JP2009065326A

JP2009065326A - 暗号化鍵の更新システム、暗号化鍵の更新方法およびプログラム

Info

Publication number: JP2009065326A
Application number: JP2007230000A
Authority: JP
Inventors: Shinsaku Kiyomoto; 晋作清本; Toshiaki Tanaka; 俊昭田中
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: JP5084406B2

Abstract

【課題】処理負荷をかけずに安全に暗号化鍵を更新する。
【解決手段】基地局が、ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成し、少なくとも複数の暗号化鍵と生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、端末に送信する。一方、端末が、少なくとも暗号化鍵とハッシュ値とのペアを受信し、受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元し、復元したハッシュチェーンを検証する。
【選択図】図４

Description

本発明は、基地局と端末とからなるシステムにおけるブロードキャストやマルチキャストにおいて安全に暗号化鍵を更新できる暗号化鍵の更新システム、暗号化鍵の更新方法およびプログラムに関する。

近年、高速なインターネット環境や大容量メディアが急速に普及している。これに伴い、映画、音楽、およびソフトウェアなどのディジタルコンテンツを、インターネットを介して配布するサービスが広がりつつある。

ところで、これらのサービスでは著作権保護が大きな問題となる。ディジタルコンテンツのコピーは容量にでき、なおかつ劣化を生じない。このため、不正コピーにより、違法なコンテンツが広く流通することが考えられる。このため、不正コピーを防止するために、配布時にコンテンツを暗号化し、暗号化に用いた暗号化鍵を例えば、基地局と端末間で定期的に更新する技術がある。

具体的には、図５に示すように、基地局（ＢＳ）から暗号化鍵の更新コマンド（ＫｅｙｕｐｄａｔｅＣｏｍｍａｎｄ）とすべてのユーザの共通な鍵暗号化鍵ＧＫＥＫ、通信暗号化用の鍵であるＧＴＥＫとを端末（ＭＳ）に定期的に送信することによって、暗号化鍵の更新を行う技術が知られている（例えば、非特許文献１および２参照。）。
ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＬｏｃａｌａｎｄＭｅｔｒｏｐｌｉｔａｎＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｐａｒｔ１６．ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ−２００４ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＬｏｃａｌａｎｄＭｅｔｒｏｐｌｉｔａｎＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｐａｒｔ１６．

しかしながら、従来の方法では、不正な第三者による暗号化鍵のすり替えが可能であったという問題があった。また、不正な第三者による暗号化鍵のすり替えを防止するために、署名を付与する技術も考えられるが、この場合には、処理負荷が問題となっていた。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、処理負荷をかけずに安全に暗号化鍵を更新する暗号化鍵の更新システム、暗号化鍵の更新方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、端末と基地局からなる暗号化鍵の更新システムであって、前記基地局が、ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成するハッシュチェーン生成手段（例えば、図１のハッシュチェーン生成部１１に相当）と、少なくとも複数の暗号化鍵と前記ハッシュ値生成手段において生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、前記端末に送信する送信手段（例えば、図１の送信部１５に相当）と、を備え、前記端末が、少なくとも前記暗号化鍵とハッシュ値とのペアを受信する受信手段（例えば、図２の受信部２１に相当）と、該受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元する復元手段（例えば、図２のハッシュチェーン復元部２２に相当）と、該復元したハッシュチェーンを検証するハッシュチェーン検証手段（例えば、図２のハッシュチェーン検証部２３に相当）と、を備えたことを特徴とする暗号化鍵の更新システムを提案している。

この発明によれば、基地局のハッシュチェーン生成手段が、ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成し、送信手段が、少なくとも複数の暗号化鍵とハッシュ値生成手段において生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、端末に送信する。一方、端末の受信手段が、少なくとも暗号化鍵とハッシュ値とのペアを受信し、復元手段が、受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元し、ハッシュチェーン検証手段が、復元したハッシュチェーンを検証する。したがって、基地局と端末間で、安全に通信に使用する暗号化鍵を更新することができる。

