通信システム、通信装置、通信方法及びプログラム
【課題】限られたリソースの下、より少ない通信データで、データの改ざんの検知を可能とし安全に通信を行うこと。
【解決手段】第一通信装置と第二通信装置とが通信する通信システムであって、第一通信装置は、認証の度に異なる共有認証情報を第二通信装置との間で交換するとともに、共有認証情報から送信側認証情報を生成して第二通信装置へ送信し、共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成する。第一通信装置は、第二通信装置に対してデータを送信する際に、メッセージ認証情報とともに送信する。第二通信装置は、送信側セキュリティ初期化情報と同様の処理で得られた受信側セキュリティ初期化情報と、受信されたデータ及びメッセージ認証情報とに基づいて、データの改ざんの有無を判定する。
【解決手段】第一通信装置と第二通信装置とが通信する通信システムであって、第一通信装置は、認証の度に異なる共有認証情報を第二通信装置との間で交換するとともに、共有認証情報から送信側認証情報を生成して第二通信装置へ送信し、共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成する。第一通信装置は、第二通信装置に対してデータを送信する際に、メッセージ認証情報とともに送信する。第二通信装置は、送信側セキュリティ初期化情報と同様の処理で得られた受信側セキュリティ初期化情報と、受信されたデータ及びメッセージ認証情報とに基づいて、データの改ざんの有無を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム、通信装置、通信方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無数に配置された無線端末から様々な情報を無線で送信し、その無線を複数の基地局で受信して収集するネットワークが提案されている。このようなネットワークでは、収集された情報に応じて各無線端末へ制御信号が送信されることもある。例えば、様々な種類のセンサーや家電機器などの装置に無線端末が設置され、各無線端末は各装置の状況や状態を表す情報を送信する。
【０００３】
これらの無線端末から送信される情報のデータ量は、非常に小さい。また、情報が送信される頻度は非常に低い。コスト低減のため、広帯域の通信網を用いて上記ネットワークを構築せず、一般的にはコスト低減が図りやすい狭帯域の通信網を用いて構築される。例えば、一つの無線チャネル当たり最大９６００ｂｐｓ（Bits Per Second）の通信帯域を一定時間毎に分割して半二重通信方式で数万台の無線端末で共有する。また、コスト低減のため、無線端末にはデータ記憶能力（メモリ容量、揮発性か否か、電池寿命など）、鍵更新能力、演算処理能力が乏しい装置を用いて上記ネットワークが構築される。
【０００４】
一方、非特許文献１には、通信装置間で送受信するデータを、ＣＣＭＰ（counter mode with cipher block chaining/message authentication code protocol）を用いてメッセージ認証することが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】服部武、藤岡雅宣編著，「ワイヤレスブロードバンド教科書 改訂三版（高速ＩＰワイヤレス編）」，インプレスＲ＆Ｄ，２００８年，ｐ．３３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように構築されたネットワークでは、収容される無線端末の台数が非常に多い。そのため、一台の無線端末によって送信されるデータ量のわずかな増減が、複数台の端末で構成されるネットワーク全体では非常に大きな問題となってしまう。
上記のネットワークでは、無線端末から基地局への通信、あるいは、基地局から無線端末への通信のそれぞれの片方向通信を前提としているため、双方向通信のように複数回の送受信データを用いてセキュリティ機能を構成することは難しい。
片方向通信において、ＣＣＭＰを適用する事で独立した暗号化通信を行う事が可能となるが、十分なセキュリティ強度を保つために十分な長さのカウンタ情報を送信情報に付加する必要があるため、その付加情報により送信データ帯域が圧迫される。
また、一般的に複数回の送受信データを用いたセキュリティ機能を構成する場合には、暗号化と復号の処理のため端末の演算処理能力が消費され、その無線端末のメモリ容量やデータ処理速度の低下を引き起こす。さらに、安全性を確保するために鍵更新を行うには、鍵更新のための安全な領域確保や処理機能が必要となる。このように、セキュリティ用のデータ領域確保のために、各端末能力の高機能化を行うと、コスト増加の要因となる。
なお、このような課題は、通信端末が無線通信を行う場合に限ったものではなく、有線通信においても発生する場合がある。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、片方向通信において、限られたリソースの下、より少ない通信データで、データの改ざんの検知を可能とし安全に通信を行うことができる通信システム、通信装置、通信方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、第一通信装置と第二通信装置とが、認証情報を生成するために共有する共有認証情報を用いて通信する通信システムであって、前記第一通信装置は、認証の度に異なる前記共有認証情報を前記第二通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信する送信側認証部と、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与部と、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記第二通信装置に送信するデータ送信部と、を備え、前記第二通信装置は、前記第一通信装置との間で前記共有認証情報を交換するとともに、前記第一通信装置から送信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記送信側認証情報を認証する受信側認証部と、前記第一通信装置から前記メッセージ認証情報が付与されたデータを受信する受信処理部と、前記受信側認証部において認証が成功したときに生成された前記共有認証情報に前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報を保存しておくセキュリティ初期化情報保持部と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と前記セキュリティ初期化情報保持部に保存された前記受信側セキュリティ初期化情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査部と、を備え、前記受信側認証部は、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信し、前記送信側認証部は、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記受信側認証情報を認証する、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記第一通信装置は、送信するデータそれぞれにシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部をさらに備え、前記メッセージ認証情報付与部は、送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、前記シーケンス番号と、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データ送信部は、前記データに、前記シーケンス番号付与部が前記データに付与した前記シーケンス番号を付加して前記第二通信装置に送信し、前記認証情報検査部は、前記受信側セキュリティ初期化情報と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、前記シーケンス番号とに基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記第一通信装置は、メッセージ認証鍵情報を記憶する送信側鍵情報記憶部をさらに備え、前記メッセージ認証情報付与部は、前記送信側記憶部内の前記メッセージ認証鍵情報を用いて前記メッセージ認証情報を生成し、前記第二通信装置は、前記メッセージ認証鍵情報を記憶する受信側鍵情報記憶部をさらに備え、前記メッセージ認証情報検査部は、前記受信側記憶部内の前記メッセージ認証鍵情報を用いて前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記第二通信装置は、複数の前記第一通信装置と通信し、前記送信側認証部は、他の第二通信装置と通信する前記第一通信装置を含めた全ての前記第一通信装置を識別できる第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて送信側認証情報を生成し、生成した前記送信側認証情報を前記第二通信装置へ送信し、前記メッセージ認証情報付与部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報に基づいて前記メッセージ認証情報を生成し、前記受信側認証部は、前記送信側認証情報の送信元の前記第一通信装置の前記第一識別情報と、前記送信側認証情報の送信元の前記第一通信装置との間で交換した前記共有認証情報とを用いて前記送信側認証情報を認証し、前記メッセージ認証情報検査部は、前記データの送信元の前記第一通信装置の前記第一識別情報と、前記受信側認証部において当該第一通信装置から受信した前記送信側認証情報の認証が成功したときに用いた前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記送信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに加えてさらに前記第二通信装置の識別情報を用いて送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信し、前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに加えて前記第二通信装置の識別情報を用いて前記送信側認証情報を認証する、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記第一通信装置は、複数の前記第二通信装置と通信し、前記送信側認証部は、他の第一通信装置と通信する前記第二通信装置を含めた全ての前記第二通信装置を識別できる第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて送信側認証情報を生成し、生成した前記送信側認証情報を当該第二通信装置へ送信し、前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて前記第一通信装置から受信した前記送信側認証情報を認証し、前記メッセージ認証情報付与部は、前記データの送信先である前記第二通信装置の前記第一識別情報と、当該第二通信装置と交換した前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報に基づいて前記メッセージ認証情報を生成し、前記メッセージ認証情報検査部は、前記第一識別情報と、前記受信側認証部において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報とに前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信し、前記送信側認証部は、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて前記受信側認証情報を認証する、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様は、通信装置であって、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求部と、前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証部と、前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与部と、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様は、通信装置であって、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証部と、前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求部と、前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信処理部と、前記認証部において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の前記所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様は、第一通信装置と第二通信装置とが通信する通信システムにおいて実行される通信方法であって、前記第一通信装置と前記第二通信装置とが、認証の度に異なる共有認証情報を交換する共有認証情報交換ステップと、前記第一通信装置が、前記共有認証情報交換ステップにおいて交換した前記共有認証情報から送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信する送信側認証要求ステップと、前記第二通信装置が、前記第一通信装置から前記送信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記送信側認証情報を認証する受信側認証ステップと、前記第二通信装置が、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信するステップと、前記第一通信装置が、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記受信側認証情報を認証するステップと、前記第一通信装置が、前記共有認証情報交換ステップにおいて交換した前記共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与ステップと、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記第二通信装置に送信するデータ送信ステップと、前記第二通信装置が、前記第一通信装置から前記メッセージ認証情報が付与されたデータを受信する受信ステップと、前記受信側認証ステップにおいて認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報と、前記受信ステップにおいて受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査ステップと、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の一態様は、通信装置において実行される通信方法であって、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求ステップと、前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証ステップと、前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与ステップと、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信ステップと、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の一態様は、通信装置において実行される通信方法であって、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証ステップと、前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求ステップと、前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信ステップと、前記認証ステップにおいて認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信ステップにおいて受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査ステップと、を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の一態様は、通信装置のコンピュータに、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求手順と、前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証手順と、前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与手順と、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信手順と、を実行させるためのプログラムである。
【００２１】
本発明の一態様は、通信装置のコンピュータに、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証手順と、前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求手順と、前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信手順と、前記認証手順において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信手順において受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査手順と、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、片方向通信を行なう通信装置間において、限られたリソースの下、より少ない通信データで、データの改ざんの検知を可能とし安全に通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】通信システム１００のシステム構成を表すシステム構成図である。
【図２】各レイヤにおけるデータ構造を示す図である。
【図３】無線端末１０の機能構成を表す概略ブロック図である。
【図４】図３に示す送信データ生成部１０５ａの機能構成を表すブロック図である。
【図５】図３に示す受信データ取得部１０５ｂの機能構成を表すブロック図である。
【図６】基地局装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。
【図７】図６に示す第一中継部２０６ａの機能構成を表すブロック図である。
【図８】図６に示す第二中継部２０６ｂの機能構成を表すブロック図である。
【図９】端末識別情報テーブルの概略を表す図である。
【図１０】鍵情報テーブルの概略を表す図である。
【図１１】通信システム１００における相互認証処理のシーケンスを表すシーケンス図である。
【図１２】相互認証が完了した後の上り方向の通信のシーケンスを表すシーケンス図である。
【図１３】相互認証が完了した後の下り方向の通信のシーケンスを表すシーケンス図である。
【図１４】認証子及びセキュリティ初期化情報の生成を示す図である。
【図１５】上り暗号処理カウンタを示す図である。
【図１６】無線端末１０から送信されるユーザデータの暗号化処理及び復号処理を示す図である。
【図１７】下り暗号処理カウンタを示す図である。
【図１８】基地局装置２０から送信されるユーザデータの暗号化処理及び復号処理を示す図である。
【図１９】カウンターモードの暗号化処理の例を示す図である。
【図２０】カウンターモードの復号処理の例を示す図である。
【図２１】無線端末１０から送信される上りメッセージ認証コードの生成処理を示す図である。
【図２２】基地局装置２０から送信される下りメッセージ認証コードの生成処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、通信システム１００のシステム構成を表すシステム構成図である。通信システム１００は、複数の無線端末１０（１０−１−１，１０−１−２，・・・，１０−２−１，１０−２−２，・・・），複数の基地局装置２０（２０−１，２０−２，・・・）、端末情報管理装置３０、位置情報管理装置４０、端末装置５０を備える。基地局装置２０、端末情報管理装置３０、位置情報管理装置４０、端末装置５０（５０−１，５０−２，・・・）は、いずれもネットワーク６０に接続されている。ネットワーク６０は、例えば有線のＩＰ通信網として構成されても良いし、他の態様で構成されても良い。
【００２５】
複数の無線端末１０は、それぞれ自装置に対応する基地局装置２０と無線通信する。複数の基地局装置２０は、それぞれ自装置に対応する複数の無線端末１０と無線通信し、ネットワーク６０に接続された装置（例えば端末装置５０）と無線端末１０との間でデータを中継する。例えば、複数の無線端末１０−１（１０−１−１，１０−１−２，・・・）と基地局装置２０−１とは互いに無線通信を行い、複数の無線端末１０−２（１０−２−１，１０−２−２，・・・）と基地局装置２０−２とは互いに無線通信を行う。
【００２６】
各無線端末１０には、ＭＡＣ−ＩＤ（第三識別情報）とＮＥＴ−ＩＤ（第一識別情報）という二つの識別情報が付与される。ＭＡＣ−ＩＤは、基地局装置２０が自身と無線通信する複数の無線端末１０の中で各無線端末１０を一意に識別するための識別情報である。すなわち、ＭＡＣ−ＩＤはＯＳＩ参照モデルにおける第二層の情報である。そのため、一の基地局装置２０が無線通信する無線端末１０には、重複したＭＡＣ−ＩＤは割り当てられることはない。ただし、ＭＡＣ−ＩＤは基地局から無線端末へ動的に割り当てられるため、一の基地局装置２０と他の基地局装置２０との間では、異なる無線端末１０に同一のＭＡＣ−ＩＤが重複して割り当てられる可能性はある。
【００２７】
ＮＥＴ−ＩＤは、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０を一意に識別するための識別情報である。すなわち、ＮＥＴ−ＩＤはＯＳＩ参照モデルにおける第三層（レイヤ３）の情報である。そのため、通信システム１００に設置された無線端末１０には、重複したＮＥＴ−ＩＤは割り当てられることはない。
【００２８】
通信システム１００では、無線端末１０と基地局装置２０との間において、ＮＥＴ−ＩＤを用いずＭＡＣ−ＩＤを用いて通信データを送信することで、ＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを用いて通信データが送信される場合に比べて通信データのデータ量を削減する。通信データとは、無線端末１０と基地局装置２０との間で送受信されるデータのことである。
以下、通信システム１００の詳細について説明する。
【００２９】
図２は、無線端末１０及び基地局装置２０がユーザデータを送信する際の各レイヤにおけるデータ構造を示す図である。
アプリケーションレイヤ（ＯＳＩ参照モデルにおける第七層）の各種アプリケーションにより生成されるユーザデータは、無線端末１０から送信されるデータ、あるいは、無線端末１０へ送信されるデータである。レイヤ３（ＯＳＩ参照モデルにおける第三層：以下、「Ｌ３」とも記載する。）のＣＮＴ（制御）レイヤにおける処理では、ユーザデータに、セキュリティシーケンス番号及びＬ３ヘッダが付加され、ユーザデータの部分が暗号化された後、暗号化されたユーザデータに基づいてメッセージ認証コード（ＭＡＣ：Message Authentication Code）が生成され、暗号化されたユーザデータに付与される（Encryption then MAC）。Ｌ３ヘッダには、データ長や、メッセージの種類の情報が含まれる。また、メッセージ認証コードは、受信側でデータの改ざんを検出するための情報である。以下、セキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化されたユーザデータ（以下、「暗号化ユーザデータ」と記載する。）、及び、メッセージ認証コードを含むデータをＬ３データと記載する。
【００３０】
レイヤ２（ＯＳＩ参照モデルにおける第二層：以下、「Ｌ２」とも記載する。）のＭＡＣ(Media Access Control)レイヤにおける処理では、ＣＮＴレイヤの処理で生成されたＬ３データがフラグメンテーションにより先頭から固定長ずつ区切られ、フラグメントされたデータには、Ｌ２ヘッダ及びＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査）値が付加される。Ｌ２ヘッダには、データ長などの情報が含まれる。
レイヤ１（ＯＳＩ参照モデルにおける第一層：以下、「Ｌ１」とも記載する。）のＰＨＹ（物理）レイヤにおける処理では、ＭＡＣレイヤの処理で生成されたデータが無線により伝送される。
【００３１】
以下、無線端末１０から基地局装置２０の方向を上り、基地局装置２０から無線端末１０の方向を下りと記載する。
【００３２】
図３は、無線端末１０の機能構成を表す概略ブロック図である。無線端末１０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、通信プログラムを実行する。通信プログラムの実行によって、無線端末１０は、通信部１０１、記憶部１０２、ＮＷ認証用乱数生成部１０３、認証制御部１０４、データ処理部１０５を備える装置として機能する。なお、無線端末１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。
【００３３】
通信部１０１は、基地局装置２０との間で無線通信を行う。具体的には、通信部１０１は、認証制御部１０４、データ処理部１０５によって生成された通信データを変調し、無線信号を基地局装置２０へ送信する。また、通信部１０１は、基地局装置２０から送信された無線信号を受信し、復調することによって通信データを復元し、認証制御部１０４、データ処理部１０５に転送する。すなわち、図２におけるＭＡＣレイヤで生成されるデータは通信データの一例であり、通信部１０１はＰＨＹレイヤの処理を行う。
【００３４】
記憶部１０２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部１０２は、端末識別情報記憶部１０２ａ及び鍵情報記憶部１０２ｂとして機能する。端末識別情報記憶部１０２ａは、自装置（無線端末１０）に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤ及びＮＥＴ−ＩＤと、自装置が無線通信する基地局装置２０の識別情報である基地局ＩＤ（第二識別情報）を記憶する。基地局ＩＤは、基地局装置２０との間の無線通信でのみ用いられる識別情報である。鍵情報記憶部１０２ｂは、自装置（無線端末１０）が基地局装置２０との認証処理や通信で用いる認証鍵情報と、ユーザデータの暗号化及び復号に用いる暗号鍵情報と、ユーザデータの改ざん検知のためのメッセージ認証コード生成に用いるメッセージ認証鍵情報と、を記憶する。
【００３５】
ＮＷ認証用乱数生成部１０３は、認証制御部１０４が基地局装置２０を認証するための認証処理に用いる乱数であるＮＷ（ネットワーク）認証用乱数（第二共有認証情報）を生成する。
認証制御部１０４は、無線端末１０と基地局装置２０との間で相互認証処理を行う。具体的には、認証制御部１０４は、ＮＷ認証用乱数生成部１０３によって生成されたＮＷ認証用乱数を含む相互認証要求を生成し、基地局装置２０に対して送信する。この処理によって無線端末１０と基地局装置２０との間における認証処理が開始される。また、認証制御部１０４は、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、認証鍵情報、後述する基地局から送信される端末認証用乱数等に基づいて演算を行い、演算結果である端末認証子を基地局装置２０に送信することによって、基地局装置２０による認証を受ける。また、認証制御部１０４は、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、認証鍵情報、ＮＷ認証用乱数、端末認証用乱数等に基づいて演算を行い、基地局装置２０による同様の演算結果であるＮＷ認証子と比較（照合）することによって、基地局装置２０を認証する。
【００３６】
相互認証処理において基地局装置２０にデータを送信する場合、認証制御部１０４は、相互認証要求を送信する際には、ＭＡＣ−ＩＤ及びＮＥＴ−ＩＤを用いてデータを送信する。一方、認証制御部１０４は、相互認証要求以外のデータを送信する際には、ＮＥＴ−ＩＤを用いずに、ＭＡＣ−ＩＤを用いてデータを送信する。具体的には、認証制御部１０４は例えば以下のようにデータを送信しても良い。
