JP2002217896A

JP2002217896A - 暗号通信方法およびゲートウエイ装置

Info

Publication number: JP2002217896A
Application number: JP2001015078A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Hoshida; 昌昭星田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-08-02

Abstract

(57)【要約】【目的】インターネット等の標準的なプロトコル
を利用しつつ、１つのセッション中における暗号鍵の交
換を可能として、通信データの機密性・秘匿性を確保す
ること。【解決手段】一つのセッション中における暗号鍵の有
効期間を定めておく。そして、第１のタイマ２７ａ，２
７ｂ等を用いて通信時間の管理を行う。暗号鍵の有効期
間の満了が近づくと、鍵交換手段２５ａ，２５ｂが広域
ネットワークのセキュリティ機能を利用して、新たな暗
号鍵の交換（配送）処理を行う。ＳＡデータベース２４
ａ，２４ｂに、旧暗号鍵情報と新暗号鍵情報とが併存し
ている場合には、タイムスタンプを参照して最新の暗号
鍵情報を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信内容の盗聴や
改竄を防止するために転送データを暗号化し、ネットワ
ークを介して通信する、暗号通信方法およびゲートウエ
イ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ネットワークを介してデータ交換を行う
通信システムにおいては、盗聴者に転送データの盗聴・
改竄を行わせないために、通信内容を暗号化したり、デ
ータの完全性をチェックする情報を付加するなどして、
セキュリティ機能を強化してきた。

【０００３】現在、インターネットにおいては、標準プ
ロトコルを規定するRFC(Request For Comment)にて、イ
ンターネットの基盤を担うプロトコルであるIP(Interne
t Protocol)に暗号化や認証機能を付加したIPsecが、セ
キュリティプロトコルとして規定されている。併せて、
暗号化や認証に必要な鍵交換を行うプロトコルであるIK
E(Internet Key Exchange)も規定されている。

【０００４】ローカルネットワーク（構内ネットワーク
やホームネットワーク等）と、インターネットのような
広域ネットワークとの間のインタフェースとして機能す
るゲートウエイ装置は、暗号通信プロトコルに対応して
いるのが通常であり、暗号機能をもつゲートウエイ装置
（暗号ゲートウエイ装置）を用いれば、広域ネットワー
クを介した暗号通信を容易に行うことができる。

【０００５】暗号化を行うことによって、短時間のセッ
ションに対する機密性・秘匿性が確保されることにな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】例えば、仮想専用線と
して定常的に維持されるセッション群や、数時間に及ぶ
映像配信のようなセッションに対する機密性・秘匿性の
確保には、暗号鍵の定期的な更新が必要となる。

【０００７】しかしながら、暗号鍵の更新の際には、一
時的に通信内容を暗号化するための通信チャネル（暗号
化鍵のデータを含む鍵情報；以下、Security Associati
on:SAと呼ぶ）が解放される。よって、暗号鍵を更新し
ている期間のセキュリティは保証されないことになり、
そのセッションに対する通信データの機密性・秘匿性が
低下する。

【０００８】さらに、ネットワークの常時接続サービス
が普及しつつある昨今においては、映像ストリーム系ア
プリケーションを定常的に維持しつつ、数時間という単
位での鍵交換による秘匿性の確保が、ユーザ側からの要
望としてあるものと考えられる。

【０００９】現状のインターネットのセキュリティ機能
は、１つのセッション中に暗号鍵を交換することには対
応できていない。１つのセッション中に暗号鍵を更新す
るために、セキュリティ機能の規格を変更することも考
えられるが、広域ネットワークの汎用性を考慮すると、
多くの困難が予想される。

【００１０】本発明は、このような考察に基づいてなさ
れたものであり、その目的は、インターネット等の標準
的なプロトコルを利用しつつ、１つのセッション中にお
ける鍵交換を可能として、通信データの機密性・秘匿性
を確保することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、一つのセッ
ションにおける暗号鍵の有効期間を定めておき、通信時
間の管理を行ない、暗号鍵の有効期間の満了が近づく
と、広域ネットワークのセキュリティ機能を利用して、
新たな暗号鍵の交換（配送）処理を行う。そして、旧暗
号鍵と新暗号鍵が併存している場合には、最新の暗号鍵
を選択することとする。

【００１２】これにより、１つのセッション中におい
て、スムーズな暗号鍵の更新を実現できる。また、通信
時間の管理を行うと共に、暗号化鍵が併存する場合に
は、最新のものを選ぶという簡単な機能を付加するだけ
でよいため、実現が容易である。

