(57)【要約】      （修正有）【課題】接続の再構成をリクエストしてからの短い応答時間と、光ネットワークの暗号化されたサービスの高い可用性および信頼性を提供する、光ネットワークのための改善された柔軟なトラフィック暗号化方式を提供する。【解決手段】暗号化エンティティ１１０を持つ光ネットワークの送信要素１００は、鍵管理エンティティ１０から鍵情報を受信するためのインターフェースと、管理エンティティ１０から受信した公開鍵を記憶するための記憶手段と、対称暗号鍵を生成するための鍵生成エンティティ１２０を含む。送信要素１００は、生成された対称暗号鍵を使用して光ネットワークの受信要素２００に送信されるペイロードを暗号化し、生成された対称暗号鍵を受信要素２００の公開鍵を使用して暗号化し、暗号化されたペイロードおよび暗号化された対称暗号鍵を、光ネットワーク３００を介して受信要素２００に送信するように構成されている。【選択図】図１
2018170766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ネットワークの送信要素（１００）であって、
−  鍵管理エンティティ（１０）から鍵情報を受信するためのインターフェースと、
−  鍵管理エンティティ（１０）によって受信された公開鍵を記憶するための記憶手段であって、公開鍵は、データを送信するために光ネットワーク（３００）を介して光ネットワークの送信要素（１００）と接続可能な光ネットワークの受信要素（２００）と関連付けられている、記憶手段と、
−  対称暗号鍵を生成するように構成された鍵生成エンティティ（１２０）とを含み、
光ネットワークの送信要素（１００）は、
−  生成された対称暗号鍵を使用して光ネットワークの受信要素（２００）に送信される受信したペイロードを暗号化し、
−  生成された対称暗号鍵を、光ネットワークの受信要素（２００）の公開鍵を使用して暗号化し、
−  暗号化されたペイロードおよび暗号化された対称暗号鍵を、光ネットワーク（３００）を介して光ネットワークの受信要素（２００）に送信するように構成された、光ネットワークの送信要素。
【請求項２】
記憶手段が、前記光ネットワークの送信要素（１００）と関連付けられたプライベート鍵と、前記光ネットワークの送信要素（１００）のデータを受信可能な複数の光ネットワークの受信要素（２００）の公開鍵とを記憶するように構成された、請求項１に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項３】
第１の光ネットワークの受信要素から第２の光ネットワークの受信要素への接続性変更の場合、光ネットワークの送信要素（１００）が、ペイロードを暗号化するための新しい対称暗号鍵を生成し、第２の光ネットワークの受信要素の公開鍵を使用して新しい対称暗号鍵を暗号化するように構成される、請求項１または２に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項４】
暗号化された対称暗号鍵または少なくとも暗号化された対称暗号鍵の一部についての情報が、暗号化されたペイロードと同時におよび／または連続して送信される、請求項１から３のいずれか一項に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項５】
暗号化されたペイロードが、データフレーム（４００）を使用して送信され、暗号化された対称暗号鍵が、データフレーム（４００）のいくつかまたはすべてに埋め込まれており、特に前記データフレーム（４００）のオーバヘッドセクション（４１０）を使用して送信される、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項６】
鍵管理エンティティ（１０）から受信した鍵情報を認証するための手段を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項７】
−  光ネットワークの送信要素（１００）および光ネットワークの受信要素（２００）のみに知られている共有シークレットの署名を作成し、
−  署名を自身のプライベート鍵で暗号化し、
−  光ネットワークの受信要素（２００）での認証を可能にするために、暗号化された署名を光ネットワークの受信要素（２００）に送信するように構成された、請求項１から６のいずれか一項に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項８】
暗号学的ハッシュ関数を適用することにより、共有シークレットの署名を作成するように構成される、請求項７に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項９】
データを受信するために光ネットワークの送信要素（１００）に接続された光ネットワークの受信要素（２００）であって、
−  鍵管理エンティティ（１０）から鍵情報を受信するためのインターフェースと、
−  鍵管理エンティティ（１０）によって受信される少なくとも自身のプライベート鍵を記憶するための記憶手段とを含み、
光ネットワークの受信要素（２００）は、
−  暗号化された対称暗号鍵および暗号化されたペイロードを光ネットワークの送信要素から受信し、
−  受信した対称暗号鍵を自身のプライベート鍵を使用して復号し、
−  復号された受信した対称暗号鍵を使用して受信した暗号化されたペイロードを復号するように構成される、光ネットワークの受信要素。
【請求項１０】
記憶手段が、鍵管理エンティティによって受信される少なくとも自身のプライベート鍵および少なくとも１つの公開鍵を記憶するように構成され、少なくとも１つの公開鍵は、データを送信するために光ネットワークの受信要素（２００）と接続可能な光ネットワークの送信要素（１００）と関連付けられている、請求項９に記載の光ネットワークの受信要素。
【請求項１１】
−  光ネットワークの送信要素（１００）および光ネットワークの受信要素（２００）のみに知られている共有シークレットの署名を受信し、署名は光ネットワークの送信要素（１００）のプライベート鍵により暗号化されており、
−  光ネットワークの送信要素（１００）の公開鍵により署名を復号し、
−  共有シークレットの第２の署名を生成し、
−  復号された署名を、光ネットワークの送信要素（１００）を認証するために、第２の署名と比較するように構成される、請求項９または１０に記載の光ネットワークの受信要素。
【請求項１２】
光ネットワークの送信要素（１００）および光ネットワークの受信要素（２００）を含む光ネットワーク（３００）でのデータの暗号化された送信の方法であって、
−  非対称鍵情報を、光ネットワークの送信要素（１００）および光ネットワークの受信要素（２００）により鍵管理エンティティ（１０）から受信するステップであって、光ネットワークの送信要素（１００）によって受信された非対称鍵情報は、少なくとも光ネットワークの受信要素（２００）の公開鍵を含み、光ネットワークの受信要素（２００）によって受信された非対称鍵情報は、少なくとも前記光ネットワークの受信要素（２００）のプライベート鍵を含む、受信するステップと、
−  光ネットワークの送信要素（１００）により暗号化されるペイロードを受信するステップと、
−  対称暗号鍵を生成するステップと、
−  光ネットワークの送信要素（１００）により生成された対称暗号鍵を使用してペイロードを暗号化するステップと、
−  光ネットワークの送信要素（１００）により、光ネットワークの受信要素（２００）の公開鍵を使用して、生成された対称暗号鍵を暗号化するステップと、
−  暗号化されたペイロードおよび暗号化された対称暗号鍵を光ネットワークの受信要素（２００）に送信するステップと、
−  光ネットワークの受信要素（２００）により、自身のプライベート鍵を使用して対称暗号鍵を復号するステップと、
−  光ネットワークの受信要素（２００Ｂ−２００Ｅ）により、復号された対称暗号鍵を使用して暗号化されたペイロードを復号するステップと
を少なくとも含む、方法。
【請求項１３】
光ネットワーク（３００）が、複数の光ネットワーク要素、つまり少なくとも１つの光ネットワークの送信要素（１００Ａ）および複数の光ネットワークの受信要素（２００Ｂ−２００Ｅ）を含み、光ネットワークの送信要素（１００Ａ）および各光ネットワークの受信要素（２００Ｂ−２００Ｅ）が、自身のプライベート鍵および他の光ネットワーク要素の公開鍵を受信する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
暗号化された対称暗号鍵が同時におよび／または連続して光ネットワークの受信要素（２００）に送信される、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の光ネットワークの受信要素（２００Ｂ）から第２の光ネットワークの受信要素（２００Ｃ）への接続性変更の場合、光ネットワークの送信要素（１００Ａ）が、
