JP2021100227A

JP2021100227A - ＩｏＴ鍵管理システム，セキュアデバイス，ＩｏＴデバイス，デバイス管理装置およびセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法

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Publication number: JP2021100227A
Application number: JP2019232211A
Authority: JP
Inventors: 知剛塙; Tomotaka Hanawa
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2039-12-24
Also published as: JP7400444B2

Abstract

【課題】セキュアエレメント２の公開鍵証明書２７を申請する際，ＣＡ５に公開鍵証明書２７の発行を申請する公開鍵２３の正当性をデバイス管理装置４が検証できるようにする。【解決手段】本実施形態に係るＩｏＴ鍵管理システム１では，セキュアエレメント２が，非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３を生成すると，公開鍵２３を少なくとも含ませた公開鍵ファイル２４の認証コード２５を生成し，デバイス管理装置４側で公開鍵ファイル２４の認証コード２５を検証することで，デバイス管理装置４側で，ＣＡ５に送信する署名付きＣＳＲファイル３１ａに含まれている公開鍵２３の正当性を検証できるようにしている。【選択図】図５

Description

本発明は，ＩｏＴデバイスに組み込まれるセキュアエレメントが生成した公開鍵の公開鍵証明書を生成する技術分野に関する。

２０２０年から日本国内で運用が開始される第５世代移動体通信システム（通称：５Ｇ）では，一平方キロメートル当たり１００万台以上のモバイル機器を一つの中継基地に同時接続できるため，第５世代移動体通信システムの運用開始により，ＩｏＴ（Internet of Things）が急速に普及すると言われている。

決済，医療または交通などＩｏＴの用途によっては，セキュアなＩｏＴの運用が求められる。セキュアなＩｏＴの運用には，ＣＡ（Certification Authority，日本語では認証局）のデジタル署名が付加された公開鍵証明書をベースとするＰＫＩ（public key infrastructure）を活用するのが一般的になっている。

セキュアな運用が求められるＩｏＴで用いるＩｏＴデバイスには，ＰＫＩに対応したセキュアエレメントが組み込まれる。ＩｏＴデバイスに組み込まれるセキュアエレメントは，ＰＫＩに係る機能として，非対称暗号方式の暗号鍵対（秘密鍵と公開鍵）を生成する機能，秘密鍵を秘匿に記憶する機能，公開鍵を出力する機能，および，秘密鍵や公開鍵を用いた暗号演算を行う機能などを有する。

ＰＫＩでは，ＩｏＴデバイスの通信相手がＩｏＴデバイスに組み込まれたセキュアエレメントの正当性を確認できるように，ＣＡのデジタル署名などが付加されたセキュアエレメントの公開鍵証明書が必要とされる。公開鍵証明書のフォーマットは任意であるが，例えば，Ｘ．５０９にて，公開鍵証明書の標準フォーマットが定められている。

特許文献１に記載があるように，セキュアエレメントの公開鍵証明書を生成する一般的な手順は，以下のごとくである。

手順１）ＩｏＴデバイスに組み込まれたセキュアエレメントが非対称暗号方式の秘密鍵と公開鍵を生成する。

手順２）ＩｏＴデバイスが，セキュアエレメントから公開鍵を取得し，ＩｏＴデバイスが，セキュアエレメントから取得した公開鍵を，ＩｏＴデバイスを集中管理しているデバイス管理装置に送信する。

手順３）デバイス管理装置が，公開鍵証明書の発行をＣＡに申請する。

特許第６４６５４２６号公報（段落００１８）

しかしながら，ＩｏＴデバイスの公開鍵証明書を生成する従来の手順では，デバイス管理装置は，ＣＡに公開鍵証明書の発行を申請する公開鍵が正当なセキュアエレメントで生成されたものである否か，および，公開鍵の改ざんなどを判定できない問題がある。

そこで，本発明は，ＩｏＴデバイスに組み込まれたセキュアエレメントの公開鍵証明書を生成する際，公開鍵証明書の発行をＣＡに申請するデバイス管理装置側で，ＣＡに公開鍵証明書の発行を申請する公開鍵の正当性を検証できるようにすることを目的とする。

上述した課題を解決する第1発明に係るＩｏＴ鍵管理システムは，セキュアエレメントを組み込んだＩｏＴデバイスおよびデバイス管理装置がネットワークを介して接続されたシステムである。

第１発明に係る前記セキュアエレメントは，非対称暗号方式の秘密鍵と公開鍵の組を生成し，認証コードを生成するための基本鍵を利用して，公開鍵を含ませた公開鍵ファイルの認証コードを算出した後，前記公開鍵ファイルとこの認証コードを出力する暗号鍵生成手段と，前記暗号鍵生成手段が生成した秘密鍵を用いて，指示されたメッセージの署名を生成する署名生成手段を備える。

第１発明に係る前記ＩｏＴデバイスは，非対称暗号方式の秘密鍵と公開鍵の組の生成を前記セキュアエレメントに指示し，前記セキュアエレメントから受信した前記公開鍵ファイルに含まれる公開鍵のＣＳＲファイルを生成した後，ＣＳＲファイルの署名生成を前記セキュアエレメントに指示し，前記公開鍵ファイル，この認証コード，および，前記セキュアエレメントが生成した署名を前記ＣＳＲファイルに付加した署名付きＣＳＲファイルを前記デバイス管理装置へ送信するＣＳＲファイル生成手段を備える。

第１発明に係る前記デバイス管理装置は，前記セキュアエレメントと共有している前記基本鍵を利用して，前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証し，正当性検証に成功すると，前記署名付きＣＳＲファイルを所定の認証局へ送信する証明書申請手段を備える。

