JP4554968B2 - アドホックネットワークにおける無線通信端末装置 - Google Patents

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Description

本発明は、中継機能を搭載した無線通信端末装置により構成された一時的なネットワークであるアドホックネットワークに係り、特に、アドホックネットワークのセキュリティを高めるための技術に関する。
中継機能を搭載した無線通信端末装置により構成された一時的なネットワークであるアドホックネットワークに関する技術開発が進められている。
アドホックネットワークは、電話回線、携帯電話ネットワーク、インターネットワークなど既存の特定のネットワークインフラに依存することなく、各通信端末は互いに対等で自律分散的に振舞い、伝送範囲内にある通信端末装置（ノード）同士が無線通信により、直接情報を交換することが可能である。また、電波が届かず直接情報を交換できないノード同士も、途中のノードが中継すること（無線マルチホップ通信）により、情報を交換することが可能である。
このようなアドホックネットワークにおいて、あるグループに属する通信端末装置間でのみ通信することができる閉域通信網を構成する場合には、グループ内の情報のセキュリティを確保するために、グループに属さない通信端末装置の接続を防止したり、通信データの漏洩を防ぐ必要がある。
閉域通信網におけるセキュリティに関して、例えば、特許文献１に、不特定多数の通信端末と自律的に閉域通信網を構築するグループ通信方法において、暗号化のための共通鍵を配布すること等により、セキュリティを確保するための技術が開示されている。具体的には、呼び掛けのメッセージの送信元である通信端末装置が、応答した通信端末装置との間でＰｔｏＰ（Peer to Peer）のコネクションを構成し、応答側の通信端末装置の公開鍵で共通鍵を配布することで、グループ内で共通鍵を共有することが提案されている。
また、特許文献２には、ある通信端末装置がアドホックネットワークに参加する際における、直接的には接続されないノードとの認証技術について開示されている。
特開２００２−１１１６７９号公報
欧州特許出願公開第１０２４３０号明細書
特許文献１に開示された技術は、閉域通信網を構成する通信端末装置同士が相互にＰｔｏＰのコネクションを構成していることを前提としている。このため、マルチホップ通信が用いられるアドホックネットワークには、特に、共通鍵を共有するための共通鍵の配布について、そのまま適用することができない。
特許文献２においても、共通鍵の配布については考慮されていない。さらに、ノードの移動が激しいアドホックネットワークでは、認証処理を効率的に行なうことが望ましい。
本発明の第１の目的は、アドホックネットワーク内で共通の暗号鍵を共有可能とすることにある。
本発明の第２の目的は、アドホックネットワークにおいて、認証処理を効率的に行なうことにある。
上記課題を解決するため、本発明は、アドホックネットワークを構成するための中継機能を搭載した無線通信端末装置であって、伝送範囲内の他の無線通信端末装置を認証する認証手段と、認証を経た他の無線通信端末装置と、ネットワーク構成に関する情報を送受信し、アドホックネットワークを構成する無線通信端末装置を認識できるネットワーク構成情報を生成するネットワーク情報生成手段と、前記ネットワーク構成情報に基づいて、自身が中継を担うと判断した場合に、共通鍵を生成する共通鍵生成手段と、前記生成した共通鍵を伝送範囲内の他の無線通信端末装置に配布する共通鍵配布手段と、他の無線通信端末装置が生成した前記共通鍵を受信すると、前記受信した共通鍵を保持するとともに、自身が中継を担うと判断した場合に、前記受信した共通鍵を伝送範囲内の他の無線通信端末装置に転送する手段とを備え、前記認証を行なった他の無線通信端末装置が伝送範囲外となった場合に、所定の時間内に当該他の無線通信端末装置がアドホックネットワークを構成する無線通信端末装置と認識されなかったときは、前記共通鍵生成手段は共通鍵を更新し、前記共通鍵配布手段は更新した共通鍵を配布することができる。
このようにすることで、いったん接続が切れた無線通信端末装置が所定の時間内にアドホックネットワークに戻った場合には共通鍵を更新する処理を省くことができる。
また、前記認証を行なった他の無線通信端末装置が伝送範囲外となった場合に、当該他の無線通信端末装置が所定の時間内に伝送範囲内となったときは、前記認証手段は、当該他の無線通信端末装置とは認証を行なわないとすることができる。これにより、認証処理が効率化される。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明におけるアドホックネットワークの概念を示す図である。本図において、不特定多数の通信端末装置１０（ノード）のうち、特定のグループに属する通信端末装置１０（Ａ１〜Ａ６）が自律分散的な無線通信により一時的な閉域通信網であるアドホックネットワークを構成している。
