(57)【要約】ＲＦＩＤシステムにおいて、リーダ（１）とタグ（２）との間で通信する方法は、リーダ（１）で、ＲＦＩＤタグ（２）を付勢するため電磁信号（ＳＳ）をスイッチオンする、および／または命令（ＩＮＳＴ，ＲＮＲＥＱ）もしくは第１データ（Ｄ１）をタグ（２）に送信し；タグ（２）で、乱数（ＲＮ）を生成し、乱数（ＲＮ）をランダム時限（ｔｘ）に変換し、またランダム時限（ｔｘ）に対応する時間遅延後にリーダ（１）に応答を送信し；リーダ（１）で、命令（ＩＮＳＴ，ＲＮＲＥＱ）もしくは第１データ（Ｄ１）のタグ（２）への送信と、タグ（２）からの応答（ＲＥＳＰ）受信との間における、前記ランダム時限（ｔｘ）に対応する時間を測定し、測定したランダム時限（ｔｘ）を乱数（ＲＮ）に再変換し、この再変換した乱数（ＲＮ）を用いて第２データ（Ｄ２）を暗号化し、またこの暗号化データ（ＥＤ）をタグ（２）に送信し、タグ（２）で、暗号化データ（ＥＤ）を、乱数（ＲＮ）を用いて復号化（解読）する。
2009540448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤシステムにおける、リーダと少なくとも１個のタグとの間で安全に通信する方法において、
リーダで、ＲＦＩＤタグに付勢するため電磁信号をスイッチオンする、および／または命令もしくは第１データをタグに送信し、
タグで、乱数を生成し、この乱数をランダム時限に変換し、リーダから命令もしくは第１データを受信するとき、前記ランダム時限に対応する時間遅延後に応答をリーダに送信し、
リーダで、前記電磁信号のスイッチオン、または前記命令もしくは第１データのタグへの送信と、タグからの応答受信との間における、前記ランダム時限に対応する時間的間隔を測定し、測定したランダム時限を乱数に再変換し、この乱数を用いてタグに送信すべき第２データを暗号化し、またこの暗号化したデータをタグに送信し、
タグで、受信した暗号化データを、前記乱数を用いて復号化する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記乱数を、タグで疑似乱数生成器を使用してを生成する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、タグは、リーダから特別な命令を受信したときのみ、リーダへの応答をランダム時限だけ遅延させる方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、タグは、各応答に対してそれぞれ新規に計算したランダム時限だけリーダへの各応答を遅延させる方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、乱数のランダム時限への変換、およびランダム時限の乱数への再変換は、それぞれ、乱数を所定時間単位で乗算する、およびランダム時限の所定単位時間で除算することを含むものとした方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、乱数のランダム時限への変換、およびランダム時限の乱数への再変換は、それぞれ乱数と対応するランダム時限の対を含むテーブルを検索することを含むものとした方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、タグは、リーダから命令または第１データを受信するのとは独立して、乱数を生成するものとした方法。
【請求項８】
ＲＦＩＤリーダにおいて、以下の動作、すなわち、
・  ＲＦＩＤタグを付勢するため電磁信号のスイッチオンする、および／または命令もしくは第１データを前記タグに送信し、
・  前記電磁信号のスイッチオン、または前記命令もしくは第１データの前記タグへの送信と、前記タグからの応答受信との間における、前記ランダム時限に対応する時間的間隔を測定し、
・  測定したランダム時限を乱数に再変換し、
・  この乱数を用いて前記タグに送信すべき第２データを暗号化し、また
・  この暗号化データを前記タグに送信する、
動作可能であることを特徴とするＲＦＩＤリーダ。
【請求項９】
請求項８に記載のＲＦＩＤリーダにおいて、前記ランダム時限の乱数への再変換は、ランダム時限を所定単位時間で除算することで行うものとしたＲＦＩＤリーダ。