前記デバイス管理装置が，前記セキュアエレメントが生成した前記公開鍵ファイルの認証コードを検証することで，公開鍵ファイルに含まれるデータが改ざんされているか否かを検証でき，更に，認証コードの生成に，セキュアエレメントとデバイス管理装置が共有している基本鍵を用いることで，公開鍵を生成した前記セキュアエレメントが前記デバイス管理装置で管理している前記セキュアエレメントであることを前記デバイス管理装置側で検証できる。

更に，第２発明は，第１発明に記載したＩｏＴ鍵管理システムにおいて，前記セキュアエレメントの前記暗号鍵生成手段は，認証コードを算出する際，派生鍵を導出する導出アルゴリズムに従い，前記基本鍵と前記導出アルゴリズムで必要となるパラメータを用いて派生鍵を導出し，前記パラメータを含ませた前記公開鍵ファイルと前記派生鍵から認証コードを算出し，前記デバイス管理装置の前記証明書申請手段は，前記基本鍵とこの前記公開鍵ファイルに含まれる前記パラメータを用いて，前記セキュアエレメントと同じ前記導出アルゴリズムにより派生鍵を生成し，派生鍵を用いて前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証することを特徴とする。

前記基本鍵と前記パラメータを用いて導出アルゴリズムにより派生鍵を導出することで，前記基本鍵の解読がより困難になり，前記公開鍵ファイルの改ざんなどを検知できる効果が高まる。

更に，第３発明は，第２発明に記載したＩｏＴ鍵管理システムにおいて，前記導出アルゴリズムを，疑似乱数関数を利用して前記基本鍵から派生鍵を導出するアルゴリズムとし，前記パラメータを前記疑似乱数関数の反復回数としたことを特徴とする。

疑似乱数関数を利用して前記基本鍵から派生鍵を導出するアルゴリズムでは，反復回数によりセキュリティを高めているため，前記公開鍵ファイルに含ませる前記パラメータを反復回数にすることが好適である。

更に，第４発明は，第２発明に記載したＩｏＴ鍵管理システムにおいて，前記導出アルゴリズムを，前記基本鍵を用いて前記パラメータを演算処理することで派生鍵を生成するアルゴリズムとし，前記パラメータを乱数情報としたことを特徴とする。

派生鍵の生成に前記乱数情報を利用することで，同じ前記セキュアエレメントであっても，公開鍵を生成するごとに認証コードの算出に用いる鍵を変更できる。

更に，第５発明は，第１発明から第４発明のいずれか一つに記載したＩｏＴ鍵管理システム前記セキュアエレメントは，前記セキュアエレメントごとで個別な前記基本鍵を記憶し，前記暗号鍵生成手段は，前記セキュアエレメントで個別なエレメントＩＤを前記公開鍵ファイルに含ませ，前記デバイス管理装置の前記証明書申請手段は，前記セキュアエレメントが格納している前記基本鍵を前記エレメントＩＤに関連付けて記憶し，前記ＩｏＴデバイスから受信した前記公開鍵ファイルに含まれている前記エレメントＩＤに関連付けられている前記基本鍵を利用し，前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証することを特徴とする。

前記セキュアエレメントが格納している基本鍵を，前記セキュアエレメントで個別にすることで，前記デバイス管理装置は，前記ＩｏＴデバイスから受信した公開鍵ファイルに含まれる前記エレメントＩＤから，公開鍵を生成した前記セキュアエレメントを特定できる。

更に，第６発明は，第１発明から第５発明のいずれか一つに記載したＩｏＴ鍵管理システムを構成するセキュアエレメントである。

更に，第７発明は，第１発明に記載したＩｏＴ鍵管理システムを構成するＩｏＴデバイスである。

更に，第８発明は，第１発明から第５発明のいずれか一つに記載したＩｏＴ鍵管理システムを構成するデバイス管理装置である。

更に，第９発明は，セキュアエレメントの公開鍵証明書を生成する方法であって，前記セキュアエレメントを組み込んだＩｏＴデバイスが，非対称暗号方式の秘密鍵と公開鍵の組の生成を前記セキュアエレメントに指示し，前記セキュアエレメントが，非対称暗号方式の秘密鍵と公開鍵の組を生成し，認証コードを生成するための基本鍵を利用して，公開鍵を含ませた公開鍵ファイルの認証コードを算出した後，前記公開鍵ファイルとこの認証コードを出力するステップａと，前記ＩｏＴデバイスが，前記公開鍵ファイルとこの認証コードを前記セキュアエレメントから受信すると，前記公開鍵ファイルに含まれる公開鍵のＣＳＲファイルを生成するステップｂと，前記ＩｏＴデバイスが，前記ＣＳＲファイルの署名生成を前記セキュアエレメントに指示し，前記セキュアエレメントが，前記ステップａで生成した秘密鍵を用いて，前記ＣＳＲファイルの署名を生成して出力するステップｃ，前記ＩｏＴデバイスが，前記公開鍵ファイル，この認証コード，および，前記セキュアエレメントが生成した署名を前記ＣＳＲファイルに付加した署名付きＣＳＲファイルを前記デバイス管理装置へ送信するステップｄと，前記デバイス管理装置が，前記セキュアエレメントと共有している前記基本鍵を利用して，前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証し，正当性検証に成功すると，前記署名付きＣＳＲファイルを所定の認証局へ送信するステップｅを含むことを特徴とするセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法である。

