JP2003324416A - サービス提供方法、サービス受信方法、及びサービス受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セキュリティを維持しつつ、エンドユーザ単
位でダイナミックに差別化サービスを提供し、課金でき
るようにする。 【解決手段】 サービス送信装置６からサービスを受け
るサービス受信装置７に適用されるサービス受信方法に
おいて、利用度数販売サーバから、サービスの利用度数
を取得するとともに、セッション認証サーバから、セッ
ション鍵と、このセッション鍵を暗号化したものを含む
セッション認証証明書とを取得し、前記取得した前記セ
ッション認証証明書を、セッションの相手となるサービ
ス送信装置６に送信し、サービス送信装置６から送られ
てくるパケットを受信し、その中に含まれる暗号化され
たデータ及び利用料金額を、前記取得したセッション鍵
で復号化するとともに、前記取得した利用度数から前記
利用料金額を差し引く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ネットワークを介
して差別化サービスを提供するサービス提供方法、サー
ビス受信方法、及びサービス受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】差別化サービス（DS, DiffServ, Differ
entiated Service）は、ゲートウェイ（パケットを中継
する装置）のPHB(Per-Hop Behavior)に複数の種類を設
け、パケットごとに扱いを差別化することによって、帯
域やジッタ(遅延時間の揺れ)を保証する仕組みとして知
られている。なお、差別化サービスについては、例えば
文献「詳解ネットワークQoS技術、戸田 巖、オーム社、
2001年」の第7章に概要が説明されている。

【０００３】有線のインターネット伝送におけるパケッ
ト損失やジッタは、ゲートウェイにおいて出口伝送路の
帯域に対して入口伝送路のトラフィックの和が多すぎる
ときに、パケットを棄却したり、待ちが生じることによ
り起こる。パケット棄却やキューイングスケジューリン
グを差別化することで、サービスを差別化することが可
能である。

【０００４】DSの観点からは、インターネットは図６の
ような構造で表される。

【０００５】DSドメイン(A)〜(D)はそれぞれ一定のポリ
シーで差別化サービスを提供する領域であり、通常は、
各ISP(Internet Service Provider)の管理領域と一致す
る。エッジゲートウェイ（入口エッジゲートウェイ１
A、出口エッジゲートウェイ１B）は自ネットワークと顧
客ネットワークや他のISPとを接続するゲートウェイで
あり、コアゲートウェイ２は自ネットワーク内に位置す
るゲートウェイである。非DSクラウドはDSを扱わないネ
ットワークの連続領域である。

【０００６】入口エッジゲートウェイ１A、出口エッジ
ゲートウェイ１B、コアゲートウェイ２の構成は、それ
ぞれ図７（ａ）〜（ｃ）に示す通りである。

【０００７】図７（ａ）に示される受付制御機構は、要
求されたサービスレベルを自ドメインが提供するかを判
定し、要求を受け入れるか拒否するもので、入口エッジ
ゲートウェイ１Ａにのみ存在する。

【０００８】図７（ａ）及び（ｂ）に示されるトラフィ
ック調整機構は、中継パケットが所定のサービスレベル
の範囲内であるかチェックし、必要に応じて棄却あるい
はサービスレベルの付け替えを行うもので、エッジゲー
トウェイ１Ａ、１Ｂにのみに存在する。

