JP2020017947A - 超広帯域セキュア測距 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信用のセキュアな測距を実行するための技術を提供する。【解決手段】セキュアＵＷＢ測距を実行するために、超広帯域（ＵＷＢ）通信を生成し、その受信を検証する方法及び装置が提示される。検証者メッセージ及び証明者メッセージは、所与のブロックが所与のメッセージビットに対応するようにブロックに編成された、パルスのランダムな暗号学的にセキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）の上に符号化されてもよい。いくつかのシナリオでは、第１のＳＴＳは、受信側デバイスに未知である検証者メッセージを使用して符号化されてもよい。第２のＳＴＳは、未知の証明者メッセージで符号化されて、受信側デバイスから受信されてもよい。第３のＳＴＳもまた、検証者メッセージ及び認証メッセージを使用して生成された認証メッセージで符号化されて、受信されてもよい。【選択図】図３

Description

本出願は、無線通信用のセキュアな測距を実行するための技術を含む、無線通信に関する。

（優先権の主張）
本出願は、Ｊｏａｃｈｉｍ Ｓ. Ｈａｍｍｅｒｓｃｈｍｉｄｔ及びＥｒｅｎ Ｓａｓｏｇｌｕが発明者である、２０１８年７月５日に出願された、「Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｓｅｃｕｒｅ Ｒａｎｇｉｎｇ」と題する、米国暫定出願第６２／６９４，３２９号の優先件の利益を主張するものであり、本明細書に全て完全に記載されたものとして、全体が参照によって本明細書に取り入れられる。

無線通信システムの利用が急速に広がっている。更には、無線通信技術は、音声のみの通信から、インターネット及びマルチメディアコンテンツなどのデータの送信も含むまでに進化した。

モバイル電子デバイスは、一般的にユーザが持ち運ぶスマートフォン又はタブレットの形態をとることがある。ウェアラブルデバイス（アクセサリデバイスとも呼ばれる）は、モバイル電子デバイスのより新たな形態であり、１つの例がスマートウォッチである。加えて、定置又は移動性の配備を意図した低コストで複雑性の低い無線デバイスはまた、「モノのインターネット」の展開の一部として急増している。換言すれば、ますます広範囲な所望のデバイスの複雑性、能力、トラフィックパターン、及び他の特性が存在している。

無線通信のための１つの使用事例は、測距通信を含む。具体的には、超広帯域（ＵＷＢ）デバイスを使用して、正確な測距を実行することができる。測距は、飛行時間を抽出するためのメッセージ交換と組合せて、到着時間測定を通じて実行することができる。

測距は、様々な可能な機能の中で、無線キータイプの機能性を提供することができる。したがって、セキュリティが、例えば、敵対的な攻撃及び盗聴から測距通信を保護するために、重要な考慮事項となり得る。

例えば、参加していないデバイスからの（悪意のある又は無害な）信号が、参加しているデバイスの対応する受信機において到着時間計算を変更しないことを保証するため、例えば、セキュリティは多くの場合、メッセージ交換ベース測距における要件である。このタイプのセキュリティを達成するための１つの方法は、攻撃者によるＵＷＢ測距パケットの偽造（又は「なりすまし」）を困難にすることである。なりすましから測距パケットを保護することは、測距パーティーにのみ既知であるＵＷＢ測距パケット内に、暗号学的にセキュアなランダムシーケンスを含むことによって行うことができる。従来の実装では、非常に低いＵＷＢ送信及び受信信号電力は、セキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）から到着時間を正確に抽出（又は判定）するために、長い相関器を必要とする。たとえ基本的なビットシーケンスが暗号学的にセキュアである場合でも、受信機における長時間相関が、ＳＴＳを攻撃に対して脆弱にする可能性がある。

したがって、この分野における改善が望まれる。

本明細書では、とりわけ、セキュアな測距無線通信を実行するためのシステム、装置、及び方法の実施形態が提示される。

本明細書に記載される技術によれば、セキュアな測距無線通信は、様々なタイプの攻撃に対する保護に役立ち得る方法で、超広帯域（ＵＷＢ）通信を使用して実行することができる。

例えばセキュアＵＷＢ測距で使用するために、ＵＷＢ通信を生成し、ＵＷＢ通信の受信を検証するための、方法及び装置が提示される。検証者メッセージ及び証明者メッセージは、所与のブロックが所与のメッセージビットに対応するようにブロックに編成された、ランダムな暗号学的にセキュアなパルスのトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）の上に符号化されてもよい。

第１のＵＷＢパケットを生成するための方法を提示する。方法は、無線通信デバイスが、暗号で符号化されたランダムＳＴＳパルスシーケンスを含む第１のセキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）を生成することと、２つ以上のサブブロック間でＳＴＳパルスシーケンスを分割することであって、２つ以上のサブブロックのうちのサブブロックが、別個の検証者メッセージに対応するビットと関連付けられており、サブブロック内の複数のパルスの極性がビットに基づいて設定されている、ことと、を含んでもよい。

いくつかのシナリオでは、方法は、無線通信デバイスが、２つ以上のサブブロックのうちの２つのサブブロック間にギャップを挿入することを更に含んでもよい。

いくつかのシナリオでは、方法は、無線通信デバイスが、第１のＵＷＢパケットをリモート通信デバイスに送信することであって、第１のＳＴＳがリモート通信デバイスに既知であり、検証者メッセージがリモート通信デバイスに未知である、ことを更に含んでもよい。

いくつかのシナリオでは、方法は、無線通信デバイスが、２つ以上のサブブロック間で分割される第２のＳＴＳを含む第２のＵＷＢパケットを、リモート通信デバイスから受信することであって、第２のＳＴＳの２つ以上のサブブロックのうちのサブブロックが、別個の証明者メッセージに対応するビットと関連付けられており、第２のＳＴＳのサブブロック内の複数のパルスの極性がビットに基づいている、ことを更に含んでもよい。第２のＳＴＳは無線通信デバイスに既知でもよく、証明者メッセージは無線通信デバイスに未知でもよい。

いくつかのシナリオでは、方法は、無線通信デバイスが、２つ以上のサブブロック間で分割される第３のＳＴＳを含む第３のＵＷＢパケットを、リモート通信デバイスから受信することであって、第３のＳＴＳの２つ以上のサブブロックのうちのサブブロックが、別個の認証メッセージに対応するビットと関連付けられており、第３のＳＴＳのサブブロック内の複数のパルスの極性がビットに基づいており、第３のＳＴＳは無線通信デバイスに既知であり、認証メッセージは検証者メッセージ及び証明者メッセージにアルゴリズムを適用した結果である、ことを更に含んでもよい。無線通信デバイスは、第３のＳＴＳのパルスの既知値を第３のＵＷＢパケットのパルスの受信値と比較することによって、認証メッセージの第１の推定値を判定することができる。無線通信デバイスは、認証メッセージの第１の推定値に基づいてリモート無線デバイスが第１のＵＷＢパケットを受信したと判定することができる。

いくつかのシナリオでは、認証メッセージの第１の推定値に基づいて、リモート無線デバイスが第１のＵＷＢパケットを受信したと判定することは、第２のＳＴＳのパルスの既知値を第２のＵＷＢパケットのパルスの受信値と比較することによって、証明者メッセージの推定値を判定することと、検証者メッセージ、及び証明者メッセージの推定値にアルゴリズムを適用することによって、認証メッセージの第２の推定値を判定することと、認証メッセージの第１の推定値と認証メッセージの第２の推定値とが十分に類似していると判定することと、を含んでもよい。

他のシナリオでは、認証メッセージの第１の推定値に基づいてリモート無線デバイスが第１のＵＷＢパケットを受信したと判定することは、第２のＳＴＳのパルスの既知値を第２のＵＷＢパケットのパルスの受信値と比較することによって、証明者メッセージの第１の推定値を判定することと、検証者メッセージを使用して、認証メッセージの第１の推定値にアルゴリズムの逆を適用することによって、証明者メッセージの第２の推定値を判定することと、証明者メッセージの第１の推定値と証明者メッセージの第２の推定値とが十分に類似していると判定することと、を含んでもよい。

