JP6548687B2 - 通信システム及び端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子証明書を用いた認証処理を行う端末装置、及び当該端末装置に認証処理で利用するための電子証明書を提供する証明書管理装置を含む通信システムに関する。

コンピュータだけでなく、多様な機器に通信機能を持たせ、インターネットへの接続や機器間の相互通信等を行うＩｏＴ（Internet of Things）が世の中において普及しつつあり、それに伴い機器認証の重要性がますます高まっている。機器認証の一方式である公開鍵暗号基盤（Public Key Infrastructure, PKI）を利用した認証方式は、相互接続性を目的としたオープンスタンダードを採用して汎用性が高く且つ安全性の高い認証方式として知られている。そのため、ＰＫＩによる機器認証は、既存のシステムに対しても広く適用可能であること等の理由から特に注目されている。

例えば、特許文献１では、端末装置の工場出荷時において、端末装置を証明するための電子証明書である機器証明書を端末機器に記憶させておき、端末装置が機器証明書を用いて所定のサービスの提供を受けるための電子証明書であるサービス証明書を入手し、当該サービス証明書を用いることによって、安全な機器認証を行う通信システムが開示されている。

特開２０１１−４５０１６号公報

しかしながら、一般的に、公開鍵暗号基盤を利用する認証方式の計算コストは、共通鍵暗号方式を利用する認証方式よりも高い。また、端末機器の使用期間全般に渡って安全に認証できるようにするためには、その期間が長くなるほど長い鍵長からなる鍵（公開鍵、秘密鍵）を利用しなければならならず、鍵長が長くなるほど端末装置に大きな計算コストが必要とされる。例えば、端末装置を数十年にも渡って安全に認証できるようにするためには、かなり長い鍵長を採用しなければならないが、その鍵を用いた機器認証に要する計算コストもかなり大きいものとなる。

そのため、センサ等のバッテリ駆動する機器のように、計算能力に乏しく且つバッテリ容量の限られた機器が、鍵長の長い鍵を用いた機器認証を実行する場合、当該機器認証に要する計算コスト及び消費電力が問題となることがあった。また、各機器からデータを収集するサーバ装置においても、鍵長の長い鍵を利用するほど機器認証に要する計算コストが増すことになる。そして、サーバ装置に接続される機器の数が多くなるほど、当該計算コストの負担がサーバ装置側においても無視できなくなるという問題が生じていた。

本発明は、このような従来の課題を解決すべくなされたものであり、機器の性能等に応じた適切な長さの鍵長からなる電子証明書を用いて機器認証を行うことにより、安全性を担保しつつ、通信機器又はサーバ装置等の負荷を低減させる認証処理を可能とする通信システム及び端末装置を提供することを目的とする。

本発明に係る通信システムは、サービス証明書を用いてネットワークを介した所定のサービスの提供を受ける端末装置、及び、サービス証明書を端末装置に提供する証明書管理装置を有する通信システムであって、端末装置におけるサービス証明書の使用期間、端末装置の装置仕様、又は、端末装置の認証頻度に応じて、サービス証明書に対応する鍵の鍵長を決定する鍵長決定部を有し、端末装置は、サービス証明書を記憶する端末記憶部と、端末記憶部に記憶されたサービス証明書の再発行要求を証明書管理装置に送信する証明書要求部と、証明書管理装置から受信した新たなサービス証明書によって端末記憶部の記憶内容を更新する証明書更新部と、を有し、証明書管理装置は、端末装置から再発行要求を受信した場合に、鍵長決定部が決定した鍵長の鍵に対応する新たなサービス証明書を端末装置に送信する証明書管理部を有する。

また、本発明に係る通信システムにおいて、証明書管理装置は、複数種類の鍵長の鍵のそれぞれに対応する複数種類のサービス証明書を予め記憶する管理記憶部を更に有し、証明書管理部は、端末装置から再発行要求を受信した場合、再発行要求を送信した端末装置について決定された鍵長の鍵に対応する新たなサービス証明書を、管理記憶部から読み出して端末装置に送信することが好ましい。

また、本発明に係る通信システムにおいて、証明書管理部は、端末装置から再発行要求を受信した場合、再発行要求を送信した端末装置について決定された鍵長の公開鍵を生成して認証局に送信し、公開鍵を含む新たなサービス証明書を、認証局から受信して端末装置に送信することが好ましい。

また、本発明に係る通信システムにおいて、端末装置は、新たなサービス証明書に対応する鍵の鍵長以上からなる鍵長の鍵に対応する初期証明書を端末記憶部に更に記憶し、初期証明書を用いて端末装置を認証した証明書管理装置との間の暗号化通信が確立した後に、証明書管理装置にサービス証明書の発行要求を送信する証明書要求部を更に備え、証明書管理部は、端末装置から発行要求を受信した場合、当該発行要求を送信した端末装置について決定された鍵長の鍵に対応するサービス証明書を端末装置に送信することが好ましい。

また、本発明に係る通信システムにおいて、鍵長決定部は、端末装置の計算能力が小さいほど、又は端末装置の電池容量若しくは電池容量が少ないほど、鍵長が短くなるように決定することが好ましい。

本発明に係る端末装置は、証明書管理装置からサービス証明書の提供を受けるとともに、サービス証明書を用いてネットワークを介した所定のサービスの提供を受ける端末装置であって、サービス証明書を記憶する端末記憶部と、端末装置におけるサービス証明書の使用期間、端末装置の装置仕様、又は、端末装置の認証頻度に応じて、サービス証明書に対応する鍵の鍵長を決定する鍵長決定部と、端末記憶部に記憶されたサービス証明書の再発行要求を、決定された鍵長とともに証明書管理装置に送信する証明書要求部と、証明書管理装置から受信した、決定された鍵長の鍵に対応する新たなサービス証明書によって端末記憶部の記憶内容を更新する証明書更新部と、を備える。

