(57)【要約】  本発明は、第１ノードであって、この第１ノードがネットワークへ接続される前にこの第１ノードへ割り当てられる第１事前配布鍵材料を含む第１ノード102と、第２ノードであって、この第２ノードが当該ネットワークへ接続される前にこの第２ノードへ割り当てられる第２事前配布鍵材料を含む第２ノード104と、を含むネットワークに関する。前記第１ノードは、トラストセンタ108に依存することなく、前記第１及び第２事前配布鍵材料に基づき前記第２ノードへのセキュア通信112を確立するように構成される。事前配布鍵材料は、ネットワークトラストセンタによって事後配布鍵材料とセキュアな形式で置換され得る。ノードは、展開後鍵材料に基づき更なるセキュア通信を確立し得る。
2010538563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークであって、
−第１ノードであって、この第１ノードが当該ネットワークへ接続される前にこの第１ノードへ割り当てられる第１事前配布鍵材料を含む、第１ノードと、
−第２ノードであって、この第２ノードが当該ネットワークへ接続される前にこの第２ノードへ割り当てられる第２事前配布鍵材料を含む、第２ノードと、
を含み、
−前記第１ノードが、トラストセンタに依存することなく、前記第１及び第２事前配布鍵材料に基づき前記第２ノードへのセキュア通信を確立するように構成される、
ネットワーク。
【請求項２】
請求項１に記載のネットワークであって、前記第１及び第２事前配布鍵材料が、ノード識別子、秘密鍵、及び鍵材料の基本群、をそれぞれ含む、ネットワーク。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のネットワークであって、前記第１及び第２事前配布鍵材料は、前記第１及び第２ノードが同一のネットワークへ割り当てられる場合に相互交換可能であるように構成され、前記第１及び第２ノードが異なるネットワークへ割り当てられる場合に相互交換可能でない、ネットワーク。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載のネットワークであって、前記第１及び第２事前配布鍵材料は、前記第１及び第２ノードの製造時において前記第１及び第２ノードへ割り当てられる、ネットワーク。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載のネットワークであって、前記第１及び第２事前配布鍵材料に基づき、前記第１及び第２ノードを認証するように構成されるトラストセンタを更に含む、ネットワーク。
【請求項６】
請求項５に記載のネットワークであって、前記トラストセンタは、第１事後配布鍵材料を前記第１ノードへ、及び第２事後配布鍵材料を前記第２ノードへ提供するように構成され、前記第１事後配布鍵材料は前記第２事後配布鍵材料へ相関付けられ、前記第１ノードは、前記トラストセンタに更に依存することなく前記第１及び第２事後配布鍵材料に基づき、前記第２ノードへの前記セキュア通信を確立するように構成される、ネットワーク。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のネットワークであって、前記第１及び第２ノードは、前記第１及び第２事前配布鍵材料を前記第１及び第２事後配布鍵材料により置換するように構成される、ネットワーク。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載のネットワークであって、前記第１及び第２事前配布鍵材料及び／又は事後配布鍵材料は、λ−セキュアアプローチ、鍵事前配布スキーム、又は、公開鍵が前記トラストセンタによって発行される証明書によって認証される対の公開鍵／秘密鍵、に基づく、ネットワーク。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載のネットワークであって、前記第１及び第２ノードは、前記第２ノードへの前記セキュア通信を確立するための前記第１ノードによって使用可能な共通秘密鍵について合意するために、前記第１及び第２事前配布鍵材料及び／又は事後配布鍵材料を使用するように構成される、ネットワーク。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載のネットワークであって、当該ネットワークは無線制御ネットワーク又はZigBeeネットワークである、ネットワーク。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載のネットワークであって、前記第１及び第２ノードはZigBeeノードである、ネットワーク。
【請求項１２】
ネットワークに関するノードであって、
−当該ノードが前記ネットワークへ接続される前に前記ノードへ割り当てられる事前配布鍵材料、
を含み、
−当該ノードは、当該ノードが前記ネットワークへ接続される場合に前記ネットワークの少なくとも１つの更なるノードへのセキュア通信を確立するように構成され、当該ノードが、トラストセンタに依存することなく、前記事前配布鍵材料に基づき前記セキュア通信を確立するように構成される、
ノード。
【請求項１３】
ネットワークを確立するための方法であって、
