JP5140393B2 - 通信ネットワークで安全な距離計算を行う方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して通信ネットワークに関し、特にこのようなネットワークでの安全な距離計算に関する。

この部分は、読者に様々な技術側面を紹介することを目的としており、この技術側面は、以下の説明及び／又は特許請求の範囲に記載の本発明の様々な態様に関係し得る。この説明は、本発明の様々な態様の理解を容易にするために読者に背景情報を提供する際に有用であると考えられる。従って、これらの記載はこの観点から読まれるべきであり、従来技術を承認することとして読まれるべきでない。

コンピュータネットワークのような通信ネットワークの装置が、通常では他の装置が周辺にいるか否かを決定するために、他の装置への“距離”を認識したいと思うことは一般的である。

距離を測定する１つの方法は、ラウンドトリップ時間（RTT：Round Trip Time）測定を使用することである。装置がメッセージを送信し、他の装置が直接応答することを要求し、応答が他の装置から受信されるまで進むタイマを起動する。この時間はリターントリップ時間（Return Trip Time）として知られている。しばしば、RTTは複数の測定での平均として計算される。

WO99/059304は、メッセージの有効期間（TTL：Time-To-Live）の使用を通じて、距離を測定する他の方法を提示している。送信者は、メッセージに初期TTL値を含める。メッセージを転送する各ノード（ルータとしても知られる）は、現在のTTL値をデクリメントする。この値がゼロに到達すると、メッセージはこれ以上転送されない。この方法は、“ジャンプ”又は“転送”の数として計算される距離の直接測定を可能にしないが、送信者が受信メッセージでTTL値を返信するように受信者に要求することが可能である。当然に、受信者が遠すぎる場合、通常はメッセージを全く受信しない。典型的な初期TTL値（通常では“TTL上限”と呼ばれる）は3である。
WO99/059304

TTLの問題は、TTL値が安全ではないことである。メッセージが意図したものより遠く送信され得るようにTTLを増加することは容易である。更に、受信者は、受信メッセージのTTL値が3、2、1又は0であることを単に応答することも可能である。この場合、送信者は、受信者が所要の距離内にあることを仮定する。

この問題に対する基本的な対策は、大きい値に容易に変更できないように、メッセージのTTL値を暗号的に署名することである。しかし、このことは、ネットワークの全て（又は少なくともほとんどの）のノードがTTL値の署名に対応することを必要とする。このことは常に実行可能であるとは限らない。

本発明は、計算の安全性を増加させる有効期間を使用した距離計算方法を提供することにより、従来技術の有効期間に関連する問題のうち少なくともいくつかを改善することを目的とする。

第１の態様では、本発明は、通信ネットワークで距離を計算する方法を対象とする。第１の装置は、予測不可能な有効期間（TTL）値（TTL_S）を選択し、選択されたTTL値（TTL_S）を有するメッセージを第２の装置に送信する。次に、第１の装置は、第２の装置により受信されたメッセージのTTL値（TTL_R）を有するメッセージを第２の装置から受信する。次に、第１の装置は、選択されたTTL値（TTL_S）と第２の装置から受信したTTL値（TTL_R）とを比較することにより、第２の装置への距離を計算する。

好ましい実施例では、距離は、選択されたTTL値（TTL_S）から、第２の距離から受信したTTL値（TTL_R）を引くことにより計算される。

更に好ましい実施例では、第２の装置から受信したメッセージは保護される。第１の装置が第２の装置と安全認証チャネル（Secure Authenticated Channel）を確立し、保護されるメッセージは、安全認証チャネルでの受信により保護されることが望ましい。

他の好ましい実施例では、第２の装置から受信したメッセージは、受信メッセージの初期TTL値（TTL’_S）を更に有する。第１の装置は、受信メッセージのTTL値（TTL’_R）を読み取り、受信メッセージの初期TTL値（TTL’_S）と受信メッセージのTTL値（TTL’_R）とを比較する。

