(57)【要約】【課題】ノイズを使用したリーダーと通信対象との間の安全なＲＦＩＤ通信のための方法およびシステムを提供する。【解決手段】ノイズを使用したＲＦＩＤリーダー（１００）とＲＦＩＤ通信対象との間の通信方法は、前記通信対象から前記ノイズを使用したリーダーへデータが転送される前に、前記ノイズを使用したリーダーと前記通信対象との間でなされる前記ノイズを使用したリーダーを認証する方法を具備し、前記データ転送は、前記通信対象による前記ノイズを使用したリーダーの有効な認証を条件とし、前記認証方法は、前記ノイズを使用したリーダーと少なくとも前記通信対象との間の衝突防止方法と同時に実施されることを特徴とする。【選択図】図１
2011108228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのノイズを使用したＲＦＩＤリーダー（１００）と少なくとも１つのＲＦＩＤ通信対象（２００）との間の通信方法は、
前記通信対象（２００）から前記ノイズを使用したリーダー（１００）へのデータ転送の前に前記ノイズを使用したリーダー（１００）と前記通信対象（２００）との間でなされる前記ノイズを使用したリーダー（１００）の少なくとも１つの認証方法を含み、
前記データ転送は、前記通信対象（２００）による前記ノイズを使用したリーダー（１００）の有効な認証を条件とし、
前記認証方法は、前記ノイズを使用したリーダー（１００）と少なくとも前記通信対象（２００）との間の衝突防止方法と同時に実施されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ノイズを使用したリーダー（１００）の有効な認証を条件とする前記データ転送は、前記通信対象（２００）の識別データの転送であることを特徴とする請求項１に記載の通信方法。
【請求項３】
前記認証方法は、少なくとも以下のステップ：
前記通信対象（２００）の物理的な擬似乱数生成器から第１擬似乱数を生成するステップ（３０８）と、
前記第１擬似乱数を少なくとも１つの全単射暗号化関数でマスクするステップ（３１０）と、
前記通信対象（２００）から前記ノイズを使用したリーダー（１００）へ、前記マスクされた第１擬似乱数を転送するステップと、
前記ノイズを使用したリーダー（１００）により前記第１擬似乱数をアンマスクするステップ（３１２）と、
前記通信対象（２００）の擬似乱数生成器のシードとして使用される前記第１擬似乱数から第２擬似乱数を生成するステップ（３１４）と、
前記通信対象（２００）の前記擬似乱数生成器と類似する前記ノイズを使用したリーダー（１００）の擬似乱数生成器のシードとして使用される前記第１擬似乱数から第３擬似乱数（３１４）を生成するステップ（３１４）と、
前記第３擬似乱数を、前記ノイズを使用したリーダー（１００）から前記通信対象（２００）へ転送するステップ（３１６）と、
前記通信対象（２００）により、前記第２擬似乱数を前記第３擬似乱数と比較するステップ（３１８）と、
を具備し、
前記ノイズを使用したリーダー（１００）は、前記第２擬似乱数が前記第３擬似乱数と類似する場合に、有効であると識別されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信方法。
【請求項４】
前記第１擬似乱数をマスクするために使用される前記全単射暗号化関数は、前記第１擬似乱数と前記通信対象（２００）および前記ノイズを使用したリーダー（１００）で分かっている秘密鍵との間でなされる少なくとも１つの排他的論理和演算を具備し、
前記ノイズを使用したリーダー（１００）による前記第１擬似乱数のアンマスクは、マスクされた前記第１擬似乱数と前記秘密鍵との間でなされる少なくとも１つの排他的論理和演算を具備していることを特徴とする請求項３に記載の通信方法。
【請求項５】
前記第１、第２、および第３擬似乱数は、少なくとも１６ビットの２進数であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の通信方法。
【請求項６】
前記第１擬似乱数を生成するステップの前に、前記ノイズを使用したリーダー（１００）の前記通信フィールドにおいて発見されたいくつかの通信対象の中から、前記通信対象の一部を選択するステップ（３０２）と、
異なる通信時間スロットを前記選択された通信対象にそれぞれ割り当てるステップ（３０４，３０６）と、
をさらに具備することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の通信方法。
【請求項７】
前記第１擬似乱数を生成するステップは、前記物理的な擬似乱数生成器により擬似乱数を生成するステップと、
その後、前記通信対象（２００）の前記擬似乱数生成器によりシードとして使用される前記擬似乱数から前記第１擬似乱数を生成するステップと、
を具備することを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の通信方法。
【請求項８】
ノイズを使用したＲＦＩＤリーダー（１００）であって、
請求項１から請求項７のうちの１つに従う、少なくとも１つのＲＦＩＤ通信対象（２００）との通信方法を実行する手段（１２４）を具備するＲＦＩＤリーダー。