（２）本発明は、（１）の暗号化鍵の更新システムについて、前記送信手段が、最初の暗号化鍵を送信する際に、送信するすべてのデータに電子署名が付されたデータを送信することを特徴とする暗号化鍵の更新システムを提案している。

この発明によれば、送信手段が、最初の暗号化鍵を送信する際に、送信するすべてのデータに電子署名が付されたデータを送信する。したがって、受信側端末は、この電子署名を検証することにより送信データの正当性を確認することができる。

（３）本発明は、（１）の暗号化鍵の更新システムについて、前記送信手段が、それぞれのデータを送信する際に、時刻情報（例えば、図１の時刻情報生成部１３に相当）を含めて送信することを特徴とする暗号化鍵の更新システムを提案している。

この発明によれば、送信手段が、それぞれのデータを送信する際に、時刻情報を含めて送信する。したがって、受信側端末でデータが錯綜しても、時刻情報を確認することにより、基地局からの再送信を防止し、受信した順番にデータを整えることができる。

（４）本発明は、（１）の暗号化鍵の更新システムについて、前記基地局が、次回、送信される前記ハッシュチェーンのハッシュ値を鍵として、該送信されるすべてのデータに対してＭＡＣ値を算出するＭＡＣ値算出手段（例えば、図１のＭＡＣ値算出部１４に相当）を備え、前記送信手段が、２回目以降のデータ送信時に、該算出されたＭＡＣ値を付与して送信することを特徴とする暗号化鍵の更新システムを提案している。

この発明によれば、基地局のＭＡＣ値算出手段が、次回、送信されるハッシュチェーンのハッシュ値を鍵として、送信されるすべてのデータに対してＭＡＣ値を算出し、基地局の送信手段が、２回目以降のデータ送信時に、算出されたＭＡＣ値を付与して送信する。したがって、受信側の端末では、ＭＡＣ値と関連するデータを一旦保持し、次のデータ受信時にＭＡＣ値を検証すれば、前回の通信が正当なものであったのか否かを確認することができる。

（５）本発明は、（４）の暗号化鍵の更新システムについて、前記端末が、前記送信されるＭＡＣ値と関連するデータを記憶する記憶手段（例えば、図２の記憶部２４に相当）と、前記受信手段が次に受信したＭＡＣ値を検証するＭＡＣ値検証手段（例えば、図２のＭＡＣ値検証部２５に相当）と、を備えたことを特徴とする暗号化鍵の更新システムを提案している。

この発明によれば、端末の記憶手段が、送信されるＭＡＣ値と関連するデータを記憶し、ＭＡＣ値検証手段が、次に受信したＭＡＣ値を検証する。したがって、基地局が次回、送信されるハッシュチェーンのハッシュ値を鍵として、送信されるすべてのデータに対してＭＡＣ値を算出し、２回目以降のデータ送信時に、算出されたＭＡＣ値を付与して送信すれば、端末において、前回の通信が正当なものであったのか否かを確認することができる。

（６）本発明は、端末と基地局からなるシステムにおける暗号化鍵の更新方法であって、前記基地局が、ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成する第１のステップ（例えば、図４のステップＳ１０１に相当）と、少なくとも複数の暗号化鍵と前記ハッシュ値生成手段において生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、前記端末に送信する第２のステップ（例えば、図４のステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１０９に相当）と、を備え、前記端末が、少なくとも前記暗号化鍵とハッシュ値とのペアを受信する第３のステップ（例えば、図４のステップＳ１０６等に相当）と、該受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元する第４のステップ（例えば、図４のステップＳ１０７、Ｓ１１０に相当）と、該復元したハッシュチェーンを検証する第５のステップ（例えば、図４のステップＳ１０７、Ｓ１１０に相当）と、を備えたことを特徴とする暗号化鍵の更新方法を提案している。

