JP2007174633A - トークンデバイス及びセキュアメモリデバイスのためのバインディング鍵をセキュアに取得するためのコンピュータ実施方法、および、トークンデバイスとセキュアメモリデバイスとをセキュアにバインドするシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ラップトップ、ＰＤＡ及び携帯電話等の携帯機器を保護するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】認証サーバが、装着型トークンのトークン鍵、および携帯機器のセキュアメモリデバイス鍵にアクセスしてバインディング鍵を生成し、装着型トークンおよび携帯機器に格納する。装着型トークンを用い、トークン携帯機器対応認証を実行することによって携帯機器の動作を可能にする。さらに、認証の目的のためにトークンと携帯機器との間で近距離無線通信が使用される。
【選択図】図３

Description

［発明の分野］
本発明は、包括的にはデータ及び機器をセキュアにすることに関し、特に、ラップトップ、ＰＤＡ、カメラ及び携帯電話等の携帯機器を無許可な使用からセキュア（secure）にすることに関する。

［発明の背景］
データの共有、商取引の実行及びモバイルコンピューティングに対する要求が増大することにより、多種多様の小型の携帯機器が使用されるようになった。携帯機器は、容易に紛失され又は盗難される。したがって、携帯機器のセキュリティを強化する必要がある。

携帯機器の脆弱性は、パスワード、バイオメトリクス及び非対称鍵ベースの認証等の認証メカニズムを用いて低減することができる。しかしながら、それら方法は、ユーザに対して負担をかけ、認証プロセス中の機器の性能を低下させる。

パスワード認証では、ユーザは通常、ユーザ名及びパスワードを提供する。ユーザ名及びパスワードを記憶し且つ入力することは負担である。ユーザが認証された後、携帯機器に格納されているデータは、依然として、認証後に機器を物理的に制御する任意の人による不正アクセスを受けやすい。顔又は指紋認証等のバイオメトリック認証が使用される場合、誤検出誤り率（false-positive error rate）が問題である。さらに、バイオメトリック認証では、電力を消費するスキャナが必要である。

Noble他による米国特許出願第２００３／０００５３００号には、ラップトップ（クライアント）に格納されたファイルをトークン（認証サーバ）で保護する方法及びシステムが記載されている。トークンがラップトップの近くにある場合、ファイルにアクセスすることができる前にラインダール（Rijndael）対称鍵交換が実行される。

Jones他に対する米国特許第５，６２３，６３７号では、アクセスパスワード及び暗号化鍵を格納するためにスマートカードが提供される。データにアクセスするためには、データを格納している機器にスマートカードが挿入される。そのシステムの問題は、カードが挿入されるとすぐに機器が危険にさらされる（compromised）可能性がある、ということである。

Cyras他に対する米国特許第５，８８９，８６６号には、パスワードが格納された集積回路（ＩＣ）カードが記載されている。コンピュータ機器にＩＣカードが挿入されると、パスワード認証を実行してコンピュータ機器の動作を可能にすることができる。

以下の米国特許もまた、概してデータ保護に関連する。米国特許第５，０１２，５１４号、同５，０９１，９３９号、同５，２２６，０８０号、同５，３７５，２４３号、同５，６５７，４７０号、同６，１８９，０９９号、同６，０７０，２４０号、同６，０８８，４５０号、同５，７５７，９１６号、同５，５４４，３２１号、同５，６１１，０５０号及び同５，８３６，０１０号。

［発明の開示］
システム及び方法は、装着型（wearable：ウェアラブル）トークンによりラップトップ、ＰＤＡ及び携帯電話等の携帯機器を保護する。

本方法は、トークン対応認証を実行することによって携帯機器の動作を可能にする。認証の目的のためにトークンと携帯機器との間で近距離無線通信が使用される。

［好適な実施形態の詳細な説明］
本明細書で説明する認証方法は、２つの段階、すなわち初期化段階と通常使用段階とを使用する。初期化段階は、後述する２つの方法のうちの１つを使用して達成される。通常使用段階は、認証されたトークンの存在を検証すると同時にリプレイアタックを防止するノンスを介する、定期的な認証である。

携帯機器、セキュアメモリデバイス及びトークン
図１は、ＰＤＡ、ラップトップ、カメラ、リムーバブルデータ記憶装置又は携帯電話等の携帯機器１１０をセキュアにするシステム及び方法を示す。トークン１３０は、トークン鍵ｋ_１２０１及びバインディング鍵ｋ_ｂ２０３を格納する。セキュアメモリデバイス鍵ｋ_２２０２及びバインディング鍵ｋ_ｂ２０３は、セキュアメモリデバイス１６０を介して携帯機器１１０内にセキュアに格納される。

