JP2018136661A - 無線通信装置、認証情報生成サーバ、通信システム、無線通信方法及び無線通信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】認証情報生成サーバとノードとの間で時刻同期が困難なネットワークであっても、セキュリティを確保して通信することができるようにする。【解決手段】本発明に係る無線通信装置は、認証情報生成サーバにより生成された認証情報の認証を行ないセキュアな通信を行なう第１無線通信装置と無線通信を行なう無線通信装置において、認証情報の生成に必要な第１情報を管理する認証情報管理手段と、認証情報生成サーバに対して第１情報を含む認証情報生成要求を与えると共に、認証情報生成サーバから第１情報に基づく認証情報を取得する第１通信手段と、第１無線通信装置に送信する通信データに認証情報を付与した情報を、第１無線通信装置に無線通信する第２通信手段とを備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置、認証情報生成サーバ、通信システム、無線通信方法及び無線通信プログラムに関し、例えば、無線ネットワークを構成するノードに対して無線通信でノード設定する通信システムに適用し得るものである。

近年、世の中にある様々なモノに通信機能を持たせて、インターネットに接続させたり、相互通信をさせたりするＩｏＴ（Internet of Things）が注目されている。

例えば、無線ネットワークへの参加ができない場合や無線ネットワークの親機との接続ができない場合などには、無線経由で、設定情報の設定や変更（以下、これをノード設定と呼ぶ。）をすることが望まれている。

ノード設定処理の１つとして、ノード設定するアプリケーションを実行するコンピュータ（以下、ノード設定装置）とノードとが直接通信を行ない、ノード設定装置が当該ノードにノード設定する方法がある。この場合、ノード設定装置とノードとの間の無線通信は、セキュリティ機能が使用できないため、ノード設定装置とノードとの間の通信路の安全性を確保することが求められる。

上記のような通信路の安全性を確保するため、ノード設定装置とノードとの間で、共通鍵や公開鍵を利用したメッセージ認証を行なうことが考えられる。しかし、ノード設定装置が、多数のノードの全ての暗号鍵を管理することは、複雑となってしまう。

上記課題を解消するために、ケルベロス認証を利用したノード設定方法が考えられる。図２及び図３を用いて、ケルベロス認証を利用したノード設定方法を簡単に説明する。

図２に示すように、ケルベロス認証を利用したノード設定システム９０は、ケルベロス認証サーバ９２と、チケット発行サーバ１０３と、ノード設定装置９１と、ノード９４とを有する。なお、ケルベロス認証サーバ９２とチケット発行サーバ９３とは、物理的に同一サーバであってもよい。

チケット発行サーバ９３は公開鍵暗号の秘密鍵を有し、ノード９４はチケット発行サーバ９３の持っている公開鍵暗号の秘密鍵に対応する公開鍵を有している。又ケルベロス認証サーバ９２とチケット発行サーバ９３とノード設定装置９１は、互いにセキュアな通信が可能である。

図３に示すように、ノード設定装置９１はケルベロス認証サーバ９２に認証してもらい、チケット発行サーバ９３からノード９４へのアクセスチケット（以下、チケット）を送信（発行）してもらう権利を取得する（Ｓ５１）。アクセスチケット（チケット）は、少なくとも秘密鍵を用いて生成した認証子とタイムスタンプを含む。

ノード設定装置９１がノード設定を行なう場合、まずノード設定装置９４はチケット発行サーバ９３に対してチケット発行を要求し、チケットを取得する（Ｓ５２）。

その後、ノード設定装置９１は、ノード９４に対する設定情報と共に、チケットを添付して、ノード９４に無線で送信する。設定情報を受信したノード９４は、「チケット内の認証子の認証が自身内部の公開鍵を使って正しくできる。」「タイムスタンプ情報と自分の時刻情報とを比較して設定値以上離れていない。」の２つ条件を満たしていれば、「正しい設定変更要求である」と判断して、設定の変更をする（Ｓ５３）。そうでない場合、ノード９４は設定変更をしない。

ＲＦＣ１５１０：Ｋｅｒｂｅｒｏｓ ネットワーク認証サービスｖ５

従来のケルベロス認証を利用したノード設定方法の場合、ノードとチケット発行サーバとが時刻同期をしていることが必要となる。なぜなら、チケット再使用攻撃（いわゆるリプレイ攻撃）を防止するためにあり、ノードは、チケット内のタイムスタンプ情報を参照してリプレイ攻撃の有無を検出する必要があるからである。

しかし、ネットワークによっては、ノードとチケット発行サーバとが直接通信できず、ノードとチケット発行サーバとの間で時刻同期は困難な場合がある。

そこで、上記課題に鑑み、チケット発行サーバ（認証情報生成サーバ）とノードとの間で時刻同期が困難なネットワークであっても、セキュリティを確保して通信することができる無線通信装置、認証情報生成サーバ、通信システム、無線通信方法及び無線通信プログラムが求められている。

かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る無線通信装置は、認証情報生成サーバにより生成された認証情報の認証を行ないセキュアな通信を行なう第１無線通信装置と無線通信を行なう無線通信装置において、（１）認証情報の生成に必要な第１情報を管理する認証情報管理手段と、（２）認証情報生成サーバに対して第１情報を含む認証情報生成要求を与えると共に、認証情報生成サーバから第１情報に基づく認証情報を取得する第１通信手段と、（３）第１無線通信装置に送信する通信データに認証情報を付与した情報を、第１無線通信装置に無線通信する第２通信手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明に係る無線通信装置は、認証情報生成サーバにより生成された認証情報を認証してセキュアな通信を行なう無線通信装置において、（１）認証情報生成サーバに認証情報生成要求をした第２無線通信装置と無線通信する通信手段と、（２）認証情報の認証に用いられる鍵を記憶する鍵記憶手段と、（３）鍵記憶手段に記憶される鍵を用いて、第２無線通信装置からの通信データに付与された認証情報を認証する認証手段とを備えることを特徴とする。

第３の本発明に係る認証情報生成サーバは、受信したデータに少なくとも認証情報を付与して、認証情報生成の要求元に返送する認証情報生成サーバであって、（１）予め登録された複数の秘密鍵を記憶する秘密鍵記憶手段と、（２）複数の秘密鍵の中から選択した鍵を用いて、受信した認証情報の生成に必要な第１情報に基づいて認証情報を生成する認証情報生成手段とを備えることを特徴とする。

第４の本発明に係る通信システムは、第３の本発明に係る認証情報生成サーバと、第２の本発明に係る無線通信装置と、第２の本発明に係る無線通信装置とを備えることを特徴とする。

第５の本発明に係る無線通信方法は、認証情報生成サーバにより生成された認証情報の認証を行ないセキュアな通信を行なう第１無線通信装置と無線通信を行なう無線通信方法であって、（１）認証情報管理手段が、認証情報の生成に必要な第１情報を管理し、（２）第１通信手段が、認証情報生成サーバに対して第１情報を含む認証情報生成要求を与えると共に、認証情報生成サーバから第１情報に基づく認証情報を取得し、（３）第２通信手段が、第１無線通信装置に送信する通信データに認証情報を付与した情報を、第１無線通信装置に無線通信することを特徴とする。

第６の本発明に係る無線通信プログラムは、認証情報生成サーバにより生成された認証情報の認証を行ないセキュアな通信を行なう第１無線通信装置と無線通信を行なう無線通信プログラムにおいて、コンピュータを、（１）認証情報の生成に必要な第１情報を管理する認証情報管理手段と、（２）認証情報生成サーバに対して第１情報を含む認証情報生成要求を与えると共に、認証情報生成サーバから第１情報に基づく認証情報を取得する第１通信手段と、（３）第１無線通信装置に送信する通信データに認証情報を付与した情報を、第１無線通信装置に無線通信する第２通信手段として機能させることを特徴とする。

第７の本発明に係る無線通信方法は、認証情報生成サーバにより生成された認証情報を認証してセキュアな通信を行なう無線通信方法において、（１）認証情報の認証に用いられる鍵を記憶する鍵記憶手段を備え、（２）通信手段が、認証情報生成サーバに認証情報生成要求をした第２無線通信装置と無線通信し、（３）認証手段が、鍵記憶手段に記憶される鍵を用いて、第２無線通信装置からの通信データに付与された認証情報を認証することを特徴とする。

第８の本発明に係る無線通信プログラムは、認証情報生成サーバにより生成された認証情報を認証してセキュアな通信を行なう無線通信プログラムにおいて、認証情報の認証に用いられる鍵を記憶する鍵記憶手段を備えるコンピュータを、（１）認証情報生成サーバに認証情報生成要求をした第２無線通信装置と無線通信する通信手段と、（２）鍵記憶手段に記憶される鍵を用いて、第２無線通信装置からの通信データに付与された認証情報を認証する認証手段として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、チケット発行サーバとノードとの間で時刻同期が困難なネットワークであっても、セキュリティを確保して通信することができる。

第１の実施形態に係るノード設定装置の内部構成を示す内部構成図である。 従来のケルベロス認証を利用したノード設定システムの構成を示す全体構成図である。 従来のケルベロス認証を利用したノード設定方法を示すシーケンス図である。 第１の実施形態に係るノード設定システムの全体構成を示す全体構成図である。 第１の実施形態に係るチケット発行サーバの内部構成を示す内部構成図である。 第１の実施形態に係るノードの内部構成を示す内部構成図である。 第１の実施形態のケルベロス認証を利用したノード設定方法を示すシーケンス図である。 第２の実施形態に係るノード設定装置の内部構成を示す内部構成図である。 第２の実施形態に係るノードの内部構成を示す内部構成図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る無線通信装置、認証情報生成サーバ、通信システム、無線通信方法及び無線通信プログラムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

第１の実施形態では、センサネットワークにおいて、ケルベロス認証を利用してノード設定装置がノードに対して設定情報の設定又は変更を行なう場合を例示する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
（Ａ−１−１）全体構成
図４は、第１の実施形態に係るノード設定システムの全体構成を示す全体構成図である。

図４において、第１の実施形態に係るノード設定システム１０は、ノード設定装置１、ケルベロス認証サーバ２、チケット発行サーバ３、ノード４を有する。なお、ケルベロス認証サーバ２及びチケット発行サーバ３は、物理的に同一サーバであってもよい。

