JP5010744B2 - 無線メッシュネットワークでピアリンクを保護するべくペアマスタ鍵をネゴシエートする装置および方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は概して、無線ネットワークに関する。本発明の実施形態は特に、無線アドホックネットワークにおける認証プロトコルを実行する装置および方法に関する。

近年においては無線化の傾向があり、無線製品が急増している。略全ての製品について無線用バージョンがある。過去１０年間において大きな成長を見せている無線技術分野として、無線ネットワーク化がある。より具体的に言えば、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）である。無線ネットワークは、普及が進んでおり、利用できない場所がほとんどないほどである。市中では市内無線ネットワークが配備され、会社、家庭、図書館、空港、そして喫茶店でさえ無線接続を利用することができる。無線ネットワークの便益は否定のしようがない。利便性が非常に高いので、移動先での利用がより容易となり、より効率良く生活を営むことができる。また、無線ネットワークは、拡張および配備が容易である。しかし、ＷＬＡＮには、無線ネットワークによって得られる数多くの利点がありつつも、安全性、範囲、および速度に関して問題が存在する。

ＷＬＡＮの主な規格は、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコルである。無線ネットワーク化技術の開発が進むにつれて、ＩＥＥＥ８０２．１１規格は何度も修正されてきた。それぞれの修正は、無線ネットワークの特定の欠点に対処することを目的として為されている。これらの修正は「８０２．１１」の後に付与される文字によって識別され、元々の８０２．１１規格に対してさまざまな点で改善を加えてきた。８０２．１１ｂ規格および８０２．１１ｇ規格は、家庭用無線ネットワークを実現する際に広く利用されている、変調に関する２つの規格である。８０２．１１ｉ規格は、無線ネットワークについてさまざまな安全性メカニズムを実現するべく８０２．１１規格を修正したものである。８０２．１１ｉ規格により、ＷｉＦｉ Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ Ａｃｃｅｓｓ２（ＷＰＡ２）プロトコルが導入され、これはＷｉｒｅｄ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｐｒｉｖａｃｙ（ＷＥＰ）プロトコルおよびＷｉＦｉ Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ Ａｃｃｅｓｓ（ＷＰＡ）プロトコルを補完するものである。ＷＰＡ２では、セキュアなリンクを構築するべくペアマスタ鍵（ＰＭＫ）を提供する際に、Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＥＡＰ）を利用する。

ＩＥＥＥ８０２．１１規格について現在開発中の修正は、８０２．１１ｓ規格である。８０２．１１ｓ規格は、メッシュ機能を追加することによって無線ネットワークにおけるデータ送信スループットを改善するべく認可された。メッシュ機能によって、複数の無線ホップから構成される経路でデータを送信することが可能となる。メッシュ機能を有する８０２．１１ｓ規格を開発する際に主に注目されたのは、ビデオストリーミング性能を改善する点であった。しかし、ビデオストリーミングによって、構築されるべきリンクに割り当てられる時間に制限が課されてしまい、既存の認証プロトコルではセキュアなリンクを構築することが困難となっている。特に、割り当てられた時間内に認証済みのピアリンクを構築するべくＰＭＫをネゴシエートすることが困難である。

本発明は、添付図面と共に以下に記載する実施形態例の詳細な説明を参照することによって、より明らかとなるであろう。添付図面は以下の通りである。
本発明の実施形態に係る無線アドホックローカルエリアネットワークを示す図である。 本発明の実施形態に係るメッシュポイントの一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に応じたメッシュポイント間でのデータ交換の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態に応じたペアマスタ鍵（ＰＭＫ）のネゴシエートの一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態に応じたペアマスタ鍵（ＰＭＫ）のネゴシエートの一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態に応じたペアマスタ鍵のネゴシエーションの確定の一例を説明するためのフローチャートである。

本発明の実施形態は、ペアマスタ鍵（ＰＭＫ）をネゴシエートするシステムに関する。ＰＭＫは、２つのネットワークデバイス間で送信されるデータの暗号化および復号化を可能とする共有鍵である。ＰＭＫは、寿命が制限されているとしてよく、データを実際に暗号化および復号化するためのペア一時鍵（ｐａｉｒｗｉｓｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｋｅｙ：ＰＴＫ）を導き出すべく利用されるとしてよい。ＰＭＫは、２つのネットワークデバイス間で接続が続いている全期間にわたって、接続が終了するか、または、失われるまで、利用されるとしてもよい。ＰＭＫに基づく認証プロトコルは、無線ネットワークで一般的に利用されているが、有線ネットワークを実現する場合にも同様に利用することができる。各ネットワークデバイスは、プロセッサ、ストレージデバイス、乱数生成器、および、データの送受信が可能な通信デバイスを備えている。また、各ネットワークデバイスは、ＰＭＫがネゴシエートされる前に、デフォルトＰＭＫを選択する。選択されるデフォルトＰＭＫは、利用可能なＰＭＫのリストのうち最も優先度が高いＰＭＫであってよい。尚、優先度は、各ＰＭＫの有効期限に応じて決まる。ＰＭＫのリストをソートする方法は、接続を構築するメッシュポイント双方にとって並び替えの基準が既知である限り、その他の方法を用いるとしてもよい。このように有効期限の順にＰＭＫが並べられたリストは、ＰＭＫ識別子リストとしても知られている。ＰＭＫ識別子リストは、２つの特定のメッシュポイント間に固有のものであって、その２つの特定のメッシュポイントが共有しているＰＭＫであって、その２つの特定のメッシュポイント間の接続を構築する際に利用可能なＰＭＫのリストを含む。ネットワークデバイスは、接続を形成しようと試みる場合にオープンメッセージにＰＭＫ識別子リストを追加することによって、自身が保有しているＰＭＫを広告する。各ネットワークデバイスは、他のネットワークデバイスからＰＭＫ識別子リストを受信して、それぞれ独立して、デフォルトＰＭＫおよび送受信したＰＭＫ識別子リストに基づいてインタプリタアルゴリズムを利用して、ネゴシエーションＰＭＫ、つまり、ネットワークデバイス同士が構築する接続が継続する期間にわたって両ネットワークデバイスが利用するＰＭＫを選択する。ネットワークデバイスは、ネゴシエーションＰＭＫを選択した後、プロトコルを完了させるべく、リンクを構築している相手のネットワークデバイスに対して確認通知を送る。本発明の実施形態によれば、ＰＭＫのネゴシエーションを、少なくとも４つのメッセージで実行することができる。これが可能なのは、それぞれのＰＭＫの有効期限に応じて利用可能なＰＭＫを格付けした順序で並べたＰＭＫリストを利用するためであり、この結果、ネットワークデバイスは、ＰＭＫのネゴシエーションが始まる前に接続の形成を試みる場合に最初の送信で利用すべきデフォルトＰＭＫとして、最も優先度が高いＰＭＫを選択することができる。

