(57)【要約】  暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮する。  通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、ネットワーク中継装置１５で中継し、鍵交換処理の内容を前半処理と後半処理との２つに区分し、前半処理をネットワーク中継装置１５において通信端末１１に代わって実行し、「ＩＫＥ ＳＡ」を確立する。そして、前半処理の結果得られた情報をネットワーク中継装置１５から通信端末１１に転送する。その後、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で、鍵交換処理の後半処理を実行し、通信端末１１とゲートウェイ装置２５とで共通の鍵情報を共有して「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」を確立し、この鍵情報を用いて暗号化通信を行う。
2008146395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおいて、前記通信端末と前記通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置であって、
前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分した前記鍵交換処理のうち、前記前半処理を前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換制御部と、
当該ネットワーク中継装置に接続する通信端末の情報を管理する情報管理部と、
前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を通信端末に転送する鍵情報転送部と、
を備えるネットワーク中継装置。
【請求項２】
請求項１に記載のネットワーク中継装置であって、
前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行うネットワーク中継装置。
【請求項３】
請求項２に記載のネットワーク中継装置であって、
前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の前半処理には、暗号鍵の生成に必要なDiffie-Hellmanのパラメータの交換を含むIKE_SA_INIT処理を含めるネットワーク中継装置。
【請求項４】
請求項２に記載のネットワーク中継装置であって、
前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保するアドレス処理部を備え、
前記鍵交換制御部は、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、
前記鍵情報転送部は、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記通信端末に対して転送するネットワーク中継装置。
【請求項５】
通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置を用いて、公衆網を介して前記通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおける通信端末であって、
当該通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分された前記鍵交換処理のうち、前記前半処理が前記ネットワーク中継装置により当該通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施される場合に、
前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を受信する鍵情報受信部と、
前記前半処理情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換制御部と、
を備える通信端末。
【請求項６】
請求項５に記載の通信端末であって、
前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の後半処理には、暗号鍵及び認証情報の交換を含むIKE_AUTH処理を含める通信端末。
【請求項７】
請求項５に記載の通信端末であって、
前記鍵情報受信部は、前記前半処理情報として、前記ネットワーク中継装置から当該通信端末に割り当てられたローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを受信し、
前記鍵交換制御部は、前記受信したローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する通信端末。
【請求項８】
通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う際に、前記通信端末と前記通信相手装置との間をネットワーク中継装置により中継を行う通信システムにおける暗号化通信方法であって、
前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前記鍵交換処理の内容を前半処理と後半処理との２つに区分し、前記鍵交換処理のうちの前半処理を、前記ネットワーク中継装置において前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換前半処理実行ステップと、
前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に転送する鍵情報転送ステップと、
前記転送された前半処理情報を用いて、前記通信端末において前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換後半処理実行ステップと、
を有する暗号化通信方法。
【請求項９】
請求項８に記載の暗号化通信方法であって、
前記ネットワーク中継装置は、前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行う暗号化通信方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の暗号化通信方法であって、
前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、
前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、暗号鍵の生成に必要なDiffie-Hellmanのパラメータの交換を含むIKE_SA_INIT処理を含め、
前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、暗号鍵及び認証情報の交換を含むIKE_AUTH処理を含める暗号化通信方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の暗号化通信方法であって、
前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、前記ネットワーク中継装置が前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保し、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、
前記鍵情報転送ステップにおいて、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に対して転送し、
前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、前記通信端末が前記ネットワーク中継装置から受け取ったローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を行う暗号化通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のネットワーク間を中継して暗号化通信を行う通信システムにおけるネットワーク中継装置、通信端末及び暗号化通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話網と無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）との相互接続、すなわち３Ｇ／ＷＬＡＮ Interworkingに関する研究開発・標準化活動が活発に行われている。携帯電話網と無線ＬＡＮとの相互接続が可能になることにより、携帯電話網の課金やユーザ認証の仕組みを利用しつつ、無線ＬＡＮの高速性を享受することができる。例えば、無線ＬＡＮインタフェースを搭載した携帯電話端末装置が、無線ＬＡＮアクセスポイントを経由し、携帯電話網に接続し、音声通話や携帯電話網の持つコンテンツの利用をすることができる。このとき、無線ＬＡＮインタフェース付きの携帯電話端末装置は、無線ＬＡＮからアクセス網を経由して携帯電話網へ接続するが、アクセス網を経由した通信においては、セキュリティの確保が極めて重要である。【０００３】
そこで、例えば次世代の通信プロトコルであるＩＰｖ６を想定した通信システムの場合には、セキュリティを確保するためのプロトコルとして、ＩＰｓｅｃ（Security Architecture for Internet Protocol）を採用するのが一般的である。なお、ＩＰｖ４の環境下であってもＩＰｓｅｃは利用可能である。【０００４】
ここで、ＩＰｓｅｃの概略について説明する。ＩＰｓｅｃを使わない一般的なＩＰ通信では、ＩＰヘッダとデータとで構成される単純な構成のパケットを用いて通信を行っているが、ＩＰｓｅｃを採用した通信では、暗号化されたパケットを用いる。この暗号化されたパケットには、ＩＰヘッダと暗号化されたデータの他に、暗号化ヘッダ及び認証データが含まれている。これらの暗号化されたデータと、暗号化ヘッダと、認証データとをまとめたものをＥＳＰ（Encapsulating Security Payload）と呼ぶ。すなわち、暗号化されたデータは、暗号化ヘッダ、認証データと共にカプセル化されている。【０００５】
暗号化ヘッダは、受信側が受け取った暗号を正しく解読できるようにするためのものであって、どのようにして暗号化したか（どのアルゴリズムと暗号鍵を使ったか）を数値で表したＳＰＩ（Security Parameter Index）と、そのパケットがデータ全体の何番目にあたるかを表すシーケンス番号とを含んでいる。【０００６】
認証データは、受け取ったデータが途中で改ざんされていないかどうかを確認するためのものであり、認証データには元のパケットと認証鍵を組み合わせたものからハッシュ関数を計算して得られたハッシュ値が書き込まれている。【０００７】
このような暗号化通信を行うので、ＩＰｓｅｃを使用する際には、ＩＰｓｅｃの終端装置同士が鍵を共有することが必要になる。具体的には、ＩＰｓｅｃでは暗号化に共通鍵暗号を用いているので、送信側と受信側との間で予め暗号鍵を相互に交換しておく必要があり、認証に使う認証鍵も事前に共有しておく必要がある。しかし、この鍵の交換を通信により行うためには、鍵の改ざんや不正取得を防止し、安全な条件下で行う必要があるので、一般的にはＩＫＥ（Internet Key Exchange）を用いて鍵の交換を行う。【０００８】
ＩＫＥにおいては、大きく分けて２段階の処理を行っている。すなわち、安全な通信路を確保するために、最初に公開鍵暗号方式を用いて通信路を確保し、次にＩＰｓｅｃで使用する暗号鍵や認証鍵などの情報を交換する。公開鍵暗号方式では秘密な情報ではない公開鍵の情報を取得するだけで暗号化通信を実行できるので安全に情報を交換できるが、処理に時間がかかる（共通鍵暗号と比べて１０００倍程度）ため、大量のデータをリアルタイムに暗号化するのには不向きである。そのため、ＩＰｓｅｃでは共通鍵暗号を用いており、この共通鍵暗号の通信で使用する暗号鍵や認証鍵などの情報を、公開鍵暗号方式で保護された環境下の通信路を用いてＩＫＥによって交換する。これによって、暗号鍵や認証鍵などの情報を安全に交換できる。【０００９】
また、ＩＫＥには種類としてＩＫＥｖ１（ＲＦＣ２４０９）やＩＫＥｖ２（ＲＦＣ４３０６）がある。ＩＫＥｖ２では、ＥＡＰ−ＳＩＭ、ＥＡＰ−ＡＫＡといった、携帯電話網との親和性の高い認証方式を標準で用いることができるので、ＩＫＥｖ２はより注目されている。【００１０】
しかしながら、ＩＫＥでは非常に複雑な処理を行う必要があり、携帯電話端末装置のような小型の通信端末にとっては処理能力に比べて負荷が大きすぎるのが実情であり、現実的には採用するのは困難である。【００１１】
そのため、鍵交換における通信端末の処理負荷を軽減するための技術が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１においては、図６に示すような通信システムを想定しており、鍵交換に伴う処理を別の装置に代行させて、端末の負荷の軽減を図っている。特許文献１における鍵交換処理の具体的な手順は次の通りである。【００１２】
この通信システムでは、ネットワーク１００に接続された加入者端末１０１が通信相手端末１０２との間で暗号化通信を行う際、暗号化通信用の鍵を保有して無い場合、加入者端末１０１はサービス制御装置１０３に対して鍵交換代理要求メッセージを送信する。サービス制御装置１０３は、認証サーバ１０４によって加入者端末１０１の認証を行った後、加入者端末１０１から受信した鍵交換代理要求メッセージを鍵交換代理サーバ１０５へ転送する。鍵交換代理サーバ１０５は、鍵交換代理要求メッセージを受信すると、サービス制御装置１０３、ルータ１０６を介して通信相手端末１０２との間で鍵交換を行う。そして、鍵交換代理サーバ１０５は、鍵交換が完了して取得した鍵情報を、サービス制御装置１０３を経由して加入者端末１０１に送信する。これにより、加入者端末１０１と通信相手端末１０２との間で鍵を共有することができ、暗号化通信を行うことができるようになる。
【特許文献１】特開２００４−１２８７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のような特許文献１の技術を採用することにより、加入者端末での処理負荷を軽減した鍵交換処理を実現することができる。このとき、処理能力の高いサーバで鍵交換を代行するので、加入者端末で鍵交換を行った時に比べ、処理時間の低減効果もあると考えられる。【００１４】
しかしながら、特許文献１の技術では、端末からの鍵交換代理要求メッセージが生じた後で、鍵交換代理サーバと通信相手端末の間で鍵交換が実施されることになるので、端末が鍵交換代理要求メッセージを送出してから鍵を受け取るまでの待ち時間が長くなるのは避けられず、加入者端末が通信相手端末と実際に暗号化通信を開始できるまでには時間がかかってしまう。【００１５】
