(57)【要約】無線マルチホップ通信ネットワーク（１００）内のノード（１０２、１０６、１０７）間に、セキュアな通信を提供するシステムおよび方法。このシステムおよび方法は、例えば、インテリジェント・アクセスポイント（１０６）または無線ルータ（１０７）などのインフラストラクチャ装置と移動ノード（１０２）などのユーザ装置によって、マルチホップ認証メッセージ（４００）を送信する転送媒体を提供することで、マルチホップ無線ネットワーク（１００）内のセキュアな通信を実現する。認証メッセージ（４００）はノード（１０２、１０７）の識別を確認するために用いられ、ノード（１０２、１０７）はネットワーク（１００）内で通信可能になる。このシステムおよび方法はさらに、例えば、暗号化技術を用いて、無線ネットワーク（１００）内でノード（１０２、１０６、１０７）に送信されるコンテンツデータのパケット（１０００）のトラフィックを保護する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワーク内でセキュアな通信を提供する方法であって、
有線ネットワークへのアクセスを提供するアクセスポイントにレイヤ２媒体上で認証メッセージを送信するようにノードを動作させること、
前記認証メッセージを受信し、その認証メッセージを認証サーバに送信するようにアクセスポイントを動作させること、
前記無線通信ネットワーク内での前記ノードによる通信を許可するかどうかを前記認証メッセージに基づいて判定するように前記認証サーバを動作させること、
を備える方法。
【請求項２】
前記認証サーバが前記無線通信ネットワーク内での前記ノードによる通信を許可すると判定したとき、その認証結果を前記ノードに通知すること、
前記無線通信ネットワーク内の別のノードが受信するためのデータパケットを送信するように前記ノードを動作させること、
を更に備える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ノードが、ユーザ装置と無線ルータの一方である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ノードを動作させるステップでは、前記アクセスポイントに少なくとも一つの他のノードを介して、前記レイヤ２媒体上で前記認証メッセージを送信するように前記ノードを動作させる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記アクセスポイントを動作させるステップは、レイヤ２以外の転送媒体を用いて前記認証サーバに前記認証メッセージを送信するように前記アクセスポイントを動作させることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記認証メッセージが、媒体アクセス制御ヘッダ、アドホックルーティングヘッダ、およびローカルエリアネットワーク上拡張認証プロトコル（ＥＡＰＯＬ）フィールドを有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
無線通信ネットワーク内でセキュアな通信を提供する方法であって、
互いの間で識別情報を通信するように前記無線通信ネットワーク内で第一および第二ノードを動作させること、
前記識別情報に基づいてキーを選択するように前記第一および第二ノードを動作させること、
前記キーに関連する情報とデータとを含むパケットを前記第二ノードに送信するように前記第一ノードを動作させること、
を備える方法。
【請求項８】
前記第一ノードから前記第二ノードに前記パケットを送信する動作ステップを実行する前に、前記パケットの出所として前記第一ノードを識別するコードを前記パケット内に含めるように前記第一ノードを動作させることを更に備える、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第一ノードの媒体アクセス制御アドレスに基づいて前記コードを生成するように前記第一ノードを動作させることを更に備える、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第一ノードから前記第二ノードへ前記パケットを送信する動作ステップを実行する前に、前記パケットの少なくとも一部を暗号化するように前記第一ノードを動作させることを更に備える、請求項７記載の方法。
【請求項１１】
無線通信ネットワークであって、
少なくとも一つのノードと、
有線ネットワークへのアクセスを前記ノードに提供するように構成された少なくとも一つのアクセスポイントと、
前記有線ネットワークに接続された認証サーバと、
を備え、
前記ノードは、認証メッセージをレイヤ２媒体上で前記アクセスポイントに送信するように構成され、
前記アクセスポイントは、前記認証メッセージを受信して、その認証メッセージを前記認証サーバに送信するように構成され、
前記認証サーバは、前記無線通信ネットワーク内での前記ノードによる通信を許可するかどうかを前記認証メッセージに基づいて判定するように構成されている、無線通信ネットワーク。