具体的には、通信端末装置１０（Ａ１）が通信端末装置１０（Ａ２〜Ａ４）と接続状態にあり、通信端末装置１０（Ａ４）が通信端末装置１０（Ａ１、Ａ５、Ａ６）と接続状態にある。これらは、後述するようにグループに属する通信端末装置１０同士が、それぞれの無線伝送範囲に含まれた場合に接続状態になるものとする。これにより、通信端末装置１０（Ａ１〜Ａ６）は、グループ内における相互の通信が可能となっている。例えば、通信端末装置１０（Ａ２）は、通信端末装置１０（Ａ６）と接続状態にないが、通信端末装置１０（Ａ１）と通信端末装置１０（Ａ４）とを中継して通信端末装置１０（Ａ６）と通信することができる。
本発明は、このようなグループ内におけるセキュリティを確保するものであり、例えば、グループに属さない通信端末装置１０（Ｂ１）が、通信端末装置１０（Ａ１）の無線伝送範囲に入った場合であっても、アドホックネットワークへの接続を許可しないようにする。すなわち、本発明では、アドホックネットワークへの接続に際して、相互認証を行ない、認証された通信端末装置のみがアドホックネットワークに参加できる。
さらに、本発明では、アドホックネットワーク内における通信データの保護のため、通信データは暗号化を施して送信する。この暗号化および復号に用いる鍵は共通鍵としてアドホックネットワークに接続している通信端末装置１０のすべてが共有することになる。この鍵はアドホックネットワーク内に１または複数個存在し、本明細書においてアドホック鍵と称するものとする。本発明は、アドホックネットワークにおいて、各通信端末装置１０がアドホック鍵を共有するための技術を提供するものである。
ここで、アドホック鍵は、後述するＭＰＲ（MultiPoint Relays）ノードがそれぞれ独自に生成してアドホックネットワーク内に配布する。このため、アドホックネットワーク内には、ＭＰＲノードの数分の種類のアドホック鍵が存在し、それぞれの通信端末装置１０で共有されることになる。各アドホック鍵には、識別子が付されており、どのアドホック鍵を用いて暗号化を行なったかの識別ができるようになっている。
なお、各通信端末装置１０は、アドホック鍵以外にも、ノード間鍵、サークル内鍵を管理して、通信端末装置１０同士、あるいは、通信端末装置１０の伝送可能範囲内（「サークル内」と称する）における通信の暗号化を行なう。特に、サークル内鍵は、アドホック鍵の配布の際にも用いられる。
ここで、例えば、通信端末装置１０（Ａ１）のサークル内鍵は、通信端末装置１０（Ａ１）が生成し、通信端末装置１０（Ａ１）との相互認証を終えた通信端末装置１０、図１の例でいえば、通信端末装置１０（Ａ２〜Ａ４）に配布され、それぞれの通信端末装置１０（Ａ１〜Ａ４）で共有される。したがって、図１の例では、Ａ１〜Ａ６の合計６つのサークル内鍵が存在することになる。
また、ノード間鍵は、相互認証を行なった通信端末装置１０同士が共有する鍵である。したがって、図１の例では、Ａ１−Ａ２、Ａ１−Ａ３、Ａ１−Ａ４、Ａ４−Ａ５、Ａ４−Ａ６の６つのノード間鍵が存在することになる。
なお、ノード間鍵、サークル内鍵、アドホック鍵は、それぞれ通信データを暗号化する暗号鍵だけでなく、データの完全性を保証する完全性保証鍵など、用途別の鍵を複数含むことができるものとする。
図２は、本発明における通信端末装置１０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。本図に示すように、通信端末装置１０は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、入出力制御装置１０３、液晶ディスプレイ等の表示装置１０４、ポインティングデバイス、ボタンキー等の入力装置１０５、無線モジュール１０６を備えて構成される。このような構成を備えた通信端末装置としては、例えば、携帯型情報処理装置、携帯電話等が代表的である。もちろん、通信端末装置１０のハードウェア構成は、これに限られるものではない。
無線モジュール１０６は、所定の無線ＬＡＮ、例えば、IEEE 802.11 : ANSI/IEEE Std 802.11 1999 Edition（http://www.ieee.org）等により標準化が進められている仕様に対応した無線通信を行なう。ただし、無線モジュール１０６は、他の無線仕様、例えば、携帯電話網を使用する無線仕様で通信を行なうものであってもよい。
ここで、通信端末装置１０の機能構成を説明する前に、アドホックネットワークにおけるルーティング方式の概要について説明する。アドホックネットワークのルーティング方式については、ＩＥＴＦ ＭＡＮｅｔ（Mobile Ad Hoc Networking）において、標準化が検討されているが、ここでは提案されている方式の１つであるＯＬＳＲ（Optimized Link State Routing）方式を例に説明する。ＯＬＳＲ方式は、いわゆるＰｒｏａｃｔｉｖｅ型のルーティング方式である。なお、ＯＬＳＲ方式については、http://www.ietf.org/rfc/rfc3626.txtに詳述されている。ただし、本発明は、この方式に限られず、その他のＰｒｏａｃｔｉｖｅ型、あるいは、Ｒｅａｃｔｉｖｅ型、ハイブリッド型等のルーティング方式に適用することができる。
ＯＬＳＲ方式において、各通信端末装置１０は、制御メッセージとしてＨｅｌｌｏメッセージを、例えば、２秒毎に自律的にブロードキャスト配信する。ここで、Ｈｅｌｌｏメッセージには、発信元の識別子、直接（１ホップ）通信可能な隣接ノードのリスト、および、次に説明するＭＰＲノードリストが含まれるものとする。このＨｅｌｌｏメッセージは、伝送範囲内に存在する他の通信端末装置１０で受信される。なお、相互認証についてはここでは触れないものとする。