【００３７】
認証制御部１０４は、事前に帯域割当要求を基地局装置２０に送信する。基地局装置２０は、帯域割当要求に応じて、無線端末１０に対して帯域とＭＡＣ−ＩＤを割り当て、この帯域とＭＡＣ−ＩＤとを対応付けて記憶する。基地局装置２０は、割り当てた帯域を表す帯域割当応答を送信する。割り当てられる帯域は、例えば時間で特定されても良いし、周波数で特定されても良いし、時間及び周波数で特定されても良い。帯域割当要求と帯域割当応答との対応付けは、特定の周波数、あるいは時間割り当て、またはそれに付随する識別情報を用いることで実現される。このとき、基地局装置２０は、ＭＡＣ−ＩＤを含むデータを帯域割当応答とともに送信する。認証制御部１０４は、帯域割当応答を受信し、自装置に割り当てられた帯域で、相互認証処理で送信すべきデータを基地局装置２０へ送信する。このようにして、無線端末１０が使用する帯域とＭＡＣ−ＩＤとが関連づけられる。
【００３８】
相互認証要求を送信する場合には、認証制御部１０４は、ＮＥＴ−ＩＤを含むデータを、自装置に割り当てられた帯域で送信する。基地局装置２０は、このデータを受信すると、受信したデータの送信に用いられた帯域に対応付けて記憶しているＭＡＣ−ＩＤと、受信したデータに含まれるＮＥＴ−ＩＤとを対応付けて端末識別情報テーブルに登録する。また、相互認証要求以外のデータを送信する場合には、認証制御部１０４は、ＭＡＣ−ＩＤを含みＮＥＴ−ＩＤを含まないデータを、自装置に割り当てられた帯域で送信する。このようにして、認証制御部１０４が送信するデータは、ＭＡＣ−ＩＤ及びＮＥＴ−ＩＤに関連づけられる。
【００３９】
データ処理部１０５は、ネットワーク６０を介して端末装置５０へ送信するデータ（以下、「上り通信データ」という。）を生成し、通信部１０１へ出力する。また、データ処理部１０５は、通信部１０１がネットワーク６０を介して端末装置５０から送信されたデータ（以下、「下り通信データ」という。）を受信する。本説明から明らかなように、上り通信データ及び下り通信データは上記の通信データの一種である。データ処理部１０５は、送信データ生成部１０５ａ及び受信データ取得部１０５ｂを備える。
【００４０】
送信データ生成部１０５ａは、外部装置Ｚから出力されたユーザデータを暗号化し、ネットワーク６０を介して端末装置５０へ送信する上り通信データを生成して通信部１０１へ出力する。送信データ生成部１０５ａは、上り通信データの送信元を表す識別情報として、ＮＥＴ−ＩＤを用いず、ＭＡＣ−ＩＤを用いる。例えば、送信データ生成部１０５ａは、事前に自装置に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤと帯域を用いて、上り通信データを送信しても良い。上り通信データは、例えば無線端末１０が接続された外部装置Ｚ（Ｚ−１−１，Ｚ−１−２，・・・，Ｚ−２−１，Ｚ−２−２，・・・）によって生成されたデータを含む。
【００４１】
受信データ取得部１０５ｂは、通信部１０１がネットワーク６０を介して端末装置５０から送信された下り通信データを受信し、下り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号する。下り通信データに送信先を表す識別情報が設定される場合、ＮＥＴ−ＩＤを用いず、ＭＡＣ−ＩＤが用いられる。受信データ取得部１０５ｂは例えば、事前に自装置に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤを含みＮＥＴ−ＩＤを含まない帯域割当通知を基地局装置２０から受信し、この通知に応じて自装置に割り当てられた帯域で下り通信データを受信しても良い。受信データ取得部１０５ｂは、取得した下り通信データに含まれるユーザデータを外部装置Ｚに出力する。
【００４２】
図４は、図３に示す送信データ生成部１０５ａの構成を表すブロック図である。送信データ生成部１０５ａは、レイヤ３送信処理部１１０及びレイヤ２送信処理部１２０を備える。
【００４３】
レイヤ３送信処理部１１０は、カウンタ生成部１１１、記憶部１１２、セキュリティシーケンス番号付与部１１３、暗号化部１１４、及び、メッセージ認証コード付与部１１５を備えて構成される。
【００４４】
カウンタ生成部１１１は、暗号化部１１４が送信対象のユーザデータの暗号化に使用する上り暗号処理カウンタを生成する。また、カウンタ生成部１１１は、送信データ生成部１０５ａが上り通信データを生成して送信する度に、上り暗号処理カウンタを更新する。記憶部１１２は、カウンタ生成部１１１が生成した上り暗号処理カウンタを記憶する。
【００４５】
セキュリティシーケンス番号付与部１１３は、外部装置Ｚから出力されたユーザデータに、上りセキュリティシーケンス番号とＬ３ヘッダを付与する。暗号化部１１４は、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されている暗号鍵情報と、記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタとを用いて、ユーザデータを暗号化する。メッセージ認証コード付与部１１５は、上りセキュリティ初期化情報と、上りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータとを入力とし、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されているメッセージ認証鍵情報を用いて、上りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード付与部１１５は、上りセキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化ユーザデータ及び上りメッセージ認証コードを含むＬ３データをレイヤ２送信処理部１２０に出力する。
【００４６】
レイヤ２送信処理部１２０は、フラグメント部１２１及びＣＲＣ付与部１２２を備える。フラグメント部１２１は、レイヤ３送信処理部１１０から入力されたＬ３データを分割（フラグメンテーション）してフラグメントデータを生成し、それぞれにＬ２ヘッダを付与する。Ｌ２ヘッダには、１つのＬ３データから生成された幾つ目のフラグメントデータあるかを示すフラグメント番号が含まれる。ＣＲＣ付与部１２２は、フラグメント部１２１から入力されたＬ２ヘッダ及びフラグメントデータからＣＲＣ値を算出し、Ｌ２ヘッダ及びフラグメンデータにＣＲＣ値を付加した上り通信データを通信部１０１に出力する。
【００４７】
図５は、図３が表す受信データ取得部１０５ｂの機能構成を表すブロック図である。受信データ取得部１０５ｂは、レイヤ２受信処理部１３０及びレイヤ３受信処理部１４０を備える。
【００４８】
レイヤ２受信処理部１３０は、ＣＲＣ検査部１３１を備える。
ＣＲＣ検査部１３１は、通信部１０１から入力された下り通信データに付与されているＣＲＣ値を検査する。レイヤ２受信処理部１３０は、ＣＲＣ検査の結果がＯＫであった場合、下り通信データから取得したフラグメントデータと、当該フラグメントデータに付加されているＬ２ヘッダから取得したフラグメント番号とに基づいて、Ｌ３データを復元する。そして、レイヤ２受信処理部１３０は、復元したＬ３データをレイヤ３受信処理部１４０に出力する。
【００４９】
レイヤ３受信処理部１４０は、カウンタ生成部１４１、記憶部１４２、セキュリティシーケンス番号検査部１４３、メッセージ認証コード検査部１４４及び復号部１４５を備える。
カウンタ生成部１４１は、復号部１４５において下り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号するために使用する下り暗号処理カウンタを生成する。また、カウンタ生成部１４１は、基地局２０からの下り通信データを受信する度に、下り暗号処理カウンタを更新する。記憶部１４２は、カウンタ生成部１４１が生成した下り暗号処理カウンタを記憶する。
【００５０】
セキュリティシーケンス番号検査部１４３は、レイヤ２受信処理部１３０から入力されたＬ３データに設定されている下りセキュリティシーケンス番号を検査し、検査がＯＫであればＬ３データをメッセージ認証コード検査部１４４に出力する。
【００５１】
メッセージ認証コード検査部１４４は、セキュリティシーケンス番号検査部１４３から入力されたＬ３データに設定されている下りメッセージ認証コードを検査し、検査がＯＫであればＬ３データを復号部１４５に出力する。具体的には、メッセージ認証コード検査部１４４は、受信したＬ３データに基づいて、基地局装置２０のメッセージ認証コード付与部２５５と同じアルゴリズムで、下りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード検査部１４４は、自身が生成した下りメッセージ認証コードと、受信したＬ３データに設定されている下りメッセージ認証コードとを比較する。両者が一致する場合には、メッセージ認証コード検査部１４４は、受信されたＬ３データの暗号化ユーザデータが改ざんされていないと判定し、検査結果をＯＫとする。一方、両者が一致しない場合には、メッセージ認証コード検査部１４４は、受信されたＬ３データの暗号化ユーザデータが改ざんされていると判定し、検査結果をＮＧとする。復号部１４５は、メッセージ認証コード検査部１４４から入力されたＬ３データに含まれている暗号化ユーザデータを、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されている暗号鍵情報と、記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタとを用いて復号し、復号したユーザデータを外部装置Ｚに出力する。
【００５２】
図６は、基地局装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。基地局装置２０は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、中継プログラムを実行する。中継プログラムの実行によって、基地局装置２０は、第一通信部２０１、第二通信部２０２、記憶部２０３、端末認証用乱数生成部２０４、認証制御部２０５及び中継部２０６を備える装置として機能する。なお、基地局装置２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されても良い。
【００５３】
第一通信部２０１は、無線端末１０との間で無線通信を行う。具体的には、第一通信部２０１は、認証制御部２０５、第二中継部２０６ｂから出力された通信データを変調し、無線端末１０に送信する。また、第一通信部２０１は、無線端末１０から送信された無線信号を受信し、復調することによって通信データを復元し、認証制御部２０５、第一中継部２０６ａに転送する。
【００５４】
第二通信部２０２は、ネットワーク６０との間で通信を行う。具体的には、第二通信部２０２は、第一中継部２０６ａから出力された通信データを変換し、ネットワーク６０に送信する。また、第二通信部２０２は、ネットワーク６０から無線端末１０宛に送信された信号を受信し、変換することによって通信データを第二中継部２０６ｂに転送する。
【００５５】
記憶部２０３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部２０３は、基地局識別情報記憶部２０３ａ、端末識別情報テーブル記憶部２０３ｂ、鍵情報テーブル記憶部２０３ｃとして機能する。基地局識別情報記憶部２０３ａは、自装置（基地局装置２０）に割り当てられた基地局ＩＤを記憶する。前述した通り、基地局ＩＤは、端末装置１０との間の無線通信でのみ用いられる識別情報である。基地局ＩＤは、通信システム１００に設置された全ての基地局装置２０を一意に識別するための識別情報である。そのため、通信システム１００に設置された基地局装置２０には、重複した基地局ＩＤは割り当てられることはない。ネットワーク６０が有線のＩＰ通信網で構成される場合、基地局識別情報記憶部２０３ａは、ネットワーク６０との間で通信を行うための識別情報として自装置（基地局装置２０）に割り当てられたＩＰアドレスを記憶する。
【００５６】
端末識別情報テーブル記憶部２０３ｂは、端末識別情報テーブルを記憶する。鍵情報テーブル記憶部２０３ｃは、鍵情報テーブルを記憶する。図９は、端末識別情報テーブルの概略を表す図である。端末識別情報テーブルは、無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤとＭＡＣ−ＩＤとを対応付けた端末識別情報レコード２１を、自装置（基地局装置２０）と通信する無線端末１０毎に有する。図１０は、鍵情報テーブルの概略を表す図である。鍵情報テーブルは、無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤと認証鍵情報と暗号鍵情報とメッセージ認証鍵情報とを対応付けた鍵情報レコード２２を、自装置（基地局装置２０）と通信する無線端末１０毎に有する。
【００５７】
図６に戻って基地局装置２０の構成の説明を続ける。端末認証用乱数生成部２０４は、認証制御部２０５が無線端末１０を認証するための認証処理に用いる乱数である端末認証用乱数（第一共有認証情報）を生成する。
【００５８】
認証制御部２０５は、無線端末１０と基地局装置２０との間で相互認証処理を行う。具体的には、認証制御部２０５は、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、認証鍵情報、ＮＷ認証用乱数、端末認証用乱数等に基づいて演算を行い、演算結果であるＮＷ認証子、及び端末認証用乱数を無線端末１０に送信することによって、無線端末１０による認証を受ける。また、認証制御部２０５は、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、認証鍵情報、端末認証用乱数等に基づいて演算を行い、無線端末１０による同様の演算結果である端末認証子と比較（照合）することによって、無線端末１０を認証する。
【００５９】
相互認証処理において無線端末１０にデータを送信する場合、認証制御部２０５はＭＡＣ−ＩＤを用いて、且つ、ＮＥＴ−ＩＤを用いずにデータを送信する。具体的には、認証制御部２０５は例えば以下のようにデータを送信しても良い。認証制御部２０５は、事前に帯域割当要求に応じて、無線端末１０に対して帯域を割り当て、この帯域とＭＡＣ−ＩＤとを対応付けて記憶する。認証制御部２０５は、割り当てた帯域を表す帯域割当応答を無線端末１０に送信する。このとき、認証制御部２０５は、ＭＡＣ−ＩＤを含みＮＥＴ−ＩＤを含まないデータとして帯域割当応答を送信する。無線端末１０は、帯域割当応答を受信し、自装置に割り当てられた帯域を記憶する。そして、認証制御部２０５は、無線端末１０に対して割り当てた帯域で、相互認証処理で送信すべきデータを無線端末１０に送信する。このようにして、認証制御部２０５が送信するデータは、ＭＡＣ−ＩＤに関連づけられる。なお、上述したように、帯域割当応答にはＮＥＴ−ＩＤが含まれないため、認証制御部２０５が送信するデータはＮＥＴ−ＩＤには関連づけられない。相互認証処理の詳細については後述する。
【００６０】
中継部２０６は、第一中継部２０６ａ及び第二中継部２０６ｂを備える。
第一中継部２０６ａは、無線端末１０からネットワーク６０に接続された端末装置５０宛に送信された上り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号し、ネットワーク６０に接続された端末装置５０へ中継する。無線端末１０からネットワーク６０に接続された端末装置５０宛に送信された上り通信データは、送信元の無線端末１０を表す識別情報としてＭＡＣ−ＩＤと関連づけられている。第一中継部２０６ａは、端末識別情報テーブルに基づいて、上り通信データが関連づけられたＭＡＣ−ＩＤに対応するＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報を検索する。そして、第一中継部２０６ａは、検索したＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報をデータの送信元を表す識別情報として上り通信データに与え中継する。
【００６１】
ＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報とは、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０を一意に識別できる識別情報である。ＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報の具体例として、サービスＩＤがある。サービスＩＤは、ネットワーク６０において用いられる識別情報である。サービスＩＤは、ＮＥＴ−ＩＤよりもさらに大きなデータ量を有しても良い。サービスＩＤは、例えば端末識別情報テーブルのレコード２１において、ＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤとともに記録されていても良い。サービスＩＤの具体例として、例えばＵＲＬ（Uniform Resource Locator）や、ＦＱＤＮ（Fully Qualified Domain Name）等がある。
【００６２】
第二中継部２０６ｂは、ネットワーク６０に接続された端末装置５０から無線端末１０宛に送信されたユーザデータ暗号化し、暗号化ユーザデータを含む下り通信データを無線端末１０へ送信する。ネットワーク６０に接続された端末装置５０から無線端末１０宛に送信された下り通信データには、宛先の無線端末１０を表す識別情報としてＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報（サービスＩＤ）が含まれている。第二中継部２０６ｂは、端末識別情報テーブルに基づいて、ＮＥＴ−ＩＤ又はサービスＩＤに対応するＭＡＣ−ＩＤを検索する。第二中継部２０６ｂは、検索されたＭＡＣ−ＩＤを用いて下り通信データを中継する。
【００６３】
図７は、図６が表す第一中継部２０６ａの機能構成を表すブロック図である。第一中継部２０６ａは、レイヤ２受信処理部２１０、レイヤ３受信処理部２２０、及び、中継設定部２３０を備える。
【００６４】
レイヤ２受信処理部２１０は、ＣＲＣ検査部２１１を備える。
ＣＲＣ検査部２１１は、第一通信部２０１から入力された上り通信データに付与されているＣＲＣ値を検査する。レイヤ２受信処理部２１０は、検査の結果がＯＫであった場合、同一のＭＡＣ−ＩＤのフラグメントデータをフラグメント番号の順に結合してＬ３データを復元する。そして、レイヤ２受信処理部２１０は、復元したＬ３データと、上り通信データを受信した帯域に対応したＭＡＣ−ＩＤとをレイヤ３受信処理部２２０に出力する。
【００６５】
レイヤ３受信処理部２２０は、カウンタ生成部２２１、記憶部２２２、セキュリティシーケンス番号検査部２２３、メッセージ認証コード検査部２２４及び復号部２２５を備える。
カウンタ生成部２２１は、ＭＡＣ−ＩＤ毎に、復号部２２５において上り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号するために使用する上り暗号処理カウンタを生成する。また、カウンタ生成部２２１は、無線端末１０から上り通信データを受信する度に、当該無線端末１０のＭＡＣ−ＩＤに対応した上り暗号処理カウンタを更新する。記憶部２２２は、カウンタ生成部２２１が生成した上り暗号処理カウンタをＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶する。
【００６６】
セキュリティシーケンス番号検査部２２３は、Ｌ３データに設定されている上りセキュリティシーケンス番号を検査し、検査がＯＫであればＬ３データ及びＭＡＣ−ＩＤをメッセージ認証コード検査部２２４に出力する。
【００６７】
メッセージ認証コード検査部２２４は、セキュリティシーケンス番号検査部２２３から入力されたＬ３データに設定されている上りメッセージ認証コードを検査し、検査がＯＫであれば、Ｌ３データとＭＡＣ−ＩＤを復号部２２５に出力する。具体的には、メッセージ認証コード検査部２２４は、受信したＬ３データに基づいて、無線端末１０のメッセージ認証コード付与部１１５と同じアルゴリズムで、上りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード検査部２２４は、自身が生成した上りメッセージ認証コードと、受信したＬ３データに設定されている上りメッセージ認証コードとを比較する。両者が一致する場合には、メッセージ認証コード検査部２２４は、受信されたＬ３データの暗号化ユーザデータが改ざんされていないと判定し、検査結果をＯＫとする。一方、両者が一致しない場合には、メッセージ認証コード検査部２２４は、受信されたＬ３データの暗号化ユーザデータが改ざんされていると判定し、検査結果をＮＧとする。復号部２２５は、メッセージ認証コード検査部２２４から入力されたＬ３データに含まれている暗号化ユーザデータを、ＭＡＣ−ＩＤに対応して鍵情報テーブル記憶部２０３ｃに記憶されている暗号鍵情報と、ＭＡＣ−ＩＤに対応して記憶部２２２に記憶されている上り暗号処理カウンタとを用いて復号し、復号したユーザデータとＭＡＣ−ＩＤを中継設定部２３０に出力する。なお、復号部２２５は、受信したデータの宛先が当該基地局装置２０である場合、復号したデータを基地局装置２０が備える図示しない上位レイヤ処理部に出力する。
【００６８】
中継設定部２３０は、端末識別情報テーブルに基づいて、ＭＡＣ−ＩＤに対応するＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報を検索する。そして、中継設定部２３０は、検索したＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報をデータの送信元を表す識別情報として上り通信データに与え中継する。
【００６９】
図８は、図６に示す第二中継部２０６ｂの機能構成を表すブロック図である。第二中継部２０６ｂは、中継データ取得部２４０、レイヤ３送信処理部２５０及びレイヤ２送信処理部２６０を備える。
中継データ取得部２４０は、第二通信部２０２より、ネットワーク６０から無線端末１０宛に送信された下り通信データの入力を受ける。中継データ取得部２４０は、端末識別情報テーブルに基づいて、下り通信データに含まれるＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報（サービスＩＤ）に対応するＭＡＣ−ＩＤを検索する。中継データ取得部２４０は、第二通信部２０２から入力されたデータから取得したユーザデータと、検索したＭＡＣ−ＩＤをレイヤ３送信処理部２５０に出力する。
なお、レイヤ３送信処理部２５０に入力されるユーザデータは、ネットワーク６０から無線端末１０宛てに送信されたユーザデータに限らない。例えば、基地局装置２０が備える図示しない上位レイヤ処理部から、無線端末１０宛に送信すべきユーザデータと、宛先となる無線端末１０のＭＡＣ−ＩＤをレイヤ３送信処理部２５０に出力してもよい。
【００７０】
レイヤ３送信処理部２５０は、カウンタ生成部２５１、記憶部２５２、セキュリティシーケンス番号付与部２５３、暗号化部２５４、及び、メッセージ認証コード付与部２５５を備えて構成される。
カウンタ生成部２５１は、暗号化部２５４がユーザデータの暗号化に使用する下り暗号処理カウンタをＭＡＣ−ＩＤ毎に生成する。カウンタ生成部２５１は、第二中継部２０６ｂが無線端末１０宛の下り通信データを送信して送信する度に、当該無線端末１０のＭＡＣ−ＩＤに対応した下り暗号処理カウンタを更新する。記憶部２５２は、カウンタ生成部２５１が生成した下り暗号処理カウンタをＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶する。
【００７１】
セキュリティシーケンス番号付与部２５３は、中継データ取得部２４０から出力されたユーザデータに、下りセキュリティシーケンス番号とＬ３ヘッダを付与し、ＭＡＣ−ＩＤとともに暗号化部２５４に出力する。暗号化部２５４は、ＭＡＣ−ＩＤに対応して鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルに登録されている暗号鍵情報と、ＭＡＣ−ＩＤに対応して記憶部２５２に記憶されている下り暗号処理カウンタとを用いてユーザデータを暗号化し、生成された暗号化ユーザデータをＭＡＣ−ＩＤとともにメッセージ認証コード付与部２５５に出力する。メッセージ認証コード付与部２５５は、下りセキュリティ初期化情報と、下りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータとを入力とし、ＭＡＣ−ＩＤに対応して鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルに登録されているメッセージ認証鍵情報を用いて、下りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード付与部２５５は、下りセキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化ユーザデータ及び下りメッセージ認証コードを含むＬ３データを、ＭＡＣ−ＩＤとともにレイヤ２送信処理部２６０に出力する。
【００７２】
レイヤ２送信処理部２６０は、フラグメント部２６１及びＣＲＣ付与部２６２を備える。フラグメント部２６１は、レイヤ３送信処理部２５０から入力されたＬ３データを分割（フラグメンテーション）してフラグメントデータを生成し、それぞれにＬ２ヘッダを付与する。Ｌ２ヘッダには、フラグメント番号が含まれる。ＣＲＣ付与部２６２は、フラグメント部２６１から入力されたＬ２ヘッダ及びフラグメントデータからＣＲＣ値を算出する。ＣＲＣ付与部２６２は、Ｌ２ヘッダ及びフラグメントデータにＣＲＣ値を付加した下り通信データを第一通信部２０１に出力する。第一通信部２０１は、ＭＡＣ−ＩＤに対応した帯域で下り通信データを送信する。
【００７３】
端末情報管理装置３０は、メインフレームやワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置を用いて構成される。端末情報管理装置３０は、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤと、その無線端末１０に付与された認証鍵情報、暗号鍵情報及びメッセージ認証鍵情報と、を対応付けて記憶する。また、端末情報管理装置３０は、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤと、各無線端末１０が上り通信データを送信する宛先となる端末装置５０の識別情報（以下、「ホスト名」という。）と、を対応付けて記憶する。また、端末情報管理装置３０は、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤと、ネットワーク６０において各無線端末１０を表すサービスＩＤと、を対応付けて記憶する。端末情報管理装置３０は、基地局装置２０からＮＥＴ−ＩＤに基づいた問い合わせ（端末情報要求）を受けると、ＮＥＴ−ＩＤに対応する認証鍵情報及び暗号鍵情報、ホスト名、サービスＩＤを端末情報応答として基地局装置２０に返信する。
【００７４】
位置情報管理装置４０は、メインフレームやワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置を用いて構成される。位置情報管理装置４０は、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０のサービスＩＤと、各無線端末１０が無線通信を行っている基地局装置２０のＩＰアドレスと、を対応付けて記憶する。位置情報管理装置４０が記憶するデータによって、無線端末１０がどこに位置しているか、すなわちどの基地局装置２０の配下にあるかを特定できる。位置情報管理装置４０は、端末装置５０から、サービスＩＤに基づいたＩＰアドレスの問い合わせ（ＤＮＳ参照要求）を受けると、サービスＩＤに対応する基地局装置２０のＩＰアドレスをＤＮＳ参照応答として端末装置５０に返信する。また、位置情報管理装置４０は、通信システム１００に設置された端末装置５０のホスト名とＩＰアドレスとを対応付けて記憶する。位置情報管理装置４０は、基地局装置２０から、ホスト名に基づいたＩＰアドレスの問い合わせ（ＤＮＳ参照要求）を受けると、ホスト名に対応するＩＰアドレスをＤＮＳ参照応答として基地局装置２０に返信する。
【００７５】
端末装置５０は、メインフレームやワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置を用いて構成される。端末装置５０は、基地局装置２０を介して無線端末１０から送信された上り通信データを受信する。端末装置５０は、位置情報管理装置４０にデータ送信先となる無線端末１０のサービスＩＤに基づいて無線端末１０が接続している基地局装置２０のＩＰアドレスを特定する事により、基地局装置２０を介して無線端末１０にデータを送信する事が可能となる。これにより、各無線端末１０に接続された外部装置Ｚに対する制御信号などの下り通信データを無線端末１０に対し送信する。
【００７６】
