JP2009164695A - 無線通信システムおよび無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、無線通信システムおよび無線通信装置に関し、復号化処理に失敗したときに速やかに回復する手段を備える。
【解決手段】キー保持手段１２２に保持された復号キーとカウント手段１２３により順次更新されたカウント値とに基づいて、暗号化パケットデータに復号化処理を施す秘匿処理部１２を備え、その秘匿処理部１２が、さらに、復号化処理の成否を判定する成否判定手段１２４と、復号化処理に失敗したことが判定された場合に対向側の無線通信装置に向けて再同期カウント値を問い合わせ、対向側の無線通信装置から再同期カウント値を受け取る問合せ手段１２５とを備え、カウント手段１２３は、受け取った再同期カウント値を初期値としてカウント値を順次更新し、この秘匿処理部１２では順次更新されたカウント値を用いてパケットデータの復号化処理を行なう。
【選択図】 図６

Description

本発明は、データ送信側の無線通信装置とデータ受信側の無線通信装置とを備えた無線通信システム、およびデータ受信側に特徴を有する無線通信装置に関する。

近年、３Ｇ（３ｒｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と呼ばれる無線通信システムのプロトコルが広く採用されている（非特許文献１参照）。

特許文献１には、パケット通信を行い、ＩＰヘッダ圧縮機能を持つ端末装置で、通信エラーが発生すると、ＩＰヘッダを復元するための同期をとるシステムが開示されている。

この３Ｇにもいくつかの発展段階があり、もともとの３Ｇを採用した携帯電話機のほか、通信速度が更に高速化された３．５ＧあるいはＨＳＤＰＡと呼ばれるプロトコルを採用した携帯電話機も登場してきており、さらに現在、Ｓｕｐｅｒ３Ｇあるいは３．９Ｇ、あるいはＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）と呼ばれるプロトコルが検討されている。

図１は、ＬＴＥプロトコルを採用したときの無線通信システムの概要図である。

端末（ＵＥ；Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）１０は基地局（ｅＮＢ；ｅｖｏｌｖｅｄ ＮｏｄｅＢ）２０との間でＬＴＥプロトコルに従った無線通信を行なう。基地局（ｅＮＢ）２０は、基地局（ｅＮＢ）２０とＩＰネットワーク４０との間のデータの流れを仲介するアクセスゲートウェイ（ａＧＷ）３０を介してＩＰネットワーク４０に接続されている。この図１には、ａＧＷ２０は１つのみ示されているが、ＩＰネットワーク４０には多数のａＧＷが接続されており、各ａＧＷの配下にはそれぞれ１つ又は複数のｅＮＢが存在する。この図１にはＵＥ１０も１つのみ示されているが、多数のＵＥが存在し、それらのＵＥは、ｅＮＢ，ａＧＷ、およびＩＰネットワーク４０を介して互いに通信することができる。

図２は、ＬＴＥプロトコルのプロトコル構成図である。

３Ｇのグループの無線通信システムにおけるプロトコルは複数のレイヤに分かれており、ＬＴＥプロトコルでも同様である。

レイヤ１は物理層と呼ばれるレイヤであり、このレイヤ１は実際の通信を担う部分である。

またその上層に位置するレイヤ２は、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）サブレイヤと、ＲＬＣ（Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ）サブレイヤと、ＰＤＣＰ（Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）サブレイヤとの３つのサブレイヤで構成されている。

ここで、１つのレイヤ又は１つのサブレイヤに配置された１つの処理機能の塊りはエンティティ（ｅｎｔｉｔｙ）と呼ばれており、ＰＤＣＰエンティティとＲＬＣエンティティは各論理チャネル（ＬＣＨ；Ｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）に対応して、使用する論理チャネルの数だけ存在し、ＰＤＵ（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）の送受信を行なっている。ここで、ＬＴＥプロトコルの場合、ＰＤＣＰエンティティではデータの秘匿処理やさらに上位のレイヤ（図示せず）との間のデータインタフェース処理が行なわれ、ＲＬＣエンティティでは、データ変換処理や不足データの再送を要求する再送処理が行なわれる。

また、ＭＡＣエンティティは、各ＲＬＣエンティティから送られてきたＰＤＵを１つのＰＤＵに統合してレイヤ１に転送する。受信側では、ＭＡＣエンティティは、レイヤ１から送られてきたＰＤＵを各論理チャネルごとのＰＤＵに分割し分割した各ＰＤＵを対応する論理チャネルのＲＬＣエンティティに送っている。

図３は、ＰＤＣＰサブレイヤにおける処理の概要を示した図である。

ここでは、基地局（ｅＮＢ）２０を送信側、端末（ＵＥ）１０を受信側として説明する。

ここで取り扱われるＰＤＵには、Ｕプレーンと称されるデータＰＤＵとＣプレーンと称される制御ＰＤＵが存在する。

送信側では、上位側（ａＧＷ側）からＰＤＵを受信するとそのＰＤＵがナンバリングされ、ＵプレーンのＰＤＵについてＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ヘッダの圧縮が行なわれ、その後、暗号化すべきＰＤＵについては暗号化が行なわれ、あるいは暗号化が不要なＰＤＵについては暗号化処理をスキップし、さらにＰＤＣＰヘッダが追加されてこのＰＤＣＰサブレイヤから送り出される。

ここで、暗号化については、Ｃプレーン用の暗号化処理とＵプレーン用の暗号化処理とに分かれており、それぞれに適した暗号化が行なわれる構成となっている。このＰＤＣＰサブレイヤから送り出されたＰＤＵは、図２に示すＲＬＣサブレイヤ、ＭＡＣサブレイヤ、レイヤ１を経由して無線送信される。

