JPH10326365A

JPH10326365A - 自動料金収受システム及びその自動料金収受方法

Info

Publication number: JPH10326365A
Application number: JP9136676A
Authority: JP
Inventors: Masashi Takahashi; 昌士高橋; Hidefumi Oshima; 秀文大島; Hayao Sumiyasu; 隼夫住安; Seizo Furuno; 清三古野
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Koden Electronics Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Koden Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】有料道路における自動料金収受システムのセ
キュリティーを高めるとともに、高性能、高速処理を可
能にするセキュリティー機能を有する自動料金収受シス
テム及びその自動料金収受方法を提供する。【解決手段】有料道路におけるセキュリティー機能を
有する自動料金収受システムにおいて、第１の暗号化手
段による書き込みがＩＣカード発行機４によって行われ
て発行されるＩＣカード５と、このＩＣカード５を読取
可能にするとともに、第２の暗号化手段を有する暗号部
と、通信処理部とを有する車両Ｖに装備される車載機３
と、この車載機３との双方向無線通信が可能であるとと
もに、第２の暗号化手段を有する暗号部と通信処理部と
を有する料金所出入口１，２と、各料金所出入口１，２
間と、システム管理センタ２６を接続するオンライン通
信網２７とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速道路等の有料
道路における自動料金収受システム及びその自動料金収
受方法に係り、特に、ＩＣカード（プリペイドカードを
含む）を用いて、料金の自動引き落としを行う場合の料
金（残金）情報等の秘匿化を含めたセキュリティー方式
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、特開平６−６０２３７号公報に開示されるもの
があった。高速道路の料金収受には、特に人手を必要と
し、また、車両の停止が余儀なくされるため、交通渋滞
の原因となる。そのため、これを改善する方法が提案さ
れている。

【０００３】上記文献に開示される従来のスマートカー
ド等を用いた自動料金収受システム等では、料金所にお
ける側路装置から変更可能な暗号化コードが移動中の車
両に対して送信される。その後、移動中の車両は、支払
い情報等をデータ暗号化標準（ＤＥＳ）アルゴリズムに
従って暗号化するために、送信されてきた暗号化コード
を用いる。移動中の車両は、暗号化された支払い情報を
側路装置に送信し、それにより、側路装置は、クレジッ
トあるいは、デビット処理を実行する。

【０００４】暗号化コードが時々刻々変化するため、車
両によって送信される信号も変化する。暗号化コード
は、８ビットの乱数及び日時を表す数とから構成されて
いる。車両に設置された装置は、トランスポンダユニッ
ト及びそれに挿入された可搬なスマートカードからな
る。側路装置は、料金所の高速支払いレーンに添って連
続して、ある間隔を有して設置された一対のアンテナ及
びそれらを制御するコンピュータを有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の自動料金収受システムでは、料金所の側路装置
と車両との間の重要情報の通信に関して、データ暗号化
標準（ＤＥＳ）のみのアルゴリズムで暗号化している
が、そのＤＥＳのアルゴリズムは公知のものであり、安
全性に乏しい。特に、平文でのデータが明らかであった
り、複数のスマートカードの重要データの内容が想定で
きれば、対照文解析等により容易に、その内容を見破る
ことが可能である。

【０００６】さらに、ＤＥＳの暗号化鍵（ｋ）６４ビッ
トが、スマートカード内のメモリに登録（ストア）され
ているとともに、ＤＥＳの処理プログラム（ＩＣ）もス
マートカード内にストアされていることを考慮すると、
暗号化鍵や処理プログラムを盗むことが考えられるた
め、セキュリティーを有する、つまり、安全とは言えな
い。

【０００７】また、８ビットの乱数や日時情報によっ
て、暗号化コード（平文データ）を周期的に変更するこ
とによりＤＥＳの解析を難しくはしているが、その乱数
８ビットと日時情報が平文で送信されることや秘匿アル
ゴリズムや、その鍵のストアされたスマートカードが利
用者の手元にいつも存在することを考慮すると、セキュ
リティーはほとんど確保されていない。

【０００８】また、従来の自動料金収受システムでは、
車両の運転者は料金所入口に入る以前にスマートカード
を車両のトランスポンダに挿入しておかなければならな
い。すなわち、利用者は高速道路に入る以前にスマート
カードを購入しておかなければならないことになる。つ
まり、高速道路のサービスエリアでの購入では間に合わ
ない。

【０００９】さらに、スマートカードの紛失や盗難があ
った場合、当局への届出を原則として、そのカードをブ
ラックリスト化することでシステムでの利用を無効にし
ているが、スマートカードが不法に複写、複製（コピ
ー）されて使用された場合、これに対する対応手段がな
い。また、車両から料金所に送信される車両識別（車種
情報）や位置情報（入口情報）が平文であるため、料金
所での料金計算は高速処理が可能であるが、不法な疑似
信号（料金が安価となるような値）を発信して、料金を
安くしてしまうことも可能である。

