JP5051429B2 - 暗号鍵管理方法、そのシステム及びそのプログラム - Google Patents
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Description
103 ノード
105 ネットワーク
111 グループ決定手段
113 ノード特定手段
115 ノードアドレス決定手段
117 暗号鍵決定手段
119 マルチキャストアドレス決定手段
121 マルチキャスト暗号情報送信手段
131 ノードアドレス記憶手段
133 暗号鍵記憶手段
135 マルチキャスト暗号情報受信手段
Claims (26)
- サーバの存在するネットワークにおいて、前記サーバと、前記サーバ以外のノードとの間で共有する暗号鍵を構造化することにより、前記サーバからノードの集合への、暗号化された同報通信メッセージのマルチキャストが効率的に行えるようにする暗号鍵管理システムであって、
前記サーバ側に、ネットワークを構成するノードの集合をnパターンのグループ、及び各グループをその構成要素であるノードの部分集合(サブグループ)に分割するグループ決定手段と、前記グループ決定手段によって決定された前記nパターンのグループから適当に1つずつ選択したn個のサブグループの積集合を求め、1つのノードを特定するノード特定手段と、前記ノード特定手段によって、n個のサブグループの積で1つのノードを特定できる場合において、ノードに割り当てるアドレスを決定するノードアドレス決定手段と、1つに特定されるノードとサーバの間で保持する暗号鍵を決定する暗号鍵決定手段と、前記ノードの集合に割り当てるマルチキャストアドレスを決定するマルチキャストアドレス決定手段と、前記マルチキャストアドレス決定手段で決定されるアドレスで特定されるノードの集合だけが復号可能なように、マルチキャスト暗号通信を実施するマルチキャスト暗号情報送信手段とを有し、
前記ノードは前記サーバを根とするツリー構造であり、前記ツリーの幹にはクラスタヘッドである親ノードとクラスタメンバである直接通信が可能な複数の子ノードからなるノード集合とを有するクラスタが連なるネットワークポロジ上に配置され、
前記グループ決定手段は、
少なくとも前記ツリーの幹をサブグループとするグループ、前記サーバからの深さ(HOP段数)が共通であるクラスタに含まれるノードをサブグループとするグループ、前記クラスタ内部で前記クラスタヘッドである親ノードを1として、予め決められた規則に従って前記クラスタメンバである子ノードにシーケンシャルに番号を割り振り、全クラスタ内で同一の番号を有するノードをサブグループとするグループを、前記nパターンのグループとして決定することを特徴とする暗号鍵管理システム。 - 請求項1に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記ノード側に、前記サーバによって割り当てられるノードアドレスを記憶するノードアドレス記憶手段と、同じくサーバによって割り当てられる暗号鍵を決定する情報を記憶する暗号鍵記憶手段と、マルチキャスト暗号情報受信手段とからなる構成を有することを特徴とする暗号鍵管理システム。
- 請求項1又は2に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記グループ決定手段は、前記ネットワークを構成するノードの集合を前記nパターンのグループに分割し、この時m(1≦m≦n)パターン目のグループC_{m}を、C_{m}=(S_{m、1}、S_{m、2}、・・・、S_{m、i})として、ノードの部分集合であるサブグループの系列(iはグループの構成要素数を示す整数)として定義し、サブグループの和集合が全ノードの集合を表し、かつ1つのグループにおける任意のサブグループ同士の積集合が空集合になるように、グループを決定することを特徴とする暗号鍵管理システム。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記ノード特定手段は、前記グループ決定手段によって決定された前記nパターンのグループC_{1}・・・C_{n}の各パターンから、適当に1つずつ選択したn個のサブグループの積集合を求めたとき、いかなる場合にも、ノードが1つ決まるように各グループC_{1}・・・C_{n}が決定されているかを確認し、決まらなければ、1つに決まるまで再度グループ決定手段を試行することを特徴とする暗号鍵管理システム。
- サーバの存在するネットワークにおいて、前記サーバと、前記サーバ以外のノードとの間で共有する暗号鍵を構造化することにより、前記サーバからノードの集合への、暗号化された同報通信メッセージのマルチキャストが効率的に行えるようにする暗号鍵管理システムであって、
