JP4953078B2

JP4953078B2 - 無線ｌａｎ端末およびその通信方法

Info

Publication number: JP4953078B2
Application number: JP2007193076A
Authority: JP
Inventors: 憲好池田
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: US20090028122A1; JP2009033301A

Description

本発明は、無線LAN（Local Area Network）端末、とくに暗号化データを無線で相互通信をする無線LAN端末およびその通信方法に関するものである。

従来から、LANシステムでは、LAN端末やLAN基地局などのLAN機器同士が通信する場合に、そのセキュリティ機能として、双方だけが知る秘密鍵を共有して、この秘密鍵を使用して生成された暗号化データを有線や無線の通信回線を介して通信することができる。

たとえば、無線LANシステムでは、IEEE802.11i規格に定義される4WAYハンドシェイクにより乱数交換を行い、取得した乱数に基づいて秘密鍵を生成することができる。

この無線LANシステムによれば、通信する機器同士は、接続開始時に、あらかじめ事前共有鍵を共有化し、4つのEAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN)と呼ばれるフレームを用いて、4つのメッセージのやり取り、すなわち、4WAYハンドシェイクによって秘密鍵の生成に必要なパラメータ（乱数）を送り合うことにより乱数を共有化して、乱数および事前共有鍵などに基づいて秘密鍵PTK Pairwise Transient Key）を両方の機器で生成して共有化することができる。

とくに、無線LAN機器同士が無線LAN基地局を介さずに無線信号を直接、やり取りして相互接続するアドホックモードで動作する場合、一方の無線LAN機器を無線LAN基地局とみなして4WAYハンドシェイクが実行された後、他方の無線LAN機器が無線LAN基地局とみなして再び4WAYハンドシェイクが実行されることにより、秘密鍵PTKを両方の機器で生成して確実に共有化する。

ところで、特許文献１に記載のデータ転送制御装置では、周辺機器とのデータ交換において、互いに4回のデータのやり取り、すなわち4WAYハンドシェイクを行うことにより、転送のタイミングを制御できるシステムが開示されている。
特開平9-198324号公報

しかしながら、従来の無線LANシステムにおいて、とくにアドホックモードで動作して、無線LAN基地局を介さずに無線LAN端末同士で無線信号を直接、やり取りして相互接続する場合、通常、処理が連続で行われるので、通信確立までの間は、無線LAN端末の処理能力がこれらの処理に占有され、その他の処理を効率よく行なえなくなってしまう。

たとえば、2回の4WAYハンドシェイク処理のうち、1回目の処理が終了するまで2回目の処理は開始できず、また、2回目の処理が終了するまで、他の処理におけるメッセージを受信できない。

本発明は、このような従来技術の欠点を解消し、アドホックモードでの送受信を効率よく処理できる無線LAN端末およびその通信方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、アドホックモードで対向無線LAN端末と直接無線通信するときに4WAYハンドシェイクを実行する無線LAN端末において、この端末は、この端末の通信状態に応じた処置を行い、4WAYハンドシェイクによるメッセージ送信をしたときにその送信完了を示す送信完了情報を発する状態処理手段と、この送信完了情報に基づき、通信状態を「受信待ち」状態にし、4WAYハンドシェイク処理の途中であっても、4WAYハンドシェイク処理以外のメッセージの送受信を可能とする状態管理手段とを含むことを特徴とする。

また、アドホックモードで無線LAN端末が対向無線LAN端末と直接無線通信するときに4WAYハンドシェイクを実行する方法おいて、この方法は、この無線LAN端末の通信状態に応じた処置を行い、4WAYハンドシェイクによるメッセージ送信をしたときにその送信完了を示す送信完了情報を発する工程と、この送信完了情報に基づき、この無線LAN端末の通信状態を「受信待ち」状態にし、4WAYハンドシェイク処理の途中であっても、4WAYハンドシェイク処理以外のメッセージの送受信を可能とする工程とを含むことを特徴とする。