本発明に係る通信システム及び端末装置によって、端末装置の性能等に応じた適切な長さの鍵長からなる電子証明書を用いて機器認証を行うことにより、安全性を担保しつつ、通信機器又はサーバ装置等の負荷を低減させる認証処理が可能となる。

通信システム１の概略構成の一例を示す図である。 端末装置２の概略構成の一例を示す図である。 証明書管理装置３の概略構成の一例を示す図である。 サーバ装置４の概略構成の一例を示す図である。 （ａ）は、初期証明書及びサービス証明書のデータ構造の一例を示す図であり、（ｂ）は、サーバ証明書のデータ構造の一例を示す図であり、（ｃ）は、認証局証明書のデータ構造の一例を示す図である。 （ａ）は、端末管理テーブル３２１のデータ構造の一例を示す図であり、（ｂ）は、証明書管理テーブル３２２のデータ構造の一例を示す図である。 通信システム１の初期設定シーケンスの一例を示す図である。 通信システム１の更新シーケンスの一例を示す図である。 通信システム１の更新シーケンスの一例を示す図である。 鍵長決定処理の動作フローの一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

本実施形態の通信システムは、サービス証明書を用いてネットワークを介した所定のサービスの提供を受ける端末装置、及び、サービス証明書を端末装置に提供する証明書管理装置を有する。また、端末装置又は証明書管理装置は、端末装置におけるサービス証明書の使用期間、端末装置の装置仕様、又は、端末装置の認証頻度等の機器の性能等に応じて、サービス証明書に対応する鍵（公開鍵及び秘密鍵）の鍵長を決定する鍵長決定部を有する。なお、端末装置及び証明書管理装置の両者と異なる他の装置が、鍵長決定部を有してもよい。

サービス証明書は、端末装置がネットワークを介して所定のサービスの提供を受けるにあたって、サービスの提供主体（例えばサーバ装置等）が端末装置を認証するために用いられる電子証明書である。なお、端末装置２は、サービス証明書の有効期間が終了する前に、次の新しいサービス証明書を証明書管理装置から取得する。すなわち、サービス証明書は、各端末装置２において、有効期限に応じて断続的に更新される。

なお、端末装置を認証するために用いられる電子証明書が、端末装置の製造段階において、初期証明書として当該端末装置に記憶される。端末装置に記憶される初期証明書は、当該端末装置が初めてユーザに利用される利用開始時（例えば、端末装置がユーザ宅に設置される際に行われる初期設定の時）、又は、一度利用が終了された端末装置が、再度ユーザに利用される利用再開時において、サービス証明書を要求するために用いられる電子証明書である。なお、端末装置が製造されてから最初に利用されるまでの期間は、１０年を超える場合があるため、初期証明書の有効期間として、サービス証明書よりも長い有効期間（２０〜３０年間等）が設定される。このように、初期証明書は、長期間に渡って使用される可能性が高く且つ使用頻度がサービス証明書に比べて著しく少ないため、初期証明書に対応する鍵（公開鍵及び秘密鍵）の鍵長は、サービス証明書に対応する鍵の鍵長以上に設定される。以降、初期証明書及びサービス証明書の両者を、クライアント証明書と称する場合がある。

端末装置は、サービス証明書を予め記憶しており、記憶されたサービス証明書の有効期間に応じた時期に、サービス証明書の再発行要求を証明書管理装置に送信する証明書更新部を有する。有効期間に応じた時期は、サービス証明書の有効期間の終了日時から所定時間前のタイミングであり、例えば、有効期限の終了日の１日前である。

証明書管理装置は、端末装置から再発行要求を受信した場合に、鍵長決定部によって決定された鍵長の鍵に対応する新たなサービス証明書を端末装置に送信する証明書管理部を有する。そして、端末装置の証明書更新部は、証明書管理装置から受信した新たなサービス証明書によって端末記憶部の記憶内容を更新する。この際、これまでのサービス証明書を新たなサービス証明書で上書きするよう更新してもよいし、これまでのサービス証明書を記憶したまま新たなサービス証明書を追加記憶するよう更新してもよい。いずれにせよ、以後、新たなサービス証明書を用いて認証処理される。

このように、通信システムは、端末装置におけるサービス証明書の使用期間、端末装置の装置仕様、又は、端末装置の認証頻度等、に応じた適切な長さの鍵長からなる電子証明書を用いて、機器認証を行うことができる。これにより、通信システムにおいて、安全性を担保しつつ、通信機器又はサーバ装置等の負荷を低減させる認証処理が可能となる。以下、証明書管理装置が鍵長決定部を有する場合を例にして説明する。

図１は、通信システム１の概略構成の一例を示す図である。通信システム１は、複数の端末装置２、証明書管理装置３及びサーバ装置４を有する。複数の端末装置２、証明書管理装置３及びサーバ装置４は、有線又は無線のネットワーク５で接続され、相互に各種の情報を送受信する。

端末装置２は、証明書管理装置３と通信し、証明書管理装置３からサービス証明書を受信する機能を有する。また、端末装置２は、サーバ装置４との間でサービス証明書を用いた認証処理を行ってセキュアチャネル（暗号化通信）を確立し、サーバ装置４から所定のサービスの提供を受ける機能を有する。端末装置２は、例えば、警備に用いられるコントローラ等である。なお、本実施形態では、証明書管理装置３との認証処理において、通信プロトコルとして、ＴＬＳ（Transport Layer Security）を利用するが、ＴＬＳに限らず、ＤＴＬＳ（Datagram Transport Layer Security）、ＩＰＳｅｃ（Security Architecture for Internet Protocol）等、他の標準的なセキュアチャネルプロトコルが用いられてもよい。

