JP2001506782A

JP2001506782A - 通信システム

Info

Publication number: JP2001506782A
Application number: JP52439598A
Authority: JP
Inventors: ナイト・リチャード・ロバート; パーキンソン、デイビッド・ウィリアム; タック、ロバート・アーネスト
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 2001-05-22
Also published as: WO1998024078A1; DE69703705D1; AU738458B2; DE69703705T2; EP0939944B1; US6377589B1; EP0939944A1; AU4961897A

Abstract

(57)【要約】遠隔通信システムは、遠隔端末（ＣＰａ−ｃ）(例えば、盗難警報制御パネル)と制御ステーション（１）との間の遠隔通信リンク（３）を含む。ポーリング要求は、遠隔通信リンクによって送られるディジタルメッセージ伝送チャンネル上を送られる。遠隔端末（ＣＰａ−ｃ）はポーリング応答メッセージを生成し、このポーリング応答メッセージは部分的に暗号化され、ディジタルメッセージ伝送チャンネル上を遠隔ステーションへ戻され、そこでデコードされる。

Description

【発明の詳細な説明】通信システム本発明は、遠隔通信リンク上で遠隔の端末装置、例えばセキュリティアラームを監視するシステムに関する。遠隔地にある端末の状態を中央側で監視することが多くの状況で必要である。１例として、監視サービスに警報を送るタイプの盗難警報システムがある。通常、顧客構内の警報装置と監視局とを接続するのに電話線を使用する。電話線でアナログ音はローカル交換局へ送られ、警報信号の伝送を含めたこのアナログ音を使用して、警報システムと監視局との間のシグナリングを行なう。このような構成は、セキュリティシステムを破壊することを意図する攻撃に対して限られた範囲のみで保護をする。切れたラインによってアナログ音が遮られると、これは監視局で探知される。アナログリンク上を伝送される信号は暗号化できるが、実際にはこのような暗号は比較的に短時間で探知され、解読されることがある。コードを解読すると、ラインを切って、実際の端末を装うダミー端末に代えることによって攻撃を行なうことができる。したがって監視サービスに知らせずに顧客構内でセキュリティシステムを不能にすることができる。本発明の第１の態様にしたがって、遠隔端末と制御ステーションとの間の通信リンクを含む通信システムを動作する方法であり：ａ）遠隔通信リンク上に置かれているディジタルメッセージ伝送チャンネル上でポーリング要求を送ることと；ｂ）遠隔ステーションでポーリング応答メッセージを生成して、前記ポーリング応答メッセージの一部のみを暗号化することと；ｃ）ディジタルメッセージ伝送チャンネル上で遠隔端末から制御ステーションへ応答信号を戻すことと；ｄ）ポーリング応答メッセージを解読することとを含む通信システムを動作する方法を提供する。本発明は、伝送オーバーヘッドを少なくして、動作上向上した安全性とより大きな融通性を与える監視システムを提供する。これは、遠隔地と中央ステーションとの間でディジタルメッセージ伝送チャンネルを確立し、ディジタルメッセージ伝送チャンネル上のサイトをポーリングし、ポーリングした応答を部分的に暗号化することによって達成される。ディジタル形式でのメッセージ伝送を使用することによって、一層効果的な暗号化技術の応用が可能になり、ポーリングした応答メッセージの一部のみを暗号化することによって、遠隔ステーションと中央ステーションとの間のシグナリングに必要な帯域幅をわずかに付加するだけで、中央ステーションでポーリング応答を認証できる。好ましくは、ディジタルメッセージ伝送チャンネルは、ＩＳＤＮ回路のＤチャンネルである。本発明の別の長所は、電話リンクに標準のＩＳＤＮ技術を使用する構成に適していることである。とくに、メッセージ伝送チャンネルは、ＩＳＤＮラインの既存のＤチャンネルと統合することができる。したがってＩＳＤＮラインの動作を干渉せずに、監視機能をトランスペアレントに動作することができる。このためＩＳＤＮラインは、例えば音声用電話と同期して使用するのに利用することができる。好ましくは、遠隔端末は複数のセグメントでポーリング応答を送り、中央ステーションは遠隔ステーションへ受取った各セグメントのアクノリッジメント（受領告知）およびセグメントからアセンブルしたメッセージの別のアクノリッジメントを戻す。本発明のこの好ましい態様では、ポーリング応答メッセージを多数の部分に分割して、分割した部分ごとに個々に送る。中央ステーションは、個々のセグメントと、セグメントを組み立てる（アッセンブルする）ことによって全体として形成されたメッセージとの両方とハンドシェークを行なう。好ましくは中央ステーションからの各ポーリング要求は異なる識別コードを含み、ポーリング応答の暗号化された部分は各ポーリング要求の識別コードを含む。システムのセキュリティは、中央ステーションからポーリングを行なう度ごとに個々のポーリングに特定の識別コードまたは“チャレンジ(呼掛け)”を含むことによってさらに向上する。