JPH11274999A - 移動体通信方法および移動体通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】移動局と固定局間の通信開始を高速化し、また
暗号鍵の不正使用等に対し速やかに且つ安全に使用鍵を
切り替える移動体通信方式を提供する。 【解決手段】固定局と複数の移動局間の暗号通信に、複
数のバージョンによる共通鍵を使用可能とし、各々の移
動局１は唯一の鍵バージョンとその対称鍵（通常鍵と緊
急鍵）を鍵情報ＤＢ６に管理し、固定局２は複数の鍵バ
ージョンとその対称鍵を鍵情報管理ＤＢ１２に管理す
る。移動局１は通信要求時に自局の鍵バージョンを送信
し、固定局２は受信した鍵バージョンの通常鍵が有効に
サポートされているか判定し、有効な場合は当該バージ
ョンと鍵用途（通常）を応答する。また、通常鍵が無効
な場合は、当該バージョンと鍵用途（緊急）を応答す
る。移動局１は固定局２から応答された鍵バージョンと
鍵用途を判定し、鍵バージョンが同じでも鍵用途が「緊
急」の場合は、自局の使用鍵を緊急鍵に切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は暗号通信方法に関
し、特に固定局と移動局間で秘密にかつ耐改竄に暗号鍵
を管理する移動通信に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話や自動車電話による移動通信の
普及がめざましく、有料道路の自動料金収受システム
（ＥＴＣ）などの実用化も間近かである。有料道路の自
動料金収受システムは、料金所路側に設置された固定通
信手段（固定局）と有料道路を走行する車両に搭載され
た移動通信手段（移動局）の間で、無線通信を用いて料
金を収受するシステムである。ＥＴＣの課金処理では、
利用者の認証や預金情報など個人のプライバシーに関す
る情報を無線で送受信するので、これら情報の漏洩、改
竄を防止するために暗号通信を用いたセキュリティの確
保が必須となる。

【０００３】通信内容の秘密保持や改竄の防止のため
に、平文を暗号化し暗号文を復号化するための鍵情報が
使用される。例えば、『「インターネットセキュリテ
ィ」基礎と対策技術（佐々木良一他著，オーム社，ｐｐ
９５−１０２）』に記載のように、送信者と受信者間で
予め、ＫＥＫ(Key Encrypting Key)と呼ばれる「鍵暗号
化鍵」を設定し、送信者はこのＫＥＫを用いてデータを
暗号化するＤＥＫ(Data Encrypting Key)と呼ばれる
「データ暗号化鍵」を暗号化して受信者へ送信し、受信
者はＫＥＫを用いてＤＥＫを復号化し、ＤＥＫを用いて
暗号文を解読している。

【０００４】また、送信者は受信者の公開鍵を入手し、
この公開鍵をＫＥＫとして暗号化したＤＥＫを受信者へ
送付し、送信者と受信者との間でＤＥＫを共有する方法
もある。これら暗号化鍵の管理はカードによる方法もあ
るが、鍵情報の変質や紛失の危険もある。一般には、鍵
サーバによって移動局毎に管理している。

【０００５】図１１に、鍵サーバーを使用する移動局と
固定局の暗号通信の手順を示す。鍵サーバは鍵管理テー
ブルに移動局Ａの鍵Ｋ１、移動局Ｂの鍵Ｋ２と、全移動
局の鍵を管理している。鍵Ｋ１を保持している移動局Ａ
が固定局と通信する場合、移動局Ａの識別子による通
信要求を発行し、固定局は鍵サーバに移動局Ａの鍵を
問合せ、鍵サーバーは固定局に移動局Ａの鍵Ｋ１を応
答し、固定局は鍵Ｋ１（またはデータＫ１を種に生成
した鍵Ｋ１１）を用いて移動局Ａに暗号通信を行ない、
移動局Ａは鍵Ｋ１（またはデータＫ１から解読した鍵
Ｋ１１）を用いて暗号文を復号し、鍵Ｋ１（または鍵Ｋ
１１）を用いた暗号文で固定局と通信する。

【０００６】なお、鍵情報は漏洩（盗聴・解読）による
不正使用を防止するために、定期的または必要に応じて
バージョンアップされる。鍵サーバが管理する鍵情報は
移動局に固有の鍵または移動局に共通の鍵で、後者の場
合は移動局毎に使用中の鍵バージョンが管理される。つ
まり、図９に例示した鍵Ｋ１，Ｋ２は固有情報でも、バ
ージョン情報でもよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、暗号通
信の鍵情報を鍵サーバによって管理する方式では、固定
局は移動局からの通信要求の度に使用する鍵をサーバに
問合せするので、移動局と固定局間の通信開始までに時
間がかかり、またサーバから固定局へＫＥＫやＤＥＫの
鍵情報を直接に送信するので漏洩の危険も高い。

