JP4371784B2

JP4371784B2 - データ通信装置及びデータ通信方法。

Info

Publication number: JP4371784B2
Application number: JP2003399817A
Authority: JP
Inventors: 宏之茶木; 隆小久保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2005167340A; US20050160268A1

Description

本発明は、一般的には例えばコンテンツデータなどのデータ通信装置に関し、特にネットワーク機器に組み込まれるデータ通信装置に関する。

近年、例えばホームＬＡＮなどのネットワークを介して、例えばデジタルテレビジョン機器（以下デジタルＴＶと呼ぶ）と、例えばデジタルレコーダとを接続し、映像コンテンツの録画と再生を同時に行なうことが可能なシステムが開発されている。デジタルレコーダは、一般的にはハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や、ＤＶＤ（digital versatile disc）ドライブなどを有し、デジタルＴＶまたは内蔵チューナにより受信した映像などを録画できる機器である。

このようなシステムでは、録画と再生を同時に行なう場合、デジタルＴＶやデジタルレコーダなどの双方の機器とも、データの送信の際に必要な認証処理（便宜的に送信側認証処理と呼ぶ）、及びデータ受信の際に必要な認証処理（便宜的に受信側認証処理と呼ぶ）の両方を実行することになる。認証処理は、送受信する映像コンテンツの暗号化・復号化に必要な演算処理を利用するため、相当の処理時間が要求される。

ところで、デジタルＴＶ及びデジタルレコーダの各機器に対して、互いのストリームデータ（映像コンテンツデータ）を受信するように同時に操作された場合には、双方の機器では同時に認証処理が要求される。また、各機器間でデータの送受信を続けて実行した後にバスリセット（接続の遮断処理）が発生し、さらに再接続処理が実行された場合にも、同時に認証処理が要求されることがある。

このような状況に対して、バスリセットの発生を相手側機器に通知して、認証処理を中断させる機能を有するネットワーク通信装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、送信側認証処理と受信側認証処理のいずれかを優先的に実行する方法もあるが、相手側も同じ認証処理を優先的に実行する場合には、一種のデッドロックに陥る可能性がある。データ通信の分野では、デッドロックを解決する各種の方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００２−１１１７０３号公報（段落番号０００９，図９）特公平７−９６４４号公報（第３頁，第１図）

前述の先行技術文献に記載されているような技術では、特に、録画と再生などのようにデータの送受信を同時に実行する場合に、必ずしも認証処理を円滑に実行できない。

そこで、本発明の目的は、データの送受信を同時に実行する場合でも、送受信のそれぞれに必要な認証処理を円滑に行なうことが可能なデータ通信装置を提供することにある。

本発明の観点に従ったデータ通信装置は、外部機器との間でデータを送信または受信するインターフェース手段と、前記外部機器に対してデータの送信及び受信を要求する接続管理手段と、前記接続管理手段により受信を要求した外部機器との間で、データ送信に関する認証処理を実行する送信側認証手段と、前記接続管理手段により送信を要求した外部機器との間で、データ受信に関する認証処理を実行する受信側認証手段と、前記接続管理手段による送信要求又は受信要求に応じて前記送信側認証手段又は前記受信側認証手段の動作を排他的に切り替えて、当該各動作時間を可変的に制限する認証処理管理手段とを備えたものである。

本発明のデータ通信装置が、データの送受信を同時に実行する場合でも、送受信に必要な認証処理を円滑に行なうことができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（システム構成）
図１及び図２は、本実施形態に関するシステムの構成を説明するためのブロック図である。図３は、本実施形態に関するネットワーク通信装置（データ通信装置）２０の要部を示すブロック図である。

本実施形態のシステムは、図１に示すように、例えばデジタルＴＶ機器１１とデジタルレコーダ１２とがネットワークに接続されて、主として映像コンテンツデータの送信又は受信を行なう。ここで、ネットワークは、例えばホームＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）であり、例えばＩＥＥＥ１３９４バス規格、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）規格、あるいはＩＰ（インターネット・プロトコル）規格によるデータ通信プロトコルを使用したものである。