【請求項１２】
前記認証サーバは更に、前記無線通信ネットワーク内での前記ノードによる通信を許可すると判定したときに、その認証結果を前記アクセスポイントを介して前記ノードに通知するように構成されており、
前記ノードは、前記認証結果を受信したとき、前記無線通信ネットワーク内の別のノードが受信するためのデータパケットを送信するように構成されている、請求項１１記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１３】
前記ノードが、ユーザ装置と無線ルータの一方である、請求項１１記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１４】
前記ノードは、前記アクセスポイントに、少なくとも一つの他のノードを介して、前記レイヤ２媒体上で前記認証メッセージを送信するように構成されている、請求項１１記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１５】
前記アクセスポイントは、レイヤ２以外の転送媒体を用いて前記認証サーバに前記認証メッセージを送信するように構成されている、請求項１１記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１６】
前記認証メッセージが、媒体アクセス制御ヘッダ、アドホックルーティングヘッダ、およびローカルエリアネットワーク上拡張認証プロトコル（ＥＡＰＯＬ）フィールドを有する、請求項１１記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１７】
無線通信ネットワークであって、
互いの間で識別情報を通信するように構成された第一および第二ノードであって、第一および第二ノードは、前記識別情報に基づいてキーを選択するように構成されており、第一ノードは更に、前記キーに関連する情報とデータとを含むパケットを第二ノードに送信するように構成されている、第一および第二ノード、
を備える無線通信ネットワーク。
【請求項１８】
前記第一ノードは更に、前記第二ノードに前記パケットを送信する前に、前記パケットの出所として前記第一ノードを識別するコードを前記パケット内に含めるように構成されている、請求項１７記載の無線通信ネットワーク。
【請求項１９】
前記第一ノードは更に、前記第一ノードの媒体アクセス制御アドレスに基づいて前記コードを生成するように構成されている、請求項１８記載の無線通信ネットワーク。
【請求項２０】
前記第一ノードは更に、前記第二ノードに前記パケットを送信する前に、前記パケットの少なくとも一部を暗号化するように構成されている、請求項１７記載の無線通信ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、米国仮出願番号６０／６２２，１６９号、出願日２００４年１０月２７日の優先権を主張し、その内容は全て参照によってここに組み込まれる。
この発明は一般に無線通信ネットワークに関し、特に、無線マルチホップ通信ネットワーク内のノード間にセキュアな通信を提供するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、「アドホック」ネットワークとして知られる一種の移動通信ネットワークが開発されている。この種のネットワークでは、各移動ノードは他の移動ノード用の基地局またはルータとして動作可能であり、従って、基地局の固定インフラストラクチャの必要性がなくなる。当業者には明らかなように、ネットワークノードは時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）方式、または周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）方式などの多重方式でデータパケット通信を送受信する。より高機能のアドホックネットワークも開発されており、それは既存のアドホックネットワーク内と同様に、移動ノードが互いに通信可能であるのに加えて、さらに移動ノードは固定ネットワークにアクセスでき、従って、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）上、およびインターネットなどの他のネットワーク上のものなどの他の移動ノードと通信できる。これらの新型のアドホックネットワークの詳細は、米国特許出願番号０９／８９７，７９０、発明の名称「ＰＳＴＮおよびセルラネットワークにインタフェースしたアドホックなピア・ツー・ピア移動無線アクセスシステム」、出願日２００１年６月２９日、米国特許第６，８０７，１６５号、発明の名称「別個の予約チャネルを備えた共有パラレルデータチャネルへの調整チャネルアクセスを有するアドホックなピア・ツー・ピア無線ネットワーク用の時分割プロトコル」、および米国特許第６，８７３，８３９号、発明の名称「アドホックなピア・ツー・ピア移動無線アクセスシステム用の優先ルーティング」内で説明されており、各々の内容は全て参照によってここに組み込まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