証明書管理装置３は、端末装置２によって用いられるサービス証明書を管理するための装置であり、例えば、データベース装置及びウェブサーバ等により構成される。サーバ装置４は、複数の端末装置２と通信し、複数の端末装置２のそれぞれに対して所定のサービスを提供するための装置であり、例えば、ウェブサーバ等によって構成される。なお、証明書管理装置３及びサーバ装置４は、同一のウェブサーバ装置等によって構成されてもよい。例えば、サーバ装置４が証明書管理装置３の全ての機能を備えるように構成されてもよく、また、証明書管理装置３がサーバ装置４の全ての機能を備えるように構成されてもよい。

図２は、端末装置２の概略構成の一例を示す図である。端末装置２は、サービス証明書の有効期間の終了日時から所定時間前のタイミング（例えば、有効期限の終了日の１日前）において、サービス証明書の再発行要求を証明書管理装置３に送信し、証明書管理装置３から新たなサービス証明書を受信する機能を有する。また、端末装置２は、受信した新たなサービス証明書によって記憶されたサービス証明書を更新する機能を有する。そのために、端末装置２は、端末通信部２１、入力部２２、表示部２３、端末記憶部２４、端末制御部２５を備える。

端末通信部２１は、有線又は無線のＬＡＮ（Local Area Network）の通信インターフェース、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等と接続するためのインターフェース、所定の周波数帯を感受帯域とするアンテナを含む、通信インターフェース等である。端末装置２は、端末通信部２１を介して証明書管理装置３又はサーバ装置４等と端末通信部２１を介して接続され、各種データを送受する。

入力部２２は、キーボード若しくはテンキー、又は外部入力端子等によって構成される。例えば、入力部２２は、工場出荷時又はサービス開始時等において、初期設定に係る情報を入力するために用いられる。なお、入力部２２が外部入力端子によって構成される場合では、外部入力端子に接続されたモバイル端末等からの情報が入力される。

表示部２３は、例えば、有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、又は、タッチパネル式の表示デバイス、ＬＥＤ等である。表示部２３は、端末制御部２５から供給された出力データに応じた表示出力を行う。

端末記憶部２４は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random access memory）等の半導体メモリ装置、又は、ハードディスク、光ディスク等を備え、端末制御部２５での処理に用いられるプログラム、データ等を記憶するデータベース装置等によって構成される。なお、プログラム及びデータは、端末装置２の製造段階において、記録装置によって端末記憶部２４に書き込まれてもよい。また、端末記憶部２４は、データとして、クライアント証明書（初期証明書２４１、サービス証明書２４２）、認証局証明書２４３等を記憶する。なお、認証局証明書２４３は、サーバ証明書を検証するための電子証明書であって、当該サーバ証明書を発行した認証局自身の電子証明書である。

端末制御部２５は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。端末制御部２５は、端末装置２の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。端末制御部２５は、端末記憶部２４に記憶されているプログラムに基づいて処理を実行する。端末制御部２５は、少なくとも証明書更新部２５１、証明書要求部２５２、端末認証処理部２５３を備える。これらの各部は、端末制御部２５が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして端末装置２に実装されてもよい。

証明書更新部２５１は、証明書管理装置３から送信されたサービス証明書２４２を、端末通信部２１を介して受信すると、受信したサービス証明書２４２を端末記憶部２４に記憶する。なお、証明書更新部２５１の詳細は後述する。

証明書要求部２５２は、サービス証明書２４２の発行要求と再発行要求とを、端末通信部２１を介して証明書管理装置３に送信する。証明書要求部２５２の詳細は後述する。

端末認証処理部２５３は、証明書管理装置３及びサーバ装置４との間でサービス証明書２４２等を用いて認証処理を行ってセキュアチャネルを確立する。この確立によってサービスの提供を受けることが可能となる。この際、端末認証処理部２５３は、クライアント証明書（初期証明書２４１、サービス証明書２４２）と、証明書管理装置３及びサーバ装置４のサーバ証明書を検証できる認証局証明書２４３と、を用いてセキュアチャネルを確立するものとする。これらの電子証明書のうちサービス証明書２４２の処理量が使用頻度の観点から問題となり、認証局証明書２４３と異なり鍵長の制御が可能であるため問題解決に寄与する。なお、ＴＬＳを用いたセキュアチャネルの確立方法は従来技術であるため、詳細な説明を省略する。

図３は、証明書管理装置３の概略構成の一例を示す図である。証明書管理装置３は、端末装置からサービス証明書発行要求又は再発行要求を受信した場合に、決定された鍵長に対応する鍵を含む新たなサービス証明書を端末装置に送信する機能を有する。そのために、証明書管理装置３は、少なくとも管理通信部３１、管理記憶部３２、管理制御部３３を備える。

管理通信部３１は、有線又は無線のＬＡＮの通信インターフェース、ＵＳＢ等と接続するためのインターフェース、所定の周波数帯を感受帯域とするアンテナを含む、通信インターフェース等である。証明書管理装置３は、管理通信部３１を介して端末装置２等と接続され、管理通信部３１は、管理制御部３３から供給されたデータを、端末装置２等に送信する。また、管理通信部３１は、端末装置２等から受信したデータを管理制御部３３に供給する。

管理記憶部３２は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリ装置、又は、ハードディスク、光ディスク等を備え、管理制御部３３での処理に用いられるプログラム、データ等を記憶するデータベース装置等によって構成される。なお、プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて管理記憶部３２にインストールされてもよい。また、管理記憶部３２は、データとして、後述する端末管理テーブル３２１、証明書管理テーブル３２２等を記憶する。

管理制御部３３は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。管理制御部３３は、証明書管理装置３の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。管理制御部３３は、管理記憶部３２に記憶されているプログラムに基づいて処理を実行する。管理制御部３３は、少なくとも鍵長決定部３３１、証明書管理部３３２、管理認証処理部３３３を備える。これらの各部は、管理制御部３３が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして証明書管理装置３に実装されてもよい。