デジタルＴＶ機器１１は、デジタル放送などを受信し、ディスプレイ１１Ａ上に受信した映像を再生出力する機能を備えている。また、デジタルレコーダ１２は、前述したように、ＨＤＤやＤＶＤを記録媒体として使用し、デジタルＴＶチューナを内蔵してデジタル放送などの録画を行なう。

本システムは、ユーザが操作する同一のリモコン１３により、デジタルＴＶ機器１１とデジタルレコーダ１２のいずれか一方、または両方を同時に操作することが可能である。

デジタルＴＶ機器１１及びデジタルレコーダ１２はそれぞれ、図２に示すように、ネットワークに接続し、データ通信を行なうためのネットワーク通信装置２０を有する。

デジタルＴＶ機器１１は、ネットワーク通信装置２０により、受信した映像データ（ストリームデータ）をデジタルレコーダ１２に送信したり、またデジタルレコーダ１２から送信される映像データを受信して再生出力する機能を備えている。

一方、デジタルレコーダ１２は、ネットワーク通信装置２０により、録画した映像データをデジタルＴＶ機器１１に送信したり、逆にデジタルＴＶ機器１１から送信される映像データを受信して録画できる機能を備えている。

（ネットワーク通信装置の構成）
ネットワーク通信装置２０は、図３に示すように、ネットワークに接続してデータの送受信を行なうインターフェース３１と、接続管理部３２と、認証処理管理部３３と、送信側認証処理部３４と、受信側認証処理部３５と、暗号・復号化部３６とを有する。

ここで、接続管理部３２、認証処理管理部３３、送信側認証処理部３４、及び受信側認証処理部３５は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）とプログラムにより実現される。インターフェース３１及び暗号・復号化部３６はそれぞれ、ＬＳＩなどの専用ハードウェアにより実現されている。

接続管理部３２は、インターフェース３１を介して、例えば相手機器の送信用又は受信用のカウンタを操作することで論理的なプラグの接続を実行する。本実施形態のシステムでは、接続管理部３２は、リモコン１３からの指示に応じて、インターフェース３１を介して相手機器にデータ（映像コンテンツ）の送信要求または受信要求を行なう。

送信側認証処理部３４は、当該機器が送信側として動作する場合の認証処理を実行する。また、受信側認証処理部３５は、当該機器が受信側として動作する場合の認証処理を実行する。認証処理管理部３３は、送信側認証処理部３４及び受信側認証処理部３５の動作を制御し、後述するような認証処理を実行させる。具体的には、認証処理管理部３３は、接続管理部３２からの送信要求または受信要求に応じて、送信側認証処理部３４と受信側認証処理部３５とを排他的に切替え制御する。

暗号・復号化部３６は、映像データを暗号化データ３６０に変換する暗号化処理と、暗号化データから元の映像データ３６１に復号化する復号化処理を実行する。さらに、暗号・復号化部３６は、後述する認証処理に必要な鍵交換アルゴリズムのパラメータや乱数の生成処理、及び相手機器から取得した認証用パラメータの正当性を判定する処理を実行する。なお、暗号・復号化部３６は、ソース側（送信側）とシンク側（受信側）とで、認証処理に関係する機能を共通利用できるように設計されてもよい。

（認証処理の手順）
以下図４のタイミングチャートを参照して、本実施形態のネットワーク通信装置２０の認証処理の手順を説明する。

本実施形態の認証処理は、例えばＩＥＥＥ１３９４バスで採用されているＤＴＣＰ（Digital Transmission Content Protection）規格に準拠する手順により実行される。ＤＴＣＰ規格では、映像データを暗号化（スクランブル）する暗号化処理に必要な鍵データは、認証処理であるＡＫＥ（Authentication Key Exchange)処理により確保される。

ここで、ＡＫＥ処理では、映像データの送信側をソース、及び受信側をシンクと表現する。ＡＫＥ処理は、例えばデジタルレコーダ１２である一方の機器が映像データを送信し、例えばデジタルＴＶ１１である他方の機器が受信する場合、以下のステップＳ１〜Ｓ１８の手順で行われる。ＡＫＥ処理は、シンク側（受信機器）から発行されるコマンドから開始される。ソース側（送信機器）は、シンク側からの受信要求を受けて処理を開始することになる。

