(57)【要約】【課題】ＲＦＩＤシステムにおいて、暗号化した暗号フレーム、および共有鍵の解読をより困難にする。【解決手段】Ｒ／Ｗ２００が、事前にＲ／Ｗ２００とタグ３００との間で共有しておいた初期値（共有鍵）を用いて乱数種を生成し、暗号化する暗号フレーム（以降、リセット型暗号フレームと言う）を送信するタイミングの前後において、リセット型暗号フレームとレングスが同じである複数の偽の暗号フレームを送信する。それにより、リセット型暗号フレームを特定することが困難となり、ＲＦＩＤシステムにおける信頼性を大幅に向上させることができる。【選択図】図４
2009010596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタグとリーダ／ライタとを有し、前記リーダ／ライタから受けた電波を電力に変換し、前記タグと前記リーダ／ライタとが無線通信を行うＲＦＩＤシステムであって、
前記リーダ／ライタは、
前記タグと事前に共有しておいた初期値となる共有鍵を用いて乱数種を生成する乱数種生成手段と、
前記乱数種生成手段が生成した乱数種から生成した乱数を用いて暗号化した暗号フレームを送信するタイミングの前後において、前記暗号フレームとレングスが同じである１つまたは複数の偽の暗号フレームを送信する暗号演算手段とを備えたことを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項２】
請求項１記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記リーダ／ライタは、
暗号鍵を暗号フレーム毎に変化させる付与データ生成手段と、
暗号化／復号化に使用する暗号鍵を暗号フレームに包含／送付する下りデータ結合手段とを備え、
前記タグは、
前記暗号フレームから暗号化／復号化の際に用いられる暗号鍵を取り出す下りデータ分離手段を備えたことを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項３】
請求項２記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記付与データ生成手段は、
前記タグが暗号フレームから暗号鍵を取り出し、暗号化／復号化に使用している期間、非定期的に暗号鍵として初期値となる共有鍵を暗号フレームに包含／送付し、
前記データ分離手段は、
前記暗号フレームから暗号化／復号化の際に用いられる共有鍵を取り出すことを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項４】
請求項２記載のＲＦＩＤシステムにおいて、
前記タグは、
前記タグの制御状態を管理する状態制御手段と、
下り平文フレームの付与データを格納する付与データ格納手段と、
乱数種を生成する乱数種生成手段と、
乱数種から乱数を生成する乱数生成手段とを備え、
前記状態制御手段は、
前記偽の暗号フレームを受信した時、復号化した下り平文データが、前記ＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに規定された下り平文データである場合、前記付与データ格納手段に下り平文フレームの付与データを格納し、
前記乱数種生成手段は、
前記付与データ格納手段に格納された付与データから乱数種を生成し、
前記乱数生成手段は、
前記乱数種生成手段が生成した乱数種を初期値として乱数データを生成することを特徴とするＲＦＩＤシステム。
【請求項５】
複数のタグとリーダ／ライタとが無線通信を行うＲＦＩＤシステムによる通信暗号化方法であって、
前記リーダ／ライタが、前記タグと事前に共有しておいた初期値となる共有鍵を用いて乱数種を生成し、前記乱数種から生成した乱数を用いて暗号化した暗号フレームを送信するタイミングの前後において、前記暗号フレームとレングスが同じである１つまたは複数の偽の暗号フレームを送信することを特徴とする通信暗号化方法。
【請求項６】
請求項５記載の通信暗号化方法において、
前記リーダ／ライタが、暗号化／復号化に使用する暗号鍵を暗号フレームに包含／送付し、暗号鍵を暗号フレーム毎に変化させ、
前記タグが、暗号フレームから暗号鍵を取り出し、暗号化／復号化に使用することを特徴とする通信暗号化方式。
【請求項７】
請求項６記載の通信暗号化方法において、
前記リーダ／ライタが、暗号化／復号化に使用する暗号鍵を暗号フレームに包含／送付し、暗号鍵を暗号フレーム毎に変化させ、前記タグが、暗号フレームから暗号鍵を取り出し、暗号化／復号化に使用している期間、非定期的に暗号鍵として共有鍵を暗号フレームに包含／送付し、
前記タグが、暗号フレームから共有鍵を取り出して、暗号化／復号化に使用することを特徴とする通信暗号化方法。
【請求項８】
請求項７記載の通信暗号化方法において、
