JP2021164054A - デバイス、セキュアエレメント及び鍵共有方法 - Google Patents

デバイス、セキュアエレメント及び鍵共有方法 Download PDF

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【課題】事前に鍵を書き込むことなく任意のタイミングで鍵共有を行うことができるデバイス、セキュアエレメント及び鍵共有方法を提供する。【解決手段】デバイスは、セキュアエレメント及びデバイス本体を備えるデバイスであって、デバイス本体は、ワンタイムパスワードを取得する取得部と、取得部で取得したワンタイムパスワードをセキュアエレメントへ出力する出力部とを備え、セキュアエレメントは、ワンタイムパスワードを検証する検証部と、検証部で検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値をデバイス本体へ出力する生成値出力部とを備え、デバイス本体及びセキュアエレメントそれぞれは、生成値を用いて鍵共有を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、デバイス、セキュアエレメント及び鍵共有方法に関する。
インターネットに接続するＩｏＴデバイスが急増することによって、セキュリティ上の問題が徐々に顕在化している。ＩｏＴデバイスにおける鍵等の情報資産の保護形態としては、ＩｏＴデバイスのＳｏＣ（System on Chip）内のセキュアな領域（例えば、ＴＥＥ：Trusted Execution Environment）に保持する形態、あるいはセキュアエレメントなどのＳｏＣ以外の物理的に異なるセキュリティチップに鍵を保持する形態がある。長期に亘って情報資産を保護する場合には、耐タンパ性に優れるセキュリティチップに情報資産を保持することが望ましい。
一方で、ＩｏＴデバイスが、セキュリティチップに情報資産を保持する場合、ＳｏＣとセキュリティチップとの情報授受のため、必ず両者の間で通信が発生するので、当該通信を保護する必要がある。一般的には、ＳｏＣとセキュリティチップとの間で、何らかの暗号化通信路を開設すべきである。しかし、ＩｏＴデバイス（ＳｏＣ）とセキュリティチップが別事業者によって製造される場合、ＳｏＣとセキュリティチップとが暗号化通信路で使用する鍵をどのように共有するかが問題となり得る。
特許文献１には、ＥＣＵに初期鍵を書き込み、車両に搭載されるセキュアエレメントにマスタ鍵を書き込むことでＥＣＵとセキュアエレメントの間で鍵共有を行うシステムが開示されている。
特開２０１７−１０８２１２号公報
しかし、特許文献１のシステムでは、製造段階でデバイス（ＥＣＵ）とセキュアエレメントとの対応関係を予め定めておき、事前に鍵を書き込んでおく必要がある。このため、工場出荷後に特定のセキュアエレメントを任意のデバイスに紐付けることができず、デバイス製造段階以降でセキュアエレメントとデバイスの対応関係を設定することが困難であり、柔軟性を欠く。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、事前に鍵を書き込むことなく任意のタイミングで鍵共有を行うことができるデバイス、セキュアエレメント及び鍵共有方法を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態に係るデバイスは、セキュアエレメント及びデバイス本体を備えるデバイスであって、前記デバイス本体は、ワンタイムパスワードを取得する取得部と、前記取得部で取得したワンタイムパスワードを前記セキュアエレメントへ出力する出力部とを備え、前記セキュアエレメントは、前記ワンタイムパスワードを検証する検証部と、前記検証部で検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値を前記デバイス本体へ出力する生成値出力部とを備え、前記デバイス本体及びセキュアエレメントそれぞれは、前記生成値を用いて鍵共有を行う。
本発明の実施の形態に係るセキュアエレメントは、デバイスに実装されるセキュアエレメントであって、デバイス側からワンタイムパスワードを取得する取得部と、前記ワンタイムパスワードを検証する検証部と、前記検証部で検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値を前記デバイス側へ出力する生成値出力部とを備え、前記デバイス側との間で前記生成値を用いて鍵共有を行う。
本発明の実施の形態に係る鍵共有方法は、セキュアエレメント及びデバイス本体を備えるデバイスの鍵共有方法であって、前記デバイス本体は、ワンタイムパスワードを取得し、取得したワンタイムパスワードを前記セキュアエレメントへ出力し、前記セキュアエレメントは、前記ワンタイムパスワードを検証し、検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値を前記デバイス本体へ出力し、前記デバイス本体及びセキュアエレメントそれぞれは、前記生成値を用いて鍵共有を行う。
本発明によれば、事前に鍵を書き込むことなく任意のタイミングで鍵共有を行うことができる。
本実施の形態のＩｏＴデバイスの構成の一例を示す模式図である。 基本的な鍵共有の流れの一例を示す説明図である。 デバイスＩＤに紐付いたＯＴＰの入力の一例を示す説明図である。 鍵値の直接生成の一例を示す説明図である。 生成値の署名と暗号化の一例を示す説明図である。 初回の生成値のチェイニングの一例を示す説明図である。 ２回目以降の生成値のチェイニングの一例を示す説明図である。 鍵管理サーバからの遠隔管理の一例を示す説明図である。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態のＩｏＴデバイス１００の構成の一例を示す模式図である。ＩｏＴデバイス１００は、実装対象となっているデバイスであり、例えば、ＲＴＯＳ（Real Time Operating System）やＬｉｎｕｘ（登録商標）等が動作する組み込みボードなどを含む。ＩｏＴデバイスは、例えば、ＯＳを搭載して独立動作をすることができるデバイス（電子デバイスとも称する）であり、「モノのインターネット」（ＩｏＴ）でいうところの「モノ」に該当するデバイスである。ＩｏＴデバイス１００は、内部にＳｏＣ（System on Chip）５０、及びセキュアエレメント６０を有する。
ＳｏＣ５０は、ＩｏＴデバイス１００の主要な機能を保持するＩＣチップである。ＳｏＣ５０は、ＲＯＭ５１、ＮＶＭ（Non-volatile memory）（ＴＥＥ：Trusted Execution Environment）５２、ＮＶＭ（ＲＥＥ：Rich Execution Environment）５３、ＲＡＭ（ＴＥＥ）５４、及びＲＡＭ（ＲＥＥ）５５を有する。
セキュアエレメント６０は、耐タンパ性を有するセキュリティチップであり、内部にＣＰＵ、ＮＶＭ（Non-volatile memory）を有し、セキュアな不揮発性メモリを有する。セキュアエレメント６０は、ＳｏＣ５０との間で、標準的な通信路（例えば、ＩＳＯ７８１６／ＳＰＩ／Ｉ２Ｃ等）で通信を行う。
鍵管理サーバ２００は、各セキュアエレメントにおける鍵共有情報を個別管理するサーバである。
ＲＯＭ５１には、デバイスＩＤが保存されている。デバイスＩＤは、ＩｏＴデバイスを固体識別するためのＩＤである。セキュアエレメント６０とＩｏＴデバイス１００との紐付けをするために用いられる。本実施の形態において、デバイスＩＤの一意性は問われないが、ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０との紐付けを十分に得るためには、ＩｏＴデバイス製造者内、または全世界で一意であり、かつ書き換え不可能であることが望ましい。
ＮＶＭ（ＴＥＥ）５２には、前回生成値２１、非対称鍵ペア生成機能４１、生成値復号機能４２、生成値署名検証機能４３、及び鍵派生機能４４が保存されている。
前回生成値２１は、セキュアエレメント６０が前回出力した生成値である。