そしてこの鍵交換処理には、処理負荷の高いDiffie-Hellman計算も含まれている。特にブラウザやその他のアプリケーションの起動をトリガとして、ＩＰｓｅｃによる暗号化通信を行うための鍵交換処理を開始するようなケースにおいては、実際に暗号化通信を行うことができるまでにかかる時間が長いと、ユーザにとっての満足度や利便性の低下を招いてしまう。【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能なネットワーク中継装置、通信端末及び暗号化通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のネットワーク中継装置は、通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおいて、前記通信端末と前記通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置であって、前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分した前記鍵交換処理のうち、前記前半処理を前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換制御部と、当該ネットワーク中継装置に接続する通信端末の情報を管理する情報管理部と、前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を通信端末に転送する鍵情報転送部と、を備えるものである。
この構成により、ネットワーク中継装置において鍵交換処理の前半処理を通信端末に代わって行うことで、通信端末では前半処理情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理を完了することができ、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能となる。【００１８】
また、本発明は、上記のネットワーク中継装置であって、前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行うものを含む。  この構成により、ローカルネットワークに接続された通信端末からネットワーク中継装置で中継して公衆網を介し、公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、またはこのゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置との間で、より短時間で暗号化通信を開始することが可能となる。【００１９】
また、本発明は、上記のネットワーク中継装置であって、前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の前半処理には、暗号鍵の生成に必要なDiffie-Hellmanのパラメータの交換を含むIKE_SA_INIT処理を含めるものを含む。
この構成により、ネットワーク中継装置において、鍵交換処理の前半処理として処理負荷の高いDiffie-Hellman計算を通信端末に代わって実行するので、通信端末では前半処理情報をネットワーク中継装置から受け取り、処理負荷の小さい後半処理を行うだけで鍵交換処理を完了できるので、短時間で暗号化通信を開始可能となる。【００２０】
また、本発明は、上記のネットワーク中継装置であって、前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保するアドレス処理部を備え、前記鍵交換制御部は、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、前記鍵情報転送部は、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記通信端末に対して転送するものを含む。
この構成により、通信端末では受け取ったローカルＩＰアドレスと鍵情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理の後半処理を行うことが可能となる。通信相手装置から見た場合、同じ通信装置との間で、鍵交換処理の前半処理と後半処理とをそれぞれ実行し、鍵情報を交換したと認識することが可能となる。また、例えばローカルネットワーク上に複数の通信端末が接続される場合には、ネットワーク中継装置がそれぞれの通信端末に異なるローカルＩＰアドレスを割り当てることにより、通信端末毎にそれぞれ通信相手装置との間で鍵情報の交換が可能になる。【００２１】
本発明の通信端末は、通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置を用いて、公衆網を介して前記通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおける通信端末であって、当該通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分された前記鍵交換処理のうち、前記前半処理が前記ネットワーク中継装置により当該通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施される場合に、前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を受信する鍵情報受信部と、前記前半処理情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換制御部と、を備えるものである。
この構成により、ネットワーク中継装置において実行された鍵交換処理の前半処理により得られた前半処理情報を用いて、通信端末では前半処理情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理を完了することができ、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能となる。また、例えば通信端末がネットワーク中継装置と接続する前であっても、ネットワーク中継装置において前半処理を実行することができ、通信端末がネットワーク中継装置に接続してすぐに受け取った前半処理情報を用いて後半処理を開始することができるので、暗号化通信が開始されるまでの待ち時間を大幅に削減可能である。【００２２】
また、本発明は、上記の通信端末であって、前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の後半処理には、暗号鍵及び認証情報の交換を含むIKE_AUTH処理を含めるものを含む。
この構成により、ネットワーク中継装置において鍵交換処理の前半処理を行い、通信端末では前半処理情報をネットワーク中継装置から受け取り、処理負荷の小さい後半処理を行うだけで鍵交換処理を完了できるので、短時間で暗号化通信を開始可能となる。【００２３】
また、本発明は、上記の通信端末であって、前記鍵情報受信部は、前記前半処理情報として、前記ネットワーク中継装置から当該通信端末に割り当てられたローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを受信し、前記鍵交換制御部は、前記受信したローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施するものを含む。
この構成により、通信端末では受け取ったローカルＩＰアドレスと鍵情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理の後半処理を行うことが可能となる。通信相手装置から見た場合、同じ通信装置との間で、鍵交換処理の前半処理と後半処理とをそれぞれ実行し、鍵情報を交換したと認識することが可能となる。また、例えばローカルネットワーク上に複数の通信端末が接続される場合には、ネットワーク中継装置がそれぞれの通信端末に異なるローカルＩＰアドレスを割り当てることにより、通信端末毎にそれぞれ通信相手装置との間で鍵情報の交換が可能になる。【００２４】
本発明の暗号化通信方法は、通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う際に、前記通信端末と前記通信相手装置との間をネットワーク中継装置により中継を行う通信システムにおける暗号化通信方法であって、前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前記鍵交換処理の内容を前半処理と後半処理との２つに区分し、前記鍵交換処理のうちの前半処理を、前記ネットワーク中継装置において前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換前半処理実行ステップと、前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に転送する鍵情報転送ステップと、前記転送された前半処理情報を用いて、前記通信端末において前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換後半処理実行ステップと、を有するものである。
この手順により、ネットワーク中継装置において鍵交換処理の前半処理を通信端末に代わって行うことで、通信端末では前半処理情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理を完了することができ、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能となる。【００２５】
また、本発明は、上記の暗号化通信方法であって、前記ネットワーク中継装置は、前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行うものを含む。
この手順により、ローカルネットワークに接続された通信端末からネットワーク中継装置で中継して公衆網を介し、公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、またはこのゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置との間で、より短時間で暗号化通信を開始することが可能となる。【００２６】
また、本発明は、上記の暗号化通信方法であって、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、暗号鍵の生成に必要なDiffie-Hellmanのパラメータの交換を含むIKE_SA_INIT処理を含め、前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、暗号鍵及び認証情報の交換を含むIKE_AUTH処理を含めるものを含む。
この手順により、ネットワーク中継装置において、鍵交換処理の前半処理として処理負荷の高いDiffie-Hellman計算を通信端末に代わって実行するので、通信端末では前半処理情報をネットワーク中継装置から受け取り、処理負荷の小さい後半処理を行うだけで鍵交換処理を完了できるので、短時間で暗号化通信を開始可能となる。【００２７】
また、本発明は、上記の暗号化通信方法であって、前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、前記ネットワーク中継装置が前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保し、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、前記鍵情報転送ステップにおいて、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に対して転送し、前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、前記通信端末が前記ネットワーク中継装置から受け取ったローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を行うものを含む。
この手順により、通信端末では受け取ったローカルＩＰアドレスと鍵情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理の後半処理を行うことが可能となる。通信相手装置から見た場合、同じ通信装置との間で、鍵交換処理の前半処理と後半処理とをそれぞれ実行し、鍵情報を交換したと認識することが可能となる。また、例えばローカルネットワーク上に複数の通信端末が接続される場合には、ネットワーク中継装置がそれぞれの通信端末に異なるローカルＩＰアドレスを割り当てることにより、通信端末毎にそれぞれ通信相手装置との間で鍵情報の交換が可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能なネットワーク中継装置、通信端末及び暗号化通信方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る通信システムの構成例及び動作状態の遷移を表すブロック図
【図２】本実施形態の通信システムにおけるネットワーク中継装置の構成例を示すブロック図
【図３】本実施形態の通信システムが用いる情報管理テーブルの構成例及び状態遷移を示す模式図
【図４】本実施形態の通信システムにおける通信端末の構成例を示すブロック図
【図５】本実施形態の通信システムにおける鍵交換処理の動作を示すシーケンス図
【図６】従来例の通信システムの構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３０】
１０  ローカルネットワーク
１１  通信端末
１５  ネットワーク中継装置
２０  アクセス網
２５  ゲートウェイ装置（ＰＤＧ）
３０  キャリア網
３１  サーバ
１１１  送受信処理部
１１２  鍵交換制御部
１１３  無線・ＩＰ接続制御部
１１４  暗復号制御部
１１５  鍵管理部
１１６  アプリケーション処理部
１５１  送受信処理部
１５２  ＮＡＰＴ処理部
１５３  鍵交換制御部
１５４  情報管理部
１５５  ＷＬＡＮ接続制御部
１５６  ＤＨＣＰ処理部
１５７  鍵情報転送部
１５８  送受信処理部
１６０  情報管理テーブル
ＰＲ１  鍵交換前半処理
ＰＲ２  鍵交換後半処理
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本実施形態では、携帯電話端末装置等の通信端末が無線ＬＡＮによるローカルエリアネットワークに接続され、アクセス網を介して携帯電話網等の通信業者のキャリア網との間で暗号化通信を行う通信システムを例にとり説明する。【００３２】
図１は本発明の実施形態に係る通信システムの構成例及び動作状態の遷移を表すブロック図である。ここでは、ローカルネットワーク１０、アクセス網２０、キャリア網３０を接続した状態で暗号化通信を行う通信システムの構成に本発明を適用する場合を示す。【００３３】
ローカルネットワーク１０は、無線ＬＡＮなどの各拠点毎に構成したネットワークである。有線のＩＰネットワークなどを用いてもよい。このローカルネットワーク１０には、１台又は複数台の通信端末１１が接続される。図１の例では２つの通信端末１１ａ、１１ｂが接続されている。以降ではこれらを代表して通信端末１１として説明する。通信端末１１の具体例としては、無線ＬＡＮの通信機能を搭載した携帯電話端末装置や携帯型情報端末（ＰＤＡ）などが想定される。【００３４】