好ましい実施形態では、格納されたトークン鍵ｋ_１２０１及びセキュアメモリデバイス鍵ｋ_２２０２を、セキュアメモリデバイス１６０又はトークン１３０が紛失され、盗難され、又は他の方法で危険にさらされた場合に公開されるのを回避するために、たとえばハッシュ値として、暗号化することができる。鍵ｋ_１及びｋ_２は、ソース、たとえば小売店又は製造業者によりトークン及びセキュアメモリデバイスに格納される。バインディング鍵ｋ_ｂ２０３は、初期化段階中に生成される。

通常、トークン１３０は、ユーザ１２０が物理的に制御する。たとえば、ユーザは、トークンをポケットに入れて携行し、又はひもがトークンをユーザに結びつける。

携帯機器１１０は、無線チャネル１４０を介してトークン１３０と通信することができ、且つセキュアメモリデバイス１６０と通信することができる。無線チャネルは、近距離通信リンクであり、たとえば、リンクは、参照により本明細書に援用される、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ仕様、ＩＥＥＥ８０２．１５．１標準規格（２００２年６月１４日）に準拠する。電力レベルに応じて、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ機器の異なるクラスに対する範囲は、１０ｃｍから１００ｍまでとすることができる。このため、携帯機器の動作が可能になる前に、トークン１３０は携帯機器１１０に物理的に近接している必要がある、ということが要求される可能性がある。

通常使用
図１は、通常使用段階を示す。携帯機器１１０は、無線チャネル１４０において、無線信号、たとえば搬送波により、トークン１３０の存在を検出する。携帯機器１１０は、セキュアメモリデバイス１６０からの指示に基づき、定期的にノンスを生成し、認証の目的でトークンからの応答を期待する。トークンによって提供されるノンス応答が、セキュアメモリデバイスによる要求された応答を満足する場合、携帯機器は動作が可能になる。

セキュアメモリデバイスは、異なるトークン及び異なるユーザによって使用可能にすることができる複数のバインディング鍵ｋ_ｂ２０３を格納することができる、ということが理解されるべきである。さらに、異なる鍵及びパスワードにより、携帯機器のセキュアメモリに格納された別個のデータ、若しくは携帯機器の特定のアプリケーション又は異なるハードウェア機能へのアクセスを可能にすることができる、ということが理解されるべきである。別の変形では、トークンは、トークンと同じバインディング鍵ｋ_ｂ２０３を格納する複数の機器を使用可能にすることができる。別の変形では、トークンは、異なるセキュアメモリデバイスに対し複数のバインディング鍵ｋ_ｂ２０３を格納する。

認証サーバを用いる初期化段階
図２は、認証サーバ１５０を使用する本発明の一実施形態を示す。トークン１３０は、トークン鍵ｋ_１２０１を格納し、携帯機器１１０内のセキュアメモリデバイス１６０は、セキュアメモリデバイス鍵ｋ_２２０２を格納する。ユーザ１２０は、トークン及びセキュアメモリデバイスを取得すると、認証サーバ１５０を介してそれぞれのソースからデバイス１３０と１６０とをバインドすることができる。認証サーバ１５０は、トークン１３０及びセキュアメモリデバイス１６０にバインディング鍵ｋ_ｂ２０３を配置するために、トークン１３０にそのトークン鍵ｋ_１２０１を介してアクセスし、セキュアメモリデバイス１６０にそのセキュアメモリデバイス鍵ｋ_２２０２を介してアクセスする。結果として、トークン１３０とセキュアメモリデバイス１６０とは、この時、ユーザ１２０による介入なしに互いにバインドされる。

バンディング鍵ｋ_ｂ２０３は、通常使用段階のためにトークン及びセキュアメモリデバイスに格納される。バインディング鍵は、トークン及びセキュアメモリデバイスのバインド解除によって除去されるまで、トークン及びセキュアメモリデバイス１１０に格納される。バインド解除は、以下の理由で発生する可能性がある。すなわち、アクセス特権が変更されたか、トークン又は携帯機器のいずれかが所有権を変更したか、或いはトークン又は携帯機器のいずれかが紛失され又は盗難された場合である。