前記タグが、前記偽の暗号フレームを受信した時、復号化した下り平文データが、前記ＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに規定された下り平文データである場合、下り平文フレームの付与データから乱数種を生成し、生成された乱数種を初期値として乱数データを生成することを特徴とする通信暗号化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤシステムにおける通信技術に関し、特に、ＲＦＩＤシステムの通信プロトコルの暗号化に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）は、無線通信を使用した個体識別のことであり、非接触で半導体メモリを有するタグのメモリデータを読み書きするシステムの総称である。
【０００３】
図６は、本発明者が検討した一般的なＲＦＩＤシステム構成図である。ＲＦＩＤシステムは、リーダ／ライタ（以下、Ｒ／Ｗという）５００と複数のタグ５０１で構成される。
【０００４】
Ｒ／Ｗ５００は、タグ５０１に対し無変調波およびタグに対するコマンドを下りフレームとして変調波で送り、タグ５０１はＲ／Ｗ５００からの放射電波から内部動作電源を生成、変調波を受信、および復調し、コマンドに応じたメモリデータの読み出し／書き込みを行う。さらに、タグ５０１はコマンドに応じたレスポンスを上りフレームとして再発射し、Ｒ／Ｗ５００は、タグ５０１からの変調波を受信、および復調する。
【０００５】
以上のシステム構成により、タグ５０１に括り付ける物や人を管理することで、物流や入退室管理のアプリケーションへ適用することができる。なお、ＲＦＩＤシステムでは、ＲＦＩＤシステムを統括するホストに近く位置するＲ／Ｗを上位、タグを下位とみなし、Ｒ／Ｗからタグへのデータ伝達系を下り系、タグからＲ／Ｗへのデータ伝達系を上り系と総称する。
【０００６】
ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を用いたＲＦＩＤシステムは、ＥＰＣ  Ｇｌｏｂａｌ  Ｃ１Ｇ２（Ｃｌａｓｓ１  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ２）やＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００−６として規格化されている（非特許文献１，２参照）。
【０００７】
しかし、通信プロトコルに暗号化機能が盛り込まれていないため、誰でも盗聴やタグのメモリデータの改ざんが可能である。この対策として、通信プロトコルに暗号化を適用する様々な研究が行われている。
【０００８】
しかし、暗号化方式の適用は、暗号化処理の処理速度に伴いタグの消費電力が増加し、タグは増加分の消費電力を補うため、Ｒ／Ｗからの放射電波の受信量が多くなる位置へと移動せざるをえない。つまり、Ｒ／Ｗからタグまでの読み取り距離が暗号化方式未実装のケースに比べ、短くなる事を意味し、アプリケーションの利便性を低下させる要因となる。
【０００９】
また、ＤＥＳ（Ｄａｔａ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）を代表とするブロック暗号化方式の適用は、暗号化をブロック単位で行うため、フレーム蓄積、フレームから暗号化単位への分割、暗号化、以上の一連の処理手順を踏むこととなり、タグの処理時間が増え、タグからＲ／Ｗへの応答時間が増加する。
【００１０】
そこで、現状のＲＦＩＤシステムの利便性（長距離通信、高速読み取り）を確保しつつ暗号化方式の適用を前提とすると、暗号化方式は乱数発生器が生成する乱数データと平文データを１ビット単位で排他的論理和することで暗号化するストリーム暗号化が望ましい。
【００１１】
通信フレームをストリーム暗号化する手法として、暗号化されたフレーム（暗号フレーム）を復号し、フレームに格納された付与データ（共有鍵）を用いて乱数種を生成する。そして、この乱数種から生成した乱数を用いて、送信するフレームを暗号化する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１２】
また、無線通信の開始時に送信するフレームを暗号化する場合、事前にＲ／Ｗとタグ間で共有しておいた初期値（共有鍵）を用いて乱数種を生成する。そして、この乱数種から生成した乱数を用いて、送信するフレームを暗号化する。
【特許文献１】特開平１０−２００５２３号公報
