JP2010056852A - 送受信方法、通信システムおよび通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送信するデータ量が少ないタイミングにて、初期ベクトルの変更に関する情報を送受信することで、処理負荷が少なく、かつ、データの送受信遅延を発生させることなく、秘匿性を確保する。
【解決手段】第１の通信装置と第２の通信装置との間で、共通情報を利用して生成した暗号文データを送受信する際、第１の通信装置が、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、共通情報の更新に関する情報を当該送信フレームに格納して送信すると、更新に関する情報を受信した第２の通信装置は、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、応答情報を当該送信フレームに格納して送信し、第１の通信装置が応答情報を受信すると、第１の通信装置と第２の通信装置とが、共通情報を更新する。
【選択図】図３

Description

本発明は、秘匿性を確保するために暗号化して通信する送受信方法、通信システムおよび通信装置に関する。

情報通信端末間などでデータの送受信を行う場合、その通信の秘匿性を高めるために、現在種々の暗号化方法が提案されており、現在、代表的な暗号化の技術としては、大きく分類すると、共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式の２つがある。

このうち、共通鍵暗号方式は、データの送信者と受信者の両者が同じ鍵を保持し、この同じ鍵である「共通鍵」を用いて暗号化と復号を行う。共通鍵暗号方式の代表的なものとしては、ＤＥＳ（Data Encryption Standard）やＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）などがある。

これらＤＥＳやＡＥＳでは、特定のビット数（以下、ブロック長と記載する。）にて構成されるブロックごとに、暗号化及び復号を行うブロック暗号という暗号アルゴリズムが採用されている。つまり、ブロック長に対応する平文データ（以下、平文ブロックと記載する。）に対して、共通鍵を利用した暗号化処理を行うことで暗号文（以下、暗号文ブロック記載する。）を生成し、一方、共通鍵を利用して暗号文ブロックを復号することで、平文データ（平文ブロック）を得ている。
このブロック暗号では、暗号化する平文データのデータ量が、ブロック長を超える場合、上述したブロック暗号アルゴリズムを所定の方法（以下、動作モードと記載する。）にて繰り返し実行している。これにより、ブロック長を超える平文データを暗号化するとともに、暗号文を復号して平文データを得ることができる。この動作モードとしては、ＣＢＣ（Cipher Block Chaining）モードやＣＦＢ（Cipher FeedBack）モードなどが利用されている。ここでは、動作モードの１つである、ＣＢＣモードについて図５を用いて説明する。
図５（Ａ）では、ＣＢＣモードにおける、平文データから暗号文を生成するときの処理を示している。例えば、平文ブロック２から暗号文ブロック２を生成する際、1つ前の平文ブロック１から生成された暗号文ブロック１と、平文ブロック２との、排他的論理和による演算を実行し、演算結果となるブロックに対して共通鍵を利用した暗号化処理を実行することで暗号文ブロック２を生成する。一方、図５（Ｂ）では、ＣＢＣモードにおける、暗号文から平文データを生成するときの処理を示している。例えば、暗号文ブロック２から平文ブロック２を得る際、暗号文ブロック２に対して共通鍵を利用して復号したブロックと、１つ前の暗号文ブロック１との、排他的論理和による演算を実行することで、平文ブロック２を得ることができる。
しかしながら、図５（Ａ）における最初の平文ブロック１から暗号文ブロックを１生成する際、及び、図５（Ｂ）における最初の暗号文ブロック１から平文ブロック１を得る際には、1つ前のブロックが存在しない。そのため、初期ベクトル（IV：Initial Vector）を利用した排他的論理和による演算を実行している。この様に、ＣＢＣモード等の動作モードは、あるブロックにおける暗号化や復号が、次のブロックの暗号化や復号に連鎖的に影響を与えるため、第三者による盗聴が行われたとしても、解読が困難となる。
しかしながら、復号を行う受信側は、この暗号化通信を行うにあたり、予め初期ベクトルや共通鍵を送信側から取得しておく必要がある。そのため、この初期ベクトルや共通鍵の受渡しの際に第三者による盗聴が行われると、その後の暗号化通信を容易に解読されるリスクが生じることになる。

そこで、情報通信のセキュリティ強度を高めるために、暗号化に用いた鍵とは異なる鍵を用いて復号を行うのが、公開鍵暗号方式である。この方式では、「公開鍵」と「秘密鍵」の２つの鍵をペアとして用いて、一方で暗号化した平文データは、ペアの鍵でないと復号できない仕組みになっている。情報の送信側は、情報の受信側が作成した２つの鍵ペアのうち、第三者に公開される「公開鍵」を用いて平文データの暗号化を行い、暗号文を受信した受信側は、自分の「秘密鍵」を用いて暗号化された平文データを復号する。公開鍵暗号方式では、ＲＳＡ（Rivest Sharmir Adleman）という方式が標準的に用いられている。

公開鍵暗号方式であれば、上述した共通鍵暗号方式の弱点であった「初期ベクトルや鍵の受渡し」の際のリスクが解消することになる。しかしながら、この公開鍵暗号方式は、採用するアルゴリズムの数学的な処理が複雑になるため、暗号化および復号に時間がかかるという欠点がある。

そこで、上記２つの方式、すなわち共通鍵暗号方式と公開鍵暗号方式の両者の弱点を補間し合う技術として、ハイブリッド暗号方式が提案されている。ハイブリッド暗号方式では、送信側は、平文データを暗号化する際には、処理が比較的簡単な共通鍵暗号方式で暗号化し、受信側も共通鍵を用いて暗号文を復号する。そして、共通鍵暗号方式の弱点である鍵等の受渡しの際には、受信側が作成した公開鍵と秘密鍵のペアの鍵のうち、公開鍵によって共通鍵そのものを暗号化して、暗号化した共通鍵を受信側に受け渡す。暗号化した共通鍵を受け取った受信側は、自分の秘密鍵を用いて共通鍵を復号し、この復号した共通鍵を用いて、暗号文を復号することで平文データを得る。このように、処理の複雑な公開鍵暗号方式を、鍵の受渡し時にのみ利用することによって、暗号化および復号に要する処理を軽減している。