アクセス網２０は、ローカルネットワーク１０をキャリア網３０に接続して通信可能とし、ローカルネットワーク１０からキャリア網３０にアクセス可能にするものである。このアクセス網２０は、インターネットや通信用のＩＰネットワークなど、広域通信の対応や各種通信サービスへの対応が可能な公衆網により構成される。ローカルネットワーク１０とアクセス網２０との境界には、ネットワーク中継装置１５が配設されている。【００３５】
このネットワーク中継装置１５は、例えば一般家庭やオフィスなどの宅内、街頭や駅等のアクセスポイントなどに設置されるルータ等の通信装置であり、無線接続機能やＮＡＰＴ（Network Address Port Translation）機能を有し、宅内やアクセスポイント近傍などにおいて形成したローカルネットワーク１０とアクセス網２０との間でＩＰパケットの中継を行う。なお、ＮＡＰＴは１つのグローバルＩＰアドレスを複数のプライベートＩＰアドレスから利用できるようにするためのデータ変換機能であり、一般的なルータやゲートウェイに搭載されている機能である。このネットワーク中継装置１５が提供するローカルネットワーク１０の中に通信端末１１が収容される。【００３６】
キャリア網３０は、移動体通信を行う携帯電話網など、通信業者が提供する通信網であり、各通信業者毎に構成される。このキャリア網３０には、コンテンツの提供等を行うＷｅｂサーバなどの複数のサーバ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ・・・が接続されている。以降ではこれらを代表してサーバ３１として説明する。アクセス網２０とキャリア網３０との境界には、ゲートウェイ装置（ＰＤＧ：Packet Data Gateway）２５が配設されている。これにより、ローカルネットワーク１０に収容されている各通信端末１１は、ネットワーク中継装置１５を経由し、更にゲートウェイ装置（ＰＤＧ）２５を経由してキャリア網３０と接続し、サーバ３１にアクセスして通信を行うことができる。【００３７】
上記のような通信システムにおいて、ローカルネットワーク１０上の通信端末１１がキャリア網３０に接続するためには、公衆網であるアクセス網２０を経由して通信することになるので、通信の安全性を確保する必要がある。このために通信端末１１とキャリア網３０のサーバ３１との間で暗号化通信を行う。具体的には、暗号化通信のプロトコルとしてＩＰｓｅｃを利用している。また、ＩＰｓｅｃでは共通鍵暗号を用いているため、この共通鍵暗号の通信で使用する暗号鍵や認証鍵などの情報を通信端末１１とその通信相手のサーバ３１との間で共有する必要がある。そこで、鍵情報等を安全な環境下で通信により交換するために、鍵交換プロトコルであるＩＫＥｖ２に準拠した処理を行って鍵情報の交換を行う。【００３８】
ただし、ＩＫＥｖ２の処理は負荷が大きく、処理を完了するまでの所要時間も長くなる。そこで、本実施形態では、特別な方法を用いてＩＫＥｖ２の鍵交換処理を行う。すなわち、鍵情報を交換するためのＩＫＥｖ２の鍵交換処理について、「前半処理」（以降は「鍵交換前半処理」と呼ぶ）と「後半処理」（以降は「鍵交換後半処理」と呼ぶ）との２つに分割し、更に「鍵交換前半処理」については通信端末１１に代わってネットワーク中継装置１５が処理を行う。【００３９】
具体的には、鍵交換処理における「鍵交換前半処理」には、ＩＫＥｖ２に含まれる「IKE_SA_INIT exchange」の処理を割り当てる。また「鍵交換後半処理」には、ＩＫＥｖ２に含まれる「IKE_AUTH exchanges」の処理を割り当てる。【００４０】
したがって、本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、「鍵交換前半処理」をネットワーク中継装置１５とゲートウェイ装置２５との間で実施し、その後、ネットワーク中継装置１５から通信端末１１に得られた情報を渡す。次に、図１（Ｂ）に示すように、「鍵交換後半処理」を通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で実施する。これにより、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で暗号化通信用の論理的なコネクションである「ＩＰｓｅｃ ＳＡ（Security Association）」が確立される。この結果、図１（Ｃ）に示すように、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で暗号化通信が可能となる。この鍵交換処理の詳細については、後でシーケンス図を用いて詳しく説明する。【００４１】
図２は本実施形態の通信システムにおけるネットワーク中継装置の構成例を示すブロック図である。【００４２】
ネットワーク中継装置１５は、送受信処理部１５１、ＮＡＰＴ処理部１５２、鍵交換制御部１５３、情報管理部１５４、ＷＬＡＮ接続制御部１５５、ＤＨＣＰ処理部１５６、鍵情報転送部１５７、送受信処理部１５８を備えて構成される。【００４３】
送受信処理部１５１、１５８は、このネットワーク中継装置１５の内部と外部との間で通信信号の送受信処理を行う。送受信処理部１５１はアクセス網２０を介してゲートウェイ装置２５と接続され、送受信処理部１５８はローカルネットワーク１０を介して通信端末１１と接続される。【００４４】
図１に示した通信システムにおいては、ネットワーク中継装置１５内の送受信処理部１５１が有線送受信処理部として構成され、送受信処理部１５８が無線送受信処理部として構成される場合を想定している。すなわち、送受信処理部１５１は有線ネットワークであるアクセス網２０との間のデータの入出力に利用され、送受信処理部１５８は無線ＬＡＮであるローカルネットワーク１０との間のデータ入出力に利用される。【００４５】
ＮＡＰＴ（Network Address Port Translation）処理部１５２は、送受信処理部１５１及び送受信処理部１５８から受け取ったＩＰパケットのＩＰアドレス・ポート番号の変換処理を行い、ローカルネットワーク１０とアクセス網２０との間でのＩＰパケットの送受信を可能にする。ＮＡＰＴ処理部１５２は、ＮＡＰＴテーブルを有し、このＮＡＰＴテーブルを参照することにより、ローカルネットワーク１０側とアクセス網２０側とでＩＰアドレスとポート番号の変換を行う。【００４６】
鍵交換制御部１５３は、ゲートウェイ装置２５との間で、鍵交換処理における「鍵交換前半処理」を行う。「鍵交換前半処理」においては、ＮＡＰＴ処理部１５２、送受信処理部１５１を経由してゲートウェイ装置２５との間でメッセージ交換を行う。【００４７】
鍵交換制御部１５３は、「鍵交換前半処理」を開始するにあたり、情報管理部１５４が保持している情報管理テーブルの内容を参照して鍵交換が必要な端末の有無を検索する。この情報管理部１５４は、暗号化通信の中継に関する各種情報を情報管理テーブルに格納する。ローカルネットワーク１０内に鍵交換が必要な端末が存在する場合は、端末数分の「鍵交換前半処理」をそれぞれ行う。なお、鍵交換の際のパラメータとして必要となる送信側ＩＰアドレスは、通信端末にあらかじめ割り当てられているローカルＩＰアドレスを情報管理部１５４から取得して使用する。【００４８】
また、ネットワーク中継装置１５とゲートウェイ装置２５との間の「鍵交換前半処理」においては、ＮＡＰＴ処理部１５２でＩＰパケットの送信元ＩＰアドレス・ポート番号の変換を行い、送受信処理部１５１からＩＰパケットを送出する。【００４９】
鍵交換制御部１５３において「鍵交換前半処理」を完了した場合に、取得した鍵情報は情報管理部１５４に登録される。なお、鍵交換制御部１５３は、ＩＫＥｖ２による一連の鍵交換処理を通して行うことにより、ゲートウェイ装置２５との間で「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」を確立することもできるものとする。これにより、ネットワーク中継装置１５とゲートウェイ装置２５との間での暗号化通信も可能となる。【００５０】
ＷＬＡＮ（無線ＬＡＮ）接続制御部１５５は、通信端末１１がネットワーク中継装置１５に無線接続する際の認証及び暗号化を含む接続処理を行う。通信端末１１による無線接続要求を送受信処理部１５８から受信すると、ＷＬＡＮ接続制御部１５５は通信端末１１の接続の可否を決定する。接続の可否の決定においては、ＭＡＣ（Media Access Control）アドレスによるフィルタリングやIEEE802.1x/EAPなどの認証プロトコルなどを用いてもよい。【００５１】
ＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）処理部１５６は、アドレス処理部の機能を有し、ネットワーク中継装置１５への無線接続が成功した通信端末１１からのＩＰアドレス取得要求に対して、ローカルＩＰアドレスを割り当てる。ローカルＩＰアドレスの割り当てに際しては、まず情報管理部１５４を参照し、当該通信端末にすでにＩＰアドレスが割り当てられている場合は、そのＩＰアドレス情報を取得し、ＤＨＣＰメッセージとして通信端末１１に送信する。また、情報管理部１５４を参照した結果、当該通信端末に対してＩＰアドレスが割り当てられていない場合は、ＤＨＣＰ処理部１５６で通信端末に割り当てるＩＰアドレスを確保し、確保したＩＰアドレスを情報管理部１５４に登録した上で、通信端末へＤＨＣＰメッセージを送信する。【００５２】
鍵情報転送部１５７は、鍵交換制御部１５３がゲートウェイ装置２５との間で「鍵交換前半処理」を行って取得した情報を通信端末１１に送信する。ここで、転送する情報については、情報管理部１５４から取得する。情報管理部１５４は、端末の情報や「鍵交換前半処理」により取得した鍵情報を情報管理テーブルを用いて管理している。【００５３】
図３は本実施形態の通信システムが用いる情報管理テーブルの構成例及び状態遷移を示す模式図である。【００５４】
情報管理部１５４に設けられる情報管理テーブル１６０は、通信端末ＩＤ１６１、ＩＰアドレス１６２、代理鍵交換要否フラグ１６３、鍵情報１６４等の情報要素を保持している。【００５５】
情報管理テーブル１６０上の通信端末ＩＤ１６１は、通信端末の固体識別が可能なＩＤである。ここでは、通信端末の無線通信インタフェースにそれぞれ割り当てられたＭＡＣアドレスとしている。なお、ＭＡＣアドレス以外にも、通信事業者が通信端末に割り当てた端末ＩＤや、ＳＩＭ、ＵＳＩＭ等に割り当てられた契約者のユーザＩＤ等の各種ＩＤなどを用いても良い。【００５６】
情報管理テーブル１６０上の代理鍵交換要否フラグ１６３は、ネットワーク中継装置１５による鍵交換処理の実施が必要であるか否かを示すために用いられるフラグである。代理鍵交換要否フラグの設定は、ユーザの操作によりネットワーク中継装置１５に対し手動で行ってもよい。また、ＷＬＡＮ接続制御部１５５によりネットワーク中継装置１５への接続が許可された通信端末全てに代理鍵交換要否フラグを立てても良い。【００５７】
情報管理テーブル１６０上の鍵情報１６４は、ネットワーク中継装置１５による「鍵交換前半処理」、すなわち「IKE_SA_INIT exchange」までの鍵交換処理実施の結果得られた鍵情報を保持する。この鍵情報には、SPI、Diffie-Hellman Value、Nonceなどの値が含まれる。【００５８】
情報管理テーブル１６０上のＩＰアドレス１６２は、通信端末に割り当てられたローカルＩＰアドレスを保持する。なお、代理鍵交換要否フラグにおいて鍵交換が必要となっており、かつローカルＩＰアドレスが登録されていない場合は、ローカルＩＰアドレスを新たに確保し、情報管理テーブル１６０に登録する。【００５９】
まず図３（Ａ）に示すように、ローカルネットワーク１０内の各通信端末毎に、通信端末ＩＤ１６１と代理鍵交換要否フラグ１６３が登録される。そして、図３（Ｂ）に示すように、代理鍵交換要否フラグ１６３がアクティブで鍵交換が必要な通信端末について、あらかじめ割り当てられたローカルＩＰアドレス、またはＤＨＣＰにより割り当てたローカルＩＰアドレスが取得され、ＩＰアドレス１６２として登録される。次いで、図３（Ｃ）に示すように、「鍵交換前半処理」により取得された鍵情報が鍵情報１６４として登録される。その後、図３（Ｄ）に示すように、鍵情報が通信端末に転送され、配布された鍵情報は情報管理テーブル１６０から削除される。【００６０】
図４は本実施形態の通信システムにおける通信端末の構成例を示すブロック図である。【００６１】
通信端末１１は、送受信処理部１１１、鍵交換制御部１１２、無線・ＩＰ接続制御部１１３、暗復号制御部１１４、鍵管理部１１５、アプリケーション処理部１１６を備えて構成される。【００６２】
送受信処理部１１１は、ネットワーク中継装置１５との間で無線通信による送受信処理を行い、ローカルネットワーク１０におけるデータ入出力を行う。【００６３】
アプリケーション処理部１１６は、この通信端末上で動作し、ＩＰ通信を利用するアプリケーションプログラムを実行するための機能を有する処理要素である。例えば、アプリケーションプログラムの代表例としてブラウザがあるが、他のアプリケーションプログラムを実行してもよい。このアプリケーション処理部１１６において、例えばアプリケーションプログラムの起動等に基づいて暗号化通信開始のトリガが発生すると、無線・ＩＰ接続制御部１１３に通信開始要求が発行される。【００６４】
通信端末１１上で実行されるアプリケーションプログラムにおいては、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で、「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」と呼ばれる暗号化通信用の論理的なコネクションが確立された後で暗号化通信が可能となる。【００６５】
無線・ＩＰ接続制御部１１３では、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａ／ｂ／ｇやその他の無線ＬＡＮ接続仕様に基づいた無線接続処理と、ＤＨＣＰにより割り当てられたＩＰアドレスによるＩＰ接続処理とを行う。この無線・ＩＰ接続制御部１１３は、アプリケーションプログラムからの通信開始要求を受信すると、ネットワーク中継装置１５との間で無線接続を確立する。その後、ＤＨＣＰによりネットワーク中継装置１５からローカルＩＰアドレスを取得し、ＩＰ通信が可能となる。また、無線・ＩＰ接続制御部１１３は、鍵情報受信部の機能を有し、ネットワーク中継装置１５から暗号化通信において必要となる鍵情報を取得する。取得した鍵情報は、鍵管理部１１５に登録されると共に、鍵交換制御部１１２に転送される。【００６６】
鍵交換制御部１１２は、鍵情報を受信すると、ゲートウェイ装置２５との間で前記鍵交換処理における「鍵交換後半処理」を実行する。このとき、通信端末１１に備わっているＳＩＭ、ＵＳＩＭ等のＩＣカード（認証用の情報を保持しているカード）を利用した認証を行う。これにより、通信端末１１の認証の際に通信事業者が持つユーザ情報を反映させることができる。【００６７】
鍵交換制御部１１２による「鍵交換後半処理」が完了し、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」の確立が完了すると、その際に生成された鍵情報が鍵管理部１１５に登録される。【００６８】
