JP3881055B2 - トランズアクション情報の完全性の証明を検証する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に暗号のキー管理システムに関し、特に、郵便料金メーターに割当てられた暗号キーのキー管理システムに関する。
【０００２】
【関連発明】
本願は、本発明の譲渡人に譲渡され、同時に出願された米国特許出願と関連する。
【０００３】
【発明の背景】
ディジタル印刷技術は、郵便物宛て名印刷機がディジタルの、即ちビットマップのアドレス可能な印刷を便利な方法で行うことを可能にする。郵便料金の支払いを証明する目的に対して、このような技術を用いることが必要であることがわかっている。ディジタル印刷技術の技術的進歩は、各郵便物に対して独自の郵便料金の証印を印刷することを可能にした。例えば、コンピュータ駆動の印刷機は郵便物の表面上の必要な位置に郵便料金の証印を印刷する。証印は、例えば、郵便物、郵便料金の値、日付、個数および／または郵便コードに直接関係する情報を含むために、証印は独特なものである。
郵便局の展望から、あるゆる適当なコンピュータと印刷機が画像の多重コピーを生成するために用いることができるので、ディジタル印刷および走査技術が、証印を有する郵便の価格を偽造することをかなり容易にすることは、評価されるであろう。
郵便物を確認するために、それは、郵便物に印刷された郵便料金の額を計算して、例えば、郵便物に印刷された値が正しいかどうかを知るために、無料配達の値が暗号化から決定されるように、暗号化された数を無料配達の一部として含むことが知られていることを保証することである。例えば、Eckertにあたえられた米国特許 4,649,266号と同様にEdelmann他に与えられた米国特許第 4,757,537号および 4,775,246号を参照さたい。Sansone 他に与えられた米国特許 4,725,718号とFougere 他に与えられた米国特許第 4,743,747号に記載された暗号化の更なる一部として宛て名を含むことによって、郵便物を証明することも公知である。
【０００４】
Pastorに与えられた米国特許第 5,170,044号は、ピクセル (画素) のバイナリー配列(binary array)を含む証印の形態で、バイナリーデータの表示のための方法および装置を開示している。実際のピクセルの配列は、郵便物の提供者を同定するため、および他の暗号化された平面のテキスト情報をカバーするために、走査される。Pastorに与えられた米国特許第 5,142,577号は、メッセージを符号化し、複号化された郵便の情報を郵便物の平面のテキスト情報と比較するために、DES 複号化にたいするいろいろな変更を開示している。
Pastor他に与えられた米国特許第 5,390,251号は、コードを生成し、各郵便物上にコードを印刷するための各メーターに配置された装置を含む郵便料金メーターの潜在的に大きいユーザー数からの郵便物に証印の印刷の有効性を制御するためのシステムを開示している。コードは、証印および郵便物の郵便料金の合法性に独自に確定的な他の情報を印刷する装置を表す暗号化コードである。
ディジタル・メーターは、２つの“ディジタル・トークン”のある封筒上の郵便情報をサインすることによって、郵便料金の支払いの証明を与える。第１のディジタル・トークンは、郵便サービスに対して証明を与え、第２のディジタル・トークンは、本発明の譲受け人のような売り主に対して証明を与える。ディジタルトークンは、例えば、郵便料金の値、個数、提出日および始めの郵便局を含む証印を暗号化した結果のトランケーション(truncation)である。
【０００５】
郵便料金の支払いの証明をするために暗号化の手段を採用するディジタル・メーターの新しいクラスが開発されている。暗号化は、暗号キーを用いて行われる。各々のディジタル・メーターにおいて、独立したキーがディジタル・トークンを生成するために用いられる。安全性の理由のために、いろいろなメーターにおけるキーも独立である。メーターおよび郵便物についての情報は結合され、売主および郵便のマスター・キーあるいはそこから引き出されるキーで暗号化される。その結果生じた情報の部分は、ディジタル・トークンとして郵便物に印刷される。情報とトークンは、同じ方法における情報を処理し、その結果生じたディジタル・トークンを郵便物に印刷されたディジタル・トークンと比較する装置によって検証される。
キー管理システムは、安全な、信頼できる方法で、暗号化キーをディジタル・メーターに分配する必要がある。キー管理システムは、証印と複製された証印の詐欺的に生成されたものを検出するために、証印とディジタル・トークンを検証するための手段を持たねばならない。
キー管理システムは、行き先国へメーターを割り当てること、即ち、インベントリーされた一般的なメーターを作成することなく、メーターを作成するための能力を有していることが必要である。しかしながら、一般的なメーターを作成することは、分野におけるキーをインストールするために必要であるか、或いは領域間でキーを変換するために必要であるかを示唆する問題を発生する。何れか一方は、重要な安全性とキーの完全性のスレット(threat)を示す。キー管理システムはこの様な問題を避ける手段を含む。
【０００６】
【本発明の概要】
本発明によるキー管理システムのトークン検証方法は、論理的安全領域で作られる論理的装置の識別子(identifier)およびマスター・キーをディジタル郵便料金メーターのようなトランズアクション証明装置(a transaction evidencing device) に与える。この方法は、キー検証ボックスにマスター・キーの記録を作り、キー管理システムアーカイブにマスター・キーの記録を安全に格納し、且つトランズアクション証明装置にトランズアクション情報の完全性の論理的安全領域の証明を生成する。この方法は、トランズアクション情報の完全性の証明をトークン検証ボックスに入力し、そしてトークン検証ボックスにおいて、キー管理システムのアーカイブからのマスター・キーの記録を入力する。この方法は、トークン検証ボックスにおいて、マスター・キーが論理的安全領域において有効であることを決定し、トークン検証ボックスにおいてマスター・キーを用いて、トランズアクション情報の完全性を証明を検証し、そしてトークン検証ボックスからトランズアクション情報の完全性の証明の検証結果の指示を出力する。
マスター・キーの記録は、論理的装置の識別子、マスター・キーおよび論理的装置の識別子とマスター・キーを関係づけるディジタル署名を含む。この方法は、ディジタル署名をチェックして論理的安全領域内の論理的装置の識別子とマスター・キーの関連を検証する。
【０００７】
本発明による、キー管理システムのトークン検証の方法は、論理的安全領域で作られたマスター・キーと論理的装置の識別子をトランズアクション証明装置に与え；キー検証ボックスにマスター・キーの記録を作り；キー管理システムのアーカイブにマスター・キーの記録を安全に格納し；トークン・キー分配ボックスでマスター・キーを用いて、一時的なトークン・キーの記録を作り；キー管理システムのアーカイブにこのトークン・キーの記録を安全に格納し；トランズアクション証明装置においてトークン・キーを生成し；このトークン・キーを用いて、トランズアクション情報の完全性の論理的安全領域における証明をトランズアクション・証明装置に生成し、トランズアクション情報の完全性の証明を分配されたトークン検証ボックスに入力し；分配されたトークン検証ボックスにおいて、キー管理システムのアーカイブからのトークン・キーの記録を入力し；分配されたトークン検証ボックスにおいて、トークン・キーが論理的安全領域で有効であることを決定し；分配されたトークン検証ボックスにおいて、トークン・キーを用いて、トランズアクション情報の完全性の証明を検証し；且つ、分配されたトークン検証ボックスからトランズアクション情報の完全性の証明の検証結果の指示を出力する。
【０００８】
このトークン・キーの記録は、論理的装置の識別子、トークン・キーおよび論理的装置の識別子とトークン・キーを関連づけるディジタル署名を含む。分配されたトークン検証ボックスにおいて、トークン・キーが論理的安全領域において有効であることを決定するステップは、ディジタル署名をチェックして論理的安全領域内の論理的装置の識別子とマスター・キーの関連を検証するステップを含む。
キー管理システムは、情報の完全性の証拠を作成するために、暗号手段を採用する情報トランズアクション・システムによって用いられた暗号キーを生成し、分配し、管理する手段を有する。このシステムは、互いに作動的に結合された、複数の機能的に個別の安全ボックスを有する。安全ボックスの各々は、キーの生成、キーのインストール、キーの検証、あるいはトークンの有効性のための機能を果たす。安全ボックスに作動的に結合されたコンピュータは、システム制御を与え、安全ボックス間の通信を容易にする。複数の分離した論理的な安全領域は、キーの生成、キーのインストール、キーの検証、およびキー管理機能を用いて、領域内のトランズアクション証明装置によって生成されたトークンの有効性を与える。安全性の領域の各々にそれぞれ対応する複数の領域アーカイブは、各々の領域に対するキー状態の記録およびマスター・キーを安全に、且つ確実に記録する。キー管理システムは、トランズアクション証明装置にマスター・キーをインストールし、トークンを有効にする。これらの安全ボックスは、マスター・キーを生成し、暗号化し、暗号化するためのキー生成ボックス；暗号化されたマスター・キーを受信し、検証し、復号化するため、およびトランズアクション証明装置にマスター・キーをインストールするためのキーのインストール・ボックス；トランズアクション証明装置のマスター・キーのインストールを検証するための検証ボックス、トークンを検証するための検証ボックス、および領域キーを生成し、領域の各々に対する安全ボックス間に領域キーを分配するための少なくとも１つの作成ボックスを有している。
