JP6905969B2 - 低および中地球軌道からの信号を利用する宇宙ベースの認証 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、概して、サイバーおよびネットワークのセキュリティに関する。さらに詳しくは、本開示の実施形態は、位置ベースの認証のための衛星システムに関する。

全地球ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）信号のような衛星信号の電力のかなりの部分は、衛星信号が頻繁に遮断される市街地および屋内の環境で失われることがある。衛星信号の遮断は市街地および屋内環境におけるカバレージを減弱し、電力の損失は低信号対雑音比（ＳＮＲ）環境における性能を低下させる。低ＳＮＲ環境における性能が低下すると、位置計算または位置に基づくアサーション(assertion)が真正であることを確認
する認証システムの能力が低下あるいは最小限のものになる場合がある。

中地球軌道（ＭＥＯ）および低地球軌道（ＬＥＯ）衛星を用いる、位置ベースの認証のためのシステムおよび方法が提供される。クライアント装置がある位置に存在する可能性を、クライアント装置で少なくとも１つのＭＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号、およびクライアント装置で少なくとも１つのＬＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号に基づいて、推定する。ＭＥＯ衛星から受信する信号のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＭＥＯ信号署名を受信する。ＭＥＯ衛星から受信する信号のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含む、サーバＭＥＯ信号署名を形成する。ＬＥＯ衛星から受信する信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を受信する。ＬＥＯ衛星の信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むサーバＬＥＯ信号署名を形成する。クライアント装置の位置は、クライアントＭＥＯ信号署名とサーバＭＥＯ信号署名との比較、およびクライアントＬＥＯ信号署名とサーバＬＥＯ信号署名との比較に基づいて認証される。

このようにして、開示の実施形態は、近接攻撃およびオフショア（offshore）攻撃のようななりすましや偽造に対する防御、ならびに衛星信号が頻繁に遮断される市街地および屋内環境における強力なカバレージを実現する。

一実施形態では、中地球軌道（ＭＥＯ）および低地球軌道（ＬＥＯ）衛星を使用する位置ベースの認証方法では、ＭＥＯ衛星から受信したクライアント受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＭＥＯ信号署名を受信する。当該方法では、さらに、ＭＥＯ衛星から受信したサーバ受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むサーバＭＥＯ信号署名を形成する。当該方法では、さらに、クライアントＭＥＯ信号署名とサーバＭＥＯ信号署名とを比較して、ＭＥＯ比較結果を提供する。当該方法では、さらに、ＬＥＯ衛星から受信したクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を受信する。当該方法では、さらに、ＬＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むサーバＬＥＯ信号署名を形成する。当該方法では、さらにクライアントＬＥＯ信号署名とサーバＬＥＯ信号署名とを比較して、ＬＥＯ比較結果を提供する。当該方法では、さらに、ＭＥＯ比較結果およびＬＥＯ比較結果に基づいてクライアント装置の位置を認証する。

別の実施形態では、中地球軌道（ＭＥＯ）および低地球軌道（ＬＥＯ）衛星を使用する位置ベースの認証システムは、クライアント装置でＭＥＯ衛星から受信したクライアント
受信ＭＥＯ衛星信号およびクライアント装置でＬＥＯ衛星から受信したクライアント受信ＬＥＯ衛星信号に基づいて、クライアント装置がある位置に存在することを認証する認証モジュールを含む。

さらなる実施形態では、非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、クライアント装置でＭＥＯ衛星からのＭＥＯ衛星信号を受信して、クライアント受信ＭＥＯ衛星信号を提供する、クライアント位置ベースの認証のためのコンピュータ実行可能命令を含む。コンピュータ実行可能命令はさらに、クライアント装置でＬＥＯ衛星からのＬＥＯ衛星信号を受信して、クライアント受信ＬＥＯ衛星信号を提供する。コンピュータ実行可能命令はさらに、クライアント受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＭＥＯ信号署名を形成する。コンピュータ実行可能命令はさらに、クライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を形成する。コンピュータ実行可能命令はさらに、クライアント装置の位置認証のために、クライアントＭＥＯ信号署名、クライアントＬＥＯ信号署名、ＭＥＯ署名期間にわたるサンプル、およびＬＥＯ署名期間にわたるサンプルをサーバに送信する。

この概要は、以下の詳細な説明でさらに詳述する概念の抜粋を簡略化した形で紹介するために提示したものである。この概要は、特許請求の対象の主要な特徴または不可欠の特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求の対象の範囲を決定する際の一助として使用することを意図するものでもない。

本開示の実施形態は、以下の図に照らし合わせて検討するときに、詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、より理解されるであろう。図全体にわたって同じ参照番号は同様の要素を指す。図は、開示の広さ、範囲、規模、または適用可能性を限定することなく、開示の理解を容易にするために提供されたものである。図面は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。

開示の実施形態に係る、アサート位置を認証するための例示的無線通信システムを表す図である。 ナビゲーション衛星受信器の例示的な簡略機能ブロック図を表す。 屋内および市街地環境でナビゲーション衛星信号がどのように遮断され得るかを示す、例示的な無線通信環境を表す図である。 中地球軌道（ＭＥＯ）のナビゲーション衛星の信号構造を示す例示的な略図を表す。 都市上のＭＥＯ衛星（ＧＰＳ）および低地球軌道（ＬＥＯ）衛星（イリジウム（商標））の視線ベクトルを示す例示的な略図を表す。 開示の実施形態に係る、ＭＥＯ、ＬＥＯ、および地上発信源からの信号に基づく認証システムを示す例示的な略図を表す。 １つのイリジウム（商標）衛星フットプリント内のアンテナビームを示す例示的略図を表す。 イリジウム（商標）衛星からの４つのアンテナビームの時間に対する信号対雑音比（Ｃ／Ｎ₀）を示す例示的な図表を表す。 署名偽造者によって実行され得る近接署名偽造攻撃を示す例示的な略図を表す。 開示の実施形態に係る、ＭＥＯ衛星信号を使用した近接署名偽造攻撃の阻止を示す例示的な略図を表す。 署名偽造者によって実行され得るオフショア署名偽造攻撃のシミュレーションシステムの例示的な機能ブロック図を表す。 開示の実施形態に係る、ＬＥＯ衛星信号を用いてオフショア署名偽造攻撃をいかに阻止するかを示す、図１０に示されたオフショア署名偽造攻撃のシミュレーションシステムの例示的な機能ブロック図を表す。 署名偽造者によって実行され得る近接信号捕捉およびオフショア処理に基づくハイブリッド攻撃署名偽造のシミュレーションシステムの例示的な機能ブロック図を表す。 開示の実施形態に係る宇宙ベースの認証システムの例示的機能ブロック図を表す図である。 開示の実施形態に係るクライアント位置ベースの認証プロセスを示す例示的フローチャートを表す図である。 開示の実施形態に係るクライアント位置ベースの認証プロセスを示す例示的フローチャートを表す図である。 開示の実施形態に係るクライアント位置ベースの認証プロセスを示す例示的フローチャートを表す図である。 開示の実施形態に係るクライアント位置ベースの認証プロセスを示す例示的フローチャートを表す図である。

以下の詳細な説明は例示的な性質のものであって、本願の開示または開示の実施形態の用途および使用を限定することを意図するものではない。特定の装置、技術、および用途の説明は単なる例として提供されているだけである。本明細書に記載した実施例の改変が、当業者には容易に明らかになるであろう。本明細書に定義する一般原理は、開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の実施例および用途に適用することができる。さらに、前述の技術分野、背景技術、概要、または以下の詳細な説明において明示または示唆されるいずれかの理論によって制限を受けることを一切意図していない。本開示は、特許請求の範囲と一致する範囲を与えられるべきであり、本明細書に記載及び図示する実施例に限定されるべきではない。

開示の実施形態を、本明細書では、機能および／または論理ブロックコンポーネントならびに様々な処理ステップの観点から説明している。そのようなブロックコンポーネントは、特定の機能を実行するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアコンポーネントによって実現することができることを理解されたい。簡潔を期すため、通信システム、ネットワークプロトコル、全地球測位システム、衛星、およびシステムの他の機能的側面（ならびにシステムの個々の動作コンポーネント）に関連する従来の技術およびコンポーネントについては、本明細書では詳述しない。

開示の実施形態は、本明細書では、非限定な用途、すなわちセルホン用途向けの認証システムに関連させて説明している。しかし、開示の実施形態は、そのようなセルホン用途に限定されず、本明細書に記載する技術は他の用途でも利用することができる。例えば、実施形態は、所与の用途または環境にとって望ましいかあるいはそれに適したデスクトップコンピュータ、ラップトップまたはノートブックコンピュータ、ｉＰｏｄ（商標）、ｉＰａｄ（商標）、セルホン、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、メインフレーム、サーバ、ルータ、インターネットプロトコル（ＩＰ）ノード、サーバ、Ｗｉ‐Ｆｉノード、クライアント、またはいずれかの他の種類の専用または汎用コンピューティング装置に適用可能である。

この説明を読めば当業者には明らかであろうが、以下は開示の実施例および実施形態であり、これらの実施例に従った動作に限定されるものではない。他の実施形態を用いることも可能であり、かつ本開示の例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、変更を施すことができる。

開示の実施形態は、認証システムを提供し、当該認証システムは、都市の建物の屋内のような低信号対雑音比（ＳＮＲ）環境に位置しうるクライアント装置（クライアント）で受信される衛星信号に、十分な受信信号強度をもたらすものである。一実施形態では、低地球軌道（ＬＥＯ）の衛星からの信号と、中地球軌道（ＭＥＯ）の衛星からの信号とが結合される。別の実施形態では、ＭＥＯおよび／またはＬＥＯ衛星信号は、地上発信源からの符号化信号によって増強される。

ＬＥＯ信号とＭＥＯ信号とを結合することによって、実施形態は、クライアントからのデジタル署名を偽造しようとする試みを阻止する。偽造者が用いる攻撃戦略の２つの例として、近接攻撃(proximate attack)およびオフショア攻撃(offshore attack)がある。既
存の解決策に比べて、開示の実施形態によれば、偽造攻撃のコストおよび複雑さが大幅に増すため、より安全な認証システムがもたらされる。一例として、開示の実施形態によれば、近接攻撃者が被害者の位置から数十メートル以内に攻撃受信器を展開せざるを得なくなる。別の例として、開示の実施形態によれば、オフショア攻撃者が被害者の位置から数十キロメートル以内に（または数百メートル以内に）複雑な受信器を展開せざるを得なくなる。

さらに、実施形態は、デジタル署名が２つの重なり合うアンテナビームからのコードを含むことを要求する。そうすることによって、実施形態によれば、オフショア攻撃者が被害者の位置から数十キロメートル以内に存在せざるを得なくなる。高額の取引の場合には、認証サーバは、２つのビームがアサート位置上で重なり合うときに、第２署名を取得することを要求してもよい。そのような重なり合いの状況は、数十秒以内に発生し得る。

