JP2004282751A - 移動通信におけるリターンルータビリティ方法 - Google Patents

移動通信におけるリターンルータビリティ方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 中間攻撃を阻止して安全性の高いＲＲ方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係るＲＲ(Return Routability)方法は、移動ノード１００がホームエージェント１５０にＨｏＴＩパケットを転送し（Ｓ４００）、対応ノード２００にＣｏＴIパケットを転送する段階（Ｓ４２０）、ホームエージェント１５０が所定の方式により生成した第１キー情報を含むＨｏＴＩパケットを対応ノードに転送する段階（Ｓ４１０）、対応ノード２００が所定の方式により生成した第２キー情報を含むＨｏＴパケットをホームエージェントに転送し（Ｓ４３０）、第１キー情報から所定の方式により生成した秘密キーを使用して暗号化したＣｏＴパケットを移動ノードに転送する段階（Ｓ４５０）、ホームエージェントが受信したＨｏＴパケットから所定の方式を使用して生成した秘密キーを移動ノードに転送する段階（Ｓ４４０）、および移動ノード１００が受信した秘密キーを使用して、受信した前記暗号化されたＣｏＴパケットを復号化する段階を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、移動通信におけるリターンルータビリティ(Return Routability)（以下ＲＲという）方法に関し、さらに詳しくは安全性を向上させ安全な通信を保障するリターンルータビリティ方法に関する。
Mobile IPv６(Internet Protocol version ６)において通信ノードは、インターネット上にリンクされたネットワークを自由に変更しながら通信することが可能である。Mobile IPv６において、一つリンクから別のリンクへと自分の接点(point of attachment)を変更させることができる通信ノードを移動ノード(Mobile Node :ＭＮ)と称し、移動ノードと通信中のノードを対応ノード(Correspond Node :ＣＮ)と称する。対応ノードは静的な場合もあり得、動的な場合もあり得る。
移動ノードは、自分のホームリンク内では、移動ノードに割り当てられたＩＰアドレス（ホームアドレス(Home Address)）を通して通信を続けることができる。そして、移動ノードが移動して、このホームリンクから他のリンクに接続が移る場合は、新たなＩＰアドレス（ＣｏＡ(Care-of Address)）が割り当てられる。このため、移動ノードは、通信を継続させるために、現在のＣｏＡを随時、対応ノードに報告する必要がある。この報告を実行させるためには、ホームアドレスと現在のＣｏＡとの対応付け情報であるＢＵ(Binding Update)をホームエージェントと対応ノードとに送信するＢＵ過程が必要になる。
図１はＢＵ過程を説明するための図である。
移動ノード１００は、ホームリンクから外部リンクに移動した状態を示している。ホームエージェント(Home Agent)１５０は、移動ノード１００における現在のＣｏＡが登録されるホームリンク上のルータである。
ＢＵ過程とは、移動ノード１００の移動に伴って更新されるＣｏＡの情報をホームエージェント１５０および対応ノード２００に登録させる過程である。このＢＵ過程が終了すると、ホームエージェント１５０は、移動ノード１００がホームリンクから離れている間、移動ノード１００のホームアドレス宛に配信されたパケットを奪ってカプセル化した後、移動ノード１００の現在登録されているＣｏＡにトンネリングする。
そして、ＢＵ過程を行うに先立って、移動ノード１００がＢＵ過程を行える正しいノードであるか否かを確認するためのＲＲ(Return Routability)過程が先行して行われる。このＲＲ過程を通して、対応ノード２００が移動ノード１００を認証する。なお、ＲＲ過程は、移動ノード１００とホームエージェント１５０および対応ノード２００とがデータを交換するＢＵ過程を通して行われる。
図２はＲＲ過程を説明するための信号の流れ図である。
移動ノード１００はホームエージェント１５０にＨｏＴＩ(Home Test Init)パケットを転送し(Ｓ３００)、対応ノード２００にはＣｏＴＩ(Care of Test Init)パケットを転送する(Ｓ３２０)。このホームエージェント１５０は移動ノード１００から受信したＨｏＴＩパケットを対応ノード２００に転送する(Ｓ３１０)。