一方、受信側では、送信側から送信されてきたＰＤＵが受信側のレイヤ１、ＭＡＣサブレイヤ、ＲＬＣサブレイヤを経由してこの受信側のＰＤＣＰサブレイヤに送り込まれる。この受信側のＰＤＣＰサブレイヤでは先ず、ＰＤＣＰヘッダが取り除かれ、暗号化されて送信されてきたＰＤＵについて復号化が行なわれ、ＩＰヘッダについて伸長処理が施され、ナンバリングされている順序に並べ替える順序制御を経て上位側に送り出される。

受信側における復号化処理は、送信側における暗号化処理がＣプレーンとＵプレーンとに分かれていることに対応し、ＣプレーンとＵプレーンとに分かれている。

また、受信側でＩＰヘッダ伸長処理を行なうにあたっては、一連のＰＤＵの送信の初期に、送信側から伸長処理に必要な伸長処理情報の送信を受け、その後のその一連のＰＤＵについては圧縮されたＩＰヘッダの送信を受け、この圧縮されたＩＰヘッダを、先に受信しておいた伸長処理情報を使って伸長するという方式が採用されている。受信側では、そのＩＰヘッダの伸長が正常に行なわれたか否かが判定され、伸長に失敗したときは、その失敗を送信側に通知し、先に入手した伸長処理情報が壊れている可能性があるため送信側から伸長処理情報を再度新たに入手してその後はその新たに入手し、伸長処理情報を使って伸長処理が行なわれる。以上のＩＰヘッダの圧縮、伸長処理は、ＣＩＤと呼ばれるＩＤ（識別子）を持つ一連のＰＤＵ群ごとに異なる伸長処理情報を使って行なわれる。

図４は、Ｕプレーンの秘匿処理の概要を示した図である。

尚、Ｃプレーンの秘匿処理は、ここでの対象ではなく、その詳細については説明を省略する。

送信側で入力データ（Ｉｎｐｕｔ Ｄａｔａ）を暗号化するにあたっては、送受信方向（基地局から端末又は端末から基地局の別）を示すＤＩＲＥＣＴＩＯＮ、秘匿対象の論理チャネルを表わすＢＥＡＲＥＲのほか、暗号化のためのキーＣＫ（Ｃｉｐｈｅｒｉｎｇ Ｋｅｙ）と、順次更新されるカウント値ＣＯＵＮＴが使われる。

暗号化されたＰＤＵ（秘匿済データ）は、受信側に送信され、受信側では、その秘匿データを、送信側における暗号化と同じ、又は対応する情報、すなわち、ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ、ＢＥＡＲＥＲ、ＣＫ、ＣＯＵＮＴを用いて復号化する。ここで、ＣＫは、あらかじめさらに上位に位置するＲＲＣからあらかじめ設定されている。また、この暗号化、復号化のシステムでは、送信側で順次更新されるＣＯＵＮＴ値と受信側で順次更新されるＣＯＵＮＴ値が揃っている必要があり、このため、送信側と受信側では、互いに通信を行なって初期値としてのカウント値を共有し、その後は互いに同期しながらそれぞれ独立してカウント値を更新している。
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．３ｇｐｐ．ｏｒｇ／ 特開２００６−１１４９９９号公報

図５は、上述の通信システムの問題点の説明図である。

上記のとおり、送信側の無線通信装置では、ヘッダ圧縮処理部（圧縮）２１でＩＰヘッダの圧縮処理が行なわれ、秘匿処理部（暗号化）２２で暗号化が行なわれて受信側に向けて送信され、受信側の無線通信装置では秘匿処理部（復号化）１２で復号化が行なわれヘッダ圧縮処理部（伸長）１１でＩＰヘッダの伸長処理が行なわれる。ここで、例えば送信側と受信側との間で制御ＰＤＵが正常に伝達されないなど、何らかの原因で、送信側と受信側のカウント値の更新がずれてしまうなどの秘匿同期外れが生じることが考えられる。

ＩＰヘッダについては、伸長処理に失敗したときは送信側にフィードバックされ、伸長処理情報を新たに入手することで回復することができるが、秘匿処理に関しては、受信側では受信したＰＤＵの内容をもともと知らないために、たとえ秘匿同期外れが生じていても、秘匿処理に成功したか失敗したかを直接判定する術がなく、秘匿同期外れが生じていても復号化処理は機械的に行なわれ、そのまま後続のＩＰヘッダ伸長処理が行なわれる。復号化処理に失敗していたときはＩＰヘッダ伸長処理もうまくいかず、ＩＰヘッダ伸長がうまくいかなければ、ＩＰヘッダ伸長処理に失敗したことをもって今回のデータは廃棄され、ＩＰヘッダ伸長処理に失敗したことが送信側にフィードバックされるが、秘匿処理側に問題がある場合は回復することが不可能な状態に陥る。この場合、さらに上位側で異常を認識してリセットされるまで正常な通信が回復できないという結果を招く。

