JP2008066882A - 暗号鍵配信装置および暗号鍵配信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セキュリティ強度を維持しつつ、確実で柔軟性に富んだ通信を行うこと。
【解決手段】第１のフェーズ鍵混合器２１０および第２のフェーズ鍵混合器２２１〜２２３により構成される生成部は、マルチキャストまたはブロードキャストにより複数の無線受信端末に対して送信されるパケットを暗号化するためのパケット暗号鍵を１パケットごとに生成する。パケット暗号鍵保持部２２０は、複数の連続するパケットに対して上記生成部により生成される複数のパケット暗号鍵を保持する。パケット暗号鍵配信部２６０は、複数の無線受信端末のいずれかに対して、パケット暗号鍵保持部２２０により保持されるいずれかのパケット暗号鍵を、マルチキャストまたはブロードキャストにより送信されるパケットとは独立して配信する。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチキャスト通信またはブロードキャスト通信において使用される暗号鍵配信装置および暗号鍵配信方法に関する。

従来のＩＰ（Internet Protocol）ネットワークにおいて、その利便性を活用するために、無線ＬＡＮ（Local Area Network）に代表される無線化の作業が進んでいる。また、屋外の広範囲の通信においても、無線通信の高速化およびＩＰ化が進んでいる。特に、無線を使用したＩＰネットワークにおいて、その高速移動性と利便性とに注目した様々な方式が検討されており、通信速度の高速化と相まって、ユビキタスネットワークの実現が進んでいる。さらに、今後、何百または何千という多くのユーザが同一のデータを共有し、通信するブロードキャストやマルチキャストによる通信がますます増加するものと予想される（非特許文献１参照）。

無線通信においては、データの内容が第三者に傍受、盗用される恐れがあり、その可能性は、通信エリアが屋外でかつ広範囲になるほど、または通信機器が一般的になるほど大きくなる。そのため、無線ＬＡＮでは、ＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）と呼ばれる固定の暗号鍵を運用して無線通信におけるデータを暗号化する手法がとられてきた。しかし、現在の信号処理装置の高速化はこの暗号の解析を容易にし、初期の４０ビット単位の暗号から１２８ビット単位の暗号、さらには２５６ビット単位での暗号というようにその暗号化の複雑さが進んでいる。すなわち、データの秘匿性を追求するがために、どうしても長い、ある意味無限になるような長さの暗号鍵が求められるようになっている。

このようなＷＥＰの脆弱性に対策するため、ＴＫＩＰ（Temporal Key Integrity Protocol）などの強化版暗号化方式が提案および実用化されている。この方式では、一時鍵と呼ばれる暗号鍵を定期的に更新し、その更新サイクルが短いほどセキュリティを向上させることができる。ＴＫＩＰによる暗号化を用いたマルチキャスト通信システムについて、図３および図４を用いて説明する。

図３は、従来の通信システムの構成の一例を示す図である。図４は、図３の通信システムの暗号化ブロックおよび通信形態を示す図である。

図３において、従来の通信は、基本的に１対１の通信を想定して行われている。マルチ通信を実現するためには、この回線を複数用いる必要があった。この１対１の通信は、サーバ１０またはこれと同等の機能を有する暗号化機器２０と、これらの通信エリア内に存在し、かつ通信開始時にネットワークに接続されている無線受信端末３０，３１，３２との間で行われうる。この通信における通信データは、端末ＭＡＣ（Media Access Control）アドレス、ＴＡ（Transmitter Address）などの通信端末の固有情報と、一時鍵ＴＫ（Temporal Key）と、これらをハッシュ関数（Hash Function）などで長い符号系列として扱う場合のその初期値を示す初期化ベクトルＩＶ（Initialization Vector）とから生成される暗号鍵を用いてカプセル化されて通信される。

