JP2009535921A - 複数のアドホック・デバイスによるセルラー支援型セキュア通信を行う方法およびシステム - Google Patents

Abstract

複数のアドホック・デバイスの間でセキュアな通信を行う方法。この方法は、第１のネットワーク内の１つ以上の第１のデバイスを認証する第１認証工程と、第２のネットワーク内の１つ以上の第２のデバイスを認証する第２認証工程と、認証された前記第１のデバイスおよび認証された前記第２のデバイスにグループ鍵を送信する鍵送信工程と、前記グループ鍵を用いて、前記認証された第１のデバイスのうちの１つ以上のデバイスおよび前記認証された第２のデバイスのうちの１つ以上のデバイスによりアドホック・ネットワークを確立するネットワーク確立工程と、前記認証された第１のデバイスのうちの前記１つ以上のデバイスおよび前記認証された第２のデバイスのうちの前記１つ以上のデバイスの間において前記アドホック・ネットワーク内で通信を行うネットワーク通信工程と、を含む。

Description

本発明は無線通信システムに関する。詳細には、本発明は複数のアドホック通信デバイスの間でセキュアな通信を行うことに関する。

インフラストラクチャ型の無線ネットワークは、通常、有線接続された固定のゲートウェイを用いる通信ネットワークを含む。多くのインフラストラクチャ型の無線ネットワークでは、有線ネットワークに接続された固定基地局と通信を行う、移動体ユニットまたはホストが用いられる。移動体は、基地局への無線リンクを通じて通信を行いながら、地理的に移動することが可能である。移動体は、１つの基地局の範囲外に移動したとき、新たな基地局に接続すること、すなわち、「ハンドオーバ」することができ、新たな基地局を通じて有線ネットワークとの通信を開始する。

セルラーネットワークまたは衛星ネットワークなどインフラストラクチャ型の無線ネットワークと比較すると、アドホック・ネットワークは自己形成型のネットワークであって、固定のインフラストラクチャが存在しない状態で動作することが可能である。また、一部の場合には、アドホック・ネットワークは完全に移動体ノードから形成される。アドホック・ネットワークは、通常、地理的に分散した、潜在的に移動可能な複数のユニットを含む。それらのユニットは「ノード」と呼ばれることもあり、１つ以上のリンク（例えば、無線周波数通信チャネル）によって、互いに無線接続される。ノードは、インフラストラクチャ型ネットワークまたは有線ネットワークのサポートなしで、無線媒体を通じて互いと通信を行うことが可能である。これらのノード間のリンクまたは接続は、既存のノードがアドホック・ネットワーク内で移動する、新たなノードがアドホック・ネットワークに参加する、すなわち入る、あるいは、既存のノードがアドホック・ネットワークから離脱する、すなわち出るなど、任意の手法により動的に変化することが可能である。

最近では、無線ネットワークの統合への関心が成長しつつある。統合型のネットワークの例には、ＩＳ−９５セルラーネットワークと組み合わされたＡＭＰＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、セルラーネットワークに適用される全地球測位システム（ＧＰＳ）、組み合わされた衛星ネットワークおよびセルラーネットワークや、組み合わされたセルラーネットワークおよび無線のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）が含まれる。

また最近では、セルラーネットワークとアドホック・ネットワークとの統合も関心を得つつある。アドホック・ネットワークの構成がアドホック・デバイスの適切な密度に応じて異なることは認められる。さらに、アドホック・ネットワークへ参加することの可能なハンドセットの密度が充分な領域には、様々なハンドセット製造者および様々なハンドセットサービスプロバイダが存在し得ることは認められる。この環境における１つの問題は、各サービスプロバイダが他のサービスプロバイダと関係する、すなわち協働することに不慣れなことである。したがって、複数のサービスプロバイダからのハンドセットを含むアドホック・ネットワークを確立するという試みは、妨げられる可能性が高い。アドホックな形成が妨げられる１つの理由は、セキュリティに対するサービスプロバイダの加入者の懸念や、サービスプロバイダによって提供されるサービスの不正使用に対する懸念である。

本発明では、階層的ネットワーク（例えば、鍵配布用のサービスセンターを含むワイドエリアネットワークに覆われた８０２．１１アドホック・ネットワーク）において用いられる鍵のアプリケーションを提供する。詳細には、本発明では、プライベート・アプリケーションが、類似、非類似のサービスオペレータからまたは類似のサービスオペレータのみからのリレーを利用することを可能とする、階層的な鍵構造が用いられる。この方法は、支払を行っていないユーザすなわち不法な者（ｂａｎｄｉｔ）の鍵を除外するために、定期的に鍵をリフレッシュすることが含まれる。幾つかの鍵は、ハンドセットおよびオーバレイサービスセンター（例えば、ホーム・ロケーション・レジスタ（ＨＬＲ））によって管理される。各鍵は、ハンドセットデバイスが異なる製造者および／または異なるサービスプロバイダを有する場合にも、それらのハンドセットデバイス間のピアツーピア協働を集合的に可能とする、ユニークな機能を有する。

