JP6734802B2 - デバイスおよびデバイス認証システム - Google Patents

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本発明は、簡便かつセキュアに認証してペアリングする機能を実現するデバイスおよびデバイス認証システムに関する。
近年、情報端末によるデバイスの遠隔操作を可能にするため、サーバを介して互いに通信することによって連携して機能する情報端末とデバイスが普及しつつある。サーバは、情報端末とデバイスとを連携して機能させるために、情報端末とデバイスとのペアリングを管理する。
特許文献１のサーモスタット管理システムは、サーモスタットとサーモスタット管理アカウント（でログインしている情報端末）の両方が、サーバからは同一のグローバルネットワークアドレスとして見える場合に、サーバが同一のプライベートネットワークに属しているものと判断し、サーモスタットはサーバから発行されたパスコードを表示し、管理アカウントからパスコードによってサーバに送信することで、サーバがサーモスタットを認証して管理アカウントとのペアリングを行う。
特表２０１５−５０１４８２号公報
しかし、特許文献１のサーモスタット管理システムでは、ペアリングを行うときにデバイス（特許文献１ではサーモスタット）と管理アカウントの情報端末の両方が同一のプライベートネットワークに属している必要がある。このため、例えばデバイスないし情報端末がＬＴＥ等の通信回線によって直接グローバルネットワークに接続している場合や、それぞれが異なるプライベートネットワークに接続している場合に、パスコード認証によるペアリングができない。
一方、デバイスの識別については、特許文献１では、サーバからパスコードをデバイスに発行することで、サーバはグローバルネットワークアドレスとパスコードの組み合わせでデバイスを識別することを可能としている。ここで、グローバルネットワークアドレスによる識別を不要とした場合、悪意あるユーザが総当たり攻撃によってグローバルネットワーク上の、すなわち世界中のデバイスと無作為にペアリングを試行できてしまうというリスクが発生する。また、デバイス側にボタンを設けてペアリングを許可する際に押すという形態も可能だが、その場合は不正なペアリング要求に対してユーザが意図せずにボタンを押してしまうリスクがあり、好ましくない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、情報端末とデバイスが各々異なるプライベートネットワークや直接グローバルネットワークに接続している場合においても簡便かつセキュアに認証してペアリングする機能を実現するデバイスおよびデバイス認証システムを提供することを目的とする。
（１）上記の目的を達成するため、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明のデバイスは、認証管理サーバと１以上の情報端末およびデバイスによって構成され、前記認証管理サーバによって、前記情報端末と前記デバイスのペアリングを管理して、前記情報端末と前記デバイスの通信を中継するデバイス認証システムに適用されるデバイスであって、少なくとも前記認証管理サーバから取得したパスコードおよびデバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報を用いて認証情報を生成する認証情報生成部と、前記認証管理サーバを経由しないで前記情報端末に前記認証情報を受信させ、または読み取らせるため、近距離無線通信を用いて送信し、または前記認証情報を画像として符号化し表示する認証情報送信部と、前記情報端末から前記認証管理サーバ経由でペアリング要求を受信したときに、前記認証情報の基となった情報の少なくとも一部を用いて前記ペアリング要求の正当性を検証し、結果をペアリング判定として前記認証管理サーバ経由で前記情報端末に通知するペアリング要求判定部と、を備える。
このように、デバイスの認証情報送信部と情報端末の認証情報受信部によって認証情報の通知を直接行うことで、パスコードを長くしてもペアリング時のユーザの操作性を損なわなくなる。これにより、サーバがペアリング待機中のデバイスをパスコードだけでも識別できるようになり、情報端末とデバイスのグローバルネットワークアドレスを用いずにペアリングが可能となる。また、認証情報の通知を直接行うことで、デバイス自身が生成した情報が情報端末のみに通知され、情報端末の総当たり攻撃による不正なペアリングがされにくくなる。なお、近距離無線通信とは、ＮＦＣ（Near field communication）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の数ｃｍから数ｍ程度の通信距離を有する無線通信である。この場合、デバイスから情報端末への一方向のみ情報が伝えられれば十分である。また、認証情報を画像として符号化し表示するとは、認証情報を、ＱＲコード（登録商標）等の２次元コードやバーコード等の１次元コードにより表示することである。
（２）また、本発明のデバイスにおいて、前記認証情報生成部は、デバイス秘密鍵とデバイス公開鍵の鍵ペアを生成し、前記デバイス公開鍵を含めた前記認証情報を生成し、前記ペアリング要求判定部は、少なくとも前記デバイス秘密鍵を用いて前記ペアリング要求の正当性を検証する。
このように、鍵ペア生成に基づく正当性判定を利用することで、グローバルネットワークアドレスを用いずにデバイス側で不正なペアリング要求を判定できるようになる。これにより、情報端末がペアリングできるデバイスを同一プライベートワーク内に限定しなくても、情報端末の総当たり攻撃による不正なペアリングを防止できる。また、鍵生成およびペアリング要求の正当性の検証をデバイス側で行うことにより、認証管理サーバの処理量を低減できる。
（３）また、本発明のデバイスにおいて、前記ペアリング要求は、少なくとも一部の情報が前記情報端末によって前記デバイス公開鍵を用いて暗号化され、前記ペアリング要求判定部は、前記デバイス秘密鍵を用いて復号し自己の有する情報と照会することにより前記ペアリング要求の正当性を検証する。
