JP5370424B2 - 無線通信装置及び暗号鍵漏洩防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置及び暗号鍵漏洩防止方法に関する。

無線通信システムは、無線通信装置同士を接続する接続線の配線が不要であり、配線が困難な場所や配線工事が不経済な場所への無線通信装置の設置を容易に行うことができる等の利点を有するため、近年では様々な分野で多用されている。例えば、プラントや工場等においては、無線フィールド機器と呼ばれる無線通信が可能な現場機器（測定器、操作器）を設置し、無線フィールド機器を制御するための制御信号や無線フィールド機器で得られた測定信号等を、無線通信ネットワークを介して通信する無線通信システムが実現されている。

このような無線通信システムでは、セキュリティを確保する必要があることから、無線通信ネットワークを介して通信される各種情報が、共有鍵暗号方式等の暗号技術を用いて暗号化されることが多い。ここで、上記の共有鍵暗号方式は、暗号化と復号に同じ鍵（共有鍵）を用いる方式であることから、無線通信装置で無線通信が開始される前に予め無線通信装置に共有鍵を設定する必要がある。

無線通信装置に対する共有鍵の設定は、例えば無線通信装置の製造時に製造者によって行われ、或いは無線通信装置の使用開始時に使用者によって手作業で行われることが多い。また、このような設定方法以外に、公開鍵暗号方式を用いて共有鍵を設定する方法も用いられている。この方法は、公開鍵を用いて暗号化された共有鍵を無線通信装置に送信し、その暗号化された共有鍵を受信した無線通信装置が予め設定された秘密鍵を用いて復号することによって共有鍵の設定を行う方法である。

上記の公開鍵暗号方式を用いて共有鍵を設定する方法は、例えばＩＳＡ１００．１１ａなる無線通信規格で規定されているＯＴＡ（Over The Air） ＰＫＩ（Public Key Infrastructure） プロビジョニングで用いられる。尚、上記のＩＳＡ１００．１１ａは、国際計測制御学会（ＩＳＡ：International Society of Automation）で策定されたインダストリアル・オートメーション用無線通信規格である。また、以下の非特許文献１においても、上記の公開鍵暗号方式を用いた共有鍵の設定が行われている。

Ki Woong Park et al.，"An Interoperable Authentication System using ZigBee-enabled Tiny Portable Device and PKI"，Computer Engineering Research Lab.，Department of Electrical Engineering and Computer Science，Korea Advanced Institute of Science and Technology

ところで、上述した公開鍵暗号方式を用いて共有鍵の設定が行われる無線通信装置は、暗号化された共有鍵を秘密鍵により復号する機能（以下、「公開鍵暗号処理機能」という）と、通信すべき情報の暗号化及び復号を共有鍵により行う機能（以下、「共有鍵暗号処理機能」という）とを１つのチップに実装することがセキュリティを確保する観点からは望ましい。つまり、秘密鍵と共有鍵とを１つのチップ内に収容し、これらの情報に対するアクセスがあった場合には、これらの情報を共に破棄する等のタンパプルーフ（tamper proof）の仕組みを設ければ第三者への漏洩を防止することができるため、セキュリティを高めることができると考えられる。

しかしながら、コスト等の制約から公開鍵暗号処理機能と共有鍵暗号処理機能とを１つのチップに実装することができない場合がある。かかる場合には、例えば公開鍵暗号処理機能が実装されたモジュール（以下、「公開鍵暗号処理モジュール」という）と、共有鍵暗号処理機能が実装されて無線通信を行うモジュール（以下、「無線通信モジュール」という）とに分けて、各々のモジュールにＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）等の送受信器を設け、それらモジュール間を接続バスで接続した構成にされる。

しかしながら、以上の構成の場合には、以下の（１）〜（３）に示す操作を行うことが可能になる。
（１）公開鍵暗号処理モジュール及び無線通信モジュールの付け替え
（２）公開鍵暗号処理モジュール及び無線通信モジュールの動作モードの変更
（３）接続バス等を介して送信される通信内容の参照

上記（１）に示す通り、例えば無線通信モジュールの付け替えが行われると、公開鍵暗号処理モジュールで復号された共有鍵が付け替えられた無線通信モジュールに渡されてしまうため、共有鍵の参照が可能になる。また、上記（２）に示す通り、各モジュールの動作モードを例えば「デバッグモード」に変更してしまえば、無線通信モジュールで用いられる共有鍵及び公開鍵暗号処理モジュールで用いられる秘密鍵の何れもが参照が可能になる。