非対称鍵ペア生成機能４１は、ＩｏＴデバイス１００側（デバイス本体）で非対称鍵暗号の鍵ペアを生成する機能である。
生成値復号機能４２は、セキュアエレメント６０が返送した生成値が暗号化されている場合、復号する機能である。
生成値署名検証機能４３は、セキュアエレメント６０が返送した生成値に署名が施されている場合、署名検証を行って生成値の正当性を確認する機能である。
鍵派生機能４４は、セキュアエレメント６０が生成した生成値から派生鍵値を派生させる機能である。
前回生成値２１、非対称鍵ペア生成機能４１、生成値復号機能４２、生成値署名検証機能４３、及び鍵派生機能４４は、ＲＯＭ５１上に存在していてもよいが、鍵派生を１回のみ行う場合は、鍵派生後にＮＶＭ（ＴＥＥ）５２から削除することで、リプレイアタックや解析の防止等、一定の効果が得られるため、本実施の形態では、ＮＶＭ（ＴＥＥ）５２に配置している。なお、ＮＶＭがセキュアな領域（ＴＥＥ）を有していない場合、前回生成値２１、非対称鍵ペア生成機能４１、生成値復号機能４２、生成値署名検証機能４３、及び鍵派生機能４４は、ＮＶＭ（ＲＥＥ）５３に配置してもよい。
ＲＡＭ（ＴＥＥ）５４には、生成値２２、派生鍵値２３、生成値暗号鍵２４、生成値復号鍵２５、及び生成値署名検証鍵２６が保存されている。
生成値２２は、セキュアエレメント６０が返送した、鍵共有に使用する値である。
派生鍵値２３は、生成値２２から派生された派生鍵の値である。ＩｏＴデバイス１００がセキュアエレメント６０と共有する鍵値である。
生成値暗号鍵２４は、生成値２２を暗号化授受する際に、セキュアエレメント６０側で暗号化に用いる非対称鍵である。生成値暗号鍵２４は、ＩｏＴデバイス１００側で生成される。
生成値復号鍵２５は、生成値２２を暗号化授受する際に、ＩｏＴデバイス１００側で復号に用いる非対称鍵である。生成値復号鍵２５は、ＩｏＴデバイス１００側で生成される。
生成値署名検証鍵２６は、セキュアエレメント６０が返送した生成値に署名が施されている場合、署名検証に用いる非対称鍵である。生成値署名検証鍵２６は、セキュアエレメント６０側の生成値署名鍵２７と対向する非対称鍵である。
本実施の形態では、生成値の署名検証と暗号化の両方において非対称鍵の利用を想定している。なお、ＲＡＭがセキュアな領域（ＴＥＥ）を有していない場合、生成値２２、派生鍵値２３、生成値暗号鍵２４、生成値復号鍵２５、及び生成値署名検証鍵２６は、ＲＡＭ（ＲＥＥ）５５に保存してもよい。
セキュアエレメント６０は、ＳＥＩＤ、ＯＴＰ（ワンタイムパスワード）、ＯＴＰカウンタ、ＯＴＰ生成鍵、生成値２２、派生鍵値２３、生成値暗号鍵２４、生成値署名鍵２７、及び生成値署名検証鍵２６などのデータを保持する。
ＳＥＩＤは、セキュアエレメント６０を一意識別するＩＤである。鍵管理サーバ２００が、セキュアエレメント６０を特定するための値として用いることができる。
ＯＴＰは、セキュアエレメント６０内で保持するワンタイムパスワードである。
ＯＴＰカウンタは、セキュアエレメント６０がＯＴＰ入力と生成値の出力を、あと何回行えるかを保持するカウンタである。ＯＴＰ入力時にＯＴＰカウンタが０の場合は、セキュアエレメント６０は生成値を出力できない。
ＯＴＰ生成鍵は、ＯＴＰの値をセキュアエレメント６０内部で生成、または検証する際に使用する鍵値である。
生成値２２は、セキュアエレメント６０が鍵共有のために生成し、ＩｏＴデバイス１００に出力する値である。
派生鍵値２３は、生成値２２から派生された派生鍵の値である。派生鍵値２３は、ＩｏＴデバイス１００と共有する鍵値である。
生成値暗号鍵２４は、生成値２２を外部出力する際、暗号化を行う際に使用する鍵である。生成値暗号鍵２４は、ＩｏＴデバイス１００から受信して用いる。
生成値署名鍵２７は、生成値２２を外部出力する際、署名を付加する際に使用する非対称鍵である。
生成値署名検証鍵２６は、セキュアエレメント６０が返送した生成値に署名が施されている場合、署名検証に用いる非対称鍵である。生成値署名検証鍵２８は、生成値署名鍵２７と対向する非対称鍵である。なお、本実施の形態では、生成値署名検証鍵２６は、セキュアエレメント６０からＩｏＴデバイス１００に出力する運用を想定している。
本実施の形態では、ＯＴＰカウンタ値をＯＴＰ試行回数とＯＴＰ生成回数の上限として共通使用しているが、ユーザによる試行失敗をある程度許容するため、ＯＴＰ試行回数とＯＴＰ生成回数を分けて管理し、試行回数の上限を複数回としてもよい。
また、セキュアエレメント６０は、ＯＴＰ生成機能６１、ＯＴＰ検証機能６２、生成値出力機能６３、生成値暗号化機能６４、生成値署名生成機能６５、鍵派生機能６６、及び秘匿通信機能６７を備える。
ＯＴＰ検証機能６２は、外部から入力されたＯＴＰの値とセキュアエレメント６０内部のＯＴＰの値を比較する機能である。
ＯＴＰ生成機能６１は、ＩｏＴデバイスと紐付くＯＴＰが入力された際、セキュアエレメント６０内でＯＴＰを再計算する機能である。
生成値出力機能６３は、鍵派生元となる生成値２２を生成し、ＩｏＴデバイス１００側（デバイス本体）に出力する機能である。
鍵派生機能６６は、生成値２２から派生鍵値（鍵値）２３を派生する機能である。
生成値暗号化機能６４は、生成値暗号鍵２４を使用して生成値２２の暗号化を行う機能である。
生成値署名生成機能６５は、生成値署名鍵２７（秘密鍵）を使用して、生成値２２に署名を付加する機能である。署名は、送信内容が改ざんされたとき、受信者が改ざんされたことを分かるようにする技術である。一般的には、送信者は、データをハッシュ化してダイジェストを生成し、生成したダイジェストを秘密鍵で暗号化することで署名を生成する。送信者はデータと一緒に署名を送信する。受信者は、データと署名を受信し、データをハッシュ化してダイジェストを生成する。受信者は署名を公開鍵で復号してダイジェストを得る。２つのダイジェストを比較して一致・不一致を判定する。両者が一致していれば、データが改ざんされていないことを確認できる。
秘匿通信機能６７は、セキュアエレメント６０が鍵管理サーバ２００と秘匿通信を行うための機能である。
鍵管理サーバ２００は、ＯＴＰテーブル２０１、ＯＴＰ生成機能２０２、及び秘匿通信機能２０３を備える。
ＯＴＰテーブル２０１は、ＳＥＩＤごとに、当該ＳＥＩＤのセキュアエレメント６０に格納されているＯＴＰ値とＯＴＰ生成鍵とを対応付けて保持するデータベースである。
ＯＴＰ生成機能２０２は、ＯＴＰの生成要求を受けた際に、ＯＴＰ値を再生成する機能である。
秘匿通信機能２０３は、鍵管理サーバ２００がセキュアエレメント６０と秘匿通信を行うための機能である。
次に、本実施の形態のＩｏＴデバイス１００の処理について説明する。まず、基本的な鍵共有の処理について説明する。
図２は基本的な鍵共有の流れの一例を示す説明図である。以下、符号Ｐ１〜Ｐ１０で示す処理について説明する。
Ｐ１（ＯＴＰの受領）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、セキュアエレメント事業者（例えば、鍵管理サーバ２００の提供や運用を行うことができる）から、保持するＩｏＴデバイス１００内のセキュアエレメント６０用のＯＴＰを受領する。
Ｐ２（ＩｏＴデバイスへのＯＴＰ入力）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、ＩｏＴデバイス１００に対しＯＴＰを入力する。
Ｐ３（セキュアエレメントへの送信）：ＩｏＴデバイス１００は、ユーザから入力されたＯＴＰをセキュアエレメント６０に送信する。
Ｐ４（ＯＴＰカウンタ値の検証）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰを受信し、自身が持つＯＴＰカウンタをチェックし、カウンタ値が１以上であることを確認する。カウンタ値が０の場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ５（ＯＴＰカウンタの減算）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰカウンタ値を１だけ減算する。本実施例では、１回だけＯＴＰによる鍵生成を許可しているので、カウンタ値は１から０となる。
