(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般的なトラストセンタを有し、少なくとも２つのセキュリティドメインに分割されたZigBeeネットワークにおいて安全性が損なわれたノードを識別する方法において、各セキュリティドメインが、空間又は時間領域に対応し、異なるルート鍵材料と関連付けられ、各ノードが、識別子により識別され、前記方法が、
‐セキュリティドメインに入るノードを検出すると、前記一般的なトラストセンタが、前記入られたセキュリティドメインに対応する少なくとも１つの鍵材料を前記ノードに分配するステップと、
‐少なくとも２つのセキュリティドメインの破損を検出すると、
‐各セキュリティドメインに対して、基地局により登録された情報に基づいて、前記セキュリティドメインに対応する鍵材料を受信したノードのそれぞれのセットを決定するステップと、
‐前記ノードのそれぞれのセットを比較し、共通のノードを安全性が損なわれたと識別するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記ネットワークが、電気通信ネットワークであり、
‐前記セキュリティドメインに入るノードの検出が、前記ユーザにより携行される携帯電話の情報に基づいて、前記ネットワークの基地局により実行され、
‐前記分配するステップが、前記一般的なトラストセンタが、前記セキュリティドメインに対応する前記ルート鍵材料に基づいて、少なくとも１つの鍵材料シェアを生成するステップを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法が、
‐前記一般的なトラストセンタが、セキュリティドメインが破損したと見なされる時間を決定するステップ、
を有し、
‐前記ノードのそれぞれのセットの決定が、前記破損時間に前記セキュリティドメインに属するノードを決定することを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ネットワークが、Ｎのセキュリティドメインに分割され、Ｎ≧２であり、Ｂのセキュリティドメインが、異なる時間ｔ1ないしｔBにおいて破壊されると決定され、前記方法が、
‐幅Ｗの検索窓を決定するステップであって、前記決定するステップが、情報に基づいて、時間ｔ1とｔwとの間に破損したセキュリティドメインに対する前記ノードのそれぞれのセットのみを決定するステップを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
所定の時間において、前記所定の時間にセキュリティドメインに属する全てのノードに鍵材料の新しいセットを分配するステップを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ノードの識別子が、固定部分及び可変部分を有し、前記方法が、前記システムに新しい鍵材料を分配する場合に、前記識別子の前記可変部分を修正するステップを有する、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記識別子の前記可変部分が、起こりうる安全性が損なわれたノードの数を更に制限するのに使用される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも２つのセキュリティドメインに分割されたネットワークにおいて安全性が損なわれたノードを識別するシステムにおいて、各セキュリティドメインが、空間的又は時間的領域に対応し、ルート鍵材料と関連付けられ、各ノードが、識別子により識別され、前記システムが、
‐ノードの識別子及びルート鍵材料に基づいて、ノードに送信されるべき鍵材料シェアを生成する手段を持つ一般的なトラストセンタと、
‐基地局であって、
‐セキュリティドメインにノードが入ることを検出する手段、
‐ユーザの場所情報を登録する手段、及び
‐前記一般的なトラストセンタから前記ノードに鍵材料を送信する手段、
を有する前記基地局と、
を有し、前記一般的なトラストセンタが、各セキュリティドメインに対して、前記基地局により登録された場所情報に基づいて、前記セキュリティドメインに対応する鍵材料を受信したノードのそれぞれのセットを決定する手段、及びノードのそれぞれのセットを比較する手段と、
前記比較の結果に基づいて、共通のノードを安全性が損なわれたと識別する手段と、
