WO2023242972A1 - 通信システム、通信装置、方法、及びプログラム - Google Patents

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鉄太郎 小林
優太郎 清村
浩司 千田
勝行 夏川
耕一 高杉
大介 白井
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    • H04L9/16—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols using a plurality of keys or algorithms the keys or algorithms being changed during operation

Definitions

  • QKD Quantum Key Distribution
  • KME Key Management Entity
  • SAE Secure Application Entity
  • QKD has the problem that keys cannot be shared if tapping on the optical fiber cable continues. Therefore, from the viewpoint of service continuity, it is necessary to be able to switch to another key sharing method even if a certain key sharing method becomes unavailable for some reason.
  • a technology is provided that allows switching between multiple key sharing methods.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a communication system according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a detailed functional configuration of a protocol converter according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a sequence diagram illustrating an example of key acquisition processing according to the present embodiment. It is a sequence diagram which shows an example of the switching process based on this embodiment. It is a figure showing a modification of the whole composition of a communication system concerning this embodiment.
  • 1 is a diagram showing an example of a hardware configuration of a computer.
  • the key sharing system 20A-1 and the key sharing system 20A-2 are capable of mutually generating shared keys using a certain key sharing method (for example, QKD) in which KME and SAE exist on different devices. do.
  • the key sharing system 20B-1 and the key sharing system 20B-2 are able to mutually generate shared keys using a certain key sharing method (for example, PQKD) in which the KME and SAE exist on the same device.
  • the key sharing system 20C-1 and the key sharing system 20C-2 can mutually generate shared keys using a certain key sharing method in which KME and SAE exist on the same device. Therefore, in the example shown in FIG.
  • the key sharing system 20A-1 exists separately from the communication device 10-1, while the key sharing system 20B-1 and the key sharing system 20C-1 are connected to the communication device 10-1. included in. The same applies to the key sharing system 20A-2 to the key sharing system 20C-2.
  • the communication device 10-1 and the key sharing system 20A-1 are communicably connected, for example, via an intra-site network.
  • the communication device 10-2 and the key sharing system 20A-2 are communicably connected via, for example, an intra-site network.
  • the communication device 10-2 uses the key (shared key) shared between the key sharing system 20-2 and the key sharing system 20-1 that use the same key sharing method. Perform encrypted communication with 1.
  • the communication device 10-2 includes an AP 110-2, a protocol conversion section 120-2, and a key output section 130-2 corresponding to each key sharing system 20-2.
  • the key output units 130-2 corresponding to the key sharing systems 20A-2 to 20C-2 are the key output units 130A-2 to 130C-2, respectively.
  • communication device 10 when the communication device 10-1 and the communication device 10-2 are not distinguished, they will be referred to as “communication device 10", and when the key sharing system 20-1 and the key sharing system 20-2 are not distinguishable, they will be referred to as “key sharing system 10".
  • System 20 Other components are similarly expressed as “AP 110,” “protocol conversion unit 120,” “key output unit 130,” etc.
  • key sharing system 20A-1 and the key sharing system 20A-2 are not distinguished, they are referred to as “key sharing system 20A”.
  • Other information will be similarly expressed as “key sharing system 20B”, “key sharing system 20C”, etc.
  • the AP 110 is an application program that performs encrypted communication with the AP 110 of another communication device 10 using a shared key.
  • the protocol converter 120 accepts (a message representing) a key request from the AP 110 and sends (a message representing) a key notification to the AP 110. Further, the protocol conversion unit 120 switches to another key sharing system 20 when an error or the like occurs in the key sharing system 20. Note that a detailed functional configuration example of the protocol converter 120 will be described later.
  • the key output unit 130 has a function of hiding the specific mechanism of the key sharing method executed by the key sharing system 20 corresponding to the key output unit 130, and upon receiving a key request, the key sharing system 20 corresponding to the key output unit 130 The shared key generated in step 20 is returned. That is, upon receiving a key request from the protocol conversion unit 120, the key output unit 130 returns a key output containing the shared key generated by the key sharing system 20 corresponding to itself to the protocol conversion unit 120. Note that the key output unit 130 may also be called a protocol driver or the like.
  • the specific mechanism of the key sharing method is hidden from the AP 110, and the AP 110 can obtain a shared key by simply requesting a key from the protocol conversion unit 120 and receiving a key notification in response to the key request. .
  • the key request reception unit 121 receives a switching notification from the switching unit 124, and sets the key sharing method included in the switching notification as the key sharing method currently in use. Furthermore, the key request reception unit 121 transmits the switching notification to the other communication devices 10.
  • the key notification unit 122 receives the key output from the key output unit 130, extracts the shared key included in the key output, and transmits a key notification including the shared key to the AP 110.
  • the error notification unit 123 receives an error notification from the key output unit 130 and transmits the error notification to the switching unit 124.
  • the switching unit 124 receives the error notification from the key output unit 130, determines a key sharing method to switch to, and sends a switching notification containing information indicating the determined key sharing method to the key request receiving unit. Send to 121.
  • the key storage unit 125 stores the shared key generated by the key sharing method in the storage device.
  • the key (shared key) stored in the storage device will also be referred to as a stored key.
  • the key storage unit 125 is not an essential component, and the protocol conversion unit 120 may not include the key storage unit 125.
  • the overall configuration of the communication system 1 shown in FIG. 1 is an example, and is not limited to this.
  • the communication device 10 can use three key sharing methods, and key sharing systems 20A to 20C corresponding to those key sharing methods are illustrated.
  • key sharing systems 20 there are as many key sharing systems 20 as there are key sharing methods that can be used by the communication device 10.
  • the communication device 10 can use N key sharing schemes, there are N key sharing systems 20 that respectively correspond to the N key sharing schemes.
  • the communication network between the communication devices 10 and the communication network between the key sharing system 20 may be the same, or may be different depending on the key sharing method executed by the key sharing system 20.
  • the key sharing method executed by the key sharing system 20A is QKD
  • the communication network between the communication devices 10 (AP 110) is the Internet, etc.
  • the communication network between the key sharing systems 20A is an optical communication network, etc.