図１は、本発明の一部の実施形態による代表的な通信ネットワーク１００である。示すように、通信ネットワーク１００は、少なくとも２つのセルラーネットワーク、すなわち、第１のセルラーネットワーク１０５および第２のセルラーネットワーク１１０から構成される。通信ネットワーク１００は、セルラーネットワーク（示すように）、コードレス電話ネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク、双方向無線ネットワークなどを含む、任意の２つ以上の通信ネットワークから構成されてよいことが、当業者には認められる。さらに、通信ネットワーク１００内のネットワークの各々は、互いに関連していないユニークなサービスプロバイダによって運用されてよいことが認められる。各サービスプロバイダは、通常、通信ネットワーク内の他のサービスプロバイダと関係しない、すなわち、協働しない。

図１の第１のセルラーネットワーク１０１および第２のセルラーネットワーク１１０は、幾つかの標準規格のうちの１つ以上により動作してよいことが、当業者には認められる。それらの標準規格には、次に限定されないが、ＡＭＰＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＮＡＭＰＳ（Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＩＳ−１３６時分割多重接続（ＴＤＭＡ）デジタルセルラーシステム、ＩＳ−９５符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）デジタルセルラーシステム、ＣＤＭＡ２０００システム、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ ＣＤＭＡ）システム、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）、３Ｇ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）システム、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、およびそれらのプロトコルの変形型および発展型など、アナログ、デジタルまたはデュアルモードの通信システムのプロトコルが含まれる。以下の記載では、用語「セルラーネットワーク」は、上述の任意のシステムまたは均等物を表す。

本発明では、セルラーネットワークの各々は、各セルラーネットワーク内のセキュアな通信を管理するためのセキュリティサービスセンターを含む。例えば、第１のセルラーネットワーク１０５は第１のセキュリティサービスセンター１３０を含み、第２のセルラーネットワーク１１０は第２のセキュリティサービスセンター１３５を含む。

図１に示すように、２以上のセルラーネットワークの各々内で、複数の通信デバイスが動作している。例えば、通信デバイス１１５−ｎ（示した１１５−１，１１５−２，１１５−３，１１５−４，１１５−５を含む）は、第１のセルラーネットワーク１０５内で動作している。同様に、通信デバイス１２０−ｎ（示した１２０−１，１２０−２，１２０−３，１２０−４を含む）は、第２のセルラーネットワーク１０５内で動作する。通信デバイス１１５−ｎ，１２０−ｎの各々は、移動体セルラー電話機、移動無線データ端末、付加または統合されたデータ端末を有する移動体セルラー電話機、双方向メッセージングデバイス、または通信ネットワーク１００の各ネットワーク内で動作するのに適切な均等物であってよいことが、当業者には認められる。同様に、通信デバイスは、無線通信機能を有する携帯情報端末またはラップトップコンピュータなど、他の電子デバイスであってもよい。以下の記載では、用語「通信デバイス」は、上述のデバイスの任意の組み合わせまたは均等物を表す。

本発明では、通信デバイス１１５−ｎのうちの少なくとも幾つかは、第１のセルラーネットワーク１０５およびアドホック・ネットワーク１２５など、１より多くの通信ネットワーク内で通信を行うことが可能である。例えば、図１に示すように、通信デバイス１１５−２，１１５−３，１１５−４，１１５−５は、第１のセルラーネットワーク１０５およびアドホック・ネットワーク１２５の両方内で動作する。同様に、通信デバイス１２０−ｎのうちの少なくとも幾つかは、第２のセルラーネットワーク１１０およびアドホック・ネットワーク１２５など、１より多くの通信ネットワーク内で通信を行うことが可能である。例えば、図１に示すように、通信デバイス１２０−２，１２０−３，１２０−４は、第２のセルラーネットワーク１１０およびアドホック・ネットワーク１２５の両方内で動作する。

アドホック・ネットワーク１２５は、メッシュ型アーキテクチャ（ＭＥＡ）のネットワークまたは８０２．１１ネットワーク（すなわち、８０２．１１ａ，８０２．１１ｂ，８０２．１１ｇ）であってよいことが、当業者には認められる。これに代えて、アドホック・ネットワーク１２５は任意のパケット化通信ネットワークを含んでよいことが、当業者には認められる。例えば、通信ネットワーク１００は、ＴＤＭＡ（時分割多重接続）、ＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）およびＥＧＰＲＳ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＧＰＲＳ）などパケットデータプロトコルを利用するネットワークであってよい。

アドホック・ネットワーク１２５は、図１に示すように、通信デバイス１１５−３，１１５−４，１１５−５，１２０−２，１２０−３，１２０−４など、複数の移動体ノード（一般に、ノード、移動体ノードまたは通信デバイスと呼ぶ）を含む。さらに、必須ではないが、アドホック・ネットワークは、固定ネットワーク（図示せず）へのアクセスをノードに提供するために、複数のインテリジェントアクセスポイント（ＩＡＰ）を有する固定ネットワークを含むことができる。固定ネットワーク１０４は、例えば、コアのローカルアクセスネットワーク（ＬＡＮ）や、複数のサーバおよびゲートウェイルータを含み、他のアドホック・ネットワーク、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）およびインターネットなど他のネットワークへのアクセスをネットワークノードに提供してよい。アドホック・ネットワーク１２５は、さらに、他のノード（図示せず）間のデータパケットのルーティングを行うために、複数の固定ルータを含んでよい。なお、本開示の目的では、上述のノードを集合的に「ノード」またはこれに代えて「通信デバイス」と呼ぶことがある。