【００１３】本発明の暗号通信方法の一つの態様では、
送信側と受信側の各々に鍵情報を格納する鍵情報データ
ベースを設け、それぞれの鍵情報データベースを参照し
て鍵情報を取得し、暗号化および復号化を行うと共に、
前記鍵情報にはタイムスタンプが含まれるようにし、予
め、一つのセッションにおける前記鍵の有効期間を定め
ておき、前記セッションの時間管理を実施し、前記セッ
ションの時間が前記鍵の有効期間を越える場合には、前
記鍵の有効期間の満了前の所定期間において、送信側か
ら受信側に新たな鍵の配送処理を行って、受信側および
送信側のそれぞれにおける前記鍵情報データベースに新
たな鍵情報を構築し、前記新たな鍵情報の構築により、
前記セッションに対して古い鍵情報と新たな鍵情報とが
併存することとなった場合に、前記鍵情報に含まれる前
記タイムスタンプを参照して、最新のタイムスタンプを
含む鍵情報を選択するようにする。これによって、セッ
ションの途中で、セッション時間の管理に基づく鍵情報
の更新処理をスムーズに行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００１５】図２は、本発明を適用する暗号通信システ
ムの全体構成を示す図である。図２において、広域ネッ
トワーク１（ＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ：Ｗ
ＡＮと記載する）は、離れた拠点間の構内ネットワーク
を接続し、異なる拠点間でデータの交換が行われている
通信ネットワークである。

【００１６】構内ネットワーク２，３（以下、Ｌｏｃａ
ｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ：ＬＡＮと呼ぶ）はパー
ソナルコンピュータやワークステーションなどの通信端
末やブリッジ、スイッチなどの様々な通信機器が同軸ケ
ーブルにより接続されており、構内の通信端末間や構内
の通信端末と異なる拠点の通信端末との間のデータの交
換が行われている通信ネットワークである。なお、本実
施の形態では、構内ネットワークを例にして説明する
が、これに限定されるものではない。例えば、家庭内に
構築されるホームネットワークでもよい。

【００１７】ゲートウェイ装置４，５は、例えば、ＬＡ
Ｎ２に接続された通信端末から、離れた拠点のＬＡＮ３
に接続された通信端末へデータを送る際に、ＬＡＮとＷ
ＡＮとを接続するルータ、ターミナルアダプタなどのイ
ンタフェース装置である。ゲートウエイ装置４，５は、
暗号化／復号化機能を有する暗号ゲートウエイ装置であ
る。

【００１８】また、通信端末６，７，８，９，１０，１
１は、ＬＡＮやＷＡＮを介してデータの交換を行うパー
ソナルコンピュータやワークステーションなどである。
傍受端末１２は、ＬＡＮを介してデータ交換を行う通信
端末間の通信データを、そのデータが転送される途中で
傍受して通信内容を解読する機能を有するパーソナルコ
ンピュータやワークステーションなどである。

【００１９】次に、ゲートウエイ装置の基本的な構成に
ついて、図１を用いて説明する。図１は、ゲートウェイ
装置４，５の内部構成例を示す図である。図１のシステ
ムでは、端末６と、端末９との間で暗号通信を行うもの
とする。

【００２０】図示されるように、ゲートウェイ装置４，
５はそれぞれ、ＷＡＮとの間でデータのやりとりを行う
ＷＡＮインタフェース２１ａ，２１ｂと、ＬＡＮとの間
でデータのやりとりを行うＬＡＮインタフェース２２
ａ，２２ｂと、通信データが格納されているパケットの
ヘッダ内部の宛先アドレスにより転送先を決定するルー
ティング処理手段２３ａ，２３ｂとを有する。

【００２１】さらに、ゲートウェイ装置４，５はそれぞ
れ、セッション毎の暗号化アルゴリズムと暗号鍵が格納
されているセキュリティアソシエーション・データベー
ス（ＳＡデータベース）２４ａ，２４ｂと、セッション
毎の暗号化アルゴリズムと暗号鍵を送信元、もしくは送
信先ゲートウェイと折衝し、その情報をＳＡデータベー
ス２４ａ，２４ｂに書き込む鍵交換手段２５ａ，２５ｂ
を有する。

【００２２】また、さらに、ゲートウェイ装置４，５は
それぞれ、ＷＡＮインタフェース２１ａ，２１ｂを介し
て通信するパケットに対して、当該ゲートウェイ装置か
らＷＡＮへ送信するパケットについては、ＳＡデータベ
ース２４ａ，２４ｂに基づき暗号化処理行い、一方ＷＡ
Ｎから当該ゲートウェイ装置が受信したパケットについ
ては、ＳＡデータベースに基づき復号化処理を行う暗号
化／復号化処理手段２６ａ，２６ｂを有する。

【００２３】また、さらに、ゲートウェイ装置４，５は
それぞれ、セッション毎のＳＡの有効時間を管理し、有
効時間満了を契機としてＳＡ解放を鍵交換手段２５ａ，
２５ｂへ通知する第１のタイマ２７ａ，２７ｂと、セッ
ション毎のＳＡの有効時間を管理し、有効時間満了に先
立って、ＳＡ確立を鍵交換手段２５ａ，２５ｂへ通知す
る第２のタイマ２８ａ，２８ｂを有する。

【００２４】また、図１において、太い実線は通信デー
タを示し、太い点線は暗号鍵メッセージを示し、細い実
線はイベント通知を示し、細い点線はデータベースアク
セスを示す。

【００２５】以下、図１に示すゲートウエイ装置を用い
た、暗号通信動作について説明する。図３に、主要な手
順（の概要）をまとめて示している。

【００２６】つまり、図３に記載されるように、暗号通
信を行うに際して、まず、送信側では、暗号鍵情報のチ
ャネルであるセキュリティアソシエーション（ＳＡ）を
確立し（つまり、暗号鍵の交換処理を行い）、送信側の
ＳＡデータベースに鍵情報を書き込む（ステップ４
０）。

