JP2006222738A - アドホックネットワークでの評価値に基づくデータ交換 - Google Patents

Abstract

【課題】アドホックネットワークにおけるノード間協調問題の解決を可能とした。
【解決手段】アドホックネットワークにおけるノード間協調問題の解決策として、送信・転送データの価値を評価式により決定し、隣接ノード間において価値の等しいデータの交換により転送を行ったノードへ転送の対価を与えることでアドホックネットワークへインセンティブ機能を導入する手法を考案した。従来は、仮想通貨を導入し転送ノードへ転送の対価として仮想通貨を支払っていたが、仮想通貨をアドホックネットワークで管理するには耐タンパー性モジュールが必要であるのに対して、本手法では耐タンパーモジュールを必要とせずノード間協調問題を解決することができた。
【選択図】図１

Description

本発明は、アドホックネットワークのノード間に起こる協調問題の解決策としてインセンティブを導入するシステムに関するものである。

近年、社会においてはインターネットのような型にはまったネットワークのみでは、十分とはいえず、より柔軟性があるネットワークが求められている。そこで現在研究されているのがアドホックネットワークである。

数年前までは、アドホックネットワークの利用環境として軍事や災害などといった、我々の生活とかけ離れたものが考えられていた。しかし近年になり、ITS（Intelligent Transport Systems）における車車間通信や、メッシュネットワーク、センサネットワークなどにおける利用が注目されている。

アドホックネットワークでは、全てのノードが協力して互いにサービスを提供するという前提条件で研究が行われている。しかし、実利用する際には考慮すべき点がいくつかあげえられる。各ノードはネットワークに対して送信要求が無いときも、他ノードのために、バッテリーの消費やコンピュータリソースの提供などを負担する必要がある。また、アドホックネットワークを用いたサービスを複数の者が提供する場合、あるサービスを利用しているノードは、他の者からサービスを提供されているノードと、提供する者の違いからアドホックネットワークにてお互いに接続することができない。これは、各ノードのネットワークへの協同意思の振る舞いに大きく影響するため、全てのノードが協力的であるとは限らない。これをノード間協調問題と言う。

ノード間協調問題が起こると、ネットワーク全体のスループットは大きく低下し、サービスを提供しつづけることは難しくなる。よって、この問題を解決するべくノードに対し転送を行う動機付けを行うことが必要となる。
Levente Buttyan and Jean-Pierre Hubaux : 「Nuglets : a Virtual Currency to Simulate Cooperation in Self-Organized Mobile Ad Hoc Networks」 Technical Report DSC/2001/001, Swiss Federal Institute of Technology -Lausanne, Department of Communication Systems, 18 January 2001 安齋 潤、松本 勉 : 「マルチホップセルラネットワークにおけるインセンティブ機能およびPKI補助機能の統合」 情報処理学会論文誌Vol45, No.12, pp.2589-2599, 2004年12月

従来方式では、アドホックネットワーク上へ仮想通貨を導入し送信元ノードが転送ノードへ転送の対価として仮想通貨を支払うことでインセンティブを与えていた。欠点として、アドホックネットワークにおいて仮想通貨を管理するには耐タンパーモジュールを全ノードが所持しなければならない。しかし、全ノードが共通の耐タンパーモジュールを所持することは非現実的であり、ノード間協調問題の解決には至っていない。そこで、耐タンパーモジュールを必要とせずインセンティブ機能を導入する方式を提案する。

評価式により送信データの評価値を決定し、評価値に基づいて隣接しているノード間でデータの交換を行うことにより、従来方式で用いた仮想通貨を廃止する。

全てのノードで繰り返すことにより送信データは宛先ノードまで送信される。自らがデータを送信するには、他ノードの転送を手伝う必要が発生するため、これによりノード間協調問題を解決できる。また、仮想通貨を管理するための耐タンパーモジュールは必要とせず、さらに特別なモジュールや新たなシステムの構成も必要としない。運用には、データの価値を一意に決めP2Pを行えるアプリケーションの導入だけで
よい。

また、提案方式ではデータ送信・転送時に公開鍵暗号方式によるデジタル署名をデー
タに対して行う。転送ごとにデジタル署名の連鎖を行い、データに転送
経路の記録を残すことで不正行為をおこなったノードの追跡を可能とする。
これは、転送経路中での不正行為の抑止にもつながると考えられる。