第９発明は，第１発明に対応する方法の発明である。

更に，第１０発明は，第９発明に記載したセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法前記ステップａにおいて，前記セキュアエレメントは，認証コードを算出する際，派生鍵を導出する導出アルゴリズムに従い，前記基本鍵と前記導出アルゴリズムで必要となるパラメータを用いて派生鍵を導出し，前記パラメータを含ませた前記公開鍵ファイルと前記派生鍵から認証コードを算出し，前記ステップｅにおいて，前記デバイス管理装置は，前記基本鍵とこの前記公開鍵ファイルに含まれる前記パラメータを用いて，前記セキュアエレメントと同じ前記導出アルゴリズムにより派生鍵を生成し，派生鍵を用いて前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証することを特徴とする。

第１０発明は，第２発明に対応する方法の発明である。

更に，第１１発明は，第１０発明に記載したセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法であって，前記導出アルゴリズムを，疑似乱数関数を利用して前記基本鍵から派生鍵を導出するアルゴリズムとし，前記パラメータを前記疑似乱数関数の反復回数としたことを特徴とする。

第１１発明は，第３発明に対応する方法の発明である。

更に，第１２発明は，第１０発明に記載したセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法であって，前記導出アルゴリズムを，前記基本鍵を用いて前記パラメータを演算処理することで派生鍵を生成するアルゴリズムとし，前記パラメータを乱数情報としたことを特徴とする。

第１２発明は，第４発明に対応する方法の発明である。

更に，第１３発明は，第９発明から第１２発明のいずれか一つに記載したセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法であって，前記ステップａにおいて，前記セキュアエレメントは，前記セキュアエレメントごとで個別な前記基本鍵を利用して，前記セキュアエレメントで個別なエレメントＩＤを含ませた前記公開鍵ファイルの認証コードを生成し，前記ステップｅにおいて，前記デバイス管理装置は，前記エレメントＩＤに関連付けて記憶している前記基本鍵の中から，前記ＩｏＴデバイスから受信した前記公開鍵ファイルに含まれている前記エレメントＩＤに関連付けられている前記基本鍵を利用して，前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証することを特徴とする。

第１３発明は，第５発明に対応する方法の発明である。

このように，本発明によれば，ＩｏＴデバイスの公開鍵証明書を生成する際，公開鍵証明書の発行をＣＡに申請するデバイス管理装置側で，ＣＡに公開鍵証明書の発行を申請する公開鍵の正当性を検証できる。

ＩｏＴ鍵管理システムの構成を示した図。ＩｏＴデバイスが実装するセキュアエレメントのブロック図。ＩｏＴデバイスのブロック図。デバイス管理装置のブロック図。セキュアエレメントの公開鍵証明書を生成する手順を説明する図。

ここから，本発明に係る実施形態について記載する。本実施形態は，本発明の理解を容易にするためのものであり，本発明は，本実施形態に限定されるものではない。また，特に断りのない限り，図面は，本発明の理解を容易にするために描かれた模式的な図である。

図１では，ＩｏＴ鍵管理システム１の構成を示している。図１で図示したＩｏＴ鍵管理システム１は，複数のＩｏＴデバイス３，それぞれのＩｏＴデバイス３に組み込まれているセキュアエレメント２およびデバイス管理装置４が含まれる。図１では，これらに加えて，ゲートウェイ６，ネットワーク７およびＣＡ５（Certification Authority，日本語では認証局）がＩｏＴ鍵管理システム１に含まれている。

ＩｏＴデバイス３とは，ＩｏＴデバイス３の用途に応じたデータを取得し，取得したデータを所定の装置（ここでは，デバイス管理装置４）へ送信する機器である。ＩｏＴデバイス３の具体的な形態はユーザなどに応じて変更になる。ＩｏＴデバイス３の例としては，タブレットコンピュータ，ＰＯＳ端末（POS: Point of Sales）または自動車などがある。

ＩｏＴ鍵管理システム１は，署名，認証および暗号化に対応したＰＫＩを活用してセキュリティが高められている。暗号化と復号で別々の暗号鍵を用いる非対称暗号方式の秘密鍵２２はセキュアにＩｏＴデバイス３に記憶されるため，ＩｏＴデバイス３には耐タンパー性が求められる。これを実現するために，本実施形態に係るＩｏＴデバイス３には，耐タンパー性を有するＩＣチップであるセキュアエレメント２が実装される。

耐タンパー性を有するＩＣチップであるセキュアエレメント２の形態には，ｅＳＥ（embedded Secure Element）の形態もあるが，図１のセキュアエレメント２は，ＳＩＭカード（Subscriber Identity Module Card）の形態になっている。

デバイス管理装置４は，ＩｏＴデバイス３の運用・管理に係る様々なサービスを提供する装置である。本実施形態では，このサービスに，ＩｏＴデバイス３がセキュアエレメント２に非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３を生成させると，セキュアエレメント２が生成した公開鍵２３の公開鍵証明書２７の発行を申請するサービスが含まれている。

ゲートウェイ６は，複数のＩｏＴデバイス３と同時接続できる機器である。ネットワーク７は，ローカルネットワークでもよいが，ＩｏＴデバイス３を配置するエリアが広域の場合，ネットワーク７はインターネットになる。ＣＡ５は，セキュアエレメント２が生成した公開鍵２３の公開鍵証明書２７を発行する機関である。

セキュアエレメント２が生成した公開鍵２３の公開鍵証明書２７を取得するサービスにおいて中心的な役割を果たす装置は，セキュアエレメント２，ＩｏＴデバイス３およびデバイス管理装置４になる。ここから，これらの装置について詳細に説明する。