「ハンドシェイク」という用語は、ＩＴおよび通信に関連する分野のハンドシェイキングを意味している。これらの分野では、ハンドシェイキングは、２つの実体の間で構築される通信チャネルを介して通常の通信が開始される前に、当該通信チャネルのパラメータを動的に設定する自動ネゴシエーションプロセスである。ハンドシェイキングは、チャネルが物理的に構築された後、且つ、通常通り情報が伝送される前に実行される。ハンドシェイキングは、通信チャネルの両端にある設備およびシステムの許容範囲にあるパラメータをネゴシエートするべく利用されるプロセスであるとしてよい。そのようなパラメータには、例えば、これらに限定されないが、情報伝送レート、符号の種類、パリティ、割り込み手順、および、その他のプロトコル方式またはハードウェア設定を含む。

ハンドシェイキングによって、人間が介入してパラメータを設定しなくても、通信チャネルを介して比較的異質なシステムまたは設備同士を接続することができるようになる。ハンドシェイキングの一例を挙げると、モデムのハンドシェイキングがある。モデムのハンドシェイキングでは通常、接続が最初に構築されると、短期間にわたって通信パラメータをネゴシエートして、その後に、そのパラメータを利用してチャネルを介してチャネルの品質および機能に応じて最適な情報の伝送を行う。一部のモデムで接続が確立された後すぐにスピーカから「キーキー」というノイズ（実際には、１秒当たり１００回ピッチが切り替わっている音）が聞こえるが、これは実際には、両端のモデムがハンドシェイキング手続きを行っている音であり、ハンドシェイキング手続きが完了すれば、ドライバによるが、スピーカからこの後は聞こえなくなる。

これは、コンピュータがデバイスとの間で通信を開始して当該通信に関するルールを定める場合に行われるプロセスである。

ネットワークデバイスは、データを無線で送受信するべく構成されていることが好ましい。ネットワークデバイスが無線アドホックネットワークのメッシュポイントであることが好ましい。オープンメッセージは、ＰＭＫ識別子リストを送信するネットワークデバイスと対応付けられているネットワークデバイス識別子、オープンメッセージを送信するネットワークデバイスと対応付けられて生成された乱数、オープンメッセージを送信するネットワークデバイスと対応付けられているＰＭＫのリスト、オープンメッセージを送信するネットワークデバイスと対応付けられているデフォルトＰＭＫ、および、デフォルトＰＭＫを用いて形成されているメッセージ認証コードを含むことが好ましい。ＰＭＫのリストは、リストに含まれているＰＭＫそれぞれに対応付けられている有効期限に基づいて並べられていることが好ましい。ネゴシエーションＰＭＫは、インタプリタアルゴリズムに基づいて選択されることが好ましい。確認メッセージは、確認メッセージを送信するネットワークデバイスに対応付けられているネットワークデバイス識別子、確認メッセージを受信するネットワークデバイスに対応付けられているネットワークデバイス識別子、確認メッセージを送信するネットワークデバイスに対応付けられて生成された乱数、確認メッセージを受信するネットワークデバイスに対応付けられて生成された乱数、ネゴシエーションＰＭＫ、および、ネゴシエーションＰＭＫで形成されているメッセージ認証コードを含むことが好ましい。ＰＭＫは、インタプリタ型アルゴリズムに基づいて選択されることが好ましい。

本発明の別の実施形態は、リンクを構築するネットワークデバイス間でペアマスタ鍵（ＰＭＫ）をネゴシエートする方法に関する。まず、ネットワークデバイスにおいて、リンクを構築するための新しいインスタンスが作成される。ネットワークデバイスで利用可能なＰＭＫの中からデフォルトＰＭＫが選択され、ネットワークデバイスは、選択されたデフォルトＰＭＫを用いて、別のネットワークデバイスに対して利用可能なＰＭＫを広告するべく、ＰＭＫ識別子リストを形成する。ＰＭＫ識別子リストは、ネットワークデバイスで利用可能であって、且つ、接続を構築しようと試みている相手のメッシュポイントと共有しているＰＭＫが優先度の順位に従って並べられているリストであり、デフォルトＰＭＫは優先度が最も高いＰＭＫであることが好ましい。そしてネットワークデバイスは、他のネットワークデバイスにＰＭＫ識別子リストを送信して、第２のネットワークデバイスが送信したＰＭＫ識別子リストを受信する。ネットワークデバイスは、ＰＭＫ識別子リストを受信すると、受信したＰＭＫ識別子リストに基づきインタプリタ型アルゴリズムを用いてネゴシエーションＰＭＫを選択し、ＰＭＫがネゴシエートされれば、確認メッセージを作成して第２のネットワークデバイスに送信する。いずれのＰＭＫも選択されず不成功に終わった場合、確認メッセージは形成または作成されず、リンクのインスタンスは破棄される。