この発明によれば、基地局が、ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成し、少なくとも複数の暗号化鍵と生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、端末に送信する。一方、端末が、少なくとも暗号化鍵とハッシュ値とのペアを受信し、受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元し、復元したハッシュチェーンを検証する。したがって、基地局と端末間で、安全に通信に使用する暗号化鍵を更新することができる。

（７）本発明は、基地局のコンピュータに、ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成する第１のステップ（例えば、図４のステップＳ１０１に相当）と、少なくとも複数の暗号化鍵と前記ハッシュ値生成手段において生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、前記端末に送信する第２のステップ（例えば、図４のステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１０９に相当）と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを提案している。

この発明によれば、基地局のコンピュータが、ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成し、少なくとも複数の暗号化鍵と生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、端末に送信する。したがって、端末のコンピュータが受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元し、復元したハッシュチェーンを検証すれば、基地局と端末間で、安全に通信に使用する暗号化鍵を更新することができる。

（８）本発明は、端末のコンピュータに、少なくとも前記暗号化鍵とハッシュ値とのペアを受信する第３のステップ（例えば、図４のステップＳ１０６等に相当）と、該受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元する第４のステップ（例えば、図４のステップＳ１０７、Ｓ１１０に相当）と、該復元したハッシュチェーンを検証する第５のステップ（例えば、図４のステップＳ１０７、Ｓ１１０に相当）と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを提案している。

この発明によれば、端末のコンピュータが、少なくとも暗号化鍵とハッシュ値とのペアを基地局から受信し、受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元して、復元したハッシュチェーンを検証する。したがって、基地局のコンピュータが、ハッシュチェーンを生成し、少なくとも複数の暗号化鍵と生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、端末に送信すれば、基地局と端末間で、安全に通信に使用する暗号化鍵を更新することができる。

本発明によれば、余計な処理負荷をかけることなく、より安全に通信に使用する暗号化鍵を更新することができるという効果がある。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜基地局の構成＞
本発明は、基地局と端末間のブロードキャストやマルチキャストにおいて安全に暗号化鍵を更新できるシステムであって、基地局は図１に示すように、ハッシュチェーン生成部１１と、暗号化鍵格納部１２と、時刻情報生成部１３と、ＭＡＣ値生成部１４と、送信部１５とから構成されている。

ハッシュチェーン生成部１１は、ｎ回のハッシュ処理を実行し、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成するものである。ここで、ｉ番目のハッシュ値をＨＫ＿ｉと表し、最後のハッシュ値ＨＫ＿ｎをアンカー値と呼ぶ。

暗号化鍵格納部１２は、生成した更新に用いる複数の暗号化鍵を格納保存する。時刻情報生成部１３は、現在時刻を生成し、送信部１５に送信する。ＭＡＣ値生成部１４は、次に送信されるハッシュチェーンの値を鍵として、送信するすべてのデータに対して、ＭＡＣ値を算出生成する。また、図示しないが、最初の暗号化鍵を送信する際に、送信するすべてのデータに付する電子署名も保存している。

送信部１５は、少なくとも複数の暗号化鍵と生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、端末に送信する。したがって、受信側の端末が、受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元し、これを検証することにより、基地局と端末間で、安全に通信に使用する暗号化鍵を更新することができる。

また、送信部１５は、最初の暗号化鍵を送信する際に、送信するすべてのデータに電子署名が付されたデータを送信する。したがって、受信側端末は、この電子署名を検証することにより送信データの正当性を確認することができる。

また、送信部１５は、それぞれのデータを送信する際に、時刻情報を含めて送信する。したがって、受信側端末でデータが錯綜しても、時刻情報を確認することにより、基地局からの再送信を防止し、受信した順番にデータを整えることができる。

さらに、送信部は、２回目以降のデータ送信時に、ＭＡＣ値生成部１４において算出されたＭＡＣ値を付与して送信する。したがって、受信側の端末では、ＭＡＣ値と関連するデータを一旦保持し、次のデータ受信時にＭＡＣ値を検証すれば、前回の通信が正当なものであったのか否かを確認することができる。