ケルベロス認証サーバ２は、認証要求元のノード設定装置１から取得した情報に基づいて認証し、チケット発行のためのチケット発行チケット（例えば、ＴＧＴ：Ticket Granting Ticket）をノード設定装置１に送信する。なお、ケルベロス認証サーバ２の処理は、例えば非特許文献１に記載される既存の技術を適用することができるため、ここでの詳細な説明は省略する。

チケット発行サーバ３は、ノード設定装置１から受信した認証子を生成するための第１情報を含む情報に基づいてチケットを発行し、ノード設定装置１にチケットを送信する。

ここで、第１情報については、後述するが、例えば、タイムスロット情報や、ノード設定装置１がノード４に送信する送信データの一部又は全部等とすることができる。チケット発行サーバ３が発行するチケットは、少なくとも秘密鍵を用いて、第１情報に基づいて生成した認証子と、タイムスロット情報とを含む。

ノード設定装置１は、ケルベロス認証サーバ２及びチケット発行サーバ３と接続可能であり、又センサネットワークを構成する各ノード４と無線通信可能なものである。

ノード設定装置１は、各ノード４に対してノード設定や設定情報の更新等（以下、「ノード設定」とも呼ぶ）を行なう際、各ノード４との間で事前に時刻同期をしておき、ケルベロス認証サーバ２に認証を要求する。そして、ノード認証装置１は、ケルベロス認証サーバ２による認証が成功すると、チケット発行サーバ３に認証子の生成に必要な情報（これを「第１情報」とも呼ぶ。）を含む情報を、チケット発行サーバ３に送信して、第１情報に基づいて発行されたチケットをチケット発行サーバ３から取得する。

ここで、第１情報は、上述したようにチケット発行サーバ３に認証子の生成に必要な情報である。第１情報は、ノード設定装置１とノード４との間で認識可能な情報である。この実施形態では、第１情報では、少なくとも、ノード設定装置１がノード４との間で事前に時刻同期したタイムスロット情報（すなわち、時刻情報）を含むものであったり、更に、ノード設定装置１がノード４に送信する送信データの一部又は全部を含むものであったりしてもよい。

ノード設定装置１は、ノード４に設定する設定情報とチケットとを含む送信信号を、対象とするノード４に送信する。

上記のように、ノード設定装置１は、第１情報（ここでは、ノード４と時刻同期したタイムスタンプ情報）をチケット発行サーバ３に送信してチケット発行を要求する。このチケットは、少なくとも、ノード設定装置１がチケット発行サーバ３に送信した第１情報（タイムスタンプ情報）を反映した認証子を含む。

このように、ノード設定装置１が各ノード４との間で事前に時刻同期をしておくことで、ノード４との間で時刻同期しているタイムスロット情報に基づいて認証子をチケット発行サーバ３に生成させ、その認証子を含むチケットをチケット発行サーバ３に発行させることができる。

ノード４は、センサネットワークを構成するノードである。ノード４は、事前にノード認証装置１との間で時刻同期をしておき、その後、ノード設定装置１から設定情報とチケットとを取得する。このとき、ノード４は、チケットに含まれているタイムスタンプ情報と、自身に搭載されているタイマの時刻情報との比較に基づいて、正当な設定変更要求か否かを判断する。上記のように、ノード４とノード設定装置１とは事前に時刻同期をしているため、チケットに含まれているタイムスロット情報とノード４内部の時刻情報との比較結果に基づいて、設定変更要求の正当性を判断できる。

（Ａ−１−２）ノード設定装置１の内部構成
図１は、第１の実施形態に係るノード設定装置１の内部構成を示す内部構成図である。

図１において、第１の実施形態に係るノード設定装置１は、第１通信部１１、第２通信部１２、タイマ１３、時刻同期部１４、認証子データ管理部１５、アンテナ部１６を有する。

なお、ノード設定装置１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなどを有する装置に適用することができ、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている処理プログラム（例えば、通信プログラム等）を実行することにより、ノード設定装置１の各種機能を実現する。

第１通信部１１は、通信回線と接続しており、ケルベロス認証サーバ２やチケット発行サーバ３との間で情報の授受をする。第１通信部１１は、認証子データ管理部１５から認証子を生成するために必要な第１情報（ここでは、タイムスロット情報）を取得し、そのタイムスロット情報を含むチケット発行要求信号をチケット発行サーバ３に送信する。また、第１通信部１１は、チケット発行サーバ３から、発行されたチケットを取得し、その取得したチケットを認証子データ管理部１５に与える。

第２通信部１２は、アンテナ部１６を介して無線により各ノード４との間で情報の授受をする。ノード４に対してノード設定を行なう際に、第２通信部１２は、認証子データ管理部１５から、ノード４に設定する設定情報とチケットとを統合された送信データを各ノード４に送信する。

タイマ１３は、認証子データ管理部１５と時刻同期部１４と接続しており、ノード設定装置１において時刻を計時するものである。タイマ１３は、時刻同期部１４の指示により時刻を再設定する機能と、認証子データ管理部１５からの指示により計時しているタイムスタンプ（時刻情報）を与えるものである。

時刻同期部１４は、タイマ１３と接続しており、各ノード４との間で時刻同期をするものである。ノード４へのノード設定の際に、対応するノード４とノード設定装置１との間で時刻同期がされていればよく、例えば所定時間毎に各ノード４と時刻同期をするようにしてもよい。