ＵＷＢ通信などの無線通信メッセージをセキュアに交換するための方法を提示する。方法は、検証者デバイスが、証明者デバイスに未知である検証者メッセージを使用して、証明者デバイスに既知である第１のセキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）を符号化することと、第１のＳＴＳを含む第１のメッセージを証明者デバイスに送信することと、を含んでもよい。方法は、検証者デバイスが、検証者デバイスに既知であり、検証者デバイスに未知である証明者メッセージを使用して符号化される第２のＳＴＳを含む第２のメッセージを証明者デバイスから受信することと、第２のＳＴＳを復号することによって証明者メッセージの推定値を判定することと、を更に含んでもよい。方法は、検証者デバイスが、検証者デバイスに既知であり、メッセージ認証コードを使用して符号化される第３のＳＴＳを含む第３のメッセージを証明者デバイスから受信することであって、メッセージ認証コードが、検証者メッセージ及び証明者メッセージにアルゴリズムを適用した結果である、ことを更に含んでもよい。方法は、検証者デバイスが、第３のＳＴＳを復号することによってメッセージ認証コードの第１の推定値を判定することと、検証者メッセージ、及び証明者メッセージの推定値にアルゴリズムを適用することによってメッセージ認証コードの第２の推定値を判定することと、を更に含んでもよい。方法は、検証者デバイスが、メッセージ認証コードの第１の推定値とメッセージ認証コードの第２の推定値とが十分に類似しているという判定に基づいて、第２のメッセージが真正であると判定することを更に含んでもよい。

いくつかのシナリオでは、方法は、検証者デバイスが、第２のメッセージが真正であると判定したことに応じて、第２のＳＴＳを含むメッセージの受信時間に基づいて、検証者デバイスと証明者デバイスとの間の範囲を判定することを更に含んでもよい。

いくつかのシナリオでは、第１のＳＴＳを符号化することは、第１のＳＴＳのうちの複数のサブブロックを、検証者メッセージのそれぞれのビットを用いて符号化することを含んでもよい。例えば、第１のＳＴＳのサブブロックを符号化することは、第１の値を有する検証者メッセージのそれぞれのビットに応じて、サブブロックのうちの少なくとも１つのパルスの極性を反転させることと、第２の値を有する検証者メッセージのそれぞれのビットに応じて、サブブロックのうちの少なくとも１つのパルスの元の極性を維持することと、を含んでもよい。いくつかのシナリオでは、第１のＳＴＳを符号化することは、サブブロックをガードインターバルを用いて分離することを更に含む。

この発明の概要は、この文書に記載された主題のいくつかの簡単な概要を提供することを意図している。したがって、上述の特徴は単なる例であり、本明細書に記載される主題の範囲又は趣旨を決して狭めるように解釈すべきではないことが理解されよう。本明細書に記載された主題の他の特徴、態様、及び利点は、以下の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
実施形態の以下の詳細な説明について以下図面と併せて考察すると、本発明の主題をより良く理解することができる。

本明細書に記載される様々な例示的実施形態に係る、例示的な無線通信システムを示す。 本明細書に記載される様々な例示的実施形態に係る、例示的な無線デバイスを示すブロック図である。 本明細書に記載される様々な例示的実施形態に係る、例示的な無線デバイスを示すブロック図である。 本明細書に記載される様々な例示的実施形態に係る、セキュア測距を実行するために使用できるＵＷＢ波形を生成するための例示的なフロー図を示す。 本明細書に記載される様々な例示的実施形態に係る、図１のＵＷＢ波形などのＵＷＢ波形に対応する例示的なパルスシーケンスを示す。 本明細書に記載される様々な例示的実施形態に係る、ＳＴＳパルスシーケンスをサブブロックに分割し、１つ以上のパルスを処理するための例示的なフロー図を示す。 本明細書に記載される様々な例示的実施形態に従って生成された３つの連続するサブブロックの例を示す。 本明細書に記載される様々な例示的実施形態に係る、例示的な実装の信号図を示す。 本明細書に記載される様々な例示的実施形態に係る、アクティブセグメント及びギャップを含む例示的なＳＴＳを示す。

本明細書で説明される特徴は、様々な修正及び代替形態を受け入れる余地があるが、その特定の実施形態を例として図面に示し、本明細書で詳細に説明する。しかし、図面及びそれらに対する詳細な説明は、開示されている特定の形態に限定することを意図するものではなく、逆に、その意図は、添付の「特許請求の範囲」によって定義されるような本主題の趣旨及び範囲内に収まる、全ての修正、均等物、及び代替物を包含することである点を理解されたい。

（参照による組み込み）
例示的なＵＷＢ通信プロトコルの様々な詳細は、その全体が本明細書に開示されているかかのように参照により本明細書に組み込まれる、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４−２０１５に開示されている。

（専門用語）
以下は、本開示で使用される用語の定義である。

記憶媒体−様々な種類の非一時的メモリデバイス又は記憶デバイスのうちの任意のもの。用語「記憶媒体」は、インストール媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク又はテープデバイス、ＤＲＡＭ、ＤＤＲ ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＤＯ ＲＡＭ、Ｒａｍｂｕｓ ＲＡＭなどの、コンピュータシステムメモリ又はランダムアクセスメモリ、フラッシュ、磁気媒体、例えばハードドライブ、又は光記憶装置などの、不揮発性メモリ、レジスタ、又はその他の同様の種類のメモリ要素などを含むことが意図されている。記憶媒体は、他の種類の非一時的メモリ、並びにそれらの組合せも含んでもよい。加えて、記憶媒体は、プログラムが実行される第１のコンピュータシステムに位置してもよく、又はインターネットなどのネットワークを通じて第１のコンピュータシステムに接続する、第２の異なるコンピュータシステムに位置してもよい。後者の例では、第２のコンピュータシステムは、実行のために、プログラム命令を第１のコンピュータシステムに提供することができる。用語「記憶媒体」は、異なる位置、例えば、ネットワークを通じて接続された異なるコンピュータシステムに存在することができる２つ以上の記憶媒体を含んでもよい。記憶媒体は、１つ以上のプロセッサによって実行することができるプログラム命令（例えば、コンピュータプログラムとして具現化された）を記憶してもよい。

キャリア媒体−上述のような記憶媒体、並びにバス、ネットワークなどの物理的伝送媒体、及び／又は電気信号、電磁信号、若しくはデジタル信号などの信号を伝送する他の物理的伝送媒体。

プログラム可能ハードウェア要素−プログラム可能相互接続を介して接続された複数のプログラム可能機能ブロックを備える、様々なハードウェアデバイスを含む。例としては、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array、フィールドプログラマブルゲートアレイ）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device、プログラム可能論理デバイス）、ＦＰＯＡ（Field Programmable Object Array、フィールドプログラマブルオブジェクトアレイ）、及びＣＰＬＤ（Complex PLD、複合ＰＬＤ）を含む。プログラム可能機能ブロックは、細かい粒度のもの（組合せロジック又はルックアップテーブル）から粗い粒度のもの（算術ロジックユニット又はプロセッサコア）にまで及ぶことができる。プログラム可能ハードウェア要素はまた、「再構成可能論理」と称されることがある。

コンピュータシステム−パーソナルコンピュータシステム（ＰＣ）、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネットワーク装置、インターネット装置、携帯情報端末（ＰＤＡ）、テレビシステム、グリッドコンピューティングシステム、又はその他のデバイス若しくはデバイスの組合せ、を含む様々な種類のコンピューティング又は処理システムのうちの任意のもの。一般的に、用語「コンピュータシステム」は、記憶媒体からの命令を実行する少なくとも１つのプロセッサを有する任意のデバイス（又はデバイスの組合せ）を包含するように広義に定義することができる。

ユーザ装置（ＵＥ）（又は「ＵＥデバイス」）−移動式又は携帯式であり、無線通信を実行する様々な種類のコンピュータシステムデバイスのうちの任意のもの。ＵＥデバイスの例としては、携帯電話若しくはスマートフォン（例えば、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）ベースの電話）、ポータブルゲームデバイス（例えば、Ｎｉｎｔｅｎｄｏ ＤＳ（登録商標）、ＰｌａｙＳｔａｔｉｏｎ（登録商標）Ｐｏｒｔａｂｌｅ（商標）、Ｇａｍｅｂｏｙ（登録商標）Ａｄｖａｎｃｅ（商標）、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標））、ラップトップ、ウェアラブルデバイス（例えば、スマートウォッチ、スマートグラス）、ＰＤＡ、ポータブルインターネットデバイス、音楽プレーヤ、データ記憶デバイス、又は他のハンドヘルドデバイスなどが挙げられる。一般に、用語「ＵＥ」又は「ＵＥデバイス」は、ユーザによって容易に持ち運ばれ、無線通信が可能なあらゆる電子、コンピューティング及び／又は電気通信デバイス（又はデバイスの組合せ）を包含するように広義に定義することができる。

無線デバイス−無線通信を実行する様々な種類のコンピュータシステムデバイスのうちの任意のもの。無線デバイスは、携帯式（若しくは移動式）とすることができる、又は特定の位置に定置若しくは固定することができる。ＵＥは、無線デバイスの一例である。

通信デバイス−通信を実行する様々な種類のコンピュータシステム又はデバイスのうちの任意のものであって、通信は、有線又は無線とすることができる。通信デバイスは、携帯式（若しくは移動式）とすることができる、又は特定の位置に定置若しくは固定することができる。無線デバイスは、通信デバイスの一例である。ＵＥは、通信デバイスの別の例である。