また、上記（３）に示す通り、接続バス等を介した通信内容を参照すれば、公開鍵暗号処理モジュールと無線通信モジュールとの間で受け渡しが行われる共有鍵や秘密鍵の参照が可能になる。このように、以上の（１）〜（３）に示す操作の何れかが悪意のある第三者によって行われると、秘密にすべき共有鍵や秘密鍵が漏洩する虞が考えられるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、秘密にすべき鍵の漏洩を防止してセキュリティを高めることができる無線通信装置及び暗号鍵漏洩防止方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の無線通信装置は、通信内容の暗号化及び復号のための第１鍵（Ｋ１）が格納される第１モジュール（１０、４０）と、公開鍵暗号方式により暗号化された前記第１鍵を復号するための第２鍵（Ｋ２２）が格納される第２モジュール（２０、５０）と、前記第１，第２モジュールを接続する接続バス（Ｂ）とを備える無線通信装置（１ａ〜１ｃ）において、前記第１，第２モジュールは、前記第１，第２鍵とは異なる自身に格納された第３鍵（Ｋ３）を用いて、前記接続バスを介して授受される情報の暗号化及び復号を行う暗号処理部（１３、２３）を備えており、前記第１，第２モジュールの少なくとも一方は、前記接続バスを介して入力される前記第２，第１モジュールに設定された動作モードを示す情報が通常動作時に設定される第１動作モード以外の動作モードを示すものである場合に、少なくとも自身に格納された前記第３鍵の削除を行うことを特徴としている。
この発明によると、第２，第１モジュールに設定された動作モードを示す情報であって第３鍵を用いて暗号化されて接続バスを介して送信される情報が、通常動作時に設定される第１動作モード以外の動作モードを示すものである場合に、第１，第２モジュールの少なくとも一方によって少なくとも自身に設定された第３鍵を削除する処理が行われる。
また、本発明の無線通信装置は、前記第１，第２モジュールが、自身に設定された動作モードが前記第１動作モード以外の動作モードである場合に、少なくとも自身に格納された前記第３鍵の削除をそれぞれ行うことを特徴としている。
また、本発明の無線通信装置は、前記第１モジュールが、前記第１鍵を用いて無線通信により送信すべき情報の暗号化を行うとともに、前記第１鍵を用いて無線通信により受信した情報の復号を行う無線通信部（１１）を備えることを特徴としている。
また、本発明の無線通信装置は、前記第２モジュールが、前記第２鍵を用いて公開鍵暗号方式により暗号化された前記第１鍵を復号する公開鍵暗号処理部（２１）を備えており、前記公開鍵暗号処理部で復号された前記第１鍵を、前記暗号処理部で暗号化して前記接続バスを介して前記前記第１モジュールに送信することを特徴としている。
或いは、本発明の無線通信装置は、前記第１モジュールが、前記第２モジュールから前記接続バスを介して送信される前記第２鍵を用いて公開鍵暗号方式により暗号化された前記第１鍵を復号する公開鍵暗号処理部（２１）を備えることを特徴としている。
本発明の暗号鍵漏洩防止方法は、通信内容の暗号化及び復号のための第１鍵（Ｋ１）が格納される第１モジュール（１０、４０）と、公開鍵暗号方式により暗号化された前記第１鍵を復号するための第２鍵（Ｋ２２）が格納される第２モジュール（２０、５０）と、前記第１，第２モジュールを接続する接続バス（Ｂ）とを備える無線通信装置（１ａ〜１ｃ）における暗号鍵漏洩防止方法であって、前記第１，第２モジュールに設定された動作モードを示す情報を前記第１，第２鍵とは異なる前記第１，第２モジュールに格納された第３鍵（Ｋ３）を用いて暗号化して前記第１，第２モジュールの少なくとも一方から前記接続バスに送信する第１ステップ（Ｓ１６）と、前記接続バスを介して送信されてきた情報を、前記第２，第１モジュールの少なくとも一方で前記第３鍵を用いて復号する第２ステップ（Ｓ２６）と、前記第２ステップで復号された情報が、通常動作時に設定される第１動作モード以外の動作モードである場合に、少なくとも自身に格納された前記第３鍵の削除を行う第３ステップ（Ｓ２３）とを有することを特徴としている。

本発明によれば、第２，第１モジュールに設定された動作モードを示す情報であって第３鍵を用いて暗号化されて接続バスを介して送信される情報が、通常動作時に設定される第１動作モード以外の動作モードを示すものである場合に、第１，第２モジュールの少なくとも一方が少なくとも自身に設定された第３鍵を削除しているため、仮に第１，第２モジュールの付け替えが行われ、第１，第２モジュールの動作モードの変更が行われ、或いは接続バスを介して送信される通信内容が参照されたとしても、秘密にすべき鍵の漏洩を防止してセキュリティを高めることができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による無線通信装置が用いられる無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による無線通信機器としての無線フィールド機器の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態において、電源投入時に無線フィールド機器の無線通信モジュールで行われる処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態において、電源投入時に無線フィールド機器の公開鍵暗号処理モジュールで行われる処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態において行われる無線フィールド機器に対する無線通信用共有鍵の設定処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による無線通信機器としての無線フィールド機器の要部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による無線通信装置及び暗号鍵漏洩防止方法について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による無線通信装置が用いられる無線通信システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示す通り、無線通信システムＣＳは、無線フィールド機器１ａ〜１ｃ（無線通信装置）、バックボーンルータ２、システムマネージャ３、セキュリティマネージャ４、及び上位管理装置５を備えており、無線フィールド機器１ａ〜１ｃとシステムマネージャ３との間で、バックボーンルータ２を介した各種情報の通信が可能である。尚、図１では３つの無線フィールド機器１ａ〜１ｃを示しているが、無線フィールド機器の数は任意である。

無線フィールド機器１ａ〜１ｃは、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器等のプラントや工場に設置される機器であり、インダストリアル・オートメーション用無線通信規格であるＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う。尚、これら無線フィールド機器１ａ〜１ｃの詳細については後述する。

