JPH10209913A - 無線通信システム及びその方法 - Google Patents
無線通信システム及びその方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/12—Transmitting and receiving encryption devices synchronised or initially set up in a particular manner
-
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- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
- H04L9/3271—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials using challenge-response
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- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Financial Or Insurance-Related Operations Such As Payment And Settlement (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】タグのメモリ内のデータ及びアプリケーション
プロセッサに記憶されたデータの両方を暗号化し、セキ
ュリティ問題を解決する。 【解決手段】第1情報信号を無線搬送信号へと変調する
ことによって第1変調信号を生成する質問器を有する。
質問器は、第1変調信号をシステムの少なくとも1つの
遠隔タグへと送信する。この遠隔タグは、第1変調信号
を受信し、処理する。第2情報信号は、第1変調信号の
反射をバックスキャッタ変調し、この反射信号は、第2
変調信号である。質問器は第2変調信号を受信し、復調
し、第2情報信号を得る。一実施例においては、復調に
はホモダイン検出器と、そのホモダイン検出器のための
局部発信源として第1変調信号を用いる。
プロセッサに記憶されたデータの両方を暗号化し、セキ
ュリティ問題を解決する。 【解決手段】第1情報信号を無線搬送信号へと変調する
ことによって第1変調信号を生成する質問器を有する。
質問器は、第1変調信号をシステムの少なくとも1つの
遠隔タグへと送信する。この遠隔タグは、第1変調信号
を受信し、処理する。第2情報信号は、第1変調信号の
反射をバックスキャッタ変調し、この反射信号は、第2
変調信号である。質問器は第2変調信号を受信し、復調
し、第2情報信号を得る。一実施例においては、復調に
はホモダイン検出器と、そのホモダイン検出器のための
局部発信源として第1変調信号を用いる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、無線通信システ
ムに関し、特に、変調バックスキャッタ技術を用いるプ
ライベート情報の安全な伝送を確実にするためのディジ
タル暗号符号化を用いる無線通信システムに関する。
ムに関し、特に、変調バックスキャッタ技術を用いるプ
ライベート情報の安全な伝送を確実にするためのディジ
タル暗号符号化を用いる無線通信システムに関する。
【0002】
【従来の技術】機械、在庫品又は生物を識別したりその
動きをチェックする目的で、無線周波数識別(RFI
D)システムが利用されている。RFIDシステムは、
質問器(インテロゲータ)と呼ばれる一つの無線送受信
器と、タグと呼ばれる多数の安価な装置との間で通信す
る無線通信システムである。
動きをチェックする目的で、無線周波数識別(RFI
D)システムが利用されている。RFIDシステムは、
質問器(インテロゲータ)と呼ばれる一つの無線送受信
器と、タグと呼ばれる多数の安価な装置との間で通信す
る無線通信システムである。
【0003】RFIDシステムでは、変調無線信号を使
用して質問器からタグへ通信し、タグは変調無線信号に
より応答する。質問器は、まずタグに振幅変調信号を送
る。次に、質問器は連続波(CW)無線信号をタグに送
る。それからタグは、変調バックスキャッタ(MBS)
を用いてそのCWを変調する。
用して質問器からタグへ通信し、タグは変調無線信号に
より応答する。質問器は、まずタグに振幅変調信号を送
る。次に、質問器は連続波(CW)無線信号をタグに送
る。それからタグは、変調バックスキャッタ(MBS)
を用いてそのCWを変調する。
【0004】このMBSでは、アンテナは、変調信号に
より、RF(無線周波数)放射の吸収体の状態からRF
放射の反射体の状態に電気的に切り替えられる。このよ
うに、タグの情報をCW無線信号へと符号化する。質問
器は到来する変調された無線信号を復調し、タグの情報
メッセージを復調する。
より、RF(無線周波数)放射の吸収体の状態からRF
放射の反射体の状態に電気的に切り替えられる。このよ
うに、タグの情報をCW無線信号へと符号化する。質問
器は到来する変調された無線信号を復調し、タグの情報
メッセージを復調する。
【0005】次の20年間においては、RFIDアプリ
ケーションが大きく成長することが予想できる。緊急に
必要となっているアプリケーションは、商業取引に関す
るものが多く、例えば、ユーザのパーソナル識別番号
(PIN)を敵対的な者により盗まれないようにするこ
とが必要となる。携帯電話産業は、ネットワーク海賊に
より大きな打撃を受けていて、損失は年間100億ドル
に近づいていると言われている。この携帯電話産業の失
敗を繰り返さないために、RFIDシステムの設計者
は、ネットワークセキュリティを最優先課題として考え
なければならない。無線システムにおいてデータを転送
する場合のセキュリティ問題には以下の3つの大きな問
題がある。
ケーションが大きく成長することが予想できる。緊急に
必要となっているアプリケーションは、商業取引に関す
るものが多く、例えば、ユーザのパーソナル識別番号
(PIN)を敵対的な者により盗まれないようにするこ
とが必要となる。携帯電話産業は、ネットワーク海賊に
より大きな打撃を受けていて、損失は年間100億ドル
