WO2010024379A1 - 通信システム、送信側及び受信又は転送側の通信装置、データ通信方法、データ通信プログラム - Google Patents

通信システム、送信側及び受信又は転送側の通信装置、データ通信方法、データ通信プログラム Download PDF

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WO2010024379A1
WO2010024379A1 PCT/JP2009/065047 JP2009065047W WO2010024379A1 WO 2010024379 A1 WO2010024379 A1 WO 2010024379A1 JP 2009065047 W JP2009065047 W JP 2009065047W WO 2010024379 A1 WO2010024379 A1 WO 2010024379A1
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WO
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key
packet
hash value
authenticator
communication device
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Application number
PCT/JP2009/065047
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Inventor
角丸　貴洋
ウグス・オスマン
ヴェストホッフ・デュルク
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日本電気株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/14—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols using a plurality of keys or algorithms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
    • H04L9/3236—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials using cryptographic hash functions
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    • H04L2209/80—Wireless
    • H04L2209/805—Lightweight hardware, e.g. radio-frequency identification [RFID] or sensor

Definitions

  • the present invention relates to a communication system for verifying the integrity of a program image mainly for updating a program image via a network, a communication device on a transmission side and a reception or transfer side, a data communication method, and a data communication program.
  • the update of the program image starts when the program image is set in a device that distributes the program image called a base station to the sensor nodes, and is divided into sizes suitable for deployment on the network. After dividing into the appropriate size, each is expanded to the sensor node.
  • the sensor node is configured by a multi-hop such as a tree structure, the sensor node is delivered by transferring the sensor image to the next-hop sensor node.
  • Non-Patent Document 1 a method based on a public key cryptosystem is shown.
  • the base station is realized by processing as follows at the stage of dividing the program image.
  • each divided program image is expressed as a packet
  • the hash value of the last packet is calculated and attached to the previous packet.
  • the hash value of the packet is calculated and added to the previous packet.
  • the same process is repeated until the first packet is reached (hash chain).
  • the top packet is signed with a secret key held by the base station. In this way, the receiver verifies the likelihood of the packet by verifying the leading packet with the public key, and verifies the validity of the subsequent packet by verifying the hash chain (see Non-Patent Document 1). ).
  • WSN is composed of a CPU (Central Processing Unit) and a device with a limited memory whose processing speed is not sufficient compared with PC.
  • CPU Central Processing Unit
  • a device with a limited memory whose processing speed is not sufficient compared with PC.
  • PC Central Processing Unit
  • they are 8-bit microcomputers equipped with 128 Kbytes of flash memory, 4 Kbytes of SRAM, EEPROM, and the like.
  • public key cryptosystems are used on these devices, there are problems of requiring calculation time and consuming a lot of memory for storing keys.
  • Non-Patent Document 2 there is shown a method using a common key cryptosystem assuming the resource limitation of devices constituting the WSN.
  • the base station is realized by processing as follows at the stage of dividing the program image.
  • a hash value of a key is calculated based on the first determined key, and this is the next key.
  • a key chain can be generated. This key chain is used from the last generated key and is used when calculating the hash value of the divided packet.
  • the calculated hash value and the key used for the calculation are assigned to each packet, and the packet is expanded to the sensor node.
  • the sensor node that receives this packet calculates a hash value using the assigned key and verifies the probability of the packet. At the same time, it is possible to verify the certainty of the key itself by calculating the hash value of the key itself and verifying whether the hash value is the same as the previous key.
  • Non-Patent Document 2 In order to realize an efficient verification method on a device with limited resources, it is necessary to guarantee safety while using a method with the least amount of calculation as shown in Non-Patent Document 2.
  • a key is first obtained from the same packet received by another sensor node, and the obtained legitimate key is used for falsification.
  • a hash value is assigned to a packet that has been tampered with, the sensor node that has received the tampered packet has a problem of accepting the tampered packet as correct because a valid key is used.
  • the first problem is that when a packet is received, it is possible to immediately generate a falsified packet using a valid key.
  • the reason is that the same packet includes packet data, a key for calculating a hash value, and a calculated hash value.
  • an object of the present invention is to provide a communication system that verifies the accuracy of a program image using a shared key cryptosystem without using a public key cryptosystem that requires more computation processing, a transmission side, and a reception or transfer side.
  • Communication device, data communication method, and data communication program are used to provide a communication system that verifies the accuracy of a program image using a shared key cryptosystem without using a public key cryptosystem that requires more computation processing, a transmission side, and a reception or transfer side.
  • Another object of the present invention is to adopt a mechanism capable of sequentially verifying received packets so that even if a tampered packet is inserted, a communication system that immediately detects, a communication device on the transmission side and the reception or transfer side, A data communication method and a data communication program are provided.
  • the present invention includes a communication device on the transmission side, a communication device on the reception or transfer side, and a network connecting between the communication device on the transmission side and the communication device on the reception or transfer side, and guarantees integrity.
  • the transmission side communication device is configured to store a key chain in which a series of keys is formed by repeating hash values for each key, and a divided data image to be transmitted.
  • a hash value with a key is calculated from the data part and the key and attached to the packet transmitted one before, and thereafter the data part in the previous packet and Generates an authenticator for each packet by repeatedly calculating the keyed hash value from the key and the previously calculated keyed hash value and assigning it to the previous packet And means for transmitting the generated packet to the network, wherein the receiving or forwarding communication device receives the packet from the network and a key for confirming the validity of the packet.
  • a communication system comprising: means for verifying an authenticator by comparing whether the calculated hash value with a key included in a packet ahead is the same.
  • the present invention also provides means for storing a key chain in which a series of keys is formed by repeating hash values for each key, and using the key chains in order for the divided data images to be transmitted.
  • the keyed hash value is calculated from the key and attached to the previous packet to be transmitted, and thereafter the data part, key, and keyed hash value calculated in the previous packet are used.
  • a communication apparatus comprising means for transmitting a generated packet to a network.
  • the present invention also provides a means for receiving a packet from a network, a means for storing a key for confirming the validity of the packet, and a hash in which a key included in the received packet is based on the stored key. Is calculated, calculates a keyed hash value for the entire packet including the next authenticator, and compares it with the calculated keyed hash value included in the next packet And a means for verifying the authenticator.
  • a key chain in which a series of keys is formed by repeating hash values for each key is stored, and the key chains are sequentially arranged with respect to the divided data images to be transmitted.
  • the data part and the key to calculate the keyed hash value and assigning it to the previous packet to be sent, and then the data part and key in the previous packet and the key with the previously calculated key
  • Generate an authenticator for each packet by repeatedly calculating a hash value with a key from the hash value and assigning it to the packet sent one before, and sending the generated packet to the network and receiving it
  • the side stores a key for checking the validity of the packet, receives the packet from the network, and includes it in the received packet based on the stored key.
  • the keyed hash value for the entire packet including the next authenticator is calculated and is the same as the calculated keyed hash value included in the next packet. It is a data communication method characterized by verifying an authenticator by comparing whether or not.
  • the present invention also provides a process for storing a key chain in which a series of keys is composed of repeated hash values for each key, and a data portion using the key chain in order for the divided data images to be transmitted.
  • the keyed hash value is calculated from the key and attached to the previous packet to be transmitted, and thereafter the data part, key, and keyed hash value calculated in the previous packet are used.
  • Communicating the process of generating an authenticator for each packet by repeatedly calculating the keyed hash value and assigning it to the previous packet sent, and the process of sending the generated packet to the network A program that is executed by an apparatus.
  • the present invention provides a process for receiving a packet from the network, a process for storing a key for confirming the validity of the packet, and a hash in which the keys included in the received packet are based on the stored key. Is calculated, calculates a keyed hash value for the entire packet including the next authenticator, and compares it with the calculated keyed hash value included in the next packet Thus, the communication device is caused to execute processing for verifying the authenticator.
  • the hash value of the next packet is included in the previous packet in addition to the key chain, thereby making it difficult to forge the packet. Therefore, it is possible to verify the integrity of the data image even when a method based on the common key encryption method is used. Thereby, efficient verification can be performed even in an apparatus with limited resources.
  • the hash value of the next packet is included in the previous packet and sent, the relevance between successive packets is increased, so even if a packet is spoofed, the spoofing can be quickly and reliably ensured. Can be detected.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a communication system according to a first embodiment for carrying out the present invention.
  • a communication system includes communication devices 1 to 7 and a network 10 that connects LAN (Local Area Network) lines or WAN (Wide Area Network) lines. It is composed of The network 10 may be wired or wireless.
  • LAN Local Area Network
  • WAN Wide Area Network
  • the communication devices 1 to 7 are devices that perform wired or wireless communication, and are generally terminal devices such as notebook PCs and mobile terminals.
  • the communication devices 2 to 7 may be small devices configured with limited processing capability, memory, and communication capability such as sensor devices.
  • the communication devices 2 to 7 may be configured to transfer the received packet to the next communication device. For example, when receiving a packet from the communication device 1, the communication device 2 transfers the same packet to the communication device 4 and the communication device 5. Similarly, the communication device 3 transfers to the communication device 6 and the communication device 7. It can be easily assumed that the data is transferred to a communication device (not shown).
  • FIG. 2 shows the configuration of the communication device 1 on the transmission side according to the first embodiment of the present invention.
  • the communication apparatus 1 includes a key chain storage unit 11, a data image input unit 12, a transmission packet generation unit 13, a trust anchor generation unit 14, a network communication unit 15, a hash calculation unit 16, and a cryptographic calculation unit 17.
  • the key chain storage unit 11 stores a series of keys, and each key is a hash value of the previous key.
  • FIG. 3 shows a series of (n + 1) key K relationships.
  • the key K (1) is a hash value of K (0) with respect to the master key K (0).
  • the key K (2) is a hash value of K (1).
  • K (n) is a hash value of K (n ⁇ 1).
  • the data image input unit 12 is an input unit in the communication device 1 for a data image that the communication device 1 transmits to the communication devices 2 to 7.
  • This data image is, for example, an application or a program image, and is a program code that operates on the communication devices 2 to 7.
  • the transmission packet generator 13 has a function of dividing a data image into a size suitable for transmission via the network 10. Further, by calculating a keyed hash value using the key chain stored in the key chain storage unit 11 in order from the subsequent data for the divided data image, the transmission data, the keyed hash value, and the hash A function for generating a transmission packet including a key used for calculating a value is provided.
  • the trust anchor generation unit 14 has a function of generating a trust anchor packet serving as a trust anchor at the head of the series of packets generated by the transmission packet generation unit 13. Specifically, it has a function of encrypting a key used at the beginning of a series of packets generated by the transmission packet generation unit 13 and a hash value of the leading packet with the key.