バックボーンルータ２は、無線フィールド機器１ａ〜１ｃが接続される無線通信ネットワークＮ１と、システムマネージャ３が接続される有線ネットワークであるバックボーンネットワークＮ２とを接続し、無線フィールド機器１ａ〜１ｃとシステムマネージャ３との間で送受信される各種データの中継を行う装置である。尚、バックボーンルータ２も上記の無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う。

システムマネージャ３は、バックボーンルータ２によって形成される無線通信ネットワークＮ１を介して無線フィールド機器１ａ〜１ｃとの間で通信を行いながら無線通信ネットワークＮ１に接続される無線フィールド機器１ａ〜１ｃの管理等を行う。具体的には、無線通信ネットワークＮ１に参入している無線フィールド機器１ａ〜１ｃの通信の制御を行う。

また、システムマネージャ３は、新たな無線フィールド機器を無線通信ネットワークＮ１に参入させるか否かの管理制御も行う。かかる管理制御を行う際に、システムマネージャ３は、無線通信ネットワークＮ１を介する無線通信の通信内容を暗号化するために用いる共有鍵Ｋ１（正確には、公開鍵Ｋ２１を用いて暗号化された共有鍵Ｋ１）を無線フィールド機器に向けて送信する処理を行う。尚、共有鍵Ｋ１及び公開鍵Ｋ２１は、セキュリティマネージャ４で管理される。

セキュリティマネージャ４は、システムマネージャ３の下で無線通信システムＣＳのセキュリティ管理を行う。具体的には、無線通信ネットワークＮ１への参入が許可されている無線フィールド機器１ａ〜１ｃを示す情報や、無線通信ネットワークＮ１へ参入させるべきではない無線フィールド機器を示す情報の登録管理を行う。また、無線フィールド機器１ａ〜１ｃとバックボーンルータ２との間で行われる無線通信に用いられる暗号鍵である共有鍵Ｋ１と、この共有鍵Ｋ１を暗号化するための暗号鍵である公開鍵Ｋ２１との管理も行う。尚、共有鍵Ｋ１及び公開鍵Ｋ２１は、無線フィールド機器１ａ〜１ｃ毎に用意される。

上位管理装置５は、システムマネージャ３に接続されており、無線通信システムＣＳの管理者によって操作されて無線通信システムＣＳの管理のために用いられる装置である。この上位管理装置５は、管理者の指示に応じて無線通信システムＣＳの管理に必要な各種情報をシステムマネージャ３から収集し、その収集した情報を所定の形式（例えば、管理者の把握を容易とするグラフ形式）で表示する。

次に、以上説明した無線通信システムＣＳで用いられる無線フィールド機器１ａ〜１ｃについて詳細に説明する。図２は、本発明の第１実施形態による無線通信機器としての無線フィールド機器の要部構成を示すブロック図である。尚、無線フィールド機器１ａ〜１ｃは同様の構成であるため、以下では無線フィールド機器１ａについて詳細に説明し、無線フィールド機器１ｂ，１ｃについての説明は省略する。

図２に示す通り、無線フィールド機器１ａは、アンテナＡ、無線通信モジュール１０（第１モジュール）、公開鍵暗号処理モジュール２０（第２モジュール）、及び接続バスＢを備える。アンテナＡは、無線通信モジュール１０から出力される信号に応じた電波をバックボーンルータ２に向けて送信するとともに、バックボーンルータ２から送信された電波を受信して得られる信号を無線通信モジュール１０に出力する。

無線通信モジュール１０は、無線通信サブモジュール１１（無線通信部）、バス通信サブモジュール１２、共有鍵暗号処理サブモジュール１３（暗号処理部）、無線通信用共有鍵格納領域１４、バス通信用共有鍵格納領域１５、及びメモリ１６を備えており、アンテナＡを介して行われる無線通信の通信制御に加えて、接続バスＢを介して行われるバス通信の通信制御を行う。また、無線通信モジュール１０は、アンテナＡを介して行われる無線通信の通信内容、及び接続バスＢを介して行われるバス通信の通信内容の暗号化及び復号をそれぞれ行う。

無線通信サブモジュール１１は、アンテナＡを介して行われる無線通信の通信制御を行うサブモジュールであり、前述した無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線信号の送信及び受信を行う。バス通信サブモジュール１２は、接続バスＢを介して行われる通信（バス通信）の通信制御を行うサブモジュールであり、例えば調歩同期方式によるシリアル通信制御を行う。

共有鍵暗号処理サブモジュール１３は、無線通信用共有鍵格納領域１４に格納された共有鍵（無線通信用共有鍵Ｋ１）を用いて、アンテナＡを介して行われる無線通信の通信内容の暗号化及び復号を行う。また、共有鍵暗号処理サブモジュール１３は、バス通信用共有鍵格納領域１５に格納された共有鍵（バス通信用共有鍵Ｋ３）を用いて、接続バスＢを介して行われるバス通信の通信内容の暗号化及び復号を行う。

無線通信用共有鍵格納領域１４は、アンテナＡを介して行われる無線通信の通信内容の暗号化及び復号のために用いる無線通信用共有鍵Ｋ１が格納される領域である。尚、無線通信用共有鍵Ｋ１は、セキュリティマネージャ４によって管理される共有鍵Ｋ１と同じ鍵であり、無線フィールド機器１ａが無線通信ネットワークＮ１に参入する時点で無線通信用共有鍵格納領域１４に格納される。

