JP2002502186A - １方向認証通信システム - Google Patents

１方向認証通信システム

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JP2002502186A JP2000529820A JP2000529820A JP2002502186A JP 2002502186 A JP2002502186 A JP 2002502186A JP 2000529820 A JP2000529820 A JP 2000529820A JP 2000529820 A JP2000529820 A JP 2000529820A JP 2002502186 A JP2002502186 A JP 2002502186A
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Abstract

(57)【要約】 データ通信システムにおける一対の第１および第２の通信装置ＣおよびＴのうちの少なくとも一方を認証するプロトコルであって、第１の通信装置Ｃに公開鍵を記憶するステップと、公開鍵Ｃを組み込んだ第２の通信装置Ｔによって共通秘密を計算するステップと、共通秘密を第１の通信装置Ｃに記憶するステップと、第２の通信装置Ｔがチャレンジ値χを生成するステップと、第１の通信装置Ｃが、記憶されている公開鍵Ｃを含む情報を第２の通信装置Ｔに送信するステップと、第２の通信装置Ｔが、受信された公開鍵Ｃから試験共通秘密を計算するステップと、第１および第２の通信装置が、チャレンジ値χおよび共通秘密を１方向関数f1を適用して応答信号を生成するステップと、第１の通信装置Ｃが、生成された応答信号を第２の通信装置Ｔに送信し、それにより、第２の通信装置が第１の通信装置を検証するステップとを含むことを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、データ通信システムにおける通信装置を確実に検証するためのプロ
トコルに関し、特に、計算能力が限られた少なくとも１つの通信装置の検証に関
する。
【０００２】 （発明の背景） 従来、所定の場所への人の出入りを制限するために機械的な回転木戸装置が使
用されている。この所定の場所に入るときに、ユーザは現金、入場券、カード、
またはその他の支払い媒体の形の料金を支払う必要がある。しかし、このような
機械的な回転木戸が入場を許可する際に、出入りする人を識別することはできな
い。ユーザを監視するには、オペレータが必要である。
【０００３】 この問題を軽減するために、電子カード入退場システムが開発された。この種
のシステムでは、ユーザに対して事前にIDカードが発行され、次いで、このカー
ドがカード読取り機に挿入され、本人であることが確認されたときに、ロック式
ドアまたは同様なゲートを介して入場が許可され、これにより、オペラータが不
要になる。このシステムの欠点は、ユーザの数が多い場合、各ユーザを登録した
データベースを持つ必要があることであり、特に、各ユーザが固有のIDを有する
場合、各レコードをスクロールして一致するIDを見つける検証システムが必要で
ある。第２に、このシステムは、多くのユーザが所与の時間に公共の通行道路な
ど特定の場所に入る場合にも不都合であり、カード読取り機へのカードの挿入と
カード読取り機からのカードの取り出しのために出口が混雑する可能性が高い。
【０００４】 事前にプログラムされたスマート・カードがユーザに与えられる通行管理シス
テムが開発されている。このシステムでは、回転木戸またはターミナルがスマー
ト・カードを遠方から監視することができ、したがって、ユーザはカードをスロ
ットに物理的に挿入することなく簡単に回転木戸を通過することができる。カー
ドは一般に、ターミナルによって発生された電磁界によって作動させられ、次い
で、適切なIDをターミナルに送り返し、ターミナルはカードのIDを認証し、ユー
ザの入場を許可する。このようなカードの計算能力は、一般に限られており、複
雑な計算を行うことはできない。複製または不正な入場を防止するためにこれら
のカードを認証することも望ましい。カードの計算能力が限られているので、カ
ードにおいて行われる計算を最小限に抑え、さらに、ターミナルによるカードの
検証を非常に短い時間、一般には１秒未満で行えるようにする認証プロトコルを
実現する必要がある。
【０００５】 （発明の概要） 本発明の目的は、カード装置の計算能力が限られているターミナルとカードの
間のカード検証に関する問題のソリューションを提供することである。
【０００６】 本発明の一態様によれば、情報交換セッションにおける一対の通信装置Ｔおよ
びＣのうちの少なくとも一方を認識し、一方の通信装置Ｔが秘密鍵ｔを有し、他
方の通信装置Ｃが、公開鍵Ｃと、公開鍵Ｃおよび秘密鍵ｔから得られた共通秘密
値tCとを有する方法であって、 第１の通信装置Ｃが、第２の通信装置に公開鍵Ｃを送信するステップと、 第２の通信装置Ｔが、チャレンジ値χを生成し、チャレンジ値χを第１の通信
装置Ｃに送信するステップと、 第２の通信装置Ｔが、公開鍵ｔと第１の通信装置Ｃの公開鍵Ｃを組み合わせる
ことによってセッション共通秘密値ssを生成するステップと、 第２の通信装置Ｔが、セッション共通秘密ssとチャレンジχを数学的関数f1で