【請求項１０】
請求項８に記載のＲＦＩＤリーダにおいて、前記ランダム時限の乱数への再変換は、乱数と対応するランダム時限の対を含むテーブルを検索ることで行うものとしたＲＦＩＤリーダ。
【請求項１１】
ＲＦＩＤタグにおいて、以下の動作、すなわち、
・  乱数を生成し、
・  リーダからの電磁信号により付勢されたとき、またはリーダから命令もしくは第１データを受信したとき、前記乱数をランダム時限に変換し、
・  前記ランダム時限に対応する時間遅延後に応答をリーダに送信し、
・  受信した暗号化されたデータを、前記乱数を用いて復号化する、
よう動作可能であることを特徴とするＲＦＩＤタグ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記乱数を生成する疑似乱数生成器を有するＲＦＩＤタグ。
【請求項１３】
請求項１１に記載のＲＦＩＤタグにおいて、リーダから特別な命令を受信したときのみ、リーダへの応答を前記ランダム時限だけ遅延させるよう動作可能なＲＦＩＤタグ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のＲＦＩＤタグにおいて、各応答に対してそれぞれ新規に計算したランダム時限だけリーダへの各応答を遅延させるよう動作するＲＦＩＤタグ。
【請求項１５】
請求項１１に記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記乱数に対して所定時間単位を乗算することにより、前記乱数を前記ランダム時限に変換するよう動作可能なＲＦＩＤタグ。
【請求項１６】
請求項１１に記載のＲＦＩＤタグにおいて、前記乱数と対応するランダム時限の対を含むテーブルを検索することにより、前記乱数を前記ランダム時限に変換するよう動作可能なＲＦＩＤタグ。
【請求項１７】
請求項１１に記載のＲＦＩＤタグにおいて、リーダからの命令もしくは第１データの受信とは独立して、乱数を生成するよう動作可能なＲＦＩＤタグ。
【請求項１８】
ＲＦＩＤシステムにおいて、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のＲＦＩＤリーダ、および請求項１１〜１７のいずれか一項に記載のＲＦＩＤタグを有することを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して無線周波識別（ＲＦＩＤ）に関する。より詳細には、本発明はＲＦＩＤシステムにおけるリーダとタグとの間における安全な通信方法に関する。本発明はさらにＲＦＩＤリーダに関する。本発明はさらにＲＦＩＤタグに関する。本発明は、さらにＲＦＩＤシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線周波識別（ＲＦＩＤ）システムは、物品の識別および追跡、在庫管理、サプライチェーンマネジメント、商店での窃盗防止および他の用途に広く用いられている。典型的なＲＦＩＤシステムは、複数個のトランスポンダ（以下に「ＲＦＩＤタグ」または単に「タグ」と称する）と、１個またはそれ以上のトランシーバ（以下に「ＲＦＩＤリーダ」または単に「リーダ」と称する）によって構成する。リーダは無線フォワードリンクを介して１個以上のタグにデータを問い合わせる。タグはリーダの問い合わせに対して、リターンリンクを介してタグの情報を送信することで応答する。
【０００３】
タグは、通常、タグのＩＤ番号と、用途によっては、タグに関連付けした物品に関する情報を記憶するための少量のメモリを有する半導体マイクロチップによって実現する。さらに、タグは、電力を供給する方法に基づいて、「受動（パッシブ）」もしくは「能動（アクティブ）」のいずれかのタグである。能動（アクティブ）タグは、内蔵電源、すなわちバッテリを搭載しており、タグはこの内蔵電源を使用して、受信信号処理やタグ情報をリーダに送り返す。パッシブタグは内蔵電源を搭載していない。むしろ、受動パッシブタグは、リーダが送信したＲＦ搬送波信号からエネルギーを抽出することで必要な電力を得る。パッシブタグは、誘導システムの負荷変調、または波伝搬システムの後方散乱として知られる処理を用いてリーダに情報を送信する。バッテリ支援タグはアクティブタグのように内蔵電源、すなわちバッテリを備え、タグはこの内蔵電源を用いて受信信号を処理し、メモリとデジタル回路に電源供給し、パッシブタグと同じ原理で情報をリーダに送り返す。パッシブタグは、多くの用途においてアクティブタグよりも普及している、なぜならアクティブタグより安価に、製造、メンテナンス、および動作することができるからである。