  • the key sharing method executed by the key sharing system 20B is PQKD or the like
  • the communication network between the communication devices 10 (the AP 110 thereof) and the communication network between the key sharing system 20B are both the Internet or the like.
  • AP 110-1 performs encrypted communication with AP 110-2
  • FIG. 3 for key acquisition processing for AP 110-1 and AP 110-2 to acquire a shared key. I will explain while doing so.
  • the AP 110-1 corresponds to an initiator
  • the AP 110-2 corresponds to a responder.
  • the key request receiving unit 121-1 of the protocol conversion unit 120-1 Upon receiving the key request, the key request receiving unit 121-1 of the protocol conversion unit 120-1 sends the key request to the key output unit 130 corresponding to the key sharing method currently set as the key sharing method. (Step S102). For example, when QKD is set as the key sharing method currently in use, the key request receiving unit 121-1 sends a message to the key output unit 130A-1 corresponding to the key sharing system 20A-1 that performs key sharing using QKD. and send the key request. On the other hand, for example, if PQKD is set as the key sharing method currently in use, the key request receiving unit 121-1 sends the key output unit 130B- corresponding to the key sharing system 20B-1 that performs key sharing using PQKD. The key request is sent to 1.
  • the key output unit 130-1 Upon receiving the key request from the key request receiving unit 121-1, the key output unit 130-1 transmits the key request to the key sharing system 20-1 corresponding to itself (step S103). For example, when the key output unit 130A-1 receives a key request, the key output unit 130A-1 transmits the key request to the key sharing system 20A-1. On the other hand, for example, when the key output unit 130B-1 receives a key request, the key output unit 130B-1 transmits the key request to the key sharing system 20B-1.
  • the key sharing system 20-1 executes the key sharing method with the key sharing system 20-2 that executes the same key sharing method as itself, A shared key is generated (step S104). For example, when the key sharing system 20A-1 that executes QKD receives a key request, the key sharing system 20A-1 executes QKD with the key sharing system 20A-2 and generates a shared key. On the other hand, for example, when the key sharing system 20B-1 that executes PQKD receives a key request, this key sharing system 20B-1 executes PQKD with the key sharing system 20B-2 and shares the shared key. generate.
  • the key sharing system 20-1 transmits the key (shared key) generated in step S104 above to the key output unit 130-1 corresponding to itself (step S105).
  • the key notification unit 122-1 of the protocol conversion unit 120-1 Upon receiving the key output from the key output unit 130-1, the key notification unit 122-1 of the protocol conversion unit 120-1 extracts the shared key included in the key output and sends a key notification containing the shared key. is transmitted to the AP 110-1 (step S107).
  • the AP 110-1 Upon receiving the key notification from the protocol converter 120-1, the AP 110-1 acquires the shared key from this key notification (step S108).
  • the key output unit 130-2 Upon receiving the shared key from the key sharing system 20-2, the key output unit 130-2 transmits a key output containing this shared key to the protocol conversion unit 120-2 (step S110).
  • the key notification unit 122-2 of the protocol conversion unit 120-2 Upon receiving the key output from the key output unit 130-2, the key notification unit 122-2 of the protocol conversion unit 120-2 extracts the shared key included in the key output and generates a key notification containing the shared key. is transmitted to the AP 110-2 (step S111).
  • the AP 110-2 Upon receiving the key notification from the protocol converter 120-2, the AP 110-2 acquires the shared key from this key notification (step S112).
  • the key notification unit 122-1 notifies the protocol conversion unit 120-2 of the key ID of the shared key.
  • the protocol conversion unit 120-2 similarly passes the shared key of the key ID from among the stored keys to the key notification unit 122-2, and the shared key is notified to the AP 110-2.
  • Error when requesting a key for example, communication error when sharing a key with the key sharing system 20-2, internal error in the key sharing system 20-1 when sharing a key, etc.
  • Key exhaustion including exhaustion of keys stored by the key storage unit 125
  • Computation capacity depletion (4) System error (5) Tamper abnormality For example, an event in which key sharing becomes impossible due to tapping on an optical fiber cable can be detected as a tamper abnormality.
  • the key output unit 130-1 Upon receiving the error notification from the key sharing system 20-1, the key output unit 130-1 transmits this error notification to the protocol conversion unit 120-1 (step S203).
  • the error notification unit 123-1 of the protocol conversion unit 120-1 Upon receiving the error notification from the key output unit 130-1, the error notification unit 123-1 of the protocol conversion unit 120-1 transmits this error notification to the switching unit 124-1 (step S204).
  • the switching unit 124-1 of the protocol conversion unit 120-1 determines the key sharing method to which to switch (step S205).
  • the switching unit 124 can determine the key sharing method of the switching destination using various methods, and for example, it is conceivable to determine the key sharing method of the switching destination using the following method.
  • One key sharing method is determined randomly or according to a predetermined order (predetermined priority order) from among key sharing methods other than the key sharing method currently in use.
  • the key sharing method may be determined in various other ways. Further, in addition to this, for example, when the key storage unit 125 stores a shared key, it may be determined to switch the acquisition source of the shared key to the stored key. This allows the stored key to be used as a shared key until the stored key is exhausted, and the key sharing method can be switched after the stored key is exhausted. In the following description, it is assumed that the key sharing method to be switched to has been determined.
  • the switching unit 124-2 of the protocol converting unit 120-2 Upon receiving the switching notification from the protocol converting unit 120-2, the switching unit 124-2 of the protocol converting unit 120-2 transmits this switching notification to the key request receiving unit 121-2 (step S209).
  • the key request reception unit 121-2 of the protocol conversion unit 120-2 selects the key sharing method indicated by the information included in this switching notification as the currently used key sharing method. settings (step S210).
  • FIG. 5 shows a modification of the overall configuration of the communication system 1 according to this embodiment.
  • FIG. 1 shows a communication system 1 in which a server 30-1 is further included in base 1 and a server 30-2 is further included in base 2.
  • server 30 when the servers 30-1 and 30-2 are not distinguished from each other, they will be referred to as "server 30.”
  • the server 30 includes a protocol conversion section 120 and a key output section 130.
  • the server 30 also includes a key sharing system 20 that corresponds to the key output unit 130 that the server 30 has, or is communicably connected to the key sharing system 20 that corresponds to the key output unit 130 that the server 30 has.