より具体的には、図４に示すように、フェーズ１鍵混合器７０が、一時鍵ＴＫ、端末ＭＡＣアドレス、ＴＡおよび初期化ベクトルＩＶから第１の暗号鍵を生成する。次いで、フェーズ２鍵混合器７１が、フェーズ１鍵混合器７０で生成された第１の暗号鍵および初期化ベクトルＩＶから、パケットごとに第２の暗号鍵を生成する。そして、暗号カプセル化部７２が、フェーズ２鍵混合器７１で生成された第２の暗号鍵を用いて、通信データであるパケットの暗号化とカプセル化とを行って、無線受信端末３０〜３２との間で個別に通信する。ここで、初期化ベクトルＩＶは、パケットごとにインクリメントされて時々刻々と変化するので、各無線受信端末との間の通信に用いる第２の暗号鍵を動的に変化させることができる。なお、ＩＰＳｅｃ（IP Security）もこれと同様の思想であり、さらに高度な暗号を使用して暗号化を行っている。
ワイヤレスユビキタス（秀和システム）

しかしながら、従来の通信技術にあっては、暗号鍵を生成するための要素として無線受信端末の端末ＭＡＣアドレス、ＴＡが使用されるので、各無線受信端末に対して個別に暗号化したストリームを生成する必要があるという問題がある。また、固定のＩＰ間で暗号化トンネリングを実現するＩＰＳｅｃも、各無線受信端末との間の個別通信を前提としたセキュリティであり、同様の問題を有する。すなわち、従来の暗号化技術は、複数の相手を指定して同一のデータを送信するグループ通信やマルチキャスト通信などには適していなかった。

また、複数の通信端末に対して同じ暗号鍵を使って通信を実現した場合、上記のように暗号鍵は適宜更新されうるので、初期の暗号鍵を取得することなく通信開始後にネットワークに接続した無線受信端末（例えば、図３の無線受信端末４０および無線受信端末５０）は、グループに対して暗号化されたマルチキャスト通信への後追い参入が困難であるという問題がある。同様に、通信途中にある障害により一時的に通信が切断されて途中の暗号鍵を取得できずにネットワークに接続し直した無線受信端末（例えば、図３の無線受信端末６０）は、グループに対して暗号化されたマルチキャスト通信への復帰が困難であるという問題がある。マルチキャスト通信への後追い参入および復帰が困難になるというこの問題は、マルチキャスト通信のセキュリティが高くなるほど大きくなる。

このように、従来のマルチキャスト通信技術にあっては、常時接続の有線ネットワークと異なり、無線通信を活用した際に起こる様々な変動要因への対応が考慮されていない。勿論、前述のように通信内容をそれぞれの端末独自に暗号化することも可能であるが、暗号化処理および復号化処理が通信の遅延を助長し、少なくとも高速な無線通信のプロトコルには対応しなくなってしまう可能性が高い。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、セキュリティ強度を維持しつつ、確実で柔軟性に富んだ通信を行うことができる暗号鍵配信装置および暗号鍵配信方法を提供することを目的とする。

本発明の暗号鍵配信装置は、マルチキャストまたはブロードキャストにより複数の無線受信端末に対して送信されるパケットを暗号化するための暗号鍵を最小１パケットごとに生成可能な生成部と、複数の連続するパケットに対して前記生成部により生成される複数の暗号鍵を保持する保持部と、前記複数の無線受信端末のいずれかに対して、前記保持部により保持されるいずれかの暗号鍵を、マルチキャストまたはブロードキャストにより送信されるパケットとは独立して配信する配信部と、を具備する構成を採る。

本発明の暗号鍵配信方法は、マルチキャストまたはブロードキャストにより複数の無線受信端末に対して送信されるパケットを暗号化するための暗号鍵を最小１パケットごとに生成可能な生成ステップと、複数の連続するパケットに対して生成される複数の暗号鍵を保持する保持ステップと、前記複数の無線受信端末のいずれかに対して、前記複数の暗号鍵のうちのいずれかの暗号鍵を、マルチキャストまたはブロードキャストにより送信されるパケットとは独立して配信する配信ステップと、を具備するようにした。

本発明によれば、セキュリティ強度を維持しつつ、確実で柔軟性に富んだ通信を行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るマルチキャスト通信システム１００の構成の一例を示す図である。

図１において、マルチキャスト通信システム１００は、サーバ１１０と、無線送信端末（以下単に「送信端末」という）１２０と、６つの無線受信端末（以下単に「受信端末」という）１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０とを備える。便宜上、データの主な配信元を送信端末、受信先を受信端末としているが、基本的には相互に位置は変更可能とする。