当業者には認められるように、アドホック・ネットワーク１２５内のノードは、互いと直接的に、またはノード間で送信されているパケットに対する１つ以上のルータとして動作する１つ以上の他のノードを介して、通信を行うことが可能である。各ノードは、そのノードおよび近隣の各ノードに関連した送信リンクおよび受信リンクを用いて、他の近隣のノードと通信を行う。

図２は、本発明の一部の実施形態による通信ネットワーク１００内の動作のための代表的な通信デバイス２００である。通信デバイス２００は、例えば、図１に示す通信デバイス１１５−ｎ，１２０−ｎであることができる。本発明では、通信デバイス２００はデュアルモードデバイスである。単なる例として、通信デバイス２００は、図１のアドホック・ネットワーク１２５と、セルラーネットワーク１０５，１１０のうちの１つとの両方内で動作することが可能である。

通信デバイス２００は、ユーザインタフェース、警報回路、ディスプレイなど、従来のデバイスハードウェア（簡単のため示さず）を備え、それらのデバイスハードウェアは、コンパクトな筐体に組み込まれている。

通信デバイス２００は、さらに、セルラーネットワーク１０５，１１０と通信を行うためのセルラーアンテナ２０５およびセルラートランシーバ２１０を備える。セルラーアンテナ２０５は、１つ以上のセルラーネットワーク１０５，１１０から送信された信号を受信し、１つ以上のセルラーネットワーク１０５，１１０へ信号を送信する。セルラーアンテナ２０５は、従来の復調技術を用いて通信信号を受信するセルラートランシーバ２１０に結合されている。セルラートランシーバ２１０はプロセッサ２２５に結合されており、プロセッサ２２５からの命令に応答する。セルラートランシーバ２１０は、プロセッサ２２５から命令を受信すると、セルラーアンテナ２０５を介してセルラーネットワーク１０５，１１０のうちの１つ以上に信号を送る。代替の一実施形態（示さず）では、通信デバイス２００は、セルラーネットワーク１０５，１１０のうちの１つ以上から信号を受信するための受信アンテナおよび受信機と、セルラーネットワーク１０５，１１０のうちの１つ以上へ信号を送信するための送信アンテナおよび送信機とを備える。同じ種類または代替の種類の他の同様な電子ブロック図が通信デバイス２００のセルラーブロックに対し利用可能であることが、当業者には認められる。

通信デバイス２００は、さらに、アドホック・ネットワーク１２５内で通信を行うためのアドホック・アンテナ２１５およびアドホック・トランシーバ２２０をさらに備える。アドホック・アンテナ２１５は、アドホック・ネットワーク１２５内の１つ以上のノードから送信された信号を受信し、アドホック・ネットワーク１２５内の１つ以上のノードへ信号を送信する。アドホック・アンテナ２１５は、従来の復調技術を用いて、プロセッサ２２５の制御下に、パケット化された信号などの通信信号を通信デバイス２００との間で送受信するアドホック・トランシーバ２２０に結合されている。パケット化されたデータ信号は例えば、音声、データまたはマルチメディア情報と、ノード更新情報を含むパケット化された制御信号とを含むことが可能である。アドホック・トランシーバ２２０は、プロセッサ２２５から命令を受信すると、アドホック・アンテナ２１５を介してアドホック・ネットワーク１２５内の１つ以上のノードに信号を送る。代替の一実施形態（示さず）では、通信デバイス２００は、アドホック・ネットワーク１２５から信号を受信するための受信アンテナおよび受信機と、アドホック・ネットワーク１２５へ信号を送信するための送信アンテナおよび送信器とを備える。同じ種類または代替の種類の他の同様な電子ブロック図が通信デバイス２００のアドホックブロックに対し利用可能であることが、当業者には認められる。

セルラートランシーバ２１０およびアドホック・トランシーバ２２０に結合されているのは、従来の信号処理技術を利用して、受信したメッセージを処理するプロセッサ２２５である。プロセッサ２２５の処理要件に応じるように追加のプロセッサを利用可能であることが当業者には認められる。

本発明では、プロセッサ２２５は、通信デバイス２００との間の様々な通信を認証するための認証プロセッサ２３５を備える。さらに本発明では、プロセッサ２２５は、通信デバイス２００内で様々なソフトウェア・アプリケーション・プログラムを処理するためのアプリケーション・プロセッサ２４０を備える。認証プロセッサ２３５およびアプリケーション・プロセッサ２４０は各々、生産中に通信デバイス２００へハードコードまたはプログラムされてもよく、顧客の申込時に無線を通じてプログラムされてもよく、ダウンロード可能なアプリケーションであってもよいことが当業者には認められる。認証プロセッサ２３５およびアプリケーション・プロセッサ２４０の各々を通信デバイス２００へプログラムするために他のプログラム方法を利用可能であることが認められる。認証プロセッサ２３５およびアプリケーション・プロセッサ２４０の各々は、通信デバイス２００内のハードウェア回路であってよいことが当業者には認められる。本発明では、認証プロセッサ２３５およびアプリケーション・プロセッサ２４０の各々は、示すようにプロセッサ２２５内に含まれてもよく、これに代えて、プロセッサ２２５に動作可能に結合された別個のブロック（図示せず）であってもよい。

