CN103634795B

CN103634795B - 无线通信装置和方法

Info

Publication number: CN103634795B
Application number: CN201310537398.8A
Authority: CN
Inventors: 东义; 东义一
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: US9301138B2; JP2014042087A; CN103634795A; JP5987552B2; US20140059643A1

Abstract

一种无线通信装置，包括：光无线接收单元，其接收伪随机数；认证码生成器，其基于由所述光无线接收单元接收的所述伪随机数生成认证码；以及无线通信单元，其确定使用所述认证码与给定的无线通信装置的认证是否成功，并且当确定使用所述认证码与给定的无线通信装置的认证成功时，执行与所述给定的无线通信装置的无线通信。

Description

无线通信装置和方法

技术领域

本申请涉及一种无线通信装置、记录介质和方法。

背景技术

近来，提出了越来越多的协议用于无线LAN连接的简单设置以减少其繁琐的安装步骤。当前，作为这样的简单设置协议，两种方法变得普及：一种是PIN方法，其中仅对具有有效许可的用户已知(仅可由该用户获得)的PIN码被用于在装置之间进行认证；以及另一种是按钮方法。

特别地，在按钮方法中，可以消除繁琐的数据输入，并且可以进一步容易地应用于诸如没有用于数据输入的用户接口的家用电器的电子设备。由于这些特征，期望在各种应用中使用按钮方法。

在这方面，日本特许专利公开号2008-283422(专利文件1)公开了一种基于Wi-Fi保护设置(WPS)的按钮配置协议在打印机和相机之间建立安全连接的方法，其中所述协议由IEEE802.11来标准化。

在下文中，参考图1简要描述了WPS按钮方法。在WPS中，提供安全连接所必须的配置数据(设置数据)的功能模块被称为“登记器(registrar)”。同时，设置由“登记器”提供的通信参数的功能模块被称为“登入器(enrollee)”。

WPS协议序列分为三个主要阶段。在第一阶段，当从第一装置的按钮被按下经过预定的时间段(例如，从几十秒到几分钟)之后，第二装置的按钮被按下时，经由探测请求和开放认证，在第一和第二装置之间建立(用于纯文本的)临时连接。

然后，在第二阶段，基于EAP-WSC协议的认证和安全连接所必须的配置数据被共享。在EAP-WSC协议中，为了使得可以共享通过使用无法确保安全的通信线路的加密密钥，采用Diffie-Hellman密钥交换(下文中简称为“DH”)算法。

在登入器和登记器相互发送相应的公共密钥之后，基于登入器和登记器的机密信息以及从登入器和登记器接收的公共密钥，登入器和登记器分别生成通常在登入器和登记器之间使用的口令短语(保密密钥)。

最后，在第三阶段，基于WPA协议，在生成加密密钥，并且基于在第二阶段中生成的口令短语使用预定算法来共享加密密钥之后，登入器和登记器使用在登入器和登记器之间公知的加密密钥(保密密钥)来加密相应的通信数据。这样做就建立了安全连接。

然而，已知在第二阶段使用的“DH”容易受到中间人攻击。为了消除这种弱点，有必要在登入器和登记器之间进行某种类型的彼此认证。在这方面，在WPS按钮方法中，基于在相同的时间段(即，一方知道另一方何时按下按钮的事实)内按下(登入器和登记器的)按钮来获取指示另一方有效(正确)的认证。

具体地，响应于登入器的按钮的按下，登入器装置向另一方传送预定认证码，并且在登入器装置的按钮被按下时的相同时间段中，登记器装置的按钮被按下的情况下，登记器装置将从登入器装置接收的认证码与登记器装置的认证码进行比较。

然而，在按钮方法中使用的认证码通常是固定值。此外，在许多情况下，认证码在说明指南等中是公共的(公开的)。因此，不可能完全消除被怀有恶意的第三方的中间人攻击的风险。

鉴于上述问题做出本发明，并且本发明可以提供一种能够适当地减少无线LAN连接设置中的安全风险的无线通信装置、记录介质和方法。

发明内容

根据本发明的一方面，一种无线通信装置包括：光无线接收单元，其接收伪随机数；认证码生成器，其基于由所述光无线接收单元接收的伪随机数生成认证码；以及无线通信单元，其确定使用认证码与给定的无线通信装置的认证是否成功，并且当确定使用认证码与给定的无线通信装置的认证成功时，与给定的无线通信装置执行无线通信。

