JP3156562B2 - 車両用通信装置及び走行車両監視システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の走行路付近
に配置された路上機との間で暗号化データを用いたデー
タ通信を行う車両用通信装置、及び該装置と路上機とに
より構成されて路上機付近を走行する車両を監視する走
行車両監視システムに関し、特に有料道路を走行する車
両から通行料金を自動徴収するのに好適な装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、有料道路において通行料金を
走行中の車両から自動徴収する課金システムが知られて
いる。この課金システムは、有料道路の入り口や出口に
通信装置（路上機）を設置すると共に、有料道路を通行
する車両に、路上機からの問い合わせに応答して乗員固
有のデータや料金の支払方法を表わすデータ等を送信す
る通信装置（車載機）を設けて、路上機側で車載機から
の送信データに基づき通行料金を自動徴収するものであ
る。

【０００３】ところで、こうしたシステムでは、車載機
と路上機との間で、料金データ、車両データ、乗員デー
タ等のプライベートな情報が無線通信されるため、その
データが第三者に傍受されて悪用される虞がある。例え
ば料金の支払にキャッシュカードを用いるような場合に
は、そのカードの情報が読み取られて、不正に使用され
る虞がある。

【０００４】そこで、こうした問題を解決するために、
従来では、例えば特開平６−６０２３７号公報に開示さ
れているように、車載機と路上機との間のデータ通信
を、送信すべきデータを暗号化した暗号化データを用い
て行うことにより、第三者に傍受されても、そのデータ
内容が容易に読み取られないようにすることが提案され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記提案の
システムでは、送信データを暗号化するのに、ＩＣカー
ド等に情報の読み書きを行うのに規格化された周知のデ
ータ暗号化標準（ＤＥＳ）アルゴリズムが使用されるた
め、車載機−路上機間の通信データが傍受されて解析さ
れると、比較的容易に復号化され、機密性が悪いといっ
た問題があった。また、こうしたＤＥＳアルゴリズム
は、データの暗号化に時間がかかり、暗号化の高速度化
を図り難いアルゴリズムであるため、車載機が路上機の
通信エリア内に侵入してから、車載機及び路上機におい
て、送信データの暗号化及び受信データの復号化を行う
ようにしていると、その暗号化及び復号化に時間がかか
り、車両の速度が高い場合に、データ通信が完了してい
ない状態で車載機が路上機の通信エリアを脱出してしま
うといった問題もあった。

【０００６】例えば、上記のような課金システムにおい
て、車載機がキャッシュカード等への情報書込（料金徴
収）行い、完了後にその情報を暗号化して路上機に送信
する場合、車載機は、まず、料金徴収のために路上機か
ら送信されてきたデータを復号化し、次にこの復号化し
たデータに従いキャッシュカード等へ情報を書き込み、
その後、書き込んだ結果を暗号化して、路上機側に送信
することになるが、車載機が路上機からのデータの復号
化と路上機に送信すべきデータの暗号化を行うためには
時間を要する。つまり、例えば、暗号化及び復号化に要
する時間を夫々３０ｍsec.とし、車両の走行速度が１２
０km/hとすると、車載機が暗号化又は復号化を１回行う
たびに車両は１ｍ走行することになる。一方、路上機の
通信エリアは、複数の車両が同時に侵入しないように、
通常、車両の大きさ程度に設定されることから、通信エ
リア内での車両の走行距離は数ｍ程度である。従って、
車両が１２０km/h程度で走行する高速道路において、路
上機と車載機とのデータ通信を正常に行うようにするに
は、一方向の通信だけでも車載機側及び路上機側での暗
号化及び復号化処理が必要であるため、路上機と車載機
との間のデータ通信回数（往復通信）は１〜２回が限界
であり、通信回数をそれ以上多くすると、車載機は通信
エリアを脱出してしまい、正常なデータ通信を行うこと
ができなくなる。

【０００７】一方、こうした問題を解決するには、車両
の走行速度を制限するとか、ＤＥＳアルゴリズムに従っ
て暗号化を行う暗号化装置を、高速処理可能な装置に変
更すればよいが、車両の走行速度を制限すると、路上機
付近で交通渋滞が発生するようになって、無線通信にて
通行料金の自動徴収することにより得られる交通渋滞の
低減効果を充分発揮できなくなり、逆に暗号化装置を高
速にするには、高価な暗号化装置を用いる必要があり、
路上機側では対応できても、車載機に高価な暗号化装置
を搭載するには、使用者個人の負担が大きくなるため、
実現は難しい。

【０００８】また、暗号化アルゴリズムを、ＤＥＳアル
ゴリズム以外のもの、例えば電子回路等のハード構成に
よるパイプライン処理にて暗号化が可能な暗号化アルゴ
リズム、に変更することにより、暗号化を高速に行うよ
うにすることも考えられるが、この場合にも、暗号化装
置を、ＣＰＵを用いたソフト処理ではなく、専用のハー
ド構成によるパイプライン処理にて暗号化を行うように
構成するには、暗号化装置自体が高価になるため、路上
機側では対応できても、車載機側にこうした暗号化装置
を設けることは困難である。

【０００９】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、通信データの傍受等により生じる不正を良好に防
止でき、しかも、送信すべきデータの暗号化を効率良く
行うことによって狭い通信エリア内での通信を短時間で
行うことができる車両用通信装置、及びこの車両用通信
装置を用いた前記課金システム等の走行車両監視システ
ムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載の車両用通信装置において
は、路上機に送信すべき所定データが格納されたＩＣカ
ードに対するデータの読み出し及び書き込みを行うドラ
イブ手段が備えられ、暗号化手段が、このドライブ手段
を介してＩＣカードから路上機に送信すべきデータを読
み出し、その読み出したデータを含む車両側データを暗
号化して、その暗号化データを路上機への送信データと
して記憶する。

【００１１】そして、車両が路上機の通信エリアに入っ
て路上機からの送信信号を受信すると、通信手段が、路
上機との間のデータ通信を開始し、暗号化手段にて暗号
化され記憶された送信データを路上機側に送信すると共
に、路上機側から送信されてきた暗号化データを受信し
て記憶する。そしてその後、復号化手段が、通信手段に
て受信され記憶された路上機側からの暗号化データを復
号化すると共に、その復号化した受信データに基づきド
ライブ手段を介してＩＣカードに通信結果を書き込む。

【００１２】また、復号化手段がＩＣカードへのデータ
の書き込みを行う際には、暗号化手段及び復号化手段に
おいて送信データの暗号化及び受信データの復号化に使
用される通信用暗号化アルゴリズムとは異なるカード用
暗号化アルゴリズムにて暗号化した暗号化データを用い
て行う。

【００１３】つまり、従来より、ＩＣカードへのデータ
の書き込みを行う際には、カードデータの不正な変更等
を防止するために、通常、前述のＤＥＳアルゴリズム等
を用いた暗号化データを用いて行うようにされている
が、この場合、ＩＣカードへのデータの書き込みを行う
際の暗号化アルゴリズムと、路上機との通信に用いる暗
号化アルゴリズムとを同じにすると、路上機との間の通
信信号を復号化し易くなる。

【００１４】そこで、本発明では、カード用暗号化アル
ゴリズムと通信用暗号化アルゴリズムとを異なるアルゴ
リズムにすることにより、通信信号が傍受されても送受
信データ，特にＩＣカードから読み出したプライベート
情報を復号化し難くし、通信の機密性を向上しているの
である。

【００１５】このため、本発明の車両用通信装置によれ
ば、ＩＣカードから読み出され、路上機に送信される、
銀行口座やパスワード等のプライベート情報が、不正に
傍受・解読されて、ＩＣカードが偽造されるのを未然に
防止し、こうした犯罪の発生を抑制できる。

【００１６】次に請求項２記載の車両用通信装置におい
ては、ドライブ手段が、ＩＣカードを着脱自在に装着可
能に構成されており、暗号化手段は、ドライブ手段にＩ
Ｃカードが装着されると、ドライブ手段を介してＩＣカ
ードから前記路上機に送信すべきデータを読み出し、そ
のデータを含む車両側データを暗号化する。

【００１７】つまり、本発明では、路上機に送信すべき
データの少なくとも一部（例えば運転者の識別コードや
銀行口座等を表わすプライベート情報等）や路上機との
通信結果を記憶するのにＩＣカードが使用されるが、こ
のＩＣカードからのデータの読み出し及び路上機に送信
すべき車両側データの暗号化を、ＩＣカードがドライブ
手段に装着されたときに行い、また路上機から送信され
受信したデータの復号化及び復号化したデータから得ら
れる通信結果のＩＣカードへの書き込みを、路上機との
間のデータ通信を完了してから行うことにより、車両が
路上機とのデータ通信を行う際には、データの暗号化及
び復号化を実行しないようにしている。

【００１８】このため、本発明の車両用通信装置におい
ては、当該車両用通信装置が路上機との間でデータ通信
を行う際の通信時間を短縮でき、車両の走行速度を制限
したり、データの暗号化及び復号化を行う暗号化装置に
高価なものを使用することなく、路上機との間のデータ
通信を正確に行うことができる。

【００１９】また、ＩＣカードに対するデータの読み書
きには、通常、データをシリアル伝送するようにされて
おり、ドライブ手段によるＩＣカードへのアクセス時間
が長くなるが、本発明の車両用通信装置では、こうした
ＩＣカードに対するデータの読み書きも、路上機との間
のデータ通信を行っていないタイミングに行われるた
め、ＩＣカードに対するデータの読み書きによって通信
時間が長くなることもなく、路上機との通信時間を短縮
できる。

【００２０】なお、前述した課金システムのように、通
信結果（料金徴収に関する情報）をＩＣカードに書き込
み、その結果を、再度路上機側に知らせる必要がある場
合には、ＩＣカードに通信結果を書き込んだ後、車両が
次に路上機の通信エリアに侵入するまでの間に、その結
果を送信データとして暗号化しておき、車両が次に路上
機の通信エリアに入ったときに、その暗号化データを路
上機に送信するようにすればよい。

【００２１】次に、請求項３記載の車両用通信装置にお
いては、こうしたデータ通信に用いる送信すべきデータ
の暗号化を、路上機の通信エリアへの侵入前に行ない、
受信した暗号化データの復号化は、路上機とのデータ通
信が完了してから行う。即ち、送信データの暗号化及び
受信データの復号化には時間がかかるので、本発明で
は、こうしたデータの暗号化及び復号化を、路上機との
通信を行わない領域内で（換言すれば当該通信装置側で
の処理に余裕のある期間内に）行うのである。

【００２２】このため、本発明の車両用通信装置によれ
ば、当該車両用通信装置が路上機との間でデータ通信を
行う際の通信時間を短縮でき、車両の走行速度を制限し
たり、データの暗号化及び復号化を行う暗号化装置に高
価なものを使用することなく、路上機との間のデータ通
信を正確に行うことができる。

【００２３】また、請求項４に記載の車両用通信装置に
おいては、ドライブ手段にＩＣカードが装着されると、
認証手段が、暗号化手段が送信データを生成する前に、
所定の認証用データを用いてＩＣカードと当該装置との
間で互いに正常な装置であるかを確認する相互認証を実
行させ、その認証結果を路上機に送信すべきデータの一
つとして暗号化手段に送信データを生成させる。そし
て、認証手段は、ＩＣカードとの間でやり取りする認証
用データとして、カード用暗号化アルゴリズムにて暗号
化した暗号化データを用いる。

【００２４】つまり、前述の課金システム等において
は、ＩＣカードは勿論のこと、車両用通信装置自体を偽
造して、路上機に対して料金を支払ったように見せ掛け
る不正が行われる虞がある。そこで、本発明では、車両
用通信装置とＩＣカードとの間でカード用暗号化アルゴ
リズムを用いた暗号化データにて相互認証させ、その認
証結果が正常であれば、その認証結果を路上機に送信す
べきデータの一つとして、暗号化手段による送信データ
の暗号化を実行させることにより、路上機側にて、受信
データが正規の車両用通信装置からの送信データかどう
かを判別できるようにしている。

【００２５】従って、本発明の車両用通信装置によれ
ば、偽造した通信装置を用いた不正なデータ通信を排除
して、路上機との間のデータ通信の安全性を高めること
ができる。なお、路上機との間のデータ通信を偽造した
通信装置を用いて不正に行う方法として、正規の車両用
通信装置からの送信信号自体をコピーして、それを送信
することも考えられるが、こうした不正に対しては、車
両用通信装置と路上機との間でデータを暗号化するのに
使用される通信用の暗号鍵を定期的或は不定期に変更す
ることにより対応できるため、車両用通信装置として
も、暗号鍵を路上機との間でやり取りして、頻繁に切り
換えるようにすることが望ましい。

