JP2009531904A - データ送信及び受信方法、特に航空機と地上局との間の安全化交信、関連装置、及び当該装置を備える航空機 - Google Patents

Abstract

本発明はデータを送信する方法であって、次のステップを含む：データ（Ｍ）の認証語（Ｅ）を決定するステップ（Ｅ２０）；処理データ（Ｇ）を取得するためにデータ処理するステップ（Ｅ２２，Ｅ２４、Ｅ２６）；伝送チャネル（Ｃ_Ｔ，Ｃ_Ａ）上で処理されるデータ（Ｇ）を送信（Ｅ２８）するステップ。本発明は受信方法及び関係する装置、並びに、前記装置を備える航空機に関する。
【選択図】図２

Description

本発明はデータ送信及び受信方法に関する。特に、航空機と地上局との間の安全化交信、関連器装置、及び当該装置を備える航空機に関する。

このような方法は送信データにより表わされる種々のタイプのメッセージを交信する目的で既に提案されている。例えば、米国特許出願 US2003/0030581に記載されている。

この一環として、各処理に適うように、送信メッセージを表す初期データに対し種々の処理を施すことが考えられる：例えば、送信に必要な通過帯域を制限するためにデータの圧縮処理を施す、秘密保持のために暗号化処理をする、完全性と送信元（origine）を確保するために認証を行う。

機能を確保するために、これら処理を行うアルゴリズム（一般的に送信機又は受信機のプロセッサによるソフトウェアによる）は十分に堅固でなければならないし（従って、特別に強い拘束条件の下で開発され、検証された）、機能障害の検出と処理のメカニズムを有している。こうしたことはそれらを煩雑にし、開発費を押し上げる。従って、交信データの処理のために、高い信頼性を持つソフトウェアを選択することが現実的である。

このような拘束条件を減すために、機能の安全性と交信の安全性を犠牲にせずに、特に、交信メッセージの処理のために使われるアルゴリズムの開発の負担を軽くするために、本発明はデータ送信方法を提案する。その特徴は次の通りである：
―データ認証語の決定；
―処理データを取得するためのデータ処理、この処理は圧縮ステップを含む；
―伝送チャネル上で取り扱われるデータの送信。

認証語は処理前のデータ、特に圧縮前のデータに関係する。これにより受信時に認証処理が実施される時、送信時と受信時に行われる処理においてエラーがないことが立証される。

例えば、決定ステップはデータに対するハッシュ関数の適用を含む；ハッシュ関数（fonctions de hachage）の数学的性質が使われる。そのために、データの全部の変更は、結果の変更を意味する。即ち、認証語（即ち、ハッシュ関数適用結果（embreinte））。

更に、ハッシュ関数を適用するとき、暗号化キーを使用することができる。これによりシステムの安全性を高めることができる。

前記処理は、例えば、暗号化ステップ（必要があれば、データ及び認証語に適用する）及び/又は８ビット語を６ビット語に変換するステップ又は、ビットストリームを伝送可能なキャラクタに変換するステップを含んでいる。

応用例において、伝送チャネルは航空機と地上局との間のデータ交信チャネルである。

同様に、本発明は以下のステップを特徴とするデータ受信方法を提案する：
−伝送チャネルのデータの受信；
−受信データの処理（本処理は圧縮解除ステップを含む）；
−処理データの認証処理。

認証が処理データ（特に、圧縮解除されたデータ）に対して行われるから、特に実行された処理の正確さを保証することができる。

検証ステップは、例えば、以下のステップを含む。
−少なくとも処理データの１部分のハッシュ計算；
−受信されたハッシュ関数適用結果（empreinte）と算出されたハッシュ関数適用結果の比較。

ハッシュ計算ステップはデータの前記部分にハッシュ関数を適用するステップを含む。これは送信時のものに対応するやり方であり、同様の利点を持つ。

ハッシュ関数を適用するとき、暗号化キーを使用することができる。この場合、受信されたハッシュ関数適用結果は、一般的には、送信時に送信データに対しハッシュ関数を適用した結果である。