【００２７】次に、送信側では、送信先の情報をキーと
して自己のＳＡデータベースを検索して、合致するＳＡ
情報（暗号鍵，暗号化アルゴリズム，タイムスタンプを
含む暗号鍵情報）を探し出し、該当する暗号鍵と暗号化
アルゴリズムを用いて、送信データ（送信パケット）を
暗号化して送信する。このとき、送信パケットのヘッダ
の一部に、ＳＡの識別情報（ＳＡＩＤ）を記載する。受
信側では、パケットのヘッダに記載されているＳＡＩＤ
を参照して、自己のＳＡデータベースを検索し、暗号化
鍵情報を取得し、受信データの復号化を行う（ステップ
４１）。

【００２８】セッションが開始されると、送信側にて、
第１のタイマを用いたＳＡの有効期限管理（暗号鍵情報
の有効期限の管理）を行い、期限の満了前の所定の時間
となると、第１のタイマが鍵交換手段にこれを通知する
（ステップ４２）。

【００２９】通知を受けた鍵交換手段は、ＳＡを再度、
確立し、これにより、送信側および受信側双方のＳＡデ
ータベースに新たな暗号鍵情報が記録され、ＳＡデータ
ベースが更新される（ステップ４３）。

【００３０】そして、送信側では、送信先の情報および
タイムスタンプをキーとしてＳＡデータベースを検索す
る。このとき、一つのセッションに対して、ＳＡデータ
ベース中に２つ（２以上）のＳＡ情報（暗号鍵情報）が
存在するときは、タイムスタンプが最新のものを選ぶと
いう条件の下で、ＳＡデータベースを検索する。そし
て、合致する暗号鍵と暗号化アルゴリズムを用いて送信
データを暗号化し、送信パケットのヘッダに鍵情報の識
別番号（ＳＡＩＤ）を記載して送信する。受信側では、
パケットのヘッダに記載されているＳＡＩＤを参照し
て、復号化を行う（ステップ４４）。そして、古い暗号
鍵の有効期間が満了すると、ＳＡを解放して古い暗号鍵
情報を削除する・つまり、一つのセッションにおける暗
号鍵の有効期間を定めておき、通信時間の管理を行な
い、暗号鍵の有効期間の満了が近づくと、広域ネットワ
ークのセキュリティ機能を利用して、新たな暗号鍵の交
換（配送）処理を行う。そして、旧暗号鍵と新暗号鍵が
併存している場合には、送信側にて最新の暗号鍵を選択
して暗号化を行い、その暗号化鍵のＩＤ（ＳＡＩＤ）を
パケットに添付するだけである。受信側では、従来とま
ったく同じように、ＳＡＩＤを参照してＳＡデータベー
スを検索して復号化を行えばよい。

【００３１】これにより、１つのセッション中におい
て、スムーズな暗号鍵の更新を実現できる。また、通信
時間の管理を行うと共に、暗号化鍵が併存する場合に
は、最新のものを選ぶという簡単な機能を付加するだけ
でよいため、実現がきわめて容易である。

【００３２】図４に示すように、本実施の形態では、一
つのセッション中において、最初は”ＳＡＩＤ１”の暗
号鍵情報が有効である。そして、暗号鍵の有効期限であ
る時刻ｔ２より、一定時間Ｔ１だけ前の時点ｔ１になる
と、新たなＳＡが確立されて”ＳＡＩＤ３”の暗号鍵情
報が有効となる。この時点で、”ＳＡＩＤ１”の暗号鍵
情報は、ＳＡデータベースには存在するものの、暗号化
／復号化には使用されず、実質的に無効な状態となる。
そして、時刻ｔ２になると、古いＳＡは解放されて、”
ＳＡＩＤ１”の暗号鍵情報はＳＡデータベースより削除
される。このようにして、一つのセッション中におい
て、スムーズに、しかも簡単に、暗号鍵の切り換えを行
うことができる。

【００３３】以下、図１，図５，図６および図７〜図９
を用いて、より具体的に説明する。

【００３４】図７（ａ），図８（ａ），図９（ａ）は、
本実施の形態における、パケット送信側ゲートウェイ装
置の暗号化処理に必要となるＳＡデータベースの中身を
示すものである。図７（ａ）は、セッション開始当初の
ＳＡ情報であり、図８（ａ）は、暗号鍵の有効期間の満
了が近づいてきて、新たなＳＡと古いＳＡが併存してい
る状態におけるＳＡ情報であり、図９（ａ）は、古い暗
号鍵の有効期間が満了して、古いＳＡが解放された状態
におけるＳＡ情報を示している。

【００３５】図示されるように、ＳＡ情報（暗号鍵情
報）は、セキュリティアソシエーション（暗号鍵に関す
る情報）を識別するＳＡＩＤ、送信元アドレス、送信元
ポート番号、送信先アドレス、送信先ポート番号、暗号
化アルゴリズム、暗号鍵、タイムスタンプで構成され
る。

【００３６】また、図７（ｂ），図８（ｂ）、図９
（ｂ）は、本発明の実施の形態におけるパケット受信側
ゲートウェイ装置の復号化処理に必要となるＳＡデータ
ベースの内容（ＳＡ情報）であり、それぞれ、図７
（ａ），図８（ａ），図９（ａ）に対応している。ＳＡ
情報は、セキュリティアソシエーションを識別するＳＡ
ＩＤ、暗号化アルゴリズム、暗号鍵を含んで構成されて
いる。

