JP4103611B2 - 無線アドホック通信システム、端末、その端末における認証方法、暗号化方法及び端末管理方法並びにそれらの方法を端末に実行させるためのプログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線アドホック通信システムに関し、特に認証された端末から送信されたフレームであることを端末間で確認しながら通信を行う無線アドホック通信システム、当該システムにおける端末、および、これらにおける認証方法、暗号化方法及び端末管理方法ならびにそれらの方法をコンピュータ（端末）に実行させるプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化、高性能化が進み、簡単に持ち運び利用することが可能となったことから、必要になったその場で端末をネットワークに接続し、通信を可能とする環境が求められている。その一つとして、必要に応じて一時的に構築されるネットワーク、すなわち無線アドホックネットワーク技術の開発が進められている。この無線アドホックネットワークでは、特定のアクセスポイントを設けることなく、各端末（例えば、コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、携帯電話等）が自律分散して相互に接続される。
【０００３】
従来の無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）環境では、特定のアクセスポイントを設けてそのアクセスポイントと端末との間で無線通信を行っているため、その無線区間においてフレームの暗号化をすれば足りる。例えば、無線ＬＡＮの暗号化仕様におけるＷＥＰ（Ｗｉｒｅｄ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｐｒｉｖａｃｙ）では、暗号鍵を用いてフレームを暗号化しておき、アクセスポイントでフレームを復号する際にＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）のチェックをすることにより、認証されていない端末からのフレームを破棄するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１１５４４号公報（図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の無線ＬＡＮでは無線区間がアクセスポイントと端末の間に限られているが、無線アドホック通信システムではネットワークトポロジーが全て無線媒体で形成される。従って、無線アドホック通信システムでは複数の無線リンクをホップさせてフレームを配送する場合が生じるため、無線リンク毎に暗号化処理および復号処理を繰り返すことにより各端末に負荷を与え、計算資源を浪費するおそれがある。また、認証されていない端末からのフレームを複数の端末間で配送していくことは本来不要な通信を引き起こすため、無線資源を浪費するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、無線アドホック通信システムにおいて、配送にかかわる端末間でフレーム送信元認証を行うことにある。特に、本発明は、ネットワークを構成する全ての無線端末が管理情報（例えば、ビーコン等）を送信する無線ネットワークにおいて有用である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の無線アドホック通信システムは、複数の端末により構成される無線アドホック通信システムであって、第１のフレームのペイロードを暗号化して第１の認証ヘッダを付して当該第１のフレームを送信する第１の端末と、上記第１のフレームを受信して上記第１の認証ヘッダが正当であることを確認すると上記暗号化されたペイロードを含む第２のフレームに第２の認証ヘッダを付して当該第２のフレームを送信する第２の端末と、上記第２のフレームを受信して上記第２の認証ヘッダが正当であることを確認すると上記暗号化されたペイロードを復号する第３の端末とを具備し、上記第１の端末は、上記第３の端末との間の暗号鍵を用いて上記ペイロードを暗号化し、上記第２の端末との間の第１の認証ヘッダ鍵を用いて上記第１の認証ヘッダを生成するものであり、上記第２の端末は、上記第１の認証ヘッダ鍵を用いて上記第１の認証ヘッダが正当であることを確認し、上記第３の端末との間の第２の認証ヘッダ鍵を用いて上記第２の認証ヘッダを生成するものであり、上記第３の端末は、上記第２の認証ヘッダ鍵を用いて上記第２の認証ヘッダが正当であることを確認し、上記第１の端末との間の上記暗号鍵を用いて上記ペイロードを復号するものである。これにより、第１の端末と第２の端末との間および第２の端末と第３の端末との間では認証ヘッダによるフレーム送信元認証を行う一方で、第１の端末と第３の端末のみが有する暗号鍵でペイロードを暗号化することにより、中間の第２の端末に対してペイロードの秘匿性を担保するという作用をもたらす。
【００１１】
また、本発明の請求項２記載の端末は、他の端末の端末識別子に対応して上記他の端末との間の認証ヘッダ鍵およびユニキャスト暗号鍵を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する鍵管理リストテーブルと、受信したフレームの送信端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記認証ヘッダ鍵を抽出する手段と、抽出された上記認証ヘッダ鍵により上記フレームの認証ヘッダが正当であるか否かを確認する手段と、上記認証ヘッダが正当であり且つ上記フレームの終点端末識別子が当該端末の端末識別子である場合上記フレームの始点端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記ユニキャスト暗号鍵を抽出する手段と、上記抽出されたユニキャスト暗号鍵により上記フレームのペイロードを復号する手段とを具備する。これにより、始点端末と終点端末との間で定められたユニキャスト暗号鍵によりペイロードを暗号化して、中間の端末に対してペイロードの秘匿性を担保するという作用をもたらす。
【００１３】
また、本発明の請求項３記載の端末は、他の端末の端末識別子に対応して上記他の端末との間の認証ヘッダ鍵およびユニキャスト暗号鍵を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する鍵管理リストテーブルと、送信しようとするフレームの受信端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記認証ヘッダ鍵により認証ヘッダを生成して上記フレームに付する手段と、上記フレームの終点端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記ユニキャスト暗号鍵により上記フレームのペイロードを暗号化する手段と、上記フレームを送信する手段とを具備する。これにより、始点端末と終点端末との間で定められたユニキャスト暗号鍵によりペイロードを暗号化して、中間の端末に対してペイロードの秘匿性を担保するという作用をもたらす。
【００１９】
また、本発明の請求項４記載の暗号化方法は、他の端末の端末識別子に対応して上記他の端末との間の認証ヘッダ鍵およびユニキャスト暗号鍵を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する鍵管理リストテーブルを備える端末において、受信したフレームの送信端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記認証ヘッダ鍵を抽出する手順と、抽出された上記認証ヘッダ鍵により上記フレームの認証ヘッダが正当であるか否かを確認する手順と、上記認証ヘッダが正当であり且つ上記フレームの終点端末識別子が当該端末の端末識別子である場合上記フレームの始点端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記ユニキャスト暗号鍵を抽出する手順と、上記抽出されたユニキャスト暗号鍵により上記フレームのペイロードを復号する手順とを具備する。これにより、始点端末と終点端末との間で定められたユニキャスト暗号鍵によりペイロードを暗号化して、中間の端末に対してペイロードの秘匿性を担保するという作用をもたらす。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムのネットワーク構成例である。この例では、端末Ａ、端末Ｂ、端末Ｃおよび端末Ｄの４つの端末が無線アドホック通信システムのネットワークを構成している。端末Ａ（３００）からの電波が到達する通信範囲３０１は、端末Ａを中心とする点線により表される。他の端末の通信範囲も同様に表される。この図１の例では、端末Ａは端末Ｂと通信可能であり、端末Ｂは端末Ａおよび端末Ｃと通信可能であり、端末Ｃは端末Ｂおよび端末Ｄと通信可能であり、端末Ｄは端末Ｃと通信可能であることが示されている。従って、例えば端末Ａは端末Ｃや端末Ｄと直接通信を行うことができず、これら端末ＣおよびＤと通信を行うためには、まず端末Ｂを介してマルチホップによるフレーム配送を行う必要がある。
【００３１】
このような端末を介したフレーム配送を行うためには、認証された正当な端末からフレームを受信したことを確認する必要がある。この処理をフレーム送信元認証という。また、フレームが端末間で配送されると、その経路上でフレームの内容が第三者に傍受されるおそれが生じる。従って、重要な情報の送受やプライベートなやりとりが第三者に傍受されないよう秘匿性を保つ必要が生じる。そこで、本発明の実施の形態では、以下に説明するように、認証ヘッダ鍵を用いたフレーム送信元認証を行うとともに、ユニキャスト暗号鍵を用いた暗号化処理を行う。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態におけるフレーム送信元認証および暗号化処理の概要を説明するための図である。フレーム送信の始点である端末Ａは、端末Ｄを終点とするフレームを送信する際、フレーム８００のペイロード部８０２を端末Ｄとの間のユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）により暗号化する。また、端末Ａは、次の送信先である端末Ｂとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）により認証ヘッダ８０９を生成してフレーム８００に付する。
【００３３】
フレームを受信した端末Ｂは、認証ヘッダ８０９が正当であるか否かを端末Ａとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を用いて確認する。認証ヘッダ８０９が正当であることが確認されると、端末Ｂは次の送信先である端末Ｃとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＢＣ）により認証ヘッダ８０９を生成してフレームに付する。その際、暗号化されたペイロード部８０２はそのまま送信される。一方、認証ヘッダ８０９が正当でない場合には、そのフレームは次の送信先に配送されることなく破棄される。