Ｈｅｌｌｏメッセージを受信した他の通信端末装置１０は、Ｈｅｌｌｏメッセージを参照し、自身は直接通信を行なうことはできないが、Ｈｅｌｌｏメッセージの送信元ノードに転送してもらえば間接的に通信できるノードがある場合には、その送信元ノードをＭＰＲノードとして識別する。そして、次に送信すべきＨｅｌｌｏメッセージに、ＭＰＲノードとして識別したノードをＭＰＲノードリストに付加して送信する。
例えば、図１において、通信端末装置１０（Ａ２）は、通信端末装置１０（Ａ３)とは直接的には通信を行なうことができないが、通信端末装置１０（Ａ１）を介して間接的に通信を行なうことができる。この場合、通信端末装置１０（Ａ１）からのＨｅｌｌｏメッセージによって、通信端末装置１０（Ａ２）にとって通信端末装置１０（Ａ１）は、ＭＰＲノードであると識別され、通信端末装置１０（Ａ２）から送信されるＨｅｌｌｏメッセージのＭＰＲノードリストに通信端末装置１０（Ａ１）の識別子、例えば、ＩＰアドレスが含められる。
図４（ａ）は、Ｈｅｌｌｏメッセージのフォーマットの一例を示す図である。本図の例においてＨｅｌｌｏメッセージ４００は、Ｈｅｌｌｏメッセージであることを示すメッセージ種別４０１、送信元である通信端末装置１０を識別するための送信元ノードＩＤ４０２、１ホップ隣接ノードリスト４０３、自身にとってのＭＰＲノードのリストであるＭＰＲノードリスト４０４、メッセージの内容の完全性を保証するＭＡＣ（Message Authentic Code）４０５を含んで構成される。送信元ノードＩＤ４０２としては、例えば、ＩＰアドレスを用いることができる。また、１ホップ隣接ノードリスト４０３、ＭＰＲノードリスト４０４においてもＩＰアドレスでリストに含められる各ノードを識別することができる。
また、ＭＰＲとなった通信端末装置１０は、Ｈｅｌｌｏメッセージに加え、Ｔｃ（Topology Control）メッセージを、例えば、５秒毎に自律的にブロードキャスト送信する。ここで、Ｔｃメッセージには、アドホックネットワーク内でＭＰＲとなったノードのリストであるＭＰＲノードリストが含まれるものとする。なお、自通信端末装置１０がＭＰＲとなったか否かは、他の通信端末装置１０から送られてきたＨｅｌｌｏメッセージを参照することで判断することができる。
Ｔｃメッセージを受信したＭＰＲノードは、このＴｃメッセージを隣接するノードに転送する。このとき、必要に応じて、ＭＰＲノードリストに自身の識別子、例えば、ＩＰアドレスを付加して転送する。
また、Ｔｃメッセージを受信した各通信端末装置１０は、Ｔｃメッセージに基づいて、ルーティングテーブルを生成・更新する。これにより、各通信端末装置１０は、アドホックネットワークのトポロジーを把握することができ、ルーティングテーブルにしたがって、アドホックネットワーク内の通信データの配信を制御する。
図３は、本発明における通信端末装置１０の機能構成の一例を示すブロック図である。これらの機能部は、メモリ１０２に記録されたプログラムコード、データ等にしたがってＣＰＵ１０１が処理を行なうことにより通信端末装置１０上に仮想的に構成される。
本図に示すように通信端末装置１０は、通信制御処理部１１０、ＩＤ記憶部１２０、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０、認証用鍵記憶部１４０、ポリシー記憶部１５０を備えている。
通信制御処理部１１０は、送受信制御処理、アドホック接続制御処理、相互認証処理、鍵生成管理処理、暗号処理等を行なう。ＩＤ記憶部１２０は、通信端末装置１０を識別するための識別情報を記憶する。識別情報として、例えば、ＩＰアドレス、ＭＡＣアドレス等を用いることができる。アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０は、アドホックネットワークを構成するために必要な情報を記憶する。認証用鍵記憶部１４０は、通信端末装置１０同士の相互認証処理の際に用いられる鍵であり、例えば、公開鍵、秘密鍵、認証局公開鍵を含む公開鍵暗号方式の鍵を用いることができる。また、ＡＥＳ等の共通暗号方式の鍵を用いるようにしてもよい。ポリシー記憶部１５０は、送受信制御処理、アドホック接続制御処理、相互認証処理、鍵生成管理処理、暗号処理等に関して通信制御処理部１１０が参照するポリシーを記録する。
アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０は、自ノード情報１３１、ＭＰＲノード情報１３２、直接ノード情報１３３、間接ノード情報１３４を記憶する。
図５（ａ）は、自ノード情報１３１で管理する情報の一例を示す図である。自ノード情報１３１では、通信端末装置１０自身に関する情報を管理する。
本図の例では、自ノード情報１３１は、ノードＩＤ１３１ａ、ＭＰＲフラグ１３１ｂ、アドホック鍵１３１ｃ、アドホック鍵識別子１３１ｄ、アドホック鍵生成時刻１３１ｅ、サークル内鍵１３１ｆ、サークル内鍵生成時刻１３１ｇを記憶して管理する。
