WO2011121713A1 - ノード、転送方法、および転送プログラム - Google Patents

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WO2011121713A1
WO2011121713A1 PCT/JP2010/055616 JP2010055616W WO2011121713A1 WO 2011121713 A1 WO2011121713 A1 WO 2011121713A1 JP 2010055616 W JP2010055616 W JP 2010055616W WO 2011121713 A1 WO2011121713 A1 WO 2011121713A1
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WO
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node
packet
authentication
transfer
probability
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PCT/JP2010/055616
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正彦 武仲
哲也 伊豆
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富士通株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W12/121—Wireless intrusion detection systems [WIDS]; Wireless intrusion prevention systems [WIPS]
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Definitions

  • the present invention relates to a node for transferring a packet, a transfer method, and a transfer program.
  • An ad hoc network is a type of self-configuring network that is linked by wireless communication.
  • An ad hoc network is composed of nodes. When a node communicates with another node, the node cannot directly communicate with the partner node and transmits a packet to an adjacent node.
  • Adjacent nodes transmit packets to their adjacent nodes in the same way, and repeat this. Such communication is called multi-hop communication.
  • communication with a target node is performed by multi-hop communication. In this way, all nodes have a function as routers that forward packets unrelated to themselves.
  • the sink node SN When connecting an ad hoc network to a network such as the Internet, LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network), etc. (hereinafter referred to as a “normal network” to be distinguished from an ad hoc network), the sink node SN A specific node called is used. The sink node SN understands both the ad hoc network protocol and the normal network protocol, and transfers communication between the ad hoc network and the normal network.
  • the communication is always performed through the sink node SN. For this reason, the communication amount between the sink node SN and a nearby node tends to increase.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram (part 1) showing an example of blocking unauthorized communication between a conventional ad hoc network and a normal network.
  • the ad hoc network is a network including nodes Na to Nc and a sink node SN.
  • data is transferred in the order of node Nc ⁇ node Nb ⁇ node Na ⁇ sync node SN by ad hoc routing of the sink node SN.
  • Each node Na to Nc shares a key for authenticating a message (authentication key K), and forwards the packet with a MAC (Message Authentication Code; hereinafter referred to as “MAC value”).
  • MAC value Message Authentication Code
  • the node Nc when data is detected at the node Nc, the node Nc generates a MAC value from the detected data, and transfers a packet including the detected data and the MAC value to the node Nb.
  • the node Nb transfers the packet transferred from the node Nc to the node Na, and the node Na transfers it to the sink node SN.
  • the node Nb when data is detected at the node Nb, the node Nb generates a MAC value based on the detected data, and transfers a packet including the detected data and the MAC value to the node Na.
  • the node Na transfers the transferred packet to the sink node SN.
  • the sink node SN performs MAC value authentication (MAC authentication) for a packet transferred from the ad hoc network to the normal network.
  • MAC authentication MAC authentication
  • the sink node SN performs MAC authentication of the packet, but since the unauthorized node Nx does not share the authentication key, the MAC authentication fails. As a result, it is determined that the packet is an illegal packet, and the sink node SN discards these packets. Similarly, when the illegal node Nx transfers an illegal packet to the node Nc or the node Na, the sink node SN similarly discards the packet.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram (part 2) showing an example of blocking unauthorized communication between a conventional ad hoc network and a normal network.
  • the configuration is the same as FIG. In FIG. 17, when each of the nodes Na to Nc transfers to the transfer destination, MAC authentication of the transferred packet is performed.
  • the node Nb determines that the packet is an illegal packet, and the node Nb discards the illegal packet.
  • the MAC authentication fails. In this way, in FIG. 17, the node that received the illegal packet discards the illegal packet without transferring it.
  • the processing load of the sink node SN is reduced because the node that directly received the illegal packet processes, but the node Nb adjacent to the illegal node Nx bears all the load for message authentication.
  • Nodes Na to Nc are general nodes and may have a lower processing capacity than the sink node SN.
  • upstream nodes close to the sink node SN tend to concentrate packets from downstream nodes. Therefore, when the load increases, packet transfer delay and packet loss occur in the entire ad hoc network.
  • An object of the present invention is to provide a node, a transfer method, and a transfer program capable of efficiently performing load distribution for illegal packets in an ad hoc network in order to solve the above-described problems caused by the prior art. .
  • a disclosed node, a transfer method, and a transfer program each includes a group of nodes in an ad hoc network that transmits a packet including detected data to a specific node by multi-hop communication.
  • the packet is received from the transfer source node, and the packet is determined to be subject to authentication or forwarding according to the probability of performing authentication of the received packet, and the packet is determined to be subject to authentication.
  • the authenticity of the packet is authenticated based on a common authentication key in each node, and when the packet is determined to be transferred or authenticated, the packet is transmitted to the transfer destination node and authenticated. If not, it is required to discard the packet.
  • the transfer method, and the transfer program according to the present invention it is possible to efficiently perform load distribution for illegal packets in an ad hoc network.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing a comparative example of discarding illegal packets and discarding illegal packets shown in FIGS. 16 and 17 in the present embodiment. It is explanatory drawing which shows the data structure of a packet. It is explanatory drawing which shows the detailed data structure of the communication header shown in FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the routing table of a node. It is explanatory drawing which shows the state of the communication header in multihop communication. It is a block diagram which shows the hardware structural example of the node which comprises an ad hoc network.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing a comparative example of discarding illegal packets and discarding illegal packets shown in FIGS. 16 and 17 in the present embodiment. It is explanatory drawing which shows the data structure of a packet. It is explanatory drawing which shows the detailed data structure of the communication header shown in FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the routing table of a node. It is explanatory drawing which shows the state of the communication header in
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration example of a node according to the first exemplary embodiment
  • 3 is a flowchart showing a detection data transmission processing procedure in a node according to the first exemplary embodiment
  • 3 is a flowchart showing a packet transfer processing procedure in a node according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a functional configuration example of a node according to the second exemplary embodiment
  • It is a block diagram which shows the functional structural example of the node concerning Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a packet transfer processing procedure in a node according to the third exemplary embodiment; It is a block diagram which shows the functional structural example of the node concerning Embodiment 4.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of an ad hoc network.
  • an ad hoc network 100 and a normal network 101 are connected with a sink node SN in the ad hoc network 100 as a gateway.
  • Data in the ad hoc network 100 is transferred as a packet from the sink node SN to the normal network 101 and reaches the server S.
  • Data from the server S and the sink node SN is transferred as a packet from the sink node SN to each node in the ad hoc network 100.
  • ad hoc network 100 a plurality of nodes are provided.
  • nodes Na to Nh are shown as representatives.
  • Each of the nodes Na to Nh can perform multi-hop communication with a node that can communicate within a predetermined communication range.
  • the sink node SN knows which node can communicate with which node, and the sink node SN routes autonomously based on this information.
  • a transfer source and a transfer destination for performing multi-hop communication are set by routing of the sink node SN.
  • the route R1 is a route of node Nc ⁇ node Nb ⁇ node Na ⁇ sink node SN (communication in the reverse direction is also possible).
  • the route R2 is node Ne ⁇ node Nd ⁇ sink node SN (reverse direction communication is also possible).
  • the route R3 is a route of node Ng ⁇ node Nf ⁇ node Nd ⁇ sink node SN (the reverse direction is also possible).
  • the route R4 is a route of node Nh ⁇ node Nf ⁇ node Nd ⁇ sink node SN (reverse direction is also possible).
  • the node Na and the node Nd are nodes that directly communicate with the sink node. In this way, a node close to the sink node SN is called an upstream node.
  • the node Nb and the node Ne are also upstream nodes.
  • Each node Na to Nh transmits the detected data to the sink node SN according to the routed routes R1 to R4. Therefore, the upstream node closer to the sink node SN transfers the detection data of the downstream node further upstream. That is, the frequency at which packets from the transfer source node are transmitted to the transfer destination increases, and the transfer load increases.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a comparative example of discarding illegal packets and discarding illegal packets shown in FIGS. 16 and 17 in the present embodiment.
  • “Conventional A” indicates the example of FIG. 16
  • “Conventional B” indicates the example of FIG.
  • only the node (direct receiving node) that directly receives the packet from the sink node SN or the unauthorized node Nx does not perform MAC authentication as in the conventional case, but forwards to the sink node SN by multi-hop communication.
  • the node on the path performs distributed processing of MAC authentication using the authentication key K.
  • the authentication execution probability P for MAC authentication is 50%.
  • the node that received the illegal packet group performs MAC authentication on half (50%) of the illegal packets in the illegal packet group, and transfers the remaining half of the illegal packets to the transfer destination node.
  • the MAC value obtained from each of the 50 malicious packets that perform MAC authentication is different from the MAC value generated by the authentication key of the node Nb. Therefore, 50 illegal packets subjected to MAC authentication are discarded by the node Nb.
  • the MAC value obtained from each of the 25 malicious packets that perform MAC authentication is different from the MAC value generated by the authentication key of the node Na. Therefore, 25 illegal packets subjected to MAC authentication are discarded by the node Na.
  • the sink node SN performs MAC authentication for 25 illegal packets from the node Na.
  • the MAC value obtained from each of the 25 malicious packets that perform MAC authentication is different from the MAC value generated by the authentication key of the sink node SN. Therefore, 25 illegal packets subject to MAC authentication are discarded by the sink node SN.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the data structure of a packet.
  • (A) shows the data structure in the case of plaintext communication
  • (B) shows the data structure in the case of encrypted communication.
  • a packet includes a communication header 301, a data part 302, and a MAC value storage part 303. Details of the communication header 301 will be described with reference to FIG. 4.
  • a transmission source address, a destination address, a transfer source address, and a transfer destination address of data stored in the data unit 302 are described.
  • the As these addresses for example, a source MAC (Media Access Control) address, a destination MAC address, a transfer source MAC address, and a transfer destination MAC address are used.
  • a MAC address as an address.
  • Data section 302 is data detected by the node specified by the source MAC address.
  • the MAC value storage unit 303 stores the MAC value.
  • the MAC value is a message authenticator obtained by encrypting the source and destination MAC addresses in the communication header 301 and the data in the data unit 302 with an authentication key shared by all nodes.
  • (B) shows encrypted data obtained by encrypting the data in the data section 302 of (A) with the node-specific encryption key 310 specified by the MAC address of the transmission source (encrypted data in the encrypted data section 304). ) Is included in the packet.
  • the MAC value storage unit 303 stores the MAC value.
