JP2003037587A

JP2003037587A - セッション鍵生成方法

Info

Publication number: JP2003037587A
Application number: JP2001225932A
Authority: JP
Inventors: Michimasa Aramaki; 道昌荒巻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-02-07
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP4604418B2

Abstract

(57)【要約】【課題】暗号化通信において、不正者からのアクセス
によるデータの流出を防止し、確実な相手でかつ両者し
か知りえない情報によってセッション鍵を生成すること
を目的とする。【解決手段】通信処理部１とキーボードやマウスとい
った入力装置２と表示装置３と中央処理装置４と主記憶
装置５、そして、カラー画像を表示するための処理モジ
ュールやテーブルなどを記憶する二次記憶装置６とセッ
ション鍵生成部９と、セッション鍵情報保存部１０と、
セッション鍵切替えタイミング制御部１１とを有する処
理装置間で暗号化通信を行う際に、暗号化通信を行う処
理装置間で、過去に使用したセッション鍵を新たなセッ
ション鍵生成時に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インターネット上
で秘匿性の高いデータや著作権を保護する必要のあるデ
ータを送受信する際、通信機器間の暗号通信を行うため
のセッション鍵生成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネット上でデジタルコン
テンツ配信サービスが普及しつつある。このデジタルコ
ンテンツは、著作権を保護する必要がある場合、配信路
上でコンテンツデータが不正に流出しないよう考慮され
なければならない。

【０００３】一般に、このようなコンテンツデータは、
伝送路上で暗号化処理を行って配送される。コンテンツ
提供者側が暗号化を行い、暗号化データを受取ったコン
テンツ購入者は、暗号データを復号することで購入した
コンテンツデータを得ることができる。その際、共通鍵
暗号を使用する場合は、提供者、購入者双方で共通暗号
用の共通鍵を保持しなければならない。この共通鍵は、
一般に通信のセッション毎に生成されるため、セッショ
ン鍵と呼ばれる。セッション毎に生成される理由は、不
正を働く購入者が不正を可能とする機器（不正端末）、
提供者の機器（サーバ）にアクセスし、セッション鍵を
解読した場合、それ以降、不正にコンテンツデータを入
手しつづけることが可能となるためである。したがっ
て、このような不正の流出を防ぐためには、セッション
鍵の生成過程で、正しい購入者であることを認識した上
でセッション鍵を生成し、サーバ−端末間で安全にセッ
ション鍵を共有しなければならない。

【０００４】以下、従来技術としてサーバ−端末間での
セッション鍵の共有方法について説明する。

【０００５】図１０は、従来技術のセッション鍵生成を
保有する情報機器の構成図である。

【０００６】全体の構成としては、モデムなど通信を行
うための通信処理部１０１とキーボードやマウスといっ
た入力装置１０２とスケジュールを行う条件の入力や結
果を表示する表示装置１０３と中央処理装置（ＣＰＵ）
１０４、そして、処理中のプログラムや値を一時的に記
憶する主記憶装置１０５、そして、プログラムと処理途
中のデータを保存したり記憶するための二次記憶装置１
０６から構成される。二次記憶装置１０６は、認証処理
部１０７と暗号処理部１０８、セッション鍵生成部１０
９から成る。

【０００７】次に、従来技術におけるセッション鍵生成
の処理の流れを図１１から図１３を使用して説明する。

【０００８】図１１は、通信機器である端末、サーバ間
でのセッション鍵生成までの概要を示すフローチャート
である。

【０００９】先ず、双方において、サーバ認証が行わ
れ、続いて端末認証が行われる。認証のアルゴリズムは
次に述べるチャレンジ＆レスポンス方式が一般的であ
る。サーバ端末の相互認証が成功した後、双方で共通の
セッション鍵を生成し、セッション鍵による暗号化通信
を実施する。

【００１０】図１２は、認証アルゴリズムであるチャレ
ンジ＆レスポンスの処理を示すフローチャートを示す。
認証は、サーバ認証と端末認証の２つがあるが、ここで
は、サーバ認証を説明する。なお、端末認証では、サー
バと端末を入換えた形で同じアルゴリズムが使用される
ため省略する。

