(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末と、無線基地局と、管理サーバとからなり、前記無線端末から前記無線基地局を介して前記管理サーバにデータをアップロードするデータ転送システムにおいて、
前記無線端末に備えられている記憶部には、自端末に対応するメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、
前記無線端末は、前記記憶部に記憶されているフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームをアップロード用のメッセージとして送信し、
前記管理サーバは、あらかじめ、無線端末毎のメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報が保存されたデータベースを有し、前記データベースの情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージから、データの改ざんの有無を確認する
ことを特徴とするデータ転送システム。
【請求項２】
無線端末と、無線基地局と、管理サーバとからなり、前記無線端末から前記無線基地局を介して前記管理サーバにデータをアップロードするデータ転送システムにおいて、
前記無線端末に備えられている記憶部には、自端末に対応するメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、
前記無線端末は、前記記憶部に記憶されているフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームをアップロード用のメッセージとして送信し、
前記無線基地局は、無線端末毎のメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報が保存されたデータベースをあらかじめ有する前記管理サーバから、そのデータベースの情報を受信し、当該情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージから、データの改ざんの有無を確認し、前記メッセージを前記管理サーバへ送信し、
前記管理サーバは、前記メッセージを受信する
ことを特徴とするデータ転送システム。
【請求項３】
前記記憶部には、更に、自端末に対応する認証用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、
前記無線端末は、前記記憶部に記憶され、前記認証用秘密情報に基づいてあらかじめ計算されたフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームを前記アップロード用のメッセージとして送信し、
前記管理サーバまたは前記無線基地局は、無線端末毎の認証用秘密情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージに格納される認証子を確認する
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のデータ転送システム。
【請求項４】
前記記憶部には、更に、自端末に対応する暗号化用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、
前記無線端末は、前記記憶部に記憶され、前記暗号化用秘密情報に基づいてあらかじめ計算されたフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームを前記アップロード用のメッセージとして送信し、
前記管理サーバまたは前記無線基地局は、無線端末毎の暗号化用秘密情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージを復号化する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のデータ転送システム。
【請求項５】
前記データが０バイトであり、前記無線端末のＩＤがアップロードされる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のデータ転送システム。
【請求項６】
前記記憶部には、自端末に対応する認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報のいずれかに基づいてあらかじめ計算された自端末が受信する可能性のあるデータ応答のフレームが記憶されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のデータ転送システム。
【請求項７】
前記無線端末は、一括したメッセージ交換で前記メッセージのアップロードを行う
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のデータ転送システム。
【請求項８】
前記無線端末は、一括したメッセージ交換で前記メッセージのアップロードとその送達確認を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のデータ転送システム。
【請求項９】
前記記憶部は、ＲＯＭである
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のデータ転送システム。
【請求項１０】
無線端末から無線基地局を介して管理サーバにデータをアップロードするためのデータアップロード方法において、
前記無線端末に備えられている記憶部には、自端末に対応するメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、
前記無線端末は、前記記憶部に記憶されているフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームをアップロード用のメッセージとして送信し、
前記管理サーバは、あらかじめ、無線端末毎のメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報をデータベースに保存しておき、前記データベースの情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージから、データの改ざんの有無を確認する