基地局−用語「基地局」（「ｅＮＢ」とも呼ばれる）は、その通常の意味の全範囲を有し、少なくとも、固定位置に設置され、無線セルラ通信システムの一部として通信するために使用される無線通信局を含む。

リンクバジェットが制限された−その通常の意味の全範囲を含み、少なくとも、リンクバジェットが制限されていないデバイスに対して又は無線アクセス技術（radio access technology、ＲＡＴ）規格が開発されたデバイスに対して、制限された通信能力、又は制限された電力を呈する無線デバイス（例えば、ＵＥ）の特性を含む。リンクバジェットが制限された無線デバイスは、相対的に制限された受信能力及び／又は送信能力を経験することがあり、それは、デバイス設計、デバイスのサイズ、バッテリのサイズ、アンテナのサイズ若しくは設計、送信電力、受信電力、現在の伝送媒体状態、及び／又は他の要因などの、１つ以上の要因に起因する場合がある。そのようなデバイスは、本明細書で「リンクバジェットが制限された」（又は「リンクバジェットが制約された」）デバイスと呼ばれる場合がある。デバイスは、そのサイズ、バッテリ電力、及び／又は送信／受信電力により、本質的にリンクバジェットが制限される場合がある。例えば、ＬＴＥ又はＬＴＥ−Ａを介して基地局と通信しているスマートウォッチは、その縮小された送信／受信電力及び／又は縮小されたアンテナにより、本質的にリンクバジェットが制限される場合がある。スマートウォッチなどのウェアラブルデバイスは、一般的にリンクバジェットが制限されたデバイスである。あるいは、デバイスは、本質的にリンクバジェットが限定されない場合があり、例えば、ＬＴＥ又はＬＴＥ−Ａを介した通常の通信のために充分なサイズ、バッテリ電力、及び／又は送信／受信電力を有する場合があるが、例えば、セルの縁部にあるスマートフォンなどの、現在の通信条件により一時的にリンクバジェットが限定される場合がある。用語「リンクバジェットが限定された」は、電力制限を含む又は包含し、したがって、電力が限定されたデバイスは、リンクバジェットが限定されたデバイスと考え得ることを留意されたい。

処理素子（又はプロセッサ）−様々な要素又は要素の組合せを指す。処理素子は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit、特定用途向け集積回路）などの回路、個別のプロセッサコアの一部分若しくは回路、プロセッサコア全体、個別プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array、ＦＰＧＡ）などのプログラム可能ハードウェアデバイス、及び／又は複数のプロセッサを含むシステムのより大きい部分を含む。

Ｗｉ−Ｆｉ−用語「Ｗｉ−Ｆｉ」は、その通常の意味の全範囲を有するものであり、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）アクセスポイントによってサービスが提供され、これらのアクセスポイントを通じてインターネットへの接続性を提供する、無線通信ネットワーク又はＲＡＴを少なくとも含む。最新のＷｉ−Ｆｉネットワーク（又は、ＷＬＡＮネットワーク）は、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格に基づくものであり、「Ｗｉ−Ｆｉ」という名称で市場に出ている。Ｗｉ−Ｆｉ（ＷＬＡＮ）ネットワークは、セルラネットワークとは異なるものである。

自動的に−ユーザ入力が、アクション又は動作を直接指定若しくは実行することなく、コンピュータシステム（例えば、コンピュータシステムによって実行されるソフトウェア）又はデバイス（例えば、回路機構、プログラム可能ハードウェア要素、ＡＳＩＣなど）によって、それらのアクション又は動作が実行されることを指す。したがって、用語「自動的」は、ユーザが入力を提供して操作を直接実行するような、ユーザによって手動で実行され又は指定される操作とは対照的である。自動手順は、ユーザが提供する入力によって開始されてもよいが、「自動的に」実行される後続のアクションはユーザによって指定されるものではなく、すなわち、実行するべき各アクションをユーザが指定する「手動」では実行されない。例えば、ユーザが、各フィールドを選択し、情報を明示する入力を提供することによって（例えば、情報のタイピング、チェックボックスの選択、ラジオボタンの選択などによって）、電子フォームに記入することは、コンピュータシステムが、ユーザアクションに応じて、フォームを更新しなければならない場合であっても、手動でフォームに記入することである。フォームは、コンピュータシステムによって自動的に記入されてもよく、この場合、コンピュータシステム（例えば、コンピュータシステム上で実行されるソフトウェア）は、そのフィールドに対する回答を指定するユーザ入力を何ら使用することなく、そのフォームのフィールドを分析して、フォームに記入する。上述のように、ユーザは、フォームの自動記入を呼び出すことができるが、フォームの実際の記入には関与しない（例えば、ユーザがフィールドに対する回答を手動で指定することはなく、むしろ、それらは自動的に完了される）。本明細書は、ユーザが取った動作に応じて自動的に実行される様々な動作の例を提供する。

構成されている−様々な要素が、タスクを実行する「ように構成されている」と説明され得る。そのような文脈において「構成されている」は、動作中のタスクを実行する「構造を有する」ことを一般的に意味する広範な説明である。このように、要素は、タスクを現在実行していない場合であっても、そのタスクを実行するように構成することができる（例えば、電気導体のセットは、２つのモジュールが接続されていなくても、モジュールを別のモジュールへ電気的に接続するように構成されていてもよい）。いくつかの文脈において、「構成されている」は、動作中のタスクを実行する「回路を有する」ことを一般的に意味する広範な説明であってもよい。このように、要素は、現在オンでなくても、そのタスクを実行するように構成することができる。一般に、「構成されている」に対応する構造を形成する回路は、ハードウェア回路を含んでもよい。

本明細書の記載では、便宜上、様々な要素がタスクを実行するように説明され得る。そのような説明は、語句「構成されている」を含むように解釈されるべきである。１つ以上のタスクを実行するように構成されている要素の説明は、米国特許法１１２条第６パラグラフのその要素についての解釈を引き起こさないことが、明確に意図されている。

個人特定可能な情報の使用は、ユーザのプライバシーを維持するための業界又は政府の要件を満たす又は上回ると一般に認識されているプライバシーポリシー及びプラクティスに従うべきであることに十分に理解されたい。特に、個人特定可能な情報データは、意図的でない又は許可されていないアクセス又は使用のリスクを最小限に抑えるように管理及び取り扱いされるべきであり、許可された使用の性質はユーザに明確に示されるべきである。

（図１−無線通信システム）
図１は、本開示の態様を実装することができる例示的な（かつ簡易化された）無線通信システム１００を示す。図１のシステムはあり得るシステムの単なる一例にすぎず、この開示の実施形態は所望に応じて様々なシステムの任意のものにおいて実施されてよいことに留意されたい。

図示するように、例示的な無線通信システムは、別の（「第２の」）無線デバイス１０４と通信する（「第１の」）無線デバイス１０２を含む。第１の無線デバイス１０２及び第２の無線デバイス１０４は、セキュア測距無線通信技術を含む可能性のある、様々な無線通信技術のいずれかを使用して無線通信することができる。

１つの可能性として、第１の無線デバイス１０２及び第２の無線デバイス１０４は、超広帯域（ＵＷＢ）通信技術（例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１５．４ ＷＰＡＮ通信）、及び／又はＷＰＡＮ若しくはＷＬＡＮ無線通信に基づく他の技術を使用して、セキュア測距を実行することができる。無線デバイス１０２及び無線デバイス１０４の一方又は両方はまた、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ＢＴ）（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）、ＷＬＡＮ（例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１／Ｗｉ−Ｆｉ）、近距離通信（ＮＦＣ）、ＧＳＭ（登録商標）、ＵＭＴＳ（ＷＣＤＭＡ（登録商標）、ＴＤＳＣＤＭＡ）、ＬＴＥ、ＬＴＥ−ＡＤＶＡＮＣＥＤ（ＬＴＥ−Ａ）、ＮＲ、３ＧＰＰ２ ＣＤＭＡ２０００（例えば、１ｘＲＴＴ、１ｘＥＶ−ＤＯ、ＨＲＰＤ、ｅＨＲＰＤ）、Ｗｉ−ＭＡＸ、ＧＰＳなどのうちのいずれかなどの、１つ以上の追加の無線通信プロトコルを介して通信可能であり得る。

無線デバイス１０２、１０４は、様々なタイプの無線デバイスのうちのいずれかであってもよい。１つの可能性として、無線デバイス１０２、１０４のうちの１つ以上は、スマートフォン、ハンドヘルドデバイス、ウェアラブルデバイス、タブレット、自動車、又は事実上任意のタイプのモバイル無線機器などの、実質的にポータブルな無線ユーザ機器（ＵＥ）デバイスであってもよい。別の可能性として、無線デバイス１０２、１０４のうちの１つ以上は、セットトップボックス、メディアプレーヤ（例えば、オーディオ若しくは視聴覚デバイス）、ゲームコンソール、デスクトップコンピュータ、アプライアンス、ドア、又は様々な他のタイプのデバイスのうちのいずれかなどの、実質的に定置型デバイスであってもよい。