  • the server 30-1 includes a protocol conversion section 120-11, a key output section 130D-1, and a key output section 130E-1. Furthermore, there are a key sharing system 20D-1 corresponding to the key output section 130D-1 and a key sharing system 20E-1 corresponding to the key output section 130E-1.
  • the server 30-2 includes a protocol conversion section 120-21, a key output section 130D-2, and a key output section 130E-2. Furthermore, there are a key sharing system 20D-2 corresponding to the key output section 130D-2 and a key sharing system 20E-2 corresponding to the key output section 130E-2.
  • which key sharing system 20 is used to generate the shared key (that is, which key sharing method is used to generate the shared key) is shared and coordinated among all communication devices 10 and servers 30. That is, for example, if an error or the like occurs in a certain key sharing system 20 and the key sharing method is switched (or it may be a switch to using a stored key as a shared key),
  • the switching unit 124 that has determined the switching destination also sends a switching notification to the protocol conversion units 120 included in all other communication devices 10 and servers 30. Thereby, the key sharing method used throughout the communication system 1 is shared and linked.
  • the communication device 10 side Operations such as generating a shared key using the key sharing system 20 become possible.
  • the switching unit 124 determines the key sharing method to switch to, the communication device 10 side or the server 30 It is possible to consider which key sharing system 20 (the key sharing method executed by) on the side should be switched to. As a result, for example, if an error occurs in the key sharing system 20 on the server 30 side, the switch is switched to the key sharing system 20 on the communication device 10 side, and conversely, if an error occurs in the key sharing system 20 on the communication device 10 side, This enables operations such as switching to the key sharing system 20 on the server 30 side.
  • the input device 501 is, for example, a keyboard, a mouse, a touch panel, various physical buttons, etc.
  • the display device 502 is, for example, a display, a display panel, or the like. Note that the computer 500 may not include at least one of the input device 501 and the display device 502, for example.
  • the external I/F 503 is an interface with an external device such as a recording medium 503a.
  • Examples of the recording medium 503a include a CD-ROM, a DVD-ROM, an SD memory card, and a USB memory card.
  • the communication I/F 504 is an interface for connecting the computer 500 to a communication network.
  • the processor 505 is, for example, various arithmetic devices such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the memory device 506 is, for example, various storage devices such as a HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a flash memory.