鍵長決定部３３１は、各端末装置２の性能（使用期間、計算能力、電池容量等）等に応じて、サービス証明書に対応する鍵の鍵長を複数種類決定する。なお、鍵長決定部３３１の詳細は後述する。

なお、鍵長決定部３３１は、各端末装置２に備えられてもよい。この場合、各端末装置２は、自身の性能（使用期間、計算能力、電池容量等）に関する情報を記憶し、各端末装置２の鍵長決定部が、当該情報に基づいてサービス証明書の鍵長を決定する。そして、各端末装置２の証明書要求部２５２は、決定した鍵長を証明書管理装置３に送信することにより、証明書管理装置３によって生成された、必要とする鍵長の鍵に対応するサービス証明書を受信する。

また、鍵長決定部３３１は、別途設置されネットワーク接続されている図示しない他の装置や他のサーバに備えられてもよい。この場合、他の装置や他のサーバが端末管理テーブルを記憶し、他の装置や他のサーバが備える鍵長決定部は、決定した鍵長を証明書管理装置３に送信することにより、端末装置２は、必要とする鍵長を取得することができる。

証明書管理部３３２は、端末装置２からサービス証明書発行要求を受信した場合に、鍵長決定部３３１が決定した鍵長に対応する鍵に対応する新たなサービス証明書を端末装置２に送信する。なお、証明書管理部３３２の詳細は後述する。

管理認証処理部３３３は、管理通信部３１を介して端末装置２からＴＬＳ接続要求を受信すると、端末装置２と証明書管理装置３との間でセキュアチャネルを確立する。この際、管理認証処理部３３３は、証明書管理装置３に対して発行されたサーバ証明書（図示なし）と、端末装置２のクライアント証明書（サービス証明書２４２、初期証明書２４１）を検証できる認証局証明書（図示なし）を用いてセキュアチャネルを確立するものとする。なお、これらのサーバ証明書及び認証局証明書は、予め管理記憶部３２に記憶されているものとする。

図４は、サーバ装置４の概略構成の一例を示す図である。サーバ装置４は、端末装置２から受信したサービス証明書によって、端末装置２とのＴＬＳ接続を確立し、端末装置２に所定のサービスを提供する機能を有する。そのために、サーバ装置４は、サーバ通信部４１、サーバ記憶部４２、サーバ制御部４３を備える。なお、端末装置２との暗号化通信において、ＴＬＳに限らず、ＤＴＬＳ、ＩＰＳｅｃ等、他の標準的なセキュアチャネルプロトコルが用いられてもよい。

サーバ通信部４１は、有線又は無線のＬＡＮの通信インターフェース、ＵＳＢ等と接続するためのインターフェース、所定の周波数帯を感受帯域とするアンテナを含む、通信インターフェース等である。サーバ装置４は、サーバ通信部４１を介して端末装置２等と接続され、サーバ通信部４１は、サーバ制御部４３から供給されたデータを、端末装置２等に送信する。また、サーバ通信部４１は、端末装置２等から受信したデータをサーバ制御部４３に供給する。

サーバ記憶部４２は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリ装置、又は、ハードディスク、光ディスク等を備え、サーバ制御部４３での処理に用いられるプログラム、データ等を記憶する。なお、プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いてサーバ記憶部４２にインストールされてもよい。また、サーバ記憶部４２は、データとして、後述するサーバ証明書４２１、認証局証明書４２２等を記憶する。なお、サーバ証明書４２１は、当該サーバ装置４を認証するための電子証明書である。また、認証局証明書４２２は、サービス証明書を検証するための電子証明書であってサービス証明書を発行した認証局自身の電子証明書である。

サーバ制御部４３は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。サーバ制御部４３は、サーバ装置４の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。サーバ制御部４３は、サーバ記憶部４２に記憶されているプログラムに基づいて処理を実行する。サーバ制御部４３は、サーバ認証処理部４３１を備える。サーバ認証処理部４３１は、サーバ制御部４３が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、サーバ認証処理部４３１は、ファームウェアとしてサーバ装置４に実装されてもよい。

サーバ認証処理部４３１は、サーバ通信部４１を介して端末装置２からＴＬＳ接続要求を受信した場合、当該端末装置２を認証し、当該端末装置２とサーバ装置４との間のセキュアチャネルを確立する。この際、サーバ認証処理部４３１は、サーバ装置４に対して発行されたサーバ証明書４２１と、端末装置のサービス証明書を検証できる認証局証明書４２２とを用いてセキュアチャネルを確立するものとする。

以下、図５（ａ）〜（ｃ）を参照して、クライアント証明書（初期証明書２４１、サービス証明書２４２）、サーバ証明書４２１、及び認証局証明書４２２の各電子証明書について説明する。なお、各電子証明書は、例えば、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合―電気通信標準化部門, International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）によって定められた規格である「X.509 v3 証明書フォーマット」に対応するデータ構造等によって構成される。

図５は、電子証明書のデータ構造の一例を示す図であり、同図（ａ）がクライアント証明書（初期証明書２４１、サービス証明書２４２）、同図（ｂ）がサーバ証明書４２１、同図（ｃ）が認証局証明書４２２のデータ構造の一例を示している。これらの電子証明書は、発行者ＩＤ（identification）、証明書ＩＤ、端末ＩＤ／サーバＩＤ／認証局ＩＤ、公開鍵、有効期間開始、有効期間終了、署名値、フィンガープリント等から構成される。

発行者ＩＤは、電子証明書を発行（生成）した認証局を一意に識別するための識別情報の一例である。証明書ＩＤは、同一発行者（認証局）によって発行された電子証明書を一意に識別するための識別情報の一例である。すなわち、異なる発行者によって発行された電子証明書の証明書ＩＤと同一の証明書ＩＤの証明書が他の発行者によって発行されることがある。