−第１ノードであって、この第１ノードが当該ネットワークへ接続される前にこの第１ノードへ割り当てられる第１事前配布鍵材料を含む、第１ノードを設けるステップと、
−第２ノードであって、この第２ノードが当該ネットワークへ接続される前にこの第２ノードへ割り当てられる第２事前配布鍵材料を含む、第２ノードを設けるステップと、
−前記第１ノード及び前記第２ノード間のセキュア通信を、トラストセンタに依存することなく、前記第１及び第２事前配布鍵材料に基づき確立するステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
計算機によって実行される場合に、請求項１３に記載の方法を実行することを可能にする計算機プログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の計算機プログラムを記憶する記憶担体。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法を実行するようにプログラムされ、照明システムとの通信に関するインターフェイスを含む、計算機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワーク、セキュアネットワークを確立するための方法、及びネットワークに関するノードに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線制御ネットワーク（ＷＣＮ）は、ビルにおける配線を取り除くことを目的とする。無線制御ネットワークを用いることによって、制御システムは、より柔軟にされ得、そして費用、特に導入の費用が低減され得る。
【０００３】
図６は、無線スイッチ６０１及び無線照明ノード６０２・６０４・６０６を含む簡単な無線制御ネットワークを示す。無線スイッチ６０１は、無線照明ノード６０２・６０４・６０６を無線で制御する。例えば、スイッチ６０１は、照明ノード６０２・６０４・６０６を「オン」又は「オフ」に切り替え得る。照明ノード６０２は第１照明システムであり得、照明ノード６０４は第２照明システムであり得、照明ノード６０６は第３照明システムであり得る。より複雑な無線制御ネットワークは、例えば、アドホック形式で通信するランプ、メータ及びセンサなどの数百の無線制御ノードから構成され得る。
【０００４】
無線制御ネットワークは、メッセージ注入又はネットワークレベル侵入などのセキュリティの新しい脅威に直面する。この文脈において、基本セキュリティサービスの規定、すなわち認証（authentication）、承認（authorization）、整合性（integrity）及び時として秘匿性（confidentiality）は、基礎である。認証は、攻撃者がノードの構成を変更するなどの誤った情報を導入し得ないように、ノードが無線制御ネットワークに属することを有効にしなければならない。承認は、ノードが照明をオンにするなどの特定のタスクを実行することを可能にされることを認証しなければならない。整合性は、無線制御ネットワーク間で送信されるメッセージが第三者によって修正されないことを保証しなければならない。秘匿性は、メッセージ内容が意図される関係者へのみ知られることを保証しなければならない。これらのセキュリティサービスは、無線制御ネットワークに関する一貫性のある且つ実用的な鍵配布アーキテクチャ（ＫＤＡ）を用いずには保証され得ない。しかし、一貫性のある且つ実用的な鍵配布アーキテクチャの規定は、無線制御ネットワークの厳格な動作要件及び技術的制約が原因により困難なものである。
【０００５】
米国特許出願書類第2007/0147619A1号は、新しいネットワーク要素がネットワークにおいて導入され且つ初期化される前に、製造者の施設において新しいネットワーク要素への導入用の署名済みデジタル証明書を提供するための製造者証明書権限を含む無線ネットワークにおけるセキュリティ鍵を管理するシステムに関する。システムは、ネットワーク内においてセキュアに通信するためにネットワーク要素によって使用される証明書及びファイルを管理するサービス提供者証明書権限を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、改善されたネットワーク、ネットワークを確立するための改善された方法、及びネットワークに関する改善されたノードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的は、独立請求項によって解決される。更なる実施例は、従属項によって示される。
【０００８】
本発明の基本思想は、オンライントラストセンタの参加が鍵確立過程において必要とされない、無線制御ネットワークに関する実用的且つ効率的な鍵配布アーキテクチャを規定することである。したがって、鍵確立は、アドホック形式で行われる。この形式において、オンライントラストセンタの周辺の通信は低減され、単一障害点（single  point  of  failure）を有するシステムは回避される。更に、本発明の鍵配布アーキテクチャは、高度にスケーラブルであり、無線制御ネットワークノードのいかなる対も対称秘密について合意することを可能にし、これにより、更なるセキュリティサービスがこの秘密に基づき提供され得る。
【０００９】
