JP2010157889A - 無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＰＳにおける処理時間を短縮可能な無線通信方法を提供すること。
【解決手段】無線ＬＡＮ通信規格のＷＰＳにおいてレジストレーションプロトコルの開始を求める第１フレームEAPOL-Startを受信するステップＳ３３と、前記第１フレームEAPOL-Startの受信の後、無線ＬＡＮ通信のセキュリティ規格であるＷＰＡ、ＷＰＡ２、及びＷＥＰの少なくともいずれかを含むセキュリティタイプと、前記セキュリティタイプ毎の暗号鍵とを含む第２フレームＭ８を送信するステップＳ４３と、前記第２フレームＭ８の送信の後、前記ＷＰＳの終了を命令する第３フレームEAPOL-Failを送信するステップＳ４５とを具備する。
【選択図】図１０

Description

この発明は、無線通信方法に関する。例えば、ＷＰＳプロトコルに関する。

ＷＰＳ（Wi-Fi Protected Setup）は、無線ＬＡＮのセキュリティ設定プロトコルであり、セキュリティ設定を無線ＬＡＮ基地局（アクセスポイント）と無線ＬＡＮ端末（ステーション）へ安全に配布することを目的に作成されたものである（例えば非特許文献１参照）。

暗号化アルゴリズムにＷＰＡ（Wi-Fi Protected Access）が使用される場合、ＷＰＳによって安全な通路が作成された後、再度ＷＰＡを用いて安全な通路を作成し、この通路を用いて暗号鍵が配布される（例えば非特許文献２参照）。

すなわち、ＷＰＳとＷＰＡとにおいて、それぞれ同じような処理を行う必要がある。その結果、ＷＰＳとＷＰＡが連動するシーケンスの処理時間が非常に長くなる、という問題があった。
Wi-Fi Alliance, "Wi-Fi Protected Setup Specification", Version 1.0h, December, 2006 IEEE Computer Society, "IEEE Standard for Information technology for Information technology - Telecommunication and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications", IEEE Std 802.11-2007, Revision of IEEE Std 802.11-1999

この発明は、暗号化したデータの送受信を開始するための処理時間を短縮可能な無線通信方法を提供する。

この発明の一態様に係る無線通信方法は、無線ＬＡＮ通信規格のＷＰＳにおいてレジストレーションプロトコルの開始を求める第１フレームを受信するステップと、前記第１フレームの受信の後、無線ＬＡＮ通信のセキュリティ規格であるＷＰＡ、ＷＰＡ２、及びＷＥＰの少なくともいずれかを含むセキュリティタイプと、前記セキュリティタイプ毎の暗号鍵とを含む第２フレームを送信するステップと、前記第２フレームの送信の後、前記ＷＰＳの終了を命令する第３フレームを送信するステップとを具備する。

本発明によれば、暗号化したデータの送受信を開始するための処理時間を短縮可能な無線通信方法を提供出来る。

以下、この発明の実施形態につき図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。

［第１の実施形態］
この発明の第１の実施形態に係る無線通信方法について説明する。図１は、本実施形態に係る無線ＬＡＮシステムのブロック図である。

図示するように無線ＬＡＮシステム１は、無線ＬＡＮ基地局（以下、アクセスポイント（access point）と呼ぶ）２及び複数の無線ＬＡＮ端末（以下、ステーション（station）と呼ぶ）３を備えており、これらによって通信ネットワーク（ＬＡＮ）が構成されている。ステーション３は、アクセスポイント２との間で、２０ＭＨｚまたは４０ＭＨｚの周波数帯域幅を用いた無線通信を行う。アクセスポイント２は、ステーション３を収容してＢＳＳ（Basic Service Set）を形成する。また、ＢＳＳに含まれるステーションの数は、図１では８個であるが、特に限定されるものでは無い。

＜アクセスポイント２及びステーション３の構成＞
次に、図１で説明したアクセスポイント２及びステーション３の構成について、図２を用いて説明する。図２は、アクセスポイント２またはステーション３のブロック図である。アクセスポイント２及びステーション３は、同様の構成を有しているので、以下ではアクセスポイント２の場合を例に挙げて説明する。

図示するようにアクセスポイント２は、おおまかにはベースバンド部１０、ＲＦ（Radio Frequency）部２０、アンテナ３０、記憶装置４０、及びホストＰＣ５０を備えている。

ＲＦ部２０は、無線伝送路上で通信を行う際に使用する高周波数帯域の信号の授受を行い、送受信されるアナログ信号のデータの増幅等を行う。そして、アンテナ３０からデータを送信、または受信する。ＲＦ部２０は、例えばベースバンド部１０が形成されるベースバンドチップとは別の、ＲＦチップ上に形成される。

ベースバンド部１０は、物理部１１、ＭＡＣ（medium access controller）部１２、ＣＰＵ（central processing unit）１３、メモリコントローラ１４、記憶装置１５、及び接続部１６を備えている。これらは、同一のベースバンドチップ上に形成される。

物理部１１は、送信データ及び受信データの物理層についての処理を行う。すなわち物理部１１は、フレームの受信時には、ＲＦ部２０から与えられる受信信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を得る。更に、このデジタル信号につき復調処理を行う。すなわち、例えば直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：orthogonal frequency division multiplexing）復調及び誤り訂正復号を行って、受信フレームを得る。そして、得られた受信フレームをＭＡＣ部１２へ出力する。

他方、フレームの送信時には、物理部１１は、ＭＡＣ部１２から送信フレームを受け取る。そして、受け取った送信フレームの冗長符号化及びＯＦＤＭ変調を行い、更にＤ／Ａ変換することによりアナログ信号を得て、このアナログ信号を送信信号としてＲＦ部２０へ出力する。そして、この送信フレームが、ＲＦ部２０によってアンテナ３０からステーション３へ送信される。

