JP6491162B2 - データ送受信方法およびセンシングシステム - Google Patents
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Description
このようなシステムにおいて、セキュリティ確保のためには、ネットワークにアクセスするセンサ端末や処理装置が、正当なものであることを確認したり、アプリケーションによっては、センサ値を秘匿化したりする必要がある。例えば、パソコンやスマートフォンでは、電子証明書を用いた相互認証や秘密鍵暗号による暗号化通信が行われている(例えば、非特許文献1など参照)。
また、本発明にかかる上記センシングシステムの一構成例は、前記暗号情報生成部が、前記データを前記送信側暗号鍵で暗号化する際、任意の頻度で前記送信側暗号鍵を変更するようにしたものである。
また、本発明にかかる上記センシングシステムの一構成例は、前記暗号情報生成部が、前記データを前記送信側暗号鍵で暗号化する際、前記中継装置から送信する前記データの送信頻度に応じて前記送信側暗号鍵の変更頻度を変更するようにしたものである。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかるセンシングシステム1について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかるセンシングシステムの構成を示すブロック図である。
また、センサ端末10には、共通暗号鍵からなる送信側暗号鍵Kscが予め設定されており、所定のタイミングで更新される。
これらの鍵の保管や暗号処理は、センサ端末10や処理装置20内に設置された、耐タンパ性を有するハードウェア内で安全に行われる。
また、処理装置20において、受信側秘密鍵Krs、送信側暗号鍵Ksc、および送信側公開鍵Kspは、それぞれ送信側暗号鍵Ksc、データD、およびハッシュ値Hdの復号化に用いられる。
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかるセンサ端末10の構成について詳細に説明する。
センサ端末10には、主な機能部として、センサ11、署名情報生成部12、暗号情報生成部13、鍵情報生成部14、および送信部15が設けられている。
署名情報生成部12は、センサ11で検出したセンサ値などのデータDについてハッシュ値Hdを計算する機能と、得られたハッシュ値Hdを送信側秘密鍵Kssで暗号化することにより署名情報Dsを生成する機能を有している。
鍵情報生成部14は、送信側暗号鍵Kscを受信側公開鍵Krpで暗号化することにより鍵情報Dkを生成する機能を有している。
送信部15は、署名情報Ds、暗号情報Dc、および鍵情報Dkからなる認証情報を、1つの認証メッセージMaに格納し、通信ネットワークNWを介して処理装置20へ送信する機能を有している。
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる処理装置20の構成について詳細に説明する。
処理装置20には、主な機能部として、受信部21、鍵情報復号化部22、暗号情報復号化部23、署名情報復号化部24、および認証判定部25が設けられている。
暗号情報復号化部23は、認証メッセージMaに含まれる暗号情報Dcを、鍵情報復号化部22で得られた送信側暗号鍵Kscで復号化することによりデータDを取得する機能を有している。
認証判定部25は、暗号情報復号化部23で復号化して得られたデータDのハッシュ値Hd’を計算する機能と、署名情報復号化部24で復号化して得られたハッシュ値Hdをハッシュ値Hd’と比較することにより、センサ端末10および処理装置20の真正性を認証判定する機能とを有している。
次に、図3を参照して、本実施の形態にかかるセンシングシステム1のデータ転送動作について説明する。図3は、第1の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
センシングシステム1は、図3に示すように、センサ端末10から処理装置20へデータDを転送するデータ転送処理において、予め設定されている転送タイミングに応じて間欠的に、認証メッセージ転送処理(ステップ100)を実行する。
次に、図4を参照して、データ転送動作におけるセンサ端末10での送信側動作について説明する。図4は、第1の実施の形態にかかるセンサ端末の送信側処理を示すフローチャートである。
