JP2005051368A

JP2005051368A - 通信装置、基地局装置及び通信システム

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Publication number: JP2005051368A
Application number: JP2003204012A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Toyama; 大介外山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】時間や場所に対する制限を課した無線通信接続サービスを提供する無線通信システムを提供する。
【解決手段】第１通信装置と第２通信装置とが暗号を用いて通信する通信システムであって、前記第１通信装置及び前記第２通信装置は、両装置に共有される第１共通鍵を保持する第１鍵保持手段と、前記第２通信装置の位置情報及び時間情報と前記第１共通鍵とを演算した結果に基づいて第２共通鍵を生成する第２鍵生成手段と、前記第２共通鍵を用いて暗号文を生成する暗号化手段と、前記第２共通鍵を用いて暗号化した暗号文を復号化する復号化手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、基地局と端末間等の通信装置間で行われる無線通信を暗号化する暗号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速かつ大量にデータ伝送を行なう無線通信方式として、送信されるべきデータを時系列に分割し、２つ以上の同一もしくは異なる周波数を用いて伝送を行なう時分割マルチキャリア伝送方式が提案されている。その際、送信側と受信側との間で安全な通信路を確保するためにデータの秘匿化を目的とした高速暗号方式として共通鍵暗号方式が使用される。この共通鍵暗号方式で用いられる共通鍵は通信開始時に公開鍵暗号方式によって交換される。公開鍵方式によって通信相手の共通鍵を得た端末は、共通鍵暗号方式で暗号化通信をすることができる。
【０００３】
このような暗号化通信には、暗号化手段を用いて「発番号」を暗号化するものが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−６９６９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、公開鍵暗号方式における鍵の交換時にも悪意ある通信端末による認証情報の捏造や、中間一致攻撃、過剰な鍵配送要求等の攻撃を受ける可能性がある。例えば、発信者番号を暗号化しても悪意あるものが該発信者番号を盗み出した場合には、その番号を利用した鍵を作り出すことができ、その偽造された鍵を用いて本来のユーザになりすまして重要な通信を行うことができる問題があった。
【０００６】
本発明は、通信装置間で共有暗号鍵を時空間情報を使用して生成することによって、通信装置間の接続（コネクション）に時間的制約及び空間的制約を与えることができ、時間や場所に対する制限を課した無線通信接続サービスを提供する暗号化装置を使用して秘匿性の高い通信が可能な無線通信システムを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、他の通信装置と暗号を用いて通信する通信装置であって、自装置の位置情報及び時間情報と、前記他の通信装置と共有される第１共通鍵とを演算した結果に基づいて第２共通鍵を生成する第２鍵生成手段と、前記他の通信装置に第２共通鍵を生成させるために、自装置の位置情報及び時間情報を、前記他の通信装置に送信する情報送信手段と、前記第２共通鍵を用いて暗号文を生成する暗号化手段と、前記他の通信装置が当該通信装置から取得した当該通信装置の位置情報及び時間情報と前記第１共通鍵とを演算した結果に基づいて生成した第２共通鍵を用いて暗号化した暗号文を復号化する復号化手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、乱数によって生成された秘密鍵と、前記他の通信装置で生成された公開鍵とを用いて前記第１共通鍵を生成する第１鍵生成手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記自装置の位置情報及び／又は前記時間情報に基づいて、前記第２共通鍵の有効期間が定められることによって、前記他の通信装置との接続許容時間が規定されることを特徴とす。
