JP6098085B2 - データ送信装置及びプログラム、並びに、通信システム - Google Patents

Description

本発明は、データ送信装置及びプログラム、並びに、通信システムに関し、例えば、新規性のある認証情報を用いたセキュア通信に対応する通信システムに適用し得る。

再生攻撃（リプレイアタック）とは、攻撃者が通信路において通信データを傍受し、後に当該通信データを再投入することで、当該通信データを現在新規に発生した通信データとして受信装置に再び受け入れさせる攻撃である。従来の通信システムでは、このような再生攻撃を防止するためのセキュア通信（暗号化通信）が行われる。

図１７は、従来の通信システムにおけるセキュア通信の方式例について示した説明図である。

例えば、図１７に示すように、通信装置間で秘密に共有する共通鍵を利用して通信データに認証符号（ＭＡＣ：Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）を付加した場合、データ受信装置において通信データに改竄やなりすましがないことを確認できるが、これだけでは再生攻撃を防げない。なぜならば、過去に生成された通信データも、通信装置間で秘密に共有する共通鍵を用いて正しく変換されているため、データ受信装置において受信データの認証に成功してしまうからである。従来の通信装置間のデータ通信において再生攻撃を防ぐための代表的な方法としては、例えば、チャレンジレスポンスを利用する方法（図１７（ｃ）に示すシーケンス）、時刻情報を利用する方法（図１７（ｂ）に示すシーケンス）、カウンタ値を利用する方法（図１７（ａ）に示すシーケンス）の３つがある。図１７において、「｜｜」はデータ列の連結を示す。また、図１７において、ＭＡＣ（Ｋ、Ｘ）は鍵Ｋを用いてデータ列Ｘに対して生成した認証符号を示す。

従来の通信システムにおいて、チャレンジレスポンスを利用してセキュア通信する方法は、データ送信装置がデータ受信装置へ通信データを送信するのに際し、データ受信装置からチャレンジ情報（乱数など、過去に生成した情報と重複しない一時的な情報）を受け取り、データ送信装置は受け取ったチャレンジ情報を送信データに反映させることでデータの新規性を確認している。

従来の通信システムにおいて、時刻情報を利用してセキュア通信する方法は、データ送信装置とデータ受信装置とが時刻を同期し、データ送信装置が時刻情報を送信データに反映させることによってデータの新規性を確認している。

従来の通信システムにおいて、カウンタ値を利用してセキュア通信する方法は、データ送信装置とデータ受信装置とが共に、鍵情報や通信相手に紐付いたカウンタ値を管理し、データ送信装置が最新のカウンタ値を送信データに反映させることによってデータの新規性を確認する。ここで利用されるカウンタ値は一般的に通信が発生するごとに更新される。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００６の仕様において、通信装置が通信フレームの暗号化認証処理のために管理すべきカウンタとして、送信カウンタ（Ｏｕｔｇｏｉｎｇ Ｆｒａｍｅ Ｃｏｕｎｔｅｒ）と受信カウンタ（Ｉｎｃｏｍｉｎｇ Ｆｒａｍｅ Ｃｏｕｎｔｅｒ）とがある。また、ＩＥＥＥ８０２．１５．４において、送信カウンタは、当該通信装置で、セキュア通信データのフレーム生成・送信毎にインクリメントされるものである。

一方、ＩＥＥＥ８０２．１５．４における上述の受信カウンタは、他の通信装置から受信したセキュア通信データのフレームの新規性確認のために利用されるものである。また、各通信装置は、他の通信相手毎に、過去に受け入れた通信フレームの最新のカウンタ値を管理しておき、他の通信相手からセキュアな通信フレームを受信した時には、当該通信フレームに利用されているカウンタ値が、自身が管理する最新のカウンタ値よりも新しいかどうかを確認する。これにより、ＩＥＥＥ８０２．１５．４に対応した通信システムでは、過去に生成・送信済みのセキュアな通信フレームを検知することができ、再生攻撃を防ぐことができる。

上述のように、従来のカウンタ値を利用してセキュア通信する方法では、各通信装置が自身の最新の送信カウンタや通信相手の最新の受信カウンタを管理しておく必要がある。カウンタ値は通信フレームの送信や受信ごとに更新される値であるため、一般に揮発性のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）で管理されることが多い。しかし、例えば、スリープモードへの突入や、電源供給の停止等により、ＲＡＭ内のデータが消えてしまい、最新のカウンタ値を失ってしまった場合、その後に送信する通信フレームの新規性を他の通信装置に証明できず、また、他の通信装置から受信した通信フレームの新規性を確認することができなくなるという問題がある。

この間題を解決する方法として、特許文献１には、中央管理ネットワークノードが他のノードに対して、ネットワーク全体で共通の一定値を配布しており、当該共通の一定値とカウンタ値を組み合わせた情報を新規性の判断に利用する方法が説明されている。ネットワーク内のノードが、当該ノードが利用していた最新のカウンタ値を失ってしまった場合には、中央管理ネットワークノードにおいて共通の一定値を更新し、各ノードが更新された共通の一定値を中央管理ネットワークノードから再配布してもらうことによって、失った過去のカウンタ値を回復する必要なく、新たに配布された共通の一定値を用いて、新規性が確保されたセキュアな通信を再開することができる。

特表２０１２−５０２５７２

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、任意のノードがカウンタ値を失うたびに、中央管理装置からネットワーク全体に対して共通の一定値の再配布が必要になる。また、上記共通の一定値の再配布メッセージ自体の新規性確保も課題になり、当該メッセージの新規性を確保するためには、各ノードと中央管理装置との間でチャレンジレスポンス等の双方向のインタラクションが必要になる。したがって、特許文献１に記載の方法を適用した通信システムにおいて、中央管理装置とのインタラクションによるカウンタ値の回復手法を実行する場合、通信オーバヘッドを増加させるものであり、ネットワークを形成するノード数やカウンタ値の回復頻度が多いネットワークには不適であった。

上述のような問題点に鑑みて、効率的に安全性の高い認証情報を利用したセキュア通信を継続させることができるデータ送信装置及びプログラム、並びに、通信システムが望まれている。

第１の本発明は、データを送信するデータ送信装置において、（１）認証情報に基づいてデータを暗号化した暗号化通信データを生成して送信する暗号化データ送信手段と、（２）上記暗号化データ送信手段が暗号化通信データを送信する度に、認証情報を新規の内容に更新する管理を行い、最新の認証情報を上記暗号化データ送信手段に供給する認証情報管理手段と、（３）上記認証情報管理手段が保持している最新の認証情報を、所定のタイミングでデータ記録媒体に保存する保存処理を行う認証情報保存手段と、（４）上記認証情報管理手段で、最新の認証情報が消失した場合に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報に基づいて、上記認証情報管理手段の認証情報を回復させる回復処理を行う認証情報回復手段とを有し、（５）上記認証情報回復手段は、回復処理を行う際に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報を、より新しい認証情報となるように更新し、更新後の認証情報を、上記認証情報管理手段に回復後の認証情報として供給し、（６）上記認証情報管理手段が管理する認証情報には、上記暗号化データ送信手段が暗号化データを出力処理する度に値が加算されるカウンタ値が含まれており、（７）上記認証情報管理手段は、上記認証情報保存手段で認証情報を保存する際に、過去の上記カウンタ値の実績値と、現在の上記カウンタ値に基づいて、次回認証情報を保存する際の次回保存予定カウンタ値を求めて上記認証情報保存手段に供給し、（８）上記認証情報保存手段は、認証情報を保存する際に、上記認証情報管理手段から最新に供給された次回保存予定カウンタ値を当該認証情報に対応づけて保存し、（９）上記認証情報回復手段は、回復処理を行う際に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報に対応する次回保存予定カウンタ値を、回復処理後の上記カウンタ値として上記認証情報管理手段に設定することを特徴とする。

第２の本発明のデータ送信プログラムは、データを送信するデータ送信装置に搭載したコンピュータを、（１）認証情報に基づいてデータを暗号化した暗号化通信データを生成して送信する暗号化データ送信手段と、（２）上記暗号化データ送信手段が暗号化通信データを送信する度に、認証情報を新規の内容に更新する管理を行い、最新の認証情報を上記暗号化データ送信手段に供給する認証情報管理手段と、（３）上記認証情報管理手段が保持している最新の認証情報を、所定のタイミングでデータ記録媒体に保存する保存処理を行う認証情報保存手段と、（４）上記認証情報管理手段で、最新の認証情報が消失した場合に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報に基づいて、上記認証情報管理手段の認証情報を回復させる回復処理を行う認証情報回復手段として機能させ、（５）上記認証情報回復手段は、回復処理を行う際に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報を、より新しい認証情報となるように更新し、更新後の認証情報を、上記認証情報管理手段に回復後の認証情報として供給し、（６）上記認証情報管理手段が管理する認証情報には、上記暗号化データ送信手段が暗号化データを出力処理する度に値が加算されるカウンタ値が含まれており、（７）上記認証情報管理手段は、上記認証情報保存手段で認証情報を保存する際に、過去の上記カウンタ値の実績値と、現在の上記カウンタ値に基づいて、次回認証情報を保存する際の次回保存予定カウンタ値を求めて上記認証情報保存手段に供給し、（８）上記認証情報保存手段は、認証情報を保存する際に、上記認証情報管理手段から最新に供給された次回保存予定カウンタ値を当該認証情報に対応づけて保存し、（９）上記認証情報回復手段は、回復処理を行う際に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報に対応する次回保存予定カウンタ値を、回復処理後の上記カウンタ値として上記認証情報管理手段に設定することを特徴とする。