ことを特徴とするデータアップロード方法。
【請求項１１】
無線端末から無線基地局を介して管理サーバにデータをアップロードするためのデータアップロード方法において、
前記無線端末に備えられている記憶部には、自端末に対応するメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、
前記無線端末は、前記記憶部に記憶されているフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームをアップロード用のメッセージとして送信し、
前記無線基地局は、無線端末毎のメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報が保存されたデータベースをあらかじめ有する前記管理サーバから、そのデータベースの情報を受信し、当該情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージから、データの改ざんの有無を確認し、
前記管理サーバは、前記メッセージを受信する
ことを特徴とするデータアップロード方法。
【請求項１２】
前記記憶部には、更に、自端末に対応する認証用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、
前記無線端末は、前記記憶部に記憶され、前記認証用秘密情報に基づいてあらかじめ計算されたフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームを前記アップロード用のメッセージとして送信し、
前記管理サーバまたは前記無線基地局は、無線端末毎の認証用秘密情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージに格納される認証子を確認する
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１のいずれかに記載のデータアップロード方法。
【請求項１３】
前記記憶部には、更に、自端末に対応する暗号化用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、
前記無線端末は、前記記憶部に記憶され、前記暗号化用秘密情報に基づいてあらかじめ計算されたフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームを前記アップロード用のメッセージとして送信し、
前記管理サーバまたは前記無線基地局は、無線端末毎の暗号化用秘密情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージを復号化する
ことを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれかに記載のデータアップロード方法。
【請求項１４】
前記データが０バイトであり、前記無線端末のＩＤがアップロードされる
ことを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれかに記載のデータアップロード方法。
【請求項１５】
前記記憶部には、自端末に対応する認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報のいずれかに基づいてあらかじめ計算された自端末が受信する可能性のあるデータ応答のフレームが記憶されている
ことを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれかに記載のデータアップロード方法。
【請求項１６】
前記無線端末は、一括したメッセージ交換で前記メッセージのアップロードを行う
ことを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれかに記載のデータアップロード方法。
【請求項１７】
前記無線端末は、一括したメッセージ交換で前記メッセージのアップロードとその送達確認を行う
ことを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれかに記載のデータアップロード方法。
【請求項１８】
前記記憶部は、ＲＯＭである
ことを特徴とする請求項１０から請求項１７のいずれかに記載のデータップロード方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信端末とそれを収容するネットワーク装置の間の通信プロトコルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大量の使い捨ての小型無線端末により、限られた無線帯域を用いる無線ネットワークを使って、少量で数回の定型データを安全にアップロードできるようにした通信プロトコルの実現が要望されている。このような無線ネットワークで用いるデータアップロード方法としては、（１）認証、秘匿、完全性、匿名性のセキュリティを備え、（２）送達確認があり、（３）一括したメッセージ交換ができ、（４）ハッシュ・暗号化回路不要で実現することが必要とされる。
【０００３】
すなわち、認証、秘匿、完全性、匿名性のセキュリティがあれば、無線端末の情報はほかの装置によってなりすまされたり、盗聴されたり、改ざんされたり、追跡されることがなくなり、安全に情報をアップロードすることができる。
【０００４】
また、送達確認があれば、再送の要否を判断することができるため、無線端末はデータを確実にアップロードできるまで必要最小限の回数の再送でアップロードを完了することができる。
【０００５】
また、認証、秘匿、完全性、匿名性のセキュリティのためのメッセージ交換とデータ送信のためのメッセージ交換を一括して行うことができれば、メッセージ数が削減され、１台の無線基地局のある周波数帯域の中で単位時間あたりにアップロードできるデータの量が増える。これにより、設置する無線基地局数の節約や無線基地局が必要とする周波数帯域の節約が可能となる。つまり、無線基地局の設置場所や無線の周波数帯域という有限な資源の有効活用が可能となる。
【０００６】
また、ハッシュ演算回路、暗号化演算回路不要で無線端末を実装することができれば、無線端末を小型化することができる。
【０００７】