端末ＩＤ／サーバＩＤ／認証局ＩＤは、電子証明書によって認証される対象である端末装置２／サーバ装置４／認証局を一意に識別するための識別情報の一例である。公開鍵は、初期証明書及びサービス証明書とともに発行された秘密鍵によって署名された情報を検証するための鍵情報であり、秘密鍵に基づいて生成される。

有効期間開始は、電子証明書が有効である期間の開始日時を示す情報であり、有効期間終了は、電子証明書が有効である期間の終了日時を示す情報である。有効期間開始及び有効期間終了によって、電子証明書の有効期間が規定される。

署名値は、電子証明書を構成する、発行者ＩＤ、証明書ＩＤ、端末ＩＤ、公開鍵、有効期間開始及び有効期間終了の一連のデータ列を、電子証明書の発行者である認証局の秘密鍵によって署名した情報である。なお、認証局は階層構造で関連付けられており、例えば、最上位の認証局（所謂「ルート認証局」）等は、下位の認証局の認証局証明書を発行する。また、ルート認証局は、自身に対して認証局証明書を発行する。

フィンガープリントは、電子証明書を構成する、発行者ＩＤ、証明書ＩＤ、端末ＩＤ／サーバＩＤ／認証局ＩＤ、公開鍵、有効期間開始、有効期間終了及び署名値の一連のデータ列が、ハッシュ関数によって生成（変換）されたハッシュ値である。フィンガープリントは、電子証明書のデータ量に関わらず同じ固定長を有する、電子証明書に対して固有の英数字の文字列情報である。なお、ハッシュ関数は、例えば、ＮＩＳＴ（National Institute of Standards and Technology）によって標準化されたＳＨＡ−１、ＳＨＡ−２等が用いられる。

以下、図６（ａ）及び（ｂ）を参照して、証明書管理装置３の管理記憶部３２に記憶される端末管理テーブル３２１及び証明書管理テーブル３２２について説明する。

図６（ａ）は、端末管理テーブル３２１のデータ構造の一例を示す図である。端末管理テーブル３２１には、複数の端末装置２のそれぞれの性能を記憶するためのテーブルであり、端末装置２ごとに、当該端末装置２の端末ＩＤ、計算能力及び電池容量と、当該端末装置２が利用するサービス証明書の使用期間と、が互いに関連付けて記憶される。端末ＩＤは、各端末装置２を一意に識別するための端末ＩＤである。

使用期間は、各端末装置２において、サービス証明書を使用し続ける最大期間を示す情報であり、端末装置２の運用要件に基づいて管理者等に指定される情報である。例えば、外部ネットワーク（例：インターネット）への通信を頻繁に行えない端末装置２については、運用上、当該外部ネットワークを介してサービス証明書の更新を頻繁に行うことができないため、当該端末装置２の使用期間を長めに設定しておく必要がある。なお、サービス証明書は、使用開始時から使用期間を超えないよう更新が行われる必要がある。計算能力は、端末装置２の端末制御部２５（ＣＰＵ等）における処理能力を示す情報である。電池容量は、端末装置２の図示しない電池の容量である。なお、端末管理テーブル３２１において、各端末装置２がサーバ装置４と通信を行う頻度を示すアクセス頻度が、端末装置２ごとに記憶されてもよい。

図６（ｂ）は、証明書管理テーブル３２２のデータ構造の一例を示す図である。証明書管理テーブル３２２には、端末ＩＤ、サービス証明書、鍵長が互いに関連付けて記憶される。端末ＩＤは、関連付けられたサービス証明書の送信先として規定された端末装置２を識別するための端末ＩＤである。

サービス証明書には、図５（ａ）に示すデータ構造のサービス証明書のデータ本体が当該サービス証明書に含まれる公開鍵に対応する秘密鍵を含む形式（PKCS#12（Public Key Cryptography Standards # 12））に従って記憶される。鍵長は、関連付けられたサービス証明書に記憶される公開鍵のデータの大きさ（ｂｉｔ）を示す情報である。

図６（ｂ）に示す例では、例えば、端末ＩＤ「０００１」によって識別される端末装置２は、Ａ１０２４、Ａ２０４８、Ａ４０９６の中のいずれかのサービス証明書と、Ｂ１０２４、Ｂ２０４８、Ｂ４０９６の中のいずれかのサービス証明書との計２つをサービス証明書として使用する。Ａ１０２４、Ａ２０４８、Ａ４０９６の３つのサービス証明書は、それぞれ発行者ＩＤ、端末ＩＤは同一である。これらのＡ１０２４、Ａ２０４８、Ａ４０９６の３つのサービス証明書のうち、鍵長決定部３３１によって決定された鍵長に対応するサービス証明書が、端末装置２に送信される。

なお、証明書管理装置３は、証明書管理テーブル３２２に記憶されている各レコードを定期的に又は不定期に更新する。例えば、端末装置２にサービス証明書が送信された後、当該端末装置２の次回の更新時に使用する新しいサービス証明書を登録するための証明書管理テーブル更新処理が行われる。例えば、証明書管理テーブル更新処理では、まず、証明書管理装置３は、端末装置２に送信されたサービス証明書の有効期限が切れる数日前から有効期間の開始となる新たなサービス証明書の発行依頼を認証局に対して行う。そして、証明書管理装置３は、認証局から発行された新たなサービス証明書（複数の鍵長の鍵に対応する複数のサービス証明書）を証明書管理テーブル３２２に記憶し、証明書管理テーブル更新処理を終了する。