【０００９】
本発明の好適な実施の形態によると、キー管理システムは、ベンダーキー、USPSキーおよび他国の郵便キーのような、暗号キーを生成し、多重領域に対するディジタル・メーターに分配する。領域は、特定の領域の証明及び秘密キーによって実施されるデータ及び機能の論理的区分けである。キー管理システムは、領域間でのキーの如何なる変更も防止し、且つ、キーが領域内で生成され、それらがシステムによって１つのメーターのみにインストールされたという保証を領域に与える。キー管理システムは、多重領域に対する暗号キーを安全に分配し、維持する。更に、キー管理システムは、全ての領域に対するキー管理が同一であるように構成される。
キー管理システムは以下の安全性の要件をサポートする：（１）メーター・キーは、常に秘密である；（２）証印情報を検証する能力は、システムの寿命の間続く；（３）メーターのマスター・キーの状態は、常に正確に維持されなければならない；（４）領域の区分けは、証印を発生し、検証するために維持されなければならない；そして（５）キーは、設けられるか、あるいは一度だけ設けられるようにされる。
【００１０】
【実施の形態】
本発明の記載において、図面が参照され、キー管理システムとも呼ばれるキー管理と有効システムのいろいろな特徴が判る。
システムの概要
図１を参照すると、キー管理システムのブロック図はキー管理システム要素の位置および情報フローの概要を提供する。包括的に符号１０で示されるキー管理システムは、ベンダー(vendor)設備１２と１４および郵便設備１６と１８を有している。ベンダーはキー管理システムを管理する実体(entity)である。キー管理システム１０は、複数の機能的に専門化された安全ボックス、コンピュータおよび通信ラインを有する。本発明によると、キー管理システムは、ディジタル・メーターの製品の新しい生成に対して、作成および動作上の支持を与える。ディジタル・メーターとディジタル・メーター製品への言及は、ディジタル・メーター製品の新しい生成である。本発明は、暗号キーの生成と分配、および同様に他の応用のための暗号データの検証を管理するのに適していることに留意されたい。
本発明によると、ベンダーと郵便のマスター・キーが、キー管理システム１０の要素によって、メーターに生成され、保管され、インストールされる。郵便のトークン・キーが引き出され、分配され、キー管理システム１０の要素によって、遠隔検証のために用いられる。ベンダーと郵便のトークンはキー管理システム１０の要素によって検証される。
【００１１】
キー管理システム１０は、ディジタル・メーター製品における暗号キーのインストールおよび長期間の維持をサポートする。マスター・キーの生成は、オーク・ボックス(Oak Boxes) とも呼ばれるマスター・キー生成ボックス２０と２２、ＫＭＣとも呼ばれる設けられたキー管理システムのコンピュータ(Key Management System computer)２４、および保存サーバー２５によって、サポートされる。マスター・キーの分配は、ＫＤＣとも呼ばれるキー分配コンピュータ(Key Distribution Computer) ３０によってサポートされる。マスター・キーのインストールは、スチール・ボックス(Steel Box) とも呼ばれるマスター・キーのインストール・ボックス(Master Key Installation Box) ３２、および取付けられたパラメータライゼーション、シーディングおよび登録（Parameterization, Seeding And Resistration(PRS))コンピュータ３４によってサポートされる。印刷されたディジタル・トークンの集中化された検証は、ブラス・ボックス(Brass Boxes) とも呼ばれるトークン検証ボックス２１と４０、および取付けられたそれぞれのキー管理システムのコンピュータ２４と４２によって、サポートされる。キーアーカイブ(Key Archives)２５と４５は、キー状態メッセージとキーを安全に且つ確実に記録する。
【００１２】
安全領域
図２を参照すると、キー管理システム１０は、個々の論理的安全領域：１つのベンダー領域５０と郵便局のための１以上の領域を有している。おのおのの領域は、キー発生、キー分配、キーのインストール、およびトークン検証サービスのフルセットを与える。各領域は、ベンダーおよび郵便設備のような、種々の設備を有することができる。多重の論理的安全領域は、各安全ボックス内に存在することができる。このような多重の領域の分離は、マスター・キー・データベースにおいて領域メッセージの暗号化によって達成される。データベースの暗号キーは、各々の領域に対して異なっている。安全ボックス内で、領域の分離は、限定されたプロセスによってそのボックスにおいて可能にされる。しかし、安全領域は、ディジタル・メーターの内部で、１か所においてのみオバーラップしている。ディジタル・メーターは、支払いトークンの２つの証明を計算し、１つはベンダーのマスター・キーを用い、他は郵便のマスター・キーを用いる。いずれかのディジタル・トークンの検証における失敗は、詐欺の充分な証明である。
図３を参照すると、ベンダーのデータ・センター１２は、キー管理システムの要素に対して、物理的な、情報アクセス制御を与える。ベンダーのデータ・センター１２は、ベンダーのマスター・キー生成ボックスとして機能する、少なくとも１つのオーク・ボックス２０、ベンダーのトークン検証ボックスとして機能する、少なくとも１つのブラス・ボックス２１、および作成ボックス２３を収容する。安全性に対して、各々のボックスは特定のＩＤを有する。追加の安全性に対しては、生成、検証および作成機能は、互いに物理的に分離されている。即ち、オーク・ボックス、ブラス・ボックスおよびスチール・ボックスは分離したボックスである。２以上の機能ボックスが、もし必要なら、１つの物理的なボックスに収容することができることに留意されるべきである。
【００１３】
ベンダーのＫＭＳコンピュータ２４は、安全なオーク、ブラスおよび作成ボックス、およびそれら間のメッセージを管理する。それは、安全なボックス通信、ベンダーのキー保管サービス、郵便のキー保管サービス、およびベンダーの作成設備１４と郵便のデータ・センター１６との通信をサポートする。
図４を参照すると、ベンダーの作成設備１４は、キー管理システム要素に対する物理的な、情報アクセス制御を与える。ベンダーの作成設備１４は、ベンダーのキー分配コンピュータ３０、マスター・キーのインストール・ボックスとして機能する少なくとも１つの安全スチール・ボックス３２、および対応するＰＳＲコンピュータ３４を収容する。ベンダーのキー分配およびＰＳＲコンピュータ３０と３４はキー管理システム・コンピュータ２４、他の安全ボックスおよびオンライン・ディジタル・メーター３６との通信をサポートする。ＰＳＲコンピュータ３０は対応するスチール・ボックス３２とディジタル・メーター３６の初期化を管理する。
図５を参照すると、郵便のデータ・センター１６は、キー管理システム１０の要素に対する物理的な、情報アクセス制御を与えることができる。郵便のデータ・センター１６は、郵便のマスター・キー生成ボックスとして機能する郵便のオーク・ボックス２２および郵便のトークン検証ボックスとして機能する郵便のブッス・ボックス４０を収容する。郵便のキー管理システム・コンピュータ４２は安全ボックス通信、郵便のキー保管サービス、および郵便設備１８とベンダーのデータ・センター１２との通信をサポートすることができる。
【００１４】
図６を参照すると、追加の論理的安全領域が、キー管理システム要素における全ての他の安全領域のインストールおよびメンテナンスをサポートするように要求される。これは、安全領域の生成およびキー管理システム要素における安全領域の据え付けに対して責任をもつキー管理システムの監督領域(Key Management System Administration Domain) ６０と呼ばれる。
地球安全領域(Earth Security Domain) における国の特定サブ領域をインストールすることは、アース安全領域の責任である。安全領域内の製品コード・パラメータを設けることは、影響を受けた安全領域の責任である。これは以下に説明される。
機能的な特徴
以下のパラグラフは、キー管理システム１０における全ての動作とメッセージの概要を示す。
キー管理システム１０は、ディジタル・メーターの製品の作成および動作をサポートするために、幾つかの必要な機能を与える。ディジタル・メーターの製品に用いられる全ての暗号キーに対し、生成、分配および長期間の記憶に対して責任を有している。また、このような暗号キーを用いるディジタル・メーターの製品によって生成されるディジタル・トークンの検証に対しても責任を有している。
【００１５】
２以上の安全領域は、キー管理システム１０によって行われる。ベンダーの安全領域５０は、キーの生成、分配、保管および検証サービスを有している。郵便の安全領域５２は同様なサービスを行う。これらの領域は、一つの点において、図２に示された、ベンダーと郵便のマスター・キーの双方を含むディジタル・メーターをオーバラップする。即ち、同時に利用できるベンダーと郵便のマスター・キーはメーターにのみある。
キーの特徴
キーの生成
図７を参照すると、キー管理プロセスのフロー図が示されている。ディジタル・メーター３６は、分配前にベンダーの作成設備に物理的に位置されるが、ベンダーのマスター・キーと郵便のマスター・キーを受ける。