ノードＩＤ１３１ａは、通信端末装置１０の識別子であり、例えば、ＩＰアドレスを用いることができる。ＭＰＲフラグ１３１ｂは、自身がＭＰＲノードとなっているかどうかを示すフラグである。アドホック鍵１３１ｃは、自身が生成したアドホック鍵を記憶する。アドホック鍵識別子１３１ｄは、アドホック鍵を識別するためのアドホック鍵識別子を記憶する。アドホック鍵識別子は、例えば、ノードＩＤ、アドホック鍵生成時刻などの情報の一部あるいは全部を含み、アドホックネットワーク全体で一意に判断できる識別ルールに基づいて設定することができる。アドホック鍵生成時刻１３１ｅは、アドホック鍵を生成した時刻を記憶する。サークル内鍵１３１ｆは、自身が生成したサークル内鍵を記憶する。サークル内鍵１３１ｇは、サークル内鍵を生成した時刻を記憶する。
自ノード情報１３１には、これ以外の情報、例えば、自ノードの状態を示すステータス情報等を含めるようにしてもよい。
図５（ｂ）は、ＭＰＲノード情報１３２で管理する情報の一例を示す図である。ＭＰＲノード情報１３２では、アドホックネットワーク内に存在しているＭＰＲノードに関する情報をＭＰＲノード単位のリスト形式で管理する。なお、ＭＰＲノードは、Ｔｃメッセージの生成元となるノードである。
本図の例では、ＭＰＲノード情報１３２は、ノードＩＤ１３２ａ、経由ＭＰＲノード１３２ｂ、ホップ数１３２ｃ、アドホック鍵１３２ｄ、アドホック鍵識別子１３２ｅ、アドホック鍵生成時刻１３２ｆを記憶して管理する。
ノードＩＤ１３２ａは、ＭＰＲの識別子であり、例えば、ＩＰアドレスを用いることができる。経由ＭＰＲノード１３２ｂは、そのＭＰＲノードにデータを送信する際に、転送を依頼するＭＰＲノードの識別子である。ホップ数１３２ｃは、自通信端末装置１０からそのＭＰＲノードまでのホップ数を記憶する。アドホック鍵１３２ｄは、そのＭＰＲノードが生成したアドホック鍵を記憶する。アドホック鍵識別子１３２ｅは、そのＭＰＲノードが生成したアドホック鍵の識別子を記憶する。アドホック鍵生成時刻１３２ｆは、そのアドホック鍵の生成時刻を記憶する。
ＭＰＲノード情報１３２には、これ以外の情報、例えば、ＭＰＲノードの状態を示すステータス情報等を含めるようにしてもよい。
ここでは、各鍵について最新の鍵を格納するしているが、それぞれの鍵を識別できるようにする限り、過去の鍵を含めて複数個の鍵を格納するようにしてもよい。
図６（ａ）は、直接ノード情報１３３で管理する情報の一例を示す図である。直接ノード情報１３３では、自ノードと１ホップで直接的に通信を行なえる隣接ノードに関する情報をノード単位のリスト形式で管理する。なお、隣接ノードとは、相互認証を行なった上で接続を行なう。
本図の例では、直接ノード情報１３３は、ノードＩＤ１３３ａ、ＭＰＲ認識フラグ１３３ｂ、証明情報１３３ｃ、ノード間鍵１３３ｄを記憶して管理する。
ノードＩＤ１３３ａは、隣接ノードの識別子であり、例えば、ＩＰアドレスを用いることができる。ＭＰＲ認識フラグ１３３ｂは、その隣接ノードが自通信端末装置１０をＭＰＲノードとしてみなしているかどうかを示すフラグである。証明情報１３３ｃは、その隣接ノードとの相互認証に関する情報である。ノード間鍵１３３ｄは、その隣接ノードとの間で共有した鍵である。ノード間鍵１３３ｄは相互認証の際に生成される。
直接ノード情報１３３には、これ以外の情報、例えば、ノード間の状態を示すステータス情報等を含めるようにしてもよい。
図６（ｂ）は、間接ノード情報１３４で管理する情報の一例を示す図である。間接ノード情報１３４では、自ノードと間接的に通信を行なえる間接ノードに関する情報をノード単位のリスト形式で管理する。なお、間接ノードとは、ＭＰＲノードを介して通信を行なう。
本図の例では、間接ノード情報１３４は、ノードＩＤ１３４ａ、経由ＭＰＲノード１３４ｂ、ホップ数１３４ｃ、証明情報１３４ｄを記憶して管理する。
ノードＩＤ１３４ａは、間接ノードの識別子であり、例えば、ＩＰアドレスを用いることができる。経由ＭＰＲノード１３４ｂは、その間接ノードにデータを送信する際に、転送を依頼するＭＰＲノードの識別子である。経由ＭＰＲノードは直接ノードであり、複数あってもよい。ホップ数１３４ｃは、自通信端末装置１０からその間接ノードまでのホップ数を記憶する。証明情報１３４ｄは、その間接ノードに対してＭＰＲノードとなっている通信端末装置１０が送信するＴｃメッセージに含まれるＭＡＣ等の証明データである。これによって、間接ノードの正当性が間接的に保証される。
間接ノード情報１３４には、これ以外の情報、例えば、間接ノードの状態を示すステータス情報等を含めるようにしてもよい。
なお、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０のデータの構成は、ルーティング方式によって異なるため、アドホックネットワークで採用するルーティング方式に対応させるものとする。
各通信端末装置１０は、アドホックネットワーク内でデータ通信を行なう場合には、ＭＰＲノード情報１３２に記録しているアドホック鍵のうち、いずれかの鍵を用いて送信データを暗号化し、どのアドホック鍵を用いたかを示す鍵識別子をメッセージに含めて、ブロードキャスト配信する。
どの鍵を用いるかについては、例えば、ポリシー記憶部１５０に鍵選択ポリシーとして記録しておくようにする。鍵選択ポリシーは、例えば、最新の鍵を選択するポリシーとすることができる。このとき、アイドリング時間Ｗをさらに定め、
アドホック鍵選択のタイミングから時間Ｗより前に配信されたアドホック鍵の中で、最新の鍵を選ぶようなポリシーを用いることもできる。ここで、Ｗが「０」であれば、最新の鍵が選ばれることになる。
