JP4437310B2 - 公衆ネットワークを用いて専用仮想ネットワークを生成する方法 - Google Patents

Description

本発明は電気通信ネットワークの特定分野に関し、より詳しくは、公衆ネットワークの内部に専用ネットワークを生成する方法に関する。

これらのネットワークは、「仮想専用ネットワーク」（ＶＰＮ）という名称で周知である。

セキュリティ接続は、このセキュリティ接続を生じさせるための鍵の交換プロトコルを用いて公衆ネットワーク上の二つのポイント間で確立されることが周知である。このようなプロトコルはＳＳＬといわれ、これは、対称的セッション暗号鍵の定義のための公開鍵とプライベート鍵という対を成す鍵によるデータ交換に基づいている。このデータは、このセッション鍵によって分類されるが、後者はこのトランザクションのためにしか用いられない。

この機能は、二人の対話者同士でしか展開することができず、したがって、数人のユーザのためにネットワークを形成することは不可能である。事実、接続する予定のコンピュータと同じ分量のユニティの対話が必要である。

ある人が、遠隔地にあるがインターネットなどの同じ公衆ネットワークに接続されているいくつかのポイントにリンクしようとする場合には、このようなネットワークを生成する必要性が存在する。

この必要性を満足するには、交換されるデータを効果的に保護する必要があるが、それは、インターネットに接続すると、機密性は保証されないからである。

このように、いくつかのコンピュータ又はマルチメディアユニットを、公衆ネットワークを介してリンクし、同時に、そのデータの機密性を保証するという問題が未解決のままである。

この目的は、各々のユニットが、少なくとも一つの固有の番号ＵＡを有するセキュリティ手段を有する、公衆ネットワークに接続された複数のユニットを有する仮想専用ネットワーク（ＶＰＮ）を生成して用いる方法によって達成されるが、本方法は：
第一のユニットＵｎのセキュリティ手段が、データを復号化するために必要とされる権利Ｄｎを、固有番号ＵＡｎに関連付けて、発生させるステップと；
前記第一のユニットＵｎが、前記権利Ｄｎを、安全な方法で、少なくとも一つの第二のユニットＵｍに転送し、当該少なくとも一つの第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段内に格納するステップと；
前記第一のユニットＵｎが、当該第一のユニットＵｎによって送られる前記データと前記権利Ｄｎの記述とを暗号データ鍵ＫＳによって暗号化するステップと；
前記第二のユニットＵｍが、前記第一のユニットＵｎによって暗号化されたデータおよび前記第一のユニットＵｎによって暗号化された権利Ｄｎの記述を受信し、前記暗号化された権利Ｄｎの記述を前記第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段に提示し、前記第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段が、前記暗号化された権利Ｄｎの記述を前記暗号データ鍵ＫＳによって復号化して、当該権利Ｄｎが前記第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段に格納されているかを検証し、格納されている場合、前記暗号化されたデータを前記暗号データ鍵ＫＳによって復号化するステップと；
を含む。

ユニットＵ２は、ユニットＵ１との通信を望む場合、識別子と同じ権利Ｄ１を用いる動作を実行し、これで、ユニットＵ１は、自身がこの権利を有しているのでデータを受信することが可能である。

ユニットＵ１はその権利Ｄ１を第三のユニットＵ３に送ると、ユニットＵ１とＵ３との間だけではなくユニットＵ２とＵ３との間にも同じ原則が適用される。これらのユニットは、ユニットＵ１によって起動された権利Ｕ１を用いて、データの記述を認可する。

これで、第一の権利を生成したユニットＵ１をアドミニストレータとして持つ自然発生的なネットワークが生成されたことが分かる。

これらのユニットを、ユニットＵ１などの発生ユニットとＵ２やＵ３のような参入ユニットという二つのカテゴリに分割することが可能である。

ユニットＵ２は、ユニットＵ３にデータを復号化させることなくユニットＵ１と通信したい場合、自分自身も発生ユニットとなって、Ｄ２権利をユニットＵ１に送ることに注意すべきである。第二の仮想ネットワークはユニットＵ１とＵ２との間に生成されている。