本発明は、上記問題に鑑み、秘匿処理に失敗したときにも速やかに回復することのできる無線通信システムおよび無線通信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の無線通信システムは、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置とを備えた無線通信システムであって、第１の無線通信装置が、第２の無線通信装置との間で無線通信を行なう第１の無線通信部、および、暗号キーを保持する第１のキー保持手段とカウント値を順次更新する第１のカウント手段とを有し、第１のキー保持手段に保持された暗号キーと第１のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいてパケットデータに暗号化処理を施し暗号化処理により得られた暗号化パケットデータを第１の無線通信部を介して第２の無線通信装置に向けて送信する第１の暗号化処理部を備え、第２の無線通信装置が、第１の無線通信装置との間で無線通信を行なう第２の無線通信部、および、暗号キーに対応する復号キーを保持する第２のキー保持手段と、第１のカウント手段によるカウント値の更新と同期させてカウント値を順次更新する第２のカウント手段とを有し、第２のキー保持手段に保持された復号キーと第２のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいて、第２の無線通信部を介して受信した暗号化パケットデータに復号化処理を施す第１の復号化処理部を備え、第１の復号化処理部が、さらに、復号化処理の成否を判定する成否判定手段と、復号化処理に失敗したことが成否判定手段により判定された場合に第２の無線通信部を介して第１の無線通信装置に向けて再同期カウント値を問い合わせる問合せ手段とを備え、第１の暗号化処理部が、さらに、第１の無線通信装置から受け取った再同期カウント値の問合せに応答して、第２の無線通信装置に向けて、第１の無線通信部を介して再同期カウント値を通知する通知手段を備え、第１のカウント手段は、第２の無線通信装置に向けて通知した再同期カウント値を初期値としてカウント値を順次更新し、暗号化処理部では順次更新されたカウント値を用いてパケットデータの暗号化処理を行なうとともに、第２のカウント手段は、第１の無線通信装置から受け取った再同期カウント値を初期値として、第１のカウント手段によるカウント値の更新と同期させてカウント値を順次更新し、第１の復号化処理部では順次更新されたカウント値を用いてパケットデータの復号化処理を行なうことを特徴とする。

本発明の無線通信システムは、復号化処理の成否を判定して、復号化処理に失敗したときは再同期カウント値を問い合わせて入手する構成を備えたため、秘匿同期外れが発生し復号化処理に失敗した場合であっても、その後速やかに回復することができる。

ここで、本発明の無線通信システムにおいて、上記第１の無線通信装置および第２の無線通信装置が、それぞれ第１の無線通信部および第２の無線通信部を介して互いに通信して、互いに対応する暗号キーおよび復号キーをそれぞれ取得する第１のキー取得部および第２のキー取得部それぞれを備え、上記第２のキー取得部は、第１の復号化処理部における復号化処理の失敗を受けて第１のキー取得部と通信し復号キーを再取得して第１の復号化処理部に渡すものであることが好ましく、この場合に上記第２のキー取得部は、成否判定手段による復号化処理の失敗の判定が所定回数続いたことを受けて復号キーを再取得するものであってもよい。

復号化に失敗する原因は主にカウントの同期外れが考えられるがキーの破損も考えられ、この場合であっても、上記のキーを再取得する構成を備えることによって回復することができる。

また、上記本発明の無線通信システムにおいて、上記第２の無線通信装置が、さらに、暗号キーを保持する第３のキー保持手段とカウント値を順次更新する第３のカウント手段とを有し、第３のキー保持手段に保持された暗号キーと該第３のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいてパケットデータに暗号化処理を施しその暗号化処理により得られた暗号化パケットデータを第２の無線通信部を介して第１の無線通信装置に向けて送信する第２の暗号化処理部を備え、上記第１の無線通信装置が、さらに、復号キーを保持する第４のキー保持手段と第３のカウント手段によるカウント値の更新と同期させてカウント値を順次更新する第４のカウント手段とを有し、第４のキー保持手段に保持された復号キーと第４のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいて、第１の無線通信部を介して受信された暗号化パケットデータに復号化処理を施す第２の復号化処理部とを備え、上記問合せ手段が、第１の無線通信装置に向けて再同期カウント値を問い合わせるにあたり、その問合せとともに、第３のカウント手段により更新された現在のカウント値を第１の無線通信装置に通知するものであることが好ましい。

無線通信装置は、通常は送信と受信との双方の機能を備えており、受信時における復号化に失敗した場合、自分が送信側となったときにも通信相手側で復号化に失敗する可能性が高まる。そこで、受信側に復号化に失敗して再同期カウント値を問い合わせる際に、自分が送信側となったときのカウント値を通知することにより、相手側、すなわち自分が送信側となったときの受信側で仮に復号化に失敗する事態が生じていた場合に、相手側からの復号化に失敗したことの通知を待たずに、相手側における復号化の失敗も同時に回復することができる。

また、上記本発明の無線通信システムにおいて、上記第１の無線通信装置が、第１の暗号化処理部による暗号化処理前のパケットデータのヘッダを圧縮するヘッダ圧縮部を備えるとともに、上記第２の無線通信装置が、第１の復号化処理部による復号化処理後のパケットデータのヘッダを伸長するヘッダ伸長部を備え、上記ヘッダ圧縮部は、共通の識別子を持つ一群のパケットデータごとのヘッダの伸長処理に必要な伸長処理情報を、その一群のパケットデータのヘッダの圧縮処理に先立って、および第２の無線通信装置からの要求に応じて、前記第１の無線通信部を介して前記第２の無線通信装置に通知し、上記ヘッダ伸長部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に失敗した場合に、第２の無線通信部を介して第１の無線通信装置に伸長処理情報の再送を要求し、上記成否判定手段は、ヘッダ伸長部で、複数種類の識別子それぞれを持つ複数種類のパケットデータについてヘッダの伸長に失敗した場合に、復号化処理に失敗したものと判定することが好ましい。

ヘッダの伸長に一度失敗しただけでは、伸長処理自体の失敗か復号化処理の失敗かを判定することは難しい。ヘッダの伸長に一度失敗したことをもって復号化処理も失敗したものと判定して復号化処理についても回復の措置を講じてもよいが、過剰反応となって無駄が生じる可能性がある。これに対し、上記のように異なる識別子を持つ複数種類のパケットデータを受信しているときは、それら複数種類のパケットデータについてヘッダの伸長に失敗したことをもって、復号化処理に失敗したものと判定することにより、復号化処理の失敗を、ＩＰヘッダの伸長自体の失敗と区別して正確に判定することができる。