更に他の好ましい実施例では、第１の装置は、第２の装置へのメッセージの送信と、第２の装置からのメッセージの受信との間のラウンドトリップ時間（RTT）を測定する。第１の装置はまた、第２の装置に暗号的に関連付けられた認証データと、第２の装置により受信されたメッセージの少なくともTTL値（TTL_R）とを第２の装置から受信し、認証データを確認する。

第２の態様では、本発明は、通信ネットワークで距離を計算する方法を対象とする。第２の装置は、有効期間（TTL）値（TTL_R）を有する第１のメッセージと、第１のメッセージの初期TTL値（TTL_S）に基づく値を有する第２のメッセージとを第１の装置から受信する。次に、第２の装置は、第２のメッセージの値と第１のメッセージのTTL値（TTL_R）とを比較することにより、第１の装置への距離を計算する。

好ましい実施例では、第２のメッセージは保護される。

第３の態様では、本発明は、通信ネットワークで第２の装置への距離を計算するように適合された第１の装置を対象とする。第１の装置は、予測不可能な有効期間（TTL）値（TTL_S）を選択するように適合されたプロセッサと、選択されたTTL値（TTL_S）を有するメッセージを第２の装置に送信し、第２の装置により受信されたメッセージのTTL値（TTL_R）を有するメッセージを第２の装置から受信するように適合された通信ユニットとを有する。プロセッサは、選択されたTTL値（TTL_S）と第２の装置から受信したTTL値（TTL_R）とを比較することにより、第２の装置への距離を計算するように更に適合される。

好ましい実施例では、プロセッサは、第２の装置からのメッセージが受信される安全なチャネルを確立するように更に適合される。

第４の態様では、本発明は、通信ネットワークで距離を計算するように適合された第２の装置を対象とする。第２の装置は、有効期間（TTL）値（TTL_R）を有する第１のメッセージと、第１のメッセージの初期TTL値（TTL_S）に基づく値を有する第２のメッセージとを第１の装置から受信するように適合された通信ユニットを有する。第２の装置は、初期TTL値（TTL_S）に基づく値と第１のメッセージのTTL値（TTL_R）とを比較することにより、第１の装置への距離を計算するように適合されたプロセッサを更に有する。

好ましい実施例では、プロセッサは、第１の装置からの第２のメッセージが受信される安全なチャネルを確立するように更に適合される。

第５の態様では、本発明の第２の態様の通信ネットワークで距離を計算する方法に関与するように適合された第１の装置を対象とする。第１の装置は、予測不可能な有効期間（TTL）値（TTL_S）を選択するように適合されたプロセッサと、選択されたTTL値（TTL_S）を有する第１のメッセージと、選択されたTTL値（TTL_S）を有する第２のメッセージとを第２の装置に送信するように適合された通信ユニットとを有する。

好ましい実施例では、プロセッサは、第２のメッセージが第２の装置に送信される安全なチャネルを確立するように更に適合される。

本発明の実施例によれば、計算の安全性を増加させる有効期間を使用した距離計算方法を提供することにより、従来技術の有効期間に関連する問題のうち少なくともいくつかを改善することができる。

本発明の様々な特徴及び利点とその好ましい実施例とについて、添付図面を参照して説明する。図面は本発明の範囲を例示することを目的としており、本発明の範囲を限定することを目的としていない。

図１は、本発明が使用される例示的なネットワーク100を示している。環境100は、３つの装置（装置A110、装置B130、装置C120）を有する。装置A及び装置Cは、第１のルータ150を有する第１のローカルエリアネットワーク（LAN）140に接続される。第１のルータ150は、インターネット160に接続される。装置Bは、インターネット160に接続された第２のルータ170を更に有する第２のLAN180に接続される。

装置A及び装置Bのみについて図示するが、全ての装置は、プロセッサ（CPU）111、131と、メモリ（Mem）112、132と、通信ユニット（I/O）114、134とを有することが好ましい。装置Aは、図５を参照して説明する実施例で使用される時間を測定するタイマ（T）113又は他の手段を更に有してもよい。