  • the network communication unit 15 has a function of communicating with other communication devices using wired or wireless communication.
  • this is an IEEE 802.15.4 transceiver.
  • the hash calculation unit 16 is a function for calculating a keyed hash value based on the secure hash algorithm. Using the data input value from the transmission packet generation unit 13 and the key as inputs, a hash value with a key is calculated. Specifically, the hash calculation unit 16 is SHA-1, MD5, HMAC, or the like.
  • the cryptographic calculation unit 17 is a function that performs cryptographic processing based on the common key cryptosystem. Encryption is performed using the data input value from the trust anchor generation unit 14 and the key as inputs. Specifically, the cryptographic calculation unit 17 is DES, 3DES, RC5, or the like.
  • FIG. 4 shows the configuration of the communication device 2 on the reception or transfer side in the present invention.
  • the communication device 2 includes a key storage unit 21, a data image reconstruction unit 22, a hash chain verification unit 23, a key chain verification unit 24, a trust anchor verification unit 25, a network communication unit 26, a hash calculation unit 27, and a cryptographic calculation unit 28. Including.
  • the configuration of the communication device 2 is similarly applied to the other communication devices 3 to 7.
  • the key storage unit 21 stores a key to be used for verifying the validity of the received packet. When the validity of the received packet is confirmed, it is updated with a new key.
  • the data image reconstruction unit 22 has a function of collecting the received packets whose validity has been confirmed and reconstructing them as a data image.
  • the reconstructed data image is installed in the communication device 2 as an application or program image.
  • the hash chain verification unit 23 has a function of verifying the hash value of the received packet. When the validity of the received packet can be confirmed, the hash value of the next packet included in the packet is held. The held hash value is used for verifying the hash value of the next received packet.
  • the key chain verification unit 24 has a function of verifying the validity of the key included in the received packet.
  • the key chain verification unit 24 confirms that the key included in the received packet is a hash value for the current key stored in the key storage unit 21.
  • the trust anchor verification unit 25 has a function of verifying the trust anchor packet transmitted first, which becomes the trust anchor. Specifically, the trust anchor packet is stored, and when the key is obtained with the next packet, the trust anchor packet is decrypted using the key, and the decrypted key is the same as the key used for decryption. By confirming this, the validity of the trust anchor packet is confirmed.
  • the hash value of the next packet included in the trust anchor packet is used by the hash chain verification unit 23.
  • the network communication unit 26 has a function of communicating with other communication devices using wired or wireless communication. In the present embodiment, this is the transmission / reception of IEEE 802.15.4. Machine.
  • the hash calculation unit 27 is a function that calculates a keyed hash value based on the secure hash algorithm, similarly to the hash calculation unit 16 in the communication device 1. Using the data input value from the hash chain verification unit 23 and the key as inputs, a hash value with a key is calculated. Specifically, the hash calculation unit 27 is SHA-1, MD5, HMAC, or the like.
  • the cryptographic calculation unit 28 is a function that performs cryptographic processing based on the common key cryptosystem, similarly to the cryptographic calculation unit 17 in the communication device 1. Encryption is performed using the data input value from the trust anchor generation unit 14 and the key as inputs.
  • the cryptographic calculation unit 17 is DES, 3DES, RC5, or the like.
  • FIG. 5 illustrates a flow of data image packetization in the communication device 1
  • FIG. 6 illustrates a flow when the communication device 2 receives a packet.
  • keys K (0) to K (L) indicate (L + 1) key chains, where key K (1) is a hash value of key K (0) and key K (2) is a key.
  • the hash value of K (1),..., Key K (L) is related to the hash value of key K (L ⁇ 1).
  • the data portions divided into (L) pieces are indicated by D (1) to D (L) in order.
  • (L + 1) key chains are used for (L) divided data images.
  • the previous packet includes a keyed hash value calculated from the divided data portion and the hash value of the next packet using the key of the key chain.
  • the keyed hash value H (1) is obtained by changing the keyed hash value H (2) for the data part D (1) and the data part D (2) to the key K.
  • only the last key K (L) of the key chain is shared in advance by each of the communication devices 2-7.
  • the key pre-distribution method is out of scope here.
  • the transmission packet generation unit 13 of the communication device 1 divides the data image input from the data image input unit 12 for each packet to be transmitted to the communication devices 2 to 7.
  • the data image D is divided into L data portions D (1) to D (L) in the order of transmission.
  • the transmission packet generation unit 13 processes the data image from the back and uses the hash calculation unit 16 to process the keyed hash value H (L) and the key K stored in the data part D (L) and the key chain storage unit 11. Calculate from (0).
  • the calculated keyed hash value H (L) is configured as a packet transmitted together with the key K (1) and data portion D (L-1) of the previous packet. Subsequently, the keyed hash value H (L-1) is calculated from the data portion D (L-1), the previously calculated keyed hash value H (L), and the key K (1). Thereafter, the same processing is performed.
  • the trust anchor generator 14 When the transmission packet generator 13 finishes calculating the keyed hash value for the first data portion D (1) of the data image, the trust anchor generator 14 generates a trust anchor packet.
  • the trust anchor generation unit 14 uses the key K (L-1) stored in the key chain storage unit 11 and uses the key K (L-1) and the hash value H with a key for the head data D (1). (1) is subjected to cryptographic processing using the cryptographic calculation unit 17.
  • Each packet generated in this way is sequentially transmitted to the communication devices 2 to 7 connected to the network 10 via the network communication unit 15.
  • the first transmitted packet is the encrypted trust anchor packet EncK (L-1), and then the key K (L-1), the data portion D (1), and the keyed hash value H (2) are one. Sent as one packet. Thereafter, it is similarly transmitted. Finally, the key K (0) and the data part D (L) are transmitted as one packet.
  • the communication device 2 When the communication device 2 receives a packet from the communication device 1 connected to the network at the network communication unit 26 (step A1), the communication device 2 determines whether this packet is a trust anchor packet (step A2). If it is a trust anchor packet, it is cached by the trust anchor verification unit 25 (step A3).
  • the key chain verification unit 24 extracts the key from the packet (step A4) and compares it with the key stored in the key storage unit 21 to determine whether the key chain is present. Verification is performed (step A5). More specifically, the key chain verification unit 24 calculates a hash value of the extracted key, and verifies that the calculated hash value is the same as the value stored in the key storage unit 21. If these values are not the same, it is determined that the packet is an illegal packet from a communication device that does not have the correct key (step A15).
  • the key chain verification unit 24 uses the key K from the packet. (L-1) is taken out. Next, a hash value of the key K (L ⁇ 1) is calculated, and it is confirmed that the value is the same as the key K (L) stored in the key storage unit 21. If the key K (L ⁇ 1) is a different key K, the calculated hash value does not become the key K (L), and the key fraud can be detected.
  • Step A7 to Step A9 More specifically, using the key chain verified key K (L-1) extracted from the second packet, the cryptographic calculation unit 28 performs a decryption process of the trust anchor packet (step A7).
  • the trust anchor verification unit 25 confirms that the key obtained by decryption is the same as the key used for decryption (step A8), and if different, determines that the trust anchor packet is an illegal packet (step A15). ). If they are the same, it is determined that the trust anchor packet is correct, and the hash chain verification unit 23 holds the hash value H (1) of the next packet included in the trust anchor packet (step A9).
  • the hash calculation unit 27 uses the keyed hash value of the second packet as the data part D (1) using the key K (L-1) included in the second packet, and the hash value H (2 of the next packet) ) (Step A10). Based on the result of the hash calculation unit 27, the hash chain verification unit 23 checks whether the previously stored hash value H (1) is the same as the keyed hash value calculated here (step A11). If they are different, it is determined that the second packet is an illegal packet (step A15).
  • the second packet is determined to be correct, the key stored in the key storage unit 21 is updated with the key K (L ⁇ 1) (step A12), and the verification hash value of the next packet is further updated.
  • the hash chain verification unit 23 holds H (2) (step A13).
  • the data portion D (1) included in the packet determined to be correct is passed to the data image reconstruction unit 22.
  • step A4 to step A6, step A10 the same processing is performed (step A4 to step A6, step A10) except that the trust anchor packet verification processing (step A7 to step A9) when the second packet is received is not performed.
  • step A13 the same processing is performed (step A4 to step A6, step A10) except that the trust anchor packet verification processing (step A7 to step A9) when the second packet is received is not performed.
  • step A4 From the verification of the key chain (step A4, step A5) to the calculation of the keyed hash value (step A10), the verification (step A11), and the key update (step A12) The same is done. Further, since it is the last packet, the hash value of the next packet is not included. In this way, all the data portions are transferred to the data image reconstruction unit 22, and the communication device 2 can acquire the data image.
  • the network 10 may be wired, but in the present embodiment, wireless communication, in particular, use of a wireless communication protocol typified by IEEE 802.15.4 or ZigBee is suitable.
  • the communication devices 3 to 7 are the same as the communication device 2 in that it is possible to verify whether or not the data image has been falsified by performing the same operation as the communication device 2.
  • the first effect of the present embodiment is that the integrity of the data image can be verified even when a method based on the common key encryption method is used. This is because the hash value of the next packet is included in the previous packet in addition to the key chain, thereby making it difficult to forge the packet.
  • the second effect of the present embodiment is that even when a packet is camouflaged, the camouflage can be detected immediately. This is because the hash value of the next packet is included in the previous packet and sent to increase the relevance between successive packets.
  • the communication device 101 on the transmission side in this embodiment includes a key chain storage unit 111, a data image input unit 112, a transmission packet generation unit 113, a trust anchor generation unit 114, a network communication unit 115, a hash calculation.
  • the communication device 102 on the reception or transfer side in this embodiment includes a key storage unit 121, a data image reconstruction unit 122, a hash chain verification unit 123, a key chain verification unit 124, a trust anchor verification. Section 125, network communication section 126, hash calculation section 127, encryption calculation section 128, and key decryption section 129.
  • This embodiment is almost the same as the first embodiment, except that the key K included in each packet is encrypted.
  • the communication device 101 has the same configuration as that of the first embodiment except that the communication device 101 includes a transmission key encryption unit 118.
  • the transmission key encryption unit 118 has a function of encrypting the key K included in each packet. More specifically, the key included in each packet has a function of encrypting with the key included in the previous packet.
  • the communication apparatus 102 has the same configuration as that of the first embodiment except that the communication apparatus 102 includes a key decryption unit 129.
