JP2016048516A - 通信システム、通信装置、自動車および通信方法 - Google Patents

通信システム、通信装置、自動車および通信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】不特定多数のエンティティ（通信装置）が存在するネットワークにおいても、ＩＰアドレスのフィルタリングを可能とし、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを提供する。
【解決手段】複数の通信装置がネットワークを介して互いに通信可能に接続された通信システムであって、以下のように構成される。複数の通信装置は、サーバとセキュアな環境下で通信可能であり、そのセキュアな環境下でサーバから認証を得た時に、サーバから複数の通信装置に対して同じ乱数シードと個別の識別子を交付される。複数の通信装置のそれぞれは、自らの有する地域情報と交付された乱数シードに基づいて不可逆性圧縮関数によって生成された値をシードとして生成した疑似乱数と、自らに交付された識別子とを含む、ＩＰアドレスを生成する。複数の通信装置は、互いに同じ疑似乱数をＩＰアドレスに含む通信装置との間で、通信を確立する。
【選択図】図７

Description

本発明は、通信システム、通信装置、自動車および通信方法に関し、特に高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）を構成する車載通信機とそれを搭載する自動車、及び路側通信機等に好適に利用できるものである。
自動車のネットワークが進化するにつれ、自動車と外部とのネットワーク接続が必須となってきている。自動車のネットワークは様々な用途が検討され、そのアプリケーションの広がりは多岐に渡る。このため、通信経路の入り口となる、ゲートウェイ（Gateway）において、不正なアクセスを防ぐ事は、重要な課題となってくる。そのため、インターネットにおけるパーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）や従来のＩＴ（Information Technology）システムで行われているようなファイアウォール（Firewall）システム等と同等程度の高いセキュリティが求められている。
特許文献１には、上位装置及び管理用コンピュータが通信モジュールに対して動的ＩＰ（Internet Protocol）アドレスを付与するネットワーク接続サービスが提供する、通信システムが開示されている。内部ネットワークと外部ネットワークで用いるＩＰアドレスの変換する事によって、外部から直接的に内部ネットワークに存在するコンピュータへアクセスすることを困難にすることが可能である。
特許文献２には、通信アドレスに地域性を持たせることにより、情報発信元の地域を特定することができる位置情報に基づく通信アドレス割り付け方法が示されている。情報処理装置がＩＰアドレスを取得する際にその設置位置情報を設定し、ＩＰアドレス管理サーバは、この設置位置情報に基づいて郵便番号や電話局番等の地域を表す情報を所定ビットに含ませたＩＰアドレスを生成して、情報処理装置に付与する。
特開２０１１−２２９１８４号公報 特開２００２−１７６４４４号公報
特許文献１及び２について本発明者が検討した結果、以下のような新たな課題があることがわかった。
ＰＣと同等程度のセキュリティ機能は、自動車ネットワークの端末である自動車や路側機に搭載されるＭＣＵ（Micro Controller Unit）の機能では実現困難であることがわかった。即ち、自動車社会における車車間ないし路車間の通信システムにおいては、通信処理を行うＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）のリソース及びマシンパワーには限界があり、セキュリティのために、従来のＩＴシステムで行われているようなファイアウォールシステムを導入する事は困難であることがわかった。また、人命に関わる重要なアプリケーション、例えば、ブレーキやステアリング等に関しては、リアルタイム性が求められるため、通信エラーや過度に重い計算を用いる方法は、致命的な事故に繋がる恐れがある。
特許文献１に記載される技術は、内部ネットワークがサイトセキュリティによって守られていることを前提としている。この技術を自動車のネットワークに適用しようとすると、サイトセキュリティによって守られる内部ネットワークに、互いに車車間や路車間の通信を行う不特定多数のエンティティが存在することとなり、ＩＰアドレスによる認証は実質的に困難となることがわかった。ネットワークに参加し得るエンティティが持つＩＰアドレスが全てのＩＰアドレスに広がるため、ＩＰアドレスによるソートが困難となるためである。
特許文献２によると、地域を特定することができる位置情報がＩＰアドレスに組み込まれるので、その地域ごとの自動車と路側機を認証するのが容易になる。しかしながら、その位置情報を得ることが容易であるために、攻撃者になりすましの機会を与えることとなり、セキュリティの確保が困難である。
以上のように、自動車のネットワーク通信におけるセキュリティでは、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムが必要となる。
