(57)【要約】  本発明の暗号情報送信端末は、ネットワーク接続して宛先装置と通信する暗号情報送信端末であって、信号を送受信する通信部と、前記通信部を介して認証サーバと認証メッセージを送受信して、前記ネットワーク接続のための認証処理を行う認証処理部と、前記認証処理が成功した場合に前記認証サーバと共有する暗号鍵を生成する暗号情報生成部と、前記宛先装置に対し前記認証サーバから前記暗号鍵を取得することを指示する第1の通信メッセージを生成する第1のメッセージ生成部と、前記宛先装置への送信データを含む第2の通信メッセージを生成する第2のメッセージ生成部と、を備え、前記通信部は、前記第1の通信メッセージを前記宛先装置に送信し、前記第2の通信メッセージを前記暗号鍵で暗号化し、暗号化した第2の通信メッセージを前記宛先装置に送信することを特徴とする。
2011064868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワーク接続して宛先装置と通信する暗号情報送信端末であって、
信号を送受信する通信部と、
前記通信部を介して認証サーバと認証メッセージを送受信して、前記ネットワーク接続のための認証処理を行う認証処理部と、
前記認証処理が成功した場合に前記認証サーバと共有する暗号鍵を生成する暗号情報生成部と、
前記宛先装置に対し前記認証サーバから前記暗号鍵を取得することを指示する第1の通信メッセージを生成する第1のメッセージ生成部と、
前記宛先装置への送信データを含む第2の通信メッセージを生成する第2のメッセージ生成部と、を備え、
前記通信部は、前記第1の通信メッセージを前記宛先装置に送信し、前記第2の通信メッセージを前記暗号鍵で暗号化し、暗号化した第2の通信メッセージを前記宛先装置に送信することを特徴とする暗号情報送信端末。
【請求項２】
前記第1の通信メッセージおよび前記暗号化された第2の通信メッセージは中継装置を介して前記宛先装置に転送され、
前記暗号情報生成部は前記暗号鍵として第1および第2の暗号鍵を生成し、
前記第1の通信メッセージは、前記第1の暗号鍵の取得を前記宛先装置に指示し、
前記通信部は、前記第1の通信メッセージを前記第2の暗号鍵により暗号化し、暗号化した第1の通信メッセージを送信し、
前記通信部は前記第2の通信メッセージを前記第1の暗号鍵により暗号化する、
ことを特徴とする請求項1に記載の暗号情報送信端末。
【請求項３】
前記暗号情報生成部は前記暗号鍵をマスター鍵として用いて前記第1および第2の暗号鍵を生成し、
前記暗号鍵はEMSK(Extended Master Session Key）、前記第1の暗号鍵はSMK-EE (Smart Meter Key for End-to-End protection)、前記第2の暗号鍵はSMK-HH(Smart Meter Key for hop by hop protection）である
ことを特徴とする請求項2に記載の暗号情報送信端末。
【請求項４】
前記第1の通信メッセージは、ANSI C12.22の経路情報登録メッセージである
ことを特徴とする請求項3に記載の暗号情報送信端末。
【請求項５】
前記認証処理部による認証処理は前記認証サーバとの間で認証オーセンティケータ機能を有するネットワークアクセスサーバによって仲介され、
前記ネットワークアクセスサーバと前記中継装置とは同一デバイス上に配置されたことを特徴とする請求項4に記載の暗号情報送信端末。
【請求項６】
前記通信部の通過を許可するメッセージを変更するフィルタ処理部と
前記フィルタ処理部の動作を制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部は、前記認証処理が未完了の場合、前記認証処理に必要な所定の通信メッセージのみ通過を許可するように前記フィルタ処理部を制御し、前記認証処理が完了した場合、前記第1および第2の通信メッセージの通過を許可するように前記フィルタ処理部を制御することを特徴とする請求項1に記載の暗号情報送信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば通信量または処理量を抑えて宛先装置と暗号鍵を共有する暗号情報送信端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
メータリング情報の伝送方法を定めたANSI C12.22規格では、通信メッセージを送信する装置は、情報を中継する転送装置を決定するための経路情報構築を実施した上で通信メッセージを送信する方法が開示されている。【０００３】
また、同規格では通信メッセージを暗号化する暗号鍵は各端末間で事前に共有することが規定されているが、暗号鍵を動的に設定あるいは更新(re-key)するための枠組みが規定されていない。【０００４】
このため、同一の暗号鍵を用いて通信を長時間継続する場合、悪意ある第3者が暗号鍵を推測し、暗号化された通信メッセージを解析する問題が存在する。また、一般に、処理能力の低い組み込み機器として実現されるメータ装置上では、上記経路情報構築のための機器登録メッセージに暗号鍵を含めた上で、経路情報構築と暗号鍵交換といった複数の処理を同時に実行させることが困難である。【０００５】
このため、通信経路の構築後に別途、IKE(Internet Key Exchange protocol)やTLS(Transport Layer Security)といった暗号鍵交換プロトコルの枠組みを用いて暗号鍵の設定を行うことが考えうるが、装置間での通信量や処理量が冗長に増加する問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】American National Standard. Protocol Specification For Interfacing to Data Communication Networks (ANSI C12.22-2008. 2008年)
