JP5467574B2 - ＥＰＯＮ（１ＧＥＰＯＮと１０ＧＥＰＯＮ）ネットワークにおけるＩＥＥＥ８０２．１ＡＥと８０２．１ａｆセキュリティの実行方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信ネットワーク上でのデータ伝送の安全性を確保する方法に関する。

通信ネットワーク（特にＥＰＯＮ）上でデータ伝送の安全を確保する様々な方法とシステムがある。これ等の方法とシステムは、セキュリティ標準例えばＭＡＣｓｅｃ（Medium Access Control security）の標準を改善して行っている。これ等の標準は、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers,Inc.,）により発行されたＩＥＥＥ ８０２．１ＡＥと８０２．１ａｆの標準に、記載されている。

図１にＥＰＯＮ１０の例を示す。ＥＰＯＮ１０は、ＯＬＴ１２を有する。このＯＬＴ１２は、１本の共有した光学基幹ファイバ１５を介して、ＥＰＯＮ１０内の通信を調整する。光学スプリッタ１８ａ，１８ｂが、光学基幹ファイバ１５を、個々の分岐ファイバ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇに分ける。これ等の分岐ファイバは、Ｎ＝６個の場合を示すが、ＯＮＵ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆに情報を供給する。これ等のＯＮＵは、ネットワークの加入者である。ＥＰＯＮ１０は、通常受動型と言われる。その理由は、ネットワークの能動要素は、エンドポイント（ＯＬＴ１２とＯＮＵ１４ａ−ｆ）にあり、ＥＰＯＮ１０は、アクセスネットワーク内で能動的な電子部品を必要としないからである。

ＥＰＯＮ１０は、（Ｎ＋１）個の光学トランシーバ（ＯＴ）２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇを使用する。ＥＰＯＮ１０は、現場で電力を必要としない。受信装置のスループットは、幹線リンク上のラインレートにまで高められる。ＥＰＯＮ１０は、下流方向（ＯＬＴ１２から複数のＯＮＵ１４ａ−ｆへ）のブロードキャスト例えばビデオ情報をサポートする。

ＥＰＯＮ１０は、イーサネット標準に基づいて動作する。イーサネット標準により経済的な拡張が可能となり、イーサネットベースの装置で、顧客の構内或いは中央監視局での単純で管理でもって、容易な接続性を提供できる。他の１ギガビットのイーサネット或いは１０ギガビットのイーサネットにおけるのと同様に、ＥＰＯＮは、パケット化したトラフィック（主にアクセス層でのトラフィック）と、時間に敏感な音声と画像トラフィックを搬送する。

ＥＰＯＮ１０は、１本のファイバのポイント ツー マルチポイント（Point to Point Emulation）（Ｐ２ＭＰ）のトポロジーにおいて、完全な二重モード（全ての通信はＯＬＴにより調整され、クラッシュの検出や仲介（ＣＤ／ＣＳＭＡ）を必要としない）で構築される。全ての加入者（ＯＮＵ１４ａ−ｆ）は、ＯＬＴ１２からの全ての下流方向（ＤＳ）トラフィックを見ている。ＯＬＴ１２への上流方向（ＵＳ）トラフィックは、他の加入者（ＯＮＵ１４ｂ−ｆ）は見ることはできない。ピアツーピアの通信が、ＯＬＴ１２を介して行われる。ＯＬＴ１２により、一時に一人の加入者が、ＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）プロトコルを用いて送信できる。上流方向と下流方向のトラフィックは、ＷＤＭ（光波長多重通信）を用いて、同時に伝送できる。

ＥＰＯＮ１０は、セキュリティを破壊する試みを導入する。その理由は、下流方向（ＤＳ）データは、放送され全てのＯＮＵ（１４ａ−ｆ）に曝されるからである。これにより、データの盗み読みが可能となる。上流側方向（ＵＳ）に於いて、盗聴者（例えば不正のＯＮＵ）は、パケットを偽造して、別のＯＮＵになりすますことができる。上流方向データは、秘密のものではないと考えられている。その理由は、光学スプリッタ１８ａ，１８ｂで反射され戻って来る光学パワーが低いが、通常の装置で盗聴することができるからである。それ故に、ＥＰＯＮに対するセキュリティスキームを、データの暗号化に基づいて行い、データの認証を行うことが重要である。ＩＥＥＥ８０２．１標準は、レイヤー２（Ｌ２）のセキュリティモデルを規定し、２つの標準仕様書８０２．ｌａｅと８０２．ｌａｆで認証機構を規定している。

１ギガビットのＥＰＯＮに対してはＩＥＥＥ８０２．３ａｈの仕様と、１０ギガビットのＥＰＯＮに対してはＩＥＥＥ８０２．３ａｖの仕様が、ＥＰＯＮシステムを構築するのに必要なＭＰＣＰ（multi-point control protocol ）とＰ２ＰＥ（Point to Point Emulation）を規定する。工業標準のプロトコルは、セキュリティの専門家によりレビューされ、世界的レベルで動作／利用可能である。ＩＥＥＥ８０２．ｌａｅと８０２．ｌａｆは、レイヤー２（Ｌ２）に対する標準化されたセキュリティ・ソリューションである。これは、それ等がＬ２ ＥＰＯＮで転送されたデータに、次の手段によりセキュリティを提供していることを意味する。即ち、パケットのコンテンツが以下の手順で暗号化される。イーサネットのヘッダーからスタートして、メッセージのダイジェストが添付される。ＡＥＳ−ＧＣＭ暗号化と認証アルゴリズムを用いて、ペイロードを暗号化し認証する。１２８ビットのキーを用いて暗号化を実行する。ＯＮＵとＯＬＴとの間のキー・ネゴシエーションが、ＩＥＥＥ８０２．ｌａｆキー交換プロトコルを介して行われる。このセキュリティスキームにより、下流方向データと上流方向データの暗号化が可能となる。このセキュリティ標準により、別々に暗号化したマルチキャストトラフィックを取り扱うことが可能となる。これは、異なるキーのグループに分けて、ＥＰＯＮの１回のコピーのブロードキャスト（ＳＣＢ）を別々のキーで取り扱うことにより行う。このセキュリティ標準により、パケットの所望の部分を露出する少ないセキュリティオフセットが可能となる。この標準により、オフセットの所定の値を用いることができる。パケット全体をカバーしない最小のオフセットは、３０バイトであり、この３０バイトは、イーサネットのヘッダーの全てのデータを露出する。

上記した現在の標準とＩＥＥＥ８０２．ｌａｅと８０２．ｌａｆの仕様書に記載された標準は、ＥＰＯＮ環境で望ましいセキュリティの特徴が欠落している。例えば現在のセキュリティ・プロトコルによれば、ＭＰＣＰメッセージは、暗号化できない。このことは、セキュリティの突破（破壊）につながる。例えば盗聴者は、特定のＯＮＵのゲートパケットをインターセプトすることができ、ＯＮＵからの上流方向トラフィックを妨害することができる。現在の標準におけるセキュリティの突破の別の原因は、オフセット値の制限である。この制限により、オフセットが使用されている時、標準のイーサネット・ヘッダーとのＭＡＣアドレスを暗号化できない。かくして盗聴者は、そのＭＡＣアドレスを用いてユーザーを特定でき、パケットデータのヘッダー情報をモニターして、トラフィックを解析することができる。現在の標準化におけるセキュリティの突破の別の原因は、自動ディスカバリーゲートパケット(auto discovery gate packet)と、登録リクエスト（registration request）と、登録パケットメッセージ（register packets message）であり、これ等は暗号化されておらず、それ故に盗聴者は、ＯＮＵの通信を、偽の登録／登録削除のリクエストを用いて、妨害することができる。現在のＭＡＣｓｅｃ標準の別の不具合点は、暗号化されたパケットは、logＭＡＣｓｅｃヘッダーを全部有し、これはＥＰＯＮ内の全てのトラフィックに対しバンド幅を増加させることになる。

かくして本発明の目的は、ＥＰＯＮネットワーク上でのデータの安全確保を行うセキュリティ措置と、特に上流方向と下流方向のデータの保護を行うセキュリティ措置であり、これにより、盗聴者が特定のＯＮＵの身元を確認し、妨害することを阻止し、更に暗号化されたメッセージのバンド幅を減らすことができる。

本発明のＥＰＯＮ上の通信の安全確保するシステムと方法は、shortＭＡＣsecヘッダーを用いてローカルパケットを暗号化し、ＯＡＭパケットとＭＰＣＰパケットを暗号化して行う。

本発明のＯＬＴと複数のＯＮＵを有するＥＰＯＮの安全確保した通信を実行する方法は、
（Ａ）複数のＯＮＵの内のＯＮＵのＬＬＩＤを用いて、下流方向のパケットのＳＣＩフィールドのＰＩを構築するステップと、
（Ｂ）shortＭＡＣsecヘッダーを含む前記パケットを、前記ＳＣＩに基づく個別のＳＡＫで暗号化するステップと
を有する。
本発明は、
（Ｃ）前記パケットの種類を以下のグループから選択し決定するステップ
ｉ） ＵＣ（ユニキャスト）
ｉｉ） ＭＣ（マルチキャスト）
ｉｉｉ）ＯＡＭ（操作と管理と保守）
ｉｖ） ＭＰＣＰ（マルチポイント通信プロトコル）
ｖ） ＧＰ（ゲートパケット）
ｖｉ） グラントパケット
ｖｉｉ）リクエスト（要求パケット）
を更に有し、
前記（Ｂ）ステップにおいて、
（Ｘ）前記パケットが第１のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第１パケットの場合、前記個別のＳＡＫは第１の所定のＳＡＫであり、
（Ｙ）前記パケットが第２のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第２パケットの場合、前記個別のＳＡＫは第２の所定のＳＡＫである。
本発明は、更に、
（Ｄ）３０バイト未満のセキュリティオフセットを、前記第１パケットに付加するステップ
を更に有する。
本発明は、更に、
前記（Ｂ）ステップは、前記第１パケットのＳＣＩ．ＳＡを、前記ＯＬＴのＳＡに設定するステップを有する。
本発明は、更に、
ＯＬＴと複数のＯＮＵを有するＥＰＯＮの安全確保した通信を実行する方法において、
（Ａ）複数のＯＮＵの内のＯＮＵのＬＬＩＤを用いて、上流方向の第１パケットのＳＣＩフィールドのＰＩを構築するステップと、
（Ｄ）上流方向のパケットと下流方向のパケットとを区別するために、ＳＣＩ．ＳＡのＭＳＢ（最上位ビット）を構築するステップと、
（Ｅ）shortＭＡＣsecヘッダーを含む前記第１パケットを、前記ＳＣＩに基づく個別のＳＡＫで暗号化するステップと
を有する。
本発明のＯＬＴと複数のＯＮＵを有するＥＰＯＮの安全確保した通信を実行する方法は
（Ａ）複数のＯＮＵの内のＯＮＵを所定のキーで構築するステップと、
（Ｂ）ＯＬＴが、前記所定のキーで暗号化されたディスカバリ・ゲート・メッセージを、前記ＯＮＵに送信するステップと、
（Ｃ）後続の通信パケットを以下のサブステップ（ｉ）〜（ｉｉｉ）で暗号化するステップと、
を有し、
（ｉ）前記通信パケットの種類を以下のグループから選択し決定するステップ
Ａ）ＵＣ（ユニキャスト）
Ｂ）ＭＣ（マルチキャスト）
Ｃ）ＯＡＭ（操作と管理と保守）
Ｄ）ＭＰＣＰ（マルチポイント通信プロトコル）
Ｅ）ＧＰ（ゲートパケット）
Ｆ）グラントパケット
Ｇ）リクエスト（要求パケット）
（ｉｉ）前記通信パケットが第１のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第１パケットの場合、前記個別のＳＡＫは、第１の所定のＳＡＫであり、
（ｉｉｉ）前記通信パケットが第２のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第２パケットの場合、前記個別のＳＡＫは、第２の所定のＳＡＫである。
本発明の一実施例によれば、（Ｄ）前記ＯＮＵが、前記所定のキーで暗号化された登録リクエストパケットを、前記ＯＬＴに送信するステップを更に有する。
本発明の一実施例によれば、（Ｅ）ランダムなＰＮを、前記暗号化された登録リクエストパケットに含ませるステップを更に有する。
本発明の一実施例によれば、（Ｆ）前記暗号化された登録リクエストパケットを、ダミーのＳＡでアドレスを付すステップを更に有する。
本発明の一実施例によれば、（Ｄ）他のＯＮＵが活性状態にある時に、前記ＯＬＴが、前記登録リクエストパケットを廃棄するステップを更に有する。