このような課題を解決するための手段を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、下記の通りである。
すなわち、複数の通信装置がネットワークを介して互いに通信可能に接続された通信システムであって、以下のように構成される。複数の通信装置は、サーバとセキュアな環境下で通信可能であり、そのセキュアな環境下でサーバから認証を得る時に、サーバから複数の通信装置に対して同じ乱数シードと個別の識別子を交付される。複数の通信装置のそれぞれは、自らの有する地域情報と交付された乱数シードとから生成される値をシードとして生成した疑似乱数と、自らに交付された個別識別子とを含む、ＩＰアドレスを生成する。複数の通信装置は、互いに同じ疑似乱数をＩＰアドレスに含む通信装置との間で、通信を確立する。
前記一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、不特定多数のエンティティ（通信装置）が存在するネットワークにおいても、ＩＰアドレスフィルタリングを行なうことが可能となり、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを提供することができる。
図１は、通信システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、通信システムにおけるＩＰアドレス（ＩＰｖ４）の生成例を示す説明図である。 図３は、特異アドレスの生成例を示す説明図である。 図４は、自動車に搭載される通信装置の構成例を示すブロック図である。 図５は、特異アドレスの周期的な更新を示す説明図である。 図６は、通信システムにおける、なりすましに対する耐性を示す説明図である。 図７は、ローカルＩＰアドレスの生成フローの一例を示すフロー図である。 図８は、ＩＰアドレスレスポンスのための通信パケットの構成例を示す説明図である。 図９は、ＩＰアドレスフィルタリングの動作の一例を示す説明図である。 図１０は、高度交通システム（ＩＴＳ）への応用例を示す模式図である。 図１１は、通信システムにおけるＩＰアドレス（ＩＰｖ６）の生成例を示す説明図である。
１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
〔１〕＜通信システム＞
本願において開示される代表的な実施の形態は、複数の通信装置（１０、１１〜１５）がネットワーク（４）を介して互いに通信可能に接続され、前記複数の通信装置のそれぞれはサーバ（２）と通信可能に接続された通信システム（１）であって、以下のように構成される。
前記サーバは、前記複数の通信装置からセキュアな環境（３）下で認証を求められ、前記複数の通信装置を認証したときには、前記複数の通信装置に対して同じ乱数シード（３３）と個別の識別子（３２）を交付する。前記複数の通信装置のそれぞれは、自らの地域情報（３４）を有し、前記地域情報と交付された前記乱数シードをシードとして生成した疑似乱数（３１）と、自らに交付された識別子（３２）とを含む、ＩＰアドレス（３０）を有する。前記複数の通信装置は、互いに同じ疑似乱数（３１）をＩＰアドレス（３０）に含む通信装置との間で、通信を確立する。
これにより、不特定多数のエンティティ（通信装置）が存在するネットワークにおいても、ＩＰアドレスフィルタリングを行なうことが可能となり、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを提供することができる。
〔２〕＜地域情報＋時刻情報＞
項１において、前記複数の通信装置のそれぞれは、さらに時刻情報（３５）を有し、前記疑似乱数は、前記地域情報と前記時刻情報と前記乱数シードに基づいて不可逆性圧縮関数（４１）によって生成された値をシードとして生成される。
これにより、より厳格で柔軟なＩＰアドレスフィルタリングを実施することができ、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを提供することができる。
〔３〕＜ＧＰＳ＞
項２において、前記複数の通信装置のそれぞれはＧＰＳ受信部（２３）を有し、前記ＧＰＳ受信部は、前記地域情報と前記時刻情報を生成する。
これにより、正確な地域情報と時刻情報を複数の通信装置で共有することができ、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを提供することができる。
〔４〕＜乱数シードを周期的に変更＞
項１から項３のうちのいずれか１項において、前記サーバは既に交付した乱数シードとは値が異なり、前記複数の通信装置に対して同じ値の乱数シード（３３）を、周期的に再交付する。前記複数の通信装置のそれぞれは、再交付された乱数シードに基づいて前記ＩＰアドレス（３０）を更新する。
これにより、なりすましに対するセキュリティを強化することができる。
〔５〕＜ＩＴＳ＞
項１から項４のうちのいずれか１項において、前記複数の通信装置は、自動車に搭載される通信装置（１１＿１、１１＿２）と、路側機に搭載される通信装置（１２）とを含む。
これにより、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを有する、高度交通システム（ＩＴＳ）を実現することができる。