【非特許文献１】ＥＰＣ  Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｔｙ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  Ｃｌａｓｓ−１  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ−２  ＵＨＦ  ＲＦＩＤ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｔ  ８６０ＭＨｚ−９６０ＭＨｚ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  １．０．９
【非特許文献２】国際標準規格  ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００−６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
共有鍵を用いた暗号化においては、暗号強度を維持するため、定期的に共有鍵を変更する事が一般的である。例えば、従来の技術（特許文献１）は、暗号化に使用する付与データ（共有鍵）をフレーム毎に変更させることによって、暗号解読を困難にしていた。
【００１４】
しかしながら、無線通信の開始時は、事前にＲ／Ｗとタグ間で共有しておいた初期値（共有鍵）を用いて乱数種を生成し、この乱数種から生成した乱数を用いて、送信するフレームを暗号化するため、共有鍵は毎回同じであり、毎回変更させる場合より暗号強度が低下してしまうという問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、ＲＦＩＤシステムにおいて、暗号化した暗号フレーム、および共有鍵の解読をより困難にすることのできる技術を提供することにある。
【００１６】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
本発明は、複数のタグとリーダ／ライタとを有し、該リーダ／ライタから受けた電波を電力に変換し、タグとリーダ／ライタとが無線通信を行うＲＦＩＤシステムであって、該リーダ／ライタは、タグと事前に共有しておいた初期値となる共有鍵を用いて乱数種を生成する乱数種生成手段と、該乱数種生成手段が生成した乱数種から生成した乱数を用いて暗号化した暗号フレームを送信するタイミングの前後において、暗号フレームとレングスが同じである１つまたは複数の偽の暗号フレームを送信する暗号演算手段とを備えたものである。
【００１９】
また、本発明は、前記リーダ／ライタが、暗号鍵を暗号フレーム毎に変化させる付与データ生成手段と、暗号化／復号化に使用する暗号鍵を暗号フレームに包含／送付する下りデータ結合手段とを備え、前記タグは、暗号フレームから暗号化／復号化の際に用いられる暗号鍵を取り出す下りデータ分離手段を備えたものである。
【００２０】
さらに、本発明は、前記付与データ生成手段が、タグが暗号フレームから暗号鍵を取り出し、暗号化／復号化に使用している期間、非定期的に暗号鍵として初期値となる共有鍵を暗号フレームに包含／送付し、前記データ分離手段は、暗号フレームから暗号化／復号化の際に用いられる共有鍵を取り出すものである。
【００２１】
また、本発明は、前記タグが、該タグの制御状態を管理する状態制御手段と、下り平文フレームの付与データを格納する付与データ格納手段と、乱数種を生成する乱数種生成手段と、乱数種から乱数を生成する乱数生成手段とを備え、該状態制御手段は、偽の暗号フレームを受信した時、復号化した下り平文データがＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに規定された下り平文データである場合、付与データ格納手段に下り平文フレームの付与データを格納し、乱数種生成手段が、付与データ格納手段に格納された付与データから乱数種を生成し、記乱数生成手段が、乱数種生成手段が生成した乱数種を初期値として乱数データを生成するものである。
【００２２】
また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
【００２３】
本発明は、複数のタグとリーダ／ライタとが無線通信を行うＲＦＩＤシステムによる通信暗号化方法であって、該リーダ／ライタが、タグと事前に共有しておいた初期値となる共有鍵を用いて乱数種を生成し、該乱数種から生成した乱数を用いて暗号化した暗号フレームを送信するタイミングの前後において、暗号フレームとレングスが同じである１つまたは複数の偽の暗号フレームを送信するものである。
【００２４】
また、本発明は、前記リーダ／ライタが、暗号化／復号化に使用する暗号鍵を暗号フレームに包含／送付し、暗号鍵を暗号フレーム毎に変化させ、前記タグが、暗号フレームから暗号鍵を取り出し、暗号化／復号化に使用するものである。
【００２５】
さらに、本発明は、前記リーダ／ライタが、暗号化／復号化に使用する暗号鍵を暗号フレームに包含／送付し、暗号鍵を暗号フレーム毎に変化させ、前記タグが、暗号フレームから暗号鍵を取り出し、暗号化／復号化に使用している期間、非定期的に暗号鍵として共有鍵を暗号フレームに包含／送付し、タグが、暗号フレームから共有鍵を取り出して、暗号化／復号化に使用するものである。