  • the MAC value is a message authenticator obtained by encrypting the source and destination MAC addresses in the communication header 301 and the encrypted data in the encrypted data unit 304 with an authentication key K shared by all nodes.
  • the server S stores a decryption key corresponding to an encryption key unique to each node, and can receive the packet from the sink node SN and decrypt the encrypted data in the packet.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a detailed data structure of the communication header 301 shown in FIG.
  • the communication header 301 is divided into a first communication information header 401 and a second communication information header 402.
  • the first communication information header 401 includes a transfer source MAC address and a transfer destination MAC address.
  • the transfer source MAC address is the MAC address of the node that is the multi-hop communication source of the packet.
  • the transfer destination MAC address is the MAC address of the node that is the multi-hop communication destination of the packet.
  • the first communication information header 401 is rewritten with the transfer source and transfer destination MAC addresses as viewed from the transfer destination node.
  • the second communication information header 402 has a source MAC address and a destination MAC address.
  • the MAC address of the transmission source is a MAC address that identifies a node that is a detection source of data (or encrypted data) in the packet.
  • the destination MAC address is a MAC address that identifies a node that is a destination of data (or encrypted data) in the packet. Usually, it is the MAC address of the sink node SN (or the MAC address of the server S). If the transfer destination MAC address matches the destination MAC address, the packet has arrived at the destination node, and the multi-hop communication ends.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a node routing table.
  • (A) shows the routing table of the node Na
  • (B) shows the routing table of the node Nb.
  • the node code is used instead of the MAC address.
  • “Na” in the routing table indicates the MAC address of the node Na.
  • the record on the first line is a record used when transferring in the upward direction toward the sink node SN
  • the record on the second line is a record used when transferring in the downward direction toward the end.
  • the record in the second row is applied when broadcast from the sink node SN.
  • the transfer source MAC address is referred to by referring to the routing table.
  • the corresponding forwarding destination MAC address is specified.
  • the MAC address of the transfer destination in the first communication information header 401 of the received packet is rewritten to the MAC address of the specified transfer destination.
  • the MAC address of the transfer source in the first communication information header 401 of the received packet is rewritten to the MAC address of the own node.
  • the node Na follows the routing table shown in FIG.
  • the transfer source MAC address of the first communication information header 401 is rewritten from “Nb” to “Na”, and the transfer destination MAC address is rewritten from “Na” to “SN”.
  • the first communication is performed according to the routing table shown in FIG.
  • the transfer source MAC address of the information header 401 is rewritten from “SN” to “Na”, and the transfer destination MAC address is rewritten from “Na” to “Nb”.
  • the node Nb When a packet with the transfer source MAC address “Nc” and the transfer destination MAC address “Nb” is transferred from the node Nc, the node Nb first transfers the packet according to the routing table shown in FIG.
  • the transfer source MAC address in the communication information header 401 is rewritten from “Nc” to “Nb”, and the transfer destination MAC address is rewritten from “Nb” to “Na”.
  • the first communication information is sent according to the routing table shown in FIG.
  • the transfer source MAC address of the header 401 is rewritten from “Na” to “Nb”, and the transfer destination MAC address is rewritten from “Nb” to “Nc”.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the state of the communication header 301 in multi-hop communication.
  • FIG. 6 shows the state of the communication header 301 when the node Nc is the transmission source and the sink node SN is the destination.
  • the MAC addresses of the transfer source, transfer destination, transmission source, and destination are set from the left.
  • the node code is used instead of the MAC address.
  • the transmission source is the node Nc and the destination is the sink node SN.
  • the first communication information header 401 is rewritten every time multi-hop communication is performed.
  • the packet is transferred to the node Nb.
  • the packet is transferred to the node Na.
  • the packet is transferred to the sink node SN.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of nodes constituting the ad hoc network 100.
  • the nodes are a CPU (Central Processing Unit) 701, a RAM (Random Access Memory) 702, a flash memory 703, an interface (I / F) 704, an encryption circuit 705, a sensor 706, a bus. 707.
  • the CPU 701 to the sensor 706 are connected by a bus 707.
  • the CPU 701 controls the entire node.
  • the RAM 702 is used as a work area for the CPU 701.
  • the flash memory 703 stores key information such as programs, routing tables, authentication keys K, and encryption keys.
  • the I / F transmits and receives packets by multi-hop communication.
  • the encryption circuit 705 is a circuit that encrypts data using an encryption key when encrypting the data.
  • the encryption circuit 705 When encryption is executed by software, the encryption circuit 705 is not required by storing a program corresponding to the encryption circuit 705 in the flash memory 703.
  • the sensor 706 detects data unique to the sensor 706. For example, data suitable for the measurement target, such as temperature, humidity, water level, precipitation, air volume, volume, power, time, and time, is detected.
  • authentication execution probability P is set in advance and authentication execution / transfer is executed.
  • authentication execution / transfer is executed by changing the authentication execution probability P in accordance with the load on the node.
  • the authentication execution probability P is changed in accordance with the packet destination, and the authentication execution / transfer is executed.
  • authentication execution / transfer is executed by changing the authentication execution probability P in accordance with the load on the node and the destination of the packet.
  • FIG. 8 is a block diagram of an example of a functional configuration of the node according to the first embodiment.
  • the node includes a reception unit 801, a determination unit 802, an authentication unit 803, a transmission unit 804, and a discard unit 805.
  • the receiving unit 801 to the discarding unit 805 have their functions executed by causing the CPU 701 to execute a program stored in a storage device such as the flash memory 703 shown in FIG. 7 or by the I / F 704, for example. Is realized.
  • the receiving unit 801 has a function of receiving a packet. Specifically, when receiving the packet, the receiving unit 801 analyzes the communication header 301 in the packet. The type of communication is specified by the content of the second communication information header 402.
  • the destination MAC address of the second communication information header 402 is the MAC address of the sink node SN
  • it is transmitted to the sink node SN by multi-hop communication and transferred from the sink node SN to the server S via the normal network 101 Communication.
  • the destination MAC address of the second communication information header 402 is broadcast (“FF: FF: FF: FF”)
  • FF the destination MAC address of the second communication information header 402
  • it is broadcast communication distributed from the sink node SN to all nodes in the ad hoc network 100.
  • the destination is a node other than the sink node SN, the communication is between nodes.
  • the determining unit 802 has a function of determining a received packet as an authentication target or a transfer target according to a probability of performing authentication of the packet received by the receiving unit 801 (authentication execution probability P).
  • the authentication execution probability P is the probability m / n (n> m) set in advance, which is the probability of performing MAC authentication on a received packet. Although it is set to 50% in FIG. 2 described above, it is not limited to 50% and can be set as appropriate.
  • the determination unit 802 randomly determines according to the authentication execution probability P. If a numerical value from 1 to n is randomly generated and the generated random number is a numerical value within 1 to m, the received packet at that time is subject to authentication. On the other hand, if it is a numerical value from m + 1 to n, the received packet at that time is to be transferred. If a certain number of consecutive authentication targets or forwarding targets without randomization, if such a decision pattern is read by an unauthorized person, malicious packets will be sent intentionally during the period to be forwarded. There is a possibility. Such a fraudulent act can be suppressed by determining the target at random.
  • the authentication execution probability P it may be determined by a counter instead of performing authentication by random numbers. Specifically, the initial value is set to 0, and 1 is added every time a packet is received. If a packet is received when the count value is n, the process returns to 1.
  • the authentication unit 803 has a function of authenticating the validity of a packet based on an authentication key common to each node when the determination unit 802 determines that the packet is to be subjected to authentication. Specifically, the authentication unit 803 obtains a MAC value by using, for example, a MAC value and a HMAC (Keyed-Hashing for Message Authentication code) algorithm using a hash function such as SHA1 and SHA2. Alternatively, the MAC value may be obtained by an AES-CBC-MAC algorithm using authentication key encryption.
  • HMAC Keyed-Hashing for Message Authentication code
  • the data as the calculation source is taken out from the packet.
  • the second communication information header 402 and the data in the data unit 302 (or the encrypted data in the encrypted data unit 304) included in the packet to be authenticated are used as MAC value calculation source data. Take out. Then, by providing the calculation source data and the authentication key to the above-described algorithm, a MAC value (calculated MAC value) guaranteed by the authentication key is obtained.
  • the MAC value is extracted. Then, it is determined whether or not the extracted MAC value matches the calculated MAC value. If they match, you are authenticated. On the other hand, if they do not match, it is determined that the packet has not been authenticated, that is, an illegal packet.
  • the transmission unit 804 has a function of transmitting a packet to a transfer destination node when it is determined as a transfer target by the determination unit 802 or when it is authenticated by the authentication unit 803. Since the packet authenticated by the authentication unit 803 is a normal packet, the first communication information header 401 of the packet is rewritten and set as shown in FIGS. Then, the packet is transmitted to the transfer destination node.
  • the discard unit 805 has a function of discarding a packet when the authentication unit 803 does not authenticate. Specifically, for example, a packet that is not to be discarded or authenticated is erased from a packet held in a storage area such as a RAM 702 or flash memory 703 in the node or a cache or register in the CPU 701.
  • FIG. 9 is a flowchart of a detection data transmission process procedure at nodes Na to Nh (collectively referred to as “node N” in FIGS. 9 and 10) according to the first embodiment.
  • the node N waits for the target data to be detected by the sensor 706 (step S901: No), and when the data is detected (step S901: Yes), the node N is in the communication header 301. Is set (step S902).
  • the node N sets its own MAC address as the transfer source MAC address of the first communication information header 401, and the transfer destination MAC address of the transfer destination specified in the routing table.
  • the MAC address on the upstream side (transfer destination of the record in the first row in FIG. 5) is set.
  • the node N sets the MAC address of its own node as the source MAC address of the second communication information header 402, and sets the MAC address of the sink node SN as the destination MAC address.
  • the node N calculates a MAC value using the detected data, the second communication information header 402, and the authentication key (step S903). Then, the node N attaches a MAC value to the communication header 301 and the detection data to form a packet, and transmits the packet to the transfer destination MAC address (step S904). As a result, the detection data transmission process ends. Note that the detection data transmission process shown in FIG. 9 is executed in the same way for the second to fourth embodiments to be described later.
  • FIG. 10 is a flowchart of a packet transfer processing procedure at the node N according to the first embodiment.
  • the node N waits for the reception unit 801 to receive the packet (step S1001: No).
  • the node N displays the communication header 301 of the received packet.
  • Analysis is performed (step S1002).
  • the node N determines from the analysis result of the communication header 301 whether or not the received packet is a transfer packet (step S1003). That is, it is determined whether or not the received packet is a packet destined for the own node (step S1003).
