JP4228291B2

JP4228291B2 - セキュリティ通信方法及びこれを用いた装置

Info

Publication number: JP4228291B2
Application number: JP2003293284A
Authority: JP
Inventors: 和紀宮澤
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-08-14
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2023-08-14
Also published as: JP2005064928A

Description

本発明は、ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet Protocol：以下単にＴＣＰ／ＩＰと呼ぶ。）環境下でパケットの暗号化と認証を行うセキュリティ通信プロトコルであるＩＰｓｅｃ（IP Security Architecture：以下、単にＩＰｓｅｃと呼ぶ。）を用いたセキュリティ通信方法に関し、特にＩＰｖ６（Internet Protocol Version 6：以下、単にＩＰｖ６と呼ぶ。）のアドレス体系を用いた場合であっても、端末の移動に起因するＩＰｖ６アドレスの変化に関わりなくＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行うことが可能なセキュリティ通信方法及びこれを用いた装置に関する。

従来のＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信方法及びこれを用いた装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００２−０７７２４２号公報特開２００３−０５１８１８号公報特開２００３−１１５８８０号公報

図６はこのような従来のセキュリティ通信方法を用いた装置の一例を示す構成ブロック図である。図６において１及び２はＴＣＰ／ＩＰ環境下で通信を行う機器であるコンピュータ、１００はインターネット等の汎用のネットワークである。

コンピュータ１はネットワーク１００に接続され、コンピュータ２もまたネットワーク１００に接続される。

ここで、図６に示す従来例の動作を説明する。図６中”ＣＭ０１”に示すようにコンピュータ１及びコンピュータ２の間で相互に通信を行う場合、ＩＰｓｅｃを用いて通信するパケットを暗号化して送受信することにより、ネットワーク１００に接続した他のコンピュータ等（図示せず。）から傍受、若しくは、盗聴されることなくセキュアな通信を行うことが可能になる。

但し、ＩＰｓｅｃはＩＰレイヤにおいて暗号化や認証等を行うものであり、実際に送受信するパケットを処理する機能と、パケット処理に必要な鍵を交換する機能とに大きく２つに分類される。

パケットを処理する機能では、パケットを処理するためのルールが必要であり、当該ルールは機器のアドレス、或いは、アドレス空間（これらに加えプロトコルやポート番号等）に対して設定するのが一般的である。

このため、図６に示すような従来例においては、例えば、コンピュータ１のアドレスからコンピュータ２のアドレスへの通信（或いは、コンピュータ２のアドレスからコンピュータ１のアドレスへの通信）に関してはＩＰｓｅｃを適用するルールが設定されることになる。

また、近年使用され始めたＩＰｖ６のアドレス体系ではアドレスを表すためのフィールドを従来（ＩＰｖ４：Internet Protocol Version 4）の３２ビットから１２８ビットに拡張している。

図７はこのようなＩＰｖ６の１２８ビットアドレスの具体例を示す説明図である。図７に示すようにＩＰｖ６では図７中”ＰＸ１１”に示す上位６４ビットがプレフィックスと呼ばれるネットワークの識別子として取り扱われ、図７中”ＩＤ１１”に示す下位６４ビットがインターフェースＩＤと呼ばれる機器（コンピュータや端末等）の識別子として取り扱われる。

しかし、ＩＰｖ６のアドレス体系では機器がネットワーク間を移動した場合に、図７中”ＰＸ１１”に示すプレフィックスが移動先のネットワークに従って変化してしまい、ネットワーク間を移動する機器との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合にはＩＰｖ６アドレスに基づき設定されルールを決めることが極めて困難であり、想定されるＩＰｖ６アドレスを全て設定しておく等しなければならないと言った問題点があった。

図８、図９及び図１０はこのようなネットワーク間を移動する機器との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合の問題点を説明する説明図である。

図８において、３はＴＣＰ／ＩＰ環境下で通信を行う機器であるコンピュータ、４及び５はＴＣＰ／ＩＰ環境下で通信を行う機器であるＰＤＡ（Personal Digital(Data) Assistants）、１０１はインターネット等の汎用のネットワークである。

図８において、コンピュータ３は有線、若しくは、無線によってネットワーク１０１に接続され、ＰＤＡ４及びＰＤＡ５もまた有線、若しくは、無線によってネットワーク１０１に接続される。また、図１０において３，４，１０１及びその他記号等に関しては図８と同一符号を付してある。

