JP2015039079A - 無線通信装置、及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便にセキュリティレベルの高い通信を可能とする無線通信装置、及び無線通信方法を提供することを課題とする。【解決手段】実施形態の無線通信装置は、受信手段と、暗号化手段と、通信制御手段と、送信手段とを具備する。受信手段は、他の機器より、暗号化に利用する第１の鍵を受信する。暗号化手段は、認証データを前記第１の鍵に基づいて暗号化する。通信制御手段は、無線通信接続のための情報の中に、前記暗号化した認証データを記述する。送信手段は前記無線通信接続のための情報を送信する。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は無線通信装置、及び無線通信方法に関する。

近年、無線通信技術の発達により様々な無線技術がユーザに提供されている。例えばBluetooth（登録商標）のような無線通信プロトコルが開発され、Bluetooth通信の可能な様々な無線通信装置が普及している。

特開２００５−０６５２３６号公報

Bluetoothによる通信を行う場合、通信装置同士が互いの機器を認証するための認証データを用いることでセキュリティレベルの高い通信を実行することができる。しかし、この認証データを用いた通信を実行する場合には、通信機器同士で認証データを共有する必要があり、この認証データの共有のためには、通信機器同士が一度接続を行ったり、他の通信モジュールで認証データの送受信を行ったりする等の手間が生じていた。

本願は上記に鑑みたもので、簡便にセキュリティレベルの高い通信を可能とする無線通信装置、及び無線通信方法を提供することを課題とする。

実施形態の無線通信装置は、受信手段と、暗号化手段と、通信制御手段と、送信手段とを具備する。受信手段は、他の機器より、暗号化に利用する第１の鍵を受信する。暗号化手段は、認証データを前記第１の鍵に基づいて暗号化する。通信制御手段は、無線通信接続のための情報の中に、前記暗号化した認証データを記述する。送信手段は前記無線通信接続のための情報を送信する。

実施形態における無線通信装置Ａ及び無線通信装置Ｂを示す概念図。 実施形態における無線通信装置Ａの内部構成の一例を示すブロック図。 実施形態における無線通信装置の機器情報の一例を示した概念図。 実施形態におけるＥＩＲのデータフォーマットの一例を示す概念図。 実施形態における無線通信装置が行う無線通信の処理を示すシーケンス図。

以下、実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態における無線通信装置Ａ１及び無線通信装置Ｂ２を示す概念図である。

無線通信装置Ａ１は、例えばBluetoothのような無線通信プロトコルによって、無線通信装置Ｂ２と無線通信を実行することの可能な無線通信装置であり、本実施形態ではスレート型ＰＣ（Personal Computer）であるものと例示する。本実施形態では無線通信装置Ａ１はスレート型ＰＣであるものとして例示するがこれに限定されず、例えば、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、据え置きＰＣ、クラムシェル型ＰＣ、体重計等の様々な機器が考えられる。

無線通信装置Ｂ２は、Bluetoothのような無線通信プロトコルによって、無線通信装置Ａ１と無線通信を実行することの可能な無線通信装置であり、本実施形態ではＤＴＶ（Digital Television）であるものと例示する。無線通信装置Ｂ２についても上記と同様にＤＴＶに限定されず、様々な機器が考えら得る。

無線通信システム３は、無線通信装置Ａ１及び無線通信装置Ｂ２より構成されており、無線通信装置Ａ１と無線通信装置Ｂ２とはBluetoothのような無線通信プロトコルに従って無線通信を実行する。無線通信装置Ａ１及び無線通信装置Ｂ２はBluetooth仕様のBluetooth Core Spec Ver.2.1以降のバージョンをサポートしており、Bluetooth Core Spec Ver.2.1の機能である、Extended Inquiry Response（ＥＩＲ）を利用することができる。