これに対して、従来の無線ネットワークのデータアップロードとしては、携帯電話（３ＧＰＰ）やアクティブＲＦＩＤによるものが知られている。ところが、従来の携帯電話（３ＧＰＰ）やアクティブＲＦＩＤのデータアップロード方法では、これらの必要性を全て満足するものではない。
【０００８】
従来のデータアップロード方法の例として、携帯電話（３ＧＰＰ）とアクティブＲＦＩＤタグの例について説明する（非特許文献１〜４）。
【０００９】
携帯電話のデータアップロード方法には、認証、秘匿、完全性、匿名性のセキュリティが備わっているが、メッセージの量と演算処理が多いという特徴がある。３ＧＰＰのシーケンスには、認証、秘匿（暗号化）、完全性（メッセージ認証）、匿名性（一時ＩＤの更新）のセキュリティを実現するためのメッセージ交換が含まれている。
【００１０】
図９は、３ＧＰＰでデータをアップロードする場合のシーケンスを示すものである。まず、無線端末は自身のＩＤを無線基地局経由で管理サーバへ通知する（ステップＳ５０１、Ｓ５０２）。その後、なりすましを防止するための認証を行い（ステップＳ５０３〜Ｓ５０６）、さらに秘匿と完全性を実現するために暗号化およびメッセージ認証に必要なアルゴリズムの種類などの情報を交換する（ステップＳ５０７〜Ｓ５１０）。そして、データ交換のためのセッション確立処理として複数のメッセージ交換を行った後（ステップＳ５１１）、無線端末は送信したいデータを無線基地局経由で管理サーバへと送信することができる（ステップＳ５１２、Ｓ５１３）。
【００１１】
図９には明示していないが、３ＧＰＰのメディアアクセス制御プロトコルは、データを無線基地局が正しく受け取ったことを知るための送達確認を備えている。匿名性についてはデータ送受信を継続する場合に、無線基地局との間で一時ＩＤ（ＴＭＳＩ）の割り当て処理を行った後、次々と一時ＩＤを更新しながら通信を行うことで実現している。また、３ＧＰＰは継続的なデータの送受信を前提としているため、認証・暗号化・メッセージ認証の際には無線端末と無線基地局の間で交換した乱数などのパラメータと、事前に共有しておいた秘密情報などを用いてその都度ハッシュ演算や暗号化演算を行っている。
【００１２】
次に、アクティブＲＦＩＤタグのデータアップロード方法について説明する。アクティブＲＦＩＤタグのデータアップロード方法は、低セキュリティだが、メッセージ量と演算量が少ないという特徴がある。図１０にＲＦＩＤのデータアップロードのシーケンスを示す。
【００１３】
ＲＦＩＤでは、無線端末は、自身のＩＤを無線基地局に送信するだけで（ステップＳ６０１、Ｓ６０２）、基本的にはセキュリティを備えていない。認証・秘匿・改ざん防止・匿名性を考慮していないため、ハッシュや暗号化の演算を必要としない。センサデータを付与する方式、ハッシュによりＩＤを変化させて匿名性を実現する方式（非特許文献５）なども存在するが、セキュリティとしては匿名性の実現にとどまっている。
【非特許文献１】服部武、外１名、「インプレス標準教科書シリーズ  改訂版ワイヤレス・ブロードバンド教科書  ３．５Ｇ／次世代モバイル編」、株式会社インプレスＲ＆Ｄ、２００６年０４月１１日
【非特許文献２】ゴンザロ・カマリロ、外１名、「実践入門ネットワーク  ＩＭＳ（IP Multimedia Subsystem）標準テキスト  ＮＧＮのコア技術」、株式会社リックテレコム、２００６年０７月１６日
【非特許文献３】“ARIB STD-T63-33.102 V3.13.0 3G Security ; Security Architecture (Release 1999),3GPP TS 33.102 V3.13.0(2002-12) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; 3G Security; Security Architecture (Release 1999)”、「online」、「平成１９年８月１７日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.arib.or.jp/IMT-2000/V620May07/2_T63/ARIB-STD-T63/R99/33/A33102-3d0.pdf＞
【非特許文献４】“ETSI TS 124 007 V3.10.0 (2004-06) Technical Specification Digital cellular telecommunications system(Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Mobile radio interface signaling layer 3; General aspects (3GPP TS 24.007 version 3.10.0 Release 1999)”、「online」、「平成１９年８月１７日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.arib.or.jp/IMT-2000/V620May07/5_Appendix/R99/24/24007-3a0.pdf＞
【非特許文献５】Miyako Ohkubo, Koutarou Suzuki, and Shingo Kinoshita,“Cryptographic approach to“privacy-friendly” tags,” ln RFID Privacy Workshop, MIT, Massachusetts, USA, November 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、従来の携帯電話（３ＧＰＰ）は、継続的なデータ通信のために設計されており、無線基地局に接続する際に、認証、秘匿と完全性の情報交換、セッション確立、データの送信など独立した３往復以上のメッセージ交換とセキュリティのためのハッシュ演算、暗号化演算を必要とする。メッセージ交換の中には、バケット通信と音声通信を識別するセッションの登録処理や、秘匿や完全性を実現するアルゴリズムの種類の伝達などがある。これらのセッションには、少量のデータをアップロードして無線基地局との接続を解除する使い捨ての無線端末のためには不要なメッセージが含まれている。また、セキュリティのためのハッシュ演算、暗号化演算のように、数回の定型データのアップロードの場合にはあらかじめ計算済みにしておくことで不要とできる処理が含まれている。
