JP5219279B2 - 移動体側通信装置、路側通信装置、それらの装置を備える通信システム及びそれらの装置間の通信方法、並びに情報収集方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体側通信装置、路側通信装置、それらの装置を備える通信システム及びそれらの装置間の通信方法、並びに情報収集方法に関し、より詳細には、移動体側通信装置と路側通信装置との間の秘匿通信に関する。

無線通信システムにおける従来技術として、ユーザの秘匿性を確保する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、（ａ）各無線端末のＭＡＣアドレスを利用して無線接続ノードにおいて臨時アドレスセットを生成し、該当する無線端末に伝送する段階と、（ｂ）前記臨時アドレスセットから選択される臨時アドレスをソースアドレスまたは目的地アドレスに使用して各無線端末と前記無線接続ノード間のデータパケット伝送を行う段階と、を含むことを特徴とする方法の発明が開示されている。
特開２００４−４０８０６号公報

しかしながら、上述の従来技術では、無線端末と無線接続ノードとを最初に接続する際に、無線端末は自身のＭＡＣアドレスをソースアドレスとする接続要請メッセージを無線接続ノードに伝送する必要があるため、そのＭＡＣアドレスが傍受されると、ユーザの秘匿性を確保することができない。

そこで、本発明は、移動体側通信装置と路側通信装置との間の通信の秘匿性が向上した、移動体側通信装置、路側通信装置、それらの装置を備える通信システム及びそれらの装置間の通信方法、並びに情報収集方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る移動体側通信装置は、
路側通信装置とデータを送受する移動体側通信装置であって、
前記路側通信装置自体又はその構成装置の識別情報を受信する受信手段と、
前記路側通信装置に送信するデータに付与する不定の送信元情報を生成する生成手段と、
前記送信元情報の生成に必要とされたデータを前記受信手段によって受信された識別情報を用いて暗号化する暗号化手段と、
前記生成手段によって生成された不定の送信元情報が付与されたデータであって前記暗号化手段によって暗号化されたデータを前記路側通信装置に送信する送信手段と、を備えることを特徴とする。

第２の発明に係る路側通信装置は、
移動体側通信装置とデータを送受する路側通信装置であって、
該路側通信装置自体又はその構成装置の識別情報を前記移動体側通信装置に送信する送信手段と、
不定の送信元情報が付与された前記移動体側通信装置からの送信データを受信する受信手段とを備え、
前記受信手段は、前記不定の送信元情報の生成に必要とされたデータであって前記識別情報を用いて暗号化されたデータを受信する、ことを特徴とする。

第３の発明に係る通信システムは、
前記移動体側通信装置から前記路側通信装置への送信データに付与される送信元情報は定期的に生成されるとともに、該送信元情報の生成に必要とされたデータは前記路側通信装置自体又はその構成装置の識別情報を用いて暗号化されて前記送信データとして送信されることを特徴とする。

第４の発明に係る通信方法は、
移動体側通信装置と路側通信装置との間における通信方法であって、
前記移動体側通信装置から前記路側通信装置への送信データに付与すべき送信元情報を定期的に生成する生成ステップと、
前記送信元情報の生成に必要とされたデータを、前記路側通信装置から送信された該路側通信装置自体又はその構成装置の識別情報を用いて暗号化する暗号化ステップと、
前記暗号化されたデータを含む前記送信データに前記生成された送信元情報を付与する付与ステップと、を備えることを特徴とする。