図８中”ＣＰ２１”は、例えば、会社内のイントラネット等のネットワーク環境（以下、単に会社のネットワーク環境と呼ぶ。）であり、図８中”ＨＭ２１”は、例えば、自宅のホームＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク環境（以下、単に自宅のネットワーク環境と呼ぶ。）である。

このため、コンピュータ３のＩＰｖ６アドレスの上位６４ビットであるプレフィックスは、例えば、”ＣＰ２１”となり、同様に、会社のネットワーク環境下にあるＰＤＡ４のＩＰｖ６アドレスの上位６４ビットであるプレフィックスもまた”ＣＰ２１”となる。

一方、自宅のネットワーク環境下にあるＰＤＡ５のＩＰｖ６アドレスの上位６４ビットであるプレフィックスは、例えば、”ＨＭ２１”となる。

また、説明の簡単のために、コンピュータ３、ＰＤＡ４及びＰＤＡ５のＩＰｖ６アドレスの下位６４ビットであるインターフェースＩＤはそれぞれ、”ＣＯＭＰ”、”ＰＤＡ４”及び”ＰＤＡ５”とする。

ここで、図８中”ＲＬ２１”及び”ＲＬ２２”に示すようにＰＤＡ４及びＰＤＡ５とコンピュータ３との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合を想定すると、図９中（Ａ）及び（Ｂ）に示すようなルールを設定する必要性がある。

例えば、図９中（Ａ）に示すルールでは、ＩＰｖ６アドレスが”ＣＰ２１：ＰＤＡ４（ここでは、”上位６４ビットアドレス：下位６４ビットアドレス”の表記でＩＰｖ６の１２８ビットアドレスを示すものとする。）”であるＰＤＡ４からＩＰｖ６アドレスが”ＣＰ２１：ＣＯＭＰ”であるコンピュータ３への通信にはＩＰｓｅｃを適用することを示す。

同様に、例えば、図９中（Ｂ）に示すルールでは、ＩＰｖ６アドレスが”ＨＭ２１：ＰＤＡ５”であるＰＤＡ５からＩＰｖ６アドレスが”ＣＰ２１：ＣＯＭＰ”であるコンピュータ３への通信にはＩＰｓｅｃを適用することを示す。

このように、図９中（Ａ）及び（Ｂ）に示すようなＩＰｓｅｃの適用ルールが設定された状況で、図１０中”ＭＶ３１”に示すようにＰＤＡ４が会社のネットワーク環境”ＣＰ２１”から自宅のネットワーク環境”ＨＭ２１”に移動した場合、ＰＤＡ４のＩＰｖ６アドレスは”ＣＰ２１：ＰＤＡ４”から”ＨＭ２１：ＰＤＡ４”に変更、言い換えれば、プレフィックスが接続されるネットワーク環境に応じて”ＣＰ２１”から”ＨＭ２１”に変更されてしまう。

このため、図１０中”ＲＬ２２”に示すようにＰＤＡ４とコンピュータ３との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行おうとした場合、ＰＤＡ４が移動後のＩＰｖ６アドレスでは図９中（Ａ）若しくは（Ｂ）に示すようなルールに適合できないため、図１０中”ＡＤ３１”に示すようにセキュリティ通信を行うことができなくなってしまう。
従って本発明が解決しようとする課題は、端末の移動に起因するＩＰｖ６アドレスの変化に関わりなくＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行うことが可能なセキュリティ通信方法及びこれを用いた装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
パケットの暗号化と認証を行うセキュリティ通信プロトコルを用いたセキュリティ通信方法において、
それぞれの機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づくハッシュ値と１ビットの識別ビットを有するＩＰｖ６アドレスの下位６４ビットのインターフェースＩＤを生成し、前記インターフェースＩＤを用いて前記機器間の前記セキュリティ通信プロトコルの適用ルールを設定することにより、端末の移動に起因するＩＰｖ６アドレスの変化に関わりなくＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行うことが可能になる。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明であるセキュリティ通信方法において、
前記インターフェースＩＤ内に、
１ビットのランダムビットを追加し、同一のネットワーク環境下で前記インターフェースＩＤが重複してしまった場合に、前記ランダムビットを変更することにより、重複した機器を区別することができる。

請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明であるセキュリティ通信方法において、
暗号・認証のパラメータを動的に生成して交換する自動鍵交換のプロトコルを用いることにより、鍵交換が可能になる。