１つ又は複数のトークンがセキュアメモリデバイスにバインドされた後、セキュアメモリデバイスは、元の適法なトークンのうちの少なくとも１つが存在しない限り、バインディングにおけるいかなるさらなる変更も拒絶する。これにより、盗難されたセキュアメモリデバイスが任意のトークンとバインドすることが防止される。

認証サーバ鍵の交換を伴う初期化段階
セキュアメモリデバイスとトークンとは、図３に示すように「バインドする」ことができる。トークン１３０は、初期認証のために、携帯機器１１０に対して第１認証要求メッセージ３０１Auth_Req_Tokenを送信する。メッセージAuth_Req_Tokenは次のように定義される。
(Auth_Req_Token={ＩＤ_ｔ, AuthReq})
ここで、ＩＤ_ｔはトークンの識別であり、AuthReqは、このメッセージが携帯機器との初期認証のためのものであることを示す。

携帯機器１１０は、認証要求メッセージAuth_Req_Tokenを受け取ると、それに応じて、そのメッセージにセキュアメモリデバイスの識別ＩＤ_ｓを添付し、以下のように定義されるAuth_Req３０５を生成する。
(Auth_Req={ＩＤ_ｔ, ＩＤ_ｓ, AuthReq})
ここで、ＩＤ_ｓは、携帯機器１１０のセキュアメモリデバイス１６０の識別である。このメッセージは、認証サーバ１５０に転送される。認証サーバは、両ＩＤを探索し、認証応答メッセージAuth_Resp３０６で応答する。Auth_Respに対するメッセージ構造は、以下のように定義される。

ここで、このメッセージ及びメッセージ部分は、トークン鍵ｋ_１及びセキュアメモリデバイス鍵ｋ_２の両方を用いて暗号化される。ＩＤ_ｔは、トークンの識別であり、ＩＤ_ｓは、セキュアメモリデバイスの識別であり、ｋ_１はトークンデバイス鍵２０１であり、ｋ_２はセキュアメモリデバイス鍵２０２であり、ｋ_ｂはトークンとセキュアメモリデバイスとをバインドするバインディング鍵２０３である。セキュアメモリデバイスは、メッセージAuth_Respのその部分を解読し、バインディング鍵ｋ_ｂ２０３を格納し、メッセージの残りの部分Auth_Resp_Ticket３０２をトークンに転送する。Auth_Resp_Ticketは、以下のように定義される。

トークンは、このメッセージを解読し同様にバインディング鍵ｋ_ｂ２０３を格納する。そして、トークンは、ノンスを用いてチャレンジメッセージChallenge３０３を送信する。ノンスは、トークンにより乱数を用いて生成される。乱数Ｒは、バインディング鍵ｋ_ｂ２０３を用いて暗号化され、以下のように公式化される。

セキュアメモリデバイスは、ノンスを解読し、ノンス応答を計算し、以下のようにバインディング鍵ｋ_ｂ２０３を用いてノンス応答を暗号化することにより、チャレンジに応答するChallenge_Resp３０４。

トークンは、ノンス応答を解読し、ノンス応答がトークンの要件を満足する場合、セキュアメモリデバイスとトークンとはバインディング鍵ｋ_ｂ２０３を介してバインドされる。

認証サーバなしの初期化段階
図４は、ユーザ１２０が関与する本発明の代替の一実施形態を示す。トークン１３０はトークン鍵ｋ_１２０１を格納し、携帯機器１１０内のセキュアメモリデバイス１６０はセキュアメモリデバイス鍵ｋ_２２０２を格納する。両デバイスはまた、デフォルトバインディング鍵

も格納する。ユーザは、トークン及びセキュアメモリデバイスを取得すると、それぞれのソースから鍵２０１、２０２の暗号化されたものも取得する。ユーザ１２０は、トークン１３０及びセキュアメモリデバイス１６０にバインディング鍵ｋ_ｂ２０３を格納するために、トークン鍵ｋ_１２０１に埋め込まれたメッセージを介してトークン１３０にアクセスし、セキュアメモリデバイス鍵ｋ_２２０２に埋め込まれたメッセージを介してセキュアメモリデバイス１６０にアクセスする。その結果、トークン１３０とセキュアメモリデバイス１６０とは、この時互いにバインドされる。

バインディング鍵ｋ_ｂ２０３は、通常使用段階のためにトークン及びセキュアメモリデバイスに格納される。バインディング鍵は、トークンと携帯機器とのバインド解除によって除去されるまで、トークン及び携帯機器に格納される。バインド解除は、以下の理由で発生する。すなわち、アクセス特権が変更したか、トークン又は携帯機器のいずれかが所有権を変更したか、或いはトークン又は携帯機器が紛失され又は盗難された場合である。

