(57)【要約】【課題】送信側装置が片方向通信で動作する場合でも、セキュアなデータ通信を行う。【解決手段】送信側のセンサ端末１０で、送信するデータＤのハッシュ値Ｈｄを送信側秘密鍵Ｋｓｓで暗号化して生成した署名情報Ｄｓと、データＤを送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号化して生成した暗号情報Ｄｃと、送信側暗号鍵Ｋｓｃを受信側公開鍵Ｋｒｐで暗号化して生成した鍵情報Ｄｋとを、認証メッセージＭａに格納して受信側へ送信し、受信側の処理装置２０で、受信した認証メッセージＭａの鍵情報Ｄｋを受信側秘密鍵Ｋｒｓで復号化して送信側暗号鍵Ｋｓｃを取得し、認証メッセージＭａの暗号情報Dｃを送信側暗号鍵Ｋｓｃで復号化してデータＤを取得し、認証メッセージＭａの署名情報Ｄｓを送信側公開鍵Ｋｓｐで復号化してハッシュ値Ｈｄを取得し、データＤから計算したハッシュ値Ｈｄ’とを比較することにより、送信側および受信側の真正性を認証判定する。【選択図】  図１
2018042081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信ネットワークを介して接続された送信側装置から受信側装置へ、各種のデータを暗号化して送信する際に用いられるデータ送受信方法であって、
送信側装置は、
データのハッシュ値を計算して送信側秘密鍵で暗号化することにより署名情報を生成する署名情報生成ステップと、
データを送信側暗号鍵で暗号化することにより暗号情報を生成する暗号情報生成ステップと、
送信側暗号鍵を受信側公開鍵で暗号化することにより鍵情報を生成する鍵情報生成ステップと、
署名情報、暗号情報、および鍵情報を１つのメッセージに格納して受信側装置へ送信する送信ステップとを備え、
受信側装置は、
送信側装置からメッセージを受信する受信ステップと、
メッセージに含まれる鍵情報を受信側秘密鍵で復号化することにより送信側暗号鍵を取得する鍵情報復号化ステップと、
メッセージに含まれる暗号情報を送信側暗号鍵で復号化することによりデータを取得する暗号情報復号化ステップと、
メッセージに含まれる署名情報を送信側公開鍵で復号化することによりハッシュ値を取得する署名情報復号化ステップと、
復号化して得られたデータのハッシュ値を計算し、復号化して得られたハッシュ値とを比較することにより、送信側装置および受信側装置の真正性を認証判定する認証判定ステップとを備える
ことを特徴とするデータ送受信方法。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ送受信方法において、
送信ステップは、受信側装置に対してデータを順次送信する際、通常は暗号情報生成ステップで生成されたデータに関する暗号情報のみを受信側装置へ送信し、所定の送信頻度または送信時間間隔でデータに関するメッセージを生成して送信し、
暗号情報復号化ステップは、送信側装置から暗号情報のみを受信した場合、それまでにメッセージにより取得した送信側暗号鍵で暗号情報を復号化することによりデータを取得する
ことを特徴とするデータ送受信方法。
【請求項３】
請求項２に記載のデータ送受信方法において、
送信ステップは、送信側装置と受信側装置との間の通信トラヒックに応じて、メッセージを送信する送信頻度または送信時間間隔を変更することを特徴とするデータ送受信方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のデータ送受信方法において、
暗号情報生成ステップは、データを送信側暗号鍵で暗号化する際、任意の頻度で送信側暗号鍵を変更することを特徴とするデータ送受信方法。
【請求項５】
請求項４に記載のデータ送受信方法において、
暗号情報生成ステップは、データを送信側暗号鍵で暗号化する際、送信側装置から送信するデータの送信頻度に応じて送信側暗号鍵の変更頻度を変更することを特徴とするデータ送受信方法。
【請求項６】
通信ネットワークを介して接続されたセンサ端末から処理装置へ、各種のデータを暗号化して送信するセンシングシステムであって、
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のデータ送受信方法に基づいて、センサ端末から処理装置へデータを送信することを特徴とするセンシングシステム。
【請求項７】
通信ネットワークを介して接続されたセンサ端末から処理装置へ、各種のデータを暗号化して送信するセンシングシステムであって、
センサ端末から送信されたデータを処理装置へ中継転送する中継装置を備え、
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のデータ送受信方法に基づいて、中継装置から処理装置へデータを送信する
ことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のセンシングシステムにおいて、
センサ端末は、署名情報、暗号情報、および鍵情報のうち、いずれか１または複数の情報を分担して生成し、
中継装置は、メッセージを送信する際、署名情報、暗号情報、および鍵情報のうち、センサ端末で生成された情報と自己で生成した残りの情報とを、１つのメッセージに格納して処理装置へ送信する
ことを特徴とするセンシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信ネットワークを介して接続された送信側装置から受信側装置へ、各種のデータを暗号化して送信するためのデータ送受信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
センシングシステムは、遠隔地に設置したセンサからのデータを通信ネットワークを利用して、サーバなどの処理装置に収集するシステムであり、最近では、人の生体情報を用いたヘルスケアや見守り等についても検討が進んでいる。