実際には、これらのセキュリティ手段は、いくつかの形態で自分自身を提示することが可能である。暗号化／復号化のメカニズムにおいて高いセキュリティを確実なものとするために、暗号化エンジンを含んでいる特殊化されたマイクロプロセッサと、セキュリティ鍵などのデータとが用いられる。

このようなマイクロプロセッサは、プラグインＳＩＭ又はＩＳＯ７８１６−２フォーマットを持つマイクロチップカードという形態で供給される。

本発明の第一の実施形態によれば、ユニットのネットワークカードは、たとえば、ＧＳＭ電話と同じように、前述のマイクロチップカードを包含している。前記のデータは、ネットワークカード上で直接に処理され、作業は透過的な方法で実行される。

ユニットＵ２のユーザは、データを発行する際には、暗号化を実行するときに経由しなければならないネットワークを選択するだけでよい。事実、ユニットＵ２がいくつかのネットワーク（たとえば、Ｕ１とＵ３）の一部であり、そのため、どちらかを選ばなければならないということがあり得る。

権利Ｄ１を別のユニットに送るという動作は、十分注意を要する作業である。事実、この権利は、Ｕ１が所望したユニットにロードされただけであるように保証する必要がある。このため、次に示すいくつかのソリューションがある：
・ユニットＵ１が、ユニットＵ２の公開鍵にアクセスして、権利Ｄ１を復号化してそれをユニットＵ２に送る。この権利は、Ｕ２によってしか、そのプライベート鍵で復号化できない。ユニットＵ２のプライベート鍵を保有していない他のユニットは、権利Ｄ１を復号化することは不可能である。

・セキュリティ手段中の初期化プロトコルでは、パスワードを入力する必要がある。ユニットＵ１は、権利Ｄ１を発生する際に、この権利と関連するパスワードを暗号化された形態で入力するようにユーザに要求する。この権利Ｄ１はユニットＵ２に送られ、Ｕ２のユーザがこの権利をセキュリティ手段にロードしたい場合、Ｕ２はパスワードを入力するように要求する。すべてのセキュリティモジュールにプライベート鍵が含まれているおかげで、パスワードは、権利Ｄ１に含まれているプライベート鍵で管理され、これで、権利は、パスワードが同じである場合しかロードされないようになっている。パスワードは、Ｕ１とＵ２間で他の手段、たとえば、電話によって送信される。このソリューションの変更例では、権利Ｄ１を多くのフィリングデータと混合して送るようになっている。次に、パスワードを、アドレス指定鍵をして用いて、これらの過剰なデータから権利Ｄ１を抽出する。

・簡単で効果的な手段によって、原理Ｄ１をフロッピディスクなどの取り外し式ベースにロードして、それをＵ２に送る。

・セキュリティ手段のホスト装置が、第二のセキュリティ手段を位置付けすることが可能な第二のロケーションを処分する。この転送は、一つの手段から別の手段に非常の制限された環境で実行される。

権利Ｄ１がＵ２以外のユニットにロードされるのを防止するためには、権利Ｄ１を発生して、それをＵ２の固有番号（すなわち、ＵＡ２）に関連付ければよい。権利Ｄ１はしたがって、（ユニットＵ２の）この固有番号ＵＡ２と関連付けられて、このユニットに送られる。他のセキュリティ手段（Ｕｎ）がこの権利を（たとえばパスワードで）ロードしようとすると、固有番号ＵＡｎが権利Ｄ１と関連した番号に対応しているか管理するために、検証を実行する。

さまざまなトランザクション中に用いられる鍵は、重要な役割を演じる。これらのデータを鍵で暗号化するために、いくつかの変更例を用いることが可能である。

第一に実施形態では、セキュリティ手段は、すべてのセキュリティ手段に対して共通であるプライベート鍵を含む。この鍵は、非対称的タイプ（ＲＳＡ）でも対称的タイプ（ＤＥＳ、ＣＡＳＴ、ＩＤＥＡ）でもよい。

