JP4996625B2 - 第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの共通鍵の指定方法、および、第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの共通鍵の指定装置 - Google Patents

Description

本発明は第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの共通鍵の指定方法および第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの共通鍵の指定装置に関する。

小さな容量しか有さない記憶媒体、例えばプロセッサの組み込まれたＵＳＢスティック、ＲＦＩＤチップ、スマートチップカードなどに対して、多くの適用分野が存在している。例えばこうした記憶媒体はアクセスコントロールまたはロジスティクスプロセスにおいても利用される。他の適用分野として、ＤＶＤおよびライセンス化されたソフトウェアの販売におけるディジタルライツマネジメントシステムが挙げられる。

こうした記憶媒体としての通信機をセキュリティのクリティカルな適用分野において使用することの前提となるのは、特に他の通信機への伝送の際にセンシブルデータの安全な取り扱いが保証されることである。

このことを或る例に則して詳細に説明する。コピー防止された電子データオブジェクト、例えばオーディオデータ、ビデオデータまたはソフトウェアなどへのアクセスは、通常、ディジタルライツマネジメントシステムＤＲＭという名称の電子保護機構によって制御される。ディジタルライツマネジメントシステムはディジタル商品へのアクセスを登録されたユーザ、つまり対価を支払ったユーザのみに制限しており、また、当該のディジタル商品への個々のアクセスにつき個別の精算を行っている。実際には、当該の機構は、コピー防止プロセスないし暗号化プロセスを含む特別に開発されたデータフォーマットによって機能している。当該のデータは、特別のプログラムおよびこれに属する鍵とともにでなければ利用できない。したがって、相応のいわゆるコンテンツ暗号化鍵ＣＥＫ（Contents Encryption Key）がなければ保護されたデータオブジェクトのコンテンツにはアクセスできないのである。

通常は、保護すべきデータオブジェクトの暗号化コンテンツは、ＣＤ，ＤＶＤ，ＵＳＢスティックまたはＳＤメモリカード（"Secure Digital Memory Card"）などの記憶媒体に分散されて個別に格納され、相応の鍵ＣＥＫによって復号化される。特に有利には、鍵ＣＥＫは小さなメモリ容量および小さな計算能力しか有さない通信機へ送出される。

このような通信機の例はＲＦＩＤチップ（無線周波数ＩＤタグ）であり、典型的なＲＦＩＤチップでは、計算能力の制限されたプロセッサ、読取機との通信のためのアンテナ、および、約２ｋＢｙｔｅの小さな容量のメモリがシリコンチップに集積されている。こうした特性により、ＲＦＩＤチップは、記憶媒体内の暗号化コンテンツへのアクセスを許容するための鍵ＣＥＫの分散に適している。

ここで問題となるのは、保護されたコンテンツを復号化しようとする通信機への鍵ＣＥＫまたはこれを求めるデータの送信である。このとき、鍵ＣＥＫが正当な権限を有する通信機へ伝送され、当該の正当な権限を有する通信機のみによって受け取られることが保証されなければならない。このことは送信側の通信機と受信側の通信機とのあいだの相互の認証プロトコルによって保証される。しかし、公知の認証プロトコルには大きな計算能力および大きなメモリ容量が必要である。

したがって、本発明の基礎とする課題は、第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの相互認証および共通鍵の指定方法を提供し、従来の手段に比べて必要な計算能力およびメモリ容量を低減することである。

この課題は、請求項１の特徴部分に記載の方法および請求項７の特徴部分に記載の装置により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項から得られる。

本発明の方法では、まず、第１の通信機と第２の通信機とのあいだでセキュリティパラメータが指定される。次に、第２の通信機により、指定されたセキュリティパラメータに基づいて第１のセキュリティ値が求められ、当該の第１のセキュリティ値が第１の通信機へ伝送される。ついで、第１の通信機により、指定されたセキュリティパラメータおよび伝送された第１のセキュリティ値に基づいて第２のセキュリティ値および第３のセキュリティ値が求められ、当該の第２のセキュリティ値および当該の第３のセキュリティ値が第２の通信機へ伝送される。続いて、第２の通信機により、伝送された第２のセキュリティ値が指定されたセキュリティパラメータに基づいて第２の通信機で求められた第４のセキュリティ値に一致する場合、第１の通信機が認証される。さらに、認証が有効であった場合、第１の通信機および第２の通信機のそれぞれにより、指定された各セキュリティパラメータおよび第３のセキュリティ値に基づいて共通鍵が求められる。

ここで、特に有利には、認証プロトコルは、小さな計算能力しか有さない通信機が署名の検査ないし証明書の確認をせずに済むように構成され、必要な計算コストが大幅に低減される。また中央サーバは認証の必要がない。これは、認証プロセスに必要な全ての値が個々の通信機にアクセスする記憶媒体から読み出されるからである。