このハイブリッド暗号方式を用いれば、確かに、相当程度安全に共通鍵等を受け渡すことが可能になる。この暗号方式においても、平文データの暗号化は、基本的には比較的処理の簡単な共通鍵暗号方式によって行っている。

しかしながら、この共通鍵暗号方式の暗号化および復号の際に行う、初期ベクトル等を利用した排他的論理和の演算は、単純で規則的な繰り返しによる演算処理であるため、生成された暗号文は、やはり第３者の盗聴による攻撃を受けると、解読される危険性がある。 そのため、データ転送する場合に、データ転送を制御した回数をカウントし、ある閾値を超えた場合、通信先装置へのデータ転送を一旦切断し、初期ベクトルを生成し直した後、データ転送を再開する技術が提案されている。
特開２００５−２２３８７４号公報

しかしながら、無線通信の利用効率を考慮した、無線基地局と無線通信端末から構成される通信システムでは、上述した特許文献１における初期ベクトルの更新を実行した場合、初期ベクトルの更新時において、無線基地局と無線通信端末間の通信経路（無線通信チャネル）が切断されてしまい、その通信経路を再接続するまでの間、データの送受信を行うことができず、データの送受信遅延が発生してしまう。

これに対し、データ送受信中、初期ベクトルを再生成する処理を実行すると、処理能力が小さい通信装置、例えば、無線通信端末では、送信するデータの処理とともに、初期ベクトルの更新処理を行う必要があるため、処理負荷が一時的に増加し、データの送受信に遅延が生じたりする場合がある。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、送信するデータ量が少ないと判断したタイミングにおいて、初期ベクトルなどの共有する情報の更新に関する情報を送受信することで、処理負荷が少なく、かつ、データの送受信遅延を発生させることのない、送受信方法、通信システムおよび通信装置を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による送受信方法は、第１の通信装置と、第２の通信装置と、の間で行われるデータの送受信方法であって、前記第１の通信装置と前記第２の通信装置が、送信する平文データを暗号化して暗号文データを生成し、かつ、受信した暗号文データを復号して平文データを生成する際に利用する、共通情報を共有する共有ステップと、前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で、前記共通情報を利用して生成した前記暗号文データを送受信する送受信ステップと、前記第１の通信装置が、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記共通情報の更新に関する情報を当該送信フレームに格納して送信する更新情報送信ステップと、 前記第２の通信装置が、前記更新に関する情報を受信する更新情報受信ステップと、前記第２の通信装置が、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記更新に関する情報に対する応答情報を当該送信フレームに格納して送信する応答情報送信ステップと、前記第１の通信装置が、前記応答情報を受信する応答情報受信ステップと、前記第１の通信装置と前記第２の通信装置とが、前記更新に関する情報に基づいて、前記共通情報を更新する更新ステップと、を含むことを第１の特徴とする。

第１の特徴によれば、送信するデータ量が少ないと判断したタイミングにおいて、初期ベクトルの変更に関する情報を送受信することで、処理負荷が少なく、かつ、データの送受信遅延を発生させることなく、通信を継続することができる。

また、第２の発明による送受信方法は、前記第１の通信装置は、前記送受信ステップにおける、前記暗号文データの送信が、所定の条件に該当するか否かを判定する判定ステップと、を更に含み、前記判定ステップが、前記所定の条件に該当する場合に、前記更新情報送信ステップを実行する、ことを第２の特徴とする。

第２の特徴によれば、所定の条件に該当する場合に、共通情報の更新を行うことで、通信の秘匿性を確保することができる。

また、第３の発明による送受信方法は、前記判定ステップにおける、前記所定の条件とは、前記第２の通信装置との通信時間が第１の閾値を超える、ことを意味する、ことを第３の特徴とする。

第３の特徴によれば、通信時間（接続時間）を考慮して、共通情報の更新を行うことで、通信の秘匿性を確保することができる。

また、第４の発明による送受信方法は、前記判定ステップにおける、前記所定の条件とは、前記暗号文データ（暗号文ブロック）の生成数が第２の閾値を超える、ことを意味する、ことを第４の特徴とする。

第４の特徴によれば、暗号文データの生成数を考慮して、共通情報の更新を行うことで、通信の秘匿性を確保することができる。

また、第５の発明による送受信方法は、前記第１の通信装置が、前記応答情報を受信し、かつ、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記共通情報を更新するタイミングに関する情報を送信する更新タイミング情報送信ステップと、 前記第２の通信装置が、前記タイミングに関する情報を受信する更新タイミング情報受信ステップと、前記第２の通信装置が、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記タイミング情報に対するタイミング応答情報を送信する更新タイミング応答情報送信ステップと、前記第１の通信装置が、前記タイミング応答情報を受信する更新タイミング応答情報受信ステップと、を更に備え、前記第１の通信装置が、前記更新タイミング応答情報を、前記更新するタイミングまでに受信した場合に、前記更新ステップを実行する、ことを第５の特徴とする。

