(57)【要約】【課題】多数のノードが接続する暗号通信網においては各通信路に固有の暗号化キーを用いる方法においては中継負荷の課題、全ての通信路で共有の暗号化キーを用いる場合には脆弱性の課題が存在する。【解決手段】データの暗号化に使うデータキーとデータキーを暗号化するためのセッションキーという２種類の暗号化キーを使う事により、中継負荷を最小限に抑えつつ十分な強度を持った暗号通信を実現する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１台ないし数台の中継器が多数の端末間の通信を中継するという形の暗号通信において、通信路ごとに異なる暗号化キーを用いる事により暗号化強度を保ちつつ、一方でユーザデータの全体を暗号化するのではなく、ユーザデータの暗号化に用いるキーと、これを再度暗号化するためのキーを分けることにより、中継の際の復号化、暗号化の負荷を最小限に抑える点。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は暗号通信の中継方式に関するものである。本件に関連して紹介する技術のの中には暗号通信機能以外にも認証機能も兼ね備えているものがあるが、本件では暗号化機能についてのみ注目する。
【背景技術】
【０００２】近年のインターネット通信では、社内の重要情報の伝達や個人情報を取扱うため、暗号化通信の重要性が増してきた。そんな中、米ネットスケープコミュニケーションズ社が策定したＳＳＬ（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｓｏｃｋｅｔ  Ｌａｙｅｒ）や、これを基にＩＥＴＦにより標準化されたＴＬＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｌａｙｅｒ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ）という暗号化の規格が生まれ、ウェブブラウジングやメールの送受信の際の暗号化方式として広く採用されている。
【非特許文献１】ＲＦＣ２２４６
【０００３】一方、無線ＬＡＮの通信方式としては、ＷＥＰ（Ｗｉｒｅｄ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｐｒｉｖａｃｙ）やＷＰＡ（Ｗｉ−Ｆｉ  Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ  Ａｃｃｅｓｓ）と言った暗号化方式が広く採用されている。なお無線ＬＡＮでは多くの場合中継機能を担うアクセスポイントを比較的低性能なハードウェアとして製造するため、通信に使う暗号化キーは全てのノードで共通とし、中継する際にそのまま転送するしくみとなっている。このため、使用している暗号化キーが漏洩してしまうと、当該無線ＬＡＮに参加している全てのノードの通信が盗聴されてしまうという脆弱性が存在する。このため、ＷＰＡのサブセットであるＴＫＩＰ（Ｔｅｍｐｏｒａｌ  Ｋｅｙ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）の様に暗号化キーを一定時間ごとに更新する方式も存在する。
【非特許文献２】ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ
【非特許文献３】ＩＥＥＥ８０２．１１ｉ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】図１の様に、１台ないし数台の中継器が多数のノードの暗号通信を中継する際に、ＳＳＬやＴＬＳの様な通信路固有の暗号化キーを用いる方式を採用した場合、中継器は全てのデータを復号化、再暗号化し中継しなければならないため非常に大きな負荷となる。【０００５】図２の様に、上記の方式の場合、もう１つの手段としては、ノードと中継器の間で暗号化キーを共有するのではなく、データ送信元ノードとデータ送信先ノードのペア毎に固有の暗号化キーを持つという方法も考えられる。この場合には中継器では復号化、再暗号化をしなくても良いので負荷が小さい。しかし、接続ノード数をＮとした場合にＮの２乗―Ｎ個のキーが必要となるため接続ノード数が数千など多数になった場合に現実的に採り得る手段ではない。【０００６】一方、図３の様に全てのノードが同じ暗号化キーを用いて通信を行うケースでは中継器はユーザデータを参照するために復号化と再暗号化を行っても良いし、何もせずにそのまま中継してもよいため、中継器に掛かる処理負荷は少ない。ただしこの方式ではどこかで暗号化キーが漏洩すると全ての通信が傍受可能となるため、暗号化キーの更新が必須となる。【０００７】上記暗号化キーの具体的な危機の１つとして挙げられるのは、ノード上でのクラッシュダンプの取得である。これは悪意のあるユーザが暗号通信網に接続しているノードを故意にソフトウェア的にクラッシュさせ、その際のメモリダンプを取得し、通信に使われている暗号化キーを見つけ出すという方法である。この危機に対応する方法としては、暗号化キーを参加ノードの減少時に更新するという方法である。クラッシュダンプを取得するという事はノードがクラッシュする事なので再起動しクラッシュダンプファイルが生成されるまでは数十秒から数分掛かる。この際に当該ノードが接続していた暗号通信網は切断を検知できる事からこの時暗号化キーを更新すれば、漏洩した暗号化キーは取得時点で使われなくなる。ただしこの方法においても接続ノード数が数千など多数になると、暗号化キーの一斉交換に掛かる負荷や時間が現実的ではなくなるという弱点がある。【０００８】複数のノードにて共有されている暗号化キーを更新する際に全ノードが更新するまで通信が止まらないようにするために新旧２世代の暗号化キーをノードが保持し、更新処理の進行中に並行してしまうデータ送受信処理の際どちらの暗号化キーで暗号化されたデータでも取り扱える様にする技術も存在する。しかしこの場合にも前項の多数ノード時の課題を解決できない。
