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公開番号2024055309
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-18
出願番号2022162129
出願日2022-10-07
発明の名称通信装置および通信方法
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H04W 12/033 20210101AFI20240411BHJP(電気通信技術)
要約【課題】なりすましによる傍受を防止するための暗号鍵を、他の通信システムを利用することなく送信側と受信側で共有する。
【解決手段】対流圏よりも高い高度である対流圏外に含まれる第1の高度を移動する第1対流圏外移動体4に中継される第1対流圏外通信回線6で、暗号化ユーザデータを通信する第1対流圏外通信部33_Aと、暗号化ユーザデータを第1対流圏外通信部33_Aが通信する前に、第2の高度を移動する第2対流圏外移動体5に中継される第2対流圏外通信回線8で、暗号装置15が使用する暗号鍵および暗号化ユーザデータを通信相手1₂が復号する際に使用する復号鍵の少なくとも1つを含む通信制御データを通信相手1₂と通信し、通信相手1₂が使用する暗号鍵および暗号化ユーザデータを復号装置15が復号する際に使用する復号鍵の少なくとも1つを含む通信制御データを通信相手1₂と通信する第2対流圏外通信部33_Bとを備えた。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
対流圏よりも高い高度である対流圏外を移動する移動体である対流圏外移動体に搭載された中継局である対流圏外中継局に中継される通信回線である対流圏外通信回線であって、前記対流圏外に含まれる第１の高度を移動する前記対流圏外移動体である第１対流圏外移動体に搭載された前記対流圏外中継局である第１対流圏外中継局に中継される前記対流圏外通信回線である第１対流圏外通信回線で、通信するデータであるユーザデータを暗号化した暗号化ユーザデータを通信相手と通信する第１対流圏外通信部と、
送信する前記ユーザデータを暗号鍵により暗号化して前記暗号化ユーザデータを生成する暗号装置と、
受信した前記暗号化ユーザデータを復号鍵により復号して前記ユーザデータを生成する復号装置と、
前記暗号化ユーザデータを前記第１対流圏外通信部が通信する前に、前記第１の高度と異なる前記対流圏外に含まれる第２の高度を移動する前記対流圏外移動体である第２対流圏外移動体に搭載された前記対流圏外中継局である第２対流圏外中継局に中継される前記対流圏外通信回線である第２対流圏外通信回線で、前記暗号化ユーザデータを前記通信相手と通信するために通信されるデータである通信制御データであって、前記暗号装置が使用する前記暗号鍵および前記暗号装置が生成した前記暗号化ユーザデータを前記通信相手が復号する際に使用する前記復号鍵の少なくとも１つを含む前記通信制御データを前記通信相手と通信し、前記通信相手が使用する前記暗号鍵および前記通信相手が生成した前記暗号化ユーザデータを前記復号装置が復号する際に使用する前記復号鍵の少なくとも１つを含む前記通信制御データを前記通信相手と通信する第２対流圏外通信部とを備えた通信装置。
続きを表示（約 4,200 文字）【請求項２】
ネットワークを介して接続する通信端末と前記ユーザデータをやりとりする端末接続部と、
前記端末接続部に接続する前記通信端末である自通信端末ごとに、前記暗号装置が使用する前記暗号鍵を記憶する暗号鍵記憶部と、
前記暗号装置が前記暗号鍵で暗号化したデータを復号する前記復号鍵である対応復号鍵を前記自通信端末ごとに記憶する対応復号鍵記憶部と、
受信した前記暗号化ユーザデータを前記暗号装置が復号する際に使用する前記復号鍵である使用復号鍵を、前記暗号化ユーザデータの送信元の前記通信端末ごとに記憶する使用復号鍵記憶部と、
前記自通信端末である要求元通信端末から、前記通信相手にネットワークを介して接続された前記通信端末である要求先通信端末との通信開始要求を受信した際に、前記要求元通信端末、前記要求先通信端末および前記要求元通信端末の前記対応復号鍵を含む通信開始要求の前記通信制御データを生成し、前記通信相手から前記通信開始要求の前記通信制御データを受信した際に、前記要求先通信端末の前記対応復号鍵を含む通信開始受諾の前記通信制御データを生成する通信制御データ生成部と、