【０００８】特に、ＥＴＣでは料金収受に用いる無線電
波の混信を防ぐために、通信領域を狭く設定する必要が
ある。一方、自動料金収受を行なう車両は停止すること
なく料金所を通過させる運用となるので、固定局と移動
局との間の通信可能な時間はごく短い。例えば、車両が
４ｍの通信領域を１８０ｋｍ／ｈの高速で走行した場
合、通信可能な時間はわずか８０ｍｓである。従って、
サーバによる鍵管理方式では、車両と料金所間の高速応
答が困難なため、高速通過による料金収受が不可能にな
るので、料金所での渋滞解消に役立たなくなる。

【０００９】しかし、不特定多数の移動局の鍵情報をサ
ーバに代わって固定局が管理することは、従来の技術で
は不可能である。なぜならば、個々の移動局が全国のど
の料金所へ進入して通信を開始するか分からないので、
各固定局は全移動局の鍵情報の管理が必要になるからで
ある。移動局が共通鍵を使用する場合でも、移動局の鍵
バージョンは個々の車検時などに更新されるので、複数
の鍵バージョンを共用可能に運用する必要があり、固定
局の管理は困難となる。

【００１０】また、使用中の鍵バージョンに不正使用が
発覚した場合、被害のあった移動局への緊急対策はでき
ても、その鍵バージョンを使用している他の多数の移動
局に対しては緊急に対応できず、被害の拡大する恐れが
ある。

【００１１】本発明の目的は、従来の暗号文を含む移動
通信の問題点を克服し、鍵情報の漏洩の危険が少なく高
応答で通信を開始でき、あるいは緊急時の鍵更新が簡単
に行なえる移動通信方法を提供することにある。

【００１２】また、鍵サーバの不要なシンプルで、高セ
キュリティの移動通信システムを提供することにある。
さらに、短時間（高速通過中）に確実に料金収集（課金
処理）のできる有料道路の自動料金収受システムを提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、固定局と移動局の双方向の暗号通信の暗号
化または復号化に用いる鍵（暗号鍵）を複数の移動局で
共有可能とし、かつ前記暗号鍵の複数のバージョンを共
用可能とする移動体通信方法において、移動局は固定局
への通信要求時に、自局の使用可能な暗号鍵のバージョ
ンを送信すると共に、このバージョンが固定局からの応
答に含まれることを確認し、固定局は移動局からの受信
バージョンが自局の管理する鍵情報に含まれるかチエッ
クし、含まれる場合は当該バージョンを使用鍵に決定し
て前記通信要求を発信した移動局に応答すると共に、通
信中、当該移動局の識別子とその使用鍵を対応付けて管
理することを特徴とする。

【００１４】上記の固定局は、移動局からの受信バージ
ョンが自局の管理する鍵情報に含まれていない場合は、
鍵情報の一つまたはダミーのバージョンを移動局に応答
し、当該移動局は、固定局からの応答バージョンが自局
で使用可能な場合は、この応答のバージョンを使用鍵と
して、通信要求を再送信することを特徴とする。この結
果、再送のバージョンが固定局で使用鍵に認められ、通
信中管理される。

【００１５】この発明によれば、固定局は複数の移動局
との間で、共通鍵の複数の鍵バージョンを混乱なく共用
でき、固定局自身で使用鍵を決定できるので、即座に通
信を開始できる。

【００１６】また、本発明は、各移動局及び固定局がそ
れぞれ自局の使用可能なバージョンの暗号鍵を、通常用
と代替用の鍵用途に対応した一対の鍵（通常鍵と代替
鍵）により管理し、移動局は固定局への通信要求時に、
自局の使用可能な暗号鍵のバージョンを送信すると共
に、固定局からの応答に含まれるバージョンと鍵用途を
チエックし、応答のバージョンが自局と同一で鍵用途が
通常用の場合は、自局の通信に使用する暗号鍵を前記通
常鍵のままとし、固定局は移動局からの受信バージョン
が自局の管理する複数のバージョンに含まれるかチエッ
クし、含まれる場合は前記通常鍵の有効／無効をチエッ
クし、有効の場合は当該通常鍵を使用鍵に決定して当該
バージョンと鍵用途（通常用）を前記通信要求を発信し
た移動局に応答すると共に、通信中、当該移動局の識別
子とその使用鍵を対応付けて管理することを特徴とす
る。

【００１７】また、上記の固定局は、移動局からの受信
バージョンが自局の管理するバージョンに含まれかつ前
記通常鍵が無効の場合に、当該通常鍵と対をなす代替鍵
を使用鍵に決定して当該バージョンと鍵用途（代替用）
を前記通信要求を発信した移動局に応答すると共に、通
信中、当該移動局の識別子とその使用鍵を対応付けて管
理し、当該移動局は、固定局から応答の鍵用途が代替用
の場合に、自局の通常鍵を無効とし、それと対をなす代
替鍵を自局の暗号通信の使用鍵とすることを特徴とす
る。

【００１８】さらに、上記の固定局における前記通常鍵
の有効／無効の管理は、上位装置から指定されたバージ
ョンの鍵用途変更指示を受信したときに、当該通常鍵を
無効とすることを特徴とする。