図１１は、通信システム１００における相互認証処理のシーケンスを表すシーケンス図である。相互認証処理は、無線端末１０が基地局装置２０とデータの送受信を開始する際に行われる前処理である。相互認証処理によって互いに正当な装置であると認証した後に、無線端末１０及び基地局装置２０はデータの送受信を開始する。例えば、無線端末１０による上り通信データの送信は、相互認証処理の後に開始される。以下、通信システム１００の無線端末１０及び基地局装置２０が行う相互認証処理の流れについて説明する。
【００７７】
まず、基地局装置２０の無線信号が無線端末１０にて受信可能になり、通信可能な基地局ＩＤを取得できた時点で、無線端末１０の端末識別情報記憶部１０２ａには、通信可能な基地局装置２０の基地局ＩＤが記録される。
【００７８】
次に、基地局装置２０を介して通信システム１００に接続しようとする無線端末１０の認証制御部１０４が、基地局装置２０に対してＭＡＣ−ＩＤ割当要求（前述の帯域割当要求と同義）を送信する（ステップＳ１０１）。この時点では、無線端末１０にはＮＥＴ−ＩＤは割り当てられているものの、ＭＡＣ−ＩＤは割り当てられていない。そのため、この時点で無線端末１０の端末識別情報記憶部１０２ａには、ＮＥＴ−ＩＤは記録されているが、ＭＡＣ−ＩＤは記録されていない。
【００７９】
基地局装置２０の認証制御部２０５は、無線端末１０からＭＡＣ−ＩＤ割当要求を受信すると、自装置（基地局装置２０）と現時点で無線通信を行っている他の無線端末１０に未だ割り当てられていないＭＡＣ−ＩＤを生成する。そして、認証制御部２０５は、生成したＭＡＣ−ＩＤを含むＭＡＣ−ＩＤ割当応答を送信する（ステップＳ１０２）。ＭＡＣ−ＩＤ割当要求の送信元である無線端末１０は、基地局装置２０から送信されたＭＡＣ−ＩＤ割当応答を受信する。例えば、無線端末１０の認証制御部１０４は、自装置（無線端末１０）に未だＭＡＣ−ＩＤが割り当てられていない場合に、ＭＡＣ−ＩＤ割当要求を送信した後に最初に受信したＭＡＣ−ＩＤ割当応答を自装置宛のデータであると判断しても良い。また、無線端末１０の認証制御部１０４はＭＡＣ−ＩＤ割当要求に識別情報を付与して送信し、基地局装置２０の認証制御部２０５は同じ識別情報を付与したＭＡＣ−ＩＤ割当応答を返信し、無線端末１０の認証制御部１０４は同じ識別情報が付与されたＭＡＣ−ＩＤ割当応答が自装置宛のデータであると判断しても良い。無線端末１０の認証制御部１０４が自装置宛のＭＡＣ−ＩＤ割当応答を判別する方法は他の方法であっても良い。
【００８０】
無線端末１０の認証制御部１０４は、自装置宛のＭＡＣ−ＩＤ割当応答を受信すると、ＭＡＣ−ＩＤ割当応答に含まれるＭＡＣ−ＩＤを自装置（無線端末１０）に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤとして端末識別情報記憶部１０２ａに書き込む。
【００８１】
次に、無線端末１０のＮＷ認証用乱数生成部１０３が、ＮＷ認証用乱数を生成する（ステップＳ１０３）。次に、認証制御部１０４が、相互認証要求を生成し基地局装置２０へ送信する（ステップＳ１０４）。相互認証要求は、ＮＷ認証用乱数を含み、自装置（無線端末１０）に割り当てられているＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを用いて送信される。
【００８２】
基地局装置２０の認証制御部２０５は、相互認証要求を受信すると、受信した相互認証要求の送信に用いられたＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを取得し、取得したＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを対応付けたレコード２１を生成する。認証制御部２０５は、生成したレコード２１を端末識別情報テーブルに書き込む。認証制御部２０５は、取得したＮＥＴ−ＩＤを含む端末情報要求を端末情報管理装置３０へ送信する（ステップＳ１０５）。端末情報管理装置３０は、端末情報要求を受信すると、端末情報要求に含まれるＮＥＴ−ＩＤに対応する認証鍵情報、暗号鍵情報、端末装置５０のホスト名、サービスＩＤを検索する。そして、端末情報管理装置３０は、検索された認証鍵情報、暗号鍵情報、端末装置５０のホスト名、サービスＩＤを含む端末情報応答を生成し、端末情報要求の送信元である基地局装置２０に送信する（ステップＳ１０６）。
【００８３】
基地局装置２０の認証制御部２０５は、端末情報応答を受信すると、端末情報応答から認証鍵情報及び暗証鍵情報を取得する。そして、認証制御部２０５は、ステップＳ１０４において受信した相互認証要求に含まれるＮＥＴ−ＩＤと取得した認証鍵情報及び暗証鍵情報とを対応付けたレコード２２を生成し、鍵情報テーブルに書き込む。
【００８４】
端末認証用乱数生成部２０４は、端末認証用乱数を生成する（ステップＳ１０７）。認証制御部２０５は、ＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報を生成し、下りセキュリティ初期化情報を保存する（ステップＳ１０８）。ＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報の生成方法の一例は以下の通りである。まず、認証制御部２０５は、ステップＳ１０４において受信した相互認証要求に含まれるＮＥＴ−ＩＤとＭＡＣ−ＩＤとＮＷ認証用乱数と、自装置（基地局装置２０）の基地局ＩＤと、端末認証用乱数と、ＮＥＴ−ＩＤに対応する認証鍵情報と、を用いてＮＷ認証子生成用の秘密情報を算出する。認証制御部２０５は、算出されたＮＷ認証子生成用の秘密情報からＮＷ認証子と、下り暗号処理カウンタの生成に用いる下りセキュリティ初期化情報とを生成する。例えば、認証制御部２０５は、算出されたＮＷ認証子生成用の秘密情報の全部又は所定の一部をＮＷ認証子として取り扱う。また、認証制御部２０５は、算出されたＮＷ認証子生成用の秘密情報の全部又は所定の一部を下りセキュリティ初期化情報として保存する。上記処理において、ＮＷ認証子と下りセキュリティ初期化情報とは異なるデータとなるように処理が行われる。より望ましくは、算出されたＮＷ認証子生成用の秘密情報のうち、一部がＮＷ認証子として取り扱われ、ＮＷ認証子と重複しない他の一部が下りセキュリティ初期化情報として取り扱われる。このようにしてＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報が生成され、下りセキュリティ初期化情報が保存される。なお、秘密情報の具体的な算出方法としては、鍵付きハッシュやブロック暗号などがある。
【００８５】
図１４（ａ）を用いて、ＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報の算出方法のさらに詳細な具体例について説明する。以下に説明する具体例では、ＮＥＴ−ＩＤは４８ビットであり、ＭＡＣ−ＩＤは１６ビットであり、基地局ＩＤは３２ビットであり、ＮＷ認証用乱数及び端末認証用乱数はともに１２８ビットであり、認証鍵情報は１２８ビットである。まず、認証制御部２０５は、第一入力として以下の順に並んだ１２８ビットのビット列を生成する。１ビット分の“０”、３１ビット分の“０”、４８ビット分のＮＥＴ−ＩＤ、１６ビット分のＭＡＣ−ＩＤ、３２ビット分の基地局ＩＤ。最初の１ビット分の“０”は、ＮＷ認証子の演算であることを表すビットである。次に続く３１ビット分の“０”はパディング（padding）のためのビット列である。第二入力及び第三入力は、それぞれＮＷ認証用乱数及び端末認証用乱数である。
【００８６】
認証制御部２０５は、第一入力、第二入力、第三入力、及び認証鍵情報を用いて、認証子演算処理を実行する。認証子演算処理の具体例として１２８ビットブロック暗号を利用したＣＭＡＣ（Cipher-based Message Authentication Code）等がある。また、ＣＭＡＣで用いるブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）等がある。このような認証子演算処理の演算結果として、１２８ビットのＮＷ認証子生成用の秘密情報が算出される。認証制御部２０５は、得られたＮＷ認証子生成用の秘密情報からＮＷ認証子と下りセキュリティ初期化情報とを生成する。例えば、認証制御部２０５は、ＮＷ認証子生成用の秘密情報の上位６４ビットをＮＷ認証子として生成し、下位６４ビットを下りセキュリティ初期化情報として生成する。認証制御部２０５は、下りセキュリティ初期化情報と、ＭＡＣ−ＩＤとを対応付けて第二中継部２０６ｂの記憶部２５２に書き込んでおく。以上でＮＷ認証子の算出方法の具体例についての説明を終え、相互認証処理のシーケンスの説明に戻る。
【００８７】
ＮＷ認証子を生成すると、認証制御部２０５が、基地局認証応答を生成し無線端末１０へ送信する（ステップＳ１０９）。基地局認証応答は、ＮＷ認証子と、端末認証用乱数と、を含む。基地局認証応答は、相互認証要求を送出した無線端末１０に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤを用いて、且つ、ＮＥＴ−ＩＤを用いずに送信される。
【００８８】
無線端末１０の認証制御部１０４は、基地局認証応答を受信すると、基地局認証処理を行う（ステップＳ１１０）。基地局認証処理は以下の通りである。まず、認証制御部１０４は、基地局装置２０の認証制御部２０５と同じ演算を行うことによってＮＷ認証子と下りセキュリティ初期化情報を算出する。このとき、認証制御部１０４が演算で用いる値のうち、端末認証用乱数は基地局認証応答に含まれていた値であり、他の値（ＮＷ認証用乱数、鍵情報、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、基地局ＩＤ）は自装置（無線端末１０）において保持している値である。認証制御部１０４は、算出したＮＷ認証子と、受信した基地局認証応答に含まれるＮＷ認証子とを比較する。両者が一致した場合には、認証制御部１０４は、基地局装置２０が正当な装置であると認証し、受信データ取得部１０５ｂの記憶部１４２に下りセキュリティ初期化情報を書き込む。一方、両者が一致しない場合には、認証制御部１０４は、基地局装置２０が正当な装置であるとは認証しない。また、認証制御部１０４は、ＮＷ認証子を算出する過程で得られるＮＷ認証子生成用の秘密情報に基づいて、基地局装置２０の認証制御部２０５と同じ演算を行うことによって下りセキュリティ初期化情報を算出する。ＮＷ認証子の長さが充分に長く、無線端末１０と基地局装置２０との間でＮＷ認証子が一致する場合には、下りセキュリティ初期化情報も両装置の間で極めて高い確率で一致する。そのため、両装置の間で下りセキュリティ初期化情報を安全に共有することが可能となる。
【００８９】
次に、無線端末１０の認証制御部１０４は、端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報を生成し、上りセキュリティ初期化情報を保存する（ステップＳ１１１）。端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報の生成方法の一例は以下の通りである。まず、認証制御部１０４は、端末識別情報記憶部１０２ａに記憶されるＮＥＴ−ＩＤとＭＡＣ−ＩＤと基地局ＩＤと、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶される認証鍵情報と、基地局認証応答に含まれる端末認証用乱数と、を用いて端末認証子生成用の秘密情報を算出する。認証制御部１０４は、算出された端末認証子生成用の秘密情報の全部又は所定の一部を端末認証子として取り扱う。また、認証制御部１０４は、算出された端末認証子生成用の秘密情報の全部又は所定の一部を上りセキュリティ初期化情報として保存する。上記処理において、端末認証子と上りセキュリティ初期化情報とは異なるデータとなるように処理が行われる。より望ましくは、算出された端末認証子生成用の秘密情報のうち、一部が端末認証子として取り扱われ、端末認証子と重複しない他の一部が上りセキュリティ初期化情報として取り扱われる。このようにして端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報が生成され、上りセキュリティ初期化情報が保存される。
【００９０】
図１４（ｂ）を用いて、端末認証子の算出方法のさらに詳細な具体例について説明する。以下に説明する具体例では、ＮＷ認証子の算出方法における具体例と同様に、ＮＥＴ−ＩＤは４８ビットであり、ＭＡＣ−ＩＤは１６ビットであり、基地局ＩＤは３２ビットであり、端末認証用乱数は１２８ビットであり、認証鍵情報は１２８ビットである。まず、認証制御部１０４は、第一入力として以下の順に並んだ１２８ビットのビット列を生成する。１ビット分の“１”、３１ビット分の“０”、４８ビット分のＮＥＴ−ＩＤ、１６ビット分のＭＡＣ−ＩＤ、３２ビット分の基地局ＩＤ。最初の１ビット分の“１”は、端末認証子の演算であることを表すビットである。次に続く３１ビット分の“０”はパディングのためのビット列である。第二入力は、端末認証用乱数である。
【００９１】
認証制御部１０４は、第一入力、第二入力、及び認証鍵情報を用いて、認証子演算処理を実行する。認証子演算処理の具体例として１２８ビットブロック暗号を利用したＣＭＡＣ（Cipher-based Message Authentication Code）等がある。また、ＣＭＡＣで用いるブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳ等がある。このような認証子演算処理の演算結果として、１２８ビットの端末認証子生成用の秘密情報が算出される。認証制御部１０４は、得られた端末認証子生成用の秘密情報から端末認証子と、上り暗号処理カウンタの生成に用いる上りセキュリティ初期化情報とを生成する。例えば、認証制御部１０４は、端末認証子生成用の秘密情報の上位６４ビットを端末認証子として生成し、下位６４ビットを、上りセキュリティ初期化情報として生成する。なお、端末認証子の生成において、ＮＷ認証用乱数をさらに用いても良い。認証制御部１０４は、送信データ生成部１０５ａの記憶部１１２に上りセキュリティ初期化情報を書き込む。以上で端末認証子の算出方法の具体例についての説明を終え、相互認証処理のシーケンスの説明に戻る。
【００９２】
端末認証子を生成すると、認証制御部１０４が、端末認証応答を生成し基地局装置２０へ送信する（ステップＳ１１２）。端末認証応答は、端末認証子を含む。端末認証応答は、自装置（無線端末１０）のＭＡＣ−ＩＤを用いて、且つ、ＮＥＴ−ＩＤを用いずに送信される。
【００９３】
基地局装置２０の認証制御部２０５は、端末認証応答を受信すると、端末認証処理を行う（ステップＳ１１３）。端末認証処理は以下の通りである。まず、認証制御部２０５は、無線端末１０の認証制御部１０４と同じ演算を行うことによって端末認証子と上りセキュリティ初期化情報とを算出する。このとき、認証制御部２０５が演算で用いる値（端末認証用乱数、鍵情報、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、基地局ＩＤ）は、いずれも自装置（基地局装置２０）において保持している値である。認証制御部２０５は、算出した端末認証子と、受信した端末認証応答に含まれる端末認証子とを比較する。両者が一致した場合には、認証制御部２０５は、無線端末１０が正当な装置であると認証し、第二中継部２０６ｂの記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて上りセキュリティ初期化情報を書き込む。一方、両者が一致しない場合には、認証制御部２０５は、無線端末１０が正当な装置であるとは認証しない。また、認証制御部２０５は、端末認証子を算出する過程で得られる端末認証子生成用の秘密情報に基づいて、無線端末１０の認証制御部１０４と同じ演算を行うことによって上りセキュリティ初期化情報を算出する。端末認証子の長さが充分に長く、無線端末１０と基地局装置２０との間で端末認証子が一致する場合には、上りセキュリティ初期化情報も両装置の間で極めて高い確率で一致する。そのため、両装置の間で上りセキュリティ初期化情報を安全に共有することが可能となる。
【００９４】
端末認証処理において無線端末１０が正当な装置であると認証した場合、認証制御部２０５は、端末登録要求を位置情報管理装置４０へ送信する（ステップＳ１１４）。端末登録要求は、自装置（基地局装置２０）のＩＰアドレスと、ステップＳ１１３の端末認証処理で認証した無線端末１０のサービスＩＤとを含む。位置情報管理装置４０は、端末登録要求を受信すると、端末登録要求に含まれているサービスＩＤ及び基地局装置２０のＩＰアドレスを対応付けて記憶する。そして、位置情報管理装置４０は、サービスＩＤ及び基地局装置２０のＩＰアドレスの登録が完了したことを表す端末登録応答を基地局装置２０へ送信する（ステップＳ１１５）。
【００９５】
以上の処理で、無線端末１０と基地局装置２０との間で秘密情報に基づいた共有情報（上りセキュリティ初期化情報及び下りセキュリティ初期化情報）の生成が完了し、両者の間で行われる相互認証が完了する（ステップＳ１１６）。
【００９６】
この処理の後、無線端末１０は、相互認証を行った基地局装置２０を経由することで、ネットワーク６０に接続された端末装置５０と通信することが可能となる。
上り方向通信の場合、無線端末１０の送信データ生成部１０５ａは、暗号化ユーザデータを含む上り通信データを生成し、基地局装置２０へ送信する（ステップＳ１１７）。上り通信データの送信元を表す情報として、ＮＥＴ−ＩＤは用いられず、ＭＡＣ−ＩＤが用いられる。基地局装置２０の第一中継部２０６ａは、上り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号し、復号したユーザデータを設定したＩＰ信号の上り通信データをネットワーク６０へ送信する。第一中継部２０６ａによって送信されたＩＰ信号の上り通信データは、ネットワーク６０を介して端末装置５０へ到達する（ステップＳ１１８）。
【００９７】
下り方向通信の場合、端末装置５０は、ＩＰ信号により、ネットワーク６０を介して無線端末１０宛ての下り通信データを送信する（ステップＳ１１９）。ＩＰ信号の下り通信データには、サービスＩＤが付与される。基地局装置２０の第二中継部２０６ｂは、ＩＰ信号の下り通信データに付与されているサービスＩＤをＭＡＣ−ＩＤに変換し、下り通信データに設定されているユーザデータを暗号化する。基地局装置２０の第一通信部２０１は、暗号化ユーザデータを設定した下り通信データを無線端末１０に送信する（ステップＳ１２０）。下り通信データの送信元を表す情報として、ＮＥＴ−ＩＤは用いられず、ＭＡＣ−ＩＤが用いられる。
【００９８】
なお、ＯＳＩ参照モデル第二層の情報であるＭＡＣ−ＩＤは、同第三層の情報であるＮＥＴ−ＩＤに比べてデータ量が小さくなるように構成することが可能である。このように構成された場合には、より効果的に通信データのデータ量を削減することが可能となる。
【００９９】
図１２は、相互認証が完了した後の上り方向の通信のシーケンスを表すシーケンス図であり、図１１のステップＳ１１７、Ｓ１１８の詳細を示す。
【０１００】
まず、外部装置Ｚがデータを生成して無線端末１０に出力する。無線端末１０の送信データ生成部１０５ａが外部装置Ｚからユーザデータの入力を受けると、セキュリティシーケンス番号付与部１１３は、上りセキュリティシーケンス番号を付与する。上りセキュリティシーケンス番号は、所定の値ずつ増加する１６ビット長の番号であり、相互認証時に初期値、例えば、“０”にリセットされる。つまり、相互認証後、最初の上り方向のユーザデータの送信の場合は、初期値の上りセキュリティシーケンス番号が付与され、相互認証後２回目以降の上り方向のユーザデータの送信の場合、前回送信した上り方向のユーザデータに付与した上りセキュリティシーケンス番号に所定の値（例えば、１）を加算した値の上りセキュリティシーケンス番号が付与される。
【０１０１】
カウンタ生成部１１１は、基地局装置２０との相互認証を行ってから最初の上り方向のユーザデータの送信である場合、上り暗号処理カウンタを生成する。暗号化部１１４は、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されている暗号鍵情報と、記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタとを用いて、ユーザデータを暗号化する。具体的な上り暗号処理カウンタの構成と、暗号化処理を説明する。
【０１０２】
図１５は、上り暗号処理カウンタの構成を示す図である。上り暗号処理カウンタの最初の８ビット分は上り暗号処理カウンタに共通の所定の値であり、“１０００００００”である。次の６４ビット分は、上りセキュリティ初期化情報である。上りセキュリティ初期化情報は、記憶部１１２から読み出される。次の３２ビット分は、将来の上りセキュリティシーケンス番号の拡張のために備えた予約であり、すべて“０”である。次の１６ビット分は相互認証完了時にステップＳ１１６で生成された情報であり、上りセキュリティシーケンス番号であり、セキュリティシーケンス番号付与部１１３が付与した上りセキュリティシーケンス番号である。次の８ビット分は、上り暗号処理ブロックカウンタであり、初期値“０”が設定される。
【０１０３】
図１６に示すように、暗号化部１１４は、１２８ビットの暗号鍵情報と、１２８ビットの上り暗号処理カウンタと、１２８ビット単位に分割されたユーザデータ（上り平文）を、１２８ビットブロック暗号化処理をカウンターモードで利用して、１２８ビット単位の暗号化ユーザデータ（上り暗号文）を生成する。１２８ビットブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳがある。
【０１０４】
図１９は、カウンターモードを利用した暗号化の処理例を示す図である。
同図に示すように、暗号化部１１４は、暗号化対象のユーザデータである上り平文を１２８ビットの固定長ずつ区切る。区切られた上り平文を、先頭から順に、平文データ（１）、平文データ（２）、…と記載する。
【０１０５】
暗号化部１１４は、暗号鍵情報を用いて、記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（１）を生成する。暗号化部１１４は、暗号化カウンタ（１）と平文データ（１）の排他的論理和により１２８ビットの暗号化データ（１）を生成する。暗号化データ（１）が生成されると、カウンタ生成部１１１は、現在記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタ内の上り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
【０１０６】
続いて、暗号化部１１４は、暗号鍵情報と、記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（２）を生成する。暗号化部１１４は、暗号化カウンタ（２）と平文データ（２）の排他的論理和により１２８ビットの暗号化データ（２）を生成する。暗号化データ（２）が生成されると、カウンタ生成部１１１は、現在記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタ内の上り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
上記処理を、上り平文から生成された全ての平文データ（１）、（２）、…について実行し、生成された暗号化データ（１）、（２）、…を順に結合して暗号化ユーザデータ（上り暗号文）を生成する。
なお、上り暗号処理ブロックカウンタは８ビットであり、２５６（２の８乗）ブロックまでのユーザデータを暗号化することができる。
【０１０７】
図１２に戻って上り方向通信のシーケンスの説明を続ける。暗号化部１１４は、上りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータをメッセージ認証コード付与部１１５に出力する。メッセージ認証コード付与部１１５は、上りセキュリティ初期化情報と、上りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータとを入力とし、鍵としてメッセージ認証鍵情報を用いて、上りメッセージ認証コードを生成する。そして、メッセージ認証コード付与部１１５は、上りセキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化ユーザデータ及び上りメッセージ認証コードを含むＬ３データをレイヤ２送信処理部１２０に出力する。
【０１０８】
レイヤ２送信処理部１２０のフラグメント部１２１は、Ｌ３データを固定長ずつ分割（フラグメンテーション）してフラグメントデータを生成し、各フラグメントデータにＬ２ヘッダを付与してＣＲＣ付与部１２２に出力する。ＣＲＣ付与部１２２は、フラグメント部１２１から出力されたＬ２ヘッダ及びフラグメントデータからＣＲＣ値を算出し、Ｌ２ヘッダ及びフラグメントデータにＣＲＣ値を付加した上り通信データを生成して通信部１０１に出力する（ステップＳ２０１）。通信部１０１は、割り当てられた帯域の送信タイムスロットにおいて、暗号化ユーザデータが設定された上り通信データを基地局装置２０に送信する（ステップＳ２０２）。送信データの送信元を表す情報として、ＮＥＴ−ＩＤは用いられず、ＭＡＣ−ＩＤが用いられる。
【０１０９】
基地局装置２０の第一通信部２０１が当該無線端末１０からの上り通信データを受信すると、第一中継部２０６ａに上り通信データを入力し、第一中継部２０６ａのＣＲＣ検査部２１１は、第一通信部２０１から入力された上り通信データに設定されているＣＲＣ値を検査し、検査がＮＧであった場合はＮＡＣＫを無線端末１０に返送する。ＣＲＣ検査部２１１は、検査がＯＫであった場合、ＡＣＫを無線端末１０へ返送し、同一のＭＡＣ−ＩＤのフラグメントデータをフラグメント番号の順に結合してＬ３データを復元する。そして、ＣＲＣ検査部２１１は、復元したＬ３データと、上り通信データを受信した帯域に対応したＭＡＣ−ＩＤとをレイヤ３受信処理部２２０に出力する。
【０１１０】
セキュリティシーケンス番号検査部２２３は、復元したＬ３データに設定されている上りセキュリティシーケンス番号を検査する。具体的には、セキュリティシーケンス番号検査部２２３は、以前に同一のＭＡＣ−ＩＤの無線端末１０から受信した上り通信データに基づいて生成されたＬ３データの上りセキュリティシーケンス番号のうち最新の番号を保持し、復元したＬ３データに設定されている上りセキュリティシーケンス番号が、保持した最新のセキュリティシーケンス番号よりも新しい番号であればＯＫと判断し、同一又は古い番号であればＮＧと判断する。セキュリティシーケンス番号検査部２２３は、検査がＯＫであればＬ３データ及びＭＡＣ−ＩＤをメッセージ認証コード検査部２２４に出力し、ＮＧであれば破棄する。
【０１１１】
メッセージ認証コード検査部２２４は、セキュリティシーケンス番号検査部２２３から入力されたＬ３データに設定されている上りメッセージ認証コードを検査する。メッセージ認証コード検査部２２４は、上りメッセージ認証コードの検査がＯＫであれば、Ｌ３データとＭＡＣ−ＩＤを復号部２２５に出力し、検査がＮＧであれば破棄する。
【０１１２】
カウンタ生成部２２１は、無線端末１０との間で相互認証を行ってから最初の上り方向のユーザデータの送信である場合、無線端末１０のカウンタ生成部１１１と同様の処理により、上り暗号処理カウンタ（図１５）を生成し、ＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶部２２２に書き込む。但し、上り暗号処理カウンタの上りセキュリティ初期化情報には、ＭＡＣ−ＩＤに対応して記憶部２２２に記憶されている上りセキュリティ初期化情報が設定される。また、上り暗号処理カウンタの上りセキュリティシーケンス番号には、Ｌ３データに設定されている上りセキュリティシーケンス番号が設定される。また、上り暗号処理カウンタの上り暗号処理ブロックカウンタには、初期値“０”が設定される。
【０１１３】
復号部２２５は、鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルにＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている暗号鍵情報を読み出し、暗号鍵情報と、記憶部１１２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている上り暗号処理カウンタとを用いてＬ３データに設定されている暗号化ユーザデータを復号する。具体的な復号処理を説明する。
【０１１４】
図１６に示すように、復号部２２５は、１２８ビットブロック暗号化処理をカウンターモードで利用し、１２８ビットの暗号鍵情報と、１２８ビットの上り暗号処理カウンタと、１２８ビット単位に分割された暗号化ユーザデータ（上り暗号文）とから、１２８ビット単位に分割された平文のユーザデータ（上り平文）を生成する。復号部２２５が使用する１２８ビットブロック暗号化処理は、無線端末１０の暗号化部１１４が用いた１２８ビットブロック暗号化処理と同じである。
【０１１５】
図２０は、カウンターモードを利用した復号の処理例を示す図であり、図１９に示す暗号化処理により生成された暗号化ユーザデータを復号する処理を示す。