これにより、鍵ペア生成に基づく正当性判定を具体的に行うことができる。また、認証管理サーバと情報端末または認証管理サーバとデバイスとの通信において、ペアリング要求の少なくとも一部の情報の秘匿性を高めることができる。
（４）また、本発明のデバイスにおいて、前記ペアリング要求は、前記デバイス公開鍵と前記情報端末により生成された情報端末秘密鍵を用いて生成された共通鍵を用いて暗号化された情報と情報端末公開鍵とを含み、前記ペアリング要求判定部は、前記デバイス秘密鍵と前記情報端末公開鍵を用いて前記共通鍵を生成し、前記共通鍵を用いて暗号化された情報を復号し自己の有する情報と照会することにより前記ペアリング要求の正当性を検証する。
これにより、鍵ペア生成に基づく正当性判定を具体的に行うことができる。また、認証管理サーバと情報端末または認証管理サーバとデバイスとの通信において、ペアリング要求の少なくとも一部の情報の秘匿性を更に高めることができる。
（５）また、本発明のデバイスにおいて、前記認証情報生成部は、認証情報を生成する情報として前記認証管理サーバにより付与されたデバイスの識別子の文字列、乱数から生成されるランダム文字列、またはこれらの組み合わせを用いる。
このように認証情報を生成する情報としてデバイスの識別子の文字列やランダム文字列を用いることで、情報端末の総当たり攻撃による不正なペアリングを防止する効果を高めることができる。
（６）また、本発明のデバイス認証システムは、認証管理サーバと１以上の情報端末およびデバイスによって構成され、前記認証管理サーバによって、前記情報端末と前記デバイスのペアリングを管理して、前記情報端末と前記デバイスの通信を中継するデバイス認証システムであって、前記デバイスは、（３）記載のデバイスであり、前記認証管理サーバは、パスコードを生成し前記デバイスに通知するパスコード生成部と、前記情報端末からペアリング要求を受信すると、前記パスコードからデバイスを検索して当該デバイスに前記ペアリング要求を転送するペアリング要求転送部を備え、前記情報端末は、前記認証管理サーバを経由しないで前記デバイスの認証情報送信部から前記認証情報を受信し、または読み取る認証情報受信部と、少なくとも前記認証情報に含まれる情報をデバイス公開鍵によって暗号化することによって認証トークンを生成し、少なくとも前記認証情報に含まれる前記パスコード、および前記認証トークンを含む前記ペアリング要求を前記認証管理サーバに送信するペアリング要求生成部と、を備える。
このように、鍵ペア生成に基づく正当性判定を利用することで、グローバルネットワークアドレスを用いずにデバイス側で不正なペアリング要求を判定できるようになる。これにより、情報端末がペアリングできるデバイスを同一プライベートワーク内に限定しなくても、情報端末の総当たり攻撃による不正なペアリングを防止できる。また、鍵生成およびペアリング要求の正当性の検証をデバイス側で行うことにより、認証管理サーバの処理量を低減できる。また、認証管理サーバと情報端末または認証管理サーバとデバイスとの通信において、ペアリング要求の少なくとも一部の情報の秘匿性を高めることができる。
（７）また、本発明のデバイス認証システムは、認証管理サーバと１以上の情報端末およびデバイスによって構成され、前記認証管理サーバによって、前記情報端末と前記デバイスのペアリングを管理して、前記情報端末と前記デバイスの通信を中継するデバイス認証システムであって、前記デバイスは、（４）記載のデバイスであり、前記認証管理サーバは、パスコードを生成し前記デバイスに通知するパスコード生成部と、前記情報端末からペアリング要求を受信すると、前記パスコードからデバイスを検索して当該デバイスに前記ペアリング要求を転送するペアリング要求転送部を備え、前記情報端末は、前記認証管理サーバを経由しないで前記デバイスの認証情報送信部から前記認証情報を受信し、または読み取る認証情報受信部と、情報端末秘密鍵と情報端末公開鍵の鍵ペアを生成し、少なくとも前記認証情報に含まれる情報をデバイス公開鍵と情報端末秘密鍵を用いて生成した共通鍵を用いて暗号化することによって認証トークンを生成し、少なくとも前記認証情報に含まれる前記パスコード、前記認証トークン、および前記情報端末公開鍵を含む前記ペアリング要求を前記認証管理サーバに送信するペアリング要求生成部と、を備える。
このように、鍵ペア生成に基づく正当性判定を利用することで、グローバルネットワークアドレスを用いずにデバイス側で不正なペアリング要求を判定できるようになる。これにより、情報端末がペアリングできるデバイスを同一プライベートワーク内に限定しなくても、情報端末の総当たり攻撃による不正なペアリングを防止できる。また、鍵生成およびペアリング要求の正当性の検証をデバイス側および情報端末側で行うことにより、認証管理サーバの処理量を低減できる。また、認証管理サーバと情報端末または認証管理サーバとデバイスとの通信において、ペアリング要求の少なくとも一部の情報の秘匿性を更に高めることができる。
（８）また、本発明のデバイス認証システムにおいて、前記情報端末は、ペアリング判定に含まれるデバイス署名をデバイス公開鍵と確認コードにより検証するペアリング判定受信部を更に備え、前記ペアリング要求生成部は、前記デバイスに知られていない情報を用いて確認コードを生成し、前記確認コードを含むペアリング要求を生成し、前記ペアリング要求判定部は、前記ペアリング要求の正当性が確かめられたときに、少なくとも前記デバイス秘密鍵と確認コードを用いてデバイス署名を生成し、前記ペアリング判定に含めて前記情報端末に通知する。
このように、ペアリング要求生成部、ペアリング要求判定部による署名の生成と検証をすることで、悪意あるデバイスによるなりすましを防止できる。
（９）また、本発明のデバイス認証システムにおいて、前記ペアリング要求生成部は、確認コードを生成する情報として前記認証管理サーバにより付与されたユーザの識別子および／または情報端末の識別子の文字列、乱数から生成されるランダム文字列、またはこれらの組み合わせを用いる。