  • step S1003 If the packet is not a transfer packet (step S1003: No), the packet is addressed to the own node, and the node N executes data processing (step S1004). Specifically, the node N extracts data from the data portion 302 of the received packet. The extracted data is processed as necessary. Thereby, the packet transfer process for the packet addressed to the own node is terminated.
  • step S1003 if it is a transfer packet (step S1003: Yes), the node N generates a random number by the determination unit 802 (step S1005), and determines whether it is an authentication execution target or a transfer target (step S1006). When determined to be a transfer target (step S1006: No), the node N rewrites the first communication information header 401 of the packet by executing a transfer setting process by the transmission unit 804 (step S1007). Then, the node N uses the transmission unit 804 to transmit the packet to the transfer destination node (step S1008). As a result, the packet transfer process when the transfer target is determined in step S1006 is terminated.
  • step S1006: Yes when the authentication target is determined in step S1006 (step S1006: Yes), the node N extracts the MAC value from the packet and the MAC value calculation source data by the authentication unit 803 (step S1006: Yes) (step S1006: Yes). S1009). Next, the node N calculates the MAC value from the MAC value calculation source data and the authentication key (step S1010). Then, the node N uses the authentication unit 803 to determine whether the extracted MAC value matches the calculated MAC value (step S1011).
  • step S1011: Yes If they match (step S1011: Yes), the process proceeds to step S1007 to transfer the packet. On the other hand, if they do not match (step S1011: No), the node N discards the packet by the discard unit 805 (step S1012). As a result, the packet transfer process when it is determined as an authentication target is terminated.
  • the node performs authentication by the authentication unit 803 according to the authentication execution probability P set in advance, or determines whether to transfer to the transfer destination as it is without performing authentication. decide.
  • P the authentication execution probability
  • authentication execution / transfer is executed by changing the authentication execution probability P according to the load on the node. Specifically, when the load increases, the authentication execution probability P is decreased, and when the load decreases, the authentication execution probability P is increased. In this way, by varying the authentication execution probability P, a node with a high load transfers a packet without performing authentication, and a node with a low load increases the probability of performing authentication before packet transfer / discard.
  • FIG. 11 is a block diagram of a functional configuration example of a node according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • the node according to the second embodiment has a configuration in which a measurement unit 1101 and a setting unit 1102 are added to the first embodiment.
  • the measurement unit 1101 has a function of measuring the load in the node.
  • the load in the node is a usage rate of the CPU 701 and the flash memory 703 in the node.
  • the measurement unit 1101 measures such a load for a predetermined period and calculates an average value of the load in the predetermined period.
  • the average value is not limited to the median value, the maximum value, the minimum value, or any value within a predetermined period.
  • the setting unit 1102 has a function of setting the probability according to the load measured by the measuring unit 1101. Specifically, when the load increases, the authentication execution probability P is decreased, and when the load decreases, the authentication execution probability P is increased. For example, a load threshold value is set, and when the load changes to a value equal to or higher than the threshold value, the authentication execution probability P is decreased, and when the load value is less than the threshold value, the authentication execution probability P is increased. Further, when the load measured this time changes more than the load measured last time, the authentication execution probability P is decreased, and when the load measured is less than the previously measured load, the authentication execution probability P is increased.
  • the extent to which the authentication execution probability P is changed is set according to the presence or absence of a load change.
  • the authentication execution probability P is P (0 ⁇ P ⁇ 1)
  • the authentication execution probability P is set to w ⁇ P depending on the presence or absence of load fluctuation.
  • w is a weight.
  • the default authentication execution probability P is set to 1/4, the authentication execution probability P is changed from 1/4 to 1/8 when the load is increased, and the authentication execution probability P is changed from 1/4 to 1/2 when the load is reduced.
  • the setting unit 1102 may set according to the load fluctuation amount. For example, it is assumed that the authentication execution probability P is P (0 ⁇ P ⁇ 1). For example, when the load is increased by L% (relative to the threshold value or the previous load), the authentication execution probability P is set to L ⁇ P. On the other hand, if the load is reduced by L% (relative to the threshold value or the previous load), the authentication execution probability P is set to (1 + L) ⁇ P.
  • the detection data transmission processing procedure (FIG. 9) and the packet transfer processing procedure (FIG. 10) are the same processing procedures as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a procedure for setting the authentication execution probability P.
  • the calculation timing is, for example, a time that arrives periodically.
  • the measurement unit 1101 calculates a load for a predetermined period until the current time (step S1202).
  • the setting unit 1102 updates the authentication execution probability P with the calculated load (step S1203). Specifically, the updated authentication execution probability P is written in a storage area such as the RAM 702 or the flash memory 703, and the determination unit 802 refers to the storage area when executing step S1006 in FIG. The subsequent authentication execution probability P is read.
  • the determination unit 802 determines the received packet as the authentication execution target or the transfer target based on the authentication execution probability P after the setting. It will be.
  • the upstream node tends to have a higher load and the downstream node tends to have a lower load. Therefore, the downstream node with a lower load will perform authentication with a higher probability, and an upstream node with a higher load will receive unauthorized packets. It is difficult to reach and load distribution can be performed more efficiently than in the first embodiment.
  • the third embodiment is an example in which the authentication execution probability P is changed according to the destination of the received packet.
  • the node transfers the data detected by itself to the transfer destination node by multi-hop communication and transmits the data to the target sink node SN (FIG. 9), and has been transferred from another node.
  • the communication header 301 (specifically, the second communication information header 402) of the packet is analyzed to specify the destination, and the authentication execution probability P is changed according to the specified destination.
  • FIG. 13 is a block diagram of a functional configuration example of a node according to the third embodiment.
  • symbol is attached
  • the node according to the third embodiment has a configuration in which a detection unit 1301 and a setting unit 1302 are added to the first embodiment.
  • the detection unit 1301 has a function of detecting a packet destination. Specifically, for example, the destination MAC address in the second communication information header 402 in the communication header 301 of the packet is detected. There are three types of destinations to be detected: broadcast, the MAC address of the sink node SN, and the MAC address of the node (excluding the sink node SN).
  • the setting unit 1302 has a function of setting the probability according to the destination detected by the detection unit 1301. Specifically, for example, when the detected destination MAC address is broadcast, the authentication execution probability P is set to 100%.
  • the destination MAC address When the destination MAC address is broadcast, it is a packet distributed from the sink node SN to a node group in the ad hoc network 100.
  • broadcast communication always performs MAC authentication and transfers only when it is not an illegal packet. Since the amount of MAC authentication processing can be combined with the MAC authentication processing of packets addressed to the own node, it can be substantially ignored. Since the broadcast communication is a communication having a great influence that is spread to all nodes, it is very effective to authenticate the authentication execution probability P at 100% in each node for the purpose of blocking unauthorized communication.
  • the communication is highly influenced by the sink node SN or the upstream node of the routed route.
  • MAC authentication or transfer is determined based on the authentication execution probability P, and load distribution is achieved. As a result, the load on the sink node SN and the upstream node can be reduced.
  • the authentication execution probability P is lower than the authentication execution probability P when the destination MAC address is the sink node SN.
  • the authentication execution probability P is updated by multiplying the authentication execution probability P by a weight w (0 ⁇ w ⁇ 1) prepared in advance.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a packet transfer processing procedure at nodes Na to Nh (generically referred to as “node N” in FIG. 14) according to the third embodiment.
  • the node N waits for the reception unit 801 to receive a packet (step S1401: No).
  • the detection unit 1301 analyzes the communication header 301 of the received packet and detects the destination MAC address (step S1402).
  • the node N is set to the authentication execution probability according to the destination MAC address by the setting unit 1302 (step S1403). Thereafter, the node N generates a random number by the determination unit 802 (step S1404), and determines whether it is an authentication execution target or a transfer target (step S1405). When it is determined as the transfer target (step S1405: No), the node N determines whether or not the destination MAC address is the MAC address of its own node (step S1406).
  • step S1406 If it is the MAC address of the own node (step S1406: Yes), the node N executes data processing (step S1407). Specifically, the node N extracts data from the data portion 302 of the received packet. The extracted data is processed as necessary. Thereby, the packet transfer process for the packet addressed to the own node when the transfer target is determined in step S1406 is ended.
  • step S1406 when the destination MAC address is the MAC address of a node other than the own node (step S1406: No), the node N uses the transmission unit 804 to execute transfer setting processing and The first communication information header 401 is rewritten (step S1408). Then, the node N transmits the packet to the transfer destination node by the transmission unit 804 (step S1409). Thereby, the packet transfer process for the packet addressed to the other node when the transfer target is determined in step S1406 ends.
  • step S1405 If the authentication target is determined in step S1405 (step S1405: Yes), the node N causes the authentication unit 803 to extract the MAC value from the packet and extract the MAC value calculation source data (step S1405). S1410). Next, the node N calculates the MAC value from the MAC value calculation source data and the authentication key (step S1411). Then, the node N uses the authentication unit 803 to determine whether the extracted MAC value matches the calculated MAC value (step S1412).
  • step S1412 If they match (step S1412: YES), the process proceeds to step S1406. On the other hand, in the case of mismatch (step S1412: No), the node N discards the packet by the discard unit 805 (step S1413). As a result, the packet transfer process when it is determined as an authentication target is terminated.
  • the node N classifies the packets according to the destination and changes the probability of performing the MAC authentication, so that the load due to the MAC authentication can be distributed over the entire ad hoc network 100. . Therefore, it is possible to prevent load concentration on the sink node SN and upstream nodes and load concentration on a specific node. Further, the packet classification processing is only divided into broadcast (no destination) that can be recognized by the own node, communication to the sink node SN (default gateway to the normal network 101), and other nodes. Therefore, the processing load is negligible.
  • the fourth embodiment is an example in which the second embodiment is applied to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a block diagram of a functional configuration example of a node according to the fourth embodiment.
  • the same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the setting unit 1500 has both functions of the setting unit 1102 of the second embodiment and the setting unit 1302 of the third embodiment. Therefore, the setting process procedure of the authentication execution probability P is the same as that in FIG. 12, and the packet transfer process procedure is the same as that in FIG.
  • the authentication execution probability P due to the load is not updated.
  • MAC authentication can be preferentially performed from a packet having a high value.