【００１０】
第４の発明は、端末装置と暗号を用いて通信する基地局装置であって、前記端末装置の位置情報及び時間情報とを受信する情報受信手段と、前記受信した端末装置の位置情報及び時間情報と、前記端末装置と共有される第１共通鍵とを演算した結果に基づいて第２共通鍵を生成する第２鍵生成手段と、前記第２共通鍵を用いて暗号文を生成する暗号化手段と、前記端末装置が当該端末装置の位置情報及び時間情報と前記第１共通鍵とを演算した結果に基づいて生成した第２共通鍵を用いて暗号化した暗号文を復号化する復号化手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、第４の発明において、前記位置情報及び／又は前記時間情報に基づいて、前記第２共通鍵の有効期間が定められることによって、前記端末装置との接続許容時間が規定されることを特徴とする。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明において、前記第２共通鍵の有効時間が終了したら、前記端末装置との間の接続を切断する切断手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
第７の発明は、第１通信装置と第２通信装置とが暗号を用いて通信する通信システムであって、前記第１通信装置及び前記第２通信装置は、両装置に共有される第１共通鍵を保持する第１鍵保持手段と、前記第２通信装置の位置情報及び時間情報と前記第１共通鍵とを演算した結果に基づいて第２共通鍵を生成する第２鍵生成手段と、前記第２共通鍵を用いて暗号文を生成する暗号化手段と、前記第２共通鍵を用いて暗号化した暗号文を復号化する復号化手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態の通信装置が適用される無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の実施の形態の無線通信システムは、基地局１及び基地局１と通信する端末２によって構成されており、基地局１及び端末２が暗号を用いた通信装置として機能する。
【００１７】
まず、基地局１の構成について説明する。
【００１８】
アンテナ１０１は無線部１０２に接続されており、端末２からの電波を受信し、端末２に対し電波を送信する。無線部１０２は送信部及び受信部によって構成されており、送信部はアンテナ１０１から送信する高周波信号を生成する。受信部はアンテナ１０１で受信した高周波信号を増幅、周波数変換等をして、ベースバンド信号として送受信部１０３に出力する。
【００１９】
送受信部１０３はベースバンド部及び無線制御部によって構成されている。ベースバンド部は、ベースバンド部に設けられたコーデック部によって、ベースバンド信号を音声信号に復号化する。また、コーデック部では音声信号を符号化し、ベースバンド信号を生成する。さらに、無線制御部では、無線部１０２が送受信する周波数や、送受信タイミング、送信する電波の出力を制御する。
【００２０】
Ｉ／Ｆ部１０４は、基地局１を外部ネットワーク３に接続するインターフェースで、基地局内部の信号とネットワーク３に適合する信号とを変換する。
【００２１】
制御部１０５は、主にＣＰＵにて構成されており、ＲＡＭ及びＲＯＭに記憶されたプログラム及びデータに基づいて、無線部１０２、送受信部１０３及びＩ／Ｆ部１０４等の基地局１の各部を制御する。
【００２２】
データベース１０６は、端末毎に許容されるサービス内容を規定する端末毎サービスデータベース１８を保持している。
【００２３】
次に、端末２の構成について説明する。
【００２４】