したがって遠隔の端末は、ポーリングに応答して適切な“チャレンジ”を含むことを必要とする。ポーリング応答の暗号化した部分にチャレンジを含めることにより、セキュリティが二層構造になる。特定の遠隔端末に属するキーを使用して暗号化することによりポーリングを行なった応答源を認証することができ、一方でチャレンジ識別コードを含むことにより、各ポーリングに答えるときに応答が新しく生成されたことが分かる。これはシステムのセキュリティへの攻撃から保護するために、遠隔端末からの本物のポーリング応答を傍受して、それを記憶し、後で中央ステーションへ順方向に送る。好ましくは、遠隔通信リンクはローカルアクセスネットワークを含み、遠隔ステーションをローカル交換局へリンクする。その代りに、またはそれに加えて、いくつかのポーリング要求および応答は、ワイヤレス通信リンク、例えばＧＳＭリンクで送ることができる。本発明は、遠隔端末が盗難警報器であるシステムへの応用性に制限されないが、本発明によって与えられた程度の高いセキュリティはこの流れ（コンテキスト）においてとくに有効である。本発明はこの他に、計器、例えば電気、ガス、または水の計器の遠隔監視、あるいは自動販売機の状態の遠隔監視を含む。本発明の第２の態様にしたがって、通信システムであり：ポーリンク要求生成装置とポーリング応答メッセージをデコードするデコーダとを含む制御ステーションと：ポーリング応答メッセージを生成するポーリング応答生成装置を含む遠隔端末と；ポーリング応答メッセージの一部分のみをコード化するようにされたエンコーダと；使用の際に、制御ステーションから遠隔端末へポーリング要求を送り、遠隔端末から制御ステーションへ部分的にコード化した応答メッセージを送るディジタルメッセージ伝送チャンネルを含む遠隔通信回路とを含む通信システムを提供する。本発明の別の態様にしたがって、制御ステーションであり：ａ）ディジタルメッセージ伝送チャンネル上で遠隔ステーションとの間でメッセージを送受信するようにされたディジタルメッセージ伝送チャンネルと；ｂ）ディジタルメッセージ伝送チャンネル上を送るポーリング要求を生成するようにされたポーリング要求生成装置と；ｃ）ディジタルメッセージ伝送チャンネル上で受取られる部分的に暗号化したポーリング要求メッセージをデコードするようにされたデコーダと；ｄ）ポーリング応答メッセージを翻訳するようにされた制御装置とを含む制御ステーションを提供する。本発明は、本発明の第１の態様にしたがう方法で使用する制御ステーションおよび遠隔端末（例えば、盗難警報器制御パネル）を含む。ここで本発明を実現するシステムを添付の図面を参照して例示的に記載する。図１ａおよび１ｂは、本発明を実現するシステムの模式図である。図２は、図１のシステムにおける機能的なインターフェイスを示す模式図である。図３は、図１のシステムの制御ステーションを構成する装置の詳細な模式図である。図４ａおよび４ｂは、本発明を実現するシステムで使用される代わりのプロトコルスタックを示す。図５ａおよび５ｂは、状態遷移図である。図６は、警報状態が生じたときのシステムの動作を示すメッセージのフローチャートである。図７は、ポーリング要求メッセージのフォーマットを示すフローチャートを示す図である。図８は、警報のフォーマットを示す図である。図９は、ポーリング応答メッセージ要求の基本的なフォーマットを示す図である。図１０は、警報ポーリング要求のフォーマットを詳細に示す図である。図１１は、遠隔測定ポーリング応答のフォーマットを示す図である。図１２は、安全性が保たれていないポーリング応答のフォーマットを示す図である。図１３は、アクノリッジメントメッセージのフォーマットを示す図である。図１４は、セッションキーを確立するのに使用するメッセージシーケンスを示す。図１５は、警報ユニットへ送られる最初のメッセージのフォーマットを示す。図１６は、図１５のメッセージに応答して戻されるメッセージを示す。図１７は、中央側からの応答のフォーマットを示す図である。図１８は、警報側の応答を示す図である。図１９は、図２のシステム内の顧客構内装置を構成するのに使用するソフトウエアのアーキテクチャを示す図である。図２０ａ乃至２０ｄは、図１９の警報処理装置(Alarm Handler)のＳＤＬの図である。図２１ａ乃至２１ｇは、図１９のプロトコルおよびセキュリティプロセスのＳＤＬの図である。通信システムは、データエンジンＤＥを含む制御ステーション１を含む。データは、遠隔通信ネットワーク２のローカル交換局ＬＥ１およびＬＥ２を介してデータエンジンで受取られる。ローカル交換局は異なる顧客構内ＣＰａ、ＣＰｂ、ＣＰｃにおいてＩＳＤＮライン３ａ、３ｂ、３ｃによって遠隔端末４にリンクされる。多数の異なるローカル交換局は、データアクセスネットワークを介して制御ステーション１へリンクされる。図示の目的で顧客構内を３つのみ示したが、実際にはさらに多くの端末を個々の制御ステーションにリンクすることができる。この例では、各顧客構内に１０２４の個々にアドレス可能なユニットに接続できる。この例では、遠隔端末４は、制御ステーション１を介して警報監視センタと通信するように構成されたセキュリティアラームシステムの制御パネルである。本明細書では端末４は“顧客構内装置”（ＣＰＥ）とも記載されている。