図４（ｃ）は、データ通信メッセージ４２０のフォーマットの一例を示す図である。本図の例においてデータ通信メッセージ４２０は、データ通信メッセージであることを示すメッセージ種別４２１、暗号化に用いたアドホック鍵を特定するためのアドホック鍵識別子４２２、送信データであるメッセージ４２３、メッセージの内容の完全性を保証するＭＡＣ４２４を含んで構成される。
これらのうち、メッセージ４２３、ＭＡＣコード４１８については、アドホック鍵識別子で示されるアドホック鍵を用いて暗号化される。なお、図示していないが、データ通信メッセージには、送信先となる通信端末装置１０のＩＰアドレス、グループ識別子、送信元となる通信端末装置１０のＩＰアドレス等の制御情報が含まれる。
次に、通信端末装置１０における通信制御処理について図７のフロー図を参照して説明する。
本処理では、タイマによりＨｅｌｌｏメッセージとＴｃメッセージの送信を制御する。すなわち、ＨｅｌｌｏメッセージおよびＴｃメッセージの送信間隔を、それぞれ、２秒および５秒とすると、Ｈｅｌｌｏタイマを２秒に設定し、Ｔｃタイマを５秒に設定して、それぞれの間隔でタイマアップイベントが発生するようにする（Ｓ１０１）。
そして、イベントの発生を待つ（Ｓ１０２）。イベントとしては、タイマアップイベントの他、他の通信端末装置１０からのメッセージ受信等があげられる。
通信端末装置１０は、イベントの発生を検知すると（Ｓ１０２：Ｙ）、そのイベントに応じた処理を行なう。
すなわち、発生したイベントがＨｅｌｌｏタイマのタイマアップイベントの場合には、Ｈｅｌｌｏメッセージを生成し、ブロードキャスト配信を行なう（Ｓ１０３）。Ｈｅｌｌｏメッセージは、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０に記録された情報に基づいて生成することができる。そして、Ｈｅｌｌｏタイマをリセットして（Ｓ１０４）、次のイベントの発生を待つ（Ｓ１０２）。
また、発生したイベントがＴｃタイマのタイマアップイベントの場合には、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０の自ノード情報１３１を参照して、自身がＭＰＲノードであるかどうかを判断する（Ｓ１０５）。この結果、ＭＰＲノードでない場合には、Ｔｃタイマをリセットして（Ｓ１０７）、次のイベントの発生を待つ（Ｓ１０２）。一方、ＭＰＲノードの場合にはＴｃメッセージを生成し、ブロードキャスト配信を行なう（Ｓ１０６）。そして、Ｔｃタイマをリセットして（Ｓ１０７）、次のイベントの発生を待つ（Ｓ１０２）。
ここで、Ｔｃメッセージについて説明する。図４（ｂ）は、Ｔｃメッセージのフォーマットの一例を示す図である。本図の例においてＴｃメッセージ４１０は、Ｔｃメッセージであることを示すメッセージ種別４１１、Ｔｃメッセージの送信元のノードを示す送信元ノードＩＤ４１２、Ｔｃメッセージの生成元のノードを示す生成元ノードＩＤ４１３、Ｔｃメッセージの生成元ノードにおける直接ノードのリスト４１４、アドホック鍵４１５、アドホック鍵識別子４１６、アドホック鍵生成時刻４１７、メッセージの内容の完全性を保証するＭＡＣ４１８を含んで構成される。
これらのうち、生成元ノードＩＤ４１３、生成元ノードにおける直接ノードのリスト４１４、アドホック鍵４１５、アドホック鍵識別子４１６、アドホック鍵生成時刻４１７、ＭＡＣコード４１８については、送信元ノードのサークル内鍵を用いて暗号化される。
ＭＰＲとなった通信端末装置１０は、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０に記録された情報に基づいてＴｃメッセージを生成することができる。
次に、ＭＰＲノードにおけるアドホック鍵の生成について説明する。他の通信端末装置１０からのＨｅｌｌｏメッセージ受信により、ＭＰＲノードとなったことを知った通信端末装置１０は、所定の規則にしたがって、アドホック鍵およびアドホック鍵識別子を生成する。そして、生成したアドホック鍵、アドホック鍵識別子およびアドホック鍵生成時刻をアドホックネットワーク管理情報記憶部１３０の自ノード情報１３１に記録する。また、ＭＰＲフラグ１３１ｂをオンにする。アドホック鍵およびアドホック鍵識別子を生成する規則は、例えば、ポリシー記憶部１５０に、鍵生成ポリシーとして記録しておくようにする。
その後は、Ｔｃタイマのタイマアップをトリガーとして、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０を参照して、Ｔｃメッセージを生成するための情報を取得する。そして、自身のサークル内鍵で暗号化を施したＴｃメッセージを生成し、ブロードキャスト配信を行なう。これにより、サークル内に自身のアドホック鍵を安全に配布することができる。なお、後述するが、Ｔｃメッセージを受信した他のＭＰＲノードは、復号したＴｃメッセージを自身のサークル内鍵で暗号化して、自身のサークル内に転送する。これを繰り返すことにより、それぞれのＭＰＲノードが生成したアドホック鍵をアドホック鍵識別子とともに、アドホックネットワークを構成するすべての通信端末装置１０が安全に共有することができるようになる。