  • the key decryption unit 129 has a function of decrypting the key K included in each packet. More specifically, it has a function of decrypting an encrypted key included in each packet with a key included in a previous packet stored in the key storage unit 121.
  • step A4 communication is performed to extract a key in the step of extracting a key from a received packet (step A4).
  • the key decryption unit 129 of the device 102 is different in that the encrypted key is extracted by decrypting. Other operations are the same as those in the first embodiment.
  • the effect of this embodiment is that it is possible to make it more difficult to disguise packets than in the first embodiment. This is because the key included in the packet is encrypted using the key of the previous packet, and in order to obtain the key necessary to impersonate the packet, it is necessary to intercept the exchange of packets for a longer period of time. Because there is. Further, in order to acquire the first key shared in advance that is not exchanged on the network, it is necessary to require another means such as acquiring the key by physical attack.
  • This embodiment is almost the same as the first embodiment.
  • all the communication devices 2 to 7 share the same common key in advance. Different shared keys are shared in advance.
  • communication device 201 is a communication device on the transmission side, and communication devices 202 to 207 are communication devices on the reception side (including transfer).
  • Communication devices 201 to 207 are connected via a network 210.
  • the communication device 202 and the communication device 203 belong to the same group G1.
  • the communication devices 204 to 207 belong to the same group G2.
  • a multi-hop network configuration is used, and the same number of hops from the communication device 201 belong to the same group. Note that these are not limited to groups for each number of hops, and other group configurations may be used.
  • the communication device 201 on the transmission side in this embodiment includes a plurality of key chain storage units 211a to 211b, a data image input unit 212, a transmission packet generation unit 213, a trust anchor generation unit 214, and a network communication unit. 215, a hash calculation unit 216, and a cryptographic calculation unit 217.
  • the communication device 202 on the reception or transfer side in the present embodiment includes a key storage unit 221, a data image reconstruction unit 222, a hash chain verification unit 223, a key chain verification unit 224, trust anchor verification. Section 225, network communication section 226, and hash calculation section 227.
  • the communication device 201 of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment shown in FIG. 2 in that a plurality of key chain storage units 211a to 211b are held.
  • the plurality of key chain storage units 211a to 211b maintain the number of key chains corresponding to the group shown in FIG.
  • the communication apparatus 201 of this embodiment has a configuration having two key chains: a key chain for group G1 and a key chain for group G2. Become.
  • the communication device 202 and the communication device 203 have a group G1 shared key set in advance, and the communication devices 204 to 207 have a group G2 shared key set in advance. It is a different configuration.
  • the packet configuration generated from the data image by the communication device 201 is shown, and the group to which the communication device belongs to each of the trust anchor packet, the key included in each packet, and the keyed hash value for the next packet. It is different from the first embodiment in that it is included in an amount equal to the number of.
  • the communication apparatus 201 of this embodiment calculates a hash value with a key using a single key chain in the first embodiment when generating a packet.
  • key-attached hash values are calculated using the same number of keys as the number of key chains to be maintained. Furthermore, the calculated keyed hash value and the key pair used for the calculation are included in the packet. However, at this time, this pair is also included in the packet by the number of key chains.
  • the trust anchor packet that is transmitted first will be described in order, but in reality, it is recursively generated from the packet that is transmitted last as in the first embodiment.
  • the communication apparatus 1 calculates a trust anchor packet T for each group as a trust anchor packet. The calculation itself is the same as in the first embodiment. If there are n groups, n trust anchor packets T (1) to T (n) (indicated by symbols B1 and B2) are generated. The communication device 1 collectively sends each trust anchor packet as the first packet (indicated by reference numeral B11).
  • the communication device 1 similarly calculates a keyed hash value for each group, and includes the keyed hash value for each group and the key pair used for the calculation in the packet (indicated by symbols B3 to B7).
  • the data portion D is common to all the groups, so only one data portion may be used.
  • the data portion D (1) (indicated by the symbol B3), the key K (1_1) (indicated by the symbol B4) used for the calculation for the group G1, and the keyed hash value H (1_1)
  • the key K (n_1) (denoted by reference B6) and the keyed hash value H (n_1) (denoted by reference B7) used for calculation for the group Gn are collectively transmitted as a packet (denoted by reference B5). (Indicated by B12).
  • the communication device 202 uses only the portion related to the group to which the communication device 202 itself belongs, and does nothing for the portion related to another group. The operation is the same as that of the first embodiment.
  • the communication apparatus 202 receives the trust anchor packet (indicated by reference numeral B11) shown in FIG. 12, only the T (1) (indicated by reference numeral B1) that is a part related to the group G1 is addressed to itself.
  • the same processing as in the first embodiment is performed using T (1) as the trust anchor packet of group G1.
  • the communication apparatus 202 receives the packet shown in FIG. 12 (indicated by reference numeral B12), the data portion D (1), the key K (1_1), and the keyed hash value H (1_1), which are locations related to the group G1. (Represented by symbols B3 to B5) is recognized as data addressed to itself, and the same processing as in the first embodiment is performed.
  • the communication device 202 performs an operation of transferring a packet received from the communication device 201 to a communication device belonging to the next hop. Taking FIG. 9 as an example, the packet is transferred to the communication device 204 and the communication device 205. At this time, the communication device 2 may be an operation for transferring the packet as it is, or an operation for transferring the packet after deleting a portion related to itself.
  • the key K (1_1) (indicated by reference numeral B4) and the hash value with key H (1_1) (reference numeral), which are locations related to the group G1. (B5) is deleted, and the others are transferred. At this time, the data portion D (1) is not deleted because it is common to all groups.
  • the effect of this embodiment is that if the key is leaked, the range of influence can be made smaller than in the first embodiment. This is because, in order to limit the range of communication devices that commonly use keys, even if a key for a certain group leaks, it does not affect the keys for other groups.
  • the communication device transfers a packet. This is because the communication device is configured to delete the part related to its own group and transfer it to the next communication device.
  • the size of the keyed hash value used in the communication apparatus is the same regardless of the group, but the size of the hash value may be different for each group.
  • a part (for example, the last few bytes) of the output 20 bytes calculated by the original hash function is used.
  • a 6-byte hash value is used for the group G1
  • a 7-byte hash value is used for the group G2.
  • the third embodiment can be used in combination with either the first embodiment or the second embodiment.
  • the first aspect of the present invention connects the communication device on the transmission side, the communication device on the reception or transfer side, and the communication device on the transmission side and the communication device on the reception or transfer side.
  • a communication system for ensuring integrity wherein the communication device on the transmitting side stores a key chain in which a series of keys is composed of repeated hash values for each key; Using the key chain in order for the divided data images to be transmitted, a hash value with a key is calculated from the data part and the key, and is added to the previous transmitted packet. Each packet is calculated by repeatedly calculating a keyed hash value from the data part of the previous packet, the key, and the previously calculated keyed hash value, and assigning it to the previous transmitted packet.
  • a communication system comprising: a means for verifying an authenticator by calculating a hash value and comparing whether the hash value is the same as a calculated keyed hash value included in one packet ahead.
  • the means for generating the authenticator includes a packet to be transmitted including a key included in the next packet and a keyed hash value for the entire next packet, Further, the means for verifying the authenticator by encrypting with the key included in the next packet and confirming the validity of the key included in the next packet after decrypting the received packet, It is characterized in that an attached hash value is acquired.
  • the means for generating the authenticator encrypts a key included in each packet using a key included in a previous packet, and verifies the authenticator.
  • the means is characterized in that the key is obtained by decrypting the encrypted key included in the packet with the previously obtained key.
  • the means for generating the authenticator includes two or more key chains, calculates two or more authenticators using each key chain, and the authentication The means for verifying the child is characterized by verifying one of the two or more authenticators.
  • the means for generating the authenticator comprises two or more key chains, calculates two or more authenticators using each key chain, and the authentication
  • the means for verifying the child is characterized in that the first authenticator following the data part is verified, and the verified authenticator and its key are deleted from the packet and then transferred to the next communication device.
  • the length of the authenticator included in each packet is different for each key chain.
  • the network is a wireless communication path.
  • the keyed hash value is calculated from the data part and the key and added to the previous packet to be transmitted. After that, the data part and key in the previous packet and the keyed hash previously calculated Means for generating an authenticator for each packet by repeatedly calculating a hash value with a key from the value and assigning it to a packet transmitted immediately before, and means for transmitting the generated packet to the network And a communication device.
  • the means for generating the authenticator includes a packet to be transmitted including a key included in the next packet and a keyed hash value for the entire next packet, Further, encryption is performed using a key included in the next packet.
  • a tenth aspect of the present invention is characterized in that, in the above aspect, the means for generating the authenticator encrypts a key included in each packet using a key included in a previous packet.
  • An eleventh aspect of the present invention is characterized in that, in the above aspect, the means for generating the authenticator comprises two or more key chains, and calculates two or more authenticators using each key chain.
  • the twelfth aspect of the present invention is characterized in that, in the above aspect, the length of the authenticator included in each packet is different for each key chain.
  • a thirteenth aspect of the present invention is included in the received packet based on the means for receiving a packet from the network, a means for storing a key for confirming the validity of the packet, and the stored key. Calculate that the key has a continuous hash value, calculate the keyed hash value for the entire packet including the next authenticator, and be the same as the calculated keyed hash value included in the next packet.
  • a communication device comprising means for verifying an authenticator by comparing whether or not there is an authenticator.
  • the means for verifying the authenticator confirms the validity of the key included in the next packet from the received packet, decrypts the packet, and A keyed hash value of a packet is acquired.
  • the means for verifying the authenticator obtains the key by decrypting the encrypted key included in the packet with the previously obtained key.
  • the sixteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the above aspect, the means for verifying the authenticator verifies one of the two or more authenticators.
  • the means for verifying the authenticator verifies the first authenticator following the data portion, and deletes the verified authenticator and the key related thereto from the packet. It transfers to the next communication apparatus, It is characterized by the above-mentioned.
  • the transmitting side stores a key chain in which a series of keys is formed by repeating hash values for each key, and sequentially transmits the divided data images to be transmitted.
  • a hash value with a key is calculated from the data part and the key and given to the previous packet to be transmitted, and thereafter, the data part, key and destination in the previous packet are sent.
  • an authenticator for each packet is generated, and the generated packet is sent to the network.
  • the reception side stores a key for confirming the validity of the packet, receives the packet from the network, and receives it based on the stored key.
  • a data communication method characterized by verifying an authenticator by comparing whether or not the value is the same.