前記サーバ側に、ネットワークを構成するノードの集合をnパターンのグループ、及び各グループをその構成要素であるノードの部分集合(サブグループ)に分割するグループ決定手段と、前記グループ決定手段によって決定されたnパターンのグループから適当に1つずつ選択したn個のサブグループの積集合を求め、1つのノードを特定するノード特定手段と、前記ノード特定手段によって、n個のサブグループの積で1つのノードを特定できる場合において、ノードに割り当てるアドレスを決定するノードアドレス決定手段と、1つに特定されるノードとサーバの間で保持する暗号鍵を決定する暗号鍵決定手段と、ノードの集合に割り当てるマルチキャストアドレスを決定するマルチキャストアドレス決定手段と、前記マルチキャストアドレス決定手段で決定されるアドレスで特定されるノードの集合だけが復号可能なように、マルチキャスト暗号通信を実施するマルチキャスト暗号情報送信手段とからなる構成を有し、
前記ノード側に、前記サーバによって割り当てられるノードアドレスを記憶するノードアドレス記憶手段と、同じくサーバによって割り当てられる暗号鍵を決定する情報を記憶する暗号鍵記憶手段と、マルチキャスト暗号情報受信手段とからなる構成を有し、
前記グループ決定手段は、ネットワークを構成するノードの集合をnパターンのグループに分割し、この時m(1≦m≦n)パターン目のグループC_{m}を、C_{m}=(S_{m、1}、S_{m、2}、・・・、S_{m、i})として、ノードの部分集合であるサブグループの系列(iはグループの構成要素数を示す整数)として定義し、サブグループの和集合が全ノードの集合を表し、かつ1つのグループにおける任意のサブグループ同士の積集合が空集合になるように、グループを決定し、
前記ノード特定手段は、前記グループ決定手段によって決定されたnパターンのグループC_{1}・・・C_{n}の各パターンから、適当に1つずつ選択したn個のサブグループの積集合を求めたとき、いかなる場合にも、ノードが1つ決まるように各グループC_{1}・・・C_{n}が決定されているかを確認し、決まらなければ、1つに決まるまで再度グループ決定手段を試行することを特徴とする暗号鍵管理システム。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記ノードアドレス決定手段は、前記ノード特定手段によって、n個のサブグループから必ず1つのノードを特定できる場合において、本特定のために、グループC_{m}(1≦m≦n)の何番目のサブグループを用いたかを意味する整数をaddr(m)と表現する時、n個のサブグループS_{1、addr(1)}、S_{2、addr(2)}、・・・、S_{n、addr(n)}の積集合から1つのノードを特定できると表現でき、この時、(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組を、ノードアドレスとして生成することを特徴とする暗号鍵管理システム。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記暗号鍵決定手段は、前記ノードアドレス決定手段によって、アドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組によって、n個のサブグループS_{1、addr(1)}、S_{2、addr(2)}、・・・、S_{n、addr(n)}の積集合から1つのノードを特定できるとき、アドレス内のm(1≦m≦n)番目の値addr(m)に、サブグループS_{m、addr(m)}に加えて、1対1で秘密情報k_{m、addr(m)}を新たに対応させ、アドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組に対応するn種の秘密情報(k_{1、addr(1)}、k_{2、addr(2)}、・・・、k_{n、addr(n)})の組を、当該ノードに割り当てることを特徴とする暗号鍵管理システム。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記マルチキャストアドレス決定手段は、前記ノードアドレス決定手段によって、(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組でノードを特定するとき、特定できるノードを含むノードの集合(マルチキャスト通信範囲)を、n組のサブグループS_{1、addr(1)}、S_{2、addr(2)}、・・・、S_{n、addr(n)}から選択した1つ以上のサブグループと、ここで選択しなかったサブグループの母集団であるグループとの積集合として特定するとし、n次組でノードを特定するアドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のうち、選択しなかった1つ以上のサブグループS_{p、addr(m)}(1≦m≦n)に対応するm番目の値addr(m)を、サブグループS_{m、addr(m)}の母集団であるグループC_{m}をマルチキャスト通信範囲の特定に用いていることを示すワイルドカードで全て置き換えたn次組を、マルチキャスト通信範囲を特定するアドレスとして生成することを特徴とする暗号鍵管理システム。