Ｐ６（ＯＴＰの検証）：セキュアエレメント６０は、受信したＯＴＰを自身が保持するＯＴＰと比較する。本実施例では、両者の一致比較のみを行う。両者が一致しない場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ７（生成値の出力）：受信したＯＴＰとセキュアエレメント６０が保持するＯＴＰとが一致した場合（検証が成功した場合）、セキュアエレメント６０は、生成値の生成、及び生成した生成値の出力を行う。本実施例では、生成値には特段の規則性はなく、例えば、セキュアエレメント６０内の乱数生成器で生成した乱数を生成値として用いることができる。
Ｐ８（ＩｏＴデバイスへの返送）：セキュアエレメント６０は、生成値をＩｏＴデバイス１００に返送する。ＩｏＴデバイス１００は、生成値をＲＡＭ（ＴＥＥ）５４に保存する。
Ｐ９（派生鍵値の派生）：ＩｏＴデバイス１００は、生成値を鍵派生機能４４に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。セキュアエレメント６０も、同様に、生成値を鍵派生機能６６に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。これにより、ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、同一の派生鍵値を得ることができる。
Ｐ１０（セキュアチャネルの開設）：ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、派生鍵値を元にセキュアチャネルを開設し、秘匿通信を行う。
生成値からの鍵派生アルゴリズムについては、ＩｏＴデバイス１００及びセキュアエレメント６０間でアルゴリズムの合意ができていれば、いかなるアルゴリズムを使用してもよい。例えば、生成値に対してＳＨＡ−２５６等の一方向ハッシュ関数を使う等、種々の方法を用いることができる。
ある特定のＩｏＴデバイスに対して、特定のセキュアエレメントのみを紐付けたい場合、ＯＴＰの生成と検証の方式を変更することで、これを実現することができる。具体的には、セキュアエレメント事業者によってＩｏＴデバイスのデバイスＩＤが紐付くＯＴＰを生成すると同時に、セキュアエレメント内部でも同様の生成を行って、入力と比較することで、特定のデバイスＩＤを入力としない限り、生成値を出力しないようにすることができる。以下に具体例を示す。
図３はデバイスＩＤに紐付いたＯＴＰの入力の一例を示す説明図である。以下、符号Ｐ２１〜Ｐ３２で示す処理について説明する。
Ｐ２１（デバイスＩＤとＳＥＩＤの送付）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、ＩｏＴデバイス１００のデバイスＩＤ（図の例では、Ｄｅｖ０００００３）と、セキュアエレメント６０のＳＥＩＤ（図の例では、ＳＥＩＤ：０００００００１）をセキュアエレメント事業者に連絡する。
Ｐ２２（ＩｏＴデバイスと紐付くＯＴＰの生成）：セキュアエレメント事業者は、受領したデバイスＩＤと、セキュアエレメント６０に紐付くＯＴＰ生成鍵（図の例では、１１２２３３４４）から、新たなＯＴＰ（図の例では、ＤＥＸＸＸＸＸＸ）を生成する。
Ｐ２３（ＯＴＰの受領）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、セキュアエレメント事業者（鍵管理サーバ２００）から、新たなＯＴＰ（図の例では、ＤＥＸＸＸＸＸＸ）を受領する。
Ｐ２４（セキュアエレメントへの送信）：ＩｏＴデバイス１００は、ユーザから入力されたＯＴＰと、ＩｏＴデバイス１００のデバイスＩＤをセキュアエレメント６０に送信する。
Ｐ２５（ＯＴＰカウンタ値の検証）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰを受信し、自身が持つＯＴＰカウンタをチェックし、カウンタ値が１以上であることを確認する。カウンタ値が０の場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ２６（ＯＴＰカウンタの減算）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰカウンタ値を１だけ減算する。本実施例では、１回だけＯＴＰによる鍵生成を許可しているので、カウンタ値は１から０となる。
Ｐ２７（ＯＴＰの生成）：セキュアエレメント６０は、自身のＯＴＰ生成機能６１により、ＯＴＰ生成鍵（図の例では、１１２２３３４４）と受信したデバイスＩＤから、比較対象となるＯＴＰ（図の例では、ＤＥＸＸＸＸＸＸ）を生成する。
Ｐ２８（ＯＴＰの検証）：セキュアエレメント６０は、受信したＯＴＰと、生成したＯＴＰを比較する。本実施例では、両者の一致比較のみを行う。両者が一致しない場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ２９（生成値の出力）：受信したＯＴＰとセキュアエレメント６０が生成したＯＴＰとが一致した場合（検証が成功した場合）、セキュアエレメント６０は、生成値の生成、及び生成した生成値の出力を行う。本実施例では、生成値には特段の規則性はなく、例えば、セキュアエレメント６０内の乱数生成器で生成した乱数を生成値として用いることができる。
Ｐ３０（ＩｏＴデバイスへの返送）：セキュアエレメント６０は、生成値をＩｏＴデバイス１００に返送する。ＩｏＴデバイス１００は、生成値をＲＡＭ（ＴＥＥ）５４に保存する。
Ｐ３１（派生鍵値の派生）：ＩｏＴデバイス１００は、生成値を鍵派生機能４４に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。セキュアエレメント６０も、同様に、生成値を鍵派生機能６６に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。これにより、ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、同一の派生鍵値を得ることができる。
Ｐ３２（セキュアチャネルの開設）：ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、派生鍵値を元にセキュアチャネルを開設し、秘匿通信を行う。
上述の例では、セキュアエレメント６０内で比較対象となるＯＴＰを動的に生成するため、予め記録されているＯＴＰは使用しない。また、任意の値でＯＴＰが更新されることを防止するため、ＯＴＰの更新も行わない。
ＯＴＰの生成アルゴリズムについては、種々の方法を用いることができる。例えば、鍵付きハッシュ（ＨＭＡＣ−ＳＨＡ２５６等）を用い、デバイスＩＤを入力としてＯＴＰ生成鍵により鍵付きハッシュを生成することで、第三者によるＯＴＰ生成を防止しつつ、デバイスＩＤの成分をＯＴＰに入れることが可能となる。
上述の例では、ＩｏＴデバイス１００のユーザがセキュアエレメント事業者にデバイスＩＤとセキュアエレメントのＳＥＩＤを通知した上で、セキュアエレメント事業者が新たなＯＴＰを生成し、ＯＴＰを共有している。これにより、デバイス初回起動時などの任意のタイミングで鍵共有シーケンスを開始することができる。また、例えば、デバイス製造時に、デバイスＩＤとセキュアエレメントの紐付けを事前に行えるのであれば、ユーザによる、デバイスＩＤとセキュアエレメントのＳＥＩＤの通知は不要であり、予めデバイスＩＤを元にＯＴＰを生成して共有してもよい。
上述のように、本実施の形態によれば、ＩｏＴデバイスとセキュアエレメントの紐付け方法を確保しつつ、紐付けを任意のタイミングで柔軟に行うことができる。
上述の例では、ＩｏＴデバイス１００及びセキュアエレメント６０の両者とも、生成値を元に派生鍵値を派生させている。一方、第三者による、ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０間の通信路傍受やメモリ解析の可能性がなく、ＩｏＴデバイス１００側に鍵生成アルゴリズムを持たせられない場合、生成値をそのまま鍵値とする運用も可能である。以下、生成値をそのまま鍵値として使用する場合について説明する。