  • the authenticator is generated by configuring a packet to be transmitted with a key included in the next packet and a keyed hash value for the entire next packet, The authenticator is verified by verifying the validity of the key included in the next packet, and then decrypting the packet to obtain the keyed hash value of the next packet. It is characterized by acquiring.
  • the means for generating the authenticator includes: encrypting a key included in each packet using a key included in a previous packet; and verifying the authenticator.
  • the key is obtained by decrypting the encrypted key included in the packet with the previously obtained key.
  • the generation of the authenticator includes two or more key chains, calculates two or more authenticators using each key chain, and
  • the verification is characterized by verifying any one of two or more authenticators.
  • the generation of the authenticator includes two or more key chains, calculates two or more authenticators using each key chain, and
  • the verification is characterized in that the first authenticator subsequent to the data part is verified, and the verified authenticator and its key are deleted from the packet and then transferred to the next communication device.
  • the twenty-third aspect of the present invention is characterized in that, in the above aspect, the length of the authenticator included in each packet is different for each key chain.
  • the twenty-fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the above aspect, the network is a wireless communication path.
  • a process for storing a key chain in which a series of keys is formed by repeating a hash value for each key, and the key chains in order for the divided data images to be transmitted Use in order to calculate a hash value with a key from the data part and the key and assign it to the previous packet to be sent, and thereafter, the data part and key in the previous packet and the key previously calculated
  • a process for generating an authenticator for each packet by repeatedly calculating a hash value with a key from the attached hash value and assigning it to the packet sent one before, and sending the generated packet to the network
  • a program that causes a communication device to execute processing to be performed A program that causes a communication device to execute processing to be performed.
  • the process for receiving a packet from the network the process for storing a key for confirming the validity of the packet, and the reception based on the stored key. Calculates that the key included in the packet is a continuous hash value, calculates the keyed hash value for the entire packet including the next authenticator, and calculates the calculated keyed hash included in the next packet It is a program characterized by causing a communication device to execute processing for verifying an authenticator by comparing whether the values are the same.
  • the twenty-seventh aspect of the present invention is a data communication program for realizing the function of the data communication method.
  • the integrity guarantee method for updating a program image according to the present invention is useful for distributing a secure program image in a network using wireless communication.
  • it is effective in a device having a limited capability as compared with a PC in a wireless sensor network field using a wireless communication protocol represented by IEEE802.15.4 or ZigBee.

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Abstract

送信側の通信装置は、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する手段と、分割された送信するデータイメージに対して順に鍵チェーンを順に用いて、データ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する手段と、生成されたパケットをネットワークに送信する手段とを備え、受信又は転送側の通信装置は、ネットワークからのパケットを受信する手段と、パケットの正当性を確認するための鍵を格納する手段と、格納した鍵に基づき受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する手段とを備える。

Description

通信システム、送信側及び受信又は転送側の通信装置、データ通信方法、データ通信プログラム
　本発明は、ネットワークを介した主にプログラムイメージ更新のためのプログラムイメージの完全性を検証するための通信システム、送信側及び受信又は転送側の通信装置、データ通信方法、データ通信プログラムに関する。
　近年、ＩＥＥＥ８０２．１５．４やＺｉｇＢｅｅに代表される無線通信プロトコルを用いたワイヤレスセンサーネットワーク（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ，以後ＷＳＮ）分野の急速な進展を受けて、一旦展開されたセンサーノードのプログラムイメージをネットワークを介して更新する手法の重要性が増してきている。このようなネットワークを介したプログラムイメージの更新においては、ネットワーク経路上でプログラムイメージが改ざんされる可能性があるため、オリジナルから変更されていないことを保証するための完全性の検証が重要な課題となる。
　プログラムイメージの更新は、ベースステーションと呼ばれるプログラムイメージをセンサーノードに対し配布する装置にプログラムイメージがセットされることから始まり、そこでネットワーク上で展開するのに適したサイズに分割される。適切なサイズに分割したのち、センサーノードにそれぞれ展開される。センサーノードはたとえばツリー構造などマルチホップで構成される場合はプログラムイメージを受信したセンサーノードが次のホップのセンサーノードに転送することで届けられる。
　このとき、もし途中のセンサーノードがプログラムイメージを改ざんすると、改ざんされたプログラムイメージを受信したそれ以降のセンサーノードが正しい動作をすることは期待できず、このようにプログラムイメージの完全性の検証が重要な課題となっている。
　この種の検出手法としては、たとえば非特許文献１に示されるように、公開鍵暗号方式に基づく方法が示されている。この手法では、ベースステーションはプログラムイメージを分割する段階で次のように処理することで実現される。
　まず、分割したプログラムイメージのそれぞれをパケットと表現すると、最後のパケットのハッシュ値を算出し一つ前のパケットに付与する。同様にそのパケットのハッシュ値を算出しさらにその一つ前のパケットに付与する。以後、同様に先頭のパケットに至るまで同様に繰り返す（ハッシュチェーン）。最後に先頭のパケットをベースステーションが保持する秘密鍵で署名する。このようにして、受信者は先頭のパケットを公開鍵で検証することでそのパケットの確からしさを確かめ、以後のパケットの正当性についてはハッシュチェーンを検証することで確かめられる（非特許文献１参照）。
　しかし、ＷＳＮはＰＣに比較して処理速度が十分ではないＣＰＵ（中央処理演算装置）や制限されたメモリを備える装置で構成される。例えばそれらは８ビットのマイコンで１２８Ｋバイトのフラッシュメモリや４ＫバイトのＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなどを備える。それらの装置上で公開鍵暗号方式を用いた場合、計算時間を要するという問題と鍵を格納するために多くのメモリを消費とするという問題がある。
　一方、非特許文献２に示されるように、ＷＳＮを構成する装置のリソース制限を想定して共通鍵暗号方式を用いた方式が示されている。この手法では、ベースステーションはプログラムイメージを分割する段階で次のように処理することで実現される。
　まず、一方向鍵チェーンを生成する。この鍵チェーンは最初に決めた鍵をベースに鍵のハッシュ値を算出しそれが次の鍵となる。これを繰り返し行っていくことで鍵のチェーンが生成できる。この鍵チェーンを最後に生成された鍵から利用していき、分割されたパケットのハッシュ値を算出する時に用いられる。各パケットにこの算出されたハッシュ値と算出に用いた鍵を付与し、センサーノードへ展開される。
　このパケットを受信したセンサーノードは付与された鍵を用いてハッシュ値を算出し、パケットの確からしさを検証する。それと共に、鍵自体のハッシュ値を算出し、ハッシュ値が前の鍵と同一かどうかを検証することで鍵自体の確からしさも検証することができる。
Prabal K. Dutta and Jonathan W. Hui and David C. Chu and David E. Culler, "Securing the Deluge network programming system", In Proceedings of the Fifth International Conference on Information Processing in Sensor Networks (IPSN}, 2006, pages 326-333, ACM Hailun Tan, Sanjay Jha, Diethelm Ostry, John Zic, and Vijay Sivaraman, "Secure multi-hop network programming with multiple one-way hash chains", In WiSec '08: ACM Conference on Wireless Network Security, 2008, ACM
