(57)【要約】  第１の端末から第２の端末へメッセージをセキュアに通信する方法は、長さＬを有するランダムビット列を含むキーパッドを生成するステップと、第１の端末でメッセージを、キーパッドにおけるオフセットＯから始まるビット列を用いて暗号化するステップと、暗号化されたメッセージ及びオフセットＯのインジケータを第２の端末へ送信するステップとを含む。通信端末は、コントローラと、位置に制限のある通信チャネルを確立するように構成された通信モジュールと、長さＬを有するランダムビット列を含むキーパッドを保存し、出力メッセージをキーパッドを用いて暗号化し、入来メッセージをキーパッドを用いて復号化するように構成された暗号化ユニットを含む。
2009510902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端末から第２の端末へメッセージをセキュアに通信するための方法であって、
長さＬを有するランダムビット列を有するキーパッドを生成するステップと、
前記第１の端末において、前記キーパッド内のオフセットＯから始まるビット列を用いて前記メッセージを暗号化するステップと、
前記暗号化されたメッセージと前記オフセットＯのインジケータを前記第２の端末へ送信するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
さらに、前記第１の端末と前記第２の端末との間でセキュアなチャネルを確立するステップと、前記キーパッドを前記セキュアなチャネル上で前記第１の端末から前記第２の端末へ送信するステップとを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記セキュアなチャネルを確立するステップは、前記第１の端末及び前記第２の端末の間で、位置に制限のあるチャネルを確立するステップを含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第１の端末と前記第２の端末との間で前記位置に制限のあるチャネルを確立するステップは、赤外線通信チャネル、直接ケーブル接続又はブルートゥース通信チャネルを、前記第１の端末と前記第２の端末との間で確立するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記セキュアなチャネルを確立するステップは、前記第１の端末及び前記第２の端末の間で、鍵暗号化されたチャネルを確立するステップを含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記第１の端末と前記第２の端末との間で鍵暗号化されたチャネルを確立するステップは、予め保存されたキーパッドから得られる秘密鍵を用いて、秘密鍵暗号化された通信チャネルを前記第１の端末と前記第２の端末との間で確立するステップを含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記鍵暗号化されたチャネルを確立するステップは、前記第１の端末及び前記第２の端末の間で、公開鍵暗号化されたチャネルを確立するステップを含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記第１の端末で前記メッセージを暗号化するステップは、前記メッセージ中の複数のビットと、前記キーパッド中の前記ビット列との排他的論理和演算を実行するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
さらに、前記排他的論理和演算に用いられたビットの数に等しい数だけオフセットカウンタを進めるステップを有することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記オフセットＯの前記インジケータが前記オフセットＯであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記オフセットＯの前記インジケータがインデックス番号であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記オフセットＯの前記インジケータを暗号化するステップをさらに含み、
前記暗号化されたメッセージと前記オフセットＯとを送信するステップが、前記暗号化されたメッセージと前記オフセットＯの前記暗号化されたインジケータとを送信するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
さらに、前記キーパッドからキーダイジェストを生成するステップと、前記キーダイジェストを前記暗号化されたメッセージとともに前記第２の端末へ送信するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記キーパッドを生成するステップが、ランダムノイズ源をサンプリングするステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記ランダムノイズ源は信号が存在しないチャネルに同調した無線受信機を含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記無線受信機の出力を、前記受信機の通過帯域を反転した周波数応答を有するフィルタを用いてフィルタリングし、フィルタリングされたノイズ信号を生成するステップと、
前記フィルタリングされたノイズ信号をサンプリングするステップとをさらに有することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記暗号化されたメッセージを送信した後にオフセットカウンタを増加させるステップと、
未使用のキーパッドの量を判別するために前記オフセットカウンタをチェックするステップと、
前記未使用のキーパッドの量が予め定められた閾値未満であることに応答して新たなキーパッドを生成するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
キーパッドの生成に先立ち、前記第１の端末のユーザを認証するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記生成されたキーパッドを前記第１の端末及び前記第２の端末と関連付けるステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２０】
前記キーパッドを生成するステップが、鍵サーバにおいてキーパッドを生成するステップを有し、前記方法が、前記キーパッドを前記鍵サーバから前記第１及び第２の端末に送信するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の端末において検証データを算出するステップと、
前記検証データを前記暗号化されたメッセージと共に前記第２の端末へ送信するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２２】
前記検証データが、メッセージ認証コード、ＣＲＣ又はチェックサムを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記キーパッドの前記長さが少なくとも１０００ビットであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２４】
前記キーパッドの前記長さが少なくとも１，０００，０００ビットであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２５】
通信端末であって、
コントローラと、
前記コントローラの制御に従って動作し、位置に制限のある通信チャネルを確立するように構成された通信モジュールと、
前記コントローラの制御に従って動作し、キーパッドを保存するように構成された暗号化メモリと、出力メッセージを前記キーパッドを用いて暗号化するように構成された暗号化器と、入来メッセージを前記キーパッドを用いて復号化するように構成された復号化器とを含む暗号化ユニットと、
を含むことを特徴とする通信端末。
【請求項２６】
ランダムデータ源をサンプリングして前記キーパッドを生成するように構成されることを特徴とする請求項２５記載の通信端末。
【請求項２７】
前記暗号化メモリが、前記コントローラによってアドレス指定不能であることを特徴とする請求項２５記載の通信端末。
【請求項２８】
前記通信モジュールは、赤外線コネクション、ブルートゥースコネクション及び／又は直接ケーブル接続を前記第２の端末と確立するように構成されることを特徴とする請求項２５記載の通信端末。
【請求項２９】
通信システムであって、
長さＬを有するランダムビット列を含むキーパッドを生成し、セキュアなチャネルを確立し、前記キーパッドを前記セキュアなチャネル上で送信するように構成された第１の端末と、
前記セキュアなチャネルを前記第１の端末と確立し、前記キーパッドを前記セキュアなチャネル上で受信するように構成された第２の端末とを含み、