顧客構内とローカル交換局との間のＩＳＤＮ接続では、警報システムに関係するトラヒックのためにＩＳＤＮＤチャンネルを使用する。警報データ通信はユーザに対してトランスペアレントに動作して、したがってＩＳＤＮチャンネルは音声電話または他のデータ伝送、あるいはその両方に対して依然として使用可能である。図１Ｂでは、システムは固定ネットワークを介してＩＳＤＮ接続を使用することに加えて、遠隔の端末４と制御ステーション１との間に、ＧＳＭ移動電話網を使用するバックアップ接続を含む。とくに、ＧＳＭショートメッセージ伝送サービス（ＳＮ４Ｓ）を使用して接続が形成され、必要なディジタルメッセージ伝送チャンネルを用意する。本発明は、種々の異なるネットワークトポロジィに応用でき、例示的に記載した２つのネットワークを選択したことが理解されるであろう。１つの別の代替例はネットワークにおける本発明の応用であり、この応用では、顧客構内との間のアクセスは全体的に移動電話システム、例えばＧＳＭに基づいている。図２は、図１のシステムを形成している素子をより詳しく示している。ＩＳＤＮライン21はＩＳＤＮ端末22においてローカル交換局と、ＮＴ−１（ネットワーク端末1）デバイス23内の顧客構内とで終端している。この例では、ＩＳＤＮラインはＢＲＩ（基本レートインターフェイス）ラインであり、これは音声またはデータ用の２つの６４kbpsベアラ（Ｂ）チャンネルおよび１つの１６kbpsデータ（Ｄ）チャンネルを含む。ＮＴ−１はＩＳＤＮラインの２線インターフェイスを４線Ｓ／Ｔインターフェイスに変換する。Ｓ／Ｔバス24はＮＴ−１をＣＰＥに接続し、さらにＩＳＤＮモデム（図示されていない）のような他のデバイスを接続することができる。ＣＰＥでは、端末アダプタ25はＳ／Ｔバスへデュープレックス（二重）接続する。警報パネル内に位置する接続プロセッサ26は多数の警報探知器27ａ−ｃからデータを受取る。警報探知器は、例えば侵入者を探知する動作センサおよび火災を探知する煙探知器を含むことができる。警報パネルおよび警報探知機は、制御ステーションとの通信方法とは別として、構成および動作が全体的に従来通りであるので、ここではさらに記載しない。ローカル交換局から、信号はＩＳＤＮ端末22との間でデータアクセスネットワークを介してデータエンジン28と通信する。データエンジン28は、以下にさらに詳しく記載するプロトコルにしたがって動作し、図３に記載した例のように、多数のＵＮＩＸワークステーション、例えばSunUltraServers IIのような市販のものを含むプラットフォーム上で走行することができる。ＩＳＤＮ端末からデータエンジン28への接続は、Ｘ２５（パケットスイッチング）ネットワーク229またはその代りに専用Ｄチャンネルアクセスネットワーク230を介して行なうことができる。Ｄ-チャンネルプロトコルの層２において、サービスアクセスポイント識別子は、パケットアクセスサービスの使用を示す値に設定される。図３に示した例では、データエンジンがプラットフォーム内に構成されており、このプラットフォームはさらに通常のアナログシステムから警報信号を処理する。キロストリームチャンネル(Kilostream channel)上の到来信号は、フロントエンドプロセッサ310で受取られ、１０ベースＴネットワーク(10BaseT network)上をデータエンジンコアサーバ37、38へ送られる。アクセスサーバ39は、この例ではＴＣＰ／ＩＰプロトコルを使用して、他のサイトのプラットフォームと通信することができる。信号はＴＣＰ／ＩＰインターフェイスを介して他のネットワーク、例えば移動電話網と通信することもできる。データエンジンからの信号は、端末サーバ36、この例ではＤＥＣ Alpha ＡＲＳ、およびマルチプレクサ37を介してキロストリームリンクへ送られる。キロストリームリンクは、データエンジンを多数の警報受信機センタ（ＡＲＣ）のそれぞれに接続する。この例では、ＡＲＣ35はアナログ警報受信機31およびディジタルユーザシステム32の両方を含む。このディジタルユーザシステム32で、データエンジンによって生成された警報呼を処理する。ＣＰＥ（顧客構内装置）によって生成された警報信号をデータエンジンで受信ずると、警報信号はＸ．２５ネットワーク31上を多数の警報受信センタ32ａ、32 ｂの適切な一方へ送られる。使用の際、データエンジン28は規則的な時間間隔でポーリング要求信号を生成する。これらはＩＳＤＮラインを介してＣＰＥへ送られる。ＣＰＥは、警報の状態に変更がなかったか、または変更があったときは、その変更の性質を示す呼応答メッセージに応答する。以下でさらに記載したように、ＣＰＥによって生成されたポーリング応答メッセージは、ハッシュ関数を使用して生成された暗号化されたサインを含む。暗号化されたサインに含まれているものは、関連するポーリング要求内のデータエンジンによって送られるチャレンジである。図４ａは、図１乃至３に示されたシステム内のプロトコルスタックの１例を示す。上述のように、１つのオプションはデータをＩＳＤＮラインからＸ．２５ネットワークを通って転送されなければならない。他のオプションではデータエンジンを“Ｄ”チャンネルからアクセスネットワークへ直接接続する。しかしながらこのオプションは、１つのメッセージにしては大きすぎる情報ブロックをセグメント化および再組み立てするような機能をそこでは備えていない。