JP6213258B2 - 位置情報認証システム、測位端末、および位置情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置情報を算出するために航法衛星から受信する航法メッセージの認証を行うことができる位置情報認証システム、その認証システムが備える測位端末、位置情報取得装置に関する。

グローバルポジショニングシステム（以下、ＧＰＳ）などの航法衛星システムが備える航法衛星から衛星電波を受信し、その衛星電波に含まれている航法メッセージを用いて現在位置を算出する測位端末が広く知られている。

ところが、偽の衛星電波を生成して放送する偽衛星電波生成装置が存在する。この偽衛星電波生成装置を使って、悪意のある者が測位端末に誤った位置を算出させるという問題が生じている。

そこで、特許文献１に開示されているように、位置情報を算出するために航法衛星から受信する航法メッセージの信頼性を判断するために、その航法メッセージを認証することができる位置情報認証システムが提案されている。

この位置情報認証システムにより、測位端末は、自身が受信した航法メッセージが認証センタで認証された航法メッセージであるかどうかを判断できる。自身が受信した航法メッセージが認証センタで認証された航法メッセージであると判断できれば、その航法メッセージは、航法衛星が送信したものであると判断することができる。

特開２０１３−１３０３９５号公報

特許文献１に開示の技術により、航法メッセージを受信する測位端末は、信頼性のある現在位置を算出することができる。

測位端末が算出した位置情報の用途としては、その測位端末を所有するユーザが現在位置を知る用途の他に、測位端末が算出した現在位置を示す位置情報を、周囲に送信する用途が考えられる。たとえば、位置情報を、有料駐車区域や有料道路を管理する課金管理装置に送信して、自動的に課金する用途が考えられる。この用途においては、測位端末が信頼性のある現在位置を算出できたとしても、測位端末が、算出した現在位置とは異なる位置を示す位置情報を、その位置情報を受信して課金処理を行う位置情報取得装置に送信してしまうと、正しく課金を行うことができない。

このように、測位端末が算出した位置を位置情報取得装置が取得して課金などの所定の処理を行うシステムにおいては、測位端末が位置を正しく算出することができるだけでは十分でない。測位端末は自身が位置情報を改ざんしない端末であることを示し、位置情報を取得する位置情報取得装置は、測位端末が、位置情報を改ざんしない信頼できる端末であることを判断できる必要がある。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、測位端末が、位置情報認証システムに対応していることを、その測位端末から位置情報を取得する位置情報取得装置が判断できる位置情報認証システム、その測位端末、位置情報取得装置を提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記目的を達成するための位置情報認証システムに係る発明は、航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージが認証できる航法メッセージである場合に、その航法メッセージを用いて算出した現在位置を示す位置情報を外部に無線送信する測位端末（２００）と、測位端末が認証に用いるセンタ作成認証データを送信する通信衛星（３）に、そのセンタ作成認証データを送信する認証センタ装置（１００）と、測位端末が無線送信した位置情報を受信する位置情報取得装置（３００、３００Ａ）とを備えた位置情報認証システム（１）であって、
認証センタ装置は、航法衛星システムが備える航法衛星から航法メッセージを含んでいる衛星電波を受信するセンタ側衛星受信部（１１０）と、暗号キーを作成し、その暗号キーとセンタ側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージとに基づいて、センタ作成認証データを作成するセンタ側認証データ作成部（１２２）と、
センタ側認証データ作成部が作成したセンタ作成認証データを通信衛星に送信する認証データ送信部（１３０）と、を備え、
測位端末は、通信衛星からセンタ作成認証データを受信するとともに、航法衛星から衛星電波を受信する端末側衛星受信部（２３０）と、認証センタ装置から、暗号キーまたはその暗号キーを作成することができるキー作成データのいずれかであるキー関連データを受信するキー受信部（２１１）と、キー受信部が受信したキー関連データと、端末側衛星受信部が受信した衛星電波から抽出した航法メッセージとに基づいて端末作成認証データを作成する端末側認証データ作成部（Ｓ５４）と、センタ作成認証データと端末作成認証データとを比較し、一致している場合に端末側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージが認証できたと判断する認証判断部（Ｓ５６〜Ｓ６０）と、キー受信部が認証センタ装置から受信したキー関連データに基づいて、端末側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージが認証できたことを示す認証済みデータを作成する認証済み作成部（Ｓ６〜Ｓ１０）と、航法メッセージに基づいて算出した位置情報とともに、認証済み作成部が作成した認証済みデータを送信する端末側送信部（２１２）とを備え、
位置情報取得装置は、端末側送信部が送信した位置情報および認証済みデータを通信部から取得する端末データ取得部（Ｓ７０、Ｓ１１２）と、通信部を介して、認証センタ装置からキー関連データを取得するキー取得部（Ｓ７４、Ｓ９６）と、キー取得部が取得したキー関連データに基づいて、認証済みデータと比較するための認証済み比較データを作成する比較データ作成部（Ｓ７８、Ｓ１００、Ｓ１０２）と、端末データ取得部が取得した認証済みデータと比較データ作成部が作成した認証済み比較データとを比較し、一致している場合に、測位端末は正規の測位端末であると判断する端末判断部（Ｓ８０〜Ｓ８４、Ｓ１１４〜Ｓ１２０）とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、測位端末は、航法衛星から受信した衛星電波に含まれている航法メッセージの認証を行う。この認証のために、キー受信部は、認証センタ装置がセンタ作成認証データの作成に用いた暗号キーまたはその暗号キーを作成することができるキー作成データであるキー関連データを認証センタ装置から受信している（キー受信部）。そして、認証ができた場合には、認証センタ装置から受信したキー関連データを用いて、認証済みであることを示す認証済み作成データを作成して（認証済み作成部）、位置情報とともにその認証済み作成データを送信している（端末側送信部）。

このように、測位端末は、認証済みデータを、認証センタ装置から取得したデータであるキー関連データを用いて作成して位置情報とともに送信する。これにより、自身が、認証センタ装置との間の通信が可能な、認証センタ装置から信頼された正規の測位端末であることを証明することができる。