前記第１の端末はさらに、前記キーパッド中のオフセットＯから始まるビット列を用いてメッセージを暗号化し、前記暗号化されたメッセージと前記オフセットＯのインジケータを、物理的にセキュアでないチャネル上で前記第２の端末へ送信するように構成されることを特徴とする通信システム。
【請求項３０】
第１の端末から第２の端末へメッセージをセキュアに通信するための方法であって、
ランダムノイズ源をサンプリングし、ランダムビット列を含む鍵を生成するステップと、
前記第１の端末で前記鍵を用いて前記メッセージを暗号化するステップと、
前記暗号化されたメッセージを前記第２の端末へ送信するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
前記ランダムノイズ源は信号が存在しないチャネルに同調した無線受信機を含むことを特徴とする請求項３０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信方法及び装置に関し、特にはデータ暗号化を用いる通信方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器間の無線通信は、様々な通信媒体、通信システム及び通信規格を用いて実現されるであろう。例えば、携帯電話のような小型電子機器は通常、アナログ及び／又はデジタル無線周波数（ＲＦ）電話システムを介して通信するように構成されている。このような機器はさらに、有線及び／又は無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ブルートゥースＲＦ通信チャネル及び／又は赤外線通信チャネルのような短距離通信チャネル、及び／又は衛星通信システムのような長距離通信システムを用いて通信するようにも構成されうる。
【０００３】
無線通信システムは、加入者に音声及びデータ通信を提供するために一般的に用いられている。例えば、ＡＭＰＳ、ＥＴＡＣＳ、ＮＭＴ−４５０及びＮＭＴ−９００等のアナログセルラ無線電話システムが、長期にわたり成功裏に世界中に布設されてきた。また、北米標準ＩＳ−５４及び欧州標準ＧＳＭ等に準拠したデジタルセルラ無線電話システムが、１９９０年代初頭からサービスを開始している。より近年では、ＩＳ−１３６やＩＳ−９５といった標準に準拠する高度デジタルセルラシステム、ＤＥＤＴ(Digital Enhanced Cordless Telephone)のような省電力システム及び、ＣＤＰＤ(Cellular Digital Packet Data)のようなデータ通信サービスを含む、広くＰＣＳ(Personal Communications Services)と呼ばれる多種多様な無線デジタルサービスが導入されてきている。これら及び他のシステムは、Gibson編、移動体通信ハンドブック(The Mobile Communications Handbook)、１９９６年CRC Press発行、に説明されている。
【０００４】
無線システムのユーザに無線サービスを提供するため、いくつかの形式のアクセス技術が従来用いられている。伝統的なアナログセルラシステムは、通信チャネルの生成に、しばしば周波数分割多元アクセス（ＦＤＭＡ）と呼ばれるシステムを一般的に用いている。このシステムでは、セルラ端末が、チャネルとして機能する個別の周波数帯上でセルラ基地局と通信する。通常、システム容量を増加させるため、これら周波数帯は地理的に分離された複数のセルにおいて再利用される。現代のデジタル無線システムは、スペクトル効率を向上させるため、時分割多元アクセス（ＴＤＭＡ）及び／又は符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）のような別の多元アクセス技術を一般的に用いている。ＧＳＭ又はＩＳ−１３６標準に準拠するようなＴＤＭＡシステムにおいて、複数のチャネルが１つのキャリア上に多重化できるよう、複数のキャリアは連続する複数のタイムスロットに分割され、これら複数のタイムスロットが複数のチャネルに割り当てられる。ＩＳ−９５標準に準拠するようなＣＤＭＡシステムは、データ変調されたキャリア信号を固有の拡散符号（すなわち、元の、データ変調されたキャリア信号を、通信システムが動作する周波数スペクトルの広範囲に渡って拡散する符号）で変調することによってチャネルが規定される”スペクトル拡散”技術を用いることで、より多くのチャネル容量を実現している。
【０００５】
いかなる通信システムにおいても、ユーザは、意図しない第三者に読まれたり改ざんされたりすることなしに、意図するユーザへメッセージを送信することを望むであろう。一部の通信媒体は本質的に他の通信媒体よりもセキュアである。例えば、送信者及び受信者の制御下にない通信媒体は、その通信媒体上で送信される通信を第三者が傍受できるので、物理的にセキュアでないと見なすことができる。そのような物理的にセキュアでない通信媒体の例は、ＲＦ及び他の無指向性(non-directional)無線通信システムである。そのようなシステムにおいて、送信機の通信範囲内にアンテナを有する盗聴者は、送信者に盗聴を気付かれることなく、他の受信機へ宛てられたメッセージを傍受することができる。インターネット上で送信されるメッセージは制御下にないネットワークノードを経由しうるため、そのノードにアクセス可能な誰からも見ることが可能であり、従ってインターネットもまた物理的にセキュアでない通信システムの例である。
【０００６】
このようなシステムの制限を打開するため、もしメッセージが第三者に傍受されたとしてもその内容が第三者に理解できないように、（例えば秘密鍵を用いて）メッセージを暗号化及び復号化することが知られている。メッセージの送信者及び受信者の両者が知る秘密鍵は、一般に”対称”鍵と呼ばれる。対称鍵暗号化システムはまた、”プライベート鍵”暗号化システムとも呼ばれる。
【０００７】
秘密鍵暗号化システムとは対照的に、公開鍵（又は”非対称鍵”）暗号化システムは、データ暗号化に公開鍵を用い、暗号化データの復号化には、表向きは暗号化データの受信者のみが知る秘密鍵を用いる。公開鍵暗号化システムにおいて、公開鍵を用いて暗号化されたデータは、対応する秘密鍵を用いてのみ復号化することが可能であるのが一般的である。同様に、秘密鍵を用いて暗号化されたデータは、対応する公開鍵を用いてのみ復号化することができる。このような特徴は認証目的、例えば電子署名に広く用いられている。
【０００８】
公開鍵暗号化アルゴリズムを含む複数の鍵暗号化アルゴリズムが開発されてきた。潜在的に有用であるけれども、これらのアルゴリズムは悪意ある第三者による攻撃対象となるであろう。さらに、公開鍵暗号化アルゴリズムは計算コストが高くなりうる上、共用公開鍵の信憑性を保証するため、第三者証明機関の関与を必要としうる。
【０００９】
上述した、物理的にセキュアでない通信媒体と対照的に、本質的に物理的にセキュアであろう通信チャネルも存在する。例えば、通信媒体へのアクセスが物理的にセキュアなポイントツーポイントチャネルにおいて、望ましくない傍受のさしたるリスク無しに、クリアテキストでメッセージをやりとりすることができる。しかし、そのようなシステムは、無線ＲＦネットワーク及び／又はインターネットのような広範囲に分散したネットワークを通じた通信が有するような柔軟性を本質的に持たないので、このようなシステムの排他的な利用はひどく窮屈なものである。多くの場合、特に移動環境においては、ユーザは少なくとも部分的には物理的にセキュアでない通信チャネルを用いてメッセージを送信することを望むであろう。さらに、データ暗号化を用いるとしても、提供される暗号化レベルにより、得られる実効的なセキュリティレベルもまた変化することが理解されよう。例えば、ある暗号化プロトコルは長い鍵（例えば１２８ビット）を用い、他のプロトコルは短い鍵（例えば６４ビット）を用いるかもしれない。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る、第１の端末から第２の端末へメッセージをセキュアに通信する方法は、長さＬを有するランダムビット列(random sequence of bit)を含むキーパッドを生成するステップと、前記第１の端末で前記メッセージを、前記キーパッドにおけるオフセットＯから始まるビット列(bit string)を用いて暗号化するステップと、前記暗号化されたメッセージ及び前記オフセットＯのインジケータを前記第２の端末へ送信するステップとを含む。
【００１１】
前記キーパッドを前記第２の端末へ提供するステップは、前記第１の端末と前記第２の端末との間でセキュアなチャネルを確立するステップと、前記キーパッドを前記セキュアなチャネル上で前記第１の端末から前記第２の端末へ送信するステップとを含みうる。
【００１２】
前記セキュアなチャネルを確立するステップは、前記第１の端末及び前記第２の端末の間で、位置に制限のあるチャネル(location-limited channel)を確立するステップを含みうる。前記第１の端末と前記第２の端末との間で位置に制限のあるチャネルを確立するステップは、赤外線通信チャネル、直接ケーブル接続又はブルートゥース通信チャネルを、前記第１の端末と前記第２の端末との間で確立するステップを含みうる。
【００１３】