無線デバイス１０２、１０４の各々は、無線通信の実行を容易にするように構成されている無線通信回路を含むことができ、無線通信回路は、様々なデジタル及び／又はアナログ無線周波数（ＲＦ）構成要素と、メモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラム可能ハードウェア要素、及び／又は様々な他の構成要素のうちのいずれかに記憶されたプログラム命令を実行するように構成されているプロセッサと、を含んでもよい。無線デバイス１０２及び／又は無線デバイス１０４は、そのような構成要素の一部又は全てを使用して、本明細書に記載される方法の実施形態のいずれか、又は本明細書に記載される方法の実施形態のいずれかの任意の部分を実行してもよい。

無線デバイス１０２、１０４の各々は、１つ以上の無線通信プロトコルを使用して通信するための１つ以上のアンテナを含んでもよい。場合によっては、受信及び／又は送信チェーンの１つ以上の部分が、複数の無線通信規格間で共有されてもよい。例えば、デバイスは、部分的又は全体的に共有される無線通信回路を使用する（例えば、共有無線機又は少なくとも共有無線構成要素を使用して）Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＵＷＢのいずれかを使用して、通信するように構成されてもよい。共用される通信回路は、無線通信を実行するために、単一のアンテナを含んでもよいし、又は（例えばＭＩＭＯ用の）複数のアンテナを含んでもよい。あるいは、デバイスは、デバイスと通信するように構成された無線通信プロトコル毎に、（例えば、別個のアンテナ及び他の無線機構成要素を含む）別個の送信チェーン及び／又は受信チェーンを含んでもよい。更なる可能性として、デバイスは、複数の無線通信プロトコル間で共有される１つ以上の無線機又は無線機構成要素と、単一の無線通信プロトコルによって排他的に使用される１つ以上の無線機又は無線機構成要素とを含んでもよい。例えば、デバイスは、ＬＴＥ又はＣＤＭＡ２０００ １ｘＲＴＴのいずれかを使用して通信するための共有無線機と、ＵＷＢ、Ｗｉ−Ｆｉ及び／又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の各々を使用して通信するための別個の無線機とを含んでもよい。他の構成も可能である。

前述のように、本開示の態様は、図１の無線通信システムと共に実装されてもよい。例えば、無線デバイス１０２、１０４は、図４〜図９に関して本明細書に後で記載される１つ以上のセキュア測距無線通信技術又は特徴を使用して通信することができる。このような技術（及び／又は本明細書に記載される他の技術）を利用することによって、無線デバイス（単数又は複数）は、（少なくともいくつかの実施形態に従って）高度にセキュアな測距通信を達成することができる。

（図２−３−例示的なデバイスブロック図）
図２は、本開示の様々な態様と共に使用するために構成され得る、例示的な無線デバイス２００を示す。例えば、デバイス２００は、無線デバイス１０２又は無線デバイス１０４の一例であり得る。デバイス２００は、様々なタイプのデバイスのいずれかであってもよく、様々なタイプの機能性のいずれかを実行するように構成されてもよい。デバイス２００は、実質的にポータブルなデバイスであってもよく、又は、様々なタイプのデバイスのいずれかを含む可能性がある、実質的に定置型デバイスであってもよい。デバイス２００は、図４〜図９の一部又は全てに関して本明細書に後で図示及び／又は記載される技術又は特徴のいずれかなどの、１つ以上のセキュア測距無線通信技術又は特徴を実行するように構成されてもよい。

図示するように、デバイス２００は、処理素子２０２を含んでもよい。処理素子は、１つ以上のメモリ素子を含んでもよく、又はそれに結合されてもよい。例えば、デバイス２００は、１つ以上のメモリ媒体（例えば、メモリ２０６）を含んでもよく、メモリ媒体は、様々なタイプのメモリのうちのいずれかを含んでもよく、様々な機能のうちのいずれかを果たしてもよい。例えば、メモリ２０６は、処理素子２０２用のシステムメモリとして機能するＲＡＭであり得る。他のタイプ及び機能もまた可能である。

加えて、デバイス２００は、無線通信回路２３０を含んでもよい。無線通信回路は、様々な通信要素（例えば、無線通信用アンテナ、アナログ及び／又はデジタル通信回路／コントローラなど）のうちのいずれかを含むことができ、１つ以上の無線通信プロトコルを使用してデバイスが無線通信することを可能にし得る。

場合によっては、無線通信回路２３０は、例えば、処理素子２０２に加えて、自身の処理素子（例えば、ベースバンドプロセッサ）を含み得ることに留意されたい。例えば、処理素子２０２は、その主機能がデバイス２００内のアプリケーション層動作をサポートし得る「アプリケーションプロセッサ」であってもよく（又はそれを含んでもよい）、一方、無線通信回路２３０は、その主機能が（例えば、デバイス２００と他のデバイスとの間の無線通信を容易にするために）デバイス２００内のベースバンド層動作をサポートし得る「ベースバンドプロセッサ」を含んでもよい。換言すれば、場合によっては、デバイス２００は、複数の処理素子を含んでもよい（例えば、マルチプロセッサデバイスであってもよい）。マルチプロセッサアーキテクチャを利用する他の構成もまた（例えば、アプリケーションプロセッサ／ベースバンドプロセッサ構成の代わりに又はそれに加えて）可能である。

デバイス２００は、デバイス２００の意図される機能に応じて、デバイス機能を実装するための様々な他の構成要素（図示せず）のうちのいずれかを更に含んでもよく、他の構成要素は、更なる処理素子及び／若しくはメモリ素子（例えば、オーディオ処理回路）、１つ以上の電源要素（バッテリ電力及び／若しくは外部電源に依存し得る）、ユーザインタフェース要素（例えば、ディスプレイ、スピーカ、マイクロフォン、カメラ、キーボード、マウス、タッチスクリーンなど）、並びに／又は様々な他の構成要素のうちのいずれかを含んでもよい。

処理素子２０２、メモリ２０６、及び無線通信回路２３０などの、デバイス２００の構成要素は、１つ以上の相互接続インタフェースを介して動作可能に結合されてもよく、相互接続インタフェースは、様々なタイプのインタフェースのうちのいずれかを含むことができ、場合によっては複数のタイプのインタフェースの組合せを含むことができる。一実施例として、ＵＳＢ高速チップ間（ＨＳＩＣ）インタフェースを、処理素子間のチップ間通信のために備えることができる。代替的に（又は追加的に）、ユニバーサル非同期受信機送信機（ＵＡＲＴ）インタフェース、シリアル周辺インタフェース（ＳＰＩ）、集積回路間（Ｉ２Ｃ）、システム管理バス（ＳＭＢｕｓ）、及び／又は様々な他の通信インタフェースのいずれかを、様々なデバイス構成要素間の通信に使用することができる。他のタイプのインタフェース（例えば、処理素子２０２内の通信用チップ内インタフェース、デバイス２００の内部又は外部の周辺構成要素との通信用周辺インタフェースなど）もまた、デバイス２００の一部として備えることができる。

図３は、図２に示すデバイス２００の１つの可能な例示的実装であり得る、無線デバイス３００の１つの可能なブロック図を示す。図示するように、無線デバイス３００は、様々な目的のための諸部分を含み得る、システムオンチップ（ＳＯＣ）３０１を含んでもよい。例えば、図示するように、ＳＯＣ３０１は、無線デバイス３００に対するプログラム命令を実行し得るプロセッサ（単数又は複数）３０２と、グラフィック処理を実行し、ディスプレイ３６０に表示信号を提供し得る表示回路３０４とを含んでもよい。ＳＯＣ３０１はまた、例えば、ジャイロスコープ、加速度計、及び／又は様々な他の動き感知構成要素のうちのいずれかを使用して、無線デバイス３００の動きを検知できる動き感知回路３７０を含んでもよい。プロセッサ（単数又は複数）３０２はまた、プロセッサ（単数又は複数）３０２からアドレスを受信し、それらのアドレスをメモリ（例えば、メモリ３０６、読み出し専用メモリ（read only memory、ＲＯＭ）３５０、フラッシュメモリ３１０）内の位置に変換するように構成することができる、メモリ管理ユニット（memory management unit、ＭＭＵ）３４０に結合されてもよい。ＭＭＵ３４０は、メモリ保護及びページテーブル変換又は設定を実行するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、ＭＭＵ３４０はプロセッサ（単数又は複数）３０２の一部として含まれてもよい。