センサ端末10は、データ転送動作において、図4の送信側処理を実行する。
また、暗号情報生成部13は、データDを送信側暗号鍵Kscで暗号化することにより暗号情報Dcを生成し(ステップ112)、鍵情報生成部14は、送信側暗号鍵Kscを受信側公開鍵Krpで暗号化することにより鍵情報Dkを生成する(ステップ113)。
次に、図5を参照して、データ転送動作における処理装置20での受信側動作について説明する。図5は、第1の実施の形態にかかる処理装置の受信側処理を示すフローチャートである。
処理装置20は、データ転送動作において、図5の受信側処理を実行する。
次に、鍵情報復号化部22は、認証メッセージMaに含まれる鍵情報Dkを受信側秘密鍵Krsで復号化することにより送信側暗号鍵Kscを取得し(ステップ121)、暗号情報復号化部23は、認証メッセージMaに含まれる暗号情報Dcを、鍵情報復号化部22で得られた送信側暗号鍵Kscで復号化することにより元のデータDを取得する(ステップ122)。
この後、認証判定部25は、暗号情報復号化部23で復号化して得られたデータDのハッシュ値Hd’を計算し(ステップ124)、署名情報復号化部24で復号化して得られたハッシュ値Hdをハッシュ値Hd’と比較する(ステップ125)。
このように、本実施の形態は、送信側のセンサ端末10で、送信するデータDのハッシュ値Hdを送信側秘密鍵Kssで暗号化して生成した署名情報Dsと、データDを送信側暗号鍵Kscで暗号化して生成した暗号情報Dcと、送信側暗号鍵Kscを受信側公開鍵Krpで暗号化して生成した鍵情報Dkとを、認証メッセージMaに格納して受信側へ送信し、受信側の処理装置20で、受信した認証メッセージMaの鍵情報Dkを受信側秘密鍵Krsで復号化して送信側暗号鍵Kscを取得し、認証メッセージMaの暗号情報Dcを送信側暗号鍵Kscで復号化してデータDを取得し、認証メッセージMaの署名情報Dsを送信側公開鍵Kspで復号化してハッシュ値Hdを取得し、データDから計算したハッシュ値Hd’とを比較することにより、送信側および受信側の真正性を認証判定するようにしたものである。
次に、本発明の第2の実施の形態にかかるセンシングシステム1について説明する。
第1の実施の形態では、データ転送処理において、データDを転送するごとに、認証メッセージ転送処理(ステップ100)を実行する場合を例として説明した。ここで、データDの転送間隔が短い場合、データDを転送するごとに、毎回、認証メッセージ転送処理を実行する必要性がない場合もある。本実施の形態では、通常はデータDを暗号化してデータ転送する暗号メッセージ転送処理を実行し、一定の送信頻度または送信時間間隔で認証メッセージ転送処理を実行する場合について説明する。
なお、認証メッセージMaについては、処理装置20で収集すべきデータDではなく、擬似的なダミーデータを用いてもよい。これにより、収集すべき新たなデータDが存在していなくても、任意のタイミングで認証メッセージMaを送信することができる。
次に、図6を参照して、本実施の形態にかかるセンシングシステム1の動作について説明する。図6は、第2の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
その後、所定の送信頻度または送信時間間隔に基づき認証メッセージ転送処理の処理タイミングが到来するまで、暗号メッセージ転送処理(ステップ200)を繰り返し実行する。
この場合、中継装置30では、更新した新たな送信側暗号鍵KscによりデータDを暗号化して得た暗号情報Dcと、受信側公開鍵Krpにより新たな送信側暗号鍵Kscを暗号化して得られた鍵情報Dkとを、1つの鍵メッセージMkに格納して処理装置20へ送信すればよい。
このように本実施の形態は、送信側のセンサ端末10において、通常は暗号情報生成部13で生成されたデータDに関する暗号情報Dcのみを暗号メッセージMcにより受信側へ送信し、所定の送信頻度または送信時間間隔でデータDに関する認証メッセージMaを生成して送信し、受信側の処理装置20において、暗号情報復号化部23が、送信側から暗号情報のみを格納する暗号メッセージMc受信した場合、それまでに認証メッセージMaにより取得した送信側暗号鍵Kscで暗号情報Dcを復号化することによりデータDを取得するようにしたものである。
これにより、通信トラヒックが比較的低い場合には、より高い頻度でデータDを送信できるとともに、通信トラヒックが増大した場合には、データDの送信頻度を低減させて通信トラヒックに対する悪影響を回避させることができる。