【００３７】本実施の形態において、図７（ａ），
（ｂ）におけるＳＡデータベースは、送信元アドレス、
送信元ポート番号、送信先アドレス、送信先ポート番
号、暗号化アルゴリズムを保守手順により初期設定した
後、ゲートウェイ装置４，５における鍵交換手段により
交換されたＳＡＩＤ、暗号鍵、その時点でのタイムスタ
ンプにより構築されたものとする。

【００３８】次に、図１に示される端末６から端末９に
対して確立されたセッションにおいて、端末６から端末
９へ送信される通信データの暗号化と復号化の一連の流
れを具体的に説明する。

【００３９】図１において、端末６から端末９への宛先
アドレス、当該セッションに対応したポート番号が指定
され、送信されたパケットは、構内ネットワーク２を介
して、ゲートウェイ装置４に到着する。

【００４０】パケットは、ゲートウェイ装置４におい
て、ＬＡＮインタフェース２２ａを経由し、ルーティン
グ処理手段２３ａにより広域ネットワーク１へ転送する
パケットと判断され、暗号化／復号化処理手段２６ａへ
転送される。

【００４１】暗号化／復号化処理手段２６ａにおいて
は、図７（ａ）におけるＳＡデータベースを参照し、前
記パケットのヘッダ部分に記載されている送信先アドレ
スと送信先ポート番号をキーに一致するＳＡを検索し、
そのＳＡの暗号化アルゴリズムと暗号鍵により暗号化を
行い、ヘッダの一部に該当するＳＡＩＤを記載する。そ
の後、パケットは暗号化／復号化処理手段２６ａからＷ
ＡＮインタフェース２１ａを経由して、広域ネットワー
ク１へ転送される。

【００４２】さらに、パケットはゲートウェイ装置５へ
転送され、ＷＡＮインタフェース２１ｂを介して、暗号
化／復号化処理手段２６ｂへ転送される。暗号化／復号
化処理手段２６ｂにおいては、図６におけるＳＡデータ
ベースを参照し、受信したパケットのヘッダに記載され
たＳＡＩＤと一致するＳＡを検索し、そのＳＡの暗号化
アルゴリズムと暗号鍵により復号化を行う。

【００４３】その後、前記パケットは暗号化／復号化処
理手段２６ｂからルーティング処理手段２３ｂとＬＡＮ
インタフェース２２ｂを経由し、構内ネットワーク３を
介して端末９に転送される。

【００４４】このように、ゲートウェイ装置４，５との
間で暗号化／復号化処理が施されることにより、広域ネ
ットワーク１において暗号化通信が実現される。これに
より、傍受端末１２に対する機密性・秘匿性を確保す
る。

【００４５】次に、端末６から端末９のセッションに対
するＳＡ有効時間満了に先立ち、そのセッションに対す
る新たなＳＡを確立し、その後の通信データの暗号化と
復号化の一連の流れを説明する。

【００４６】ゲートウェイ装置４における第２のタイマ
２８ａは、ＳＡデータベース２４のセッション毎のタイ
ムスタンプを定期的に参照し、ＳＡのタイムスタンプと
固定的なＳＡの有効時間と現在の時刻とにより、ＳＡの
有効時間満了までの残余時間が一定時間以下であった場
合に、そのＳＡの送信元アドレス、送信元ポート番号、
送信先アドレス、送信先ポート番号、暗号化アルゴリズ
ムを含むＳＡ確立指示を鍵交換手段２５ａへ通知する。

【００４７】鍵交換手段２５ａは、セッション鍵交換手
順に基づくメッセージを生成した後、パケットヘッダの
宛先アドレスに対向となるゲートウェイアドレス（この
場合、ゲートウェイアドレスは、ゲートウェイ装置５と
なる）を記載し、ルーティング処理手段２３ａと暗号化
／復号化処理手段２６ａとＷＡＮインタフェース２１ａ
を経由して、広域ネットワーク１に転送される。（な
お、暗号化／復号化処理手段２６ａにおいては、必ずし
も暗号化されなくてもよい。）さらに、前記セッション
鍵交換手順に基づくメッセージを含むパケットはゲート
ウェイ装置５へ転送され、ＷＡＮインタフェース２１
ｂ、暗号化／復号化処理手段２６ｂとルーティング処理
手段２３ｂを介して、鍵交換手段２５ｂへ転送され、セ
ッション鍵交換手順に基づき、そのセッションに対する
新たなＳＡが確立され、ゲートウェイ装置４、５のＳＡ
データベースは、図８（ａ），（ｂ）へと更新される。

【００４８】その後、端末６から端末９への宛先アドレ
ス、そのセッションに対応したポート番号が指定され、
送信されたパケットは、先に説明した動作により、構内
ネットワーク２を介してゲートウェイ装置４に到着す
る。