【００２６】
また、本発明は、前記タグが、前記偽の暗号フレームを受信した時、復号化した下り平文データが、前記ＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに規定された下り平文データである場合、下り平文フレームの付与データから乱数種を生成し、生成された乱数種を初期値として乱数データを生成するものである。
【００２７】
さらに、本発明は、リーダ／ライタが、事前に該リーダ／ライタとタグとの間で共有しておいた初期値となる共有鍵を用いて乱数種を生成し、この乱数種から生成した乱数を用いて暗号化する暗号フレーム（以降、リセット型暗号フレームという）を送信するタイミングの前後において、リセット型暗号フレームとレングスが同じである複数の偽の暗号フレーム（以降、ダミー型暗号フレームという）を送信するものである。
【発明の効果】
【００２８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２９】
ＲＦＩＤシステムにおいて、リーダ／ライタが、複数のダミー型暗号フレームをリセット型暗号フレームの前後に送信することにより、悪意ある第三者が、リセット型暗号フレームを特定することが困難になり、暗号フレーム、および共有鍵の解読を困難にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による本発明の通信システムの構成図、図２は、図１の通信システムによる基本的な暗号化／復号化の手順の一例を示す説明図、図３は、図２の基本的な暗号化／復号化の手順の他の例を示す説明図、図４は、図１の通信システムによる具体的な暗号化／復号化の手順の一例を示す説明図である。
【００３２】
本実施の形態１において、通信システムは、図１に示すように、リーダ／ライタ（以下、Ｒ／Ｗという）２００と、少なくとも１つ以上のタグ３００から構成されている。
【００３３】
最初に、Ｒ／Ｗ２００からタグ３００への下り系の通信システム構成を述べる。
【００３４】
Ｒ／Ｗ２００とタグ３００とは、Ｒ／Ｗ２００が変調下り暗号フレーム１１１を送信する前に、付与データ格納手段２１２，３１２に格納される付与データを乱数種生成手段２１３，３１３に入力し、Ｒ／Ｗとタグ間で同じ値の乱数種を生成する。
【００３５】
生成された乱数種は、乱数生成手段２１４，３１４に設定され、乱数生成手段２１４，３１４は、設定された乱数種を基準に、暗号化／復号化単位で乱数データ１２５，１３５を生成する。
【００３６】
Ｒ／Ｗ２００は、下りデータ生成手段２０２にて下り平文データを生成する。合わせて、付与データ生成手段２１１にて、次回の暗号化に用いる乱数種のパラメータであり、暗号鍵となる付与データを生成する。
【００３７】
そして、下りデータ結合手段２１５にて、下り平文データと付与データから下り平文フレーム１２２を生成する。なお、データ結合手段２１５が生成する下り平文フレーム１２２に割り当てられる付与データの位置は、必ずしも下り平文フレーム１２２の最後にまとめて位置する必要はなく、Ｒ／Ｗ２００とタグ３００との間で付与データの位置が既知で、かつ、付与データの抽出が可能な手段があるのならば、下り平文フレーム中に付与データを分散配置してもかまわない。
【００３８】
そして、下り平文フレーム１２２と乱数生成手段２１４が出力する乱数データ１２５から暗号演算手段２１６にて下り暗号フレーム１２１を生成し、ＲＦ部２０３にて無線変調することでタグへ変調下り暗号フレーム１１１を電波伝播する。
【００３９】
タグ３００は、電波伝播する変調下り暗号フレーム１１１をＲＦ部３０２にて無線復調し、下り暗号フレーム１３１を生成する。そして、下り暗号フレーム１３１と乱数生成手段３１４が出力する乱数データ１３５を復号演算手段３１６に入力することで、復号化し、下り平文フレーム１３２を生成する。
【００４０】
そして、下り平文フレーム１３２を下りデータ分離手段３１５に入力し、下り平文データと付与データとに分離する。下り平文データは、下りデータ格納手段３０３に格納し、付与データは付与データ格納手段３１２に格納する。
【００４１】
なお、Ｒ／Ｗ２００とタグ３００の乱数生成手段２１４，３１４は、上りフレームの暗号化、および復号化の場合、乱数種を設定せず、下りフレームの暗号化、ならびに復号化にて生成した乱数データ系列に継続する乱数データを暗号化／復号化単位で生成する。
【００４２】
次に、タグ３００からＲ／Ｗ２００への上り系の通信システム構成を述べる。
【００４３】
タグ３００は、内部状態を管理する状態制御手段３０１によってメモリ手段３０５に格納されるデータと下り平文データに応じた上りデータの生成を上りデータ生成手段３０４に指示し、上りデータ生成手段３０４にて上り平文データを生成し、合わせて、付与データ生成手段３１１にて付与データを生成する。