【請求項９】
ＲＦＩＤ通信対象（２００）であって、
請求項１から請求項７のうちの１つに従う、少なくとも１つのノイズを使用したＲＦＩＤリーダー（１００）との通信方法を実行する手段を具備するＲＦＩＤ通信対象。
【請求項１０】
前記通信対象（２００）は、少なくとも１つのＲＦＩＤタグおよび／または少なくとも１つのＲＦＩＤ非接触型カードを含んでいることを特徴とする請求項９に記載の通信対象。
【請求項１１】
ＲＦＩＤ通信システムであって、
少なくとも１つのノイズを使用したＲＦＩＤリーダー（１００）と、
少なくとも１つのＲＦＩＤ通信対象（２００）と、
を具備し、
前記ノイズを使用したリーダー（１００）と前記通信対象（２００）は、前記通信対象（２００）から前記ノイズを使用したリーダー（１００）へデータを転送する前に、前記ノイズを使用したリーダー（１００）と前記通信対象（２００）との間での前記ノイズを使用したリーダー（１００）の認証方法を実行する手段（１２４，２１０）を具備しており、
前記データ転送は、前記通信対象（２００）による前記ノイズを使用したリーダー（１００）の有効な認証を条件とし、
前記ノイズを使用したリーダー（１００）とすくなくとも前記通信対象（２００）との間の衝突防止方法を、前記ノイズを使用したリーダー（１００）の認証方法と同時に実行するための手段を具備していることを特徴とするＲＦＩＤ通信システム。
【請求項１２】
少なくとも：
前記通信対象（２００）の物理的な擬似乱数生成器から第１擬似乱数を生成する手段と、
前記第１擬似乱数を少なくとも１つの全単射暗号化関数でマスクする手段と、
マスクされた前記第１擬似乱数を、前記通信対象（２００）から前記ノイズを使用したリーダー（１００）へ転送する手段と、
前記ノイズを使用したリーダー（１００）により前記第１擬似乱数をアンマスクする手段と、
前記通信対象（２００）の擬似乱数生成器のシードとして使用される前記第１擬似乱数から第２擬似乱数を生成する手段と、
前記通信対象（２００）の前記擬似乱数生成器と類似している前記ノイズを使用したリーダー（１００）の擬似乱数生成器（１０４）のシードとして使用される前記第１擬似乱数から第３擬似乱数を生成する手段と、
前記第３擬似乱数を、前記ノイズを使用したリーダー（１００）から前記通信対象（２００）へ転送する手段と
前記通信対象（２００）により、前記第２擬似乱数を前記第３擬似乱数と比較する手段と、
を具備し、
前記ノイズを使用したリーダー（１００）は、前記第２擬似乱数が前記第３擬似乱数と類似している場合に、有効であると識別されることを特徴とする請求項１１に記載の通信システム。
【請求項１３】
前記マスクする手段は、前記通信対象（２００）および前記ノイズを使用したリーダー（１００）に分かっている秘密鍵との間で排他的論理和演算が実行可能な少なくとも１つの排他的論理和演算子を具備し、
前記アンマスクする手段は、マスクされた前記第１擬似乱数と前記秘密鍵との間で排他的論理和演算を実行可能な少なくとも１つの排他的論理和演算子を具備することを特徴とする請求項１２に記載の通信システム。
【請求項１４】
前記ノイズを使用したリーダーの前記通信フィールドに位置するいくつかの通信対象の中から前記通信対象の一部を選択する手段と、
異なる通信時間スロットを選択された通信対象のそれぞれに割り当てる手段と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の通信システム。
【請求項１５】
前記第１擬似乱数を生成する手段は、
前記物理的な擬似乱数生成器により擬似乱数を生成する手段と、
前記通信対象（２００）の前記擬似乱数生成器のシードとして使用される前記擬似乱数から前記第１擬似乱数を生成する手段と、
を具備することを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信分野または遠隔伝送（teletransmissions）分野に関し、より詳しくは、携帯通信対象（非接触型カード、チケット、タグまたはラベルなど）と、例えば誘導結合により接続されているノイズを使用したリーダー（noisy reader）との間のＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）型の通信または遠隔伝送に関する。本発明は特に、物体識別（object identification）、アクセス制御、または（カードのような）非接触型デバイスを使用している通行料チャージなどに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグ、またはラベルおよび非接触型カードは、ＲＦＩＤカードおよび／またはタグリーダーとの通信中に、前記リーダーにより電力が遠隔的に供給され、作動のための処理において小さなエネルギー収支を有しているデバイスである。したがって、それらは、妥当な時間において単純な計算だけを実施する。したがって、これらＲＦＩＤカードまたはタグにとって、前記ＲＦＩＤリーダーとの通信の優れたセキュリティを確実にするための最新式の暗号化アルゴリズムを実行することは、これらＲＦＩＤ非接触型カードまたはタグの計算量、および必要とするエネルギーを相当増加することなしには不可能である。したがって、ＲＦＩＤリーダーとＲＦＩＤタグまたは非接触型カード間の通信は、通常安全ではない。これらの通信におけるセキュリティの欠如は、リーダーとタグまたは非接触型カード間の処理やデータの交換を、悪意のある人物によって容易に読み取られてしまうことを意味している。例えば、前記ＲＦＩＤタグまたは非接触型カードにより、前記リーダーに転送される固有の識別コード（UID）または電子製品コード（EPC）を盗聴することは、そのタグまたはカードを追跡することを可能にし、従って、それを所持している人物は、それによって、その人物の私生活の保護に関し危険にさらされる。