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Abstract

　アドホックネットワーク（１００）内での不正パケットに対する負荷分散を効率的におこなう。不正ノード（Ｎｘ）からの１００個の不正パケットを直接受信したノード（Ｎｂ）は、認証実施確率５０％により、５０個の不正パケットをＭＡＣ認証し、残余の５０個の不正パケットを転送先のノード（Ｎａ）に転送する。ＭＡＣ認証の対象となった５０個の不正パケットは破棄される。ノード（Ｎａ）は、認証実施確率５０％により、ノード（Ｎｂ）からの５０個の不正パケットのうち２５個をＭＡＣ認証し、残余の２５個の不正パケットをシンクノード（ＳＮ）に転送する。ＭＡＣ認証の対象となった２５個の不正パケットは破棄される。シンクノード（ＳＮ）は、ノード（Ｎａ９からの２５個の不正パケットについてＭＡＣ認証をおこない、破棄する。

Description

ノード、転送方法、および転送プログラム
　本発明は、パケットを転送するノード、転送方法、および転送プログラムに関する。
　アドホックネットワークは、無線通信でリンクする自己構成型のネットワークの一種である。アドホックネットワークはノードにより構成される。ノードは、他のノードと通信を行うとき、相手のノードと直接通信はできず、隣接するノードへパケットを送信する。
　隣接するノードは同様に自分の隣接するノードへパケットを送信し、これを繰り返す。このような通信をマルチホップ通信と呼ぶ。アドホックネットワークでは、マルチホップ通信により目的のノードと通信を行う。このように、すべてのノードは自分とは無関係のパケットを転送するルータとしての機能を持つ。
　また、アドホックネットワークとインターネット、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのネットワーク（以下、アドホックネットワークと区別するため、「通常ネットワーク」と称す。）とを接続する場合、シンクノードＳＮと呼ばれる特定のノードを用いる。シンクノードＳＮは、アドホックネットワークプロトコルと通常のネットワークプロトコルの両方を理解し、アドホックネットワーク―通常ネットワーク間の通信の転送を行う。
　したがって、アドホックネットワークと通常ネットワークが通信を行う場合、必ずこのシンクノードＳＮを通して通信することになる。そのため、シンクノードＳＮとそれに近いノードの通信量が大きくなる傾向にある。
　多くの場合、アドホックネットワークは、無線センサネットワークに代表されるように、センサ等の小型で能力の高くないノードが無線通信でリンクされる。ノードの処理能力が高くないことから、通信量やそれにかかる処理量は極力小さくすることが望まれている。一方で、無線通信によるマルチホップ通信のため、悪意の攻撃者が不正な通信をネットワークに送信することは、通常のネットワークよりたやすいと言われている。そのため、ノードの処理量が小さく、不正な通信を遮断できるような方式が求められている。
　図１６は、従来におけるアドホックネットワークと通常ネットワークとの不正通信遮断例を示す説明図（その１）である。図１６において、アドホックネットワークは、ノードＮａ～ＮｃとシンクノードＳＮとを含むネットワークである。ここでは、シンクノードＳＮのアドホックルーティングにより、ノードＮｃ→ノードＮｂ→ノードＮａ→シンクノードＳＮの順序で、データが転送される。
　各ノードＮａ～Ｎｃは、メッセージを認証する鍵（認証鍵Ｋ）を共有し、パケットにＭＡＣ（Ｍｅｓｓａｇｅ　Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｄｅ；メッセージ認証子。以下、「ＭＡＣ値」と称す。）を付けて転送する。たとえば、ノードＮｃでデータが検出されると、ノードＮｃは検出データによりＭＡＣ値を生成し、検出データおよびＭＡＣ値を含むパケットをノードＮｂに転送する。ノードＮｂはノードＮｃから転送されてきたパケットをノードＮａに転送し、ノードＮａはシンクノードＳＮに転送する。
　同様に、ノードＮｂでデータが検出されると、ノードＮｂは検出データによりＭＡＣ値を生成し、検出データおよびＭＡＣ値を含むパケットをノードＮａに転送する。ノードＮａは、転送されてきたパケットをシンクノードＳＮに転送する。また、シンクノードＳＮでは、アドホックネットワークから通常ネットワークへ転送するパケットに対し、ＭＡＣ値の認証（ＭＡＣ認証）を行う。
　今、悪意の攻撃者が不正ノードＮｘを設置し、隣接するノードＮｂに不正なパケットを１００個送信する場合を考える。ノードＮｂは受信した１００個の不正パケットをノードＮａに転送し、ノードＮａは転送されてきた１００個の不正パケットをシンクノードＳＮに転送する。
　シンクノードＳＮはパケットのＭＡＣ認証を行うが、不正ノードＮｘは認証鍵を共有していないため、ＭＡＣ認証で失敗する。これにより、不正パケットであると判断され、シンクノードＳＮはこれらのパケットを破棄する。不正ノードＮｘがノードＮｃやノードＮａに不正パケットを転送した場合も同様に、シンクノードＳＮがパケットを破棄する。
　図１７は、従来におけるアドホックネットワークと通常ネットワークとの不正通信遮断例を示す説明図（その２）である。図１６と比較するため、図１６と同一構成とする。図１７では、各ノードＮａ～Ｎｃが転送先に転送する際に、転送するパケットのＭＡＣ認証をおこなう。
　今、悪意の攻撃者が不正ノードＮｘを設置し、隣接するノードＮｂに不正なパケットを１００個送信する場合を考える。ノードＮｂは受信した１００個の不正パケットをノードＮａに転送する前に、不正パケットのＭＡＣ認証を行うが、不正ノードＮｘは認証鍵を共有していないため、ＭＡＣ認証で失敗する。
　これにより、ノードＮｂにより不正パケットであると判断され、ノードＮｂは不正パケットを破棄する。ノードＮｃやノードＮａが不正パケットを受信した場合も同様にＭＡＣ認証が失敗する。このように、図１７では、不正パケットを受信したノードが不正パケットを転送せずに破棄することとなる。
特開２００７－１３３８６号公報
　しかしながら、上述した従来技術では、図１６の場合、ＭＡＣ認証はすべてシンクノードＳＮが行うが、シンクノードＳＮはアドホックネットワーク―通常ネットワーク間の通信の転送も行っている。したがって、ＭＡＣ認証がシンクノードＳＮに集中すると、シンクノードＳＮの負荷が増大し、通常ネットワークへの転送に遅延や支障をきたすという問題があった。
　一方、図１７の場合、不正パケットを直接受信したノードが処理するため、シンクノードＳＮの処理負荷は軽減されるが、不正ノードＮｘに隣接するノードＮｂがメッセージ認証にかかる負荷をすべて負うことになる。ノードＮａ～Ｎｃは一般のノードでありシンクノードＳＮより処理能力が低いことが考えられる。
　このため、ノードＮｂの処理負荷が増大すると、ノードＮｃからのマルチホップ通信に遅延が出たり、自ノード（ノードＮｂ）での検出データをマルチホップ通信することができなくなったりする。したがって、パケット転送に遅延が生じたり、転送すべきパケットが欠落したりするという問題があった。
　特に、シンクノードＳＮに近い上流のノードは、下流のノード群からのパケットが集中しやすいため、負荷が増大すると、アドホックネットワーク全体にパケット転送の遅延やパケットの欠落が生じることとなる。
　本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、アドホックネットワーク内での不正パケットに対する負荷分散を効率的におこなうことができるノード、転送方法、および転送プログラムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、開示するノード、転送方法、および転送プログラムは、各々検出されたデータを含むパケットをマルチホップ通信により特定のノードに送信するアドホックネットワーク内のノード群のうち、転送元のノードからのパケットを受信し、受信されたパケットの認証を実施する確率にしたがって、前記パケットを認証実施対象または転送対象に決定し、前記パケットが認証実施対象に決定された場合、前記各ノードで共通の認証鍵に基づいて、前記パケットの正当性を認証し、転送対象に決定された場合または認証された場合、前記パケットを前記転送先のノードに送信し、認証されなかった場合、前記パケットを破棄することを要件とする。
　本発明にかかるノード、転送方法、および転送プログラムによれば、アドホックネットワーク内での不正パケットに対する負荷分散を効率的におこなうことができるという効果を奏する。
アドホックネットワークの構成例を示す説明図である。 本実施の形態での不正パケットの破棄と図１６および図１７に示した不正パケットの破棄との比較例を示す説明図である。 パケットのデータ構造を示す説明図である。 図３に示した通信ヘッダの詳細なデータ構造を示す説明図である。 ノードのルーティングテーブルの一例を示す説明図である。 マルチホップ通信での通信ヘッダの状態を示す説明図である。 アドホックネットワークを構成するノードのハードウェア構成例を示すブロック図である。 実施の形態１にかかるノードの機能的構成例を示すブロック図である。 実施の形態１にかかるノードでの検出データの送信処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかるノードでのパケット転送処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかるノードの機能的構成例を示すブロック図である。 認証実施確率Ｐの設定処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態３にかかるノードの機能的構成例を示すブロック図である。 実施の形態３にかかるノードでのパケット転送処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態４にかかるノードの機能的構成例を示すブロック図である。 従来におけるアドホックネットワークと通常ネットワークとの不正通信遮断例を示す説明図（その１）である。 従来におけるアドホックネットワークと通常ネットワークとの不正通信遮断例を示す説明図（その２）である。
　以下に添付図面を参照して、この発明にかかるノード、転送方法、および転送プログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