【００１９】この発明によれば、不正使用が発覚した場
合等に鍵バージョンの通常鍵を無効にし、各移動局が保
持している代替鍵への切り替えを、暗号鍵を送信するこ
となく通信中のオンライン処理できるので、緊急な対応
が高セキュリティに実行できる。なお、通常鍵と代替鍵
（実施例では緊急鍵）の対による方式を、以下では対称
鍵暗号方式と呼ぶ。

【００２０】なお、上記で移動局から通信要求時に自局
で使用する鍵のバージョンと鍵用途を送信し、固定局で
使用を決定したバージョンのみを応答するようにしても
よい。これによれば、固定局の鍵決定処理がさらに簡単
化される。

【００２１】上記移動体通信方法を適用する本発明の移
動体通信システムは、固定局と移動体上に搭載される複
数の移動局を備え、移動局は、自局の通信に使用する鍵
バージョンと鍵を含む鍵情報を格納する鍵情報データベ
ースと、固定局への通信要求時に自局の鍵バージョンを
送信すると共に、固定局からの応答に含まれる鍵バージ
ョンと対照して自局の使用鍵を管理する鍵管理処理手段
を設け、固定局は、移動局との通信に使用する複数の鍵
バージョンとその鍵を含む鍵情報を格納する鍵情報管理
データベースと、移動局から受信した鍵バージョンが前
記データベースに含まれる場合にこの鍵バージョンの鍵
を使用鍵に決定して、当該鍵バージョンを移動局に応答
する鍵管理制御処理手段と、通信中の移動局の識別子と
その使用鍵を対応付けて管理する通信鍵情報データベー
スを設けることを特徴とする。

【００２２】また、固定局及び移動局は、前記鍵情報と
して鍵バージョン毎に通常／代替の鍵用途と対応する一
対の通常鍵と代替鍵を含み、かつ固定局には、上位から
の鍵用途変更指示によって該当鍵バージョンの通常鍵の
使用を無効にする管理機能を有し、固定局の前記鍵管理
制御処理手段は、移動局から受信した鍵バージョンの通
常鍵が無効の場合に対の代替鍵を使用鍵に決定してその
鍵バージョンと鍵用途（代替）を移動局に応答し、移動
局の前記鍵管理処理手段は固定局から応答の鍵用途が代
替用の場合に鍵情報データベースの通常鍵を無効にする
ことを特徴とする。

【００２３】あるいは、固定局は前記鍵情報として鍵バ
ージョン毎に通常の鍵用途となる通常鍵のみを含み、か
つ上位から鍵用途変更指示による鍵バージョンと鍵用途
が代替の代替鍵を受信して管理すると共に当該通常鍵の
使用を無効にする管理機能を有してなることを特徴とす
る。

【００２４】上記の移動体通信システムの一適用例は有
料道路の自動料金収受システム（ＥＴＣ）であり、固定
局は料金所または路側に設けられる通信装置、移動局は
有料道路を利用する車両に搭載される通信装置として構
成される。

【００２５】本発明の移動体通信システムは鍵サーバを
不要とするので、システム構成が簡素化するとともに、
高セキュリティを確保できる。また、固定局と移動局間
の通信が高速処理できるので、有料道路のＥＴＣの処理
時間を短縮し、高速通過での料金収受が可能になる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
移動通信方法とそのシステムについて、図面を参照しな
がら詳細に説明する。なお、各図を通して同等の構成要
素には同一の符号を付している。

【００２７】図１０に、本発明を適用する有料道路の自
動料金収受システムの概略の構成を示す。料金所に配置
されたＥＴＣの固定局１００は、自動料金専用レーン２
００の上部または側部に設置されたアンテナ１１０を介
して、破線で示す通信エリア２１０内に進入した車両３
００の搭載する移動局３１０との間で、秘密情報を暗号
化して無線交信し、料金を自動徴収して上位装置へ報告
する。

【００２８】アンテナ１１０のカバーする通信エリア２
１０の延長は、他車との混信を防止するために高々数ｍ
である。このため、高速で通過する車両の移動局３１０
と約０．１秒以下で交信を終了しなければならず、固定
局１００と移動局３１０間の暗号通信には高速の応答が
必要になる。

【００２９】図１は、本発明の一実施例による移動通信
システムの構成図である。移動体に搭載された通信装置
（移動局）１、移動局１と通信する路側に設置された通
信装置（固定局）２、移動局１と固定局２を結ぶ通信路
３から構成される。通信路３は無線、有線を問わない
が、本実施例ではアンテナを介した無線による。以下で
は、移動局１と固定局２間の暗号通信を説明するが、秘
密情報のみを暗号化して平文と組合せる場合も含む。ま
た、暗号化／復号化のための鍵は上述の「データ暗号化
鍵（ＤＥＫ）」を指すが、「鍵暗号化鍵（ＫＥＫ）」で
もよい。