第３の本発明は、データ受信装置と、上記データ受信装置にデータを送信するデータ送信装置とを備える通信システムにおいて、第１の本発明のデータ送信装置を適用したことを特徴とする。

本発明によれば、効率的に安全性の高い認証情報を利用したセキュア通信を継続させることができる通信システムを提供することができる。

第１の実施形態に係る通信システムの構成について示したブロック図である。 第１の実施形態に係るデータ送信装置からデータ受信装置へセキュア通信データを送信する場合の動作について示したシーケンス図である。 第１の実施形態に係るデータ送信装置で、認証情報の保存処理が行われる際の動作について示したフローチャートである。 第１の実施形態に係るデータ送信装置で、認証情報の回復処理が行われる際の動作について示したフローチャートである。 第１の実施形態に係る通信システムの動作について示したタイミングチャートである。 第２の実施形態に係るデータ送信装置で、認証情報の保存処理が行われる際の動作について示したフローチャートである。 第２の実施形態に係る通信システムの動作について示したタイミングチャートである。 第３の実施形態に係るデータ送信装置で、変数（Ｕ’）の更新処理が行われる最の動作について示したフローチャートである。 第３の実施形態に係るデータ送信装置で、認証情報の保存処理が行われる際の動作について示したフローチャートである。 第３の実施形態に係る通信システムの動作について示したタイミングチャートである。 第４の実施形態に係る通信システムの構成について示したブロック図である。 第４の実施形態に係るデータ送信装置で、認証情報の保存処理が行われる際の動作について示したフローチャートである。 第４の実施形態に係るデータ送信装置で、認証情報の再回復処理が行われる際の動作について示したフローチャートである。 第４の実施形態に係る通信システムの動作について示したタイミングチャートである。 第５の実施形態に係る通信システムの構成について示したブロック図である。 第５の実施形態に係る通信システムの動作について示したタイミングチャートである。 従来の通信システムにおけるセキュアデータ通信について示した説明図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明によるデータ送信装置及びプログラム、並びに、通信システムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、この実施形態のデータ送信装置１０及びデータ受信装置２０を有する通信システム１の全体構成について示したブロック図である。

図１に示すように、通信システム１は、データ送信を行うデータ送信装置１０と、データ送信装置１０が送信したデータを受信するデータ受信装置２０とを有している。

通信システム１において、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０の数は限定されないものである。また、以下では、説明を簡易にするため、データ送信装置１０はデータ受信装置２０へのデータ送信に係る処理だけを行う装置、データ受信装置２０はデータ送信装置１０から送信されたデータの受信に係る処理だけを行う装置として説明するが、データ送信装置１０及びデータ受信装置２０の両方の機能を備えた通信装置を構築してもよいことは当然である。

また、データ送信装置１０とデータ受信装置２０との間の通信方式は限定されないものである。データ送信装置１０とデータ受信装置２０との間は、例えば、各種イーサネット（登録商標）のインタフェースを用いた通信インタフェースを用いるようにしてもよい。また、データ送信装置１０とデータ受信装置２０とは直接通信するようにしてもよいし、１又は複数の他の通信装置(例えば、アクセスポイント、スイッチ、ルータ等)を経由するようにしてもよい。

次に、データ送信装置１０の内部構成について説明する。

データ送信装置１０は、送信部１１、認証情報管理部１２、セキュア通信データ生成部１３、認証情報保存部１４、認証情報回復部１５及び不揮発メモリ１６を有する。

データ送信装置１０は、例えば、プロセッサ、メモリ、通信インタフェース等を有するコンピュータを備える通信装置に実施形態のデータ送信プログラム等をインストールすることにより実現するようにしてもよい。その場合でも、データ送信装置１０の機能的構成は図１のように示すことができる。

セキュア通信データ生成部１３は、通信データをセキュリティ処理（暗号化処理）してセキュア通信データ（暗号化通信データ）を生成するものである。セキュア通信データ生成部１３が行うセキュリティ処理とは、認証情報に基づく認証符号生成及び、生成した認証符号を用いた通信データの暗号化処理を行うことである。例えば、セキュア通信データ生成部１３は、図１７に示す従来の送信側のセキュリティ処理のいずれかを適用するようにしてもよい。セキュア通信データ生成部１３は、セキュア通信データの生成に際し、認証情報管理部１２に、暗号鍵や送信カウンタを含む認証情報を要求する。そして、セキュア通信データ生成部１３は、認証情報管理部１２から認証情報が供給されると、通信データに対してセキュリティ処理を行う。セキュア通信データ生成部１３は、生成したセキュア通信データを送信部１１へ供給する。

セキュア通信データ生成部１３は、例えば、データ送信装置１０において、図示しない上位層（例えば、アプリケーション等）から送信必要な通信データが供給されたときに、当該通信データからセキュア通信データを生成する処理を行う。

認証情報管理部１２は、通信データのセキュリティ処理に必要な、暗号鍵や送信カウンタ等を含む認証情報を管理するものである。認証情報管理部１２は、セキュア通信データ生成部１３より認証情報を要求されると、最新の認証情報を応答する。ここで、認証情報管理部１２が管理する認証情報には、暗号鍵や、当該暗号鍵の識別番号、新規性を証明／確認するための時変パラメータの値が含まれるものとする。また、認証情報管理部１２が管理する認証情報に含まれる時変パラメータは、セキュアな通信データの生成・送信の度に更新されるものである。この実施形態の認証情報管理部１２は、時変パラメータとして送信カウンタ値を利用しているものとする。送信カウンタ値とは、セキュア通信データ生成部１３で、セキュア通信データを生成・送信するたびに、インクリメントされるカウンタ値である。

認証情報管理部１２は、当該認証情報管理部１２が管理する認証情報の消失に備えて、所定のタイミングで当該認証情報を認証情報保存部１４へ与える。この実施形態では、上述の所定のタイミングとは、例えば、予め設定された時間周期Ｔｃ［秒］であるものとする。

認証情報保存部１４は、認証情報管理部１２に記憶された認証情報を、記録媒体としての不揮発メモリ１６に保存するものである。なお、不揮発メモリ１６は、電源供給が停止してもデータを保持することができる記録媒体であれば、その具体的な媒体の種類は限定されないものである。不揮発メモリ１６としては、例えば、データ送信装置１０がデータ送信プログラムや設定データ等を格納するための不揮発メモリ（例えば、フラッシュメモリやハードディスクドライブ等）と共用するようにしてもよい。

認証情報回復部１５は、データ送信装置１０がスリープ状態となったり、電源供給の停止等の事態により、認証情報管理部１２で管理する認証情報が消失してしまった場合に、不揮発メモリ１６で保存される認証情報を、より新しい認証情報に更新して回復させるものである。認証情報回復部１５は、認証情報管理部１２の認証情報が消失すると、不揮発メモリ１６に保存した最新の認証情報を取得し、より新しい認証情報に更新（送信カウンタ値を更新）して、回復後の認証情報として生成し、認証情報管理部１２に供給する。具体的には、この実施形態の認証情報回復部１５は、以下の（１）式を用いて、回復後（更新後）の送信カウンタ値を求めるものとする。以下の（１）式では、回復前の送信カウンタ値Ｃ１（保存されていた認証情報の送信カウンタ値）に加算値Ｎを加算することにより回復後の送信カウンタ値Ｃ２を求める内容となっている。そして、この実施形態では、加算値Ｎは、データ送信装置１０による周期Ｔｃ内の最大通信データ送信数（フレーム数）であるものとする。加算値Ｎを求める方式は限定されないものであるが、この実施形態では、以下の（２）式により、周期Ｔｃ間の送信カウンタの最大加算値となる加算値Ｎを求めるものとして説明する。なお、以下の（２）式における「Ｒ」は、データ送信装置１０における物理層最大通信レート（単位は［ビット／秒］）である。また、「Ｓ」は、データ送信装置１０が送信するデータ（フレーム）の最少サイズ（単位は［ビット］）である。

回復後の送信カウンタ値Ｃ２
＝ 回復前の送信カウンタ値Ｃ１ ＋加算値Ｎ …（１）
加算値Ｎ ＝ Ｒ・Ｔｃ／Ｓ …（２）
以上のように、認証情報回復部１５が、回復後の送信カウンタ値を求め、回復後の送信カウンタ値を設定した認証情報を、認証情報管理部１２に保持させる。これにより、認証情報管理部１２では、認証情報の消失以前に既に利用した送信カウンタ値よりも必ず大きい送信カウンタ値を設定した認証情報を回復させ、過去の送信カウンタ値を再利用してしまう可能性はなくなる。