当業者には明らかなように、無線ネットワーク内の無線リンクは、ネットワークを横切るデータを盗聴者または「ハッカー」による傍受に曝している。マルチホップ無線ネットワークでは、この脅威は、一連の中間ノードを介して中継されるトラフィックが信頼されない、または、性能やセキュリティを考慮すると他のノードのルーティングトラフィックに参加すべきでないという事実を生じ、より深刻でさえある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従って、これらの種類のネットワークは、発信元ノードから中間ノードを介して、宛先ノードへのデータトラフィックを保護するエンド・ツー・エンドのセキュリティ方式から恩恵を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
この発明による詳細な実施例を説明する前に、実施例は無線マルチホップ通信ネットワーク内のノード間に、セキュアな通信を提供する方法のステップおよび装置の構成要素の組み合わせに主に存在するものとする。従って、装置の構成要素および方法のステップは、必要に応じて図面内の既存の記号によって表され、この発明の実施例の理解に関連したそれらの具体的な詳細のみを示し、ここでの説明の恩恵を受ける当業者には容易に理解し得る詳細を用いることで開示内容を曖昧にしないようにする。
【０００６】
本明細書では、第一および第二、上部および底部などの関連用語は、一方の実体または動作から他方の実体または動作を区別するためにだけ用いられ、このような実体または動作の間の実際の任意のこのような関係または順序を必ずしも要求することも、暗示することもない。用語「備える」、「備えている」、またはそれらの他の任意の変形用語は非排他的な包含を対象とするものとし、一覧の要素を有する処理、方法、部材、または装置はそれらの要素を有するだけでなく、明示的に列挙されていない他の要素またはこのような処理、方法、部材または装置に本来備わっている要素を有することもできる。「備える」に含まれる要素は、さらなる制約なしでその要素を有する処理、方法、部材、または装置内の追加の同一の要素の存在を排除しない。
【０００７】
当然のことながら、ここで説明される発明の実施例は一つ以上の既存のプロセッサおよび一意的に記憶されたプログラム命令から構成でき、前記命令は一つ以上のプロセッサを制御し、所定の非プロセッサ回路と共に、無線マルチホップ通信ネットワーク内のノード間にセキュアな通信を提供する機能の一部、大部分、または全てを実現する。非プロセッサ回路は、無線受信器、無線送信器、信号駆動部、クロック回路、電源回路、およびユーザ入力装置を含んでいるが、それらには限定されない。従って、これらの機能は一つの方法のステップとして解釈され、無線マルチホップ通信ネットワーク内のノード間にセキュアな通信を提供すべく動作することができる。また、一部の機能または全ての機能は、記憶されたプログラム命令を有していない状態マシンによって、または一つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内で実装され、ＡＳＩＣ内では各機能や所定の機能の組み合わせの一部がカスタムロジックとして実装される。もちろん、二つの方式の組み合わせを用いることもできる。従って、ここでは、これらの機能のための方法および手段を説明する。さらに、本明細書で説明する概念および原理によって導かれる際、例えば、利用可能な時間、現在の技術、および経済的考慮によって動機付けされる可能なかなりの努力および多くの設計選択にもかかわらず、当業者は最低限の実験によってこのようなソフトウェア命令およびプログラムを容易に作成できる。
【０００８】
以降でさらに詳しく説明するように、この発明は、無線マルチホップ通信ネットワーク内のノード間でセキュアな通信を提供可能なシステムおよび方法を提供する。このシステムおよび方法は、無線マルチホップ通信ネットワーク内の発信元ノードからの複数の中間ノードを介した宛先ノードへのデータトラフィックを保護するエンド・ツー・エンドのセキュリティ方式を提供する。さらに、このシステムおよび方法は、無線ネットワーク内のノード間にセキュアなピア・ツー・ピア通信を提供する。無線ネットワークは、例えば、消防士や警察官などの公安職員によって、及び、病院、空港、会議場やまたはネットワークの使用が認証ユーザに限定されている他の任意の環境内で使用される。このシステムおよび方法は、例えば、インテリジェント・アクセスポイントまたは無線ルータなどのインフラストラクチャ装置と、移動ノードなどのユーザ装置とによって、マルチホップ認証メッセージを送信する転送媒体を提供することでマルチホップ無線ネットワーク内でセキュアな通信を実現する。このシステムおよび方法はさらに、ネットワーク内で動作するノード（例えば、ユーザ装置）用のピア・ツー・ピアのグループ認証方式、および無線ドメイン内の発信元ノードと宛先ノードの間で送信されるデータトラフィックを保護するパケット保護方式を提供することによって、このようなセキュアな通信を実現する。