上述した諸課題を解決すべく、第６の発明による通信システム（通信システム１）は、第１の通信装置（無線通信端末１００）と、第２の通信装置（無線基地局３００）と、を有し、データを送受信する通信システムであって、前記第１の通信装置は、送信する平文データを共通鍵で暗号化して暗号文データを生成し、かつ、受信した暗号文データを当該共通鍵で復号して平文データを生成する際に利用する、共通情報を記憶する第１の記憶部（記憶部１１）と、前記第１の記憶部で記憶された前記共通情報を利用して平文データを暗号化し、暗号文データを生成する第１の暗号化部（送信データ演算処理部１２、暗号化部１４）と、前記第１の暗号化部で生成された暗号文データを送信フレームに格納して送信する第１の送信部（送受信部１５）と、前記第１の送信部において送信フレームに格納する前記暗号文データが所定のデータ量以下である場合、前記第１の送信部に、前記共通情報の更新に関する情報を当該送信フレームに格納して送信させる第１の共通情報管理部（制御部１７）と、前記第２の通信装置からの暗号文データを受信する第１の受信部（送受信部１５）と、前記第１の受信部で受信された暗号文データを、前記第１の記憶部に記憶された前記共通情報を用いて復号し、平文データを生成する第１の復号部（復号部１９、受信データ演算部２０）と、前記第１の受信部において前記更新に関する情報に対する応答情報が受信された場合に、前記更新に関する情報に基づいて、前記第１の記憶部に記憶された前記共通情報を更新する第１の制御部（制御部１７）と、を備え、前記第２の通信装置は、前記共通情報を記憶する第２の記憶部（記憶部３１）と、前記第１の通信装置からの暗号文データを受信する第２の受信部（送受信部３０）と、前記第２の記憶部に記憶された前記共通情報を利用して前記第２の受信部で受信された暗号文データを復号し、平文データを生成する第２の復号部（復号部３３、受信データ演算処理部３４）と、前記第２の記憶部で記憶された前記共通情報を用いて平文データを暗号化して暗号文データを生成する第２の暗号化部（送信データ演算処理部３６、暗号化部３８）と、前記第２の暗号化部で生成された暗号文データを送信フレームに格納して送信する第２の送信部（送受信部３０）と、前記第２の受信部において、前記更新に関する情報が受信され、かつ、前記第２の送信部において送信フレームに格納する前記暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記更新に関する情報への応答情報を、当該送信フレームに格納して送信させる第２の共通情報管理部（制御部４０）と、前記更新に関する情報に基づいて、前記第２の記憶部に記憶された前記共通情報を更新する第２の制御部（制御部４０）と、を備えることを第６の特徴とする。

上述した諸課題を解決すべく、第７の発明による通信装置は、送信する平文データを暗号化して暗号文データを生成し、かつ、受信した暗号文データを復号して平文データを生成する際に利用する、共通情報を記憶する記憶部（記憶部１１）と、前記記憶部で記憶された前記共通情報を利用して前記平文データを暗号化し、暗号文データを生成する暗号化部（送信データ演算処理部１２、暗号化部１４）と、前記暗号化部で生成された暗号文データを送信フレームに格納して通信先装置に送信する送信部（送受信部１５）と、前記送信部において送信フレームに格納する前記暗号文データが所定のデータ量以下である場合、前記送信部に、前記共通情報の更新に関する情報を当該送信フレームに格納して送信させる共通情報管理部（制御部１７）と、前記通信先装置からの暗号文データを受信する受信部（送受信部１５）と、前記受信部で受信された暗号文データを、前記記憶部に記憶された前記共通情報を用いて復号し、平文データを生成する復号部（復号部１９、受信データ演算部２０）と、前記受信部において前記更新に関する情報に対する応答情報が受信された場合に、前記更新情報に基づいて、前記記憶部に記憶された前記共通情報を更新する制御部（制御部１７）と、を備えることを第７の特徴とする。

送信するデータ量が少ないと判断したタイミングにおいて、初期ベクトル等の共有する情報の更新に関する情報を送受信することで、処理負荷が少なく、かつ、データの送受信遅延を発生させることがなく、更新処理を実行することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる通信システム１（通信システム）の概略を示す図であり、当該通信システム１は、無線通信端末１００（第１の通信装置）および無線基地局３００（第２の通信装置）から構成される。

図２は、図１における通信システム１の一例の要部構成を示すブロック図である。
本実施の形態における通信システム１では、ＤＥＳやＡＥＳ等のブロック暗号アルゴリズムにて、データを暗号化及び復号し、さらに、動作モードとして、初期ベクトルを利用するＣＢＣモードを採用している。これにより、送信側は、順次、平文ブロックを暗号化して生成した暗号文ブロックを受信側に対して送信し、一方、受信側は、受信した暗号文ブロックを復号して平文データを得ている。

図２における無線通信端末１００は、平文データを供給するアプリケーション１０と、初期ベクトルを含む、無線基地局３００との共通情報を記憶する記憶部１１と、平文データにおける平文ブロックと、初期ベクトル、または、１つ前の平文ブロックが暗号化された暗号化ブロックとの排他的論理和による演算を実行する送信データ演算処理部１２と、共通情報に基づいて暗号鍵（共通鍵）を生成する暗号鍵生成部１３と、無線基地局３００に送信する暗号文（暗号文ブロック）を生成する暗号化部１４と、生成した暗号文を無線基地局３００に対して送信するとともに、無線基地局３００から送信された暗号文を受信する送受信部１５と、送受信部１５が、無線基地局３００に暗号文を送信する際の送信フレームに含まれる暗号文のデータ量を把握する送信フレーム把握部１６と、送信フレーム把握部１６において把握された送信フレームが所定の条件に該当する場合に、共通情報に含まれる初期ベクトルの更新に関する情報を無線基地局３００に対して送信させるとともに、初期ベクトルを生成して更新する制御部１７と、共通情報に基づいて復号鍵（共通鍵）を生成する復号鍵生成部１８と、無線基地局３００から受信した暗号文データ（暗号文ブロック）を復号する復号部１９と、復号されたブロックと、初期ベクトル、または、前の暗号文ブロックとの排他的論理和による演算を実行する受信データ演算処理部２０と、を備えている。

アプリケーション１０は、暗号化して無線基地局３００へ送信すべき平文データを、演算処理部１２に出力する。

記憶部１１は、無線通信端末１００と無線基地局３００との共通情報を記憶する共通情報記憶部１１０と、送信データ演算処理部１２及び受信データ演算処理部２０に対して出力される演算処理情報を記憶する演算処理情報記憶部１１１と、をさらに備える。