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記マルチキャスト暗号情報送信手段は、前記マルチキャストアドレス決定手段によって生成されるマルチキャスト通信範囲を特定するアドレスであるn次組のうち、本アドレス内でワイルドカードではない1つ以上のm(1≦m≦n)番目の値addr(m)に対して暗号鍵決定手段で対応させた秘密情報k_{m、addr(m)}を、排他的論理和や、ビット連結あるいはnビット(1≦n)ずつを交互に混ぜ込む処理の後に、ハッシュ演算で固定長のビット長を導出する公知の技術を利用して組み合わせて暗号鍵とした後、本暗号鍵を用いて情報をDESやAESの公知の技術を利用して暗号化し、マルチキャスト通信範囲を示すアドレスとともに送信することを特徴とする暗号鍵管理システム。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記ノードアドレス記憶手段は、前記サーバ側のノード特定手段によって、割り当てられた(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組を、自ノードのアドレスとして記憶することを特徴とする暗号鍵管理システム。
- 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記暗号鍵記憶手段は、前記サーバ側の暗号鍵決定手段によって、自ノードのアドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組に対応させて割り当てられたn種の秘密情報(k_{1、addr(1)}、k_{2、addr(2)}、・・・、k_{n、addr(n)})の組を、暗号鍵のための情報として記憶することを特徴とする暗号鍵管理システム。
- 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の暗号鍵管理システムにおいて、前記マルチキャスト暗号情報受信手段は、前記サーバ側のマルチキャスト暗号情報送信手段によって、通信範囲を示すアドレスとともに送信される通信データを受信したとき、ノードアドレス記憶手段で記憶している自ノードのアドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組と、通信データに含まれる通信先のアドレスのn次組の照合を先頭からn回繰り返し、ワイルドカードとの照合は合致すると見なす上で、全てのn次組が合致する場合に、自分宛の通信データであると判断し、この時、ワイルドカードと照合を行っていない1つ以上の自ノードのアドレス内のm(1≦m≦n)番目の値addr(m)に対応する秘密情報k_{m、addr(m)}を組み合わせて暗号鍵とした後、本暗号鍵を用いて通信データ内の暗号化情報をサーバ側で暗号化に利用しているものと同等の公知の技術を利用して復号することを特徴とする暗号鍵管理システム。
- サーバの存在するネットワークにおいて、前記サーバと、前記サーバ以外のノードとの間で共有する暗号鍵を構造化することにより、前記サーバからノードの集合への、暗号化された同報通信メッセージのマルチキャストが効率的に行えるようにする暗号鍵管理方法であって、
前記サーバ側に、前記ネットワークを構成するノードの集合をnパターンのグループ、及び各グループをその構成要素であるノードの部分集合(サブグループ)に分割するグループ決定ステップと、前記グループ決定ステップによって決定されたnパターンのグループから適当に1つずつ選択したn個のサブグループの積集合を求め、1つのノードを特定するノード特定ステップと、前記ノード特定ステップによって、n個のサブグループの積で1つのノードを特定できる場合において、前記ノードに割り当てるアドレスを決定するノードアドレス決定ステップと、1つに特定されるノードとサーバの間で保持する暗号鍵を決定する暗号鍵決定ステップと、前記ノードの集合に割り当てるマルチキャストアドレスを決定するマルチキャストアドレス決定ステップと、前記マルチキャストアドレス決定ステップで決定されるアドレスで特定されるノードの集合だけが復号可能なように、マルチキャスト暗号通信を実施するマルチキャスト暗号情報送信ステップとを含み、
前記ノードは前記サーバを根とするツリー構造であり、前記ツリーの幹にはクラスタヘッドである親ノードとクラスタメンバである直接通信が可能な複数の子ノードからなるノード集合とを有するクラスタが連なるネットワークポロジ上に配置され、
前記グループ決定ステップでは、
少なくとも前記ツリーの幹をサブグループとするグループ、前記サーバからの深さ(HOP段数)が共通であるクラスタに含まれるノードをサブグループとするグループ、前記クラスタ内部で前記クラスタヘッドである親ノードを1として、予め決められた規則に従って前記クラスタメンバである子ノードにシーケンシャルに番号を割り振り、全クラスタ内で同一の番号を有するノードをサブグループとするグループを、前記nパターンのグループとして決定することを特徴とする暗号鍵管理方法。 - 請求項13に記載の暗号鍵管理方法において、前記ノード側に、前記サーバによって割り当てられるノードアドレスを記憶するノードアドレス記憶ステップと、同じくサーバによって割り当てられる暗号鍵を決定する情報を記憶する暗号鍵記憶ステップと、マルチキャスト暗号情報受信ステップとからなる構成を有することを特徴とする暗号鍵管理方法。