前記要求元通信端末の前記暗号鍵が前記暗号鍵記憶部に記憶されていない場合は、前記暗号鍵および前記対応復号鍵を決め、決めた前記暗号鍵を前記要求元通信端末の前記暗号鍵として前記暗号鍵記憶部に記憶させ、決めた前記対応復号鍵を前記要求元通信端末の前記対応復号鍵として前記対応復号鍵記憶部に記憶させ、
前記通信開始要求の前記通信制御データを受信した際に、受信した前記通信制御データに含まれる前記要求元通信端末の前記対応復号鍵を前記要求元通信端末の前記使用復号鍵として前記使用復号鍵記憶部に記憶させ、前記要求先通信端末の前記暗号鍵が前記暗号鍵記憶部に記憶されていない場合は、前記暗号鍵および前記対応復号鍵を決め、決めた前記暗号鍵を前記要求先通信端末の前記暗号鍵として前記暗号鍵記憶部に記憶させ、決めた前記対応復号鍵を前記要求先通信端末の前記対応復号鍵として前記対応復号鍵記憶部に記憶させ、
前記通信開始受諾の前記通信制御データを受信した際に、受信した前記通信制御データに含まれる前記要求先通信端末の前記対応復号鍵を前記要求先通信端末の前記使用復号鍵として前記使用復号鍵記憶部に記憶させる暗号鍵復号鍵管理部とを備え、
前記第２対流圏外通信部は、前記通信開始要求の前記通信制御データおよび前記通信開始受諾の前記通信制御データを前記通信相手と通信する、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
ネットワークを介して接続する通信端末と前記ユーザデータをやりとりする端末接続部と、
前記端末接続部に接続する前記通信端末である自通信端末ごとに、受信した前記暗号化ユーザデータを復号する前記復号鍵を記憶する復号鍵記憶部と、
前記復号装置が前記復号鍵で復号するデータを暗号化する前記暗号鍵である対応暗号鍵を、前記自通信端末ごとに記憶する対応暗号鍵記憶部と、
送信先の前記通信端末ごとに、前記暗号装置が使用する前記暗号鍵である使用暗号鍵を記憶する使用暗号鍵記憶部と、
前記自通信端末である要求元通信端末から前記通信相手にネットワークを介して接続された前記通信端末である要求先通信端末との通信開始要求を受信した際に、前記要求元通信端末、前記要求先通信端末および前記要求元通信端末の前記対応暗号鍵を含む通信開始要求の前記通信制御データを生成し、前記通信相手から前記通信開始要求の前記通信制御データを受信した際に、前記要求先通信端末の前記対応暗号鍵を含む通信開始受諾の前記通信制御データを生成する通信制御データ生成部と、
前記要求元通信端末の前記復号鍵が前記復号鍵記憶部に記憶されていない場合は、前記復号鍵および前記対応暗号鍵を決め、決めた前記復号鍵を前記要求元通信端末の前記復号鍵として前記復号鍵記憶部に記憶させ、決めた前記対応暗号鍵を前記要求元通信端末の前記対応暗号鍵として前記対応暗号鍵記憶部に記憶させ、
前記通信開始要求の前記通信制御データを受信した際に、受信した前記通信制御データに含まれる前記要求元通信端末の前記対応暗号鍵を、前記要求元通信端末の前記使用暗号鍵として前記使用暗号鍵記憶部に記憶させ、前記要求先通信端末の前記復号鍵が前記復号鍵記憶部に記憶されていない場合は、前記復号鍵および前記対応暗号鍵を決め、決めた前記復号鍵を前記要求先通信端末の前記復号鍵として前記復号鍵記憶部に記憶させ、決めた前記対応暗号鍵を前記要求先通信端末の前記対応暗号鍵として前記対応暗号鍵記憶部に記憶させ、
前記通信開始受諾の前記通信制御データを受信した際に、受信した前記通信制御データに含まれる前記要求先通信端末の前記対応暗号鍵を、前記要求先通信端末の前記使用暗号鍵として前記使用暗号鍵記憶部に記憶させる暗号鍵復号鍵管理部とを備え、
前記第２対流圏外通信部は、前記通信開始要求の前記通信制御データおよび前記通信開始受諾の前記通信制御データを前記通信相手と通信する、請求項１に記載の通信装置。
【請求項４】
前記暗号化ユーザデータを前記第１対流圏外通信部により通信し、前記通信制御データを前記第２対流圏外通信部により通信するように制御する通信制御部を備えた請求項１に記載の通信装置。
【請求項５】
