(57)【要約】簡便かつ強固で無線の種類に依存しないセキュリティを有する無線通信システムにおける認証方法を提供することを目的とし、複数のアクセスポイント間を移動する無線センサと、各アクセスポイントとの間で相互に認証可能な無線通信システムにおいて、無線センサが計測する計測データから変動要素を抽出して暗号鍵生成データを得る。暗号鍵生成データの履歴を格納できる記憶領域が所定の個数集合した記憶媒体を無線センサ及びアクセスポイントに備え、暗号鍵生成データから共通鍵を生成し、認証処理を行う。
2009157048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセスポイントと無線通信する生体に装着される無線センサを認証する方法において、
（Ａ）無線センサが、被測定対象を計測するステップと、
（Ｂ）前記ステップ（Ａ）で測定した計測データの変動値を抽出するステップと、
（Ｃ）前記変動値を、無線センサの暗号鍵生成データとして、記憶するステップと、
（Ｄ）前期暗号鍵生成データの組み合わせにより、認証メッセージと暗号鍵を生成するステップと
（Ｅ）前記暗号鍵で、前記認証メッセージと前記計測データを暗号化し、暗号データを生成するステップと
（Ｆ）前記暗号データをアクセスポイントに送信するステップと、
（Ｇ）前記アクセスポイントは、前記暗号鍵生成データを無線センサと共有するために、前記暗号鍵生成データを記憶するステップと、
（Ｈ）暗号鍵生成データの組み合わせにより、暗号鍵と認証確認メッセージを作成するステップと、
（Ｉ）記憶された暗号鍵生成データの選択した組み合わせにより作成した暗号鍵により、前記無線センサから送付された暗号化認証メッセージを復号するステップと、
（Ｊ）前記認証確認メッセージが、復号した認証メッセージと一致したとき、無線センサとアクセスポイントとの間で認証を成立させるステップと
を有する無線通信認証方法。
【請求項２】
前記変動値は、前記計測センサが測定する波形の時間変動成分であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信認証方法。
【請求項３】
前記変動値は、計測センサが測定する波形の時間変動成分の閾値以上の抽出値で生成されることを特徴とする請求項１ないし２記載の無線通信認証方法。
【請求項４】
前記計測センサは、３軸加速度または心電図または温度を測定することを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の無線通信認証方法。
【請求項５】
前記変動値を乱数と組み合わせてハッシュ値に変換して暗号鍵生成データ記憶部に記憶するステップを有することを特徴とする請求項１ないし４に記載の無線通信認証方法。
【請求項６】
被測定対象を計測する無線センサと、無線センサと情報の授受を行うアクセスポイントから構成される無線通信システムであって、
（Ａ）前記無線センサが被測定対象を計測する計測センサと、
（Ｂ）計測センサで測定した計測データをサンプリングし、サンプリングしたデータの変動値を抽出し、変動データを得るデータ変換部と、
（Ｃ）変動データを一つ以上記憶する暗号鍵生成データ記憶部と、
（Ｄ）記憶された暗号鍵生成データの組み合わせにより、暗号鍵および認証メッセージを生成する暗号鍵生成部と
（Ｅ）暗号鍵で前記認証メッセージと前記サンプリングデータを暗号化する暗号データ生成部と
（Ｆ）暗号データをアクセスポイントに送信する無線送信部を有し、
（Ｇ）無線センサに接続するアクセスポイントは、無線センサから送付された暗号データを受信する無線受信部と、
（Ｈ）応答メッセージを送信する無線送信部と、
（Ｉ）暗号鍵生成データを無線センサと共有するために、一つ以上記憶する暗号鍵生成データ記憶部と、
（Ｊ）暗号鍵生成データの組み合わせにより、暗号鍵と認証確認メッセージを作成する暗号鍵生成部と
（Ｋ）暗号鍵生成部より作成した暗号鍵により、無線センサから送付された暗号データを復号する復号器と
を有し、
認証確認メッセージが復号化した認証メッセージと一致したとき、無線センサとアクセスポイントとの間で認証を成立させる
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
被測定対象を計測し、アクセスポイントに計測データの送信を行う無線センサであって、