バス通信用共有鍵格納領域１５は、接続バスＢを介して行われるバス通信の通信内容の暗号化及び復号のために用いるバス通信用共有鍵Ｋ３が格納される領域である。尚、バス通信用共有鍵Ｋ３は、例えば無線フィールド機器１ａの製造時点でバス通信用共有鍵格納領域１５に格納される。上記の無線通信用共有鍵格納領域１４及びバス通信用共有鍵格納領域１５は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリにより実現される。

メモリ１６は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、無線通信モジュール１０の動作モードを示す情報（モード情報ＭＩ）を格納する。無線通信モジュール１０の動作モードには、セキュアモード（第１モード）やデバッグモード等がある。ここで、セキュアモードとは、工場出荷後における無線フィールド機器１ａの通常動作時に設定される動作モードである。また、デバッグモードとは、例えば無線フィールド機器１ａのメンテナンス時に、無線通信モジュール１０の動作状況の調査や解析を行うために設定される動作モードである。

公開鍵暗号処理モジュール２０は、公開鍵暗号処理サブモジュール２１（公開鍵暗号処理部）、バス通信サブモジュール２２、共有鍵暗号処理サブモジュール２３（暗号処理部）、秘密鍵格納領域２４、バス通信用共有鍵格納領域２５、及びメモリ２６を備えており、公開鍵で暗号化された共有鍵Ｋ１の復号に加えて、接続バスＢを介して行われるバス通信の通信制御を行う。また、公開鍵暗号処理モジュール２０は、接続バスＢを介して行われるバス通信の通信内容の暗号化及び復号をそれぞれ行う。

公開鍵暗号処理サブモジュール２１は、バス通信サブモジュール２２で受信された共有鍵Ｋ１を、秘密鍵格納領域２４に格納された秘密鍵Ｋ２２を用いて復号して無線通信用共有鍵Ｋ１を得る処理を行う。バス通信サブモジュール２２は、無線通信モジュール１０に設けられるバス通信サブモジュール１２と同様に、接続バスＢを介して行われる通信の通信制御を行うサブモジュールであり、例えば調歩同期方式によるシリアル通信制御を行う。

共有鍵暗号処理サブモジュール２３は、バス通信用共有鍵格納領域２５に格納された共有鍵（バス通信用共有鍵Ｋ３）を用いて、接続バスＢを介して行われるバス通信の通信内容の暗号化及び復号を行う。尚、公開鍵暗号処理モジュール２０のバス通信用共有鍵格納領域２５に格納されるバス通信用共有鍵Ｋ３は、無線通信モジュール１０のバス通信用共有鍵格納領域１５に格納されるバス通信用共有鍵Ｋ３と同じものである。

秘密鍵格納領域２４は、公開鍵Ｋ２１を用いて暗号化された共有鍵Ｋ１を復号するために用いる秘密鍵Ｋ２２が格納される領域である。バス通信用共有鍵格納領域２５は、接続バスＢを介して行われるバス通信の通信内容の暗号化及び復号のために用いるバス通信用共有鍵Ｋ３が格納される領域である。尚、秘密鍵Ｋ２２及びバス通信用共有鍵Ｋ３は、例えば無線フィールド機器１ａの製造時点で秘密鍵格納領域２４及びバス通信用共有鍵格納領域２５にそれぞれ格納される。上記の秘密鍵格納領域２４及びバス通信用共有鍵格納領域２５は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリにより実現される。

メモリ２６は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、公開鍵暗号処理モジュール２０の動作モードを示す情報（モード情報ＭＩ）を格納する。尚、公開鍵暗号処理モジュール２０の動作モードには、無線通信モジュール１０の動作モードと同様に、セキュアモード（第１モード）やデバッグモード等がある。

無線通信モジュール１０は、メモリ１６に格納されたモード情報ＭＩを参照することによって自身に設定された動作モードを取得する。同様に、公開暗号処理モジュール２０は、メモリ２６に格納されたモード情報ＭＩを参照することによって自身に設定された動作モードを取得する。但し、無線通信モジュール１０及び公開暗号処理モジュール２０の動作モードは、例えば作業者が無線通信モジュール１０及び公開暗号処理モジュール２０の各々に対して特殊な指示を行うことによって個別に変更可能である。

無線通信モジュール１０及び公開暗号処理モジュール２０は、電源投入時に、自身に設定されている動作モード、或いは、接続バスＢを介して接続されている相手方のモジュールに設定されている動作モードに応じて、秘密鍵Ｋ２２やバス通信用共有鍵Ｋ３を削除する処理を行う。これは、秘密にすべき鍵の漏洩を防止してセキュリティを高めるためである。

具体的に、無線通信モジュール１０は、メモリ１６に格納されたモード情報ＭＩで示される動作モードがセキュアモード以外の動作モードである場合には、バス通信用共有鍵格納領域１５に格納されているバス通信用共有鍵Ｋ３を削除する処理を行う。また、公開暗号処理モジュール２０は、メモリ２６に格納されたモード情報ＭＩで示される動作モードがセキュアモード以外の動作モードである場合、或いは接続バスＢを介して得られる無線通信モジュール１０の動作モードがセキュアモード以外の動作モードである場合に、秘密鍵格納領域２４に格納されている秘密鍵Ｋ２２及びバス通信用共有鍵格納領域２５に格納されているバス通信用共有鍵Ｋ３を削除する処理を行う。