【００３０】移動局１は、平文の送信情報や受信情報及
び鍵関連情報（鍵は含まない）を蓄えている通信用ＤＢ
４、通信用ＤＢ４に蓄積されている固定局２からの鍵関
連情報を読み出し、固定局２との通信に使用する鍵の決
定と、鍵情報ＤＢ６の鍵情報（鍵を含む）の更新を行な
う鍵管理処理部５、暗号化または復号化に用いる鍵（対
称鍵）を含む鍵情報を格納する鍵情報ＤＢ６、通信用Ｄ
Ｂ４の送信情報と鍵情報ＤＢ６の鍵を読み出し、送信情
報を暗号文にする暗号化処理部７、この暗号文を通信路
３へ送信しまた通信路３から暗号文を受信する通信処理
部８、通信路３から受信した暗号文を鍵情報ＤＢ６の鍵
を用いて復号し、復号化した平文の受信情報を通信用Ｄ
Ｂ４へ格納する復号化処理部９、これら各部の起動を制
御する制御処理部１０から構成されている。

【００３１】固定局２は、通信路３から暗号文を受信ま
たは送信する通信処理部８、送信路３から受信した暗号
文を鍵情報ＤＢ１３から読み出した鍵を用いて復号化す
る復号処理部９、復号化された受信情報や平文の送信情
報を蓄える通信用ＤＢ１１、固定局２の暗号通信でサポ
ートする全ての鍵情報を格納する鍵情報管理ＤＢ１２、
通信中の移動局毎の使用鍵を格納する鍵情報ＤＢ１３、
通信用ＤＢ１１から移動局１の受信情報を読み出し、移
動局１からの鍵関連情報と鍵情報管理ＤＢ１２に登録さ
れている鍵情報を対照して移動局の鍵の有効／無効を判
定し、判定結果に応じて移動局に応答する鍵関連情報を
通信用ＤＢ１１へ格納する鍵管理制御処理部１４、鍵情
報ＤＢ１３に格納された使用鍵を用い、移動局に送信す
る送信情報を暗号化する暗号化処理部７、これら各部の
処理を起動する制御処理部１６から構成されている。

【００３２】以下では、対称鍵暗号方式による実施例に
よって、各部の動作を詳細に説明する。図２に、移動局
の鍵情報データベースの構成を示す。対称鍵暗号方式の
場合、鍵情報ＤＢ６に格納される鍵情報は、移動局が使
用する鍵バージョン２１、対称鍵の通常または緊急の用
途を示す鍵用途２２、暗号化または復号化に用いる鍵
（対称鍵）２３、対称鍵２３の有効／無効を示す有効フ
ラグ２４から構成される。図示例は、バージョン「Ｖ
１」に鍵用途が「通常」の鍵「Ｋ１」と、鍵用途が「緊
急」の鍵「Ｋ１’」が登録されて、共に「有効」であ
る。

【００３３】図３に、固定局の鍵管理情報データベース
の構成を示す。鍵情報管理ＤＢ１２は、固定局２がサポ
ートする一つ以上の鍵バージョンの履歴を示し、鍵バー
ジョン２１毎に通常及び緊急の鍵用途２２と鍵（対称
鍵）２３、対称鍵の有効／無効を示す有効フラグ２４か
ら構成されている。図示例は、バージョンＶ１に対称鍵
Ｋ１，Ｋ１’、バージョンＶ２に対称鍵Ｋ２，Ｋ２’が
登録され、全て有効にサポートされている。

【００３４】図４に、固定局の鍵情報データベースの構
成を示す。鍵情報管理ＤＢ１３は、通信中の移動局から
受信した移動局識別子３１と、この移動局との通信に用
いる使用鍵３２（鍵２３）の対応を受信順に管理する。
受信の終了した移動局の対応はＤＢ１３から消去され、
管理順が更新される。これにより、同時に複数の移動局
と異なるバージョンでの通信が可能になる。

【００３５】図５に、移動局における対称鍵暗号方式の
使用鍵決定処理のフローを示す。移動局１の鍵決定は固
定局２との通信開始時に、制御処理部１０の下で鍵管理
処理部５が行ない、通常通信時と鍵緊急更新時の処理を
含んでいる。

【００３６】鍵管理処理５は、鍵情報ＤＢ６よりサポー
トしている鍵バージョンを読み込み（Ｓ１０１）、この
バージョンを通信用ＤＢ４の鍵関連情報のエリアへ書き
込む（Ｓ１０２）。鍵関連情報（ここでは、鍵バージョ
ン）は通信要求のメッセージ（移動局の識別情報を含
む）と共に、通信処理部８から固定局２へ送信される。
その後、鍵管理処理５は固定局２からの鍵関連情報の受
信を待つ（Ｓ１０３）。固定局２から受信した鍵関連情
報（ここでは、鍵バージョンと鍵用途）を通信用ＤＢ４
より読み出し（Ｓ１０４）、その鍵バージョンが自局で
サポートされているか判定する（Ｓ１０５）。固定局２
からの鍵バージョンが自局でサポートされていない場合
は、制御処理部１０へ異常通知を発行し（Ｓ１０６）、
処理を終了する。