−  対称暗号鍵を、第１の光ネットワークの受信要素（２００Ｂ）の公開鍵を使用する代わりに第２の光ネットワークの受信要素（２００Ｃ）の公開鍵を使用して暗号化するステップと、
−  新しい対称暗号鍵を生成するステップと、
−  ペイロードを新しい対称暗号鍵で暗号化するステップと、
−  新しい対称暗号鍵を第２の光ネットワークの受信要素（２００Ｃ）の公開鍵を使用して暗号化するステップとを実行し、
第２の光ネットワークの受信要素（２００Ｃ）が、
−  新しい対称暗号鍵を自身のプライベート鍵で復号するステップと、
−  ペイロードを復号された対称暗号鍵を使用して復号するステップとを実行する、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本文献は適応性のあるトラフィック暗号化に関する。特に、本文献はハイブリッド暗号化を使用する、柔軟性のある光ネットワークのための光信号の暗号化に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ネットワークのための知られている暗号化解決策は、そのエンドポイントに対して固定されている。例えばクライアントインターフェースや光リンクのエンドポイントなどの互いに通信する光ネットワーク要素は、前記光ネットワーク要素間で送信されるペイロードを暗号化するために、静的暗号化関数を実装する。その結果、光ネットワーク要素は互いに静的に接続される。光ネットワークの暗号化は典型的に、回線暗号化、つまりＷＤＭリンクの特定チャネルを暗号化することにより、または例えば２つの光ネットワーク要素間のクライアント信号の送信などのクライアント暗号化により実装される。ペイロードを暗号化するために必要な暗号化パラメータは、例えばネットワーク管理システムや鍵管理エンティティなどの中央インスタンスによって提供される。特に、前記中央インスタンスは、光ネットワーク要素にペイロードを暗号化するための暗号鍵を提供し、また任意選択で例えば特定の鍵生存期間の後などの鍵置換のポリシーを提供する。
【０００３】
暗号化された光送信パスを取得する目的で関係する光ネットワーク要素間の静的な関係を設定するために、例えば暗号鍵などの関係する暗号化パラメータが、中央インスタンスから光ネットワーク要素に対して構成される。暗号化パラメータが生成され、光ネットワーク要素に安全かつセキュアな方法で送信される必要があるため、これは複雑で時間がかかるプロセスである。鍵生成、送信および実装の安全性およびセキュリティがそれぞれ失われると、信号暗号化のセキュリティが失われる。
【０００４】
典型的に、例えばＡＥＳなど、暗号化と復号に同じ鍵を必要とする対称暗号化方式が使用される。したがって、前記光ネットワーク要素は異なる位置に配置されているので、暗号化パラメータは光ネットワーク要素に個別に送信されなければならない。
【０００５】
上述の手法は、接続が再構成されるたびに、暗号化パラメータを光ネットワーク要素に提供するという時間のかかるプロセスを実施しなければならないため、柔軟性のある光ネットワーク、すなわち複数の光ネットワーク要素間で接続が頻繁に変更される光ネットワークには適切ではない。このプロセスの動作の複雑さにより、前記接続の再構成はゆっくりとしか実施することはできず、接続の再構成を変更するサービスリクエストに対するネットワークの応答性を制限する。
【０００６】
対称暗号化方式のよくある欠点は、鍵が漏えいした場合、つまり権限のない第三者に知られた場合、この第三者は中間者攻撃を実施し、暗号化されていない（明らかな）ペイロードにアクセスし、正当な光ネットワーク要素またはユーザに攻撃を知られることなく、ペイロードを変更できる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それで、接続の再構成をリクエストしてからの短い応答時間と、光ネットワークの暗号化されたサービスの高い可用性および信頼性を提供する、光ネットワークのための改善された柔軟なトラフィック暗号化方式を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様に基づいて、光ネットワークの送信要素が説明される。光ネットワークの送信要素は、光ネットワークの送信要素に受信されるペイロード信号を暗号化するように構成される暗号化エンティティを含む。前記ペイロード信号は、例えばイーサネット（登録商標）信号または光伝送システムのＷＤＭリンクであり得る。光ネットワークの送信要素はさらに、鍵管理エンティティから鍵情報を受信するインターフェースを含む。鍵管理エンティティは、光ネットワークの送信要素および他のネットワーク要素に鍵情報を提供する中央インスタンスであり得る。前記鍵管理エンティティは光ネットワークの送信要素の設定時に鍵情報を提供するのが好ましい。前記設定の後、光ネットワークの送信要素と鍵管理エンティティとの間での鍵情報の交換は必要ないが、鍵置換のサポートとして（例えば鍵生存期間ポリシーの一部として）任意選択で実行できる。
【０００９】
受信した鍵情報を記憶するために、光ネットワークの送信要素はさらに、少なくとも鍵管理エンティティによって受信された公開鍵を記憶するための記憶手段を含む。公開鍵は、データを送信するために光ネットワークを介して光ネットワークの送信要素と接続されている光ネットワークの受信要素と関連付けられている。鍵情報は、関連する鍵のペア、つまり公開鍵とプライベート鍵で構成される非対称鍵情報であることが好ましい。
【００１０】
さらに、光ネットワークの送信要素は、対称暗号鍵を生成するように構成された鍵生成エンティティを含む。鍵管理エンティティにより提供される非対称鍵情報および前記対称暗号鍵に基づいて、光ネットワークの送信要素は、再構成または接続性変更の要求の後に、光システムの高度に柔軟な再構成を可能にするハイブリッド暗号化方式を実施するように構成される。
【００１１】
ハイブリッド暗号化方式を実施するために、光ネットワークの送信要素は、生成された対称暗号鍵を使用して光ネットワークの受信要素に送信される受信したペイロードを暗号化する手段を含む、および／またはそのように構成される。光ネットワークの送信要素はさらに、光ネットワークの受信要素の公開鍵を使用して、生成された対称暗号鍵を暗号化し得る。対称暗号化方式を使用することにより、ペイロードデータを素早く、ほとんど同時に暗号化することができるようになる。一方で、対称暗号鍵の交換に対する速度の要求はペイロードの暗号化に対する速度の要求と比べて非常に低いので、対称暗号鍵のセキュアな交換は非対称暗号を使用して実施される。
【００１２】
暗号化の後、暗号化されたペイロードおよび暗号化された対称暗号鍵は、光ネットワークの送信要素により光ネットワークを介して光ネットワークの受信要素に送信される。
【００１３】
提案された光ネットワークの送信要素の主な利点は、接続性変更中に中央インスタンスを関わらせることなく、暗号化された光ネットワークの高い接続柔軟性を可能にすることである。その結果、接続性変更は短い期間ｔのうちに実施することができる。好ましくは、ｔ＜２００ｍｓ、最も好ましくはｔ＜５０ｍｓである。その結果、高い可用性を持ち、素早く信頼できる暗号化された光ネットワークを得ることができる。
【００１４】
提案された光ネットワークの送信要素のさらなる利点は、中央インスタンスと光ネットワークの送信または受信要素との間の対称暗号鍵の転送は必要ないことである。その結果、鍵が漏えいするリスクおよび中間者攻撃のリスクが減少する。
【００１５】
実施形態によれば、光ネットワークは複数の光ネットワークの受信要素を含む。光ネットワークの送信要素の記憶手段は、前記光ネットワークの送信要素と関連付けられたプライベート鍵と、前記光ネットワークの送信要素のデータを受信するように構成されているか、将来データを受信すると予期されているすべての光ネットワークの受信要素の公開鍵とを記憶するように構成されている。前記プライベート鍵および前記公開鍵は、鍵管理エンティティにより光ネットワークの送信要素に提供され得る。光ネットワークの受信要素それぞれの公開鍵により、光ネットワークの送信要素は、情報を光ネットワークの受信要素のそれぞれに送信するために、例えば対称暗号鍵などの情報を暗号化することができる。光ネットワークの送信要素は、それと通信するように現在選択されている光ネットワークの受信要素に応じて、適切な公開鍵を選択するように構成されるのが好ましい。現在選択された光ネットワークの受信要素のみが、暗号化された対称暗号鍵を自身のプライベート鍵によって復号できる。
【００１６】