第二の変更例によれば、ユニットＵ１のセキュリティ手段は、暗号化／複合化鍵Ｋ１を発生するが、これは、サービス鍵Ｋ０で暗号化され、上記のモーダリティにしたがって権利Ｄ１と一緒に送られる。このように、仮想ネットワークと同じ数のさまざまな鍵が存在する。したがって、３つのネットワークに参入するユニットは、互いに異なった３つの暗号鍵をストアすることになる。

本発明のより精巧な形態では、Ｕ１が、Ｕ２なしでＵ３との間で、また、そのネットワークの一部としてデータを送信して、この情報を読み取ることが可能である。

このため、Ｕ１が権利Ｄ１を発生すると、ネットワークインデックスが付加される。このインデックスは、Ｕ１によって生成されるネットワークの数を、たとえば、２５６に制限したい場合に一部のビット上に保持される。ユニットＵ２の側では、それが、Ｕ１によって起動されたいくつかのネットワークに参入する場合、権利Ｄ１を複製せず、ネットワークのインデックスを複製するだけである。

この権利をユニットＵ２に送信するフェーズ後、セキュリティ手段は、権利とインデックスを検証するステップに進む。これらのデータは暗号プロセッサ中にストアされており、したがって、ユーザが修正することは不可能であることを覚えておくことが重要である。

このように、ユニットＵ１にとって、生成されたさまざまなネットワークを管理することがはるかに容易となる。

本発明はまた、権利を中央で管理するシステムにまで発展する。ユニットはすべて、管理センターにリンクされる（又は所与の時点でリンクすることが可能である）。ユニットは、ネットワークＲ１の生成を要求する場合、その要求を管理センターに送る。

管理センターは、そのユニットがこの動作を実行することを認可されているか検証し、認可されている場合、権利Ｄ１とネットワークＲ１に共通な鍵Ｋ１とをユニットＵ１に送る。

ユニットＵ２がこのネットワークに参入することを希望すれば、ユニットＵ１は、既述したモダリティにしたがって権利Ｄ１又はこの権利の一部をユニットＵ２に送信する。この権利で、ユニットＵ２は管理センターに申請して、鍵Ｋ１と権利Ｄ１の全体を受信することが可能である。

ここで、もしユニットＵ１からユニットＵ２に転送された権利Ｄ１の一部が照会されれば、それは、権利Ｄ１が管理センターによってユニットＵ２に完全に送信されたからである。ネットワークＲ１が生成されると、ユニットＵ１はパスワードをそれに帰属させるような場合が想像され得る。権利Ｄ１を表しているパスワードはユニットＵ２に送信され、Ｕ２はそれを管理センター自身に提示する。

センターでは、このパスワードを検証して、それが正しければ、権利Ｄ１はユニットＵ２に送信される。

管理センターを利用する利点は、このようなネットワークをダイナミックに管理できることである。事実、ネットワークの一部が放射するという問題は、どの時点でも発生し得ることである。さらに、セキュリティレベルを高く保つには、暗号鍵を頻繁に変更しなければならない。

これらの機能は、所与のネットワークに対応する鍵の変更を調整することが可能な管理センターによって利用可能である。新たな鍵は、すべてのユニットを管理センターにリンクしている保護された接続のおかげでこのネットワークのすべてのユニットに送信される。この種類のデータは暗号化されて、各ユニットの固有番号を持つ受取人に送信される。したがって、更新された鍵の送信を停止させることによってグループの一部を取り下げることが可能である。センターは、権利を起動解除する命令を送ることによって一部を放射することが可能である。

本発明は、非制限的な例として与えられている添付の図面を参照して次の詳細な説明を読めばより理解されよう。

図１は、識別されたユニットＵＮ１〜ＵＮ５を示す。各ユニットは、セキュリティ手段を含み、この中には、権利の発生と管理とを受け持つ暗号プロセッサがある。

本書の例では、ユニットＵＮ１は、Ｄ１権利を発生して、これをユニットＵＮ２とＵＮ４とに送る。

これと並行して、ユニットＵＮ５が権利Ｄ５を発生して、これをユニットＵＮ２とＵＮ３とに送る。

第一のネットワークをユニットＵＮ１、ＵＮ２及びＵＮ４によって形成し、第二のネットワークをユニットＵＮ２、ＵＮ３及びＵＮ５によって形成する。ユニットＵＮ２は、自分が権利の双方を処分するため、自身がその中で作業したいと希望するネットワークを選択しなければならない。