装置Aがメッセージを装置Cに送信すると、メッセージは第１のLAN140で直接配信される。しかし、装置Aがメッセージを装置Bに送信すると、まず、メッセージは第１のLAN140でブロードキャストされる。第１のルータ150は、受信者が第１のLAN140に接続されていないことを認識し、このため、場合によっては複数の更なるルータ（図示せず）を介して、第２のルータ170に到達するまで、メッセージをインターネット160で送信する。第２のルータ170は第２のLAN180でメッセージを送信し、メッセージは装置Bにより受信される。メッセージのルーティングの説明は単なる例であり、他の変更形態が可能であることが、当業者にわかる。例えば、第１のルータ150は、装置Aから装置Bへのメッセージの送信に関与する。

“ジャンプ”で計算される距離に関して、装置Aと装置Cとの間の距離はゼロである。第１のルータ150がメッセージを転送する必要はない。しかし、装置Aと装置Bとの間の距離は、各ルータが“ジャンプ”に相当するため、中間ルータの数に依存する。メッセージが第１のルータ150から第２のルータ170に直接配信され得る場合、２つの装置の間の距離は2である（第１のルータがメッセージを転送し、第２のルータも同様に転送するため、合計で2の転送又はジャンプになる）。同様に、第１のルータ150が第２のLAN180の装置Bにメッセージを直接配信し得る場合、距離は1である。第１のルータ150と第２のルータ170との間に１つの更なるルータが存在する場合、距離は3であり、以下同様である。

前述のように、メッセージが目的のものより更に遠くの装置に到達しないことを確保するために、従来技術の有効期間（TTL）値を使用することは、十分に安全ではないことがある。従って、従来技術のTTLは、１つの装置から他の装置への距離を安全に計算するために使用できない可能性がある。

従来技術の問題を克服するために、本発明は予測不可能な初期TTL値を使用する。制限は、第１の装置が“近い”又は“周辺”として考える最大距離以上でなければならないという点である。すなわち、初期値は、TTL上限（TTL_C）より大きくなければならない。例えば、装置Bが3ジャンプより離れてないことを装置Aが確認しようとすると、装置Aにより設定される初期TTL値は少なくとも3でなければならない。更なる制限は、初期TTL値が最大な可能な値より大きくなり得ない点である。1バイトがTTL値に与えられるとき、最大な可能な値は255である。

本発明に関して、“予測不可能な”TTL値は、例えばハッカーにより検出できない点に留意すべきである。予測不可能な値はランダムでもよく、準ランダムでもよい。

図面において、メッセージに含まれるデータは括弧内に示されるが、メッセージのTTL値（すなわち、例えばルータにより使用されるTTL値）は括弧の外に示される。

図２は、本発明によるTTL値を使用した距離計算方法の好ましい実施例を示している。まず、装置Aは、装置Bを対象としたメッセージに予測不可能なTTL値202を設定し、メッセージ204を装置Bに送信し、好ましくはTTL値202をメモリ112に格納する。メッセージ204は、受信したTTL値を装置Aに返信する命令を有する。メッセージは、装置Bへの途中で複数のルータを通過する（図示せず）。メッセージ204の受信時に、装置Bは、命令と受信メッセージのTTL値（TTL_R）とを読み取る。装置B及び装置Aは、安全認証チャネル（SAC：Secure Authenticated Channel）212を確立する208、210。好ましい実施例では、SACは、米国公開特許出願2006/0093138A1に記載された方法に従ってプロセッサ111、131により確立されるが、他のSAC又は当該技術分野でメッセージを保護する他の方法も使用され得ることを当業者はわかる。例えば、SACを確立することによるものであれ、非対称暗号化アルゴリズムの秘密鍵でメッセージを復号化することによるものであれ、メッセージを保護するために装置が実行する如何なる動作も、適用可能な場合には、この説明で“安全なチャネルの確立”として示される。