【非特許文献２】Extensible Authentication Protocol (EAP) Key Management Framework. ((オンライン) 2008年8月. http://www.ietf.org/rfc/rfc5247.txt. ,AbobaB., SimonD. , EronenP.）
【非特許文献３】Protocol for Carrying Authentication for Network Access (PANA). (2008年5月. http://www.ietf.org/rfc/rfc5191.txt. , ForsbergD., ほか）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、通信量または処理量を抑えて宛先装置と暗号鍵を共有する暗号情報送信端末を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の暗号情報送信端末は、ネットワーク接続して宛先装置と通信する暗号情報送信端末であって、信号を送受信する通信部と、前記通信部を介して認証サーバと認証メッセージを送受信して、前記ネットワーク接続のための認証処理を行う認証処理部と、前記認証処理が成功した場合に前記認証サーバと共有する暗号鍵を生成する暗号情報生成部と、前記宛先装置に対し前記認証サーバから前記暗号鍵を取得することを指示する第1の通信メッセージを生成する第1のメッセージ生成部と、前記宛先装置への送信データを含む第2の通信メッセージを生成する第2のメッセージ生成部と、を備え、前記通信部は、前記第1の通信メッセージを前記宛先装置に送信し、前記第2の通信メッセージを前記暗号鍵で暗号化し、暗号化した第2の通信メッセージを前記宛先装置に送信することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態としてのスマートメータ(暗号情報送信端末）を備えたネットワークシステムの構成図。
【図２】スマートメータの構成を示すブロック図。
【図３】図1のネットワークシステムにおいて行われるピア認証および鍵設定シーケンスを示す図。
【図４】EMSKの鍵階層を示す図。
【図５】SMMKの鍵階層を示す図。
【図６】図1のネットワークシステムにおいて行われる鍵削除シーケンスを示す図。
【図７】スマートメータにおける認証手順を説明するフローチャート。
【図８】スマートメータの認証処理の際のネットワークアクセスサーバの動作を説明するフローチャート。
【図９】スマートメータがアクセスネットワークとの接続を切断する手順を示すフローチャート。
【図１０】スマートメータがアクセスネットワークとの接続を切断する際のネットワークアクセスサーバの動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図1に本発明の実施形態に係る暗号情報送信端末を含むネットワークシステムの概略構成を示す。このネットワークシステムは、暗号情報送信端末としてのスマートメータ1、ネットワークアクセスサーバ(Network Access Server: NAS)2、認証サーバ(Authentication Server: AS )3、宛先装置としてのメータデータ管理サーバ(Meter Data Management Server: MDMS)4、中継装置5を備える
スマートメータ1は、ANSI C12.22サーバの機能、および、EAP Peerの機能を有する。またスマートメータ1はメータデータ管理サーバ4に送信するデータを生成および記憶する機能を有する。本実施形態では、宅内機器の利用電力量等のエネルギー量を一定時間毎に測定し、測定値の積分値をメータデータ(送信データ）として内部の記憶部に記憶する。
【００１２】
メータデータ管理サーバ4は、スマートメータ1の宛先装置に相当し、ANSI C12.22クライアントの機能、および、ANSI C12.22認証ホスト(Authentication Host)の機能を持つ。メータデータ管理サーバ4はスマートメータ１から送られるメータデータに基づき宅内機器の利用電力量を管理する。
【００１３】
認証サーバ3は、認証メソッドを実装した拡張認証プロトコル(EAP: Extensible Authentication Protocol)サーバの機能、およびAAA (Authentication, Authorization, and Accounting)サーバの機能を有する。
【００１４】
ネットワークアクセスサーバ2は、EAP オーセンティケータ(Extensible Authentication Protocol Authenticator)の機能および、AAAクライアントの機能を有する。ネットワークアクセスサーバ2は、EAP オーセンティケータの機能により、スマートメータ1と認証サーバ3との間で、EAPメッセージを中継する。スマートメータ1と認証サーバ3との間のEAPメッセージ転送には、例えばPANA(Protocol for carrying Authentication for Network Access：ネットワークアクセス認証プロトコル)を用いることができる。この場合、スマートメータ1はPANAクライアントとなる。また、ネットワークアクセスサーバ2はAAAクライアントの機能より、認証サーバ3との間のEAPメッセージ転送を、RADIUS(Remote Authentication Dial-In User Service)またはDiameterなどのAAA(Authentication, Authorization, and Accounting)プロトコルに従って行う。
【００１５】
