 장치 사이에서 송수신되는 복수의 전파를 방수하여 수신 신호 프로파일을 생성하여도, 그 생성한 수신 신호 프로파일은 2개의 단말 장치에서 생성되는 수신 신호 프로파일과 다르다.
따라서 본 발명에 의하면, 2개의 무선 장치에서 작성되는 비밀키의 도청을 억제할 수 있다. 또한, 2개의 무선 장치에서 작성되는 비밀키를 생성하기 위한 데이터를 소정의 통신 프로토콜에 따라 송수신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 무선 통신 시스템의 개략도.
도 2는 도 1에 도시한 한쪽의 무선 장치의 개략 블록도.
도 3은 도 1에 도시한 다른 쪽의 무선 장치의 개략 블록도.
도 4는 도 3에 도시한 지향성 설정부의 개략 블록도.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시한 키 일치 확인부의 개략 블록도.
도 6은 도 2 및 도 3에 도시한 키 일치화부의 개략 블록도.
도 7은 수신 신호 프로파일(RSSI)의 개념도.
도 8은 도 1에 도시한 2개의 무선 장치 사이에서 통신을 행하는 동작을 설명하기 위한 플로우 차트.
도 9는 실시의 형태 2에 의한 무선 통신 시스템의 개략도.
도 10은 도 9에 도시한 한쪽의 무선 장치의 내부 구성을 도시한 개략 블록도.
도 11은 도 9에 도시한 다른 쪽의 무선 장치의 내부 구성을 도시한 개략 블록도.
도 12는 도 11에 도시한 지향성 설정부의 기능 블록도.
도 13은 소정의 통신 프로토콜인 IEEE802.11b(또는 IEEE802.11g)의 물리층 및 MAC층의 포맷을 도시한 도면.
도 14는 2개의 무선 장치 사이에서 데이터를 송수신하는 통상의 방법의 개념도.
도 15는 2개의 무선 장치 사이에서의 데이터의 재발송의 개념도.
도 16은 실시의 형태 2에 있어서, 2개의 무선 장치 사이에서 데이터를 송수 신한 방법의 개념도.
도 17은 도 9에 도시한 2개의 무선 장치 사이에서 통신을 행하는 동작을 설명하기 위한 플로우 차트.
본 발명의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 도면중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
[실시의 형태 1]
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 무선 통신 시스템의 개략도이다. 무선 통신 시스템(100)은 무선 장치(10, 30)와, 안테나(11)와, 어레이 안테나(20)를 구비한다. 무선 장치(10)는 예를 들면, 유저의 이동체 통신 단말이다. 또한, 무선 장치(30)는 예를 들면, 무선 액세스 포인트이다.
안테나(11)는 무선 장치(10)에 장착된다. 그리고, 안테나(11)는 전방위성의 안테나이다. 어레이 안테나(20)는 안테나 소자(21 내지 27)를 구비한다. 안테나 소자(24)는 급전 소자이고, 안테나 소자(21 내지 23, 25 내지 27)는 무급전 소자이다. 그리고, 안테나 소자(24)는 안테나 소자(21 내지 23, 25 내지 27)에 의해 둘러싸여 있다. 무급전 소자인 안테나 소자(21 내지 23, 25 내지 27)에 장하(裝荷)된 가변 용량 소자인 버랙터 다이오드에 인가하는 직류 전압을 제어함에 의해, 어레이 안테나(20)는 적절히 응하여 빔 형성이 가능하다.
즉, 어레이 안테나(20)는 무선 장치(30)에 포함되는 버랙터 다이오드(도시 생략)에 인가하는 직류 전압을 변화함에 의해 지향성이 변화된다. 따라서, 어레이 안테나(20)는 전기적으로 지향성을 전환 가능한 안테나이다. 그리고, 어레이 안테나(20)는 무선 장치(30)에 장착된다.
무선 장치(10)와 무선 장치(30) 사이에서 통신이 행하여지는 경우, 전파는 무선 장치(10)의 안테나(11)와 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20) 사이를 직접 전반하거나, 중간물(40)에 의한 영향을 받아 전반한다. 중간물(40)로서는 반사물 및 장애물이 상정된다. 중간물(40)이 반사물인 경우, 무선 장치(10)의 안테나(11) 또는 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)로부터 출사한 전파는, 중간물(40)에 의해 반사되어 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20) 또는 무선 장치(10)의 안테나(11)에 전반된다. 또한, 중간물(40)이 장애물인 경우, 무선 장치(10)의 안테나(11) 또는 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)로부터 출사한 전파는, 중간물(40)에 의해 회절되어 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20) 또는 무선 장치(10)의 안테나(11)에 전반된다.
이와 같이, 전파는 무선 장치(10)의 안테나(11)와 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20) 사이를 직접 전반하거나, 중간물(40)에 의한 반사를 받아서 반사파로서 전반하거나, 중간물(40)에 의한 회절을 받아서 회절파로서 전반하거나 한다. 그리고, 전파는 무선 장치(10)의 안테나(11) 또는 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)로부터 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20) 또는 무선 장치(10)의 안테나(11)에 전반하는 경우, 직접 전반 성분, 반사파 성분 및 회절파 성분이 혼재하고 있고, 무선 장치(10)의 안테나(11) 또는 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)로부터 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20) 또는 무선 장치(10)의 안테나(11)에 전반한 전파가 어떤 성분에 의해 구성되는지에 의해 무선 장치(10)와 무선 장치(30) 사이의 전송로의 특성이 결정된다.
본 발명에서는, 무선 장치(10)와 무선 장치(30) 사이에서 통신이 행하여지는 경우, 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개로 변화하여 시분할 복신(TDD : Time Division Dup1ex) 등의 동일 주파수로 송수신하는 방식으로 소정의 데이터가 무선 장치(10, 30) 사이에서 송수신된다. 그리고, 무선 장치(10, 30)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개로 변화한 때의 복수의 전파의 강도를 나타내는 수신 신호 프로파일(RSSI)을 생성하고, 그 생성한 수신 신호 프로파일(RSSI)에 의거하여 비밀키를 작성한다.
비밀키가 무선 장치(10, 30)에서 생성되면, 무선 장치(10, 30)는 생성한 비밀키에 의해 정보를 암호화하여 상대방에게 송신하고, 상대방으로부터 수신한 암호화 정보를 복호하여 정보를 취득한다.
도 2는, 도 1에 도시한 한쪽의 무선 장치(10)의 개략 블록도이다. 무선 장치(10)는 신호 발생부(110)와, 송신 처리부(120)와, 안테나부(130)와, 수신 처리부(140)와, 프로파일 생성부(150)와, 키 작성부(160)와, 키 일치 확인부(170)와, 키 기억부(180)와, 키 일치화부(190)와, 암호부(200)와, 복호부(210)를 포함한다.
신호 발생부(110)는, 비밀키를 생성할 때 무선 장치(30)에 송신하기 위한 소정의 신호를 생성하고, 그 생성한 소정의 신호를 송신 처리부(120)에 출력한다. 송신 처리부(120)는 변조, 주파수 변환, 다원 접속 및 송신 신호의 증폭 등의 송신계의 처리를 행한다. 안테나부(130)는 도 1에 도시한 안테나(11)로 이루어지고, 송신 처리부(120)로부터의 신호를 무선 장치(30)에 송신하고, 무선 장치(30)로부터의 신호를 수신하여 수신 처리부(140) 또는 프로파일 생성부(150)에 공급한다.
수신 처리부(140)는 수신 신호의 증폭, 다원 접속, 주파수 변환 및 복조 등의 수신계의 처리를 행한다. 그리고, 수신 처리부(140)는 수신 처리를 행한 신호를 필요에 따라 키 일치 확인부(170), 키 일치화부(190) 및 복호부(210)에 출력한다.
프로파일 생성부(150)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개로 변화한 때의 복수의 전파를 안테나부(130)로부터 순차적으로 받고, 그 받은 복수의 전파의 강도를 검출한다. 그리고, 프로파일 생성부(150)는 검출한 복수의 강도로 이루어지는 수신 신호 프로파일(RSSI)을 생성하고 키 작성부(160)에 출력한다.
키 작성부(160)는, 프로파일 생성부(150)로부터의 수신 신호 프로파일(RSSI)에 의거하여 비밀키(Ks1)를 작성한다. 그리고, 키 작성부(160)는 작성한 비밀키(Ks1)를 키 일치 확인부(170) 및 키 일치화부(190)에 출력한다.
키 일치 확인부(170)는 소정의 신호를 송신 처리부(120), 안테나부(130) 및 수신 처리부(140)를 통하여 무선 장치(30)와 송수신하고, 키 작성부(160)에 의해 작성된 비밀키(Ks1)가 무선 장치(30)에서 작성된 비밀키(Ks2)에 일치하는지의 여부를 후술하는 방법에 의해 확인한다. 그리고, 키 일치 확인부(170)는 비밀키(Ks1)가 비밀키(Ks2)에 일치한다고 확인한 때, 비밀키(Ks1)를 키 기억부(180)에 기억한다. 또한, 키 일치 확인부(170)는 비밀키(Ks1)가 비밀키(Ks2)에 불일치한 것을 확인한 때, 불일치 신호(NMTH)를 생성하고 키 일치화부(190)에 출력한다.
키 기억부(180)는 키 일치 확인부(170) 및 키 일치화부(190)로부터의 비밀키 (Ks1)를 기억한다. 또한, 키 기억부(180)는 기억한 비밀키(Ks1)를 암호부(200) 및 복호부(210)에 출력한다. 또한, 키 기억부(180)는 비밀키(Ks1)를 일시적, 예를 들면, 무선 장치(30)와의 통신하는 동안만 기억하도록 하여도 좋다.
키 일치화부(190)는 키 일치 확인부(170)로부터 불일치 신호(NMTH)를 받으면, 후술하는 방법에 의해 비밀키(Ks1)를 비밀키(Ks2)에 일치시킨다. 그리고, 키 일치화부(190)는 일치시킨 비밀키가 비밀키(Ks2)에 일치한 것을 키 일치 확인부(170)에서의 방법과 같은 방법에 의해 확인한다.