図４は鍵値の直接生成の一例を示す説明図である。以下、符号Ｐ４１〜Ｐ４９で示す処理について説明する。
Ｐ４１（ＯＴＰの受領）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、セキュアエレメント事業者（鍵管理サーバ２００）から、保持するＩｏＴデバイス１００内のセキュアエレメント６０用のＯＴＰを受領する。
Ｐ４２（ＩｏＴデバイスへのＯＴＰ入力）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、ＩｏＴデバイス１００に対しＯＴＰを入力する。
Ｐ４３（セキュアエレメントへの送信）：ＩｏＴデバイス１００は、ユーザから入力されたＯＴＰをセキュアエレメント６０に送信する。
Ｐ４４（ＯＴＰカウンタ値の検証）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰを受信し、自身が持つＯＴＰカウンタをチェックし、カウンタ値が１以上であることを確認する。カウンタ値が０の場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ４５（ＯＴＰカウンタの減算）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰカウンタ値を１だけ減算する。本実施例では、１回だけＯＴＰによる鍵生成を許可しているので、カウンタ値は１から０となる。
Ｐ４６（ＯＴＰの検証）：セキュアエレメント６０は、受信したＯＴＰを自身が保持するＯＴＰと比較する。本実施例では、両者の一致比較のみを行う。両者が一致しない場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ４７（生成値の出力）：受信したＯＴＰとセキュアエレメント６０が保持するＯＴＰとが一致した場合（検証が成功した場合）、セキュアエレメント６０は、生成値の生成、及び生成した生成値の出力を行う。本実施例では、生成値には特段の規則性はなく、例えば、セキュアエレメント６０内の乱数生成器で生成した乱数を生成値として用いることができる。
Ｐ４８（ＩｏＴデバイスへの返送）：セキュアエレメント６０は、生成値をＩｏＴデバイス１００に返送する。ＩｏＴデバイス１００は、生成値をＲＡＭ（ＴＥＥ）５４に保存する。
Ｐ４９（セキュアチャネルの開設）：ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、生成値をそのまま鍵値としてセキュアチャネルを開設し、秘匿通信を行う。
上述の例において、生成値を乱数としつつ初回通信時の仮鍵として用い、セキュアチャネルの開設後、直ちにユーザの本番鍵に変更する等の対策を施すことにより、鍵交換時の状況を傍受できない攻撃者に対しては十分な備えとなる。
上述の例のように、平文での生成値授受がＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０との間の通信路上で危殆化する恐れがある（傍受、改ざん等）場合、非対称鍵暗号の導入によって生成値を保護することができる。以下、生成値の保護について説明する。
図５は生成値の署名と暗号化の一例を示す説明図である。以下、符号Ｐ５１〜Ｐ６５で示す処理について説明する。
Ｐ５１（ＯＴＰの受領）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、セキュアエレメント事業者（鍵管理サーバ２００）から、保持するＩｏＴデバイス１００内のセキュアエレメント６０用のＯＴＰを受領する。
Ｐ５２（ＩｏＴデバイスへのＯＴＰ入力）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、ＩｏＴデバイス１００に対しＯＴＰを入力する。
Ｐ５３（ＩｏＴデバイス側非対称鍵ペア生成）：ＩｏＴデバイス１００は、自身の非対称鍵ペア生成機能４１を用いて、非対称鍵暗号の鍵ペア（生成値暗号鍵２４と生成値復号鍵２５）を生成する。
Ｐ５４（セキュアエレメントへの送信）：ＩｏＴデバイス１００は、ユーザから入力されたＯＴＰ、生成した生成値暗号鍵２４をセキュアエレメント６０に送信する。
Ｐ５５（ＯＴＰカウンタ値の検証）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰ及び生成値暗号鍵２４を受信し、自身が持つＯＴＰカウンタをチェックし、カウンタ値が１以上であることを確認する。カウンタ値が０の場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ５６（ＯＴＰカウンタの減算）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰカウンタ値を１だけ減算する。本実施例では、１回だけＯＴＰによる鍵生成を許可しているので、カウンタ値は１から０となる。
Ｐ５７（ＯＴＰの検証）：セキュアエレメント６０は、受信したＯＴＰを自身が保持するＯＴＰと比較する。本実施例では、両者の一致比較のみを行う。両者が一致しない場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ５８（生成値の出力）：受信したＯＴＰとセキュアエレメント６０が保持するＯＴＰとが一致した場合（検証が成功した場合）、セキュアエレメント６０は、生成値の生成、及び生成した生成値の出力を行う。本実施例では、生成値には特段の規則性はなく、例えば、セキュアエレメント６０内の乱数生成器で生成した乱数を生成値として用いることができる。
Ｐ５９（生成値に対する署名生成）：セキュアエレメント６０は、生成値に対して自身の生成値署名鍵２７で署名を行う。本実施例では、例えば、生成値のハッシュに対して生成値署名鍵２７による暗号演算を行う。この署名値に、生成値署名鍵２７に対向する生成値署名検証鍵２６を添付し、生成値証明書を生成する。
Ｐ６０（生成値の暗号化）：セキュアエレメント６０は、生成値に対して、ＩｏＴデバイス１００から受信した生成値暗号鍵２４で暗号化を行う。
Ｐ６１（ＩｏＴデバイスへの返送）：セキュアエレメント６０は、暗号化生成値と生成値証明書をＩｏＴデバイス１００に返送する。ＩｏＴデバイス１００は、受信した暗号化生成値と生成値証明書をＲＡＭ（ＴＥＥ）５４に保存する。
Ｐ６２（生成値の復号）：ＩｏＴデバイス１００は、自身の非対称鍵ペア生成機能４１を用いて生成した生成値復号鍵２５を用いて生成値の復号を行い、平文の生成値を得る。
Ｐ６３（生成値に対する署名検証）：ＩｏＴデバイス１００は、復号した生成値と生成値証明書の比較を行う。本実施例では、生成値証明書内の署名を生成値署名検証鍵２６で復号し、生成値に対するハッシュ演算結果と一致するか比較する。両者が不一致の場合、署名検証が失敗したとみなし、ここで処理を終了する。
Ｐ６４（派生鍵値の派生）：ＩｏＴデバイス１００は、生成値を鍵派生機能４４に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。セキュアエレメント６０も、同様に、生成値を鍵派生機能６６に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。これにより、ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、同一の派生鍵値を得ることができる。
Ｐ６５（セキュアチャネルの開設）：ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、派生鍵値を元にセキュアチャネルを開設し、秘匿通信を行う。
上述の例において、生成値署名鍵２７と生成値署名検証鍵２６が非対称鍵として対応関係にあり、生成値署名鍵２７が秘密鍵であり、生成値署名検証鍵２６が公開鍵である。