図示するように、ＳＯＣ３０１は、無線デバイス３００の様々な他の回路に結合することができる。例えば、無線デバイス３００は、（例えば、ＮＡＮＤフラッシュ３１０を含む）様々なタイプのメモリ、（例えば、コンピュータシステム、ドック、充電ステーションなどに結合するための）コネクタインタフェース３２０、ディスプレイ３６０、及び（例えば、ＵＷＢ、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ、ＣＤＭＡ２０００、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、ＮＦＣ、ＧＰＳ用などの）無線通信回路３３０を含んでもよい。

無線デバイス３００は、基地局及び／又は他のデバイスとの無線通信を実行するために、少なくとも１つのアンテナ、並びに一部の実施形態では複数のアンテナ３３５ａ及び３３５ｂを含んでもよい。例えば、無線デバイス３００は、アンテナ３３５ａ及び３３５ｂを使用して、無線通信を実行することができる。上述したように、無線デバイス３００は、いくつかの実施形態では、複数の無線通信規格又は無線アクセス技術（ＲＡＴ）を使用して無線で通信するように構成されてもよい。

無線通信回路３３０は、ＵＷＢロジック３３２、セルラモデム３３４、及び追加のＷＬＡＮ／ＰＡＮロジック３３６を含み得る。ＵＷＢロジック３３２は、例えば、８０２．１５プロトコルに従って、又はセキュア測距通信のために、無線デバイス３００がＵＷＢ通信を実行することを可能にするためのものである。ＷＬＡＮ／ＰＡＮロジック３３６は、無線デバイス３００が、Ｗｉ−Ｆｉ及び／又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信などの、他のＷＬＡＮ及び／又はＰＡＮ通信を実行することを可能にするためのものである。セルラモデム３３４は、１つ以上のセルラ通信技術に従って、セルラ通信を実行することを可能とし得る。

本明細書で説明されるように、無線デバイス３００は、本開示の実施形態を実装するためのハードウェア及びソフトウェア構成要素を含んでもよい。例えば、無線デバイス３００の無線通信回路３３０（例えば、ＵＷＢロジック３３２）のうちの１つ以上の構成要素は、例えば、記憶媒体（例えば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体）に記憶されたプログラム命令を実行するプロセッサ、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）として構成されているプロセッサによって、及び／又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含み得る専用ハードウェア構成要素を使用して、本明細書で説明される方法の一部又は全てを実行するように構成されてもよい。

（セキュア測距）
ＵＷＢパケットのセキュア測距シーケンス（例えば、セキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ））を生成するためのシステム又は装置におけるブロック図の例示的部分を、図４に示す。例示的部分では、暗号学的にセキュアな乱数（又は疑似乱数）発生器（ＣＳＰＲＮＧ）４０２を使用して、多数のランダムビットｃ_iを生成する。ＣＳＰＲＮＧ ４０２を使用して生成されたビットは、パルスマッパ４０４の使用を通じてパルスの極性及び位置にマッピングされる。いくつかの実装では、マッピングは任意であってもよい。他の実装では、マッピングは、所定のアルゴリズムに従って実行されてもよい。例示的な一例では、ＣＳＰＲＮＧ ４０２は、２¹⁶ビット（又は他の数のビット）ｃ_iを生成してもよく、各ビットは、単一パルスの極性＋／−１を判定してもよいし、又は表してもよい。パルスは、例えば、図５に示す例示的なパルスシーケンスをもたらす、８つのパルス位置（又は他の数のパルス位置）によって広げられてもよい。次いで、パルスはＵＷＢ変調器４０６によって変調され得る。

他の例示的な実装では、例えば、以下で更に論じるように、パルス位置を判定するビットのうちの１つ以上、又はパルスシーケンス全体は、それらの間にガードインターバルを用いて２つ以上のより小さいセクションにセグメント化することができる。

いくつかの実装によれば、ＣＳＰＲＮＧ ４０２、パルスマッパ４０４、並びに／又は変調器４０６は、ＵＷＢロジック３３２などの無線通信回路（例えば、２３０及び／若しくは３３０）又はその一部に含まれてもよい。

測距セキュリティは、暗号チャレンジ応答プロトコルと共に、ＳＴＳフレームの使用を可能にするように、ＳＴＳフレームを変更することによって強化することができる。デバイスＡ及びデバイスＢを含むチャレンジ応答プロトコルは、デバイスＢによって抽出された第１の経路をデバイスＡが有効にすることを可能にする。
以下でより詳細に説明する一実施例では、デバイスＢは、その受信した第１の経路に基づいて、デバイスＡによって送信された多数の「チャレンジ」ビットを復号しようと試みることができる。
次いで、デバイスＢは、例えば公開鍵方式を使用して、セキュア応答をデバイスＡに返送することができる。デバイスＡは、デバイスＢからの応答を有効にすることができ、それによって、デバイスＢの到着時間の判定を有効にすることができる。他の実装では、変更されたＳＴＳ構造を、チャレンジ応答プロトコルを利用することなく実施することができる。

図６は、ＵＷＢパケットのセキュア測距シーケンスを生成するためのシステム又は装置のブロック図の変更部分である。いくつかの実装によれば、図６に示すシステムは、ＵＷＢロジック３３２などの、無線通信回路（例えば、２３０及び／若しくは３３０）又はその一部に含まれてもよい。図示するように、ＣＳＰＲＮＧ ６０２は、図４のように、パルスマッパ６０４の使用を通じて、パルスの極性及び位置にマッピングされ得る多数の乱数ビットｃ_iを生成することができる。セキュア測距技術は、ＳＴＳパルスシーケンスを２つ以上のサブブロックに論理的に分割することを更に含んでもよい。ガードインターバルは、サブブロック間に挿入されてもよい。更に、図６の例では、ｉ番目のサブブロック内の一部の／全てのパルスの極性は、例えばフリップサブブロック極性モジュール６０８などのエンコーダによって、ビットｂ_iで乗算され得る。したがって、サブブロックは、値ｂ_iを「符号化する」（又は、表現するため符号化される）ことができる。ビットｂ_iは、例えば、ビット発生器６１０によって任意の方法で生成することができるが、いくつかの実装では、ビットｂ_iは、例えば、チャレンジ応答プロトコルにおけるチャレンジビットに対応してもよく、１つ以上の上位層によって提供されてもよい。任意の数のビットｂ_i、したがって任意の数のサブブロックは、その数が基本的なＳＴＳ生成メカニズムと一致する限り、選択されてもよい。更に、選択される数は、感度、セキュリティなどを含む１つ以上の要件などであるが、これらに限定されない１つ以上の要因に基づき得る。
例えば、より高いレベルのセキュリティが望まれる場合、より多数のチャレンジビットを表す、より多数のビットｂ_iが使用されてもよい。符号化パルスは、ＵＷＢ変調器６０６によって変調され、例えば送信回路（図示せず）によって、ＵＷＢ波形としてデバイスＢに送信され得る。

図７は、開示された技術を使用して生成された３つの連続するサブブロックの例を示す。図７の例では、ｉ番目のサブブロック内の実線のパルス極性は、ｂ_i＝０に対応し、破線のパルス極性は、ｂ_i＝１に対応する。

ＳＴＳフレーム長、又はパルスの数及び／若しくは位置の変化は必要ではないことに留意されたい。加えて、変更されたＳＴＳシーケンスの暗号セキュリティ特性は、サブブロックを修正するビットｂ_iがｃ_iと無関係である限り、元のシーケンスｃ_iと類似となる。したがって、元のシーケンス用に設計された受信機及びセキュリティプロトコルは、わずかな調節のみを必要とする変更された配列と共になお使用され得る。

これらの技術を使用する一実施例では、例示的なパケットフォーマット（又はフレームフォーマット）は、以下のフレーム要素（又はフレームセグメント）の一部又は全てを含んでもよい。

公知のプリアンブルシーケンス、例えば、周期的パルスシーケンス、

プリアンブルの終わりをマークするスタートオブフレームデリミタ（ＳＦＤ）、

例えば、以下で更に論じるような、メッセージ符号化（メッセージ符号化ＳＴＳ、又は「ＭＥ−ＳＴＳ」）を有する上記ランダムパルスシーケンスに従ったセキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）、及び

任意選択的に、ＰＨＹヘッダー（ＰＨＲ）及びデータペイロード。

ＩＥＥＥ ８０２．１５．４−２０１５のＵＷＢ ＨＲＰチャプタは、プリアンブル、ＳＦＤ、並びにＰＨＲ及びデータペイロードセグメントを生成する方法の例を示す。

ＳＴＳは、ＳＦＤとＰＨＲとの間の代わりに、データペイロードの後に実装されてもよいことに留意されたい。更に、いくつかの実施態様では、ＰＨＲ及びデータペイロードは、一緒に省略されてもよい。