【００１０】さらに、その後の徴収金額（残金）等の暗
号通信に関して、スマートカード内でその暗号化（復
号）演算処理をしなければならないため、スマートカー
ドでの処理性能（処理時間）が車両の料金所通過時間に
大きく影響する。スマートカードの物理的制約から高性
能、高速処理の装置を内蔵することは不可能であり、結
果的に、この処理時間を５００ｍｓｅｃ以下とするシス
テムの実現性に乏しい。

【００１１】また、従来の自動料金収受システムでは、
スマートカードでの処理を前提にしないとシステムが成
り立たない。本発明は、上記問題を除去し、有料道路に
おける自動料金収受システムのセキュリティーを高める
とともに、高性能、高速処理を可能にする自動料金収受
システム及びその自動料金収受方法を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、〔１〕有料道路におけるセキュリティー機能を有する自
動料金収受システムにおいて、情報記憶媒体発行機によ
って第１の暗号化手段による書き込みが行われて発行さ
れる情報記憶媒体と、この情報記憶媒体を読取可能にす
るとともに、第２の暗号化手段を有する暗号部と、通信
処理部とを有する車両に装備される車載機と、この車載
機との双方向無線通信が可能であるとともに、暗号部と
通信処理部とを有する料金所出入口と、各料金所出入口
間と、システム管理センタを接続する通信網とを具備す
るようにしたものである。

【００１３】〔２〕上記〔１〕記載の自動料金収受シス
テムにおいて、前記情報記憶媒体にランダムな乱数ビッ
ト列の書き込みを行う手段と、前記情報記憶媒体に重要
情報の書き込みを行う手段と、該重要情報を複数の秘匿
アルゴリズムによって暗号化する手段と、使用済み情報
記憶媒体を回収して、再発行する手段とを具備するよう
にしたものである。

【００１４】〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の自動料
金収受システムにおいて、前記情報記憶媒体はＩＣカー
ドであることを特徴とする。〔４〕有料道路におけるセキュリティー機能を有する自
動料金収受方法において、（ａ）情報記憶媒体発行機に
よって、情報記憶媒体にランダムな乱数ビット列の書き
込みを行う段階と、前記情報記憶媒体に重要情報を書き
込む段階と、前記重要情報を複数の秘匿アルゴリズムに
よって暗号化する段階と、前記情報記憶媒体を装着した
ときに、暗号化された情報記憶媒体残金を復号して、残
金を表示する段階と、（ｂ）車載機と料金所出入口にお
ける重要情報を暗号化する段階と、（ｃ）通信の都度使
用するランダムな乱数ビット列（Ｒ₂）を暗号化する段
階と、（ｄ）前記ランダムな乱数ビット列（Ｒ₂）を用
いた無線通信上のデータを暗号化する段階と、（ｅ）料
金所出口の重要情報の復号手段での改ざん情報記憶媒体
を検出する段階と、（ｆ）システム管理センタの情報に
より、複製された情報記憶媒体か否かを判断する段階
と、（ｇ）徴収金額分を減額した情報記憶媒体残金を暗
号化する段階と、（ｈ）前記ランダムな乱数ビット列
（Ｒ₂）を用いた無線通信上のデータを暗号化する段階
と、（ｉ）前記車載機で暗号化された新たな情報記憶媒
体残金を復号する段階と、（ｊ）この復号された情報記
憶媒体残金と徴収金額を表示部に表示して、自動料金の
収受が無事完了したことを運転者に知らせる段階とを有
するようにしたものである。

【００１５】〔５〕上記〔４〕記載の自動料金収受方法
において、前記車載機の車両からの取り外しや分解に対
して、内部の秘密情報が瞬時に抹消される段階を有する
ようにしたものである。〔６〕上記〔４〕記載の自動料金収受方法において、前
記複数の秘匿アルゴリズムとその鍵を前記情報記憶媒体
発行機、前記車載機、前記料金所出入口に分散して所有
させるようにしたものである。

【００１６】〔７〕上記〔４〕、〔５〕又は〔６〕記載
の自動料金収受方法において、前記情報記憶媒体として
ＩＣカードを用いるようにしたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の
実施例を示す高速道路の自動料金収受システム要部構成
図、図２は本発明の実施例を示す料金所出入口の通信に
関する基本構成図、図３は本発明の実施例を示す車載機
の通信に関する基本構成図である。