本発明のＯＬＴでコーディネートされた、ＩＥＥＥ８０２．１ａｅのＭＡＣｓｅｃを用いるＥＰＯＮ上で、ＯＮＵが使用する脱暗号化エンジンは、
（ａ）ＤｅｃＰａｒｓモジュールと、
前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、前記ＯＬＴから送信された第１パケットの第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットから第１の所定のＳＩＣを抽出し、前記ＯＬＴから送信された第２パケットの第２タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットから第２の所定のＳＩＣを抽出し、
（ｂ）ＫＤＢと、
前記ＫＤＢは、前記第１の所定のＳＩＣに対応する第１のＳＡＫを取り出し、前記第２の所定のＳＩＣに対応する第２のＳＡＫを取り出し、
を有し、
前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを第１の所定のＳＡＫで暗号化し、前記第２タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを第２の所定のＳＡＫで暗号化し、
前記ＳＣＩフィールドのＰＩは、前記ＯＮＵのＬＬＩＤを用いて構築される。
本発明の一実施例によれば、前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、前記ＯＬＴからトンネルモードで送信された安全確保したパケットをパースし、
前記安全確保したパケットは、以下の（ｉ）と（ｉｉ）とを有する
（ｉ）安全確保されていない生パケットと前記安全確保したパケットの安全確保データに暗号化されたＭＡＣアドレスと、
（ｉｉ）以下の（Ａ）〜（Ｃ）を利用するshortＭＡＣsecヘッダーと
（Ａ）ローカルＭＡＣ宛先アドレス
（Ｂ）ＭＡＣソースアドレスとしてのＳＣＩ．ＳＡ
（Ｃ）登録に際しＯＬＴからＯＮＵに与えられＯＮＵに独自のものであるＬＬＩＤとしてのＳＣＩ．ＰＩ。
本発明の一実施例によれば、（ｃ）前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットが不正なＰＮを有するパケットを有する場合、前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを廃棄するＦＲＢ（フレーム再構築）モジュールを更に有する。
本発明の一実施例によれば、前記ＫＤＢは、ＭＰＣＰメッセージ用に、予め共有したＳＡＫを記憶する。
本発明の一実施例によれば、前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、３０バイト未満のセキュリティオフセットを有する前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットをパースする。

本発明の複数のＯＮＵを有するＩＥＥＥ８０２．１ａｅのＭＡＣｓｅｃを用いるＥＰＯＮ上で、ＯＬＴが使用する脱暗号化エンジンは、
（ａ）ＤｅｃＰａｒｓモジュールと、
前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、前記複数のＯＮＵの内の１つのＯＮＵから送信された、第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットから第１の所定のＳＩＣを抽出し、前記ＯＮＵから送信された、第２タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットから第２の所定のＳＩＣを抽出し、
（ｂ）ＫＤＢと、
前記ＫＤＢは、前記第１の所定のＳＩＣに対応する第１のＳＡＫを取り出し、前記第２の所定のＳＩＣに対応する第２のＳＡＫを取り出す
を有し、
前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを第１の所定のＳＡＫで暗号化し、前記第２タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを第２の所定のＳＡＫで暗号化し、
前記ＳＣＩフィールドのＰＩは、前記ＯＮＵのＬＬＩＤを用いて構築される。
本発明の一実施例によれば、前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、前記ＯＮＵからトンネルモードで送信された安全確保したパケットをパースし、
前記安全確保したパケットは、以下の（ｉ）と（ｉｉ）とを有する
（ｉ）安全確保されていない生パケットと前記安全確保したパケットの安全確保データに暗号化されたＭＡＣアドレスと、
（ｉｉ）以下の（Ａ）〜（Ｃ）を利用するshortＭＡＣsecヘッダーと
（Ａ）ローカルＭＡＣ宛先アドレス
（Ｂ）ＭＡＣソースアドレスとしてのＳＣＩ．ＳＡ
（Ｃ）登録に際しＯＬＴからＯＮＵに与えられＯＮＵに独自のものであるＬＬＩＤとしてのＳＣＩ．ＰＩ。
本発明の一実施例によれば、（ｃ）前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットが、シーケンス外にあるＰＮを有する場合、前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを廃棄するＦＲＢモジュールを更に有する。
本発明の一実施例によれば、（ｃ）前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットが、以前に使用されたＰＮを有する場合、前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを廃棄するＦＲＢモジュールを更に有する。
本発明の一実施例によれば、前記ＫＤＢは、登録リクエストメッセージを脱暗号化するために、予め共有したＳＡＫを記憶する。
本発明の一実施例によれば、前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、３０バイト未満のセキュリティオフセットを有する第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットをパースする。

本発明のＯＬＴとＯＮＵとを有する安全確保したＥＰＯＮにおいて、
前記ＯＬＴは、（ｉ）複数のＯＮＵの内のＯＮＵのＬＬＩＤを用いて、下流方向のパケットのＳＣＩフィールドのＰＩを構築し、（ｉｉ）shortＭＡＣsecヘッダーを含む前記パケットを、前記ＳＣＩに基づく個別のＳＡＫで暗号化し、
前記ＯＮＵは、（ｉ） 前記ＳＣＩに基づく個別のＳＡＫに従って前記パケットを脱暗号化する。
本発明の一実施例によれば、前記ＯＬＴは、
（ｉｉｉ）前記パケットの種類を以下のグループから選択し決定し、
ｉ） ＵＣ（ユニキャスト）
ｉｉ） ＭＣ（マルチキャスト）
ｉｉｉ）ＯＡＭ（操作と管理と保守）
ｉｖ） ＭＰＣＰ（マルチポイント通信プロトコル）
ｖ） ＧＰ（ゲートパケット）
ｖｉ） グラントパケット
ｖｉｉ）リクエスト（要求パケット）
（Ｘ）前記パケットが第１のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第１パケットの場合、前記個別のＳＡＫは、第１の所定のＳＡＫであり、
（Ｙ）前記パケットが第２のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第２パケットの場合、前記個別のＳＡＫは、第２の所定のＳＡＫである。
本発明の一実施例によれば、前記ＯＬＴは、（ａ）安全確保されていないパケット全部とＭＡＣアドレスを、ローカルＭＡＣ宛先アドレスを利用してshortＭＡＣｓｅｃヘッダーを有する暗号化され安全確保したパケットに変換し、（ｂ）前記安全確保されたパケットを、ＭＡＣソースアドレスとしてのshortＭＡＣｓｅｃヘッダーのＳＣＩ．ＳＡと、登録時にＯＬＴからＯＮＵに与えられＯＮＵに独自のものであるＬＬＩＤとしてのＳＣＩ．ＰＩとで、構築する。
本発明の一実施例によれば、前記ＯＮＵは、所定のキーで構築され、
前記ＯＬＴは、前記所定のキーで暗号化されたディスカバリ・ゲート・メッセージを送信し、
前記パケットの種類を以下のグループから選択し決定し
ｉ） ＵＣ（ユニキャスト）
ｉｉ） ＭＣ（マルチキャスト）
ｉｉｉ）ＯＡＭ（操作と管理と保守）
ｉｖ） ＭＰＣＰ（マルチポイント通信プロトコル）
ｖ） ＧＰ（ゲートパケット）
ｖｉ） グラントパケット
ｖｉｉ）リクエスト（要求パケット）
（Ｘ）前記パケットが第１のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第１パケットの場合、前記第１パケットを第１の所定のＳＡＫで暗号化し、
（Ｙ）前記パケットが第２のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第２パケットの場合、前記第２パケットを第２の所定のＳＡＫで暗号化する。
本発明の一実施例によれば、前記ＯＮＵは、ランダムなＰＮを、前記暗号化された登録リクエストパケットに含める。
本発明の一実施例によれば、前記ＯＮＵは、前記暗号化された登録リクエストパケットを、ダミーのＭＡＣでアドレスを付して送信する。
本発明の一実施例によれば、前記ＯＬＴは、前記ＯＮＵが活性状態にあるときに、前記ＯＮＵの登録リクエストパケットを拒絶する。
本発明のＯＬＴとＯＮＵとの間でＥＰＯＮ上の上流方向と下流方向の通信の安全確保する方法は、
（ａ）安全確保されていないパケット全部とＭＡＣアドレスを、ローカルＭＡＣ宛先アドレスを利用してshortＭＡＣｓｅｃヘッダーを有する暗号化され安全確保したパケットに変換するステップと、
（ｂ）前記安全確保されたパケットを、ＭＡＣソースアドレスとしてのshortＭＡＣｓｅｃヘッダーのＳＣＩ．ＳＡと、登録時にＯＬＴからＯＮＵに与えられＯＮＵに独自のものであるＬＬＩＤとしてのＳＣＩ．ＰＩとで、構築するステップと
を有する。

本明細書で使用される用語（特に略語）の定義は次のとうりである。
ＣＭＳＡ／ＣＤ：Carier Sense Multiple Access with Collion detection: 衝突検知機能を有するキャリアセンス、マルチプル・アクセス
ＤｏＳ：Denial of Service: サービスの拒否
ＤＳ：Downstream:下流方向 ＯＬＴからＯＮＵへの流れ
暗号化：ＭＡＣｓｅｃを用いて行われる
ＥＰＯＮ：Ethernet Passive Optical Network 受動型光学イーサネットネットワーク
ＥＳ：End Station: 最終端末
ＦＲＢ：Frame ReBuilder: フレーム・リビルダー
ＧＰ：Gate Packet ゲートパケット：タイムスロットをアナウンスするための下流方向パケット。ゲートパケットは、個々のＯＮＵに向けてアドレスが付される。例えば、パケットを送信するために、個々のＯＮＵにタイムスロットを割り当てる為のパケット。或いは、ゲートパケットは、ＭＣブロードキャストである。例えば、ディスカバリータイムスロットの利用可能性をアナウンスするための、全てのＯＮＵに送信されるディスカバリーゲートパケットである。
ＩＣＶ：Integrity Check Value:完全性チェック値
ＫＤＢ：Key Data Base: キーデータベース
ＬＡＮ：Local Area Network: ローカルエリアネットワーク
ＬＬＩＤ：Logical Link Identication:論理リンク識別
ローカルパケット：同一のＥＰＯＮで、エンドポイントから別のエンドポンイントの送信されるパケット。
ＭＡＣ：Mdeia Access Control: メディアアクセス制御
ＭＡＣｓｅｃ：Mdeia Access Control security: メディアアクセス制御セキュリティ
ＭＣ：MultiCast: マルチキャスト（複数の受領者に向けられた一個のメッセージ）
ＭＰＳＰ：Multi Point Control Protocol: マルチポイント制御プロトコル
ＭＳＢ：Most Significant Bit: 最上位ビット
ＯＡＭ:Operation Administration and Maintenance: 操作と管理と保守
ＯＬＴ：Optical Line Terminal: 光学ライン端末
ＯＮＵ：Optical Network Unit:: 光学ネットワーク装置
ＯＴ：Optical Transceiver: 光学トランシーバー
ＰＩ：Port Identifier: ポート識別子
ＳＡ：Secure Assorciation: 安全確保連合
ＳＡＫ：Secure Assorciation Key: 安全確保連合のかぎ
ＳＣ：Secure Channel:安全確保したチャネル
ＳＣＢ：Singel Copy Broadcast: 一個のメッセージの放送
ＴＤＭＡ：Time Domain Multiple Access: 時間領域の多重アクセス
タイムスロット：特定の上流方向伝送用に、ＯＬＴが与える時間、例えば、タイムスロットは、パケットを送信するために個別のＯＮＵに割り当てられる。或いは、タイムスロットは、未登録のＯＮＵが登録リクエストを送信するディスカバリータイムスロットである。
ＵＣ：Unicast:：ユニキャスト（一人の受領者に向けられた一個のメッセージ）
ＵＳ：Upstream 上流方向（ＯＮＵからＯＬＴへの流れ）
ＷＤＭ： Wave Division Multiplexing 波長分割多重化