受信端末１３０〜１８０は、マルチキャスト通信における同一のマルチキャストグループに登録されている。したがって、受信端末１３０〜１８０は、共通のマルチキャストアドレスが設定され、または共通のグループ鍵を保持している。

送信端末１２０および受信端末１３０〜１８０は、パケット暗号鍵を用いてパケット全体を暗号化し、それに新しいヘッダを付加（カプセル化）して伝送するＶＰＮ（Virtual Private Network）装置として機能する。

サーバ１１０は、例えば映像や音声などの各種のデータを蓄積して管理する。サーバ１１０は、自身が管理するデータを、クライアントコンピュータである送信端末１２０およびその他の端末に対して、インターネットなどのネットワークを通じて提供する。サーバ１１０が蓄積および管理するデータには、例えば、各マルチキャストグループとの間で使用される一時鍵ＴＫなどの鍵、およびユーザＩＤや各マルチキャストグループについて設定されるグループＩＤなどのＩＤが含まれる。

暗号鍵配信装置としての送信端末１２０は、例えば、アクセスポイント（ＡＰ：Access Point）や基地局（ＢＳ：Base Station）などである。送信端末１２０は、映像や音声などのデータのパケットを、パケット暗号鍵を用いて暗号化して、受信端末１３０〜１８０に対してマルチキャスト送信する。送信端末１２０は、受信端末１３０〜１８０に設定されたマルチキャストアドレスをパケットの宛先とすることにより、受信端末１３０〜１８０からなるマルチキャストグループに対して一斉にパケットを送信することができる。送信端末１２０から送信されるパケットを構成するデータは、例えば、サーバ１１０から提供される情報または自身が保持している情報である。

送信端末１２０は、受信端末１３０〜１８０に対して送信するパケットを暗号化するためのパケット暗号鍵を１パケットごとに生成する。また、送信端末１２０は、複数の連続するパケットに対して生成されたパケット暗号鍵を、複数の連続するパケットに対して適用される連続暗号鍵として保持する。すなわち、送信端末１２０は、任意のパケットに対するパケット暗号鍵とともに、この任意のパケットと連続するパケットに対するパケット暗号鍵を保持する。

より具体的には、送信端末１２０は、現在送信するパケットに対応するパケット暗号鍵とともに、以前に送信されたパケットに対応するパケット暗号鍵と、以後に送信されるパケットに対応するパケット暗号鍵とを保持する。すなわち、送信端末１２０は、現在使用されるパケット暗号鍵の他に、その更新前または更新後に使用される複数のパケット暗号鍵を予め生成しておくのである（前倒し生成）。なお、予め生成されるパケット暗号鍵の数は、送信端末１２０の能力、または送信端末１２０と受信端末１３０〜１８０との間の取決めなどにより任意に決定されうる。

送信端末１２０は、マルチキャストグループのメンバである受信端末から、パケット暗号鍵を配信する旨の要求（以下「パケット暗号鍵配信要求」という）を受信した場合に、予め生成されたパケット暗号鍵をその受信端末に配信する。このとき、送信端末１２０は、パケット暗号鍵配信要求により要求されたパケット暗号鍵とともに、そのパケット暗号鍵と連続するパケット暗号鍵を一括して配信する。例えば、送信端末１２０は、現在送信するパケットに対応するパケット暗号鍵を配信するとき、以前に送信されたパケットに対応するパケット暗号鍵と、以後に送信されるパケットに対応するパケット暗号鍵とを一括して配信することができる。これにより、パケット暗号鍵を配信される受信端末は、マルチキャスト通信へのスムーズな後追い参入または復帰を行うことができる。また、配信データを蓄積、保持しておくことで、以前に送信されたパケットを復号化することができるので、より高精度なデータの再生が可能になる。

上述した送信端末１２０によるパケット暗号鍵の生成、保持および配信、ならびにパケット暗号鍵を用いたパケットの送信については、図２を用いて後に詳細に説明する。

受信端末１３０〜１８０は、例えば、無線ＬＡＮインターフェースを備えるパーソナルコンピュータやその周辺機器などである。受信端末１３０〜１８０は、送信端末１２０から送信されたパケットを受信する。また、受信端末１３０〜１８０は、送信端末１２０から配信されたパケット暗号鍵を用いて、受信されたパケットを復号化する。そして、受信端末１３０〜１８０は、復号化されたパケットを再生する。