図２は，ＩｏＴデバイス３が実装するセキュアエレメント２のブロック図である。デバイス管理装置４の運営会社が発行するデバイスである。セキュアエレメント２は，デバイス管理装置４の運営会社によって認証済のアプリケーションとユーザのみアクセス可能に構成される。

図２で図示した如く，セキュアエレメント２は，データの演算処理を行うプロセッサ２００，非対称暗号方式の暗号演算（例えば，余剰演算）に特化した処理を行うコプロセッサ２１０を備える。更に，セキュアエレメント２は，揮発性メモリであるＲＡＭ２２０（Random Access Memory），外部装置（ここでは，ＩｏＴデバイス３）と通信する回路であるＵＡＲＴ２３０（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），乱数を生成する回路であるＲＮＧ２４０（Random Number Generator）および電気的に書き換え可能な不揮発性メモリであるＮＶＭ２５０（Non-volatile memory）を備える。

セキュアエレメント２のＮＶＭには，セキュアエレメント２ごとに個別なデータとして，エレメントＩＤ２５２および基本鍵２５１が格納される。基本鍵２５１は，セキュアエレメント２ごとで同一でもよいが，本実施形態において，基本鍵２５１は，セキュアエレメント２ごとに個別である。

また，セキュアエレメント２のＮＶＭ２５０には，セキュアエレメント２のプロセッサ２００を動作させる複数のコマンド２５３が格納される。ＮＶＭ２５０に格納されるコマンド２５３には，暗号鍵生成コマンド２５３ａおよび署名生成コマンド２５３ｂが含まれる。

暗号鍵生成コマンド２５３ａは，非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３を生成するコマンドで，暗号鍵生成コマンド２５３ａが実行されることで，セキュアエレメント２のプロセッサ２００は，非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３を生成し，公開鍵２３などを含ませた公開鍵ファイル２４の認証コード２５を算出した後，公開鍵ファイル２４とこの認証コード２５を出力する本発明に係る暗号鍵生成手段２０として機能する。

暗号鍵生成手段２０が生成した非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３は，セキュアエレメント２のＮＶＭ２５０に格納される。非対称暗号方式の秘密鍵２２は，セキュアエレメント２から読み出しできない状態で，セキュアエレメント２のＮＶＭ２５０に格納されるが，非対称暗号方式の公開鍵２３は，セキュアエレメント２から読み出し可能な状態で，セキュアエレメント２のＮＶＭ２５０に格納される。

認証コード２５を算出するアルゴリズムは任意であるが，本実施形態に係るセキュアエレメント２は，セキュアエレメント２のＮＶＭ２５０に記憶されている基本鍵２５１を少なくとも用い所定の導出アルゴリズムに従い派生鍵を導出し，この派生鍵を用いて認証コードを算出する。派生鍵の導出に基本鍵２５１を用いることで，基本鍵２５１を知っている正当なもの（ここでは，デバイス管理装置４）だけが，認証コード２５の生成に用いる派生鍵を導出できることになる。なお，公開鍵ファイル２４には，派生鍵の導出に用いる導出アルゴリズムで必要なパラメータを含ませることができる。

認証コード２５の算出対象となる公開鍵ファイル２４に含ませるエレメントＩＤ２５２は，セキュアエレメント２ごとで個別のデータである。非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３を生成したときにセキュアエレメント２が出力する公開鍵ファイル２４に含まれるエレメントＩＤ２５２から，非対称暗号方式の公開鍵２３を生成したセキュアエレメント２を特定できる。

署名生成コマンド２５３ｂは，暗号鍵生成手段２０（暗号鍵生成コマンド２５３ａ）が生成した秘密鍵２２を用いて，セキュアエレメント２を実装したＩｏＴデバイス３から送信されたメッセージのデジタル署名を生成するコマンドである。署名生成コマンド２５３ｂが実行されることで，セキュアエレメント２のプロセッサ２００は，本発明に係る署名生成手段２１として機能する。

図３は，ＩｏＴデバイス３のブロック図である。図３で図示した如く，ＩｏＴデバイス３は，ＭＣＵ３００（Micro Control Unit），移動体通信ユニット３１０，センサハブ３２０およびインタフェース３３０を備え，センサハブ３２０には，所定のデータをセンシングするセンサ３２１が接続し，インタフェース３３０には，セキュアエレメント２が接続している。

ＭＣＵ３００は，様々なアプリケーションの処理が可能なアプリケーションプロセッサ３０１やメモリユニット３０２を含むコンピュータシステムを一つの集積回路にまとめた組み込み用のマイクロプロセッサである。移動体通信ユニット３１０は，所定の移動体通信規格に準拠した通信を行うための回路である。移動体通信ユニット３１０は，５Ｇに対応することが好適である。

センサハブ３２０は，センサハブ３２０に接続しているセンサ３２１の信号を変換してＭＣＵ３００に送信したり，センサハブ３２０に接続しているセンサ３２１を切り替えたりするＩＣチップである。センサハブ３２０に接続させるセンサ３２１は任意でよい。センサハブ３２０に接続させるセンサ３２１としては，温度センサ，湿度センサ，電流センサ，光センサおよび位置センサなどがある。

インタフェース３３０は，周辺機器をＭＣＵ３００に接続させるための入出力回路である。本実施形態において，インタフェース３３０には，セキュアエレメント２と接続するためのものが含まれる。本実施形態では，セキュアエレメント２はＳＩＭの形態をなしているため，インタフェース３３０には，ＩＳＯ７８１６用インタフェースが含まれる。

ＭＣＵ３００のメモリユニット３０２には，ＭＣＵ３００のアプリケーションプロセッサ３０１を動作させるアプリケーション３０３と，デバイス管理装置４から配布されたデバイス管理装置４の公開鍵証明書４２４が記憶される。なお，ＭＣＵ３００のメモリユニット３０２には，センサ３２１が取得したデータを記憶させることもできる。