これらさまざまなユニット間でデータを交換する場合、二つの操作方法がある。第一の実施形態によれば、セキュリティ手段に含まれている秘密鍵（又は権利で発生された鍵）を用いて、さまざまなユニット間での転送されるコンテンツをすべて暗号化する。別の方法はセッション鍵を用いる方法である。

このランダムセッション鍵ＫＳは、送信側ユニットによって発生されて、データを暗号化するために用いられる。迅速に操作するために、この鍵は、対称的なタイプとなっている。この送信側ユニットはコントロールデータブロックを有しており、このブロックは、セッション鍵ＫＳと、データの記述のために必要な権利の定義とから成っている。このブロックは、ユニットにとって共通な共通サービス鍵又は権利Ｄで発生された鍵で暗号化されている。

受信する場合、コントロールブロックは、データを取り扱う前にセキュリティ手段によって取り扱われる。したがって、これらの手段は、コントロールブロックを復号化して、必要とされる権利がこのユニット中に存在するか検証する。存在すれば、セッション鍵ＫＳがデータに適用されて、そのデータを復号化することが可能となる。

図２に、Ｄ１ａとＤ１ｂという二つのネットワークを生成するための発生済みの二つの権利をユニットＵＮ１が有する変更例を示す。第一のネットワークはユニットＵＮ１、ＵＮ２及びＵＮ３の間で生成され、一方、第二のネットワークはＵＮ１、ＵＮ４及びＵＮ５の間で生成されている。

この変更例によって、どれがデータを暗号化することが可能とするかを選択する機密データ拡散のフレキシビリティが大きくなる。事実、送信ネットワークが公衆ネットワークである場合、一方のユニットから他方のユニットに対して接続が実行されると、データは権利を有するすべてのユニットからアクセス可能となることが考えられる。

図３は、管理センターＭＣを持った変更例を表している。ユニットＵＮ１は、ＭＣセンターと暗号鍵ｋ１とから権利Ｄ１を要求する。センターは、そのデータベース中にネットワークＲ１の生成を記録する。このネットワークに参入するためには、ユニットＵＮ２はまた、この権利Ｄ１を受信しなければならない。このため、ここで用いられる方法は上記の方法であってもよい、すなわち、管理センターからサポートを受けることが可能である。事実、特定のプロトコルによれば、ユニットＵＮ１は、自身がそれでＲ１ネットワークを生成することを希望するユニットの方向を通信することが可能である。管理センターＭＣは、自身が含むセキュアード電気通信手段のおかげで、権利Ｄ１をすべての関連ユニットと暗号化／複合化鍵ｋ１とに対して転送する。同様にして、ユニットＵＮ３は、ネットワークＲ３を生成することを希望する場合、管理センターに対して、権利Ｄ３と関連するネットワークＲ３を割り当てるように要求する。

所与のネットワークに参入するすべてのユニットに関する知識は、暗号鍵を定期的に変更するために重要である。センターＭＣは、ユニット中の鍵を規則的な時間間隔で（又は擬似ランダムに）変更して、同じ鍵があまり長期にわたって使用されることを、したがって、それが脆弱になることを防止する。

鍵を変更することもまた、ネットワークの参入者の一部を消去するためには有用である。発生ユニットＵＮ１は、管理センターＭＣに対して、ユニットＵＮｎはもはやネットワークＤ１の一部ではないことを通知し、すると、センターは、この新しい鍵と通信することを停止する。こうする代わりに又はそれを補足して、このユニットに対して起動解除命令を送ることもできる。

この鍵Ｋ１は、非対称的なタイプでも対称的なタイプでもよい。第二の場合、各ユニットは、暗号化されたり復号化されたりする公衆鍵とプライベート鍵の二つの鍵を有し、一方の鍵を用いたり他方の鍵を用いたりする。