まず、シンク側機器からＡＫＥステータスコマンド（AKE status command）がソース側機器へと転送される（Ｓ１）。これに対して、ソース側機器からＡＫＥステータスレスポンス（AKE status responce）が転送される（Ｓ２）。この処理は、鍵データの種類などを含むステータスの確認処理である。

さらに、シンク側機器からチャレンジ・サブファンクション（CHALLENGE subfunction）が転送される（Ｓ３）。これに対して、ソース側機器からレスポンス（responce）が転送される（Ｓ４）。これにより、認証処理が開始される。ここで、ＡＫＥの各サブファンクションには、前述の鍵交換アルゴリズムのパラメータや乱数が含まれている。

今度は、ソース側機器からＡＫＥステータスコマンドがソース側機器へと転送される（Ｓ５）。これに応じて、シンク側機器からＡＫＥステータスレスポンスが転送される（Ｓ６）。さらに、ソース側機器からチャレンジ・サブファンクションが転送されて（Ｓ７）、これに応じてシンク側機器からレスポンスが転送される（Ｓ８）。

次に、ソース側機器からレスポンス・サブファンクション（RESPONSE subfunction）が転送されて（Ｓ９）、これに応じてシンク側機器からレスポンスが転送される（Ｓ１０）。更に、ソース側機器からレスポンス・サブファンクションが転送される（Ｓ１１）。これに対してソース側機器からレスポンスが転送されると（Ｓ１２）、次の鍵データの交換処理に移行する。

即ち、ソース側機器からイクスチェンジキー・サブファンクション（EXCHANGE_KEY subfunction）が転送される（Ｓ１３）。これに応じて、シンク側機器からレスポンスが転送される（Ｓ１４）。更に、コンテンツキー・リクエスト・サブファンクション（CONTENT_KEY_REQ subfunction）が転送される（Ｓ１５）。これに対して、ソース側機器からレスポンスと鍵データが転送される（Ｓ１６）。

（ネットワーク通信装置の動作）
以下主として図５のフローチャートを参照して、本実施形態のネットワーク通信装置２０の動作を説明する。

ここでは、図１及び図２に示すように、ネットワーク上に接続されたデジタルＴＶ１１及びデジタルレコーダ１２の各機器に対して、同一のリモコン１３により、互いに相手機器からの映像データを受信する指示があった場合が想定される。以下、デジタルレコーダ１２のネットワーク通信装置２０に関する動作を説明する。

ネットワーク通信装置２０の接続管理部３２は、相手機器であるデジタルＴＶ１１のネットワーク通信装置に対して受信要求を行なう。その一方で、接続管理部３２は、その相手機器１１からの受信要求を受けて、送信処理も同時に実行することになる。

即ち、接続管理部３２は、送受信要求が成功した場合には、認証処理管理部３３に対して送信側認証処理と受信側認証処理の各処理を実行することを指示することになる。以下、図５のフローチャートを参照して、認証処理管理部３３の処理手順を説明する。

認証処理管理部３３は、送信側認証処理の時間計測（計測結果Ａ）に基づいて、制限時間（Ａ＋α）を決定する。上限値（α）は、通常では前述のＡＫＥシーケンスの処理時間を十分に含むように設定される。また、暗号・復号化部３６が生成する乱数を用いて、可変的（ランダム）に制限時間（Ａ＋α）を決定してもよい。

認証処理管理部３３は、送信側認証処理部３４を先ず動作させて、ソース側（送信機器側）としての認証処理（以下ＡＫＥ処理と呼ぶ）を開始させる（ステップＳ２１）。但し、認証処理管理部３３は、当該機器がデジタルレコーダ１２のように記録機器の場合には、受信側認証処理部３５の動作を優先させてもよい。

送信側認証処理部３４は、暗号・復号化部３６から認証用パラメータを取得したり、検証結果を得てサブファンクション（一種のコマンド）を生成し、接続管理部３２が指定した相手機器（デジタルＴＶ１１）に対して、図４に示すようなソース側のＡＫＥ処理を実行する。

認証処理管理部３３は、ＡＫＥ処理の進行状況を定期的に監視する（ステップＳ２２）。ＡＫＥ処理が終了していない場合、認証処理管理部３３は、時間計測を実行し（計測結果をＸとする）、事前に決めた制限時間（Ａ＋α）を超えていないか否かを判定する（ステップＳ２２のＮｏ，Ｓ２３）。