他の実施形態では、セキュリティ／秘密の署名の地上発信源を、ＭＥＯおよびＬＥＯ衛星信号と共に使用する。地上送信器のカバレージ地上アンテナフットプリントは非常に小さくすることができるので（数百メートル）、攻撃受信器が被害者の位置に非常に近接せざるを得なくなる。

図１は、開示の一実施形態に係る、衛星信号に基づいてアサート位置を認証するための例示的な無線通信システム１００（システム１００）を表す図である。システム１００は、中地球軌道（ＭＥＯ）１０８を周回するＭＥＯ衛星１０２、１０４、および１０６、低地球軌道（ＬＥＯ）１１６を周回するＬＥＯ衛星１１０、１１２、および１１４、随意の地上放送局１２２（地上発信源１２２）、衛星受信器２００を含むクライアント１２６、衛星受信器２００を含む認証サーバ１２８、ならびにホストネットワーク１９４を備えうる。

一実施形態では、ＭＥＯ１０８におけるＭＥＯ衛星１０２、１０４、および１０６の少なくとも１つからのＭＥＯ衛星信号１１８と、ＬＥＯ１１６におけるＬＥＯ衛星１１０、１１２、および１１４の少なくとも１つからのＬＥＯ衛星信号１２０とが結合される。

別の実施形態では、ＭＥＯ１０８におけるＭＥＯ衛星１０２〜１０６の少なくとも１つからのＭＥＯ衛星信号１１８、及び、ＬＥＯ１１６におけるＬＥＯ衛星１１０〜１１４の少なくとも１つからのＬＥＯ衛星信号１２０が、地上発信源１２２からの符号化地上信号１６０によって増強される。

ＬＥＯ衛星１１０〜１１４は、例えばイリジウム（商標）、イリジウム（商標）ＮＥＸＴ、グローバルスターコンステレーション（Global Star constellations）の衛星、または位置、ナビゲーション、もしくはタイミング関連用途に利用できる他の衛星を含みうるが、それらに限定されない。

ＭＥＯ衛星１０２〜１０６は、例えば全地球ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）衛星、全地球測位システム（ＧＰＳ（商標））衛星、Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema（ＧＬＯＮＡＳＳ（商標））衛星、ＢｅｉＤｏｕナビゲーションシステ
ム（ＣＯＭＰＡＳＳ（商標））衛星、ガリレオ（商標）衛星、または位置、ナビゲーション、もしくはタイミング関連用途に利用できる他の衛星を含みうるが、それらに限定されない。

地上発信源１２２は、セルホン基地局、無線もしくは有線アクセスポイント、または他の地上発信源を含みうる。

ＭＥＯ衛星１０２からのＭＥＯ衛星信号１１８を、クライアント１２６のクライアント受信器モジュール２００で処理することによって、クライアント１２６の位置１３０、速度、および時刻を判定することができる。ＬＥＯ衛星１１０（例えばトランシット衛星ナビゲーション）からのＬＥＯ衛星信号１２０を処理することによって、クライアント１２６の位置１３０、速度、および時刻の推定値を生成することもできる。

クライアント１２６の位置１３０は、ＭＥＯ衛星１０２〜１０６の少なくとも１つからのＭＥＯ衛星信号１１８およびＬＥＯ衛星１１０〜１１４の少なくとも１つからのＬＥＯ衛星信号１２０に基づき入手可能な測定値を用いて推定することができる。位置１３０の推定は、最小組の信号源に基づく。システム１００は、高品質のユーザクロックの有無に関わらず、少数のＭＥＯ衛星に加えて少数のＬＥＯ衛星を含む同様のシステムにも適用される。任意の適当な数学的手法を用いることによって、例えば最小組の信号源に基づいて、位置１３０を推定することができる。

システム１００は、屋内および中心街における宇宙ベースの認証を可能にする。システム１００は、少ない組の可視衛星で機能するように構成されている。１つのＭＥＯ衛星１０２と１つのＬＥＯ衛星１１０で充分である。１つのＭＥＯ衛星１０２および１つのＬＥＯ衛星１１０が可視である場合、第３の次元（例えば高度）が既知であり、且つユーザ機器が十分な精度のクロックを有していれば、システム１００は、二次元位置を瞬時に推定及び認証することが可能である。

クライアント１２６（クライアント装置１２６）は、衛星受信器２００（クライアント受信器モジュール２００）およびクライアント署名モジュール１７０を含みうる。クライアント１２６は、上述のようにクライアントアンテナ１９８を介してＭＥＯ衛星信号１１８および／またはＬＥＯ衛星信号１２０の少なくとも１つを受信することに基づいて、クライアント１２６を追跡しかつ位置特定するように構成されている。

クライアント受信器モジュール２００は、クライアント１２６で少なくとも１つのＭＥＯ衛星１０２から少なくとも１つのＭＥＯ衛星信号１１８を受信することによって、少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６を供給するように構成されている。クライアント受信器モジュール２００はまた、クライアント装置１２６で少なくとも１つの地上発信源１２２から少なくとも１つの地上信号１６０を受信することによって、少なくとも１つのクライアント受信地上信号１６２を供給するように構成されている。クライアント受信器モジュール２００はまた、クライアント装置１２６で少なくとも１つのＬＥＯ衛星１１０から少なくとも１つのＬＥＯ衛星信号１２０を受信することによって、少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８を供給するように構成されている。

クライアント署名モジュール１７０は、少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含む、クライアントＭＥＯ信号署名１６４を形成するように構成されている。クライアント署名モジュール１７０はまた、少なく
とも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含む、クライアントＬＥＯ信号署名１６６を形成するように構成されている。クライアント署名モジュール１７０はまた、少なくとも１つのクライアント受信地上信号１６２のクライアント地上時間ウィンドウ(client terrestrial time window)を含む、クライアント地上信号署名１６８を形成するように構成されている。クライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６、クライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８、およびクライアント受信地上信号１６２を、本明細書では包括的にクライアント受信信号１４６、１５８、１６２と呼ぶことがある。また、クライアントＭＥＯ信号署名１６４、クライアントＬＥＯ信号署名１６６、およびクライアント地上信号署名１６８を、本明細書では包括的に署名信号１６４、１６６、１６８、クライアント署名セット１９０、または位置署名１９０と呼ぶことがある。

クライアント装置１２６から認証サーバ１２８へのクライアント地上信号署名１６８のデータ送信は、クライアントからの単一の広帯域署名で、または複数の分離したデータパケットで送ることができる。少なくとも１つの地上発信源１２２もまた、単一または複数のデータ送信を認証サーバ１２８に送ることができる。

クライアント１２６は、多くの消費者アプリケーションをサポートすることができる。例えば多くの金融取引は、都市の建物の屋内で、クライアント１２６としてのセルホンを利用する。クライアント１２６は、例えば、限定するものではないが、デスクトップコンピュータ、ラップトップもしくはノートブックコンピュータ、ｉＰｏｄ（商標）、ｉＰａｄ（商標）、セルホン、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、メインフレーム、サーバ、ルータ、インターネットプロトコル（ＩＰ）ノード、サーバ、Ｗｉ‐Ｆｉノード、または、クライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６を受信することができる衛星受信器２００を備えた、所与の用途または環境に望ましく且つ好適な他の種類の専用または汎用コンピューティング装置のような有線または無線通信装置を含みうる。

認証サーバ１２８は、位置１３０のための署名信号１６４、１６６、および１６８（クライアント署名セット１９０）を受信または推定するように構成されている。認証サーバ１２８は、有線通信リンク１３６、無線通信チャネル１３８、それらの組合せを介してクライアント署名セット１９０を受信するか、あるいは認証サーバ１２８にてその場でクライアント署名セットを推定することができる。認証サーバ１２８は、衛星受信器２００（サーバ受信器モジュール２００）、サーバクライアントデータモジュール１７２、サーバデータモジュール１７４、相関モジュール１５２、および認証モジュール１５４を含みうる。

サーバ受信器モジュール２００はまた、認証サーバ１２８（サーバ装置１２８）で少なくとも１つのＭＥＯ衛星信号１１８を受信することによって、少なくとも１つのサーバ受信ＭＥＯ衛星信号１５６を供給するように構成することができる。サーバ受信器モジュール２００はまた、サーバ装置１２８で少なくとも１つのＬＥＯ衛星信号１２０を受信することによって、少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号１４８を供給するように構成される。サーバ受信器モジュール２００はまた、サーバ装置１２８で少なくとも１つの地上信号１６０を受信することによって、少なくとも１つのサーバ受信地上信号１９６を供給するように構成することができる。サーバＬＥＯ衛星信号１４８、サーバ受信ＭＥＯ衛星信号１５６、およびサーバ受信地上信号１９６を、本明細書では、包括的にサーバ受信信号１４８、１５６、１９６と呼ぶことがある。

クライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８は、ＬＥＯ衛星１１０および１１２の２つから受信した２つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号（例えば図７の重複領域７１２）を含みうる。サーバＬＥＯ衛星信号１４８は、ＬＥＯ衛星１１０および１１２の２つからの２つのサーバ受信ＬＥＯ衛星信号（例えば図７の重複領域７１２）を含みうる。

サーバクライアントデータモジュール１７２は、ＭＥＯ衛星１０２〜１０６の少なくとも１つから受信した少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含む、クライアントＭＥＯ信号署名１６４を受信するように構成されている。サーバクライアントデータモジュール１７２はまた、少なくとも１つのＬＥＯ衛星１１０から受信した少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含む、クライアントＬＥＯ信号署名１６６を受信するように構成されている。サーバクライアントデータモジュール１７２はまた、少なくとも１つの地上発信源１２２から受信した少なくとも１つのクライアント受信地上信号１６２の時間ウィンドウを含む信号署名１６８を受信するように構成することができる。

サーバデータモジュール１７４は、少なくとも１つのＭＥＯ衛星１０２から受信した少なくとも１つのサーバ受信ＭＥＯ衛星信号１５６のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含む、サーバＭＥＯ信号署名１７６を形成するように構成されている。サーバデータモジュール１７４はまた、少なくとも１つのＬＥＯ衛星１１０の少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号１４８のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含む、サーバＬＥＯ信号署名１７８を形成するように構成されている。少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号１４８は、少なくとも１つのＬＥＯ衛星１１０に対して送受信することができる。サーバデータモジュール１７４はまた、少なくとも１つの地上発信源１２２から受信した少なくとも１つのサーバ受信地上信号１９６のクライアント地上時間ウィンドウを含む、サーバ地上信号署名１８０を形成するように構成することができる。サーバデータモジュール１７４は、様々な種類の（例えばイリジウム‐ＬＥＯ、ＭＥＯ衛星等からの）衛星信号で機能するよう動作可能であり、様々な数のサーバデータモジュール１７４を使用することができる。例えば、受信信号タイプ毎に別個のサーバデータモジュール１７４があってよい。