なお、鍵交換制御部１１２は、ＩＫＥｖ２による一連の鍵交換処理を通して行うことにより、ゲートウェイ装置２５との間で「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」を確立することもできるものとする。これにより、「鍵交換前半処理」を代行できないネットワーク中継装置を介したアクセス網への接続の際にも、ゲートウェイ装置２５との間での暗号化通信が可能となる。【００６９】
暗復号制御部１１４は、鍵管理部１１５に登録された鍵情報を用いて、ＩＰパケットの暗復号処理（暗号化及び復号化の処理）を行う。なお、暗復号処理を行うか否か、並びにどの鍵情報を使用するかについては、送信元／宛先ＩＰアドレス、送信元／宛先ポート番号、使用プロトコル（ＵＤＰ／ＴＣＰ）などで構成される暗号化通信に関するポリシーにより制御される。【００７０】
図５は本実施形態の通信システムにおける鍵交換処理の動作を示すシーケンス図である。ここでは、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間での暗号化通信を可能にするための鍵交換処理に関する動作シーケンスの詳細を説明する。【００７１】
ネットワーク中継装置１５は、ゲートウェイ装置２５との間で暗号化通信を行う予定の通信端末に関する情報を情報管理テーブル１６０で予め管理しているので、図５に示すように、各々の通信端末１１がネットワーク中継装置１５に接続する前に、鍵交換前半処理ＰＲ１を開始することができる。【００７２】
すなわち、前述のようにネットワーク中継装置１５内の鍵交換制御部１５３（図２参照）は、情報管理部１５４の情報管理テーブル１６０（図３参照）が保持している情報を参照して鍵交換が必要な通信端末を見つけ、該当するそれぞれの通信端末に代わり、該当するローカルＩＰアドレスを用いて鍵交換前半処理ＰＲ１を行う。【００７３】
この鍵交換前半処理ＰＲ１では、ネットワーク中継装置１５とゲートウェイ装置２５との間で、ＩＫＥｖ２の処理のうち、「IKE_SA_INIT exchange」を鍵交換前半処理として行う。ここで、ＩＫＥｖ２では、「IKE_SA_INIT」に関するリクエスト及びレスポンスと、「IKE_AUTH」に関するリクエスト及びレスポンスのメッセージの交換により、ネットワーク上の必要なノード間で「ＩＫＥ ＳＡ」を確立するが、「IKE_SA_INIT」のリクエスト及びレスポンスに関する処理が鍵交換前半処理ＰＲ１に割り当ててあり、「IKE_AUTH」のリクエスト及びレスポンスに関する処理は、後の鍵交換後半処理ＰＲ２に割り当ててある。つまり、ＩＫＥｖ２の処理が、ここでは鍵交換前半処理ＰＲ１と鍵交換後半処理ＰＲ２との２つに予め分割されている。【００７４】
図５に示すステップＳ１１では、ネットワーク中継装置１５がゲートウェイ装置２５に対してＨＤＲ，ＳＡｉ１，ＫＥｉ，Ｎｉ，Ｎを含む「IKE_SA_INIT リクエスト」を送信し、次のステップＳ１２ではゲートウェイ装置２５がネットワーク中継装置１５に対してＨＤＲ，ＳＡｒ１，ＫＥｒ，Ｎｒ，Ｎを含む「IKE_SA_INIT レスポンス」を送信する。【００７５】
実際には、この「IKE_SA_INIT」では、２つのノード間の鍵交換を保護するためのＳＡ（ＩＫＥ ＳＡ）の情報と暗号鍵を生成するためのDiffie-Hellmanのパラメータを交換する。このパラメータを交換する際に、非常に処理負荷の大きい計算処理の実行が必要になるが、この処理はネットワーク中継装置１５が代わりに行い、通信端末１１は行う必要がないため、通信端末１１の処理の負担を大きくすることなく暗号化通信が可能になる。【００７６】
鍵交換前半処理ＰＲ１が完了すると、ネットワーク中継装置１５は暗号化の鍵生成に必要となる情報を鍵情報として情報管理テーブル１６０上に保持しておく。【００７７】
その後、ステップＳ１３において、通信端末１１により通信開始要求が発生すると、その直後のステップＳ１４において、通信端末１１とネットワーク中継装置１５との間で無線接続処理が行われる。【００７８】
そして、通信端末１１からネットワーク中継装置１５への無線接続に成功すると、次のステップＳ１５において、ＤＨＣＰによりＩＰアドレスの取得を行う。ここで、ネットワーク中継装置１５は情報管理テーブル１６０に保持している情報に基づき、鍵交換前半処理ＰＲ１を実行する際に用いた端末のローカルＩＰアドレスを該当する通信端末１１に割り当てる。また、ステップＳ１６において、ネットワーク中継装置１５は、当該通信端末１１のためにネットワーク中継装置１５があらかじめ取得した鍵情報を、通信端末１１へ送信する。【００７９】
通信端末１１は、鍵情報をネットワーク中継装置１５から受信した後、鍵交換後半処理ＰＲ２の実行を開始する。このとき、通信端末１１の認証においては、EAP-AKAのように通信端末が持つＳＩＭ、ＵＳＩＭ等のＩＣカードを認証情報として用いるものとする。これにより、通信事業者が加入者の認証を確実に行うことができ、セキュリティを維持することができる。【００８０】
鍵交換後半処理ＰＲ２では、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で「IKE_AUTH exchanges」の処理を行う。この場合、通信端末１１が送出した信号はネットワーク中継装置１５を経由してゲートウェイ装置２５に転送され、ゲートウェイ装置２５が送信した信号はネットワーク中継装置１５を経由して通信端末１１に転送される。この「IKE_AUTH」では、２つのノード間で暗号鍵の認証情報の交換を行う。【００８１】
ステップＳ２１では、通信端末１１がＨＤＲ，ＵｓｅｒＩＤ，ＣＰ，ＳＡ，ＴＳ，Ｗ−ＡＰＮを含む「IKE_AUTH リクエスト」を送出する。ゲートウェイ装置２５は、この「IKE_AUTH リクエスト」を受け取ると、次のステップＳ２２において、ＨＤＲ，ＰＤＧＩＤ，ＣＥＲＴ，ＡＵＴＨ，ＥＡＰを含む「IKE_AUTH レスポンス」を送出する。【００８２】
そして、通信端末１１は、ゲートウェイ装置２５からの「IKE_AUTH レスポンス」を受け取ると、ステップＳ２３において、ＨＤＲ，ＥＡＰを含む「IKE_AUTH リクエスト」を送出する。ゲートウェイ装置２５は、この「IKE_AUTH リクエスト」を受け取ると、ステップＳ２４において、ＨＤＲ，ＥＡＰを含む「IKE_AUTH レスポンス」を送出する。【００８３】
次に、通信端末１１は、ゲートウェイ装置２５からの「IKE_AUTH レスポンス」を受け取ると、ステップＳ２５において、ＨＤＲ，ＡＵＴＨを含む「IKE_AUTH リクエスト」を送出する。ゲートウェイ装置２５は、この「IKE_AUTH リクエスト」を受け取ると、ステップＳ２６において、ＨＤＲ，ＡＵＴＨ，ＣＰ，ＳＡ，ＴＳを含む「IKE_AUTH レスポンス」を送出する。【００８４】
以上の処理を行うことにより、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で同じ鍵情報を共有することが可能となる。したがって、この鍵情報を用いてＩＰｓｅｃのプロトコルを用いてパケット単位で暗号化通信を行うことができる。【００８５】
なお、図１に示した通信システムにおいては、通信端末１１とネットワーク中継装置１５とが独立した装置として構成されている場合を想定しているが、通信端末１１がネットワーク中継装置１５の機能を有していても良い。例えば、ローカルネットワークが複数の通信端末により形成されている場合、特定の通信端末がネットワーク中継装置の機能を持つ構成とし、ネットワーク中継装置の役割を果たすことによって、別途ネットワーク中継装置を設置する必要がなくなる。勿論、ネットワーク中継装置は処理負荷の大きい複雑な処理を実行する必要があるので、ネットワーク中継装置の機能を持つ通信端末は、高性能な処理装置を備える必要がある。【００８６】
上述したように、本実施形態では、ＩＫＥによる鍵交換処理を前半処理と後半処理の二つに分割し、「IKE_SA_INIT exchange」を鍵交換前半処理、「IKE_AUTH exchanges」を鍵交換後半処理とする。そして、ネットワーク中継装置がゲートウェイ装置との間で鍵交換前半処理を行い、鍵交換用の論理的なコネクションである「ＩＫＥ ＳＡ」を確立する。通信端末がネットワーク中継装置に接続したときに、ネットワーク中継装置が鍵交換前半処理により取得した鍵情報を通信端末に送信することにより、「ＩＫＥ ＳＡ」をネットワーク中継装置から通信端末に譲渡する。【００８７】
鍵情報をネットワーク中継装置から受信し、「ＩＫＥ ＳＡ」を譲渡してもらった通信端末は、鍵情報を用いてゲートウェイ装置との間で鍵交換後半処理を行う。鍵交換後半処理を完了することで、暗号化通信用の論理的なコネクションである「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」を確立し、通信端末とゲートウェイ装置との間で暗号化通信を行うことができるようになる。【００８８】
ここで、ネットワーク中継装置においてゲートウェイ装置との間で鍵交換前半処理を行う際に、予めローカルＩＰアドレスを確保し、そのＩＰアドレスを用いてゲートウェイ装置との間でメッセージ交換を行う。そして、鍵交換前半処理が完了し、通信端末がネットワーク中継装置に接続してきた際に、先に確保したＩＰアドレス及び取得した鍵情報を配布する。その後、鍵交換後半処理においては、通信端末が持つＵＳＩＭ等のＩＣカードのＩＤ情報を用いて認証を行う。【００８９】
この場合、ネットワーク中継装置において、処理負荷の高いDiffie-Hellman計算を含む「IKE_SA_INIT exchange」の処理が、例えば通信端末が接続する前などに鍵交換前半処理として予め実施される。このため、通信端末において通信開始要求が発生してから実行される処理は、鍵交換後半処理のみになるので、通信端末は処理負荷の大きい処理を行うこと無しに暗号化通信が可能になる。さらに、鍵交換処理に伴う通信端末の待ち時間を大幅に削減でき、実際に暗号化通信が開始されるまでの所要時間を削減することが可能である。【００９０】
また、ネットワーク中継装置において予め確保したローカルＩＰアドレスにより鍵交換前半処理を行い、ローカルＩＰアドレスと共に鍵情報を通信端末に配布する形態により、ネットワーク中継装置が複数の鍵交換前半処理を行う際に、ゲートウェイ装置側では、異なる通信端末のための鍵交換処理を行っていると認識できるため、一台のネットワーク中継装置において複数の通信端末分の鍵情報生成を行うことができる。【００９１】
上記構成及び手順により、暗号化通信開始のトリガとなるアプリケーションプログラムを起動してから実際に暗号化通信を開始するまでの待ち時間を短縮すると共に、通信端末に対する処理負荷を軽減することが可能になる。【００９２】
なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能となる効果を有し、例えば携帯電話端末装置等の通信端末が接続される無線ＬＡＮと携帯電話網との相互接続を行う通信システムなどにおける、ネットワーク中継装置、通信端末及び暗号化通信方法等として有用である。
【図１】
2008146395.tif 000003
【図２】
2008146395.tif 000004
【図３】
2008146395.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008146395.tif 000007
【図６】
2008146395.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月21日(2007.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおいて、前記通信端末と前記通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置であって、
前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分した前記鍵交換処理のうち、前記前半処理を前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換制御部と、
当該ネットワーク中継装置に接続する通信端末の情報を管理する情報管理部と、
前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を通信端末に転送する鍵情報転送部と、
を備えるネットワーク中継装置。
【請求項２】
請求項１に記載のネットワーク中継装置であって、
前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行うネットワーク中継装置。
【請求項３】
請求項２に記載のネットワーク中継装置であって、
前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の前半処理には、暗号鍵の生成に必要なＤｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎのパラメータの交換を含むＩＫＥ＿ＳＡ＿ＩＮＩＴ処理を含めるネットワーク中継装置。
【請求項４】
請求項２に記載のネットワーク中継装置であって、
前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保するアドレス処理部を備え、
前記鍵交換制御部は、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、
前記鍵情報転送部は、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記通信端末に対して転送するネットワーク中継装置。
【請求項５】
通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置を用いて、公衆網を介して前記通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおける通信端末であって、
当該通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分された前記鍵交換処理のうち、前記前半処理が前記ネットワーク中継装置により当該通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施される場合に、
前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を受信する鍵情報受信部と、
前記前半処理情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換制御部と、
を備える通信端末。
【請求項６】
請求項５に記載の通信端末であって、
前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の後半処理には、暗号鍵及び認証情報の交換を含むＩＫＥ＿ＡＵＴＨ処理を含める通信端末。
【請求項７】
請求項５に記載の通信端末であって、
前記鍵情報受信部は、前記前半処理情報として、前記ネットワーク中継装置から当該通信端末に割り当てられたローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを受信し、