【０００９】
当業者には明らかなように、図面内の要素は簡略化および明確化するために示され、必ずしも等倍率では描かれていない。例えば、図面内の要素のいつかの寸法は、この発明の実施例をより理解できるように他の要素に対して誇張されている。
【００１０】
添付の図面では、同様の参照番号は別個の図面を通して同一の要素または機能的に同様の要素を指し、以降の詳細な説明と共にこの明細書に組み込まれその一部を構成し、さらに様々な実施例を示し、この発明に従う様々な原理および利点を全て説明するために役立つ。
【００１１】
図１は、この発明の一実施例を用いるアドホックなパケット交換無線通信ネットワーク１００の一例を示すブロック図である。具体的には、ネットワーク１００は、複数の移動無線ユーザ端末１０２−１〜１０２−ｎを有し（一般にユーザ装置１０２、ノード１０２、または移動ノード１０２と呼ばれる）、必須ではないが、固定ネットワーク１０４へのアクセスをノード１０２に提供するために複数のアクセスポイント１０６−１、１０６−２、…、１０６−ｎ（一般にノード１０６、アクセスポイント（ＡＰ）１０６、またはインテリジェント・アクセスポイント（ＩＡＰ）１０６）と呼ばれる）を備えた固定ネットワーク１０４を有することができる。固定ネットワーク１０４は、例えば、コアのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）などの有線または無線バックボーン、および複数のサーバとゲートウェイルータを有し、他のアドホックネットワーク、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）およびインターネットなどの他のネットワークへのアクセスをネットワークノードに提供できる。特に、固定ネットワーク１０４は認証サーバ（ＡＳ）１０５を有し、以降でさらに詳しく説明するようにネットワーク１００内のノードを認証する。ネットワーク１００はさらに複数の固定ルータ１０７−１〜１０７−ｎ（一般に、ノード１０７、無線ルータ（ＷＲ）１０７または固定ルータ１０７とも呼ばれる）を有し、他のノード１０２、１０６または１０７の間でデータパケットをルーティングし、ネットワーク１００の適用範囲を拡大できる。当然のことながら、この説明のために、上記のノードはまとめて「ノード１０２、１０６および１０７」または単に「ノード」と呼ぶことができる。
【００１２】
当業者には明らかなように、ノード１０２、１０６および１０７は互いに直接通信することも、上で参照した米国特許出願番号０９／８９７，７９０、および米国特許第６，８０７，１６５号、第６，８７３，８３９号に説明されているように、ノード間でパケットを送信する一つ以上のルータとして動作する一つ以上の他のノード１０２、１０６または１０７を介して通信することもできる。
【００１３】
図２に示したように、各ノード１０２、１０６および１０７は送受信器すなわちモデム１０８を有し、この送受信器はアンテナ１１０に接続され、制御部１１２の制御下で、パケット化した信号などの信号をノード１０２、１０６または１０７と送受信できる。パケット化したデータ信号は、例えば、音声、データまたはマルチメディア情報、およびノード更新情報を含むパケット化した制御信号を有することができる。
【００１４】
各ノード１０２、１０６および１０７はさらにランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのメモリ１１４を有し、とりわけ、それ自体およびネットワーク１００内の他のノードに関するルーティング情報を記憶できる。図２にさらに示されているように、所定のノード、特に移動ノード１０２はホスト１１６を有することができ、ホスト１１６はノートブックコンピュータ端末、携帯電話ユニット、移動データユニット、または他の任意の適切な装置などの任意の数の装置から構成できる。各ノード１０２、１０６および１０７はさらに、インターネットプロトコル（ＩＰ）およびアドレス解決プロトコル（ＡＰＰ）を実行する適切なハードウェアおよびソフトウェアを有し、その目的は当業者には容易に理解される。転送制御プロトコル（ＴＣＰ）およびユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）を実行する適切なハードウェアおよびソフトウェアを有することもできる。
【００１５】
図３に示したように、米国電気電子工学会（ＩＥＥＥ）規格８０２．１ｘに準拠した認証機構（ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｏｒ）３０２を含むセキュリティゲートウェイモジュール３００は各ＩＡＰ１０６に含まれるかまたは関連付けられ、以降でさらに詳しく説明するように、ネットワークアクセス制御に必要な装置またはユーザ認証を提供し、その詳細はＩＥＥＥ８０２．１ｘ仕様２００１内に見出され、参照によってここに組み込まれる。認証機構３０２は、認証サーバ１０５によって提供されるサービスを用いて、以降でさらに詳しく説明するようにユーザ認証動作を実行する。
