JP3040801B2 - 秘話電話装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は音声を暗号化して会話を行うことができる
秘話電話装置に関する。

「従来の技術」 音声信号を直接暗号化するアナログ暗号化方式とし
て、スペクトル反転暗号方式（詳細は例えば、今村、服
部、小園：“音声スペクトル反転秘話におけるコンパン
ダとエンファシスによる通話品質改善効果”、信学論
（Ｂ）、J64−B,5,pp.425−432（昭56−05）参照）、サ
ンプルした音声の時間順序および周波数を入れ替える方
式（詳細は例えば、N.S.Jayant,R.V.Cox,B.J.McDermott
and A.M.Quinn:“Analog scramblers for speech
based on sequential permutations in time and
frquency",Bell Syst.Tech.J.62,1,pp.25−46（Jan.1
983）参照）、サンプルした音声の極性を一定規則に従
って反転する方式（詳細は例えば、S.Asakawa,F.Sugiya
ma and M.Nakamura:“Avoice scrambler for mobi
l communication",IEEE Trans.Veh Technol.29,1,p
p.81−86（Feb.1980）参照）等がある。また、FFT（Fae
st Fourier Transform:高速フーリエ変換）の手法を
応用したFFTスクランブル方式（詳細は例えば、松永、
大川、桜井、古賀：“FFTを用いた全２重アナログ秘話
装置とその基本動作”、信学論（Ａ）、J72−A,4,pp.69
2−702（昭64−04）参照）が提案されている。

また電文を暗号化するのと同様の手法で行うように、
音声信号を符号化した後、暗号化するディジタル暗号化
方式が提案されている。

「発明が解決しようとする課題」 アナログ暗号化方式の前記最初の三方式は、暗号強度
が弱い、信号処理遅延による会話のやりにくさ、暗号化
による復号音質の劣化、等の欠点がある。また最後の方
式は、信号処理遅延による会話のやりにくさ、暗号化に
よる復号音質の劣化、通常の会話から暗号化した会話状
態に切り換えるのに時間がかかる等の欠点がある。

ISDNがサービス開始される以前では伝送路網はアナロ
グ方式がベースになっており、同一の音声信号を伝送す
るのにディジタル伝送ではアナログ伝送の約20倍の周波
数帯域が必要となり、アナログ方式の伝送路網を利用し
て電話についてディジタル暗号化はコスト面から実現さ
れた例はない。しかしISDNの普及に従って、電話による
会話をディジタル暗号化方式で暗号化して行うことが考
えられる。この場合、暗号強度を強くする点からストリ
ーム暗号形式を適用した暗号を用いるとよいが、このス
トリーム暗号形式の暗号は暗号開始時点が相手方で知ら
れないと復号することができない。つまり、互いに会話
を行う相互の電話機の暗号器と復号器とを同期させる必
要がある。しかし、電話においては相手が話をしたい者
であることを確認する必要があり、従って、非暗号化の
会話により相手を確認した後に、暗号化した会話に移す
ことになり、この時、暗号復号の同期が簡単にとれるこ
とが要望される。

この発明の目的は非暗号会話と、暗号会話との切替え
が可能で、暗号強度が強い暗号化を行うことができか
つ、非暗号会話から暗号会話への切替えが容易な秘話電
話装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 この発明によれば、送話器からのアナログ信号をディ
ジタル信号に変換して出力するが、その特定のディジタ
ル値（以下“Ａパターン”と記す）は別の特定のディジ
タル値に変換して出力する符号器と、 その符号器の出力をその出力ビット幅（ｎビット）単
位で暗号化するストリーム暗号形式を適用した暗号器
と、 ｎビット幅の上記Ａパターンを格納する第１レジスタ
と、 第１セレクタと、 暗号通信開始信号と割込み信号とのうち最初に発生し
た信号により、上記符号器の出力を送出している状態か
ら、上記Ａパターンを１個送出し、その後、上記暗号器
の出力を送出するように上記第１セレクタを切替え制御
する送話制御手段とを有する送話部と、 ディジタル信号をアナログ信号に変換して受話器へ供
給する符号復号器と、 受信したディジタル信号をｎビット単位で復号するス
トリーム暗号形式を適用した暗号復号器と、 上記受信したディジタル信号から上記Ａパターンを検
出して上記割込み信号を発生する比較器と、 第２セレクタと、 上記比較器から上記割込み信号が供給されると、上記
受信したディジタル信号を上記符号復号器へ供給してい
る状態から上記暗号復号器の出力を上記符号復号器へ供
給するように上記第２セレクタを切替えると共に上記暗
号復号器に復号開始指示を行う受話制御手段とを有する
受話部と、 手動操作され、上記暗号通信開始信号を出力するスイ
ッチと、 暗号鍵を保持して上記暗号器および上記暗号復号器へ
その暗号鍵を供給する第２レジスタとを具備する。

