JP6008850B2

JP6008850B2 - 無線通信装置をベース装置に登録する方法ならびに相応するシステム

Info

Publication number: JP6008850B2
Application number: JP2013520033A
Authority: JP
Inventors: ファルクライナー
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: US9277404B2; WO2012010381A1; ES2676653T3; EP2572490B1; JP2013539251A; EP2572490A1; US20130122869A1; DE102010031931A1; CN102986193A; CN102986193B

Description

本発明は、無線通信装置を登録する方法ならびに相応するシステムに関する。

制御装置、センサ、アクチュエータは今日、最大限のフレキシビリティを確保するために、ますます無線で相互に接続されるかないしはネットワーク接続されるようになって来ている。ここでは装置ないしはセンサの保守も一層簡単になる。それは、例えば、障害時にケーブルホルダなどを開く必要がなく、単に装置を直接開けばよいからである。上記の制御装置、センサなどを接続するためにふつうオープンなプロトコル、例えばIEEE 802.11 WLAN，IEEE 802.15.4，Bluetooth，ZigBeeが使用され、またはワイヤレスHARTも使用される。無線接続の際の制御装置の指示またはセンサの不正操作をできるだけ回避するため、相応する点インタフェースからの制御装置またはセンサの通信は、暗号化によって符号化され、例えばTKIPまたはCCMPを用いたWLAN接続によって、または802.15.4ではAES-CCMによって符号化される。制御装置、センサまたは類似ものと無線局とを接続するため、また符号化された接続を確立するために、上記の制御装置、センサまたは一般的には無線通信装置を構成して、相応する符号化が使用され、すなわち例えば暗号化されたキーがセットアップされなければならない。キーのこのようなセットアップは、ブートストラッピングまたはペアリングとも称される。

US 2006/282885から公知であるのは、構成すべき無線装置の管理装置により、認証証明を無線で提供することである。この無線装置は、上記の管理装置により、この管理装置によって提供される認証証明と共に構成されるのである。

さらに、弱く保護されているフェーズ中にインバンド通信を行うことが公知である。しかしながらこのためには、相応に無線でセットアップすべき通信装置は、専用に変更された伝送方法を必要とする。最後に、例えば人間とのやりとり（すなわちＰＩＮの検査ないしは入力など）などのアウトオブバンドチャネルによってペアリングを安全に行うことが公知である。

ここで不利であるのは、上記の方法には、殊に産業分野における使用の際には大変多くの無線通信装置が設けられるので高い作業コストが要求され、構成が複雑になることである。ここで同時に必要となるのは、安全性のコンフィギュレーションパラメタをセットアップするので、上記のペアリングを保護された安全な状態で行う必要がある。

したがって本発明の課題は、ベース装置において無線通信装置を登録する方法および装置を提供して、多数の登録すべき装置に対して上記のペアリングの過程をより一層簡単にかつわずかな作業コストで実行できるようにし、同時にこのペアリング過程が保護されて行われるようにすることである。

この課題は、請求項１に記載した方法および請求項７に記載したシステムによって解決される。ここで得られる利点は、無線通信装置をベース装置に登録するために追加的なやりとりが必要なく、ベース装置とのペアリングのために無線通信装置を準備するために単に相応する認証装置を、例えば技術者などが持ち込むだけでよい。

有利には認証情報の送出は、低減された送信出力および／または指向して行われるため、上記の認証情報は、限られた空間内でのみ受信可能である。ここでの利点は、これにより、上記の無線通信装置の登録の安全性がさらに高められることである。それは、上記の認証情報は、到達範囲が限られていることに起因して、および／または、放射が指向して行われることに起因して空間的に限定されている所定の領域だけでしか受信することができないからである。したがって、考えられ得る攻撃者にとっては、伝送される認証情報の傍受ないしは盗聴が困難になるのである。

有利には上記の認証情報の送出の前に、上記の無線通信装置および／または認証装置の無線到達範囲内にある別の通信装置の信号、殊に通信信号の監視および／または評価を行う。ここで得られる利点は、まずこれによって上記の無線通信装置の登録の安全性が全体として高められることであり、また同時に信頼性が高められることである。例えば、上記の無線通信装置の周波数領域において無線信号の監視が行われ、また異常な無線信号および／または通信信号が上記の無線通信送信装置から送信されおよび／または受信されることのチェックが行われる場合、上記の無線認証装置の利用者には、相応の情報が示されるため、上記の異常な無線信号および／通信信号に対する理由が判明した場合にだけ上記の認証情報の送出が行われ、これによって上記の無線通信装置の不正操作または無線通信装置と無線認証装置との通信の傍受を排除することができるのである。