　図１は、アドホックネットワークの構成例を示す説明図である。図１において、アドホックネットワーク１００と通常ネットワーク１０１とは、アドホックネットワーク１００内のシンクノードＳＮをゲートウェイとして接続されている。アドホックネットワーク１００内のデータは、シンクノードＳＮから通常ネットワーク１０１にパケットとして転送されてサーバＳに到達する。また、サーバＳやシンクノードＳＮからのデータは、シンクノードＳＮからアドホックネットワーク１００内の各ノードにパケットとして転送される。
　アドホックネットワーク１００内には、複数のノードが設けられている。図１では、代表としてノードＮａ～Ｎｈを示している。各ノードＮａ～Ｎｈは、所定の通信圏内で通信可能なノードに対してマルチホップ通信可能である。アドホックネットワーク１００では、すべてのノードＮａ～Ｎｈが直接シンクノードＳＮと通信できる必要はなく、一部のノードがシンクノードＳＮと通信可能であればよい。
　なお、シンクノードＳＮは、どのノードがどのノードに対し通信可能かを把握しており、この情報を元に、シンクノードＳＮは自律的にルーティングすることになる。各ノードＮａ～Ｎｈでは、シンクノードＳＮのルーティングにより、マルチホップ通信を行う際の転送元と転送先が設定されることとなる。
　図１では、アドホックネットワーク１００を構成するノードＮａ～Ｎｈにより、４つの経路Ｒ１～Ｒ４が設定されているものとする。具体的には、経路Ｒ１は、ノードＮｃ→ノードＮｂ→ノードＮａ→シンクノードＳＮというルート（逆方向の通信も可）である。経路Ｒ２は、ノードＮｅ→ノードＮｄ→シンクノードＳＮ（逆方向の通信も可）である。
　経路Ｒ３は、ノードＮｇ→ノードＮｆ→ノードＮｄ→シンクノードＳＮというルート（逆方向も可）である。経路Ｒ４は、ノードＮｈ→ノードＮｆ→ノードＮｄ→シンクノードＳＮというルート（逆方向も可）である。なお、ノードＮａやノードＮｄはシンクノードと直接通信するノードである。このように、シンクノードＳＮに近いノードを上流側のノードと呼ぶ。なお、アドホックネットワーク１００の規模によっては、ノードＮｂやノードＮｅも上流側のノードとなる。
　各ノードＮａ～Ｎｈは、各々検出されたデータをルーティングされた経路Ｒ１～Ｒ４に従ってシンクノードＳＮに送信する。したがって、シンクノードＳＮに近い上流のノードほど、下流のノードの検出データをさらに上流に転送することとなる。すなわち、転送元のノードからのパケットを転送先に送信する頻度が高くなり、転送負荷が高くなる。
　図２は、本実施の形態での不正パケットの破棄と図１６および図１７に示した不正パケットの破棄との比較例を示す説明図である。なお、図２中、「従来Ａ」は図１６の例、「従来Ｂ」は図１７の例を示す。本実施の形態では、従来のように、シンクノードＳＮや不正ノードＮｘから直接パケットを受信したノード（直接受信ノード）のみがＭＡＣ認証するのではなく、マルチホップ通信によりシンクノードＳＮにまで転送する経路上のノードで認証鍵ＫによるＭＡＣ認証を分散処理する。
　これにより、シンクノードＳＮや直接受信ノードの負荷が軽減され、アドホックネットワーク１００の効率化を図ることができる。図２では、ＭＡＣ認証する認証実施確率Ｐを５０％とする。これにより、不正パケット群を受信したノードは、不正パケット群のうち半分（５０％）の個数の不正パケットをＭＡＣ認証し、残余の半分の個数の不正パケットを転送先ノードに転送する。
　図２の例では、不正ノードＮｘからの１００個の不正パケットを直接受信したノードＮｂは、認証実施確率Ｐ＝５０％により、５０個の不正パケットをＭＡＣ認証し、残余の５０個の不正パケットを転送先のノードＮａに転送する。ＭＡＣ認証をおこなう５０個の不正パケットの各々から得られるＭＡＣ値は、ノードＮｂが有する認証鍵により生成されるＭＡＣ値とは異なる。したがって、ＭＡＣ認証の対象となった５０個の不正パケットはノードＮｂに破棄される。
　ノードＮａは、認証実施確率Ｐ＝５０％により、ノードＮｂからの５０個の不正パケットのうち２５個をＭＡＣ認証し、残余の２５個の不正パケットを転送先となるシンクノードＳＮに転送する。ＭＡＣ認証をおこなう２５個の不正パケットの各々から得られるＭＡＣ値は、ノードＮａが有する認証鍵により生成されるＭＡＣ値とは異なる。したがって、ＭＡＣ認証の対象となった２５個の不正パケットはノードＮａに破棄される。
　シンクノードＳＮは、ノードＮａからの２５個の不正パケットについてＭＡＣ認証をおこなう。ＭＡＣ認証をおこなう２５個の不正パケットの各々から得られるＭＡＣ値は、シンクノードＳＮが有する認証鍵により生成されるＭＡＣ値とは異なる。したがって、ＭＡＣ認証の対象となった２５個の不正パケットはシンクノードＳＮに破棄される。
　このように、本実施の形態では、１００個の不正パケットのうちノードＮｂが５０個（従来Ｂでは１００個）、ノードＮａが２５個、シンクノードＳＮが２５個（従来Ａでは１００個）をＭＡＣ認証することになるため、ＭＡＣ認証による負荷を分散することができる。
　図３は、パケットのデータ構造を示す説明図である。（Ａ）は平文通信の場合のデータ構造であり、（Ｂ）は暗号化通信の場合のデータ構造を示している。（Ａ）において、パケットは、通信ヘッダ３０１とデータ部３０２とＭＡＣ値格納部３０３とで構成される。通信ヘッダ３０１の詳細は、図４で説明するが、通信ヘッダ３０１には、データ部３０２に格納されたデータの送信元のアドレス、宛先のアドレス、転送元のアドレス、転送先のアドレスが記述される。これらのアドレスとしては、たとえば、送信元のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレス、宛先のＭＡＣアドレス、転送元のＭＡＣアドレス、転送先のＭＡＣアドレスが使用される。以降本書では、アドレスにＭＡＣアドレスを用いて説明する。
　データ部３０２には、送信元のＭＡＣアドレスにより特定されるノードにより検出されたデータである。ＭＡＣ値格納部３０３には、ＭＡＣ値が格納される。ＭＡＣ値は、通信ヘッダ３０１内の送信元および宛先のＭＡＣアドレスとデータ部３０２内のデータを、全ノードで共有する認証鍵で暗号化したメッセージ認証子となる。
　（Ｂ）は、（Ａ）のデータ部３０２内のデータを、送信元のＭＡＣアドレスにより特定されたノード固有の暗号鍵３１０で暗号化した暗号化データ（暗号化データ部３０４内の暗号化データ）がパケットに含まれている。この場合、ＭＡＣ値格納部３０３には、ＭＡＣ値が格納される。ＭＡＣ値は、通信ヘッダ３０１内の送信元および宛先のＭＡＣアドレスと暗号化データ部３０４内の暗号化データを、全ノードで共有する認証鍵Ｋで暗号化したメッセージ認証子となる。なお、サーバＳは、各ノード固有の暗号鍵に対応する復号鍵を記憶しており、シンクノードＳＮからパケットを受信すると、パケット内の暗号化データを復号することができる。
　図４は、図３に示した通信ヘッダ３０１の詳細なデータ構造を示す説明図である。通信ヘッダ３０１は、第１の通信情報ヘッダ４０１と第２の通信情報ヘッダ４０２とに分けられる。第１の通信情報ヘッダ４０１は、転送元のＭＡＣアドレスと転送先のＭＡＣアドレスを有する。転送元のＭＡＣアドレスとはパケットのマルチホップ通信元となるノードのＭＡＣアドレスである。転送先のＭＡＣアドレスとはパケットのマルチホップ通信先となるノードのＭＡＣアドレスである。第１の通信情報ヘッダ４０１は、マルチホップ通信により転送される都度、転送先のノードからみた転送元および転送先のＭＡＣアドレスに書き換わる。
　一方、第２の通信情報ヘッダ４０２は、送信元のＭＡＣアドレスと宛先のＭＡＣアドレスを有する。送信元のＭＡＣアドレスとは、そのパケット内のデータ（または暗号化データ）の検出元となるノードを特定するＭＡＣアドレスである。宛先のＭＡＣアドレスとは、そのパケット内のデータ（または暗号化データ）の宛先となるノードを特定するＭＡＣアドレスである。通常は、シンクノードＳＮ（もしくはサーバＳのＭＡＣアドレス）のＭＡＣアドレスとなる。転送先のＭＡＣアドレスと宛先のＭＡＣアドレスが一致した場合、宛先のノードにパケットが到達したこととなり、マルチホップ通信が終了する。
　図５は、ノードのルーティングテーブルの一例を示す説明図である。図５において、（Ａ）は、ノードＮａのルーティングテーブルを示しており、（Ｂ）は、ノードＮｂのルーティングテーブルを示している。なお、図５では、便宜上、ノードの符号をＭＡＣアドレスのかわりとする。たとえば、ルーティングテーブルに「Ｎａ」とある場合は、ノードＮａのＭＡＣアドレスを示している。
　また、１行目のレコードは、シンクノードＳＮへ向かう上り方向に転送する場合に用いるレコードであり、２行目のレコードは、末端へ向かう下り方向に転送する場合に用いるレコードである。２行目のレコードは、シンクノードＳＮからブロードキャストされた場合に適用される。
　具体的には、たとえば、それぞれのノードＮａ，Ｎｂにおいて、ルーティングテーブルの転送元のＭＡＣアドレスにより特定されるノードからパケットが転送されてくると、ルーティングテーブルを参照して、転送元のＭＡＣアドレスに対応する転送先のＭＡＣアドレスを特定する。そして、受信したパケットの第１の通信情報ヘッダ４０１の転送先のＭＡＣアドレスを、特定された転送先のＭＡＣアドレスに書き換える。また、受信したパケットの第１の通信情報ヘッダ４０１の転送元のＭＡＣアドレスを、自ノードのＭＡＣアドレスに書き換える。
　たとえば、ノードＮａは、転送元のＭＡＣアドレスが「Ｎｂ」、転送先のＭＡＣアドレスが「Ｎａ」のパケットが、ノードＮｂから転送されてくると、（Ａ）に示したルーティングテーブルにしたがって、第１の通信情報ヘッダ４０１の転送元のＭＡＣアドレスを「Ｎｂ」から「Ｎａ」に書き換え、転送先のＭＡＣアドレスを「Ｎａ」から「ＳＮ」に書き換える。
　また、転送元のＭＡＣアドレスが「ＳＮ」、転送先のＭＡＣアドレスが「Ｎｂ」のパケットが、シンクノードＳＮから転送されてくると、（Ａ）に示したルーティングテーブルにしたがって、第１の通信情報ヘッダ４０１の転送元のＭＡＣアドレスを「ＳＮ」から「Ｎａ」に書き換え、転送先のＭＡＣアドレスを「Ｎａ」から「Ｎｂ」に書き換える。
　ノードＮｂは、転送元のＭＡＣアドレスが「Ｎｃ」、転送先のＭＡＣアドレスが「Ｎｂ」のパケットが、ノードＮｃから転送されてくると、（Ｂ）に示したルーティングテーブルにしたがって、第１の通信情報ヘッダ４０１の転送元のＭＡＣアドレスを「Ｎｃ」から「Ｎｂ」に書き換え、転送先のＭＡＣアドレスを「Ｎｂ」から「Ｎａ」に書き換える。