「作 用」 この構成によれば非暗号会話により相手を相互に確認
し、その後、暗号通信開始信号をスイッチの操作により
発生させると、Ａパターンが出力された後暗号化され、
Ａパターンが受信されると、暗号の復号が開始され、容
易に同期化される。そのＡパターンは符号器から発生し
ないものであり、つまり音声信号から変換されたディジ
タル信号中に含まれないものであるから、誤動作するお
それはない。

「実施例」 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説
明する。

第１図はこの発明による秘話電話装置（暗号機能付き
ディジタル電話機）の実施例の構成を示す。この装置は
本体１、本体１に接続されたハンドセット２、本体１と
ISDN（Integrated Services Digital Network）の加入
者線路４とを接続するための回線終端装置（DSU）３と
から成る。

本体１は、ハンドセット２の送話器2sからの音声信号
を暗号化して送出する送話部５、暗号化された音声信号
を復号化してハンドセット２の受話器2rへ音声信号を出
力する受話部６、回線終端装置３とのインタフェース変
換を行うドライバ／レシーバ７、ドライバ／レシーバ
７、送話部５、受話部６と接続され、ISDNのＢチャネル
のレイヤ１およびＤチャネルのレイヤ1,2を制御するレ
イヤ1,2制御部８、レイヤ1,2制御部８と接続され、ISDN
のＤチャネルのレイヤ３を制御するレイヤ３制御部９、
通話内容の暗号開始を指示するスイッチ10（このスイッ
チ10はトグルスイッチになっており再度押下すると暗号
終了を指示する）、会話する当事者同志しか知らない暗
号鍵を入力する入力ボタン11（入力ボタンはダイアルボ
タン、あるいは別のファンクションボタンと兼用であっ
てもよい）、入力された暗号鍵を保持するためのレジス
タ12から成る。

送話部５からのＢチャネル信号13がレイヤ1,2制御部
８へ供給され、レイヤ1,2制御部８からのＢチャネル信
号14は受話部６へ供給され、ハンドセット２からの送話
信号15は送話部５へ供給され、受話部６からの受話信号
16はハンドセット２へ供給される。スイッチ10からの暗
号開始信号12は送話部５へ供給され、入力ボタン11の出
力信号18はレジスタ12へ供給され、レジスタ12の出力信
号19は送話部５及び受話部６へ供給される。

第２図に第１図中の送話部５および受話部６の内部構
成例を示す。

符号器21はハンドセット２の送話器2sからの音声信号
15（アナログ信号）を１バイト（８ビット）幅のディジ
タル信号に変換する（符号器21によるアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換する規定はCCITT勧告G.711を参
照）。この符号器21は変換されたディジタル信号の特定
のディジタル値（Ａパターンと記す）を別の特定のディ
ジタル値に変換して出力するものであり、この実施例で
はCCITT勧告G.711のμ法則（日本、米国等で使用）を適
用している。つまり、μ法則はオール“0"（上記Ａパタ
ーンと対応）の出力パターン（１バイト幅）は使用禁止
されており、オール“0"の出力パターン（Ａパターン）
はMSB（最上位ビット）側から順に“00000010"（別の特
定ディジタル値）に変換して出力することになってい
る。一方ISDNでは任意のビットパターンの伝送が可能で
あるため、このオール“0"のパターンを制御信号として
使用した。符号器21はこのパターン変換機能を有してい
るものとする。暗号器22は符号器21の出力である１バイ
トのディジタル信号26を１バイト単位で暗号化する（暗
号化に付いては後程詳細に説明する）、セレクタ23は送
話制御部25によって信号線26、信号線27、信号線28のい
ずれかを選択して出力する１バイト幅のセレクタ、セレ
クタ23の出力29が供給される並列直列変換器24は１バイ
ト幅のパラレルデータを１ビットのシリアルデータに変
換してＢチャネル信号13として出力する。送話制御部25
は送話部５の全体を制御する。暗号器22の出力（１バイ
ト幅）は信号線27へ供給され、レジスタ61にはオール
“0"がセットされ、信号線（１バイト幅）28へ出力され
る、セレクタ23は信号線30により制御され、暗号器22は
信号線31を通じて送話制御部25により制御される。