相関モジュール１５２（比較モジュール１５２）は、クライアントＭＥＯ信号署名１６４とサーバＭＥＯ信号署名１７６とを比較することによって、ＭＥＯ比較結果１８２を提供するように構成されている。相関モジュール１５２はまた、クライアントＬＥＯ信号署名１６６とサーバＬＥＯ信号署名１７８とを比較することによって、ＬＥＯ比較結果１８４を提供するように構成されている。一実施形態では、相関モジュール１５２は、クライアント地上信号署名１６８とサーバ地上信号署名１８０とを比較することによって、地上比較結果１８６を提供するように構成することもできる。

認証モジュール１５４は、ＭＥＯ比較結果１８２およびＬＥＯ比較結果１８４に基づいて、クライアント装置１２６の位置１３０を認証するように構成されている。一実施形態では、認証モジュール１５４は、ＭＥＯ比較結果１８２、ＬＥＯ比較結果１８４、および地上比較結果１８６に基づいて、クライアント装置１２６の位置１３０を認証するように構成される。認証モジュール１５４はまた、認証判定を示す認証メッセージ１２４を生成するように構成される。少なくとも１つの実施形態において、認証モジュール１５４は、別のモジュールが認証判定を行うために利用することができ且つ判定に関連する適当な処理を行うのに役立つ認証メッセージ１２４を生成するように構成してもよい。このような処理には、例えば、限定するものではないが、クライアント装置１２６が保護リソースへにアクセスするのを許可すること、および、クライアント装置１２６が保護リソースへにアクセスするのを拒否すること、が含まれうる。

少なくとも１つの実施形態では、認証を行うために使用される認証モジュール１５４は、同じ認証システム１００の一部である。少なくとも１つの他の実施形態では、例えば認証サービスはホストネットワーク１９４に提供される場合、認証を行うために使用される認証モジュール１５４は、認証サーバ１２８とは別個のホストネットワーク１９４の一部である。

ホストネットワーク１９４は、例えば銀行、電子商取引システム、金融機関、または他のシステムを含みうるが、それらに限定されない。例えば、ホストネットワーク１９４における認証応答は、認証判定ポリシーのような管理ポリシーに対する責務を負う。認証応答は位置推定および共分散を含む場合があり、ホストネットワーク１９４は、その判定ポリシーを用いて、クライアント装置１２６が認証のための所定の閾値内にあるか否か、あるいは認証を拒否すべきか否かを決定する。ホストネットワーク１９４はまた、保護リソースへのアクセスを許可／制限する前に、他の認証／認可情報を考慮に入れる場合もある。

攻撃者は、クライアント１２６が偽の位置１３２を検知及び／または報告するように、衛星信号のなりすまし(spoof)を試みることがある。ネットワーク接続されたシステムは
、金銭的価値を有するあるいは生命の安全に関わる位置情報処理(location transactions)をサポートするために使用されることがますます増えているため、なりすましは一般的
な懸念の対象になってきている。

システム１００は、以下に図４および図６に関連させてより詳細に説明するように、ＬＥＯ衛星１１０〜１１４、ＭＥＯ衛星１０２〜１０６、および地上発信源１２２によって送信されるセキュリティ／秘密コードを利用することによって、クライアント１２６からの署名セットを偽装しようとする試みを阻止する。このように、システム１００は、近接およびオフショア攻撃で署名セットを偽装する巧妙な試みをかわす。セキュリティ／秘密コードという用語は、本明細書では、情報を選択的にアクセス可能にするために使用されるコードを指すために使用される場合がある。

既存のシステムと比較して、システム１００は、屋内および中心街でのカバレージを向上させる。これは、以下に図５に関連させてさらに詳しく説明するように、１つのＬＥＯ衛星信号および１つのＭＥＯ衛星信号に基づいて、認証メッセージ１２４を作成することができるためである。

多くの金融取引は、屋内または中心街で、クライアント１２６のような、セルホンやラップトップなどのモバイル装置を利用する。そのような金融取引は、低コストでありかつ妨害信号環境で動作するプラットホームで行われることがある。そのような費用効率のよい衛星ベースの認証システムを設計するには、２つの基準を満たすことが重要である。第一に、セルホンに含まれる衛星受信器２００からデータを入手可能でなければならない。第二に、衛星ベースの認証システムは、セルホンのユーザが大勢集まる場所、すなわち屋内および中心街で予想されるクライアント受信信号１４６、１５８、および１６８によって、動作しなければならない。第１の基準は、衛星受信器２００における基本的な信号処理ステップを示す図２に反映されている。衛星ベース認証システムのための第２の基準は、図３に示されている。

図２は、図１に示した衛星受信器２００の、例示的な簡略機能ブロック図である。衛星受信器２００は、全地球ナビゲーション衛星システムから位置を推定するために幅広く使用されている衛星受信器素子を含みうる。図１に示した衛星受信器２００は、既存の衛星受信器アーキテクチャを利用することによって、既存のインフラストラクチャおよび受信器を利用することができ、従って、受信器の複雑さが大きく増すことはない。衛星受信器２００は、例えばＬＥＯ衛星受信器、ＭＥＯ衛星受信器、または他の受信器を含みうるが、これらに限定されない。図２は、全地球ナビゲーション衛星システムから位置を推定するために幅広く使用されている衛星受信器の例示的な簡略機能ブロック図である。図１に示した衛星受信器２００は、図２で表した受信器をほとんど複雑化することなく、衛星受信器のアーキテクチャを大幅に利用したものである。

図２に示すように、衛星受信器２００（クライアント受信器モジュール２００）は、クライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６およびクライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８のような無線周波数信号を、クライアントアンテナ１９８で受信する。衛星受信器２００は次いで、クライアント１２６で受信したＭＥＯ衛星信号１１８およびＬＥＯ衛星信号１２０から、クライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６およびクライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８をそれぞれ復調する。衛星受信器２００は、クライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６およびクライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８を、ダウンコンバータ２０２によって無線周波数（ＲＦ）から中間周波数（ＩＦ）またはベースバンドにダウンコンバートし、ダウンコンバートされたクライアント受信信号２１８をバンドパスフィルタ２０４によってバンドパス濾波することによって、クライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６およびクライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８を復調する。

次いで衛星受信器２００は、低域通過またはバンドパス濾波されたクライアント受信信号２２０を、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２０６によってアナログ信号からデジタル信号に変換することによって、デジタルクライアント受信信号２２２を供給する。次いで衛星受信器２００は、コードワイプオフ（code wipe off）２１０によって、デジタル
クライアント受信信号２２２からＣ／Ａコードを除去する。次いで衛星受信器２００は、搬送波ワイプオフ（carrier wipe-off）２１２によって、デジタルクライアント受信信号２２２から同相搬送波４０２を除去してもよい。コードおよび搬送波ワイプオフは、図２のものと同様のコンシューマー受信器において一般的に使用されているが、コードおよび搬送波ワイプオフは、受信器２００において、行っても行わなくてもよい。

次いで衛星受信器２００は、クライアント１２６において、相関モジュール(correlation module)２１４を用いてデジタルクライアント受信信号２２２をデジタルクライアント受信信号２２２のそれぞれのレプリカと相関させることによって、視野内の各衛星の擬似距離を推定する。次に、視野内の各衛星の推定擬似距離を用いることによって、出力２１６におけるクライアント１２６の位置１３０、速度、および時間オフセットを推定する。位置１３０は、上述の通り、１つのＬＥＯ衛星と１つのＭＥＯ衛星とを用いて算出することができる。

図３は、屋内および市街地環境がナビゲーション衛星信号をどのように遮断しうるかを示す、例示的な無線通信環境（環境３００）を表す図である。受信ＧＰＳ信号の公称受信信号強度３０４は、例えば約−１３０ｄＢｍ（または１０Ｅ−１６ワット）とすることができる。屋外の衛星受信器２００は、この公称受信信号強度３０４を期待することができる。しかし、セルホンのようなクライアント１２６は、都市の建物の屋内で動作することがあり、そこでは減衰した受信信号強度３０２が−１４０ｄＢｍまたは−１６０ｄＢｍまで低下し、あるいはもっと弱くなる。したがって、認証サーバ１２８は、これらの低レベルの減衰受信信号強度３０２で動作可能である。

図４は、ＭＥＯ衛星によって送信される信号構造４００を示す例示的な略図４００を示している。ＭＥＯ衛星信号１１８は周波数Ｌ１の信号４０２を含み、当該信号は、一般的に「粗／捕捉（Coarse/Acquisition）」（Ｃ／Ａ）コードと呼ばれる符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）コード４０６により変調されるナビゲーションメッセージ４１０を変調するために、搬送波（同相搬送波４０２）として使用される。ＧＰＳシステムの場合、Ｃ／Ａコードは、「粗／捕捉」、「クリア／アクセス（Clear/Access）」、および「民用／アクセス（Civil/Access）」として様々な形で知られている。ＭＥＯ衛星信号１１８は、９０度シフトした同一の搬送波周波数を使用する少なくとも１つの他の信号（直交信号４０６）を送信する。ＧＰＳの場合、直交信号(quadrature signal)４０４は、暗号化「Ｐ（Ｙ）
」コード４０８として知られる別のコードによって変調される。Ｐ（Ｙ）コード４０８は
、公に知られている「高精度」（Ｐ）コード（既知（Ｐ）コード）または暗号化「Ｙ」コード（未知Ｙコード）のいずれかである。ＧＮＳＳ衛星は未知コードを使用し、したがって、未知コードにより符号化され結果的に得られた送信信号は、未知コードのための解読アルゴリズムおよびキーを有する者以外には使用することができない。

ナビゲーションメッセージ４１０は、ＭＥＯ衛星１０２〜１０６によって送信された既知コードおよび未知コードの両方を変調する。ナビゲーションメッセージ４１０は、ＭＥＯ衛星１０２の位置および時刻、他のＭＥＯ衛星１０４、１０６の粗位置のような情報、ならびに他の情報を含む。ナビゲーションメッセージ４１０は、ＭＥＯ衛星信号１１８を介して例えばＭＥＯ衛星１０２によって送信された既知コードおよび未知コードの両方を変調する。ＧＮＳＳの場合、ナビゲーションメッセージ４１０は５０〜１０００ビット／秒（ｂｐｓ）で送信され、したがって、ＭＥＯ衛星１０２からのＭＥＯ衛星信号１１８をも変調するスペクトル拡散コードとは区別される。根底にあるスペクトル拡散コードの１．０２３Ｍｃｐｓ（Ｃ／Ａコード）または１０．０２３Ｍｃｐｓ（Ｙコード）と比較して、ナビゲーションメッセージ４１０は５０〜１０００ビット／秒でゆっくりと変化する。

Ｃ／Ａコードは公に知られており、したがって衛星受信器２００はなりすまし信号にさらされる。敵対当事者が、不正な情報を搬送する１つ以上の衛星信号の複製を生成することがあり得る。なりすまし信号を受け入れる既存のクライアントの既存の衛星受信器は、不正な位置を算出するおそれがあり、敵対当事者が既存の衛星受信器に算出させようとしている位置を、実際に算出してしまうおそれがある。

