JP2009005319A - 通信システム及び受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の通信システムのように、暗号鍵がＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリのような不揮発性メモリ等に記憶されている場合、読み出された暗号鍵を基に送信装置が偽造されてしまい、その送信装置によって通信システムが不正に動作されてしまう恐れがある。
【解決手段】リモコンキー２において、暗号化部２３が第１の暗号鍵Ｋ１によって暗号化した平文を送信部２１が受信装置１０に送信する。受信装置１０では、受信部１１が暗号化された平文を受信し、復号化部１３が、第１の暗号鍵Ｋ１と対となる第２の暗号鍵Ｋ２によって復号化する。この第２の暗号鍵Ｋ２は、ＦｅＲＡＭ５に記憶され、ＦｅＲＡＭ５から外部へ読み出されたならば消去される。
【選択図】図２

Description

本発明は、通信システム及び受信装置に関する。

従来、秘匿すべきデータの外部漏洩を防止するために暗号化技術が用いられる。暗号化技術には様々な方式があるが、データを暗号化及び復号化する際には、暗号アルゴリズムの手順を制御するための暗号鍵が必要となる。例えば、以下の特許文献１に記載されている車両における通信システムの場合、送信機から送信された暗号データを車両に搭載された受信機が受信し、受信した暗号データを暗号鍵を用いて復号化している。ここで、従来の通信システムでは、暗号鍵は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）やフラッシュメモリのような電気的に書き込みが可能な不揮発性メモリ等に記憶されていることが多い。

特開平８−１７０４５７号公報

しかしながら、上記した従来の通信システムのように、暗号鍵がＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリのような不揮発性メモリ等に記憶されている場合、悪意ある第三者によって暗号鍵が読み出されてしまうことが考えられる。そして、読み出された暗号鍵を基に送信装置が偽造されてしまい、その送信装置によって通信システムが不正に動作されてしまう恐れがある。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
送信装置と、受信装置とを含み、前記送信装置は、前記受信装置へ送信すべき平文を第１の暗号鍵により暗号化する暗号化部と、前記暗号化された平文を前記受信装置へ送信する送信部と、を有し、前記受信装置は、前記第１の暗号鍵と対となる第２の暗号鍵を記憶しているＦｅＲＡＭであって、当該ＦｅＲＡＭから外部へ前記第２の暗号鍵を読み出すことが行われたならば、当該ＦｅＲＡＭから前記第２の暗号鍵が消去される前記ＦｅＲＡＭと、前記送信装置から前記暗号化された平文を受信する受信部と、前記受信された、前記第１の暗号鍵により暗号化された平文を、前記ＦｅＲＡＭに記憶されているはずの前記第２の暗号鍵により復号化する復号化部と、を有することを特徴とする通信システム。

上記した通信システムによれば、送信装置において、暗号化部が第１の暗号鍵によって暗号化した平文を、送信部が受信装置に送信する。受信装置では、受信部が暗号化された平文を受信し、復号化部が第１の暗号鍵と対となる第２の暗号鍵によって復号化する。この第２の暗号鍵は、ＦｅＲＡＭに記憶され、ＦｅＲＡＭから外部へ読み出されたならば消去される。第２の暗号鍵が外部へ読み出されたならば消去されることから、消去されて以降、復号化部は、第２の暗号鍵を用いて、暗号化された平文を復号化することができなくなる。このため、悪意ある第三者により、第２の暗号鍵が外部へ読み出され、読み出された第２の暗号鍵を基に第１の暗号鍵を有する送信装置が不正に作成されたとしても、この送信装置からの暗号化された平文を受信装置で復号化することができない。これにより、悪意ある第三者が受信装置を不正に動作させることができなくなる。

［適用例２］
前記ＦｅＲＡＭから外部へ前記第２の暗号鍵を読み出すことが行われたならば、前記読み出すことが行われた後に再書込みを行わないように制御する制御部を更に有することを特徴とする上記通信システム。