請求項２の発明である、データの価値を決める評価式は、データの送信時間、送信場所、その他送信内容によりリアルタイム性の高いものや、提供するサービス、ネットワークに対して貢献度が高いものほどポイントを高くし、それぞれの項目に対し重みをつけ足しあわせたものを評価値として導き出す。評価値は評価式により一意に決定するものである。
提案方式のプロトコルについて説明する。説明には以下の記号を用いる。
D_α：送信元ノードαから送信されたデータ。
C_α：ノードαのデジタル証明書。
SK_αβ：ノードαβ間で使用するセッション鍵。
FR_αβ：転送経路ログでありノードαからノードβに転送されたことを示す。
V_α：ノードαにより宣言されたD_αの価値。
S_α(x, y, z)：デジタル署名でありノードαがデータx、y、zに対して署名を行ったことを示す。

提案方式の前提条件を以下のように定める。

送信元ノードと宛先ノードは互いのデジタル証明書とその公開鍵を予め保有している。
データの宛先はアドホックネットワーク上でサービスを提供するサーバもしくは、アクセスポイントや基地局を経由するインターネット上のサーバを想定する。

宛先であるサーバはすべてのノードのデジタル証明書について検証を行うことが可能である。

各ノードは他ノードのデジタル証明書についてアドホックモードでの検証は不可能であるが、インフラストラクチャモード時に検証を行う。

以下、図１に基づき本発明の実施形態を説明する。

送信元ノードAが宛先ノードFに対して送信要求が発生したとする。

まず、送信元ノードAは評価値の宣言（以下、「評価値の宣言」という。）を行う。送信元ノードAは評価式を用いて送信データD_aの評価値V_aを決定する。そして、隣接しているノードB、Cに対し、V_aとノードAのデジタル証明書C_aを送信する。

V_aを受信したノードB、Cは、自らが持ち合わせている送信・転送予定のデータを評価式により評価値V_b、V_cを求め、V_aと比較し等しければ転送ノードとなる（以下、「転送ノードの決定」という）。V_a= V_bであったとすると、ノードBは転送ノードとなる。このとき、ノードBはノードAB間で使用するセッション鍵SK_abを作成し、自身のデジタル証明書とその公開鍵C_bとV_bと共にノードAへ返信する。

ノードBからの返信をノードAが受信するとデータの交換を始める。ノードAは宛先ノードFの公開鍵でD_aを暗号化する。そして、D_a、V_a、経路情報FR_abに対してデジタル署名S_a(D_a, V_a, FR_ab)を行い、D_a、V_a、FR_ab 、S_a(D_a, V_a, FR_ab)をノードBへSK_abを用いて暗号化し送信する。ただし、暗号化はオプションである。

データを受信したノードBは、S_a(D_a, V_a, FR_ab)の検証を行う。さらに、V_aとFR_abが正確に記されているかを確認する。V_aはD_aが暗号化されているため、評価式により再計算はできないが、前記評価値の宣言での宣言通り記されているかを確認する。誤りがあればD_aを破棄しデータの交換を終える。

ノードBは正当性の確認を終えたら、ノードAにD_b、V_b、FR_ba、S_b(Db, Vb, FR_ba)を送信する。ノードAは正当性の検証を終えたら、データの交換が終了したことをノードBへ通知し、データの交換を終了する。

データの交換が終了した時点で、送信したデータは各ノードで消去する。

ノードBが新たにデータの交換を行う際、ノードBは送信元ノードAから得たデータも一緒に転送する。前記評価値の宣言、転送ノードの決定を同様に行いノードDとのデータの交換が行われるとする。ただし、前記評価値の宣言はノードAが評価した値V_aにノードBが新たに送信したいデータの評価値V_bを加えた等しい値V_a+bで宣言をする。

そして、ノードBは署名S_b(D_b, V_b, FR_bd, S_a)を行い、S_b(D_b, V_b, FR_bd, S_a)、V_b、FR_bd、D_b、S_a(D_a, V_a, FR_ab)、V_a、FR_ab、D_aをノードDへと転送を行う。

データを受信したノードDはV_aとV_bを合計しV_a+bと等しいかの確認が必要である。

上記で説明した行程が全てのノードで繰り返し行われることにより、最終的に送信元ノードAが送信したデータは宛先ノードFまで送信される。

ノードBがノードAのデータも一緒に転送することにより、ノードBが自らのデータのみを送信するときにくらべ、サーバであるノードFからのサービス情報がより多く取得することができるため、ここで、データの転送を行うインセンティブが発生する。
よって、本提案方式は成立すると考えられる。

