JP5707783B2 - 暗号鍵更新システム、スマートキーシステムおよび暗号鍵更新方法 - Google Patents

Description

本発明は、暗号通信に用いられる共通鍵を更新する技術に関する。

暗号技術は、盗聴や改ざん、なりすましなどを防止するための重要な技術である。例えば、車両のドアロックを無線通信により施錠／解錠するためのスマートキーシステムには暗号技術が使われている。施錠／解錠の応答速度を考慮すると、車両とスマートキーの間は共通鍵暗号方式を利用することが考えられる。暗号鍵の解読を困難にし安全性を高めるには、定期的に暗号鍵を更新することが好ましい。

特許文献１では、共通鍵と補助鍵を利用してメッセージを秘匿化し、補助鍵を毎回更新することで秘匿メッセージの解析を困難としている。しかし、新たな補助鍵は平文で送信されるため、共通鍵自体が解読されてしまった場合には有効な保護が行えない。

特許文献２では、送信側受信側のそれぞれで共通鍵生成に必要な素数と乱数発生ツールを設け、通信ごとに共通鍵を生成することで安全な通信を実現している。この場合、暗号エンジンの他に相当な演算能力がスマートキーに要求されるためコストが上昇してしまう。

特開２００８−１３５８９３号公報 特開２００９−１４１７６７号公報

上記のように、共通鍵暗号方式において共通鍵の更新を、安全に行い、かつ、簡単な構成で行うことが望まれる。上記ではスマートキーシステムを例に説明したが、これは共通鍵を更新するシステムで共通の課題である。

本発明は、共通鍵の更新を、簡単な構成で安全に行うことを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、第１の装置と第２の装置の間で共通暗号鍵（共通鍵）を用いて暗号通信を行った際に、第１の装置で新たな共通鍵を生成して第２の装置に送信することで共通鍵を更新するとともに、第３の装置が第１の装置と第２の装置の間で利用する共通鍵を生成して第１の装置と第２の装置へ送信することによって共通鍵を更新するという２種類の更新方法を併用する。

より具体的には、本発明の第一の態様は、第１、第２および第３の装置から構成され、第１および第２の装置の間で使用される共通暗号鍵を更新する暗号鍵更新システムである。第１の装置と第２の装置の間で暗号通信を行った際に、第１の装置が新たな共通暗号鍵を生成して、従来の共通暗号鍵を用いた暗号通信によって第２の装置に送信し、次の第１の装置と第２の装置の間の暗号通信は前記新たな共通暗号鍵を用いて行う。また、第３の装置は、第１の装置と第２の装置の間の暗号通信に用いる共通鍵を新たに生成して、第１の装置に送信する。第１の装置は、第３の装置から新たな共通鍵を受信した場合は、第３の装置から受信した共通鍵を第２の装置に送信し、次の第１の装置と第２の装置の間の暗
号通信は、第３の装置から受信した共通鍵を用いて行う。

このようにすることで、第１の装置と第２の装置の間の共通鍵が定期的に更新され、暗号解読に対する安全性が向上する。また、第１の装置が新しい共通鍵を生成して第２の装置に配布するだけでなく、第３の装置が共通鍵を生成して第１および第２の装置に配布しているので、第１の装置と第２の装置の間の共通鍵が一つ判明したとしても、連鎖的に判明する共通鍵を限定することができる。したがって、第１の装置と第２の装置の間の暗号通信の安全性がより向上する。また、第３の装置から第２の装置への共通鍵の配布を第１の装置を介して行うので、第１の装置と第２の装置の間で共通鍵に齟齬が生じることを避けられる。

本発明において、第３の装置は、生成した共通暗号鍵を第１の装置のみが復号可能に暗号化した第１暗号メッセージと、生成した共通暗号鍵が第２の装置のみが復号可能に暗号化した第２暗号メッセージとを、第１の装置に送信することが好ましい。また、第１の装置は、第１暗号メッセージを復号して得られる共通暗号鍵を、次の第２の装置との間の通信に用いる共通暗号鍵として記憶するとともに、第２暗号メッセージを第２の装置に送信することが好ましい。また、第２の装置は、第１の装置から受信した第２暗号メッセージを復号して得られる共通暗号鍵を、次の第１の装置との間の通信に用いる共通暗号鍵として記憶することが好ましい。