【００１５】
したがって、従来の携帯電話（３ＧＰＰ）は、認証、秘匿、完全性、匿名性のセキュリティ、送達確認については要求を満たしているが、一括したメッセージ交換、ハッシュ・暗号化回路不要については要求を満たしていない。
【００１６】
また、アクティブＲＦＩＤタグは、近距離無線でＩＤを送受信することを想定している。Ｐｕｒｅ−ＡＬＯＨＡ方式で送達確認を行わずに定期的なＩＤの送信を行うため、正常にアップロードできた場合でも、無駄な再送が発生してしまう。また、セキュリティの面からは、アクティプＲＦＩＤタグのアップロード方法は認証、秘匿、完全性、匿名性のすべてを備えたものとはなっていない。
【００１７】
したがって、アクティブＲＦＩＤタグは、一括したメッセージ交換、ハッシュ・暗号化回路不要については要求を満たしているが、認証、秘匿、完全性、匿名性のセキュリティ、送達確認については要求を満たしていない。
【００１８】
本発明は、上述の課題を鑑み、限られた無線帯域の中で、小型無線端末による少量で数回の定型データを安全にアップロードできるデータ転送システム、データアップロード方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明は、無線端末と、無線基地局と、管理サーバとからなり、前記無線端末から前記無線基地局を介して前記管理サーバにデータをアップロードするデータ転送システムにおいて、前記無線端末に備えられている記憶部には、自端末に対応するメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、前記無線端末は、前記記憶部に記憶されているフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームをアップロード用のメッセージとして送信し、前記管理サーバは、あらかじめ、無線端末毎のメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報が保存されたデータベースを有し、前記データベースの情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージから、データの改ざんの有無を確認することを特徴とするデータ転送システムである。
【００２０】
また本発明は、無線端末と、無線基地局と、管理サーバとからなり、前記無線端末から前記無線基地局を介して前記管理サーバにデータをアップロードするデータ転送システムにおいて、前記無線端末に備えられている記憶部には、自端末に対応するメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、前記無線端末は、前記記憶部に記憶されているフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームをアップロード用のメッセージとして送信し、前記無線基地局は、無線端末毎のメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報が保存されたデータベースをあらかじめ有する前記管理サーバから、そのデータベースの情報を受信し、当該情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージから、データの改ざんの有無を確認し、前記メッセージを前記管理サーバへ送信し、前記管理サーバは、前記メッセージを受信することを特徴とするデータ転送システムである。
【００２１】
また本発明は、上述のデータ転送システムにおいて、前記記憶部には、更に、自端末に対応する認証用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、前記無線端末は、前記記憶部に記憶され、前記認証用秘密情報に基づいてあらかじめ計算されたフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームを前記アップロード用のメッセージとして送信し、前記管理サーバまたは前記無線基地局は、無線端末毎の認証用秘密情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージに格納される認証子を確認することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、上述のデータ転送システムにおいて、前記記憶部には、更に、自端末に対応する暗号化用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、前記無線端末は、前記記憶部に記憶され、前記暗号化用秘密情報に基づいてあらかじめ計算されたフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームを前記アップロード用のメッセージとして送信し、前記管理サーバまたは前記無線基地局は、無線端末毎の暗号化用秘密情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージを復号化することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、上述のデータ転送システムにおいて、前記データが０バイトであり、前記無線端末のＩＤがアップロードされることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、上述のデータ転送システムにおいて、前記記憶部には、自端末に対応する認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報のいずれかに基づいてあらかじめ計算された自端末が受信する可能性のあるデータ応答のフレームが記憶されていることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、上述のデータ転送システムにおいて、前記無線端末は、一括したメッセージ交換で前記メッセージのアップロードを行うことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、上述のデータ転送システムにおいて、前記無線端末は、一括したメッセージ交換で前記メッセージのアップロードとその送達確認を行うことを特徴とする。