【００４９】パケットは、ゲートウェイ装置４におい
て、ＬＡＮインタフェース２２ａを経由し、ルーティン
グ処理手段２３ａにより広域ネットワーク１へ転送する
パケットと判断され、暗号化／復号化処理手段２６ａへ
転送される。暗号化／復号化処理手段２６ａにおいて
は、図８（ａ）におけるＳＡデータベースを参照し、パ
ケットのヘッダ部分に記載されている「送信先アドレ
ス」と「送信先ポート番号」と一致するＳＡであり、か
つ、「タイムスタンプが最新であるＳＡ」を検索し、そ
のＳＡの暗号化アルゴリズムと暗号鍵により暗号化を行
い、ヘッダの一部に該当するＳＡＩＤを記載する。

【００５０】その後、先に説明したのと同様な動作によ
り、パケットはゲートウェイ装置５へ転送され、ＷＡＮ
インタフェース２１ｂを介して、暗号化／復号化処理手
段２６ｂへ転送される。

【００５１】暗号化／復号化処理手段２６ｂにおいて
は、図８（ｂ）におけるＳＡデータベースを参照し、先
に説明した動作と同様に、受信したパケットのヘッダに
記載されたＳＡＩＤと一致するＳＡを検索し、当該ＳＡ
の暗号化アルゴリズムと暗号鍵により復号化を行い、ル
ーティング処理手段２３ｂとＬＡＮインタフェース２２
ｂを経由し、構内ネットワーク３を介して端末９に転送
される。

【００５２】このように、ゲートウェイ装置４における
暗号化／復号化処理手段２６ａにて、一部の処理を追加
するのみで、新たなＳＡへの対応が可能になる。

【００５３】次に、端末６から端末９のセッションに対
するＳＡ有効時間満了による、セッションに対するＳＡ
の解放処理について説明する。

【００５４】ゲートウェイ装置４における第１のタイマ
２７ａは、ＳＡデータベース２４のセッション毎のタイ
ムスタンプを定期的に参照し、ＳＡのタイムスタンプと
固定的なＳＡの有効時間と現在の時刻とにより、ＳＡの
有効時間満了を算出する。そして、満了であった場合
に、当該ＳＡのＳＡＩＤ、送信元アドレス、送信元ポー
ト番号、送信先アドレス、送信先ポート番号、暗号化ア
ルゴリズムなどを含むＳＡ解放指示を鍵交換手段２５ａ
へ通知する。

【００５５】鍵交換手段２５ａは、セッション鍵交換手
順に基づくメッセージを生成した後、パケットヘッダの
宛先アドレスに対向となるゲートウェイアドレス（この
場合、ゲートウェイアドレスは、ゲートウェイ装置５と
なる）を記載し、ルーティング処理手段２３ａと暗号化
／復号化処理手段２６ａとＷＡＮインタフェース２１を
経由して、広域ネットワーク１に転送される。（なお、
暗号化／復号化処理手段２６ａにおいては、必ずしも暗
号化されなくてもよい。）さらに、セッション鍵交換手
順に基づくメッセージを含むパケットは、ゲートウェイ
装置５へ転送され、ＷＡＮインタフェース２１ｂ、暗号
化／復号化処理手段２６ｂとルーティング処理手段２３
ｂを介して、鍵交換手段２５ｂへ転送され、セッション
鍵交換手順に基づき、当該セッションに対するＳＡを解
放し、ゲートウェイ装置４、５のＳＡデータベースは、
図９（ａ），（ｂ）のように更新される。

【００５６】以上説明したように、本実施の形態におい
ては、あるセッションに対する通信内容を暗号化するた
めの通信チャネルであるセキュリティアソシエーション
を確立している段階において、セキュリティアソシエー
ションの有効時間満了までの残余時間が一定時間以下で
あった場合に、暗号鍵交換手段に対して、そのセッショ
ンに対する新たなセキュリティアソシエーションを確立
する指示を出すタイマを有し、そのセッションに対する
新たなセキュリティアソシエーションを確立すると共
に、そのゲートウェイ装置の暗号化処理を施す暗号化／
復号化処理手段は、あるセッションに対して、複数のセ
キュリティアソシエーションが存在する場合には、最新
のセキュリティアソシエーションを使用して暗号化処理
を行うことことにより、新たなセキュリティアソシエー
ションへの移行が容易になるという利点を有する。

【００５７】すなわち、一つのセッションに対して、複
数のセキュリティアソシエーションが存在する場合に
は、最新のセキュリティアソシエーションを使用して暗
号化処理を行うことことにより、定期的なセッション鍵
の交換を行いつつ、定常的かつ連続的にやりとりされる
データの機密性・秘匿性を確保することを容易に実現で
きるという効果が得られる。

【００５８】以上説明した暗号化通信における、送信側
の動作をまとめると図５のようになる。

【００５９】すなわち、まず、鍵交換プロトコル（ＩＫ
Ｅ）に基づき、１つのセッションに対するセキュリティ
アソシエーション（ＳＡ）を確立し、暗号鍵の情報（メ
ッセージ）を通信先に送り、通信先のＳＡデータベース
にＳＡ情報を蓄積する（鍵交換動作）（ステップ５
０）。

【００６０】次に、セッションを確立し、パケットを暗
号化し、パケットのヘッダにＳＡＩＤを付与して送信す
る（暗号化通信動作）（ステップ５１）。

【００６１】次に、ＳＡデータベースのセッション毎の
タイムスタンプを定期的に参照し、現在の時刻と、予め
定められているＳＡ有効期間とを用いてＳＡ有効期限の
管理を行う（ＳＡ有効期限管理動作）（ステップ５
２）。