通信デバイス２００に必要な機能を実行するために、プロセッサ２２５はメモリ２３０に結合されている。メモリ２３０は、好適には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）およびフラッシュメモリを含む。

メモリ２３０は、本発明では、１つ以上の鍵および制御情報２４５と、１つ以上のアプリケーション２５０との記憶用の記憶位置を含む。本発明では、１つ以上の鍵２４５には、次に限定されないが、秘密鍵２５５、汎用グループ鍵２６０、サービスグループ鍵２６５、再認証遅延オフセット２７０、公開鍵２７５、セッション鍵２８０および再鍵設定時（ｒｅ−ｋｅｙ ｔｉｍｅ）２８５が含まれる。これらの各々について、より詳細に以下で説明する。

メモリ２３０は通信デバイス２００内に組み込まれてもよく、これに代えて、少なくとも部分的には記憶装置デバイスなどの外部メモリ内に含まれてよいことが、当業者には認められる。記憶装置デバイスは、例えば、加入者識別モジュール（ＳＩＭ）カードであってよい。ＳＩＭカードは、通常、小さな可撓性プラスチックカード内に封入するのに適切なマイクロプロセッサユニットおよびメモリを備える、電子デバイスである。ＳＩＭカードは、これに加えて、通信デバイス２００と通信を行うための何らかの形態のインタフェースを備える。

図３は、本発明の一部の実施形態による図１の通信ネットワークの代表的な動作を示すフローチャートである。示すように、代表的な動作に伴う通信のうちの一部はセルラーネットワーク通信３０５であり、代表的な動作に伴う通信のうちの一部はアドホック・ネットワーク通信３１０である。

図３の動作は工程３１０で開始し、各通信デバイスは、自身が動作するセルラーネットワークの関連するセキュリティサービスセンターにより、自身を認証する。例えば、各通信デバイス１１５−ｎは、ネットワーク１００の第１のセキュリティサービスセンター１３０により、自身を認証する。同様に、各通信デバイス１２０−ｎは、ネットワーク１００の第２のセキュリティサービスセンター１３５により、自身を認証する。通信デバイス２００を参照すると、認証プロセッサ２３５はメモリ２３０から秘密鍵２５５および公開鍵２７５を読み出し、秘密鍵２５５により公開鍵２７５を暗号化して、この暗号化した公開鍵をセルラートランシーバ２１０およびセルラーアンテナ２０５を介して関連するセキュリティサービスセンターへ送信する。本発明では、秘密鍵２５５は製造時にハンドセットに組み込まれており、関連するセキュリティサービスセンターにしか知られていない。関連するセキュリティサービスセンターは、秘密鍵２５５の既知のコピーを用いて公開鍵２７５を解読し、この公開鍵を将来の使用のために記憶する。

次に、工程３１５では、汎用グループ鍵は全ての認証されたデバイスへ送信される。通信デバイスが動作するサービスプロバイダ／セルラーネットワークに関係なく、ネットワーク１００内の全ての認証された通信デバイスに同じ汎用グループ鍵が送信される。例えば、セキュリティサービスセンター１３０は、通信デバイス１１５−ｎの認証に応答して、各通信デバイス１１５−ｎへ汎用グループ鍵を送信する。同様に、セキュリティサービスセンター１３５は、通信デバイス１２０−ｎの認証に応答して、各通信デバイス１２０−ｎへ汎用グループ鍵を送信する。汎用グループ鍵は、認証されている通信デバイス１１５−ｎまたは１２０−ｎに対応する秘密鍵２５５を用いて暗号化される。代替の実施形態では、汎用グループ鍵は、認証されている通信デバイス１１５−ｎまたは１２０−ｎに対応する公開鍵２７５を用いて暗号化される。通信デバイス２００を参照すると、暗号化された汎用グループ鍵２６０はセルラーアンテナ２０５およびセルラートランシーバ２１０を介して受信され、通信デバイス２００によって解読されて、通信デバイスによる将来の使用のためにプロセッサ２２５によってメモリ２３０に記憶される。本発明では、その後（工程３２０）、汎用グループ鍵２６０を有し、アドホック・ネットワーク１２５内で動作する全ての通信デバイスは、汎用グループ鍵２６０を用い、アドホック・ネットワーク１２５を介して互いに制御パケットをセキュアに交換することが可能である。