また本発明は、上述のデータ転送システムにおいて、前記記憶部は、ＲＯＭであることを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、無線端末から無線基地局を介して管理サーバにデータをアップロードするためのデータアップロード方法において、
前記無線端末に備えられている記憶部には、自端末に対応するメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、前記無線端末は、前記記憶部に記憶されているフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームをアップロード用のメッセージとして送信し、前記管理サーバは、あらかじめ、無線端末毎のメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報をデータベースに保存しておき、前記データベースの情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージから、データの改ざんの有無を確認することを特徴とするデータアップロード方法である。
【００２８】
また本発明は、無線端末から無線基地局を介して管理サーバにデータをアップロードするためのデータアップロード方法において、前記無線端末に備えられている記憶部には、自端末に対応するメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、前記無線端末は、前記記憶部に記憶されているフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームをアップロード用のメッセージとして送信し、前記無線基地局は、無線端末毎のメッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報が保存されたデータベースをあらかじめ有する前記管理サーバから、そのデータベースの情報を受信し、当該情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージから、データの改ざんの有無を確認し、前記管理サーバは、前記メッセージを受信することを特徴とするデータアップロード方法である。
【００２９】
また本発明は、上述のデータアップロード方法において、前記記憶部には、更に、自端末に対応する認証用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、前記無線端末は、前記記憶部に記憶され、前記認証用秘密情報に基づいてあらかじめ計算されたフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームを前記アップロード用のメッセージとして送信し、前記管理サーバまたは前記無線基地局は、無線端末毎の認証用秘密情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージに格納される認証子を確認することを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、上述のデータアップロード方法において、前記記憶部には、更に、自端末に対応する暗号化用秘密情報に基づいてあらかじめ計算され、自端末から送信する可能性のあるデータに対応したフレームが記憶され、前記無線端末は、前記記憶部に記憶され、前記暗号化用秘密情報に基づいてあらかじめ計算されたフレームの中から送信すべきデータに合うフレームを選択し、該データを含む選択したフレームを前記アップロード用のメッセージとして送信し、前記管理サーバまたは前記無線基地局は、無線端末毎の暗号化用秘密情報を基に、前記無線端末から送信されてきたメッセージを復号化することを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、上述のデータアップロード方法において、前記データが０バイトであり、前記無線端末のＩＤがアップロードされることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、上述のデータアップロード方法において、前記記憶部には、自端末に対応する認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報のいずれかに基づいてあらかじめ計算された自端末が受信する可能性のあるデータ応答のフレームが記憶されていることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、上述のデータアップロード方法において、前記無線端末は、一括したメッセージ交換で前記メッセージのアップロードを行うことを特徴とする。
【００３４】
また本発明は、上述のデータアップロード方法において、前記無線端末は、一括したメッセージ交換で前記メッセージのアップロードとその送達確認を行うことを特徴とする。
また本発明は、上述のデータアップロード方法において、前記記憶部は、ＲＯＭであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、データのアップロード、認証、秘匿と完全性実現のためのメッセージを重畳することにより、１往復のメッセージ交換でのデータのアップロードが可能となる。また、使い捨ての特徴である、通信回数が有限であるという特徴を生かして、ハッシュ演算と暗号化演算を事前に行ってＲＯＭに書き込んでおくことで、無線端末にハッシュ回路と暗号化回路がなくてもセキュリティのあるアップロードが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明は、大量の使い捨ての小型無線端末により、限られた無線帯域を用いる無線ネットワークを使って、ＩＤもしくはＩＤと少量の定型データを数回、安全にアップロードできるようにしたものに用いて好適である。
【００３７】
＜ネットワークの構成＞
図１は、本発明が適用できるネットワークの構成を示すものである。図１において、１０１は無線端末、１０２は無線基地局、１０３は管理サーバである。本発明の実施形態では、無線基地局１０２あたりの無線帯域は（９６００ｂｐｓ×数チャネル）程度、セル半径は数ｋｍと大きく、無線基地局１０２あたりセル内人口の１０倍〜１００倍の無線端末を収容する状況を想定しているため、無線帯域は非常に限られている。また、無線端末１０１は小型で、その演算回路は小規模（例えば５００ｋＧａｔｅ以下）とされている。また、無線端末１０１は、使い捨てとすることができる。