【００３４】
同様に、フレームを受信した端末Ｃは、認証ヘッダ８０９が正当であるか否かを端末Ｂとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＢＣ）を用いて確認する。認証ヘッダ８０９が正当であることが確認されると、端末Ｃは次の送信先である端末Ｄとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＣＤ）により認証ヘッダ８０９を生成してフレームに付する。その際、暗号化されたペイロード部８０２はそのまま送信される。一方、認証ヘッダ８０９が正当でない場合には、そのフレームは次の送信先に配送されることなく破棄される。
【００３５】
フレームを受信した端末Ｄは、認証ヘッダ８０９が正当であるか否かを端末Ｃとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＣＤ）を用いて確認する。認証ヘッダ８０９が正当であることが確認されると、端末Ｄはペイロード部８０２を端末Ａとの間のユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）により復号してその内容を読み出す。一方、認証ヘッダ８０９が正当でない場合には、そのフレームは復号されることなく破棄される。
【００３６】
図３は、本発明の実施の形態における認証ヘッダ付フレーム８００の構成を示す図である。フレーム８００は、ヘッダ部８０１と、ペイロード部８０２とから構成される。ペイロード部８０２には通信の内容であるデータが格納される。このペイロード部８０２が、ユニキャスト暗号鍵による暗号化および復号化の対象となる。
【００３７】
ヘッダ部８０１は、始点端末識別子８０３と、終点端末識別子８０４と、送信端末識別子８０５と、受信端末識別子８０６と、フレーム種別８０７と、シーケンス番号８０８と、認証ヘッダ８０９とを含む。始点端末識別子８０３は、このフレームを最初に発信した端末の端末識別子である。なお、端末識別子は、ネットワーク内において端末を一意に識別するものであればよく、例えば、イーサネット（登録商標）におけるＭＡＣアドレス等を用いることができる。終点端末識別子８０４は、このフレームの最終宛先の端末の端末識別子である。
【００３８】
送信端末識別子８０５および受信端末識別子８０６は、フレームを中継する際に用いられる。無線アドホック通信システムにおいては、ネットワーク内の全ての端末が直接通信できるとは限らず、電波の届かない端末へフレームを送信したい場合には他の端末を介してマルチホップにより通信経路を確立しなければならない。この場合にフレームの送受信を行う端末間で使用されるのが送信端末識別子８０５および受信端末識別子８０６である。フレーム種別８０７は、フレームの種別を示すものである。シーケンス番号８０８は、フレーム毎に付される一連の順序を表す番号である。
【００３９】
認証ヘッダ８０９は、フレーム送信元認証を行うための認証データである。送信端末と受信端末との間で認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ：Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｈｅａｄｅｒ Ｋｅｙ）を予め定めておき、送信端末において送信フレームの所定領域と認証ヘッダ鍵とを合わせてハッシュした鍵付ハッシュ値を生成して認証ヘッダ８０９として付する。受信端末では、受信フレームの所定領域と認証ヘッダ鍵とを合わせてハッシュした鍵付ハッシュ値を生成して認証ヘッダ８０９と比較する。この比較の結果、両者が一致すれば、受信フレームは送信端末から送信されたものであることが確認される。
【００４０】
ハッシュの対象となるフレームの所定領域としては、ヘッダ部８０１の一部を使用することが考えられる。例えば、送信端末識別子８０５およびシーケンス番号８０８の組合せ等を使用することが考えられる。シーケンス番号８０８を組み合わせることにより、いわゆるリプレイ攻撃を防止することができる。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態における認証ヘッダを生成する処理の一例を示す流れ図である。上述のハッシュの対象となるフレームの所定領域は、ここではＴＥＸＴとして表される。また、認証ヘッダ鍵は、所定のＢバイト（例えば、６４バイト）長になるよう正規化がされた認証ヘッダ鍵ＺＡＨＫが使用される。例えば、所定のＢバイトよりも長ければハッシュされる必要があり、また、所定のＢバイトよりも短ければゼロが追加される必要がある。なお、ここで用いられるハッシュ関数としては、例えば、ＭＤ５（Ｍｅｓｓａｇｅ Ｄｉｇｅｓｔ ＃５）が考えられる。このＭＤ５を用いた鍵付ハッシュ関数は、ＨＭＡＣ−ＭＤ５（Ｈａｓｈ−ｂａｓｅｄ Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ： Ｋｅｙｅｄ ＭＤ５）とよばれる。
【００４２】
まず、認証ヘッダ鍵ＺＡＨＫと固定文字列ｉｐａｄとの間で排他的論理和が生成される（ステップＳ９９２）。この生成された値をＩとする。ここで、固定文字列ｉｐａｄは、例えば、バイト値０ｘ３６（ビット列'００１１０１１０'）をＢバイト分繰り返したものである。そして、この生成された値Ｉにフレームの所定領域ＴＥＸＴが追加されて値ＩＴとなる（ステップＳ９９３）。この値ＩＴにハッシュ関数が適用されて第１のハッシュ値ＩＴＨが生成される（ステップＳ９９４）。
【００４３】
また、認証ヘッダ鍵ＺＡＨＫと固定文字列ｏｐａｄとの間で排他的論理和が生成される（ステップＳ９９５）。この生成された値をＯとする。ここで、固定文字列ｏｐａｄは、例えば、バイト値０ｘ５ｃ（ビット列'０１０１１１００'）をＢバイト分繰り返したものである。そして、この生成された値Ｏに第１のハッシュ値ＩＴＨが追加されて値ＯＩＴＨとなる（ステップＳ９９６）。この値ＯＩＴＨにハッシュ関数が適用されて第２のハッシュ値として認証ヘッダＡＨが生成される（ステップＳ９９７）。
【００４４】
なお、この図４の手順は、フレーム送信端末において認証ヘッダを付する際に使用されるだけでなく、フレームに付された認証ヘッダが正当であるか否かをフレーム受信端末において確認する際にも使用される。すなわち、フレーム受信端末において上述の第２のハッシュ値を生成して、それがフレームに付された認証ヘッダと一致すればその認証ヘッダは正当であることが確認される。
【００４５】
図５は、本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムにおいて使用される無線端末３００の構成例を示す図である。無線端末３００は、通信処理部３２０と、制御部３３０と、表示部３４０と、操作部３５０と、スピーカ３６０と、マイク３７０と、メモリ６００とを備え、これらの間をバス３８０が接続する構成となっている。また、通信処理部３２０にはアンテナ３１０が接続されている。通信処理部３２０は、アンテナ３１０を介して受信した信号からネットワークインターフェース層（データリンク層）のフレームを構成する。また、通信処理部３２０は、ネットワークインターフェース層のフレームをアンテナ３１０を介して送信する。
【００４６】
制御部３３０は、無線端末３００全体を制御する。例えば、通信処理部３２０により構成されたフレームを参照して所定の処理を行う。また、制御部３３０は、タイマ３３５を有し、所定のイベントからの経過時間を計時する。表示部３４０は、所定の情報を表示するものであり、例えば、液晶ディスプレイ等が用いられ得る。操作部３５０は、無線端末３００に対して外部から操作指示を行うためのものであり、例えば、キーボードやボタンスイッチ等が用いられ得る。スピーカ３６０は、音声を出力するものであり、無線端末３００の利用者に対して注意を喚起したり他の端末と音声情報のやりとりを行うために用いられる。マイク３７０は、無線端末３００に対して外部から音声入力を行うものであり、他の端末と音声情報のやりとりを行ったり操作指示を行うために用いられる。
【００４７】
メモリ６００は、無線端末３００自身の生成鍵に関する情報として自端末の公開鍵および秘密鍵や公開鍵証明書等を保持する生成鍵テーブル６５０と、他の端末との間のユニキャスト暗号鍵および認証ヘッダ鍵を保持する鍵管理リストテーブル６７０と、終点端末にフレームを到達させるための転送先端末に関する情報を保持する経路テーブル６８０と、ネットワークを形成する端末のうち直接通信可能な端末に関する情報を保持する近隣端末リストテーブル６９０とを格納する。
【００４８】
図６は、本発明の実施の形態における鍵管理リストテーブル６７０の構成例である。この鍵管理リストテーブル６７０は、暗号化ならびに復号化に用いられるユニキャスト鍵および認証ヘッダ生成に用いられる認証ヘッダ鍵を保持するものであり、他の端末の端末識別子６７１に対応して当該他の端末との間のユニキャスト暗号鍵６７２および認証ヘッダ鍵６７３を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する。
【００４９】
端末識別子６７１は、上述の通り他の端末を一意に識別するものであり、一例としてＭＡＣアドレス等を用いることができる。ユニキャスト暗号鍵６７２は、対応する端末識別子６７１を有する端末との間のユニキャスト通信のために定められた共通鍵である。このユニキャスト暗号鍵６７２を表すために、例えば、端末Ａと端末Ｂとの間で使用されるユニキャスト暗号鍵を「ＵＫ＿ＡＢ」等と表記する。
【００５０】
なお、このユニキャスト暗号鍵に用いられる共通鍵アルゴリズムとしては、５６ビットの鍵の長さを有するＤＥＳ（Ｄａｔａ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）、１２８ビット、１９２ビットおよび２５６ビットの３通りの鍵の長さを有するＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）等が知られている。
【００５１】
認証ヘッダ鍵６７３は、認証ヘッダを生成するために使用される共有秘密鍵である。認証ヘッダ鍵６７３は、フレームの所定領域と共にハッシュされ、間に割り込もうとする組織が認証ヘッダを複製することを不可能にする。この認証ヘッダ鍵６７３は、できるだけ頻繁に変更されるべきである。この認証ヘッダ鍵６７３は、無作為に選ばれるか、ランダムな種を与えた暗号的に強い擬似乱数発生器を使用して生成される。
【００５２】
図７は、本発明の実施の形態における経路テーブル６８０の構成例である。この経路テーブル６８０は、終点端末にフレームを到達させるための転送先端末に関する情報を保持するものであり、終点端末の端末識別子６８１に対応してフレームの転送先端末の端末識別子６８２および有効時間６８３を保持する経路リストを少なくとも一つ有する。
【００５３】