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Abstract

本開示の一態様による通信システムは、複数の通信装置が含まれる通信システムであって、前記通信装置は、他の通信装置との間で暗号化通信を行うように構成されているアプリケーションプログラムと、前記暗号化通信に用いられる共有鍵を生成する鍵共有方式を切り替えるように構成されている切替部と、を有し、前記切替部は、現在利用中の鍵共有方式によって前記共有鍵を生成できない場合、他の鍵共有方式に切り替えるように構成されている。

Description

通信システム、通信装置、方法、及びプログラム
　本開示は、通信システム、通信装置、方法、及びプログラムに関する。
　量子鍵配送（ＱＫＤ：Quantum Key Distribution）と呼ばれる鍵共有プロトコルが知られている（例えば、非特許文献１及び２参照）。ＱＫＤは、２者間の通信を秘匿するための鍵を量子テレポーテーションにより共有し、その鍵（以下、共有鍵ともいう。）を用いて暗号化されたデータの送受信を行う技術である。
　ＱＫＤでは、鍵共有を行うエンティティ（ＫＭＥ：Key Management Entity）とデータの送受信を行うエンティティ（ＳＡＥ：Secure Application Entity）とが別の装置上に存在し、光ファイバーケーブル等で実現される光通信ネットワークを利用してＫＥＭ間で鍵を共有する。
ETSI GS QKD 004 V2.1.1 (2020-08) Quantum Key Distribution (QKD); Application Interface ETSI GS QKD 014 V1.1.1 (2019-02) Quantum Key Distribution (QKD); Protocol and data format of REST-based key delivery API
　しかしながら、ＱＫＤでは光ファイバーケーブルへのタッピングが続くと鍵の共有ができなくなるという問題がある。このため、サービス継続性の観点から、何等かの理由で或る鍵共有方式が利用できなくなっても、他の鍵共有方式に切り替えることができるようにすることが必要である。
　本開示は、上記の点に鑑みてなされたもので、複数の鍵共有方式を切り替えることができる技術を提供する。
　本開示の一態様による通信システムは、複数の通信装置が含まれる通信システムであって、前記通信装置は、他の通信装置との間で暗号化通信を行うように構成されているアプリケーションプログラムと、前記暗号化通信に用いられる共有鍵を生成する鍵共有方式を切り替えるように構成されている切替部と、を有し、前記切替部は、現在利用中の鍵共有方式によって前記共有鍵を生成できない場合、他の鍵共有方式に切り替えるように構成されている。
　複数の鍵共有方式を切り替えることができる技術が提供される。
本実施形態に係る通信システムの全体構成の一例を示す図である。 本実施形態に係るプロトコル変換部の詳細な機能構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る鍵取得処理の一例を示すシーケンス図である。 本実施形態に係る切替処理の一例を示すシーケンス図である。 本実施形態に係る通信システムの全体構成の変形例を示す図である。 コンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態について説明する。以下では、ＱＫＤを含む複数の鍵共有方式を切り替えることができる通信システム１について説明する。この通信システム１によれば、何等かの理由（例えば、エラー等）で或る鍵共有方式が利用できなくなっても、他の鍵共有方式に切り替えることができるため、暗号化通信が必要なサービスの継続性を担保することができる（言い換えれば、サービスの可用性を高めることができる。）。なお、鍵共有方式は鍵共有プロトコルや鍵交換プロトコル等と呼ばれてもよく、２者間で同一の共有鍵を生成するための技術のことを指す。鍵共有方式としては、ＱＫＤの他、例えば、耐量子計算機暗号（ＰＱＣ：Post-Quantum Cryptograph）を用いた耐量子計算機暗号鍵交換（ＰＱＫＤ：Post-Quantum cryptography-based Key Distribution）等が挙げられる。耐量子計算機暗号鍵交換としては、例えば、ＫＥＭ（Key Encapsulation Mechanism）に耐量子計算機暗号（例えば、格子暗号等）を適用した鍵交換等が挙げられる。
　なお、本実施形態に係る通信システム１において、ＳＡＥとＫＭＥ間はＰＱＣを用いたＴＬＳ等によって通信路が暗号化されており、またＳＡＥとＫＭＥ間は当該ＰＱＣを用いたＴＬＳにおいてＰＱＣに対応した公開鍵証明書を用いた相互認証等が実施されており、ＳＡＥとＫＭＥ間の通信では耐量子計算機を用いた攻撃に耐えうる強度の安全性が確保されていることを前提する。
　＜通信システム１の全体構成例＞
　本実施形態に係る通信システム１の全体構成例を図１に示す。図１では、一例として、拠点１と拠点２の間で暗号化通信を行う場合の通信システム１を示している。図１に示す通信システム１では、通信装置１０－１が拠点１、通信装置１０－２が拠点２に存在する場合を示している。また、図１に示す通信システム１では、通信装置１０－１が利用可能な鍵共有方式にそれぞれ対応する鍵共有システム２０Ａ－１、鍵共有システム２０Ｂ－１、鍵共有システム２０Ｃ－１も示されている。同様に、通信装置１０－２が利用可能な鍵共有方式にそれぞれ対応する鍵共有システム２０Ａ－２、鍵共有システム２０Ｂ－２、鍵共有システム２０Ｃ－２も示されている。
　ここで、鍵共有システム２０Ａ－１と鍵共有システム２０Ａ－２は、ＫＭＥとＳＡＥが別の装置上に存在する或る鍵共有方式（例えば、ＱＫＤ）により互いに共有鍵を生成可能であるものとする。一方で、鍵共有システム２０Ｂ－１と鍵共有システム２０Ｂ－２は、ＫＭＥとＳＡＥが同一装置上に存在する或る鍵共有方式（例えば、ＰＱＫＤ）により互いに共有鍵を生成可能であるものとする。同様に、鍵共有システム２０Ｃ－１と鍵共有システム２０Ｃ－２も、ＫＭＥとＳＡＥが同一装置上に存在する或る鍵共有方式により互いに共有鍵を生成可能であるものとする。このため、図１に示す例では、鍵共有システム２０Ａ－１は通信装置１０－１とは別体で存在する一方、鍵共有システム２０Ｂ－１及び鍵共有システム２０Ｃ－１は通信装置１０－１に含まれている。鍵共有システム２０Ａ－２～鍵共有システム２０Ｃ－２についても同様である。なお、通信装置１０－１と鍵共有システム２０Ａ－１は、例えば、拠点内ネットワーク等により通信可能に接続される。同様に、通信装置１０－２と鍵共有システム２０Ａ－２は、例えば、拠点内ネットワーク等により通信可能に接続される。
