JP2001508627A

JP2001508627A - 改良されたネットワークセキュリティ装置

Info

Publication number: JP2001508627A
Application number: JP53439998A
Authority: JP
Inventors: フリードマン、アーロン; ボゾキ、エバ
Original assignee: フォートレステクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 1997-01-03
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 2001-06-26
Also published as: US20020019933A1; WO1998032065A3; AU5811598A; IL130774A0; US6240513B1; EP0951767A2; AU743258B2; WO1998032065A2

Abstract

(57)【要約】ネットワークセキュリティ装置が保護されたクライアントとネットワークの間に接続されている。ネットワークセキュリティ装置は、その他の保護されたクライアントとセッション鍵を交渉する。そして、二つのクライアントの間の通信はすべて暗号化される。本発明の装置は、自動構成を行い、そのクライアントのＩＰアドレスに対して装置自身をロックする。従って、クライアントは、一度設定されたそのＩＰアドレスを変更することができず、よって、ＩＰアドレスを他のクライアントにエミュレートすることができない。パケットが保護されたホストから伝送されると、セキュリティ装置は、パケットをネットワークに伝送する前に、クライアントのＭＡＣアドレスをそれ自身のＭＡＣアドレスに変換する。ホストにアドレス指定したパケットは、セキュリティ装置のＭＡＣアドレスを含む。セキュリティ装置は、パケットをクライアントに伝送する前に、そのＭＡＣアドレスをクライアントのＭＡＣアドレスに変換する。

Description

【発明の詳細な説明】改良されたネットワークセキュリティ装置関連出願本出願は、アーロン・フライドマン博士およびエバ・ボゾキ博士が１９９７年１月３日に提出した、「改良されたネットワークセキュリティ装置」と題する米国仮特許出願番号６０／０３３，９９５の利益を請求する。また、本特許出願は、１９９５年９月１８日に提出した「ネットワークセキュリティ装置」と題した米国特許出願通し番号０８／５２９，４９７号に説明した発明の改良に向けたものである。これらの二つの書類は、本書の中で参照のため引用している。発明の分野本発明は、セキュリティコンピュータ（“クライアント”）と、ネットワークおよび／またはセキュリティローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）と広域ネットワーク（ＷＡＮ）との間に接続されているネットワークセキュリティ装置の改良と、ネットワークセキュリティ装置を使用する方法に向けたものである。発明の背景Ａ．ネットワークアーキテクチャ５つの伝送または中枢網Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥとスタブネットワークＲ，Ｙ，およびＺを含むインターネット通信ネットワーク１００を図１に示している。“中枢”網とは、通信したデータをあるネットワークから他のネットワークに搬送する中間ネットワークである。“スタブ”ネットワークとは、通信したデータが初めに発信できる、あるいは最後に受信できる端末またはエンドポイントである。スタブネットワークＲのようなネットワークはそれぞれ、一つ以上の相互接続したサブネットワークＩ，Ｊ，Ｌ，およびＭを含む。ここで、サブネットワークという用語は、例えば、(ｃ，ｗ)、(ｄ)、(ａ)、(ｂ，ｘ，ｙ)、(ｑ，ｖ)、(ｒ，ｚ)、(ｓ，ｕ)、(ｅ，ｆ，ｇ)、(ｈ，ｉ)(ｊ，ｋ，ｌ)、（ｍ，ｎ）および（ｏ，ｐ）のような一つまたはそれ以上のノードの集合のことを言い、ノード間通信用のワイヤとスイッチによって相互接続されたものである。サブネットワークは、それぞれ、ローカルエリア・ネットワーク（または“ＬＡＮ”）でもよい。サブネットワークは、それぞれ、ホストコンピュータ（“ホスド”）ｕ，ｖ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚ（三角で示す）またはルータ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ，ｒ，ｓ（四角で示す）などのような一つ以上の相互接続ノードを有している。ホストは、通信したデータがはじめに発信できる、または最後に受信することができるエンドポイント・ノードである。ルータは、他の二つのノード間の中間ノードとしてのみ働くノードである。すなわち、ルータは、一つのノードから通信したデータを受信し、そのデータを他のモードに再び伝達する。全体的には、中枢網、スタブネットワーク、サブネットワークおよびノードを、ここでは、“インターネットシステム”と呼ぶ。図２は、ホストまたはルータノード１０のブロック図である。図示の如く、ノードはＣＰＵ１１、メモリ１２、およびバス１４に接続された一つ以上の入出力ポート（またはネットワーク・インターフェース）１３−１、１３−２、…１３−Ｎを含む。実例を示すと、各入出力ポート１３−１，１３−２、…１３‐Ｎは、ワイヤ、オプティカルファイバ、および／またはスイッチによってもう一方のノードの入出力ポートに接続されている。入出力ポート１３−１、１３−２、 ..．１３−Ｎは、一つ以上のパケットに編成されたビットストリームの形状で通信したデータをもう一つのノードに伝達するためのものであるとともに、もう一つのノードからパケットを受信するためのものである。ホスト１０がイーサネットであるサブネットワークに接続したホストコンピュータである場合、そのホストはイーサネットインターフェースである入出力ポートを有する。初めにもう一つのノードに伝達するパケットを生成するホストは、出所ノードと呼ばれ、最後にパケットを受け取るホストは宛先ノードと呼ばれる。通信は、出所ノード、ゼロまたはそれ以上の中間ノード、および宛先ノードを含む一連のノードを介してバケツリレー方式でパケットを転送することによって行われる。例えば、パケットはノードｗからノードｃへ、次にノードｄへ、次にノードｂへ、そしてノードｘへ伝達される。例として通信したデータ（すなわち、ユーザデータ）を含むペイロード荷重４１と制御および／またはアドレス情報を含むヘッダー４２を含むパケット４０を図３Ａに示している。一般的に、ヘッダー情報はＩＰ層や物理層を含む層に配置されている。ＩＰ層は、一般的にＩＰ出所アドレス、ＩＰ宛先アドレス、検査合計、および多重ホップネットワークのホップ数を表すホップ計数を含む。物理層のヘッダーは、出所のＭＡＣ（メディアアクセス制御）アドレス（ハードウェアアドレス）と宛先のＭＡＣアドレスを含む。ユーザデータは、ＴＣＰヘッダーを含むＴＣＰ（伝達制御プロトコル）パケットまたはＵＤＰヘッダを含むＵＤＰ（ユーザデータプロトコル）パケットを含んでいてもよい。これらのプロトコルは、とりわけ、伝送する情報のパケット化、受け取ったパケットの最初に伝送された情報への再組立て、およびパケットの伝達と受け取りのスケジュール化（例えば、Ｄ．コマー著“ＴＣＰ／ＩＰによるインターネット作業”第１巻（１９９１年）、Ｄ．コマーおよびＤ．スチーブンズ著“ＴＣＰ／ＩＰによるインターネット作業第２巻（１９９１年）を参照のこと）を制御する。図３Ｂに示すように例示したインターネット・プロトコル（ＩＰ）では、インターネット１００の各ノードは、図３Ｂに示すノードｙのインターネットアドレス３０のような、インターネット全体において唯一のインターネットアドレス（ＩＰアドレス）を割り当てられる。１９８１年９月発行のインフォメーション・サイエンス・インスティテュート、ＲＦＣ７９１“インターネット・プロトコル”を参照のこと。ＩＰアドレスは、階層方式で割り振られる。すなわち、各ノードのインターネット（ＩＰ）アドレスはノードのネットワークを示すアドレス部３１と、ノードの特定のサブネットワークを示すアドレス部３２と、特定のホストまたはルータを識別し、特定のサブネットワーク内の個々のノードの間を区別するホスト部３３を含む。ＩＰプロトコルを使用するインターネットシステム１００においては、出所および宛先ノードのＩＰアドレスは、出所ノードによってパケットヘッダ４２（図３Ａ参照）の中に入れられる。パケットを受け取るノードは、これらのアドレスを調べることにより、出所ノードか宛先ノードかを識別することができる。インターネットシステムでは、宛先のＩＰアドレスは、既知のものであり、ＭＡＣフレームヘッダに入れる物理アドレス（すなわちＭＡＣアドレス）は決定しなければならない。宛先ホストが同じローカルエリア・サブネットワーク上にある場合は、（そしてこれは、出所および宛先ＩＰアドレスが同じであるかどうかをみれば用意に判断できる。）