また、時刻同期の実現方法は、種々の方法を広く適用することができ、例えば、第２通信部１２を介して、タイマ１３から取得したタイムスタンプ情報（時刻情報）をノード４に無線通信して、ノード設定装置１における時刻情報をノード４に知らせるようにしてもよい（すなわち、「無線を使用した時刻同期」）。又例えば、ノード設定装置１が時刻情報をノード４に送信後、ボタンを同時押しすることにより、時刻同期をする方法であってもよい。いずれにしても、ノード設定装置１と各ノード４との間で互いに時刻情報の認識ができていればよい。

認証子データ管理部１５は、チケット発行サーバ３に発行要求するチケットに含まれる認証子を生成するためのデータ（第１情報）を管理する機能と、チケット発行サーバ３から取得した認証子をノード４に送信する送信データ（設定情報とチケットとを含むデータ）とを統合する機能とを有する。

ノード設定装置１がノード４のノード設定を行なう際（すなわち、ノード４に設定情報を送信する際）に、ノード設定装置１はチケット発行サーバ３にチケット発行を要求する。このとき、認証子データ管理部１５は、タイマ１３からタイムスタンプ情報（時刻情報）を取得し、このタイムスタンプ情報をチケット発行サーバ３に送信するため、第１通信部１１に与える。

（Ａ−１−３）チケット発行サーバ３の内部構成
図５は、第１の実施形態に係るチケット発行サーバ３の内部構成を示す内部構成図である。

図５において、チケット発行サーバ３は、認証子生成部３１、チケット発行部３２、通信部３３を有する。

通信部３３は、ノード設定装置１から取得したチケット発行要求信号に含まれている第１情報を認証子生成部３１に与える。又、通信部３３は、認証子生成部３１により生成された認証子を含むチケットを、要求元のノード認証装置１に送信する。

チケット発行部３２は、ノード設定装置１から取得したチケット発行に必要な情報に基づいてチケットを発行するものである。なお、チケット発行方法は、既存のケルベロス認証のチケット発行処理を適用するため、ここでの詳細な説明を省略する。

認証子生成部３１は、ノード設定装置１から取得したチケット発行要求信号に含まれている第１情報（タイムスタンプ情報）に基づいて認証子を生成するものである。認証子生成部３１は、要求元のノード設定装置１に送信するため、生成した認証子を通信部３３に与える。

なお、認証子生成部３１は、第１情報としてのタイムスタンプ情報に基づいて認証子を生成するようにしてもよいし、第１情報として含まれているタイムスタンプ情報及び送信データ（すなわち、ノード設定装置１がノード４に送信する設定情報の一部又は全部）に基づいて認証子を生成するようにしてもよい。さらに、認証子生成部３１は、生成した認証子を暗号化してもよい。

ここで、認証子生成部３１は、ノード４が認証することができる認証子を生成する。認証子の生成方法は、例えば、ノード４内に公開鍵を入力しておき、チケット発行サーバ３は、ノード４に入力してある公開鍵に対応した秘密鍵で認証子を生成するようにしてもよい。また例えば、ノード４とチケット発行サーバ３とで共通鍵を共有しておき、認証子を生成、承認する」といった方法が考えられる。ノード４への公開鍵の入力は、例えば製品出荷時に入力しておくことで実現できる。

（Ａ−１−４）ノード４の内部構成
図６は、第１の実施形態に係るノード４の内部構成を示す内部構成図である。

図６において、第１の実施形態に係るノード４は、認証部４１、タイマ４２、時刻同期部４３、通信部４４、アンテナ部４５、鍵記憶部４６を有する。

なお、ノード４は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなどを有する装置に適用することができ、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている処理プログラム（例えば、通信プログラム等）を実行することにより、ノード４の各種機能を実現する。

タイマ４２は、認証部４１と時刻同期部４３と接続されており、ノード４内の時刻を計時するものである。タイマ４２は、時刻同期部４３の指示により時刻を再設定する。つまり、ノード設定装置１との間で時刻同期するため、例えばノード設定装置１から通知されたタイムスタンプ情報（時刻情報）に基づいて、タイマ４２の時刻を修正する。また、タイマ４２は、認証部４１の指示により、自身の時刻を認証部４１に通知する。

時刻同期部４３は、ノード設定装置１との間で時刻同期をするものである。時刻同期の方法は、ノード設定装置１の説明の際に説明したが、例えばノード設定装置１からタイムスタンプ情報を取得することにより、ノード設定装置１における時刻を認識できるので、自身の時刻をノード設定装置１の時刻に修正する方法などを適用できる。

通信部４４は、アンテナ部４５を介してノード設定装置１との間で無線通信する。通信部４４は、ノード設定装置１から設定情報とチケットとを含む設定変更要求信号を取得し、その設定変更要求信号を認証部４１に与える。

鍵記憶部４６は、認証子の認証に必要な暗号鍵を記憶するものである。例えば、鍵記憶部４６には、公開鍵が記憶されており、後述する認証部４１が認証子の認証をする際に、公開鍵を認証部４１に与える。