図７に戻って、発生したイベントが他の通信端末装置１０からのメッセージ受信の場合には、その通信端末装置１０が認証済の通信端末装置１０であるかどうかを判断する（Ｓ１０８）。その通信端末装置１０が認証済かどうかは、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０の直接ノード情報１３３を参照することで判別することができる。
その結果、未承認の通信端末装置１０であった場合には（Ｓ１０８：Ｎ）、そのメッセージがＨｅｌｌｏメッセージであるどうかを調べる（Ｓ１０９）。Ｈｅｌｌｏメッセージでない場合には、未承認通信端末装置１０からのメッセージであるとして、受信したメッセージを廃棄する（Ｓ１１２）。一方、Ｈｅｌｌｏメッセージであった場合には、その未承認通信端末装置１０との間で相互認証を行なう（Ｓ１１０）。
相互認証は、双方の通信端末装置１０が相手を確認した段階で開始するようにしてもよいし、一方の通信端末装置１０が相手を認識した段階で開始するようにしてもよい。どのような手順により相互認証を行なうかは、認証ポリシーとしてポリシー記憶部１５０に記録しておくことができる。認証ポリシーには、さらに、再認証を行なうインターバル時間、認証継続回数、認証レベル等を記録しておくことができる。
また、認証処理はＩＳＯ／ＩＥＣ９７９８に詳述されるように、複数回のメッセージの交換によって実現される。よって、相互認証（Ｓ１１０）は、実際には、通信端末装置１０間の複数回のメッセージのやり取りで行なわれる。
図８（ａ）は、相互認証の際にやりとりされる認証メッセージの一例を示す図である。本図の例では、認証メッセージ５００は、認証メッセージであることを示すメッセージ種別５０１、認証メッセージの送信元の通信端末装置１０を識別するための送信者ノードＩＤ５０２、認証相手の通信端末装置１０を識別するための認証相手ノードＩＤ５０３、送信元の通信端末装置１０が生成した乱数５０４、送信者公開鍵証明書５０５、認証コード５０６、メッセージの内容の完全性を保証するＭＡＣ５０７を含んで構成される。ここで、認証コード５０６は、認証相手が生成した乱数に対して、送信元の通信端末装置１０が秘密鍵情報で生成したコードである。送信者ノードＩＤ５０２、認証相手ノードＩＤ５０３としては、例えば、ＩＰアドレスを用いることができる。
相互認証の結果、通信相手の認証ができなかった場合には（Ｓ１１１：Ｎ）、グループ外の通信端末装置１０であるとして、アドホックネットワークへの接続を許可せず、受信したＨｅｌｌｏメッセージを廃棄する（Ｓ１１２）。これにより、グループ外の通信端末装置１０がアドホックネットワークに接続することを防止することができる。
また、認証結果を認証ポリシーに反映し、認証に失敗した通信端末装置１０と再び認証を試みるまでの条件を設定することができる。具体的には、認証が失敗した後は、一定期間はＨｅｌｌｏメッセージを受信しても認証を行なわない等の条件である。
相互認証の結果、通信相手の認証ができた場合には（Ｓ１１１：Ｙ）、グループに含まれる通信端末装置１０であるとして、アドホックネットワークへの接続を許可し、通信端末装置１０間で、ノード間鍵、および、サークル内鍵の交換を行なう（Ｓ１１３）。また、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０に必要な情報を登録する。
図８（ｂ）は、相互認証の後にやりとりされる鍵交換メッセージの一例を示す図である。本図の例では、鍵交換メッセージは、鍵交換メッセージであることを示すメッセージ種別５１１、鍵交換メッセージの送信元の通信端末装置１０を識別するための送信者ノードＩＤ５１２、鍵交換メッセージの送信先の通信端末装置１０を識別するための受信者ノードＩＤ５１３、ノード間鍵５１４、サークル内鍵５１５、ノード間再認証鍵５１６、メッセージの内容の完全性を保証するＭＡＣ５１７を含んで構成される。
これらのうち、ノード間鍵５１４、サークル内鍵５１５、ノード間再認証鍵５１６、ＭＡＣ５１７は、例えば、受信側の通信端末装置１０の公開鍵を用いて暗号化される。また、送信者ノードＩＤ５１２、受信者ノードＩＤ５１３は、例えば、ＩＰアドレスを用いることができる。
これにより、伝送可能範囲内に存在するグループに属する通信端末装置１０にサークル内鍵を安全に配布することができる。
なお、図７の例では、いったん相互認証を完了したら、その後は、認証処理は起動されないが、認証は定期的なタイミング、あるいは各端末が必要と認識したタイミングで自律的には開始することができる。この際、再認証には、最初の認証の際に共有した再認証鍵を用いる。これらの規則については、ポリシー記憶部１５０に認証ポリシーあるいは再認証ポリシーとして記録しておくことができる。
発生したイベントが認証済みの他の通信端末装置１０からのメッセージ受信の場合には（Ｓ１０８：Ｙ）、メッセージ種別を参照して、そのメッセージに対応した処理を行なう（Ｓ１１５）。
すなわち、そのメッセージがＨｅｌｌｏメッセージであれば、必要に応じてアドホックネットワーク管理情報記憶部１３０を更新する。また、そのメッセージがＴｃメッセージであれば、必要に応じてアドホックネットワーク管理情報記憶部１３０を更新するとともに、自身がＭＰＲノードであれば、受信したＴｃメッセージを隣接するノードに転送する。
また、受信したメッセージがデータ通信メッセージの場合には、データ通信メッセージの制御情報の送信先を参照する。そして、送信先が他の通信端末装置１０を示している場合には、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０を参照して、他のノードに転送を依頼する。