ＭＡＣヘッダー宛先アドレスフィールドに入れるべき宛先アドレスが、単純に宛先ホストの物理アドレスである。ＭＡＣ宛先アドレスは、出所ホストによってＡＲＰリクエストを宛先ホストのＩＰアドレスとともにブロードキャストメッセージとして送り、宛先ホストによってそのハードウェア（ＭＡＣ）アドレスを返すＡＲＰ（アドレス・リゾリューション・プロトコル）によって見つけることができる。このＭＡＣアドレスは、ＭＡＣフレーム（物理層）ヘッダに入れることができる。Ｂ．暗号化技術図１のインターネットシステム１００のようなネットワーク内の盗聴はメッセージ暗号化技術を利用することによって防ぐことができる。メッセージ暗号化技術は、暗号化データへのセッション鍵と呼ばれる、数を使う暗号化機能を採用している。互いに通信しているホスト同士のみがセッション鍵の知識を有しており、従って、特定の会話で結び付いている適当なホストのみがディジタル信号を暗号化したり復号化したりすることができる。暗号化機能の三つの例を挙げると、（１）米国標準局データ暗号化規格（ＤＥＳ）(標準局のＦＩＰＳ−ＰＵＢ− ４５，“データ暗号化規格”１９７７年を参照のこと)、（２）高速暗号化アルゴリズム（ＦＥＡＬ）(日本のシステム＆コンピュータ、第１９巻、Ｎｏ．７のシミズおよびＳ．ミヤグチ氏による“ＦＥＡＬ−高速データ暗号化アルゴリズム ”１９８８年、および１９９０年８月カリフォルニア州サンタバーバラにおけるＣＲＹＰＴＯ'９０の会報であるＳ．ミヤグチ氏による“ＦＥＡＬ暗号化ファミリー”を参照のこと)、および（３）国際データ暗号化アルゴリズム(“ＩＤＥＡ ”)（コンスタンツのハートゥング‐ゴーレ出版社による情報処理のＥＴＨシリーズ、第１巻、Ｘ．ライ氏による、“ブロック暗号の設計と安全について”１９９２年参照のこと）がある。暗号化機能を使用する一つの方法は、電子コードブック技術である。この技術は、数式ｃ＝ｆ（ｍ，ｓｋ）により、通常のテキストメッセージｍを暗号化し、暗号化関数ｆを使って暗号分メッセージｃを作成する (ｓｋはセッション鍵)。メッセージｃは、通常のテキストメッセージｍ＝ｆ（ｃ，ｓｋ）を求めるためのセッション鍵ｓｋの知識があってのみ復号化することができる。二つの通信ホストの間のセッション鍵の取り決めは公開鍵暗号手法を使って行うことができる。(米国特許第５，２２２，１４０号および第５，２９９，２６３号参照のこと)。公開鍵暗号化技術について説明する前に、少し背景情報を説明したほうが効果的であろう。ほとんどの実用的な近代の暗号手法は、難しい（すなわち、平均で多項式時間算法で解くことができない）と信じられている（ただし証明はされていない）二つの悪名の高い数学的問題に基づいている。二つの問題とは、因数分解と離散対数として知られている。因数分解の問題は、次のように定義される。入力：ＮここでＮ＝ｐｑで、ｐとｑは大きい素数である。出力：ｐおよび／またはｑ離散対数の問題は次のように定義される。入力：Ｐ，ｇ，ｙここでｙ≡ｇ^x ｍｏｄＰで、Ｐは大きい素数である。出力：ｘ（離散対数の問題は、同様に複合係数Ｎ＝ｐｑで同様に定義できる。）因数分解と離散対数の問題に基づいて、暗号化システムのクラッキング問題に相当するその他の問題を定義している。暗号手法で前に開発した、このような問題のシステムのひとつ（ＩＥＥＥ情報理論の戦術ＩＴ−２６１９８０年１１月６日号のＨ．Ｃ．ウィリアムズ氏による“ＲＳＡ公開鍵暗号化の変更”を参照のこと）に、モジュラー平方根の問題があり、これは次のように定義される。入力：Ｎ，ｙここでｙ≡ｘ² ｍｏｄＮおよびＮ＝ｐｑで、ｐとｑは、大きい素数である。出力：ｘｐとｑがわかっていれば平方根の計算は簡単であるが、ｐとｑがわかっていない場合は計算が困難である。Ｎが二つの素数からなる場合は、一般的に四つの平方根ｍｏｄＮがある。ここで使用しているように、ｚ≡√ｘｍｏｄＮは、ｘが最も小さい整数であり、ｚ²≡ｘｍｏｄＮであるということを意味するよう定義されている。もう一つの問題は、複合Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ（ＣＤＨ）問題であり、これは、次のように定義される：入力：Ｎ，ｇ，ｇ^x ｍｏｄＮ，ｇ^y ｍｏｄＮ，ここでＮ≡ｐｑであり、ｐとｑは大きい素数である。出力：ｇ^xy ｍｏｄＮモジュラー平方根と複合Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎの問題は、上記のような因数分解の問題を解くのと同じぐらい難しいということが数学的に証明されている(１９７９年１月発行の、ＭＩＴラボラトリー・フォー・コンピュータ・サイエンス、ＴＲ２１２の、Ｍ．Ｏ．ラビン氏による“因数分解と同様に至難なディジタル化署名と公開鍵機能”；１９８５年２月発行の、テクニオンのコンピュータサイエンス部門、イスラエルＴＲ３５６の、Ｚ．シミューリー氏による “複合Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ公開鍵が生成する方式は、壊れにくい”；および１９８８年発行のジャーナル・オブ・クリプトロジー第１巻、第２巻のｐ．９５〜１０５のＫ．Ｓマッカーレー氏による”因数分解と等しい鍵分配システム“を参照のこと)。典型的な公開鍵暗号化システムでは、それぞれのユーザＩが公開鍵Ｐ_i（係数Ｎ）と秘密鍵Ｓ_i（例えば、係数ｐおよびｑ）を有している。ユーザＩへのメッセージはすべての人に知られている公開鍵（例えば、数の２乗ｍｏｄＮ）を使用する公開操作を使って暗号化される。しかし、このメッセージは、秘密鍵（例えば、係数ｐおよびｑ）を使った秘密操作（例えば、平方根ｍｏｄＮ）によって復号化される。Ｃ．ネットワークセキュリティ装置現在のところ、現存のネットワークセキュリティ製品は、（１）ＪａｎｕｓやＡＮＳのようなファイアウォールと（２）暗号化メール、保護されたｈｔｔｐ、ワンタイム・パスワードなどのようなソフトウェア製品の二つのクラスに分類される。ファイアウォールは通常はＵｎｉｘオペレーティングシステムを実行する専用のコンピュータである。これは、出入りする通信に対してフィルタの役割を果たす。ファイアウォールは、ローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）と外の世界との間のルータとして配置させる。パケットを渡すかどうかの決定は、出所および／または宛先ＩＰアドレスとＴＣＰポート番号に基づいて下される。ファイアウォールによっては、通信の両側で同じブランドのファイアウォールを採用していれば、データを暗号化することができるものもある。また、ファイアウォールによっては、個人認証機能を有するものもある。ソフトウェア製品は、それらがインストールされるコンピュータが安全であり、セキュリティ対策は、ネットワークの外でのみ必要であるという前提の下に使用する。従って、このようなソフトウェア製品は、コンピュータの中に入りこむことによって容易に飛ばすことができる。典型的な計画としては、侵入者が、暗号化していないすべてのトランザクションのコピーを彼に送るコンピュータに “トロイの木馬”を植え込むことである。場合によっては、コンピュータが監視されていないと思われるオフの時間に遅延動作として行われる場合もある。さらに、侵入に対してコンピュータの完全性を維持するために設計された認証製品もある。これらの製品は、製品が１００％安全であるという前提に基づくものである。製品が一度汚染されると、全体的に無効となる。一人のユーザの不注意な使用法によって製品の他のユーザがすべて危険にさらされる場合もある。ファイアウォールは、ネットワークセキュリティを維持する場合により効果的である。しかし、それらは非常に高価である。価格の範囲は、＄１０，０００から＄５０，０００の間であり、さらにハードウェアの価格が加わる。さらにインストレーションとメンテナンスに高レベルな専門的技術を必要とする。最も洗練され、効果的なファイアウォールは、そのメンテナンスに特別訓練された技術者またはエンジニアを必要とする。特殊な訓練は、一人に付き＄１０，０００かかり、１年につき、給料が＄６０，０００から＄１２０，０００以上コストに加算される。ファイアウォールは、正当なセキュリティを実現するには、定期的にメンテナンスを行い、変更し、監視しなければならない。そして、これは、インターネット・プロトコルのＴＣＰ部分のみに利用でき、ＵＤＰ部分には利用できない。従って、ＮＦＳ（ネットワーク・ファイル・サービス）や、多くのクライアント／サーバアプリケーションにはセキュリティを提供しない。ファイアウォールは、メンテナンスと監視のためにログインできるフルサービスのコンピュータである。従って、これも介入される可能性がある。ファイアウォールが汚染されると、効果がなくなり、セキュリティの役割を果たすどころか不利となる。ファイアウォールは、ＬＡＮとＷＡＮ（広域ネットワーク）の間の接続を保護するだけである。ＬＡＮの中から特定のホストへの侵入に対して、セキュリティ機能は働かない。これまで説明した内容から、本発明の目的は、従来の技術のネットワークセキュリティ装置の欠点を克服することにある。