ここで、ＥＩＲを含めたBluetoothにおけるInquiryの機能について簡単に説明する。Bluetoothでは、無線が届く範囲にどのようなBluetooth通信可能な機器が存在しているのかを知るための機能としてInquiryの機能がある。Inquiryでは、自分の機器情報である名前、アドレス等の情報を記述して無線が届く範囲にいるすべてのBluetooth機器に対して送信ことができる。また逆に、無線の届く範囲にいるBluetooth機器から送信されたInquiryのパケットを受信することができる。この送受信の際には機器同士は無線通信接続を確立しておらず、このInquiryで送受信されるパケットの情報を用いて無線通信接続を確立することができる。Bluetooth Core Spec version2.1では、Inquiry responseが拡張されたExtended Inquiry Response（ＥＩＲ）が定義され、このＥＩＲで拡張された領域にはBluetooth Core Spec Ver.2.1より前にはInquiry responseに記述することのできなかった情報を載せることが可能となった。このＥＩＲでは様々な情報を送信に利用される。

次に、認証データを用いたセキュリティレベルの高い通信の確立について説明する。

認証データを用いた通信接続を確立するためには、通信を行う機器同士で認証データを共有し、接続時に共有した認証データを確認する必要がある。本実施形態ではＥＩＲを用いて、無線通信装置同士で認証データを共有することが可能である。ここでは、まずＥＩＲを用いない場合の認証データの共有について説明を行う。認証データはセキュリティレベルの高い通信を行うために必要なデータであり、通信機器の片方がこの認証データの関する情報を他方の機器に対して送信する必要がある。認証データの関する情報の送受信方法の一例としては、Bluetooth自体とは異なる無線通信の近接無線通信であるＮＦＣ(Near Field Communication)等を用いて、認証データを送受信するという方法が存在する。この場合、近距離無線通信で認証データを多くの場合は平文で送受信するため、ＮＦＣ通信による認証データの漏洩の可能性が残る。また、認証データを送受信するために無線通信同士を近接させなければならないというユーザの手間もかかる。他の認証データの関する情報の送受信方法としては、認証データの送受信を行った後、認証データの使用の可否をユーザからの手入力によって決定する方法等が挙げられる。この場合、例えば無線通信装置の一方が表示した値を他方の無線通信装置にユーザが手入力する等の処理によって、認証データの利用の可否を決定するが、この場合にはユーザが値を入力する等の手間をかける必要がある。

本実施形態における無線通信装置では、ＥＩＲに認証データに関する情報を記述することによって、安全でユーザの手間のかからない認証データの送受信を行う。Bluetoothの仕様では、ＥＩＲには平文で認証データを記述することは認められていない。そこで、本実施形態における無線通信装置では暗号化した認証データをＥＩＲに記述することによって、安全でユーザの手間の少ない認証データの共有を行う。

次に、本実施形態における無線通信装置Ａ１の内部構成を説明する。

図２は本実施形態における無線通信装置Ａ１の内部構成の一例を示すブロック図である。

無線通信装置Ａ１は制御部１１、メモリ１２、暗号／復号部１３、無線制御部１４、及び無線通信回路１５を有している。無線通信装置Ａ１は、他にも表示部、スピーカ等の構成を有しているが、簡単のためここでは説明を割愛する。

制御部１１は例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、無線通信装置Ａ１全体を統合的に制御する機能を有している。

メモリ１２は例えば不揮発性の記憶媒体であり、各種プログラムやデータを格納している。このメモリ１２は制御部１１が各種処理の実行時に利用するワークメモリとして動作してもよい。

暗号／復号部１３はデータの暗号／復号化を行う機能を有している。暗号／復号部１３は自身の又は他の機器から受け取った鍵に基づいてデータの暗号／復号化を行う。暗号／復号部１３は認証データの暗号／復号化を行うことができ、通信相手の機器から受信した暗号化用の鍵によって認証データを暗号化することができる。そして、自身の有する復号化用の鍵によって認証データを復号化（暗号化の解除）を行う機能を有している。