　以下、鍵共有システム２０Ａ－１～鍵共有システム２０Ｃ－１を区別しないときは「鍵共有システム２０－１」と表記する。同様に、鍵共有システム２０Ａ－２～鍵共有システム２０Ｃ－２を区別しないときは「鍵共有システム２０－２」と表記する。
　通信装置１０－１は、互いに同一の鍵共有方式を利用する鍵共有システム２０－１と鍵共有システム２０－２の間で共有された鍵（共有鍵）を用いて通信装置１０－２と暗号化通信を行う。ここで、通信装置１０－１には、アプリケーションプログラム（以下、ＡＰという。）１１０－１と、プロトコル変換部１２０－１と、各鍵共有システム２０－１にそれぞれ対応する鍵出力部１３０－１とが含まれる。なお、図１に示す例では、鍵共有システム２０Ａ－１に対応する鍵出力部１３０－１は鍵出力部１３０Ａ－１である。同様に、鍵共有システム２０Ｂ－１に対応する鍵出力部１３０－１は鍵出力部１３０Ｂ－１であり、鍵共有システム２０Ｃ－１に対応する鍵出力部１３０－１は鍵出力部１３０Ｃ－１である。
　同様に、通信装置１０－２は、互いに同一の鍵共有方式を利用する鍵共有システム２０－２と鍵共有システム２０－１の間で共有された鍵（共有鍵）を用いて通信装置１０－１と暗号化通信を行う。ここで、通信装置１０－２には、ＡＰ１１０－２と、プロトコル変換部１２０－２と、各鍵共有システム２０－２にそれぞれ対応する鍵出力部１３０－２とが含まれる。なお、図１に示す例では、鍵共有システム２０Ａ－２～鍵共有システム２０Ｃ－２にそれぞれ対応する鍵出力部１３０－２は鍵出力部１３０Ａ－２～鍵出力部１３０Ｃ－２である。
　以下、通信装置１０－１と通信装置１０－２とを区別しないときは「通信装置１０」と表記し、鍵共有システム２０－１と鍵共有システム２０－２とを区別しないときは「鍵共有システム２０」と表記する。その他についても同様に、「ＡＰ１１０」、「プロトコル変換部１２０」、「鍵出力部１３０」等と表記する。
　また、鍵共有システム２０Ａ－１と鍵共有システム２０Ａ－２を区別しないときは「鍵共有システム２０Ａ」と表記する。その他についても同様に、「鍵共有システム２０Ｂ」、「鍵共有システム２０Ｃ」等と表記する。
　ＡＰ１１０は、共有鍵を利用して他の通信装置１０のＡＰ１１０との間で暗号化通信を行うアプリケーションプログラムである。
　プロトコル変換部１２０は、ＡＰ１１０からの鍵要求（を表すメッセージ）を受け付けたり、ＡＰ１１０に対して鍵通知（を表すメッセージ）を送信したりする。また、プロトコル変換部１２０は、鍵共有システム２０でエラー等が発生した場合に他の鍵共有システム２０に切り替える。なお、プロトコル変換部１２０の詳細な機能構成例については後述する。
　鍵出力部１３０は、その鍵出力部１３０に対応する鍵共有システム２０が実行する鍵共有方式の具体的な仕組みを隠蔽する機能を有し、鍵要求を受信すると、自身に対応する鍵共有システム２０で生成された共有鍵を返信する。すなわち、鍵出力部１３０は、プロトコル変換部１２０から鍵要求を受信すると、自身に対応する鍵共有システム２０で生成された共有鍵が含まれる鍵出力を当該プロトコル変換部１２０に返信する。なお、鍵出力部１３０はプロトコルドライバ等と呼ばれてもよい。
　これにより、ＡＰ１１０に対して鍵共有方式の具体的な仕組みが隠蔽され、ＡＰ１１０は単にプロトコル変換部１２０に対して鍵要求を行うだけで、その鍵要求に対する鍵通知により共有鍵を得ることができる。
　また、鍵出力部１３０は、その鍵出力部１３０に対応する鍵共有システム２０でエラー等が発生した場合、当該鍵共有システム２０からエラー通知を受信すると共に、そのエラー通知をプロトコル変換部１２０に送信する。
　ここで、プロトコル変換部１２０の詳細な機能構成例を図２に示す。図２に示すように、プロトコル変換部１２０には、鍵要求受付部１２１と、鍵通知部１２２と、エラー通知部１２３と、切替部１２４と、鍵蓄積部１２５とが含まれる。
　鍵要求受付部１２１は、ＡＰ１１０からの鍵要求を受信すると共に、現在利用中の鍵共有方式（の鍵共有システム２０）に対応する鍵出力部１３０に対して当該鍵要求を送信する。
　また、鍵要求受付部１２１は、切替部１２４からの切替通知を受信すると共に、その切替通知に含まれる鍵共有方式を現在利用中の鍵共有方式として設定する。更に、鍵要求受付部１２１は、その切替通知を他の通信装置１０に送信する。
　鍵通知部１２２は、鍵出力部１３０から鍵出力を受信すると共に、当該鍵出力に含まれる共有鍵を取り出した上でその共有鍵が含まれる鍵通知をＡＰ１１０に送信する。
　エラー通知部１２３は、鍵出力部１３０からエラー通知を受信すると共に、そのエラー通知を切替部１２４に送信する。
　切替部１２４は、鍵出力部１３０からのエラー通知を受信すると共に、切替先の鍵共有方式を決定した上で、その決定後の鍵共有方式を示す情報が含まれる切替通知を鍵要求受付部１２１に送信する。
　鍵蓄積部１２５は、鍵の蓄積が可能な鍵共有方式を利用中である場合、その鍵共有方式により生成された共有鍵を記憶装置に蓄積する。以下、記憶装置に蓄積されている鍵（共有鍵）を蓄積鍵ともいう。なお、鍵蓄積部１２５は必須の構成要素ではなく、プロトコル変換部１２０には鍵蓄積部１２５が含まれていなくてもよい。
　なお、図１に示す通信システム１の全体構成は一例であって、これに限られるものではない。例えば、図１に示す例では、通信装置１０が３つの鍵共有方式を利用可能であることを想定し、それらの鍵共有方式にそれぞれ対応する鍵共有システム２０Ａ～鍵共有システム２０Ｃが図示されているが、一般に、鍵共有システム２０は通信装置１０が利用可能な鍵共有方式の数だけ存在する。具体的には、例えば、通信装置１０がＮ個の鍵共有方式を利用可能である場合、それらＮ個の鍵共有方式にそれぞれ対応するＮ個の鍵共有システム２０が存在する。
　また、通信装置１０間の通信ネットワークと鍵共有システム２０間の通信ネットワークとが同一のものであってもよいし、鍵共有システム２０が実行する鍵共有方式によっては異なるものであってもよい。例えば、鍵共有システム２０Ａが実行する鍵共有方式がＱＫＤである場合、通信装置１０（のＡＰ１１０）間の通信ネットワークはインターネット等であり、鍵共有システム２０Ａ間の通信ネットワークは光通信ネットワーク等である。一方で、例えば、鍵共有システム２０Ｂが実行する鍵共有方式がＰＱＫＤ等である場合、通信装置１０（のＡＰ１１０）間の通信ネットワークと鍵共有システム２０Ｂ間の通信ネットワークはいずれもインターネット等である。