装置Bは、SAC212で受信したTTL値（TTL_R）を備えたメッセージ214を送信する。実施例の説明では、SACでの値の送信は、値が（例えばHMAC（Hashed Message Authentication Code）関数を使用して）認証されること、（例えばAES（Advanced Encryption Standard）を使用して）暗号化されること、又は好ましくは認証及び暗号化されることを意味する。従って、値TTL_Rは、装置Aが気付くことなく、攻撃者により変更できない。値への変更が装置Aにより気付かれないで済むことを確保する（換言すると、値が安全に送受信されることを確保する、すなわち、メッセージ及び値が保護される）他の手段が使用され得ることを、当業者はわかる。このTTL値（TTL_R）の受信時に、装置Aは装置Bへの距離を計算する216。
・TTL_R＞TTL_Sである場合、装置Aは攻撃が行われたと判断してもよい。
・TTL_R＜TTL_S-TTL_Cである場合、装置Aは、装置Bが遠すぎる（すなわち“近く”ない又は“周辺”にない）と判断してもよい。
・TTL_S-TTL_C≦TTL_R≦TTL_Sである場合、装置Aは、装置Bが仮定で最大許容距離内にある（すなわち、装置Bが“近い”）と判断してもよい。

一例について更に説明する。装置AがTTL上限（TTL_C）を3に設定したと仮定する（すなわち、3ジャンプより大きくない装置を“近い”と考える）。更に、メッセージに装置Aにより設定される予測不可能なTTL値が61であると仮定する（すなわち、TTL_S=61）。
・TTL_R＞61である場合、攻撃（又はエラー）が生じている。
・TTL_R＜61-3=58である場合、装置Bは“近く”ない。
・しかし、58≦TTL_R≦61である場合、装置Aは、装置Bが仮定で近い（すなわち、所要の距離内にある）と考える。

計算216の結果に対する反応はアプリケーションに依存する点に留意すべきである。例えば、アプリケーションは、第２の装置との更なる通信を中止してもよく、第２の装置が周辺の外にあると考えて継続してもよく、又は再び距離を検査してもよい。

図３は、本発明によるTTL値を使用した距離計算方法の代替実施例を示している。この方法は、SAC212が確立されるまで、好ましい実施例による方法のステップに従う。しかし、メッセージ314を装置Bに送信するのは装置Aである。このメッセージ314は、初期TTL値（TTL_S）を有してもよく、初期TTL値からTTL上限を引いたもの（TTL_S-TTL_C）を有してもよく、これらの値の双方を有してもよく、TTL上限（TTL_C）と共にこれらの値の一方を有してもよい。これらの値は、SAC212で送信されるときに、暗号化されて認証されることが重要である。

装置Bは、受信TTL値（TTL_R）と、メッセージ314で受信した１つ以上の値（例えば、初期TTL値（TTL_S））とを比較することにより、距離を計算し316、必要な変更を加えて、図２を参照して前述した距離を計算するために（メモリ132に格納された）既知のTTL上限と共にこれらの値を使用してもよい。

図４は、本発明によるTTL値を使用した距離計算方法の更なる代替実施例を示している。この方法は、SAC212が確立されるまで、好ましい実施例による方法のステップに従う。装置Bは、SAC212で予測不可能な初期TTL値（TTL’_S）を備えたメッセージ414を送信する。暗号化及び認証されたメッセージ414は、装置Bにより受信されたTTL値（TTL_R）と、メッセージ414の初期TTL値（TTL’_S）とを有する。

メッセージ414の受信時に、装置Aは、受信メッセージ414のTTL値（TTL’_R）を読み取る。装置Aは、図２を参照して説明した計算を２回実行することにより、まず第１のメッセージ204に関係するTTL値（TTL_S及びTTL_R）を比較し、次に第２のメッセージ414に関係するTTL値（TTL’_S及びTTL’_R）を比較することにより、装置Bへの距離を計算してもよい416。

図５は、本発明によるTTL値を使用した距離計算方法の更に別の代替実施例を示している。この方法の簡単な説明は、１つの装置から他の装置へのリターントリップ時間（RTT）を計算する安全な方法を記載するPCT特許出願EP/2006/005319に記載の方法と、前述の方法との組み合わせである。