これにより、認証メッセージMaを送信する頻度をさらに低減しつつ、送信側暗号鍵Kscを更新される。したがって、ある程度のセキュリティ性を確保しつつ、送信側のセンサ端末10における処理負担、さらには受信側の処理装置20における処理負担を軽減することが可能となる。
次に、図7を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかるセンシングシステム1について説明する。図7は、第3の実施の形態にかかるセンシングシステムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態では、センサ端末10に代えて中継装置30を送信側装置とし、中継装置30と処理装置20との間に暗号化通信技術を適用する場合を例として説明する。ここでは、中継装置30が1つの場合を例として説明するが、中継装置30を複数設け、それぞれに複数のセンサ端末10を収容するようにしてもよい。なお、処理装置20の構成については、第1の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
この中継装置30には、主な機能部として、受信部31、署名情報生成部32、暗号情報生成部33、鍵情報生成部34、および送信部35が設けられている。
署名情報生成部32は、受信部31で生成したデータDについてハッシュ値Hdを計算する機能と、得られたハッシュ値Hdを送信側秘密鍵Kssで暗号化することにより署名情報Dsを生成する機能を有している。
鍵情報生成部34は、送信側暗号鍵Kscを受信側公開鍵Krpで暗号化することにより鍵情報Dkを生成する機能を有している。
送信部35は、署名情報Ds、暗号情報Dc、および鍵情報Dkからなる認証情報を、1つの認証メッセージMaに格納し、通信ネットワークNWを介して処理装置20へ送信する機能を有している。
これらの鍵の保管や暗号処理は、中継装置30や処理装置20内に設置された、耐タンパ性を有するハードウェア内で安全に行われる。暗号アルゴリズムとしては、RSA、ElGamal等の一般的な手法を用いればよい。
また、処理装置20において、受信側秘密鍵Krs、送信側暗号鍵Ksc、および送信側公開鍵Kspは、それぞれ送信側暗号鍵Ksc、データD、およびハッシュ値Hdの復号化に用いられる。
次に、図9を参照して、本実施の形態にかかるセンシングシステム1のデータ転送動作について説明する。図9は、第3の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
センシングシステム1は、図9に示すように、中継装置30から処理装置20へデータDを転送するデータ転送処理において、予め設定されている転送タイミングに応じて間欠的に、認証メッセージ転送処理(ステップ300)を実行する。
また、処理装置20における詳細な受信側処理については、前述した図5の受信側処理と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
なお、本実施の形態に対して、第2の実施の形態を適用して、認証メッセージ転送処理の送信頻度を低減するようにしてもよく、前述と同様の作用効果が得られる。
このように、本実施の形態は、第1の実施の形態にかかる送信側を、センサ端末10に代えて中継装置30とし、中継装置30と処理装置20との間に第1の実施の形態にかかるデータ送受信方法を適用したものである。
これにより、センサ端末10での暗号化処理を省くことができ、センサ端末10での処理負担を大幅に削減することができる。したがって、センサ端末10の構成を簡素化でき、あるいは既存のセンサ端末10を適用でき、センシングシステム1全体のコストを削減することが可能となる。
次に、図10を参照して、本発明の第4の実施の形態にかかるセンシングシステム1について説明する。図10は、第4の実施の形態にかかるセンシングシステムの構成を示すブロック図である。
送信部15は、センサ11で検出したセンサ値などの新たなデータDに基づいて、署名情報生成部12で生成された署名情報Dsと、データDとを署名メッセージMsに格納して、中継装置30へ送信する機能を有している。なお、センサ11および署名情報生成部12は、第1の実施の形態で説明したものと同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