【００３７】固定局２からの鍵バージョンが自局でサポ
ートされている場合、つまり自局から送信した鍵バージ
ョンと一致するとき、固定局２からの鍵用途２２が緊急
か否か判定する（Ｓ１０７）。緊急でなければ鍵用途は
「通常」なので、自局の通常鍵を使用する通常通信であ
り、そのまま処理を終了する。一方、固定局からの鍵用
途２２が「緊急」の場合は自局の通常鍵が使用できない
ので、使用鍵を緊急鍵とするとともに鍵情報ＤＢ６にお
ける通常鍵の有効フラグ２４を無効に更新する（Ｓ１０
８）。この結果、当該移動局における以後の暗号化／復
号化には、緊急鍵が使用される。

【００３８】図６に、固定局における使用鍵決定処理の
フローを示す。固定局２は移動局１からの通信要求に対
し、制御処理部１５に起動された鍵管理制御処理部１４
が、対称鍵暗号方式によって移動局毎の使用鍵を決定す
る。

【００３９】鍵管理制御処理１４は、移動局１から通信
要求とともに受信した鍵関連情報のバージョンを通信用
ＤＢ１１より読み出し（Ｓ２０１）、鍵情報管理ＤＢ１
２を検索して受信した鍵バージョンのサポートを確認す
る。つまり、移動局１のバージョンの通常鍵が有効か判
定し、もし通常鍵が無効であればさらに緊急鍵が有効か
判定する（Ｓ２０２）。

【００４０】受信したバージョンの通常鍵が有効の場合
は、この通常鍵を使用鍵に決定し、当該移動局の識別子
と対応付けて鍵情報ＤＢ１３へ登録する（Ｓ２０３）。
さらに、移動局１へ送信する鍵関連情報として、先に移
動局１から受信した鍵バージョンに鍵用途（通常）を付
加して、通信用ＤＢ１１へ書き込み（Ｓ２０６）、処理
を終了する。また、通常鍵が無効で緊急鍵が有効の場合
は、受信した鍵バージョンの緊急鍵を使用鍵に決定し
（Ｓ２０４）、鍵情報ＤＢ１３へ登録する。

【００４１】さらに、受信した鍵バージョンの通常鍵と
緊急鍵が共に無効の場合は、固定局２でサポートしてい
る鍵バージョンとその通常鍵を使用鍵に選定し（Ｓ２０
５）、選定した使用鍵のバージョンと鍵用途を移動局に
応答する。移動局が固定局からのバージョンをサポート
している場合は、このバージョンを通信要求とともに再
送することで、上記の一連の処理が繰り返され、当該バ
ージョンの通常鍵が使用鍵として決定され、通信が可能
になる。

【００４２】しかし、通常の移動局は唯一のバージョン
をサポートする管理が行なわれ、新バージョンへの更新
と共に旧バージョンを無効にしている。このような場合
には、移動局１の鍵決定処理はサポート無しと判定し
（Ｓ１０５）、通信を打ち切る。従って、固定局２の鍵
決定処理では処理Ｓ２０５を行なわずに、移動局から受
信した鍵バージョンの対称鍵が共に無効の場合は、単に
ダミーのバージョンを応答するようにしてもよい。

【００４３】図７に、通常通信で使用鍵を決定する場合
の移動局と固定局間の処理の流れを示す。移動局１の鍵
管理処理部５は、鍵情報ＤＢ６より自局がサポートす
る鍵バージョンがＶ１であることを読み込み、固定局
２へ通信要求のメッセージ（識別子を含む、例えばＮ×
×１）と共にバージョンＶ１を送信する。固定局２の
鍵管理制御処理部１４は、移動局１から受信したバージ
ョンＶ１を用いて鍵管理情報ＤＢ１２を検索し、バージ
ョンＶ１をサポートしているか確認する。バージョン
Ｖ１のサポートを確認すると、バージョンＶ１の通常鍵
Ｋ１を使用鍵に決定し当該移動局の識別子（Ｎ××１）
と対応付けて鍵情報ＤＢ１３へ登録する。また、当該
移動局へバージョンＶ１と鍵用途（通常）からなる鍵関
連情報を送信する。なお、移動局１と固定局２の鍵決定
のための通信，で、鍵関連情報を暗号化してもよ
い。

【００４４】移動局１の鍵管理処理部５は、固定局２か
らの鍵関連情報によって自局のバージョンＶ１とその通
常鍵Ｋ１の使用を確認する。次に、移動局１は通信用
ＤＢ４から平文の送信情報を暗号処理部７に読み込み、
鍵情報ＤＢ６から読み出した使用鍵Ｋ１を用いて暗号化
する。例えば、有料道路のＥＴＣシステムでは、料金引
き落しのためのＩＣカード番号や残金額などが暗号化さ
れて送信される。そして、通信処理部８から固定局２
に暗号文を送信する。固定局２の復号処理部９は、受
信した暗号文を鍵情報ＤＢ１３の識別子（Ｎ××１）に
対応する鍵Ｋ１によって、平文に復号する。

【００４５】これによれば、移動局の通信要求により固
定局との間で使用鍵を決定する処理のみで、両者間の通
信が即座に開始できるので、通信時間が約０．１秒以下
に制限される有料道路のＥＴＣシステムにも適用可能で
ある。また、暗号化／復号化に用いる使用鍵そのものは
鍵関連情報に含まず、通信されないので、システムの高
セキュリテイを確保できる。