ＭＡＣ部１２は、送信データ及び受信データのＭＡＣ層についての処理を行う。すなわちＭＡＣ部１２は、フレームの受信時には、物理部１１から受信フレームを受け取る。そして、受信フレームからＭＡＣヘッダを取り除いてパケットを組み立てる。なおパケットとは、送受信データがパーソナルコンピュータ等において扱えるデータ構造に組み立てられたものであり、フレームとは、無線通信により通信可能に組み立てられた送受信データのことである。フレームの送信時には、ＣＰＵ１３またはホストＰＣ５０からパケットを受け取る。そして、パケットにＭＡＣヘッダを付与して送信フレームを組み立て、これを物理部１１へ出力する。

ＣＰＵ１３は、ベースバンド部１０全体の動作を制御する。また、送信データ及び受信データについての処理を行う。例えば、送信データにつき暗号化を行い、これをＭＡＣ部１２へ出力する。また、ＭＡＣ部１２で得られた受信データにつき暗号を解読（復号化）し、得られた平文データを記憶装置１５、４０に保持させる。

メモリコントローラ１４は、記憶装置１５及び記憶装置４０に対するアクセスを制御する。

記憶装置１５は、例えばＳＲＡＭ等の半導体メモリである。そして、受信データ及び送信データを保持する。

接続部１６は、ベースバンド部１０とホストＰＣ５０との間の接続を司る。すなわち、ホストＰＣ５０との間におけるデータや制御信号の授受を制御する。

記憶装置４０は、例えばＳＤＲＡＭ（synchronous DRAM）等の半導体メモリである。そして、受信データ及び送信データを保持する。勿論、ハードディスク等の記憶装置であっても良い。

ホストＰＣ５０は、接続部５１を備えている。接続部５１は、ホストＰＣ５０とベースバンド部１０の接続部１６との間の接続を司る。すなわち、ベースバンド部１０との間におけるデータや制御信号の授受を制御する。そしてホストＰＣ５０は、ステーション３へ送信すべき送信データを生成し、接続部１６及びメモリコントローラ１４を介して記憶装置１５、４０に保持させる。更にホストＰＣ５０は、メモリコントローラ１４及び接続部１６を介して記憶装置１５、４０から受信データを読み出し、この受信データを用いて処理を行う。なお、送信データの暗号化及び受信データの解読は、ＣＰＵ１３の代わりにホストＰＣ５０が行っても良い。

＜アクセスポイント２及びステーション３の動作＞
次に、本実施形態に係るアクセスポイント２及びステーション３の動作につき、特にＷＰＳに着目して説明する。なお、以下の動作につき、信号（パケット）の作成や、信号（パケット）の内容の解析等は、ＣＰＵ１３またはＭＡＣ部１２において行われる。

＜ステーション３の動作＞
まず、ステーション３の動作について、図３を用いて説明する。図３は、ステーション３のＷＰＳ時の動作を示すフローチャートである。

ステーション３はＷＰＳを開始すると（ステップＳ１０）、まずＷＰＳをサポートするアクセスポイントを探索する（ステップＳ１１）。そしてアクセスポイント２を発見すると（ステップＳ１２、ＹＥＳ）、ＷＰＳレジストレーションプロトコル（registration protocol）を開始する（ステップＳ１３）。

すなわちステーション３は、ＷＰＳの規定に従って、EAPOL(EAP over LAN)-Startフレーム、EAP(extensible authentication protocol)-Response/Identifyフレーム等を、アクセスポイント２へ送信する。引き続き、EAP-Request及びEAP-Responseフレームにより、ＷＰＳに規定されるメッセージＭ１〜Ｍ６を、アクセスポイント２との間で交換する（ステップＳ１４）。

メッセージＭ６を受け取った後、ステーション３は、メッセージＭ７となるEAP-ResponseフレームにAuthentication-RequestとAssociation-Requestの情報を格納して、これをアクセスポイント２へ送信する（ステップＳ１５）。メッセージＭ７のフレームフォーマットを図４に示す。

図示するようにメッセージＭ７は、データ（フレームボディ）にＩＥＥＥ ８０２．１１ヘッダを付加した構成を有している。そしてフレームボディ中には、Code、Identifier、Length、Type、Vendor-ID、Vendor-Type、Op-Code、Flags、Message Length、及びDataフィールドが含まれる。本構成は、ＷＰＳの規格で定められており、メッセージＭ７以外のEAP-Responseフレーム及びEAP-Requestフレームも同様であり、Dataフィールドの内容が互いに異なる。

メッセージＭ７のDataフィールドには、Version、Message Type、Registrar Nonce、Encrypted Settings、及びAuthenticatorの情報に加えて、Authentication-Request及びAssociation-Requestが含まれる。これらの要素として、要素毎に与えられたＩＤ、要素のデータサイズ（バイト数）、及び要素そのものが、Dataフレームに格納されている。図４の例では、Version、Message Type、Registrar Nonce、Encrypted Settings、Authenticator、Authentication-Request、及びAssociation-RequestのＩＤとして、“０ｘ１０４Ａ”、“０ｘ１０２２”、“０ｘ１０１Ａ”、“０ｘ１０１８”、“０ｘ１００５”、“０ｘ１０８０”、及び“０ｘ１０８１”がそれぞれ割り当てられている。なお“０ｘ”は、後続する数値が１６進数表記であることを示す。そして例えばVersionの場合、そのサイズが１バイトであることが、ＩＤの次に格納される。従ってメッセージＭ７の受信側は、DataフィールドにＩＤ＝“０ｘ１０４Ａ”を発見すると、このサイズ情報に後続する１バイト分の情報が、Versionを示していると認識出来る。

上記のVersion、Message Type、Registrar Nonce、Encrypted Settings、及びAuthenticatorの情報がメッセージＭ７に含められることは、ＷＰＳの規格によって定められている。本実施形態では、これらに加えて更に、Authentication-Request及びAssociation-Requestが、メッセージＭ７に含まれる。Authentication-Request及びAssociation-Requestは、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格におけるマネージメント情報の一つであり、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格におけるAuthentication-Requestフレーム及びAssociation-Requestフレームのボディ部分にそれぞれ相当する。この際ステーション３は、Association-RequestにＷＰＡ ＩＥ（information element）を格納する。ＷＰＡ ＩＥとは、当該ステーション３がＷＰＡをサポートしていることを示す情報であり、ステーション３が使用を希望する暗号化方式についての情報も含まれる。