また、その認証済みデータを作成するためのキー関連データは、自身が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージを認証するために認証センタ装置から取得したものである。よって、認証済みデータを作成するためのデータを別途、認証センタ装置から取得する必要がないので、認証済みデータを作成する処理を簡単にすることができる。

そして、位置情報とともに認証済みデータを受信した位置情報取得装置は、自身も認証センタ装置からキー関連データを取得する（キー取得部）。そして、取得したキー関連データに基づいて、認証済みデータと比較するための認証済み比較データを作成する（比較データ作成部）。端末判断部は、この認証済み比較データと、端末データ取得部が取得した認証済みデータとを比較することで、位置情報を送信した測位端末が正規の測位端末であるか否かを判断することができる。

また、上記目的を達成するための測位端末に係る発明は、航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージが認証できる航法メッセージである場合に、その航法メッセージを用いて算出した現在位置を示す位置情報を外部に無線送信する測位端末（２００）であって、認証センタ装置が作成し、測位端末における認証に用いるために通信衛星に送信したセンタ作成認証データを通信衛星から受信するとともに、航法衛星システムが備える航法衛星から航法メッセージを含んでいる衛星電波を受信する端末側衛星受信部（２３０）と、認証センタ装置から、センタ作成認証データを作成するための暗号キーまたはその暗号キーを作成することができるキー作成データのいずれかであるキー関連データを受信するキー受信部（２１１）と、キー受信部が受信したキー関連データと、端末側衛星受信部が受信した衛星電波から抽出した航法メッセージとに基づいて端末作成認証データを作成する端末側認証データ作成部（Ｓ５４）と、センタ作成認証データと端末作成認証データとを比較し、一致している場合に端末側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージが認証できたと判断する認証判断部（Ｓ５６〜Ｓ６０）と、キー受信部が認証センタ装置から受信したキー関連データに基づいて、端末側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージが認証できたことを示す認証済みデータを作成する認証済み作成部（Ｓ６〜Ｓ１０）と、航法メッセージに基づいて算出した位置情報とともに、認証済み作成部が作成した認証済みデータを送信する端末側送信部（２１２）とを備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための位置情報取得装置に係る発明は、航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージが認証できる航法メッセージである場合に、その航法メッセージを用いて算出した現在位置を示す位置情報および受信した航法メッセージが認証できたことを示す認証済みデータを外部に無線送信する測位端末（２００）から、位置情報および認証済みデータを受信する位置情報取得装置（３００、３００Ａ）であって、測位端末が送信した位置情報および認証済みデータを通信部から取得する端末データ取得部（Ｓ７０、Ｓ１１２）と、通信部を介して、認証センタ装置から、測位端末が認証に用いるセンタ作成認証データを作成するために認証センタ装置が用いた暗号キーまたはその暗号キーを作成することができるキー作成データのいずれかであるキー関連データを取得するキー取得部（Ｓ７４、Ｓ９６）と、キー取得部が取得したキー関連データに基づいて、認証済みデータと比較するための認証済み比較データを作成する比較データ作成部（Ｓ７８、Ｓ１００、Ｓ１０２）と、端末データ取得部が取得した認証済みデータと比較データ作成部が作成した認証済み比較データとを比較し、一致している場合に、測位端末は正規の測位端末であると判断する端末判断部（Ｓ８０〜Ｓ８４、Ｓ１１４〜Ｓ１２０）とを備えることを特徴とする。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１となる位置情報認証システム１の構成図である。 図１の認証センタ処理装置１２０の構成を詳しく示すブロック図である。 図１の車載機２００の構成を詳しく示すブロック図である。 衛星電波に含まれている航法メッセージと、ＲＡＮＤメッセージの関係を示す図である。 車載機２００の制御部２２０が実行する処理を示すフロチャートである。 図５のステップＳ４の航法メッセージ認証処理を詳しく示すフロチャートである。 路側機３００の制御部３２０が実行する処理を示すフロチャートである。 実施形態２にける路側機３００Ａの構成図である。 路側機３００Ａが備える制御部３２０Ａが実行する事前処理を示すフロチャートである。 路側機３００Ａが備える制御部３２０Ａが車載機２００から位置情報等を受信した場合に実行する処理を示すフロチャートである。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本発明の実施形態１となる位置情報認証システム１は、認証センタ装置１００、請求項の測位端末に相当する車載機２００、請求項の位置情報取得装置に相当する路側機３００を備える。

＜位置情報認証システム１の概略構成＞
認証センタ装置１００は、モニタステーション装置１１０、認証センタ処理装置１２０、マスタコントロールステーション装置１３０を備える。なお、以下では、装置、処理装置を省略し、モニタステーション装置１１０はモニタステーション１１０、認証センタ処理装置１２０は認証センタ１２０、マスタコントロールステーション装置１３０はマスタコントロールステーション１３０とする。

モニタステーション１１０は、請求項のセンタ側衛星受信部に相当し、航法衛星システムの一つであるＧＰＳが備えるＧＰＳ衛星２が送信するＧＰＳ電波を受信する。ＧＰＳ衛星２は請求項の航法衛星に相当し、ＧＰＳ電波は請求項の衛星電波に相当する。周知のように、ＧＰＳ電波には航法メッセージが含まれている。モニタステーション１１０は、受信したＧＰＳ電波を復調して航法メッセージを抽出し、認証センタ１２０へ送る。複数のＧＰＳ衛星２からＧＰＳ電波を受信した場合には、それぞれのＧＰＳ電波から航法メッセージを抽出して、認証センタ１２０へ送る。

認証センタ１２０は、航法メッセージと暗号キーであるＨマトリクスとから、請求項のセンタ作成認証データに相当するパリティデータを作成する。そして、作成したパリティデータを含む信号をマスタコントロールステーション１３０に送る。また、車載機２００や路側機３００との間で通信も行う。この認証センタ１２０の詳細は図２を用いて後述する。