　リソースが制限された装置で効率的な検証方式を実現するためには、非特許文献２に示すように計算量ができるだけ少ない方式をベースとしながらも安全性を保証する必要がある。しかし、非特許文献２に示す方式では、センサーノードが特定のパケットを受信する前に、別のセンサーノードが受信した同じパケットから鍵を先に取得し、その取得した正当な鍵を使って改ざんしたパケットに対してハッシュ値を付与した場合、改ざんされたパケットを受信したセンサーノードは正当な鍵が使われていることからその改ざんされたパケットを正しいものとして受け入れてしまうという課題がある。
　第１の問題点は、パケットを受信すると、正当な鍵を使って改ざんしたパケットを直ちに生成できてしまうことである。その理由は、パケットデータ、ハッシュ値を算出する鍵、算出されたハッシュ値の３つが同一のパケットに含まれているためである。
　そこで、本発明の目的は、より演算処理が要求される公開鍵暗号方式を使用することなく、共有鍵暗号方式を用いてプログラムイメージの確からしさを検証する通信システム、送信側及び受信又は転送側の通信装置、データ通信方法、データ通信プログラムを提供することである。
　本発明の他の目的は、受信するパケットを逐次検証できる仕組みを取り入れることで、もし改ざんされたパケットが挿入された場合でもすぐに検出する通信システム、送信側及び受信又は転送側の通信装置、データ通信方法、データ通信プログラムを提供することである。
　本発明は、送信側の通信装置と、受信又は転送側の通信装置と、前記送信側の通信装置と前記受信又は転送側の通信装置との間を接続するネットワークとを備え、完全性を保証するための通信システムであって、前記送信側の通信装置は、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する手段と、分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いて、データ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する手段と、生成されたパケットを前記ネットワークに送信する手段とを備え、前記受信又は転送側の通信装置は、前記ネットワークからのパケットを受信する手段と、パケットの正当性を確認するための鍵を格納する手段と、前記格納した鍵に基づき受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する手段とを備えることを特徴とする通信システムである。
　また、本発明は、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する手段と、分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いてデータ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する手段と、
　生成されたパケットをネットワークに送信する手段とを備えたことを特徴とする通信装置である。
　また、本発明は、ネットワークからのパケットを受信する手段と、パケットの正当性を確認するための鍵を格納する手段と、前記格納した鍵に基づき前記受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する手段とを備えたことを特徴とする通信装置である。
　また、本発明は、送信側では、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納しておき、分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いてデータ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成し、生成されたパケットをネットワークに送信し、受信側では、パケットの正当性を確認するための鍵を格納しておき、前記ネットワークからのパケットを受信し、前記格納した鍵に基づき受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証することを特徴とするデータ通信方法である。
　また、本発明は、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する処理と、分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いてデータ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する処理と、生成されたパケットをネットワークに送信する処理とを通信装置に実行させることを特徴とするプログラムである。
　また、本発明は、ネットワークからのパケットを受信する処理と、パケットの正当性を確認するための鍵を格納する処理と、前記格納した鍵に基づき前記受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する処理とを通信装置に実行させることを特徴とするプログラムである。
　本発明によれば、鍵チェーンに加え次のパケットのハッシュ値を先のパケットに含めて送ることで、パケットの偽装を困難にしている。このため、共通鍵暗号方式に基づく方式を用いた場合であってもデータイメージの完全性の検証を行うことができる。これにより、リソースが制限された装置でも、効率的な検証を行うことができる。また、次のパケットのハッシュ値を先のパケットに含めて送ることで、連続するパケット間の関連性を高めているので、パケットの偽装が行われた場合であっても、その偽装を素早く確実に検出することができる。
本発明の第１の実施形態の通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の送信側の通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の鍵チェーン格納部が保持する鍵チェーンの詳細を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態の受信又は転送側の通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の送信側と受信又は転送側の通信装置の間でやり取りされるパケットの詳細を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態の受信又は転送側の通信装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の送信側の通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の受信又は転送側の通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の送信側の通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の受信又は転送側の通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の送信側の通信装置と受信又は転送側の通信装置２の間でやり取りされるパケットを示したブロック図である。
　次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。
＜第１の実施の形態＞
　図１は、本発明を実施するための第１の形態である通信システムの構成を示す図である。
　図１を参照すると、本発明の第１の実施形態である通信システムは、通信装置１～７と、それらをＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）回線またはＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）回線などを結ぶネットワーク１０とから構成されている。尚、ネットワーク１０は、有線であってもよいし、無線であってもかまわない。
　通信装置１～７は、有線もしくは無線を用いて通信を行う装置であり、一般的にはノートＰＣ、携帯端末のような端末装置である。特に、通信装置２～７はセンサーデバイスのような限定された処理能力、メモリおよび通信能力で構成される小型デバイスであってもよい。
　通信装置２～７は、受信したパケットを次の通信装置へ転送する構成であってもよい。例えば、通信装置２は通信装置１からパケットを受信すると、通信装置４及び通信装置５へ同じパケットを転送する。同様に、通信装置３は通信装置６及び通信装置７へ転送する。なお、図示せぬ通信装置へ転送することも容易に想定できる。
　図２に、本発明の第１の実施形態における送信側の通信装置１の構成を示す。通信装置１は、鍵チェーン格納部１１、データイメージ入力部１２、送信パケット生成部１３、トラストアンカ生成部１４、ネットワーク通信部１５、ハッシュ計算部１６、暗号計算部１７を含む。
　鍵チェーン格納部１１は、一連の鍵を格納しており、各鍵はそれぞれ一つ前の鍵のハッシュ値である。例えば、図３に一連の（ｎ＋１）個の鍵Ｋの関係を示す。マスターとなる鍵Ｋ（０）に対し、鍵Ｋ（１）はＫ（０）のハッシュ値である。同様に、鍵Ｋ（２）はＫ（１）のハッシュ値である。以降同様にＫ（ｎ）はＫ（ｎ－１）のハッシュ値である。
　データイメージ入力部１２は、通信装置１が通信装置２～７に対して送信するデータイメージの通信装置１における入力部である。このデータイメージは例えばアプリケーションやプログラムイメージであり、通信装置２～７上で動作するプログラムコードである。
　送信パケット生成部１３は、データイメージをネットワーク１０を介して送信するために適したサイズに分割する機能を備える。さらに、分割したデータイメージに対し、後ろのデータから順番に鍵チェーン格納部１１に格納されている鍵チェーンを用いて鍵付きハッシュ値を算出することにより、送信データ、鍵付きハッシュ値、およびハッシュ値の算出に用いた鍵から構成される送信パケットを生成する機能を備える。
　トラストアンカ生成部１４は、送信パケット生成部１３で生成した一連のパケットに対して、先頭部分にトラストアンカとなるトラストアンカパケットを生成する機能を備える。具体的には、送信パケット生成部１３で生成した一連のパケットの先頭で用いた鍵及び先頭のパケットのハッシュ値をその鍵で暗号化する機能を備える。
　ネットワーク通信部１５は、他の通信装置と有線もしくは無線を使って通信する機能であり、本実施形態ではこれはＩＥＥＥ　８０２．１５．４の送受信機である。
　ハッシュ計算部１６は、セキュアハッシュアルゴリズムに基づく鍵付きハッシュ値を計算する機能である。送信パケット生成部１３からのデータ入力値、及び鍵を入力とし鍵付きハッシュ値を計算する。具体的には、ハッシュ計算部１６は、ＳＨＡ－１やＭＤ５、ＨＭＡＣなどである。
　暗号計算部１７は、共通鍵暗号方式に基づく暗号処理を実施する機能である。トラストアンカ生成部１４からのデータ入力値、及び鍵を入力とし暗号化を実施する。具体的には、暗号計算部１７は、ＤＥＳや３ＤＥＳ、ＲＣ５などである。
　図４に、本発明における受信又は転送側の通信装置２の構成を示す。通信装置２は、鍵格納部２１、データイメージ再構成部２２、ハッシュチェーン検証部２３、鍵チェーン検証部２４、トラストアンカ検証部２５、ネットワーク通信部２６、ハッシュ計算部２７、暗号計算部２８を含む。尚、通信装置２の構成はその他の通信装置３～７にも同様に適用される。
　鍵格納部２１は、受信したパケットの正当性を検証するための使用する鍵を格納する。受信したパケットの正当性が確認されると、新しい鍵で更新される。
　データイメージ再構成部２２は、受信したパケットの正当性が確認されたものを集め、データイメージとして再構成する機能である。ここで再構成されたデータイメージが、アプリケーションやプログラムイメージとして通信装置２にインストールされる。
　ハッシュチェーン検証部２３は、受信したパケットのハッシュ値を検証する機能である。受信したパケットの正当性が確認できると、そのパケットに含まれる次のパケットのハッシュ値を保持しておく。保持したハッシュ値は次に受信したパケットのハッシュ値の検証に用いられる。
　鍵チェーン検証部２４は、受信したパケットに含まれる鍵の正当性を検証する機能である。鍵チェーン検証部２４は、受信したパケットに含まれる鍵が、鍵格納部２１に格納されている現状の鍵に対するハッシュ値となっていることを確認する。
　トラストアンカ検証部２５は、トラストアンカとなる一番最初に送信されているトラストアンカパケットを検証する機能である。具体的には、トラストアンカパケットを格納しておき、次のパケットにて鍵を取得するとその鍵を用いて、トラストアンカパケットを復号し、復号された鍵が復号に用いた鍵と同じであることを確認することでトラストアンカパケットの正当性を確認する。また、トラストアンカパケットに含まれる次のパケットのハッシュ値はハッシュチェーン検証部２３で用いられる。
　ネットワーク通信部２６は、通信装置１でのネットワーク通信部１５と同様に、他の通信装置と有線もしくは無線を使って通信する機能であり、本実施形態ではこれはＩＥＥＥ　８０２．１５．４の送受信機である。