受信端末１３０〜１８０は、復号化を望むパケットに対応するパケット暗号鍵を保持していないがためにパケットを復号化することができずマルチキャスト通信に参加することができない場合に、送信端末１２０に対して、パケット暗号鍵配信要求を送信する。このパケット暗号鍵配信要求は、パケット暗号鍵の状態の問い合わせ、つまり現在使用されるパケット暗号鍵とその事前および事後に使用されるパケット暗号鍵とに関する情報の問い合わせである。パケット暗号鍵配信要求が必要となる状況としては、例えば、初期のパケット暗号鍵を取得することなく通信開始後にネットワークに接続した場合（後追い参入）、または一時的に通信が切断された後にネットワークに接続し直した場合（復帰）などが考えられる。

次に、上記送信端末１２０の機能について、図２を用いてさらに詳細に説明する。

図２は、図１のマルチキャスト通信システム１００の暗号化ブロックおよび通信形態を示す図である。ここでは、図２に示す暗号化ブロックが送信端末１２０内部の機能ブロックであるものとして説明する。

図２において、暗号化ブロックは、第１のフェーズ鍵混合器２１０と、パケット暗号鍵保持部２２０と、メッセージ完全性検査（ＭＩＣ：Message Integrity Check）部２３０と、フラグメント部２４０と、暗号カプセル化部２５０と、パケット暗号鍵配信部２６０とを備える。

パケット暗号鍵保持部２２０は、複数の第２のフェーズ鍵混合器、ここでは３つの第２のフェーズ鍵混合器２２１，２２２，２２３を備える。

第１の生成部としての第１のフェーズ鍵混合器２１０は、一時鍵ＴＫと、マルチキャストアドレスまたはグループ鍵（Ｇｒｏｕｐ Ｋｅｙ）と、初期化ベクトルＩＶとから、パケット暗号鍵の要素となる鍵（以下「予備鍵」という）を生成する。第１のフェーズ鍵混合器２１０は、この予備鍵をＮパケット（Ｎは、任意の整数）に１回生成する。すなわち、第１のフェーズ鍵混合器２１０は、Ｎパケットごとに新たな予備鍵を生成することにより予備鍵を更新する。第１のフェーズ鍵混合器２１０は、生成された予備鍵を、パケット暗号鍵保持部２２０の第２のフェーズ鍵混合器２２１〜２２３のそれぞれに出力する。

一時鍵ＴＫは、送信端末１２０と受信端末１３０〜１８０との間で共有され、ハッシュ関数などによって生成される長い（例えば１２８ビット）鍵である。各受信端末は、様々な方法、例えばＩＥＥＥ８０２.１ｘによる鍵配送によりこの一時鍵ＴＫを入手することができる。また、初期化ベクトルＩＶは、一時鍵ＴＫから一定のルールに従って切出される初期値を示すものであり、送信端末１２０で自動生成される。この初期化ベクトルＩＶは、例えば４８ビットであり、パケットごとにインクリメントされて時々刻々と変化する。

第２の生成部としての第２のフェーズ鍵混合器２２１〜２２３は、それぞれ、第１のフェーズ鍵混合器２１０から入力される予備鍵と、初期化ベクトルＩＶとからパケット暗号鍵を生成する。第２のフェーズ鍵混合器２２１〜２２３は、各受信端末に対して送信される連続するパケットのうちの１パケットごとに、パケット暗号鍵を生成する。ここでは、第２のフェーズ鍵混合器２２１で生成されるパケット暗号鍵をＫｅｙ（ｎ−１）で、第２のフェーズ鍵混合器２２２で生成されるパケット暗号鍵をＫｅｙ（ｎ）で、第２のフェーズ鍵混合器２２３で生成されるパケット暗号鍵をＫｅｙ（ｎ＋１）でそれぞれ表すことにする。すなわち、Ｋｅｙ（ｎ）は現在送信するパケットに対応するパケット暗号鍵であり、Ｋｅｙ（ｎ−１）はＫｅｙ（ｎ）の前に送信されたパケットに対応するパケット暗号鍵であり、Ｋｅｙ（ｎ＋１）はＫｅｙ（ｎ）の後に送信されるパケットに対応するパケット暗号鍵である。Ｋｅｙ（ｎ−１），Ｋｅｙ（ｎ），Ｋｅｙ（ｎ＋１）は、複数の連続するパケット、例えば３つの連続するパケットに対して生成される連続暗号鍵として機能する。なお、Ｋｅｙ（ｎ−１），Ｋｅｙ（ｎ），Ｋｅｙ（ｎ＋１）のそれぞれは、いわば上述したＷＥＰ鍵である。

