JP2016076862A - 位置認証システム、位置認証方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の位置認証システムでは、実際に位置情報発信位置に車両がいなくても、いるかのように振る舞えるという課題があった。【解決手段】衛星５からの位置情報、時刻情報を、固定端末２で受取り、前期位置情報、時刻情報の電子署名を求め、これらを固定端末２の狭域通信で移動体端末１に通信する。移動体端末１が受け取ったメッセージに、移動体端末１の情報を付与して、全体の電子署名をつけて、固定端末２に送り返す。固定端末２は受け取ったメッセージをオンライン、または、オフラインで位置情報管理センタ３に転送する。位置情報管理センタ３は、移動体端末１の電子署名、固定端末２の電子署名を検証し、移動体端末１の位置を認証する。【選択図】図６

Description

この発明は、移動体端末装置と、固定端末装置と、これらの位置情報を収集管理する位置情報管理センタからなるシステムにおいて、移動体端末装置の位置情報を安全に認証する位置認証システムに関するものである。

従来の位置認証システムは、路側機が識別情報を発し、この識別情報を受信した車両が自身の位置情報と識別情報を合わせて位置情報管理センタに送り、位置情報管理センタは、路側機の設置位置と車両の位置情報を比較することにより、移動体の位置情報の正当性を判断していた（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の位置証明システムは、まず証明書装置（路側機）が移動可能な端末に端末ＩＤ、証明書要求情報の送信要求を送り、送信要求を受信した端末は、証明書要求情報を端末の固有鍵で暗号化し、端末ＩＤと暗号化証明書要求情報を、証明書装置（路側機）に送信する。次に証明書装置（路側機）は、受信した時刻、端末ＩＤ、暗号化証明書要求情報、路側機ＩＤを証明書センタに送信する。そして位置認証システム証明書センタでは、端末ＩＤに対応する固有鍵で、暗号化証明書要求情報を復号し、認証を行うことを行い、認証できれば日時、端末ＩＤ、証明装置ＩＤを紐つけて記録することを行っていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−３８５８６号公報 特開２００７−１６４３０６号公報

しかしながら従来の位置認証システムでは、識別情報を予め入手しておき、適当な位置情報をつけて位置情報管理センタに送ることで、実際に位置情報発信位置に車両がいなくても、いるかのように振る舞えるという課題があった。

また、従来の位置証明システムでは、端末ＩＤ、暗号化証明書要求情報を予め入手しておき、適当な時刻をつけて送ることで、実際にその時刻にその位置にいなくても、いるかのように振る舞えるという課題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたもので、移動体端末装置の位置や時刻の成りすましを防止するとともに、移動体端末装置の否認不可性をシステムに持たせることが可能な位置認証システムを提供することを目的とする。

この発明に係る位置認証システムは、移動体端末と固定端末と位置認証装置からなり、前記位置認証装置が前記移動体端末の位置を認証する位置認証システムであって、前記移動体端末は、前記固定端末との間で狭域通信を行う狭域通信部を備え、前記固定端末との間で狭域通信を行い、前記固定端末は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からの電波を受信して、受信した位置と時刻を取得する衛星信号受信部と、前記移動体端末との間で狭域通信を行う狭域通信部を備え、前記移動体端末との間で狭域通信を行い、前記位置認証装置は、前記移動体端末と前記固定端末との間で、前記狭域通信により送受信された内容に基づき、前記移動体端末の位置を認証する。

この発明に係る位置認証システムによれば、移動体端末装置による情報改ざんを防止して、移動体端末装置の位置や時刻の成りすましを防止するとともに、移動体端末装置の否認不可性をシステムに持たせるが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る位置認証システムの構成図である。 本発明の実施の形態１に係る移動体端末装置の構成を示す図の一例である。 本発明の実施の形態１に係る固定端末装置の構成を示す図の一例である。 本発明の実施の形態１に係る検証装置の構成を示す図の一例である。 本発明の実施の形態１に係る位置認証システムの位置認証方法を説明するフロー図である。 本発明の実施の形態１に係る位置認証システムのメッセージ遷移を説明する図である。