あるいは、上記本発明の無線通信システムにおいて、上記第１の無線通信装置が、第１の暗号化処理部による暗号化処理前のパケットデータのヘッダを圧縮するヘッダ圧縮部を備えるとともに、上記第２の無線通信装置が、第１の復号化処理部による復号化処理後のパケットデータのヘッダを伸長するヘッダ伸長部を備え、上記ヘッダ圧縮部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に必要な伸長処理情報を、パケットデータのヘッダの圧縮処理に先立って、および第２の無線通信装置からの要求に応じて、第１の無線通信部を介して第２の無線通信装置に通知し、上記ヘッダ伸長部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に失敗した場合に、第２の無線通信部を介して第１の無線通信装置に伸長処理情報の再送を要求し、上記成否判定手段は、ヘッダ伸長部で、伸長処理情報の再送とヘッダの伸長処理の失敗が所定回数繰り返された場合に、復号化処理に失敗したものと判定するものであってもよい。

この判定アルゴリズムによれば、例えば１種類の識別子のパケットデータのみを受信している場面であっても、復号化処理の失敗をＩＰヘッダの伸長処理の失敗とは区別して判定することができる。

あるいは、上記本発明の無線通信システムにおいて、上記第１の無線通信装置が、第１の暗号化処理部による暗号化処理前のパケットデータのヘッダを圧縮するヘッダ圧縮部を備えるとともに、上記第２の無線通信装置が、第１の復号化処理部による復号化処理後のパケットデータのヘッダを伸長するヘッダ伸長部を備え、上記ヘッダ圧縮部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に必要な伸長処理情報を、パケットデータのヘッダの圧縮処理に先立って、および第２の無線通信装置からの要求に応じて、第１の無線通信部を介して第２の無線通信装置に通知し、上記ヘッダ伸長部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に失敗した場合に、第２の無線通信部を介して第１の無線通信装置に伸長処理情報の再送を要求し、上記ヘッダ圧縮部は、第２の無線通信装置から伸長処理情報の再送要求を受けた場合に、伸長処理情報を再送するとともに、テストパターンを第１の暗号化処理部で暗号化させた上で送信するものであり、上記成否判定手段は、第１の無線通信装置から送信されてきた、暗号化されたテストパターンの、第１の復号化処理部での復号化処理の成否に応じて、復号化処理の成否を判定するものであってもよい。

このように、ヘッダの伸長処理に失敗した場合に、送信側からそのヘッダの伸長に必要な伸長処理情報を再送するだけでなく、復号化処理の成否を判定するためのテストパターンを暗号化して送信し、受信側ではそのテストパターンを復号化することにより、ＩＰヘッダの伸長処理の失敗とは区別して復号化処理の失敗を判定することができる。

その他、例えば、ＩＰヘッダと同一の情報をペイロードデータ（ヘッダ以外の部分）に埋め込んでもよく（この場合、ＩＰヘッダがテストパターンであると把握することもできる）、あるいはペイロードデータの全部又は一部分についてＣＲＣ等のエラー検出用のデータを生成してペイロードデータに埋め込んでもよく、本発明は、上記に例示した以外の復号化処理の判定アルゴリズムを採用したものであってもよい。

また、上記目的を達成する本発明の無線通信装置は、他の無線通信装置との間で無線通信を行なう無線通信部、および、復号キーを保持するキー保持手段とカウント値を順次更新するカウント手段とを有し、キー保持手段に保持された復号キーとカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいて、前記無線通信部を介して受信した暗号化パケットデータに復号化処理を施す復号化処理部を備え、復号化処理部が、さらに、復号化処理の成否を判定する成否判定手段と、復号化処理に失敗したことが成否判定手段により判定された場合に無線通信部を介して上記他の無線通信装置に向けて再同期カウント値を問い合わせ、他の無線通信装置から再同期カウント値を受け取る問合せ手段とを備え、上記カウント手段は、他の無線通信装置から受け取った再同期カウント値を初期値としてカウント値を順次更新し、復号化処理部では順次更新されたカウント値を用いてパケットデータの復号化処理を行なうことを特徴とする。

ここで、本発明の無線通信装置において、無線通信部を介して復号キーを取得するキー取得部を備え、このキー取得部は、復号化処理部における復号化処理の失敗を受けて復号キーを再取得して復号化処理部に渡すものであることが好ましく、この場合に、上記キー取得部は、成否判定手段による復号化処理の失敗の判定が所定回数続いたことを受けて復号キーを再取得するものであってもよい。

また、本発明の無線通信装置が、さらに、暗号キーを保持する第２のキー保持手段とカウント値を順次更新する第２のカウント手段とを有し、第２のキー保持手段に保持された暗号キーと第２のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいてパケットデータに暗号化処理を施し暗号化処理により得られた暗号化パケットデータを無線通信部を介して他の無線通信装置に向けて送信する暗号化処理部を備え、上記問合せ手段が、他の無線通信装置に向けて再同期カウント値を問い合わせるにあたり、その問合せとともに、第２のカウント手段により更新された現在のカウント値を他の無線通信装置に通知するものであることが好ましい。

以上の本発明によれば、秘匿処理における復号化に失敗したときに、上位からのリセットの指示を待たずに、その失敗を速やかに回復することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図６は、本発明の一実施形態の無線通信システムにおける秘匿処理の説明図である。