本発明の実施形態によれば、指定された各セキュリティパラメータおよび各セキュリティ値が、無線、特にＲＦＩＤ規格に準拠した高周波数の電磁信号によって、第１の通信機と第２の通信機とのあいだで伝送される。

本発明の別の実施形態によれば、第１の通信機内のカウンタ値が共通鍵の指定のたびに１つずつ高められ、当該のカウンタ値を用いて第３のセキュリティ値が求められる。こうして有利には、２つの通信機間の共通鍵が最小限の計算コストで指定される。

本発明の別の実施形態によれば、第２の通信機により、指定された各セキュリティパラメータおよび伝送された第２のセキュリティ値および／または第３のセキュリティ値に基づいて第５のセキュリティ値が求められ、この第５のセキュリティ値が第１の通信機へ伝送され、第１の通信機により、伝送された第５のセキュリティ値と指定された各セキュリティパラメータに基づいて第１の通信機で求められた第６のセキュリティ値との一致が確認された場合、第２の通信機が認証される。これにより、有利には、第２の通信機は第１の通信機によって直接に認証される。これは特にセキュリティのクリティカルな適用分野において有利である。

本発明の第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの共通鍵の指定装置は、第１の通信機と第２の通信機とのあいだでセキュリティパラメータを指定し、第２の通信機により、指定されたセキュリティパラメータに基づいて第１のセキュリティ値を求め、該第１のセキュリティ値を第１の通信機へ伝送し、第１の通信機により、指定されたセキュリティパラメータおよび伝送された第１のセキュリティ値に基づいて第２のセキュリティ値および第３のセキュリティ値を求め、該第２のセキュリティ値および該第３のセキュリティ値を第２の通信機へ伝送し、第２の通信機により、伝送された第２のセキュリティ値と指定されたセキュリティパラメータに基づいて第２の通信機で求められた第４のセキュリティ値との一致が確認された場合、第１の通信機を認証し、認証が有効であった場合、第１の通信機および第２の通信機のそれぞれにより、指定された各セキュリティパラメータおよび第３のセキュリティ値に基づいて共通鍵を求めるように構成されている。

以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。図１には２つの通信機間で認証および共通鍵の指定を行う方法が概略的に示されている。図２にはデータビットベクトルに右方へ向かって情報が載せられてデータオブジェクトが形成される様子が示されている。図３には２つの通信機間で共通鍵を指定する方法が概略的に示されている。図４には２つの通信機間で相互認証する方法が概略的に示されている。

図１には第１の通信機と第２の通信機とのあいだで認証および共通鍵の指定を行う方法が概略的に示されている。この実施例では、第１の通信機はＲＦＩＤチップ１０１であり、第２の通信機はＤＶＤ１０３に記憶されたディジタルコンテンツへアクセスしようとしているＤＶＤプレーヤ１０２である。ここで、ＤＶＤプレーヤ１０２はＲＦＩＤチップ１０１から鍵材料ＫＭを取り出し、この鍵材料ＫＭと秘密ストリングＳＳとの関数としてコンテンツ暗号化鍵ＣＥＫを形成し、このコンテンツ暗号化鍵によりＤＶＤ１０３のディジタルコンテンツを復号化しようとしている。本発明の方法は、２つの通信機１０１，１０２がセキュリティパラメータを取り決める（指定する）ことにより開始される。ＲＦＩＤチップ１０１では秘密鍵ｄ，署名Ｓｉｇ，楕円曲線パラメータｎ，Ｇおよび公開鍵Ｄ＝ｄ＊Ｇが既知であり、ＤＶＤプレーヤ１０２では公開署名鍵ＳＫ，楕円曲線パラメータｎ，Ｇおよびプレーヤ鍵ｋｐが既知である。