〔６〕＜ＩＴＳへの歩行者等の参加＞
項５において、前記複数の通信装置は、歩行者が携帯可能な携帯電子機器に搭載される通信装置（１３）、または自転車に搭載される通信装置（１４）を含む。
これにより、歩行者や自転車が参加する、高度交通システム（ＩＴＳ）を実現することができる。
〔７〕＜通信装置＞
本願において開示される代表的な実施の形態は、サーバ（２）と通信可能であり、ネットワーク（４）を介して他の通信装置（１０、１１〜１５）と通信可能な通信装置（１０、１１〜１５）であって、以下のように構成される。
地域情報（３４）と、前記サーバからセキュアな環境（３）下で交付された乱数シード（３３）とに基づいて不可逆性圧縮関数（４１）によって生成された値をシードとして生成した疑似乱数（３１）を含むＩＰアドレス（３０）を有し、前記ＩＰアドレスと同じ疑似乱数を含むＩＰアドレスを持つ他の通信装置を通信対象として認証する。
これにより、不特定多数のエンティティ（通信装置）が存在するネットワークにおいても、ＩＰアドレスフィルタリングを行なうことが可能となり、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを備える通信装置を提供することができる。
〔８〕＜地域情報＋時刻情報＞
項７において、前記通信装置はさらに時刻情報（３５）を有し、前記疑似乱数は、前記地域情報と前記時刻情報と前記乱数シードに基づいて不可逆性圧縮関数（４１）によって生成された値をシードとして生成される。
これにより、より厳格で柔軟なＩＰアドレスフィルタリングを実施することができる。
〔９〕＜ＧＰＳ＞
項８において、前記通信装置は、ＧＰＳ受信部（２３）を有し、前記ＧＰＳ受信部は、前記地域情報と前記時刻情報を生成する。
これにより、正確な地域情報と時刻情報を複数の通信装置で共有することができる。
〔１０〕＜乱数シードを周期的に変更＞
項７から項９のうちのいずれか１項において、前記乱数シードは前記サーバによって周期的に再交付され、前記通信装置は再交付された乱数シードに基づいて前記ＩＰアドレスを更新する。
これにより、なりすましに対するセキュリティを強化することができる。
〔１１〕＜通信機能付ＬＳＩ＞
項７から項１０のうちのいずれか１項において、前記通信装置は、単一半導体基板上に形成される。
これにより、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証機能を有する、ＬＳＩを実現することができる。
〔１２〕＜自動車＞
項７から項１０のうちのいずれか１項に記載の前記通信装置は、自動車に搭載される。
〔１３〕＜通信方法＞
本願において開示される代表的な実施の形態は、複数の通信装置（１０、１１〜１５）がネットワーク（４）を介して互いに通信可能に接続され、前記複数の通信装置のそれぞれはサーバ（２）と通信可能に接続された通信システム（１）における通信方法であって、以下の各ステップを含んで構成される。
前記サーバが、前記複数の通信装置からセキュアな環境（３）下で認証を求められ、前記複数の通信装置を認証したときには、前記複数の通信装置に対して同じ乱数シード（３３）と個別の識別子（３２）を交付する第１ステップ（Ｓ８，Ｓ９）。前記複数の通信装置のそれぞれが、自らの地域情報（３４）を有し、前記地域情報と交付された前記乱数シードをシードとして生成した疑似乱数（３１）と、自らに交付された識別子（３２）とを含む、ＩＰアドレス（３０）を生成する第２ステップ（Ｓ１０，Ｓ１１）。前記複数の通信装置が、互いに同じ疑似乱数（３１）をＩＰアドレス（３０）に含む通信装置との間で、通信を確立する第３ステップ（Ｓ１２〜Ｓ１７）。
これにより、不特定多数のエンティティ（通信装置）が存在するネットワークにおいても、ＩＰアドレスフィルタリングを行なうことが可能となり、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを提供することができる。
〔１４〕＜地域情報＋時刻情報＞
項１３において、前記複数の通信装置のそれぞれは、さらに時刻情報（３５）を有し、前記第２ステップにおいて、前記疑似乱数は、前記地域情報と前記時刻情報と前記乱数シードに基づいて不可逆性圧縮関数（４１）によって生成された値をシードとして生成される。
これにより、より厳格で柔軟なＩＰアドレスフィルタリングを実施することができ、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを提供することができる。
〔１５〕＜ＧＰＳ＞
項１４において、前記複数の通信装置のそれぞれはＧＰＳ受信部（２３）を有し、前記ＧＰＳ受信部は、前記地域情報と前記時刻情報を生成する。
これにより、正確な地域情報と時刻情報を複数の通信装置で共有することができ、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを提供することができる。
〔１６〕＜乱数シードを周期的に変更＞
項１３から項１５のうちのいずれか１項において、前記サーバは既に交付した乱数シードとは値が異なり、前記複数の通信装置に対して同じ値の乱数シード（３３）を、周期的に再交付する。前記複数の通信装置のそれぞれは、再交付された乱数シードに基づいて前記ＩＰアドレス（３０）を更新する。
これにより、なりすましに対するセキュリティを強化することができる。