ここでは、これまで説明してきた従来例と共通する点については説明を簡略化又は省略し、従来例との相違点を中心に説明する。

送信側の無線通信装置および受信側の無線通信装置には、それぞれキー取得部２０１，１０１が備えられており、レイヤ１に置かれた双方の無線通信部を介して互いに通信して送信側のキー取得部２０１では暗号キー、受信側のキー取得部１０１では復号キーを取得し、それぞれ、暗号キーは送信側の秘匿処理部（暗号化）２２のキー保持手段２２２に保持され、復号キーは受信側の秘匿処理部（復号化）１２のキー保持手段１２２に保持される。

ここで、暗号キーと復号キーは、そのシステムに応じ、互いに同一のキーであってもよく、あるいは、互いに異なるキーであってもよく、その暗号キーを使って暗号化したデータをその復号キーを使って復号化できるペアであればよい。

また、送信側の秘匿処理部２２と受信側の秘匿処理部１２には、それぞれカウント手段２２３，１２３が備えられており、それらのカウント手段２２３，１２３では、最初に同一の、又は、互いに対応した初期値から出発しカウント値を、互いに同期して順次に更新する。

送信側では、上位側からＩＰパケットを受け取り、ヘッダ圧縮処理部（圧縮）２１でＩＰヘッダの圧縮処理が行なわれ、秘匿処理部２２の暗号化手段２２１では、キー保持手段２２２に保持された暗号キーとカウント手段２２３における現在のカウント値を用いた暗号化処理が行なわれる。

この暗号化処理されたデータは受信側に向けて送信され、受信側の秘匿処理部１２ではその受け取ったデータを、復号化手段１２１により、キー保持手段１２２に保持されている復号キーおよびカウント手段１２３の現在のカウント値とを用いて復号化処理が行なわれる。

尚、実際のＬＴＥプロトコルの場合、図４を参照して説明したように、暗号化および復号化にあたっては、ＤＩＲＥＣＴＩＯＮやＢＥＡＲＥＲも用いられるが本実施形態において本質的な事項ではなく、説明を省略している。

受信側の秘匿処理部１２の復号化手段１２１で復号化されたデータはヘッダ圧縮処理部（伸長）１１においてＩＰヘッダの伸長処理を受けて上位側に渡される。

前述したように、受信側のヘッダ圧縮処理部１１では、ＩＰヘッダの伸長処理に失敗した場合に送信側に通知され、送信側から伸長処理に必要な伸長処理情報が再取得され、その後は、その再取得した伸長処理情報を用いてＩＰヘッダの伸長処理が行なわれる。

ここで、詳細は後述するが、受信側の秘匿処理部１２には復号化処理の成否を判定する成否判定手段１２４が設けられており、復号化処理に失敗したことがこの成否判定手段１２４で判定されると、問合せ手段１２５により、送信側に向けて、再度同期カウント値の問合せが行なわれる。一方、送信側の秘匿処理部２２には、通知手段２２４が備えられており、この通知手段２２４では、受信側から受け取った再同期カウント値の問合せに応答し、その受信側に向けて再同期カウント値が通知される。

通知手段２２４により受信側に再同期カウント値を通知したときは、送信側のカウント手段２２３では、受信側に通知した再同期カウント値を初期値としてカウント値を順次更新され、暗号化手段２２１では順次更新されたカウント値を用いてパケットデータの暗号化処理が行なわれ、受信側のカウント手段１２３でも同様に、送信側から受け取った再同期カウント値を初期値として、送信側のカウント手段２２３によるカウント値の更新と同期させてカウント値が順次更新され、復号化手段１２１では順次更新されたカウント値を用いてパケットデータの復号化処理が行なわれる。

ここで、無線通信装置間では相互に送信と受信との双方が行なわれるため、受信側の無線通信装置にも、その無線通信装置が送信側となったときの設備、すなわち、図６に示す送信側のヘッダ圧縮処理部（圧縮）２１および秘匿処理部（暗号化）２２と同じ構成の設備が備えられており、送信側の無線通信装置にも、その無線通信装置が受信側となったときの設備、すなわち、図６に示す受信側の秘匿処理部（復号化）１２およびヘッダ圧縮処理部（伸長）１１と同じ設備が備えられている。図６には、これらの設備のうち、図６に示す送信側については、秘匿処理部（復号化）２２′、図６に示す受信側については秘匿処理部（暗号化）１２′が示されている。

問合せ手段１２５では、成否判定手段１２４で復号化処理に失敗したことが判定されると、送信側に向けて再同期カウント値の問合せを行なうとともに、自分の無線通信装置の秘匿処理部（暗号化）１２′に備えられたカウント手段（図示せず）の現在のカウント値も送信側に通知する。これは、図６に示す送信側から受信側への送信に関するカウントの同期外れが発生したときは、図６に示す受信側から送信側に送信する逆方向の通信についても同期外れが発生している可能性があり、相手側からの問合せを待たずにカウント値を送信することにより、逆方向の通信についても同期外れが生じていた場合の回復を早めることができるからである。

また、上記のようにして再同期カウント値を入手して送信側と受信側とでカウント値を再度同期させてもなお、成否判定手段１２４により、復号化手段１２１による復号化に失敗したことが判定されると、復号化に失敗したことが受信側のキー取得部１０１に通知され、受信側のキー取得部１０１は送信側のキー取得部２０１と通信して復号キーを再取得しキー保持手段１２２に渡す。また、送信側のキー取得部２０１では、新たな暗号キーを使用することになったときは、その新たな暗号キーをキー保持手段２２２に渡す。その後、暗号化手段２２１では、その新たに入手した暗号キーを用いた暗号化を行ない、復号化手段１２１でも新たに入手した復号キーを用いて復号化を行なう。こうすることにより、正しい復号化を回復することができる。