【００４４】
なお、上りデータの生成に使用するデータは、必ずしもメモリ手段３０５に格納されていなくても、これ以外に可能な手段があれば、その手段を用いてよい。
【００４５】
生成された上り平文データと付与データは、上りデータ結合手段３１８にて結合し、上り平文フレーム１３３を生成する。暗号演算手段３１７にて、上り平文フレーム１３３と乱数生成手段３１４にて生成される乱数データ１３５から暗号化し、上り暗号フレーム１３４を生成する。ＲＦ部３０２にて上り暗号フレーム１３４を無線変調することで、Ｒ／Ｗ２００へ変調上り暗号フレーム１１２を電波伝搬する。
【００４６】
Ｒ／Ｗ２００は、電波伝播する変調上り暗号フレーム１１２をＲＦ部２０３にて無線復調し、上り暗号フレーム１２４を生成する。乱数生成手段２１４にて生成される乱数データ１２５と上り暗号フレーム１２４を復号演算手段２１７に入力することで、復号化し、上り平文フレーム１２３を生成する。
【００４７】
上り平文フレーム１２３を上りデータ抽出手段２１８に入力し、上り平文データと付与データに分離する。上り平文データは、上りデータ格納手段２０４に格納し、付与データは破棄される。
【００４８】
図２は、本発明の基本的な暗号化／復号化の手順を説明するものである。
【００４９】
Ｒ／Ｗ２００は、下り暗号フレームの送信前に、付与データ格納手段２１２に格納しておいた付与データ’Ｘ０’から乱数種生成手段２１３にて乱数種を生成し、乱数種を乱数生成手段２１４に設定する。乱数生成手段２１４は、乱数種を初期値とし、乱数データ１２５を暗号化単位で出力する。
【００５０】
一方、タグ３００も同様に、下り暗号フレームの受信前に、付与データ格納手段３１２に格納しておいた付与データ’Ｘ０’から乱数種生成手段３１３にて乱数種を生成し、乱数種を乱数生成手段３１４に設定する。乱数生成手段３１４は、乱数種を初期値とし乱数データ１３５を暗号化単位で出力する。
【００５１】
Ｒ／Ｗ２００は、下りデータ生成手段２０２にて、’下り平文データＡ’、付与データ生成手段２１１にて、’付与データＸ１’を生成し、下りデータ結合手段２１５にて下り平文フレームを生成する。
【００５２】
暗号演算手段２１６にて、下り平文フレームと乱数生成手段２１４から出力する乱数データ１２５を基に暗号化し、’下り暗号フレームＡ’としてタグへ送出する。
【００５３】
タグ３００は、’下り暗号フレームＡ’を受信し、復号演算手段３１６にて、乱数生成手段３１４から出力する乱数データ１３５を基に、復号化を行い、下り平文フレームを生成する。
【００５４】
下りデータ分離手段３１５にて、下り平文フレームから’下り平文データＡ’と’付与データＸ１’に分離する。’下り平文データＡ’は、下りデータ格納手段３０３に格納し、’付与データＸ１’は、付与データ格納手段３１２に格納する。
【００５５】
タグ３００は、’下り平文データＡ’に応答するために、上りデータ生成手段３０４にて’上り平文データＢ’、付与データ生成手段３１１にて’付与データＹ１’を生成し、上りデータ結合手段３１８にて上り平文フレームを生成する。
【００５６】
暗号演算手段３１７にて、上り平文フレームと、乱数生成手段３１４が出力する下り暗号フレームの復号に用いた乱数データ系列に継続する乱数データ１３５を基に暗号化し、’上り暗号フレームＢ’を生成する。
【００５７】
Ｒ／Ｗ２００は、’上り暗号フレームＢ’を受信し、復号演算手段２１７にて、’上り暗号フレームＢ’と、乱数生成手段２１４が出力する下り暗号フレームの暗号に用いた乱数データ系列に継続する乱数データ１２５を基に復号化し、上り平文フレームを生成する。
【００５８】
上りデータ抽出手段２１８にて、上り平文フレームから’上り平文データＢ’と’付与データＹ１’を抽出し、’上り平文データＢ’を上りデータ格納手段２０４に格納する。
【００５９】
その後、Ｒ／Ｗ２００とタグ３００とは、次の送信するフレームに対する悪意ある第三者の暗号解読を困難にするため、前のフレームの’付与データＸ１’を基に、乱数種生成手段２１３，３１３にて乱数種を生成し、この乱数種から、新しい乱数データ１２５，１３５を生成する。そして、次の暗号フレームの暗号化、および復号化に使用する。以降、この手順の繰り返しによって、暗号強度を保つ。
【００６０】
なお、Ｒ／Ｗ２００が、最初に送信するフレームを暗号化および復号化する場合、付与データ格納手段２１２，３１２に付与データを格納しておらず、付与データからの乱数種の生成ができない。
【００６１】
そこで、図３に示すように、最初に送信するフレームを暗号化、および復号化する場合、Ｒ／Ｗ２００とタグ３００と間で定めた既知の値として初期値’Ｆ０’を付与データ格納手段２１２，３１２に格納して、初期値’Ｆ０’からの乱数種を生成し、この乱数種から生成した乱数データ１２５，１３５を用いて、暗号化、および復号化を行う。