送信部１１は、セキュア通信データ生成部１３より与えられたセキュア処理された通信データを他の通信装置へ送信するものである。

次に、データ受信装置２０の内部構成について説明する。

データ受信装置２０は、受信部２１、セキュア通信データ認証部２２、及び認証情報管理部２３を有する。

データ受信装置２０は、例えば、プロセッサ、メモリ、通信インタフェース等を有するコンピュータを備える通信装置にデータ受信プログラム等をインストールすることにより実現するようにしてもよい。その場合でも、データ受信装置２０の機能的構成は図１のように示すことができる。

セキュア通信データ認証部２２は、受信部２１から与えられたセキュア通信データの新規性を認証するものである。例えば、セキュア通信データ認証部２２は、図１７に示す受信側の従来のセキュリティ処理のいずれかを適用するようにしてもよい。具体的には、セキュア通信データ認証部２２は、通信データが暗号化されている場合は復号処理し、認証符号を検証することでセキュア通信データに含まれる通信データが改ざんされていないこと、及び、送信元（データ送信装置１０）を認証しても良い。セキュア通信データ認証部２２は、セキュア通信データの認証に際し、認証情報管理部２３に、復号鍵や受信カウンタ等を含む認証情報を要求する。そして、セキュア通信データ認証部２２は、認証情報が供給されると、セキュア通信データの新規性を認証する。セキュア通信データ認証部２２は、セキュア通信データを復号して得た認証情報にセットされた送信カウンタ値と、認証情報管理部２３から供給された受信カウンタ値とを比較する。そして、セキュア通信データ認証部２２は、受信カウンタ値よりも送信カウンタ値の方が新しい値の場合（受信カウンタ値より送信カウンタ値の方が大きい場合）に、受信したセキュア通信データの新規性を確認することができる。セキュア通信データ認証部２２は、セキュア通信データの新規性の認証に成功すると、当該セキュア通信データに利用されていた、送信元の最新の送信カウンタ値を認証情報管理部２３へ与える。

認証情報管理部２３は、セキュア通信データの認証に必要な認証情報を管理するものである。認証情報管理部２３は、セキュア通信データ認証部２２から認証情報が要求されると、管理している認証情報を返答する。また、認証情報管理部２３は、受信したセキュア通信データで、セキュア通信データの認証が成功した場合（新規性等が確認された場合）に、認証情報の受信カウンタ値を、当該セキュア通信データの認証情報に含まれる送信カウンタ値に更新する。

受信部２１は、送信装置から受信したセキュア通信データをセキュア通信データ認証部２２へ与える。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第１の実施形態の通信システム１の動作を説明する。

（Ａ−２−１）データ送受信の動作
まず、データ送信装置１０において、データ受信装置２０へ送信すべき通信データが発生した場合の動作について図２のシーケンス図を用いて説明する。

まず、データ送信装置１０において、データ受信装置２０へ送信すべき通信データが発生したものとする（Ｓ１０１）。

そして、データ送信装置１０では、セキュア通信データ生成部１３により、認証情報管理部１２から、認証情報（最新の送信カウンタ値及び暗号鍵を含む）が取得される（Ｓ１０２）。

そして、データ送信装置１０では、セキュア通信データ生成部１３により、最新に取得した認証情報を利用したセキュア通信データが生成され、送信部１１に供給される（Ｓ１０３）。

そして、データ送信装置１０の認証情報管理部１２において、送信カウンタ値がインクリメントされる（Ｓ１０４）。

そして、データ送信装置１０の送信部１１により、セキュア通信データが、データ受信装置２０に向けて送出される（Ｓ１０５）。

そして、データ受信装置２０の受信部２１により、データ送信装置１０から送出されたセキュア通信データが受信されたものとする（Ｓ１０６）。

そして、データ受信装置２０の受信部２１は、受信したセキュア通信データを、セキュア通信データ認証部２２に供給する。そして、データ受信装置２０では、セキュア通信データ認証部２２により、認証情報管理部２３から、認証情報（最新の受信カウンタ値及び復号鍵を含む）が取得される（Ｓ１０７）。

そして、セキュア通信データ認証部２２では、取得した認証情報を利用して、受信したセキュア通信データの復号及び認証処理（送信カウンタ値の新規性の確認処理等）が行われる（Ｓ１０８）。そして、ここでは、セキュア通信データ認証部２２による復号及び認証処理は成功したものとする
そして、受信したセキュア通信データの認証処理が成功すると、データ受信装置２０の認証情報管理部２３は、保持している受信カウンタ値を、最新に受信したセキュア通信データに設定されていた送信カウンタ値に設定する（Ｓ１０９）。

（Ａ−２−２）認証情報の保存
次に、データ送信装置１０により認証情報が保存される際の動作について図３のフローチャートを用いて説明する。

データ送信装置１０の認証情報管理部１２及び認証情報保存部１４では、起動後、セキュア通信データが送信可能な間（スリープ状態等でない間）、図３に示すループ処理が継続して実行される。

まず、認証情報管理部１２は、タイマ１２１に周期Ｔｃをセットして計時を開始する（Ｓ２０１）。

そして、認証情報管理部１２は、タイマ１２１がタイムアウト（周期Ｔｃを計時）すると（Ｓ２０２）、保持している認証情報を認証情報保存部１４に供給する。そして、認証情報保存部１４は、供給された認証情報を不揮発メモリ１６に保存する（Ｓ２０３）。

（Ａ−２−２）認証情報の回復
次に、データ送信装置１０で、不揮発メモリ１６に保存された認証情報を回復する動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、データ送信装置１０が、電源オンやスリープ状態からの復帰により起動し（Ｓ３０１）、データ送信が可能な状態となると、認証情報回復部１５は、不揮発メモリ１６の内容を参照して（Ｓ３０２）、認証情報の有無を確認する（Ｓ３０３）。

上述のステップＳ３０３で、不揮発メモリ１６に認証情報が格納されている場合には、認証情報回復部１５はその認証情報を取得する。このとき、不揮発メモリ１６に複数の認証情報が格納されている場合には、認証情報回復部１５は、最も値の大きい送信カウンタ値が設定された認証情報を取得する。そして、認証情報回復部１５は、取得した認証情報に含まれる送信カウンタ値に基づいて、回復後の認証情報を生成する。具体的には、認証情報回復部１５は、取得した認証情報に含まれる送信カウンタ値を、上記の（１）式に基づいて更新（加算）した認証情報を生成する。そして、認証情報回復部１５は、新たに生成した認証情報を、回復後の認証情報として認証情報管理部１２にセットする（Ｓ３０４）。

一方、上述のステップＳ３０３で、不揮発メモリ１６に認証情報が格納されていない場合には、認証情報回復部１５は、送信カウンタ値に初期値（例えば、０）を設定した認証情報を生成して、認証情報管理部１２にセットする（Ｓ３０５）。

（Ａ−２−４）データ送信装置１０の全体の動作例
次に、データ送信装置１０全体の動作例について、図５のシーケンス図を用いて説明する。

図５に示すタイミングＴ１００〜Ｔ１０６は、それぞれ時間軸上の各タイミングについて示している。

まず、データ送信装置１０では、タイミングＴ１００の時点から、データ受信装置２０に対する暗号鍵を利用したセキュア通信データの送信が開始されたものとする（Ｓ４０１）。なお、データ送信装置１０では、セキュア通信データの送信（フレーム送信）が発生する度に、上述の図２のフローチャートの処理が実行される。

そして、データ送信装置１０では、タイミングＴ１００〜Ｔ１０４の間、周期Ｔｃごとに認証情報管理部１２及び認証情報保存部１４により、認証情報管理部１２が保持している認証情報の保存処理（上述の図３のフローチャートの処理）が行われることになる。

そして、データ送信装置１０は、タイミングＴ１０４の経過後、周期Ｔｃが経過する前のタイミングＴ１０５に、所定のイベント発生（例えば、連続してデータ送信できる期間を経過した場合等）によりスリープ状態に遷移し、認証情報管理部１２で保持されている認証情報が消失したものとする（Ｓ４０２）。なお、この時点で、不揮発メモリ１６に保存された最新の認証情報の送信カウンタ値は３４０であるものとする。

そして、その後タイミングＴ１０６の時点で、データ送信装置１０はスリープ状態から復帰して、セキュア通信データの送信が可能な状態になったものとする（Ｓ４０３）。このタイミングで、データ送信装置１０の認証情報回復部１５による認証情報の回復処理（上述の図４のフローチャートの処理）が行われることになる。このとき、認証情報回復部１５では、不揮発メモリ１６に保存されている認証情報の送信カウンタ値（３４０）を、更新する処理が行われる。具体的には、例えば、上記の（２）式により求められる加算値Ｎが５００であったものとすると、更新後の送信カウンタ値は３４０＋５００＝８４０となる。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。

第１の実施形態では、データ送信装置１０が不揮発メモリ１６に保存された認証情報を基準に、最新となる認証情報を回復することにより、新規性が確保されたセキュアな通信を再開することができる。