尚、復号キーの再取得は再同期カウント値の取得を所定回数行ない、それでもなお、復号化に失敗したことが成否判定手段１２４で繰り返し判定され続けたときに、行なうように構成してもよい。

図７は、本実施形態における通信システムの概要図であり、一段階目の復号化回復措置を示している。

秘匿同期外れが発生し、受信側の秘匿処理部１２で復号化に失敗したことが判定されると、受信側から送信側に対し、再同期カウント値の問合せが行なわれ、送信側から受信側に向けて再同期カウント値が通知される。これにより、復号化の失敗の原因が送信側の暗号化用のカウント値と受信側の復号化のカウント値の同期が外れていたことにあったときは、同期を回復し、再び正常な復号化が可能となる。

図８は、本実施形態における通信システムの概要図であり、二段階目の復号化回復措置を示している。

先ずは、図７を参照して説明したように、受信側の秘匿処理部１２で復号化に失敗したことが判定されると受信側から送信側に再同期カウント値を問い合わせ、送信側から再同期カウント値の通知を受け、これによりカウント値の同期を回復して復号化を試みる。それでもなお、復号化に失敗し、再同期カウント値を再度問い合わせ、再同期カウント値を再度入手して復号化を試みる。これを所定回数繰り返してもなお、復号化に成功しないときは、今度は受信側のＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１０１′に対し、復号化の回復が不能である旨通知される。すると、受信側のＲＲＣ１０１′は送信側のＲＲＣ２０１′と通信して新たな復号キーを取得して秘匿処理部１２に渡す。送信側でもＲＲＣ２０１′は、新たな暗号キーを取得して秘匿処理部２２に渡す。

本実施形態では、このようにして、第１段階目の復号化回復措置でもなお復号化に失敗するときは、上記の第２段階目の復号化回復措置がとられる。

尚、図６に示すキー取得部１０１，２０１は、ＬＴＥプロトコルでは、ＲＲＣ１０１′，２０１′がその役割りを担っている。

次に、図６に示す成否判定手段１２４による、復号化に失敗したことの判定アルゴリズムについて説明する。

図６に示すヘッダ圧縮処理部（圧縮）２１で圧縮されヘッダ圧縮処理部（伸長）１１により伸長されるＩＰヘッダはその内容を調べることができ、したがって伸長に成功したか否かを判定することが可能である。しかしながら、送信されてきたデータのうちのヘッダ以外のペイロードの部分については、ユーザが適宜作成したデータであり、復号化手段１２１で復号化した後のデータを仮に調べてみても、そのデータが正しく復号化されているのか復号化に失敗したのか直接的には判定することはできない。

また、ＩＰヘッダの伸長の失敗を確認しても、ＩＰヘッダの伸長に失敗しただけであって復号化には成功したのかも知れず、ＩＰヘッダの伸長に失敗したことが必ずしも復号化に失敗したことにはならない。

そこで、本実施形態では、以下の判定アルゴリズムが採用される。

図９は、復号化成否判定アルゴリズムの第１例を示すフローチャートである。

前述したように、送信側から受信側に向けて送信されるパケットデータには、関連した一群のパケットデータごとにその一群に固有のＣＩＤと呼ばれる識別子が付与されている。図６に示す受信側のヘッダ圧縮処理部１１には、送信側のヘッダ圧縮処理部（圧縮）２１から、ＣＩＤごとに、ＩＰヘッダの伸長処理に必要な伸長処理情報が渡される。

そこで、成否判定手段では、あらかじめ決められた数の複数のＣＩＤのパケットデータについていずれもがＩＰヘッダの伸長に失敗したことをもって（ステップＳ１１）、復号化に失敗したものと判定される（ステップＳ１２）。複数のＣＩＤのパケットデータについて同時にＩＰヘッダの伸長に失敗することは復号化の失敗以外考えにくいからである。

図１０は、復号化成否判定アルゴリズムの第２例を示すフローチャートである。

ここでは先ず、復号化に失敗した回数を教えるためのカウント値Ｎをゼロにクリアしておき（ステップＳ２１）、ＩＰヘッダの伸長に失敗したか否かが判定される（ステップＳ２２）。ＩＰヘッダの伸長に成功したときはＮは再びゼロにクリアされる（ステップＳ２１）。

ＩＰヘッダの伸長に失敗したときはＮがカウントアップされ（ステップＳ２３）、Ｎが閾値に達したか否かが判定される（ステップＳ２４）。Ｎが未だ閾値に達していないときは、ＩＰヘッダを伸長するための伸長処理情報の再送を待ち（ステップＳ２５）、その取得した新たな伸長処理情報を使ってのＩＰヘッダの伸長の成否が判定され（ステップＳ２２）、再び失敗したときはＮがさらにカウントアップされ（ステップＳ２３）、Ｎと閾値との比較が行なわれる（ステップＳ２４）。Ｎが閾値に達したときは、復号化に失敗したものと判定される（ステップＳ２６）。

この判定アルゴリズムの場合は、たまたま１種類のＣＩＤのパケットデータのみ送受信している状況下でもＩＰヘッダの伸長の失敗とは区別して、復号化の失敗を判定することができる。

図１１は、復号化成否判定アルゴリズムの第３例を示すフローチャートである。

ここでは先ず、ＩＰヘッダの伸長の成否が判定され（ステップＳ３１）、ＩＰヘッダの伸長に失敗したことが判定されると、ＩＰヘッダの伸長に必要な伸長処理情報の再送を待つ（ステップＳ３２）。ここでは、伸長処理情報の再送にあたっては、送信側から伸長処理情報のみでなく、暗号化されたテストパターンが作成されて送信される。このテストパターンは、あらかじめ、あるいはその都度通信して、正しいテストパターンが受信側に伝えられているデータである。