対応ノード２００はＨｏＴＩパケットとＣｏＴＩパケットを受信して移動ノード１００を認証する。そして、対応ノード２００はＨｏＴＩパケットに対応してＨｏＴ(Home of Test)パケットをホームエージェント１５０に転送し(Ｓ３３０)、ＣｏＴＩパケットに対応するＣｏＴ(Care-of Test)パケットを移動ノード１００に転送する(Ｓ３５０)。ＨｏＴパケットにはnonce値を含むＭＡＣハッシュ関数が含まれ、この値はＢＵ過程において移動ノード１００を認証するために用いられる。
ここで、移動ノード１００と対応ノード２００との間で送受信されるパケットを盗み見る中間者攻撃(man in the middle attack)が存在したとする。この場合、この中間者攻撃によって、対応ノード２００から転送されるＣｏＴパケットが奪われてあたかも移動ノード１００であるかのようになりすまされたり、あるいはＣｏＴIパケットが奪われてＢＵの権限が搾取されたりすることもありうる。
図３Ａから図３Ｂは従来のＲＲ過程中に発生する恐れのある中間者攻撃のさまざまの形態を示している。
図３Ａは、移動ノード１００ａとホームエージェント１５０ａとがネットワーク上で同じルータ５０ａを共有している場合を示す図である。この場合、攻撃者がルータ５０ａの近傍でＨｏＴＩパケットおよびＣｏＴIパケットの全てを奪える。
図３Ｂは、各ノード１００ｂ、１５０ｂ、２００ｂがＩＳＰ(Internet service provider)６０ａ、６０ｂ、６０ｃを通してネットワークに接続されている場合を示す図である。この場合、攻撃者は、対応ノード２００ｂの属するＩＳＰ６０ｃ近傍で対応ノード２００ｂに転送される全てのパケットをこのＩＳＰ６０ｃを通して奪うことができる。
図３Ｃは、ネットワークに接続された対応ノード２００ｃの途中経路に攻撃者が存在する場合を示す図である。この場合も図３Ｂの場合と同様に、対応ノード２００ｃがネットワークに接続する経路の途中に攻撃者が存在するので、対応ノード２００ｃに転送される全てのパケットが奪われる可能性がある。
前述したように、従来のＲＲ過程においては種々の攻撃が可能であり、特に攻撃者が対応ノードの近傍に位置している場合は対応ノードに転送されるパケットがさらに奪われやすくなる。また、Mobile IPv６の全ての通信は、基本的に無線を介して行われるため、有線通信環境に比べて、さらに多くの攻撃者からの攻撃にさらされることになる。従って、ＲＲ過程において中間者攻撃を阻止して安全性の高い新たなＲＲ方法の出現が望まれている。
本発明は前述した問題点を解決するために創案されたもので、その目的は中間者攻撃のを阻止し、安定性の高いＲＲ方法を提供することを課題とする。
前述した目的を達成するための本発明に係る移動ノード、ホームエージェント、および対応ノード間のＲＲ方法において、前記移動ノードが前記ホームエージェントにＨｏＴＩパケットを転送し、前記対応ノードにＣｏＴIパケットを転送する段階、ホームエージェントが所定の方式により生成した第１キー情報を含むＨｏＴＩパケットを前記対応ノードに転送する段階、前記対応ノードが前記所定の方式により生成した第２キー情報を含むＨｏＴパケットを前記ホームエージェントに転送し、前記第１キー情報から前記所定の方式により生成した秘密キーを使用して暗号化したＣｏＴパケットを前記移動ノードに転送する段階、前記ホームエージェントが受信した前記ＨｏＴパケットから前記所定の方式を使用して生成した前記秘密キーを前記移動ノードに転送する段階、および前記移動ノードが受信した前記秘密キーを使用して、受信した前記暗号化されたＣｏＴパケットを復号化する段階とを含む。
前記所定の方式は、公開されたパラメータおよび任意の秘密キーを使用するDiffie-Hallmanキー交換方式を使用することが望ましい。
また、前記第１キー情報は、前記ＨｏＴＩパケットのモバイルオプションフィールドに付加され、前記第２キー情報は、前記ＨｏＴパケットのモバイルオプションフィールドに付加されることが望ましい。
そして、前記暗号化方式はＤＥＳアルゴリズムを使用する暗号化方式を使用することが望ましい。
本発明によれば、ホームエージェントと対応ノードとの間に公開キーを使用して秘密キーを生成し、生成した秘密キーを使用して対応ノードから移動ノードに転送するパケットを暗号化し、暗号化されたパケットに秘密キーを使用して復号化過程を行うことによって、中間者攻撃を阻止できる。これにより、移動通信におけるＲＲ過程の安全性が向上する。
以下、添付した図面を参照して本発明を詳述する。なお、図１に示された部分と同一な部分については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図４は本発明に係るＲＲ方法が行われる過程を説明するための信号流れ図である。本発明では基本的に次のような状況を仮定している。すなわち、移動ノード１００とホームエージェント１５０との間に安全なチャネル(secure channel)が存在し、ホームエージェント１５０と対応ノード２００との間にはDiffie-Hellmanキー交換方式（ＤＨキー交換方式という）による公開された値ｐ、ｑがあると仮定する。