（Ａ）前記無線センサが被測定対象を計測する計測センサと、
（Ｂ）計測センサで測定した計測データをサンプリングし、サンプリングしたデータの変動値を抽出し、変動データを得るデータ変換部と、
（Ｃ）変動データを一つ以上記憶する暗号鍵生成データ記憶部と、
（Ｄ）記憶された暗号鍵生成データの組み合わせにより、暗号鍵および認証メッセージを生成する暗号鍵生成部と、
（Ｅ）暗号鍵で前記認証メッセージと前記サンプリングデータを暗号化する暗号データ生成部と、
（Ｆ）暗号データをアクセスポイントに送信する無線送信部を有し、
無線センサが交信すべきアクセスポイントと暗号鍵生成データを同期させる
ことを特徴とする無線センサ。
【請求項８】
前記無線センサは、アクセスポイントにデータの送信を開始することと同期して受信機能をオンとし、アクセスポイントからの応答信号を受領後に受信機能をオフとすることを特徴とする請求項７記載の無線センサ。
【請求項９】
前記計測センサは、生体情報を測定することを特徴とする請求項７ないし８記載の無線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小型無線センサとアクセスポイント（基地局）からなる無線通信システムに関し、特に無線センサとアクセスポイント間の省電力認証方法とシステムに係る技術である。
【背景技術】
【０００２】
モバイルセンサデバイスの技術進歩により、生体の健康状態や生理学的情報を計測し、モニタするためのボディエリアネットワーク（ＢＡＮ）が注目されている。
ＢＡＮは患者の医療用モニタに止まらず、フィットネスクラブでの運動状態のモニタ等にも今後使用されることにより、予防医療においても多大の効果をもたらすことが期待されている。将来は、ＢＡＮネットワークがインターネット等の広域のネットワークに接続され多種多様のヘルスケアモニタサービスが可能となることが予想されるが、ネットワークの広域化のためには、ベースとなるＢＡＮシステムのセキュリティを保障することが不可欠である。【０００３】
しかしながら、ＢＡＮシステムのセンサノードは軽量かつ低消費電力である必要があるため、ＣＰＵの資源は４８−ビットで小容量ＲＡＭしか割り当てられない。そのため、ＩＥＥＥ８０２．１５．４で採用されているセキュリティ標準ＡＥＳ(Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ)はＣＰＵの負荷が大きいという問題がある。また、センサネットワーク用にＥＣＣ（Ｅｌｌｉｐｔｉｃ  Ｃｕｒｖｅ  Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ）が提案されているが、低電力消費化とＤｏＳ攻撃に対する耐性に対し、未だ十分ではない。【０００４】
本願発明者は、移動端末固有の位置情報から暗号鍵を生成し、アクセスポイントと共有することにより、低消費電力で相互認証を行う方法を発明している（特許文献１参照）。また、認証過程でＣＰＵの負荷の大きい部分をアクセスポイント側で行い、消費電力の更なる低減を行う方法を提案している（非特許文献１参照）。更に、非特許文献１では、センサの計測情報から暗号鍵を生成する方法も開示しているが、その具体的な方法は開示されていない。【０００５】
【特許文献１】特開2005-050150号公報
【非特許文献１】“A Study ofEnergy-Efficient Authentication for Bio Sensor Nodes in Body Area Networks”, ISMICT’07
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、無線センサシステムにおける簡便かつ極めて低消費電力の認証方法とそれを用いたシステム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】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、本発明の無線通信認証方法は、
アクセスポイントと無線通信する生体に装着される無線センサを認証する方法において、
（Ａ）無線センサが、被測定対象を計測するステップと、
（Ｂ）前記ステップ（Ａ）で測定した計測データの変動値を抽出するステップと、