有利には上記の無線通信装置の監視および／または評価した信号を認証情報に符号化し、殊にこれらの符号化されかつ監視および／または評価された信号を上記のベース装置が評価する。上記の無線通信装置は、所定の無線および／または信号特性についての情報を有しているため、上記の無線通信装置における不正操作を確認できるので、安全性がさらに高められる。上記の監視および／または評価される信号の情報が、上記のベース装置によって評価される認証情報に符号化されて組み入れられる場合には、不正操作された無線通信装置それ自体が、望ましくない誤ったチェック結果をベース装置に送信し、したがって不正操作されているのにかかわらずベース装置に上記の無線通信装置の登録が行われてしまうことが回避される。これによって安全性がさらに高められる。

有利には上記の認証情報を送出する前に無線環境の少なくとも１つのパラメタをチェックする。この無線環境の少なくとも１つのパラメタを監視することにより、例えば、この環境における別の無線装置または妨害信号を簡単に識別できるため、この環境に妨害信号または別の装置がある場合、状況によって上記の認証情報の送出をストップさせることができ、これによって上記の無線認証装置から無線通信装置への認証情報の誤った伝送または不正操作を回避することができるのである。

上記の無線認証装置が、不正操作を目的としているのではなく、例えば建物またはあらかじめ定めた環境から離れていることを確認するために、上記の認証情報を送出する前に上記の無線認証装置の位置決定を行うことは有利である。

本発明の別の特徴および利点は、図に基づく、実施例の以下の説明から得られる。

本発明の第１実施形態において無線通信装置を登録する方法ないしはシステムを示す図である。本発明の第１実施形態による伝送方法を示す図である。本発明の第２実施形態による伝送方法を示す図である。本発明の第３実施形態による方法に対する伝送線図である。

図１には、本発明の第１実施形態において無線通信装置を登録する方法ないしはシステムが示されている。

図１において参照符号１は、無線インタフェース１ａを有する無線認証装置１を示している。無線認証装置１は、無線インタフェース１ａを介して無線通信装置２に認証情報ＡＩを伝送する。ここでこの無線通信装置２は、ベース装置４に登録しようとしている無線通信装置である。ベース装置４にはすでに、センサノード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの形態の別の無線通信装置が登録されており、これらは、センサデータを伝送するために互いに無線接続されており、また場合によってはベース装置４の無線インタフェース４ａに直接接続されていることもある。ベース装置４それ自体は、ネットワーク５に接続されており、ベース装置４におけるログインないしは認証が成功した後（Network Join）、このベース装置４は、センサノード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄがネットワーク５にアクセスできるようにする。ベース装置に登録されているセンサノード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄだけがベース装置４にログインすることができる。ベース装置４は、このために、登録されたセンサノード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄについての記憶した情報にアクセスする。無線認証装置１から無線通信装置２に認証情報ＡＩが伝送された後、この無線通信装置２は、図１のように、受け取った認証情報ＡＩをセンサノード３ｂおよび３ｃを介して、ならびに無線インタフェース４ａを介してベース装置４に送信し、このベース装置４によって上記の認証情報ＡＩがチェックされる。このために、例えば、認証情報ＡＩに含まれている符号化されたチェックサム（Message Authentication Code, Digital Signatur）をチェックすることができる。この符号化されたチェックサムは、記憶された符号化鍵を使用して無線認証装置１によって計算することができる。認証情報ＡＩが有効である場合、ベース装置４によってアクセスキーＪＫ（Join Key）が形成され、各センサノード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して最終的に無線通信装置２に返送される。ここで無線通信装置２は、ベース装置４に登録され、ベース装置４のネットワーク５にアクセスできるのである。

図２には本発明の第１実施形態による伝送方法が示されている。

図２ａには上記の個々の装置への上記の情報の伝送が時間的な順序で詳しく示されている。無線認証装置１は、登録しようとしている無線通信装置２に認証情報ＡＩを送信する。ここで無線通信装置２は、受信した認証情報ＡＩを、登録しようとしているこの無線通信装置２の相応する識別番号と共に、隣接するセンサノード３ｂに送信する。このセンサノード３ｂそれ自体は、場合によっては隣接するセンサノード３ａ，３ｂ，３ｄおよびベース装置４の無線インタフェース４を介して上記の認証情報ＡＩと、登録しようとしている無線通信装置２の相応する識別番号とをベース装置４に送信する。ベース装置４は、登録Ｒ₁の際に、受け取った認証情報ＡＩをチェックし、チェックが成功した場合にアクセスキーＪＫを形成し、登録しようとしている無線通信装置２の識別番号をベース装置４の内部テーブルに書き込む。この内部テーブルにはアクセス権のあるセンサノード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄも同様に書き込まれている。この内部テーブルにはアクセス権のあるセンサノード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄも同様に書き込まれている。つぎに、形成されたアクセスキーＪＫは、無線インタフェース４ａと、場合によってはセンサノード３ａ，３ｃ，３ｄと、無線通信装置２の隣接センサノード３ｂを介して無線通信装置２に伝送される。これで登録過程が終了する。１つの変形実施形態においてベース装置４は、登録Ｒ₁時に付加的にアクセスキーＪＫをベース装置４の内部テーブルに書き込む。図示しない別の１つの変形実施形態において、ベース装置４は、ベース装置４の内部テーブルの代わりに、ベース装置４の外部のテーブル、例えば、データベースまたはディレクトリサービスを使用する。