次にステーション３は、アクセスポイント２からメッセージＭ８としてのEAP-Requestフレームを受信する（ステップＳ１６）。メッセージＭ８のフレームフォーマットを図５に示す。図示するようにメッセージＭ８のDataフィールドは、Version、Message Type、Enrollee Nonce、Encrypted Settings、及びAuthenticatorの情報に加えて、Authentication-Response及びAssociation-Responseが含まれる。メッセージＭ７と同様に、これらの要素として、ＩＤ、サイズ、及び要素の内容が、Dataフィールドに格納される。

上記の要素のうち、Version、Message Type、Enrollee Nonce、Encrypted Settings、及びAuthenticatorがメッセージＭ８に含められることは、ＷＰＳの規格によって定められている。本実施形態では、これらに加えて更に、Authentication-Response及びAssociation-ResponseがメッセージＭ８に含まれる。Authentication-Response及びAssociation-Responseは、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格におけるマネージメント情報の一つであり、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格におけるAuthentication-Responseフレーム及びAssociation-Responseフレームのボディ部分にそれぞれ相当する。またAssociation-Responseには、Status Codeフィールドが含まれる。このフィールドには、アクセスポイント２がＷＰＡをサポートしていれば“Successful”が格納され、サポートしていなければそれ以外の値が格納される。このことも、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格に規定されている。

またＷＰＳの規定によって、メッセージＭ８のEncrypted Settingsフィールドには、Credential、New Password、Device Password ID、及びKey Wrap Authenticatorの情報が含まれる。本実施形態では、このうちのCredentialに、ＷＰＳにより定められた情報に加えて、データの通信に使用するセキュリティ情報についての情報が含まれる。この情報は、より具体的には、メッセージＭ７のAssociation-RequestのＷＰＡ ＩＥにおいてステーション３が使用を希望した暗号化方式のうち、アクセスポイント２がサポートしている暗号化方式と、その暗号化方式で使用する暗号鍵の情報である。

図５では、暗号化方式としてＷＰＡ２−ＡＥＳ（advanced encryption standard）、ＷＰＡ２−ＴＫＩＰ（temporal key integrity protocol）、ＷＰＡ−ＡＥＳ、ＷＰＡ−ＴＫＩＰ、及びＷＥＰ（wired equivalent privacy）がサポートされている場合について示している。より具体的には、アクセスポイント２が使用可能な暗号化方式のＩＤ、暗号鍵のデータサイズ、及び暗号鍵が、Credentialに格納される。この内容について、図６を用いて説明する。図６は、メッセージＭ８中のCredentialに含まれる暗号化方式及び暗号鍵の内容を示す表である。

図示するように、ＩＤ＝“０ｘ１０６５”は、暗号化方式としてＷＰＡ２−ＡＥＳが使用されることを意味する。そして、サイズ情報の直後には、ＷＰＡ２−ＡＥＳのＰＴＫ（pairwise transient key）用暗号鍵が格納される。ＩＤ＝“０ｘ１０６６”は、暗号化方式としてＷＰＡ２−ＡＥＳが使用されることを意味する。そして、サイズ情報の直後には、ＷＰＡ２−ＡＥＳのＧＴＫ（group temporal key）用暗号鍵が格納される。なお、ＰＴＫは、フレームがユニキャストフレームとして送信される場合を意味し、ＧＴＫは、ブロードキャストフレームとして送信される場合を意味する。ＩＤ＝“０ｘ１０６７”は、暗号化方式としてＷＰＡ２−ＴＫＩＰが使用されることを意味する。そして、サイズ情報の直後には、ＷＰＡ２−ＴＫＩＰのＰＴＫ用暗号鍵が格納される。ＩＤ＝“０ｘ１０６８”は、暗号化方式としてＷＰＡ２−ＴＫＩＰが使用されることを意味する。そして、サイズ情報の直後には、ＷＰＡ２−ＴＫＩＰのＧＴＫ用暗号鍵が格納される。ＩＤ＝“０ｘ１０６９”は、暗号化方式としてＷＰＡ−ＡＥＳが使用されることを意味する。そして、サイズ情報の直後には、ＷＰＡ−ＡＥＳのＰＴＫ用暗号鍵が格納される。ＩＤ＝“０ｘ１０６Ａ”は、暗号化方式としてＷＰＡ−ＡＥＳが使用されることを意味する。そして、サイズ情報の直後には、ＷＰＡ−ＡＥＳのＧＴＫ用暗号鍵が格納される。ＩＤ＝“０ｘ１０６Ｂ”は、暗号化方式としてＷＰＡ−ＴＫＩＰが使用されることを意味する。そして、サイズ情報の直後には、ＷＰＡ−ＴＫＩＰのＰＴＫ用暗号鍵が格納される。ＩＤ＝“０ｘ１０６Ｃ”は、暗号化方式としてＷＰＡ−ＴＫＩＰが使用されることを意味する。そして、サイズ情報の直後には、ＷＰＡ−ＴＫＩＰのＧＴＫ用暗号鍵が格納される。ＩＤ＝“０ｘ１０６Ｄ”の直後には、ＷＰＡまたはＷＰＡ２で使用されるＧＴＫの初期シーケンス番号ＲＳＣ（receive sequence counter）が格納される。ＩＤ＝“０ｘ１０６Ｅ”、“０ｘ１０６Ｆ”、“０ｘ１０７０”はそれぞれ、暗号化方式としてＷＥＰ（２４ビット、４０ビット、１０４ビット）が使用されることを意味する。そして、サイズ情報の直後には、ＷＥＰのＰＴＫ及びＧＴＫ用暗号鍵が格納される。

勿論、メッセージＭ８には上記ＩＤの全てが含まれる場合もあるし、上記のうちの一部のみが含まれる場合もある。これは、ステーション３がどれだけの種類の暗号化方式をサポートし、更にそのうちのどれだけの種類の暗号化方式をアクセスポイント２がサポートしているかに依存する。