図８は、いくつかの実施形態に係る、時間が上から下に経過するときの、例示的な実装における信号フロー図を示す。具体的には、図８は、マスター又は検証者デバイスであり得るデバイスＡと、スレーブ又は証明者デバイスであり得るデバイスＢとの間で伝達される信号を示す。デバイスＡ及びデバイスＢの各々は、無線デバイス２００及び／又は無線デバイス３００などの無線デバイスであってもよい。

デバイスＡは、ランダム「チャレンジ」（又は検証者）シーケンスＭｖ［ｉ］、ｉ＝０．．．Ｌ_c-1を生成することができ、ここで、ｉはシーケンス内のビットインデックスであり、Ｌ_cはビット数におけるチャレンジシーケンス長である。Ｌ_cは、例えば、１６、３２、６４、又は任意の他のビット数であってもよい。チャレンジシーケンスは、接続されたデバイスＢを含む他の全てのデバイスに未知であり得ることが好ましい。
シーケンスＭｖは、上記でビットｂ_iと呼ばれたものを表すことに留意されたい。

デバイスＡはまた、暗号学的にセキュアなランダムシーケンスを生成することによって、初期ＳＴＳシーケンスを準備することができる。このランダムＳＴＳシーケンスは、デバイスＡ及びデバイスＢの両方に既知である。
いくつかの実施態様では、ランダムＳＴＳシーケンスは、パケットからパケットへ、例えば、暗号生成プロセスに基づいて変化し得る。初期ＳＴＳシーケンスは、１００〜１，０００パルス、１，０００〜１０，０００パルス、数万パルス、数十万パルス、数百万パルスなどの多数のランダムパルスＬ_pを表すことができる。
ランダムＳＴＳシーケンスは、デバイスＡ及びＢ以外の任意のデバイスには未知であり得ることが好ましい。

デバイスＡは、パルスＬ_pの総数をＬ_sパルスのセグメント（又はサブブロック）に細分化してもよい。Ｍｖ［０］がビット値０を有する場合、第１のＬ_sパルスの極性は変化しないままであってもよく、Ｍｖ［０］がビット値１を有する場合、反転されてもよい。他の実装では、ビット値０が極性を反転させ、一方、ビット値１がビット値を変化させないままにする。第２の検証者メッセージビット、Ｍｖ［１］を使用して、Ｌ_sパルスの第２のサブブロックを反転させる（又は反転させない）かどうかなどを判定することができる。いくつかの実施形態では、Ｌｐは、Ｌ_cに対応する倍数（例えば、Ｌ_s ^*Ｌ_c＝Ｌ_p）で、Ｌ_sの整数倍であってもよい。このプロセスは、メッセージ符号化ＳＴＳ（ＭＥ−ＳＴＳ）を作成する。本実施例では、メッセージは、検証者メッセージＭｖを表す。得られたパルスシーケンスは、メッセージ符号化検証者ＳＴＳ（ＭＥＶ−ＳＴＳ）と呼ばれる。

デバイスＡは、検証者メッセージ（ＷＲＦ−ＶＭ）を含む無線測距フレームを生成することができる。ＷＲＦ−ＶＭは、いくつかのシナリオでは、所望に応じて、周期的プレアンブル、ＳＦＤ、ＭＥＶ−ＳＴＳ、並びに／又は他のＰＨＲ及びペイロードデータを含んでもよい。

デバイスＡは、ＷＲＦ−ＶＭをデバイスＢに送信してもよい。

デバイスＢは、周期的プリアンブルを受信し、既知の周期的プリアンブルからチャネル推定値（又はチャネルインパルス応答、ＣＩＲ）を抽出することができる。デバイスＢはまた、反射などの多数の伝搬経路であってもよい第１の伝搬経路の位置を、ＣＩＲから抽出することができる。第１の経路は、最短測定距離、又は視線（ＬＯＳ）経路に対応する。

デバイスＢは、例えば、ＳＦＤ（これもまた公知である）に基づいて、ＭＥＶ−ＳＴＳの開始を判定することができ、次いで、ＳＴＳシーケンスはデバイスＡとデバイスＢの両方に既知であるので、（伝播チャネルによって「不鮮明にされた」）Ｌ_s受信パルスの各サブブロックを、ＳＴＳシーケンスからのＬ_s期待パルスの対応するセグメントに相関させることができる。
次に、各サブブロックの相関結果を使用して、ｉ番目のサブブロックに対する検証者メッセージビットＭｖ［ｉ］の極性を検出する（例えば、従来のスライシングを通じて推定する）ことができる。いくつかの実装では、検出／スライシング動作は、プレアンブルＣＩＲにおいて導出される第１の経路の位置のみを使用する。このようにして、デバイスＢは、デバイスＡによって送信された元の検証者メッセージＭｖの推定値を、このメッセージが第１の（最も直接的又は最短の）伝搬経路によって実際に伝えられる（送信される）という仮定の下で再作成する。受信メッセージは、必ずしも常には真の送信メッセージと一致しないため、Ｍｖ’と呼ぶことにする。（例えば、ノイズ、攻撃などによる）損失が発生しなかった場合、Ｍｖ’はＭｖと同一となる。

デバイスＢは、同様に構成されたフレーム、例えば、無線測距フレーム証明者メッセージ（ＷＲＦ−ＰＭ）をデバイスＡに送信することができる。例えば、ＷＲＦ−ＰＭは、第２のＭＥ−ＳＴＳメッセージを含んでもよい。具体的には、デバイスＢは、デバイスＢとデバイスＡの両方に既知である第２のＳＴＳシーケンスを生成することができる。
デバイスＢは、例えば、第１のＳＴＳシーケンスが検証者メッセージＭｖを使用して符号化されたのと同じ又は類似の方法で、証明者メッセージＭｐを使用して第２のＳＴＳシーケンスをメッセージ符号化することができる。例えば、デバイスＢは、第２のＳＴＳのパルス総数を、Ｌ_sパルスのサブブロックに細分化することができ、対応するビットＭｐ［ｉ］の値に基づいて、ｉ番目のサブブロックのパルス極性を変更することができる。したがって、第２のＭＥ−ＳＴＳのメッセージは、証明者メッセージＭｐを表す。得られたパルスシーケンスは、メッセージ符号化証明者ＳＴＳ（ＭＥＰ−ＳＴＳ）と呼ばれる。

デバイスＢは、（デバイスＡを含む）任意の他のデバイスには未知であり得る証明者メッセージＭｐをランダムに生成することができる。証明者メッセージＭｐは、検証者メッセージＭｖと同じ長さを有してもよく、又は異なる長さを有してもよい。

ＭＥＰ−ＳＴＳは、デバイスＡに返送される応答パケットＷＲＦ−ＰＭに含まれてもよい。

デバイスＢはまた、第３のフレーム（デバイスＢからデバイスＡに送信された２番目）、例えば、無線測距フレーム認証メッセージ（ＷＲＦ−ＡＭ）を、デバイスＡに送信することができる。ＷＲＦ−ＡＭは、第３のＭＥ−ＳＴＳメッセージを含んでもよい。例えば、デバイスＢは、暗号学的にセキュアなマッピングメカニズムを使用して、受信メッセージＭｖ’及び証明者メッセージＭｐを、Ｍｖ’及びＭｐ：ＭＡＣ（Ｍｖ’，Ｍｐ）に依存するメッセージ認証コード（ＭＡＣ）にマッピングすることができる。新しいメッセージＭａを生成するこのマッピングメカニズムは、いくつかの実装では、ＨＭＡＣなどの周知のハッシュメカニズムであってもよい。チャレンジメッセージと応答メッセージとの間のマッピングメカニズムは、デバイスＡ及びデバイスＢの両方に既知であるが、他のデバイスには未知であることに留意されたい。得られる認証メッセージＭａ＝ＭＡＣ（Ｍｖ’，Ｍｐ）を使用して、例えば、第１のＳＴＳシーケンスが検証者メッセージＭｖを使用して符号化されたのと同じ又は類似の方法で、デバイスＡ及びＢの両方に既知である新しい（第３の）ＳＴＳシーケンスを符号化することができる。得られたパルスシーケンスは、メッセージ符号化認証ＳＴＳ（ＭＥＡ−ＳＴＳ）と呼ばれる。ＭＥＡ−ＳＴＳは、デバイスＡに送信されるパケットＷＲＦ−ＡＭに含まれてもよい。

デバイスＡは、デバイスＢから２つのフレーム（ＷＲＦ−ＰＭ及びＷＲＦ−ＡＭ）を受信し、ＷＲＦ−ＶＭを受信すると実行されるデバイスＢと同様の機能を実行してもよい。例えば、デバイスＡは、（ＷＲＦ−ＰＭのプリアンブルに基づいて）その局所的に推定されたＣＩＲを使用して、第１の経路にコミットし、ビット毎に抽出を実行して、再構成Ｍｐ’を生成することによって、証明者メッセージＭｐを抽出することができる。デバイスＡは同様に、（ＷＲＦ−ＡＭのプリアンブルに基づいて）その局所的に推定されたＣＩＲを使用して、第１の経路にコミットし、ビット毎に抽出を実行して、再構成Ｍａ’を生成することによって、認証メッセージＭａを抽出することができる。