実施の形態１．

図１は、この発明の実施の形態１に係る位置認証システム９０の構成図である。

位置認証システム９０は、移動体端末装置１（以下単に、移動体端末１という）と、固定端末装置２（以下、固定端末２という）と、位置情報管理センタ３から構成される。固定端末２、位置情報管理センタ３は公衆回線４に接続され、公衆回線４を介した通信が可能である。

図１において、移動体端末１は車両や人（図示せず）とともに移動する端末である。移動体端末１は、狭域通信により、狭域通信エリア内に位置する近傍の固定端末２との間で通信を行うことができる。
固定端末２はビルや信号機（図示せず）に設置された固定の端末である。固定端末２は測位衛星５（以下、衛星５という）からの電波を受信し、自己位置を演算することができる。また、固定端末２は狭域通信エリア内に移動体端末１が位置する場合に、移動体端末１との間で通信を行うことができる。また、固定端末２は公衆回線４を介して位置情報管理センタ３との間で通信を行うことができる。
位置情報管理センタ３は、移動体端末１や固定端末２の位置情報を管理するセンタである。位置情報管理センタ３は、公衆回線４を介して固定端末２から送られてきた位置情報と時刻情報の整合性を確認し、移動体端末１の位置情報を認証管理する。
公衆回線４は、ＴＣＰ-ＩＰ通信などを行える公衆回線であり、固定端末２と位置情報管理センタ３間の通信に使用する。
衛星５は位置情報、時刻情報等を地上に向けて配信する衛星であり、ＧＰＳ衛星、準天頂衛星、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星等に代表されるＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星である。

移動体端末１、固定端末２、位置情報管理センタ３には、公開鍵暗号基盤（public key infrastructure。以下、ＰＫＩという）が整備されていて、図示されていない認証局により、秘密鍵、公開鍵証明書が適切に管理、配布されているものとする。
これにより、移動体端末１、固定端末２は自己が保有する電子データに対して電子署名を求めることができる。電子署名を求められた電子データには、ＰＫＩを基盤とした電子署名が付与される。

移動体端末１と固定端末２の間の通信は狭域通信であり、固定端末２の近傍に移動体端末１が存在するときのみ、通信ができるものとする。

図２は、移動体端末１の構成例を示した図である。

移動体端末１は、移動体端末ＩＤ保持部１０１と、狭域通信部１０２と、電子署名要求部１０３と、メッセージ生成部１０４と、制御部１０５から構成される。
後述するように、移動体端末ＩＤ保持部１０１は、予め自己の移動体端末１に与えられた端末ＩＤを保持する。狭域通信部１０２は、固定端末２との間で狭域通信を行う。電子署名要求部１０３は、生成した電子データに対し電子署名を求める。メッセージ生成部１０４は、狭域通信により固定端末２に送信するメッセージを生成する。制御部１０５は、移動体端末１の全体動作を制御する。

図３は、固定端末２の構成例を示した図である。

固定端末装置２は、衛星信号受信部２０１と、狭域通信部２０２と、電子署名要求部２０３と、データ生成部２０４と、回線通信部２０５と、記憶部２０６と、制御部２０７から構成される。
衛星信号受信部２０１は測位衛星５からの電波を受信し、信号解析により自己位置を算出する。狭域通信部２０２は、移動体端末１との間で狭域通信を行う。電子署名要求部２０３は、生成した電子データに対し電子署名を求める。データ生成部２０４は、狭域通信により移動体端末１に送信するデータを生成する。回線通信部２０５は、公衆回線４を介して位置情報管理センタ３との間で通信を行う。記憶部２０６は、生成したデータを一時的に記憶する。制御部２０７は、固定端末２の全体動作を制御する。