　＜鍵共有処理＞
　以下、一例として、ＡＰ１１０－１がＡＰ１１０－２との間で暗号化通信を行うことを想定し、ＡＰ１１０－１及びＡＰ１１０－２が共有鍵を取得するための鍵取得処理について、図３を参照しながら説明する。なお、ＡＰ１１０－１がイニシエータ、ＡＰ１１０－２がレスポンダに相当する。
　まず、ＡＰ１１０－１は、鍵要求をプロトコル変換部１２０－１に送信する（ステップＳ１０１）。
　プロトコル変換部１２０－１の鍵要求受付部１２１－１は、鍵要求を受信すると、現在利用中の鍵共有方式として設定されている鍵共有方式に対応する鍵出力部１３０に対して当該鍵要求を送信する（ステップＳ１０２）。例えば、現在利用中の鍵共有方式としてＱＫＤが設定されている場合、鍵要求受付部１２１－１は、ＱＫＤにより鍵共有を行う鍵共有システム２０Ａ－１に対応する鍵出力部１３０Ａ－１に対して当該鍵要求を送信する。一方で、例えば、現在利用中の鍵共有方式としてＰＱＫＤが設定されている場合、鍵要求受付部１２１－１は、ＰＱＫＤにより鍵共有を行う鍵共有システム２０Ｂ－１に対応する鍵出力部１３０Ｂ－１に対して当該鍵要求を送信する。
　鍵出力部１３０－１は、鍵要求受付部１２１－１からの鍵要求を受信すると、自身に対応する鍵共有システム２０－１に対して当該鍵要求を送信する（ステップＳ１０３）。例えば、鍵出力部１３０Ａ－１が鍵要求を受信した場合、この鍵出力部１３０Ａ－１は、鍵共有システム２０Ａ－１に対して当該鍵要求を送信する。一方で、例えば、鍵出力部１３０Ｂ－１が鍵要求を受信した場合、この鍵出力部１３０Ｂ－１は、鍵共有システム２０Ｂ－１に対して当該鍵要求を送信する。
　鍵共有システム２０－１は、鍵出力部１３０－１からの鍵要求を受信すると、自身と同一の鍵共有方式を実行する鍵共有システム２０－２との間で当該鍵共有方式を実行し、共有鍵を生成する（ステップＳ１０４）。例えば、ＱＫＤを実行する鍵共有システム２０Ａ－１が鍵要求を受信した場合、この鍵共有システム２０Ａ－１は、鍵共有システム２０Ａ－２との間でＱＫＤを実行し、共有鍵を生成する。一方で、例えば、ＰＱＫＤを実行する鍵共有システム２０Ｂ－１が鍵要求を受信した場合、この鍵共有システム２０Ｂ－１は、鍵共有システム２０Ｂ－２との間でＰＱＫＤを実行し、共有鍵を生成する。
　鍵共有システム２０－１は、自身に対応する鍵出力部１３０－１に対して、上記のステップＳ１０４で生成した鍵（共有鍵）を送信する（ステップＳ１０５）。
　鍵出力部１３０－１は、鍵共有システム２０－１からの共有鍵を受信すると、この共有鍵が含まれる鍵出力をプロトコル変換部１２０－１に送信する（ステップＳ１０６）。
　プロトコル変換部１２０－１の鍵通知部１２２－１は、鍵出力部１３０－１からの鍵出力を受信すると、当該鍵出力に含まれる共有鍵を取り出した上でその共有鍵が含まれる鍵通知をＡＰ１１０－１に送信する（ステップＳ１０７）。
　ＡＰ１１０－１は、プロトコル変換部１２０－１からの鍵通知を受信すると、この鍵通知から共有鍵を取得する（ステップＳ１０８）。
　一方で、鍵共有システム２０－２は、自身に対応する鍵出力部１３０－２に対して、上記のステップＳ１０４で生成した鍵（共有鍵）を送信する（ステップＳ１０９）。
　鍵出力部１３０－２は、鍵共有システム２０－２からの共有鍵を受信すると、この共有鍵が含まれる鍵出力をプロトコル変換部１２０－２に送信する（ステップＳ１１０）。
　プロトコル変換部１２０－２の鍵通知部１２２－２は、鍵出力部１３０－２からの鍵出力を受信すると、当該鍵出力に含まれる共有鍵を取り出した上でその共有鍵が含まれる鍵通知をＡＰ１１０－２に送信する（ステップＳ１１１）。
　ＡＰ１１０－２は、プロトコル変換部１２０－２からの鍵通知を受信すると、この鍵通知から共有鍵を取得する（ステップＳ１１２）。
　以上により、ＡＰ１１０－１とＡＰ１１０－２との間で同一の鍵（共有鍵）が共有されるため、この共有鍵を暗号化鍵として暗号化通信を行うことができる。
　なお、図３に示す例では共有鍵を新たに生成する場合について説明したが、例えば、鍵蓄積部１２５が共有鍵を蓄積している場合には、ＡＰ１１０は、蓄積鍵を共有鍵として取得してもよい（特に、エラーの発生等といった何等かの理由により新たに共有鍵を生成できない場合に、鍵蓄積鍵を共有鍵として取得してもよい。）。この場合、上記のステップＳ１０１で鍵要求を受信した鍵要求受付部１２１は、その鍵要求を鍵蓄積部１２５－１に送信する。これにより、鍵蓄積部１２５によって蓄積されている共有鍵が鍵通知部１２２－１に渡され、その共有鍵がＡＰ１１０－１に通知される。また、この場合、鍵通知部１２２－１は、その共有鍵の鍵ＩＤをプロトコル変換部１２０－２に通知する。これにより、プロトコル変換部１２０－２でも同様に蓄積鍵の中から当該鍵ＩＤの共有鍵が鍵通知部１２２－２に渡され、その共有鍵がＡＰ１１０－２に通知される。
　＜切替処理＞
　以下、一例として、現在利用中の或る鍵共有方式に対応する鍵共有システム２０－１で何等かのエラーが発生し、他の鍵共有方式に切り替える場合の切替処理について、図４を参照しながら説明する。
　鍵共有システム２０－１は、エラーの発生を検知する（ステップＳ２０１）。ここで、鍵共有システム２０－１に発生するエラーとしては様々なものが考えられ、本実施形態は任意のエラーを対象とすることができるが、例えば、以下のようなエラーを対象とすることができる。なお、エラーは、例えば、障害や異常等と呼ばれるものであってもよい。
　（１）鍵要求時エラー（例えば、鍵共有システム２０－２との間で鍵共有を行う際の通信エラー、鍵共有の際の鍵共有システム２０－１の内部エラー等）
　（２）鍵枯渇（鍵蓄積部１２５によって蓄積されている鍵の枯渇も含む。）
　（３）計算能力枯渇
　（４）システムエラー
　（５）タンパー異常
　なお、例えば、光ファイバーケーブルへのタッピングにより鍵共有ができなくなる事象はタンパー異常として検知され得る。
　鍵共有システム２０－１は、自身に対応する鍵出力部１３０－１に対して、上記のステップＳ２０１で検知したエラーに関するエラー通知を送信する（ステップＳ２０２）。
　鍵出力部１３０－１は、鍵共有システム２０－１からのエラー通知を受信すると、このエラー通知をプロトコル変換部１２０－１に送信する（ステップＳ２０３）。