従来の特許文献１の手法のように、中央管理装置等から、新規性を確保するための認証情報を再配布してもらうのは、ネットワークを形成する通信装置の数や、認証情報の消失の機会が増えるに従い、通信オーバヘッドが増大するという問題がある。

一方、従来の通信システムのデータ送信装置において、他の通信装置からの再配布が不要になるように、認証情報が更新されるたびに不揮発メモリに書き込むのも、不揮発メモリに書き込み上限があることを考慮するとあまり現実的でない。特に、新規性を証明する情報として送信カウンタ値を利用する場合、当該送信カウンタ値は、セキュアな通信データの生成毎にインクリメントされる値であるため、書き込みが頻繁に発生する。

これに対して、第１の実施形態では、データ送信装置１０に係る電源供給が停止または制限（例えば、スリープ状態等）等の理由で、認証情報を消失してしまった場合でも、認証情報の回復に他の通信装置とのインタラクションを必要とせずに、再生攻撃を防止するに十分な最新の認証情報を回復できる。また、第１の実施形態の、データ送信装置１０では、送信カウンタ値の更新毎に不揮発メモリ１６へ最新値を書き込む必要なしに、再生攻撃を防止するに十分な最新の認証情報を回復できる。以上のように、データ送信装置１０では、効率的に新規性のある認証情報の保持を継続させることができる。

（Ｂ）第２の実施形態
以下、本発明によるデータ送信装置及びプログラム、並びに、通信システムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態の通信システム１の構成についても上述の図１を用いて示すことができる。

以下では、第２の実施形態について、第１の実施形態との差異のみを説明する。

第１の実施形態では、認証情報管理部１２及び認証情報保存部１４は、周期Ｔｃが経過するごとに最新の認証情報の保存処理（認証情報管理部１２が保持する認証情報の保存処理）を行っていた。これに対して、第２の実施形態の認証情報管理部１２及び認証情報保存部１４は、認証情報管理部１２が保持する送信カウンタ値が一定回数（Ｕ［回］）加算されるごとに、認証情報の保存処理を行うものとする。したがって、第２の実施形態の認証情報管理部１２では、タイマ１２１を省略するようにしてもよい。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第２の実施形態の通信システム１の動作を説明する。

以下では、第２の実施形態の通信システム１について、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。

（Ｂ−２−１）認証情報の保存
次に、第２の実施形態のデータ送信装置１０により認証情報が保存される際の動作について図６のフローチャートを用いて説明する。

第２の実施形態に係るデータ送信装置１０の認証情報管理部１２及び認証情報保存部１４では、起動後、図６に示すループ処理が継続して実行される。

なお、図６のフローチャートの処理では、送信カウンタ値を記憶するための変数として変数Ｃｏｕｎｔ１が用いられるものとする。

まず、認証情報管理部１２は、現在保持している送信カウンタ値を変数Ｃｏｕｎｔ１にセットする（Ｓ５０１）。

そして、認証情報管理部１２は、現在保持している送信カウンタ値が、変数Ｃｏｕｎｔ１に定数Ｕを加算した値となるまで待機する（Ｓ５０２）。

そして、認証情報管理部１２は、現在保持している送信カウンタ値が、変数Ｃｏｕｎｔ１に定数Ｕを加算した値となると、保持している認証情報を認証情報保存部１４に供給する。そして、認証情報保存部１４は、供給された認証情報を不揮発メモリ１６に保存する（Ｓ５０３）。

（Ｂ−２−２）認証情報の回復
第２の実施形態のデータ送信装置１０で認証情報を回復する処理についても、上述の図４で説明することができる。

第２の実施形態では、ステップＳ３０４において、回復時に保存していた認証情報の送信カウンタ値を更新する処理が第１の実施形態と異なっている。

第２の実施形態の認証情報回復部１５は、第１の実施形態と同じく上記の（１）式を用いて回復後の送信カウンタ値を求めるが、（１）式で用いられる加算値Ｎの内容が第１の実施形態と異なっている。第２の実施形態では、上述の通り送信カウンタ値がＵ［回］加算されるごとに、認証情報を保存するため、上記の（１）式で適用する加算値ＮにＵを適用（Ｎ＝Ｕ）するものとする。すなわち、第２の実施形態の認証情報回復部１５は、回復前（更新前）の送信カウンタ値にＵを加算した値を、回復後の送信カウンタ値とする。

（Ｂ−２−３）データ送信装置１０の全体の動作例
次に、第２の実施形態のデータ送信装置１０全体の動作例について、図７のシーケンス図を用いて説明する。

図７に示すタイミングＴ２００〜Ｔ２０６は、それぞれ時間軸上の各タイミングについて示している。なお、図７のシーケンス図ではＵ＝１００［回］であるものとする。

まず、データ送信装置１０では、タイミングＴ２００の時点から、データ受信装置２０に対する暗号鍵を利用したセキュア通信データの送信が開始されたものとする（Ｓ６０１）。なお、データ送信装置１０では、セキュア通信データの送信（フレーム送信）が発生する度に、上述の図２のフローチャートの処理が実行される。

そして、データ送信装置１０では、タイミングＴ２００以後、送信カウンタ値がＵ［回］加算されるごとに、認証情報保存部１４により、認証情報管理部１２が保持している認証情報の保存処理（上述の図６のフローチャートの処理）が行われることになる。ここでは、データ送信装置１０において、タイミングＴ２０４の時点で、タイミングＴ２００から数えて４回目の保存処理が行われたものとする。したがって、タイミングＴ２０４の時点で、不揮発メモリ１６に保存される認証情報の送信カウンタ値は４００となる。

そして、データ送信装置１０は、タイミングＴ２０４の経過後、送信カウンタ値が１００［回］加算される前のタイミングＴ２０５で、所定のイベント発生（例えば、連続してデータ送信できる期間を経過した場合等）によりスリープ状態に遷移し、認証情報管理部１２で保持されている認証情報が消失したものとする（Ｓ６０２）。

そして、その後タイミングＴ２０６の時点で、データ送信装置１０はスリープ状態から復帰して、セキュア通信データの送信が可能な状態になったものとする（Ｓ６０３）。このタイミングで、データ送信装置１０の認証情報回復部１５による認証情報の回復処理（上述の図４のフローチャートの処理）が行われることになる。このとき、認証情報回復部１５では、不揮発メモリ１６に保存されている認証情報の送信カウンタ値（４００）を、更新して、回復後の送信カウンタ値を求める処理が行われる。具体的には、回復後の送信カウンタ値は４００＋１００＝５００となる。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態では、第１の実施形態の効果に加えて以下のような効果を奏することができる。

第２の実施形態では、認証情報管理部１２が保持する送信カウンタ値が一定回数（Ｕ［回］）加算されるごとに、認証情報の保存処理を行う。したがって、第２の実施形態では、第１の実施形態のように、データ送信装置１０の通信能力や接続回線等を考慮して加算値Ｎの設計や変更（データ送信装置１０の仕様変更に伴う変更）を行う必要がないので、容易に設計や仕様変更等を行うことができる。

（Ｃ）第３の実施形態
以下、本発明によるデータ送信装置及びプログラム、並びに、通信システムの第３の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
第３の実施形態の通信システム１の構成についても上述の図１を用いて示すことができる。

以下では、第３の実施形態について、第２の実施形態との差異のみを説明する。

第２の実施形態では、認証情報管理部１２及び認証情報保存部１４は、認証情報管理部１２が保持する送信カウンタ値が一定回数（Ｕ［回］）加算されるごとに、認証情報の保存処理を行っている。これに対して、第３の実施形態の認証情報管理部１２及び認証情報保存部１４では、定数Ｕではなく動的な値である変数Ｕ’（次回保存予定カウンタ値）が経過するごとに、認証情報の保存処理を行う点で第２の実施形態と異なっている。認証情報管理部１２において、Ｕ’の更新方法は限定されないものである。この実施形態では例として、認証情報保存部１４は、過去に送信カウンタの値が所定の定数値であるＶ１［回］加算されるまでにかかった時間ｔをカウントしておき、その時間ｔと閾値となる時間Ｔｈとの比較結果に応じて、Ｕ’を増減させるものとする。

例えば、認証情報管理部１２は、送信カウンタ値がＶ１加算される度に、今回Ｖ１が加算されるまでにかかった時間ｔに基づいて、Ｕ’を更新する。認証情報管理部１２は、時間ｔが時間Ｔｈ以上であった場合には、Ｕ’から定数Ｖ２を減算するものとする。また、認証情報管理部１２は、時間ｔが時間Ｔｈ未満であった場合には、Ｕ’に定数Ｖ２を加算するものとする。

そして、第３の実施形態の認証情報管理部１２及び認証情報回復部１５は、認証情報を保存する際に、現在の送信カウンタ値に、現在のＵ’を加算した値Ｖ３を、当該認証情報と対応付けて保存する。このＶ３は、データ送信装置１０で、次回保存処理が行われる予定タイミングとなる送信カウンタ値を示している。そして、第３の実施形態の認証情報管理部１２及び認証情報回復部１５は、送信カウンタ値が最新に取得したＶ３の値に達した場合に、認証情報の保存処理を行う。