本発明のもう一つの目的は、ネットワークにつなげられた個々のホストに対してネットワークセキュリティを提供するハードウェア装置を提供することにある。本発明のさらにもう一つの目的は、広域ネットワークに接続したローカルエリア・ネットワークに対してネットワークセキュリティを提供することにある。発明の要約本発明は、米国特許出願通し番号０８／５２９，４９７に説明したネットワークセキュリティ装置への改良である。これらの改良点は、（１）ＬＡＮを保護するためにそれを適用する装置における変更、（２）鍵生成の改良、（３）改良された鍵交換アルゴリズム、および（４）二重完全性チェックを行う改良されたパケット処理手順を含む。本発明のネットワークセキュリティ装置の好ましい実施形態は、保護されたクライアントに接続された第１のネットワーク・インターフェースと、ネットワークの一部に接続された第２のネットワーク・インターフェースと、両インターフェースに接続された処理回路とを含む。保護されたクライアントからの通信は、クライアントから第１のインターフェース、処理回路、第２のインターフェースへと進み、ネットワークに入る。同様に、ネットワークから受信した通信は、第２のインターフェース、処理回路、第１のインターフェース、保護されたクライアントへと進む。本発明の好ましい実施形態は、次の４つの鍵を有する。（１）静的（永久）私用鍵（２）動的（変更）私用鍵（３）静的公開鍵、および（４）動的公開鍵好ましい実施形態では、公開鍵が、二つのネットワークセキュリティ装置の間で交換され、共通の秘密鍵を確立する。共通の秘密鍵は、二つの特定の装置の間ですべてのメッセージを暗号化／復号化するのに使用する鍵である。この鍵は、転送してはならない。静的鍵は、各装置独自の永久鍵である。動的鍵は、予め決められた有効期限があり、２４時間毎など、定期的に交換される。静的鍵は、ホストのＩＰアドレス、保護されたホストとネットワークセキュリティ装置との間で接続されたネットワーク・インターフェースのＭＡＣアドレス、およびセキュリティ装置の通し番号から求めた種を使って生成するのが好ましい。また、動的鍵は、現行の日付および時間情報から求めた種を使って生成するのが好ましい。保護されたクライアントから受け取ったパケットは、ネットワークを介して宛先へ伝送される前にＩＤＥＡ，ＦＥＡＬ，またはＤＥＳのような暗号化機能を使って、暗号化される。同様に、宛先から受け取った暗号化されたパケットは、復号化される。このような暗号化や復号化は、保護されたクライアントと宛先（ネットワークの中の他の場所に位置する別のネットワークセキュリティ装置の保護されたクライアントである宛先）によって処理される共通セッション鍵を必要とする。共通暗号鍵（すなわち共通の秘密鍵）は、公開鍵暗号化技術を使って獲得することができる。鍵交換を助けるため、ネットワークセキュリティ装置は、二つのデータベースを保持している。静的データベース（ＳＤＢ）は、ネットワーク内の保護されたホストまたはノードについての情報を含む。保護されたホストまたはノードは、ネットワークセキュリティ装置によって保護されたホストまたはノードである。静的データベースの中の各エントリは、特定の保護されたホストについての情報、すなわち、ホストＩＰアドレス、データベースの中に入った時間、およびホストの永久公開鍵などを含む。動的データベース（ＤＤＢ）は、保護されたホストと保護されていないホストについての情報を含む。動的データベースの中の各エントリは、ホストのＩＰアドレス、ホストの動的鍵が生成された時間、ホストが保護されているかいないかを表すフラグ、ホストが移行中（すなわち鍵の交換中）であるかどうかを表すフラグ、および共通の秘密セッション鍵へのポインタを含む。ホストｉのネットワークセキュリティ装置がホストｊのネットワークセキュリティ装置との共通の暗号鍵について一致させるのに使用するプロトコルは次の通りである。ホストｉからホストｊへ通信すると考える。通信は、ホストｉからホストｉのネットワークセキュリティ装置に到着する。ネットワーク安全装置は、ホストｊが動的データベースにあるかどうかをチェックする。ホストｊが動的データベースにある場合は、動的データベースがホストｉとホストｊとの間の通信のための共通暗号鍵を持っているかどうかを判断する。そのような共通のセッション鍵がある場合は、ホストｉからの通信は、共通暗号鍵を使って暗号化され、ホストｊに伝達される。共通の暗号鍵がない場合は、ホストｉはその公開鍵Ｐ_iの動的部分をホストｊに送り、ホストｊは、その公開鍵Ｐ_jの動的部分をホストｉに送ることによって返す。公開鍵の動的部分の交換は、ホストｉとホストｊの静的データベースから得られる公開鍵の静的部分を使って暗号化することができる。共通暗号鍵は、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ技術によって計算される。各ネットワークセキュリティの動的鍵は、２４時間などのような特定の有効期限を有するため、二つの装置の鍵の期限切れ時間の間に時差がある場合がある。従って、一つの装置の動的鍵が、パケットを受け取る前に期限切れとなる可能性がある。これを防ぐ一つの方法は、この時差を考慮するということである。ＤＤＢは、パケットが送られた時間とパケットを受け取った時間との間の時差を修正することができる。また、ＤＤＢ時間生成エントリは、ネットワークセキュリティ装置に、相手の動的鍵が無効となるとそれを知らせる。従って、ノード間の通信が始まると、無効となった共通動的鍵を使用しようと試みるのではなく、新しい動的鍵の交換が認可されるかどうかを判断することができる。これは、ホストｉの静的データベースにホストｊのエントリがあると仮定しての話である。そうでない場合は、動的公開鍵の交換の前に、静的公開鍵が交換され、ホストｉの静的データベースでホストｊのデータベースエントリが形成される。さらに、ホストｉの動的データベースにホストｊのエントリがない場合は、そのエントリは動的鍵の交換の前に生成される。ネットワークセキュリティ装置が受け取ったパケットと接続されたホストは、次のように処理されるのが好ましい。そのパケットからのＩＰおよびＭＡＣヘッダは新しいＩＰパケットにコピーされる。クライアントホストの物理アドレス（例えばクライアントとネットワークセキュリティ装置の間のネットワークインターフェースのＭＡＣアドレス）は、ネットワークセキュリティ装置のＭＡＣアドレス（例えば、ネットワーク安全装置とネットワークの間のネットワークインターフェースのＭＡＣアドレス）と置きかえられる。新しいＩＰパケットは、プロプライエタリなヘッダとプロプライエタリなテイルを含む。検査合計情報を含むパケットについての情報は、プロプライエタリなテイルに保存される。データとプロプライエタリなテイルは、ここで暗号化される。次にプロプライエタリなヘッダが、暗号化されたデータに対する検査合計を含む情報で充填される。そしてこのパケットがネットワークに転送されるのである。この処理方法により、二重の完全性のチェックを行うことができる。暗号化の後に計算された検査合計は、復号化の前に受信側が通過中に暗号化されたデータの完全性試験を行うことによってチェックする。プロプライエタリなテイルの検査合計は、暗号化の前に計算され、復号化後に受信側によってチェックされる。検査合計を暗号化するのに使用する静的および動的鍵は、二つの通信中のホストにしか知られていないため、この検査合計は、強い認証の手段となる。この検査合計は、共通の秘密鍵が両側で同一でない場合は異なり、実際のデータの完全性試験を行う。パケットが暗号化された後に検査合計を保護されたハッシュ機能と置き換えると、ディジタル署名となるのである。暗号化は、ＴＣＰとＵＤＰパケットが符号化されるように、ＩＰレベルで行われる。一言で言えば、本発明のネットワークセキュリティ装置は、多くの有効な利点を有するということになる。ファイアウォールのように、発明のネットワークセキュリティ装置は、好ましい実施形態では、ハードウェア／ソフトウェアの組み合わせである。しかし、これは、密閉された“箱”であり、ログインすることができない。従って、これは、ファイアウォールができることで妥協することができない。よってＬＡＮの各ノードにこれを設けることができる。このようにＬＡＮの外部同様、内部をも保護することができるのである。ネットワークセキュリティ装置は直接ＩＰレベルで作動する。従って、それは、すべてのタイプのＩＰプロトコルに対応でき、異なったネットワーク・アプリケーションに特別な形状を必要としない。よって、本発明のネットワークセキュリティ装置は、メンテナンスを必要としない。図面の簡単な説明本発明は、次の図を参照して説明する。図１は、インターネットシステムの略図である。図２は、図１のネットワークにおけるホストのアーキテクチャの略図である。図３Ａおよび３Ｂは、図１のネットワークで転送されたパケットの形式を表した図である。図４Ａは、本発明の実施形態に従って、図１のネットワークにおけるホストと共に使用するネットワークセキュリティ装置を表したものである。図４Ｂは、本発明の実施形態に従って、ＬＡＮとともに使用するネットワークセキュリティ装置を表したものである。