マスタコントロールステーション１３０は、請求項の認証データ送信部に相当し、認証センタ１２０から受信したパリティデータを準天頂衛星（以下、ＱＺＳ衛星）３に送信する。

ＱＺＳ衛星３は請求項の通信衛星に相当し、パリティデータを含んだ航法メッセージを地上に向けて放送する。

車載機２００は、航法メッセージ認証型の車載機であり、ＧＰＳ衛星２から受信した航法メッセージが認証できるかどうかを、ＱＺＳ衛星３から受信した航法メッセージに含まれているパリティデータを用いて認証する。この認証の際に、認証センタ１２０と通信を行う。また、ＧＰＳ衛星２から受信した航法メッセージを用いて現在位置を算出し、算出した現在位置を示す位置情報を、後述するハッシュ値とともに外部に無線送信する。ハッシュ値は航法メッセージの認証ができたことを示しており、請求項の認証済みデータに相当する。車載機２００の詳細説明は、図３、図５、図６を用いて後に行う。

路側機３００は、車載機２００が送信する位置情報を用いた所定のサービスを提供するサービス提供事業者が管理する。上記サービスとしては、たとえば、車載機２００を搭載した車両が有料駐車区域に駐車した場合や、その車両が有料道路を走行した場合に、その車両の使用者に課金するサービスがある。

この路側機３００は通信部３１０と制御部３２０を備える。通信部３１０は、認証センタ１２０が備える通信部１２６（図２参照）や、車載機２００が備える通信部２１０（図３参照）と無線通信を行う。

制御部３２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、ＣＰＵが、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで通信部３１０を制御する。また、車載機２００が送信したハッシュ値を通信部３１０を介して取得し、そのハッシュ値に基づいて、車載機２００が正規の車載機であるか否かを判断する。この判断の際に、認証センタ１２０と通信を行う。

＜認証センタ１２０の詳細構成＞
図２に示すように、認証センタ１２０は、制御部１２２、データ記憶部１２４、通信部１２６を備える。

制御部１２２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、データ記憶部１２４、通信部１２６を制御する。また、ＣＰＵが、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで、ＲＡＮＤメッセージ生成部１２２１、ＳＥＥＤ値生成部１２２２、Ｈマトリクス計算部１２２３、パリティ計算部１２２４、信号加工部１２２５としての機能を備える。なお、これら、各部１２２１〜１２２５の機能は、特許文献１に開示されている機能と同じでよい。また、これらに加え、制御部１２２は、Ｈマトリクス選択部１２２６も備える。この制御部１２２は、請求項のセンタ側認証データ作成部に相当する。

ＲＡＮＤメッセージ生成部１２２１は、レファランス認証ナビゲーションデータ（RAND: Reference Authentication Navigation Data）を意味しており、モニタステーション１１０から取得する航法メッセージから作成する。

図４にＲＡＮＤメッセージと航法メッセージとの関係を示す。周知のように、航法メッセージはサブフレーム１〜５に分けられ、サブフレーム４、５は、それぞれ、１〜２５ページを持つ。そして、各サブフレームはワード１〜１０に分けられる。

ＲＡＮＤメッセージは、サブフレーム１のワード２に含まれている経過時間ＴＯＷ（time of week、請求項の時刻情報に相当）、ワード８〜１０に含まれているＴＯＣ、ＡＦ０、ＡＦ１が順番に並んでいる。さらに、その後に、アンチスプーフラグであるＡＳ Ｆｌａｇ、衛星番号であるＰＲＮ（Pseudo Random Noise）ＩＤが追加されている。なお、図４において、ＲＡＮＤメッセージを構成する各データの後の（）内に示す数値は、各データのビット数を意味する。

ＴＯＷは６秒ごとに変化するので、ＴＯＷとＰＲＮＩＤを含んでいるＲＡＮＤメッセージは、どのＧＰＳ衛星がいつ送信したかを示すメッセージであると言える。また、ＴＯＷが６秒ごとに変化し、また、ＰＲＮＩＤを含んでいるので、モニタステーション１１０が受信したＧＰＳ衛星２ごと、かつ、６秒ごとにＲＡＮＤメッセージを生成する。

ＳＥＥＤ値生成部１２２２は、ＰＣクロックを入力として唯一のＳＥＥＤ値を生成する。たとえば、ＰＣクロックを入力として乱数を発生させることで、ＳＥＥＤ値を生成する。なお、本実施形態におけるＳＥＥＤ値は３６ビットとする。

Ｈマトリクス計算部１２２３は、ＳＥＥＤ値生成部１２２２が生成したＳＥＥＤ値を使い、このＳＥＥＤ値に一対一に対応するＨマトリクスを計算する。このＨマトリクスは請求項の暗号キーに相当する。また、ＳＥＥＤ値が決まればＨマトリクスを作成することができるので、ＳＥＥＤ値は請求項のキー作成データに相当する。Ｈマトリクスとしては、周知のハッシュ関数を用いればよく、例えばＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号化を行うためのパリティ検査行列を用いればよい。さらに、パリティ検査行列から決定される生成行列を用いてもよい。

パリティ計算部１２２４は、ＲＡＮＤメッセージ生成部１２２１が作成したＲＡＮＤメッセージ、Ｈマトリクス計算部１２２３が計算したＨマトリクスに基づいて、パリティデータを計算する。すなわち、このＨマトリクスをＲＡＮＤメッセージに乗じることで、パリティデータを計算する。

信号加工部１２２５は、パリティ計算部１２２４が計算したパリティデータ、および、その計算に使用したＲＡＮＤメッセージを、ＱＺＳ衛星３に送信させる航法メッセージに挿入する。そして、挿入済みの航法メッセージをマスタコントロールステーション１３０に送る。

さらに、信号加工部１２２５は、信号の挿入に合せて、パリティ計算部１２２４が計算したパリティデータ、パリティデータの計算に用いたＲＡＮＤメッセージ、Ｈマトリクス、そのＨマトリクスの計算に用いたＳＥＥＤ値をデータ記憶部１２４に記憶する。