上記した通信システムによれば、ＦｅＲＡＭから外部へ第２の暗号鍵を読み出すことが行われたならば、再書込みを行わないように制御部が制御する。これにより、悪意ある第三者によって第２の暗号鍵が外部へ読み出されたときに、再書込みの動作を行わないように制御することから、第２の暗号鍵の内容は破壊読出しされて消去された状態になる。

［適用例３］
前記ＦｅＲＡＭは、１０¹⁰以上の書き換え回数に対して耐性を有することを特徴とする上記通信システム。

上記した通信システムによれば、ＦｅＲＡＭは書き換え耐性に優れた特性を有することから、破壊読出しの動作後に再書込みの動作を行うＦｅＲＡＭを有する通信システムを実用化することができる。

［適用例４］
前記復号化部は、前記ＦｅＲＡＭに記憶されていることを特徴とする上記通信システム。

上記した通信システムによれば、復号化部がＦｅＲＡＭに記憶されていることから、悪意ある第三者が復号化部のアルゴリズムを解析して暗号鍵を読み出すことが困難となる。

［適用例５］
暗号鍵を記憶しているＦｅＲＡＭであって、当該ＦｅＲＡＭから外部へ前記暗号鍵を読み出すことが行われたならば、当該ＦｅＲＡＭから前記暗号鍵が消去される前記ＦｅＲＡＭと、暗号化された平文を受信する受信部と、前記受信された、前記暗号化された平文を、前記ＦｅＲＡＭに記憶されているはずの前記暗号鍵により復号化する復号化部と、を有することを特徴とする受信装置。

上記した受信装置によれば、受信部が暗号化された平文を受信し、復号化部が暗号鍵によって復号化する。この暗号鍵は、ＦｅＲＡＭに記憶され、ＦｅＲＡＭから外部へ読み出されたならば消去される。暗号鍵が外部へ読み出されたならば消去されることから、消去されて以降、復号化部は、暗号鍵を用いて、暗号化された平文を復号化することができなくなる。このため、悪意ある第三者により、暗号鍵が外部へ読み出され、読み出された暗号鍵を基に送信装置が不正に作成されたとしても、この送信装置からの暗号化された平文を受信装置で復号化することができない。これにより、悪意ある第三者が受信装置を不正に動作させることができなくなる。

以下、本実施形態に係る通信システムについて、図面を参照して説明する。

＜車両及びリモコンキーの概略＞
図１は、本実施形態に係る通信システムの例を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態に係る通信システムの例では、車両１に搭載されている受信装置１０と、送信装置としてのリモコンキー２とで構成される。ユーザは、このリモコンキー２を手に持って車両１を遠隔操作する。また、車両１は、停止した状態にあり、車両１に備えられたエンジンも停止した状態にある。

＜受信装置及びリモコンキーの機能構成＞
図２は、車両１に搭載された受信装置１０と、リモコンキー２との機能構成を示すブロック図である。同図に示すように、受信装置１０は、受信部１１、記憶部１２、復号化部１３、判定部１４、ドアロック制御部１５及び制御部１６を有している。また、リモコンキー２は、送信部２１、記憶部２２、暗号化部２３及び制御部２５を有している。また、受信装置１０の記憶部１２には第２の暗号鍵Ｋ２、リモコンキー２の記憶部２２には第１の暗号鍵Ｋ１が記憶されている。

ここで、受信装置１０の記憶部１２、復号化部１３及び判定部１４は、再書込み記憶保持を必要とし、耐タンパ性を有するＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）５によって構成される。なお、記憶部１２、復号化部１３及び判定部１４のすべてがＦｅＲＡＭ５によって構成されるのではなく、少なくとも記憶部１２に記憶されている第２の暗号鍵Ｋ２がＦｅＲＡＭ５によって構成されても良い。ＦｅＲＡＭ５の詳細については後述する。

次に、受信装置１０の機能について説明する。
受信装置１０の受信部１１は、リモコンキー２から、例えば赤外線や電波等による指示情報となる信号を受信する。この指示情報には、リモコンキー２を識別する暗号化された識別情報と、車両１を制御するための制御情報とが含まれる。