【００４６】図８に、鍵緊急更新で使用鍵を決定する場
合の移動局と固定局間の処理の流れを示す。移動局１の
鍵管理処理部５は、鍵情報ＤＢ６に有効管理されてい
るバージョンＶ１を読み出し、固定局２に送信要求メ
ッセージと共に送信し、固定局２の鍵管理制御処理部
１４がバージョンＶ１のサポートを確認するまでは、通
常通信の場合と同様である。確認の結果、バージョン
Ｖ１の通常鍵Ｋ１が無効、緊急鍵Ｋ１’が有効の場合、
バージョンＶ１の緊急鍵Ｋ１’を使用鍵に決定し当該移
動局の識別子（Ｎ××１）と対応付けて鍵情報ＤＢ１３
へ登録し、当該移動局へバージョンＶ１と鍵用途（緊
急）からなる鍵関連情報を送信する。

【００４７】移動局１の鍵管理処理部５は、固定局２
からの鍵用途によって自局の通常鍵Ｋ１の無効を知る
と、鍵情報ＤＢ６の通常鍵Ｋ１の有効フラグを無効にす
る。暗号処理部７は平文の暗号化に際し、鍵情報ＤＢ６
で有効に管理されているＫ１’を使用する。移動局１か
ら固定局２への暗号文の送信（）以降は、通常通信の
場合と同様である。なお、移動局１から固定局２へ通信
要求時の鍵関連情報に鍵バージョンと共に鍵用途を含め
ると、緊急鍵を使用している固定局側の鍵決定処理を簡
単化できる。このとき、固定局２から移動局１へ応答す
る鍵関連情報は鍵バージョンのみでよい。

【００４８】ところで、固定局における通常鍵の有効／
無効の管理は、上位装置から特定の鍵バージョンに対す
る無効指示によって行なわれる。すなわち、移動局の利
用料金などを清算する中央装置などで、一つの移動局に
対して複数の固定局から物理的に不可能な同時的利用の
事実を検出した場合や、ユーザからの苦情申立てが有っ
た場合に、不正使用が発生したと判断して通常鍵の無効
を指示する。

【００４９】図９に、固定局における通常鍵の無効化の
処理フローを示す。鍵管理制御処理部１４は、上述した
通信鍵決定の処理機能（図６）の外に、通常鍵無効化の
処理機能を有している。まず、上位装置からの鍵用途変
更指示の受信を待つ（Ｓ３０１）。上位装置から、鍵バ
ージョンを指定した鍵用途の変更指示を受信すると、指
定されたバージョンの通常鍵を無効にし、鍵情報管理Ｄ
Ｂ１２の当該有効フラグを無効に設定する（Ｓ３０
２）。なお、本処理は、鍵決定処理に対する割込みによ
って処理してもよい。

【００５０】本実施例によれば、不正使用が発覚した鍵
バージョンの通常鍵を無効にし、各移動局が保持してい
る緊急鍵への切り替えをオンラインで処理できるので、
不正使用による被害の拡大を防止しながらシステムの通
常の運用を維持できる。また、緊急鍵のデータを互いに
通信することなく切り替えるので、高セキュリティな対
応が可能になる。

【００５１】例えば、有料道路のＥＴＣシステムでは、
通常の移動局のバージョン更新は定検時などとなるの
で、不正による被害の拡大によりシステム停止に追い込
まれる恐れがある。しかし、本実施例によれば、緊急鍵
への切り替えが通常利用の通信中にオンラインで自動処
理されるので、システムにもユーザにも負担がなく使い
勝手がよい。

【００５２】以上の実施例では移動局と固定局の暗号通
信の暗号鍵に対称鍵を用いたが、本発明の移動通信は暗
号鍵に非対称鍵、または暗号アルゴリズムを変更するア
ルゴリズム鍵等によっても実現できる。

【００５３】また、上述した対称鍵暗号方式では、移動
局と固定局に予め通常鍵と緊急鍵からなる対称鍵を用意
している。しかし、固定局は通常鍵のみをインストール
しておき、上位装置から固定局への鍵用途変更指示に付
加して当該バージョンの緊急鍵を送信するようにしても
よい。これにより、固定局での盗難等による緊急鍵の露
見を防止できる。なお、上位装置からの鍵情報の通信に
よる漏洩の危険が伴うので一時的な緊急対策とし、抜本
的には移動局のバージョン更新が必要になる。

【００５４】

【発明の効果】本発明の移動体通信方法によれば、固定
局と複数の移動局とで共通鍵の複数のバージョンを共用
する場合に、移動局の通信要求時のバージョンを確認し
て固定局自身で使用鍵を決定できるので、移動局との通
信を速やかに開始できる。

【００５５】また、対称鍵暗号方式を採用するので、不
正使用が発覚した場合等に各移動局が保持している代替
鍵への切り替えを、暗号鍵を送信することなくオンライ
ン処理で実効できるので、不正使用の被害の拡大を防止
できる。