同図に示すように、復号部２２５は、復号対象の暗号化ユーザデータである上り暗号文を１２８ビットの固定長ずつ区切る。区切られた上り暗号文を先頭から順に、暗号化データ（１）、暗号化データ（２）、…と記載する。
【０１１６】
復号部２２５は、暗号鍵情報を用いて、記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている上り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（１）を生成する。復号部２２５は、暗号化カウンタ（１）と暗号化データ（１）の排他的論理和により１２８ビットの平文データ（１）を生成する。平文データ（１）が生成されると、カウンタ生成部２２１は、現在記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている上り暗号処理カウンタ内の上り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
【０１１７】
続いて、復号部２２５は、ＭＡＣ−ＩＤに対応して鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルに登録されている暗号鍵情報を用いて、記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている上り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（２）を生成する。復号部２２５は、暗号化カウンタ（２）と暗号化データ（２）の排他的論理和により１２８ビットの平文データ（２）を生成する。平文データ（２）が生成されると、カウンタ生成部２２１は、現在記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている上り暗号処理カウンタ内の上り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
上記処理を、上り暗号文から生成された全ての暗号文データ（１）、（２）、…について実行し、生成された平文データ（１）、（２）、…を順に結合して平文のユーザデータ（上り平文）を生成する。
【０１１８】
図１２に戻って上り方向通信のシーケンスの説明を続ける。基地局装置２０の復号部２２５は、上記により復号したユーザデータとＭＡＣ−ＩＤを中継設定部２３０に出力する。中継設定部２３０は、端末識別情報テーブルに基づいて、ＭＡＣ−ＩＤに対応するＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報を検索する（ステップＳ２０３）。そして、中継設定部２３０は、ＭＡＣ−ＩＤに基づいて端末識別情報テーブルを検索し、対応するサービスＩＤ及びホスト名を取得する。中継設定部２３０は、送信元を表す情報としてサービスＩＤを上り通信データに付与する（ステップＳ２０４）。また、中継設定部２３０は、ホスト名を設定したＤＮＳ参照要求を位置情報管理装置４０へ送信する（ステップＳ２０５）。位置情報管理装置４０は、ホスト名に対応するＩＰアドレスを設定したＤＮＳ参照応答を基地局装置２０に返送する（ステップＳ２０６）。基地局装置２０の中継設定部２３０は、ＤＮＳ参照応答から取得したＩＰアドレスを、送信先のアドレスとして上り通信データに付与する（ステップＳ２０７）。そして、中継設定部２３０は、サービスＩＤが設定されたユーザデータを含むＩＰ信号の上り通信データをネットワーク６０へ送信する（ステップＳ２０８）。第一中継部２０６ａによって送信された上り通信データは、ネットワーク６０を介して端末装置５０へ到達する。
【０１１９】
なお、セッションが切断される前に、再び、無線端末１０がユーザデータを送信する場合、上述したステップＳ２０２、Ｓ２０７〜Ｓ２０８と同様の処理が行われる。
この場合、無線端末１０のカウンタ生成部１１１は、すでに記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタの上りセキュリティシーケンス番号に、セキュリティシーケンス番号付与部１１３が新たな送信対象のユーザデータに付与した上りセキュリティシーケンス番号を設定し、さらに、上り暗号処理ブロックカウンタに、初期値“０”を設定し、更新する。
また、基地局装置２０のカウンタ生成部２２１は、すでに記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応して記憶されている上り暗号処理カウンタの上りセキュリティシーケンス番号に、新たに受信した上り通信データから生成されたＬ３データ内の上りセキュリティシーケンス番号を設定し、さらに、上り暗号処理ブロックカウンタに、初期値“０”を設定し、更新する。
【０１２０】
図１３は、相互認証が完了した後の下り方向の通信のシーケンスを表すシーケンス図であり、図１１のステップＳ１１９、Ｓ１２０の詳細を示す。
まず、端末装置５０は、無線端末１０に送信する送信データを生成する（ステップＳ３０１）。端末装置５０は、位置情報管理装置４０に対し、データ送信先の無線端末１０のサービスＩＤに基づいたＩＰアドレスの問い合わせ（ＤＮＳ参照要求）を送信する（ステップＳ３０２）。端末装置５０は、無線端末１０が接続している基地局装置２０のＩＰアドレスを、位置情報管理装置４０からＤＮＳ参照応答として取得する（ステップＳ３０３）。端末装置５０は、取得した基地局装置２０のＩＰアドレス宛てにデータを送信することによって、基地局装置２０を介して無線端末１０にデータを送信する（ステップＳ３０４）。基地局装置２０の第二中継部２０６ｂの中継データ取得部２４０は、端末装置５０から受信したＩＰ信号の下り通信データからサービスＩＤとユーザデータを取得すると、サービスＩＤに基づいて端末識別情報テーブルを検索し、対応するＭＡＣ−ＩＤを取得する（ステップＳ３０５）。中継データ取得部２４０は、取得したＭＡＣ−ＩＤをユーザデータとともにレイヤ３送信処理部２５０に出力する（ステップＳ３０６）。
【０１２１】
レイヤ３送信処理部２５０のセキュリティシーケンス番号付与部２５３は、中継データ取得部２４０から入力されたユーザデータに下りセキュリティシーケンス番号を付与する。下りセキュリティシーケンス番号は、所定の値ずつ増加する１６ビット長の番号であり、相互認証時に初期値、例えば、“０”にリセットされる。つまり、中継データ取得部２４０から入力されたＭＡＣ−ＩＤで特定される無線端末１０との相互認証後、最初の下り方向のユーザデータの送信の場合は、初期値の下りセキュリティシーケンス番号が付与される。相互認証後２回目以降の下り方向のユーザデータの送信の場合、ＭＡＣ−ＩＤにより特定される無線端末１０宛に前回送信した下り方向のユーザデータに付与した下りセキュリティシーケンス番号に所定の値（例えば、１）を加算した値の下りセキュリティシーケンス番号が付与される。
【０１２２】
カウンタ生成部２５１は、ＭＡＣ−ＩＤにより特定される無線端末１０との相互認証後、最初の下り方向のユーザデータの送信である場合、下り暗号処理カウンタを生成し、ＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶部２５２に書き込む。暗号化部２５４は、鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルにＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている暗号鍵情報と、記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている下り暗号処理カウンタとを用いて、ユーザデータを暗号化する。
【０１２３】
図１７は、下り暗号処理カウンタの構成を示す図である。下り暗号処理カウンタの最初の８ビット分は下り暗号処理カウンタに共通の所定の値であり、すべて“０”である。次の６４ビット分は、下りセキュリティ初期化情報であり、ＭＡＣ−ＩＤに対応して記憶部２５２から読み出した下りセキュリティ初期化情報を設定する。次の３２ビット分は、将来の下りセキュリティシーケンス番号の拡張のために備えた予約であり、すべて“０”である。次の１６ビット分は、セキュリティシーケンス番号付与部２５３が付与した下りセキュリティシーケンス番号である。次の８ビット分は、下り暗号処理ブロックカウンタであり、初期値“０”が設定される。
【０１２４】
図１８に示すように、暗号化部２５４は、１２８ビットの暗号鍵情報と、１２８ビットの下り暗号処理カウンタと、１２８バイトのユーザデータ（下り平文）を、１２８ビットブロック暗号化処理をカウンターモードで利用して、１２８ビット単位に分割された暗号化ユーザデータ（下り暗号文）を生成する。１２８ビットブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳがある。
【０１２５】
例えば、暗号化部２５４は、図１９に示す暗号化処理を行う。暗号化部２５４は、暗号化対象のユーザデータである下り平文を１２８ビットの固定長ずつ区切り、先頭から順に平文データ（１）、平文データ（２）、…を生成する。暗号化部２５４は、暗号鍵情報を用いて、記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている下り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（１）を生成する。暗号化部２５４は、暗号化カウンタ（１）と平文データ（１）の排他的論理和により１２８ビットの暗号化データ（１）を生成する。暗号化データ（１）が生成されると、カウンタ生成部２５１は、現在記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている下り暗号処理カウンタ内の下り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
【０１２６】
続いて、暗号化部２５４は、暗号鍵情報と、記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている下り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（２）を生成する。暗号化部２５４は、暗号化カウンタ（２）と平文データ（２）の排他的論理和により１２８ビットの暗号化データ（２）を生成する。暗号化データ（２）が生成されると、カウンタ生成部２５１は、現在記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている下り暗号処理カウンタ内の下り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
上記処理を、下り平文から生成された全ての平文データ（１）、（２）、…について実行し、生成された暗号化データ（１）、（２）、…を順に結合して暗号化ユーザデータ（下り暗号文）を生成する。
【０１２７】
図１３に戻って下り方向通信のシーケンスの説明を続ける。暗号化部２５４は、下りセキュリティシーケンス番号が付加された暗号化ユーザデータとＭＡＣ−ＩＤをメッセージ認証コード付与部２５５に出力する。メッセージ認証コード付与部２５５は、下りセキュリティ初期化情報と、下りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータとを入力とし、鍵としてメッセージ認証鍵情報を用いて、下りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード付与部２５５は、下りセキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化ユーザデータ及び下りメッセージ認証コードを含むＬ３データとＭＡＣ−ＩＤをレイヤ２送信処理部２６０に出力する。
【０１２８】
レイヤ２送信処理部２６０のフラグメント部２６１は、Ｌ３データを固定長ずつ分割してフラグメントデータを生成し、各フラグメントデータにＬ２ヘッダを付与してＭＡＣ−ＩＤとともにＣＲＣ付与部２６２に出力する。ＣＲＣ付与部２６２は、フラグメント部２６１から出力されたＬ２ヘッダ及びフラグメントデータからＣＲＣ値を算出し、Ｌ２ヘッダ及びフラグメントデータにＣＲＣ値を付加して下り通信データを生成する。ＣＲＣ付与部２６２は、生成した下り通信データを第一通信部２０１に出力する。第一通信部２０１は、ＭＡＣ−ＩＤの無線端末１０に割り当てられた帯域により、暗号化ユーザデータが設定された下り通信データを送信する（ステップＳ３０７）。
【０１２９】
無線端末１０の通信部１０１は、基地局装置２０から受信した下り通信データを受信データ取得部１０５ｂに出力する。ＣＲＣ検査部１３１は、通信部１０１から入力された下り通信データに設定されているＣＲＣ値を検査し、検査がＮＧであった場合はＮＡＣＫを基地局装置２０に返送する。ＣＲＣ検査部１３１は、検査がＯＫであった場合、ＡＣＫを基地局装置２０へ返送し、下り通信データから取得したフラグメントデータと、Ｌ２ヘッダから取得した当該フラグメントデータのフラグメント番号とに基づいて、Ｌ３データを復元する。そして、ＣＲＣ検査部１３１は、復元したＬ３データをレイヤ３受信処理部１４０に出力する。
【０１３０】
レイヤ３受信処理部１４０のセキュリティシーケンス番号検査部１４３は、復元したＬ３データに設定されている下りセキュリティシーケンス番号を検査する。具体的には、セキュリティシーケンス番号検査部１４３は、以前に基地局装置２０から受信した下り通信データに基づいて生成されたＬ３データの上りセキュリティシーケンス番号のうち最新の番号を保持し、復元したＬ３データに設定されている下りセキュリティシーケンス番号が、保持した最新のセキュリティシーケンス番号よりも新しい番号であればＯＫと判断し、同一又は古い番号であればＮＧと判断する。セキュリティシーケンス番号検査部１４３は、検査がＯＫであればＬ３データをメッセージ認証コード検査部１４４に出力し、ＮＧであれば破棄する。
【０１３１】
メッセージ認証コード検査部１４４は、セキュリティシーケンス番号検査部１４３から入力されたＬ３データに設定されている下りメッセージ認証コードを検査する。メッセージ認証コード検査部１４４は、下りメッセージ認証コードを検査がＯＫであれば、Ｌ３データとＭＡＣ−ＩＤを復号部１４５に出力し、検査がＮＧであれば破棄する。
【０１３２】
カウンタ生成部１４１は、基地局装置２０との間で相互認証を行ってから最初のユーザデータの受信である場合、基地局装置２０のカウンタ生成部２５１と同様の処理により、下り暗号処理カウンタ（図１７）を生成し、記憶部１４２に書き込む。但し、下り暗号処理カウンタの下りセキュリティ初期化情報には、記憶部１４２に記憶されている下りセキュリティ初期化情報が設定される。また、下り暗号処理カウンタの下りセキュリティシーケンス番号には、Ｌ３データに設定されている下りセキュリティシーケンス番号が設定される。
【０１３３】
復号部１４５は、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されている暗号鍵情報を読み出すと、暗号鍵情報と、記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタとを用いてＬ３データに設定されている暗号化ユーザデータを復号する。
【０１３４】
図１８に示すように、復号部１４５は、１２８ビットブロック暗号化処理をカウンターモードで利用し、１２８ビットの暗号鍵情報と、１２８ビットの下り暗号処理カウンタと、１２８ビット単位に分割された暗号化ユーザデータ（下り暗号文）とから、１２８ビット単位に分割された平文のユーザデータ（下り平文）を生成する。復号部１４５が使用する１２８ビットブロック暗号化処理は、基地局装置２０の暗号化部２５４が用いた１２８ビットブロック暗号化処理と同じである。
【０１３５】
例えば、基地局装置２０の暗号化部２５４が図１９に示す暗号処理を行った場合、復号部１４５は、図２０に示す復号処理を行う。復号部１４５は、暗号化ユーザデータである下り暗号文を１２８ビットの固定長ずつ区切る。区切られた下り暗号文を先頭から順に、暗号化データ（１）、暗号化データ（２）、…と記載する。
【０１３６】
復号部１４５は、暗号鍵情報を用いて、記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（１）を生成する。復号部１４５は、暗号化カウンタ（１）と暗号化データ（１）の排他的論理和により１２８ビットの平文データ（１）を生成する。平文データ（１）が生成されると、カウンタ生成部１４１は、現在記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタ内の下り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
【０１３７】
続いて、復号部１４５は、暗号鍵情報と、記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（２）を生成する。復号部１４５は、暗号化カウンタ（２）と暗号化データ（２）の排他的論理和により１２８ビットの平文データ（２）を生成する。平文データ（２）が生成されると、カウンタ生成部１４１は、現在記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタ内の下り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
上記処理を、下り暗号文から生成された全ての暗号化データ（１）、（２）、…について実行し、生成された平文データ（１）、（２）、…を順に結合して平文のユーザデータ（下り平文）を生成する。復号部１４５は、上記により復号したユーザデータを外部装置Ｚに出力する。
【０１３８】
なお、セッションが切断される前に、再び、端末装置５０がユーザデータを送信する場合、上述したステップＳＳ３０１、３０５〜Ｓ３０７と同様の処理が行われる。
この場合、基地局装置２０のカウンタ生成部２５１は、すでに記憶部２５２に宛先ＭＡＣ−ＩＤと対応して記憶されている下り暗号処理カウンタの下りセキュリティシーケンス番号に、セキュリティシーケンス番号付与部２５３が新たに端末装置５０から送信されたユーザデータに付与した下りセキュリティシーケンス番号を設定し、さらに、下り暗号処理ブロックカウンタに、初期値“０”を設定し、更新する。
また、無線端末１０のカウンタ生成部１４１は、すでに記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタの下りセキュリティシーケンス番号に、新たに受信した下り通信データから生成されたＬ３データ内の下りセキュリティシーケンス番号を設定し、さらに、下り暗号処理ブロックカウンタに、初期値“０”を設定し、更新する。
【０１３９】
図２１は、無線端末１０から送信される上りメッセージ認証コードの生成処理を示す図である。図２１に示すように、メッセージ認証コード付与部１１５は、二つの入力値（入力１及び入力２）及び１２８ビットのメッセージ認証鍵情報を用いて上りメッセージ認証コード生成処理を行うことによって、上りメッセージ認証コードを生成する。上りメッセージ認証コード生成処理の具体例として１２８ビットブロック暗号を利用したＣＭＡＣ（Cipher-based Message Authentication Code）等がある。また、ＣＭＡＣで用いるブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳ等がある。メッセージ認証コード付与部１１５は、入力１として以下の順に並んだ１２８ビットのビット列を生成する。８ビットのビット列“１０００００００”、６４ビット分の上りセキュリティ初期化情報、３２ビット分の“０”、１６ビット分の上りセキュリティシーケンス番号、８ビット分の“０”。最初の８ビット分のビット列は、上りメッセージ認証コードの演算であることを表すビット列である。３２ビット分の“０”及び８ビット分の“０”は、いずれもパディングのためのビット列である。
【０１４０】
図２２は、基地局装置２０から送信される下りメッセージ認証コードの生成処理を示す図である。図２２に示すように、メッセージ認証コード付与部２５５は、二つの入力値（入力１及び入力２）及び１２８ビットのメッセージ認証鍵情報を用いて下りメッセージ認証コード生成処理を行うことによって、下りメッセージ認証コードを生成する。下りメッセージ認証コード生成処理の具体例として１２８ビットブロック暗号を利用したＣＭＡＣ（Cipher-based Message Authentication Code）等がある。また、ＣＭＡＣで用いるブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳ等がある。メッセージ認証コード付与部２５５は、入力１として以下の順に並んだ１２８ビットのビット列を生成する。８ビットのビット列“００００００００”、６４ビット分の下りセキュリティ初期化情報、３２ビット分の“０”、１６ビット分の下りセキュリティシーケンス番号、８ビット分の“０”。最初の８ビット分のビット列は、下りメッセージ認証コードの演算であることを表すビット列である。３２ビット分の“０”及び８ビット分の“０”は、いずれもパディングのためのビット列である。
【０１４１】
上記のように構成された通信システム１００では、無線端末１０と基地局装置２０のセッション開始時の相互認証の都度、共有認証情報（端末認証用乱数、ＮＷ認証用乱数）を生成し、その乱数から生成した秘密情報の一部を認証情報（端末認証子、ＮＷ認証子）として送付し、相互認証を行う。そして、認証情報として使用しなかった秘密情報の残りの部分からセキュリティ初期化情報（上りセキュリティ初期化情報、下りセキュリティ初期化情報）を生成し、そのセキュリティ初期化情報とセキュリティシーケンス番号（例えば上りセキュリティシーケンス番号、下りセキュリティシーケンス番号）とから生成されたカウンタを用いて、カウンタモードによりユーザデータの暗号化を行う。従って、セッションが継続している間は、少ない共有情報（１６ビットのセキュリティシーケンス番号）のみを無線端末１０と基地局装置２０との間でやり取りするのみで、ユーザデータを安全に暗号化して送受信することができる。
また同様に、セキュリティ初期化情報とセキュリティシーケンス番号とを用いてメッセージ認証コードを生成し、ユーザデータの改ざんが検知される。従って、セッションが継続している間は、少ない共有情報（例えば６４ビットのメッセージ認証コード及び１６ビットのセキュリティシーケンス番号）のみを無線端末１０と基地局装置２０との間でやり取りするのみで、ユーザデータを安全に暗号化して送受信することができる。
【０１４２】
また、本実施形態では、ＯＳＩ参照モデル第二層の情報であるＭＡＣ−ＩＤと、ＯＳＩ参照モデル第三層のＮＥＴ−ＩＤとを用いて端末認証子生成用の秘密情報、ＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成し、端末認証子生成用の秘密情報から端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報を、また、ＮＷ認証子生成用の秘密情報からＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報を生成している。このように、ＯＳＩ参照モデルにおける異なる層であるＬ２の識別情報、Ｌ３の識別情報が、認証処理及び暗号処理において用いられる。よって、Ｌ２の識別情報とＬ３の識別情報との対応関係を詐称する攻撃に対しても安全な認証処理、暗号処理、改ざん検知処理を行うことができる。
【０１４３】
また、ＳＳＬ（Secure Socket Layer）や３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）などの従来の技術では、端末間の認証処理と暗号処理においては別の乱数を用いており、これらの乱数を端末間で共有している。しかしこれは、電源がオフの時でも前の状態を記憶できる場合にのみ実現できる。一方、本実施形態では、電源がオフになった場合に情報を引き継げない通信システムであっても、安全にユーザデータを暗号化することや改ざん検知を行うことが可能になる。
また、暗号化や改ざん検知のために無線端末と基地局との間で共有する情報量が少なくて済み、無線帯域が消費されることがない。従って、無線装置間の無線帯域の節約が可能であり、帯域が狭小な無線システムにおいて特に有効である。
【０１４４】
また、上りメッセージ認証コードや下りメッセージ認証コードを用いた改ざん防止の通信は、Encryption then MACの方式で行われる。そのため、改ざん防止をより効果的に行うことが可能となる。また、暗号鍵情報とメッセージ認証鍵情報とは異なる鍵として構成されることによって、改ざん防止をさらに効果的に行うことが可能となる。また、上記通信システム１００では、無線端末１０毎にメッセージ認証鍵情報が固定的に割り当てられている。そのため、メッセージ認証鍵情報を更新できるシステムに比べて一見すると改ざん防止の効果が低下するようにも見える。しかしながら、メッセージ認証コードを生成する際の入力として、相互認証処理において生成されたセキュリティ初期化情報やセキュリティシーケンス番号が用いられるため、固定的な鍵情報を用いる場合であっても改ざん防止の効果を向上させる事が可能となる。
暗号化の処理においても同様に、暗号鍵が固定であるとしても、暗号化処理の入力として、相互認証処理において生成されたセキュリティ初期化情報やセキュリティシーケンス番号が用いられるため、固定的な鍵情報を用いる場合であっても暗号化の効果を向上させる事が可能となる。
【０１４５】
＜変形例＞
無線端末１０は、有線通信を行う有線端末に置き換えられても良い。この場合、有線端末と基地局装置２０との間の通信は、有線通信で実現される。このように構成された場合にも、データを暗号化して送受信する有線端末と基地局装置２０との間の有線通信において、セキュリティを確保しながら、暗号及び復号に必要な情報を送受信するためのデータ量を削減することによって、通信帯域を削減することが可能となる。
また、無線端末１０と基地局装置２０との間で行われる認証処理について、互いに認証し合う相互認証処理を行い、送受信するユーザデータを暗号化する場合について説明したが、無線端末１０または基地局装置２０のいずれか一方の認証を行い、認証された無線端末１０または基地局装置２０が送信するユーザデータのみを暗号化して送信しても良い。
【０１４６】
また、上記においては、無線端末１０及び基地局装置２０は、同一の認証鍵情報を用いてＮＷ認証子生成用の秘密情報や端末認証子生成用の秘密情報を生成しているが、これらが異なる認証鍵情報であってもよい。但し、無線端末１０が端末認証子生成用の秘密情報を生成するための認証鍵情報と、基地局装置２０が端末認証子生成用の秘密情報を生成するための認証鍵情報とは同一であり、無線端末１０がＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成するための認証鍵情報と、基地局装置２０がＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成するための認証鍵情報は同一である。
また、認証鍵情報と暗号鍵情報とが同じであってもよい。また、認証鍵情報とメッセージ認証鍵情報とが同じであっても良い。また、暗号鍵情報とメッセージ認証鍵情報とが同じであっても良い。また、認証鍵情報と暗号鍵情報とメッセージ認証鍵情報とが同じであっても良い。
なお、上記の認証鍵情報、暗号鍵情報、メッセージ認証鍵情報は秘密鍵である。
【０１４７】
また、上記においては、図１４（ａ）に示すように、ＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成するために用いられる第一入力は、ＮＥＴ−ＩＤ、ＭＡＣ−ＩＤ及び基地局ＩＤを含んでいるが、この第一入力は、ＮＥＴ−ＩＤのみを含むもの、ＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを含むもの、あるいは、ＮＥＴ−ＩＤ及び基地局ＩＤを含むものでもよい。
また、上記においては、図１４（ｂ）に示すように、端末認証子生成用の秘密情報を生成するために用いられる第一入力は、ＮＥＴ−ＩＤ、ＭＡＣ−ＩＤ及び基地局ＩＤを含んでいるが、この第一入力は、ＮＥＴ−ＩＤのみを含むもの、ＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを含むもの、あるいは、ＮＥＴ−ＩＤ及び基地局ＩＤを含むものでもよい。
【０１４８】
また、上記においては、セッション開始時の相互認証の都度、無線端末１０に割り当てられるＭＡＣ−ＩＤをＮＷ認証子生成用の秘密情報、端末認証子生成用の秘密情報の生成に用いているが、認証の都度（セッションが開始される都度）、無線端末１０に割り当てられる他の識別情報を用いてもよい。
また、上記においては、無線端末１０と基地局装置２０のセッション開始時の相互認証の都度、端末認証用乱数、ＮＷ認証用乱数を生成して交換しているが、それらの値の代わりに、乱数に所定の演算を行なった値や、乱数と所定の情報との組合せなど、乱数を元に生成された情報としてもよい。例えば、乱数と、認証の都度、無線端末１０に割り当てられる識別情報との組合せであってもよい。