実施形態によれば、第１の光ネットワークの受信要素から第２の光ネットワークの受信要素への接続性変更の場合、光ネットワークの送信要素は、ペイロードを暗号化するための新しい対称暗号鍵を生成し、第２の光ネットワークの受信要素の公開鍵を使用して新しい対称暗号鍵を暗号化するように構成される。新しい対称暗号鍵は、暗号論的に安全な擬似乱数生成器（ＣＳＰＲＮＧ）により生成され得る。ここで新しい対称暗号鍵は、擬似乱数であり得る。前記ＣＳＰＲＮＧは、例えばプロセスまたはＦＰＧＡ、オペレーティングシステムなどのハードウェアまたはソフトウェアに実装し得る。ＣＳＰＲＮＧはネットワークの送信要素の暗号化エンティティに配置されるか、暗号化エンティティの近くに配置されるのが好ましく、こうすることで生成された対称暗号鍵が潜在的にセキュアでないチャネルを介して通信されるのを避けることができる。新しい対称暗号鍵を生成し、前記対称暗号鍵を第２の光ネットワークの受信要素の公開鍵で暗号化した後、暗号化された新しい対称暗号鍵は第２の光ネットワークの受信要素に送信され、次いで第２の光ネットワークの受信要素は自身のプライベート鍵を使用して暗号化された新しい生成された対称暗号鍵を復号することができる。復号された、新しい生成された対称暗号鍵を使用することで、第２の光ネットワークの受信要素は暗号化されたペイロード（新しい生成された対称暗号鍵で暗号化されている）を復号することができ、その結果復号されたペイロードを取得することができる。このようにして、外部の中央インスタンスの関与を必要とせずに、接続性の変更を達成することができる。
【００１７】
実施形態によれば、暗号化された対称暗号鍵または少なくとも暗号化された対称暗号鍵の一部は、暗号化されたペイロードと同時におよび／または連続して送信される。その結果、接続性の設定を変更するための時間ウィンドウは減少させることができる。暗号化されたペイロードはデータフレームのペイロードセクションで送信され、暗号化された対称暗号鍵は前記データフレームのオーバーヘッドセクションを使用するか、データフレームに埋め込まれて送信されるのが好ましい。データフレームは例えば、光伝送ネットワーク（ＯＴＮ）のＯＤＵｋ（光チャネルデータユニットｋ）であり得る。暗号化された対称暗号鍵は、データフレームのいくつかまたはすべてに埋め込まれて送信され得る。
【００１８】
実施形態によれば、光ネットワークの送信要素は、例えば公開鍵基盤（ＰＫＩ）の手段を使用して鍵管理エンティティから受信される鍵情報を認証するための手段を含み得る。
【００１９】
光ネットワークの送信要素はさらに、光ネットワークの送信要素および光ネットワークの受信要素のみに知られている共有シークレットの署名を作成し得る。任意の共有シークレットを、この目的のために使用できる。さらに、光ネットワークの送信要素は、署名を自身のプライベート鍵で暗号化し、光ネットワークの受信要素で自身を認証するために、暗号化された署名を光ネットワークの受信要素に送信し得る。この認証は、光ネットワークの送信要素と光ネットワークの受信要素との間のサービスの設定した時、少なくとも１回実行され得る。認証は、より頻繁に、例えば固定時間間隔で定期的に実施されるのが好ましい。
【００２０】
光ネットワークの送信要素を認証するために、光ネットワークの受信要素は、光ネットワークの送信要素および光ネットワークの受信要素のみに知られている共有シークレットの署名を受信し得る。署名は光ネットワークの送信要素のプライベート鍵により暗号化されている。光ネットワークの受信要素は、光ネットワークの受信要素に知られている光ネットワークの送信要素の公開鍵により署名を復号し、共有シークレットの第２の署名を生成し得る。次に、復号された署名は、光ネットワークの送信要素を認証するために、第２の署名と比較される。その結果、動作中の光ネットワークの送信および受信要素は認証され、中間者攻撃またはサービス妨害攻撃を防止することができる。
【００２１】
実施形態によれば、光ネットワークの送信要素は、この情報に暗号学的ハッシュ関数を適用することにより、共有シークレットの署名を作成するように構成される。その結果、権限のないネットワーク要素がこの情報を受信したとしてもハッシュ化された対称暗号鍵は復号できないので、対称暗号鍵を共有シークレットとして使用することができる。したがって、対称暗号鍵はペイロードの暗号化と、動作中の光ネットワークの送信および受信要素の認証に使用することができる。任意選択で、共有シークレットを形成するために追加の情報、例えばペイロードの一部や光ネットワークの送信要素と光ネットワークの受信要素との間で同期されるカウンタ値などを使用することができる。
【００２２】
実施形態によれば、光ネットワークの送信要素および／または光ネットワークの受信要素は送受信機として構成される。送受信機は、送信されるペイロードを暗号化するための暗号化エンティティおよび受信したペイロードを復号するための復号エンティティを含むことが好ましい。その結果、少なくとも２つの前記送受信機の間で双方向の暗号化光通信リンクを確立することができる。前記送受信機は、双方向リンクの２つの方向それぞれのペイロードを暗号化および復号するために、同じ対称暗号鍵または異なる対称暗号鍵を使用することができる。
【００２３】
さらなる態様に基づいて、光ネットワークの受信要素が説明される。光ネットワークの受信要素は、データを受信するために光ネットワークの送信要素と接続され得る。光ネットワークの受信要素は、復号エンティティ、鍵管理エンティティから鍵情報を受信するためのインターフェース、および鍵管理エンティティによって受信される少なくとも自身のプライベート鍵を記憶するための記憶手段を含み得る。さらに、光ネットワークの受信要素は、暗号化された対称暗号鍵および暗号化されたペイロードを受信し、光ネットワークの送信要素が自身のプライベート鍵を使用して生成し送信した、受信した対称暗号鍵を復号し、復号された受信した対称暗号鍵を使用して受信した暗号化されたペイロードを復号し得る。
【００２４】
実施形態によれば、光ネットワークの受信要素は、鍵管理エンティティによって受信される少なくとも自身のプライベート鍵および少なくとも１つの公開鍵を記憶するように構成された記憶手段を含み得る。公開鍵は、データを送信するために光ネットワークの受信要素と接続可能な光ネットワークの送信要素と関連付けられている。記憶手段は、他の光ネットワーク要素の１つから、この光ネットワーク要素とのネットワーク接続を設定するために暗号化された対称鍵を受信する用意をするために、光ネットワークの他の光ネットワーク要素と関連付けられた複数の公開鍵を記憶するように構成され得ることが好ましい。
【００２５】
さらなる態様に基づいて、光ネットワークの送信要素および光ネットワークの受信要素を含む光ネットワークでのデータの暗号化された送信の方法が説明される。方法は、非対称鍵情報を、光ネットワークの送信要素および光ネットワークの受信要素により鍵管理エンティティから受信するステップを含む。光ネットワークの送信要素によって受信された非対称鍵情報は、少なくとも光ネットワークの受信要素の公開鍵を含み、光ネットワークの受信要素によって受信された非対称鍵情報は、少なくとも前記光ネットワークの受信要素のプライベート鍵を含む。
【００２６】
さらに、光ネットワークの送信要素により暗号化されるペイロードを受信するステップと、光ネットワークの送信要素の鍵生成エンティティにより対称暗号鍵を生成するステップと、光ネットワークの送信要素により生成された対称暗号鍵を使用してペイロードを暗号化するステップとが提供される。方法は、光ネットワークの送信要素により、光ネットワークの受信要素の公開鍵を使用して、生成された対称暗号鍵を暗号化するステップと、暗号化されたペイロードおよび暗号化された対称暗号鍵を光ネットワークの受信要素に送信するステップと、光ネットワークの受信要素により、プライベート鍵を使用して対称暗号鍵を復号するステップと、光ネットワークの受信要素により、復号された対称暗号鍵を使用して暗号化されたペイロードを復号するステップとを含み得る。
【００２７】
実施形態によれば、光ネットワークは、複数の光ネットワーク要素、つまり少なくとも１つの光ネットワークの送信要素および複数の光ネットワークの受信要素を含み、光ネットワークの送信要素および各光ネットワークの受信要素は、他の光ネットワーク要素の１つから、この光ネットワーク要素とのネットワーク接続を設定するために暗号化された対称鍵を受信する用意をするために、自身のプライベート鍵および他のすべての光ネットワーク要素の公開鍵を受信する。
【００２８】
実施形態によれば、暗号化された対称暗号鍵は同時におよび／または連続して光ネットワークの受信要素に送信され、その結果対称暗号鍵の連続アップデートが可能になる。例えば、限定された時間のみ有効な対称暗号鍵の場合、例えば前記対称暗号鍵が定期的に（１０分後など、特定の期間が経過した後）更新されるか、特定のイベントが発生した後（例えば新しいネットワーク構成）に更新されるセッション鍵である場合などである。
【００２９】
実施形態によれば、第１の光ネットワークの受信要素から第２の光ネットワークの受信要素への接続性変更の場合、光ネットワークの送信要素は以下のステップを実行する：対称暗号鍵を、第１の光ネットワークの受信要素の公開鍵を使用する代わりに第２の光ネットワークの受信要素の公開鍵を使用して対称暗号鍵を暗号化するステップと、新しい対称暗号鍵を生成するステップと、ペイロードを新しい対称暗号鍵で暗号化するステップと、新しい対称暗号鍵を第２の光ネットワークの受信要素の公開鍵で暗号化するステップ。