図４は、位置情報管理センタ３の構成例を示した図である。

位置情報管理センタ３は検証装置６を備え、検証装置６は、移動体端末１や固定端末２が行った電子署名の検証を行い、移動体端末１の位置情報の認証を行う。検証装置６は回線通信部６０１と、記憶部６０２と、署名検証部６０３と、制御部６０４から構成される。
回線通信部６０１は、公衆回線４を介して固定端末２との間で通信を行う。記憶部６０２は、回線通信部６０１で受信した固定端末２からのデータを一時的に記憶する。署名検証部６０３は、移動体端末１、固定端末２の電子署名の検証を行う。制御部６０４は、検証装置６の全体動作を制御し、また、位置情報管理センタ３の他の構成（図示せず）との間で必要となる動作の制御を行う。

次に、本実施の形態に係る位置認証システム９０の動作について、図５の位置認証方法を説明するフロー図を使って説明する。

衛星５は、定期的に位置に関する情報（位置情報）と、時刻に関する情報（時刻情報）を地上向けの電波にのせて配信する（Ｓ１０１）。
衛星５が配信するこれらの情報を解析することで、電波を受信した受信端末の位置と時刻を正確に求めることができる。位置情報や時刻情報の解析方法の詳細については、例えば「精説GPS 基本概念・測位原理・信号と受信機」測位航法学会訳、ISBN:ISBN978-4-87974-631-3等に記載があるため、ここでは省略する。

固定端末２の衛星信号受信部２０１は、衛星５が配信する位置情報、時刻情報を受信する（Ｓ１０２）。
衛星信号受信部２０１は、受信した位置情報と時刻情報を解析することにより、固定端末２が存在する位置である位置情報_Ｒと、衛星５から上記の情報を受信した受信時刻である時刻情報_Ｒを算出する。

次に、データ生成部２０４は解析により得られた固定端末の位置情報_Ｒと時刻情報_Ｒに、自己の固定端末２に予め与えられた固有の端末ＩＤである固定端末ＩＤ_Ｒを加えたデータを生成する。
次に、電子署名要求部２０３は、生成した固定端末の位置情報_Ｒ、時刻情報_Ｒ、固定端末ＩＤ_Ｒからなるデータに対して、電子署名を求める（Ｓ１０３）。
この電子署名はＰＫＩをベースに行われるもので、生成した固定端末の位置情報_Ｒ、時刻情報_Ｒ、固定端末ＩＤ_Ｒからなる電子データに、電子署名_Ｒが付与される方式で行われる。

固定端末２の狭域通信部２０２は電子署名後の電子データ、すなわち、電子署名_Ｒが付与された位置情報_Ｒと時刻情報_Ｒと固定端末ＩＤ_Ｒを、固定端末２の狭域通信のエリア内に位置する移動体端末位置１に向けて送信する（Ｓ１０３）。

ここで狭域通信は、装置同士が所定の距離より近接した場合に、近接した装置同士の間でデータ通信を可能とするものであり、距離としては数センチから数十メートル程度の比較的短い距離である。
狭域通信においては、装置同士が所定の距離よりも近接した場合に初めて装置間での通信が成立し、相手装置との間で各種情報の送受が可能となる。逆に言えば、狭域通信のエリア内に装置同士が存在しない場合には装置間の通信は成立しない。よって、相手装置との間で狭域通信が成立したことは、その時刻に、相手装置の狭域通信のエリア内に位置していたことを示すことになる。

固定端末２の狭域通信のエリア内に位置する移動体端末位置１の狭域通信部１０２は、電子署名_Ｒが付与された位置情報_Ｒと時刻情報_Ｒと固定端末ＩＤ_Ｒを、狭域通信により受信する（Ｓ１０４）。

次に、メッセージ生成部１０４は、固定端末２から受信した電子署名後の固定端末位置_Ｒと受信時刻_Ｒと固定端末ＩＤ_Ｒ（電子署名_Ｒが付与された位置情報_Ｒと時刻情報_Ｒと固定端末ＩＤ_Ｒ）に、移動体端末１が内部に有する時計が示す時刻である時刻情報_Ｏと、予め移動体端末１に与えられた固有のＩＤである移動端末ＩＤ_Ｏを加えたメッセージを生成する（Ｓ１０５）。なお、固定端末２や移動体端末１に予め設定される固定端末ＩＤ_Ｏや移動端末ＩＤ_Ｏについては、秘密として適切に管理されているものとする。