図７は、通信システム１の初期設定シーケンスの一例を示す図である。図７に示す初期設定シーケンスは、当該端末装置２が初めてユーザに利用される利用開始時、又は、一度ユーザによる利用が終了された端末装置２が、再度ユーザに利用される利用再開時において、実施される動作シーケンスの一例である。初期設定シーケンスは、予め端末記憶部２４及び管理記憶部３２に記憶されているプログラムに基づいて、主に端末制御部２５及び管理制御部３３により、端末装置２及び証明書管理装置３の各要素と協働して実行される。

端末装置２には、利用開始時においてサービス証明書が記憶されておらず、または、利用再開時はサービス証明書の有効期間が終了している恐れがある。そのため、端末装置２の端末認証処理部２５３は、初期証明書を用いて証明書管理装置３との間でＴＬＳ接続によるセキュアチャネルを確立する（ステップＳ１０１）。この際、証明書管理装置３の管理認証処理部３３３は、証明書管理装置３に対して発行されたサーバ証明書（図示なし）と、端末装置２の初期証明書を検証できる認証局証明書（図示なし）を用いてセキュアチャネルを確立するものとする。

次に、端末装置２の証明書要求部２５２は、端末装置２の初回起動時又はユーザによる入力部２２の入力に応じた所定の指示（例えば、端末装置２を初期設定した後の起動指示等）を取得した場合、端末装置２の端末ＩＤを含むサービス証明書発行要求を、証明書管理装置３に送信する（ステップＳ１０２）。

次に、証明書管理装置３の証明書管理部３３２は、管理通信部３１を介して端末装置２からサービス証明書発行要求を受信すると、サービス証明書発行要求に含まれる端末ＩＤを抽出し、端末管理テーブル３２１から、抽出した端末ＩＤに対応する使用期間、計算能力及び電池容量を取得する（ステップＳ１０３）。

次に、証明書管理装置３の鍵長決定部３３１は、鍵長決定処理を実行する（ステップＳ１０４）。鍵長決定処理の詳細は後述する。

次に、証明書管理部３３２は、抽出したＩＤと鍵長決定処理によって決定された鍵長とに関連付けられたサービス証明書を、証明書管理テーブル３２２から読み出す（ステップＳ１０５）。

そして、証明書管理部３３２は、読み出したサービス証明書と当該サービス証明書に含まれる公開鍵に対応する秘密鍵とを、当該サービス証明書に含まれる端末ＩＤによって識別される端末装置２（すなわち、サービス証明書発行要求を行った端末装置２）に送信する（ステップＳ１０６）。

なお、端末装置２の証明書更新部２５１は、端末通信部２１を介して証明書管理装置３からサービス証明書を取得すると、当該サービス証明書により端末記憶部２４の記憶内容を更新する。

図８は、通信システム１の更新シーケンスの一例を示す図である。図８に示す更新シーケンスは、端末装置２に記憶されたサービス証明書２４２の有効期間の終了日時から所定時間前のタイミング（例えば、有効期限の終了日の１日前）において実施される動作シーケンスの一例である。なお、更新シーケンスは、サービス証明書２４２の有効期間の終了日時から所定時間前のタイミングに限らず、ユーザによる入力部２２の入力に応じた所定の指示（例えば、サービス証明書の取得指示等）を取得したタイミングにおいて実施されてもよい。更新シーケンスは、予め端末記憶部２４及び管理記憶部３２に記憶されているプログラムに基づいて、主に端末制御部２５及び管理制御部３３により、端末装置２及び証明書管理装置３の各要素と協働して実行される。

端末装置２には、既にサービス証明書２４２が記憶されている。そのため、最初に、端末装置２の端末認証処理部２５３は、既に記憶されているサービス証明書２４２を用いて証明書管理装置３との間でＴＬＳ接続によるセキュアチャネルを確立する（ステップＳ２０１）。この際、証明書管理装置３の管理認証処理部３３３は、証明書管理装置３に対して発行されたサーバ証明書（図示なし）と、端末装置２のサービス証明書を検証できる認証局証明書（図示なし）とを用いてを用いてセキュアチャネルを確立するものとする。次に、端末装置２の証明書要求部２５２は、端末装置２の端末ＩＤを含むサービス証明書の再発行要求を、証明書管理装置３に送信する（ステップＳ２０２）。

次に、証明書管理装置３の証明書管理部３３２は、管理通信部３１を介して端末装置２からサービス証明書の再発行要求を受信すると、サービス証明書の再発行要求に含まれる端末ＩＤを抽出し、端末管理テーブル３２１から、抽出した端末ＩＤに対応する使用期間、計算能力及び電池容量を取得する（ステップＳ２０３）。

次に、証明書管理装置３の鍵長決定部３３１は、鍵長決定処理を実行する（ステップＳ２０４）。鍵長決定処理の詳細は後述する。

次に、証明書管理部３３２は、抽出した端末ＩＤと鍵長決定処理によって決定された鍵長とに関連付けられたサービス証明書を、証明書管理テーブル３２２から読み出す（ステップＳ２０５）。そして、証明書管理部３３２は、読み出したサービス証明書と当該サービス証明書に含まれる公開鍵に対応する秘密鍵とを、当該サービス証明書に含まれる端末ＩＤによって識別される端末装置２に送信する（ステップＳ２０６）。この際、秘密鍵を含むサービス証明書のデータ形式（PKCS#12）によって送信してもよい。

なお、端末装置２の証明書更新部２５１は、更新シーケンスによって証明書管理装置３から新たなサービス証明書を取得すると、当該新たなサービス証明書を用いて端末記憶部２４を更新する。