この信号加工部１２２５は、ＲＡＮＤメッセージ生成部１２２１がＲＡＮＤメッセージを生成するごとに、ＲＡＮＤメッセージとパリティデータをＱＺＳ衛星３に送信させる航法メッセージに挿入する。よって、ＳＥＥＤ値生成部１２２２、Ｈマトリクス計算部１２２３、パリティ計算部１２２４も、ＲＡＮＤメッセージ生成部１２２１がＲＡＮＤメッセージを生成するごとに、処理を実行する。

Ｈマトリクス選択部１２２６は、車載機２００から送信されてきたＰＲＮＩＤ、ＴＯＷ、公開キーを通信部１２６が受信したときは、データ記憶部１２４に記憶されているＨマトリクスから、受信したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷに対応するＨマトリクスを選択する。そして、選択したＨマトリクスを公開キーで暗号化し、暗号化したＨマトリクスを、ＰＲＮＩＤなどを送信した車載機２００へ送信する。

また、路側機３００から送信されてきたＰＲＮＩＤ、ＴＯＷ、公開キーを通信部１２６が受信したときは、データ記憶部１２４に記憶されているＨマトリクスおよびパリティデータから、受信したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷに対応するＨマトリクスおよびパリティデータを選択する。そして、選択したＨマトリクスおよびパリティデータを公開キーで暗号化し、暗号化したＨマトリクスおよびパリティデータを、ＰＲＮＩＤなどを送信した路側機３００へ送信する。

通信部１２６は、車載機２００が備える通信部２１０、および、路側機３００が備える通信部３１０と通信する。

マスタコントロールステーション１３０は、信号加工部１２２５が生成した航法メッセージをＱＺＳ衛星３に送信する。

ＱＺＳ衛星３は、マスタコントロールステーション１３０から受信した航法メッセージを地上に向けて放送する。

＜車載機２００の構成＞
ＱＺＳ衛星３が放送した航法メッセージは、車載機２００の衛星受信部２３０に受信される。この車載機２００は、衛星受信部２３０の他に、通信部２１０、制御部２２０を備える。

通信部２１０は、受信部２１１と送信部２１２を備える。受信部２１１は、請求項のキー受信部に相当し、送信部２１２は請求項の端末側送信部に相当する。通信部２１０は、狭域通信機能と広域通信機能を備えている。狭域通信機能は、たとえば、通信距離が数百メートルである。広域通信機能は、通信距離がたとえば数キロメートルであり、公衆通信回線網の基地局と通信を行うことにより、公衆通信回線網の通信圏内の他の通信機器と通信することができる。狭域通信機能により、路側機３００の通信部３１０と通信し、広域通信機能により、認証センタ１２０の通信部１２６と通信する。

衛星受信部２３０は、請求項の端末側衛星受信部に相当し、ＧＰＳ衛星２、ＱＺＳ衛星３が送信する電波を一定周期で受信する。

制御部２２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、通信部２１０、衛星受信部２３０を制御する。また、ＣＰＵが、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで、図５に示す処理を実行する。

図５に示す処理は、衛星受信部２３０が４つ以上のＧＰＳ衛星２からＧＰＳ電波を受信するごとに実行する。４つ以上としているのは、現在位置を算出するには、４つ以上のＧＰＳ衛星２からＧＰＳ電波を受信する必要があるからである。

ステップＳ２では、ＧＰＳ電波に基づいて現在位置を算出する。ステップＳ４では、航法メッセージ認証処理を実行する。この処理の詳細は図６に示す。

ステップＳ４２では、ＱＺＳ衛星３から受信した航法メッセージを、受信部２１１から取得する。

ステップＳ４４では、ステップＳ４２で取得した航法メッセージから、現在位置の算出に用いた航法メッセージに対応するＰＲＮＩＤ、ＴＯＷ、パリティデータを抽出する。なお、ＰＲＮＩＤ、ＴＯＷは、現在位置の算出に用いた航法メッセージから抽出してもよい。

ステップＳ４６では、ステップＳ４４で抽出したＰＲＮＩＤとＴＯＷを公開キーとともに、送信部２１２から認証センタ１２０へ送信する。前述したように、認証センタ１２０は、このＰＲＮＩＤとＴＯＷより定まるＨマトリクスを、公開キーにより暗号化して車載機２００へ送信する。

ステップＳ４８では、認証センタ１２０から送信された、暗号化されたＨマトリクスを受信部２１１から取得する。ステップＳ５０では、ステップＳ４８で取得した、暗号化されたＨマトリクスを秘密キーで復号する。

ステップＳ５２では、ステップＳ４６で送信したＰＲＮＩＤと同じＰＲＮＩＤを航法メッセージに含んでいるＧＰＳ電波から、ＲＡＮＤメッセージを作成する。

ステップＳ５４では、ステップＳ５２で作成したＲＡＮＤメッセージと、ステップＳ５０で復号したＨマトリクスとから、比較パリティデータを作成する。ここで作成した比較パリティデータが、請求項の端末作成認証データに相当し、このＳ５４は請求項の端末側認証データ作成部に相当する。

続いて請求項の認証判断部に相当するステップＳ５６〜Ｓ６０を実行する。ステップＳ５６では、ステップＳ５４で作成した比較パリティデータと、ステップＳ４４で抽出したパリティデータが一致するか否かを判断する。

ステップＳ５０で復号したＨマトリクスは、認証センタ１２０がパリティデータの作成に使用したＨマトリクスと同じである。そして、認証センタ１２０のパリティ計算部１２２４は、このＨマトリクスとＲＡＮＤメッセージとに基づいてパリティデータを計算している。