前記セキュアなチャネルを確立するステップは、前記第１の端末及び前記第２の端末の間で、鍵暗号化されたチャネルを確立するステップを含みうる。前記第１の端末と前記第２の端末との間で鍵暗号化されたチャネルを確立するステップは、予め保存されたキーパッドから得られる秘密鍵を用いて、秘密鍵で暗号化された通信チャネルを前記第１の端末と前記第２の端末との間で確立するステップを含みうる。鍵暗号化されたチャネルを確立するステップは、前記第１の端末及び前記第２の端末の間で公開鍵暗号化された通信チャネルを確立するステップを含みうる。
【００１４】
前記第１の端末で前記メッセージを暗号化するステップは、前記メッセージ中の複数のビットと、前記キーパッド中のビット列との間の排他的論理和演算を実行するステップを含みうる。
【００１５】
本発明の実施形態に係る一方法は、さらに、前記排他的論理和演算に用いられたビットの数に等しい数だけオフセットカウンタを進めるステップを有する。
【００１６】
ある特定の実施形態において、前記オフセットＯの前記インジケータは前記オフセットＯであっても、インデックス番号であってもよい。
【００１７】
本発明の実施形態に係る方法は、さらに、オフセットＯのインジケータを暗号化するステップを含みうる。同様に、前記暗号化されたメッセージ及び前記オフセットＯの前記インジケータを送信するステップは、前記暗号化されたメッセージ及び前記オフセットＯの前記暗号化されたインジケータを送信するステップを含みうる。
【００１８】
本発明の実施形態に係る方法は、さらに、前記キーパッドからキーダイジェスト(key digest)を生成するステップと、前記鍵要約を前記暗号化されたメッセージとともに前記第２の端末へ送信するステップを含みうる。
【００１９】
前記キーパッドを生成するステップは、ランダムノイズ源をサンプリングするステップを含みうる。ある特定の実施形態において、前記ランダムノイズ源は信号が存在しないチャネルに同調した無線受信機を含みうる。本発明の実施形態に係る方法において、前記無線受信機の出力は、フィルタリングされたノイズ信号を生成するため、前記受信機の通過帯域を反転した周波数応答を有するフィルタを用いてフィルタリングされる。フィルタリングされたノイズ信号はランダムデータ列を生成するためにサンプリングされうる。
【００２０】
本発明の実施形態に係る方法は、さらに、前記暗号化されたメッセージを送信した後にオフセットカウンタを増加させるステップと、前記オフセットカウンタをチェックし、未使用のキーパッドの量を判定するステップと、前記未使用のキーパッドの量が予め定めた閾値を下回ったことに応じて新たなキーパッドを生成するステップとを含みうる。前記第１の端末のユーザはキーパッドを生成する前に認証されていても良い。
【００２１】
本発明の実施形態に係る方法はさらに、前記生成されたキーパッドを前記第１の端末及び前記第２の端末と関連付けるステップを含みうる。
【００２２】
キーパッドを生成するステップは、キーパッドを鍵サーバで生成するステップを含みうる。同様に、方法は前記キーパッドを前記鍵サーバから前記第１の端末及び前記第２の端末へ送信するステップを含みうる。
【００２３】
本発明の実施形態に係る方法はさらに、前記第１の端末において検証データを算出するステップと、前記検証データを前記暗号化されたメッセージとともに前記第２の端末へ送信するステップを含みうる。前記検証データはメッセージ認証コード、ＣＲＣ又はチェックサムを含みうる。
【００２４】
本発明の実施形態において、前記キーパッドの長さは少なくとも１０００ビットであってよい。本発明のある特定の実施形態において、前記キーパッドの長さは少なくとも１，０００，０００ビットであってよい。
【００２５】
本発明の実施形態に係る通信端末は、コントローラと、前記コントローラの制御に従って動作し、位置に制限のある通信チャネルを確立するように構成された通信モジュールと、前記コントローラの制御に従って動作し、キーパッドを保存するように構成された暗号化メモリと、出力メッセージを前記キーパッドを用いて暗号化するように構成された暗号化器と、入来メッセージを前記キーパッドを用いて復号化するように構成された復号化器とを含む暗号化ユニットを含む。
【００２６】
前記端末はランダムデータ源をサンプリングして前記キーパッドを生成するように構成されうる。前記通信モジュールは、赤外線コネクション、ブルートゥースコネクション及び／又は直接ケーブル接続を前記第２の端末と確立するように構成されうる。本発明の実施形態において、前記暗号化メモリは前記コントローラからアドレス指定できないものであってよい。
【００２７】
本発明の実施形態に係る通信システムは、長さＬを有するランダムビット列を含むキーパッドを生成し、セキュアなチャネルを確立し、前記キーパッドを前記セキュアなチャネル上で送信するように構成された第１の端末と、前記セキュアなチャネルを前記第１の端末と確立し、前記キーパッドを前記セキュアなチャネル上で受信するように構成された第２の端末とを含む。前記第１の端末はさらに、前記キーパッド中のオフセットＯから始まるビット列を用いてメッセージを暗号化し、前記暗号化されたメッセージと前記オフセットＯのインジケータを、物理的にセキュアでないチャネル上で前記第２の端末へ送信するように構成されうる。
【００２８】
本発明の実施形態に係る、第１の端末から第２の端末へメッセージをセキュアに通信する方法は、ランダムノイズ源をサンプリングし、ランダムビット列を含む鍵を生成するステップと、前記第１の端末で前記鍵を用いて前記メッセージを暗号化するステップと、前記暗号化されたメッセージを前記第２の端末へ送信するステップとを含む。前記ランダムノイズ源は信号が存在しないチャネルに同調した無線受信機を含みうる。
【００２９】
添付図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれると共に統合され、かつ本出願の一部を構成し、本発明の所定の１つ以上の実施形態を図示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。しかしながら、本発明はここで説明する実施形態に限定解釈されるべきではない。むしろ、これら実施形態は本明細書の開示が十分且つ完全となるように、そして本発明の範囲を本技術分野の当業者に十分伝えるように提供されるものである。図面を通じて同様の数字は同様の要素を示す。本明細書において、”備える”及び”含む”という語は制約がなく、説明されない要素、ステップ及び／又は機能を排除することなく、説明される要素、ステップ及び／又は機能の１つ以上を含む。本明細書において、”及び／又は”という語は、１つ又は複数の関連する記載項目の任意かつ全ての組み合わせを含むものとして使用される。
【００３１】
以下、本発明のいくつかの実施形態について、方法及び無線端末のブロック図及び／又は動作説明図を参照して説明する。なお、ブロック図及び／又は動作説明図の各ブロック及び、ブロック図及び／又は動作説明図におけるブロックの組み合わせは、無線周波数、アナログ及び／又はデジタルハードウェア，及び／又はプログラム命令によって実施可能であることを理解されたい。これらプログラム命令は汎用コンピュータ、特定用途向けコンピュータ、ＡＳＩＣ、及び／又はプログラム可能な他のデータ処理装置の１つ以上を含みうるコントローラに与えられることができ、これらの命令は、コントローラ及び／又は他のプログラム可能なデータ処理装置を介して、ブロック図及び／又は１つ以上の動作ブロックに記載される機能／動作を実行するための手段を生成する。ある代替実施形態において、複数のブロックに記載されている機能／動作は、動作説明図とは異なる順序に発生しうる。例えば、連続して記載された２つのブロックは、関連する機能／動作に応じ、実質的に同時に実行されたり、逆の順序で実行されたりすることがありうる。
【００３２】
本明細書における「通信端末」（又は単に「端末」）は、公衆交換電話網(PSTN)、デジタル加入者線(DSL)、デジタルケーブル、直接ケーブル接続及び／又は他のデータ接続／ネットワークのような有線接続、及び／又は無線接続を介して、例えばセルラネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)及び／又は他の通信端末と通信信号を送受信するように構成された端末を含むが、それに限定されない。無線インタフェースを通じて通信するように構成された通信端末を、本明細書では、「無線通信端末」及び／又は「無線端末」と呼ぶ。無線端末の非限定的な例としては、携帯電話機、携帯情報端末(PDA)、ポケットベル、及び／又は、無線通信インタフェースを通じてデータ通信するように構成されたコンピュータを含む。無線通信インタフェースは、セルラ電話機インタフェース、ブルートゥースインタフェース、無線ローカルエリアネットワークインタフェース（例えば802.11）、他のＲＦ通信インタフェース及び／又は光学／赤外線通信インタフェースを含みうる。
【００３３】