【００２６】次に、請求項５に記載の車両用通信装置に
おいては、通信用暗号化アルゴリズムとして、カード用
暗号化アルゴリズムに比べてデータを高速に暗号化可能
な暗号化アルゴリズムが使用される。これは、本発明の
車両用通信装置では、路上機側に送信すべきデータの暗
号化を、路上機とのデータ通信を行わない領域で実行す
るため、当該通信装置側で要する通信時間は短縮できる
ものの、路上機側では、当該通信装置とデータ通信を行
っている最中に、受信データの復号化及び送信データの
暗号化を行う必要があるためである。

【００２７】つまり、本発明では、通信用暗号化アルゴ
リズムを、カード用暗号化アルゴリズム（一般に前述の
ＤＥＳアルゴリズムが使用される）よりも高速な暗号化
アルゴリズムを使用することにより、路上機側でデータ
の暗号化及び復号化に要する時間を短縮して、路上機と
の間の通信時間をより短縮できるようにしているのであ
る。従って、本発明によれば、高速走行中の車両と路上
機との間のデータ通信をより確実に行うことができるよ
うになる。

【００２８】また、請求項６に記載の車両用通信装置に
おいては、当該装置の動作或は送信すべきデータの異常
を判定する異常判定手段を備え、この異常判定手段にて
異常が判断されると、送信データにその旨を表わすエラ
ーデータを付与することにより、その後実行される路上
機との間のデータ通信によって、当該装置側の異常を路
上機側に報知できるように構成される。

【００２９】この結果、路上機側では、通信エリア内に
入った車両に搭載された車両用通信装置の異常を検知で
き、その検知結果から、例えば、車両運転者に対して車
両を停止させよとのメッセージを音声，表示等により送
るとか、走行中の車両をカメラで撮影して路上機の管理
者に知らせる、といった対策を自動で行うことができる
ようになる。

【００３０】一方、請求項７〜請求項１０に記載の走行
車両監視システムは、上述した請求項１〜請求項６いず
れか記載の車両用通信装置からなる車載機と、この車載
機を搭載した車両が走行可能な走行路付近に設置された
路上機とにより構成され、路上機側にて、車載機との間
で暗号化データを用いたデータ通信を行うことにより、
該路上機の通信エリアに侵入した車両又は車両乗員を特
定して、例えば、有料道路の通行料金，駐車場の駐車料
金，各種施設への入場料金等の自動聴取を行うとか、所
定施設に入場しようとする車両や乗員を監視して不審者
の侵入を防止する、といった所定の処理を行うものであ
る。

【００３１】そして、請求項７に記載の走行車両監視シ
ステムにおいては、車載機及び路上機において夫々送信
すべきデータを暗号化する暗号化手段が、データの一部
を暗号化することにより、送信データとして、暗号文と
暗号化されていない平文とが混在した暗号化データを生
成するように構成される。

【００３２】つまり、車載機と路上機との間のデータ通
信において、通信信号が傍受されてデータが解読されな
いようにするには、既述したようにデータを暗号化する
のに使用される暗号鍵を定期的或は不定期に変更するよ
うにするとよいが、この場合、暗号化データを受信した
装置側で使用した暗号鍵が分かるように、暗号鍵を表わ
すデータを送信する必要があり、このデータから暗号鍵
が解読されると、データ自体も解読されることになる。

【００３３】そこで、本発明では、こうした対策とは別
に、プライベートデータ等を暗号化するに当たって、そ
のデータの全文を暗号化するのではなく、データの一部
を暗号化して、送信データを、暗号文と平文とが混在し
た暗号化データとすることにより、このデータをより解
読し難くしているのである。

【００３４】このため、本発明の走行車両監視システム
においては、車載機−路上機間にて送受信される通信デ
ータが第三者に解読されるのをより確実に防止して、シ
ステムの信頼性を向上することができ、また、通信デー
タの不正使用による犯罪の発生を抑制できる。

【００３５】また、請求項８に記載の走行車両監視シス
テムにおいては、通常、路上機側通信手段が、自己の通
信エリア内に車載機起動用のパイロット信号を周期的に
送信しており、この通信エリア内に車両が侵入して、そ
の車両に搭載された車載機側通信手段がパイロット信号
を受信すると、車載機側通信手段が、路上機に対して応
答信号を送信する。すると、路上機側通信手段は、この
応答信号を受信して、パイロット信号の送信を停止し、
その後、応答信号を送信してきた車載機との間でデータ
通信を行う。また、このデータ通信が完了すると、路上
機側通信手段が、その旨を表わす通信完了信号を車載機
側に送信し、車載機側通信手段は、この通信完了信号を
受信することによりデータ通信の完了を確認する。

【００３６】即ち、本発明の走行車両監視システムにお
いては、路上機から送信されるパイロット信号により車
載機が起動してデータ通信を開始し、その後は、路上機
側では通信完了信号を送信することによりデータ通信を
終了し、車載機側ではこの通信完了信号を受信すること
によりデータ通信を終了する。

【００３７】ところで、路上機側では、通信完了信号を
送信してデータ通信を終了すると、パイロット信号の周
期的な送信に移行することになるのであるが、通信完了
信号送信後に一定時間間隔でパイロット信号を送信する
ようにすると、データ通信終了時に既に次の車両が通信
エリア内に侵入していたとしても、この車両の車載機を
起動できるのは、通信完了信号送信後、次にパイロット
信号の送信タイミングになったときであり、その車載機
とのデータ通信の開始が遅れてしまう。

【００３８】そこで、本発明では、路上機側通信手段
を、車載機とのデータ通信完了時に通信完了信号を送信
する際には、この信号に続けてパイロット信号を送信す
るように構成している。この結果、本発明によれば、路
上機の通信エリア内に複数の車両が連続的に侵入してく
るような場合に、ある車載機との通信完了後に、次の車
載機を速やかに起動させて、その車載機とのデータ通信
を速やかに開始することができるようになる。従って、
車載機の起動が遅れて、その車載機との通信可能時間が
短くなり、正常なデータ通信が実行できなくなる、とい
ったことを防止できる。

【００３９】また次に、請求項９に記載の走行車両監視
システムにおいては、路上機側通信手段が、パイロット
信号又は送信データを送信した後、所定期間、無変調の
搬送波を送信し、車載機側通信手段が、路上機側から送
信されてくる搬送波を応答信号又は送信データに応じて
変調することにより、路上機側に応答信号及び送信デー
タを送信する。そして、車載機側通信手段は、路上機と
の間のデータ通信完了後に、路上機側からの通信完了信
号を受信できないときには、路上機側通信手段からの搬
送波を利用して、路上機側に通信完了信号の要求信号を
送信する。

【００４０】つまり、本発明の走行車両監視システムに
おいては、路上機がデータ通信の主導権をもち、車載機
は、路上機からの送信信号に応答してデータを送信する
ようにされており、データ通信完了後、車載機は、路上
機側から送信されてくる通信完了信号を受信することに
より、データ通信の終了を確認するのであるが、車載機
がノイズ等の何等かの原因で路上機からの通信完了信号
を受信できなかった場合には、車載機側でデータ通信を
正常に行えたかどうかを判別できないため、通信エラー
として処理するしかない。しかし、この場合、路上機側
では、データ通信を正常に実行できたとして、通信完了
信号を送信しているので、車載機側と路上機側とでデー
タ処理が異なってしまう。

【００４１】そこで本発明では、一連のデータ通信が終
了した後、車載機側にて路上機からの通信完了信号を受
信できない場合には、路上機が周期的に送信してくる搬
送波を利用して、路上機側に通信完了信号の要求信号を
送ることにより、路上機に通信完了信号を受信できてい
ないことを知らせるようにしているのである。

【００４２】この結果、本発明によれば、データ通信完
了後に車載機が路上機からの通信完了信号を受信できな
かった場合でも、車両が路上機の通信エリア内にいる間
は、路上機から通信完了信号を再送信させて、路上機と
車載機とが共にデータ通信が正常に完了したことを確認
できるようになり、データ通信の精度を向上できる。

【００４３】次に、請求項１０に記載の走行車両監視シ
ステムにおいては、路上機が、有料道路の入り口又は出
口に配設され、車載機とのデータ通信により車載機側か
ら送信されてくる通行料金の支払情報を表わす暗号化デ
ータを復号化し、その支払情報に従い通行料金を徴収す
ると共に、料金徴収結果を暗号化して車載機側に送信
し、車載機が、路上機とのデータ通信により支払情報を
暗号化して路上機に送信し、その後路上機から送信され
てくる料金徴収結果を表わす暗号化データを復号化して
記憶する。つまり、本発明の走行車両監視システムは、
有料道路を走行する車両に対する通行料金の徴収を車載
機と路上機とのデータ通信により自動で行う有料道路の
課金システムである。

【００４４】ところで、有料道路には、料金一律の有料
道路もあれば、走行距離或は道路の利用時間によって料
金が設定される料金変動型の有料道路もあり、こうした
料金の設定方法が異なる有料道路では、車載機と路上機
とで送受信するデータ内容も異なることになる。また、
通行料金の支払方法も、キャッシュカードを用いた場合
のように、指定した銀行口座から料金を引き出させる方
法とか、プリペイドカードのように予め任意の料金を支
払っておき、その中から徴収させて残高を更新する方法
等、種々の方法が考えられ、このように支払方法が異な
る場合にも、車載機と路上機とで送受信するデータ内容
が異なることになる。

【００４５】そして、このように通行料金の徴収形態
（設定方法，支払方法等）が異なる場合に、各徴収形態
毎に通信データのデータ構成を設定していると、車載機
及び路上機において送信データを生成して暗号化した
り、受信データを復号化して必要な情報を取り出す際の
データ処理が煩雑になり、車載機と路上機との間の通信
に時間がかかるようになるとか、或は、料金の徴収形態
が異なる有料道路課金システムにおいて車載機を共用で
きなくなるといったことが考えられる。

【００４６】そこで本発明では、更に、車載機−路上機
間でのデータ通信に使用されるデータ構成を、通行料金
の徴収形態にかかわらず全て共通にしている。この結
果、本発明によれば、車載機及び路上機における通信デ
ータの生成，暗号化及び復号化を、効率良く行うことが
できるようになり、データ通信に要する時間を短縮し
て、車載機と路上機との間のデータ通信を車載機が路上
機の通信エリア内にいる間に正確に実行できるようにす
ることができる。また、通行料金の徴収形態の異なる有
料道路課金システムにおいて、同じ車載機を共用させる
ことができ、各システム毎に専用の車載機を用いる必要
がないので、車両所有者の負担を軽減して、有料道路課
金システムを容易に実現できるようになる。

【００４７】なお、このように車載機−路上機間でのデ
ータ通信に使用されるデータ構成を料金の徴収形態にか
かわらず共通にすれば、有料道路課金システム以外のシ
ステム、例えば駐車料金を自動徴収する課金システム等
においても、通信データを構成する特定のデータの内容
を変更するだけで、同じ車載機を利用できるようにな
り、有料道路課金システムにおいて使用される車載機
を、より広汎に利用でき、車載機の稼動率を高めること
ができる。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、本発明が適用された有料道
路課金システムの一例を図面を用いて説明する。まず図
１は、本実施例の有料道路課金システムの全体構成を表
わすブロック図である。

【００４９】図１に示す如く、本実施例の有料道路課金
システムは、車両に搭載された車載機１０と、有料道路
の入り口又は出口付近に設置された路上機２０とから構
成される。路上機２０は、複数車線からなる車両の走行
路上方に、車両の進行方向に沿って所定間隔で架け渡さ
れた２つの高架台である第１ガントリ３０及び第２ガン
トリ４０を備える。そして、第１ガントリ３０及び第２
ガントリ４０には、夫々、車両走行路上の各車線を走行
する車両に搭載された車載機１０との間でデータ通信を
行うための通信装置３２，３４…及び４２，４４…が備
えられている。