本実施形態ではEAPメッセージの転送にPANAを用いるとし、ネットワークアクセスサーバ2は上述のEAP オーセンティケータの機能を持つPAA(PANA Authentication Agent：PANA認証エージェント)と、PANAを用いて認証されたスマートメータ1について、パケット単位のアクセス制御を実行するEP(Enforcement Point：エンフォースポイント)との2つの機能を有するものとする。
【００１６】
中継装置5は、0個以上のANSI C12.22中継装置(Relay)と、ANSI C12.22マスター中継装置(Relay Master)の多段接続で構成される。一般に、マスター中継装置は、ANSI C12.22サーバ機能をもつスマートメータ1から見て、リレーの最終段の装置であるメータデータ管理サーバ4に相当する。本実施形態では、メータデータ管理サーバ4の最終段としてのリレー機能を中継装置5にマスター中継装置として含め、メータデータ管理サーバ4はこのマスター中継装置と接続されているとする。スマートメータ1は、多段接続の最初の中継装置に接続されるとする。但し、スマートメータ1は複数の中継装置に同時接続する構成も可能である。
【００１７】
アクセスネットワーク(Access Network)6は、スマートメータ1とネットワークアクセスサーバ2との間のネットワークであり、例えばIEEE802．15．4規格で実現されるPAN（Persona Area Network）である。未認証のスマートメータ1はネットワークアクセスサーバ2のEPによるアクセス制御により、アクセスネットワーク6に対して非常に限られたネットワークアクセスのみ許される。例えば、未認証の間はネットワークアクセス認証メッセージの送受信が許容されるとともに、ネットワークアクセス認証がレイヤ3(L3)以上のプロトコルを用いて実現される場合にはさらにARP, IPv4 Neighbor Discovery、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol）、PANA等の送受信が許される。例えばスマートメータ1は未認証の間もDHCPに従ってアクセスネットワーク6に含まれるDHCPサーバ(図示せず）と通信してIPアドレスを取得できる(なおPANAはUDPまたはTCP等の上で動作するプロトコルのためPANA認証時には事前にIPアドレスを取得する必要がある。ただしスマートメータ1に事前に固定のIPアドレスを割り振っておいても良い）。
【００１８】
図示のIsn, Isr, Ina, Inr, Irr, Irm, Iamはそれぞれ通信インターフェースを表す。
【００１９】
インターフェースInrはネットワークアクセスサーバ2と、スマートメータ1が接続される中継装置間のインターフェースを表す。
【００２０】
インターフェースIsnは、スマートメータ1とネットワークアクセスサーバ2間のインターフェースを表す。このインターフェースでは、例えばPANA, IEEE 802.1X, PKMv2, IKEv2等のプロトコルのパケットまたはフレームが送受信される。インターフェースIsnのプロトコルがデータリンク層の場合、スマートメータ1はIPアドレスを持たなくてもよい。なお本実施形態では上述の通りインターフェースIsnのプロトコルとしてPANAを用いるとして説明を行う。
【００２１】
インターフェースIsrはスマートメータ1とネットワークアクセスサーバ2間のインターフェース、Irrは中継装置(マスター中継装置を含む)間のインターフェース, Irmはマスター中継装置とメータデータ管理サーバ4間のインターフェースを表し、それぞれANSI C12.22のプロトコルのフレームまたはパケットが送受信される。
【００２２】
インターフェースInaはネットワークアクセスサーバ2と認証サーバ3間のインターフェースを表し、上述したようにAAA プロトコルのフレームまたはパケットが送受信される。
【００２３】
ネットワークアクセスサーバ2と認証サーバ3はそれぞれ同一のデバイスであってもよい。また、ネットワークアクセスサーバ2と、スマートメータ1が接続される中継装置とはそれぞれ同一のデバイスであってもよい。またマスター中継装置とメータデータ管理サーバ4とはそれぞれ同一のデバイスであってもよい。また認証サーバ3とメータデータ管理サーバ4とはそれぞれ同一のデバイスであってもよい。またネットワークアクセスサーバ2が備えるPANA認証エージェント(PAA)とエンフォースポイント(EP)のそれぞれは同一デバイスでもよいし異なるデバイスでもよい。またエンフォースポイント(EP)は中継装置またはマスター中継装置と同一ノードであってもよい。またエンフォースポイント(EP)は複数存在してもよい。
【００２４】
本実施形態の好適な態様では、ネットワークアクセスサーバ2が中継装置またはマスター中継装置と同一デバイスであり、また、認証サーバ3とメータデータ管理サーバ4が同一デバイスである。このとき、図1に示すインターフェースInr、Iamがそれぞれ同一デバイス内のAPIとして実現可能となり、実装が容易になる。
【００２５】
なおアクセスネットワーク6に対するネットワークアクセス認証に図1と異なるアクセスサーバがさらに用いられることもあり得る。例えば、アクセスネットワーク6が家庭内ネットワークの無線LAN(Local Area Network)であり、無線LANアクセスポイントが家庭内ネットワークの認証サーバになっている場合には、家庭内ネットワークへのアクセス認証が図1のネットワークアクセスサーバに対する認証とは別途必要になり得る。
【００２６】
図2にスマートメータ1の概略構成を示す。
【００２７】
スマートメータ1は、通信部110、フィルタ処理部120、認証処理部130、暗号レベル決定部140、制御部(第2のメッセージ生成部）150、経路情報登録部(第1のメッセージ生成部）160および暗号情報生成部170を備える。