上記の方法は、第２のネットワークデバイスに対応付けられている第２のデフォルトＰＭＫを決定する段階と、第２のネットワークデバイスに対応付けられている第２のＰＭＫ識別子リストを形成する段階と、第２のＰＭＫ識別子リストを第１のネットワークデバイスに送信する段階と、第１のネットワークデバイスが送信する第１のＰＭＫ識別子リストを受信する段階と、受信した第１のＰＭＫ識別子リストに基づいて第２のＰＭＫを独立して選択する段階と、選択された第２のＰＭＫに基づき第２の確認メッセージを作成する段階と、第２の確認メッセージを第１のネットワークデバイスに送信する段階を備えることが好ましい。送信段階は、無線方式で行われるのが好ましい。第１のネットワークデバイスおよび第２のネットワークデバイスは、無線アドホックネットワークのメッシュポイントであることが好ましい。

本発明の別の実施形態は、２つのネットワークデバイスの間でペアマスタ鍵をネゴシエートする方法に関する。本実施形態では、両方のネットワークデバイスがそれぞれ、リンクを構築するための新しいインスタンスを作成して、利用可能なＰＭＫの中からデフォルトＰＭＫを選択する。ネットワークデバイスはそれぞれ、このようなＰＭＫおよび利用可能なＰＭＫを用いてＰＭＫ識別子リストメッセージを作成して、互いにＰＭＫ識別子リストメッセージを送信する。両方のネットワークデバイスがＰＭＫ識別子リストを受信した後、各ネットワークデバイスはＰＭＫを選択する。各ネットワークデバイスは、ＰＭＫを選択した後、確認メッセージを作成して互いに送信する。いずれのＰＭＫも選択されず不成功に終わった場合は、確認メッセージは形成または作成されず、リンクインスタンスは破棄される。

図１は、本発明の実施形態に係る無線アドホックネットワークの一例を示す図である。図１に示した無線ネットワーク１００は５つのメッシュポイント、メッシュポイント１１０、１２０、１３０、１４０、および１５０を備えるものとして図示されているが、無線ネットワーク１００が備える無線メッシュポイントの数は任意であってよい。また、メッシュポイント１１０、１２０、１３０、１４０、および１５０は、ノート型コンピュータ、パーソナルコンピュータ、無線アクセスポイント等、どのような種類の無線ノードまたは無線ネットワーク機器であってもよい。図１に図示しているのは一般的な無線ネットワークであり、無線メッシュネットワークの設計内容は当該ネットワークの用途および実施例に応じて大きく変わるので、図１には、ほかの無線メッシュネットワークの実施例には存在する無線メッシュネットワークの特徴を図示していない。また、本発明は実施形態例に基づいて説明するが、本発明の特徴は略全ての無線メッシュネットワークで実現し得るものであり、本発明の実施形態はＩＥＥＥ８０２．１１ｓ規格の草稿に組み込まれている。

図２は、本発明の実施形態で利用されるメッシュポイント２００を示すブロック図である。図２のブロック図で示すメッシュポイント２００は、図１に示すメッシュポイント１１０、１２０、１３０、１４０、および１５０のうちいずれであってもよい。メッシュポイント２００は、無線ネットワーク機器であればどのような種類のものであってもよく、例えば、ノート型コンピュータ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、無線アクセスポイント等であってよい。図２には、メッシュポイント２００が備える可能性のある基本的なさまざまな構成要素を図示している。メッシュポイント２００は、認証済み識別子２１０を含むとしてよい。認証済み識別子２１０は、メッシュポイント２００の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレスであってもよいし、または、メッシュポイント２００のその他の任意の一意的な識別子であってよい。メッシュポイント２００はさらに、乱数生成器２２０を備えるとしてよい。乱数生成器２２０は、メッシュポイント２００用のオペレーティングシステムの一部であるソフトウェアアプリケーションであってもよいし、または、別個の特定のスタンドアローン型アプリケーションであってもよい。乱数生成器２２０は、乱数生成規格であるＡＮＳＩ Ｘ９．３１およびＡＮＳＩ Ｘ９．８２に準拠しているとしてよい。メッシュポイント２００はさらに、メモリ２３０を備えるとしてよい。メモリ２３０は、ハードドライブ、キャッシュメモリ、または、任意の種類の固体メモリ等であってよい。メモリ２３０は、メッシュネットワーク内の任意の他のメッシュポイントとリンクを構築する場合、または、メッシュポイントが実行するその他の任意のタスクを実行する場合にメッシュポイント２００が利用する任意のデータを格納する。メモリ２３０が格納するデータには、ＰＭＫ識別子リスト、メッシュポイント２００が利用可能なＰＭＫのリスト、既存のリンクに利用されているＰＭＫ、利用されているＰＭＫに対応する認証鍵等が含まれるとしてよい。メッシュポイント２００はさらに、プロセッサ２４０を備えるとしてよい。プロセッサ２４０は、メッシュポイント２００の機能を実行するべく設計されている任意の種類のデバイスであってよい。