附图说明

当结合附图阅读时，本发明的其他目的、特征和优点将通过下面的描述变得更加清晰，其中：

图1为示意性示出WPS简单设置序列的图；

图2为根据实施例的无线通信装置的功能框图；

图3为示出根据实施例的无线LAN系统的图；

图4为通过根据实施例的无线通信装置执行的过程的流程图；

图5为示意性示出根据实施例的简单设置序列的图；

图6为示出根据另一实施例的无线LAN系统的图。

具体实施方式

下文中，本发明的实施例将结合附图进行描述。然而，应注意，本发明并不限于以下描述的那些实施例。通观附图，相同的参考标号用于描述相同的元件，并且可以省略其描述。

根据实施例的无线通信装置100可以被认为是与按钮类型简单配置协议兼容的无线通信装置。作为按钮类型简单配置协议的示例，存在由IEEE802.11来标准化的Wi-Fi保护设置(WPS)的“按钮配置方法”。

在下面的描述中，描述了无线通信设备100采用“按钮配置方法”(下文中简称为“PB方法”)用于WPS简单配置设置的示例。

在WPS中，在简单配置设置中，提供安全连接所必须的“配置数据”的功能模块被称为“登记器”，并且设置所提供的“配置数据”的功能模块被称为“登入器”。因此，取决于应用，根据实施例的无线通信装置100可以包括登记器和登入器中的任何一个，或者登入器和登记器两者。

即，根据实施例的无线通信装置100可作为无线LAN基站(接入点)使用(提供)。在这种情况下，无线通信装置100用作登记器(即，包括(提供)登记器的功能)。此外，根据实施例的无线通信装置100可作为无线终端(无线站)使用(提供)。在这种情况下，无线通信装置100用作登入器(即，包括(提供)登入器的功能)。

此外，根据实施例的无线通信装置100可作为任何电子设备(即，多功能外围设备(MFP)、蜂窝电话、平板终端等)使用(提供)，其与由Wi-Fi联盟制定的“Wi-Fi规范”兼容。在这种情况下，无线通信装置100用作登记器和登入器(即，包括(提供)登记器和登入器的功能)，并选择性地激活该功能。

图2为根据本发明的实施例的无线通信装置100的功能框图。如图2所示，无线通信装置100包括光无线接收设备20、按钮30、RF无线通信设备40和控制器10。

光无线接收设备20包括具有诸如(多个)二极管的(多个)适当的光接收设备的光接收部件22，以便实现(提供)使用具有可见光到红外光的波长的光的光无线通信。例如，光无线接收设备20被认为是在使用LED光的照明光通信中的“数据接收设备”。

这里被称为“按钮”的按钮30在WPS PB方法中使用，并且可以是机械按钮开关或者软件按钮(在GUI中)。

控制器10包括连接控制器(连接设置部件)12、认证码生成器14、按下按钮检测器16和固定码存储器18。

按下按钮检测器16检测按钮30被按(下)的事实，以及向控制器12报告检测到的事实。响应于该报告，控制器12控制RF无线通信设备40以便执行数据通信来共享在无线通信装置100和从按钮30被按下开始的预定的时间段(例如，几十秒到几分钟)内按钮被按下的其他无线通信装置之间建立安全连接所必须的配置数据(下文中简称为“配置数据”)。

当无线通信装置100用作(充当)无线LAN基站(接入点)时，控制器12用作登记器，以便经由RF无线通信设备40向其他无线通信装置的登入器提供配置数据。

同时，当无线通信装置100用作(充当)无线终端(无线站)时，控制器12用作登入器，以便经由RF无线通信设备40从其他无线通信装置的登记器接收配置数据和设置各种通信参数。

如上所述，描述了无线通信装置100的示例配置。然后，在图3的情况下，参考图4的流程图描述由无线通信装置100执行的过程。在以下描述中，当必要时可以参考图2的功能框图。

这里，描述了在如图3的无线LAN系统中所示的LED发光设备200下，在具有登记器功能(下文中可以被称为“登记器100A”)的无线通信装置100与具有登入器功能(下文中可以被称为“登入器100B”)的无线通信装置100之间执行无线LAN简单设置(“PB方法”)的情况。