一方、送信先が自身の通信端末装置１０を示している場合には、データ通信メッセージを取り込み、アドホック鍵識別子４２２に示されているアドホック鍵を用いて、暗号化されているメッセージ４２３部分を復号する。
ところで、通信端末装置１０が新規にアドホックネットワークに加わる場合には、上述のように相互認証を経て、鍵情報が配布される。一方、アドホックネットワークを構成している通信端末装置１０が移動等によりアドホックネットワークから離脱する場合がある。
このような場合、アドホックネットワークにおけるセキュリティ状態を維持するためには、離脱した通信端末装置１０に関わる鍵を無効にして、更新する必要が生じる。
通信端末装置１０の移動が激しいアドホックネットワークでは、新規接続による相互認証および離脱による鍵情報の更新に伴うセキュリティ処理の負荷が増大することになる。
この負荷を軽減するために、本発明では、離脱許可時間などの緩和条件を設定し、緩和条件の範囲であれば、アドホックネットワークからの離脱ではなく、アドホックネットワーク内の移動とみなして、鍵などのセキュリティ情報の更新を行なわないようにすることができる。
ここでは、図１において通信端末装置１０（Ａ１）と接続している通信端末装置１０（Ａ２）が移動した結果、通信端末装置１０（Ａ１）との接続が切れ、通信端末装置１０（Ａ３）との接続が発生する場合を例に説明する。
各通信端末装置１０は、あらかじめ緩和条件として離脱許可時間をそれぞれ設定しておく。ここでは、通信端末装置１０（Ａ１）の離脱許可時間をＴ１とし、通信端末装置１０（Ａ３）の離脱許可時間をＴ３とする。なお、離脱許可時間は、例えば、緩和ポリシーとしてポリシー記憶部１５０に記録しておくようにする。
緩和ポリシーには、離脱許可時間以外にも、認証のレベル、アイドリング時間等についても記録しておくことができる。
通信端末装置１０（Ａ１）と接続している通信端末装置１０（Ａ２）が移動等した結果、通信端末装置１０（Ａ１）が通信端末装置１０（Ａ２）の伝送可能範囲外となると、通信端末装置１０（Ａ１）に、通信端末装置１０（Ａ２）が定期的に送信するＨｅｌｌｏメッセージが届かなくなる。これにより、通信端末装置１０（Ａ１）は、通信端末装置１０（Ａ２）が離脱したことを知ることができる。この時点から、通信端末装置１０（Ａ１）は、通信端末装置１０（Ａ２）の離脱がアドホックネットワーク内の移動による一時的なものかどうかを判別するために時間Ｗのカウントを開始する。
そして、時間Ｗが離脱許可時間Ｔ１を超えた場合には、一時的な離脱ではないと判断して、セキュリティ情報を更新する。具体的には、通信端末装置１０（Ａ１）のサークル内鍵、アドホック鍵の更新を行ない、隣接ノードとの相互認証を再度行なう。また、通信端末装置１０（Ａ２）がＭＰＲノードであった場合には、通信端末装置１０（Ａ２）からのＴｃメッセージが届かなくなるため、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０のＭＰＲノード情報１３２における通信端末装置１０（Ａ２）に関する情報を削除する。
一方、通信端末装置１０（Ａ２）が移動等した結果、通信端末装置１０（Ａ３）が通信端末装置１０（Ａ２）の伝送可能範囲内となると、通信端末装置１０（Ａ３）に、通信端末装置１０（Ａ２）が送信するＨｅｌｌｏメッセージが届くようになる。これにより、通信端末装置１０（Ａ３）は、通信端末装置１０（Ａ２）が移動してきたことを知ることができる。
通信端末装置１０（Ａ３）は、通信端末装置１０（Ａ１）からのＨｅｌｌｏメッセージ、または、Ｔｃメッセージにより、通信端末装置１０（Ａ２）が通信端末装置１０（Ａ１）から離脱したことを既に知っている。そこで、通信端末装置１０（Ａ３）は、通信端末装置１０（Ａ２）が離脱してから移動してきたことを検知するまでの時間Ｕを算出する。
この時間Ｕが、緩和条件の離脱許可時間Ｔ２以下であれば、一時的な離脱であると判断して、通信端末装置１０（Ａ３）は、通信端末装置１０（Ａ２）との相互認証は行なわず、通信端末装置１０（Ａ３）が所有しているセキュリティ情報、具体的には、通信端末装置１０（Ａ３）のサークル内鍵、アドホック鍵等を通信端末装置１０（Ａ２）に配布する。これにより、相互認証処理の負荷を軽減することができる。
一方、時間Ｕが、緩和条件の離脱許可時間Ｔ２を超えている場合には、一時的な離脱ではないと判断して、通信端末装置１０（Ａ３）は、通信端末装置１０（Ａ２）との相互認証を行なった上で、セキュリティ情報の配信を行なう。
そして、通信端末装置１０（Ａ３）は、Ｈｅｌｌｏメッセージ、Ｔｃメッセージの送信により、通信端末装置１０（Ａ２）が隣接ノードになったことをアドホックネットワーク内に通知する。
通信端末装置１０（Ａ１）は、通信端末装置１０（Ａ２）が通信端末装置１０（Ａ３）の隣接ノードになったことを検知すると、その時点での時間Ｗと緩和条件の離脱許可時間Ｔ１とを比較する。
その結果、時間Ｗが、離脱許可時間Ｔ１内の場合には、通信端末装置１０（Ａ２）の離脱が一時的なものであると判断して、セキュリティ情報の更新は行なわず、ネットワーク構成に関する更新として、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０の直接ノード情報１３３から通信端末装置１０（Ａ２）を削除し、間接ノード情報１３４に通信端末装置１０（Ａ２）を追加する。