図５は、都市上のＭＥＯ衛星１０２〜１０６（例えばＧＰＳ）およびＬＥＯ衛星１１０〜１１４（例えば、イリジウム（商標））の視線ベクトル５００を示す例示的な略図である。上で説明した通り、既存の解決策と比較して、システム１００は、１つのＬＥＯ衛星および１つのＭＥＯ衛星だけに基づいて真正性判定を行うことができるので、より良好な屋内および中心街のカバレージをもたらす。図５は、ＭＥＯ１０８の１１機のＧＰＳ衛星からの視線ベクトル５０２、およびＬＥＯ１１６の２機のＬＥＯ衛星からの視線ベクトル５０４を示す。イリジウム（商標）衛星は図５に示すように例えば約２００秒のウィンドウで空域の大きくを移動するので、２機のＬＥＯ衛星１１０および１１２のＬＥＯ衛星信号１２０からの視線ベクトル５０４は扇形として示される。

ＬＥＯ衛星信号１２０の方がより高度が低いため、ＬＥＯ衛星信号１２０はＭＥＯ衛星信号１１８よりずっと高い受信パワーを有するので、２機のＬＥＯ衛星１１０および１１２からの視線ベクトル５０４の１つは、クライアント１２６に捕捉される可能性が高い。ＬＥＯ衛星１１０および１１２からの受信信号強度は、ＭＥＯ衛星１０２〜１０６からの受信信号強度より例えば約３０〜４０ｄＢ強くなる。

加えて、ＭＥＯ１０８には多くのナビゲーション衛星が存在するので、ＭＥＯ１０８からの１１本の視線ベクトル５０２の少なくとも１つは、クライアント１２６に捕捉されうる。ＭＥＯ衛星１０２〜１０６の１つ以上は、建物の窓を通して捕捉されるであろう。さらに、ＭＥＯ衛星１０２〜１０６の１つ以上のＭＥＯ衛星信号１１８は、壁または屋根を貫通して伝搬するのに充分な強度を有しうる。

既存のシステムと比較して、システム１００は、宇宙ベースの認証の屋内および中心街のカバレージを著しく改善する。加えて、システム１００は、地上発信源１２２によって送信されるセキュリティ／秘密署名を使用することを可能にし、これによって、厳しい信号環境における認証プロセスをさらに強化することができる。

加えて、ＭＥＯまたはＬＥＯのいずれかからのセキュリティ／秘密コードは事前には知
らされないので、システム１００は、クライアント１２６からの署名セット１９０を偽造しようとする試みを阻止することができる。加えて、セキュリティ／秘密コードも同時に観察し、変造された偽物をリアルタイムで送信しようと試みる攻撃者に対しても、システム１００は有効である。本明細書では、偽造者が使用し得る２つのリアルタイム攻撃戦略、すなわち近接攻撃およびオフショア攻撃について、以下でさらに詳しく説明するように考慮している。

近接攻撃では、受信器を被害者位置の近くに配置する。近接攻撃は高価な機器を必要としないかもしれないが、攻撃受信器が実質的に同一の信号署名を捕捉できるように、攻撃受信器が被害者位置の近くに存在しなければならない。システム１００は、高精度測距信号、例えば、一般的にＭＥＯ１０８のＧＮＳＳ衛星から送信される高精度測距信号、を利用することによって、近接攻撃を阻止することができる。高精度測距信号は、約１０メートルの瞬間精度を提供する。したがって、高精度測距信号を使用することにより、開示の実施形態によれば、攻撃受信器は被害者位置に非常に接近せざるを得なくなる。短距離位置では、攻撃受信器は目立ってしまい、長距離位置にある場合より実質的に検出しやすくなる。

偽造者はまた、リアルタイムまたはほぼリアルタイムでいわゆるオフショア攻撃を試みることもある。この場合、攻撃者は受信信号を処理することによって、遠隔位置で受信されるべきデジタル署名を作成する。オフショア攻撃は、近接攻撃受信器の数を低減させるために攻撃者がより複雑な信号処理を使用するので、近接攻撃とは異なる。システム１００は、ＭＥＯ衛星のアンテナフットプリントと比較してより小さい（小さい）地上アンテナフットプリント７０２（アンテナビームフットプリント７０２）（図７）を有するＬＥＯ衛星信号１２０を利用することによって、オフショア攻撃を阻止する。例えば、イリジウム（商標）衛星はわずか数百キロメートルのアンテナフットプリントを有しており、小さい地上アンテナフットプリント７０２（アンテナビームフットプリント７０２）の各々に固有のセキュリティ／秘密コード６０２（図６）を使用することができる。したがって、オフショア攻撃者は、小さい地上アンテナフットプリント７０２の直径の範囲内に位置せざるを得なくなる。さらに、一実施形態においては、２つの重なり合う小さい地上アンテナフットプリント７０２（図７）からのセキュリティ／秘密コード６０２を署名が含むことを要求してもよい。

図６は、開示の一実施形態に係る、ＭＥＯ、ＬＥＯ、および地上発信源からの信号に基づく認証システムを示す例示的な略図である。システム６００は、ＬＥＯ衛星１１０およびＭＥＯ衛星１０２ならびに地上発信源１２２によって送信されるセキュリティ／秘密コード（例えば衛星のビーム固有キーおよび擬似衛星の地上キー）を利用する。

ＭＥＯ測定値は、全地球ナビゲーション衛星システムの大部分に関連するセキュリティ／秘密コード４０８（例えば、ＧＰＳ内のＹまたはＭコード、またはガリレオ内の公共規制サービス（Public Regulated Service））によって認証される。クライアント１２６は、無線周波数または中間周波数（ＲＦまたはＩＦ）の署名（クライアントＭＥＯ信号署名１６４）を収集し、この署名を認証サーバ１２８に送信する。この署名は、位置１３０のアサート位置および／または関連要求を随伴することができる。認証サーバ１２８は、これらのスナップショットを、別の位置で受信したセキュリティ／秘密コードと相関させる。認証サーバ１２８は、クライアント署名セット１９０内のセキュリティ／秘密コード４０８が公開コード４０６に対して正しい時間遅延を有することを確認する。これに代えて、認証サーバ１２８は、クライアント署名セット１９０に基づくクライアント１２６の位置１３０が、アサートされたクライアント位置と略等しいことを判定する。

図６に示すように、ＬＥＯ衛星１１０もまた、セキュリティ／秘密コード６０２を送信
する。ここでも、クライアント１２６は、ＲＦおよび／またはＩＦスナップショット（クライアントＬＥＯ信号署名１６６）を収集し、相関および検証のためにそれらを認証サーバ１２８に送信する。一実施形態では、ＭＥＯセキュリティ／秘密コード４０８およびＬＥＯセキュリティ／秘密コード６０２は、クライアント１２６からの署名セット１９０のような単一の広帯域署名に含まれる。

一実施形態では、地上発信源１２２のサーバ地上信号１９６からのセキュリティ／秘密コード６０４が使用される。これらのセキュリティ／秘密コード６０４は、衛星信号を遮断する信号環境で、かつオフショア攻撃が起こりそうな場合に、特に重要である。サーバ地上信号１９６が隣接周波数帯域内にある場合、それらの署名も署名セット１９０のＬＥＯ／ＭＥＯ署名に含めることができる。隣接周波数帯域内にない場合、３つの信号全部（ＬＥＯ、ＭＥＯ、および地上）を共通中間周波数に変換し、こうして署名セットの共通署名に含めることができる。

一部の実施形態では、地上発信源１２２のサーバ地上信号１９６からのコード６０４は、セキュリティ／秘密でなくてもよい。それらのカバレージエリアのおかげで、セキュリティ／秘密でないコード６０４は、埋込みセキュリティ／秘密コード無しに、電磁攻撃者に対する追加的障害を加えることができる。

相関処理の側面は同様であるが、ＬＥＯ署名とＭＥＯ署名の間にはいくつかの重要な相違が存在する。例えば、ＬＥＯ衛星１１０〜１１４の方が地球により近いので、ＬＥＯ衛星信号１２０はＭＥＯ衛星信号１１８よりずっと強力である。しかし、ＭＥＯ衛星１０２〜１０６はより高い高度に位置し、したがってより広範囲に可視であるため、ＭＥＯ衛星信号１１８は、任意の受信器にとってより多く存在する傾向がある。先述の通り、これらの特性は相補的である。ＬＥＯ信号は強力であり、ＭＥＯ信号は多数であるため、クライアント署名セット１３４は、少なくとも１つのＬＥＯ衛星信号１２０および少なくとも１つのＭＥＯ衛星信号１１８を含むことになるであろう。

ＬＥＯ署名とＭＥＯ署名の相違の別の例として、クライアント１２６はトランシーバであってもよく、ＬＥＯ制御セグメントへ制御信号を送受信することができる。こうして、クライアント１２６は、ＬＥＯ衛星１１０からのセキュリティ／秘密コード６０２の伝送を開始するように、認証サーバ１２８に要求することができる。これに代えて、認証サーバ１２８がクライアント１２６に、特定の時間にＲＦスナップショットを収集するように命令してもよい。

ＬＥＯ署名とＭＥＯ署名の相違の別の例として、ＬＥＯ衛星１１０のセキュリティ／秘密コード６０２は、アンテナビームで、衛星フットプリント７００内のアンテナビームフットプリント７０２の各々に個別に伝送することができる。図７は、北米におけるイリジウム（商標）衛星の典型的なアンテナフットプリントを示す。

図７は、１つのイリジウム（商標）衛星フットプリント７００（フットプリント７００）内のアンテナビームフットプリント７０２を示す例示的な略図である。図７は、北米におけるイリジウム（商標）衛星のイリジウム（商標）フットプリント７００のような典型的フットプリントを示す。イリジウム（商標）フットプリント７００は北米を略網羅する。すなわち、フットプリント７００の直径は約４０００ｋｍである。ただし、フットプリント７００は、同じく図７に示す２０を超える個々の小さい地上アンテナビームフットプリント７０２（アンテナビーム７０２）を含む。フットプリント７００の縁部７０４付近のアンテナビームフットプリント７０２は、大きくなる傾向がある。すなわち、それらの長軸は５００ｋｍ以上となり得る。フットプリント７００の中心７１０付近のアンテナビーム７０６は、直径１００ｋｍ程度と、きわめて小さくなりうる。フットプリント７００
全体は８分ないし１０分で頭上を通過するので、アンテナビームフットプリント７０２の各々は個々に頭上を１００秒ないし２００秒で通過することができる。重複領域７１２は一般的に、アンテナビームフットプリント７０２の１つの面積より実質的に小さい。図８は、クライアント１２６のような静止クライアントによって受信されるときの、アンテナビームフットプリント７０２のうちの４つについてのＣ／Ｎ₀を個々に示す。

図８は、イリジウム（商標）衛星からのアンテナビームフットプリント７０２のうちの４つについて、時間に対する信号対雑音比（Ｃ／Ｎ₀）を示す例示的図表８００を示して
いる。図８は、クライアント１２６のような静止クライアントによって受信されたときの、アンテナビーム７０２のうちの４つについてのＣ／Ｎ₀曲線８０２／８０４／８０６／
８０８を個々に示す。曲線８０２および８０４は、約２００秒間視野内にあるアンテナビーム７０２のＣ／Ｎ₀を示す。曲線８０６および８０８は、約１００秒間しか持続しない
アンテナビームのためのＣ／Ｎ₀を示す。