このように、確認コードを生成する情報としてユーザの識別子および／または情報端末の識別子の文字列やランダム文字列を用いることで、悪意あるデバイスによるなりすましを防止する効果を高めることができる。
（１０）また、本発明のデバイス認証システムは、認証管理サーバと１以上の情報端末およびデバイスによって構成され、前記認証管理サーバによって、前記情報端末と前記デバイスのペアリングを管理して、前記情報端末と前記デバイスの通信を中継するデバイス認証システムであって、前記認証管理サーバは、パスコードを生成し前記デバイスに通知するパスコード生成部と、デバイス秘密鍵とデバイス公開鍵の鍵ペアを生成し、前記デバイスに通知するデバイス鍵生成部と、前記情報端末からペアリング要求を受信すると、前記パスコードからデバイスを検索して当該デバイスに前記ペアリング要求を転送するペアリング要求転送部と、を備え、前記デバイスは、少なくとも前記認証管理サーバから取得した前記パスコード、前記デバイス公開鍵、およびデバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報を用いて認証情報を生成する認証情報生成部と、前記認証管理サーバを経由しないで前記情報端末に前記認証情報を受信させ、または読み取らせるため、近距離無線通信を用いて送信し、または前記認証情報を画像として符号化し表示する認証情報送信部と、前記情報端末から前記認証管理サーバ経由で前記ペアリング要求を受信したときに、少なくとも前記デバイス秘密鍵を用いて前記ペアリング要求の正当性を検証し、結果をペアリング判定として前記認証管理サーバ経由で前記情報端末に通知するペアリング要求判定部と、を備え、前記情報端末は、前記認証管理サーバを経由しないで前記デバイスの認証情報送信部から前記認証情報を受信し、または読み取る認証情報受信部と、少なくとも前記認証情報に含まれる情報を、前記デバイス公開鍵を用いた暗号化によって認証トークンを生成し、少なくとも前記認証情報に含まれる前記パスコード、および前記認証トークンを含む前記ペアリング要求を前記認証管理サーバに送信するペアリング要求生成部と、を備える。
このように、鍵ペア生成を認証管理サーバで行うことにより、鍵生成ができないデバイスであっても鍵ペア生成に基づく正当性判定を利用することができる。
本発明によれば、情報端末とデバイスが各々異なるプライベートネットワークや直接グローバルネットワークに接続している場合においても簡便かつセキュアに認証してペアリングすることができる。
デバイスおよびデバイス認証システムの利用構成を示す概念図である。 第１の実施形態に係るデバイスおよびデバイス認証システムの構成の一例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係るデバイスおよびデバイス認証システムの構成の一例を示すブロック図である。 パスコード発行要求から認証情報表示／送信までの動作を示すフローチャートである。 認証情報受信からペアリング要求受信までの動作を示すフローチャートである。 ペアリング要求判定からペアリング判定受信までの動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るデバイス認証システムの認証情報受信からペアリング要求受信までの動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るデバイス認証システムのペアリング要求判定からペアリング確認受信までの動作を示すフローチャートである。
（デバイスおよびデバイス認証システムの利用構成）
本発明が想定するデバイスおよびデバイス認証システムの利用構成の一例を図１に示す。本発明が想定するデバイスおよびデバイス認証システムは、少なくともデバイスから情報端末にペアリング認証時に必要な認証情報を通知する際、２次元コードや近距離無線通信（ＮＦＣ）等を用いることで、デバイスと近接した情報端末のみに通知されるように構成される。このようにすることで、認証情報が漏洩するリスクを低減し、セキュアな認証が実現できる。
［第１の実施形態］
（デバイスおよびデバイス認証システムの構成）
図２は、本実施形態に係るデバイスおよびデバイス認証システムの構成の一例を示すブロック図である。デバイス認証システム１０は、デバイス１００、認証管理サーバ２００、および情報端末３００から構成されている。デバイス１００は、パスコード要求部１１０、認証情報生成部１２０、認証情報送信部１３０、ペアリング要求判定部１４０、およびデバイス機能通信部１５０を備える。
パスコード要求部１１０は、認証管理サーバ２００のパスコード生成部２２０にパスコードの発行を要求し、発行されたパスコードを受信する。パスコードの発行の要求は、デバイス１００が認証管理サーバ２００に接続した際に１回のみ行ってもよいが、一定時間毎にまたはユーザの操作によって再発行の要求を行い、その都度新たなパスコードが生成されるようにしてもよい。また、ペアリングの認証作業をするときのみ、一定時間有効なパスコードが生成されるようにしてもよい。このようにすると、不正なペアリング要求の発生リスクを更に低減できる。また、パスコード要求部１１０がパスコードを生成し、認証管理サーバ２００に送信し、認証管理サーバ２００が確認をして、確認結果をパスコード要求部１１０に通知するようにしてもよい。その場合、認証管理サーバ２００は、他のデバイスのパスコードや以前に使用されたパスコードと重複していないか確認し、重複していなければ登録する。また、パスコード要求部１１０は、登録された通知を受け取るまでリトライする。
認証情報生成部１２０は、認証管理サーバ２００から取得したパスコードおよびデバイス自身が生成し情報端末３００のみに通知される情報を用いて認証情報を生成する。デバイス１００自身が生成し情報端末３００のみに通知される情報には、乱数やデバイスの識別子（認証管理サーバ２００に割り当てられたデバイス１００を一意に識別する情報）と乱数の組み合わせ等を用いて生成された識別トークンを用いることができる。また、認証情報生成部１２０は、鍵ペア（デバイス秘密鍵、デバイス公開鍵）を生成し、パスコード、識別トークン、およびデバイス公開鍵から認証情報を生成する構成にしてもよい。このようにすることで、認証情報が通知された情報端末３００によりデバイス公開鍵を用いた暗号化ができるため、更にセキュアなペアリング要求が可能になる。デバイス１００自身が生成し情報端末３００のみに通知される情報および鍵ペアは、一定時間毎にまたはユーザの操作によって更新してもよい。また、ペアリングの認証作業をするときのみ、一定時間有効な情報や鍵ペアが生成されるようにしてもよい。このようにすると、不正なペアリング要求の発生リスクを更に低減できる。