図９は、通信システム１の更新シーケンスの他の例を示す図である。図８の更新シーケンスでは、予め認証局によって発行された複数のサービス証明書を証明書管理装置３に記憶させている場合の例を示したが、図９の更新シーケンスは端末装置２からサービス証明書の再発行要求がなされると、その都度、認証局において新たなサービス証明書を発行する場合の例を示すものである。図９に示す更新シーケンスは、図８に示す更新シーケンスと同様に、端末装置２に記憶されたサービス証明書２４２の有効期間の終了日時から所定時間前のタイミング（例えば、有効期限の終了日の１日前、又は、ユーザによる入力部２２の入力に応じた所定の指示（例えば、サービス証明書の取得指示等）を取得したタイミング等）において実施される動作シーケンスの一例である。この更新シーケンスは、予め端末記憶部２４及び管理記憶部３２に記憶されているプログラムに基づいて、主に端末制御部２５及び管理制御部３３により、端末装置２及び証明書管理装置３の各要素並びに認証局６と協働して実行される。なお、証明書管理装置３と認証局６との間には、別途セキュアチャネルが確立されているものとする（ステップＳ３０１）。

図９におけるステップＳ３０２〜Ｓ３０５の処理は、図８におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理と同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。

ステップＳ３０６では、証明書管理部３３２は、ステップＳ３０５の鍵長決定処理によって決定された鍵長に対応する秘密鍵及び公開鍵を生成する。例えば、証明書管理部３３２は、ステップＳ３０５にて決定された鍵長からなる秘密鍵を乱数に基づいて生成し、当該秘密鍵に既知の一方向関数に基づく演算を行うことにより公開鍵を生成する。そして、証明書管理部３３２は、端末装置２の端末ＩＤと生成した公開鍵とを含むサービス証明書発行依頼を、管理通信部３１を介して認証局６に送信する（ステップＳ３０７）。

次に、認証局６は、証明書管理装置３から送信されたサービス証明書発行依頼を受信すると、サービス証明書発行依頼に含まれる端末ＩＤ及び公開鍵を含むサービス証明書を発行（生成）する（ステップＳ３０８）。そして、認証局６は、生成したサービス証明書を、サービス証明書発行依頼を送信した証明書管理装置３に送信する（ステップＳ３０９）。

なお、証明書管理装置３は鍵長のみを決定し、証明書管理部３３２は、端末ＩＤ及び鍵長を含むサービス証明書発行依頼を認証局６に送信してもよい。この場合、認証局６は、生成するサービス証明書に対応する秘密鍵及び公開鍵を生成し、生成した公開鍵を含むサービス証明書を発行し、発行したサービス証明書に、生成した秘密鍵を含めたPKCS#12形式のサービス証明書を証明書管理装置３に送信する。

そして、証明書管理部３３２は、認証局６から受信したサービス証明書と、生成した秘密鍵とを、当該サービス証明書に含まれる端末ＩＤによって識別される端末装置２に送信する（ステップＳ３１０）。この際、秘密鍵を含むサービス証明書のデータ形式（PKCS#12）によって送信してもよい。

なお、端末装置２の証明書更新部２５１は、図９の更新シーケンスにより証明書管理装置３から新たなサービス証明書を取得すると、取得した新たなサービス証明書を用いて端末記憶部２４を更新する。

図１０は、証明書管理装置３の鍵長決定部３３１による鍵長決定処理の動作フローの一例を示す図である。図１０に示される鍵長決定処理は、図７のステップＳ１０４、図８のステップＳ２０４、図９のステップＳ３０５において実行される。

最初に、鍵長決定部３３１は、ステップＳ３０３において抽出された使用期間が１ヶ月以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０１）。

次に、鍵長決定部３３１は、使用期間が１ヶ月以上であると判定した場合（ステップＳ４０１−Ｙｅｓ）、後述するステップＳ４０６に処理を進める。また、鍵長決定部３３１は、使用期間が１ヶ月未満であると判定した場合（ステップＳ４０１−Ｎｏ）、ステップＳ３０３において抽出された電池容量が十分であるか否か（例えば、電池容量が１０００ｍＡｈ以上であるか否か）を判定する（ステップＳ４０２）。

次に、鍵長決定部３３１は、電池容量が十分であると判定した場合（ステップＳ４０２−Ｙｅｓ）、後述するステップＳ４０４に処理を進める。また、鍵長決定部３３１は、電池容量が十分でないと判定した場合（ステップＳ４０２−Ｎｏ）、公開鍵及び秘密鍵の鍵長を１０２４ｂｉｔに決定し（ステップＳ４０３）、一連のステップを終了する。

ステップＳ４０４において、鍵長決定部３３１は、ステップＳ３０３において抽出された計算能力が十分であるか否か（例えば、計算能力が５００ＭＨｚ以上であるか否か）を判定する。鍵長決定部３３１は、計算能力が十分であると判定した場合（ステップＳ４０４−Ｙｅｓ）、後述するステップＳ４０６に処理を進める。また、鍵長決定部３３１は、計算能力が十分でない（小さい）と判定した場合（ステップＳ４０４−Ｎｏ）、公開鍵及び秘密鍵の鍵長を２０４８ｂｉｔに決定し（ステップＳ４０５）、一連のステップを終了する。

ステップＳ４０６において、公開鍵及び秘密鍵の鍵長を４０９６ｂｉｔに決定し、一連のステップを終了する。

このように、鍵長決定部３３１は、サービス証明書の使用期間が長いほど長い鍵長となるよう決定する。これにより、端末装置２が運用上、サービス証明書２４２を長期間更新できない場合であっても、更新されるまでの間にサービス証明書の秘密鍵が危殆化（例えば、暗号解読による秘密鍵の漏洩等）される恐れが無くなり、安全な状態を保つことができる。反対に、使用期間が短い端末装置２、すなわち、サービス証明書の更新スパンが短い端末装置２ほど短い鍵長となるよう決定されることにより、端末装置２の計算コストを低減させることが可能となる。

また、鍵長決定部３３１は、端末装置の電池容量（例えば、規定された総バッテリ量、又は現時点の残バッテリ量）が少ないほど、短い鍵長となるよう決定される。これにより、認証処理による計算コストによって電池容量が少ない端末装置の電池が尽きる頻度を低減させることができ、電池交換のための運用コストを抑制することが可能となる。