　ハッシュ計算部２７は、通信装置１でのハッシュ計算部１６と同様に、セキュアハッシュアルゴリズムに基づく鍵付きハッシュ値を計算する機能である。ハッシュチェーン検証部２３からのデータ入力値、及び鍵を入力とし鍵付きハッシュ値を計算する。具体的には、ハッシュ計算部２７は、ＳＨＡ－１やＭＤ５、ＨＭＡＣなどである。
　暗号計算部２８は、通信装置１での暗号計算部１７と同様に、共通鍵暗号方式に基づく暗号処理を実施する機能である。トラストアンカ生成部１４からのデータ入力値、及び鍵を入力とし暗号化を実施する。具体的には、暗号計算部１７は、ＤＥＳや３ＤＥＳ、ＲＣ５などである。
　次に、本発明を実施するための第１の実施形態の動作について詳細に説明する。
　図５に、通信装置１でのデータイメージのパケット化の流れと、図６に、通信装置２でのパケット受信時の流れについて説明する。
　図５において、鍵Ｋ（０）～Ｋ（Ｌ）は（Ｌ＋１）個の鍵チェーンを示しており、それぞれ鍵Ｋ（１）は鍵Ｋ（０）のハッシュ値、鍵Ｋ（２）は鍵Ｋ（１）のハッシュ値，，，鍵Ｋ（Ｌ）は鍵Ｋ（Ｌ－１）のハッシュ値という関係になっている。（Ｌ）個に分割されたデータ部分はそれぞれ順番にＤ（１）～Ｄ（Ｌ）で示される。（Ｌ）個に分割されたデータイメージには（Ｌ＋１）個の鍵チェーンを使用する。分割されたデータ部分と次のパケットのハッシュ値を鍵チェーンの鍵で算出される鍵付きハッシュ値が前のパケットに含まれる。たとえば、データ部分Ｄ（１）が含まれるパケットの場合、鍵付きハッシュ値Ｈ（１）は、データ部分Ｄ（１）とデータ部分Ｄ（２）に対する鍵付きハッシュ値Ｈ（２）を鍵Ｋ（Ｌ－１）で鍵付きハッシュ値として算出した値になる。また、鍵チェーンの最後の鍵Ｋ（Ｌ）だけは各通信装置２～７にて事前に共有されている。なお、鍵の事前配布方法についてはここでは範囲外とする。
　まず、通信装置１の送信パケット生成部１３は、データイメージ入力部１２から入力されたデータイメージを通信装置２～７に対して送信するパケット毎に分割する。本実施形態の例ではデータイメージＤは送信する順番にデータ部分Ｄ（１）～Ｄ（Ｌ）のＬ個に分割する。
　送信パケット生成部１３は、データイメージの後ろから処理し、鍵付きハッシュ値Ｈ（Ｌ)をハッシュ計算部１６を用いてデータ部分Ｄ（Ｌ）と鍵チェーン格納部１１に格納されている鍵Ｋ（０）から算出する。算出された鍵付きハッシュ値Ｈ（Ｌ）は前のパケットの鍵Ｋ（１）、データ部分Ｄ（Ｌ－１）と共に送信されるパケットとして構成される。引き続き、鍵付きハッシュ値Ｈ（Ｌ－１）をデータ部分Ｄ（Ｌ－１）、先に算出した鍵付きハッシュ値Ｈ（Ｌ)及び鍵Ｋ（１）から算出する。以降、同様に処理する。
　送信パケット生成部１３にて、データイメージの最初のデータ部分Ｄ（１)に対する鍵付きハッシュ値の算出まで終了すると、次はトラストアンカ生成部１４にて、トラストアンカパケットを生成する。
　トラストアンカ生成部１４は、鍵チェーン格納部１１に格納されている鍵Ｋ（Ｌ－１）を用いて、鍵自身Ｋ（Ｌ－１）と先頭のデータＤ（１）に対する鍵付きハッシュ値Ｈ（１）を、暗号計算部１７を用いて暗号処理を行う。
　このようにして生成された各パケットはネットワーク通信部１５を介してネットワーク１０に接続された通信装置２～７に対して順番に送信される。
　最初に送信されるパケットは、暗号処理されたトラストアンカパケットＥｎｃＫ（Ｌ－１）となり、次に鍵Ｋ（Ｌ－１）、データ部分Ｄ（１）及び鍵付きハッシュ値Ｈ（２）が一つのパケットとして送信される。以降、同様に送信される。最後は、鍵Ｋ（０）及びデータ部分Ｄ（Ｌ）が一つのパケットとして送信される。
　次に、図６を参照して通信装置２での通信装置１から送信されたパケットを受信し、検証する流れについて説明する。
　通信装置２は、ネットワーク通信部２６にてネットワークに接続された通信装置１からのパケットを受信すると（ステップＡ１）、このパケットがトラストアンカパケットかどうかを判定する（ステップＡ２）。トラストアンカパケットであった場合、トラストアンカ検証部２５にてキャッシュされる（ステップＡ３）。
　ステップＡ２にてトラストアンカパケットではなかった場合、鍵チェーン検証部２４は、パケットから鍵を取り出し（ステップＡ４)、鍵格納部２１に格納されている鍵と比較し鍵チェーンとなっているかどうかを検証する（ステップＡ５）。より具体的には、鍵チェーン検証部２４は取り出した鍵のハッシュ値を算出し、算出したハッシュ値が鍵格納部２１に格納されている値と同じであることを検証する。もし、この値が同一ではない場合、正しい鍵を持っていない通信装置からの不正なパケットであると判定する（ステップＡ１５）。
　たとえば、事前に鍵Ｋ（Ｌ）が通信装置２の鍵格納部２１に格納されており、鍵Ｋ（Ｌ－１）を含むパケットを受信したとすると、鍵チェーン検証部２４はパケットから鍵Ｋ（Ｌ－１）を取り出す。次に、鍵Ｋ（Ｌ－１）のハッシュ値を算出し、鍵格納部２１に格納されている鍵Ｋ（Ｌ）と同じ値となることを確かめる。もし、鍵Ｋ（Ｌ－１）が異なる鍵Ｋであった場合、算出したハッシュ値は鍵Ｋ（Ｌ）とはならず、鍵の不正が検出可能となる。
　次に、鍵の検証が成功裏に完了すると、そのパケットが２番目のパケット、すなわちトラストアンカパケットの次のパケットである場合、トラストアンカ検証部２５にて格納されているトラストアンカパケットの検証を実施する（ステップＡ７からステップＡ９）。より具体的には、２番目のパケットから取り出した鍵チェーン検証済みの鍵Ｋ（Ｌ－１）を用いて、暗号計算部２８はトラストアンカパケットの復号処理を行う（ステップＡ７）。トラストアンカ検証部２５は、復号して取得した鍵が復号に使用した鍵と同じであることを確認し（ステップＡ８）、もし異なる場合、トラストアンカパケットが不正パケットであると判定する（ステップＡ１５）。同じである場合、トラストアンカパケットは正しいと判定し、トラストアンカパケットに含まれる次のパケットのハッシュ値Ｈ（１）をハッシュチェーン検証部２３は保持する（ステップＡ９）。
　トラストアンカパケットの検証が成功裏に完了すると、２番目のパケットの検証に戻る。ハッシュ計算部２７は、２番目のパケットの鍵付きハッシュ値を２番目のパケットに含まれる鍵Ｋ（Ｌ－１）を使用してデータ部分Ｄ（１）、次のパケットのハッシュ値Ｈ（２）に対して算出する（ステップＡ１０）。ハッシュチェーン検証部２３は、ハッシュ計算部２７の結果に基づき、先に保持していたハッシュ値Ｈ（１）がここで算出した鍵付きハッシュ値と同じであるかを確かめる（ステップＡ１１）。もし異なる場合、２番目のパケットが不正パケットであると判定する（ステップＡ１５）。同じである場合、２番目のパケットは正しいと判定し、鍵Ｋ（Ｌ－１）で鍵格納部２１に格納されている鍵を更新し（ステップＡ１２）、さらに次のパケットの検証用ハッシュ値Ｈ（２）をハッシュチェーン検証部２３は保持する（ステップＡ１３）。
　このようにして、正しいと判定されたパケットに含まれるデータ部分Ｄ（１）はデータイメージ再構成部２２へと渡される。
　以降のパケットを受信した場合、２番目のパケットを受信した時のトラストアンカパケットの検証処理（ステップＡ７からステップＡ９）が行われない以外は同様の処理となる（ステップＡ４からステップＡ６、ステップＡ１０からステップＡ１３）。
　さらに、最後のパケットを受信した場合も、鍵チェーンの検証（ステップＡ４、ステップＡ５）から鍵付きハッシュ値の算出（ステップＡ１０）、及び検証（ステップＡ１１）、鍵の更新（ステップＡ１２）までは同様に実施される。また、最後のパケットであるため、次のパケットのハッシュ値は含まれない。このように、すべてのデータ部分がデータイメージ再構成部２２へ渡され、通信装置２は、データイメージを取得することが可能となる。
　なお、ネットワーク１０は、有線であってもよいが、本実施形態では、無線通信、特にＩＥＥＥ８０２．１５．４やＺｉｇＢｅｅに代表される無線通信プロトコルの使用が適している。
　また、通信装置３～７も通信装置２と同様の動作を行うことで、データイメージが改ざんされていないかどうかを検証することができる点は通信装置２と同じである。
　次に、本発明の第１の実施形態の効果について説明する。本実施の形態の第１の効果は、共通鍵暗号方式に基づく方式を用いた場合であってもデータイメージの完全性の検証を行うことができることである。これは、鍵チェーンに加え次のパケットのハッシュ値を先のパケットに含めて送ることで、パケットの偽装をしにくくしているためである。
　本実施形態の第２の効果は、パケットの偽装が行われた場合であってもすぐにその偽装を検出することができることである。これは、次のパケットのハッシュ値を先のパケットに含めて送ることで、連続するパケット間の関連性を高めているためである。
＜第２の実施形態＞
　次に、本発明の第２の実施形態について図７及び図８を用いて説明する。
　図７に示すように、本実施形態における送信側の通信装置１０１は、鍵チェーン格納部１１１、データイメージ入力部１１２、送信パケット生成部１１３、トラストアンカ生成部１１４、ネットワーク通信部１１５、ハッシュ計算部１１６、暗号計算部１１７、送信鍵暗号部１１８を含む。
　また、図８に示すように、本実施形態における受信又は転送側の通信装置１０２は、鍵格納部１２１、データイメージ再構成部１２２、ハッシュチェーン検証部１２３、鍵チェーン検証部１２４、トラストアンカ検証部１２５、ネットワーク通信部１２６、ハッシュ計算部１２７、暗号計算部１２８、鍵復号部１２９を含む。
　本実施形態は、第１の実施形態とほぼ同じであるが、各パケットに含まれる鍵Ｋが暗号化されている点が異なる。
　図７を参照すると、通信装置１０１は、送信鍵暗号部１１８を備える点で異なる以外、第１の実施形態と同じ構成となる。
　送信鍵暗号部１１８は、各パケットに含まれる鍵Ｋを暗号化する機能を備える。より具体的には、各パケットに含まれる鍵は一つ前のパケットに含まれる鍵で暗号化する機能を備える。
　図８を参照すると、通信装置１０２は、鍵復号部１２９を備える点で異なる以外、第１の実施形態と同じ構成となる。
　鍵復号部１２９は、各パケットに含まれる鍵Ｋを復号する機能を備える。より具体的には、各パケットに含まれる暗号化されている鍵を、鍵格納部１２１に格納されている前のパケットに含まれる鍵で復号する機能を備える。
　第１の実施形態との動作の違いを説明すると、図６に示す第１の実施形態での動作に対して、受信したパケットから鍵を取り出すステップ（ステップＡ４）において、鍵を取り出すために通信装置１０２の鍵復号部１２９は暗号化されている鍵を復号することで取り出す点が異なる部分となる。それ以外の動作は第１の実施形態と同様の動作となる。
　次に、第２の実施形態の効果について説明する。本実施形態の効果は、第１の実施形態よりもさらにパケットの偽装をしにくくすることができることである。これは、パケットに含まれる鍵を先のパケットの鍵を使って暗号化するため、パケットを偽装するために必要となる鍵を取得するためにはより長い期間のパケットのやり取りを傍受する必要があるからである。さらに、ネットワーク上ではやり取りされない事前に共有される最初の鍵を取得するためには、例えば物理的に攻撃することで鍵を取得するなど別の手段を要する必要があるからである。
＜第３の実施形態＞
　次に、本発明の第３の発明を実施するための形態について図９～図１２を用いて説明する。
　この実施形態は、第１の実施形態とほぼ同じであるが、第１の実施形態では通信装置２～７が全て同じ共通鍵が事前に共有されていたのに対し、本実施形態ではグループ毎に異なる共有鍵が事前に共有されている点が異なる。
　図９を参照すると、通信装置２０１～２０７のうち、通信装置２０１が送信側の通信装置、通信装置２０２～２０７が受信側（転送も含む）の通信装置である。通信装置２０１～２０７は、ネットワーク２１０を介して接続されている。通信装置２０２と通信装置２０３は同じグループＧ１に属している。同様に、通信装置２０４～２０７は同じグループＧ２に属している。ここでは、マルチホップネットワーク構成となっており、通信装置２０１からの同一ホップ数では同じグループに属している構成となる。なお、これらはホップ数毎のグループに限らず、別のグループ構成であってもかまわない。
　図１０に示すように、本実施形態における送信側の通信装置２０１は、複数の鍵チェーン格納部２１１ａ～２１１ｂ、データイメージ入力部２１２、送信パケット生成部２１３、トラストアンカ生成部２１４、ネットワーク通信部２１５、ハッシュ計算部２１６、暗号計算部２１７を含む。
　また、図１１に示すように、本実施形態における受信又は転送側の通信装置２０２は、鍵格納部２２１、データイメージ再構成部２２２、ハッシュチェーン検証部２２３、鍵チェーン検証部２２４、トラストアンカ検証部２２５、ネットワーク通信部２２６、ハッシュ計算部２２７を含む。
　本実施形態の通信装置２０１は、図２に示す第１の実施形態での構成に対して、鍵チェーン格納部２１１ａ～２１１ｂを複数保持する点が異なる。この複数の鍵チェーン格納部２１１ａ～２１１ｂは、図９に示すグループに対応するだけの数の鍵チェーンを維持している。例えば、図９に示すグループＧ１とグループＧ２の２つのグループがあったとすると、本実施形態の通信装置２０１はグループＧ１用の鍵チェーンとグループＧ２用の鍵チェーンの２つの鍵チェーンを持つ構成になる。
　通信装置２０２と通信装置２０３はグループＧ１用の共有鍵が事前に設定されており、通信装置２０４～２０７はグループＧ２用の共有鍵が事前に設定されている点が、第１の実施形態と異なる構成である。
　図１２を参照すると、通信装置２０１がデータイメージから生成するパケット構成を示しており、トラストアンカパケット、各パケットに含まれる鍵、次のパケットに対する鍵付きハッシュ値のそれぞれが通信装置が所属するグループの数に等しい分だけ含まれる点が、第１の実施形態と異なる。