　また、転送元のＭＡＣアドレスが「Ｎａ」、転送先のＭＡＣアドレスが「Ｎｂ」のパケットが、ノードＮａから転送されてくると、（Ｂ）に示したルーティングテーブルにしたがって、第１の通信情報ヘッダ４０１の転送元のＭＡＣアドレスを「Ｎａ」から「Ｎｂ」に書き換え、転送先のＭＡＣアドレスを「Ｎｂ」から「Ｎｃ」に書き換える。
　図６は、マルチホップ通信での通信ヘッダ３０１の状態を示す説明図である。図６では，ノードＮｃを送信元としシンクノードＳＮを宛先とした場合の通信ヘッダ３０１の状態を示している。図６に示した通信ヘッダ３０１では、左から転送元、転送先、送信元、宛先のＭＡＣアドレスとする。なお、図６の通信ヘッダ３０１では、便宜上、ノードの符号をＭＡＣアドレスのかわりとする。
　ノードＮｃ～シンクノードＳＮまでのマルチホップ通信では、第２の通信情報ヘッダ４０２の記述内容には変化はない。したがって、送信元はノードＮｃ、宛先はシンクノードＳＮであることがわかる。一方、第１の通信情報ヘッダ４０１はマルチホップ通信の都度書き換わる。ノードＮｃでは、第１の通信情報ヘッダ４０１は｛Ｎｃ、Ｎｂ｝であるため、そのパケットはノードＮｂに転送される。ノードＮｂでは、第１の通信情報ヘッダ４０１は｛Ｎｂ、Ｎａ｝に書き換わるため、そのパケットはノードＮａに転送される。また、ノードＮａでは、第１の通信情報ヘッダ４０１は｛Ｎａ、ＳＮ｝に書き換わるため、そのパケットはシンクノードＳＮに転送される。
　図７は、アドホックネットワーク１００を構成するノードのハードウェア構成例を示すブロック図である。図７において、ノードは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）７０１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）７０２と、フラッシュメモリ７０３と、インターフェース（Ｉ／Ｆ）７０４と、暗号化回路７０５と、センサ７０６と、バス７０７とを備えている。ＣＰＵ７０１～センサ７０６は、バス７０７よってそれぞれ接続されている。
　ここで、ＣＰＵ７０１は、ノードの全体の制御を司る。ＲＡＭ７０２は、ＣＰＵ７０１のワークエリアとして使用される。フラッシュメモリ７０３は、プログラムやルーティングテーブル、認証鍵Ｋや暗号鍵などの鍵情報を記憶している。Ｉ／Ｆは、マルチホップ通信によりパケットを送受信する。
　暗号化回路７０５は、データを暗号化する場合に暗号鍵によりデータを暗号化する回路である。暗号化をソフトウェア的に実行する場合は、暗号化回路７０５に相当するプログラムをフラッシュメモリ７０３に記憶させておくことで、暗号化回路７０５は不要となる。センサ７０６は、センサ７０６固有のデータを検出する。たとえば、温度、湿度、水位、降水量、風量、音量、電力、時間、時刻など、測定対象にあったデータを検出する。
　以下、図１～図７の内容を利用した実施の形態１～４についてそれぞれ説明する。実施の形態１は、認証実施確率Ｐをあらかじめ設定して認証実施／転送を実行する。実施の形態２は、ノードの負荷に応じて認証実施確率Ｐを変動させて認証実施／転送を実行する。実施の形態３は、パケットの宛先に応じて認証実施確率Ｐを変動させて認証実施／転送を実行する。実施の形態４は、ノードの負荷およびパケットの宛先に応じて認証実施確率Ｐを変動させて認証実施／転送を実行する。以下、実施の形態１から説明する。
（実施の形態１）
　図８は、実施の形態１にかかるノードの機能的構成例を示すブロック図である。図８において、ノードは、受信部８０１と、決定部８０２と、認証部８０３と、送信部８０４と、破棄部８０５とを備えている。受信部８０１～破棄部８０５は、具体的には、たとえば、図７に示したフラッシュメモリ７０３などの記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵ７０１に実行させることにより、または、Ｉ／Ｆ７０４により、その機能を実現する。
　受信部８０１は、パケットを受信する機能を有する。具体的には、受信部８０１は、パケットを受信すると、パケット内の通信ヘッダ３０１を解析する。第２の通信情報ヘッダ４０２の内容により、通信の種類が特定される。
　たとえば、第２の通信情報ヘッダ４０２の宛先のＭＡＣアドレスがシンクノードＳＮのＭＡＣアドレスである場合、マルチホップ通信によりシンクノードＳＮに送信され、シンクノードＳＮから通常ネットワーク１０１を介してサーバＳに転送される通信である。
　また、第２の通信情報ヘッダ４０２の宛先のＭＡＣアドレスがブロードキャスト（「ＦＦ：ＦＦ：ＦＦ：ＦＦ」）である場合、シンクノードＳＮからアドホックネットワーク１００内の全ノードに配信されるブロードキャスト通信である。また、宛先がシンクノードＳＮ以外のノードである場合、ノード間通信である。
　決定部８０２は、受信部８０１によって受信されたパケットの認証を実施する確率（認証実施確率Ｐ）にしたがって、受信されたパケットを認証実施対象または転送対象に決定する機能を有する。認証実施確率Ｐとは、受信されたパケットについてＭＡＣ認証を実施する確率である認証実施確率Ｐは、あらかじめ設定する確率ｍ／ｎ（ｎ＞ｍ）である。上述した図２では５０％に設定したが、５０％に限らず、適宜設定可能である。
　決定部８０２は、認証実施確率Ｐにしたがってランダムに決定する。１～ｎまでの数値をランダムに発生させ、発生した乱数が１～ｍの中の数値にあれば、そのときの受信パケットは、認証実施対象となる。一方、ｍ＋１～ｎの中の数値であれば、そのときの受信パケットは、転送対象となる。ランダムにせずに、一定数連続で認証実施対象としたり、転送対象にしたりすると、そのような決定パターンが不正者に読まれた場合に、意図的に転送対象となる期間に不正パケットを流される可能性が考えられる。ランダムに対象先を決定することで、そのような不正行為を抑止することができる。
　また、受信する都度、認証実施確率Ｐで決定すると、乱数で認証を実施するのではなく、カウンタにより決定することとしてもよい。具体的には、初期値を０にしておき、パケットを受信する都度１加算する。計数値がｎのときにパケットを受信すると、１に戻ることとする。
　そして、計数値がｎになるまでの間、ｍ個のパケットが認証実施対象となった場合は、それ以降計数値がｎまでの間のパケットについては、強制的に（乱数を生成することなく）転送対象とする。これにより、連続して受信されたｎ個のパケットについては、ｍ個が認証実施対象となり、（ｎ－ｍ）個が転送対象となる。
　認証部８０３は、決定部８０２によってパケットが認証実施対象に決定された場合、各ノードで共通の認証鍵に基づいて、パケットの正当性を認証する機能を有する。認証部８０３は、具体的には、たとえば、ＭＡＣ値を用いて、ＳＨＡ１、ＳＨＡ２などのハッシュ関数を使ったＨＭＡＣ（Ｋｅｙｅｄ－Ｈａｓｈｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｍｅｓｓａｇｅ　Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ　ｃｏｄｅ）アルゴリズムによりＭＡＣ値を求める。また、認証鍵暗号を使ったＡＥＳ－ＣＢＣ－ＭＡＣアルゴリズムによりＭＡＣ値を求めてもよい。
　いずれにしても、ＭＡＣ値を求める場合は、算出元となるデータをパケットから取り出す。具体的には、認証実施対象のパケットに含まれている第２の通信情報ヘッダ４０２およびデータ部３０２内のデータ（または暗号化データ部３０４内の暗号化データ）をＭＡＣ値の算出元データとして取り出す。そして、算出元データと認証鍵を上述したアルゴリズムに与えることで、認証鍵により保証されたＭＡＣ値（算出ＭＡＣ値）が得られる。
　一方、認証実施対象のパケットにもＭＡＣ値が含まれているため、ＭＡＣ値を抽出する。そして、この抽出ＭＡＣ値と算出ＭＡＣ値とが一致するか否かを判断する。一致する場合は、認証されたことになる。一方、不一致の場合は、認証されなかった、すなわち、不正パケットであると判断される。
　送信部８０４は、決定部８０２によって転送対象に決定された場合または認証部８０３によって認証された場合、パケットを転送先のノードに送信する機能を有する。認証部８０３によって認証されたパケットは正常パケットであるため、パケットの第１の通信情報ヘッダ４０１を図５および図６に示したように書き換えて転送設定する。そして、転送先のノードにパケットを送信する。
　破棄部８０５は、認証部８０３によって認証されなかった場合、パケットを破棄する機能を有する。具体的には、たとえば、破棄対象や認証されなかったパケットを、ノード内のＲＡＭ７０２やフラッシュメモリ７０３、ＣＰＵ７０１内のキャッシュやレジスタなどの記憶領域に保持されたパケットを消去する。
　図９は、実施の形態１にかかるノードＮａ～Ｎｈ（図９および図１０において、「ノードＮ」と総称する。）での検出データの送信処理手順を示すフローチャートである。図９において、ノードＮは、センサ７０６により対象となるデータが検出されるのを待ち受け（ステップＳ９０１：Ｎｏ）、データが検出されると（ステップＳ９０１：Ｙｅｓ）、ノードＮは、通信ヘッダ３０１内の情報を設定する（ステップＳ９０２）。
　具体的には、ノードＮは、第１の通信情報ヘッダ４０１の転送元のＭＡＣアドレスには自ノードのＭＡＣアドレスを設定し、転送先のＭＡＣアドレスには、ルーティングテーブルで規定された転送先のＭＡＣアドレスのうち上り側（図５の一行目のレコードの転送先）のＭＡＣアドレスを設定する。また、ノードＮは、第２の通信情報ヘッダ４０２の送信元のＭＡＣアドレスには自ノードのＭＡＣアドレスを設定し、宛先のＭＡＣアドレスには、シンクノードＳＮのＭＡＣアドレスを設定する。
　第２の通信情報ヘッダ４０２が設定されると、ノードＮは、検出されたデータと第２の通信情報ヘッダ４０２と認証鍵とを用いてＭＡＣ値を計算する（ステップＳ９０３）。そして、ノードＮは、通信ヘッダ３０１と検出データにＭＡＣ値をつけてパケットとし、転送先のＭＡＣアドレスあてに送信する（ステップＳ９０４）。これにより、検出データの送信処理を終了する。なお、図９に示した検出データの送信処理は、後述する実施の形態２～４についても同一の処理を実行することとなる。
　図１０は、実施の形態１にかかるノードＮでのパケット転送処理手順を示すフローチャートである。図１０において、ノードＮは、受信部８０１によりパケットを受信するのを待ち受け（ステップＳ１００１：Ｎｏ）、パケットを受信した場合（ステップＳ１００１：Ｙｅｓ）、ノードＮは、受信したパケットの通信ヘッダ３０１を解析する（ステップＳ１００２）。そして、ノードＮは、通信ヘッダ３０１の解析結果から、受信したパケットが転送パケットであるか否かを判断する（ステップＳ１００３）。すなわち、受信されたパケットが自ノードを宛先とするパケットであるか否かを判断する（ステップＳ１００３）。