図１は、直接無線通信インタフェース１０６上で、１つ又は複数のセルラ基地局１１０ａ−ｂを通じて別の無線通信インタフェース１０８上で、及び／又は無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）アクセスポイント１１４を通じてさらに別の無線通信インタフェース１１２上で、互いにデータを通信するように構成された２つの通信端末１０２，１０４を含む、無線通信システム１００の模式的なブロック図である。直接無線通信インタフェース１０６は、ブルートゥースインタフェースのようなＲＦ無線通信インタフェース又は、例えばＩＲＤＡ(Infrared Data Association)プロトコルによって規定される赤外線通信インタフェースのような赤外線通信インタフェースを含みうる。ＩＲＤＡは赤外線無線データ通信用の規格を、最高16Mb/sまでのデータレートで赤外線無線通信するための規格を含め、複数規定している。通信端末１０２，１０４の１つ又は複数が携帯電話機、ＰＤＡ及びそれに似たハンドヘルド無線通信端末を含みうることは理解されよう。あるいは、又はさらに、端末１０２，１０４の１つ又は複数は、例えばベンダ所在地において維持される公衆電話ボックス(kiosk)又はサーバのような固定端末であってよい。例えば、ある実施形態において、端末１０２，１０４の１つは銀行又は小売店の公衆電話ボックスであってよい。
【００３４】
図１にさらに示すように、端末１０２，１０４はディスプレイ１２０，ユーザインタフェース１２２，コントローラ１２６，通信モジュール１２８，及び不揮発性メモリ１２５を含みうる。
【００３５】
ユーザインタフェース１２２はキーバッド、キーボード、タッチパッド、ジョグダイヤル及び／又は他のユーザ入力装置を含むことができる。ユーザインタフェース２２はさらに、マイクへの入力音声に応じて音声データストリームを生成するように構成された音声プロセッサに接続されるマイクと、入力音声信号に応答して音声を生成するスピーカを含むことができる。通信モジュール１２８は無線インタフェース１０６，１０８及び／又は１１２の１つ又は複数を通じて他のリモート端末１０２，１０４と通信するように構成される。不揮発性メモリ１２５は、端末１０２，１０４への電源供給が切断されていてもデジタル情報を保存するように構成される。
【００３６】
通信モジュール１２８は例えば、セルラ通信モジュール、ブルートゥースモジュール、赤外線通信モジュール及び／又はＷＬＡＮモジュールを含むことができる。セルラ通信モジュールにより、端末１０２，１０４は、複数の基地局１１０ａ−ｂを介して、（例えば、AMPS(Advanced Mobile Phone Service)、ANSI-110a, GSM (Global Standard for Mobile communication), GPRS (General Packet Radio Service), EDGE (enhanced data rates for GSM evolution), 符号分割多元アクセス(CDMA), 広帯域CDMA, 136, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)のような）１つ又はそれより多いセルラ通信プロトコルを用いて通信することができる。セルラ基地局１１０ａ−ｂは移動電話交換局(MTSO)１１６無線ネットワークに接続されうる。移動電話交換局(MTSO)１１６無線ネットワークはさらに、PSTN１１８及び／又は他のネットワークにも接続される。ブルートゥース又は赤外線モジュールを用い、端末１０２，１０４は、直接インタフェース１０６を通じ、アドホックネットワークを介して通信することができる。ＷＬＡＮモジュールにより、端末１０２，１０４は、802.11a，802.11b，802.11e，802.11g，及び／又は802.11iを非限定的に含みうる通信プロトコルを用いて、ＷＬＡＮルータ１１４を通じて通信することができる。端末１０２，１０４の１つ又は複数は、図１に示すように、ＰＳＴＮ１１８を通じて直接通信するようにも構成されうる。
【００３７】
端末１０２，１０４はデジタルデータ信号を互いに、及び／又は、例えばＭＴＳＯ１１６，ＰＳＴＮ１１８及び／又は他のネットワークを通じて通信可能に接続される他の通信端末と、送信及び／又は受信するようにも構成されうる。しかし、端末１０２，１０４間のデータ通信はＭＴＳＯ１１６又はＰＳＴＮ１１８を用いずに達成されても良いことを理解されたい。
【００３８】
図２Ａを参照すると、端末１０２，１０４間の通信経路１５０，１６０が模式的に示されている。図２Ａに示すように、１つ又は複数の、物理的にセキュアな通信経路１５０を端末１０２，１０４間に確立しても良い。例えば、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)ケーブル、ヌルモデムケーブル又は他の直接有線接続により、端末１０２と端末１０４との間に直接有線リンクを確立しても良い。
【００３９】
ある実施形態において、物理的にセキュアな通信経路１５０は、端末１０２及び端末１０４の間に確立された赤外線通信リンクのような、位置に制限のある無線チャネルによって与えられても良い。これにより、望ましくない第三者が通信を傍受する可能性が大幅に削減されるであろう。加えて、通信端末１０２，１０４の１つは、例えば、端末１０２，１０４間における、物理的にセキュアな、位置に制限のあるリンクの確立を容易にするように設計された公衆電話ボックスを含みうる。例えば、公衆電話ボックスベースの端末は、移動端末が通信中にその中に配置されうる遮蔽された個室(shielded compartment)を含みうる。遮蔽物は、端末の通信中に電話ボックス外でＲＦ及び／又は赤外線信号が検出されることを防止するであろう。
【００４０】
上述の通り、赤外線無線通信リンクは比較的高いデータレート（例えば16Mビット／秒）での送信／受信能力を有する。さらに、赤外線信号は個体を通過することなく、見通し線通信経路(line-of-sight communication pathways)を提供するであろうため、本質的に位置に制限があるものと見なすことができる。従って、赤外線通信は、端末１０２，１０４を物理的に接続する必要無しに、本質的に物理的にセキュアなデータ通信経路１５０を提供することができる。
【００４１】
さらに、端末１０２，１０４の間に１つ又は複数の物理的にセキュアでない通信経路１６０を確立しても良い。上述の通り、少なくとも一部が物理的にセキュアでない通信媒体を通過する通信経路は、その通信媒体上の通信を第三者が傍受しうるため、物理的にセキュアでないと見なすことができる。端末１０２，１０４のユーザは、そのような通信経路上での通信のプライバシーを維持するために、データ暗号化のような技術に依存しても良い。従って、物理的にセキュアでない通信媒体上にプライベートな通信経路を確立可能であることが理解されよう。
【００４２】
図２Ｂに示すように、端末１０２，１０４の各々に対し、鍵サーバ１５５のような第３のノードを用いて物理的にセキュアな通信経路１５０Ａ，１５０Ｂを確立することも可能である。鍵サーバ１５５は、詳細を後述するように、端末１０２，１０４間での鍵情報の交換を容易にするように構成されうる。
【００４３】
図３に示すような場合には、端末１０２，１０４間に物理的にセキュアな経路を確立することが非現実的であるか、不可能であるかもしれない。例えば、端末１０２，１０４が互いに地理的に離れて位置しており、端末１０２，１０４間で、少なくとも部分的に物理的にセキュアでない経路１６０を含む通信経路しか利用できない場合、物理的にセキュアな経路を確立することは不可能であろう。他の場合、物理的にセキュアな経路には物理的な近接性及び／又はインフラストラクチャが必要とされるかもしれないので、端末１０２，１０４間にそのような経路を確立することが単純に不都合であるかも知れない。
【００４４】
第１の端末１０２のユーザは、第２の端末１０４のユーザに、プライベートメッセージを送信することを希望するかもしれない。上述したように、合理的なセキュリティレベルでメッセージの暗号化及び復号化を実現する公開鍵暗号化アルゴリズムが開発されている。そのようなシステムは、ユーザが他の多数のユーザとセキュアに通信する必要がある場合には便利であろう。しかし多くの場合、無線端末のユーザは、例えば親しい友人及び／又は同僚といった、ごく少数の他のユーザとプライベートメッセージの交換を希望するであろう。加えて、ユーザは小売店や金融機関と購買及び／又は銀行取引に関するメッセージのようなプライベートメッセージの送信／受信を希望するであろう。そのような場合、公開鍵暗号化システムの利用に伴う計算時間や費用を削減するため、他のユーザと秘密鍵を交換することが望ましいであろう。しかし、秘密鍵で暗号化された通信は、同じ秘密鍵が複数の連続するメッセージに用いられるとすると、既知平文攻撃のような攻撃の対象となりうる。例えば、暗号化されたデータの一部の実際の内容についての知見を有する攻撃者（又はデータの一部を正しく解き当てた攻撃者）は、暗号化されたデータから暗号鍵を復元することが可能かもしれない。連続的な攻撃のインパクトを弱めるため、相手先と定期的に新しい秘密鍵及び共用鍵を選択することは、ユーザにとって困難及び／又は面倒であろう。
【００４５】