このオプションを採用するとき、図４ｂに示されているように、アクセスネットワークは層２のみで終端するので、Ｘ．２５の層３は存在していないことがある。したがってデータエンジンは、アクセスネットワークへの直接接続を行なうオプションとして、簡略型のＸ．２５のネットワークサイド（層２および３）を構成する。図４には２つの典型的なプロトコルスタックを示し、異なる環境で異なるプロトコルスタックで機能する警報プロトコルの融通性を示している。以下の記述は、Ｘ．２５層２／３が提供するサービスを考慮に入れて図２に示した機能インターフェイスＡおよびＢに対するプロトコルを説明している。データエンジンへのインターフェイスに使用されるプロトコルは堅牢(robust) で、安全で、しかも効果的に設計されている。データエンジンは、ＣＰＥが依然として効果的に動作しているか、および妨害されなかったかを判断できることが要求される。これはポーリング機構によって達成され、したがってデータエンジン（ＤＥ）はＣＰＥに接続し、簡単な状態メッセージを相互に交換する。この例では各ポーリングは８秒ごと（Ｔ₇₁₁）に行われる。これを支援するために、恒久的なＸ．２５接続を行なわなければならない。ＣＰＥから受理可能な応答を獲得することに失敗すると、Ｔ₇₁₁間隔での構成可能な数のポーリング（Ｎ₇₁₁）の後および別の１期間Ｔ₇₁₁の後でのみ報告される。この遅延は、４０乃至９０秒で報告を生成するようなものである。５回の不成功のポーリング試行の合計は、顧客ラインの切断後、４０乃至４８秒間で警報受信器センタ（ＡＲＣ）へ報告されることになる。ＣＰＥは所定数（Ｎ₇₁₂）のポーリングに正確に応答するまで、信頼できる（したがって、報告可能な）情報を送らないと考えられる。この例では、Ｎ₇₁₂は値２をもつ。ＤＥは多数の異なるタイプの故障、例えばネットワークの混雑；無効の応答；および接続の失敗を区別する。これらの異なるタイプの故障は、ＡＲＣにおいて異なる程度の緊急性を必要とし、これはインターフェイスＢでプロトコルに反映される。ＤＥはＣＰＥを、３つの状態、すなわちデコミッション(解任：警報器が不能にされる)；アクティブ(活性：通常の状態)；任務の失敗(CommsFailed)( ＣＰＥがＮ711のポーリング試行への応答に失敗したとき)の１つに分類する。プロトコルはメッセージに基づき(メッセージ応用であり)、状態変更が行われるときのみ個々の警報に報告する。プロトコルは、各個々の（アドレス可能な）ＣＰＥから１０２４の異なる警報を独特に識別することができる。各警報は、４つの状態：すなわち正常(イナクティブ)；警報(警報チャンネルが作動された)；アウトスタンディング(顕著)(ＡＲＣで登録された)；およびリセット（警報チャンネルが作動を止められた）の１つであってもよい。警報およびリセット状態を使用して、状態の変更がＤＥで登録されたが、ＡＲＣではまだ確認されていないことを示す。これらの状態間における警報の経過はＡＲＣ、ＤＥ、およびＣＰＥによって制御される。プロトコルは、情報を送って、これらの状態を順番に進めることができる。遠隔地での故障診断を可能にするために、簡単な（安全性が保たれていない）メッセージおよびアクノリッジを解任されたＣＰＥに対して行われる。ＤＥとＣＰＥとの間の全ての対話（相互作用）は、ＤＥとＡＲＣの間における全ての対話としてアクノリッジされる。ＤＥは、タイマＴ702の終了後、通常は６０秒後に、ＡＲＣへ情報を再び送る。アクノリッジメントが受取られないときは、ＡＲＣに報告される回数に制限はない。ＣＰＥに到達できず、“任務の失敗(CommsFail)”としてＤＥで分類されないとき、２つの連続するポーリングが成功しない限り、ＣＰＥはＤＥによって信頼できるものとして取り扱われる。図５ａおよび５ｂは、上述の状態遷移を示す状態遷移図である。本発明を実施するシステムは、状態変更が行われるときのみ警報の詳細を交換することによってメッセージの長さを最小にする。定常状態のもとで、ＣＰＥは各状態における最新の警報数のみを報告する。しかしながら警報が状態を交換すると、（規則的なポーリングの一部として）ＤＥに報告され、警報チャンネルおよびその新しい状態を識別する。次にＤＥは警報をアクノリッジし、次のポーリングは各状熊の警報数のみを報告する。図６は、このプロセスを示す情報の流れの例を示す。上述のシステムの重要な特徴は、高レベルのセキュリティを与える能力である。とくに、システムは傍受されやすいＰＳＴＮアクセスネットワークの一部分を使用することによって生じるリスクに注意を向けている。システムのセキュリティに対する５つの特定の脅威は次のように識別される：Ｔ１−通信ラインを切断して、中央サイトから警報したシステムを孤立する。これは最も簡単な形態の攻撃であり、警報システムから中央の監視サイトに接続されたワイヤが切断される。Ｔ２−警報システムと中央サイトとの間の通信が傍受され、トランジットでメッセージが変更される。例えば、“正常”および“警報”フィールドは静止状態値に調節され、警報回路の動作を装おう。Ｔ３−ラインを傍受して、警報システムのように装うようにあるユニットを挿入する。これはＴ２の変数であるが、挿入されたユニットは警報システムとして動作し、継続的に“変更なし”を報告する。Ｔ４−ラインが傍受され、中央側のように装うようにあるユニットを挿入する。