【００１１】先ず、最初に、ステップ１１１において、
端末内部で乱数を生成する。生成した乱数は、ステップ
１１２においてサーバへ送信される。ステップ１１３に
おいて、端末内では、生成した乱数に対して一方向性関
数Ｇにより演算を行い演算結果を値Ｘとする。続いて、
サーバ側では、端末から受信した乱数に対して、上述の
一方向性関数と同じ演算Ｇを計算し（Ｓ１１４、Ｓ１１
５）、値をＹとする。サーバでの演算結果Ｙを端末へ送
信し（Ｓ１１６）、端末において、ステップ１１７にお
いてＸ，Ｙの値を照合する。Ｘ＝Ｙの場合は、ステップ
１１８においてサーバ認証成功として処理され、次の処
理である端末認証へ移る。また、ステップ１１７におい
て、ＸとＹの値が異なっていれば、サーバ認証失敗とし
て処理され、移行の処理を中止する。同様なフローでサ
ーバと端末を入換えて端末認証が実行される。

【００１２】続いて、図１３を用いて従来技術における
セッション鍵の生成方法について説明する。

【００１３】セッション鍵の生成は、端末、サーバ双方
で同じ方法で実施される。例として、端末内でのセッシ
ョン鍵の生成過程を説明する。図１３は、セッション鍵
の処理を示すフローチャートである。

【００１４】先ず、ステップ１２１において、認証時に
得た値Ｘを得る。続いてステップ１２２において、予め
サーバと端末で保有する共通の秘密情報Ｚを得る。次に
関数Ｆ（Ｘ、Ｚ）によりセッション鍵Ｋｓを計算する
（Ｓ１２３、Ｓ１２４）。このようにしてセッション鍵
が得られる。

【００１５】以上が、従来技術におけるセッション鍵生
成処理の流れである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、双方
で暗号化アルゴリズムを決定し、セッション鍵を生成す
る際に、正しい相手であることを確認するために、認証
時に使用したデータを鍵データに含める方法が一般的で
あった。しかし、この場合でも、生成されるセッション
鍵は、その時々の認証時に不正者のアクセスによって盗
み取られる危険性はあるため、正しい端末であることを
証明する手がかりにより、更にセキュリティ上強固なセ
ッション鍵の生成方法が望まれる。

【００１７】そこで、本発明は、セッション鍵の生成方
法として、過去に使用したセッション鍵を鍵生成時に用
いることで、確実な相手でかつ両者しか知りえない情報
によってセッション鍵を生成することを第１の目的とす
る。

【００１８】また、本発明は、セッション鍵を切替える
タイミングが不正なアクセス者から察知されないよう、
セッション鍵をランダムにかつ自動的に切替えるための
タイミングを決定することを第２の目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明のセッション鍵生成方法は、暗号化通
信を行う処理装置間で、過去に使用したセッション鍵を
新たなセッション鍵生成時に用いることにより、確実に
正しい相手でかつ両者しか知りえない情報によってセッ
ション鍵を生成する方法が得られる。

【００２０】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明のセッション鍵生成方法は、暗号化通信を行う処
理装置間で、セッション鍵をランダムにかつ自動的に切
替えるためのタイミングを決定することにより、セッシ
ョン鍵を切替えるトリガーが不正なアクセス者から察知
されない方法が得られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、要求された情報を処理する中央処理装置と、外部コ
ンピュータとの通信を行う通信装置と、図形要素、文字
などの情報を表示する表示装置と、文字、数値などのデ
ータを入力するキーボード、キーボタン、タブレット、
マウスなどの入力装置と、オペレーティングシステム、
ウィンドウシステムなどの実行中のプログラムを記憶す
るための主記憶装置と、プログラム、テキストデータな
どの情報を記憶するための二次記憶装置とからなる処理
装置間で暗号化通信を行う際のセッション鍵生成方法で
あって、暗号化通信を行う処理装置間で、過去に使用し
たセッション鍵を新たなセッション鍵生成時に用いるこ
とで、確実に正しい相手でかつ両者しか知りえない情報
によってセッション鍵を生成することを可能とする作用
を有する。