に近づいていると言われている。この携帯電話産業の失
敗を繰り返さないために、RFIDシステムの設計者
は、ネットワークセキュリティを最優先課題として考え
なければならない。無線システムにおいてデータを転送
する場合のセキュリティ問題には以下の3つの大きな問
題がある。
【0006】(1)正当タグと正当質問器が関わる通信
セッションにおいて、敵対者が盗みたい重要なデータを
転送する点。 (2)ネットワークやアプリケーションプロセッサに記
憶されたデータを得るサービスのようなサービスを使用
することを試みる不正タグにより問い合わせされる点。
(これは、携帯電話を不正使用することと類似してい
る。) (3)正当タグのメモリに記憶されたデータを得ること
を試みる(携帯電話からPIN番号を盗むことに似てい
る)不正質問器により正当タグが問い合わせをされる
点。
セッションにおいて、敵対者が盗みたい重要なデータを
転送する点。 (2)ネットワークやアプリケーションプロセッサに記
憶されたデータを得るサービスのようなサービスを使用
することを試みる不正タグにより問い合わせされる点。
(これは、携帯電話を不正使用することと類似してい
る。) (3)正当タグのメモリに記憶されたデータを得ること
を試みる(携帯電話からPIN番号を盗むことに似てい
る)不正質問器により正当タグが問い合わせをされる
点。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はタグのメモリ
内のデータ及びアプリケーションプロセッサに記憶され
たデータの両方を暗号化する方法を提供する。これは、
上の3つのセキュリティ問題全てが発生するネットワー
クの端点の間に暗号化されたデータのみを転送する。こ
の方法は、RFIDユーザのPINを暗号化し、今日の
ATMカードと同等にはRFIDデータの盗みや不正使
用を難しくする。この暗号化方法は、米国ディジタル暗
号化標準(DES:Digital Encryption Standard)の第
1レベル又は第3レベルに基づいている。タグの個人用
暗号キーは商取引データベース及びRFIDタグのみに
知られる。この方法は、商取引、金融、識別、クレジッ
トカード等に用いることができる。
内のデータ及びアプリケーションプロセッサに記憶され
たデータの両方を暗号化する方法を提供する。これは、
上の3つのセキュリティ問題全てが発生するネットワー
クの端点の間に暗号化されたデータのみを転送する。こ
の方法は、RFIDユーザのPINを暗号化し、今日の
ATMカードと同等にはRFIDデータの盗みや不正使
用を難しくする。この暗号化方法は、米国ディジタル暗
号化標準(DES:Digital Encryption Standard)の第
1レベル又は第3レベルに基づいている。タグの個人用
暗号キーは商取引データベース及びRFIDタグのみに
知られる。この方法は、商取引、金融、識別、クレジッ
トカード等に用いることができる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のMBS無線通信
システムは、第1情報信号を無線搬送信号へと変調する
ことによって第1変調信号を生成する質問器を有する。
質問器は、第1変調信号をシステムの少なくとも1つの
遠隔タグへと送信する。この遠隔タグは、第1変調信号
を受信し、処理する。第2情報信号は、第1変調信号の
反射をバックスキャッタ変調し、この反射信号は、第2
変調信号である。質問器は第2変調信号を受信し、復調
し、第2情報信号を得る。
システムは、第1情報信号を無線搬送信号へと変調する
ことによって第1変調信号を生成する質問器を有する。
質問器は、第1変調信号をシステムの少なくとも1つの
遠隔タグへと送信する。この遠隔タグは、第1変調信号
を受信し、処理する。第2情報信号は、第1変調信号の
反射をバックスキャッタ変調し、この反射信号は、第2
変調信号である。質問器は第2変調信号を受信し、復調
し、第2情報信号を得る。
【0009】一実施例においては、復調にはホモダイン
検出器と、そのホモダイン検出器のための局部発信源と
して第1変調信号を用いる。別の実施例では、第2情報
信号はサブ搬送へと変調され、これは次に、第1変調信
号へとバックスキャッタ変調される。質問器は、アプリ
ケーションプロセッサに第2情報信号を通信させる。第
2情報信号はタグ及びアプリケーションプロセッサのみ
に知られるプライベート情報を含む。タグとアプリケー
ションプロセッサ両方は、そのプライベート情報のエン
トツーエント通信を暗号化するためにディジタル暗号化
技術を用いる。
検出器と、そのホモダイン検出器のための局部発信源と
して第1変調信号を用いる。別の実施例では、第2情報
信号はサブ搬送へと変調され、これは次に、第1変調信
号へとバックスキャッタ変調される。質問器は、アプリ
ケーションプロセッサに第2情報信号を通信させる。第
2情報信号はタグ及びアプリケーションプロセッサのみ
に知られるプライベート情報を含む。タグとアプリケー
ションプロセッサ両方は、そのプライベート情報のエン
トツーエント通信を暗号化するためにディジタル暗号化
技術を用いる。
【0010】本発明は、アプリケーションプロセッサ、
少なくとも1つの質問器、及び少なくとも1つのタグが
情報を交換できるRFIDアプリケーションに従って、
セキュリティの3つのレベルを説明する。第1のレベル
は、「通常」モードであり、タグと質問器はそのタグの
RFIDを交換する。第2のレベルは、質問器を「無線
ツー優先」変換器として用いてタグとアプリケーション
プロセッサの間を「安全な」RFIDを送信し、検出す
る。第3のレベルは、タグとアプリケーションプロセッ
サの間を安全なメッセージを転送する。このことは、タ
グへ新しい情報をダウンロードすることを含む。これ
は、メモリに記憶されたデータが重要である場合(借入
カードに記憶された金額)の「リード/ライト」タグで
ある。
少なくとも1つの質問器、及び少なくとも1つのタグが
情報を交換できるRFIDアプリケーションに従って、
セキュリティの3つのレベルを説明する。第1のレベル
は、「通常」モードであり、タグと質問器はそのタグの
RFIDを交換する。第2のレベルは、質問器を「無線