次に、工程３２５では、各セキュリティサービスセンターは、同じセルラーネットワーク内で動作する全ての認証された通信デバイスへサービスグループ鍵を送信する。例えば、第１のセキュリティサービスセンター１３０は、認証された通信デバイス１１５−ｎへ第１のサービスグループ鍵を送信し、第２のセキュリティサービスセンター１３０は、認証された通信デバイス１２０−ｎへ第２のサービスグループ鍵を送信する。サービスグループ鍵は、認証されている通信デバイス１１５−ｎまたは１２０−ｎに対応する秘密鍵２５５を用いて暗号化される。代替の実施形態では、サービスグループ鍵は、認証されている通信デバイス１１５−ｎまたは１２０−ｎに対応する公開鍵２７５を用いて暗号化される。通信デバイス２００を参照すると、暗号化されたサービスグループ鍵２６５はセルラーアンテナ２０５およびセルラートランシーバ２１０を介して受信され、通信デバイス２００によって解読されて、通信デバイス２００による将来の使用のためにプロセッサ２２５によってメモリ２３０に記憶される。本発明では、その後（工程３３０）、同じサービスグループ鍵を有し同じセルラーネットワーク内で動作する全ての通信デバイスは、サービスグループ鍵を用い、アドホック・ネットワークを介して互いに制御パケットおよびデータパケットをセキュアに交換することが可能である。

次に、工程３３５では、各セキュリティサービスセンターは、同じセルラーネットワーク内で動作する全ての認証された通信デバイスへ、再認証遅延オフセットを送信する。例えば、第１のセキュリティサービスセンター１３０は、認証された通信デバイス１１５−ｎへ再認証遅延オフセットを送信し、第２のセキュリティサービスセンター１３０は、認証された通信デバイス１２０−ｎへ第２の再認証遅延オフセットを送信する。通信デバイス２００を参照すると、再認証遅延オフセット２７５はセルラーアンテナ２０５およびセルラートランシーバ２１０を介して受信され、通信デバイス２００による将来の使用のためにプロセッサ２２５によってメモリ２３０に記憶される。本発明では、この再認証遅延オフセットは各認証された通信デバイスに対しランダムに選択される。再認証遅延オフセットは、認証された通信デバイスが新たな認証要求を生成する前に待機する必要がある遅延時間を表す。工程３４０にて、現在の時刻が少なくとも再認証遅延オフセット時に等しいとき、動作は工程３１５，３２５へ戻る。次いで、ネットワークブロードキャストを受信した後に、再認証が生成される、汎用グループ鍵２６０およびサービスグループ鍵２６５が再確立される。この方法では、定期的に鍵をリフレッシュすることによって、支払を行っていないユーザすなわち不法な者の鍵を除外することが可能となる。

ここで、戻ってアドホック・ネットワーク１２５内の通信を参照すると、認証された様々なデュアルモード通信デバイスによって汎用グループ鍵が受信された後、当技術においてよく知られているように、工程３４５にてアドホック・ネットワーク１２５が確立されることが可能である。換言すると、アドホック・ネットワーク１２５は、経路探索用の制御パケットを暗号化するために汎用グループ鍵２６０を用いて、通信デバイス１１５−２，１１５−３，１１５−４，１１５−５，１２０−２，１２０−３，１２０−４を含むように確立されることが可能である。次に、工程３５０では、関連するアドホック・ネットワーク通信チャネルを介して、アドホック・ネットワーク１２５における関係する様々なデバイス間でセキュアな通信が行われる。例えば、工程３３０では、同じサービスプロバイダデバイスが制御パケットおよびデータパケットを交換する。

鍵を変更するために、定期的に新たなサービスグループ鍵および／または新たなグループ汎用鍵が送信されることが認められる。工程３５５では、セキュリティサービスセンターは、各通信デバイスへ再鍵設定警報メッセージをブロードキャストする。この警報メッセージには将来の再鍵設定時が含まれており、この再鍵設定時までに全ての通信デバイスは再認証手順を完了させている必要がある。この将来の再鍵設定時は、現在の時刻に、通信デバイスの受信した最大の再認証遅延オフセットを加えたものより遅い時刻である。通信デバイス２００を参照すると、再認証遅延オフセット２７０は現在の時刻からの時間的なオフセットとして用いられ、再認証遅延オフセットが経過すると、通信デバイス２００は先に工程３１０，３１５，３２５において規定したような再認証手順を開始する。セキュリティサービスセンターは、アドホック・ネットワーク１２５に参加することを許可された通信デバイスのみを認証する。先に工程３１５において規定したように、各セキュリティサービスセンターは、通信デバイスが動作するサービスプロバイダ／セルラーネットワークに関係なく、ネットワーク１００内で動作する全ての認証された通信デバイスに汎用グループ鍵を送信する。先に工程３２５において規定したように、各セキュリティサービスセンターは、同じセルラーネットワーク内で動作する全ての認証された通信デバイスにサービスグループ鍵を送信する。セキュリティサービスセンターから受信される全ての鍵は、セルラーの制御チャネルまたはデータチャネルを介して各通信デバイスへ配信される。工程３６０では、各認証された通信デバイスは、通信された再鍵設定時２８５と現在の時刻が等しいか否かを判定する。現在の時刻が再鍵設定時２８５であるとき、プロセスは工程３１５へ戻り、現在の時刻が再鍵設定時２８５と等しいとき、通信デバイスは全ての将来の通信について新たな汎用グループ鍵および新たなサービスグループ鍵の使用を開始する。図３には、再鍵設定時２８５以降に新たな汎用グループ鍵および新たなサービスグループ鍵が通信される代表的な実施形態を示したが、これに代えて、再鍵設定時２８５より前に新たな汎用グループ鍵および新たなサービスグループ鍵が通信され、通信デバイス内に記憶されてよいことが当業者には認められる。