【００５６】本発明の移動体通信システムによれば鍵サ
ーバを不要とするので、システム構成が簡素化するとと
もに、高セキュリティを確保できる。また、緊急時の鍵
切り換えを通信中に自動処理するので使い勝手がよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による移動体通信システムの
構成図。

【図２】対称鍵暗号方式を用いた移動局の鍵情報ＤＢの
データ構成図。

【図３】対称鍵暗号方式を用いた固定局の鍵管理情報Ｄ
Ｂのデータ構成図。

【図４】固定局の通話中の使用鍵を管理する鍵情報ＤＢ
の構成図。

【図５】移動局の対称鍵暗号方式による使用鍵の決定処
理を示すフロー図。

【図６】固定局の対称鍵暗号方式による使用鍵の決定処
理を示すフロー図。

【図７】移動局と固定局間の通常の鍵決定の処理とデー
タの流れを示す説明図。

【図８】移動局と固定局間の鍵緊急更新の処理とデータ
の流れを示す説明図。

【図９】上位指示により、固定局の通常鍵無効化処理を
示すフロー図。

【図１０】有料道路の自動料金収受システム（ＥＴＣ）
の概略の構成図。

【図１１】鍵サーバ問合せによる鍵決定動作を示す従来
の移動体通信システムの説明図。

【符号の説明】

１…移動局、２…固定局、３…通信路、４…通信用Ｄ
Ｂ、５…鍵管理処理部、６…鍵情報ＤＢ（移動局側）、
７…暗号化処理部、８…通信処理部、９…復号化処理
部、１０…制御処理部（移動局側）、１１…通信用Ｄ
Ｂ、１２…鍵情報管理ＤＢ、１３…鍵情報ＤＢ（固定局
側）、１４…鍵管理制御処理部、１６…制御処理部（固
定局側）、２１…鍵バージョン、２２…鍵用途、２３…
対称鍵、２４…有効フラグ、３１…移動局識別子、３２
…使用鍵、１００…固定局、１１０…アンテナ、２００
…専用レーン、２１０…通信エリア、３００…車両、３
１０…移動局。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｌ 9/00 ６０１Ｂ (72)発明者 飯野 隆之 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 織茂 昌之 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 福澤 寧子 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 石田 修一 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定局と移動局との双方向の暗号通信の
   暗号化または復号化に用いる鍵（暗号鍵）を複数の移動
   局で共有可能とし、かつ前記鍵の複数のバージョンを共
   用可能とする移動体通信方法において、 移動局は固定局への通信要求時に、自局の使用可能な暗
   号鍵のバージョンを送信すると共に、このバージョンが
   固定局からの応答に含まれることを確認し、 固定局は移動局からの受信バージョンが自局の管理する
   鍵情報に含まれるかチエックし、含まれる場合は当該バ
   ージョンを使用鍵に決定して前記通信要求を発信した移
   動局に応答すると共に、通信中、当該移動局の識別子と
   その使用鍵を対応付けて管理することを特徴とする移動
   体通信方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 固定局は、移動局からの受信バージョンが自局の管理す
   る鍵情報に含まれていない場合は、有効な鍵情報の一つ
   またはダミーのバージョンを移動局に応答し、当該移動
   局は、固定局からの応答バージョンが自局で使用可能な
   場合はそれによる通信要求を再送信することを特徴とす
   る移動体通信方法。
3. 【請求項３】 固定局と移動局との双方向の暗号通信の
   暗号化または復号化に用いる暗号鍵を複数の移動局で共
   有可能とし、かつ前記暗号鍵の複数のバージョンを共用
   可能とする移動体通信方法において、 各移動局及び固定局はそれぞれ自局の使用可能なバージ
   ョンの暗号鍵を、通常用と代替用の鍵用途に対応した一
   対の鍵（通常鍵と代替鍵）により管理し、 移動局は固定局への通信要求時に、自局の使用可能な暗
   号鍵のバージョンを送信すると共に、固定局からの応答
   に含まれるバージョンと鍵用途をチエックし、応答のバ
   ージョンが自局と同一で鍵用途が通常用の場合は、自局
   の通信に使用する暗号鍵を前記通常鍵のままとし、 固定局は移動局からの受信バージョンが自局の管理する
   複数のバージョンに含まれるかチエックし、含まれる場
   合は前記通常鍵の有効／無効をチエックし、有効の場合
   は当該通常鍵を使用鍵に決定して当該バージョンと鍵用
   途（通常用）を前記通信要求を発信した移動局に応答す
   ると共に、通信中、当該移動局の識別子とその使用鍵を
   対応付けて管理することを特徴とする移動体通信方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、 固定局は、移動局からの受信バージョンが自局の管理す