そして、第３の実施形態の認証情報回復部１５は、認証情報を回復する際に、不揮発メモリ１６から取得した認証情報と、当該認証情報と共に保存されていた値Ｖ３とを用いる。具体的には、認証情報回復部１５は、回復後の認証情報に設定する送信カウンタ値に、不揮発メモリ１６から取得した値Ｖ３を設定する。

なお、データ送信装置１０の認証情報管理部１２では、起動時や認証情報の回復時において、Ｕ’に予め設定された初期値が設定されるものとする。そして、認証情報管理部１２は、起動時や認証情報の回復時において、最新の送信カウンタ値（初期値又は回復後の送信カウンタ値）に、Ｕ’を加算した値を、新たなＶ３として取得する。

（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第３の実施形態の通信システム１の動作を説明する。以下では、第３の実施形態の通信システム１について、第２の実施形態と異なる部分のみを説明する。

（Ｃ−２−１）変数Ｕ’の更新処理
次に、第３の実施形態のデータ送信装置１０（認証情報管理部１２）で、上述の変数Ｕ’が更新される処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。

第３の実施形態に係るデータ送信装置１０の認証情報管理部１２では、起動後、図８に示すループ処理が継続して実行される。

なお、図８のフローチャートの処理では、送信カウンタ値を記憶するための変数として変数Ｃｏｕｎｔ２が用いられるものとする。

まず、認証情報管理部１２は、現在保持している送信カウンタ値を変数Ｃｏｕｎｔ２にセットし、タイマ１２１による時間の計時を開始させる（Ｓ７０１）。

そして、認証情報管理部１２は、現在保持している送信カウンタ値が、変数Ｃｏｕｎｔ２に定数Ｖ１を加算した値となるまで待機する（Ｓ７０２）。

そして、認証情報管理部１２は、現在保持している送信カウンタ値が、変数Ｃｏｕｎｔ２に定数Ｖ１を加算した値となると、送信カウンタ値にＶ１が加算されるまでにかかった時間ｔ（タイマ１２１が計測した上述のステップＳ７０２の待機時間）とＴｈとに基づいて、Ｕ’を更新する（Ｓ７０３）。

（Ｃ−２−２）認証情報の保存
次に、第３の実施形態のデータ送信装置１０により認証情報が保存される際の動作について図９のフローチャートを用いて説明する。

第３の実施形態に係るデータ送信装置１０の認証情報管理部１２及び認証情報保存部１４では、起動後、図９に示すループ処理が継続して実行される。

なお、図９のフローチャートの処理では、送信カウンタ値を記憶するための変数として変数Ｃｏｕｎｔ１が用いられるものとする。

まず、認証情報管理部１２は、現在保持している送信カウンタ値が、最新に取得したＶ３に達するまで待機する（Ｓ８０１）。

そして、認証情報管理部１２は、現在保持している送信カウンタ値が、Ｖ３となると、Ｖ３の更新処理（Ｖ３＝送信カウンタ値＋最新のＵ’）を行う。

そして、認証情報管理部１２は、保持している認証情報、及び最新に取得したＶ３を、認証情報保存部１４に供給する。そして、認証情報保存部１４は、供給された認証情報にＶ３の値を対応付けて不揮発メモリ１６に保存する（Ｓ８０３）。

（Ｃ−２−３）認証情報の回復
第３の実施形態のデータ送信装置１０で認証情報を回復する処理についても、上述の図４で説明することができる。

第３の実施形態では、ステップＳ３０４において、回復時に保存していた認証情報の送信カウンタ値を更新する処理が第１及び第２の実施形態と異なっている。具体的には、第３の実施形態の認証情報回復部１５は、不揮発メモリ１６から認証情報と共に、当該認証情報に対応付けられたＶ３を取得する。そして、認証情報回復部１５は、そのＶ３の値を、回復後（更新後）の送信カウンタ値として、認証情報管理部１２に設定する。なお、このとき、認証情報管理部１２は、回復後のＵ’の値として上述の初期値を設定するものとする。

（Ｃ−２−４）データ送信装置１０の全体の動作例
次に、第３の実施形態のデータ送信装置１０全体の動作例について、図９のタイミングチャートを用いて説明する。

図１０に示すタイミングＴ３００〜Ｔ３０７は、それぞれ時間軸上の各タイミングについて示している。なお、図９では、Ｕ’の初期値は１００であるものとする。

まず、データ送信装置１０では、タイミングＴ３００の時点から、データ受信装置２０に対する暗号鍵を利用したセキュア通信データの送信が開始されたものとする（Ｓ９０１）。なお、データ送信装置１０では、セキュア通信データの送信（フレーム送信）が発生する度に、上述の図２のフローチャートの処理が実行される。また、データ送信装置１０の認証情報管理部１２では、起動後Ｕ’の更新処理（上述の図８のフローチャートの処理）が継続して行われることになる。さらに、タイミングＴ３００の時点では、データ送信装置１０の認証情報管理部１２では、Ｕ’＝Ｖ３＝１００が設定されることになる。

そして、データ送信装置１０では、タイミングＴ３００以後、送信カウンタ値がＵ’［回］加算されるごとに、認証情報保存部１４により、認証情報管理部１２が保持している認証情報及びＵ’の保存処理（上述の図９のフローチャートの処理）が行われることになる。

図１０では、タイミングＴ３０１、Ｔ３０２、Ｔ３０３、Ｔ３０４のそれぞれのタイミングで、データ送信装置１０による認証情報の保存処理がおこなわれたものとする。そして、タイミングＴ３０１、Ｔ３０２、Ｔ３０３、Ｔ３０４において最新のＵ’の値は、それぞれ４００、２００、５０、５０であったものとする。したがって、タイミングＴ３０１、Ｔ３０２、Ｔ３０３、Ｔ３０４においてＶ３の更新値は、それぞれ、５００、７００、７５０、８００となる。したがって、タイミングＴ３０４の時点で、不揮発メモリ１６に保存される認証情報の送信カウンタ値は７５０となる。また、タイミングＴ３０４の時点で、不揮発メモリ１６に保存される認証情報に対応付けて最新のＶ３の値（８００）が保存される。

そして、データ送信装置１０は、タイミングＴ３０４の経過後、次の認証情報の保存が行われる前のタイミングＴ３０５で、所定のイベント発生（例えば、連続してデータ送信できる期間を経過した場合等）によりスリープ状態に遷移し、認証情報管理部１２で保持されている認証情報が消失したものとする（Ｓ９０２）。

そして、その後タイミングＴ３０６の時点で、データ送信装置１０はスリープ状態から復帰して、セキュア通信データの送信が可能な状態になったものとする（Ｓ９０３）。このタイミングで、データ送信装置１０の認証情報回復部１５による認証情報の回復処理（上述の図４のフローチャートの処理）が行われることになる。このとき、認証情報回復部１５では、不揮発メモリ１６に保存されている認証情報の送信カウンタ値（７５０）と、Ｖ３（８００）が取得される。そして、認証情報回復部１５により、不揮発メモリ１６から取得されたＶ３（８００）が、回復後の送信カウンタ値として、認証情報管理部１２にセットされる。そして、認証情報管理部１２では、回復後の送信カウンタ値（８００）に、Ｕ’の初期値（１００）を加算した値（９００）が、最新のＶ３として取得されることになる。

（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
第３の実施形態では、第２の実施形態の効果に加えて以下のような効果を奏することができる。

第３の実施形態では、認証情報管理部１２が保持する送信カウンタ値が、直近の送信カウンタ値の増減に応じて変動する変数（Ｕ’［回］）に基づいたＶ３に達するごとに、認証情報の保存処理を行う。したがって、第３の実施形態では、データ送信装置１０のデータ送信状況に応じて、保存処理の頻度を変動させることができるので、より効率的な保存処理を行うことができる。

（Ｄ）第４の実施形態
以下、本発明によるデータ送信装置及びプログラム、並びに、通信システムの第４の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
図１１は、第４実施形態のデータ送信装置１０Ａ及びデータ受信装置２０Ａを有する通信システム１Ａの全体構成について示したブロック図である。なお、図１１では、上述の図１と同一又は対応する部分に同一又は対応する符号を付している。以下では、第４の実施形態について第１の実施形態との差異を中心に説明する。

次に、第２の実施形態のデータ送信装置１０Ａの内部構成について、第１の実施形態との差異を説明する。

データ送信装置１０Ａは、送信部１１、認証情報管理部１２、セキュア通信データ生成部１３、認証情報保存部１４、認証情報回復部１５、不揮発メモリ１６、受信部１７、及び新規性エラー検知部１８を有している。