従って、本発明の一実施形態では、比較的長いランダムデータ列Ｓが端末１０２で生成されるか、端末１０２に供給される。ある特定の実施形態において、ランダムデータ列Ｓは端末１０２によって生成されても良い。従って、生成されたデータ列Ｓを端末１０２へ供給するためのステップは必ずしも必要でない。ランダムデータ列Ｓは通常１２８又は２５５ビット鍵よりも十分に長いであろう。例えば、ランダムデータ列Ｓは１０００ビット又はそれより大きな長さを有しうる。ある特定の実施形態において、ランダムデータ列Ｓは１Ｍビット（1,000,000 ビット）又はそれより大きな長さを有しうる。
【００４６】
セキュリティを強化するため、ランダムデータ列Ｓは、例えばシードを用いる一般的な乱数生成アルゴリズムを用いて生成される疑似乱数の代わりに、真のノイズ源から生成されうる。ランダムデータ列は例えば、信号が存在しないチャネル上の、ゲインが非常に高く調整された無線受信器の出力から得ることができる。受信器に存在する熱雑音は一般に白色のガウス雑音であるため、このような構成は、受信器の通過帯域を反転した周波数応答を有するフィルタによって訂正されうる、帯域制限されたノイズ列を生成するであろう。得られる信号は真のランダムデータ列Ｓを与えるためにサンプリングされて良い。
【００４７】
ランダムデータ列Ｓは、両方の端末１０２，１０４が知る共用鍵を構成するよう、第２の端末１０４へも提供される。本発明の一実施形態によれば、ランダムデータ列Ｓは、端末１０２，１０４の間で送信されるメッセージを暗号化／復号化するためのキーパッド（”パッド”）として用いられうる。
【００４８】
第１の端末１０２から第２の端末１０４へメッセージをセキュアに通信するための方法は、長さＬのランダムビット列を生成する（すなわち、キーパッドを生成する）ステップと、このキーパッドを第１の端末１０２及び第２の端末１０４に提供するステップを含む。メッセージは、第１の端末１０２において、キーパッドにおけるオフセットＯで始まり、長さｎを有するビット列を暗号鍵として用いて暗号化される。暗号化されたメッセージは、オフセットＯのインジケータとともに第２の端末１０４へ伝送される。例えば、オフセットＯのインジケータはオフセットＯそのものであっても、オフセットを得ることが可能なインデックス値であってもよい。インデックス値をオフセットの代わりに送信可能かどうかは、以下に詳細を説明するように、使用される暗号化アルゴリズムの形式によるであろう。
【００４９】
メッセージが送信された後、新たなオフセットＯが第１の端末１０２で計算される。その後第１の端末１０２によって送信されるメッセージは、新しいオフセットＯで始まるビット列を用いて暗号化されうる。
【００５０】
キーパッドとして用いるべきランダムデータ列Ｓを生成するステップに付随する動作を図４のフローチャートに示す。図４には、第１の端末１０２及び第２の端末１０４が記載されている。第１の端末１０２及び第２の端末１０４との間でセキュアなデータ通信を提供することが望ましい場合、第１の端末１０２は、上述のように局所雑音源からランダムデータ列を取得することにより、キーパッドを生成することができる。（ブロック２０６）第１の端末１０２はその後、例えば既知のアルゴリズムを用いてキーパッドから生成されたチェックサム又は巡回冗長コード（ＣＲＣ）であってよいメッセージ認証コード（ＭＡＣ）のような検証データを計算することができる。キーパッド（及び必要に応じて検証データも）は、セキュアな送信路を介して第２の端末１０４へ送信される。セキュアな経路は上述したように、位置に制限のある通信チャネルのような物理的にセキュアな通信媒体上で実現しうる。あるいは、物理的にセキュアでない通信媒体上で暗号化を用いてもセキュアな経路を提供可能である。例えば、上述のように、古いキーパッドが新しいキーパッドに置き換えられる際、新しいキーパッドを古いキーパッドで暗号化し、物理的にセキュアでない通信媒体上を送信されうる。そのため、一実施形態において、第１の端末１０２及び第２の端末１０４の間で物理的にセキュアな通信リンクを再確立する必要なしに新しいキーパッドを共用することが可能であろう。
【００５１】
キーパッド及び検証データは第２の端末１０４で受信され、第２の端末１０４は（必要であれば）受信したキーパッドから検証データを再計算し、再計算した検証データを第１の端末１０２から供給された検証データと比較して、第１の端末１０２から供給された検証データをチェックする（ブロック２１０）。計算された検証データが受信した検証データと一致すれば、キーパッドが正しく受信された可能性が高い。その場合、第２の端末１０４は受信確認応答（ＡＣＫ）２１２を第１の端末１０２へ与え、受信したキーパッドを保存する（ブロック２１６）。同様に、第１の端末１０２はＡＣＫ信号を受信すると、キーパッドを保存する（ブロック２１４）。
【００５２】
第１及び第２の端末の間に物理的にセキュアな通信リンクを確立することが不可能な場合、キーパッドは、例えば以前保存したキーパッドを用いて、あるいは公開／秘密鍵暗号化アルゴリズムを用いて暗号化された通信リンク上で交換することができる。暗号化された通信リンク上でキーパッドを交換するいくつかの方法を図５に示す。図５には、第１の端末１０２及び第２の端末１０４が記載されている。第１の端末１０２及び第２の端末１０４の間でセキュアなデータ通信を提供することが望ましい場合、第１の端末１０２は第２の端末１０４の公開鍵を取得することができる（ブロック３０２）。いくつかの場合において、第１の端末１０２は第２の端末１０４の公開鍵を第２の端末１０４から直接取得しても良い。しかし、詐称者のような所定のタイプの攻撃や、介入者攻撃を回避するため、第１の端末１０２は、信用できる証明書発行機関によって発行された証明書を用いて第２の端末１０４の公開鍵を検証しても良い。
【００５３】
第１の端末１０２が第２の端末１０４から公開鍵を取得すると、第１の端末１０２は、上述のように局所雑音源からランダムデータを取得することにより、キーパッドを生成することができる（ブロック３０６）。第１の端末１０２はその後、例えば既知のアルゴリズムを用いてキーパッドから生成されたチェックサム又は巡回冗長コード（ＣＲＣ）であってよいメッセージ認証コード（ＭＡＣ）のような検証データを計算する。そして、鍵及び検証データは第２の端末１０４の公開鍵を用いて暗号化され（ブロック３０８）、第２の端末１０４へ送信される（ブロック３１０）。
【００５４】
キーパッド及び検証データは第２の端末１０４で受信され、第２の端末１０４はキーパッド及び検証データを（必要であれば）自身の秘密鍵を用いて復号化する（ブロック３１２）。そして、第２の端末１０４は受信したキーパッドから検証データを再計算し、再計算した検証データを第１の端末１０２から供給された検証データと比較して、第１の端末１０２から供給された検証データをチェックする（ブロック３１３）。計算された検証データが受信した検証データと一致すれば、キーパッドが正しく受信された可能性が高い。その場合、第２の端末１０４は受信確認応答（ＡＣＫ）３１４を第１の端末１０２へ与え、受信したキーパッドを保存する（ブロック３１８）。同様に、第１の端末１０２はＡＣＫ信号を受信すると、キーパッドを保存する（ブロック３１６）。
【００５５】
以前のキーパッドを置き換えるために新しいキーパッドが生成されている際、公開鍵暗号化を用いる代わりに、以前のキーパッド又はその一部を用いて新しいキーパッドを暗号化しても良い。そうすることで、上述したように、物理的にセキュアなリンクを再確立する必要なく新しいキーパッドを共用することができるであろう。例えば、新しいキーパッドは、古いキーパッドを用いてビット毎に暗号化されても良いし、古いキーパッドから抽出されてもよい比較的長い鍵（例えば１０２４ビット又は２０４８ビット）を対称暗号鍵として用いて新しいキーパッドを暗号化しても良い。これらの場合、キーパッドを新しいキーパッドに更新するために公開暗号鍵を取得したり管理したりする必要はないであろう。
【００５６】
キーパッドの確立に付随して、第１及び第２の端末１０２，１０４は、例えば以下により詳細に説明する方法で用いられるオフセット情報の暗号化に用いることのできる静的鍵Ｋrを確立することができる。静的鍵Ｋrはいくつかの場合、単にキーパッドの最初のｎビットであってよい。その場合、キーパッドから抽出される初期鍵が静的鍵Ｋrを含まないよう、初期オフセットはｎ＋１に設定することができる。第１及び第２の端末１０２，１０４は、静的鍵Ｋrを時々リセットしてもよい。
【００５７】
キーパッドが生成され、第１及び第２の端末１０２，１０４で共用されると、第１及び第２の端末１０２，１０４は共用キーパッドから得られる対称鍵を用い、セキュアでない通信媒体上にセキュアなコネクションを確立することができる。例えば、図６に示すように、第１の端末１０２が暗号化されたメッセージをセキュアでない通信媒体上で第２の端末１０４へ送信したい場合、第１の端末１０２はオフセットＯから始まるキーパッドから得られる鍵を用いてそのメッセージを暗号化することができる。第１の端末１０２はさらに、暗号化されたデータのＣＲＣ又はチェックサムのようなＭＡＣフィールドを生成し、暗号化データ、オフセットＯ、及びＭＡＣフィールドを第２の端末１０４へ送信することができる（ブロック４０２）。