【００３８】
本発明の実施形態では、無線端末１０１の演算回路は小規模であることから、認証・秘匿（暗号化）・完全性（改ざん防止）・匿名性（一時ＩＤの更新）を実現するための方式は、あらかじめ装置間で共有しておいた秘密情報をもとに計算を行う方式を基本とし、さらに無線端末１０１の出荷前に演算を行い、認証・秘匿・完全性・匿名性を実現するための情報をＲＯＭ１１０に書き込むようにしている。ＩＤもしくはＩＤとデータのアップロードは少数回の限られた回数と有限であり、データのバリエーションも数種類と有限であるためである。
【００３９】
＜本発明のアップロードの基本処理＞
先ず、本発明のアップロードの基本的な流れ（シーケンス）について説明する。
【００４０】
アップロードとは、無線端末１０１が保持するＩＤもしくはＩＤとデータをデータフレームに格納して無線基地局１０２経由で管理サーバ１０３へ送ることである。無線端末１０１は移動できることを想定しており、移動とともに接続先の無線基地局１０２は変化するため、なりすまし防止のための認証が必要となる。また、無線による通信は盗聴や妨害が可能なことから、データには暗号化による秘匿化、メッセージ認証による改ざん防止（完全性）、一時ＩＤの更新による匿名化が必要となる。
【００４１】
図２は、本発明の実施形態のアップロードのシーケンスを示すものである。まず、無線端末１０１は、あらかじめ演算して無線端末１０１のＲＯＭ１１０に記憶されているデータのフレームの中から送信したい内容に合うフレームを選択し、無線基地局１０２経由で管理サーバ１０３に向けて送信する（ステップＳ１０１）。
【００４２】
無線基地局１０２は、当該データが正しいことをセキュリティ演算により確認したのち、無線端末１０１へデータ応答を送信する（ステップＳ１０２）。無線基地局１０２は管理サーバ１０３へデータを送信し（ステップＳ１０３）、管理サーバ１０３は、無線基地局１０２へデータ応答を送信する（ステップＳ１０４）。
【００４３】
なお、無線基地局１０２がデータ応答を無線端末１０１へ送信するタイミングは、管理サーバ１０３へデータを送信する前、管理サーバ１０３へデータを送信した後、管理サーバ１０３からのデータ応答を受信する前、管理サーバ１０３からデータ応答を受信した後のいずれでもよい。
【００４４】
そして、無線端末１０１はデータ応答が正しいことを、あらかじめ演算してＲＯＭ１１０に記憶されている応答フレームとの照合により確認する。無線端末１０１によるデータ応答の確認が完了した時点で、アップロードは完了する。
【００４５】
上記のシーケンスの前提として、無線端末１０１の出荷前に、無線端末１０１毎の認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報が、無線端末１０１の一時ＩＤとともに管理サーバ１０３のデータベース１１１に保存されている。
【００４６】
また、無線端末１０１に対応する認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報から、無線端末１０１が送信する可能性のあるデータのフレームと受信する可能性のあるデータ応答のフレームを出荷前にあらかじめ計算しておき、すべてを無線端末１０１のＲＯＭ１１０に書き込んだ状態としておく。
【００４７】
データは数バイト程度で、定型なため、バリエーションが数種類、かつ送信回数が数回と想定されており、送信が想定されるデータの種類が有限なため、送信する可能性のあるデータ用のフレーム、および受信する可能性のあるデータ応答のフレームの演算結果をあらかじめ計算してＲＯＭ１１０に保持しておくことが可能となっている。
【００４８】
データおよびデータ応答のフレーム構造について、詳細に説明する。図３は無線端末１０１が送信するデータフレームの構成を示し、図４は無線端末１０１が受信するデータ応答のフレーム構成を示す。
【００４９】
図３に示すように、データのフレームにはＩＤ、認証子、データ、ＭＡＣ（メッセージ認証コード）、ＦＣＳ（誤り検出・訂正用チェックサム）が含まれている。
【００５０】
ＩＤは無線端末１０１の一時ＩＤである。無線端末１０１が複数回通信する場合、一時ＩＤ生成用秘密情報を回数を変えて複数回ハッシュするなどの演算を行い通信の度に異なる一時ＩＤを用いることで匿名性を確保する。フレームを受信した無線基地局１０２、または無線基地局１０２が接続する管理サーバ１０３がセキュリティ演算用の情報を検索するために用いられるため、ＩＤの部分は秘匿化されない。
【００５１】
また、認証子は無線端末１０１のなすましを防止するための情報であり、正しい無線端末１０１しか知りえない端末認証用秘密情報からハッシュ演算により生成される。
【００５２】
データは無線端末１０１が管理サーバ１０３へアップロードしたい情報である。認証子とデータは秘匿化のため、暗号化用秘密情報をもとに暗号化演算が施される。
【００５３】
ＭＡＣはメッセージの一部が改ざんされた場合に検知するための情報である。ＭＡＣは、ＩＤ、暗号化された認証子とデータ、メッセージ認証用秘密情報をもとに生成される。
【００５４】
ＦＣＳは伝送エラーによる誤りを検出、訂正するための情報である。ＦＣＳはＩＤ、暗号化された認証子とデータ、ＭＡＣの一連のビット列すべてから、ＣＲＣ演算を行った値である。
【００５５】
上記のデータフレームの生成には、データおよび無線端末１０１固有の認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報を元にした計算処理が必要となるが、本発明の実施形態では、利用可能性のあるデータのフレームはすべて事前に演算されており、無線端末１０１のＲＯＭ１１０に格納されていることとする。
【００５６】
無線基地局１０２は、まず受信したデータのフレームの確認を行う。ＦＣＳでビット列に誤りがないことを確認、もしくは誤りを訂正した後、一時ＩＤを利用して演算に必要な認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、一時ＩＤ生成用秘密情報を管理サーバ１０３へ問い合わせ、取得する。そしてＭＡＣの演算結果の照合により改ざんなしを確認後、暗号化部分を復号化し、認証子が共有する秘密情報から正しく生成されていることを確認する。ただし、この確認処理は無線基地局１０２が管理サーバ１０３へデータのフレームのすべてまたは一部を転送して、管理サーバ１０３で行ってもよい。