データ送信時、これらは一般に、ランダムに発生されたセッション鍵で暗号化される。次に、この鍵は、それが他方のユニットに送信される前に鍵Ｋ１で暗号化される。

本発明の別の実施形態によれば、ユニットＵＮは有料テレビデコーダであり、セキュリティ手段はスマートカードである。このようなデコーダはまた、たとえば、電子メッセージ用のデータを受信したり送信したりするために用いられる。また、このようなデコーダをコンピュータに接続して、一方では高速ネットワークとのインタフェースを取りながら、他方では、トランザクションのセキュリティを得るという利点を生かすようにすることも可能である。

ある特定の実施形態によれば、権利Ｄは有効性フィールドを含んでいる。したがって、この権利を受信したユニットは各々が有効性期間を有する。現在の日付が各交換データに付加される（上記のコントロールブロックを参照）。このコントロールブロックは暗号化されていることに注意すべきである。

セキュリティ手段は、権利Ｄの有効性がコントロールブロック中に含まれている日付と整合するか検証する。それが日付と合っていなければ、データは復号化されない。選ばれた方法にしたがって、それがマスターユニットであるか管理センターのユニットであるかを予見して、有効性をそれが期限切れになる前に更新して、権利のアドミニストレータが関連するユニットに対してそうすることを希望する場合に備える。この更新動作は、コントロールメッセージを、権利と新しい有効性との記述に関連するユニットに送ることによって実行される。一旦有効期限が切れると、権利がそれ以上延長不可能となり、権利の新たな送信手順が、上述したように、必要となる。

固有のレベルにある管理センターを持たないネットワークを示す図である。 いくつかのレベルにある管理センターを持たないネットワークを示す図である。 管理センターを持つネットワークを示す図である。

Claims (12)