【０００３】
ＲＦＩＤリーダーとタグまたは非接触型カード間の通信の盗聴に関するこのセキュリティ問題を解決するために、国際公開第2006/035178号は、前記リーダーと前記タグまたは前記非接触型カードの間の通信の安全化による解決法を提案している。この方法は、“ノイズを使用したリーダー（noisy reader）”という特定のリーダーを使用する。従来のＲＦＩＤリーダーが、タグまたはカードによる前記リーダーへの応答の間に、一定振幅の搬送波を前記タグまたはカードに与えるために転送することとは異なり、前記ノイズを使用したリーダーは、問い合わせられた前記タグ又はカードからの応答の間、ノイズにより変調された搬送波を転送し、リーダーに応答するために前記タグまたは前記カードによりなされた負荷変調をマスクすることを可能にする。したがって、リーダーの通信フィールドに配置された前記タグまたはカードとのスパイプローブ（spy probe）は、ノイズのみを見ることになり、したあがって前記タグまたはカードにより転送されたメッセージを理解することはできなくなるのに対し、前記搬送波を通して転送されたノイズを知っている前記リーダーは、前記タグまたはカードにより転送されたメッセージからノイズを取り除くことができるため、前記タグまたはカードからのオリジナルのメッセージを再び見つけうる。
【０００４】
前記ノイズを使用したリーダーの使用は、リーダーとＲＦＩＤ通信対象との間の通信の盗聴に対して効果的である。しかし、従来のノイズを用いないリーダーを使用して、前記ＲＦＩＤタグまたは前記非接触型カードとの通信を開始することは誰でも可能であり、そして、前記ノイズを使用したリーダーにより転送されるそれらと同じコマンドを転送することにより、前記タグまたはカードからの応答、特に前記ノイズを使用したリーダーによる搬送波上に放射されたノイズを介してマスクしようとする、前記タグまたは非接触型カードの識別情報を入手することが誰にでも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０３５１７８号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】O. Savry他著、“ＲＦＩＤ Noisy Reader - How to Prevent from Eavesdropping on the Communication”、CHES 2007、LNCS 4727、ページ 334-345、２００７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、ノイズを使用したＲＦＩＤリーダーと、ＲＦＩＤタグまたはＲＦＩＤ非接触型カードのようなＲＦＩＤ通信対象間の安全な通信方法を提案することである。特に、前記リーダーと前記通信対象との間の通信チャンネルを完全に安全にし、加えて通信対象により前記ノイズを使用したリーダーに転送されるデータを安全にする。すなわち、前記リーダーから前記タグまたはカードへのデータ交換を安全にすることを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これを実現するために、本発明は、少なくとも１つのノイズを使用したＲＦＩＤリーダーと、少なくとも１つのＲＦＩＤ通信対象との通信方法を提案する。前記方法は、前記通信対象からノイズを使用したリーダーへのデータの転送の前に、前記ノイズを使用したリーダーと、前記通信対象との間でなされる前記ノイズを使用したリーダーを認証するための少なくとも１つの方法を備えている。前記データ転送は、前記通信対象による前記ノイズを使用したリーダーの有効な認証を条件とする。
【０００９】
したがって、本発明は、前記リーダーと、前記通信対象との間の交換の盗聴を防ぐ前記ノイズを使用したリーダーにより実施されるノイズのおかげで交換のセキュリティを確実とすると同時に、認証されていないリーダー、すなわち、例えばノイズを使用しないリーダーなどといった許可されていないリーダーが、前記通信対象から情報を要求することを妨げる。
【００１０】
さらに、そのような認証は、複雑な暗号化方法を使用することを必要とせず、したがって、物的資源および通信対象のためのエネルギー収支に影響を与えない。したがって、本発明は、前記通信対象及び前記リーダーに、多くの追加的な論理構成要素なしに前記通信対象によるリーダーの認証を確実にする。
【００１１】