（Ｃ）前記変動値を、無線センサの暗号鍵生成データとして、記憶するステップと、
（Ｄ）前期暗号鍵生成データの組み合わせにより、認証メッセージと暗号鍵を生成するステップと
（Ｅ）前記暗号鍵で、前記認証メッセージと前記計測データを暗号化し、暗号データを生成するステップと
（Ｆ）前記暗号データをアクセスポイントに送信するステップと、
（Ｇ）前記アクセスポイントは、前記暗号鍵生成データを無線センサと共有するために、前記暗号鍵生成データを記憶するステップと、
（Ｈ）暗号鍵生成データの組み合わせにより、暗号鍵と認証確認メッセージを作成するステップと、
（Ｉ）記憶された暗号鍵生成データの選択した組み合わせにより作成した暗号鍵により、前記無線センサから送付された暗号化認証メッセージを復号するステップと、
（Ｊ）前記認証確認メッセージが、復号した認証メッセージと一致したとき、無線センサとアクセスポイントとの間で認証を成立させるステップ
とを有することを特徴とする。【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記の無線通信認証方法において、
前記変動値は、前記計測センサが測定する波形の時間変動成分であることを特徴とする。【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記の無線通信認証方法において、
前記変動値は、計測センサが測定する波形の時間変動成分の閾値以上の抽出値で生成されることを特徴とする。【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記の無線通信認証方法において、
前記計測センサは、３軸加速度または心電図または温度を測定する
ことを特徴とする。【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記の無線通信認証方法において、
前記変動値を乱数と組み合わせてハッシュ値に変換して暗号鍵生成データ記憶部に記憶するステップを有することを特徴とする。【００１２】
請求項６に記載の無線通信システムは、
被測定対象を計測する無線センサと、無線センサと情報の授受を行うアクセスポイントから構成される無線通信システムであって、
（Ａ）前記無線センサが被測定対象を計測する計測センサと、
（Ｂ）計測センサで測定した計測データをサンプリングし、サンプリングしたデータの変動値を抽出し、変動データを得るデータ変換部と、
（Ｃ）変動データを一つ以上記憶する暗号鍵生成データ記憶部と、
（Ｄ）記憶された暗号鍵生成データの組み合わせにより、暗号鍵および認証メッセージを生成する暗号鍵生成部と
（Ｅ）暗号鍵で前記認証メッセージと前記サンプリングデータを暗号化する暗号データ生成部と
（Ｆ）暗号データをアクセスポイントに送信する無線送信部を有し、
（Ｇ）無線センサに接続するアクセスポイントは、無線センサから送付された暗号データを受信する無線受信部と、
（Ｈ）応答メッセージを送信する無線送信部と、
（Ｉ）暗号鍵生成データを無線センサと共有するために、一つ以上記憶する暗号鍵生成データ記憶部と、
（Ｊ）暗号鍵生成データの組み合わせにより、暗号鍵と認証確認メッセージを作成する暗号鍵生成部と
（Ｋ）暗号鍵生成部より作成した暗号鍵により、無線センサから送付された暗号データを復号する復号器を有し、
認証確認メッセージが復号化した認証メッセージと一致したとき、無線センサとアクセスポイントとの間で認証を成立させる
ことを特徴とする。【００１３】
請求項７に記載の発明は、
被測定対象を計測し、アクセスポイントと計測データの授受を行う無線センサであって、
（Ａ）前記無線センサが被測定対象を計測する計測センサと、
（Ｂ）計測センサで測定した計測データをサンプリングし、サンプリングしたデータの変動値を抽出し、変動データを得るデータ変換部と、
（Ｃ）変動データを一つ以上記憶する暗号鍵生成データ記憶部と、
（Ｄ）記憶された暗号鍵生成データの組み合わせにより、暗号鍵および認証メッセージを生成する暗号鍵生成部と、
（Ｅ）暗号鍵で前記認証メッセージと前記サンプリングデータを暗号化する暗号データ生成部と、
（Ｆ）暗号データをアクセスポイントに送信する無線送信部を有し、
無線センサが交信すべきアクセスポイントと暗号鍵生成データを同期させる