認証情報送信部１３０は、認証情報を情報端末３００の認証情報受信部３１０が読み取れる形態で表示し、または送信する。例えば、２次元コード、近距離無線通信（ＮＦＣ）等を用いることができる。認証情報の通知をデバイス１００に近接した情報端末３００に限ることで、認証情報が漏洩するリスクを低減し、セキュアな認証が実現できる。
ペアリング要求判定部１４０は、認証管理サーバ２００のペアリング要求転送部２３０からペアリング要求を受信し、正しいペアリング要求かどうかを判定して、ペアリング判定をペアリング判定登録部２５０に通知する。鍵ペアを生成する構成の場合は、デバイス秘密鍵を用いて正しいペアリング要求かどうかを判定する。特に、情報端末３００により、デバイス公開鍵を用いて暗号化される場合は、デバイス秘密鍵を用いて復号し、自己の有する情報と照会することにより正しいペアリング要求かどうかを判定する。また、デバイス公開鍵と情報端末秘密鍵を用いて共通鍵を生成したうえで、情報端末３００により、共通鍵を用いて暗号化される場合は、デバイス秘密鍵と情報端末公開鍵を用いて共通鍵を生成し、共通鍵を用いて復号し、自己の有する情報と照会することにより正しいペアリング要求かどうかを判定する。
デバイス機能通信部１５０は、ペアリング成立後、認証管理サーバ２００を経由してペアリングが成立した情報端末３００と通信を行う。デバイス機能通信部１５０は、認証管理サーバ２００の機能通信転送部２５０に、ユーザの識別子（認証管理サーバ２００に割り当てられたユーザを一意に識別する情報）および／または情報端末の識別子（認証管理サーバ２００に割り当てられた情報端末３００を一意に識別する情報）と機能データを送信することにより、情報端末３００と通信を行う。ユーザの識別子および／または情報端末の識別子は、ペアリング要求と共に認証管理サーバ２００から伝えられてもよいが、ペアリング成立後に伝えられてもよい。ペアリング成立後に伝えられるようにすることで、悪意あるデバイスによる攻撃を低減できる。
認証管理サーバ２００は、端末管理部２１０、パスコード生成部２２０、ペアリング要求転送部２３０、ペアリング判定登録部２４０、および機能通信転送部２５０を備える。端末管理部２１０は、情報端末３００からログインするユーザの識別子および／または情報端末の識別子とデバイスの識別子を管理し、デバイス１００とペアリング先のユーザおよび／または情報端末３００、およびデバイス１００とパスコードの対応関係を記憶する。
パスコード生成部２２０は、デバイス１００を一意に特定するためのパスコードを生成し、端末管理部２１０に登録した上で、パスコード要求部１１０にパスコードを発行する。パスコードの発行は、デバイス１００が認証管理サーバ２００に接続した際に１回のみ行ってもよいが、一定時間毎にまたはユーザの操作によって再発行の要求がある毎に、その都度新たなパスコードが生成されるようにしてもよい。また、ペアリングの認証作業をするときのみ、一定時間有効なパスコードが生成されるようにしてもよい。このようにすると、不正なペアリング要求の発生リスクを更に低減できる。
ペアリング要求転送部２３０は、情報端末３００のペアリング要求生成部３２０から受信したペアリング要求に基づいて、ペアリング要求に含まれるパスコードに対応するデバイス１００のペアリング要求判定部１４０にペアリング要求を転送する。
ペアリング判定登録部２４０は、デバイス１００のペアリング要求判定部１４０によるペアリング判定を受信し、ペアリング成立時には端末管理部２１０に対応関係を登録した上で、情報端末３００のペアリング判定受信部３３０にペアリング判定およびデバイスの識別子を通知する。また、ペアリング不成立時には、ペアリング判定受信部３３０にペアリング判定のみを通知する。ペアリングが成立するまでの間、情報端末３００はデバイスの識別子を認証管理サーバ２００から通知されることはなく、デバイス１００をパスコードでしか指定できない。これにより、ペアリングが成立した情報端末３００以外に対してデバイスの識別子を隠蔽することが可能になる。これに対し、デバイス１００は情報端末３００からのペアリング要求に対する応答としてペアリング判定を送信でき、この時点でデバイス１００にユーザの識別子および／または情報端末の識別子が通知されている。ユーザの識別子および／または情報端末の識別子をペアリング成立まで隠蔽するためには、例えば、ペアリング要求に要求ＩＤを付与して認証管理サーバ２００でユーザおよび／または情報端末３００との対応づけを行い、ペアリング成立後に認証管理サーバ２００からデバイス１００にユーザの識別子および／または情報端末の識別子を通知する、等の方法が可能である。
機能通信転送部２５０は、ペアリングが成立しているデバイス１００と情報端末３００の通信を中継する。機能通信転送部２５０は、情報端末３００の情報端末機能通信部３４０またはデバイス１００のデバイス機能通信部１５０から機能データと相手識別子の送信があったときは、ペアリング登録状態を端末管理部２１０に照会し、ペアリング登録状態および相手識別子の確認が取れればペアリングの相手に機能データを転送する。
情報端末３００は、認証情報受信部３１０、ペアリング要求生成部３２０、ペアリング判定受信部３３０、および情報端末機能通信部３４０を備える。認証情報受信部３１０は、認証情報をデバイス１００の認証情報送信部１３０から読み取り、または受信する。例えば、カメラ機能によるバーコードリーダ、近距離無線通信（ＮＦＣ）等を用いることができる。