암호부(200)는 송신 데이터를 키 기억부(180)에 기억된 비밀키(Ks1)에 의해 암호하고 송신 처리부(120)에 출력한다. 복호부(210)는 수신 처리부(140)로부터의 신호를 키 기억부(180)로부터의 비밀키(Ks1)에 의해 복호하고 수신 데이터를 생성한다.
도 3은, 도 1에 도시한 다른 쪽의 무선 장치(30)의 개략 블록도이다. 무선 장치(30)는 무선 장치(10)의 안테나부(130)를 안테나부(220)로 대신하고, 지향성 설정부(230)를 추가한 것이고, 그 외는 무선 장치(10)와 같다.
안테나부(220)는 도 1에 도시한 어레이 안테나(20)로 이루어진다. 그리고, 안테나부(220)는 송신 처리부(120)로부터의 신호를 지향성 설정부(230)에 의해 설정된 지향성으로 무선 장치(10)에 송신하고, 무선 장치(10)로부터의 신호를 지향성 설정부(230)에 의해 설정된 지향성으로 수신하고 수신 처리부(140) 또는 프로파일 생성부(150)에 출력한다.
지향성 설정부(230)는 안테나부(220)의 지향성을 설정한다. 또한, 지향성 설 정부(230)는 무선 장치(10, 30)에서 비밀키(Ks1, Ks2)를 생성할 때, 후술하는 방법에 의해 소정의 순서에 따라 안테나부(220)의 지향성을 순차적으로 전환한다.
또한, 무선 장치(30)의 프로파일 생성부(150)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개로 변화한 때의 복수의 전파를 안테나부(220)로부터 순차적으로 받고, 그 받은 복수의 전파의 강도를 검출한다. 그리고, 프로파일 생성부(150)는 검출한 복수의 강도로 이루어지는 수신 신호 프로파일(RSSI)을 생성하고 키 작성부(160)에 출력한다.
도 4는 도 3에 도시한 지향성 설정부(230)의 개략 블록도이다. 지향성 설정부(230)는 제어 전압 발생 회로(231)와, 버랙터 다이오드(232)를 포함한다. 제어 전압 발생 회로(231)는 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)(n은 자연수)를 순차적으로 발생하고, 그 발생한 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)를 버랙터 다이오드(232)에 순차적으로 출력한다. 버랙터 다이오드(232)는 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)에 따라 무급전 소자인 안테나 소자(21 내지 23, 25 내지 27)에 장하되는 용량을 변화하고, 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개로 순차적으로 변화한다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시한 키 일치 확인부(170)의 개략 블록도이다. 키 일치 확인부(170)는 데이터 발생부(171)와, 데이터 비교부(172)와, 결과 처리부(173)를 포함한다. 또한 무선 장치(10, 30)의 키 일치 확인부(170)는 같은 구성으로 되지만, 도 5에서는 비밀키(Ks1)가 비밀키(Ks2)에 일치하는 것을 확인하는 동작을 설명하기 위해 무선 장치(30)에서는 데이터 발생부(171)만을 도시한다.
데이터 발생부(171)는 키 작성부(160)로부터 비밀키(Ks1)를 받으면, 비밀키 (Ks1)가 비밀키(Ks2)에 일치하는 것을 확인하기 위한 키 확인용 데이터(DCFM1)를 발생하고, 그 발생한 키 확인용 데이터(DCFM1)를 송신 처리부(120) 및 데이터 비교부(172)에 출력한다.
이 경우, 데이터 발생부(171)는 비밀키(Ks1)로부터 비가역적인 연산 및 일방향적인 연산 등에 의해 키 확인용 데이터(DCFM1)를 발생한다. 보다 구체적으로는 데이터 발생부(171)는 비밀키(Ks1 또는 Ks2)의 해시 값을 연산함에 의해 키 확인용 데이터(DCFM1)를 발생한다.
데이터 비교부(172)는 데이터 발생부(171)로부터 키 확인용 데이터(DCFM1)를 받고, 무선 장치(30)의 데이터 발생부(171)에서 발생된 키 확인용 데이터(DCFM2)를 수신 처리부(140)로부터 받는다. 그리고, 데이터 비교부(172)는 키 확인용 데이터(DCFM1)를 키 확인용 데이터(DCFM2)와 비교한다. 데이터 비교부(172)는 키 확인용 데이터(DCFM1)가 키 확인용 데이터(DCFM2)에 일치할 때, 일치 신호(MTH)를 생성하고 결과 처리부(173)에 출력한다.
또한, 데이터 비교부(172)는 키 확인용 데이터(DCFM1)가 키 확인용 데이터(DCFM2)에 불일치할 때 불일치 신호(NMTH)를 생성한다. 그리고, 데이터 비교부(172)는 불일치 신호(NMTH)를 키 일치화부(190)에 출력하고, 불일치 신호(NMTH)를 송신 처리부(120) 및 안테나부(130)를 통하여 무선 장치(30)에 송신한다.
결과 처리부(173)는 데이터 비교부(172)로부터 일치 신호(MTH)를 받으면, 키 작성부(160)로부터 받은 비밀키(Ks1)를 키 기억부(180)에 기억한다.
도 6은 도 2 및 도 3에 도시한 키 일치화부(190)의 개략 블록도이다. 키 일 치화부(190)는 의사(擬似) 신드롬 작성부(191)와, 불일치 비트 검출부(192)와, 키 불일치 정정부(193)와, 데이터 발생부(194)와, 데이터 비교부(195)와, 결과 처리부(196)를 포함한다.
또한, 무선 장치(10, 30)의 키 일치화부(190)는 같은 구성으로 되지만, 도 6에서는 비밀키(Ks1)를 비밀키(Ks2)에 일치시키는 동작을 설명하기 위해, 무선 장치(30)에서는 의사 신드롬 작성부(191)만을 도시한다.
의사 신드롬 작성부(191)는 키 일치 확인부(170)의 데이터 비교부(172)로부터 불일치 신호(NMTH)를 받으면, 키 작성부(160)로부터 받은 비밀키(Ks1)의 신드롬(x1)을 연산한다. 보다 구체적으로는 의사 신드롬 작성부(191)는 비밀키(Ks1)의 비트 패턴(x1)을 검출하고, 비트 패턴(x1)에 대해 검사 행렬(H)을 승산하고 신드롬(s1)=x1HT를 연산한다. 그리고, 의사 신드롬 작성부(191)는 비트 패턴(x1)을 키 불일치 정정부(193)에 출력하고, 연산한 신드(s1)=x1HT를 불일치 비트 검출부(192)에 출력한다.
또한, 이들의 연산은 mod 2의 연산이고, HT는 검사 행렬(H)의 전치(轉置) 행렬이다.
불일치 비트 검출부(192)는 의사 신드롬 작성부(191)로부터 신드롬(s1)을 받고, 무선 장치(30)의 의사 신드롬 작성부(191)에 의해 연산된 신드롬(s2)=x2HT를 수 신 처리부(140)로부터 받는다. 그리고, 불일치 비트 검출부(192)는 신드롬(s1)과 신드롬(s2)의 차분(s)=s1-s2를 연산한다.
또한, 비밀키(Ks1, Ks2)의 비트 패턴의 차분(키 불일치의 비트 패턴)을 e=x1-x2로 하면, s=eHT의 관계가 성립한다. s=0의 경우, e=0으로 되고, 비밀키(Ks1)의 비트 패턴은 비밀키(Ks2)의 비트 패턴에 일치한다.
불일치 비트 검출부(192)는 연산한 차분(s)이 0이 아닌 때(즉, e≠0일 때), 키 불일치의 비트 패턴(e)을 키 불일치 정정부(193)에 출력한다.
키 불일치 정정부(193)는 의사 신드롬 작성부(191)로부터 비트 패턴(x1)을 받고, 불일치 비트 검출부(192)로부터 키 불일치의 비트 패턴(e)을 받는다. 그리고, 키 불일치 정정부(193)는 비트 패턴(x1)으로부터 키 불일치의 비트 패턴(e)을 감산함에 의해 상대방의 비밀키의 비트 패턴(x2)=x1-e를 연산한다.
이와 같이, 키 일치화부(190)는 비밀키(Ks1, Ks2)의 불일치를 오류라고 간주하고 오류 정정의 응용에 의해 비밀키(Ks1, Ks2)의 불일치를 해소한다.
이 비밀키를 일치시키는 방법은 키 불일치의 비트 수가 오류 정정 능력 이상인 경우에 키의 일치화에 실패할 가능성이 있기 때문에, 키 일치화의 동작을 행한 후에 키 일치의 확인을 행할 필요가 있다.
데이터 발생부(194)는 일치화후의 키(x2)=x1-e를 키 불일치 정정부(193)로부터 받으면, 키(x2)에 의거하여 키 확인용 데이터(DCFM3)를 발생시키고, 그 발생시킨 키 확인용 데이터(DCFM3)를 데이터 비교부(195)에 출력한다. 또한 데이터 발생부(194)는 발생시킨 키 확인용 데이터(DCFM3)를 송신 처리부(120) 및 안테나부(130)를 통하여 무선 장치(30)에 송신한다.
또한, 데이터 발생부(194)는 키 일치 확인부(170)의 데이터 발생부(171)에 의한 키 확인용 데이터(DCFM1)의 발생 방법과 같은 방법에 의해 키 확인용 데이터(DCFM3)를 발생한다.
데이터 비교부(195)는 데이터 발생부(194)로부터 키 확인용 데이터(DCFM3)를 받고, 무선 장치(30)에서 발생된 키 확인용 데이터(DCFM4)를 수신 처리부(140)로부터 받는다. 그리고, 데이터 비교부(195)는 키 확인용 데이터(DCFM3)를 키 확인용 데이터(DCFM4)와 비교한다.
데이터 비교부(195)는 키 확인용 데이터(DCFM3)가 키 확인용 데이터(DCFM4)에 일치할 때, 일치 신호(MTH)를 생성하고 결과 처리부(196)에 출력한다.
또한, 데이터 비교부(195)는 키 확인용 데이터(DCFM3)가 키 확인용 데이터(DCFM4)에 불일치할 때, 불일치 신호(NMTH)를 생성한다. 그리고, 데이터 비교부(195)는 불일치 신호(NMTH)를 송신 처리부(120) 및 안테나부(130)를 통하여 무선 장치(30)에 송신한다.