【０１４９】
また、上記においては、認証時に端末認証子生成用の秘密情報から端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報を生成し、ＮＷ認証子生成用の秘密情報からＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報を生成しているが、相互認証後、最初にユーザデータを暗号化する時、あるいは、暗号化ユーザデータを復号する時に、ＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成して下りセキュリティ初期化情報を生成したり、端末認証子生成用の秘密情報を生成して上りセキュリティ初期化情報を生成してもよい。
つまり、無線端末１０が基地局装置２０との相互認証後、最初にユーザデータを送信するときに、カウンタ生成部１１１は、認証制御部１０４と同様に端末認証子生成用の秘密情報を生成し、生成した秘密情報から上りセキュリティ初期化情報を生成する。基地局装置２０が無線端末１０との相互認証後、最初にユーザデータを受信したときに、カウンタ生成部２２１は、認証制御部２０５と同様に端末認証子生成用の秘密情報を生成し、生成した秘密情報から上りセキュリティ初期化情報を生成する。
また、基地局装置２０が無線端末１０との相互認証後、最初にユーザデータを送信するときに、カウンタ生成部２５１は、認証制御部２０５と同様にＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成し、生成した秘密情報から下りセキュリティ初期化情報を生成する。無線端末１０が基地局装置２０との相互認証後、最初にユーザデータを受信したときに、認証制御部１０４と同様にＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成し、生成した秘密情報から上りセキュリティ初期化情報を生成する。
あるいは、認証時に生成したＮＷ認証子生成用の秘密情報、及び、端末認証子生成用の秘密情報を記憶しておき、相互認証後最初に、ユーザデータを暗号化する時、あるいは、暗号化ユーザデータを復号する時に、ＮＷ認証子生成用の秘密情報から下りセキュリティ初期化情報を生成したり、端末認証子生成用の秘密情報から上りセキュリティ初期化情報を生成したりしてもよい。
【０１５０】
また、端末認証子生成用の秘密情報の生成、ＮＷ認証子生成用の秘密情報の生成に、上記実施形態とは異なる方式を用いてもよい。例えば、ハッシュ関数など一方向性の関数を暗号方式として用いてもよい。
また、ユーザデータの暗号化及び復号に、上記実施形態とは異なる方式を用いてもよい。
【０１５１】
また、基地局装置２０によって無線端末１０に対してＭＡＣ−ＩＤが付与されるのではなく、無線端末１０が予めＭＡＣ−ＩＤを記憶していても良い。この場合、基地局装置２０に対して無線通信を開始する以前に、無線端末１０の端末識別情報記憶部１０２ａは自装置（無無線端末１０）に付与されたＭＡＣ−ＩＤを予め記憶しておく。また、ＭＡＣ−ＩＤ割当要求（ステップＳ１０１）及びＭＡＣ−ＩＤ割当応答（ステップＳ１０２）の処理は不要となり、認証制御部２０５は相互認証要求（ステップＳ１０４）に含まれるＭＡＣ−ＩＤ及びＮＥＴ−ＩＤを対応付けて端末識別情報テーブルに記録する。
【０１５２】
また、上記においては、暗号化されたユーザデータに基づいてメッセージ認証コードを生成するEncryption then MACについて説明したが、Encryption and MACであっても良いし、MAC then Encryptionであっても良い。また、ユーザデータを暗号化せずにメッセージ認証コードを付与しても良い。
【０１５３】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【０１５４】
１００…通信システム， １０…無線端末， ２０…基地局装置， ３０…端末情報管理装置， ４０…位置情報管理装置， ５０…端末装置， １０１…通信部， １０２…記憶部， １０２ａ…端末識別情報記憶部， １０２ｂ…鍵情報記憶部， １０３…乱数生成部， １０４…認証制御部（認証部）， １０５…送信データ生成部， １０６…受信データ取得部， １０７…上位レイヤ処理部， １０９…データ処理部， １１０…レイヤ３送信処理部， １１１…カウンタ生成部， １１２…記憶部， １１３…セキュリティシーケンス番号付与部， １１４…暗号化部， １１５…メッセージ認証コード付与部， １２０…レイヤ２送信処理部， １２１…フラグメント部， １２２…ＣＲＣ付与部， １３０…レイヤ２受信処理部， １３１…ＣＲＣ検査部， １４０…レイヤ３受信処理部， １４１…カウンタ生成部， １４２…記憶部， １４３…セキュリティシーケンス番号検査部， １４４…メッセージ認証コード検査部， １４５…復号部， ２０１…第一通信部， ２０２…第二通信部， ２０３…記憶部， ２０３ａ…基地局識別情報記憶部， ２０３ｂ…端末識別情報テーブル記憶部（識別情報記憶部）， ２０３ｃ…鍵情報テーブル記憶部， ２０４…乱数生成部， ２０５…認証制御部（認証部）， ２０６…第一中継部， ２０７…第二中継部，２０９…中継部， ２１０…レイヤ２受信処理部， ２１１…ＣＲＣ検査部， ２２０…レイヤ３受信処理部， ２２１…カウンタ生成部， ２２２…記憶部， ２２３…セキュリティシーケンス番号検査部， ２２４…メッセージ認証コード検査部， ２２５…復号部， ２３０…中継設定部， ２４０…中継データ取得部， ２５０…レイヤ３送信処理部， ２５１…カウンタ生成部， ２５２…記憶部， ２５３…セキュリティシーケンス番号付与部， ２５４…暗号化部， ２５５…メッセージ認証コード付与部， ２６０…レイヤ２送信処理部， ２６１…フラグメント部， ２６２…ＣＲＣ付与部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム、通信装置、通信方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無数に配置された無線端末から様々な情報を無線で送信し、その無線を複数の基地局で受信して収集するネットワークが提案されている。このようなネットワークでは、収集された情報に応じて各無線端末へ制御信号が送信されることもある。例えば、様々な種類のセンサーや家電機器などの装置に無線端末が設置され、各無線端末は各装置の状況や状態を表す情報を送信する。
【０００３】
これらの無線端末から送信される情報のデータ量は、非常に小さい。また、情報が送信される頻度は非常に低い。コスト低減のため、広帯域の通信網を用いて上記ネットワークを構築せず、一般的にはコスト低減が図りやすい狭帯域の通信網を用いて構築される。例えば、一つの無線チャネル当たり最大９６００ｂｐｓ（Bits Per Second）の通信帯域を一定時間毎に分割して半二重通信方式で数万台の無線端末で共有する。また、コスト低減のため、無線端末にはデータ記憶能力（メモリ容量、揮発性か否か、電池寿命など）、鍵更新能力、演算処理能力が乏しい装置を用いて上記ネットワークが構築される。
【０００４】
一方、非特許文献１には、通信装置間で送受信するデータを、ＣＣＭＰ（counter mode with cipher block chaining/message authentication code protocol）を用いてメッセージ認証することが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】服部武、藤岡雅宣編著，「ワイヤレスブロードバンド教科書 改訂三版（高速ＩＰワイヤレス編）」，インプレスＲ＆Ｄ，２００８年，ｐ．３３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように構築されたネットワークでは、収容される無線端末の台数が非常に多い。そのため、一台の無線端末によって送信されるデータ量のわずかな増減が、複数台の端末で構成されるネットワーク全体では非常に大きな問題となってしまう。
上記のネットワークでは、無線端末から基地局への通信、あるいは、基地局から無線端末への通信のそれぞれの片方向通信を前提としているため、双方向通信のように複数回の送受信データを用いてセキュリティ機能を構成することは難しい。
片方向通信において、ＣＣＭＰを適用する事で独立した暗号化通信を行う事が可能となるが、十分なセキュリティ強度を保つために十分な長さのカウンタ情報を送信情報に付加する必要があるため、その付加情報により送信データ帯域が圧迫される。
また、一般的に複数回の送受信データを用いたセキュリティ機能を構成する場合には、暗号化と復号の処理のため端末の演算処理能力が消費され、その無線端末のメモリ容量やデータ処理速度の低下を引き起こす。さらに、安全性を確保するために鍵更新を行うには、鍵更新のための安全な領域確保や処理機能が必要となる。このように、セキュリティ用のデータ領域確保のために、各端末能力の高機能化を行うと、コスト増加の要因となる。
なお、このような課題は、通信端末が無線通信を行う場合に限ったものではなく、有線通信においても発生する場合がある。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、片方向通信において、限られたリソースの下、より少ない通信データで、データの改ざんの検知を可能とし安全に通信を行うことができる通信システム、通信装置、通信方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、第一通信装置と第二通信装置とが、認証情報を生成するために共有する共有認証情報を用いて通信する通信システムであって、前記第一通信装置は、認証の度に異なる前記共有認証情報を前記第二通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信する送信側認証部と、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与部と、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記第二通信装置に送信するデータ送信部と、を備え、前記第二通信装置は、前記第一通信装置との間で前記共有認証情報を交換するとともに、前記第一通信装置から送信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記送信側認証情報を認証する受信側認証部と、前記第一通信装置から前記メッセージ認証情報が付与されたデータを受信する受信処理部と、前記受信側認証部において認証が成功したときに生成された前記共有認証情報に前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報を保存しておくセキュリティ初期化情報保持部と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と前記セキュリティ初期化情報保持部に保存された前記受信側セキュリティ初期化情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査部と、を備え、前記受信側認証部は、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信し、前記送信側認証部は、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記受信側認証情報を認証する、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記第一通信装置は、送信するデータそれぞれにシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部をさらに備え、前記メッセージ認証情報付与部は、送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、前記シーケンス番号と、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データ送信部は、前記データに、前記シーケンス番号付与部が前記データに付与した前記シーケンス番号を付加して前記第二通信装置に送信し、前記認証情報検査部は、前記受信側セキュリティ初期化情報と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、前記シーケンス番号とに基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記第一通信装置は、メッセージ認証鍵情報を記憶する送信側鍵情報記憶部をさらに備え、前記メッセージ認証情報付与部は、前記送信側記憶部内の前記メッセージ認証鍵情報を用いて前記メッセージ認証情報を生成し、前記第二通信装置は、前記メッセージ認証鍵情報を記憶する受信側鍵情報記憶部をさらに備え、前記メッセージ認証情報検査部は、前記受信側記憶部内の前記メッセージ認証鍵情報を用いて前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記第二通信装置は、複数の前記第一通信装置と通信し、前記送信側認証部は、他の第二通信装置と通信する前記第一通信装置を含めた全ての前記第一通信装置を識別できる第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて送信側認証情報を生成し、生成した前記送信側認証情報を前記第二通信装置へ送信し、前記メッセージ認証情報付与部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報に基づいて前記メッセージ認証情報を生成し、前記受信側認証部は、前記送信側認証情報の送信元の前記第一通信装置の前記第一識別情報と、前記送信側認証情報の送信元の前記第一通信装置との間で交換した前記共有認証情報とを用いて前記送信側認証情報を認証し、前記メッセージ認証情報検査部は、前記データの送信元の前記第一通信装置の前記第一識別情報と、前記受信側認証部において当該第一通信装置から受信した前記送信側認証情報の認証が成功したときに用いた前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記送信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに加えてさらに前記第二通信装置の識別情報を用いて送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信し、前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに加えて前記第二通信装置の識別情報を用いて前記送信側認証情報を認証する、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記第一通信装置は、複数の前記第二通信装置と通信し、前記送信側認証部は、他の第一通信装置と通信する前記第二通信装置を含めた全ての前記第二通信装置を識別できる第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて送信側認証情報を生成し、生成した前記送信側認証情報を当該第二通信装置へ送信し、前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて前記第一通信装置から受信した前記送信側認証情報を認証し、前記メッセージ認証情報付与部は、前記データの送信先である前記第二通信装置の前記第一識別情報と、当該第二通信装置と交換した前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報に基づいて前記メッセージ認証情報を生成し、前記メッセージ認証情報検査部は、前記第一識別情報と、前記受信側認証部において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報とに前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様は、上記の通信システムであって、前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信し、前記送信側認証部は、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて前記受信側認証情報を認証する、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様は、通信装置であって、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求部と、前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証部と、前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与部と、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様は、通信装置であって、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証部と、前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求部と、前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信処理部と、前記認証部において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の前記所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様は、第一通信装置と第二通信装置とが通信する通信システムにおいて実行される通信方法であって、前記第一通信装置と前記第二通信装置とが、認証の度に異なる共有認証情報を交換する共有認証情報交換ステップと、前記第一通信装置が、前記共有認証情報交換ステップにおいて交換した前記共有認証情報から送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信する送信側認証要求ステップと、前記第二通信装置が、前記第一通信装置から前記送信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記送信側認証情報を認証する受信側認証ステップと、前記第二通信装置が、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信するステップと、前記第一通信装置が、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記受信側認証情報を認証するステップと、前記第一通信装置が、前記共有認証情報交換ステップにおいて交換した前記共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与ステップと、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記第二通信装置に送信するデータ送信ステップと、前記第二通信装置が、前記第一通信装置から前記メッセージ認証情報が付与されたデータを受信する受信ステップと、前記受信側認証ステップにおいて認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報と、前記受信ステップにおいて受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査ステップと、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の一態様は、通信装置において実行される通信方法であって、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求ステップと、前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証ステップと、前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与ステップと、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信ステップと、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の一態様は、通信装置において実行される通信方法であって、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証ステップと、前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求ステップと、前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信ステップと、前記認証ステップにおいて認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信ステップにおいて受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査ステップと、を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の一態様は、通信装置のコンピュータに、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求手順と、前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証手順と、前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与手順と、前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信手順と、を実行させるためのプログラムである。
【００２１】
本発明の一態様は、通信装置のコンピュータに、認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証手順と、前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求手順と、前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信手順と、前記認証手順において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信手順において受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査手順と、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、片方向通信を行なう通信装置間において、限られたリソースの下、より少ない通信データで、データの改ざんの検知を可能とし安全に通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】通信システム１００のシステム構成を表すシステム構成図である。
【図２】各レイヤにおけるデータ構造を示す図である。
【図３】無線端末１０の機能構成を表す概略ブロック図である。
【図４】図３に示す送信データ生成部１０５ａの機能構成を表すブロック図である。
【図５】図３に示す受信データ取得部１０５ｂの機能構成を表すブロック図である。
【図６】基地局装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。
【図７】図６に示す第一中継部２０６ａの機能構成を表すブロック図である。
【図８】図６に示す第二中継部２０６ｂの機能構成を表すブロック図である。
【図９】端末識別情報テーブルの概略を表す図である。
【図１０】鍵情報テーブルの概略を表す図である。
【図１１】通信システム１００における相互認証処理のシーケンスを表すシーケンス図である。
【図１２】相互認証が完了した後の上り方向の通信のシーケンスを表すシーケンス図である。
【図１３】相互認証が完了した後の下り方向の通信のシーケンスを表すシーケンス図である。
【図１４】認証子及びセキュリティ初期化情報の生成を示す図である。
【図１５】上り暗号処理カウンタを示す図である。
【図１６】無線端末１０から送信されるユーザデータの暗号化処理及び復号処理を示す図である。
【図１７】下り暗号処理カウンタを示す図である。
【図１８】基地局装置２０から送信されるユーザデータの暗号化処理及び復号処理を示す図である。
【図１９】カウンターモードの暗号化処理の例を示す図である。
【図２０】カウンターモードの復号処理の例を示す図である。
【図２１】無線端末１０から送信される上りメッセージ認証コードの生成処理を示す図である。
【図２２】基地局装置２０から送信される下りメッセージ認証コードの生成処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、通信システム１００のシステム構成を表すシステム構成図である。通信システム１００は、複数の無線端末１０（１０−１−１，１０−１−２，・・・，１０−２−１，１０−２−２，・・・），複数の基地局装置２０（２０−１，２０−２，・・・）、端末情報管理装置３０、位置情報管理装置４０、端末装置５０を備える。基地局装置２０、端末情報管理装置３０、位置情報管理装置４０、端末装置５０（５０−１，５０−２，・・・）は、いずれもネットワーク６０に接続されている。ネットワーク６０は、例えば有線のＩＰ通信網として構成されても良いし、他の態様で構成されても良い。
【００２５】
複数の無線端末１０は、それぞれ自装置に対応する基地局装置２０と無線通信する。複数の基地局装置２０は、それぞれ自装置に対応する複数の無線端末１０と無線通信し、ネットワーク６０に接続された装置（例えば端末装置５０）と無線端末１０との間でデータを中継する。例えば、複数の無線端末１０−１（１０−１−１，１０−１−２，・・・）と基地局装置２０−１とは互いに無線通信を行い、複数の無線端末１０−２（１０−２−１，１０−２−２，・・・）と基地局装置２０−２とは互いに無線通信を行う。
【００２６】
各無線端末１０には、ＭＡＣ−ＩＤ（第三識別情報）とＮＥＴ−ＩＤ（第一識別情報）という二つの識別情報が付与される。ＭＡＣ−ＩＤは、基地局装置２０が自身と無線通信する複数の無線端末１０の中で各無線端末１０を一意に識別するための識別情報である。すなわち、ＭＡＣ−ＩＤはＯＳＩ参照モデルにおける第二層の情報である。そのため、一の基地局装置２０が無線通信する無線端末１０には、重複したＭＡＣ−ＩＤは割り当てられることはない。ただし、ＭＡＣ−ＩＤは基地局から無線端末へ動的に割り当てられるため、一の基地局装置２０と他の基地局装置２０との間では、異なる無線端末１０に同一のＭＡＣ−ＩＤが重複して割り当てられる可能性はある。
【００２７】
ＮＥＴ−ＩＤは、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０を一意に識別するための識別情報である。すなわち、ＮＥＴ−ＩＤはＯＳＩ参照モデルにおける第三層（レイヤ３）の情報である。そのため、通信システム１００に設置された無線端末１０には、重複したＮＥＴ−ＩＤは割り当てられることはない。
【００２８】
通信システム１００では、無線端末１０と基地局装置２０との間において、ＮＥＴ−ＩＤを用いずＭＡＣ−ＩＤを用いて通信データを送信することで、ＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを用いて通信データが送信される場合に比べて通信データのデータ量を削減する。通信データとは、無線端末１０と基地局装置２０との間で送受信されるデータのことである。
以下、通信システム１００の詳細について説明する。
【００２９】
図２は、無線端末１０及び基地局装置２０がユーザデータを送信する際の各レイヤにおけるデータ構造を示す図である。
アプリケーションレイヤ（ＯＳＩ参照モデルにおける第七層）の各種アプリケーションにより生成されるユーザデータは、無線端末１０から送信されるデータ、あるいは、無線端末１０へ送信されるデータである。レイヤ３（ＯＳＩ参照モデルにおける第三層：以下、「Ｌ３」とも記載する。）のＣＮＴ（制御）レイヤにおける処理では、ユーザデータに、セキュリティシーケンス番号及びＬ３ヘッダが付加され、ユーザデータの部分が暗号化された後、暗号化されたユーザデータに基づいてメッセージ認証コード（ＭＡＣ：Message Authentication Code）が生成され、暗号化されたユーザデータに付与される（Encryption then MAC）。Ｌ３ヘッダには、データ長や、メッセージの種類の情報が含まれる。また、メッセージ認証コードは、受信側でデータの改ざんを検出するための情報である。以下、セキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化されたユーザデータ（以下、「暗号化ユーザデータ」と記載する。）、及び、メッセージ認証コードを含むデータをＬ３データと記載する。
【００３０】