前記第１対流圏外移動体および前記第２対流圏外移動体のそれぞれは、前記対流圏外に含まれる少なくとも３個の互いに異なる高度をそれぞれ移動する少なくとも３種類の前記対流圏外移動体の中から選択された前記対流圏外移動体である、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項６】
前記第１対流圏外移動体および前記第２対流圏外移動体のそれぞれは、成層圏を移動する移動体である成層圏移動体と、静止衛星と、静止衛星よりも低い前記対流圏外に含まれる高度であって互いに異なる少なくとも２個の高度をそれぞれ移動する人工衛星とを含む対流圏外移動体集合の中から選択された前記対流圏外移動体である、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項７】
２個の変復調器と、
２個の周波数変換器と、
一方の前記周波数変換器および一方の前記変復調器を前記第１対流圏外通信部として使用されるように割り当て、他方の前記周波数変換器および他方の前記変復調器を前記第２対流圏外通信部として使用されるように制御する系列割当部とを備え、
前記系列割当部は、
一方の前記変復調器に前記暗号化ユーザデータを変調および復調させ、
一方の前記周波数変換器に前記第１対流圏外通信回線で使用される周波数と前記変復調器で処理される信号の周波数との間で周波数変換させ、
他方の前記変復調器に前記通信制御データを変調および復調させ、
他方の前記周波数変換器に前記第２対流圏外通信回線で使用される周波数と前記変復調器で処理される信号の周波数との間で周波数変換させる、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項８】
２個の変復調器と、
２個の周波数変換器と、
一方の前記周波数変換器および一方の前記変復調器を前記第１対流圏外通信部として使用されるように割り当て、他方の前記周波数変換器および他方の前記変復調器を前記第２対流圏外通信部として使用されるように制御する系列割当部とを備え、
前記系列割当部は、
一方の前記変復調器に前記暗号化ユーザデータを変調および復調させ、
一方の前記周波数変換器に前記第１対流圏外通信回線で使用される周波数と前記変復調器で処理される信号の周波数との間で周波数変換させ、
他方の前記変復調器に前記通信制御データを変調および復調させ、
他方の前記周波数変換器に前記第２対流圏外通信回線で使用される周波数と前記変復調器で処理される信号の周波数との間で周波数変換させる、請求項５に記載の通信装置。
【請求項９】
変復調器と、
前記変復調器と接続した周波数変換器と、
前記変復調器および前記周波数変換器を、時分割で前記第１対流圏外通信部あるいは前記第２対流圏外通信部として使用されるように制御する時分割制御部とを備え、
前記時分割制御部は、
前記第１対流圏外通信部として使用される期間では、前記変復調器に前記暗号化ユーザデータを変調および復調させ、前記周波数変換器に前記第１対流圏外通信回線で使用される周波数と前記変復調器で処理される信号の周波数との間で周波数変換させ、
前記第２対流圏外通信部として使用される期間では、前記変復調器に前記通信制御データを変調および復調させ、前記周波数変換器に前記第２対流圏外通信回線で使用される周波数と前記変復調器で処理される信号の周波数との間で周波数変換させる、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の通信装置。
【請求項１０】
変復調器と、
前記変復調器と接続した周波数変換器と、
前記変復調器および前記周波数変換器を時分割で前記第１対流圏外通信部あるいは前記第２対流圏外通信部として使用されるように制御する時分割制御部とを備え、
前記時分割制御部は、
前記第１対流圏外通信部として使用される期間では、前記変復調器に前記暗号化ユーザデータを変調および復調させ、前記周波数変換器に前記第１対流圏外通信回線で使用される周波数と前記変復調器で処理される信号の周波数との間で周波数変換させ、