【００２８】
通信部110は、アンテナ111、物理層112、及びデータリンク層113を有し、信号の送受信を行う。送信部110は、IEEE802．15．4規格の手順に従って通信を行う。データリンク層113は共通鍵(暗号鍵）を用いて通信メッセージを暗号化する暗号処理部114を有する。
【００２９】
フィルタ処理部120は、IP(Internet Protocol）に関する通信メッセージのパケットフィルタを実施する。フィルタ処理部120は、制御部150の指示に基づいて、通信部110の通過を許可するメッセージを変更する。例えば、フィルタ処理部120は、認証完了前は、ARP(Address Resolution Protocol)メッセージ、PANAメッセージ、DHCPメッセージ、IPv6 Neighbor Discoveryメッセージのみ通過を許可する。これらのメッセージは、本発明における認証処理に必要な所定の通信メッセージに相当する。認証完了後は、全ての通信メッセージ、または少なくとも本発明における第1および第2の通信メッセージ(後述）の通過を許可する。
【００３０】
認証処理部130は、自端末(スマートメータ1)がネットワーク接続を行うための認証処理を実行する。認証処理部130は、ネットワークアクセスサーバ2に対するPANA認証の起動を行い、ネットワークアクセスサーバ2を介して認証サーバ3との間でのEAPメッセージの送受信を行う。また、認証処理部130は、制御部150に認証が完了したか否かを示す認証段階情報を通知する。認証処理では例えばユーザ入力されたまたは予め記憶したユーザ情報を認証サーバ3に送って認証を受ける。
【００３１】
認証処理部130は、自端末がネットワーク接続を許可され(認証が成功）、暗号情報生成部170による暗号鍵の設定が完了すると、認証が完了したと判定し、ネットワーク接続が許可されていない場合及び/又は暗号鍵の設定が完了していない場合は、認証が未完了であると判定する。
【００３２】
暗号情報生成部170は、認証処理部130での認証が許可されると暗号鍵の生成および設定を行う。生成する暗号鍵は、スマートメータ1が接続される中継装置（隣接する中継装置）との通信に使用する暗号鍵であるSMK-HH (SMK for hop by hop protection)、メータデータ管理サーバ4との通信に使用する暗号鍵であるSMK-EE (SMK for End-to-End protection)を含む。暗号情報生成部170はこれらの暗号鍵を暗号処理部114に設定する。後述するように認証サーバ3でもスマートメータ1と同様のアルゴリズムで暗号鍵(SKE-EE, SKE-HH）を生成し、スマートメータ1の機器情報(たとえば機器識別子）に関連づけて記憶する。
【００３３】
暗号処理部114は、送信するメッセージを暗号鍵で暗号化する。使用する暗号鍵は制御部150から指定されてもよいし、メッセージの種別等を自ら判断して決定してもよい。また暗号処理部114は受信したメッセージを該当する暗号鍵で復号化する。復号化に用いる暗号鍵は制御部150に問い合わせて決定してもよいし、自らメッセージの種別等に基づき決定してもよい。
【００３４】
暗号レベル決定部140は、制御部150の指示に基づいて、暗号処理部114における暗号レベルを決定し、暗号処理部114に指示する。IEEE802．15．4規格の手順では、セキュリティ及び暗号に関するレベルは複数規定されている。例えば、セキュリティレベル(暗号レベル)が最低レベルの状態では、暗号化されていないデータメッセージの送受信が可能であり、通常レベルの状態では、暗号化されたデータメッセージのみ送受信が可能である。通常レベルでは、暗号化アルゴリズムの種類により、さらにレベルが細分化される。
【００３５】
制御部150は、認証処理部130から通知された認証段階情報に基づいて、フィルタ処理部120に対して通過を許可するメッセージの変更を指示したり、暗号レベル決定部140に対して暗号レベルの変更を指示したりする。例えば、制御部150は、フィルタ処理部120に対して、認証完了前は、認証処理のために必要な特定のメッセージのみ通過を許可し、認証完了後は、全ての通信メッセージあるいは少なくとも第1および第2の通信メッセージとその応答メッセージの通過を許可するように指示する。また、制御部150は、暗号レベル決定部140に対して、認証完了前は暗号レベルを最低(例えば暗号化しない）にし、認証完了後は暗号レベルを通常レベル(例えば上記SKE-EE,またはSKE-HHで暗号化する）にするよう指示する。
【００３６】
経路情報登録部160はANSI C12.22規格に従った手順でメータデータ管理サーバ4への経路情報を構築および記憶する。例えば、経路情報登録部160は、自装置の機器情報(たとえば機器識別子）を含めた通信メッセージを送信することで中継装置およびメータデータ管理サーバ4に機器登録を行い、またメータデータ管理サーバ4への経路情報を登録する。通信メッセージをブロードキャストで送信しメータデータ管理サーバ4からの応答メッセージを受信することで経路情報を取得および登録してもよいし、あらかじめ経路情報を記憶しておいてもよい。
【００３７】
制御部150は、経路情報登録160による経路構築に先駆けて、認証サーバ3との間でのネットワーク接続認証と暗号鍵交換を認証処理部130に指示する。認証成功後、制御部150は、経路情報登録部160に経路情報登録(経路構築）を指示し、通常のANSI C12.22の手順に従った方法でスマートメータ1の機器情報の通信メッセージが中継装置を介して宛先装置(メータデータ管理サーバ4)に通知される。なお当該通信メッセージを受けたメータデータ管理サーバ4では後述のように当該機器情報に対応する暗号鍵(SMK-EE）を認証サーバ3から取得する。
【００３８】