認証サーバ鍵の交換なしの初期化段階
セキュアメモリデバイスとトークンとは、図４に示すように「バインドする」ことも可能である。ユーザ１２０は、初期認証のために、セキュアメモリデバイス１６０に第１の認証要求メッセージAuth_Req_S４０３を送信する。このメッセージを送信するためにいかなる通信デバイスを使用してもよい。メッセージAuth_Req_Sは以下のように定義される。

ここで、ｋ_２は、セキュアメモリデバイスとのユーザの初期化認証に対する要求を示す、セキュアメモリデバイス１６０のセキュアメモリデバイス鍵２０１である。

セキュアメモリデバイス１６０は、認証要求メッセージAuth_Req_Sを受け取ると、それに応じて、認証応答メッセージAuth_Resp_S４０４を送信する。メッセージAuth_Resp_Sは、以下のように定義される。
(Auth_Resp_S={AuthResp})
ここで、AuthRespは、認証が成功したことを示す。

ユーザ１２０は、以下のように定義されるAuth_Req_T４０５を送信することにより、セキュアメモリデバイス１６０を介してトークン１３０に認証要求を提出する。

ここで、ｋ_１は、トークンとのユーザの初期認証に対する要求を示すトークン１３０のトークン鍵２０１である。

トークンデバイス１３０は、認証要求メッセージAuth_Req_Tを受け取ると、それに応じて、認証応答メッセージAuth_Resp_T４０６を送信する。メッセージAuth_Resp_Tは以下のように定義される。
(Auth_Resp_T={AuthResp})
ここで、AuthRespは、認証が成功したことを示す。

そして、セキュアメモリデバイスは、また新たなバインディング鍵ｋ_ｂになるノンスを用いて、チャレンジメッセージChallenge４０１を送信する。ノンスは、セキュアメモリデバイスにより乱数を用いて生成され、デフォルトバインディング鍵

を用いて暗号化され、以下のように公式化される。

トークンデバイスは、ノンスを解読し、ノンス応答を計算し、それを、以下のようにデフォルトバインディング鍵

を用いて暗号化することにより、チャレンジに応答するChallenge_Resp４０２。

セキュアメモリデバイスはノンス応答を解読する。ノンス応答がセキュアメモリデバイスの要件を満足させる場合、セキュアメモリデバイスとトークンとは、新たなバインディング鍵ｋ_ｂを介してバインドされる。通常使用のために用いられるチャレンジ交換は、この時点ですぐ後に続く。

本発明を好ましい実施形態の例として説明したが、本発明の精神及び範囲内でさまざまな他の適合及び変更を行ってもよい、ということが理解されなければならない。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神及び範囲内にあるすべてのこうした変形及び変更を包含することである。

本発明の一実施形態による携帯機器を保護するシステム及び方法のブロック図である。 本発明の一実施形態によるバインディング鍵を用いて携帯機器を保護するシステム及び方法のブロック図である。 本発明の一実施形態による認証交換の図である。 本発明の別の実施形態による認証交換の図である。

Claims (6)

1. トークンデバイス及びセキュアメモリデバイスのためのバインディング鍵をセキュアに取得するためのコンピュータ実施方法であって、
   トークン鍵をトークンデバイスに格納するステップと、
   セキュアメモリデバイス鍵を携帯機器のセキュアメモリデバイスに格納するステップと、
   認証サーバにより、前記トークン鍵及び前記セキュアメモリデバイス鍵にアクセスして、バインディング鍵を生成するステップと、
   前記バインディング鍵を前記トークンデバイス及び前記セキュアメモリデバイスに格納するステップと
   を含む、コンピュータ実施方法。
2. 前記トークンデバイスから前記携帯機器に、第１の認証要求メッセージAuth_Req_Tokenを送信するステップであって、該第１認証要求メッセージは、以下のように定義され
   (Auth_Req_Token={ＩＤ_ｔ, AuthReq})
   ここで、ＩＤ_ｔは前記トークンデバイスの識別であり、AuthReqは、前記第１の認証要求メッセージが前記携帯機器との初期認証のためのものであることを示す、ステップと、
   前記携帯機器において、且つ前記第１の認証要求メッセージを受け取ることに応じて、第２の認証要求メッセージAuth_Reqを生成するステップであって、該第２の認証要求メッセージは、以下のように定義され
   (Auth_Req={ＩＤ_ｔ, ＩＤ_ｓ, AuthReq})
   ここで、ＩＤ_ｓは、前記携帯機器の前記セキュアメモリデバイスの識別である、ステップと、
   前記第２の認証要求メッセージを認証サーバに送信するステップと、
   以下のように定義される第１の認証応答メッセージAuth_Respで応答するステップであって、
   