【００２２】本発明の請求項２に記載の発明は、セッシ
ョン鍵生成の際、前回通信したデータのダイジェストと
現在の認証時に使用したデータを演算することによって
鍵を生成することで、確実に正しい相手でかつ両者しか
知りえない情報によってセッション鍵を生成することを
可能とする作用を有する。

【００２３】本発明の請求項３に記載の発明は、次回の
セッション鍵生成をする基データとなる乱数を双方で交
換し、次回の通信においてセッション鍵生成に利用する
ことで、確実に正しい相手でかつ両者しか知りえない情
報によってセッション鍵を生成することを可能とする作
用を有する。

【００２４】本発明の請求項４に記載の発明は、要求さ
れた情報を処理する中央処理装置と、外部コンピュータ
との通信を行う通信装置と、図形要素、文字などの情報
を表示する表示装置と、文字、数値などのデータを入力
するキーボード、キーボタン、タブレット、マウスなど
の入力装置と、オペレーティングシステム、ウィンドウ
システムなどの実行中のプログラムを記憶するための主
記憶装置と、プログラム、テキストデータ等の情報を記
憶するための二次記憶装置からなる処理装置間で暗号化
通信を行う際のセッション鍵生成方法であって、暗号化
通信を行う処理装置間で、セッション鍵をランダムにか
つ自動的に切替えるためのタイミングを決定することに
より、セッション鍵を切替えるタイミングが不正なアク
セス者から察知されないという作用を有する。

【００２５】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図８を用いて説明する。

【００２６】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１によるセッションキー生成方法を実施するための
構成を示すブロック図である。

【００２７】全体の構成としては、モデムなど通信を行
うための通信処理部１と、キーボードやマウスといった
入力装置２と、スケジュールを行う条件の入力や結果を
表示する表示装置３と、中央処理装置（ＣＰＵ）４と、
処理中のプログラムや値を一時的に記憶する主記憶装置
５と、そして、プログラムと演算結果を保存したり記憶
するための二次記憶装置６とから構成される。二次記憶
装置６は、通信相手との認証を行う認証処理部、暗号処
理やダイジェスト生成の演算を行う暗号処理部８、セッ
ション鍵生成部９、セッション鍵情報保存部１０、セッ
ション鍵切替えタイミング制御部１１とから成る。

【００２８】図２は、認証アルゴリズムであるチャレン
ジ＆レスポンスの処理フローを示す。認証は、サーバ認
証と端末認証の２つがあるが、ここでは、サーバ認証を
説明する。なお、端末認証では、サーバと端末を入換え
た形で同じアルゴリズムが使用されるため省略する。

【００２９】先ず、最初に、ステップ１１において、端
末内部で乱数を生成する。生成した乱数は、ステップ１
２において、予めサーバと端末で共有している共通秘密
鍵で暗号化し、サーバへ送信される（Ｓ１３）。端末内
では、生成した乱数に対して一方向性関数Ｇにより演算
を行い演算結果を値Ｘとする（Ｓ１４）。続いて、サー
バ側では、端末から受信した暗号化乱数を復号し（Ｓ１
５）、上述の一方向性関数Ｇと同じ演算を行い（Ｓ１
６、Ｓ１７）、値をＹとする。サーバでの演算結果Ｙを
端末へ送信し（Ｓ１８）、端末において、ステップ１９
においてＸ，Ｙの値を照合する。Ｘ＝Ｙの場合は、ステ
ップ２１においてサーバ認証成功として処理され、次の
処理である端末認証へ移る。また、ステップ１９におい
て、ＸとＹの値が異なっていれば、サーバ認証失敗とし
て処理され、移行の処理を中止する（Ｓ２０）。