図５は、図４のネットワークセキュリティ装置によって保持されている静的データベースのエントリを表したものである。図６は、図４のネットワークセキュリティ装置によって保持されている動的データベースのエントリを表したものである。図７は、図４のネットワークセキュリティ装置が使用する起動方法を表したフローチャートである。図８は、図４のネットワークセキュリティ装置が使用する鍵交換方法を表したフローチャートである。図９は、図４のネットワークセキュリティ装置が使用するＩＰパケット処理アルゴリズムを表したフローチャートである。図１０は、ネットワークセキュリティ装置によって接続されているホストから受け取ったＩＰパケットと、ネットワークセキュリティ装置からネットワークへ伝送されたＩＰパケットを表したものである。図１１は、図１０のパケットを処理する方法を表したフローチャートである。発明の詳しい説明発明の概要図４Ａは、本発明の実施形態に従って、ホストを保護するためのネットワークセキュリティ装置の略図である。安全装置４００は、クライアントホスト４０４に接続された第１のインターフェース４０２を含む。特に、インターフェース４０２は、ケーブルまたはワイヤ４０６でクライアントホスト４０４のネットワークインターフェース（例えば、図２のインターフェース１３）に接続されている。セキュリティ装置４００は、ネットワーク１００の一部に接続されている第２のインターフェース４０８を含む。実例として、インターフェース４０８は、インターフェース４０２および４０８がSＭＣエリート・ウルトラ・インターフェースのようなイーサネット・インターフェースとなるように、イーサネットに接続されている。図４Ｂは、本発明の実施形態よるＬＡＮを保護するためのネットワークセキュリティ措置４００'の略図である。図４Ｂに示すように、本発明によるネットワークセキュリティ装置４００'は、イーサネット・ネットワーク（例えば、ファイルサーバ４５２およびワークステーション４５４を含む）のようなＬＡＮ４５０と、インターネットのようにＬＡＮ４５０とＷＡＮ１００の間の通信を径路指定するルータ４５６の間に接続されている。後に詳しく説明するように、ネットワークセキュリティ装置にいくつかの変更がなされており、ＬＡＮの保護に使用できるように適合してある。図４Ｂにも示しているように、ネットワークセキュリティ装置はカスケード式トポロジーに配列されている。ワークステーション４５４は、ネットワークセキュリティ装置４００を備えている。図４Ａに戻るが、ＣＰＵ４１０がインターフェース４０２、４０８に接続されている。ＣＰＵは、例えば、インテル４８６ＤＸ６２−６６またはペンティアムである。あるいは、処理回路は、一つ以上のＡＳＩＣｓ(特定用途向けＩＣ)、あるいはＡＳＩＣｓとＣＰＵの組み合わせとして実現してもよい。静的記憶装置４１２（例えば、フラッシュＥＥＰＲＯＭ）は、ＣＰＵ４１０に接続されており、動的記憶装置４１６（例えば、ＲＡＭ）はＣＰＵ４１０に接続されている。オプションの暗号化モジュール４１８を設けて暗号化と大きな数の算術演算を実行してもよい。暗号化ユニットは、プログラム可能論理回路として実現してもよい。あるいは、暗号化モジュール４１８を省略して、その機能をＣＰＵ４１０が実行するソフトウェア・プログラムを使って実行してもよい。しかし、ある暗号化機能は、計算集中型であるため、ネットワークセキュリティ装置４００の他の機能から暗号化機能を分離したほうが好ましい。ＣＰＵ１１が実行するソフトウェアは、（１）オペレーティング・システム、（２）ネットワーキング・システム、（３）鍵計算アルゴリズムの３つの構成要素を有する。オペレーティングシステムとネットワーキングシステムは、共にＵｎｉｘのようなカーネルの一部である。鍵計算アルゴリズムは、メモリ内にあり、ネットワーキングシステムが信号を送って作動させる。オペレーティングシステムは、ＲＡＭ，ディスクおよびイーサネットインターフェースを除いたすべてのドライバを取り出した、ロポット化したリニックスシステム(Lin ux-system)である。ネットワーキングシステムは、通信、鍵交換、暗号化、構成などを行う。好ましい実施形態では、鍵計算ソフトウェアは、他のソフトウェアとは別に実行する。これにより、鍵計算の計算集中タスクをオペレーティングシステムとネットワーキングシステムから離れる。ＣＰＵ４１０は、二つのデータベースを保持している。一方のデータベースは、好ましくはフラッシュＲＯＭ４１２のような永久メモリに保存された静的データベース（ＳＤＢ）４１２である。図５は、ＳＤＢ４１２の中の一つのエントリを示している。ＳＤＢは、クライアントホストだけでなく他のホストに対するエントリを有していてもよい。図５に示すように、静的データベースのエントリ５００には、ネットワークセキュリティ装置４００とネットワーク内の他の保護されたノードについての永久情報を含む。静的データベースエントリ５００は、他の保護されたノードについて、次のような情報を含んでいてもよい。すなわち、他のノードのＩＰアドレス５０２、この他のノードがデータベース５０４に入った時間５０４、ノードの永久公開鍵５０６、およびネットワークセキュリティ装置４００と他のノードの装置が共有する静的共有鍵５０８へのポインタである。また、静的データベース５００は、接続したホストのＩＰアドレスと通し番号５１０を含んでいてもよい。第２のデータベースは、動的データベース（ＤＤＢ）４１６で、ＲＡＭのような揮発性記憶装置の中に保存することができる。図６は、ＤＤＢ４１６の中の一つのエントリを表したものである。図６に示すように、動的データベースのエントリ６００には、保護されたノードと保護されていないノードに関する情報、すなわち、他方のノードのＩＰアドレス６０２、最後のパケットがその他方のノードから送られた時間６０４、他方のノードの動的鍵が作成された時間６０６、そのノードと共有している動的共有秘密鍵６０８および静的共有秘密鍵６１０へのポインタ、最後にアップデートした時間、ノードが保護されている（例えば、独自のネットワークセキュリティ装置を有している）かどうかを表す保護されたフラグ６１２、そしてノードが移行中（すなわち、鍵交換中）であるかどうかを表す移行フラグ６１４などが含まれている。簡単に言えば、本発明の好ましい実施形態は、次のような方法で作動する。インターフェース４０２を適当なモードに入れる。このモードでは、インターフェース４０２は、ＣＰＵ４１０へのケーブル４０６上で感知したクライアントホスト４０４からの通信をすべて通す。ネットワーク接続は、クライアント４０４と同じＩＰアドレスに設定されたインターフェース４０８を介して行われる。ネットワークセキュリティ装置４００は、(クライアントのものではなく)自分のＭＡＣアドレスを送ることによって、アドレス・リゾリューション・プロトコルに応答する。これにより、ブロック化を試行し、イーサネット・プロトコルを使って装置４００をバイパスすることによってセキュリティレベルを上げる。受信した通信は、それが保護されたホストからのものであるかどうかのチェックを受ける。まず、ＤＤＢエントリ６００をチェックして、通信を置くテイルノードと共有の現行の動的共有鍵があるかどうかを判断する。ある場合は、この鍵を使って後に続くパケットを暗号化し、復号化する。ない場合、これらのノードが、前にも通信したものであれば、動的鍵の交換は実施される。これらのノードとの通信が初めてである場合は、静的鍵の交換を行って静的動的鍵を獲得する。この静的鍵は、動的鍵交換通信を暗号化し、復号化するのに使用する。起動と初期化このましい実施形態では、ネットワークセキュリティ装置４００は、ログインできない密閉された箱である。また、ネットワークセキュリティ装置は、クライアントホスト４０４のＩＰ（および／またはＭＡＣ）アドレスを検知してそれに対してロックする。ネットワークセキュリティ装置がそのアドレスに対しロックされると、クライアント４０４は、ネットワークセキュリティ装置４００が働いてそのＩＰ（および／またはＭＡＣ）アドレスが変更できなくなる。ネットワークセキュリティ装置４００が働く前に起動するのが好ましい。起動の役割は、ホスト４０４のＩＰアドレスが静的データベース４１２のエントリ５００にバーンインするように、あるいはしないようにすることである。上記のように、ＳＤＢ４１２は接続されたクライアントホストのエントリ５００を有している場合がある。ネットワークセキュリティ装置の通し番号（要素５１０）および起動時間（要素５０４）も静的データベースエントリ５００にバーンインさせることができる。上記のように、これらの値を使ってネットワークセキュリティ装置の静的私用鍵に対する種を生成することができる。図７は、好ましい起動方法を表したフローチャート７００である。まず、ペイロードに起動文字列を含む“起動パケット”を、ホスト４０４のような接続したコンピュータからネットワークセキュリティ装置４００を通して送ることができる(工程７０２)。パケットは、装置４００によって受け取られ、そこで起動されているかどうかを判別される(工程７０４)。