결과 처리부(196)는 데이터 비교부(195)로부터 일치 신호(MTH)를 받으면, 키 불일치 정정부(193)로부터 받은 키(x2)=x1-e를 키 기억부(180)에 기억한다.
이와 같이, 데이터 발생부(194), 데이터 비교부(195) 및 결과 처리부(196)는 키 일치 확인부(170)에서의 확인 방법과 같은 방법에 의해 일치화가 시행된 키의 일치를 확인한다.
도 7은 수신 신호 프로파일(RSSI)의 개념도이다. 지향성 설정부(230)의 제어 전압 발생 회로(231)는 각각이 전압(V1 내지 V6)으로 이루어지는 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)를 순차적으로 발생하여 버랙터 다이오드(232)에 출력한다. 이 경우, 전압(V1 내지 V6)은 각각, 안테나 소자(21 내지 23, 25 내지 27)에 장하되는 용량을 변화하기 위한 전압이고, 0 내지 20V의 범위에서 변화된다.
버랙터 다이오드(232)는 패턴(P1)으로 이루어지는 제어 전압 세트(CLV1)에 따라 어레이 안테나(20)의 지향성을 어느 하나의 지향성으로 설정한다. 그리고, 어레이 안테나(20)는 설정된 지향성으로 무선 장치(10)로부터의 전파를 수신하고 프로파일 생성부(150)에 공급한다. 프로파일 생성부(150)는 어레이 안테나(20)(안테나부(220))로부터 받은 전파의 강도(WI1)를 검출한다.
다음에, 버랙터 다이오드(232)는 패턴(P2)으로 이루어지는 제어 전압 세트(CLV2)에 따라 어레이 안테나(20)의 지향성을 다른 지향성으로 설정한다. 그리고, 어레이 안테나(20)는 설정된 지향성으로 무선 장치(10)로부터의 전파를 수신하고 프로파일 생성부(150)에 공급한다. 프로파일 생성부(150)는 어레이 안테나(20)(안테나부(220))로부터 받은 전파의 강도(WI2)를 검출한다.
이후, 마찬가지로 하여, 버랙터 다이오드(232)는 각각 패턴(P3 내지 Pn)으로 이루어지는 제어 전압 세트(CLV3 내지 CLVn)에 따라 어레이 안테나(20)의 지향성을 순차적으로 변화한다. 그리고, 어레이 안테나(20)는 각각 설정된 지향성으로 무선 장치(10)로부터의 전파를 수신하고 프로파일 생성부(150)에 공급한다. 프로파일 생성부(150)는 어레이 안테나(20)(안테나부(220))로부터 받은 전파의 강도(WI3 내지 WIn)를 순차적으로 검출한다.
그리고, 프로파일 생성부(150)는 강도(WI1 내지 WIn)로 이루어지는 강도 프로파일을 나타내는 수신 신호 프로파일(RSSI)을 생성하고 키 작성부(160)에 출력한다.
패턴(P1 내지 Pn)에 의해 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개로 순차적으로 전환하고 무선 장치(30)로부터 무선 장치(10)에 데이터를 송신한 때, 무선 장치(10)의 프로파일 생성부(150)가 수신 신호 프로파일(RSSI)을 생성한다.
키 작성부(160)는 프로파일 생성부(150)로부터 수신 신호 프로파일(RSSI)을 받고, 수신 신호 프로파일(RSSI)로부터 최대 강도(WImax)(=WI6)를 검출한다. 그리고, 키 작성부(160)는 최대 강도(WImax)(=WI6)에 의해 수신 신호 프로파일(RSSI)을 규격화하고, 각 강도(WI1 내지 WIn)를 다치화한다. 키 작성부(160)는 다치화한 각 값을 검출하고, 그 검출한 각 값을 비트 패턴으로 하는 비밀키(Ks1 또는 Ks2)를 작성한다.
도 8은 도 1에 도시한 2개의 무선 장치(10, 30) 사이에서 통신을 행하는 동작을 설명하기 위한 플로우 차트이다. 일련의 동작이 시작되면, 무선 장치(30)의 송신 처리부(120)는 k=1을 설정한다(스텝 S1). 그리고, 지향성 설정부(230)는 패턴(P1)에 의해 어레이 안테나(20)의 지향성을 하나의 지향성으로 설정한다(스텝 S2).
그 후, 무선 장치(10)의 신호 발생부(110)는 소정의 신호를 발생하여 송신 처리부(120)에 출력한다. 송신 처리부(120)는 소정의 신호로 변조 등의 처리를 시행하고, 안테나(11)를 통하여 무선 장치(30)에 소정의 신호를 구성하는 전파를 송신한다(스텝 S3).
무선 장치(30)에서, 어레이 안테나(20)는 무선 장치(10)로부터의 전파를 수신하고, 그 수신한 전파를 프로파일 생성부(150)에 출력한다. 프로파일 생성부(150)는 어레이 안테나(20)로부터 받은 전파의 강도(I1k)를 검출한다(스텝 S4).
그 후, 무선 장치(30)의 신호 발생부(110)는 소정의 신호를 발생하여 송신 처리부(120)에 출력한다. 송신 처리부(120)는 소정의 신호로 변조 등이 처리를 시행하고, 어레이 안테나(20)를 통하여 무선 장치(10)에 소정의 신호를 구성하는 전파를 송신한다(스텝 S5).
무선 장치(10)에서, 안테나(11)는 무선 장치(30)로부터의 전파를 수신하고, 그 수신한 전파를 프로파일 생성부(150)에 출력한다. 프로파일 생성부(150)는 안테나(11)로부터 받은 전파의 강도(I2k)를 검출한다(스텝 S6).
그 후, 무선 장치(30)의 송신 처리부(120)는 k=k+1을 설정하고(스텝 S7), k=n인지의 여부를 판정한다(스텝 S8). 그리고, k=n이 아닌 때, 스텝 S2 내지 S8이 반복 실행된다. 즉, 어레이 안테나(20)의 지향성이 패턴(P1 내지 Pn)에 의해 n개로 변화되고, 무선 장치(10)의 안테나(11)와 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20) 사이에서 소정의 신호를 구성하는 전파가 송수신되고, 강도(I11 내지 I1n 및 I21 내지 I2n)가 검출될 때까지 스텝 S2 내지 S8이 반복 실행된다.
스텝 S8에서, k=n이라고 판정되면, 무선 장치(30)에서 프로파일 생성부(150) 는 강도(I11 내지 I1n)로부터 수신 신호 프로파일(RSSI1)을 작성하여 키 작성부(160)에 출력한다.
키 작성부(160)는 수신 신호 프로파일(RSSI1)로부터 최대 강도(WImax1)를 검출하고, 그 검출한 최대 강도(WImax1)에 의해 수신 신호 프로파일(RSSI1)을 규격화하고, 강도(I11 내지 I1n)를 다치화한다. 그리고, 키 작성부(160)는 다치화한 각 값을 비트 패턴으로 하는 비밀키(Ks2)를 생성한다(스텝 S9).
또한, 무선 장치(10)의 프로파일 생성부(150)는 강도(I21 내지 I2n)로부터 수신 신호 프로파일(RSSI2)을 작성하여 키 작성부(160)에 출력한다. 키 작성부(160)는 수신 신호 프로파일(RSSI2)로부터 최대 강도(WImax2)를 검출하고, 그 검출한 최대 강도(WImax2)에 의해 수신 신호 프로파일(RSSI2)을 규격화하고, 강도(I21 내지 I2n)를 다치화한다. 그리고, 키 작성부(160)는 다치화한 각 값을 비트 패턴으로 하는 비밀키(Ks1)를 생성한다(스텝 S10).
그 후, 무선 장치(10)에서 키 작성부(160)는 비밀키(Ks1)를 키 일치 확인부(170)에 출력한다. 키 일치 확인부(170)의 데이터 발생부(171)는 상술한 방법에 의해 키 확인용 데이터(DCFM1)를 발생하고 송신 처리부(120) 및 데이터 비교부(172)에 출력한다. 송신 처리부(120)는 키 확인용 데이터(DCFM1)로 변조 등이 처리를 시행하고, 안테나부(130)를 통하여 무선 장치(30)에 키 확인용 데이터(DCFM1)를 송신한다.
그리고, 안테나부(130)는 무선 장치(30)에서 발생된 키 확인용 데이터(DCFM2)를 무선 장치(30)로부터 수신하고, 그 수신한 키 확인용 데이터(DCFM2)를 수신 처리부(140)에 출력한다. 수신 처리부(140)는 키 확인용 데이터(DCFM2)에 소정의 처리를 시행하고, 키 일치 확인부(170)의 데이터 비교부(172)에 키 확인용 데이터(DCFM2)를 출력한다.
데이터 비교부(172)는 데이터 발생부(171)로부터의 키 확인용 데이터(DCFM1)를 수신 처리부(140)로부터의 키 확인용 데이터(DCFM2)와 비교한다. 그리고, 데이터 비교부(172)는 키 확인용 데이터(DCFM1)가 키 확인용 데이터(DCFM2)에 일치하고 있는 때, 일치 신호(MTH)를 생성하고 결과 처리부(173)에 출력한다. 결과 처리부(173)는 일치 신호(MTH)에 따라 키 작성부(160)로부터의 비밀키(Ks1)를 키 기억부(180)에 기억한다.
한편, 키 확인용 데이터(DCFM1)가 키 확인용 데이터(DCFM2)에 불일치할 때, 데이터 비교부(172)는 불일치 신호(NMTH)를 생성하고 송신 처리부(120) 및 키 일치화부(190)에 출력한다. 송신 처리부(120)는 불일치 신호(NMTH)를 안테나부(130)를 통하여 무선 장치(30)에 송신한다. 그리고, 무선 장치(30)는 무선 장치(10)에서 비밀키(Ks1, Ks2)의 불일치가 확인된 것을 검지한다.
이로써, 무선 장치(10)에서의 키 일치의 확인이 종료된다(스텝 S11).
또한, 무선 장치(10)에서의 키 일치 확인을 대신하여 무선 장치(30)에서 키 일치 확인을 하여도 좋다(스텝 S12).