セキュリティ／秘密ＭＥＯコード４０８およびＬＥＯコード６０２は予測するのが難しいため、セキュリティ／安全なＭＥＯコード４０８およびＬＥＯコード６０２は、クライアント１２６によって署名セット１９０を介してアサートされた推定位置を認証するために使用することができる。したがって、攻撃者は署名セット１９０を入手して将来の都合のよいときに使用するために格納しておくことが容易にはできない。さらに重要なことに、宇宙ベースの認証システム１００は、署名をリアルタイムで偽造しようと試みる高度のなりすましが存在しても、適切に機能する。

このようなことから、システム１００によれば、「オフショア」攻撃者が被害者位置から数十キロメートルの範囲内に位置せざるを得なくなる。取引が高額である場合、認証サーバは、２つのビームがアサート位置で重なり合うときに第２署名を取得することを要求することができる。これらの重なり合い状況は、例えば約数十秒以内に起こりうる。システム１００では、セキュリティ／秘密署名を搬送する地上無線信号を含めることが可能である。この場合、攻撃半径は地上無線信号の範囲まで縮小される。これは、攻撃受信器が、被害者位置から数百メートルの範囲内になければならないことを意味する。

一部の実施形態において、システム１００では、非セキュリティ／非秘密署名を搬送する地上無線信号を含めることが可能である。この場合、攻撃受信器は、非セキュリティ／非秘密署名を受信するためでさえ、被害者位置から数百メートルの範囲内に位置する必要があるという意味で、攻撃半径は依然として地上無線信号のレンジまで縮小することができる。非セキュリティ／非秘密署名を利用するそのようなシステムは、伝送においてセキュリティ／秘密コードを有するものも有さないものも含め、既存の地上システムを利用することができる。

図９は、署名偽造者によって実行され得る近接署名偽造攻撃を阻止する手段を表す、例示的な略図９００を示している。図９に示すように、攻撃者は、攻撃しようとする位置１３０の近くに、受信器９０２を配置する。攻撃者は、攻撃を受ける位置１３０で収集されるであろう署名セット１９０に非常によく似た署名を生成することを望んでいる。この目的のために、攻撃者は、単に（真正）クライアント１２６が観察するのと同じ衛星の組を観察し、かつこれらの観察に基づいて偽造署名９０４を生成する。この偽造署名９０４はアサート位置決定と共に、認証サーバ１２８に送信される。この攻撃は、位置１３０のアサート位置に近い位置９０６から発信されるので、有効であるかもしれない。

図１０は、開示の実施形態に係る、ＭＥＯ信号を使用して近接署名偽造攻撃を阻止する手段を表す、例示的な略図を示している。ＭＥＯセキュリティ／秘密コード４０８が高い帯域幅を有するため、システム１００のＭＥＯ部は、近接攻撃を緩和する。したがって、
ＭＥＯセキュリティ／秘密コード４０８は非常に正確であり、高い精度を保持する。例えば、ＧＰＳのＹコード精度１００２は、一般的に５メートルよりも良好である。市街地および屋内環境においても、この精度は典型的には５０メートル程度である。したがって、このＭＥＯ精度は、攻撃者がアサート位置から１００メートル程度以内に位置しない限り、攻撃位置および被害者位置を区別することができる。加えて、複数の攻撃のすべてが単一の攻撃位置、例えば繁華なショッピングモールの駐車場から生じている場合、認証サーバ１２８は、それらの攻撃を検出することができる。

オフショア攻撃は、精巧なアンテナ、受信器、および処理システムによって、ＭＥＯ署名およびＬＥＯ署名複合認証を打破しようと試みる。これは、近接攻撃とは明確に異なる。近接攻撃は、攻撃を受けるユーザ位置の近くに、非常に単純な機器を配置する。したがって、近接攻撃は、機器の配置に大きな尽力を必要とする。結局、攻撃受信器を攻撃対象の位置に近接して配置し、その位置から受信器が衛星署名を捕捉することができるようにしなければならない。対照的に、オフショア攻撃者は、処理を複雑にすることによって、近接の必要性を排除している。この攻撃では、高度な信号処理を使用することによって、離れた場所から攻撃することができるようにしている。この信号処理装置を用いることによって、攻撃を受ける遠隔位置に存在するであろう署名を生成することができる。近接攻撃は、攻撃対象位置から例えば約１００メートル程度以内に受信器を配置しなければならない。対照的に、オフショア攻撃は、攻撃対象位置から例えば約１０００ｋｍ以上の位置に、そのアンテナおよび信号処理エンジンを配置することができる。

図１１は、署名偽造者によって実行されうるオフショア署名偽造攻撃のシミュレーションシステム１１００の例示的な機能ブロック図である。多くの変形が存在するが、この攻撃システムは、２つの部分、すなわち衛星固有処理１１０２および被害者固有処理１１１０に分割することができる。

衛星固有処理１１０２を用いることによって、オフショア攻撃者の視野内の異なる衛星からの信号を受信及び分離する。制御放射パターンアンテナ（controlled radiation pattern antenna：ＣＲＰＡ）１１０４を使用して個々の衛星信号を抽出することができるが、オフショア攻撃者が他の技術を使用することもある。例えば、ドップラー偏移またはＷコード処理を使用して衛星信号を分離することもできる。

制御放射パターンアンテナ（ＣＲＰＡ）１１０４は、視野内の個々のＧＮＳＳ衛星からの信号を増幅及び分離するビームを合成することができる。これらの信号は、信号の増幅、濾波、およびダウンコンバージョンを行う個々の受信器フロントエンド１１０６で処理される。次いで、信号を移相器１１０８によって移相することによって、オフショア攻撃設備の視野内の各衛星の個々のビームを合成する。移相操作はＫ行およびＮ列のマトリックスと考えることができ、ここでＫは視野内の衛星の数であり、Ｎはビーム形成アンテナ内の素子の数である。文献には、個々の衛星に向けられたビームを生成するように、重みを適応させるために使用することができる多数のアルゴリズムが記載されている。これらのアルゴリズムは、近傍の無線周波数干渉を減衰するためにヌル（null）を生成することもできる。

被害者固有処理１１１０は、衛星固有処理１１０２によって分離された信号に適切な時間遅延およびドップラー偏移１１１２を導入することによって、任意の被害者位置用の衛星署名を作成する。位置１３０のような被害者位置におけるクライアント１２６に適切な時間遅延およびドップラー偏移１１１２をもたらすために、ＧＮＳＳシミュレータを使用することができる。このプロセスは複雑であるが、今日では適切な（または略適切な）シミュレータが市場に存在する。

被害者固有処理１１１０は、位置１３０のような被害者位置に存在すべき擬似距離遅延およびドップラー偏移を予測する。予測された擬似距離遅延を用いることによって、衛星固有プロセッサ１１０２によって捕捉された信号を時間シフトする。予測されたドップラー偏移を用いることによって、衛星固有プロセッサ１１０２によって捕捉された信号を周波数シフトする。シフト後に、被害者環境をエミュレート(emulate)するように、衛星信
号が減衰される。被害者位置１３０が中心街または屋内である場合、おそらくマルチパスが追加される。個々の衛星信号が作成された後、これらがランダム雑音と共に追加され、且つサンプリングされることによって、偽造信号署名１１１４が形成される。

図１２は、図１０に示したオフショア署名偽造攻撃のためのシミュレーションシステムの例示的な機能ブロック図１２００を表しており、開示の実施形態に従ってＬＥＯ信号を用いてオフショア署名偽造攻撃がどのように阻止されるかを示している。

オフショア攻撃は複雑であるが、実行可能である。１つの攻撃位置で多くの被害者位置を攻撃することができれば、費用効率的でさえあるかもしれない。幸運にも、本明細書に記載のシステム１００は、オフショア攻撃の実行可能性を低減する。システム１００は、ＬＥＯ衛星１１０に基づいてオフショア攻撃に対抗する。上述の通り、ＬＥＯフットプリント７００は直径が約４０００ｋｍである。ただし、これは、図７に示すように、多数の小さい地上アンテナビームフットプリント７０２またはアンテナビームフットプリント７０２に分割される。これらの個々の小さい地上アンテナビームフットプリント７０２（アンテナビーム７０２）は、典型的には直径が約１００ｋｍであり、頭上を例えば約１００秒ないし２００秒で通過する。システム１００は各ビームに固有のコード６０２を送信する。実際、システムは、例えばクライアント１２６の認証要求に応じて固有のコード６０２を送信するだけである。したがって、オフショア攻撃者は、位置１３０のような被害者位置から、１００ｋｍの範囲内に存在しなければならない。図１２はこの制約を描いている。すなわち、位置１２０２に位置する攻撃者は位置１２０４を攻撃することができない。図１１に示した信号処理を用いるにしても、攻撃者は、単純に、位置１２０４をカバーするビームから送信されるコードを見ることができない。したがって、攻撃者は、偽造信号署名１１１４を作成することができない。

システム１００は、オフショア攻撃のコストをさらに高くする２つの追加的特徴を含む。高額取引の場合、クライアント１２６のような想定される対象が２つの重なり合うビームからのコードを含むＲＦ署名を提供することを、認証サーバ１２８が要求することができる。図７および図１２が示すように、ビームの重なり７０８は普通に存在するが、面積が非常に小さく、中には直径が数十キロメートルしかないものもある。したがって、「オフショア」攻撃者は、被害者位置から数十キロメートル以内に存在しなければならなくなる。すなわち、それはもはやオフショアではない。被害者位置は、申し出られた取引の時間にビームの重なり７０８の１つの中に存在しないかもしれない。ＬＥＯ衛星１１０からのアンテナビームフットプリント７０２は高速で移動しており、遅延は図８に示すように数十秒だけであるので、取引の価値が高い場合、認証サーバ１２８は、重なり時に第２署名を要求してもよい。

図１３は、署名偽造者が実行しうる、近接信号捕捉およびオフショア処理に基づくハイブリッド攻撃署名偽造のためのシミュレーションシステムの例示的な機能ブロック図１３００を表している。

図１３に示すように、攻撃者は被害者位置の近くにアンテナを配置する。したがって、攻撃者は被害者と同一のＬＥＯビーム内に位置する。さらに、攻撃者は、同一のビーム重なり部内にさえ位置することがあり得る。攻撃ハードウェアは、ビームステアリングアンテナまたは単一素子アンテナから構成することができる。いずれの場合も、収集された署
名は任意の適切なデータリンクで攻撃サーバに逆送される。

ハイブリッド攻撃サーバは、オフショア攻撃サーバよりさらに複雑である。どちらも異なる衛星からの信号を分離しなければならないが、ハイブリッド攻撃者は、それぞれの衛星および被害者位置用に、分離プロセスを生成しなければならない。視野内にＫ機の衛星がありＶ件の被害者が存在する場合、攻撃サーバはＫ×Ｖ個のプロセスを保持しなければならない。オフショア攻撃者は攻撃サーバの視野内にある衛星を分離する（Ｋ個のプロセス）だけでよかったことを想起されたい。したがって、システム１００は、ハイブリッド攻撃者に、２つの大きなコスト、すなわち、攻撃対象の全ての被害者位置に近接させた測定機器と時間遅延を伴う複雑なプロセッサの両方を課すことになる。