図３は、本発明の実施形態に応じてＰＭＫをネゴシエートする際にメッセージをやり取りする２つのメッシュポイント３１０および３２０を示すブロック図である。本発明の実施形態は有するメッシュポイントが２つのみである無線アドホックネットワークに基づいて説明しているが、本発明の特徴は任意の数のメッシュポイントを有する実質的に全ての設計および構成の無線ネットワークに利用することができる。図３に示すメッシュポイント３１０および３２０は、図１に示すメッシュポイントのうち任意のものであってよく、図２のブロック図に示したメッシュポイント２００と同じ構成を持つとしてよい。本発明の実施形態によると、ＰＭＫのネゴシエーションを開始する場合、少なくとも１つのメッシュポイントが新しいリンクインスタンスを形成し、デフォルトＰＭＫを選択して、対応するＰＭＫ識別子リストを広告する。ＰＭＫ識別子リストは、２つの特定のメッシュポイントが両者間に接続を構築する際に共有するＰＭＫを順序に従って並べたリストであり、ＰＭＫは優先度の順位に従って並べられており、ＰＭＫの有効期限に応じて並べられるのが好ましい。ＰＭＫは、ネットワーク内のメッシュポイントの１対毎に一意的であり、接続を構築しようと試みるメッシュポイントの１対毎に異なる。本実施形態例では、ＰＭＫ識別子リストには、メッシュポイント３１０および３２０が共有しており、且つ、両者間に接続を構築しようとする際に利用可能なＰＭＫが含まれている。デフォルトＰＭＫは、ＰＭＫ識別子リストで最も優先度が高いＰＭＫであることが好ましい。本発明の実施形態例によると、最も優先度が高いＰＭＫは、有効期限が最も遅いＰＭＫである。メッシュポイントは、デフォルトＰＭＫを選択した後、オープンメッセージに含めてＰＭＫ識別子リストを送信する。オープンメッセージは、形成されたＰＭＫ識別子リスト、メッシュポイントの認証済み識別子、乱数、選択されたデフォルトＰＭＫ、および、選択されたデフォルトＰＭＫから導き出されたメッセージ認証コード鍵によって算出されたメッセージ用のメッセージ認証コードを含む。ＰＭＫ識別子リストが形成される前にデフォルトＰＭＫが選択される一実施形態を説明したが、別の実施形態では、デフォルトＰＭＫが選択される前にＰＭＫ識別子リストが形成されるとしてもよい。メッシュポイントの認証済み識別子は、図２に示す認証済み識別子２１０であってよく、乱数は乱数生成器２２０によって生成されるとしてよい。メッセージ認証コードは、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）等の暗号化規格に応じて生成されるとしてよい。本発明の実施形態によると、オープンメッセージは以下のように形成されるとしてよい。
ＭＰ‖Ｒ‖Ｌ‖Ｋ‖ｍ_ＫＫ（ＭＰ‖Ｒ‖Ｌ‖Ｋ）
尚、ＭＰは送信側メッシュポイントの認証済み識別子であり、Ｒは乱数であり、Ｌはメッシュポイントに利用可能なＰＭＫの識別子のリストであり、Ｋは選択されたデフォルトＰＭＫの識別子であり、ＫＫはＫから導きだされたメッセージ認証コード鍵であり、ｍ_ＫＫ（ＭＰ‖Ｒ‖Ｌ‖Ｋ）はＫＫを用いて算出されたメッセージ認証コードであり、「‖」は連結を表す。また、各メッシュポイントの利用可能なＰＭＫのリストでは、ＰＭＫが所定の順序で並べられている。各ＰＭＫには有効な期間が対応付けられているので、利用可能なＰＭＫのリスト（Ｌ）に含まれているＰＭＫ識別子は、各ＰＭＫの有効期限に応じて順番に並べられている。Ｌの最初のＰＭＫ識別子は、Ｌで特定されているすべてのＰＭＫのうち最後に有効期限が切れるＰＭＫを特定しており、Ｌの最後のＰＭＫ識別子は、Ｌで特定されているすべてのＰＭＫのうち最初に有効期限が切れるＰＭＫを特定している。選択されるデフォルトＰＭＫは通常、Ｌの最初のＰＭＫ識別子であり、最後に有効期限が切れるＰＭＫである。

メッシュポイントがＰＭＫ識別子リストを形成してデフォルトＰＭＫを選択した後、ＰＭＫ識別子リストをオープンメッセージに含めて他のメッシュポイントに送信する。メッシュポイント３１０がメッシュポイント３２０との間でＰＭＫのネゴシエーションを開始する実施形態の場合、メッシュポイント３１０は、ＰＭＫ識別子リストを形成して、当該リストをオープンメッセージ３３０に含めて、矢印３３５で示すように、オープンメッセージ３３０をメッシュポイント３２０に送信する。メッシュポイント３２０がＰＭＫのネゴシエーションを開始する実施形態の場合、メッシュポイント３２０は、ＰＭＫ識別子リストを形成して、当該リストをオープンメッセージ３４０に含めて、矢印３４５で示すように、オープンメッセージ３４０をメッシュポイント３１０に送信する。メッシュポイント３１０および３２０の両方がネゴシエーションを開始する実施形態の場合、矢印３３５および３４５で示すように、オープンメッセージ３３０および３４０は共に同時に形成および送信される。

各メッシュポイントは、オープンメッセージを受信して、デフォルトＰＭＫに基づいて、インタプリタ型アルゴリズムと、対応する複数のメッシュポイントのＰＭＫ識別子リストとを用いて、現在のリンクに使用すべきＰＭＫを独立して決定する。しかし、このステップは、１つのメッシュポイントのみがリンクを開始する実施形態の場合、ＰＭＫ識別子リストの形成の前に実行されるとしてもよい。例えば、メッシュポイント３１０がメッシュポイント３２０との間でリンクを開始する実施形態の場合、メッシュポイント３１０がＰＭＫ識別子リストを形成して、当該リストをオープンメッセージ３３０に含め、オープンメッセージ３３０をメッシュポイント３２０に送信する。メッシュポイント３２０は、オープンメッセージ３３０を受信して、現在のリンクに使用すべきＰＭＫを独立して決定する。メッシュポイント３２０は、ＰＭＫを選定した後、選定されたＰＭＫを含むＰＭＫ識別子リストを形成して、当該ＰＭＫ識別子リストをオープンメッセージ３４０に含めてメッシュポイント３１０に送信する。