【００３０】
第２の光ネットワークの受信要素は以下のステップを実行する：新しい対称暗号鍵を自身のプライベート鍵で復号するステップと、ペイロードを復号された対称暗号鍵を使用して復号するステップ。
【００３１】
本特許出願に概説されている実施形態を含む方法およびシステムは、独立して、またはこの文献で開示されている他の方法およびシステムと組み合わせて使用することができることに留意されたい。さらに、本特許出願に概説されている方法およびシステムのすべての態様は、任意に組み合わせることができる。特に、請求項の特徴は、任意の方法で互いに組み合わせることができる。
【００３２】
以下では、本発明が付随する図面と関連して例示的な方法で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】暗号化されたデータを送信するための光システム示す概略図である。
【図２】新しい光ネットワーク要素を追加する前の、複数の光ネットワーク要素に対する非対称鍵情報の関連を示す概略図である。
【図３】新しい光ネットワーク要素を追加した後の、複数の光ネットワーク要素に対する非対称鍵情報の関連を示す概略図である。
【図４】接続性変更シナリオの例を概略的に示すフロー図である。
【図５】ペイロードデータおよび暗号化された対称暗号鍵データを含む、可能なデータフレームを示す概略図である。
【図６】暗号化された対称暗号鍵データを送信するための複数フレームの構造の例を示す概略図である。
【図７】認証手順の例を概略的に示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
光ネットワークに対する知られている暗号化解決策は典型的に、そのエンドポイントに対して固定されている。つまり、暗号化機能を実装している２つのエンドポイント（例えば、クライアントインターフェース、光リンクのエンドポイント）は静的に互いと接続されており、中央コンポーネントにより必要な暗号化パラメータ（例えば暗号鍵）で構成されている。これは固定エンドポイントおよびそれらの間の固定の接続を持つ静的な設定には十分であるが、光ネットワークが柔軟性を持つ、つまりエンドポイントのより大きな集合の間で接続性の頻繁な変更がある場合（例えば、ＧＭＰＬＳ制御プレーンやＳＤＮ駆動）には、実際的ではない。この場合、接続性が変更されるたびに、関係する新しい暗号化構成が、光ネットワークに安全かつセキュアに実装される必要がある。以下では、エンドポイントはそれぞれ光ネットワークの送信要素、光ネットワークの受信要素とも呼ばれる。光ネットワークという用語は、Ｌ０またはＬ１の任意の技術、例えばサービスとして波長を持つＤＷＤＭおよびＣＷＤＭ、サービスとしてＯＤＵｋを持つＯＴＮ、サービスとしてＶＣ−ｎ／ＳＴＳ−ｎを持つＳＤＨ／Ｓｏｎｅｔなどを暗示する。
【００３５】
典型的な光システムは、２つのエンドポイント間の静的な関係に対して、回線暗号化（例えばＤＷＤＭリンク上の波長のＨＯ  ＯＤＵｋに対して）またはクライアント暗号化（例えば２つのＤＷＤＭ  ＯＴカード間のマッピングされたクライアント信号を持つＯＰＵｋ）による暗号化を実装する。静的な関係が設定されると、関連する暗号化パラメータ（例えば鍵）は、例えばネットワーク管理システムや鍵管理ツールなどの中央インスタンスによりエンドポイントに対して構成される。これは、鍵が生成され安全かつセキュアな方法で送信される必要があるので、複雑で難しいプロセスであり、時間がかかることもある。鍵生成、送信および実装の安全性およびセキュリティがそれぞれ失われると、信号暗号化のセキュリティが失われる。知られている実装は暗号化と復号に同じ鍵を必要とする対称暗号化方式、例えばＮＩＳＴに定義されているＡＥＳを使用する。暗号化と復号のポイントが分離されているので、鍵のセキュアな通信が必要である。
【００３６】
柔軟な光ネットワーク、つまり３つ以上の、場合によっては多くのエンドポイントの間で頻繁に接続が変更される光ネットワークに対してこの手法を使用する場合、すべての暗黙のリスクと複雑さを伴う鍵管理プロセスが新しい接続それぞれに対して実行される必要がある。この動作は複雑で遅い可能性があり、サービスリクエストに対するネットワークの応答性を制限する。加えて、中央コンポーネントとエンドポイントとのその通信に、高い可用性を必要とする。（例：暗号化がｎ：１暗号化方式のコンテキストで使用される場合、５０ミリ秒未満の内に、またはＧＭＰＬＳ制御プレーンに制御されるネットワークで使用される場合、例えば２００ミリ秒未満の内に、再構成が必要となることがある。）
【００３７】
ハイブリッド暗号化の原理に従う、上記の課題に対する新しい手法が提案される：
−  例えばネットワーク管理システムや鍵管理ツールなどの中央インスタンスは各エンドポイントに対して非対称鍵ペア（関連付けられている公開鍵およびプライベート鍵）を、公開鍵暗号のために作成する。プライベート鍵は、関連するエンドポイントに対してのみ通信される。公開鍵は他のすべてのエンドポイントに対して通信される。これは新しいエンドポイントが作成された時のみ実施される（接続性変更／サービス設定の際には必要ない）。
−  作成された非対称鍵は任意選択で証明書を使用して認証されることができ、受信側暗号化エンドポイントにより鍵正当性の認証された識別子を提供する。
−  以下で光ネットワークの送信要素とも称される暗号化側エンドポイントのそれぞれは、使用される対称暗号化方式に要求される際に、場合によってはより頻繁に、対称暗号化方式（例えばＡＥＳ）を使用してペイロードを暗号化するのに使用される対称暗号鍵をローカルで作成する。これは、暗号論的に安全な擬似乱数生成器（ＣＳＰＲＮＧ）を使用して実施され得る。
−  暗号化側エンドポイントは、ペイロードをこのローカルで生成された対称暗号鍵で暗号化し、以下で光ネットワークの受信要素とも称される復号側エンドポイントに送信する。
−  暗号化側エンドポイントは対称暗号鍵を復号側エンドポイントの公開鍵で暗号化し、復号側エンドポイントに送信する。
−  復号側エンドポイントは、そのプライベート鍵を使用して暗号化された対称鍵を復号し、次いで対称暗号鍵を回復する。暗号化はエンドポイントの特定の公開鍵で実施されているので、対象となる復号エンドポイントのみこれを実施できる。
−  復号側エンドポイントは次いで回復された対称暗号鍵を使用してペイロードを復号する。
【００３８】
この方式は、知られているハイブリッド暗号化方式（これは２つの通信相手を対象とする）を、エンドポイントの公開鍵を他のすべてのエンドポイントに知らせ、暗号化側エンドポイントにどの復号側エンドポイントに暗号化されたペイロードが送信されたかを知らせることにより（このようにして暗号化側エンドポイントに、復号側エンドポイントそれぞれの関連する公開鍵を使用できるようにさせる）、複数の潜在的な通信相手に拡張する。
【００３９】
実施するために必要な情報と手段を他のすべてのノードがすでに持っているので、説明されている方式によって、ネットワークの任意のノードは、暗号化されたトラフィックを特定の復号側エンドポイントに送信できるようになる。これは、検出するための明示的な方法がない状態で、例えばサービス妨害攻撃の可能性を残す。そのため任意選択で、このリスクを排除するために両方のエンドポイントの追加の認証をサポートすることができる。
【００４０】
暗号化側エンドポイントは、例えば暗号化されていない、または暗号化された対称暗号鍵など、それ自身および復号側エンドポイントのみが持ついくつかの情報の署名を、例えば暗号学的ハッシュ関数をこの情報または任意選択の他の情報に適用することにより、作成することができる。結果の署名は暗号化側エンドポイントのプライベート鍵により暗号化され、復号側エンドポイントに送信される。復号側エンドポイントは暗号化側エンドポイントの公開鍵を使用して署名を復号する。復号側エンドポイントは同じ情報に基づいて、暗号化側エンドポイントと同じ関数を実施して署名を作成し得る。最後に、復号側エンドポイントは２つの署名を比較する。それらが一致する場合、暗号化側エンドポイントは認証される（また、証明書により鍵を認証するオプションによってもサポートされている）。一致しない場合、意図された暗号化側エンドポイント以外の何かがトラフィックを復号側エンドポイントに送信したと疑われる。このことは、サービス妨害攻撃や中間者攻撃の可能性を示唆する。
【００４１】