〔１７〕＜ＩＴＳ＞
項１３から項１６のうちのいずれか１項において、前記複数の通信装置は、自動車に搭載される通信装置（１１＿１、１１＿２）と、路側機に搭載される通信装置（１２）とを含む。
これにより、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを有する、高度交通システム（ＩＴＳ）を実現することができる。
〔１８〕＜ＩＴＳへの歩行者等の参加＞
項１７において、前記複数の通信装置は、歩行者が携帯可能な携帯電子機器に搭載される通信装置（１３）、または自転車に搭載される通信装置（１４）を含む。
これにより、歩行者や自転車が参加する、高度交通システム（ＩＴＳ）を実現することができる。
２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る通信システム１の構成例を示すブロック図である。ネットワークサービスに参加する複数の通信装置１１＿１、１１＿２、１２、１３がネットワーク４を介して互いに通信可能に接続されている。複数の通信装置１１＿１、１１＿２、１２、１３は、それぞれＩＴＳサーバ２とセキュアな通信路３で接続されている。図１に示される通信システム１は、高度道路交通システム（ＩＴＳ）に適用した場合の実施形態であり、１１＿１と１１＿２はそれぞれ自動車に搭載される通信装置、１２は路側機に搭載される通信装置、１３は歩行者等が携行する携帯機器に搭載される通信装置である。通信装置の台数や搭載される装置に制限はない。セキュアな通信路３とは、例えば３Ｇ回線などの携帯電話回線、公衆無線ＬＡＮ回線、或いは、ＩＴＳサーバ２が同じネットワーク４に接続され、ネットワーク４上に路側機１２を介して確立され証明書等を用いて安全性が担保されるセキュアな通信回線であってもよい。複数の通信装置１１＿１、１１＿２、１２、１３は、ＩＴＳサーバ２から割り振られたＩＰアドレスを用いて、車車間や路車間の通信を行う。なお、本明細書では、通信装置一般を指すときには符号１０を用い、その通信装置が搭載される個別の装置によって区別するときには、符号１１〜１５等を用いる。
図２は、通信システムにおけるＩＰアドレス（ＩＰｖ４）の生成例を示す説明図である。ＩＰｖ４のプライベートアドレスのうち、割り当てられるアドレス数が最も多い、クラスＡを例に挙げているが、他のクラスを採用しても良い。他のクラスを使用する際には、例えば、地域毎に８ビットの値を固定するなどの工夫を行う事で実現できる。最初の８ビットをネットワークアドレスとし、ホストアドレスの２４ビット中の８ビットを特異なアドレス３１として、地域情報３４や日付・時刻３５から生成した情報とする。下位の１６ビットは自動車や路側機に割り当てられる個別アドレス３２である。
ＩＴＳサーバ２は、セキュアな通信路３で通信装置１１＿１、１１＿２、１２、１３から認証を求められる（図１におけるＩＰアドレス要求（IP address request））。真正な通信装置として認証したときには、ＩＴＳサーバ２は当該通信装置に対して、乱数シード（key seed）３３と個別の識別子３２を交付する（図１におけるＩＰアドレス応答（IP address response））。乱数シード３３は、後述の疑似乱数を生成するためのシード（種）であって、同一の車車間・路車間通信ネットワークを構成する通信装置には、同じ値の乱数シード３３が交付される。同じ値の乱数シード３３は、後述するように同じ値の特異なアドレス３１を生成する。ここで、「特異な」とは、車車間・路車間通信が許される同一のネットワーク内では同一の値であって、通信が許されない他のネットワークとは異なる値であることを意味する。特異なアドレス３１は、交付された乱数シード（Seed）３３と地域情報３４や日付・時刻３５から乱数生成回路（randomize）４０によって生成される。同一乱数シード３３、同一地域３４、同一時刻３５の場合、特異なアドレス３１は同じ値となる。一方、個別の識別子３２は、その車車間・路車間通信ネットワークに参加する複数の通信装置を区別するために、個別に異なる値が割り振られた個別アドレス３２である。
図３は、特異アドレス３１の生成例を示す説明図である。特異なアドレス３１を生成するために、地域情報３４と時刻情報３５と乱数３３を１つの情報として不可逆性の圧縮関数４１で圧縮する。この際、地域情報３４と時刻３５と乱数３３の順番は、システムに登場するエンティティ同士で共有できていれば、どのような順番でも問題ないし、各情報を撹拌させた状態で使用しても問題無い。不可逆性圧縮関数４１は、特に制限されないが例えばハッシュ（HASH）関数を使って構成される。疑似乱数生成回路４２は不可逆性圧縮関数４１で生成された値をシードとして、乱数を生成する。この乱数を特異となるアドレス３１として使用する。この不可逆圧縮関数と乱数生成方法もシステムに登場するエンティティ同士で共有する必要がある。
地域情報３４と時刻情報３５と乱数３３をエンティティ（通信装置）で共有できれば、乱数３３をエンティティ（通信装置）で共有した状態で地域情報３４と時刻情報３５が合致する事により、車車間・路車間通信が許される同一のネットワークのような同じシステム内で共通の特異となるアドレス情報３１を共有する事が可能になる。したがって、ＩＰアドレス３０の特異部分３１を確認するだけで、正規なエンティティ（通信装置）である事を確認することが可能となり、高速で軽量なファイアウォール（Firewall）システムが実現可能となる。