上記の暗号鍵更新システムは、例えば、スマートキーシステムに適用することができる。すなわち、スマートキーシステムにおいて、車両が第１の装置、スマートキーが第２の装置、鍵配信センタが第３の装置として機能することができる。

より具体的には、本発明の別の態様に係るスマートキーシステムは、車両とスマートキーと鍵配信センタとから構成され、車両とスマートキーとの間は共通鍵暗号方式によって暗号通信が行われる。
車両は、スマートキーとの暗号通信のための共通暗号鍵と鍵配信センタとの暗号通信のための暗号鍵を記憶する記憶部と、スマートキーとの間の通信および鍵配信センタとの間の通信を行うための通信部と、前記記憶部に記憶された暗号鍵を用いて暗号処理を行う暗号処理部と、スマートキーとの間の暗号通信に用いる共通暗号鍵を新たに生成する暗号鍵生成部と、スマートキーとの間で暗号通信を行った際に、前記暗号鍵生成部によって生成された共通暗号鍵をスマートキーに送信するととともに、当該生成された共通暗号鍵で前記記憶部内のスマートキーとの暗号通信のための共通暗号鍵を更新する暗号鍵管理部と、を有する。
スマートキーは、車両との暗号通信のための共通暗号鍵と鍵配信センタとの暗号通信のための暗号鍵を記憶する記憶部と、車両との間の通信を行うための通信部と、前記記憶部に記憶された暗号鍵を用いて暗号処理を行う暗号処理部と、車両との間で暗号通信を行った際に、車両から送信される新たな共通暗号鍵で、前記記憶部内の車両との暗号通信のための共通暗号鍵を更新する暗号鍵管理部と、を有する。
鍵配信センタは、車両との暗号通信のための暗号鍵とスマートキーとの暗号通信のための暗号鍵を記憶する記憶部と、スマートキーと車両の間の暗号通信のための共通暗号鍵を生成する暗号鍵生成部と、生成した共通暗号鍵をスマートキーとの間の暗号鍵で暗号化した第１暗号メッセージと、前記生成した共通暗号鍵を車両との間の暗号鍵で暗号化した第２暗号メッセージとを車両に送信する送信部と、を有する。
前記車両は、前記鍵配信センタから前記メッセージを受信した場合は、第２暗号メッセージをスマートキーに送信するとともに、第１暗号メッセージを復号して得られた共通暗号鍵で前記記憶部内のスマートキーとの暗号通信のための共通暗号鍵を更新し、
前記スマートキーは、車両から送信される第２暗号メッセージを復号して得られた共通暗号鍵で前記記憶部内の車両との暗号通信のための共通暗号鍵を更新する。

ここで、鍵配信センタとスマートキー、鍵配信センタと車両との間の暗号通信は、公開鍵暗号方式によって行われることが好ましい。

また、鍵配信センタは、車両とスマートキーとが互いに通信可能な状態のときに、上記の第１暗号メッセージと第２の暗号メッセージを車両に送信することが好ましい。

本発明は、上記手段の少なくとも一部を含む暗号鍵更新システムとして捉えることができる。本暗号鍵更新システムは、スマートキーシステムをはじめとする任意の具体的なシステムに適用することが可能である。また、本発明は、これらの処理を行う暗号鍵更新方法、さらには、これらの方法を実現するためのプログラムとして捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、共通鍵暗号方式において共通鍵の更新を安全かつ簡単な構成で行うことが可能となる。

本実施形態に係るスマートキーシステムの機能構成を示す図である。 本実施形態において、車両とスマートキーとの間で共通鍵を更新する処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態において、鍵配信センタを利用して車両とスマートキーとの間で利用する共通鍵を更新する処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態における鍵更新方法の利点を説明する図である。 第１の参考例の概要を説明する図。 第２の参考例の概要を説明する図。 第２の参考例の問題点を説明する図である。