스텝 S11에서, 비밀키(Ks1, Ks2)의 불일치가 확인된 때, 무선 장치(10)에서 키 일치화부(190)의 의사 신드롬 작성부(191)는 키 일치 확인부(170)로부터 불일치 신호(NMTH)를 받는다. 그리고, 의사 신드롬 작성부(191)는 불일치 신호(NMTH)에 따 라 키 작성부(160)로부터 받은 비밀키(Ks1)의 비트 패턴(x1)을 검출하고, 그 검출한 비트 패턴(x1)의 신드롬(s1)=x1HT를 연산한다.
의사 신드롬 작성부(191)는 연산한 신드롬(s1)=x1HT를 불일치 비트 검출부(192)에 출력하고, 비트 패턴(x1)을 키 불일치 정정부(193)에 출력한다.
한편, 무선 장치(30)는 스텝 S11에서 무선 장치(10)로부터 불일치 신호(NMTH)를 수신하고, 그 수신한 불일치 신호(NMTH)에 따라 신드롬(s2)=x2HT를 연산하여 무선 장치(10)에 송신한다.
무선 장치(10)의 안테나부(130)는 무선 장치(30)로부터 신드롬(s2)=x2HT를 수신하여 수신 처리부(140)에 출력한다. 수신 처리부(140)는 신드롬(s2)=x2HT에 대해 소정의 처리를 시행하고, 신드롬(s2)=x2HT를 키 일치화부(190)에 출력한다.
키 일치화부(190)의 불일치 비트 검출부(192)는 수신 처리부(140)로부터 무선 장치(30)에서 작성된 신드롬(s2)=x2HT를 받는다. 그리고, 불일치 비트 검출부(192)는 무선 장치(10)에서 작성된 신드롬(s1)=x1HT와 무선 장치(30)에서 작성된 신 드롬(s2)=x2HT의 차분(s)=s1-s2를 연산한다.
그 후, 불일치 비트 검출부(192)는 s≠0인 것을 확인하고, 키 불일치의 비트 패턴(e)=x1-x2를 s=eHT에 의거하여 연산하고, 그 연산한 키 불일치의 비트 패턴(e)을 키 불일치 정정부(193)에 출력한다.
키 불일치 정정부(193)는 의사 신드롬 작성부(191)로부터의 비트 패턴(x1)과, 불일치 비트 검출부(192)로부터의 키 불일치의 비트 패턴(e)에 의거하여, 무선 장치(30)에서 작성된 비밀키(Ks2)의 비트 패턴(x2)=x1-e를 연산한다.
그리고, 데이터 발생부(194), 데이터 비교부(195) 및 결과 처리부(196)는 키 일치 확인부(170)에서의 키 일치 확인의 동작과 같은 동작에 의해 일치화된 키(x2)=x1-e의 일치를 확인한다.
이로써, 키 불일치 대책이 종료된다(스텝 S13).
또한, 무선 장치(10)에서의 키 불일치 대책을 대신하여, 무선 장치(30)에서 키 불일치 대책을 하여도 좋다(스텝 S14).
스텝 S11에서, 비밀키(Ks1)가 비밀키(Ks2)에 일치하는 것이 확인된 때, 또는 스텝 S13에서 키 불일치 대책이 이루어진 때, 암호부(200)는 키 기억부(180)로부터 비밀키(Ks1)를 판독하여 송신 데이터를 암호화하고, 암호화한 송신 데이터를 송신 처리부(120)에 출력한다. 그리고, 송신 처리부(120)는 암호화된 송신 데이터로 변조 등을 시행하고, 안테나부(130)를 통하여 암호화된 송신 데이터를 무선 장치(30) 에 송신한다.
또한, 안테나부(130)는 암호화된 송신 데이터를 무선 장치(30)로부터 수신하고, 그 수신한 암호화된 송신 데이터를 수신 처리부(140)에 출력한다. 수신 처리부(140)는 암호화된 송신 데이터에 소정의 처리를 시행하고, 암호화된 송신 데이터를 복호부(210)에 출력한다.
복호부(210)는 수신 처리부(140)로부터의 암호화된 송신 데이터를 복호하여 수신 데이터를 취득한다.
이로써, 비밀키(Ks1)에 의한 암호·복호가 종료된다(스텝 S15).
무선 장치(30)에서도 무선 장치(10)와 같은 동작에 의해 비밀키(Ks2)에 의한 암호·복호가 행하여진다(스텝 S16). 그리고, 일련의 동작이 종료된다.
상술한 스텝 S3, S4로 나타낸 동작은 무선 장치(30)에서 수신 신호 프로파일(RSSI1)을 생성하기 위한 전파를 무선 장치(10)의 안테나(11)로부터 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)에 송신하고, 또한, 무선 장치(30)에서 전파의 강도(I1k)를 검출하는 동작이고, 스텝 S5, S6으로 나타낸 동작은 무선 장치(10)에서 수신 신호 프로파일(RSSI2)을 생성하기 위한 전파를 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)로부터 무선 장치(10)의 안테나(11)에 송신하고, 또한 무선 장치(10)에서 전파의 강도(I2k)를 검출하는 동작이다. 그리고, 소정의 신호를 구성하는 전파의 무선 장치(10)의 안테나(11)로부터 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)에의 송신 및 소정의 신호를 구성하는 전파의 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)로부터 무선 장치(10)의 안테나(11)에의 송신은, 어레이 안테나(20)의 지향성을 하나의 지향성으로 설정 하여 교대로 행하여진다. 즉, 소정의 신호를 구성하는 전파는 무선 장치(10)의 안테나(11)와 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20) 사이에서 시분할 복신(TDD) 등의 동일 주파수로 송수신하는 방식에 의해 송수신된다.
따라서 어레이 안테나(20)의 지향성을 하나의 지향성으로 설정하여 무선 장치(10)의 안테나(11)로부터 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)에 소정의 신호를 구성하는 전파를 송신하고, 무선 장치(30)에서 전파의 강도(I1k)를 검출한 직후에, 같은 소정의 신호를 구성하는 전파를 무선 장치(30)의 어레이 안테나(20)로부터 무선 장치(10)의 안테나(11)에 송신하고, 무선 장치(10)에서 전파의 강도(I2k)를 검출할 수 있다. 그 결과, 무선 장치(10, 30) 사이에서 같은 전송로 특성을 확보하여 소정의 신호를 구성하는 전파를 무선 장치(10, 30) 사이에서 송수신할 수 있고, 전파의 가역성에 의해 전파의 강도(I11 내지 I1n)를 각각 전파의 강도(I21 내지 I2n)에 일치시킬 수 있다. 그리고, 무선 장치(10)에서 작성되는 비밀키(Ks1)를 무선 장치(30)에서 작성되는 비밀키(Ks2)에 용이하게 일치시킬 수 있다.
또한, 소정의 신호를 구성하는 전파는, 무선 장치(10, 30) 사이에서 시분할 복신(TDD) 등의 동일 주파수로 송수신하는 방식에 의해 송수신되기 때문에, 전파의 간섭을 억제하고 하나의 어레이 안테나(20)를 통하여 소정의 신호를 구성하는 전파를 무선 장치(10, 30) 사이에서 송수신할 수 있다.
또한, 어레이 안테나(20)의 지향성을 하나의 지향성으로 설정하고 무선 장치(10, 30) 사이에서 소정의 신호를 구성하는 전파를 송수신하고, 비밀키(Ks1, Ks2)를 작성하기 위한 수신 신호 프로파일(RSSI1, RSSI2)을 생성하기 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이 어레이 안테나(20)를 장착한 무선 장치(30)의 부근에 도청 장치(50)가 배치되어 있어도, 도청 장치(50)에 의한 비밀키(Ks1, Ks2)의 도청을 억제할 수 있다.
즉, 도청 장치(50)는 안테나(11) 및 어레이 안테나(20)로부터 송신된 전파를 안테나(51)를 통하여 수신하지만, 어레이 안테나(20)는 지향성을 각 지향성으로 설정하여 전파를 송수신하기 때문에, 안테나(11)와 어레이 안테나(20) 사이에서 송수신되는 전파는 안테나(11) 또는 어레이 안테나(20)와 안테나(51) 사이에서 송수신되는 전파와 다르고, 도청 장치(50)는, 무선 장치(30)가 송수신하는 전파와 같은 전파를 송수신할 수 없고, 전파의 강도(I1k)와 같은 강도를 얻을 수 없다. 그 결과, 도청 장치(50)는 비밀키(Ks1, Ks2)를 도청할 수 없다.
따라서 본 발명에서는 전기적으로 지향성을 전환 가능한 어레이 안테나(20)를 도청 장치(50)의 부근에 배치된 무선 장치(30)에 장착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 키 확인용 데이터(DCFM1 내지 4)는 비밀키(Ks1, Ks2)에 비가역적인 연산, 또는 일방향적인 연산을 시행하여 발생되기 때문에, 키 확인용 데이터(DCFM1 내지 4)가 도청되어도 비밀키(Ks1, Ks2)가 해독될 위험성을 극히 낮게 할 수 있다.
또한, 신드롬(s1, s2)은 비밀키(Ks1, Ks2)의 비트 패턴을 나타내는 키(x1, x2)에 검사 행렬(H)의 전치 행령(HT)을 승산하여 얻어지기 때문에, 신드롬(s1, s2)이 도청되어도 곧바로 정보의 비트 패턴이 추측되는 것은 특수한 부호화를 상정하지 않는 한 일어나지 않는다. 따라서, 도청을 억제하고 비밀키를 일치시킬 수 있 다.
또한, 무선 장치(10, 30) 사이에서 통신을 행하는 동작은 실제로는 CPU(Central Processing Unit)에 의해 행하여지고, 무선 장치(10)에 탑재된 CPU는, 도 8에 도시한 각 스텝 S3, S6, S10, S11, S13, S15를 구비하는 프로그램을 ROM(Read Only Memory)으로부터 판독하고, 무선 장치(30)에 탑재된 CPU는, 도 8에 도시한 각 스텝 S1, S2, S4, S5, S7, S8, S9, S12, S14, S16을 구비하는 프로그램을 ROM으로부터 판독하고, 무선 장치(10, 30)에 탑재된 2개의 CPU는, 그 판독한 프로그램을 실행하여 도 8에 도시한 플로우 차트에 따라 무선 장치(10, 30) 사이에서 통신을 행한다.