- 請求項13又は14に記載の暗号鍵管理方法において、前記グループ決定ステップは、ネットワークを構成するノードの集合を前記nパターンのグループに分割し、この時m(1≦m≦n)パターン目のグループC_{m}を、C_{m}=(S_{m、1}、S_{m、2}、・・・、S_{m、i})として、ノードの部分集合であるサブグループの系列(iはグループの構成要素数を示す整数)として定義し、サブグループの和集合が全ノードの集合を表し、かつ1つのグループにおける任意のサブグループ同士の積集合が空集合になるように、グループを決定することを特徴とする暗号鍵管理方法。
- 請求項13乃至15のいずれか1項に記載の暗号鍵管理方法において、前記ノード特定ステップは、前記グループ決定ステップによって決定された前記nパターンのグループC_{1}・・・C_{n}の各パターンから、適当に1つずつ選択したn個のサブグループの積集合を求めたとき、いかなる場合にも、ノードが1つ決まるように各グループC_{1}・・・C_{n}が決定されているかを確認し、決まらなければ、1つに決まるまで再度グループ決定ステップを試行することを特徴とする暗号鍵管理方法。
- サーバの存在するネットワークにおいて、前記サーバと、前記サーバ以外のノードとの間で共有する暗号鍵を構造化することにより、前記サーバからノードの集合への、暗号化された同報通信メッセージのマルチキャストが効率的に行えるようにする暗号鍵管理方法であって、
前記サーバ側に、ネットワークを構成するノードの集合をnパターンのグループ、及び各グループをその構成要素であるノードの部分集合(サブグループ)に分割するグループ決定ステップと、グループ決定ステップによって決定されたnパターンのグループから適当に1つずつ選択したn個のサブグループの積集合を求め、1つのノードを特定するノード特定ステップと、ノード特定ステップによって、n個のサブグループの積で1つのノードを特定できる場合において、ノードに割り当てるアドレスを決定するノードアドレス決定ステップと、1つに特定されるノードとサーバの間で保持する暗号鍵を決定する暗号鍵決定ステップと、ノードの集合に割り当てるマルチキャストアドレスを決定するマルチキャストアドレス決定ステップと、マルチキャストアドレス決定ステップで決定されるアドレスで特定されるノードの集合だけが復号可能なように、マルチキャスト暗号通信を実施するマルチキャスト暗号情報送信ステップとからなる構成を有し、
前記ノード側に、前記サーバによって割り当てられるノードアドレスを記憶するノードアドレス記憶ステップと、同じくサーバによって割り当てられる暗号鍵を決定する情報を記憶する暗号鍵記憶ステップと、マルチキャスト暗号情報受信ステップとからなる構成を有し、
前記グループ決定ステップは、ネットワークを構成するノードの集合をnパターンのグループに分割し、この時m(1≦m≦n)パターン目のグループC_{m}を、C_{m}=(S_{m、1}、S_{m、2}、・・・、S_{m、i})として、ノードの部分集合であるサブグループの系列(iはグループの構成要素数を示す整数)として定義し、サブグループの和集合が全ノードの集合を表し、かつ1つのグループにおける任意のサブグループ同士の積集合が空集合になるように、グループを決定し、
前記ノード特定ステップは、前記グループ決定ステップによって決定されたnパターンのグループC_{1}・・・C_{n}の各パターンから、適当に1つずつ選択したn個のサブグループの積集合を求めたとき、いかなる場合にも、ノードが1つ決まるように各グループC_{1}・・・C_{n}が決定されているかを確認し、決まらなければ、1つに決まるまで再度グループ決定ステップを試行することを特徴とする暗号鍵管理方法。 - 請求項13乃至17のいずれか1項に記載の暗号鍵管理方法において、前記ノードアドレス決定ステップは、前記ノード特定ステップによって、n個のサブグループから必ず1つのノードを特定できる場合において、本特定のために、グループC_{m}(1≦m≦n)の何番目のサブグループを用いたかを意味する整数をaddr(m)と表現する時、n個のサブグループS_{1、addr(1)}、S_{2、addr(2)}、・・・、S_{n、addr(n)}の積集合から1つのノードを特定できると表現でき、この時、(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組を、ノードアドレスとして生成することを特徴とする暗号鍵管理方法。