接続バスＢは、無線通信モジュール１０に設けられたバス通信サブモジュール１２と公開鍵暗号処理モジュール２０に設けられたバス通信サブモジュール２２とを接続するシリアルバス等のバスである。尚、接続バスＢは、シリアルバスに限られることはなく、パラレルバスであっても良い。

次に、上記構成における無線通信システムの動作について説明する。以下では無線通信システムＣＳの無線通信ネットワークＮ１に対し、新たに無線フィールド機器１ａを参入させる場合の動作について説明する。尚、無線フィールド機器１ａを参入させるに当り、無線フィールド機器１ａによって行われる無線通信の通信内容を暗号化するために用いる共有鍵Ｋ１と、この共有鍵Ｋ１を暗号化するために用いる公開鍵Ｋ２１が予めセキュリティマネージャ４に登録されているとする。

また、無線フィールド機器１ａが備える公開鍵暗号処理モジュール２０の秘密鍵格納領域２４には、セキュリティマネージャ４に登録されている公開鍵Ｋ２１に対応する秘密鍵Ｋ２２が格納されており、無線通信モジュール１０のバス通信用共有鍵格納領域１５及び公開鍵暗号処理モジュール２０のバス通信用共有鍵格納領域２５にはバス通信用共有鍵Ｋ３がそれぞれ格納されているとする。尚、無線フィールド機器１ａが無線通信ネットワークＮ１に参入する前において、無線通信モジュール１０の無線通信用共有鍵格納領域１４には無線通信用共有鍵Ｋ１が格納されていない点に注意されたい。

図３は、本発明の第１実施形態において、電源投入時に無線フィールド機器の無線通信モジュールで行われる処理を示すフローチャートである。また、図４は、本発明の第１実施形態において、電源投入時に無線フィールド機器の公開鍵暗号処理モジュールで行われる処理を示すフローチャートである。図３，図４に示すフローチャートの処理は、例えば作業者が無線フィールド機器１ａを現場に設置する作業を行い、設置作業完了後に無線フィールド機器１ａの電源を投入することにより開始される。

無線フィールド機器１ａの電源が投入されると、図３に示す通り、無線通信モジュール１０では、まず自身に設定された動作モードを取得する処理が行われる（ステップＳ１１）。具体的には、メモリ１６に格納されたモード情報ＭＩを読み出す処理が行われる。次に、メモリ１６から読み出されたモード情報ＭＩで示される動作モードがセキュアモードであるか否かが無線通信モジュール１０によって判断される（ステップＳ１２）。

モード情報ＭＩで示される動作モードがセキュアモードではないと判断した場合（ステップＳ１２の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、バス通信用共有鍵格納領域１５に格納されたバス通信用共有鍵Ｋ３を削除する処理が無線通信モジュール１０によって行われる（ステップＳ１３）。尚、かかる処理が行われた場合には、図３に示す一連の処理が終了し、無線フィールド機器１ａは正常に動作しなくなる。

これに対し、モード情報ＭＩで示される動作モードがセキュアモードであると判断した場合（ステップＳ１２の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、バス通信用共有鍵格納領域１５に格納されたバス通信用共有鍵Ｋ３を取り出し（ステップＳ１４）、取り出したバス通信用共有鍵Ｋ３を用いてステップＳ１１で取得されたモード情報ＭＩを暗号化する処理が共有鍵暗号処理サブモジュール１３で行われる（ステップＳ１５）。

以上の処理が終了すると、暗号化されたモード情報ＭＩがバス通信サブモジュール１２によって、接続バスＢを介して公開鍵暗号処理モジュール２０に送信され（ステップＳ１６：第１ステップ）、図３に示す一連の処理が終了する。尚、ステップＳ１６の処理が行われた場合には、バス通信用共有鍵格納領域１５に格納されたバス通信用共有鍵Ｋ３の削除は行われないため、無線通信ネットワークＮ１に参入するための処理が継続される。

また、無線フィールド機器１ａの電源が投入されると、図４に示す通り、公開鍵暗号処理モジュール２０においても、無線通信モジュール１０と同様に、自身に設定された動作モードを取得する処理が行われる（ステップＳ２１）。具体的には、メモリ２６に格納されたモード情報ＭＩを読み出す処理が行われる。そして、取得した動作モードがセキュアモードであるか否かが判断される（ステップＳ２２）。

取得した動作モードがセキュアモードではないと判断した場合（ステップＳ２２の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、秘密鍵格納領域２４に格納された秘密鍵Ｋ２２を削除するとともに、バス通信用共有鍵格納領域２５に格納されたバス通信用共有鍵Ｋ３をそれぞれ削除する処理が公開鍵暗号処理モジュール２０によって行われる（ステップＳ２３）。尚、かかる処理が行われた場合には、図４に示す一連の処理が終了し、無線フィールド機器１ａは正常に動作しなくなる。

これに対し、取得した動作モードがセキュアモードであると判断した場合（ステップＳ２２の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、無線通信モジュール１０から接続バスＢを介して送信されてくる暗号化されたモード情報ＭＩを、バス通信サブモジュール２２で受信する（ステップＳ２４）。尚、無線フィールド機器１ａの電源が投入されてから予め設定された時間が経過しても、無線通信モジュール１０からの暗号化されたモード情報ＭＩを受信できない場合には、図４に示す一連の動作が終了する。