ことを特徴とする【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の無線センサであって、前記無線センサは、アクセスポイントにデータの送信を開始することと同期して受信機能をオンとし、アクセスポイントからの応答信号を受領後に受信機能をオフとすることを特徴とする。さらに請求項９記載の発明は請求項７ないし請求項８記載の無線センサであって、生体情報を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、無線センサが計測する計測データの変動値を抽出した計測データを認証時の共通鍵として利用することを提案するものである。無線センサの計測データはセンサ固有の値であり、かつ変動要素を含むため、容易には解読できない。
さらに、極めてＣＰＵの負荷が小さいアルゴリズムで暗号鍵の生成を行えるため、小容量電池で動作する人体装着型の無線センサを実現することに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の無線通信システムの全体構成図である。
【図２】本発明に係るキャロセル型記憶領域の概念を説明する図である。
【図３】本発明の無線センサの構成図である。
【図４】本発明のアクセスポイントの構成図である。
【図５】メモリの構成図である。
【図６】本発明に係る認証処理時の暗号強度図である。
【図７−１】本発明に係る認証処理のセットアップ時のシーケンス図である。
【図７−２】本発明に係る認証処理のシーケンス図である。
【図８−１】本発明に係る別の実施例の認証処理のセットアップ時のシーケンス図である。
【図８−２】本発明に係る別の実施例の認証処理のシーケンス図である。
【図９】無線センサが測定する心電図の測定例である。
【図１０】心電波形の特性図である。
【図１１】心電波形の測定処理図である。
【符号の説明】
【００１７】
１      無線センサ
２      アクセスポイント
３      計測センサ
４     増幅回路
５      ＡＤ変換器
６      データ変換部
７、２７  暗号データ生成部
８、２８  無線送信制御部
９、２９  無線送信部
１０    暗号鍵生成部
１１、２１    メモリ
１２、２２    制御部
３、２３  ＣＰＵ
１３    スイッチ
２４    復調器
２６    復号器
３０    無線受信部
３１    一時記憶
３２    復旧用データ記憶
３３    キャロセル型記憶
４０    暗号強度表示部
４１，４２，４３. . .５４、５５，５６  メモリセル
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。
図１は本発明システムの全体概要を説明する図である。BANは、無線センサ群ＲＦＤ(Reduced Function Device)とBANコーディネータＦＦＤ（Full Function  Device機能を持ったノード）から構成される木構造のネットワークである。複数の木構造から構成されるネットワークの場合は、アグリゲータ（Full Function Device）が中間ノードとなり、下位の木構造ネットワークのデータを集積して、それらをBANコーディネータに送る事となる。本発明は、１つのセンサーとBANコーディネータ間の1対１関係を基本にしている。  なお、本発明のBANコーディネータは無線ＬＡＮシステムのアクセスポイントに対応しているため、以降総称してアクセスポイントと呼ぶこととする。【００１９】
図３は無線センサ１の機能ブロック図を示す。計測センサ３は生体等の生理学的状態を計測する。好ましくは、計測センサ３は体温や心電図、あるいは3軸加速度を計測するが、それに限定されない。計測された計測データは増幅回路４で増幅された後、ＡＤ変換器５により、所定のサンプリング速度でサンプリングされた計測デジタルデータＳＭＥＳに変換される。計測デジタルデータは、データ変換部６において閾値処理等の方法で変動値ＳＮに変換される。別の実施形態においては、データ変換部６は、乱数Rを発生させ、前記変動値ＳＮを、ハッシュ値Ｌに変換する。
Ｌ＝ＨＡＳＨ（ＳＮ、Ｒ）                        （１）
変動値ＳＮは、本発明の認証プロセスに従い、メモリ１１内のメモリセルに記憶され、暗号鍵生成部１０に暗号鍵生成データを供給する。別の実施例でハッシュ値に変換する目的は以下の通りである。
