JP2008205625A - 無線通信システムとその通信制御方法および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】マルチキャスト通信においても通信の秘匿性を高めることの可能な無線通信システムとその通信制御方法および通信システムを提供すること。
【解決手段】複数の無線端末により形成されるネットワークにおいて、無線端末間に共通の共通鍵と、否認鍵とを各端末に記憶する。否認鍵は各端末ごとに固有のもので、無線端末に対応付けてその個数分定義されるデータである。各無線端末は全ての否認鍵から自端末に対応するものを除いた否認鍵の群を、記憶する。そして、奪われた無線端末が特定できれば、その端末に対応する否認鍵と共通鍵との排他的論理和による鍵を用いて暗号化したデータを、他の端末はマルチキャストする。
【選択図】 図４

Description

この発明は、通信秘匿技術に関する。

近年、アドホックネットワークを形成する複数の無線端末間でマルチキャストを行う技術が検討されている（例えば、特許文献１を参照）。この種の技術では通信の秘匿性を確保するためのセキュア技術がキーポイントとなる。具体的には暗号鍵を用いた暗号化技術が適用される。

ところで、マルチキャスト通信に際して暗号化を行うこと自体は不可能ではないが、受信無線端末が悪意ある第３者に奪われてしまうと暗号鍵を変更するすべがない。このため受信無線端末を第３者に奪われた場合には、それ以降はマルチキャスト通信を諦めるか、不安全な状況を受け入れるしかなくなるという不具合がある。
特開２００６−１８０１７６号公報

以上のように、マルチキャスト通信に関しては通信の秘匿性を保つのにさらに技術改良の余地がある。
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、マルチキャスト通信においても通信の秘匿性を高めることの可能な無線通信システムとその通信制御方法および通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、アドホックネットワークを形成するＮ（Ｎは３以上の自然数）個の無線通信装置を具備する無線通信システムにおいて、前記無線通信装置の各々は、前記無線通信装置間で共通に用いられる共通鍵と、個々の無線通信装置に対応付けて定義され互いに異なるＮ個の否認鍵からなる群から自装置に対応する否認鍵を除くＮ−１個の否認鍵と、を記憶する記憶部と、自装置からマルチキャスト送信するデータの解読を許可しない無線通信装置に対応する否認鍵と、前記共通鍵とを前記記憶部から取得し、取得した否認鍵と前記共通鍵との排他的論理和により生成した鍵を用いて前記データを暗号化する暗号化処理部とを備えることを特徴とする無線通信システムが提供される。

このような手段を講じることにより、無線通信装置の数と同じ数の否認鍵が予め用意される。各無線通信装置は、全ての否認鍵のうち自装置に対応するものを除いた否認鍵群を記憶するとともに、共通鍵も記憶する。マルチキャストデータは共通鍵と否認鍵により２重に暗号化される。従って通信の秘匿性を高めることが可能になる。

この発明によれば、マルチキャスト通信においても通信の秘匿性を高めることの可能な無線通信システムとその通信制御方法および通信システムを提供することができる。

図１は、この発明に係わる、アドホックネットワークを形成する無線通信システムを示す模式図である。このシステムは複数の無線端末Ａ〜Ｇを備えてアドホックネットワークを形成する。無線端末Ａ〜Ｇ間の通信経路は両矢印により示される。この通信経路は固定的ではなく時間の経過、および個々の無線端末Ａ〜Ｇの移動に応じて更新設定される。

図２は、図１の無線端末Ａ〜Ｇの実施の形態を示す機能ブロック図である。図２においてデータ入力部２０に与えられた送信データは、暗号化処理部２１により暗号化されたのち変調部２３においてディジタル変調される。そののちハイブリッド回路２４を介してアンテナ２５から放射される。アンテナ２５に到来した無線信号はハイブリッド回路２４を介して復調部２６に与えられベースバンドに復調される。そののち平文化処理部２７により暗号化を解かれ、データ出力部２８から受信データが出力される。

ここで、暗号化処理部２１による暗号化、および平文化処理部２７による平文再生処理は、記憶部２２に記憶される暗号鍵を用いて実施される。
記憶部２２は、無線端末Ａ〜Ｇ間で共通に用いられる共通鍵アと、否認鍵とを記憶する。例えばアドホックネットワークが４個の無線端末Ａ〜Ｄにより形成されるとすると、各無線端末Ａ〜Ｄに記憶される否認鍵は３個になる。図２の記憶部２２は否認鍵β，γ，δを記憶する。