このようなシステムにおいて、セキュリティ確保のためには、ネットワークにアクセスするセンサ端末や処理装置が、正当なものであることを確認したり、アプリケーションによっては、センサ値を秘匿化したりする必要がある。例えば、パソコンやスマートフォンでは、電子証明書を用いた相互認証や秘密鍵暗号による暗号化通信が行われている（例えば、非特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「図解で学ぶネットワークの基礎：SSL編」、日経NETWORK、2007年6月号、78ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の暗号化通信技術では、送信側装置と受信側装置との間で所定のシーケンスに基づいて双方向通信を行うことにより認証処理を行う必要がある。しかしながら、センシングシステムのセンサ端末では、通信方式や端末制御における制約などの理由により、片方向通信にしか対応していないセンサ端末や、双方向通信に対応していても実際には消費電力低減のため片方向通信で運用させるセンサ端末などを用いる場合がある。このため、このようなセンシングシステムには、従来の暗号化通信技術を適用できないという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、送信側装置が片方向通信で動作する場合でも、セキュアなデータ通信を行うことができるデータ送受信技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明にかかるデータ送受信方法は、通信ネットワークを介して接続された送信側装置から受信側装置へ、各種のデータを暗号化して送信する際に用いられるデータ送受信方法であって、送信側装置は、データのハッシュ値を計算して送信側秘密鍵で暗号化することにより署名情報を生成する署名情報生成ステップと、データを送信側暗号鍵で暗号化することにより暗号情報を生成する暗号情報生成ステップと、送信側暗号鍵を受信側公開鍵で暗号化することにより鍵情報を生成する鍵情報生成ステップと、署名情報、暗号情報、および鍵情報を１つのメッセージに格納して受信側装置へ送信する送信ステップとを備え、受信側装置は、送信側装置からメッセージを受信する受信ステップと、メッセージに含まれる鍵情報を受信側秘密鍵で復号化することにより送信側暗号鍵を取得する鍵情報復号化ステップと、メッセージに含まれる暗号情報を送信側暗号鍵で復号化することによりデータを取得する暗号情報復号化ステップと、メッセージに含まれる署名情報を送信側公開鍵で復号化することによりハッシュ値を取得する署名情報復号化ステップと、復号化して得られたデータのハッシュ値を計算し、復号化して得られたハッシュ値とを比較することにより、送信側装置および受信側装置の真正性を認証判定する認証判定ステップとを備えている。
【０００７】
また、本発明にかかる上記データ送受信方法の一構成例は、送信ステップが、受信側装置に対してデータを順次送信する際、通常は暗号情報生成ステップで生成されたデータに関する暗号情報のみを受信側装置へ送信し、所定の送信頻度または送信時間間隔でデータに関するメッセージを生成して送信し、暗号情報復号化ステップは、送信側装置から暗号情報のみを受信した場合、それまでにメッセージにより取得した送信側暗号鍵で暗号情報を復号化するようにしたものである。
【０００８】
また、本発明にかかる上記データ送受信方法の一構成例は、送信ステップが、送信側装置と受信側装置との間の通信トラヒックに応じて、メッセージを送信する送信頻度または送信時間間隔を変更するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明にかかる上記データ送受信方法の一構成例は、暗号情報生成ステップが、データを送信側暗号鍵で暗号化する際、任意の頻度で送信側暗号鍵を変更するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明にかかる上記データ送受信方法の一構成例は、暗号情報生成ステップが、データを送信側暗号鍵で暗号化する際、送信側装置から送信するデータの送信頻度に応じて送信側暗号鍵の変更頻度を変更するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明にかかるセンシングシステムは、通信ネットワークを介して接続されたセンサ端末から処理装置へ、各種のデータを暗号化して送信するセンシングシステムであって、前述したいずれかのデータ送受信方法に基づいて、センサ端末から処理装置へデータを送信するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明にかかる他のセンシングシステムは、通信ネットワークを介して接続されたセンサ端末から処理装置へ、各種のデータを暗号化して送信するセンシングシステムであって、センサ端末から送信されたデータを処理装置へ中継転送する中継装置を備え、前述したいずれかのデータ送受信方法に基づいて、中継装置から処理装置へデータを送信するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明にかかる上記他のセンシングシステムの一構成例は、センサ端末が、署名情報、暗号情報、および鍵情報のうち、いずれか１または複数の情報を分担して生成し、中継装置は、メッセージを送信する際、署名情報、暗号情報、および鍵情報のうち、センサ端末で生成された情報と自己で生成した残りの情報とを、１つのメッセージに格納して処理装置へ送信するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、送信するデータが送信側の公開鍵暗号方式で暗号化されるとともに、データのハッシュ値が送信側の共通鍵暗号方式で暗号化され、さらに送信側の共通鍵暗号方式で用いる送信側暗号鍵（共通鍵）が受信側の公開鍵暗号方式で暗号化されて、これらが１つのメッセージにより送信側から受信側へ転送される。このため、このメッセージを受信側で復号化することにより、送信側および受信側の真正性を認証判定することができるとともに、データに関する秘匿性も確保することができる。
【００１５】
したがって、センシングシステムのセンサ端末のように、通信方式や端末制御における制約などの理由により、送信側が片方向通信にしか対応していない場合や、双方向通信に対応していても実際には消費電力低減のため片方向通信で運用させる場合であっても、セキュアなデータ通信を行うことができる。これにより、送信側の処理負担や回路構成を削減することができ、システム全体のコストを大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態にかかるセンシングシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる暗号処理を示す説明図である。