本発明の第１実施例のＥＰＯＮネットワークを表す図。 本発明の第２実施例のＥＰＯＮネットワークの上流方向トラフィックを表す図。 本発明の第２実施例のＥＰＯＮネットワークの下流方向トラフィックを表す図。 longＭＡＣsecヘッダーを有するパケットの符号化構造を表す図。 shortＭＡＣsecヘッダーを有するパケットの符号化構造を表す図。 shortＭＡＣsecヘッダーを有するトンネルモード・パケットの符号化構造を表す図。 ＥＰＯＮネットワーク上の安全確保したデータパッケト用のデコーダの一実施例を表す図。 セキュリティオフセットの無いパケットと、あるパケットとの比較を表す図。 ＯＬＴがパケットを符号化するフローチャート図。 ＯＮＵがパケットを符号化するフローチャート図。 ＯＮＵのセキュア・ディスカバリーとセキュア登録のフローチャート図。 ＯＮＵのセキュア脱登録のフローチャートを表す図。

図２，３に、ユーザ２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃが示されている。各ユーザは、ＬＡＮ２１７ａ，２１７ｂ，２１７ｃに接続されている。各ＬＡＮ２１７ａ−ｃは、１人或いは複数のユーザを有する。各ＬＡＮ２１７ａ−ｃは、ＥＰＯＮ２１０に接続されている。このＥＰＯＮ２１０は、各ＬＡＮ２１７ａ−ｃに対し、それぞれＯＮＵ２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃと、ＯＴ２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃと、分岐ファイバ２１６ａ，２１６ｂ，２１６ｃとを有する。分岐ファイバ２１６ａ−ｃは、光学スプリッター２１８を介して、幹線ファイバ２１５に接続される。幹線ファイバ２１５では、全ての上流方向トラフィックがパケット列１１を構成する。このパケット列１１を、ＯＴ２２２ｄを介してＯＬＴ２１２が受信する。ＯＬＴ２１２（とＥＰＯＮ２１０）は、リンク２２５を介してコアネットワーク２５２に接続される。

図２の実施例において、第１ユーザであるユーザ２５０ａは、メッセージ７ａをコアネットワーク２５２に送る。メッセージ７ａには、タグ”Ａｉ”のマークを付す。最初の大文字は送信者（ユーザ２５０ａに対しては”Ａ”）を表し、後ろの小文字は、意図した受信者（コアネットワーク２５２の”ｉ”）を表す。ユーザ２５０ａは、ローカルメッセージ７ｂをユーザ２５０ｃに送る。メッセージ７ａ，７ｂの両方とも、ＬＡＮ２１７ａを介して、ＯＮＵ２１４ａに送られる。このＯＮＵ２１４ａが、メッセージ７ａ，７ｂを暗号化して、暗号化パケット８ａ，８ｂにする。ＯＮＵ２１４ａは、所定のタイム・スロット９ａがパケット（８ａ，８ｂ）を、ＯＴ２２２ａと分岐ファイバ２１６ａと光学スプリッター２１８とを介して、幹線ファイバ２１５上のパケット列１１に乗せ、ＯＴ２２２ｂとＯＬＴ２１２に送る。

ＥＰＯＮ２１０上で、コアネットワーク２５２に向けられた上流方向パケットは、３つ方法の内の１つの方法で暗号化される。即ち、標準のイーサーネットヘッダーとlongＳｅｃタグを有する未変更(un-modified)の（生の）イーサーネットパケットを送信する方法、或いは標準のイーサーネットヘッダーとshortＳｅｃタグを有する未変更のイーサーネットパケットを送信する方法、或いはトンネルモードでshortＳｅｃタグを有するイーサーネットパケットを送信する方法のいずれかである。特に、メッセージ７ａは、ＯＮＵ２１４ａによりトンネルモードパケット８ａに暗号化される。ＥＰＯＮ２１０上で、パケット８ａはshortヘッダーで暗号化される。イーサーネットヘッダーを有するメッセージ７ａは、パケット８ａのペイロード内で暗号化される。かくして、光学スプリッター２１８からかえって来たメッセージを盗聴しようとする人は、メッセージ７ａの標準のイーサーネットヘッダーを読むことはできない。メッセージ７ａは、例えばユーザ２５０ａのＭＡＣアドレスを与えない。

ＯＮＵ２１４ａは、ローカルＰ２Ｐトランスポート用のメッセージ７ｂを、shortＭＡＣsecヘッダーを用いて、暗号化する。shortＭＡＣsecヘッダーを用いることによりパケットの長さを減らし、バンド幅を節約することができる。shortヘッダーのＳＣＩ．ＳＡは、世界公知のＯＬＴソースアドレスである。このＯＬＴソースアドレスは、ＯＮＵ２１４ａ−ｃとＯＬＴ２１２には既知である。ＳＣＩ．ＰＩは、ＯＮＵ２１４ａのロジカルリンク識別子（ＬＬＩＤ：Logical Link IDentifier）である。これは、登録時に、ＯＬＴからＯＮＵ２１４ａに与えられ、ＯＮＵに唯一無二のものである。上流方向パケットのＳＣＩを、下流方向パケットのＳＣＩから、同一のＯＬＴＭＡＣソースアドレスと同一のＬＬＩＤを用いて、区別するために、上流方向パケットに対しては、ＯＬＴ．ＳＡは、そのＭＳＢ値を‘１’に設定する。イーサーネット標準により、ＭＡＣアドレスは、そのＭＳＢの設定を‘１’にはしないよう決められているが、これは、ＭＣトラフィックを送信するために用いられるからである。ＯＮＵ２１４ａからＯＬＴ２１２に送信されたパケット用のデフォルトのＳＣＩは、予め決まっており既知であるために、ＳｅｃＴＡＧ（図４ａを参照のこと）全部は、パケット８ｂのヘッダー内に明確に指定する必要はない。かくして、パケット８ｂのＭＡＣsecヘッダーは、shortＭＡＣsecヘッダー（図４ｂを参照のこと）である。このshortＭＡＣsecヘッダーは、デフォルトのＳＣＩを有する為、個別のセキュアなシステムのセキュアなアソーシエーション（secure systemt secure assorciatin:ＳＣＩ．ＳＡ）全部とポート識別子（ＳＣＩ．ＰＩ）とを含む必要はない。

ＥＰＯＮ２１０上でも、トンネルセキュアドパケット（tunnel secured packet）は、ＭＡＣsecヘッダーを有する。このＭＡＣsecヘッダーは、ユーザ２５０ａのグローバルＬ２−ＭＡＣアドレスの代わりに、ローカルＭＡＣ宛先アドレスを用いる。かくして、ユーザ２５０ａのグローバルＬ２−ＭＡＣアドレスは、ＥＰＯＮ２１０上には表れず、ユーザの身元を保護する。トンネルセキュアドパケットでは、ＭＡＣsecヘッダー・セキュア・アソーシエーションＳＡフィールド（ＳＣＩ．ＳＡ）は、ＭＡＣソース・アドレスであり、ＳＣＩ．ＰＩは、ロジカル・リンク識別子（ＬＬＩＤ）である。このＬＬＩＤは、登録時にＯＬＴからＯＮＵに与えられ、ＯＮＵ毎に独自（唯一無二）のものである。

ＯＮＵ２１４ａが、両方のパケット８ａ，８ｂに対し、ＥＳ＝０ ＳＣＢ＝０ ＳＣ＝０（表１を参照のこと）に設定すると、ＯＬＴ２１２は、パケット８ａ，８ｂをshortＭＡＣsecヘッダーのローカル上流方向（ＵＳ）（ＯＬＴ２１２に向けた）のユニキャスト（ＵＣ）として認識する。従って、ＯＬＴ２１２は、パケット８ａを脱暗号化（暗号解読）し、それをコアネットワーク２５２用のメッセージ７ａを含むトンネルモードパケットとして、認識する。従って、ＯＬＴ２１２は、メッセージ７ａから、イーサーネットパケット１７ａを取り出す。このイーサーネットパケット１７ａを、ＯＬＴ２１２が、リンク２２５とコアネットワーク２５２を介して、意図した宛先に送信する。

ＯＬＴ２１２は、パケット８ｂを、ＯＬＴ２１２に向けられたローカルパケットとして認識する。そのため、ＯＬＴ２１２は、パケット８ｂのペイロードを、所定のＳＣＩを用いて脱暗号化して、メッセージ７ｂをリカバーするＯＮＵ２１４ａからの上流方向メッセージを得る。ここで、ＳＣＩ．ＳＡは、ＭＳＢセットを‘１’に設定したＯＬＴ ＭＡＣアドレスに等しくなり、ＳＣＩ．ＰＩは、ＯＮＵのロジカルリンク識別子（ＬＬＩＤ）に等しくなり、ＬＬＩＤはパケットのプリアンブルで与えられたものである。例えばメッセージ７ｂはバンド幅のリクエストである。トンネルモードを使用するか否かの決定は、全体のストリーム即ち上流方向ストリームと下流方向ストリームに対するグローバルな決定である。トンネルを用いる或いはトンネルを用いない実施例は、両方の種類が連続的に送信されることを意味しない。

ＯＬＴ ＭＡＣアドレスをＳＩＣ．ＳＡフィールドとして用い、ロジカルリンク識別子（ＬＬＩＤ）をＳＣＩ．ＰＩフィールドとして用い、ＳＣＩのＭＳＢを一方の方向にのみ‘１’と設定して上流方向ストリームと下流方向ストリームとを区別することにより、ＯＮＵからＯＬＴへの全ての安全確保したトラフィックと、ＯＬＴからＯＮＵへの全ての安全確保したトラフィックに対し、shortＳｅｃＴＡＧを用いることができる。トンネルモードを８０２．１ＡＥ内で使用することにより、ＭＡＣアドレスの安全確保が可能となる。ＭＡＣアドレスをトンネルモード内に隠すことと、示唆されたＳＣＩ．ＳＡ（トンネル化されたソースアドレス・フィールドに等しい）と、このＳＣＩ．ＰＩフィールドとしての示唆されたＬＬＩＤによるshortＳｅｃＴＡＧを用いる考えを組み合わせることにより、ショートトンネルセキュアメッセージがバンド幅を節約し、ＥＰＯＮのメンバーのＩＤ（身元）を保護する。