直列並列変換器32は１ビットのシリアルデータ（Ｂチ
ャネル信号14）を１バイト幅のパラレルデータに変換す
る、暗号復号器33は直列並列変換器32の出力38である１
バイトのディジタル信号を１バイト単位で復号する（復
号については後程詳細に説明する）、セレクタ34は受話
制御部37によって直列並列変換器32の出力信号38と暗号
復号器33の出力信号39とのいずれかを選択して出力する
１バイト幅のセレクタ、符号復号器35はセレクタ34の出
力40（１バイト幅）のディジタル信号を音声信号（アナ
ログ信号）に変換して受話信号16として出力する、比較
器36は直列並列変換器32の出力38とレジスタ61の内容と
が一致したとき出力42がオンとなり、これが割込み信号
として送話制御部25と受話制御部37とへ供給される。受
話制御部37は受話部６の全体を制御する。

ここで、この発明における暗号・復号について説明す
る。

現在ディジタル通信のセキュリティ対策として、送信
者または受信者の一方が鍵をきめ、送信側で送るべきデ
ータ（平文）をその鍵で暗号化して暗号文を送信し、受
信側では先の鍵と同一の鍵で受信した暗号文を暗号の逆
変換つまり復号し、もとの平文に戻す方法が用いられて
いる。これらで使用されているアルゴリズム公開型暗号
の代表例としてDES（DES（Data Encryption Standard）
アルゴリズムの詳細は例えば、D.W.Davies and W.L.Pri
ce（上園監訳）：“ネットワーク・セキュリティ”、日
経マグロウヒル社、1985 pp.55−84参照）、FEAL（FEAL
（Fast data Enciph erment ALgorithm）アルゴリズム
の詳細は例えば、宮口、白石、清水：“FEAL−８暗号ア
ルゴリズム”、研実報 第37巻第4/5号、1988pp.321−3
72参照）があり、この発明ではこれらのいずれも使用可
能である。次に、暗号形式（暗号形式の詳細は例えば、
D.W.Davies and W.L.Price（上園監訳）：“ネットワー
ク・セキュリティ”、日経マグロウヒル社、1985 pp.85
−102参照）についてみると、この実施例では符号化さ
れた音声信号が８ビットであること、リアルタイム通信
を可能とすること、回線上のビット誤りの拡大を防ぐこ
と、強い暗号強度にすることにより、ストリーム暗号形
式であるOFB（Output Feedback）の８ビットフィードバ
ック暗号形式を適用する。なお、この発明において暗号
化の目的は、ネット・ワーク上での盗聴防止、および第
三者への漏洩防止（例えば着信側の電話のハンドセット
を取った者が第三者であればこれへの漏洩防止）にあ
る。

この発明は、ISDN基本インタフェース加入者線の情報
チャネル（Ｂチャネル）を用いて、音声を符号化して通
信を行うディジタル式秘話電話機に適用できる。以下こ
のディジタル式秘話電話機を例に、第１図、第２図およ
び第３図を用いてこの発明の動作を説明する。

ISDNサービスで提供されている回線交換の呼設定機能
（ISDNの回線交換サービスとその呼設定機能の詳細は例
えば、秋山監修：“ISDN絵とき読本”、オーム社、1988
pp.92−106参照）を用いて、この発明を適用した発信
側のディジタル式秘話電話機（以下「Ａ電話機」と略
す）のＢチャネルと、同じくこの発明を適用した着信側
のディジタル式秘話電話機（以下「Ｂ電話機」と略す）
のＢチャネルとが接続された後の時点より説明を行う。