- 請求項13乃至18のいずれか1項に記載の暗号鍵管理方法において、前記暗号鍵決定ステップは、前記ノードアドレス決定ステップによって、アドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組によって、n個のサブグループS_{1、addr(1)}、S_{2、addr(2)}、・・・、S_{n、addr(n)}の積集合から1つのノードを特定できるとき、アドレス内のm(1≦m≦n)番目の値addr(m)に、サブグループS_{m、addr(m)}に加えて、1対1で秘密情報k_{m、addr(m)}を新たに対応させ、アドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組に対応するn種の秘密情報(k_{1、addr(1)}、k_{2、addr(2)}、・・・、k_{n、addr(n)})の組を、当該ノードに割り当てることを特徴とする暗号鍵管理方法。
- 請求項13乃至19のいずれか1項に記載の暗号鍵管理方法において、前記マルチキャストアドレス決定ステップは、前記ノードアドレス決定ステップによって、(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組でノードを特定するとき、特定できるノードを含むノードの集合(マルチキャスト通信範囲)を、n組のサブグループS_{1、addr(1)}、S_{2、addr(2)}、・・・、S_{n、addr(n)}から選択した1つ以上のサブグループと、ここで選択しなかったサブグループの母集団であるグループとの積集合として特定するとし、n次組でノードを特定するアドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のうち、選択しなかった1つ以上のサブグループS_{p、addr(m)}(1≦m≦n)に対応するm番目の値addr(m)を、サブグループS_{m、addr(m)}の母集団であるグループC_{m}をマルチキャスト通信範囲の特定に用いていることを示すワイルドカードで全て置き換えたn次組を、マルチキャスト通信範囲を特定するアドレスとして生成することを特徴とする暗号鍵管理方法。
- 請求項13乃至20のいずれか1項に記載の暗号鍵管理方法において、前記マルチキャスト暗号情報送信ステップは、前記マルチキャストアドレス決定ステップによって生成されるマルチキャスト通信範囲を特定するアドレスであるn次組のうち、本アドレス内でワイルドカードではない1つ以上のm(1≦m≦n)番目の値addr(m)に対して暗号鍵決定ステップで対応させた秘密情報k_{m、addr(m)}を、排他的論理和や、ビット連結あるいはnビット(1≦n)ずつを交互に混ぜ込む処理の後に、ハッシュ演算で固定長のビット長を導出する公知の技術を利用して組み合わせて暗号鍵とした後、本暗号鍵を用いて情報をDESやAESの公知の技術を利用して暗号化し、マルチキャスト通信範囲を示すアドレスとともに送信することを特徴とする暗号鍵管理方法。
- 請求項13乃至21のいずれか1項に記載の暗号鍵管理方法において、前記ノードアドレス記憶ステップは、前記サーバ側のノード特定ステップによって、割り当てられた(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組を、自ノードのアドレスとして記憶することを特徴とする暗号鍵管理方法。
- 請求項13乃至22のいずれか1項に記載の暗号鍵管理方法において、前記暗号鍵記憶ステップは、前記サーバ側の暗号鍵決定ステップによって、自ノードのアドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組に対応させて割り当てられたn種の秘密情報(k_{1、addr(1)}、k_{2、addr(2)}、・・・、k_{n、addr(n)})の組を、暗号鍵のための情報として記憶することを特徴とする暗号鍵管理方法。
- 請求項13乃至23のいずれか1項に記載の暗号鍵管理方法において、前記マルチキャスト暗号情報受信ステップは、前記サーバ側のマルチキャスト暗号情報送信ステップによって、通信範囲を示すアドレスとともに送信される通信データを受信したとき、ノードアドレス記憶ステップで記憶している自ノードのアドレス(addr(1)、addr(2)、・・・、addr(n))のn次組と、通信データに含まれる通信先のアドレスのn次組の照合を先頭からn回繰り返し、ワイルドカードとの照合は合致すると見なす上で、全てのn次組が合致する場合に、自分宛の通信データであると判断し、この時、ワイルドカードと照合を行っていない1つ以上の自ノードのアドレス内のm(1≦m≦n)番目の値addr(m)に対応する秘密情報k_{m、addr(m)}を組み合わせて暗号鍵とした後、本暗号鍵を用いて通信データ内の暗号化情報をサーバ側で暗号化に利用しているものと同等の公知の技術を利用して復号することを特徴とする暗号鍵管理方法。
- コンピュータを請求項1乃至12の何れか1項に記載の暗号鍵管理システムとして機能させるための暗号鍵管理プログラム。
- コンピュータに請求項13乃至24の何れか1項に記載の暗号鍵管理方法を行わせるための暗号鍵管理プログラム。
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