受信側では、再送されてきた伸長処理情報とともに受信した、暗号化されたテストパターンが復号化され、その復号化されたテストパターンとあらかじめ知っている正しいテストパターンとが比較されてテストパターンの復号化に失敗したか否かが判定される（ステップＳ３３）。テストパターンの復号化に成功したときは、ＩＰヘッダの伸長処理の失敗にとどまり、テストパターンの復号化に失敗したことをもって復号化に失敗したものと判定される（ステップＳ３４）。

上記の第１例から第３例のほか、例えばペイロードデータにＣＲＣを埋め込むなど、他のアルゴリズムを採用して復号化の成否を判定してもよい。

ＬＴＥプロトコルを採用したときの無線通信システムの概要図である。 ＬＴＥプロトコルのプロトコル構成図である。 ＰＤＣＰサブレイヤにおける処理の概要を示した図である。 Ｕプレーンの秘匿処理の概要を示した図である。 上述の通信システムの問題点の説明図である。 本発明の一実施形態の無線通信システムにおける秘匿処理の説明図である。 本実施形態における通信システムの概要図である。 本実施形態における通信システムの概要図である。 復号化成否判定アルゴリズムの第１例を示すフローチャートである。 復号化成否判定アルゴリズムの第２例を示すフローチャートである。 復号化成否判定アルゴリズムの第３例を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２ レイヤ
１０ 端末（ＵＥ）
１１ 受信側のヘッダ圧縮処理部
１２，２２´ 秘匿処理部（復号化）
２０ 基地局（ｅＮＢ）
２１ 送信側のヘッダ圧縮処理部
２２，１２´ 秘匿処理部（暗号化）
３０ アクセスゲートウエイ（ａＧＷ）
４０ ＩＰネットワーク
１０１，２０１ キー取得部
１０１´，２０１´ ＲＲＣ
１２１ 復号化手段
１２２，２２２ キー保持手段
１２３，２２３ カウント手段
１２４ 成否判定手段
１２５ 問合せ手段
２２１ 暗号化手段
２２４ 通知手段

Claims (11)