【０００４】
パッシブタグは内蔵電源を有さず、後方散乱に依存しているため、距離が遠い場合は読むことができない。ただし、その距離は作動する周波数帯によって大きく変化する。例えば、パッシブタグをＵＨＦ周波数帯で作動するとき、読出距離は数百メートルまで届く可能性もある。より詳細には、ＵＨＦ周波数帯において、パッシブタグは６〜１０ｍまで、バッテリ支援タグは３００ｍまで届く。
【０００５】
一方で、ＲＦＩＤリーダはＲＦＩＤタグより圧倒的に高い送信電力を有する信号を放射する。リーダとタグとの間の送信電力差は、例えば約１００ｄＢである。よって、ＵＨＦ周波数帯で作動するＲＦＩＤリーダが送信した情報は、１００ｋｍ以上離れたところで傍受される可能性がある。
【０００６】
このようなＲＦＩＤシステムが、多くのプライバシーおよびセキュリティリスクにさらされることはいうまでもない。セキュリティリスクは、リーダが特定のタグと１対１で通信しているとき、ポーリング(polling)中、シンギュレーション(singulation)中、および後続シンギュレーション中に発生しうる。適切なアクセス制御がされていなければ、未許可の（すなわち「危険な」）リーダはタグに問い合わせる、または秘密に保たれていたはずの情報を傍受できる場合がある。
【０００７】
上記のセキュリティに関する懸念に加えて、適切なセキュリティおよびプライバシー対策のされていないＲＦＩＤシステムは、未許可の「位置追跡」が可能である。未許可の位置追跡は、ＲＦＩＤのラベルが付いた物品（例えば、個人が来ている服や、タグのついたスマートカード、クレジットカード、紙幣など）の、１個またはそれ以上のリーダによる追跡を可能にする。したがって、適切なアクセス制御または防止対策が行われていなければ、個人の動向、社会的交流および金融取引に関して通常保たれて当然なプライバシーは、ＲＦＩＤシステムにおいては漏洩しうる。
【０００８】
ＲＦＩＤシステムに関連する、セキュリティおよびプライバシーリスクに対処するために、様々な提案がなされてきた。ＲＦＩＤシステムにおけるリーダおよびタグへの未許可のアクセスを回避する１つの既存技術が、「対称暗号」である。この技術によれば、特別な暗号化および復号化（解読）のハードウェアをＲＦＩＤシステムにおけるリーダおよびタグの双方に組み込む。しかし、対称暗号の欠点は、暗号化と復号化のハードウェアを実装するのに多数の論理ゲートが必要なことである。これにより、タグを実施するマイクロチップのサイズが増大し、より複雑になってしまう。したがって、対称暗号は小さくて安価なタグの製造を可能にする技術ではない。したがって、少なくともこの理由で、対称暗号はＲＦＩＤのリスクに対する望ましい解決策ではない。
【０００９】
上記のセキュリティおよびプライバシー懸念を回避するための他の既存技術に、「公開鍵」暗号として知られる技術がある。公開鍵暗号を利用すると、リーダおよびタグの双方で既知の公開鍵と一緒に、暗号化された情報をタグに送信することができる。リーダは、リーダ以外には知られていない秘密鍵を有し、タグが送信した情報を復号化（解読）することができる。残念ながら、対称暗号の場合と同様に、公開鍵暗号は暗号化ハードウェアの実装に多数の論理ゲートが必要になる。従って、対称暗号の使用に関する理由と同様な理由で、公開鍵暗号はＲＦＩＤリスクに対処する簡単で費用効果的なアプローチではない。
【００１０】
上述ののＲＦＩＤシステムのセキュリティ上の欠点を解決するために、特許文献１（米国特許出願公開第２００５／００５８２９２号）は、安全な双方向（リーダからタグと、タグからリーダ）のＲＦＩＤ通信を提供する方法および装置を開示している。一様態によると、タグはリーダからのノイズ暗号化したＲＦキャリア信号を受け取り、タグ情報を後方散乱変調する。盗聴者はタグ情報を後方散乱信号から引き出すことはできない、というのは、タグ情報はノイズ暗号化によりマスキングされているからである。