ハイブリッド暗号化のこの方式は、複数のエンドポイント間の頻繁な接続性変更に適応できるようにするために、特に柔軟な光ネットワークに対してマッピングされる。暗号化および復号エンドポイントは、例えばイーサネットもしくはＴＤＭクライアントポート、または光伝送システムのＯＴＮ  ＤＷＤＭ回線ポートなどの光ネットワークのポートであり得る。暗号化側エンドポイントは、暗号化ポイントに近い光ネットワーク要素（例えば暗号化を実施するのと同じカード）のハードウェアおよび／またはソフトウェアにＣＳＰＲＮＧを実装することができ、これにより潜在的にセキュアでなく安全でないチャネルを介した生成された対称暗号鍵の通信を避け（したがって例えば鍵管理ツールから暗号化側ネットワーク要素への今日の解決策にあるような通信を避け）、代わりに対称暗号鍵の知識を小さな範囲に制限する（例えばＡＳＩＣ／ＦＰＧＡ／ＡＳＳＰなどの１つのハードウェアコンポーネントに限定することも可能）。
【００４２】
例えば対応するＯＤＵｋ（光チャネルデータユニットｋ）にマッピングされるＯＰＵｋ（光チャネルペイロードユニットｋ）などのペイロードは、対称暗号鍵を使用して暗号化され、結果の暗号化されたＯＰＵｋは対応するＯＤＵｋにマッピングされる。（復号器の公開鍵を使用して）暗号化された対称暗号鍵は、例えばこの対称暗号鍵を使用して暗号化されたＯＰＵｋに関連付けられたＯＤＵｋオーバーヘッドなどの伝送オーバーヘッドにマッピングされる。暗号化側エンドポイントは、ネットワーク制御インスタンス（例えば光ネットワークの接続性をも再構成するもの）、または光ネットワークの接続性に影響を与える分散された仕組み（例えば、ｎ：１のパス保護またはＧＭＰＬＳ制御プレーンなどの、データプレーンに関連する保護の仕組み）のいずれかにより、（適切な公開鍵を使用できるようにするために）どれが関連する復号側エンドポイントかを伝えられる。混合のシナリオも可能である。
【００４３】
暗号化側エンドポイントが、光ネットワークの変更された接続性のために新しい復号側エンドポイントに接続される場合、新しい復号側エンドポイントは適切にペイロードを復号できるが他のどのエンドポイントもそうできないような仕方で、暗号化を直ちに実施するために必要なすべての情報（つまり、新しい復号側エンドポイントの公開鍵および新しい対称暗号鍵をローカルで作成する能力）をすでに持っている。このプロセスには中央エンティティ（例えば鍵管理ツール）は必要ない。
【００４４】
中央エンティティや、エンドポイントへのその安全かつセキュアな通信に対する依存は存在しないので、これは光ネットワークの接続性変更に直面する暗号化解決策の高い可用性という利点も持つ。提案された仕組みは、例えばＮＩＳＴに標準化されたＧａｌｏｉｓ／Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｍｏｄｅ（ＧＣＭ）暗号化など、ペイロードの完全性確認／認証を提供する追加の仕組みと組み合わせることができる。
【００４５】
図１は、暗号化されたデータを送信するための光システム１を示している。システムは、光ネットワーク３００を介して少なくとも１つの光ネットワークの受信要素２００と接続される、少なくとも１つの光ネットワークの送信要素１００を含む。光ネットワーク３００は、サービスとして波長を提供するＤＷＤＭ（高密度波長分割多重）もしくはＣＷＤＭ（低密度波長分割多重）ネットワーク、サービスとしてＯＤＵｋを提供する光伝送ネットワーク（ＯＴＮ）、またはサービスとして仮想コンテナ（ＶＣ−ｎ）もしくは同期伝送信号（ＳＴＳ−ｎ）を提供するＳＤＨ／Ｓｏｎｅｔネットワークであり得る。光ネットワークの送信および受信要素１００、２００は、例えばイーサネットもしくはＴＤＭクライアントポート、または光伝送システムのＯＴＮ  ＤＷＤＭ／ＣＷＤＭ回線ポートなどの光ネットワークの任意のポートに対応し得る。
【００４６】
光ネットワークの送信要素１００は、光ネットワークの受信要素２００に送信されるデータを含むペイロード信号２０を受信する。光ネットワークの送信要素１００は、受信したペイロード信号２０を暗号化するために暗号化手順を実施するように構成された暗号化エンティティ１１０を含む。光ネットワークの送信要素１００で受信されたデジタル電気信号が暗号化されていることが好ましい。暗号化の後、信号は光信号に変換され、光ネットワークの受信要素２００に送信される。光ネットワークの受信要素２００内で、光信号は電気ドメインに変換され、ペイロード信号３０を得るために復号される。
【００４７】
光ネットワークの受信要素２００は、ペイロード信号を暗号化されたペイロードから得るために復号手順を実施する復号エンティティ２１０を含む。光システム１は、高い暗号学的セキュリティレベルと、光ネットワークの送信要素１００と光ネットワークの受信要素２００との間の接続性変更での高い柔軟性を得るために、ハイブリッド暗号化を実施するように構成される。
【００４８】
各光ネットワークの送信要素１００および各光ネットワークの受信要素２００は、この例では、光ネットワーク要素１００および光ネットワークの受信要素２００は、鍵情報、つまり光ネットワークの送信および受信要素１００、２００のそれぞれの鍵ペアを含む非対称鍵情報を生成するように構成される、鍵管理エンティティ１０に接続される。特に、鍵管理エンティティ１０は、光ネットワークの送信および受信要素１００、２００のそれぞれの公開鍵およびプライベート鍵を生成するように構成されている。公開およびプライベート鍵ペアは、例えばＩＥＥＥ  Ｐ１３６３標準で定義されているＲＳＡアルゴリズムなどの、使用されている非対称暗号化方式に定義されているように作成される。
【００４９】
前記鍵ペアの生成は、例えば光ネットワークの送信要素１００または光ネットワークの受信要素２００の設置後など、１度だけ実施されなければならない。図１の実施形態によれば、鍵管理エンティティ１０は光ネットワークの受信要素２００の公開鍵を、光ネットワークの送信要素１００に送信する。さらに、光ネットワークの受信要素２００は、鍵管理エンティティ１０に生成され送信される自身のプライベート鍵を受信する。概して、複数の光ネットワーク要素（光ネットワークの送信要素、光ネットワークの受信要素、または光ネットワークの送信および受信要素）を含む光システムでは、鍵管理エンティティ１０は、各光ネットワーク要素に、自身のプライベート鍵と、他のすべての光ネットワーク要素の公開鍵を送信する。光ネットワーク要素のそれぞれに対するプライベート鍵の送信は、セキュアな回線、好ましくは暗号化された送信パスを使用して実施されるのが好ましい。公開鍵情報は、公開鍵は公開情報であるので、セキュアでない送信回線を介して送信されてよい。前記鍵情報を生成および送信した後、鍵管理エンティティ１０は、新しい鍵情報が必要になる（例えば、新しい光ネットワーク要素を光システムに含めた後）まで、スタンバイモードに切り替えられ得る。
【００５０】
さらに、光ネットワークの送信要素１００、特に光ネットワークの送信要素の暗号化エンティティ１１０は、対称暗号鍵を生成するように構成された鍵生成エンティティ１２０を含む。前記対称暗号鍵は、ペイロードを暗号化するために光ネットワークの送信要素１００で使用され、ペイロードを復号するために光ネットワークの受信要素２００で使用され得る。鍵生成エンティティ１２０は暗号論的に安全な擬似乱数生成器（ＣＳＰＲＮＧ）を含み得る。前記ＣＳＰＲＮＧは、十分なエントロピーおよび統計的ランダム性を持つ擬似ランダム性を提供するように構成される。これは既存の標準、例えばＦＩＰＳ  １８６−２やＮＩＳＴ  ＳＰ  ８００−９０Ａなどに基づき得る。鍵生成エンティティ１２０は、例えばプロセッサ、ＦＰＧＡ、オペレーティングシステムなどのハードウェアまたはソフトウェアに実装し得る。鍵生成エンティティ１２０は、例えば暗号化を実施するのと同じハードウェアエンティティ上の暗号化エンティティ１１０の近く、または暗号化エンティティ１１０内に配置されることが好ましい。その結果、潜在的にセキュアでないチャネルを介した、生成された対称暗号鍵の送信が回避される。
【００５１】
鍵生成エンティティ１２０に生成された対称暗号鍵と、鍵管理エンティティ１０に生成された鍵情報は、光システム内で適用されるハイブリッド暗号化の暗号鍵を形成する。ハイブリッド暗号化の目標は、ペイロードと対称暗号鍵を、セキュアな方法で光ネットワークの受信要素２００に送信することである。対称暗号鍵は、光ネットワークの送信要素１００でペイロードを暗号化するために使用される。光ネットワークの受信要素２００に暗号化されたペイロードを復号させるため、光ネットワークの送信要素１００で生成された対称暗号鍵は、光ネットワークの受信要素２００に安全かつセキュアに伝送されなければならない。前記安全かつセキュアな伝送は、鍵管理エンティティ１０に生成された非対称鍵情報により対称暗号鍵を暗号化することによって実現される。特に、光ネットワークの送信要素１００は対称暗号鍵を、光ネットワークの受信要素２００と関連付けられた公開鍵により暗号化する。暗号化された対称暗号鍵の光ネットワークの受信要素２００への送信の後、復号エンティティ２１０は、自身のプライベート鍵を使用して対称暗号鍵を復号する。続いて、前記復号された対称暗号鍵は、ペイロード信号３０を得るために、暗号化されたペイロードを復号するために使用される。非対称鍵情報は、前記対称暗号鍵を生成する光ネットワークの送信要素１００から、光ネットワークの受信要素２００への対称暗号鍵の暗号化された伝送に対してのみ使用されることが好ましい。あるいは、非対称鍵情報は他の暗号、認証または他のタスクにも有用である。