受信装置１０の復号化部１３は、記憶部１２に記憶されている第２の暗号鍵Ｋ２を用いて、受信部１１において受信した指示情報に含まれる暗号化された識別情報を復号化する。

受信装置１０の判定部１４は、復号化部１３において復号化されたリモコンキー２の識別情報に基づいて、リモコンキー２が受信装置１０に適合できるか否かを判定する。ここでは、復号化されたリモコンキー２の識別情報と、後述する制御部１６に備えたＲＯＭに記憶されている識別情報とのハッシュ値を演算し、２つのハッシュ値を比較することによって判定する。

受信装置１０のドアロック制御部１５は、判定部１４においてリモコンキー２が適合できると判定された場合に、受信した指示情報に含まれる制御情報に基づいて、車両１のドアロックの解錠及び施錠を制御する。

受信装置１０の制御部１６は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えて、上記した受信部１１、記憶部１２、復号化部１３、判定部１４及びドアロック制御部１５の各部等を制御する。

次に、リモコンキー２の機能について説明する。
リモコンキー２の送信部２１は、暗号化された識別情報及び制御情報が含まれる指示情報となる信号を車両１へ送信する。

リモコンキー２の暗号化部２３は、記憶部２２に記憶されている第１の暗号鍵Ｋ１を用いて、リモコンキー２を識別する平文となる識別情報を暗号化する。この第１の暗号鍵Ｋ１と、受信装置１０の記憶部１２に記憶されている第２の暗号鍵Ｋ２とは、対となっており、第１の暗号鍵Ｋ１を用いて暗号化された識別情報は、第２の暗号鍵Ｋ２を用いて復号化することができる。なお、平文とは、暗号化される前の情報を示す。

リモコンキー２の制御部２５は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えて、上記した送信部２１、記憶部２２及び暗号化部２３の各部等を制御する。

ここで、リモコンキー２を識別する平文となる識別情報は、制御部２５に備えたＲＯＭに記憶されている。また、車両１を制御するための制御情報は、制御部２５により、ユーザが押下した図示しない操作ボタン等に応じて生成される。

＜記憶部の構成＞
次に、車両１のＦｅＲＡＭ５ついて説明する。
ＦｅＲＡＭ５は、強誘電体材料によってメモリセルが構成されており、強誘電体材料をデータ保持用のキャパシタに利用したメモリである。ここで、強誘電体膜は、自発分極特性を有し、印加される電界方向に応じて分極方向が反転する性質を有している。ＦｅＲＡＭ５は、この分極反転を記憶保持に利用している。また、ＦｅＲＡＭ５は、データ保持のための電源を不要とする不揮発性メモリである。

図３は、ＦｅＲＡＭ５を構成するメモリセルを示す図である。同図に示すように、メモリセル５０は、トランジスタ５１と、強誘電体膜から構成される強誘電体キャパシタ５２とから構成されている。トランジスタ５１のゲート端子にＷＬ（ワード線）５３が接続され、トランジスタ５１のドレイン端子（又はソース端子）にＢＬ（ビット線）５４が接続され、トランジスタ５１のソース端子（又はドレイン端子）に強誘電体キャパシタ５２の一方側の端子が接続され、強誘電体キャパシタ５２の他方側の端子にＰＬ（プレート線）５５が接続されている。

次に、メモリセル５０にデータを書き込む動作について説明する。
メモリセル５０は、強誘電体キャパシタ５２の両端子間に所定電圧（Ｖｃｃ）が印加されることにより、「１」及び「０」のデータが書き込まれる。例えば、メモリセル５０は、ＷＬ５３が選択状態（トランジスタ５１オン状態）にされ、ＢＬ５４が０Ｖにされ、ＰＬ５５にＶｃｃが印加されることにより「０」が書き込まれる。また、ＢＬ５４にＶｃｃが印加され、ＰＬ５５が０Ｖにされることにより「１」が書き込まれる。また、メモリセル５０は、ＷＬ５３が非選択状態（トランジスタ５１オフ状態）になっても書き込まれたデータを保持する。