図２の実施例において、第２のＯＮＵ２１４ｂは、ＥＰＯＮ２１０には未登録である。その為、第２のＯＮＵ２１４ｂは、登録リクエストメッセージ７ｅを送信する。ＯＮＵ２１４ｂは、この登録リクエストメッセージ７ｅを暗号化して、ＥＳ＝０ ＳＣＢ＝０ ＳＣ＝０（表１を参照のこと）のshortＭＡＣＳｅｃヘッダーとダミーＭＡＣアドレスを付加する。shortＭＡＣＳｅｃヘッダーは、登録リクエストメッセージ用のために全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃが用いる所定の予め共有したものであり、ダミーＭＡＣアドレスは、登録リクエストメッセージ用に留保しておいてものである。その結果得られた登録リクエストパケット８ｅは、ＯＬＴ２１２に、分岐ファイバ２１６ｂと光学スプリッタ２１８と幹線ファイバ２１５に沿って、共有したディスカバリタイムスロット９ｂの間に、送信される。登録リクエストパケット８ｅは、暗号化されトンネルモードにあるために、盗聴者は、誰が登録しようとしているのかを知ることができず、また、偽の登録リクエストパケットを生成することもできない。更に登録リクエストパケット８ｅは、予め共有したＳＡＫで安全確保される。それ故に、予め共有したＳＡＫを知らない盗聴者は、このシステムに登録することはできない。ＥＰＯＮ２１０上では、ＤＳメッセージとＭＣメッセージとＭＰＣＰメッセージは、全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃで共有するＳＣＩとＳＡＫで暗号化されている。かくして、ディスカバリタイムスロット９ｂをアナウンスするＯＬＴ２１２からのディスカバリゲートパケットは、暗号化して送信され、適正なＳＣＩとＳＡＫを有する正規のＯＮＵ（例；ＯＮＵ２１４ａ−ｃ）のみが、ＭＣＰＣディスカバリゲートパケットの暗号解読をでき、ディスカバリタイムスロット９ｂを知ることができる。このＭＣＰＣメッセージの暗号化特にディスカバリゲートパケットの暗号化により、盗聴者は、ディスカバリプロセスを検出することができない。更にサービスプロバイダは、ＯＮＵを、ディスカバリＳＡＫとＳＣＩで予めプログラムすることができる。このことは、サービスプロバイダから獲得した予めプログラムされたＯＮＵのみが、ネットワーク上で作業することができ、かくして、ネットワークの完全性を保護し、ＯＮＵの販売を制御するサービスプロバイダに利益を与える。

図２において、第３のユーザであるユーザ２５０ｃは、メッセージ７ｃをコアネットワーク２５２の宛先に送る。メッセージ７ｃは、既に暗号化されたパケットであり、ＯＬＴ２１２を通過する際には暗号化されたままである。その為、ＯＮＵ２１４ｃは、パケットを脱暗号化して、ＥＳ＝１，ＳＣＢ＝０ ＳＣ＝０を、現在のイーサーネットのヘッダーに設定して、ソースアドレスが使用されているshortＳｅｃＴＡＧをＳＣＩ．ＳＡとする。ＯＮＵ２１４ｃは、タイムスロット９ｃの間、修正されたメッセージ７ｃを、パケット８ｃとしてＯＬＴ２１２に送る。ＯＬＴ２１２は、パケット８ｃをイーサーネットパケットとして認識し、パケット全体を、イーサーネットパケット１７ｃとして、コアネットワーク２５２に送り、意図した受信者に送る。一方で、ＥＰＯＮ２１０上で大量のユーザとそのソースアドレス（各ユーザは自分自身のソースアドレスを有する）を処理する資源が不足しているために、ＯＮＵ２１２は、パケットをlongＳｅｃＴＡＧとこのＳｅｃＴＡＧフィールド内のイクススプリットＳＣＩを用いて、パケットの安全確保を選択する。

図３は、図２の実施例の後の時点における下流方向トラフィックを表す。図２に示した上流方向（ＵＳ）トラフィックと共に、ＯＬＴ２１２は、コアネットワーク２５２からパケット１７ｇ、１７ｊを受領する。

パケット１７ｇは、標準のイーサーネットユニキャスト（ＵＣ）ショートセキュアドパケットである。パケット１７ｇが暗号化され既にアドレスされていることを認識すると、ＯＬＴ２１２は、パケット１７ｇを暗号解読しようとせずに、単にパケット１７ｇ内のキーを、ＥＳ＝１ ＳＣＢ＝０ ＳＣ＝０に設定して、パケット３０８ｇを得る。ＥＳ，ＳＣＢ，ＳＣを設定することは、ＯＮＵ２１４ａ−ｃに対し、パケット３０８ｇは標準のショートイーサーネットＵＣパケットであることを、通知する。ＯＬＴ２１２は、パケット３０８ｇを、幹線ファイバ２１５を介して送信し、全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃに送信する。

全ての下流方向パケット（３０８ｄ，３０８ｅ，３０８ｆ，３０８ｇ，３０８ｊ）は、幹線ファイバ２１５から光学スプリッター２１８に下り、更に全ての分岐ファイバ２１７ｃを下って、全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃに、それぞれのＯＴ（２２２ａ−ｃ）を介して送信される。かくして、パケット３０８ｇは、全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃに到達する。パケット３０８ｇは、ＯＮＵ２１４ａ，ｃでは廃棄される。パケット３０８ｇは、ＯＮＵ３１４ｂが受領し暗号が解読され、この暗号が解読されたデータ３０７ｇは、ＬＡＮ２１７ｂに沿って、ユーザ２５２ｂに送信される。

パケット１７ｊは、標準のlongＭＡＣＳｅｃヘッダーイーサーネットパケットであり、ユーザ２５０ａ−ｃに向けられたものである。パケット１７ｊは、既に暗号化されアドレスが付されているために、ＥＰＯＮ２１２は、キーＥＳ＝０，ＳＣＢ＝０，ＳＣ＝１に設定して、ＯＮＵ２１４ａ−ｃに対し、パケット３０８ｊは、標準のイーサーネットアドレスを用いて下流方向に流れている事を通知する。このアドレス付与によって、全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃは、パケット３０８ｊを受領し、ペイロードを脱暗号化し、メッセージ７ｊ，３０７ｊ，３１７ｊにする。各メッセージは、ＬＡＮ２１７ａ−ｃを介してそれぞれのユーザ２１５ａ−ｃに送られる。

新たなＯＮＵを認識するために、ＯＬＴ２１２は、既知のＳＩＣと既知のＳＡＫで、安全確保したディスカバリゲートパケットを送る。かくして未認証のＯＮＵは、このディスカバリゲートパケットを認識せず、登録する事ができない。

図２に示すように、登録パケット（registration packet）８ｅに応答して、ＯＬＴ２１２は、登録パケット(register packet)３０８ｅをユーザ２５０ｂに送る。ＵＣネットワークインストラクション（例えば、ＯＡＭメッセージゲートと登録情報メッセージとＭＰＣＰメッセージ）は、ＯＬＴ２１２から、ローカルなshortＤＳ ＭＡＣＳｅｃパケット（例、パケット３０８ｅ）で、受領者であるＯＮＵ（例、ＯＮＵ２１４ｂ）に送られる。ローカルshortＵＣ ＤＳ ＭＡＣＳｅｃパケット（例；パケット３０８ｅ）は、キーＥＳ＝０，ＳＣＢ＝０，ＳＣ＝０に設定して、マークを付する。個別のデフォルトのＳＣＩが、各ＯＮＵ２１４ａ−ｃに対し、ＯＬＴ２１２で記録される。かくして、ＯＮＵ２１４ｂが、ＯＮＵ２１４ｂのデフォルトのＳＣＩを用いて符号化したショートパケットは、盗聴者或いは他のＯＮＵ（例；ＯＮＵ２１４ａ又は２１４ｃ）では、暗号解読をすることはできない。ＳＣＩは、２つのフィールドＳＣＩ．ＳＡとＳＣＩ．ＰＩから構成される。ＳＣＩ．ＳＡは、ＭＳＢセットを’０’にしたＯＬＴＭＡＣアドレスに等しく、ＳＣＩ．ＰＩは、パケットプリアンブルとして与えられるＯＮＵロジカルリンク識別子（ＬＬＩＤ）に等しい。ＯＮＵ２１４ｂは、パケット３０８ｅを受領し、ペイロード（メッセージ３０７ｅ）を脱暗号化（暗号解読）して、メッセージ３０７ｅを、ユーザ２５０ｂに、ＬＡＮ２１７ｂを介して送信する。

ＯＬＴ２１２は、shortＭＡＣｓｅｃＤＳＭＣパケット３０８ｄを送る。shortＭＡＣＳｅｃＤＳＭＣパケット（例；パケット３０８ｄ）は、キーＥＳ＝０，ＳＣＢ＝１，ＳＣ＝０に設定して、マークが付され、全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃに既知のＳＣＩで、暗号化する。このＳＣＩは、２つのフィールド、ＳＣＩ．ＳＡとＳＣＩ．ＰＩから構成される。ＳＣＩ．ＳＡは、ＭＳＢを‘０’に設定したＯＬＴ ＭＡＣアドレスに等しく、ＳＣＩ．ＰＩは、０ｘＦＦＦに等しい。このアドレス付与により、パケット３０８ｄを、ＯＮＵ２１４ａ−ｃが受領し、ペイロードが脱暗号化され、メッセージ７ｄ，３０７ｄ，３１７ｄがそれぞれユーザ２５０ａ−ｃに送られる。ＭＰＣＰと同様に、全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃへのＭＣメッセージは、予め共有されたＳＣＩで暗号化され、パケット３０８ｄと同様に、ＥＳ＝０，ＳＣＢ＝１，ＳＣ＝０に設定される。

ＯＬＴ２１２は、カスタムターゲットＭＣパケット３０８ｆを、ユーザ２５０ａ−ｂに送る。ＥＰＯＮ２１０上では、カスタムターゲットＭＣパケット（例；パケット３０８ｆ）は、longＭＡＣＳｅｃヘッダーと共に送られる。このヘッダーは、イーサーネット標準によりソースアドレスとターゲットアドレスを指定し、ＥＳ＝０，ＳＣＢ＝０，ＳＣ＝１に設定する。パケット３０８ｆは、ＯＮＵ２１４ｃでは廃棄されるが、ＯＮＵ２１４ａ，２１４ｃでは受領される。ＯＮＵ２１４ａ，２１４ｃは、ペイロードを暗号解除し、そのコンテンツを、ユーザ２５０ａ−ｃに、ＬＡＮ２１７ａ−ｂを介してメッセージ７ｆと３０７ｆとして、送る。

ＩＥＥＥ８０２．ｌａｅ標準の暗号化と認証スキームは、３２バイトをlongヘッダー用にパケットに付加するが、この場合ＳＣＩは露出される。また、２４ビットをshortヘッダー用に付加するが、この場合ＳＣＩは露出しない。上記したように、ＥＰＯＮ２１０上では、shortヘッダーは、各ＯＮＵを２１４ａ−ｃとＯＬＴ２１２の間のローカルＥＰＯＮトラフィック用に用いられる。これは、ＬＬＩＤに関連する所定のＳＣＩと、デフォルトグループ（全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃ）に放送されるマルチキャスト・メッセージ用の所定の予め共有されたＳＣＩを用いて行われる。マルチキャスト・メッセージは、ＳＣＢ表示（ＳＣＢ＝１）でフラッグが付され、上流方向メッセージ（ＳＣＢ＝０でフラッグが付されている）から区別される。ＥＰＯＮ２１０上では、longヘッダーはリモートサーバとの関連のリモートセキュリティ用又は個々のマルチキャストグループに用いられる。