次いで、デバイスＡは、メッセージＭｖ（それが生成したもの）及びメッセージＭｐ’を使用して、期待される認証コードＭａのローカルバージョン、すなわちＭａ＿ｒｅｃ＝ＭＡＣ（Ｍｖ，Ｍｐ’）を生成（再構成）することができる。

次いで、デバイスＡは、例えば（ソフトウェア及び／又はハードウェアを含む）比較器ロジックを使用して、再構成Ｍａ＿ｒｅｃとＭａ’とを比較することができ、比較器ロジックは、例えばＵＷＢロジック３３２又はプロセッサ３０２（単数又は複数）に含まれてもよい。十分に近い一致があると判定したことに応じて（例えば、一致ビットのパーセンテージが所定の閾値を満たす場合）、デバイスＡは、交換を成功としてマークすることができる。次に、２つのデバイスＡ及びＢ（ＷＲＦ−ＶＭ及びＷＲＦ−ＰＭのＣＩＲ）によって測定されるように、２つのローカルＣＩＲから抽出された第１の経路に基づいて、飛行時間（ＴｏＦ）（例えば、片道及び／又は往復）を計算することができる。デバイスＡは、ＴｏＦに基づいて、デバイスＡとデバイスＢとの間の範囲（例えば、物理的距離又は伝搬距離）を計算することができる。

あるいは、デバイスＡは、マッピングメカニズムの逆をＭａ’に適用して、Ｍａを生成するために使用される検証者メッセージＭｖ’及び／又は証明者メッセージＭｐのローカルバージョンを再構築することができる。
検証者メッセージのローカルバージョンは、Ｍｖ’’と呼ばれることがあり、証明者メッセージのローカルバージョンは、Ｍｐ’’と呼ばれることがある。例えば、デバイスＡは、マッピングメカニズムの逆と共に証明者メッセージＭｐを使用して、検証者メッセージＭｖ’’のローカルバージョンを再構成することができる。別の例として、デバイスＡは、マッピングメカニズムの逆と共に検証者メッセージＭｖ’を使用して、証明者メッセージＭｐ’’のローカルバージョンを再構成することができる。次いで、デバイスＡは、ローカルバージョンＭｖ’’をＭｖと比較してもよく、及び／又はローカルバージョンＭｐ’’をＭｐ’と比較してもよい。十分に近い一致があると判定したことに応じて、デバイスＡは、交換を成功としてマークすることができる。

いくつかの実装では、着信ＷＲＦ−ＶＭフレームの第１の経路と、発信ＷＲＦ−ＰＭの発送時間との間のデバイスＢにおけるターンアラウンドタイムは、固定されていてもよく、及び／又はデバイスＡ及びＢの両方に先験的に既知であってもよい。
これは、デバイスＡが、デバイスＢから明示的なタイムスタンプ（又はタイムスタンプデルタ）をたとえ知ることがなくても、飛行時間全体を計算するのに役立つ。

前述の技術は、検証者メッセージ及び証明者メッセージ、Ｍｖ及びＭｐが、所与のブロックが所与のメッセージビットに対応するようにブロックに編成された、によるパルスのランダムな暗号学的にセキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）の上に符号化される、独自のメカニズムを提供する。

なお、上述したように、メッセージビットを使用して、Ｌ_sパルスのサブブロック全体の極性を符号化（反転又は非反転）することができることに留意されたい。いくつかの他の実装では、メッセージビットは、それぞれのサブブロック内のＬｂパルスの位置などの、Ｌｓパルスのサブブロックの別の特性を変更するために使用することができる。

また、例えば、デバイスＡ及びデバイスＢの両方が、両方のデバイスには既知であるが他のデバイスには未知であるＳＴＳを生成する方法を知るのを確実にする、暗号学的にセキュアなＳＴＳ生成プロセス、及びデバイスＡ及びＢのみに既知でもある、ＭｖからＭｐへの暗号学的にセキュアなチャレンジツーレスポンスマッピング機能が、暗号鍵などの好適な暗号化メカニズムを通して１つ以上のより上位の処理層において取り扱うことができることに留意されたい。

加えて、メッセージを符号化するための「サブブロック極性反転」は、パルスマッパの前に（例えば、ｘｏｒ機能などを使用して）バイナリドメイン内で、又はパルスマッパの後に明示的に極性を反転することによって、行われてもよいことに留意されたい。当業者であれば、様々な他の実装を選択して、パルスの最終的なＭＥ−ＳＴＳシーケンスに対する同じ効果を達成することができることを認識するであろう。

パケットのＭＥ−ＳＴＳ部分は、１つ以上のアクティブセグメント及び１つ以上のギャップ（又はガードインターバル）を含み得る。本技術では、ギャップは、ＳＴＳ符号化において生成されたパルスの送信中の、２つの時間インターバル間の沈黙期間である。図９は、３つのギャップ（開始、中間、及び終了）並びに２つのアクティブセグメント（Ａ及びＢ）を有する例示的なフォーマットを示す。メッセージ符号化ＳＴＳは、生成されたメッセージ符号化ＳＴＳパルスを１つ以上のアクティブセグメント上にマッピングすることによって、そのような構造（又はその任意の適応）を使用することができる。更に、アクティブセグメントの前及び／若しくは後に、並びに／又は２つのアクティブセグメント間にギャップを含めることができる。メッセージ符号化サブブロック内のパルス数は、アクティブセグメント内のパルス数と一致してもよく、それによって、メッセージ符号化ＳＴＳマップの連続するサブブロックが、連続するＳＴＳアクティブセグメント上にマッピングされる。いくつかのシナリオでは、ギャップは、マルチパス環境で受信されるときにサブブロックの重複を低減又は排除するために十分に長くてもよい。

上述の例示的な実施形態に加えて、本開示の更なる実施形態は、様々な形態のいずれかで実現することができる。例えば、いくつかの実施形態は、コンピュータにより実施される方法、コンピュータ可読記憶媒体、又はコンピュータシステムとして実現することができる。他の実施形態は、ＡＳＩＣなどのカスタム設計されたハードウェアデバイスの１つ以上を使用して、実現することができる。更なる他の実施形態は、ＦＰＧＡなどの１つ以上のプログラム可能なハードウェア要素を使用して実現されてもよい。

いくつかの実施形態では、永続的コンピュータ可読メモリ媒体は、プログラム命令及び／又はデータを記憶するように構成されてもよく、プログラム命令は、コンピュータシステムによって実行されると、コンピュータシステムに、本方法を、例えば、本明細書に記載された方法の実施形態のうちのいずれか、又は、本明細書に記載された方法の実施形態の任意の組合せ、又は、本明細書に記載された方法の実施形態のうちのいずれかの任意のサブセット、又は、そのようなサブセットの任意の組合せを実行させる。

いくつかの実施形態では、デバイス（例えば、無線デバイス１０２又は１０４）は、プロセッサ（又はプロセッサのセット）及び記憶媒体を含むように構成されてもよい。ここで、記憶媒体はプログラム命令を記憶し、プロセッサは、記憶媒体からプログラム命令を読み込み、実行するように構成される。プログラム命令は、本明細書に記載されている種々の方法の実施形態の任意のもの（又は、本明細書に記載されている方法の実施形態の任意の組合せ、又は、本明細書に記載されている方法の実施形態のいずれかの任意のサブセット、又はこのようなサブセットの任意の組合せ）を実施するために実行可能である。デバイスは、様々な形態のいずれかで実現されてもよい。

上述の実施形態は十分に詳細に記載されているが、上述の開示が十分に理解されれば、当業者には数多くの変形形態及び修正形態が明らかとなるであろう。以下の特許請求の範囲は、そのような変形形態及び修正形態の全てを包含すると解釈されることを意図している。

Claims (20)