キー管理システムの安全ボックス作成プロセスと領域マスター・キー生成プロセスは、キー管理システム１０とディジタル・メーター３６に対して暗号キーを与える。ディジタル・メーターのための領域マスター・キーは、領域オーク・プロセス７０によって生成される。領域マスター・キーが生成され、保管され、且つ導入されるに従って、領域マスター・キーを暗号化するために用いられる領域キーは、作成ボックス２３により生成される。安全な、非決定論的キーを与えるために、２つの乱数発生器処理が行われる。各々のオーク・ボックスと作成ボックスは、ハードウエアの乱数発生器を含む。ソフトウエアの疑似乱数発生器も含まれる。これら２つの処理の出力は、ハードウエアとソフトウエアが受入れ可能な限界内で動作していることを検証するために、個々にテストされる。２つの発生器の出力は、排他的ＯＲ動作を介して結合される。従って、もしハードウエアの乱数発生器が失敗するなら、疑似乱数発生器は、ハードウエアの発生器が直されるまで、受入れ可能なキーイング材料(keying material) を与える。
【００１６】
他のＫＭＳ安全ボックスは、キーイング材料を生成するために制限された要求を有している。特に、開始の秘密性キーが、初期化プロセスの間、ブラスおよびスチール・ボックス２１と３２によって生成される。初期化プロセス中に制限された要求および信頼された権威の存在のために、ソフトウエア疑似乱数発生器のみが用いられる。
マスター・キーのアイデンティフィケーション
キー管理システム１０は、マスター・キーが一度だけあらゆるディジタル・メーター３６で試みられ、あるいはインストールされるという全要求を強く主張しなければならない。例えば、キー管理システム１０は、２以上のスチール・ボックス３２がシステムにおいて用いれると、領域マスター・キーは２回インストールされないことを保証しなければならない。この要求は、領域の特定の単調なシークエンス・カウンターからなる、領域マスター・キーのアイデンティフィケーション数の使用をとおして満たされる。領域のオーク・プロセスと領域のスチール・プロセスは、特定の領域ＩＤに対して受取られた最後の領域マスター・キーのアイデンティフィケーション数を追跡する。新しく発生したキー或いはインストール・キー・メッセージを受け取ると、領域オーク・プロセス或いは領域スチール・プロセスは、領域マスター・キーのアイデンティフィケーション数が前のメッセージに含まれるそれより大きいことを検証する。
【００１７】
キー管理システム１０が要求キー命令（Request Key command)を受取ると、スチールＩＤが必要とされる。スチールＩＤは、分配マスター・キー(Distribute Master Key) の記録に含まれ、領域スチール・プロセス７６によってチェックされなければならない。もしメッセージにおけるスチールＩＤがスチール・ボックスのためのスチールＩＤとマッチしないなら、そのメッセージは拒否される。スチールＩＤは、メッセージ記号を解読することなく、メッセージ内で変更されることはできない。領域マスター・キーのアイデンティフィケーション数、スチールＩＤおよびメッセージ記号の組み合わせは、一時のインストール要求を満足する。
図８を参照すると、キー分配コンピュータ３０は、記号８０においてキーを要求する。記号８２において、キー管理システムのコンピュータ２４は領域アーカイブ７４からの新しく自動的に増大するキーＩＤを発生する。記号８４において、領域オーク・プロセス７０は、オーク・ボックス・キーＩＤが最後に見られた値に対して新しいかどうかを決定する。もし新しくなければ、オーク・ボックスのエラー条件が記号８６において開始される。キーＩＤが新しければ、記号８８で、オーク・ボックス２０はキーを発生し、暗号化し、そのキーＩＤを取付け、且つ符号化して、メッセージをスチール・ボックス３２に送る。記号９０において、領域のスチール・プロセス７６は、スチールＩＤが正しいかどうかを決定する。記号９２において、領域のスチール・プロセス７６は、キーＩＤが最後に見られた値に対して新しいかどうかを決定する。メッセージの記号化テストが失敗するか、スチールＩＤが正しくないか、あるいはキーＩＤが新しくないなら、スチール・ボックスのエラーが発生する。もしエラーが発生しないなら、記号９８においてスチール・ボックス３２はキーをメーター３６にインストールする。
【００１８】
作成ボックスおよび領域のキー
図９−１２を参照すると、キー管理システム１０内の安全ボックスは領域の形状情報とキーイング材料で初期化される。これは領域の生成および領域のキー１１０に対して責任を有する作成ボックス２３の使用を介して達成される。領域が作られると、特定の領域ＩＤが必要とされる。領域が作成ボックス２３に確立された後、他の安全ボックスは領域情報で初期化することができる。
全ての領域のキー１１０は作成ボックス２３によって生成される。領域のキー１１０は、領域のキー・セット１０３によって暗号化された、秘密性、権威および動作キーからなる。領域のキー１１０はいろいろな安全ボックス間でシェアされる。各々の安全ボックスは、キーイング材料に対する特定の要求を有している。
各作成ボックス２３は、３つのシャミールの秘密シェア(Shamir secret shares)１０２に入り込まれる動作の組み合わせ１０１を要求する。個々のシェアは取りはずし可能な媒体に書き込まれ、権限をもたされた者に分配される。各作成ボックス２３は、秘密性に対するＲＳＡのキー対と証明に対するＲＳＡのキー対から成る領域キーのセット１０３を必要とする。秘密性と証明のキーは３つのシャミールの秘密シェア１０４に入り込まれる。個々のシェアは取りはずし可能な媒体に書き込まれ、権限をもたされた者に分配される。ＲＳＡキー対は、Communications of the AMC, Vol. 21, No. 2, February 1978, pp. 120-127 において、R. L. Rivest, A. Shamir and L. Adelmanにより "A Method For Obtaining Digital Signatures And Public-Key Cryptosystems" に記載されている。シャミール秘密シェアは、Communications of the AMC, Vol. 22, No. 11, Nov. 1979, pp. 612-613において、 A. Shamirにより"How To Share A Secret" に記載されている。
【００１９】
好適な実施例において、各々のオーク・ボックス２０は、２つのシャミールの秘密シェア１０６（図１０）に入り込まれる動作の組み合わせ１０５を必要とする。個々のシェア１０６は、取りはずしできるメディアに書き込まれ、権限をもたされた者に分配される。全てのシェア１０６は、オーク・ボックス２０が動作する前に、オーク・ボックス２０に入れられなければならない。最後に入ったシェア１０６は、オーク・ボックスがイネーブルされるようにオーク・ボックスに維持されなければならない。最後に入ったシェア１０６が除かれると、オーク・ボックスはディスエーブルされる。
各領域のオーク・プロセス７０は、証明のためにＲＳＡキー対を要求する。個人的な証明のキー（P'OA) は領域のオーク・プロセス７０と作成ボックス２３により知られるのみである。公的な証明キー（POA)は、対応する領域のスチール・プロセス７６と領域のブラス・プロセス７２によって知られる。領域のオーク・プロセス７０は、個人的な秘密性のキーを必要としない。
好適な実施の形態において、ベンダーの作成設備における各スチール・ボックス３２は、２つのシャミールの秘密シェア１２０（図１１）に入り込まれる動作の組み合わせ１１９を必要とする。個々のシェア１２０は、取りはずし可能な媒体に書き込まれ、権限を与えられたもの、例えば監督者やオペレータに分配される。監督者やオペレータの集合は、スチール・ボックス３２が動作する前に、スチール・ボックス３２に入れられなければならない。最後に入れられたシェア１０６、例えばオペレータのシェアは、スチール・ボックスがイネーブルされるようにスチール・ボックスに維持されなければならない。オペレータのシェアが除かれると、スチール・ボックス３２はディスエーブルされる。
【００２０】
各々の領域のスチール・プロセス７６は、証明のためにＲＳＡキー対を必要とする。個人的な証明キーは、領域のスチール・プロセス７６によって知られるのみである。公的な証明キーは領域のブラス・プロセス７２によって知られるのみである。各々の領域のスチール・プロセス７６は秘密性のためにＲＳＡキー対を必要とする。個人的な秘密性（P'sc) キーは領域のスチール・プロセス７６によって知られるのみである。公的な秘密性（Psc)キーは領域のオーク・プロセス７０によって知られる。
本発明の好適な実施の形態において、各々のブラス・ボックス２１は、２つのシャミールの秘密シェア１２２（図１２）に入りこまれる動作の組み合わせ１２１を必要とする。個々のシェア１２２は取りはずし可能な媒体に書き込まれ、権限を与えられたものに分配される。全てのシェア１２２は、ブラス・ボックス２１が動作する前に、ブラス・ボックス２１に入れられなければならない。最後に入れられたシェア１２２は、ブラス・ボックス２１がイネーブルされるように、ブラス・ボックス２１に維持されなければならない。最後に入れられたシェア１２２が除かれると、ブラス・ボックス２１はディスエーブルされる。
【００２１】
各々の領域のブラス・プロセス７２は、証明のためにＲＳＡキー対を必要とする。個人的な、および公的な証明キー（P'BAとPBA)は、領域のブラス・プロセスによって知られるのみである。各々の領域のブラス・プロセスは、秘密性のためにＲＳＡキー対を必要とする。個人的な秘密性キー(P'BC)は、領域のブラス・プロセス７２によって知られるのみである。公的な秘密性（PBC)キーは、領域のオーク・プロセス７０によって知られる。各々の領域のブラス・プロセス７２は、領域のブラス・プロセス７２によって知られるのみである、秘密性のためのＤＥＳキーのセットを必要とする。各々の領域のブラス・プロセス７２は、領域のブラス・プロセス７２によって知られるのみである、証明のためのＤＥＳキーのセットを必要とする。