本発明の対応策は、無線制御ネットワークへだけでなく802.15.4/ZigBeeに基づくネットワークへ、及びオンライントラストセンタが時々のみアクセス可能であるような無線センサネットワーク応用例へ、適用可能であり得る。
【００１０】
本発明の対応策は、オンライントラストセンタ又は簡単な鍵事前配布スキームに基づく鍵配布アーキテクチャの不利な点を回避する。
【００１１】
トラストセンタ対応策は、大型ネットワークにおけるオンライントラストセンタの周囲の、近隣のルータ又は通信リンクのルーティングテーブルなどの、リソースに過負荷をかける。過負荷は、新しい鍵を確立することを望むノードの新しい対がオンライントラストセンタから共通アプリケーションマスタ鍵を初めに入手する必要があるという要件が原因により発生される。更に、オンライントラストセンタ対応策において、別のノードがセキュアに通信し得るノードの数は、ノードがセキュアに通信したいと思う各１つ１つのノードとのアプリケーションマスタ鍵を記憶する必要があるので、ノードメモリによって制限される。更に、オンライントラストセンタは、単一障害点を表わす。オンライントラストセンタが攻撃される又は故障する場合、ノードは、もはやセキュアな通信を確立することが可能でない。
【００１２】
鍵事前配布スキームは、無線制御ネットワークに関する代替的な鍵配布アーキテクチャを表わす。鍵事前配布スキームは、ノード展開利用(deployment)の前の、特定の種類の鍵材料の事前配布に基づく。ノード展開の後に、ノードは、事前配布鍵材料を活用することによって、セキュアな通信が確立し得る。したがって、鍵事前配布スキームは、鍵確立段階におけるオンライントラストセンタの介入を必要としない。鍵事前配布スキームは、ノードが属し得る無線制御ネットワークへ製品が販売される又は既知になる前に、鍵材料が工場において事前配布されるので、無線制御ネットワークなどの商用応用例へ適用される場合に、特定の制限を表わす。この事実は、異なるネットワークにおけるノードが互いに通信し且つ認証することが可能であり得るので、望ましくない。したがって、鍵事前配布スキームは、ノードが利用の前に工場において鍵材料を入手するので、ネットワークの構成可能性を制限する。
【００１３】
本発明の対応策は、無線制御ネットワークにおけるオンライントラストセンタの周囲のリソースの過負荷を低減する。このことは、ノードが、トラストセンタへのオンラインアクセスを必要とすることなく、共通秘密について合意することを可能にさせる。したがって、ノードは、アドホック形式で互いに認証し得る。本発明の対応策は、何れかの鍵も秘密について合意することを可能にする鍵材料を記憶するための非常に低いメモリ要件を有する。更に、異なる無線制御ネットワークに属するノードは、セキュア通信を確立することが可能でない。例えば、異なるセキュリティドメイン（ＳＤ）に属するノードは、セキュア通信を確立し得ない。更に、本発明の鍵配布アーキテクチャは、現在の一般的なZigBee仕様のセキュリティプロトコルを改善及び増強するために適用され得る。
【００１４】
本発明の実施例に従うとネットワークであって、
−第１ノードであって、この第１ノードが当該ネットワークへ接続される前にこの第１ノードへ割り当てられる第１事前配布鍵材料を含む、第１ノードと、
−第２ノードであって、この第２ノードが当該ネットワークへ接続される前にこの第２ノードへ割り当てられる第２事前配布鍵材料を含む、第２ノードと、
を含み、
−前記第１ノードが、トラストセンタに依存することなく、前記第１及び第２事前配布鍵材料に基づき前記第２ノードへのセキュア通信を確立するように構成される、
ネットワークが提供される。
【００１５】
前記第１及び第２事前配布鍵材料は、ノード識別子、秘密鍵、及び鍵材料の基本群、をそれぞれ含み得る。ノード識別子は、一義的なノード識別を可能にし、対応する秘密鍵は、認証ハンドシェイクを用いてノード認証を可能にする。
【００１６】
前記第１及び第２事前配布鍵材料は、前記第１及び第２ノードが同一のネットワークへ割り当てられる場合に相互交換可能であるように構成され得、前記第１及び第２ノードが異なるネットワークへ割り当てられる場合に相互交換可能でなくあり得る。このことは、異なるセキュリティドメインに属するノード間における通信を防止することを可能にする。
【００１７】
前記第１及び第２事前配布鍵材料は、前記第１及び第２ノードの製造時において前記第１及び第２ノードへ割り当てられ得る。したがって、事前配布鍵材料がノードへ提供される一方で、侵入者は事前配布鍵材料の知識を入手しないことを保証される。
【００１８】
一つの実施例に従うと、前記ネットワークは、前記第１及び第２事前配布鍵材料に基づき、前記第１及び第２ノードを認証するように構成されるトラストセンタを更に含み得る。
【００１９】
前記トラストセンタは、第１事後配布鍵材料を前記第１ノードへ、及び第２事後配布鍵材料を前記第２ノードへ提供するように構成され、前記第１事後配布鍵材料は前記第２事後配布鍵材料へ相関付けられ、前記第１ノードは、前記トラストセンタに更に依存することなく前記第１及び第２事後配布鍵材料に基づき、前記第２ノードへの前記セキュア通信を確立するように構成され得る。このことは、ネットワークのノードにネットワーク固有鍵材料を提供することを可能にする。
【００２０】