【図３】第１の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
【図４】第１の実施の形態にかかるセンサ端末の送信側処理を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施の形態にかかる処理装置の受信側処理を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
【図７】第３の実施の形態にかかるセンシングシステムの構成を示すブロック図である。
【図８】第３の実施の形態にかかる暗号処理を示す説明図である。
【図９】第３の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
【図１０】第４の実施の形態にかかるセンシングシステムの構成を示すブロック図である。
【図１１】第４の実施の形態にかかる暗号処理を示す説明図である。
【図１２】第４の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるセンシングシステム１について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるセンシングシステムの構成を示すブロック図である。
【００１８】
このセンシングシステム１は、複数のセンサ端末１０が通信ネットワークＮＷを介して処理装置２０と接続されており、これらセンサ端末１０で検出されたセンサ値を通信ネットワークＮＷを介して処理装置２０で収集するシステムである。
【００１９】
センサ端末１０は、センサで検出したセンサ値などのデータを、通信ネットワークＮＷを介して処理装置２０へ送信する際、送信するデータと予め設定されている各種暗号鍵とに基づいて暗号化処理することにより、センサ端末１０および処理装置２０の真正性認証およびデータ秘匿化のための各種の認証情報を生成し、これらを１つのメッセージに格納して送信する機能を有している。
【００２０】
処理装置２０は、全体としてサーバ装置などの情報処理装置からなり、通信ネットワークＮＷを介して受信したセンサ端末１０からのメッセージからそれぞれの認証情報を取得して、予め設定されている各種暗号鍵に基づいて復号化処理することにより、センサ端末１０および処理装置２０の真正性認証および秘匿化された元のデータの復号化を行う機能を有している。
【００２１】
本実施の形態において、センサ端末１０が送信側装置となるとともに、処理装置２０が受信側装置となって、センサ端末１０がメッセージの送信機能のみを備える場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、センサ端末１０がメッセージの受信機能を備えていてもよい。
【００２２】
なお、図１には、センサ端末１０と処理装置２０とが通信ネットワークＮＷを介して直接データ通信を行う構成が例として説明されているが、これに限定されるものではなく、例えば、センサ端末１０と通信ネットワークＮＷとの間に中継装置を設けて、複数のセンサ端末１０からのメッセージを集約して、処理装置２０へ転送するようにしてもよい。
【００２３】
図２は、第１の実施の形態にかかる暗号処理を示す説明図である。本実施の形態において、送信側となるセンサ端末１０には、送信側秘密鍵Ｋｓｓと送信側公開鍵Ｋｓｐとのペアからなる送信側公開暗号鍵が予め設定されている。また、受信側となる処理装置２０には、受信側秘密鍵Ｋｒｓと受信側公開鍵Ｋｒｐとのペアからなる受信側公開暗号鍵が予め設定されている。これら送信側公開暗号鍵および受信側公開暗号鍵は、一般的な公開暗号鍵から構成されている。
【００２４】
本実施の形態において、センサ端末１０の送信側公開鍵Ｋｓｐは、予め処理装置２０に設定しておき、処理装置２０の受信側公開鍵Ｋｒｐは、予めセンサ端末１０に設定しておくものとする。暗号アルゴリズムとしては、ＲＳＡ、ＥｌＧａｍａｌ等の一般的な手法を用いればよい。
また、センサ端末１０には、共通暗号鍵からなる送信側暗号鍵Ｋｓｃが予め設定されており、所定のタイミングで更新される。
これらの鍵の保管や暗号処理は、センサ端末１０や処理装置２０内に設置された、耐タンパ性を有するハードウェア内で安全に行われる。
【００２５】
図２に示すように、センサ端末１０において、送信側秘密鍵Ｋｓｓ、送信側暗号鍵Ｋｓｃ、および受信側公開鍵Ｋｒｐは、それぞれハッシュ値Ｈｄ、データＤ、および送信側暗号鍵Ｋｓｃの暗号化に用いられる。
また、処理装置２０において、受信側秘密鍵Ｋｒｓ、送信側暗号鍵Ｋｓｃ、および送信側公開鍵Ｋｓｐは、それぞれ送信側暗号鍵Ｋｓｃ、データＤ、およびハッシュ値Ｈｄの復号化に用いられる。
【００２６】
［センサ端末］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかるセンサ端末１０の構成について詳細に説明する。
センサ端末１０には、主な機能部として、センサ１１、署名情報生成部１２、暗号情報生成部１３、鍵情報生成部１４、および送信部１５が設けられている。
【００２７】
センサ１１は、対象からセンサ値を検出して出力する機能を有している。
署名情報生成部１２は、センサ１１で検出したセンサ値などのデータＤについてハッシュ値Ｈｄを計算する機能と、得られたハッシュ値Ｈｄを送信側秘密鍵Ｋｓｓで暗号化することにより署名情報Ｄｓを生成する機能を有している。
【００２８】
暗号情報生成部１３は、データＤを送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号化することにより暗号情報Ｄｃを生成する機能を有している。この際、暗号アルゴリズムとしては、ＡＥＳ、Ｃａｍｅｌｌｉａ等一般的な手法を用いればよい。
鍵情報生成部１４は、送信側暗号鍵Ｋｓｃを受信側公開鍵Ｋｒｐで暗号化することにより鍵情報Ｄｋを生成する機能を有している。
送信部１５は、署名情報Ｄｓ、暗号情報Ｄｃ、および鍵情報Ｄｋからなる認証情報を、１つの認証メッセージＭａに格納し、通信ネットワークＮＷを介して処理装置２０へ送信する機能を有している。