【００６２】
しかしながら、最初の下り暗号フレームは、毎回同じ初期値’Ｆ０’を基にして暗号化するため、暗号解読を試みる悪意ある第三者が、最初の下り暗号フレームを傍受して多数の下り暗号フレームを収集し、比較する事によって、初期値’Ｆ０’を解読しやすくなる。よって、毎回ランダムな値を用いて乱数種を生成し、この乱数種より生成した乱数データを基に暗号化する場合より、暗号強度が弱くなる。
【００６３】
この問題に対処するため、Ｒ／Ｗ２００が、事前にタグと共有しておいた初期値を用いて乱数種を生成し、暗号化する暗号フレーム（リセット型暗号フレーム）を送信するタイミングの前後において、リセット型暗号フレームとレングスが同じである複数の偽の暗号フレーム（ダミー型暗号フレーム）を送信する。そして、通常の下り暗号フレームを送信する。
【００６４】
なお、ダミー型暗号フレームを送信する数は、任意に設定する。たとえば、ダミー型暗号フレームを送信する数は、ランダムに変化する。あるいは、ダミー型暗号フレームを送信する数は、複数のＲ／Ｗ２００毎に異なる固定値とする。
【００６５】
具体的な暗号化／復号化の手順を図４に示す。
【００６６】
最初に、Ｒ／Ｗ２００が、複数のダミー型暗号フレーム’下り暗号フレーム・ダミーＡ’を送信する。Ｒ／Ｗ２００は、任意に設定する値’Ｒ０’から乱数種生成手段にて乱数種を生成し、乱数種生成手段に設定する。
【００６７】
乱数種生成手段２１３は、乱数種を初期値とし乱数データを暗号化単位で出力する。また、下りデータ生成手段２０２にて下り平文データを生成する。合わせて、付与データ生成手段２１１にて付与データを生成する。
【００６８】
そして、下りデータ結合手段２１５にて、下り平文データと付与データから下り平文フレームを生成する。なお、下り平文フレームは、リセット型暗号フレームとレングスが同じである。
【００６９】
そして、暗号演算手段２１６にて、下り平文フレームと乱数データを基に暗号化し、’下り暗号フレーム・ダミーＡ’としてタグ３００へ送出する。たとえば、４つのダミー型暗号フレーム（’下り暗号フレーム・ダミーＡ１’〜’下り暗号フレーム・ダミーＡ４’）を送信する場合、任意に設定する値’Ｒ１’〜’Ｒ４’で乱数種を生成し、この乱数種から生成した乱数データを基に暗号化する。したがって、それぞれのダミー型暗号フレームが異なるビット列となる。
【００７０】
タグ３００は、受信した’下り暗号フレーム・ダミーＡ１’〜’下り暗号フレーム・ダミーＡ４’を初期値’Ｆ０’を用いて復号化する。したがって、これらの’下り暗号フレーム・ダミーＡ’は、任意に設定する値’Ｒ０’を用いて暗号化されているため、復号化して分離した下り平文データは、ＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに規定された下り平文データと一致しない。したがって、タグは、下り平文データを認識しない。
【００７１】
次に、Ｒ／Ｗ２００は、リセット型暗号フレーム’下り暗号フレーム・リセット’を送信する。そこで、Ｒ／Ｗ２００は、Ｒ／Ｗ２００とタグ３００とで間で定めた初期値’Ｆ０’から乱数種生成手段にて乱数種を生成し、乱数種生成手段に設定する。乱数種生成手段は、乱数種を初期値とし乱数データを暗号化単位で出力する。
【００７２】
また、下りデータ生成手段にて下り平文データを生成する。合わせて、付与データ生成手段にて次回の暗号化に用いる乱数種のパラメータとなる付与データ’付与データＦ１’を生成する。そして、下りデータ結合手段にて、下り平文データと付与データから下り平文フレームを生成する。
【００７３】
そして、暗号演算手段にて、下り平文フレームと乱数データを基に暗号化し、’下り暗号フレーム・リセット’としてタグへ送出する。なお、下り平文データは、ＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに規定され、タグの応答を要求しない下り平文データを使用する。
【００７４】
タグ３００は、受信した’下り暗号フレーム・リセット’を初期値’Ｆ０’を用いて復号化する。復号化して分離した下り平文データは、ＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに規定された複数の下り平文データと一致する。
【００７５】
したがって、タグは、’下り暗号フレーム・リセット’を受信したことを認識し、下り平文フレームに含まれる付与データ’付与データＦ１’を付与データ格納手段３１２に格納する。
【００７６】
次に、Ｒ／Ｗ２００が、ダミー型暗号フレーム’下り暗号フレーム・ダミーＢ’を送信する。そこで、Ｒ／Ｗ２００は、格納しておいた付与データ’付与データＦ１’から乱数種生成手段にて乱数種を生成し、乱数種生成手段に設定する。