これにより、不特定多数のエンティティ（通信装置）が存在するネットワークにおいても、ＩＰアドレスフィルタリングを行なうことが可能となり、リアルタイム性を損なわない高速で軽量な認証システムを提供することができる。ＩＴＳネットワークでは、その時刻にその地域に居合わせればネットワークに参加することが認証されるべきエンティティ（通信装置）は、不特定多数である。例えば、ある自動車メーカが自社の自動者のユーザにネットワークサービスを提供するとき、その自動車メーカが出荷する自動車すべてが真正なエンティティということになるからである。車車間通信において、その全てのエンティティを含むリストとの照合を行う認証を実行することは、現実的にはほとんど不可能である。本実施形態では、不特定多数のエンティティの中から、自分自身と同一時刻に同一地域に存在するエンティティのみが、同じ値の特異アドレス３１を持つことになるので、その特異アドレス３１を対象としたＩＰアドレスフィルタリングを行なうことにより、認証を軽量化し、リアルタイム性を損なわない高速性を実現することができるのである。
図４は、自動車２０に搭載される通信装置１１の構成例を示すブロック図である。自動車２０は、通信装置１１として、アンテナ２１と高周波モジュール（RF module）２２、ＧＰＳ受信機２３及びセキュアユニット２５が接続される制御ユニット２４を備える。
高周波モジュール（RF module）２２は他の通信装置（他の自動車１１、路側機１２、その他）及びＩＴＳサーバ２から送付される情報を受け、制御ユニット２４に送付する。高周波（RF: Radio Frequency）信号を復調する処理は、高周波モジュール２２内部で処理してもよいし、制御ユニット２４で処理してもよい。当然、別ユニットでの処理も可能である。ＧＰＳ受信機２３は衛星から取得した情報を元に、時刻情報３５と位置情報３４を制御ユニット２４に送付する。この際、衛星から得た情報をＧＰＳ受信機２３内でデコードしても、制御ユニット２４でデコードしてもよい。時刻情報３５の取得にＧＰＳを利用する例を示しているが、ネットワーク４経由で取得してもよい。セキュアユニット２５は、ＩＰアドレス３０を生成するために必要な乱数生成や、圧縮関数４１の計算機能、疑似乱数生成機能４２を備える。このセキュアユニット２５は、制御ユニット２４内で機能しても良いが、説明の便宜上、別ユニットの例として記載している。これらの２２〜２５は、同一の機能を有していれば、同一デバイスないし、いずれかの組合せでも実現可能である。
ＩＰアドレス３０における特異アドレス３１の値は、定期的、周期的に変更されるように構成すると好適である。これは、攻撃者が真正な通信を盗聴するなどにより、真正なＩＰアドレスを不正に取得し、不正に取得したＩＰアドレスを使って通信を行う、いわゆるなりすまし攻撃への対策となる。この頻度に関しては、攻撃に要する時間から見積ると５秒程度での変更が望ましい。当然、システムへの負荷を増加可能であれば、頻度が高い程セキュリティが向上する事は言うまでもない。
図５は、特異アドレス３１の周期的な更新を示す説明図である。時刻ごとに、特異アドレス３１であるＡｒｅａ／Ｄａｔｅ部と、割り振られたアドレスである個別アドレス３２とが例示される。時刻ｔ１において地域情報３４は「area1」、時刻情報３５は「t1」であり、ＩＴＳサーバから交付された乱数３３は「seed」であるとし、これに対してハッシュ関数により不可逆性圧縮を行った値「HASH(area1,t1,seed)」をシードとして疑似乱数「rand(HASH(area1,t1,seed))」が生成され、特異アドレス３１となる。このとき、ＩＴＳサーバ２から割り振られた個別アドレス３２は「189.076」である。時刻ｔ２には、時刻情報３５のみが「t2」に変化して特異アドレス３１の値は「rand(HASH(area1,t2,seed))」となるが、個別アドレス３２は「189.076」のまま変化しない。その後、時刻ｔｘには、時刻情報３５が「tx」に変化して特異アドレス３１の値は「rand(HASH(area1,tx,seed))」となるが、個別アドレス３２は「189.076」のまま変化しない。
図６は、通信システム１における、なりすましに対する耐性を示す説明図である。ＩＴＳサーバ２と、正当な通信装置である自動車１５＿１と１５＿２と、攻撃者である通信装置１６との間の通信が、時刻が上から下に経過するものとして、模式的に示される。正当な自動車１５＿１と１５＿２は、それぞれ破線の矢印で図示されるＩＴＳサーバ２から認証を受け、ＩＰアドレス３０を生成して保持している。正当な自動車１５＿１の時刻ｔ１にけるＩＰアドレス３０は、「10.rand(…,t1,…).189.076」であり、このＩＰアドレス３０を使って、正当な自動車１５＿１と１５＿２とが車車間通信を行っている。攻撃者１６はこの車車間通信を盗聴して、ＩＰアドレス３０「10.rand(…,t1,…).189.076」を不正に取得する。攻撃者１６は不正に取得したＩＰアドレス３０「10.rand(…,t1,…).189.076」を使って、その後の時刻ｔ２において、正当な自動車１５＿１になりすまし、自動車１５＿２との間の車車間通信を試みる。