따라서 ROM은, 무선 장치(10, 30) 사이에서 통신을 행하는 동작을 컴퓨터(CPU)에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터(CPU) 판독 가능한 기록 매체에 상당한다.
그리고, 도 8에 도시한 각 스텝을 구비하는 프로그램은, 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개에 차례로 변화시켜 수신한 복수의 전파에 의거하여, 무선 장치(10, 30) 사이에서의 통신을 컴퓨터(CPU)에 실행시키는 프로그램이다.
상기에서는, 전기적으로 지향성을 전환 가능한 어레이 안테나(20)를 무선 장치(30)만으로 장착한다고 설명하였지만, 본 발명에서는 어레이 안테나(20)는 무선 장치(10 및 30)의 양쪽에 장착되어도 좋다.
즉, 본 발명에서는 어레이 안테나(20)는 2개의 무선 장치(10, 30)중, 적어도 한쪽의 무선 장치에 장착되어 있으면 좋다. 그리고, 어레이 안테나(20)를 장착한 무선 장치는 바람직하게는 도청 장치(50)의 부근에 배치된다.
또한, 본 발명에서는 비밀키(Ks1, Ks2)의 키 길이는 무선 장치(10, 30) 사이의 통신 환경에 따라 결정되어도 좋다. 즉, 무선 장치(10, 30) 사이의 통신 환경이 도청하기 쉬운 환경일 때, 비밀키(Ks1, Ks2)의 키 길이를 상대적으로 길게 하고, 무선 장치(10, 30) 사이의 통신 환경이 도청하기 어려운 환경일 때, 비밀키(Ks1, Ks2)의 키 길이를 상대적으로 짧게 한다.
또한, 정기적으로 비밀키(Ks1, Ks2)의 키 길이를 변화하도록 하여도 좋다.
또한, 무선 장치(10, 30) 사이에서 송수신하는 정보의 기밀성에 따라 비밀키(Ks1, Ks2)의 키 길이를 변화하도록 하여도 좋다. 즉, 정보의 기밀성이 높은 때 비밀키(Ks1, Ks2)의 키 길이를 상대적으로 길게 하고, 정보의 기밀성이 낮은 때 비밀키(Ks1, Ks2)의 키 길이를 상대적으로 짧게 한다.
그리고, 이 키 길이는, 어레이 안테나(20)의 지향성을 변화시키는 개수, 즉, 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)의 개수에 의해 제어된다. 비밀키(Ks1, Ks2)는 검출된 전파의 강도(I11 내지 I1n, I21 내지 I2n)의 개수로 이루어지는 비트 패턴을 가지며, 전파의 강도(I11 내지 I1n, I21 내지 I2n)의 개수는 어레이 안테나(20)의 지향성을 변화시키는 개수와 동등하기 때문이다. 즉, 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)의 개수에 의해 비밀키(Ks1, Ks2)의 키 길이를 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 비밀키(Ks1, Ks2)의 키 길이는 전기적으로 지향성을 전환 가능한 어레이 안테나(20)의 지향성을 변화시키는 개수에 의해 결정된다.
또한, 상기에서는, 2개의 무선 장치 사이에서 비밀키를 생성하는 경우, 즉, 하나의 무선 장치가 하나의 무선 장치와 통신하는 경우에 관해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, 하나의 무선 장치가 복수의 무선 장치와 통신하는 경우에 과해서도 적용된다. 이 경우, 하나의 무선 장치는 통신의 상대마다 어레이 안테나(20)의 지향성의 전환 패턴을 변화하여 비밀키를 생성한다. 하나의 무선 장치는, 어레이 안테나(20)의 지향성의 전환 패턴을 하나로 고정하고 복수의 무선 장치와의 사이에서 비밀키를 생성하는 것도 가능하지만(복수의 무선 장치의 설치 장소에 의해 하나의 무선 장치와의 전송로가 다르기 때문에, 통신의 상대마다 다른 비밀키를 생성할 수 있다), 도청을 효과적으로 억제하는데는, 통신의 상대마다 어레이 안테나(20)의 지향성의 전환 패턴을 벼화하여 비밀키를 생성하는 것이 바람직하다.
[실시의 형태 2]
도 9는, 실시의 형태 2에 의한 무선 통신 시스템의 개략도이다. 무선 통신 시스템(200)은, 도 1에 도시한 무선 통신 시스템(100)의 무선 장치(10, 30)를 각각 무선 장치(10A, 30A)로 바꾼 것이고, 그 외는 무선 통신 시스템(100)과 같다.
무선 장치(10A)에는 안테나(11)가 장착되고, 무선 장치(30A)에는 어레이 안테나(20)가 장착된다. 무선 장치(10A)는 무선 LAN(Local Area Network)의 프로토콜인 IEEE802.11b 또는 IEEE802.11g에 따라 무선 장치(30A)의 사이에서 통신을 행한다.
도 10은, 도 9에 도시한 한쪽의 무선 장치(10A)의 내부 구성을 도시한 개략 블록도이다. 무선 장치(10A)는 무선 장치(10)의 신호 발생부(110)를 신호 발생부(110A)로 바꾼 것이고, 그 외는 무선 장치(10)와 같다.
신호 발생부(110A)는 비밀키를 생성할 때에 무선 장치(30A)에 송신하기 위한 소정의 신호를 생성하고, 그 생성한 소정의 신호를 송신 처리부(120)에 출력한다. 송신 처리부(120)는 암호부(200)로부터 암호화 데이터를 받으면, 그 받은 암호화 데이터에 대해 변조, 주파수 변환 및 증폭 등을 시행하여 안테나부(130)로부터 송신한다.
또한, 실시의 형태 2에서는 송신 처리부(120)는 신호 발생부(110A)로부터 소정의 신호를 받으면, 소정의 신호를 소정의 통신 프로토콜인 IEEE802.11b(또는 IEEE802.11g)의 물리층을 구성하는 데이터 포맷에 포함하고, 변조, 주파수 변환 및 증폭 등을 시행하여 안테나부(130)로부터 송신한다.
도 11은, 도 9에 도시한 다른 쪽의 무선 장치(30A)의 내부 구성을 도시한 개략 블록도이다. 무선 장치(30A)는 무선 장치(30)의 신호 발생부(110)를 신호 발생부(110A)로 바꾸고, 지향성 설정부(230)를 지향성 설정부(230A)로 바꾼 것이고, 그 외는 무선 장치(30)와 같다. 신호 발생부(110A)에 관해서는 상술한 바와 같다.
실시의 형태 2에서는, 안테나부(220)는 송신 처리부(120)로부터의 신호를 지향성 설정부(230A)에 의해 설정된 무 지향성 또는 지향성으로 무선 장치(10A)에 송신한다. 즉, 안테나부(220)는 옴니안테나 또는 지향성 안테나로서 기능하고, 송신 처리부(120)로부터의 신호를 무선 장치(10A)에 송신한다. 또한, 안테나부(220)는 무선 장치(10A)로부터의 신호를 지향성 설정부(230A)에 의해 설정된 지향성으로 수신하여 수신 처리부(140) 또는 프로파일 생성부(150)에 출력한다.
지향성 설정부(230A)는, 안테나부(220)의 지향성을 설정하는 기능을 가지며, 무선 장치(10A, 30A)에서 비밀키(Ks1, Ks2)를 생성할 때, 후술하는 방법에 의해, 소정의 순서에 따라 안테나부(220)의 지향성을 순차적으로 전환하고, 또는 안테나부(220)를 무 지향성으로 설정한다.
도 12는, 도 11에 도시한 지향성 설정부(230A)의 기능 블록도이다. 지향성 설정부(230A)는 지향성 설정부(230)의 제어 전압 발생 회로(231)를 제어 전압 발생 회로(231A)로 바꾼 것이고, 그 외는 지향성 설정부(230)와 같다.
지향성 설정부(230A)는 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)(n은 자연수)를 순차적으로 발생하고, 그 발생한 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)를 버랙터 다이오드(232)에 순차적으로 출력한다. 버랙터 다이오드(232)는 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)에 따라 무급전 소자인 안테나 소자(21 내지 23, 25 내지 27)에 장하되는 용량을 변화하고, 어레이 안테나(20)를 옴니안테나 또는 지향성 안테나로서 기능시킨다. 즉, 버랙터 다이오드(232)는 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)에 따라 무급전 소자(21 내지 23, 25 내지 27)의 리액턴스 값을 변화함에 의해 어레이 안테나(20)를 옴니안테나 또는 지향성 안테나로서 기능시킨다. 이 경우, 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)의 전부가 0V로 되는 때, 어레이 안테나(20)는 옴니안테나로서 기능한다. 그리고, 버랙터 다이오드(232)는 제어 전압 세트(CLV1 내지 CLVn)의 복수의 다른 세트에 따라, 무급전 소자(21 내지 23, 25 내지 27)의 리액턴스 값을 순차적으로 변화하여, 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개로 순차적으로 변화한다.
도 13은, 소정의 통신 프로토콜인 IEEE802.11b(또는 IEEE802.11g)의 물리층 및 MAC(Media Access Control)층의 포맷을 도시한 도면이다. 물리층은 데이터를 전 기 신호로 변환하고, 실제의 전송을 행하는 계층이다. 그리고, 물리층은 IEEE802.11b 및 IEEE802.11g의 양쪽에 공통의 데이터 포맷으로 이루어진다. 또한, MAC층은 각 무선 장치 사이에서 신뢰성이 높은 데이터 전송을 행하는 계층이다. 물리층은 PLCP(Physical Layer Convergence Protocl) 프리앰블과, PLCP 헤더로 이루어진다.
PLCP 프리앰블은, SYNC(SYNChronization field) 신호와, SFD(Start Frame Delimeter) 신호로 이루어진다. 또한, PLCP 헤더는, SIGNAL(SIGNAL or data rate) 신호와, SERVICE 신호와, LENGTH 신호와, CRC(Cyclic Redundancy Code) 신호로 이루어진다.