この提案の別の様態では、安全な２方向ＲＦＩＤ通信リンクを確立することは、ノイズ暗号化信号を用いてキャリア信号を変調し、個別化されたタグにノイズ暗号化されたキャリアを送信するリーダを含む。タグはノイズ暗号化したキャリアを鍵の第１部分および／または一度限りの暗号表疑似乱数を用いて後方散乱変調する。もし鍵が使用されたら、後方散乱信号を受信した際にリーダはタグが本物であるかどうか確認し、本物であると確認されたら鍵の第２部分がタグに送信される。鍵の第２部分は一度限りの暗号表疑似乱数に基づく機能によって暗号化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／００５８２９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、この既知の方法及び装置は、ＲＦ搬送波信号のノイズ暗号化が、後方散乱信号に含まれる情報がノイズ暗号化により完全にマスキングされていて、盗聴者により引き出されないことを保証するのに十分であることが、未だ証明されていないという欠点を有する。よって、費用効果的なＲＦＩＤ構成要素を提供する必要とともに、ＲＦＩＤシステムにおいて精度の高いデータを送信する際のセキュリティを改善する必要はなおある。
【００１３】
本発明の目的は、上記の欠点を回避した、冒頭の段落で定義したタイプの方法、ＲＦＩＤリーダ、ＲＦＩＤタグおよびＲＦＩＤシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するために、本発明方法によれば、以下に定義する特徴がある。
【００１５】
ＲＦＩＤシステムにおける、リーダとタグとの間で安全に通信する方法において、
リーダで、ＲＦＩＤタグに付勢するため電磁信号をスイッチオンする、および／または命令もしくは第１データをタグに送信し、
タグで、乱数を生成し、この乱数をランダム時限に変換し、リーダから命令もしくは第１データを受信するときは、前記ランダム時限に対応する時間遅延後に応答をリーダに送信し、
リーダで、前記電磁信号のスイッチオン、または前記命令もしくは第１データのタグへの送信と、タグからの応答受信との間における、前記ランダム時限に対応する時間的間隔を測定し、測定したランダム時限を乱数に再変換し、この乱数を用いてタグに送信すべき第２データを暗号化し、またこの暗号化したデータをタグに送信し、
タグで、受信した暗号化データを、前記乱数を用いて復号化する、
ことを特徴とする。
【００１６】
上述の目的を達成するために、本発明によるＲＦＩＤリーダは以下のように定義したことを特徴とする。
【００１７】
ＲＦＩＤリーダにおいて、以下の動作、すなわち、
・  ＲＦＩＤタグを付勢するため電磁信号のスイッチオンする、および／または命令もしくは第１データをタグに送信し、
・  前記電磁信号のスイッチオン、または前記命令もしくは第１データのタグへの送信と、タグからの応答受信との間における、前記ランダム時限に対応する時間的間隔を測定し、
・  測定したランダム時限を乱数に再変換し、
・  この乱数を用いて前記タグに送信すべき第２データを暗号化し、また
・  この暗号化データを前記タグに送信する、
動作可能であることを特徴とする。
【００１８】
上述の目的を達成するために、本発明によるＲＦＩＤタグは以下のように定義したことを特徴とする。
【００１９】
ＲＦＩＤタグにおいて、以下の動作、すなわち、
・  乱数を生成し、
・  リーダからの電磁信号により付勢されたとき、またはリーダから命令もしくは第１データを受信したとき、前記乱数をランダム時限に変換し、
・  前記ランダム時限に対応する時間遅延後に応答をリーダに送信し、
・  受信した暗号化されたデータを、前記乱数を用いて復号化する、
よう動作可能であることを特徴とする。
【００２０】
上述の目的を達成するために、本発明によるＲＦＩＤシステムは、上述ののＲＦＩＤリーダおよび少なくとも１個のＲＦＩＤタグを有する。
【００２１】