【０００９】図７（ａ）〜（ｃ）に示されるフォワーデ
ィングは、宛先IPアドレスに応じた経路選択を行うもの
で、すべてのゲートウェイ１Ａ、１Ｂ、２に存在する。

【００１０】図７（ａ）〜（ｃ）に示されるトラフィッ
ク制御機構は、サービスレベルに応じてパケットの棄却
あるいはスケジューリングを行うもので、すべてのゲー
トウェイ１Ａ、１Ｂ、２に存在する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】DSが定義するのは上述
したゲートウェイのPHBと、パケットヘッダのDSフィー
ルド値（DSコードポイント）とPHBの対応（推奨）のみ
である。この機構を利用した差別化サービスの提供によ
る利潤創出方法を採用する際には、ISP(InternetServic
e Provider)は帯域や料金等についてあらかじめ顧客と
の間でSLA(Service Level Agreement)を結ぶとされてい
る。このため、例えばある顧客がビデオ会議のためにパ
ケット廃棄率やジッタが小さいサービス品質保証を得る
ためには、ビデオ会議をたまにしか行わなくてもISPとS
LAを結び割高な料金を払う羽目になるため、実際にはこ
うした契約を結びにくく、BE(Best Effort)サービスで
我慢するのが実態であるという問題がある。ISPにとっ
ても、顧客の需要に応じてダイナミックに差別化サービ
スを提供できず、利潤創出機会を喪失するという問題が
ある。

【００１２】DiffServ機構では、ISPのエッジゲートウ
ェイが受付制御とトラフィック調整を行うアーキテクチ
ャにより、不当に多量なデータの流入や不当なサービス
要求攻撃に備えている。しかし、このアーキテクチャで
は、エンドユーザ単位でダイナミックに差別化サービス
を受け付けて課金しようとすると、エッジゲートウェイ
ごとにエンドユーザデータベースを設けるのはデータベ
ース規模の点で難しく、パケットごとにデータベースサ
ーバへ問い合わせるのはサーバへの通信負荷の点で難し
いという問題がある。

【００１３】このように従来技術においては、エッジゲ
ートウェイの機能のみで受付制御を実現するアーキテク
チャを採っているため、ユーザの特定、ユーザデータベ
ース規模やネットワーク規模拡張性の点で、エンドユー
ザ単位でダイナミックに差別化サービスを提供し、課金
することが無理であるという問題があった。

【００１４】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、セキュリティを維持しつつ、エンドユーザ単位で
ダイナミックに差別化サービスを提供し、課金すること
を可能にする、サービス提供方法、サービス受信方法、
及びサービス受信装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るサービス受
信装置は、サービス送信装置からサービスを受けるサー
ビス受信装置であって、利用度数販売サーバから、サー
ビスの利用度数を取得するとともに、セッション認証サ
ーバから、セッション鍵と、このセッション鍵を暗号化
したものを含むセッション認証証明書とを取得する手段
と、前記取得手段により取得された前記セッション認証
証明書を、セッションの相手となる前記サービス送信装
置に送信する手段と、前記サービス送信装置から送られ
てくるパケットを受信し、その中に含まれる暗号化され
たデータ及び利用料金額を、前記取得したセッション鍵
で復号化するとともに、前記取得した利用度数から前記
利用料金額を差し引く手段とを具備することを特徴とす
る。

【００１６】また、本発明に係るサービス受信方法は、
サービス送信装置からサービスを受けるサービス受信装
置に適用されるサービス受信方法であって、利用度数販
売サーバから、サービスの利用度数を取得するととも
に、セッション認証サーバから、セッション鍵と、この
セッション鍵を暗号化したものを含むセッション認証証
明書とを取得し、前記取得した前記セッション認証証明
書を、セッションの相手となる前記サービス送信装置に
送信し、前記サービス送信装置から送られてくるパケッ
トを受信し、その中に含まれる暗号化されたデータ及び
利用料金額を、前記取得したセッション鍵で復号化する
とともに、前記取得した利用度数から前記利用料金額を
差し引くことを特徴とする。

【００１７】また、本発明に係るサービス提供方法は、
サービス送信装置から入口エッジゲートウェイ及び出口
エッジゲートウェイを介してサービス受信装置にサービ
スを提供するサービス提供方法であって、セッション認
証サーバは、前記サービス受信装置のIPアドレスとセッ
ション鍵を、認証鍵生成サーバで生成した認証鍵で暗号
化したセッション認証証明書を前記サービス受信装置へ
送り、前記サービス受信装置は、前記セッション認証証
明書を前記サービス送信装置へ送り、前記サービス送信
装置から、前記セッション認証証明書を含むパケットを
送信し、前記入口エッジゲートウェイにおいて、前記パ
ケットに含まれるセッション認証証明書を、前記認証鍵
生成サーバから供給される前記認証鍵を用いて復号化
し、これにより得られるIPアドレスが前記パケットの宛
先アドレスと一致している場合に前記パケットを中継
し、前記出口エッジゲートウェイにおいて、中継された
前記パケットに含まれるセッション認証証明書を、前記
認証鍵生成サーバから供給される前記認証鍵を用いて復
号化し、これにより得られる利用料金が所定の値に等し
い場合に、当該利用料金に所定の額を加算した上で前記
認証鍵を用いて再暗号化を行い、生成されたパケットを
前記サービス受信装置に送ることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。