１．   ＳＮとＲの可能な組み合わせ全てを試行し暗号鍵を盗み出そうとするハッカーに対する防御手段を強化する。
２．   セットアップ時もしくはＳＮの変動幅が小さくなる場合において、データのスクランブルを行う。
３．   ハッシュ値から逆演算で鍵生成データを求めることをさらに困難とする。【００２０】
鍵生成データが生成されると、無線センサ１とアクセスポイント２の認証段階では、暗号鍵生成部１０はメモリ１１内の複数の鍵生成データから暗号鍵Ｋとメッセージ認証コードＭＡＣを生成する。生成されたメッセージ認証コードはＳＮとともに暗号データ生成部７にて暗号鍵Ｋで暗号化された後、無線送受信制御部８の命令により無線送受信部９に送られ、無線送信される。無線送信された暗号化メッセージはアクセスポイントで解読され。解読が成功するとアクセスポイントからアクセプト信号を受領する。解読が成功しない場合は、リセット命令を受領し、セットアップをやり直すことになる。認証が終了すると、計測デジタルデータＳＭＥＳは暗号データ生成部７にて暗号化された後、無線送信制御部８により無線送信部９に送られ、無線送信される。無線センサの各ステップでのデータ送信開始と同期して、無線送受信制御部８は、無線送受信部９の受信機能をオンとする。この受信機能は、アクセスポイントからの応答信号の受信を終了した段階で、無線送受信制御部８によりオフに制御される。このオンオフ制御機能は、無線センサの消費電力を低減することにおいて効果がある。【００２１】
無線センサ１の消費電力低減を最優先する用途においては、無線送受信部は受信機能を省略することも可能である。この場合、無線センサ１はアクセスポイントが暗号化メッセージを解読したかどうか、知る余地がないので、無線センサはアクセスポイントとの認証が成立したか否かに関わらず、暗号化した計測デジタルデータＳＭＥＳを送信する。アクセスポイントとの認証が成立しない場合は、アクセスポイントの管理者が、受信状態を判断して、必要に応じ無線センサ１のリセットのためのスイッチ１３を押す。リセットスイッチが押されると、無線センサ１はセットアップを開始する。【００２２】
図４はアクセスポイント２の機能ブロック図を示す。無線センサ１とアクセスポイント２の認証段階では、無線センサ１から送信される暗号化された鍵生成データＳＮとメッセージ認証コードＭＡＣを無線受信部２３で受信する。受信データは、復調器２４で復調された後、メモリ２１内の複数の鍵生成データから生成された暗号鍵を用いて、復号器２６により復号可能かどうかが試行される。復号が成功すると、ＳＮは必要に応じ、メモリ２１内の特定のセルに記憶される。また復号が成功した鍵を用いて、受信した暗号化計測デジタルデータを復号化する。なお、相手方センサとの暗号鍵データ記憶部のセットアップ時および認証時は、暗号強度表示部４０にて暗号強度の目安を表示する。【００２３】
図２は、無線センサ１およびアクセスポイント２のメモリ１１、２１内の構成を示す。暗号鍵データ記憶部３３は暗号鍵生成のためのデータ記憶部であり、図２に示すキャロセル型記憶領域である。リセットデータ記憶部３２はキャロセルの同期が失敗したときのためのリセットデータを記憶する。一時記憶部３１は計測データの変換を行うために計測データを一時的に記憶する。【００２４】
図５は、無線センサおよびアクセスポイントのメモリ内の暗号鍵生成データ記憶部３３であるキャロセル型記憶領域の構成を示す。キャロセルとは空港などに設けられている荷物を循環的に運搬する装置である。本発明では記憶領域を概念的にはキャロセルのように利用することからキャロセル型記憶領域と呼んでいる。キャロセルとは図５に示すように全体しては環状（４０）にデータが配置されていると理解することができ、環状の中を複数の記憶領域であるセル（４１）（４２）（４３）・・に分割されている。各セルには変動データ、あるいは変動データのハッシュ値と乱数が１個ずつ格納される。環状であるためにセル（４２）からセル（４３）方向に１つずつデータを確認して行ったとき、最後にセル（４１）に到達し、１周して全てのデータを確認することができる。なお、３５個程度のセル数で鍵を生成することにより、１２８ビット暗号化強度と同一水準の暗号強度を実現可能である。【００２５】