前記鍵交換制御部は、前記受信したローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する通信端末。
【請求項８】
通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う際に、前記通信端末と前記通信相手装置との間をネットワーク中継装置により中継を行う通信システムにおける暗号化通信方法であって、
前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前記鍵交換処理の内容を前半処理と後半処理との２つに区分し、前記鍵交換処理のうちの前半処理を、前記ネットワーク中継装置において前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換前半処理実行ステップと、
前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に転送する鍵情報転送ステップと、
前記転送された前半処理情報を用いて、前記通信端末において前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換後半処理実行ステップと、
を有する暗号化通信方法。
【請求項９】
請求項８に記載の暗号化通信方法であって、
前記ネットワーク中継装置は、前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行う暗号化通信方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の暗号化通信方法であって、
前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、
前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、暗号鍵の生成に必要なＤｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎのパラメータの交換を含むＩＫＥ＿ＳＡ＿ＩＮＩＴ処理を含め、
前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、暗号鍵及び認証情報の交換を含むＩＫＥ＿ＡＵＴＨ処理を含める暗号化通信方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の暗号化通信方法であって、
前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、前記ネットワーク中継装置が前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保し、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、
前記鍵情報転送ステップにおいて、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に対して転送し、
前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、前記通信端末が前記ネットワーク中継装置から受け取ったローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を行う暗号化通信方法。
【請求項１２】
請求項１に記載のネットワーク中継装置であって、
前記鍵情報転送部は、前記鍵交換制御部にて前記鍵交換処理の前半処理を行った後、さらに、前記通信端末からの接続がある場合に、前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を転送することにより前記通信端末に前記鍵交換処理の後半処理を開始させるネットワーク中継装置。
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月28日(2009.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のネットワーク間を中継して暗号化通信を行う通信システムにおけるネットワーク中継装置、通信端末及び暗号化通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話網と無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）との相互接続、すなわち３Ｇ／ＷＬＡＮ Interworkingに関する研究開発・標準化活動が活発に行われている。携帯電話網と無線ＬＡＮとの相互接続が可能になることにより、携帯電話網の課金やユーザ認証の仕組みを利用しつつ、無線ＬＡＮの高速性を享受することができる。例えば、無線ＬＡＮインタフェースを搭載した携帯電話端末装置が、無線ＬＡＮアクセスポイントを経由し、携帯電話網に接続し、音声通話や携帯電話網の持つコンテンツの利用をすることができる。このとき、無線ＬＡＮインタフェース付きの携帯電話端末装置は、無線ＬＡＮからアクセス網を経由して携帯電話網へ接続するが、アクセス網を経由した通信においては、セキュリティの確保が極めて重要である。
【０００３】
そこで、例えば次世代の通信プロトコルであるＩＰｖ６を想定した通信システムの場合には、セキュリティを確保するためのプロトコルとして、ＩＰｓｅｃ（Security Architecture for Internet Protocol）を採用するのが一般的である。なお、ＩＰｖ４の環境下であってもＩＰｓｅｃは利用可能である。
【０００４】
ここで、ＩＰｓｅｃの概略について説明する。ＩＰｓｅｃを使わない一般的なＩＰ通信では、ＩＰヘッダとデータとで構成される単純な構成のパケットを用いて通信を行っているが、ＩＰｓｅｃを採用した通信では、暗号化されたパケットを用いる。この暗号化されたパケットには、ＩＰヘッダと暗号化されたデータの他に、暗号化ヘッダ及び認証データが含まれている。これらの暗号化されたデータと、暗号化ヘッダと、認証データとをまとめたものをＥＳＰ（Encapsulating Security Payload）と呼ぶ。すなわち、暗号化されたデータは、暗号化ヘッダ、認証データと共にカプセル化されている。
【０００５】
暗号化ヘッダは、受信側が受け取った暗号を正しく解読できるようにするためのものであって、どのようにして暗号化したか（どのアルゴリズムと暗号鍵を使ったか）を数値で表したＳＰＩ（Security Parameter Index）と、そのパケットがデータ全体の何番目にあたるかを表すシーケンス番号とを含んでいる。
【０００６】
認証データは、受け取ったデータが途中で改ざんされていないかどうかを確認するためのものであり、認証データには元のパケットと認証鍵を組み合わせたものからハッシュ関数を計算して得られたハッシュ値が書き込まれている。
【０００７】
このような暗号化通信を行うので、ＩＰｓｅｃを使用する際には、ＩＰｓｅｃの終端装置同士が鍵を共有することが必要になる。具体的には、ＩＰｓｅｃでは暗号化に共通鍵暗号を用いているので、送信側と受信側との間で予め暗号鍵を相互に交換しておく必要があり、認証に使う認証鍵も事前に共有しておく必要がある。しかし、この鍵の交換を通信により行うためには、鍵の改ざんや不正取得を防止し、安全な条件下で行う必要があるので、一般的にはＩＫＥ（Internet Key Exchange）を用いて鍵の交換を行う。
【０００８】
ＩＫＥにおいては、大きく分けて２段階の処理を行っている。すなわち、安全な通信路を確保するために、最初に公開鍵暗号方式を用いて通信路を確保し、次にＩＰｓｅｃで使用する暗号鍵や認証鍵などの情報を交換する。公開鍵暗号方式では秘密な情報ではない公開鍵の情報を取得するだけで暗号化通信を実行できるので安全に情報を交換できるが、処理に時間がかかる（共通鍵暗号と比べて１０００倍程度）ため、大量のデータをリアルタイムに暗号化するのには不向きである。そのため、ＩＰｓｅｃでは共通鍵暗号を用いており、この共通鍵暗号の通信で使用する暗号鍵や認証鍵などの情報を、公開鍵暗号方式で保護された環境下の通信路を用いてＩＫＥによって交換する。これによって、暗号鍵や認証鍵などの情報を安全に交換できる。
【０００９】
また、ＩＫＥには種類としてＩＫＥｖ１（ＲＦＣ２４０９）やＩＫＥｖ２（ＲＦＣ４３０６）がある。ＩＫＥｖ２では、ＥＡＰ−ＳＩＭ、ＥＡＰ−ＡＫＡといった、携帯電話網との親和性の高い認証方式を標準で用いることができるので、ＩＫＥｖ２はより注目されている。
【００１０】
しかしながら、ＩＫＥでは非常に複雑な処理を行う必要があり、携帯電話端末装置のような小型の通信端末にとっては処理能力に比べて負荷が大きすぎるのが実情であり、現実的には採用するのは困難である。
【００１１】
そのため、鍵交換における通信端末の処理負荷を軽減するための技術が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１においては、図６に示すような通信システムを想定しており、鍵交換に伴う処理を別の装置に代行させて、端末の負荷の軽減を図っている。特許文献１における鍵交換処理の具体的な手順は次の通りである。
【００１２】
この通信システムでは、ネットワーク１００に接続された加入者端末１０１が通信相手端末１０２との間で暗号化通信を行う際、暗号化通信用の鍵を保有して無い場合、加入者端末１０１はサービス制御装置１０３に対して鍵交換代理要求メッセージを送信する。サービス制御装置１０３は、認証サーバ１０４によって加入者端末１０１の認証を行った後、加入者端末１０１から受信した鍵交換代理要求メッセージを鍵交換代理サーバ１０５へ転送する。鍵交換代理サーバ１０５は、鍵交換代理要求メッセージを受信すると、サービス制御装置１０３、ルータ１０６を介して通信相手端末１０２との間で鍵交換を行う。そして、鍵交換代理サーバ１０５は、鍵交換が完了して取得した鍵情報を、サービス制御装置１０３を経由して加入者端末１０１に送信する。これにより、加入者端末１０１と通信相手端末１０２との間で鍵を共有することができ、暗号化通信を行うことができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−１２８７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のような特許文献１の技術を採用することにより、加入者端末での処理負荷を軽減した鍵交換処理を実現することができる。このとき、処理能力の高いサーバで鍵交換を代行するので、加入者端末で鍵交換を行った時に比べ、処理時間の低減効果もあると考えられる。
【００１５】
しかしながら、特許文献１の技術では、端末からの鍵交換代理要求メッセージが生じた後で、鍵交換代理サーバと通信相手端末の間で鍵交換が実施されることになるので、端末が鍵交換代理要求メッセージを送出してから鍵を受け取るまでの待ち時間が長くなるのは避けられず、加入者端末が通信相手端末と実際に暗号化通信を開始できるまでには時間がかかってしまう。
【００１６】
そしてこの鍵交換処理には、処理負荷の高いDiffie-Hellman計算も含まれている。特にブラウザやその他のアプリケーションの起動をトリガとして、ＩＰｓｅｃによる暗号化通信を行うための鍵交換処理を開始するようなケースにおいては、実際に暗号化通信を行うことができるまでにかかる時間が長いと、ユーザにとっての満足度や利便性の低下を招いてしまう。
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能なネットワーク中継装置、通信端末及び暗号化通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のネットワーク中継装置は、通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおいて、前記通信端末と前記通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置であって、前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分した前記鍵交換処理のうち、前記前半処理を前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換制御部と、当該ネットワーク中継装置に接続する通信端末の情報を管理する情報管理部と、前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を通信端末に転送する鍵情報転送部と、を備えるものである。
この構成により、ネットワーク中継装置において鍵交換処理の前半処理を通信端末に代わって行うことで、通信端末では前半処理情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理を完了することができ、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、上記のネットワーク中継装置であって、前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行うものを含む。
この構成により、ローカルネットワークに接続された通信端末からネットワーク中継装置で中継して公衆網を介し、公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、またはこのゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置との間で、より短時間で暗号化通信を開始することが可能となる。
【００２０】
また、本発明は、上記のネットワーク中継装置であって、前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の前半処理には、暗号鍵の生成に必要なDiffie-Hellmanのパラメータの交換を含むIKE_SA_INIT処理を含めるものを含む。
この構成により、ネットワーク中継装置において、鍵交換処理の前半処理として処理負荷の高いDiffie-Hellman計算を通信端末に代わって実行するので、通信端末では前半処理情報をネットワーク中継装置から受け取り、処理負荷の小さい後半処理を行うだけで鍵交換処理を完了できるので、短時間で暗号化通信を開始可能となる。
【００２１】
また、本発明は、上記のネットワーク中継装置であって、前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保するアドレス処理部を備え、前記鍵交換制御部は、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、前記鍵情報転送部は、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記通信端末に対して転送するものを含む。