終点端末識別子６８１および転送先端末識別子６８２における端末識別子は、上述の通り他の端末を一意に識別するものである。ある端末に最終的にフレームを配送するために、次にどの端末にフレームを転送すべきであるかを示している。図７の例は図１のネットワーク構成例を想定したものであり、端末Ａから何れの端末にフレームを配送する場合であっても、まずは端末Ｂにフレームを転送することになる。
【００５４】
無線アドホック通信システムにおいては、ネットワーク構成が時々刻々と変化する可能性がある。従って、経路テーブル６８０に保持される情報も古くなる可能性がある。そこで、有効時間６８３によって、対応する情報の鮮度を管理する。例えば、情報更新時もしくは情報更新からの経過時間を有効時間６８３に記録していくことにより、所定時間以上経過した情報を削除もしくは更新することが考えられる。これらの時間を計時するために制御部３３０のタイマ３３５が使用される。
【００５５】
図８は、本発明の実施の形態における近隣端末リストテーブル６９０の構成例である。この近隣端末リストテーブル６９０は、無線アドホック通信システムにおいてネットワークを形成する端末のうち直接通信可能な近隣端末に関する情報を保持するものであり、近隣端末の端末識別子６９１に対応して有効時間６９２を保持する近隣端末リストを少なくとも一つ有する。
【００５６】
近隣端末識別子６９１は、近隣端末を一意に識別するものである。例えば、各端末が自己の存在を示すビーコンを定期的に発生するものとして、ビーコンを受信した端末は、そのビーコンに含まれる送信端末識別子８０５（図３）によってビーコン送信端末の端末識別子を知ることができる。そこで、ビーコン受信端末は、このようにして取得したビーコン送信端末の端末識別子を近隣端末リストテーブル６９０の近隣端末識別子６９１に保持する。なお、本発明の実施の形態において、ビーコンは、標識信号としてのビーコン情報のみを含む信号だけではなく、ビーコン情報に何らかのデータ情報が付加された信号をも含む。
【００５７】
無線アドホック通信システムにおいては、ネットワーク構成が時々刻々と変化する可能性がある。それまで存在していた近隣端末が通信範囲外へ移動する場合やネットワークから離脱する場合もある。そこで、有効時間６９２によって、対応する近隣端末の認証状態を管理する。例えば、ビーコン受信時もしくはビーコン受信からの経過時間を有効時間６９２に記録していくことにより、所定時間以上経過した近隣端末はネットワークから離脱したものと判断することが考えられる。このビーコン受信からの経過時間を計時するために制御部３３０のタイマ３３５が使用される。
【００５８】
次に本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムの動作について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態では、端末がネットワーク資源に接続する際に端末間で相互認証を行っていることを想定する。そして、相互認証に続く以下の鍵配布シーケンスにより認証ヘッダ鍵（図９）やユニキャスト暗号鍵（図１０）を共有する。これら図９および図１０における各処理は、無線端末３００における制御部３３０により実現される。
【００５９】
図９は、本発明の実施の形態における認証ヘッダ鍵配布の手順を示す図である。この図９の例では端末Ａ（１００）および端末Ｂ（２００）のうち、端末Ａが認証ヘッダ鍵を生成しているが、これは何れの端末が生成しても構わない。例えば、端末識別子の大小により決定するようにしてもよい。
【００６０】
まず、端末Ａは、認証ヘッダ鍵を配布するために必要な公開鍵を保持しているか否かを判断する。もし、端末Ｂの公開鍵を有していない場合には、端末Ｂに対して公開鍵を要求する公開鍵要求メッセージ１３１２を送信する（１３１）。この公開鍵要求メッセージ１３１２は、図３で説明した構成のフレームを用いることができるが、この時点ではまだ認証ヘッダを付することはできない。
【００６１】
公開鍵要求メッセージ１３１２を受信した端末Ｂは、生成鍵テーブル６５０（図５）に保持された端末Ｂの公開鍵（ＰＫ＿Ｂ）を公開鍵配布メッセージ２３２１により端末Ａに送信する（２３２）。この公開鍵要求メッセージ２３２１も、図３で説明したフレーム構成を用いることができる。公開鍵配布メッセージ２３２１を受信した端末Ａは、端末Ｂの公開鍵（ＰＫ＿Ｂ）を取り出す。
【００６２】
また、端末Ａは、認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を生成する（１３３）。認証ヘッダ鍵は、上述のように、無作為もしくは乱数により生成される。また、この認証ヘッダ鍵は、適宜変更されるべきものである。端末Ａは、生成した認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を端末Ｂの公開鍵（ＰＫ＿Ｂ）により暗号化して認証ヘッダ鍵配布メッセージ１３４２として端末Ｂに送信する（１３４）。認証ヘッダ鍵配布メッセージ１３４２を受信した端末Ｂは、端末Ｂ自身の秘密鍵により認証ヘッダ鍵を復号する（２３４）。
【００６３】
端末Ａおよび端末Ｂは、このようにして取得した認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を、自端末の鍵管理リストテーブル６７０（図６）に設定する（１３５、２３５）。すなわち、端末Ａは端末識別子６７１として端末Ｂを有する鍵管理リストの認証ヘッダ鍵６７３欄に認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を設定し、端末Ｂは端末識別子６７１として端末Ａを有する鍵管理リストの認証ヘッダ鍵６７３欄に認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を設定する。このようにして、無線アドホック通信システムのネットワークを構成する各端末は、隣接端末との間で認証ヘッダ鍵を共有する。
【００６４】
図１０は、本発明の実施の形態におけるユニキャスト暗号鍵配布の手順を示す図である。このユニキャスト暗号鍵は予め配布しておいてもよいが、実際に通信を行う際に配布するようにしてもよい。この図１０の例では端末Ａ（１００）および端末Ｄ（４００）のうち、端末Ａがユニキャスト暗号鍵を生成しているが、これは何れの端末が生成しても構わない。例えば、端末識別子の大小により決定するようにしてもよい。
【００６５】
まず、端末Ａは、ユニキャスト暗号鍵を配布するために必要な公開鍵を保持しているか否かを判断する。もし、端末Ｄの公開鍵を有していない場合には、端末Ｄに対して公開鍵を要求する公開鍵要求メッセージ１４１４を送信する（１４１）。この公開鍵要求メッセージ１４１４は、図３で説明した構成のフレームを用いることができる。
【００６６】
公開鍵要求メッセージ１４１４を受信した端末Ｄは、生成鍵テーブル６５０（図５）に保持された端末Ｄの公開鍵（ＰＫ＿Ｄ）を公開鍵配布メッセージ４４２１により端末Ａに送信する（４４２）。この公開鍵要求メッセージ４４２１も、図３で説明したフレーム構成を用いることができる。公開鍵配布メッセージ４４２１を受信した端末Ａは、端末Ｄの公開鍵（ＰＫ＿Ｄ）を取り出す。
【００６７】
また、端末Ａは、ユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を生成する（１４３）。ユニキャスト暗号鍵は、無作為もしくは乱数により生成される。端末Ａは、生成したユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を端末Ｄの公開鍵（ＰＫ＿Ｄ）により暗号化してユニキャスト暗号鍵配布メッセージ１４４４として端末Ｄに送信する（１４４）。ユニキャスト暗号鍵配布メッセージ１４４４を受信した端末Ｄは、端末Ｄ自身の秘密鍵によりユニキャスト暗号鍵を復号する（４４４）。
【００６８】
端末Ａおよび端末Ｄは、このようにして取得したユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を、自端末の鍵管理リストテーブル６７０（図６）に設定する（１４５、２４５）。すなわち、端末Ａは端末識別子６７１として端末Ｄを有する鍵管理リストのユニキャスト暗号鍵６７２欄にユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を設定し、端末Ｄは端末識別子６７１として端末Ａを有する鍵管理リストのユニキャスト暗号鍵６７２欄にユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を設定する。
【００６９】
次に本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムの各端末におけるフレーム送受信処理について図面を参照して説明する。
【００７０】
図１１は、本発明の実施の形態におけるフレーム送信の際の処理を示す図である。自端末を始点とするフレームを送信する場合には、始点端末識別子８０３が自端末の端末識別子となるので（ステップＳ９５１）、終点端末との間で定められたユニキャスト暗号鍵によりペイロード部８０２を暗号化する（ステップＳ９５２）。このユニキャスト暗号鍵は、終点端末識別子８０４と一致する端末識別子６７１に対応するユニキャスト暗号鍵６７２を図６の鍵管理リストテーブル６７０から抽出することにより得られる。他の端末からのフレームを中継する場合には、始点端末識別子８０３は自端末の端末識別子と異なるので、ペイロード部８０２には何も加工を施さない（ステップＳ９５１）。
【００７１】
そして、受信端末との間の認証ヘッダ鍵により認証ヘッダが生成され、フレーム８００の認証ヘッダ８０９（図３）に付される（ステップＳ９５３）。この認証ヘッダ鍵は、受信端末識別子８０６（図３）と一致する端末識別子６７１に対応する認証ヘッダ鍵６７３を図６の鍵管理リストテーブル６７０から抽出することにより得られる。その後、認証ヘッダが付されたフレームは下位層に送出される（ステップＳ９５４）。
【００７２】
図１２は、本発明の実施の形態におけるフレーム受信の際の処理を示す図である。認証ヘッダ付フレームを受信した端末は、送信端末との間の認証ヘッダ鍵を抽出して（ステップＳ９６１）、この認証ヘッダ鍵を用いてフレームに付された認証ヘッダ８０９が正当であるか否かを確認する（ステップＳ９６２）。この認証ヘッダ鍵は、送信端末識別子８０５（図３）と一致する端末識別子６７１に対応する認証ヘッダ鍵６７３を図６の鍵管理リストテーブル６７０から抽出することにより得られる。認証ヘッダが正当でなければ（ステップＳ９６２）、当該フレームは破棄される（ステップＳ９６３）。
【００７３】
認証ヘッダが正当であり（ステップＳ９６２）、終点端末識別子が自端末の端末識別子であれば（ステップＳ９６４）、始点端末識別子８０３（図３）と一致する端末識別子６７１に対応するユニキャスト暗号鍵６７２を図６の鍵管理リストテーブル６７０から抽出して、そのユニキャスト暗号鍵によりペイロード部８０２を復号する（ステップＳ９６５）。復号されたフレームは上位層において処理される（ステップＳ９６６）。
【００７４】