【００５２】
前述の内容では、光ネットワークの送信要素１００は、暗号化されたペイロードおよび暗号化された対称暗号鍵を含む光信号を送信するように構成されており、一方で光ネットワークの受信要素２００は、暗号化されたペイロードおよび暗号化された対称暗号鍵を含む光信号を受信するように構成されていると想定されている。しかしながら、光ネットワーク要素は送受信機として構成され、その結果暗号化されたペイロードを含む光データを送信および受信できるようにすることも可能である。その結果、少なくとも２つの光ネットワーク要素間の双方向の暗号化された通信が可能である。前記光ネットワーク要素のそれぞれは、暗号化エンティティおよび復号エンティティを含み得る。特に、各光ネットワーク要素は、送信されるペイロードを暗号化するために使用される対称暗号鍵を生成するための鍵生成エンティティを含み得る。送受信機として構成された２つの前記光ネットワーク要素間の双方向の通信は、両方の方向に対して同じ対称暗号鍵を使用するか、それぞれの方向に対して特定の対称暗号鍵を使用することができる。
【００５３】
ペイロードを暗号化する暗号化方式によっては、対称暗号鍵は所定の期間有効なセッション鍵であるか、何らかのイベントが現在使用されている対称暗号鍵の置換を必要とするかトリガするまで有効なセッション鍵であり得る。所定の時間が経過したかイベントが発生した後、新しい対称暗号鍵が鍵生成エンティティ１２０によって生成され、光ネットワークの受信要素２００に送信される。暗号化エンティティ１１０および復号エンティティ２１０は、以前に使用されたものから新しい対称暗号鍵に切り替え、次いで中断されない暗号化された通信中の鍵置換をサポートする時点を同意するために手順を使用し得る。
【００５４】
図２は、光ネットワーク３００を介して接続されている、光ネットワーク要素１００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄを含む光システム１の概略図を示している。第１の実施形態によれば、光ネットワーク要素１００Ａは、光ネットワークの送信要素であることができ、さらに光ネットワーク要素２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは光ネットワークの受信要素であることができる。さらなる実施形態によれば、すべての光ネットワーク要素１００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは暗号化された光データを送信および受信するための送受信機として構成される。各光ネットワーク要素１００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄは、自身のプライベート鍵（影付きの円で示されている）および他のすべての光ネットワーク要素の公開鍵（点線の円で示されている）を含む。
【００５５】
図３は、新しい光ネットワーク要素２００Ｅが光システム１内に含まれた時の状況を示している。鍵管理エンティティ１０は、新しい光ネットワーク要素２００Ｅのプライベート鍵および公開鍵を含む新しい非対称鍵ペアを生成する。プライベート鍵は、鍵管理エンティティ１０により新しい光ネットワーク要素２００Ｅに送信され、公開鍵は他のすべての光ネットワーク要素１００Ａ、２００Ｂ−２００Ｄに送信される。さらに、光ネットワーク要素１００Ａ、２００Ｂ−２００Ｄに関連付けられた公開鍵は、新しく生成された光ネットワーク要素２００Ｅに送信される。プライベートおよび公開鍵の前記割り当ての後、鍵管理エンティティ１０は、新しい非対称鍵ペアが必要になるまでスタンバイモードに切り替えられ得る。
【００５６】
図４は、接続性変更を示すフロー図を示している。光ネットワークの送信要素１００Ａと第１の光ネットワークの受信要素２００Ｂとの間のデータ接続は、第２の光ネットワークの受信要素２００Ｃに変更される。ステップＳ５００において、光ネットワークの送信要素１００Ａは、光ネットワークの受信要素２００Ｂから光ネットワークの受信要素２００Ｃへの変更された接続性について伝えられる。前記情報は、帯域内情報として光ネットワークの送信要素１００Ａに、またはＧＭＰＬＳ制御プレーンなどを使用して送信され得る。特に、光ネットワークの送信要素１００Ａは、光ネットワークの送信要素１００Ａが、対称暗号鍵を暗号化するための新しい光ネットワークの受信要素２００Ｃに関連付けられた正しい公開鍵を選択できるようにするため、新しい光ネットワークの受信要素２００Ｃの識別子について知らされる。新しい光ネットワークの受信要素２００Ｃの情報は、例えば光ネットワーク３００の接続性を再構成するネットワーク制御インスタンスなどの中央ネットワーク制御インスタンスから与えられるか、または光ネットワーク３００の接続性に影響を与える分散された仕組み（例えば、ＧＭＰＬＳ制御プレーン）から与えられ得る。
【００５７】
接続性変更情報を受信した後、光ネットワークの送信要素１００Ａは、対称暗号鍵を暗号化するための第１の光ネットワークの受信要素２００Ｂに関連付けられた公開鍵の使用をやめ、第２の光ネットワークの受信要素２００Ｃと関連付けられた公開鍵を使用し始める（ステップＳ５１０）。その結果、第１の光ネットワークの受信要素２００Ｂはもはや暗号化された対称暗号鍵を復号することはできない。これは、新しい生成された対称暗号鍵（続いてステップＳ５２０で生成される）が第１の光ネットワークの受信要素２００Ｂに復号されるのを避けるためである。第２の光ネットワークの受信要素２００Ｃに関連付けられた公開鍵は、鍵管理エンティティ１０に開始された以前の送信により、光ネットワークの送信要素１００Ａの記憶手段にすでに記憶されているということは言及する価値があるだろう。つまり、接続性の切り替えの時点で公開鍵の送信は実際には必要ない。この時点以降、第１の光ネットワークの受信要素２００Ｂは、光ネットワークの送信要素１００Ａにより送信される対称暗号鍵をもはや復号することはできない。
【００５８】
次のステップ（Ｓ５２０）として、光ネットワークの送信要素１００Ａは、その鍵生成エンティティにより新しい対称暗号鍵をローカルで生成する。すでに言及されたように、対称暗号鍵は、新しい対称暗号鍵が必要とされる時点で生成された擬似乱数であり得る（「新しい鍵（ｆｒｅｓｈ  ｋｅｙ）」）。この時点で、光ネットワークの送信要素１００Ａの暗号化エンティティ１１０のみが、対称暗号鍵について知っている。対称暗号鍵は、ペイロードの暗号化を実施するエンティティによりローカルで生成されると都合が良い。それにより、対称暗号鍵の送信は必要ない。
【００５９】
対称暗号鍵の生成後、光ネットワークの送信要素１００Ａは新しい生成された対称暗号鍵によりペイロードの暗号化を開始する（ステップＳ５３０）。この時点以降、第１の光ネットワークの受信要素２００Ｂはもはやペイロードを復号することはできない。
【００６０】
次いで、光ネットワークの送信要素１００Ａは、第２の光ネットワークの受信要素２００Ｃの公開鍵により新しい生成された対称暗号鍵の暗号化を開始する（ステップ５４０）。その結果、新しい生成された対称暗号鍵を第２の光ネットワークの受信要素２００Ｃにセキュアな方法で送信することができる。
【００６１】
暗号化された新しい対称暗号鍵を受信した後、第２の光ネットワークの受信要素２００Ｃは、暗号化された新しい対称暗号鍵を自身のプライベート鍵を使用して復号することができる（ステップＳ５５０）。
【００６２】
最後に、新しい対称暗号鍵を導出した後、光ネットワークの受信要素２００Ｃの復号エンティティ２１０は、同じ新しい生成された暗号鍵で暗号化されたペイロードを復号することができる（ステップＳ５６０）。
【００６３】
上記のステップの順序は変更できることに留意されたい。例えば、暗号化された新しい対称暗号鍵は、この暗号鍵で暗号化されたペイロードが、例えば別個のコントロールメッセージ内で送信される前に、ネットワークの受信要素に送信され得る。開示されたステップの他の変更形態も可能である。
【００６４】
提案された方法およびシステムによれば、接続性の変更は、例えばｔ＜２００ｍｓなどの短い期間ｔに実施されることが好ましい。最も好ましいのは、ｔ＜５０ｍｓである。その結果、例えばＧＭＰＬＳ制御プレーンやＳＤＮ（ソフトウェア定義のネットワーク）駆動のネットワークなどを使用して、複数の光ネットワーク要素間の接続性の頻繁な変更に対処できる、柔軟な暗号化された光システムが提供され得る。
【００６５】