【００１８】このシステムを利用しようとする車両Ｖ
は、当局に事前にその旨を申請し、車両Ｖに車載機３を
搭載し、車種情報等の必要情報、及び本システムで必要
な秘匿アルゴリズムＡ₁２０、Ａ₃２１、それらのアル
ゴリズムの鍵情報は当局の管理者によって車載機３内部
の暗号部１００内のメモリ（図示なし）にストアされ
る。なお、２２は乱数発生回路ｂである。

【００１９】車載機３や料金所入口１，料金所出口２
は、図２及び図３に示すような、暗号部１００と無線通
信のための通信処理部２００、さらに料金所−車載機間
通信中や料金所通過受容等の情報を表示するための表示
部３００から構成されており、暗号部１００と通信処理
部２００は、図示しないが、演算処理のための、マイク
ロプロセッサとデータ処理及び蓄積のためのメモリを有
している。

【００２０】図１に示す秘匿アルゴリズムＡ₁２０、Ａ
₂１９、Ａ₃２１は、図２の暗号部１００に存在する。
更に、図１に示す秘匿アルゴリズムＡ₁２０、Ａ₃２１
と乱数発生回路ｂ２２は、図３の暗号部１００に存在す
る。また、ＩＣカード５のリーダライタ１００Ａも暗号
部１００に存在する。本システムの利用者は、当局にあ
るＩＣカード発行機４にて発行したＩＣカード（プリペ
イドカードを含む）５を料金所出口２を通過する以前
に、サービスエリア等の販売店で購入しておく。

【００２１】以下、ＩＣカード５の発行方法、料金所入
口１から料金所出口２通過までの車載機３と料金所出入
口１，２間の秘匿通信方法、ＩＣカード５からの自動料
金収受方法について説明する。図４は本発明の実施例を
示すＩＣカード発行機によって発行されるＩＣカードの
ユーザデータエリアへの本システムで必要なデータの書
き込み方法を示す図である。

【００２２】まず、最初に、図４（ａ）に示すように、
ユーザデータエリア１０１全面（または特に秘匿すべき
重要情報エリア１０２）に、図１におけるＩＣカード発
行機４の乱数発生回路ａ１８で、図４（ｂ）に示すよう
に、その都度発生したランダムな乱数ビット列を書き込
む〔１０４〕。次に、図４（ｃ）に示すように、重要情
報エリア１０２にＩＣカード残金（ａ、Ａ）〔１０７、
１０９〕とカード識別ＩＤ番号（ｂ、Ｂ）〔１０８、１
１０〕の同一のものをそれぞれ一対ずつ〔１０５、１０
６〕と、カード使用回数〔１１１〕を、予め決定された
配置情報（ＩＣカード発行機４、車載機３、料金所出入
口１，２が所有する鍵の一部）により、指定されるラン
ダムな位置に乱数に埋もれた形で上書きする。なお、１
０３は一般情報エリアである。

【００２３】次に、図４（ｄ）に示すように、重要情報
エリア１０２の内、一対の範囲１０６を秘匿アルゴリズ
ムＡ₂１９〔このアルゴリズムとその鍵（ｋ₂）は、Ｉ
Ｃカード発行機４と料金所出入口１，２しか所有してい
ない独自のもの〕により暗号化する。さらに、ＩＣカー
ド５の全ユーザデータエリア１０１を秘匿アルゴリズム
Ａ₁２０〔このアルゴリズムとその鍵（ｋ₁）は、ＩＣ
カード発行機４、車載機３、料金所出入口１，２が所有
しており、アルゴリズムとしては、銀行のオンラインシ
ステム等で使用されるデータ暗号化標準（ＤＥＳ）を用
いても良い〕により暗号化して、本システム利用者向の
ＩＣカード５として発行する。

【００２４】本システムの利用者は、このようにして発
行されたＩＣカード５を料金所出口２通過以前に購入し
ておく。次に、車載機を搭載した車両の料金所入口から
料金所出口通過までの各装置間の通信や秘匿アルゴリズ
ム処理について説明する。まず、車載機３を搭載した車
両Ｖが料金所入口１の通過レーンを通過する際、料金所
入口１のトランシーバ２５から車載機３に対して通信開
始コマンド９を平文のままで送信する〔８〕。通信開始
コマンド９を受信した車載機３は、乱数発生回路ｂ２２
で、図５に示すように、その都度発生した一定量のラン
ダムな乱数ビット列Ｒ₁２３を、秘匿アルゴリズムＡ₁
２０とその暗号鍵（ｋ₁）によって暗号化し、料金所入
口１に送信〔１０〕するとともに、これに引き続いて、
車載機３の暗号部１００内のメモリにストアされている
車種情報等〔既に秘匿アルゴリズムＡ₁（ｋ₁）によっ
て暗号化されている〕を、秘匿アルゴリズムＡ₃２１と
その暗号鍵の一部（ｋ₃）に、ランダムな乱数ビット列
Ｒ₁２３を合わせたものを暗号鍵として、暗号化し、料
金所入口１へ送信〔１１〕する。