これがなりすまし車車間通信である。しかし、その時点では既に、自動車１５＿１のＩＰアドレス３０は、「10.rand(…,t2,…).189.076」に変更されている。図６にはＩＴＳサーバ２から正当な自動車１５＿１と１５＿２に対してそれぞれ破線矢印が示される。これは、時刻情報３５がＩＴＳサーバ２から与えられる例を示しているが、図４を引用して説明したように、自動車２０が自ら持つＧＰＳ受信機２３から得られる時刻情報３５に基づいて、自動車１５＿１と１５＿２がそれぞれ、特異アドレス３１を再生成してＩＰアドレス３０を更新してもよい。真正な車車間通信の相手である、自動車１５＿２のＩＰアドレス３０も、特異アドレス３１の部分が同じ値「rand(…,t2,…)」に変更されているので、自動車１５＿２は自身と同じ特異アドレス３１を持つ通信装置のみを認証して、通信を行なえばよい。古い時刻に不正取得したＩＰアドレス３０「10.rand(…,t1,…).189.076」を使ったなりすまし車車間通信は、特異アドレス３１の部分の値が異なるので、不正なアクセスとして排除される。以上のように、攻撃者がＩＰアドレス３０を傍受してなりすます事を防ぐ事が可能になる。このＩＰアドレスの変更周期は、システムによって任意に設定可能である。変更される周期が短ければ短い程、セキュリティが向上する事は言うまでもないが、変更頻度が多いとシステムへの負荷が大きくなる。実際の運用としては、ＩＰアドレス３０の変更周期は１秒〜１０秒が望ましい。一方、自動車の運用を考え、エンジンスタート時の変更等を採用してもよい。
図７は、ローカルＩＰアドレスの生成フローの一例を示すフロー図である。特異となるアドレス３１の生成に関わる情報の交換方法が、時刻が上から下に経過するものとして、模式的に示される。ＩＴＳサーバ２では、特異なアドレス３１を生成するための疑似乱数シードとなる値を事前に生成しておく（Ｓ１）。その後、自動車などの通信装置１０＿１と１０＿２が随時パワーオン（Power ON）される（Ｓ２，Ｓ３）。ＩＴＳサーバ２は２４時間運用である場合が多く、少なくとも自動車のパワーオンに連動して立ち上がる事は無いため、事前に疑似乱数シードとなる値を生成する事となる。当然、システムメンテナンス等でサービス提供を中断している最中に自動車などの通信装置１０＿１と１０＿２がパワーオンしてスタンバイしている状態も考え得るが、そのようなケースでも、乱数シードを準備できてからサービスを開始する事により、問題無く運用する事が可能である。本実施形態では、前述の特異なケースではなく、ＩＴＳサーバ２が通常運用を行っている時に自動車などの通信装置１０＿１と１０＿２がパワーオンする場合を用いて説明する。
パワーオン（Ｓ２，Ｓ３）後、自動車（路側機）などの通信装置１０＿１と１０＿２とＩＴＳサーバ２は証明書等の一般的な認証方法を用いて、双方ないし、ＩＴＳサーバ２から通信装置１０＿１と１０＿２それぞれの認証を行う（Ｓ４，Ｓ５）。この認証時に交換するセッション鍵等を用いて安全な通信を行う。この認証で確立されたセキュアな通信（Secure Communication）環境３の下で、自動車側１０＿１と１０＿２はIP Address Request（Ｓ６，Ｓ７）を行う。ＩＴＳサーバ２は認証している自動車なので、直ちにIP Address Responseを送付する（Ｓ８，Ｓ９）。
図８は、ＩＰアドレスレスポンス（Ｓ８，Ｓ９）のための通信パケットの構成例を示す説明図である。このメッセージは、ヘッダー情報３６と乱数シード部３３と割り振られた個別アドレス部３２を含む。ヘッダー情報３６は、上記のセキュアな通信（Secure Communication）環境３での通信プロトコルで規定されるヘッダーである。このようなセキュアな通信（Secure Communication）環境３では、公知の種々の通信プロトコルを採用し得るので、詳細な説明は省略する。
図７の説明に戻る。
自動車１０＿１と１０＿２は受け取ったIP Address response（Ｓ８，Ｓ９）から疑似乱数のシード部分を抽出し、特異なアドレス部分３１を生成する（Ｓ１０，Ｓ１１）。また、ＩＴＳサーバ２から割り振られた残りのIP Address部分３２を組合わせて、自身のLocal IP Address３０とする。
車車間ないし、路車間の通信を行う際には、このLocal IP Address３０を含むメッセージを生成し（Ｓ１２）、相手側１０＿２へ送付する（Ｓ１３）。この際、相手を特定して送付してもよいし、ブロードキャストで複数の相手に送付してもよい。図７では、ブロードキャスト（Ｓ１３）としている。メッセージを受け取った自動車ないし路側機１０＿２は、IP Addressの検証を行い（Ｓ１４）、特異となるアドレス３１が自身の生成している特異アドレス３１と一致するかを確認する。一致している場合は、正当な相手であるとみなし、メッセージ部の処理を行い（Ｓ１５）、必要に応じてそのメッセージに応答する（Ｓ１７）。一致しなかった場合は、不正なメッセージと判断し、メッセージを破棄する（Ｓ１６）。不正なメッセージと判断した場合、メッセージの破棄（Ｓ１６）に代えて、送付してきた相手にメッセージが不正である事を通知してもよい。また、不正メッセージを受信した自動車はＩＴＳサーバなどに不正なメッセージを受信した報告をする事も有効である。これによりシステムのセキュリティがより向上される。