用語"ＲＦＩＤ通信対象（communicating RFID object）"とは、ここでは、例えば、ＲＦＩＤタグまたはラベル、またはＲＦＩＤ非接触型カードなどの、ＲＦＩＤによりＲＦＩＤリーダーと通信可能なあらゆるタイプの対象を意味している。
【００１２】
ノイズを使用したリーダーの有効な認証を条件とするデータの転送は、前記通信対象の識別データの転送であっても良い。
【００１３】
前記認証方法は、前記ノイズを使用したリーダーと、少なくとも通信対象との間の衝突防止（anti-collision）方法と同時に実施しても良い。したがって、認証方法の実施は、前記ノイズを使用したリーダーと、前記通信対象との間の全通信期間に影響を与えない。さらに、より長い通信期間を必要とする、前記リーダーの認証のための方法と前記リーダーと前記通信対象の衝突防止方法とのシーケンシャルな実施とを比べると、前記衝突防止方法と、前記リーダーの認証の方法を同時に実施することは、前記ノイズを使用したリーダーと、前記通信対象との間の通信時間が減少されることから、この認証および衝突防止方法のために必要とするエネルギーの減少が可能となる。
【００１４】
前記認証方法は、少なくとも以下のステップ：
・通信対象の物理的な擬似乱数生成器から第１擬似乱数を生成するステップと、
・前記第１擬似乱数を少なくとも１つの全単射（bijective）暗号化関数でマスクするステップと、
・前記通信対象から前記ノイズを使用したリーダーへ、マスクされた前記第１擬似乱数を転送するステップと、
・前記第１擬似乱数を前記ノイズを使用したリーダーによりアンマスクするステップと、
・前記通信対象の擬似乱数生成器のシードとして前記第１擬似乱数を使用して第２擬似乱数を生成するステップと、
・前記通信対象の擬似乱数生成器と類似する前記ノイズを使用したリーダーの擬似乱数生成器のシードとして前記第１擬似乱数を使用して第３擬似乱数を生成するステップと、
・前記ノイズを使用したリーダーから前記通信対象へ、前記第３擬似乱数を転送するステップと、
・前記通信対象により、前記第２擬似乱数を前記第３擬似乱数と比較するステップと、
を具備し、前記第２擬似乱数が前記第３擬似乱数と類似する場合には、前記ノイズを使用したリーダーは、有効であると識別される。
【００１５】
したがって、前記認証方法は、前記ノイズを使用したリーダーおよび前記通信対象内に既に存在する擬似乱数生成器を使用可能であり、該擬似乱数生成器は、前記リーダーと前記通信対象との間の前記通信方法の間、例えば前記通信方法の衝突防止方法段階の間使用される。ノイズを使用したリーダーとＲＦＩＤ通信対象との間の標準的な通信プロトコルに関し、前記認証方法は、前記通信対象および前記リーダーにより生成された前記擬似乱数を比較するのを可能にするために、付加的なマスク／アンマスク関数、およびレジスタまたはログを使用するが、それは、前記通信対象及び前記リーダーの計算量の観点から無視しうる。
【００１６】
さらに、例えば構成要素（抵抗器、ダイオードなど）からの熱ノイズ、２つのクロック間の同期はずし、または出力が、０か１がランダムで仮定されるＳＲＡＭセルの初期化直後の出力値などの前記第１擬似乱数を生成可能にするための前記通信デバイスの物理的な擬似乱数生成器または真性乱数生成器（TRNG）により前記第１擬似乱数を生成されてもよい。（参考例としてO. Savry等著「ＲＦＩＤ Noisy Reader How to Prevent from Eavesdropping on the Communication」、CHES 2007、LNCS 4727、ページ 334-345、２００７年を参照せよ）。
【００１７】
前記第１擬似乱数をマスクするために使用される前記全単射暗号化関数は、前記第１擬似乱数と、前記通信対象および前記ノイズを使用したリーダーで分かっている秘密鍵との間でなされる少なくとも１つの排他的論理和演算を含んでいてもよく、また、前記ノイズを使用したリーダーによる前記第１擬似乱数のアンマスクは、マスクされた前記第１擬似乱数と前記秘密鍵との間でなされる少なくとも１つの排他的論理和演算を含んでいてもよい。
【００１８】
第１、第２、および第３擬似乱数は、少なくとも１６ビットの２進数であって良い。
【００１９】
前記通信方法はまた、第１擬似乱数を生成するステップの前に、ノイズを使用したリーダーの通信フィールドにおいてみつけられるいくつかの通信対象の中から該通信対象の一部を選択するステップと、選択されたそれぞれの通信対象に異なる通信時間スロットを割り当てるステップと、を含んでいる。
【００２０】
前記第１擬似乱数を生成するステップは、物理的な擬似乱数生成器により擬似乱数を生成するステップと、その後、前記擬似乱数を前記通信対象の前記擬似乱数生成器にシードとして使用して第１擬似乱数を生成するステップと、を含みうる。したがって、前記第１擬似乱数は、前記物理的な擬似乱数生成器からの出力として直接取得するか、または事前に、前記通信対象の前記擬似乱数生成器にシードとしてその後使用される擬似乱数を前記物理的な擬似乱数生成器により生成することにより取得しうる。後者は、統計的予測から、前記第１擬似乱数の擬似乱数的性質をさらにもっと強化する。
【００２１】