共通情報記憶部１１０は、無線基地局３００と送受信する際に、データを暗号化及び復号する際に利用する共通情報を記憶する。共通情報には、暗号鍵生成部１３や、復号鍵生成部１８に出力されて、暗号鍵や復号鍵の生成に利用する情報や、送信データ演算処理部１２及び受信データ演算処理部２０に出力し、排他的論理和による演算を実行する際に利用される初期ベクトルが含まれる。 演算処理情報記憶部１１１は、暗号化部１４から出力される暗号文における各暗号文ブロックや、送受信部１５から出力される無線基地局３００から受信した暗号文ブロックを、演算処理情報として記憶する。そして、送信データ演算処理部１２及び受信データ演算処理部２０に、当該暗号文ブロックが出力され、排他的論理和による演算を実行する際の、１つ前の暗号文ブロックとして利用される。

送信データ演算処理部１２は、アプリケーション１０より出力される平文データを、ブロック長に対応する平文ブロックに分割し、当該平文ブロックごとに、記憶部１１（共通情報記憶部１１０または演算処理情報記憶部１１１）に記憶される、初期ベクトル、または、１つ前の平文ブロックが暗号化された暗号文ブロックとの排他的論理和による演算を実行し、演算結果となるブロックを暗号化部１４に出力する。また、送信データ演算処理部１２は、制御部１７から出力される、初期ベクトルの更新に関する情報についても、同様に排他的論理和による演算を実行し、演算結果となるブロックを暗号化部１４に出力する。

暗号鍵生成部１３は、記憶部１１（共通情報記憶部１１０）に記憶される共通情報に基づいて、ブロック長に対応する暗号鍵（共通鍵）を生成し、暗号化部１３に出力する。

暗号化部１４は、送信データ演算処理部１２から出力された演算結果となるブロックを、暗号鍵生成部１３より出力された暗号鍵を利用して暗号化する。生成された暗号文ブロックは、記憶部１１（演算処理情報記憶部１１１）や、送受信部１５に出力する。

送受信部１５は、無線通信チャネルにおいて１送信フレームで送信可能なデータ長に基づいて、暗号化部１４より出力された複数の暗号文ブロックを送信フレームに格納し、無線基地局３００に暗号文として送信する。また、送受信部１５は、無線基地局から送信された暗号文を受信し、記憶部１１や、復号部１９に出力する。

送信フレーム把握部１６は、無線基地局３００との無線通信チャネルの確立後の接続時間や、送受信部３５から無線基地局３００に対して送信される送信フレームに含まれる暗号文ブロックの数をカウントする。このうち、暗号文ブロックの数から、暗号鍵生成部１３において生成される暗号鍵の生成数をカウントすることができる。そして、接続時間に関する情報や、暗号鍵の生成数に関する情報を、制御部１７に出力する。また、送信フレーム把握部１６は、送信フレームにて送信する暗号文が所定のデータ量以下（または、所定のデータ量）であるか判定する。判定の結果、所定のデータ量以下である場合に、制御部１７に対して、所定のデータ量以下である情報を出力する。本実施の形態では、無線通信端末１００のデータ処理能力が小さいことを考慮し、所定のデータ量を０とする場合、つまり、送信フレームに格納するデータ（暗号文）が無い場合に、制御部１７に対して、所定のデータ量以下である情報を出力することとする。この情報に基づいて、無線通信端末１００は、後述する更新に関する処理を実行するので、処理負荷の増加を回避することができる。

制御部１７は、送信フレーム把握部１６から出力された接続時間に関する情報や、暗号鍵の生成数（暗号文ブロックの生成数）に関する情報を取得する。そして、接続時間が、予め設定している閾値（第１の閾値）を超えたか否かを判定する。また、暗号鍵の生成数（暗号文ブロックの数）が、予め設定している閾値（第２の閾値）を超えたか否かも併せて判定する。これらの判定において、いずれかが、閾値を超えた場合に、初期ベクトルの更新に関する情報である、初期化通知を送信データ演算処理部１２に出力し、無線基地局３００へ送信させる。初期化通知としては、無線基地局３００が、無線通信端末１００から送信される暗号文から平文データを生成する際に利用する初期ベクトルの計算に必要なデータが送信される。また、初期化通知の出力は、送信フレーム把握部１６から出力される、送信フレームに含まれるデータが所定のデータ量以下である情報を制御部１７が取得した場合に実行される。

また、制御部１７は、受信データ演算処理部２０から出力された初期化通知に対する初期化応答通知（詳細は後述する。）を取得した場合に、初期ベクトルの更新に関する情報であり、更新した初期ベクトルの利用を開始するフレーム（更新タイミング）をパラメータとして指定する、初期ベクトル更新通知を送信データ演算処理部１２に出力し、無線基地局３００に対して送信させる。この初期ベクトル更新通知の出力は、初期化通知の送信と同様に、送信フレーム把握部１６から出力される、送信フレームに含まれるデータが所定のデータ量以下（または所定のデータ量）である情報を取得した場合に実行される。そして、無線基地局３００が、当該初期ベクトル更新通知を受信したことを、更新した初期ベクトルを利用するフレームまでに確認できた場合、記憶部１１（共通情報記憶部１１０）に記憶されている初期ベクトルを更新し、当該フレームから更新した初期ベクトルを、送信データ演算処理部１２及び受信データ演算処理部２０に利用させる。

復号鍵生成部１８は、記憶部１１（共通情報記憶部１１０）に記憶される共通情報に基づいて、ブロック長に対応する復号鍵（共通鍵）を生成し、復号部１９に出力する。

復号部１９は、送受信部１５から出力された暗号文の各暗号文ブロックを、復号鍵生成部１８から出力された復号鍵を利用して復号し、復号結果となるブロックを受信データ演算処理部２０に出力する。