ツー優先」変換器として用いてタグとアプリケーション
プロセッサの間を「安全な」RFIDを送信し、検出す
る。第3のレベルは、タグとアプリケーションプロセッ
サの間を安全なメッセージを転送する。このことは、タ
グへ新しい情報をダウンロードすることを含む。これ
は、メモリに記憶されたデータが重要である場合(借入
カードに記憶された金額)の「リード/ライト」タグで
ある。
【0011】
【発明の実施の形態】RFIDアプリケーションの1つ
としては、コンテナやパレットに固定されたタグから情
報を読みとる技術がある。質問器の読みとりフィールド
をコンテナが移動するので、その読みとりフィールド内
にタグがいるときに限ってトランザクションを行うこと
ができる。この場合、RFIDシステムはトランザクシ
ョンを成功させて完了するために制限された時間しか与
えられない。
としては、コンテナやパレットに固定されたタグから情
報を読みとる技術がある。質問器の読みとりフィールド
をコンテナが移動するので、その読みとりフィールド内
にタグがいるときに限ってトランザクションを行うこと
ができる。この場合、RFIDシステムはトランザクシ
ョンを成功させて完了するために制限された時間しか与
えられない。
【0012】通常モード 図1は、この発明を適用を示すのに適したRFIDシス
テムの一実施例の全体ブロック図を示すものである。ア
プリケーションプロセッサ101は、ローカルエリアネ
ットワーク(LAN)102を介して複数の質問器10
3、104に通信する。質問器それぞれはさらに、タグ
105〜107のうちの一つ又は複数と通信する。たと
えば、質問器103は、情報信号を、たとえばアプリケ
ーションプロセッサ101から受信する。質問器103
はこの情報信号を取り入れ、プロセッサ200(図2参
照)は、タグに送信するのに適した形式のダウンリンク
・メッセージ(情報信号200a)を生成する。
テムの一実施例の全体ブロック図を示すものである。ア
プリケーションプロセッサ101は、ローカルエリアネ
ットワーク(LAN)102を介して複数の質問器10
3、104に通信する。質問器それぞれはさらに、タグ
105〜107のうちの一つ又は複数と通信する。たと
えば、質問器103は、情報信号を、たとえばアプリケ
ーションプロセッサ101から受信する。質問器103
はこの情報信号を取り入れ、プロセッサ200(図2参
照)は、タグに送信するのに適した形式のダウンリンク
・メッセージ(情報信号200a)を生成する。
【0013】図1及び図2において、無線信号源201
は無線信号を合成し、変調器202はその無線信号に乗
せて情報信号200aを変調し、送信器203はこの変
調された信号をアンテナ204を通じてタグに送信す
る。変調には、たとえば振幅変調が使用される。振幅変
調がよく使用される理由は、振幅変調にすると、タグが
信号を復調する場合に一つの安価な非直線デバイス(た
とえばダイオード)だけでできるからである。
は無線信号を合成し、変調器202はその無線信号に乗
せて情報信号200aを変調し、送信器203はこの変
調された信号をアンテナ204を通じてタグに送信す
る。変調には、たとえば振幅変調が使用される。振幅変
調がよく使用される理由は、振幅変調にすると、タグが
信号を復調する場合に一つの安価な非直線デバイス(た
とえばダイオード)だけでできるからである。
【0014】タグ105(図3参照)では、アンテナ3
01(ふつう、ループアンテナ又はパッチアンテナ)が
変調信号を受信する。この信号は、検出器/変調器30
2によって直接にベースバンドに復調される。検出器/
変調器302は、たとえば一つのショットキー・ダイオ
ードである。ダイオード検出器の出力は入力信号の直接
のベースバンドの復調にほぼなっている。
01(ふつう、ループアンテナ又はパッチアンテナ)が
変調信号を受信する。この信号は、検出器/変調器30
2によって直接にベースバンドに復調される。検出器/
変調器302は、たとえば一つのショットキー・ダイオ
ードである。ダイオード検出器の出力は入力信号の直接
のベースバンドの復調にほぼなっている。
【0015】それから情報信号200aはアンプ303
によって増幅され、クロック回復回路304で同期回復
される。もし大量のデータがフレームで伝送されれば、
フレーム同期は例えば、フレームの開始を示す所定のビ
ットパターンを検出することにより行われる。このビッ
トパターンはクロック回復回路304やプロセッサ30
5により検出される。このようなビットパターン検出は
周知である。また、マンチェスタ符号化データからクロ
ックを回復する回路のようなクロック回復回路は周知で
ある。クロック回復回路304の出力情報はプロセッサ
305へと送られる。
によって増幅され、クロック回復回路304で同期回復
される。もし大量のデータがフレームで伝送されれば、
フレーム同期は例えば、フレームの開始を示す所定のビ
ットパターンを検出することにより行われる。このビッ
トパターンはクロック回復回路304やプロセッサ30
5により検出される。このようなビットパターン検出は
周知である。また、マンチェスタ符号化データからクロ
ックを回復する回路のようなクロック回復回路は周知で
ある。クロック回復回路304の出力情報はプロセッサ
305へと送られる。
【0016】プロセッサ305は典型的には安価な4ビ
ット又は8ビットのマイクロプロセッサ及びその関連づ
けられたメモリであり、これは、実行する特定のプログ
ラムに基づいて情報信号306を生成する。情報信号3
06は結局はタグ105から戻って質問器(例えば10
3)へと送られる。
ット又は8ビットのマイクロプロセッサ及びその関連づ
けられたメモリであり、これは、実行する特定のプログ
ラムに基づいて情報信号306を生成する。情報信号3
06は結局はタグ105から戻って質問器(例えば10
3)へと送られる。
【0017】情報信号306は変調器制御回路307に
送られる。変調器制御回路307は、情報信号306を
サブ搬送周波数源308で生成されたサブ搬送周波数に
変調して信号311を作るのに使用する。周波数源30
8は、たとえばプロセッサ305とは別個の水晶発信
器、又は水晶発振器の出力から得られた信号でもよく、