よって、ステップＳ５４で作成した比較パリティデータが、ステップＳ４４で抽出したパリティデータと一致する場合、ステップＳ５２で作成したＲＡＮＤメッセージが、認証センタ１２０が作成したＲＡＮＤメッセージと同じであると考えることができる。そこで、ステップＳ５４で作成した比較パリティデータと、ステップＳ４４で抽出したパリティデータとが一致する場合、ステップＳ５８に進み、認証成立とする。一方、２つのパリティデータが一致しない場合、ステップＳ６０に進み、認証不成立とする。

説明を図５に戻す。ステップＳ４を実行した後は、請求項認証済み作成部に相当するステップＳ６〜Ｓ１０を実行する。ステップＳ６では、航法メッセージ認証処理の処理結果が、認証成立であったか否かを判断する。

この判断がＮｏ、すなわち、認証不成立である場合には、図４の処理を終了する。一方、ステップＳ６の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、位置情報の送信が必要であるか否かを判断する。位置情報の送信が必要である場合としては、たとえば、路側機３００の通信部３１０から位置情報の要求信号を受信した場合などがある。また、一定の送信周期で位置情報を送信するようにしてもよい。ステップＳ８の判断がＮｏである場合には、図４の処理を終了する。一方、ステップＳ８の判断もＹｅｓとなった場合にはステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０では、認証センタ１２０が作成したデータであるＨマトリクスと、パリティデータとを入力キーとしてハッシュ関数からハッシュ値を作成する。このハッシュ値は請求項の認証済みデータに相当する。

ステップＳ１２では、ステップＳ１で算出した現在位置を示す位置情報、ステップＳ８で作成したハッシュ値、ステップＳ４４で抽出したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷを、送信部２１２から路側機３００の通信部３１０に送信する。

＜路側機３００の処理＞
路側機３００の制御部３２０は、周期的に、路側機３００の周囲に位置情報の送信を要求する要求信号を送信する。この要求信号を車載機２００が受信した場合、前述のように、車載機２００は、位置情報、ハッシュ値等を送信する。

路側機３００の通信部３１０が、車載機２００から位置情報、ハッシュ値等を受信した場合、路側機３００の制御部３２０は図７に示す処理を実行する。

ステップＳ７０では、通信部３１０が受信した位置情報、ハッシュ値、ＰＲＮＩＤ、ＴＯＷを通信部３１０から取得する。このステップＳ７０は請求項の端末データ取得部に相当する。

ステップＳ７２では、ステップＳ７０で取得したＰＲＮＩＤとＴＯＷを公開キーとともに、通信部３１０から認証センタ１２０へ送信する。なお、この公開キーは路側機３００が独自に記憶している公開キーであり、車載機２００が認証センタ１２０へ送信する公開キーとは異なるキーである。

前述したように、認証センタ１２０は、このＰＲＮＩＤとＴＯＷより定まるＨマトリクスおよびパリティデータを、公開キーにより暗号化して路側機３００へ送信する。これらＨマトリクスおよびパリティデータは、ハッシュ値を作成するための入力キーである。

ステップＳ７４では、認証センタ１２０から送信された、暗号化されたＨマトリクスおよびパリティデータを、通信部３１０から取得する。このステップＳ７４は請求項のキー取得部に相当する。

ステップＳ７６では、ステップＳ７４で取得した、暗号化されたＨマトリクスおよびパリティデータを秘密キーで復号する。

ステップＳ７８では、ステップＳ７６で復号したＨマトリクスおよびパリティデータを入力キーとして、正規の車載機２００が使用するものとして予め記憶しているハッシュ関数から比較ハッシュ値を作成する。この比較ハッシュ値は請求項の認証済み比較データに相当し、ステップＳ７８は請求項の比較データ作成部に相当する。

続いて、請求項の端末判断部に相当するステップＳ８０〜Ｓ８４を実行する。ステップＳ８０では、ステップＳ７８で作成した比較ハッシュ値と、ステップＳ７０で取得したハッシュ値が一致するか否かを判断する。

２つのハッシュ値が一致する場合、車載機２００が送信したハッシュ値も、認証センタ１２０が作成したＨマトリクスを入力キーとしていると考えることができる。そこで、２つのハッシュ値が一致する場合、ステップＳ８２に進み、位置情報、ハッシュ値等を送信した車載機２００は正規車載機であるとする。一方、２つのハッシュ値が一致しない場合、ステップＳ８４に進み、位置情報、ハッシュ値等を送信した車載機２００は不正車載機であるとする。

＜実施形態１のまとめ＞
以上、説明した実施形態１によれば、車載機２００は、ＧＰＳ衛星２から受信した衛星電波に含まれている航法メッセージの認証を行っている（Ｓ４）。この認証のために、認証センタ１２０がパリティデータの作成に用いたＨマトリクスを認証センタ１２０から取得している（Ｓ４８）。そして、認証ができた場合には、認証センタ１２０から取得したＨマトリクスを用いて、認証済みであることを示すためにハッシュ値を作成して（Ｓ１０）、位置情報とともにそのハッシュ値を送信している（Ｓ１２）。

このように、車載機２００は、認証済みであることを示すデータであるハッシュ値を、認証センタ１２０から取得したＨマトリクスを用いて作成して位置情報とともに送信する。これにより、自身が、認証センタ１２０との間の通信が可能な、認証センタ１２０から信頼された正規車載機であることを証明することができる。

また、そのハッシュ値を作成するためのＨマトリクスは、自身が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージを認証するために認証センタ１２０から取得したものである。よって、ハッシュ値を作成するためのデータを別途、認証センタ１２０から取得する必要がないので、ハッシュ値を作成する処理を簡単にすることができる。

また、Ｈマトリクスそのものを送信するのではなく、Ｈマトリクスからハッシュ関数を用いて作成したハッシュ値を送信している。ハッシュ関数は不可逆の一方向関数であることから、Ｈマトリクスが第三者に知られてしまうことも抑制できる。