【００１６】
例えば、任意のＷＲ１０７がネットワーク１００に接続し、ネットワーク１００内の他のノードとの通信を開始する前に、ＷＲ１０７はＷＲ１０７に関連したＩＡＰ１０６との間で相互認証プロトコル交換を実行する。移動ノード１０２が有線ネットワーク１０４へアクセスしようとする際、ノード１０２に関連したＩＡＰ１０６とノード１０２の間の相互認証プロトコル交換が実行される。従って、このような相互認証動作によって確立されるセキュリティ・アソシエーションは、ネットワークアクセス制御およびデータトラフィック保護のために用いられる。この例では、ＷＲ１０７とＩＡＰ１０６、または移動ノード１０２とＩＡＰ１０６の間の認証メッセージ用の転送プロトコルは、ＩＥＥＥ規格８０２．１ｘのＬＡＮ上の拡張認証プロトコル（ＥＡＰＯＬ）であり、その詳細はＩＥＥＥ８０２．１ｘ仕様２００１（ＥＡＰＯＬ＆８０２．１ｘ）および１９９８年３月のＲＦＣ２２８４：ＰＰＰ拡張認証プロトコル（ＥＡＰ）に見出され、これらの文書の両方の内容は参照によってここに組み込まれる。ＥＡＰＯＬを用いることによって、異なる拡張認証プロトコル（ＥＡＰ）を実行できる。
【００１７】
例えば、ネットワーク１００などのマルチホップネットワークでは、ノード１０２またはＷＲ１０７がネットワーク１００と接続する際、認証プロトコルは他のＷＲ１０７または他のノード１０２などの全ての中間ノードに対して透過的に動作すべきである。これを実現するために、この発明の一実施例はそれらの中間ノードを介して、レイヤ２内のＥＡＰＯＬの認証メッセージ（例えば、ＥＡＰ認証メッセージ）をトンネルさせる。技術的に理解されているように、「レイヤ２」は「データリンク層」または媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層としても知られ、クライアント（例えば、ノード）またはサーバ局（例えば、ＡＳ１０５）の物理的アドレスを含んでいる。それから、ＥＡＰ認証メッセージを受け取るＩＡＰ１０６は、受け取った他の通信からＥＡＰ認証メッセージを抽出し、例えば、ＡＳ１０５がリモート認証ダイヤルインユーザサービス（ＲＡＤＩＵＳ）認証サーバであれば、ＲＡＤＩＵＳプロトコルを用いてＡＳ１０５に認証メッセージを送信する。
【００１８】
技術的に理解されているように、ユーザ識別およびパスワードなどのユーザの証明書は事前にＲＡＤＩＵＳ認証サーバ１０５内に記憶され、システム管理者、またはいくつかの他の通信チャネルを介したユーザの自己登録によって事前に確立される。例えば、装置（例えば、ノード１０２またはＷＲ１０７）が初めて起動する場合、ノード１０２のユーザまたはＷＲ１０７を展開している人は、自分の装置（ノード１０２またはＷＲ１０７）を起動するために、セキュアなウェブサイトまたは電話線などの異なる媒体を介して一連の質問に答えることを促される。各装置（ノード１０２またはＷＲ１０７）はシリアル番号または他の識別子を有することができ、ネットワークはそのセキュリティポリシーに基づいてそれを認識できる。非常に基本的なレベルでは、ユーザによって入力されるユーザ識別およびパスワードが、ＲＡＤＩＵＳ認証サーバ１０５内で事前に設定されたユーザ識別およびパスワードと同じである限り、ＲＡＤＩＵＳ認証サーバ１０５はそのノード１０２またはＷＲ１０７がネットワーク１００にアクセスできるように許可する。
【００１９】
図４は認証メッセージパケット４００のＥＡＰおよびＥＡＰＯＬ部分のフィールドの一例を示しており、ＥＡＰおよびＥＡＰＯＬメッセージがレイヤ２パケット内にトンネルされる方法の一例を示している。当業者には明らかなように、ＭＡＣヘッダ４０２は、サプリカント（つまり、認証を要求するノード１０２またはＷＲ１０７）と、認証機構（つまり、ＩＡＰ１０６）の間の経路に沿ったホップ用の発信元および宛先ＭＡＣアドレスを有する。つまり、ＭＡＣヘッダ４０２は、フレームを送信した発信元ノード（例えば、ノード１０２）のＭＡＣアドレスと、経路に沿った各ホップ用のパケットを受信する宛先ノード（例えば、中間ノード１０２）のＭＡＣアドレスを有する。例えば、サプリカント（例えば、ノード１０２）が、認証機構（ＩＡＰ１０６）への経路に沿って、次のホップノード（例えば、別のノード１０２）によって受信されるパケット４００を送信した場合、ＭＡＣヘッダ４０２はサプリカントノード１０２と次のホップノード１０２のＭＡＣアドレスを有する。アドホックルーティング（ＡＨＲ）ヘッダ４０４は、サプリカント（例えば、ノード１０２）と認証機構（例えば、ＡＳ１０５）のＭＡＣアドレスを有する。フレーム４００はさらに、ＥＡＰＯＬフィールド４０６を有する。ＥＡＰＯＬフィールド４０６を表すために、ＡＨＲヘッダプロトコルＩＤフィールド（明示的には示されていない）内に特別なプロトコル識別（ＩＤ）が配置される。