暗号化されたモード情報ＭＩがバス通信サブモジュール２２で受信されると、バス通信用共有鍵格納領域２５に格納されたバス通信用共有鍵Ｋ３を取り出し（ステップＳ２５）、取り出したバス通信用共有鍵Ｋ３を用いて暗号化されたモード情報ＭＩを復号する処理が共有鍵暗号処理サブモジュール２３で行われる（ステップＳ２６：第２ステップ）。次いで、復号されたモード情報ＭＩで示される動作モードがセキュアモードであるか否かが公開鍵暗号処理モジュール２０で判断される（ステップＳ２７）。

復号されたモード情報ＭＩで示される動作モードがセキュアモードではないと判断した場合（ステップＳ２７の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、秘密鍵格納領域２４に格納された秘密鍵Ｋ２２を削除するとともに、バス通信用共有鍵格納領域２５に格納されたバス通信用共有鍵Ｋ３をそれぞれ削除する処理が公開鍵暗号処理モジュール２０によって行われる（ステップＳ２３：第３ステップ）。これにより、図４に示す一連の処理が終了し、無線フィールド機器１ａは正常に動作しなくなる。

これに対し、復号されたモード情報ＭＩで示される動作モードがセキュアモードであると判断した場合（ステップＳ２７の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、図４に示す一連の処理が終了する。尚、ステップＳ２７の判断結果が「ＹＥＳ」となった場合には、秘密鍵格納領域２４に格納された秘密鍵Ｋ２２及びバス通信用共有鍵格納領域２５に格納されたバス通信用共有鍵Ｋ３の削除は行われないため、無線通信ネットワークＮ１に参入するための処理が継続される。

このように、無線通信モジュール１０は、自身に設定された動作モードがセキュアモード以外の動作モードである場合に、バス通信用共有鍵格納領域１５に格納されたバス通信用共有鍵Ｋ３を削除している。また、公開鍵暗号処理モジュール２０は、自身或いは無線通信モジュール１０に設定された動作モードがセキュアモード以外の動作モードである場合に、秘密鍵格納領域２４に格納された秘密鍵Ｋ２２とバス通信用共有鍵格納領域２５に格納されたバス通信用共有鍵Ｋ３との双方を削除している。

このため、仮に、無線通信モジュール１０や公開鍵暗号処理モジュール２０の付け替え、或いは、無線通信モジュール１０や公開鍵暗号処理モジュール２０の動作モードの変更が行われたとしても、秘密鍵Ｋ２２及びバス通信用共有鍵Ｋ３の漏洩を防止することができる。また、接続バスＢを介して送信される通信内容が暗号化されているため、接続バスＢを介して送信される通信内容が参照されても、秘密鍵Ｋ２２及びバス通信用共有鍵Ｋ３が漏洩することはない。

以上の処理が終了すると、無線フィールド機器１ａとバックボーンルータ２との間の無線通信が開始され、無線フィールド機器１ａからシステムマネージャ３に向けてジョイン要求（無線通信ネットワークＮ１に対する参入要求）が送信される。無線フィールド機器１ａからのジョイン要求を受信したシステムマネージャ３は、セキュリティマネージャ４に登録されている情報を参照し、無線フィールド機器１ａに対してジョインを許可する情報又はジョインを拒否する情報を送信する。

ここで、システムマネージャ３から無線フィールド機器１ａに対してジョインを許可する情報が送信された場合には、無線フィールド機器１ａで送受信される情報を暗号化するために、無線フィールド機器１ａに対して無線通信用共有鍵Ｋ１を設定する処理が行われる。図５は、本発明の第１実施形態において行われる無線フィールド機器に対する無線通信用共有鍵の設定処理を示すフローチャートである。

まず、システムマネージャ３からの要求により、セキュリティマネージャ４自身に登録されている共有鍵Ｋ１と公開鍵Ｋ２１とを取り出し、公開鍵Ｋ２１を用いて共有鍵Ｋ１を暗号化する処理がセキュリティマネージャ４によって行われ、結果がシステムマネージャ３に返される。尚、以下では、公開鍵Ｋ２１を用いて暗号化された共有鍵Ｋ１を「一次暗号化鍵」という。この一次暗号化鍵は、バックボーンネットワークＮ２、バックボーンルータ２、及び無線通信ネットワークＮ１を順に介して無線フィールド機器１ａに設けられた無線通信モジュール１０の無線通信サブモジュール１１で受信される（ステップＳ３１）。

無線通信サブモジュール１１で受信された一次暗号化鍵は、共有鍵暗号処理サブモジュール１３によってバス通信用共有鍵Ｋ３を用いて更に暗号化される（ステップＳ３２）。尚、以下では、バス通信用共有鍵Ｋ３を用いて暗号化された一次暗号化鍵を「二次暗号化鍵」という。この二次暗号化鍵は、バス通信サブモジュール１２によって接続バスＢを介して公開鍵暗号処理モジュール２０に送信される（ステップＳ３３）。

接続バスＢを介して送信されてきた二次暗号化鍵は、公開鍵暗号処理モジュール２０に設けられたバス通信サブモジュール２２で受信され、共有鍵暗号処理サブモジュール２３によってバス通信用共有鍵Ｋ３を用いて一次暗号化鍵に復号される（ステップＳ３５）。次いで、復号された一次暗号化鍵は、公開鍵暗号処理サブモジュール２１によって秘密鍵Ｋ２２を用いて更に共有鍵Ｋ１に復号される（ステップＳ３５）。