この場合、攻撃とは、警報システムをディスエーブル（またはデコミッション）することになるコマンドを出すことである。先の“ポーリング”および“アクノリッジ”メッセージを再生することによって、警報システムを警報状態から正常の状態に戻す迅速な循環を試行することも可能である。Ｔ５−ラインを監視しているので、攻撃者(attacker)は警報システムがデコミッションされたときを判断することができる。これは、遠隔地側とＤＥ間のリンク上の通信を読取る攻撃者の能力に直接に関係している唯一の脅威である。攻撃者は、システムをオフにスイッチしたときを知るという利点に立つことができる。上述の偽装の脅威は、このシステムにおいて次のカウンタ測定によって処理される：Ｃ１−周波数間隔で警報システムをポーリングすること。規則的にCPE装置をポーリングすることによって、システムは通信回路が切られた（またはＣＰＥユニットが不能にされた）ときを判断できる。Ｃ２−全てのアクノリッジメントメッセージについて暗号の完全性の検査を使用すること。ポーリング応答が暗号でサインされると、メッセージの試行的な変更（例えば、 “警報”状態に入る警報を隠蔽すること）が探知される。これは、警報システムの状態を変更する全てのアクノリッジメントメッセージに適用する。Ｃ３−特定のポーリング要求に対するポーリング応答の暗号結合。ポーリング応答メッセージが（例えば、シーケンス番号または“チャレンジ” を使用して）要求メッセージに結合されると、警報システムの状態の変更を隠すための試みの中で先のメッセージを再生することによる攻撃の成功はできなくなる。Ｃ４−感知コマンドの暗号化。 “デコミッション”のようなメッセージが暗号化されると、盗聴者は警報装置の正確な状態を判断できない。装置の性能およびコマンドメッセージの大きさはこの情報を漏らさないことが重要である。したがってＣＰＥはデコミッションされるときにポーリングに応答するようにされており、コマンドメッセージの大きさは全てのコマンドメッセージに対して同じである。Ｃ５−相互認証。セキュリティの重大なコマンド、例えば警報ユニットをデコミッションするか、または新しいセッションキーをダウンロードするコマンドが実行されるときはいつでも、警報装置はコマンドに作用する前に中央サイトの識別子を確認する。これと組合わせて、これらのカウンタの測定値は、上述の脅威からシステムを保護する。下記の表１は、偽装の脅威とカウンタの測定値との間の関係を示す。カウンタ測定値の有効性は暗号キーの秘密に依存する。良好なセキュリティのためには、キーは規則的に変更される。これを容易にするために、マスタキー、セッションキー階層を使用してもよい。個々ではマスタキーをときどき使用して( マスタキーの露出を低減し)、一方でセッションキーを仕事の大部分に使用する。新しいセッションキーはオンラインで分配され、マスタキーによって保護され、最小の管理オーバヘッドで規則正しく変更される。したがってセッションキーは規則正しく、例えば毎月変更され、異なるＣＰＥに対する全てのキーが独特（ユニーク）であることが重要である。暗号化は、この例ではＲＦＣ１３２１、"The MD5 Message-Digest Algorithm" ,MITおよびRSA Data Security,Incで特定されるＭＤ５ハッシュアルゴリズムを使用して行われる。システムは、マスタキーサイズとして１２オクテット（９６バイト）を使用し、セッションキーサイズとして８オクテット（５６バイト）を使用する。ＲＦＣにおいて特定されるＭＤ５ハッシュアルゴリズムはアンキーされている。キーされるやり方でそれを使用するために、いくつかの付加的な処理が必要である。この例では、これは規定されるＨＭＡＣ関数を使用して実行される： HMAC_sk(x)-F(sk,pad₁,F(sk,pad₂,x) なお：Ｆ（）はＭＤ５アルゴリズム、ｓｋはセッションキー、ｐａｄ₁は０×３６バイト、ｐａｄ₂は０×５Ｃバイト、 ×はハッシュが計算されるメッセージである。ＭＤＦは５１２ビットブロック（６４オクテット）で動作する。上記のＦ（）の各場合において、セッションキーのｓｋは必要な回数だけ特定のパッドｎビットを複製することによって５１２バイトに詰込まれる。６４バイトのシーケンス（ｓｋ，ｐａｄ₂）はメッセージｘの頭に付けられる(prepend)。次に全てのメッセージがＭＤ５を使用してハッシュされる。最後に、６４バイトのシーケンス( ｓｋ，ｐａｄ₁)は先行するハッシュの１６バイトの出力に対して頭に付けられ、生成された８０ビットブロックＭＤ５がハッシュされて、メッセージｘに追加される１６バイトのハッシュ値を生成する。ｆ（ｓｋ，ｐａｄ₁）およびｆ（ｓｋ，ｐａｄ₂）を予め計算し、セッションキーと共にそれらをセーブすることによって計算時間の節約が達成される。暗号化機能が要求されるとき、データは、ハッシュ関数の１回の演算によって生成されるバイトのシーケンスとそれとで“排他的論理和”を生成することによって暗号化される。ＭＤ５ハッシュ関数は、５１２ビット（６４バイト）入力ブロックで演算する。入力ブロックは：マスタキー(１２バイト)；初期設定ベクトル(８または１６バイト)；および複製されたパッド文字（０×５Ｃ）を連結することによって構成される。セッションキー、ポーリング要求に含まれるランダムなチャレンジ、および初期設定ベクトルに対して乱数が要求される。