を有する、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ZigBeeセキュアネットワークのような安全な無線ネットワークにおいてコンプロマイズされた（compromised）ノードを識別する方法及びシステムに関する。
【０００２】
本発明は、例えば、電気通信アプリケーションを実行するネットワークに関する。
【背景技術】
【０００３】
多項式又はアルファセキュアスキームと称される異なるセキュリティスキームは、IEEE 802.15.4、ZigBeeにおいて標準化されている。ZigBee無線ネットワークにおいて効率的な鍵同意及び情報確認を可能にする、このようなスキームは、前記ネットワークの異なるノードに分配された、次数αの二変数多項式に基づき、ノードを認証する対の鍵を生成し、情報交換を安全にするのに使用される。
【０００４】
対の鍵の生成は、以下のように実行される。f(x,y)が有限フィールドGF(q)にわたる次数αの対称二変数多項式であるとし、ここでqは暗号鍵を収容するのに十分に大きい。f(x,y)は秘密情報である。一般的なトラストセンタ（Tc）が前記二変数多項式から得られた多項式シェア（polynomial share）をシステム内の各ノードに分配すると仮定する。例えば、アリス及びボブは、f(Alice,y)及びf(Bob,y)をそれぞれ受信する。アリスが、他のパーティとの
0005579834.tif 000002
ビット長の鍵を生成することを望む場合はいつでも、彼女は、多項式シェアを使用して、y=Bobにおいてf(Alice,y)を評価することにより前記多項式シェアを用いて鍵を生成する。関数f(Alice,y)は、したがって、アリスが前記ネットワーク内の他のパーティと対の鍵を生成することを可能にする。
【０００５】
これら従来のαセキュアスキームは、最初は、数千のノードを有する医療用ネットワークに対して設計された。しかしながら、ZigBee規格は、現在、多くの電気通信アプリケーションに対する良好な技術的オプションと見なされている。情報伝達のような電気通信アプリケーションは、数百万のノードに応用しうることを特徴とする。このような特徴は、αのノードがコンプロマイズされるとすぐにセキュリティがコンプロマイズされうるαセキュアシステムにおける主な問題を引き起こす。比較的小さいマネージド医療ネットワークにおいて、αのノードのキャプチャ（capture）を検出することはとても容易であるが、このような検出は、ネットワークスケーラビリティ及び無人システム配置のため、ノードが、例えば、電話のような通信装置である電気通信システムに対して容易に応用可能ではない。実際に、攻撃者は、αの携帯電話を実際に買い、次いで前記システムを破壊することができる。したがって、このような攻撃に対処する必要性が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、セキュアシステムのコンプロマイズを検出し、コンプロマイズされたノードを識別する方法を提案することである。
【０００７】
より正確には、本発明の目的は、空間及び／又は時間領域として規定される複数のセキュリティドメインに分割されたネットワークにおけるこのような方法を提案することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、動的ネットワーク、すなわち、各セキュリティドメインに含まれるノードが時間に対して変化するネットワークにおいてコンプロマイズされたノードを識別する方法を提案することである。
【０００９】
また、本発明の目的は、多数のユーザを含む電気通信アプリケーションに対するαセキュアシステムの応用を可能にする方法を提案することである。
【００１０】
本発明の他の態様は、コンプロマイズされたノードを識別するシステムに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、したがって、一般的なトラストセンタを有するZigBeeネットワークのようなネットワークにおいてコンプロマイズされたノードを識別する方法に関し、前記ネットワークは、少なくとも２つのセキュリティドメインＳ１及びＳ２に分割され、各セキュリティドメインは、空間領域に対応し、ルート鍵材料と関連付けられ、各ノードは、識別子により識別される。
【００１２】
前記方法は、以下のステップ、すなわち、
‐セキュリティドメインに入るノードを検出すると、前記一般的なトラストセンタが、前記入られたセキュリティドメインに対応する少なくとも１つの鍵材料シェアを前記ノードに分配するステップと、
‐少なくとも２つのセキュリティドメインの破損を検出すると、