レイヤ２（ＯＳＩ参照モデルにおける第二層：以下、「Ｌ２」とも記載する。）のＭＡＣ(Media Access Control)レイヤにおける処理では、ＣＮＴレイヤの処理で生成されたＬ３データがフラグメンテーションにより先頭から固定長ずつ区切られ、フラグメントされたデータには、Ｌ２ヘッダ及びＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査）値が付加される。Ｌ２ヘッダには、データ長などの情報が含まれる。
レイヤ１（ＯＳＩ参照モデルにおける第一層：以下、「Ｌ１」とも記載する。）のＰＨＹ（物理）レイヤにおける処理では、ＭＡＣレイヤの処理で生成されたデータが無線により伝送される。
【００３１】
以下、無線端末１０から基地局装置２０の方向を上り、基地局装置２０から無線端末１０の方向を下りと記載する。
【００３２】
図３は、無線端末１０の機能構成を表す概略ブロック図である。無線端末１０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、通信プログラムを実行する。通信プログラムの実行によって、無線端末１０は、通信部１０１、記憶部１０２、ＮＷ認証用乱数生成部１０３、認証制御部１０４、データ処理部１０５を備える装置として機能する。なお、無線端末１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。
【００３３】
通信部１０１は、基地局装置２０との間で無線通信を行う。具体的には、通信部１０１は、認証制御部１０４、データ処理部１０５によって生成された通信データを変調し、無線信号を基地局装置２０へ送信する。また、通信部１０１は、基地局装置２０から送信された無線信号を受信し、復調することによって通信データを復元し、認証制御部１０４、データ処理部１０５に転送する。すなわち、図２におけるＭＡＣレイヤで生成されるデータは通信データの一例であり、通信部１０１はＰＨＹレイヤの処理を行う。
【００３４】
記憶部１０２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部１０２は、端末識別情報記憶部１０２ａ及び鍵情報記憶部１０２ｂとして機能する。端末識別情報記憶部１０２ａは、自装置（無線端末１０）に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤ及びＮＥＴ−ＩＤと、自装置が無線通信する基地局装置２０の識別情報である基地局ＩＤ（第二識別情報）を記憶する。基地局ＩＤは、基地局装置２０との間の無線通信でのみ用いられる識別情報である。鍵情報記憶部１０２ｂは、自装置（無線端末１０）が基地局装置２０との認証処理や通信で用いる認証鍵情報と、ユーザデータの暗号化及び復号に用いる暗号鍵情報と、ユーザデータの改ざん検知のためのメッセージ認証コード生成に用いるメッセージ認証鍵情報と、を記憶する。
【００３５】
ＮＷ認証用乱数生成部１０３は、認証制御部１０４が基地局装置２０を認証するための認証処理に用いる乱数であるＮＷ（ネットワーク）認証用乱数（第二共有認証情報）を生成する。
認証制御部１０４は、無線端末１０と基地局装置２０との間で相互認証処理を行う。具体的には、認証制御部１０４は、ＮＷ認証用乱数生成部１０３によって生成されたＮＷ認証用乱数を含む相互認証要求を生成し、基地局装置２０に対して送信する。この処理によって無線端末１０と基地局装置２０との間における認証処理が開始される。また、認証制御部１０４は、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、認証鍵情報、後述する基地局から送信される端末認証用乱数等に基づいて演算を行い、演算結果である端末認証子を基地局装置２０に送信することによって、基地局装置２０による認証を受ける。また、認証制御部１０４は、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、認証鍵情報、ＮＷ認証用乱数、端末認証用乱数等に基づいて演算を行い、基地局装置２０による同様の演算結果であるＮＷ認証子と比較（照合）することによって、基地局装置２０を認証する。
【００３６】
相互認証処理において基地局装置２０にデータを送信する場合、認証制御部１０４は、相互認証要求を送信する際には、ＭＡＣ−ＩＤ及びＮＥＴ−ＩＤを用いてデータを送信する。一方、認証制御部１０４は、相互認証要求以外のデータを送信する際には、ＮＥＴ−ＩＤを用いずに、ＭＡＣ−ＩＤを用いてデータを送信する。具体的には、認証制御部１０４は例えば以下のようにデータを送信しても良い。
【００３７】
認証制御部１０４は、事前に帯域割当要求を基地局装置２０に送信する。基地局装置２０は、帯域割当要求に応じて、無線端末１０に対して帯域とＭＡＣ−ＩＤを割り当て、この帯域とＭＡＣ−ＩＤとを対応付けて記憶する。基地局装置２０は、割り当てた帯域を表す帯域割当応答を送信する。割り当てられる帯域は、例えば時間で特定されても良いし、周波数で特定されても良いし、時間及び周波数で特定されても良い。帯域割当要求と帯域割当応答との対応付けは、特定の周波数、あるいは時間割り当て、またはそれに付随する識別情報を用いることで実現される。このとき、基地局装置２０は、ＭＡＣ−ＩＤを含むデータを帯域割当応答とともに送信する。認証制御部１０４は、帯域割当応答を受信し、自装置に割り当てられた帯域で、相互認証処理で送信すべきデータを基地局装置２０へ送信する。このようにして、無線端末１０が使用する帯域とＭＡＣ−ＩＤとが関連づけられる。
【００３８】
相互認証要求を送信する場合には、認証制御部１０４は、ＮＥＴ−ＩＤを含むデータを、自装置に割り当てられた帯域で送信する。基地局装置２０は、このデータを受信すると、受信したデータの送信に用いられた帯域に対応付けて記憶しているＭＡＣ−ＩＤと、受信したデータに含まれるＮＥＴ−ＩＤとを対応付けて端末識別情報テーブルに登録する。また、相互認証要求以外のデータを送信する場合には、認証制御部１０４は、ＭＡＣ−ＩＤを含みＮＥＴ−ＩＤを含まないデータを、自装置に割り当てられた帯域で送信する。このようにして、認証制御部１０４が送信するデータは、ＭＡＣ−ＩＤ及びＮＥＴ−ＩＤに関連づけられる。
【００３９】
データ処理部１０５は、ネットワーク６０を介して端末装置５０へ送信するデータ（以下、「上り通信データ」という。）を生成し、通信部１０１へ出力する。また、データ処理部１０５は、通信部１０１がネットワーク６０を介して端末装置５０から送信されたデータ（以下、「下り通信データ」という。）を受信する。本説明から明らかなように、上り通信データ及び下り通信データは上記の通信データの一種である。データ処理部１０５は、送信データ生成部１０５ａ及び受信データ取得部１０５ｂを備える。
【００４０】
送信データ生成部１０５ａは、外部装置Ｚから出力されたユーザデータを暗号化し、ネットワーク６０を介して端末装置５０へ送信する上り通信データを生成して通信部１０１へ出力する。送信データ生成部１０５ａは、上り通信データの送信元を表す識別情報として、ＮＥＴ−ＩＤを用いず、ＭＡＣ−ＩＤを用いる。例えば、送信データ生成部１０５ａは、事前に自装置に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤと帯域を用いて、上り通信データを送信しても良い。上り通信データは、例えば無線端末１０が接続された外部装置Ｚ（Ｚ−１−１，Ｚ−１−２，・・・，Ｚ−２−１，Ｚ−２−２，・・・）によって生成されたデータを含む。
【００４１】
受信データ取得部１０５ｂは、通信部１０１がネットワーク６０を介して端末装置５０から送信された下り通信データを受信し、下り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号する。下り通信データに送信先を表す識別情報が設定される場合、ＮＥＴ−ＩＤを用いず、ＭＡＣ−ＩＤが用いられる。受信データ取得部１０５ｂは例えば、事前に自装置に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤを含みＮＥＴ−ＩＤを含まない帯域割当通知を基地局装置２０から受信し、この通知に応じて自装置に割り当てられた帯域で下り通信データを受信しても良い。受信データ取得部１０５ｂは、取得した下り通信データに含まれるユーザデータを外部装置Ｚに出力する。
【００４２】
図４は、図３に示す送信データ生成部１０５ａの構成を表すブロック図である。送信データ生成部１０５ａは、レイヤ３送信処理部１１０及びレイヤ２送信処理部１２０を備える。
【００４３】
レイヤ３送信処理部１１０は、カウンタ生成部１１１、記憶部１１２、セキュリティシーケンス番号付与部１１３、暗号化部１１４、及び、メッセージ認証コード付与部１１５を備えて構成される。
【００４４】
カウンタ生成部１１１は、暗号化部１１４が送信対象のユーザデータの暗号化に使用する上り暗号処理カウンタを生成する。また、カウンタ生成部１１１は、送信データ生成部１０５ａが上り通信データを生成して送信する度に、上り暗号処理カウンタを更新する。記憶部１１２は、カウンタ生成部１１１が生成した上り暗号処理カウンタを記憶する。
【００４５】
セキュリティシーケンス番号付与部１１３は、外部装置Ｚから出力されたユーザデータに、上りセキュリティシーケンス番号とＬ３ヘッダを付与する。暗号化部１１４は、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されている暗号鍵情報と、記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタとを用いて、ユーザデータを暗号化する。メッセージ認証コード付与部１１５は、上りセキュリティ初期化情報と、上りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータとを入力とし、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されているメッセージ認証鍵情報を用いて、上りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード付与部１１５は、上りセキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化ユーザデータ及び上りメッセージ認証コードを含むＬ３データをレイヤ２送信処理部１２０に出力する。
【００４６】
レイヤ２送信処理部１２０は、フラグメント部１２１及びＣＲＣ付与部１２２を備える。フラグメント部１２１は、レイヤ３送信処理部１１０から入力されたＬ３データを分割（フラグメンテーション）してフラグメントデータを生成し、それぞれにＬ２ヘッダを付与する。Ｌ２ヘッダには、１つのＬ３データから生成された幾つ目のフラグメントデータあるかを示すフラグメント番号が含まれる。ＣＲＣ付与部１２２は、フラグメント部１２１から入力されたＬ２ヘッダ及びフラグメントデータからＣＲＣ値を算出し、Ｌ２ヘッダ及びフラグメンデータにＣＲＣ値を付加した上り通信データを通信部１０１に出力する。
【００４７】
図５は、図３が表す受信データ取得部１０５ｂの機能構成を表すブロック図である。受信データ取得部１０５ｂは、レイヤ２受信処理部１３０及びレイヤ３受信処理部１４０を備える。
【００４８】
レイヤ２受信処理部１３０は、ＣＲＣ検査部１３１を備える。
ＣＲＣ検査部１３１は、通信部１０１から入力された下り通信データに付与されているＣＲＣ値を検査する。レイヤ２受信処理部１３０は、ＣＲＣ検査の結果がＯＫであった場合、下り通信データから取得したフラグメントデータと、当該フラグメントデータに付加されているＬ２ヘッダから取得したフラグメント番号とに基づいて、Ｌ３データを復元する。そして、レイヤ２受信処理部１３０は、復元したＬ３データをレイヤ３受信処理部１４０に出力する。
【００４９】
レイヤ３受信処理部１４０は、カウンタ生成部１４１、記憶部１４２、セキュリティシーケンス番号検査部１４３、メッセージ認証コード検査部１４４及び復号部１４５を備える。
カウンタ生成部１４１は、復号部１４５において下り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号するために使用する下り暗号処理カウンタを生成する。また、カウンタ生成部１４１は、基地局２０からの下り通信データを受信する度に、下り暗号処理カウンタを更新する。記憶部１４２は、カウンタ生成部１４１が生成した下り暗号処理カウンタを記憶する。
【００５０】
セキュリティシーケンス番号検査部１４３は、レイヤ２受信処理部１３０から入力されたＬ３データに設定されている下りセキュリティシーケンス番号を検査し、検査がＯＫであればＬ３データをメッセージ認証コード検査部１４４に出力する。
【００５１】
メッセージ認証コード検査部１４４は、セキュリティシーケンス番号検査部１４３から入力されたＬ３データに設定されている下りメッセージ認証コードを検査し、検査がＯＫであればＬ３データを復号部１４５に出力する。具体的には、メッセージ認証コード検査部１４４は、受信したＬ３データに基づいて、基地局装置２０のメッセージ認証コード付与部２５５と同じアルゴリズムで、下りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード検査部１４４は、自身が生成した下りメッセージ認証コードと、受信したＬ３データに設定されている下りメッセージ認証コードとを比較する。両者が一致する場合には、メッセージ認証コード検査部１４４は、受信されたＬ３データの暗号化ユーザデータが改ざんされていないと判定し、検査結果をＯＫとする。一方、両者が一致しない場合には、メッセージ認証コード検査部１４４は、受信されたＬ３データの暗号化ユーザデータが改ざんされていると判定し、検査結果をＮＧとする。復号部１４５は、メッセージ認証コード検査部１４４から入力されたＬ３データに含まれている暗号化ユーザデータを、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されている暗号鍵情報と、記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタとを用いて復号し、復号したユーザデータを外部装置Ｚに出力する。
【００５２】
図６は、基地局装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。基地局装置２０は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、中継プログラムを実行する。中継プログラムの実行によって、基地局装置２０は、第一通信部２０１、第二通信部２０２、記憶部２０３、端末認証用乱数生成部２０４、認証制御部２０５及び中継部２０６を備える装置として機能する。なお、基地局装置２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されても良い。
【００５３】
第一通信部２０１は、無線端末１０との間で無線通信を行う。具体的には、第一通信部２０１は、認証制御部２０５、第二中継部２０６ｂから出力された通信データを変調し、無線端末１０に送信する。また、第一通信部２０１は、無線端末１０から送信された無線信号を受信し、復調することによって通信データを復元し、認証制御部２０５、第一中継部２０６ａに転送する。
【００５４】
第二通信部２０２は、ネットワーク６０との間で通信を行う。具体的には、第二通信部２０２は、第一中継部２０６ａから出力された通信データを変換し、ネットワーク６０に送信する。また、第二通信部２０２は、ネットワーク６０から無線端末１０宛に送信された信号を受信し、変換することによって通信データを第二中継部２０６ｂに転送する。
【００５５】
記憶部２０３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部２０３は、基地局識別情報記憶部２０３ａ、端末識別情報テーブル記憶部２０３ｂ、鍵情報テーブル記憶部２０３ｃとして機能する。基地局識別情報記憶部２０３ａは、自装置（基地局装置２０）に割り当てられた基地局ＩＤを記憶する。前述した通り、基地局ＩＤは、端末装置１０との間の無線通信でのみ用いられる識別情報である。基地局ＩＤは、通信システム１００に設置された全ての基地局装置２０を一意に識別するための識別情報である。そのため、通信システム１００に設置された基地局装置２０には、重複した基地局ＩＤは割り当てられることはない。ネットワーク６０が有線のＩＰ通信網で構成される場合、基地局識別情報記憶部２０３ａは、ネットワーク６０との間で通信を行うための識別情報として自装置（基地局装置２０）に割り当てられたＩＰアドレスを記憶する。
【００５６】
端末識別情報テーブル記憶部２０３ｂは、端末識別情報テーブルを記憶する。鍵情報テーブル記憶部２０３ｃは、鍵情報テーブルを記憶する。図９は、端末識別情報テーブルの概略を表す図である。端末識別情報テーブルは、無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤとＭＡＣ−ＩＤとを対応付けた端末識別情報レコード２１を、自装置（基地局装置２０）と通信する無線端末１０毎に有する。図１０は、鍵情報テーブルの概略を表す図である。鍵情報テーブルは、無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤと認証鍵情報と暗号鍵情報とメッセージ認証鍵情報とを対応付けた鍵情報レコード２２を、自装置（基地局装置２０）と通信する無線端末１０毎に有する。
【００５７】
図６に戻って基地局装置２０の構成の説明を続ける。端末認証用乱数生成部２０４は、認証制御部２０５が無線端末１０を認証するための認証処理に用いる乱数である端末認証用乱数（第一共有認証情報）を生成する。
【００５８】
認証制御部２０５は、無線端末１０と基地局装置２０との間で相互認証処理を行う。具体的には、認証制御部２０５は、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、認証鍵情報、ＮＷ認証用乱数、端末認証用乱数等に基づいて演算を行い、演算結果であるＮＷ認証子、及び端末認証用乱数を無線端末１０に送信することによって、無線端末１０による認証を受ける。また、認証制御部２０５は、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、認証鍵情報、端末認証用乱数等に基づいて演算を行い、無線端末１０による同様の演算結果である端末認証子と比較（照合）することによって、無線端末１０を認証する。
【００５９】
相互認証処理において無線端末１０にデータを送信する場合、認証制御部２０５はＭＡＣ−ＩＤを用いて、且つ、ＮＥＴ−ＩＤを用いずにデータを送信する。具体的には、認証制御部２０５は例えば以下のようにデータを送信しても良い。認証制御部２０５は、事前に帯域割当要求に応じて、無線端末１０に対して帯域を割り当て、この帯域とＭＡＣ−ＩＤとを対応付けて記憶する。認証制御部２０５は、割り当てた帯域を表す帯域割当応答を無線端末１０に送信する。このとき、認証制御部２０５は、ＭＡＣ−ＩＤを含みＮＥＴ−ＩＤを含まないデータとして帯域割当応答を送信する。無線端末１０は、帯域割当応答を受信し、自装置に割り当てられた帯域を記憶する。そして、認証制御部２０５は、無線端末１０に対して割り当てた帯域で、相互認証処理で送信すべきデータを無線端末１０に送信する。このようにして、認証制御部２０５が送信するデータは、ＭＡＣ−ＩＤに関連づけられる。なお、上述したように、帯域割当応答にはＮＥＴ−ＩＤが含まれないため、認証制御部２０５が送信するデータはＮＥＴ−ＩＤには関連づけられない。相互認証処理の詳細については後述する。
【００６０】
中継部２０６は、第一中継部２０６ａ及び第二中継部２０６ｂを備える。
第一中継部２０６ａは、無線端末１０からネットワーク６０に接続された端末装置５０宛に送信された上り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号し、ネットワーク６０に接続された端末装置５０へ中継する。無線端末１０からネットワーク６０に接続された端末装置５０宛に送信された上り通信データは、送信元の無線端末１０を表す識別情報としてＭＡＣ−ＩＤと関連づけられている。第一中継部２０６ａは、端末識別情報テーブルに基づいて、上り通信データが関連づけられたＭＡＣ−ＩＤに対応するＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報を検索する。そして、第一中継部２０６ａは、検索したＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報をデータの送信元を表す識別情報として上り通信データに与え中継する。
【００６１】
ＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報とは、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０を一意に識別できる識別情報である。ＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報の具体例として、サービスＩＤがある。サービスＩＤは、ネットワーク６０において用いられる識別情報である。サービスＩＤは、ＮＥＴ−ＩＤよりもさらに大きなデータ量を有しても良い。サービスＩＤは、例えば端末識別情報テーブルのレコード２１において、ＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤとともに記録されていても良い。サービスＩＤの具体例として、例えばＵＲＬ（Uniform Resource Locator）や、ＦＱＤＮ（Fully Qualified Domain Name）等がある。
【００６２】
第二中継部２０６ｂは、ネットワーク６０に接続された端末装置５０から無線端末１０宛に送信されたユーザデータ暗号化し、暗号化ユーザデータを含む下り通信データを無線端末１０へ送信する。ネットワーク６０に接続された端末装置５０から無線端末１０宛に送信された下り通信データには、宛先の無線端末１０を表す識別情報としてＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報（サービスＩＤ）が含まれている。第二中継部２０６ｂは、端末識別情報テーブルに基づいて、ＮＥＴ−ＩＤ又はサービスＩＤに対応するＭＡＣ−ＩＤを検索する。第二中継部２０６ｂは、検索されたＭＡＣ−ＩＤを用いて下り通信データを中継する。
【００６３】
図７は、図６が表す第一中継部２０６ａの機能構成を表すブロック図である。第一中継部２０６ａは、レイヤ２受信処理部２１０、レイヤ３受信処理部２２０、及び、中継設定部２３０を備える。
【００６４】
レイヤ２受信処理部２１０は、ＣＲＣ検査部２１１を備える。
ＣＲＣ検査部２１１は、第一通信部２０１から入力された上り通信データに付与されているＣＲＣ値を検査する。レイヤ２受信処理部２１０は、検査の結果がＯＫであった場合、同一のＭＡＣ−ＩＤのフラグメントデータをフラグメント番号の順に結合してＬ３データを復元する。そして、レイヤ２受信処理部２１０は、復元したＬ３データと、上り通信データを受信した帯域に対応したＭＡＣ−ＩＤとをレイヤ３受信処理部２２０に出力する。
【００６５】
レイヤ３受信処理部２２０は、カウンタ生成部２２１、記憶部２２２、セキュリティシーケンス番号検査部２２３、メッセージ認証コード検査部２２４及び復号部２２５を備える。
カウンタ生成部２２１は、ＭＡＣ−ＩＤ毎に、復号部２２５において上り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号するために使用する上り暗号処理カウンタを生成する。また、カウンタ生成部２２１は、無線端末１０から上り通信データを受信する度に、当該無線端末１０のＭＡＣ−ＩＤに対応した上り暗号処理カウンタを更新する。記憶部２２２は、カウンタ生成部２２１が生成した上り暗号処理カウンタをＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶する。
【００６６】
セキュリティシーケンス番号検査部２２３は、Ｌ３データに設定されている上りセキュリティシーケンス番号を検査し、検査がＯＫであればＬ３データ及びＭＡＣ−ＩＤをメッセージ認証コード検査部２２４に出力する。
【００６７】
メッセージ認証コード検査部２２４は、セキュリティシーケンス番号検査部２２３から入力されたＬ３データに設定されている上りメッセージ認証コードを検査し、検査がＯＫであれば、Ｌ３データとＭＡＣ−ＩＤを復号部２２５に出力する。具体的には、メッセージ認証コード検査部２２４は、受信したＬ３データに基づいて、無線端末１０のメッセージ認証コード付与部１１５と同じアルゴリズムで、上りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード検査部２２４は、自身が生成した上りメッセージ認証コードと、受信したＬ３データに設定されている上りメッセージ認証コードとを比較する。両者が一致する場合には、メッセージ認証コード検査部２２４は、受信されたＬ３データの暗号化ユーザデータが改ざんされていないと判定し、検査結果をＯＫとする。一方、両者が一致しない場合には、メッセージ認証コード検査部２２４は、受信されたＬ３データの暗号化ユーザデータが改ざんされていると判定し、検査結果をＮＧとする。復号部２２５は、メッセージ認証コード検査部２２４から入力されたＬ３データに含まれている暗号化ユーザデータを、ＭＡＣ−ＩＤに対応して鍵情報テーブル記憶部２０３ｃに記憶されている暗号鍵情報と、ＭＡＣ−ＩＤに対応して記憶部２２２に記憶されている上り暗号処理カウンタとを用いて復号し、復号したユーザデータとＭＡＣ−ＩＤを中継設定部２３０に出力する。なお、復号部２２５は、受信したデータの宛先が当該基地局装置２０である場合、復号したデータを基地局装置２０が備える図示しない上位レイヤ処理部に出力する。
【００６８】
中継設定部２３０は、端末識別情報テーブルに基づいて、ＭＡＣ−ＩＤに対応するＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報を検索する。そして、中継設定部２３０は、検索したＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報をデータの送信元を表す識別情報として上り通信データに与え中継する。
【００６９】
図８は、図６に示す第二中継部２０６ｂの機能構成を表すブロック図である。第二中継部２０６ｂは、中継データ取得部２４０、レイヤ３送信処理部２５０及びレイヤ２送信処理部２６０を備える。
中継データ取得部２４０は、第二通信部２０２より、ネットワーク６０から無線端末１０宛に送信された下り通信データの入力を受ける。中継データ取得部２４０は、端末識別情報テーブルに基づいて、下り通信データに含まれるＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報（サービスＩＤ）に対応するＭＡＣ−ＩＤを検索する。中継データ取得部２４０は、第二通信部２０２から入力されたデータから取得したユーザデータと、検索したＭＡＣ−ＩＤをレイヤ３送信処理部２５０に出力する。
なお、レイヤ３送信処理部２５０に入力されるユーザデータは、ネットワーク６０から無線端末１０宛てに送信されたユーザデータに限らない。例えば、基地局装置２０が備える図示しない上位レイヤ処理部から、無線端末１０宛に送信すべきユーザデータと、宛先となる無線端末１０のＭＡＣ−ＩＤをレイヤ３送信処理部２５０に出力してもよい。
【００７０】
レイヤ３送信処理部２５０は、カウンタ生成部２５１、記憶部２５２、セキュリティシーケンス番号付与部２５３、暗号化部２５４、及び、メッセージ認証コード付与部２５５を備えて構成される。
カウンタ生成部２５１は、暗号化部２５４がユーザデータの暗号化に使用する下り暗号処理カウンタをＭＡＣ−ＩＤ毎に生成する。カウンタ生成部２５１は、第二中継部２０６ｂが無線端末１０宛の下り通信データを送信して送信する度に、当該無線端末１０のＭＡＣ−ＩＤに対応した下り暗号処理カウンタを更新する。記憶部２５２は、カウンタ生成部２５１が生成した下り暗号処理カウンタをＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶する。
【００７１】
セキュリティシーケンス番号付与部２５３は、中継データ取得部２４０から出力されたユーザデータに、下りセキュリティシーケンス番号とＬ３ヘッダを付与し、ＭＡＣ−ＩＤとともに暗号化部２５４に出力する。暗号化部２５４は、ＭＡＣ−ＩＤに対応して鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルに登録されている暗号鍵情報と、ＭＡＣ−ＩＤに対応して記憶部２５２に記憶されている下り暗号処理カウンタとを用いてユーザデータを暗号化し、生成された暗号化ユーザデータをＭＡＣ−ＩＤとともにメッセージ認証コード付与部２５５に出力する。メッセージ認証コード付与部２５５は、下りセキュリティ初期化情報と、下りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータとを入力とし、ＭＡＣ−ＩＤに対応して鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルに登録されているメッセージ認証鍵情報を用いて、下りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード付与部２５５は、下りセキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化ユーザデータ及び下りメッセージ認証コードを含むＬ３データを、ＭＡＣ−ＩＤとともにレイヤ２送信処理部２６０に出力する。