【００２５】料金所入口１は、図５（ａ）に示すよう
に、最初に受信した暗号化された一定量のランダムな乱
数ビット列を、秘匿アルゴリズムＡ₁２０とその鍵（ｋ
₁）で復号し、生のランダムな乱数ビット列Ｒ₁２３を
得る。次いで、図５（ｂ）に示すように、秘匿アルゴリ
ズムＡ₁（ｋ₁）２０とＡ₃（ｋ₃＋Ｒ₁）２１で暗号
化された車種情報等を各秘匿アルゴリズムと、上記で求
めたＲ₁を用いて復号し、生の車種情報等を得る。

【００２６】更に、料金所入口１では、図５（ｃ）に示
すように、自らその入口情報等を秘匿アルゴリズムＡ₁
（ｋ₁）２０とＡ₃（ｋ₃＋Ｒ₁）２１で暗号化して、
車載機３へ送信〔１２〕する。車載機３では逆の手順で
復号し、入口情報等を得る。また、料金所入口１は、上
記の通信手段によって得た車種情報等や入口情報等を料
金所出口２間及びシステム管理センタ２６を結ぶオンラ
イン通信網２７を通じて、システム管理センタ２６にオ
ンラインリアルタイムで通知する。

【００２７】なお、システム管理センタ２６は、本シス
テムにおける利用車両の料金所入出情報や支払い（残金
引き落とし）情報等を一括管理するためのものである。
料金所入口１を通過した車両Ｖは、料金所出口２に到着
する以前にＩＣカード発行機４によって発行されたＩＣ
カード５を購入し、車載機３に挿入しておく。車載機３
はＩＣカード５の重要情報エリア１０２の暗号化された
データ｛〔ＩＣカード残金（ａ、Ａ）〔１０７，１０
９〕、カード識別ＩＤ番号（ｂ、Ｂ）〔１０８，１１
０〕、カード使用回数〔１１１〕｝を読み込み〔６〕、
秘匿アルゴリズムＡ₁２０とその鍵（ｋ₁）によって、
図４（ｃ）に示すエリア１０５のみを復号し、ＩＣカー
ド残金ａ１０７を得る。このＩＣカード残金ａ１０７と
料金所入口１で得た入口情報等を車載機３の表示部３０
０に表示して、車両Ｖの運転者に知らせる。

【００２８】この車両Ｖが、料金所出口２の通過レーン
を通過する際、料金所出口２のトランシーバ２８から車
載機３に対して、通信開始コマンド１４を平文のままで
送信する〔１３〕。通信開始コマンド１４を受信した車
載機３は、図１における乱数発生回路ｂ２２で、図６
（ａ）に示すように、新たに発生した一定量のランダム
な乱数ビット列Ｒ₂２４を秘匿アルゴリズムＡ₁２０
と、その暗号鍵（ｋ₁）によって暗号化し、料金所出口
２に送信〔１５〕する。

【００２９】さらに、車載機３は、図６（ｂ）に示すよ
うに、ＩＣカード５から読み込んだすでに暗号化されて
いる重要情報エリア１０２のデータ１１２と、車載機３
の暗号部のメモリに秘匿アルゴリズムＡ₁（ｋ₁）２０
で暗号化されたままストアされている車種情報等と入口
情報等１１３を、秘匿アルゴリズムＡ₃２１と、その暗
号鍵の一部（ｋ₃）にランダムな乱数ビット列Ｒ₂２４
を合わせたものを暗号鍵として暗号化し、料金所出口２
へ送信〔１６〕する。

【００３０】料金所出口２は、まず、最初に受信した暗
号化された一定量のランダムな乱数ビット列２３を秘匿
アルゴリズムＡ₁２０とその鍵（ｋ₁）で復号し、生の
ランダムな乱数ビット列Ｒ₂２４を得る。次に、秘匿ア
ルゴリズムＡ₃（ｋ₃＋Ｒ₂）２１と、上記で求めた乱
数ビット列Ｒ₂２４を用いて復号し、暗号化されている
重要情報エリア１０２のデータ１１２と車種情報等及び
入口情報等１１３を得る。