第１のステップ１０４において、ＲＦＩＤチップ１０１は楕円曲線パラメータｎ，Ｇを公開鍵Ｄおよび署名ＳｉｇとともにＤＶＤプレーヤ１０２へ送信する。ＤＶＤプレーヤ１０２が楕円曲線パラメータｎ，Ｇおよび公開署名鍵ＳＫに基づいてＲＦＩＤチップ１０１の署名の有効性を確認した場合、ＤＶＤプレーヤ１０２は第１のセキュリティ値
Ｃ＝ｃ＊Ｇ ｃ∈_ＲＡＮＤ［１，ｎ］
を計算し、これを第２のステップ１０５においてＲＦＩＤチップ１０１へ伝送する。ＲＦＩＤチップ１０１は、受信した第１のセキュリティ値Ｃおよび自身の秘密鍵ｄに基づいて第２のセキュリティ値Ｒ＝ｄ＊Ｃを計算する。ついで、ＲＦＩＤチップ１０１は、第３のセキュリティ値ｐ＊Ｇを求めるために、まず値Ｘ＝ｄ＊Ｒを計算し、求められたＸを自然数ｐへ変換して、第３のセキュリティ値ｐ＊Ｇを求める。第２のセキュリティ値および第３のセキュリティ値はステップ１０６，１０７でＤＶＤプレーヤ１０２へ伝送される。ＤＶＤプレーヤ１０２は、自身の求めた第４のセキュリティ値と受信した第２のセキュリティ値Ｒとが等しいこと、つまりｃ＊Ｄ＝ｃ＊ｄ＊Ｇであることを確認すると、当該のＲＦＩＤチップ１０１を認証する。２つの通信機１０１，１０２は続いて共通のセッション鍵Ｋｅｙ＝ｐ＊ｃ＊Ｇを計算する。当該の共通鍵Ｋｅｙに基づいてＲＦＩＤチップ１０１は鍵材料ＫＭを暗号化し、暗号化された鍵材料をステップ１０８でＤＶＤプレーヤ１０２へ伝送する。ＤＶＤプレーヤ１０２はＤＶＤ１０３に対して相応の秘密ストリングＳＳを求め、復号化された鍵材料ＫＭと秘密ストリングＳＳとに基づいてコンテンツ暗号化鍵ＣＥＫを計算する。当該のコンテンツ暗号化鍵ＣＥＫにより、ＤＶＤプレーヤ１０２はＤＶＤ１０３に記憶されたディジタルコンテンツを復号化することができる。

ＤＶＤプレーヤ１０２が同一のデバイス鍵ｋｐを用いて秘密ストリングＳＳを取得している場合、このＤＶＤプレーヤ１０２はコンテンツ暗号化鍵ＣＥＫを求めるだけでよいので、この場合にはＤＶＤプレーヤ１０２はＲＦＩＤチップ１０１に対して暗示的に認証される。

図２には小さな計算能力および小さなメモリ容量しか有さない通信機に格納されたデータビットベクトルが示されている。このデータビットベクトルは所定のユーザが所定のデータオブジェクトについてどのような権利を有するかを表している。図示のデータビットベクトルでは、定義された位置（例えばセル２０１）によって、権利が存在することが値１で、権利が存在しないことが値０で表される。それぞれの権利に関する相応のステータス関数は、この実施例では、設定された隣接のセル２０２に規定されている。図２の実施例のデータビットベクトルからは、当該のデータオブジェクトについて、セル２０１，２０２により３回再生可能であること、セル２０３，２０４により２回コピー可能であること、セル２０５により或るデータをあと１回だけコピーできることが解釈される。

図３には概略的に第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの共通鍵の指定方法が示されている。ＲＦＩＤチップ３０１とＤＶＤプレーヤ３０２とのあいだの認証プロシージャは、この実施例においても、図１に則して説明した実施例と同様に行われる。この実施例では、さらにカウンタ値ｉがＲＦＩＤチップ３０１に格納されており、共通鍵の指定が終了するたびに値１ずつ高められる。共通鍵Ｋｅｙは、ＲＦＩＤチップ３０１がＤＶＤプレーヤ３０２に対して有効に認証された後、ステップ３０４でカウンタ値ｉおよび秘密鍵ｄの関数としてＲＦＩＤチップ３０１により求められる。続いてカウンタ値ｉと鍵Ｋｅｙによって暗号化された鍵材料ＫＭとがＲＦＩＤチップ３０１からＤＶＤプレーヤ３０２へステップ３０５で伝送される。その後、カウンタ値ｉはＲＦＩＤチップ１０１によって値１だけ高められる。ＤＶＤプレーヤ３０２は受信したカウンタ値ｉを用いて鍵Ｋｅｙを再構成し、続いて暗号化された鍵材料ＫＭを復号化する。上述したように、ＤＶＤプレーヤ３０２は復号化された鍵材料ＫＭおよび秘密ストリングＳＳに基づいてコンテンツ暗号化鍵ＣＥＫを求め、ＤＶＤ３０３のディジタルコンテンツを復号化する。