前記第１及び第２ノードは、前記第１及び第２事前配布鍵材料を前記第１及び第２事後配布鍵材料により置換するように構成され得る。このことは、ノードの鍵材料を変更する又は更新することを可能にする。
【００２１】
前記第１及び第２事前配布鍵材料及び／又は事後配布鍵材料は、R.  Blom,による「"An  Optimal  Class  of  Symmetric  Key  Generation  Systems"  Advances  in  Cryptology:  Proc.  Eurocrypt'84,  pp.335-338,  1984」、並びにC.  Blundo,  A.D.  Santis,  A.  Herzberg,  S.  Kutten,  U.  Vaccaro及びM.  Yungによる「"Perfectly-Secure  Key  Distribution  for  Dynamic  Conferences",  Proc.  Conf.  Advances  in  Cryptology  (Crypto'92),  E.F.  Brickell,  ed.,  pp.471-486,  1992」によって説明される、λ−セキュアアプローチに基づき得る。これらの対応策は、ノードの対が秘密について合意することを可能にする一方で、λ個より少ないノードがシステムのセキュリティを危険に晒さないことを保証する。事前配布鍵材料及び／又は事後配布鍵材料は、ランダムＫＰＳなどの他の鍵事前配布スキーム（ＫＰＳ）、又は、対の公開鍵／秘密鍵にも基づき得、この場合、前記公開鍵は前記トラストセンタによって発行される証明書によって認証される。
【００２２】
更に、前記第１及び第２ノードは、前記第２ノードへの前記セキュア通信を確立するための前記第１ノードによって使用可能な共通秘密鍵について合意するために、前記第１及び第２事前配布鍵材料及び／又は事後配布鍵材料を使用するように構成され得る。
【００２３】
前記ネットワークは、無線制御ネットワークであり得る。本発明の対応策は、無線制御ネットワークにおいて応用例を見つけ得る。特に、本発明の対応策は、照明ネットワーク及びメータ読取りネットワークなどの、いかなる大型規模のネットワークへも適用可能である。一般的に、この発明は、いかなる種類の802.15.4/ZigBeeネットワークへも適用可能であり得る。追加的に、鍵配布アーキテクチャは、トラストセンタが時々オンラインであるような他の無線センサネットワーク応用例へ適用され得る。
【００２４】
前記第１及び第２ノードはZigBeeノードであり得る。
【００２５】
本発明の更なる実施例に従うと、ネットワークに関するノードであって、
−当該ノードが前記ネットワークへ接続される前に前記ノードへ割り当てられる事前配布鍵材料、
を含み、
−当該ノードは、当該ノードが前記ネットワークへ接続される場合に前記ネットワークの少なくとも１つの更なるノードへのセキュア通信を確立するように構成され、当該ノードが、トラストセンタに依存することなく、前記事前配布鍵材料に基づき前記セキュア通信を確立するように構成される、
ノードが提供される。
【００２６】
本発明の更なる実施例に従うと、ネットワークを確立するための方法であって、
−第１ノードであって、この第１ノードが当該ネットワークへ接続される前にこの第１ノードへ割り当てられる第１事前配布鍵材料を含む、第１ノードを設けるステップと、
−第２ノードであって、この第２ノードが当該ネットワークへ接続される前にこの第２ノードへ割り当てられる第２事前配布鍵材料を含む、第２ノードを設けるステップと、
−前記第１ノード及び前記第２ノード間のセキュア通信を、トラストセンタに依存することなく、前記第１及び第２事前配布鍵材料に基づき確立するステップと、
を含む、方法が提供される。
【００２７】
本発明の更なる実施例に従うと、計算機によって実行される場合に、本発明に従う上述の方法を実行することを可能にする計算機プログラムが提供され得る。このことは、コンパイラプログラムにおける本発明の対応策を実現させる。
【００２８】
本発明の対応策、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリーカード、ディスケット又は電子的アクセスに関して当該計算機プログラムを記憶するのに適した類似のデータ担体などの、計算機プログラムを記憶する記憶担体が提供され得る。
【００２９】
本発明におけるこれら及び他の態様は、以下に説明される実施例から明らかであり、これらを参照にして説明され得る。
【００３０】
本発明は、例示的な実施例を参照にして以下により詳細に説明される。しかし、本発明は、これらの例示的な実施例に制限されない。
【００３１】
以下において、機能的に類似又は同一の要素は、同一の参照符号を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明に従うネットワークを示す。
【図２】図２は、本発明に従うネットワークを確立するための方法のフロー図を示す。
【図３】図３は、本発明に従うネットワークのセットアップ段階を示す。
【図４】図４は、本発明に従うネットワークの動作段階を示す。
【図５】図５は、本発明に従う更なるネットワークを示す。