ＭＣＵ３００のメモリユニット３０２に記憶したアプリケーション３０３には，セキュアエレメント２に非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３を生成させ，セキュアエレメント２が生成した公開鍵２３のＣＳＲファイル３１（CSR: Certificate Signing Request，日本語では，証明書署名要求)を生成してデバイス管理装置４へ送信する処理を実行するＣＳＲファイル生成アプリケーション３０３ａが含まれる。このＣＳＲファイル生成アプリケーション３０３ａは，デバイス管理装置４からＩｏＴデバイス３に配信される。ＣＳＲファイル生成アプリケーション３０３ａが実行されることで，ＭＣＵ３００のアプリケーションプロセッサ３０１は，本発明に係るＣＳＲファイル生成手段３０として機能する。ＩｏＴデバイス３が備えるＣＳＲファイル生成手段３０の動作については後述する。

図４は，デバイス管理装置４のブロック図である。デバイス管理装置４は，一つまたは複数のサーバから構成される装置である。図４では，デバイス管理装置４を構成するサーバを一つとしている。図４で図示したように，デバイス管理装置４は，一つ以上のプロセッサ４００と，バス４３０を介してプロセッサ４００と接続している様々なコンポーネントを有する。図４では，バス４３０を介してプロセッサ４００と接続しているコンポーネントとして，ネットワーク通信ユニット４１０とストレージ４２０のみを図示しているが，実際は，これら以外の様々なコンポーネントがバス４３０を介してプロセッサ４００と接続している。

デバイス管理装置４のストレージ４２０には，ＩｏＴデバイス３の管理・運用に係る処理を行う管理アプリケーション４２１と，デバイス管理装置４が管理するセキュアエレメント２ごとの様々なデータを記憶するセキュアエレメントＤＢ４２２（DataBase）と，デバイス管理装置４の秘密鍵４２３と，デバイス管理装置４の公開鍵証明書４２４が記憶される。

デバイス管理装置４のストレージ４２０に記憶した管理アプリケーション４２１には，公開鍵ファイル２４，認証コード２５およびＣＳＲファイル３１を受信すると，認証コード２５を正当性検証することで，ＣＳＲファイル３１に含まれる公開鍵２３の正当性を検証し，正当なセキュアエレメント２の場合，公開鍵証明書２７の発行をＣＡ５に申請する証明書申請アプリケーション４２１ａが含まれる。証明書申請アプリケーション４２１ａが実行されることで，デバイス管理装置４のプロセッサ４００は，本発明に係る証明書申請手段４０として機能する。本発明に係る証明書申請手段４０の動作については後述する。

デバイス管理装置４のストレージ４２０に記憶したセキュアエレメントＤＢ４２２には，デバイス管理装置４の管理対象となるＩｏＴデバイス３に実装されたセキュアエレメント２ごとに，セキュアエレメント２が格納しているエレメントＩＤ２５２に関連付けた状態で，セキュアエレメント２が格納している基本鍵２５１が記憶される。

図５は，セキュアエレメント２の公開鍵証明書２７を生成する手順を説明する図である。図５を参照する説明は，方法のカテゴリに係る本発明であるセキュアエレメント２の公開鍵証明書生成方法の説明と、ＩｏＴデバイス３が備えるＣＳＲファイル生成手段３０の説明と，デバイス管理装置４が備える証明書申請手段４０の説明を兼ねている。

図５における最初のステップになるＳ１において，ＩｏＴデバイス３のＣＳＲファイル生成手段３０は，ＩｏＴデバイス３に実装されたセキュアエレメント２に対して非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３の生成を指示する。非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３の生成は，セキュアエレメント２が備えた暗号鍵生成手段２０が行う。ＩｏＴデバイス３は，暗号鍵生成手段２０を起動させるために，非対称暗号方式の秘密鍵２２と公開鍵２３の生成を指示する際，暗号鍵生成コマンド２５３ａのコマンドＡＰＤＵ（Application Protocol Data Unit）をセキュアエレメント２に送信する。

図５におけるＳ２において，セキュアエレメント２の暗号鍵生成手段２０は，非対称暗号方式の秘密鍵２２と非対称暗号方式の公開鍵２３を生成する。

図５におけるＳ３において，セキュアエレメント２の暗号鍵生成手段２０は，基本鍵２５１とエレメントＩＤ２５２をＮＶＭ２５０から読み出して，派生鍵を導出する導出アルゴリズムに従い，基本鍵２５１と導出アルゴリズムで必要となるパラメータを用いて派生鍵を導出する。

派生鍵を導出する導出アルゴリズムは任意であるが，疑似乱数関数を利用して基本鍵２５１から派生鍵を導出するアルゴリズムを用いるのが好適である。このような導出アルゴリズムとしては，NIST Special Publication 800-108で開示されているアルゴリズムを利用できる。

疑似乱数関数を利用して基本鍵２５１から派生鍵を導出する導出アルゴリズムでは，導出アルゴリズムの入力データとなるソルトと反復回数が導出アルゴリズムのパラメータとなる。この導出アルゴリズムのパラメータの一つとなるソルトは，セキュアエレメント２とデバイス管理装置４以外は知らないことがセキュリティ的に望ましいため，本実施形態では，この導出アルゴリズムのパラメータの一つとなる反復回数を公開鍵ファイルに含ませている。