図１４は、開示の実施形態に係る宇宙ベースの認証システム１４００（システム１４００）の例示的な機能ブロック図である。システム１４００の一部の実施形態は、本明細書で詳述する必要のない公知または従来の動作機能を実行可能とするように構成された、追加の構成部品および要素を含みうる。図１４に示す実施形態では、システム１４００は、開示の実施形態に従ってデータを送受信するために使用することができる。システム１４００は、図１〜図８に示した実施形態と同様の機能、材料、および構造を有しうる。したがって、共通する特徴、機能、および要素についてここでは説明を繰り返さない。

システム１４００は、概して、クライアント１２６および認証サーバ１２８を備える。

クライアント１２６は、ダウンコンバータ２０２とＡＤＣ２０６とを含むクライアント復調モジュール１４５０、クライアント署名モジュール１７０、暗号化モジュール１４０４、クライアントプロセッサモジュール１４０６（プロセッサモジュール１４０６）、クライアントメモリモジュール１４０８（メモリモジュール１４０８）、およびソフトウェア構成可能な無線モジュール１４３６（ＳＣＲ１４３６）を含みうる。

ＳＣＲ１４３６は、ＭＥＯ衛星信号１１８、ＬＥＯ衛星信号１２０、および符号化地上信号１６０のそれぞれを復調するための、ＭＥＯプロセッサモジュール１４４２、ＬＥＯプロセッサモジュール１４４４、および地上プロセッサモジュール１４４６を含みうる。ＳＣＲ１４３６は、クライアント１２６の位置の認証に対するＭＥＯ衛星信号１１８、ＬＥＯ衛星信号１２０、および符号化地上信号１６０の寄与を管理することができる。

署名信号１６４、１９６、１６８を介してクライアント１２６から認証サーバ１２８に送信されるクライアント署名セット１９０はそれぞれ、ＲＦ／ＩＦ署名２０８を含む。ＲＦ／ＩＦ署名２０８は、クライアント１２６においてクライアントアンテナ１９８によって捕捉されるクライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６、クライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８、およびクライアント受信地上信号１６２（無線周波数（ＲＦ）または中間周波数（ＩＦ）信号）のサンプルを含み、クライアント署名セット１９０を生成する。

図１４に示す実施形態では、クライアント１２６は、クライアント受信ＭＥＯ衛星信号１４６、クライアント受信ＬＥＯ衛星信号１５８、およびクライアント受信地上信号１６２を追跡する必要がない。図１４に示すように、追跡およびビット復調は、認証サーバ１２８に位置する追跡およびビット復調モジュール１４２８によって実行される。ただし、他の構成を使用してもよい。

認証サーバ１２８は、サーバアンテナ１５０、サーバ復調モジュール１４４０、認証判定モジュール１４２４、追跡およびビット復調モジュール１４２２、サーバデータモジュール１７４、サーバクライアントデータモジュール１７２、解読モジュール１４３０、サーバプロセッサモジュール１４３２（プロセッサモジュール１４３２）、サーバメモリモ
ジュール１４３４（メモリモジュール１４３４）、およびソフトウェア構成可能な無線モジュール１４３６（ＳＣＲ１４３６）を含みうる。

サーバ復調モジュール１４４０は、ＲＦからベースバンドへの変換を実行するように構成されたダウンコンバータ１４１２、バンドパス濾波を実行するように構成されたバンドパスフィルタ１４１４、アナログデジタル変換を実行するように構成されたＡＤＣ１４１６、Ｃ／Ａコードを除去するように構成されたコードワイプオフ１４１８、および同相搬送波４０２を除去するように構成された搬送波ワイプオフ１４２０を含む。

追跡およびビット復調モジュール１４２２は、サーバ受信信号１４８、１５６、および１９６のデータビットを推定するように構成することができる。

追跡およびビット復調モジュール１４２８は、クライアント受信信号１４６、１５８、および１６２のデータビットを推定するように構成することができる。

サーバクライアントデータモジュール１７２は、クライアントＭＥＯ信号署名１６４、クライアントＬＥＯ信号署名１６６、およびクライアント地上信号署名１６８を形成することによって、上述の通り署名セット１９０を提供するように構成されている。

サーバデータモジュール１７４は、サーバＭＥＯ信号署名１７６、サーバＬＥＯ信号署名１７８、およびサーバ地上信号署名１８０を形成することによって、サーバ署名セット１９２を提供するように構成されている。

クライアント署名セット１９０およびサーバ署名セット１９２は、認証判定モジュール１４２４によって比較され、認証メッセージ１２４を生成する。

暗号化モジュール１４０４および解読モジュール１４３０は、認証性能をさらに強化するために使用される。クライアント固有キー（または装置署名）は、クライアント１２６からのＧＮＳＳ署名セットと連結される。クライアント固有キーは、例えば暗号化対称性暗号法（例えばＡＥＳ）、非対称性暗号法（例えば、公開‐秘密暗号法）、物理的複製不可能関数（ＰＵＦ）、または他の暗号法に基づくことができるが、それらに限定されない。クライアント固有キーは、クライアント署名セット１９０を修正するために使用され、この修正は、クライアント固有キーのサーバの複製が、サーバ署名セットを作成するために使用されたものと一致する場合にだけ、認証サーバ１２８における位置検証が一般的に成功となるように行われる。

衛星署名は、装置暗号化のための平文とみなすことができる。衛星署名はまた、クライアント１２６によって捕捉された衛星署名を衛星基準受信器における対応するデータと相関することによって検証されるクライアント位置速度時刻（ＰＶＴ）情報をも前提として含みうる。したがって、連結セキュリティシステムが生成される。

プロセッサモジュール１４０６／１４３２は、本明細書に記載する機能を実行するように設計された汎用プロセッサ、コンテントアドレス指定可能メモリ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、任意の適当なプログラマブルロジックデバイス、個別ゲートもしくはトランジスタロジック、個別ハードウェアコンポーネント、またはそれらの任意の組合せにより実施または実現することができる。このようにして、プロセッサはマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシン等として実現することができる。

プロセッサはまた、コンピューティング装置の組合せとして、例えばデジタル信号プロ
セッサとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサコアと連動する１つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他の同様の構成として実現することもできる。実際には、プロセッサモジュール１４０６／１４３２は、システム１４００の動作に関連する機能、技術、および処理タスクを実行するように構成された処理ロジックを含む。

特に、処理ロジックは、本明細書に記載する認証方法をサポートするように構成される。例えば、プロセッサモジュール１４０６／１４３２は、それぞれが、ソフトウェア構成可能な無線モジュール１４３６（ＳＣＲ１４３６）を含むことができ、当該モジュールは、様々な衛星および地上通信プロトコルに基づいて信号を復調するためのパラメータを選択するように動作可能なものである。例えばＳＣＲ１４３６は、ＭＥＯ衛星信号１１８、ＬＥＯ衛星信号１２０、および符号化地上信号１６０のそれぞれを復調するための、ＭＥＯプロセッサモジュール１４４２、ＬＥＯプロセッサモジュール１４４４、および地上プロセッサモジュール１４４６を含むことができる。

別の実施例では、クライアントプロセッサモジュール１４０６は、クライアント１２６からアンテナ（図示せず）を介して認証サーバ１２８へクライアント署名セット１９０を送信するように、適切に構成することができる。別の例として、サーバプロセッサモジュール１４３２は、アンテナ（図示せず）を介して、認証メッセージ１４４を別のサーバまたはクライアント１２６へ送信するように、適切に構成することができる。さらに、本明細書に開示する実施形態に関連して記載した方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェア、ファームウェア、プロセッサモジュール１４０６／１４３２によって実行されるソフトウェアモジュール、またはそれらのいずれかの組合せによって直接実施することができる。

メモリモジュール１４０８／１４３４は、不揮発性記憶装置（不揮発性半導体メモリ、ハードディスク装置、光ディスク装置等）、ランダムアクセス記憶装置（例えばＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、または当業界で公知のいずれかの他の形態の記憶媒体として実現することができる。プロセッサモジュール１４０６／１４３２がメモリモジュール１４０８／１４３４から情報を読出しかつそれに情報を書き込むことができるように、メモリモジュール１４０８／１４３４はプロセッサモジュール１４０６／１４３２にそれぞれ連結することができる。

一例として、プロセッサモジュール１４０６およびメモリモジュール１４０８、プロセッサモジュール１４３２およびメモリモジュール１４３４は、それらのそれぞれのＡＳＩＣに常駐することができる。メモリモジュール１４０８／１４３４はプロセッサモジュール１４０６／１４３２にそれぞれ組み込むこともできる。一実施形態では、メモリモジュール１４０８／１４３４は、プロセッサモジュール１４０６／１４３２によって実行される命令の実行中に、一時的変数または他の中間情報を格納するためのキャッシュメモリを含んでもよい。メモリモジュール１４０８／１４３４はまた、プロセッサモジュール１４０６／１４３２によって実行される命令を格納するための不揮発性メモリを含んでもよい。

例えば、メモリモジュール１４０８／１４３４は、開示の実施形態に従って位置署名１９０／１９２および他のデータを格納するための位置データベース（図示せず）を含んでもよい。別の例として、クライアントメモリモジュール１４０８は、クライアント１２６におけるデジタルクライアント受信信号２２２のレプリカを格納してもよい。本明細書に開示する実施形態に関連して説明した様々な例示的なブロック、モジュール、回路、および処理ロジックは、ハードウェア、コンピュータ可読ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらのいずれかの組合せにおいて実現可能であることを、当業者は理解するであろ
う。ハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアのこのような相互置換性および互換性を明瞭に示すため、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップは、概してそれらの機能性の観点から説明している。

いくつかの実施形態では、システム１４００は、本明細書に記載した動作に適した任意の数のプロセッサモジュール、任意の数のメモリモジュール、任意の数の送信器モジュール、および任意の数の受信器モジュールを含みうる。図示したシステム１４００は、説明を容易にするために、簡単な実施形態を表している。システム１４００のこれらおよび他の要素は、相互接続されることによって、システム１４００の様々な要素間での通信を可能にしている。一実施形態では、システム１４００のこれらおよび他の要素は、データ通信バス（図示せず）を介して相互接続してもよい。

送信器モジュールおよび受信器モジュールは、それぞれの共用アンテナ（図示せず）に連結された各プロセッサモジュール１４０６／１４３２に配置してもよい。簡単なモジュールでは使用される共用アンテナは１つだけでよいが、より複雑なモジュールには、複数及び／又はより複雑なアンテナ構成を設けてもよい。加えて、この図１４には示さないが、送信器が２つ以上の受信器に送信したり、複数の送信器が同一の受信器に送信したりすることがあることを、当業者は理解するであろう。