【図６】図６は、無線制御ネットワークを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明の実施例に従うネットワークを示す。ネットワークは、無線制御ネットワークであり得る。ネットワークは、第１ノード１０２、第２ノード１０４、及び更なるノード１０６を含む。ネットワークがZigBeeに基づくネットワークである場合、ノード１０２・１０４・１０６は、ZigBeeノードであり得る。ネットワークは、トラストセンタ１０８などの、追加的なノード及び追加的なネットワークを含み得る。
【００３４】
ノード１０２・１０４・１０６は、事前配布鍵材料をそれぞれ含み得る。事前配布鍵材料は、ノードがネットワークへ接続される前にノード１０２・１０４・１０６へ提供される。事前配布鍵材料は、ネットワークの一部ではないオフライントラストセンタによってノード１０２・１０４・１０６へ提供され得る。ネットワークへ接続された後に、事前配布鍵材料は、事後配布鍵材料によって置換され得る。事前配布鍵材料は、ノード１０２・１０４・１０６が、相互間においてセキュア通信を確立するのを可能にさせる。通信リンク１１２は、トラストセンタ１０８に依存することなく内部的に（autarchic）ノード１０２・１０４間において確立され得る。したがって、トラストセンタ１０８が利用可能でない場合、ネットワークは、ノード１０２・１０４・１０６によって自発的に確立され得る。通信リンク１１２を確立するために、ノード１０２・１０４は、通信インターフェイスなどの追加的な手段を含み得る。
【００３５】
各事前配布鍵材料は、ノード識別子、秘密鍵、及び一基本群の鍵材料を含み得る。ノード１０２・１０４・１０６のそれぞれの事前配布鍵材料は、同一のネットワークに属する他のノードの事前配布鍵材料、すなわち同一のネットワークのノード１０２・１０４・１０６に属する事前配布鍵材料、とのみ相互動作可能であるように構成され得る。
【００３６】
トラストセンタ１０８がネットワークへ利用可能である場合、トラストセンタ１０８は、ノード１０２・１０４・１０６を認証するように構成され得る。認証は、ノード１０２・１０４・１０６がネットワークへ接続された後に実行され得る。ノード１０２・１０４・１０６のうちの１つを認証するために、トラストセンタ１０８は、認証されるべきノード１０２・１０４・１０６から事前配布鍵材料又は事前配布鍵材料の一部を受信し得る。更に、トラストセンタ１０８は、事後配布鍵材料を生成及びノード１０２・１０４・１０６のそれぞれへ提供するように構成され得る。一対のノード１０２・１０４へ提供されている事後配布鍵材料は、相関化され得る。事後配布鍵材料は、セキュア通信を確立するためにノード１０２・１０４・１０６によって使用され得る。例えば、通信リンク１１２は、トラストセンタ１０８によって第１ノード１０２及び第２ノード１０４へ供給されている一対の相関化された事後配布鍵材料を用いて、ノード１０２・１０４間において確立され得る。ノード１０２・１０４が事後配布鍵材料を受信した後に、ノード１０２・１０４は、トラストセンタ１０８に更に依存することなく通信リンクを確立し得る。ノード１０２・１０４・１０６は、トラストセンタから受け取られた事後配布鍵材料により自身の事前配布鍵材料を置換するように構成され得る。代替的に、ノード１０２・１０４・１０６は、事後配布鍵材料に加えて、事前配布鍵材料を維持し得る。
【００３７】
一つの実施例に従うと、事前配布鍵材料及び／又は事後配布鍵材料は、λ−セキュアアプローチを用いて生成され得る。代替的に、鍵材料は、いずれかの他の適した鍵化技術にも基づき得る。鍵化技術に依存して、ノード１０２・１０４・１０６は、共通秘密鍵について合意するために第１及び第２事前配布鍵材料及び／又は事後配布鍵材料を使用するように構成され得る。共通秘密鍵は、例えば、第１ノード１０２及び第２ノード１０４間の通信などの、ノード間のセキュア通信を確立するために使用され得る。
【００３８】
図２は、本発明の実施例に従うネットワークを確立する方法のフロー図を示す。第１ステップにおいて、第１ノード及び第２ノードが設けられる。ノードは、図１において示されるような、事前配布鍵材料を含むノード１０２・１０４であり得る。以下のステップにおいて、ネットワークは、第１及び第２事前配布鍵材料に基づき第１及び第２ノード間におけるセキュア通信を確立することによって確立される。本発明の方法は、新しいネットワークを確立するために、既に確立されたネットワークへ新しいノードを加えるため、又は同一のネットワークに属するノード間における新しい通信を確立するために、使用され得る。
【００３９】
本発明の対応策は、無線制御ネットワークに関して使用され得る一貫性のある且つ実用的な鍵配布アーキテクチャを含意する。鍵配布アーキテクチャの主な特徴は、鍵配布アーキテクチャにおいて含まれる動作段階並びに主暗号化及び物理的要素を列挙することによって、以下に説明される。鍵配布アーキテクチャの動作は、２つの段階、すなわち展開前段階及び展開後段階、に分割され得る。
【００４０】
鍵配布アーキテクチャは、互いに通信するように構成される無線制御ネットワークノード、ネットワークノードを製造する工場において基本暗号化鍵材料を事前配布するために使用されるオフライントラストセンタ、及び、ネットワークノードが無線制御ネットワークに加わる場合に暗号化鍵材料を用いてネットワークノードを構成するために使用されるセミオンライントラストセンタ、を含み得る。鍵配布アーキテクチャは、上述の物理的要素の全て又はサブセットを含み得る。