第５の発明に係る情報収集方法は、
路側通信装置を介して、移動体側通信装置から情報を収集する情報収集方法であって、
前記路側通信装置又はその構成装置の識別情報の送信を行う送信ステップと、
不定の送信元情報が付与された前記移動体側通信装置からの送信データの受信を行う受信ステップとを備え、
前記受信ステップは、
セッションキーと前記不定の送信元情報の生成に必要とされたデータとが前記識別情報を用いて暗号化されたものを前記送信データとして受信する第１の受信ステップと、
前記セッションキーを用いて暗号化されたデータを前記送信データとして受信する第２の受信ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、移動体側通信装置と路側通信装置との間の通信の秘匿性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明に係る通信システムの一実施形態である路車間通信システムの概略構成図である。路車間通信システムは、移動体である車両に搭載される移動体側通信装置（車載機１０）と路側に点在する基地局に備えられた路側通信装置（路側機２０）との間で通信を行うシステムである。路車間通信システムは、路側機２０が取得又は有する情報を車載機１０に送信したり、車載機１０が取得又は有する情報を路側機２０に送信したりすることによって、その送受された情報に基づく協調制御などの様々な制御を行うことを可能にするものである。

路車間通信システムは、例えば、電波ビーコンや光ビーコン等のビーコンを使って、路側機２０との通信が成立する全ての車両に同じ情報（例えば、停止車両、低速車両及び歩行者の有無、路面状態、道路形状情報、渋滞情報、信号情報）を与える同報通信を行ったり、個々の車両へ情報を与える個別通信を行ったりすることが可能である。具体的には、路側機２０が信号機の信号情報などの交通情報を車載機１０に送信することによって、車両に制動動作を行わせたり、ドライバーに対して進行方向の交差点の信号が赤信号であることを知らせたりすることができるようになる。また、有線又は無線の通信網４０を介して路側機２０と接続されるサーバー３０（例えば、ディーラーや情報管理センターなどの施設に設置）が、車載機１０を介して各車両の位置情報やプローブ情報などの車両情報を取得した路側機２０から当該車両情報を収集することによって、サーバー３０側で存在位置などの各車両の状況の把握が可能となる。サーバー３０は、それらの収集した情報に基づいて、渋滞情報などの提供すべき情報を生成し、路側機２０を介して、車載機１０を備える各車両に対しその提供情報を伝達することができるようになる。

路車間通信システムの通信規格として、例えば、イーサネット（登録商標）が使われる。図２は、イーサネットのフレーム構造を示した図である。イーサネットフレームは、フレームの送信開始を認識させて同期をとるための６４ビットのプリアンブルと、デスティネーションアドレスとして宛先のＭＡＣアドレス（Media Access Control address）を格納する６バイトのデスティネーションアドレスフィールドｄｓｔと、ソースアドレスとして送信元のＭＡＣアドレスを格納する６バイトのソースアドレスフィールドｓｒｃと、イーサネットのタイプを設定する２バイトのタイプフィールドと、４６バイトから１５００バイトまでのデータペイロードを格納可能なデータフィールドと、フレームエラーを検出するためのＣＲＣ値を設定する４バイトのＦＣＳフィールドとを有している。

ところが、車載機１０等の移動体に搭載される通信装置が路側機２０等の基地局に位置情報などの車両情報を提供するアプリケーションにおいて、車載機１０又はその車載機１０の構成部品（以下、「車載機１０」とまとめて記載）のイーサネットインターフェイス部に付与されたＭＡＣアドレスなどの自身の識別情報（ＩＤ）をそのまま用いて通信を行うと、データフィールドに格納されたデータを暗号化によって秘匿していたとしても当該ＩＤが秘匿されない限り、当該ＩＤの傍受によって当該移動体の行動を第三者に捕捉されるおそれがあり、プライバシーの侵害が起こり得る。特に、データフィールドに格納されたデータを秘匿しても、ＭＡＣアドレスは秘匿されない。

そこで、本実施形態の路車間通信システムでは、定期的に（例えば、車載機１０から路側機２０に送信するパケット単位に、また例えば、所定の時間間隔毎に）車載機１０の送信データに送信元を示す情報として付与されるＭＡＣアドレスを使い捨て、データペイロードを路側機２０の固有のＭＡＣアドレスに基づいて得られる当該路側機の識別情報で暗号化する。つまり、車載機１０のＭＡＣアドレスを不定のままとする。