システムは中央サイトに５１２バイトの大きさのサーキュラーバッファおよび警報サイトに１６バイトの大きさのバッファを維持する。ランダムな“ＲＮＤ()”関数は、呼出されるたびにこのバッファから次のｎバイトを供給し、バッファの最後に到達するときはいつでもポインタを開始点に巻き付ける（ラップアラウンドする）。都合良く、ランダムバッファは、ハッシュ生成に使用するのと同じＭＤ５アルゴリズムを使用して更新される。ランファムバッファにポインタを含めるようにＭＤ５の関数が変更される。３回目のＭＤ５ハッシュプロセスが完了した後で、内部の１６バイトのバッファ中の最初の１３バイトは、内部ポインタによって示されるポイントで始まるランダムバッファへＸＯＲされる。ポインタは変更される次のポイントを指すように更新される。表２はランダム関数のコードリストである。図７は、データエンジンからＣＰＥへ伝送されるポーリング要求(ＰｏｌｌＲｅｑｕｅｓｔ)メッセージのフォーマットを示す。ポーリング要求は応答にＣＰＥを含むように要求されるチャレンジを含む。チャレンジが予測できるときには、システムは“マンインミドル(manin middle)”攻撃を受けやすい。(マンインミドル攻撃では、攻撃者はトランシーバをセキュリティシステムとＣＰＥとの間に挿入し、期待されるチャレンジを生成してＣＰＥからの応答を期待し、後にセキュリティシステムが期待されるチャレンジを生成したときには、前に記憶した応答を戻して、それによりセキュリティシステムをだまして、ＣＰＥ装置がセキュリティシステムと接続をとっていると思わせる。)これはポーリング要求パケットの完全性の検査によって保護できるが、これはパケットの大きさおよび処理オーバーヘッドを著しく加えることになる。したがってこの発明の実施では予測可能なチャレンジではなくランダムなチャレンジを使用する。チャレンジの大きさはキー変更の頻度に依存し、セッションキーの寿命の中で反復してはならない。攻撃者が警報システムの直接的なポーリングによって実用的な時間スケール内で応答の合理的に完全な組を累積できないことを保証することも必要である。この実施形態では、１秒間に１回のポーリングの頻度を使用すると、１６ビットのチャレンジは１８時間後に使い切ってしまうことになる。対象的に、３２ビットのチャレンジは１３６年後に使い切ることになる。したがって４オクテットの２進フィールド（３２ビット）がチャレンジに使用される。ＣＰＥは、３つのタイプのポーリング要求を生成する。警報ポーリング要求は図８に示したフォーマットをもち、ＣＰＥへ送られて、警報ユニット内の警報インターフェイスの状態で更新を開始する“チャレンジ”のポーリング識別数が乱数であるときは別として、このメッセージは暗号化されないか、または保護されない。すなわち、ポーリング要求は乱数を含んでいて、それが“チャレンジ”として機能するが、他に暗号とか他のセキュリティ尺度を使用しない。第２のポーリング要求タイプは遠隔測定ポーリング要求（ＴＰｏｌｌ）である。これはデータエンジンによって送られて、ＣＰＥ内の遠隔測定アプリケーションインターフェイスからデータを要求する。メッセージは暗号化されないが、ハッシュフィールドが準備されていて、メッセージの完全性を保護し、傍受および変更を妨げる。ランダムなチャレンジが含まれ、メッセージはさらに遠隔測定アプリケーションで使用する付加的な情報用のフィールドを含む。第３のタイプのパネルのポーリング要求は、安全性（セキュリティ）が保護されていないポーリング要求（ＳＰｏｌｌ）である。これはＣＰＥ内でインターフェイスされるアプリケーションからデータを要求するためにデータエンジンによって送られるが、感知可能な情報は運ばない。例えば、これは自動販売機の状態を監視するアプリケーションで使用することができる。図９は、ポーリング応答メッセージの基本的なフォーマットを示す。ポーリング応答パケットの完全性は、変更に対する保護のために検査される。これは、メッセージのキーのある暗号ハッシュをメッセージの最後に付加することによって達成される。メッセージの本文は、ポーリング要求に送られたチャレンジ、および使用されたハッシュ関数を識別するオクテットを含む。ハッシュ関数は、この例では１２８ビットの出力（１６バイト）を生成するが、出力のサブセットを使用して、伝送オーバーヘッドを低減できるが、関係するセキュリティの幾つかが損なわれる。デコミッションされた警報システムがポーリング要求に応答するときは、警報システムの状態“コミッションまたはデコミッション”もその応答においてシグナリングされる。これは感知可能な情報であるので、（セッションキーの反転を使用することによって）それを生成するときか、または出力バイトの異なる組を選択することによってーハッシュ内に埋めこまれ、１６バイト未満がメッセージに付加される。セキュリティのために、ポーリング要求に応答しないか、または変更されたハッシュを使用することによって、デコミッションされる警報システムはその状態を中央サイトにシグナリングする必要がある。図１０は、警報ポーリング要求のフォーマットをより詳しく示す。図１１は、遠隔測定ポーリング要求メッセージに応答するときに送られる遠隔測定ポーリング応答のフォーマットを示す。図１２は、安全性の保護されていないポーリング応答メッセージのフォーマットを示す。