上述の例では、ＩｏＴデバイス１００は、セキュアエレメント６０が返送する生成値証明書内から生成値署名検証鍵２６を取得しているが、生成値署名検証鍵２６を、セキュアエレメント事業者のサーバ等、別途外部から取得してもよい。また、生成値署名検証鍵２６に対し、ＣＡ（認証局）による署名を行うことで、検証をTrust Chainに組み込むことも可能である。
本実施例では、生成値暗号鍵２４と生成値復号鍵２５が対応関係にあり、生成値暗号鍵２４が公開鍵であり、生成値復号鍵２５が秘密鍵である。通信路上で授受されるのは生成値暗号鍵２４だけだが、生成値暗号鍵２４だけでは暗号化された生成値を復号できないため、通信路上での生成値の秘匿性が確保される。
上述の例では、ＯＴＰによる生成値出力を１回のみとする方法であったが、複数回の生成値出力を可能にすることで、ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０の紐付けを都度確認することができる。以下、初回鍵共有時と、２回目以降の鍵共有時の処理を説明する。なお、派生鍵値は、電源遮断時に明示的に消去されるものとする。
図６は初回の生成値のチェイニングの一例を示す説明図である。以下、符号Ｐ７１〜Ｐ８２で示す処理について説明する。
Ｐ７１（ＯＴＰの受領）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、セキュアエレメント事業者（鍵管理サーバ２００）から、保持するＩｏＴデバイス１００内のセキュアエレメント６０用のＯＴＰを受領する。
Ｐ７２（ＩｏＴデバイスへのＯＴＰ入力）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、ＩｏＴデバイス１００に対しＯＴＰを入力する。
Ｐ７３（セキュアエレメントへの送信）：ＩｏＴデバイス１００は、ユーザから入力されたＯＴＰをセキュアエレメント６０に送信する。
Ｐ７４（ＯＴＰカウンタ値の検証）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰを受信し、自身が持つＯＴＰカウンタをチェックし、カウンタ値が１以上であることを確認する。カウンタ値が０の場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。カウンタ値が１以上の場合は、カウンタ値から１を減算する。
Ｐ７５（ＯＴＰの検証）：セキュアエレメント６０は、受信したＯＴＰを自身が保持するＯＴＰと比較する。本実施例では、両者の一致比較のみを行う。両者が一致しない場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ７６（カウンタ値の更新）：受信したＯＴＰとセキュアエレメント６０が保持するＯＴＰとが一致した場合（検証が成功した場合）、セキュアエレメント６０は、自身が持つＯＴＰカウンタに１を加算する。
Ｐ７７（生成値の出力）：セキュアエレメント６０は、生成値の生成、及び生成した生成値の出力を行う。本実施例では、生成値には特段の規則性はなく、例えば、セキュアエレメント６０内の乱数生成器で生成した乱数を生成値として用いることができる。
Ｐ７８（ＯＴＰの更新）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰの値（図の例では、ＸＸＸＸＸＸＸＸ）を生成値（図の例では、８７６５４３２１）で更新する。
Ｐ７９（ＩｏＴデバイスへの返送）：セキュアエレメント６０は、生成値をＩｏＴデバイス１００に返送する。ＩｏＴデバイス１００は、生成値をＲＡＭ（ＴＥＥ）５４に保存する。
Ｐ８０（生成値の保存）：ＩｏＴデバイス１００は、生成値を前回生成値として、ＮＶＭ（ＴＥＥ）５２に保存する。
Ｐ８１（派生鍵値の派生）：ＩｏＴデバイス１００は、生成値を鍵派生機能４４に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。セキュアエレメント６０も、同様に、生成値を鍵派生機能６６に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。これにより、ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、同一の派生鍵値を得ることができる。
Ｐ８２（セキュアチャネルの開設）：ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、派生鍵値を元にセキュアチャネルを開設し、秘匿通信を行う。
図７は２回目以降の生成値のチェイニングの一例を示す説明図である。以下、符号Ｐ９１〜Ｐ１０２で示す処理について説明する。
Ｐ９１（電源投入）：ＩｏＴデバイス１００のユーザは、ＩｏＴデバイス１００の電源を投入する。
Ｐ９２（前回生成値のＯＴＰ入力）：ＩｏＴデバイス１００は、ＮＶＭ（ＴＥＥ）５２に保存されている前回生成値をＯＴＰとして取り扱う。
Ｐ９３（セキュアエレメントへの送信）：ＩｏＴデバイス１００は、前回生成値をＯＴＰとしてセキュアエレメント６０に送信する。
Ｐ９４（ＯＴＰカウンタ値の検証）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰを受信し、自身が持つＯＴＰカウンタをチェックし、カウンタ値が１以上であることを確認する。カウンタ値が０の場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。カウンタ値が１以上の場合は、カウンタ値から１を減算する。
Ｐ９５（ＯＴＰの検証）：セキュアエレメント６０は、受信したＯＴＰを自身が保持するＯＴＰと比較する。本実施例では、両者の一致比較のみを行う。両者が一致しない場合、セキュアエレメント６０は、ここで処理を終了し、生成値出力及び鍵共有を行わない。
Ｐ９６（カウンタ値の更新）：受信したＯＴＰとセキュアエレメント６０が保持するＯＴＰとが一致した場合（検証が成功した場合）、セキュアエレメント６０は、自身が持つＯＴＰカウンタに１を加算する。
Ｐ９７（生成値の出力）：セキュアエレメント６０は、生成値の生成、及び生成した生成値の出力を行う。本実施例では、生成値には特段の規則性はなく、例えば、セキュアエレメント６０内の乱数生成器で生成した乱数を生成値として用いることができる。
Ｐ９８（ＯＴＰの更新）：セキュアエレメント６０は、ＯＴＰの値（図の例では、８７６５４３２１）を生成値（図の例では、ＦＥＤＣＢＡ９８）で更新する。
Ｐ９９（ＩｏＴデバイスへの返送）：セキュアエレメント６０は、生成値をＩｏＴデバイス１００に返送する。ＩｏＴデバイス１００は、生成値をＲＡＭ（ＴＥＥ）５４に保存する。
Ｐ１００（生成値の保存）：ＩｏＴデバイス１００は、生成値を前回生成値として、ＮＶＭ（ＴＥＥ）５２に保存する。
Ｐ１０１（派生鍵値の派生）：ＩｏＴデバイス１００は、生成値を鍵派生機能４４に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。セキュアエレメント６０も、同様に、生成値を鍵派生機能６６に入力し、生成値から鍵の派生を行うことにより、派生鍵値を得る。これにより、ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、同一の派生鍵値を得ることができる。
Ｐ１０２（セキュアチャネルの開設）：ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０は、派生鍵値を元にセキュアチャネルを開設し、秘匿通信を行う。
本実施例では、生成値をＳｏＣ５０内のセキュアな環境に保存しつつ、次回の鍵共有の条件として前回生成値をＯＴＰとして入力することを条件としている。これにより、ＳｏＣ５０とセキュアエレメント６０側で鍵共有を継続的に行いつつ、両者の紐付けを継続的に確認可能、という点に特徴がある。また、派生鍵値は、電源遮断時に消去されることから、ＩｏＴデバイス１００のＮＶＭ（ＴＥＥ）５２側に保存されている前回生成値を知らない限り、セキュアエレメント６０は、有効な派生鍵を生成できず、セキュアチャネルを開設することができない。このように、派生鍵値を電源投入ごとのセッション鍵として、鍵値の変更を強制しつつも、紐付けされているＩｏＴデバイスでないと新たな派生鍵を生成できない。よって、特にセキュアエレメント６０をＳｏＣから切り離して別のＳｏＣに接続する等、ＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０の対応関係を改ざんしようとした場合に対して、対策として有効に機能する。