このように、第１のフェーズ鍵混合器２１０と、第２のフェーズ鍵混合器２２１〜２２３とにより構成される生成部は、マルチキャストにより複数の無線受信端末に対して送信されるパケットを暗号化するためのパケット暗号鍵を１パケットごとに生成する生成部としての機能を有する。

初期化ベクトルＩＶは１パケットごとに時々刻々と変化するので、Ｋｅｙ（ｎ−１），Ｋｅｙ（ｎ），Ｋｅｙ（ｎ＋１）は、互いに異なるパケット暗号鍵となる。また、上記のように、第１のフェーズ鍵混合器２１０から入力される予備鍵はＮパケットごとに更新されるので、この更新に伴ってパケット暗号鍵が定期的にリフレッシュされる。このように、初期化ベクトルＩＶの変化と、予備鍵の更新との双方を組み合わせることによって、第１のフェーズ鍵混合器２１０と第２のフェーズ鍵混合器２２１〜２２３とにより生成されるパケット暗号鍵の暗号化のプロセスを強化することができる。すなわち、１パケットごとに使用されるパケット暗号鍵の不規則性を高めることにより、暗号化通信の安全性を向上させることができる。

保持部としてのパケット暗号鍵保持部２２０は、第２のフェーズ鍵混合器２２１〜２２３で生成されるパケット暗号鍵を、各受信端末に対して送信される連続するパケットのそれぞれに対応する連続暗号鍵として保持する。すなわち、パケット暗号鍵保持部２２０は、第２のフェーズ鍵混合器２２１〜２２３で生成されるパケット暗号鍵を、マルチキャストグループとの間で１パケットごとに更新されつつ使用される共通の連続暗号鍵として保持するのである。これにより、パケット暗号鍵保持部２２０は、現在送信されるパケットに対応するパケット暗号鍵とともに、以前に送信されたパケットに対応するパケット暗号鍵と、以後に送信されるパケットに対応するパケット暗号鍵とを保持することができる。

ここで、パケット暗号鍵は、端末ＭＡＣアドレス、ＴＡのような受信端末に固有な情報ではなく、マルチキャストグループに共通なマルチキャストアドレスを要素としているので、同一のマルチキャストグループのメンバ、ここでは受信端末１３０〜１８０は、同一のパケット暗号鍵を使用することができる。

ＭＩＣ部２３０は、パケットに載せられる通信データの改竄を検出することにより、その通信データの完全性を検査する。より具体的には、ＭＩＣ部２３０は、ＭＩＣ鍵を用いて、パケットの送信元アドレスＳＡ（Source Address）、パケットの宛先アドレスＤＡ（Destination Address）、および暗号化されていない生のデータである優先平文ＭＳＤＵ（MAC Service Data Unit）データの完全性を検査する。ＭＩＣ部２３０は、検査後のＭＳＤＵデータを、フラグメント部２４０に出力する。

フラグメント部２４０は、ＭＩＣ部２３０から入力されるＭＳＤＵデータを、ＭＡＣフレームであるＭＰＤＵ（MAC Protocol Data Unit）データに変換する。フラグメント部２４０は、変換後のＭＰＤＵデータを、暗号カプセル化部２５０に出力する。

暗号カプセル化部２５０は、パケット暗号鍵保持部２２０で保持されるパケット暗号鍵を用いて、フラグメント部２４０から入力されるＭＰＤＵデータを暗号化およびカプセル化する。すなわち、暗号カプセル化部２５０は、ＭＰＤＵデータ自体をパケット暗号鍵により暗号化し、それに新しいヘッダを付加したパケットを生成する。暗号カプセル化部２５０は、生成されたパケットを、マルチキャストグループのメンバである受信端末１３０〜１８０にマルチキャスト送信する。