【００１９】本実施形態におけるインターネット通信シ
ステムの全体構成を図１に示す。なお、図６と共通する
構成要素には同一符号を付している。

【００２０】図１に示される「有料DSドメイン」は、本
実施形態に特徴付けられる有料差別化サービスを提供す
るISPのドメインに相当する。

【００２１】本インターネット通信システムの利用にお
いては、 （イ）ユーザが利用権を購入する局面 （ロ）ユーザがセッションを開始するために差別化サー
ビス利用の認証を要求する局面 （ハ）ユーザが差別化サービスを利用する通信を送信側
へ要求する局面 （ニ）ユーザが差別化サービスを利用しつつ対価として
利用権を消費する局面の四つが挙げられる。

【００２２】以下では、それぞれの局面における、送信
装置（サービス送信装置）６、受信装置（サービス受信
装置）７、エッジゲートウェイ１Ａ、１Ｂ、コアゲート
ウェイ２、利用権販売サーバ３、セッション認証サーバ
４、認証鍵生成サーバ５の間でのデータのやり取りにつ
いて順次説明する。

【００２３】なお、以下の説明で参照する図２〜図４中
の太い線は、IPsecによる安全な通信路を示す。IPsecと
は、安全にインターネット上でのデータ伝送を行うため
の仕組みである。IPsecについては、文献「マスタリン
グIPsec、馬場 達也、オライリー・ジャパン、2001年」
の第2章に基盤となる暗号技術が、第5章〜第9章にIPsec
の概要が説明されている。上記IPsecにいう安全には次
の4つの目的がある。

【００２４】・機密性(メッセージの内容を第三者が読
み取れないこと) ・完全性(あたかも元の送信者が送ったものであるかの
ような偽造メッセージを第三者が送れないこと) ・リプレイ防御性(元のメッセージを複製して再送した
メッセージを不正と判定できること) ・認証(データを送受信する相手を確認すること、およ
び、メッセージが改竄されていないことを確認するこ
と)また、一般に利用される暗号技術には次の3つなどが
ある。

【００２５】・共通鍵暗号(送受信者のみが秘密に共有
する鍵を用いて暗号化、復号を行う) ・公開鍵暗号(暗号化鍵と復号鍵のペアを生成し、一方
を公開、他方を秘密とする) ・メッセージ認証コード(共有秘密鍵やハッシュ関数で
メッセージから一方向的にデータを生成し、第三者の偽
造を防止する) 本実施形態においては、以下の説明に現れるIPsec以外
の暗号化は、「共通鍵」による暗号化であるものとす
る。

【００２６】[利用権購入]図２は、ユーザが利用権を購
入する局面を説明するための図である。

【００２７】受信装置７は、エンドユーザがISPの利用
権販売サーバ３からIPアドレス２１等を用いてSP(Servi
ce Point, 利用度数)２２を購入すると、これを装置内
に蓄える。この際の料金決済は電子商取引の枠組みで実
施することができる。

【００２８】ここで、SP２２は、受信装置７とISPの間
でIPsecを経て提供することにより、偽造や複製を防止
する。即ち、ISPからの購入と通信による消費以外でSP
を更新することはできず、受信装置７の外からは偽造や
複製を行えないようになっている。