組み合わせることによって応答試験値ktを生成するステップと、 第１の通信装置Ｃが、共通秘密tCとチャレンジ値χを数学的関数f1で組み合わ
せることによって応答値kCを生成し、応答値kCを第２の通信装置Ｔに送信するス
テップと、 第２の通信装置Ｔが、応答試験値ktとチャレンジ応答値kCを比較し第１の通信
装置Ｃを検証するステップとを含む方法が提供される。
【０００７】 本発明の他の態様では、公開鍵Ｃが証明書CertCに含まれており、それによっ て、第２の通信装置は、チャレンジχを生成する前に、Ｃに関する証明書と第１
の通信装置ＣのIDとを検証する。
【０００８】 本発明の他の態様によれば、機械的関数f1は１方向関数である。
【０００９】 次に、本発明の一実施の形態を添付した図面を参照して説明する。
【００１０】 （好ましい実施の形態の詳細な説明） 以下の説明では、同一符号は同一要素を示す。図１を参照すると、通行管理シ
ステムが符号10で示されている。このシステムでは、ユーザ12がIDカード14を携
帯している。カードを携帯しているユーザ12を遠方から監視するために、カード
読取り機を備えるターミナルが設けられている。ターミナル16は、たとえば電磁
手段18を介して所定の近傍領域内のカードと通信する。このようなシステムは容
易に入手することができ、このようなシステムについてはこれ以上論じない。
【００１１】 本発明のデータ通信システムでは、カードおよびターミナルがそれぞれ、一対
の第１および第２の通信装置として指定される。カードは一般に、使用される読
取り機構に応じて、ターミナル18によって生成される磁界の近傍に配置されたと
きに電力が供給される。カード14は、少なくとも、簡単な計算を行うことのでき
る、低電力処理装置を内蔵している。代表的なデータ通信セッションでは、カー
ドは、組み立てられたときにターミナルに送信されるデータ文字列を組み立てる
。
【００１２】 システム・セットアップ時、すなわち、ユーザにカードが発行される際、暗号
化方式により適切なシステム・パラメータが設定される。以下の例では、楕円曲
線暗号化方式を使用する。暗号化方式の詳細は当該技術分野でよく知られている
ので、それについては議論しない。しかし、楕円曲線暗号化方式を使用する場合
、公開鍵C=CPが計算される。ここで、Ｐは楕円曲線上の生成点である。公開鍵Ｃ
は、認証機関（CA）によって作成され、公開鍵ＣおよびカードＣのIDを含みカー
ド14に記憶される証明書CertCが交付される。共通秘密tC=tCが計算される。ここ
で、ｔはターミナルＴが認識可能な秘密鍵である。この共通鍵tCはカードの安全
な境界内に記憶される。したがって、システム・セットアップ・フェーズの後で
、カードは証明書CertCおよび共通秘密tCを含む。
【００１３】 ここで図２を参照すると、本発明の実施例によるプロトコルが符号200で示さ れている。カード14を携帯するユーザ12がターミナル18の近傍にいるとき、カー
ドは、ターミナルを検出し（210）、ターミナルＴにカードの証明書CertCを送信
する。同様に、ターミナルはカードを検出する（214）と、証明書CertCの到着を
待つ（216）。ターミナルは、証明書を受信すると、CAの公開鍵を使用して証明 書を検証する（218）。証明書が検証されなかった場合、適切な妨害、あるいは イベントを警告、すなわち通知するために使用される拒否信号が生成される。し
かし、証明書が検証された場合、ターミナルは証明書からカードの公開鍵Ｃを抽
出する（220）。次いで、ターミナルは、チャレンジχ、たとえば大きな整数や 任意の適切なビット文字列を生成する。次いで、このチャレンジχはカードに送
信される（224）。同時に、ターミナルは共通秘密ss=tCを計算し、チャレンジ応
答検証値kT=f1(χ, ss)を計算する。ここで、f1は信頼性の高いハッシュ関数や 、データ暗号化規格（DES）に準拠する関数などの１方向関数である。カードは 、チャレンジχを受信すると、チャレンジ値χおよび共通秘密値tCに１方向関数
f1を適用してkC=f1(χ, tC)を計算しチャレンジ応答kCを計算する。次いで、こ のチャレンジ応答値kCはターミナルに送り返され（232）、ターミナルでktとkC を比較することによって検証される（234）。これらの値が等しい場合、カード は検証される。
【００１４】 したがって、チャレンジχの目的は、カードが共通秘密tCを有していることを
検証することであり、そうしないと、周りで見ている人がkCを計算した後で送り
返す再試行攻撃にデータ通信システムがさらされてしまうことがわかる。さらに
、このシステムでは、ターミナルが、システムで許可される各カードごとに秘密
鍵のレコードを持つ必要がないことがわかる。このシステムの利点は、たとえば
、カードが公共の鉄道の通行カードIDであり、ターミナルが約数10万人のユーザ
のそれぞれについてレコードを持つ必要があるときによく理解することができる
。したがって、本発明によればこの欠点を回避することができる。
【００１５】 他の実施例では、カードはステップ230でチャレンジ応答を生成する際に、値k sig =f1(χ, tC, m)を計算することができる。ここで、ｍは、カードによって生 成されるメッセージである。次いで、カードはチャレンジ応答ksigをメッセージ