ここで、「識別情報で暗号化する」とはＩＤベース暗号を意味するものである。このＩＤベース暗号は、受信者が自分のＩＤに対応する秘密鍵を第三者から予め取得し、送信者は第三者の公開鍵と受信者のＩＤとに基づいてメッセージを暗号化し、受信者はその秘密鍵を用いて暗号メッセージを復号する方式の総称である。

図２において、ＭＡＣアドレスの上位２４ビットにはＩＥＥＥが管理するベンダ毎の固有のコード（ベンダコード）が割り当てられており、各ベンダは残りの下位２４ビットを任意に設定することができる。そこで、本実施形態の路側通信システムでは、デスティネーションアドレスフィールドｄｓｔやソースアドレスフィールドｓｒｃに路側機２０のＭＡＣアドレスを割り当てる場合には、その下位２４ビットには路側機２０毎に割り当てられたシリアルナンバー等の個体番号を設定する。これにより、送信元又は送信先としての路側機２０を特定することができる。一方、デスティネーションアドレスフィールドｄｓｔやソースアドレスフィールドｓｒｃに車載機１０のＭＡＣアドレスを割り当てる場合には、その下位２４ビットには乱数を設定する。これにより、本来個々に固有のＭＡＣアドレスを秘匿して、送信元又は送信先としての車載機１０の行動が捕捉されにくくすることができる。

図３は、車載機１０と路側機２０と間のデータの送受手順を説明するための図である。

手順（１）：
路側機は、ｓｒｃに自身のＭＡＣアドレスを設定し、ブロードキャストアドレスにするためにｄｓｔに全て“１”を設定することによって、イーサネットフレームを受信可能な各車載機に対して、自身のＭＡＣアドレスを伝達する。

手順（２）：
路側機から当該路側機のＭＡＣアドレスを受信した各車載機は、各車載機に共通の所定の規則に従って、当該路側機に関しての識別情報（以下、「路側機ＩＤ」という）を取得する。例えば、当該ＭＡＣアドレスに４８８ビットの規定値を足すことによって、当該路側機に関しての５１２ビットの路側機ＩＤを取得する。なお、路側機ＩＤについては、要求される秘匿性に応じて、任意のビット数に伸長又は短縮してもよい（例えば、１０２４ビットに伸長）。

手順（３）：
車載機が路側機に車両情報を送信する場合、車載機に備えられた乱数発生器によって、使い捨てＭＡＣアドレスＡｎが生成される。乱数発生器は、乱数生成関数ｆｕｎｃを備え、乱数を生成するための基準データrandom_seedが乱数発生関数ｆｕｎｃに代入されることによって、２４ビットの乱数を発生させる。この乱数に基づいて車載機の使い捨てＭＡＣアドレスＡｎの下位２４ビットが決定される。なお、上述の通り、使い捨てＭＡＣアドレスＡｎの上位２４ビットは固有値である。

使い捨てＭＡＣアドレスＡｎは、例えば、車載機から路側機に送信されるパケット毎に更新される（Ａ１：１回目の送信パケット、Ａ２：２回目の送信パケット，以後同様）。したがって、下記の漸化式
Ａｎ＋１＝ｆｕｎｃ（Ａｎ） （ｎは１以上の整数） ・・・（１）
Ａ１＝random_seed ・・・（２）
で表すことができる。

手順（４）：
路側機からブロードキャストパケットを受信した車載機は、最初の送信パケットとして、
ｓｒｃ＝Ａ１
ｄｓｔ＝路側機のＭＡＣアドレス （手順（１）で取得済）
ペイロード＝｛継続識別子ｐ１＋セッションキーと基準データrandom_seed｝
を路側機ＩＤで暗号化したもの
と設定されたパケットを当該路側機に送信する。車載機は、セッションキーと基準データrandom_seedを、例えば乱数に基づき生成する。ここで、継続識別子ｐ１は、最初の送信パケットであることを示す。