位置情報とともにハッシュ値を受信した路側機３００は、自身も認証センタ１２０からＨマトリクスを取得し、また、パリティデータも取得する（Ｓ７４）。これらＨマトリクス、パリティデータと、正規の車載機２００が使用するものとして予め記憶しているハッシュ関数から比較ハッシュ値を作成する（Ｓ７８）。この比較ハッシュ値と、車載機２００から取得したハッシュ値とを比較することで、位置情報を送信した車載機２００が正規車載機であるか否かを判断することができる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２を説明する。なお、この実施形態２以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用することができる。

実施形態２では、路側機３００Ａは、図８に示すように、衛星受信部３３０を備える。この衛星受信部３３０は請求項の取得装置側衛星受信部に相当する。また、実施形態２では、制御部３２０Ａの処理が、実施形態１の制御部３２０と一部相違する。この制御部３２０Ａの処理を図９、図１０を用いて説明する。制御部３２０Ａは、図９に示す処理を一定のＧＰＳ電波取得周期で実行し、図１０に示す処理も、一定周期で実行する。

図９は、車載機２００から位置情報等を取得する前に行う事前処理である。この図９から説明する。ステップＳ９０では、衛星受信部３３０が受信したＧＰＳ電波に含まれている航法メッセージを、衛星受信部３３０から取得する。衛星受信部３３０が複数のＧＰＳ衛星２からＧＰＳ電波を受信した場合、衛星受信部３３０が受信したすべてのＧＰＳ電波についての航法メッセージを取得する。

請求項の電波情報抽出部に相当するステップＳ９２では、ステップＳ９０で取得したすべての航法メッセージから、ＰＲＮＩＤとＴＯＷを抽出する。

請求項の電波情報送信処理部に相当するステップＳ９４では、ステップＳ９２で抽出したＰＲＮＩＤとＴＯＷを公開キーとともに、通信部３１０から認証センタ１２０へ送信する。認証センタ１２０は、このＰＲＮＩＤとＴＯＷより定まるＨマトリクス、パリティデータを、公開キーにより暗号化して路側機３００へ送信する。

ステップＳ９６では、認証センタ１２０から送信された、暗号化されたＨマトリクスおよびパリティデータを、通信部３１０から取得する。

ステップＳ９８では、ステップＳ９６で取得した、暗号化されたＨマトリクスおよびパリティデータを秘密キーで復号する。

ステップＳ１００では、ステップＳ９８で復号したＨマトリクスおよびパリティデータを入力キーとして、正規の車載機２００が使用するものとして予め記憶しているハッシュ関数から比較ハッシュ値を作成する。この比較ハッシュ値は、衛星受信部３３０が受信したすべてのＧＰＳ電波について作成することになる。

ステップＳ１０２では、比較ハッシュ値テーブルを作成する。この比較ハッシュ値テーブルは、ステップＳ１００で作成した比較ハッシュ値と、その比較ハッシュ値の作成に用いたＨマトリクス、パリティデータを取得するために認証センタ１２０へ送信したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷとの対応関係を示すテーブルである。

次に、図１０を説明する。ステップＳ１１０では、車載機２００が図５のステップＳ１２を実行することにより送信する位置情報等のデータを、通信部３１０が受信したか否かを判断する。この判断がＮｏであれば図１０の処理を終了する。一方、ステップＳ１１０の判断がＹｅｓであればステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１１２では、通信部３１０が車載機２００から受信した位置情報、ハッシュ値、ＰＲＮＩＤ、ＴＯＷを取得する。

続いて、請求項の端末判断部に相当するステップＳ１１４〜Ｓ１２０を実行する。ステップＳ１１４では、図９の事前処理で作成した比較ハッシュ値テーブルに、ステップＳ１１２で取得したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷがある場合、そのＰＲＮＩＤ、ＴＯＷに対応する比較ハッシュ値を、今回の比較に用いる比較ハッシュ値に決定する。なお、図９の事前処理では、衛星受信部２３０が受信したすべてのＧＰＳ電波についての比較ハッシュ値を作成している。そのため、比較ハッシュ値テーブルには、ステップＳ１１２で取得したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷに対応するハッシュ値が含まれている可能性が高い。しかし、路側機３００の周辺の電波遮蔽物の位置、大きさによっては、車載機２００の衛星受信部２３０が受信した衛星電波を、路側機３００の衛星受信部３３０が受信できないこともある。この場合には、ステップＳ１１２で取得したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷに対応するハッシュ値が比較ハッシュ値テーブルに含まれていない。ステップＳ１１２で取得したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷに対応するハッシュ値が比較ハッシュ値テーブルに含まれていない場合には、図７のステップＳ７２〜Ｓ７８の処理を実行して比較ハッシュ値を作成する。

ステップＳ１１６では、ステップＳ１１２で取得したハッシュ値と、ステップＳ１１４で決定した比較ハッシュ値が一致するか否かを判断する。

２つのハッシュ値が一致する場合、ステップＳ１１８に進み、位置情報、ハッシュ値等を送信した車載機２００は正規車載機であるとする。一方、２つのハッシュ値が一致しない場合、ステップＳ１２０に進み、位置情報、ハッシュ値等を送信した車載機２００は不正車載機であるとする。

＜実施形態２のまとめ＞
以上、説明した実施形態２によれば、路側機３００は衛星受信部２３０を備えているので、この路側機３００の周囲に存在しており、ハッシュ値を路側機３００に送信する可能性がある車載機２００と同じＧＰＳ衛星２から衛星電波を受信することができる。

実施形態１では、車載機２００からＰＲＮＩＤ、ＴＯＷを受信し、そのＰＲＮＩＤ、ＴＯＷを認証センタ１２０に送信してＨマトリクス、パリティデータを取得していた。しかし、実施形態２では、車載機２００と同じＧＰＳ衛星２から衛星電波を受信することができる。そこで、車載機２００からＰＲＮＩＤ、ＴＯＷを受信するのを待たずに、衛星受信部３３０が受信した航法メッセージからＰＲＮＩＤ、ＴＯＷを抽出する。そして、抽出したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷを認証センタ１２０に送信してＨマトリクス、パリティデータを取得して、比較ハッシュ値テーブルを作成する（図９）。