安全ボックスを動作するために必要な、選択されたシェアの数は、キー管理システムのために具現化される安全戦略に基づかれることは、この分野の当業者によって理解されるであろう。
ディジタル・メーターの要件
製品のコード・ナンバーと関連して、作成シーケンス・ナンバーは、ベンダーの作成プロセス内にディジタル・メーター３６を独自に定義する。作成シーケンス・ナンバーの割当ての好適な方法は、以下のとおりである。独自の製品コード・ナンバーと作成シーケンス・ナンバーの対をそれぞれが含むアイデンティフィケーション・ラベルの供給は、製造ラインにストックされる。１つのアイデンティフィケーション・ラベルは、各々のディジタル・メーター３６に適用される。これらのナンバーはＰＳＲコンピュータ３４に入れられ、キー・インストール・プロセス前にディジタル・メーター３６にダウンロードされる。
【００２２】
メーターは、製造中にキーがインストールされるように、安全に形成される。テスト・パターンは、テスト・トークンのセットを発生するために用いられ、製造におけるマスター・キー・インストール・プロセスをチェックする。このテスト・パターンは、２つの予めフォーマット化された６４ビットのバイナリー値から成る。これらはターゲット領域マスター・キーと特定の位置で暗号化され、生じた暗号文からのトークンの数が発生される。
テスト・パターンは、ソフトウエアを動作する領域のオーク・プロセスと領域のブラス・プロセスに含まれる。全てのディジタル・メーターは、インストールのチェック手続きの間に同じテスト情報を用いる。テスト・パターンはキー管理システム１０とターゲット・ディジタルメーター間にシェアされた情報のセットである。テスト・パターンは、特定のディジタル・メーターのためにＲＯＭに記憶することができる。
地球領域ディジタル・メーター
地球領域のディジタル・メーターは、それらが製造設備に残されるときは、国の特定情報を持っていない。これは、ディジタル・メーターが地域ベースにストックされ、最後の時には国が特定されることが可能なようになされる。地球領域のディジタル・メーターに対する製品コード・ナンバーは、予め決められた数に続く２文字製品コードのプリフィックス（a two letter product code prefix） である。国の擬人化の前に、証印の一連番号は、ヌルストリング(a null string) である。製品コード番号と証印の連続番号値は、領域マスター・キーを活性化するために、キーの登録時に定義されなければならない。
【００２３】
図１３を参照すると、地球領域ディジタル・メーターのためのプロセス・フロー図が得られる。地球領域ディジタル・メーターのための地球領域マスター・キーが地球領域のオーク・プロセス１７０によって生成される。地球領域マスター・キーのコピーは、地球領域アーカイブ１７４に格納される。地球領域マスター・キーは、地球領域のディジタル・メーター１３６にインストールされ、地球領域のスチール・プロセス１７６によってチェックされる。地球領域マスター・キーのインストールは、地球領域のブラス・プロセス１７２によって検証される。地球領域マスター・キーの記録は、地球領域のブラス・プロセス１７２によって現状をインストールするために更新される。地球領域のブラス・プロセス１７２はキーの登録には関係しない。
権限を与えられたものは、地球領域のディジタル・メーター１３６を、ディジタル・メーターの製品コード番号と証印の連続番号をセットすることによって、国の特定安全領域に割り当てる。ディジタル・メーター２３６が国の特定安全領域に一旦割り当てられると、それは地球領域に戻ることができない。ディジタル的にサインされたキー登録の記録は、製品コード番号、証印の連続番号および製造の連続番号を含むディジタル・メーターによって生成される。ディジタル的にサインされたキー登録の記録は、キー管理システムのコンピュータ２４に戻される。
キー管理システムのコンピュータ２４は、地球領域アーカイブら地球領域マスター・キーの記録を検索する。地球領域マスター・キーの記録とキー登録の記録は、国の特定領域のブラス・プロセス２７２に送られる。それらの記録は検証される。もし問題が見つからなければ、領域マスター・キーは、国の特定秘密キーで暗号化される。領域マスター・キーの記録は、国の特定安全領域の個人キーによって、完全と証明のためにサインされる。領域マスター・キーの記録は、国の特定領域アーカイブ２７４に送られる。
システム要件
領域アーカイブ
領域アーカイブ７４は、長期間の記憶と領域マスター・キーの検索をサポートする。これはオーク・ボックス２０、領域のアーカイブ７４およびブラス・ボックス２１間の幾つかのトランケーション(trancations) で達成される。ディジタル・メーターは、製造、分配および顧客の場所を通過するので、領域マスター・キーの現状は更新される。あらゆる現状の変化は、領域マスター・キーの寿命に対してキー・アクティビティ（key activity） の完全なヒストリーを与えて、領域アーカイブの記録に記入される。
【００２４】
図１４と図１５を参照すると、有効なマスター・キーの現状の変化を示すプロセス・フロー図が示されている。オーク・ボックス２０がキー生成プロセスを完成させた後、領域マスター・キーおよび情報の暗号化されたコピーが記号１８０で示す"New"(新規) にセットされる。領域アーカイブ７４は、データベースを割当て、情報を書き込む。
スチール・ボックス３２とブラス・ボックス２１がキーの取付けプロセスを完成した後、領域マスター・キーの記録は更新される。もしプロセスが成功したならば、領域マスター・キーの現状は、記号１８２の"Installed"（インストールされる）にセットすることができる。もしキーの分配あるいはインストール・プロセス中に、あらゆる失敗がおきるなら、領域マスター・キーの現状は、記号１８４の"Bad"(悪い) にセットすることができる。これらの失敗が失われたメッセージ、メッセージ・エラー、領域マスター・キーをディジタル・メーターのメモリに書き込むエラー、テスト・トークンのチェックにおけるエラー等を含む。
ディジタル・メーターが特定の郵便領域に対して証印の連続番号を割り当てられると、ベンダーと郵便領域マスター・キーの記録は更新される。マスター・キーの現状は、記号１８６の"Active" (活動的な) にセットされ、検証サービスがそのディジタル・メーターに対して許可される。ディジタル・メーターがサービスから取られると、ベンダーと郵便領域マスター・キーの記録は更新される。マスター・キーの現状は、記号１８８の"Obsolete" (旧式の) にセットされる。
【００２５】
キー管理システムのアドレス
キー管理システム１０は、物理的な安全ボックスと論理的な安全領域から成る。これらの要素間を流れるメッセージは、プロセスとオーディター(auditors)がメッセージの関係者を同定することを可能にするために、充分な情報を含んでいなければならない。
論理的な安全領域はアドレス・オブジェクト(address object)と呼ばれる領域ＩＤによって決定される。このアドレスは、キー管理システム１０内の特別な領域の場合を定義する。有効な領域ＩＤs の例は、ベンダーの安全領域に対するＶＥ、合衆国の郵便サービスの安全領域の場合に対するＵＳＰＳ、および英国の王室郵便の安全領域の場合に対するＵＫＲＭである。安全領域は、いろいろな安全ボックスにおよび、いろいろなアーカイブにおよぶ。多重の安全領域は、１つの安全ボックスの物理的な境界内で共存することができる。１つの領域のみが、与えられた時間に安全ボックス内でアクティブである。領域間で転送可能なデータはない。
論理的な安全ボックスの目的は、アドレス・オブジェクトと呼ばれる安全ボックス型によって決定される。このアドレスは、メッセージのトランズアクションに関係する安全ボックス機能を独自に定義する。オーク・ボックス２０はマスター・キーの発生器である。スチール・ボックス３２はマスター・キーのインストール・ボックスである。ブラス・ボックス２１はトークン検証ボックスである。ティン・ボックス(Tin Box) ４４は遠隔トークンの検証ボックスである。
【００２６】
物理的な安全ボックスのアイデンティフィケーションは、アドレス・オブジェクトと呼ばれる安全ボックスＩＤによって決定される。このアドレスはキー管理システム１０内のそのボックスの場合を独自に定義する。それは、安全ボックス型および数字の識別子からなる。
ＫＭＳの形状データ
キー管理システム１０の各要素は、動作しているソフトウエアがキー管理システムのサービス・メッセージに対する有効性および処理要求を決定することを可能にする幾つかの形状テーブルを維持する。命令テーブルは、どんなキー管理システムのサービス・メッセージおよび命令が、システムの要素によって予期されるかを確認するために用いられる。ＫＭＳシステムの命令テーブルは、システム・レベル上で受け入れられる全ての命令を定義する。システム・レベルのテーブルのサブセットは、オーク・ボックス２０、ブラス・ボックス２１、スチール・ボックス３２、作成ボックス２３、ＫＭＳコンピュータ２４、キー分配コンピュータ３０およびＰＳＲコンピュータ３４を有するシステムの要素によって格納される。ローカル命令テーブルに含まれない、受信されたメッセージは拒絶される。
【００２７】