次に、移動体端末１の電子署名要求部１０３は、固定端末位置_Ｒと受信時刻_Ｒと固定端末ＩＤ_Ｒに、移動体端末１が備える時計の時刻情報_Ｏと移動体端末１に固有の移動端末ＩＤ_Ｏを加えたメッセージ全体に対し、電子署名を求める。
電子署名は同じくＰＫＩをベースとした電子署名であり、電子署名によりメッセージ全体の電子データに対し電子署名_Ｏが付与される。

次に、移動体端末１の狭域通信部１０２は、メッセージ全体を電子署名した後の、固定端末位置_Ｒと、受信時刻_Ｒと、固定端末ＩＤ_Ｒと、時刻情報_Ｏと、移動端末ＩＤ_Ｏ（言い換えると、電子署名_Ｏが付与された固定端末位置_Ｒと、受信時刻_Ｒと、固定端末ＩＤ_Ｒと、時刻情報_Ｏと、移動端末ＩＤ_Ｏ）を固定端末２に向けて送信する（Ｓ１０５）。

移動体端末１の狭域通信エリア内に位置する場合、固定端末２の狭域通信部２０２は、移動体端末１からメッセージを受信する（Ｓ１０６）。すなわち、固定端末２は移動体端末１から、メッセージ全体を電子署名した後の、固定端末位置_Ｒと、受信時刻_Ｒと、固定端末ＩＤ_Ｒと、時刻情報_Ｏと、移動端末ＩＤ_Ｏを受信する。
なお、固定端末２が狭域通信エリア内に存在しない場合には、移動体端末１は狭域通信の呼び掛けを継続する。そして、固定端末２が見つかった時点でこの固定端末２との間で狭域通信を開始する。

移動体端末１からメッセージを受信した固定端末２は、受信したメッセージを、公衆回線３を介して位置情報管理センタ３の認証装置６に転送する（Ｓ１０７）。
なお、この転送は、オンラインでもオフラインでも構わない。

次に、固定端末２からメッセージを受け取った位置情報管理センタ３の認証装置６は、受け取ったメッセージにより、移動体端末１の電子署名の検証を行う（Ｓ１０８）。
認証装置６は、受け取ったメッセージを記憶部６０２に記憶し、署名検証部６０３が電子署名の検証を行う。
署名検証部６０３は、記憶部６０２に記憶したメッセージを用いて、移動体端末１の電子署名（電子署名_Ｏ）の検証、固定端末２の電子署名（電子署名_Ｒ）の検証を実行する。
具体的には、署名検証部６０３は、移動体端末１が付与した情報（時刻情報_Ｏ、移動端末ＩＤ_Ｏ）、および、固定端末２が付与した情報（固定端末位置_Ｒ、受信時刻_Ｒ、固定端末ＩＤ_Ｒ）を用いて、時刻情報_Ｏ、端末ＩＤ_Ｏ、固定端末位置_Ｒ、受信時刻_Ｒ、固定端末ＩＤ_Ｒのデータの真正性や、改ざんの有無をチェックする。

例えば、署名検証部６０３は、固定端末２の受信時刻_Ｒと移動体端末１の時刻情報_Ｏとの時刻の差が所定の閾値以内であれば真正であると判断する。
また、例えば署名検証部６０３は、固定端末位置_Ｒが、固定端末ＩＤ_Ｒと紐付けされる固定端末２の設置位置と明らかに異なる位置である場合には、メッセージになんらかの改ざんが有ったものと判断する。

このようにして、位置情報管理センタ３の認証装置６は、移動体端末１と固定端末２の電子署名の検証を行う。
これにより、移動体端末１の時刻情報、移動端末ＩＤ、固定端末２が算出した位置情報、時刻情報、固定端末ＩＤの真正性、改ざんの有無をチェックすることができる。