本発明の無線LAN端末によれば、無線LAN端末は、通信相手である対向の無線LAN端末と直接接続するために、たとえば4WAYハンドシェイク処理をして、複数のメッセージの送受信処理を行うとき、無線LAN端末の送受信などの通信状態を管理して4WAYハンドシェイクによるメッセージ送信の後で常に「受信待ち」状態を設けることにより、他のタスクを割り込ませることができるので、多数の無線LAN端末との通信確立を並行して行うことができ、効率的な送受信処理が可能となる。

次に添付図面を参照して、本発明による無線LAN端末の実施例を詳細に説明する。たとえば本実施例の無線LAN端末10は、図１に示すように、他の無線LAN端末12と無線LAN基地局を介さずに、無線信号を送受信して無線LAN接続する無線LANシステム30に用いられるものである。なお、本発明の理解に直接関係のない部分は、図示を省略し、冗長な説明を避ける。

本実施例において、無線LANシステム30は、実際には多数の無線LAN端末10および12を含むことができるが、図１では複雑化を避けるため、二つの無線LAN端末10および12しか図示しない。また、構成は同じであるので無線LAN端末10のみについて図示し、無線LAN端末12の詳細は図示しない。

本実施例では、とくに、無線LAN端末10および12などの無線LAN機器は、通常無線LAN基地局を介して通信を行うことが一般的であるが、アドホックモードで動作して、無線LAN基地局を介さずに無線LAN端末10および12同士で無線信号を直接やり取りして相互接続することができる。このとき、無線LAN端末10は、通信相手である対向の無線LAN端末12と暗号化データ通信を行うために、無線LAN端末10および対向無線LAN端末12の双方だけが知る秘密鍵を生成して、この秘密鍵を用いて暗号化されたデータを相互に通信することができる。無線LAN端末10は、対向無線LAN端末12との鍵配送において、あらかじめ事前共有鍵を共有し、また、4WAYハンドシェイクなどの乱数交換を行って双方に共通の乱数を取得して、これらの事前共有鍵および乱数に基づいて秘密鍵を生成することができる。すなわち、無線LAN端末10および12間で1回の4WAYハンドシェイクにつき、4つのEAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN)フレームを使用することにより4回の信号のやり取りを行うことで実行される。

本実施例において、無線LAN端末10は、状態管理部14と状態解析部16と状態処理部18とを含んで構成される。

状態管理部14は、外部から受信したメッセージに応じて、無線LAN端末10における送受信の通信状態を管理するものである。状態管理部14は、「空き」状態、「受信」状態、「送信」状態および「受信待ち」状態のいずれかの状態を通信状態として保持し、「空き」または「受信待ち」の場合に限り、外部メッセージの受信を受け付ける。

状態管理部14は、受信した無線信号などのメッセージ信号100をメッセージ信号102として状態解析部16に送付する。さらに、状態管理部14は、状態解析部16から送付される解析結果情報104を受け取り、この解析結果情報104に基づき、メッセージ信号100が正常に処理できるメッセージであるか否かを判定する。ここで処理可能と判定した場合には、状態処理部18にメッセージ信号100をメッセージ情報106として送付する。

状態管理部14は、たとえば通信状態が「送信」の場合、状態処理部18からの送信完了情報108に応じて、次のメッセージ信号を受信できる通信状態にし、すなわち通信状態を「受信待ち」にする。

状態解析部16は、状態管理部14から送付されたメッセージ信号102について、たとえばディスパッチテーブルを使用して、メッセージ種別の解析を行い、この解析結果104を状態管理部14に送付する。

状態処理部18は、状態管理部14から送付されたメッセージ情報106を通信状態に応じた処理を行い、たとえば、通信状態が「送信」の場合、その処理結果に基づく受信対応メッセージ110を、無線LAN端末10の外部へ送信し、その送信完了を示す送信完了情報108を状態管理部14に送付して、次のメッセージ信号の受信が可能となったことを知らせる。

次に、本実施例における無線LAN端末10および12において、受信から送信までの基本タスクにおける無線LAN端末10の通信状態の推移について、図２のフローチャートおよび図３に示すシーケンスチャートを参照しながら説明する。