‐各セキュリティドメインに対して、基地局により登録された場所情報に基づいて、前記セキュリティドメインに対応する鍵材料を受信したノードのそれぞれのセットを決定するステップと、
‐前記ノードのそれぞれのセットを比較し、共通のノードをコンプロマイズされたと識別するステップと、
を有する。
【００１３】
特定の実施例において、前記ネットワークは電気通信ネットワークであり、
‐前記セキュリティドメインに入るノードの検出は、ユーザにより携行される携帯電話の場所情報に基づいて、前記ネットワークの基地局により実行され、
‐前記分配するステップは、前記一般的なトラストセンタが、前記セキュリティドメインに対応する前記ルート鍵材料及び前記ノードの識別子に基づいて、少なくとも１つの鍵材料シェアを生成するステップを有する。
【００１４】
前記一般的なトラストセンタは、例えば、携帯電話オペレータにより制御又は動作される安全な装置である。前記ノードに提供される前記鍵材料は、前記ネットワークの幾つかの移動式ノード、例えばユーザにより携行される携帯電話と、電気通信サービスプロバイダを表す幾つかのノードとの間の通信を安全にするのに使用される。例示的な実施例において、電気通信サービスプロバイダは、公共の場にセットアップされ、ユーザが商業広告のような情報を得ることを可能にする情報アクセスポイントである。
【００１５】
前記基地局と前記ネットワークのノードとの間の伝送は、ＧＳＭ又はＵＭＴＳのような電気通信プロトコルを使用することにより実行される。
【００１６】
前記移動式ノードと前記電気通信サービスプロバイダとの間の伝送は、ZigBeeにより実行される。
【００１７】
先行するものと組み合わせられることができる他の実施例において、前記方法は、以下のステップ、すなわち、
‐前記一般的なトラストセンタが、セキュリティドメインが破損したと見なされる時間を決定するステップ、
を有し、
‐前記ノードのそれぞれのセットの決定が、前記破損時間において前記セキュリティドメインに属するノードを決定することを有する。
【００１８】
更に、前記コンプロマイズされたノードを決定するのに実行されるべき比較の量を減少するために、本発明による方法は、前記ネットワークがＮのセキュリティドメインに分割され、Ｎ＞２であり、Ｂのセキュリティドメインが異なる時間ｔ1ないしｔwにおいて破壊されたと決定される一部の場合に、
‐幅Ｗの検索窓を決定するステップであって、ここでＷ≦Ｂであり、前記決定するステップが、場所情報に基づいて、時間ｔ1と時間ｔwとの間で破損したセキュリティドメインに対する前記ノードのそれぞれのセットのみを決定することを含む、当該決定するステップ、
を有する。
【００１９】
先行するものと組み合わせられることができる本発明の他の実施例において、セキュリティドメインは、空間領域だけでなく、時間領域にも言及する。例えば、同じ日に商業モールの周囲にいるすべてのユーザが、同じセキュリティドメインに属する。これは、前記ユーザが、同じルート鍵材料から生成された多項式シェアを割り当てられることを意味する。前記システムの管理者は、前記生成されるセキュリティドメインを指定するシステム設計を制御する。
【００２０】
このような実施例において、前記方法は、前記セキュリティドメインを新しくするために、所定の時間において、前記所定の時間におけるセキュリティドメインに属する全てのノードに鍵材料の新しいセットを分配するステップを有する。更に、同じ実施例において、ノードの識別子は、固定部分及び可変部分を有し、前記システムに新しい鍵材料を分配する場合に、前記識別の前記可変部分を修正するステップを有する。前記識別子のこの可変要素は、組み合わせ又はランダム化分配が、例えば有限射影平面に基づいて、多項式鍵材料構造に対して使用される場合に、二変数多項式の異なるサブセットから生成された多項式シェアのサブセットを分配することを可能にする。このアプローチは、前記一般的なトラストセンタが起こりうるコンプロマイズされたノードの数を更に減少することを可能にする。
【００２１】
本発明の他の態様は、少なくとも２つのセキュリティドメインＳ１及びＳ２に分割されたネットワークにおいてコンプロマイズされたノードを識別するシステムに関し、各セキュリティドメインは、空間領域に対応し、ルート鍵材料と関連付けられ、各ノードが、識別子により識別され、前記システムは、
‐ルート鍵材料及びノードの識別子に基づいて、ノードに送信されるべき鍵材料シェアを生成する手段を持つ一般的なトラストセンタと、
‐基地局であって、
‐セキュリティドメインにノードが入ることを検出する手段、