認証処理管理部３３は、制限時間内に送信側認証処理部３４のＡＫＥ処理が終了し、かつ受信側認証処理部３５のＡＫＥ処理も終了している場合には、送受信のＡＫＥ処理が完了したことを認識する（ステップＳ２３のＮｏ，Ｓ２２のＹｅｓ，Ｓ２５のＮｏ）。この後に、映像データの送受信が実行されて、暗号・復号化部３６により送信される映像データの暗号化または受信される映像データの復号化が実行される。

一方、認証処理管理部３３は、制限時間（Ａ＋α）までにＡＫＥ処理が終了しない場合で、且つシンク側（受信機器側）としてのＡＫＥ処理が終了していない場合には、送信側認証処理部３４の動作を停止させる（ステップＳ２４のＹｅｓ）。

この後に、認証処理管理部３３は、受信側認証処理部３５の動作を開始させる（ステップＳ２６）。このとき、送信側認証処理部３４は、既に受信したコマンドに対しては、リジェクトで返答する。また、この段階で、受信側認証処理部３５のＡＫＥ処理が既に終了している場合には、認証処理管理部３３は、送信側認証処理部３４の動作を継続する（ステップＳ２４のＮｏ）。

また、認証処理管理部３３は、制限時間内に送信側認証処理部３４のＡＫＥ処理が終了した場合で、受信側認証処理部３５のＡＫＥ処理が終了していない場合には、受信側認証処理部３５の動作を開始させる（ステップＳ２５のＹｅｓ，Ｓ２６）。

認証処理管理部３３は、受信側認証処理部３５の動作を開始させる前に、送信側認証処理の場合と同様の基準で、時間計測（計測結果Ｂ）に基づいて制限時間（Ｂ＋β）を決定する。

受信側認証処理部３５は、図４に示すようなシンク側のＡＫＥ処理を実行する。ここで、受信側認証処理部３５は、ＡＫＥ処理を実行している機器以外の機器から、ＡＫＥ処理の要求があったときには、チャレンジの段階でリジェクトで返答する。これにより、暗号・復号化部３６を排他的に使用できる。

認証処理管理部３３は、ＡＫＥ処理の進行状況を定期的に監視する（ステップＳ２７）。ＡＫＥ処理が終了していない場合、認証処理管理部３３は、時間計測を実行し（計測結果をＹとする）、事前に決めた制限時間（Ｂ＋β）を超えていないか否かを判定する（ステップＳ２７のＮｏ，Ｓ２８）。

認証処理管理部３３は、制限時間内に受信側認証処理部３５のＡＫＥ処理が終了し、かつ送信側認証処理部３４のＡＫＥ処理も終了している場合には、送受信のＡＫＥ処理が完了したことを認識する（ステップＳ２８のＮｏ，Ｓ２７のＹｅｓ，Ｓ３０のＮｏ）。この後に、映像データの送受信が実行されて、暗号・復号化部３６により送信される映像データの暗号化または受信される映像データの復号化が実行される。

一方、認証処理管理部３３は、制限時間（Ｂ＋β）までにＡＫＥ処理が終了しない場合で、且つソース側（送信機器側）としてのＡＫＥ処理が終了していない場合には、受信側認証処理部３５の動作を停止させる（ステップＳ２９のＹｅｓ）。

この後に、認証処理管理部３３は、送信側認証処理部３４の動作を開始させる（ステップＳ２１）。また、この段階で、送信側認証処理部３４のＡＫＥ処理が既に終了している場合には、認証処理管理部３３は、受信側認証処理部３５の動作を継続する（ステップＳ２９のＮｏ）。

また、認証処理管理部３３は、制限時間内に受信側認証処理部３５のＡＫＥ処理が終了した場合で、送信側認証処理部３４のＡＫＥ処理が終了していない場合には、送信側認証処理部３４の動作を開始させる（ステップＳ３０のＹｅｓ，Ｓ２１）。