図４は、本発明の一部の実施形態による図２の通信デバイス２００の代表的な動作を示すフローチャートである。詳細には、図４には、本発明の一部の実施形態による図３の通信工程３５０の代表的な動作を示す。

図４の動作は工程４００で開始し、通信デバイス２００はアプリケーションを起動する。例えば、アプリケーション・プロセッサ２４０は、アプリケーションメモリ２５０に記憶されたアプリケーションを起動する。次に、工程４０５では、通信デバイス２００は、そのアプリケーションのピアデバイスを識別する。例えば、アプリケーション・プロセッサ２４０は、アプリケーションメモリ２５０に記憶された記憶済みアプリケーションデータから、ピアデバイスを識別する。次に、工程４１０では、通信デバイス２００は公開鍵２７５およびセッション鍵２８０を受信し、通信デバイスおよびピアデバイスの両方が動作するセルラーネットワークを介して、ピアデバイスビアとアプリケーションを共有する。例えば、ソース通信デバイス２００は、自身と識別したピアデバイスとの間のアプリケーションの共同使用の使用を要求する。セキュリティサービスセンターは、ピアデバイスのセッション鍵および公開鍵を通信デバイスへ送信する（ピアデバイスの公開鍵およびセッション鍵は通信デバイス２００の公開鍵により暗号化されている）。次に、工程４１５では、通信デバイス２００は、受信した公開鍵によりピアデバイスを認証する。本発明の一実施形態では、データリンク通信ヘッダおよびネットワーク層通信ヘッダは汎用グループ鍵によって暗号化され、認証要求はサービスグループ鍵によって暗号化され、認証要求の内容（例えば、ソース通信デバイス２００の公開鍵）は、ピアデバイスの公開鍵によって暗号化される。これによって、アドホック・ネットワークの認証されたデバイスが（そのデバイスの属すセルラーネットワークにかかわらず）、ピアデバイスへの認証要求のルーティングを行うことが可能となる。加えて、認証が試みられているという事実は、ソース通信デバイス２００を含むセルラーネットワークにおける通信デバイスにしか知られていない。他のこれらの鍵の使用の実施も本発明の範囲内であることが当業者には認められる。ピアデバイスは、ソース通信デバイス２００の公開鍵や記載した他の鍵を用いて、認証要求に応答する。次に、工程４２０では、通信デバイスは、アプリケーションセッション要求のピアデバイスの公開鍵により、セッション鍵を暗号化する。次に、工程４２５では、通信デバイスはアドホック・ネットワークを介してピアデバイスとセッション鍵を交換する。例として、本発明の一実施形態では、データリンク通信ヘッダおよびネットワーク層通信ヘッダは汎用グループ鍵によって暗号化され、アプリケーションセッション要求はサービスグループ鍵によって暗号化され、アプリケーションセッション要求の内容（例えば、セッション鍵）は、ピアデバイスの公開鍵によって暗号化される。これによって、アドホック・ネットワークの認証されたデバイスが（そのデバイスの属すセルラーネットワークにかかわらず）、ピアデバイスへのアプリケーションセッション要求のルーティングを行うことが可能となる。加えて、アプリケーションセッション要求が試みられているという事実は、ソース通信デバイス２００を含むセルラーネットワークにおける通信デバイスにしか知られていない。さらに、セッション鍵は、ソース通信デバイス２００およびピアデバイスにのみ知られている。他のこれらの鍵の使用の実施も本発明の範囲内であることが当業者には認められる。この場合も、ピアデバイスは、ソース通信デバイス２００の公開鍵や記載した他の鍵を用いて、アプリケーションセッション要求に応答する。次に、工程４３０では、通信デバイスは、先に受信したセッション鍵およびサービスグループ鍵を用いて、ピアデバイスによりアプリケーションパケットを暗号化する。次に、工程４３５では、通信デバイスおよびピアデバイスはアドホック・ネットワーク通信チャネルを通じて通信を行い、アプリケーションの様々な動作を処理する。先に示したように、汎用グループ鍵、サービスグループ鍵、公開鍵およびセッション鍵の各々は、ソース通信デバイス２００とピアデバイスとの間でセキュアな通信を行い、通信デバイスおよびその通信デバイスのサービスプロバイダによって必要であると見なされた通信の要素を保護するために用いられる。

図５は、本発明の一部の実施形態によるネットワーク５００の代表的な動作を示すメッセージのフローチャートである。ネットワーク５００は、第１のセルラーネットワーク５０５および第２のセルラーネットワーク５１０を含む。第１のセルラーネットワーク５０５は第１のセキュリティサービスセンター５１５と、デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０を含む様々な通信デバイスとを含む。第２のセルラーネットワーク５１０は、第２のセキュリティサービスセンター５４０と、デバイスＤ５３５を含む様々な通信デバイスとを含む。