【００６２】次に、ＳＡの有効期限が近づくと、新しい
セキュリティアソシエーションを確立し、新たな暗号鍵
の情報（メッセージ）を通信先に送る（鍵更新動作）
（ステップ５３）。

【００６３】次に、ＳＡデータベースを参照し、送信先
アドレスと送信ポート番号が一致し、かつ、タイムスタ
ンプが最新であるＳＡを検索し、そのＳＡの暗号化アル
ゴリズムで暗号化を行い、そのＳＡのＩＤをパケットの
ヘッダに記載して送信する（暗号化通信動作）（ステッ
プ５４）。

【００６４】そして、旧ＳＡの有効期間が満了すると、
そのＳＡを解放する（ＳＡ解放動作）（ステップ５
５）。

【００６５】また、暗号化通信における受信側の主要な
動作をまとめると、図６のようになる。

【００６６】すなわち、ＳＡデータベースを参照し、受
信したパケットのヘッダに記載されているＳＡＩＤと一
致するＳＡを検索し、そのＳＡの暗号化アルゴリズムと
暗号鍵により復号化を行う（ステップ６０）。

【００６７】そして、送信側からＳＡの解放要求があれ
ば、ＳＡ解放処理を行う（ステップ６１）。

【００６８】以上説明した暗号通信動作を実行させるた
めのプログラムは、例えば、図１０に示すようなコンピ
ュータシステムに適用できる。

【００６９】図１０のコンピュータシステムは、本体部
６０１と、キーボード６０２と、ディスプレイ６０３
と、入力装置６０４とを含んで構成されている。

【００７０】そして、暗号通信を行うためのプログラム
は、本体部６０１にセットされるＣＤ−ＲＯＭ６０７内
や、本体部６０１が内蔵するディスク（メモリ）６０６
内，あるいは、回線６０８で接続された他のシステムの
ディスク６０５内に格納される。

【００７１】以上の説明では、対象鍵（共通鍵）を使用
した暗号化を例にとり説明しているが、これに限定され
るものではない。つまり、非対称な暗号鍵（公開鍵）の
交換でも、本発明を同様に適用可能である。公開鍵は、
送信者もしくは受信者が、当事者のみならず第三者に対
しても公開されている情報のみに基づき、計算により暗
号鍵（復号鍵）を生成するものである。公開鍵を使用す
る場合でも、セキュリティの信頼性を向上させるために
一つのセッション中に、鍵を代える必要がある場合があ
る。

【００７２】例えば、公開鍵情報（鍵を生成する基礎と
なる公開されている情報）が複数用意されており、一つ
のセッションに途中で、復号化において使用するべき公
開鍵情報を更新するという事態も想定される。このよう
な場合の公開鍵情報の交換にも、本発明を使用すること
ができる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一つのセッションの途中において、既存の鍵交換機能を
利用して容易に、かつ、シームレスに定期的なセッショ
ン鍵の交換を行うことができる。よって、定常的かつ連
続的にやりとりされるデータの機密性・秘匿性を常に確
保することができる。また、本発明は構成がシンプルで
あるため、実現が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるゲートウエイ装置
の構成を示すブロック図

【図２】広域ネットワークを介した暗号通信を行うシス
テムの全体構成を示す図

【図３】本発明の実施の形態における暗号通信の、全体
の動作の概要を示すフロー図

【図４】本発明の実施の形態における、暗号鍵の切り換
え動作を説明するための図

【図５】本発明の実施の形態における暗号通信の、送信
側の主要な動作を示すフロー図

【図６】本発明の実施の形態における暗号通信の、受信
側の主要な動作を示すフロー図

【図７】（ａ）セッション開始当初における送信側のＳ
Ａデータベースの内容の一例を示す図（ｂ）セッション開始当初における受信側のＳＡデータ
ベースの内容の一例を示す図

【図８】（ａ）セッション鍵の交換時期における送信側
のＳＡデータベースの内容の一例を示す図（ｂ）セッション鍵の交換時期における受信側のＳＡデ
ータベースの内容の一例を示す図

【図９】（ａ）有効期間が満了したセキュリティアソシ
エーション（ＳＡ）を解放した後の、送信側のＳＡデー
タベースの内容の一例を示す図（ｂ）有効期間が満了したセキュリティアソシエーショ
ン（ＳＡ）を解放した後の、受信側のＳＡデータベース
の内容の一例を示す図