一方、認証ヘッダが正当であり（ステップＳ９６２）、終点端末識別子が自端末の端末識別子でなければ（ステップＳ９６４）、そのフレームは次点の端末へ転送される（ステップＳ９６７）。次点の端末は、フレーム８００の終点端末識別子８０４（図３）と一致する終点端末識別子６８１を経路テーブル６８０（図７）から抽出して、対応する転送先端末識別子６８２を参照することにより知ることができる。
【００７５】
次に本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムのネットワークから端末が離脱する際の処理について説明する。
【００７６】
各端末は、近隣端末リストテーブル６９０に保持された端末識別子を有する端末との間で通信を行うことにより、無線アドホック通信システムのネットワークを構成する。ある端末がネットワークから離脱する場合としては、その端末が明示的に離脱を宣言することにより脱退する場合や、端末の物理的位置が変動したり電源が切断したことによる通信のタイムアウト等により非明示的に脱退する場合が考えられる。
【００７７】
端末が明示的に離脱する場合は、例えば、離脱しようとする端末が離脱要求メッセージを近隣端末に送信することにより離脱を宣言することにより生じ得る。この離脱要求メッセージのフレーム構成は、図３と同様であり、適切な認証ヘッダおよび暗号化処理がなされる。従って、悪意のある端末がなりすまして離脱要求メッセージを送信することはできない。離脱要求メッセージを受信した端末は、その送信元端末に対して離脱応答メッセージを返信する。これにより、端末が明示的に離脱される。
【００７８】
端末が非明示的に離脱する場合は、例えば、ある端末の存在を近隣端末が確認できなくなったことにより生じ得る。各端末は、定期的にビーコンを送信しており、近隣端末からのビーコンを受信すると近隣端末リストテーブル６９０を更新する。例えば、端末の移動等により近隣端末との物理的な距離が広がって電波到達範囲（通信範囲）より外に出てしまった場合や、バッテリー切れ等の突発的な電源切断等により相手端末との通信を行うことができなくった場合には、ビーコンを受信することができなくなり、近隣端末リストテーブル６９０の更新が行われなくなる。近隣端末リストテーブル６９０の更新が所定時間以上行われなくなった近隣端末については認証関係をリセットし、未認証状態にする。これにより、端末が非明示的に離脱される。
【００７９】
図１３は、端末が明示的に離脱する際の手順を示す図である。端末Ａは、ネットワークから離脱する場合には、離脱要求メッセージ１５１２を送信する（１５１）。この離脱要求メッセージ１５１２のフレーム構成は図３の通りであり、近隣端末である端末Ｂを受信端末識別子８０６および終点端末識別子８０４とする。端末Ｂは、この離脱要求メッセージ１５１２を受信すると（２５１）、端末Ａに対して離脱応答メッセージ２５２１を送信する（２５２）。この離脱応答メッセージ２５２１も図３の通りであり、端末Ａを受信端末識別子８０６および終点端末識別子８０４とする。端末Ａは、この離脱応答メッセージ２５２１を受信（１５２）することにより、離脱要求が受領されたことを確認する。
【００８０】
図１４は、離脱要求メッセージを受信した端末、もしくは、非明示的な離脱を検出した端末が行う動作を示す図である。離脱要求メッセージを受信し、もしくは、非明示的な離脱を検出すると、近隣端末リストテーブル６９０を参照して、離脱端末以外に端末が存在すれば（ステップＳ９７１）、端末脱退メッセージをブロードキャストする（ステップＳ９７２）。この端末脱退メッセージのフレーム構成は図３の通りであり、受信端末識別子８０６に近隣端末の端末識別子が設定され、終点端末識別子８０４にはブロードキャストアドレスが設定される。また、ペイロード部８０２には脱退する端末の端末識別子が含まれる。
【００８１】
そして、鍵管理リストテーブル６７０の端末識別子６７１において離脱端末の端末識別子を有する鍵管理リストを抽出し、該当する鍵管理リストを削除する（ステップＳ９７３）。これにより、当該端末との間で認証ヘッダを交換することができなくなり、また、暗号化されたフレームを交換することもできなくなる。従って、一旦離脱した端末が再度接続しようとしてもそのままの状態では接続することはできない。
【００８２】
図１５は、離脱脱退メッセージを受信した端末が行う動作を示す図である。離脱脱退メッセージを受信すると、予め保持していたブロードキャスト暗号鍵によりその離脱脱退メッセージを復号して（ステップＳ９８１）、ペイロード部８０２から脱退する端末の端末識別子を取り出す。そして、鍵管理リストテーブル６７０の端末識別子６７１において離脱端末の端末識別子を有する鍵管理リストを抽出し（ステップＳ９８２）、該当する鍵管理リストを削除する（ステップＳ９８３）。これにより、離脱端末は、ネットワーク上の何れの端末との間でも認証ヘッダを交換することができなくなり、また、暗号化されたフレームを交換することもできなくなる。従って、一旦離脱した端末が再度接続しようとしてもそのままの状態ではその接続を受け付けることはできない。
【００８３】
このように、本発明の実施の形態によれば、送信端末においてフレーム８００のヘッダ部８０１に認証ヘッダ鍵を用いて生成した認証ヘッダ８０９を付しておき、受信端末において認証ヘッダ鍵を用いて認証ヘッダ８０９の正当性を確認することにより、そのフレーム８００が認証された正当な端末から送信されたものであることを確認することができる。また、これにより、不要な通信を回避することができ、無線資源の浪費を未然に防止することができる。
【００８４】
なお、ここでは本発明の実施の形態を例示したものであり、本発明はこれに限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。
【００８５】
また、ここで説明した処理手順はこれら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、これら一連の手順をコンピュータ（端末）に実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によると、無線アドホック通信システムにおいて、配送にかかわる端末間でフレーム送信元認証を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムのネットワーク構成例である。
【図２】本発明の実施の形態におけるフレーム送信元認証および暗号化処理の概要を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態における認証ヘッダ付フレーム８００の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における認証ヘッダを生成する処理の一例を示す流れ図である。
【図５】本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムにおいて使用される無線端末３００の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における鍵管理リストテーブル６７０の構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における経路テーブル６８０の構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における近隣端末リストテーブル６９０の構成例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における認証ヘッダ鍵配布の手順を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるユニキャスト暗号鍵配布の手順を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態におけるフレーム送信の際の処理を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態におけるフレーム受信の際の処理を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態において端末が明示的に離脱する際の手順を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態における離脱要求メッセージを受信した端末、もしくは、非明示的な離脱を検出した端末が行う動作を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態における離脱脱退メッセージを受信した端末が行う動作を示す図である。
【符号の説明】
３００ 無線端末
３０１ 通信範囲
３１０ アンテナ
３２０ 通信処理部
３３０ 制御部
３３５ タイマ
３４０ 表示部
３５０ 操作部
３６０ スピーカ
３７０ マイク
３８０ バス
６００ メモリ
６５０ 生成鍵テーブル
６７０ 鍵管理リストテーブル
６７１ 端末識別子
６７２ ユニキャスト暗号鍵
６７３ 認証ヘッダ鍵
６８０ 経路テーブル
６８１ 終点端末識別子
６８２ 転送先端末識別子
６８３ 有効時間
６９０ 近隣端末リストテーブル
６９１ 近隣端末識別子
６９２ 有効時間
８００ 認証ヘッダ付フレーム
８０１ ヘッダ部
８０２ ペイロード部
８０３ 始点端末識別子
８０４ 終点端末識別子
８０５ 送信端末識別子
８０６ 受信端末識別子
８０７ フレーム種別
８０８ シーケンス番号
８０９ 認証ヘッダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線アドホック通信システムに関し、特に認証された端末から送信されたフレームであることを端末間で確認しながら通信を行う無線アドホック通信システム、当該システムにおける端末、および、これらにおける認証方法、暗号化方法及び端末管理方法ならびにそれらの方法をコンピュータ（端末）に実行させるプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化、高性能化が進み、簡単に持ち運び利用することが可能となったことから、必要になったその場で端末をネットワークに接続し、通信を可能とする環境が求められている。その一つとして、必要に応じて一時的に構築されるネットワーク、すなわち無線アドホックネットワーク技術の開発が進められている。この無線アドホックネットワークでは、特定のアクセスポイントを設けることなく、各端末（例えば、コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、携帯電話等）が自律分散して相互に接続される。
【０００３】