また、本発明は先に説明した、少なくとも１つのＲＦＩＤ通信対象との通信方法を実行する手段を具備しているノイズを使用したＲＦＩＤリーダーに関する。
【００２２】
また、本発明は先に説明した、少なくとも１つのノイズを使用したＲＦＩＤリーダーとの通信方法を実行する手段を具備しているＲＦＩＤ通信対象に関する。
【００２３】
前記通信対象は、少なくとも１つのＲＦＩＤタグおよび／または少なくとも１つのＲＦＩＤ非接触型カードを含んでも良い。
【００２４】
最後に、本発明は、少なくとも１つのノイズを使用したＲＦＩＤリーダーと、少なくとも１つの通信対象を含んでいるＲＦＩＤ通信システムに関する。前記ノイズを使用したリーダーと前記通信対象は、前記通信対象から前記ノイズを使用したリーダーにデータを転送する前に前記ノイズを使用したリーダーと前記通信対象との間における前記ノイズを使用したリーダーを認証する方法を実行する手段を具備している。前記データ転送は、前記通信対象による前記ノイズを使用したリーダーの有効な認証を条件とする。
【００２５】
また、前記通信システムは、前記ノイズを使用したリーダーと少なくとも前記通信対象との間の衝突防止方法を実行する手段を具備している。この前記ノイズを使用したリーダーと少なくとも前記通信対象との間の衝突防止方法の実施は、前記ノイズを使用したリーダーの認証方法の実施と、同時であってよい。
【００２６】
前記通信システムは、少なくとも：
・前記通信対象の物理的な擬似乱数生成器からの第１擬似乱数を生成する手段と、
・前記第１擬似乱数を少なくとも１つの全単射暗号化関数でマスクする手段と、
・前記通信対象から前記ノイズを使用したリーダーへ、マスクされた前記第１擬似乱数を転送する手段と、
・前記第１擬似乱数を前記ノイズを使用したリーダーによりアンマスクする手段と、
・前記通信対象の擬似乱数生成器のシードとして前記第１擬似乱数を使用して第２擬似乱数を生成する手段と、
・前記通信対象の前記擬似乱数生成器と類似する前記ノイズを使用したリーダーの擬似乱数生成器のシードとして前記第１擬似乱数を使用して第３擬似乱数を生成する手段と、
・前記ノイズを使用したリーダーから前記通信対象へ、前記第３擬似乱数を転送する手段と、
・前記通信対象により、前記第２擬似乱数を前記第３擬似乱数と比較する手段と、
を具備し、前記第２擬似乱数が前記第３擬似乱数と類似する場合には、前記ノイズを使用したリーダーは、有効であると識別される。
【００２７】
前記認証方法を実行する手段は、前記リーダーまたは通信対象における異なる要素（抵抗器、擬似乱数生成器など）を制御する制御ユニットの形態（form）において作成される。
【００２８】
前記マスクする手段は、前記第１擬似乱数と前記通信対象および前記ノイズを使用したリーダーで分かっている秘密鍵との間の排他的論理和演算を実行可能な少なくとも１つの排他的論理和演算子を具備し、前記アンマスクする手段は、前記マスクされた第１擬似乱数と前記秘密鍵との間の排他的論理和演算を実行可能な少なくとも１つの排他的論理和演算子を具備しうる。
【００２９】
また、前記通信システムは、前記ノイズを使用したリーダーの通信フィールドに位置するいくつかの通信対象の中から前記通信対象の一部を選択する手段と、選択されたそれぞれの通信対象に異なる通信時間スロットを割り当てる手段と、を具備しうる。
【００３０】
前記第１擬似乱数を生成する手段は、前記物理的な擬似乱数生成器により擬似乱数を生成する手段と、前記擬似乱数を前記通信対象の前記擬似乱数生成器にシードとして使用して前記第１擬似乱数を生成する手段とを具備しうる。
【００３１】
本発明は、添付の図面に関してなされた、単に情報を提供するだけの限定する趣旨ではない実施形態の説明を読むことにより、よりよく理解しうる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明におけるＲＦＩＤ通信対象との安全な通信方法が実行可能な具体的な一実施形態にしたがうノイズを使用したＲＦＩＤリーダーの図である。
【図２】本発明におけるノイズを使用したＲＦＩＤリーダーとの安全な通信方法が実行可能な具体的な一実施形態にしたがうＲＦＩＤ通信対象の図である。
【図３】本発明における一実施形態にしたがうノイズを使用したＲＦＩＤリーダーとＲＦＩＤ通信対象との間の安全な通信方法のステップを示している。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下で説明される異なる図における同一の、類似の、または均等の部分は、ある図から次の図への移行を容易にするために、同じ参照符号を付してある。
【００３４】
図面において異なる部分は、図面のさらなる読みやすさのために、必ずしも単一のスケールを使用して示されているわけではない。
【００３５】
異なる可能性（代替物および実施形態）は、お互いに排他的ではなく、含まれていると理解すべきである。
【００３６】
まず、図１を参照すると、本発明における一実施形態に従う、ＲＦＩＤタグまたはＲＦＩＤ非接触型カードなどのＲＦＩＤ通信対象との安全な通信方法を実行可能なノイズを使用したＲＦＩＤリーダー１００が図示されている。
【００３７】