本発明の背景にある中心的な考えは、ＲＦＩＤタグの通信範囲にレシーバを設置する盗聴者が、ＲＦＩＤタグより大きな規模の送信電力を有するＲＦＩＤリーダが送信した信号をも受け取ることにある。送信電力の差は概して１００ｄＢの範囲にある。現在、１００ｄＢ以上の範囲の信号の強さの差に対応する低歪レシーバを設計することはできない。従って、リターンリンクの信号、すなわちＲＦＩＤタグが送信した信号を受信するのに十分精度が高いレシーバを設計する際は、レシーバがリーダから受信した信号を増幅するのは不可避であるため、大きな信号ひずみをもたらす。次に、信号ひずみは群遅延時間の変化をもたらし、正確な信号時間測定を行うことを不可能にする。したがって、信号時間遅延においてマスキングされた情報は、盗聴者に引き出されることはない。
【００２２】
しかし、上記の過度に増幅された信号に関する問題は、リーダには適用されない。なぜなら、リーダはタグの特別に弱い信号を受信するよう設計するからである。その上、リーダは第１データまたは命令がタグに送信された時間を正確に知っているので、リーダ自身が送信した信号への問い合わせをする必要はない。
【００２３】
本発明の別の様態では、乱数をタグにおいて疑似乱数生成器を用いて生成し、リーダとタグとの間で通信される各データのために、一度限り使用されるワンタイムパッド的に乱数を新規生成する。これには、通信においてより安全であるという利点がある。
【００２４】
本発明の他の実施形態において、リーダから特別な命令を受信したときだけ、タグはランダム時限だけ応答を遅らせる。もしリーダが特別な命令を送られなければ、タグは時間の遅れなしにリーダの問い合わせに応答する。本発明のこの実施形態は、リーダとタグとの間で、例えば認証プロセスなど、特別な手順に高度に安全な通信を限定するのに用いられる。
【００２５】
代案として、本発明の上記の実施形態のかわりに、タグはリーダへの各応答を、各応答に対してそれぞれ新規に計算したランダム時限だけ遅延させる。この種の実施形態は、リーダとタグとの間、またその逆で通信される全てのデータに、高度に安全な一度限りのワンタイムパッド的手順を適用することで復号化（解読）する。ここで、各乱数は一度きりしか使用しない。タグは、リーダからの全てのデータまたは命令への応答において、ペイロードデータを含む反応、または単なるダミー反応であるように構成する場合がある。
【００２６】
乱数をランダム時限に変換して、ランダム時限を乱数に再変換する計算量を低く、計算速度を速くするために、所定時間単位を乱数に乗算することで乱数をランダム時限に変換することが提案されている。したがって、所定時間単位でランダム時限を除算することにより、ランダム時限は乱数に再変換される。時間単位は、外部信号群遅延の変動が誤った再変換結果をもたらさないよう、小さすぎてはならない。
【００２７】
乱数をランダム時限に変換して、ランダム時限を乱数に再変換する代わりの速い解決策は、乱数と対応するランダム時限の対を含むテーブルを設けることにある。タグが乱数をランダム時限に変換する必要があるときは毎回、ランダム時限をインデックスとして、テーブル中の対応する乱数を検索する。リーダがランダム時限を乱数に再変換する必要があるときは毎回、乱数をインデックスとして、テーブル中の対応するランダム時限を検索する。
【００２８】
本発明のさらにもう一つの実施形態において、タグの処理の速度を上げるために、タグは、乱数を自律的かつ、リーダから命令または第１データを受け取るのとは独立して生成する。これは、タグは常に乱数を「在庫として」持っていることを意味する。すなわち、タグがリーダからのリクエストを受信したとき、タグはストックの対応する乱数に対応する時間遅延後に直ちに応答を送信できる。より速い処理のために、アイドル状態のタグの乱数を生成するだけでなく、対応するランダム時限を計算し、記憶しておくことは有用である。
【００２９】
本発明の方法の特徴は、直接デバイスに実装できる点に留意されたい。
【００３０】
本発明のこれら態様および他の態様は、以下の例示的な実施形態より明らかであり、この例示的実施形態につき説明する。
【００３１】
本発明を、以下に例示的実施形態につき詳細に説明する。しかし、本発明は、この例示的実施形態に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による、ＲＦＩＤリーダとＲＦＩＤタグを有するＲＦＩＤシステムの線図的ブロック回路図である。