【００５７】
無線基地局１０２は、データのフレームを確認後、無線端末１０１へデータ応答を送信する。図４に示すように、データ応答のフレームには、ＩＤ、認証子、ＡＣＫ、ＭＡＣ（メッセージ認証コード）、ＦＣＳ（誤り検出・訂正用チェックサム）が含まれている。
【００５８】
データのフレーム（図３）とは異なりデータがＡＣＫと入れ替わっているが、生成方法は同様である。ただし、認証子には無線基地局１０２のなりすましを防止する情報が含まれている。秘密情報については、データのフレーム生成時に使用したものと同じ情報を用いる必要はない。データ応答の生成に必要な秘密情報は、データのフレームを確認する際に合せて管理サーバ１０３に問い合わせて管理サーバ１０３から取得してもよいし、独自にデータ応答生成前に管理サーバ１０３に問い合わせ、取得してもよい。データ応答フレームの生成処理は、フレームの一部またはすべてを無線基地局１０２から管理サーバ１０３へ生成を依頼して行ってもよい。
【００５９】
データ応答のフレームを無線基地局１０２から受信した無線端末１０１は、あらかじめ計算してＲＯＭ１１０に書き込んでおいたデータ応答のフレームと照合を行い、データ応答のフレームが正しいことを確認し、アップロードを完了する。
【００６０】
なお、上述以外にも、データフレーム（図３）内のデータは０バイトであってもよい。この場合、データフレームのデータを格納する部分は省かれ、暗号化やメッセージ認証のための演算にデータは使用されない。
【００６１】
また、上述以外にも、認証子による認証を行わない場合があってもよい。認証子による認証を行わない場合は、データフレーム、データ応答のフレームには認証子が格納されない。また、この場合、認証用秘密情報による演算、および認証子の確認を省略し、無線端末１０１、無線基地局１０２、管理サーバ１０３は認証用秘密情報を使用しない。
【００６２】
また、上述以外にも、データフレームの暗号化を行わない場合があってもよい。この場合、データフレーム、データ応答フレームの生成の際の暗号化や、復号化の演算処理を省略し、無線端末１０１、無線基地局１０２、管理サーバ１０３は暗号化用秘密情報を使用しない。
【００６３】
＜第１の実施形態＞
図５は、アップロードシーケンスの第１の実施形態を示すものである。この例では、ランダムアクセス（ＲＡ）で帯域要求を行う無線メディアアクセス制御プロトコル上におけるアップロード方法の例である。図５の点線は無線リンク制御用のメッセージ、実線はデータ送受信用のメッセージとなっている。
【００６４】
無線端末１０１は、無線基地局１０２に対してＲＡにより無線リンクＩＤ割当要求を行い（ステップＳ２０１）、応答として無線リンクＩＤ割当応答を受信する（ステップＳ２０２）。これにより、以後のフレームの送受信は無線リンクＩＤ割当応答により通知された無線リンクＩＤを利用して継続する。
【００６５】
次に、無線端末１０１はＲＡによりデータフレームのための帯域を要求する（ステップＳ２０３）。無線基地局１０２は帯域要求を受信したことを無線端末１０１へ通知するために帯域割当受付を送信する（ステップＳ２０４）。その後、実際に割り当てたフレームが近くなった時点で、帯域割当により無線端末１０１へデータの送信タイミングを指示する（ステップＳ２０５）。帯域割当を受信した無線端末１０１は、帯域割当により指定されたタイミングでデータのフレームを送信する（ステップＳ２０６）。無線基地局１０２は無線端末１０１にＡＣＫを返す（ステップＳ２０７）。
【００６６】
データのフレームを受信した無線基地局１０２は、端末認証要求メッセージで管理サーバ１０３へデータのフレーム内のＩＤを送信する（ステップＳ２０８）。管理サーバ１０３は受信したＩＤをもとに、当該無線端末１０１の認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報を検索する。そして、データのフレームの受信に必要な暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、認証用秘密情報から独自に計算した認証子、およびデータ応答の生成に必要な暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、認証用秘密情報から計算した認証子を端末認証応答により無線基地局１０２へ送信する（ステップＳ２０９）。
【００６７】
無線基地局１０２は管理サーバ１０３より取得した情報をもとにデータのフレームの確認を行い、問題がなければ帯域割当の後（ステップＳ２１０）、生成したデータ応答のフレームを無線端末１０１へ送信する（ステップＳ２１１）。
【００６８】
データ応答のフレームを受信した無線端末１０１は、自ら保持するデータ応答フレームの演算結果との照合によりデータ応答のフレームを確認し、問題がなければアップロードを完了し、無線基地局１０２にＡＣＫを返す（ステップＳ２１２）。
【００６９】
無線基地局１０２は無線端末１０１から受信したＡＣＫを元に端末認証完了とデータを管理サーバ１０３へ送信する（ステップＳ２１３及びＳ２１４）。管理サーバ１０３はデータを受信できたことをデータ応答を送信することで無線基地局１０２へ通知する（ステップＳ２１５）。
【００７０】
＜第２の実施形態＞
図６は、アップロードシーケンスの第２の実施形態を示すものである。このシーケンスは、ランダムアクセス（ＲＡ）でデータを送信する場合のシーケンス例である。図６の点線は無線リンク制御用のメッセージ、実線はデータ送受信用のメッセージとなっている。
【００７１】
無線端末１０１はＲＡで計算済みのデータのフレームを送信し（ステップＳ３０１）、データのフレームを受信した無線基地局１０２は、端末認証要求メッセージで管理サーバ１０３へデータのフレーム内のＩＤを送信する（ステップＳ３０２）。
【００７２】