前記ノイズを使用したＲＦＩＤリーダー１００は、該リーダー１００が転送しようとする前記信号を成形するための、具体的には手段１０２により形成されたデータを転送するための部分を有している。ここで、この手段１０２は、転送されるビットのデジタル形式部分を形成する。前記ノイズを使用したリーダー１００は、照会される通信対象と通信するために前記リーダー１００により転送される搬送波を変調するためのノイズを生成可能な手段１０４もまた有している。この手段１０４は、具体的には、前記ノイズを生成するために使用される１つまたはいくつかの擬似乱数生成器を具備している。このまたはこれらの擬似乱数生成器は、後で詳しく説明するＲＦＩＤ通信対象とのリーダー１００の認証段階中において使用されうる。前記リーダー１００は、例えば周波数がおよそ１３．５６ＭＨｚである搬送波を生成するための手段１０６も具備している。前記手段１０６からの出力として取得される前記搬送波は、乗算器１０８を介して前記手段１０４により生成されるノイズにより変調される。前記手段１０２からの出力として取得される転送される前記ビットは、その後乗算器１１０により前記ノイズを使用した搬送波により変調される。転送されるこの信号は、その後増幅手段１１２により増幅され、転送アンテナ１１４により転送される。前記ノイズを使用したリーダー１００の転送部分は、前記転送アンテナ１１４に並列に接続されている同調コンデンサ１１６も具備している。
【００３８】
前記ノイズを使用したＲＦＩＤリーダー１００は、ＲＦＩＤ通信対象により転送されるデータを受信するための部分もまた具備している。このデータを受信するための部分は、復調手段１２２と同様に較正手段１２０に接続されている受信アンテナ１１８（前記転送アンテナ１１４とは相互結合のない）により少なくとも形成されている。前記手段１０４により生成される前記ノイズは、前記復調手段１２２への入力として送られ、前記リーダー１００は、前記受信された信号から前記ノイズを取り除くことにより、前記ＲＦＩＤタグまたは前記非接触型カードにより送られたノイズを有さないデータを見つけることができる。
【００３９】
前記ノイズを使用したリーダー１００は、前記復調手段１２２の出力と、前記リーダー１００により転送されるための信号の成形手段１０２との間に接続されている手段１２４も具備しており、後で詳しく説明するように、前記リーダー１００と、ＲＦＩＤタグまたは非接触型カードとの間の認証方法が実行可能となる。標準的なノイズを使用したリーダー、すなわち前記ノイズを使用したリーダー１００の要素１０２から１２２までを具備しているノイズを使用したリーダーの製造の詳細は、例えば、O. Savry等著の文書「RFID Noisy Reader - How to prevent from eavesdropping on the communication」、CHES 2007、LNCS 4727、３３４−３４５ページに記載されている。
【００４０】
図２は、本発明の一実施形態に従い作られた、前記ノイズを使用したリーダー１００と安全な通信方法が実行可能なＲＦＩＤタグ２００を示している。
【００４１】
前記ＲＦＩＤタグ２００は、アンテナの同調コンデンサ２０３がパラレルに接続されているアンテナ２０２、可変負荷２０４、整流器２０６、電圧レギュレータ２０８、前記信号を変調および復調するための手段２０９、および前記受信した信号または転送する信号をデジタル演算するための手段２１０を具備している。
【００４２】
前記ノイズを使用したリーダー１００と前記ＲＦＩＤタグ２００との間で実行される前記安全な通信方法は、前記タグ２００が前記ノイズを使用したリーダー１００へ情報を送信する場合に、前記ノイズを使用したリーダー１００と前記タグ２００との間の安全なデータ転送を可能にする前記リーダー１００により生成される前記ノイズと平行して、前記リーダー１００へデータを送信する前に、前記タグ２００は、本当にそれと通信するための認証されたリーダーであるかを検証するためのリーダー１００の認証を遂行する。この検証は、例えば、前記リーダー１００が本当にノイズを使用したリーダーであるかを検証するステップで構成されている。
【００４３】
前記リーダーのこの認証は、前記リーダー１００がその通信フィールドに位置するすべてのタグを識別する間の「衝突防止（anti-collision）」と呼ばれている段階の間になされる。確かに、ＲＦＩＤシステムは、リーダーといくつかのタグの間で同時に通信することは許容されない。したがって、それらの通信間の衝突を防ぐために、前記リーダーとそれぞれの前記ＲＦＩＤタグとの間の通信を分けることが必要である。ＲＦＩＤリーダーと標準的なＲＦＩＤタグの間で実行される標準的な衝突防止段階が、以下で説明されている。
【００４４】
前記ＲＦＩＤリーダーの通信フィールドに存在する前記ＲＦＩＤ通信対象のインベントリーは、前記リーダーにより「Ｓｅｌｅｃｔ」と呼ばれるコマンドを送信することにより開始され、前記衝突防止段階においてどの型のタグが関与するかが決定可能となる。この「Ｓｅｌｅｃｔ」コマンドは、例えば、部分的に一致するＵＩＤ（またはＥＰＣ）によりタグまたは非接触型カードを選択可能としてもよい。
【００４５】