前記第２対流圏外通信部として使用される期間では、前記変復調器に前記通信制御データを変調および復調させ、前記周波数変換器に前記第２対流圏外通信回線で使用される周波数と前記変復調器で処理される信号の周波数との間で周波数変換させる、請求項５に記載の通信装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、人工衛星あるいは成層圏を移動する移動体で中継される通信回線で通信する通信装置および通信方法に関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
移動体通信では、陸上ではない場所も含めた通信可能エリアの拡張技術が注目されている。そのために、静止衛星(GEO、geostationary orbit)、低軌道衛星(LEO、low Earth orbit)および高高度疑似衛星(HAPS、High Altitude Platform Station)と地上の移動体通信ネットワークとを統合するシステムが検討されている。静止衛星、低軌道衛星および高高度疑似衛星は、それぞれ高度が異なるため、地上との通信では、通信経路長の違いにより伝送速度および遅延時間が異なる。現状では、静止衛星、低軌道衛星および高高度疑似衛星のそれぞれで、それぞれの長所を生かした通信システムが展開されている。静止衛星、低軌道衛星および高高度疑似衛星を使用する通信サービスは、現状は、それぞれ提供者が異なり、互いに分離された通信ネットワークとなっている。
【０００３】
衛星通信は、一つの衛星から提供される通信可能エリアが広く同報性に優れる。一方、衛星通信は広大な通信可能エリアを有するため、なりすまし端末により通信が傍受される可能性があるという課題がある。
【０００４】
権限のない認証要求者が信号を追跡するのを防止するために、認証にガード用スポットビームを使用する手法が提案されている（特許文献１参照）。広域性や同報性を特徴とする衛星通信では、第三者による電波を傍受する行為を防ぐことが難しく、信号のスクランブル化や暗号化が一般的な対策手法となっている。例えば、衛星通信を主目的とするものではないもが、端末識別情報を保護することを目的とする暗号化手法が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第５９７６７７４号
特表２０２０－５３２２３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
人工衛星や高高度疑似衛星を用いた衛星通信において、なりすまし端末により通信が傍受されることを防止するために暗号化を実施する際には、送信側と受信側で暗号鍵をどのようにして共有するかという課題がある。暗号鍵を共有する方法としては、例えば地上回線などで暗号鍵を送り、ユーザが暗号鍵を入力する方法などが考えられる。地上回線(携帯電話網、地上無線中継網を含む)への接続が難しい僻地、離島および移動体での利用も想定されるため、他の通信システムを使った暗号鍵の共有が難しい場合があり、暗号鍵の共有方法に課題がある。
【０００７】
本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、他の通信システムを利用することなく送信側と受信側で暗号鍵を共有することを可能にし、暗号化されたユーザデータを通信できる通信装置および通信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この開示に係る通信装置は、対流圏よりも高い高度である対流圏外を移動する移動体である対流圏外移動体に搭載された中継局である対流圏外中継局に中継される通信回線である対流圏外通信回線であって、対流圏外に含まれる第１の高度を移動する対流圏外移動体である第１対流圏外移動体に搭載された対流圏外中継局である第１対流圏外中継局に中継される対流圏外通信回線である第１対流圏外通信回線で、通信するデータであるユーザデータを暗号化した暗号化ユーザデータを通信相手と通信する第１対流圏外通信部と、送信するユーザデータを暗号鍵により暗号化して暗号化ユーザデータを生成する暗号装置と、受信した暗号化ユーザデータを復号鍵により復号してユーザデータを生成する復号装置と、暗号化ユーザデータを第１対流圏外通信部が通信する前に、第１の高度と異なる対流圏外に含まれる第２の高度を移動する対流圏外移動体である第２対流圏外移動体に搭載された対流圏外中継局である第２対流圏外中継局に中継される対流圏外通信回線である第２対流圏外通信回線で、暗号化ユーザデータを通信相手と通信するために通信されるデータである通信制御データであって、暗号装置が使用する暗号鍵および暗号装置が生成した暗号化ユーザデータを通信相手が復号する際に使用する復号鍵の少なくとも１つを含む通信制御データを通信相手と通信し、通信相手が使用する暗号鍵および通信相手が生成した暗号化ユーザデータを復号装置が復号する際に使用する復号鍵の少なくとも１つを含む通信制御データを通信相手と通信する第２対流圏外通信部とを備えたものである。