次に、復号された共有鍵Ｋ１は、共有鍵暗号処理サブモジュール２３によってバス通信用共有鍵Ｋ３を用いて暗号化される（ステップＳ３６）。この暗号化された共有鍵Ｋ１は、バス通信サブモジュール２２によって接続バスＢを介して無線通信モジュール１０に送信される（ステップＳ３７）。

接続バスＢを介した暗号化された共有鍵Ｋ１は、無線通信モジュール１０に設けられたバス通信サブモジュール１２で受信され、共有鍵暗号処理サブモジュール１３によってバス通信用共有鍵Ｋ３を用いて共有Ｋ１に復号される（ステップＳ３８）。そして、復号された共有鍵は、無線通信用共有鍵Ｋ１として無線通信用共有鍵格納領域１４に格納される（ステップＳ３９）。

以上の処理が完了すると、無線通信用共有鍵Ｋ１又は無線通信用共有鍵Ｋ１を基に特定のアルゴリズムで生成される共有鍵を用いて無線フィールド機器１ａから送信される情報を暗号化する処理、及び、無線通信用共有鍵Ｋ１を用いて無線フィールド機器１ａで受信された情報を復号する処理が、共有鍵暗号処理サブモジュール１３で行われる。これにより、無線フィールド機器１ａで行われる無線通信のセキュリティを確保することができる。

このように、接続バスＢを介した無線通信モジュール１０と公開鍵暗号処理モジュール２０との間の通信は、通信内容がバス通信用共有鍵Ｋ３を用いて暗号化された状態で行われる。このため、接続バスＢを介して送信される通信内容が参照されても、無線通信モジュール１０と公開鍵暗号処理モジュール２０との間で送受信される共有鍵Ｋ１が漏洩することはない。

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態による無線通信機器としての無線フィールド機器の要部構成を示すブロック図である。この図６においては、図２に示すブロックと同じブロックについては同一の符号を付してある。尚、実施形態における無線通信システムＣＳの全体構成は、図１に示すものと同じである。また、以下では、無線フィールド機器１ａについて詳細に説明し、無線フィールド機器１ｂ，１ｃについての説明は省略する。

図６に示す無線フィールド機器１ａは、図２に示す無線通信モジュール１０を無線通信モジュール４０に代えるとともに、公開鍵暗号処理モジュール２０を秘密鍵格納モジュール５０に代えた構成であり、秘密鍵Ｋ２２を用いて暗号化された共有鍵Ｋ１を復号する処理を、無線通信モジュール４０で行うものである。つまり、図２に示す無線フィールド機器１ａが備える公開鍵暗号処理モジュール２０の機能の一部を無線通信モジュール１０に設けた構成である。

具体的に、無線通信モジュール４０は、図２に示す無線通信モジュール１０に対して、図２に示す公開鍵暗号処理モジュール２０に設けられた公開鍵暗号処理サブモジュール２１を追加した構成である。これに対し、秘密鍵格納モジュール５０は、図２に示す公開鍵暗号処理モジュール２０に設けられた公開鍵暗号処理サブモジュール２１を省略した構成である。尚、無線通信モジュール４０は、電源投入時に図３に示す無線通信モジュール１０と同様の処理を行い、秘密鍵格納モジュール５０は、電源投入時に図４に示す公開鍵暗号処理モジュール２０と同様の処理を行う。

以上の構成の無線フィールド機器１ａでは、秘密鍵格納モジュール５０の秘密鍵格納領域２４に格納された秘密鍵Ｋ２２が、バス通信用共有鍵Ｋ３を用いて暗号化された上で接続バスＢを介して無線通信モジュール４０に送信される。そして、無線通信モジュール４０において、秘密鍵格納モジュール５０からの秘密鍵Ｋ２２がバス通信用共有鍵Ｋ３を用いて復号されて公開鍵暗号処理サブモジュール２１に渡され、無線通信サブモジュール１１で受信された一次暗号化鍵の復号が行われる。

このように、本実施形態においても、図３，図４に示す処理が無線通信モジュール４０及び秘密鍵格納モジュール５０でそれぞれ行われるため、無線通信モジュール４０や秘密鍵格納モジュール５０の付け替え、或いは、無線通信モジュール４０や秘密鍵格納モジュール５０の動作モードの変更が行われたとしても、秘密鍵Ｋ２２及びバス通信用共有鍵Ｋ３の漏洩を防止することができる。また、接続バスＢを介して送信される通信内容が暗号化されているため、接続バスＢを介して送信される通信内容が参照されても、秘密鍵Ｋ２２及びバス通信用共有鍵Ｋ３が漏洩することはない。

以上、本発明の実施形態による無線通信装置及び暗号鍵漏洩防止方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、公開鍵暗号処理モジュール２０が、無線通信モジュール１０の動作モードに応じて秘密鍵Ｋ２２及びバス通信用共有鍵Ｋ３の削除を行う例について説明した。しかしながら、無線通信モジュール１０が、公開鍵暗号処理モジュール２０の動作モードに応じてバス通信用共有鍵Ｋ３の削除を行ってもよい。また、無線通信モジュール１０と公開鍵暗号処理モジュール２０との双方が、相手に設定された動作モードに応じて暗号鍵を削除する処理を行っても良い。