　プロトコル変換部１２０－１のエラー通知部１２３－１は、鍵出力部１３０－１からのエラー通知を受信すると、このエラー通知を切替部１２４－１に送信する（ステップＳ２０４）。
　プロトコル変換部１２０－１の切替部１２４－１は、エラー通知部１２３－１からのエラー通知を受信すると、切替先の鍵共有方式を決定する（ステップＳ２０５）。ここで、切替部１２４は、様々な方法により切替先の鍵共有方式を決定することができるが、例えば、以下の方法により切替先の鍵共有方式を決定することが考えられる。
　（ａ）エラー通知に含まれるエラー内容又はエラー原因に応じて、切替先の鍵共有方式を決定する。これは、例えば、エラー内容又はエラー原因と切替先の鍵共有方式とを予め対応付けておき、その対応関係により切替先の鍵共有方式を決定する方法である。
　（ｂ）現在利用中の鍵共有方式以外の鍵共有方式の中からランダムに又は所定の順番（所定の優先順）に従って１つの鍵共有方式を決定する。
　（ｃ）エラー通知に含まれるエラー内容又はエラー原因をＡＰ１１０又はユーザに通知し、ＡＰ１１０から指示又はユーザからの指示に従って鍵共有方式を決定する。この場合、ＡＰ１１０又はユーザがエラー内容又はエラー原因を確認することができるため、そのエラー内容又はエラー原因に応じて適切な鍵共有方式を決定することができる。
　なお、上記の決定方法はいずれも一例であって、これ以外にも様々な方法で鍵共有方式が決定されてもよい。また、これ以外にも、例えば、鍵蓄積部１２５が共有鍵を蓄積している場合には、共有鍵の取得先を蓄積鍵に切り替えると決定してもよい。これにより、蓄積鍵が枯渇するまでは蓄積鍵を共有鍵として利用し、蓄積鍵が枯渇した後に鍵共有方式を切り替えることができる。以下では、切替先の鍵共有方式が決定されたものとして説明する。
　プロトコル変換部１２０－１の切替部１２４－１は、上記のステップＳ２０５で決定した鍵共有方式（切替先の鍵共有方式）を示す情報が含まれる切替通知を鍵要求受付部１２１－１に送信する（ステップＳ２０６）。
　プロトコル変換部１２０－１の鍵要求受付部１２１－１は、切替部１２４－１からの切替通知を受信すると、この切替通知に含まれる情報が示す鍵共有方式を現在利用中の鍵共有方式として設定する（ステップＳ２０７）。
　また、プロトコル変換部１２０－１の切替部１２４－１は、上記のステップＳ２０５で決定した鍵共有方式（切替先の鍵共有方式）を示す情報が含まれる切替通知をプロトコル変換部１２０－２に送信する（ステップＳ２０８）。
　プロトコル変換部１２０－２の切替部１２４－２は、プロトコル変換部１２０－２からの切替通知を受信すると、この切替通知を鍵要求受付部１２１－２に送信する（ステップＳ２０９）。
　プロトコル変換部１２０－２の鍵要求受付部１２１－２は、切替部１２４－２からの切替通知を受信すると、この切替通知に含まれる情報が示す鍵共有方式を現在利用中の鍵共有方式として設定する（ステップＳ２１０）。
　以上により、或る鍵共有システム２０でエラー等が発生し、その鍵共有システム２０で共有鍵が生成できなくなった場合に、他の鍵共有システム２０で共有鍵を生成するように切り替えることができる。また、蓄積鍵が存在する場合には、蓄積鍵を共有鍵として利用するように切り替えることもできる。このため、鍵共有システム２０が利用できなくなった場合であっても、暗号化通信が必要なＡＰ１１０によって提供されるサービスを継続することが可能となる。
　＜変形例＞
　本実施形態に係る通信システム１の全体構成の変形例を図５に示す。図１では、サーバ３０－１が拠点１に更に含まれると共に、サーバ３０－２が拠点２に更に含まれる通信システム１を示している。以下、サーバ３０－１とサーバ３０－２とを区別しないときは「サーバ３０」と表記する。
　サーバ３０には、プロトコル変換部１２０と、鍵出力部１３０とが含まれる。また、サーバ３０は、自身が有する鍵出力部１３０に対応する鍵共有システム２０を備えたり、自身が有する鍵出力部１３０に対応する鍵共有システム２０と通信可能に接続されたりしている。
　図５に示す例では、サーバ３０－１には、プロトコル変換部１２０－１１と、鍵出力部１３０Ｄ－１と、鍵出力部１３０Ｅ－１とが含まれている。また、鍵出力部１３０Ｄ－１に対応する鍵共有システム２０Ｄ－１と、鍵出力部１３０Ｅ－１に対応する鍵共有システム２０Ｅ－１とが存在している。
　同様に、サーバ３０－２には、プロトコル変換部１２０－２１と、鍵出力部１３０Ｄ－２と、鍵出力部１３０Ｅ－２とが含まれている。また、鍵出力部１３０Ｄ－２に対応する鍵共有システム２０Ｄ－２と、鍵出力部１３０Ｅ－２に対応する鍵共有システム２０Ｅ－２とが存在している。
　変形例に係る通信システム１は、図５に示すような構成を有することにより、サーバ３０は通信装置１０に対して共有鍵を提供することができる。すなわち、例えば、サーバ３０－１は、鍵共有システム２０Ｄ－１又は鍵共有システム２０Ｅ－１で生成された共有鍵を通信装置１０－１のＡＰ１１０－１に提供することができる。同様に、例えば、サーバ３０－２は、鍵共有システム２０Ｄ－２又は鍵共有システム２０Ｅ－２で生成された共有鍵を通信装置１０－２のＡＰ１１０－２に提供することができる。
　このとき、どの鍵共有システム２０で共有鍵を生成するか（つまり、どの鍵共有方式で共有鍵を生成するか）は、すべての通信装置１０及びサーバ３０間で共有及び連携される。すなわち、例えば、或る鍵共有システム２０でエラー等が発生し、鍵共有方式の切り替えが発生した場合（又は、蓄積鍵を共有鍵として利用することへの切り替えであってもよい。）、その切替先を決定した切替部１２４は、他のすべての通信装置１０及びサーバ３０が備えるプロトコル変換部１２０に対しても切替通知を送信する。これにより、通信システム１全体で利用される鍵共有方式が共有及び連携される。
　なお、本変形例では、切替部１２４が切替先の鍵共有方式を決定する際に、通信装置１０側の鍵共有システム２０とサーバ３０側の鍵共有システム２０とのいずれを優先するかを考慮することができる。すなわち、例えば、上記の（ｂ）により切替先の鍵共有方式を決定する際の優先順位として、通信装置１０側の鍵共有システム２０（が実行する鍵共有方式）とサーバ３０側の鍵共有システム２０（が実行する鍵共有方式）とのいずれを優先するかを設定することができる。これにより、例えば、サーバ３０側の鍵共有システム２０で優先的に共有鍵を生成し、サーバ３０側の鍵共有システム２０で共有鍵を生成することができなくなった場合に、通信装置１０側の鍵共有システム２０で共有鍵を生成する、といった運用が可能となる。