【００７２】
レイヤ２送信処理部２６０は、フラグメント部２６１及びＣＲＣ付与部２６２を備える。フラグメント部２６１は、レイヤ３送信処理部２５０から入力されたＬ３データを分割（フラグメンテーション）してフラグメントデータを生成し、それぞれにＬ２ヘッダを付与する。Ｌ２ヘッダには、フラグメント番号が含まれる。ＣＲＣ付与部２６２は、フラグメント部２６１から入力されたＬ２ヘッダ及びフラグメントデータからＣＲＣ値を算出する。ＣＲＣ付与部２６２は、Ｌ２ヘッダ及びフラグメントデータにＣＲＣ値を付加した下り通信データを第一通信部２０１に出力する。第一通信部２０１は、ＭＡＣ−ＩＤに対応した帯域で下り通信データを送信する。
【００７３】
端末情報管理装置３０は、メインフレームやワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置を用いて構成される。端末情報管理装置３０は、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤと、その無線端末１０に付与された認証鍵情報、暗号鍵情報及びメッセージ認証鍵情報と、を対応付けて記憶する。また、端末情報管理装置３０は、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤと、各無線端末１０が上り通信データを送信する宛先となる端末装置５０の識別情報（以下、「ホスト名」という。）と、を対応付けて記憶する。また、端末情報管理装置３０は、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０のＮＥＴ−ＩＤと、ネットワーク６０において各無線端末１０を表すサービスＩＤと、を対応付けて記憶する。端末情報管理装置３０は、基地局装置２０からＮＥＴ−ＩＤに基づいた問い合わせ（端末情報要求）を受けると、ＮＥＴ−ＩＤに対応する認証鍵情報及び暗号鍵情報、ホスト名、サービスＩＤを端末情報応答として基地局装置２０に返信する。
【００７４】
位置情報管理装置４０は、メインフレームやワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置を用いて構成される。位置情報管理装置４０は、通信システム１００に設置された全ての無線端末１０のサービスＩＤと、各無線端末１０が無線通信を行っている基地局装置２０のＩＰアドレスと、を対応付けて記憶する。位置情報管理装置４０が記憶するデータによって、無線端末１０がどこに位置しているか、すなわちどの基地局装置２０の配下にあるかを特定できる。位置情報管理装置４０は、端末装置５０から、サービスＩＤに基づいたＩＰアドレスの問い合わせ（ＤＮＳ参照要求）を受けると、サービスＩＤに対応する基地局装置２０のＩＰアドレスをＤＮＳ参照応答として端末装置５０に返信する。また、位置情報管理装置４０は、通信システム１００に設置された端末装置５０のホスト名とＩＰアドレスとを対応付けて記憶する。位置情報管理装置４０は、基地局装置２０から、ホスト名に基づいたＩＰアドレスの問い合わせ（ＤＮＳ参照要求）を受けると、ホスト名に対応するＩＰアドレスをＤＮＳ参照応答として基地局装置２０に返信する。
【００７５】
端末装置５０は、メインフレームやワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置を用いて構成される。端末装置５０は、基地局装置２０を介して無線端末１０から送信された上り通信データを受信する。端末装置５０は、位置情報管理装置４０にデータ送信先となる無線端末１０のサービスＩＤに基づいて無線端末１０が接続している基地局装置２０のＩＰアドレスを特定する事により、基地局装置２０を介して無線端末１０にデータを送信する事が可能となる。これにより、各無線端末１０に接続された外部装置Ｚに対する制御信号などの下り通信データを無線端末１０に対し送信する。
【００７６】
図１１は、通信システム１００における相互認証処理のシーケンスを表すシーケンス図である。相互認証処理は、無線端末１０が基地局装置２０とデータの送受信を開始する際に行われる前処理である。相互認証処理によって互いに正当な装置であると認証した後に、無線端末１０及び基地局装置２０はデータの送受信を開始する。例えば、無線端末１０による上り通信データの送信は、相互認証処理の後に開始される。以下、通信システム１００の無線端末１０及び基地局装置２０が行う相互認証処理の流れについて説明する。
【００７７】
まず、基地局装置２０の無線信号が無線端末１０にて受信可能になり、通信可能な基地局ＩＤを取得できた時点で、無線端末１０の端末識別情報記憶部１０２ａには、通信可能な基地局装置２０の基地局ＩＤが記録される。
【００７８】
次に、基地局装置２０を介して通信システム１００に接続しようとする無線端末１０の認証制御部１０４が、基地局装置２０に対してＭＡＣ−ＩＤ割当要求（前述の帯域割当要求と同義）を送信する（ステップＳ１０１）。この時点では、無線端末１０にはＮＥＴ−ＩＤは割り当てられているものの、ＭＡＣ−ＩＤは割り当てられていない。そのため、この時点で無線端末１０の端末識別情報記憶部１０２ａには、ＮＥＴ−ＩＤは記録されているが、ＭＡＣ−ＩＤは記録されていない。
【００７９】
基地局装置２０の認証制御部２０５は、無線端末１０からＭＡＣ−ＩＤ割当要求を受信すると、自装置（基地局装置２０）と現時点で無線通信を行っている他の無線端末１０に未だ割り当てられていないＭＡＣ−ＩＤを生成する。そして、認証制御部２０５は、生成したＭＡＣ−ＩＤを含むＭＡＣ−ＩＤ割当応答を送信する（ステップＳ１０２）。ＭＡＣ−ＩＤ割当要求の送信元である無線端末１０は、基地局装置２０から送信されたＭＡＣ−ＩＤ割当応答を受信する。例えば、無線端末１０の認証制御部１０４は、自装置（無線端末１０）に未だＭＡＣ−ＩＤが割り当てられていない場合に、ＭＡＣ−ＩＤ割当要求を送信した後に最初に受信したＭＡＣ−ＩＤ割当応答を自装置宛のデータであると判断しても良い。また、無線端末１０の認証制御部１０４はＭＡＣ−ＩＤ割当要求に識別情報を付与して送信し、基地局装置２０の認証制御部２０５は同じ識別情報を付与したＭＡＣ−ＩＤ割当応答を返信し、無線端末１０の認証制御部１０４は同じ識別情報が付与されたＭＡＣ−ＩＤ割当応答が自装置宛のデータであると判断しても良い。無線端末１０の認証制御部１０４が自装置宛のＭＡＣ−ＩＤ割当応答を判別する方法は他の方法であっても良い。
【００８０】
無線端末１０の認証制御部１０４は、自装置宛のＭＡＣ−ＩＤ割当応答を受信すると、ＭＡＣ−ＩＤ割当応答に含まれるＭＡＣ−ＩＤを自装置（無線端末１０）に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤとして端末識別情報記憶部１０２ａに書き込む。
【００８１】
次に、無線端末１０のＮＷ認証用乱数生成部１０３が、ＮＷ認証用乱数を生成する（ステップＳ１０３）。次に、認証制御部１０４が、相互認証要求を生成し基地局装置２０へ送信する（ステップＳ１０４）。相互認証要求は、ＮＷ認証用乱数を含み、自装置（無線端末１０）に割り当てられているＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを用いて送信される。
【００８２】
基地局装置２０の認証制御部２０５は、相互認証要求を受信すると、受信した相互認証要求の送信に用いられたＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを取得し、取得したＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを対応付けたレコード２１を生成する。認証制御部２０５は、生成したレコード２１を端末識別情報テーブルに書き込む。認証制御部２０５は、取得したＮＥＴ−ＩＤを含む端末情報要求を端末情報管理装置３０へ送信する（ステップＳ１０５）。端末情報管理装置３０は、端末情報要求を受信すると、端末情報要求に含まれるＮＥＴ−ＩＤに対応する認証鍵情報、暗号鍵情報、端末装置５０のホスト名、サービスＩＤを検索する。そして、端末情報管理装置３０は、検索された認証鍵情報、暗号鍵情報、端末装置５０のホスト名、サービスＩＤを含む端末情報応答を生成し、端末情報要求の送信元である基地局装置２０に送信する（ステップＳ１０６）。
【００８３】
基地局装置２０の認証制御部２０５は、端末情報応答を受信すると、端末情報応答から認証鍵情報及び暗証鍵情報を取得する。そして、認証制御部２０５は、ステップＳ１０４において受信した相互認証要求に含まれるＮＥＴ−ＩＤと取得した認証鍵情報及び暗証鍵情報とを対応付けたレコード２２を生成し、鍵情報テーブルに書き込む。
【００８４】
端末認証用乱数生成部２０４は、端末認証用乱数を生成する（ステップＳ１０７）。認証制御部２０５は、ＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報を生成し、下りセキュリティ初期化情報を保存する（ステップＳ１０８）。ＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報の生成方法の一例は以下の通りである。まず、認証制御部２０５は、ステップＳ１０４において受信した相互認証要求に含まれるＮＥＴ−ＩＤとＭＡＣ−ＩＤとＮＷ認証用乱数と、自装置（基地局装置２０）の基地局ＩＤと、端末認証用乱数と、ＮＥＴ−ＩＤに対応する認証鍵情報と、を用いてＮＷ認証子生成用の秘密情報を算出する。認証制御部２０５は、算出されたＮＷ認証子生成用の秘密情報からＮＷ認証子と、下り暗号処理カウンタの生成に用いる下りセキュリティ初期化情報とを生成する。例えば、認証制御部２０５は、算出されたＮＷ認証子生成用の秘密情報の全部又は所定の一部をＮＷ認証子として取り扱う。また、認証制御部２０５は、算出されたＮＷ認証子生成用の秘密情報の全部又は所定の一部を下りセキュリティ初期化情報として保存する。上記処理において、ＮＷ認証子と下りセキュリティ初期化情報とは異なるデータとなるように処理が行われる。より望ましくは、算出されたＮＷ認証子生成用の秘密情報のうち、一部がＮＷ認証子として取り扱われ、ＮＷ認証子と重複しない他の一部が下りセキュリティ初期化情報として取り扱われる。このようにしてＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報が生成され、下りセキュリティ初期化情報が保存される。なお、秘密情報の具体的な算出方法としては、鍵付きハッシュやブロック暗号などがある。
【００８５】
図１４（ａ）を用いて、ＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報の算出方法のさらに詳細な具体例について説明する。以下に説明する具体例では、ＮＥＴ−ＩＤは４８ビットであり、ＭＡＣ−ＩＤは１６ビットであり、基地局ＩＤは３２ビットであり、ＮＷ認証用乱数及び端末認証用乱数はともに１２８ビットであり、認証鍵情報は１２８ビットである。まず、認証制御部２０５は、第一入力として以下の順に並んだ１２８ビットのビット列を生成する。１ビット分の“０”、３１ビット分の“０”、４８ビット分のＮＥＴ−ＩＤ、１６ビット分のＭＡＣ−ＩＤ、３２ビット分の基地局ＩＤ。最初の１ビット分の“０”は、ＮＷ認証子の演算であることを表すビットである。次に続く３１ビット分の“０”はパディング（padding）のためのビット列である。第二入力及び第三入力は、それぞれＮＷ認証用乱数及び端末認証用乱数である。
【００８６】
認証制御部２０５は、第一入力、第二入力、第三入力、及び認証鍵情報を用いて、認証子演算処理を実行する。認証子演算処理の具体例として１２８ビットブロック暗号を利用したＣＭＡＣ（Cipher-based Message Authentication Code）等がある。また、ＣＭＡＣで用いるブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）等がある。このような認証子演算処理の演算結果として、１２８ビットのＮＷ認証子生成用の秘密情報が算出される。認証制御部２０５は、得られたＮＷ認証子生成用の秘密情報からＮＷ認証子と下りセキュリティ初期化情報とを生成する。例えば、認証制御部２０５は、ＮＷ認証子生成用の秘密情報の上位６４ビットをＮＷ認証子として生成し、下位６４ビットを下りセキュリティ初期化情報として生成する。認証制御部２０５は、下りセキュリティ初期化情報と、ＭＡＣ−ＩＤとを対応付けて第二中継部２０６ｂの記憶部２５２に書き込んでおく。以上でＮＷ認証子の算出方法の具体例についての説明を終え、相互認証処理のシーケンスの説明に戻る。
【００８７】
ＮＷ認証子を生成すると、認証制御部２０５が、基地局認証応答を生成し無線端末１０へ送信する（ステップＳ１０９）。基地局認証応答は、ＮＷ認証子と、端末認証用乱数と、を含む。基地局認証応答は、相互認証要求を送出した無線端末１０に割り当てられたＭＡＣ−ＩＤを用いて、且つ、ＮＥＴ−ＩＤを用いずに送信される。
【００８８】
無線端末１０の認証制御部１０４は、基地局認証応答を受信すると、基地局認証処理を行う（ステップＳ１１０）。基地局認証処理は以下の通りである。まず、認証制御部１０４は、基地局装置２０の認証制御部２０５と同じ演算を行うことによってＮＷ認証子と下りセキュリティ初期化情報を算出する。このとき、認証制御部１０４が演算で用いる値のうち、端末認証用乱数は基地局認証応答に含まれていた値であり、他の値（ＮＷ認証用乱数、鍵情報、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、基地局ＩＤ）は自装置（無線端末１０）において保持している値である。認証制御部１０４は、算出したＮＷ認証子と、受信した基地局認証応答に含まれるＮＷ認証子とを比較する。両者が一致した場合には、認証制御部１０４は、基地局装置２０が正当な装置であると認証し、受信データ取得部１０５ｂの記憶部１４２に下りセキュリティ初期化情報を書き込む。一方、両者が一致しない場合には、認証制御部１０４は、基地局装置２０が正当な装置であるとは認証しない。また、認証制御部１０４は、ＮＷ認証子を算出する過程で得られるＮＷ認証子生成用の秘密情報に基づいて、基地局装置２０の認証制御部２０５と同じ演算を行うことによって下りセキュリティ初期化情報を算出する。ＮＷ認証子の長さが充分に長く、無線端末１０と基地局装置２０との間でＮＷ認証子が一致する場合には、下りセキュリティ初期化情報も両装置の間で極めて高い確率で一致する。そのため、両装置の間で下りセキュリティ初期化情報を安全に共有することが可能となる。
【００８９】
次に、無線端末１０の認証制御部１０４は、端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報を生成し、上りセキュリティ初期化情報を保存する（ステップＳ１１１）。端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報の生成方法の一例は以下の通りである。まず、認証制御部１０４は、端末識別情報記憶部１０２ａに記憶されるＮＥＴ−ＩＤとＭＡＣ−ＩＤと基地局ＩＤと、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶される認証鍵情報と、基地局認証応答に含まれる端末認証用乱数と、を用いて端末認証子生成用の秘密情報を算出する。認証制御部１０４は、算出された端末認証子生成用の秘密情報の全部又は所定の一部を端末認証子として取り扱う。また、認証制御部１０４は、算出された端末認証子生成用の秘密情報の全部又は所定の一部を上りセキュリティ初期化情報として保存する。上記処理において、端末認証子と上りセキュリティ初期化情報とは異なるデータとなるように処理が行われる。より望ましくは、算出された端末認証子生成用の秘密情報のうち、一部が端末認証子として取り扱われ、端末認証子と重複しない他の一部が上りセキュリティ初期化情報として取り扱われる。このようにして端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報が生成され、上りセキュリティ初期化情報が保存される。
【００９０】
図１４（ｂ）を用いて、端末認証子の算出方法のさらに詳細な具体例について説明する。以下に説明する具体例では、ＮＷ認証子の算出方法における具体例と同様に、ＮＥＴ−ＩＤは４８ビットであり、ＭＡＣ−ＩＤは１６ビットであり、基地局ＩＤは３２ビットであり、端末認証用乱数は１２８ビットであり、認証鍵情報は１２８ビットである。まず、認証制御部１０４は、第一入力として以下の順に並んだ１２８ビットのビット列を生成する。１ビット分の“１”、３１ビット分の“０”、４８ビット分のＮＥＴ−ＩＤ、１６ビット分のＭＡＣ−ＩＤ、３２ビット分の基地局ＩＤ。最初の１ビット分の“１”は、端末認証子の演算であることを表すビットである。次に続く３１ビット分の“０”はパディングのためのビット列である。第二入力は、端末認証用乱数である。
【００９１】
認証制御部１０４は、第一入力、第二入力、及び認証鍵情報を用いて、認証子演算処理を実行する。認証子演算処理の具体例として１２８ビットブロック暗号を利用したＣＭＡＣ（Cipher-based Message Authentication Code）等がある。また、ＣＭＡＣで用いるブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳ等がある。このような認証子演算処理の演算結果として、１２８ビットの端末認証子生成用の秘密情報が算出される。認証制御部１０４は、得られた端末認証子生成用の秘密情報から端末認証子と、上り暗号処理カウンタの生成に用いる上りセキュリティ初期化情報とを生成する。例えば、認証制御部１０４は、端末認証子生成用の秘密情報の上位６４ビットを端末認証子として生成し、下位６４ビットを、上りセキュリティ初期化情報として生成する。なお、端末認証子の生成において、ＮＷ認証用乱数をさらに用いても良い。認証制御部１０４は、送信データ生成部１０５ａの記憶部１１２に上りセキュリティ初期化情報を書き込む。以上で端末認証子の算出方法の具体例についての説明を終え、相互認証処理のシーケンスの説明に戻る。
【００９２】
端末認証子を生成すると、認証制御部１０４が、端末認証応答を生成し基地局装置２０へ送信する（ステップＳ１１２）。端末認証応答は、端末認証子を含む。端末認証応答は、自装置（無線端末１０）のＭＡＣ−ＩＤを用いて、且つ、ＮＥＴ−ＩＤを用いずに送信される。
【００９３】
基地局装置２０の認証制御部２０５は、端末認証応答を受信すると、端末認証処理を行う（ステップＳ１１３）。端末認証処理は以下の通りである。まず、認証制御部２０５は、無線端末１０の認証制御部１０４と同じ演算を行うことによって端末認証子と上りセキュリティ初期化情報とを算出する。このとき、認証制御部２０５が演算で用いる値（端末認証用乱数、鍵情報、ＭＡＣ−ＩＤ、ＮＥＴ−ＩＤ、基地局ＩＤ）は、いずれも自装置（基地局装置２０）において保持している値である。認証制御部２０５は、算出した端末認証子と、受信した端末認証応答に含まれる端末認証子とを比較する。両者が一致した場合には、認証制御部２０５は、無線端末１０が正当な装置であると認証し、第二中継部２０６ｂの記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて上りセキュリティ初期化情報を書き込む。一方、両者が一致しない場合には、認証制御部２０５は、無線端末１０が正当な装置であるとは認証しない。また、認証制御部２０５は、端末認証子を算出する過程で得られる端末認証子生成用の秘密情報に基づいて、無線端末１０の認証制御部１０４と同じ演算を行うことによって上りセキュリティ初期化情報を算出する。端末認証子の長さが充分に長く、無線端末１０と基地局装置２０との間で端末認証子が一致する場合には、上りセキュリティ初期化情報も両装置の間で極めて高い確率で一致する。そのため、両装置の間で上りセキュリティ初期化情報を安全に共有することが可能となる。
【００９４】
端末認証処理において無線端末１０が正当な装置であると認証した場合、認証制御部２０５は、端末登録要求を位置情報管理装置４０へ送信する（ステップＳ１１４）。端末登録要求は、自装置（基地局装置２０）のＩＰアドレスと、ステップＳ１１３の端末認証処理で認証した無線端末１０のサービスＩＤとを含む。位置情報管理装置４０は、端末登録要求を受信すると、端末登録要求に含まれているサービスＩＤ及び基地局装置２０のＩＰアドレスを対応付けて記憶する。そして、位置情報管理装置４０は、サービスＩＤ及び基地局装置２０のＩＰアドレスの登録が完了したことを表す端末登録応答を基地局装置２０へ送信する（ステップＳ１１５）。
【００９５】
以上の処理で、無線端末１０と基地局装置２０との間で秘密情報に基づいた共有情報（上りセキュリティ初期化情報及び下りセキュリティ初期化情報）の生成が完了し、両者の間で行われる相互認証が完了する（ステップＳ１１６）。
【００９６】
この処理の後、無線端末１０は、相互認証を行った基地局装置２０を経由することで、ネットワーク６０に接続された端末装置５０と通信することが可能となる。
上り方向通信の場合、無線端末１０の送信データ生成部１０５ａは、暗号化ユーザデータを含む上り通信データを生成し、基地局装置２０へ送信する（ステップＳ１１７）。上り通信データの送信元を表す情報として、ＮＥＴ−ＩＤは用いられず、ＭＡＣ−ＩＤが用いられる。基地局装置２０の第一中継部２０６ａは、上り通信データに含まれる暗号化ユーザデータを復号し、復号したユーザデータを設定したＩＰ信号の上り通信データをネットワーク６０へ送信する。第一中継部２０６ａによって送信されたＩＰ信号の上り通信データは、ネットワーク６０を介して端末装置５０へ到達する（ステップＳ１１８）。
【００９７】
下り方向通信の場合、端末装置５０は、ＩＰ信号により、ネットワーク６０を介して無線端末１０宛ての下り通信データを送信する（ステップＳ１１９）。ＩＰ信号の下り通信データには、サービスＩＤが付与される。基地局装置２０の第二中継部２０６ｂは、ＩＰ信号の下り通信データに付与されているサービスＩＤをＭＡＣ−ＩＤに変換し、下り通信データに設定されているユーザデータを暗号化する。基地局装置２０の第一通信部２０１は、暗号化ユーザデータを設定した下り通信データを無線端末１０に送信する（ステップＳ１２０）。下り通信データの送信元を表す情報として、ＮＥＴ−ＩＤは用いられず、ＭＡＣ−ＩＤが用いられる。
【００９８】
なお、ＯＳＩ参照モデル第二層の情報であるＭＡＣ−ＩＤは、同第三層の情報であるＮＥＴ−ＩＤに比べてデータ量が小さくなるように構成することが可能である。このように構成された場合には、より効果的に通信データのデータ量を削減することが可能となる。
【００９９】
図１２は、相互認証が完了した後の上り方向の通信のシーケンスを表すシーケンス図であり、図１１のステップＳ１１７、Ｓ１１８の詳細を示す。
【０１００】
まず、外部装置Ｚがデータを生成して無線端末１０に出力する。無線端末１０の送信データ生成部１０５ａが外部装置Ｚからユーザデータの入力を受けると、セキュリティシーケンス番号付与部１１３は、上りセキュリティシーケンス番号を付与する。上りセキュリティシーケンス番号は、所定の値ずつ増加する１６ビット長の番号であり、相互認証時に初期値、例えば、“０”にリセットされる。つまり、相互認証後、最初の上り方向のユーザデータの送信の場合は、初期値の上りセキュリティシーケンス番号が付与され、相互認証後２回目以降の上り方向のユーザデータの送信の場合、前回送信した上り方向のユーザデータに付与した上りセキュリティシーケンス番号に所定の値（例えば、１）を加算した値の上りセキュリティシーケンス番号が付与される。
【０１０１】
カウンタ生成部１１１は、基地局装置２０との相互認証を行ってから最初の上り方向のユーザデータの送信である場合、上り暗号処理カウンタを生成する。暗号化部１１４は、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されている暗号鍵情報と、記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタとを用いて、ユーザデータを暗号化する。具体的な上り暗号処理カウンタの構成と、暗号化処理を説明する。
【０１０２】
図１５は、上り暗号処理カウンタの構成を示す図である。上り暗号処理カウンタの最初の８ビット分は上り暗号処理カウンタに共通の所定の値であり、“１０００００００”である。次の６４ビット分は、上りセキュリティ初期化情報である。上りセキュリティ初期化情報は、記憶部１１２から読み出される。次の３２ビット分は、将来の上りセキュリティシーケンス番号の拡張のために備えた予約であり、すべて“０”である。次の１６ビット分は相互認証完了時にステップＳ１１６で生成された情報であり、上りセキュリティシーケンス番号であり、セキュリティシーケンス番号付与部１１３が付与した上りセキュリティシーケンス番号である。次の８ビット分は、上り暗号処理ブロックカウンタであり、初期値“０”が設定される。
【０１０３】
図１６に示すように、暗号化部１１４は、１２８ビットの暗号鍵情報と、１２８ビットの上り暗号処理カウンタと、１２８ビット単位に分割されたユーザデータ（上り平文）を、１２８ビットブロック暗号化処理をカウンターモードで利用して、１２８ビット単位の暗号化ユーザデータ（上り暗号文）を生成する。１２８ビットブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳがある。
【０１０４】
図１９は、カウンターモードを利用した暗号化の処理例を示す図である。
同図に示すように、暗号化部１１４は、暗号化対象のユーザデータである上り平文を１２８ビットの固定長ずつ区切る。区切られた上り平文を、先頭から順に、平文データ（１）、平文データ（２）、…と記載する。
【０１０５】
暗号化部１１４は、暗号鍵情報を用いて、記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（１）を生成する。暗号化部１１４は、暗号化カウンタ（１）と平文データ（１）の排他的論理和により１２８ビットの暗号化データ（１）を生成する。暗号化データ（１）が生成されると、カウンタ生成部１１１は、現在記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタ内の上り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
【０１０６】
続いて、暗号化部１１４は、暗号鍵情報と、記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（２）を生成する。暗号化部１１４は、暗号化カウンタ（２）と平文データ（２）の排他的論理和により１２８ビットの暗号化データ（２）を生成する。暗号化データ（２）が生成されると、カウンタ生成部１１１は、現在記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタ内の上り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
上記処理を、上り平文から生成された全ての平文データ（１）、（２）、…について実行し、生成された暗号化データ（１）、（２）、…を順に結合して暗号化ユーザデータ（上り暗号文）を生成する。
なお、上り暗号処理ブロックカウンタは８ビットであり、２５６（２の８乗）ブロックまでのユーザデータを暗号化することができる。
【０１０７】
図１２に戻って上り方向通信のシーケンスの説明を続ける。暗号化部１１４は、上りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータをメッセージ認証コード付与部１１５に出力する。メッセージ認証コード付与部１１５は、上りセキュリティ初期化情報と、上りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータとを入力とし、鍵としてメッセージ認証鍵情報を用いて、上りメッセージ認証コードを生成する。そして、メッセージ認証コード付与部１１５は、上りセキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化ユーザデータ及び上りメッセージ認証コードを含むＬ３データをレイヤ２送信処理部１２０に出力する。
【０１０８】
レイヤ２送信処理部１２０のフラグメント部１２１は、Ｌ３データを固定長ずつ分割（フラグメンテーション）してフラグメントデータを生成し、各フラグメントデータにＬ２ヘッダを付与してＣＲＣ付与部１２２に出力する。ＣＲＣ付与部１２２は、フラグメント部１２１から出力されたＬ２ヘッダ及びフラグメントデータからＣＲＣ値を算出し、Ｌ２ヘッダ及びフラグメントデータにＣＲＣ値を付加した上り通信データを生成して通信部１０１に出力する（ステップＳ２０１）。通信部１０１は、割り当てられた帯域の送信タイムスロットにおいて、暗号化ユーザデータが設定された上り通信データを基地局装置２０に送信する（ステップＳ２０２）。送信データの送信元を表す情報として、ＮＥＴ−ＩＤは用いられず、ＭＡＣ−ＩＤが用いられる。