在图3的情况下，LED发光设备200用作(提供为)在照明光通信中使用的数据分发设备(即，“光无线传送单元”)。

为此，LED发光设备200将内部或外部生成的伪随机数(即，数字数据)转换为具有从几kHz到几百kHz范围中的频率的闪光(闪烁)信号，并且以与转换后的闪光信号(光无线信号)同步的高速度来接通和断开LED使其闪烁，从而在LED发光设备200的房间内分发伪随机数。

在这种情况下，优选地，每隔预定的时间间隔更新分发的伪随机数以加强安全。

光无线接收设备20在无线通信装置100启动的同时或者响应于检测到下文中描述的按钮30被按下而开始其接收操作。然后，光无线接收设备20执行将来自LED发光设备200的高速地接通和断开使其闪烁的闪光信号(照明光)到电子信号的O/E转换，并且解调该电子信号以获取伪随机数(数字数据)。

光无线接收设备20向认证码生成器14传送所获取的伪随机数(数字数据)。

按照预定的算法，基于从光无线接收设备20接收到的伪随机数，认证码生成器14生成认证码，并且将所生成的认证码存储到(认证码生成器14的)临时存储器(缓存)。

这里，应注意，不限制生成认证码的算法。即，例如，可以使用所接收的伪随机数直接用作认证码的算法。此外，当从LED发光设备200分发的伪随机数周期性地更新时，基于更新后的伪随机数，认证码生成器14生成(更新)新的认证码，并且将当前存储在临时存储器(缓存)中的认证码替换为更新后的认证码。

下文中，存储在临时存储器(缓存)中的认证码可以被称为“光无线PIN码”。

图4为由根据实施例的无线通信装置100的控制器12执行的过程的流程图。在无线通信装置100启动时的同时，控制器12也开始等待检测按钮30被按下的事实(在步骤S101中为否)。

当检测到按钮30被按下的事实(在步骤S101中为是)时，控制器12建立无线通信装置100和从按钮30被按下开始的预定的时间段(例如，几十秒到几分钟)内按钮被按下的其他无线通信装置之间的临时连接(步骤S102)。

然后，在步骤S103中，控制器12与从无线通信装置100连接的其他无线通信装置交换指示支持的哪些功能的数据(下文中可以被称为“能力交换”)。

具体地，控制器12交换(接收)指示从无线通信装置100连接的其他无线通信装置是否具有生成光无线PIN码的功能的数据。

因此，当确定从无线通信装置100连接的其他无线通信装置具有生成光无线PIN码的功能(即，支持处理光无线PIN码)(在步骤S104为是)时，控制器12基于在认证码生成器14的临时存储器中存储的最新的光无线PIN码来执行认证过程(步骤S105)。

具体地，登入器100B读取存储在认证码生成器14的临时存储器中的最新的光无线PIN码，并且向登记器100A传送最新的光无线PIN码。然后，登记器100A将从登入器100B接收的最新的光无线PIN码与存储在登记器100A的认证码生成器14的临时存储器中的最新的光无线PIN码进行比较，并且执行认证。

另一方面，当确定从无线通信装置100连接的其他无线通信装置不具有生成光无线PIN码的功能(即，其他无线通信装置不支持光无线PIN码的处理)(在步骤S104为否)时，控制器12基于存储在固定码存储器18中的固定码(下文中被称为“固定PIN码”)执行认证过程(步骤S106)。

具体地，登入器100B读取存储在固定码存储器18中的固定PIN码，并且向登记器100A传送固定PIN码。然后，登记器100A将从登入器100B接收的固定PIN码与存储在登记器100A的固定码存储器18中的固定PIN码进行比较，并执行认证。

作为结果，当认证失败(在步骤S107中为否)时，设置失败。

另一方面，当认证成功(在步骤S107中为是)时，过程进行到步骤S108，执行预定的数据通信以共享配置数据。

具体地，登记器100A向登入器100B提供(传送)由登记器100A处理的配置数据，并且登入器100B基于从登记器100A接收的配置数据设置必要的通信参数。其后，生成并共享加密密钥，以便建立安全连接。

然后，参考图5描述登记器100A和登入器100B之间执行的简单设置的示例性顺序。

WPS协议序列分为三个主要阶段。在第一阶段，在要执行简单设置的无线通信装置之间建立临时连接(以纯文本)。

在第二阶段，执行基于EAP-WSC协议的认证和配置数据的共享。在第三阶段，在密钥生成，并且基于WPA协议共享该密钥之后，建立安全连接。

上述第二阶段通常包括八个消息(M1到M8)。消息M1和M2与交换以共享Diffie-Hellman密钥的通信对应。在图4的序列中，使用M1和M2来执行“能力交换”。