図3は図1のネットワークシステムにおいて本実施形態の鍵管理方式に係わるピア認証および鍵設定シーケンスを示す。
【００３９】
(ステップS11)スマートメータ1と認証サーバ3との間で認証メッセージを送受信してネットワークアクセスサーバ2を経由してEAP認証を行う。このEAP認証が成功する前は、ネットワークアクセスサーバ２はスマートメータ1に関するANSI C12.22メッセージをブロック(アクセス制御)して外部ネットワーク(例えば中継装置等が存在するネットワーク)に流れないようにする。
【００４０】
認証が成功したら、認証サーバ3およびスマートメータ1の双方において共通の暗号鍵を生成する。具体的に、ANSI C12.22サーバ(スマートメータ1)およびANSI C12.22 中継装置間の通信に用いるSMK-HH (SMK for hop by hop protection)と、当該ANSI C12.22サーバ(スマートメータ1)とANSI C12.22クライアント(メータデータ管理サーバ4)間の通信に用いるSMK-EE (SMK for End-to-End protection)を生成する。さらにアクセスネットワーク6内でのみの通信に使用するMSK (Master Session Key：マスターセッション鍵)を生成してもよい。なお、各暗号鍵をスマートメータ1および認証サーバ3のいずれか一方で生成して他方にセキュアに送信してもよい。認証が完了したらネットワークアクセスサーバ2はスマートメータ1に関するANSI C12.22メッセージのブロック(アクセス制御)を解除するようにEP(エンフォースポイント)を設定する。
【００４１】
以下暗号鍵(SMK-HH、SMK-EE）の生成方法について詳細に説明する。
【００４２】
EAPは、EAP認証メソッドから生成される、MSK (Master Session Key：マスターセッション鍵), EMSK (Extended Master Session Key：拡張マスターセッション鍵)の2種類のマスター鍵を外部プロトコルに対してエキスポートする機能を有する。
【００４３】
MSKはアクセスネットワーク内でデータパケットを暗号化するための暗号鍵を生成するために使用される。EMSKからは、ユースケース毎のルート鍵(USRK: Usage-Specific Root Key)が導出される。
【００４４】
図4にMSK, EMSK, USRKの鍵階層を示す。
【００４５】
MSKを使用するプロトコルの例としてIEEE 802.11、IEEE 802.16e、PANA、IKEv2がある。
【００４６】
USRKを使用例として、DSRK (Domain-Specific Root Key)および、DSUSRK (Domain-Specific Usage-Specific Root Key)がある。ここで、USRKのライフタイムはEMSKのライフタイム以下であり、EAPの再認証(re-authentication)によりEMSKが更新されればUSRKとその子孫の鍵も更新される。
【００４７】
スマートメータ1のアプリケーションマスター鍵SMMK(Smart Meter Master Key)は、EMSKから導出されるUSRKとして定義される。SMMKは、ANSI C12.22暗号鍵(SMK-HH、SMK-EE)を導出するためのマスター鍵として使用される。
【００４８】
図5にSMK-HH, SMK-EEの鍵階層を図2に示す。SMK-HH, SMK-EEは1つのマスター鍵SMMK(Smart-Meter Master Key)から導出される。SMMKはEMSKからUSRKとして導出される。
【００４９】
SMK-HHは、ANSI C12.22のCalling-ApTitleおよびCalled-ApTitleがそれぞれ、ANSI C12.22サーバ(スマートメータ1)およびANSI C12.22 中継装置、またはANSI C12.22 中継装置およびANSI C12.22サーバ(スマートメータ1)、のいずれかの場合にANSI C12.22メッセージの暗号化、完全性保証に使用する暗号鍵である。なお、Calling-ApTitleおよびCalled-ApTitleは、ANSI C12.22プロトコルにて規定された、アプリケーション層での機器識別子を示し、それぞれ送信元機器識別子、宛先機器識別子に相当する。Calling-ApTitleおよびCalled-ApTitleは、ネットワーク層における機器識別子であるIPアドレスに相当する情報である。
【００５０】
SMK-EEは、Calling-ApTitleおよびCalled-ApTitleがそれぞれ、ANSI C12.22サーバ(スマートメータ1)またはANSI C12.22クライアント(メータデータ管理サーバ4)、または、ANSI C12.22クライアント(メータデータ管理サーバ4)およびANSI C12.22サーバ(スマートメータ1)、のいずれかの場合にANSI C12.22メッセージの暗号化、完全性保証に使用する暗号鍵である。
【００５１】
ここでSMMKの導出アルゴリズムを示すと以下のとおりである。
【００５２】
SMMK = KDF(EMSK, key label | “\0” | optional data | length)
ここで、key labelは、すべてのSMMKに対して共通な鍵のラベルで例えばsmmk@ietf.orgなどの位置のIDが使用される。optional data = NULL (0x00)、length = 64である。 
SMK-HHの導出アルゴリズムは以下のとおりである。
SMK-HH = KDF(SMMK, “SMK-SM-CTR” | “\0” | optional data | length)
ここで、optional data : ANSI C12.21 Relay Ap-Title | ANSI C12.21 key-id