ＥＰＯＮ２１０上の様々なメッセージタイプのキーセッティングを次の表１に示す。

方向 パケットタイプ ＥＳ ＳＣＢ ＳＣ SCI.SA SCI.PI
ＤＳ UC ローカルセキュアト゛ハ゜ケット 0 0 0 OLT.SA ONU.LLID
ＤＳ ＭＣローカルshortセキュアト゛ハ゜ケット 0 1 0 OLT.SA 0xFFF
ＤＳ longセキュアト゛ハ゜ケット 0 0 1 SecTAG SecTAG
で明示 で明示
ＤＳ ノン-ローカルshortセキュアト゛UCハ゜ケット 1 0 0 ハ゜ケットSA 00-01
ＤＳ ノン-ローカルshortセキュアト゛ＭＣハ゜ケット 1 1 0 ハ゜ケットSA 00-00
ＵＳ ローカルUCshortセキュアト゛ハ゜ケット 0 0 0 OLT.SA
MSB=1
ＵＳ longセキュアト゛ハ゜ケット 0 0 1 SecTAG SecTAG
で明示 で明示
ＵＳ ノン-ローカルshortセキュアト゛ハ゜ケット 1 0 0 ハ゜ケットSA 00-01

表１−キーセッティング：ＥＳ：エンドステーション，ＳＣＢ：シングルコピーブロードキャスト，ＳＣ：ＳｅｃＴａｇ，ＳＣＩ．ＳＡ：セキュアシステムアソシエイション，ＵＳ：上流方向パケット。ＤＳ：下流方向パケット、ＳＣＩ．ＰＩ：様々なパケットタイプに対する加入者制御入力ポート識別子

図４ａは、longＳｅｃＴＡＧ４０６ａを有するセキュアデータパケット４０４ａの構造を示す。ノン−セキュアドメッセージ４０１は、宛先アドレス４６１ａと、発信元アドレス４６２ａと、非セキュアデータ４６４と、完全性チェックのためのフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）４６６ａを有する。

ノン−セキュアドメッセージ４０１は、セキュアデータパケット４０４ａに変換される。セキュアデータパケット４０４ａは、オリジナルの宛先アドレス４６１ｂと、発信元アドレス４６２ｂとを有する。セキュアデータパケット４０４ａは、ノン−セキュアデータ４６４を有し、これはセキュアドデータ４６５ａに暗号化される。ノン−セキュアドメッセージ４０１のオリジナルの完全性チェックＦＣＳ４６６ａは廃棄され、新たな完全性チェックＦＣＳ４６６ｂと完全性チェック値ＩＣＶ４７２ａが追加される。認証に必要な情報を含むセキュリティタグ（ＳｅｃＴＡＧ４０６ａ）が付加される。セキュアドデータパケット４０４ａは、longＳｅｃＴＡＧ４０６ａを有する。このlongＳｅｃＴＡＧ４０６ａは、イクススプリットＳＣＩ４７４を含む。

セキュアデータパケット４０４ａは、ＴＣＩ−ＡＮ４０８ａバイトを含む。このバイトの或るビットは、様々なパケットモードのフラグとして機能する。特に、ＥＳ４８２ａ，ＳＣ４８４ａ，ＳＣＢ４８６ａのセッティングは、表１に従って設定される。

図４ｂは、shortＳｅｃＴＡＧ４０６ｂを有するセキュアデータパケット４０４ｂの構造を示す。非セキュアドメッセージ４０１は、宛先アドレス４６１ａと、発信元アドレス４６２ａと、非セキュアデータ４６４と、完全性チェックのためのフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）４６６ａを含む。

メッセージ４０１は、shortセキュアデータパケット４０４ｂに変換される。このshortセキュアデータパケット４０４ｂは、オリジナルの宛先アドレス４６１ｃと、発信元アドレス４６２ｃとを有する。shortセキュアデータパケット４０４ｂは、非セキュアデータ４６４を有し、これはセキュアデータ４６５ｂに暗号化される。非セキュアメッセージ４０１のオリジナルの完全性チェックＦＣＳ４６６ａは廃棄され、新たな完全性チェックＦＣＳ４６６ｃと完全性チェック値ＩＣＶ４７２ｂが追加される。shortセキュリティＴＡＧ（ＳｅｃＴＡＧ４０６ｂ）も追加されるが、このshortセキュアＴＡＧ（ＳｅｃＴＡＧ４０６ｂ）は、認証に必要な情報を含む。

shortセキュアデータパケット４０４ｂは、ＴＣＩ−ＡＮ４０８ｂバイトを含む。このバイトの或るビットは、様々なパケットモードのフラグとして機能する。特に、ＥＳ４８２ｂ，ＳＣ４８４ｂ，ＳＣＢ４８６ｂのセッティングは、表１に従って設定される。 図５は、トンネルパケット５０４の構造を示す。非セキュアメッセージ５０１は、リアルＬ２−ＭＡＣ宛先アドレスＤＡ５６１ａと、リアルＬ２−ＭＡＣ発信元アドレスＳＡ５６２ａと、ノンセキュアデータ５６４と、完全性チェックのＦＣＳ５６６ａを有する。

メッセージ５０１は、セキュアデータパケット５０４に変換される。このセキュアデータパケット５０４は、新たなダミー宛先アドレス５６１ｂと新たなダミー発信元アドレス５０６ｂとを有する。セキュアトンネルパケット５０４において、ノンセキュアデータ５６４と、リアルＬ２−ＭＡＣ宛先アドレス５６１ａと、リアルＬ２−ＭＡＣ発信元アドレス５６２ａが、セキュアデータ５６５に暗号化される。ノン−セキュアドメッセージ５０１のオリジナルの完全性チェックＦＣＳ５６６ａは廃棄され、新たな完全性チェックＦＣＳ５６６ｂと完全性チェック値ＩＣＶ５７２ａが追加される。認証に必要な情報を含むセキュリティタグ（ＳｅｃＴＡＧ４０６ａ）が付加される。セキュアドデータパケット４０４ａは、longＳｅｃＴＡＧ４０６ａを有する。このlongＳｅｃＴＡＧ４０６ａは、明示ＳＣＩ４７４を含む。トンネルパケット５０４は、ダミー発信元アドレス５６２ｂのフィールドを有するために、これはＳＣＩ．ＳＡとして使用され、ロジカルリンク識別子（ＬＬＩＤ）は、ＳＣＩ．ＰＩとして使用され、shortＳｅｃＴＡＧ５０６が用いられるが、その理由は、エクスプリシットＳＣＩを含む必要がないからである。

トンネルパケット５０４は、shortＳｅｃＴＡＧ５０６を含む。このバイトの或るビットは、様々なパケットモードのフラグとして機能する。特に、ＥＳ５８２，ＳＣ５８４，ＳＣＢ５８６のセッティングは、表１に従って設定される。

図６は、脱暗号化エンジン６１０の実施例のブロック図である。ＳｅｃＴＡＧ６０６とセキュアデータ６６５ａを有するデータパケット６０４は、脱暗号化エンジン６１０内に入り、具体的には、フレームリビルダーＦＲＢ６８１とデックパースＤｅｃＰａｒｓ６８２に入る。
ＦＲＢ６８１は、メインのデータパスパイプラインである。ＦＲＢ６８１は、セキュアデータ６６５ａをパスして、セキュアデータ６６５ｂとして、ＦＩＦＯベースのパイプラインで、クリーンにされる。

ＤｅｃＰａｒｓ６８２は、ＳｅｃＴＡＧ６０６をパケット６０４から抽出する（例えば図４ａのＳｅｃＴＡＧ４０６ａを参照のこと）。このＳｅｃＴＡＧ６０６を用いて、ＤｅｃＰａｒｓ６８２は、パケットに関し例えば次のことを決定する。廃棄、セキュリティをバイパスする、関連番号ＳＣＩ．ＡＮ６３８を如何に抽出するかを決定する。例えば、ＯＮＵ２１４ａにおいて、ＤｅｃＰａｒｓ６８２は、ＳｅｃＴＡＧのタイプを決定する。即ちlongＳｅｃＴＡＧであるかshortＳｅｃＴＡＧであるかを決定する。これは表１の下流方向パケット用のＥＳ，ＳＣ，ＳＣＢビットに応じて決める。斯くして、ＳＣＩを曝して、ＳＣＩ．ＡＮ６８３を決定する。別の構成として、ＤｅｃＰａｒｓ６８２がＯＬＴ２１２内にある場合には、ＤｅｃＰａｒｓ６８２は、ＳｅｃＴＡＧタイプを決定する。即ちlongＳｅｃＴＡＧであるかshortＳｅｃＴＡＧであるかを決定する。これは表１の上流方向パケット用のＥＳ，ＳＣ，ＳＣＢビット値に応じて決める。斯くしてＳＣＩを曝し、ＳＣＩ．ＡＮ６８３を決定する。ＳＣＩ．ＡＮ６８３が見出されると、それはキーデータベースＫＤＢ６８４に送られる。ＫＤＢ６８４は、表の中からＳＣＩ．ＡＮ６８３を求めて、対応するセキュア関連キーＳＡＫ６８５とネクストＰＮ６８６とを取り出す。

A Galois/Counter Mode cipher/decipher/authenticabte module ＧＣＭ−ＡＥＳ−１２８（ＧＣＭ６８７）には、ＫＤＢ６８４からのＳＡＫ６８５と、ＤｅｃＰａｒｓ６８２からのＳＣＩ．ＰＮ（ＩＶ）６８８と、暗号化されたセキュアデータ６６５ｂが与えられる。脱暗号化後、それはＧＣＭ６８７は、脱暗号化されたデータ６６４を出力する。このデータ６６４は、平文パケット（パケットが暗号化されていた場合）と、ＰＡＳＳ／ＦＡＩＬ表示とを含む。

脱暗号化（暗号解読）されたデータ６６４が、ＦＲＢ６８１パイプラインからの出力に成功すると、ネクストＰＮ６８９が、データパケット６０４に関連するＤｅｃＰａｒｓ制御６９０のルールに従って、更新され、統計カウンターが、外部統計ブロックへの出力パルスを用いて、増分される。ＦＲＢ６８１は、パケットを再構築するが、これはＳｅｃＴＡＧとＩＣＶを用いずに行われる。

図７は、セキュリティオフセット７５５の構造を示す。ノン−セキュアドメッセージ７０１は、宛先アドレス７６１ａと、発信元アドレス７６２ａと、非セキュアデータ７６４と、完全性チェックのためのフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）７６６ａを有する。

ノン−セキュアドメッセージ７０１は、セキュアデータパケット７０４ａに変換される。セキュアデータパケット７０４ａは、オリジナルの宛先アドレス７６１ｂと、発信元アドレス７６２ｂとを有する。セキュアデータパケット７０４ａは、ノン−セキュアデータ７６４を有し、これはセキュアドデータ７６５ａに暗号化される。ノン−セキュアドメッセージ７０１のオリジナルの完全性チェックＦＣＳ７６６ａは廃棄され、新たな完全性チェックＦＣＳ７６６ｂと完全性チェック値ＩＣＶ７７２ａが追加される。脱暗号化に必要な情報を含むセキュリティタグ（ＳｅｃＴＡＧ７０６ａ）が付加される。

別の構成として、ノン−セキュアドメッセージ７０１は、セキュリティオフセット７５５を有するセキュアデータパケット７０４ａに変換される。セキュアデータパケット７０４ａと同様に、セキュアデータパケット７０４ｂは、オリジナルの宛先アドレス７６１ｃと、発信元アドレス７６２ｃとを有する。セキュアデータパケット７０４ｂも、ペイロード７９３内にノンセキュアデータ７６４を有する。ペイロード７９３の内の未暗号部分７９２は、ペイロード７９３の最初のＭバイト（ここでＭはセキュリティオフセット７５５の値である）を含み、暗号化されない。ペイロード７９３の残りのバイトは、セキュアデータ７６５ｂに暗号化される。ノン−セキュアドメッセージ７０１のオリジナルの完全性チェックＦＣＳ７６６ａは廃棄され、新たな完全性チェックＦＣＳ７６６ｂと完全性チェック値ＩＣＶ７７２ａが追加される。脱暗号化に必要な情報を含むセキュリティタグ（ＳｅｃＴＡＧ７０６ａ）が付加される。