ペアリング要求生成部３２０は、認証情報に含まれるパスコードおよびデバイス１００自身が生成し情報端末３００のみに通知される情報（例えば、識別トークン）に基づいてペアリング要求を生成し、認証管理サーバ２００のペアリング要求転送部２３０に送信する。認証情報にデバイス公開鍵が含まれる場合、ペアリング要求生成部３２０は、認証情報に含まれるパスコードおよびデバイス１００自身が生成し情報端末３００のみに通知される情報に基づいて、デバイス公開鍵を用いて少なくとも一部を暗号化し、ペアリング要求を生成し、ペアリング要求転送部２３０に送信する。また、ペアリング要求生成部３２０は、情報端末秘密鍵と情報端末公開鍵の鍵ペアを生成し、デバイス公開鍵と情報端末秘密鍵を用いて共通鍵を生成したうえで、認証情報に含まれるパスコードおよびデバイス１００自身が生成し情報端末３００のみに通知される情報に基づいて、共通鍵を用いて少なくとも一部を暗号化し、ペアリング要求を生成し、ペアリング要求転送部２３０に送信することもできる。このようにすることで、認証管理サーバ２００とデバイス１００または情報端末３００との間の通信経路に盗聴等のリスクがある場合でも、ペアリング要求の少なくとも一部の情報を秘匿できる。
ペアリング判定受信部３３０は、認証管理サーバ２００のペアリング判定登録部２４０からペアリング判定を受信する。また、ペアリング成立時には、デバイスの識別子もあわせて受信する。これにより、情報端末３００は、ペアリング成立時のみデバイスの識別子を知ることができる。
情報端末機能通信部３４０は、ペアリング成立後、認証管理サーバ２００を経由してペアリングが成立したデバイス１００と通信を行う。情報端末機能通信部２５０は、認証管理サーバ２００の機能通信転送部２５０に、デバイスの識別子と機能データを送信することにより、デバイス１００と通信を行う。
（デバイスおよびデバイス認証システムの動作）
次に、デバイスおよびデバイス認証システムの動作について説明する。前提として、情報端末はユーザのアカウントで認証管理サーバにログインし、ユーザおよび／または情報端末とデバイスはそれぞれ認証管理サーバに登録して識別子を割り当てられている。なお、以下の説明では、認証情報生成部が、鍵ペア（デバイス秘密鍵、デバイス公開鍵）を生成し、パスコード、識別トークン、およびデバイス公開鍵から認証情報を生成する構成の動作について説明するが、鍵ペアを生成しない構成のときは、鍵ペアの生成、暗号化および復号の動作が無いだけで、その他の動作は同様である。
図４は、パスコード発行要求から認証情報表示／送信までの動作を示すフローチャートである。まず、デバイスは、認証管理サーバにパスコード発行要求を送信する（ステップＳ１）。次に、認証管理サーバは、パスコードを生成し、デバイスにパスコードの発行をする（ステップＳ２）。次に、デバイスは、認証情報を生成する（ステップＳ３）。認証情報生成部が生成する情報の一例は、以下のようなものである。なお、以下に示す種々の情報は一例であり、必ずしもこのような情報をすべて含むことを意味せず、また、以下に示した情報以外の情報を含むこともある。また、暗号、符号化等の技術も一例である。
ａ．鍵ペア生成（デバイス秘密鍵Kpriv(D)、デバイス公開鍵Kpub(D)）：ＲＳＡ鍵ペア、楕円曲線暗号鍵ペア、等
ｂ．識別トークン（TD）生成：乱数、デバイスの識別子と乱数の組み合わせ、等
ｃ．TDとパスコードP、Kpub(D)を符号化して認証情報として生成：ＣＳＶ、ＸＭＬ、ＪＳＯＮ等の形式、Kpub(D)の符号化は１６進数の文字列表現、ＵＲＬセーフＢａｓｅ６４、等
情報端末がウェブブラウザの場合は、認証管理サーバのホスト名とパス、認証情報を組み合わせたＵＲＬとして符号化してもよい。
次に、デバイスは、認証情報を表示または送信する（ステップＳ４）。デバイスの認証情報表示／送信は、例えば、２次元コード表示（図１（ａ））、ＮＦＣ待受（図１（ｂ））等の機能を用いて行われる。そして、デバイスは、ペアリング要求が送信されるまで待機する。なお、パスコード発行要求や認証情報表示／送信は、ユーザの操作によって行うようにしてもよい。
図５は、認証情報受信からペアリング要求受信までの動作を示すフローチャートである。デバイスの認証情報表示／送信後、情報端末は、認証情報を受信する（ステップＴ１）。認証情報受信は、例えば、バーコードリーダ（図１（ａ））、ＮＦＣ受信（図１（ｂ））、等の機能を用いて行われる。次に、情報端末はペアリング要求を生成し、認証管理サーバに送信する（ステップＴ２）。ペアリング要求の生成は以下の例のように行われる。
ａ．認証トークンAU生成：
識別トークン（あるいはパスコードとの組み合わせ）をKpub(D)で暗号化
（ｉ）ＲＳＡ暗号化の場合、Kpub(D)を鍵として識別トークンTDを暗号化
AU = Encrypt_RSA(TD, Kpub(D))
（ｉｉ）Diffie-Hellman (DH)ないし楕円曲線DH (ECDH)による鍵共有を用いる場合：
ＲＳＡまたは楕円曲線暗号の鍵ペア(Kpriv(U), Kpub(U))を生成し、Kpub(D), Kpriv(U)から共通鍵Ksecを生成、このKsecで識別トークンTDをAES等の共通鍵暗号方式で暗号化
Ksec = DH(Kpub(D), Kpriv(U)) (RSAの場合)
Ksec = ECDH(Kpub(D), Kpriv(U)) (楕円曲線暗号の場合)
AU = Encrypt_AES(TD, Ksec)
DHの手順では、Kpub(D)とKpriv(U)またはKpub(U)とKpriv(D)の、どちらの組み合わせでも同一のKsecを生成可能である。
共通鍵の推測をより困難にするために、共通鍵生成時にパディングやハッシュ関数等を組み合わせた関数Fを併用するのが望ましい。
Ksec = F(DH(Kpub(D), Kpriv(U))) (RSAの場合)
Ksec = F(ECDH(Kpub(D), Kpriv(U))) (楕円曲線暗号の場合)
ｂ．ペアリング要求生成：
パスコードと認証トークンの組み合わせをペアリング要求として符号化（ＣＳＶ、ＸＭＬ、ＪＳＯＮ等）する。（ａ．（ｉｉ）の手順（DH）の場合は、Kpub(U)もペアリング要求に添付する。）
次に、認証管理サーバは、受信したペアリング要求に含まれるパスコードに対応するデバイスの識別子を端末管理部に照会し、該当するデバイスにペアリング要求を転送する（ステップＴ３）。そして、デバイスは、認証管理サーバから転送されたペアリング要求を受信する（ステップＴ４）。