【００５０】車載機１０は、車両が上記各ガントリ３
０，４０を通過する際、走行中の車線を通信エリアとす
る一つの通信装置、例えば通信装置３２，４２との間
で、通行料金を支払うためのデータ通信を自動で行うた
めのものであり、通行料金支払のためのキャッシュカー
ドやプリペイドカード等からなるＩＣカード２を着脱自
在に装着可能で、装着されたＩＣカード２に対して情報
の読み書きを行うドライブ手段としてのＩＣカードドラ
イブ１２と、各ガントリ３０，４０に設けられた通信装
置３２，３４…，４２，４４…との間で無線通信を行う
ための、アンテナ１８ａを備えた通信回路１８と、送信
データの暗号化及び受信データの復号化を行うための暗
号化モジュール１４と、これら各部を制御するマイクロ
コンピュータからなる制御装置１６とから構成される。

【００５１】なお、暗号化モジュール１４は、車載機１
０に内蔵してもよいし外付けでもよいが、暗号化アルゴ
リズムや暗号化に使用する鍵データについては変更でき
る機能を有する。つまり暗号化モジュール１４は、車載
機１０から取り外して暗号化のためのソフトウエアを再
プログラミングしたり、或は車載機１０に固定したまま
暗号化用のデータやソフトウエアを書き換えることによ
って、暗号化アルゴリズムや鍵データを変更できるよう
にされている。

【００５２】第１ガントリ３０に備えられた通信装置３
２，３４…は、車載機１０との間で無線通信を行うため
のアンテナ３２ａ，３４ａ…を備えると共に、送信デー
タの暗号化及び受信データの復号化を行うための暗号化
ユニット３２ｂ，３４ｂ…を備え、車載機１０との間で
データ通信を行いながらデータの暗号化及び復号化を行
う。これに対して、第２ガントリ４０に備えられた通信
装置４２，４４…は、こうした暗号化ユニットを備えて
おらず、アンテナ４２ａ，４４ａ…を介して車載機１０
との間でデータ通信を行うだけである。つまり通信装置
４２，４４…は、送信データや受信データをそのまま路
上機２０に入出力する。なお、図示しないが、これら各
通信装置３２，３４…、４２，４４…は、車載機１０と
同様、送受信用の通信回路と、マイクロコンピュータか
らなる制御装置とを備え、この制御装置による制御動作
の下に、車載機１０との間の無線通信及び路上機２０と
の間のデータ伝送が行われる。

【００５３】次に、路上機２０は、上記各ガントリ３
０，４０毎に設けられ、各通信装置３２，３４…，４
２，４４…の通信動作を制御する通信用コントローラ２
２，２４と、これら各通信用コントローラ２２，２４を
介して、各ガントリ３４，４０の通信装置３２，３４
…，４２，４４…との間でデータをやり取りして、走行
中の車両から通行料金を徴収するための制御を行う、コ
ンピュータからなるローカルコントローラ２６とを備え
る。

【００５４】また路上機２０には、走行中の車両を撮影
するために走行路付近に設置された複数のカメラ５２が
接続されており、ローカルコントローラ２６は、走行中
の車両から通行料金を徴収できなかった場合等には、撮
影用コントローラ２８を介してカメラ５２を駆動し、そ
の車両を撮影する。またローカルコントローラ２６は、
有料道路の料金徴収を集中管理する管理装置（ホストコ
ンピュータ）５０に接続され、通行料金の徴収結果や、
通行料金を正常に徴収できなかった車両情報等を管理装
置５０に転送する。

【００５５】本実施例の有料道路課金システムにおいて
は、通常は、路上機２０側の各通信装置３２，３４，
…，４２，４４，…が、所定時間（ｔ[ｍsec.]）間隔
で、対応する車線を走行中の車両に搭載された車載機１
０を起動するためのパイロット信号を送信し、そのパイ
ロット信号を受信した車載機１０が応答信号を送信し
て、その応答信号を受信できた場合に、車載機１０との
間で料金徴収のためのデータ通信を実行する。

【００５６】一方、車載機１０は、路上機２０側からの
パイロット信号を受けるまでは消費電力の低減等のため
にスリープ状態となり、パイロット信号を受信すると起
動して、応答信号を送信し、その後、路上機２０側通信
装置との間で料金支払のためのデータ通信を実行する。

【００５７】またこのように路上機２０と車載機１０と
の間で行われるデータ通信は、全て、路上機２０の管理
の下に実行される。つまり、本実施例では、路上機２０
側の各通信装置３２，３４，…，４２，４４，…は、例
えば図３に示す如く、所定の送信期間Ｔ１中に、上記パ
イロット信号やデータ通信のための変調信号を送信し、
その後、所定の応答期間Ｔ２の間、無変調の搬送波を送
信するようにされており、車載機１０側では、この搬送
波を変調することにより、パイロット信号に対する応答
信号やデータを送信する。そして、このために、車載機
１０側の通信回路１８は、例えば図２に示す如く構成さ
れる。

【００５８】即ち、図２に示す如く、通信回路１８にお
いて、アンテナ１８ａは、伝送路６２を介してダイオー
ド６３のアノードに接続されており、ダイオード６３の
カソードは伝送路６４を介して発振器６５に接続されて
いる。この伝送路６４の長さは、路上機２０側より送信
されてくる搬送波の線路波長λに対してλ／４に設定さ
れている。ダイオード６３のアノード，カソードは、夫
々、コイル６８と抵抗器６９，コイル７０と抵抗器７１
を介して接地されている。

【００５９】また、コイル６８は抵抗器６９に並列接続
されたコンデンサ７２と共にローパスフィルタを構成
し、コイル７０は抵抗器７１に並列接続されたコンデン
サ７３と共にローパスフィルタを構成し、更にこれら各
部は、ダイオード６３と共に受信信号の包絡線検波回路
８０を構成している。

【００６０】そして、ダイオード６３のアノードは、抵
抗器７４及びトランジスタＴｒ３を介して電源ＶＤＤに
接続され、発振器６５は、トランジスタＴｒ１を介して
電源ＶＤＤに接続され、コイル７０と抵抗器７１との接
続点は、トランジスタＴｒ２を介して電源ＶＤＤに接続
されており、これら各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔ
ｒ３のべースは、夫々、制御装置１６に接続されてい
る。

【００６１】このため、通信回路１８においては、制御
装置１６により各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３
がオフされている場合には、アンテナ１８ａにて受信さ
れた路上機２０側からの送信信号が包絡線検波回路８０
にて包絡線検波されることになり、その検波後の信号Ｓ
１は、受信データとして制御装置１６に入力される。つ
まり、この状態では、路上機２０側から図３に示す送信
期間Ｔ１内に送信されたきた変調信号を受信し、それを
包絡線検波して得られる信号（２値信号となる）Ｓ１
を、受信データとして、制御装置１６に入力できる。

【００６２】次に、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３をオフ
し、トランジスタＴｒ２のみをオンすると、ダイオード
６３のカソードに電源電圧が印加されるため、ダイオー
ド６３は抵抗器６９を介して逆方向にバイアスされる。
従って、この場合には、ダイオード６３は受信信号の非
通過状態となり、アンテナ１８ａからの受信信号はダイ
オード６３の入力端子（アノード側）で反射される。一
方、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をオフし、トランジス
タＴｒ３のみをオンすると、ダイオード６３のアノード
に電源電圧が印加されるため、ダイオード６３は抵抗器
７４，７１を介して順方向にバイアスされる。従って、
この場合には、ダイオード６３は受信信号を双方向に通
過可能な状態となり、アンテナ１８ａからの受信信号
は、ダイオード６３を通過し、伝送路６４を伝搬して、
入力インピーダンスが無限大となっている発振器６５の
入力端子で反射し、更にこの反射波は、ダイオード６３
を逆方向に通過して、伝送路６２を伝搬してアンテナ１
８ａから放射される。そして、この時、伝送路６４の実
効線路長はλ／４であるので、アンテナ１８ａから放射
される信号は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３をオフし、
トランジスタＴｒ２のみをオンした場合の信号に対し
て、位相差がπ（１８０度）となる。

【００６３】このため、通信回路１８においては、路上
機２０側から無変調の搬送波が送信されてくる図３に示
す送信期間Ｔ２内に、トランジスタＴｒ２とトランジス
タＴｒ３とを交互にオン・オフすれば、搬送波を位相変
調（ＰＳＫ）して、アンテナ１８ａから送信できるよう
になる。

【００６４】つまり、本実施例では、図３に示す期間Ｔ
１内に路上機２０側からの送信信号を受信して検波信号
Ｓ１を制御装置１６に入力すると、制御装置１６は、そ
の信号に応答して送信すべきデータに応じて、トランジ
スタＴｒ２及びＴｒ３をオン・オフすることにより、搬
送波を位相変調した信号をアンテナ１８ａから放射さ
せ、路上機２０との間のデータ通信を行う。

【００６５】なお、発振器６５及びトランジスタＴｒ１
は、無変調の搬送波を送信してこないシステムの路上機
との間のデータ通信をも実行できるようにするためのも
のであり、この場合、制御装置１６は、トランジスタＴ
ｒ１をオンして発振器６５に電源供給を行い、発振器６
５から搬送波を出力させる。そして、この状態で、トラ
ンジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３を送信すべきデ
ータに応じて交互にオン・オフすることにより、発振器
６５からの搬送波をアンテナ１８ａから放射させる状態
と、発振器６５からの搬送波を遮断してアンテナ１８ａ
から信号を放射させない状態とに切り換える。つまり、
このようにすることにより、発振器６５からの搬送波を
送信データに応じて振幅変調（ＡＳＫ）した信号を、ア
ンテナ１８ａから送信させるのである。

【００６６】次に、本実施例の有料道路課金システムに
おいて、車載機１０と路上機２０側の通信装置との間で
実行されるデータ通信、及びこのデータ通信のために車
載機１０側で実行されるデータ処理について説明する。
但し、以下の説明は、路上機２０が設けられた有料道路
の入り口又は出口において支払うべき通行料金が一律で
ある場合に車載機１０及び路上機２０において実行され
る処理であり、通行料金が走行距離や走行時間に応じて
設定される場合とは若干異なる。

【００６７】まず図４は、車載機１０において、ＩＣカ
ードドライブ１２の図示しない挿入口にＩＣカード２が
挿入された際に、制御装置１６において送信データの準
備のために実行されるデータ処理（カード挿入時処理）
を表わすフローチャートである。なお、前述したように
車載機１０は通常スリープ状態にあるため、この処理
は、ＩＣカードドライブ１２に設けられたセンサにより
ＩＣカード２の挿入が検出され、その検出信号が制御装
置１６に入力されて、制御装置１６が起動することによ
り開始される。

【００６８】図４に示す如く、この処理が開始される
と、制御装置１６は、まずＳ１１０（Ｓ：ステップを表
わす）にて、自らが正常動作するか否かを自己診断する
ダイアグノスチックテストを行い、Ｓ１２０にて、その
テスト結果が正常であるか否かを判定する。そして、テ
スト結果に異常があれば、ダイアグノスチックエラーと
して、後述のＳ２８０に移行し、逆にテスト結果が正常
であれば、Ｓ１３０に移行して、車載機１０に電源供給
している図示しないバッテリの電圧を読み取るバッテリ
チェックを行う。なお、バッテリは、交換可能なバッテ
リと、シールされたバッテリとがあり、ここでは両方の
バッテリの電圧チェックを行う。

【００６９】次にＳ１４０では、交換可能なバッテリの
電圧が極めて低く、バッテリ交換が必要であるか否かを
判定し、バッテリ交換が必要であると判断されると、Ｓ
１５０にて図示しない表示装置にその旨を表わす交換メ
ッセージを表示した後、スリープ状態に入る。またＳ１
４０にて、バッテリ交換の必要はないと判断されると、
今度はＳ１６０にて、バッテリ電圧は、制御装置１６及
び通信回路１８の動作には支承はないものの、ＩＣカー
ドドライブ１２や暗号化モジュール１４を動作させるに
は不十分な状態であるか否か（つまりバッテリ電圧は低
いかどうか）を判定する。そして、バッテリ電圧が低い
場合には、Ｓ１７０にて、電圧値等のバッテリ状態を表
示装置に表示した後、バッテリエラーとして、後述のＳ
２８０に移行し、バッテリ電圧が正常であれば、Ｓ１８
０に移行する。

【００７０】なお、このバッテリチェックにより、バッ
テリ交換が必要であったり、或はバッテリ電圧が低いこ
とが判明した場合には、表示装置にその旨が表示される
ことから、車両乗員は、その表示内容からバッテリの交
換時期を知ることができ、バッテリを交換することによ
り、車載機１０を正常復帰させることができる。