無線制御部１４は、無線送受信回路１５による無線通信装置Ｂ２と行う無線通信を制御する機能を有しており、無線制御部１４は無線通信装置Ｂ２とBluetoothによる無線通信を実行することが可能である。

無線送受信回路１５は、Bluetooth通信における無線信号を送受信する機能を有する回路である。無線送受信回路１５は無線制御部１４に制御され、無線信号を送受信する。

本実施形態における無線通信装置Ｂ２は無線通信に関する構成としては、無線通信装置Ａ１とほぼ同様の構成を有している。無線通信装置Ｂ２は制御部２１、メモリ２２、暗号／復号部２３、無線制御部２４、及び無線通信回路２５を有しており、これらの構成のそれぞれは、無線通信装置Ａ１で同名称を附してあるブロックとほぼ同様の機能であるため、説明をここでは割愛する。

次に、無線通信装置Ａ１及び無線通信装置Ｂ２が送受信するＥＩＲについて説明を行う。

図３は本実施形態における無線通信装置の機器情報の一例を示した概念図である。

無線通信装置Ａ１及び無線通信装置Ｂ２はInquiryによって他の機器から機器情報を受け取る。本実施形態における、それぞれの機器が送信し、他の機器が受信する機器情報としては、機器名、ＢＤ（Bluetooth Device）アドレス、公開鍵などの暗号化に使用する鍵、暗号化された認証データ等が挙げられる。

無線通信装置Ａ１が送信するＥＩＲに記述されている情報としては、機器名、ＢＤアドレス、公開鍵などの暗号化に使用する鍵が含まれる。また、無線通信装置Ｂ２が送信するＥＩＲに記述される情報としては機器名、ＢＤアドレス、暗号化された認証データが含まれる。

ＢＤアドレスとは、Bluetoothを行う際に機器を識別するために用いられるアドレスである。

公開鍵暗号方式では、公開鍵はある機器が他の機器に対して送信（公開）する鍵であり、公開鍵を送信する機器は、この公開鍵を用いて他の機器が暗号化した認証データを、自身の有する秘密鍵によって復号化することができる。ある機器が送信した公開鍵と、この機器が有する秘密鍵とは対応しており、この公開鍵を用いて他の機器が行ったデータへの暗号化は、対応する秘密鍵によってのみ復号化することができる。

暗号化された認証データはある機器の暗号化に使用する鍵を用いて暗号化された認証データである。

本実施形態では、無線通信装置Ａ１が送信した暗号化に使用する鍵を用いて、無線通信装置Ｂ２自身が作成した認証データを暗号化する場合を説明する。つまり、暗号化に使用する鍵は無線通信装置Ａ１が送信して、無線通信装置Ｂ２が受信する。また、暗号化された認証データは無線通信装置Ｂ２が送信して、無線通信装置Ａ１が受信する。

図４は本実施形態におけるＥＩＲのデータフォーマットの一例を示す概念図である。

ＥＩＲは無線通信接続のための情報（無線通信接続確立のための情報、無線通信接続確立に供する情報）であり、ＥＩＲのデータフォーマットとして、データ自体が記述された領域と、このデータのデータ長が記述された領域とが存在する。データ自体が記述された領域の中には、データのタグを示す領域と、タグで示すデータが記述された領域とが存在する。

機器名、ＢＤアドレス等のデータの直前には、それが機器名、ＢＤアドレス等のデータであることをそれぞれ示すタグがつけられている。

また、ＥＩＲで旧バージョンより拡張された領域（拡張領域）には、公開鍵などの暗号化に使用する鍵及び認証データが記述される。前述のように認証データを平文のまま記述することは、Bluetoothの仕様で認められていないが、本実施形態では暗号化をして記述する。