認証部４１は、通信部４４とタイマ４２とに接続されており、通信部４４から受信したチケットに含まれる認証子を用いて認証を行なう。

認証部４１は、鍵記憶部４６に記憶されている暗号鍵（例えば、公開鍵）を使用して、チケット内の認証子の認証が正当であるか否かを認証する。さらに、認証部４１は、認証子に付与されているタイムスタンプ情報とタイマ４２の時刻情報とを比較して設定値（閾値）以上離れていないことを認証する。

ここで、認証子には、ノード設定装置１がチケット発行サーバ３に送信した第１情報（タイムスロット情報）が含まれており、認証部４１は、タイマ４２の値と、認証子に含まれているタイムスロット情報の値とを比較し、その差分値が閾値以下であるか否かを判断する。

そして、差分値が設定値（閾値）以下の場合、公開鍵を用いて認証子が正当であり、かつ、差分値が閾値以下の場合、認証成功と判定する。ノード４は設定情報の更新を行なう。つまり、認証子が正当であり、かつ、リプレイ攻撃防止のため、タイムスタンプ情報に基づく認証子の期限も有効であるので、ノード４は設定情報の更新を行なう。

一方、差分値が閾値を超えている場合、公開鍵を用いて認証子が正当であっても、認証失敗と判定する。勿論、認証子が正当でない場合、認証失敗である。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態のノード設定システム１０におけるケルベロス認証を利用したノード設定処理を説明する。

図７は、第１の実施形態に係るノード設定処理を示すシーケンス図である。

第１の実施形態では、ノード４とノード設定装置１との間で予め時刻同期をしておき、ノード設定装置１内部のタイムスタンプ情報（第１情報）をチケット発行サーバ３に送信してアクセスチケットの発行を要求する。アクセスチケットには、少なくともノード設定装置１がチケット発行サーバ３に送付したタイムスタンプ情報を反映した認証子が含まれている。ノード４は、そのタイムスタンプ情報とタイマ４２の値との差分値と、閾値との比較により、認証子の寿命を判断して認証成功又は失敗を判定する。

図７において、ノード設定装置１とノード４とは、事前に時刻同期を行なう（Ｓ１）。例えば、ノード設定装置１は、通信開始時若しくは所定時間毎に、自身のタイマ１３の時刻情報をノード４に通知するなどして、ノード４との間で時刻同期を行なっておく。

ノード設定装置１が、各ノード４のノード設定を行なう場合、ケルベロス認証を利用する。つまり、ノード設定装置１は、ケルベロス認証サーバ２に認証してもらい、チケット発行サーバ３からノード４へのアクセスチケット（以下、チケット）を送信（発行）してもらう権利を取得する（Ｓ２）。

ノード設定装置１がノード４のノード設定を行なう場合、ノード設定装置１は、チケット発行サーバ３に対して、第１情報を含むチケット発行要求信号を送信する。このとき、認証子データ管理部１５が、タイマ１３からタイムスタンプ情報（時刻情報）を取得し、これを第１情報とする。第１通信部１１は、第１情報としてのタイムスタンプ情報を含むチケット発行要求信号を、チケット発行サーバ３に送信する（Ｓ３）。

チケット発行サーバ３では、認証子生成部３１が、ノード設定装置１からのチケット発行要求信号に含まれている第１情報に基づいて認証子を生成する。認証子は、ノード４が認証できるようにするため、例えばノード４に公開鍵を入力しておき、認証子生成部３１が、ノード４の公開鍵に対応する秘密鍵を用いて、第１情報に基づく認証子を生成する等の方法で生成する。

チケット発行サーバ３において、認証子生成部３１が認証子を生成すると、通信部３３が、認証子を含むチケットをノード設定装置１に送信する（Ｓ３）。

ノード設定装置１は、チケット発行サーバ３からチケットを取得すると、認証子データ管理部１５は、ノード４に設定する設定情報とチケットに含まれる認証子とを統合し、第２通信部１２が、設定情報とチケットとを含む設定情報変更要求信号をノード４に無線通信する（Ｓ４）。

ノード４では、ノード設定装置１から設定情報変更要求信号を受信すると、認証部４１がチケットに含まれる認証子を抽出する。さらに、認証部４１は、認証子に含まれている第１情報としてのタイムスタンプ情報の値と、タイマ４２の時刻の値とを比較する。

そして、認証子のタイムスタンプの値とタイマ４２の値との差分値が閾値（設定値）以下の場合、認証成功と判定する。つまり、当該認証子は有効期間（寿命）内であると判定し、セキュアな通信を行なうことができる。このとき、ノード４はノード設定装置１からの設定情報に基づいて情報を更新する。

一方、認証子のタイムスタンプの値とタイマ４２の値との差分値が閾値（設定値）を超えている場合、認証失敗と判定する。つまり、当該認証子は有効期間を超えていると判定し、無線通信が失敗する。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、チケット発行サーバとノードとが直接通信することができず、チケット発行サーバとノードとの間で時刻同期できない場合であっても、ノードと時刻同期しているノード設定装置が内部のタイムスロット情報をチケット発行サーバに送信して、認証子（チケット）を生成させることにより、ノードは認証することができる。その結果、ノード設定装置とノードとの間の無線通信のセキュリティを容易に確保することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明に係る無線通信装置、認証情報生成サーバ、通信システム、無線通信方法及び無線通信プログラムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