【００２９】[差別化サービス利用認証]図３は、ユーザ
がセッションを開始するために差別化サービス利用の認
証を要求する局面を説明するための図である。

【００３０】受信装置７は、アプリケーションセッショ
ンの構築時に、ISPのセッション認証サーバ４へ自分のI
Pアドレス２１を提示しながらDSを要求し、ISPはこれに
対し初期セッション認証証明書２３１とセッション鍵２
４を発行する。

【００３１】ここで、セッション鍵２４は、受信装置７
とセッション認証サーバ４の間でIPsecを経て交換す
る。受信装置７外からセッション鍵２４を知ることはで
きない。

【００３２】また、初期セッション認証証明書２３１
は、認証鍵生成サーバ５から供給される、定期的に更新
される認証鍵２５（ISPのドメイン内で共通）により暗
号化して作成することにより、認証証明書の偽造を防止
するとともに、万一鍵が破られたとしても有効期間を短
くする。この初期セッション認証証明書２３１は、受信
装置７のIPアドレス２１とセッション鍵２４と料金額
(初期値)とを暗号化したものを含む。

【００３３】また、受信装置７はシーケンス番号鍵２７
とシーケンス番号（初期値）２８を生成する。

【００３４】[差別化サービス通信要求]図４は、ユーザ
が差別化サービスを利用した通信を送信側へ要求する局
面を説明するための図である。

【００３５】受信装置７においては、ユーザの指示ある
いはアプリケーションにより、SP予算額３１及び要求DS
コードポイント３２が設定される。

【００３６】受信装置７は、セッションの相手とする送
信装置６へ初期セッション認証証明書２３１（料金額
（初期値）が設定されたセッション認証証明書）、シー
ケンス番号鍵２７、SP予算額３１、シーケンス番号２
８、要求DSコードポイント３２を送付する。ここで、シ
ーケンス番号鍵２７、SP予算額３１、シーケンス番号２
８、要求DSコードポイント３２は、IPsecを経て送付す
る。

【００３７】受信装置７は、その後も適宜アプリケーシ
ョン(エンドユーザの指示による場合も含め)の要求に応
じてDS要求の変更、SP予算額の更新を行う。

【００３８】なお、入口エッジゲートウェイ１Ａ及び出
口エッジゲートウェイ１Ｂには、定期的に更新される認
証鍵２５（ISPのドメイン内で共通）が認証鍵生成サー
バ５から供給される。この認証鍵２５は、後述する差別
化サービス利用において使用される。

【００３９】[差別化サービス利用]図５は、ユーザが差
別化サービスを利用しつつ対価として利用権を消費する
局面を説明するための図である。

【００４０】送信装置６は、通信パケットに、データ４
０のほか、シーケンス番号鍵２７でシーケンス番号２８
を暗号化した暗号化シーケンス番号２８１と、SP予算残
額４１と、初期セッション認証証明書２３１とを添付
し、要求されたDSコードポイント３２でインターネット
へ送信しつつ、シーケンス番号２８をインクリメント
し、SP予算残額４１を更新する。予算が切れたらBEで送
信する。

【００４１】ISPの入口エッジゲートウェイ１Ａは、パ
ケットを受け取ると、認証鍵２５を用いて認証証明書２
３１を復号し、それで得た受信装置７のIPアドレス２１
とパケットの宛先アドレスの一致を確認する。これが一
致すれば中継する。

【００４２】ISPの出口エッジゲートウェイ１Ｂは、ド
メイン内で提供したDSレベルを確認する。DSを提供する
場合は、認証証明書２３１から復号した料金額が初期値
に等しかった場合のみ、認証証明書２３１から復号した
セッション鍵２４でデータ４０本体を暗号化し、パケッ
トの暗号化済ビットを立てる。またDSレベルに応じた額
を料金額に加算して、IPアドレス２１とセッション鍵２
４をともに認証鍵２５で再暗号化し、また利用料金とデ
ータとを合わせてセッション鍵で暗号化する。

【００４３】受信装置７は、パケットを受け取ると、暗
号化シーケンス番号２８１を復号して偽造パケットや複
製パケットでないことを確認して、シーケンス番号をイ
ンクリメントする。