形状テーブルは、どんなキー管理システムの領域ＩＤｓがシステムの要素によって認識されるかを確認するために用いられる。ＫＭＳシステムの形状テーブルは、システム・レベル上に受入れられる全ての領域ＩＤｓを定義する。システム・レベルのテーブルのサブセットは、オーク・ボックス２０、ブラス・ボックス２１、スチール・ボックス３２、作成ボックス２３、ＫＭＳコンピュータ２４、キー分配コンピュータ３０およびＰＳＲコンピュータ３４を有するシステムの要素によって格納される。ローカル形状テーブルに含まれない、領域ＩＤｓに対する受信されたメッセージは拒絶される。
記録テーブルは、どんなキー管理システムの記録がシステムの要素によって認識されるかを確認するために用いられる。ＫＭＳシステムの記録テーブルは、システム・レベル上で認識される全ての情報記録を定義する。システム・レベルのテーブルのサブセットは、オーク・ボックス２０、ブラス・ボックス２１、スチール・ボックス３２、作成ボックス２３、ＫＭＳコンピュータ２４、キー分配コンピュータ３０およびＰＳＲコンピュータ３４を有するシステムの要素によって格納される。ローカル記録テーブルに含まれない情報を有する受信されたメッセージは拒絶される。
【００２８】
情報フロー
領域のオーク・プロセス７０は、領域マスター・キーを領域のアーカイブ７４に渡す。図１６を参照すると、領域マスター・キー（Ｋdm) は、それが領域のアーカイブ７４に格納されるまえに、領域のブラス・プロセス・パブリックキー（Ｐbc）で暗号化される。従って、領域のオーク・プロセス７０は、領域のアーカイブ７４から領域マスター・キー（Ｋdm) を解読することはできない。領域のオーク・プロセス７０は、領域マスター・キーが領域のアーカイブ７４に格納される前に、領域マスター・キーの記録を領域のオーク・プロセスの個人的なキー（Ｐoa）で記号化する。従って、領域のブラス・プロセス７２は、領域マスター・キーの記録が領域のオーク・プロセス７０によって作られることを信頼することができる。
領域のオーク・プロセス７０は、領域マスター・キー（Ｋdm) を領域のスチール・プロセス７６に渡す。図１７を参照すると、領域マスター・キー（Ｋdm) は、それが領域のスチール・プロセス７６に送られる前に、領域のスチール・プロセスの公的なキーＰ(sc)で暗号化される。従って、領域のオーク・プロセス７０は、分配マスター・キーの記録から領域マスター・キー（Ｋdm) を解読することはできない。領域のオーク・プロセス７０は、分配マスター・キーの記録を、それが領域のスチール・プロセス７６に送られる前に、領域のオーク・プロセスの個人的なキーＰ'(oa) で記号化する。従って、領域のスチール・プロセス７６は、分配のマスター・キーの記録が領域のオーク・プロセス７０によって作られることを委ねることができる。
【００２９】
図１８を参照すると、キー・フレッシュネス検出のためのプロセス・フローが示されている。キーは、インストールされるか、あるいは、領域マスター・キー・フレッシュネスを確実にするために一度だけインストールされるようにされる。領域のアーカイブは、単調に連続したキーＩＤｓ（ＫＩＤ）を全ての領域マスター・キーに割り当てる。分離したキーＩＤインデックスは、各々の領域のＩＤのために維持される。領域のオーク・プロセス７０と領域のスチール・プロセス７６は、キーＩＤの値を追跡し、それらを生成キー・メッセージ(Generate Key message)および分配マスター・キー記録(Distribute Master Key record)において受け取ったキーＩＤの値と比較する。従って、領域のオーク・プロセス７０と領域のスチール・プロセス７６は、何時生成キー・メッセージおよび分配マスター・キー記録が再生されたかを検出することができる。
図１９を参照すると、領域のスチール・プロセス７６は、それがＫＭＳコンピュータ２４に送られる前に、領域のスチール・プロセスの個人的なキーＰ(sa)でマスター・キーのインストール記録を署名する。そうすることによって、領域のブラス・プロセス７２は、マスター・キーのインストール記録が領域のスチール・プロセス７６によって作られることを信頼することができる。
【００３０】
キー登録の時に、ディジタル・メーターは、ベンダーのマスター・キーＫ( _VM) と郵便のマスター・キーＫ( _PM) の両方でキー登録の記録を署名する。従って、郵便およびベンダーの領域ブラス・プロセス７２は、領域のアーカイブ記録における領域マスター・キーを領域のブラス・プロセスの秘密ＤＥＳキーで暗号化する。その結果、領域のブラス・プロセス７２は、他の領域のブラス・プロセスがキーイングの資料を読み取らないかもしれないことを信頼することができる。領域のブラス・プロセス７２は領域マスター・キーの記録を領域のブラス・プロセスの秘密ＤＥＳキーで、それを領域のアーカイブ７４に送る前に、署名する。従って、領域のブラス・プロセス７２は、領域マスター・キーの記録が領域のブラス・プロセス７２によって変更されただけであることを信頼することができる。ブロス・プロセスのメッセージに対するメーターの例は図２０に示される。
追跡記録
キー管理システム１０は、領域マスター・キーの寿命における時間イベントの追跡記録を維持する。これらのイベントは、何時アクションがキー管理システムによって取られたかを示す。リスト化された時間イベントは、成功した領域マスター・キーの使用のために増加していなければならない。前のイベントに先立つ時間イベントを伴うシステムのメッセージは拒否されるであろう。キー管理システムのキー登録時間に先立つ日付を伴って受けた検証要求は拒否されるであろう。
【００３１】
本発明の好適な実施の形態において、ＫＭＳコンピュータ２４は、要求キー命令がキー分配コンピュータ３０から受け取られる時であるＫＭＳ要求時間を記録する。ＰＳＲコンピュータ３４は、インストール・キー命令がスチール・ボックス３２に分配される時であるＰＳＲインストール時間を記録する。ＫＭＳコンピュータ２４は、取付けキー検証命令がキー分配コンピュータ３０から受け取られた時であるＫＭＳ取付け時間を記録する。ディジタル・メーター３６はレジスター証印命令が通信ポート或いはユーザー・インターフェースから受け取られた時であるメーター登録日付を記録する。ＫＭＳコンピュータ２４は、レジスター証印検証命令がディジタル・メーターから受け取られた時であるＫＭＳキー登録時間を記録する。
他の実施の形態においては、オーク・ボックス２０は、発生キー命令がＫＭＳコンピュータ２４から受け取られたローカル時間を記録する。スチール・ボックス３２は、取付けキー命令が受け取られたローカル時間を記録する。ブラス・ボックス２１は、キー検証要求がキー管理システムのコンピュータ２４から受け取られたローカル時間を記録する。
エラーの取扱い
キー管理システム１０は、キー管理システムのサービス・メッセージに対するエラー検出のセットと報告メカニズムを与える。問題は、メッセージが用意され、通信ライン上に送られ、受信され、且つ受信パーティーによって処理される時に発生する。システムにおいてエラーが発生すると、命令源が通知され、エントリーがシステム・エラー・ログに作られる。
【００３２】
図２１を参照すると、エラー取扱いの概括を示すブロック図が示されている。システムにおけるエラーは３つの異なるレベルで検出される。エラーの取扱いの第１のレベルはＰＢ２３２プロトコール内で実現される。このプロトコールはＳＴＸとＥＴＸの制御文字の使用によって、メッセージのフレーミングに対して与える。メッセージの識別は、予め定義されたクラス・コードの使用によって与えられる。メッセージの完全性は、エラー検出コードの使用によって与えられる。もし、受け取ったメッセージがこれらのメカニズムに従うなら、レシーバーは正の肯定応答制御文字(a positive Acknowledgement control character)を送る。もし、そうでないなら、レシーバーは否定応答制御文字(a Non-Acknowledgement control character) を送る。送り要素はメッセージの送信を再び試みようとするか、他の正しいアクションを取る。ＰＢ２３２のエラー取扱いメカニズムは従来の形式である。
エラー取扱いの第２のレベルは、キー管理システム１０の命令取扱プロセスによって具現化される。これらは、受け取った命令を命令テーブルにおいて定義された予期された命令のセットと比較する。命令フィールドが検証される。予期されたパラメータの数がチェックされる。個々のパラメータのシンタックスがチェックされる。もし、命令の中にエラーが見つかったら、命令エラー・メッセージが命令源に戻される。
【００３３】
エラー取扱いの第３のレベルは、キー管理システム１０の命令取扱プロセスによって具現化される。これらは、命令におけるパラメータを構成テーブルに定義された予期されたパラメータのセットに対して比較する。個々のパラメータは、構成テーブルに対してチェックされる。いろいろなパラメータの関連が構成テーブルに対してチェックされる。ハードウエア資源とデータベース記録の利用可能性がチェックされる。メッセージ要素の記号と暗号化されたメッセージ要素の有効性がチェックされる。もし、命令に、あるいは命令の処理中にエラーが見つかったら、命令応答メッセージが応答コードと共に戻される。もし、応答の中にエラーが見つかったら、命令応答エラー・メッセージが応答コードと共に戻される。
初期化プロセス
以下のパラグラフは図２２と図２３に示されたキー管理システム１０の安全ボックス初期化プロセスを概要を示す。前述のように、本発明の好適な実施の形態に、４つのキー管理システムの安全ボックス型がある。作成ボックス２３は、キー管理システムと 安全ボックスの初期化に対して責任がある。オーク・ボックス２０は、領域マスター・キーの発生に対して責任がある。スチール・ボックス３２は、領域マスター・キーの取付けに対して責任がある。ブラス・ボックス２１は領域マスター・キーの登録およびトークン検証に対して責任がある。他の実施の形態にでは、ティン・ボックスは遠隔トークン検証ボックスである。