図９は、ＩＰアドレスフィルタリングの動作の一例を示す説明図である。図７のIP Addressの検証（Ｓ１４）において、受信したメッセージに付与されている送信元のＩＰアドレス３０から、特異となるアドレス３１＿Ｔｘを抽出し、自身の生成している特異アドレス３１＿Ｒｘと一致するかを確認する。
図９の冒頭には、図７に例示されるブロードキャスト（Ｓ１３）において伝送されるパケットが例示される。そのパケットは、ヘッダー３７、送信元のＩＰアドレス３０、メッセージ３８及びパリティ３９で構成される。送信元のＩＰアドレス３０は、特異なアドレス３１＿Ｔｘを含む。これを受信した通信装置１０＿２では、パケットから特異なアドレス３１＿Ｔｘを抽出し、自身の生成している特異アドレス３１＿Ｒｘと比較する。不一致の場合には、即座に不正の処理（Ｓ１５）に移行しても良いが、不正と判断する前に、時刻同期外れを考慮して、時刻を前後させて生成した特異なアドレスとの比較検証を行い、それでも一致しなかった場合にメッセージを破棄する方法をとってもよい。即ち、時刻を最近の更新前の値に戻して特異なアドレス３１＿Ｒｘ（−１）を生成して、受信した特異なアドレス３１＿Ｔｘと比較する（Ｓ１８）。さらに、時刻を次回の更新の値に増やして特異なアドレス３１＿Ｒｘ（＋１）を生成して、受信した特異なアドレス３１＿Ｔｘと比較する（Ｓ１９）。いずれでも不一致の場合に、不正の処理（Ｓ１５）に移行する。このような手順を踏む事で、通信装置間の時刻同期が外れている場合にも、IP Address３０の特異となるシード部分３１を安全に共有する事が可能になる。
図１０は、高度交通システム（ＩＴＳ）への応用例を示す模式図である。上述の実施形態では、通信装置１０として主に自動車１１と路側機１２について説明し、通信装置間の通信として主に車車間と路車間の通信について説明したが、高度交通システム（ＩＴＳ）に限っても、通信装置１０についての種々の態様、したがって、それら通信装置間の通信についての種々の態様が、さらに含まれてもよい。
通信装置１０としては、通常の自動車１１＿１〜１１＿３の他、渋滞中の自動車１１＿４〜１１＿９、故障車１１＿１０、緊急車両１１＿１１など、種々の自動車が含まれ、路側機として信号機１２＿１や標識１２＿２、交通状況監視装置１２＿３等が含まれる。通信装置１０としては、さらに、歩行者が携行するスマートフォンなどの携帯機器１３＿１や、二輪車に装着され或いは運転者が携行する携帯機器１３＿２、天気情報を収集して通知する天候モニタ装置１４＿１や、工事などの情報を発信する交通整理支援装置１４＿２などが含まれてもよい。これらの通信装置は、車車間、路車間の他、互いに任意の形態で通信を行う。ＩＴＳサーバ２も同じネットワーク４に直接参加するように構成されてもよいし、認証用の基地局として路側機の１種として設置されてもよい。
〔実施形態２〕
実施形態１では、ＩＰアドレスがＩＰｖ４の場合について説明したが、ＩＰｖ６の場合にも同様に構成することができる。
図１１は、通信システムにおけるＩＰアドレス（ＩＰｖ６）の生成例を示す説明図である。ＩＰｖ６のＩＰアドレスは１６ビット毎の８ブロックで構成され、ＲＦＣ４１９３に定義されるように、６４ビットのインターフェース識別子に、任意の値を使用することができる。６４ビットのインターフェース識別子中に、図２と同様に特異なアドレス３１と個別アドレス３２とを割り当てる。即ち、特異なアドレス３１は、交付された乱数シード（Seed）３３と地域情報３４や日付・時刻３５から乱数生成回路（randomize）４０によって生成され、個別アドレス３２は、その車車間・路車間通信ネットワークに参加する複数の通信装置を区別するために、個別に異なる値が割り振られる。ＩＰｖ６では、ビットの自由度が高い事から、特異なアドレス３１を入れ込むビットの位置を変更する事も可能であるし、特異となるビット長を変更する事も可能である。ただし、特異なビットが長くなると、個別アドレス３２を割り振る対象数が少なくなるため注意が必要である。個別アドレス３２として割り振るビット長を１６ビット以上とする事が望ましい。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
自動車と路側機を含む高度交通システム（ＩＴＳ）に限らず、不特定多数の通信装置のうち、地域情報によって限定される一部の通信装置に対して、その地域でネットワークサービスを提供する通信システムには、種々の態様で変更することができる。例えば、携帯電話会社と契約する不特定多数のスマートフォンを通信機器とし、そのユーザがスマートフォンを携行してショッピングモールに入ったときに、当該ショッピングモールで提供されるネットワークサービスに、変更して応用することができる。
１ 通信システム
２ サーバ（ＩＴＳサーバ）
３ セキュアな通信路
４ ネットワーク
１０ 通信装置
１１ 自動車
１２ 路側機
１３ 携帯機器（歩行者等）
１４ その他の通信装置
１５ 正当な通信装置（正当な自動車）
１６ 攻撃者
２０ 自動車
２１ アンテナ
２２ 高周波通信モジュール（RF module）
２３ ＧＰＳ受信機
２４ 制御ユニット
２５ セキュアユニット
３０ ＩＰアドレス
３１ 特異アドレス
３２ 個別アドレス
３３ 乱数シード
３４ 地域情報
３５ 時刻情報
３６、３７ ヘッダー