図６は、メッセージの遷移を示す図である。衛星５は位置情報と時刻情報をメッセージＭ１として送信される。

固定端末２では、受信した位置情報と時刻情報、または、位置情報と時刻情報から計算して求めた自己の位置情報_Ｒと時刻情報_Ｒと、端末ＩＤ_Ｒを署名対象にして電子署名_Ｒを求める。
固定端末２は、これらすべてを合わせたデータをメッセージＭ２として送信する。
なお、図では、括弧と矢印で、署名対象と電子署名の関係を示している。

移動体端末１が固定端末２の近傍（狭域通信エリア内）に存在する場合、移動体端末１は、固定端末２からメッセージＭ２を受信する。
移動体端末１では、受信したメッセージＭ２に移動体端末１の端末ＩＤ_Ｏと移動体端末１が保持する時刻情報_Ｏを署名対象として電子署名_Ｏを求めて、これらすべてを合わせたメッセージをＭ３として送信する。

メッセージＭ３を受取った固定端末２は、メッセージＭ３を位置情報管理センタ３に転送する。固定端末２は転送に際してメッセージの加工は行わない。

位置情報管理センタ３では、電子署名_Ｒ、および、電子署名_Ｏの検証をプロセスＰ１として行う。
これらの検証が成功すると、位置情報_Ｒ、時刻情報_Ｒ、端末ＩＤ_Ｒ、端末ＩＤ_Ｏ、時刻情報_Ｏは、信頼のおける情報となり、これらの情報を使ってサービス（図示せず）を提供することができる。
サービスでは、位置情報_Ｒ、時刻情報_Ｒ、端末ＩＤ_Ｒ、端末ＩＤ_Ｏ、時刻情報_０の整合性、すなわち、端末ＩＤをよりどころとして移動時間と移動距離が正しいか等を判断し、それに見合うサービスを提供する。

以上のように、実施の形態１に係る位置認証システムでは、固定端末に衛星信号受信機能と狭域通信機能を持たせ、移動体端末には狭域通信機能だけを持たせるシステムとした。
これにより、現在普及しているＥＴＣ車載器などのハードウェアをそのまま使用することができる。

また、実施の形態１の係る位置認証システムでは、電子署名を固定端末と移動体端末とで行うようにしているので、移動体端末による位置情報改ざんを防止することができるとともに、固定端末、移動体端末に否認不可性を持たせることができる。

また、実施の形態１に係る位置認証システムでは、電子署名の対象を、固定端末では衛星からの位置情報、時刻情報、固定端末のＩＤとし、移動体端末では固定端末からのメッセージ、移動体端末のＩＤ、移動体端末の時刻情報とするので、端末ＩＤの真正性も検証でき、成りすまし防止となる。また、時刻情報も固定端末と移動体端末で署名を行っているので、時刻情報の詐称も防止することができる。また、固定端末、移動体端末に否認不可性を持たせることができる。

また、実施の形態１に係る位置認証システムでは、固定端末のメッセージを移動体端末が受取り、移動体端末の情報を付加して、固定端末に送り返すので、移動体端末のメッセージ保持能力を小さく抑えることができ、低価格で端末を提供できる。

また、実施の形態１に係る位置認証システムでは、固定端末から位置情報管理センタへのメッセージ転送を、オンライン、または、オフラインで行うので、固定端末の通信コストを端末設置場所に応じて抑えることが可能となる。

なお、移動体端末１は、人、車、電車、船舶などあらゆる移動体に設置でき、移動先の位置に応じた情報・サービスを提供することができるようになる。

また、位置情報を安全に送れるので、移動体の位置のトレースが可能になる。

１ 移動体端末装置、２ 固定端末装置、３ 位置情報管理センタ、４ 公衆回線、５ 測位衛星、６ 検証装置、２０ 狭域通信電波、５０ 衛星からの電波、９０ 位置認証システム、１０１ 移動体端末ＩＤ保持部、１０２ 狭域通信部、１０３ 電子署名要求部、１０４ メッセージ生成部、１０５ 制御部、２０１ 衛星信号受信部、２０２ 狭域通信部、２０３ 電子署名要求部、２０４ データ生成部、２０５ 回線通信部、２０６ 記憶部、２０７ 制御部。