【００３１】次に、秘匿アルゴリズムＡ₁（ｋ₁）２０
により復号し、さらに予め鍵として所有しているデータ
の配置情報によって、ＩＣカード残金ａ１０７、カード
識別ＩＤ番号ｂ１０８、ＩＣカード残金Ａ×ｆ〔Ａ
₂（ｋ₂）〕、カード識別ＩＤ番号Ｂ×ｆ〔Ａ
₂（ｋ₂）〕、カード使用回数１１１、車種情報や、入
口情報等１１３を得る。

【００３２】さらに、秘匿アルゴリズムＡ₂（ｋ₂）１
９によって、ＩＣカード残金Ａ×ｆ〔Ａ₂（ｋ₂）〕と
カード識別ＩＤ番号Ｂ×ｆ〔Ａ₂（ｋ₂）〕を復号し、
さらに前記の配置情報によって、ＩＣカード残金Ａ１０
９、カード識別ＩＤ番号Ｂ１１０を得る。この時点で、
正規のＩＣカード５が使用されていれば、ＩＣカード残
金ａ１０７とＩＣカード残金Ａ１０９は後述の説明の通
り一致するはずであり、また、カード識別ＩＤ番号ｂ１
０８とカード識別ＩＤ番号Ｂ１１０も一致するはずであ
る。

【００３３】この両方が一致していない場合は、不法に
ＩＣカード残金等のデータ改ざん等（残金の増額等）が
為された不正ＩＣカードであると判断し、その車両Ｖ
は、無停止通過レーン直後の案内表示により、当局管理
の特定の支払いエリアに案内され、別途現金等での支払
いを要求される。また、カード使用回数１１１は、本
来、本システムの料金所出口２を正規に通過する毎に１
回ずつ増えていくものであり、前記カード識別ＩＤ番号
（ｂ＝Ｂ）と一緒に料金所出入口間のオンライン通信網
２７を通して、システム管理センタ２６の電算機で管理
されており、この最新情報は、常にすべての料金所出入
口のコンピュータ管理のメモリにストアされている。

【００３４】不法にＩＣカード５を複写複製（コピー）
し、その不正ＩＣカードを使用した場合、正規のＩＣカ
ードが使用された時点で、同一カード識別ＩＤ番号でカ
ード使用回数１１１が重複したり、１日前のものであっ
たりするため、不正使用を検出することができる。この
場合、このＩＣカード５のカード識別ＩＤ番号が、シス
テム管理センタ２６に通知され、無効となると共に、全
料金所出入口１，２にも通知され、無効カード識別ＩＤ
番号として、メモリにストアされる。

【００３５】この場合も、ＩＣカード残金等の不一致と
同様に、その車両Ｖは、無停止通過レーン直後の案内表
示により、当局管理の特定の支払いエリアに案内され
る。前記の料金所出口２の復号処理にて、ＩＣカード残
金（ａとＡ）〔１０７と１０９〕、カード識別ＩＤ番号
（ｂとＢ）〔１０８と１１０〕が一致し、さらに、カー
ド使用回数１１１が正当であった場合、料金所出口２
は、車種情報や入口情報等１１３から走行区間の徴収金
額を算出し、ＩＣカード残金（ａ＝Ａ）〔１０７＝１０
９〕からその額を差し引き、残り金額を新たなＩＣカー
ド残金（ａ′＝Ａ′）として、出口情報等と共に前記と
同様の暗号化手段を講じた後、図６（ｃ）に示すよう
に、秘匿アルゴリズムＡ₃（ｋ₃＋Ｒ₂）によってさら
に暗号化し、車載機３に送信〔１７〕する。

【００３６】車載機３では、秘匿アルゴリズムＡ₃（ｋ
₃＋Ｒ₂）によって復号し、前記暗号化手段が講じられ
たままのＩＣカード残金ａ′１０７とＩＣカード残金
Ａ′１０９を元のＩＣカードのＩＣカード残金ａ１０７
とＩＣカード残金ａ１０７とＩＣカード残金Ａ１０９の
位置に書き込む。また、暗号化されたままの出口情報等
もＩＣカードの一般情報エリア（ログ情報等エリア）に
入口情報等と一緒に書き込んでおく〔７〕。これは後で
当局の管理者がそのＩＣカード５の使用状況等を調べる
場合に使用する。

【００３７】料金所出口２は、ＩＣカード残金（ａ′＝
Ａ′）及び出口情報等を送信完了した時点で、車両Ｖ前
方の案内表示に「ありがとうございました」等を表示し
て通過受容を運転者に知らせる。また、車載機３は、料
金所出口２からのＩＣカード残金（ａ′＝Ａ′）及び出
口情報等を受信完了した時点で表示部３００に通過受容
を表示して運転者に知らせる。