また、鍵長決定部３３１は、端末装置の計算能力が小さいほど、短い鍵長となるよう決定される。これにより、認証処理による計算コストによって端末装置の全体の処理遅延を抑制することが可能となり、また、端末装置２の電池が尽きる頻度を低減することも可能となる。

なお、鍵長決定部３３１は、使用期間、計算能力及び電池容量を用いて鍵長を決定したが、端末装置２の他の性能を示す指標を用いて鍵長を決定してもよい。例えば、鍵長決定部３３１は、端末装置２に記憶されたサービス証明書を用いた認証頻度（サーバ装置４に対してアクセスする頻度）が多いほど、短い鍵長となるように決定してもよい。また、鍵長決定部３３１は、サーバ装置４の処理負荷の大きさが大きくなるほど、短い鍵長となるように決定してもよい。また、鍵長決定部３３１は、サーバ装置４に接続される端末装置数が多くなるほど、短い鍵長となるように決定してもよい。

上述のとおり、通信システム１は、機器の性能等に応じた適切な長さの鍵長を決定する鍵長決定部３３１を有し、決定された鍵長に応じた公開鍵を含むサービス証明書を生成する。これにより、安全性を担保しつつ、通信機器又はサーバ装置等の負荷を低減させる認証処理が可能となる。

当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。

１ 通信システム、２ 端末装置、２１ 端末通信部、２２ 入力部、２３ 表示部、２４ 端末記憶部、２４１ 初期証明書、２４２ サービス証明書、２４３ 認証局証明書、２５ 端末制御部、２５１ 証明書更新部、２５２ 証明書要求部、２５３ 端末認証処理部、３ 証明書管理装置、３１ 管理通信部、３２ 管理記憶部、３２１ 端末管理テーブル、３２２ 証明書管理テーブル、３３ 管理制御部、３３１ 鍵長決定部、３３２ 証明書管理部、３３３ 管理認証処理部、４ サーバ装置、４１ サーバ通信部、４２ サーバ記憶部、４２１ サーバ証明書、４２２ 認証局証明書、４３ サーバ制御部、４３１ サーバ認証処理部、５ ネットワーク、６ 認証局。

Claims (6)

1. サービス証明書を用いてネットワークを介した所定のサービスの提供を受ける端末装置、及び、前記サービス証明書を前記端末装置に提供する証明書管理装置を有する通信システムであって、
   前記端末装置における前記サービス証明書の使用期間、前記端末装置の装置仕様、又は、前記端末装置の認証頻度に応じて、前記サービス証明書に対応する鍵の鍵長を決定する鍵長決定部を有し、
   前記端末装置は、
   前記サービス証明書を記憶する端末記憶部と、
   前記端末記憶部に記憶された前記サービス証明書の再発行要求を前記証明書管理装置に送信する証明書要求部と、
   前記証明書管理装置から受信した新たなサービス証明書によって前記端末記憶部の記憶内容を更新する証明書更新部と、を有し、
   前記証明書管理装置は、
   前記端末装置から前記再発行要求を受信した場合に、前記鍵長決定部が決定した鍵長の鍵に対応する前記新たなサービス証明書を前記端末装置に送信する証明書管理部を有する
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記証明書管理装置は、複数種類の前記鍵長の前記鍵のそれぞれに対応する複数種類のサービス証明書を予め記憶する管理記憶部を更に有し、
   前記証明書管理部は、前記端末装置から前記再発行要求を受信した場合、前記再発行要求を送信した前記端末装置について決定された前記鍵長の前記鍵に対応する前記新たなサービス証明書を、前記管理記憶部から読み出して前記端末装置に送信する、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記証明書管理部は、前記端末装置から前記再発行要求を受信した場合、前記再発行要求を送信した前記端末装置について決定された前記鍵長の公開鍵を生成して認証局に送信し、前記公開鍵を含む前記新たなサービス証明書を、前記認証局から受信して前記端末装置に送信する、請求項１に記載の通信システム。
4. 前記端末装置は、
   前記新たなサービス証明書に対応する前記鍵の鍵長以上からなる鍵長の鍵に対応する初期証明書を前記端末記憶部に更に記憶し、
   前記初期証明書を用いて前記端末装置を認証した前記証明書管理装置との間の暗号化通信が確立した後に、前記証明書管理装置に前記サービス証明書の発行要求を送信する証明書要求部を更に備え、
   前記証明書管理部は、前記端末装置から前記発行要求を受信した場合、当該発行要求を送信した前記端末装置について決定された前記鍵長の前記鍵に対応する前記サービス証明書を前記端末装置に送信する、請求項２に記載の通信システム。
5. 前記鍵長決定部は、前記端末装置の計算能力が小さいほど、又は前記端末装置の電池容量若しくは電池容量が少ないほど、前記鍵長が短くなるように決定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の通信システム。
6. 証明書管理装置からサービス証明書の提供を受けるとともに、前記サービス証明書を用いてネットワークを介した所定のサービスの提供を受ける端末装置であって、
   前記サービス証明書を記憶する端末記憶部と、
   前記端末装置における前記サービス証明書の使用期間、前記端末装置の装置仕様、又は、前記端末装置の認証頻度に応じて、前記サービス証明書に対応する鍵の鍵長を決定する鍵長決定部と、
   前記端末記憶部に記憶された前記サービス証明書の再発行要求を、前記決定された鍵長とともに前記証明書管理装置に送信する証明書要求部と、前記証明書管理装置から受信した、前記決定された鍵長の鍵に対応する新たなサービス証明書によって前記端末記憶部の記憶内容を更新する証明書更新部と、
   を備えることを特徴とする端末装置。

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