【００２９】
［処理装置］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる処理装置２０の構成について詳細に説明する。
処理装置２０には、主な機能部として、受信部２１、鍵情報復号化部２２、暗号情報復号化部２３、署名情報復号化部２４、および認証判定部２５が設けられている。
【００３０】
受信部２１は、センサ端末１０から送信された認証メッセージＭａを受信し、格納されている署名情報Ｄｓ、暗号情報Ｄｃ、および鍵情報Ｄｋからなる認証情報を、それぞれ取得する機能を有している。
【００３１】
鍵情報復号化部２２は、認証メッセージＭａに含まれる鍵情報Ｄｋを受信側秘密鍵Ｋｒｓで復号化することにより送信側暗号鍵Ｋｓｃを取得する機能を有している。
暗号情報復号化部２３は、認証メッセージＭａに含まれる暗号情報Ｄｃを、鍵情報復号化部２２で得られた送信側暗号鍵Ｋｓｃで復号化することによりデータＤを取得する機能を有している。
【００３２】
署名情報復号化部２４は、認証メッセージＭａに含まれる署名情報Ｄｓを送信側公開鍵Ｋｓｐで復号化することによりハッシュ値Ｈｄを取得する機能を有している。
認証判定部２５は、暗号情報復号化部２３で復号化して得られたデータＤのハッシュ値Ｈｄ’を計算する機能と、署名情報復号化部２４で復号化して得られたハッシュ値Ｈｄをハッシュ値Ｈｄ’と比較することにより、センサ端末１０および処理装置２０の真正性を認証判定する機能とを有している。
【００３３】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかるセンシングシステム１のデータ転送動作について説明する。図３は、第１の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
センシングシステム１は、図３に示すように、センサ端末１０から処理装置２０へデータＤを転送するデータ転送処理において、予め設定されている転送タイミングに応じて間欠的に、認証メッセージ転送処理（ステップ１００）を実行する。
【００３４】
まず、センサ端末１０は、送信する新たなデータＤと予め設定されている各種暗号鍵とに基づいて暗号化処理することにより、署名情報Ｄｓ、暗号情報Ｄｃ、および鍵情報Ｄｋからなる認証情報を生成し（ステップ１０１）、これら認証情報Ｄｓ、Ｄｃ、Ｄｋが格納された認証メッセージＭａを処理装置２０へ送信する（ステップ１０２）。
【００３５】
処理装置２０は、センサ端末１０からの認証メッセージＭａを受信し、認証メッセージＭａから取得した認証情報Ｄｓ、Ｄｃ、Ｄｋを予め設定されている各種暗号鍵に基づいて復号化処理し（ステップ１０３）、センサ端末１０および処理装置２０に関する真正性の認証成功に応じて、得られたデータＤを出力し、一連の認証メッセージ転送処理（ステップ１００）を終了する。
【００３６】
［センサ端末の動作］
次に、図４を参照して、データ転送動作におけるセンサ端末１０での送信側動作について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかるセンサ端末の送信側処理を示すフローチャートである。
センサ端末１０は、データ転送動作において、図４の送信側処理を実行する。
【００３７】
まず、署名情報生成部１２は、センサ１１で検出したセンサ値などの新たなデータＤについてハッシュ値Ｈｄを計算し（ステップ１１０）、得られたハッシュ値Ｈｄを送信側秘密鍵Ｋｓｓで暗号化することにより署名情報Ｄｓを生成する（ステップ１１１）。
また、暗号情報生成部１３は、データＤを送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号化することにより暗号情報Ｄｃを生成し（ステップ１１２）、鍵情報生成部１４は、送信側暗号鍵Ｋｓｃを受信側公開鍵Ｋｒｐで暗号化することにより鍵情報Ｄｋを生成する（ステップ１１３）。
【００３８】
この後、送信部１５は、署名情報Ｄｓ、暗号情報Ｄｃ、および鍵情報Ｄｋからなる認証情報を、１つの認証メッセージＭａに格納した後（ステップ１１４）、通信ネットワークＮＷを介して処理装置２０へ送信し（ステップ１１５）、一連の認証メッセージ送信処理を終了する。
【００３９】
［処理装置の動作］
次に、図５を参照して、データ転送動作における処理装置２０での受信側動作について説明する。図５は、第１の実施の形態にかかる処理装置の受信側処理を示すフローチャートである。
処理装置２０は、データ転送動作において、図５の受信側処理を実行する。
【００４０】
まず、受信部２１は、受信した認証メッセージＭａに格納されている署名情報Ｄｓ、暗号情報Ｄｃ、および鍵情報Ｄｋからなる認証情報を、それぞれ取得する（ステップ１２０）。
次に、鍵情報復号化部２２は、認証メッセージＭａに含まれる鍵情報Ｄｋを受信側秘密鍵Ｋｒｓで復号化することにより送信側暗号鍵Ｋｓｃを取得し（ステップ１２１）、暗号情報復号化部２３は、認証メッセージＭａに含まれる暗号情報Ｄｃを、鍵情報復号化部２２で得られた送信側暗号鍵Ｋｓｃで復号化することにより元のデータＤを取得する（ステップ１２２）。
【００４１】
また、署名情報復号化部２４は、認証メッセージＭａに含まれる署名情報Ｄｓを送信側公開鍵Ｋｓｐで復号化することによりハッシュ値Ｈｄを取得する（ステップ１２３）。
この後、認証判定部２５は、暗号情報復号化部２３で復号化して得られたデータＤのハッシュ値Ｈｄ’を計算し（ステップ１２４）、署名情報復号化部２４で復号化して得られたハッシュ値Ｈｄをハッシュ値Ｈｄ’と比較する（ステップ１２５）。
【００４２】
ここで、ハッシュ値Ｈｄとハッシュ値Ｈｄ’とが一致した場合（ステップ１２５：ＹＥＳ）、認証判定部２５は、センサ端末１０および処理装置２０に関する真正性の認証成功と判定して（ステップ１２６）、暗号情報復号化部２３で得られたデータＤを後段処理へ出力し（ステップ１２７）、一連の認証メッセージ受信処理を終了する。これにより、センサ端末１０および処理装置２０に関する真正性が確認でき、データＤに関する秘匿性も確保できたことになる。
【００４３】