　第１の実施形態との動作の違いを説明すると、本実施形態の通信装置２０１は、パケットを生成するときに第１の実施形態では一つの鍵チェーンを使用して、鍵付きハッシュ値の算出、パケットへの付与を行っていたのに対し、本実施形態では維持する鍵チェーンの数だけそれぞれの鍵を用いて鍵付きハッシュ値の算出を行う。さらに、算出した鍵付きハッシュ値と算出に用いた鍵のペアをパケットに含めるが、このとき、このペアも鍵チェーンの数だけパケットに含める点が異なる。
　図１２を用いてより具体的に説明する。ここで、説明を簡単にするため最初に送信されるトラストアンカパケットから順に説明するが、実際は第１の実施形態と同様に最後に送信されるパケットから再帰的に生成される。
　通信装置１はトラストアンカパケットとしてグループ毎にトラストアンカパケットＴを算出する。算出の計算自体は第１の実施形態と同様である。グループがｎ個存在していたとすると、ｎ個のトラストアンカパケットＴ（１）～Ｔ（ｎ）（符号Ｂ１、Ｂ２で示す）がそれぞれ生成される。通信装置１は、各トラストアンカパケットをまとめて最初のパケットとして送信する（符号Ｂ１１で示す）。
　次に、通信装置１は、グループ毎に同様に鍵付きハッシュ値を算出し、グループ毎の鍵付きハッシュ値及び算出に用いた鍵のペアをそれぞれパケットに含める（符号Ｂ３～Ｂ７で示す）。なお、このときデータ部分Ｄは全グループで共通なので一つのみでかまわない。すなわち、２番目のパケットとして、データ部分Ｄ（１）（符号Ｂ３で示す）と、グループＧ１向けの算出に用いた鍵Ｋ（１＿１）（符号Ｂ４で示す）と鍵付きハッシュ値Ｈ（１＿１）（符号Ｂ５で示す）から、グループＧｎ向けの算出に用いた鍵Ｋ（ｎ＿１）（符号Ｂ６で示す）と鍵付きハッシュ値Ｈ（ｎ＿１）（符号Ｂ７で示す）とをまとめてパケットとして送信する（符号Ｂ１２で示す）。
　以降、同様にパケット生成及び送信を行う。最後のパケットについては第１の実施形態と同様の処理に基づきグループ毎の鍵Ｋ（１＿Ｌ）からＫ（ｎ＿Ｌ）（符号Ｂ９、Ｂ１０で示す）を最後のデータ部分Ｄ（Ｌ）（符号Ｂ８で示す）とともにパケットとして送信する（符号Ｂ１３で示す）。
　次に、本実施形態のグループＧ１に属する通信装置２でのパケット受信時の動作について第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
　この実施形態の通信装置２は、通信装置１からのパケットを受信すると通信装置２０２自身が属するグループに関係する箇所のみを使用し、他のグループに関係する箇所に対しては何もしない以外は第１の実施形態と同様の動作となる。
　より具体的に説明すると、通信装置２０２は図１２に示すトラストアンカパケット（符号Ｂ１１で示す）を受信すると、グループＧ１に関係する箇所であるＴ（１）（符号Ｂ１で示す）のみを自身宛のデータと認識し、Ｔ（１）をグループＧ１のトラストアンカパケットとして第１の実施形態と同様の処理を行う。
　さらに、通信装置２０２は図１２に示すパケット（符号Ｂ１２で示す）を受信すると、グループＧ１に関係する箇所であるデータ部分Ｄ（１）と鍵Ｋ（１＿１）そして鍵付きハッシュ値Ｈ（１＿１）（符号Ｂ３からＢ５で示す）を自身宛のデータと認識し、第１の実施形態と同様の処理を行う。
　以降、同様に処理することにより、グループ毎に異なる鍵チェーンを用いることが可能となる。
　なお、通信装置２０２は通信装置２０１から受信したパケットを次のホップに属する通信装置へ転送する動作を行う。図９を例にとると、通信装置２０４及び通信装置２０５へパケットが転送される。このとき、通信装置２は、パケットをそのまま転送するような動作であってもよいし、自身に関係する部分を削除したのちパケットを転送するような動作であってもかまわない。
　より具体的には、図１２の符号Ｂ１２で示すパケットを例にとると、グループＧ１に関係する箇所である鍵Ｋ（１＿１）（符号Ｂ４で示す）及び鍵付きハッシュ値Ｈ（１＿１）（符号Ｂ５で示す）を削除し、それ以外を転送するような構成となる。このとき、データ部分Ｄ（１）は全グループ共通となるため削除しない。
　次に、第３の実施形態の効果について説明する。この実施形態の効果は、もし鍵が漏れてしまった場合に第１の実施形態よりもその影響範囲を小さくすることができることである。これは、鍵を共通で使用する通信装置の範囲を限定するため、あるグループ用の鍵が漏れた場合であっても他のグループ用の鍵には影響しないからである。
　さらに、通信装置がパケットを転送するときの通信オーバーヘッドを削減できることである。これは、通信装置が自身のグループに関する箇所を削除してから次の通信装置へ転送するよう構成されているからである。
　本実施形態では通信装置で用いる鍵付きハッシュ値のサイズはグループによらず同一の構成としていたが、このハッシュ値のサイズはグループ毎に異なる値であってもよい。この場合、オリジナルのハッシュ関数が算出する出力２０バイトのうち一部（例えば最後の数バイト）を用いる。サイズの例としては、グループＧ１用には６バイトのハッシュ値を用いて、グループＧ２用には７バイトのハッシュ値を用いる。
　ハッシュ値のサイズをグループ毎に異なる値にする構成と、上述の通信装置が自身のグループに関する箇所を削除してから次の通信装置へ転送するよう構成が組み合わせて利用されている場合、さらにパケットの偽装をしにくくすることができることである。これは、前の通信装置から転送された不要な箇所が削除されたパケットを受け取って初めて通信装置は自身に関係する箇所が判明するため、攻撃者がもし正当な鍵を用いた場合であっても途中に含まれる鍵及び鍵付きハッシュ値の区切りを見分けるのが困難にできるからである。
　第３の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態のどちらとも組み合わせて利用することが可能である。
　以上の如く、本発明の第１の態様は、送信側の通信装置と、受信又は転送側の通信装置と、前記送信側の通信装置と前記受信又は転送側の通信装置との間を接続するネットワークとを備え、完全性を保証するための通信システムであって、前記送信側の通信装置は、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する手段と、分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いて、データ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する手段と、生成されたパケットを前記ネットワークに送信する手段とを備え、前記受信又は転送側の通信装置は、前記ネットワークからのパケットを受信する手段と、パケットの正当性を確認するための鍵を格納する手段と、前記格納した鍵に基づき受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する手段とを備えることを特徴とする通信システムである。
　また、本発明の第２の態様は、上記態様において、前記認証子を生成する手段は、送信するパケットを次のパケットに含まれる鍵と、次のパケット全体に対する鍵付きハッシュ値で構成し、さらに次のパケットに含まれる鍵で暗号化し、前記認証子を検証する手段は、受信するパケットを次のパケットに含まれる鍵の正当性を確認した後、パケットを復号して次のパケットの鍵付きハッシュ値を取得することを特徴とする。
　また、本発明の第３の態様は、上記態様において、前記認証子を生成する手段は、各パケットに含まれる鍵を先のパケットに含まれる鍵を用いて暗号化し、前記認証子を検証する手段は、パケットに含まれる暗号化された鍵を先に取得した鍵で復号することにより鍵を取得することを特徴とする。
　また、本発明の第４の態様は、上記態様において、前記認証子を生成する手段は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出し、前記認証子を検証する手段は、２以上の認証子のうちどれか１つの認証子を検証することを特徴とする。
　また、本発明の第５の態様は、上記態様において、前記認証子を生成する手段は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出し、前記認証子を検証する手段は、データ部分に引き続く最初の認証子を検証し、検証した認証子及びそれに関する鍵をパケットから削除したのち次の通信装置へ転送することを特徴とする。
　また、本発明の第６の態様は、上記態様において、前記各パケットに含まれる認証子の長さは各鍵チェーン毎に異なる長さであることを特徴とする。
　また、本発明の第７の態様は、上記態様において、前記ネットワークは、無線通信路であることを特徴とする。
　本発明の第８の態様は、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する手段と、分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いてデータ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する手段と、生成されたパケットをネットワークに送信する手段とを備えたことを特徴とする通信装置である。
　また、本発明の第９の態様は、上記態様において、前記認証子を生成する手段は、送信するパケットを次のパケットに含まれる鍵と、次のパケット全体に対する鍵付きハッシュ値で構成し、さらに次のパケットに含まれる鍵で暗号化することを特徴とする。
　また、本発明の第１０の態様は、上記態様において、前記認証子を生成する手段は、各パケットに含まれる鍵を先のパケットに含まれる鍵を用いて暗号化することを特徴とする。
　また、本発明の第１１の態様は、上記態様において、前記認証子を生成する手段は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出することを特徴とする。
　また、本発明の第１２の態様は、上記態様において、各パケットに含まれる認証子の長さは各鍵チェーン毎に異なる長さであることを特徴とする。
　また、本発明の第１３の態様は、ネットワークからのパケットを受信する手段と、パケットの正当性を確認するための鍵を格納する手段と、前記格納した鍵に基づき前記受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する手段とを備えたことを特徴とする通信装置である。
　また、本発明の第１４の態様は、上記態様において、前記認証子を検証する手段は、受信するパケットを次のパケットに含まれる鍵の正当性を確認した後、パケットを復号して次のパケットの鍵付きハッシュ値を取得することを特徴とする。
　また、本発明の第１５の態様は、上記態様において、前記認証子を検証する手段は、パケットに含まれる暗号化された鍵を先に取得した鍵で復号することにより鍵を取得することを特徴とする。
　また、本発明の第１６の態様は、上記態様において、前記認証子を検証する手段は、２以上の認証子のうちどれか１つの認証子を検証することを特徴とする。
　また、本発明の第１７の態様は、上記態様において、前記認証子を検証する手段は、データ部分に引き続く最初の認証子を検証し，検証した認証子及びそれに関する鍵をパケットから削除したのち次の通信装置へ転送することを特徴とする。
　また、本発明の第１８の態様は、送信側では、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納しておき、分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いてデータ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成し、生成されたパケットをネットワークに送信し、受信側では、パケットの正当性を確認するための鍵を格納しておき、前記ネットワークからのパケットを受信し、前記格納した鍵に基づき受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証することを特徴とするデータ通信方法である。
　また、本発明の第１９の態様は、上記態様において、前記認証子の生成は、送信するパケットを次のパケットに含まれる鍵と、次のパケット全体に対する鍵付きハッシュ値で構成し、さらに次のパケットに含まれる鍵で暗号化し、前記認証子の検証は、受信するパケットを次のパケットに含まれる鍵の正当性を確認した後、パケットを復号して次のパケットの鍵付きハッシュ値を取得することを特徴とする。
　また、本発明の第２０の態様は、上記態様において、前記認証子の生成は、各パケットに含まれる鍵を先のパケットに含まれる鍵を用いて暗号化し、前記認証子を検証する手段は、パケットに含まれる暗号化された鍵を先に取得した鍵で復号することにより鍵を取得することを特徴とする。
　また、本発明の第２１の態様は、上記態様において、前記認証子の生成は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出し、前記認証子の検証は、２以上の認証子のうちどれか１つの認証子を検証することを特徴とする。
　また、本発明の第２２の態様は、上記態様において、前記認証子の生成は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出し、前記認証子の検証は、データ部分に引き続く最初の認証子を検証し、検証した認証子及びそれに関する鍵をパケットから削除したのち次の通信装置へ転送することを特徴とする。
　また、本発明の第２３の態様は、上記態様において、各パケットに含まれる認証子の長さは各鍵チェーン毎に異なる長さであることを特徴とする。
　また、本発明の第２４の態様は、上記態様において、前記ネットワークは、無線通信路であることを特徴とする。