　転送パケットでない場合（ステップＳ１００３：Ｎｏ）、自ノード宛のパケットとなるため、ノードＮは、データ処理を実行する（ステップＳ１００４）。具体的には、ノードＮは、受信されたパケットのデータ部３０２からデータを取り出す。取り出されたデータについては、必要に応じた処理をおこなう。これにより、自ノード宛のパケットについてのパケット転送処理を終了する。
　一方、転送パケットである場合（ステップＳ１００３：Ｙｅｓ）、ノードＮは、決定部８０２により乱数を生成し（ステップＳ１００５）、認証実施対象であるか転送対象であるかを決定する（ステップＳ１００６）。転送対象に決定された場合（ステップＳ１００６：Ｎｏ）、ノードＮは、送信部８０４により、転送設定処理を実行してパケットの第１の通信情報ヘッダ４０１を書き換える（ステップＳ１００７）。そして、ノードＮは、送信部８０４により、転送先のノードにパケットを送信する（ステップＳ１００８）。これにより、ステップＳ１００６において転送対象に決定された場合のパケット転送処理を終了する。
　一方、ステップＳ１００６において、認証実施対象に決定された場合（ステップＳ１００６：Ｙｅｓ）、ノードＮは、認証部８０３により、パケットからＭＡＣ値を抽出するとともに、ＭＡＣ値の算出元データを抽出する（ステップＳ１００９）。つぎに、ノードＮは、ＭＡＣ値の算出元データと認証鍵とによりＭＡＣ値を算出する（ステップＳ１０１０）。そして、ノードＮは、認証部８０３により、抽出ＭＡＣ値と算出ＭＡＣ値とが一致するか否かを判断する（ステップＳ１０１１）。
　一致する場合（ステップＳ１０１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１００７に移行して、パケットを転送することになる。一方、不一致の場合（ステップＳ１０１１：Ｎｏ）、ノードＮは、破棄部８０５によりパケットを破棄する（ステップＳ１０１２）。これにより、認証実施対象に決定された場合のパケット転送処理を終了する。
　このように、実施の形態１によれば、ノードは、あらかじめ設定された認証実施確率Ｐにしたがって、認証部８０３による認証を実施するか、認証を実施せずに転送先にそのまま転送するかを決定する。このような処理をアドホックネットワーク１００内のノードがパケットを受信する都度実行することで、シンクノードＳＮや不正パケットを直接受信したノードに負荷が集中することなく、負荷分散を図ることができる。したがって、アドホック通信の遅延やパケットの欠落が低減される。
（実施の形態２）
　つぎに、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、ノードの負荷に応じて認証実施確率Ｐを変動させて認証実施／転送を実行する。具体的には、負荷が高くなると認証実施確率Ｐを低くし、負荷が低くなると、認証実施確率Ｐを高くする。このように、認証実施確率Ｐを変動させることで、負荷が高いノードは認証実施することなくパケットを転送し、負荷が低いノードはパケット転送／破棄の前に認証実施する確率が高くなる。
　図１１は、実施の形態２にかかるノードの機能的構成例を示すブロック図である。なお、実施の形態１と同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。実施の形態２にかかるノードは、実施の形態１に、計測部１１０１と設定部１１０２とを追加した構成である。
　計測部１１０１は、ノード内の負荷を計測する機能を有する。ここで、ノード内の負荷とは、ノード内のＣＰＵ７０１やフラッシュメモリ７０３の使用率である。計測部１１０１は、たとえば、このような負荷を所定期間計測し、所定期間における負荷の平均値を算出する。なお、平均値に限らず、所定期間内における中央値や最大値、最小値、任意の値でもよい。
　設定部１１０２は、計測部１１０１によって計測された負荷に応じて確率を設定する機能を有する。具体的には、負荷が高くなると認証実施確率Ｐを下げ、負荷が低くなると認証実施確率Ｐを上げる。たとえば、負荷のしきい値を設定しておき、負荷がしきい値以上に変化した場合は、認証実施確率Ｐを下げ、しきい値未満に変化した場合は、認証実施確率Ｐを上げる。また、今回計測した負荷が前回計測した負荷以上に変化した場合は、認証実施確率Ｐを下げ、前回計測した負荷未満に変化した場合は、認証実施確率Ｐを上げる。
　また、認証実施確率Ｐをどの程度変動させるかについては、負荷の変動の有無に応じて設定しておく。たとえば、認証実施確率ＰをＰ（０＜Ｐ＜１）とした場合、負荷の変動の有無により、認証実施確率Ｐをｗ×Ｐに設定する。ｗは重みであり、たとえば、負荷が高くなったときはｗを０＜ｗ＜１（たとえば、ｗ＝０．５）とし、負荷が低くなったときはｗをｗ＞１（たとえば、ｗ＝２．０）とする。たとえば、デフォルトの認証実施確率Ｐを１／４とした場合、負荷が高くなると認証実施確率Ｐを１／４から１／８とし、負荷が低くなると認証実施確率Ｐを１／４から１／２に設定する。
　また、設定部１１０２は、負荷の変動量に応じて設定してもよい。たとえば、認証実施確率ＰをＰ（０＜Ｐ＜１）とする。たとえば、負荷が（しきい値または前回の負荷に対して）Ｌ％増の場合は、認証実施確率ＰをＬ×Ｐに設定する。一方、負荷が（しきい値または前回の負荷に対して）Ｌ％減の場合は、認証実施確率Ｐを（１＋Ｌ）×Ｐに設定する。
　つぎに、実施の形態２でのノードの実行処理手順について説明する。なお、検出データの送信処理手順（図９）およびパケット転送処理手順（図１０）については、実施の形態１と同一処理手順であるため、説明を省略する。
　図１２は、認証実施確率Ｐの設定処理手順を示すフローチャートである。図１２において、まず、負荷の算出タイミングがくるまで待ち受ける（ステップＳ１２０１：Ｎｏ）。算出タイミングとは、たとえば、周期的に到来する時刻とする。算出タイミングになると（ステップＳ１２０１：Ｙｅｓ）、計測部１１０１は、現在時刻までの所定期間の負荷を算出する（ステップＳ１２０２）。
　そして、設定部１１０２は、算出された負荷により認証実施確率Ｐを更新する（ステップＳ１２０３）。具体的には、ＲＡＭ７０２やフラッシュメモリ７０３などの記憶領域に更新後の認証実施確率Ｐを書き込み、決定部８０２が、図１０のステップＳ１００６を実行する際に、当該記憶領域を参照して、更新後の認証実施確率Ｐを読み込むこととなる。
　このように、実施の形態２では、計測部１１０１および設定部１１０２を追加したことにより、決定部８０２は、設定後の認証実施確率Ｐにより、受信したパケットを認証実施対象または転送対象に決定することとなる。アドホックネットワークでは、上流ノードほど負荷が高く、下流ノードほど負荷が低い傾向があるので、負荷が低い下流ノードほど高い確率で認証実施をおこなうことになり、負荷が高い上流ノードには不正なパケットが到達しにくく、実施の形態１よりもさらに効率的に負荷分散をおこなうことができる。
（実施の形態３）
　つぎに、実施の形態３について説明する。実施の形態３は、受信したパケットの宛先に応じて認証実施確率Ｐを変動させる例である。ノードは、上述したように、自らが検出したデータをマルチホップ通信により転送先のノードに転送して、目的となるシンクノードＳＮに送信する処理（図９）と、他のノードから転送されてきたパケットを、マルチホップ通信により転送先に転送する処理（図１０）がある。
　後者のパケット転送の場合、受信したパケットの宛先によっては、ＭＡＣ認証が必須であったり、ＭＡＣ認証が必ずしも必要でなかったりするパケットもある。したがって、パケットの通信ヘッダ３０１（具体的には、第２の通信情報ヘッダ４０２）を解析して宛先を特定し、特定した宛先に応じて認証実施確率Ｐを変動させる。
　図１３は、実施の形態３にかかるノードの機能的構成例を示すブロック図である。なお、実施の形態１と同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。実施の形態３にかかるノードは、実施の形態１に、検出部１３０１と設定部１３０２とを追加した構成である。
　検出部１３０１は、パケットの宛先を検出する機能を有する。具体的には、たとえば、パケットの通信ヘッダ３０１内の第２の通信情報ヘッダ４０２内の宛先のＭＡＣアドレスを検出する。検出される宛先は、ブロードキャスト、シンクノードＳＮのＭＡＣアドレス、ノード（シンクノードＳＮ除く）のＭＡＣアドレスの３種類である。
　設定部１３０２は、検出部１３０１によって検出された宛先に応じて確率を設定する機能を有する。具体的には、たとえば、検出された宛先のＭＡＣアドレスがブロードキャストの場合、認証実施確率Ｐを１００％に設定する。
　宛先のＭＡＣアドレスがブロードキャストである場合、シンクノードＳＮからアドホックネットワーク１００内のノード群宛に配信したパケットである。シンクノードＳＮからブロードキャストされるパケットは、たとえば、ルーティングの設定、設定変更といったデータが含まれている。このような、ブロードキャストされるパケットは、どのノードも受信対象となるため、他のノードへの転送の有無に関わらず、ＭＡＣ認証が必要となる。したがって、ブロードキャストの場合は、認証実施確率ＰをＰ＝１に設定する。
　そのため、ブロードキャスト通信は必ずＭＡＣ認証を行い、不正パケットでない場合のみ転送を行う。ＭＡＣ認証の処理量は、自ノード宛のパケットのＭＡＣ認証処理と兼用できるため、実質的に無視できる。ブロードキャスト通信は全ノードへ拡散される非常に影響の大きい通信であるので、各ノードにおいて認証実施確率Ｐが１００％で認証されることは、不正通信を遮断する目的上、非常に有効となる。
　また、検出された宛先のＭＡＣアドレスがシンクノードＳＮのＭＡＣアドレスである場合、シンクノードＳＮやルーティングされた経路の上流側のノードへの影響が高い通信であるため、実施の形態１，２で説明したように、認証実施確率ＰによりＭＡＣ認証または転送を決定し、負荷分散を図る。これにより、シンクノードＳＮや上流側のノードへの負荷を低減することができる。
　また、検出された宛先のＭＡＣアドレスがノード（シンクノードＳＮ除く）のＭＡＣアドレスである場合、認証実施確率Ｐを、宛先のＭＡＣアドレスがシンクノードＳＮである場合の認証実施確率Ｐよりも低い確率に設定する。このような場合、シンクノードＳＮや上流側のノードへの影響は低い。そのため、シンクノードＳＮ宛の場合の認証実施確率Ｐよりも低く設定したり、認証実施確率Ｐを０％に設定する。たとえば、あらかじめ用意した重みｗ（０≦ｗ＜１）を認証実施確率Ｐに掛けることで、認証実施確率Ｐを更新する。