両方のメッシュポイントがＰＭＫ識別子リストを形成して、オープンメッセージに含めて当該リストを送信して、受信したオープンメッセージに基づいて利用すべきネゴシエーションＰＭＫを独立して選定した後、両方のメッシュポイントは、ネゴシエーションＰＭＫが同じであれば、確認メッセージを作成して、他方のメッシュポイントに確認メッセージを送信する。図３では、メッシュポイント３１０が確認メッセージ３５０を作成して、メッシュポイント３２０が確認メッセージ３６０を作成している。確認メッセージは、両方のメッシュポイントの認証済み識別子、両方のメッシュポイントがそれぞれ対応するＰＭＫ識別子リストで送信した乱数、選択されたネゴシエーションＰＭＫ、および、ネゴシエーションＰＭＫを用いて算出された確認メッセージのメッセージ認証コードを含む。本発明の実施形態では、メッシュポイント３１０からメッシュポイント３２０へ送信される確認メッセージは、以下のように作成されるとしてよい。
ＭＰ３１０‖ＭＰ３２０‖Ｒ_３１０‖Ｒ_３２０‖Ｋ‖ｍ_ＫＫ（ＭＰ３１０‖ＭＰ３２０‖Ｒ_３１０‖Ｒ_３２０‖Ｋ）
尚、ＭＰ３１０はメッシュポイント３１０の認証済み識別子であり、ＭＰ３２０はメッシュポイント３２０の認証済み識別子であり、Ｒ_３１０はメッシュポイント３１０が生成してオープンメッセージで送信した乱数であり、Ｒ_３２０はメッシュポイント３２０が生成してオープンメッセージで送信した乱数であり、Ｋは選択されたネゴシエーションＰＭＫであり、ＫＫはＫから導き出されたメッセージ認証コード鍵であり、ｍ_ＫＫ（ＭＰ３１０‖ＭＰ３２０‖Ｒ_３１０‖Ｒ_３２０‖Ｋ）はＫＫを用いて算出されたメッセージ認証コードであり、「‖」は連結を表す。メッシュポイント３２０は、プロトコルを完了させるべく、同様の確認メッセージを作成してメッシュポイント３１０に送信して、Ｋで示されている選定されたＰＭＫを利用するという両メッシュポイントの約束を確認する。メッシュポイント３２０が対応して作成および送信する確認メッセージは以下の通りである。
ＭＰ３２０‖ＭＰ３１０‖Ｒ_３２０‖Ｒ_３１０‖Ｋ‖ｍ_ＫＫ（ＭＰ３２０‖ＭＰ３１０‖Ｒ_３２０‖Ｒ_３１０‖Ｋ）
尚、ＭＰ３２０はメッシュポイント３２０の認証済み識別子であり、ＭＰ３１０はメッシュポイント３１０の認証済み識別子であり、Ｒ_３２０はメッシュポイント３２０が生成してオープンメッセージで送信した乱数であり、Ｒ_３１０はメッシュポイント３１０が生成してオープンメッセージで送信した乱数であり、Ｋは選択されたネゴシエーションＰＭＫであり、ＫＫはＫから導き出されたメッセージ認証コード鍵であり、ｍ_ＫＫ（ＭＰ３２０‖ＭＰ３１０‖Ｒ_３２０‖Ｒ_３１０‖Ｋ）はＫＫを用いて算出された認証コードであり、「‖」は連結を表す。確認メッセージに乱数を２つ含めることによって、リプレーアタックを防ぎ、メッセージが新しいものであることが両メッシュポイントに確認される。２つの確認メッセージ３５０および３６０が送信されることは、２つの矢印３５５および３６５によって示されている。しかし、ＰＭＫのネゴシエーションが不成功に終われば、確認メッセージは作成も送信もされない。

図４は、ネゴシエーションＰＭＫを独立して選択する際にメッシュポイントが実行するインタプリタ型アルゴリズムのステップを示す、本発明の実施形態に係る方法４００を示すフローチャートである。方法４００のステップは、図１および図３にそれぞれ図示している無線アドホックネットワーク１００およびメッシュポイント３１０が備える要素および特徴に基づいて説明している。しかし、方法４００のステップは、上述した本発明の実施形態に限定されない。

方法４００の最初のステップであるステップ４０５では、メッシュポイント３１０がリンクを構築しようと試みており、ＰＭＫをネゴシエートする必要がある。ステップ４０５において、メッシュポイント３１０は、リンクを構築する準備として、新しいリンクの新しいインスタンスを作成する。ステップ４１０において、メッシュポイント３１０は、利用可能なＰＭＫのリストからデフォルトＰＭＫを選択する。利用可能なＰＭＫは、有効期限の順にソートされているとしてよく、有効期限が最も遅いＰＭＫに最も高い優先順位が与えられており、有効期限が最も近いＰＭＫは最下位となっている。デフォルトＰＭＫは最も優先度が高いＰＭＫ（つまり、最後に有効期限が切れるＰＭＫ）であることが好ましい。ステップ４１５において、メッシュポイント３１０は、デフォルトＰＭＫを選定した後、上述したようにオープンメッセージに含められるＰＭＫ識別子リストを形成する。その後、ステップ４２０において、メッシュポイント３１０は、オープンメッセージをネットワーク１００内の別のメッシュポイントに送信する。メッシュポイント３１０は、ステップ４２０においてオープンメッセージを送信した後、ステップ４２５においてネットワーク１００内の別のメッシュポイントからオープンメッセージを受信する場合がある。他のメッシュポイントとは、図３に示すメッシュポイント３２０であってよい。

メッシュポイント３１０は、別のメッシュポイントからオープンメッセージを受信した後、利用可能なＰＭＫおよび受信したオープンメッセージに基づいてネゴシエーションＰＭＫを独立して選択する。メッシュポイント３１０は、ステップ４３０においていずれのＰＭＫも選択できない場合、リンクの現在のインスタンスを終了して、方法４００を再度開始する。しかし、メッシュポイント３１０は、ステップ４３０でＰＭＫを選択すると、ステップ４４０において、上述したように確認メッセージを作成する。その後、メッシュポイント３１０は、ステップ４４５において確認メッセージを送信して、ステップ４５０において別のメッシュポイントから確認メッセージを受信する。選定されたＰＭＫ同士が一致すると、プロトコルは終了して、リンクの構築が成功する。