次に、メモリセル５０に書き込まれているデータを読み出す動作について説明する。
メモリセル５０には、図示しないセンスアンプ回路が備えられており、ＢＬ５４がオープン状態（０Ｖ）にされ、ＷＬ５３が選択状態にされ、ＰＬ５５にＶｃｃが印加されることにより、ＢＬ５４を介してセンスアンプ回路に所定の電圧が供給される。センスアンプ回路は、強誘電体キャパシタ５２の分極状態に応じて異なる電圧が供給され、それぞれの電圧に基づいて増幅を行う。メモリセル５０は、センスアンプ回路による増幅後の電圧に応じて「１」又は「０」が読み出される。

ここで、メモリセル５０は、データの読み出し動作において、「１」が読み出された場合、強誘電体キャパシタ５２の分極が「１」から「０」の状態に反転されることで破壊読出しの動作を行う。そして、メモリセル５０は、強誘電体キャパシタ５２の分極を「１」の状態に維持するために、「１」のデータを読み出した後、再び「１」のデータを書き込むことで再書込み動作を行うように制御されている。このとき、メモリセル５０は、破壊読出しの動作を行った後、正常な手続きが確保されたことが確認できた場合のみ再書込みの動作を行うように、上記した受信装置１０の制御部１６によって制御される。従って、ＦｅＲＡＭ５の記憶部１２に記憶されている第２の暗号鍵Ｋ２が、ＦｅＲＡＭ５から外部へ読み出された場合、制御部１６は、正常な手続きの確保が確認できないことから、再書込みの動作を行わない。この結果、第２の暗号鍵Ｋ２は消去された状態になる。

また、上記したＦｅＲＡＭ５は、破壊読出しの動作を行った後の再書込みの動作を通常の揮発性メモリ（例えば、ＳＲＡＭやＤＲＡＭ等）と同等の高速実行性能を利用して行う。更に、ＦｅＲＡＭ５は、１０¹⁰以上の書き換え回数に対して耐性を有する。

＜受信装置及びリモコンキーの動作＞
次に、受信装置１０とリモコンキー２との動作について説明する。
図４は、車両１に搭載されている受信装置１０とリモコンキー２との動作を示すフローチャートである。

最初に、同図に示すリモコンキー２側において、ユーザによって操作ボタンが押下されたときに、ステップＳ１１０では、リモコンキー２の暗号化部２３は、リモコンキー２の識別情報を、記憶部２２に記憶されている第１の暗号鍵Ｋ１を用いて暗号化する。ここで、操作ボタンの種類は、車両のドアロックを解錠するボタンと施錠するボタンとの２種類とする。

ステップＳ１２０では、リモコンキー２の送信部２１は、ステップＳ１１０において暗号化された識別情報と、操作ボタン等に応じて生成された制御情報とが含まれる指示情報を車両１に送信する。

次に、車両１側において、ステップＳ１５０では、受信装置１０の受信部１１は、リモコンキー２から送信された指示情報を受信する。

ステップＳ１６０では、受信装置１０の復号化部１３は、ステップＳ１５０において受信した指示情報に含まれる暗号化された識別情報を、記憶部１２に記憶されている第２の暗号鍵Ｋ２を用いて復号化する。

ステップＳ１７０では、受信装置１０の判定部１４は、ステップＳ１６０において復号化されたリモコンキー２の識別情報と、受信装置１０の制御部１６に備えたＲＯＭに記憶されている識別情報との２つのハッシュ値を演算する。

ステップＳ１８０では、受信装置１０の制御部１６は、ステップＳ１７０において演算した２つのハッシュ値が一致するか否かを判定する。ハッシュ値が一致する場合、即ちリモコンキー２が受信装置１０に適合する場合は、ステップＳ１９０へ進み、受信装置１０のドアロック制御部１５により、車両１のドアロックを解錠又は施錠するように制御する。他方、ハッシュ値が一致しない場合、即ちリモコンキー２が受信装置１０に適合しない場合は、ドアロックの解錠及び施錠を行わないで処理を終了する。