実施形態によれば、暗号化された対称暗号鍵は、前記対称暗号鍵を使用して暗号化された、暗号化されたペイロードと同時に送信される。同時送信の主な利点は、対称暗号鍵が変更された場合、データロスが全くないか、実質的にないことである。これは、実際に有効な対称暗号鍵が暗号化されたペイロードにリンクされており、したがって暗号化されたペイロードは前記実際に有効な対称暗号鍵を使用して即座に復号できるからである。さらに、暗号化された対称暗号鍵もまた、暗号化されたペイロードに続いて送信され得る。その結果、対称暗号鍵は常に光ネットワークの受信要素２００Ｂ−２００Ｄで利用可能であり、例えば対称暗号鍵を失わせる光ネットワークの受信要素２００Ｂ−２００Ｄの短期間の故障など、予想外の状況であっても、前記対称暗号鍵は直ちに回復され得る。
【００６６】
暗号化されたペイロードは、ペイロードセクション４２０およびオーバーヘッドセクション４１０を含むデータフレーム構造４００を使用して送信されるのが好ましい。暗号化されたペイロードはペイロードセクション４２０にマッピングされ、実際の暗号化された対称暗号鍵はデータフレーム構造４００のオーバーヘッドセクション４１０にマッピングされ得る。
【００６７】
図５は、光チャネルデータユニットｋ（ＯＤＵｋ）に基づく、光伝送ネットワーク（ＯＴＮ）のデータ構造を示している。ＯＤＵｋは、暗号化されたペイロードがマッピングされる、ＯＰＵｋペイロード４２０（ＯＰＵｋ：光チャネルペイロードユニットｋ）と呼ばれるペイロードセクションを含む。さらに、ＯＤＵｋは、補足情報を送信することができるオーバーヘッドセクション４１０を含む。前記ＯＤＵｋオーバーヘッド４１０は、将来の国際標準として予約されている複数のＲＥＳバイト４３０を含む。暗号化された対称暗号鍵は、前記ＲＥＳバイトの少なくとも１バイトにマッピングされる。
【００６８】
暗号化された対称暗号鍵を送信するのに必要なバイト数は、主に使用された対称暗号化方式の鍵長、および対称暗号鍵を暗号化するのに使用された非対称暗号方式に依存する。ＡＥＳ２５６暗号化（ＡＥＳ：高度暗号化標準）を想定すると、暗号化された対称暗号鍵は、伝送される必要がある、例えば２５６ビット（＝３２バイト）を含み得る。例えばＡＥＳ２５６のＣＴＲモードなど、使用された暗号化方式の動作モードによっては、追加情報が光ネットワークの送信要素１００Ａから光ネットワークの受信要素２００Ｂ−２００Ｅに転送される必要がある。前記追加情報および／または使用された暗号化方式の動作モードも、ＯＤＵｋオーバーヘッドを使用して送信され得る。
【００６９】
ＯＤＵｋオーバーヘッドの限定された送信容量（フレームのＯＤＵｋオーバーヘッドでは８ＲＥＳバイトのみが使用可能）により、暗号化された対称暗号鍵の送信にマルチフレーム（ＥＫＭＦ：暗号化された鍵マルチフレーム）を使用することが必要であり得る。その結果、マルチフレームの各バイトは、続くＯＤＵｋを使用して送信される。図６は、３２バイトを含む暗号化された対称暗号鍵（例えばＡＥＳ２５６鍵）を送信するのに使用され得るマルチフレームの例の構造を示している。示された例に基づけば、マルチフレームは６４バイトを含む。当然のこととして、他の長さのマルチフレームも可能である。図６では、行はマルチフレームのバイト１−６４を示しており、列は各バイトのビットを示している。現在の実施形態では、各バイトの第１のビットはマルチフレーム境界を表しており、第１のビットの論理状態はマルチフレームが開始されているか継続されているかを表している。例えば、ハイビット（「１」）はマルチフレームの開始を表し、ロービット（「０」）はマルチフレームの継続を表している。
【００７０】
バイト１（「Ｆ」で表されている）の続くビット２−８は、例えばフラグである。前記フラグは鍵交換の指標、つまり新しい対称暗号鍵が利用可能であることの指標として使用され得る。
【００７１】
バイト２のビット２からバイト３８のビット５までのビット（「Ｅ」で表される）は暗号化された対称暗号鍵を送信するために使用されるビットである。バイト３８の残りのビット６−８は、０に設定されている。
【００７２】
バイト３９から６３（「Ｒ」で表されるビット）は、例えば使用された暗号化方式の動作モード（ＡＥＳ暗号のＣＴＲモード）に関する情報など、追加情報または補足情報を送信するために使用され得る予約されたビットである。
【００７３】
最後に、マルチフレームは、マルチフレームの送信中に発生した不具合を検出するために、バイト１−６３のビット２−８に対するチェックサムを含み得る（例えば、巡回冗長検査（ＣＲＣ）、特にＣＲＣ７）。前記チェックサムは、バイト６４のビット２−８（「Ｚ」で表されるビット）に含まれ得る。
【００７４】
サービス妨害攻撃や中間者攻撃を検出するため、認証手順が実装される。前記認証は、光ネットワークの送信要素１００Ａおよび光ネットワークの受信要素２００Ｂ−２００Ｅが接続されていることと、前記通信している光ネットワーク要素間の中間に配置されたさらなる光ネットワーク要素はどれも送信されたデータを盗聴（ｔａｐ）しないことを確証することができる。図７は、フロー図により認証手順を示している。光ネットワークの送信エンティティ（ＯＮＥ）１００は、光ネットワークの受信エンティティ（ＯＮＥ）２００にデータを送信することができると想定すると、光ネットワークの送信要素１００は、自身および光ネットワークの受信要素２００のみに知られているいくらかの情報（共有シークレット）の署名を生成する。前記情報は、暗号化されていない、または暗号化された対称暗号鍵であり得る。署名を生成するために、暗号学的ハッシュ関数は、例えば暗号化されていない、または暗号化された対称暗号鍵などの前記情報に適用され得る（ステップＳ６００）。
【００７５】
その後、生成された署名は暗号化され得る。前記暗号化は、光ネットワークの送信要素１００のプライベート鍵を使用して実施され得る（ステップＳ６１０）。
【００７６】
以下では、暗号化された署名は、光ネットワーク３００を介して光ネットワークの受信要素２００に送信され得る（ステップＳ６２０）。
【００７７】
光ネットワークの受信要素２００での暗号化された署名の受信の後、前記光ネットワークの受信要素２００は、光ネットワークの送信要素１００の公開鍵に基づいて、復号を実施し得る（ステップＳ６３０）。さらに、受信した復号された署名は、光ネットワークの受信要素２００に記憶され得る。
【００７８】
続いて、光ネットワークの受信要素２００は、署名を生成するために光ネットワークの送信要素１００に使用されたのと同じ情報に基づいて、署名を生成し得る（ステップＳ６４０）。署名の生成は同様に実施される、つまり光ネットワークの送信要素１００および光ネットワークの受信要素２００は、例えば暗号学的ハッシュ関数など、署名を生成するために同じ手順を実施する。
【００７９】
最後に、生成された署名は、光ネットワークの受信要素２００内に記憶されている、受信した復号された署名と比較される（ステップＳ６５０）。比較の結果に基づいて、認証の成功または失敗が決定される（ステップＳ６６０）。生成された署名が受信した復号された署名と同一であれば、光ネットワークの送信要素１００（中間者ではなく）がペイロードを送信したと想定される。そうでなければ、意図された光ネットワークの送信要素１００以外の光ネットワーク要素が、光ネットワークの受信要素２００にトラフィックを送信したと疑われる。このことは、サービス妨害攻撃や中間者攻撃の可能性を示唆する。
【００８０】
説明および図面は、提案された方法およびシステムの原理を示すのみであることに留意されたい。それで、当業者は、本明細書に明示的に説明または示されていないとしても、本発明の原理を具体化しその趣旨および範囲に含まれる様々な構成を考案することができることが理解されよう。さらに、本明細書で言及されている例は主に、読者が提案された方法およびシステムの原理、および当技術を向上させるために発明者によって提供された概念を理解できるように助けるという教育的な目的のみを明確に意図しており、このような特に言及されている例および状況に限定されるものではないと解釈されるべきである。さらに、本明細書で本発明の原理、態様および実施形態に言及しているすべての陳述、およびその特定の例は、その均等物を包含することを意図している。別段の定めがない限り、本発明の実施形態は互いに自由に組み合わせることができる。
【００８１】
最後に、本明細書の各ブロック図は、本発明の原理を具体化する電気回路の実例の概念図を示していることに留意されたい。同様に、各フローチャート、フロー図、状態遷移図、擬似コード等は、コンピュータ可読媒体内で実質的に表現されており、コンピュータまたはプロセッサが明示的に表示されているかどうかに関わりなくそのようなコンピュータまたはプロセッサにそのように実行される、様々なプロセスを表していることが理解されよう。
【図１】
2018170766.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018170766.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2018170766.tif 000008