また、プロセッサ305の内部にある信号から得られた
周波数源(たとえばプロセッサ305の基本クロック周
波数の法から)であってもよい。
送られる。変調器制御回路307は、情報信号306を
サブ搬送周波数源308で生成されたサブ搬送周波数に
変調して信号311を作るのに使用する。周波数源30
8は、たとえばプロセッサ305とは別個の水晶発信
器、又は水晶発振器の出力から得られた信号でもよく、
また、プロセッサ305の内部にある信号から得られた
周波数源(たとえばプロセッサ305の基本クロック周
波数の法から)であってもよい。
【0018】変調サブ搬送信号311は、検出器/変調
器302が、タグ105から受信したRF信号を変調し
て変調バックスキャッタ信号(たとえば反射信号)を生
成するのに使用される。これは例えば、変調サブ搬送信
号311を使用してショットキー・ダイオードを入り切
りすることによりアンテナ301の反射を変化させるこ
とによって実現される。電池310又はその他の電源
は、タグ105の回路に電力を供給する。
器302が、タグ105から受信したRF信号を変調し
て変調バックスキャッタ信号(たとえば反射信号)を生
成するのに使用される。これは例えば、変調サブ搬送信
号311を使用してショットキー・ダイオードを入り切
りすることによりアンテナ301の反射を変化させるこ
とによって実現される。電池310又はその他の電源
は、タグ105の回路に電力を供給する。
【0019】安全モード 本発明は、タグと質問器がMBS技術を用いて秘密情報
を交換することを可能にする。図4は、ディジタル暗号
技術を用いてタグ、質問器、アプリケーションプロセッ
サの間を情報を交換する方法を示している。タグの質問
は、タグが単に質問器の無線周波数(RF)の近隣に来
ることにより(サービスやアプリケーションに依存し
て)開始される。質問器の信号401があるとタグはそ
れを検知し、そのRFID402をブロードキャストす
る。その質問器(タグのPIN又は暗号キーを知らな
い)は、タグにより示されたID番号の種類により識別
されるようにアプリケーションプロセッサへと情報を送
る。また、質問器は、乱数を生成し、タグとアプリケー
ションプロセッサの両方に渡す。その乱数は、質問器1
03により選ばれ、タグとアプリケーションプロセッサ
の両方は知っていない。アプリケーションプロセッサは
適切な識別情報を順に見て、タグのID情報に対応する
暗号情報を用いてRFIDユーザのPIN(暗号キー)
及び質問器405より送られた乱数に機能的に基づいて
応答を生成する。次に、質問器は同じ乱数をタグ404
へ送り返し、その同じ応答406を期待する。
を交換することを可能にする。図4は、ディジタル暗号
技術を用いてタグ、質問器、アプリケーションプロセッ
サの間を情報を交換する方法を示している。タグの質問
は、タグが単に質問器の無線周波数(RF)の近隣に来
ることにより(サービスやアプリケーションに依存し
て)開始される。質問器の信号401があるとタグはそ
れを検知し、そのRFID402をブロードキャストす
る。その質問器(タグのPIN又は暗号キーを知らな
い)は、タグにより示されたID番号の種類により識別
されるようにアプリケーションプロセッサへと情報を送
る。また、質問器は、乱数を生成し、タグとアプリケー
ションプロセッサの両方に渡す。その乱数は、質問器1
03により選ばれ、タグとアプリケーションプロセッサ
の両方は知っていない。アプリケーションプロセッサは
適切な識別情報を順に見て、タグのID情報に対応する
暗号情報を用いてRFIDユーザのPIN(暗号キー)
及び質問器405より送られた乱数に機能的に基づいて
応答を生成する。次に、質問器は同じ乱数をタグ404
へ送り返し、その同じ応答406を期待する。
【0020】このシナリオでは、プロセッサ及びタグが
ランダム問い合わせに対して同じ応答を返した場合の
み、タグとアプリケーションプロセッサの間に更なるト
ランザクションが質問器を通って継続される。この場
合、質問器はトランザクションが受け入れられたか拒絶
されたかをタグ及びアプリケーションプロセッサへ知ら
せる(409、410)。このシナリオでは、網のどこ
へもタグのPIN又は暗号キーの情報が送信されること
はない。暗号キーはタグ及びアプリケーションプロセッ
サのみに知られ、タグが発行されたときに配布される。
また、全てのデータは網のどこかへ送信される前に暗号
化される。保護されない唯一の情報は、タグのID番号
であり、これ自身は盗取者には無用であり公の情報とし
て扱われる。従って、上の3つのセキュリティ問題全て
はこのユーザ認証及び続くデータ送信の方法により解決
できた。
ランダム問い合わせに対して同じ応答を返した場合の
み、タグとアプリケーションプロセッサの間に更なるト
ランザクションが質問器を通って継続される。この場
合、質問器はトランザクションが受け入れられたか拒絶
されたかをタグ及びアプリケーションプロセッサへ知ら
せる(409、410)。このシナリオでは、網のどこ
へもタグのPIN又は暗号キーの情報が送信されること
はない。暗号キーはタグ及びアプリケーションプロセッ
サのみに知られ、タグが発行されたときに配布される。
また、全てのデータは網のどこかへ送信される前に暗号
化される。保護されない唯一の情報は、タグのID番号
であり、これ自身は盗取者には無用であり公の情報とし
て扱われる。従って、上の3つのセキュリティ問題全て
はこのユーザ認証及び続くデータ送信の方法により解決
できた。
【0021】この暗号か方法により提供されるセキュリ
ティは、質問器の乱数への応答が適切な応答を作るよう
な「単方向関数」に基づく。単方向関数は、関数の出力
を見る盗取者がその特定の関数を知っていたとしても入
力(この場合、秘密PIN)を再構築できないような関
数のことである。アプリケーションプロセッサ及びタグ
の両方が同じ関数を用い、この関数は、暗号キーにより
決められ、情報データを暗号化及び復号化するのに用い
られる。図5Aでは、単方向関数を用いるタグがランダ
ム問い合わせに対する応答を計算している。図5Bで
は、DES暗号化プロセスの「第1ラウンド」を示して
ある。DESのレベル1符号では、64ビットのデータ