　また、本変形例では、切替部１２４が切替先の鍵共有方式を決定する際に、サービスの品質レベルやエラーの発生内容、発生原因、発生箇所等に応じて、通信装置１０側又はサーバ３０側のいずれの鍵共有システム２０（が実行する鍵共有方式）に切り替えるかを考慮することができる。これにより、例えば、サーバ３０側の鍵共有システム２０でエラーが発生した場合は通信装置１０側の鍵共有システム２０に切り替え、逆に、通信装置１０側の鍵共有システム２０でエラーが発生した場合はサーバ３０側の鍵共有システム２０に切り替える、といった運用が可能となる。
　＜ハードウェア構成例＞
　本実施形態に係る通信システム１に含まれる通信装置１０、鍵共有システム２０、及びサーバ３０は、例えば、図６に示すコンピュータ５００のハードウェア構成により実現することができる。図６に示すコンピュータ５００は、入力装置５０１と、表示装置５０２と、外部Ｉ／Ｆ５０３と、通信Ｉ／Ｆ５０４と、プロセッサ５０５と、メモリ装置５０６とを有する。これらの各ハードウェアは、それぞれがバス５０７を介して通信可能に接続される。
　入力装置５０１は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、各種物理ボタン等である。表示装置５０２は、例えば、ディスプレイ、表示パネル等である。なお、コンピュータ５００は、例えば、入力装置５０１及び表示装置５０２のうちの少なくとも一方を有していなくてもよい。
　外部Ｉ／Ｆ５０３は、記録媒体５０３ａ等の外部装置とのインタフェースである。記録媒体５０３ａとしては、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＳＤメモリカード、ＵＳＢメモリカード等が挙げられる。
　通信Ｉ／Ｆ５０４は、コンピュータ５００を通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。プロセッサ５０５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の各種演算装置である。メモリ装置５０６は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の各種記憶装置である。
　ただし、図６に示すコンピュータ５００のハードウェア構成は一例であって、これに限られるものではない。例えば、コンピュータ５００は、複数のプロセッサ５０５や複数のメモリ装置５０６を有していてもよいし、図示したハードウェア以外の種々のハードウェアを有していてもよい。
　なお、図１に示したＡＰ１１０、プロトコル変換部１２０及び鍵出力部１３０を実現する１以上のプログラムはメモリ装置５０６に格納され、それら１以上のプログラムによってプロセッサ５０５が種々の処理を実行することで種々の機能が実現される。
　＜まとめ＞
　以上のように、本実施形態に係る通信システム１では、何等かの理由で或る鍵共有方式が利用できなくなった場合、他の鍵共有方式に切り替えることができる。このため、暗号化通信を利用するアプリケーションプログラムによって提供されるサービスの可用性を高めることが可能となり、サービス品質の向上が実現できる。
　本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の記載から逸脱することなく、種々の変形や変更、既知の技術との組み合わせ等が可能である。
　１　　　　通信システム
　１０　　　通信装置
　２０　　　鍵共有システム
　３０　　　サーバ
　１１０　　ＡＰ
　１２０　　プロトコル変換部
　１２１　　鍵要求受付部
　１２２　　鍵通知部
　１２３　　エラー通知部
　１２４　　切替部
　１２５　　鍵蓄積部
　１３０　　鍵出力部
　５００　　コンピュータ
　５０１　　入力装置
　５０２　　表示装置
　５０３　　外部Ｉ／Ｆ
　５０３ａ　記録媒体
　５０４　　通信Ｉ／Ｆ
　５０５　　プロセッサ
　５０６　　メモリ装置
　５０７　　バス

Claims (8)

  1. 　複数の通信装置が含まれる通信システムであって、
    　前記通信装置は、
    　他の通信装置との間で暗号化通信を行うように構成されているアプリケーションプログラムと、
    　前記暗号化通信に用いられる共有鍵を生成する鍵共有方式を切り替えるように構成されている切替部と、を有し、
    　前記切替部は、
    　現在利用中の鍵共有方式によって前記共有鍵を生成できない場合、他の鍵共有方式に切り替えるように構成されている、通信システム。
  2. 　前記切替部は、
    　現在利用中の鍵共有方式によって前記共有鍵を生成する鍵共有システムにエラーが発生した場合、前記他の鍵共有方式に切り替えるように構成されている、請求項１に記載の通信システム。
  3. 　前記エラーには、
    　前記共有鍵を生成するときの通信エラー若しくは内部エラー、前記共有鍵の鍵枯渇、前記鍵共有システムの計算能力枯渇、前記鍵共有システムのシステムエラー、及び前記鍵共有システムの通信路に関するタンパー異常の少なくとも１つが含まれる、請求項２に記載の通信システム。
  4. 　前記切替部は、
    　前記エラーの内容、前記エラーの原因、及び前記エラーの発生箇所の少なくとも１つに応じて、複数の鍵共有方式の中から切替先となる前記他の鍵共有方式又は鍵蓄積機能を決定し、決定した前記他の鍵共有方式又は鍵蓄積機能に切り替えるように構成されている、請求項２又は３に記載の通信システム。
  5. 　前記複数の鍵共有方式には、量子鍵配送と耐量子計算機鍵交換とが少なくとも含まれる、請求項４に記載の通信システム。
  6. 　他の通信装置との間で暗号化通信を行うように構成されているアプリケーションプログラムと、
    　前記暗号化通信に用いられる共有鍵を生成する鍵共有方式を切り替えるように構成されている切替部と、を有し、
    　前記切替部は、
    　現在利用中の鍵共有方式によって前記共有鍵を生成できない場合、他の鍵共有方式に切り替えるように構成されている、通信装置。
  7. 　通信装置に用いられる方法であって、
    　アプリケーションプログラムが、他の通信装置との間で暗号化通信を行うステップと、
    　切替部が、前記暗号化通信に用いられる共有鍵を生成する鍵共有方式を切り替えるステップと、を実行し、
    　前記切替部は、現在利用中の鍵共有方式によって前記共有鍵を生成できない場合、他の鍵共有方式に切り替えるステップを実行する、方法。
  8. 　コンピュータを、請求項１に記載の通信システムに含まれる通信装置として機能させるプログラム。
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