【００７１】次に、Ｓ１８０では、ＩＣカードドライブ
１２を介してＩＣカード２を起動（パワーオンリセッ
ト）し、ＩＣカード２から、所定のカード情報を読み出
し、ＩＣカードドライブ１２に装着されたＩＣカード２
は、当該車載機１０において使用可能なカードかどうか
をチェックする（ＩＣカードチェック）。

【００７２】そして、Ｓ１９０では、ＩＣカードチェッ
クの結果、ＩＣカード２は当該車載機１０において使用
可能であるかを判定し、使用できない場合には、ＩＣカ
ードエラーとして、後述のＳ２８０に移行し、使用可能
であれば、Ｓ２００に移行して、暗号化モジュール１４
を起動し、ＩＣカード２との間で相互認証させる。な
お、この相互認証は、前述のＤＥＳアルゴリズムに従っ
て生成した暗号化データを用いて後述の図５に示す手順
で実行される。

【００７３】次に、Ｓ２１０では、相互認証の結果、暗
号化モジュール１４及びＩＣカード２は相手を互いに認
証できたか否かを判定し、認証できなかった場合には、
認証エラーとして、後述のＳ２８０に移行し、認証でき
た場合には、Ｓ２２０に移行する。

【００７４】Ｓ２２０では、ＩＣカード２が、予め通行
料金を支払ってあるプリペイドカードであるか、或は、
所定の銀行口座から通行料金を支払うキャッシュカード
であるかを判定する。そして、ＩＣカード２がキャッシ
ュカードであれば、Ｓ２３０に移行して、ＩＣカード２
から、カードの有効期限や使用可能な車載機の制限事項
の有無等，キャッシュカード特有のカード情報を読み出
し、そのカード情報をチェック（キャッシュカードチェ
ック）する。そして、続くＳ２５０にて、そのチェック
結果から、キャッシュカードは使用可能であるか否かを
判定し、使用できなければ、キャッシュカードエラーと
して、後述のＳ２８０に移行し、逆に使用可能であれ
ば、Ｓ２７０に移行する。

【００７５】なお、このようにキャッシュカードには、
カード情報として、使用可能な車載機の制限事項を記憶
できるが、これはキャッシュカードを特定の車載機での
み使用できるようにするためであり、制限事項として
は、使用可能な車載機を特定する識別コード等が記憶さ
れる。

【００７６】一方、ＩＣカード２がプリペイドカードで
あれば、Ｓ２４０に移行して、ＩＣカード２から、カー
ドの有効期限や支払料金の残高等，プリペイドカード特
有のカード情報を読み出し、そのカード情報をチェック
（プリペイドカードチェック）する。そして、続くＳ２
６０にて、そのチェック結果から、プリペイドカードは
使用可能であったか否かを判定し、使用できなければ、
プリペイドカードエラーとして、後述のＳ２８０に移行
し、逆に使用可能であれば、Ｓ２７０に移行する。

【００７７】Ｓ２７０では、ＩＣカード２から通行料金
を徴収してその結果（使用日時や残高等）を書き込むの
に必要な課金用鍵ＺをＩＣカード２から出力させて記憶
する、課金用鍵Ｚの読込処理を行い、続くＳ２９０に移
行する。即ち、ＩＣカード２は、記憶したデータを容易
に書き換えることができないように、データの更新には
暗号化データを使用するようにされており、ここでは、
カードデータ更新のための暗号化データを生成するのに
必要な鍵（課金用鍵）ＺをＩＣカード２に生成させ、そ
れを読取り、記憶した後、Ｓ２９０に移行するのであ
る。なお、課金用鍵Ｚは、ＩＣカード２に対して予め割
り当てられたＩＣカード固有の鍵（ＩＣカード鍵）を用
いて、カード処理回数等のカード情報をＤＥＳアルゴリ
ズムに則って暗号化することにより生成される。

【００７８】一方、Ｓ１２０，Ｓ１６０，Ｓ１９０，Ｓ
２１０，Ｓ２５０，Ｓ２６０等で、車載機１０或はＩＣ
カード２の何等かのエラーが判定された場合には、Ｓ２
８０にて、そのエラー内容を表わすエラーステータスを
セットし、Ｓ２９０に移行する。

【００７９】次に、Ｓ２９０では、路上機２０側に送信
するデータを暗号化するのに使用する鍵（通信用鍵Ｘ
１）を暗号化モジュール１４に生成させ、Ｓ３００に
て、その生成された通信用鍵Ｘ１を記憶する。なお、暗
号化モジュール１４は、制御装置１６から通信用鍵Ｘ１
の生成指令を受けると、まず乱数Ｒ１を発生し、その発
生した乱数Ｒ１と数種類の中から選択可能な暗号鍵番号
Ｋｎの通信マスタ鍵とを用いて、通信用鍵Ｘ１を生成す
る。また、この通信用鍵Ｘ１の生成には、ＤＥＳアルゴ
リズムと比較して暗号化を高速に行うことのできる暗号
化アルゴリズム（以下、ＦＸアルゴリズムという）が使
用される。

【００８０】ここで、ＦＸアルゴリズムとしては、スイ
ス国のＪ．Ｌ．ＭａｓｓｅｙのＳＡＦＥＲ・Ｋ−６４
（Ｓｅｃｕｒｅ Ａｎｄ Ｆａｓｔ Ｅｎｃｒｙｐｔｉ
ｏｎＲｏｕｔｉｎｅ ｏｆ Ｌｅｎｇｔｈ ６４ ｂｉ
ｔｓ）と呼ばれる暗号化アルゴリズムや、日本国のＮＴ
ＴのＨ．ＭａｔｓｕｍｏｔｏらのＦＥＡＬ（ＦａｓｔＤ
ａｔａ Ｅｎｃｉｐｈｅｒｍｅｎｔ ＡＩｇｏｒｉｔｈ
ｍ）が適している。

【００８１】こうして通信用鍵Ｘ１が生成されると、今
度は、Ｓ３１０にて、路上機２０側に送信すべき車載機
データ（第１リードデータ）ＲＤ１を読み込む。そし
て、続くＳ３２０では、暗号化モジュール１４にこのデ
ータＲＤ１を出力して、上記生成した通信用鍵Ｘ１を用
いて暗号化させる。なお、この暗号化にも上記ＦＸアル
ゴリズムが使用される。

【００８２】そして、暗号化モジュール１４にて第１リ
ードデータＲＤ１が暗号化されると、Ｓ３３０にて、暗
号化後の第１リードデータ＜ＲＤ１＞を、路上機２０側
への送信データとして記憶し、Ｓ３４０にて、上記２８
０にてセットしたエラーステータスや、ＩＣカード２か
ら読み出したカード情報等に従いカード状態を車両乗員
に報知した後、スリープ状態に入る。

【００８３】ここで、このカード状態の報知は、表示装
置への表示及びブザーを用いた音声により同時に行う。
つまり、ＩＣカード２の種別や残金，或はカードの異常
等を表示及び音声により報知することにより、車両乗員
にカードの確認を促し、乗員が料金支払に使用するカー
ドを確認して、異常等があれば交換できるようにする。

【００８４】また、送信データとして記憶される第１リ
ードデータＲＤ１は、例えば図８に示す如く、路上機２
０側通信装置に対する応答コード、エラーステータス等
の車載機１０側の動作状態を表わすステータスコード、
料金の支払方法等を表わす料金支払モード、車載機固有
の車載機コード、ＩＣカード２のシリアルナンバＣＳ
Ｎ、ＩＣカード２の残高データ、ＩＣカード２のシリア
ルナンバＣＳＮとＩＣカード２の種別を表わすアプリケ
ーションナンバＣＡＮとのイクスクルーシブオア（ＣＳ
Ｎ ＸＯＲ ＣＡＮ）、ＩＣカード２内にて処理情報を
記憶するメモリの最新位置を表わすトランザクションカ
ウンタＣＴＣ、ＩＣカード２側でカード情報をＤＥＳア
ルゴリズムに則って暗号化するのに用いられるＩＣカー
ド鍵の種別を表すインデックス（使用する鍵のインデッ
クス）等から構成され、このうち、ステータスコード，
料金支払モード，車載機コード，シリアルナンバＣＳ
Ｎ，及び，残高データの一部，が夫々暗号化され、それ
以外は暗号化しない平文のまま送信データとして設定・
記憶される。

【００８５】次に、Ｓ２００におけるＩＣカード２と暗
号化モジュール１４との相互認証は、図５に示す如く実
行される。なお、以下の図５に説明するＩＣカード２及
び暗号化モジュール１４の動作において、各種データを
生成する際には、全てＤＥＳアルゴリズムに則った関数
が使用される。

【００８６】即ち、図５に示す如く、この相互認証を行
う際には、制御装置１６が、まずＩＣカード２から、シ
リアルナンバＣＳＮ，アプリケーションナンバＣＡＮ等
のカード情報を出力させ（Ｓ３１）、これを読み込む
（Ｓ１１）。そして、この読み込んだカード情報（ＣＳ
Ｎ，ＣＡＮ）を暗号化モジュール１４に転送すると共
に、暗号化モジュール１４に乱数Ｒの生成指令を出力す
る（Ｓ１２）。すると暗号化モジュール１４は、この指
令に従い乱数Ｒを生成する（Ｓ２１）ので、制御装置１
６は、この乱数Ｒを読み込み、この乱数Ｒと共に認証用
暗号鍵Ｙの生成指令をＩＣカード２に出力する（Ｓ１
３）。

【００８７】ＩＣカード２は、認証用暗号鍵Ｙの生成指
令を受けると、トランザクションカウンタＣＴＣに対応
したメモリ位置からカードデータを読み出し、このカー
ドデータを、予め設定された前記ＩＣカード鍵の一つで
ある認証用鍵を用いて暗号化することにより認証用暗号
鍵Ｙを生成し（Ｓ３２）、更に、この認証用暗号鍵Ｙを
用いて乱数Ｒを暗号化する（Ｓ３３）。

【００８８】こうしてＩＣカード２において乱数Ｒが暗
号化されると、制御装置１６はその暗号化データ＜Ｒ＞
と認証用暗号鍵Ｙの生成に使用されたカードデータを読
み出し、これら各データと共に、認証用暗号鍵Ｙの生成
指令を暗号化モジュール１４に出力する（Ｓ１４）。

【００８９】すると、暗号化モジュール１４は、ＩＣカ
ード２のシリアルナンバＣＳＮとアプリケーションナン
バＣＡＮとのイクスクルーシブオア（ＣＳＮ ＸＯＲ
ＣＡＮ）を求め、これと所定のマスタ鍵とを用いてＩＣ
カード２固有の認証用鍵を生成すると共に、この生成し
た認証用鍵とカードデータとを用いて認証用暗号鍵Ｙを
生成し（Ｓ２２）、更に、この認証用暗号鍵Ｙを用いて
乱数Ｒを暗号化する（Ｓ２３）。そして、暗号化モジュ
ール１４は、自らが暗号化した乱数Ｒの暗号化データ＜
Ｒ＞′と、ＩＣカード２側で暗号化された乱数Ｒの暗号
化データ＜Ｒ＞とを比較し（Ｓ２４）、これら各暗号化
データが一致していれば、ＩＣカードドライブ１２に装
着されたＩＣカード２は正常であるとして認証する（Ｓ
２５）。なお、暗号化データが一致しなれば、制御装置
１６は、認証エラーと判定して、前記Ｓ２８０の処理に
移行することになる。

【００９０】こうして暗号化モジュール１４側でのＩＣ
カード２の認証が終了すると、制御装置１６は、暗号化
モジュール１４に対して、ＩＣカード２側で暗号化モジ
ュール１４を認証するための認証データを要求する（Ｓ
１５）。すると、暗号化モジュール１４は、ＩＣカード
２のシリアルナンバＣＳＮとアプリケーションナンバＣ
ＡＮとのイクスクルーシブオア（ＣＳＮ ＸＯＲ ＣＡ
Ｎ）と、所定のＩＣカード鍵とを用いて、ＩＣカード２
が有する暗号化モジュール認証用の鍵ＳＣを生成し、更
にこの鍵ＳＣをＳ２２で生成した認証用暗号鍵Ｙを用い
て暗号化することにより、認証データＳＣ′を生成する
（Ｓ２６）。