手順（５）：
最初の送信パケットを送信した車載機は、送信データが１パケットで終わる場合は継続識別子をｐ２に設定し、複数のパケットを連続して送信する場合はｐ３に設定し、最後の送信パケットの場合はｐ２に設定して、
ｓｒｃ＝Ａｎ（複数のパケットが連続している場合には式（１）（２）に従って更新）
ｄｓｔ＝路側機ＭＡＣアドレス
ペイロード＝｛継続識別子ｐ２又はｐ３，ｎ，上位プロトコルで送信したいデータ｝
をセッションキーで暗号化したもの
と設定されたパケットを当該路側機に送信する。ｎは送信回数を示す。また、上位プロトコルで送信したいデータとは、例えば上述の車両情報である。

手順（６）：
ソースアドレスとして不定の使い捨てＭＡＣアドレスＡｎを受信した路側機は、秘密キーを使って暗号化されたデータを復号することによって、各車両の車両情報を取得することができる。また、秘密キーを使って暗号化されたデータを復号することによって、セッションキーや基準データrandom_seedを取得することができる。そして、当該路側機は、
ｓｒｃ＝自身の路側機ＭＡＣアドレス
ｄｓｔ＝Ａｎ（複数のパケットが連続している場合には式（１）（２）に従って更新）
ペイロード＝｛継続識別子＋上位プロトコルで送信したいデータ｝
をセッションキーで暗号化したもの
と設定されたパケットを当該車載機に応答する。路側機は、車載機と同一の乱数発生器を有しているので、復号により取得された基準データrandom_seedに基づき、データを送信してきた車載機の使い捨てＭＡＣアドレスＡｎを生成することができる（手順（３）参照）。また、路側機が送信するペイロードに含まれる継続識別子は、車載機が送信するペイロードに含まれる上述の継続識別子と同様である。また、路側機が送信するペイロードに含まれる上位プロトコルで送信したいデータとは、路側機が車載機に提供すべき情報や指示すべき情報であって、特に限定されるものではない。さらに、路側機は、サーバー３０に各車両から得た情報を伝達し、その情報伝達を受けたサーバー３０からの情報に基づき、車載機に提供すべき情報や指示すべき情報を送信してもよい。

そして、当該路側機からの応答を受けた車載機は、路側機の持つセッションキーで暗号化されたデータを車載機の持つセッションキーで復号することにより、その内容を解読することができる。

このように、上述の実施例によれば、車載機のＭＡＣアドレスの秘匿性を確保したまま、路側機と車載機との間の通信をすることができる。また、上述の実施例によれば、すでにＩＰ／イーサネットを前提として作られたシステムに対して、標準のイーサネットフレームに対して互換性のある形式のまま、イーサネットドライバー以下を変更するだけで適用することが可能となる。つまり、イーサネットの持つ信頼性の維持や設計工数の削減をしつつ、通信の秘匿性を確保することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本発明の実施形態として路車間通信システムを例に挙げて説明したが、本発明の実施形態は本システムに限られるものではない。例えば、移動体を歩行者とみなして当該歩行者が所持する携帯端末を車載機とみなせば、当該携帯端末が歩行者の位置情報等の個人情報を基地局に提供するアプリケーションシステムにおいても、上述と同様に適用することができる。

本発明に係る通信システムの一実施形態である路車間通信システムの概略構成図である。 イーサネットのフレーム構造を示した図である。 車載機１０と路側機２０と間のデータの送受手順を説明するための図である。

１０ 車載機
２０ 路側機
３０ サーバー
４０ 通信網

Claims (17)