下文中，一步接一步地描述由登记器100A和登入器100B执行的简单设置序列。

首先，在登记器100A和登入器100B分别启动或者在相应的按钮30被按下的事实(S1/S2)时的同时，登记器100A和登入器100B开始接收光无线信号。然后，登记器100A和登入器100B基于接收到的伪随机数来生成相应的光无线PIN码(S1.1/S2.1)。

然后，在登入器100B的按钮30被按下之后经过预定的时间段，登入器100B发出探测请求。在该预定的时间段期间，当登记器100A的按钮30被按下并且登记器100A响应于该探测请求时，在发出探测请求的登入器100B与登记器100A之间建立纯文本的临时连接(S3)。

然后，声明(通知)使用EAPOL帧格式的简单设置开始。

然后，登入器100B将指示登入器100B具有生成光无线PIN码的功能的标记(下文中为“光无线PIN码激活标记”)添加到在登入器100B侧用于传送公共密钥PK_E的消息M1(S5)，并向登记器100A传送包括“光无线PIN码激活标记”的消息M1(S6)。

此外，例如，可以通过使用由WPS制定的供应商专用扩展区域实现光无线PIN码激活标记。

从登入器100B接收了消息M1的登记器100A检查包括在消息M1中的光无线PIN码激活标记以确保登入器100B支持光无线PIN码激活标记(S6.1)。

然后，登记器100A将光无线PIN码激活标记添加到在登记器100A侧用于传送公共密钥PK_R的消息M2，并且向登入器100B传送包括光无线PIN码激活标记的消息M2(S8)。

从登记器100A接收了消息M2的登入器100B检查包括在消息M2中的光无线PIN码激活标记以确保登记器100A支持光无线PIN码激活标记(S8.1)。

在登记器100A和登入器100B确定登入器100B和登记器100A分别支持光无线PIN码激活标记的时间点之后，登记器100A和登入器100B都使用光无线PIN码激活标记来代替存储在相应的固定码存储器18中的固定码来执行认证，并且共享配置数据(S9/S10)。

如上所述，描述在EAP-WSC阶段包括“能力交换”的序列。然而，上述序列仅是示例。即，例如，在EAP-WSC阶段之前，可以使用信息元件(即，在IEEE802.11中制定的“信息实体”)来执行“能力交换”。此外，优选地，在标准协议框架内执行“能力交换”。

如上所述，根据实施例，如图3所示，仅当登记器100A和登入器100B布置在LED发光设备200的照明光的照射范围内时，可以成功认证。

此外，当仅无线通信装置中的一个处于LED发光设备200的照明光的照射范围之外(例如，在其他房间内)时，认证不可避免地失败。因此，即使当怀有恶意的第三方能够知道按钮被按下的时间时，由处于LED发光设备200的照明光的照射范围之外的其他房间内的怀有恶意的第三方的中间人攻击不可能成功。

此外，在另一实施例中，如图6所示，两个或更多个不同的伪随机数可以从两个或更多个光无线传送单元分发。在图6的情况下，不同的伪随机数(“2728”和“1506”)分别从安装在天花板上的两个LED发光设备200A和200B分发。

此外，在该实施例中，光无线接收设备20包括具有彼此不同指向性的两个光接收部件22a和22b，使得光接收部件22a接收从LED发光设备200A分发的伪随机数(“2728”)并且光接收部件22b接收从LED发光设备200B分发的伪随机数(“1506”)。

此外，登记器100A和登入器100B的认证码生成器14根据预定算法基于两个不同的伪随机数来生成一个认证码。

在该实施例中，通过适当地调整LED发光设备200A和200B(即，光无线传送和接收设备)的方向性和光无线接收设备20的方向性，成功执行认证的区域被限制为小区域。因此，例如，响应将无线LAN环境限制在会议室内的桌面上的区域的请求变得可能。

如上所述，根据本发明的实施例，适当地减少安全风险，同时保持按钮方法的便利性变得可能。

如上所述，作为实施例，描述了LED发光设备用作光无线传送单元的情况。然而，应注意，本发明不限制在光无线通信中使用的光源的类型或波长。即，例如，发出红外光的LED可用作光源。