【図２】本発明によるリーダとタグとの間における安全な双方向通信リンクを確立する方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明による、ＲＦＩＤリーダ１とＲＦＩＤタグ２を有するＲＦＩＤ（無線周波識別）システムの線図的ブロック回路図である。ＲＦＩＤリーダ１は、ＲＦＩＤタグ２がＲＦＩＤリーダ１の送信および受信範囲にある場合、非接触形式で、変調した電磁信号によりＲＦＩＤタグ２と通信する。
ＲＦＩＤリーダ１は、制御手段３、例えばマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを有し、この制御手段３はプログラム記憶手段４とデータバスを介して通信する。プログラム記憶手段４は、制御手段３の基本オペレーション用のオペレーティングシステムＯＳ、および制御手段３によって処理すべきアプリケーションプログラムコードＳＷを格納するよう構成する。制御手段３およびプログラム記憶手段４は、シングルチップとして集積することができる。アプリケーションプログラムコードＳＷおよびオペレーティングシステムＯＳは単一のプログラムとして統合することができる。この制御手段３は、さらに、ランダムアクセスメモリ５と通信する。プログラムコードＳＷを処理する時、制御手段３は入出力手段８と連携動作する。この入出力手段８は、例えばコンピュータへのリンクインタフェースとして構成することができる。制御手段３は、さらに、ＲＦＩＤタグ２に電磁信号ＳＳを送信するアンテナ７（例えば、図示のようなループアンテナまたはダイポールアンテナ等）に接続する、無線周波通信手段６とも通信する。これら電磁信号ＳＳを使用して、ＲＦＩＤタグ２にデータおよび命令の双方を送信し、これによりフォワードリンクＦＬを確立し、また受動（パッシブ）タグとして構成するＲＦＩＤタグ２を付勢する。このＲＦＩＤタグ２は後方散乱信号ＢＳによりＲＦＩＤリーダ１に応答し、これによりリターンリンクＲＬを確立する。ＲＦＩＤリーダ１とＲＦＩＤタグ２との間におけるデータ交換を、標準データ通信プロトコルおよび標準変調方法によって行うことができる。例えば、ＲＦＩＤリーダ１からＲＦＩＤタグ２に送信された電磁信号ＳＳは、パルス幅変調信号として構成する。ＲＦＩＤタグ２からＲＦＩＤリーダ１への後方散乱信号ＢＳは、例えば負荷変調信号とし、この負荷変調信号においては、電磁信号ＳＳに含まれるキャリア信号またはサブキャリア信号を、ＲＦＩＤタグ２のアンテナ１０に接続した負荷インピーダンスを切り替えることによって変調し、これにより、変動するエネルギーをキャリア信号またはサブキャリア信号から引き出す。ＲＦＩＤタグ２の負荷インピーダンスの切り替えにより、ＲＦＩＤリーダ１のアンテナ７のインピーダンスを変化させ、またこれにより、ＲＦＩＤリーダ１のアンテナ７の電圧振幅も変化させる。この電圧振幅の変化は、無線周波通信手段６に対する入力信号ＩＳとして現れる。入力信号ＩＳに含まれるデータの回収のため、入力信号ＩＳを無線周波通信手段６により整流化または復調し、データストリーム信号ＤＳを生ずる。制御手段３は、データストリーム信号ＤＳ中の符号化されたデータを、例えば定義したビットレベルと比較することで抽出する。
【００３４】
ＲＦＩＤタグ２は、受動タグ（トランスポンダ）として構成し、アンテナ１０、アンテナ１０に接続したアナログ無線周波インタフェース１１、アナログ無線周波インタフェース１１に接続したデジタル制御ユニット１２、デジタル制御ユニット１２に接続したメモリ１３を有する。メモリ１３は、ＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリであるため、ＲＦＩＤタグ２がスイッチオフのとき、例えばＲＦＩＤリーダ１の通信範囲を離れたためＲＦＩＤリーダ１によってそれ以上付勢されないときであっても、ＲＦＩＤリーダ１との通信中にメモリ１３に書き込まれたデータは記憶され続ける。メモリ１３は、さらに、デジタル制御ユニット１２を動作させるためのプログラムコード、および固有の識別番号を有する。アンテナ１０は、電磁信号ＳＳをＲＦＩＤリーダ１から受信して、アナログ無線周波インタフェース１１に送り渡す。