1. 各々のユニットが、少なくとも一つの固有の番号ＵＡを有するセキュリティ手段を有する、公衆ネットワークに接続された複数のユニットを有する仮想専用ネットワーク（ＶＰＮ）を生成して用いる方法であり、前記方法は：
   第一のユニットＵｎのセキュリティ手段が、データを復号化するために必要とされる権利Ｄｎを、固有番号ＵＡｎに関連付けて、発生させるステップと；
   前記第一のユニットＵｎが、前記権利Ｄｎを、安全な方法で、少なくとも一つの第二のユニットＵｍに転送し、当該少なくとも一つの第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段内に格納するステップと；
   前記第一のユニットＵｎが、当該第一のユニットＵｎによって送られる前記データと前記権利Ｄｎの記述とを暗号データ鍵ＫＳによって暗号化するステップと；
   前記第二のユニットＵｍが、前記第一のユニットＵｎによって暗号化されたデータおよび前記第一のユニットＵｎによって暗号化された権利Ｄｎの記述を受信し、前記暗号化された権利Ｄｎの記述を前記第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段に提示し、前記第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段が、前記暗号化された権利Ｄｎの記述を前記暗号データ鍵ＫＳによって復号化して、当該権利Ｄｎが前記第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段に格納されているかを検証し、格納されている場合、前記暗号化されたデータを前記暗号データ鍵ＫＳによって復号化するステップと；
   を含むことを特徴とする前記方法。
2. 前記権利Ｄｎが前記第二のユニットＵｍの固有の番号ＵＡｍと関連しており、また、前記第二のユニットの前記セキュリティ手段が、前記権利Ｄｎが当該第二のユニット宛であるか検証することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. ネットワークインデックスＲａが、前記第一のユニットＵｎによって前記権利Ｄｎと関連付けられ、また、前記第二のユニットＵｍによる前記権利Ｄｎの格納が、前記第二のユニットＵｍが前記ネットワークインデックスＲａを有するネットワークに属している場合にのみ実行されることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記暗号データ鍵ＫＳが対称鍵暗号方式に基づくランダムに発生される鍵であり、当該暗号データ鍵ＫＳが第一の鍵Ｋｎによって暗号化されて前記第二のユニットＵｍに送信されることを特徴とする、請求項１〜３の内のいずれかに記載の方法。
5. 前記暗号データ鍵ＫＳは、前記第一のユニットＵｎおよび前記第二のユニットＵｍのセキュリティ手段に共通であることを特徴とする、請求項１〜３の内のいずれかに記載の方法。
6. 前記第一の鍵Ｋｎは前記権利Ｄｎとともに発生されて、前記ユニットに共通の秘密サービス鍵Ｋ０によって暗号化されて、前記第二のユニットのすべてに対して、送信されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
7. 前記権利Ｄｎは有効性フィールドを有し、また、前記方法は：
   前記第一のユニットＵｎが、現在の日付の表示を、前記権利Ｄｎの記述が暗号化される前に、前記権利Ｄｎの記述に付加するステップと；
   前記表示を前記第二のユニットＵｍが受信して、前記第二のユニットＵｍのセキュリティ手段が、前記表示の日付をその受信時の日付と比較して、その表示の日付が前記権利Ｄｎの有効範囲内にあるか検証するステップと；
   を含むことを特徴とする、請求項１〜６の内のいずれかに記載の方法。
8. 各々のユニットが少なくとも固有番号ＵＡを有するセキュリティ手段を有する、公衆ネットワークを介して管理センター（ＭＣ）に接続された複数のユニットを含む仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）を生成して使用する方法であり、前記方法が：
   第一のユニットＵｎが、前記管理センター（ＭＣ）に、ネットワークＲｎの生成を要求するステップと；
   前記管理センター（ＭＣ）が、前記第一のユニットＵｎに対して、ネットワークＲｎを表す権利Ｄｎと鍵Ｋｎとを安全な方法で送るステップと；
   前記ネットワークＲｎの一部として第二のユニットＵｍを登録することを前記管理センター（ＭＣ）に要求するステップと；
   前記管理センター（ＭＣ）が、前記権利Ｄｎと前記鍵Ｋｎとを、安全な方法で、前記第二のユニットＵｍに送信し当該第二のユニットに格納するステップと；
   前記第一のユニットＵｎが、データと当該データを復号化するために必要とされる前記権利Ｄｎの記述とを、暗号データ鍵ＫＳによって暗号化し、送信するステップと；
   前記第二のユニットＵｍが、前記第一のユニットＵｎによって暗号化された前記データおよび前記第一のユニットＵｎによって暗号化された権利Ｄｎの記述を受信して、前記暗号化された権利Ｄｎの記述を前記第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段に対して提示して、前記第二のユニットＵｍの前記セキュリティ手段が、前記暗号化された権利Ｄｎの記述を前記暗号データ鍵ＫＳによって復号化して、当該権利Ｄｎが前記第二のユニットＵｍに格納されているか検証し、格納されている場合、前記暗号化されたデータを前記暗号データ鍵ＫＳで復号化するステップと；
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記暗号データ鍵ＫＳが対称鍵暗号方式に基づくランダムに発生される鍵であり、当該暗号データ鍵ＫＳが前記鍵Ｋｎによって暗号化されて前記第二のユニットＵｍに送信されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記第二のユニットＵｍの登録を要求する前記ステップが：
    前記権利Ｄｎの記述を、前記第一のユニットＵｎが、前記第二のユニットＵｍに送信するステップと；
    前記権利Ｄｎの記述を前記管理センターで、前記第二のユニットＵｍが、提示するステップと；
    前記権利Ｄｎの記述を、前記管理センター（ＭＣ）が検証し、検証の結果合格であれば、前記権利Ｄｎと前記鍵Ｋｎとを前記第二のユニットＵｍに送信するステップと；
    を含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記第二のユニットＵｍの登録を要求する前記ステップが：
    前記第二のユニットＵｍの固有の番号ＵＡｍを前記管理センター（ＭＣ）に対して前記第二のユニットＵｍが、送信するステップと；
    前記権利Ｄｎと前記鍵Ｋｎとを、前記第二のユニットＵｍに対して、前記管理センターが、送信するステップと；
    を含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
12. 前記管理センター（ＭＣ）が、新しい鍵Ｋｎ’を同じネットワークＲｎのメンバーに対してそれぞれ擬似ランダムな時間間隔で送ることを特徴とする、請求項８〜１１の内のいずれかに記載の方法。

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