   るバージョンに含まれかつ前記通常鍵が無効の場合に、
   当該通常鍵と対をなす代替鍵を使用鍵に決定して当該バ
   ージョンと鍵用途（代替用）を前記通信要求を発信した
   移動局に応答すると共に、通信中、当該移動局の識別子
   とその使用鍵を対応付けて管理し、 当該移動局は、固定局から応答の鍵用途が代替用の場合
   に、自局の通常鍵を無効とし、それと対をなす代替鍵を
   自局の暗号通信の使用鍵とすることを特徴とする移動体
   通信方法。
5. 【請求項５】 固定局と移動局との双方向の暗号通信の
   暗号化または復号化に用いる暗号鍵を複数の移動局で共
   有可能とし、かつ前記暗号鍵の複数のバージョンを共用
   可能とする移動体通信方法において、 各移動局及び固定局はそれぞれ自局の使用可能なバージ
   ョンの暗号鍵を、通常用と代替用の鍵用途に対応した一
   対の鍵（通常鍵と代替鍵）により管理し、 移動局は固定局への通信要求時に、自局の使用可能な暗
   号鍵のバージョンと鍵用途（通常または代替）を送信す
   ると共に、固定局からの応答に含まれるバージョンをチ
   エックし、応答のバージョンが自局と同一の場合は、自
   局から送信した鍵用途の暗号鍵を使用し、 固定局は移動局から受信したバージョンが自局の管理す
   る複数のバージョンに含まれる場合に、受信した鍵用途
   が通常であれば前記通常鍵の有効／無効をチエックし、
   有効の場合は通常鍵を、無効の場合は前記代替鍵を使用
   鍵に決定し、受信したバージョンを前記通信要求を発信
   した移動局に応答すると共に、通信中、当該移動局の識
   別子とその使用鍵を対応付けて管理することを特徴とす
   る移動体通信方法。
6. 【請求項６】 請求項３、４または５において、 固定局における前記通常鍵の有効／無効の管理は、上位
   装置から指定されたバージョンの鍵用途変更指示を受信
   したときに、当該通常鍵を無効とすることを特徴とする
   移動体通信方法。
7. 【請求項７】 通信処理手段と暗号化・復号化処理手段
   を有する固定局と、移動体上に搭載され通信処理手段と
   暗号化・復号化処理手段を有する複数の移動局を備え、
   移動局と固定局の双方向の暗号通信に用いる暗号鍵を複
   数の移動局で共有可能とし、かつ前記暗号鍵の複数のバ
   ージョンを共用可能とする移動体通信システムにおい
   て、 移動局は、自局の通信に使用する鍵バージョンと鍵を含
   む鍵情報を格納する鍵情報データベースと、固定局への
   通信要求時に自局の鍵バージョンを送信すると共に、固
   定局からの応答に含まれる鍵バージョンと対照して自局
   の使用鍵を管理する鍵管理処理手段を設け、 固定局は、移動局との通信に使用する複数の鍵バージョ
   ンとその鍵を含む鍵情報を格納する鍵情報管理データベ
   ースと、移動局から受信した鍵バージョンが前記鍵情報
   管理データベースに含まれる場合に当該鍵バージョンの
   鍵を使用鍵に決定して、当該鍵バージョンを移動局に応
   答する鍵管理制御処理手段と、通信中の移動局の識別子
   とその使用鍵を対応付けて管理する通信鍵情報データベ
   ースを設けることを特徴とする移動体通信システム。
8. 【請求項８】 請求項７において、 固定局及び移動局は、前記鍵情報として鍵バージョン毎
   に通常／代替の鍵用途と対応する一対の通常鍵と代替鍵
   を含み、かつ固定局には、上位からの鍵用途変更指示に
   よって該当鍵バージョンの通常鍵の使用を無効にする管
   理機能を有し、 固定局の前記鍵管理制御処理手段は、移動局から受信し
   た鍵バージョンの通常鍵が無効の場合に対の代替鍵を使
   用鍵に決定してその鍵バージョンと鍵用途（代替）を移
   動局に応答し、移動局の前記鍵管理処理手段は固定局か
   ら応答の鍵用途が代替用の場合に鍵情報データベースの
   通常鍵を無効にすることを特徴とする移動体通信システ
   ム。
9. 【請求項９】 請求項７において、 移動局は前記鍵情報として鍵バージョン毎に通常／代替
   の鍵用途と対応する一対の通常鍵と代替鍵を含み、 固定局は前記鍵情報として鍵バージョン毎に通常の鍵用
   途となる通常鍵を含み、かつ上位から鍵用途変更指示に
   よる鍵バージョンと鍵用途が代替の代替鍵を受信して管
   理すると共に当該通常鍵の使用を無効にする管理機能を
   有し、 固定局の前記鍵管理制御処理手段は、移動局から受信し
   た鍵バージョンの通常鍵が無効の場合に前記代替鍵を使
   用鍵に決定してその鍵バージョンと鍵用途（代替）を移
   動局に応答し、移動局の前記鍵管理処理手段は固定局か
   ら応答の鍵用途が代替用の場合に鍵情報データベースの
   通常鍵を無効にすることを特徴とする移動体通信システ
   ム。
10. 【請求項１０】 請求項７、８または９において、 前記移動体通信システムは有料道路の自動料金収受シス
    テムであり、前記固定局は料金所または路側に設けられ
    る通信装置、前記移動局は有料道路を利用する車両に搭
    載される通信装置により構成される移動体通信システ
    ム。