受信データ演算処理部２０は、復号部１９から出力される各暗号文ブロックの復号結果を、記憶部１１（共通情報記憶部１１０または演算処理情報記憶部１１１）に記憶される、初期ベクトル、または、復号を実行した暗号文ブロックの１つ前の暗号文ブロックとの排他的論理和による演算を実行し、演算結果である平文ブロックをアプリケーション１０に出力する。また、受信データ演算処理部２０は、演算結果として、無線基地局３００から送信された初期ベクトルの更新に関する情報を得た場合は、制御部１７に出力する。
図２における無線基地局３００は、生成した暗号文を無線通信端末１００に対して送信するとともに、無線通信端末１００から送信された暗号文を受信する送受信部３０と、初期ベクトルを含む、無線通信端末１００との共通情報を記憶する記憶部３１と、共通情報に基づいて復号鍵（共通鍵）を生成する復号鍵生成部３２と、無線通信端末１００から受信した暗号文（暗号文ブロック）を復号する復号部３３と、復号したブロックと、共通情報に含まれる初期ベクトル、または、１つ前の暗号文ブロックとの排他的論理和による演算を実行する受信データ演算処理部３４と、ネットワークを介して配信サーバ等から受信した平文データを供給する有線送受信部３５と、平文データにおける平文ブロックと、初期ベクトル、または、１つ前の平文ブロックが暗号化された暗号化ブロックとの排他的論理和による演算を行う送信データ演算処理部３６と、共通情報に基づいて暗号鍵（共通鍵）を生成する暗号鍵生成部３７と、無線通信端末１００に送信する暗号文（暗号文ブロック）を生成する暗号化部３８と、送受信部３０が、無線通信端末１００に暗号文を送信する際の送信フレームに含まれる暗号文のデータ量を把握する送信フレーム把握部３９と、送信フレーム把握部３９において把握された送信フレームが所定の条件に該当する場合に、初期ベクトルの更新に関する情報を無線通信端末１００に対して送信させるとともに初期ベクトルを生成して更新する制御部４０と、を備えている。 送受信部３０は、無線通信チャネルにおいて１送信フレームで送信可能なデータ長に基づいて、暗号化部３８より出力された複数の暗号文ブロックを送信フレームに格納し、無線通信端末１００に暗号文として送信する。また、送受信部３０は、無線基地局から送信された暗号文を受信し、記憶部３１や、復号部３３に出力する。
記憶部３１は、無線通信端末１００と無線基地局３００との共通情報を記憶する共通情報記憶部３１０と、受信データ演算処理部３４及び送信データ演算処理部３６に対して出力される演算処理情報を記憶する演算処理情報記憶部３１１と、をさらに備える。

共通情報記憶部３１０は、無線通信端末１００と送受信する際に、データを暗号化及び復号する際に利用する共通情報を記憶する。共通情報には、復号鍵生成部３２や、暗号鍵生成部３７に出力して暗号鍵、復号鍵の生成に利用される情報や、受信データ演算処理部３４及び送信データ演算処理部３６に出力し、排他的論理和による演算を実行する際に利用される、初期ベクトルが含まれる。 演算処理情報記憶部３１１は、暗号化部３８から出力される暗号文における各暗号文ブロックや、送受信部３０から出力される無線通信端末１００から受信した暗号文ブロックを、演算処理情報として記憶する。そして、受信データ演算処理部３４及び送信データ演算処理部３６に、当該暗号文ブロックが出力され、排他的論理和による演算を実行する際の、１つ前の暗号文ブロックとして利用させる。

復号鍵生成部３２は、記憶部３１（共通情報記憶部３１０）に記憶される共通情報に基づいて、ブロック長に対応する復号鍵（共通鍵）を生成し、復号部３３に出力する。

復号部３３は、送受信部３０から出力された暗号文の各暗号文ブロックを、復号鍵生成部３２から出力された復号鍵を利用して復号し、復号結果となるブロックを受信データ演算処理部３４に出力する。

受信データ演算処理部３４は、復号部３３から出力される各暗号文ブロックの復号結果を、記憶部３１（共通情報記憶部３１０または演算処理情報記憶部３１１）に記憶される、初期ベクトル、または、復号を実行した暗号文ブロックの１つ前の暗号文ブロックとの排他的論理和による演算を実行し、演算結果である平文ブロックを有線送受信部３５に出力する。また、受信データ演算処理部３４は、演算結果として、無線基地局から送信された初期ベクトルの更新に関する情報を得た場合は、制御部４０に出力する。
有線送受信部３５は、ネットワークを介して配信サーバ等（図示せず）から受信した平文データを、送信データ演算処理部３６に出力するともに、受信データ演算処理部３４から出力された平文ブロックを、ネットワークを介して配信サーバ等に送信する。 送信データ演算処理部３６は、有線送受信部３５より出力される平文データを、ブロック長に対応する平文ブロックに分割し、当該平文ブロックごとに、記憶部３１（共通情報記憶部３１０または演算処理情報記憶部３１１）に記憶される、初期ベクトル、または、１つ前の平文ブロックが暗号化された暗号文ブロックとの排他的論理和による演算を実行し、演算結果となるブロックを暗号化部３８に出力する。また、送信データ演算処理部３６は、制御部４０から出力される、初期ベクトルの更新に関する情報についても、同様に排他的論理和による演算を実行し、演算結果を暗号化部３８に出力する。

暗号鍵生成部３７は、記憶部３１（共通情報記憶部３１０）に記憶される共通情報に基づいて、ブロック長に対応する暗号鍵（共通鍵）を生成し、暗号化部３８に出力する。

暗号化部３８は、送信データ演算処理部３６から出力された演算結果となるブロックを、暗号鍵生成部３７より出力された暗号鍵を利用して暗号化する。生成された暗号文ブロックは、記憶部３１（演算処理情報記憶部３１１）や、送受信部３０に出力する。