これにより、車載機２００から位置情報等を受信した後は（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、予め作成しておいた比較ハッシュ値テーブルを参照して、車載機２００から受信したＰＲＮＩＤ、ＴＯＷに対応する比較ハッシュ値を決定すればよい（Ｓ１１２、Ｓ１１４）。つまり、車載機２００からＰＲＮＩＤ、ＴＯＷを受信した後に、実施形態１における図７のステップＳ７２〜Ｓ７８の処理を実行しなくて済む可能性が高いので、迅速に正規車載機かどうかの判断を行うことができる。

特に、路側機３００が、車載機２００を正規車載機と認定した後に、その認定結果に基づく処理を行う場合であって、車載機２００が走行している場合には、迅速に正規車載機かどうかの判断を行う必要性が高い。認定結果に基づく処理としては、たとえば、正規車載機であることを、車載機２００に送信する、あるいは、正規車載機と認定したことに基づいて車両走行路に設けられたゲートを開閉するなどの処理がある。実施形態２は、このように、迅速に正規車載機かどうかの判断を行う必要性がある場合に、特に有用である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

＜変形例１、２＞
たとえば、前述の実施形態では、Ｈマトリクスとパリティデータをハッシュ関数の入力キーとして、ハッシュ値および比較ハッシュ値を作成していた（認証済み作成部：Ｓ１０、比較データ作成部：Ｓ１００）。しかし、これに限られず、ハッシュ関数の入力キーをＨマトリクスのみとしてハッシュ値および比較ハッシュ値を作成してもよい（変形例１）。また、暗号キーであるＨマトリクスに代えて、キー作成データであるＳＥＥＤ値をハッシュ関数の入力キーとしてハッシュ値および比較ハッシュ値を作成してもよい（変形例２）。

＜変形例３＞
また、ＳＥＥＤ値からＨマトリクスが作成できる。そこで、認証済み作成部、比較データ作成部は、キー関連データとしてＳＥＥＤ値を取得しても、そのＳＥＥＤ値をそのまま入力キーとせず、ＳＥＥＤ値からＨマトリクスを作成し、そのＨマトリクスを入力キーとしてハッシュ値を作成してもよい。

＜変形例４＞
また、認証済み作成部、比較データ作成部は、ハッシュ値を認証済みデータ、認証済み比較データとせず、そのハッシュ値の作成に用いたＨマトリクスやＳＥＥＤ値を認証済みデータ、認証済み比較データとしてもよい。

＜変形例５＞
実施形態２では、衛星受信部３３０が受信したすべてのＧＰＳ電波についての比較ハッシュ値を作成していたが、衛星受信部３３０が受信したＧＰＳ電波のうちの一部についての比較ハッシュ値を作成してもよい。たとえば、良好に受信できる予め設定された数のＧＰＳ衛星２から受信したＧＰＳ電波に限定して、比較ハッシュ値を作成してもよい。

＜変形例６＞
前述の実施形態では、位置情報取得装置として路側機３００、３００Ａを説明したが、これに限られない。位置情報取得装置は、有料駐車場や有料道路の不正利用を取り締まる取り締まり車両に搭載されるなど、移動型の装置であってもよい。

＜変形例７＞
前述の実施形態では、測位端末として車載機２００を説明したが、これに限られない。測位端末は、人に携帯される携帯型の端末や、車以外の移動体に搭載される端末であってもよい。

１：位置情報認証システム、 ２：ＧＰＳ衛星、 ３：ＱＺＳ衛星、 １００：認証センタ装置、 １１０：モニタステーション装置、 １２０：認証センタ処理装置、 １２２：制御部、 １２４：データ記憶部、 １２６：通信部、 １３０：マスタコントロールステーション装置、 ２００：車載機、 ２１０：通信部、 ２１１：受信部、 ２１２：送信部、 ２２０：制御部、 ２３０：衛星受信部、 ３００：路側機、 ３００Ａ：路側機、 ３１０：通信部、 ３２０：制御部、 ３２０Ａ：制御部、 ３３０：衛星受信部、 １２２１：ＲＡＮＤメッセージ生成部、 １２２２：ＳＥＥＤ値生成部、 １２２３：Ｈマトリクス計算部、 １２２４：パリティ計算部、 １２２５：信号加工部、 １２２６：Ｈマトリクス選択部

Claims (6)