一方、ハッシュ値Ｈｄとハッシュ値Ｈｄ’とが不一致であった場合（ステップ１２５：ＮＯ）、認証判定部２５は、センサ端末１０および処理装置２０に関する真正性の認証失敗と判定して（ステップ１２８）、暗号情報復号化部２３で得られたデータＤを廃棄し（ステップ１２９）、一連の認証メッセージ受信処理を終了する。これにより、センサ端末１０および処理装置２０に関する真正性が確認できなかったことになる。
【００４４】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、送信側のセンサ端末１０で、送信するデータＤのハッシュ値Ｈｄを送信側秘密鍵Ｋｓｓで暗号化して生成した署名情報Ｄｓと、データＤを送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号化して生成した暗号情報Ｄｃと、送信側暗号鍵Ｋｓｃを受信側公開鍵Ｋｒｐで暗号化して生成した鍵情報Ｄｋとを、認証メッセージＭａに格納して受信側へ送信し、受信側の処理装置２０で、受信した認証メッセージＭａの鍵情報Ｄｋを受信側秘密鍵Ｋｒｓで復号化して送信側暗号鍵Ｋｓｃを取得し、認証メッセージＭａの暗号情報Dｃを送信側暗号鍵Ｋｓｃで復号化してデータＤを取得し、認証メッセージＭａの署名情報Ｄｓを送信側公開鍵Ｋｓｐで復号化してハッシュ値Ｈｄを取得し、データＤから計算したハッシュ値Ｈｄ’とを比較することにより、送信側および受信側の真正性を認証判定するようにしたものである。
【００４５】
これにより、データＤが送信側の公開鍵暗号方式で暗号化されるとともに、データＤのハッシュ値Ｈｄが送信側の共通鍵暗号方式で暗号化され、さらに送信側の共通鍵暗号方式で用いる送信側暗号鍵（共通鍵）が受信側の公開鍵暗号方式で暗号化されて、これらが１つのメッセージＭａにより送信側から受信側へ転送される。このため、このメッセージＭａを受信側で復号化することにより、送信側および受信側の真正性を認証判定することができるとともに、データに関する秘匿性も確保することができる。
【００４６】
したがって、センシングシステム１のセンサ端末１０のように、通信方式や端末制御における制約などの理由により、送信側が片方向通信にしか対応していない場合や、双方向通信に対応していても実際には消費電力低減のため片方向通信で運用させる場合であっても、セキュアなデータ通信を行うことができる。これにより、送信側の処理負担や回路構成を削減することができ、システム全体のコストを大幅に低減することが可能となる。
【００４７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかるセンシングシステム１について説明する。
第１の実施の形態では、データ転送処理において、データＤを転送するごとに、認証メッセージ転送処理（ステップ１００）を実行する場合を例として説明した。ここで、データＤの転送間隔が短い場合、データＤを転送するごとに、毎回、認証メッセージ転送処理を実行する必要性がない場合もある。本実施の形態では、通常はデータＤを暗号化してデータ転送する暗号メッセージ転送処理を実行し、一定の送信頻度または送信時間間隔で認証メッセージ転送処理を実行する場合について説明する。
【００４８】
本実施の形態において、センサ端末１０の送信部１５は、処理装置２０に対してデータを順次送信する際、通常は暗号情報生成部１３で生成されたデータＤに関する暗号情報Ｄｃのみを格納した暗号メッセージＭｄにより処理装置２０へ送信する機能と、所定の送信頻度または送信時間間隔でデータＤに関する認証メッセージＭａを生成して送信する機能とを有している。
【００４９】
この際、認証メッセージＭａの送信については、予め設定された暗号メッセージＭｄに対する送信頻度、例えば暗号メッセージＭｄの数万回に１回などの送信頻度で、認証メッセージＭａを送信するようにしてもよく、例えば数時間に１回などの送信時間間隔で認証メッセージＭａを送信してもよい。
【００５０】
また、認証メッセージＭａを送信するごとに毎回、あるいは認証メッセージＭａに対する一定の送信頻度で、送信側暗号鍵Ｋｓｃを更新してもよい。これにより、悪意のある第三者によるデータＤの解読に対するセキュリティ性を高めることができる。
なお、認証メッセージＭａについては、処理装置２０で収集すべきデータＤではなく、擬似的なダミーデータを用いてもよい。これにより、収集すべき新たなデータＤが存在していなくても、任意のタイミングで認証メッセージＭａを送信することができる。
【００５１】
また、センサ端末１０と処理装置２０との間の通信経路に関する通信トラヒックに応じて、認証メッセージＭａを送信する送信頻度または送信時間間隔を変更してもよい。例えば、通信ネットワークＮＷや通信経路上に位置する中継装置などのネットワーク機器、さらには処理装置２０から通知された通信トラヒックが増大／低減に応じて、送信頻度（送信時間間隔）を低減／増大（延長／短縮）すればよい。これにより、ネットワーク負荷を軽減することができる。
【００５２】
また、処理装置２０の暗号情報復号化部２３は、センサ端末１０から暗号メッセージＭｄにより暗号情報Ｄｃのみを受信した場合、それまでに認証メッセージＭａにより取得した送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号情報Ｄｃを復号化することによりデータＤを取得する機能を有している。
【００５３】
［第２の実施の形態の動作］
次に、図６を参照して、本実施の形態にかかるセンシングシステム１の動作について説明する。図６は、第２の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
【００５４】
センシングシステム１は、図３に示すように、センサ端末１０から処理装置２０へデータＤを転送するデータ転送処理において、まず最初に、認証メッセージ転送処理（ステップ１００）を実行して、センサ端末１０から処理装置２０へ送信側暗号鍵Ｋｓｃを通知する。
その後、所定の送信頻度または送信時間間隔に基づき認証メッセージ転送処理の処理タイミングが到来するまで、暗号メッセージ転送処理（ステップ２００）を繰り返し実行する。
【００５５】