管理サーバ１０３は受信したＩＤをもとに、当該無線端末１０１の認証用秘密情報、暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報を検索する。そして、データのフレームの受信に必要な暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、認証用秘密情報から独自に計算した認証子、およびデータ応答の生成に必要な暗号化用秘密情報、メッセージ認証用秘密情報、認証用秘密情報から計算した認証子を端末認証応答により無線基地局１０２へ送信する（ステップＳ３０３）。
【００７３】
無線基地局１０２は管理サーバ１０３より取得した情報をもとにデータのフレームの確認を行い、問題がなければ生成したデータ応答のフレームを無線端末１０１へ送信する（ステップＳ３０４）。
【００７４】
データ応答のフレームを受信した無線端末１０１は、自ら保持するデータ応答フレームの演算結果との照合によりデータ応答のフレームを確認し、問題がなければアップロードを完了し、無線基地局１０２にＡＣＫを返す（ステップＳ３０５）。
【００７５】
無線基地局１０２は無線端末１０１から受信したＡＣＫを元に端末認証完了とデータを管理サーバ１０３へ送信する（ステップＳ３０６、Ｓ３０７）。管理サーバ１０３はデータを受信できたことをデータ応答を送信することで無線基地局１０２へ通知する（ステップＳ３０８）。
【００７６】
＜シーケンス例の評価＞
図７は、従来のシーケンスと、本発明の第１の実施形態のシーケンスと、本発明の第２の実施形態のシーケンスとの３種類のシーケンスを比較したものである。
【００７７】
従来のシーケンスは、リンク確立の後、従来技術の認証方法を行ってからデータを送信する一般的なシーケンスである。継続的なデータ通信を想定し、認証では再生攻撃防止用、一時ＩＤ更新用のパラメータを伝達している。これと比較すると、第１の実施形態では、認証とデータのシーケンスが重畳されている。第２の実施形態では、無線リンク確立を省略してすべてが重畳されたシーケンスと見ることができる。
【００７８】
シミュレーションによる収容効率の評価結果を図８に示す。データはポアソン生起、ＲＡの再送は最大１０回、バケット損失なし、無線帯域は９６００ｂｉｔ／ｓ／チャネル、再送間隔は平均１フレームの幾何分布、送信データサイズは１バイトとした。
【００７９】
図８はチャネルあたり収容可能な通信トラヒック量とＲＡ成功率の関係である。単位時間当たりの平均到着データ数の比較から、全体的に従来シーケンスよりも、第１及び第２の実施形態のシーケンスのほうが収容効率が高く、到着データ数が多い場合には例２の収容効率が最も高いことが分かる。例としてＲＡ成功率が７５％となる場合で比較すると、収容効率が例１では１．８倍、例２では１．９倍向上している。
【００８０】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、認証、秘匿、完全性、匿名性のセキュリティがあるため、無線端末の情報はほかの装置によってなりすまされたり、盗聴されたり、改ざんされたり、追跡されることがなくなり、安全に情報をアップロードすることができる。
【００８１】
また、送達確認があるため、再送の要否を判断することができ、無線端末はデータを確実にアップロードできるまで必要最小限の回数の再送でアップロードを完了することができる。
【００８２】
また、無線端末と無線基地局の間の認証、秘匿、完全性、匿名性を満たすセキュリティとデータ送信に関するメッセージ交換を一括して行うことができるため、メッセージ数が少なくなり、１台の無線基地局のある周波数帯域の中で単位時間あたりにアップロードできるデータの量が増える。これにより、設置する無線基地局数の節約や無線基地局が必要とする周波数帯域の節約が可能となる。つまり、無線基地局の設置場所や無線の周波数帯域という有限な資源の有効活用が可能となる。また、メッセージ数が減るため、アップロードに要する遅延が短くなる。
【００８３】
また、無線端末においてハッシュ回路、暗号化回路が不要となるため、端末の低コスト化、小型化、省電力化が可能になる。
【００８４】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００８５】
なお、上述の無線端末、無線基地局、管理サーバは、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００８６】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明が適用できるネットワーク構成の説明に用いるブロック図である。
【図２】本発明のアップロードの基本処理を示すシーケンス図である。
【図３】本発明の実施形態におけるデータフレームの構成の説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるデータ応答フレームの構成の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のアップロードの説明に用いるシーケンス図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のアップロードの説明に用いるシーケンス図である。
【図７】各シーケンスの比較に用いる説明図である。
【図８】アップロードの評価結果の説明に用いるグラフである。
【図９】従来のアップロード処理の一例を示すシーケンス図である。
【図１０】従来のアップロード処理の他の例を示すシーケンス図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０１・・・無線端末、１０２・・・無線基地局、１０３・・・管理サーバ、１１０・・・ＲＯＭ、１１１・・・データベース
【図１】
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【図２】
0004472736.tif 000003
【図３】
0004472736.tif 000004
【図４】
0004472736.tif 000005
【図５】
0004472736.tif 000006
【図６】
0004472736.tif 000007
【図７】
0004472736.tif 000008
【図８】
0004472736.tif 000009
【図９】
0004472736.tif 000010
【図１０】
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