【図１０】コンピュータシステムの構成の一例を示す図

【符号の説明】

１広域ネットワーク２，３構内ネットワーク４，５ゲートウェイ装置６，７，８，９，１０，１１端末１２傍受端末２１ａ，２１ｂＷＡＮインタフェース２２ａ，２２ｂＬＡＮインタフェース２３ａ，２３ｂルーティング処理手段２４ａ，２４ｂＳＡ（ＳｅｃｕｒｉｔｙＡｓｓｏｃ
ｉａｔｉｏｎ）データベース２５ａ，２５ｂ鍵交換手段２６ａ，２６ｂ暗号化／復号化処理手段２７ａ，２７ｂ第一のタイマ２８ａ，２８ｂ第二のタイマ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】広域ネットワークを介して暗号通信を行
う場合に、一つのセッションにおける暗号鍵の有効期間
を定めておき、通信時間の管理を行ない、前記暗号鍵の
前記有効期間の満了が近づくと、旧暗号鍵と新暗号鍵が
一定時間並存するように、前記広域ネットワークのセキ
ュリティ機能を利用して、新たな暗号鍵の交換処理を行
うことを特徴とする暗号通信方法。
【請求項２】旧暗号鍵と新暗号鍵が併存している場合
には、最新の暗号鍵を選択して暗号化または復号化を行
うようにしたことを特徴とする請求項１記載の暗号通信
方法。
【請求項３】暗号化処理を施したパケットを通信する
暗号通信方法であって、送信側と受信側の各々に鍵情報を格納する鍵情報データ
ベースを設け、それぞれの鍵情報データベースを参照し
て鍵情報を取得し、暗号化および復号化を行うと共に、前記鍵情報にはタイムスタンプが含まれるようにし、予め、一つのセッションにおける前記鍵の有効期間を定
めておき、前記セッションの時間管理を実施し、前記セッションの
時間が前記鍵の有効期間を越える場合には、前記鍵の有
効期間の満了前の所定期間において、送信側から受信側
に新たな鍵の配送処理を行って、受信側および送信側の
それぞれにおける前記鍵情報データベースに新たな鍵情
報を構築し、前記新たな鍵情報の構築により、前記セッションに対し
て古い鍵情報と新たな鍵情報とが併存することとなった
場合に、前記鍵情報に含まれる前記タイムスタンプを参
照して、最新のタイムスタンプを含む鍵情報を選択する
ようにし、これにより、前記セッションの途中で、セッション時間
の管理に基づく鍵情報の更新処理を行うようにしたこと
を特徴とする暗号通信方法。
【請求項４】請求項３において、前記鍵情報は少なくとも、暗号鍵および暗号化アルゴリ
ズムの情報を有することを特徴とする暗号通信方法。
【請求項５】請求項３において、前記セッションに対する古い鍵情報について有効期間が
満了した場合には、その古い鍵情報を、送信側および受
信側の前記鍵情報データベースから削除することを特徴
とする暗号通信方法。
【請求項６】暗号化処理を施したパケットを通信する
暗号通信方法であって、送信側と受信側の各々に鍵情報を格納する鍵情報データ
ベースを設け、それぞれの鍵情報データベースを参照し
て鍵情報を取得し、暗号化および復号化を行うと共に、前記鍵情報には、送信先を特定するための情報と、暗号
鍵および暗号アルゴリズムの情報と、タイムスタンプと
が含まれるようにし、予め、一つのセッションにおける前記鍵の有効期間を定
めておき、前記セッションの時間管理を実施し、前記セッションの
時間が前記鍵の有効期間を越える場合には、前記鍵の有
効期間の満了前の所定期間において、送信側から受信側
に新たな鍵の配送処理を行って、受信側および送信側の
それぞれにおける前記鍵情報データベースに新たな鍵情
報を構築し、送信側が暗号化されたパケットを送信する場合には、送
信先を特定するための情報をキーとして、送信側の前記
鍵情報データベースを検索して該当する鍵情報を取得す
るものとし、前記鍵情報データベースの検索の結果とし
て該当する鍵情報が２以上存在した場合には、タイムス
タンプを参照して最新の鍵情報を選択するようにし、選
択された鍵情報に含まれる前記暗号鍵および暗号アルゴ
リズムの情報を用いて送信パケットの暗号化を行うと共
に、前記選択された鍵情報を示す識別番号を前記送信パ
ケットのヘッダに記載して、その送信パケットを受信側
に送信し、受信側では、送られてきたパケットのヘッダに記載され
ている前記鍵情報を示す識別番号を参照して、受信側に
おける前記鍵情報データベースを検索し、前記識別番号
に該当する鍵情報を取得し、その鍵情報に含まれている
前記暗号鍵および暗号アルゴリズムの情報を用いて、パ
ケットの復号化を行なうようにし、これにより、一つのセッションの途中で、セッション時
間の管理に基づく鍵情報の更新処理を行うことを可能と
したことを特徴とする暗号通信方法。
【請求項７】広域ネットワークを介した暗号通信を行
う機能をもつ暗号ゲートウエイ装置であって、前記広域ネットワークを介して暗号鍵情報を交換するた
めの鍵交換手段と、暗号鍵に関する情報を蓄積する暗号鍵データベースと、暗号鍵の有効期限までの残り時間が所定時間以下となっ
たことを検出して、前記鍵交換手段に通知するタイマ
と、前記暗号鍵データベースを参照して必要な暗号鍵情報を
取得し、その暗号鍵情報を用いて暗号化および復号化を
行う暗号化／復号化手段と、を具備し、前記鍵交換手段は、前記タイマからの通知を受けると、
通信先から新たな暗号鍵情報を入手して前記暗号鍵デー