概して、アナログ無線周波インタフェース１１は、整流器ＲＦＣＴ、およびキャパシタなどの集積化したエネルギー蓄積素子を備えた電圧調整器ＶＲＥＧを有し、受信した電磁信号ＳＳからデジタル制御ユニット１２およびメモリ１３に必要な動作電圧ＶＤＤを引き出す。さらに、アナログ無線周波インタフェース１１は、復調装置ＤＥＭＯＤを有し、データＤＩＮを電磁信号ＳＳから抽出し、またデジタル制御ユニット１２に送り渡す。デジタル制御ユニット１２は、受信データＤＩＮを処理して、出力データＤＯＵＴを生成し、この出力データＤＯＵＴをアナログ無線周波インタフェース１１にそれらを渡すことによって、ＲＦＩＤリーダ１に応答する。アナログ無線周波インタフェース１１は、出力データＤＯＵＴを変調する変調装置ＭＯＤを有し、アンテナ１０を介して後方散乱信号ＢＳとしての変調信号を送信する。
【００３５】
これまで説明したＲＦＩＤリーダおよびＲＦＩＤタグは、当業界において既知である。以下に、リーダ１とタグ２との間における高度に安全な無線通信を提供するこれら装置の本発明による例示的な実施形態を説明する。図１およびタイミングチャートを示す図２につき、本発明による、リーダとタグとの間における安全な双方向通信リンクを確立する方法を説明する。
【００３６】
本発明による方法の開始時に、リーダは、電気エネルギーによりタグ２を付勢できる電磁信号ＳＳをスイッチオンする、または命令ＩＮＳＴもしくは第１データＤＩをタグ２に送信する、のいずれかによりスタートする。命令ＩＮＳＴは、一般的な命令、または後にリーダ１からタグ２に送らなければならない機密データを暗号化するための鍵としてリーダ１が使用すべき乱数ＲＮを送信するようタグ２に要求（リクエスト）する、特別な命令ＲＮＲＥＱとすることができる。タグ２は、乱数ＲＮを自律的に生成する疑似乱数生成器１４を備える。タグ２は、さらに、乱数ＲＮをランダム時限ｔｘに変換するランダム時限生成器１５を有し、この変換は、例えば、乱数ＲＮを所定時間単位ＴＵで乗算する、または乱数と対応するランダム時限の対に関するリストを含むテーブル１６で検索することにより行う。疑似乱数生成器１４およびランダム時限生成器１５は、デジタル制御ユニット１２により制御する、またはデジタル制御ユニット１２の一部をなすものとすることができる。デジタル制御ユニット１２は、カウンタ２１のような時間遅延手段を有する。命令ＩＮＳＴまたはＲＮＲＥＱまたは第１データＤ１をリーダ１から受信するとき、デジタル制御ユニット１２は算出したランダム時限（time period）ｔｘをデジタル値としてカウンタ２１にロードし、カウンタ２１は所定のカウント周波数で、ロードしたランダム時限ｔｘからゼロまでカウントダウンする。ゼロに達するとき、カウンタ２１は応答ＲＥＳＰをリーダ１に送信する。命令ＩＮＳＴまたはＲＮＲＥＱまたは第１データＤＩをタグ２が受信した時間に関して、応答ＲＥＳＰはランダム時限ｔｘと、ランダム時限を生成するのに必要な既知の内部処理時間をプラスした時間だけ遅延する。所定のカウント周波数（時間単位ＴＵの逆数に対応する）を用いてゼロまでカウントダウンすることで自動的にランダム時限ｔｘを生ずる場合は、直接乱数ＲＮをロードすることで、カウンタ２１をランダム時限生成器１５で代替できることに留意されたい。
【００３７】
上述の実施形態の変更例においては、タグ２はリーダ１から命令を受信するまで待機せず、リーダ１が送信した電磁信号ＳＳにより付勢されたら即座に乱数ＲＮ、および乱数から得られるランダム時限ｔｘの計算をスタートする。タグ２のこの変更例において、ランダム時限ｔｘは、タグ２の付勢と応答ＲＥＳＰの送信との間における時間的期間である。
【００３８】
生成した乱数ＲＮは、一回限り用いられる、すなわちワンタイムパッドで使われるのが望ましい。これは、下記のいずれかの方法で達成できる。
ａ）最新の乱数で前回使用の乱数ＲＮを置き換え、継続的に乱数ＲＮを生成する、または
ｂ）データＤ１もしくは命令ＩＮＳＴを受信する度毎に、１個の乱数ＲＮを生成する、または
ｃ）特別な命令ＲＮＲＥＱを受信する場合のみ乱数ＲＮを生成する。
【００３９】