此外，本发明不限于应用于WPA协议。即，可能不必要强调本发明还可以应用于采用类似的按钮方法的任何其他简单设置协议。

在上述实施例中描述的功能可通过以例如诸如C、C++、C#或Java(注册商标)等的面向对象语言写的计算机可读程序来实现。根据本发明的实施例的程序可以存储在硬盘驱动器、CD-ROM、MO、DVD、软盘、EEPROM或EPROM等中，并使用上述装置分发。此外，所述程序可以经由网络使用其它设备可读的格式传送。

Claims

1.一种无线通信装置，包括：

光无线接收单元，其被配置为接收伪随机数，其中所述伪随机数从光无线发送单元发送，所述光无线发送单元与所述无线通信装置以及给定的无线通信装置分离，每隔预定的时间间隔更新所述伪随机数；

认证码生成器，其被配置为基于由所述光无线接收单元接收的伪随机数生成认证码，基于更新后的伪随机数，所述认证码生成器生成新的认证码；以及

无线通信单元，其被配置为

确定使用所述认证码与给定的无线通信装置的认证是否成功，以及

当确定使用所述认证码与给定的无线通信装置的认证成功时，执行与所述给定的无线通信装置的无线通信。

2.如权利要求1所述的无线通信装置，其中所述无线通信单元被配置为

确定所述给定的无线通信装置是否具有生成所述认证码的功能，以及

当确定所述给定的无线通信装置具有生成所述认证码的功能时，使用所述认证码与所述给定的无线通信装置执行认证。

3.如权利要求2所述的无线通信装置，还包括：

存储器，其被配置为存储固定码，

其中所述无线通信单元被配置为当确定所述给定的无线通信装置不具有生成所述认证码的功能时，使用所述固定码与所述给定的无线通信装置执行认证。

4.如权利要求1到3中的任何一项所述的无线通信装置，还包括：

输入单元，其被配置为接受来自用户的输入；以及

检测单元，其被配置为检测所述输入单元的输入，

其中所述无线通信单元被配置为当响应于由所述检测单元检测到所述输入单元的输入，确定使用所述认证码与所述给定的无线通信装置的认证成功时，执行与所述给定的无线通信装置的无线通信。

5.如权利要求4所述的无线通信装置，

其中所述输入单元是由用户按下的按钮。

6.如权利要求1到3中的任何一项所述的无线通信装置，

其中所述光无线接收单元包括具有不同指向性的第一和第二光接收部件，以及

其中所述认证码生成器被配置为基于由所述第一和第二光接收部件接收的不同伪随机数生成所述认证码。

7.如权利要求1到3中的任何一项所述的无线通信装置，

其中所述无线通信单元用作登记器。

8.如权利要求1到3中的任何一项所述的无线通信装置，

其中所述无线通信单元用作登入器。

9.一种用于无线通信的方法，应用于无线通信装置，包括下列步骤：

接收伪随机数，其中所述伪随机数从光无线发送单元发送，所述光无线发送单元与所述无线通信装置以及给定的无线通信装置分离，并且每隔预定的时间间隔更新所述伪随机数；

基于所述伪随机数生成认证码，其中，基于更新后的伪随机数生成新的认证码；

10.如权利要求9所述的方法，还包括下列步骤：

11.如权利要求10所述的方法，还包括下列步骤：

存储固定码，以及

当确定所述给定的无线通信装置不具有生成所述认证码的功能时，使用所述固定码与所述给定的无线通信装置执行认证。

12.一种相互认证并在第一和第二无线通信装置之间建立安全连接的方法，所述方法包括下列步骤：

基于用户对所述第一无线通信装置的第一输入和在从所述第一输入开始的预定的时间段内用户对所述第二无线通信装置的第二输入，在所述第一和第二无线通信装置之间建立临时连接；

由其间建立了所述临时连接的第一和第二无线通信装置接收伪随机数，其中所述伪随机数从光无线发送单元发送，所述光无线发送单元与所述第一无线通信装置以及所述第二无线通信装置分离，并且每隔预定的时间间隔更新所述伪随机数；

由所述第一和第二无线通信装置基于所述伪随机数生成认证码，其中，基于更新后的伪随机数生成新的认证码；

由所述第一和第二无线通信装置确定使用所述认证码的认证是否成功；以及

当确定使用所述认证码的认证成功时，在所述第一和第二无线通信装置之间执行无线通信。