アンテナ２０１は無線部２０２に接続されており、基地局１からの電波を受信し、基地局１に対し電波を送信する。無線部２０２は送信部及び受信部によって構成されており、送信部はアンテナ２０１から送信する高周波信号を生成する。
受信部はアンテナ２０１で受信した高周波信号を増幅、周波数変換等をして、ベースバンド信号として送受信部２０３に出力する。
【００２５】
送受信部２０３はベースバンド部及び無線制御部によって構成されている。ベースバンド部は、ベースバンド部に設けられたコーデック部によって、ベースバンド信号を音声信号に復号化する。また、コーデック部では音声信号を符号化し、ベースバンド信号を生成する。さらに、無線制御部では、無線部２０２が送受信する周波数や、送受信タイミング、送信する電波の出力を制御する。
【００２６】
Ｉ／Ｆ部２０４は、端末２に接続される機器との間のインターフェースで、端末内部の信号を外部出力に適する信号形式に変換する。
【００２７】
制御部２０５は、主にＣＰＵにて構成されており、ＲＡＭ及びＲＯＭに記憶されたプログラム及びデータに基づいて、無線部２０２、送受信部２０３、Ｉ／Ｆ部２０４、操作部２０６及び表示部２０７等の端末２の各部を制御する。
【００２８】
操作部２０６は、文字、数字の入力、端末２への動作の指示を受け付ける。表示部２０７は、制御部２０５からの表示データによって、文字情報、端末２の動作状態等を表示する。
【００２９】
図２は、本実施の形態の暗号を用いた通信装置の機能ブロック図である。
【００３０】
まず、基地局１の機能について説明する。
【００３１】
乱数発生器１１は、暗号鍵の種となる乱数を発生する。一方向群演算暗号化器１２は、乱数発生器１１によって生成された乱数を用いて一方向演算をして、暗号化鍵（基地局公開鍵３１、基地局秘密鍵３３）を生成する。共通鍵方式暗号復号化器１３は、一方向群演算暗号化器１２によって生成された基地局公開鍵３１を共通鍵に用いて、端末２から暗号化情報３５として送信された端末公開鍵３２、端末情報３６、端末空間情報３７及び端末時間情報３８を復号化する。
【００３２】
一方向群演算暗号化器１４は、一方向群演算暗号化器１２によって生成された基地局秘密鍵３３及び端末２から取得した端末公開鍵３２を用いて一方向演算をして、基地局及び端末で共通に使用される第１共通秘密鍵３９を生成する。暗号化器１５は、第１共通秘密鍵３９並びに端末２から暗号化情報３５として送信された端末情報３６、端末空間情報３７及び端末時間情報３８を用いて演算（例えば、ハッシュ関数による演算）をして、第２共通秘密鍵４０を生成する。
【００３３】
共通鍵方式暗号復号化器１６は、暗号化器１５によって生成された第２共通秘密鍵を用いて、平文４１を暗号化情報４２に暗号化し、暗号化情報４２を平文４１に復号化する。
【００３４】
端末毎サービスデータベース１８は、基地局１に接続される端末情報３６によって、端末が受けることができるサービスの内容を記憶している。例えば、公衆無線ＬＡＮサービスにおいて、端末が接続可能な時間や、地域（接続可能な基地局）の制限を付す場合に、その内容が記憶される。時空間情報評価アプリケーション１９は、端末毎サービスデータベース１８に記憶された端末毎に許容されるサービスの種類や範囲を判定し、許容範囲において共通鍵方式暗号復号化器１６が動作するように、共通鍵方式暗号復号化器１６の動作を制御する。
【００３５】
次に、端末２の機能について説明する。
【００３６】
乱数発生器２１は、暗号鍵の種となる乱数を発生する。一方向群演算暗号化器２２は、乱数発生器２１によって生成された乱数を用いて一方向演算をして、暗号化鍵（端末公開鍵３２、端末秘密鍵３４）を生成する。共通鍵方式暗号復号化器２３は、基地局１から送信された基地局公開鍵３１を共通鍵に用いて、端末公開鍵３２、端末情報３６、端末空間情報３７及び端末時間情報３８を暗号化して、暗号化情報３５として基地局１に対して送信する。
【００３７】
一方向群演算暗号化器２４は、一方向群演算暗号化器２２によって生成された端末秘密鍵３４及び基地局１から取得した基地局公開鍵３１を用いて一方向演算をして、基地局及び端末で共通に使用される第１共通秘密鍵３９を生成する。暗号化器２５は、第１共通秘密鍵３９並びに基地局１に暗号化情報３５として送信した端末情報３６、端末空間情報３７及び端末時間情報３８を用いて演算（例えば、ハッシュ関数による演算）をして第２共通秘密鍵４０を生成する。