また，基本鍵２５１を用いてパラメータを演算処理することで派生鍵を生成するアルゴリズムを派生鍵の導出アルゴリズムに利用できる。この場合，ＲＮＧ２４０で生成した乱数情報をパラメータとし，排他的論理和または暗号演算をこの演算処理に利用できる。

図５におけるＳ４において，セキュアエレメント２の暗号鍵生成手段２０は，図５におけるＳ３において生成した派生鍵を用いて，エレメントＩＤ２５２，導出アルゴリズムのパラメータ（例えば，反復回数）および公開鍵２３を含ませた公開鍵ファイル２４の認証コード２５を算出する。派生鍵を用いて認証コード２５を生成するアルゴリズムとしては，CBC-MAC (Cipher Block Chaining Message Authentication Code)やCMAC（Cipher-based Message Authentication Code）を利用できる。

図５におけるＳ５において，セキュアエレメント２の暗号鍵生成手段２０は，図５におけるＳ１において受信した暗号鍵生成コマンド２５３ａのコマンドＡＰＤＵのレスポンスとして，公開鍵ファイル２４およびこの認証コード２５をレスポンスデータに含ませたレスポンスＡＰＤＵをＩｏＴデバイス３へ出力する。

図５におけるＳ６において，ＩｏＴデバイス３のＣＳＲファイル生成手段３０は，セキュアエレメント２から受信した公開鍵ファイル２４に含まれる公開鍵２３を含ませたＣＳＲファイル３１を生成する。なお，ＣＳＲファイル３１には，公開鍵２３に加えて，ディスティングイッシュネーム（コモンネーム，部門名，組織名など）が含まれる。

図５におけるＳ７において，ＩｏＴデバイス３のＣＳＲファイル生成手段３０は，ＩｏＴデバイス３に実装されたセキュアエレメント２に対して，図５のＳ７において生成したＣＳＲファイル３１の署名生成を指示する。ＣＳＲファイル３１の署名生成は，セキュアエレメント２が備えた署名生成手段２１によって行われる。ＩｏＴデバイス３は，署名生成手段２１を起動させるために，ＣＳＲファイル３１の署名生成を指示する際，ＣＳＲファイル３１をコマンドデータに含ませた署名生成コマンド２５３ｂのコマンドＡＰＤＵをセキュアエレメント２に送信する。

図５におけるＳ８において，セキュアエレメント２の署名生成手段２１は，図５のＳ２において生成した非対称暗号方式の秘密鍵２２を用いて，ＩｏＴデバイス３から受信したＣＳＲファイル３１の署名２６を生成する。なお，ＣＳＲファイル３１の署名２６は，一方向ハッシュ関数を用いて算出したＣＳＲファイル３１のハッシュ値を，非対称暗号方式の秘密鍵２２を用いて暗号化することで算出される。

図５におけるＳ９において，セキュアエレメント２の署名生成手段２１は，図５のＳ９において算出したＣＳＲファイル３１の署名２６をレスポンスデータとする署名生成コマンド２５３ｂのレスポンスＡＰＤＵをＩｏＴデバイス３へ送信することで，ＣＳＲファイル３１の署名２６を出力する。

図５におけるＳ１０において，ＩｏＴデバイス３は，図５のＳ５においてセキュアエレメント２から取得した公開鍵ファイル２４および公開鍵ファイル２４の認証コード２５，並びに，図５のＳ１０においてセキュアエレメント２が出力した署名２６をＣＳＲファイル３１に付加した署名付きＣＳＲファイル３１ａをデバイス管理装置４へ送信する。

ＩｏＴデバイス３とデバイス管理装置４間の通信の安全性を確保するため，ＩｏＴデバイス３からデバイス管理装置４へ送信するデータは暗号化しなければならない。図５のＳ１０において，ＩｏＴデバイス３は，ＩｏＴデバイス３からデバイス管理装置４へ送信する公開鍵ファイル２４などのデータを，デバイス管理装置４の公開鍵証明書４２４に含まれる公開鍵で暗号化する。

図５におけるＳ１１において，デバイス管理装置４の証明書申請手段４０は，ＩｏＴデバイス３から送信されたデータをデバイス管理装置４の秘密鍵４２３で復号した後，ＩｏＴデバイス３から送信された認証コード２５を正当性検証する。

ＩｏＴデバイス３から送信された認証コード２５を検証する際，デバイス管理装置４の証明書申請手段４０は，ＩｏＴデバイス３から送信された公開鍵ファイル２４に含まれるエレメントＩＤ２５２に関連付けられた基本鍵２５１をセキュアエレメントＤＢ４２２から取得する。次に，デバイス管理装置４の証明書申請手段４０は，セキュアエレメント２と同じ導出アルゴリズムにより，ＩｏＴデバイス３から送信された導出アルゴリズムのパラメータ（例えば，反復回数）とセキュアエレメントＤＢ４２２から取得した基本鍵２５１から派生鍵を生成して，ＩｏＴデバイス３から送信された公開鍵ファイル２４の認証コード２５を算出した後，ＩｏＴデバイス３から送信された認証コード２５とデバイス管理装置４側で算出した認証コード２５が一致するか確認する。認証コード２５が一致すると，デバイス管理装置４の証明書申請手段４０は，署名付きＣＳＲファイル３１ａに含まれる公開鍵２３は正当なセキュアエレメント２が生成したと判断する。

図５におけるＳ１２において，デバイス管理装置４の証明書申請手段４０は，認証コード２５の正当性検証結果に応じて処理を分岐する。デバイス管理装置４の証明書申請手段４０は，認証コード２５の正当性検証に失敗すると，セキュアエレメント２が生成した公開鍵２３の公開鍵証明書２７の発行をＣＡ５に申請することなく，図５の手順は終了する。