【図７】
2018170766.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月21日(2018.6.21)
【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】
光ネットワークの送信要素（１００）であって、
−  鍵管理エンティティ（１０）から鍵情報を受信するためのインターフェースと、
−  鍵管理エンティティ（１０）から受信された公開鍵を記憶するための記憶手段であって、公開鍵は、データを送信するために光ネットワーク（３００）を介して光ネットワークの送信要素（１００）と接続可能な光ネットワークの受信要素（２００）と関連付けられている、記憶手段と、
−  対称暗号鍵を生成するように構成された鍵生成エンティティ（１２０）とを含み、
光ネットワークの送信要素（１００）は、
−  生成された対称暗号鍵を使用して光ネットワークの受信要素（２００）に送信される受信したペイロードを暗号化し、
−  生成された対称暗号鍵を、光ネットワークの受信要素（２００）の公開鍵を使用して暗号化し、
−  暗号化されたペイロードおよび暗号化された対称暗号鍵を、光ネットワーク（３００）を介して光ネットワークの受信要素（２００）に送信するように構成された、光ネットワークの送信要素。
【請求項２】
記憶手段が、前記光ネットワークの送信要素（１００）と関連付けられたプライベート鍵と、前記光ネットワークの送信要素（１００）のデータを受信可能な複数の光ネットワークの受信要素（２００）の公開鍵とを記憶するように構成された、請求項１に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項３】
第１の光ネットワークの受信要素から第２の光ネットワークの受信要素への接続性変更の場合、光ネットワークの送信要素（１００）が、ペイロードを暗号化するための新しい対称暗号鍵を生成し、第２の光ネットワークの受信要素の公開鍵を使用して新しい対称暗号鍵を暗号化するように構成される、請求項１または２に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項４】
暗号化された対称暗号鍵または少なくとも暗号化された対称暗号鍵の一部についての情報が、暗号化されたペイロードと同時におよび／または連続して送信される、請求項１から３のいずれか一項に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項５】
暗号化されたペイロードが、データフレーム（４００）を使用して送信され、暗号化された対称暗号鍵が、データフレーム（４００）のいくつかまたはすべてに埋め込まれており、前記データフレーム（４００）のオーバヘッドセクション（４１０）を使用して送信される、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項６】
鍵管理エンティティ（１０）から受信した鍵情報を認証するための手段を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項７】
−  光ネットワークの送信要素（１００）および光ネットワークの受信要素（２００）のみに知られている共有シークレットの署名を作成し、
−  署名を自身のプライベート鍵で暗号化し、
−  光ネットワークの受信要素（２００）での認証を可能にするために、暗号化された署名を光ネットワークの受信要素（２００）に送信するように構成された、請求項１から６のいずれか一項に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項８】
暗号学的ハッシュ関数を適用することにより、共有シークレットの署名を作成するように構成される、請求項７に記載の光ネットワークの送信要素。
【請求項９】
データを受信するために光ネットワークの送信要素（１００）に接続された光ネットワークの受信要素（２００）であって、
−  鍵管理エンティティ（１０）から鍵情報を受信するためのインターフェースと、
−  鍵管理エンティティ（１０）から受信される少なくとも自身のプライベート鍵を記憶するための記憶手段とを含み、
光ネットワークの受信要素（２００）は、
−  暗号化された対称暗号鍵および暗号化されたペイロードを光ネットワークの送信要素から受信し、
−  受信した対称暗号鍵を自身のプライベート鍵を使用して復号し、
−  復号された受信した対称暗号鍵を使用して受信した暗号化されたペイロードを復号するように構成される、光ネットワークの受信要素。
【請求項１０】
記憶手段が、鍵管理エンティティによって受信される少なくとも自身のプライベート鍵および少なくとも１つの公開鍵を記憶するように構成され、少なくとも１つの公開鍵は、データを送信するために光ネットワークの受信要素（２００）と接続可能な光ネットワークの送信要素（１００）と関連付けられている、請求項９に記載の光ネットワークの受信要素。
【請求項１１】
−  光ネットワークの送信要素（１００）および光ネットワークの受信要素（２００）のみに知られている共有シークレットの署名を受信し、署名は光ネットワークの送信要素（１００）のプライベート鍵により暗号化されており、
−  光ネットワークの送信要素（１００）の公開鍵により署名を復号し、
−  共有シークレットの第２の署名を生成し、
−  復号された署名を、光ネットワークの送信要素（１００）を認証するために、第２の署名と比較するように構成される、請求項９または１０に記載の光ネットワークの受信要素。
【請求項１２】
光ネットワークの送信要素（１００）および光ネットワークの受信要素（２００）を含む光ネットワーク（３００）でのデータの暗号化された送信の方法であって、
−  非対称鍵情報を、光ネットワークの送信要素（１００）および光ネットワークの受信要素（２００）により鍵管理エンティティ（１０）から受信するステップであって、光ネットワークの送信要素（１００）によって受信された非対称鍵情報は、少なくとも光ネットワークの受信要素（２００）の公開鍵を含み、光ネットワークの受信要素（２００）によって受信された非対称鍵情報は、少なくとも前記光ネットワークの受信要素（２００）のプライベート鍵を含む、受信するステップと、
−  光ネットワークの送信要素（１００）により暗号化されるペイロードを受信するステップと、
−  対称暗号鍵を生成するステップと、
−  光ネットワークの送信要素（１００）により生成された対称暗号鍵を使用してペイロードを暗号化するステップと、
−  光ネットワークの送信要素（１００）により、光ネットワークの受信要素（２００）の公開鍵を使用して、生成された対称暗号鍵を暗号化するステップと、
−  暗号化されたペイロードおよび暗号化された対称暗号鍵を光ネットワークの受信要素（２００）に送信するステップと、
−  光ネットワークの受信要素（２００）により、自身のプライベート鍵を使用して対称暗号鍵を復号するステップと、
−  光ネットワークの受信要素（２００Ｂ−２００Ｅ）により、復号された対称暗号鍵を使用して暗号化されたペイロードを復号するステップと
を少なくとも含む、方法。
【請求項１３】
光ネットワーク（３００）が、複数の光ネットワーク要素、つまり少なくとも１つの光ネットワークの送信要素（１００Ａ）および複数の光ネットワークの受信要素（２００Ｂ−２００Ｅ）を含み、光ネットワークの送信要素（１００Ａ）および各光ネットワークの受信要素（２００Ｂ−２００Ｅ）が、自身のプライベート鍵および他の光ネットワーク要素の公開鍵を受信する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
暗号化された対称暗号鍵が同時におよび／または連続して光ネットワークの受信要素（２００）に送信される、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の光ネットワークの受信要素（２００Ｂ）から第２の光ネットワークの受信要素（２００Ｃ）への接続性変更の場合、光ネットワークの送信要素（１００Ａ）が、
−  対称暗号鍵を、第１の光ネットワークの受信要素（２００Ｂ）の公開鍵を使用する代わりに第２の光ネットワークの受信要素（２００Ｃ）の公開鍵を使用して暗号化するステップと、
−  新しい対称暗号鍵を生成するステップと、
−  ペイロードを新しい対称暗号鍵で暗号化するステップと、
−  新しい対称暗号鍵を第２の光ネットワークの受信要素（２００Ｃ）の公開鍵を使用して暗号化するステップとを実行し、
第２の光ネットワークの受信要素（２００Ｃ）が、
−  新しい対称暗号鍵を自身のプライベート鍵で復号するステップと、
−  ペイロードを復号された対称暗号鍵を使用して復号するステップとを実行する、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。