まず音声を暗号化して通話を行う前に、Ｂ電話機のハ
ンドセットを取った者が、Ａ電話機をかけた者が話をし
たい相手であるか否かを話をしながら確認する必要があ
る。さらにＢ電話機のハンドセットを取った者が、Ａ電
話機をかけた者が話をしたい相手であるか否かを確認す
るために、何らかの手段（例えば郵便）で予め送られて
いる暗号鍵（当事者同志のみしか知らない数字の組み合
わせ）を、暗号化して通信を行う前に双方が各電話機の
入力ボタン11よりその暗号鍵を入力する。双方が暗号鍵
を入力したことを会話により確認後、いずれか一方の者
があるいは双方が電話機に付いている暗号開始を指示す
るスイッチ10を押下する。以後の通信は暗号化されてい
るため、もし双方が入力した暗号鍵が異なれば通信不能
（受話器にはノイズのみしか送られて来ない）となり、
通話内容が相手に漏洩する事はない。またネット・ワー
ク上の何処かで盗聴したとしても先と同じ暗号鍵で通信
内容を復号しない限り元の通話内容は聞けない。ここで
いずれか一方の者が誤った暗号鍵を入力した場合、双方
が再度スイッチ10を押下することにより通常の音声通信
となり再度上述の動作を行えばよい。

次に、送話側、受話側の動作を説明する。

送話側 送話側には３つの動作フェーズが存在する。第１の動
作フェーズは呼設定後から暗号開始指示があるまで（以
下、“フェーズ1"と記す）。第２の動作フェーズは暗号
開始指示により１バイトのオール“0"送出まで（以下、
“フェーズ2"と記す）。第３の動作フェーズは入力音声
信号を暗号化して送出する（以下、“フェーズ3"と記
す）。

各動作フェーズは第３図参照。

・フェーズ１ 第１図のハンドセット２の送話器出力15（アナログ信
号）は、第２図の符号器21で１バイトのディジタル信号
に変換する。このとき送話制御部25の出力30はセレクタ
23に対して信号線26を選択するように指示する。

よってこのフェーズでは第１図の送話部５の出力13に
は通常の（暗号化されていないディジタル信号）音声信
号が送出される。

またこのフェーズ内にＡ電話機をかけた者およびＢ電
話機のハンドセットを取った者は双方が互いに話し相手
であることを確認し、かつそれぞれの電話機の入力ボタ
ン11より暗号鍵を入力し、双方が暗号鍵を入力したこと
を会話により確認後、いずれか一方の者があるいは双方
が電話機に付いている暗号開始を指示するスイッチ10を
押下する。

・フェーズ２ 第１図のスイッチ10の押下（第３図の51の時点）また
は第２図の比較器36の出力42がオン（オール“0"を受
話：相手側がこちら側より先にスイッチ10を押下した場
合）により第２図の送話制御部25の出力30はセレクタ23
に対して信号線28（オール“0"がセットされている）を
選択するように指示する。よってこのフェーズでは第１
図の送話部５の出力13にはオール“0"が１個送出される
（第３図の52）。

・フェーズ３ 送話制御部25は出力31で暗号器22に対して暗号開始指
示を出すとともに、セレクタ23に対して信号線27を選択
するように指示する。

よってこのフェーズでは第１図の送話部５の出力13に
は暗号化された音声信号が送出される。

なお、どのフェーズにおいても再度スイッチ10を押下
すると暗号機能停止となりフェーズ１に戻る。

受話側 受話側には２つの動作フェーズが存在する。第１の動
作フェーズは呼設定後からオール“0"を１個検出するま
で（以下、“フェーズ1"と記す）。第２の動作フェーズ
は受話した信号（暗号化された音声信号）を復号する
（以下、“フェーズ2"と記す）。

各動作フェーズは第３図参照。

・フェーズ１ 呼設定後、受話制御部37の出力43はオフになってお
り、このときセレクタ34は信号38を選択するようになっ
ているため、符号復号器35には受話データ（通常の音声
信号）が入力され、第１図のハンドセット２の受話器に
は相手からの音声が出力される。また呼設定後は比較器
36が動作しているため、相手側が音声の暗号化を開始す
る前に送出するオール“0"をいつでも検出可能である。
比較器36がオール“0"を検出すると出力42がオンにな
り、受話制御部37はこれを受けてフェーズ２に移る（第
３図の53）。

よってこのフェーズでは第１図の受話部６の出力16に
は受話した音声信号をそのままアナログ変換して出力す
る。

・フェーズ２ 受話制御部37は出力43をオンにする。これにより復号
器33は受話データ（暗号化された音声信号）の復号を開
始し、セレクタ34は信号39を選択する。ここで相手側が
音声を暗号化するために入力した暗号鍵と同じ暗号鍵が
第１図のレジスタ12にセットされていれば暗号化された
音声信号は完全に元の音声信号に戻るが、セットされた
暗号鍵が相手側と異なれば暗号化された音声信号は元の
音声信号には戻らない。