次に請求項３の発明について、提案方式に対して考えられる不正とその検出方法について述べる。

提案方式では従来方式と異なり、仮想通貨の概念は導入していない。その代わりに、データの価値を決定しその価値を元にインセンティブ機能を導入している。よって、考えられる不正は、送信元ノードによる評価値の虚偽、転送ノードによる評価値の改竄、データのコピーによる不正データの作成である。提案方式ではこれらの不正の検証が可能であることを示す。
送信元ノードによる評価値の虚偽とは、前記評価値の宣言にて送信元ノードにより送信データの価値を評価式により決定されるが、ここで宣言された評価値と、実際のデータの価値とが等しくないときである。この不正に対しては、宛先ノードへデータが到着した時点で暗号化された送信データを復号し、評価式によりデータの評価値を再評価することにより、送信元ノードが宣言した評価値と比較することが可能である。

転送ノードによる評価値の改竄とは、送信元ノードから宛先ノードまでデータの転送行う転送ノードにより送信元ノードもしくは、自らより前の転送ノードが宣言した評価値の改竄を行うことである。これに対しては、提案プロトコル中に送信ノードと全転送ノードが宣言した評価値がデータの中に含まれている。これにより、データを受信したノードは宣言された評価値全てを比較することにより、途中で評価値の改竄が行われていないかを確認できる。また、すべての評価値が改竄されていた場合でも、最終的に宛先ノードへデータが送信された時点でデータを再評価することにより検証可能である。

データのコピーによる不正データの作成とは、提案方式ではデータ自体に価値があるため、送信データをコピーをすることも不正となる。これに対しては、オリジナルデータもコピーされたデータも宛先が同一であるため、宛先ノードへ同一データが2つ届くことになる。よって、同一データが複数届いた場合、データの送信ノードもしくは転送ノードの中に不正コピーをしたノードが存在することが判明する。その際、提案プロトコル中の転送経路ログFRの比較をすることで、不正コピーを行ったノードの追跡が可能となる。
提案方式について考察する。

提案した方式では、従来方式で必要とされた耐タンパーモジュールを使うことなくインセンティブ機
能をアドホックネットワークへ導入した。これにより、耐タンパーモジュールや新たなシステムを構築することなく、ノード間協調問題を解決できたといえる。これにより、実環境下での利用を考え実装する場合、従来方式と比較しより現実的に導入できる。
従来手法では、ノード間で仮想通貨を提供・運営している会社が異なる場合、対タンパーモジュールでの管理方法や支払い方法が異なるため対価の支払いが不可能であるが、本手法ではデータの価値を一意に決定する評価式のみさえ決まっていれば、既存のTCP／IPと変更がないため異なるサービス提供者とも通信を行うことが可能である。

また、セキュリティについては、送信先ノードと宛先ノード間では、共通鍵暗号方式によりデータを暗号化することにより、改竄や盗聴からデータを守ることが可能である。さらに、データの交換に伴う隣接ノード間での通信ではセッション鍵を用いることで暗号化通信を行うことが可能である。

提案方式の導入による不正行為に対しては、不正の検証が可能であり、さらに不正行為を行ったノードを追跡可能であるため不正行為の抑止にもつながると考えられる。

アドホックネットワークでは、送信したデータが転送ノードにより破棄されるなど、通信の信頼性が乏しい。このため、同一データの送信を複数回行うことがあるため、ネットワークトラフィックの増大も問題となっている。提案方式では、データ自体に価値があるため転送ノードが途中でパケットの破棄をすることは考えにくいため通信の信頼性の向上につながる。さらに、データのコピーは認められていないので、不必要なデータの送信が減るためネットワークトラフィック増加の抑止にも効果があると考えられる。

ITSにおける車車間通信や路車間通信への利用が可能である。ITSではDSRC（Dedicated Short Range Communication）を用いて路車間通信を行い、ドライバーにとって有益な情報をタイムリーで、かつ豊富に提供することや、車の走行ログであるプローブデータの収集を行うことが考えられている。また、路車間通信ではサービスの提供を行うことのできない地域へは、路車間通信と車車間通信とを連携させることで、より多くの車へ情報の配信や収集を行うことが可能となる。

路車間通信や車車間通信においても、サービスを提供する会社が異なる場合、ノード間協調問題が発生する。よって、本方式を適用することが可能となる。本方式を適用することで、データの価値を一意に決定する評価式のみさえ決まっていれば、異なるアプリケーションの利用者や、サービス提供者とも通信を行うことが可能である。

ネットワーク構成図の例を示した説明図である。

Claims (3)

1. アドホックネットワークにおいて、ノード間における協調問題を解決するべく、送信データの評価値に基づきノード間でデータの交換を行うシステム。
2. 請求項１の評価値を、送信データの送信時間、送信場所、送信内容により一意に値を決めることのできる評価式。
3. ノードによる評価値の偽造、改竄、および／またはデータの不正コピーを、データを受信したノードがデータに含まれた値により検出することができる請求項１のシステム。