【０００９】
この開示に係る通信方法は、対流圏よりも高い高度である対流圏外を移動する移動体である対流圏外移動体に搭載された中継局である対流圏外中継局に中継される通信回線である対流圏外通信回線であって、対流圏外に含まれる第１の高度を移動する対流圏外移動体である第１対流圏外移動体に搭載された対流圏外中継局である第１対流圏外中継局に中継される対流圏外通信回線である第１対流圏外通信回線で、通信されるデータであるユーザデータを暗号化した暗号化ユーザデータを通信相手と通信する第１対流圏外通信部と、送信するユーザデータを暗号鍵により暗号化して暗号化ユーザデータを生成する暗号装置と、受信した暗号化ユーザデータを復号鍵により復号してユーザデータを生成する復号装置と、第１の高度と異なる対流圏外に含まれる第２の高度を移動する対流圏外移動体である第２対流圏外移動体に搭載された対流圏外中継局である第２対流圏外中継局に中継される対流圏外通信回線である第２対流圏外通信回線で通信相手と通信する第２対流圏外通信部とを有する通信装置および通信相手の一方に接続する通信端末である要求元通信端末と、通信装置および通信相手の他方に接続する通信端末である要求先通信端末の間で通信する通信方法である。
通信方法は、要求元通信端末から要求先通信端末との通信開始要求を、通信装置および通信相手の一方が受信する手順と、暗号装置がユーザデータを暗号化して暗号化ユーザデータを生成する際に使用する暗号鍵である自暗号鍵および自暗号鍵により暗号化した暗号化ユーザデータを通信相手が復号する際に使用する復号鍵である相手復号鍵の少なくとも１つを、第２対流圏外通信部で通信相手と通信する手順と、通信相手がユーザデータを暗号化して暗号化ユーザデータを生成する際に使用する暗号鍵である相手暗号鍵および相手暗号鍵で暗号化した暗号化ユーザデータを復号装置が復号する際に使用する復号鍵である自復号鍵の少なくとも１つを、第２対流圏外通信部で通信相手と通信する手順と、要求元通信端末からのユーザデータを、暗号装置が自暗号鍵で暗号化する、あるいは通信相手が相手暗号鍵で暗号化して、暗号化ユーザデータを生成する手順と、暗号化された要求元通信端末からの暗号化ユーザデータを、第１対流圏外通信部が第１対流圏外通信回線で通信相手と通信する手順と、通信相手が受信した暗号化ユーザデータを、通信相手が相手復号鍵で復号する、あるいは通信装置が受信した暗号化ユーザデータを、暗号装置が自復号鍵で復号して、要求元通信端末からのユーザデータを生成する手順と、復号された要求元通信端末からのユーザデータを通信相手あるいは通信装置が要求先通信端末に送る手順と、要求先通信端末からのユーザデータを、通信相手が相手暗号鍵で暗号化する、あるいは暗号装置が自暗号鍵で暗号化して、暗号化ユーザデータを生成する手順と、暗号化された要求先通信端末からの暗号化ユーザデータを、第１対流圏外通信回線で通信相手と通信する手順と、第１対流圏外通信部が受信した暗号化ユーザデータを、復号装置が自復号鍵で復号する、あるいは通信相手が相手復号鍵で復号して、要求先通信端末からのユーザデータを生成する手順と、復号された要求先通信端末からのユーザデータを通信装置あるいは通信相手が要求元通信端末に送る手順とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この開示に係る通信装置および通信方法によれば、他の通信システムを利用することなく送信側と受信側で暗号鍵を共有することを可能にし、暗号化されたユーザデータを通信できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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