ＥＰＯＮ２１０においては、ＩＥＥＥ ８０１．ＩＡＥの秘密性オフセット特徴が拡張される。特にセキュリティオフセット６５５は、構築可能な値であり、これは３０バイト未満の整数値を採る。但しこれは暗号化装置と脱暗号化装置が使用する値が、パケットの長さよりも長くなく又一部のフィールドが見るのが好ましい場合である。セキュリティオフセット６５５が整数値を採るようにすることにより、キャリアーに対して必要とされる関連情報を露出する。例えばＶＬＡＮヘッダーとプライオリティを見る必要がある場合には、セキュリティオフセット６５５は、「４」に設定される。ＯＰＣｏｄｅが必要とされる場合には、セキュリティオフセット６５５は、「６」に設定される。

図８は、ＥＰＯＮネットワーク上の下流方向通信を安全確保する方法のフローチャート図である。出力下流方向メッセージ８０１が、ＯＬＴ２１２の暗号化エンジンに到達する。ＯＬＴ２１２はネットワークのルールをチェックし（ステップ８４０）、メッセージ８０１の内のどのタイプのメッセージが、トンネルモード８０１で送信されるかをチェックする。“ｎｏ”の場合には、メッセージ８０１はトンネルモードでは送信されずに、ＯＬＴ２１２は、メッセージ８０１が既に暗号化されているか否かをチェックする（ステップ８４２）。“ｙｅｓ”の場合には、メッセージ８０１は既に暗号化され、メッセージ８０１が、shortＭＡＣＳｅｃヘッダー８４３を有するイーサーネット上流方向メッセージの場合には、ＳＣＩは、エンドステーションにより、ＥＳ＝１ ＳＣＢ＝０ ＳＣ＝０にし、ＳＣＩ．ＰＩを００−０１に設定する。その為、パケットは変更無く送信される（ステップ８４４）。メッセージ８０１がshortＭＡＣＳｅｃヘッダー８４５の付いたＭＣメッセージの場合には、ＳＣＩは、エンドステーションにより、ＥＳ＝１，ＳＣＢ＝１，ＳＣ＝０でＳＣＩ．ＰＩが００−００に設定される。その為パケットは、変更無く送信される（ステップ８４６）。メッセージ８０１がlongイーサーネットＭＡＣＳｅｃヘッダー８４７で暗号化されている場合には、ＳＣＩは、エンドステーションによりＥＳ＝０，ＳＣＢ＝０，ＳＣ＝１に設定される。それ故にパケットは、変更無しに送信される（ステップ８４８）。

チェック８４０により、ネットワークルールが、メッセージ８０１の内どのタイプのメッセージがトンネルモードで送信されるかを決定すると、メッセージ８０１は、トンネルモードに置かれ、ペイロードにＤＡ５６１ａとＳＡ５６２ａのＭＡＣアドレスが追加され、新たなダミーＭＡＣアドレス（ＤＡ５６１ｂとＳＡ５６２ｂ）がパケットに追加される。別の構成として、ＭＡＣｓｅｃアドレスの１つＳＡ又はＤＡはそのままで、他のＭＡＣｓｅｃアドレスがペイロードに追加され、ダミーアドレスで置換される。更に別の構成として、メッセージをトンネルモードで送信するか否かの決定は、メッセージのタイプで決まるネットワークポリシーで決まるのではなく、メッセージ８０１に対し個々に決まる。

メッセージ８０１がトンネルモードで送信される場合、又はメッセージ８０１が暗号化されていない場合には、メッセージ８０１のペイロード（とトンネルモードのメッセージの元のＭＡＣアドレスのＤＡ５６１ａとＳＡ５６２ａと）が暗号化される。メッセージ８０１を暗号化する前に、ＯＬＴ２１２は出力パケットのペイロードの一部が露出すべきであるか否かをチェックする（ステップ８４９）。ペイロードの一部が露出されるべき時には、適宜のセキュリティオフセットが追加され（ステップ８５０）、ペイロードの適宜の部分を暴露する。ペイロードの残りの部分は暗号化される。

ＯＬＴ２１２は、メッセージ８０１を構成するどのパケットが、メッセージのタイプに基づいて送信されるかを決定する。

メッセージ８０１がローカル上流方向メッセージ８５１として送信される場合には、ペイロードは、目的のＯＮＵ８５２用のデフォルトの所定のＳＡＫを用いて暗号化され、ＳＣＩは、ＥＳ＝０，ＳＣＢ＝０，ＳＣ＝０に設定され、ＳＣＩ．ＳＡは、ＯＬＴ２１２のＳＡに設定され、ＳＣＩ．ＰＩは、目的のＯＮＵのＬＬＩＤに設定され、パケットは、適宜のshortヘッダーで送信される（ステップ８５３）。

メッセージ８０１が、ローカルＭＣメッセージとして、デフォルトのあて先８５４（ネットワーク２１０内では、デフォルトのＭＣのあて先は、全てのＯＮＵ２１４ａ−ｃである）に送信されると、ペイロードは、ＭＣメッセージ８５５用のデフォルトの所定の共有ＳＡＫを用いて暗号化され、ＳＣＩは、ＥＳ＝０，ＳＣＢ＝１，ＳＣ＝０として設定され、ＳＣＩ．ＳＡは、ＯＬＴ２１２のＳＡに設定され、ＳＣＩ．ＰＩは、０ｘＦＦＦに設定され、パケットは、適宜のshortヘッダー８５６を付して送信される。

メッセージ８０１が、ローカルＭＣメッセージとして、カスタムのあて先８５７（ネットワーク２１０内では、カスタムのＭＣのあて先は、ＯＮＵ２１４ａ−ｃの２つのＯＮＵである）に送信されると、ペイロードは、カスタムのＳＡＫを用いて暗号化され、ＳＣＩは、ＥＳ＝０，ＳＣＢ＝０，ＳＣ＝１として設定され、ＳＣＩ．ＳＡとＳＣＩ．ＰＩは、ＩＥＥＥ８０２．１ＡＥ標準と８０２．１ａｆ標準に従って明示的に設定され、パケットを長いlongヘッダー８５９を付して送信される。

図９は、上流方向トランスポート用のＯＮＵ２１４ａによりメッセージ９０１を暗号化する方法のフローチャートである。ＯＮＵ２１４ｂは、メッセージ９０１がトンネルモードで送信されるか否かをチェックする（ステップ９４０）。“ｙｅｓ”の場合には、リアルＭＡＣアドレスの少なくとも一部（ＤＡ５６１ａ又はＳＡ５６２ａ）が、ダミーアドレス（ダミーＤＡ５６１ｂ又はダミーＳＡ５６２ｂ）で置換され（ステップ９４１）、リアルＬ２−ＭＡＣアドレスの置換された部分が、メッセージのペイロードに付加される。

パケットのＤＡとＳＡが決定されると、即ち変更無し（トンネルモードではない）或いは、変更あり（トンネルモード）と決定されると、ペイロードの一部は暴露されるか否かを決定する（ステップ９４９）。ペイロードの一部が暴露（露出）されると決定されると、適宜のセキュリティオフセットが追加され（ステップ９５０）、ペイロードの適宜の一部とペイロードの残りの部分が、暗号化される。

その後ＯＮＵ２１４ｂは、メッセージ９０１を構成するどのパケットが、メッセージタイプに基づいて送信されるかを決定する（ステップ９４２）。

メッセージ９０１がＯＬＴ２１２へのメッセージ（例えばバンド幅の要求）の場合には、ペイロードは、ＯＮＵ２１４ａのデフォルトのＵＳ ＳＡＫを用いて暗号化され（ステップ９５２）、ＳＣＩはＥＳ＝０，ＳＣＢ＝０，ＳＣ＝０に設定され、ＳＣＩ．ＳＡはＯＬＴ２１２のＳＡに設定され、ＳＣＩ．ＰＩは、ＯＮＵ２１４ａのＬＬＩＤに設定され、ＭＳＢは「１」に設定される（ステップ９５３）。

メッセージ９０１が、shortパケット９４３としてＯＬＴ２１２以外の宛先に送信される場合には、ペイロードは、カスタムキーを用いて暗号化され（ステップ９４４）、ＳＣＩは、ＥＳ＝１，ＳＣＢ＝０，ＳＣ＝０に設定され、ＳＣＩ．ＳＡは従来の標準に従って設定され、ＳＣＩ．ＰＩは００−０１に設定される。

メッセージ９０１が、longパケット９４３としてＯＬＴ２１２以外の宛先に送信される場合には、ペイロードは、デフォルトのカスタムキーを用いて暗号化され（ステップ９４８）、ＳＣＩは、ＥＳ＝０，ＳＣＢ＝０，ＳＣ＝１に設定され、ＳＣＩ．ＳＡとＳＣＩ．ＰＩは、従来の標準に従って設定される。

図１０ａは、ＯＮＵ２１４ｂのセキュアディスカバリとレジストレーション（登録）を表すフローチャートである。最初にＯＬＴ２１２は、ディスカバリゲートメッセージ（ディスカバリタイムスロットの利用可能性をアナウンスする（例：図２のディスカバリタイムスロット９ｂ））を生成し（スロット１００７）、このディスカバリゲートメッセージを、登録されたＯＮＵ２１４ａ−ｃに既知の予め共有したＳＣＩとＳＡＫを用いて、暗号化し（ステップ１００８）、この下流方向ディスカバリゲートパケットをＯＮＵ２１４ａ−ｃに送信する。ＯＮＵ２１４ｂは、ディスカバリゲートパケットを受領し、暗号解読し（ステップ１００９）、登録リクエストメッセージを生成し（ステップ１０１１）、ランダムなＰＮ数を登録レジストレーションリクエストに追加する（ステップ１０１３）。その後、ＯＮＵ２１４ｂが、トンネルモードにある登録リクエストパケットを、所定の共有されたＳＡＫとダミーのＭＡＣＳｅｃアドレスを用いて暗号化する（ステップ１０１５）。ＯＮＵ２１４ｂは、得られたトンネルモードの登録リクエストパケットをＯＬＴ２１２へ送る。ＯＬＴ２１２は、トンネルモード登録リクエストパケットを脱暗号化し（ステップ１０１７）、ＯＮＵ２１４ｂは現在アクティブか否かをチェックする（ステップ２０１９）。ＥＰＯＮ２１０の実施例においては、アクティブなＯＮＵは、トラフィックを最近受領したＯＮＵであり、例えばこのＯＮＵは、ペンディングの登録リクエストを有し、最近の１００ミリ秒の間にＯＬＴ２１２と通信をしているＯＮＵである。ＯＮＵ２１４ｂがアクティブであると、登録リクエストパケットは廃棄される（ステップ１０２３）。ＯＮＵ２１４ｂがアクティブでない場合には、ＯＬＴ２１２は登録リクエストパケットのＰＮをチェックする（ステップ１０２１）。同一のＰＮが、最近の登録リクエストパケットでＯＮＵ２１４ｂから送信された場合には、登録リクエストパケットは、廃棄される（ステップ１０２３）。登録リクエストパケットのＰＮが新しい場合には、ＯＬＴ２１２は、登録リクエストパケットの完全性をＩＣＶ５７２を用いてテストする（ステップ１０２４）。登録リクエストパケットが完全性のテストに不合格の場合には、登録リクエストパケットは廃棄される（ステップ１０２３）。登録リクエストパケットが完全性のテストに合格すると、ＯＬＴ２１２は、登録メッセージを生成し（ステップ１０２５）、登録メッセージを暗号化し（ステップ１０２７）、その後得られた登録パケットを、ＭＰＣＰパケットとＯＡＭパケット用のネットワークのルールに従って、ＯＮＵ２１４ｂに送る。ＯＮＵ２１４ｂは、登録パケットを受領し脱暗号化する（ステップ１０２９）。