【００５８】
第２の端末１０４は暗号化されたデータ、ＭＡＣフィールド及びオフセットを第１の端末１０２から受信する。第２の端末１０４は、局所的に保存したキーパッドのコピーから、第１の端末１０２によって指定されたオフセットＯに位置する鍵を取得して、データを復号化する。第２の端末１０４はそして、データが送信中に改ざんされたかどうかを判別するため、ＭＡＣフィールドをチェックする。そして第２の端末１０４は、データの暗号化に用いられた鍵に続く、キーパッドの次のビットを指すようにオフセットＯをインクリメントする（ブロック４０８）。同様に、第１の端末１０２は自身のオフセットポインタをインクリメントする（ブロック４０４）。
【００５９】
同様にして、第２の端末１０４が暗号化されたメッセージを第１の端末１０２へ送信したい場合、第２の端末はキーパッドで次に利用可能な鍵を用いてそのメッセージを暗号化し、ＭＡＣを生成し、暗号化されたメッセージ、ＭＡＣ及び、メッセージの暗号化に用いた鍵のオフセットを、第１の端末１０２へ送信する。そして第２の端末１０４は自身のオフセットポインタを、キーパッドにおける次の未使用ビットを指すようにインクリメントする（ブロック４１６）。
【００６０】
第１の端末１０２は暗号化されたメッセージを受信し、第２の端末１０４から与えられたオフセットフィールドに指定されたオフセットに位置する鍵を用いてメッセージを復号化する（ブロック４１２）。第１の端末１０２は、メッセージが改ざんされたかどうかを調べるためにＭＡＣをチェックし、自身のオフセットポインタをインクリメントする（ブロック４１４）。
【００６１】
送信されるメッセージの暗号化及び復号化は、複数の方法で実行することができる。例えば、比較的大きなサイズのキーパッドを考えると、テキストメッセージ、銀行取引指示などのような比較的小さいメッセージが端末間を送信されている場合、例えば排他的論理和演算を行うなどのような、ビット毎のメッセージ暗号化が効率的であろう。すなわち、メッセージの各ビットがキーパッドからのビットと排他的論理和演算され、暗号化ビットが生成される。例えば、第１の端末１０２のオフセットポインタがキーパッドにおけるオフセットＯを示しており、第１の端末１０２がｍビットのメッセージを第２の端末１０４へ送信したいとする。第１の端末１０２はメッセージのｍビットの各々を、キーパッドのビットＯからＯ＋ｍ−１までのビットと排他的論理和演算して、ｍビットの暗号化されたメッセージを生成する。第２の端末１０４で、ｍビットの暗号化されたメッセージはオフセットＯとともに受信される。第２の端末１０４は受信した暗号化されたメッセージを、キーパッドのビットＯからＯ＋ｍ−１までのビットと排他的論理和演算して、元のメッセージを復元する。
【００６２】
そして、次のメッセージが送信される際に暗号鍵がキーパッドのビットＯ＋ｍから始まるよう、第１の端末１０２及び第２の端末１０４のいずれもが、自身のオフセットポインタをＯ＋ｍにインクリメントする。
【００６３】
一実施形態において、キーパッドは固定長秘密暗号鍵源として用いることができる。例えば、ある実施形態において、第１の端末１０２及び第２の端末１０４は、Ｌビットのランダムデータ列Ｓ（すなわち、キーパッド）から抽出されたｎビットの鍵列Ｋを、送信されるデータを例えばＡＥＳ(Advanced Encryption Standard)及び／又はＤＥＳ(Data Encryption Standard)のような周知のデータ暗号化アルゴリズムを用いて暗号化及び復号化するための秘密鍵として用いることができる。このような実施形態において、Ｌビットのランダムデータ列Ｓにおけるｎビット鍵列Ｋの各々は、インデックス番号によって参照されてよく、このインデックス番号は、オフセットＯとは別に、あるいはオフセットＯの代わりに、暗号化データとともに送信されうる。
【００６４】
例えば、図６の実施形態を依然として参照すると、第１の端末１０２はユーザデータを、Ｌビットのランダムデータ列Ｓ内に位置するｎビットの鍵列Ｋ（例えば、列Ki)）を用いて暗号化することができる。暗号化データは、必要であればＭＡＣと、第２の端末１０４がｎビットの鍵列を特定することが可能なオフセット値Ｏ又はインデックス番号ｉとともに第２の端末１０４へ送信される（ブロック４０２）。必要に応じてオフセットＯ又はインデックス番号ｉを用い、第２の端末は局所的に保存されたランダムデータ列Ｓのコピーからｎビット鍵列Kiを読み出し、読み出した鍵を用いて受信データを復号化する（ブロック４０６）。第２の端末１０４は、データが適正に受信されたかどうかを判別するため、ＭＡＣフィールドをチェックする。そして、第１及び第２の端末１０２，１０４はそれぞれ、自身のオフセットポインタを、キーパッド内の次のｎビット鍵列を指すように更新する。
【００６５】
本発明の様々な実施形態にかかるフォーマットを有するメッセージフレームを図７Ａ〜図７Ｃに示す。例えば、図７Ａに示す、第１の端末から第２の端末へ送信されるメッセージのためのメッセージフレーム７００Ａは、図７Ａの実施形態ではクリア（すなわち、暗号化されない）テキストとして送信されるオフセットフィールド７０２Ａを含んでいる。フレーム７００Ａはさらに、データ暗号化に用いられる特定のキーパッドを一意に特定するために用いられるキーダイジェストを含むであろうキーダイジェストフィールド７０４と、上述したようにメッセージの内容が改ざんされていないことを検証するために用いられるであろうＭＡＣフィールド７０６との少なくとも一方を、必要に応じて含む。最後に、フレーム７００Ａはオフセットフィールド７０２Ａで示されるオフセットから始まるキーパッド内の鍵を用いて暗号化されているメッセージを含む。
【００６６】
本発明の別の実施形態にかかるフレーム７００Ｂを図７Ｂに示す。フレーム７００Ｂは、オフセットフィールド７０２Ｂが暗号化されうる点を除き、フレーム７００Ａと同様である。特定の実施形態において、オフセットフィールドは上述した静的暗号鍵Ｋrを用いて暗号化されうる。特に、キーパッドの部分が暗号鍵として再利用されるシステムにおいては、盗聴者がキーパッドのどこかの部分を割り出すことをより困難にするために、オフセット値を暗号化することが望まれるであろう。従って、そのようなフレームを用いる際、受信端末はメッセージを暗号化／復号化するために用いる鍵が位置するオフセットを割り出すため、まずオフセットフィールド７０２Ｂを復号化するであろう。そして、受信端末は適切な鍵を読み出し、メッセージを復号化するであろう。
【００６７】
本発明のさらに別の実施形態にかかるフレーム７００Ｃを図７Ｂに示す。フレーム７００において、暗号化されたメッセージには、メッセージの暗号化に用いられた鍵をキーパッド内で見つけることを可能にするインデックスを含むキーインデックスフィールド７１０のみが付随する。
【００６８】
図８の実施形態に示すように、キーパッドダイジェストは既存の／古いキーパッドを新しいキーパッドで更新する際に用いることができる。キーパッドダイジェストは値であり、例えば、キーパッドを一方向ハッシュアルゴリズムで処理することで生成された、キーパッドを一意に特定可能な値のような値である。従って、端末間で通信するために新しいキーパッドを実装することが望ましい場合、１つの端末が新しいキーパッドを生成し（ブロック８０２）、古いキーパッドのダイジェストを生成又は読み出し（ブロック８０４）、新しいキーパッドと古いキーパッドのダイジェストを第２の端末へ送信する（ブロック８０６）ことができる。第２の端末が古いキーパッドのダイジェストと新しいキーパッドを受信すると、第２の端末は、第１の端末から受信したダイジェストを局所的に保存されているキーパッドのダイジェストと比較して、正当な古いキーパッドが置換されようとしているかどうかを検証することができる。従って、一実施形態において、第２の端末はキーパッドを置換する際に古いキーパッドのコピーを送信する必要がないであろう。キーパッドは非常に長い値であろうから、かなりの送信容量が節約されるであろう。
【００６９】
古いキーパッドを新しいキーパッドで置換するための権限は、古いキーパッドのダイジェストとともに供給されるＰＩＮコードによりさらに確認することができる。一実施形態において、キーパッドの置換を許可するためのＰＩＮコードとして、静的鍵Ｋrを用いることができる。
【００７０】
上述の検討から明らかであろうが、キーパッドが「使い尽くされる」速度は、キーパッドがどのように用いられるかに依存する（ここで用いられるように、キーパッド内のビットは、それが少なくとも１つのメッセージの暗号化に用いられている場合に、「使い尽くされている」）。（例えば、メッセージの各ビットがキーパッドからのビットと排他的論理和されることによりメッセージが暗号化される場合のように）例えば、メッセージと同じ長さを有する鍵の源としてキーパッドが用いられる場合、キーパッド内の１ビットはメッセージの各ビットが送信される毎に使用されるであろう。この場合、キーパッド長がＬ、平均メッセージ長がＭとすると、キーパッドは平均Ｌ／Ｍメッセージ後に使い尽くされることになる。キーパッド長Ｌに対して比較的短いメッセージに対しては、キーパッド全体が使い尽くされる前に多くのメッセージ交換を可能とするであろう。しかし、比較的長いメッセージは、より早くキーパッドを使い尽くすであろう。