SYNC 신호는 128비트의 데이터 길이를 갖는 신호이고, 동기의 확립에 사용된다. SFD 신호는 16비트의 데이터 길이를 갖는 신호이고, PLCP 프리앰블의 종료를 나타낸다.
SIGNAL 신호는 8비트의 데이터 길이를 갖는 신호이고, MAC층의 데이터 속도를 나타낸다. SERVICE 신호는, 8비트의 데이터 길이를 갖는 신호이고, 기능 확장용으로서 예약되어 있다. LENGTH 신호는 16비트의 데이터 길이를 갖는 신호이고, MAC층의 데이터 길이를 나타낸다. CRC 신호는 16비트의 데이터 길이를 갖는 신호이고, 오류 검출에 이용된다.
또한, MAC층은 PSDU(PLCP Service Data Unit)로 이루어진다. 그리고, PSDU는 48비트 이상의 데이터 길이를 갖는 MAC층의 데이터이다.
실시의 형태 2에서는, 비밀키(Ks1, Ks2)를 생성하는 경우 무선 장치(10A, 30A)는 소정의 데이터를 물리층에 포함하고, 어레이 안테나(20)의 지향성을 변화시키면서 송신한다. 보다 구체적으로는 SYNC 신호, SFD 신호, SIGNAL 신호, SERVICE 신호, LENGTH 신호 및 CRC 신호중, SYNC 신호, SFD 신호, SIGNAL 신호 및 SERVICE 신호를 복수의 데이터(D0 내지 D11)로 구성한다. 그리고, 복수의 데이터(D1 내지 D11)는 소정의 데이터를 분할한 데이터이다.
데이터(D0)는 36비트의 데이터 길이를 갖는다. 또한, 복수의 데이터(D1 내지 D11)의 각각은 11비트의 데이터 길이를 갖는다. 11비트의 데이터 길이에 상당하는 시간 길이를 기간(T0)이라고 하면, 복수의 데이터(D1 내지 D11)의 각각은, 3비트의 데이터 길이에 상당하는 기간(T1)과, 8비트의 데이터 길이에 상당하는 기간(T2)으로 분할된다.
비밀키(Ks1, Ks2)를 생성하는 경우, 데이터(D0)의 데이터 길이에 상당하는 기간(T3), 어레이 안테나(20)를 옴니안테나로서 기능시키고, 데이터(D1 내지 D11) 전체의 데이터 길이에 상당하는 기간(T4), 어레이 안테나(20)를 지향성 안테나로서 기능시키고, LENGTH 신호 및 CRC 신호의 데이터 길이에 상당하는 기간(T5), 어레이 안테나(20)를 옴니안테나로서 기능시켜 소정의 데이터를 송신한다.
그리고, 기간(T4)에서 어레이 안테나(20)를 지향성 안테나로서 기능시키는 경우, 어레이 안테나(20)의 지향성이 순차적으로 전환된다. 보다 구체적으로는 복수의 데이터(D1 내지 D11)의 각각의 기간(T1)에서 어레이 안테나(20)의 지향성이 변화되고, 기간(T2)에서 그 변화된 지향성으로 데이터가 송신된다. 따라서, 도 13에 도시한 예에서는, 어레이 안테나(20)의 지향성이 11회 변경되어 소정의 데이터 가 송신된다.
소정의 데이터를 수신하는 경우, 소정의 데이터의 송신시와 마찬가지로, 기간(T3, T5)에서 어레이 안테나(20)를 옴니안테나로서 기능시키고, 기간(T4)에서 어레이 안테나(20)를 지향성 안테나로서 기능시킨다. 그리고, 소정의 데이터의 수신시에는 복수의 데이터(D1 내지 D11)의 각각의 기간(T1)에서 어레이 안테나(20)의 지향성이 변화되고, 그 변화된 지향성으로 수신한 전파의 강도가 기간(T2)에서 검출된다. 따라서, 도 13에 도시한 예에서는, 소정의 데이터의 수신시에서도, 어레이 안테나(20)의 지향성은 11회 변경된다.
또한, 기간(T3)에서 어레이 안테나(20)를 옴니안테나로서 기능시키는 것은, 통신의 초기에서는 AGC(Auto Gain Control) 기능을 작용시켜서, 데이터의 수신 레벨을 최적치로 조정할 필요가 있기 때문이다. 또한, 기간(T5)에서 어레이 안테나(20)를 옴니안테나로서 기능시키는 것은, 다음의 이유에 의한다. 물리층 및 MAC층의 데이터 수신에 오류가 생기면, 확인 응답(= ACK 신호)이 되돌아오지 않고, 재발송 상태가 계속되어 버린다. 따라서 이것을 방지하기 위해 MAC층의 데이터에 관련되는 LENGTH 신호 및 물리층의 데이터 수신의 성립 여부를 판정하는 CRC 신호를 옴니안테나로 송수신하는 것으로 한 것이다.
도 14는, 2개의 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 데이터를 송수신하는 통상의 방법의 개념도이다. 또한, 도 15는 2개의 무선 장치(10A, 30A) 사이에서의 데이터의 재발송의 개념도이다. 또한, 도 16은 본 발명의 실시의 형태에서, 2개의 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 데이터를 송수신하는 방법의 개념도이다.
통상의 방법에서는, 무선 장치(30A)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 지향성 패턴(1)에 따라 순차적으로 전환하여 소정의 데이터(DA)를 무선 장치(10A)에 송신한다. 그리고, 무선 장치(10A)는 소정의 데이터(DA)의 수신을 확인하면, 확인 응답(ACK)을 무선 장치(30A)에 송신하고, 무선 장치(30A)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 지향성 패턴(1)에 따라 순차적으로 전환하여 확인 응답(ACK)을 수신한다. 그 후, 무선 장치(30A)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 지향성 패턴(2)에 따라 순차적으로 전환하고 소정의 데이터(DA)를 무선 장치(10A)에 송신한다. 그리고, 무선 장치(10A)는 무선 장치(30A)로부터 소정의 데이터(DA)를 수신한다(도 14 참조).
그러나, 이와 같은 통상의 방법에서는 어레이 안테나(20)의 지향성의 변경에 의해 도 13에 도시한 SYNC 신호 이후의 데이터를 잘못 수신한 경우, 물리층의 동기(同期)는 성립하고 있지만, MAC층보다 상위 층의 동기가 성립하지 않기 때문에, 확인 응답(ACK)이 반송되지 않고, 도 15에 도시한 바와 같이 어레이 안테나(20)의 지향성을 지향성 패턴(1)에 따라 순차적으로 전환하여 소정의 데이터(DA)를 재발송하는 동작을 계속한다. 그 결과, 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 쌍방향의 통신을 할 수 없게 된다.
그래서, 본 발명에서는 도 16에 도시한 방법으로 소정의 데이터(DA)를 송수신한다. 즉, 무선 장치(30A)는 어레이 안테나(20)에 옴니패턴을 설정하고 소정의 데이터(DA)를 무선 장치(10A)에 송신한다. 즉, 무선 장치(30A)는 어레이 안테나(20)를 옴니안테나로서 기능시켜 소정의 데이터(DA)를 무선 장치(10A)에 송신한다.
그리고, 무선 장치(10A)는 무선 장치(30A)로부터의 소정의 데이터(DA)의 수 신을 확인하면, 확인 응답(ACK)을 무선 장치(30A)에 송신한다. 무선 장치(30A)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 지향성 패턴(1)에 따라 순차적으로 전환하고 확인 응답(ACK)을 수신한다. 그 후, 무선 장치(30A)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 지향성 패턴(1)에 따라 순차적으로 전환하고 소정의 데이터(DA)를 무선 장치(10A)에 송신한다. 그리고, 무선 장치(10A)는 무선 장치(30A)로부터 소정의 데이터(DA)를 수신한다(도 16 참조).
도 16에 도시한 방법에서는 무선 장치(30A)는 최초의 송신에서 통신이 확립하고 있는 옴니패턴를 사용하기 때문에, 무선 장치(10A)로부터 확인 응답(ACK)을 반드시 수신할 수 있다. 그 결과, 무선 장치(10A, 30A) 사이에서의 쌍방향의 통신을 확보할 수 있다.
그리고, 확인 응답(ACK)은 도 13에 도시한 물리층의 포맷으로 이루어지기 때문에, 무선 장치(30A)는 어레이 안테나(20)의 지향성을 지향성 패턴(1)에 따라 순차적으로 전환하고 확인 응답(ACK)을 수신할 때, 수신한 확인 응답(ACK)에 포함되는 복수의 데이터(D1 내지 D11)에 대응하는 복수의 전파 강도를 검출할 수 있다. 또한, 무선 장치(30A)는 확인 응답(ACK)의 수신시에 있어서의 지향성 패턴(1)을 사용하여 어레이 안테나(20)의 지향성을 순차적으로 전환하고 소정의 데이터(DA)를 무선 장치(10A)에 송신하기 때문에, 무선 장치(10A)는 무선 장치(30A)에서 검출된 복수의 전파 강도와 같은 복수의 전파 강도를 검출할 수 있다.
도 16에 도시한 방법에 의해 소정의 데이터를 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 1회 송수신한 경우, 무선 장치(10A, 30A)는 11개의 전파 강도로 이루어지는 강도 프로파일(PI11, PI21)을 각각 검출한다. 그리고, 무선 장치(10A, 30A) 사이에서의 소정의 데이터의 송수신을 m(m은 자연수)회 반복함에 의해 무선 장치(10A, 30A)는, m개의 강도 프로파일(PI11 내지 PI1m, PI21 내지 PI2m)을 각각 검출한다.
그리고, 강도 프로파일(PI11 내지 PI1m)의 전체에 포함되는 전파 강도는, 도 7에 도시한 n개의 전파 강도(WI1 내지 WIn)와 동등하다. 따라서 무선 장치(10A, 30A) 사이에서의 소정의 데이터의 1회의 송수신에 의해, n개의 전파 강도(WI1 내지 WIn)중 11개의 전파 강도(WI(i) 내지 WI(i+10))(i = 1 내지 n-10)가 검출된다.