【００３８】運転者は、受容表示を確認しながら通過レ
ーンを無停止で通過することができる。更に、暗号化さ
れているＩＣカード残金ａ′を秘匿アルゴリズムＡ
₁（ｋ₁）２０で復号し、ＩＣカード残金を表示部３０
０に表示して運転者に知らせると共に徴収金額も一定時
間表示する。上記の説明において、車載機３、料金所出
入口１，２間の無線通信におけるデータフレームの詳細
や、特にデータ誤りや訂正方式等には言及しないが、従
来の一般的な伝送の正確さを確認するための環状冗長コ
ード（ＣＲＣ）をデータフレームの最後部に付加するこ
とや、誤り発生時の再送信プロトコル等を有することは
言うまでもない。

【００３９】本システムにおける車両の料金所出入口通
過時間は３００ｍｓｅｃ程度と想定しており、時速５０
ｋｍ〜６０ｋｍの速度で５〜６ｍを走行できる時間とな
る。この間に前記の料金所出入口−車載機間の通信を完
了することになるので、それぞれの処理は、より高速化
を図ることが必要である。一般的な秘匿アルゴリズムに
おいては、発信者と受信者が所有する暗号化鍵と復号鍵
が共通である方式（共有鍵方式）の方が公開鍵方式等
（暗号化鍵と復号鍵が異なる）に比べ、高速演算処理が
可能であるため、この実施例に使用される各秘匿アルゴ
リズムは、前者の方式が望ましい。

【００４０】共有鍵方式の最も一般的なものとしてデー
タ暗号化標準（ＤＥＳ）が公知であり、本システムの秘
匿アルゴリズムＡ₁（ｋ₁）として採用することも可能
である。但し、ＤＥＳは平文メッセージ６４ビット単位
のブロック暗号であることと、アルゴリズムが公知であ
ることに留意する必要がある。一般的に共有鍵方式のア
ルゴリズムは、８ビットのマイクロプロセッサを用いた
演算処理で数ｍｓｅｃ程度しかかからないことが知られ
ており、本システムへの採用が可能であることが推察で
きる。

【００４１】車載機は、車両に搭載されていることか
ら、盗難や改造等をされる可能性があるため、特に、暗
号部は通信処理部の内部に組み込む構造とすることや、
通信処理部を取り外した場合や、暗号部を取り外した場
合、暗号部内部のメモリ（ＳＲＡＭ）にストアされてい
る秘密情報内容（秘匿アルゴリズムＡ₁、Ａ₃やその鍵
ｋ₁、ｋ₃等）が瞬時に抹消されるような保全対策を講
ずることが必要である。

【００４２】具体的には車両とは別のバッテリにより、
暗号部内部の秘密情報内容をストアしているメモリ（Ｓ
ＲＡＭ）を常時バックアップすることと、暗号部や通信
処理部が不正に取り外された場合、各種センサやスイッ
チ類によってそれを検出し、前記のバッテリのバックア
ップラインを切断して、秘密情報内容（メモリ）を抹消
してしまうことである。

【００４３】本システムで使用するＩＣカード（プリペ
イドカードを含む）は、一般に市販されているものでよ
く、特に、この実施例においては、ＩＣカード内部での
処理や演算が全く不要なため、メモリカードやフロッピ
ーディスク等の記憶媒体を用いることも可能である。さ
らに、このＩＣカードは、高速道路内のサービスエリア
にて購入し、料金所出口以前に車載機に挿入しておけ
ば、本システムの利用が可能である〔料金所入口におい
ては、当局がメモリに登録（ストア）済の車載機を搭載
した車両であれば通過することができる〕。

【００４４】発行時点のＩＣカード残金は、最低額１万
円〜最高額１０万円程度と予想される。また、使用済の
ＩＣカードは、ＩＣカード発行時に個人情報や車種情報
等を書き込む必要がないために、当局にて回収して新た
に再発行して販売することも可能である。なお、上記実
施例では、情報記憶媒体として、ＩＣカードを用いた場
合について述べたが、これに限定するものではなく、一
般的な情報記憶媒体である、ＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭなどを
用いるようにしてもよい。

【００４５】これと対応して、ＩＣカード発行機は、情
報記憶媒体発行機であってもよく、一般的な情報記憶媒
体（ＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、メモリ）等
への重要（秘密）情報等の格納を行うようにしてもよ
い。また、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、そ
れらを本発明の範囲から排除するものではない。

【００４６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。（Ａ）本発明によれば、システム全体でのセキュリティ
ーを確保するために、複数の秘匿アルゴリズムとその鍵
をシステムの各装置等に分散して所有しているため、仮
にその中の１つが何らかの手段で判明したとしても、シ
ステム全体としてのセキュリティーが確保される。