認証情報管理部１２は、第１の実施形態のデータ送信装置１０における認証情報管理部１２とほぼ同様のものであるが、認証情報保存部１４へ、認証情報以外の情報も与える。第４の実施形態の認証情報管理部１２は、過去の時間周期Ｔｃでの送信カウンタ値の増加数をカウントしておき、送信カウンタ値の増加数の実績に基づく利用実績値Ｐも、認証情報保存部１４に与えるものとする。利用実績値Ｐ（実績パラメータ値）は、例えば、任意の単一の時間周期Ｔｃでの送信カウンタの増加数であっても良いし、任意の複数の時間周期Ｔｃでの送信カウンタの増加数の平均や最大値であっても良い。なお、この実施形態の認証情報管理部１２は、過去の送信カウンタの利用実績の最大値（周期Ｔｃごとの加算値の最大値）を利用実績値Ｐとして適用するものとする。

認証情報保存部１４は、第１の実施形態のデータ送信装置１０における認証情報保存部１４とほぼ同様のものであるが、不揮発メモリ１６に、最新の認証情報と利用実績値Ｐとを対応付けて保存する点で異なっている。

認証情報回復部１５は、第１の実施形態のデータ送信装置１０Ａにおける認証情報回復部１５とほぼ同様のものであるが、認証情報の回復方法が異なる。以下では、認証情報回復部１５は、不揮発メモリ１６から取り出した認証情報に含まれる送信カウンタ値をＣ１、当該認証情報に対応づけて保存されている利用実績値をＰとする。そして、認証情報管理部１２に供給される回復後の送信カウンタ値をＣ２とし、Ｃ２は以下の（３）式で求められるものとする。なお、以下の（３）式におけるαは任意の値を設定可能な係数である。このように、認証情報回復部１５では、過去の送信カウンタの利用実績に基づいて、更新後の送信カウンタ値Ｃ２を回復後の送信カウンタ値として設定することにより、認証情報を消失する前に既に利用した送信カウンタ値を再利用してしまう可能性を低くしている。

Ｃ２＝Ｃ１＋α・Ｐ …（３）
また、認証情報回復部１５は、新規性エラー検知部１８より新規性エラーの発生が通知された場合、すなわち、回復後に最初に設定した認証情報の送信カウンタ値が最新でなかった場合（送信カウンタ値を再利用してしまった場合）には、認証情報の送信カウンタ値を再回復（再更新）する。

認証情報回復部１５が行う送信カウンタ値の再回復の内容（加算値の求め方）は限定されないものであるが、この実施形態では、現在の送信カウンタ値をＣ１として、再度上記の（３）式を用いた更新処理（加算処理）を行うものとする。なお、新規性エラー検知部１８より与えられる新規性エラー通知メッセージの中に、データ受信装置２０Ａが把握する当該データ送信装置１０Ａの最新の送信カウンタ値が含まれていた場合には、認証情報回復部１５は、データ受信装置２０Ａから供給された最新の送信カウンタ値以上の値を、再回復後の送信カウンタ値として設定するようにしてもよい。

新規性エラー検知部１８は、送信カウンタ値等の認証情報が最新の情報に回復できていなかったことに起因する通信エラーを検知するものである。例えば、新規性エラー検知部１８は、データ受信装置２０Ａより通信データの到達応答がないことにより通信エラーを検知しても良いし、受信部１７を介して、データ受信装置２０Ａより新規性エラー通知メッセージを与えられることにより通信エラー検知しても良い。

新規性エラー検知部１８は、新規性エラーの発生を認証情報回復部１５へ通知する。また、新規性エラー検知部１８は、新規性エラー通知メッセージに、データ受信装置２０Ａが把握するデータ送信装置１０Ａの最新の送信カウンタ値が含まれる場合には、その最新の送信カウンタ値も、認証情報回復部１５に供給するようにしてもよい。

受信部１７は、データ受信装置２０Ａより与えられた新規性エラー通知メッセージを新規性エラー検知部１８へ与えるものである。

次に、第２の実施形態のデータ受信装置２０Ａの内部構成について、第１の実施形態との差異を説明する。

データ受信装置２０Ａは、受信部２１、セキュア通信データ認証部２２、認証情報管理部２３、送信部２４、及び新規性エラー通知部２５を有している。

セキュア通信データ認証部２２は、第１の実施形態のデータ受信装置２０Ａにおけるセキュア通信データ認証部２２とほぼ同様のものであるが、セキュア通信データの認証に失敗したときに認証失敗のメッセージを新規性エラー通知部２５へ与える点で異なる。ここで、認証失敗のメッセージには、当該データ受信装置２０Ａが管理するデータ送信装置１０Ａの最新の受信カウンタ値を含めても良い。

新規性エラー通知部２５は、データ送信装置１０Ａから受信したセキュアな通信データの新規性を確認できなかったことに起因する認証失敗を、上記データ送信装置１０Ａに通知するための新規性エラー通知メッセージを生成するものである。新規性エラー通知部２５は、セキュア通信データ認証部２２より認証失敗のメッセージを与えられることにより、新規性エラー通知メッセージを生成し、送信部２４へ与える。ここで、新規性エラー通知部２５は、認証失敗のメッセージと共に当該データ受信装置２０Ａが管理するデータ送信装置１０Ａの最新の受信カウンタ値が含まれる場合には、当該最新の受信カウンタ値を、データ受信装置２０Ａが把握するデータ送信装置１０Ａに係る最新の送信カウンタ値として、新規性エラー通知メッセージに含めても良い。

送信部２４は、新規性エラー通知部２５より与えられた新規性エラー通知メッセージをデータ送信装置１０Ａへ送信する。

（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第４の実施形態の通信システム１Ａの動作を説明する。以下では、第４の実施形態の通信システム１Ａについて、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。

（Ｄ−２−１）認証情報の保存
まず、データ送信装置１０Ａにより認証情報が保存される際の動作について図１２のフローチャートを用いて説明する。

データ送信装置１０Ａの認証情報保存部１４では、起動後、図１２に示すループ処理が継続して実行される。

なお、図１２のフローチャートの処理では、送信カウンタ値を記憶するための変数として変数Ｃｏｕｎｔ１が用いられるものとする。また、図１２のフローチャートで用いられる送信実績値Ｐの初期値は０であるものとする。

まず、認証情報管理部１２は、現在保持している送信カウンタ値を変数Ｃｏｕｎｔ１にセットする（Ｓ１００１）。

そして、認証情報管理部１２は、タイマ１２１に周期Ｔｃをセットして計時を開始する（Ｓ１００２）。

そして、認証情報管理部１２は、タイマ１２１がタイムアウト（周期Ｔｃを計時）すると（Ｓ１００３）、現在の送信カウンタ値から変数Ｃｏｕｎｔ１を減算した値（今回の周期Ｔｃの間の送信カウンタ値の増加分の値）を求めて、現在の送信実績値Ｐよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１００４）。

上述のステップＳ１００４で求めた値（今回の周期Ｔｃの間の送信カウンタ値の増加分の値）が、現在の送信実績値Ｐよりも大きい場合、認証情報管理部１２は、送信実績値Ｐを上述のステップＳ１００４で求めた値に更新する（Ｓ１００５）。

そして、認証情報管理部１２は、保持している認証情報、及び現在の送信実績値Ｐを認証情報保存部１４に供給する。そして、認証情報保存部１４は、供給された認証情報及び送信実績値Ｐを対応づけて不揮発メモリ１６に保存する（Ｓ１００６）。

（Ｄ−２−２）認証情報の回復
第４の実施形態のデータ送信装置１０Ａで認証情報を回復する処理についても、上述の図４で説明することができる。

第４の実施形態では、ステップＳ３０４において、回復時に保存していた認証情報の送信カウンタ値を更新する処理が第１の実施形態と異なっている。具体的には、第４の実施形態の認証情報回復部１５は、上記の（３）式を用いて回復後の送信カウンタ値を求める点で第１の実施形態と異なっている。

（Ｄ−２−３）送信カウンタ値の再回復処理
次に、データ送信装置１０Ａにおいて、認証情報の回復後に、送信カウンタ値を再回復する処理（再更新処理）について、図１３のフローチャートを用いて説明する。

まず、データ送信装置１０Ａの新規性エラー検知部１８により、データ受信装置２０Ａからの新規性エラー通知メッセージが検知（新規性エラーの発生が検知）されて、認証情報回復部１５に通知されたものとする（Ｓ１１０１）。

そして、認証情報回復部１５は、その新規性エラー通知メッセージの通知に基づいて、現在の認証情報管理部１２が保持する送信カウンタ値を再回復（再更新）する処理（上記の（３）式による再回復処理）を行う（Ｓ１１０２）。

（Ｄ−２−４）データ送信装置１０Ａの全体の動作例
次に、第４の実施形態のデータ送信装置１０Ａ全体の動作例について、図１４のタイミングチャートを用いて説明する。

図１４に示すタイミングＴ４００〜Ｔ４０８は、それぞれ時間軸上の各タイミングについて示している。なお、ここでは、上記の（３）式における係数αの値は１であるものとする。

まず、データ送信装置１０Ａでは、タイミングＴ４００の時点から、データ受信装置２０に対する暗号鍵を利用したセキュア通信データの送信が開始されたものとする（Ｓ１２０１）。なお、データ送信装置１０では、セキュア通信データの送信（フレーム送信）が発生する度に、上述の図２のフローチャートの処理が実行される。