起動されていない場合は、上記のように、ＩＰアドレスと他の情報をフラッシュメモリの中に書き込み(工程７０６)、確認パケットがコンピュータに戻される(工程７０８)。装置４００は、接続されたコンピュータのモニタ上に表示する確認メッセージを作成することもできる(工程７１０)。アドレス・リゾリューション・プロトコル（ＡＲＰ）はＩＰアドレスをネットワーク・インターフェースが応答する実際のアドレスである照合イーサネットマシーン（ＭＡＣ）アドレスに分解するのに使用するプロトコルである。上記のように、本発明のネットワークセキュリティ装置は、ＡＲＰ（アドレス・リゾリューション・プロトコル）を使用してそれ自体を構成し、クライアントホストを隠す。ネットワークセキュリティ装置がＡＲＰ要求を処理する方法は、関連出願通し番号０８／５２９，４９７で説明しているが、その内容については、本書でも参照のために引用している。鍵計算本発明の好ましい実施形態は次のような４つの鍵を有する。（１）静的（永久）私用鍵（２）動的（変更）私用鍵（３）静的公開鍵、および（４）動的公開鍵好ましい実施形態では、私用鍵は、長さが１２８ビットで、ネットワークセキュリティ装置にのみ知られている。また、好ましい実施形態では、公開鍵は、長さが５１２ビットで他に公開されている。公開鍵は、上記のように、二つのネットワークセキュリティ装置の間で交換され、長さ１２８ビットの共通秘密鍵を確立する。共通秘密鍵は二つの特定の装置の間のすべてのメッセージを暗号化／復号化するのに使用する。共通の秘密鍵は伝送されることはない。好ましい実施形態では、鍵は、装置４００の電源が入ったときに生成される。後に詳しく説明するように、静的鍵は、各装置に唯一の永久鍵で、予め決められた有効期限を有し、定期的、例えば２４時間ごとに交換される。静的鍵鍵は、“種”または数字を使って生成され、その後、処理されて鍵を生成する。特定のネットワークセキュリティ装置４００に対して任意に生成した静的私用鍵の種は、装置のＩＰアドレス、ＭＡＣアドレス、通し番号、およびタイムスタンプから求める。種は、次のようにして決定することができる。種＝ＩＰ＋ＭＡＣ_l＋ＭＡＣ_h＋通し番号＋時間ここで：ＭＡＣ_iは、装置の６バイトのＭＡＣアドレスの低い方の４バイトである。ＭＡＣ_hは、ＭＡＣアドレスの高い方の２バイトである。この種を使って、私用鍵（好ましくは長さ１２８ビット）を、マサチューセッツ州、ボストン、０２１１１のフリー・ソフトウェア・ファウンデーションＩｎｃ．(１９９６)ＧＮＵ多倍精度ライブラリのような任意の数のジェネレータを使って任意に生成する。箱が起動されていない場合は、種は、現在の時間であり、従って、箱の電源が投入されるたびに異なることになる。一方、箱が起動されている場合は、静的使用鍵は、箱の所有物であり、箱をオン・オフすることによって変更されることはない。動的鍵動的私用鍵は、予め決められた間隔で任意に生成される。例えば、動的鍵は、２４時間ごとに生成することができる。動的鍵は、現在時間の秒、分、および時間から得た任意の種から求めるのが好ましい。動的秘密鍵はＧＮＵ多倍精度ライブラリのような任意の数のジェネレータを使って種から処理することができる。公開鍵静的および動的公開鍵は、等式：Ｘ_i≡ｑ^xi（ｍｏｄｎ）で、私用鍵から算出することができる。ここで：Ｘ_iは、公開鍵であり；ｘ_iは、私用鍵であり；ｑとｎは、好ましくは個々のネットワークセキュリティ装置にインストールされている素数である。鍵交換クライアント４０４またはＬＡＮ４５０がメッセージを他のネットワークセキュリティ装置に初めて送るとき、プロトコルが実行され、それにより二つの装置が（ｉ）静的公開鍵（暗号化されていない）を交換し、（ii）静的共通鍵を生成し、（iii）暗号化された動的公開鍵をその静的共通鍵と交換する。図８は、鍵交換アルゴリズムを表したフローチャート８００である。ホストクライアントがIP＝Ａのネットワーク内のあるノードに通信を送りたいとする。通信がホストクライアントのネットワークセキュリティ装置に到着すると、動的データベース４１６（ＤＤＢ）は、動的データベースのノードＡにエントリ６００があるかどうかを判別するためのチェックを受ける(工程８０２)。ＤＤＢは、“保護された”フラグ６１２と“移行”フラグ６１４のエントリを含んでいることに注目されたい。保護されたフラグは、二つのネットワークセキュリティ装置間の、現在のセキュリティ状態を表す。保護されたフラグは次の５つのうちの１つの状態であるのが好ましい。０＝保護されていない１＝保護されている２＝相手側は保護されていたが、今は、動的鍵交換要求に応答しない（すなわち、相手側はＳＤＢ５００にエントリを有するが、現行のエントリがＤＤＢ６００にない）３＝装置の動的鍵が期限切れとなり、すべての動的鍵を決めなおさなければならない。４＝相手側の鍵の鍵記憶装置を見付けることができない。移行フラグ６１４は鍵交換の状態を表している。移行フラグは次の４つの状態のうちの一つであるのが好ましい。０移行中でないｉ≦Ｎ動的共通鍵計算を待機中Ｎ＋２動的共通鍵計算を待機中 −ｉ≧−Ｎ静的公開鍵パケットを待機中 ‐（Ｎ＋２）静的共通鍵計算を待機中ここで、Ｎは、エントリの最大数を表しており、ｉはエントリの実際の数を表している。下に詳しく示すように、ＤＤＢ４１６にエントリ６００がない場合は、ＳＤＢ４１２にノードＡに対応するエントリ５００がないかどうか検索する。データベース検索は、（ｉ）移行フラグと；（ii）データベース内のエントリ番号の参照を戻す。ＤＤＢの中の“移行”および“保護された”フラグはそれに従って設定される。次の表は、ＤＤＢ／ＳＤＢ検索による可能な結果を示している。データベース検索の可能な結果ここで、ＤＢサイズとは、動的データベースの中のエントリ番号のノードＡに対するエントリｉの数である。図８に戻るが、動的データベースの中のノードＡに対してエントリがある場合は、ノードＡと保護されたクライアントに対する共通動的鍵が期限切れになっているかどうかを確認するためのチェックが行われる(工程８０３)。例えば、ノードＡに対するエントリがあり、保護されたフラグ＝１の場合、ノードＡは保護されている。従って、共通動的鍵は、期限切れにはならず、パケットは、セッション鍵とＩＤＥＡのような暗号化機能を使って暗号化される (工程８０６)。共通動的鍵が期限切れになっている場合、ＩＰ＝Ａに対する動的データベースのエントリが保護されたフラグ＝３を有しており、移行フラグはｉ≦Ｎ(工程８０４)となり、鍵交換が行われていることを意味する。ホストクライアントとＩＰ＝Ａのノードの公開鍵の動的部分の交換は、次の通りである。ホストクライアント（すなわち出所）がその動的公開鍵とIPアドレスをIP＝Ａのノード（宛先）に送り(工程８０８)、応答を待つ(工程８１０)。ホストの動的公開鍵はＩＰ＝Ａのノードの静的公開鍵で暗号化することができる。応答は、ＩＰ＝Ａの宛先ノードの動的公開鍵である。これは、ホストクライアントの静的公開鍵で暗号化することができる。ステップ８０８と８１０は、例えば３回のように、数回反復することができる。宛先から応答がない（工程８１２）場合、出所ネットワークセキュリティ装置は、宛先のＤＤＢエントリで保護されたフラグを２に設定し、移行フラグを０に設定する(工程８１４)。暗号化するパッケージがホストから出されたものである（工程８１６）場合、パケットはドロップさせてもよい(工程８１８)。パケットが相手側から出されたものである場合は、ネットワークセキュリティ装置は、静的私用鍵を使ってパケットを復号化するよう試行することができる(工程８２０)。応答があった場合、ホストのネットワークセキュリティ装置のＤＤＢエントリ６００の宛先ノードに対する移行フラグを、共通動的鍵が計算されていることを示すＮ＋２に設定する(工程８２２)。次に、出所と宛先用の共通動的（暗号）鍵を、例えば、上記のようなＤｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ技術を使って出所のネットワークセキュリティ装置によって計算する。すると、共通セッション鍵が出所ネットワークセキュリティ装置のＤＤＢエントリ６００に入り(工程８２６) 、このＤＤＢエントリに対する移行フラグは、移行が完了しているので、０とマークされる(工程８２８)。保護されたフラグ＝１である。動的公開鍵の交換と共通暗号鍵の計算は、出所ネットワークセキュリティ装置の静的データベース４１２（ＳＤＢ）と、出所ネットワークセキュリティ装置の動的データベース４１６の中に、ＩＰ＝Ａの宛先ノードに対するエントリがある、すなわち、二つのネットワークセキュリティ装置が以前に通信したことがあるということを仮定して行われる。これらのエントリが存在しない(すなわち、これらの二つの装置が以前通信したことがない)場合は、動的公開鍵の交換前に作成することができる(上記の工程７０８〜７２２)。ノードＩＰ＝Ａに対するＤＤＢエントリがない場合(工程８０２)、エントリが作成され(工程８３０)、保護されたフラグ＝０であり、移行フラグは、ワークセキュリティ装置がノードＩＰ＝Ａに対するエントリを有しているかどうかを判断するためのチェックを受ける(工程８３４)。