　図１４は、実施の形態３にかかるノードＮａ～Ｎｈ（図１４において、「ノードＮ」と総称する。）でのパケット転送処理手順を示すフローチャートである。図１４において、ノードＮは、受信部８０１によりパケットを受信するのを待ち受ける（ステップＳ１４０１：Ｎｏ）。ノードＮは、パケットを受信した場合（ステップＳ１４０１：Ｙｅｓ）、検出部１３０１により、受信したパケットの通信ヘッダ３０１を解析して、宛先のＭＡＣアドレスを検出する（ステップＳ１４０２）。
　そして、ノードＮは、設定部１３０２により、宛先のＭＡＣアドレスに応じた認証実施確率に設定する（ステップＳ１４０３）。このあと、ノードＮは、決定部８０２により乱数を生成し（ステップＳ１４０４）、認証実施対象であるか転送対象であるかを決定する（ステップＳ１４０５）。転送対象に決定された場合（ステップＳ１４０５：Ｎｏ）、ノードＮは、宛先のＭＡＣアドレスが、自ノードのＭＡＣアドレスであるか否かを判断する（ステップＳ１４０６）。
　自ノードのＭＡＣアドレスである場合（ステップＳ１４０６：Ｙｅｓ）、ノードＮは、データ処理を実行する（ステップＳ１４０７）。具体的には、ノードＮは、受信されたパケットのデータ部３０２からデータを取り出す。取り出されたデータについては、必要に応じた処理をおこなう。これにより、ステップＳ１４０６において転送対象に決定された場合の自ノード宛のパケットについてのパケット転送処理を終了する。
　また、ステップＳ１４０６において、宛先のＭＡＣアドレスが、自ノード以外の他のノードのＭＡＣアドレスである場合（ステップＳ１４０６：Ｎｏ）、ノードＮは、送信部８０４により、転送設定処理を実行してパケットの第１の通信情報ヘッダ４０１を書き換える（ステップＳ１４０８）。そして、ノードＮは、送信部８０４により、転送先のノードにパケットを送信する（ステップＳ１４０９）。これにより、ステップＳ１４０６において転送対象に決定された場合の他ノード宛のパケットについてのパケット転送処理を終了する。
　また、ステップＳ１４０５において、認証実施対象に決定された場合（ステップＳ１４０５：Ｙｅｓ）、ノードＮは、認証部８０３により、パケットからＭＡＣ値を抽出するとともに、ＭＡＣ値の算出元データを抽出する（ステップＳ１４１０）。つぎに、ノードＮは、ＭＡＣ値の算出元データと認証鍵とによりＭＡＣ値を算出する（ステップＳ１４１１）。そして、ノードＮは、認証部８０３により、抽出ＭＡＣ値と算出ＭＡＣ値とが一致するか否かを判断する（ステップＳ１４１２）。
　一致する場合（ステップＳ１４１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４０６に移行する。一方、不一致の場合（ステップＳ１４１２：Ｎｏ）、ノードＮは、破棄部８０５によりパケットを破棄する（ステップＳ１４１３）。これにより、認証実施対象に決定された場合のパケット転送処理を終了する。
　このように、実施の形態３によれば、ノードＮは、パケットを宛先により分類し、ＭＡＣ認証を行う確率を変化させることにより、ＭＡＣ認証による負荷をアドホックネットワーク１００全体に負荷分散することができる。したがって、シンクノードＳＮや上流側のノードへの負荷集中や、特定のノードへの負荷集中を防止することができる。また、パケットの分類処理は、自ノードが認識できるブロードキャスト（宛先なし）とシンクノードＳＮへの通信（通常ネットワーク１０１へのデフォルトゲートウエイ）、およびそれ以外のノードに分けるだけであり、転送処理と兼用できるため、処理負荷は無視できる程度である。
（実施の形態４）
　つぎに、実施の形態４について説明する。実施の形態４は、実施の形態３に実施の形態２を適用した例である。
　図１５は、実施の形態４にかかるノードの機能的構成例を示すブロック図である。なお、実施の形態１～３と同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。図１５において、設定部１５００は、実施の形態２の設定部１１０２と実施の形態３の設定部１３０２の両方の機能を備えている。したがって、認証実施確率Ｐの設定処理手順については図１２と同じであり、パケット転送処理手順については図１４と同じである。
　なお、実施の形態４では、受信したパケットの宛先のＭＡＣアドレスがブロードキャストである場合、認証実施確率ＰがＰ＝１（１００％）に設定されるため、設定部１５００では、ブロードキャストの場合に限って負荷による認証実施確率Ｐは更新しない。
　このように、実施の形態４によれば、転送による負荷が高くなっても、自ノードの処理の遅延をなくすことが可能であり、処理に余裕がある場合は、アドホックネットワーク１００全体への影響が高いパケットから優先的にＭＡＣ認証を行うことができる。
　以上のことから、本実施の形態１～４によれば、アドホックネットワーク１００内での不正パケットに対する負荷分散を効率的におこなうことができるという効果を奏する。
１００　アドホックネットワーク
１０１　通常ネットワーク
８０１　受信部
８０２　決定部
８０３　認証部
８０４　送信部
８０５　破棄部
１１０１　計測部
１１０２　設定部
１３０１　検出部
１３０２　設定部
１５００　設定部
Ｎａ～Ｎｈ　ノード
Ｎｘ　不正ノード
ＳＮ　シンクノード

Claims (11)

  1. 　マルチホップ通信によりパケットを送受信するアドホックネットワーク内のノードであって、
    　転送元のノードからのパケットを受信する受信手段と、
    　前記受信手段によって受信されたパケットの認証を実施する確率にしたがって、前記パケットを認証実施対象または転送対象に決定する決定手段と、
    　前記決定手段によって前記パケットが認証実施対象に決定された場合、前記アドホックネットワーク内の各ノードで共通の認証鍵に基づいて、前記パケットの正当性を認証する認証手段と、
    　前記決定手段によって転送対象に決定された場合または前記認証手段によって認証された場合、前記パケットを転送先として設定されている特定のノードに送信する送信手段と、
    　前記認証手段によって認証されなかった場合、前記パケットを破棄する破棄手段と、
    　を備えることを特徴とするノード。
  2. 　前記ノード内の負荷を計測する計測手段と、
    　前記計測手段によって計測された負荷に応じて前記確率を設定する設定手段と、をさらに備え、
    　前記決定手段は、
    　前記設定手段によって設定された確率にしたがって、前記パケットを認証実施対象または破棄対象に決定することを特徴とする請求項１に記載のノード。
  3. 　前記パケットの宛先を検出する検出手段と、
    　前記検出手段によって検出された宛先に応じて前記確率を設定する設定手段と、をさらに備え、
    　前記決定手段は、
    　前記設定手段によって設定された確率にしたがって、前記パケットを認証実施対象または転送対象に決定することを特徴とする請求項１に記載のノード。
  4. 　前記設定手段は、
    　前記宛先が前記アドホックネットワーク内の全ノードである場合、前記確率を１００％に設定することを特徴とする請求項３に記載のノード。
  5. 　前記設定手段は、
    　前記宛先が前記ノード群のうち前記特定のノード以外の他のノードである場合、前記確率を、前記宛先が前記特定のノードである場合の確率よりも低い確率に設定することを特徴とする請求項３に記載のノード。
  6. 　前記ノード内の負荷を計測する計測手段をさらに備え、
    　前記設定手段は、
    　前記検出手段によって検出された宛先および前記計測手段によって計測された負荷に応じて前記確率を設定することを特徴とする請求項３に記載のノード。
  7. 　前記決定手段は、
    　前記確率にしたがってランダムに決定することを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のノード。
  8. 　前記決定手段によって決定された決定結果に基づいて、前記確率を更新する更新手段を備え、
    　前記決定手段は、
    　前記更新手段によって更新された確率にしたがって、前記パケット認証実施対象または転送対象に決定することを特徴とする請求項７に記載のノード。
  9. 　前記決定手段は、
    　前記確率にしたがって周期的に決定することを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のノード。
  10. 　マルチホップ通信によりパケットを送受信するアドホックネットワーク内のノードが実行する転送方法であって、
    　前記アドホックネットワーク内のノード群のうち転送元のノードからのパケットを受信する受信工程と、
    　前記受信工程によって受信されたパケットの認証を実施する確率にしたがって、前記パケットを認証実施対象または転送対象に決定する決定工程と、
    　前記決定工程によって前記パケットが認証実施対象に決定された場合、前記各ノードで共通の認証鍵に基づいて、前記パケットの正当性を認証する認証工程と、
    　前記決定工程によって転送対象に決定された場合または前記認証工程によって認証された場合、前記パケットを転送先として設定された特定のノードに送信する送信工程と、
    　前記認証工程によって認証されなかった場合、前記パケットを破棄する破棄工程と、
    　を含むことを特徴とする転送方法。
  11. 　マルチホップ通信によりパケットを送受信するアドホックネットワーク内のノードに実行させる転送プログラムであって、
    　前記アドホックネットワーク内のノード群のうち転送元のノードからのパケットを受信する受信工程と、
    　前記受信工程によって受信されたパケットの認証を実施する確率にしたがって、前記パケットを認証実施対象または転送対象に決定する決定工程と、
    　前記決定工程によって前記パケットが認証実施対象に決定された場合、前記各ノードで共通の認証鍵に基づいて、前記パケットの正当性を認証する認証工程と、
    　前記決定工程によって転送対象に決定された場合または前記認証工程によって認証された場合、前記パケットを転送先として設定された特定のノードに送信する送信工程と、
    　前記認証工程によって認証されなかった場合、前記パケットを破棄する破棄工程と、
    　を実行させることを特徴とする転送プログラム。
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