この構成により、通信端末では受け取ったローカルＩＰアドレスと鍵情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理の後半処理を行うことが可能となる。通信相手装置から見た場合、同じ通信装置との間で、鍵交換処理の前半処理と後半処理とをそれぞれ実行し、鍵情報を交換したと認識することが可能となる。また、例えばローカルネットワーク上に複数の通信端末が接続される場合には、ネットワーク中継装置がそれぞれの通信端末に異なるローカルＩＰアドレスを割り当てることにより、通信端末毎にそれぞれ通信相手装置との間で鍵情報の交換が可能になる。
【００２２】
本発明の通信端末は、通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置を用いて、公衆網を介して前記通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおける通信端末であって、当該通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分された前記鍵交換処理のうち、前記前半処理が前記ネットワーク中継装置により当該通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施される場合に、前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を受信する鍵情報受信部と、前記前半処理情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換制御部と、を備えるものである。
この構成により、ネットワーク中継装置において実行された鍵交換処理の前半処理により得られた前半処理情報を用いて、通信端末では前半処理情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理を完了することができ、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能となる。また、例えば通信端末がネットワーク中継装置と接続する前であっても、ネットワーク中継装置において前半処理を実行することができ、通信端末がネットワーク中継装置に接続してすぐに受け取った前半処理情報を用いて後半処理を開始することができるので、暗号化通信が開始されるまでの待ち時間を大幅に削減可能である。
【００２３】
また、本発明は、上記の通信端末であって、前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の後半処理には、暗号鍵及び認証情報の交換を含むIKE_AUTH処理を含めるものを含む。
この構成により、ネットワーク中継装置において鍵交換処理の前半処理を行い、通信端末では前半処理情報をネットワーク中継装置から受け取り、処理負荷の小さい後半処理を行うだけで鍵交換処理を完了できるので、短時間で暗号化通信を開始可能となる。
【００２４】
また、本発明は、上記の通信端末であって、前記鍵情報受信部は、前記前半処理情報として、前記ネットワーク中継装置から当該通信端末に割り当てられたローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを受信し、前記鍵交換制御部は、前記受信したローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施するものを含む。
この構成により、通信端末では受け取ったローカルＩＰアドレスと鍵情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理の後半処理を行うことが可能となる。通信相手装置から見た場合、同じ通信装置との間で、鍵交換処理の前半処理と後半処理とをそれぞれ実行し、鍵情報を交換したと認識することが可能となる。また、例えばローカルネットワーク上に複数の通信端末が接続される場合には、ネットワーク中継装置がそれぞれの通信端末に異なるローカルＩＰアドレスを割り当てることにより、通信端末毎にそれぞれ通信相手装置との間で鍵情報の交換が可能になる。
【００２５】
本発明の暗号化通信方法は、通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う際に、前記通信端末と前記通信相手装置との間をネットワーク中継装置により中継を行う通信システムにおける暗号化通信方法であって、前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前記鍵交換処理の内容を前半処理と後半処理との２つに区分し、前記鍵交換処理のうちの前半処理を、前記ネットワーク中継装置において前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換前半処理実行ステップと、前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に転送する鍵情報転送ステップと、前記転送された前半処理情報を用いて、前記通信端末において前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換後半処理実行ステップと、を有するものである。
この手順により、ネットワーク中継装置において鍵交換処理の前半処理を通信端末に代わって行うことで、通信端末では前半処理情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理を完了することができ、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能となる。
【００２６】
また、本発明は、上記の暗号化通信方法であって、前記ネットワーク中継装置は、前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行うものを含む。
この手順により、ローカルネットワークに接続された通信端末からネットワーク中継装置で中継して公衆網を介し、公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、またはこのゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置との間で、より短時間で暗号化通信を開始することが可能となる。
【００２７】
また、本発明は、上記の暗号化通信方法であって、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、暗号鍵の生成に必要なDiffie-Hellmanのパラメータの交換を含むIKE_SA_INIT処理を含め、前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、暗号鍵及び認証情報の交換を含むIKE_AUTH処理を含めるものを含む。
この手順により、ネットワーク中継装置において、鍵交換処理の前半処理として処理負荷の高いDiffie-Hellman計算を通信端末に代わって実行するので、通信端末では前半処理情報をネットワーク中継装置から受け取り、処理負荷の小さい後半処理を行うだけで鍵交換処理を完了できるので、短時間で暗号化通信を開始可能となる。
【００２８】
また、本発明は、上記の暗号化通信方法であって、前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、前記ネットワーク中継装置が前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保し、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、前記鍵情報転送ステップにおいて、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に対して転送し、前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、前記通信端末が前記ネットワーク中継装置から受け取ったローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を行うものを含む。
この手順により、通信端末では受け取ったローカルＩＰアドレスと鍵情報を用いて通信相手装置との間で鍵交換処理の後半処理を行うことが可能となる。通信相手装置から見た場合、同じ通信装置との間で、鍵交換処理の前半処理と後半処理とをそれぞれ実行し、鍵情報を交換したと認識することが可能となる。また、例えばローカルネットワーク上に複数の通信端末が接続される場合には、ネットワーク中継装置がそれぞれの通信端末に異なるローカルＩＰアドレスを割り当てることにより、通信端末毎にそれぞれ通信相手装置との間で鍵情報の交換が可能になる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能なネットワーク中継装置、通信端末及び暗号化通信方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る通信システムの構成例及び動作状態の遷移を表すブロック図
【図２】本実施形態の通信システムにおけるネットワーク中継装置の構成例を示すブロック図
【図３】本実施形態の通信システムが用いる情報管理テーブルの構成例及び状態遷移を示す模式図
【図４】本実施形態の通信システムにおける通信端末の構成例を示すブロック図
【図５】本実施形態の通信システムにおける鍵交換処理の動作を示すシーケンス図
【図６】従来例の通信システムの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本実施形態では、携帯電話端末装置等の通信端末が無線ＬＡＮによるローカルエリアネットワークに接続され、アクセス網を介して携帯電話網等の通信業者のキャリア網との間で暗号化通信を行う通信システムを例にとり説明する。
【００３２】
図１は本発明の実施形態に係る通信システムの構成例及び動作状態の遷移を表すブロック図である。ここでは、ローカルネットワーク１０、アクセス網２０、キャリア網３０を接続した状態で暗号化通信を行う通信システムの構成に本発明を適用する場合を示す。
【００３３】
ローカルネットワーク１０は、無線ＬＡＮなどの各拠点毎に構成したネットワークである。有線のＩＰネットワークなどを用いてもよい。このローカルネットワーク１０には、１台又は複数台の通信端末１１が接続される。図１の例では２つの通信端末１１ａ、１１ｂが接続されている。以降ではこれらを代表して通信端末１１として説明する。通信端末１１の具体例としては、無線ＬＡＮの通信機能を搭載した携帯電話端末装置や携帯型情報端末（ＰＤＡ）などが想定される。
【００３４】
アクセス網２０は、ローカルネットワーク１０をキャリア網３０に接続して通信可能とし、ローカルネットワーク１０からキャリア網３０にアクセス可能にするものである。このアクセス網２０は、インターネットや通信用のＩＰネットワークなど、広域通信の対応や各種通信サービスへの対応が可能な公衆網により構成される。ローカルネットワーク１０とアクセス網２０との境界には、ネットワーク中継装置１５が配設されている。
【００３５】
このネットワーク中継装置１５は、例えば一般家庭やオフィスなどの宅内、街頭や駅等のアクセスポイントなどに設置されるルータ等の通信装置であり、無線接続機能やＮＡＰＴ（Network Address Port Translation）機能を有し、宅内やアクセスポイント近傍などにおいて形成したローカルネットワーク１０とアクセス網２０との間でＩＰパケットの中継を行う。なお、ＮＡＰＴは１つのグローバルＩＰアドレスを複数のプライベートＩＰアドレスから利用できるようにするためのデータ変換機能であり、一般的なルータやゲートウェイに搭載されている機能である。このネットワーク中継装置１５が提供するローカルネットワーク１０の中に通信端末１１が収容される。
【００３６】
キャリア網３０は、移動体通信を行う携帯電話網など、通信業者が提供する通信網であり、各通信業者毎に構成される。このキャリア網３０には、コンテンツの提供等を行うＷｅｂサーバなどの複数のサーバ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ・・・が接続されている。以降ではこれらを代表してサーバ３１として説明する。アクセス網２０とキャリア網３０との境界には、ゲートウェイ装置（ＰＤＧ：Packet Data Gateway）２５が配設されている。これにより、ローカルネットワーク１０に収容されている各通信端末１１は、ネットワーク中継装置１５を経由し、更にゲートウェイ装置（ＰＤＧ）２５を経由してキャリア網３０と接続し、サーバ３１にアクセスして通信を行うことができる。
【００３７】
上記のような通信システムにおいて、ローカルネットワーク１０上の通信端末１１がキャリア網３０に接続するためには、公衆網であるアクセス網２０を経由して通信することになるので、通信の安全性を確保する必要がある。このために通信端末１１とキャリア網３０のサーバ３１との間で暗号化通信を行う。具体的には、暗号化通信のプロトコルとしてＩＰｓｅｃを利用している。また、ＩＰｓｅｃでは共通鍵暗号を用いているため、この共通鍵暗号の通信で使用する暗号鍵や認証鍵などの情報を通信端末１１とその通信相手のサーバ３１との間で共有する必要がある。そこで、鍵情報等を安全な環境下で通信により交換するために、鍵交換プロトコルであるＩＫＥｖ２に準拠した処理を行って鍵情報の交換を行う。
【００３８】
ただし、ＩＫＥｖ２の処理は負荷が大きく、処理を完了するまでの所要時間も長くなる。そこで、本実施形態では、特別な方法を用いてＩＫＥｖ２の鍵交換処理を行う。すなわち、鍵情報を交換するためのＩＫＥｖ２の鍵交換処理について、「前半処理」（以降は「鍵交換前半処理」と呼ぶ）と「後半処理」（以降は「鍵交換後半処理」と呼ぶ）との２つに分割し、更に「鍵交換前半処理」については通信端末１１に代わってネットワーク中継装置１５が処理を行う。
【００３９】
具体的には、鍵交換処理における「鍵交換前半処理」には、ＩＫＥｖ２に含まれる「IKE_SA_INIT exchange」の処理を割り当てる。また「鍵交換後半処理」には、ＩＫＥｖ２に含まれる「IKE_AUTH exchanges」の処理を割り当てる。
【００４０】
したがって、本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、「鍵交換前半処理」をネットワーク中継装置１５とゲートウェイ装置２５との間で実施し、その後、ネットワーク中継装置１５から通信端末１１に得られた情報を渡す。次に、図１（Ｂ）に示すように、「鍵交換後半処理」を通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で実施する。これにより、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で暗号化通信用の論理的なコネクションである「ＩＰｓｅｃ ＳＡ（Security Association）」が確立される。この結果、図１（Ｃ）に示すように、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で暗号化通信が可能となる。この鍵交換処理の詳細については、後でシーケンス図を用いて詳しく説明する。
【００４１】