そのようなエントリがある場合は、動的鍵交換（工程８０８〜８２２）に進み、保護されたフラグを１に設定し、移行フラグを上記のように設定する。ＳＤＢのノードＡに対するエントリがない場合は、ネットワークセキュリティ装置４００は、鍵パケット内のその静的公開鍵をノードＡに送り、元のＩＰパケットをドロップする(工程８３６)。装置は、例えば５秒間のような、予め決められた時間応答を待つ(工程８３８)。工程８３６と８３８は数回、例えば３回繰り返してもよい。応答を待っている間、移行フラグは、−ｉ≧−Ｎである。応答があれば(工程８４０)、エントリがＳＤＢに作成され(工程８４２)、保護されたフラグ＝１であり、移行フラグは０となる。静的鍵を受け取ると、ネットワークセキュリティ装置は、その静的鍵と標準Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ技術を使って共通静的鍵を計算する。移行フラグは、−（Ｎ＋２）に設定される。静的共通鍵が一度計算されると、それは動的鍵交換を暗号化するのに使用される(工程８０８〜８２２)。本発明の装置では、周知のＤｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換プロトコルを使用するのが好ましい。応答がない場合、保護されたフラグ＝２であり、移行がオフであるため、ＤＤＢの中のエントリの移行フラグは０である(工程８１４)。静的および動的鍵要求は、ｔ_expireを下回らない時間間隔でＮ_try回数だけ反復することができる(好ましい実施形態では、それぞれ８回試行、２ミリ秒に設定されている)。ＳＤＢの中のエントリは、バーンインされ、永久のものとなっている。ＤＤＢの中のエントリは、揮発性である、すなわち、エントリは上書きすることが可能であり、装置４００の電源が切れると失われる。もう一つのノードに対する第２のフラグが２、３、または４に設定されている場合、ネットワークセキュリティ装置は予め決められた間隔、例えば５分ごとに動的鍵交換を試行しつづける。動的鍵の期限切れと同期化上記のように、動的鍵には、予め決められた有効期限がある。例えば、新しい動的鍵は、２４時間毎に生成することができる。有効期限が切れると、他のノードに対する、期限切れの動的鍵を使って計算された動的共通鍵のエントリはすべて正しいものではなくなる。従って、ＤＤＢの中の保護されたフラグは、すべて、保護されている＝３とマークされる。ネットワークセキュリティ装置の動的鍵が２４時間過ぎて期限切れとなると、新しい動的鍵が生成される。そして、（そのIPアドレスに送られた、あるいはそこから受け取った）次のパケットが首尾よく動的鍵交換を始めることができると、保護されたフラグが１（または２）に戻る。それぞれのネットワークセキュリティ装置が、例えば２４時間などのような特定の有効期限を有しているため、二つの装置の鍵の期限切れに時差が発生する場合がある。例えば、異なったタイムゾーンにある二つの装置が共に夜中に新しい動的鍵を生成するようにプログラムを組まれている場合、鍵の有効期限切れの時間には数時間の時差がある。従って、一つの装置の動的鍵が通信中に期限切れとなる恐れがある。また、インターネット通信は、接続がない、すなわち、受信側はパケットが伝送されている時には送っている側に接続している必要がないため、片方、あるいは相手側の動的鍵がパケットを受信する前に期限切れとなる可能性がある。このようなことにならないようにする一つの方法は、この時差を考慮することである。図６に戻るが、ＤＤＢエントリ６００は“生成された時間”というエントリ６０６を含んでおり、これは、相手側の装置の動的鍵が生成された時間を表すものである。これは“生成された時間”のエントリをパケットが送られた時間(ＤＤＢエントリの中のタイムスタンプエントリ６０４)、とパケットを受け取った時間（現在の時間）との間の時差で修正することによって行う。また、生成された時間６０６のエントリは、ネットワークセキュリティ装置４００に、相手側の動的鍵がいつ期限切れとなるかを知らせる。従って、ノード間の通信が始まると、期限切れとなった共通の動的鍵を使用しようとせず、新しい動的鍵の交換ができるかどうかを判別することができる。動的鍵の交換中、片方が相手側の動的鍵を受け取っている場合がある。しかし、相手側は共通の動的鍵を計算し、静的共通鍵で暗号化した動的鍵の要求を送っている場合がある。パケットをドロップしなければならなくならないように、受け取ったパケットを動的鍵で復号化できない場合は、装置は、静的鍵を使ってパケットを復号化しようと試みる。その結果、パケットは、静的鍵で復号化できない場合のみ、すなわち、不法なパケットである場合のみドロップされる。鍵パケットを受け取るネットワークセキュリティ装置が相手側の静的または動的公開鍵を含むＩＰパケットを受け取る（鍵要求への返答として、あるいは、鍵交換の初めに送られた）と、公開鍵は、パケットから抽出され、ＣＰＵ４１０または暗号化モジュール４１８へ送られ、さらに処理される。そこで、共用秘密鍵が装置自体の私用鍵と相手側の受け取ったばかりの公開鍵から共用秘密鍵が計算される。上記のように、これらのタスクは、計算集中型であり、装置全体の処理量が影響を受けないように暗号化モジュール４１８のような別の構造を設けたほうが好ましい場合もある。パケット処理図９は、本発明のネットワークセキュリティ装置が使用するパケット処理アルゴリズムを表したフローチャート９００である。実例を示すと、パケットは、出所アドレスＩＰ＝Ｃを持って到着する(工程９０１)。パケットは、インターフェース４０２で接続されたホストから、あるいはインターフェース４０８のネットワークから到着する。まず、パケットがインターフェース４０２のホストから到着したと考える。パケットがＩＣＭＰ（インターネット・コントロール・メッセージ・プロトコル）またはＩＧＭＰ（インターネット・ゲートウェイ・メッセージ・プロトコル）の身元証明を有している場合(工程９０２)、パケットは、暗号化されずにインターフェース４０８に渡される。しかし、パケットの中の出所ＭＡＣアドレスは、インターフェース４０８のＭＡＣアドレスに変換される(工程９０４)。ＩＣＭＰとＩＧＭＰパケットは宛先ホストにアドレス指定されていない。むしろ、これらのパケットは、例えば、ルータなどのようなネットワークの中間エンティティによってさまざまな機能に利用される。出所ＩＰアドレスは、接続されたホスト用のＳＤＢ４１２にバーンインされたエントリと同じかどうか確認するためのチェックを受ける。これにより、敵がアクセスを得ようと接続されたホストのように装うことがないように防ぎ、通信を保護することができる。これは、予防“ＩＰスプーフィング”と呼ばれ、米国特許出願通し番号０８／５２９，４９７で詳しく説明している。予防ＩＰスプーフィングについては、参照のため、本書で引用している。パケットがアドレス指定される宛先が保護されていない場合、パケットはドロップされる(工程９０６、９０８)。装置は、保護されたモードでも保護されていないモード（特別オーダー）でもよい。このような場合、パケットは、変更されずに送られる。次に、パケットが細分化されているメッセージの一部を含んでいるかどうかを判別する(工程９１０)。パケットが断片を含む場合、断片を収集し(工程９１２)、メッセージを暗号化する(工程９１４)。暗号化は、共通のセッション鍵と暗号化機能を使って行われる。暗号化したメッセージが特定のＬＡＮにとって長すぎる場合(工程９１６)、細分化される(工程９１８)。そして、暗号化されたパケットは、インターフェース４０８まで伝送され、ネットワーク１００に伝送される(工程９２０)。暗号化されたパケットは、ＩＰヘッダのプロトコル部に署名を保持している。これは、パケットが暗号化されていることを表す。パケットのＩＰアドレスは暗号化されておらず、そうでないとパケットは、ネットワーク内をルート指定することができない。パケットがネットワークを介してインターフェース４０８に到着した場合について考える。パケットがＩＣＭＰまたはＩＧＭＰパケットである場合(工程９４０)、復号化は必要なく、パケットは第１のインターフェース４０２へ送られる(工程９４２)。パケットが鍵交換パケットである場合(工程９４４)、パケットは、鍵交換プロトコルに従って処理される(工程９４６)。パケットが暗号化されていないと(工程９４８)、パケットはドロップされる(工程９５０)。装置は保護されたモードでも保護されていないモード（特別オーダー）でもよい。このような場合は、パケットは、クライアントに変更されずに送られる。パケットが暗号化され、ネットワークセキュリティ装置が鍵を持っていない場合、(工程９５２)、鍵交換プロトコルが実行され(工程９５４)、パケットがドロップされる(工程９５６)。鍵がネットワークセキュリティ装置の動的データベースで利用可能であれば、パケットは、復号化され(工程９５８)、インターフェース４０２に送られる(工程９６０)。ネットワークから受け取ったパケットに関しては、ネットワークセキュリティ装置のＭＡＣアドレスがクライアントのＭＡＣアドレスに変換される。