受信部31は、配下のセンサ端末10からの署名メッセージMsを受信して、署名情報DsとデータDとを取得する機能を有している。
暗号情報生成部33は、受信部31からのデータDを送信側暗号鍵Kscで暗号化することにより暗号情報Dcを生成する機能を有している。
なお、鍵情報生成部34および送信部35は、第3の実施の形態で説明したものと同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
これらの鍵の保管や暗号処理は、センサ端末10、中継装置30、および処理装置20内に設置された、耐タンパ性を有するハードウェア内で安全に行われる。暗号アルゴリズムとしては、RSA、ElGamal等の一般的な手法を用いればよい。
また、処理装置20において、受信側秘密鍵Krs、送信側暗号鍵Ksc、および送信側公開鍵Kspは、それぞれ送信側暗号鍵Ksc、データD、およびハッシュ値Hdの復号化に用いられる。
次に、図12を参照して、本実施の形態にかかるセンシングシステム1のデータ転送動作について説明する。図12は、第4の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
センシングシステム1は、図12に示すように、センサ端末10から中継装置30を介して処理装置20へデータDを転送するデータ転送処理において、予め設定されている転送タイミングに応じて間欠的に、認証メッセージ転送処理(ステップ400)を実行する。
このように、本実施の形態は、センサ端末10は、署名情報Ds、暗号情報Dc、および鍵情報Dkのうち、いずれか1または複数の情報を分担して生成し、中継装置30は、メッセージを送信する際、署名情報Ds、暗号情報Dc、および鍵情報Dkのうち、センサ端末10で生成された情報と自己で生成した情報とを、1つのメッセージに格納して処理装置20へ送信するようにしたものである。
また、送信側処理の分担は、例えばセンサ端末10の接続数や、データDの収集間隔など、センシングシステム1の規模や仕様に応じて分担を決定すればよく、極めてコストパフォーマンスの良好なセンシングシステム1を実現することが可能となる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
Claims (10)
- 通信ネットワークを介して接続されたセンサ端末から処理装置へ、各種のデータを暗号化して送信する際、中継装置を用いて前記センサ端末から送信されたデータを前記処理装置へ中継転送するためのデータ送受信方法であって、
前記センサ端末は、
前記データのハッシュ値を計算して送信側秘密鍵で暗号化することにより署名情報を生成する署名情報生成ステップと、
前記データを送信側暗号鍵で暗号化することにより暗号情報を生成する暗号情報生成ステップと、
前記送信側暗号鍵を受信側公開鍵で暗号化することにより鍵情報を生成する鍵情報生成ステップのうち、いずれか1または複数を分担して実行し、
前記中継装置は、
前記署名情報生成ステップ、前記暗号情報生成ステップ、および前記鍵情報生成ステップのうち、前記センサ端末で分担して実行する以外の残りと、
前記署名情報、前記暗号情報、および前記鍵情報のうち、前記センサ端末で分担して生成された情報と、自己で生成した残りの情報とを、1つのメッセージに格納して前記処理装置へ送信する送信ステップとを実行し、
前記処理装置は、
前記中継装置から前記メッセージを受信する受信ステップと、
前記メッセージに含まれる前記鍵情報を受信側秘密鍵で復号化することにより前記送信側暗号鍵を取得する鍵情報復号化ステップと、
前記メッセージに含まれる前記暗号情報を前記送信側暗号鍵で復号化することにより前記データを取得する暗号情報復号化ステップと、
前記メッセージに含まれる前記署名情報を送信側公開鍵で復号化することによりハッシュ値を取得する署名情報復号化ステップと、
復号化して得られた前記データのハッシュ値を計算し、復号化して得られた前記ハッシュ値と比較することにより、前記センサ端末、前記中継装置、および前記処理装置の真正性を認証判定する認証判定ステップとを実行する
ことを特徴とするデータ送受信方法。 - 請求項1に記載のデータ送受信方法において、
前記送信ステップは、前記処理装置に対して前記データを順次送信する際、通常は前記暗号情報生成ステップで生成された前記データに関する前記暗号情報のみを前記処理装置へ送信し、所定の送信頻度または送信時間間隔で前記データに関する前記メッセージを生成して送信し、