즉, 본 발명에서는, 소정의 통신 프로토콜인 IEEE802.11b(또는 IEEE802.11g)의 물리층에 소정의 데이터(DA)를 포함하여 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 송수신하는 것을 m회 반복함에 의해 n개의 전파 강도(WI1 내지 WIn)가 검출되고, 그 검출된 n개의 전파 강도(WI1 내지 WIn)에 의거하여 비밀키(Ks1, Ks2)가 생성된다.
도 17은, 도 9에 도시한 2개의 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 통신을 행하는 동작을 설명하기 위한 플로우 차트이다. 일련의 동작이 시작되면, 무선 장치(30A)의 송신 처리부(120)는, k=1을 설정한다(스텝 S21). 그리고, 지향성 설정부(230A)는 어레이 안테나(20)를 옴니안테나로서 기능시키고, 소정의 데이터(DA)를 무선 장치(10A)에 송신한다(스텝 S22).
계속해서, 무선 장치(10A)의 안테나부(130)는 소정의 데이터(DA)를 수신하고(스텝 S23), 그 수신한 소정의 데이터(DA)를 수신 처리부(140)에 출력한다. 그리고, 수신 처리부(140)는 소정의 데이터(DA)의 수신을 확인하면, 송신 처리부(120)는, 확인 응답(ACK 신호)을 안테나부(130)로부터 무선 장치(30A)에 송신한다(스텝 S24).
무선 장치(30A)의 지향성 설정부(230A)는, 안테나부(220)를 옴니안치나, 지향성 안테나 및 옴니안테나로서 순차적으로 기능시키고, 안테나부(220)는 확인 응답(ACK 신호)을 수신한다(스텝 S25). 즉, 어레이 안테나(20)는 도 13에 도시한 데이터(D0)를 옴니안테나로서 수신하고, 지향성을 패턴(Pk)에 의해 11개로 변화시키면서 데이터(D1 내지 D11)를 수신하고, 또한, LENGTH 신호 및 CRC 신호를 옴니안테나로서 수신한다.
그리고, 안테나부(220)는 수신한 복수의 데이터(D1 내지 D11)에 대응하는 복수의 전파를 프로파일 생성부(150)에 출력한다. 프로파일 생성부(150)는 안테나부(220)로부터의 복수의 전파의 강도 프로파일(PI1k)을 검출한다(스텝 S26).
다음에, 무선 장치(30A)의 신호 발생부(110A)는 소정의 데이터를 발생하여 송신 처리부(120)에 출력하고, 송신 처리부(120)는 소정의 데이터를 물리층의 데이터(D1 내지 D11)로 할당하여, 옴니안테나, 지향성 안테나 및 옴니안테나로서 순차적으로 기능시킨 안테나부(220)를 통하여 무선 장치(10A)에 소정의 데이터를 송신한다(스텝 S27). 즉, 안테나부(220)는 도 13에 도시한 데이터(D0)를 옴니안테나로서 송신하고, 지향성을 패턴(Pk)에 의해 11개로 변화시키면서 데이터(D1 내지 D11)를 송신하고, 또한, LENGTH 신호 및 CRC 신호를 옴니안테나로서 송신한다.
무선 장치(10A)에서, 안테나부(130)는 무선 장치(30A)로부터 소정의 데이터를 수신한다(스텝 S28). 그리고, 안테나부(130)는 수신한 복수의 데이터(D1 내지 D11)에 대응하는 복수의 전파를 프로파일 생성부(150)에 출력한다. 프로파일 생성 부(150)는 안테나부(130)로부터의 복수의 전파의 강도 프로파일(PI2k)을 검출한다(스텝 S29).
그 후, 무선 장치(30A)의 송신 처리부(120)는 k=k+1을 설정하고(스텝 S30), k=m인지의 여부를 판정한다(스텝 S31). 그리고, k=m이 아닌 때, 스텝 S22 내지 S31이 반복 실행된다. 즉, 어레이 안테나(20)의 지향성 패턴이 패턴(P1 내지 Pm)에 의해 m개로 변화되고, 무선 장치(10A)의 안테나부(130)와 무선 장치(30A)의 안테나부(220) 사이에서 소정의 데이터를 구성하는 전파가 송수신되고, 강도 프로파일(I11 내지 I1m 및 I21 내지 I2m)이 검출될 때까지, 스텝 S2 내지 S11이 반복 실행된다.
스텝 S11에서, k=m이라고 판정되면, 무선 장치(30A)에서 프로파일 생성부(150)는 강도 프로파일(I11 내지 I1m)에 포함되는 강도(I11 내지 I1n)로부터 수신 신호 프로파일(RSSI1)을 작성하여 키 작성부(160)에 출력한다.
키 작성부(160)는, 수신 신호 프로파일(RSSI1)로부터 최대 강도(WImax1)를 검출하고, 그 검출한 최대 강도(WImax1)에 의해 수신 신호 프로파일(RSSI1)을 규격화하고, 강도(I11 내지 I1n)를 다치화한다. 그리고, 키 작성부(160)는 다치화한 각 값을 비트 패턴으로 하는 비밀키(Ks2)를 생성한다(스텝 S32).
또한, 무선 장치(10A)의 프로파일 생성부(150)는 강도 프로파일(I21 내지 I2m)에 포함되는 강도(I21 내지 I2n)로부터 수신 신호 프로파일(RSSI2)을 작성하고 키 작성부(160)에 출력한다. 키 작성부(160)는 수신 신호 프로파일(RSSI2)로부터 최대 강도(WImax2)를 검출하고, 그 검출한 최대 강도(WImax2)에 의해 수신 신호 프로파일(RSSI2)을 규격화하고, 강도(I21 내지 I2n)를 다치화한다. 그리고, 키 작성 부(160)는 다치화한 각 값을 비트 패턴으로 하는 비밀키(Ks1)를 생성한다(스텝 S33).
스텝 S34 내지 스텝 S39는, 도 8에 도시한 플로우 차트의 스텝 S14 내지 스텝 S19와 같다.
상술한 스텝 S22 내지 S24로 나타낸 동작은, 어레이 안테나(20)를 옴니안테나로서 기능시켜 무선 장치(10A)와 무선 장치(30A) 사이에서 통신을 확립하는 동작이다. 또한, 스텝 S24 내지 S26으로 나타낸 동작은 무선 장치(30A)에서 수신 신호 프로파일(RSSI1)을 생성하기 위한 전파를 무선 장치(10A)의 안테나(11)로부터 무선 장치(30A)의 어레이 안테나(20)에 송신하고, 또한, 무선 장치(30A)에서 전파의 강도 프로파일(PI1k)을 검출하는 동작이고, 스텝 S27 내지 S29로 나타낸 동작은 무선 장치(10A)에서 수신 신호 프로파일(RSSI2)을 생성하기 위한 전파를 무선 장치(30A)의 어레이 안테나(20)로부터 무선 장치(10A)의 안테나(11)에 송신하고, 또한, 무선 장치(10A)에서 전파의 강도 프로파일(PI2k)을 검출하는 동작이다. 그리고, 소정의 데이터를 구성하는 전파의 무선 장치(10A)의 안테나(11)로부터 무선 장치(30A)의 어레이 안테나(20)에의 송신 및 소정의 데이터를 구성하는 전파의 무선 장치(30A)의 어레이 안테나(20)로부터 무선 장치(10A)의 안테나(11)에의 송신은, 어레이 안테나(20)의 지향성을 패턴(Pk)에 따라 변화하면서 교대로 행하여진다. 즉, 소정의 데이터를 구성하는 전파는, 무선 장치(10A)의 안테나(11)와 무선 장치(30A)의 어레이 안테나(20) 사이에서 시분할 통신에 의해 송수신된다.
따라서 어레이 안테나(20)의 지향성을 패턴(Pk)에 따라 변화하면서 무선 장 치(10A)의 안테나(11)로부터 무선 장치(30A)의 어레이 안테나(20)에 소정의 데이터를 구성하는 전파를 송신하고, 무선 장치(30A)에서 전파의 강도 프로파일(PI1k)을 검출한 직후에, 같은 소정의 데이터를 구성하는 전파를 무선 장치(30A)의 어레이 안테나(20)로부터 무선 장치(10A)의 안테나(11)에 송신하고, 무선 장치(10A)에서 전파의 강도 프로파일(PI2k)을 검출할 수 있다. 그 결과, 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 같은 전송로 특성을 확보하고 소정의 데이터를 구성하는 전파를 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 송수신할 수 있고, 전파의 가역성에 의해 전파의 강도(I11 내지 I1n)를 각각 전파의 강도(I21 내지 I2n)에 일치시킬 수 있다. 그리고, 무선 장치(10A)에서 작성되는 비밀키(Ks1)를 무선 장치(30)에서 작성되는 비밀키(Ks2)에 용이하게 일치시킬 수 있다.
또한, 소정의 데이터를 구성하는 전파는, 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 시분할 통신에 의해 송수신되기 때문에, 전파의 간섭을 억제하고 하나의 어레이 안테나(20)를 통하여 소정의 데이터를 구성하는 전파를 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 송수신할 수 있다.
또한, 소정의 데이터는 소정의 통신 프로토콜인 IEEE802.11b 및 IEEE802.11g에 공통의 물리층에 포함하여 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 송수신되기 때문에, 통신 프로토콜이 IEEE802.11b로부터 IEEE802.11g로 변화하여도 데이터 포맷을 바꾸지 않고 비밀키(Ks1, Ks2)를 생성할 수 있다.
또한, 무선 장치(30A)는 무선 장치(10A)로부터의 확인 응답(ACK 신호)의 수신시 및 소정의 데이터의 무선 장치(10A)에의 송신시, 같은 패턴(Pk)에 의해 어레 이 안테나(20)의 지향성을 순차적으로 변경한다(스텝 S25, S27 참조). 그리고, 같은 패턴(Pk)에 의해 어레이 안테나(20)의 지향성을 순차적으로 변경하여 무선 장치(10A)로부터 확인 응답(ACK 신호)을 수신하는 동작(스텝 S25) 및 소정의 데이터를 무선 장치(10A)에 송신하는 동작(스텝 S27)은, k=m이 될 때까지 반복 실행되기 때문에, 스텝 S25, S27에서 패턴(Pk)에 따라 어레이 안테나(20)의 지향성을 순차적으로 변경하는 것은, 어레이 안테나(20)의 지향성을 갱신하여 무선 장치(10A)로부터 확인 응답(ACK 신호)을 수신하고, 그 갱신한 지향성을 유지하여 소정의 데이터를 무선 장치(10A)에 송신하는 것에 상당한다.