保護されたクライアントから受け取ったパケットに関しては、クライアントのＭＡＣアドレスはネットワークセキュリティ装置のＭＡＣアドレスに変換される。送出パケット上記のように、ネットワークセキュリティ装置１００は、第１のインターフェース４０２上でＩＰパケットを受け取り、それを処理し、第２のインターフェース４０８を介してネットワーク１００に送る。図１０は、ホスト４０４から受け取ったＩＰパケット(ＩＰ_in)、ネットワークセキュリティ装置４００によって作成されたＩＰパケット（ＩＰ_out）１０１０、および第２のインターフェース４０８が伝送した暗号化されたＩＰ_outパケット１０３０を表している。図１０に示すように、ＩＰ_inパケット１０００は、ホストの４０４ＭＡＣアドレスを含むＭＡＣヘッダ１００２、ホストのＩＰアドレスを含むＩＰヘッダ１００４、およびデータを含むペイロード１００６を有する。ＩＰ_outパケット１０１０は、ネットワークセキュリティ装置のＭＡＣアドレスを含むＭＡＣヘッダ１０１２、ホスト４０４のＩＰアドレスを含むＩＰヘッダ１０１４と、プロプライエタリなヘッダ１０１６、データを含むペイロード１１１８、およびプロプライエタリなテイル１０２０を有する。ペイロード１１１８の中のデータは、圧縮されており、プロプライエタりなテイル１１２０は、パケットの長さ、プロトコルの断片、および検査合計などの情報を含んでいるのが好ましい。暗号化されたＩＰ_outパケット１０３０では、圧縮データ１０１８やプロプライエタリなテイル１０２０を含むすべてが暗号化されたプロプライエタリなヘッダ１０１６の後にくるのが好ましい。図１１は、ＩＰ_inとＩＰ_outの処理を表したフローチャート１１００である。（ａ）第１のインターフェース４０２のホスト４０４からパケットＩＰ_in１００を受け取る(工程１１０２)。（ｂ）ＩＰおよびＭＡＣヘッダがＩＰ_inからＩＰ_outにコピーされる（工程１１０４）（ｃ）ＩＰ_inのＩＰおよびＭＡＣアドレスがクライアントのＭＡＣアドレスに置きかえられる(工程１１０６)。（ｄ）プロプライエタリなヘッダを飛ばす(工程１１０８)。（ｅ）ＩＰ_inからＩＰ_outへのデータを圧縮する(工程１１１０)。データは、ＬＺＲＷ１の圧縮アルゴリズムを使って圧縮するのが好ましい。（ｆ）もとの長さ、プロトコル、ＩＰ_inからの断片情報をプロプラエタリなテイルへを保存する(工程１１１２)。（ｇ）ＩP_outヘッダで、フラグ＝ｏｆｆに設定し、ＩＰ_outプロトコル＝９９（プロプライエタリなプロトコルを表す）に設定する(工程１１１４)。（ｈ）検査合計を計算し、それをプロプライエタリなテイル１１２０に保存する (工程１１１６)。（ｉ）プロプラエタリなヘッダの後からＩＰ_outの最後までのすべてを暗号化する(工程１１１８)。（ｊ）ＩＰ_outのプロプラエタリなヘッダを充填する；プロトコル＝１９１（暗号化されたパケット）に設定し、ヘッダ‐検査合計を計算する(工程１１２０)。受け取りパケット受け取りパケットに関しては、工程（ｂ）〜（ｊ）を逆の順番で実行する。二重完全性チェック図１１に示した方法は、二重完全性チェックを表したものである。送信側のプロプラエタリなヘッダの検査合計は、暗号化の後に計算され、受け取り側で復号化の前にチェックされるため、移行中の暗号化データの完全性試験が行われる。また、送り側のプロプラエタリなテイルの検査合計は、暗号化の前に計算され、受け取り側で復号化後にチェックされる。この検査合計は、検査合計を暗号化するのに使用した静的および動的鍵が、二つの通信中の装置にのみ知られているものであることから、強力な認証となる(強力な認証とは、秘密を明かさずにその秘密を知っていることを証明できることを言う)。パケットと一致する復号化された検査合計を使用することによって、送り側と受け取る側が同じ鍵を共有していることが証明される。暗号化されたテイルの検査合計を、パケットが暗号化された後にセキュリティ機能を持つ周知のMD５アルゴリズムのようなハッシュ機能に置き換えると、それは、ディジタル署名となる。テイルの検査合計が静的共通鍵で暗号化された場合は、それが動的公開鍵が送り側から発せられたことを証明し、従って、送り側を認証する。テイル検査合計が動的共通鍵で暗号化された場合もまた、そのパケットが送り側から発せられたことを証明し、そのパケットが送り側から発せられたものであることを認証する。ラン（ＬＡＮＳ）で使用するための変更図４Ｂを参照すると、ネットワークセキュリティ装置４００'を単一のホストの代わりにＬＡＮ４５０を保護するように変更することができる。これらの変更については、以下で説明する。この実例となる実施形態では、ネットワークセキュリティ装置は２５４までのクライアント（すなわち、ワークステーション４５４、サーバ４５２など）を有するクラスＣのＬＡＮを保護することができるように説明しているが、本発明によりクラスＡ、クラスＢなどのような他のＬＡＮタイプについても、適用できる。起動中、フラッシュメモリ４１２にバーンインされたＩＰアドレスは、クライアントＬＡＮのＩＰアドレスのクラスＣポートである。ＯｘｆのようなデフォルトのＭＡＣアドレスもフラッシュメモリ４１２にバーンインさせることができる。このデフォルトのＭＡＣアドレスは静的鍵の生成に使用する。ＭＡＣアドレスが静的鍵の種の生成で使用されることを思い出されたい。ＬＡＮタイプのネットワークセキュリティ装置４００'はそのクライアントのＩＰおよびＭＡＣアドレスを含むＭＡＣ‐テーブル４６０を構築することができる。このテーブルは、二つの機能を果たす。まず、ＬＡＮ装置４００'のクライアントすべてのＩＰスプーフィングを防ぐ。従って、パケットがＬＡＮのノードのうちの一つのＩＰまたはＭＡＣアドレスを持たない第１のインターフェース４０２上で受け取られるとそのパケットはドロップされる。第２に、ＬＡＮ４５０に接続されたクライアントへのパケットの配布が容易になる。これにより、パケットが第２のインターフェース４０８に現われることなしに、パケットを一方の保護されたクライアントからもう一方に送ることができるようになる。簡単に言えば、唯一のネットワークセキュリティ装置を開示してきた。最後に、本発明における上記の実施形態は、説明のみを目的としたものであり、次に示す特許請求の範囲を逸脱することなしに、当業者によってさまざまな代替実施形態が考案できるものである。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０４Ｌ 12/66 Ｈ０４Ｌ 9/00 ６０１Ａ (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，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ボゾキ、エバアメリカ合衆国、フロリダ州 33615、タムパ、ノースメモリアルハイウェイ 6161、アパートメント 2113

Claims

【特許請求の範囲】１．少なくとも１個の特定のノードを保護するように機器構成されたネットワークセキュリティ装置であって、前記ノードは第１の物理層アドレスおよびインターネットアドレスを有し、ネットワークにより通信するものである、前記装置が、ａ．前記少なくとも１個の特定のノードと接続されており、かつ、前記ノードの前記第１の物理層アドレスを有する第１のインタフェースと、ｂ．前記ネットワークと接続されており、かつ、第２の物理層アドレスを有する第２のインタフェースと、ｃ．前記第１および第２のインタフェースと接続されている処理回路であり、前記処理回路は、（１）前記１個の特定のノードから前記第１のインタフェースにおいて受信されるパケットであり、前記パケットは前記少なくとも１個の特定のノードのインターネットアドレスであるソースアドレスと前記１個の特定のノードの前記第１の物理層アドレスとを含むヘッダを有するものである、前記パケットについて、前記回路が、Ａ．前記受信パケットヘッダに含まれた前記第１の物理層アドレスを前記第２の物理層アドレスで置換し、Ｂ．前記パケットを検証するチェックサムを判定し、判定されたチェックサムを前記パケットに保存し、Ｃ．前記チェックサムを含め前記パケットを暗号化するが、前記インターネットアドレスは暗号化せず、また、パケットヘッダにおけるその位置も変更しないように機器構成されており、（２）前記ネットワークから前記第２のインタフェースにおいて受信されるパケットであり、前記パケットは前記少なくとも１個の特定のノードのインターネットアドレスである終点アドレスと前記第２のインタフェースの前記第２の物理層アドレスとを含むヘッダを有するものである、前記パケットについて、前記回路が、Ａ．受信されたチェックサムを含む前記パケットを復号化し、Ｂ．前記チェックサムが前記パケットを検証しているかどうかを判定し、Ｃ．前記パケットが前記少なくとも１個の特定のノードへ送信される前に、前記受信パケットヘッダに含まれた前記第２の物理層アドレスを前記少なくとも１個の特定のノードの前記第１の物理層アドレスで置換し、前記インターネットアドレスは暗号化せず、また、パケットヘッダにおけるその位置も変更しないように機器構成されている、前記処理回路とを含むことを特徴とするネットワークセキュリティ装置。