図４には第２の通信機を第１の通信機に対して認証する方法が示されている。この実施例では、ＤＶＤではなくサーバ４０３が用いられており、ユーザがＲＦＩＤチップ４０１によってサーバドア４０２を介してサーバへアクセスしようとしている。ＲＦＩＤチップ４０１のサーバドア４０２に対する認証は図２に示されている方法と同様に行われる。当該の認証が有効に行われた後、ステップ４０４で、ＲＦＩＤチップ４０１は第３のセキュリティ値ｐ＊Ｇを求め、これをステップ４０５でサーバドア４０２へ送信する。サーバドア４０２はステップ４０６で当該の第３のセキュリティ値をさらにサーバ４０３へ送信する。サーバ４０３は第５のセキュリティ値Ｒ＝ｗ＊ｐ＊Ｇを求め、この第５のセキュリティ値をステップ４０７，４０８でサーバドア４０２を介してＲＦＩＤチップ４０１へ伝送する。送信された第５のセキュリティ値とＲＦＩＤチップ４０１で求められた第６のセキュリティ値とが一致する場合、つまりｐ＊Ｗ＝ｐ＊ｗ＊Ｇの場合、ＲＦＩＤチップ４０１はサーバドア４０２を認証する。相互の認証が終了した後、ＲＦＩＤチップ４０１はサーバドア４０２を介したサーバ４０３へのアクセスに必要な情報を送信する。

本発明を幾つかの実施例に則して説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

２つの通信機間で共通鍵を認証および指定する方法の概略図である。 データビットベクトルに情報が載せられる様子を示す図である。 ２つの通信機間で共通鍵を指定する方法の実施例の概略図である。 ２つの通信機間で共通鍵を認証する方法の実施例の概略図である。

Claims (7)

1. 第１の通信機と第２の通信機とのあいだでセキュリティパラメータを指定し（１０４）、
   第２の通信機により、指定されたセキュリティパラメータに基づいて第１のセキュリティ値を求め、該第１のセキュリティ値を第１の通信機へ伝送し（１０５）、
   前記の第１の通信機により、
   当該の伝送された第１のセキュリティ値に基づいて第２のセキュリティ値を求め、ならびに
   前記の指定されたセキュリティパラメータと、伝送された第１のセキュリティ値とに基づいて第３のセキュリティ値を求め、
   当該の第２のセキュリティ値および第３のセキュリティ値を第２の通信機に伝送し（１０６，１０７）、
   前記の伝送された第２のセキュリティ値と、前記の決定したセキュリティパラメータにも基づいて第２の通信機によって求めた第４のセキュリティ値とが一致する場合、前記の第２の通信機により、第１の通信機を認証し、
   認証が有効であった場合、第１の通信機および第２の通信機のそれぞれにより、指定された各セキュリティパラメータおよび第３のセキュリティ値に基づいて共通鍵を求める
   ことを特徴とする第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの共通鍵の指定方法。
2. 指定された各セキュリティパラメータは楕円曲線パラメータおよび非対称暗号化法のパラメータを含む、請求項１記載の方法。
3. 指定された各セキュリティパラメータおよび各セキュリティ値を無線により第１の通信機と第２の通信機とのあいだで伝送する、請求項１記載の方法。
4. 指定された各セキュリティパラメータおよび各セキュリティ値をＲＦＩＤ規格に準拠した高周波数の電磁信号により第１の通信機と第２の通信機とのあいだで伝送する、請求項１記載の方法。
5. 第１の通信機内のカウンタ値を共通鍵の指定のたびに１つずつ高め、当該のカウンタ値を用いて第３のセキュリティ値を求める、請求項１記載の方法。
6. 第２の通信機により、指定された各セキュリティパラメータおよび伝送された第２のセキュリティ値または第３のセキュリティ値に基づいて第５のセキュリティ値を求め、該第５のセキュリティ値を第１の通信機へ伝送し、第１の通信機により、伝送された第５のセキュリティ値が指定された各セキュリティパラメータに基づいて第１の通信機で求められた第６のセキュリティ値に一致する場合、第２の通信機を認証する、請求項１記載の方法。
7. 第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの共通鍵の指定装置であって、
   当該の装置は、
   第２の通信機により、指定されたセキュリティパラメータに基づいて第１のセキュリティ値を求め、該第１のセキュリティ値を第１の通信機へ伝送するステップ（１０５）と、
   前記の第１の通信機により、
   当該の伝送された第１のセキュリティ値に基づいて第２のセキュリティ値を求め、ならびに
   前記の指定されたセキュリティパラメータと、伝送された第１のセキュリティ値とに基づいて第３のセキュリティ値を求め、
   当該の第２のセキュリティ値および第３のセキュリティ値を第２の通信機に伝送する（１０６，１０７）ステップと、
   前記の伝送された第２のセキュリティ値と、前記の決定したセキュリティパラメータにも基づいて第２の通信機によって求めた第４のセキュリティ値とが一致する場合、前記の第２の通信機により、第１の通信機を認証するステップと、
   認証が有効であった場合、第１の通信機および第２の通信機のそれぞれにより、指定された各セキュリティパラメータおよび第３のセキュリティ値に基づいて共通鍵を求めるステップとを実行する手段を有する
   ことを特徴とする第１の通信機と第２の通信機とのあいだでの共通鍵の指定装置。

Images