否認鍵とは、互いに固有のビットパターンを持ち、個々の無線端末に対応付けて定義されるビット列である。この実施形態では無線端末Ａに否認鍵α、無線端末Ｂに否認鍵β、無線端末Ｃに否認鍵γ、無線端末Ｄに否認鍵δがそれぞれ対応するとする。なお各否認鍵のビット長と共通鍵のビット長とは同じであることが、ディジタル処理回路の簡素化などの面から好ましい。

ここで、自無線端末に対応する否認鍵以外の否認鍵を、各無線端末は記憶する点にこの実施形態の特徴がある。すなわち無線端末の総数をＮ個とすると、各無線端末は、Ｎ個の否認鍵からなる群から自無線端末に対応する否認鍵を除くＮ−１個の否認鍵を記憶部２２に記憶する。

図３は、上記構成における処理を説明するための模式図である。図３において、無線端末Ａは共通鍵アと否認鍵β，γ，δとを記憶する。無線端末Ｂは共通鍵アと否認鍵α，γ，δとを記憶する。無線端末Ｃは共通鍵アと否認鍵α，β，δとを記憶する。無線端末Ｄは共通鍵アと否認鍵α，β，γとを記憶する。

図３において、無線端末Ａがデータをマルチキャスト送信し、これを無線端末Ｂ，Ｃ，Ｄが受信しているとする。どの無線端末も安全であることが確信できていれば、マルチキャストで送出するデータは鍵アだけを用いて暗号化する。これにより暗号鍵アを知らない第３者はマルチキャストデータを受信できたとしてもその内容を把握することはできない。

ここで、無線端末Ｂが悪意ある第三者に奪われ、このことを無線端末Ａが認識し得たとする。そうすると無線端末Ａは、鍵アと、無線端末Ｂの否認鍵であるβとの排他的論理和をとり、鍵を生成する。そして、この鍵を用いてマルチキャストデータを暗号化するようにする。無線端末Ｂの否認鍵βを用いている事を他の無線端末に通知するには、マルチキャスト送出データに示すようにしても良いし、各無線端末が別途取得できるようにしても良い。

このようにすることで、無線端末Ｂは否認鍵βを持っていないので、たとえマルチキャストデータを受信できたとしても平文化できず、受信したデータを解読することはできない。否認鍵βを用いている事を無線端末Ｂが知れたとしても、鍵自体が無いのでどうすることもできない。このようにして通信の秘匿性を保つことが可能になる。さらに、仮に更に無線端末Ｃが奪われた場合には、否認鍵βに加えさらに否認鍵γを用いて同様のことをおこなえばよい。すなわち共通鍵アと、否認鍵βと、否認鍵γとの排他的論理和により生成した鍵を用いてデータを暗号化すればよい。

図４は、図３における処理手順を示すフローチャートである。図４においていずれの無線端末も奪われていなければ、ステップＳ１〜Ｓ３のループで共通鍵のみを用いた処理が実施される。この状態からいずれかの無線端末が奪われると、ステップＳ４でどの端末が奪われたのかを特定するまで通信停止（処理待ち）状態となる（ステップＳ５）。

奪われた端末が特定されると、その端末に対応する否認鍵を記憶部２２から取得し（ステップＳ６）、その否認鍵と共通鍵との排他的論理和により鍵を生成する（ステップＳ７）。そして、この鍵を用いてデータを暗号化し（ステップＳ８）、マルチキャスト送信する（ステップＳ９）。

このように本実施形態では、複数の無線端末により形成されるネットワークにおいて、無線端末間に共通の共通鍵と、否認鍵とを各端末に記憶する。否認鍵は各端末ごとに固有のもので、無線端末に対応付けてその個数分定義されるデータである。各無線端末は全ての否認鍵から自端末に対応するものを除いた否認鍵の群を、記憶する。そして、奪われた無線端末が特定できれば、その端末に対応する否認鍵と共通鍵との排他的論理和による鍵を用いて暗号化したデータを、他の端末はマルチキャストするようにする。