図６は、ペアリング要求判定からペアリング判定受信までの動作を示すフローチャートである。デバイスは、ペアリング要求受信後、ペアリング要求判定を行う（ステップＵ１）。ペアリング要求判定は、以下のようにして行う。
ａ．Kpriv(D)を用いて認証トークンAUが正しいものであるかどうかを検証する。
（ｉ）ＲＳＡ暗号化の場合、識別トークンをKpriv(D)で復号したものTD'が、TDと一致するかどうかを判定
TD' = Decrypt_RSA(AU, Kpriv(D))
（ｉｉ）DHの場合、鍵共有に用いる秘密鍵と公開鍵の組み合わせをKpub(U), Kpriv(D)とした上で、上記と同じ手順で得られる共通鍵によって復号したものTD'が、TDと一致するどうかを判定
Ksec' = DH(Kpub(U), Kpriv(D)) (RSAの場合)
Ksec' = ECDH(Kpub(U), Kpriv(D)) (楕円曲線暗号の場合)
TD' = Decrypt_AES(AU, Ksec')
上記手順で、共通鍵生成時にパディングやハッシュ関数等を組み合わせた関数Fを使用した場合は、
Ksec' = F(DH(Kpub(U), Kpriv(D))) (RSAの場合)
Ksec' = F(ECDH(Kpub(U), Kpriv(D))) (楕円曲線暗号の場合)
ｂ．検証の結果、正しければペアリング成立、間違っていればペアリング不成立としてペアリング判定を生成する。
ペアリング成立であった場合、デバイスは、認証管理サーバにペアリング判定を送信し（ステップＵ２）、認証管理サーバは、デバイスとユーザおよび／または情報端末のペアリングを登録し（ステップＵ４）、認証管理サーバは、情報端末にペアリング判定およびデバイスの識別子を送信する（ステップＵ５）。また、ペアリング不成立であった場合、デバイスは、認証管理サーバにペアリング判定を送信し（ステップＵ３）、認証管理サーバは、情報端末にペアリング判定のみを送信する（ステップＵ５）。そして、情報端末は、ペアリング判定およびデバイスの識別子、またはペアリング判定のみを受信する（ステップＵ６）。
ペアリング成立後、デバイスのデバイス機能通信部または情報端末の情報端末機能通信部は、認証管理サーバの機能通信転送部に相手の識別子と機能データを送信する。機能通信転送部はペアリング登録状態を端末管理部に照会し、確認が取れれば相手に機能データを転送する。
［第２の実施形態］
（デバイスおよびデバイス認証システムの構成）
図３は、本実施形態に係るデバイス１００およびデバイス認証システム１０の構成の一例を示すブロック図である。第１の実施形態では、デバイス１００からのペアリング判定は、真正なデバイスからのものと見なして真正性の判定をしていなかったが、本実施形態では、悪意あるデバイスによる攻撃によってデバイス１００のなりすましが発生した場合に、不正なデバイスであるものと情報端末３００側で判定できるようにする。真正なデバイス１００のKpriv(D)は通信で送受信されないため、デバイス１００において耐タンパー性が確保されておりKpriv(D)が漏洩しないものとする。デバイス認証システム１０の構成、および、デバイス１００、認証管理サーバ２００、情報端末３００の構成は第１の実施形態と同様である。
（デバイスおよびデバイス認証システムの動作）
動作の前提と、パスコード発行要求から認証情報表示／送信までの動作は、第１の実施形態と同様である。図７は、本実施形態に係るデバイス認証システムの認証情報受信からペアリング要求受信までの動作を示すフローチャートである。デバイスの認証情報表示／送信後、情報端末は、認証情報を受信する（ステップＶ１）。認証情報受信は、第１の実施形態と同様に、例えば、バーコードリーダ（図１（ａ））、ＮＦＣ受信（図１（ｂ））、等の機能を用いて行われる。
次に、情報端末はペアリング要求および確認コードを生成し、認証管理サーバに送信する（ステップＶ２）。ペアリング要求は、第１の実施形態と同様である。確認コードCUは、ユーザの識別子および／または情報端末の識別子、乱数等、あるいはそれらの組み合わせを用いて生成し、ペアリング要求に添付する。確認コードCUの基となる情報は、デバイスに知られていない情報であればよく、上記の例に限られない。次に、認証管理サーバは、受信したペアリング要求に含まれるパスコードに対応するデバイスの識別子を端末管理部に照会し、該当するデバイスにペアリング要求を転送する（ステップＶ３）。そして、デバイスは、認証管理サーバから転送されたペアリング要求を受信する（ステップＶ４）。
図８は、本実施形態に係るデバイス認証システムのペアリング要求判定からペアリング確認受信までの動作を示すフローチャートである。デバイスは、ペアリング要求受信後、ペアリング要求判定を行う（ステップＷ１）。ペアリング要求判定は、第１の実施形態と同様である。次に、ペアリング成立であった場合（ステップＷ２）、デバイスは、確認コードを元にKpriv(D)を用いて署名SDを生成し、ペアリング判定結果に添付して認証管理サーバに送信する（ステップＷ３）。ＲＳＡ鍵の場合はRSASSA-PKCS1-v1_5 (RFC3447) が、楕円曲線暗号の場合はECDSA (ANSI X9.62)、等が利用可能である。また、署名の符号化方式としてはJSON Web Token (RFC7519)等が利用可能である。一方、ペアリング不成立であった場合、デバイスは、認証管理サーバにペアリング判定を送信する（ステップＷ４）。
認証管理サーバは、ペアリング成立であった場合でも、この段階ではまだペアリング登録を行わず、デバイスの署名が添付されたペアリング判定を情報端末に転送する（ステップＷ５）。また、ペアリング不成立であった場合は、ペアリング判定を情報端末に転送する（ステップＷ５）。情報端末は、ペアリング判定を受信し（ステップＷ６）、ペアリング不成立であった場合は、終了する。一方、ペアリング成立であった場合は、デバイスの署名SDを確認コードCUおよびデバイス公開鍵Kpub(D)によって検証し（ステップＷ７）、正しければ受理（ステップＷ８）、間違っていれば拒否（ステップＷ９）として、ペアリング確認を認証管理サーバに通知する。