このような状況下で、まず移動ノード１００はホームエージェント１５０にＨｏＴＩパケットを転送し(Ｓ４００)、対応ノード２００にはＣｏＴＩパケットを転送する(Ｓ４２０)。
この移動ノード１００がホームエージェント１５０に転送するＨｏＴＩパケットには次のような情報が含まれる。
ＨｏＴＩ:
Source = home address（移動ノードのホームアドレス）
Destination address = correspondent address（対応ノードのＩＰアドレス）
Parameter : Home Init Cookie
また、移動ノード１００が対応ノード２００に転送するＣｏＴＩパケットには次のような情報が含まれる。
ＣｏＴＩ:
Source = care-of address（移動ノードの現在のＣｏＡ）
Destination address = correspondent address（対応ノードのＩＰアドレス）
Parameter : Care-of Init Cookie
ホームエージェント１５０は、受信したＨｏＴＩパケットに任意の秘密キーおよび公開された値を使用して算出したキー情報をＨｏＴＩパケットに含めて対応ノード２００に転送する(Ｓ４１０)。この際、キー情報はＨｏＴＩパケットのモバイルオプション(Mobile Options)フィールドに付加できる。このような方式により、公開された値で算出されたキー情報だけが転送され、ネットワーク上に自分の秘密キーは公開されない。
対応ノード２００はホームエージェント１５０が転送したＨｏＴＩパケットに対する応答としてＨｏＴパケットを転送する(Ｓ４３０)。この際、転送されるＨｏＴパケットには対応ノード２００が公開された値および任意の秘密キーで算出されたキー情報とが含まれる。キー情報はＨｏＴパケットのモバイルオプションフィールドに付加でき、このような方式によりホームエージェント１５０と対応ノード２００はキー情報を交換して、共有された秘密キーを持つようになる。
ホームエージェント１５０と対応ノード２００とのキー交換のためにはＤＨ(Diffie-Hellman)キー交換方法が使用可能である。ＤＨキー交換アルゴリズムは二つの通信ノードが公開的にオープンされたネットワークで通信する際、お互いだけの秘密キーを共有できるようにする方法である。
ＤＨキー交換方法は１９７６年にディフィー（Diffie）とヘルマン（Hellman）により開発された方法で、指針になる論文"New Directions in Cryptography"に発表されている。この方法は二つの通信ノード間で予めいずれの秘密交換なしに不安全な媒体上で共通の秘密キーを生成できるようにする。ＤＨキー交換方法では、二つのシステムパラメータｐとｑを有するが、これらは全て公開されシステム内の全てのユーザにより使用できる。パラメータｐは素数であり、一般的に生成子(generator)と呼ばれるパラメータｑはｐより小さい整数であり、ｑは所定の回数だけ素数ｐの除数を掛ければ１からｐ-１のすべての要素（element）を生成できる。このようなパラメータを使用してホームエージェント１５０と対応ノード２００は次のような過程により共通の秘密キーを生成するようになる。まず、ホームエージェント１５０はランダムな秘密キーａを生成し、対応ノード２００はランダムな秘密キーｂを生成する。それからパラメータｐ、ｑおよび秘密キーを用いて次の数式により公開キーを作る。
Ｙa＝ｑaｍｏｄ ｐ
Ｙb＝ｑbｍｏｄ ｐ
ここで、Ｙaはホームエージェント１５０の公開キーであり、Ｙbは対応ノード２００の公開キーである。公開キーの生成が終了すれば相互に公開キーを交換する。公開キーが交換されれば、ホームエージェント１５０と対応ノード２００は次の数式により共通の秘密キーＫを生成できるようになる。
Ｋa＝（Ｙb）aｍｏｄ ｐ
Ｋa＝（Ｙa）bｍｏｄ ｐ
Ｋa＝Ｋb＝Ｋになるため、ホームエージェント１５０と対応ノード２００とは共通の秘密キーＫを有するようになり、他のノードは秘密キーを類推できない。
一方、対応ノード２００はホームエージェント１５０と行ったキー情報交換で生成した秘密キーを使用してＣｏＴパケットを暗号化して移動ノード１００に転送する（Ｓ４５０）。移動ノード１００には、ホームエージェント１５０で生成した共通の秘密キーが転送され（Ｓ４４０）、移動ノード１００は、この転送された秘密キーを使用して対応ノード２００から受信した暗号化されたＣｏＴパケットを復号化する。
ＣｏＴパケットを暗号化するのに種々の暗号化方式が使用可能である。この場合、移動ノード１００が移動しても通信が切れないといった、Mobile IPv６の最大の特徴を引き出すために考慮すべき事項は、いずれの処理過程においても迅速で簡便なアルゴリズムを適用することである。