３８ メッセージ
３９ パリティ
４０ 乱数発生回路
４１ 不可逆性圧縮関数（ＨＡＳＨ関数等）
４２ 疑似乱数生成回路

Claims (18)

  1. 複数の通信装置がネットワークを介して互いに通信可能に接続され、前記複数の通信装置のそれぞれはサーバと通信可能に接続された通信システムであって、
    前記サーバは、前記複数の通信装置からセキュアな環境下で認証を求められ、前記複数の通信装置を認証したときには、前記複数の通信装置に対して同じ乱数シードと個別の識別子を交付し、
    前記複数の通信装置のそれぞれは、自らの地域情報を有し、前記地域情報と交付された前記乱数シードをシードとして生成した疑似乱数と、自らに交付された識別子とを含む、ＩＰアドレスを有し、
    前記複数の通信装置は、互いに同じ疑似乱数をＩＰアドレスに含む通信装置との間で、通信を確立する、
    通信システム。
  2. 請求項１において、前記複数の通信装置のそれぞれは、さらに時刻情報を有し、前記疑似乱数は、前記地域情報と前記時刻情報と前記乱数シードに基づいて不可逆性圧縮関数によって生成された値をシードとして生成される、
    通信システム。
  3. 請求項２において、前記複数の通信装置のそれぞれはＧＰＳ受信部を有し、前記ＧＰＳ受信部は、前記地域情報と前記時刻情報を生成する、
    通信システム。
  4. 請求項１において、前記サーバは既に交付した乱数シードとは値が異なり、前記複数の通信装置に対して同じ値の乱数シードを、周期的に再交付し、
    前記複数の通信装置のそれぞれは、再交付された乱数シードに基づいて前記ＩＰアドレスを更新する、
    通信システム。
  5. 請求項１において、前記複数の通信装置は、自動車に搭載される通信装置と、路側機に搭載される通信装置とを含む、
    通信システム。
  6. 請求項５において、前記複数の通信装置は、歩行者が携帯可能な携帯電子機器に搭載される通信装置、または自転車に搭載される通信装置を含む、
    通信システム。
  7. サーバと通信可能であり、ネットワークを介して他の通信装置と通信可能な通信装置であって、
    地域情報と、前記サーバからセキュアな環境下で交付された乱数シードとに基づいて不可逆性圧縮関数によって生成された値をシードとして生成した疑似乱数を含むＩＰアドレスを有し、前記ＩＰアドレスと同じ疑似乱数を含むＩＰアドレスを持つ他の通信装置を通信対象として認証する、
    通信装置。
  8. 請求項７において、さらに時刻情報を有し、前記疑似乱数は、前記地域情報と前記時刻情報と前記乱数シードに基づいて不可逆性圧縮関数によって生成された値をシードとして生成される、
    通信装置。
  9. 請求項８において、ＧＰＳ受信部を有し、前記ＧＰＳ受信部は、前記地域情報と前記時刻情報を生成する、
    通信装置。
  10. 請求項７において、前記乱数シードは前記サーバによって周期的に再交付され、
    再交付された乱数シードに基づいて前記ＩＰアドレスを更新する、
    通信装置。
  11. 請求項７において、単一半導体基板上に形成される、
    通信装置。
  12. 請求項７に記載の通信装置を搭載する自動車。
  13. 複数の通信装置がネットワークを介して互いに通信可能に接続され、前記複数の通信装置のそれぞれはサーバと通信可能に接続された通信システムにおける通信方法であって、
    前記サーバが、前記複数の通信装置からセキュアな環境下で認証を求められ、前記複数の通信装置を認証したときには、前記複数の通信装置に対して同じ乱数シードと個別の識別子を交付する第１ステップと、
    前記複数の通信装置のそれぞれが、自らの地域情報を有し、前記地域情報と交付された前記乱数シードをシードとして生成した疑似乱数と、自らに交付された識別子とを含む、ＩＰアドレスを生成する第２ステップと、
    前記複数の通信装置が、互いに同じ疑似乱数をＩＰアドレスに含む通信装置との間で、通信を確立する第３ステップとを含む、
    通信方法。
  14. 請求項１３において、前記複数の通信装置のそれぞれは、さらに時刻情報を有し、前記第２ステップにおいて、前記疑似乱数は、前記地域情報と前記時刻情報と前記乱数シードに基づいて不可逆性圧縮関数によって生成された値をシードとして生成される、
    通信方法。
  15. 請求項１４において、前記複数の通信装置のそれぞれはＧＰＳ受信部を有し、前記ＧＰＳ受信部は、前記地域情報と前記時刻情報を生成する、
    通信方法。
  16. 請求項１３において、前記サーバは既に交付した乱数シードとは値が異なり、前記複数の通信装置に対して同じ値の乱数シードを、周期的に再交付する。前記複数の通信装置のそれぞれは、再交付された乱数シードに基づいて前記ＩＰアドレスを更新する、
    通信方法。
  17. 請求項１３において、前記複数の通信装置は、自動車に搭載される通信装置と、路側機に搭載される通信装置とを含む、
    通信方法。
  18. 請求項１７において、前記複数の通信装置は、歩行者が携帯可能な携帯電子機器に搭載される通信装置、または自転車に搭載される通信装置を含む、
    通信方法。
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