送信フレーム把握部３９は、送信フレームにて送信する暗号文が所定のデータ量以下であるか判定する。判定の結果、所定のデータ量以下である場合に、制御部４０に対して、所定のデータ量以下である情報を出力する。本実施の形態では、無線基地局３００のデータ処理能力が大きいことを考慮し、初期ベクトルの更新に関する情報を、暗号文と共に、送信フレームに格納して、無線通信端末１００に対して送信することとする。このとき、所定のデータ量として、送信フレームにおいて、初期ベクトルの更新に関する情報を格納可能な、上限となる暗号文のデータ量を設定する。つまり、初期ベクトルの更新に関する情報を格納可能な程度に送信フレームに余裕がある場合に、制御部１７に対して、所定のデータ量以下である情報を出力する。

制御部４０は、受信データ演算処理部３４から出力された初期ベクトルの更新に関する情報として、初期化通知を取得した場合は、初期化通知に対する応答するために、初期ベクトルの更新に関する情報として、初期化応答通知を、送信データ演算処理部３６に出力し、無線通信端末１００へ送信させる。この応答通知の送信は、送信フレーム把握部３９から出力される、送信フレームに含まれる暗号文が所定のデータ量以下である情報を取得した場合に、当該送信フレームに応答通知を含めた送信が実行される。初期化応答通知としては、単に受信したことを通知するデータや、または、秘匿性を確保するために、無線通信端末１００が、無線基地局３００から送信される暗号文から平文データを生成する際に利用する、無線通信端末１００が送信した初期ベクトルと異なる初期ベクトルの計算に必要なデータであってもよい。また、初期化応答通知の出力は、送信フレーム把握部３９から出力される、送信フレームに含まれるデータが所定のデータ量以下である情報を制御部４０が取得した場合に実行される。

また、制御部４０は、受信データ演算処理部３４から出力された、初期ベクトルの更新に関する情報であり、更新した初期ベクトルの利用を開始するフレーム（更新タイミング）をパラメータとして指定された初期ベクトル更新通知を取得した場合は、当該通知を受信した旨の初期ベクトル更新応答通知を、送信データ演算処理部３６に出力し、無線通信端末１００へ送信させる。そして、記憶部３１（共通情報記憶部３１０）に記憶されている初期ベクトルを更新し、当該フレームから更新した初期ベクトルを、受信データ演算処理部３４及び送信データ演算処理部３６に利用させる。

次に、図３を用いて、通信システム１の動作について説明する。

図３は、通信システム１の無線通信端末１００及び無線基地局３００における動作を示すシーケンス図である。
無線通信端末１００におけるステップＳ１０、及び、無線基地局３００におけるステップＳ３０において、無線通信端末１００と無線基地局３００は、通常の通信において使用される無線通信チャネルを確立したら、共通鍵（暗号鍵や復号鍵）を生成するために利用する情報と、初期ベクトルを含む共通情報を共有する。この共通情報の共有は、ＲＳＡ方式等の公開鍵暗号方式を利用して行う。 無線通信端末１００におけるステップＳ１１において、送信フレーム把握部１６は、無線基地局３００との接続時間や、暗号鍵（暗号文ブロック）の生成数を毎フレームにおいてカウントを行う。

無線通信端末１００におけるステップＳ１２において、制御部１７は、送信フレーム把握部１６から出力された、接続時間、または、暗号鍵の生成数のいずれかが、予め設定している閾値（接続時間においては第１の閾値、または、暗号鍵の生整数においては第２の閾値）を超えるか否かを判定する。このとき、いずれかが閾値を超える場合（ステップＳ１２Ｙｅｓに相当）には、ステップＳ１３に移行し、一方、いずれも閾値を超えない場合（ステップＳ１２Ｎｏに相当）には、引き続き、無線基地局３００との接続時間や、暗号鍵の生成数が、閾値を超えるか否かの判定を行う（ステップＳ１２）。

無線通信端末１００におけるステップＳ１３において、送信フレーム把握部１６は、送信フレームにて送信する暗号文のデータ量を把握した上で、送信する暗号文がないかを判定する。このとき、送信フレームにて送信する暗号文がない場合（ステップＳ１３Ｙｅｓに相当）には、ステップＳ１４に移行し、一方、送信する暗号文がある場合（ステップＳ１２Ｎｏに相当）には、引き続き、次の送信フレームにて送信する暗号文があるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

無線通信端末１００におけるステップＳ１４において、制御部１７は、初期ベクトルの更新に関する情報として、初期化通知を、送信する暗号文がないと判定された送信フレームに格納して、無線基地局３００へ送信する。
無線基地局３００への初期化通知の送信後、無線通信端末１００におけるステップＳ１５において、制御部１７は、新たに利用する初期ベクトルの生成を行う。この初期ベクトルの生成は、無線基地局３００へ送信する暗号文が無い場合に、実行することで、より無線通信端末１００における処理負荷の増加を回避することができる。ただし、このときの初期ベクトルの生成は、無線基地局３００から送信される初期化通知応答通知が、単に初期化通知を受信したことを通知するデータであるときとする。これに対し、秘匿性を確保するために、異なる初期ベクトルを利用する場合は、初期化応答通知受信後（後述するステップＳ１６）の後に実行される。

無線基地局３００におけるステップＳ３１において、送受信部３０は、無線通信端末１００から初期化通知を受信する。

無線基地局３００におけるステップＳ３２において、制御部４０は、新たに利用する初期ベクトルの生成を行う。 無線基地局３００におけるステップＳ３３において、送信フレーム把握部３９は、送信フレームにて送信する暗号文のデータ量を把握した上で、暗号文が所定のデータ量以下であるか否かを判定する。このとき、送信フレームにて送信する暗号文が所定のデータ量以下である場合、つまり送信フレームで初期化応答通知を送信する余裕がある場合（ステップＳ３３Ｙｅｓに相当）には、ステップＳ３４に移行し、一方、所定のデータ量を超える場合（ステップＳ３３Ｎｏに相当）には、引き続き、次の送信フレームにて送信する暗号文が所定のデータ量以下であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。