【００３０】同様なフローでサーバと端末を入換えて端
末認証が実行される。

【００３１】以上のように本発明では、チャレンジ＆レ
スポンスの認証で使用する乱数自身を暗号化して伝送路
上に流すことにより、乱数と一方向性関数Ｇの関係を解
読しにくい構成とする。

【００３２】次に、本発明のセッション鍵生成方法につ
いて説明する。図３は、セッション鍵の生成方法を示す
説明図である。

【００３３】この方法では、端末サーバ双方で、チャレ
ンジレスポンスによる相互認証を実行し、相互認証の過
程で生成した双方で共通した認証情報と、前回生成した
セッション鍵を排他的論理和で演算し、その演算結果を
セッション鍵として使用するというものである。この方
法により、前回の暗号化通信を行った相手でなければ、
共通のセッション鍵を生成することはできないため、よ
り確実に正しい相手であることになる。この方法の処理
の流れを図４のフローチャートを使用して説明する。な
お、端末サーバ双方で同じ処理を行うため、ここでは端
末側で行う処理を例に説明する。

【００３４】先ずステップ３１において、サーバ認証で
用いる照合データＹと端末認証で用いる照合データＺを
基に、ＹとＺの排他的論理を計算し、その結果をＡＵ１
とする。ステップ３２において前回生成し、予め保存し
たセッション鍵ＫＳ１を二次記憶領域から取り出す。次
にステップ３３において、ＡＵ１とＫＳ１の排他的論理
を演算し結果をＫＳ２とする。ステップ３４において、
ＫＳ２を今回の暗号化通信用のセッション鍵情報として
一次記憶領域に保存する。最後にステップ３５において
次回のセッション鍵生成時にＫＳ１の値として使用する
ため、二次記憶領域に保存し、セッション鍵生成の処理
が終了する。

【００３５】以上が、本発明における実施の形態１であ
る。

【００３６】（実施の形態２）次に、実施の形態２につ
いて図５、図６を用いて説明する。

【００３７】なお、相互認証の方法は、図２を用いて説
明した実施の形態１と同様な方法で行うものとし、ここ
ではセッション鍵生成方法のみを説明する。

【００３８】図５は、セッション鍵の生成方法を示す説
明図である。

【００３９】この方法では、端末サーバ双方で、チャレ
ンジレスポンスによる相互認証を実行し、相互認証の過
程で生成した双方で共通した認証情報と、前回生成した
セッション鍵を基に生成した情報からハッシュ演算を行
って生成した値とから排他的論理和の演算を行いし、そ
の演算結果をセッション鍵として使用するというもので
ある。この方法により、実施の形態１の方法に加え、セ
ッション鍵そのものではなく、認証情報を加えた値を得
ることができ、前回のセッション鍵が流出したとして
も、このセッション鍵情報のみでは、新しいセッション
鍵を求めることができないため、より確実に正しい相手
でなければ、セッション鍵を生成は難しくなり、強固な
セッション鍵の生成方法と言える。この方法の処理の流
れを図６のフローチャートを使用して説明する。なお、
端末サーバ双方で同じ処理を行うため、ここでは端末側
で行う処理を例に説明する。

【００４０】先ずステップ４１において，サーバ認証で
用いる照合データＹと端末認証で用いる照合データＺを
基に、ＹとＺの排他的論理を計算し、その結果をＡＵ２
とする。ステップ４２において前回生成し、予め保存し
たハッシュ値Ｈ１を二次記憶領域から取り出す。次にス
テップ４３において、ＡＵ２とＨ１の排他的論理を演算
し結果をＫＳ３とする。ステップ４４において、ＫＳ３
を今回の暗号化通信用のセッション鍵情報として一次記
憶領域に保存する。次にステップ４５において、ＡＵ２
とＫＳ３を結合してハッシュ計算を行い値Ｈ２とする。
ステップ４６において、Ｈ２を次回のセッション鍵生成
時に使用するＨ１の値として使用するため、二次記憶領
域に保存し、このセッション鍵生成の処理が終了する。