＜端末の構成＞
次に、図２を用いて、端末の構成について説明する。
端末は、図２に示すように、受信部２１と、ハッシュチェーン復元部２２と、ハッシュチェーン検証部２３と、記憶部２４と、ＭＡＣ値検証部２５とから構成されている。

受信部２１は、暗号化鍵とハッシュ値とのペア、受信するすべてのデータに付された電子署名、時刻情報、ＭＡＣ値等を受信する。ハッシュチェーン復元部２２は、順次受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元する。

ハッシュチェーン検証部２３は、ハッシュチェーン復元部２２が復元したハッシュチェーンを検証する。これにより、基地局と端末間で、安全に通信に使用する暗号化鍵を更新することができる。

記憶部２４は、例えば、受信したＭＡＣ値と関連するデータを一時記憶し、ＭＡＣ値検証部２５が、次のデータ受信時にＭＡＣ値を検証する。これにより、前回の通信が正当なものであったのか否かを確認することができる。また、受信した時刻情報により、データが錯綜している場合であっても、基地局からの再送信を防止し、受信した順番にデータを整えることができる。

＜システムの処理＞
次に、図３および図４を用いて、本実施形態におけるシステムの処理について説明する。
まず、基地局は、あらかじめ必要となる個数分のハッシュ値を得るため、ｎ回のハッシュ処理を実行し、ｎ個のハッシュ値（ハッシュチェーン）を生成する（ステップＳ１０１）。

次に、基地局は、通信用の暗号化鍵ＧＴＥＫ＿０を生成し、現在時刻（図３の「ｔｉｍｅ」）、アンカー値ＨＫ＿ｎと結合したデータを作成する。そして、自身の秘密鍵を用いてこの値の電子署名（図３の「ｓｅｃＢＳ」）を計算する（ステップＳ１０２）。そして、基地局は、端末にデータ及び電子署名を送付する（ステップＳ１０３）。

端末は電子署名を検証し、電子署名が正しければ、ＧＴＥＫ＿０を暗号化用の鍵として使用する。また、ＨＫ＿ｎを保存する（ステップＳ１０４）。基地局は、ＧＴＥＫ＿１を生成し、現在時刻、ハッシュ値ＨＫ＿ｎ−１と結合したデータを作成する。そして、ＨＫ＿ｎ−２を鍵として用いてこの値のＭＡＣ（例えば、図３におけるＭＡＣ（ＧＫＥＫ（ＧＴＥＫ＿１）｜ｔｉｍｅ｜ＨＫ＿ｎ−１，ＨＫ＿ｎ−２）は、鍵ＨＫ＿ｎ−２により計算されたＧＫＥＫ（ＧＴＥＫ＿１）｜ｔｉｍｅ｜ＨＫ＿ｎ−１のＭＡＣ値を示す）を計算する（ステップＳ１０５）。基地局は、端末にデータ及びＭＡＣ値を送信する（ステップＳ１０６）。

端末は、ＨＫ＿ｎ−１のハッシュ値がＨＫ＿ｎになることを確認して、ＧＴＥＫ＿１を保存する（ステップＳ１０７）。基地局は、鍵更新時刻になったら、ＧＴＥＫ＿２を生成し、現在時刻、ハッシュ値ＨＫ＿ｎ−２と結合したデータを作成し、ＨＫ＿ｎ−３を鍵として用いてこの値のＭＡＣを計算する（ステップＳ１０８）。そして、基地局は、端末にデータ及びＭＡＣ値を送信する（ステップＳ１０９）。

端末は、ＨＫ＿ｎ−２のハッシュ値がＨＫ＿ｎ−１になることを確認して、ＧＴＥＫ＿２を保存し、ＨＫ＿ｎ−２を用いて前のフローのＭＡＣを計算する（ステップＳ１１０）。端末は、ＭＡＣ値が正しければ、暗号化用の鍵をＧＴＥＫ＿１に更新する（ステップＳ１１１）。