図５の代表的なシナリオでは、２人のユーザ、すなわち、デバイスＡ５２０およびデバイスＢ５２５が、デバイスＣ５３０を介してコンテンツを共有することを望んでいる。示すように、デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０は全て、同じサービスプロバイダを用い、同じセルラーネットワーク（セルラーネットワーク５０５）上で動作する。この代表的なシナリオでは、ユーザ（Ａ，Ｂ）は、自身のアプリケーションデータをプライベートなものとしたいが、デバイスＣがそれらのリレーを実行することを望んでいる。また、Ａ，Ｂ，Ｃは、全ての制御およびデータがユーザＤからセキュアであることを望んでいる（デバイスＤ５３５は異なるセルラーネットワーク５１０上で動作している）。これを可能とするため、デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０は各々、汎用グループ鍵および第１のセルラーネットワークサービスグループ鍵を有する。これらの鍵は、第１のセキュリティサービスセンター５１５によっても知られている。デバイスＤ５３５も、デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０によって知られているのと同じ汎用グループ鍵を知っているが、第２のセルラーネットワークサービスグループ鍵しか知らない。デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０は、デバイスＤ５３５をリレーとして用いることを望む場合、経路探索に汎用グループ鍵を用い、デバイスＤの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスを通じて生パケットのリレーが行われるが、より上位の層の制御パケットおよびデータパケットには、第１のセルラーネットワークサービスグループ鍵を用いる。

図５の動作フローに示すように、動作５４５では、デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０、デバイスＤ５３５の各々は、最初に起動され、秘密鍵または証明（例えば、製造時にハンドセットに組み込まれる）を用いて認証手順を開始する。この認証は、それらのデバイスのそれぞれのセキュリティサービスセンターにより実行される（すなわち、デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０については第１のセキュリティサービスセンター５１５、デバイスＤ５３５については第２のセキュリティサービスセンター５４０）。次に、動作５５０では、認証されると、デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０およびデバイスＤ５３５の各々は、汎用グループ鍵を割り当てられる。次に、動作５５５では、デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０の各々は、第１のセキュリティサービスセンター５１５からサービスグループ鍵を受信し、デバイスＤ５３５は、第２のセキュリティサービスセンター５４０からサービスグループ鍵を受信する。

次に、動作５６０では、デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０およびデバイスＤ５３５の各々は、汎用グループ鍵を用いて、制御情報を交換し、デバイスＣ５３０およびデバイスＤ５３５を通じたデバイスＡ５２０からデバイスＢ５２５までの経路を発見する。次に、動作５６５では、デバイスＡ５２０は、第１のセルラーのサービスプロバイダと要求を交換し、アプリケーション（例えば、デバイスＢ５２５との電子メール）を開始させる。次に、動作５７０では、第１のセキュリティサービスセンター５１５は、デバイスＢ５２５が電子メールサービスの使用を認可されていることを確認し、次いで、デバイスＢ５２５の公開鍵をデバイスＡ５２０に提供する。次に、動作５７５では、この公開鍵を用いて、デバイスＡ５２０およびデバイスＢ５２５は、電子メールアプリケーション用のセッション鍵や、デバイスＡ５２０の公開鍵を交換する。次に、動作５８０では、第１のセルラーネットワークのサービスグループ鍵、汎用グループ鍵およびセッション鍵を用いて、動作５６０において確立された共通のアドホック・ネットワークを介しデバイスＣ５３０およびデバイスＤ５３５を通じてデバイスＡ５２０とデバイスＢ５２５との間で交換されるデータパケットに適切なカプセル化レベルに、データが暗号化される。デバイスＣ５３０およびデバイスＤは、データパケットを復号することは不可能であるが、デバイスＡ５２０およびデバイスＢ５２５のリレーの必要に対処するように完全に協働することが可能である。

示していないが、後で、第１のセキュリティサービスセンター５１５が、デバイスＡ５２０およびデバイスＢ５２５に新たな汎用グループ鍵、新たな第１のセルラーネットワークサービスグループ鍵または新たなセッション鍵もしくはアプリケーション鍵を生成する要求をブロードキャストしてもよいことが当業者には認められる。この要求では、すべての認証されたデバイスがそれぞれの鍵を更新する、将来の再鍵設定時が指定される。新たな鍵の生成を行うために、この要求によって各デバイスＡ５２０、デバイスＢ５２５、デバイスＣ５３０、デバイスＤ５３５のトリガが行われ、それぞれの秘密鍵または証明を用いて新たな認証手順が開始される。各デバイスの認証は、将来の再鍵設定時の前のランダムな時点で発生する。時間におけるランダムなオフセットは、先の認証中に受信されたパラメータに基づく。この動作は、未払の加入者がもはやセルラーネットワークによって管理されるアドホック・ネットワークに関係したり、ネットワークを傍受したりしないことを確実にするために必要である。あるいは、ユーザＡまたはＢが電子メールアプリケーションについての支払を停止した場合にも、この更新されたアプリケーション鍵によって、今後それらのユーザがアプリケーションを用いることが防止される。