第２の実施形態は、第１情報としてのタイムスロット情報に代えて、ノード設定装置１が、ランダムに乱数（以下、ノード設定時生成乱数とも呼ぶ。）を生成し、その乱数を含むものを第１情報としてチケット発行サーバ３に送信する。

一方、ノード４は、ノード設定装置１から設定情報を取得するたびに、ノード設定装置１からのノード設定時生成乱数を記憶しておく。ノード４は、チケットを受信すると、チケットに含まれるノード設定時生成乱数と、記憶しているノード設定時生成乱数とを比較し、同じノード設定時生成乱数を含むチケットを再び受信した場合、認証失敗（不正なもの）と判定する。一方、異なるノード設定時生成乱数である場合、認証成功して、設定情報の更新を行なう。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成及び動作
第２の実施形態のノード設定システムの全体構成は、基本的には、第１の実施形態と同じであるため、第２の実施形態でも第１の実施形態の図４を用いる。また、チケット発行サーバ３の内部構成も、基本的には、第１の実施形態の図５と同じであるため、第２の実施形態でも図５を用いる。

図８は、第２の実施形態に係るノード設定装置１Ａの内部構成を示す内部構成図である。

図８において、第２の実施形態のノード設定装置１Ａは、第１通信部１１、第２通信部１２、タイマ１３、時刻同期部１４、認証子データ管理部１５Ａ、乱数記憶部１７、アンテナ部１６を有する。

認証子データ管理部１５Ａ以外の第１通信部１１、第２通信部１２、タイマ１３、時刻同期部１４、アンテナ部１６は、第１の実施形態と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

認証子データ管理部１５Ａは、ノード設定の際に、ランダムに乱数（ノード設定時生成乱数）を生成する乱数発生部１５１を有する。

また、認証子データ管理部１５Ａは、乱数発生部１５１によりノード設定時生成乱数を乱数記憶部１７に記憶する。ここで、認証子データ管理部１５Ａは、ノード設定時生成乱数の重複を回避するため、ノード設定時に、乱数記憶部１７に記憶されるノード設定時生成乱数を参照し、今回新たに生成した乱数が過去の乱数と重複がないかを確認する。

過去の乱数と重複がない場合、認証子データ管理部１５Ａは、乱数発生部１５１により生成されたノード設定時生成乱数を含む第１情報をチケット発行サーバ３に送信するため、第１情報を含むチケット発行要求信号を第１通信部１１に与える。また、過去の乱数と重複する場合、認証子データ管理部１５Ａは今回生成した乱数を廃棄する。なお、同一乱数を生成したときには、再度、乱数発生部１５１が、乱数を生成する。このようにして、同一の乱数の生成を回避する。

図９は、第２の実施形態に係るノード４Ａの内部構成を示す内部構成図である。

図９において、第２の実施形態のノード４Ａは、認証部４１Ａ、タイマ４２、時刻同期部４３、通信部４４、アンテナ部４５、鍵記憶部４６、乱数記憶部４７を有する。

タイマ４２、時刻同期部４３、通信部４４、アンテナ部４５、鍵記憶部４６は、第１の実施形態と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

認証部４１Ａは、第１の実施形態と同様に、鍵記憶部４６に記憶されている暗号鍵（例えば、公開鍵）を使用して、チケット内の認証子の認証が正当であるか否かを認証する。

認証部４１Ａは、ノード認証装置１Ａからノード設定の要求があるたびに、第１情報としての乱数（ノード設定時生成乱数）を乱数記憶部４７に記憶する。

また、認証部４１Ａは、乱数記憶部４７を参照して、暗号鍵を用いて認証子を解読して得たノード設定時生成乱数の値が過去の乱数の値と同一のものがあるか否かを判定する乱数確認部４１１を有する。乱数確認部４１１は、今回のノード生成時生成乱数の値が過去の乱数の値と同一である場合、認証子の認証は正しくないと判定する。

なお、ノード４Ａはノード設定装置１Ａと時刻同期しているため、例えばチケットを発行した時刻等が分かれば、認証部４１Ａは、チケット発行時刻からの時間を認識でき、その時間が有効期間内であれば、チケット（認証子）は有効し、時間が有効期間を超えていれば、チケット（認証子）は有効でないと判定する。例えば、センサネットワークを構成するノード４Ａの中には、絶対時刻を管理する機能を有しないものもある。そのような場合でも、ノード４Ａが、ノード設定装置１Ａからタイムスタンプ情報（時刻情報）を取得し、ノード４Ａは、同期した時刻からの計時時間を認識でき、このような時間を使用してチケットが有効時間を経過しているか否かを判定できる。

（Ｂ−２）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果を奏すると共に、タイムスロット情報に代えて、ノード設定時生成乱数を第１情報とすることにより、チケット発行サーバに対して予めチケットを生成しておくことができる。その結果、ノード設定装置が、チケット発行サーバと通信できない場合でも、セキュアな設定が可能である。

（Ｃ）他の実施形態
上述した第１及び第２の実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用することができる。