図５は、方法４００のＰＭＫを独立して選択するステップ４３０においてメッシュポイント３１０等のメッシュポイントによって実行される、本発明の実施形態に係る方法５００の一例を示すフローチャートである。方法５００は、メッシュポイント３１０がリンクを構築しようと試みる際に、または、リンクを構築しようと試みている別のメッシュポイントからオープンメッセージを受信した際に、メッシュポイント３１０において実行されるとしてもよい。方法５００のステップは、図１および図３にそれぞれ図示している無線アドホックネットワーク１００およびメッシュポイント３１０が備える要素および特徴に基づいて説明している。しかし、方法５００のステップは、上述した本発明の実施形態に限定されない。方法５００を説明する際、Ｋはメッシュポイントが利用しているＰＭＫの変数を表し、Ｋ２はステップ５０５において受信したオープンメッセージに含まれているＰＭＫを表し、Ｌ１はメッシュポイント３１０に利用可能なＰＭＫのリストを表し、Ｌ２はステップ５０５においてメッシュポイント３１０が受信したオープンメッセージを送信したメッシュポイントに利用可能なＰＭＫのリストを表すものとする。

ステップ５０５において、メッシュポイント３１０は、無線アドホックネットワーク内の別のメッシュポイントからオープンメッセージを受信する。メッシュポイント３１０は、判断ブロック５１０において、使用すべきＰＭＫ（Ｋ）を既に保有しているか否かを判断する。メッシュポイント３１０は、使用すべきＰＭＫが既にあると判断すれば、ステップ５１５において、使用すべきＰＭＫと受信したオープンメッセージに含まれているＫ２とが同じか否かを調べる。この２つのＰＭＫが一致すれば、メッシュポイント３１０は、ステップ５３０において、選択されたＰＭＫ（Ｋ２）を含む確認メッセージを形成および送信する。２つのＰＭＫが一致しなければ、ステップ５２５においてオープンメッセージを破棄して、終了する。

メッシュポイント３１０が利用すべきＰＭＫを保有していない場合には、メッシュポイント３１０は、判断ブロック５２０において、利用可能なＰＭＫのリスト（Ｌ１）にＫ２が含まれているか否かを確認する。Ｋ２がＬ１に含まれていない場合、オープンメッセージは破棄されて、終了する。しかし、Ｋ２がＬ１に含まれている場合、メッシュポイント３１０は、ステップ５３５において、Ｋ２がリストＬ１内で最も高い優先順位のＰＭＫ（Ｋ１、有効期限が最後のＰＭＫ）と同じＰＭＫであるか否かを確かめる。Ｋ１およびＫ２が同じであれば、メッシュポイントは、ステップ５４０において、利用すべきＰＭＫとしてＫ２を設定するので、確認メッセージを形成および送信する。しかし、Ｋ１およびＫ２が同じでない場合、メッシュポイント３１０は、Ｌ１とＬ２との間で共有するＰＭＫがあるか否かを確認する。共有するＰＭＫがない場合、プロトコルは終了する。共通のＰＭＫが少なくとも１つある場合、メッシュポイント３１０は、ステップ５４５において、共有されるＰＭＫのうち優先度が最も高い（有効期限が最後）ＰＭＫ（Ｓ１）はどれか判断する。続いて、ステップ５５０で、メッシュポイント３１０は、Ｓ１およびＫ１が同じであるか否かを調べる。Ｓ１およびＫ１が同じである場合、メッシュポイント３１０はＫ１を用いてオープンメッセージを形成して、対応するオープンメッセージに含めてリストを送信する。しかし、Ｓ１およびＫ１が同じでない場合、メッシュポイントは現在のリンクインスタンスを破棄して、Ｓ１を含む新しいオープンメッセージを形成して、メッシュポイント３２０に送信する。このように、方法５００でＰＭＫのネゴシエーションが成功すれば、結果として得られたネゴシエーションＰＭＫは、２つのメッシュポイントが共有するＰＭＫのうち優先度が最も高いＰＭＫである。

図６は、ネゴシエーションＰＭＫを確定するべく確認メッセージを受信した場合に方法４００のステップ４５０においてメッシュポイント３１０等のメッシュポイントによって実行される、本発明の実施形態に係る方法６００の一例を示すフローチャートである。方法６００のステップは、図１および図３にそれぞれ図示している無線アドホックネットワーク１００およびメッシュポイント３１０が備える要素および特徴に基づいて説明している。しかし、方法６００のステップは、上述した本発明の実施形態に限定されない。

ステップ６０５において、メッシュポイント３１０は、確認メッセージを受信する。判断ブロック６１０において、メッシュポイント３１０は、利用中のＰＭＫ（Ｋ）を既に保有しているか否かを判断する。利用中のＰＭＫが確立されていれば、メッシュポイント３１０は、ステップ６１５において、確認メッセージに含められて受信したＰＭＫ（Ｋ２）と利用中のＰＭＫとが同じであるか否かを確認する。２つのＰＭＫが同じであれば、メッシュポイント３１０は、確認メッセージに含まれている認証コードを承認する。その後、メッシュポイント３１０は、ステップ６３０および６４０において、対応して確認メッセージを作成および送信して、方法を終了させる。２つのＰＭＫが同じでない場合、メッシュポイント３１０は確認メッセージを破棄して、方法を終了させる。

しかし、確立されているＰＭＫ（Ｋ）がない場合、メッシュポイントは、ステップ６２０において、有効期限に応じて並べられている利用可能なＰＭＫのリストにおいて優先順位が最も高いＰＭＫ（Ｋ１）がＫ２と同じＰＭＫであるか否かを調べる。Ｋ１およびＫ２が同じ場合、メッシュポイントは、ステップ６２５において、利用すべきＰＭＫとしてＫ２を設定し、ステップ６３０および６４０において確認メッセージを対応して形成および送信する。

本発明の根幹を成す新規の特徴を複数の実施形態に応用して、図示、説明および指摘してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、記載した実施形態の構成、詳細な内容、および動作についてさまざまな要素を削除、交換、および変更することは当業者には明らかであると理解されたい。実施形態間で要素を置き換えることもまた、十分に意図および考慮の範囲内である。本発明は、本願特許請求の範囲および本明細書の記載内容の均等物によってのみ定められるものである。

Claims (23)