本明細書に記載した通り、本発明では、１つのサービスプロバイダからのハンドセットが別のサービスプロバイダのハンドセットと協働してアドホック・ネットワークを確立することを魅力的で安全なものとし、その加入者によるパケットのリレーを可能とするシステムおよび方法を提供する。

本発明の一部の実施形態による代表的な通信ネットワークの図。 本発明の一部の実施形態による通信ネットワーク内の動作のための代表的な通信デバイスの図。 本発明の一部の実施形態による図１の通信ネットワークの代表的な動作を示すフローチャート。 本発明の一部の実施形態による図２の通信デバイスの代表的な動作を示すフローチャート。 本発明の一部の実施形態による図１のネットワークの代表的な動作を示すメッセージのフローチャート。

Claims (10)

1. 複数のアドホック・デバイスの間でセキュアな通信を行う方法であって、
   第１のネットワーク内の１つ以上の第１のデバイスを認証する第１認証工程と、
   第２のネットワーク内の１つ以上の第２のデバイスを認証する第２認証工程と、
   認証された前記第１のデバイスおよび認証された前記第２のデバイスにグループ鍵を送信する鍵送信工程と、
   前記グループ鍵を用いて、前記認証された第１のデバイスのうちの１つ以上のデバイスおよび前記認証された第２のデバイスのうちの１つ以上のデバイスによりアドホック・ネットワークを確立するネットワーク確立工程と、
   前記認証された第１のデバイスのうちの前記１つ以上のデバイスおよび前記認証された第２のデバイスのうちの前記１つ以上のデバイスの間において前記アドホック・ネットワーク内で通信を行うネットワーク通信工程と、からなる方法。
2. 前記第１のネットワークは、第１のサービスプロバイダによって運用される第１のセルラーネットワークを含み、
   前記第２のネットワークは、第２のサービスプロバイダによって運用される第２のセルラーネットワークを含む請求項１に記載の方法。
3. ネットワーク確立工程は、前記認証された第１のデバイスのうちの前記１つ以上のデバイスおよび前記認証された第２のデバイスのうちの前記１つ以上のデバイスが、経路探索のために前記グループ鍵によって暗号化された制御パケットを交換することを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のネットワークは第１のセキュリティサービスセンターを含み、第１認証工程は、前記１つ以上の第１のデバイスの各々が第１のセキュリティサービスセンターにより自身を認証することを含むことと、
   前記第２のネットワークは第２のセキュリティサービスセンターを含み、第２認証工程は、前記１つ以上の第２のデバイスの各々が第２のセキュリティサービスセンターにより自身を認証することを含むことと、を含む請求項２に記載の方法。
5. 前記認証された第１のデバイスに再認証遅延オフセット時を送信する工程と、
   少なくとも再認証遅延オフセット時に等しい時に前記認証された第１のデバイスを再認証する工程と、を含む請求項１に記載の方法。
6. 前記認証された第１のデバイスに再鍵設定時を含む再鍵設定メッセージを送信する工程と、
   現在の時刻が少なくとも再鍵設定時に等しいとき、前記認証された第１のデバイスのうちの１つ以上の再認証を行う工程と、を含む請求項１に記載の方法。
7. デュアルモード通信デバイスの動作方法であって、
   セルラーネットワーク内のデュアルモード通信デバイスを認証する認証工程と、
   前記セルラーネットワークを介して汎用グループ鍵を受信する鍵受信工程と、
   前記汎用グループ鍵を用いてアドホック・ネットワーク内で通信を行い、同アドホック・ネットワーク内で動作する１つ以上の他のデバイスと制御パケットのセキュアな交換を行う通信工程と、からなる方法。
8. 認証工程は、前記セルラーネットワークを介して前記デュアルモード通信デバイスからセキュリティサービスセンターへ秘密鍵を送信する工程を含む請求項７に記載の方法。
9. 前記セルラーネットワークを介してセキュリティサービスセンターからサービスグループ鍵を受信する工程と、
   前記サービスグループ鍵を用いて、前記アドホック・ネットワークを介して１つ以上の他のセルラーデバイスと制御パケットおよびデータパケットのセキュアな交換を行う工程と、を含む請求項７に記載の方法。
10. デュアルモード通信デバイスの動作方法であって、
    アプリケーションを起動する工程と、
    前記アプリケーションのピアデバイスを識別する工程と、
    前記通信デバイスおよび前記ピアデバイスの両方が動作するセルラーネットワークを介して、前記ピアデバイスの公開鍵を受信する工程と、
    受信した前記公開鍵によって前記ピアデバイスを認証する工程と、
    前記ピアデバイスの公開鍵によってセッション鍵を暗号化する工程と、
    前記アドホック・ネットワークを介して前記セッション鍵およびデュアルモード通信デバイスの公開鍵を前記ピアデバイスと交換する工程と、
    前記セッション鍵およびサービスグループ鍵を用いて、前記ピアデバイスによりアプリケーションパケットを暗号化する工程と、
    アドホック・ネットワーク通信チャネルを通じて前記ピアデバイスと通信を行い、前記アプリケーションの様々な動作の処理を行う工程と、からなる方法。

Images