【００４４】次に、パケットの暗号化済ビットが立って
いれば、自身が持っているセッション鍵２４で暗号化さ
れたデータ及び利用料金額を復号化し、手持ちのSPから
利用料金を差し引く。この処理は受信装置内部で閉じた
処理として行う。

【００４５】アプリケーションは受信装置７からデータ
を受け取るとともに、予算残額と手持ちのSP値をユーザ
に提示する。

【００４６】本実施形態においては、以下のような効果
が得られる。

【００４７】・出口エッジゲートウェイで料金を加算
し、受信装置とISPサーバしか知りえないセッション鍵
でデータを暗号化する処理を加えることにより、ISPがD
Sを提供したパケットを受信したらSPが消費され、SPを
消費せずにパケットデータを知ることはできず、受信装
置以外が解読することもできない。

【００４８】・非DSドメインのみを経由すればパケット
は暗号化されず、またいったん有料DSドメインを通った
あと非DSドメインを通ってもパケットはそのまま送られ
るシステムであるため、非DSドメインを経由した通信が
サポートされ、また、非DSドメインではSPが課金されな
い。

【００４９】・出口エッジゲートウェイで提供したDSに
応じて課金を行うシステムであるため、ネットワークの
輻輳でDSを提供できなかった(BEレベルに落とした)DSド
メインではSPを課金しない。

【００５０】・エッジゲートウェイにセッション認証証
明書を復号し、宛先IPアドレスとの一致を確認する処理
を加えたので、不正サービス要求攻撃を受け付けない。

【００５１】・受信装置で暗号化シーケンス番号を復号
し確認する処理を加えたので、不正パケットを受け付け
ず、不当にSPを消費しない。

【００５２】・ネットワーク全域への更新情報は認証鍵
生成サーバからセッション認証サーバとエッジゲートウ
ェイへの認証鍵の配布だけであり、その情報量はユーザ
数に対して一定であるので、エンドユーザ単位にダイナ
ミックに差別化サービスを提供できる。

【００５３】・エッジゲートウェイは認証鍵のみを持
ち、その情報量はユーザ数に対して一定であるシステム
であるので、エンドユーザ単位にダイナミックに差別化
サービスを提供できる。

【００５４】・受信装置から送信装置へSP予算を送信す
る機能を加えたので、ユーザはセッションごとにあらか
じめSP予算を設定できる。

【００５５】・受信装置から送信装置へ要求DSコードポ
イントとSP予算を随時更新する機能を加えたので、ユー
ザは通信中に送信装置へ要請する差別化サービスレベル
やSP予算をダイナミックに変更できる。

【００５６】・受信装置にSPの値をユーザに通知する機
能を加えたので、ユーザは通信中に通信費の掛かり具合
をリアルタイムに確認できる。

【００５７】本発明は、上述した実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形
して実施することが可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、セ
キュリティを維持しつつ、エンドユーザ単位でダイナミ
ックに差別化サービスを提供し、課金できるようにする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るインターネット通信
システムの全体構成を示す図。

【図２】同実施形態における、ユーザが利用権を購入す
る局面を説明するための図。

【図３】同実施形態における、ユーザがセッションを開
始するために差別化サービス利用の認証を要求する局面
を説明するための図。

【図４】同実施形態における、ユーザが差別化サービス
を利用した通信を送信側へ要求する局面を説明するため
の図。

【図５】同実施形態における、ユーザが差別化サービス
を利用しつつ対価として利用権を消費する局面を説明す
るための図。

【図６】従来のインターネット通信システムの全体構成
を示す図。

【図７】各種のゲートウェイの構成を示す図。

【符号の説明】

１Ａ…入口エッジゲートウェイ １Ｂ…出口エッジゲートウェイ ２…コアゲートウェイ ３…利用権販売サーバ ４…セッション認証サーバ ５…認証鍵生成サーバ ６…送信装置 ７…受信装置 ２１…IPアドレス ２２…SP ２４…セッション鍵 ２５…認証鍵 ２７…シーケンス番号鍵 ２８…シーケンス番号 ３１…SP予算額 ３２…要求DSコードポイント ４０…データ ４１…SP予算残額 ２３１…初期セッション認証証明書 ２３２…課金済セッション認証証明書 ２８１…暗号化シーケンス番号 ４０１…暗号化データ