【００４１】
鍵配布アーキテクチャの各ネットワークノードｉは、固有の識別子ｉ、割り当てられる秘密Ｋｉ、又は、一群の秘密と割り当てられる鍵材料ＫＭｉ若しくは一群の鍵材料と、を含み得る。割り当てられる秘密Ｋｉは、ネットワークノードを一義的に認証するため、及びノード及びトラストセンタ間におけるセキュア通信を確立するために用いられ得る。したがって、鍵材料は、ノードが、トラストセンタの介在を必要とすることなくセキュア通信をセットアップすることを可能にする。本発明に従うと、オフライントラストセンタによって工場で生成される鍵材料群（
2010538563.tif 000003
）と、無線制御ネットワークにおけるオンライントラストセンタによって生成される鍵材料群（
2010538563.tif 000004
）との間において区別される。鍵配布アーキテクチャは、上述の物理的要素の全て又はサブセットを含み得る。
【００４２】
鍵配布アーキテクチャ動作は、展開前段階及び展開後段階を含み得る。展開後段階は、ネットワークセットアップ副段階及び動作モード副段階を含み得る。
【００４３】
展開前段階において、オフライントラストセンタは、基本鍵材料
2010538563.tif 000005
を用いてノードを事前構成するように使用される。展開前段階は、例えば、工場において、インテグレータの倉庫において、又は現場での事前展開など、ネットワークノードが販売される又は展開される前に生じる。ネットワークノードｉに関する暗号化鍵材料は、ノード識別子ｉ及び秘密鍵Ｋｉ、又は一群の秘密鍵を含み得る。ノード識別子ｉ及び秘密鍵Ｋｉの両方は、展開前段階が工場で起こる場合に、工場のサーバなどに記憶される。暗号化鍵材料は、更に、鍵材料
2010538563.tif 000006
の基本群を含み得る。鍵材料の基本群は、一対のノードが、展開後にトラストセンタに依存することなくセキュアリンクを確立することを可能にする。
【００４４】
鍵材料の生成された群は、完全に又は部分的に相互運用可能であり得る。完全に相互運用可能な工場鍵材料は、鍵材料
2010538563.tif 000007
及び
2010538563.tif 000008
の群をそれぞれに所有するいかなるの対のノード｛Ａ，Ｂ｝も、それらの鍵材料の群を活用することによって共通秘密を確立することを可能にする。部分的に相互運用可能な工場鍵材料の場合においては、オフライントラストセンタは、無線制御ネットワークの、将来の展開位置及び／又は、機能若しくは種類などの他のノード特性についての情報を有する。異なる無線制御ネットワークにおいて展開される予定であるノードは、互いに通信する必要もなく、通信してはならない。したがって、オフライントラストセンタは、２つノード｛Ａ，Ｂ｝の鍵材料
2010538563.tif 000009
及び
2010538563.tif 000010
が、｛Ａ，Ｂ｝が特定のノード群に属する場合に及びそのような場合にのみ相互運用可能であるように、鍵材料を生成する。したがって、相互運用可能とは、鍵材料が、共通秘密について合意するために使用され得ることを意味する。
【００４５】
工場において配布される暗号化鍵材料は、いかなるノードも、一義的に認証されること、自身の識別性を認証することを可能にすること、及びトラストセンタとセキュア通信をセットアップすること、並びに、トラストセンタに依存することなく他のノードとのセキュア通信を確立すること、を可能にする。
【００４６】
展開後段階は、追加的な機能性を鍵配布アーキテクチャへ組み込み得る。例えば、展開後段階は、同一の無線制御ネットワーク内において異なるセキュリティドメインの形成を可能にする。一つの実施例に従うと、照明ノードは、例えば、照明ノードの配達の後にビルにおいて、展開される。展開後段階は、ネットワークセットアップ副段階及び動作モード副段階を含み得る。
【００４７】
図３は、第１ノード１０２（ノードＡ）、第２ノード１０４（ノードＢ）、及びオンライントラストセンタ１０８（ＯＣＴ）を含む無線制御ネットワークに関するネットワークセットアップ副段階を示す。無線制御ネットワークは、図１に記載される更なる手段を含み得る。ネットワークセットアップ段階において、無線制御ネットワーク１０２・１０４が展開され、トラストセンタ１０８が無線制御ネットワークにおけるセキュリティ関係を管理する責任を取ることを仮定される。この目的のために、トラストセンタ１０８は、ノード登録及び鍵材料配布を含むいくつかのステップを実行し得る。
【００４８】
ノード登録は、ネットワーク管理者によって制御されるトラストセンタ１０８が、無線制御ネットワークにおける全てのノード１０２・１０４を登録し得ることを意味する。セキュアな形式でノード１０２・１０４を登録する可能な方法は、展開前段階において事前配布された暗号化鍵材料を使用することに基づく。この目的のために、トラストセンタ１０８は、各ノード１０２・１０４の識別性を、ノード秘密鍵Ｋｉの知識に基づき初めに認証し得る。これらの鍵は、これらのノード１０２・１０４の購入の証明を示した後に、工場のサーバからＳＳＬ接続を用いるなどして、セキュアな形式でネットワーク管理者及び／又はオンライントラストセンタへ提供される。代替的には、鍵は、ノード１０２・１０４のバーコード若しくはＲＦＩＤタグから読み取られる、又は、ＯＴＡ（over  the  air）若しくは帯域外（out-of-band）なセキュア環境において読み取られ得る。