従来の無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）環境では、特定のアクセスポイントを設けてそのアクセスポイントと端末との間で無線通信を行っているため、その無線区間においてフレームの暗号化をすれば足りる。例えば、無線ＬＡＮの暗号化仕様におけるＷＥＰ（Ｗｉｒｅｄ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｐｒｉｖａｃｙ）では、暗号鍵を用いてフレームを暗号化しておき、アクセスポイントでフレームを復号する際にＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）のチェックをすることにより、認証されていない端末からのフレームを破棄するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１１５４４号公報（図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の無線ＬＡＮでは無線区間がアクセスポイントと端末の間に限られているが、無線アドホック通信システムではネットワークトポロジーが全て無線媒体で形成される。従って、無線アドホック通信システムでは複数の無線リンクをホップさせてフレームを配送する場合が生じるため、無線リンク毎に暗号化処理および復号処理を繰り返すことにより各端末に負荷を与え、計算資源を浪費するおそれがある。また、認証されていない端末からのフレームを複数の端末間で配送していくことは本来不要な通信を引き起こすため、無線資源を浪費するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、無線アドホック通信システムにおいて、配送にかかわる端末間でフレーム送信元認証を行うことにある。特に、本発明は、ネットワークを構成する全ての無線端末が管理情報（例えば、ビーコン等）を送信する無線ネットワークにおいて有用である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の無線アドホック通信システムは、複数の端末により構成される無線アドホック通信システムであって、第１のフレームのペイロードを暗号化して第１の認証ヘッダを付して当該第１のフレームを送信する第１の端末と、上記第１のフレームを受信して上記第１の認証ヘッダが正当であることを確認すると上記暗号化されたペイロードを含む第２のフレームに第２の認証ヘッダを付して当該第２のフレームを送信する第２の端末と、上記第２のフレームを受信して上記第２の認証ヘッダが正当であることを確認すると上記暗号化されたペイロードを復号する第３の端末とを具備し、上記第１の端末は、上記第３の端末との間の暗号鍵を用いて上記ペイロードを暗号化し、上記第２の端末との間の第１の認証ヘッダ鍵を用いて上記第１の認証ヘッダを生成するものであり、上記第２の端末は、上記第１の認証ヘッダ鍵を用いて上記第１の認証ヘッダが正当であることを確認し、上記第３の端末との間の第２の認証ヘッダ鍵を用いて上記第２の認証ヘッダを生成するものであり、上記第３の端末は、上記第２の認証ヘッダ鍵を用いて上記第２の認証ヘッダが正当であることを確認し、上記第１の端末との間の上記暗号鍵を用いて上記ペイロードを復号するものである。これにより、第１の端末と第２の端末との間および第２の端末と第３の端末との間では認証ヘッダによるフレーム送信元認証を行う一方で、第１の端末と第３の端末のみが有する暗号鍵でペイロードを暗号化することにより、中間の第２の端末に対してペイロードの秘匿性を担保するという作用をもたらす。
【００１１】
また、本発明の請求項２記載の端末は、他の端末の端末識別子に対応して上記他の端末との間の認証ヘッダ鍵およびユニキャスト暗号鍵を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する鍵管理リストテーブルと、受信したフレームの送信端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記認証ヘッダ鍵を抽出する手段と、抽出された上記認証ヘッダ鍵により上記フレームの認証ヘッダが正当であるか否かを確認する手段と、上記認証ヘッダが正当であり且つ上記フレームの終点端末識別子が当該端末の端末識別子である場合上記フレームの始点端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記ユニキャスト暗号鍵を抽出する手段と、上記抽出されたユニキャスト暗号鍵により上記フレームのペイロードを復号する手段とを具備する。これにより、始点端末と終点端末との間で定められたユニキャスト暗号鍵によりペイロードを暗号化して、中間の端末に対してペイロードの秘匿性を担保するという作用をもたらす。
【００１３】
また、本発明の請求項３記載の端末は、他の端末の端末識別子に対応して上記他の端末との間の認証ヘッダ鍵およびユニキャスト暗号鍵を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する鍵管理リストテーブルと、送信しようとするフレームの受信端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記認証ヘッダ鍵により認証ヘッダを生成して上記フレームに付する手段と、上記フレームの終点端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記ユニキャスト暗号鍵により上記フレームのペイロードを暗号化する手段と、上記フレームを送信する手段とを具備する。これにより、始点端末と終点端末との間で定められたユニキャスト暗号鍵によりペイロードを暗号化して、中間の端末に対してペイロードの秘匿性を担保するという作用をもたらす。
【００１９】
また、本発明の請求項４記載の暗号化方法は、他の端末の端末識別子に対応して上記他の端末との間の認証ヘッダ鍵およびユニキャスト暗号鍵を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する鍵管理リストテーブルを備える端末において、受信したフレームの送信端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記認証ヘッダ鍵を抽出する手順と、抽出された上記認証ヘッダ鍵により上記フレームの認証ヘッダが正当であるか否かを確認する手順と、上記認証ヘッダが正当であり且つ上記フレームの終点端末識別子が当該端末の端末識別子である場合上記フレームの始点端末識別子を含む上記鍵管理リストを上記鍵管理リストテーブルから検索して対応する上記ユニキャスト暗号鍵を抽出する手順と、上記抽出されたユニキャスト暗号鍵により上記フレームのペイロードを復号する手順とを具備する。これにより、始点端末と終点端末との間で定められたユニキャスト暗号鍵によりペイロードを暗号化して、中間の端末に対してペイロードの秘匿性を担保するという作用をもたらす。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムのネットワーク構成例である。この例では、端末Ａ、端末Ｂ、端末Ｃおよび端末Ｄの４つの端末が無線アドホック通信システムのネットワークを構成している。端末Ａ（３００）からの電波が到達する通信範囲３０１は、端末Ａを中心とする点線により表される。他の端末の通信範囲も同様に表される。この図１の例では、端末Ａは端末Ｂと通信可能であり、端末Ｂは端末Ａおよび端末Ｃと通信可能であり、端末Ｃは端末Ｂおよび端末Ｄと通信可能であり、端末Ｄは端末Ｃと通信可能であることが示されている。従って、例えば端末Ａは端末Ｃや端末Ｄと直接通信を行うことができず、これら端末ＣおよびＤと通信を行うためには、まず端末Ｂを介してマルチホップによるフレーム配送を行う必要がある。
【００３１】
このような端末を介したフレーム配送を行うためには、認証された正当な端末からフレームを受信したことを確認する必要がある。この処理をフレーム送信元認証という。また、フレームが端末間で配送されると、その経路上でフレームの内容が第三者に傍受されるおそれが生じる。従って、重要な情報の送受やプライベートなやりとりが第三者に傍受されないよう秘匿性を保つ必要が生じる。そこで、本発明の実施の形態では、以下に説明するように、認証ヘッダ鍵を用いたフレーム送信元認証を行うとともに、ユニキャスト暗号鍵を用いた暗号化処理を行う。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態におけるフレーム送信元認証および暗号化処理の概要を説明するための図である。フレーム送信の始点である端末Ａは、端末Ｄを終点とするフレームを送信する際、フレーム８００のペイロード部８０２を端末Ｄとの間のユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）により暗号化する。また、端末Ａは、次の送信先である端末Ｂとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）により認証ヘッダ８０９を生成してフレーム８００に付する。
【００３３】
フレームを受信した端末Ｂは、認証ヘッダ８０９が正当であるか否かを端末Ａとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を用いて確認する。認証ヘッダ８０９が正当であることが確認されると、端末Ｂは次の送信先である端末Ｃとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＢＣ）により認証ヘッダ８０９を生成してフレームに付する。その際、暗号化されたペイロード部８０２はそのまま送信される。一方、認証ヘッダ８０９が正当でない場合には、そのフレームは次の送信先に配送されることなく破棄される。
【００３４】
同様に、フレームを受信した端末Ｃは、認証ヘッダ８０９が正当であるか否かを端末Ｂとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＢＣ）を用いて確認する。認証ヘッダ８０９が正当であることが確認されると、端末Ｃは次の送信先である端末Ｄとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＣＤ）により認証ヘッダ８０９を生成してフレームに付する。その際、暗号化されたペイロード部８０２はそのまま送信される。一方、認証ヘッダ８０９が正当でない場合には、そのフレームは次の送信先に配送されることなく破棄される。
【００３５】
フレームを受信した端末Ｄは、認証ヘッダ８０９が正当であるか否かを端末Ｃとの間の認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＣＤ）を用いて確認する。認証ヘッダ８０９が正当であることが確認されると、端末Ｄはペイロード部８０２を端末Ａとの間のユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）により復号してその内容を読み出す。一方、認証ヘッダ８０９が正当でない場合には、そのフレームは復号されることなく破棄される。
【００３６】
図３は、本発明の実施の形態における認証ヘッダ付フレーム８００の構成を示す図である。フレーム８００は、ヘッダ部８０１と、ペイロード部８０２とから構成される。ペイロード部８０２には通信の内容であるデータが格納される。このペイロード部８０２が、ユニキャスト暗号鍵による暗号化および復号化の対象となる。
【００３７】