【００２０】
さらに図４に示したように、ＥＡＰＯＬフィールド４０６は、ＥＡＰＯＬプロトコルのバージョンを識別するバージョンフィールド４０８、パケット４００内のＥＡＰ−パケット、ＥＡＰＯＬ−開始、ＥＡＰＯＬ−ログオフ、ＥＡＰＯＬ−キーまたはＥＡＰＯＬ−カプセル化−ＡＳＦ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｙｓｍｔｅｍｓ  Ｆｏｒｍａｔ）−アラート（Ａｌｅｒｔ）などのパケットの種類を示す種類フィールド４１０、パケット４００の長さを示す長さフィールド４１２、及びフレームがＥＡＰパケットのパケットタイプを送信する場合のＥＡＰＯＬパケットの実際の中身であるパケット本体フィールド４１４を有する。パケット本体（ＥＡＰ）フィールド４１４は、要求、応答、成功および失敗の四種類のメッセージの一つであるコードフィールド４１６、要求と応答を一致させる際に役立つＩＤフィールド４１８、コード、識別子、長さ、種類、種類−データを含むＥＡＰパケットの長さを示す長さフィールド４２０、要求または応答の種類を示す種類フィールド４２２、およびパケットの実際のデータを含むデータフィールドを有する。データフィールドは、要求および対応する応答の種類に応じて変化する。例えば、データフィールドは、識別型応答用のユーザ識別である。
【００２１】
図５と６は、認証サーバ１０５による認証のためにネットワーク１００へアクセスしようとするノード１０２−１と、ＩＡＰ１０６−１への中間ＷＲ１０７−１と１０７−２の間で、ＥＡＰ認証メッセージ４００を転送する方法の一例を示している。図５はノード１０２−１から送信されるＥＡＰ認証メッセージを具体的に示しているが、ネットワーク１００へのアクセスを得ようとしているＷＲ１０７が送信するＥＡＰ認証メッセージも同じ方法で処理される。
【００２２】
図６に示したように、ＥＡＰ認証メッセージ４００のＥＡＰＯＬフィールド４０６は、参照番号６００によって識別されたレイヤ２上をＲＡＤＩＵＳ認証サーバ１０５まで送信される。１０２−１と１０６−１の間の転送経路は、無線ドメインである。経路のこの部分では、認証メッセージはマルチホップレイヤ２フレーム６００上を送られ、それは複数の中間ノード（例えば、ノード１０２またはＷＲ１０７）を介して中継される。アクセスポイント１０６−１から認証サーバ１０５までの経路の最終部分は有線ネットワーク上にあり、フレームはユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）ベースのＲＡＤＩＵＳプロトコル６０２によって送信される。
【００２３】
以上の説明のように、任意のＷＲ１０７またはノード１０２がＩＡＰ１０６と関連付けられる前に、ＷＲ１０７またはノード１０２およびＩＡＰ１０６はまず相互認証トランザクションを実行する。このような目的のために、拡張認証プロトコル−トランスポート層セキュリティ（ＥＡＰ−ＴＬＳ）または拡張認証プロトコル−トンネル化トランスポート層セキュリティ（ＥＡＰ−ＴＴＬＳ）などの任意のＥＡＰ技術が用いられる。以降で説明するように、認証後、ＩＡＰ１０６と認証装置（例えば、ノード１０２）の間で一意的なセッションキーが確立される。このペアワイズ（ｐａｉｒ−ｗｉｓｅ）セッションキーを用いて、ノード１０２（またはＷＲ１０７）へのネットワークアクセス制御と、ノード１０２またはＷＲ１０７によって送信されるパケットに対する保護を提供する。
【００２４】
ここで、図７〜１１を参照しながら、この発明の一実施例によりネットワーク１００内のノード１０２、ＷＲ１０７、ＩＡＰ１０６の一つ以上の間でセキュアなピア・ツー・ピア通信を提供する方法の一例を説明する。
【００２５】
マルチホップ無線ネットワーク１００の無線部分内（つまり、有線ネットワーク１０４にアクセスするためにＩＡＰ１０６を使用しない場合）のピア・ツー・ピア通信のケースでは、ノード１０２から別のノード１０２、ＷＲ１０７から別のＷＲ１０７、およびノード１０２からＷＲ１０７を含んでいる。無線ネットワークドメイン内のピア・ツー・ピア通信の場合、エンド・ツー・エンドセキュリティが望まれ、これは発信元ノード１０２から宛先ノード１０２へのセキュリティを意味する。ノード１０２が有線ネットワーク１０４と通信する場合、無線でのリンク（例えば、ノード１０２から中間ノード１０２やＷＲ１０７を介してＩＡＰ１０６まで）は保護されるが、有線通信はここで説明する方法で保護する必要はない。ピア・ツー・ピアのセキュリティ用のケースは、インフラストラクチャなしのアドホック無線ネットワーク、またはノード１０２やＷＲ１０７とＩＡＰ１０６との間で発生するネットワーク１００などのインフラストラクチャベースの無線ネットワークの場合にも用いられる。どちらの場合でも、レイヤ２ルートを用いて、ピア・ツー・ピアのセキュリティ・アソシエーションを確立する。
【００２６】