更に、その処理は暗号解読ステップ及び/又は６ビット語を８ビット後に変換するステップ又は受信されたキャラクタをビットストリームに変換するステップを含む。

本発明は、データ認証語の決定手段、処理データ取得のための処理手段、圧縮手段を含む処理手段、及び伝送チャネルへ処理データを送信する手段に特徴をもつデータ送信装置を提案する。

同様に、本発明は、伝送チャネルからデータを受信する手段、受信データ処理手段、圧縮解除手段を含む処理手段、及び処理データの認証手段に特徴をもつデータ受信装置を提案する。

送受信方法のために、これら装置は、上記の種々のステップと特性に対応する選択的特性を示すことができる。

例えば、これら装置は航空機に備えることができる。

本発明の他の特徴と利点は、図面を参照しながら以下の記載により、よりよく説明されている。
図１は本発明の概略を示す図である。
図２は本発明によるデータ送信方法の主要なステップを表わす。
図３は図２の方法により送信されるデータの受信方法の主要なステップを表わす。

図１は本発明が実施される一般的な場合を表す。
地上局Ｂは航空機Ａとデジタルの形でデータ交信を行うことができるネットワークを使って通信を行う。これを地上上空関係Ｃ_Ａで表す。

地上局Ｂと航空機Ａとのネットワークは更に、別の装置及びネットワークを含むことができる。例えば、図１において、地上局Ｂは、地上の通信網Ｃ_Ｔを使ってリレーＲ（地上Ｔに設けられている）と通信する；リレーＲは、人工衛星Ｓを経由して航空機に対して及び航空機から情報を送受信する。

リレーが比較的よく利用されていることに注目すべきである。従来、地上局Ｂと航空機Ａとの間で交信される情報は、サービス提供者の責任においてリレーＲ及び人工衛星Ｓを介して伝送されていたからである。

変形として、情報が航空機Ａと地上局Ｂとの間で直接交信するようにできる。

又、衛星通信の代わりにＨＦ又はＶＨＦの無線通信を使うこともできる。

図２はデータ（例えばデジタルメッセージＭを表す）の送信方法の例を示す。

メッセージＭの送信装置（以下図２に示されるステップを実行する）は地上局Ｂの通信装置又は航空機Ａの通信装置であってもよい。

例えば、メッセージＭは一連のオクテット（即ち８ビット語）を使ってバイナリーで表現される場合を考える。勿論、メッセージＭに対して、８ビットコード化以外のコード化を考えてもよい。

次に、送信装置は（例えば、図２のステップを実行するソフトウェアにより制御されるマイクロプロセッサにおいて）、暗号化キーＫを使うハッシュ関数を用いて、メッセージＭの認証語Ｅ（即ち、ハッシュ関数適用結果）を決定する：ハッシュ関数適用結果Ｅは次の演算で得られる。Ｅ＝Ｈ（Ｋ，Ｍ）

例えば、ＳＨＡ２タイプのハッシュ関数を使うことができる。

ハッシュ関数適用結果Ｅは、メッセージＭに対してハッシュ関数を適用した結果であり、所定の長さを持つ（例えば、256ビット）。

ハッシュ関数の数学的特性によれば、メッセージＭの全ての変更はハッシュ関数の適用により得られるハッシュ関数適用結果の変更に現われる。以下に説明されているように、送信時に得たメッセージＭのハッシュ関数適用結果を受信時に算出されるハッシュ関数適用結果と比較することにより、メッセージＭが変化していないことを証明することができる。従って、その完全性を証明することができる。

又、下記に説明するように、暗号化キーＫを使うことにより、送信側、受信側においても、受信機が、ハッシュ関数適用結果Ｅが暗号化キーＫ保持システムにより取得されことを検証でき、そのことによりメッセージＭの送信元を証明できる。従って、通信に対する攻撃から守ることができる。