そして、データ送信装置１０Ａでは、タイミングＴ４００〜Ｔ４０４の間、周期Ｔｃごとに認証情報管理部１２及び認証情報保存部１４により、認証情報管理部１２が保持している認証情報の保存処理及び利用実績値Ｐの保存処理（上述の図１２のフローチャートの処理）が行われることになる。ここでは、タイミングＴ４０１、Ｔ４０２、Ｔ４０３、Ｔ４０４における送信カウンタ値の増加分の値は、それぞれ、３０、２０、５０、２０であるものとする。したがって、タイミングＴ４０１、Ｔ４０２、Ｔ４０３、Ｔ４０４における利用実績値Ｐは、それぞれ、３０、３０、５０、５０となる。したがって、タイミングＴ４０４の時点の送信カウンタ値は１２０となる。

そして、データ送信装置１０は、タイミングＴ４０４の経過後、周期Ｔｃが経過する前のタイミングＴ４０５で、所定のイベント発生（例えば、連続してデータ送信できる期間を経過した場合等）によりスリープ状態に遷移し、認証情報管理部１２で保持されている認証情報が消失したものとする（Ｓ１２０２）。

そして、その後タイミングＴ４０６の時点で、データ送信装置１０はスリープ状態から復帰して、セキュア通信データの送信が可能な状態になったものとする（Ｓ１２０３）。このタイミングで、データ送信装置１０Ａの認証情報回復部１５による認証情報の回復処理（上述の図１２のフローチャートの処理）が行われることになる。具体的には、上記の（３）式により、更新後の送信カウンタ値は１２０＋５０＝１７０となる。

そして、データ送信装置１０Ａにより、更新後の送信カウンタ値を利用して、データ受信装置２０Ａへセキュア通信データが送信されたが、タイミングＴ４０７の時点で、データ受信装置２０Ａの認証処理において新規性エラーが発生し、新規性エラー通知メッセージがデータ送信装置１０Ａの新規性エラー検知部１８に通知されたものとする。そして、新規性エラー検知部１８は、認証情報回復部１５に新規性エラーの発生を通知する。そして、認証情報回復部１５は、新規性エラーの発生を契機に、認証情報管理部１２の送信カウンタ値を再回復する処理（上述の図１３の処理）を行う。具体的には、上記の（３）式により、再回復後の送信カウンタ値は１７０＋５０＝２２０となる。

（Ｄ−３）第４の実施形態の効果
第４の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて以下のような効果を奏することができる。

（Ｄ−３−１）第４の実施形態のデータ送信装置１０Ａでは、不揮発メモリ１６に保存された認証情報を基準に、新しいと想定される認証情報を回復し、当該新しいと想定される認証情報が最新でない場合には、それを検知して最新の認証情報に更新する。これにより、第４の実施形態では、第１の実施形態よりも確実に新規性が確保されたセキュア通信データの送信を継続することができる。

（Ｄ−３−２）第１の実施形態のデータ送信装置１０では、認証情報を消失する前に既に利用したことのある送信カウンタ値を再び利用しないように、送信カウンタ値を回復していた。しかし、第１の実施形態のデータ送信装置１０では、再生攻撃に対して完全に安全性が保たれる反面、送信カウンタ値の浪費を生じる恐れがある。これに対して、第４の実施形態のデータ送信装置１０Ａでは、認証情報を消失する前に既に利用したことのある送信カウンタ値を再び利用する可能性が低くなるように、送信カウンタ値を回復し、回復した送信カウンタ値が最新でなかった場合には、それを検知し、再度回復する構成となっている。これにより、第４の実施形態のデータ送信装置１０Ａでは、再生攻撃の可能性を軽減しつつ、送信カウンタ値の浪費を抑制することができる。

（Ｅ）第５の実施形態
以下、本発明によるデータ送信装置及びプログラム、並びに、通信システムの第５の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ｅ−１）第５の実施形態の構成
図１５は、第５実施形態のデータ送信装置１０Ｂ及びデータ受信装置２０Ｂを有する通信システム１Ｂの全体構成について示したブロック図である。なお、図１５では、上述の図１１と同一又は対応する部分に同一又は対応する符号を付している。以下では、第５の実施形態について第４の実施形態との差異を中心に説明する。

次に、第５の実施形態のデータ送信装置１０Ｂの構成について説明する。

データ送信装置１０Ｂは、送信部１１、認証情報管理部１２、セキュア通信データ生成部１３、認証情報保存部１４、認証情報回復部１５、不揮発メモリ１６、受信部１７、及び認証情報同期部１９を有している。

認証情報管理部１２は、第４の実施形態の送信装置における認証情報管理部１２とほぼ同様のものであるが、認証情報回復部１５より与えられた回復後の認証情報を、データ受信装置２０Ｂと同期処理するために、認証情報同期部１９へも与える点が異なる。

認証情報回復部１５は、第４の実施形態の送信装置における認証情報回復部１５とほぼ同様のものであるが、第４の実施形態の認証情報回復部１５のように、新規性エラーの発生により送信カウンタ値等の認証情報の再回復（再更新）を行わない点が異なる。

認証情報同期部１９は、認証情報管理部１２により、回復後の認証情報が供給されると、供給された認証情報を最新のものとみなすための同期処理をデータ受信装置２０Ｂと実施するものである。認証情報同期部１９は、例えば、データ受信装置２０Ｂとチャレンジレスポンスのシーケンス処理を実行し、当該シーケンス処理の中で、認証情報管理部１２より与えられた送信カウンタ値等の認証情報を利用することにより、当該認証情報を最新の情報としてデータ受信装置２０Ｂと同期する。認証情報同期部１９は、当該同期処理で生成するメッセージを送信部１１へ与え、同期相手となるデータ受信装置２０Ｂが生成する同期処理に係るメッセージを、受信部２１を介して受信する。

送信部１１は、第４の実施形態のデータ送信装置１０Ｂにおける送信部１１とほぼ同様のものであるが、さらに、認証情報同期部１９から供給された認証情報の同期処理で生成されるメッセージを送信する処理を行う。

受信部１７は、同期処理の相手装置となるデータ受信装置２０Ｂから受信したメッセージを認証情報同期部１９へ与える。

次に、第５の実施形態のデータ受信装置２０Ｂの構成について説明する。

データ受信装置２０Ｂは、受信部２１、セキュア通信データ認証部２２、認証情報管理部２３、送信部２４、及び認証情報同期部２６を有している。

認証情報管理部２３は、第４の実施形態のデータ受信装置２０Ａにおける認証情報管理部とほぼ同様のものであるが認証情報同期部２６よりデータ送信装置１０Ｂと同期がとれた認証情報が供給されると、その認証情報を最新の認証情報として管理する点で異なっている。

認証情報同期部２６は、データ送信装置１０Ｂとの間で最新の認証情報を同期するものである。例えば、データ送信装置１０Ｂとチャレンジレスポンスのシーケンス処理を実行し、当該シーケンス処理の中で、データ送信装置１０Ｂより与えられた送信カウンタ値等の認証情報を取得することにより、当該認証情報を最新の情報として認証情報管理部２３へ与える。なお、認証情報同期部２６は、セキュア通信データ認証部２２より認証失敗のメッセージを与えられることにより、データ送信装置１０Ｂとの認証情報の同期を開始しても良い。

認証情報同期部２６は、同期処理で生成するメッセージを送信部２４へ供給する。また、認証情報同期部２６は、同期相手となるデータ送信装置１０Ｂが生成するメッセージについて、受信部２１を介して供給を受ける。

送信部２４は、認証情報同期部２６から供給された認証情報の同期処理で生成するメッセージをデータ送信装置１０Ｂに送信する。

受信部２１は、第４の実施形態のデータ受信装置２０Ｂにおける受信部２１とほぼ同様のものであるが、さらに、同期処理の相手装置となるデータ送信装置１０Ｂから受信した同期処理のメッセージを認証情報同期部２６へ供給する処理を行う。

（Ｅ−２）第５の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第５の実施形態の通信システム１Ｂの動作を説明する。以下では、第５の実施形態の通信システム１Ｂについて、第４の実施形態と異なる部分のみを説明する。

（Ｅ−２−１）認証情報の回復
第５の実施形態のデータ送信装置１０Ｂで認証情報を回復する処理についても、上述の図４で説明することができる。

第４の実施形態では、ステップＳ３０４において、回復時に保存していた認証情報の送信カウンタ値を更新する。そして、第５の実施形態では、ステップＳ３０４において、さらに、認証情報同期部２６がデータ受信装置２０Ｂとの間で認証情報の同期（送信カウンタ値と受信カウンタ値の同期）を行うためのチャレンジレスポンスのシーケンス処理を行う点で、第４の実施形態と異なっている。