1. 航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージが認証できる航法メッセージである場合に、その航法メッセージを用いて算出した現在位置を示す位置情報を外部に無線送信する測位端末（２００）と、
   前記測位端末が認証に用いるセンタ作成認証データを送信する通信衛星（３）に、そのセンタ作成認証データを送信する認証センタ装置（１００）と、
   前記測位端末が無線送信した位置情報を受信する位置情報取得装置（３００、３００Ａ）とを備えた位置情報認証システム（１）であって、
   前記認証センタ装置は、
   航法衛星システムが備える航法衛星から航法メッセージを含んでいる衛星電波を受信するセンタ側衛星受信部（１１０）と、
   暗号キーを作成し、その暗号キーと前記センタ側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージとに基づいて、前記センタ作成認証データを作成するセンタ側認証データ作成部（１２２）と、
   前記センタ側認証データ作成部が作成したセンタ作成認証データを前記通信衛星に送信する認証データ送信部（１３０）と、を備え、
   前記測位端末は、
   前記通信衛星から前記センタ作成認証データを受信するとともに、前記航法衛星から前記衛星電波を受信する端末側衛星受信部（２３０）と、
   前記認証センタ装置から、前記暗号キーまたはその暗号キーを作成することができるキー作成データのいずれかであるキー関連データを受信するキー受信部（２１１）と、
   前記キー受信部が受信したキー関連データと、前記端末側衛星受信部が受信した衛星電波から抽出した航法メッセージとに基づいて端末作成認証データを作成する端末側認証データ作成部（Ｓ５４）と、
   前記センタ作成認証データと前記端末作成認証データとを比較し、一致している場合に前記端末側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージが認証できたと判断する認証判断部（Ｓ５６〜Ｓ６０）と、
   前記キー受信部が前記認証センタ装置から受信した前記キー関連データに基づいて、前記端末側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージが認証できたことを示す認証済みデータを作成する認証済み作成部（Ｓ６〜Ｓ１０）と、
   前記航法メッセージに基づいて算出した前記位置情報とともに、前記認証済み作成部が作成した認証済みデータを送信する端末側送信部（２１２）とを備え、
   前記位置情報取得装置は、
   前記端末側送信部が送信した前記位置情報および前記認証済みデータを通信部から取得する端末データ取得部（Ｓ７０、Ｓ１１２）と、
   前記通信部を介して、前記認証センタ装置から前記キー関連データを取得するキー取得部（Ｓ７４、Ｓ９６）と、
   前記キー取得部が取得したキー関連データに基づいて、前記認証済みデータと比較するための認証済み比較データを作成する比較データ作成部（Ｓ７８、Ｓ１００、Ｓ１０２）と、
   前記端末データ取得部が取得した認証済みデータと前記比較データ作成部が作成した認証済み比較データとを比較し、一致している場合に、前記測位端末は正規の測位端末であると判断する端末判断部（Ｓ８０〜Ｓ８４、Ｓ１１４〜Ｓ１２０）とを備えることを特徴とする位置情報認証システム。
2. 請求項１において、
   前記認証済み作成部は、前記キー受信部が受信した前記キー関連データを用いて、ハッシュ関数により前記認証済みデータを作成することを特徴とする位置情報認証システム。
3. 請求項２において、
   前記認証済み作成部は、前記端末作成認証データを、前記キー受信部が受信した前記キー関連データとともに用いて、前記ハッシュ関数により前記認証済みデータを作成することを特徴とする位置情報認証システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記位置情報取得装置（３００Ａ）は、
   前記航法衛星から前記衛星電波を受信する取得装置側衛星受信部（３３０）と、
   前記取得装置側衛星受信部が受信した衛星電波から衛星番号および時刻情報を抽出する電波情報抽出部（Ｓ９２）と、
   前記電波情報抽出部が抽出した衛星番号および時刻情報を周期的に前記通信部から前記認証センタへ送信させる電波情報送信処理部（Ｓ９４）とを備え、
   前記キー取得部（Ｓ９６）は、前記通信部が前記衛星番号および時刻情報を前記認証センタに送信したことに基づいて認証センタから送信される前記キー関連データを、前記通信部から取得し、
   前記比較データ作成部（Ｓ１００、Ｓ１０２）は、前記認証済み比較データを作成することに加えて、前記認証済み比較データと、前記衛星番号および時刻情報との対応関係を、前記認証済みデータを受信する前に予め決定しておき、
   前記端末判断部（Ｓ１１４〜Ｓ１２０）は、前記端末データ取得部が取得した衛星番号および時刻情報と前記対応関係に基づいて定まる認証済み比較データがある場合に、その認証済み比較データを、前記端末データ取得部が取得した認証済みデータと比較することを特徴とする位置情報認証システム。
5. 航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージが認証できる航法メッセージである場合に、その航法メッセージを用いて算出した現在位置を示す位置情報を外部に無線送信する測位端末（２００）であって、
   認証センタ装置が作成し、前記測位端末における認証に用いるために通信衛星に送信したセンタ作成認証データを通信衛星から受信するとともに、航法衛星システムが備える航法衛星から航法メッセージを含んでいる衛星電波を受信する端末側衛星受信部（２３０）と、
   前記認証センタ装置から、前記センタ作成認証データを作成するための暗号キーまたはその暗号キーを作成することができるキー作成データのいずれかであるキー関連データを受信するキー受信部（２１１）と、
   前記キー受信部が受信したキー関連データと、前記端末側衛星受信部が受信した衛星電波から抽出した航法メッセージとに基づいて端末作成認証データを作成する端末側認証データ作成部（Ｓ５４）と、
   前記センタ作成認証データと前記端末作成認証データとを比較し、一致している場合に前記端末側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージが認証できたと判断する認証判断部（Ｓ５６〜Ｓ６０）と、
   前記キー受信部が前記認証センタ装置から受信した前記キー関連データに基づいて、前記端末側衛星受信部が受信した衛星電波に含まれている航法メッセージが認証できたことを示す認証済みデータを作成する認証済み作成部（Ｓ６〜Ｓ１０）と、
   前記航法メッセージに基づいて算出した前記位置情報とともに、前記認証済み作成部が作成した認証済みデータを送信する端末側送信部（２１２）とを備えることを特徴とする測位端末。
6. 航法メッセージを受信し、受信した航法メッセージが認証できる航法メッセージである場合に、その航法メッセージを用いて算出した現在位置を示す位置情報および受信した航法メッセージが認証できたことを示す認証済みデータを外部に無線送信する測位端末（２００）から、前記位置情報および前記認証済みデータを受信する位置情報取得装置（３００、３００Ａ）であって、
   前記測位端末が送信した前記位置情報および前記認証済みデータを通信部から取得する端末データ取得部（Ｓ７０、Ｓ１１２）と、
   前記通信部を介して、認証センタ装置から、前記測位端末が認証に用いるセンタ作成認証データを作成するために前記認証センタ装置が用いた暗号キーまたはその暗号キーを作成することができるキー作成データのいずれかであるキー関連データを取得するキー取得部（Ｓ７４、Ｓ９６）と、
   前記キー取得部が取得したキー関連データに基づいて、前記認証済みデータと比較するための認証済み比較データを作成する比較データ作成部（Ｓ７８、Ｓ１００、Ｓ１０２）と、
   前記端末データ取得部が取得した認証済みデータと前記比較データ作成部が作成した認証済み比較データとを比較し、一致している場合に、前記測位端末は正規の測位端末であると判断する端末判断部（Ｓ８０〜Ｓ８４、Ｓ１１４〜Ｓ１２０）とを備えることを特徴とする位置情報取得装置。

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