以下に説明するように、ハッシュ関数適用結果ＥはメッセージＭと組み合わせて、その認証を可能にする。

次に、送信装置は、ステップＥ２２において、メッセージＭとハッシュ関数適用結果Ｅとにより作成されるものの暗号化を行う。それにより、暗号化されたメッセージＤが作成される。ＡＥＳタイプの暗号化アルゴリズムを使用する。

この実施例において、暗号化ステップＥ２２の前に、ハッシュ関数適用結果Ｅは送信メッセージ全体に組み込まれている。変形として、ハッシュ関数適用結果を後のステップで組み込んでもよい。

次に、暗号化メッセージＤは、圧縮アルゴリズム（例えば、ZLIB（ステップＥ２４））を使って圧縮メッセージＦとして圧縮される。

この実施例において、次に、ステップＥ２６のときに、送信装置は圧縮メッセージＦを、６ビットにコード化された送信メッセージＧに変換する。この変換ステップにより、６ビット語で動作する送信装置を使って、最初に８ビットでコード化された圧縮メッセージＦを送信することができる。

ステップＥ２８のときに、一連の６ビット語Ｇで表されるメッセージを受信装置に送信することができる。

図３は送信メッセージを受信する受信プロセスの主要ステップを示している。それは、受信した生（なま）データ（Ｇ′と符号を付けている）から最初のメッセージＭを再構成することを目的としており、従って、逆順序の、受信方法の本質的に相補的なステップを含んでいる。

上記のように、ステップＥ３０において、最初に６ビット語のメッセージ（またはデータの組）Ｇ′を受信する。伝送チャネル（前記実施例において、特に図１で示す地対空ネットワークＣ_Ａ）において伝送エラーがない場合、受信メッセージＧ′は送信メッセージＧと同一である。

ステップＥ３２において、受信装置（即ち、一般的にソフトウェア制御で動作する受信装置のマイクロプロセッサ）は、６ビット語のメッセージＧ′を８ビット語のメッセージＦ′に逆変換する。

次に、メッセージＦ′を伸長するステップＥ３４を実行し、暗号化メッセージＤ′（正常動作の時には暗号化メッセージＤに等しい）を得る。伸長アルゴリズムは前記圧縮ステップＥ２４のアルゴリズムの逆である。

次に、受信装置はステップＥ３６の間に暗号化メッセージＤ′の復号化を実行する。これにより、メッセージＭ′とハッシュ関数適用結果Ｅ′を再構成することが可能になる。これらは、それぞれ、送信メッセージＭ、及び、機能が正常な状態におけるステップＥ２０で決定されたハッシュ関数適用結果Ｅと同一である。

この点に関して、以下の各原因は出力に正常動作状態（du fonctionnement normal）を導くこと、及び、送信時のメッセージＭとハッシュ関数適用結果Ｅ、及び、ステップＥ36で得られるメッセージＭ’とハッシュ関数適用結果Ｅ’との間の差を導く可能性があることに注意すべきである。

−送信装置における、特に上記ステップＥ２２乃至Ｅ２６で実行されるアルゴリズムにおける、これら（メッセージＭ、ハッシュ関数適用結果Ｅ）処理におけるエラー；

−伝送路上の伝送におけるエラー、このエラーは例えば、送信メッセージを変更しようとする攻撃者により、又は伝送システムの不具合により生成される。
−ステップＥ３２乃至Ｅ３６において実行される前記アルゴリズムを使って受信データＧ’の処理を行う際のエラー。

特に、これらエラーが存在しないこと、特に、ステップＥ２２乃至Ｅ２６及びＥ３２乃至Ｅ３６において予定されている処理のアルゴリズムの適切な進行を検証するために、受信されたハッシュ関数適用結果Ｅ’（又は受信された認証語）を用いて受信メッセージＭ’の認証を行う。