【００９１】そして、このように認証データＳＣ′が生
成されると、制御装置１６は、この認証データＳＣ′を
読み込み、ＩＣカード２に転送すると共に、ＩＣカード
２に認証指令を出力する（Ｓ１６）。すると、ＩＣカー
ド２は、受け取った認証データＳＣ′をＳ３２で生成し
た認証用暗号鍵Ｙを用いて復号化し、その復号化した認
証データＳＣ′（＝ＳＣ）が自らが有する鍵ＳＣと一致
するか否かを判定し（Ｓ３４）、一致している場合に、
ＩＣカード２が装着された車載機１０の暗号化モジュー
ル１４（換言すれば車載機１０）は正常であると認証す
る（Ｓ３５）。そしてこのようにＩＣカード２側でも暗
号化モジュール１４が認証されると、制御装置１６は相
互認証は正常にできたとして（Ｓ１７）、前述のＳ２１
０からＳ２２０に移行し、逆にＩＣカード２側にて暗号
化モジュール１４が認証されなければ、認証エラーとし
て、前記Ｓ２８０の処理に移行することになる。

【００９２】次に、図６は、路上機２０側の第１ガント
リ３０に設けられた通信装置３２，３４…にて各々実行
される通信処理を表わすフローチャートである。なお、
以下の説明においては、この通信処理を通信装置３２が
行うものとして説明する。図６に示す如く、通信装置３
２は、Ｓ４１０にて、スリープ状態にある車載機１０を
起動するための第１パイロット信号を送信し、その後、
Ｓ４２０にて、所定期間Ｔ２、車載機１０が応答信号を
返送してくるための搬送波を送信しながら、アンテナ３
２ａにて第１パイロット応答信号が受信されたか否かを
判断し、第１パイロット応答信号が受信されなければ、
再度Ｓ４１０に移行して、第１パイロット信号を送信す
る、といった手順で、第１パイロット信号を一定時間ｔ
[ｍsec.]毎に送信する。

【００９３】つまり、車両が第１ガントリ３０付近まで
走行してきて、車両が、走行中の車線に対応した通信装
置３２の通信エリア内に侵入すると、その車両に搭載さ
れた車載機１０が、通信装置３２からの第１パイロット
信号を受信してスリープ状態から起動し、図７に示す如
く、この第１パイロット信号に応答して第１パイロット
応答信号を返送してくるため、上記Ｓ４１０及びＳ４２
０では、第１パイロット信号を周期的に送信し、その送
信により第１パイロット応答信号を受信できたか否かを
判断することにより、車両が自己の通信エリア内に侵入
してくるのを待つのである。

【００９４】なお、図８に示す如く、第１ガントリ３０
において各通信装置３２，３４…が送信する第１パイロ
ット信号は、車載機起動用のパイロット信号と、その送
信元の通信装置を表わす場所番号とから構成され、この
第１パイロット信号に応答して車載機１０が送信する第
１パイロット応答信号は、応答コードと、第１リードデ
ータを生成した際に用いた通信用鍵Ｘ１の基となる乱数
Ｒ１と通信マスタ鍵の鍵番号（暗号鍵番号）Ｋｎとから
構成される。

【００９５】こうして、車載機１０から第１パイロット
信号に応答して送信されてくる第１パイロット応答信号
を受信すると、通信装置３２は、Ｓ４３０に移行して、
その第１パイロット応答信号に含まれる乱数Ｒ１及び暗
号鍵番号Ｋｎと、通信用鍵Ｘ１の生成要求とを、暗号化
ユニット３２ｂに出力する。

【００９６】すると、暗号化ユニット３２ｂは、受け取
った乱数Ｒ１及び暗号鍵番号Ｋｎに基づき、車載機１０
が第１リードデータ＜ＲＤ１＞を生成した際の通信用鍵
Ｘ１をＦＸアルゴリズムに従って生成すると共に、車載
機１０が次の送信データ（第２リードデータ）を暗号化
する際に用いる通信用鍵Ｘ２の基となる乱数Ｒ３及び通
信マスタ鍵の鍵番号（暗号鍵番号）Ｋｃを生成する。

【００９７】そして、通信装置３２は、Ｓ４４０にて、
この生成された乱数Ｒ３及び暗号鍵番号Ｋｃを読み出
し、図７に示す如く、これら各値と第１リードデータの
読出指令とからなる路上機認証メッセージ（図８参照）
を、車載機１０側に送信する。なお、既述したように通
信装置３２は、この路上機認証メッセージを送信した際
にも、その後所定期間Ｔ２、無変調の搬送波を送信す
る。また、通信装置３２は、図７に示す如く、路上機認
証メッセージや、後述の第１ライトデータ，エンドアッ
ク信号等の送信を、通常時の第１パイロット信号の送信
と同様、一定時間ｔ[ｍsec.]毎に行う。

【００９８】次に、上記のように路上機認証メッセージ
を車載機１０側に送信すると、車載機１０は、このメッ
セージに応答して、図７に示す如く、ＩＣカード２の装
着時に予め作成した第１リードデータ＜ＲＤ１＞を返送
してくるため、通信装置３２は、Ｓ４５０にて、その
後、搬送波の送信期間Ｔ２が経過するまでの間、第１リ
ードデータ＜ＲＤ１＞の受信を行い、搬送波の送信期間
Ｔ２が経過すると、Ｓ４６０にて、この送信期間中に第
１リードデータ＜ＲＤ１＞を受信できたか否かを判断す
ることにより、通信エラーの発生の有無を判定する。

【００９９】そして、通信エラーが発生した場合には、
エラーステータスをセットした後、当該処理を一旦終了
し、通信エラーが発生していなければ、Ｓ４７０に移行
して、受信した第１リードデータ＜ＲＤ１＞の復号化要
求を暗号化ユニット３２ｂに出力する。暗号化ユニット
３２ｂは、第１リードデータ＜ＲＤ１＞の復号化要求を
受け取ると、先に乱数Ｒ１と通信用の暗号鍵番号Ｋｃと
に基づき生成した通信用鍵Ｘ１を用いて、ＦＸアルゴリ
ズムに従い第１リードデータ＜ＲＤ１＞を復号化する。
このため、通信装置３２は、Ｓ４７０で第１リードデー
タ＜ＲＤ１＞の復号化要求を出力した後は、Ｓ４８０に
て、その復号化データＲＤ１を読み込む。

【０１００】そして、Ｓ４９０にて、この復号化データ
ＲＤ１中のステータスコードに基づき、復号化した第１
リードデータＲＤ１にエラーがあるかどうかを判定し、
データエラーが存在すれば、Ｓ５４０に移行し、第１リ
ードデータＲＤ１にデータエラーがなければ、Ｓ５００
に移行する。

【０１０１】Ｓ５００では、第１リードデータＲＤ１に
基づき、車載機１０側のＩＣカード２は、プリペイドカ
ードかキャッシュカードかを判定し、ＩＣカード２がキ
ャッシュカードであれば、Ｓ５１０に移行して、車載機
コード等から車種を判別して、車種に応じた通行料金を
計算した後、Ｓ５５０に移行する。一方、ＩＣカード２
がプリペイドカードであれば、Ｓ５２０に移行して、車
載機コード等から車種を判別して、車種に応じた通行料
金を計算し、続くＳ５３０にて、プリペイドカードの残
高から通行料金を支払可能であるかどうかを判定する。
そして、Ｓ５３０にて、プリペイドカードの残高は通行
料金を支払可能であると判定されると、Ｓ５５０に移行
し、プリペイドカードには通行料金を支払う残高がない
と判断されると、Ｓ５４０に移行する。

【０１０２】なお、Ｓ５４０は、複号化した第１リード
データＲＤ１にエラーがあったり、或はＩＣカード２
（詳しくはプリペイドカード）から料金を徴収できなか
った場合に、その旨を表わすエラーデータを車載機１０
側に送信して知らせる共に、エラーステータスをセット
するための処理であり、このエラー処理が終了すると、
Ｓ５９０に移行する。

【０１０３】次に、Ｓ５５０では、車載機１０側から通
行料金を徴収するための第１ライトデータＷＤ１を生成
して、これを暗号化ユニット３２ｂに出力することによ
り、暗号化ユニット３２ｂに第１ライトデータＷＤ１を
暗号化させる。そして、暗号化ユニット３２ｂにて第１
ライトデータＷＤ１が暗号化されると、その暗号化した
第１ライトデータ＜ＷＤ１＞を読み込み、車載機１０に
送信する（図７参照）。なお、通信装置３２は、この送
信の際にも、第１ライトデータ＜ＷＤ１＞に対応した変
調信号に続けて、所定期間Ｔ２、無変調の搬送波を送信
する。

【０１０４】ここで、第１ライトデータＷＤ１は、例え
ば図８に示す如く、車載機１０側にてＩＣカード２に通
行料金の支払結果を書込ませるための書込命令と、車載
機コードと、通行料金の総額と、当該通信装置３２の場
所番号と、料金徴収タイプの種別（つまり、均一料金徴
収か，走行距離によって料金が変わるのか、時間によっ
て料金が変わるのか）を表すをトランザクションタイプ
と、年月日及び時刻とから構成され、このうち、車載機
コードと料金総額と場所番号の一部とが夫々暗号化さ
れ、それ以外は暗号化しない平文のまま送信データ（第
１ライトデータ＜ＷＤ１＞）として設定される。

【０１０５】また、暗号化ユニット３２ｂは、この第１
ライトデータＷＤ１を暗号化する際には、上記生成した
通信用鍵Ｘ１を用い、ＦＸアルゴリズムに従って暗号化
処理を行う。つまり、暗号化ユニット３２ｂ（３４ｂも
同じ）は、車載機１０との通信にのみ使用されるもので
あるため、車載機１０側の暗号化モジュール１４とは異
なり、通信用の暗号化アルゴリズムであるＦＸアルゴリ
ズムのみを用いて、鍵の生成並びにデータの暗号化及び
復号化を行う。

【０１０６】次に、車載機１０は、送信した第１ライト
データ＜ＷＤ１＞を受信すると、図７に示す如く、その
旨を表わす応答コードからなるエンド信号を送信してく
るため、通信装置３２は、第１ライトデータ＜ＷＤ１＞
の送信後、所定期間Ｔ２、このエンド信号を受信する処
理（Ｓ５７０）を行い、所定期間Ｔ２経過後、Ｓ５８０
にて、エンド信号を受信できたか否かを判定することに
より、通信エラーの有無を判定する。そして、通信エラ
ーが発生した場合には、エラーステータスをセットした
後、当該処理を一旦終了し、通信エラーが発生していな
ければ、Ｓ５９０に移行する。

【０１０７】そして、Ｓ５９０では、上記復号化した第
１リードデータＲＤ１やエラー処理（Ｓ５４０）におい
てセットされたエラーステータス等を、路上機２０本体
に内蔵されたローカルコントローラ２６に出力し、続く
Ｓ６００にて、車載機１０に対してデータ通信が完了し
たことを知らせる通信完了信号としてのエンドアック信
号及び第１パイロット信号を送信し（図７参照）、当該
処理を一旦終了する。

【０１０８】なお、このようにエンドアック信号に続け
て第１パイロット信号を送信するのは、通信エリアに次
に侵入してきた車両に搭載された車載機１０を速やかに
起動させるためであり、これによって、車載機１０の起
動が遅れて、通信時間が短くなるのを防止できる。

【０１０９】また、Ｓ６００にて第１パイロット信号を
送信した後は、上記Ｓ４２０と同様の図示しない判定処
理にて、第１パイロット信号に応答して車載機１０側か
ら第１パイロット応答信号が送信されてきたかどうかを
判定し、第１パイロット応答信号を受信すると、上記Ｓ
４３０に移行して、その第１パイロット応答信号を送信
してきた車載機との間の通信を開始し、第１パイロット
応答信号を受信できなければ、Ｓ４１０に移行して、第
１パイロット信号を一定時間ｔ[ｍsec.]毎に送信する通
常動作に戻る。

【０１１０】次に、図９は、車載機１０が、第１ガント
リ３０に設けられた通信装置３２，３４…からの第１パ
イロット信号を受けて起動し、第１パイロット信号を送
信してきた通信装置との間で、上述した手順で通信処理
を行った後に、車載機１０において実行されるデータ処
理（第１ガントリ通過処理）を表わすフローチャートで
ある。