【００４７】特に、秘匿アルゴリズムＡ₂（ｋ₂）は、
情報記憶媒体発行機と料金所出入口しか所有していない
ため、一般のユーザが盗むことは困難である。さらに、
この秘匿アルゴリズムは、これを所有する装置（情報記
憶媒体発行機と料金所出入口）が、物理的に大きくても
問題がないため、高性能（高速処理）のコンピュータ
（マイクロプロセッサ）等を内蔵することが可能であ
り、ＤＥＳ等よりもセキュリティーの高いアルゴリズム
を採用することができる。

【００４８】また、車両が料金所出入口を通過する際の
システム上制約された通信可能時間（３００ｍｓｅｃ以
下）をクリアする上でも大きく寄与することは明白であ
る。（Ｂ）情報記憶媒体発行機で情報記憶媒体を発行する
際、その情報記憶媒体毎にその都度発生したランダムな
乱数ビット列で埋めてしまい、その後、重要情報データ
を予め決められた配置情報によってランダムな位置に書
き込み、その上で暗号化を行う方式は、情報記憶媒体を
多数集めて、対照文解析を行い、不法に重要情報を改ざ
んしようとするような攻撃に対して非常に有効である。

【００４９】なぜなら、平文がすべて未知のランダムな
乱数であれば、対照文解析は全く不可能になるし、仮に
平文が乱数の半分の量だとしても、その後の暗号化手段
によって平文（平文の位置）を想定することは不可能で
ある。従って、この全乱数量に対する平文（平データ）
の量が、より少なければ少ない程、有効であると言え
る。

【００５０】これらの割合は、システム設計時点で必要
情報（平文）と情報記憶媒体等の記憶媒体のデータ記憶
容量との関係で、より有効な割合に決定すべきである。
さらに、情報記憶媒体の内部には、暗号化されたデータ
しか存在せず、秘匿アルゴリズム等を盗むことは不可能
である。また、この情報記憶媒体を不法に複写、複製
（コピー）して使用した場合、前述のようにシステム管
理センタと料金所出入口間の通信網を通じて、その情報
記憶媒体の使用回数が管理されているために、正規情報
記憶媒体とコピーされた不正情報記憶媒体がそれぞれ１
回ずつ使用された時点で、不正が検出され、それに応じ
た処置を講じることができる。例えば、罰金や料金の追
加徴収等を行うことができる。

【００５１】（Ｃ）さらに、本発明のシステムのセキュ
リティーは、車載機と料金所出入口間の無線通信のみの
暗号化及び復号に用いられる秘匿アルゴリズムＡ₃（ｋ
₃＋Ｒ_n）を有していることである。このアルゴリズム
も独自のものであり、車載機と料金所出入口しか所有し
ていないので、セキュリティーの高いアルゴリズムを採
用しても、高速処理のための物理的資源を収納すること
は可能である。また、前述したように車載機の盗難や改
造に対する対応も容易である。

【００５２】また、この秘匿アルゴリズムでは、車載機
を車両に搭載したときにメモリにストアした鍵ｋ₃に通
信の都度、車載機内の乱数発生回路で発生したランダム
な乱数Ｒ_nを合わせて鍵としているため、通信の都度、
鍵の一部が更新されていることになり、無線空間で傍受
したとしても解析は不可能である。なぜなら、無線空間
上の重要なデータ（Ｒ_nも含めて）は、すべてそれ以前
に、別の秘匿アルゴリズムによって暗号化されているか
らである。ｋ₃とＲ_nの割合は、Ｒ_nが多い程、よりセ
キュリティーが高くなるので、処理時間の許す範囲でＲ
_nを増やすべきである。

【００５３】（Ｄ）また、前述したように本発明によれ
ば、料金所入口において情報記憶媒体を必要としないた
め、ユーザは高速道路のサービスエリア等で情報記憶媒
体を購入して、料金所出口において、本システムの自動
料金収受のための通過レーンを利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す高速道路の自動料金収受
システム要部構成図である。

【図２】本発明の実施例を示す料金所出入口の通信に関
する基本構成図である。

【図３】本発明の実施例を示す車載機の通信に関する基
本構成図である。

【図４】本発明の実施例のＩＣカード発行機によって発
行されるＩＣカードのユーザデータエリアへの本システ
ムで必要なデータの書き込み方法を示す図（その１）で
ある。

【図５】本発明の実施例のＩＣカード発行機によって発
行されるＩＣカードのユーザデータエリアへの本システ
ムで必要なデータの書き込み方法を示す図（その２）で
ある。

【図６】本発明の実施例のＩＣカード発行機によって発
行されるＩＣカードのユーザデータエリアへの本システ
ムで必要なデータの書き込み方法を示す図（その３）で
ある。