図２ｂでは、図２ａとは異なり、無線通信装置２により、あらかじめ構成されているかないしはそれ自体で形成したアクセスキーＪＫを、無線通信装置２から、隣接センサノード３ｂを介して、場合によって別のセンサノード３ａ，３ｃ，３ｄを介して、さらにベース装置４の無線インタフェース４ａを介して、認証情報ＡＩおよび識別番号と共にベース装置４に追加的に伝送する。ベース装置４における認証Ｒ₂はつぎのように行われる。すなわち、ベース装置４は、受け取った認証情報ＡＩをチェックして、このチェックがＯＫだった場合、このベース装置４は、識別情報およびアクセスキーＪＫを、アクセス権のあるセンサノード用のテーブルに書き込むのである。最後にベースステーション４は、無線インタフェース４ａおよびセンサノード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して、上記の登録が成功したという相応の信号を無線通信装置２に伝送する。

図３には本発明の第２実施形態による方法に対する伝送線図が示されている。図３では無線認証装置１により、無線通信装置２の事前通知方式の監視Ｂが実行される。無線通信装置２は、隣接センサノード３ｂおよび場合によって別のセンサノード３ａ，３ｂ，３ｄを介し、また無線インタフェース４ａを介して、その識別番号およびアクセスキーＪＫをベース装置４に伝送する。ベース装置４により、この識別番号およびアクセスキーＪＫの記憶Ｒ₃が行われる。ベース装置４はさらに、事前登録が成功したという情報を含む事前通知信号を無線通信装置２に返送する。この事前通知方式では、無線認証装置１によって監視されて（監視Ｂ）、分析される。つぎにこの分析の結果に依存して認証情報ＡＩを無線通信装置２に伝送するか否かを決定する。分析Ａの結果がＯＫの場合、認証情報ＡＩを無線通信装置２に伝送する。無線通信装置２それ自体は、受け取った認証情報および無線通信装置２の識別番号をセンサノード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄおよび無線インタフェース４ａを介してベース装置４に伝送する。ベース装置４では登録Ｒ₄が行われ、ここでこの登録は、認証情報ＡＩがチェックされ、チェック結果がＯＫの場合に無線通信装置２の識別番号およびアクセスキーＪＫが、上記の図についての説明したように、相応するアクセステーブルに書き込まれることによって行われる。さらにベース装置４は、ベース装置４における無線通信装置２の登録が成功したという相応の情報を無線通信装置２に返送する。

ここでは本発明を上記の有利な実施例によって説明したが、本発明はこの実施例に制限されるものではなく、多様に変更可能である。

例えば、上記の認証情報をブロードキャストとして伝送することが可能である。これにより、近くにあるすべての無線通信装置は、この認証情報を受信することができる。さらに、上記の認証情報を所定の無線通信装置にユニキャストして伝送することが可能であり、これは、例えば、センサノードまたは無線通信装置の一般的な装置証明書による認証の後に行われる。ここでは伝送特性の、ノードに関連する別の測定を行うことができ、例えば、その信号強度と、あらかじめ設定した値とを比較することができるか、または距離測定により、無線認証装置と、無線通信装置との間の距離をチェックすることができる。認証情報ＡＩは、例えば、符号化されたチェックサム（Message Authentication Code MACないしはdigitale Signature）を有する、所定のタイムスタンプにおける時間的に変化する乱数列、パスワードを含むことができる。さらに、上記の無線認証装置によって提供される認証情報は、複数の部分情報から構成することが可能である。例えば、ただ１つの部分情報を上記の無線通信装置からベース装置に伝送することが可能である。例えば、上記の無線認証装置により、例えば、確認情報ないしはアサーション（例えばSAMLアサーション）および鍵を含む組を提供することが可能である。この場合に無線通信装置は、このアサーションをベース装置に伝送し、キーが既知であるか否かを検証する。しかしながらこの検証は、このキーをベース装置に伝送することなしに行われる。これは、例えば、上記のベース装置により、無線通信装置に乱数を伝送することによって行うことができる。つぎに上記の無線通信装置によって計算が行われ、この計算には、上記の乱数およびキーがパラメタとして組み込まれ、例えば、HMAC-SHA1（キー，乱数）が組み込まれてその結果がベース装置に返送される。つぎにこのベース装置それ自体は、上記の結果に基づいて上記の無線通信装置が、ベース装置のネットワークにアクセス権を得るか否かをチェックするのである。