【００４９】
鍵材料配布は、トラストセンタが、鍵材料の相関化群を生成し、図３に示される無線制御ネットワークに属するノードｉの１つ１つへ配布することを意味する。図３に示される実施例に従うと、ｉ：｛Ａ，Ｂ｝を有するノードｉは、鍵材料群
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を受け取る。トラストセンタは、鍵材料群
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を、秘匿性及び認証を保証するために、セキュアな形式にて、すなわち事前配布秘密Ｋｉを用いて、ｉ：｛Ａ，Ｂ｝を有するノードｉへ送信する。鍵材料群
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は、鍵材料の事前配布群
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を置換し得る、又は置換しなくてもよい。
【００５０】
図４は、図３に示される無線制御ネットワークに関するネットワークセットアップ副段階を示す。動作モード副段階において、無線制御ネットワークに属する２つのノード１０２・１０４は、トラストセンタ１０８の介在を必要とすることなくセキュア通信を確立し得る。この目的のために、ノード｛Ａ，Ｂ｝は、自身の鍵材料群
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及び
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のそれぞれを、共通秘密ＫＡＢについて合意するために利用する。この共通秘密は、チャレンジ・レスポンス方式ハンドシェイクを用いてアドホック装置認証を可能にするために使用され得る。その後、両方のノード１０２・１０４間における将来の通信は、この秘密又は図３に示されるようにこの秘密から導出される別の秘密を用いることによってセキュアにされ得る。
【００５１】
展開後段階は、図３又は図４に示される副段階、及びこれらの副段階のサブセットを含み得る。
【００５２】
本発明に従う鍵配布アーキテクチャは、同一の無線制御ネットワーク又はセキュリティドメインに属するいずれかの対のノードが、相関化鍵材料の事前配布の後にセキュア通信をセットアップすることを可能にする。鍵配布アーキテクチャにおいて使用される暗号プリミティブ（cryptographic  primitives）は、異なる対称技法に基づき得る。
【００５３】
第１の対応策に従うと、トラストセンタは、無線制御ネットワーク又はセキュリティドメインにおけるn個のノードのうちから各対に関して区別の出来る鍵を選択し得、そして、各ノードへn-1個の鍵を配布し得る。このようにして、ノードは、ネットワークにおける各ノードと共有される共通鍵を用いて事前構成される。
【００５４】
λ−セキュアアプローチは、いずれの対のノードも、秘密について合意する一方で、λ個より少ない数のノードの連携によりシステムのセキュリティを危険に晒さないことを保証することを可能にするので、特に重要である。λ−セキュアアプローチは、セキュリティレベルが高い程、メモリ要件も高いという、メモリ及びセキュリティレベルの間のトレードオフを可能にするので、完璧な解決法である。
【００５５】
２つの対応策は、例示的にのみ説明されている。本発明の対応策は、この２つの上述される対応策に制限されない。
【００５６】
図５は、図３に示されるノード１０２・１０４及びオンライントラストセンタ１０８を含む無線制御ネットワークにおけるZigBee鍵配布アーキテクチャを示す。本発明の対応策は、ZigBee鍵配布アーキテクチャを改善するために使用され得る。
【００５７】
ZigBeeは、認証、承認、秘匿性、及び整合性のセキュリティサービスを可能にする暗号化の仕組みを提供する。しかし、ZigBee仕様は、効率的で、実用的、そしてセキュアな鍵配布アーキテクチャを欠いている。ZigBee鍵配布アーキテクチャは、集中化されたオンライントラストセンタ１０８に基づき、ネットワークにおけるいずれのノード１０２・１０４間における鍵確立過程においてのこの集中型オンライントラストセンタ１０８の参加は強制である。ZigBee仕様に従うと、無線制御ネットワークノード１０２・１０４の対がセキュア通信を確立することを望む場合、ネットワークノード１０２・１０４は初めに、ノード１０２・１０４が対称鍵・鍵交換プロトコルを実行した後でセキュアな形式で通信するために使用し得る、共通アプリケーションマスタ鍵ＫＡＢを入手するために、オンライントラストセンタ１０８と通信する必要がある。このことは、ネットワークにおけるノードｉの１つ１つがオンライントラストセンタ１０８と秘密Ｋｉ−ＯＴＣを共有する場合に可能である。この秘密は、例えば、ネットワーク鍵をセキュアに送信するために、ノード１０２・１０４及びオンライントラストセンタ１０８間におけるセキュア通信をセットアップするために使用される。例えば、ノード１０２・１０４が通信を開始することを望む場合、これらのうちの１つが初めに、オンライントラストセンタ１０８へ要求を送信しなければならない。オンライントラストセンタ１０８は、図５に示されるように、新しい秘密ＫＡＢをノード１０２・１０４のそれぞれへ、例えば、この新しい秘密を暗号化することによって、セキュアに送信するために、秘密KA-OTC及びKB-OTCを使用する。その後、ノード１０２・１０４は、図５に示されるようにセキュア通信をセットアップするためにＫＡＢを使用し得る。