次にステーション３は、メッセージＭ８のAuthentication-ResponseのStatus-Codeフィールドが“Successful”であるか否かを確認する（ステップＳ１７）。“Successful”でなければ（ステップＳ１８、ＮＯ）、ステーション３はＮＡＣＫとしてのEAP-Responseフレームを返信し（ステップＳ１９）、ステップＳ１１に戻る。

EAP-Response(NACK)のフレームフォーマットを図７に示す。図示するように、ＮＡＣＫのDataフィールドには、Version、Message Type、Enrollee Nonce、Registrar Nonce、及びConfiguration Errorを示す情報が含まれる。ＮＡＣＫのフォーマットは、ＷＰＳの規格によって定められたとおりである。

ステップＳ１７においてStatus-Codeフィールドが“Successful”であれば（ステップＳ１８、ＹＥＳ）、ステーション３は、メッセージＭ８に含まれるセキュリティ情報のうち、自分のポリシーと一致するものがあるか否かを確認する（ステップＳ２０）。そして、一致するものが無ければ（ステップＳ２１、ＮＯ）、ステップＳ１９の処理を行う。他方、一致するものがあれば（ステップＳ２１、ＹＥＳ）、ステーション３は、利用するセキュリティタイプのＩＤをEAP-Response(Done)に格納して、これをアクセスポイント２へ送信する（ステップＳ２２）。

EAP-Response(Done)のフレームフォーマットを図８に示す。図示するように、Dataフィールドは、ＷＰＳの規格によって定められたVersion、Message Type、Enrollee Nonce、及びRegistrar Nonceの情報に加えて、利用する暗号化方式のＩＤを含む。ステーション３が複数の暗号化方式の使用を希望する場合には、その暗号化方式のＩＤが列挙される。

その後、EAP-failを受信することで（ステップＳ２３、ＹＥＳ）、ステーション３はＷＰＳを終了し、データの通信を開始する（ステップＳ２４）。

＜アクセスポイント２の動作＞
次に、アクセスポイント２の動作について、図９を用いて説明する。図９は、アクセスポイント２のＷＰＳ時の動作を示すフローチャートである。

アクセスポイント２はＷＰＳを開始すると（ステップＳ３０）、まずＷＰＳをサポートするステーションを探索する（ステップＳ３１）。そしてステーションを発見すると（ステップＳ３２、ＹＥＳ）、ＷＰＳレジストレーションプロトコルを開始する（ステップＳ３３）。

すなわちアクセスポイント２は、EAPOL-Startフレームを受信することでＷＰＳレジストレーションプロトコルを開始し、EAP-Request/Identifyフレーム等を、ステーション３へ送信する。引き続き、EAP-Request及びEAP-Responseフレームにより、ＷＰＳに規定されるメッセージＭ１〜Ｍ６を、アクセスポイント２との間で交換する（ステップＳ１４）。

引き続きアクセスポイント２は、メッセージＭ７を受信する（ステップＳ３５）。メッセージＭ７の構成は、図４を用いて説明した通りである。そしてアクセスポイント２は、メッセージＭ７のDataフィールドにAuthentication-Request及びAssociation-Requestが含まれるか否かを確認する（ステップＳ３６）。これは、DataフィールドにＩＤ＝“０ｘ１０８０”、“０ｘ１０８１”が含まれるか否かを確認することで実行可能である。

含まれない場合には（ステップＳ３７、ＮＯ）、従来通りのＷＰＳを実行する（ステップＳ３８）。含まれる場合には（ステップＳ３７、ＹＥＳ）、アクセスポイント２は、メッセージＭ７に含まれるアソシエーション情報のうち、自分のポリシーと一致するものがあるか否かを確認する（ステップＳ３９）。これは、Association-Requestに含まれるＷＰＡ ＩＥを確認することで行われる。つまり、ＷＰＡ ＩＥには、ステーション３が使用を希望する暗号化方式の情報が含まれている。従ってアクセスポイント２は、ステーション３が使用を希望する暗号化方式を自分がサポート出来るか否かを確認する。

そして、一致するものが無ければ（ステップＳ４０、ＮＯ）、すなわち、ステーション３の希望する暗号化方式をサポート出来なければ、メッセージＭ８のAuthentication-ResponseのStatus Codeに“Error”を格納して、ステーション３へ送信する（ステップＳ４１）。メッセージＭ８の構成は、図５を用いて説明した通りである。他方、一致するものがあれば（ステップＳ４０、ＹＥＳ）、すなわち、ステーション３の希望する暗号化方式をひとつでもサポート出来れば、アクセスポイント２は、サポート可能な暗号化方式毎に暗号鍵を生成する（ステップＳ４２）。そして、メッセージＭ８のAuthentication-ResponseのStatus Codeに“Successful”を格納し、Credentialに、サポート可能な暗号化方式のＩＤと、生成した暗号鍵を格納して、ステーション３へ送信する（ステップＳ４３）。

その後、EAP-Response(Done)を受信すると（ステップＳ４４、ＹＥＳ）、アクセスポイント２はEAP-failフレームをステーション３へ送信して（ステップＳ４５）、ＷＰＳを終了し、データの通信を開始する（ステップＳ２４）。

＜ＷＰＳの具体例について＞
次に、上記アクセスポイント２及びステーション３の動作の具体例について、図１０を用いて説明する。図１０は、ＷＰＳ時におけるアクセスポイント２とステーション３との間のフレームシーケンスであり、ＷＰＡを使用する場合について示している。なお、図中の“ＳＴＡ”とあるのがステーション３側であり、“ＡＰ”とあるのがアクセスポイント２側である。また、暗号化方式にＷＰＡ２及びＷＥＰを使用する場合も同様である。

図示するようにステーション３は、アクセスポイント２の送信するBeaconに応答して、Probe-Requestをアクセスポイント２へ送信する。またアクセスポイント２は、Probe-Requestに応答して、Probe-Responseをステーション３へ送信する（ステップＳ１０〜Ｓ１２、Ｓ３０〜Ｓ３２）。