【００７１】
キーパッドが長さｎの固定長秘密鍵の源として用いられる実施形態においては、キーパッドが使い尽くされる前にＬ／ｎメッセージを交換可能であろう。例えば、キーパッドの長さが1,000,000ビットであり、各メッセージの暗号化に512ビットの鍵が用いられるとすると、キーパッドが使い尽くされる前に全部で１９５３のメッセージを交換することができるであろう。
【００７２】
一実施形態においては、キーパッドが使い尽くされた場合、通信中の端末はキーパッドの部位を暗号化鍵として再利用して通信を継続することができる。一実施形態において、通信中の端末は、異なるビット列が鍵として用いられるように、異なるオフセット及び／又はインデックスを選択しても良い。
【００７３】
別の実施形態において、通信中の端末は、古いキーパッドが使い尽くされた場合又は使い尽くされそうな場合に、新しいキーパッドを生成し、セキュアな通信経路を用いて交換することができる。例えば、図９の実施形態を参照すると、データをセキュアに送信するための複数の工程９００が示されている。最初に、物理的にセキュアな通信経路が、例えば直接ケーブル接続や赤外線コネクションのような位置に制限のあるコネクションにより確立される（ブロック９０２）。ノイズ源から、Ｌビットのランダムデータ列としてキーパッドが取得される（ブロック９０４）。このキーパッドは、物理的にセキュアな通信経路上で、第１の端末および第２の端末へ送信される（ブロック９０６）。一実施形態において、キーパッドは第１の端末１０２で生成され、第２の端末１０４へ送信されうる。別の実施形態において、キーパッドは鍵サーバ１５５（図２Ｂ参照）で生成され、鍵サーバから第１及び第２の端末へ送信されうる。さらに別の実施形態において、キーパッドは第１の端末１０２で生成され、図２Ｂの鍵サーバを介して第２の端末１０４へ送信されうる。
【００７４】
そして、第１又は第２の端末の一方が、そのキーパッドから取得した鍵を用いてメッセージを暗号化し、暗号化されたメッセージを物理的にセキュアでないリンク（又は、あまりセキュアでないリンク）上で他方の端末へ送信し（ブロック９０８）、自身のオフセットポインタをキーパッド内の未使用鍵の次の位置を指すようにインクリメントする（ブロック９１０）。そして、その端末はキーパッドの残量と予め定められた閾値とを比較する（ブロック９１２）。未使用のキーパッド長が閾値を超えている場合、端末は暗号化されたメッセージの送信を継続する（ブロック９０８）。しかし、未使用のキーパッド長が閾値未満であれば、端末は、例えば通知メッセージ、ビープ音、及び／又は画面アイコンにより、未使用のキーパッド残量が少なくなりつつあることをユーザに通知する（ブロック９１４）。そして端末は、ユーザの承認を待ち（ブロック９１６）、承認が受信されたら、新しいキーパッドを生成して共用する（ブロック９０２−９０６）。
【００７５】
本発明の別の実施形態を図１０に示す。図１０に示す複数の工程１０００は、セキュリティを高めるため、新しいキーパッドが生成される前に端末のユーザが認証される点を除き、図９に示した工程９００と同様である。従って、ユーザは、セキュアなコネクションの確立及び／又は新しいキーパッドの生成（ブロック１００２，１００４）の前に認証される（ブロック１００１）。認証は、例えばパスワードを用いて行うことができる。認証は端末及び／又は鍵サーバによって行うことができる。しかし、一旦ユーザが認証されると、キーパッドが生成され、物理的にセキュアな通信経路上で共用される（ブロック１００２−１００４）。
【００７６】
そして、第１及び第２の端末の１つは、そのキーパッドから得られる鍵を用いてメッセージを暗号化し、暗号化されたメッセージを物理的にセキュアでないリンク上で他の端末へ送信し（ブロック１００８）、自身のオフセットポインタをキーパッド内の未使用鍵の次の位置を指すようにインクリメントする（ブロック１０１０）。そして、その端末は、キーパッドの残量を予め定められた閾値と比較する（ブロック１０１２）。未使用で残っているキーパッドの長さが閾値を超えていれば、それらの端末は暗号化されたメッセージの送信を継続する（ブロック１００８）。しかし、未使用で残っているキーパッドの長さが閾値を下回っていれば、その端末は、例えば通知メッセージ、ビープ音、及び／又は画面アイコンにより、未使用のキーパッド残量が少なくなりつつあることをユーザに通知する（ブロック１０１４）。そして端末は、ユーザの承認を待ち（ブロック１０１６）、承認が受信されたら、ユーザの認証が行われ（ブロック１００１）、新しいキーパッドが生成される（ブロック１００２−１００６）。
【００７７】
本発明の一実施形態において、図１１に示すように、データ暗号化及び復号化は、端末２０２における専用の暗号化ユニット１３２で行うことができる。暗号化ユニット１３２は端末２０２のコントローラ１２６及び／又は通信モジュール１２８と通信するように構成されうる。図１１に示すように、暗号化ユニット１３２は端末２０２の他の構成要素と通信するように構成された暗号化コントローラ１３４と、不揮発性の暗号化メモリ１３６と、暗号化器１３８及び復号化器１４０とを含みうる。特定の実施形態において、端末２０２がキーパッドを保存する場合、キーパッドは暗号化ユニット１３２の暗号化コントローラ１３４に通信され、暗号化コントローラ１３４がキーパッドを不揮発性の暗号化メモリ１３６に保存することができる。一実施形態において、悪意あるコードがキーパッドにアクセスできる可能性を抑制するため、不揮発性メモリをコントローラ１２６からアドレス指定不能とすることができる。暗号化器１３８及び復号化器１４０は不揮発性の暗号化メモリ１３６へアクセス可能であってよく、また、端末２０２から送信される通信又は端末２０２で受信される通信を不揮発性の暗号化メモリ１３６に保存されているキーパッドに基づいて暗号化／復号化するように構成されて良い。
【００７８】
図１−３、１１及び１２のブロックによって示される様々な構成要素は個別の回路として記載されているが、様々なハードウェア及びソフトウェアを用いて実施可能であることが理解されよう。例えば、端末１０２，１０４，２０２の一部は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びゲートアレイのようなプログラマブルロジックデバイスのような特定用途ハードウェア、及び／又はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）のようなコンピュータデバイスで動作するソフトウェア又はファームウェアを用いて実施可能である。端末１０２，１０４，２０２の機能は、１つのＡＳＩＣのような１つのデバイスに統合されうる一方、複数のデバイスに分散されても良いことも理解されたい。暗号化ユニット１３２のような様々な構成要素の機能もまた、コントローラ１２６上で実行するコードとして実施されうるし、またＡＳＩＣ又はＤＳＰのような１つ又は複数のデバイスに組み込まれうる。
【００７９】
図４−７，９及び１０に関して本発明を説明してきた。図４−７，９，及び１０は、本発明の複数の見地に係るグループを対象とした、選択的なメッセージの暗号化及び復号化についての例示的な動作を説明するフローチャートである。図４−７，９及び１０のフローチャートのブロック及び、複数のブロックの組み合わせは、移動端末１０２，１０４，２０２のような通信端末に含まれる電子回路を用いて実施されうることが理解されよう。また、図４−７，９及び１０のフローチャートのブロック及び、複数のブロックの組み合わせは、図１ー３，１１及び１２に示される以外の構成要素を用いて実施されうることも理解されよう。また、図４−７，９及び１０のフローチャートのブロック及び、複数のブロックの組み合わせは、一般に、ディスクリートなアナログ及び／又はデジタル回路や、集積回路又は１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の組み合わせのような、特定用途ハードウェアにおいて実施されうるのみならず、コンピュータ又は他のプログラマブルなデータ処理装置に読み込み可能なコンピュータプログラム命令であり、フローチャートの１つ以上のブロックで特定される機能を実施する手段をコンピュータ又は他のプログラマブルなデータ処理装置で実行させるようなコンピュータプログラム命令によっても実施可能であることもまた理解されよう。コンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラマブルなデータ処理装置で実行すべき一連の動作ステップが、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックに規定される機能を実行するためのステップを提供するような、コンピュータにより実現されるプロセスを生成するように、コンピュータ又は他のプログラマブルなデータ処理装置に読み込まれうる。
【００８０】