図１０ａのセキュア登録方法が、斯くして偽の登録を阻止する。その理由は、適宜の共有したＳＣＩとＳＡＫを知っているＯＮＵのみが、ディスカバリゲートパケットを受領するか或いは合法的な登録リクエストパケットを暗号化できるからである。セキュア登録方法が、ＯＮＵ２１４ｂ上でのスパイ行為を阻止するが、その理由は、ディスカバリゲートパケットと登録リクエストパケットとはトンネルモードで暗号化されるからである。更にＯＮＵ２１４ｂがアクティブで、セキュア登録プロセスが、ＯＮＵ２１４ｂをDenial of Service（ＤｏＳ）アタックから保護する。Denial of Service（ＤｏＳ）においては、ＯＮＵ２１４ｂとして登録された偽のユーザは、ＯＮＵ２１４ｂの現在の登録を自動的に無効にする。ＤｏＳアタックに対する保護は４つのメカニズムで行われる。第１のメカニズムにおいては、ＯＮＵ２１４ｂがアクティブでＤｏＳを引き起こす競合する登録は許さない。第２のメカニズムにおいては、ＯＮＵ２１４ｂが非活性状態の場合でも、ネットワークに対する盗聴者は、適正なＳＡＫとＭＡＣアドレスを知らないために、偽の登録リクエストメッセージを生成できない。第３のメカニズムにおいては、ディスカバリー登録プロセスはトンネルモードにあるために、盗聴者はＯＬＴ２１２のディスカバリゲートパケットか或いはＯＮＵ２１４ｂの登録リクエストメッセージかを区別することができず、登録リクエストパケットを記録し、再生することができない。第４のメカニズムとしては、盗聴者が登録リクエストパケットを再生することに成功した場合でも、再生されたパケットは拒絶される。その理由は、ＰＮナンバーは既に使用されたＰＮナンバーの複製であり、盗聴者がペイロードを再生しＰＮを変えても、偽造は、完全性テストで検出され、偽造された登録パケットは、拒絶される。

図１０ｂは、ＯＮＵ２１４ｂのセキュアな登録抹消（ディレジストレーション）のフローチャートである。ＯＮＵ２１４ｂは、登録抹消メッセージを生成し（ステップ１０３１）、シーケンシャルなＰＮナンバーを付加し（ステップ１０３３）、メッセージを登録抹消パケットに暗号化する（ステップ１０３５）。これはＥＰＯＮ２１０上の上流方向パケットのルールに従って行われる。ＯＬＴ２１２は、登録抹消パケットを脱暗号化し（ステップ１０４７）、ＰＮが正しいシーケンシャルナンバーであることをチェックする（ステップ１０４１）。ＰＮが正しくない場合には、パケットは廃棄される（ステップ１０４３）。ＰＮが正しい場合には、ＯＬＴ２１２は登録抹消パケットの完全性をテストする（ステップ１０４４）。パケットが完全性テストに不合格の場合には、パケットは廃棄される（ステップ１０４３）。パケットが完全性テストに合格すると、ＯＮＵ２１４ｂは登録抹消される（ステップ１０４５）。

斯くして登録抹消方法は、ＯＮＵ２１４ｂをＤｏＳアタックから保護する。その理由は盗聴者は、登録抹消パケットを生成するための適正なＳＡＫを持たないからである。前の登録抹消メッセージを置換することによる誤った登録抹消は阻止される。その理由は登録抹消パケットはトンネルモードで送信される場合には、盗聴者は登録抹消メッセージとその送信者を認識することができないからである。更に盗聴者は登録抹消パケットを識別できない場合でも、盗聴者は登録抹消パケットを記録し再生しようとすると、再生されたパケットは拒絶される。その理由は不適正なＰＮシーケンスだからである。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

図４ａ
４０１ ノン−セキュアのメッセージ
４６１ａ オリジナルＤＡ
４６２ａ オリジナルＳＡ
４６４ オリジナル・フレーム・データ（ペイロード）
４６５ａ 安全確認をしたデータ（オリジナル・フレーム・データとＰＡＤ）
４７２ａ
ポート識別子（２バイト）：ＳＣ＝０のときにはＥＳの記述を参照のこと
セキュアシステムアドレス（６バイト）：ＳＣ＝０の場合はＳＣＩ．ＳＡ＝ＳＡ
パケット番号（４バイト）：各パケットを増分
ＩＣＶ保護はトンネルＤＡとトンネルＳＡとＭＰＤＵを含む
ＣＲＣ３２は全てのイーサーネットフレームを保護する
ＳＬ＝０：セキュアドデータ長さはフレームサイズで決定される
０＜ＳＬ＜４８：セキュアドデータ長さ＝ＳＬ
ＳＬ＞＝４８：保存

関連番号がＳＣ内のＳＡを特定する
Ｅ＝０，Ｃ＝０：フレームの完全性のみが提供されＩＣＶは１６バイト
Ｅ＝０，Ｃ＝１：使用していない（別の暗号列用に保存）
Ｅ＝１，Ｃ＝０：ＫａＹ用のフレーム
Ｅ＝１，Ｃ＝１：ＳｅｃＹ用の暗号化フレーム
ＳＣＢ：このビットはＥＰＯＮシングルコピーブロードキャストフレーム用に設定される
ＳＣ：設定されたときには選択的事項としてのＳＣＩフィールドがＳｅｃタグに含まれる
ＥＳ：エンドステーション。ＥＳ＝１のときにはＳＣＩ．ＳＡ＝ＳＡ，ＳＣＩ．ＰＩ＝ＳＣＢ？０ｘ００００：０ｘ０００１
Ｖ＝０：Ｓｅｃタグバージョン

図６，７
６８４ キーデータベース
６９０ デックパーが制御する
６６５ ペイロード
６６４ データ
６８９ パケット
６８８ 出力データ
６０４ データパケット
６６５ａ ペイロード
６０６ セックタグ
６８１ フレーム

図８、９
スタート
８０１ メッセージ
８４０ トンネルモードか？
８４１ リアルＭＡＣアドレスをペイロードに追加
ＭＡＣアドレスをダミーアドレスで置換
８４２ 既に暗号化されているか？
８４４−８４８ 変更せずに送付
８４９ ペイロードのリヴィール部分か？
８５０ セキュリティオフセットを追加
８５１ ローカルＵＣ
８５２ ＯＮＵ用のデフォルトＳＡＫで暗号化
８５３ shortヘッダーで送信
８５６ shortヘッダーで送信
８５９ longヘッダーで送信
８５４ ローカルＭＣデフォルトターゲット
８５５ デフォルトＭＣＳＡＫで暗号化
８５７ ローカルＭＣカスタムターゲット
８５８ カスタムＳＡＫ

図１０ａ
１０１３ ランダムＰＮを追加する
１０１１ 登録リクエストを生成する
１００９ ディスカバリーゲートパケットを脱暗号化する
１０１５ トンネルモードの登録リクエストを、予め共有したＳＡＫとダミーＭＡＣア ドレスで暗号化する
１０２９ レジスターパケットを脱暗号化する
１０１７ 登録リクエストを脱暗号化する
１０１９ ユーザはアクティブか？
１０２５ レジスターパケットを生成する
１０２１ ＰＮは既に使用したか？
１０２７ レジスターパケットを暗号化する
１０２４ 完全か？
１０２３ 廃棄
１００７ ディスカバリーゲートメッセージを生成する
１００８ 暗号化したディスカバリーゲートパケットＯＮＵに送る

図１０ｂ
１０３１ 脱登録メッセージを生成する
１０３３ シーケンシャルＰＮを追加する
１０３５ 脱登録メッセージを暗号化する
１０４７ 脱登録メッセージを脱暗号化する
１０４５ 脱登録
１０４１ 完全か？
１０４１ ＰＮは正しいか？
１０４３ 廃棄

Claims (29)