と連結し、これをターミナルに送信する。この例では、カードが認証されると共
に、カードによって生成されたメッセージが認証される。
【００１６】 さらに他の実施の形態では、カードを認証することができると共に、カードが
暗号化メッセージを送信することができる。この例では、カードは、そのチャレ
ンジ応答値kenc=f1(χ, ss)を計算し、この値を鍵として使用し、たとえばDESや
DESXをE=EKenc(m)になるように使用してメッセージｍの暗号化値を計算する。こ
の例では、カードは、暗号化メッセージを用いて暗黙的に認証される。これは、
たとえば、カードがP.I.Nをターミナルに送り返すときに有用である。
【００１７】 他の実施の形態では、システムは、ｔの１つの値を使用するのではなく、ｔの
多くの値、すなわちtiを使用しているため、多くの共通秘密ss(ti)を生成するこ
とができる。この例では、カードは、図２のステップ226に示すようにターミナ ルが適切なtiを抽出してカードの共通秘密を計算できるように、カードの証明書
と共にインデックスｉを送信する。
【００１８】 上記の例では、共通秘密ss=tCは楕円曲線インプリメンテーション用の値であ った。有限体インプリメンテーションの場合、ss=CTとして共通秘密を計算する ことができる。さらに、共通秘密のより一般化された形態は、暗号化関数f1(t,
C)を使用してターミナル専用鍵ｔの値とカード公開鍵Ｃの値を組み合わせる関数
である。
【００１９】 本発明の実施例を特定の用途に関し説明したが、当業者には、添付した特許請
求の範囲に記載されている本発明の趣旨から逸脱せずに各種変更が想到されよう
。一般に、本発明は、商品およびサービスに対する認証されたアクセスが必要で
あるか、あるいは入場を統制する必要のある状況に適用することができる。
【００２０】 本明細書で使用している用語および表現は説明のために使用されており、制限
のために使用されているわけではなく、このような用語および表現を使用するに
あたって、図示および説明した特徴の均等物またはその一部を除外することは意
図されておらず、本発明の請求の範囲内で各種変更が可能であることが認識され
ている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 通信システムの概略図である。
【図２】 本発明による検証プロトコルを示すフローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，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，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ランバート，ロバート，ジェイ． カナダ国 エヌ３シー ３エヌ３ オンタ リオ，ケンブリッジ，ホルム ストリート 63 (72)発明者 ガラント，ロバート，ピー． カナダ国 エル５エム ５エヌ１ オンタ リオ，ミシソーガ，ローズブッシュ ロー ド 4788 Ｆターム(参考） 3E044 BA04 DA05 DA10 DE01 5J104 AA07 AA09 AA16 EA05 KA01 KA06 LA01 LA02 LA06 NA02 NA11 NA16 NA34 NA40

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 データ通信システムにおける一対の第１および第２の通信装
    置ＣおよびＴのうちの少なくとも一方を認証する方法であって、 前記第１の通信装置Ｃに公開鍵を記憶するステップと、 前記公開鍵Ｃを組み込んだ前記第２の通信装置Ｔによって共通秘密を計算する
    ステップと、 前記共通秘密を前記第１の通信装置Ｃに記憶するステップと、 前記第２の通信装置Ｔがチャレンジ値χを生成するステップと、 前記第１の通信装置Ｃが、前記記憶されている公開鍵Ｃを含む情報を第２の通
    信装置Ｔに送信するステップと、 前記第２の通信装置Ｔが、前記受信された公開鍵Ｃから試験共通秘密値を計算
    するステップと、 前記第１および第２の通信装置が、前記チャレンジ値χおよび前記共通秘密値
    を使用して１方向関数f1を適用して応答信号を計算するステップと、 前記第１の通信装置Ｃが、前記計算された応答信号を前記第２の通信装置Ｔに
    送信し、それにより、前記第２の通信装置が前記第２の通信装置を検証するステ
    ップとを含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記第１の通信装置Ｃが、サイン（signed）されたメッセー
    ジｍを前記応答と共に送信することを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記メッセージを前記１方向関数でサイン（signing）する ことを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記サインされたメッセージが、送信できるように、前記計
    算された応答に入れられ前記メッセージに連結されることを特徴とする請求項３
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第１の通信装置Ｃが、対称鍵が前記計算された応答値か