また、上記実施形態では、無線フィールド機器１ａの製造時点で無線通信モジュール１０及び公開鍵暗号処理モジュール２０の各々に格納されるバス通信用共有鍵Ｋ３を用いる例について説明した。しかしながら、無線フィールド機器１ａの電源投入時等の時刻等を用いて動的に生成したバス通信用共有鍵Ｋ３を用いても良い。このような生成アルゴリズムは、バス通信用共有鍵Ｋ３同様に不正が検出された際には、削除されることが望ましい。

また、無線通信モジュール１０及び公開鍵暗号処理モジュール２０は、外部からの物理的な攻撃（例えば、覗き見）に対してタンパプルーフの仕組みを備えていることが望ましい。例えば、公開鍵暗号処理モジュール２０が、公開鍵Ｋ２１の復号を行うときに大きな消費電力の変化を生ずるものである場合には、消費電力の均一化を行う機能を設け、消費電力の変化を生じさせない仕組みを設けるのが望ましい。尚、消費電力を低減する観点から、公開鍵暗号処理モジュール２０に供給される電源の制御を可能とし、必要なときのみ公開鍵暗号処理モジュール２０に電源を供給するのが好ましい。

また、上記実施形態では、公開鍵Ｋ２１がセキュリティマネージャ４に予め登録されている場合を例に挙げて説明した。しかしながら、秘密鍵Ｋ２２とともに公開鍵Ｋ２１を無線フィールド機器１ａに格納しておき、無線フィールド機器１ａに対して共有鍵Ｋ１を設定する際に、セキュリティマネージャ４がシステムマネージャ３を介して無線フィールド機器１ａから公開鍵Ｋ２１を取得するようにしても良い。更に、上記実施形態では、無線通信装置が無線フィールド機器である場合を例に挙げて説明したが、本発明は、無線フィールド機器以外の無線通信装置にも適用可能である

１ａ〜１ｃ 無線フィールド機器
１０ 無線通信モジュール
１１ 無線通信サブモジュール
１３ 共有鍵暗号処理サブモジュール
２０ 公開鍵暗号処理モジュール
２１ 公開鍵暗号処理サブモジュール
２３ 共有鍵暗号処理サブモジュール
４０ 無線通信モジュール
５０ 秘密鍵格納モジュール
Ｂ 接続バス
Ｋ１ 共有鍵（無線通信用共有鍵）
Ｋ３ バス通信用共有鍵
Ｋ２２ 秘密鍵

Claims (6)

1. 通信内容の暗号化及び復号のための第１鍵が格納される第１モジュールと、公開鍵暗号方式により暗号化された前記第１鍵を復号するための第２鍵が格納される第２モジュールと、前記第１，第２モジュールを接続する接続バスとを備える無線通信装置において、
   前記第１，第２モジュールは、前記第１，第２鍵とは異なる自身に格納された第３鍵を用いて、前記接続バスを介して授受される情報の暗号化及び復号を行う暗号処理部を備えており、
   前記第１，第２モジュールの少なくとも一方は、前記接続バスを介して入力される前記第２，第１モジュールに設定された動作モードを示す情報が通常動作時に設定される第１動作モード以外の動作モードを示すものである場合に、少なくとも自身に格納された前記第３鍵の削除を行う
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記第１，第２モジュールは、自身に設定された動作モードが前記第１動作モード以外の動作モードである場合に、少なくとも自身に格納された前記第３鍵の削除をそれぞれ行う
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記第１モジュールは、前記第１鍵を用いて無線通信により送信すべき情報の暗号化を行うとともに、前記第１鍵を用いて無線通信により受信した情報の復号を行う無線通信部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記第２モジュールは、前記第２鍵を用いて公開鍵暗号方式により暗号化された前記第１鍵を復号する公開鍵暗号処理部を備えており、
   前記公開鍵暗号処理部で復号された前記第１鍵を、前記暗号処理部で暗号化して前記接続バスを介して前記前記第１モジュールに送信する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線通信装置。
5. 前記第１モジュールは、前記第２モジュールから前記接続バスを介して送信される前記第２鍵を用いて公開鍵暗号方式により暗号化された前記第１鍵を復号する公開鍵暗号処理部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線通信装置。
6. 通信内容の暗号化及び復号のための第１鍵が格納される第１モジュールと、公開鍵暗号方式により暗号化された前記第１鍵を復号するための第２鍵が格納される第２モジュールと、前記第１，第２モジュールを接続する接続バスとを備える無線通信装置における暗号鍵漏洩防止方法であって、
   前記第１，第２モジュールに設定された動作モードを示す情報を前記第１，第２鍵とは異なる前記第１，第２モジュールに格納された第３鍵を用いて暗号化して前記第１，第２モジュールの少なくとも一方から前記接続バスに送信する第１ステップと、
   前記接続バスを介して送信されてきた情報を、前記第２，第１モジュールの少なくとも一方で前記第３鍵を用いて復号する第２ステップと、
   前記第２ステップで復号された情報が、通常動作時に設定される第１動作モード以外の動作モードである場合に、少なくとも自身に格納された前記第３鍵の削除を行う第３ステップと
   を有することを特徴とする暗号鍵漏洩防止方法。

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