この実施形態では、暗号を利用し、暗号に使用する鍵生成の方式と鍵管理の方式を工夫することにより、悪意ある第３者に無線端末が奪われた場合にも、マルチキャスト通信の内容を悪意ある第３者から秘匿するようにしている。すなわち、暗号の鍵管理の方式を工夫することにより、マルチキャスト受信無線端末が悪意ある第３者に奪われた場合も、そのことが検知できさえすれば、マルチキャストデータを傍受から安全に保護することができるようになる。これらのことから、マルチキャスト通信においても通信の秘匿性を高めることの可能な無線通信システムとその通信制御方法および通信システムを提供することが可能となる。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではない。例えば本発明は無線、有線を問わず一般的な通信システムに適用することができる。また、共通鍵および否認鍵は各端末に予め記憶させるようにしても良いし、または、必要になった段階で別途取得するようしても良い。

さらに本発明は、その実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

この発明に係わる、アドホックネットワークを形成する無線通信システムを示す模式図。 図１の無線端末Ａ〜Ｇの実施の形態を示す機能ブロック図。 図１および図２の構成における処理を説明するための模式図。 図３における処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

Ａ〜Ｇ…無線端末、２０…データ入力部、２１…暗号化処理部、２２…記憶部、２３…変調部、２４…ハイブリッド回路、２５…アンテナ、２６…復調部、２７…平文化処理部、２８…データ出力部

Claims (8)

1. アドホックネットワークを形成するＮ（Ｎは３以上の自然数）個の無線通信装置を具備する無線通信システムにおいて、
   前記無線通信装置の各々は、
   前記無線通信装置間で共通に用いられる共通鍵と、個々の無線通信装置に対応付けて定義され互いに異なるＮ個の否認鍵からなる群から自装置に対応する否認鍵を除くＮ−１個の否認鍵と、を記憶する記憶部と、
   自装置からマルチキャスト送信するデータの解読を許可しない無線通信装置に対応する否認鍵と、前記共通鍵とを前記記憶部から取得し、取得した否認鍵と前記共通鍵との排他的論理和により生成した鍵を用いて前記データを暗号化する暗号化処理部とを備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記無線通信装置の各々は、
   前記自装置からマルチキャスト送信するデータの解読を許可しない無線通信装置の発生を検知する検知部を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記無線通信装置の各々は、
   前記自装置からマルチキャスト送信するデータの解読を許可しない無線通信装置の発生を前記検知部により検知した場合に、当該無線通信装置に対応する否認鍵を前記アドホックネットワークを介して取得することを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記共通鍵のビット長と前記否認鍵のビット長とは同じであることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. アドホックネットワークを形成するＮ（Ｎは３以上の自然数）個の無線通信装置を具備する無線通信システムの前記無線通信装置の各々に用いられる通信制御方法であって、
   前記無線通信装置間で共通に用いられる共通鍵を記憶し、
   個々の無線通信装置に対応付けて定義され互いに異なるＮ個の否認鍵からなる群から自装置に対応する否認鍵を除くＮ−１個の否認鍵を記憶し、
   自装置からマルチキャスト送信するデータの解読を許可しない無線通信装置に対応する否認鍵と、前記共通鍵との排他的論理和により鍵を生成し、
   この生成した鍵を用いて前記データを暗号化することを特徴とする通信制御方法。
6. さらに、前記自装置からマルチキャスト送信するデータの解読を許可しない無線通信装置の発生を検知するステップを具備し、
   このステップで前記自装置からマルチキャスト送信するデータの解読を許可しない無線通信装置の発生が検知された場合に、当該無線通信装置に対応する否認鍵と、前記共通鍵との排他的論理和により鍵を生成することを特徴とする請求項５に記載の通信制御方法。
7. さらに、前記ステップで前記自装置からマルチキャスト送信するデータの解読を許可しない無線通信装置の発生が検知された場合に、当該無線通信装置に対応する否認鍵を前記アドホックネットワークを介して取得するステップを具備することを特徴とする請求項６に記載の通信制御方法。
8. ネットワークを形成するＮ（Ｎは３以上の自然数）個の通信装置を具備する通信システムにおいて、
   前記通信装置の各々は、
   前記通信装置間で共通に用いられる共通鍵と、個々の通信装置に対応付けて定義され互いに異なるＮ個の否認鍵からなる群から自装置に対応する否認鍵を除くＮ−１個の否認鍵と、を記憶する記憶部と、
   自装置からマルチキャスト送信するデータの解読を許可しない通信装置に対応する否認鍵と、前記共通鍵とを前記記憶部から取得し、取得した否認鍵と前記共通鍵との排他的論理和により生成した鍵を用いて前記データを暗号化する暗号化処理部とを備えることを特徴とする通信システム。

Images