【符号の説明】

Ｖ車両ｋアルゴリズムの鍵情報１料金所入口２料金所出口３車載機４ＩＣカード発行機５ＩＣカード（プリペイドカード含む）９，１４通信開始コマンド１８乱数発生回路ａ１９秘匿アルゴリズムＡ₂ ２０秘匿アルゴリズムＡ₁ ２１秘匿アルゴリズムＡ₃ ２２乱数発生回路ｂ２３ランダムな乱数ビット列Ｒ₁ ２４ランダムな乱数ビット列Ｒ₂ ２５，２８トランシーバ２６システム管理センタ２７オンライン通信網１００暗号部１０１ユーザデータエリア１０２重要情報エリア１０３一般情報エリア１０７ＩＣカード残金ａ１０８カード識別ＩＤ番号ｂ１０９ＩＣカード残金Ａ１１０カード識別ＩＤ番号Ｂ１１１カード使用回数１１２重要情報エリアのデータ１１３車種情報と入口情報等２００通信処理部３００表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者住安隼夫東京都多摩市和田1261−５−405 (72)発明者古野清三東京都世田谷区奥沢８−16−12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有料道路におけるセキュリティー機能を
有する自動料金収受システムにおいて、（ａ）情報記憶
媒体発行機によって第１の暗号化手段による書き込みが
行われて発行される情報記憶媒体と、（ｂ）該情報記憶
媒体を読取可能にするとともに、第２の暗号化手段を有
する暗号部と、通信処理部とを有する車両に装備される
車載機と、（ｃ）該車載機との双方向無線通信が可能で
あるとともに、暗号部と通信処理部とを有する料金所出
入口と、（ｄ）各料金所出入口間と、システム管理セン
タを接続する通信網とを具備することを特徴とする自動
料金収受システム。
【請求項２】請求項１記載の自動料金収受システムに
おいて、前記情報記憶媒体にランダムな乱数ビット列の
書き込みを行う手段と、前記情報記憶媒体に重要情報の
書き込みを行う手段と、該重要情報を複数の秘匿アルゴ
リズムによって暗号化する手段と、使用済み情報記憶媒
体を回収して、再発行する手段とを具備することを特徴
とする自動料金収受システム。
【請求項３】請求項１又は２記載の自動料金収受シス
テムにおいて、前記情報記憶媒体はＩＣカードであるこ
とを特徴とする自動料金収受システム。
【請求項４】有料道路におけるセキュリティー機能を
有する自動料金収受方法において、（ａ）情報記憶媒体
発行機によって、情報記憶媒体にランダムな乱数ビット
列の書き込みを行う段階と、前記情報記憶媒体に重要情
報を書き込む段階と、前記重要情報を複数の秘匿アルゴ
リズムによって暗号化する段階と、前記情報記憶媒体を
装着したときに、暗号化された情報記憶媒体残金を復号
して、残金を表示する段階と、（ｂ）車載機と料金所出
入口における重要情報を暗号化する段階と、（ｃ）通信
の都度使用するランダムな乱数ビット列（Ｒ₂）を暗号
化する段階と、（ｄ）前記ランダムな乱数ビット列（Ｒ
₂）を用いた無線通信上のデータを暗号化する段階と、
（ｅ）料金所出口の重要情報の復号手段での改ざん情報
記憶媒体を検出する段階と、（ｆ）システム管理センタ
の情報により、複製された情報記憶媒体か否かを判断す
る段階と、（ｇ）徴収金額分を減額した情報記憶媒体残
金を暗号化する段階と、（ｈ）前記ランダムな乱数ビッ
ト列（Ｒ₂）を用いた無線通信上のデータを暗号化する
段階と、（ｉ）前記車載機で暗号化された新たな情報記
憶媒体残金を復号する段階と、（ｊ）該復号された情報
記憶媒体残金と徴収金額を表示部に表示して、自動料金
の収受が無事完了したことを運転者に知らせる段階とを
有することを特徴とする自動料金収受方法。
【請求項５】請求項４記載の自動料金収受方法におい
て、前記車載機の車両からの取り外しや分解に対して、
内部の秘密情報が瞬時に抹消される段階を有することを
特徴とする自動料金収受方法。
【請求項６】請求項４記載の自動料金収受方法におい
て、前記複数の秘匿アルゴリズムとその鍵を前記情報記
憶媒体発行機、前記車載機、前記料金所出入口に分散し
て所有させることを特徴とする自動料金収受方法。
【請求項７】請求項４、５又は６記載の自動料金収受
方法において、前記情報記憶媒体としてＩＣカードを用
いることを特徴とする自動料金収受方法。