【０１１１】図９に示す如く、車載機１０においては、
通信回路１８が、第１ガントリ３０の通信装置，例えば
通信装置３２からの第１パイロット信号を受信すること
により、制御装置１６を起動し、その後、制御装置１６
は、通信回路１８を介して、通信装置３２との間でデー
タ通信を行う通信処理（６１０）を実行する。そして、
制御装置１６は、通信装置３２からの第１ライトデータ
＜ＷＤ１＞を受信すると、通信回路１８を介してエンド
信号を送信して、通信処理（Ｓ６１０）を終了し、Ｓ６
２０以降の第１ガントリ通過処理を実行する。

【０１１２】Ｓ６２０においては、通信装置３２からの
エンドアック信号を受信したかどうかを判定する。そし
て、エンドアック信号を受信できていない場合には、Ｓ
６３０に移行し、通信回路１８を介して、その後通信装
置３２が一定時間ｔ[ｍsec.]毎に送信する第１パイロッ
ト信号或は他の車載機１０に対する送信信号に続く無変
調の搬送波を利用して、エンドアック信号の要求信号を
送信する。

【０１１３】また、続くＳ６４０では、通信回路１８に
て、通信装置３２からの第１パイロット信号等の送信信
号を受信できているかどうか、換言すれば、車両が通信
装置３２の通信エリアを脱出したかどうかを判定し、車
両が通信エリア内にいれば、再度Ｓ６２０に移行して、
通信装置３２が上記要求信号に応答して、エンドアック
信号を送信してきたかどうかを判定する。

【０１１４】そして、エンドアック信号を受信できなけ
れば再度Ｓ６３０に移行し、その後は、車両が通信装置
３２の通信エリアから脱出するか、エンドアック信号を
受信できるまでの間、Ｓ６２０〜Ｓ６４０の処理を繰り
返す。つまり、第１ガントリ３０の通過時に、通信装置
３２との間の通信を完了した後、エンドアック信号を受
信できない場合には、エンドアック信号の要求信号を通
信装置３２に送信して、エンドアック信号を再送信させ
るのである。

【０１１５】この結果、車載機１０側では、通信装置３
２との通信完了を確実に確認できるようになり、もしエ
ンドアック信号を受信できなかった場合でも、その旨を
通信装置３２を介して路上機２０側に知らせることがで
き、通信エラーを相互で確認できるようになる。

【０１１６】こうして、エンドアック信号を受信する
か、車両が第１ガントリ３０の通信装置３２，３４…の
通信エリアを脱出すると、Ｓ６５０に移行して、暗号化
モジュール１４に対し、路上機２０側から受け取った第
１ライトデータ＜ＷＤ１＞の復号化指令を出力する。す
ると、暗号化モジュール１４は、第１ライトデータ＜Ｗ
Ｄ１＞を、通信用鍵Ｘ１を用いて、ＦＸアルゴリズムに
従い復号化するので、続くＳ６６０では、この復号化さ
れた第１ライトデータＷＤ１を読み出し、この第１ライ
トデータＷＤ１に含まれる車載機コードと、当該車載機
１０の車載機コードとに基づき、路上機２０（詳しくは
第１ライトデータＷＤ１を送信してきた通信装置）を認
証する。

【０１１７】そして、Ｓ６７０では、Ｓ６６０にて路上
機２０を認証できたかどうかを判定し、上記各車載機コ
ードが一致しておらず路上機を認証できなければ、Ｓ６
８０にてその旨を表わすエラーステータスをセットした
後、スリープ状態に入り、上記各車載機コードが一致し
ており路上機２０を認証できた場合には、Ｓ６９０に移
行する。

【０１１８】Ｓ６９０では、先のデータ通信時に路上機
２０側から受け取った乱数Ｒ３及び暗号鍵番号Ｋｃを暗
号化モジュール１４に転送することにより、次のデータ
通信に使用する通信用鍵Ｘ２を生成させ、通信用鍵をＸ
１からＸ２に変更する。なお、暗号化モジュール１４
は、乱数Ｒ３及び暗号鍵番号Ｋｃを受け取ると、乱数Ｒ
３及び暗号鍵番号Ｋｃに対応した通信マスタ鍵とを用い
て、ＦＸアルゴリズムに従って通信用鍵Ｘ２を生成す
る。

【０１１９】こうして通信用鍵をＸ１からＸ２に変更す
ると、今度はＳ７００にて、ＩＣカード２の種別を判定
し、ＩＣカード２がプリペイドカードであれば、Ｓ７１
０にて、プリペイドカードは通行料金を支払うだけの残
高があるかどうかを判定する。そして残高がなければ、
Ｓ７２０にて課金金額を零に設定して、Ｓ７３０に移行
し、通行料金を支払うことができれば、そのままＳ７３
０に移行する。

【０１２０】Ｓ７３０では、プリペイドカードであるＩ
Ｃカード２から通行料金を差し引くための課金処理を行
い、Ｓ７４０にて、ＩＣカード２から通行料金を正常に
差し引くことができたか否かを判定する。そして、プリ
ペイドカードから通行料金を差し引くことができなかっ
た場合、つまりプリペイドカードに残高がなかったり、
或は課金処理を正常に実行できなかった場合には、Ｓ７
５０に移行して、その旨を表わすエラーステータスをセ
ットした後、スリープ状態に入り、逆に通行料金を正常
に差し引くことができた場合には、Ｓ７８０に移行す
る。

【０１２１】またＳ７００にて、ＩＣカード２はキャッ
シュカードであると判断された場合には、Ｓ７６０に移
行して、キャッシュカードから通行料金を支払うための
口座情報を読み出し、Ｓ７７０にて、その読み出した口
座情報は正常であるか否かを判断する。そして、口座情
報が正常でなければ、そのままスリープ状態に入り、口
座情報が正常であれば、Ｓ７８０に移行する。

【０１２２】次に、Ｓ７８０では、路上機２０側に次に
送信すべき車載機データ（第２リードデータ）ＲＤ２を
暗号化モジュール１４に出力して、この第２リードデー
タＲＤ２を、Ｓ６９０にて変更した通信用鍵Ｘ２を用い
て暗号化させる。なお、この暗号化にも上記ＦＸアルゴ
リズムが使用される。そして、暗号化モジュール１４に
て第２リードデータＲＤ２が暗号化されると、Ｓ７９０
にて、その暗号化後のデータ＜ＲＤ２＞を、次の送信デ
ータとして記憶し、Ｓ８００にて、ＩＣカード２に通行
料金を支払った日付，時間，場所等の支払情報を書込
み、カードデータを更新し、Ｓ８１０にて、その更新後
のカード情報を読み込み、記憶した後、スリープ状態に
入る。

【０１２３】ここで、プリペイドカードから通行料金を
差し引く課金処理（Ｓ７３０）や、ＩＣカード２のデー
タを更新するカードデータ更新処理（Ｓ８００）は、前
述のＳ２７０にて予め記憶した課金用鍵Ｚを用い、ＤＥ
Ｓアルゴリズムに従って暗号化したデータを用いて行わ
れる。

【０１２４】そして、Ｓ７８０にて暗号化され、Ｓ７９
０にて送信データとして記憶される第２リードデータＲ
Ｄ２は、例えば図１２に示す如く、路上機２０側通信装
置に対する応答コード、ＩＣカード２がキャッシュカー
ドである場合のキャッシュカードファイル情報（口座情
報等）、エラーステータス等の車載機１０側の動作状態
を表わすステータスコード、支払方法、通行料金の徴収
結果、車載機コード、ＩＣカード２のアプリケーション
ナンバＣＡＮ、乱数Ｒ３、車載機１０側で料金を徴収で
きたことを証明する料金徴収証明データ等から構成さ
れ、この内、応答コードとキャッシュカードファイル情
報の一部とが暗号化されずに平文のまま残され、残りの
データは全て暗号化される。

【０１２５】なお、このように第２リードデータＲＤ２
は、第１リードデータＲＤ２と同様、ＦＸアルゴリズム
に従って暗号化されるが、この内、料金徴収証明データ
は、ＩＣカード２側でＩＣカード鍵を用いてＤＥＳアル
ゴリズムに則って既に暗号化されており、送信時には更
にＦＸアルゴリズムに則って暗号化することにより、２
重の暗号化が施されることになる。

【０１２６】次に、図１０は、路上機２０の第２ガント
リ４０に設けられた通信装置４２，４４…にて各々実行
される通信処理を表わすフローチャートである。なお、
以下の説明においては、この通信処理を通信装置４２が
行うものとして説明する。図１０に示す如く、通信装置
４２は、第１ガントリ３０の通信装置３２，３４…と同
様、Ｓ９１０にて、スリープ状態にある車載機１０を起
動するための第２パイロット信号を送信し、Ｓ９２０に
て、所定期間Ｔ２、車載機１０が応答信号を返送してく
るための搬送波を送信しながら、アンテナ４２ａにて第
２パイロット応答信号が受信されたか否かを判断し、第
２パイロット応答信号が受信されなければ、再度Ｓ９１
０に移行して、第２パイロット信号を送信する、といっ
た手順で、第２パイロット信号を一定時間ｔ[ｍsec.]毎
に送信する。

【０１２７】そして、車載機１０が第２パイロット信号
を受信してスリープ状態から起動し、図１１に示す如
く、この第２パイロット信号に応答して第２パイロット
応答信号を返送してくると、この応答信号を受信して、
Ｓ９３０に移行し、このパイロット応答信号に基づき、
車載機１０側のＩＣカード２の種別を判定する。つま
り、車載機１０は、第２パイロット信号を受信すると、
第２パイロット応答信号として、応答コードと料金の支
払方法を表わす支払モードデータを返送する（図１２参
照）ようにされているため、ここでは、この支払モード
データから、車載機１０側のＩＣカード２がキャッシュ
カードかプリペイドカードかを判定するのである。

【０１２８】そして、ＩＣカード２がプリペイドカード
であれば、そのままＳ９５０に移行し、ＩＣカード２が
キャッシュカードであれば、路上機２０の本体側に設け
られたローカルコントローラ２６に対して、車載機１０
に伝えるべき表示メッセージを検索するよう指令を出し
た後、Ｓ９５０に移行する。なお、この表示メッセージ
の検索指令により、ローカルコントローラ２６は、キャ
ッシュカードの利用状況等を検索して、車載機１０側に
伝えるべき表示メッセージを生成し、通信装置４２に送
信する（図１１参照）。

【０１２９】次にＳ９５０では、車載機１０に対して、
第２リードデータ＜ＲＤ２＞を要求するデータ読み出し
信号を送信し、その後、Ｓ９６０にて、所定期間Ｔ２、
無変調の搬送波を送信しながら、車載機１０から第２リ
ードデータ＜ＲＤ２＞が送信されてくるのを待つ受信処
理を行い、所定期間Ｔ２経過すると、Ｓ９７０にて、第
２リードデータ＜ＲＤ２＞を受信できたか否かを判断す
ることにより、通信エラーの発生の有無を判定する。そ
して、通信エラーが発生した場合には、エラーステータ
スをセットした後、当該処理を一旦終了する。

【０１３０】一方、Ｓ９５０にて送信したデータ読み出
し信号に応答して、車載機１０が第２リードデータ＜Ｒ
Ｄ２＞を返送してくると、Ｓ９８０に移行して、第２ガ
ントリ４０側で第２リードデータ＜ＲＤ２＞を受け取っ
た旨を車載機１０側に記憶・表示させるための書込命令
・表示命令や、ＩＣカード２がキャッシュカードの場合
にローカルコントローラ２６側にて検索・生成された表
示メッセージ等からなる第２ライトデータＷＤ２（図１
２参照）を生成して、車載機１０に送信する。

【０１３１】車載機１０は、第２ライトデータＷＤ２を
受信すると、図１１に示すように、応答コードからなる
エンド信号を送信してくるため、続くＳ９９０では、所
定期間Ｔ２、無変調の搬送波を送信しながら、車載機１
０からエンド信号が送信されてくるのを待つ受信処理を
行い、所定期間Ｔ２経過すると、Ｓ１０００にて、エン
ド信号を受信できたか否かを判断することにより、通信
エラーの発生の有無を判定する。

【０１３２】そして、通信エラーが発生した場合には、
エラーステータスをセットした後、当該処理を一旦終了
し、通信エラーが発生していなければ、Ｓ１０１０に
て、車載機１０から受け取った車載機データ，つまり第
２リードデータ＜ＲＤ２＞を、ローカルコントローラ２
６へ転送し、続くＳ１０２０にて、エンドアック信号と
第２パイロット信号とを送信し（図１１参照）、当該処
理を一旦終了する。