認証管理サーバは、ペアリング確認の内容が受理であればペアリング登録を行い（ステップＷ１０）、デバイスにペアリング確認とユーザの識別子および／または情報端末の識別子を転送する（ステップＷ１１）。ペアリング確認の内容が拒否であれば、デバイスにペアリング確認のみを転送する（ステップＷ１１）。そして、デバイスは、ペアリング確認とユーザの識別子および／または情報端末の識別子、またはペアリング確認のみを受信し（ステップＷ１２）、終了する。
［第３の実施形態］
（デバイスおよびデバイス認証システムの構成）
第１、第２の実施形態では、デバイス１００がデバイス鍵のペアの生成を行っていたが、本実施形態では、認証管理サーバ２００がデバイス鍵のペアの生成を行って、デバイス１００に通知する構成とする。このようにすることで、鍵生成ができないデバイス１００であっても鍵ペア生成に基づく正当性判定を利用することができる。
デバイス認証システム１０の構成、および、デバイス１００、認証管理サーバ２００、情報端末３００の構成は第１、第２の実施形態とほとんど同様である。ただし、認証管理サーバ２００は、デバイス鍵のペアの生成を行うデバイス鍵生成部を更に備え、デバイス１００の認証情報生成部１２０は、デバイス鍵のペアの生成を行わない点が異なる。本実施形態は、認証管理サーバ２００からデバイス１００にデバイス鍵が通知されるため、認証管理サーバ２００とデバイス１００との通信の秘匿性が十分に確保されていることが好ましい。
（デバイスおよびデバイス認証システムの動作）
デバイスおよびデバイス認証システムの動作も第１、第２の実施形態とほとんど同様である。ただし、認証管理サーバが、デバイス鍵のペアの生成を行うステップ、および認証管理サーバからデバイスにデバイス公開鍵が通知されるステップを有する点が異なる。これらのステップは、予め行っていてもよいし、パスコード生成・発行時に行ってもよい。
［第４の実施形態］
（デバイスおよびデバイス認証システムの構成）
第１〜第３の実施形態では、デバイス１００は、認証管理サーバ２００からパスコードを通知されていたが、本実施形態では、出荷時の初期設定としてパスコードがデバイス１００と認証管理サーバ２００に事前設定され、デバイス１００に記憶させ、または、２次元コードを印刷してデバイス１００に添付する構成とする。本実施形態は、パスコードの更新ができないため、上記デバイスのなりすまし防止を適用することが好ましい。
１０ デバイス認証システム
１００ デバイス
１１０ パスコード要求部
１２０ 認証情報生成部
１３０ 認証情報送信部
１４０ ペアリング要求判定部
１５０ デバイス機能通信部
２００ 認証管理サーバ
２１０ 端末管理部
２２０ パスコード生成部
２３０ ペアリング要求転送部
２４０ ペアリング判定登録部
２５０ 機能通信転送部
３００ 情報端末
３１０ 認証情報受信部
３２０ ペアリング要求生成部
３３０ ペアリング判定受信部
３４０ 情報端末機能通信部

Claims (10)

  1. 認証管理サーバと１以上の情報端末およびデバイスによって構成され、前記認証管理サーバによって、前記情報端末と前記デバイスのペアリングを管理して、前記情報端末と前記デバイスの通信を中継するデバイス認証システムに適用されるデバイスであって、
    少なくとも前記認証管理サーバから取得した前記デバイスを一意に特定するパスコードおよびデバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報を用いて認証情報を生成する認証情報生成部と、
    前記認証管理サーバを経由しないで前記情報端末に前記認証情報を受信させ、または読み取らせるため、前記デバイスと前記情報端末との近距離無線通信を用いて送信し、または前記認証情報を画像として符号化し表示する認証情報送信部と、
    前記情報端末から前記認証管理サーバ経由でペアリング要求を受信したときに、前記デバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報のうちの少なくとも一部の情報を用いて前記ペアリング要求の正当性を検証し、結果をペアリング判定として前記認証管理サーバ経由で前記情報端末に通知するペアリング要求判定部と、を備えることを特徴とするデバイス。
  2. 前記認証情報生成部は、デバイス秘密鍵とデバイス公開鍵の鍵ペアを生成し、前記デバイス公開鍵を含めた前記認証情報を生成し、
    前記ペアリング要求判定部は、少なくとも前記デバイス秘密鍵を用いて前記ペアリング要求の正当性を検証することを特徴とする請求項１記載のデバイス。
  3. 前記ペアリング要求は、前記デバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報のうちの少なくとも一部の情報が前記情報端末によって前記デバイス公開鍵を用いて暗号化され、
    前記ペアリング要求判定部は、前記デバイス秘密鍵を用いて復号し自己の有する情報と照合することにより前記ペアリング要求の正当性を検証することを特徴とする請求項２記載のデバイス。
  4. 前記ペアリング要求は、前記デバイス公開鍵と前記情報端末により生成された情報端末秘密鍵を用いて生成された共通鍵を用いて暗号化された情報と情報端末公開鍵とを含み、
    前記ペアリング要求判定部は、前記デバイス秘密鍵と前記情報端末公開鍵を用いて前記共通鍵を生成し、前記共通鍵を用いて暗号化された情報を復号し自己の有する情報と照合することにより前記ペアリング要求の正当性を検証することを特徴とする請求項２記載のデバイス。
  5. 前記認証情報生成部は、前記デバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報として乱数から生成されるランダム文字列、または前記認証管理サーバにより付与されたデバイスの識別子の文字列と乱数から生成されるランダム文字列との組み合わせを用いることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のデバイス。