図５において、Entity A(センサー）とEntity B(BANコーディネータ）間で、2者間でのキャロセルデータ（キャロセルを構成するセルの集合）を同期させ、それぞれのセル集合から暗号化キーを生成して、1対間での相互認証と暗号化したデータの交換を行なう。Entity  A側とEntity  B側で持つ周回型データ構造では、それら2つのキャロセルが同期して動き、それぞれのキャロセルを構成するセルが、無線センサから得るバイタルデータなど利用者固有の情報で随時更新され、それを共通キーとして、2者間のセキュアチャネルが開設される。すなわち、暗号鍵とメッセージ認証コードは、セル内の４１，４２、４３. . . .５４、５５，５６全てのデータを決められた順序で結合し、さらに間引き処理等既存の方法でデータサイズの変更を行い生成される。無線センサとアクセスポイントの暗号鍵の生成法を同一とすることにより、共通の暗号鍵とメッセージ認証コードを生成することができる。
別の実施例では全てのデータを決められた順序で結合した後にハッシュ値に変換する。なお、このセルに入れる情報は、当該無線センサしか知りえない計測データの変動値であるが、無線センサの使用開始時は無線センサが保持している識別子等のそのセンサ特有の情報であれば良い。【００２６】
図６は、アクセスポイントの暗号強度表示部４０にて表示する暗号強度の目安の表示例を示す。特定の無線センサとのセットアップの初期段階では、暗号強度が小さいため、初期強度として、一点鎖線の円一つで表している。本実施例では、セットアップが完成されるにしたがって、円の数が増加する。何らかの原因で無線センサとキャロセル型記憶領域の同期が取れなくなった場合は、左端の同期失敗が表示される。【００２７】
本発明の方式では、無線センサはキャロセルから生成する暗号鍵で暗号化したパケットをアクセスポイントに送信するのみで、無線センサ側はアクセスポイントからの認証要求を受けない。無線センサ側は、アクセスポイントの状態を意識せず、無線センサ側の都合でキャロセルを回転する。これに対して、アクセスポイントは、無線センサからのパケットを受け取った場合、まず現在のキャロセルから生成したキーで復号できるかをチェックする。復号できない場合、キャロセルを１ステップだけ回転して復号を試みる。復号できた時点で、復号されたデータをそのキャロセルに投入する。いかなる回転でも復号できなかった場合は、同期失敗とするか、あるいは、双方とも初期状態に戻して同期を再度開始する。以下図６、図７、図８を参考にし、その詳細なプロセスを説明する。【００２８】
図７−１は本発明の認証プロセスのセットアップを示すフローチャートである。Ｓｔｅｐ１において、無線センサー(SN)の電源投入により、SNの識別子IDSN（センサー製造番号など）を種とした値C0をキャロセルを構成する全セルに入れるとともに、C0をBCに送信する。BCは、受信したC0から、サーバ問合せなどにより、同C0を生成するIDSNを確認するとともに、同じく、キャロセルの全セルにC0を投入する。
SN: C0=IDSN
SN:
Initialize(CarouselSN, C0)
SN → BC : C0
BC:
VerifyServer(C0)
BC:
Initialize(CarouselBC, C0)
【００２９】
Ｓｔｅｐ２において、SNは、同SNが得る心電・心拍・3軸加速度値などのバイタルデータＭＥS1を種として、同SNが同時に生成する変動値S2をキャロセルのトップセル（図２中のTop Cellが示すセル）に投入し、同キャロセルを１ステップ回転させるとともに、そのS2をBCに送信する。BCはこの受信したS2を、同キャロセルのトップセルに投入する。この初期値S2は、後述９．のソフトリセットのためのデータとして双方、別の記憶領域にも保存しておく。
SN: S2= T(MES1)
SN → BC : S2
SN:
RotateCarouselOnce()
この段階では、暗号化キーは十分な強度を持っていない事から、SNあるいはBC上では、図６の表示を例としたキー強度で「初期強度」を表示する。【００３０】
Ｓｔｅｐ３以降、SNのキャロセルのセルに投入するデータSnは、バイタルデータＭＥＳn-1から生成するとともに、BCへ送付する。同時に、Rn-1もBCに送付するとともに、同キャロセルを１ステップ回転させる。
SN: Sn=Ｔ(ＭＥＳn-1)