   

   ここで、前記第１の認証応答メッセージは前記セキュアメモリデバイス鍵ｋ_２で暗号化され、前記トークンデバイスの識別及び前記バインディング鍵ｋ_ｂは、前記トークン鍵ｋ_１及び前記セキュアメモリデバイス鍵ｋ_２で暗号化される、ステップと、
   前記セキュアメモリデバイスにより前記第１の認証応答メッセージを解読するステップと、
   前記セキュアメモリデバイスに前記バインディング鍵ｋ_ｂを格納するステップと、
   前記トークンデバイスに、第２の認証応答メッセージAuth_Resp_Ticketを転送するステップであって、該第２の認証応答メッセージは以下のように定義される、ステップと、
   

   

   前記トークンデバイスにより、前記第２の認証応答メッセージを解読するステップと、
   前記バインディング鍵ｋ_ｂを前記トークンデバイスに格納するステップと
   をさらに含む、請求項１に記載のコンピュータ実施方法。
3. トークンデバイス及びセキュアメモリデバイスのためのバインディング鍵をセキュアに取得するためのコンピュータ実施方法であって、
   トークン鍵をトークンデバイスに格納するステップと、
   セキュアメモリデバイス鍵を携帯機器のセキュアメモリデバイスに格納するステップと、
   ユーザにより、前記トークン鍵及び前記セキュアメモリデバイス鍵を使用して前記トークンデバイス及び前記セキュアメモリデバイスにアクセスするステップと、
   前記セキュアメモリデバイスにおいてバインディング鍵を生成するステップと、
   前記バインディング鍵を前記セキュアメモリデバイスに格納するステップと、
   前記バインディング鍵を前記トークンデバイス及び前記セキュアメモリデバイスに格納するステップと
   を含む、コンピュータ実施方法。
4. ユーザからセキュアメモリデバイスに、第１の認証要求メッセージAuth_Req_Sを送信するステップであって、該第１の認証要求メッセージは以下のように定義され、
   

   

   ここで、ｋ_２はセキュアメモリデバイス鍵である、ステップと、
   前記携帯機器において、且つ前記第１の認証要求メッセージを受け取ることに応じて、第１の認証応答メッセージAuth_Resp_Sを生成するステップであって、該第１の認証応答メッセージは以下のように定義され、
   (Auth_Resp_S={AuthResp})
   ここで、AuthRespは認証が成功したことを示す、ステップと、
   携帯機器からトークンデバイスに、第２の認証要求メッセージAuth_Req_Tを送信するステップであって、該第２の認証要求メッセージは以下のように定義され、
   

   

   ここで、ｋ_１はトークンデバイス鍵である、ステップと、
   前記トークンデバイスにおいて、且つ前記第２の認証要求メッセージを受け取ることに応じて、第２の認証応答メッセージAuth_Resp_Tを生成するステップであって、該第２の認証応答メッセージは以下のように定義され、
   (Auth_Resp_T={AuthResp})
   ここでAuthRespは認証が成功したことを示す、ステップと、
   前記セキュアメモリデバイスにおいてバインディング鍵を生成するステップと、
   前記バインディング鍵を前記セキュアメモリデバイスに格納するステップと、
   前記バインディング鍵をデフォルトバインディング鍵で暗号化するステップと、
   前記暗号化されたバインディング鍵を前記トークンデバイスに送信するステップと、
   前記デフォルトバインディング鍵を用いて、前記暗号化されたバインディング鍵を解読して、前記バインディング鍵を検索するステップと、
   前記バインディング鍵を前記トークンデバイスに格納するステップと
   をさらに含む、請求項３に記載のコンピュータ実施方法。
5. トークンデバイスとセキュアメモリデバイスとをセキュアにバインドするシステムであって、
   トークンデバイス鍵を格納するトークンデバイスと、
   セキュアメモリデバイス鍵を格納するセキュアメモリデバイスと
   を備えたシステム。
6. 認証サーバをさらに備えた、請求項５に記載のシステム。

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