機能がハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとして実現されるかどうかは、特定の用途およびシステム全体に課せられる設計上の制約によって決まる。本明細書に記載の概念に精通している者は、そのような機能を特定の用途ごとに適した形で実施することができるが、そのような実施の決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じさせるものと解釈すべきではない。

図１５Ｂは、開示の実施形態に係る位置ベースの認証プロセス１５００を示す例示的なフローチャートを表している。プロセス１５００に関連して実行される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体、またはそれらのいずれかの組合せによって実行することができる。プロセス１５００は、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等のようなコンピュータ可読媒体に記録することができ、かつ例えばコンピュータ可読媒体が格納されたプロセッサモジュール１４０６／１４３２のようなコンピュータＣＰＵによってアクセスし、実行することができる。

なお、プロセス１５００は任意の数の追加的または代替的なタスクを含んでもよく、図１５Ｂに示したタスクは示された順序で実行する必要はなく、かつ、プロセス１５００は本明細書では詳述しない追加的な機能を有するより包括的な手順またはプロセスに組み込むことができる。一部の実施形態では、プロセス１５００の一部分は、システム１００および１４００の様々な要素、例えばクライアント１２６、認証サーバ１２８等によって実行することができる。プロセス１５００は、図１〜図１２に示す実施形態と同様の機能、材料、および構造を有することができる。したがって、共通の特徴、機能、および要素についてここでは説明を繰り返さない。

プロセス１５００は、少なくとも１つのＭＥＯ衛星から少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号をクライアント装置で受信することによって開始される（タスク１５０２）。少なくとも１つのＭＥＯ衛星は、例えば全地球ナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）衛星、全地球測位システム（ＧＰＳ（商標））衛星、Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema（ＧＬＯＮＡＳＳ（商標））衛星、ＢｅｉＤｏｕナビゲーショ
ンシステム（ＣＯＭＰＡＳＳ（商標））衛星、ガリレオ（商標）衛星、または測位、ナビゲーション、またはタイミング関連用途をサポートするために使用することのできる他の
衛星を含みうるが、それらに限定されない。

プロセス１５００は次いで、少なくとも１つのＬＥＯ衛星から少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号をクライアント装置で受信することによって続行される（タスク１５０４）。

プロセス１５００は次いで、少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＭＥＯ信号署名を形成することによって続行される（タスク１５０６）。

プロセス１５００は次いで、少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を形成することによって続行される（タスク１５０８）。

プロセス１５００は次いで、サーバ装置で少なくとも１つのＭＥＯ衛星信号を受信して、少なくとも１つのサーバ受信ＭＥＯ衛星信号を供給することによって続行される（タスク１５１０）。

プロセス１５００は次いで、サーバ装置で少なくとも１つのＬＥＯ衛星信号のレプリカを形成して、少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号を供給することによって続行される（タスク１５１２）。

プロセス１５００は、少なくとも１つのＭＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＭＥＯ信号署名を受信することによって続行される（タスク１５１４）。

プロセス１５００は次いで、少なくとも１つのＭＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのサーバ受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むサーバＭＥＯ信号署名を形成することによって続行される（タスク１５１６）。

プロセス１５００は次いで、クライアントＭＥＯ信号署名とサーバＭＥＯ信号署名とを比較してＭＥＯ比較結果を提供することによって続行される（タスク１５１８）。

プロセス１５００は次いで、少なくとも１つのＬＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を受信することによって続行される（タスク１５２０）。

プロセス１５００は次いで、少なくとも１つのＬＥＯ衛星の少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるのサンプルを含むサーバＬＥＯ信号署名を形成することによって続行される（タスク１５２２）。

プロセス１５００は次いで、クライアントＬＥＯ信号署名とサーバＬＥＯ信号署名とを比較してＬＥＯ比較結果を提供することによって続行される（タスク１５２４）。

プロセス１５００は次いで、ＭＥＯ比較結果およびＬＥＯ比較結果に基づいて、クライアント装置がある位置に存在することを認証することによって続行される（タスク１５２６）。

プロセス１５００は次いで、サーバ装置でＭＥＯ比較結果およびＬＥＯ比較結果を評価し、かつホスト装置でクライアント装置の位置を認証することによって続行される（タス
ク１５２８）。

プロセス１５００は次いで、２つのＬＥＯ衛星から受信した２つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を受信することによって続行される（タスク１５３０）。

プロセス１５００は次いで、２つのＬＥＯ衛星の２つのサーバＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むサーバＬＥＯ信号署名を形成することによって続行される（タスク１５３２）。

プロセス１５００は次いで、少なくとも１つの地上発信源から受信した少なくとも１つのクライアント受信地上信号の地上期間にわたるサンプルを含むクライアント地上信号署名を受信することによって続行される（タスク１５３４）。

プロセス１５００は次いで、クライアントＭＥＯ信号署名、クライアントＬＥＯ信号署名、および地上信号署名をサーバ装置に送信することによって続行される（タスク１５３６）。

プロセス１５００は次いで、サーバ装置で少なくとも１つのクライアント受信地上信号のレプリカを形成して、サーバ地上信号署名を提供することによって続行される（タスク１５３８）。

プロセス１５００は次いで、クライアント地上信号署名とサーバ地上信号署名とを比較して、地上比較結果を提供することによって続行される（タスク１５４０）。

プロセス１５００は次いで、ＭＥＯ比較結果、ＬＥＯ比較結果、および地上比較結果に基づいてクライアント装置の位置を認証することによって続行される（タスク１５４２）。

図１６は、開示の実施形態に係るクライアント位置ベースの認証プロセス１６００を示す例示的なフローチャートを表している。プロセス１６００に関連して実行される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、プロセス方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体、またはそれらのいずれかの組合せによって実行することができる。プロセス１６００は、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク等のようなコンピュータ可読媒体に記録することができ、かつ例えばコンピュータ可読媒体が格納されたプロセッサモジュール１４０６／１４３２のようなコンピュータＣＰＵによってアクセスし、実行することができる。

なお、プロセス１６００は、任意の数の追加的または代替的タスクを含んでもよく、図１６に示したタスクは示された順序で実行する必要はなく、かつ、プロセス１６００は本明細書では詳述しない追加的な機能を有するより包括的な手順またはプロセスに組み込むことができる。一部の実施形態では、プロセス１６００の一部分は、システム１００、６００、および１４００の様々な要素、例えばクライアント１２６、認証サーバ１２８等によって実行することができる。プロセス１６００は、図１、図６、および図１２に示す実施形態と同様の機能、材料、および構造を有することができる。したがって、共通の特徴、機能、および要素についてここでは説明を繰り返さない。

プロセス１６００は、少なくとも１つのＭＥＯ衛星から少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号をクライアント装置で受信することによって開始される（タスク１６０２）。少なくとも１つのＭＥＯ衛星は、例えば全地球ナビゲーション衛星システム（Ｇ
ＮＳＳ）衛星、全地球測位システム（ＧＰＳ（商標））衛星、Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema（ＧＬＯＮＡＳＳ（商標））衛星、ＢｅｉＤｏｕナビゲーショ
ンシステム（ＣＯＭＰＡＳＳ（商標））衛星、ガリレオ（商標）衛星、または測位、ナビゲーション、もしくはタイミング関連用途をサポートするために使用することのできる他の衛星を含みうるが、それらに限定されない。

プロセス１６００は次いで、少なくとも１つのＬＥＯ衛星から少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号をクライアント装置で受信することによって続行される（タスク１６０４）。

プロセス１６００は次いで、少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＭＥＯ信号署名を形成することによって続行される（タスク１６０６）。

プロセス１６００は次いで、少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を形成することによって続行される（タスク１６０８）。

プロセス１６００は次いで、クライアント装置の位置の認証のためにクライアントＭＥＯ信号署名およびクライアントＬＥＯ信号署名をサーバに送信することによって続行される（タスク１６１０）。

プロセス１６００は次いで、２つのＬＥＯ衛星から受信した２つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間にわたるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を形成することによって続行される（タスク１６１２）。

プロセス１６００は次いで、少なくとも１つの地上発信源から受信した少なくとも１つのクライアント受信地上信号のクライアント地上期間にわたるサンプルを含むクライアント地上信号署名を受信することによって続行される（タスク１６１４）。

プロセス１６００は次いで、クライアント装置の位置の認証のためにクライアントＭＥＯ信号署名、クライアントＬＥＯ信号署名、および地上信号署名をサーバに送信することによって続行される（タスク１６１６）。

このようにして、開示の実施形態は、近接攻撃およびオフショア攻撃のようななりすましや偽造に対する防御、ならびに衛星信号が頻繁に遮断される市街地および屋内環境における強力なカバレージを実現する。開示の実施形態は、屋内および中心街のような低信号対雑音比（ＳＮＲ）環境に位置するクライアント装置で受信されるナビゲーション衛星信号に適切な受信信号強度をもたらす認証システムを提供する。

上述した詳細な説明において、少なくとも１つの例示的な実施形態を提示したが、数多くの変形例が存在することを理解されたい。また、本明細書に記載した例示的な実施形態は、発明の要旨の範囲、適用の可能性、または構成をいかなる形でも限定することを意図するものではないことも理解されたい。むしろ、上述した詳細な説明は、記載した実施形態を実現するための有用な手引きを当業者に与えることになるであろう。請求の範囲によって規定される範囲から逸脱することなく、要素の機能および構成に様々な変更を施すことが可能であり、それらは、公知の均等物および本願の出願の時点で予見可能な均等物を含むことを理解されたい。

本明細書において使用されている「モジュール」という用語は、本明細書に記載の関連
機能を実行するためのソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、およびこれらの要素の任意の組合せを指すものである。加えて、解説を目的として様々なモジュールを個別のモジュールとして記載しているが、当業者には理解されるように、２つ以上のモジュールを組み合わせて、本開示の実施形態に係る関連機能を実行する単一のモジュールを形成してもよい。

本明細書において、「コンピュータプログラム製品」、「コンピュータ可読媒体」などの用語は、概して、例えばメモリ、記憶装置、または記憶ユニットのような媒体を指すために使用されている場合がある。これらの形態および他の形態のコンピュータ可読媒体は、プロセッサモジュール１４０６／１４３２に特定の動作を実行させるためにプロセッサモジュール１４０６／１４３２によって使用される１つ以上の命令を格納するために設けることができる。このような命令は一般的に「コンピュータプログラムコード」または「プログラムコード」と呼ばれ（それらはコンピュータプログラムまたは他の集団の形でグループ化してもよい）、これらが実行されると、システム１００、６００、および１４００を使用する方法が実現可能となる。

上記の説明は、「接続」または「連結」されている要素、ノード、または部分に言及している。本書で使用する場合、別途明確に記載しない限り、「接続される」とは、１つの要素／ノード／部分が、必ずしも機械的にではないが、別の要素／ノード／部分に直接接合される（または直接連絡している）ことを意味する。同様に、別途明確に記載しない限り、「連結される」とは、１つの要素／ノード／部分が、必ずしも機械的にではないが、別の要素／ノード／部分に直接または間接的に接合される（あるいは、直接または間接的に連絡している）ことを意味する。従って、図１〜図１２は要素の例示的な構成を示しているが、本開示の実施形態において追加の介在要素、装置、部分、またはコンポーネントが存在していてもよい。