【００３４】
図２２を参照すると、第１の作成ボックス２３は初期化されなけばならない。作成ボックスの動作ソフトウエアはロードされ、テストされる。安全ボックスＩＤはＭ００００００００に初期化される。作成ボックス２３がターンオンすると、安全ボックスＩＤが問い合わされる。もし、それがＭ００００００００にセットされていると、作成ボックス２３はＫＭＳコンピュータ２４からのセット第１安全ボックスＩＤメッセージを待つ。ＫＭＳコンピュータ２４は、第１の作成ボックス２３を命令して、安全ボックスをＭ００００００００にセットするようにする。第１の作成ボックス２３はメッセージを受取り、チェックする。もし、エラーが見つからなければ、第１の作成ボックス２３は動作コンビネーション１０１と動作シェア・キー１０２の集合を生成する。動作シェア・キー１０２は、取外し可能な媒体に書き込まれる。
次に、第１の作成ボックス２３は、２つのＲＳＡキーの対、即ち領域キー・セットの秘密性のためのものと領域キー・セットの認証のためのものを生成する。これらのキーは、領域シェアに入れられ、取外し可能な媒体に書き込まれる。これらのキーは、それらがＫＭＳコンピュータ２４に送られ、アーカイブに、あるいは取外し可能な媒体に書き込まれる前に、領域キー・セットを暗号化し、記号化するために用いられる。第１の作成ボックス２３は安全ボックスの認証キーのセットを生成する。ＲＳＡキーの対は、各ボックス型、即ち、作成、オーク、スチールおよびブラスのために生成される。各ボックス型のパブリックキーは取外し可能な媒体に書き込まれる。キーはソフトウエア技術によって安全ボックスの動作ソフトウエアに書き込まれなければならない。全ての動作シェアと認証キーが首尾よく書き込まれた後に、安全ボックスＩＤはＭ００００００００にセットされるであろう。
【００３５】
ＫＭＳコンピュータ２４は作成ボックスを領域を作るたように要求する。作成ボックス２３は内部メモリに領域ＩＤを確立し、領域キー・セット１０３の秘密キーで暗号化され、領域キー・セット１０３の認証キーで署名される、要求された領域キー１１０を生成する。暗号化され、署名された領域キーは、アーカイブおよび／または取外し可能な媒体に書き込まれる。
追加の作成ボックス２３は、ソース作成ボックスによって初期化される。ソース作成ボックスはすでに初期化されているあらゆる作成ボックスである。作成ボックスの動作ソフトウエアは、各々の追加の作成ボックス２３にロードされ、テストされる。安全ボックスＩＤはＭ００００００００にセットされる。作成ボックス２３がまずターンオンすると、それは安全ボックスＩＤを問い合わせる。もし、それがＭ００００００００であるなら、作成ボックス２３はソース作成ボックスからのセット安全ボックスＩＤのメッセージを待つ。ＫＭＳコンピュータ２４はソース作成ボックス２３を命令して、各々の追加の作成ボックス２３を初期化する。ソース作成ボックスは、次の作成安全ボックスＩＤを割当て、作成ボックス・プライベート・スタートアップ認証キーでメッセージ(the Manufacturing Box Private Startup Authentication Key)を署名し、それを作成ボックス２３に送る。作成ボックス２３は安全ボックスＩＤを記憶し、作成ボックス・スタートアップ秘密キーを生成する。安全ボックスＩＤとパブリック・スタートアップ秘密キーはソース作成ボックスに送り戻され、作成ボックス・プライベート・スタートアップ認証キーで署名される。ＫＭＳコンピュータ２４はソース作成ボックスを命令して、作成ボックスのために領域作成プロセスを作る。要求された領域キーの要素は、スタートアップ秘密キーを用いて作成ボックスに渡される。
【００３６】
領域は作成ボックス２３に追加される如何なる時にも、他の初期化された作成ボックスは、この追加領域を反映するために更新されなければならない。好適な実施の形態では、全ての初期化された作成ボックスは、同一のキーデータで構成される。
オーク・ボックスの初期化に対して、オーク・ボックスの動作ソフトウエアがロードされ、テストされる。安全ボックスＩＤはＯ００００００００にセットされる。オークボックス２０がまずターンオンすると、それは安全ボックスＩＤを問い合わせる。もし、それがＯ００００００００であるなら、オーク・ボックス２０は作成ボックス２３からのセット安全ボックスＩＤメッセージを待つ。ＫＭＳコンピュータ２４は作成ボックス２３を命令してオーク・ボックス２０を初期化する。作成ボックス２３は、次のオーク安全ボックスＩＤを割り当てて、プライベート・オーク・ボックス・スタートアップ認証キーでメッセージを記号化し、それをオーク・ボックス２０に送る。オーク・ボックス２０は安全ボックスＩＤを記憶し、オーク・ボックス・スタートアップ秘密キーを生成する。安全ボックスＩＤとパブリック・スタートアップ・秘密キーは作成ボックスに送り戻され、オーク・ボックス・パブリック・スタートアップ認証キーで記号化される。ＫＭＳコンピュータ２４は作成ボックス２３を命令して、オーク・ボックス２０のための領域オーク・プロセスを作る。要求された領域キー要素はスタートアップ秘密キーを用いてオーク・ボックス２０に渡される。このプロセスは、オーク・ボックス２０が１つの領域に対して領域オーク・プロセス７０を具現化することを可能にする。このプロセスは、特定のオーク・ボックスに対して要求された全ての領域に対して繰り返される。
【００３７】
スチール・ボックスの初期化に対して、スチール・ボックスの動作ソフトウエアがロードされ、テストされる。スチール・ボックスＩＤはＳ００００００００にセットされる。スチール・ボックス３２がまずターンオンすると、それは安全ボックスＩＤを問い合わせる。もし、それがＳ００００００００であるなら、スチール・ボックス３２は作成ボックス２３からのセット安全ボックスＩＤのメッセージを待つ。ＫＭＳコンピュータ２４は作成ボックス２３を命令して、スチール・ボックス３２を初期化する。作成ボックス２３は次のスチール安全ボックスＩＤを割当て、スチール・ボックス・プライベート・スタートアップ認証キーでメッセージを署名し、それをスチール・ボックス３２へ送る。スチール・ボックス３２は安全ボックスＩＤを記憶し、スチール・ボックス・スタートアップ秘密キーを生成する。安全ボックスＩＤとパブリック・スタートアップ秘密キーは、スチール・ボックス・パブリック・スタートアップ認証キーで署名される。ＫＭＳコンピュータ２４は作成ボックス２３を命令して、スチール・ボックス３２のための領域スチール・プロセス７６を作る。要求された領域キーの要素はスタートアップ秘密キーを用いてスチール・ボックス３２に渡される。このプロセスはスチール・ボックス３２が１つの領域に対して領域スチール・プロセス７６を具現化することを可能にする。このプロセスは特定のスチール・ボックスに対して要求された全ての領域に対して繰り返される。
【００３８】
ブラス・ボックスの初期化に対して、ブラス・ボックスの動作ソフトウエアがロードされ、テストされる。ブラス・ボックスＩＤはＢ００００００００にセットされる。ブラス・ボックス２１がまずターンオンすると、それは安全ボックスＩＤを問い合わせる。もし、それがＢ００００００００であるなら、ブラス・ボックス２１は作成ボックス２３からのセット安全ボックスＩＤのメッセージを待つ。ＫＭＳコンピュータ２４は作成ボックス２３を命令して、ブラス・ボックス２１を初期化する。作成ボックス２３は次のブラス安全ボックスＩＤを割当て、ブラス・ボックス・プライベート・スタートアップ認証キーでメッセージを署名し、それをブラス・ボックス２１へ送る。ブラス・ボックス２１は安全ボックスＩＤを記憶し、ブラス・ボックス・スタートアップ秘密キーを生成する。安全ボックスＩＤとパブリック・スタートアップ秘密キーは、ブラス・ボックス・パブリック・スタートアップ認証キーで署名される。ＫＭＳコンピュータ２４は作成ボックス２３を命令して、ブラス・ボックス２１のための領域ブラス・プロセスを作る。要求された領域キーの要素はスタートアップ秘密キーを用いてブラス・ボックス２１に渡される。このプロセスはブラス・ボックス２１が１つの領域に対して領域ブラス・プロセスを具現化することを可能にする。このプロセスは特定のブラス・ボックスに対して要求された全ての領域に対して繰り返される。
【００３９】
生成、インストールおよび登録プロセス
図２４−図２７を参照すると、キー管理システム１０の領域マスター・キー・インストール・プロセスの概要が示されている。ベンダーとあらゆる郵便の領域間に差異は存在しない。領域マスター・キーの全セットをディジタル・メーター３６に首尾よくインストールするために、動作のセットはベンダー領域に対してランされ、動作の他のセットは選択された郵便領域に対してセットされる。
