2019 Fiscal Year Annual Research Report
電波や光など様々な周波数帯で利用可能な高秘匿移動通信ネットワーク技術の研究開発
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17H01281
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
佐々木 雅英 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 主管研究員 (50359064)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 隆太郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10334517)
清水 亮介 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50500401)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 暗号 / セキュリティ / 移動通信ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）同報型秘密鍵交換の理論研究：適応的鍵蒸留技術の研究では、大気揺らぎ等による受信信号強度変動に対して、低信号強度時のデータ棄却や信号強度に応じた情報整合方式の最適化等による鍵交換スループットの最大化手法を開発した。超長距離秘密鍵交換の理論検討では、静止衛星・地上局間でも高速な秘密鍵交換が可能であることを示し、国際会議で発表した。物理レイヤ暗号の基礎理論研究では、通信路状態情報が非因果的な場合と因果的な場合の両方を統合するための一般化に取り組み、秘匿容量に対する上下限値を導出した。さらに、盗聴通信路と通信路状態情報の特定条件下における秘密鍵容量を導出した。
（２）光空間テストベッドでの同報型秘密鍵交換実験：送受信機と気象センサの実験系で得られた蓄積データを解析し、大気ゆらぎや気象条件が鍵交換性能に大きな影響を及ぼす典型的な外乱事象が明らかになってきた。蓄積データから外乱事象の特徴を抽出し、機械学習的手法から漏洩情報量を推定し、鍵蒸留仕様を最適化する手法の基本設計を行った。受信信号強度の閾値設定を適応的に変動させる鍵交換レート向上手法について、蓄積データで有効性を検証し国際会議発表と特許出願を行った。
（３）無人航空機間の通信方式基礎検討：5.7GHzでホイップアンテナと平面アンテナを評価した。アンテナ指向性が低く秘密鍵交換の実装は容易でないが、鍵蒸留システムの公開通信路としては有効であり正常動作を確認した。60GHzの32フェーズドアレイアンテナを用いた評価では、200m圏まで良好な通信特性を確認した。一方、当該アンテナを紙袋等に隠してばれないように信号を傍受できることも判明した。秘密鍵交換を成立させる条件を今後精査する必要がある。無人航空機向けには、さらに高周波側での高指向かつ小型の回線実装が適しているため、高指向搬送波による鍵共有ネットワークの構成法を検討し特許出願した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．「同報型秘密鍵交換のための理論研究」においては、適応的鍵蒸留処理技術の開発が着実に進んだほか、物理レイヤ暗号の基礎理論の未解決課題に新手法を提供し秘密鍵容量の導出に成功するなど顕著な成果を上げ当該分野の権威ある雑誌IEEE Transaction of Information Theoryに論文が掲載された。
２．「光空間テストベッドでの同報型秘密鍵交換の実験」においては、2台の受信機と1台のプロービング装置で測定したデータの解析から、大気ゆらぎや気象条件が鍵交換性能に及ぼす影響の解明が進むとともに、フェーディングの状況に応じて鍵蒸留処理の仕様を調整し鍵交換レートを向上させる手法について特許出願を行った。
３.「無人航空機間での通信方式の基礎検討」においては、マイクロ波帯域（5.7GHz）とミリ波帯域（60GHz）アンテナで基本特性評価を行った。マイクロ波帯域ではさらに指向性を高めないと秘密鍵交換の実装は難しいため、鍵蒸留のための公開通信路として利用する方向で検討する。ミリ波帯域アレイアンテナではワイヤタップ通信路の模擬実験系を構築し基本特性を評価したが、無人航空機を用いた実験については、未だ時間を要する。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）同報型秘密鍵交換のための理論研究のとりまとめ：通信路情報を持つ秘密鍵交換の一般的な理論体系の構築に取り組むとともに、有限の電力や符号長という現実的制約の下で、最適な符号化処理や安全性評価の手法を取りまとめる。
（２）光空間通信による同報型秘密鍵交換の技術体系の構築：これまでの成果をとりまとめ、実用環境下における安全性評価を行うための指針を導出する。さらに蓄積データの解析・処理法と組み合わせて拡張することで、「学習しながらどんどん賢く安全になる秘密鍵交換技術」の検証を進め、基本コンセプトを完成させる。
（３）無人航空機間の秘匿通信網の構成法、設計指針のとりまとめ：これまで2.7GHz、5.7GHz、60GHzを用いた要素技術の実験検証により、マイクロ波やミリ波での同報型秘密鍵交換は、指向性の確保・制御、長距離化、無人航空機向けの小型化等においてレーザー光実装とは異なる困難さ、技術課題があることが明らかになってきた。今後の5Gや将来の無線通信網の技術動向を鑑みると、搬送波の高周波数化や指向性の高度化がより一層進むと予想される。そこで、最終年度は、このような将来技術を想定した秘匿通信網の構成法や動的ノードでの鍵管理法などについて検討し、諸概念を明確化して設計指針を取りまとめる。
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Research Products
(5 results)