次に本実施形態における無線通信装置が行う無線通信の処理について説明を行う。

図５は本実施形態における無線通信装置が行う無線通信の処理を示すシーケンス図である。

本実施形態では無線通信装置Ａ１の公開鍵を用いて、無線通信装置Ｂ２が認証データの暗号化を実行する場合を例に挙げて説明を行う。

まず、無線通信装置Ｂ２の通信制御部２４は無線通信装置Ａ１とセキュリティレベルの高い通信を実行するために、認証データを作成する（ステップＳ５０１）。

無線通信装置Ａ１の通信制御部２４は、自身の有する復号化に用いる鍵と対応する暗号化に用いる鍵をＥＩＲで、他の通信可能な範囲に存在する機器に対してマルチキャストで送信する（ステップＳ５０２）。ここで無線通信装置Ａ１が送信するデータは図３、図４で示したＥＩＲである。また、無線通信装置Ａ１は自身が送信した公開鍵などの暗号化に使用する鍵を用いて暗号化したデータを、自身が有する、この公開鍵と対応する秘密鍵によって復号化することが可能である。尚、無線通信装置Ｂ２が認証データを作成するタイミングとしては、公開鍵の受信前でなくてもよく、公開鍵の受信後に認証データを作成するとしてもよい。

無線通信装置Ａ１より公開鍵を受信した無線通信装置Ｂ２の暗号／復号部２３は、無線通信装置Ａ１より受信した公開鍵を用いて、作成した認証データを暗号化する（ステップＳ５０３）。

ステップＳ５０３が終了すると、無線通信装置Ｂ２の通信制御部２４は、無線通信装置Ａ１に対して暗号化した認証データを送信する（ステップＳ５０４）。このとき通信制御部２４は、暗号化した認証データをＥＩＲの拡張領域に記述して無線通信装置Ａ１に対して送信する。

無線通信装置Ｂ２からＥＩＲを受信すると、無線通信装置Ａ１の暗号／復号部１３は自身の秘密鍵を用いて、ＥＩＲに含まれた暗号化された認証データを復号化する（ステップＳ５０５）。

次に、無線通信装置Ａ１の通信制御部１４は受信したＥＩＲに記述された無線通信装置Ｂ２のＢＤアドレス等を用いて無線通信装置Ｂ２に接続要求を発行する（ステップＳ５０６）。また無線通信装置Ａ１は、無線通信装置Ｂ２に認証要求を発行する（ステップＳ５０７）。

ステップＳ５０７で認証要求が発行され、認証処理が開始されると、無線通信装置Ａ１は無線通信装置Ｂ２より認証データを受信したか否かを問い合わされる。無線通信装置Ａ１はこの問い合わせを受けると、認証データを受信した旨の回答を行う。無線通信装置Ａ１が認証データを受信した旨の回答を行うと、無線通信装置Ｂ２は認証データを送信するように無線通信装置Ａ１に要求し、無線通信装置Ａ１はこれに応じて認証データを無線通信装置Ｂ２に送信する。ここで無線通信装置Ａ１が適切な認証データを回答すると、認証処理が完了する（ステップＳ５０８）。

そして、認証処理が完了する接続処理が完了する（ステップＳ５０９）。これにより、無線通信装置Ａ１及び無線通信装置Ｂ２は、認証処理を行ったセキュリティレベルの高い通信を実行することができる。

なお、本実施形態においては、無線通信装置Ｂ２が作成した認証データを無線通信装置Ａ１の公開鍵／認証鍵で暗号化／復号化したが、これに限定されず、無線通信装置Ａ１が作成した認証データを無線通信装置Ｂ２の公開鍵／認証鍵で暗号化／復号化したとしてもよい。また、無線通信装置Ａ１及び無線通信装置Ｂ２の両方が認証データを作成し、それぞれ相手方の公開鍵を用いて認証鍵を暗号化して送信し、それぞれが相手方の暗号化した認証データを受信して、自身の秘密鍵でこの認証データを復号化するとしてもよい。この場合にはより、互いの認証データを確認しあうため、よりセキュリティレベルの高い通信を実行することができる。