    ら得られる対称鍵方式によりメッセージｍを暗号化し、前記暗号化メッセージを
    前記第２の通信装置Ｔに送信することを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記シグネチャ（signature）方式がＲＳＡ型方式であるこ とを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記共通秘密値が、前記第２の通信装置Ｔの秘密鍵および公
    開鍵Ｃを使用して、前記第２の通信装置Ｔによって計算されることを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記第２の通信装置Ｔが、それぞれの第１の通信装置に対応
    する複数の専用鍵tiを有し、 前記第１の通信装置ＣからIDインデックスｉを受信し、 前記対応する専用鍵tiおよび公開鍵Ｃを使用して共通秘密値ssiを計算するこ とを特徴とする請求項1記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記公開鍵方式が楕円曲線方式であることを特徴とする請求
    項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記公開鍵方式がＲＳＡ型方式であることを特徴とする請求
    項1記載の方法。
  11. 【請求項11】 情報交換セッションにおける一対の通信装置ＴおよびＣのう
    ちの少なくとも一方を認識し、一方の通信装置Ｔが秘密鍵ｔを有し、他方の通信
    装置Ｃが、公開鍵Ｃと、前記公開鍵Ｃおよび前記秘密鍵ｔから得られた共通秘密
    値tCとを有する方法であって、 第１の通信装置Ｃが、前記公開鍵Ｃを含む情報を第２の通信装置に送信するス
    テップと、 第２の通信装置Ｔが、チャレンジ値χを生成し、前記チャレンジ値χを前記第
    １の通信装置Ｃに送信するステップと、 第２の通信装置Ｔが、前記専用鍵ｔと前記第１の通信装置Ｃの前記公開鍵Ｃを
    組み合わせることによってセッション共通秘密値ssを生成するステップと、 第２の通信装置Ｔが、前記セッション共通秘密値ssと前記チャレンジ値χを数
    学的関数f1で組み合わせることによって応答試験値ktを生成するステップと、 第１の通信装置Ｃが、前記共通秘密値tCと前記チャレンジ値χを前記数学的関
    数f1で組み合わせることによって応答値kCを生成し、前記応答値kCを前記第２の
    通信装置Ｔに送信するステップと、 第２の通信装置Ｔが、前記応答試験値ktと前記チャレンジ応答値kCを比較し前
    記第１の通信装置Ｃを検証するステップとを含むことを特徴とする方法。
  12. 【請求項12】 情報交換セッションにおける一対の通信装置ＴおよびＣのう
    ちの少なくとも一方を認識するためにコンピュータ使用可能媒体で実現されるコ
    ンピュータ読取可能なプログラムを有するコンピュータ使用可能な媒体を備え、
    一方の通信装置Ｔが秘密鍵ｔを有し、他方の通信装置Ｃが、公開鍵Ｃと、前記公
    開鍵Ｃおよび前記秘密鍵ｔから得られた共通秘密値tCとを含む製品であって、前
    記製品内のコンピュータ読取可能なプログラム・コードが、 コンピュータがチャレンジχ値を生成し、かつ前記第１の通信装置から受信さ
    れた公開情報に応答して前記チャレンジ信号χを前記第１の通信装置Ｃに送信す
    るように構成されたコンピュータ読取可能なプログラム・コードと、 コンピュータが前記専用鍵ｔと前記第１の通信装置Ｃの前記公開鍵Ｃを組み合
    わせることによってセッション共通秘密値ssを生成するように構成されたコンピ
    ュータ読取可能なプログラム・コードと、 コンピュータが前記セッション共通秘密値ssと前記チャレンジ信号χを数学的
    関数f1で組み合わせることによって試験応答信号ktを生成するように構成された
    コンピュータ読取可能なプログラム・コードと、 コンピュータが前記応答試験値ktと前記第１の通信装置から受信された応答値
    kCを比較し前記第１の通信装置Ｃを検証するように構成されたコンピュータ読取
    可能なプログラム・コードとを含むことを特徴とする製品。
JP2000529820A 1998-01-30 1999-02-01 １方向認証通信システム Expired - Lifetime JP4564167B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB9802152.0A GB9802152D0 (en) 1998-01-30 1998-01-30 Secure one way authentication communication system
GB9802152.0 1998-01-30
PCT/CA1999/000053 WO1999039476A1 (en) 1998-01-30 1999-02-01 Secure one-way authentication communication system

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