なお、前回生成値そのものを直接ＯＴＰとするだけでなく、予めＩｏＴデバイス１００とセキュアエレメント６０との間でアルゴリズムを合意しておき、前回生成値を入力とし、当該アルゴリズムを用いて生成した派生データをＯＴＰとして構成してもよい。
鍵共有の運用段階で、例えば、（１）初回の鍵共有に失敗しＯＴＰがブロックしてしまった、（２）セキュアエレメント６０とＩｏＴデバイス１００との対応関係を適法に変更したい、（３）ＯＴＰ機能をブロックしたい等の要求が発生し得る。これらの要求には、例えば、セキュアエレメント６０の秘匿通信路を利用して、セキュアエレメント６０内部の情報を更新することで対応することが可能である。以下では、生成値を出力したものの、何らかの理由で鍵共有に失敗し、ＯＴＰがブロックした事態からの復旧手順について説明する。
図８は鍵管理サーバ２００からの遠隔管理の一例を示す説明図である。以下、符号Ｐ１１１〜Ｐ１２０で示す処理について説明する。
Ｐ１１１（セキュアエレメント管理者への連絡）：ユーザは、セキュアエレメント管理者に連絡し、ＯＴＰがブロックし、復旧してほしい旨とＳＥＩＤの値を伝える。なお、この処理は、ユーザの端末装置とセキュアエレメント管理者の端末装置との間の通信で行うことができる。
Ｐ１１２（ＯＴＰのサーバ側更新）：セキュアエレメント管理者は、自身の端末装置を用いて、鍵管理サーバ２００のＯＴＰテーブル２０１からＳＥＩＤを探し、当該ＳＥＩＤのＯＴＰを更新する（図の例では、ＯＴＰ値がＡ５５ＡＡ５５Ａに更新されている）。
Ｐ１１３（ＯＴＰのユーザ側への連絡）：セキュアエレメント管理者は、自身の端末装置を用いて、更新後のＯＴＰをユーザ側に連絡し、リカバリ時の復旧手順（秘匿通信路開設手順）を伝える。
Ｐ１１４（電源投入と復旧手順の実施）：ユーザは、セキュアエレメント管理者から伝えられた復旧手順に基づいて電源を投入し、復旧手順を実行する。
Ｐ１１５（秘匿通信機能の有効化）：ＩｏＴデバイス１００は、所定の復旧手順を実行することで、自動的にセキュアエレメント６０側の秘匿通信機能６７を有効化するように構成されている。これにより、セキュアエレメント６０に秘匿通信機能６７の有効化を指示する。
Ｐ１１６（秘匿通信路の開設）：セキュアエレメント６０は、鍵管理サーバ２００との間で秘匿通信路を開設する。ここでは、ネットワーク通信機能（Ethernet（商標）／Wi-Fi（商標）等）のみＩｏＴデバイス１００の機能を利用し、セキュアエレメント６０と鍵管理サーバ２００との間でＴＬＳ（Transport Layer Security）等のセキュアチャネルを開設しているが、セキュアエレメント６０が独立してネットワーク通信可能であれば、単体で通信を実施してもよい。開設後、セキュアエレメント６０は、ＯＴＰ同期要求とＳＥＩＤを鍵管理サーバ２００に送信する。
Ｐ１１７（ＯＴＰの更新確認）：鍵管理サーバ２００は、接続元のセキュアエレメント６０から受信したＯＴＰ同期要求を受け、指定されたＳＥＩＤに対して、ＯＴＰの更新有無を確認する（図の例では、ＯＴＰ値がＡ５５ＡＡ５５Ａに更新されている）。
Ｐ１１８（更新情報の取得）：鍵管理サーバ２００は、当該ＳＥＩＤのＯＴＰが更新されている場合、当該更新後のＯＴＰを取得する。
Ｐ１１９（更新情報のダウンロード）：鍵管理サーバ２００は、セキュアエレメント６０に対し、秘匿通信路経由で更新後のＯＴＰ値を送信する。
Ｐ１２０（セキュアエレメント側情報の更新）：セキュアエレメント６０は、鍵管理サーバ２００から受信したＯＴＰ値で元のＯＴＰ値を更新する（図の例では、ＯＴＰ値がＡ５５ＡＡ５５Ａに更新されている）。更新に伴い、ＯＴＰカウンタの値を最大値まで回復する。
上述の例では、便宜上、ＯＴＰ値の更新と同時にＯＴＰカウンタ値を自動で最大値に更新しているが、ＯＴＰカウンタ値についても鍵管理サーバ２００に保持しておき、秘匿通信路経由で同期するように構成してもよい。この場合、上述のリカバリとは逆に、鍵管理サーバ２００側のＯＴＰカウンタを０にすることで、セキュアエレメント６０側のＯＴＰ機能をブロックすることができる。また、セキュアエレメント管理者がユーザの与信を行う方法については、例えば、オンラインでの証明書認証、電話、オフライン証明書による確認等、事業者のセキュリティポリシーによって種々の方法を用いることができる。
本実施の形態のデバイスは、セキュアエレメント及びデバイス本体を備えるデバイスであって、前記デバイス本体は、ワンタイムパスワードを取得する取得部と、前記取得部で取得したワンタイムパスワードを前記セキュアエレメントへ出力する出力部とを備え、前記セキュアエレメントは、前記ワンタイムパスワードを検証する検証部と、前記検証部で検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値を前記デバイス本体へ出力する生成値出力部とを備え、前記デバイス本体及びセキュアエレメントそれぞれは、前記生成値を用いて鍵共有を行う。
本実施の形態のセキュアエレメントは、デバイスに実装されるセキュアエレメントであって、デバイス側からワンタイムパスワードを取得する取得部と、前記ワンタイムパスワードを検証する検証部と、前記検証部で検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値を前記デバイス側へ出力する生成値出力部とを備え、前記デバイス側との間で前記生成値を用いて鍵共有を行う。
本実施の形態の鍵共有方法は、セキュアエレメント及びデバイス本体を備えるデバイスの鍵共有方法であって、前記デバイス本体は、ワンタイムパスワードを取得し、取得したワンタイムパスワードを前記セキュアエレメントへ出力し、前記セキュアエレメントは、前記ワンタイムパスワードを検証し、検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値を前記デバイス本体へ出力し、前記デバイス本体及びセキュアエレメントそれぞれは、前記生成値を用いて鍵共有を行う。
デバイス本体（デバイスのうち、セキュアエレメントの除く部分）は、ユーザが入力したワンタイムパスワードを取得し、取得したワンタイムパスワードをセキュアエレメントへ出力する。
セキュアエレメントは、デバイス本体が出力したワンタイムパスワードを検証し、検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値をデバイス本体へ出力する。事前にセキュアエレメントに設定されたワンタイムパスワードの入力を、生成値の生成の前提条件とする。すなわち、生成値の生成に先立って、セキュアエレメントに対し、セキュアエレメント製造者が指定したワンタイムパスワードの入力を求める。これにより、鍵共有を行う者に対しセキュアエレメント製造者がナレッジベース認証を行うこととなり、鍵共有者の身元を確認できる。ワンタイムパスワードを用いることにより、リプレイアタックによる複数回鍵生成を防止できる。
デバイス本体及びセキュアエレメントそれぞれは、生成値を用いて鍵共有を行う。セキュアエレメントに鍵（共有鍵）の派生元の値を生成させて動的に鍵共有を行う。
すなわち、鍵共有時に、セキュアエレメントが生成した動的な値（生成値）をデバイス本体に返送し、その値を基にデバイス本体とセキュアエレメントとの鍵共有を行う。これにより、事前に鍵を書き込むことなく、工場出荷時以降の任意のタイミングで鍵共有を行うことができる。また、固定鍵をデバイスに埋め込む必要がなく、鍵共有前にデバイスが盗難されても鍵を特定されることがない。
また、予め（例えば、製造時など）デバイスとセキュアエレメントとの対応関係を定めておく必要がなく、特定のセキュアエレメントを任意のデバイスに紐付けることができ、柔軟性を確保することができる。また、デバイスとセキュアエレメントとの間の通信路を経由して鍵の授受がないので、鍵の漏洩や盗難のリスクがない。