このために本発明では、ＣｏＴパケットの暗号化にはＤＥＳ(Data Encryption Standard)アルゴリズムを使用する。ＤＥＳアルゴリズムは対称キーブロックアルゴリズムであって、個人キーを使用してデータを暗号化する方法として幅広く使用されるアルゴリズムである。ＤＥＳアルゴリズムを使用して、ネットワーク上のデータを保護しようとする際、通信ノードは暗号化と復号化とを行える共通の秘密キーを利用する。ＤＥＳアルゴリズムは、各６４ビットデータブロックに、５６ビット長さのキーを用いて、１６回の演算を経て再び６４ビットの暗号文を作り出す。
ＤＥＳアルゴリズムでは、72,000,000,000,000,000(７２千兆)個以上の暗号キーが使われることが可能である。与えられた各メッセージのためのキーは、このように膨大な量のキーのうち無作為に選択される。別の個人キー暗号化方法と同様、送信者と受信者の両方とも同一な個人キーが分かって使用すべきであるが、本発明ではホームエージェント１５０と対応ノード２００とのキー情報交換を通して生成した秘密キーを使用する。使用環境によっては三つのキーが相次いで適用される"トリプルＤＥＳ"の使用も考慮できる。
一方、図４のＲＲ方法を纏めると、図５において、数値で情報の流れる順番を示したとおりとなる。図４および図５に示した過程により、秘密キーを有する移動ノード１００だけが対応ノード２００が転送した暗号化されたＣｏＴパケットを復号化できる。このため、中間者攻撃を阻止してＲＲ過程の安全性が向上し、移動ノード１００に対する認証の信頼性が増す。また、キー交換が移動ノード１００と対応ノード２００との間ではなく、ホームエージェント１５０と対応ノード２００との間においてなされるため安全性が確保される。
以上、本発明の望ましい実施例について示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施例に限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ者にとって多様な変形実施が可能なことは勿論、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
本発明は安全性を向上させ安全な通信を保障するＲＲ方法に適用できる。
ＢＵ過程を説明するための図である。 ＲＲ過程を説明するための信号流れ図である。 ＡからＣは中間者攻撃過程を説明するための図である。 本発明に係るＲＲ方法の遂行過程を説明するための信号流れ図である。 本発明に係るＲＲ方法を説明するための図である。
符号の説明
１００ 移動ノード
１５０ ホームエージェント
２００ 対応ノード

Claims (6)

  1. 移動ノード、ホームエージェント、および対応ノード間の移動通信におけるリターンルータビリティ方法において、
    前記移動ノードが、前記ホームエージェントにＨｏＴＩパケットを転送し、前記対応ノードにＣｏＴＩパケットを転送する段階と、
    前記ホームエージェントが所定の方式により生成した第１キー情報を含むＨｏＴＩパケットを前記対応ノードに転送する段階と、
    前記対応ノードが、前記所定の方式により生成した第２キー情報を含むＨｏＴパケットを前記ホームエージェントに転送し、前記第１キー情報から前記所定の方式により生成した秘密キーを使用して暗号化したＣｏＴパケットを前記移動ノードに転送する段階と、
    前記ホームエージェントが受信した前記ＨｏＴパケットから前記所定の方式により生成した前記秘密キーを前記移動ノードに転送する段階と、
    前記移動ノードが受信した前記秘密キーを使って、受信した前記暗号化されたＣｏＴパケットを復号化する段階と、を含むことを特徴とする移動通信におけるリターンルータビリティ方法。
  2. 前記所定の方式は、公開されたパラメータおよび任意の秘密キーを使用するＤＨキー交換方式であることを特徴とする請求項１に記載の移動通信におけるリターンルータビリティ方法。
  3. 前記第１キー情報は、前記ＨｏＴＩパケットのモバイルオプションフィールドに付加されることを特徴とする請求項１に記載の移動通信におけるリターンルータビリティ方法。
  4. 前記第２キー情報は、前記ＨｏＴパケットのモバイルオプションフィールドに付加されることを特徴とする請求項１に記載の移動通信におけるリターンルータビリティ方法。
  5. 前記暗号化方式は、ＤＥＳアルゴリズムを使用する暗号化方式であることを特徴とする請求項１に記載の移動通信におけるリターンルータビリティ方法。
  6. 前記暗号化方式は、トリプルＤＥＳアルゴリズムを使用する暗号化方式であることを特徴とする請求項１に記載の移動通信におけるリターンルータビリティ方法。
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