前記暗号情報復号化ステップは、前記中継装置から前記暗号情報のみを受信した場合、それまでに前記メッセージにより取得した前記送信側暗号鍵で前記暗号情報を復号化することにより前記データを取得する
ことを特徴とするデータ送受信方法。 - 請求項2に記載のデータ送受信方法において、
前記送信ステップは、前記中継装置と前記処理装置との間の通信トラヒックに応じて、前記メッセージを送信する送信頻度または送信時間間隔を変更することを特徴とするデータ送受信方法。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のデータ送受信方法において、
前記暗号情報生成ステップは、前記データを前記送信側暗号鍵で暗号化する際、任意の頻度で前記送信側暗号鍵を変更することを特徴とするデータ送受信方法。 - 請求項4に記載のデータ送受信方法において、
前記暗号情報生成ステップは、前記データを前記送信側暗号鍵で暗号化する際、前記中継装置から送信する前記データの送信頻度に応じて前記送信側暗号鍵の変更頻度を変更することを特徴とするデータ送受信方法。 - 通信ネットワークを介して接続されたセンサ端末から処理装置へ、各種のデータを暗号化して送信する際、中継装置を用いて前記センサ端末から送信されたデータを前記処理装置へ中継転送するセンシングシステムであって、
前記センサ端末は、
前記データのハッシュ値を計算して送信側秘密鍵で暗号化することにより署名情報を生成する署名情報生成部と、
前記データを送信側暗号鍵で暗号化することにより暗号情報を生成する暗号情報生成部と、
前記送信側暗号鍵を受信側公開鍵で暗号化することにより鍵情報を生成する鍵情報生成部のうち、いずれか1または複数を分担して備え、
前記中継装置は、前記署名情報生成部、前記暗号情報生成部、および前記鍵情報生成部のうち、前記センサ端末が分担して備える以外の残りと、
前記署名情報、前記暗号情報、および前記鍵情報のうち、前記センサ端末で分担して生成された情報と、自己で生成した残りの情報とを、1つのメッセージに格納して前記処理装置へ送信する送信部とを備え、
前記処理装置は、
前記中継装置から前記メッセージを受信する受信部と、
前記メッセージに含まれる前記鍵情報を受信側秘密鍵で復号化することにより前記送信側暗号鍵を取得する鍵情報復号化部と、
前記メッセージに含まれる前記暗号情報を前記送信側暗号鍵で復号化することにより前記データを取得する暗号情報復号化部と、
前記メッセージに含まれる前記署名情報を送信側公開鍵で復号化することによりハッシュ値を取得する署名情報復号化部と、
復号化して得られた前記データのハッシュ値を計算し、復号化して得られた前記ハッシュ値と比較することにより、前記センサ端末、前記中継装置、および前記処理装置の真正性を認証判定する認証判定部とを備える
ことを特徴とするセンシングシステム。 - 請求項6に記載のセンシングシステムにおいて、
前記送信部は、前記処理装置に対して前記データを順次送信する際、通常は前記暗号情報生成部で生成された前記データに関する前記暗号情報のみを前記処理装置へ送信し、所定の送信頻度または送信時間間隔で前記データに関する前記メッセージを生成して送信し、
前記暗号情報復号化部は、前記中継装置から前記暗号情報のみを受信した場合、それまでに前記メッセージにより取得した前記送信側暗号鍵で前記暗号情報を復号化することにより前記データを取得する
ことを特徴とするセンシングシステム。 - 請求項7に記載のセンシングシステムにおいて、
前記送信部は、前記中継装置と前記処理装置との間の通信トラヒックに応じて、前記メッセージを送信する送信頻度または送信時間間隔を変更することを特徴とするセンシングシステム。 - 請求項6〜請求項8のいずれかに記載のセンシングシステムにおいて、
前記暗号情報生成部は、前記データを前記送信側暗号鍵で暗号化する際、任意の頻度で前記送信側暗号鍵を変更することを特徴とするセンシングシステム。 - 請求項9に記載のセンシングシステムにおいて、
前記暗号情報生成部は、前記データを前記送信側暗号鍵で暗号化する際、前記中継装置から送信する前記データの送信頻度に応じて前記送信側暗号鍵の変更頻度を変更することを特徴とするセンシングシステム。
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