‐ユーザの場所情報を登録する手段、及び
‐前記一般的なトラストセンタから前記ノードに鍵材料を送信する手段、
を有する当該基地局と、
を有し、前記一般的なトラストセンタが、各セキュリティドメインに対して、前記基地局により登録された場所情報に基づいて、前記セキュリティドメインに対応する鍵材料を受信したノードのそれぞれのセットを決定する手段、及びノードのそれぞれのセットを比較する手段を更に有する。
【００２２】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【００２３】
本発明は、ここで、例として、添付の図面を参照して、より詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による一般的なシステムを示す。
【図２】図１に示されるシステムの１つのセキュリティドメインのみを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、図１に示されるネットワークにおいてコンプロマイズされたノードを識別する方法に関する。この特定の例は、前記ネットワークが、電気通信アプリケーションを実行するZigBeeネットワークである場合において記載されるが、これは、ZigBeeを使用する如何なるタイプの通信ネットワークにも応用されることができる。本発明は、多項式又は多数の空間‐時間セキュリティドメインに基づく関連したセキュリティメカニズムを使用する他のネットワークにも応用されることができる。
【００２６】
このネットワークは、携帯電話オペレータ（ＭＰＯ）により動作される一般的なトラストセンタ（ＴＣ）を有する。この一般的なトラストセンタは、前記ネットワーク上で複数のセキュリティドメイン（ＳＤ1，ＳＤ2，ＳＤ3）を作成するのに使用される。この特定の例において、図２に示されるセキュリティドメインＳＤは、例えばZigBee情報アクセスポイントＩを有する、公共の場に対応する。実際に、これらのセキュリティドメインは、各情報アクセスポイントの周りに位置する物理的セクタに対応する。
【００２７】
この例において記載される電気通信アプリケーションは、ユーザが、これらの情報アクセスポイントに対応する物理的セクタ内に位置する場合に、１つのアクセスポイントから前記公共の場に関する情報を得ることを可能にするサービスである。前記ユーザは、移動式ゲートウェイ、例えば携帯電話を介して前記情報にアクセスする。
【００２８】
各ZigBee情報アクセスポイントは、少なくとも前記アクセスポイントに対応するルート鍵材料から、前記一般的なトラストセンタにより生成され、低負荷フェーズ、例えばユーザが前記公共の場に存在しない夜間に、前記アクセスポイントに分配される多項式鍵材料の少なくとも１セットを含む。
【００２９】
前記サービスはこの場合、以下のように機能する。
‐第１フェーズにおいて、ユーザＵ1は、前記携帯電話オペレータを介して、前記サービスに登録する。
‐次いで、前記ユーザが、セキュリティドメインに対応する前記セクタの１つに入るとすぐに、前記ユーザの存在は、モールの近くに位置する基地局（ＢＴＳ）により検出される。前記ユーザは、基地局と通信する手段及びZigBeeインタフェースを有する携帯電話のような移動式ゲートウェイを持っている。
‐次いで、前記ユーザは、登録したサービスを使用することを望むという確認を要求するメッセージを受信する。
‐前記ユーザが確認メッセージを実際に送信する場合、前記ユーザは、前記基地局（ＢＴＳ）を介して、前記一般的なトラストセンタから鍵材料を受信する。
【００３０】
前記鍵材料の送信は、以下のように実行される。
‐前記携帯電話オペレータは、前記ユーザが入ったセキュリティドメインを検出し、
‐前記携帯電話オペレータは、次いで、前記ユーザの携帯電話の識別子に基づいて、及び前記セキュリティドメインに対応するルート鍵材料に基づいて、鍵材料のセットを生成する。
‐前記鍵材料のセットは、ＧＳＭ又は他の電気通信プロトコルを介して、前記ユーザの携帯電話に送信される。
【００３１】
この鍵材料を使用することにより、前記ユーザは、前記公共の場において規定される前記セキュリティドメインに参加し、安全に、ZigBeeを介して、前記情報アクセスポイントと情報を交換する可能性を持つ。このような鍵材料なしで、前記ユーザは、自身を識別することができず、前記サービスにアクセスすることができない。
【００３２】