図２４、図２９および図３０を参照すると、領域マスター・キー要求は、作成プロセスの作成中に、キー分配コンピュータ３０から来る。符号３００で、要求はキー分配コンピュータ３０からメッセージＭ１０におけるＫＭＳコンピュータ２４へスチール・ボックス３２の識別番号をともなって送られる。ＫＭＳコンピュータ２４は領域に対して特定のキーＩＤを生成する領域アーカイブから符号３０２でキーＩＤを要求する。符号３０４で、領域アーカイブ７４はメッセージＭ１０’においてＭＫＳコンピュータ２４へキーＩＤ応答を送る。ＫＭＳコンピュータ２４は追跡記録のためのローカル時間を記録し、符号３０６で、オーク・ボックス２０へ発生キーのメッセージＭＩ１における情報を送る。オーク・ボックス２０は要求をチェックして、領域の有効性、領域に対するスチール・ボックスＩＤの有効性、およびキーＩＤがこの領域に対して処理した最後のものより大きいかどうかをきめる。もし、チェックのいずれもが誤りであることを証明するなら、オーク・ボックス２０は誤りのメッセージをＫＭＳコンピュータ２４に戻す。もし、そのチェックが正しければ、オーク・ボックス２４は領域マスター・キーとテスト・トークンのセットを生成する。符号３０８で、オーク・ボックス２０は領域マスター・キーの記録をメッセージＭＩ２におけるＫＭＳコンピュータに渡す。符号３１０で、ＫＭＳコンピュータ２４は、領域マスター・キー記録をメッセージＭＩ３における領域アーカイブ７４に送る。領域アーカイブ７４はデータベースに領域マスター・キー記録を記憶し、応答が符号３１２におけるＫＭＳコンピュータに送られる。符号３１４で、ＫＭＳコンピュータ２４は、符号３１６でＫＭＳコンピュータ２４へ発生応答メッセージを送るオーク・ボックス２０へ応答を送る。符号３１８で、ＭＫＳコンピュータ２４はインストール・キーの記録を要求応答メッセージＭＩ４におけるキー分配コンピュータ３０へ送る。
【００４０】
図２５を参照すると、ディジタル・メーター３６が作成ライン上にあると、ＰＳＲコンピュータ３４は符号３３０でキー分配コンピュータ３０からのインストール領域キーの記録を要求する。符号３３０で、キー分配コンピュータ３０はインストール領域キーの記録を、符号３３４のスチール・ボックス３２へさらに送られるメッセージＭＩ４’におけるＰＳＲコンピュータへ送る。スチール・ボックス３２は情報のためのディジタル・メーター３６を問い合わせ、符号３３６で、メッセージＭＩ５の領域マスター・キーをディジタル・メーター３６に送る。ディジタル・メーターがキーをインストールし、チェックして、メーター・テスト・トークンのセットのために、ディジタル・メーターを問い合わせるスチール・ボックス３２にステータスを戻す。符号３３８で、メーター・テスト・トークンは、メッセージＭＩ６において、オーク・ボックス２０から受け取ったものに対してメーター・テスト・トークンをチェックするスチール・ボックス３２に戻される。従って、スチール・ボックス３２は、オーク・ボックス２４によって生成された領域マスター・キーがディジタル・メーター３６にインストールされたキーと同じであることをチェックする。符号３４０で、スチール・ボックス３２はインストール・ステータスとメッセージＭＩ７における情報をＰＳＲコンピュータおよびキー分配コンピュータ３０を介してキー管理コンピュータ２４に送る。キー管理コンピュータ２４は領域アーカイブからの領域マスター・キー記録を検索し、ローカル時間のスタンプを調べ、符号３４２で、メッセージＭＩ８におけるブラス・ボックス２１に情報を送る。ブラス・ボックス２１は、領域アーカイブ７４からの領域マスター・キーの記録からのテスト・トークンを生成する。これらは、メーター・テストのトークンと比較される。これは、領域アーカイブの領域マスター・キーがディジタル・メーターにインストールされたキーと同じであることをチェックする。もし、それらがチェックアウトするなら、領域マスター・キー記録は更新され、符号３４４でキー管理コンピュータ２４にメッセージＭＩ９において送られる。キー管理コンピュータ２４はメッセージＭＩ９において領域マスター・キー記録を領域アーカイブ７４に送り、もし、成功するなら、符号３４６でブラス・ボックス２１へ応答を戻す。ブラス・ボックス２１は応答をチェックし、符号３４８でＫＭＳコンピュータ２４へ、およびメッセージＭＩ１０におけるキー分配コンピュータ３０へ成功あるいは失敗の検証を戻す。
【００４１】
キー登録は登録の国と証印をプロダクト・コード番号とキーを関連づけることから成っている。キーは、国のサブ領域に特有の秘密キーを用いて、インストール領域の国のサブ領域に記憶される。本質的な失敗は、その国のサブ領域に特有のブラス・プロセスがキーを安全に且つ確実にインストールするために、インストール領域に頼ることである。キーは、決して１つのインストール領域から他のインストール領域へ転送しない。
図２６−図３１を参照すると、ディジタル・メーターが特定の安全領域に対して用意されると、証印の連続番号および／またはプロダクト・コード番号はメッセージＭＲ１においてディジタル・メーターに入れられる。ＰＳＲコンピュータ３４は符号３６０でディジタル・メーター３６からの登録トークンを要求する。ディジタル・メーターは２つのディジタル・トークンを生成し、それらを符号３６２でＰＳＲコンピュータを戻す。ＰＲＳコンピュータはそれらのトークンを他のメーター情報と結合して、その結果生じる記録を符号３６４でキー分配コンピュータ３０を介してキー管理コンピュータ２４へ送る。符号３６６で、キー管理システムのコンピュータ２４は領域アーカイブからの領域マスター・キー記録を検索し、情報をメッセージＭＲ２におけるブラス・ボックス２１へ送る。ブラス・ボックス２１は領域アーカイブ７４からの領域マスター・キー記録からの登録トークンを生成する。これらは、メーター登録のトークンと比較される。これは、証印の連続番号、プロダクト・コード番号および作成連続番号がディジタル・メーターによって正確に報告されたことをチェックする。もし、それらがクアウトするなら、領域マスター・キー記録は更新され、符号３６８でキー管理コンピュータ２４に送られる。キー管理コンピュータ２４は領域マスター・キー記録をメッセージＭＲ３における領域アーカイブ７４に送り、もし、成功するなら、符号３７０でブラス・ボックス２１へ応答を戻す。ブラス・ボックス２１は応答をチェックし、符号３７２でキー管理システムのコンピュータ２４へ、およびメッセージＭＲ４における成功あるいは失敗の検証を戻す。
【００４２】
あらゆる領域は少なくとも１つのサブ領域を有しており、そのサブ領域は、キーを証印番号に登録するための、およびそのサブ領域内で印章の検証を行うための役割を有している。特に、地球領域は幾つかの国のサブ領域を有している。１つの国が地球領域のサブ領域にメーターを、およびそれ自身の郵便の領域の唯一のサブ領域にメーターを持つことが可能である。図３２に示された例においては、国３は特定の郵便領域と地球領域の郵便のサブ領域の両方を有している。しかし、国Ａは、その国の特定の郵便領域内にインストールされたキーを有するメーターのみを有している。
図２７を参照すると、もし、ディジタル・メーターがサービスの範囲外にあると、情報は記録され、ＫＭＳコンピュータ２４へ送られる。キー管理システムのコンピュータ２４は領域アーカイブからの領域マスター・キー記録を検索し、ローカル時間のスタンプを調べ、情報を符号３８０でブラス・ボックス２１に送る。領域マスター・キーの記録は更新され、符号３８２でキー管理コンピュータ２４に送る。キー管理のコンピュータは領域マスター・キー記録を領域アーカイブに送り、もし、成功するなら、応答を符号３８４でブラス・ボックス２１へ戻す。ブラス・ボックス２１は応答をチェックし、符号３８６でキー管理コンピュータ２４へ成功あるいは失敗の検証を戻す。
【００４３】
トークンの生成
各々のメーターは領域マスター・キーを用いて、各領域に対して、ここで、トークン・キーと呼ばれる一時的キーを発生する。そしてそれは郵便物のデータからのトークンを生成するために用いられる。キー管理システムは、ここでティン・ボックス(Tin Box) と呼ばれる分配器のトークン検証ボックス４４（図１）を有する郵便の検証場所を認定するために、郵便の一時的キーを分配する。郵便の一時的キーは、証印のローカルな検証のために、ティン・ボックス４４によって用いられる。この配置の下に、郵便局は、多くの場所にマスター・キーのデータベースを配置することなく証印のローカル検証を得ることができるので、キー管理システムは高レベルの安全性を提供する。
検証プロセス
以下の記述はキー管理システム１０の検証プロセスの概要を示す。ベンダーとあらゆる郵便領域間に差異はない。各々は独立して同じ方法で動作する。両方のトークンを首尾よく検証するために、動作のセットはベンダー領域に対してランされ、動作の他のセットは選択された郵便領域に対してランされる。トークン検証要求はメール設備１８に配置されるデータ捕獲システム(data capture system) １９から来る。要求は物理的な郵便物上に印刷された情報のＡＳＣＩＩテキスト表現を含む。図２８を参照すると、符号４００で、要求はベンダーあるいは郵便のデータセンターにあるキー管理システムのコンピュータ２４に送られる。キー管理システムのコンピュータ２４はディジット(digits)をチェックし、もし、必要なら修正する。キー管理システムのコンピュータ２４は領域アーカイブからの領域マスター・キー記録を検索し、符号４０２でブラス・ボックス２１へ情報を送る。ブラス・ボックス２１はその要求をチェックし、領域マスター・キーがアクティブであることを検証する。ブラス・ボックス２１は領域アーカイブおよび郵便物情報からの領域マスター・キーを用いて、選択された領域のトークンを再計算する。計算されたトークンは、それらがマッチしているかどうかをみるために、郵便物のトークンと比較される。良し／悪しの比較結果が符号４０４でＫＭＳコンピュータ２４に送られる。追加の検証が他の領域トークンを検証するために必要であることを強調するために、第２の例が図２８に示されている。
【００４４】
本発明の以上の記載は、郵便局は、郵便のマスター・キーを生成し、それらをディジタル・メーターにインストールする権限をベンダーにあたえる好適な実施の形態である。キーは、郵便のトークンの有効性のために用いられるように郵便データセンターに送られる。キー管理システムは機能、安全ボックスおよびデータベースのいろいろな分配のための能力を有する。例えば、他の実施の形態において、郵便局は、ベンダーおよび他の関係者が郵便キーの発生、維持、トークンの有効性そしてキーをベンダーに伝達するの機能を有する郵便のデータセンターを維持し、動作することを任せる。この実施の形態において、郵便のブラス・ボックス４０と郵便のキーアーカイブ４２は、ベンダーあるいは他の関係者の場所に物理的に位置される。他の実施の形態においては、郵便局はそのデータセンターを管理し、郵便のオーク・ボックス２２は郵便のデータ・センター１６に物理的に位置される。