1. 第１の超広帯域（ＵＷＢ）パケットを生成する方法であって、
   無線通信デバイスによって、
   暗号で符号化されたランダムＳＴＳパルスシーケンスを含む第１のセキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）を生成することと、
   ２つ以上のサブブロック間で前記ＳＴＳパルスシーケンスを分割することであって、前記２つ以上のサブブロックのうちのサブブロックが、別個の検証者メッセージに対応するビットと関連付けられており、前記サブブロック内の複数のパルスの極性が前記ビットに基づいて設定されている、ことと、を含む、方法。
2. 前記無線通信デバイスによって、
   前記２つ以上のサブブロックのうちの２つのサブブロック間にギャップを挿入することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記無線通信デバイスによって、
   前記第１のＵＷＢパケットをリモート通信デバイスに送信することであって、前記第１のＳＴＳは前記リモート通信デバイスに既知であり、前記検証者メッセージは前記リモート通信デバイスに未知である、ことを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記無線通信デバイスによって、
   ２つ以上のサブブロック間で分割される第２のＳＴＳを含む第２のＵＷＢパケットを、前記リモート通信デバイスから受信することであって、前記第２のＳＴＳの前記２つ以上のサブブロックのうちのサブブロックが、別個の証明者メッセージに対応するビットに関連付けられており、前記第２のＳＴＳの前記サブブロック内の複数のパルスの極性が前記ビットに基づいている、ことを更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記第２のＳＴＳが前記無線通信デバイスに既知であり、前記証明者メッセージが前記無線通信デバイスに未知である、請求項４に記載の方法。
6. 前記無線通信デバイスによって、
   ２つ以上のサブブロック間で分割される第３のＳＴＳを含む第３のＵＷＢパケットを、前記リモート通信デバイスから受信することであって、前記第３のＳＴＳの前記２つ以上のサブブロックのうちのサブブロックが、別個の認証メッセージに対応するビットに関連付けられており、前記第３のＳＴＳの前記サブブロック内の複数のパルスの極性が前記ビットに基づいており、前記第３のＳＴＳは前記無線通信デバイスに既知であり、前記認証メッセージが前記検証者メッセージ及び前記証明者メッセージにアルゴリズムを適用した結果である、ことと、
   前記第３のＳＴＳの前記パルスの前記既知値を前記第３のＵＷＢパケットの前記パルスの前記受信値と比較することによって、前記認証メッセージの第１の推定値を判定することと、
   前記認証メッセージの前記第１の推定値に基づいて、前記リモート無線デバイスが前記第１のＵＷＢパケットを受信したと判定することと、を更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記認証メッセージの前記第１の推定値に基づいて、前記リモート無線デバイスが前記第１のＵＷＢパケットを受信したと判定することは、
   前記第２のＳＴＳの前記パルスの前記既知値を前記第２のＵＷＢパケットの前記パルスの前記受信値と比較することによって、前記証明者メッセージの推定値を判定することと、
   前記検証者メッセージ、及び前記証明者メッセージの前記推定値に前記アルゴリズムを適用することによって、前記認証メッセージの第２の推定値を判定することと、
   前記認証メッセージの前記第１の推定値と、前記認証メッセージの前記第２の推定値とが十分に類似していると判定することと、を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記認証メッセージの前記第１の推定値に基づいて、前記リモート無線デバイスが前記第１のＵＷＢパケットを受信したと判定することは、
   前記第２のＳＴＳの前記パルスの前記既知値を前記第２のＵＷＢパケットの前記パルスの前記受信値と比較することによって、前記証明者メッセージの第１の推定値を判定することと、
   前記検証者メッセージを使用して、前記認証メッセージの前記第１の推定値に前記アルゴリズムの逆を適用することによって、前記証明者メッセージの第２の推定値を判定することと、
   前記証明者メッセージの前記第１の推定値と、前記証明者メッセージの前記第２の推定値とが十分に類似していると判定することと、を含む、請求項６に記載の方法。
9. 無線通信デバイスであって、
   証明者デバイスに既知である第１のセキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）を生成するように構成されている擬似乱数発生器と、
   前記証明者デバイスに未知である検証者メッセージを使用して、前記第１のＳＴＳを符号化するように構成されているエンコーダと、
   前記符号化された第１のＳＴＳを含むメッセージを前記証明者デバイスに送信するように構成されている送信回路と、
   受信回路であって、
   前記無線通信デバイスに既知であり、前記無線通信デバイスに未知である証明者メッセージを使用して符号化された、第２のＳＴＳを含む第２のメッセージを、前記証明者デバイスから受信し、
   前記無線通信デバイスに既知であり、メッセージ認証コードであって、前記メッセージ認証コードが、前記検証者メッセージ及び前記証明者メッセージにアルゴリズムを適用した結果である、メッセージ認証コードを使用して符号化された、第３のＳＴＳを含む第３のメッセージを、前記証明者デバイスから受信するように構成されている、受信回路と、
   デコーダであって、
   前記第２のＳＴＳを復号することによって、前記証明者メッセージの推定値を判定し、
   前記第３のＳＴＳを復号することによって、前記メッセージ認証コードの第１の推定値を判定し、
   前記検証者メッセージ、及び前記証明者メッセージの前記推定値に前記アルゴリズムを適用することによって、前記メッセージ認証コードの第２の推定値を判定する、ように構成されている、デコーダと、
   前記認証コードの前記第１の推定値と、前記メッセージ認証コードの前記第２の推定値とが指定された程度に類似しているかどうかを判定するように構成されている比較器と、を備える、無線通信デバイス。
10. 前記メッセージ認証コードの前記第１の推定値と、前記メッセージ認証コードの前記第２の推定値とが前記指定された程度に類似していると判定したことに応じて、前記第２のＳＴＳを含む前記メッセージの受信時間に基づいて、前記無線通信デバイスと前記証明者デバイスとの間の範囲を判定するように構成されている測距モジュールを更に備える、請求項９に記載の無線通信デバイス。
11. 前記第１のメッセージを超広帯域（ＵＷＢ）通信として変調するように構成されている変調器を更に備える、請求項９に記載の無線通信デバイス。
12. 前記第１のＳＴＳを符号化することは、前記第１のＳＴＳの複数のサブブロックを前記検証者メッセージのそれぞれのビットで符号化することを含み、各サブブロックが複数のパルスを含む、請求項９に記載の無線通信デバイス。
13. 前記第１のＳＴＳのサブブロックを符号化することは、第１の値を有する前記検証者メッセージの前記それぞれのビットに応じて、前記サブブロックの前記複数のパルスの前記極性を反転させることと、第２の値を有する前記検証者メッセージの前記それぞれのビットに応じて、前記サブブロックの前記複数のパルスの前記元の極性を維持することと、を含む、請求項１２に記載の無線通信デバイス。
14. 前記第１のＳＴＳを符号化することは、前記サブブロックをガードインターバルで分離することを更に含む、請求項１２に記載の無線通信デバイス。
15. 無線通信メッセージをセキュアに交換する方法であって、
    検証者デバイスによって、
    証明者デバイスに未知である検証者メッセージを使用して、前記証明者デバイスに既知である第１のセキュアなトレーニングシーケンス（ＳＴＳ）を符号化することと、
    前記証明者デバイスに、前記第１のＳＴＳを含む第１のメッセージを送信することと、
    前記検証者デバイスに既知であり、前記検証者デバイスに未知である証明者メッセージを使用して符号化された、第２のＳＴＳを含む第２のメッセージを前記証明者デバイスから受信することと、
    前記第２のＳＴＳを復号することによって、前記証明者メッセージの推定値を判定することと、
    前記検証者デバイスに既知であり、メッセージ認証コードを使用して符号化された、第３のＳＴＳを含む第３のメッセージを前記証明者デバイスから受信することとであって、前記メッセージ認証コードが、前記検証者メッセージ及び前記証明者メッセージにアルゴリズムを適用した結果である、ことと、
    前記第３のＳＴＳを復号することによって、前記メッセージ認証コードの第１の推定値を判定することと、
    前記検証者メッセージ、及び前記証明者メッセージの前記推定値に前記アルゴリズムを適用することによって、前記メッセージ認証コードの第２の推定値を判定することと、
    前記メッセージ認証コードの前記第１の推定値と、前記メッセージ認証コードの前記第２の推定値とが十分に類似しているという判定に基づいて、前記第２のメッセージが真正であると判定することと、を含む、方法。
16. 前記検証者デバイスによって、
    前記第２のメッセージが真正であると判定したことに応じて、前記第２のＳＴＳを含む前記メッセージの受信時間に基づいて、前記検証者デバイスと前記証明者デバイスとの間の範囲を判定することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の無線通信メッセージ及び前記第２の無線通信メッセージは、超広帯域（ＵＷＢ）通信である、請求項１５に記載の方法。
18. 前記第１のＳＴＳを符号化することは、前記第１のＳＴＳの複数のサブブロックを前記検証者メッセージのそれぞれのビットで符号化することを含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記第１のＳＴＳのサブブロックを符号化することは、第１の値を有する前記検証者メッセージの前記それぞれのビットに応じて、前記サブブロックのうちの少なくとも１つのパルスの前記極性を反転させることと、第２の値を有する前記検証者メッセージの前記それぞれのビットに応じて、前記サブブロックのうちの前記少なくとも１つのパルスの前記元の極性を維持することと、を含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１のＳＴＳを符号化することは、前記サブブロックをガードインターバルで分離することを更に含む、請求項１８に記載の方法。

Images