【００５８】
本発明の対応策は、図５に示される２つのZigBeeノード｛Ａ，Ｂ｝がセキュアな形式で通信するために共通アプリケーションマスタ鍵ＫＡＢを必要とするので、ZigBeeセキュリティアーキテクチャを改善するために使用され得る。特に、本発明の対応策は、マスタ鍵に関係する全般的なZigBee仕様の部分を改善するために使用され得る。特に、本発明の対応策の仕様は、オンライントラストセンタ１０８へ新しい能力を与え得、これにより、オンライントラストセンタ１０８が図３に示されるネットワークに参加する場合に、一群の鍵材料を各ノード１０２・１０４へ与えることが可能になり得るようにされる。このようにして、ノード１０２・１０４は、図４に示される共通鍵についての合意するためのオンライントラストセンタ１０８の介在をもはや必要としない。この解決法は、事前配布鍵材料がλ−セキュアアプローチに基づく場合に、メモリ要件をも低減する。
【００５９】
工場で確立される場合の元の鍵材料
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は、例えばユーザの確認に従い、他の鍵材料群
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とは別に、利用可能な状態を維持し得る。代替的に、元の鍵材料は、例えば、工場でのリセットの後のみなど、特別な動作モードに関して完全に除去される又は保持され得る。
【００６０】
追加的に、ZigBeeは、いかにノード１０２・１０４におけるマスタ鍵を初期化するかを特定しない。この鍵は、例えばアプリケーションマスタ鍵又はネットワーク鍵などの他の鍵を、ノード１０２・１０４へセキュアな形式で送信するために使用される。この文脈において、本発明の対応策は、セキュアな形式でこれらのマスタ鍵をセットアップするために、ZigBeeへ適用され得る。更に具体的には、本発明に従う鍵Ｋｉは、マスタ鍵の役割を演じ得る。
【００６１】
更に、高セキュリティモードに関するZigBee−2007仕様によって必要とされる構成要素認証処理は、ネットワーク鍵の代わりに鍵配布アーキテクチャの鍵材料を用いて実行され得、これにより、全ての近隣装置の真の認証を提供し、そして、再生保護を提供するために、これらの装置間におけるフレームカウンタを確立するためのより更にセキュアな方法を提供する。
【００６２】
加えて、オンライントラストセンタにおけるノード認証が義務でない場合に、各ノード１０２・１０４が、自己組織化能力又は事前構成のいずれかにより、適当な鍵材料を事前導入させ、適切な動作構成を有すると仮定する場合、本発明の対応策は、ネットワークの部分的な導入を可能にし、この場合、一部屋、一群の部屋、フロア又はアプリケーションサブネットワークなどのいずれかの既に展開されているネットワーク部分は、オンライントラストセンタ１０８の利用可能性に依存することなく、独立して動作し得る。
【００６３】
本発明は、無線制御ネットワークにおいて応用例を見つけ得る。特に、本発明の対応策は、照明ネットワーク及びメータ読取りネットワークなどの、いかなる大型規模のネットワークへも適用可能である。一般的に、この発明は、いかなる種類の802.15.4/ZigBeeネットワークへも適用可能であり得る。追加的に、鍵配布アーキテクチャは、トラストセンタが時々オンラインであるような他の無線センサネットワーク応用例へ適用され得る。
【００６４】
上述の実施例の特徴は、適される場合並列的に組合せ又は使用され得る。
【００６５】
本発明の機能性の少なくともいくつかは、ハードウェア又はソフトウェアによって実行され得る。ソフトウェアにおいて実施化される場合、単一の又は複数の標準マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラが、本発明を実施化する単一の又は複数のアルゴリズムを処理するために使用され得る。
【００６６】
「有する・備える」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される以外の要素又はステップの存在を排除せず、単数形の構成要素は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除しないことを特記されるべきである。更に、請求項における如何なる参照符号も請求項の範囲を制限するように解釈されてはならない。
【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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【国際調査報告】
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