1. 
   第１の無線通信装置と第２の無線通信装置とを備えた無線通信システムであって、
   前記第１の無線通信装置が、
   前記第２の無線通信装置との間で無線通信を行なう第１の無線通信部、および
   暗号キーを保持する第１のキー保持手段とカウント値を順次更新する第１のカウント手段とを有し、該第１のキー保持手段に保持された暗号キーと該第１のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいてパケットデータに暗号化処理を施し該暗号化処理により得られた暗号化パケットデータを前記第１の無線通信部を介して前記第２の無線通信装置に向けて送信する第１の暗号化処理部を備え、
   前記第２の無線通信装置が、
   前記第１の無線通信装置との間で無線通信を行なう第２の無線通信部、および
   前記暗号キーに対応する復号キーを保持する第２のキー保持手段と前記第１のカウント手段によるカウント値の更新と同期させてカウント値を順次更新する第２のカウント手段とを有し、該第２のキー保持手段に保持された復号キーと該第２のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいて、前記第２の無線通信部を介して受信した暗号化パケットデータに復号化処理を施す第１の復号化処理部を備え、
   前記第１の復号化処理部が、さらに、復号化処理の成否を判定する成否判定手段と、復号化処理に失敗したことが該成否判定手段により判定された場合に前記第２の無線通信部を介して前記第１の無線通信装置に向けて再同期カウント値を問い合わせる問合せ手段とを備え、
   前記第１の暗号化処理部が、さらに、前記第１の無線通信装置から受け取った再同期カウント値の問合せに応答して、前記第２の無線通信装置に向けて、前期第１の無線通信部を介して再同期カウント値を通知する通知手段を備え、
   前記第１のカウント手段は、前記第２の無線通信装置に向けて通知した再同期カウント値を初期値としてカウント値を順次更新し、前記暗号化処理部では順次更新されたカウント値を用いてパケットデータの暗号化処理を行なうとともに、
   前記第２のカウント手段は、前記第１の無線通信装置から受け取った再同期カウント値を初期値として、前記第１のカウント手段によるカウント値の更新と同期させてカウント値を順次更新し、前記第１の復号化処理部では順次更新されたカウント値を用いてパケットデータの復号化処理を行なうことを特徴とする無線通信システム。
2. 他の無線通信装置との間で無線通信を行なう無線通信部、および
   復号キーを保持するキー保持手段とカウント値を順次更新するカウント手段とを有し、該キー保持手段に保持された復号キーと該カウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいて、前記無線通信部を介して受信した暗号化パケットデータに復号化処理を施す復号化処理部を備え、
   前記復号化処理部が、さらに、復号化処理の成否を判定する成否判定手段と、復号化処理に失敗したことが該成否判定手段により判定された場合に前記無線通信部を介して前記他の無線通信装置に向けて再同期カウント値を問い合わせ、該他の無線通信装置から該再同期カウント値を受け取る問合せ手段とを備え、
   前記カウント手段は、前記他の無線通信装置から受け取った再同期カウント値を初期値としてカウント値を順次更新し、前記復号化処理部では順次更新されたカウント値を用いてパケットデータの復号化処理を行なうことを特徴とする無線通信装置。
3. 前記無線通信部を介して復号キーを取得するキー取得部を備え、
   前記キー取得部は、前記復号化処理部における復号化処理の失敗を受けて復号キーを再取得して該復号化処理部に渡すものであることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記キー取得部は、前記成否判定手段による復号化処理の失敗の判定が所定回数続いたことを受けて復号キーを再取得するものであることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. さらに、暗号キーを保持する第２のキー保持手段とカウント値を順次更新する第２のカウント手段とを有し、該第２のキー保持手段に保持された暗号キーと該第２のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいてパケットデータに暗号化処理を施し該暗号化処理により得られた暗号化パケットデータを前記無線通信部を介して前記他の無線通信装置に向けて送信する暗号化処理部を備え、
   前記問合せ手段が、前記他の無線通信装置に向けて再同期カウント値を問い合わせるにあたり、当該問合せとともに、前記第２のカウント手段により更新された現在のカウント値を前記他の無線通信装置に通知するものであることを特徴とする請求項２から４のうちいずれか１項記載の無線通信装置。
6. 
   前記他の無線通信装置および当該無線通信装置が、互いに通信して、互いに対応する暗号キーおよび復号キーをそれぞれ取得する第１のキー取得部および第２のキー取得部それぞれを備え、
   前記第２のキー取得部は、前記復号化処理部における復号化処理の失敗を受けて前記第１のキー取得部と通信し復号キーを再取得して該第１の復号化処理部に渡すものであることを特徴とする請求項２又は５記載の無線通信装置。
7. 前記第２のキー取得部は、前記成否判定手段による復号化処理の失敗の判定が所定回数続いたことを受けて復号キーを再取得するものであることを特徴とする請求項６記載の無線通信装置。
8. 当該無線通信装置が、さらに、暗号キーを保持する第３のキー保持手段とカウント値を順次更新する第３のカウント手段とを有し、該第３のキー保持手段に保持された暗号キーと該第３のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいてパケットデータに暗号化処理を施し該暗号化処理により得られた暗号化パケットデータを前記第２の無線通信部を介して前記他の無線通信装置に向けて送信する第２の暗号化処理部を備え、
   前記他の無線通信装置が、さらに、復号キーを保持する第４のキー保持手段と前記第３のカウント手段によるカウント値の更新と同期させてカウント値を順次更新する第４のカウント手段とを有し、該第４のキー保持手段に保持された復号キーと該第４のカウント手段により順次更新されたカウント値とに基づいて、受信された暗号化パケットデータに復号化処理を施す第２の復号化処理部とを備え、
   前記問合せ手段が、前記他の無線通信装置に向けて再同期カウント値を問い合わせるにあたり、当該問合せとともに、前記第３のカウント手段により更新された現在のカウント値を前記他の無線通信装置に通知するものであることを特徴とする請求項２又は５のうちいずれか１項記載の無線通信装置。
9. 前記他の無線通信装置が、暗号化処理前のパケットデータのヘッダを圧縮するヘッダ圧縮部を備えるとともに、
   当該無線通信装置が、前記復号化処理部による復号化処理後のパケットデータのヘッダを伸長するヘッダ伸長部を備え、
   前記ヘッダ圧縮部は、共通の識別子を持つ一群のパケットデータごとのヘッダの伸長処理に必要な伸長処理情報を、該一群のパケットデータのヘッダの圧縮処理に先立って、および当該無線通信装置からの要求に応じて、当該無線通信装置に通知し、
   前記ヘッダ伸長部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に失敗した場合に、前記第２の無線通信部を介して前記他の無線通信装置に前記伸長処理情報の再送を要求し、
   前記成否判定手段は、前記ヘッダ伸長部で、複数種類の識別子それぞれを持つ複数種類のパケットデータについてヘッダの伸長に失敗した場合に、復号化処理に失敗したものと判定することを特徴とする請求項２又は５記載の無線通信システム。
10. 前記他の無線通信装置が、暗号化処理前のパケットデータのヘッダを圧縮するヘッダ圧縮部を備えるとともに、
    当該無線通信装置が、前記復号化処理部による復号化処理後のパケットデータのヘッダを伸長するヘッダ伸長部を備え、
    前記ヘッダ圧縮部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に必要な伸長処理情報を、該パケットデータのヘッダの圧縮処理に先立って、および当該無線通信装置からの要求に応じて、当該無線通信装置に通知し、
    前記ヘッダ伸長部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に失敗した場合に、前記の無線通信部を介して前記他の無線通信装置に前記伸長処理情報の再送を要求し、
    前記成否判定手段は、前記ヘッダ伸長部で、伸長処理情報の再送とヘッダの伸長処理の失敗が所定回数繰り返された場合に、復号化処理に失敗したものと判定することを特徴とする請求項２又は５記載の無線通信装置。
11. 前記他の無線通信装置が、暗号化処理前のパケットデータのヘッダを圧縮するヘッダ圧縮部を備えるとともに、
    当該無線通信装置が、前記復号化処理部による復号化処理後のパケットデータのヘッダを伸長するヘッダ伸長部を備え、
    前記ヘッダ圧縮部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に必要な伸長処理情報を、該パケットデータのヘッダの圧縮処理に先立って、および当該無線通信装置からの要求に応じて、当該無線通信装置に通知し、
    前記ヘッダ伸長部は、パケットデータのヘッダの伸長処理に失敗した場合に、前記第２の無線通信部を介して前記第１の無線通信装置に前記伸長処理情報の再送を要求し、
    前記ヘッダ圧縮部は、当該無線通信装置から前記伸長処理情報の再送要求を受けた場合に、該伸長処理情報を再送するとともに、テストパターンを暗号化させた上で送信するものであり、
    前記成否判定手段は、前記他の無線通信装置から送信されてきた、暗号化されたテストパターンの、前記復号化処理部での復号化処理の成否に応じて、復号化処理の成否を判定するものであることを特徴とする請求項２又は５記載の無線通信装置。

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