暗号メッセージ転送処理（ステップ２００）において、まず、センサ端末１０は、暗号情報生成部１３により、新たなデータＤを送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号化することにより暗号情報Ｄｃを生成し（ステップ２０１）、送信部１５により、暗号情報Ｄｃのみを格納した暗号メッセージＭｃを処理装置２０へ送信する（ステップ２０２）。この際、暗号情報生成部１３で送信側暗号鍵Ｋｓｃを更新した後、暗号情報Ｄｃを生成してもよい。
【００５６】
処理装置２０は、受信部２１により、センサ端末１０からの暗号メッセージＭｃを受信し、暗号メッセージＭｃから取得した暗号情報Ｄｃを、それまでに実行した暗号メッセージ転送処理（ステップ１００）により得られた送信側暗号鍵Ｋｓｃに基づいて復号化処理し（ステップ２０３）、センサ端末１０および処理装置２０に関する真正性の認証成功に応じて、得られたデータＤを出力し、一連の暗号メッセージ転送処理（ステップ２００）を終了する。
【００５７】
また、図６のうち、一定の割合で認証メッセージＭａに代えて、更新した送信側暗号鍵を通知するための鍵メッセージＭｋを送信するようにしてもよい。
この場合、中継装置３０では、更新した新たな送信側暗号鍵ＫｓｃによりデータＤを暗号化して得た暗号情報Ｄｃと、受信側公開鍵Ｋｒｐにより新たな送信側暗号鍵Ｋｓｃを暗号化して得られた鍵情報Ｄｋとを、１つの鍵メッセージＭｋに格納して処理装置２０へ送信すればよい。
【００５８】
また、処理装置２０では、受信した鍵メッセージＭｋから取得した鍵情報Ｄｋを受信側秘密鍵Ｋｒｓにより復号化して新たな送信側暗号鍵Ｋｓｃを取得した後、受信した鍵メッセージＭｋから取得した暗号情報Ｄｃを新たな送信側暗号鍵Ｋｓｃにより復号化してデータＤを取得すればよい。
【００５９】
［第２の実施の形態の効果］
このように本実施の形態は、送信側のセンサ端末１０において、通常は暗号情報生成部１３で生成されたデータＤに関する暗号情報Ｄｃのみを暗号メッセージＭｃにより受信側へ送信し、所定の送信頻度または送信時間間隔でデータＤに関する認証メッセージＭａを生成して送信し、受信側の処理装置２０において、暗号情報復号化部２３が、送信側から暗号情報のみを格納する暗号メッセージＭｃ受信した場合、それまでに認証メッセージＭａにより取得した送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号情報Ｄｃを復号化することによりデータＤを取得するようにしたものである。
【００６０】
これにより、通常は、認証メッセージＭａよりデータ長の短い暗号メッセージＭｃによりデータＤが転送されるため、認証メッセージＭａを送信する頻度が低減される。したがって、ある程度のセキュリティ性を確保しつつ、送信側のセンサ端末１０における処理負担、さらには受信側の処理装置２０における処理負担を軽減することが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態において、送信側のセンサ端末１０において、送信側と受信側との間の通信トラヒックに応じて、認証メッセージＭａを送信する送信頻度または送信時間間隔を変更するようにしてもよい。
これにより、通信トラヒックが比較的低い場合には、より高い頻度でデータＤを送信できるとともに、通信トラヒックが増大した場合には、データＤの送信頻度を低減させて通信トラヒックに対する悪影響を回避させることができる。
【００６２】
また、本実施の形態において、一定の割合で認証メッセージＭａに代えて、更新した送信側暗号鍵Ｋｓｃにより得た暗号情報Ｄｃと、更新した送信側暗号鍵Ｋｓｃを暗号化して得られた鍵情報Ｄｋとを、１つの鍵メッセージＭｋに格納して処理装置２０へ送信するようにしてもよい。
これにより、認証メッセージＭａを送信する頻度をさらに低減しつつ、送信側暗号鍵Ｋｓｃを更新される。したがって、ある程度のセキュリティ性を確保しつつ、送信側のセンサ端末１０における処理負担、さらには受信側の処理装置２０における処理負担を軽減することが可能となる。
【００６３】
［第３の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるセンシングシステム１について説明する。図７は、第３の実施の形態にかかるセンシングシステムの構成を示すブロック図である。
【００６４】
センシングシステム１では、多数のセンサ端末１０が処理装置２０に対して接続される場合、センサ端末１０と処理装置２０との間に中継装置３０を設け、中継装置３０によりセンサ端末１０からのデータを集約して処理装置２０へ中継転送する場合がある。
本実施の形態では、センサ端末１０に代えて中継装置３０を送信側装置とし、中継装置３０と処理装置２０との間に暗号化通信技術を適用する場合を例として説明する。ここでは、中継装置３０が１つの場合を例として説明するが、中継装置３０を複数設け、それぞれに複数のセンサ端末１０を収容するようにしてもよい。なお、処理装置２０の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００６５】
本実施の形態において、中継装置３０は、全体としてゲートウェイ装置などのネットワーク機器からなり、各センサ端末１０と通信ネットワークＮＷとの間に接続されて、センサ端末１０からのデータを集約した後、暗号化通信技術により処理装置２０へ中継転送する機能を有している。
この中継装置３０には、主な機能部として、受信部３１、署名情報生成部３２、暗号情報生成部３３、鍵情報生成部３４、および送信部３５が設けられている。
【００６６】
受信部３１は、配下のセンサ端末１０から通知された端末データを受信する機能と、これら端末データに対して集約などのデータ処理を実行することにより、処理装置２０へ送信すべきデータＤを生成する機能とを有している。
署名情報生成部３２は、受信部３１で生成したデータＤについてハッシュ値Ｈｄを計算する機能と、得られたハッシュ値Ｈｄを送信側秘密鍵Ｋｓｓで暗号化することにより署名情報Ｄｓを生成する機能を有している。
【００６７】
暗号情報生成部３３は、受信部３１で生成したデータＤを送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号化することにより暗号情報Ｄｃを生成する機能を有している。この際、暗号アルゴリズムとしては、ＡＥＳ、Ｃａｍｅｌｌｉａ等一般的な手法を用いればよい。
鍵情報生成部３４は、送信側暗号鍵Ｋｓｃを受信側公開鍵Ｋｒｐで暗号化することにより鍵情報Ｄｋを生成する機能を有している。