length = 16。
【００５３】
SMK-EEの導出アルゴリズムは以下のとおりである。
SMK-EE=SMK-SM-MDMS (Smart Meter Key between Smarter Meter and  MDMS) =
KDF(SMMK, “SMK-SM-MDMS” | “\0” | optional data | length)
optional data : ANSI C12.21 Client Ap-Title | ANSI C12.21 key-id
length = 16。
【００５４】
KDF(Key Derivation Function)の定義はたとえば URL http://www.ietf.org/rfc/rfc5247.txt.(AbobaB., SimonD. , EronenP. Extensible Authentication Protocol (EAP) Key Management Framework. (オンライン) 2008年8月）を参照されたい。
【００５５】
なお本ステップS11において本端末は各暗号鍵の設定および更新を動的にかつ安全に行うが、この詳細は後述する。
【００５６】
(ステップS12)ネットワークアクセスサーバ2が、スマートメータ1が接続される中継装置に対し、SMK-HHを配送する。
【００５７】
(ステップS13)スマートメータ1が、0個以上の中継装置およびマスター中継装置を介してメータデータ管理サーバ4にAuthenticated C12.22 Registration requestを送信する。すなわちスマートメータ1はANSI C12.22に従って自装置の機器情報(機器識別子など）を含む機器登録要求メッセージを生成し、生成した機器登録要求メッセージをSMK-HHにより暗号化して送信する。このメッセージはSMK-HHの取得指示をも含んでおり本発明の第1の通信メッセージに相当する。ただしSMK-HHの取得指示のメッセージを機器登録用のメッセージとは別途定義して、これを第1の通信メッセージとしてもよい。たとえば機器登録（経路情報登録）がいったん完了し、機器登録がメータデータ管理サーバ4で有効である間に鍵更新を行う場合などは、別途定義したメッセージでSMK-HHの取得指示を行っても良い。機器登録要求メッセージまたは第1の通信メッセージの生成は経路情報登録部160により行われ、経路情報登録部160は本発明の第1のメッセージ生成部を含む。
【００５８】
(ステップS14)暗号化された機器登録要求メッセージを受信した中継装置は、SMK-HHにより復号化を行ってマスター中継装置に中継する。マスター中継装置がスマートメータ1から直接、暗号化された機器登録要求メッセージを受信するときは、マスター中継装置が直接復号化する。マスター中継装置は、復号化された機器登録要求メッセージに基づきメータデータ管理サーバ4に対して、スマートメータ1の機器識別子を含むANSI C12.22 Registration Notification request (登録通知要求メッセージ)を生成してメータデータ管理サーバ4に送信する。なお中継装置間の通信はあらかじめ定めた暗号方式で通信を行ってもよい。なお中継装置5でも機器登録要求メッセージに基づきスマートメータ1の機器登録(経路情報登録）を行う。
【００５９】
(ステップS15)メータデータ管理サーバ4が、登録通知要求メッセージに含まれるスマートメータ1の機器識別子に基づき、スマートメータ1に対応するSMK-EEの取得要求を認証サーバ3へ送信する。
【００６０】
(ステップS16)認証サーバ3は、メータデータ管理サーバ4からの取得要求に応じて、スマートメータ1に対応するSMK-EEをメータデータ管理サーバ4に所定の方式でセキュアに送信する。
【００６１】
(ステップS17)SMK-EEを受信したメータデータ管理サーバ4は、マスター中継装置にAuthenticated C12.22 Registration Notification response(登録通知応答メッセージ)を送信する。
【００６２】
(ステップS18)マスター中継装置から0個以上の中継装置を経由してスマートメータ1へAuthenticated C12.22 Registration response(登録応答メッセージ)が送信される。スマートメータ1に接続された中継装置からスマートメータ1への送信の際は当該メッセージをSMK-HHにより暗号化する。
【００６３】
(ステップS19)以上によりスマートメータ1およびメータデータ管理サーバ4間でSMK-EEが共有され、以降、スマートメータ1およびメータデータ管理サーバ4間でSMK-EEを用いた安全なデータ通信が行われる。たとえばスマートメータ1の制御部150は、メータデータをSMK-EEで暗号化して、暗号化したメータデータを含む通信メッセージ(第2の通信メッセージ）を、0個以上の中継装置およびマスター中継装置を介して、メータデータ管理サーバ4に送信する。制御部150は本発明の第2の通信メッセージを生成する第2のメッセージ生成部を備える。
【００６４】
図6は図1のネットワークシステムにおいて本実施形態に鍵管理方式に係わる鍵削除シーケンスを示す。
【００６５】
(ステップS31)スマートメータ1がアクセスネットワーク6とのコネクションを切断する。これは例えばネットワークアクセスサーバ2にPANA認証の終了要求を送信することで行う。当該終了要求を受けたネットワークアクセスサーバ2は、認証を無効化し、スマートメータ1に関するANSI C12.22メッセージをブロックするようにEPを設定する。またネットワークアクセスサーバ2は認証サーバ3にスマートメータ1の認証を無効化することを通知する。
【００６６】