　また、本発明の第２５の態様は、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する処理と、分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いてデータ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する処理と、生成されたパケットをネットワークに送信する処理とを通信装置に実行させることを特徴とするプログラムである。
　また、本発明の第２６の態様は、上記態様において、ネットワークからのパケットを受信する処理と、パケットの正当性を確認するための鍵を格納する処理と、前記格納した鍵に基づき前記受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する処理とを通信装置に実行させることを特徴とするプログラムである。
　また、本発明の第２７の態様は、上記データ通信方法の機能を実現するためのデータ通信プログラムである。
　以上、実施の形態及び態様をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態及び態様に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形し実施することが出来る。
　本出願は、２００８年８月２９日に出願された日本出願特願２００８－２２１８７２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明によるプログラムイメージ更新のための完全性保証方式は、無線通信を用いたネットワークにおける安全なプログラムイメージの配布に有用である。特にＩＥＥＥ８０２．１５．４やＺｉｇＢｅｅに代表される無線通信プロトコルを用いたワイヤレスセンサーネットワーク分野でのＰＣに比べて能力が制限された装置において有効である。
１～７，２０１～２０７　通信装置
１０，２１０　ネットワーク
１１，１１１，２１１　鍵チェーン格納部
１２，１１２，２１２　データイメージ入力部
１３，１１３，２１３　送信パケット生成部
１４，１１４，２１４　トラストアンカ生成部
１５，１１５，２１５，２６，１２６，２２６　ネットワーク通信部
１６，１１６，２１６，２７，１２７，２２７　ハッシュ計算部
１７，１１７，２１７，２８，１２８，２２８　暗号計算部
１１８　送信鍵暗号部
２１，１２１，２２１　鍵格納部
２２，１２２，２２２　データイメージ再構成部
２３，１２３，２２３　ハッシュチェーン検証部
２４，１２４，２２４　鍵チェーン検証部
２５，１２５，２２５　トラストアンカ検証部
１２９　鍵復号部
 

Claims (26)

  1. 　送信側の通信装置と、受信又は転送側の通信装置と、前記送信側の通信装置と前記受信又は転送側の通信装置との間を接続するネットワークとを備え、完全性を保証するための通信システムであって、
    　前記送信側の通信装置は、
    　一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する手段と、
    　分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いて、データ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する手段と、
    　生成されたパケットを前記ネットワークに送信する手段と
    を備え、
    　前記受信又は転送側の通信装置は、
    　前記ネットワークからのパケットを受信する手段と、
    　パケットの正当性を確認するための鍵を格納する手段と、
    　前記格納した鍵に基づき受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する手段と
    を備えることを特徴とする通信システム。
  2. 　前記認証子を生成する手段は、送信するパケットを次のパケットに含まれる鍵と、次のパケット全体に対する鍵付きハッシュ値で構成し、さらに次のパケットに含まれる鍵で暗号化し、
    　前記認証子を検証する手段は、受信するパケットを次のパケットに含まれる鍵の正当性を確認した後、パケットを復号して次のパケットの鍵付きハッシュ値を取得する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
  3. 　前記認証子を生成する手段は、各パケットに含まれる鍵を先のパケットに含まれる鍵を用いて暗号化し、
    　前記認証子を検証する手段は、パケットに含まれる暗号化された鍵を先に取得した鍵で復号することにより鍵を取得する
    　ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信システム。
  4. 　前記認証子を生成する手段は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出し、
    　前記認証子を検証する手段は、２以上の認証子のうちどれか１つの認証子を検証する
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信システム。
  5. 　前記認証子を生成する手段は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出し、
    　前記認証子を検証する手段は、データ部分に引き続く最初の認証子を検証し、検証した認証子及びそれに関する鍵をパケットから削除したのち次の通信装置へ転送する
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信システム。
  6. 　前記各パケットに含まれる認証子の長さは各鍵チェーン毎に異なる長さであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の通信システム。
  7. 　前記ネットワークは、無線通信路であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の通信システム。
  8. 　一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する手段と、
    　分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いてデータ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する手段と、
    　生成されたパケットをネットワークに送信する手段と
    　を備えたことを特徴とする通信装置。
  9. 　前記認証子を生成する手段は、送信するパケットを次のパケットに含まれる鍵と、次のパケット全体に対する鍵付きハッシュ値で構成し、さらに次のパケットに含まれる鍵で暗号化することを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
  10. 　前記認証子を生成する手段は、各パケットに含まれる鍵を先のパケットに含まれる鍵を用いて暗号化することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の通信装置。
  11. 　前記認証子を生成する手段は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の通信装置。
  12. 　各パケットに含まれる認証子の長さは各鍵チェーン毎に異なる長さであることを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
  13. 　ネットワークからのパケットを受信する手段と、
    　パケットの正当性を確認するための鍵を格納する手段と、
    　前記格納した鍵に基づき前記受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する手段と
    　を備えたことを特徴とする通信装置。
  14. 　前記認証子を検証する手段は、受信するパケットを次のパケットに含まれる鍵の正当性を確認した後、パケットを復号して次のパケットの鍵付きハッシュ値を取得することを特徴とする請求項１３に記載の通信装置。
  15. 　前記認証子を検証する手段は、パケットに含まれる暗号化された鍵を先に取得した鍵で復号することにより鍵を取得することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の通信装置。
  16. 　前記認証子を検証する手段は、２以上の認証子のうちどれか１つの認証子を検証することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の通信装置。
  17. 　前記認証子を検証する手段は、データ部分に引き続く最初の認証子を検証し，検証した認証子及びそれに関する鍵をパケットから削除したのち次の通信装置へ転送することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の通信装置。
  18. 　送信側では、一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納しておき、
    　分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いてデータ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成し、生成されたパケットをネットワークに送信し、
    　受信側では、パケットの正当性を確認するための鍵を格納しておき、
    　前記ネットワークからのパケットを受信し、
    　前記格納した鍵に基づき受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する
    ことを特徴とするデータ通信方法。
  19. 　前記認証子の生成は、送信するパケットを次のパケットに含まれる鍵と、次のパケット全体に対する鍵付きハッシュ値で構成し、さらに次のパケットに含まれる鍵で暗号化し、
    　前記認証子の検証は、受信するパケットを次のパケットに含まれる鍵の正当性を確認した後、パケットを復号して次のパケットの鍵付きハッシュ値を取得する
    　ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ通信方法。
  20. 　前記認証子の生成は、各パケットに含まれる鍵を先のパケットに含まれる鍵を用いて暗号化し、
    　前記認証子を検証する手段は、パケットに含まれる暗号化された鍵を先に取得した鍵で復号することにより鍵を取得する
    　ことを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載のデータ通信方法。
  21. 　前記認証子の生成は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出し、
    　前記認証子の検証は、２以上の認証子のうちどれか１つの認証子を検証する
    ことを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれかに記載のデータ通信方法。
  22. 　前記認証子の生成は、２以上の鍵チェーンを備え、それぞれの鍵チェーンを用いて２以上の認証子を算出し、
    　前記認証子の検証は、データ部分に引き続く最初の認証子を検証し、検証した認証子及びそれに関する鍵をパケットから削除したのち次の通信装置へ転送する
    ことを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれかに記載のデータ通信方法。
  23. 　各パケットに含まれる認証子の長さは各鍵チェーン毎に異なる長さであることを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載のデータ通信方法。
  24. 　前記ネットワークは、無線通信路であることを特徴とする請求項１８から請求項２３のいずれかに記載のデータ通信方法。
  25. 　一連の鍵がそれぞれの鍵に対するハッシュ値の繰り返しで構成される鍵チェーンを格納する処理と、
    　分割された送信するデータイメージに対して順に前記鍵チェーンを順に用いてデータ部分と鍵とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与し、以後、一つ前のパケットでのデータ部分と鍵と先に算出した鍵付きハッシュ値とから鍵付きハッシュ値を算出して一つ前に送信されるパケットに対して付与することを繰り返すことによって各パケットに対する認証子を生成する処理と、
    　生成されたパケットをネットワークに送信する処理と
    を通信装置に実行させることを特徴とするプログラム。
  26. 　ネットワークからのパケットを受信する処理と、
    　パケットの正当性を確認するための鍵を格納する処理と、
    　前記格納した鍵に基づき前記受信したパケットに含まれる鍵が連続したハッシュ値となっていることを計算し、次の認証子を含むパケット全体に対する鍵付きハッシュ値を算出し、一つ先のパケットに含まれる計算済みの鍵付きハッシュ値と同じであるかを比較することによって認証子を検証する処理と
    を通信装置に実行させることを特徴とするプログラム。
     
     
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