一方、時間Ｗが、離脱許可時間Ｔ１を超えている場合には通信端末装置１０（Ａ２）の離脱が一時的なものでないと判断して、上述のように、セキュリティ情報を更新する。すなわち、隣接ノードとの相互認証を再度行ない、通信端末装置１０（Ａ１）のサークル内鍵、アドホック鍵の更新を行なう。また、通信端末装置１０（Ａ２）がＭＰＲノードであった場合には、通信端末装置１０（Ａ２）からのＴｃメッセージが届かなくなるため、アドホックネットワーク管理情報記憶部１３０のＭＰＲノード情報１３２における通信端末装置１０（Ａ２）に関する情報を削除する。
すなわち、移動した通信端末装置１０と接続していた通信端末装置（上記の例における通信端末装置１０（Ａ１））は、離脱時間が離脱許可時間以内であれば、セキュリティ情報の更新は行なわず、ネットワーク構成に関する情報を更新する。一方、離脱時間が離脱許可時間を超えていれば、セキュリティ情報を更新したえうで、ネットワーク構成に関する情報を更新する。なお、ここでは、離脱時間が離脱許可時間内であればセキュリティ情報の更新を行なわないようにしているが、例えば、サークル内鍵だけを更新する等のセキュリティ情報の一部を更新するようにしてもよい。
また、移動してきた通信端末装置１０と接続する通信端末装置１０（上記の例における通信端末装置１０（Ａ３））は、離脱時間が離脱許可時間以内であれば、相互認証を行なわず、鍵の配布等のセキュリティ情報、および、ネットワーク構成に関する情報を更新する。一方、離脱時間が離脱許可時間を超えていれば、相互認証を行なったうえで、セキュリティ情報、および、ネットワーク構成に関する情報を更新する。
以上のように、本発明によれば、アドホックネットワーク内で共通の暗号鍵を共有することができる。また、本発明によれば、アドホックネットワークにおいて、認証処理を効率的に行なうことができる。
本発明におけるアドホックネットワークの概念を示す図である。 通信端末装置１０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 通信端末装置１０の機能構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）は、Ｈｅｌｌｏメッセージのフォーマットの一例を示す図である。（ｂ）は、Ｔｃメッセージのフォーマットの一例を示す図である。（ｃ）は、データ通信メッセージ４２０のフォーマットの一例を示す図である。 （ａ）は、自ノード情報１３１で管理する情報の一例を示す図である。（ｂ）は、ＭＰＲノード情報１３２で管理する情報の一例を示す図である。 （ａ）は、直接ノード情報１３３で管理する情報の一例を示す図である。（ｂ）は、間接ノード情報１３４で管理する情報の一例を示す図である。 通信端末装置１０における通信制御処理について説明するフロー図である。 （ａ）は、相互認証の際にやりとりされる認証メッセージの一例を示す図である。（ｂ）は、相互認証の後にやりとりされる鍵交換メッセージの一例を示す図である。
符号の説明
１０…通信端末装置、１０１…ＣＰＵ、１０２…メモリ、１０３…入出力制御装置、１０４…表示装置、１０５…入力装置、１０６…無線モジュール、１１０…通信制御処理部、１２０…ＩＤ記憶部、１３０…アドホックネットワーク管理情報記憶部、１３１…自ノード情報、１３２…ＭＰＲノード情報、１３３…直接ノード情報、１３４…間接ノード情報、１４０…認証用鍵記憶部、１５０…ポリシー記憶部

Claims (2)

  1. アドホックネットワークを構成するための中継機能を搭載した無線通信端末装置であって、
    伝送範囲内の他の無線通信端末装置を認証する認証手段と、
    認証を経た他の無線通信端末装置と、ネットワーク構成に関する情報を送受信し、アドホックネットワークを構成する無線通信端末装置を認識できるネットワーク構成情報を生成するネットワーク情報生成手段と、
    前記ネットワーク構成情報に基づいて、自身が中継を担うと判断した場合に、共通鍵を生成する共通鍵生成手段と、
    前記生成した共通鍵を伝送範囲内の他の無線通信端末装置に配布する共通鍵配布手段と、
    他の無線通信端末装置が生成した前記共通鍵を受信すると、前記受信した共通鍵を保持するとともに、自身が中継を担うと判断した場合に、前記受信した共通鍵を伝送範囲内の他の無線通信端末装置に転送する手段とを備え、
    前記認証を行なった他の無線通信端末装置が伝送範囲外となった場合に、所定の時間内に当該他の無線通信端末装置がアドホックネットワークを構成する無線通信端末装置と認識されなかったときは、前記共通鍵生成手段は共通鍵を更新し、前記共通鍵配布手段は更新した共通鍵を配布することを特徴とする無線通信端末装置。
  2. 請求項１に記載の無線通信端末装置であって、
    前記認証を行なった他の無線通信端末装置が伝送範囲外となった場合に、当該他の無線通信端末装置が所定の時間内に伝送範囲内となったときは、前記認証手段は、当該他の無線通信端末装置とは認証を行なわないことを特徴とする無線通信端末装置。
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