リーダ１は、電磁信号ＳＳがスイッチオンされる瞬間、または命令ＩＮＳＴ、ＲＮＲＥＱもしくは第１データＤＩがタグ２に送信される瞬間、のいずれかでトリガされる、時間測定手段１８（例えばカウンタ）を有する。時間測定手段１８は、タグ２から応答ＲＥＳＰを受信するときに停止し、また電磁信号ＳＳがスイッチオンされたときから、または命令ＩＮＳＴ、ＲＮＲＥＱもしくは第１データＤ１を送信したときから経過した時間的間隔を読み出す。この読み出した時間は、基本的にはランダム時限ｔｘに対応する。ランダム時限ｔｘは、つぎに、例えばランダム時限ｔｘを所定時間単位ＴＵで除算するといった再変換手段１９により、またはランダム時限ｔｘと対応する乱数ＲＮを含み、タグ２で用いたものと同様のテーブル１６中の乱数ＲＮを検索することで、乱数ＲＮに再変換する。
【００４０】
時間測定手段１８は、カウンタとして構成するとき、カウント周波数が時間単位ＴＵの逆数であるならば、再変換手段としても付加的に機能することができることに留意されたい。この条件が満たされる場合、カウント結果は乱数ＲＮとなる。
【００４１】
リーダ１における他の動作のために、乱数ＲＮを、第２データＤ２を暗号化する鍵として用いる。暗号化を遂行するために、リーダ１は暗号化手段２０を有し、この暗号化手段２０に乱数ＲＮおよび第２データＤ２の双方を供給する。第２データＤ２は、例えば排他的論理和（ＥＸＯＲ）演算により、鍵を用いて暗号化データＥＤに暗号化する。この排他的論理和（ＥＸＯＲ）演算を、以下の表に示す８ビットワードの例によって説明する。
【表１】
2009540448.tif 000003
【００４２】
本発明のこの実施形態において、時間測定手段１８、再変換手段１９および暗号化手段２０を、制御手段３によって制御する、またはこれら手段が制御手段３の一部をなすものとすることができる。
【００４３】
暗号化データＥＤをタグ２に発信する。タグ２は、受信した暗号化データＥＤから第２データＤ２を抽出する復号化（解読）手段１７を有し、この復号化には、乱数ＲＮ（タグ２が生成したためタグ２は乱数ＲＮを知っている）を使用し、またリーダの暗号化手段２０における演算に対応する演算を適用する。これは例えば以下の表に示すＥＸＯＲ演算である。すなわち、
【表２】
2009540448.tif 000004
【００４４】
レシーバ２２をフォワードリンクＦＬおよびリターンリンクＲＬの範囲に設置する盗聴者は、第２データＤ２を受信することができるが、暗号化した方法で送信されているため傍受することはできず、また命令ＩＮＳＴまたはＲＮＲＥＱまたは第１データＤＩの送信と、応答ＲＥＳＰの送信との間におけるランダム時限ｔｘを測定することもできない。上述したように、この理由は、フォワードリンクＦＬおよびリターンリンクＲＬにおける信号強度に、１００ｄＢ以上の大きな差があるためであり、この差により、レシーバ２２が受信した信号に、必然的に信号ひずみが生じ、この信号ひずみによって盗聴者が正確な時間測定を実行できなくするからである。
【００４５】
本発明は受動（パッシブ）タグに限定するものではなく、同様な利点は電池支援タグにも適用できることを理解されたい。
【００４６】
最後に、上述の実施態様は本発明を限定するものではなく、例示するものであり、当業者は添付の特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、多くの他の実施例を実施することが可能である点に留意されたい。特許請求の範囲において、括弧で括られる任意の参照符号は、請求項を限定するものとして解釈すべきでない。動詞「有する」「備える」およびその活用形は、任意の請求項または明細書において定められた以外の要素やステップの存在を除外するものではない。単数形の要素の言及は、複数形の該当要素の言及を除外するものではなく、その逆もまた真である。いくつかの手段を列挙している装置請求項において、これらの手段の一部はソフトウェアやハードウェアの単一かつ同一要素によって実現することができる。一部の手段が相互に異なる従属請求項において詳述されるからといって、これらの手段の組み合わせが有効に利用されないということは意味しない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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