ヘッダ部８０１は、始点端末識別子８０３と、終点端末識別子８０４と、送信端末識別子８０５と、受信端末識別子８０６と、フレーム種別８０７と、シーケンス番号８０８と、認証ヘッダ８０９とを含む。始点端末識別子８０３は、このフレームを最初に発信した端末の端末識別子である。なお、端末識別子は、ネットワーク内において端末を一意に識別するものであればよく、例えば、イーサネット（登録商標）におけるＭＡＣアドレス等を用いることができる。終点端末識別子８０４は、このフレームの最終宛先の端末の端末識別子である。
【００３８】
送信端末識別子８０５および受信端末識別子８０６は、フレームを中継する際に用いられる。無線アドホック通信システムにおいては、ネットワーク内の全ての端末が直接通信できるとは限らず、電波の届かない端末へフレームを送信したい場合には他の端末を介してマルチホップにより通信経路を確立しなければならない。この場合にフレームの送受信を行う端末間で使用されるのが送信端末識別子８０５および受信端末識別子８０６である。フレーム種別８０７は、フレームの種別を示すものである。シーケンス番号８０８は、フレーム毎に付される一連の順序を表す番号である。
【００３９】
認証ヘッダ８０９は、フレーム送信元認証を行うための認証データである。送信端末と受信端末との間で認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ：Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｈｅａｄｅｒ Ｋｅｙ）を予め定めておき、送信端末において送信フレームの所定領域と認証ヘッダ鍵とを合わせてハッシュした鍵付ハッシュ値を生成して認証ヘッダ８０９として付する。受信端末では、受信フレームの所定領域と認証ヘッダ鍵とを合わせてハッシュした鍵付ハッシュ値を生成して認証ヘッダ８０９と比較する。この比較の結果、両者が一致すれば、受信フレームは送信端末から送信されたものであることが確認される。
【００４０】
ハッシュの対象となるフレームの所定領域としては、ヘッダ部８０１の一部を使用することが考えられる。例えば、送信端末識別子８０５およびシーケンス番号８０８の組合せ等を使用することが考えられる。シーケンス番号８０８を組み合わせることにより、いわゆるリプレイ攻撃を防止することができる。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態における認証ヘッダを生成する処理の一例を示す流れ図である。上述のハッシュの対象となるフレームの所定領域は、ここではＴＥＸＴとして表される。また、認証ヘッダ鍵は、所定のＢバイト（例えば、６４バイト）長になるよう正規化がされた認証ヘッダ鍵ＺＡＨＫが使用される。例えば、所定のＢバイトよりも長ければハッシュされる必要があり、また、所定のＢバイトよりも短ければゼロが追加される必要がある。なお、ここで用いられるハッシュ関数としては、例えば、ＭＤ５（Ｍｅｓｓａｇｅ Ｄｉｇｅｓｔ ＃５）が考えられる。このＭＤ５を用いた鍵付ハッシュ関数は、ＨＭＡＣ−ＭＤ５（Ｈａｓｈ−ｂａｓｅｄ Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ： Ｋｅｙｅｄ ＭＤ５）とよばれる。
【００４２】
まず、認証ヘッダ鍵ＺＡＨＫと固定文字列ｉｐａｄとの間で排他的論理和が生成される（ステップＳ９９２）。この生成された値をＩとする。ここで、固定文字列ｉｐａｄは、例えば、バイト値０ｘ３６（ビット列'００１１０１１０'）をＢバイト分繰り返したものである。そして、この生成された値Ｉにフレームの所定領域ＴＥＸＴが追加されて値ＩＴとなる（ステップＳ９９３）。この値ＩＴにハッシュ関数が適用されて第１のハッシュ値ＩＴＨが生成される（ステップＳ９９４）。
【００４３】
また、認証ヘッダ鍵ＺＡＨＫと固定文字列ｏｐａｄとの間で排他的論理和が生成される（ステップＳ９９５）。この生成された値をＯとする。ここで、固定文字列ｏｐａｄは、例えば、バイト値０ｘ５ｃ（ビット列'０１０１１１００'）をＢバイト分繰り返したものである。そして、この生成された値Ｏに第１のハッシュ値ＩＴＨが追加されて値ＯＩＴＨとなる（ステップＳ９９６）。この値ＯＩＴＨにハッシュ関数が適用されて第２のハッシュ値として認証ヘッダＡＨが生成される（ステップＳ９９７）。
【００４４】
なお、この図４の手順は、フレーム送信端末において認証ヘッダを付する際に使用されるだけでなく、フレームに付された認証ヘッダが正当であるか否かをフレーム受信端末において確認する際にも使用される。すなわち、フレーム受信端末において上述の第２のハッシュ値を生成して、それがフレームに付された認証ヘッダと一致すればその認証ヘッダは正当であることが確認される。
【００４５】
図５は、本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムにおいて使用される無線端末３００の構成例を示す図である。無線端末３００は、通信処理部３２０と、制御部３３０と、表示部３４０と、操作部３５０と、スピーカ３６０と、マイク３７０と、メモリ６００とを備え、これらの間をバス３８０が接続する構成となっている。また、通信処理部３２０にはアンテナ３１０が接続されている。通信処理部３２０は、アンテナ３１０を介して受信した信号からネットワークインターフェース層（データリンク層）のフレームを構成する。また、通信処理部３２０は、ネットワークインターフェース層のフレームをアンテナ３１０を介して送信する。
【００４６】
制御部３３０は、無線端末３００全体を制御する。例えば、通信処理部３２０により構成されたフレームを参照して所定の処理を行う。また、制御部３３０は、タイマ３３５を有し、所定のイベントからの経過時間を計時する。表示部３４０は、所定の情報を表示するものであり、例えば、液晶ディスプレイ等が用いられ得る。操作部３５０は、無線端末３００に対して外部から操作指示を行うためのものであり、例えば、キーボードやボタンスイッチ等が用いられ得る。スピーカ３６０は、音声を出力するものであり、無線端末３００の利用者に対して注意を喚起したり他の端末と音声情報のやりとりを行うために用いられる。マイク３７０は、無線端末３００に対して外部から音声入力を行うものであり、他の端末と音声情報のやりとりを行ったり操作指示を行うために用いられる。
【００４７】
メモリ６００は、無線端末３００自身の生成鍵に関する情報として自端末の公開鍵および秘密鍵や公開鍵証明書等を保持する生成鍵テーブル６５０と、他の端末との間のユニキャスト暗号鍵および認証ヘッダ鍵を保持する鍵管理リストテーブル６７０と、終点端末にフレームを到達させるための転送先端末に関する情報を保持する経路テーブル６８０と、ネットワークを形成する端末のうち直接通信可能な端末に関する情報を保持する近隣端末リストテーブル６９０とを格納する。
【００４８】
図６は、本発明の実施の形態における鍵管理リストテーブル６７０の構成例である。この鍵管理リストテーブル６７０は、暗号化ならびに復号化に用いられるユニキャスト鍵および認証ヘッダ生成に用いられる認証ヘッダ鍵を保持するものであり、他の端末の端末識別子６７１に対応して当該他の端末との間のユニキャスト暗号鍵６７２および認証ヘッダ鍵６７３を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する。
【００４９】
端末識別子６７１は、上述の通り他の端末を一意に識別するものであり、一例としてＭＡＣアドレス等を用いることができる。ユニキャスト暗号鍵６７２は、対応する端末識別子６７１を有する端末との間のユニキャスト通信のために定められた共通鍵である。このユニキャスト暗号鍵６７２を表すために、例えば、端末Ａと端末Ｂとの間で使用されるユニキャスト暗号鍵を「ＵＫ＿ＡＢ」等と表記する。
【００５０】
なお、このユニキャスト暗号鍵に用いられる共通鍵アルゴリズムとしては、５６ビットの鍵の長さを有するＤＥＳ（Ｄａｔａ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）、１２８ビット、１９２ビットおよび２５６ビットの３通りの鍵の長さを有するＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）等が知られている。
【００５１】
認証ヘッダ鍵６７３は、認証ヘッダを生成するために使用される共有秘密鍵である。認証ヘッダ鍵６７３は、フレームの所定領域と共にハッシュされ、間に割り込もうとする組織が認証ヘッダを複製することを不可能にする。この認証ヘッダ鍵６７３は、できるだけ頻繁に変更されるべきである。この認証ヘッダ鍵６７３は、無作為に選ばれるか、ランダムな種を与えた暗号的に強い擬似乱数発生器を使用して生成される。
【００５２】
図７は、本発明の実施の形態における経路テーブル６８０の構成例である。この経路テーブル６８０は、終点端末にフレームを到達させるための転送先端末に関する情報を保持するものであり、終点端末の端末識別子６８１に対応してフレームの転送先端末の端末識別子６８２および有効時間６８３を保持する経路リストを少なくとも一つ有する。
【００５３】
終点端末識別子６８１および転送先端末識別子６８２における端末識別子は、上述の通り他の端末を一意に識別するものである。ある端末に最終的にフレームを配送するために、次にどの端末にフレームを転送すべきであるかを示している。図７の例は図１のネットワーク構成例を想定したものであり、端末Ａから何れの端末にフレームを配送する場合であっても、まずは端末Ｂにフレームを転送することになる。
【００５４】
無線アドホック通信システムにおいては、ネットワーク構成が時々刻々と変化する可能性がある。従って、経路テーブル６８０に保持される情報も古くなる可能性がある。そこで、有効時間６８３によって、対応する情報の鮮度を管理する。例えば、情報更新時もしくは情報更新からの経過時間を有効時間６８３に記録していくことにより、所定時間以上経過した情報を削除もしくは更新することが考えられる。これらの時間を計時するために制御部３３０のタイマ３３５が使用される。
【００５５】
図８は、本発明の実施の形態における近隣端末リストテーブル６９０の構成例である。この近隣端末リストテーブル６９０は、無線アドホック通信システムにおいてネットワークを形成する端末のうち直接通信可能な近隣端末に関する情報を保持するものであり、近隣端末の端末識別子６９１に対応して有効時間６９２を保持する近隣端末リストを少なくとも一つ有する。
【００５６】
近隣端末識別子６９１は、近隣端末を一意に識別するものである。例えば、各端末が自己の存在を示すビーコンを定期的に発生するものとして、ビーコンを受信した端末は、そのビーコンに含まれる送信端末識別子８０５（図３）によってビーコン送信端末の端末識別子を知ることができる。そこで、ビーコン受信端末は、このようにして取得したビーコン送信端末の端末識別子を近隣端末リストテーブル６９０の近隣端末識別子６９１に保持する。なお、本発明の実施の形態において、ビーコンは、標識信号としてのビーコン情報のみを含む信号だけではなく、ビーコン情報に何らかのデータ情報が付加された信号をも含む。
【００５７】