【００４１】以上が、本発明の実施の形態２である。

【００４２】（実施の形態３）次に、実施の形態３につ
いて図７、図８を用いて説明する。

【００４３】なお、相互認証の方法は、図２を用いて説
明した実施の形態１と同様な方法で行うものとし、ここ
ではセッション鍵生成方法のみを説明する。

【００４４】図７は、セッション鍵の生成方法を示す説
明図である。

【００４５】この方法では、初回に端末サーバ双方で、
チャレンジレスポンスによる相互認証を実行し、相互認
証の過程で生成した双方で共通した認証情報を基に、セ
ッション鍵を生成し、その後、次回のセッション鍵を生
成記憶しておき、次回のセッション鍵として使用する方
法である。次回のセッション鍵の生成では、端末側で乱
数を生成し、現在のセッション鍵とこの乱数の排他的論
理和演算を実行した値を次回のセッション鍵とするもの
である。この方法により、今回認証をパスしたとしても
前回の通信を行った相手でなければ、セッション鍵を入
手できないという強固なセッション鍵の生成方法と言え
る。

【００４６】この方法の処理の流れを図８のフローチャ
ートを使用して説明する。なお、端末サーバ双方では、
乱数生成以外は、同じ処理を行うため、ここでは端末側
で行う処理を例に説明する。

【００４７】また、初回に行う相互認証からのセッショ
ン鍵生成は、実施の形態１で説明した、サーバ認証で用
いる照合データＹと端末認証で用いる照合データＺを基
に、ＹとＺの排他的論理を計算した値ＡＵ１をセッショ
ン鍵として使用する。図８のフローチャートは初回移行
のセッション鍵生成の説明である。

【００４８】先ずステップ５１において，予め二次記憶
に保存した、次回セッション鍵を取り出す。ステップ５
２において現在の暗号化通信でのセッション鍵Ｋ４とし
て一次記憶に保存する。次に、ステップ５３において、
端末側で乱数Ｒを生成する。ステップ５４において、サ
ーバに対し乱数Ｒを暗号化して送信する。ステップ５５
において、セッション鍵Ｋ４と乱数Ｒとの排他的論理和
を計算し次回のセッション鍵Ｋ５とする。ステップ５６
において、Ｋ５を２次記憶領域に保存し、このセッショ
ン鍵生成の処理が終了する。

【００４９】以上が、本発明の実施の形態３である。

【００５０】（実施の形態４）次に、暗号化通信時にセ
ッション鍵を切替えるためのトリガーをかけずにサーバ
端末間でランダムにセッション鍵を切替える方法につい
て説明する。

【００５１】現在通信を行っているセッション鍵を入力
として、データ変換Ｆを行い、双方での通信回数（全て
の送受信回数を対象）までを有効とし、通信回数をカウ
ントアップし、算出の通信回数に達した時点でサーバ端
末双方でセッション鍵を生成、その後の暗号化通信のセ
ッション鍵とする方法である。

【００５２】図９は、この方法の説明である。先ず６４
ビット長のデータが生成された時点で、サーバ端末双方
でこの鍵データを基に変換Ｆにより切替えタイミングを
算出する。算出された値になるまで、双方で通信回数の
カウントアップを行い、切替えタイミングの値（例えば
８７回）に達したら、セッション鍵の再生を実行し、同
様に新たに生成されたセッション鍵から変換Ｆによって
得られる切替えタイミングまで通信を行う。なお、セッ
ション鍵の生成方法は、実施の形態１〜３で説明した何
れかの方法を用いる。

【００５３】以上が、本発明の実施の形態４である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に記載のセッション鍵生成方法は、暗号化通信を行う処
理装置間で、過去に使用したセッション鍵を新たなセッ
ション鍵生成時に用いることで、確実に正しい相手でか
つ両者しか知りえない情報によってセッション鍵を生成
することができるという有利な効果が得られる。