1. ペアマスタ鍵（ＰＭＫ）をネゴシエートするシステムであって、
   少なくとも第１のネットワークデバイスおよび第２のネットワークデバイスを備え、
   少なくとも１つのネットワークデバイスが、前記ＰＭＫがネゴシエートされる前に、順序が決められたＰＭＫ識別子リストからデフォルトＰＭＫを選択して、前記デフォルトＰＭＫおよび前記順序が決められたＰＭＫ識別子リストに基づいて、前記ＰＭＫをネゴシエートするシステム。
2. 少なくとも１つのネットワークデバイスは、プロセッサと、ストレージデバイスと、乱数生成器と、データの送受信を行う通信デバイスとを有し、
   前記第１のネットワークデバイスは、リンクを構築するためのインスタンスを形成し、第１のデフォルトＰＭＫを選択し、第１のＰＭＫ識別子リストを形成し、前記第１のＰＭＫ識別子リストを含む第１のオープンメッセージを作成し、前記第２のネットワークデバイスに前記第１のオープンメッセージを送信し、前記第２のネットワークデバイスが形成した第２のＰＭＫ識別子リストおよび第２のデフォルトＰＭＫを含む第２のオープンメッセージを受信し、前記第１のデフォルトＰＭＫ、前記第１のＰＭＫ識別子リスト、および前記第２のＰＭＫ識別子リストに基づいてネゴシエーションＰＭＫを独立して選択する請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスは、無線アドホックネットワークにおけるメッシュポイントである請求項２に記載のシステム。
4. 前記第１のオープンメッセージは、
   前記第１のネットワークデバイスと対応付けられている第１のネットワークデバイス識別子と、
   前記第１のネットワークデバイスと対応付けられて生成された乱数と、
   前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスに対応付けられているＰＭＫのリストを含む前記第１のＰＭＫ識別子リストと、
   前記第１のネットワークデバイスと対応付けられている前記第１のデフォルトＰＭＫと、
   前記第１のデフォルトＰＭＫを用いて形成されているメッセージ認証コードと
   を含む請求項２に記載のシステム。
5. 前記第２のオープンメッセージは、
   前記第２のネットワークデバイスと対応付けられている第２のネットワークデバイス識別子と、
   前記第２のネットワークデバイスと対応付けられて生成された乱数と、
   前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスに対応付けられているＰＭＫのリストを含む前記第２のＰＭＫ識別子リストと、
   前記第２のネットワークデバイスと対応付けられている前記第２のデフォルトＰＭＫと、
   前記第２のデフォルトＰＭＫを用いて形成されているメッセージ認証コードと
   を含む請求項２に記載のシステム。
6. 前記第１のＰＭＫ識別子リストおよび前記第２のＰＭＫ識別子リストでは、各リストに含まれているＰＭＫのうち少なくとも１つに対応付けられている有効期限に基づいて決まる優先度の順序でＰＭＫが並べられており、前記第１のデフォルトＰＭＫは、前記第１のＰＭＫ識別子リストに含まれるＰＭＫであって、前記第１のＰＭＫ識別子リストにおいて最も優先度が高く、前記第２のデフォルトＰＭＫは、前記第２のＰＭＫ識別子リストに含まれるＰＭＫであって、前記第２のＰＭＫ識別子リストにおいて最も優先度が高い請求項２に記載のシステム。
7. 前記優先度の順序で最も優先度が高いのは、有効期限が最も遅いＰＭＫである
   請求項６に記載のシステム。
8. 前記ネゴシエーションＰＭＫは、前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスの両方が共有するＰＭＫのうち最も優先度が高いＰＭＫを含む
   請求項２に記載のシステム。
9. 前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスはさらに、前記ＰＭＫのネゴシエーションが成功すると、第１の確認メッセージおよび第２の確認メッセージを送信し、前記ネゴシエーションが成功するのは、前記第１のデフォルトＰＭＫおよび前記第２のデフォルトＰＭＫが同じＰＭＫである場合であり、前記第１の確認メッセージおよび前記第２の確認メッセージはそれぞれ、
   前記第１のネットワークデバイスに対応付けられている第１のネットワークデバイス識別子と、
   前記第２のネットワークデバイスに対応付けられている第２のネットワークデバイス識別子と、
   前記第１のネットワークデバイスに対応付けられて生成された第１の乱数と、
   前記第２のネットワークデバイスに対応付けられて生成された第２の乱数と、
   前記ネゴシエーションＰＭＫと、
   前記ネゴシエーションＰＭＫを用いて形成されているメッセージ認証コードと
   を含む請求項２に記載のシステム。
10. ペアマスタ鍵（ＰＭＫ）をネゴシエートする方法であって、
    前記ＰＭＫをネゴシエートする前に、順序が決められたＰＭＫ識別子リストからデフォルトＰＭＫを選択する段階と、
    前記デフォルトＰＭＫおよび前記順序が決められたＰＭＫ識別子リストに基づいて、前記ＰＭＫをネゴシエートする段階と
    を備える方法。
11. リンクを構築するべくインスタンスを形成する段階と、
    第１のネットワークデバイスで、前記第１のネットワークデバイスおよび第２のネットワークデバイスに対応付けられる第１のＰＭＫ識別子リストを形成する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスに対応付けられている第１のデフォルトＰＭＫを決定する段階と、
    前記第１のＰＭＫ識別子リストを含む第１のオープンメッセージを第２のネットワークデバイスに送信する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスに対応付けられている第２のＰＭＫ識別子リストを含む第２のオープンメッセージを受信する段階と、
    前記第１のデフォルトＰＭＫ、前記第１のＰＭＫ識別子リスト、および前記第２のＰＭＫ識別子リストに基づいてネゴシエーションＰＭＫを独立して選択する段階と
    をさらに備える請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２のネットワークデバイスで、前記第２のネットワークデバイスおよび前記第１のネットワークデバイスに対応付けられている前記第２のＰＭＫ識別子リストを形成する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスに対応付けられている第２のデフォルトＰＭＫを決定する段階と、
    前記第２のＰＭＫ識別子リストを含む前記第２のオープンメッセージを前記第１のネットワークデバイスに送信する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスが送信する前記第１のＰＭＫ識別子リストを含む前記第１のオープンメッセージを受信する段階と、
    受信した前記第１のＰＭＫ識別子リスト、前記第２のデフォルトＰＭＫ、および前記第２のＰＭＫ識別子リストに基づいて、前記ネゴシエーションＰＭＫを独立して選択する段階と
    をさらに備える請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１のデフォルトＰＭＫと前記第２のデフォルトＰＭＫとが同じである場合に、前記ＰＭＫのネゴシエートに成功する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスで、前記ネゴシエーションＰＭＫに基づいて第１の確認メッセージを形成する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスに前記第１の確認メッセージを送信する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスから、前記ネゴシエーションＰＭＫに基づく第２の確認メッセージを受信する段階と