上記のように、パケット暗号鍵は、パケット暗号鍵保持部２２０で、送信される連続するパケットの１パケットごとに保持されるので、暗号カプセル化部２５０は、１パケットごとに異なるパケット暗号鍵を用いて、パケットを連続的に暗号化することができる。暗号カプセル化部２５０は、例えば３つの連続するパケットを暗号化する場合、これらのパケットを、Ｋｅｙ（ｎ−１），Ｋｅｙ（ｎ），Ｋｅｙ（ｎ＋１）の順序で連続的に暗号化する。例えば、Ｋｅｙ（ｎ）が現在送信するパケットを暗号化するためのパケット暗号鍵であると仮定すると、Ｋｅｙ（ｎ−１）はＫｅｙ（ｎ）の前に送信されたパケットを暗号化するためのパケット暗号鍵であり、Ｋｅｙ（ｎ＋１）はＫｅｙ（ｎ）の後に送信されるパケットを暗号化するためのパケット暗号鍵である。

暗号カプセル化部２５０は、ＭＰＤＵデータを、暗号鍵と復号鍵とが同一の暗号方式で使用される暗号化アルゴリズムであるＲＣ４等により暗号化する。したがって、マルチキャストグループのメンバである受信端末１３０〜１８０がマルチキャスト通信に参加するためには、パケット暗号鍵保持部２２０で保持されるパケット暗号鍵を共有している必要がある。

配信部としてのパケット暗号鍵配信部２６０は、パケット暗号鍵保持部２２０で保持されるいずれかのパケット暗号鍵を、マルチキャストグループのメンバである受信端末１３０〜１８０のいずれかに配信する。これにより、送信端末１２０と、受信端末１３０〜１８０との間で、パケット暗号鍵が共有される。パケット暗号鍵配信部２６０は、パケット暗号鍵を、マルチキャストにより送信されるパケットとは独立して配信する。

より具体的には、パケット暗号鍵配信部２６０は、マルチキャストグループのメンバである受信端末１３０〜１８０のいずれかからパケット暗号鍵配信要求を受信すると、その受信端末に対して、パケット暗号鍵を配信する。このとき、パケット暗号鍵配信部２６０は、パケット暗号鍵配信要求により要求されたパケット暗号鍵とともに、そのパケット暗号鍵と連続するパケット暗号鍵を一括して配信する。例えば、パケット暗号鍵配信部２６０は、パケット暗号鍵配信要求により要求されるパケット暗号鍵がＫｅｙ（ｎ）である場合、Ｋｅｙ（ｎ）とともに、Ｋｅｙ（ｎ−１），Ｋｅｙ（ｎ＋１）を、パケット暗号鍵配信要求の送信元の受信端末に対して配信する。

なお、パケット暗号鍵配信部２６０は、パケット暗号鍵の取得に失敗した受信端末を検出する手段をパケット暗号鍵配信部２６０に設けることもできる。この場合、パケット暗号鍵配信部２６０は、パケット暗号鍵の取得に失敗した受信端末に対して、取得をすることができなかったパケット暗号鍵と、これと連続するパケット暗号鍵とを配信する。

これにより、パケット暗号鍵の取得を要求する受信端末、つまりマルチキャスト通信またはブロードキャスト通信に参入または復帰する受信端末に対して個別にパケット暗号鍵が配信されるので、各受信端末は、マルチキャスト通信への後追い参入および途中で切断されたマルチキャスト通信への復帰を円滑に行うことができる。また、要求されるパケット暗号鍵のみならず、その更新前後に使用されるパケット暗号鍵が一括して配信されるので、各受信端末は、一旦接続されたマルチキャスト通信への接続を高信頼に維持することができる。

なお、パケット暗号鍵配信部２６０が一括して配信するパケット暗号鍵の数は、任意に設定可能である。例えば、第２のフェーズ鍵混合器が５つ以上ある場合には、パケット暗号鍵配信部２６０は、連続する５つのパケットに対応するパケット暗号鍵を一括して配信することができる。パケット暗号鍵の配信の余裕度を高めることによって、通信の維持を確実にすることができる。