請求項４記載の発明は、
請求項３記載の発明であるセキュリティ通信方法において、
前記機器を一意に定義することが可能なＩＤと自動鍵交換の前記プロトコルで使用するＩＤとを同一にすることにより、相手の認証をすることが可能になる。

請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明であるセキュリティ通信方法において、
前記機器を一意に定義することが可能なＩＤが、
前記機器のシリアル番号、ユーザのＩＤ、ＦＱＤＮ、若しくは、公開鍵証明書の識別名であることにより、端末の移動に起因するＩＰｖ６アドレスの変化に関わりなくＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行うことが可能になる。

請求項６記載の発明は、
パケットの暗号化と認証を行うセキュリティ通信プロトコルを用いたセキュリティ通信方法を用いた装置において、
ネットワークに接続され機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づくハッシュ値と１ビットの識別ビットを有するＩＰｖ６アドレスの下位６４ビットのインターフェースＩＤが生成された第１の機器と、ネットワークに接続され機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づくハッシュ値と１ビットの識別ビットを有するＩＰｖ６アドレスの下位６４ビットのインターフェースＩＤが生成された第２の機器とを備え、前記インターフェースＩＤを用いて前記第１の機器と前記第２の機器との間の前記セキュリティ通信プロトコルの適用ルールを設定したことにより、端末の移動に起因するＩＰｖ６アドレスの変化に関わりなくＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行うことが可能になる。

請求項７記載の発明は、
請求項６記載の発明であるセキュリティ通信方法を用いた装置において、
前記インターフェースＩＤ内に、
１ビットのランダムビットを追加し、同一のネットワーク環境下で前記インターフェースＩＤが重複してしまった場合に、前記ランダムビットを変更することにより、重複した機器を区別することができる。

請求項８記載の発明は、
請求項６若しくは請求項７記載の発明であるセキュリティ通信方法を用いた装置において、
暗号・認証のパラメータを動的に生成して交換する自動鍵交換のプロトコルを用いることにより、鍵交換が可能になる。

請求項９記載の発明は、
請求項８記載の発明であるセキュリティ通信方法を用いた装置において、
前記機器を一意に定義することが可能なＩＤと自動鍵交換の前記プロトコルで使用するＩＤとを同一にすることにより、相手の認証をすることが可能になる。

請求項１０記載の発明は、
請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の発明であるセキュリティ通信方法を用いた装置において、
前記機器を一意に定義することが可能なＩＤが、
前記機器のシリアル番号、ユーザのＩＤ、ＦＱＤＮ、若しくは、公開鍵証明書の識別名であることにより、端末の移動に起因するＩＰｖ６アドレスの変化に関わりなくＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行うことが可能になる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，５，６及び請求項１０の発明によれば、機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づき生成した６０ビットのハッシュ値と１ビットの識別ビットを有する６４ビットのインターフェースＩＤを生成して、当該インターフェースＩＤを用いてＩＰｓｅｃの適用ルールを設定することにより、端末の移動に起因するＩＰｖ６アドレスの変化に関わりなくＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行うことが可能になる。

また、請求項２及び請求項７の発明によれば、同一のネットワーク環境下でインターフェースＩＤが重複してしまった場合に、ランダムビットを変更（”０”から”１”、若しくは、”１”から”０”）することによって重複した機器を区別することができる。

また、請求項３及び請求項８の発明によれば、ＩＫＥ（Internet Key Exchange）という暗号・認証のパラメータを動的に生成して交換する自動鍵交換のプロトコルを用いることにより、鍵交換が可能になる。

また、請求項４及び請求項９の発明によれば、ハッシュ値生成の元になる機器を一意に定義することが可能なＩＤとＩＫＥ（鍵交換）で使用するＩＤと同一にすることによって相手の認証をすることが可能になる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係るＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信方法の一実施例を示す構成ブロック図及びインターフェースＩＤの生成方法を説明する説明図である。また、図３、図４及び図５はネットワーク間を移動する機器との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合を説明する説明図である。

図１において、６はＴＣＰ／ＩＰ環境下で通信を行う機器であるコンピュータ、７はＴＣＰ／ＩＰ環境下で通信を行う機器であるＰＤＡ（Personal Digital(Data) Assistants）、１０２はインターネット等の汎用のネットワークである。

図１において、コンピュータ６は有線、若しくは、無線によってネットワーク１０２に接続され、ＰＤＡ７もまた有線、若しくは、無線によってネットワーク１０２に接続される。また、図４及び図５において６，７，１０２及びその他記号等に関しては図１と同一符号を付してある。