無線基地局３００におけるステップＳ３４において、制御部４０は、初期ベクトルの更新に関する情報である初期化応答通知を、暗号文が所定のデータ量以下であると判定された送信フレームに格納して、無線通信端末１００へ送信する。
無線通信端末１００におけるステップＳ１６において、送受信部１５は、無線基地局３００からの初期化応答通知を受信する。 無線通信端末１００におけるステップＳ１７において、送信フレーム把握部１６は、送信フレームにて送信する暗号文のデータ量を把握した上で、送信する暗号文がないかを判定する。このとき、送信フレームにて送信する暗号文がない場合（ステップＳ１７Ｙｅｓに相当）には、ステップＳ１８に移行し、一方、送信する暗号文がある場合（ステップＳ１７Ｎｏに相当）には、引き続き、次の送信フレームにて送信する暗号文があるか否かを判定する（ステップＳ１７）。

無線通信端末１００におけるステップＳ１８において、制御部１７は、初期ベクトルの更新に関する情報として、初期ベクトル更新通知を、送信する暗号文がないと判定された他送信フレームに格納して、無線基地局３００へ送信する。
無線基地局３００におけるステップＳ３５において、送受信部３０は、無線通信端末１００から初期ベクトル更新通知を受信する。 無線基地局３００におけるステップＳ３６において、制御部４０は、初期ベクトルの更新に関する情報として、初期ベクトル更新通知に対する初期ベクトル更新応答通知を、無線通信端末１００へ送信する。
無線通信端末１００におけるステップＳ１９において、送受信部１５は、無線基地局３００から初期ベクトル更新応答通知を受信し、制御部１７は、無線基地局３００が初期ベクトル更新通知を受信したことを確認する。
無線通信端末１００におけるステップＳ２０、及び、無線基地局３００におけるステップＳ３７において、無線通信端末１００と無線基地局３００は、初期ベクトル更新通知に基づいて、初期ベクトルの更新を行い、初期ベクトル更新通知にて指定されるフレームから、更新された初期ベクトルの利用を開始する。 次に、図４を用いて、通信システム１の無線通信端末１００及び無線基地局３００において送受信される送信フレームごとの処理を示す図である。
無線通信端末１００と無線基地局３００は、通常の通信において使用される無線通信チャネルを確立したら、共通鍵（暗号鍵や復号鍵）を生成するために利用する情報と、初期ベクトルＡとを含む共通情報を共有し、当該初期ベクトルＡを利用した無線通信を、フレーム番号Ｎ（Ｎ：自然数）からＮ＋２まで、互いに実行している。

無線通信端末１００は、フレーム番号がＮ＋３となるフレームにて暗号文の送信を行う際に、無線基地局３００との接続時間や、暗号鍵の生成数のいずれかが、閾値を超えると判定すると、Ｎ＋４以降のフレームにおいて、送信する暗号文のデータ量を把握し、送信フレームに格納することができる暗号文があるか否かの判定に移行する。

フレーム番号がＮ＋５となるフレームにおいて、無線通信端末１００は、当該フレームにて送信する暗号文がないと判定した場合、当該フレームに、初期化通知を格納して、無線基地局３００に送信する。

フレーム番号がＮ＋５のフレームにおいて、初期ベクトル更新通知を受信した無線基地局３００は、Ｎ＋６以降のフレームにおいて、送信する暗号文のデータ量を把握し、暗号文が所定のデータ量以下であるか否かを判定に移行する。

フレーム番号がＮ＋６となるフレームにおいて、無線基地局３００は、送信する暗号文が所定のデータ量を超えないと判定した場合、当該フレームに、初期化通知に対する初期化応答通知を格納して、無線通信端末１００に送信する。

フレーム番号がＮ＋６のフレームにおいて、初期化応答通知を受信した無線通信端末１００は、Ｎ＋７以降のフレームにおいて、送信する暗号文のデータ量を把握し、送信フレームに格納することができる暗号文があるか否かの判定に移行する。

フレーム番号がＮ＋８となるフレームにおいて、無線通信端末１００は、当該フレームにて送信する暗号文がないと判定した場合、当該フレームに、フレーム番号Ｎ＋１０から利用する初期ベクトルＡを初期化ベクトルＢに更新する通知を行うための初期ベクトル更新通知を格納して、無線基地局３００に送信する。

フレーム番号がＮ＋８のフレームにおいて、初期ベクトル更新通知を受信した無線通信基地局３００は、Ｎ＋９のフレームにおいて、初期ベクトル更新応答通知を送信する。

そして、無線通信端末１００と、無線基地局３００は、初期ベクトルＡを更新し、フレーム番号Ｎ＋１０以降、初期ベクトルＢを利用した無線通信を実行する。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、第１の通信装置として無線通信端末１００を、第２の通信装置として無線基地局３００とする無線通信における実施の形態を記載したが、これに限られるものではない。本発明における第１の通信装置及び第２の通信装置は、例えば、アドホックネットワークなどのマルチホップ通信における無線端末間での無線通信においても有効である。 さらに、上記実施例では、無線通信端末１００と、無線基地局３００が初期ベクトルの更新に関する情報を送信する際に、異なる条件を利用した判定を行っているが、互いに同様な条件を利用した判定を行うようにすることもできる。

本発明の実施形態に係る通信システム構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る通信システムの要部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る通信システムにおける、初期ベクトルの更新処理を示す図である。 本発明の実施形態に係る通信システムにおける、データの送受信と初期ベクトルの更新を示すブロック図である。 ＣＢＣモードを説明する概念図である。

符号の説明

１：無線通信システム
１００：無線通信端末
３００：無線基地局
１０：アプリケーション
１１：記憶部
１２：送信データ演算処理部
１３：暗号鍵生成部
１４：暗号化部
１５：送受信部
１６：送信フレーム把握部
１７：制御部
１８：復号鍵生成部
１９：復号部
２０：受信データ演算処理部
１１０：共通情報記憶部
１１１：演算処理情報記憶部
３０：送受信部
３１：記憶部 ３２：復号鍵生成部
３３：復号部
３４：受信データ演算処理部
３５：有線送受信部
３６：送信データ演算処理部
３７：暗号鍵生成部
３８：暗号化部
３９：送信フレーム把握部
４０：制御部
３１０：共通情報記憶部
３１１：演算処理情報記憶部