＜効果＞
上述したように、本実施形態に係る通信システムでは、受信装置１０の記憶部１２、復号化部１３及び判定部１４がＦｅＲＡＭ５によって構成される。また、このＦｅＲＡＭ５を構成するメモリセル５０は、破壊読出しの動作を行った後、正常な手続きが確保されたことが確認できた場合のみ再書込みの動作を行うように制御される。このため、記憶部１２に記憶されている第２の暗号鍵Ｋ２がＦｅＲＡＭ５から外部へ読み出された場合、この第２の暗号鍵Ｋ２は記憶部１２から消去された状態になる。これにより、悪意ある第三者が第２の暗号鍵Ｋ２をＦｅＲＡＭ５から外部へ読み出し、この第２の暗号鍵Ｋ２を基に第１の暗号鍵Ｋ１を有するリモコンキーを不正に作成したとしても、このリモコンキーからの暗号化された識別情報を受信装置１０で復号化することができない。この結果、悪意ある第三者は、不正に作成したリモコンキーを用いて車両１のドアロックを解錠したり施錠したりすることができなくなる。

また、復号化部１３や判定部１４についてもＦｅＲＡＭ５によって構成されることから、悪意ある第三者が、復号化処理や判定処理等のアルゴリズムを解析することが困難となり、暗号技術に関しての秘匿性を高めることができる。

また、ＦｅＲＡＭ５は、高速書き換え可能であり、且つ１０¹⁰以上の書き換え回数に対して耐性を有する。これにより、破壊読出しの動作後、正しい手続きが確認された場合のみ再書込みの動作を行うＦｅＲＡＭ５を有する通信システムについて、商業上且つ実使用上の品質保証を確保することができる。

なお、上述した実施形態では、車両における受信装置とリモコンキーとで構成する通信システムの例を示したが、これに限られず、車両以外の通信システムについても適用できる。

本実施形態に係る通信システムの例を示す概略図。 車両に搭載された受信装置とリモコンキーとの機能構成を示すブロック図。 ＦｅＲＡＭを構成するメモリセルを示す図。 受信装置とリモコンキーとの動作を示すフローチャート。

符号の説明

１…車両、２…リモコンキー、５…ＦｅＲＡＭ、１０…受信装置、１１…受信部、１２…受信装置の記憶部、１３…復号化部、１４…判定部、１５…ドアロック制御部、１６…受信装置の制御部、２１…送信部、２２…リモコンキーの記憶部、２３…暗号化部、２５…リモコンキーの制御部。

Claims (5)

1. 送信装置と、受信装置とを含み、
   前記送信装置は、
   前記受信装置へ送信すべき平文を第１の暗号鍵により暗号化する暗号化部と、
   前記暗号化された平文を前記受信装置へ送信する送信部と、を有し、
   前記受信装置は、
   前記第１の暗号鍵と対となる第２の暗号鍵を記憶しているＦｅＲＡＭであって、当該ＦｅＲＡＭから外部へ前記第２の暗号鍵を読み出すことが行われたならば、当該ＦｅＲＡＭから前記第２の暗号鍵が消去される前記ＦｅＲＡＭと、
   前記送信装置から前記暗号化された平文を受信する受信部と、
   前記受信された、前記第１の暗号鍵により暗号化された平文を、前記ＦｅＲＡＭに記憶されているはずの前記第２の暗号鍵により復号化する復号化部と、を有することを特徴とする通信システム。
2. 前記ＦｅＲＡＭから外部へ前記第２の暗号鍵を読み出すことが行われたならば、前記読み出すことが行われた後に再書込みを行わないように制御する制御部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記ＦｅＲＡＭは、１０¹⁰以上の書き換え回数に対して耐性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記復号化部は、前記ＦｅＲＡＭに記憶されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の通信システム。
5. 暗号鍵を記憶しているＦｅＲＡＭであって、当該ＦｅＲＡＭから外部へ前記暗号鍵を読み出すことが行われたならば、当該ＦｅＲＡＭから前記暗号鍵が消去される前記ＦｅＲＡＭと、
   暗号化された平文を受信する受信部と、
   前記受信された、前記暗号化された平文を、前記ＦｅＲＡＭに記憶されているはずの前記暗号鍵により復号化する復号化部と、を有することを特徴とする受信装置。

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