1. ＯＬＴと複数のＯＮＵを有するＥＰＯＮ上の通信の安全確保する方法において、
   （Ａ）ＯＬＴが、複数のＯＮＵの内のＯＮＵのＬＬＩＤとして、下流方向パケットのＳＣＩ．ＰＩを構築するステップと、
   （Ｂ）ＯＬＴが、shortＭＡＣsecヘッダーを含む前記下流方向パケットを、前記ＳＣＩに基づく個別のＳＡＫで暗号化するステップと
   を有する
   ことを特徴とするＥＰＯＮ上の通信の安全確保する方法。
2. （Ｃ）ＯＬＴが、前記パケットのタイプを以下のグループから選択し決定するステップを更に有し、
   ｉ） ＵＣ（ユニキャスト）
   ｉｉ） ＭＣ（マルチキャスト）
   ｉｉｉ）ＯＡＭ（操作と管理と保守）
   ｉｖ） ＭＰＣＰ（マルチポイント通信プロトコル）
   ｖ） ＧＰ（ゲートパケット）
   ｖｉ） グラントパケット
   ｖｉｉ）リクエスト（要求パケット）
   前記（Ｂ）ステップにおいて、
   （Ｘ）前記パケットが第１のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第１タイプのパケットの場合、前記個別のＳＡＫは第１の所定のＳＡＫであり、
   （Ｙ）前記パケットが第２のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第２タイプのパケットの場合、前記個別のＳＡＫは第２の所定のＳＡＫである
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. （Ｄ）ＯＬＴが、３０バイト未満のセキュリティオフセットを、前記第１タイプのパケットに付加するステップ
   を更に有する
   ことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記（Ｂ）ステップは、前記第１タイプのパケットのＳＣＩ．ＳＡを、前記ＯＬＴのＳＡに設定するステップを有する
   ことを特徴とする請求項２記載の方法。
5. ＯＬＴと複数のＯＮＵを有するＥＰＯＮ上の通信の安全確保する方法において、
   ＯＮＵが、
   （Ａ）複数のＯＮＵの内のＯＮＵのＬＬＩＤとして、上流方向パケットのＳＣＩフィールドのＰＩを構築するステップと、
   （Ｂ）前記複数のＯＮＵの内のＯＮＵの上流方向のパケットと下流方向のパケットとを区別するために、ＳＣＩ．ＳＡのＭＳＢ（最上位ビット）を構築するステップと、
   （Ｃ）shortＭＡＣsecヘッダーを含む前記上流方向パケットを、前記ＳＣＩに基づく個別のＳＡＫで暗号化するステップと
   を有する
   ことを特徴とするＥＰＯＮ上の通信の安全確保する方法。
6. ＯＬＴと複数のＯＮＵを有するＥＰＯＮ上の通信の安全確保する方法において、
   （Ａ）複数のＯＮＵの内で所定のキーを含むＯＮＵを構築するステップと、
   （Ｂ）ＯＬＴから、前記所定のキーで暗号化されたディスカバリ・ゲート・メッセージを、前記ＯＮＵに送信するステップと、
   （Ｃ）後続の通信パケットを、前記ＯＬＴとＯＮＵで、以下のサブステップ（Ｃ１）〜（Ｃ３）で暗号化するステップと、
   を有し、
   （Ｃ１）前記通信パケットのタイプを以下のグループから選択し決定するステップ
   Ａ）ＵＣ（ユニキャスト）
   Ｂ）ＭＣ（マルチキャスト）
   Ｃ）ＯＡＭ（操作と管理と保守）
   Ｄ）ＭＰＣＰ（マルチポイント通信プロトコル）
   Ｅ）ＧＰ（ゲートパケット）
   Ｆ）グラントパケット
   Ｇ）リクエスト（要求パケット）
   （Ｃ２）前記通信パケットが第１のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第１タイプのパケットの場合、前記通信パケットを第１の所定のＳＡＫで暗号化するステップと、
   （Ｃ３）前記通信パケットが第２のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第２タイプのパケットの場合、前記通信パケットを第２の所定のＳＡＫで暗号化するステップと、
   ことを特徴とするＥＰＯＮ上の通信の安全確保する方法。
7. （Ｄ）前記ＯＮＵから、前記所定のキーで暗号化された登録リクエストパケットを、前記ＯＬＴに送信するステップ
   を更に有する
   ことを特徴とする請求項６記載の方法。
8. （Ｅ）ランダムなＰＮを、前記暗号化された登録リクエストパケットに含ませるステップ
   を更に有する
   ことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. （Ｆ）前記暗号化された登録リクエストパケットを、ダミーのＳＡでアドレスを付すステップ
   を更に有する
   ことを特徴とする請求項７記載の方法。
10. （Ｄ）他のＯＮＵが活性状態にある時に、前記ＯＬＴが、前記登録リクエストパケットを廃棄するステップ
    を更に有する
    ことを特徴とする請求項７記載の方法。
11. ＯＬＴでコーディネートされた、ＩＥＥＥ８０２．１ａｅのＭＡＣｓｅｃを用いるＥＰＯＮ上で、ＯＮＵが使用する脱暗号化エンジンにおいて、
    （ａ）ＤｅｃＰａｒｓモジュールと、
    （ｂ）ＫＤＢ（Key Data Module）と、
    を有し、
    前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、前記ＯＬＴから送信された第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットから第１の所定のＳＣＩを抽出し、前記ＯＬＴから送信された第２タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットから第２の所定のＳＣＩを抽出し、
    前記ＫＤＢは、前記第１の所定のＳＣＩに対応する第１のＳＡＫを取り出し、前記第２の所定のＳＣＩに対応する第２のＳＡＫを取り出し、
    前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを，第１の所定のＳＡＫで脱暗号化し、
    前記第２タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを，第２の所定のＳＡＫで脱暗号化し、
    前記所定のＳＣＩのＰＩは、前記ＯＮＵのＬＬＩＤとして構築される
    ことを特徴とするＥＰＯＮ上でＯＮＵが使用する脱暗号化エンジン。
12. 前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、前記ＯＬＴからトンネルモードで送信された安全確保したパケットをパースし、
    前記安全確保したパケットは、以下の（ｉ）と（ｉｉ）とを有する
    （ｉ）安全確保されていないパケットデータと前記安全確保したパケットの安全確保データに暗号化されたＭＡＣアドレスと、
    （ｉｉ）以下の（Ａ）〜（Ｃ）を利用するshortＭＡＣsecヘッダーと
    （Ａ）ローカルＭＡＣ宛先アドレス
    （Ｂ）ＭＡＣソースアドレスとしてのＳＣＩ．ＳＡフィールド
    （Ｃ）登録に際しＯＬＴからＯＮＵに与えられＯＮＵに独自のものであるＬＬＩＤとしてのＳＣＩ．ＰＩ
    ことを特徴とする請求項１１記載の脱暗号化エンジン。
13. （ｃ）ＦＲＢ（フレーム再構築）モジュール
    を更に有し、
    前記ＦＲＢ（フレーム再構築）モジュールは、前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットが不正なＰＮ（パケット番号）を有する場合、前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを廃棄する
    ことを特徴とする請求項１１記載の脱暗号化エンジン。
14. 前記ＫＤＢは、ＭＰＣＰメッセージ用に、予め共有したＳＡＫを記憶する
    ことを特徴とする請求項１１記載の脱暗号化エンジン。
15. 前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、３０バイト未満のセキュリティオフセットを有する前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットをパースする
    ことを特徴とする請求項１１記載の脱暗号化エンジン。
16. 複数のＯＮＵを有するＩＥＥＥ８０２．１ａｅのＭＡＣｓｅｃを用いるＥＰＯＮ上で、ＯＬＴが使用する脱暗号化エンジンにおいて、
    （ａ）ＤｅｃＰａｒｓモジュールと、
    （ｂ）ＫＤＢ（Key Data Module）と、
    を有し、
    前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、前記複数のＯＮＵの内の１つのＯＮＵから送信された、第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットから第１の所定のＳＣＩを抽出し、前記ＯＮＵから送信された第２タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットから第２の所定のＳＣＩを抽出し、
    前記ＫＤＢは、前記第１の所定のＳＣＩに対応する第１のＳＡＫを取り出し、前記第２の所定のＳＣＩに対応する第２のＳＡＫを取り出し、
    前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを前記第１の所定のＳＡＫで脱暗号化し、前記第２タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを前記第２の所定のＳＡＫで脱暗号化し、
    前記ＳＣＩフィールドのＰＩは、前記ＯＮＵのＬＬＩＤとして構築される
    ことを特徴とするＥＰＯＮ上でＯＬＴが使用する脱暗号化エンジン。
17. 前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、前記ＯＮＵからトンネルモードで送信された安全確保したパケットをパースし、
    前記安全確保したパケットは、以下の（ｉ）と（ｉｉ）とを有する
    （ｉ）安全確保されていないパケットデータと前記安全確保したパケットの安全確保データに暗号化されたＭＡＣアドレスと、
    （ｉｉ）以下の（Ａ）〜（Ｃ）を利用するshortＭＡＣsecヘッダーと
    （Ａ）ローカルＭＡＣ宛先アドレス
    （Ｂ）ＭＡＣソースアドレスとしてのＳＣＩ．ＳＡフィールド
    （Ｃ）登録に際しＯＬＴからＯＮＵに与えられＯＮＵに独自のものであるＬＬＩＤとしてのＳＣＩ．ＰＩ
    ことを特徴とする請求項１６記載の脱暗号化エンジン。
18. （ｃ）ＦＲＢモジュールを更に有し、
    前記ＦＲＢモジュールは、前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットがシーケンス外にあるＰＮを有する場合、前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを廃棄する
    ことを特徴とする請求項１６記載の脱暗号化エンジン。
19. （ｃ）ＦＲＢモジュールを更に有し、
    前記ＦＲＢモジュールは、前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットが以前に使用されたＰＮを有する場合、前記第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットを廃棄する
    ことを特徴とする請求項１６記載の脱暗号化エンジン。
20. 前記ＫＤＢは、登録リクエストメッセージを脱暗号化するために、予め共有したＳＡＫを記憶する
    ことを特徴とする請求項１６記載の脱暗号化エンジン。
21. 前記ＤｅｃＰａｒｓモジュールは、３０バイト未満のセキュリティオフセットを有する第１タイプのshortＭＡＣsecヘッダー・パケットをパースする
    ことを特徴とする請求項１６記載の脱暗号化エンジン。
22. ＯＬＴとＯＮＵとを有するＥＰＯＮにおいて、
    前記ＯＬＴは、
    （ｉ）複数のＯＮＵの内のＯＮＵのＬＬＩＤとして、下流方向のパケットのＳＣＩ．ＰＩフィールドを構築し、
    （ｉｉ）shortＭＡＣsecヘッダーを含む前記下流方向のパケットを、前記ＳＣＩに基づく個別のＳＡＫで暗号化し、
    前記ＯＮＵは、
    （ｉ）前記ＳＣＩに基づく個別のＳＡＫで前記下流方向のパケットを脱暗号化する
    ことを特徴とするＥＰＯＮ。
23. 前記ＯＬＴは、
    （ｉｉｉ）前記パケットのタイプを以下のグループから選択し決定し、
    ｉ） ＵＣ（ユニキャスト）
    ｉｉ） ＭＣ（マルチキャスト）
    ｉｉｉ）ＯＡＭ（操作と管理と保守）
    ｉｖ） ＭＰＣＰ（マルチポイント通信プロトコル）
    ｖ） ＧＰ（ゲートパケット）
    ｖｉ） グラントパケット
    ｖｉｉ）リクエスト（要求パケット）
    （Ｘ）前記パケットが第１のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第１タイプのパケットの場合、前記個別のＳＡＫは、第１の所定のＳＡＫであり、
    （Ｙ）前記パケットが第２のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第２タイプのパケットの場合、前記個別のＳＡＫは、第２の所定のＳＡＫである
    ことを特徴とする請求項２２記載のＥＰＯＮ。
24. 前記ＯＬＴは、
    （ａ）安全確保されていないパケット全部を、ローカルＭＡＣ宛先アドレスを利用するshortＭＡＣｓｅｃヘッダーを有する安全確保したパケットに変換し、
    この変換は、前記の安全確保されていないパケット全部とＭＡＣアドレスを、安全確保したパケットに暗号化することを含み、
    （ｂ）前記安全確保されたパケットのshortＭＡＣｓｅｃヘッダーのＳＣＩ．ＳＡをＭＡＣソースアドレスとして、ＳＣＩ．ＰＩを登録時にＯＬＴからＯＮＵに与えられＯＮＵに独自のものであるＬＬＩＤとして、構築する
    ことを特徴とする請求項２２記載のＥＰＯＮ。
25. （ｃ）前記ＯＮＵは、所定のキーを含み、
    （ｄ）前記ＯＬＴは、前記所定のキーで暗号化されたディスカバリ・ゲート・メッセージを送信し、
    （ｅ）前記ＯＬＴとＯＮＵが、後続の通信を、
    （ｅ１）前記パケットの種類を以下のグループから選択し決定するサブステップと、 ｉ） ＵＣ（ユニキャスト）
    ｉｉ） ＭＣ（マルチキャスト）
    ｉｉｉ）ＯＡＭ（操作と管理と保守）
    ｉｖ） ＭＰＣＰ（マルチポイント通信プロトコル）
    ｖ） ＧＰ（ゲートパケット）
    ｖｉ） グラントパケット
    ｖｉｉ）リクエスト（要求パケット）
    （ｅ２）前記パケットが第１のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第１タイプのパケットの場合、前記パケットを第１の所定のＳＡＫで暗号化するサブステップと、
    （ｅ３）前記パケットが第２のshortＭＡＣsecヘッダーを有する第２タイプのパケットの場合、前記パケットを第２の所定のＳＡＫで暗号化するサブステップとで
    暗号化する
    ことを特徴とする請求項２２記載のＥＰＯＮ。
26. 前記ＯＮＵは、ランダムなＰＮを、前記暗号化された下流方向のパケットに含める
    ことを特徴とする請求項２２記載のＥＰＯＮ。
27. 前記ＯＮＵは、前記暗号化された下流方向のパケットを、ダミーのＭＡＣアドレスで送信する
    ことを特徴とする請求項２２記載のＥＰＯＮ。
28. 前記ＯＬＴは、前記ＯＮＵが活性状態にあるときに、前記ＯＮＵが要求する登録リクエストパケットを拒絶する
    ことを特徴とする請求項２２記載のＥＰＯＮ。
29. ＯＬＴとＯＮＵとの間でＥＰＯＮ上の上流方向と下流方向の通信の安全確保する方法において、
    （ａ）暗号化即ち安全確保されていないメッセージ全部を、ローカルＭＡＣ宛先アドレスを利用するshortＭＡＣｓｅｃヘッダーを有する安全確保したパケットに変換するステップと、
    前記変換するステップ（ａ）は、前記安全確保されていないメッセージデータと前記ローカルＭＡＣ宛先アドレスを、前記安全確保したデータパケットの安全確保したデータに暗号化することを含み
    （ｂ）前記安全確保されたデータパケットのshortＭＡＣｓｅｃヘッダーのＳＣＩ．ＳＡを、前記ローカルＭＡＣソースアドレスとして、ＳＣＩ．ＰＩを登録時にＯＬＴからＯＮＵに与えられＯＮＵに独自のものであるＬＬＩＤとして、構築するステップと
    を有し、
    前記ＯＬＴとＯＮＵが、前記ステップ（ａ），（ｂ）を実行する、
    ことを特徴とするＯＬＴとＯＮＵとの間でＥＰＯＮ上の上流方向と下流方向の通信の安全確保する方法。

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