本実施形態に係るスマートキーシステムを説明する前に、本発明者らが検討した方式とその問題点について説明する。

（参考例１）
図５は、第１の参考例の概要を説明する図である。車両１０１とスマートキー１０２との間でやりとりされるドアロック解錠要求などの通信を秘匿化する必要がある。応答速度を速くするという要求を満たすためには、共通鍵暗号方式を利用することが好ましい。したがって、車両１０１とスマートキー１０２は共通鍵Ａを保有している。安全性を考慮すると、適宜新しい共通鍵に更新することが望まれる。第１の参考例では、鍵配信センタ１０３が、新しい共通鍵Ｂを生成して、無線通信によって共通鍵Ｂを車両１０１とスマートキー１０２に送信する。これ以降の車両１０１とスマートキー１０２の間の通信は、最新の共通鍵Ｂを利用して秘匿化される。なお、鍵配信センタ１０３と車両１０１やスマートキー１０２との間の通信も秘匿化して行われる。ここでは安全性を高めることが重要であり、応答速度はそれほど求められないことから、公開鍵暗号方式を利用することが好ましい。

この方式では、鍵配信センタ１０３と車両１０１やスマートキー１０２との間の通信が無線通信であることから、車両１０１とスマートキー１０２の一方のみが新しい共通鍵を受信し他方が受信できないという状況が考えられる。たとえば、車両１０１が地下駐車場に保管され、利用者がスマートキー１０２を持ち歩く場合は、スマートキー１０２は鍵配
信センタ１０３から新しい共通鍵を受信できるが、車両１０１は新しい共通鍵を受信できない。車両１０１とスマートキー１０２が保有する共通鍵に齟齬が生じた場合、両者の間で暗号通信が行えなくなってしまうという問題が生じる。

（参考例２）
図６は、第２の参考例の概要を説明する図である。ここでは、新しい共通鍵の生成を車両２０１が行い、スマートキー２０２へ送信する。たとえば、共通鍵の生成・送信を、車両走行中やドアロック解錠要求処理後などに行えば、車両２０１とスマートキー２０２は近距離であり通信が確立しやすい。したがって、両者の間で記憶している共通鍵に齟齬が生じることを避けられる。

車両２０１が新しい共通鍵Ｂを生成したときには、それまで利用していた共通鍵Ａによって共通鍵Ｂを秘匿化して車両２０１からスマートキー２０２へ送信する。車両２０１は自身が生成した共通鍵Ｂを保存し、スマートキー２０２は車両から受信した秘匿メッセージを暗号鍵Ａで復号して得られる共通鍵Ｂを保存する。次回の車両２０１とスマートキー２０２の間の通信は、最新の共通鍵Ｂを利用して秘匿化して実施される。これ以降、図７に示すように、新しく生成した共通鍵をそれまでの共通鍵を利用して秘匿化して送信することを繰り返して、共通鍵の更新を行う。

共通鍵暗号方式では、ブルートフォース攻撃などの解析によって、共通鍵が判明してしまう。共通鍵の鍵長によらず、時間をかけさえすれば原理的にいずれは共通鍵が判明する。このような共通鍵の解読を考慮して頻繁に共通鍵の更新を行っているが、攻撃者がスマートキー・車両間の全ての秘匿メッセージを盗聴し保存していた場合は、一つの共通鍵が判明すればそれ以降の全ての共通鍵が判明してしまう。図７において、共通鍵Ａにより秘匿化されたメッセージが解析されて、共通鍵Ａが判明したとする。すると、この鍵配布のための秘匿メッセージを共通鍵Ａによって復号すると共通鍵Ｂが得られる。共通鍵Ｂを用いて次の鍵配布秘匿メッセージを復号することで、共通鍵Ｃが得られる。これを繰り返すことで、最新の共通鍵が得られる。つまり、この方式では、共通鍵の長期運用という点で問題が生じる。

（本実施形態）
本実施形態では、スマートキーと車両との間で保有する共通鍵がずれることを防止し、かつ、安全で長期的な運用に耐えられる共通鍵更新方式を実現する。なお、本実施形態はスマートキーシステムに関するが、以下で説明する共通鍵更新方式はその他の任意のシステムに適用可能であり、その適用はスマートキーシステムに限定されない。
［システム概要］
本実施形態に係るスマートキーシステムは、車両１とスマートキー２との間で無線通信によってドアロックの解錠を制御する。車両１とスマートキー２は、共通鍵暗号方式によって秘匿通信を行う。本システムでは、鍵配信センタ（以下、センタと称する）３からの支援を受けて共通鍵更新における上記のような問題点を解消する。なお、車両１、スマートキー２、センタ３は、それぞれ、本発明における第１、第２、第３の装置に相当する。