実際に、αセキュア鍵確立クラスタにおいて指定される前記多項式鍵材料は、組み合わせ／ランダム分配によって分配される。可能な組み合わせ分配は、二変数多項式（ｎ＾２＋ｎ＋１）のプールから得られた複数（ｎ＋１）の多項式シェアの分配を保証するものである。ノードの前記ｎ＋１の多項式シェアを生成するのに選択されたｎ＋１の二変数多項式は、ノード識別子ＩＤに依存する。
【００３３】
前記システムをセキュリティドメインに分割して、前記システムは、破壊されたセキュリティドメインに対する鍵材料を受信した装置の記録を付けることを可能にする。例えば、前記システム全体が、Ｎ百万の装置を収容し、各セキュリティドメインが、Ｍのユーザを収容することを想像する。前記システムが、如何なる瞬間においてもセキュリティドメイン内にいる前記ユーザの記録を付けると仮定する。例えば、ユーザＵ1は、まず、セキュリティドメインＳＤ1に属し、次いで、例えば、前記ユーザが１つの公共の場から他の公共の場に移動したので、セキュリティドメインＳＤ2に属する。
【００３４】
前記システムが、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４において、４つの異なるセキュリティドメインが壊れたことを検出し、各セキュリティドメインがユーザＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４のセットを収容する場合、前記システムは、４つのセットＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４に現れるノードを探すことにより前記コンプロマイズされたノードを決定することができる。
【００３５】
この例において、４つのセキュリティドメインが破壊され、前記システムは、すべてのドメインにわたり確認を実行する。しかしながら、他の例において、前記システムは、限定数のセットに対して同様のアプローチを使用する。この観点において、前記システムは、最後に破壊されたＷのセキュリティドメインに属する前記ユーザの識別子及び／又は鍵材料のみを考慮に入れる幅Ｗの検索窓を作成する。
【００３６】
前記システムを更に向上させるために、一実施例において、前記システムの各装置、すなわち各携帯電話は、可変識別子を割り当てられる。例えば、各装置は、２つの部分、すなわち、
‐ｂ'ビット長、例えば２４、の固定部分、及び
‐ｂ""ビット長、例えば８、の可変部分、
を有する識別子により識別される。
【００３７】
前記固定部分は、前記装置の寿命全体に対して一定のままであり、前記可変部分は、例えば、鍵材料の新しいセットが分配されるたびに更新される。
【００３８】
したがって、装置は、各変化する識別子に対して、異なる識別子とともに、ｎ＋１の異なる二変数多項式から得られたｎ＋１の多項式シェアのセットを得る。ここで、攻撃者がＸの装置をキャプチャ又は購入したと仮定すると、前記攻撃者は、前記攻撃者のコンプロマイズされたノードの識別子が更新されるたびに、前記ｎ＾２＋ｎ＋１の二変数多項式の異なるサブセットを破壊することができるようになる。結果として、前記攻撃者は、これらの通信リンクのみを破壊することができる。前記システムが、反復回数に対するこの性質を監視する場合、前記システムは、いずれのノードが破壊され（すなわち、前記攻撃者により制御され）、いずれのノードがそうではないかを見つけだすことができる。
【００３９】
上記の例において、各ノードは、ｎ＾２＋ｎ＋１のノードを含むプールから生成されたｎ＋１の多項式シェアを受信するが、これは、いずれの数の多項式にも一般化されることができる。
【００４０】
本発明は、電気通信アプリケーションを実行することを目的とするネットワークに対してより特別に専用化されるが、医療センサネットワークのような、セキュリティが必要とされる他の無線ネットワークに応用されることができる。
【００４１】
本明細書及び請求項において、要素に先行する単語"ある"は、複数のこのような要素の存在を除外しない。更に、単語"有する"は、記載されたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。
【００４２】
請求項内の括弧内の参照符号の包含は、理解を助けることを意図され、限定することを意図されない。
【００４３】
本開示を読むことにより、他の修正例が、当業者に明らかになる。このような修正は、無線通信の分野及び送信器電力制御の分野において既知であり、ここに既に記載されたフィーチャの代わりに又は加えて使用されてもよい他のフィーチャを含んでもよい。
【図１】
0005579834.tif 000003
【図２】
0005579834.tif 000004