認証コード２５の正当性検証に成功すると，図５におけるＳ１３において，デバイス管理装置４の証明書申請手段４０は，ＣＡ５に対して，セキュアエレメント２が生成した公開鍵２３の公開鍵証明書２７の発行を申請する。公開鍵証明書２７の発行を申請する際，デバイス管理装置４の証明書申請手段４０は署名付きＣＳＲファイル３１ａをＣＡ５へ送信する。

図５におけるＳ１４において，ＣＡ５は，署名付きＣＳＲファイル３１ａに含まれる公開鍵２３を用いて署名付きＣＳＲファイル３１ａの署名２６を検証するなどして，署名付きＣＳＲファイル３１ａを審査した後，ＣＳＲファイルの審査が通ると，ＣＡ５の秘密鍵を用いて署名付きＣＳＲファイル３１ａに含まれる公開鍵２３などの署名を算出し，署名付きＣＳＲファイル３１ａに付加された署名２６の代わりに，ＣＡ５の署名を付加した公開鍵２３の公開鍵証明書２７を発行する。

図５におけるＳ１５において，デバイス管理装置４の証明書申請手段４０は，図５のＳ１３においてＣＡ５に送信した署名付きＣＳＲファイル３１ａに対応する公開鍵証明書２７を，ＣＡ５が提供している公開鍵証明書２７の公開場所からダウンロードした後，エレメントＩＤ２５２に関連づけて，デバイス管理装置４のセキュアエレメントＤＢ４２２にこの公開鍵証明書２７を登録して，図５の手順は終了する。

本実施形態に係るＩｏＴ鍵管理システム１では，ＣＡ５に公開鍵証明書２７の発行を申請するデバイス管理装置４と公開鍵２３を生成するセキュアエレメント２の間に，セキュアエレメント２が生成した公開鍵２３から署名付きＣＳＲファイル３１ａを生成するＩｏＴデバイス３が存在する。このため，デバイス管理装置４側では，ＣＡ５に送信する署名付きＣＳＲファイル３１ａに含まれている公開鍵２３の正当性を検証できることが必要になる。

本実施形態に係るＩｏＴ鍵管理システム１では，セキュアエレメント２が，公開鍵２３を含ませた公開鍵ファイル２４の認証コード２５を生成し，デバイス管理装置４側で公開鍵ファイル２４の認証コード２５を検証することで，デバイス管理装置４側で，ＣＡ５に送信する署名付きＣＳＲファイル３１ａに含まれている公開鍵２３の正当性を少なくとも検証できるようにしている。

デバイス管理装置４側で公開鍵ファイル２４の認証コード２５を検証することで，公開鍵ファイル２４に含まれるデータが改ざんされているか否かを検証できる。また，認証コード２５の生成に，セキュアエレメント２とデバイス管理装置４が共有している基本鍵２５１を用いることで，セキュアエレメント２が認証コード２５の生成に利用した基本鍵２５１と，デバイス管理装置４が記憶している基本鍵２５１が同一であることが，認証コード２５の正当性検証に成功する条件になる。よって，認証コード２５を検証することで，公開鍵２３を生成したセキュアエレメント２がデバイス管理装置４で管理しているセキュアエレメント２であることをデバイス管理装置４側で検証できる。

また，セキュアエレメント２が格納している基本鍵２５１を，セキュアエレメント２で個別にすることで，デバイス管理装置４は，ＩｏＴデバイス３から受信した公開鍵ファイル２４に含まれるエレメントＩＤ２５２から，公開鍵２３を生成したセキュアエレメント２を特定できる。

１ＩｏＴ鍵管理システム
２セキュアエレメント
２０暗号鍵生成手段
２１署名生成手段
２２秘密鍵
２３公開鍵
２４公開鍵ファイル
２５認証コード
３ＩｏＴデバイス
３０ＣＳＲファイル生成手段
３１ＣＳＲファイル
３１ａ署名付きＣＳＲファイル
４デバイス管理装置
４０証明書申請手段