【００５５】本発明の請求項２に記載のセッション鍵生
成方法は、前回通信したデータのダイジェストと現在の
認証時に使用したデータを演算することによって鍵を生
成する、請求項１に記載のセッション鍵生成方法によ
り、確実に正しい相手でかつ両者しか知りえない情報に
よってセッション鍵を生成することができるという有利
な効果が得られる。

【００５６】本発明の請求項３に記載のセッション鍵生
成方法は、暗号化通信において、次回のセッション鍵生
成をする基データとなる乱数を双方で交換し、次回の通
信においてセッション鍵生成に利用する、請求項１に記
載のセッション鍵生成方法により、確実に正しい相手で
かつ両者しか知りえない情報によってセッション鍵を生
成することができるという有利な効果が得られる。

【００５７】本発明の請求項４に記載のセッション鍵生
成方法は、暗号化通信を行う処理装置間で、セッション
鍵をランダムにかつ自動的に切替えるためのタイミング
を決定することで、セッション鍵を切替えるタイミング
が不正なアクセス者から察知されないようにすることが
できるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステム構成図

【図２】本発明におけるチャレンジ＆レスポンスの処理
フローチャート

【図３】本発明の実施の形態１におけるセッション鍵生
成方法説明図

【図４】本発明の実施の形態１におけるセッション鍵ま
での処理フローチャート

【図５】本発明の実施の形態２におけるセッション鍵生
成方法説明図

【図６】本発明の実施の形態２におけるセッション鍵ま
での処理フローチャート

【図７】本発明の実施の形態３におけるセッション鍵生
成方法説明図

【図８】本発明の実施の形態３におけるセッション鍵ま
での処理フローチャート

【図９】鍵切替えタイミングの説明図

【図１０】従来のセッション鍵生成方法を搭載した装置
を示すブロック図

【図１１】従来のセッション鍵生成方法の処理の概要図

【図１２】従来の認証処理の詳細フローチャート

【図１３】従来のセッション鍵生成処理の詳細フローチ
ャート

【符号の説明】

１通信処理部２入力装置３表示装置４中央処理装置（ＣＰＵ）５主記憶装置６二次記憶装置７認証処理部８暗号処理部９セッション鍵生成部１０セッション鍵情報保存部１１セッション鍵切替えタイミング制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】要求された情報を処理する中央処理装置
と、外部コンピュータとの通信を行う通信装置と、図形
要素、文字などの情報を表示する表示装置と、文字、数
値などのデータを入力するキーボード、キーボタン、タ
ブレット、マウスなどの入力装置と、オペレーティング
システム、ウィンドウシステムなどの実行中のプログラ
ムを記憶するための主記憶装置と、プログラム、テキス
トデータなどの情報を記憶するための二次記憶装置とか
らなる処理装置間で暗号化通信を行う際のセッション鍵
生成方法であって、暗号化通信を行う処理装置間で、過去に使用したセッシ
ョン鍵を新たなセッション鍵生成時に用いるセッション
鍵生成方式。
【請求項２】セッション鍵生成の際、前回通信したデー
タのダイジェストと現在の認証時に使用したデータを演
算することによって鍵を生成する、請求項１に記載のセ
ッション鍵生成方式。
【請求項３】暗号化通信において、次回のセッション鍵
生成をする基データとなる乱数を双方で交換し、次回の
通信においてセッション鍵生成に利用する、請求項１に
記載のセッション鍵生成方法。
【請求項４】要求された情報を処理する中央処理装置
と、外部コンピュータとの通信を行う通信装置と、図形
要素、文字などの情報を表示する表示装置と、文字、数
値などのデータを入力するキーボード、キーボタン、タ
ブレット、マウスなどの入力装置と、オペレーティング
システム、ウィンドウシステムなどの実行中のプログラ
ムを記憶するための主記憶装置と、プログラム、テキス
トデータ等の情報を記憶するための二次記憶装置からな
る処理装置間で暗号化通信を行う際のセッション鍵生成
方法であって、暗号化通信を行う処理装置間で、セッション鍵をランダ
ムにかつ自動的に切替えるためのタイミングを決定する
ことを特徴とするセッション鍵生成方法。