次にステーション３が、EAPOL-Startをステーション３へ送信する。これにより、ＷＰＳレジストレーションプロトコルが開始される（ステップＳ１３、Ｓ３３）。引き続き、EAP-Request/Identify、EAP-Response/Identify、及びEAP-Request(Start)の送受信が行われ、更にメッセージＭ１〜Ｍ６の交換が行われる（ステップＳ１４、Ｓ３４）。

メッセージＭ６の受信の後、ステーション３は、メッセージＭ７をアクセスポイント２へ送信する（ステップＳ１５）。前述の通りステーション３は、メッセージＭ７にAuthentication-RequestとAssociation-Requestを含めた図４のフレームフォーマットにより、メッセージＭ７を組み立てる。

このメッセージＭ７をアクセスポイント２が受信すると（ステップＳ３５）、アクセスポイント２は、メッセージＭ７のDataフィールドを調べることで、Authentication-Request及びAssociation-Requestが含まれているか否かを判断する（ステップＳ３６）。すなわち、Dataフィールドに“０ｘ１０８０”、“０ｘ１０８１”に格納されていた場合には、Authentication-Request及びAssociation-Requestが含まれていると判断する。

メッセージＭ７にAuthentication-Request及びAssociation-Requestが含まれている場合（ステップＳ３７、ＹＥＳ）、アクセスポイント２は、Association-Request内のＷＰＡ ＩＥを参照することにより、このステーション３と接続するか否かを判断する（ステップＳ３９）。この処理は、従来のＷＰＡの認証処理と同様である。

認証する場合には（ステップＳ４０、ＹＥＳ）、アクセスポイント２は、Authentication-Response、Association-Response、暗号化方式、及び暗号鍵を含む図６のフレームフォーマットにより、メッセージＭ８を組み立てて、ステーション３へ送信する（ステップＳ４２〜Ｓ４３）。この際、Association-ResponseのStatus Codeフィールドには、“Successful”が格納される。またメッセージＭ８に含められる暗号化方式及び暗号鍵は、ＷＰＡ ＩＥにおいてステーション３が希望したもののうち、アクセスポイント２がサポート可能なものに対応する。

例えば、ステーション３がＴＫＩＰの使用を望む暗号化方式としてＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＰＴＫ及びＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＧＴＫがＷＰＡ ＩＥに含まれ、且つ、アクセスポイント２がこれらをサポートしていた場合を仮定する。するとアクセスポイント２は、DataフィールドのCredentialに、ＩＤ＝“０ｘ１０６Ｂ”、ＷＰＡ−ＴＫＩＰのＰＴＫ用暗号鍵、ＩＤ＝“０ｘ１０６Ｃ”、ＷＰＡ−ＴＫＩＰのＧＴＫ用暗号鍵、ＩＤ＝“０ｘ１０６Ｄ”、及びＷＰＡのＧＴＫ用ＲＳＣを格納して、メッセージＭ８を組み立てる。

他方、アクセスポイント２がＷＰＡ−ＴＫＩＰをサポートしていないか、またはその他のアソシエーション情報がアクセスポイント２のポリシーに一致しない場合には、このステーション３を認証出来ない。従ってこの場合には（ステップＳ４０、ＮＯ）、アクセスポイント２は、Association-ResponseのStatus Codeフィールドには、“Successful”以外の値（“Error”）を格納し、且つ暗号化方式及び暗号鍵を含めることなくメッセージＭ８を組み立てる（ステップＳ４１）。

次に、メッセージＭ８を受信したステーション３（ステップＳ１６）は、Association-ResponseフィールドのStatus Codeを確認する（ステップＳ１７）。Status Codeが“Successful”であれば、メッセージＭ８には暗号化方式と暗号鍵とが格納されているはずであるので、ステーション３はこれを確認する（ステップＳ２０）。

ステップＳ２０の結果、希望する暗号化方式がアクセスポイント２によってサポートされていれば（ステップＳ２１、ＹＥＳ）、これに対応するＩＤをEAP-Response(Done)に格納して、送信する（ステップＳ２２）。例えば、上述のようにアクセスポイント２がＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＰＴＫ及びＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＧＴＫをサポートしており、メッセージＭ８のDataフィールドのCredentialにＩＤ＝“０ｘ１０６Ｂ”、“０ｘ１０６Ｃ”が含まれていたと仮定する。また、ステーションはＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＰＴＫ及びＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＧＴＫの使用を希望したと仮定する。この場合ステーション３は、図８に示すEAP-Response(Done)のＩＤ＝“０ｘ１０９０”のフィールドに、“０ｘ１０６Ｂ”及び“０ｘ１０６Ｃ”を格納して、EAP-Response(Done)を組み立てる。

これにより、ステーション３とアクセスポイント２との間では、ＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＰＴＫ及びＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＧＴＫが暗号化方式として使用されることが決定する。従って、この段階においてステーション３は、自端末に暗号化方式と暗号鍵とを設定する。よって、ステーション３はＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＰＴＫ及びＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＧＴＫを用いて通信可能（暗号化及び復号化可能）な状態となる。

他方、Status Codeが“Successful”でなければ（ステップＳ１８、ＮＯ）、ステーション３は、自身の希望する暗号化方式がアクセスポイント２によってサポートされていないと判断し、ＮＡＣＫを返信する（ステップＳ１９）。またStatus Codeが“Successful”であっても、メッセージＭ８に含まれる暗号化方式がステーション３の希望するものを含んでいない場合（ステップＳ２１、ＮＯ）にも、ＮＡＣＫを返信する（ステップＳ１９）。