以上のように本実施形態の認証処理方法であれば、各機器１１，１２に対して同時に送信要求又は受信要求の指示があった場合に、各機器のネットワーク通信装置２０は、ソース側（送信側）とシンク側（受信側）の各認証処理を時分割的に実行する。このとき、ネットワーク通信装置２０は、各認証処理の処理時間に対する制限時間を可変的（ランダム）に設定することにより、いわゆるデッドロックの発生を回避することができる。従って、特に、録画と再生などのようにデータの送受信を同時に実行する場合に、各認証処理を円滑に実行することができる。

なお、本実施形態は、デジタルＴＶ１１とデジタルレコーダ１２の各機器に対して、同時に受信要求を行なった場合を想定したが、当然ながら、同時に送信要求を行なう場合にも適用できる。また、本実施形態は、デジタルＴＶ１１とデジタルレコーダ１２とをネットワークで接続された場合のシステムを想定したが、これに限ることなく、パーソナルコンピュータとデジタルＴＶとを接続したシステムなどにも適用できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に関するシステムの外観的構成を説明するためのブロック図。同システムの内部的構成を説明するためのブロック図。本実施形態に関するネットワーク通信装置の要部を示すブロック図。本実施形態に関する認証処理の手順を説明するためのタイミングチャート。本実施形態に関する認証管理処理の手順を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１１…デジタルＴＶ機器、１２…デジタルレコーダ、１３…リモコン、
２０…ネットワーク通信装置、３１…インターフェース、３２…接続管理部、
３３…認証処理管理部、３４…送信側認証処理部、３５…受信側認証処理部、
３６…暗号・復号化部。

Claims

外部機器との間でデータを送信または受信するインターフェース手段と、
前記外部機器に対してデータの送信及び受信を要求する接続管理手段と、
前記接続管理手段により受信を要求した外部機器との間で、データ送信に関する認証処理を実行する送信側認証手段と、
前記接続管理手段により送信を要求した外部機器との間で、データ受信に関する認証処理を実行する受信側認証手段と、
前記接続管理手段による送信要求又は受信要求に応じて前記送信側認証手段又は前記受信側認証手段の動作を排他的に切り替えて、当該各動作時間を可変的に制限する認証処理管理手段と
を具備したことを特徴とするデータ通信装置。
前記認証処理管理手段は、前記送信側認証手段又は前記受信側認証手段の一方の動作が設定した制限時間内に終了しない場合には、当該動作を停止させて、他方の動作を開始させることを特徴とする請求項１に記載のデータ通信装置。
前記認証処理管理手段は、前記送信側認証手段又は前記受信側認証手段の各動作を開始する前に、当該各動作の制限時間を設定することを特徴とする請求項１に記載のデータ通信装置。
前記認証処理管理手段は、乱数を使用して前記各動作時間の制限時間をランダムに設定することを特徴とする請求項１に記載のデータ通信装置。
前記インターフェース手段及び前記接続管理部は、指定のネットワーク通信プロトコルに基づいて動作し、
前記送信側認証手段及び前記受信側認証手段は、当該ネットワーク通信プロトコルに基づいた認証処理の手順を実行することを特徴とする請求項１に記載のデータ通信装置。
データ通信媒体を介して外部機器と間でデータの送信及び受信を行なうデータ通信装置に適用するデータ通信方法であって、
前記外部機器との送受信要求に応じて、送信側認証処理または受信側認証処理の一方の動作を開始させるステップと、
前記送信側認証処理又は前記受信側認証処理の動作時間を監視するステップと、
前記動作時間が予め設定した制限時間を超えたときには、前記送信側認証処理又は前記受信側認証処理の一方から他方に動作を切替えるステップと
を具備した手順を実行することを特徴とするデータ通信方法。
前記動作を切替えるステップは、
前記送信側認証処理又は前記受信側認証処理の一方の認証処理の終了前に、前記動作時間が予め設定した制限時間を超えたときには、動作中の当該一方を停止させて、前記送信側認証処理又は前記受信側認証処理の他方の動作を開始させる手順を実行することを特徴とする請求項６に記載のデータ通信方法。
前記送信側認証処理又は前記受信側認証処理の各動作を開始する前に、前記制限時間を設定するステップを有することを特徴とする請求項６に記載のデータ通信方法。
前記送信側認証処理又は前記受信側認証処理の各動作を開始する前に、前記制限時間を乱数を使用してランダムに設定するステップを有することを特徴とする請求項６に記載のデータ通信方法。