これを実行するために、ステップＥ３８の時に、受信装置は、送信時に使われた暗号化キーＫを使いながら、受信メッセージＭ’にハッシュ関数Ｈ（送信時に使用される）を適用して、受信メッセージＭ’からハッシュ関数適用結果Ｅ”の算出を行う。

仮に前記のどのエラーも現われないならば（即ち、正常機能である）、メッセージＭ’はメッセージＭに等しい；受信時に算出されるハッシュ関数適用結果Ｅ“は送信時に算出されるハッシュ関数適用結果Ｅに等しいし、受信されたハッシュ関数適用結果Ｅ’（ 当然にエラー無く処理され伝送されたものである）に等しい。

従って、認証のために、ステップＥ４０で、受信されたハッシュ関数適用結果Ｅ’は受信時に算出されたハッシュ関数適用結果Ｅ″に等しいことが検証される：等しい場合（ステップＥ４２）、受信され処理されたメッセージＭ′は送信装置により送信されるメッセージＭに一致していると考えられる。

反対に、送信中に又は上記の処理の１つの間にエラーが発生する場合（及びハッシュ関数の特性から）、上記等号は検証されえず、受信されたハッシュ関数適用結果Ｅ′とステップＥ４０乃至ステップＥ４４の受信時に算出されたハッシュ関数適用結果Ｅ″との間の等号が成り立たないまま（即ちエラーが検出されたと考える）、プロセスを進行させる。この場合、例えば、受信されたメッセージは無視される。又、必要があれば、送信装置による再送信を要求することができる。

又、メッセージ交信を許された装置だけが知っている暗号化キーを使用するために、攻撃者は受信装置にハッシュ関数適用結果Ｅ′（このハッシュ関数適用結果Ｅ′は変更されたメッセージにハッシュ関数を適用して得られ、受信装置により変更されたメッセージを真正なものとさせることができる）を与えることができない。

認証することにより、メッセージの送信元と完全性を保証することが可能になる。また、それにより、送信時の認証の後で受信時の認証の前に実行される処理の正確性を確認することが可能になる。これら処理は最大の安全レベルを必要とするものではない。実際には、これら処理を実行するアルゴリズムは方法全体に対して要求される確実性(certification)のレベルに比べて低いレベルであってもよい。は認証アルゴリズムにより保証される。

上記説明した実施例は本発明の実施例の１つを示すに過ぎない。特に、上記の実施例は対称キーＫを使った認証メカニズムを使うが、変形として、例えば、プリベートキー及びパブリックキーシステムのような別の認証メカニズムを使うことが考えられる。非制限的な例示として、同様にハッシュ関数と異なるタイプの関数を認証メカニズム構成に使用してもよい。

本発明の概略を示す図である。 本発明によるデータ送信方法の主要なステップを表わすフロー図である。 図２の方法により送信されるデータの受信方法の主要なステップを表わすフロー図である。

Claims (22)