そして、全てのハッシュチェーンについて処理が終了したかを確認し（ステップＳ１１２）、終了していない場合には、ステップＳ１０８の処理に戻る（ステップＳ１１２の「Ｎｏ」）。一方で、ＨＫ＿０まで到達したら、別のハッシュチェーンを作成するためにステップＳ１０１の処理に戻る（ステップＳ１１２の「Ｙｅｓ」）。

したがって、本実施形態によれば、余計な処理負荷をかけることなく、基地局と端末との間で、より安全に通信に使用する暗号化鍵を更新することができる。

なお、基地局および端末の処理をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムを基地局および端末に読み込ませ、実行することによって本発明の暗号化鍵の更新システムを実現することができる。ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳや周辺装置等のハードウェアを含む。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷ（ＷｏｒｌｄＷｉｄｅＷｅｂ）システムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されても良い。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本実施形態に係る基地局の構成図である。本実施形態に係る端末の構成図である。本実施形態に係るタイミングチャートである。本実施形態に係る処理フローである。従来例に係るタイミングチャートである。

符号の説明

１１・・・ハッシュチェーン生成部、１２・・・暗号化鍵格納部、１３・・・時刻情報生成部、１４・・・ＭＡＣ値生成部、１５・・・送信部、２１・・・受信部、２２・・・ハッシュチェーン復元部、２３・・・ハッシュチェーン検証部、２４・・・記憶部、２５・・・ＭＡＣ値検証部

Claims

端末と基地局からなる暗号化鍵の更新システムであって、
前記基地局が、
ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成するハッシュチェーン生成手段と、
少なくとも複数の暗号化鍵と前記ハッシュ値生成手段において生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、前記端末に送信する送信手段と、
を備え、
前記端末が、
少なくとも前記暗号化鍵とハッシュ値とのペアを受信する受信手段と、
該受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元する復元手段と、
該復元したハッシュチェーンを検証するハッシュチェーン検証手段と、
を備えたことを特徴とする暗号化鍵の更新システム。
前記送信手段が、最初の暗号化鍵を送信する際に、送信するすべてのデータに電子署名が付されたデータを送信することを特徴とする請求項１に記載の暗号化鍵の更新システム。
前記送信手段が、それぞれのデータを送信する際に、時刻情報を含めて送信することを特徴とする請求項１に記載の暗号化鍵の更新システム。
前記基地局が、次回、送信される前記ハッシュチェーンのハッシュ値を鍵として、該送信されるすべてのデータに対してＭＡＣ値を算出するＭＡＣ値算出手段を備え、
前記送信手段が、２回目以降のデータ送信時に、該算出されたＭＡＣ値を付与して送信することを特徴とする請求項１に記載の暗号化鍵の更新システム。
前記端末が、前記送信されるＭＡＣ値と関連するデータを記憶する記憶手段と、
前記受信手段が次に受信したＭＡＣ値を検証するＭＡＣ値検証手段と、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載の暗号化鍵の更新システム。
端末と基地局からなるシステムにおける暗号化鍵の更新方法であって、
前記基地局が、
ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成する第１のステップと、
少なくとも複数の暗号化鍵と生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、前記端末に送信する第２のステップと、
を備え、
前記端末が、
少なくとも前記暗号化鍵とハッシュ値とのペアを受信する第３のステップと、
該受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元する第４のステップと、
該復元したハッシュチェーンを検証する第５のステップと、
を備えたことを特徴とする暗号化鍵の更新方法。
基地局のコンピュータに、
ｎ回のハッシュ処理を行って、ｎ個のハッシュ値からなるハッシュチェーンを生成する第１のステップと、
少なくとも複数の暗号化鍵と生成されたハッシュチェーンのうち生成の順番が古いハッシュ値とをペアにして、順次、前記端末に送信する第２のステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
端末のコンピュータに、
少なくとも暗号化鍵とハッシュ値とのペアを受信する第３のステップと、
該受信したハッシュ値からハッシュチェーンを復元する第４のステップと、
該復元したハッシュチェーンを検証する第５のステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。