이와 같이, 도 16에 도시한 방법에 의해 소정의 데이터를 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 송수신함에 의해 소정의 데이터의 재발송이 반복되는 것을 방지하고, 무선 장치(10A, 30A) 사이에서의 쌍방향의 통신을 확보할 수 있다. 즉, 무선 장치(10A, 30A)에서 같은 비밀키(Ks1, Ks2)를 안정하게 작성할 수 있다.
또한, 어레이 안테나(20)의 지향성을 패턴(Pk)에 따라 변화하면서 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 소정의 데이터를 구성하는 전파를 송수신하고, 비밀키(Ks1, Ks2)를 작성하기 위한 수신 신호 프로파일(RSSI1, RSSI2)을 생성하기 때문에, 도 9에 도시한 바와 같이 어레이 안테나(20)를 장착한 무선 장치(30A)의 부근에 도청 장치(50)가 배치되어 있어도, 도청 장치(50)에 의한 비밀키(Ks1, Ks2)의 도청을 억제할 수 있다.
즉, 도청 장치(50)는 안테나(11) 및 어레이 안테나(20)로부터 송신된 전파를 안테나(51)를 통하여 수신하지만, 어레이 안테나(20)는 지향성을 패턴(Pk)에 따라 변화하면서 전파를 송수신하기 때문에, 안테나(11)와 어레이 안테나(20) 사이에서 송수신되는 전파는 안테나(11) 또는 어레이 안테나(20)와 안테나(51) 사이에서 송수신되는 전파와 다르고, 도청 장치(50)는 무선 장치(30A)가 송수신하는 전파와 같은 전파를 송수신할 수 없고, 전파의 강도 프로파일(PI1k)과 같은 강도 프로파일을 얻을 수가 없다. 그 결과, 도청 장치(50)는 비밀키(Ks1, Ks2)를 도청할 수 없다.
따라서 본 발명에서는, 전기적으로 지향성을 전환 가능한 어레이 안테나(20)를 도청 장치(50)의 부근에 배치된 무선 장치(30A)에 장착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 키 확인용 데이터(DCFM1 내지 4)는, 비밀키(Ks1, Ks2)에 비가역적인 연산, 또는 일방향적인 연산을 시행하여 발생되기 때문에, 키 확인용 데이터(DCFM1 내지 4)가 도청되어도 비밀키(Ks1, Ks2)가 해독될 위험성을 극히 낮게 할 수 있다.
또한, 신드롬(s1, s2)은, 비밀키(Ks1, Ks2)의 비트 패턴을 나타내는 키(x1, x2)에 검사 행렬(H)의 전치 행렬(HT)을 승산하여 얻어지기 때문에, 신드롬(s1, s2)이 도청되어도 곧바로 정보의 비트 턴이 추측되는 것은 특수한 부호화를 상정하지 않는 한 일어나지 않는다. 따라서, 도청을 억제하고 비밀키를 일치시킬 수 있다.
또한, 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 통신을 행하는 동작은 실제로는 CPU에 의해 행하여지고, 무선 장치(10A)에 탑재된 CPU는 도 17에 도시한 각 스텝 S23, S24, S28, S29, S33, S34, S36, S38을 구비하는 프로그램을 ROM으로부터 판독하고, 무선 장치(30A)에 탑재된 CPU는, 도 17에 도시한 각 스텝 S21, S22, S25, S26, S27, S30, S31, S32, S35, S37, S39를 구비하는 프로그램을 ROM으로부터 판독하고, 무선 장치(10A, 30A)에 탑재된 2개의 CPU는, 그 판독한 프로그램을 실행하여 도 17에 도시한 플로우 차트에 따라 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 통신을 행한다.
따라서 ROM은, 무선 장치(10A, 30A) 사이에서 통신을 행하는 동작을 컴퓨터(CPU)에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터(CPU)가 판독 가능한 기록 매체에 상당한다.
그리고, 도 17에 도시한 각 스텝을 구비하는 프로그램은, 어레이 안테나(20)의 지향성을 복수 개로 순차적으로 변화하여 수신한 복수의 전파에 의거하여, 무선 장치(10A, 30A) 사이에서의 통신을 컴퓨터(CPU)에 실행시키는 프로그램이다.
그 외는, 실시의 형태 1과 같다.
금회 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각하여야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시의 형태의 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의해 나타나고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명은, 비밀키의 도청을 억제 가능한 무선 통신 시스템에 적용된다.

Claims (12)

  1. 지향성을 전기적으로 전환 가능한 제 1의 안테나(20)와,
    제 2의 안테나(11)와,
    상기 제 1 및 제 2의 안테나(20, 11)를 통하여 무선 전송로에 의해 전파를 상호 송수신하는 제 1 및 제 2의 무선 장치(30, 10)를 구비하고,
    상기 제 1의 무선 장치(30)는, 상기 제 1의 안테나(20)의 지향성이 소정의 패턴에 의해 복수 개로 변화된 때에 상기 제 2의 무선 장치(10)로부터 수신한 복수의 전파에 의거하여 상기 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 제 1의 수신 신호 프로파일을 생성하고, 그 생성한 제 1의 수신 신호 프로파일에 의거하여 제 1의 비밀키(Ks2)를 생성하고,
    상기 제 2의 무선 장치(10)는, 상기 제 1의 안테나(20)의 지향성이 소정의 패턴에 의해 복수 개로 변화된 때에 상기 제 1의 무선 장치(30)로부터 수신한 복수의 전파에 의거하여 상기 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 제 2의 수신 신호 프로파일을 생성하고, 그 생성한 제 2의 수신 신호 프로파일에 의거하여 상기 제 1의 비밀키(Ks2)와 같은 제 2의 비밀키(Ks1)를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2의 수신 신호 프로파일의 각각은, 상기 복수 개의 지향성 에 대응한 복수의 강도로 이루어지고,
    상기 제 1 및 제 2의 무선 장치(30, 10)는, 상기 복수의 강도를 다치화하고 각각 상기 제 1 및 제 2의 비밀키(Ks2, Ks1)를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2의 무선 장치(30, 10)는 시분할 복신 방식에 의해 상기 복수의 전파를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 무선 장치(30)는, 상기 생성한 제 1의 비밀키(Ks2)가 상기 제 2의 비밀키(Ks1)에 일치하는 것을 확인하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  5. 지향성을 전기적으로 전환 가능한 제 1의 안테나(20)와,
    제 2의 안테나(11)와,
    상기 제 1 및 제 2의 안테나(20, 11)를 통하여 무선 전송로에 의해 전파를 상호 송수신하는 제 1 및 제 2의 무선 장치(30A, 10A)를 구비하고,
    상기 제 1의 무선 장치(30A)는, 상기 제 1의 안테나(20)의 지향성이 소정의 패턴에 의해 복수 개로 변화된 때에 상기 제 2의 무선 장치(10A)가 소정의 통신 프로토콜에 따라 송신한 복수의 데이터에 대응하는 복수의 전파를 수신하고, 그 수신 한 복수의 전파에 의거하여 상기 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 제 1의 수신 신호 프로파일을 생성하고, 그 생성한 제 1의 수신 신호 프로파일에 의거하여 제 1의 비밀키(Ks2)를 생성하고,
    상기 제 2의 무선 장치(10A)는, 상기 제 1의 안테나(20)의 지향성이 소정의 패턴에 의해 복수 개로 변화된 때에 상기 제 1의 무선 장치(30A)가 상기 소정의 통신 프로토콜에 따라 송신한 복수의 데이터에 대응하는 복수의 전파를 수신하고, 그 수신한 복수의 전파에 의거하여 상기 복수의 전파의 강도 프로파일을 나타내는 제 2의 수신 신호 프로파일을 생성하고, 그 생성한 제 2의 수신 신호 프로파일에 의거하여 상기 제 1의 비밀키(Ks2)와 같은 제 2의 비밀키(Ks1)를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1의 무선 장치(30A)는, 상기 제 1의 안테나(20)가 무 지향성으로 제어된 때에 상기 제 2의 무선 장치(10A)와의 사이에서 상기 무선 전송로를 확립하고, 무선 전송로가 확립한 후, 상기 제 1의 안테나(20)의 지향성을 상기 복수 개로 변화하면서 상기 제 2의 무선 장치(10A)와의 사이에서 상기 복수의 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1의 무선 장치(30A)는, 상기 제 2의 무선 장치(10A)와의 사이에서의 상기 각 데이터의 송수신에 있어서, 상기 제 1의 안테나(20)의 지향성을 갱신하고 상기 제 2의 무선 장치(10A)로부터 상기 데이터를 수신하고, 상기 갱신한 상기 제 1의 안테나(20)의 지향성을 유지하여 상기 수신한 데이터를 상기 제 2의 무선 장치(10A)에 송신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 소정의 통신 프로토콜은 복수의 계층으로 이루어지고,
    상기 복수의 데이터는 상기 복수의 계층 중, 상기 데이터를 상기 전기 신호로 변환하는 계층에서의 데이터 포맷에 포함되고,
    상기 데이터를 상기 전기 신호로 변환하는 계층은, 복수의 통신 프로토콜에 공통의 계층인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 복수의 데이터의 각각은 상기 제 1 및 제 2의 무선 장치(30A, 10A)에 의해 수신된 전파의 강도를 검출하는 구간과, 상기 제 1의 안테나(20)의 지향성을 변경하는 구간으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1의 무선 장치(30, 30A)는 상기 생성한 제 1의 비밀키(Ks2)가 상기 제 2의 비밀키(Ks1)에 불일치할 때, 상기 제 1의 비밀키(Ks2)를 상기 제 2의 비밀 키(Ks1)에 일치시키는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  11. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1의 안테나(20)는 도청자의 단말(50)에 근접하여 배치된 제 1의 무선 장치(30, 30A)에 설치되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  12. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2의 무선 장치(30, 30A, 10, 10A)는 상기 제 1 및 제 2의 비밀키(Ks2, Ks1)를 이용하여 데이터를 암호 및 복호하여 상호 통신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
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