本実施形態においては、車両１とスマートキー２の間で信頼関係が確立した後に、車両１が生成した新しい共通鍵をスマートキー２に対して秘匿通信により送信する。次回の秘匿通信が必要なときには、新たな共通鍵を利用することで、メッセージ及び共通鍵漏洩による不正利用を防止する。

ここで、新たな共通鍵の生成は車両２において行われるだけでなくセンタ３によっても行われる。センタ３は、定期的に新しい共通鍵を生成して、車両１とスマートキー２に送信する。このようにセンタ３から送信される共通鍵を使用することで、１つの共通鍵が判
明したときに連鎖的に全ての共通鍵が判明することを避けられる。

また、スマートキー２は車両１をゲートウェイとしてセンタ３から新しい共通鍵を受信する。すなわち、センタ３は新しい共通鍵を生成すると、車両１およびスマートキー２だけが復号可能に秘匿化し、車両１へ秘匿メッセージを送信する。車両１は受け取った秘匿メッセージをスマートキー２へも渡すことで、車両１およびスマートキー２の双方が新しい共通鍵を得る。こうすることで、車両１とスマートキー２の共通鍵がずれることを防止できる。

［構成］
＜車両＞
図１は、本実施形態に係るスマートキーシステムの機能構成を示した図である。図に示すように、スマートキーシステムは、車両１、スマートキー２、鍵配信センタ３から構成され、車両１とスマートキー２、車両１とセンタ３はそれぞれ無線通信が可能である。また、スマートキー２は車両１をゲートウェイとしてセンタ３と通信可能である。

車両１は、近距離通信部１１、外部通信部１２、暗号処理部１３、暗号鍵管理部１４、プロトコル判断部１５、ドア解錠制御部１６、共通鍵生成部１７を機能部として含む。これらの機能部は専用のハードウェアにより構成されてもよい。また、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）等を含むコンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）がメモリに格
納されたプログラムをロードして実行することで実現されてもかまわない。なお、車両１における、少なくとも暗号処理部１３、暗号鍵管理部１４、プロトコル判断部１５、ドア解錠制御部１６、共通鍵生成部１７は、他のドメインから独立し信頼性の確保された信頼ドメインで実行される。信頼ドメインは、耐タンパ性デバイスにより構成される。耐タンパ性デバイスとは、内部情報の不正取得や改ざんに対して耐性のあるデバイスのことである。ＡＲＭ社のＴｒｕｓｔＺｏｎｅ（登録商標）技術を用いてこのような構成を実現可能である。

近距離通信部１１は、スマートキー２との間で近距離無線通信を行う。外部通信部１２は、センタ３との間で無線通信を行う。暗号処理部１３は、データの暗号化および復号処理などを行う。なお、車両１とスマートキー２の間ではＡＥＳやトリプルＤＥＳやＤＥＳなどの共通鍵暗号方式を利用し、車両１とセンタ３の間ではＲＳＡ暗号、楕円曲線暗号、ＤＳＡなどの公開鍵暗号方式を利用する。暗号処理部１３では、スマートキー２との間の暗号処理およびセンタ３との間の暗号処理の双方を行う。暗号鍵管理部１４は、スマートキー２との間の暗号通信に用いる暗号鍵（共通鍵）や、センタ３との間の暗号通信に用いる暗号鍵（秘密鍵、公開鍵）を記憶したり、新しい暗号鍵に更新したりする。プロトコル判断部１５は、スマートキー２から送信されるメッセージを解釈したり、スマートキー２へ送信するメッセージを作成したりする。ドア解錠制御部１６は、車両１のドアロックを解錠する機能部である。共通鍵生成部１７は、車両１とスマートキー２の間の暗号通信で利用される共通鍵を新しく生成する機能部である。共通鍵生成部１７は、たとえば、乱数によって新しい共通鍵を生成する。

＜スマートキー＞
スマートキー２は、近距離通信部２１、暗号処理部２２、暗号鍵管理部２３、プロトコル判断部２４、ＩＤ記憶部２５を機能部として含む。これらの機能部も、専用のハードウェアやＭＰＵによって構成することができる。なお、スマートキー２における、少なくとも暗号処理部２２、暗号鍵管理部２３、プロトコル判断部２４、ＩＤ記憶部２５は、他のドメインから独立し信頼性の確保された信頼ドメインで実行される。