図２は本実施形態の通信システムにおけるネットワーク中継装置の構成例を示すブロック図である。
【００４２】
ネットワーク中継装置１５は、送受信処理部１５１、ＮＡＰＴ処理部１５２、鍵交換制御部１５３、情報管理部１５４、ＷＬＡＮ接続制御部１５５、ＤＨＣＰ処理部１５６、鍵情報転送部１５７、送受信処理部１５８を備えて構成される。
【００４３】
送受信処理部１５１、１５８は、このネットワーク中継装置１５の内部と外部との間で通信信号の送受信処理を行う。送受信処理部１５１はアクセス網２０を介してゲートウェイ装置２５と接続され、送受信処理部１５８はローカルネットワーク１０を介して通信端末１１と接続される。
【００４４】
図１に示した通信システムにおいては、ネットワーク中継装置１５内の送受信処理部１５１が有線送受信処理部として構成され、送受信処理部１５８が無線送受信処理部として構成される場合を想定している。すなわち、送受信処理部１５１は有線ネットワークであるアクセス網２０との間のデータの入出力に利用され、送受信処理部１５８は無線ＬＡＮであるローカルネットワーク１０との間のデータ入出力に利用される。
【００４５】
ＮＡＰＴ（Network Address Port Translation）処理部１５２は、送受信処理部１５１及び送受信処理部１５８から受け取ったＩＰパケットのＩＰアドレス・ポート番号の変換処理を行い、ローカルネットワーク１０とアクセス網２０との間でのＩＰパケットの送受信を可能にする。ＮＡＰＴ処理部１５２は、ＮＡＰＴテーブルを有し、このＮＡＰＴテーブルを参照することにより、ローカルネットワーク１０側とアクセス網２０側とでＩＰアドレスとポート番号の変換を行う。
【００４６】
鍵交換制御部１５３は、ゲートウェイ装置２５との間で、鍵交換処理における「鍵交換前半処理」を行う。「鍵交換前半処理」においては、ＮＡＰＴ処理部１５２、送受信処理部１５１を経由してゲートウェイ装置２５との間でメッセージ交換を行う。
【００４７】
鍵交換制御部１５３は、「鍵交換前半処理」を開始するにあたり、情報管理部１５４が保持している情報管理テーブルの内容を参照して鍵交換が必要な端末の有無を検索する。この情報管理部１５４は、暗号化通信の中継に関する各種情報を情報管理テーブルに格納する。ローカルネットワーク１０内に鍵交換が必要な端末が存在する場合は、端末数分の「鍵交換前半処理」をそれぞれ行う。なお、鍵交換の際のパラメータとして必要となる送信側ＩＰアドレスは、通信端末にあらかじめ割り当てられているローカルＩＰアドレスを情報管理部１５４から取得して使用する。
【００４８】
また、ネットワーク中継装置１５とゲートウェイ装置２５との間の「鍵交換前半処理」においては、ＮＡＰＴ処理部１５２でＩＰパケットの送信元ＩＰアドレス・ポート番号の変換を行い、送受信処理部１５１からＩＰパケットを送出する。
【００４９】
鍵交換制御部１５３において「鍵交換前半処理」を完了した場合に、取得した鍵情報は情報管理部１５４に登録される。なお、鍵交換制御部１５３は、ＩＫＥｖ２による一連の鍵交換処理を通して行うことにより、ゲートウェイ装置２５との間で「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」を確立することもできるものとする。これにより、ネットワーク中継装置１５とゲートウェイ装置２５との間での暗号化通信も可能となる。
【００５０】
ＷＬＡＮ（無線ＬＡＮ）接続制御部１５５は、通信端末１１がネットワーク中継装置１５に無線接続する際の認証及び暗号化を含む接続処理を行う。通信端末１１による無線接続要求を送受信処理部１５８から受信すると、ＷＬＡＮ接続制御部１５５は通信端末１１の接続の可否を決定する。接続の可否の決定においては、ＭＡＣ（Media Access Control）アドレスによるフィルタリングやIEEE802.1x/EAPなどの認証プロトコルなどを用いてもよい。
【００５１】
ＤＨＣＰ（Dynamic Host Configuration Protocol）処理部１５６は、アドレス処理部の機能を有し、ネットワーク中継装置１５への無線接続が成功した通信端末１１からのＩＰアドレス取得要求に対して、ローカルＩＰアドレスを割り当てる。ローカルＩＰアドレスの割り当てに際しては、まず情報管理部１５４を参照し、当該通信端末にすでにＩＰアドレスが割り当てられている場合は、そのＩＰアドレス情報を取得し、ＤＨＣＰメッセージとして通信端末１１に送信する。また、情報管理部１５４を参照した結果、当該通信端末に対してＩＰアドレスが割り当てられていない場合は、ＤＨＣＰ処理部１５６で通信端末に割り当てるＩＰアドレスを確保し、確保したＩＰアドレスを情報管理部１５４に登録した上で、通信端末へＤＨＣＰメッセージを送信する。
【００５２】
鍵情報転送部１５７は、鍵交換制御部１５３がゲートウェイ装置２５との間で「鍵交換前半処理」を行って取得した情報を通信端末１１に送信する。ここで、転送する情報については、情報管理部１５４から取得する。情報管理部１５４は、端末の情報や「鍵交換前半処理」により取得した鍵情報を情報管理テーブルを用いて管理している。
【００５３】
図３は本実施形態の通信システムが用いる情報管理テーブルの構成例及び状態遷移を示す模式図である。
【００５４】
情報管理部１５４に設けられる情報管理テーブル１６０は、通信端末ＩＤ１６１、ＩＰアドレス１６２、代理鍵交換要否フラグ１６３、鍵情報１６４等の情報要素を保持している。
【００５５】
情報管理テーブル１６０上の通信端末ＩＤ１６１は、通信端末の固体識別が可能なＩＤである。ここでは、通信端末の無線通信インタフェースにそれぞれ割り当てられたＭＡＣアドレスとしている。なお、ＭＡＣアドレス以外にも、通信事業者が通信端末に割り当てた端末ＩＤや、ＳＩＭ、ＵＳＩＭ等に割り当てられた契約者のユーザＩＤ等の各種ＩＤなどを用いても良い。
【００５６】
情報管理テーブル１６０上の代理鍵交換要否フラグ１６３は、ネットワーク中継装置１５による鍵交換処理の実施が必要であるか否かを示すために用いられるフラグである。代理鍵交換要否フラグの設定は、ユーザの操作によりネットワーク中継装置１５に対し手動で行ってもよい。また、ＷＬＡＮ接続制御部１５５によりネットワーク中継装置１５への接続が許可された通信端末全てに代理鍵交換要否フラグを立てても良い。
【００５７】
情報管理テーブル１６０上の鍵情報１６４は、ネットワーク中継装置１５による「鍵交換前半処理」、すなわち「IKE_SA_INIT exchange」までの鍵交換処理実施の結果得られた鍵情報を保持する。この鍵情報には、SPI、Diffie-Hellman Value、Nonceなどの値が含まれる。
【００５８】
情報管理テーブル１６０上のＩＰアドレス１６２は、通信端末に割り当てられたローカルＩＰアドレスを保持する。なお、代理鍵交換要否フラグにおいて鍵交換が必要となっており、かつローカルＩＰアドレスが登録されていない場合は、ローカルＩＰアドレスを新たに確保し、情報管理テーブル１６０に登録する。
【００５９】
まず図３（Ａ）に示すように、ローカルネットワーク１０内の各通信端末毎に、通信端末ＩＤ１６１と代理鍵交換要否フラグ１６３が登録される。そして、図３（Ｂ）に示すように、代理鍵交換要否フラグ１６３がアクティブで鍵交換が必要な通信端末について、あらかじめ割り当てられたローカルＩＰアドレス、またはＤＨＣＰにより割り当てたローカルＩＰアドレスが取得され、ＩＰアドレス１６２として登録される。次いで、図３（Ｃ）に示すように、「鍵交換前半処理」により取得された鍵情報が鍵情報１６４として登録される。その後、図３（Ｄ）に示すように、鍵情報が通信端末に転送され、配布された鍵情報は情報管理テーブル１６０から削除される。
【００６０】
図４は本実施形態の通信システムにおける通信端末の構成例を示すブロック図である。
【００６１】
通信端末１１は、送受信処理部１１１、鍵交換制御部１１２、無線・ＩＰ接続制御部１１３、暗復号制御部１１４、鍵管理部１１５、アプリケーション処理部１１６を備えて構成される。
【００６２】
送受信処理部１１１は、ネットワーク中継装置１５との間で無線通信による送受信処理を行い、ローカルネットワーク１０におけるデータ入出力を行う。
【００６３】
アプリケーション処理部１１６は、この通信端末上で動作し、ＩＰ通信を利用するアプリケーションプログラムを実行するための機能を有する処理要素である。例えば、アプリケーションプログラムの代表例としてブラウザがあるが、他のアプリケーションプログラムを実行してもよい。このアプリケーション処理部１１６において、例えばアプリケーションプログラムの起動等に基づいて暗号化通信開始のトリガが発生すると、無線・ＩＰ接続制御部１１３に通信開始要求が発行される。
【００６４】
通信端末１１上で実行されるアプリケーションプログラムにおいては、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で、「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」と呼ばれる暗号化通信用の論理的なコネクションが確立された後で暗号化通信が可能となる。
【００６５】
無線・ＩＰ接続制御部１１３では、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａ／ｂ／ｇやその他の無線ＬＡＮ接続仕様に基づいた無線接続処理と、ＤＨＣＰにより割り当てられたＩＰアドレスによるＩＰ接続処理とを行う。この無線・ＩＰ接続制御部１１３は、アプリケーションプログラムからの通信開始要求を受信すると、ネットワーク中継装置１５との間で無線接続を確立する。その後、ＤＨＣＰによりネットワーク中継装置１５からローカルＩＰアドレスを取得し、ＩＰ通信が可能となる。また、無線・ＩＰ接続制御部１１３は、鍵情報受信部の機能を有し、ネットワーク中継装置１５から暗号化通信において必要となる鍵情報を取得する。取得した鍵情報は、鍵管理部１１５に登録されると共に、鍵交換制御部１１２に転送される。
【００６６】
鍵交換制御部１１２は、鍵情報を受信すると、ゲートウェイ装置２５との間で前記鍵交換処理における「鍵交換後半処理」を実行する。このとき、通信端末１１に備わっているＳＩＭ、ＵＳＩＭ等のＩＣカード（認証用の情報を保持しているカード）を利用した認証を行う。これにより、通信端末１１の認証の際に通信事業者が持つユーザ情報を反映させることができる。
【００６７】
鍵交換制御部１１２による「鍵交換後半処理」が完了し、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」の確立が完了すると、その際に生成された鍵情報が鍵管理部１１５に登録される。
【００６８】
なお、鍵交換制御部１１２は、ＩＫＥｖ２による一連の鍵交換処理を通して行うことにより、ゲートウェイ装置２５との間で「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」を確立することもできるものとする。これにより、「鍵交換前半処理」を代行できないネットワーク中継装置を介したアクセス網への接続の際にも、ゲートウェイ装置２５との間での暗号化通信が可能となる。
【００６９】
暗復号制御部１１４は、鍵管理部１１５に登録された鍵情報を用いて、ＩＰパケットの暗復号処理（暗号化及び復号化の処理）を行う。なお、暗復号処理を行うか否か、並びにどの鍵情報を使用するかについては、送信元／宛先ＩＰアドレス、送信元／宛先ポート番号、使用プロトコル（ＵＤＰ／ＴＣＰ）などで構成される暗号化通信に関するポリシーにより制御される。
【００７０】
図５は本実施形態の通信システムにおける鍵交換処理の動作を示すシーケンス図である。ここでは、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間での暗号化通信を可能にするための鍵交換処理に関する動作シーケンスの詳細を説明する。
【００７１】
ネットワーク中継装置１５は、ゲートウェイ装置２５との間で暗号化通信を行う予定の通信端末に関する情報を情報管理テーブル１６０で予め管理しているので、図５に示すように、各々の通信端末１１がネットワーク中継装置１５に接続する前に、鍵交換前半処理ＰＲ１を開始することができる。
【００７２】
すなわち、前述のようにネットワーク中継装置１５内の鍵交換制御部１５３（図２参照）は、情報管理部１５４の情報管理テーブル１６０（図３参照）が保持している情報を参照して鍵交換が必要な通信端末を見つけ、該当するそれぞれの通信端末に代わり、該当するローカルＩＰアドレスを用いて鍵交換前半処理ＰＲ１を行う。
【００７３】
この鍵交換前半処理ＰＲ１では、ネットワーク中継装置１５とゲートウェイ装置２５との間で、ＩＫＥｖ２の処理のうち、「IKE_SA_INIT exchange」を鍵交換前半処理として行う。ここで、ＩＫＥｖ２では、「IKE_SA_INIT」に関するリクエスト及びレスポンスと、「IKE_AUTH」に関するリクエスト及びレスポンスのメッセージの交換により、ネットワーク上の必要なノード間で「ＩＫＥ ＳＡ」を確立するが、「IKE_SA_INIT」のリクエスト及びレスポンスに関する処理が鍵交換前半処理ＰＲ１に割り当ててあり、「IKE_AUTH」のリクエスト及びレスポンスに関する処理は、後の鍵交換後半処理ＰＲ２に割り当ててある。つまり、ＩＫＥｖ２の処理が、ここでは鍵交換前半処理ＰＲ１と鍵交換後半処理ＰＲ２との２つに予め分割されている。
【００７４】
図５に示すステップＳ１１では、ネットワーク中継装置１５がゲートウェイ装置２５に対してＨＤＲ，ＳＡｉ１，ＫＥｉ，Ｎｉ，Ｎを含む「IKE_SA_INIT リクエスト」を送信し、次のステップＳ１２ではゲートウェイ装置２５がネットワーク中継装置１５に対してＨＤＲ，ＳＡｒ１，ＫＥｒ，Ｎｒ，Ｎを含む「IKE_SA_INIT レスポンス」を送信する。
【００７５】
実際には、この「IKE_SA_INIT」では、２つのノード間の鍵交換を保護するためのＳＡ（ＩＫＥ ＳＡ）の情報と暗号鍵を生成するためのDiffie-Hellmanのパラメータを交換する。このパラメータを交換する際に、非常に処理負荷の大きい計算処理の実行が必要になるが、この処理はネットワーク中継装置１５が代わりに行い、通信端末１１は行う必要がないため、通信端末１１の処理の負担を大きくすることなく暗号化通信が可能になる。
【００７６】
鍵交換前半処理ＰＲ１が完了すると、ネットワーク中継装置１５は暗号化の鍵生成に必要となる情報を鍵情報として情報管理テーブル１６０上に保持しておく。
【００７７】
その後、ステップＳ１３において、通信端末１１により通信開始要求が発生すると、その直後のステップＳ１４において、通信端末１１とネットワーク中継装置１５との間で無線接続処理が行われる。
【００７８】
そして、通信端末１１からネットワーク中継装置１５への無線接続に成功すると、次のステップＳ１５において、ＤＨＣＰによりＩＰアドレスの取得を行う。ここで、ネットワーク中継装置１５は情報管理テーブル１６０に保持している情報に基づき、鍵交換前半処理ＰＲ１を実行する際に用いた端末のローカルＩＰアドレスを該当する通信端末１１に割り当てる。また、ステップＳ１６において、ネットワーク中継装置１５は、当該通信端末１１のためにネットワーク中継装置１５があらかじめ取得した鍵情報を、通信端末１１へ送信する。