従って、図４−７，９及び１０のフローチャートのブロックは、特定される機能を実行するための電子回路及び他の手段のみならず、特定される機能を実行するための工程の組み合わせについてもその裏付けとなる。図４−７，９及び１０のフローチャートの各ブロック及び複数のブロックの組み合わせで裏付けされる回路及び他の手段は、特定用途ハードウェア、専用あるいは汎用データプロセッサ上で動作するソフトウェア又はファームウェア、又はそれらの組み合わせにより実施可能であることが理解されよう。
【００８１】
図面及び明細書において、本発明の実施形態を説明してきた。具体的な単語を用いたけれども、それは総称的かつ説明的な意味合いで用いられたものであり、限定を目的としたものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】、
【図２Ａ】、
【図２Ｂ】、
【図３】本発明の一実施形態に係る、無線通信端末及び／又はセルラ通信システムを示す模式的なブロック図である。
【図４】、
【図５】、
【図６】本発明の一実施形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図７Ａ】、
【図７Ｂ】、
【図７Ｃ】本発明の一実施形態に係るメッセージフレームを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図９】、
【図１０】本発明の一実施形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図１１】、
【図１２】本発明の一実施形態に係る、無線通信端末及びその構成を示す模式的なブロック図である。
【図１】
2009510902.tif 000003
【図２Ａ】
2009510902.tif 000004
【図２Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月7日(2007.12.7)
【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】
第１の端末から第２の端末へメッセージをセキュアに通信するための方法であって、
長さＬを有するランダムビット列を有するキーパッドを生成するステップと、
前記第１の端末と前記第２の端末との間で位置に制限のあるチャネルを確立し、前記キーパッドを前記位置に制限のあるチャネル上で前記第１の端末から前記第２の端末へ送信するステップと、
前記第１の端末において、前記キーパッド内のオフセットＯから始まるビット列を用いて前記メッセージを暗号化するステップと、
前記暗号化されたメッセージと前記オフセットＯのインジケータを前記第２の端末へ送信するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の端末と前記第２の端末との間で前記位置に制限のあるチャネルを確立するステップは、赤外線通信チャネル又はブルートゥース通信チャネルを、前記第１の端末と前記第２の端末との間で確立するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の端末で前記メッセージを暗号化するステップは、前記メッセージ中の複数のビットと、前記キーパッド中の前記ビット列との排他的論理和演算を実行するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記排他的論理和演算に用いられたビットの数に等しい数だけオフセットカウンタを進めるステップを有することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記オフセットＯの前記インジケータが前記オフセットＯであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記オフセットＯの前記インジケータがインデックス番号であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記オフセットＯの前記インジケータを暗号化するステップをさらに含み、
前記暗号化されたメッセージと前記オフセットＯとを送信するステップが、前記暗号化されたメッセージと前記オフセットＯの前記暗号化されたインジケータとを送信するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
さらに、前記キーパッドからキーダイジェストを生成するステップと、前記キーダイジェストを前記暗号化されたメッセージとともに前記第２の端末へ送信するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記キーパッドを生成するステップが、ランダムノイズ源をサンプリングするステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記ランダムノイズ源は信号が存在しないチャネルに同調した無線受信機を含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記無線受信機の出力を、前記受信機の通過帯域を反転した周波数応答を有するフィルタを用いてフィルタリングし、フィルタリングされたノイズ信号を生成するステップと、
前記フィルタリングされたノイズ信号をサンプリングするステップとをさらに有することを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記暗号化されたメッセージを送信した後にオフセットカウンタを増加させるステップと、
未使用のキーパッドの量を判別するために前記オフセットカウンタをチェックするステップと、
前記未使用のキーパッドの量が予め定められた閾値未満であることに応答して新たなキーパッドを生成するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
キーパッドの生成に先立ち、前記第１の端末のユーザを認証するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記生成されたキーパッドを前記第１の端末及び前記第２の端末と関連付けるステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の端末において検証データを算出するステップと、
前記検証データを前記暗号化されたメッセージと共に前記第２の端末へ送信するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記検証データが、メッセージ認証コード、ＣＲＣ又はチェックサムを含むことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記キーパッドの前記長さが少なくとも１０００ビットであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記キーパッドの前記長さが少なくとも１，０００，０００ビットであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１９】
通信端末であって、
コントローラと、
前記コントローラの制御に従って動作し、位置に制限のある通信チャネルを確立するように構成された通信モジュールと、
前記コントローラの制御に従って動作し、キーパッドを保存するように構成された暗号化メモリと、出力メッセージを前記キーパッドを用いて暗号化するように構成された暗号化器と、入来メッセージを前記キーパッドを用いて復号化するように構成された復号化器とを含む暗号化ユニットと、
を含み、
前記通信モジュールが、前記キーパッドを前記位置に制限のある通信チャネル上でリモート端末に送信するように構成されることを特徴とする通信端末。
【請求項２０】
ランダムデータ源をサンプリングして前記キーパッドを生成するように構成されることを特徴とする請求項１９記載の通信端末。
【請求項２１】
前記暗号化メモリが、前記コントローラによってアドレス指定不能であることを特徴とする請求項１９記載の通信端末。
【請求項２２】
前記通信モジュールは、赤外線コネクション、ブルートゥースコネクション及び／又は直接ケーブル接続を前記第２の端末と確立するように構成されることを特徴とする請求項１９記載の通信端末。
【請求項２３】
通信システムであって、
長さＬを有するランダムビット列を含むキーパッドを生成し、位置に制限のあるチャネルを確立し、前記キーパッドを前記位置に制限のあるチャネル上で送信するように構成された第１の端末と、
前記位置に制限のあるチャネルを前記第１の端末と確立し、前記キーパッドを前記位置に制限のあるチャネル上で受信するように構成された第２の端末とを含み、
前記第１の端末はさらに、前記キーパッド中のオフセットＯから始まるビット列を用いてメッセージを暗号化し、前記暗号化されたメッセージと前記オフセットＯのインジケータを、物理的にセキュアでないチャネル上で前記第２の端末へ送信するように構成されることを特徴とする通信システム。
【国際調査報告】
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