これは、保護を要求する情報を運ばないＣＰＥにおいてアプリケーションからデータエンジンへ送られる。先行するポーリング応答とは異なり、このタイプではメッセージのセキュリティを保護するためにハッシュ関数を要求しない。図１３は、アクノリッジメントメッセージのフォーマットを示す。アクノリッジメントメッセージを使用して、ポーリング応答メッセージのデータフィールド内にシグナリングされた変更に続いて、警報要求の状態を循環する。これらのアクノリッジメントメッセージの完全性は、ハッシュ関数を含めることによって保護される。図１４は、セッションキーを送るのに使用されるメッセージ交換システムを示す。シーケンスが設計されているので、警報システムは中央サイトからこのようなセッションキーのみを受取る。同様に、状態のセキュリティに関係する変更（例えば、デコミッショニング）を行なうコマンドは、それが中央サイトから出されているときのみ受領される。メッセージ交換システムは、通信リンクの各端部の識別を確認するように設計されている。図に示したメッセージシーケンスにおいて、Ｉｄはメッセージタイプを識別するオクテットである。チャレンジＸは、チャレンジとして使用される乱数である。ＩＶはランダムな初期設定ベクトルである。セッションキーは、警報システムと中央側との間における次の通信に使用される８オクテットのセッションキーである。データは、警報ユニットに特定の１５オクテットまでのデータである。[ｘ_kは、暗号キーｋを使用したフィールドｘの暗号を示唆する。図１５は、中央サイトによって警報ユニットへ送られた最初のメッセージをより詳しく示す。Ｃｍｄはコマンドを識別する単一のオクテットであり、Ｃ−６は７オクテットのチャレンジであり、ＩＶＯ....７は明らかに送られる８オクテットのランダムデータである。[ＣＭＤ][ＣＯ....６]フィールドはマスタキーおよびＩＶフィールドを使用して暗号化される。図１６は、コマンドチャレンジに応答して戻される警報ユニットのチャレンジを示す。‘タイプ’は警報ユニットのチャレンジを識別し、ＣＯ−６は７オクテットの応答であり、ＡＯ−６は警報ユニットからの７オクテットのチャレンジであり、Ｒは埋め込み用のランダムなオクテットである。‘タイプ’からＲへの１６オクテットは、初期設定ベクトル（ＩＶ）としてマスタキーおよび先行するメッセージ（１６オクテット）を使用して上述のように暗号化される。図１７は、中央側の応答を示す。ＫＯ−７は８オクテットの新しいセッションキー（またはこれがセッションキーの更新でないときはランダムデータ）である。図１８は警報サイトの応答を示す。‘タイプ’は警報サイト（最終応答）を識別するオクテットである。“データ”は警報ユニットに特有の１５オクテット以内のデータである。これらの１６オクテットは、初期設定ベクトルとしてセッションキーおよび先行する暗号化されメッセージを使用して暗号化されている。図６は、ＣＰＥ、データエンジン(ＤＥ)、ＡＲＣ間における情報の流れの１例を示し、この場合、新しい警報はＣＰＥに接続された警報探知器によって報告される。メッセージａは、ＤＥからＣＰＥへ送られる第１のポーリング要求である。メッセージｂはＤＰＥからの第１のポーリングに対する応答である。この点で、状態の変更はなく、したがって応答は異なる各状態の警報数を記録するだけである。メッセージｂの後で、警報メッセージは警報探知器からＣＰＥによって受信される。メッセージｃは警報に続いてＣＰＥへ送られる第１のポーリング要求である。このときは応答、メッセージｄは普通の状態データに加えて、新しい警報、警報状態、およびＣＰＥ内の警報装置によって戻される付加的な情報を識別するデータを含む。応答において、ＤＥは警報アクノリッジメント、メッセージｅを戻す。メッセージｆは、ＤＥからＡＲＣへ送られる警報報告であり、ＡＲＣは報告アクノリッジメントメッセージ、メッセージｇを戻す。次にＤＥはメッセージｆを送り、ＡＲＣによって警報状態がアクノリッジされたことをＣＰＥに知らせる。これは警報の状態を“アウトスタンディング”に変更する。アクノリッジメントの中でメッセージｉが送られる。メッセージｊは、次の周期的なポーリング要求である。メッセージｋはＣＰＥにおいて警報の状態を戻すポーリング要求に対する応答である。下記の表３は、上述のプロトコルで使用されるタイマおよびカウンタ値を示している。図１９乃至２１は、ＩＴＵが決めたＳＤＬ（仕様および記述言語）の形式を使用して、上述のシステムを構成するときに使用するソフトウエアを説明している。図１９は、ＣＰＥ内の主要な処理素子を示す。これらは、警報ハンドラプロセス(Alarm Handler Process(AlrmHndIr))、プロトコルおよびセキュリティプロセス(Protocol and Security Process(ProtH))、およびセグメント化ハンドラ（Se gmentation Handler(SegmH)）を含む。これらの最後はトランスポート（伝送）プロトコルであり、ほぼ従来形の特徴をもち、他の伝送プロトコルによって代替できる。図１９において、インターフェイスＲ９は、電話線が切れたときに、中央ステーションと通信するのに使用できるＧＳＭバックアップリンクへの出力である。インターフェイスＲ３、Ｒ４は警報ハードウエアに接続されている。Ｒ１０はセキュリティ侵害信号用のルートである。