【００７９】
通信端末１１は、鍵情報をネットワーク中継装置１５から受信した後、鍵交換後半処理ＰＲ２の実行を開始する。このとき、通信端末１１の認証においては、EAP-AKAのように通信端末が持つＳＩＭ、ＵＳＩＭ等のＩＣカードを認証情報として用いるものとする。これにより、通信事業者が加入者の認証を確実に行うことができ、セキュリティを維持することができる。
【００８０】
鍵交換後半処理ＰＲ２では、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で「IKE_AUTH exchanges」の処理を行う。この場合、通信端末１１が送出した信号はネットワーク中継装置１５を経由してゲートウェイ装置２５に転送され、ゲートウェイ装置２５が送信した信号はネットワーク中継装置１５を経由して通信端末１１に転送される。この「IKE_AUTH」では、２つのノード間で暗号鍵の認証情報の交換を行う。
【００８１】
ステップＳ２１では、通信端末１１がＨＤＲ，ＵｓｅｒＩＤ，ＣＰ，ＳＡ，ＴＳ，Ｗ−ＡＰＮを含む「IKE_AUTH リクエスト」を送出する。ゲートウェイ装置２５は、この「IKE_AUTH リクエスト」を受け取ると、次のステップＳ２２において、ＨＤＲ，ＰＤＧＩＤ，ＣＥＲＴ，ＡＵＴＨ，ＥＡＰを含む「IKE_AUTH レスポンス」を送出する。
【００８２】
そして、通信端末１１は、ゲートウェイ装置２５からの「IKE_AUTH レスポンス」を受け取ると、ステップＳ２３において、ＨＤＲ，ＥＡＰを含む「IKE_AUTH リクエスト」を送出する。ゲートウェイ装置２５は、この「IKE_AUTH リクエスト」を受け取ると、ステップＳ２４において、ＨＤＲ，ＥＡＰを含む「IKE_AUTH レスポンス」を送出する。
【００８３】
次に、通信端末１１は、ゲートウェイ装置２５からの「IKE_AUTH レスポンス」を受け取ると、ステップＳ２５において、ＨＤＲ，ＡＵＴＨを含む「IKE_AUTH リクエスト」を送出する。ゲートウェイ装置２５は、この「IKE_AUTH リクエスト」を受け取ると、ステップＳ２６において、ＨＤＲ，ＡＵＴＨ，ＣＰ，ＳＡ，ＴＳを含む「IKE_AUTH レスポンス」を送出する。
【００８４】
以上の処理を行うことにより、通信端末１１とゲートウェイ装置２５との間で同じ鍵情報を共有することが可能となる。したがって、この鍵情報を用いてＩＰｓｅｃのプロトコルを用いてパケット単位で暗号化通信を行うことができる。
【００８５】
なお、図１に示した通信システムにおいては、通信端末１１とネットワーク中継装置１５とが独立した装置として構成されている場合を想定しているが、通信端末１１がネットワーク中継装置１５の機能を有していても良い。例えば、ローカルネットワークが複数の通信端末により形成されている場合、特定の通信端末がネットワーク中継装置の機能を持つ構成とし、ネットワーク中継装置の役割を果たすことによって、別途ネットワーク中継装置を設置する必要がなくなる。勿論、ネットワーク中継装置は処理負荷の大きい複雑な処理を実行する必要があるので、ネットワーク中継装置の機能を持つ通信端末は、高性能な処理装置を備える必要がある。
【００８６】
上述したように、本実施形態では、ＩＫＥによる鍵交換処理を前半処理と後半処理の二つに分割し、「IKE_SA_INIT exchange」を鍵交換前半処理、「IKE_AUTH exchanges」を鍵交換後半処理とする。そして、ネットワーク中継装置がゲートウェイ装置との間で鍵交換前半処理を行い、鍵交換用の論理的なコネクションである「ＩＫＥ ＳＡ」を確立する。通信端末がネットワーク中継装置に接続したときに、ネットワーク中継装置が鍵交換前半処理により取得した鍵情報を通信端末に送信することにより、「ＩＫＥ ＳＡ」をネットワーク中継装置から通信端末に譲渡する。
【００８７】
鍵情報をネットワーク中継装置から受信し、「ＩＫＥ ＳＡ」を譲渡してもらった通信端末は、鍵情報を用いてゲートウェイ装置との間で鍵交換後半処理を行う。鍵交換後半処理を完了することで、暗号化通信用の論理的なコネクションである「ＩＰｓｅｃ ＳＡ」を確立し、通信端末とゲートウェイ装置との間で暗号化通信を行うことができるようになる。
【００８８】
ここで、ネットワーク中継装置においてゲートウェイ装置との間で鍵交換前半処理を行う際に、予めローカルＩＰアドレスを確保し、そのＩＰアドレスを用いてゲートウェイ装置との間でメッセージ交換を行う。そして、鍵交換前半処理が完了し、通信端末がネットワーク中継装置に接続してきた際に、先に確保したＩＰアドレス及び取得した鍵情報を配布する。その後、鍵交換後半処理においては、通信端末が持つＵＳＩＭ等のＩＣカードのＩＤ情報を用いて認証を行う。
【００８９】
この場合、ネットワーク中継装置において、処理負荷の高いDiffie-Hellman計算を含む「IKE_SA_INIT exchange」の処理が、例えば通信端末が接続する前などに鍵交換前半処理として予め実施される。このため、通信端末において通信開始要求が発生してから実行される処理は、鍵交換後半処理のみになるので、通信端末は処理負荷の大きい処理を行うこと無しに暗号化通信が可能になる。さらに、鍵交換処理に伴う通信端末の待ち時間を大幅に削減でき、実際に暗号化通信が開始されるまでの所要時間を削減することが可能である。
【００９０】
また、ネットワーク中継装置において予め確保したローカルＩＰアドレスにより鍵交換前半処理を行い、ローカルＩＰアドレスと共に鍵情報を通信端末に配布する形態により、ネットワーク中継装置が複数の鍵交換前半処理を行う際に、ゲートウェイ装置側では、異なる通信端末のための鍵交換処理を行っていると認識できるため、一台のネットワーク中継装置において複数の通信端末分の鍵情報生成を行うことができる。
【００９１】
上記構成及び手順により、暗号化通信開始のトリガとなるアプリケーションプログラムを起動してから実際に暗号化通信を開始するまでの待ち時間を短縮すると共に、通信端末に対する処理負荷を軽減することが可能になる。
【００９２】
なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、暗号化通信開始のトリガ発生から実際に暗号化通信が開始されるまでの時間を短縮することが可能となる効果を有し、例えば携帯電話端末装置等の通信端末が接続される無線ＬＡＮと携帯電話網との相互接続を行う通信システムなどにおける、ネットワーク中継装置、通信端末及び暗号化通信方法等として有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１０  ローカルネットワーク
１１  通信端末
１５  ネットワーク中継装置
２０  アクセス網
２５  ゲートウェイ装置（ＰＤＧ）
３０  キャリア網
３１  サーバ
１１１  送受信処理部
１１２  鍵交換制御部
１１３  無線・ＩＰ接続制御部
１１４  暗復号制御部
１１５  鍵管理部
１１６  アプリケーション処理部
１５１  送受信処理部
１５２  ＮＡＰＴ処理部
１５３  鍵交換制御部
１５４  情報管理部
１５５  ＷＬＡＮ接続制御部
１５６  ＤＨＣＰ処理部
１５７  鍵情報転送部
１５８  送受信処理部
１６０  情報管理テーブル
ＰＲ１  鍵交換前半処理
ＰＲ２  鍵交換後半処理
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおいて、前記通信端末と前記通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置であって、
前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分した前記鍵交換処理のうち、前記前半処理を前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換制御部と、
当該ネットワーク中継装置に接続する通信端末の情報を管理する情報管理部と、
前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を通信端末に転送する鍵情報転送部と、
を備えるネットワーク中継装置。
【請求項２】
請求項１に記載のネットワーク中継装置であって、
前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行うネットワーク中継装置。
【請求項３】
請求項２に記載のネットワーク中継装置であって、
前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の前半処理には、暗号鍵の生成に必要なDiffie-Hellmanのパラメータの交換を含むIKE_SA_INIT処理を含めるネットワーク中継装置。
【請求項４】
請求項２に記載のネットワーク中継装置であって、
前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保するアドレス処理部を備え、
前記鍵交換制御部は、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、
前記鍵情報転送部は、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記通信端末に対して転送するネットワーク中継装置。
【請求項５】
請求項１に記載のネットワーク中継装置であって、
前記鍵情報転送部は、前記鍵交換制御部にて前記鍵交換処理の前半処理を行った後、さらに、前記通信端末からの接続がある場合に、前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を転送することにより前記通信端末に前記鍵交換処理の後半処理を開始させるネットワーク中継装置。
【請求項６】
通信相手装置との間で中継を行うネットワーク中継装置を用いて、公衆網を介して前記通信相手装置と暗号化通信を行う通信システムにおける通信端末であって、
当該通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前半処理と後半処理との２つに区分された前記鍵交換処理のうち、前記前半処理が前記ネットワーク中継装置により当該通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施される場合に、
前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を受信する鍵情報受信部と、
前記前半処理情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換制御部と、
を備える通信端末。
【請求項７】
請求項６に記載の通信端末であって、
前記鍵交換制御部は、前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、前記鍵交換処理の後半処理には、暗号鍵及び認証情報の交換を含むIKE_AUTH処理を含める通信端末。
【請求項８】
請求項６に記載の通信端末であって、
前記鍵情報受信部は、前記前半処理情報として、前記ネットワーク中継装置から当該通信端末に割り当てられたローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを受信し、
前記鍵交換制御部は、前記受信したローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する通信端末。
【請求項９】
通信端末が公衆網を介して通信相手装置と暗号化通信を行う際に、前記通信端末と前記通信相手装置との間をネットワーク中継装置により中継を行う通信システムにおける暗号化通信方法であって、
前記通信端末と前記通信相手装置との間の通信の暗号化に用いる鍵情報を交換するための鍵交換処理を行うに際し、前記鍵交換処理の内容を前半処理と後半処理との２つに区分し、前記鍵交換処理のうちの前半処理を、前記ネットワーク中継装置において前記通信端末に代わって前記通信相手装置との間で実施する鍵交換前半処理実行ステップと、
前記鍵交換処理の前半処理により得られた鍵情報を含む前半処理情報を前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に転送する鍵情報転送ステップと、
前記転送された前半処理情報を用いて、前記通信端末において前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を実施する鍵交換後半処理実行ステップと、
を有する暗号化通信方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の暗号化通信方法であって、
前記ネットワーク中継装置は、前記通信端末とはこの通信端末が接続されるローカルネットワークを介して通信を行い、前記通信相手装置としては、前記公衆網と外部ネットワークとの間に設けられるゲートウェイ装置、あるいは前記ゲートウェイ装置を介して外部ネットワークに接続される外部装置と通信を行う暗号化通信方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の暗号化通信方法であって、
前記鍵交換処理において、ＩＰｖ６もしくはＩＰｖ４プロトコルで用いられるＩＫＥｖ２規格に準拠した処理を行い、
前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、暗号鍵の生成に必要なDiffie-Hellmanのパラメータの交換を含むIKE_SA_INIT処理を含め、
前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、暗号鍵及び認証情報の交換を含むIKE_AUTH処理を含める暗号化通信方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の暗号化通信方法であって、
前記鍵交換前半処理実行ステップにおいて、前記ネットワーク中継装置が前記通信端末のために事前に前記ローカルネットワーク上のローカルＩＰアドレスを確保し、前記確保したローカルＩＰアドレスを用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の前半処理を行い、
前記鍵情報転送ステップにおいて、前記前半処理情報として、前記確保したローカルＩＰアドレスと、前記前半処理により得られた鍵情報とを前記ネットワーク中継装置から前記通信端末に対して転送し、
前記鍵交換後半処理実行ステップにおいて、前記通信端末が前記ネットワーク中継装置から受け取ったローカルＩＰアドレス及び鍵情報を用いて前記通信相手装置との間で前記鍵交換処理の後半処理を行う暗号化通信方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008146395.tif 000009
【図２】
2008146395.tif 000010
【図３】
2008146395.tif 000011
【図４】
2008146395.tif 000012
【図５】
2008146395.tif 000013
【図６】
2008146395.tif 000014
【国際調査報告】
2008146395.tif 000015
2008146395.tif 000016