【特許文献１】特許公開２００４−１８６８１４
【課題を解決するための手段】
【０００９】本発明では、ユーザデータの暗号化に用いる暗号化キー（以下、データキー）と通信路毎に固有の暗号化キー（以下、セッションキー）という２種類の暗号化キーを併用する事により、すべての課題を解決する。なお、本件発明では上記２種類の暗号化キーのうち、セッションキーの配布方法については具体的に定義せず、Ｄｉｆｆｉｅ  Ｈｅｌｌｍａｎ方式や公開鍵暗号方式などにより安全に配布されている事を前提とする。
【非特許文献４】ＰＫＣＳ＃３
【非特許文献５】ＲＦＣ２３１３
【００１０】まず、通信路を確立する段階で当該通信路固有のセッションキーをノードと中継器にて共有する。【００１１】ノードでは、自分がデータを送信する際に使用するデータキーを他者が予測不能な方法を用いて生成する。【００１２】この時点で通信網上では図６の様に各ノードはセッションキー１個とデータキー１個を保持し、中継器では通信路数分のセッションキーを保持している。【００１３】通信路上にパケットを送信する際には図４のデータ形式を用いる。まずデータの先頭には当該パケットの長さなどの情報を格納したヘッダ部を設ける。その次にセッションキーで暗号化されたデータキー、最後にユーザデータと改竄チェックのためのダイジェストを添付する。【００１４】図６にてノードＡが上記パケットを送信後、中継器がこれを受信すると、図５の様な処理が行われる。まず第１段階ではセッションキーＡで暗号化されたデータキーＡを復号化する。そして転送先であるノードＢが復号化できる様にデータキーＡをセッションキーＢにて暗号化しパケットを転送する。ノードＢではセッションキーＢにてデータキーＡを復号化する事により、ユーザデータ部を正しく復号化する事ができる。【００１５】以上の様に、ユーザデータ全体を復号化、暗号化する中継方法に比べて、データキー部分のみを復号化、暗号化する中継方式の場合、例えばユーザデータ部が１６００オクテット、データキーが１６オクテットというデータの中継処理量を比較すると、後者は前者に比べておよそ１００分の１の処理量で済む。しかしセッションキーを任意に作成し、総当り的にデータキーを割出す様な攻撃を試みようとしても、データキーが正しく抽出できたかどうかを検証するためには、ユーザデータ部を復号してみなければならないので、総当り攻撃に必要な処理量は逆に多くなる。【００１６】さらにセッションキーとデータキーそれぞれを一定期間毎に更新する事で、総当りチェックによるキー取得に対しても堅牢性を保持できる。【００１７】また、前述したクラッシュダンプ採取による攻撃は、当該セッションキーが他のセッションでは使用されていないという性質により無効となる。
【発明の効果】
【００１８】本発明により暗号化の強度を下げる事なく、より低負荷な処理で暗号通信の中継処理が行えるため、中継器のコスト削減、省電力化が実現できる。【００１９】さらに、中継器同士を接続する事により、大規模な暗号通信網を構築する際にも図７にて図示している様に、中継器の間の通信路用に新たなセッションキーを用意するだけで、本件のしくみを展開していく事が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】本件発明の具体的な実装においては、まずセッションキー配布の際に安全な認証方式を用いる事が重要である。例えば既存の技術ではＰＫＩ（公開鍵暗号基盤）にて定義されている電子証明書を用いる方式や４Ｗａｙ  Ｈａｎｄｓｈａｋｅ方式等が候補となる。
【非特許文献６】ＲＦＣ２４５９
【００２１】また、暗号対象となるユーザデータの冗長による平文データと暗号化データのサンプル抽出という危険性を排除するため、実際のデータブロックの暗号化の際にはＡＥＳ−ＣＢＣモードやＡＥＳ−ＣＴＲモードを用いる事が重要である。
【非特許文献７】ＲＦＣ３６０２
【非特許文献８】ＲＦＣ３６８６
【産業上の利用可能性】
【００２２】本発明により、無線ＬＡＮのアクセスポイントではグレードを保ちながら省電力化を実現する事が可能となる。または同等の能力のアクセスポイントにてより多数のノードを接続する事が可能となる。【００２３】また、ＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｐｒｉｖａｔｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムにおいても多数のノードが接続する中継器を汎用的なコンピュータ部品を用いる事で安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】通信路毎に固有の暗号化キーを用いた暗号通信網の構成
【図２】送信先ノード毎に固有の暗号化キーを用いた暗号通信網の構成
【図３】全ノード共有の暗号化キーを用いた暗号通信網の構成
【図４】送信パケット形式
【図５】パケット中継の際の処理の流れ
【図６】１台の中継器が中継する暗号通信網の構成
【図７】２台の中継器が中継する暗号通信網の構成
【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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