よってこのフェーズでは第１図の受話部６の出力16に
は受話した暗号化された音声信号を復号し、それをアナ
ログ変換して出力する。

なお、どのフェーズにおいても再度スイッチ10を押下
すると復号機能停止となりフェーズ１に戻る。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明は下記の効果を有す
る。

DES、FEAL等の暗号アルゴリズムを使用し、ストリ
ーム暗号形式で暗号化しているため暗号強度は強い。
（これらの暗号鍵は64ビット長である） 暗号、復号はディジタル信号で行うため、暗号化に
よる復号音質の劣化はない。

暗号、復号処理を符号器の出力幅単位（実施例では
８ビット単位）で行っているため信号処理遅延がない。
これにより相手からの音声の遅れがないため会話がスム
ーズに行える。

１バイトのオール“0"のような特定パターンのみ検
出を行って、通常の会話から暗号化した会話状態への切
替えを行っているため、その切替えが瞬時に行える。

簡単な構成であるためハードウェア規模が小さく、
現在のLSI技術で容易に１チップ化可能な範囲であり、
安価に装置の実現が可能。

通常会話から暗号会話への切替えは、音声信号の符
号化では絶対に生じない特定パターンを用いているた
め、音声信号中の特定ディジタル信号により誤動作する
おそれはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す秘話電話装置の構
成図、第２図は第１図中の送話部５および受話部６の内
部構成例を示すブロック図、第３図は第１図、第２図の
動作を説明するためのタイムチャートである。 1:本体、2:ハンドセット、3:DSU（回線終端装置）、5:
音声信号を暗号化して送出する送話部、6:暗号化された
音声信号を復号化して出力する受話部、7:ドライバ／レ
シーバ、8:レイヤ1,2制御部、9:レイヤ３制御部、10:暗
号開始を指示するスイッチ10、11:暗号鍵を入力する入
力ボタン、12:暗号鍵を保持するレジスタ、21:アナログ
信号をディジタル信号に変換するμ法則を適用した符号
器、22:1バイトのディジタル信号を１バイト単位で暗号
化する暗号器、23:1バイト幅のセレクタ、24:1バイト幅
のパラレルデータを１ビットのシリアルデータに変換す
る変換器、25:送話部全体を制御する送話制御部、32:1
ビットのシリアルデータを１バイト幅のパラレルデータ
に変換する変換器、33:1バイトのディジタル信号を１バ
イト単位で復号する暗号復号器、34:セレクタ、35:1バ
イト幅のディジタル信号をアナログ信号に変換する符号
復号器、36:比較器、37:受話部全体を制御する受話制御
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04K 1/00 - 3/00 H04L 9/00 - 9/38 G09C 1/00 - 5/00 H04M 1/68

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送話器からのアナログ信号をディジタル信
   号に変換して出力するが、その特定のディジタル値（以
   下“Ａパターン”と記す）は別の特定のディジタル値に
   変換して出力する符号器と、 その符号器の出力をその出力ビット幅（ｎビット）単位
   で暗号化するストリーム暗号形式を適用した暗号器と、 ｎビット幅の上記Ａパターンを格納する第１レジスタ
   と、 第１セレクタと、 暗号通信開始信号と割込み信号とのうち最初に発生した
   信号により、上記符号器の出力を送出している状態か
   ら、上記Ａパターンを１個送出し、その後、上記暗号器
   の出力を送出するように上記第１セレクタを切替え制御
   する送話制御手段とを有する送話部と、 ディジタル信号をアナログ信号に変換して受話器へ供給
   する符号復号器と、 受信したディジタル信号をｎビット単位で復号するスト
   リーム暗号形式を適用した暗号復号器と、 上記受信したディジタル信号から上記Ａパターンを検出
   して上記割込み信号を発生する比較器と、 第２セレクタと、 上記比較器から上記割込み信号が供給されると、上記受
   信したディジタル信号を上記符号復号器へ供給している
   状態から上記暗号復号器の出力を上記符号復号器へ供給
   するように上記第２セレクタを切替えると共に上記暗号
   復号器に復号開始指示を行う受話制御手段とを有する受
   話部と、 手動操作され、上記暗号通信開始信号を出力するスイッ
   チと、 暗号鍵を保持して上記暗号器および上記暗号復号器へそ
   の暗号鍵を供給する第２レジスタと、 を具備する秘話電話装置。