アクセスポイント２は、EAP-Response(Done)を受け取ると、ＩＤ＝“０ｘ１０９０”のフィールドを検索する。上述のように、ＩＤ＝“０ｘ１０９０”のフィールドには、ステーション３が使用を希望した暗号化方式のＩＤが格納されている。これを参照することでアクセスポイント２は、使用すべき暗号化方式を認識する。例えばEAP-Response(Done)のＩＤ＝“０ｘ１０９０”のフィールドに、ＩＤ＝“０ｘ１０６Ｂ”、“０ｘ１０６Ｃ”が格納されていたと仮定する。するとアクセスポイント２は、ＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＰＴＫ及びＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＧＴＫを使用することを決定し、これらの暗号鍵を自らに設定する。その結果、この時点において、アクセスポイント２もＷＰＡ−ＴＫＩＰを用いて通信可能（暗号化及び復号化可能）な状態となる。

その後、アクセスポイント２がEAPOL-Failをステーション２に送信することにより（ステップＳ４５）、ＷＰＳが終了し、ＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＰＴＫ及びＷＰＡ−ＴＫＩＰ−ＧＴＫを暗号化方式に用いたデータ通信が開始される。

＜効果＞
上記のように、本実施形態に係る無線通信方法であると、ＷＰＳを開始してからデータの送受信を開始するまでの処理時間を短縮出来る。本効果につき、従来のＷＰＳと比較しつつ、以下、詳細に説明する。

図１１は、従来のＷＰＳ及びＷＰＡのフレームシーケンスを示している。図示するように、ＷＰＳを利用した無線ＬＡＮ接続に要するシーケンスは、大まかには２つのステップに分かれている。最初のステップは、ＷＰＳによる無線ＬＡＮ初期情報の配送処理（図中の[1]Beaconから[18]deauthまで、但し、実質的な配送処理は[4]EAPOL-Startから[17]EAPOL-Failまで）であり、次のステップはＷＰＡの暗号鍵の生成と配送処理である（[19]Authentication-Requestから[28]Group Key Handshake Message2まで）。

まずＷＰＳについて説明する。ＷＰＳにより配送される無線ＬＡＮ初期情報とは、暗号化方式、デフォルトパスフレーズ（default pass phrase; メッセージＭ８以降を送信する際に使用する暗号鍵）、及びＳＳＩＤ等である。例えば暗号化方式として“ＷＰＡ−ＴＫＩＰ”、デフォルトパスフレーズとして“ThisIsMyDefaultPassPhrase”、ＳＳＩＤとして“WorkGroup”が、アクセスポイント２からステーション３に配送されると、次にステーション３は、“WorkGroup”を名乗るアクセスポイント２にＷＰＡ−ＴＫＩＰを用いて接続する。

デフォルトパスフレーズの生成や暗号化方式の配送は、ＷＰＳのメッセージＭ１〜Ｍ６までの間に行われる。そしてメッセージＭ８は、この期間に配送された暗号化方式及びデフォルトパスフレーズにより暗号化されて、ステーション３へ送信される。

以上のようにして初期情報が配送されると、ＷＰＳは完了する。その後、ＷＰＡの暗号鍵の生成及び配送処理が開始される。まず、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格におけるマネージメントフレームのひとつであるAuthentication/Associationフレームにより、アクセスポイント２とステーション３との間で、通信に必要な種々の情報（マネージメント情報）のやりとりが行われる。具体的には、Authenticationには、認証方式（shared key方式かopen方式か）や、認証シーケンスのシーケンス番号、認証の成否（Status Code）、及びShared Key方式で使用するチャレンジテキスト等が含まれる。またAssociation-Requestには、ＢＳＳのＩＤ、サポート可能なフレームの転送レート、フレームの送信電力、及びセキュリティ（暗号化）に関する情報（使用を希望する暗号化方式等）等が含まれる。更にAssociation-Responseには、接続関係の成否、ステーションに割り当てる識別子、サポート可能なフレームの転送レート、ＥＤＣＡ（Enhanced Distributed Channel Access）に関する情報等が含まれる。次に、ＷＰＡの4-Way HandshakeとGroup Key Handshakeとによって（図１１における[23]4-Way Handshake Message1から[28]Group Key Handshake Message2まで）、デフォルトパスフレーズを複雑化し、よりセキュリティレベルの高い暗号鍵を生成する。

以上の結果、ＷＰＡの暗号鍵の生成と配送処理が完了し、以後、ＷＰＳで配送された暗号化方式（上記の例ではＷＰＡ−ＴＫＩＰ）と、ＷＰＡで配送された暗号鍵（上記の例では、“ThisIsDefaultPassPhrase”を複雑化したもの）とを用いて、データ通信が開始される。

上記従来の方法であると、ＷＰＳ使用時におけるデータの送受信開始までに、非常に長い時間が必要になる、という問題があった。なぜなら、ＷＰＳによる初期情報の配送の後、更に多数回のハンドシェイクによって暗号鍵の生成と配送を行っているからである。これにより、アクセスポイント２とステーション３との間のフレームの交換回数が増大する。このことは、ＷＰＳの後にＷＰＡ２やＷＥＰの暗号鍵の生成及び配送を行う場合も同様である。

この点、本実施形態に係る方法であると、無線ＬＡＮの初期情報の配送だけでなく、従来のＷＰＡで配送される暗号鍵、すなわち実際のデータ送受信に使用する暗号鍵の生成と配送も、ＷＰＳプロトコル内で行われる。また、Authentication/Associationフレームも、ＷＰＳプロトコル内で交換する。従って、ＷＰＳ終了時点において、アクセスポイント２もステーション３も既にデータを暗号化して送受信可能な状態となる。そのため、従来のＷＰＡの処理が不要となる。その結果、図１０に示す本実施形態のフレームシーケンスと図１１の従来のフレームシーケンスとを比較して明らかなように、フレームの交換回数を大幅に削減し、ＷＰＳを開始してからデータの送受信を開始するまでの処理時間を短縮出来る。

より具体的には、Authentication/Association-RequestフレームをＷＰＳのメッセージＭ７に含めることで、ステーション３が使用を希望する暗号化方式等の情報が、アクセスポイント２に通知される。また、Authentication/Association-Responseフレームと、ステーション３が使用を希望する暗号化方式のうちアクセスポイント２がサポート出来る暗号化方式と、暗号鍵とが、デフォルトパスフレーズを用いて暗号化されたメッセージＭ８に含められ、ステーション３に配送される。これによりステーション３は、アクセスポイント２との間で使用可能な暗号化方式を認識出来、且つその暗号鍵を入手出来、以後ステーション３は、この暗号化方式を用いて通信可能な状態となる。そして、EAP-Response(Done)フレームにより、ステーション３が使用する暗号化方式をアクセスポイント２に通知することで、アクセスポイント２は、この暗号化方式を用いて通信可能な状態となる。