を暗号化するのに16符号化ラウンドがある。抽出関数
は、特定のユーザの暗号キーに依存するので、各ユーザ
のデータベースエントリに対してユニークである。例え
ば、今日の技術では、8ビットマイクロプロセッサによ
ってDESレベル1関数を用いて、64ビットPIN
は、約1msで暗号化できる。このように、ディジタル
暗号化はコスト的に有利であり、単純で安価なRFID
タグを作ることができる。
ティは、質問器の乱数への応答が適切な応答を作るよう
な「単方向関数」に基づく。単方向関数は、関数の出力
を見る盗取者がその特定の関数を知っていたとしても入
力(この場合、秘密PIN)を再構築できないような関
数のことである。アプリケーションプロセッサ及びタグ
の両方が同じ関数を用い、この関数は、暗号キーにより
決められ、情報データを暗号化及び復号化するのに用い
られる。図5Aでは、単方向関数を用いるタグがランダ
ム問い合わせに対する応答を計算している。図5Bで
は、DES暗号化プロセスの「第1ラウンド」を示して
ある。DESのレベル1符号では、64ビットのデータ
を暗号化するのに16符号化ラウンドがある。抽出関数
は、特定のユーザの暗号キーに依存するので、各ユーザ
のデータベースエントリに対してユニークである。例え
ば、今日の技術では、8ビットマイクロプロセッサによ
ってDESレベル1関数を用いて、64ビットPIN
は、約1msで暗号化できる。このように、ディジタル
暗号化はコスト的に有利であり、単純で安価なRFID
タグを作ることができる。
【0022】RFIDシステムの寿命の間有効であるシ
ステムセキュリティを設計することは重要である。上述
のように、携帯電話網の設計者は、RF測定装置の技術
的進歩及びコスト削減、コンピュータの低コスト、高性
能及び携帯性を予見していなかった。従って、MBSシ
ステムが将来の攻撃に対してどの程度のセキュリティを
備えていなければならないかという問題がある。RFI
Dシステムの応答時間に大きく影響する別の問題として
は、RF無線インタフェースの網及び処理、及び認証/
トランザクションデータベースへの接続の遅延の問題が
ある。
ステムセキュリティを設計することは重要である。上述
のように、携帯電話網の設計者は、RF測定装置の技術
的進歩及びコスト削減、コンピュータの低コスト、高性
能及び携帯性を予見していなかった。従って、MBSシ
ステムが将来の攻撃に対してどの程度のセキュリティを
備えていなければならないかという問題がある。RFI
Dシステムの応答時間に大きく影響する別の問題として
は、RF無線インタフェースの網及び処理、及び認証/
トランザクションデータベースへの接続の遅延の問題が
ある。
【0023】安全メッセージ 前の例では(図4)、どのようにタグがアプリケーショ
ンプロセッサと重要な情報を交換できるかを説明した。
図6は、どのようにアプリケーションプロセッサがリー
ド/ライトRFIDタグ上に記憶された情報を変えるこ
とができるかを示す。上述のタグ認証手続きの完了の
後、アプリケーションプロセッサはタグに記憶された情
報を変えることが必要になることがある。(例えば、借
入カードの残高、航空貨物コンテナの飛行ビル。)この
場合、アプリケーションプロセッサはその特定のタグの
「暗号キー」で全てのコマンドメッセージ及び情報メッ
セージをディジタル的に暗号化する。データ伝送の全て
を完了した後、タグは新しいデータ全てを復号してメモ
リに記憶する。しかし、RFチャネルは信頼性のある媒
体ではなく、データ伝送ストリームにおいて概してエラ
ーを生じる。網の端点だけがその情報を復号できるの
で、無線伝送により壊れたデータが端点の間を再送信す
ることを要すれば必要でない遅延が付加される。質問器
はPINや暗号キーではなくタグのIDの知識のみを持
っているので、無線チャネルでの送信の際に全ての情報
を正確にタグが受信することを確実にする機構が必要で
ある。
ンプロセッサと重要な情報を交換できるかを説明した。
図6は、どのようにアプリケーションプロセッサがリー
ド/ライトRFIDタグ上に記憶された情報を変えるこ
とができるかを示す。上述のタグ認証手続きの完了の
後、アプリケーションプロセッサはタグに記憶された情
報を変えることが必要になることがある。(例えば、借
入カードの残高、航空貨物コンテナの飛行ビル。)この
場合、アプリケーションプロセッサはその特定のタグの
「暗号キー」で全てのコマンドメッセージ及び情報メッ
セージをディジタル的に暗号化する。データ伝送の全て
を完了した後、タグは新しいデータ全てを復号してメモ
リに記憶する。しかし、RFチャネルは信頼性のある媒
体ではなく、データ伝送ストリームにおいて概してエラ
ーを生じる。網の端点だけがその情報を復号できるの
で、無線伝送により壊れたデータが端点の間を再送信す
ることを要すれば必要でない遅延が付加される。質問器
はPINや暗号キーではなくタグのIDの知識のみを持
っているので、無線チャネルでの送信の際に全ての情報
を正確にタグが受信することを確実にする機構が必要で
ある。
【0024】従って、質問器は、エラー検出をさせた
り、送信データをエラー訂正符号化する必要がある。こ
のことにより、タグと質問器の間でのみ必要な再送信が
行われることになり、再送信のランテンシーを減らす。
例えば、質問器は各送信パケットの終わりにCRCバイ
トを計算して付加し、エラー検出及び制限されたエラー
訂正の両方を可能にする。タグは各受信メッセージパケ
ットのCRCを順に計算し、壊れたパケットの再送信の
みを求める。
り、送信データをエラー訂正符号化する必要がある。こ
のことにより、タグと質問器の間でのみ必要な再送信が
行われることになり、再送信のランテンシーを減らす。
例えば、質問器は各送信パケットの終わりにCRCバイ
トを計算して付加し、エラー検出及び制限されたエラー
訂正の両方を可能にする。タグは各受信メッセージパケ
ットのCRCを順に計算し、壊れたパケットの再送信の
みを求める。
【0025】このように、アプリケーションプロセッサ
とタグの間に無線エアインタフェースに渡って暗号キー
(PIN)を渡すことなしに、暗号化データを送ること
ができる。質問器への送信の前に全てのデータは有線に
て暗号化されるので、この方法はMBSシステムに対し