【０１３３】なお、Ｓ１０２０にて第２パイロット信号
を送信した後は、第１ガントリ３０における各通信装置
３２，３４…の処理と同様、上記Ｓ９２０と同様の図示
しない判定処理にて、第２パイロット信号に応答して車
載機１０側から第２パイロット応答信号が送信されてき
たかどうかを判定し、第２パイロット応答信号を受信す
ると、上記Ｓ９３０に移行し、第２パイロット応答信号
を受信できなければＳ９１０に移行する。

【０１３４】また、Ｓ１０１０においてローカルコント
ローラ２６へ転送される第２リードデータ＜ＲＤ２＞
は、ＦＸアルゴリズムに従い暗号化した暗号化データで
あり、その内の料金徴収証明データは、更にＤＥＳアル
ゴリズムにて暗号化されているため、ローカルコントロ
ーラ２６側にて、内蔵した暗号化ユニットを用いて復号
化される。そして、このときＦＸアルゴリズムにて復号
化した料金徴収証明データを更にＤＥＳアルゴリズムに
て復号化する際には、第１ガントリ３０において車載機
１０側から受信した第１リードデータＲＤ１中の鍵のイ
ンデックスを利用して、車載機１０に搭載されたＩＣカ
ード固有のＩＣカード鍵を求め、これから復号化用の暗
号鍵を生成する、といった手順でＩＣカード２が料金徴
収証明データを暗号化した際の暗号化鍵を求め、これを
用いて料金徴収証明データを復号化する。次に、図１３
は、車載機１０が、第２ガントリ４０に設けられた通信
装置４２，４４…からの第２パイロット信号を受けて起
動し、第２パイロット信号を送信してきた通信装置との
間で、上述した手順で通信処理を行った後に、車載機１
０の制御装置１６において実行されるデータ処理（第２
ガントリ通過処理）を表わすフローチャートである。

【０１３５】図１３に示す如く、制御装置１６は、第２
ガントリ４０の通信装置４２，４４…との間のデータ通
信により、第２ライトデータＷＤ２を受信し、エンド信
号を送信して、通信処理（Ｓ１１１０）を終了すると、
第１ガントリ３０における通信処理終了時と同様、エン
ドアック信号を受信したかどうかを判定し（Ｓ１１２
０）、エンドアック信号を受信できなければ、通信装置
４２，４４…が送信してくる無変調の搬送波を利用して
エンドアック信号の要求信号を送信し（Ｓ１１３０）、
更に、車両が第２ガントリ４０の通信エリアを脱出した
かどうかを判定し（Ｓ１１４０）、車両がこの通信エリ
ア内にいれば再度Ｓ１１２０に移行する、といった手順
で、通信処理（Ｓ１１１０）終了後、車両が第２ガント
リ４０の通信エリアから脱出するか、エンドアック信号
を受信できるまでの間、Ｓ１１２０〜Ｓ１１４０の処理
を繰り返す。

【０１３６】そして、エンドアック信号を受信するか、
車両が第２ガントリ４０の通信エリアを脱出すると、Ｓ
１１５０に移行して、前述のＳ２９０と同様、次に送信
データを暗号化するための通信用鍵Ｘ１を暗号化モジュ
ール１４に再度生成させ、Ｓ１１６０にて、その生成さ
れた通信用鍵Ｘ１を記憶する。また続くＳ１１７０で
は、次に路上機２０側に送信すべき車載機データ（第１
リードデータ）ＲＤ１を読み込んで、暗号化モジュール
１４に、上記生成した通信用鍵Ｘ１を用いて暗号化さ
せ、Ｓ１１８０にて、その暗号化された第１リードデー
タ＜ＲＤ１＞を記憶する。なお、暗号化モジュールにお
ける通信用鍵Ｘ１の生成及び第１リードデータＲＤ１の
暗号化の手順は、ＩＣカード２がＩＣカードドライブ１
２に装着されたときと全く同様であり、異なる点は、第
１リードデータＲＤ１とされる車載機データのうち、Ｉ
Ｃカード２に関するデータ内容が、前記Ｓ８１０にて記
憶された課金後の内容に変更されている点だけである。

【０１３７】そして、このように暗号化した第１リード
データ＜ＲＤ１＞を記憶すると、続くＳ１１９０におい
て、車載機１０の状態をエラー発生時にセットされるエ
ラーステータス等からチェックし、何等かのエラーがあ
れば、Ｓ１１３０に移行して、その旨をブザー等を用い
て報知し、エラーがなければ、Ｓ１１２０に移行して、
カード状態をブザー及び表示装置にて報知した後、スリ
ープ状態に入る。なお、カード状態の表示内容は、ＩＣ
カード２がプリペイドカードであれば、カード残高等で
あり、ＩＣカード２がキャッシュカードであれば、使用
金額や第２ライトデータＷＤ２に含まれる表示メッセー
ジ等である。

【０１３８】次に図１４は、車載機１０において、ＩＣ
カードドライブ１２からＩＣカード２が抜き取られた場
合に、制御装置１６にて実行されるデータ処理（カード
抜取時処理）を表わすフローチャートである。なお、こ
の処理は、ＩＣカードドライブ１２に設けられたセンサ
によりＩＣカード２の抜き取りが検出され、その検出信
号が制御装置１６に入力されて、制御装置１６が起動す
ることにより開始される。

【０１３９】図１４に示す如く、この処理が開始される
と、制御装置１６は、まずＳ１２１０において、ＩＣカ
ード２が抜き取られ、当該車載機１０には通行料金を支
払うためのカードがない旨を表わすエラーステータスを
セットする。そして、続くＳ１２２０では、現在記憶さ
れている暗号化後の第１リードデータ＜ＲＤ１＞をセッ
トしたエラーステータスに対応した内容に更新すべく、
エラーステータスセット後の車載機データを読み込み、
これを暗号化モジュール１４に出力して、暗号化した第
１リードデータ＜ＲＤ１＞を新たに生成させる。

【０１４０】そして、暗号化モジュール１４にて第１リ
ードデータ＜ＲＤ１＞が生成されると、Ｓ１２３０に
て、この生成された第１リードデータ＜ＲＤ１＞を次に
路上機２０側に送信すべき送信データとしてこのデータ
を更新し、Ｓ１２４０にて、抜き取られたＩＣカード２
の使用状態等を表示した後、スリープ状態に入る。

【０１４１】以上説明したように、本実施例の有料道路
課金システムにおいては、車載機１０が送信データの暗
号化及び受信データの復号化を行うのは、料金支払のた
めのＩＣカード２がＩＣカードドライブ１２に装着され
たときと、路上機２０側の第１ガントリ３０に設けられ
た通信装置３２，３４…との間で通信処理を行ってか
ら、第２ガントリ４０に設けられた通信装置４２，４４
…の通信エリアに入るまでの間と、第２ガントリ４０の
通信装置３２，３４…との間で通信処理を行った後と、
ＩＣカード２がＩＣカードドライブ１２から取り外され
たときであり、路上機２０側通信装置３２，３４…、４
２，４４…との間の通信中には、暗号化も復号化も共に
実行しない。また同様に、ＩＣカード２からのカード情
報の読出し、及びカードデータの更新についても、路上
機２０側通信装置３２，３４…、４２，４４…との間の
通信中には実行しない。

【０１４２】このため、車載機１０−路上機２０間での
データ通信時に車載機１０側で費やされる処理時間を極
めて短くすることができ、データ通信に必要な時間を短
くできる。従って、車両の走行速度を制限したり、暗号
化モジュール１４を高速処理が可能な高価なものに変更
することなく、データ通信を短時間で正確に行うことが
可能になる。

【０１４３】また車載機１０は、ＩＣカード２がＩＣカ
ードドライブ１２に装着されると、ＩＣカード２と暗号
化モジュール１４との相互認証を行い、その認証結果を
表わすステータス情報（エラーステータス）を車載機デ
ータの一つとして路上機２０側に送信するため、ＩＣカ
ード２や車載機１０自体が偽造された場合には、路上機
２０側でその旨を検出することができる。従って、車両
乗員の不正を抑制して、料金徴収を良好に行うことがで
きる。

【０１４４】また、こうした相互認証やＩＣカード２へ
のデータの書込みを行う際には、従来より一般に使用さ
れているＤＥＳアルゴリズムに則った暗号化データが使
用されるが、車載機１０−路上機２０間の通信には、Ｄ
ＥＳアルゴリズムとは異なり、しかもＤＥＳアルゴリズ
ムよりも高速に暗号化を行うことのできるＦＸアルゴリ
ズムにて暗号化した暗号化データを使用するようにされ
ている。

【０１４５】このため、第１ガントリ３０に設けられた
通信装置３２，３４…において、データ通信中に送信デ
ータの暗号化及び受信データの復号化を行うのに要する
処理時間を短縮することができ、データ通信をより高速
且つ正確に行うことができる。また特に、ＦＸアルゴリ
ズムに、前述のＳＡＦＥＲ・Ｋ−６４或はＦＥＡＬと呼
ばれる暗号化アルゴリズムを用いれば、暗号化ユニット
をハード構成にて比較的安価に実現でき、暗号化に要す
る時間をより短くすることができるため、より効果的で
ある。

【０１４６】また、このように本実施例では、車載機１
０と路上機２０側通信装置との間のデータ通信に、一般
に使用されているＤＥＳアルゴリズムとは異なるＦＸア
ルゴリズムを使用するため、通信信号が傍受されても、
復号化し難くし、通信の機密性を向上できる。そして特
に、本実施例では、送信データを暗号化するに当たっ
て、データの全文を暗号化するのではなく、その一部は
平文のまま残すようにし、しかも、通信用鍵（Ｘ１，Ｘ
２）は使用の度に、乱数を発生させてその乱数に従い更
新するので、そのデータを、より復号化し難くなり、通
信の機密性をより向上できる。

【０１４７】また、通信用鍵Ｘ１，Ｘ２は、車載機１０
と路上機２０側通信装置とで各々設定されるため、正規
の車載機１０からの送信信号をそのままコピーした信号
を発生する発信機を用いて、通行料金を不正に支払おう
としても、その不正を路上機２０側で確実に検出するこ
とができ、安全性を向上できる。

【０１４８】一方、本実施例では、上記相互認証の結果
等、車載機１０側で生じたエラーについては全てエラー
ステータスとして、路上機２０側に送信され、また路上
機２０側にてエラーを検出した場合にも、車載機１０に
送信するようにされているため、車載機１０と路上機２
０とで互いに異常を知ることができ、車載機１０及び路
上機２０側で、夫々、エラー対策を行うことができる。

【０１４９】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は、こうした実施例に限定されるものではな
く、種々の態様をとることができる。例えば上記実施例
では、有料道路の入り口又は出口に設けられた路上機２
０が、車載機１０との間のデータ通信により、車種によ
って異なるものの走行距離や走行時間に対しては一律の
通行料金を領収する場合について説明したが、走行距離
や走行時間に応じて通行料金を設定する有料道路課金シ
ステムにも本発明を適用できるのはいうまでもない。

【０１５０】そして、この場合、有料道路の出口におい
て、走行距離や走行時間に応じた通行料金を徴収できる
ようにするために、有料道路の入り口に第１ガントリ３
０と同様に構成された入り口ガントリを設けて、ここを
通過する車両に搭載された車載機１０との間で、図１５
に示す如き構成の信号を送受信し、更に有料道路の出口
に、第１ガントリ３０及び第２ガントリ４０と同様の構
成の出口第１ガントリ及び出口第２ガントリを設けて、
各ガントリを通過する車両に搭載された車載機１０との
間で、図１６及び前記実施例にて説明した図１２に示す
如き構成の信号を送受信して、通行料金を徴収するよう
にすればよい。

【０１５１】即ち、図１５に示す如く、車載機１０側に
て、応答コード，ステータスコード，料金支払モード，
車載機コード等からなる入り口リードデータを予め生成
・暗号化して、記憶しておき、車両が入り口ガントリに
設けられた通信装置の通信エリアに入ったときに、その
通信装置から周期的に送信される入り口パイロット信号
により起動して、前記実施例の第１パイロット応答信号
（図８参照）と同様に構成された入り口パイロット応答
信号を送信し、その後、入り口ガントリの通信装置から
データ読み出し信号が送信されてきたときに、入り口リ
ードデータを送信し、一方、入り口ガントリの通信装置
では、入り口リードデータ受信後、前記実施例の第１ラ
イトデータ（図８参照）から料金総額を除去した構成の
入り口ライトデータを送信し、その後、エンド信号及び
エンドアック信号の送受信を行い、データ通信を完了す
るように構成する。