近距離通信部２１は、車両１との間で近距離無線通信を行う。暗号処理部２２は、デー
タの暗号化および復号処理などを行う。なお、スマートキー２は、車両１との間では共通鍵暗号方式を利用し、センタ３との間では公開鍵暗号方式を利用する。暗号処理部２２では、車両１との間の暗号処理およびセンタ３との間の暗号処理の双方を行う。暗号鍵管理部２３は、車両１との間の暗号通信に用いる暗号鍵（共通鍵）や、センタ３との間の暗号通信に用いる暗号鍵（秘密鍵、公開鍵）を記憶したり、新しい暗号鍵に更新したりする。プロトコル判断部２４は、車両１から送信されるメッセージを解釈したり、車両１へ送信するメッセージを作成したりする。ＩＤ記憶部２５は、スマートキー２のＩＤを格納する。

＜センタ＞
センタ３は、外部通信部３１、暗号処理部３２、共通鍵生成部３３の機能部を有する。外部通信部３１は、車両１との間で無線通信を行う。暗号処理部３２は、車両１およびスマートキー２との間の通信を秘匿化するための処理を行う。上述したように、ここでは共通鍵暗号方式によって秘匿化を行う。共通鍵生成部３３は、車両１とスマートキー２との間の暗号通信で利用する共通鍵を生成する。

［動作例］
次に、車両１とスマートキー２の間の通信のみで共通鍵を更新する方法（車両主導の方法）と、センタ３も利用して共通鍵を更新する方法（センタ主導の方法）のそれぞれを説明する。

・車両主導の更新方法
まず、図２を参照して、車両１とスマートキー２の間の通信のみで共通鍵を更新する方法を説明する。車両１は、近距離通信部１１から定期的に乱数値を含むメッセージを送信する（Ｓ２）。乱数送信後、車両１は一定時間以内にスマートキー２から秘匿メッセージが送信されるのを待つ（Ｓ４）。一定時間待っても秘匿メッセージが得られない場合（Ｓ４−ＮＯ）には、再度乱数を生成して送信する。スマートキー２は、乱数を含むメッセージを受信すると（Ｓ６）、ドアロックの解錠を要求するためのメッセージを生成・送信する処理に移る。なお、ここではユーザがスマートキー２のボタン等を押すことなくドアロックが解錠されるようにするために、車両１から定期的に乱数を送信して、乱数の受信をトリガとしてスマートキーが解錠要求メッセージを生成する構成としている。もっとも、ユーザがスマートキー２のボタン等を押した場合に、ステップＳ８以降の処理が開始されるようにしても良い（この場合乱数は使用せずに共通鍵のみで暗号化する）。

スマートキー２が車両１から乱数値を受信する（Ｓ６）と、プロトコル判断部２４がＩＤ記憶部２５からスマートキー２固有のＩＤを取り出して、解錠要求メッセージを生成する（Ｓ８）。この解錠要求メッセージには、スマートキー２のＩＤが含まれる。そして、暗号処理部２２が、車両１用の共通鍵を暗号鍵管理部２３から取り出し、取り出した共通鍵とステップＳ６で受信した乱数値を用いて、解錠要求メッセージを秘匿化する（Ｓ１０）。暗号処理部２２は、共通鍵と乱数値とを組み合わせたビット列を暗号鍵として使用しても良いし、共通鍵と乱数値から所定のアルゴリズムによって得られるビット列を暗号鍵として使用しても良い。近距離通信部２１は、秘匿化された解錠要求メッセージを車両へ送信する（Ｓ１２）。スマートキー２は、解錠要求メッセージ送信後、車両１からの秘匿メッセージの受信を待つ（Ｓ１４）。

車両１は、乱数送信から一定時間以内にスマートキー２から秘匿メッセージを受信した場合（Ｓ１６）は、暗号処理部１３が、スマートキー２用の共通鍵を暗号鍵管理部１４から取り出し、取り出した共通鍵とステップＳ２で送信した乱数値を用いて、秘匿メッセージを復号する（Ｓ１８）。暗号処理部１３は、スマートキー２の暗号処理部２２と同様のアルゴリズムによって、共通鍵と乱数値とから暗号鍵として使用するビット列を決定する
。プロトコル判断部１５は、復号したメッセージを解析して、想定したＩＤを持つスマートキーからの解錠要求であるか否かを判断する（Ｓ２０）。解錠要求が正当ではない（Ｓ２２−ＮＯ）場合は、処理を終了して再び乱数の送信（Ｓ２）へ戻る。解錠要求が正当（Ｓ２２−ＹＥＳ）であれば、ドア解錠制御部１６が、ドアロックを解錠する（Ｓ２４）。