て有効なエンドツーエンドセキュリティを与える。
とタグの間に無線エアインタフェースに渡って暗号キー
(PIN)を渡すことなしに、暗号化データを送ること
ができる。質問器への送信の前に全てのデータは有線に
て暗号化されるので、この方法はMBSシステムに対し
て有効なエンドツーエンドセキュリティを与える。
【0026】これは2つの直接的な利点に結びつく。第
1に、異なるアプリケーションは異なる暗号アルゴリズ
ムを用いることができ、これは、必要なセキュリティレ
ベルや、情報交換時に認容できる最大遅延時間に依存さ
せることができる。端点のみが暗合するので、データは
アプリオリに暗号化されてメモリへ記憶され、ラテンシ
ーを減らすことができる。第2に、敵対する盗む人たち
が用いるツールであるコンピュータやマイクロプロセッ
サが強力になるので、暗号アルゴリズムはMBSシステ
ムの各世代のリリースによって複雑に更新される。タグ
とそのタグの特定のアプリケーションプロセッサエント
リのみが更新される必要があるので、MBSシステムの
他の部分を変更する必要はない。
1に、異なるアプリケーションは異なる暗号アルゴリズ
ムを用いることができ、これは、必要なセキュリティレ
ベルや、情報交換時に認容できる最大遅延時間に依存さ
せることができる。端点のみが暗合するので、データは
アプリオリに暗号化されてメモリへ記憶され、ラテンシ
ーを減らすことができる。第2に、敵対する盗む人たち
が用いるツールであるコンピュータやマイクロプロセッ
サが強力になるので、暗号アルゴリズムはMBSシステ
ムの各世代のリリースによって複雑に更新される。タグ
とそのタグの特定のアプリケーションプロセッサエント
リのみが更新される必要があるので、MBSシステムの
他の部分を変更する必要はない。
【0027】上に技術を例として用いて、低コストな短
距離双方向ディジタル暗号化無線通信チャネルを提供す
ることができる。ショットキーダイオード、信号強度を
ブーストするためのアンプ、ビット・フレーム同期回
路、低コスト8ビットマイクロプロセッサ、サブ搬送生
成回路、電池等のタグ構成部品を用いて低コストに提供
できる。これらは他のアプリケーションのためにすでに
大量生産されている。
距離双方向ディジタル暗号化無線通信チャネルを提供す
ることができる。ショットキーダイオード、信号強度を
ブーストするためのアンプ、ビット・フレーム同期回
路、低コスト8ビットマイクロプロセッサ、サブ搬送生
成回路、電池等のタグ構成部品を用いて低コストに提供
できる。これらは他のアプリケーションのためにすでに
大量生産されている。
【0028】本発明は、少なくとも1つの質問器と少な
くとも1つのタグが情報を交換できるアプリケーション
プロセッサのためにRFIDアプリケーションに依存し
て、3レベルのセキュリティを示した。第1のレベル
は、「通常」モードであり、タグと質問器がそのタグの
RFIDを交換する。第2のレベルは、質問器を「無線
ツー有線」変換器として用いてタグとアプリケーション
プロセッサの間に「安全な」RFIDを送信して検出す
る。第3のレベルは、タグとアプリケーションプロセッ
サの間に安全なメッセージを転送する。これはタグへ新
しい情報をダウンロードさせることを含む。これは、
「リード/ライト」タグであり、借入カードに記憶され
た金額のような重要なデータがメモリへ記憶される。
くとも1つのタグが情報を交換できるアプリケーション
プロセッサのためにRFIDアプリケーションに依存し
て、3レベルのセキュリティを示した。第1のレベル
は、「通常」モードであり、タグと質問器がそのタグの
RFIDを交換する。第2のレベルは、質問器を「無線
ツー有線」変換器として用いてタグとアプリケーション
プロセッサの間に「安全な」RFIDを送信して検出す
る。第3のレベルは、タグとアプリケーションプロセッ
サの間に安全なメッセージを転送する。これはタグへ新
しい情報をダウンロードさせることを含む。これは、
「リード/ライト」タグであり、借入カードに記憶され
た金額のような重要なデータがメモリへ記憶される。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように本発明により、タグの
メモリ内のデータ及びアプリケーションプロセッサに記
憶されたデータの両方を暗号化し、セキュリティ問題を
大幅に改善できた。
メモリ内のデータ及びアプリケーションプロセッサに記
憶されたデータの両方を暗号化し、セキュリティ問題を
大幅に改善できた。
【図1】無線周波数識別(RFID)システムの実施例
のブロック図。
のブロック図。
【図2】図1のRFIDシステムで使用される質問器ユ
ニットの実施例のブロック図。
ニットの実施例のブロック図。
【図3】図1のRFIDシステムで使用されるタグユニ
ットの実施例のブロック図。
ットの実施例のブロック図。
【図4】安全メッセージの転送の間の時間に対してのタ
グ、質問器、アプリケーションプロセッサの間の情報の
流れを示す図。
グ、質問器、アプリケーションプロセッサの間の情報の
流れを示す図。
【図5】タグのプロセッサとアプリケーションプロセッ
サのプロセッサがどのようにランダム問い合わせ応答を
計算するかを示すブロック図。
サのプロセッサがどのようにランダム問い合わせ応答を
計算するかを示すブロック図。
【図6】アプリケーションプロセッサ、質問器、少なく
とも1つのタグの間の情報の流れを示す図であり、アプ
リケーションプロセッサは、タグのメモリへ新しい情報
を書き込んでいる。
とも1つのタグの間の情報の流れを示す図であり、アプ
リケーションプロセッサは、タグのメモリへ新しい情報
を書き込んでいる。
101 アプリケーションプロセッサ 102 ローカルエリアネットワーク(LAN) 103、104 質問器 105、106、107 タグ 200 プロセッサ 200a 情報信号 201 無線信号源 202 変調器 203 送信器 204 送信アンテナ 206 受信アンテナ 207 低ノイズアンプ 208 直交ミキサ 209 変調信号 210 フィルタ/アンプ 211 情報信号 212 サブ搬送復調器 213 情報信号 214 信号 301 アンテナ 302 検出器/変調器 303 アンプ 304 クロック回復回路 305 プロセッサ 306 情報信号リード 307 変調器制御回路 308 サブ搬送周波数源 310 電池 311 変調サブ搬送信号 312 水晶発振器 401 質問 402 ID 403 ランダム試行、ID 404 ランダム試行 405、406 応答 407、408 PIN * 応答 409、410 了解/拒絶 501、503 暗号化データ 502、504、506 ID+暗号化データ+CRC 505 NACK