まず、装置Aは、装置Bにメッセージ502を送信し、間もなく新しい距離測定が実行されるため、装置Bはその準備をすべきであることを知らせる。装置Aは、予測不可能なTTL値（TTL’_S）を選択し504、好ましくは、必要に応じて装置Bに準備させる短い間待機する508。この時間の間に、装置Bは他の予測不可能なTTL値（TTL’_S）を選択する。

装置Aは、命令と選択されたTTL値（TTL_S）とを有するメッセージ510を装置Bに送信する。このメッセージ510自体は、選択されたTTL値（TTL_S）を有する。装置Aはまた、送信時間を記す、又はタイマ113を開始する。

メッセージ510の受信時に、装置Bは、直ちに装置Bにより選択されたTTL値（TTL’_S）を有するメッセージ514で応答することが好ましい。このメッセージ514は、そのTTL値（TTL’_S）を有する。

この返信メッセージ514の受信時に、装置Aは、受信時間を記し516（又はタイマ113を停止し）、受信メッセージ514の初期TTL値（TTL’_S）と、受信メッセージ514のTTL値（TTL’_R）とを記し、リターントリップ時間（RTT）を計算する518。好ましい変形形態では、装置Aは装置Bにメッセージ520を送信し、RTTが予め設定された閾値より下であったことを知らせる。

このメッセージ520の受信時に、装置Bは、この方法の他の半分を実行したのは実際に装置Bであったことを装置Aが確認することを可能にする認証データを計算する522。好ましい変形形態では、メッセージ520は、装置BのX.509証明書を有し、好ましくはTTL_S、TTL_R、TTL’_Sは暗号化され、全メッセージが署名される。

多数の可能な変形形態が存在することを当業者はわかる。例えば、装置Aは、メッセージ自体に予測不可能なTTL値を設定する間に、メッセージ510に他の予測不可能な値を含めてもよい。また、装置Bは、TTL’_S及びTTL_Rのみのような他のデータに基づいて認証データを計算してもよい。

図５の実施例を使用して、装置Aは、TTL値に基づいて、ラウンドトリップ時間と距離との双方を確認してもよい。

繰り返して前述の実施例のいずれかに従って（すなわち、同じ受信者について複数回方法を実行して）、方法のセキュリティを増加させることが可能である点に留意すべきである。

従って、本発明は、有効期間値を備えたメッセージを使用して、第１の装置と第２の装置との間の距離を計算する安全な方法を提供することにより、従来技術を改善することがわかる。この方法は仮定を行わず、中間ノードに特別の要件を有さないため、以前のようにメッセージを転送し続け得ることを、当業者はわかる。

前記の明細書、例及び図面は、本発明の構成の製造及び使用の完全な説明を提供する。本発明の多くの実施例は、本発明の要旨及び範囲を逸脱することなく作られ得るため、本発明は特許請求の範囲に属する。

この説明並びに（適当な場合には）特許請求の範囲及び図面に開示された各機能は、独立して提供されてもよく、何らかの適切な組み合わせで提供されてもよい。適当な場合には、機能は、ハードウェア、ソフトウェア又はこの２つの組み合わせで実装されてもよい。適切な場合には、接続は、無線接続又は有線接続（必ずしも直接又は専用接続である必要はない）として実装されてもよい。

“一実施例”又は“実施例”への言及は、実施例に関して説明した特定の機能、構造又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施例に含まれ得ることを意味する。明細書の様々な場所に“一実施例で”という語句が現れることは、必ずしも同じ実施例を言及しているとは限らず、また、他の実施例を相互に排除した別の実施例又は代替実施例を言及しているとは限らない。

請求項に現れる参照符号は説明目的のみであり、本発明の範囲に限定的な影響を有するものではない。

本発明が使用される例示的な環境 本発明によるTTL値を使用した距離計算方法の好ましい実施例 本発明によるTTL値を使用した距離計算方法の代替実施例 本発明によるTTL値を使用した距離計算方法の更なる代替実施例 本発明によるTTL値を使用した距離計算方法の更に別の代替実施例

符号の説明

110 装置A
111 プロセッサ
112 メモリ
113 タイマ
114 通信ユニット
120 装置C
130 装置B
131 プロセッサ
132 メモリ
134 通信ユニット
140 LAN
150 ルータ
160 インターネット
170 ルータ
180 ルータ