さらに、共通鍵生成部１７が、車両１とスマートキー２との間の暗号通信に用いる新しい共通鍵を生成する（Ｓ２６）。プロトコル判断部１５は、共通鍵生成部から新しい共通鍵を受け取って共通鍵更新メッセージを生成して、暗号処理部１３によって秘匿化する（Ｓ２８）。近距離通信部１１が秘匿化された共通鍵更新メッセージをスマートキー２へ送信する（Ｓ３０）とともに、暗号鍵管理部１４は共通鍵生成部１７が生成した新しい共通鍵を記憶する（Ｓ３２）。

スマートキー２は、秘匿化された解錠要求メッセージを車両１へ送信後、車両１からの秘匿メッセージの受信を待っている。秘匿メッセージを受信したら、暗号処理部２２が、車両用の共通鍵を暗号鍵管理部２３から取り出して秘匿メッセージを復号する（Ｓ３４）。プロトコル判断部２４は、復号されたメッセージが共通鍵更新メッセージであることを理解し、車両１から受け取った新しい共通鍵を暗号鍵管理部２３へ登録する（Ｓ３６）。

このようにすることで、車両１とスマートキー２との間で共通鍵を用いた通信を行うたびに、新しい共通鍵に更新される。なお、車両１とスマートキー２の間で共通鍵を用いるたびに更新する必要は必ずしもないが、こうすることでより安全性が保たれる。ただし、車両１とスマートキー２の間だけで共通鍵を更新するだけでは、上述したように一つの共通鍵（どれだけ古いものであっても良い）が判明すると、連鎖的に最新の共通鍵が判明してしまう。

そこで、センタ３を利用した共通鍵の更新が必要となる。以下、図３を参照してセンタ３を利用して、車両１とスマートキー２の間で利用する共通鍵を更新する方法について説明する。

・センタ主導の更新方法
まず、センタ３の共通鍵生成部３３が、車両１とスマートキー２の間で利用する新しい共通鍵を生成する（Ｓ５２）。この共通鍵は、車両１とスマートキー２との間で現在使用されている共通鍵とは無関係に生成される。なお、センタ３が新しい共通鍵を生成するタイミングは、定期的に行っても良いし、車両１からの要求を受けて実行するようにしても良い。車両１がセンタ３に対して要求を出す場合には、車両１とスマートキー２とが通信可能であるときに要求を出すことが好ましい。たとえば、車両１とスマートキー２の間で通信が確立していることを確認してからセンタ３へ要求を出しても良いし、車両走行中は車両１とスマートキー２が通信可能であると考えられるから車両走行中にセンタ３へ要求を出しても良い。あるいは、センタ３は定期的に鍵を生成・送信して、車両１が更新メッセージを受け取った際にスマートキー２と通信可能な場合のみ、車両１が鍵の更新処理を行うようにしても良い。なお、センタ３主導による共通鍵の更新間隔はそれほど頻繁である必要はなく、共通鍵メッセージの解読に要する時間と比較して短い時間の間隔であれば十分である。本実施形態では、たとえば、一週間に一回程度の頻度でセンタ３が生成した共通鍵で車両１とスマートキー２の共通鍵が更新されるようにする。

センタ３は、新しい共通鍵を生成すると、暗号処理部３２が車両１へ送信するための暗号鍵を利用して、車両１のための新しい共通鍵を秘匿化する（Ｓ５４）。センタ３と車両１との間は公開鍵暗号方式で通信を行うので、暗号処理部３２は、車両１の公開鍵で新しい共通鍵を秘匿化する。

また同様に、センタ３の暗号処理部３２は、スマートキー２へ送信するための暗号鍵を利用して、スマートキー２のための新しい共通鍵を秘匿化する（Ｓ５６）。ここでは、暗号処理部３２は、スマートキー２の公開鍵で新しい共通鍵を秘匿化する。