無線アドホック通信システムにおいては、ネットワーク構成が時々刻々と変化する可能性がある。それまで存在していた近隣端末が通信範囲外へ移動する場合やネットワークから離脱する場合もある。そこで、有効時間６９２によって、対応する近隣端末の認証状態を管理する。例えば、ビーコン受信時もしくはビーコン受信からの経過時間を有効時間６９２に記録していくことにより、所定時間以上経過した近隣端末はネットワークから離脱したものと判断することが考えられる。このビーコン受信からの経過時間を計時するために制御部３３０のタイマ３３５が使用される。
【００５８】
次に本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムの動作について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態では、端末がネットワーク資源に接続する際に端末間で相互認証を行っていることを想定する。そして、相互認証に続く以下の鍵配布シーケンスにより認証ヘッダ鍵（図９）やユニキャスト暗号鍵（図１０）を共有する。これら図９および図１０における各処理は、無線端末３００における制御部３３０により実現される。
【００５９】
図９は、本発明の実施の形態における認証ヘッダ鍵配布の手順を示す図である。この図９の例では端末Ａ（１００）および端末Ｂ（２００）のうち、端末Ａが認証ヘッダ鍵を生成しているが、これは何れの端末が生成しても構わない。例えば、端末識別子の大小により決定するようにしてもよい。
【００６０】
まず、端末Ａは、認証ヘッダ鍵を配布するために必要な公開鍵を保持しているか否かを判断する。もし、端末Ｂの公開鍵を有していない場合には、端末Ｂに対して公開鍵を要求する公開鍵要求メッセージ１３１２を送信する（１３１）。この公開鍵要求メッセージ１３１２は、図３で説明した構成のフレームを用いることができるが、この時点ではまだ認証ヘッダを付することはできない。
【００６１】
公開鍵要求メッセージ１３１２を受信した端末Ｂは、生成鍵テーブル６５０（図５）に保持された端末Ｂの公開鍵（ＰＫ＿Ｂ）を公開鍵配布メッセージ２３２１により端末Ａに送信する（２３２）。この公開鍵要求メッセージ２３２１も、図３で説明したフレーム構成を用いることができる。公開鍵配布メッセージ２３２１を受信した端末Ａは、端末Ｂの公開鍵（ＰＫ＿Ｂ）を取り出す。
【００６２】
また、端末Ａは、認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を生成する（１３３）。認証ヘッダ鍵は、上述のように、無作為もしくは乱数により生成される。また、この認証ヘッダ鍵は、適宜変更されるべきものである。端末Ａは、生成した認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を端末Ｂの公開鍵（ＰＫ＿Ｂ）により暗号化して認証ヘッダ鍵配布メッセージ１３４２として端末Ｂに送信する（１３４）。認証ヘッダ鍵配布メッセージ１３４２を受信した端末Ｂは、端末Ｂ自身の秘密鍵により認証ヘッダ鍵を復号する（２３４）。
【００６３】
端末Ａおよび端末Ｂは、このようにして取得した認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を、自端末の鍵管理リストテーブル６７０（図６）に設定する（１３５、２３５）。すなわち、端末Ａは端末識別子６７１として端末Ｂを有する鍵管理リストの認証ヘッダ鍵６７３欄に認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を設定し、端末Ｂは端末識別子６７１として端末Ａを有する鍵管理リストの認証ヘッダ鍵６７３欄に認証ヘッダ鍵（ＡＨＫ＿ＡＢ）を設定する。このようにして、無線アドホック通信システムのネットワークを構成する各端末は、隣接端末との間で認証ヘッダ鍵を共有する。
【００６４】
図１０は、本発明の実施の形態におけるユニキャスト暗号鍵配布の手順を示す図である。このユニキャスト暗号鍵は予め配布しておいてもよいが、実際に通信を行う際に配布するようにしてもよい。この図１０の例では端末Ａ（１００）および端末Ｄ（４００）のうち、端末Ａがユニキャスト暗号鍵を生成しているが、これは何れの端末が生成しても構わない。例えば、端末識別子の大小により決定するようにしてもよい。
【００６５】
まず、端末Ａは、ユニキャスト暗号鍵を配布するために必要な公開鍵を保持しているか否かを判断する。もし、端末Ｄの公開鍵を有していない場合には、端末Ｄに対して公開鍵を要求する公開鍵要求メッセージ１４１４を送信する（１４１）。この公開鍵要求メッセージ１４１４は、図３で説明した構成のフレームを用いることができる。
【００６６】
公開鍵要求メッセージ１４１４を受信した端末Ｄは、生成鍵テーブル６５０（図５）に保持された端末Ｄの公開鍵（ＰＫ＿Ｄ）を公開鍵配布メッセージ４４２１により端末Ａに送信する（４４２）。この公開鍵要求メッセージ４４２１も、図３で説明したフレーム構成を用いることができる。公開鍵配布メッセージ４４２１を受信した端末Ａは、端末Ｄの公開鍵（ＰＫ＿Ｄ）を取り出す。
【００６７】
また、端末Ａは、ユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を生成する（１４３）。ユニキャスト暗号鍵は、無作為もしくは乱数により生成される。端末Ａは、生成したユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を端末Ｄの公開鍵（ＰＫ＿Ｄ）により暗号化してユニキャスト暗号鍵配布メッセージ１４４４として端末Ｄに送信する（１４４）。ユニキャスト暗号鍵配布メッセージ１４４４を受信した端末Ｄは、端末Ｄ自身の秘密鍵によりユニキャスト暗号鍵を復号する（４４４）。
【００６８】
端末Ａおよび端末Ｄは、このようにして取得したユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を、自端末の鍵管理リストテーブル６７０（図６）に設定する（１４５、２４５）。すなわち、端末Ａは端末識別子６７１として端末Ｄを有する鍵管理リストのユニキャスト暗号鍵６７２欄にユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を設定し、端末Ｄは端末識別子６７１として端末Ａを有する鍵管理リストのユニキャスト暗号鍵６７２欄にユニキャスト暗号鍵（ＵＫ＿ＡＤ）を設定する。
【００６９】
次に本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムの各端末におけるフレーム送受信処理について図面を参照して説明する。
【００７０】
図１１は、本発明の実施の形態におけるフレーム送信の際の処理を示す図である。自端末を始点とするフレームを送信する場合には、始点端末識別子８０３が自端末の端末識別子となるので（ステップＳ９５１）、終点端末との間で定められたユニキャスト暗号鍵によりペイロード部８０２を暗号化する（ステップＳ９５２）。このユニキャスト暗号鍵は、終点端末識別子８０４と一致する端末識別子６７１に対応するユニキャスト暗号鍵６７２を図６の鍵管理リストテーブル６７０から抽出することにより得られる。他の端末からのフレームを中継する場合には、始点端末識別子８０３は自端末の端末識別子と異なるので、ペイロード部８０２には何も加工を施さない（ステップＳ９５１）。
【００７１】
そして、受信端末との間の認証ヘッダ鍵により認証ヘッダが生成され、フレーム８００の認証ヘッダ８０９（図３）に付される（ステップＳ９５３）。この認証ヘッダ鍵は、受信端末識別子８０６（図３）と一致する端末識別子６７１に対応する認証ヘッダ鍵６７３を図６の鍵管理リストテーブル６７０から抽出することにより得られる。その後、認証ヘッダが付されたフレームは下位層に送出される（ステップＳ９５４）。
【００７２】
図１２は、本発明の実施の形態におけるフレーム受信の際の処理を示す図である。認証ヘッダ付フレームを受信した端末は、送信端末との間の認証ヘッダ鍵を抽出して（ステップＳ９６１）、この認証ヘッダ鍵を用いてフレームに付された認証ヘッダ８０９が正当であるか否かを確認する（ステップＳ９６２）。この認証ヘッダ鍵は、送信端末識別子８０５（図３）と一致する端末識別子６７１に対応する認証ヘッダ鍵６７３を図６の鍵管理リストテーブル６７０から抽出することにより得られる。認証ヘッダが正当でなければ（ステップＳ９６２）、当該フレームは破棄される（ステップＳ９６３）。
【００７３】
認証ヘッダが正当であり（ステップＳ９６２）、終点端末識別子が自端末の端末識別子であれば（ステップＳ９６４）、始点端末識別子８０３（図３）と一致する端末識別子６７１に対応するユニキャスト暗号鍵６７２を図６の鍵管理リストテーブル６７０から抽出して、そのユニキャスト暗号鍵によりペイロード部８０２を復号する（ステップＳ９６５）。復号されたフレームは上位層において処理される（ステップＳ９６６）。
【００７４】
一方、認証ヘッダが正当であり（ステップＳ９６２）、終点端末識別子が自端末の端末識別子でなければ（ステップＳ９６４）、そのフレームは次点の端末へ転送される（ステップＳ９６７）。次点の端末は、フレーム８００の終点端末識別子８０４（図３）と一致する終点端末識別子６８１を経路テーブル６８０（図７）から抽出して、対応する転送先端末識別子６８２を参照することにより知ることができる。
【００７５】
次に本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムのネットワークから端末が離脱する際の処理について説明する。
【００７６】
各端末は、近隣端末リストテーブル６９０に保持された端末識別子を有する端末との間で通信を行うことにより、無線アドホック通信システムのネットワークを構成する。ある端末がネットワークから離脱する場合としては、その端末が明示的に離脱を宣言することにより脱退する場合や、端末の物理的位置が変動したり電源が切断したことによる通信のタイムアウト等により非明示的に脱退する場合が考えられる。
【００７７】
端末が明示的に離脱する場合は、例えば、離脱しようとする端末が離脱要求メッセージを近隣端末に送信することにより離脱を宣言することにより生じ得る。この離脱要求メッセージのフレーム構成は、図３と同様であり、適切な認証ヘッダおよび暗号化処理がなされる。従って、悪意のある端末がなりすまして離脱要求メッセージを送信することはできない。離脱要求メッセージを受信した端末は、その送信元端末に対して離脱応答メッセージを返信する。これにより、端末が明示的に離脱される。
【００７８】
端末が非明示的に離脱する場合は、例えば、ある端末の存在を近隣端末が確認できなくなったことにより生じ得る。各端末は、定期的にビーコンを送信しており、近隣端末からのビーコンを受信すると近隣端末リストテーブル６９０を更新する。例えば、端末の移動等により近隣端末との物理的な距離が広がって電波到達範囲（通信範囲）より外に出てしまった場合や、バッテリー切れ等の突発的な電源切断等により相手端末との通信を行うことができなくった場合には、ビーコンを受信することができなくなり、近隣端末リストテーブル６９０の更新が行われなくなる。近隣端末リストテーブル６９０の更新が所定時間以上行われなくなった近隣端末については認証関係をリセットし、未認証状態にする。これにより、端末が非明示的に離脱される。