また、ＷＰＳでの処理もＷＰＡでの処理も、共に安全な無線伝送路を作成し、この無線伝送路を使って情報を配布する、という点では共通している。従って、ＷＰＳで初期情報と暗号鍵との両方を配送することは、無駄なフレーム交換を省略している、ということが出来る。

［第２の実施形態］
次に、この発明の第２の実施形態に係る無線通信方法について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態において、Authentication/Associationフレームの送信を省略したものである。本実施形態に係る無線ＬＡＮシステム１、アクセスポイント２、及びステーションの構成は、第１の実施形態で図１及び図２を用いて説明した通りである。以下では、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

＜ステーション３の動作＞
まず、本実施形態に係るステーション３の動作について説明する。図１２は、ステーション３のＷＰＳ時の動作を示すフローチャートである。

図示するように、第１の実施形態と同様にステップＳ１０〜Ｓ１３を実行の後、従来のＷＰＳに規定されるメッセージＭ１〜Ｍ７を、アクセスポイント２との間で交換する（ステップＳ５０）。メッセージＭ７は、図４においてDataフィールドからAuthentication-RequestとAssociation-Requestとを省いたものである。その後、メッセージＭ８を受信すると（ステップＳ１６）、第１の実施形態と同様にステップＳ２０〜Ｓ２４の処理を実行する。ステップＳ１７、Ｓ１８の処理は行われない。

＜アクセスポイント２の動作＞
次に、本実施形態に係るアクセスポイント２の動作について説明する。図１３は、アクセスポイント２のＷＰＳ時の動作を示すフローチャートである。

図示するように、第１の実施形態と同様にステップＳ３０〜Ｓ３３を実行の後、従来のＷＰＳに規定されるメッセージＭ１〜Ｍ７を、アクセスポイント２との間で交換する（ステップＳ６０）。メッセージＭ７を受信するとアクセスポイント２は、アクセスポイント２がサポートする全ての暗号化方式の暗号鍵を生成する（ステップＳ６１）。そして、サポートする全ての暗号化方式と、それに対応した暗号鍵をメッセージＭ８に格納し、これをステーション３へ送信する（ステップＳ６２）。メッセージＭ８のフレームフォーマットを図１４に示す。図示するように、本実施形態に係るメッセージＭ８は、第１の実施形態で説明した図５において、DataフィールドからAuthentication-ResponseとAssociation-Responseとを省き、Credentialに、アクセスポイント２のサポートする暗号化方式と暗号鍵を全て、列挙したものである。その後、第１の実施形態と同様にステップＳ４４〜Ｓ４６の処理を実行する。

＜ＷＰＳの具体例について＞
次に、上記アクセスポイント２及びステーション３の動作の具体例について、図１５を用いて説明する。図１５は、ＷＰＳ時におけるアクセスポイント２とステーション３との間のフレームシーケンスであり、ＷＰＡを使用する場合について示している。なお、図中の“ＳＴＡ”とあるのがステーション３側であり、“ＡＰ”とあるのがアクセスポイント２側である。また、暗号化方式にＷＰＡ２及びＷＥＰを使用する場合も同様である。以下では主に、第１の実施形態と異なる点について説明する。

図示するように、メッセージＭ７までは、従来のＷＰＳと同様の処理が実行される。アクセスポイント２は、メッセージＭ７にAuthentication-RequestとAssociation-Requestとが含まれていないことを確認すると、アクセスポイント２がサポートする暗号化方式の全てにつき、デフォルトパスフレーズをもとに暗号鍵を生成する（ステップＳ６１）。そしてアクセスポイント２は、サポート可能な全ての暗号化方式のＩＤと、生成した暗号鍵とを含むメッセージＭ８を組み立てて、ステーション３へ送信する（ステップＳ６２）。

例えば、アクセスポイント２がＷＰＡ２−ＡＥＳ、ＷＰＡ２−ＴＫＩＰ、ＷＰＡ−ＡＥＳ、及びＷＰＡ−ＴＫＩＰをサポートしていたとすると、メッセージＭ８のCredentialには、暗号化方式のＩＤとして“０ｘ１０６５”〜“０ｘ１０６Ｃ”が含まれる。

次に、メッセージＭ８を受信したステーション３（ステップＳ１６）は、メッセージＭ８に格納された暗号化方式の使用を希望するか否かを決定する（ステップＳ２０）。使用を希望する暗号化方式があれば（ステップＳ２１、ＹＥＳ）、これに対応するＩＤをEAP-Response(Done)に格納して、送信する（ステップＳ２２）。これは第１の実施形態におけるステップＳ２２と同様である。これによりステーション３とアクセスポイント２とは、EAP-Response(Done)に格納された暗号化方式を用いて通信可能（暗号化及び復号化可能）な状態となる。他方、希望する暗号化方式が無ければ（ステップＳ２１、ＮＯ）、ステーション３はＮＡＣＫを返信する（ステップＳ１９）。

＜効果＞
上記のように、本実施形態に係る無線通信方法であると、第１の実施形態で説明した効果に加えて、更にＷＰＳレジストレーションプロトコルの処理を簡略化出来る。

第１の実施形態で説明したように、Authentication-Request/Response及びAssociation-Request/Responseのフレーム交換によって、マネージメント情報の授受が行われる。しかしながら、ＷＰＳのProbe-Request/Responseのフレーム交換でも、同様の情報の授受が行われている。Probe-Request/Responseフレームも、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格におけるマネージメントフレームのひとつである。すなわち、ＷＰＳレジストレーションプロトコルを開始する前の時点で、マネージメント情報の授受は既に行われている。