上記の無線通信装置の無線通信は、例えば、WLANまたはBluetoothによって行うことができる。

Claims

無線認証装置（１）を用いて無線通信装置（２）をベース装置（４）に登録する方法において、
（ａ）前記無線認証装置（１）が、認証情報（ＡＩ）を送信し、
（ｂ）前記無線通信装置（２）が、前記送信された認証情報（ＡＩ）を受信し、
（ｃ）前記無線通信装置（２）が、前記受信した認証情報（ＡＩ）を前記ベース装置（４）に伝送し、
（ｄ）前記伝送された認証情報（ＡＩ）を前記ベース装置（４）がチェックし、
（ｅ）前記チェックの結果に依存して前記無線通信装置（２）をネットワーク（５）にバインドするものであり、
前記認証情報（ＡＩ）の送出の前に、前記無線通信装置（２）の事前通知方式の監視（Ｂ）が実行され、
前記事前通知方式では、前記無線通信装置（２）は、別の無線通信装置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）を介し、かつ無線インタフェース（４ａ）を介して、その識別番号およびアクセスキー（ＪＫ）を前記ベース装置（４）に伝送し、前記ベース装置（４）は前記識別番号および前記アクセスキー（ＪＫ）を記憶し、事前登録が成功したという情報を含む事前通知信号を前記無線通信装置（２）に返送する、
ことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、
前記認証情報（ＡＩ）が、限定された空間でしか受信できないようにするために、当該認証情報（ＡＩ）の送出を、低減した送信出力によって、および／または指向させて行う、
ことを特徴とする方法。
請求項１または２に記載の方法において、
前記監視した信号を前記認証情報（ＡＩ）に符号化し、
前記ベース装置（４）が当該監視され符号化された通信を評価する、
ことを特徴とする方法。
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法において、
前記認証情報（ＡＩ）を送出する前に無線環境の少なくとも１つのパラメタをチェックする、
ことを特徴とする方法。
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、
前記認証情報（ＡＩ）を送出する前に前記無線認証装置（１）の位置を決定する、
ことを特徴とする方法。
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法において、
前記無線通信装置（２）が、インバンド通信を用いて前記の固有の認証情報（ＡＩ）を受信する、
ことを特徴とする方法。
無線通信装置（２）をベース装置（４）に登録するためのシステムにおいて、
該システムは、
（ａ）認証情報（ＡＩ）を送出するための無線認証装置（１）と、
（ｂ）前記送出した認証情報（ＡＩ）を受信し、かつ、前記無線通信装置（２）を登録するためにベース装置（４）に前記認証情報（ＡＩ）を送信するための無線通信装置（２）とを有しており、
（ｃ）前記ベース装置（４）により、前記認証情報（２）のチェック結果に依存して前記無線通信装置（２）をネットワーク（５）にバインドするものであり、
前記認証情報（ＡＩ）の送出の前に、前記無線通信装置（２）の事前通知方式の監視（Ｂ）が実行され、
前記事前通知方式では、前記無線通信装置（２）は、別の無線通信装置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）を介し、かつ無線インタフェース（４ａ）を介して、その識別番号およびアクセスキー（ＪＫ）を前記ベース装置（４）に伝送し、前記ベース装置（４）は前記識別番号および前記アクセスキー（ＪＫ）を記憶し、事前登録が成功したという情報を含む事前通知信号を前記無線通信装置（２）に返送する、
ことを特徴とするシステム。
請求項７に記載のシステムにおいて、
前記認証情報（ＡＩ）が、限定された空間でしか受信できないようにするため、前記認証情報（ＡＩ）の前記送出を、低減した送信出力によって、および／または指向させて行う、
ことを特徴とするシステム。
請求項７または８に記載のシステムにおいて、
前記無線認証装置（１）は、無線環境を監視するため、および／または前記無線認証装置（１）の位置を決定するための監視手段（１ａ）を有する、
ことを特徴とするシステム。
請求項８または９に記載のシステムにおいて、
前記無線認証装置（１）は、送信出力を調整するための手段を有する（２）、
ことを特徴とするシステム。
無線通信装置を登録するために請求項７から１０までのいずれか１項に記載のシステムを使用する、
ことを特徴とする使用方法。