1. 路側通信装置とデータを送受する移動体側通信装置であって、
   前記路側通信装置自体又はその構成装置の識別情報を受信する受信手段と、
   前記路側通信装置に送信するデータに付与する不定の送信元情報を生成する生成手段と、
   前記送信元情報の生成に必要とされたデータを前記受信手段によって受信された識別情報を用いて暗号化する暗号化手段と、
   前記生成手段によって生成された不定の送信元情報が付与されたデータであって前記暗号化手段によって暗号化されたデータを前記路側通信装置に送信する送信手段と、を備えることを特徴とする、移動体側通信装置。
2. 前記生成手段は、前記送信元情報を乱数に基づいて生成する、請求項１に記載の移動体側通信装置。
3. 前記生成手段は、前記送信手段の送信データを構成するイーサネットフレーム内のソースアドレスフィールドの下位２４ビットを乱数に基づいて生成する、請求項２に記載の移動体側通信装置。
4. 移動体側通信装置とデータを送受する路側通信装置であって、
   該路側通信装置自体又はその構成装置の識別情報を前記移動体側通信装置に送信する送信手段と、
   不定の送信元情報が付与された前記移動体側通信装置からの送信データを受信する受信手段とを備え、
   前記受信手段は、前記不定の送信元情報の生成に必要とされたデータであって前記識別情報を用いて暗号化されたデータを受信する、ことを特徴とする、路側通信装置。
5. 前記不定の送信元情報をデスティネーションアドレスとしてデータを送信する、請求項４に記載の路側通信装置。
6. 前記デスティネーションアドレスは、イーサネットフレーム内のデスティネーションアドレスフィールドに格納される、請求項５に記載の路側通信装置。
7. 前記移動体側通信装置からの送信データに基づき得られた情報をサーバーに伝達する伝達手段を備える、請求項４から６のいずれか１項に記載の路側通信装置。
8. 移動体側通信装置と路側通信装置とを備える通信システムであって、
   前記移動体側通信装置から前記路側通信装置への送信データに付与される送信元情報は定期的に生成されるとともに、該送信元情報の生成に必要とされたデータは前記路側通信装置自体又はその構成装置の識別情報を用いて暗号化されて前記送信データとして送信されることを特徴とする、通信システム。
9. 前記送信元情報は、乱数に基づいて生成される、請求項８に記載の通信システム。
10. 前記送信データを構成するイーサネットフレーム内のソースアドレスフィールドの下位２４ビットが乱数に基づいて生成される、請求項９に記載の通信システム。
11. 前記路側通信装置を介して、前記送信データに基づき得られる情報を収集するサーバーを備える、請求項８から１０のいずれか１項に記載の通信システム。
12. 移動体側通信装置と路側通信装置との間における通信方法であって、
    前記移動体側通信装置から前記路側通信装置への送信データに付与すべき送信元情報を定期的に生成する生成ステップと、
    前記送信元情報の生成に必要とされたデータを、前記路側通信装置から送信された該路側通信装置自体又はその構成装置の識別情報を用いて暗号化する暗号化ステップと、
    前記暗号化されたデータを含む前記送信データに前記生成された送信元情報を付与する付与ステップと、を備えることを特徴とする、通信方法。
13. 前記生成ステップにおいて、前記送信元情報は乱数に基づいて生成される、請求項１２に記載の通信方法。
14. 前記生成ステップにおいて、前記送信データを構成するイーサネットフレーム内のソースアドレスフィールドの下位２４ビットが乱数に基づいて生成される、請求項１３に記載の通信方法。
15. 路側通信装置を介して、移動体側通信装置から情報を収集する情報収集方法であって、
    前記路側通信装置又はその構成装置の識別情報の送信を行う送信ステップと、
    不定の送信元情報が付与された前記移動体側通信装置からの送信データの受信を行う受信ステップとを備え、
    前記受信ステップは、
    セッションキーと前記不定の送信元情報の生成に必要とされたデータとが前記識別情報を用いて暗号化されたものを前記送信データとして受信する第１の受信ステップと、
    前記セッションキーを用いて暗号化されたデータを前記送信データとして受信する第２の受信ステップとを含むことを特徴とする、情報収集方法。
16. 前記不定の送信元情報は、乱数に基づいて生成される、請求項１５に記載の情報収集方法。
17. 前記送信データを構成するイーサネットフレーム内のソースアドレスフィールドの下位２４ビットが乱数に基づいて生成される、請求項１６に記載の情報収集方法。