【０１５２】また、こうして車両が入り口ガントリを通
過した後は、図１６に示す如く、車載機１０側にて、出
口第１ガントリを通過する際に送信すべきデータとし
て、応答コード，車載機コード，入り口場所番号，入場
年月日，入場時刻等からなる入り口データと、前記実施
例の第１リードデータと同様に構成された第１リードデ
ータとを、夫々、生成・暗号化して記憶し、車両が出口
第１ガントリに設けられた通信装置の通信エリアに入っ
たときに、その通信装置から周期的に送信される第１パ
イロット信号により起動して、入り口パイロット応答信
号と同様に構成された第１パイロット応答信号を送信
し、その後、出口第１ガントリの通信装置から送信され
てくる、応答コード，乱数Ｒ３，暗号鍵番号Ｋｃからな
る路上機認証メッセージを受信して、入り口データを送
信し、更にその後路上機側通信装置から送信されてくる
データ読み出し信号を受信して、第１リードデータを送
信し、一方、出口第１ガントリの通信装置では、この第
１リードデータを受信すると、前記実施例の第１ライト
データに、入り口ガントリ通過後の走行時間又は出口番
号からなる課金用データを追加した第１ライトデータを
送信し、その後、エンド信号及びエンドアック信号の送
受信を行い、データ通信を完了するように構成する。

【０１５３】また次に、車両が出口第１ガントリを通過
した後は、図１２に示したように、車載機１０側にて、
出口第２ガントリを通過する際に送信すべきデータとし
て、前記実施例の第２リードデータと同様のデータを生
成・暗号化して記憶し、車両が出口第２ガントリに設け
られた通信装置の通信エリアに入ると、その通信装置と
車載機１０との間で、前記実施例の第２ガントリ４０通
過の際と同様のデータ通信を行い、その後、通信結果を
ＩＣカード２に書込むように構成する。

【０１５４】そして、このようにすれば、通行料金を走
行距離に応じて設定するシステムでも、走行時間に応じ
て設定するシステムでも、有料道路の出口において、Ｉ
Ｃカード２から通行料金を自動徴収することができる。
また、通行料金を走行距離に応じて設定するシステム
と、走行時間に応じて設定するシステムとで異なる点
は、図１６に示す第１ライトデータにおける課金用デー
タを、走行時間にするか或は走行距離が解る出口番号に
するかの点のみであり、車載機と路上機側とで送受信す
るデータの構成及び送受信パターンは、全く同様である
ため、これら両システムで、車載機１０を共用すること
ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の有料道路課金システム全体構成を表
わすブロック図である。

【図２】 車載機の通信回路の構成を表わす電気回路図
である。

【図３】 路上機側通信装置が送信する送信信号を説明
する説明図である。

【図４】 車載機において実行されるカード挿入時処理
を表わすフローチャートである。

【図５】 車載機側にてＩＣカードと暗号化モジュール
との相互認証を行う際の手順を表わす説明図である。

【図６】 第１ガントリに設けられた通信装置にて実行
される通信処理を表わすフローチャートである。

【図７】 第１ガントリに設けられた通信装置と車載機
との間のデータ通信の流れを説明する説明図である。

【図８】 図７に示すデータ通信時に送受信されるデー
タの構成を説明する説明図である。

【図９】 車載機において実行される第１ガントリ通過
処理を表わすフローチャートである。

【図１０】 第２ガントリに設けられた通信装置にて実
行される通信処理を表わすフローチャートである。

【図１１】 第２ガントリに設けられた通信装置と車載
機との間のデータ通信の流れを説明する説明図である。

【図１２】 図１１に示すデータ通信時に送受信される
データの構成を説明する説明図である。

【図１３】 車載機において実行される第２ガントリ通
過処理を表わすフローチャートである。

【図１４】 車載機において実行されるカード抜取時処
理を表わすフローチャートである。

【図１５】 距離又は時間に応じて通行料金を設定する
システムにおいて入り口ガントリにて送受信されるデー
タの構成を説明する説明図である。

【図１６】 距離又は時間に応じて通行料金を設定する
システムにおいて出口第１ガントリにて送受信されるデ
ータの構成を説明する説明図である。

【符号の説明】

２…ＩＣカード １０…車載機 １２…ＩＣカード
ドライブ １４…暗号化モジュール １６…制御装置 １８…
通信回路 １８ａ…アンテナ ２０…路上機 ２２…通信用コ
ントローラ ２６…ローカルコントローラ ２８…撮影用コントロ
ーラ ３０…第１ガントリ ３２，３４…通信装置 ３２ａ，３４ａ…アンテナ ３２ｂ，３４ｂ…暗号化
ユニット ４０…第２ガントリ ４２，４４…通信装置 ４２ａ，４４ａ…アンテナ ５０…管理装置 ５２
…カメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−60237（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−7139（ＪＰ，Ａ) 特表 平10−507022（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−500998（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G07B 15/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の走行路付近に設置された路上機の
   通信エリアに入ると、路上機からの送信信号に応答し
   て、路上機との間で所定データを暗号化した暗号化デー
   タを送受信する車両用通信装置において、所定データが格納されたＩＣカードに対してデータの読
   み出し及び書き込みを行うドライブ手段と、 該ドライブ手段を介してＩＣカードから前記路上機に送
   信すべきデータを読み出し、該データを含む車両側デー
   タを通信用暗号化アルゴリズムにより暗号化して、該暗
   号化データを前記路上機への送信データとして記憶する
   暗号化手段と、 車両が前記路上機の通信エリアに入って前記路上機から
   の送信信号を受信すると、前記路上機との間のデータ通
   信を開始し、前記暗号化手段にて暗号化され記憶された
   送信データを路上機側に送信すると共に、路上機側から
   送信されてきた暗号化データを受信して記憶する通信手
   段と、 該通信手段にて受信され記憶された路上機側からの暗号
   化データを通信用暗号化アルゴリズムによって復号化す
   ると共に、該復号化した受信データに基づき前記ドライ
   ブ手段を介してＩＣカードに通信結果を書き込む復号化
   手段と、 を備え、前記復号化手段は、前記ＩＣカードへの通信結
   果の書き込みを、前記暗号化手段及び復号化手段におい
   て送信データの暗号化及び受信データの復号化に使用さ
   れる通信用暗号化アルゴリズムとは異なるカード用暗号
   化アルゴリズムにて暗号化した暗号化データにて行うこ
   とを特徴とする車両用通信装置。
2. 【請求項２】 前記ドライブ手段は、前記ＩＣカードを
   着脱自在に装着可能であり、前記暗号化手段は、該ドラ
   イブ手段にＩＣカードが装着されると、前記ドライブ手
   段を介してＩＣカードから前記路上機に送信すべきデー
   タを読み出し、該データを含む車両側データを暗号化す
   ることを特徴とする請求項１記載の車両用通信装置。
3. 【請求項３】 前記暗号化手段は、送信すべきデータの
   暗号化を前記通信エリアへの侵入前に行ない、前記復号
   化手段は、受信した暗号化データの復号化を路上機との
   データ通信完了後に行うことを特徴とする請求項１又は
   請求項２記載の車両用通信装置。
4. 【請求項４】 前記ドライブ手段にＩＣカードが装着さ
   れると、前記暗号化手段が前記送信データを生成する前
   に、所定の認証用データを用いてＩＣカードと当該装置
   との間で互いに正常な装置であるかを確認する相互認証
   を実行させ、該認証結果を路上機に送信すべきデータの
   一つとして、前記暗号化手段に送信データを生成させる
   認証手段を備え、 しかも該認証手段は、前記ＩＣカードとの間でやり取り
   する認証用データとして、前記カード用暗号化アルゴリ
   ズムにて暗号化した暗号化データを用いること特徴とす
   る請求項１〜請求項３何れか記載の車両用通信装置。
5. 【請求項５】 前記通信用暗号化アルゴリズムは、前記
   カード用暗号化アルゴリズムに比べてデータを高速に暗
   号化可能な暗号化アルゴリズムであることを特徴とする
   請求項１〜請求項４何れか記載の車両用通信装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５いずれか記載の車両
   用通信装置において、更に、当該装置の動作或は送信す
   べきデータの異常を判定する異常判定手段を備え、該異
   常判定手段にて異常が判断されると、前記送信データに
   その旨を表わすエラーデータを付与し、路上機とのデー
   タ通信により当該装置側の異常を路上機側に報知するよ
   う構成してなることを特徴とする車両用通信装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６いずれか記載の車両
   用通信装置からなる車載機と、該車載機を搭載した車両
   が走行可能な走行路付近に設置された路上機とにより構
   成され、該路上機側にて、車載機との間で暗号化データ
   を用いたデータ通信を行うことにより、該路上機の通信
   エリアに侵入した車両又は車両乗員を特定して所定の処
   理を行う走行車両監視システムであって、 車載機及び路上機において夫々送信すべきデータを暗号
   化する暗号化手段は、該データの一部を暗号化し、送信
   データとして、暗号文と暗号化されていない平文とが混
   在した暗号化データを生成することを特徴とする走行車
   両監視システム。
8. 【請求項８】 請求項１〜請求項６いずれか記載の車両
   用通信装置からなる車載機と、該車載機を搭載した車両
   が走行可能な走行路付近に設置された路上機とにより構
   成され、該路上機側にて、車載機との間で暗号化データ
   を用いたデータ通信を行うことにより、該路上機の通信
   エリアに侵入した車両又は車両乗員を特定して所定の処
   理を行う走行車両監視システムであって、 路上機において車載機との間でデータ通信を行う路上機
   側通信手段は、当該路上機の通信エリア内に前記車載機
   を搭載した車両がいない通常時には、車載機起動用のパ
   イロット信号を周期的に送信し、該パイロット信号送信
   時に該パイロット信号を受信した車載機側から応答信号
   が送信され、該応答信号を受信すると、前記パイロット
   信号の送信を停止して、該応答信号を送信してきた車載
   機との間でデータ通信を行い、該データ通信が完了する
   と、その旨を表わす通信完了信号を送信して、前記パイ
   ロット信号の送信を再開するよう構成され、 車載機において路上機との間でデータ通信を行う車載機
   側通信手段は、前記パイロット信号を受信すると前記路
   上機に応答信号を送信して、前記路上機との間のデータ
   通信を開始し、該データ通信の完了後は、前記通信完了
   信号を受信してデータ通信の完了を確認するように構成
   され、 しかも、前記路上機側通信手段は、車載機とのデータ通
   信完了時に、前記通信完了信号に続けて前記パイロット
   信号を送信することを特徴とする走行車両監視システ
   ム。
9. 【請求項９】 前記路上機側通信手段は、パイロット信
   号又は送信データを送信した後、所定期間、無変調の搬
   送波を送信し、前記車載機側通信手段は、前記路上機側
   から送信されてくる搬送波を前記応答信号又は送信デー
   タに応じて変調することにより、路上機側に応答信号及
   び送信データを送信するよう構成され、 しかも、前記車載機側通信手段は、前記データ通信の完
   了後、前記路上機側からの通信完了信号を受信できない
   ときには、前記路上機側通信手段からの搬送波を利用し
   て、前記路上機側に通信完了信号の要求信号を送信する
   ことを特徴とする請求項８記載の走行車両監視システ
   ム。
10. 【請求項１０】 請求項７〜請求項９いずれか記載の走
    行車両監視システムにおいて、 前記路上機は、有料道路の入り口又は出口に配設され、
    前記車載機とのデータ通信により車載機側から送信され
    てくる通行料金の支払情報を表わす暗号化データを復号
    化し、該支払情報に従い通行料金を徴収すると共に、該
    料金徴収結果を暗号化して車載機側に送信する料金徴収
    用路上機であり、 前記車載機は、前記路上機とのデータ通信により前記支
    払情報を暗号化して前記路上機に送信し、その後前記路
    上機から送信されてくる前記料金徴収結果を表わす暗号
    化データを復号化して記憶する通行料金支払用車載機で
    あり、 しかも、前記車載機−路上機間でのデータ通信に使用さ
    れるデータ構成を、前記通行料金の徴収形態にかかわら
    ず全て共通にしてなることを特徴とする走行車両監視シ
    ステム。