Claims

セキュアエレメントを組み込んだＩｏＴデバイスおよびデバイス管理装置がネットワークを介して接続されたシステムであって，
前記セキュアエレメントは，非対称暗号方式の秘密鍵と公開鍵の組を生成し，認証コードを生成するための基本鍵を利用して，公開鍵を含ませた公開鍵ファイルの認証コードを算出した後，前記公開鍵ファイルとこの認証コードを出力する暗号鍵生成手段と，前記暗号鍵生成手段が生成した秘密鍵を用いて，指示されたメッセージの署名を生成する署名生成手段を備え，
前記ＩｏＴデバイスは，非対称暗号方式の秘密鍵と公開鍵の組の生成を前記セキュアエレメントに指示し，前記セキュアエレメントから受信した前記公開鍵ファイルに含まれる公開鍵のＣＳＲファイルを生成した後，ＣＳＲファイルの署名生成を前記セキュアエレメントに指示し，前記公開鍵ファイル，この認証コード，および，前記セキュアエレメントが生成した署名を前記ＣＳＲファイルに付加した署名付きＣＳＲファイルを前記デバイス管理装置へ送信するＣＳＲファイル生成手段を備え，
前記デバイス管理装置は，前記セキュアエレメントと共有している前記基本鍵を利用して，前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証し，正当性検証に成功すると，前記署名付きＣＳＲファイルを所定の認証局へ送信する証明書申請手段を備える，
ことを特徴とする，ＩｏＴ鍵管理システム。
前記セキュアエレメントの前記暗号鍵生成手段は，認証コードを算出する際，派生鍵を導出する導出アルゴリズムに従い，前記基本鍵と前記導出アルゴリズムで必要となるパラメータを用いて派生鍵を導出し，前記パラメータを含ませた前記公開鍵ファイルと前記派生鍵から認証コードを算出し，
前記デバイス管理装置の前記証明書申請手段は，前記基本鍵とこの前記公開鍵ファイルに含まれる前記パラメータを用いて，前記セキュアエレメントと同じ前記導出アルゴリズムにより派生鍵を生成し，派生鍵を用いて前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証する，
ことを特徴とする，請求項１に記載したＩｏＴ鍵管理システム。
前記導出アルゴリズムを，疑似乱数関数を利用して前記基本鍵から派生鍵を導出するアルゴリズムとし，前記パラメータを前記疑似乱数関数の反復回数としたことを特徴とする，請求項２に記載したＩｏＴ鍵管理システム。
前記導出アルゴリズムを，前記基本鍵を用いて前記パラメータを演算処理することで派生鍵を生成するアルゴリズムとし，前記パラメータを乱数情報としたことを特徴とする，請求項２に記載したＩｏＴ鍵管理システム。
前記セキュアエレメントは，前記セキュアエレメントごとで個別な前記基本鍵を記憶し，前記暗号鍵生成手段は，前記セキュアエレメントで個別なエレメントＩＤを前記公開鍵ファイルに含ませ，
前記デバイス管理装置の前記証明書申請手段は，前記セキュアエレメントが格納している前記基本鍵を前記エレメントＩＤに関連付けて記憶し，前記ＩｏＴデバイスから受信した前記公開鍵ファイルに含まれている前記エレメントＩＤに関連付けられている前記基本鍵を利用して，前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証する，
ことを特徴とする，請求項１から請求項４のいずれか一つに記載したＩｏＴ鍵管理システム。
請求項１から５のいずれか一つに記載したＩｏＴ鍵管理システムを構成するセキュアエレメント。
請求項１に記載したＩｏＴ鍵管理システムを構成するＩｏＴデバイス。
請求項１から５のいずれか一つに記載したＩｏＴ鍵管理システムを構成するデバイス管理装置。
セキュアエレメントの公開鍵証明書を生成する方法であって，
前記セキュアエレメントを組み込んだＩｏＴデバイスが，非対称暗号方式の秘密鍵と公開鍵の組の生成を前記セキュアエレメントに指示し，前記セキュアエレメントが，非対称暗号方式の秘密鍵と公開鍵の組を生成し，認証コードを生成するための基本鍵を利用して，公開鍵を含ませた公開鍵ファイルの認証コードを算出した後，前記公開鍵ファイルとこの認証コードを出力するステップａと，
前記ＩｏＴデバイスが，前記公開鍵ファイルとこの認証コードを前記セキュアエレメントから受信すると，前記公開鍵ファイルに含まれる公開鍵のＣＳＲファイルを生成するステップｂと，
前記ＩｏＴデバイスが，前記ＣＳＲファイルの署名生成を前記セキュアエレメントに指示し，前記セキュアエレメントが，前記ステップａで生成した秘密鍵を用いて，前記ＣＳＲファイルの署名を生成して出力するステップｃ，
前記ＩｏＴデバイスが，前記公開鍵ファイル，この認証コード，および，前記セキュアエレメントが生成した署名を前記ＣＳＲファイルに付加した署名付きＣＳＲファイルを，前記セキュアエレメントを管理しているデバイス管理装置へ送信するステップｄと，
前記デバイス管理装置が，前記セキュアエレメントと共有している前記基本鍵を利用して，前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証し，正当性検証に成功すると，前記署名付きＣＳＲファイルを所定の認証局へ送信するステップｅを，
含むことを特徴とするセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法。
前記ステップａにおいて，前記セキュアエレメントは，認証コードを算出する際，派生鍵を導出する導出アルゴリズムに従い，前記基本鍵と前記導出アルゴリズムで必要となるパラメータを用いて派生鍵を導出し，前記パラメータを含ませた前記公開鍵ファイルと前記派生鍵から認証コードを算出し，
前記ステップｅにおいて，前記デバイス管理装置は，前記基本鍵とこの前記公開鍵ファイルに含まれる前記パラメータを用いて，前記セキュアエレメントと同じ前記導出アルゴリズムにより派生鍵を生成し，派生鍵を用いて前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証する，
ことを特徴とする，請求項９に記載したセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法。
前記導出アルゴリズムを，疑似乱数関数を利用して前記基本鍵から派生鍵を導出するアルゴリズムとし，前記パラメータを前記疑似乱数関数の反復回数としたことを特徴とする，請求項１０に記載したセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法。
前記導出アルゴリズムを，前記基本鍵を用いて前記パラメータを演算処理することで派生鍵を生成するアルゴリズムとし，前記パラメータを乱数情報としたことを特徴とする，
請求項１０に記載したセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法。
前記ステップａにおいて，前記セキュアエレメントは，前記セキュアエレメントごとで個別な前記基本鍵を利用して，前記セキュアエレメントで個別なエレメントＩＤを含ませた前記公開鍵ファイルの認証コードを生成し，
前記ステップｅにおいて，前記デバイス管理装置は，前記エレメントＩＤに関連付けて記憶している前記基本鍵の中から，前記ＩｏＴデバイスから受信した前記公開鍵ファイルに含まれている前記エレメントＩＤに関連付けられている前記基本鍵を利用して，前記ＩｏＴデバイスから受信した認証コードを正当性検証する，
ことを特徴とする，請求項９から請求項１２のいずれか一つに記載したセキュアエレメントの公開鍵証明書生成方法。