【００３８】
共通鍵方式暗号復号化器２６は、暗号化器２５によって生成された第２共通秘密鍵を用いて、平文４１を暗号化情報４２に暗号化し、暗号化情報４２を平文４１に復号化する。
【００３９】
続いて、基地局１と端末２との間で暗号化通信を開始するときの動作について説明する。この動作は、基地局１と端末２との間にコネクションを確立するときに実行される。
【００４０】
まず、基地局１は、端末２から接続要求があると、該端末からの接続要求が正当なものであるかの認証処理をする。認証処理の結果、認証に成功すると、基地局１は端末２に対して認証応答を送信すると共に、暗号鍵生成処理を開始する。
一方、端末２では基地局１からの認証応答を受信すると、暗号鍵生成処理を開始する。
【００４１】
基地局１では、始めに、乱数発生器１１が暗号鍵の種となる乱数を発生する。そして、一方向群演算暗号化器１２が、乱数発生器１１によって生成された乱数を用いて一方向演算をして、暗号化鍵（基地局公開鍵３１、基地局秘密鍵３３）を生成する。生成された基地局公開鍵３１は、端末２に送信される。
【００４２】
端末２では、始めに、乱数発生器２１が暗号鍵の種となる乱数を発生する。そして、一方向群演算暗号化器２２が、乱数発生器２１によって生成された乱数を用いて一方向演算をして、暗号化鍵（端末公開鍵３２、端末秘密鍵３４）を生成する。そして、基地局１に送信する端末情報３６、端末空間情報３７及び端末時間情報３８を準備する。端末情報３６は、端末２に固有に付与された識別番号である。端末空間情報３７は、端末の位置情報（経度緯度情報）であり、端末２に備えられたＧＰＳ装置（図示省略）によって生成される。端末時間情報３８は、端末２に設けられる時計（図示省略）が測定した現在の時刻である。
【００４３】
本発明では、端末２の端末情報３６の他に、端末空間情報３７及び端末時間情報３８を用いて暗号鍵を生成するので、同じ基地局−端末間の暗号化通信であっても、同じ暗号化鍵が生成される確率を極めて低くすることができる、高度に秘匿化された通信をすることができる。
【００４４】
そして、共通鍵方式暗号復号化器２３は、基地局１から送信された基地局公開鍵３１を共通鍵に用いて、端末公開鍵３２、端末情報３６、端末空間情報３７及び端末時間情報３８を暗号化する。生成された暗号化情報３５は、基地局１に送信される。
【００４５】
基地局１では、端末２から受信した端末公開鍵３２、端末情報３６、端末空間情報３７及び端末時間情報３８が含まれる暗号化情報３５は、共通鍵方式暗号復号化器１３に入力される。共通鍵方式暗号復号化器１３は、基地局公開鍵３１を共通鍵に用いて暗号化情報３５を復号化して、暗号化情報３５から端末公開鍵３２、端末情報３６、端末空間情報３７及び端末時間情報３８を抽出する。
【００４６】
そして、復号化された端末公開鍵３２は、一方向群演算暗号化器１４に入力される。一方向群演算暗号化器１４は、端末公開鍵３２及び基地局秘密鍵３３を用いて一方向演算をして、第１共通秘密鍵３９を生成する。生成された第１共通秘密鍵３９は暗号化器１５に入力される。暗号化器１５は、端末情報３６、端末空間情報３７、端末時間情報３８及び第１共通秘密鍵３９を用いて演算をして、第２共通秘密鍵４０を生成する。
【００４７】
一方、端末２は、暗号化情報３５を基地局１に送信すると、一方向群演算暗号化器２４が、端末秘密鍵３４及び基地局公開鍵３１を用いて一方向演算をして、第１共通秘密鍵３９を生成する。暗号化器２５は、端末情報３６、端末空間情報３７、端末時間情報３８及び第１共通秘密鍵３９を用いて演算をして第２共通秘密鍵４０を生成する。
【００４８】
この端末２で生成される第１共通秘密鍵３９及び第２共通秘密鍵４０は、基地局１で生成される第１共通秘密鍵３９及び第２共通秘密鍵４０と同一のものとなっている。以上の処理で、基地局１及び端末２での暗号化通信に使用される秘密鍵（第２共通秘密鍵）が生成され、コネクションが確立する。
【００４９】