  6. 認証管理サーバと１以上の情報端末およびデバイスによって構成され、前記認証管理サーバによって、前記情報端末と前記デバイスのペアリングを管理して、前記情報端末と前記デバイスの通信を中継するデバイス認証システムであって、
    前記デバイスは、請求項３記載のデバイスであり、
    前記認証管理サーバは、
    前記デバイスを一意に特定するパスコードを生成し前記デバイスに通知するパスコード生成部と、
    前記情報端末から前記パスコードを含むペアリング要求を受信すると、前記パスコードに対応するデバイスを検索して当該デバイスに前記ペアリング要求を転送するペアリング要求転送部を備え、
    前記情報端末は、
    前記認証管理サーバを経由しないで前記デバイスの認証情報送信部から前記認証情報を受信し、または読み取る認証情報受信部と、
    前記デバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報のうちの少なくとも一部の情報をデバイス公開鍵によって暗号化することによって認証トークンを生成し、少なくとも前記認証情報に含まれる前記パスコード、および前記認証トークンを含む前記ペアリング要求を前記認証管理サーバに送信するペアリング要求生成部と、を備えることを特徴とするデバイス認証システム。
  7. 認証管理サーバと１以上の情報端末およびデバイスによって構成され、前記認証管理サーバによって、前記情報端末と前記デバイスのペアリングを管理して、前記情報端末と前記デバイスの通信を中継するデバイス認証システムであって、
    前記デバイスは、請求項４記載のデバイスであり、
    前記認証管理サーバは、
    前記デバイスを一意に特定するパスコードを生成し前記デバイスに通知するパスコード生成部と、
    前記情報端末から前記パスコードを含むペアリング要求を受信すると、前記パスコードに対応するデバイスを検索して当該デバイスに前記ペアリング要求を転送するペアリング要求転送部を備え、
    前記情報端末は、
    前記認証管理サーバを経由しないで前記デバイスの認証情報送信部から前記認証情報を受信し、または読み取る認証情報受信部と、
    情報端末秘密鍵と情報端末公開鍵の鍵ペアを生成し、前記デバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報のうちの少なくとも一部の情報をデバイス公開鍵と情報端末秘密鍵を用いて生成した共通鍵を用いて暗号化することによって認証トークンを生成し、少なくとも前記認証情報に含まれる前記パスコード、前記認証トークン、および前記情報端末公開鍵を含む前記ペアリング要求を前記認証管理サーバに送信するペアリング要求生成部と、を備えることを特徴とするデバイス認証システム。
  8. 前記情報端末は、
    ペアリング判定に含まれるデバイス署名をデバイス公開鍵と確認コードにより検証するペアリング判定受信部を更に備え、
    前記ペアリング要求生成部は、前記デバイスに知られていない情報を用いて確認コードを生成し、前記確認コードを含むペアリング要求を生成し、
    前記ペアリング要求判定部は、前記ペアリング要求の正当性が確かめられたときに、少なくとも前記デバイス秘密鍵と確認コードを用いてデバイス署名を生成し、前記ペアリング判定に含めて前記情報端末に通知することを特徴とする請求項６または請求項７記載のデバイス認証システム。
  9. 前記ペアリング要求生成部は、前記デバイスに知られていない情報として前記認証管理サーバにより付与されたユーザの識別子の文字列、前記認証管理サーバにより付与された前記情報端末の識別子の文字列、乱数から生成されるランダム文字列、またはこれらの組み合わせを用いることを特徴とする請求項８記載のデバイス認証システム。
  10. 認証管理サーバと１以上の情報端末およびデバイスによって構成され、前記認証管理サーバによって、前記情報端末と前記デバイスのペアリングを管理して、前記情報端末と前記デバイスの通信を中継するデバイス認証システムであって、
    前記認証管理サーバは、
    前記デバイスを一意に特定するパスコードを生成し前記デバイスに通知するパスコード生成部と、
    デバイス秘密鍵とデバイス公開鍵の鍵ペアを生成し、前記デバイスに通知するデバイス鍵生成部と、
    前記情報端末から前記パスコードを含むペアリング要求を受信すると、前記パスコードに対応するデバイスを検索して当該デバイスに前記ペアリング要求を転送するペアリング要求転送部と、を備え、
    前記デバイスは、
    少なくとも前記認証管理サーバから取得した前記パスコード、前記デバイス公開鍵、およびデバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報を用いて認証情報を生成する認証情報生成部と、
    前記認証管理サーバを経由しないで前記情報端末に前記認証情報を受信させ、または読み取らせるため、前記デバイスと前記情報端末との近距離無線通信を用いて送信し、または前記認証情報を画像として符号化し表示する認証情報送信部と、
    前記情報端末から前記認証管理サーバ経由で前記ペアリング要求を受信したときに、少なくとも前記デバイス秘密鍵を用いて前記ペアリング要求の正当性を検証し、結果をペアリング判定として前記認証管理サーバ経由で前記情報端末に通知するペアリング要求判定部と、を備え、
    前記情報端末は、
    前記認証管理サーバを経由しないで前記デバイスの認証情報送信部から前記認証情報を受信し、または読み取る認証情報受信部と、
    前記デバイス自身が生成し前記情報端末のみに通知される情報のうちの少なくとも一部の情報を、前記デバイス公開鍵を用いた暗号化によって認証トークンを生成し、少なくとも前記認証情報に含まれる前記パスコード、および前記認証トークンを含む前記ペアリング要求を前記認証管理サーバに送信するペアリング要求生成部と、を備えることを特徴とするデバイス認証システム。
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