外部通信部３３は、車両１との間で通信が確立したら（Ｓ５８−ＹＥＳ）、ステップＳ５４，Ｓ５６で秘匿化した二つの秘匿メッセージを車両１へ送信する（Ｓ６０）。

車両１の外部通信部１２がセンタ３からの秘匿メッセージを受信したら（Ｓ６２）、受信した秘匿メッセージのうちスマートキー２向けの秘匿メッセージを、近距離通信部１１を利用してスマートキー２へ送信する（Ｓ６４）。この秘匿メッセージは、すでにスマートキー２のみが復号できるように秘匿されているので、車両１はこのメッセージを秘匿化する必要はない。暗号処理部１３はセンタ３との間の暗号通信のための暗号鍵を暗号鍵管理部１４から取り出し、受信した秘匿メッセージのうち車両１向けの秘匿メッセージを復号する（Ｓ６６）。ここでは、暗号処理部１３は、車両１の秘密鍵を利用してセンタ３からの秘匿メッセージを復号する。プロトコル判断部１５は、復号されたメッセージを解釈して、車両向けの新しい共通鍵を暗号鍵管理部１４に登録する（Ｓ６８）。

スマートキー２の近距離通信部２１が、車両１の近距離通信部１１を介して、センタ３の送信した秘匿メッセージを受信したら（Ｓ７０）、暗号処理部２２は、センタ３との間の暗号通信のための暗号鍵を暗号鍵管理部２３から取り出し、スマートキー２向けの秘匿メッセージを復号する（Ｓ７２）。ここでは、暗号処理部２２は、スマートキー２の秘密鍵を利用してセンタ３からの秘匿メッセージを復号する。プロトコル判断部２４は、復号されたメッセージを解釈して、スマートキー２向けの新しい共通鍵を暗号鍵管理部２３に登録する（Ｓ７４）。

［本実施形態の作用／効果］
本実施形態による共通鍵更新の例を図４に示す。車両とスマートキーが共通鍵Ａを使用していた場合、車両が生成した共通鍵Ｂが共通鍵Ａで秘匿化されてスマートキーに送信される。さらに、車両が生成した共通鍵Ｃが共通鍵Ｂで秘匿化されてスマートキーに送信される。次に、センタが生成した共通鍵Ｘが車両とスマートキーに送信される。センタは、車両とスマートキーの公開鍵α、βを利用して共通鍵Ｘを車両とスマートキーに送信する。次は、車両が新しい共通鍵Ｄを生成して、共通鍵Ｘで秘匿化してスマートキーに送信する。

本実施形態によれば、仮に共通鍵が判明したとしても、連鎖的に取得できる共通鍵はセンタから新しい共通鍵が送信されるまでの間の共通鍵に限定できる。第三者が共通鍵Ａで秘匿化されたメッセージを解読して、共通鍵Ａが判明した場合を考える。このとき、共通鍵Ａを利用することで共通鍵Ｂを得ることができ、さらに共通鍵Ｂを利用して共通鍵Ｃを得ることができる。しかしながら、連鎖的に取得可能な共通鍵は共通鍵Ｃまでであり、共通鍵Ｘを取得するためには新たにブルートフォース攻撃などの解読を行う必要がある。暗号鍵の解読には時間を要するので、共通鍵が判明した時点では、車両とスマートキーが利用する共通鍵はセンタから送信されたものに更新されていることが期待できる。また、センタとの間の通信には応答速度がそれほど求められないため、強固な暗号鍵を採用することが可能である。

また、スマートキーは車両をゲートウェイとしてセンタから新しい共通鍵を受信しているので、スマートキーと車両との間で、共通鍵がずれるという事態を防止できる。特に、センタからの共通鍵の更新タイミングを、スマートキーと車両との間で通信が確立するとすれば、共通鍵がずれることを防げる。

[その他]
上記の説明では、鍵配信センタと車両やスマートキーとの間の暗号通信に公開鍵暗号方式を用いているが、複雑なアルゴリズムを採用したり鍵長を長くしたりして長期的な運用に耐えられるだけの安全性が確保できれば共通鍵暗号方式を採用してもかまわない。