本実施例では、まず、無線LAN端末10は、メッセージ信号の受信に備え初期設定される(S200)。その通信状態は、「空き」状態に管理される。

無線LAN端末10では、対向無線LAN端末12との間であらかじめ事前共有鍵としてPMK（Pairwise Master Key）が共有され、4WAYハンドシェイクが開始されるとまず、対向無線LAN端末12から乱数ANonce（Authentication Nonce）などのメッセージ信号100（メッセージ1）が受信される(S302)。このときの無線LAN端末10の状態管理部14において通信状態は、「空き」状態(S200)から「受信」状態(S202)になる。

無線LAN端末10では、状態管理部14での通信状態が「受信」状態のとき、メッセージ信号100（メッセージ1）の情報内容が状態処理部18に保持され、受信したメッセージ信号100（メッセージ1）に対応する受信対応メッセージ110（メッセージ2）が状態処理部18で作成され、すなわち、乱数SNonce（Supplicant Nonce）が生成され、さらにPMK、ANonceおよびSNonceに基づいて秘密鍵としてPTK（Pairwise Transient Key）が生成される。このように送信すべき受信対応メッセージ110（メッセージ2）が作成されると、無線LAN端末10の状態管理部14では、通信状が「受信」状態(S202)から「送信」状態(S204)になる。

無線LAN端末10の通信状態が「送信」状態(S204)になると、状態処理部18より受信対応メッセージ110（メッセージ2）が対向無線LAN端末12に送信される(S304)。

送信が完了すると状態処理部18から送信完了情報108が発せられて、無線LAN端末10の状態管理部14では、この送信完了情報108に応じて、通信状態が「受信待ち」状態(S206)になる。このとき、対向無線LAN端末12との4WAYシェイクハンドの一連のタスクが一旦中断され、「受信待ち」状態になることにより、この対向無線LAN端末12との接続処理以外のタスクも割り込んで受信できる状態となる。

本実施例では、対向無線LAN端末12からメッセージ信号100（メッセージ3）が送信されたため(S306)、通信状態が「受信待ち」の状態(S206)である無線LAN端末10では、メッセージ信号100（メッセージ3）が状態管理部14で受信され、通信状態が「受信」状態(S202)になる。

メッセージ信号100（メッセージ3）は、メッセージ信号102として状態解析部16に送付、解析され、その解析結果104に基づき状態管理部14でメッセージ信号102の正常性が確認された後、メッセージ情報106が状態処理部18に送付され、対応する受信対応メッセージ110（メッセージ4）が生成される。

送信すべき受信対応メッセージ110（メッセージ4）が作成されると、無線LAN端末10の状態管理部14では、「受信」状態(S202)から「送信」状態(S204)になり、メッセージ110（メッセージ4）が対向無線LAN端末12に送信される(S308)。

送信が完了すると状態処理部18からの送信完了情報108に応じて、無線LAN端末10の状態管理部14では、通信状態が「受信待ち」状態(S206)になる。

これらの4回のやりとりにより一つのタスク、すなわち1回の4Wayハンドシェイク処理を終了する。

また、本実施例において、他のタスクが割り込んで処理される場合について図２のフローチャートおよび図４のシーケンスチャートを参照にして説明する。

この実施例による無線LAN端末10および12では、まず、上記実施例の図３に示すシーケンスチャートと同様に、タスク1のステップS302およびS304が動作し、その後、「受信待ち」の状態(S206)となる。

ここで、無線LAN端末10の通信状態は、一時的にタスク1が中断された状態であることから、他の処理を受け付けすることができる。たとえばタスク2として対向無線LAN端末12に送信を開始すること可能となり、タスク2のメッセージ2-1が対向無線LAN端末12に送信される(S402)。

ここでは、対向無線LAN端末12に送信される例をあげたが、他の無線LAN端末に送信されても構わないし、また他の無線LAN端末からメッセージの受信を行っても構わない。

送信が完了すると状態処理部18からの送信完了情報108に応じて、無線LAN端末10の状態管理部14では、通信状態が「受信待ち」状態(S206)になる。このときタスク2は一旦中断され、他のタスクの信号を送受信できる状態となるからタスク1のつづきを開始することができる。タスク1のつづきとして、まずメッセージ1-3(S306)が状態管理部14で受信され、通信状態が「受信」状態(S202)になる。