タベースに登録し、また、前記暗号化／復号化手段は、前記暗号鍵データベ
ースを参照した結果、一つのセッションに関して２以上
の暗号鍵情報が存在する場合には、最新の暗号鍵情報を
用いて暗号化または復号化を行うことを特徴とするゲー
トウエイ装置。
【請求項８】広域ネットワークを介した暗号通信を行
う機能をもつゲートウエイ装置であって、前記広域ネットワークを介して暗号鍵情報を交換するた
めの鍵交換手段と、暗号鍵に関する情報を蓄積する暗号鍵データベースと、暗号鍵の有効期限までの残り時間が所定時間以下となっ
たことを検出して、前記鍵交換手段に通知する第１のタ
イマと、暗号鍵の有効期限が満了したことを検出して、前記鍵交
換手段に通知する第２のタイマと、前記暗号鍵データベースを参照して必要な暗号鍵情報を
取得し、その暗号鍵情報を用いて暗号化および復号化を
行う暗号化／復号化手段と、を具備し、前記鍵交換手段は、前記第１のタイマから通知を受ける
と、通信先との間で暗号鍵情報の交換を行って、前記通
信先の前記暗号鍵データベースに新たな鍵情報を登録さ
せ、また、前記第２のタイマから通知を受けると、通信
先との間でメッセージの交換を行って、前記通信先の前
記暗号鍵データベースから、有効期間が満了した暗号鍵
情報を削除させ、また、前記暗号化／復号化手段は、一つのセッションに
関して２以上の暗号鍵情報が存在する場合には、最新の
暗号鍵情報を用いて暗号化または復号化を行うことを特
徴とするゲートウエイ装置。
【請求項９】請求項７または請求項８において前記暗号化／復号化手段は、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ
Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）における認証ヘッダ（Ａｕｔｈｅｎ
ｔｉｃａｔｉｏｎＨｅａｄｅｒ）に準じる、もしくは
同等の手段とアルゴリズムで、認証値算出処理または改
ざん検出処理を行うことを特徴とするゲートウエイ装
置。
【請求項１０】請求項７または請求項８において、前記の暗号化処理を施す暗号化／復号化手段は、ＩＰ
（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）における暗号
ペイロード（ＥｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎｇＳｅｃｕ
ｒｉｔｙＰａｙｌｏａｄ）に準じる、もしくは同等の
手段とアルゴリズムで、暗号化処理または復号化処理を
行うことを特徴とするゲートウエイ装置。
【請求項１１】広域ネットワークを介した暗号通信を
行う機能をもつゲートウエイ装置であって、前記広域ネットワークを介して暗号鍵情報を交換するた
めの鍵交換手段と、暗号鍵に関する情報を蓄積する暗号鍵データベースと、暗号鍵の有効期限までの残り時間が所定時間以下となっ
たことを検出して、前記鍵交換手段に通知するタイマ
と、前記暗号鍵データベースを参照して必要な暗号鍵情報を
取得し、その暗号鍵情報を用いて暗号化および復号化を
行う暗号化／復号化手段と、を具備し、前記鍵交換手段は、前記タイマからの通知を受けると、
通信先との間で暗号鍵情報の交換を行い、前記通信先の
前記暗号鍵データベースに新たな鍵情報を登録させて暗
号鍵情報の更新処理を行い、前記暗号化／復号化手段は、送信パケットの暗号化を実
行する場合には、まず、通信先を特定するための情報を
キーとして、前記鍵情報データベースを検索して該当す
る鍵情報を取得し、前記鍵情報データベースの検索の結
果として該当する鍵情報が２以上存在した場合には、前
記鍵情報に含まれるタイムスタンプを参照して最新の鍵
情報を選択するようにし、選択された鍵情報に含まれる
暗号鍵および暗号アルゴリズムの情報を用いて送信パケ
ットの暗号化を行うと共に、前記選択された鍵情報を示
す識別番号を前記送信パケットのヘッダに記載し、また、前記暗号化／復号化手段は、受信したパケットの
復号化処理を行う場合には、受信パケットのヘッダに記
載されている前記鍵情報を示す識別番号を参照して、前
記鍵情報データベースを検索し、前記識別番号に該当す
る暗号鍵情報を取得し、その暗号鍵情報に含まれている
前記暗号鍵および暗号アルゴリズムの情報を用いて、パ
ケットの復号化を行なうようにし、これにより、一つのセッションの途中で、セッション時
間の管理に基づく鍵情報の更新処理を行うことを可能と
したことを特徴とするゲートウエイ装置。
【請求項１２】コンピュータを、暗号鍵に関する情報を蓄積する暗号鍵データベースと、暗号鍵の有効期限までの残り時間が所定時間以下となっ
たことを検出するタイマと、前記広域ネットワークを介して暗号鍵情報を交換する機
能を有し、かつ、前記タイマからの通知を受けると、通
信先との間で暗号鍵情報の交換を行って前記暗号鍵デー
タベースに新たな鍵情報を登録する鍵交換手段と、前記暗号鍵データベースを参照して必要な暗号鍵情報を
取得し、その暗号鍵情報を用いて暗号化および復号化を
行い、かつ、暗号鍵情報が存在する場合には、最新の暗
号鍵情報を用いて暗号化または復号化を行う暗号化／復
号化手段と、を具備する暗号ゲートウエイ装置として機能させるため
のプログラムを記録していることを特徴とする記録媒
体。