本実施の形態のデバイスにおいて、前記デバイス本体は、前記生成値出力部が出力した生成値から派生した鍵値を生成する鍵派生部を備え、前記鍵値を共有する。
本実施の形態のセキュアエレメントは、前記所定の方法で生成した生成値から派生した鍵値を生成する鍵派生部を備え、前記デバイス側との間で前記鍵値を共有する。
デバイス本体は、セキュアエレメントが出力した生成値から派生した鍵値を生成し、生成した鍵値を共有する。生成値からの鍵派生アルゴリズムは、デバイス本体とセキュアエレメントとの間で合意があれば、どのようなアルゴリズムを使用してもよい。これにより、仮に生成値が不正に盗難されても鍵派生アルゴリズムを知らなければ鍵値を生成することができないので、セキュリティが向上する。
本実施の形態のデバイスは、前記生成値出力部が出力した生成値を鍵値として共有する。
本実施の形態のセキュアエレメントは、前記デバイス側との間で、前記所定の方法で生成した生成値を鍵値として共有する。
セキュアエレメントが出力した生成値を鍵値として共有する。例えば、鍵派生アルゴリズムを持たないデバイスに対しては、生成値を鍵値とする（鍵値を直接生成する）。これにより、デバイス側の要件に応じて鍵生成アルゴリズムの柔軟性を確保することができる。
本実施の形態のデバイスにおいて、前記デバイス本体は、非対称鍵暗号の鍵ペアを生成する鍵生成部と、前記鍵生成部で生成した鍵ペアの一方を前記セキュアエレメントへ出力する鍵出力部とを備え、前記セキュアエレメントは、前記所定の方法で生成した生成値を前記鍵ペアの一方で暗号化する暗号化部を備え、前記生成値出力部は、前記暗号化部で暗号化された生成値を前記デバイスへ出力し、前記デバイス本体は、さらに、前記暗号化された生成値を前記鍵ペアの他方で復号する復号部を備える。
本実施の形態のセキュアエレメントは、前記デバイス側から非対称鍵暗号の鍵ペアの一方を取得する鍵取得部と、前記所定の方法で生成した生成値を前記鍵ペアの一方で暗号化する暗号化部とを備え、前記生成値出力部は、前記暗号化部で暗号化された生成値を前記デバイスへ出力する。
デバイス本体は、非対称鍵暗号の鍵ペアを生成し、生成した鍵ペアの一方をセキュアエレメントへ出力する。
セキュアエレメントは、所定の方法で生成した生成値を鍵ペアの一方で暗号化し、暗号化された生成値をデバイスへ出力する。これにより、生成値通信を秘匿化する。
デバイス本体は、暗号化された生成値を鍵ペアの他方で復号する。すなわち、生成値に対する非対称鍵暗号を適用する。これにより、鍵生成時の通信傍受を防止して、デバイスとセキュアエレメントとの間の不適切な紐付けを防止することができる。
本実施の形態のデバイスにおいて、前記セキュアエレメントは、前記所定の方法で生成した生成値に対する署名を生成する署名生成部を備え、前記生成値出力部は、前記署名とともに前記暗号化された生成値を前記デバイスへ出力し、前記デバイス本体は、さらに、前記署名を検証する署名検証部を備え、検証が失敗した場合、鍵共有を行わない。
本実施の形態のセキュアエレメントは、前記所定の方法で生成した生成値に対する署名を生成する署名生成部を備え、前記生成値出力部は、前記署名とともに前記暗号化された生成値を前記デバイスへ出力する。
セキュアエレメントは、所定の方法で生成した生成値に対する署名を生成し、生成した署名とともに暗号化された生成値をデバイスへ出力する。セキュアエレメント内の秘密鍵で署名することで、生成値の正当性を確保することができる。
デバイス本体は、署名を検証し、検証が失敗した場合、鍵共有を行わない。これにより、生成値の正当性確認手段を提供することができ、デバイスとセキュアエレメントとの間の不適切な紐付けを防止することができる。
本実施の形態のデバイスにおいて、前記デバイス本体は、前記鍵生成部で生成した鍵ペア、前記セキュアエレメントが出力した生成値、及び前記生成値から派生した鍵値を保持するセキュアな領域を有するＳｏＣを備える。
デバイス本体は、生成した鍵ペア、セキュアエレメントが出力した生成値、及び生成値から派生した鍵値を保持するセキュアな領域を有するＳｏＣを備える。これにより、生成値に対するソフトウェアアタック及び鍵の漏洩を防止できる。
本実施の形態のデバイスにおいて、前記デバイス本体は、前記生成値出力部が出力した生成値を前回生成値として保持するセキュアな領域を有するＳｏＣを備え、デバイス起動時に、前記前回生成値又は前記前回生成値に基づく演算値を前記ワンタイムパスワードとして用いる。
本実施の形態のセキュアエレメントは、デバイス起動時に、前回生成した前回生成値又は前記前回生成値に基づく演算値をデバイス側から取得する生成値取得部を備え、前記生成値出力部は、前記前回生成値又は前記演算値を用いて生成した生成値を前記デバイス側へ出力する。
デバイス本体は、セキュアエレメントが出力した生成値を前回生成値として保持するセキュアな領域を有するＳｏＣを備える。デバイス起動時に、前回生成値又は前回生成値に基づく演算値をワンタイムパスワードとして用いる。すなわち、デバイス起動（例えば、電源投入）の都度、ワンタイムパスワードによるセキュアエレメントとの鍵共有が必要であり、鍵共有時のワンタイムパスワードとして、前回の生成値、または前回の生成値から派生した値の入力を求める。
これにより、セキュアエレメントとデバイスを切り離した場合、すでに鍵共有済みの組み合わせでないと動作できないようにしつつ、派生鍵の変更を強制して派生鍵の解析リスクを低減できる。
本実施の形態のセキュアエレメントは、前記生成値の生成回数に上限を有する。
生成値の生成回数に上限を有する。例えば、上限を１回とすることで、初期化時に１回のみ鍵共有を許す。これにより、鍵共有のタイミングを厳格に制御できる。
本実施の形態のセキュアエレメントにおいて、前記取得部は、前記デバイスの識別情報及び前記識別情報と対応付けられたワンタイムパスワードを取得し、前記識別情報を用いてワンタイムパスワードを生成する生成部を備え、前記生成値出力部は、前記生成部で生成したワンタイムパスワード及び前記取得部で取得したワンタイムパスワードに基づいて前記生成値を前記デバイス側へ出力するか否かを決定する。
セキュアエレメントは、デバイスの識別情報及び識別情報と対応付けられたワンタイムパスワードを取得し、識別情報を用いてワンタイムパスワードを生成する。セキュアエレメントは、生成したワンタイムパスワードと取得したワンタイムパスワードとに基づいて、生成値をデバイス側へ出力するか否かを決定する。
すなわち、ワンタイムパスワード入力時、同時にデバイス側の識別情報の入力を求め、入力された識別情報を用いて生成されたワンタイムパスワードと入力されたワンタイムパスワードとの一貫性をセキュアエレメント内で確認する。これにより、セキュアエレメント製造者によるデバイスとセキュアエレメントの紐付けを行うことで、ユーザや事業者が想定しない、デバイスとセキュアエレメントの不正な組み合わせによる鍵共有を防止できる。
本実施の形態のセキュアエレメントは、ワンタイムパスワードを保持する保持部と、秘匿通信路を介して外部のサーバから前記保持部で保持したワンタイムパスワードを更新する更新部とを備え、前記検証部は、前記保持部で保持したワンタイムパスワードを用いて前記取得部で取得したワンタイムパスワードを検証する。
セキュアエレメントは、秘匿通信路を介して外部のサーバからワンタイムパスワードを更新できる。セキュアエレメントは、更新したワンタイムパスワードを用いて、入力されたワンタイムパスワードを検証する。
例えば、鍵共有に失敗し、ワンタイムパスワードがブロックした場合、デバイスとセキュアエレメントとの対応関係を適法に変更したい場合、あるいは、ワンタイムパスワード機能をブロックしたい場合等の要求に対応することができる。これにより、セキュアエレメントの鍵共有に関する振る舞いを、デバイスのセキュリティと独立して管理する方法を提供できる。
本実施の形態のセキュアエレメントにおいて、前記生成値の生成回数は、前記外部のサーバから変更可能である。