図７の概念的ブロック図、および図８のフローチャートと図９の系統線図は、二つの無線装置（ノード１０２−１と１０２−４）が互いに安全に通信を行う必要がある一例を示している。中間ノード１０２−２と１０２−３は、信頼可能であってもなくてもよい。この例のために、ノード１０２−１と１０２−４の間のルートはノード１０２−２と１０２−３を介して存在すると仮定する。この発明の一実施例によると、ノード１０２−１と１０２−４は、次の方法で互いの間でセキュアな通信を確立する。当然のことながら、ここで説明する全ての動作は、ノードの制御部１１２および関連のハードウェアとソフトウェアによって実行される。
【００２７】
各ノード１０２−１〜１０２−４は、ピア・ツー・ピアのセキュリティ・アソシエーション証明書として用いられる一連のグループＩＤとグループパスワードを備えて構成される。これらのグループＩＤとグループパスワードは、例えば、ノード１０２−１〜１０２−４の各メモリ１１４（図２と３参照）内に記憶できる。ノード１０２−１がノード１０２−４行きのパケットを、例えば、ノード１０２−２（つまり、ノード１０２−４への経路内の次のホップ）に送信しようとすると、ステップ８００でセキュリティ・アソシエーションが開始し、図９に示したようにノード１０２−１と１０２−２の間のＥＡＰＯＬプロトコル交換９００が開始する。二つのノード（例えば、ノード１０２−１と１０２−２）の間のセキュリティ・アソシエーションを確立するために、ノード１０２−１と１０２−２は、候補のグループＩＤのリストを要求するノード１０２−２にメッセージ９１０を送信するノード１０２−１によって、ステップ８１０でグループＩＤを取り決める。ノード１０２−２は、ステップ８２０でペアワイズマスタキー（ＰＭＫ）として、どのグループパスワード（グループキー）を選択するかを判定し、ＩＥＥＥ規格８０２．１１ｉに従って（四方向）４ウェイハンドシェークを実行する際、ノード１０２−１と１０２−２の間を移動するデータを保護し、使用されるＰＭＫを識別するノード１０２−１に応答９２０を送信する。それから、ステップ８３０で、ノード１０２−１と１０２−２の間の４ウェイハンドシェーク９３０を開始する。
【００２８】
つまり、当業者には明らかなように、ＰＭＫを確立し、ノード１０２−１がノード１０２−２にデータパケットを送信しようとすると、ノード１０２−１はノード１０２−２に送信要求（ＲＴＳ）メッセージを送信し、ノード１０２−２の利用可能性を判定する。ノード１０２−２がＲＴＳを受信し、ノード１０２−２がデータパケットを受信可能な場合、ノード１０２−２はノード１０２−１に送信クリア（ＣＴＳ）メッセージを送信する。ＣＴＳメッセージを受信すると、ノード１０２−１はノード１０２−２にパケットを送信する。データパケットは、確立されるＰＭＫを含むフィールドを有する。データパケットの受信が成功すると、ノード１０２−２はノード１０２−１に肯定応答（ＡＣＫ）メッセージを送信し、ノード１０２−２がパケットをうまく受け取れなかった場合は、ノード１０２−２はノード１０２−１に否定応答（ＮＡＣＫ）メッセージを送信する。従って、４ウェイハンドシェークは、ノード１０２−１と１０２−２の間のＲＴＳメッセージ、ＣＴＳメッセージ、データパケット、およびＡＣＫまたはＮＡＣＫメッセージの交換からなる。
【００２９】
上記の処理は、パケットが経路内の各ノード間で送信される際に繰り返される。つまり、ノード１０２−２がノード１０２−３にパケットを送信する前に、ノード１０２−２と１０２−３は上記のようにＰＭＫを取り決めるための動作を実行し、それから４ウェイハンドシェーク処理中、このＰＭＫを用いてノード１０２−２から１０２−３にパケットを送信する。同様に、ノード１０２−３が宛先ノード１０２−４にパケットを送信しようとする際にも、ノード１０２−３と１０２−４の間で処理が行われる。いったん二つのエンドポイント間でセキュリティ・アソシエーションが確立されると、ノード１０２とＩＡＰ１０６の間であろうと二つの加入者装置間であろうと、ユーザトラフィックはセキュリティ・アソシエーション内のセキュリティ保護モードに従って保護される。
【００３０】
さらに当然のことながら、この発明の一実施例によると、暗号化およびメッセージ完全性コード（ＭＩＣ）を用いて、各パケットに対していくつかのセキュリティサービス、つまり、データ作成認証、データ完全性保護、リプレイアタック保護およびデータの機密性を提供する。例えば、発信元ノード（この例ではノード１０２−１）のＭＡＣアドレスはＭＩＣの計算に含まれるので、ＭＩＣを用いてパケット内のデータの出所を認証できる。従って、発信元ノード１０２−１のＭＡＣアドレスのなりすましを行おうとすると、宛先ノード（例えば、１０２−４）によって検出される。パケットのレイヤ２データペイロードはＭＩＣによって保護され、データの修正は全て宛先ノード１０２−４によって検出される。さらに、各パケットには番号が付けられ、宛先ノード１０２−４は任意のリプレイ（再送）パケットを検出できる。その上、パケット内のデータは既知の任意の暗号化方式によって発信元ノード１０２−１で暗号化され、宛先ノード１０２−４で復号化される。