以下、上述のように構成されたマルチキャスト通信システム１００の動作について説明する。ここでは、パケット暗号鍵配信部２６０によるパケット暗号鍵の配信動作、特に、受信端末からのパケット暗号鍵配信要求を受信した後のパケット暗号鍵の配信動作について説明する。

パケット暗号鍵配信部２６０は、マルチキャストグループのメンバである受信端末のいずれかからパケット暗号鍵配信要求を受信すると、その受信端末に対して、パケット暗号鍵を配信する。このとき、パケット暗号鍵配信部２６０は、パケット暗号鍵配信要求により要求されたパケット暗号鍵とともに、そのパケット暗号鍵と連続するパケット暗号鍵を一括して配信する。例えば、パケット暗号鍵配信部２６０は、パケット暗号鍵配信要求により要求されるパケット暗号鍵がＫｅｙ（ｎ）である場合、Ｋｅｙ（ｎ）とともに、Ｋｅｙ（ｎ−１），Ｋｅｙ（ｎ＋１）を、パケット暗号鍵配信要求の送信元の受信端末に対して配信する。

これにより、受信端末は、マルチキャスト通信への後追い参入および途中で切断されたマルチキャスト通信への復帰を円滑に行うことができる。例えば図１において、マルチキャスト通信のセッションが確立された後にネットワークに接続された受信端末１６０、マルチキャスト通信の通信エリア外から移動してきた受信端末１７０、およびマルチキャスト通信の通信エリアの境界に在圏しているがためにその接続が切断された受信端末１８０は、パケット暗号鍵配信要求を送信することにより、例外的なパケット暗号鍵の配信を受けることができる。そして、受信端末１６０，１７０，１８０は、パケット暗号鍵配信部２６０から配信されたパケット暗号鍵を用いて、マルチキャスト通信に後追い参入または復帰することができる。

また、受信端末は、一旦接続されたマルチキャスト通信への接続を高信頼に維持することができる。例えば、Ｋｅｙ（ｎ）についてのパケット暗号鍵配信要求を送信した受信端末は、Ｋｅｙ（ｎ）とともに、Ｋｅｙ（ｎ）の更新前後に使用されるＫｅｙ（ｎ−１），Ｋｅｙ（ｎ＋１）を取得することができる。これにより、パケット暗号鍵配信要求を送信した後に間もなくパケット暗号鍵が更新された場合であっても、受信端末は、Ｋｅｙ（ｎ）とともに配信されたＫｅｙ（ｎ＋１）を用いて、マルチキャスト通信への接続を維持することができる。また、受信端末は、Ｋｅｙ（ｎ−１）を用いて以前に送信されたパケットを復号化することができるので、より高精度なデータの再生が可能になる。

なお、本実施の形態では、第１のフェーズ鍵混合器２１０は、Ｎパケットごとに新しい予備鍵を計算し、更新するものとして説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１のフェーズ鍵混合器２１０は、システムごとに決められたＭパケット（Ｍは、Ｎと異なる任意の整数）ごとに新しい予備鍵を計算し、更新するようにしてもよい。その際、第１のフェーズ鍵混合器２１０は、乱数に基づいた一定のサイクルに従って新しい予備鍵を計算し、更新することができる。さらに、不定期かつルール化された手段により予備鍵を更新するようにしてもよい。このような予備鍵の更新を利用してパケット暗号鍵をリフレッシュすることにより、よりセキュリティ強度の高い暗号化通信を実現することができる。

なお、本実施の形態では、パケット暗号鍵の配信機構（暗号鍵配信装置）を送信端末１２０の内部に設けるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、暗号鍵配信装置を、送信端末１２０と別個の装置部として、マルチキャスト通信システムに設けるようにしてもよい。

このように、本実施の形態によれば、送信端末１２０は、複数の受信端末に対して送信される連続するパケットに対する複数のパケット暗号鍵を予め生成して保持し、これらのパケット暗号鍵のいずれかを複数の受信端末のいずれかに対して配信する。これにより、各受信端末は、何らかの理由により途中のパケット暗号鍵を取得することができない場合であっても、マルチキャスト通信への後追い参入および途中で切断されたマルチキャスト通信への復帰を円滑に行うことができる。