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Je rsey 07974−0636U.S.A. (72)発明者 ジョバンニ バヌチ アメリカ合衆国、07701 ニュージャージ ー、レッド バンク、ラトレッジ ドライ ブ 329
Claims (14)
- 【請求項1】 無線信号を送信することができる質問器
(103)、及びこの質問器から無線信号を受信するこ
とができる少なくとも1つのタグ(105)からなる無
線通信システムであって、 (A)前記タグ(105)は、暗号化信号のソースを受
信するバックスキャッタ変調器を有し、 このバックスキャッタ変調器は、前記ソースからの暗号
化信号を用いて前記質問器からの無線信号の反射を変調
して、反射された変調信号を形成し、 (B)前記質問器(103)は、前記反射された変調信
号を受信する復調器(212)を有し、この復調器によ
り暗号化信号が得られ、 (C)前記質問器(103)は、前記暗号化信号を少な
くとも1つのアプリケーションプロセッサ(101)へ
送信する手段を更に有することを特徴とする無線通信シ
ステム。 - 【請求項2】 前記タグ(105)は、サブ搬送信号の
生成器(308)、及び前記サブ搬送信号を前記暗号化
信号を用いて変調するためのサブ搬送変調器を有し、 前記バックスキャッタ変調器は、前記サブ搬送信号を用
いて無線信号の反射を変調し、前記反射された変調信号
を形成することを特徴とする請求項1のシステム。 - 【請求項3】 前記アプリケーションプロセッサ(10
1)は、 情報信号を生成するために、前記暗号化信号を復号する
手段と、 前記情報信号を記憶する手段とを有することを特徴とす
る請求項1のシステム。 - 【請求項4】 無線信号を送信することができる質問器
(103)、及びこの質問器から無線信号を受信するこ
とができる少なくとも1つのタグ(105)からなる無
線通信システムであって、 (A)前記タグ(105)は、ユニークな識別子のソー
スを受信するバックスキャッタ変調器を有し、 このバックスキャッタ変調器は、前記ユニークな識別子
を用いて前記質問器からの無線信号の反射を変調して、
反射された変調信号を形成し、 (B)前記質問器(103)は、前記反射された変調信
号を受信する関係である復調器(212)を有し、前記
ユニークな識別子が前記反射された変調信号から回復可
能であり、 (C)前記質問器(103)は、ランダム試行を生成
し、このランダム試行及び前記ユニークな識別子を少な
くとも1つのアプリケーションプロセッサ(101)へ
送信する手段を更に有し、 (D)前記質問器(103)は、前記ランダム試行を用
いて前記無線信号を変調する変調器を更に有することを
特徴とする無線通信システム。 - 【請求項5】 (E)前記アプリケーションプロセッサ
(101)は、前記ランダム試行及び前記ユニークな識
別子を用いて第1の暗号化応答を生成する手段、及び前
記第1の暗号化応答を前記質問器へと送信する手段を更
に有し、 (F)前記ランダム試行を用いて第2の暗号化応答を生
成する手段、及び変調された反射信号を生成するため
に、前記第2の暗号化応答を用いて無線信号の反射を変
調するバックスキャッタ変調手段を更に有し、 (G)前記質問器(103)は、アプリケーションプロ
セッサから前記第1の暗号化応答を受信する手段、前記
第2の暗号化応答を回復するために、前記変調された反
射信号を復調する手段、及び前記第1の暗号化応答と前
記第2の暗号化応答を比較する手段、この比較の結果を
了承又は拒絶する手段を更に有することを特徴とする請
求項4のシステム。 - 【請求項6】 (H)前記タグ(105)は、サブ搬送
信号を生成する手段、変調されたサブ搬送を形成するた
めに、前記ユニークな識別子を用いて前記サブ搬送信号
を変調する手段を有し、 (I)前記バックスキャッタ変調器は、前記変調された
サブ搬送を用いて無線信号の反射を変調することを特徴
とする請求項4のシステム。 - 【請求項7】 無線信号を送信することができる質問器
(103)、この質問器から無線信号を受信することが
できる少なくとも1つのタグ(105)、及びアプリケ
ーションプロセッサからなる無線通信システムであっ
て、 (A)前記アプリケーションプロセッサは、暗号化情報
の信号を前記質問器へと送信する手段を有し、 (B)前記質問器は、前記暗号化情報を前記アプリケー
ションプロセッサから受信し、 前記質問器は、(C)処理情報信号を形成するため、前
記アプリケーションプロセッサから受信した暗号化情報
信号の少なくとも1つへとユニークな識別子を付加する
手段と、 (D)メッセージ信号を形成するため、前記処理情報信
号へとCRC符号を付加する手段と、 (E)変調された無線信号を形成するため、前記メッセ
ージ信号で変調する手段、及び前記変調された無線信号
を少なくとも1つのタグへと送信する手段とを有し、 前記タグは、(F)前記メッセージ信号を回復するた
め、前記変調された無線信号を受信し復調する手段と、 (G)前記処理情報信号を回復するため、前記メッセー
ジ信号からCRC符号を計算して除去する手段と、 (H)前記暗号化情報信号を回復するため、前記処理情
報信号から前記ユニークな識別子を除去する手段と、 (I)前記暗号化情報信号を記憶する手段とを有するこ
とを特徴とする無線通信システム。 - 【請求項8】 前記タグは、(J)暗号化されていない
情報を回復するために、前記暗号化情報信号を復号する
手段と、 (K)前記暗号化されていない情報を記憶する媒体とを
更に有することを特徴とする請求項7のシステム。 - 【請求項9】 (L)前記タグは、CRC符号に基づい
て伝送エラーの存在又は不存在を判断する手段と、及び