Claims (12)

1. 第１の装置と第２の装置とを有する通信ネットワークで距離を計算する方法であって、
   前記第１の装置で、
   予測不可能な有効期間値を選択するステップと、
   前記選択された有効期間値を有するメッセージを前記第２の装置に送信するステップと、
   前記第２の装置により受信された前記メッセージの有効期間値を有するメッセージを前記第２の装置から受信するステップと、
   前記選択された有効期間値と前記第２の装置から受信した前記有効期間値とを比較することにより、前記第２の装置への距離を計算するステップと
   を有する方法。
2. 前記距離は、前記選択された有効期間値から、前記第２の装置から受信した前記有効期間値を引くことにより計算される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の装置と安全認証チャネルを確立するステップを更に有し、
   前記第２の装置から受信した前記メッセージは、前記安全認証チャネルでの受信により保護される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２の装置から受信した前記メッセージは、前記受信メッセージの初期有効期間値を更に有し、
   前記方法は、前記受信メッセージの有効期間値を読み取るステップを更に有し、
   前記計算するステップは、前記受信メッセージの前記初期有効期間値と前記受信メッセージの前記有効期間値とを比較することを更に有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２の装置への前記メッセージの送信と、前記第２の装置からの前記メッセージの受信との間のラウンドトリップ時間を測定するステップと、
   前記第２の装置と前記第２の装置により受信された前記メッセージの少なくとも前記有効期間値とに暗号的に関連付けられた認証データを前記第２の装置から受信するステップと、
   前記認証データを確認するステップと
   を更に有する、請求項１に記載の方法。
6. 通信ネットワークで距離を計算する方法であって。
   第２の装置で、
   有効期間値を有する第１のメッセージを第１の装置から受信するステップと、
   前記第１のメッセージの初期有効期間値に基づく値を有する第２のメッセージを前記第１の装置から受信するステップと、
   前記第２のメッセージの値と前記第１のメッセージの前記有効期間値とを比較することにより、前記第１の装置への距離を計算するステップと
   を有する方法。
7. 通信ネットワークで第２の装置への距離を計算するように適合された第１の装置であって、
   予測不可能な有効期間値を選択するように適合されたプロセッサと、
   前記選択された有効期間値を有するメッセージを前記第２の装置に送信し、前記第２の装置により受信された前記メッセージの有効期間値を有するメッセージを前記第２の装置から受信するように適合された通信ユニットと
   を有し、
   前記プロセッサは、前記選択された有効期間値と前記第２の装置から受信した前記有効期間値とを比較することにより、前記第２の装置への距離を計算するように更に適合される第１の装置。
8. 前記プロセッサは、前記第２の装置からの前記メッセージが受信される安全なチャネルを確立するように更に適合される、請求項７に記載の第１の装置。
9. 通信ネットワークで距離を計算するように適合された第２の装置であって、
   有効期間値を有する第１のメッセージを第１の装置から受信し、前記第１のメッセージの初期有効期間値に基づく値を有する第２のメッセージを前記第１の装置から受信するように適合された通信ユニットと、
   前記初期有効期間値に基づく値と前記第１のメッセージの前記有効期間値とを比較することにより、前記第１の装置への距離を計算するように適合されたプロセッサと
   を有する第２の装置。
10. 前記プロセッサは、前記第１の装置からの前記第２のメッセージが受信される安全なチャネルを確立するように更に適合される、請求項９に記載の第２の装置。
11. 請求項６に記載の通信ネットワークで距離を計算する方法に関与するように適合された第１の装置であって、
    予測不可能な有効期間値を選択するように適合されたプロセッサと、
    前記選択された有効期間値を有する第１のメッセージを前記第２の装置に送信し、前記選択された有効期間値を有する第２のメッセージを前記第２の装置に送信するように適合された通信ユニットと
    を有する第１の装置。
12. 前記プロセッサは、前記第２のメッセージが前記第２の装置に送信される安全なチャネルを確立するように更に適合される、請求項１１に記載の第１の装置。

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