従って、本実施形態に係る方法では、Authentication-Request/Response及びAssociation-Request/Responseのフレーム交換を省略している。その結果、第１の実施形態に比べてメッセージＭ７、Ｍ８の構成を簡素化出来、ＷＰＳレジストレーションプロトコルの処理を簡略化出来る。但し、第１の実施形態と異なり、ステーション３が使用を希望する暗号化方式をAssociation-RequestのＷＰＡ ＩＥによってアクセスポイント２に通知することが困難である。よってアクセスポイント２は、アクセスポイント２がサポートする全ての暗号化方式を、メッセージＭ８においてステーション３に通知する。

以上のように、この発明の第１、第２の実施形態に係る無線通信方法であると、ＷＰＳレジストレーションプロトコル内において、無線ＬＡＮ通信のセキュリティ規格であるＷＰＡ、ＷＰＡ２、及びＷＥＰの少なくともいずれかを含むセキュリティタイプ（暗号化方式）と、このセキュリティタイプ毎の暗号鍵とを配送する。従って、ＷＰＳ完了後にＷＰＡの処理が不要となり、暗号化データの通信を即座に開始出来る。なお、上記暗号鍵の生成も、ＷＰＳレジストレーションプロトコル内において行われる。また、マネージメント情報は、ＷＰＳレジストレーションプロトコル内において、Authentication/Associationフレームとして配送しても良いし、ＷＰＳレジストレーションプロトコルの前に、Probe-Request/Responseフレームとして配送しても良い。

また、上記第１、第２の実施形態を組み合わせることも可能である。この場合、ステーション３は図３または図１２に示す動作を行う。これに対してアクセスポイント２は、メッセージＭ７を受信した後、メッセージＭ７にAuthentication-Request及びAssociation-Requestが含まれていれば図９におけるステップＳ３９以降の処理を行い、含まれていなければ図１３におけるステップＳ６１以降の処理を行う。

なお、上記実施形態における「従来のＷＰＳの」EAP-Request/Response、Authentication-Request/Response、Association-Request/Response、及びProbe-Request/Responseの構成は、非特許文献１に開示の規格に従ったものである。また、詳細な説明を省略したEAPOL-Start、EAP-Request/Identify、EAPOL-Fail、及びBeaconの構成も、非特許文献１に開示の規格に従ったものである。

なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。

この発明の第１の実施形態に係る無線ＬＡＮシステムのブロック図。 この発明の第１の実施形態に係るアクセスポイント及びステーションのブロック図。 この発明の第１の実施形態に係るＷＰＳのフローチャート。 この発明の第１の実施形態に係るＷＰＳにおけるメッセージＭ７のフレームフォーマット。 この発明の第１の実施形態に係るＷＰＳにおけるメッセージＭ８のフレームフォーマット。 この発明の第１の実施形態に係るＷＰＳにおけるメッセージＭ８に含まれるセキュリティ情報を示すダイアグラム。 この発明の第１の実施形態に係るＷＰＳにおけるEAP-Response(NACK)のフレームフォーマット。 この発明の第１の実施形態に係るＷＰＳにおけるEAP-Response(Done)のフレームフォーマット。 この発明の第１の実施形態に係るＷＰＳのフローチャート。 この発明の第１の実施形態に係るＷＰＳのフレームシーケンス。 ＷＰＳのフレームシーケンス。 この発明の第２の実施形態に係るＷＰＳのフローチャート。 この発明の第２の実施形態に係るＷＰＳのフローチャート。 この発明の第２の実施形態に係るＷＰＳにおけるメッセージＭ８のフレームフォーマット。 この発明の第２の実施形態に係るＷＰＳのフレームシーケンス。

符号の説明

１…無線ＬＡＮシステム、２…アクセスポイント、３…ステーション、１０…ベースバンド部、１１…物理部、１２…ＭＡＣ部、１３…ＣＰＵ、１４…メモリコントローラ、１５、４０…記憶装置、１６、５１…接続部、２０…ＲＦ部、３０…アンテナ、５０…ホストＰＣ

Claims (5)

1. 無線ＬＡＮ通信規格のＷＰＳ（Wi-Fi Protected Setup）においてレジストレーションプロトコルの開始を求める第１フレームを受信するステップと、
   前記第１フレームの受信の後、無線ＬＡＮ通信のセキュリティ規格であるＷＰＡ（Wi-Fi Protected Access）、ＷＰＡ２、及びＷＥＰの少なくともいずれかを含むセキュリティタイプと、前記セキュリティタイプ毎の暗号鍵とを含む第２フレームを送信するステップと、
   前記第２フレームの送信の後、前記ＷＰＳの終了を命令する第３フレームを送信するステップと
   を具備することを特徴とする無線通信方法。
2. 前記第１フレームの受信の前、または後に、マネージメント情報を含む第４フレームを送信するステップを更に備え、
   前記第４フレームを前記第１フレームの後に送信する場合、前記第４フレームは、前記第２フレームの一部として送信される
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
3. 前記第３フレームの送信の後、前記ＷＰＡ及びＷＰＡ２のプロトコルを実行することなく、前記第２フレームに含まれる前記暗号鍵を用いてデータを暗号化及び復号化して送受信するステップを更に備える
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
4. 無線ＬＡＮ通信規格のＷＰＳにおいてレジストレーションプロトコルの開始を求める第１フレームを送信するステップと、
   前記第１フレームの受信の後、無線ＬＡＮ通信のセキュリティ規格であるＷＰＡ、ＷＰＡ２、及びＷＥＰの少なくともいずれかを含むセキュリティタイプと、前記セキュリティタイプ毎の暗号鍵とを含む第２フレームを受信するステップと、
   前記第２フレームの受信の後、前記ＷＰＳの終了を命令する第３フレームを受信するステップと
   を具備することを特徴とする無線通信方法。
5. 前記第１フレームの受信の前、または後に、マネージメント情報を含む第４フレームを受信するステップを更に備え、
   前記第４フレームを前記第１フレームの後に受信する場合、前記第４フレームは、前記第２フレームの一部として受信される
   ことを特徴とする請求項４記載の無線通信方法。

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