（Ｅ−２−２）データ送信装置１０Ｂの全体の動作例
次に、第４の実施形態のデータ送信装置１０Ｂ全体の動作例について、図１５のタイミングチャートを用いて説明する。

図１５に示すタイミングＴ５００〜Ｔ５０７は、それぞれ時間軸上の各タイミングについて示している。なお、ここでは、上記の（３）式における係数αの値は１であるものとする。

図１５では、ステップＳ１３０１〜Ｓ１３０２（タイミングＴ５００〜Ｔ５０５）の動作については、第４の実施形態のステップＳ１２０１〜Ｓ１２０２（タイミングＴ４００〜Ｔ４０５）と同様であるため説明を省略する。

そして、ステップＳ１３０３（タイミングＴ４０６）の時点でデータ送信装置１０Ｂは、スリープ状態から復帰して、セキュア通信データの送信が可能な状態になったものとする（Ｓ１３０３）。このタイミングＴ４０６で、データ送信装置１０Ｂの認証情報回復部１５による認証情報の回復処理（上述の図４のフローチャートの処理）が行われることになる。具体的には、上記の（３）式により、更新後の送信カウンタ値は１２０＋５０＝１７０となる。

さらに、タイミングＴ４０６で、データ送信装置１０Ｂの認証情報同期部２６は、データ受信装置２０Ｂ（認証情報同期部２６）との間で認証情報の同期処理（送信カウンタ値と受信カウンタ値の同期処理）を行うためのチャレンジレスポンスのシーケンス処理を行う。これにより、データ受信装置２０Ｂの認証情報管理部２３においても認証情報の受信カウンタ値が１７０となり、データ送信装置１０Ｂと同期がとれた状態となる。

（Ｅ−３）第５の実施形態の効果
第５の実施形態によれば、第４の実施形態の効果に加えて以下のような効果を奏することができる。

第５の実施形態の通信システム１Ｂでは、不揮発メモリ１６に保存された認証情報を基準に、新しいと想定される認証情報を回復し、当該新しいと想定される認証情報を最新の認証情報として、データ受信装置２０Ｂに通知することにより、新規性がある程度確保されたセキュアな通信を継続することができる。

第５の実施形態のデータ受信装置２０Ｂでは、第４の実施形態と同じく、認証情報を消失する前に既に利用したことのある送信カウンタ値を再び利用する可能性が低くなるように、送信カウンタ値を回復している。そして、データ受信装置２０Ｂでは、例え送信カウンタ値が最新でなくても、当該送信カウンタ値を最新の値とみなして、セキュア通信データの送信を再開する。これにより、通信システム１Ｂでは、再生攻撃の可能性を軽減しつつ、送信カウンタ値の浪費を抑制し、さらに、再生攻撃に対してある程度の安全性が確保されたセキュア通信データの送信を継続することができる。

（Ｆ）他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。

（Ｆ−１）第１の実施形態では、データ送信装置に設定する時間周期Ｔｃ［秒］を固定のものとして説明したが、例えば、ユーザの操作等により変更可能なパラメータとしてもよいことは当然である。例えば、データ送信装置では、時間周期Ｔｃを、不揮発メモリに設定しておくようにしてもよい。

（Ｆ−２）第２の実施形態のデータ送信装置では、認証情報を保存するタイミングとして、送信カウンタ値の更新回数を利用する構成となっている。そして、第２の実施形態のデータ送信装置では、回復後の送信カウンタ値は、過去に既に利用した送信カウンタ値を再利用しないようなカウンタ値に回復するものとして説明したが、これに限定するものではない。例えば、データ送信装置において、過去に既に利用した可能性のある送信カウンタ値に設定し、第４、第５の実施形態のようにカウンタ値の浪費を軽減させる構成としてもよい。

（Ｆ−３）第５の実施形態のデータ送信装置では、回復した送信カウンタ値を最新のものとして管理し、データ受信装置とも同期したが、これに限定するものではない。例えば、データ受信装置の認証情報管理部において管理する受信カウンタ値が、送信装置から通知された最新の送信カウンタ値よりも新しい場合には、当該認証情報管理部で管理する受信カウンタ値を元に、データ送信装置と同期処理（データ送信装置側の送信カウンタ値を、受信カウンタ値と同期させる処理）を行うようにしてもよい。

（Ｆ−４）第５の実施形態では、データ送信装置が、回復した送信カウンタ値を、データ受信装置と同期する例を説明したが、これに限定するものではない。例えば、データ送信装置が、回復した送信カウンタ値を、データ受信装置と同期すると同時に、データ受信装置の最新のカウンタ値をデータ受信装置から受け取り、同期しても良い。

１…通信システム、１０…データ送信装置、１１…送信部、１２…認証情報管理部、１２２…タイマ、１３…セキュア通信データ生成部、１４…認証情報保存部、１５…認証情報回復部、１６…不揮発メモリ、２０…データ受信装置、２１…受信部、２２…セキュア通信データ認証部、２３…認証情報管理部。

Claims (5)

1. データを送信するデータ送信装置において、
   認証情報に基づいてデータを暗号化した暗号化通信データを生成して送信する暗号化データ送信手段と、
   上記暗号化データ送信手段が暗号化通信データを送信する度に、認証情報を新規の内容に更新する管理を行い、最新の認証情報を上記暗号化データ送信手段に供給する認証情報管理手段と、
   上記認証情報管理手段が保持している最新の認証情報を、所定のタイミングでデータ記録媒体に保存する保存処理を行う認証情報保存手段と、
   上記認証情報管理手段で、最新の認証情報が消失した場合に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報に基づいて、上記認証情報管理手段の認証情報を回復させる回復処理を行う認証情報回復手段とを有し、
   上記認証情報回復手段は、回復処理を行う際に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報を、より新しい認証情報となるように更新し、更新後の認証情報を、上記認証情報管理手段に回復後の認証情報として供給し、
   上記認証情報管理手段が管理する認証情報には、上記暗号化データ送信手段が暗号化データを出力処理する度に値が加算されるカウンタ値が含まれており、
   上記認証情報管理手段は、上記認証情報保存手段で認証情報を保存する際に、過去の上記カウンタ値の実績値と、現在の上記カウンタ値に基づいて、次回認証情報を保存する際の次回保存予定カウンタ値を求めて上記認証情報保存手段に供給し、
   上記認証情報保存手段は、認証情報を保存する際に、上記認証情報管理手段から最新に供給された次回保存予定カウンタ値を当該認証情報に対応づけて保存し、
   上記認証情報回復手段は、回復処理を行う際に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報に対応する次回保存予定カウンタ値を、回復処理後の上記カウンタ値として上記認証情報管理手段に設定する
   ことを特徴とするデータ送信装置。
2. 上記認証情報回復手段は、上記暗号化データ送信手段の送信先のデータ受信装置から、上記暗号化データ送信手段が送信した暗号化通信データに適用された認証情報の新規性に係る新規性エラーが検知された場合に、上記認証情報管理手段が管理している認証情報を、より新しい認証情報に再更新する再更新処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
3. 上記認証情報回復手段は、回復処理の後に、上記暗号化データ送信手段の送信先のデータ受信装置との間で、認証情報を同期させる同期処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
4. データを送信するデータ送信装置に搭載したコンピュータを、
   認証情報に基づいてデータを暗号化した暗号化通信データを生成して送信する暗号化データ送信手段と、
   上記暗号化データ送信手段が暗号化通信データを送信する度に、認証情報を新規の内容に更新する管理を行い、最新の認証情報を上記暗号化データ送信手段に供給する認証情報管理手段と、
   上記認証情報管理手段が保持している最新の認証情報を、所定のタイミングでデータ記録媒体に保存する保存処理を行う認証情報保存手段と、
   上記認証情報管理手段で、最新の認証情報が消失した場合に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報に基づいて、上記認証情報管理手段の認証情報を回復させる回復処理を行う認証情報回復手段として機能させ、
   上記認証情報回復手段は、回復処理を行う際に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報を、より新しい認証情報となるように更新し、更新後の認証情報を、上記認証情報管理手段に回復後の認証情報として供給し、
   上記認証情報管理手段が管理する認証情報には、上記暗号化データ送信手段が暗号化データを出力処理する度に値が加算されるカウンタ値が含まれており、
   上記認証情報管理手段は、上記認証情報保存手段で認証情報を保存する際に、過去の上記カウンタ値の実績値と、現在の上記カウンタ値に基づいて、次回認証情報を保存する際の次回保存予定カウンタ値を求めて上記認証情報保存手段に供給し、
   上記認証情報保存手段は、認証情報を保存する際に、上記認証情報管理手段から最新に供給された次回保存予定カウンタ値を当該認証情報に対応づけて保存し、
   上記認証情報回復手段は、回復処理を行う際に、上記認証情報保存手段に保存されている認証情報に対応する次回保存予定カウンタ値を、回復処理後の上記カウンタ値として上記認証情報管理手段に設定する
   ことを特徴とするデータ送信プログラム。
5. データ受信装置と、上記データ受信装置にデータを送信するデータ送信装置とを備える通信システムにおいて、請求項１〜３のいずれかに記載のデータ送信装置を適用したことを特徴とする通信システム。

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