２．前記処理回路がさらに、ａ．前記第１のインタフェースにおいて受信されるパケットについて、（１）前記暗号化パケットを検証する第２のチェックサムを判定し、（２）前記パケットの非暗号化部分に前記第２のチェックサムを保存し、ｂ．前記第２のインタフェースにおいて受信されるパケットについて、（１）前記第２のチェックサムが前記暗号化パケットを検証しているかどうかを判定するように機器構成されていることを特徴とする請求項１記載のネットワークセキュリティ装置。３．パケットをネットワークに送信する方法であって、ａ．第１の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレス、終点のＩＰアドレスおよびユーザデータを含むヘッダを有するパケットを生成する工程と、ｂ．ルーティングをいっさい行わず、前記ネットワークに接続されているネットワークセキュリティ装置において、前記第１のＭＡＣアドレスを前記ネットワークセキュリティ装置の第２のＭＡＣアドレスに翻訳する工程と、ｃ．前記パケットのチェックサムを判定し、前記チェックサムを前記パケットに保存する工程と、ｄ．前記ユーザデータおよび前記チェックサムを暗号化するが、前記ＩＰアドレスは暗号化せず、前記ＩＰアドレスおよび前記ヘッダ内のその位置を未変更のままとする工程と、ｅ．前記パケットを前記ネットワークに送信する工程とを含むことを特徴とする方法。４．ａ．前記暗号化ユーザデータおよびチェックサムを含め、前記パケットの第２のチェックサムを判定する工程と、ｂ．前記第２のチェックサムを前記パケットの非暗号化部分に保存する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項３記載の方法。５．(１)インターネットアドレスを有するノードと、（２）通信ネットワークとの間に接続されたネットワークセキュリティ装置であって、前記装置が、（ａ）少なくとも１個のノードに接続された第１のインタフェースであり、前記第１のインタフェースは第１の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスを有するものである、前記第１のインタフェースと、（ｂ）前記通信ネットワークに接続され、第２のＭＡＣアドレスを有する第２のインタフェースと、（ｃ）前記第１および第２のインタフェースと接続されたプロセッサであり、前記プロセッサは、（１）前記第１のインタフェースからパケットを受信し、前記パケットはトランスポート層ヘッダ、ネットワーク層ヘッダおよび前記第１のＭＡＣアドレスを有するものである、前記パケットを受信し、前記プロセッサは、Ａ．前記受信パケットにおいて前記第１のＭＡＣアドレスを前記第２のＭＡＣアドレスで置換し、Ｂ．前記受信パケットを検証する第１のチェックサムを判定し、前記チェックサムを前記パケットに保存し、Ｃ．前記受信トランスポート層ヘッダおよび前記第１のチェックサムを暗号化するが、前記受信ネットワーク層ヘッダは暗号化せず、前記パケットを前記第２のインタフェースへ送信するように機器構成されており、また、（２）前記第２のインタフェースからパケットを受信し、前記パケットは暗号化トランスポート層ヘッダ、第２のチェックサム、非暗号化ネットワーク層ヘッダおよび前記第２のＭＡＣアドレスを有するものである、前記パケットを受信し、前記プロセッサは、Ａ．受信パケットにおいて前記第２のＭＡＣアドレスを前記第１のＭＡＣアドレスで置換し、Ｂ．前記トランスポート層ヘッダおよび第２のチェックサムを含む前記パケットを復号化し、Ｃ．前記パケットを前記第１のインタフェースへ送信するように機器構成されているものである、前記プロセッサとを含むことを特徴とするネットワークセキュリティ装置。６．少なくとも１個のホストを保護するように機器構成されたネットワークセキュリティ装置の秘密鍵を生成する方法であって、前記鍵は当該ネットワークセキュリティ装置に一意のものである、前記方法が、ａ．前記少なくとも１個のホストのインターネットプロトコル（ＩＰ）および物理層アドレスの少なくとも１個にもとづきシードを導出する工程と、ｂ．前記シードにもとづき乱数を発生させる工程とを含むことを特徴とする方法。７．前記シードを導出する工程が、シード＝ＩＰ＋ＭＡＣ_l＋ＭＡＣ_h＋シリアル＋タイム（ここで、ＩＰは前記ホストのＩＰアドレス、ＭＡＣ_lは前記ホストの物理層アドレスの最下位部分、ＭＡＣ_hは前記ホストの物理層アドレスの最上位部分、シリアルは前記ネットワークセキュリティ装置の順番、タイムは前記シードが導出された時間である）に従って前記シードを導出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の方法。８．前記乱数を発生させる工程が、前記シードを乱数発生器に供給し、前記乱数発生器の出力を前記秘密鍵として使用することをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の方法。９．第１の動的鍵を有する第１のネットワークセキュリティ装置と第２の動的鍵を有する第２のネットワークセキュリティ装置との間における鍵の交換を同期させる方法であって、前記第１および第２の動的鍵は所定の耐用期間を有しており、少なくとも前記第１のネットワークセキュリティ装置の第１の動的鍵は前記第２のネットワークセキュリティ装置による受信以前に期間満了し得る、前記方法が、ａ．前記第１の動的鍵により、前記動的鍵が送信された時間および前記動的鍵が生成された時間を指示するタイムスタンプを包含する工程と、ｂ．前記第２のネットワークセキュリティ装置が前記第１の動的鍵、タイムスタンプおよび、前記第１の動的鍵が生成された時間を受信する工程と、ｃ．前記第２のネットワークセキュリティ装置において、前記受信タイムスタンプおよび、前記第１の動的鍵が生成された時間を含むデータベースを維持する工程と、ｄ．前記受信タイムスタンプにおいて指示された時間と現在時間との相違を判定する工程と、ｅ．前記判定された相違によって前記第１の動的鍵が生成された時間を訂正する工程とを含むことを特徴とする方法。１０．複数のノードを有するロ一カルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を保護するように機器構成されているネットワークセキュリティ装置であって、各ノードは物理層アドレスおよびインターネットアドレスを有しており、前記ＬＡＮは第２のネットワークと通信するものである、前記ネットワークセキュリティ装置が、ａ．前記ＬＡＮと接続された第１のインタフェースと、ｂ．前記第２のネットワークと接続されており、かつ、第２の物理層アドレスを有する第２のインタフェースと、ｃ．前記第１および第２のインタフェースと接続された処理回路であり、前記処理回路は前記ＬＡＮの前記複数のノードの各々の物理層アドレスおよびインターネットアドレスのテーブルを備えており、（１）前記ＬＡＮの前記複数のノードのうちの１個から前記第１のインタフェースにおいて受信されるパケットであり、前記パケットは前記複数のノードのうちの１個のインターネットアドレスであるソースアドレス、前記複数のノードのうちの１個の物理層アドレスおよび終点アドレスを含むヘッダを有するものである、前記パケットについて、前記回路が、Ａ．前記終点アドレスが前記ＬＡＮの別のノードのインターネットアドレスであるかどうかを判定し、ｉ．肯定であれば、前記パケットを前記第１のインタフェースによって前記終点ノードに送信し、ｉｉ．否定であれば、前記受信パケットヘッダに含まれた前記第１の物理層アドレスを前記第２の物理層アドレスで置換し、前記インターネットアドレスを暗号化せずかつ前記パケットヘッダにおけるその位置を変更せずに、前記パケットを暗号化するように機器構成されており、（２）前記ネットワークから前記第２のインタフェースにおいて受信されるパケットであり、前記パケットは前記複数のノードのうちの１個のインターネットアドレスである終点アドレスおよび前記第２のインタフェースの前記第２の物理層アドレスを含むヘッダを有するものである、前記パケットについて、前記回路が、Ａ．前記パケットを復号化し、Ｂ．前記パケットが前記複数の特定のノードのうちの前記１個へ送信される前に、前記受信パケットヘッダに含まれた前記第２の物理層アドレスを前記複数のノードの前記１個の前記物理層アドレスで置換するように機器構成されている、前記処理回路とを含むことを特徴とするネットワークセキュリティ装置。１１．前記第１のインタフェースにおいてパケットが受信された場合、前記処理回路がさらに、前記受信パケットの前記物理層アドレスおよび前記インターネットアドレスのうちの少なくとも１方を前記テーブルの前記物理層アドレスおよび前記インターネットアドレスと比較し、前記パケットが前記複数のノードの１個から発信されたものであるかどうかを判定し、否定であれば、前記パケットを除外するように機器構成されていることを特徴とする請求項１０記載のネットワークセキュリティ装置。