(ステップS32)ネットワークアクセスサーバ2は、スマートメータ1が接続されている中継装置またはマスター中継装置に対して、SMK-HHの削除要求を送信する。削除要求を受けた中継装置またはマスター中継装置は、記憶しているSMK-HHを削除する。
【００６７】
(ステップS33)スマートメータ1の認証の無効化の通知を受けた認証サーバ3は、メータデータ管理サーバ4に、スマートメータ1に対応するSMK-EEの削除要求を送信する。削除要求を受けたメータデータ管理サーバ4は、スマートメータ1に対応するSMK-EEを削除する。
【００６８】
さらに、スマートメータ1および認証サーバ3はそれぞれ記憶しているSMK-EE、SMK-HHを削除する。
【００６９】
以上のように本実施形態によれば、ANSI C12.22のプロトコルを変更することなくANSI C12.22の鍵更新(Re-key)が可能となる。また、ANSI C12.22サーバ(スマートメータ1)とANSI C12.22クライアント(メータデータ管理サーバ4)間の暗号鍵(SMK-EE)のみならず、ANSI C12.22サーバ(スマートメータ1)と、隣接するANSI C12.22中継装置との間の暗号鍵(SMK-HH)の鍵更新も可能となる。さらに、ネットワークアクセス認証とANSI C12.22の鍵更新のための認証および鍵管理プロトコルとして同一のプロトコル(EAP)を使用するため、ネットワークアクセス認証とANSI C12.22の鍵更新のための認証および鍵管理に異なるプロトコルを用いる場合に比べ、スマートメータ1に必要なソフトウェアコードサイズを小さく抑えることが可能となる。
【００７０】
つまり、本実施形態によれば、機器情報の通知によって通信経路を構築する経路情報登録部160の処理に先駆けてネットワークアクセスに関する認証及び暗号情報の送付を認証サーバ3に行い、次いで通信経路構築のための通信メッセージの送信を用いて(メータデータ管理サーバ4に認証サーバ3からの暗号鍵の取得を指示することで、スマートメータ1とメータデータ管理サーバ4間の通信量及び処理量を削減することが可能となる。スマートメータ1が電力事業者等の工事作業員によって設置された際、ネットワーク接続のための認証処理と共に暗号情報を認証サーバとの間で交換し、計測したメータリング情報を実際に送信するための通信経路構築時にメータデータ管理サーバ4に認証サーバ3から暗号鍵を取得することを指示することで通信量及び処理量の削減が可能となる。
【００７１】
なお、本実施形態は、スマートグリッド通信において、スマートメータ1と、メータデータ管理サーバ4に相当するアドバンストメータインフラストラクチャ(AMI)との間の通信を安全に行うために利用することも可能である。
【００７２】
以下では図3のステップS11で行う暗号鍵の設定および更新を動的且つ安全に行う処理の詳細について説明する。
【００７３】
図7に示すフローチャートを用いて、スマートメータ1における認証手順を説明する。なお、スマートメータ1の起動時(又は再起動時）には、暗号処理部114における暗号レベルが最低レベル(暗号化なし）に設定され、フィルタ処理部120ではARPメッセージ、PANAメッセージ、DHCPメッセージ、IPv6 Neighbor Discoveryメッセージのみ通過を許可するようにフィルタリング設定される。
【００７４】
(ステップS101）スマートメータ1が、アクセスネットワーク6に暗号化しない方式で接続(unsecured join）する。具体的には、スマートメータ1は、MACレイヤの暗号化を行わずに、アクセスネットワーク内の図示しないDHCPサーバに対してAssociation Requestコマンドを実行する。
【００７５】
(ステップS102）スマートメータ1がDHCPサーバからIPアドレスを取得する。IPアドレスとしてリンクローカルアドレス等を使用し得る。また、スマートメータ1は、ネットワークアクセスサーバ2の発見を行う。ネットワークアクセスサーバ2の発見にDHCPを用いてもよい。
【００７６】
(ステップS103）ネットワークアクセスサーバ2との間でPANAセッションが開始される。具体的には、スマートメータ1(認証処理部130）が、ネットワークアクセスサーバ2にPANA-Client-Initiationメッセージを送信するか、又は、ネットワークアクセスサーバ2からSフラグがオンのPANA-Auth-Requestメッセージを受信することで、セッションが開始される。
【００７７】
なお、フィルタ処理部120のフィルタリング設定により、特定のメッセージのみ通過が許可されている。
【００７８】
(ステップS104）認証サーバ3の認証が成功したか否か判定される。成功した場合はステップS105に進み、失敗した場合は認証処理が終了する。
【００７９】
(ステップS105）認証が成功すると、暗号鍵(SMK-EE,SMK-HH）が暗号情報生成部170により生成され暗号処理部114に設定される。
【００８０】
(ステップS106）暗号処理部114における暗号レベル(セキュリティレベル）が通常レベルに設定される。これにより少なくとも第1および第2の通信メッセージに関して、暗号化されたデータメッセージのみ送受信が可能となる。
【００８１】
(ステップS107）フィルタ処理部120のフィルタリング設定が解除される。これにより、全ての通信メッセージ、あるいは少なくとも第1および第2の通信メッセージとその応答メッセージの通過が許可される。
【００８２】
なお、スマートメータ1は、認証前と認証後とで使用するIPアドレスが異なる場合、図7に示す手順の終了後に、IPアドレスを再取得し得る。
【００８３】
次に、図8に示すフローチャートを用いて、スマートメータ1の認証処理の際のネットワークアクセスサーバ2の動作を説明する。ネットワークアクセスサーバ2は起動時(又は再起動時）に、EPのIEEE802．15．4データフレームのセキュリティレベルを最低レベルに設定し、ARPメッセージ、PANAメッセージ、DHCPメッセージ、IPv6 Neighbor Discoveryメッセージのみ通過を許可するようにIPパケットのフィルタリング設定を行う。