前記リーダーがタグまたは非接触型カードのサブセットを選択している場合、前記リーダーは、その後、２Ｑ-１の時間スロットで定められる０から１５の間のパラメータＱを含んでいる「Ｑｕｅｒｙ」と呼ばれるコマンドを送信する。前記タグ（複数可）が「Ｑｕｅｒｙ」コマンドを受信した場合、それらは、その後、応答しなければならない時間スロットを決定する０から２Ｑ-１の間の擬似乱数値を（前記タグが有している擬似乱数生成器から）それぞれ引き出す。１つまたはいくつかのタグが値０を引き出した場合には、それらは、１６ビット以上で符号化された乱数値ｍを前記リーダーに送信することで直ちに応答しなければならない。ただ１つのタグまたはカードが応答した場合には、衝突が発生していないことを意味している。前記タグまたはカードにより送信された乱数値ｍに応えて、その後前記リーダーは、その乱数値を含んでいる受信通知コマンド「Ａｃｋ」を送り返す。前記受信通知コマンド「Ａｃｋ」を受信しているタグは、その後、例えば９６ビットまたは１２８ビットで復号化されている固有の識別コードＵＩＤまたはＥＰＣを前記リーダーに送信し、衝突防止アルゴリズムを終了する。
【００４６】
第１時間スロットが割り当てられたタグが識別コードを送信した後、またはそれらのタグが前記リーダーに同時に応答した場合であるいくつかのタグの衝突の後、前記リーダーは、すべてのタグのために時間スロットカウンタの値を下げる「ＱｕｅｒｙＲｅｐ」コマンドを送信するか、または衝突の場合における値Ｑを変更する「ＱｕｅｒｙＡｄｊｕｓｔ」コマンドを送信する。
【００４７】
したがって、ノイズを使用しない盗聴されているリーダーでは、ＲＦＩＤタグまたは非接触型カードから、前記タグまたはカードの追跡可能性を有する機密情報を取得可能であり、したがって、その対象物またはそれを所持している人物追跡可能性を有する機密情報を取得可能である。ＩＳＯ１５６９３、ＩＳＯ１８０００−３タイプＣまたはＥＰＣ規格で規定されているＲＦＩＤ電子タグの型との関係で、この情報は、それぞれのＲＦＩＤタグまたはそれぞれの非接触コード（ＵＩＤまたはＩＰＣコード）を識別する固有の識別情報である。
【００４８】
これから図３と関連して、前記ノイズを使用したリーダー１００と前記ＲＦＩＤタグ２００の間でなされる前記ノイズを使用したリーダー１００の認証方法を説明する。以下で説明される一例である実施形態において、この認証段階は、衝突防止段階と同時に実行される。
【００４９】
先に説明した標準的な衝突防止段階と同様に、前記ノイズを使用したリーダー１００は、まず、「Ｓｅｌｅｃｔ」コマンドを転送し、前記衝突防止段階および認証段階において、どのタグの型が関与しなければならないかを決定可能とする（ステップ３０２）。前記リーダーが前記タグ２００を含むタグのサブセットを選択した場合、その後前記ノイズを使用したリーダー１００は、「Ｑｕｅｒｙ」コマンドを送信する（ステップ３０４）。前記「Ｑｕｅｒｙ」コマンドに応じて、前記タグ２００は、０から２Ｑ-１の間の擬似乱数値を引き出すことによりそれが応答する時間スロットをランダムに選ぶ（ステップ３０６）。前記タグ２００は、そのデジタル演算手段２１０に、前記ノイズを使用したリーダー１００の前記擬似乱数生成器と類似した擬似乱数生成器を具備している。したがって、これら類似した生成器は、同じシードから、類似した擬似乱数を生成する。
【００５０】
前記タグ２００に割り当てられる時間スロットが到着したならば、前記タグ２００が前記リーダー１００と通信することを許可されることにより、その後前記タグ２００は、前記物理的な擬似乱数生成器からｎビット以上で符号化された新たな擬似乱数ｇを引き出す（ステップ３０８）。ここで、ｎは少なくとも１６ビットと等しい。前記ビットの数ｎは、認証方法の安全性の条件となる。大きいｎは、前記リーダー１００と前記タグ２００の間の通信を盗聴しようとする取り組みをより長くする。その後前記タグ２００は、この擬似乱数ｇを前記リーダー１００に安全に、すなわち全単射暗号化関数を使用してｇをマスクすることにより通信する（ステップ３１０）。これとは別に、前記リーダー１００に転送される前記擬似乱数ｇは、前記物理的な擬似乱数生成器からの出力として取得される擬似乱数ではなく、前記物理的な擬似乱数生成器からの出力として得られる前記擬似乱数をシードとして使用することにより前記タグ２００の擬似乱数生成器からの出力として取得される擬似乱数であってもよい。
【００５１】
この実施形態において、前記タグ２００は、値（ｓ  ＸＯＲ  ｇ）を前記ノイズを使用したリーダー１００に転送することによりｇをマスクする(ＸＯＲは、排他的論理和演算子である)。ここでｓは、前記ノイズを使用したリーダー１００が知っている秘密鍵として供給されるｎビット以上で符号化された数である。したがって、前記秘密鍵ｓを見つけだすのは困難である。なぜなら、ｇは、それぞれの時間スロットにより変化する擬似乱数であるからである。さらに値（ｓ  ＸＯＲ  ｇ）は、適切な衝突防止アルゴリズムを展開するのに必要なその擬似乱数の性質を保っており、この値は、前記タグ２００から前記ノイズを使用したリーダー１００への応答において前記ノイズを使用したリーダー１００により誘導されたノイズにより二重に安全である。
【００５２】