上記の実施形態によれば、車両とスマートキーとが互いに通信可能であると想定できる状況で鍵の更新を行っており、車両とスマートキーの共通鍵に齟齬が生じることを避けられる構成としている。したがって、車両とスマートキーとは互いに相手が共通鍵の更新を完了したことを確認することなく、自身が記憶する共通鍵の更新を行っている。より確実な更新を行うためには、共通鍵の更新が完了したことを確認することが好ましい。たとえば、車両主導で鍵更新をする場合は、車両が新たな共通鍵を生成した時点では古い共通鍵と新たな共通鍵を両方保持しておき、スマートキーから鍵更新完了の通知を受けた後に、車両内の共通鍵を新たな共通鍵に更新すればよい。また、鍵配信センタ主導で鍵更新する場合は、車両がセンタから新たな共通鍵を受け取った時点では古い共通鍵と新たな共通鍵を両方保持しておき、スマートキーから鍵更新完了の通知を受けた後に、車両内の共通鍵を新たな共通鍵に更新すればよい。

上記の説明では、スマートキーシステムを対象として共通鍵の更新を行っているが、本発明の共通鍵更新方式はスマートキーシステム以外のシステムに適用できることは明らかであろう。本発明に係る共通鍵更新方式は、共通鍵暗号方式を利用して通信する任意のシステムに適用可能である。

１ 車両
１１ 近距離通信部
１２ 外部通信部
１３ 暗号処理部
１４ 暗号鍵管理部
１５ プロトコル判断部
１６ ドアロック制御部
１７ 共通鍵生成部
２ スマートキー
２１ 近距離通信部
２２ 暗号処理部
２３ 暗号鍵管理部
２４ プロトコル判断部
２５ ＩＤ記憶部
３ 鍵配信センタ
３１ 外部通信部
３２ 暗号処理部
３３ 共通鍵生成部

Claims (3)

1. 車両とスマートキーと鍵配信センタとから構成されるスマートキーシステムであって、
   車両は、
   スマートキーとの暗号通信のための共通暗号鍵と鍵配信センタとの暗号通信のための暗号鍵を記憶する記憶部と、
   スマートキーとの間の通信および鍵配信センタとの間の通信を行うための通信部と、
   前記記憶部に記憶された暗号鍵を用いて暗号処理を行う暗号処理部と、
   スマートキーとの間の暗号通信に用いる共通暗号鍵を新たに生成する暗号鍵生成部と、
   スマートキーとの間で暗号通信を行った際に、前記暗号鍵生成部によって生成された共通暗号鍵をスマートキーに送信するとともに、当該生成された共通暗号鍵で前記記憶部内のスマートキーとの暗号通信のための共通暗号鍵を更新する暗号鍵管理部と、
   を有し、
   スマートキーは、
   車両との暗号通信のための共通暗号鍵と鍵配信センタとの暗号通信のための暗号鍵を記憶する記憶部と、
   車両との間の通信を行うための通信部と、
   前記記憶部に記憶された暗号鍵を用いて暗号処理を行う暗号処理部と、
   車両との間で暗号通信を行った際に、車両から送信される新たな共通暗号鍵で、前記記憶部内の車両との暗号通信のための共通暗号鍵を更新する暗号鍵管理部と、
   を有し、
   鍵配信センタは、
   車両との暗号通信のための暗号鍵とスマートキーとの暗号通信のための暗号鍵を記憶する記憶部と、
   スマートキーと車両の間の暗号通信のための共通暗号鍵を生成する暗号鍵生成部と、
   生成した共通暗号鍵をスマートキーとの間の暗号鍵で暗号化した第１暗号メッセージと、前記生成した共通暗号鍵を車両との間の暗号鍵で暗号化した第２暗号メッセージとを車両に送信する送信部と、
   を有し、
   前記車両は、前記鍵配信センタから前記メッセージを受信した場合は、第２暗号メッセージをスマートキーに送信するとともに、第１暗号メッセージを復号して得られた共通暗号鍵で前記記憶部内のスマートキーとの暗号通信のための共通暗号鍵を更新し、
   前記スマートキーは、車両から送信される第２暗号メッセージを復号して得られた共通
   暗号鍵で前記記憶部内の車両との暗号通信のための共通暗号鍵を更新する、
   スマートキーシステム。
2. 車両と鍵配信センタ、および、スマートキーと鍵配信センタの間の暗号通信は、公開鍵暗号方式によって行われる、請求項１に記載のスマートキーシステム。
3. 鍵配信センタは、車両とスマートキーとが互いに通信可能な状態の時に、前記第１暗号メッセージと前記第２暗号メッセージとを車両に送信する、請求項１または２に記載のスマートキーシステム。

Images