SN → BC : Sn
SN:
RotateCarouselOnce()
この段階では、暗号化キーは強度確保中である事から、SNあるいはBC上では、図６の表示を例としたキー強度で「強化中」を表示し、SNのキャロセルの全セルについて、前述Ｓｔｅｐ１で設定した初期値がすべて書き換えられるまでこの過程を繰り返す。なお、本Ｓｔｅp3で生成されるSnは、DoS攻撃が想定されない状況では、Sn群をまとめてBCに送付する方法もある。これで、SNあるいはBC上で、図６の表示を例としたキー強度で「十分な強度」を表示する。【００３１】
Ｓｔｅｐ４では、十分確保されたキー強度で、SNからBCへの通常の暗号データ送信を行うとともに、ある一定パケット数送信後（定期的に）、SNのキャロセルを順次、更新していく。最初にキャロセルをランダムに1度回転させる。
SN:
RotateCarouselRandom()
つぎに、暗号化キーとメッセージ認証コードMACSを生成する。
SN: KS=Generate(CarouselSN)
つぎに、SNにおいて、ＭＥＳnから変動値Sn+1を生成し、キャロセルのトップセルに投入する。
SN: Sn+1=Ｔ(ＭＥＳn)
すでに生成した暗号化キーで、Sn＋１、計測センサからのデータおよびメッセージ認証コードMACSを暗号化し、BCに送付する。
SN → BC:{ Sn+1||Rn||data ||MACS}KS  
{XX}Ksとは｛XX｝をKsで暗号化する記述【００３２】
Ｓｔｅｐ５において、ＳＮから送信されたパケットを受信したBCは、この時にSNがキャロセルをいくら回転したかは知らないため、BCの現キャロセルのトップセルがポイントする連続セルから鍵を生成し、それを用いて復号を試みる。復号に失敗した場合は、それによってBCはSN側がキャロセルを回転したことを知る。その後、BCはキャロセルを1ステップずつ回転させ（トップセルが示すポインタを１つ進める）、その新しいトップセルがポイントする連続セルから鍵を生成して、SNから送られてきたパケットの復号を試みる。
BC:
RotateCarouselOnce()
BC: KC =
Generate(CarouselBC)
BC: Decrypt({Sn+1||Rn||
data ||MACS}KC) until success
この処理を繰り返し、ある時点でパケット復号に成功した場合、SNが生成したSn+1== S’n+1を得ることができ、そのSn+1を現キャロセルのトップセルがポイントしているセルに投入し、その新しいキャロセル全体から鍵を生成する。
BC:
PutIntoCarousel(S’n+1)
この段階で、復号が成功しなかった時、BCの電源断、あるいはセルデータの改ざんがなされたなどの理由によりSNとBCが同期しなかった場合が起こりうる。その時、Ｓｔｅｐ２で保存したC1値を用いてＳｔｅｐ３以降の手続きを実施する(ソフトウェアリセット)か、Ｓｔｅｐ１からの初期化（ハードウェアリセット）を実施するかで、同期状態に持っていく。
【００３３】
ステップ５において無線センサは、ＢＣからの応答を受信するために受信機能の動作を開始させる。動作開始のタイミングはBCに暗号化メッセージ認証コードMACSを送付した後、所定の時間経過後とする。無線センサがＢＣからの応答を受信すれば、受信機能はオフとする。受信機能のオン・オフ動作タイミングを、このように設定することは、無線センサの消費電力低減に相当の効果を生じる。  【００３４】
ステップ１またはステップ３に復帰させるリセット手段として、無線センサが受信機能を有しない場合は、無線センサに装備したリセットスイッチを押すことにより、システムを復旧させる。無線センサが受信機能を有す場合は、ＢＣはＳＮにリセットデータを内蔵したリセット命令を送信する。
BC → SN: RESET(S2)
この場合、無線センサはリセット信号を受信するが、無線センサもリセット用データS2を記憶しているので、それを暗号鍵として受信信号を復号化し、リセット命令であるかどうかを判断する。【００３５】
図７のプロセスにおいて、本発明のキャロセルのセルに投入するデータ（C0，S2…Sn）はバイタルデータの変動値であるが、これは例えば、心電データや三次元加速度値（人間の動き）がそのセンサー着装者特有の情報である事から、セルに投入された一連のバイタルデータは個々の生体に依存したデータとなり、その変動成分が抽出された変動データが記憶された連続するセルから生成される鍵は十分の暗号強度を持つと言える。また、セルに投入するデータは4バイト程度でも良いため、小型センサーでも動作させる事は容易である。