（Ｃ−１）上述した第１及び第２の実施形態では、認証子の生成については、チケット発行サーバが行なう場合を例示した。しかし、チケット発行サーバに代えて、少なくとも認証子を生成する代行サーバであってもよい。換言すると、チケット発行サーバが有するチケット発行機能と認証子生成機能のうち、認証子生成機能を、別の代行サーバで行うようにしてもよい。

この場合、例えば、上記代行サーバは、認証子の生成のための複数の秘密鍵を記憶しておき、認証子の生成の際に、複数の秘密鍵の中から、認証子の生成に必要な鍵をランダムに選択する。そして、選択した鍵を用いて認証子を生成し、例えばチケットに認証子を付与して、ノード設置装置に送信するようにしてもよい。

（Ｃ−２）第２の実施形態では、ノード設定装置が乱数を生成し、その乱数をチケット発行サーバに送信して認証子を生成させる場合を例示した。しかし、乱数を生成するものが、ノードであってもよい。例えば、ノード設定装置がノードに対してノード設定を要求する。これを受けて、ノードが乱数を生成し、ノードが無線通信で乱数をノード設定装置に送信する。これにより、ノード設定装置が、乱数を第１情報としてチケット発行要求をチケット発行サーバに送信することができる。このように、ノードが乱数を生成することにより、ノード設定装置が乱数の生成や乱数の記憶をすることなく、セキュアな通信を行うことができる。

（Ｃ−３）第２の実施形態では、ノード設定装置１が乱数（ランダム値）を生成し、又、上記（Ｃ−２）ではノード４が乱数を生成する場合を例示した。しかし、ノード４が、ノード設定装置１からのメッセージ（少なくとも認証子が付与された情報）を認証する仕組みを設けることにより、リプレイ攻撃を防止することができるので、上述したランダム値の生成を省くことができる。

つまり、従来はノードがノード設定装置に対してログインしているが、ノード設定装置１がノード４に対してログインをする。このノード設定装置１がノード４に対するログインの際に、ノード設定装置１が少なくとも認証子を含むメッセージをノード４に送信し、ノード４がメッセージを認証するようにする。従って、ノード設定装置１は、暗号化鍵を用いたメッセージをノード４に送信し、ノード４では、認証部４１が、受信したメッセージに対して復号鍵を用いてメッセージを認証する仕組みを有する。

具体的には、例えば、ノード４及びノード設定装置１は共通鍵を共有しておき、ノード設定装置１が、ノード４に対してログインする際に、共有鍵を用いて暗号化したメッセージをノード４に送信する。ノード４では、認証部４１が、受信したメッセージを、共通鍵を用いて復元してメッセージ認証を行なうようにしてもよい。

また例えば、ノード設定装置１が秘密鍵を有しており、ノード４の認証部４１が、ノード設定装置１の秘密鍵に対する公開鍵を有し、ノード設定装置１からのメッセージは秘密鍵を用いて認証子が付与されており、ノード４が公開鍵を用いたメッセージ認証をするようにしてもよい。

さらに例えば、認証子生成機能を有する別の代行サーバを備える場合には、代行サーバが認証子の生成に必要な秘密鍵を有し、各ノードが、上記秘密鍵に対応する公開鍵を備えるようにしてもよい。

１０…ノード設定システム、１及び１Ａ…ノード設定装置、２…ケルベロス認証サーバ、３…チケット発行サーバ、４及び４Ａ…ノード、
１１…第１通信部、１２…第２通信部、１３…タイマ、１４…時刻同期部、１５及び１５Ａ…認証子データ管理部、１６…アンテナ部、１７…乱数記憶部、
４１及び４１Ａ…認証部、４２…タイマ、４３…時刻同期部、４４…通信部、４５…アンテナ部、４６…鍵記憶部、４７…乱数記憶部。

Claims (21)