図１中”ＣＰ４１”は、例えば、会社内のイントラネット等のネットワーク環境（以下、単に会社のネットワーク環境と呼ぶ。）であり、図１中”ＨＭ４１”は、例えば、自宅のホームＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワーク環境（以下、単に自宅のネットワーク環境と呼ぶ。）である。

一方、図２中”ＩＤ５１”に示す６４ビットのインターフェースＩＤのうち図２中”ＨＡ５１”に示す上位６０ビットは機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づき生成したハッシュ値、図２中”ＤＳ５１”に示す１ビットは識別ビット、図２中”ＲＢ５１”に示す１ビットはランダムビットである。ここで、機器を一意に定義することが可能なＩＤとしては、例えば、機器のシリアル番号やユーザのＩＤ等何であっても構わない。

このように生成した図２中”ＩＤ５１”に示すインターフェースＩＤと図２中”ＰＸ５１”に示すネットワーク環境によって定義されるプレフィックスとによりＩＰｖ６アドレスを決定する。

そして、図３中”ＲＬ６１”に示すようにＰＤＡ７とコンピュータ６との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合を想定すると、図４中（Ａ）に示すようなルールを設定する。

但し、ＩＰｓｅｃ適用のルールを設定する場合には、ＩＰｖ６アドレスの全１２８ビットを用いるのではなく、先に生成したハッシュ値等を含む下位６４ビット（６３ビット+ランダムビット）を用いてルールを設定する。言い換えれば、ネットワーク環境に依存するプレフィックスは除外される。

例えば、図４中（Ａ）に示すルールではＩＰｖ６アドレスの下位６４ビットが”Ｈａｓｈ１”であるＰＤＡ７からＩＰｖ６アドレスの下位６４ビットが”Ｈａｓｈ２”であるコンピュータ６への通信にはＩＰｓｅｃを適用することを示す。

このように、図４中（Ａ）に示すようなＩＰｓｅｃの適用ルールが設定された状況で、図５中”ＭＶ７１”に示すようにＰＤＡ７が会社のネットワーク環境”ＣＰ４１”から自宅のネットワーク環境”ＨＭ４１”に移動した場合、ＰＤＡ７のＩＰｖ６アドレスは”ＣＰ２１：Ｈａｓｈ１”から”ＨＭ２１：Ｈａｓｈ１”に変更、言い換えれば、プレフィックスが接続されるネットワーク環境に応じて”ＣＰ２１”から”ＨＭ２１”に変更される。

しかしながら、図５中”ＲＬ６２”に示すようにＰＤＡ７とコンピュータ６との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行おうとした場合であっても、図４中（Ｂ）は図４中（Ａ）に示すようなルールに同一であるので何らＩＰｓｅｃの適用ルールの設定を変更することなく、ＰＤＡ７は会社のネットワーク環境”ＣＰ４１”の下で設定したＩＰｓｅｃの適用ルールのままで自宅から会社のコンピュータ６に対してセキュリティ通信を行うことができる。

また、実際の暗号化されたパケットの通信等にあたっては、生成された１２８ビットのＩＰｖ６アドレスによってパケット通信が行われることにはついては、従来例の何ら変わりはない。

この結果、機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づき生成した６０ビットのハッシュ値と１ビットの識別ビットを有する６４ビットのインターフェースＩＤを生成して、当該インターフェースＩＤを用いてＩＰｓｅｃの適用ルールを設定することにより、端末の移動に起因するＩＰｖ６アドレスの変化に関わりなくＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行うことが可能になる。

なお、同一のネットワーク環境下でインターフェースＩＤが重複してしまった場合に、図２中”ＲＢ５１"に示すランダムビットを変更（”０”から”１”、若しくは、”１”から”０”）することによって重複した機器を区別することができる。このため、図２中”ＲＢ５１”は必須のビットではなく、６０ビットのハッシュ値と１ビットの識別ビットを有するインターフェースＩＤであれば本願の目的は達成される。

また、図２においては説明の簡単のために、６４ビットのインターフェースＩＤのうち上位６０ビットは機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づき生成したハッシュ値、続く２ビットを識別ビット及びランダムビットとして記載しているが、特に、このビット位置に限定されるものではなく、６０ビットのハッシュ値、各１ビットの識別ビット及びランダムビットが包含される６４ビットのインターフェースＩＤであれば構わない。