本明細書で使用されている用語および語句、ならびにそれらの変化形は、別途明確に記載しない限り、限定とは反対の、非限定と解釈されるべきである。上述の例として、「含む」という用語は、「限定することなく含む」などを意味すると解釈されるべきである。「例」という用語は、議論されているアイテムの例示を提供するために使用されており、その排他的または限定的なリストを提供するものではない。また、「従来の」、「常套的な」、「通常の」、「標準の」、「公知の」のような形容詞、および同様の意味の用語は、記載されているアイテムを、特定の時期のものや、特定の時点で入手可能なアイテムに限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、現在または未来のいずれかの時点で入手可能又は公知である、従来の、常套的な、通常の、または標準の技術を包含するものと解釈されるべきである。

同様に、接続詞「および」によって繋げられたアイテムの群は、これらのアイテムのすべてがその群に存在することを要件としていると解釈すべきではなく、むしろ、別途明確に記載しない限り、「および／または」と解釈すべきである。同様に、接続詞「または」によって繋げられたアイテムの群は、その群の中で相互に排他的であることを要件としていると解釈すべきではなく、むしろ、同じく、別途明確に記載しない限り、「および／または」と解釈すべきである。

さらに、本開示のアイテム、要素、またはコンポーネントは、単数形で記載または特許請求されているかもしれないが、単数形に限定することが明確に記載されない限り、複数形も開示の範囲内であると考えられる。「１つ以上の」、「少なくとも」、「限定されないが」のような、範囲を広げる語句および表現や、場合によっては他の同様の表現が存在しているが、これによって、このような、範囲を広げる表現が存在しない場合には、より狭い範囲の事例を意図しているあるいは要件としていると解釈されるべきではない。用語
「約」は、数値または数値範囲に言及する場合、計測時に起こり得る実験誤差から生じる値を包含することを意図している。

本明細書で使用する場合、別途明確に記載しない限り、「動作可能」とは、使用することができ、使用またはサービスに適しているかその準備ができており、特定の目的に使用可能であり、かつ本明細書に記載された掲示または所望の機能を実行することができることを意味する。システムおよび装置に関して、「動作可能」という用語は、システムおよび／または装置が完全に機能しかつ較正済みであり、起動されたときに掲示の機能を実行するための要素を備えており、かつ適用される操作性要件を満たしていることを意味する。システムおよび回路に関して、「動作可能」という用語は、システムおよび／または回路が完全に機能しかつ較正済みであり、起動されたときに掲示の機能を実行するためのロジックを備えており、かつ適用される操作性要件を満たしていることを意味する。

Claims (16)

1. 中地球軌道（ＭＥＯ）衛星および低地球軌道（ＬＥＯ）衛星を使用する認証のための方法であって、
   少なくとも１つのＭＥＯ衛星から送られてクライアント装置で受信した少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間におけるサンプルを含むクライアントＭＥＯ信号署名を前記クライアント装置で生成し、生成された前記クライアントＭＥＯ信号署名をサーバ装置で受信することと、
   前記少なくとも１つのＭＥＯ衛星から送られて前記サーバ装置で受信した少なくとも１つのサーバ受信ＭＥＯ衛星信号の前記ＭＥＯ署名期間におけるサンプルを含むサーバＭＥＯ信号署名を前記サーバ装置で生成することと、
   前記クライアントＭＥＯ信号署名と前記サーバＭＥＯ信号署名とを比較してＭＥＯ比較結果を提供することと、
   少なくとも１つのＬＥＯ衛星から送られて前記クライアント装置で受信した少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間におけるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を前記クライアント装置で生成し、生成された前記クライアントＬＥＯ信号署名を前記サーバ装置で受信することと、
   前記少なくとも１つのＬＥＯ衛星から前記サーバ装置で受信した少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号の前記ＬＥＯ署名期間におけるサンプルを含むサーバＬＥＯ信号署名を前記サーバ装置で生成することと、を含み、前記サンプルを含む前記サーバＬＥＯ信号署名が、前記クライアント装置のアサート位置に重なる少なくとも２つのビームに含まれるセキュリティコードを含むことにより、前記クライアント装置で生成された前記クライアントＬＥＯ信号署名が偽装されることを阻止しており、さらに、
   前記クライアントＬＥＯ信号署名と前記サーバＬＥＯ信号署名とを比較してＬＥＯ比較結果を提供することと、
   前記ＭＥＯ比較結果および前記ＬＥＯ比較結果に基づいて、前記クライアント装置が主張するアサート位置に当該クライアント装置があることを認証することにより、前記クライアント装置の前記アサート位置を認証すること、とを含む方法。
2. 前記サーバ装置で前記ＭＥＯ比較結果および前記ＬＥＯ比較結果を評価することと、
   前記サーバ装置と異なるホスト装置で前記クライアント装置の位置を認証すること、とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つのＭＥＯ衛星からサーバ装置で前記少なくとも１つのサーバ受信ＭＥＯ衛星信号を受信することと、
   前記サーバ装置で前記少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のレプリカを生成して、前記少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号を提供すること、とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つのＭＥＯ衛星から前記少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号を前記クライアント装置で受信することと、
   前記少なくとも１つのＬＥＯ衛星から前記少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号を前記クライアント装置で受信すること、とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号の前記ＭＥＯ署名期間におけるサンプルを含む前記クライアントＭＥＯ信号署名を生成することと、
   前記少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号の前記ＬＥＯ署名期間におけるサンプルを含む前記クライアントＬＥＯ信号署名を生成すること、とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. ２つのＬＥＯ衛星から受信した２つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号の前記ＬＥＯ署名期間におけるサンプルを含む前記クライアントＬＥＯ信号署名を受信することと、
   前記２つのＬＥＯ衛星から受信した２つのサーバＬＥＯ衛星信号の前記ＬＥＯ署名期間におけるサンプルを含む前記サーバＬＥＯ信号署名を生成すること、とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 少なくとも１つの地上発信源から前記クライアント装置で受信した少なくとも１つのクライアント受信地上信号の地上期間におけるサンプルを含むクライアント地上信号署名を前記サーバ装置で受信することと、
   前記サーバ装置で少なくとも１つのクライアント受信地上信号のレプリカを生成してサーバ地上信号署名を提供することと、
   前記クライアント地上信号署名と前記サーバ地上信号署名とを比較して地上比較結果を提供すること、とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記ＭＥＯ比較結果、前記ＬＥＯ比較結果、および前記地上比較結果に基づいてクライアント装置の位置を認証することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記クライアントＭＥＯ信号署名、前記クライアントＬＥＯ信号署名、および前記地上信号署名を前記サーバ装置に送信することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 中地球軌道（ＭＥＯ）衛星および低地球軌道（ＬＥＯ）衛星を使用する認証システムであって、
    少なくとも１つのＭＥＯ衛星から送られてクライアント装置で受信した少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間におけるサンプルを含むクライアントＭＥＯ信号署名と、少なくとも１つのＬＥＯ衛星から送られて前記クライアント装置で受信した少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間におけるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名と、に基づいて、前記クライアント装置が主張するアサート位置に当該クライアント装置があること認証するように動作可能な認証モジュールを備え、前記少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号が、前記クライアント装置のアサート位置に重なる少なくとも２つのビームからのセキュリティコードを含んでおり、
    前記認証は、ＭＥＯ比較結果およびＬＥＯ比較結果に基づいて行われ、前記ＭＥＯ比較結果は、前記クライアントＭＥＯ信号署名とサーバＭＥＯ信号署名とを比較して提供されたものであり、前記ＬＥＯ比較結果は、前記クライアントＬＥＯ信号署名とサーバＬＥＯ信号署名とを比較して提供されたものである、システムであって、
    前記サーバＬＥＯ信号署名が、前記少なくとも２つのビームに含まれる前記セキュリティコードを含むことにより、前記クライアントＬＥＯ信号署名が偽装されることを阻止している、システム。
11. 少なくとも１つのＭＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間におけるサンプルを含むクライアントＭＥＯ信号署名を受信し、かつ
    少なくとも１つのＬＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間におけるサンプルを含むクライアントＬＥＯ信号署名を受信する、
    ように動作可能なサーバクライアントデータモジュールと、
    前記少なくとも１つのＭＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのサーバ受信ＭＥＯ衛星信号の前記ＭＥＯ署名期間におけるサンプルを含む前記サーバＭＥＯ信号署名を生成し、かつ
    前記少なくとも１つのＬＥＯ衛星から受信した少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号の前記ＬＥＯ署名期間におけるサンプルを含む前記サーバＬＥＯ信号署名を生成する、ように動作可能なサーバデータモジュールと、
    前記クライアントＭＥＯ信号署名と前記サーバＭＥＯ信号署名とを比較してＭＥＯ比較結果を提供し、かつ
    前記クライアントＬＥＯ信号署名と前記サーバＬＥＯ信号署名とを比較してＬＥＯ比較結果を提供する、
    ように動作可能な比較モジュールと、をさらに備えた、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記比較モジュールを含むサーバ装置と、
    前記認証モジュールを含むホスト装置と、を備える、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記認証モジュールはさらに、前記ＭＥＯ比較結果および前記ＬＥＯ比較結果に基づいて前記クライアント装置の位置を認証するように動作可能である、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記クライアントデータモジュールはさらに、少なくとも１つの地上発信源から受信した少なくとも１つのクライアント受信地上信号の地上時間におけるサンプルを含むクライアント地上信号署名を受信するように動作可能であり、
    前記サーバデータモジュールはさらに、前記少なくとも１つの地上発信源から受信した少なくとも１つのサーバ受信地上信号のサーバ地上時間ウィンドウを含むサーバ地上信号署名を生成するように動作可能であり、
    前記比較モジュールはさらに、前記クライアント地上信号署名と前記サーバ地上信号署名とを比較して地上比較結果を提供するように動作可能であり、かつ
    前記認証モジュールはさらに、前記ＭＥＯ比較結果、前記ＬＥＯ比較結果、および前記地上比較結果に基づいてクライアント装置の位置を認証するように動作可能である、請求項１３に記載のシステム。
15. 少なくとも１つのクライアント受信ＭＥＯ衛星信号のＭＥＯ署名期間におけるサンプルを含む前記クライアントＭＥＯ信号署名を生成し、かつ
    少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号のＬＥＯ署名期間におけるサンプルを含む前記クライアントＬＥＯ信号署名を生成する、
    ように構成されたクライアント署名モジュールをさらに備えた、請求項１１に記載のシステム。
16. 前記少なくとも１つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号は、２つのＬＥＯ衛星から受信した２つのクライアント受信ＬＥＯ衛星信号を含み、
    前記少なくとも１つのサーバＬＥＯ衛星信号は、前記２つのＬＥＯ衛星の２つのサーバＬＥＯ衛星信号を含む、請求項１１に記載のシステム。

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