そして、端末２では、共通鍵方式暗号復号化器２６が、第２共通秘密鍵を用いて、平文４１を暗号化情報４２に暗号化して、基地局１に送信する。基地局１では、端末２から暗号化情報４２を受信すると、共通鍵方式暗号復号化器１６が、第２共通秘密鍵を用いて、暗号化情報４２を平文４１に復号化する。
【００５０】
一方、基地局１では、共通鍵方式暗号復号化器１６が、第２共通秘密鍵を用いて、平文４１を暗号化情報４２に暗号化して、端末２に送信する。端末２では、基地局１から暗号化情報４２を受信すると、共通鍵方式暗号復号化器２６が、第２共通秘密鍵を用いて、暗号化情報４２を平文４１に復号化する。
【００５１】
このようにして、基地局１と端末２との間での秘密鍵（第２共通秘密鍵）を用いた暗号化通信が行われる。
【００５２】
図３は、本発明の実施の形態の暗号を用いた通信のシーケンス図である。
【００５３】
端末２は、制御チャネル（パイロットチャネル）を受信して、基地局１からのパイロット信号を検出している（Ｓ１０１）。そして、基地局１から送信されたパイロット信号を検出すると、基地局１に対して接続要求信号を送信する（Ｓ１０２）。
【００５４】
基地局１は、端末２からの接続要求を受信すると、基地局１−端末２間の通信チャネルを設定する（Ｓ１０３）。
【００５５】
また、基地局１は、端末２からの接続要求を受信すると、一方向群演算暗号化器１２によって生成された基地局公開鍵３１を送信する（Ｓ１０４）。端末２は、基地局１から基地局公開鍵３１を受信すると、一方向群演算暗号化器２２によって生成された端末公開鍵３２を、基地局１から送信された基地局公開鍵３１を共通鍵に用いて暗号化して送信する（Ｓ１０５）。このとき、端末２は、基地局１に対して、端末情報３６、端末空間情報３７及び端末時間情報３８も送信する。
【００５６】
基地局１は、端末２からの端末公開鍵３２を受信すると、第２共通秘密鍵４０を生成する（Ｓ１０６）。一方、端末２は、基地局１に端末公開鍵３２を送信すると、第２共通秘密鍵４０を生成する（Ｓ１０７）。そして、基地局１は、時空間情報評価アプリケーション１９によって、端末毎サービスデータベース１８に記憶された端末毎に許容されるサービスの種類や範囲を判定し、生成した鍵の寿命を定める（Ｓ１０８）。
【００５７】
そして、基地局１−端末２間で、第２共通秘密鍵を用いた暗号化通信を開始する（Ｓ１０９）。この暗号化通信中、基地局１は、時空間情報評価アプリケーション１９によって、ステップＳ１０８において設定した鍵寿命時間が経過したか否かを判定している（Ｓ１１０）。その結果、鍵寿命時間が経過していないと判定すると、当該第２共通秘密鍵４０を用いた暗号化通信を継続する。
【００５８】
一方、鍵寿命時間が経過したと判定すると、さらに、回線を切断する必要があるか否かを判定する（Ｓ１１１）。この回線切断要否は、時空間情報評価アプリケーション１９が、端末毎サービスデータベース１８に記憶された端末毎に許容されるサービスの範囲を判定し、許容範囲を超えているか否かで判定する。
【００５９】
その結果、回線を切断する必要があると判定すると、基地局１は端末２に対して、切断要求信号を送信する。端末２は、基地局１からの切断要求信号を受信すると、回線を切断する切断処理を行う（Ｓ１１２）。
【００６０】
一方、回線を切断する必要がないと判定すると、新たな第２共通秘密鍵４０を生成するために、ハンドオーバを実行し（Ｓ１１３）、基地局１−端末２間で新たな通信チャネルを設定する（Ｓ１０３）。
【００６１】
以上説明したように、本発明の実施に形態によると、基地局で、端末の位置情報を暗号鍵として管理することで様々な支援サービスを安全に実現することができる。例えば、暗号鍵の寿命を設定しておくことで、あたかもプリペイドカードのように一定時間内のみに有効な鍵を提供して、一定時間に限ったサービスを実現することができる。また、ある場所（建物内、施設内）でのみ使用することができる暗号鍵を提供することが可能になる。また、暗号鍵の寿命によってコネクションの寿命を管理することで、端末の接続可能時間を管理することができるので、接続時間管理に特別なプロトコルを必要とせず通信リソースを有効に利用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によると、端末情報の他に時間情報及び空間情報を用いて暗号化鍵を生成してコネクションを確立するので、従来と比較してより秘匿性の高い通信をすることができる。