その伝送エラーの存在した場合に確認否定(NACK)
信号を生成する手段とを更に有し、 (M)前記タグは、バックスキャッタ変調信号を形成す
るために、前記確認否定信号を用いて無線信号の反射を
変調することができるバックスキャッタ変調器を更に有
し、 (N)前記質問器は、前記確認否定信号を回復するため
に、前記バックスキャッタ変調信号を復調する手段を更
に有し、 (O)前記質問器は、前記確認否定信号の内容に基づい
て再送信をすべきかを判断する手段を更に有し、 (P)前記質問器は、前記メッセージ信号を再送信する
ために、無線信号を前記メッセージ信号で変調する手段
を更に有することを特徴とする請求項7のシステム。 - 【請求項10】 (A)質問器から少なくとも1つのタ
グへと無線信号を送信するステップと、 (B)前記タグにおいて、反射された変調信号を形成す
るために、暗号化信号を用いて無線信号の反射を変調す
るステップと、 (C)前記質問器において、前記暗号化信号を得るため
に、前記反射された変調信号を受信し、復調するステッ
プと、 (D)前記暗号化信号を少なくとも1つのアプリケーシ
ョンプロセッサへと送信するステップとを有することを
特徴とする無線通信方法。 - 【請求項11】 前記タグにて、サブ搬送信号を生成
し、前記暗号化信号を用いて前記サブ搬送信号を変調す
るステップとを有し、 前記無線信号の反射を変調するステップは、前記サブ搬
送信号を用いて行われることを特徴とする請求項10の
方法。 - 【請求項12】 前記アプリケーションプロセッサに
て、情報信号を生成するために、前記暗号化信号を復号
するステップと、 前記情報信号を記憶するステップとを有することを特徴
とする請求項10の方法。 - 【請求項13】 (A)質問器から少なくとも1つのタ
グへと無線信号を送信するステップと、 (B)前記タグにおいて、反射された変調信号を形成す
るために、ユニークな識別子を用いて無線信号の反射を
変調するステップと、 (C)前記質問器において、前記ユニークな識別子を回
復するために、前記反射された変調信号を受信し、復調
するステップと、 (D)前記質問器において、ランダム試行を生成し、前
記ランダム試行及び前記ユニークな識別子を少なくとも
1つのアプリケーションプロセッサへと送信するステッ
プと、 (E)前記質問器において、変調された無線信号を形成
するため、ランダム試行を用いて無線信号を変調し、前
記変調された無線信号を送信するステップとを有するこ
とを特徴とする無線通信方法。 - 【請求項14】 (A)アプリケーションプロセッサか
ら質問器へと暗号化情報信号を送信するステップと、 (B)質問器において、処理情報信号を形成するため
に、前記暗号化情報信号へユニークな識別子を付加する
ステップと、 (C)メッセージ信号を形成するため、前記処理情報信
号へCRC符号を付加するステップと、 (D)変調された無線信号を形成するために、前記メッ
セージ信号で無線信号を変調するステップと、 (E)前記変調された無線信号を少なくとも1つのタグ
へと送信するステップと、 (F)タグにおいて 前記メッセージ信号を回復するた
めに、前記変調された無線信号を復調するステップと、 (G)タグにおいて、前記処理情報信号を回復するため
に、前記CRC符号を前記メッセージ信号から計算し、
除去するステップと、 (H)タグにおいて、前記暗号化情報信号を回復するた
めに、前記処理情報信号から前記ユニークな識別子を除
去するステップと、 (I)タグにおいて、前記暗号化情報信号を記憶するス
テップとを有することを特徴とする無線通信方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/777832 | 1996-12-31 | ||
US08/777,832 US6130623A (en) | 1996-12-31 | 1996-12-31 | Encryption for modulated backscatter systems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10209913A true JPH10209913A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=25111439
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10010028A Pending JPH10209913A (ja) | 1996-12-31 | 1998-01-05 | 無線通信システム及びその方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6130623A (ja) |
EP (1) | EP0853288B1 (ja) |
JP (1) | JPH10209913A (ja) |
KR (1) | KR19980064776A (ja) |
CA (1) | CA2219270C (ja) |
DE (1) | DE69702493T2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005295408A (ja) * | 2004-04-02 | 2005-10-20 | Tepco Uquest Ltd | 暗号化装置,復号化装置,暗号化復号化システム,鍵情報更新システム |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998010563A2 (fr) * | 1996-09-04 | 1998-03-12 | Atos Services | Instrument de securisation d'echanges de donnees |
US6118789A (en) * | 1998-02-19 | 2000-09-12 | Micron Technology, Inc. | Method of addressing messages and communications system |
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