送信部３５は、署名情報Ｄｓ、暗号情報Ｄｃ、および鍵情報Ｄｋからなる認証情報を、１つの認証メッセージＭａに格納し、通信ネットワークＮＷを介して処理装置２０へ送信する機能を有している。
【００６８】
図８は、第３の実施の形態にかかる暗号処理を示す説明図である。本実施の形態において、送信側となる中継装置３０には、送信側秘密鍵Ｋｓｓと送信側公開鍵Ｋｓｐとのペアからなる送信側公開暗号鍵が予め設定されている。また、受信側となる処理装置２０には、受信側秘密鍵Ｋｒｓと受信側公開鍵Ｋｒｐとのペアからなる受信側公開暗号鍵が予め設定されている。これら送信側公開暗号鍵および受信側公開暗号鍵は、一般的な公開暗号鍵から構成されている。
【００６９】
本実施の形態において、中継装置３０の送信側公開鍵Ｋｓｐは、予め処理装置２０に設定しておき、処理装置２０の受信側公開鍵Ｋｒｐは、予め中継装置３０に設定しておくものとする。また、中継装置３０には、共通暗号鍵からなる送信側暗号鍵Ｋｓｃが予め設定されており、所定のタイミングで更新される。
これらの鍵の保管や暗号処理は、中継装置３０や処理装置２０内に設置された、耐タンパ性を有するハードウェア内で安全に行われる。暗号アルゴリズムとしては、ＲＳＡ、ＥｌＧａｍａｌ等の一般的な手法を用いればよい。
【００７０】
図８に示すように、中継装置３０において、送信側秘密鍵Ｋｓｓ、送信側暗号鍵Ｋｓｃ、および受信側公開鍵Ｋｒｐは、それぞれハッシュ値Ｈｄ、データＤ、および送信側暗号鍵Ｋｓｃの暗号化に用いられる。
また、処理装置２０において、受信側秘密鍵Ｋｒｓ、送信側暗号鍵Ｋｓｃ、および送信側公開鍵Ｋｓｐは、それぞれ送信側暗号鍵Ｋｓｃ、データＤ、およびハッシュ値Ｈｄの復号化に用いられる。
【００７１】
［第３の実施の形態の動作］
次に、図９を参照して、本実施の形態にかかるセンシングシステム１のデータ転送動作について説明する。図９は、第３の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
センシングシステム１は、図９に示すように、中継装置３０から処理装置２０へデータＤを転送するデータ転送処理において、予め設定されている転送タイミングに応じて間欠的に、認証メッセージ転送処理（ステップ３００）を実行する。
【００７２】
まず、中継装置３０は、配下のセンサ端末１０から端末データを受け取って送信すべき新たなデータＤを生成し（ステップ３０１）、得られたデータＤと予め設定されている各種暗号鍵とに基づいて暗号化処理することにより、署名情報Ｄｓ、暗号情報Ｄｃ、および鍵情報Ｄｋからなる認証情報を生成し（ステップ３０２）、これら認証情報Ｄｓ、Ｄｃ、Ｄｋが格納された認証メッセージＭａを処理装置２０へ送信する（ステップ３０３）。
【００７３】
処理装置２０は、中継装置３０からの認証メッセージＭａを受信し、認証メッセージＭａから取得した認証情報Ｄｓ、Ｄｃ、Ｄｋを予め設定されている各種暗号鍵に基づいて復号化処理し（ステップ３０４）、センサ端末１０および処理装置２０に関する真正性の認証成功に応じて、得られたデータＤを出力し、一連の認証メッセージ転送処理（ステップ３００）を終了する。
【００７４】
なお、中継装置３０における詳細な送信側処理については、前述した図４のセンサ端末１０に関する送信側処理と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
また、処理装置２０における詳細な受信側処理については、前述した図５の受信側処理と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
なお、本実施の形態に対して、第２の実施の形態を適用して、認証メッセージ転送処理の送信頻度を低減するようにしてもよく、前述と同様の作用効果が得られる。
【００７５】
［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、第１の実施の形態にかかる送信側を、センサ端末１０に代えて中継装置３０とし、中継装置３０と処理装置２０との間に第１の実施の形態にかかるデータ送受信方法を適用したものである。
これにより、センサ端末１０での暗号化処理を省くことができ、センサ端末１０での処理負担を大幅に削減することができる。したがって、センサ端末１０の構成を簡素化でき、あるいは既存のセンサ端末１０を適用でき、センシングシステム１全体のコストを削減することが可能となる。
【００７６】
［第４の実施の形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかるセンシングシステム１について説明する。図１０は、第４の実施の形態にかかるセンシングシステムの構成を示すブロック図である。
【００７７】
第１野実施の形態では、送信側処理をセンサ端末１０ですべて実行する場合を例として説明し、第３の実施の形態では、送信側処理を中継装置３０ですべて実行する場合を例として説明した。本実施の形態では、送信側処理をセンサ端末１０と中継装置３０とで分担して実行する場合について説明する。
【００７８】
図１０には、具体例として、送信側処理のうち、署名情報Ｄｓの生成をセンサ端末１０で実行し、暗号化情報Ｄｃおよび鍵情報Ｄｋの生成を中継装置３０で実行する場合が例として説明されている。なお、センサ端末１０と中継装置３０との処理分担については、これに限定されるものではなく、任意に入れ替え可能である。なお、処理装置２０の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００７９】
本実施の形態において、センサ端末１０には、主な機能部として、センサ１１、署名情報生成部１２、および送信部１５が設けられている。
送信部１５は、センサ１１で検出したセンサ値などの新たなデータＤに基づいて、署名情報生成部１２で生成された署名情報Ｄｓと、データＤとを署名メッセージＭｓに格納して、中継装置３０へ送信する機能を有している。なお、センサ１１および署名情報生成部１２は、第１の実施の形態で説明したものと同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００８０】
中継装置３０には、主な機能部として、受信部３１、暗号情報生成部３３、鍵情報生成部３４、および送信部３５が設けられている。