1. 認証情報生成サーバにより生成された認証情報の認証を行ないセキュアな通信を行なう第１無線通信装置と無線通信を行なう無線通信装置において、
   上記認証情報の生成に必要な第１情報を管理する認証情報管理手段と、
   上記認証情報生成サーバに対して上記第１情報を含む認証情報生成要求を与えると共に、上記認証情報生成サーバから上記第１情報に基づく認証情報を取得する第１通信手段と、
   上記第１無線通信装置に送信する通信データに上記認証情報を付与した情報を、上記第１無線通信装置に無線通信する第２通信手段と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 上記第１情報が、上記第１無線通信装置に送信する通信データの一部又は全部を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 時刻情報を計時する計時手段を備え、
   上記第１情報が上記時刻情報を含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 上記計時手段の時刻情報を用いて、上記第１無線通信装置との間で時刻同期を行なう時刻同期手段を備え、
   上記第１情報が、上記第１無線通信装置との間で時刻同期されている時刻情報を含む
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 上記第１情報がランダム値を含む
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線通信装置。
6. ランダム値を生成するランダム値生成手段と、
   上記第１無線通信装置への送信の際に、上記ランダム値生成手段により生成されたランダム値を逐次記憶するランダム値記憶手段と
   を備え、
   上記認証情報管理手段が、上記ランダム値記憶手段に記憶されている過去のランダム値を参照し、上記第１無線通信装置への送信の際に、非同一のランダム値を上記第１情報とする
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
7. 上記認証情報管理手段は、今回のランダム値が過去のランダム値と同一の場合、今回のランダム値を破棄し、
   上記ランダム値生成手段が、再度、ランダム値を生成する
   ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. 認証情報生成サーバにより生成された認証情報を認証してセキュアな通信を行なう無線通信装置において、
   上記認証情報生成サーバに認証情報の生成要求をした第２無線通信装置と無線通信する通信手段と、
   上記認証情報の認証に用いられる鍵を記憶する鍵記憶手段と、
   上記鍵記憶手段に記憶される鍵を用いて、上記第２無線通信装置からの通信データに付与された認証情報を認証する認証手段と
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
9. 上記第２無線通信装置との間で時刻同期を行なう時刻同期手段を備え、
   上記認証手段が、上記第２無線通信装置から取得した時刻情報と、時刻同期した時刻情報との比較結果に基づいて認証する
   ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
10. 上記第２無線通信装置から取得した時刻情報が上記時刻同期した時刻情報に比べて閾値以上である場合、上記認証手段は認証失敗と判定することを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
11. ランダム値を生成する上記第２無線通信装置から通信データに含まれる上記ランダム値を逐次記憶するランダム値記憶手段を備え、
    上記認証手段が、上記ランダム値記憶手段を参照して、通信データに含まれるランダム値が過去のランダム値と同一であれば認証失敗と判定する
    ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の無線通信装置。
12. 上記第２無線通信装置からの要求に応じて、ランダム値を生成するランダム値生成手段を備えることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の無線通信装置。
13. 上記鍵記憶手段が、上記第２無線通信装置との間で共通鍵を記憶しており、
    上記認証手段が、上記共通鍵を用いて、上記第２無線通信装置からのメッセージ認証を行なう
    ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
14. 上記鍵記憶手段が、上記第２無線通信装置の有する秘密鍵に対する公開鍵を記憶しており、
    上記認証手段が、上記公開鍵を用いて、上記第２無線通信装置からのメッセージ認証を行なう
    ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
15. 受信したデータに少なくとも認証情報を付与して、認証情報生成の要求元に返送する認証情報生成サーバであって、
    予め登録された複数の秘密鍵を記憶する秘密鍵記憶手段と、
    上記複数の秘密鍵の中から選択した鍵を用いて、受信した認証情報の生成に必要な第１情報に基づいて認証情報を生成する認証情報生成手段と
    を備えることを特徴とする認証情報生成サーバ。
16. 請求項１５に記載の認証情報生成サーバと、
    請求項８〜１４のいずれかに記載の無線通信装置である第１無線通信装置と、
    請求項１〜７のいずれかに記載の無線通信装置である第２無線通信装置と
    を備えることを特徴とする通信システム。
17. 認証方式として公開鍵暗号方式を利用して、
    上記認証情報生成サーバが、公開鍵暗号方式の秘密鍵を有し、
    上記第１無線通信装置が、対応する公開鍵暗号方式の公開鍵を有する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の通信システム。
18. 認証情報生成サーバにより生成された認証情報の認証を行ないセキュアな通信を行なう第１無線通信装置と無線通信を行なう無線通信方法であって、
    認証情報管理手段が、上記認証情報の生成に必要な第１情報を管理し、
    第１通信手段が、上記認証情報生成サーバに対して上記第１情報を含む認証情報生成要求を与えると共に、上記認証情報生成サーバから上記第１情報に基づく認証情報を取得し、
    第２通信手段が、上記第１無線通信装置に送信する通信データに上記認証情報を付与した情報を、上記第１無線通信装置に無線通信する
    ことを特徴とする無線通信方法。
19. 認証情報生成サーバにより生成された認証情報の認証を行ないセキュアな通信を行なう第１無線通信装置と無線通信を行なう無線通信プログラムにおいて、
    コンピュータを、
    上記認証情報の生成に必要な第１情報を管理する認証情報管理手段と、
    上記認証情報生成サーバに対して上記第１情報を含む認証情報生成要求を与えると共に、上記認証情報生成サーバから上記第１情報に基づく認証情報を取得する第１通信手段と、
    上記第１無線通信装置に送信する通信データに上記認証情報を付与した情報を、上記第１無線通信装置に無線通信する第２通信手段と
    して機能させることを特徴とする無線通信プログラム。
20. 認証情報生成サーバにより生成された認証情報を認証してセキュアな通信を行なう無線通信方法において、
    上記認証情報の認証に用いられる鍵を記憶する鍵記憶手段を備え、
    通信手段が、上記認証情報生成サーバに認証情報生成要求をした第２無線通信装置と無線通信し、
    認証手段が、上記鍵記憶手段に記憶される鍵を用いて、上記第２無線通信装置からの通信データに付与された認証情報を認証する
    ことを特徴とする無線通信方法。
21. 認証情報生成サーバにより生成された認証情報を認証してセキュアな通信を行なう無線通信プログラムにおいて、
    上記認証情報の認証に用いられる鍵を記憶する鍵記憶手段を備えるコンピュータを、
    上記認証情報生成サーバに認証情報生成要求をした第２無線通信装置と無線通信する通信手段と、
    上記鍵記憶手段に記憶される鍵を用いて、上記第２無線通信装置からの通信データに付与された認証情報を認証する認証手段と
    して機能させることを特徴とする無線通信プログラム。

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