また、本実施形態として上述のように例示しているが、これに限定されず、ハイブリッド暗号方式を利用してもよい。ハイブリッド暗号方式を利用する場合には、無線通信装置Ｂ２は、共通鍵（セッション鍵）を用いて認証データを暗号化する。そして、無線通信装置Ｂ２はこの共通鍵を無線通信装置Ａ１の公開鍵により暗号化する。無線通信装置Ｂ２は共通鍵によって暗号化された認証データと公開鍵によって暗号化された共通鍵とをＥＩＲの拡張領域に記述して無線通信装置Ａ１に送信する。これらを受信した無線通信装置Ａ１は自身の秘密鍵によって共通鍵を復号化し、復号化した共通鍵を用いて認証データを復号する。以上の処理により、無線通信装置Ａ１と無線通信装置Ｂ２とでセキュアに認証データを共有することができる。

本実施形態では、他の機器が送信したＥＩＲの拡張領域に書き込まれた公開鍵を用いて、認証データを暗号化し、この暗号化した認証データをＥＩＲの拡張領域に書き込んで相手機器に送信する。このように認証データをやり取りすることで、Bluetoothの仕様に違反することなく、ユーザの認証処理に必要となる操作を低減し、さらに、セキュリティレベルの高い接続を保証するための認証処理を実行することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのまま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構成要素を変形して具現化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…無線通信装置Ａ、２…無線通信装置Ｂ、３…無線通信システム、１１…制御部、１２…メモリ、１３…暗号／復号部、１４…無線制御部、１５…無線通信回路、２１…制御部、２２…メモリ、２３…暗号／復号部、２４…無線制御部、２５…無線通信回路。

Claims (10)

1. 他の機器より、暗号化に利用する第１の鍵を受信する受信手段と、
   認証データを前記第１の鍵に基づいて暗号化する暗号化手段と、
   無線通信接続のための情報の中に、前記暗号化した認証データを記述する通信制御手段と、
   前記無線通信接続のための情報を送信する送信手段と、
   を具備する無線通信装置。
2. 前記通信制御手段は前記認証データを用いて前記他の機器との認証動作を実行する請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記通信制御手段は前記認証を実行して、前記他の機器との通信接続を確立する請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記通信制御手段が前記無線通信接続のための情報はBluetooth仕様で定められたExtended Inquiry Response（ＥＩＲ）である請求項１記載の無線通信装置。
5. 前記通信制御手段は、前記暗号化した認証データを前記Extended Inquiry Response（ＥＩＲ）の拡張領域に記述する請求項４記載の無線通信装置。
6. 前記通信制御手段は、前記暗号化した認証データの前に、前記暗号化した認証データであることを示すタグを記述する請求項５記載の無線通信装置。
7. 前記通信制御手段は、前記認証データを作成する請求項１記載の無線通信装置。
8. 第２の鍵に基づいて暗号化された認証データを、前記第２の鍵と対応する第３の鍵に基づいて復号化する復号化手段を更に具備し、
   前記送信手段は、前記第２の鍵を送信し、
   前記受信手段は、他の機器が前記第２の鍵を用いて暗号化した認証データを受信し、
   前記復号化手段は、前記第３の鍵に基づいて前記受信した認証データを復号化し、
   前記通信制御手段は前記復号化した認証データを用いて前記他の機器との認証動作を実行する請求項１記載の無線通信装置。
9. 他の機器より、暗号化に利用する第１の鍵を受信する受信手段と、
   認証データを第２の鍵に基づいて暗号化し、前記第２の鍵を前記第１の鍵に基づいて暗号化する暗号化手段と、
   無線通信接続のための情報の中に、前記暗号化した認証データ及び前記暗号化された第２の鍵を記述する通信制御手段と、
   前記無線通信接続のための情報を送信する送信手段と、
   を具備する無線通信装置。
10. 他の機器より、暗号化に利用する第１の鍵を受信し、
    認証データを前記第１の鍵に基づいて暗号化し、
    無線通信接続のための情報の中に、前記暗号化した認証データを記述し、
    前記無線通信接続のための情報を送信する無線通信方法。

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