また、本実施の形態によれば、送信端末１２０は、連続するパケットに対する複数のパケット暗号鍵を一括して配信する。これにより、各受信端末は、一旦接続されたマルチキャスト通信への参加を高信頼に維持することができる。また、各受信端末は、以前に送信されたパケットを復号化することができ、より高精度なデータの再生が可能になる。

なお、本実施の形態では、本発明をマルチキャスト通信に応用した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明をブロードキャスト通信に適用した場合も、マルチキャスト通信の場合と同様の作用効果を実現することができる。さらに、本発明をユニキャスト通信に適用してもよい。また、それぞれを組み合わせることで効果を向上させてもよい。

本発明に係る暗号鍵配信装置および暗号鍵配信方法は、セキュリティ強度を維持しつつ、確実で柔軟性に富んだ通信を行うことができる効果を有し、マルチキャスト通信またはブロードキャスト通信において使用される暗号鍵配信装置および暗号鍵配信方法として有用である。

本発明の一実施の形態に係るマルチキャスト通信システムの構成の一例を示す図 図１のマルチキャスト通信システムの暗号化ブロックおよび通信形態を示す図 従来の通信システムの構成の一例を示す図 図３の通信システムの暗号化ブロックおよび通信形態を示す図

符号の説明

１００ マルチキャスト通信システム
１１０ サーバ
１２０ 送信端末
１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０ 受信端末
２１０ 第１のフェーズ鍵混合器
２２０ パケット暗号鍵保持部
２２１、２２２、２２３ 第２のフェーズ鍵混合器
２３０ ＭＩＣ部
２４０ フラグメント部
２５０ 暗号カプセル化部
２６０ パケット暗号鍵配信部

Claims (7)

1. マルチキャストまたはブロードキャストにより複数の無線受信端末に対して送信されるパケットを暗号化するための暗号鍵を最小１パケットごとに生成可能な生成部と、
   複数の連続するパケットに対して前記生成部により生成される複数の暗号鍵を保持する保持部と、
   前記複数の無線受信端末のいずれかに対して、前記保持部により保持されるいずれかの暗号鍵を、マルチキャストまたはブロードキャストにより送信されるパケットとは独立して配信する配信部と、
   を具備することを特徴とする暗号鍵配信装置。
2. 前記配信部は、
   いずれかのパケットに対して生成される暗号鍵と、前記いずれかのパケットと連続する他のパケットに対して生成される暗号鍵とを一括配信する、
   ことを特徴とする請求項１記載の暗号鍵配信装置。
3. 前記配信部は、
   前記複数の無線受信端末のうち、マルチキャスト通信またはブロードキャスト通信に参入または復帰する無線受信端末に対して暗号鍵を配信する、
   ことを特徴とする請求項２記載の暗号鍵配信装置。
4. 前記配信部は、
   暗号鍵を配信する旨の要求の送信元の無線受信端末に対して暗号鍵を配信する、
   ことを特徴とする請求項２記載の暗号鍵配信装置。
5. 前記生成部は、
   一時鍵と初期化ベクトルとを含む複数の要素から予備鍵を生成する第１の生成部と、
   前記予備鍵および前記初期化ベクトルから暗号鍵を生成する第２の生成部と、を具備し、
   前記第１の生成部は、前記一時鍵を定期的に更新することによって、前記生成部により生成される暗号鍵をリフレッシュさせる、
   ことを特徴とする請求項１記載の暗号鍵配信装置。
6. 前記第１の生成部は、乱数に基づいた一定のルールによるサイクルに従って前記一時鍵を更新する、
   ことを特徴とする請求項５記載の暗号鍵配信装置。
7. マルチキャストまたはブロードキャストにより複数の無線受信端末に対して送信されるパケットを暗号化するための暗号鍵を最小１パケットごとに生成可能な生成ステップと、
   複数の連続するパケットに対して生成される複数の暗号鍵を保持する保持ステップと、
   前記複数の無線受信端末のいずれかに対して、前記複数の暗号鍵のうちのいずれかの暗号鍵を、マルチキャストまたはブロードキャストにより送信されるパケットとは独立して配信する配信ステップと、
   を具備することを特徴とする暗号鍵配信方法。
   

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