Claims (7)

1. 第１の通信装置と、第２の通信装置と、の間で行われるデータの送受信方法であって、
   前記第１の通信装置と前記第２の通信装置が、送信する平文データを暗号化して暗号文データを生成し、かつ、受信した暗号文データを復号して平文データを生成する際に利用する、共通情報を共有する共有ステップと、
   前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間で、前記共通情報を利用して生成した前記暗号文データを送受信する送受信ステップと、
   前記第１の通信装置が、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記共通情報の更新に関する情報を当該送信フレームに格納して送信する更新情報送信ステップと、
   前記第２の通信装置が、前記更新に関する情報を受信する更新情報受信ステップと、
   前記第２の通信装置が、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記更新に関する情報に対する応答情報を当該送信フレームに格納して送信する応答情報送信ステップと、
   前記第１の通信装置が、前記応答情報を受信する応答情報受信ステップと、
   前記第１の通信装置と前記第２の通信装置とが、前記更新に関する情報に基づいて、前記共通情報を更新する更新ステップと、
   を含むことを特徴とする送受信方法。
2. 前記第１の通信装置は、
   前記送受信ステップにおける、前記暗号文データの送信が、所定の条件に該当するか否かを判定する判定ステップと、を更に含み、
   前記判定ステップが、前記所定の条件に該当する場合に、前記更新情報送信ステップを実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の送受信方法。
3. 前記判定ステップにおける、前記所定の条件とは、
   前記第２の通信装置との通信時間が第１の閾値を超える、ことを意味する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の送受信方法。
4. 前記判定ステップにおける、前記所定の条件とは、
   前記暗号文データの生成数が第２の閾値を超える、ことを意味する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の送受信方法。
5. 前記第１の通信装置が、前記応答情報を受信し、かつ、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記共通情報を更新するタイミングに関する情報を送信する更新タイミング情報送信ステップと、
   前記第２の通信装置が、前記タイミングに関する情報を受信する更新タイミング情報受信ステップと、
   前記第２の通信装置が、送信フレームに格納する暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記タイミング情報に対するタイミング応答情報を送信する更新タイミング応答情報送信ステップと、
   前記第１の通信装置が、前記タイミング応答情報を受信する更新タイミング応答情報受信ステップと、を更に備え、
   前記第１の通信装置が、前記更新タイミング応答情報を、前記更新するタイミングまでに受信した場合に、前記更新ステップを実行する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の送受信方法。
6. 
   第１の通信装置と、第２の通信装置と、を有し、データを送受信する通信システムであって、 前記第１の通信装置は、
   送信する平文データを共通鍵で暗号化して暗号文データを生成し、かつ、受信した暗号文データを当該共通鍵で復号して平文データを生成する際に利用する、共通情報を記憶する第１の記憶部と、
   前記第１の記憶部で記憶された前記共通情報を利用して平文データを暗号化し、暗号文データを生成する第１の暗号化部と、
   前記第１の暗号化部で生成された暗号文データを送信フレームに格納して送信する第１の送信部と、
   前記第１の送信部において送信フレームに格納する前記暗号文データが所定のデータ量以下である場合、前記第１の送信部に、前記共通情報の更新に関する情報を当該送信フレームに格納して送信させる第１の共通情報管理部と、
   前記第２の通信装置からの暗号文データを受信する第１の受信部と、
   前記第１の受信部で受信された暗号文データを、前記第１の記憶部に記憶された前記共通情報を用いて復号し、平文データを生成する第１の復号部と、
   前記第１の受信部において前記更新に関する情報に対する応答情報が受信された場合に、前記更新に関する情報に基づいて、前記第１の記憶部に記憶された前記共通情報を更新する第１の制御部と、を備え、
   前記第２の通信装置は、
   前記共通情報を記憶する第２の記憶部と、
   前記第１の通信装置からの暗号文データを受信する第２の受信部と、
   前記第２の記憶部に記憶された前記共通情報を利用して前記第２の受信部で受信された暗号文データを復号し、平文データを生成する第２の復号部と、
   前記第２の記憶部で記憶された前記共通情報を用いて平文データを暗号化して暗号文データを生成する第２の暗号化部と、
   前記第２の暗号化部で生成された暗号文データを送信フレームに格納して送信する第２の送信部と、
   前記第２の受信部において、前記更新に関する情報が受信され、かつ、前記第２の送信部において送信フレームに格納する前記暗号文データが所定のデータ量以下である場合に、前記更新に関する情報への応答情報を、当該送信フレームに格納して送信させる第２の共通情報管理部と、
   前記更新に関する情報に基づいて、前記第２の記憶部に記憶された前記共通情報を更新する第２の制御部と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
7. 送信する平文データを暗号化して暗号文データを生成し、かつ、受信した暗号文データを復号して平文データを生成する際に利用する、共通情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部で記憶された前記共通情報を利用して前記平文データを暗号化し、暗号文データを生成する暗号化部と、
   前記暗号化部で生成された暗号文データを送信フレームに格納して通信先装置に送信する送信部と、
   前記送信部において送信フレームに格納する前記暗号文データが所定のデータ量以下である場合、前記送信部に、前記共通情報の更新に関する情報を当該送信フレームに格納して送信させる共通情報管理部と、
   前記通信先装置からの暗号文データを受信する受信部と、
   前記受信部で受信された暗号文データを、前記記憶部に記憶された前記共通情報を用いて復号し、平文データを生成する復号部と、
   前記受信部において前記更新に関する情報に対する応答情報が受信された場合に、前記更新情報に基づいて、前記記憶部に記憶された前記共通情報を更新する制御部と、
   を備えることを特徴とする通信装置。