【００３１】
例えば、図１０と１１に示したように、各データパケット１０００は、公知のように、カウンタモードＣＢＣ-ＭＡＣプロトコル（ＣＣＭＰ）または高度暗号化規格（ＡＥＳ）アルゴリズムを用いて暗号化され、ＡＥＳ規格は全ての政府関連のトランザクション用の好ましいデータ暗号化アルゴリズムとして指定され、ＩＥＥＥ規格８０２．１１ｉ内ではＷＬＡＮ用セキュリティの長期の解決策の可能性があると考えれている。技術的に理解されているように、ＡＥＳは、全ての政府トランザクション用のデータ暗号化アルゴリズムとして新しく指定されている。従って、自称ハッカーおよび中間ノード１０２−２と１０２−３はパケットを開くことができない。
【００３２】
図１０に示したように、データパケット１０００は、少なくともＡＨＲヘッダ１０１０と、データを含む論理リンク制御（ＬＬＣ）ペイロード１０２０を有し、それは、例えば、音声、映像、マルチメディアまたはデータであってもよい。暗号化後、データパケット１０００はＣＣＭＰヘッダ１０３０とＭＩＣフィールド１０４０を有する。
【００３３】
さらに当然のことながら、ノード（例えば、ノード１０２−１）は、上で説明したセキュリティ機能を全て呼び出す必要はない。例えば、ノード１０２−１のユーザがセキュリティ機能を停止したい場合、セキュリティ・アソシエーションはＮＵＬＬ型に設定される。従って、セキュリティ・アソシエーションを実行してＰＭＫを確立する動作は、実行されない。さらに、ノード１０２−１のユーザは、例えば、データ自体に機密性があるとは思われない場合には、機密性を行うことなくデータを送るように選択することもできる。しかし、このときにも、ネットワーク１００へのアクセスは制御される。この場合、ＭＩＣコードはパケット内に配置できるが、パケット内のデータは暗号化されない。しかし、ノード１０２−１のユーザが上記のセキュリティ機能を全て使用したい場合、ノード１０２−１とノード１０２−２は上で説明したとおりの動作を全て実行できる。
【００３４】
以上の明細書では、この発明の具体的な実施例を説明してきた。しかし、当業者には明らかなように、添付の特許請求の範囲に記載されているとおり、この発明の範囲から逸脱することなく種々の改良および変更を行うことができる。従って、この明細書および図面は制限的な意味ではなく例示的なものとみなすべきであり、このような修正は全て、この発明の範囲内に含まれるものとする。利便性、利点、問題の解決策、および任意の利便性、利点、または解決策を発生させるかまたはより顕著にさせる任意の要素は、任意または全ての請求項の重要、必要、または不可欠な特徴または要素とは解釈すべきではない。この発明は、この出願の係属中に行われる任意の補正、および発行されたとおりのそれらの請求項の全ての等価物を含む添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】アドホック無線通信ネットワークの一例のブロック図であり、この発明の一実施例に従ってシステムおよび方法を用いる複数のノードを含んでいる。
【図２】図１に示したネットワーク内で用いられる移動ノードと無線ルータの一例を示すブロック図である。
【図３】図１に示したネットワーク内で用いられるインテリジェント・アクセスポイントの一例のブロック図である。
【図４】この発明の一実施例によるセキュアな通信を確立する処理中、図１に示したネットワーク内のノードによって送信される認証メッセージパケットの一例の概念図である。
【図５】セキュアな通信の一例を示す概念ブロック図であり、この発明の一実施例に従って図１に示したネットワーク内のノードと認証サーバの間で確立される。
【図６】この発明の一実施例による図４に示した認証メッセージの送信の概念図である。
【図７】この発明の一実施例に従って、図１に示したネットワーク内のノード間のセキュアな通信の一例を示す概念ブロック図である。
【図８】この発明の一実施例に従ってセキュアな通信を確立するために、図１に示したネットワーク内のノードによって行われる動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】この発明の一実施例に従ってセキュアな通信を確立する際、図１に示したネットワーク内のノード間で交換されるメッセージの一例を示す系統線図である。
【図１０】暗号化されていないデータパケットの概念図である。
【図１１】図１０の示したデータパケットを暗号化した概念図である。
【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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【図１１】
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【国際調査報告】
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