【００７７】
乱数種生成手段は、乱数種を初期値とし乱数データを暗号化単位で出力する。また、下りデータ生成手段にて下り平文データを生成する。合わせて、付与データ生成手段にて次回の暗号化に用いる乱数種のパラメータとなる付与データ’付与データＦ２’を生成する。そして、下りデータ結合手段にて、下り平文データと付与データから下り平文フレームを生成する。
【００７８】
そして、暗号演算手段にて、下り平文フレームと乱数データを基に暗号化し、’下り暗号フレーム・ダミーＢ’としてタグへ送出する。なお、下り平文データは、ＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに規定され、タグの応答を要求しない下り平文データを使用する。
【００７９】
タグ３００は、受信した’下り暗号フレーム・ダミーＢ’を格納しておいた付与データ’付与データＦ１’を用いて復号化する。復号化して分離した下り平文データは、ＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに規定された下り平文データと一致する。
【００８０】
したがって、タグは、’下り暗号フレーム・ダミーＢ’を受信した事を認識し、下り平文フレームに含まれる付与データ’付与データＦ２’を付与データ格納手段３１２に格納する。
【００８１】
そして、Ｒ／Ｗ２００は、繰り返し’下り暗号フレーム・ダミーＢ’を送信する。たとえば、図４に示すように、４つのダミー型暗号フレーム（’下り暗号フレーム・ダミーＢ１’〜’下り暗号フレーム・ダミーＢ４’）を送信し、タグが格納する付与データを毎回更新することが可能になる。
【００８２】
以降、Ｒ／Ｗ２００は、タグ３００とＲＦＩＤシステムの通信プロトコルに従って無線通信を行い、図２の示すような本発明の基本的な暗号化／復号化の手順で通信する。
【００８３】
以上の一連の動作により、Ｒ／Ｗ２００とタグ３００間の暗号化通信を実現する。また、ＲＦＩＤシステムにおいて、Ｒ／Ｗ２００が、複数のダミー型暗号フレームをリセット型暗号フレームの前後に送信することにより、悪意ある第三者が、リセット型暗号フレームを特定することが困難になり、暗号フレーム、および共有鍵の解読を困難にすることができる。
【００８４】
また、Ｒ／Ｗ２００からの付与データで乱数種を生成することで、乱数種の更新経路がＲ／Ｗ２００からタグ３００への一方向となり、タグ３００が他方のタグ３００の送出フレームを受信する必要がなくなる。
【００８５】
これにより、１台のＲ／Ｗ２００とｎ個のタグ３００との通信（１対Ｎ通信）をおこなうことを特長とするＲＦＩＤシステムへ暗号化通信の適用が可能となる。
【００８６】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２によるＲ／Ｗと複数タグとの通信手順の一例を示す説明図である。
【００８７】
本実施の形態２では、前記実施の形態１のＲＦＩＤ暗号化方式において、１台のＲ／Ｗ２００とＮ個のタグ３００との通信（１対Ｎ通信）を想定した場合、Ｎ個のタグ３００は、Ｒ／Ｗ２００から送信される全ての下り暗号フレームを復号して、付与データを共有し、更新する必要がある。
【００８８】
しかしながら、ＲＦＩＤシステムは無線環境で使用するため、タグが受信した下り暗号フレームが、白色ガウス雑音や、他のリーダライタ等の干渉波によるフェージングなどの影響によって、ビット誤りを起こす場合がある。
【００８９】
したがって、タグ３００が、下り暗号フレームの復号に失敗し、正しい付与データをＲ／Ｗ２００と共有できなかった場合、以降に受信する下り暗号フレームも復号できず、Ｒ／Ｗ２００との無線通信が不可能になる。
【００９０】
この問題に対処するため、タグ３００は、下り暗号フレームの復号に失敗した時、乱数種生成に使用する付与データ格納手段３１２に、初期値’Ｆ０’を再設定する。そして、図４に示すような、本発明の基本的な暗号化／復号化の手順４００で通信する期間中、非定期的に、Ｒ／Ｗ２００が初期値’Ｆ０’から生成される乱数種を用いた乱数データを基に暗号化したリセット型暗号フレームを送信する。したがって、タグ３００が、リセット型暗号フレームを受信した時、下り暗号フレームの復号が可能になる。
【００９１】
以上の一連の動作によって、下り暗号フレームの復号に失敗したタグは、リセット型暗号フレームを受信した時に、Ｒ／Ｗとの無線通信に復帰できる。
【００９２】
具体的な通信手順を図５に示す。
【００９３】
図５は、１台のＲ／Ｗ２００と複数のタグ３００の無線通信を想定し、特に１台のＲ／Ｗ２０と２個のタグ３００ａ，３００ｂとの無線通信の例を示す。
【００９４】