また、鍵交換が必要な場合には、ＩＫＥ（Internet Key Exchange）という暗号・認証のパラメータを動的に生成して交換する自動鍵交換のプロトコルを用いることができる。これにより、鍵交換が可能になる。

また、ハッシュ値生成の元になる機器を一意に定義することが可能なＩＤとＩＫＥ（鍵交換）で使用するＩＤと同一にすることによって相手の認証をすることも可能である。

また、機器を一意に定義することが可能なＩＤとしては、機器のシリアル番号やユーザのＩＤ等を例示しているが、そのほか、ＦＱＤＮ（Full Qualified Domain Name）、公開鍵証明書の一規格であるＸ．５０９の識別名（Distinguished Names）等であっても勿論構わない。

本発明に係るＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信方法の一実施例を示す構成ブロック図である。本発明に係るインターフェースＩＤの生成方法を説明する説明図である。ネットワーク間を移動する機器との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合を説明する説明図である。ネットワーク間を移動する機器との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合を説明する説明図である。ネットワーク間を移動する機器との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合を説明する説明図である。従来のセキュリティ通信方法を用いた装置の一例を示す構成ブロック図である。ＩＰｖ６の１２８ビットアドレスの具体例を示す説明図である。ネットワーク間を移動する機器との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合の問題点を説明する説明図である。ネットワーク間を移動する機器との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合の問題点を説明する説明図である。ネットワーク間を移動する機器との間でＩＰｓｅｃを用いたセキュリティ通信を行う場合の問題点を説明する説明図である。

符号の説明

１，２，３，６コンピュータ
４，５，７ＰＤＡ
１００，１０１，１０２ネットワーク

Claims

パケットの暗号化と認証を行うセキュリティ通信プロトコルを用いたセキュリティ通信方法において、
それぞれの機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づくハッシュ値と１ビットの識別ビットを有するＩＰｖ６アドレスの下位６４ビットのインターフェースＩＤを生成し、
前記インターフェースＩＤを用いて前記機器間の前記セキュリティ通信プロトコルの適用ルールを設定することを特徴とする
セキュリティ通信方法。
前記インターフェースＩＤ内に、
１ビットのランダムビットを追加し、同一のネットワーク環境下で前記インターフェースＩＤが重複してしまった場合に、前記ランダムビットを変更することを特徴とする
請求項１記載のセキュリティ通信方法。
暗号・認証のパラメータを動的に生成して交換する自動鍵交換のプロトコルを用いることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載のセキュリティ通信方法。
前記機器を一意に定義することが可能なＩＤと自動鍵交換の前記プロトコルで使用するＩＤとを同一にすることを特徴とする
請求項３記載のセキュリティ通信方法。
前記機器を一意に定義することが可能なＩＤが、
前記機器のシリアル番号、ユーザのＩＤ、ＦＱＤＮ、若しくは、公開鍵証明書の識別名であることを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセキュリティ通信方法。
パケットの暗号化と認証を行うセキュリティ通信プロトコルを用いたセキュリティ通信方法を用いた装置において、
ネットワークに接続され機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づくハッシュ値と１ビットの識別ビットを有するＩＰｖ６アドレスの下位６４ビットのインターフェースＩＤが生成された第１の機器と、
ネットワークに接続され機器を一意に定義することが可能なＩＤに基づくハッシュ値と１ビットの識別ビットを有するＩＰｖ６アドレスの下位６４ビットのインターフェースＩＤが生成された第２の機器とを備え、
前記インターフェースＩＤを用いて前記第１の機器と前記第２の機器との間の前記セキュリティ通信プロトコルの適用ルールを設定したことを特徴とする
装置。
前記インターフェースＩＤ内に、
１ビットのランダムビットを追加し、同一のネットワーク環境下で前記インターフェースＩＤが重複してしまった場合に、前記ランダムビットを変更することを特徴とする
請求項６記載の装置。
暗号・認証のパラメータを動的に生成して交換する自動鍵交換のプロトコルを用いることを特徴とする
請求項６若しくは請求項７記載の装置。
前記機器を一意に定義することが可能なＩＤと自動鍵交換の前記プロトコルで使用するＩＤとを同一にすることを特徴とする
請求項８記載の装置。
前記機器を一意に定義することが可能なＩＤが、
前記機器のシリアル番号、ユーザのＩＤ、ＦＱＤＮ、若しくは、公開鍵証明書の識別名であることを特徴とする
請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の装置。