Ｒ５、Ｒ６は、警報ハンドラとＰｒｏｔＨ素子間の通常の対話であり、Ｒ７、Ｒ８はＳｅｇｍＨとＰｒｏｔＨとの間の通常の対話である。Ｒ１、Ｒ２はＩＳＤＮＤチャンネルとの間の接続であり、Ｒ１１、Ｒ１２は別の通信チャンネル、例えばＧＳＭネットワークに対する接続である。図２０は警報ハンドラプロセスを示し、図５Ｂの状態図に対応する。図２０ａは始動からの遷移を示し、図２０ｂは警報からアウトスタンディングへの遷移を示す。図２０ｃはアウトスタンディングから再設定−呼出し(reset-raised)へ、再警報−呼出しから警報への遷移を示す。図２１はプロトコルおよびセキュリティプロセスを示し、図５Ａの状態図に対応する。図２１Ａはアイドルからコミッショニングへの遷移を示す。図２１Ｄはコミッショニングからアクティブを示し、図２１Ｃはデコミッショニングからアクティブ状態におけるセキュリティ変更を示し、図２１Ｄはアクティブ状態におけるデータエンジンからの標準およびアウトスタンディングメッセージ、およびアクノリッジメントを示す。図２１Ｅは、アクティブ状態におけるポーリングを示し、図２１Ｆはアクティブ状態における警報およびクリアのアクノリッジメントを示し、図２１Ｇは図２１Ｃの遷移の付加的な特徴を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｑ 9/00 ３１１Ｈ０４Ｌ 11/00 ３１０Ｚ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者パーキンソン、デイビッド・ウィリアムイギリス国、アイピー１・３エスエー、サフォーク、イプスウィッチ、ヘンリー・ロード 36 (72)発明者タック、ロバート・アーネストイギリス国、エヌエヌ11・４イーイー、ノーサンツ、ダベントリー、ザ・グリーンウェイ 14

Claims

【特許請求の範囲】１．遠隔端末と制御ステーションとの間の通信リンクを含む通信システムを動作する方法であり：ａ）遠隔通信リンク上に置かれているディジタルメッセージ伝送チャンネル上でポーリング要求を送ることと；ｂ）遠隔ステーションでポーリング応答メッセージを生成して、前記ポーリング応答メッセージの一部のみを暗号化することと；ｃ）ディジタルメッセージ伝送チャンネル上で遠隔端末から制御ステーションへ応答信号を戻すことと；ｄ）ポーリング応答メッセージを解読することとを含む通信システムを動作する方法。２．ディジタルメッセージ伝送チャンネルが、ＩＳＤＮ回路のＤチャンネルである請求項１記載の方法。３．遠隔の端末がセキュリティアラームであり、ポーリング応答が警報状態を示すデータを含む請求項１または２記載の方法。４．遠隔の端末が複数のセグメントでポーリング応答を送り、中央ステーションが受取った各メッセージのアクノリッジメントおよびセグメントから組み立てられたメッセージの別のアクノリッジメントを戻す請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。５．遠隔通信リンクが、遠隔ステーションをローカル交換局にリンクするローカルアクセスネットワークを含む請求項１乃至４の何れか１項記載の方法。６．中央ステーションからの各ポーリング要求が異なる識別コードを含み、ポーリング応答の暗号化した部分が各ポーリング要求の識別コードを含む請求項１乃至５の何れか１項記載の方法。７．ポーリング要求の幾つかが無線通信リンクで送られる請求項１乃至６の何れか１項記載の方法。８．ａ）ポーリング要求生成装置と；ポーリング応答メッセージをデコードするデコーダとを含む制御ステーション、ｂ）ポーリング応答メッセージを生成するポーリング応答生成装置と；ポーリング応答メッセージの一部分のみをコード化するようにされたエンコーダとを含む遠隔端末、および、ｃ）使用の際に制御ステーションから遠隔端末へポーリング要求を送り、部分的にコード化された応答メッセージを遠隔端末から制御ステーションへ送るディジタルメッセージ伝送チャンネルを含む遠隔通信回路から成る通信システム。９．遠隔通信回路がＩＳＤＮ回路であり、メッセージ伝送チャンネルがＩＳＤＮ回路のＤチャンネル内で送られる請求項８記載のシステム。１０．ａ）ディジタルメッセージ伝送チャンネルにおいて遠隔ステーションとの間でメッセージを送受信するようにされたディジタルメッセージ伝送チャンネルインターフェイスと；ｂ）ディジタルメッセージ伝送チャンネル上を送るポーリング要求を生成するようにされたポーリング要求生成装置と；ｃ）ディジタルメッセージ伝送チャンネル上で受取られる部分的に暗号化されたポーリング応答メッセージをデコードするようにされたデコーダと；ｄ）ポーリング応答メッセージを翻訳するようにされた制御装置とを含む請求項１乃至７の何れか１項記載の制御ステーション。１１．ａ）ポーリング応答メッセージを生成するポーリング応答生成装置と；ｂ）ポーリング応答生成装置に接続され、ポーリング応答メッセージの一部分のみをコード化するようにされたエンコーダと；ｃ）ディジタルメッセージ伝送チャンネルへ接続され、ポーリング応答生成装置およびエンコーダによって生成される部分的にエンコードされたポーリング応答メッセージを出力するようにされたディジタルシグナリングインターフェイスとを含む請求項１乃至７の何れか１項記載の方法で使用する遠隔端末。