Claims (6)

1. 移動体端末と固定端末と位置認証装置からなり、前記位置認証装置が前記移動体端末の位置を認証する位置認証システムであって、
   前記移動体端末は、前記固定端末との間で狭域通信を行う狭域通信部を備え、前記固定端末との間で狭域通信を行い、
   前記固定端末は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からの電波を受信して、受信した位置と時刻を取得する衛星信号受信部と、前記移動体端末との間で狭域通信を行う狭域通信部を備え、前記移動体端末との間で狭域通信を行い、
   前記位置認証装置は、前記移動体端末と前記固定端末との間で、前記狭域通信により送受信された内容に基づき、前記移動体端末の位置を認証することを特徴とする位置認証システム。
2. 前記固定端末は、予め定められた前記固定端末に固有の端末ＩＤと前記位置と前記時刻の内容を、前記移動体端末に狭域通信により送信し、
   前記移動体端末は、前記前記移動体端末から受信した前記固定端末に固有の端末ＩＤと前記位置と前記時刻に、予め定められた前記移動体端末に固有の端末ＩＤと、前記移動体端末が有する時計の時計時刻を付加したメッセージを、前記固定端末に狭域通信により送信し、
   前記位置認証装置は、前記固定端末に固有の端末ＩＤと、前記位置と、前記時刻と、前記移動体端末に固有の端末ＩＤと、前記時計時刻を用いて、前記移動体端末の位置を認証することを特徴とする請求項１記載の位置認証システム。
3. 前記固定端末は、前記固定端末に固有の端末ＩＤと前記位置と前記時刻を電子署名する電子署名部を備え、
   前記移動体端末は、前記電子署名後の前記固定端末に固有の端末ＩＤと前記位置と前記時刻に、前記移動体端末に固有の端末ＩＤと前記時計時刻と付加したメッセージを電子署名する電子署名部を備え、
   前記位置認証装置は、前記固定端末の電子署名と、前記移動体端末の電子署名の検証を行う電子署名検証部を備え、前記検証結果に基づき前記移動体端末の位置を認証することを特徴とする請求項２記載の位置認証システム。
4. 前記移動体端末は、
   狭域通信により前記固定端末から受け取った前記電子署名後の前記固定端末に固有の端末ＩＤと前記位置と前記時刻に、前記移動体端末に固有の端末ＩＤと前記時計時刻とを付加したメッセージを電子署名した後、狭域通信により、前記固定端末に送信することを特徴とする請求項３記載の位置認証システム。
5. 前記固定端末は、前記移動体端末から受け取った電子署名後のメッセージを、オンラインまたはオフラインで前記位置認証装置に転送することを特徴とする請求項４記載の位置認証システム。
6. 位置認証装置が移動体端末の位置を認証する位置認証方法であって、
   予め設置位置が判っている固定端末が、ＧＮＳＳ衛星より受信した信号により算出した前記固定端末の位置と前記信号の受信時刻と、前記固定端末に固有の固定端末ＩＤと、を狭域通信により、前記移動体端末に送信する工程と、
   前記移動体端末が、前記固定端末から受信した前記固定端末の位置と前記信号の受信時刻と前記固定端末ＩＤに、自らが備える時計の時計時刻と、移動体端末に固有の移動端末ＩＤとを付加したメッセージを、狭域通信により、前記固定端末に送信する工程と、
   位置情報管理センタが、前記固定端末が受信した前記固定端末の位置と、前記信号の受信時刻と、前記固定端末ＩＤと、前記時計時刻と、移動端末ＩＤとを用いて、前記移動体端末の位置を認証する工程と、
   からなることを特徴とする位置認証方法。

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