【００８４】
(ステップS201）PANAセッションが開始される。具体的には、ネットワークアクセスサーバ2が、スマートメータ1からのPANA-Client-Initiationメッセージを受信するか、又は、スマートメータ1へSフラグがオンのPANA-Auth-Requestメッセージを送信することで、セッションが開始される。
【００８５】
(ステップS202）認証サーバ3の認証が成功したか否か判定される。成功した場合はステップS203に進み、失敗した場合は認証処理が終了する。
【００８６】
(ステップS203）ネットワークアクセスサーバ2がアクセス制御パラメータをEPに設定し、スマートメータ1がネットワークへ接続して良い端末であることを通知する。また、ネットワークアクセスサーバ2が、認証サーバ3から受けたSMK-HHを、スマートメータ1に隣接する中継装置に設定する。
【００８７】
(ステップS204）ネットワークアクセスサーバ2が、EPのIEEE802．15．4データフレームのセキュリティレベルを通常レベルに設定する。
【００８８】
(ステップS205）ネットワークアクセスサーバ2が、スマートメータ1に対するIPパケットのフィルタリング設定解除のエントリをEPに設定する。
【００８９】
このようにして確立されたPANAセッションは、スマートメータ1のアクセスが承認されている間維持され、スマートメータ1はEPを介して外部ネットワークとの間でデータパケットの送受信を行うことができる。
【００９０】
続いて、図9に示すフローチャートを用いて、スマートメータ1がアクセスネットワーク6との接続を切断する手順を説明する。
【００９１】
(ステップS301）スマートメータ1がPANAセッションを開放する。
【００９２】
(ステップS302）スマートメータ1がアクセスネットワーク6から離脱する。具体的には、スマートメータ1が、接続中のIEEE802．15．装置に対してDisassociationコマンドを実行する。
【００９３】
(ステップS303）暗号鍵(SMK-EE,SMK-HH）を、先に図6を用いて説明したようにして削除する(図6参照）。
【００９４】
(ステップS304）暗号処理部114における暗号レベル(セキュリティレベル）が最低レベルに設定される。
【００９５】
(ステップS305）フィルタ処理部120におけるフィルタリング設定が初期値(特定のメッセージのみ通過を許可する状態）に戻される。
【００９６】
次に、図10に示すフローチャートを用いて、スマートメータ1がアクセスネットワーク6との接続を切断する際のネットワークアクセスサーバ2の動作を説明する。
【００９７】
(ステップS401）PANAセッションが開放される。
【００９８】
(ステップS402）ネットワークアクセスサーバ2が、スマートメータ1に接続される中継装置のSMK-EEを削除する。また、ネットワークアクセスサーバ2は、これまで承認されていたスマートメータ1に対するアクセス制御パラメータをEPから削除する。
【００９９】
(ステップS403）ネットワークアクセスサーバ2は、スマートメータ1に対するデータフレームのセキュリティレベルを最低レベルにEPに設定する。
【０１００】
(ステップS404）ネットワークアクセスサーバ2は、スマートメータ1に対するIPパケットのフィルタリング設定解除のエントリをEPから削除する。
【０１０１】
上述したように、認証完了前は特定のメッセージのみを通過させるようにパケットフィルタを有効にした上で、暗号化されないメッセージが送受信される。また、認証完了後は、パケットフィルタを無効にした上で、少なくとも第1および第2の通信メッセージに関して、暗号化されたデータメッセージのみ送受信される。これにより、PANAを使用するIEEE802．15．4端末(スマートメータ1）上に安全を確保することができ、スマートメータ1と、隣接中継装置およびメータデータ管理サーバとの間のデータリンク層での共有鍵(暗号鍵）の設定及び更新を動的かつ安全に実施することが可能となる。
【０１０２】
このようにしてスマートメータ1は、暗号鍵の設定及び更新を動的かつ安全に行うことができる。また、PANAをIEEE802．15．4ネットワーク上のEAPトランスポートとして使用するため、IEEE802．15．4の仕様を変更する必要がない。また、EAPの鍵管理の枠組みを利用するため、IEEE802．15．4端末の認証に従来のAAAインフラストラクチャを使用することができ、当該端末の認証に必要な情報をコアネットワーク内のサーバで一元的に管理できるようになる。
【０１０３】
上記実施形態では、スマートメータ1のフィルタ処理部120及び認証処理部130はネットワーク層で動作していたが、データリンク層で動作するようにしてもよい。フィルタ処理部120は、認証処理部130がデータリンク層にて認証メッセージを送受信する場合に、認証完了前はIEEE802．15．4規格におけるデータメッセージの通過を禁止し、認証完了後は通過を許可する。
【０１０４】
このとき、IEEE802．15．4規格で実現されるアクセスネットワーク6上でPANAを動作させる場合のスマートメータ1及びネットワークアクセスサーバ2の動作は図7〜図10に示すフローチャートと同様である。但し、ステップS102におけるIPアドレス取得は省略し得る。スマートメータ1がIPをサポートする場合は、認証手順終了後にIPアドレスを取得し得る。
【０１０５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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