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０６Ｆ 17/60 ５１２ Ｇ０６Ｆ 17/60 ＺＥＣ ＺＥＣ Ｈ０４Ｌ 9/00 ６０１Ｂ Ｈ０４Ｌ 9/32 ６０１Ｅ ６７５Ｚ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サービス送信装置からサービスを受ける
   サービス受信装置であって、 利用度数販売サーバから、サービスの利用度数を取得す
   るとともに、セッション認証サーバから、セッション鍵
   と、このセッション鍵を暗号化したものを含むセッショ
   ン認証証明書とを取得する手段と、 前記取得手段により取得された前記セッション認証証明
   書を、セッションの相手となる前記サービス送信装置に
   送信する手段と、 前記サービス送信装置から送られてくるパケットを受信
   し、その中に含まれる暗号化されたデータ及び利用料金
   額を、前記取得したセッション鍵で復号化するととも
   に、前記取得した利用度数から前記利用料金額を差し引
   く手段とを具備することを特徴とするサービス受信装
   置。
2. 【請求項２】 前記暗号化されたデータ及び利用料金額
   の復号化は、前記受信したパケットに暗号化済を示すビ
   ットが立っている場合に行うことを特徴とする請求項１
   記載のサービス受信装置。
3. 【請求項３】 前記セッション認証証明書は、前記受信
   装置のIPアドレスとセッション鍵と料金額とを暗号化し
   たものを含むものであることを特徴とする請求項１記載
   のサービス受信装置。
4. 【請求項４】 サービス送信装置からサービスを受ける
   サービス受信装置に適用されるサービス受信方法であっ
   て、 利用度数販売サーバから、サービスの利用度数を取得す
   るとともに、セッション認証サーバから、セッション鍵
   と、このセッション鍵を暗号化したものを含むセッショ
   ン認証証明書とを取得し、 前記取得した前記セッション認証証明書を、セッション
   の相手となる前記サービス送信装置に送信し、 前記サービス送信装置から送られてくるパケットを受信
   し、その中に含まれる暗号化されたデータ及び利用料金
   額を、前記取得したセッション鍵で復号化するととも
   に、前記取得した利用度数から前記利用料金額を差し引
   くことを特徴とするサービス受信方法。
5. 【請求項５】 サービス送信装置から入口エッジゲート
   ウェイ及び出口エッジゲートウェイを介してサービス受
   信装置にサービスを提供するサービス提供方法であっ
   て、 セッション認証サーバは、前記サービス受信装置のIPア
   ドレスとセッション鍵を、認証鍵生成サーバで生成した
   認証鍵で暗号化したセッション認証証明書を前記サービ
   ス受信装置へ送り、 前記サービス受信装置は、前記セッション認証証明書を
   前記サービス送信装置へ送り、 前記サービス送信装置から、前記セッション認証証明書
   を含むパケットを送信し、 前記入口エッジゲートウェイにおいて、前記パケットに
   含まれるセッション認証証明書を、前記認証鍵生成サー
   バから供給される前記認証鍵を用いて復号化し、これに
   より得られるIPアドレスが前記パケットの宛先アドレス
   と一致している場合に前記パケットを中継し、 前記出口エッジゲートウェイにおいて、中継された前記
   パケットに含まれるセッション認証証明書を、前記認証
   鍵生成サーバから供給される前記認証鍵を用いて復号化
   し、これにより得られる利用料金が所定の値に等しい場
   合に、当該利用料金に所定の額を加算した上で前記認証
   鍵を用いて再暗号化を行い、生成されたパケットを前記
   サービス受信装置に送ることを特徴とするサービス提供
   方法。
6. 【請求項６】 前記所定の額を加算する際には、差別化
   サービスのレベルに応じた額を加算することを特徴とす
   る請求項５記載のサービス提供方法。