1. 次のステップにより特徴づけられるデータ送信方法。
   −データ（Ｍ）の認証語（Ｅ）を決定するステップ（Ｅ２０）；
   −処理データ（Ｇ）を取得するために行うデータ処理ステップ（Ｅ２２，Ｅ２４、Ｅ２６）、但し、前記処理は圧縮ステップを含む（Ｅ２４）；
   −伝送チャネル（Ｃ_Ｔ，Ｃ_Ａ）上で取り扱われるデータ（Ｇ）を送信するステップ（Ｅ２８）。
2. 決定ステップ（Ｅ２０）はデータ（Ｍ）に対するハッシュ関数（Ｈ）の適用を含む請求項１に記載の送信方法。
3. ハッシュ関数（Ｈ）の適用に暗号化キー（Ｋ）を用いる請求項２に記載の送信方法。
4. 前記処理は暗号化ステップ（Ｅ２２）を含む請求項１乃至３の何れか一項に記載の送信方法。
5. 暗号化ステップ（Ｅ２２）はデータ（Ｍ）と認証語（Ｅ）に適用される請求項４に記載の送信方法。
6. 前記処理は８ビット語を６ビット語に変換するステップを含む請求項１乃至５の何れか一項に記載の送信方法。
7. 伝送チャネル（Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｔ）は航空機（Ａ）と地上局（Ｂ）との間のデータ交信チャネルである請求項１乃至６の何れか一項に記載の送信方法。
8. −伝送チャネル（Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｔ）上でデータ（Ｇ′）を受信するステップ（Ｅ３０）；
   −受信データ（Ｇ′）を処理するステップ（Ｅ３２、Ｅ３４、Ｅ３６）、但し前記処理は伸長するステップ（Ｅ３４）を含む；
   −処理データ（Ｍ′）の認証を行うステップ（Ｅ３８，Ｅ４０）；
   を含むことを特徴とするデータ受信方法。
9. 前記認証ステップは、
   −少なくとも処理データ（Ｍ′、Ｅ′）の１部分（Ｍ′）からハッシュ計算結果（Ｅ″）を算出するステップ（Ｅ３８）；
   −算出されたハッシュ計算結果（Ｅ″）と受信されたハッシュ計算結果（Ｅ′）とを比較するステップ（Ｅ４０）；
   を含む請求項８に記載のデータ受信方法。
10. ハッシュ計算結果（Ｅ″）算出ステップはデータ（Ｍ′）の前記１部分にハッシュ関数を適用するステップを含む請求項９に記載のデータ受信方法。
11. ハッシュ関数（Ｈ）を適用するとき暗号化キー（Ｋ）を使う請求項１０に記載のデータ受信方法。
12. 受信されたハッシュ計算結果（Ｅ′）は送信時に送信データ（Ｍ）にハッシュ関数（Ｈ）を適用したものである請求項１０又は１１に記載のデータ受信方法。
13. 前記処理は暗号の復号化ステップ（Ｅ３６）を含む請求項８乃至１２の何れか一項に記載の受信方法。
14. 前記処理は６ビット語を８ビット語に逆変換するステップ（Ｅ３２）を含む請求項８乃至１３の何れか一項に記載の受信方法。
15. 伝送チャネル（Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｔ）は航空機（Ａ）と地上局（Ｂ）との間のデータ交信チャネルである請求項８乃至１４の何れか一項に記載の受信方法。
16. −データ（Ｍ）の認証語（Ｅ）を決定する決定手段；
    −処理データ（Ｇ）を取得するためにデータを処理する処理手段、但し、前記処理手段は圧縮手段を含む；
    −伝送チャネル（Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｔ）上で処理データ（Ｇ）を送信する送信手段；
    により特徴付けられるデータ送信装置。
17. 前記決定手段はデータ（Ｍ）にハッシュ関数（Ｈ）を適用する手段を含む請求項１６に記載のデータ送信装置。
18. 前記処理手段は暗号化手段を含む請求項１６又は１７に記載のデータ送信装置。
19. −伝送チャネル（Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｔ）上でデータ（Ｇ′）を受信する受信手段；
    −受信データ（Ｇ′）を処理する処理手段、但し、前記処理は伸長手段を含む；
    −処理データ（Ｍ′）の認証を行う認証手段（Ｅ３８，Ｅ４０）；
    を含むことを特徴とするデータ受信装置。
20. 前記認証装置は、算出されたハッシュ計算結果（Ｅ″）を取得するために少なくとも処理データ（Ｍ′）の１部分にハッシュ関数を適用する適用手段、及び、算出されたハッシュ計算結果（Ｅ″）と受信されたハッシュ計算結果（Ｅ′）とを比較する比較手段を含む請求項１９にデータ受信装置。
21. 前記処理手段は暗号の復号化手段を含む請求項２１又は２２に記載のデータ受信装置。
22. 請求項１６乃至２１の何れか一項の装置を有する航空機。

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