受信された値（ｓ  ＸＯＲ  ｇ）から、前記リーダー１００は、前記マスクの演算と逆の演算、すなわち（ｓ  ＸＯＲ  ｇ）  ＸＯＲ  ｓ  ＝  ｇを実行することにより値ｇを見つけ出す（ステップ３１２）。したがって、認証方法のこの段階において、前記リーダー１００および前記タグ２００は、双方ともｓとｇの両方の値を知ることになる。その後、前記リーダー１００は、その擬似乱数生成器から擬似乱数ｂを生成するためのシードとして前記擬似乱数ｇを使用する。同様に、前記タグ２００は、その擬似乱数生成器から擬似乱数ｃを生成するためのシードとして前記擬似乱数ｇを使用する（ステップ３１４）。
【００５３】
その後、前記ノイズを使用したリーダー１００は、前記擬似乱数ｂを前記タグ２００に送信する（ステップ３１６）。その後、前記タグ２００は、前記リーダー１００により送信された前記擬似乱数ｂと前記タグ２００により取得された前記擬似乱数ｃとを比較する（ステップ３１８）。この比較は、例えば前記擬似乱数ｂとｃを前記レジスタに格納し、その後、これらの数のビット毎の比較をすることにより実行される。この場合においては、前記タグ２００が、前記リーダー１００の前記擬似乱数生成器と類似する擬似乱数生成器を有しているならば、その結果前記ノイズを使用したリーダー１００によって取得された前記擬似乱数ｂは、前記タグ２００によって取得された前記擬似乱数ｃと類似する。したがって、２つの数ｂとｃが同一である場合には、これは、前記リーダー１００が本当に信用できるリーダーであることを意味し、その後そのタグ２００は、その情報（ＥＰＣまたはＵＩＤコード）を前記リーダー１００に送信する。前記タグ２００によりされた比較において前記乱数が異なっていると示された場合には、その結果は、前記リーダーが信頼できないリーダーであることを意味するので、その後前記タグ２００は、この情報を送信しない。
【００５４】
先に説明した標準的な衝突防止方法と同様に、前記リーダー１００は、その後すべてのタグの前記時間スロットカウンタ値を下げる「ＱｕｅｒｙＲｅｐ」コマンドを送信するか、または、値Ｑを変更する「ＱｕｅｒｙＡｄｊｕｓｔ」コマンドを送信する。
【００５５】
標準的なＲＦＩＤタグおよび非接触型カードは、文書で（in writing）メモリにアクセスするためのパスワードか、またはレジスタ内に格納されている前記タグを無効にするためのパスワード（通常「ｋｉｌｌ  ｐａｓｓｗｏｒｄ」と呼ばれている）をすでにそれらのメモリ内に有している。したがって、前記秘密鍵ｓは、存在するレジスタから前記タグ２００により管理されうる。
【００５６】
先に説明した認証方法の代わりに、前記タグ２００から前記リーダー１００へ送信されるシードｇではなく、代わりに前記秘密鍵ｓを前記リーダー１００に送信してもよい（前記シードは固定値を有しており、前記リーダー１００および前記タグ２００に分かっている)。
【００５７】
したがって、リーダーを認証する方法を実行するために、標準的なノイズを使用したＲＦＩＤリーダーに関し、前記ノイズを使用したＲＦＩＤリーダー１００は、（ｓ  ＸＯＲ  ｇ）  ＸＯＲ  ｓの演算を実行することにより前記擬似乱数ｇのアンマスクを実行可能な手段１２４を具備している。つまり、前記手段１２４は、少なくとも１つの排他的論理和演算子と、前記リーダーの認証中に使用される前記擬似乱数を格納するためのいくつかの付加的なレジスタと、を具備している（これらの擬似乱数は、例えば前記手段１０４において存在する１つまたはいくつかの擬似乱数生成器により生成される)。
【００５８】
同様に、前記リーダーの認証の方法を実行するために、標準的なＲＦＩＤ通信対象に関し、前記通信対象２００は、前記擬似乱数ｇのマスクすることを実行可能なデジタル演算手段２１０を具備している。つまり前記手段２１０は、少なくとも１つの排他的論理和演算子と、前記リーダーの認証中に使用される乱数を格納するいくつかの付加的なレジスタと、を具備している（生成される前記擬似乱数は、例えば、前記デジタル手段２１０内に存在する１つまたはいくつかの擬似乱数生成器により取得される)。
【００５９】
前記リーダーまたは前記通信対象をさらに複雑にすることなく、ノイズを使用したリーダーと通信対象との間の安全な通信を著しく改善可能な認証方法をみてきた。前記認証中に実行されるステップで使用している要素材料の大部分は、ノイズを使用したリーダーおよび標準的な通信対象内に既に存在している。
【符号の説明】
【００６０】
１００      ＲＦＩＤリーダー
１０４      擬似乱数生成器
１０６      搬送波を生成するための手段
１１０      乗算器１０８乗算器
１１２      増幅手段
１１４      転送アンテナ
１１６      同調コンデンサ
１１８      受信アンテナ
１２０      較正手段
１２２      復調手段
２００      ＲＦＩＤタグ
２０２      アンテナ
２０４      可変負荷
２０６      整流器
２０８      電圧レギュレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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