    をさらに備える請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１のデフォルトＰＭＫと前記第２のデフォルトＰＭＫとが同じである場合に、前記ＰＭＫのネゴシエートに成功する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスで、前記ネゴシエーションＰＭＫに基づいて前記第２の確認メッセージを形成する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスに前記第２の確認メッセージを送信する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスから、前記ネゴシエーションＰＭＫに基づく前記第１の確認メッセージを受信する段階と
    をさらに備える請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスは、無線アドホックネットワークのメッシュポイントである請求項１１に記載の方法。
16. 前記第１のオープンメッセージは、
    前記第１のネットワークデバイスと対応付けられている第１のネットワークデバイス識別子と、
    前記第１のネットワークデバイスと対応付けられて生成された乱数と、
    前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスに対応付けられているＰＭＫのリストを含む前記第１のＰＭＫ識別子リストと、
    前記第１のネットワークデバイスと対応付けられている前記第１のデフォルトＰＭＫと、
    前記第１のデフォルトＰＭＫを用いて形成されているメッセージ認証コードと
    を含む請求項１１に記載の方法。
17. 前記第２のオープンメッセージは、
    前記第２のネットワークデバイスと対応付けられている第２のネットワークデバイス識別子と、
    前記第２のネットワークデバイスと対応付けられて生成された乱数と、
    前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスに対応付けられているＰＭＫのリストを含む前記第２のＰＭＫ識別子リストと、
    前記第２のネットワークデバイスと対応付けられている前記第２のデフォルトＰＭＫと、
    前記第２のデフォルトＰＭＫを用いて形成されているメッセージ認証コードと
    を含む請求項１２に記載の方法。
18. 前記ネゴシエーションＰＭＫは、前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスの両方が共有するＰＭＫのうち最も優先度が高いＰＭＫを含む請求項１１に記載の方法。
19. 前記第１のＰＭＫ識別子リストおよび前記第２のＰＭＫ識別子リストでは、各リストに含まれているＰＭＫのうち少なくとも１つに対応付けられている有効期限に基づいて決まる優先度の順序でＰＭＫが並べられており、前記第１のデフォルトＰＭＫは、前記第１のＰＭＫ識別子リストに含まれるＰＭＫであって、前記第１のＰＭＫ識別子リストにおいて最も優先度が高く、前記第２のデフォルトＰＭＫは、前記第２のＰＭＫ識別子リストに含まれるＰＭＫであって、前記第２のＰＭＫ識別子リストにおいて最も優先度が高い請求項１２に記載の方法。
20. 前記優先度の順序で最も優先度が高いのは、有効期限が最も遅いＰＭＫである請求項１９に記載の方法。
21. 前記第１の確認メッセージおよび前記第２の確認メッセージは、
    前記第１のネットワークデバイスに対応付けられている第１のネットワークデバイス識別子と、
    前記第２のネットワークデバイスに対応付けられている第２のネットワークデバイス識別子と、
    前記第１のネットワークデバイスに対応付けられて生成された第１の乱数と、
    前記第２のネットワークデバイスに対応付けられて生成された第２の乱数と、
    前記ネゴシエーションＰＭＫと、
    前記ネゴシエーションＰＭＫで形成されているメッセージ認証コードと
    を含む請求項１４に記載の方法。
22. 第１のネットワークデバイスで、リンクを構築するための第１のインスタンスを作成する段階と、
    第２のネットワークデバイスで、リンクを構築するための第２のインスタンスを作成する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスで、前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスに対応付けられている第１のＰＭＫ識別子リストを形成する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスで、前記第１のネットワークデバイスおよび前記第２のネットワークデバイスに対応付けられている第２のＰＭＫ識別子リストを形成する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスに対応付けられている第１のデフォルトＰＭＫを選択する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスに対応付けられている第２のデフォルトＰＭＫを選択する段階と、
    前記第１のＰＭＫ識別子リストを含む第１のオープンメッセージを前記第２のネットワークデバイスに送信する段階と、
    前記第２のＰＭＫ識別子リストを含む第２のオープンメッセージを前記第１のネットワークデバイスに送信する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスで前記第１のオープンメッセージを受信する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスで前記第２のオープンメッセージを受信する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスで、受信した前記第２のＰＭＫ識別子リストに基づいてネゴシエーションＰＭＫを独立して選択する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスで、受信した前記第１のＰＭＫ識別子リストに基づいて前記ネゴシエーションＰＭＫを独立して選択する段階と
    をさらに備える請求項１０に記載の方法。
23. 前記第１のデフォルトＰＭＫと前記第２のデフォルトＰＭＫとが同じである場合に、前記ＰＭＫのネゴシエートに成功する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスで、前記ネゴシエーションＰＭＫに基づき第１の確認メッセージを形成する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスで、前記ネゴシエーションＰＭＫに基づき第２の確認メッセージを形成する段階と、
    前記第１の確認メッセージを前記第２のネットワークデバイスへ送信する段階と、
    前記第２の確認メッセージを前記第１のネットワークデバイスへ送信する段階と、
    前記第１のネットワークデバイスから前記第１の確認メッセージを前記第２のネットワークデバイスで受信する段階と、
    前記第２のネットワークデバイスから前記第２の確認メッセージを前記第１のネットワークデバイスで受信する段階と
    をさらに備える請求項２２に記載の方法。

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