他の代替実施形態（図示されず）においては、キー管理システムの機能、即ち領域オーク・プロセス、領域スチール・プロセス或いは領域ブラス・プロセスのあらゆる組み合わせが安全ボックスのいずれかに統合されることができる。
【００４５】
従って、キー管理システムはいろいろな領域、即ち、郵便局が同じ論理的なキー管理システムのいろいろな物理的態様を実現できる本質的な柔軟性を有していることが理解されるであろう。本キー管理システムは、システムの高いレベルでの完全性と安全性を維持しつつ、このような柔軟性を提供するものである。本発明は、更に多くのベンダー多くの郵便局をサポートすることができることが理解されるであろう。
本発明は、ディジタル郵便料金メーターの証明に関する実施の形態に対して述べられた。この分野の通常の知識を有する者は、一般に、本発明が、一時的なトランズアクション、項目のトランズアクションおよび情報のトランズアクションのようなトランズアクションの証明に対するキー管理システムとして用いるのに適していることを理解するであろう。
ここで用いられるように、用語“ディジタル郵便料金メーター”は、安全な印刷手段に結合されているディジタル郵便料金メーターの従来の形式、および安全でない印刷手段に結合されているディジタル郵便料金メーターの他の形式に該当し、あるいは従来のディジタル郵便料金メーターと異なる他の構成を有している。
【００４６】
本発明は、単一の実施の形態に関して開示され、述べられたが、上述のように変更および変形がなされることは明らかであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内にある各々の変更および変形を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による暗号キーの管理および有効性のシステムのブロック図である。
【図２】図１のキー管理および有効性のシステムにおける安全領域の関係を示すブロック図。
【図３】図１のキー管理および有効性のシステムにおけるベンダーのデータセンターのブロック図。
【図４】図１のキー管理および有効性のシステムにおけるベンダーの作成設備のブロック図。
【図５】図１のキー管理および有効性のシステムにおける郵便のデータセンターのブロック図。
【図６】図１のキー管理および有効性のシステムにおける作成ボックスの管理上の領域を示すブロック図。
【図７】キー管理プロセスのフロー図。
【図８】キーの識別のためのフロー図。
【図９】作成ボックスのためのキー材料のブロック図。
【図１０】オーク・ボックスのためのキー材料のブロック図。
【図１１】スチール・ボックスのためのキー材料のブロック図。
【図１２】ブラス・ボックスのためのキー材料のブロック図。
【図１３】地球領域のディジタル・メーター・プロセスのフロー図。
【図１４】有効なマスター・キー状態の変化のフロー図。
【図１５】有効なマスター・キー状態の変化のブロック図。
【図１６】オーク・ボックスからブラス・ボックスへのメッセージ。
【図１７】オーク・ボックスからスチール・ボックスへのメッセージ。
【図１８】キーのフレッシュネスの検出のための論理図。
【図１９】スチール・ボックスからブラス・ボックスへのメッセージ。
【図２０】メーターからブラス・ボックスへのメッセージ。
【図２１】エラー取扱いのブロック図。
【図２２】第１の作成ボックスの初期化のフロー図。
【図２３】一般的なボックスの初期化のフロー図。
【図２４】キー要求の処理のフロー図。
【図２５】キー取付けの処理のフロー図。
【図２６】キー登録の処理のフロー図。
【図２７】旧式キーの処理のフロー図。
【図２８】検証処理のフロー図。
【図２９】キー取付けメッセージのフローを示すブロック図。
【図３０】図２９のキー取付けメッセージのテーブル。
【図３１】キー登録メッセージのテーブル。
【図３２】領域およびサブ領域の関係を示すブロック図。

Claims (8)

1. 論理的安全領域においてトランズアクション情報の完全性の証明を行う、装置の識別子を有するトランズアクション証明装置を含むキー管理システムにおいて、前記トランズアクション情報の完全性の証明を検証する方法であって、
   前記トランズアクション情報の完全性の証明と、前記トランズアクション情報の完全性の証明を行った前記トランズアクション証明装置のための装置の識別子とを、検証ボックスが受取るステップと、
   前記トランズアクション情報の完全性の証明を行った前記トランズアクション証明装置のための前記装置の識別子に基づいて、前記キー管理システムのアーカイブからマスター・キーの記録を、前記検証ボックスが得るステップであって、前記マスター・キーの記録は、前記トランズアクション情報の完全性の証明を行うために、前記トランズアクション証明装置が用いたマスター・キーを含んでいるステップと、
   前記トランズアクション情報の完全性の証明を行った前記論理的安全領域において、前記マスター・キーの記録に含まれる前記マスター・キーが正当であることを、前記検証ボックスが検証するステップと、
   前記マスター・キーの記録から前記マスター・キーを用いて前記トランズアクション情報の完全性の証明を計算し、前記計算されたトランズアクション情報の完全性の証明を前記受取った前記トランズアクション情報の完全性の証明と比較することによって、前記検証ボックスが前記マスター・キーを用いて、前記トランズアクション情報の完全性の証明を検証するステップと、
   前記トランズアクション情報の完全性の証明の検証結果の表示を前記検証ボックスが出力するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記マスター・キーの記録は、前記装置の識別子と前記マスター・キーを含み、且つ、ディジタル署名されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記トランズアクション情報の完全性の証明を行った前記論理的安全領域において、前記マスター・キーの記録に含まれる前記マスター・キーが正当であることを、前記検証ボックスが検証するステップは、前記ディジタル署名を検証して、前記マスター・キーの記録の信憑性と完全性を検証するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記トランズアクション証明装置は、ディジタル郵便料金メーターであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の方法。
5. 論理的安全領域においてトランズアクション情報の完全性の証明を行う、装置の識別子を有するトランズアクション証明装置を含むキー管理システムにおいて、前記トランズアクション情報の完全性の証明を検証する方法であって、
   前記トランズアクション情報の完全性の証明と、前記トランズアクション情報の完全性の証明を行った前記トランズアクション証明装置のための装置の識別子とを、検証ボックスが受取るステップと、
   前記トランズアクション情報の完全性の証明を行った前記トランズアクション証明装置のための前記装置識別子に基づいて、前記キー管理システムのアーカイブからトークン・キーの記録を、前記検証ボックスが得るステップであって、前記トークン・キーの記録は、前記トランズアクション情報の完全性の証明を行うために、前記トランズアクション証明装置が用いたトークン・キーを含んでおり、且つ、前記トークン・キーの記録は、マスター・キーを用いて形成されるステップと、
   前記トランズアクション情報の完全性の証明を行った前記論理的安全領域において、前記トークン・キーの記録に含まれる前記トークン・キーが正当であることを、前記検証ボックスが検証するステップと、
   前記トークン・キーの記録から前記トークン・キーを用いて前記トランズアクション情報の完全性の証明を計算し、前記計算されたトランズアクション情報の完全性の証明を前記受取った前記トランズアクション情報の完全性の証明と比較することによって、前記検 証ボックスが前記トークン・キーを用いて、前記トランズアクション情報の完全性の証明を検証するステップと、
   前記トランズアクション情報の完全性の証明の検証結果の表示を前記検証ボックスが出力するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
6. 前記トークン・キーの記録は、前記装置の識別子と前記トークン・キーを含み、且つ、ディジタル署名されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記トランズアクション情報の完全性の証明を行った前記論理的安全領域において、前記トークン・キーの記録に含まれる前記トークン・キーが正当であることを、前記検証ボックスが検証するステップは、前記ディジタル署名を検証して、前記トークン・キーの記録の信憑性と完全性を検証するステップを含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の方法。
8. 前記トランズアクション証明装置は、ディジタル郵便料金メーターであることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１つに記載の方法。

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