【００６３】
（産業上の利用可能性）
本発明は、通信装置の位置情報及び時間情報とを用いて共通鍵を生成して暗号化通信をするので、秘匿性の高い通信が必要な無線通信システムに適用することができる。特に通信装置の位置が移動する移動通信システムに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の通信装置が適用される無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の暗号を用いた通信装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の暗号を用いた通信のシーケンス図である。
【符号の説明】
１１、２１乱数発生器
１２、２２一方向群演算暗号化器
１３、２３共通鍵方式暗号復号化器
１４、２４一方向群演算暗号化器
１５、２５暗号化器
１６、２６共通鍵方式暗号復号化器
１８端末毎サービスデータベース
１９時空間情報評価アプリケーション

Claims

他の通信装置と暗号を用いて通信する通信装置であって、
自装置の位置情報及び時間情報と、前記他の通信装置と共有される第１共通鍵とを演算した結果に基づいて第２共通鍵を生成する第２鍵生成手段と、
前記他の通信装置に第２共通鍵を生成させるために、自装置の位置情報及び時間情報を、前記他の通信装置に送信する情報送信手段と、
前記第２共通鍵を用いて暗号文を生成する暗号化手段と、
前記他の通信装置が当該通信装置から取得した当該通信装置の位置情報及び時間情報と前記第１共通鍵とを演算した結果に基づいて生成した第２共通鍵を用いて暗号化した暗号文を復号化する復号化手段と、を備えることを特徴とする通信装置。
乱数によって生成された秘密鍵と、前記他の通信装置で生成された公開鍵とを用いて前記第１共通鍵を生成する第１鍵生成手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記自装置の位置情報及び／又は前記時間情報に基づいて、前記第２共通鍵の有効期間が定められることによって、前記他の通信装置との接続許容時間が規定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
端末装置と暗号を用いて通信する基地局装置であって、
前記端末装置の位置情報及び時間情報とを受信する情報受信手段と、
前記受信した端末装置の位置情報及び時間情報と、前記端末装置と共有される第１共通鍵とを演算した結果に基づいて第２共通鍵を生成する第２鍵生成手段と、
前記第２共通鍵を用いて暗号文を生成する暗号化手段と、
前記端末装置が当該端末装置の位置情報及び時間情報と前記第１共通鍵とを演算した結果に基づいて生成した第２共通鍵を用いて暗号化した暗号文を復号化する復号化手段と、を備えることを特徴とする基地局装置。
前記位置情報及び／又は前記時間情報に基づいて、前記第２共通鍵の有効期間が定められることによって、前記端末装置との接続許容時間が規定されることを特徴とする請求項４に記載の基地局装置。
前記第２共通鍵の有効時間が終了したら、前記端末装置との間の接続を切断する切断手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の基地局装置。
第１通信装置と第２通信装置とが暗号を用いて通信する通信システムであって、
前記第１通信装置及び前記第２通信装置は、
両装置に共有される第１共通鍵を保持する第１鍵保持手段と、
前記第２通信装置の位置情報及び時間情報と前記第１共通鍵とを演算した結果に基づいて第２共通鍵を生成する第２鍵生成手段と、
前記第２共通鍵を用いて暗号文を生成する暗号化手段と、
前記第２共通鍵を用いて暗号化した暗号文を復号化する復号化手段と、を備えることを特徴とする通信システム。