生成値の生成回数は、秘匿通信路を介して外部のサーバから変更可能である。これにより、セキュアエレメントの鍵共有に関する振る舞いを、デバイスのセキュリティと独立して管理する方法を提供できる。
２１ 前回生成値
２２ 生成値
２３ 派生鍵値
２４ 生成値暗号鍵
２５ 生成値復号鍵
２６ 生成値署名検証鍵
２７ 生成値署名鍵
４１ 非対称鍵ペア生成機能
４２ 生成値復号機能
４３ 生成値署名検証機能
４４ 鍵派生機能
５０ ＳｏＣ
５１ ＲＯＭ
５２ ＮＶＭ（ＴＥＥ）
５３ ＮＶＭ（ＲＥＥ）
５４ ＲＡＭ（ＴＥＥ）
５５ ＲＡＭ（ＲＥＥ）
６０ セキュアエレメント
６１ ＯＴＰ生成機能
６２ ＯＴＰ検証機能
６３ 生成値出力機能
６４ 生成値暗号化機能
６５ 生成値署名生成機能
６６ 鍵派生機能
６７ 秘匿通信機能
１００ ＩｏＴデバイス
２００ 鍵管理サーバ
２０１ ＯＴＰテーブル
２０２ ＯＴＰ生成機能
２０３ 秘匿通信機能

Claims (18)

  1. セキュアエレメント及びデバイス本体を備えるデバイスであって、
    前記デバイス本体は、
    ワンタイムパスワードを取得する取得部と、
    前記取得部で取得したワンタイムパスワードを前記セキュアエレメントへ出力する出力部と
    を備え、
    前記セキュアエレメントは、
    前記ワンタイムパスワードを検証する検証部と、
    前記検証部で検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値を前記デバイス本体へ出力する生成値出力部と
    を備え、
    前記デバイス本体及びセキュアエレメントそれぞれは、
    前記生成値を用いて鍵共有を行う、
    デバイス。
  2. 前記デバイス本体は、
    前記生成値出力部が出力した生成値から派生した鍵値を生成する鍵派生部を備え、
    前記鍵値を共有する、
    請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記生成値出力部が出力した生成値を鍵値として共有する、
    請求項１に記載のデバイス。
  4. 前記デバイス本体は、
    非対称鍵暗号の鍵ペアを生成する鍵生成部と、
    前記鍵生成部で生成した鍵ペアの一方を前記セキュアエレメントへ出力する鍵出力部と
    を備え、
    前記セキュアエレメントは、
    前記所定の方法で生成した生成値を前記鍵ペアの一方で暗号化する暗号化部を備え、
    前記生成値出力部は、
    前記暗号化部で暗号化された生成値を前記デバイスへ出力し、
    前記デバイス本体は、
    さらに、前記暗号化された生成値を前記鍵ペアの他方で復号する復号部を備える、
    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のデバイス。
  5. 前記セキュアエレメントは、
    前記所定の方法で生成した生成値に対する署名を生成する署名生成部を備え、
    前記生成値出力部は、
    前記署名とともに前記暗号化された生成値を前記デバイスへ出力し、
    前記デバイス本体は、
    さらに、前記署名を検証する署名検証部を備え、
    検証が失敗した場合、鍵共有を行わない、
    請求項４に記載のデバイス。
  6. 前記デバイス本体は、
    前記鍵生成部で生成した鍵ペア、前記セキュアエレメントが出力した生成値、及び前記生成値から派生した鍵値を保持するセキュアな領域を有するＳｏＣを備える、
    請求項４又は請求項５に記載のデバイス。
  7. 前記デバイス本体は、
    前記生成値出力部が出力した生成値を前回生成値として保持するセキュアな領域を有するＳｏＣを備え、
    デバイス起動時に、前記前回生成値又は前記前回生成値に基づく演算値を前記ワンタイムパスワードとして用いる、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のデバイス。
  8. デバイスに実装されるセキュアエレメントであって、
    デバイス側からワンタイムパスワードを取得する取得部と、
    前記ワンタイムパスワードを検証する検証部と、
    前記検証部で検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値を前記デバイス側へ出力する生成値出力部と
    を備え、
    前記デバイス側との間で前記生成値を用いて鍵共有を行う、
    セキュアエレメント。
  9. 前記生成値の生成回数に上限を有する、
    請求項８に記載のセキュアエレメント。
  10. 前記取得部は、
    前記デバイスの識別情報及び前記識別情報と対応付けられたワンタイムパスワードを取得し、
    前記識別情報を用いてワンタイムパスワードを生成する生成部を備え、
    前記生成値出力部は、
    前記生成部で生成したワンタイムパスワード及び前記取得部で取得したワンタイムパスワードに基づいて前記生成値を前記デバイス側へ出力するか否かを決定する、
    請求項８又は請求項９に記載のセキュアエレメント。
  11. ワンタイムパスワードを保持する保持部と、
    秘匿通信路を介して外部のサーバから前記保持部で保持したワンタイムパスワードを更新する更新部と
    を備え、
    前記検証部は、
    前記保持部で保持したワンタイムパスワードを用いて前記取得部で取得したワンタイムパスワードを検証する、
    請求項８又は請求項９に記載のセキュアエレメント。
  12. 前記生成値の生成回数は、前記外部のサーバから変更可能である、
    請求項１１に記載のセキュアエレメント。
  13. 前記所定の方法で生成した生成値から派生した鍵値を生成する鍵派生部を備え、
    前記デバイス側との間で前記鍵値を共有する、
    請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載のセキュアエレメント。
  14. 前記デバイス側との間で、前記所定の方法で生成した生成値を鍵値として共有する、
    請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載のセキュアエレメント。
  15. 前記デバイス側から非対称鍵暗号の鍵ペアの一方を取得する鍵取得部と、
    前記所定の方法で生成した生成値を前記鍵ペアの一方で暗号化する暗号化部と
    を備え、
    前記生成値出力部は、
    前記暗号化部で暗号化された生成値を前記デバイスへ出力する、
    請求項８から請求項１４のいずれか一項に記載のセキュアエレメント。
  16. 前記所定の方法で生成した生成値に対する署名を生成する署名生成部を備え、
    前記生成値出力部は、
    前記署名とともに前記暗号化された生成値を前記デバイスへ出力する、
    請求項１５に記載のセキュアエレメント。
  17. デバイス起動時に、前回生成した前回生成値又は前記前回生成値に基づく演算値をデバイス側から取得する生成値取得部を備え、
    前記生成値出力部は、
    前記前回生成値又は前記演算値を用いて生成した生成値を前記デバイス側へ出力する、
    請求項８から請求項１６のいずれか一項に記載のセキュアエレメント。
  18. セキュアエレメント及びデバイス本体を備えるデバイスの鍵共有方法であって、
    前記デバイス本体は、
    ワンタイムパスワードを取得し、
    取得したワンタイムパスワードを前記セキュアエレメントへ出力し、
    前記セキュアエレメントは、
    前記ワンタイムパスワードを検証し、
    検証が成功した場合、所定の方法で生成した生成値を前記デバイス本体へ出力し、
    前記デバイス本体及びセキュアエレメントそれぞれは、
    前記生成値を用いて鍵共有を行う、
    鍵共有方法。
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