受信部３１は、配下のセンサ端末１０からの署名メッセージＭｓを受信して、署名情報ＤｓとデータＤとを取得する機能を有している。
暗号情報生成部３３は、受信部３１からのデータＤを送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号化することにより暗号情報Ｄｃを生成する機能を有している。
なお、鍵情報生成部３４および送信部３５は、第３の実施の形態で説明したものと同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００８１】
図１１は、第４の実施の形態にかかる暗号処理を示す説明図である。本実施の形態において、送信側となるセンサ端末１０には、送信側秘密鍵Ｋｓｓと送信側公開鍵Ｋｓｐとのペアからなる送信側公開暗号鍵が予め設定されている。また、受信側となる処理装置２０には、受信側秘密鍵Ｋｒｓと受信側公開鍵Ｋｒｐとのペアからなる受信側公開暗号鍵が予め設定されている。これら送信側公開暗号鍵および受信側公開暗号鍵は、一般的な公開暗号鍵から構成されている。
【００８２】
本実施の形態において、センサ端末１０の送信側公開鍵Ｋｓｐは、予め処理装置２０に設定しておき、処理装置２０の受信側公開鍵Ｋｒｐは、予め中継装置３０に設定しておくものとする。また、中継装置３０には、共通暗号鍵からなる送信側暗号鍵Ｋｓｃが予め設定されており、所定のタイミングで更新される。
これらの鍵の保管や暗号処理は、センサ端末１０、中継装置３０、および処理装置２０内に設置された、耐タンパ性を有するハードウェア内で安全に行われる。暗号アルゴリズムとしては、ＲＳＡ、ＥｌＧａｍａｌ等の一般的な手法を用いればよい。
【００８３】
図１１に示すように、センサ端末１０において、送信側秘密鍵Ｋｓｓはハッシュ値Ｈｄの暗号化に用いられ、中継装置３０において、送信側暗号鍵Ｋｓｃおよび受信側公開鍵Ｋｒｐは、それぞれデータＤおよび送信側暗号鍵Ｋｓｃの暗号化に用いられる。
また、処理装置２０において、受信側秘密鍵Ｋｒｓ、送信側暗号鍵Ｋｓｃ、および送信側公開鍵Ｋｓｐは、それぞれ送信側暗号鍵Ｋｓｃ、データＤ、およびハッシュ値Ｈｄの復号化に用いられる。
【００８４】
［第４の実施の形態の動作］
次に、図１２を参照して、本実施の形態にかかるセンシングシステム１のデータ転送動作について説明する。図１２は、第４の実施の形態にかかるデータ転送処理を示すシーケンス図である。
センシングシステム１は、図１２に示すように、センサ端末１０から中継装置３０を介して処理装置２０へデータＤを転送するデータ転送処理において、予め設定されている転送タイミングに応じて間欠的に、認証メッセージ転送処理（ステップ４００）を実行する。
【００８５】
まず、センサ端末１０は、送信する新たなデータＤと予め設定されている送信側秘密鍵Ｋｓｓとに基づいて暗号化処理することにより署名情報Ｄｓを生成し（ステップ４０１）、署名情報ＤｓとデータＤとが格納された署名メッセージＭｓを中継装置３０へ送信する（ステップ４０２）。
【００８６】
中継装置３０は、配下のセンサ端末１０からの署名メッセージＭｓを受信し、署名メッセージＭｓから取得したデータＤを送信側暗号鍵Ｋｓｃで暗号化することにより暗号情報Ｄｃを生成する（ステップ４０３）。また、送信側暗号鍵Ｋｓｃを受信側公開鍵Ｋｒｐで暗号化することにより鍵情報Ｄｋを生成し（ステップ４０４）、署名メッセージＭｓから取得した署名情報Ｄｓと、中継装置３０で生成した暗号情報Ｄｃおよび鍵情報Ｄｋとを、１つの認証メッセージＭａに格納して処理装置２０へ送信する（ステップ４０５）。
【００８７】
処理装置２０は、センサ端末１０からの認証メッセージＭａを受信し、認証メッセージＭａから取得した認証情報Ｄｓ、Ｄｃ、Ｄｋを予め設定されている各種暗号鍵に基づいて復号化処理し（ステップ４０６）、センサ端末１０および処理装置２０に関する真正性の認証成功に応じて、得られたデータＤを出力し、一連の認証メッセージ転送処理（ステップ４００）を終了する。
【００８８】
［第４の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、センサ端末１０は、署名情報Ｄｓ、暗号情報Ｄｃ、および鍵情報Ｄｋのうち、いずれか１または複数の情報を分担して生成し、中継装置３０は、メッセージを送信する際、署名情報Ｄｓ、暗号情報Ｄｃ、および鍵情報Ｄｋのうち、センサ端末１０で生成された情報と自己で生成した情報とを、１つのメッセージに格納して処理装置２０へ送信するようにしたものである。
【００８９】
これにより、第１の実施の形態と比較して、送信側処理の処理負担をセンサ端末１０から中継装置３０に分散することができ、センサ端末１０の処理負担を軽減でき、センサ端末１０の構成を簡素化することが可能となる。
また、送信側処理の分担は、例えばセンサ端末１０の接続数や、データＤの収集間隔など、センシングシステム１の規模や仕様に応じて分担を決定すればよく、極めてコストパフォーマンスの良好なセンシングシステム１を実現することが可能となる。
【００９０】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１…センシングシステム、１０…センサ端末、１１…センサ、１２…署名情報生成部、１３…暗号情報生成部、１４…鍵情報生成部、１５…送信部、２０…処理装置、２１…受信部、２２…鍵情報復号化部、２３…暗号情報復号化部、２４…署名情報復号化部、２５…認証判定部、３０…中継装置、３１…受信部、３２…署名情報生成部、３３…暗号情報生成部、３４…鍵情報生成部、３５…送信部、ＮＷ…通信ネットワーク。
【図１】
2018042081.tif 000003
【図２】
2018042081.tif 000004
【図３】
2018042081.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018042081.tif 000009
【図８】
2018042081.tif 000010
【図９】
2018042081.tif 000011
【図１０】
2018042081.tif 000012
【図１１】
2018042081.tif 000013
【図１２】
2018042081.tif 000014