【００７９】
図１３は、端末が明示的に離脱する際の手順を示す図である。端末Ａは、ネットワークから離脱する場合には、離脱要求メッセージ１５１２を送信する（１５１）。この離脱要求メッセージ１５１２のフレーム構成は図３の通りであり、近隣端末である端末Ｂを受信端末識別子８０６および終点端末識別子８０４とする。端末Ｂは、この離脱要求メッセージ１５１２を受信すると（２５１）、端末Ａに対して離脱応答メッセージ２５２１を送信する（２５２）。この離脱応答メッセージ２５２１も図３の通りであり、端末Ａを受信端末識別子８０６および終点端末識別子８０４とする。端末Ａは、この離脱応答メッセージ２５２１を受信（１５２）することにより、離脱要求が受領されたことを確認する。
【００８０】
図１４は、離脱要求メッセージを受信した端末、もしくは、非明示的な離脱を検出した端末が行う動作を示す図である。離脱要求メッセージを受信し、もしくは、非明示的な離脱を検出すると、近隣端末リストテーブル６９０を参照して、離脱端末以外に端末が存在すれば（ステップＳ９７１）、端末脱退メッセージをブロードキャストする（ステップＳ９７２）。この端末脱退メッセージのフレーム構成は図３の通りであり、受信端末識別子８０６に近隣端末の端末識別子が設定され、終点端末識別子８０４にはブロードキャストアドレスが設定される。また、ペイロード部８０２には脱退する端末の端末識別子が含まれる。
【００８１】
そして、鍵管理リストテーブル６７０の端末識別子６７１において離脱端末の端末識別子を有する鍵管理リストを抽出し、該当する鍵管理リストを削除する（ステップＳ９７３）。これにより、当該端末との間で認証ヘッダを交換することができなくなり、また、暗号化されたフレームを交換することもできなくなる。従って、一旦離脱した端末が再度接続しようとしてもそのままの状態では接続することはできない。
【００８２】
図１５は、離脱脱退メッセージを受信した端末が行う動作を示す図である。離脱脱退メッセージを受信すると、予め保持していたブロードキャスト暗号鍵によりその離脱脱退メッセージを復号して（ステップＳ９８１）、ペイロード部８０２から脱退する端末の端末識別子を取り出す。そして、鍵管理リストテーブル６７０の端末識別子６７１において離脱端末の端末識別子を有する鍵管理リストを抽出し（ステップＳ９８２）、該当する鍵管理リストを削除する（ステップＳ９８３）。これにより、離脱端末は、ネットワーク上の何れの端末との間でも認証ヘッダを交換することができなくなり、また、暗号化されたフレームを交換することもできなくなる。従って、一旦離脱した端末が再度接続しようとしてもそのままの状態ではその接続を受け付けることはできない。
【００８３】
このように、本発明の実施の形態によれば、送信端末においてフレーム８００のヘッダ部８０１に認証ヘッダ鍵を用いて生成した認証ヘッダ８０９を付しておき、受信端末において認証ヘッダ鍵を用いて認証ヘッダ８０９の正当性を確認することにより、そのフレーム８００が認証された正当な端末から送信されたものであることを確認することができる。また、これにより、不要な通信を回避することができ、無線資源の浪費を未然に防止することができる。
【００８４】
なお、ここでは本発明の実施の形態を例示したものであり、本発明はこれに限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。
【００８５】
また、ここで説明した処理手順はこれら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、これら一連の手順をコンピュータ（端末）に実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によると、無線アドホック通信システムにおいて、配送にかかわる端末間でフレーム送信元認証を行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムのネットワーク構成例である。
【図２】本発明の実施の形態におけるフレーム送信元認証および暗号化処理の概要を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態における認証ヘッダ付フレーム８００の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における認証ヘッダを生成する処理の一例を示す流れ図である。
【図５】本発明の実施の形態における無線アドホック通信システムにおいて使用される無線端末３００の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における鍵管理リストテーブル６７０の構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における経路テーブル６８０の構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における近隣端末リストテーブル６９０の構成例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における認証ヘッダ鍵配布の手順を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるユニキャスト暗号鍵配布の手順を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態におけるフレーム送信の際の処理を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態におけるフレーム受信の際の処理を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態において端末が明示的に離脱する際の手順を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態における離脱要求メッセージを受信した端末、もしくは、非明示的な離脱を検出した端末が行う動作を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態における離脱脱退メッセージを受信した端末が行う動作を示す図である。
【符号の説明】
３００ 無線端末
３０１ 通信範囲
３１０ アンテナ
３２０ 通信処理部
３３０ 制御部
３３５ タイマ
３４０ 表示部
３５０ 操作部
３６０ スピーカ
３７０ マイク
３８０ バス
６００ メモリ
６５０ 生成鍵テーブル
６７０ 鍵管理リストテーブル
６７１ 端末識別子
６７２ ユニキャスト暗号鍵
６７３ 認証ヘッダ鍵
６８０ 経路テーブル
６８１ 終点端末識別子
６８２ 転送先端末識別子
６８３ 有効時間
６９０ 近隣端末リストテーブル
６９１ 近隣端末識別子
６９２ 有効時間
８００ 認証ヘッダ付フレーム
８０１ ヘッダ部
８０２ ペイロード部
８０３ 始点端末識別子
８０４ 終点端末識別子
８０５ 送信端末識別子
８０６ 受信端末識別子
８０７ フレーム種別
８０８ シーケンス番号
８０９ 認証ヘッダ
Claims (4)
- 複数の端末により構成される無線アドホック通信システムであって、
第１のフレームのペイロードを暗号化して第１の認証ヘッダを付して当該第１のフレームを送信する第１の端末と、
前記第１のフレームを受信して前記第１の認証ヘッダが正当であることを確認すると前記暗号化されたペイロードを含む第２のフレームに第２の認証ヘッダを付して当該第２のフレームを送信する第２の端末と、
前記第２のフレームを受信して前記第２の認証ヘッダが正当であることを確認すると前記暗号化されたペイロードを復号する第３の端末とを具備し、
前記第１の端末は、前記第３の端末との間の暗号鍵を用いて前記ペイロードを暗号化し、前記第２の端末との間の第１の認証ヘッダ鍵を用いて前記第１の認証ヘッダを生成するものであり、
前記第２の端末は、前記第１の認証ヘッダ鍵を用いて前記第１の認証ヘッダが正当であることを確認し、前記第３の端末との間の第２の認証ヘッダ鍵を用いて前記第２の認証ヘッダを生成するものであり、
前記第３の端末は、前記第２の認証ヘッダ鍵を用いて前記第２の認証ヘッダが正当であることを確認し、前記第１の端末との間の前記暗号鍵を用いて前記ペイロードを復号するものである
ことを特徴とする無線アドホック通信システム。 - 他の端末の端末識別子に対応して前記他の端末との間の認証ヘッダ鍵およびユニキャスト暗号鍵を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する鍵管理リストテーブルと、
受信したフレームの送信端末識別子を含む前記鍵管理リストを前記鍵管理リストテーブルから検索して対応する前記認証ヘッダ鍵を抽出する手段と、
抽出された前記認証ヘッダ鍵により前記フレームの認証ヘッダが正当であるか否かを確認する手段と、
前記認証ヘッダが正当であり且つ前記フレームの終点端末識別子が当該端末の端末識別子である場合前記フレームの始点端末識別子を含む前記鍵管理リストを前記鍵管理リストテーブルから検索して対応する前記ユニキャスト暗号鍵を抽出する手段と、
前記抽出されたユニキャスト暗号鍵により前記フレームのペイロードを復号する手段と
を具備することを特徴とする端末。 - 他の端末の端末識別子に対応して前記他の端末との間の認証ヘッダ鍵およびユニキャスト暗号鍵を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する鍵管理リストテーブルと、
送信しようとするフレームの受信端末識別子を含む前記鍵管理リストを前記鍵管理リストテーブルから検索して対応する前記認証ヘッダ鍵により認証ヘッダを生成して前記フレームに付する手段と、
前記フレームの終点端末識別子を含む前記鍵管理リストを前記鍵管理リストテーブルから検索して対応する前記ユニキャスト暗号鍵により前記フレームのペイロードを暗号化する手段と、
前記フレームを送信する手段と
を具備することを特徴とする端末。 - 他の端末の端末識別子に対応して前記他の端末との間の認証ヘッダ鍵およびユニキャスト暗号鍵を保持する鍵管理リストを少なくとも一つ有する鍵管理リストテーブルを備える端末において、
受信したフレームの送信端末識別子を含む前記鍵管理リストを前記鍵管理リストテーブルから検索して対応する前記認証ヘッダ鍵を抽出する手順と、
抽出された前記認証ヘッダ鍵により前記フレームの認証ヘッダが正当であるか否かを確認する手順と、
前記認証ヘッダが正当であり且つ前記フレームの終点端末識別子が当該端末の端末識別子である場合前記フレームの始点端末識別子を含む前記鍵管理リストを前記鍵管理リストテーブルから検索して対応する前記ユニキャスト暗号鍵を抽出する手順と、
前記抽出されたユニキャスト暗号鍵により前記フレームのペイロードを復号する手順と
を具備することを特徴とする暗号化方法。
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