１回目の暗号フレームの送受信において、Ｒ／Ｗ２００とタグ３００ａ，３００ｂは、初期値’Ｆ０’から乱数種生成手段にて乱数種を生成し、乱数種を乱数生成手段に設定する。そして、暗号フレームの暗号化／復号化は、初期値’Ｆ０’から生成される乱数種を用いた乱数データを基に行う。
【００９５】
したがって、タグ３００ａ、およびタグ３００ｂは、下り暗号フレームＡを正しく復号できる。そして、タグ３００ａは、上り暗号フレームＢを送信して無線通信を終了し、タグ３００ｂは、応答せずに次の暗号フレームの受信準備をする場合を想定する。
【００９６】
２回目の暗号フレームの送受信において、Ｒ／Ｗ２００とタグ３００ｂは、１回目の暗号フレームの送受信においてＲ／Ｗ２００から送出された’下り暗号フレームＡ’に包含する’付与データＸ１’から乱数種生成手段にて乱数種を生成し、乱数種を乱数生成手段に設定する。
【００９７】
暗号フレームの暗号化／復号化は、格納しておいた’付与データＸ１’から生成される乱数種を用いた乱数データを基に行う。しかしながら、’下り暗号フレームＣ’にビット誤りがあった場合、タグ３００ｂは、下り暗号フレームを正しく復号できず、応答もできない。そこで、タグ３００ｂは、乱数種生成に使用する付与データ格納手段３１２に、初期値’Ｆ０’を再設定する。
【００９８】
３回目の暗号フレームの送受信において、Ｒ／Ｗ２００は、’下り暗号フレームＣ’に包含する’付与データＸ２’から乱数種生成手段にて乱数種を生成し、乱数種を乱数生成手段に設定する。暗号フレームの暗号化は、格納しておいた’付与データＸ２’から生成される乱数種を用いた乱数データを基に行う。
【００９９】
したがって、タグ３００ｂは、乱数種生成に使用する付与データ格納手段３１２に、初期値’Ｆ０’を再設定しているため、’下り暗号フレームＤ’を正しく復号せず、これを無視する。そしてタグ３００ｂの乱数種生成に使用する付与データ格納手段３１２は、初期値’Ｆ０’のまま維持する。
【０１００】
４回目の暗号フレームの送受信において、Ｒ／Ｗ２００は、３回目に送信した暗号フレーム’下り暗号フレームＤ’に包含する’付与データＦ０’から乱数種生成手段にて乱数種を生成し、乱数種を乱数生成手段３１４に設定する。
【０１０１】
暗号フレームの暗号化は、’付与データＦ０’から生成される乱数種を用いた乱数データを基に行う。また、タグ３００ｂは、乱数種生成に使用する付与データ格納手段３１２に、初期値’Ｆ０’を設定したため、’下り暗号フレームＥ’を正しく復号できる。そして、’上り暗号フレームＦ’を送信する。
【０１０２】
以上の一連の動作によって、下り暗号フレームのビット誤りが発生するような無線環境において、Ｒ／Ｗ２００との無線通信が不可能になったタグ３００が、リセット型暗号フレームを受信した時に、Ｒ／Ｗ２００との無線通信に復帰できる。
【０１０３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、ＲＦＩＤシステムによる暗号化した暗号フレーム、および共有鍵の解読をより困難にする技術に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施の形態１による本発明の通信システムの構成図である。
【図２】図１の通信システムによる基本的な暗号化／復号化の手順の一例を示す説明図である。
【図３】図２の基本的な暗号化／復号化の手順の他の例を示す説明図である。
【図４】図１の通信システムによる具体的な暗号化／復号化の手順の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２によるＲ／Ｗと複数タグとの通信手順の一例を示す説明図である。
【図６】本発明者が検討したＲＦＩＤシステム構成図である。
【符号の説明】
【０１０６】
２００  Ｒ／Ｗ
２０１  ＣＰＵ
２０２  下りデータ生成手段
２０３  ＲＦ部
２０４  上りデータ格納手段
２１１  付与データ生成手段
２１２  付与データ格納手段
２１３  乱数種生成手段
２１４  乱数生成手段
２１５  下りデータ結合手段
２１６  暗号演算手段
２１７  復号演算手段
２１８  上りデータ抽出手段
３００  タグ
３００ａ  タグ
３００ｂ  タグ
３０１  状態制御手段
３０２  ＲＦ部
３０３  下りデータ格納手段
３０４  上りデータ生成手段
３０５  メモリ手段
３１１  付与データ生成手段
３１２  付与データ格納手段
３１３  乱数種生成手段
３１４  乱数生成手段
３１５  下りデータ分離手段
３１６  復号演算手段
３１７  暗号演算手段
３１８  上りデータ結合手段
【図１】
2009010596.tif 000003
【図２】
2009010596.tif 000004
【図３】
2009010596.tif 000005
【図４】
2009010596.tif 000006
【図５】
2009010596.tif 000007
【図６】
2009010596.tif 000008