別の実施例としては、暗号強度を増加させる目的で、変動値のハッシュ値を用いることもできる。
Ｌ＝ＨＡＳＨ（Ｓ、R）
それに応じて、無線センサからアクセスポイントにデータ送信を行う場合、乱数Rを受け渡す必要がある。
SN → BC:{ Sn+1||Rn||data
||MACS}KS
これに対応する認証ステップは、図７−１．図７−２に対して変動値を全てハッシュ値に置き換え、乱数の受け渡しを考慮した図８−１、図８−２のようになる。
この場合、セルに投入するデータは、4バイト程度では収まらず、20バイト程度となる。【００３６】
無線センサーSNは心電・心拍・3軸加速度・血圧などのバイタルデータSnを測定するが、その1例として図９に示す通常の心電図波形を用いて暗号鍵生成データを生成する方法を説明する。心電図波形は、図９に示すようにP波、QRS波、T波、U波から構成され、各波形間隔の正常値の範囲は、図１０のような条件を満たす事が知られている。一般的に、心電図の場合、心電の間隔（時間関係）は、電極の位置、着装者の体型や体格、またその時の体位などの観察環境によって変化しないが、心電図の振幅（大きさ）はその環境によってかなり変化する。このため、閾値ΔB以上の振幅値を用いることにより、その個人のその置かれている環境を表す時間的差異による生体データ変動値を取り出す事ができる。このデータを用いることにより、キャロセルのセルに生成される種の唯一性を得る事ができる。【００３７】
一方、図１１に示すように、心電の間隔（時間関係）も、様々な観察環境によって変化しないものの、生体の生理状態に依存して、特有の変動を示すため、暗号鍵生成データとして使用することができる。このため、閾値ΔBを変化させることにより、図１０に表されている個人差のみならず、その個人のその置かれている環境を表す時間的差異による生体データ変動値を取り出す事ができる。このデータを用いることにより、キャロセルのセルに生成される種の唯一性を得る事ができる。
この場合、デジタル化された心電データは一旦メモリに取り込まれ、データ変換部でそれを読み出しながら、心電の間隔を計算し、暗号鍵生成データ記憶部に記憶される。なお、閾値以外のデータはその平均値をベースラインの値として用いることができる。【００３８】
本発明の暗号鍵生成データとして、心電データ以外に温度や3軸加速度等のデータを使用することもできる。そのとき、計測値そのものは第三者から知りえない情報ではあるが、計測データが変化しない一定値として継続することがあるため、そのまま暗号鍵生成データとして用いることができない。そこで、計測値の時間変化を抽出して暗号鍵生成データとして用いる。好ましくは時間変化波形を閾値処理し、閾値以上の値を用い、変動のないゼロ値を排除する。
【００３９】
以上の説明から明らかなように、本発明からなる無線通信システムにおける認証方法は、計測センサが測定する計測値の変動要素から暗号鍵を生成するため、センサの種類を問わず適用でき、広範囲の分野で応用可能である。さらに、認証の計算負荷が生じる解読部をアクセスポイントが請け負うようにすることにより、無線センサの省電力化の効果が極めて大きい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
人間の体に着装した無線センサとそれを管理するアクセスポイント間でのデータやり取りで共有暗号化キーとして利用できる。医療現場でのケーブルレス体調管理、フィットネスクラブでの健康管理、さらには、エンターテインメントと、さまざまな用途への適用がある
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年12月13日(2010.12.13)
【手続補正１】
【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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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