メッセージ信号100（メッセージ1-3）は、メッセージ信号102として状態解析部16に送付、解析され、その解析結果104に基づき状態管理部14でメッセージ信号102の正常性が確認された後、メッセージ情報106が状態処理部18に送付され、対応する受信対応メッセージ110（メッセージ1-4）が生成される。

送信が完了すると状態処理部18からの送信完了情報108に応じて、無線LAN端末10の状態管理部14では、通信状態が「受信待ち」状態(S206)になる。これでタスク１が終了する。

さらに、送信が完了したことにより無線LAN端末10の状態管理部14では、状態処理部18からの送信完了情報108に応じて、通信状態が「受信待ち」状態(S206)になり、タスク2は再び一旦中断され、他のタスクの信号を送受信できる状態となる。

ここでは対向無線LAN端末12からタスク2のメッセージ信号100（メッセージ2-2）が送信され(S404)、「受信待ち」状態(S206)にある無線LAN端末10の状態管理部14で受信され、無線LAN端末10の通信状態が「受信」状態(S202)になる。

メッセージ信号100（メッセージ2-2）は、上述のメッセージ1-3を受信したときと同様に、メッセージ信号102として無線LAN端末10の状態解析部16に送付、解析され、その解析結果104に基づき状態管理部14でメッセージ信号102の正常性が確認された後、メッセージ情報106が状態処理部18に送付され、対応する受信対応メッセージ110（メッセージ2-3）が生成される。

送信すべき受信対応メッセージ110（メッセージ2-3）が作成されると、無線LAN端末10の状態管理部14では、「受信」状態(S202)から「送信」状態(S204)になり、メッセージ110（メッセージ2-3）が対向無線LAN端末12に送信される(S406)。

対向無線LAN端末12からタスク2のメッセージ信号100（メッセージ2-4）が送信されると「受信待ち」の状態(S206)にある無線LAN端末10の状態管理部14で受信される (S408)。これでタスク2が終了する。

このように、本発明によれば、無線LAN端末10および12間での送受信による処理において、一時的な中断、すなわち「受信待ち状態」を設けることにより、信号を送信してからその信号に対応する信号を受信するまでの待機時間を利用し別の処理を割り込ませ、これらの処理を並行して処理できることになり、複数の無線LAN端末との効率の良い通信確立が可能となる。また期待しないメッセージを受信したときにも、通信状態を管理することにより、メッセージの再送、破棄などの処置も容易にできる。

本発明の実施例による無線LAN端末の構成例を示すシステム構成図である。図１に示す実施例における無線LAN端末の通信状態推移を示すフローチャートである。同実施例における無線LAN端末の動作を示すシーケンスチャートである。同実施例における無線LAN端末の動作を示すシーケンスチャートである。

符号の説明

10 無線LAN端末
12 対向無線LAN端末
14 状態管理部
16 状態解析部
18 状態処理部
30 無線LANシステム

Claims

アドホックモードで第１の端末である対向無線LAN端末と直接無線通信するときに4WAYハンドシェイクを実行する第２の端末である無線LAN端末において、該第２の端末は、
該第２の端末の通信状態に応じた処置を行い、4WAYハンドシェイクによるメッセージ送信をしたときにその送信完了を示す送信完了情報を発する状態処理手段と、
前記送信完了情報に基づき、前記通信状態を受信待ち状態にし、4WAYハンドシェイク処理の途中であっても、4WAYハンドシェイク処理以外のメッセージの送受信を可能とする状態管理手段とを含むことを特徴とする無線LAN端末。
アドホックモードで第２の端末である無線LAN端末が第１の端末である対向無線LAN端末と直接無線通信するときに4WAYハンドシェイクを実行する方法において、該方法は、
前記第２の端末の通信状態に応じた処置を行い、4WAYハンドシェイクによるメッセージ送信をしたときにその送信完了を示す送信完了情報を発する工程と、
前記送信完了情報に基づき、前記通信状態を受信待ち状態にし、4WAYハンドシェイク処理の途中であっても、4WAYハンドシェイク処理以外のメッセージの送受信を可能とする工程とを含むことを特徴とする無線LAN端末の通信方法。