【０１０９】
基地局装置２０の第一通信部２０１が当該無線端末１０からの上り通信データを受信すると、第一中継部２０６ａに上り通信データを入力し、第一中継部２０６ａのＣＲＣ検査部２１１は、第一通信部２０１から入力された上り通信データに設定されているＣＲＣ値を検査し、検査がＮＧであった場合はＮＡＣＫを無線端末１０に返送する。ＣＲＣ検査部２１１は、検査がＯＫであった場合、ＡＣＫを無線端末１０へ返送し、同一のＭＡＣ−ＩＤのフラグメントデータをフラグメント番号の順に結合してＬ３データを復元する。そして、ＣＲＣ検査部２１１は、復元したＬ３データと、上り通信データを受信した帯域に対応したＭＡＣ−ＩＤとをレイヤ３受信処理部２２０に出力する。
【０１１０】
セキュリティシーケンス番号検査部２２３は、復元したＬ３データに設定されている上りセキュリティシーケンス番号を検査する。具体的には、セキュリティシーケンス番号検査部２２３は、以前に同一のＭＡＣ−ＩＤの無線端末１０から受信した上り通信データに基づいて生成されたＬ３データの上りセキュリティシーケンス番号のうち最新の番号を保持し、復元したＬ３データに設定されている上りセキュリティシーケンス番号が、保持した最新のセキュリティシーケンス番号よりも新しい番号であればＯＫと判断し、同一又は古い番号であればＮＧと判断する。セキュリティシーケンス番号検査部２２３は、検査がＯＫであればＬ３データ及びＭＡＣ−ＩＤをメッセージ認証コード検査部２２４に出力し、ＮＧであれば破棄する。
【０１１１】
メッセージ認証コード検査部２２４は、セキュリティシーケンス番号検査部２２３から入力されたＬ３データに設定されている上りメッセージ認証コードを検査する。メッセージ認証コード検査部２２４は、上りメッセージ認証コードの検査がＯＫであれば、Ｌ３データとＭＡＣ−ＩＤを復号部２２５に出力し、検査がＮＧであれば破棄する。
【０１１２】
カウンタ生成部２２１は、無線端末１０との間で相互認証を行ってから最初の上り方向のユーザデータの送信である場合、無線端末１０のカウンタ生成部１１１と同様の処理により、上り暗号処理カウンタ（図１５）を生成し、ＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶部２２２に書き込む。但し、上り暗号処理カウンタの上りセキュリティ初期化情報には、ＭＡＣ−ＩＤに対応して記憶部２２２に記憶されている上りセキュリティ初期化情報が設定される。また、上り暗号処理カウンタの上りセキュリティシーケンス番号には、Ｌ３データに設定されている上りセキュリティシーケンス番号が設定される。また、上り暗号処理カウンタの上り暗号処理ブロックカウンタには、初期値“０”が設定される。
【０１１３】
復号部２２５は、鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルにＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている暗号鍵情報を読み出し、暗号鍵情報と、記憶部１１２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている上り暗号処理カウンタとを用いてＬ３データに設定されている暗号化ユーザデータを復号する。具体的な復号処理を説明する。
【０１１４】
図１６に示すように、復号部２２５は、１２８ビットブロック暗号化処理をカウンターモードで利用し、１２８ビットの暗号鍵情報と、１２８ビットの上り暗号処理カウンタと、１２８ビット単位に分割された暗号化ユーザデータ（上り暗号文）とから、１２８ビット単位に分割された平文のユーザデータ（上り平文）を生成する。復号部２２５が使用する１２８ビットブロック暗号化処理は、無線端末１０の暗号化部１１４が用いた１２８ビットブロック暗号化処理と同じである。
【０１１５】
図２０は、カウンターモードを利用した復号の処理例を示す図であり、図１９に示す暗号化処理により生成された暗号化ユーザデータを復号する処理を示す。
同図に示すように、復号部２２５は、復号対象の暗号化ユーザデータである上り暗号文を１２８ビットの固定長ずつ区切る。区切られた上り暗号文を先頭から順に、暗号化データ（１）、暗号化データ（２）、…と記載する。
【０１１６】
復号部２２５は、暗号鍵情報を用いて、記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている上り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（１）を生成する。復号部２２５は、暗号化カウンタ（１）と暗号化データ（１）の排他的論理和により１２８ビットの平文データ（１）を生成する。平文データ（１）が生成されると、カウンタ生成部２２１は、現在記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている上り暗号処理カウンタ内の上り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
【０１１７】
続いて、復号部２２５は、ＭＡＣ−ＩＤに対応して鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルに登録されている暗号鍵情報を用いて、記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている上り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（２）を生成する。復号部２２５は、暗号化カウンタ（２）と暗号化データ（２）の排他的論理和により１２８ビットの平文データ（２）を生成する。平文データ（２）が生成されると、カウンタ生成部２２１は、現在記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている上り暗号処理カウンタ内の上り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
上記処理を、上り暗号文から生成された全ての暗号文データ（１）、（２）、…について実行し、生成された平文データ（１）、（２）、…を順に結合して平文のユーザデータ（上り平文）を生成する。
【０１１８】
図１２に戻って上り方向通信のシーケンスの説明を続ける。基地局装置２０の復号部２２５は、上記により復号したユーザデータとＭＡＣ−ＩＤを中継設定部２３０に出力する。中継設定部２３０は、端末識別情報テーブルに基づいて、ＭＡＣ−ＩＤに対応するＮＥＴ−ＩＤ又はＮＥＴ−ＩＤと同等の識別情報を検索する（ステップＳ２０３）。そして、中継設定部２３０は、ＭＡＣ−ＩＤに基づいて端末識別情報テーブルを検索し、対応するサービスＩＤ及びホスト名を取得する。中継設定部２３０は、送信元を表す情報としてサービスＩＤを上り通信データに付与する（ステップＳ２０４）。また、中継設定部２３０は、ホスト名を設定したＤＮＳ参照要求を位置情報管理装置４０へ送信する（ステップＳ２０５）。位置情報管理装置４０は、ホスト名に対応するＩＰアドレスを設定したＤＮＳ参照応答を基地局装置２０に返送する（ステップＳ２０６）。基地局装置２０の中継設定部２３０は、ＤＮＳ参照応答から取得したＩＰアドレスを、送信先のアドレスとして上り通信データに付与する（ステップＳ２０７）。そして、中継設定部２３０は、サービスＩＤが設定されたユーザデータを含むＩＰ信号の上り通信データをネットワーク６０へ送信する（ステップＳ２０８）。第一中継部２０６ａによって送信された上り通信データは、ネットワーク６０を介して端末装置５０へ到達する。
【０１１９】
なお、セッションが切断される前に、再び、無線端末１０がユーザデータを送信する場合、上述したステップＳ２０２、Ｓ２０７〜Ｓ２０８と同様の処理が行われる。
この場合、無線端末１０のカウンタ生成部１１１は、すでに記憶部１１２に記憶されている上り暗号処理カウンタの上りセキュリティシーケンス番号に、セキュリティシーケンス番号付与部１１３が新たな送信対象のユーザデータに付与した上りセキュリティシーケンス番号を設定し、さらに、上り暗号処理ブロックカウンタに、初期値“０”を設定し、更新する。
また、基地局装置２０のカウンタ生成部２２１は、すでに記憶部２２２にＭＡＣ−ＩＤと対応して記憶されている上り暗号処理カウンタの上りセキュリティシーケンス番号に、新たに受信した上り通信データから生成されたＬ３データ内の上りセキュリティシーケンス番号を設定し、さらに、上り暗号処理ブロックカウンタに、初期値“０”を設定し、更新する。
【０１２０】
図１３は、相互認証が完了した後の下り方向の通信のシーケンスを表すシーケンス図であり、図１１のステップＳ１１９、Ｓ１２０の詳細を示す。
まず、端末装置５０は、無線端末１０に送信する送信データを生成する（ステップＳ３０１）。端末装置５０は、位置情報管理装置４０に対し、データ送信先の無線端末１０のサービスＩＤに基づいたＩＰアドレスの問い合わせ（ＤＮＳ参照要求）を送信する（ステップＳ３０２）。端末装置５０は、無線端末１０が接続している基地局装置２０のＩＰアドレスを、位置情報管理装置４０からＤＮＳ参照応答として取得する（ステップＳ３０３）。端末装置５０は、取得した基地局装置２０のＩＰアドレス宛てにデータを送信することによって、基地局装置２０を介して無線端末１０にデータを送信する（ステップＳ３０４）。基地局装置２０の第二中継部２０６ｂの中継データ取得部２４０は、端末装置５０から受信したＩＰ信号の下り通信データからサービスＩＤとユーザデータを取得すると、サービスＩＤに基づいて端末識別情報テーブルを検索し、対応するＭＡＣ−ＩＤを取得する（ステップＳ３０５）。中継データ取得部２４０は、取得したＭＡＣ−ＩＤをユーザデータとともにレイヤ３送信処理部２５０に出力する（ステップＳ３０６）。
【０１２１】
レイヤ３送信処理部２５０のセキュリティシーケンス番号付与部２５３は、中継データ取得部２４０から入力されたユーザデータに下りセキュリティシーケンス番号を付与する。下りセキュリティシーケンス番号は、所定の値ずつ増加する１６ビット長の番号であり、相互認証時に初期値、例えば、“０”にリセットされる。つまり、中継データ取得部２４０から入力されたＭＡＣ−ＩＤで特定される無線端末１０との相互認証後、最初の下り方向のユーザデータの送信の場合は、初期値の下りセキュリティシーケンス番号が付与される。相互認証後２回目以降の下り方向のユーザデータの送信の場合、ＭＡＣ−ＩＤにより特定される無線端末１０宛に前回送信した下り方向のユーザデータに付与した下りセキュリティシーケンス番号に所定の値（例えば、１）を加算した値の下りセキュリティシーケンス番号が付与される。
【０１２２】
カウンタ生成部２５１は、ＭＡＣ−ＩＤにより特定される無線端末１０との相互認証後、最初の下り方向のユーザデータの送信である場合、下り暗号処理カウンタを生成し、ＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶部２５２に書き込む。暗号化部２５４は、鍵情報テーブル記憶部２０３ｃ内の鍵情報テーブルにＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている暗号鍵情報と、記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている下り暗号処理カウンタとを用いて、ユーザデータを暗号化する。
【０１２３】
図１７は、下り暗号処理カウンタの構成を示す図である。下り暗号処理カウンタの最初の８ビット分は下り暗号処理カウンタに共通の所定の値であり、すべて“０”である。次の６４ビット分は、下りセキュリティ初期化情報であり、ＭＡＣ−ＩＤに対応して記憶部２５２から読み出した下りセキュリティ初期化情報を設定する。次の３２ビット分は、将来の下りセキュリティシーケンス番号の拡張のために備えた予約であり、すべて“０”である。次の１６ビット分は、セキュリティシーケンス番号付与部２５３が付与した下りセキュリティシーケンス番号である。次の８ビット分は、下り暗号処理ブロックカウンタであり、初期値“０”が設定される。
【０１２４】
図１８に示すように、暗号化部２５４は、１２８ビットの暗号鍵情報と、１２８ビットの下り暗号処理カウンタと、１２８バイトのユーザデータ（下り平文）を、１２８ビットブロック暗号化処理をカウンターモードで利用して、１２８ビット単位に分割された暗号化ユーザデータ（下り暗号文）を生成する。１２８ビットブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳがある。
【０１２５】
例えば、暗号化部２５４は、図１９に示す暗号化処理を行う。暗号化部２５４は、暗号化対象のユーザデータである下り平文を１２８ビットの固定長ずつ区切り、先頭から順に平文データ（１）、平文データ（２）、…を生成する。暗号化部２５４は、暗号鍵情報を用いて、記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応づけて記憶されている下り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（１）を生成する。暗号化部２５４は、暗号化カウンタ（１）と平文データ（１）の排他的論理和により１２８ビットの暗号化データ（１）を生成する。暗号化データ（１）が生成されると、カウンタ生成部２５１は、現在記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている下り暗号処理カウンタ内の下り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
【０１２６】
続いて、暗号化部２５４は、暗号鍵情報と、記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている下り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（２）を生成する。暗号化部２５４は、暗号化カウンタ（２）と平文データ（２）の排他的論理和により１２８ビットの暗号化データ（２）を生成する。暗号化データ（２）が生成されると、カウンタ生成部２５１は、現在記憶部２５２にＭＡＣ−ＩＤと対応付けて記憶されている下り暗号処理カウンタ内の下り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
上記処理を、下り平文から生成された全ての平文データ（１）、（２）、…について実行し、生成された暗号化データ（１）、（２）、…を順に結合して暗号化ユーザデータ（下り暗号文）を生成する。
【０１２７】
図１３に戻って下り方向通信のシーケンスの説明を続ける。暗号化部２５４は、下りセキュリティシーケンス番号が付加された暗号化ユーザデータとＭＡＣ−ＩＤをメッセージ認証コード付与部２５５に出力する。メッセージ認証コード付与部２５５は、下りセキュリティ初期化情報と、下りセキュリティシーケンス番号と、暗号化ユーザデータとを入力とし、鍵としてメッセージ認証鍵情報を用いて、下りメッセージ認証コードを生成する。メッセージ認証コード付与部２５５は、下りセキュリティシーケンス番号、Ｌ３ヘッダ、暗号化ユーザデータ及び下りメッセージ認証コードを含むＬ３データとＭＡＣ−ＩＤをレイヤ２送信処理部２６０に出力する。
【０１２８】
レイヤ２送信処理部２６０のフラグメント部２６１は、Ｌ３データを固定長ずつ分割してフラグメントデータを生成し、各フラグメントデータにＬ２ヘッダを付与してＭＡＣ−ＩＤとともにＣＲＣ付与部２６２に出力する。ＣＲＣ付与部２６２は、フラグメント部２６１から出力されたＬ２ヘッダ及びフラグメントデータからＣＲＣ値を算出し、Ｌ２ヘッダ及びフラグメントデータにＣＲＣ値を付加して下り通信データを生成する。ＣＲＣ付与部２６２は、生成した下り通信データを第一通信部２０１に出力する。第一通信部２０１は、ＭＡＣ−ＩＤの無線端末１０に割り当てられた帯域により、暗号化ユーザデータが設定された下り通信データを送信する（ステップＳ３０７）。
【０１２９】
無線端末１０の通信部１０１は、基地局装置２０から受信した下り通信データを受信データ取得部１０５ｂに出力する。ＣＲＣ検査部１３１は、通信部１０１から入力された下り通信データに設定されているＣＲＣ値を検査し、検査がＮＧであった場合はＮＡＣＫを基地局装置２０に返送する。ＣＲＣ検査部１３１は、検査がＯＫであった場合、ＡＣＫを基地局装置２０へ返送し、下り通信データから取得したフラグメントデータと、Ｌ２ヘッダから取得した当該フラグメントデータのフラグメント番号とに基づいて、Ｌ３データを復元する。そして、ＣＲＣ検査部１３１は、復元したＬ３データをレイヤ３受信処理部１４０に出力する。
【０１３０】
レイヤ３受信処理部１４０のセキュリティシーケンス番号検査部１４３は、復元したＬ３データに設定されている下りセキュリティシーケンス番号を検査する。具体的には、セキュリティシーケンス番号検査部１４３は、以前に基地局装置２０から受信した下り通信データに基づいて生成されたＬ３データの上りセキュリティシーケンス番号のうち最新の番号を保持し、復元したＬ３データに設定されている下りセキュリティシーケンス番号が、保持した最新のセキュリティシーケンス番号よりも新しい番号であればＯＫと判断し、同一又は古い番号であればＮＧと判断する。セキュリティシーケンス番号検査部１４３は、検査がＯＫであればＬ３データをメッセージ認証コード検査部１４４に出力し、ＮＧであれば破棄する。
【０１３１】
メッセージ認証コード検査部１４４は、セキュリティシーケンス番号検査部１４３から入力されたＬ３データに設定されている下りメッセージ認証コードを検査する。メッセージ認証コード検査部１４４は、下りメッセージ認証コードを検査がＯＫであれば、Ｌ３データとＭＡＣ−ＩＤを復号部１４５に出力し、検査がＮＧであれば破棄する。
【０１３２】
カウンタ生成部１４１は、基地局装置２０との間で相互認証を行ってから最初のユーザデータの受信である場合、基地局装置２０のカウンタ生成部２５１と同様の処理により、下り暗号処理カウンタ（図１７）を生成し、記憶部１４２に書き込む。但し、下り暗号処理カウンタの下りセキュリティ初期化情報には、記憶部１４２に記憶されている下りセキュリティ初期化情報が設定される。また、下り暗号処理カウンタの下りセキュリティシーケンス番号には、Ｌ３データに設定されている下りセキュリティシーケンス番号が設定される。
【０１３３】
復号部１４５は、鍵情報記憶部１０２ｂに記憶されている暗号鍵情報を読み出すと、暗号鍵情報と、記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタとを用いてＬ３データに設定されている暗号化ユーザデータを復号する。
【０１３４】
図１８に示すように、復号部１４５は、１２８ビットブロック暗号化処理をカウンターモードで利用し、１２８ビットの暗号鍵情報と、１２８ビットの下り暗号処理カウンタと、１２８ビット単位に分割された暗号化ユーザデータ（下り暗号文）とから、１２８ビット単位に分割された平文のユーザデータ（下り平文）を生成する。復号部１４５が使用する１２８ビットブロック暗号化処理は、基地局装置２０の暗号化部２５４が用いた１２８ビットブロック暗号化処理と同じである。
【０１３５】
例えば、基地局装置２０の暗号化部２５４が図１９に示す暗号処理を行った場合、復号部１４５は、図２０に示す復号処理を行う。復号部１４５は、暗号化ユーザデータである下り暗号文を１２８ビットの固定長ずつ区切る。区切られた下り暗号文を先頭から順に、暗号化データ（１）、暗号化データ（２）、…と記載する。
【０１３６】
復号部１４５は、暗号鍵情報を用いて、記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（１）を生成する。復号部１４５は、暗号化カウンタ（１）と暗号化データ（１）の排他的論理和により１２８ビットの平文データ（１）を生成する。平文データ（１）が生成されると、カウンタ生成部１４１は、現在記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタ内の下り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
【０１３７】
続いて、復号部１４５は、暗号鍵情報と、記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタを１２８ビットブロック暗号化処理により暗号化して１２８ビットの暗号化カウンタ（２）を生成する。復号部１４５は、暗号化カウンタ（２）と暗号化データ（２）の排他的論理和により１２８ビットの平文データ（２）を生成する。平文データ（２）が生成されると、カウンタ生成部１４１は、現在記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタ内の下り暗号処理ブロックカウンタの値に１を加算して更新する。
上記処理を、下り暗号文から生成された全ての暗号化データ（１）、（２）、…について実行し、生成された平文データ（１）、（２）、…を順に結合して平文のユーザデータ（下り平文）を生成する。復号部１４５は、上記により復号したユーザデータを外部装置Ｚに出力する。
【０１３８】
なお、セッションが切断される前に、再び、端末装置５０がユーザデータを送信する場合、上述したステップＳＳ３０１、３０５〜Ｓ３０７と同様の処理が行われる。
この場合、基地局装置２０のカウンタ生成部２５１は、すでに記憶部２５２に宛先ＭＡＣ−ＩＤと対応して記憶されている下り暗号処理カウンタの下りセキュリティシーケンス番号に、セキュリティシーケンス番号付与部２５３が新たに端末装置５０から送信されたユーザデータに付与した下りセキュリティシーケンス番号を設定し、さらに、下り暗号処理ブロックカウンタに、初期値“０”を設定し、更新する。
また、無線端末１０のカウンタ生成部１４１は、すでに記憶部１４２に記憶されている下り暗号処理カウンタの下りセキュリティシーケンス番号に、新たに受信した下り通信データから生成されたＬ３データ内の下りセキュリティシーケンス番号を設定し、さらに、下り暗号処理ブロックカウンタに、初期値“０”を設定し、更新する。
【０１３９】
図２１は、無線端末１０から送信される上りメッセージ認証コードの生成処理を示す図である。図２１に示すように、メッセージ認証コード付与部１１５は、二つの入力値（入力１及び入力２）及び１２８ビットのメッセージ認証鍵情報を用いて上りメッセージ認証コード生成処理を行うことによって、上りメッセージ認証コードを生成する。上りメッセージ認証コード生成処理の具体例として１２８ビットブロック暗号を利用したＣＭＡＣ（Cipher-based Message Authentication Code）等がある。また、ＣＭＡＣで用いるブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳ等がある。メッセージ認証コード付与部１１５は、入力１として以下の順に並んだ１２８ビットのビット列を生成する。８ビットのビット列“１０００００００”、６４ビット分の上りセキュリティ初期化情報、３２ビット分の“０”、１６ビット分の上りセキュリティシーケンス番号、８ビット分の“０”。最初の８ビット分のビット列は、上りメッセージ認証コードの演算であることを表すビット列である。３２ビット分の“０”及び８ビット分の“０”は、いずれもパディングのためのビット列である。
【０１４０】
図２２は、基地局装置２０から送信される下りメッセージ認証コードの生成処理を示す図である。図２２に示すように、メッセージ認証コード付与部２５５は、二つの入力値（入力１及び入力２）及び１２８ビットのメッセージ認証鍵情報を用いて下りメッセージ認証コード生成処理を行うことによって、下りメッセージ認証コードを生成する。下りメッセージ認証コード生成処理の具体例として１２８ビットブロック暗号を利用したＣＭＡＣ（Cipher-based Message Authentication Code）等がある。また、ＣＭＡＣで用いるブロック暗号の具体例として、例えばＣａｍｅｌｌｉａやＡＥＳ等がある。メッセージ認証コード付与部２５５は、入力１として以下の順に並んだ１２８ビットのビット列を生成する。８ビットのビット列“００００００００”、６４ビット分の下りセキュリティ初期化情報、３２ビット分の“０”、１６ビット分の下りセキュリティシーケンス番号、８ビット分の“０”。最初の８ビット分のビット列は、下りメッセージ認証コードの演算であることを表すビット列である。３２ビット分の“０”及び８ビット分の“０”は、いずれもパディングのためのビット列である。
【０１４１】
上記のように構成された通信システム１００では、無線端末１０と基地局装置２０のセッション開始時の相互認証の都度、共有認証情報（端末認証用乱数、ＮＷ認証用乱数）を生成し、その乱数から生成した秘密情報の一部を認証情報（端末認証子、ＮＷ認証子）として送付し、相互認証を行う。そして、認証情報として使用しなかった秘密情報の残りの部分からセキュリティ初期化情報（上りセキュリティ初期化情報、下りセキュリティ初期化情報）を生成し、そのセキュリティ初期化情報とセキュリティシーケンス番号（例えば上りセキュリティシーケンス番号、下りセキュリティシーケンス番号）とから生成されたカウンタを用いて、カウンタモードによりユーザデータの暗号化を行う。従って、セッションが継続している間は、少ない共有情報（１６ビットのセキュリティシーケンス番号）のみを無線端末１０と基地局装置２０との間でやり取りするのみで、ユーザデータを安全に暗号化して送受信することができる。
また同様に、セキュリティ初期化情報とセキュリティシーケンス番号とを用いてメッセージ認証コードを生成し、ユーザデータの改ざんが検知される。従って、セッションが継続している間は、少ない共有情報（例えば６４ビットのメッセージ認証コード及び１６ビットのセキュリティシーケンス番号）のみを無線端末１０と基地局装置２０との間でやり取りするのみで、ユーザデータを安全に暗号化して送受信することができる。
【０１４２】
また、本実施形態では、ＯＳＩ参照モデル第二層の情報であるＭＡＣ−ＩＤと、ＯＳＩ参照モデル第三層のＮＥＴ−ＩＤとを用いて端末認証子生成用の秘密情報、ＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成し、端末認証子生成用の秘密情報から端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報を、また、ＮＷ認証子生成用の秘密情報からＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報を生成している。このように、ＯＳＩ参照モデルにおける異なる層であるＬ２の識別情報、Ｌ３の識別情報が、認証処理及び暗号処理において用いられる。よって、Ｌ２の識別情報とＬ３の識別情報との対応関係を詐称する攻撃に対しても安全な認証処理、暗号処理、改ざん検知処理を行うことができる。
【０１４３】
また、ＳＳＬ（Secure Socket Layer）や３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）などの従来の技術では、端末間の認証処理と暗号処理においては別の乱数を用いており、これらの乱数を端末間で共有している。しかしこれは、電源がオフの時でも前の状態を記憶できる場合にのみ実現できる。一方、本実施形態では、電源がオフになった場合に情報を引き継げない通信システムであっても、安全にユーザデータを暗号化することや改ざん検知を行うことが可能になる。
また、暗号化や改ざん検知のために無線端末と基地局との間で共有する情報量が少なくて済み、無線帯域が消費されることがない。従って、無線装置間の無線帯域の節約が可能であり、帯域が狭小な無線システムにおいて特に有効である。
【０１４４】
また、上りメッセージ認証コードや下りメッセージ認証コードを用いた改ざん防止の通信は、Encryption then MACの方式で行われる。そのため、改ざん防止をより効果的に行うことが可能となる。また、暗号鍵情報とメッセージ認証鍵情報とは異なる鍵として構成されることによって、改ざん防止をさらに効果的に行うことが可能となる。また、上記通信システム１００では、無線端末１０毎にメッセージ認証鍵情報が固定的に割り当てられている。そのため、メッセージ認証鍵情報を更新できるシステムに比べて一見すると改ざん防止の効果が低下するようにも見える。しかしながら、メッセージ認証コードを生成する際の入力として、相互認証処理において生成されたセキュリティ初期化情報やセキュリティシーケンス番号が用いられるため、固定的な鍵情報を用いる場合であっても改ざん防止の効果を向上させる事が可能となる。
暗号化の処理においても同様に、暗号鍵が固定であるとしても、暗号化処理の入力として、相互認証処理において生成されたセキュリティ初期化情報やセキュリティシーケンス番号が用いられるため、固定的な鍵情報を用いる場合であっても暗号化の効果を向上させる事が可能となる。
【０１４５】
＜変形例＞
無線端末１０は、有線通信を行う有線端末に置き換えられても良い。この場合、有線端末と基地局装置２０との間の通信は、有線通信で実現される。このように構成された場合にも、データを暗号化して送受信する有線端末と基地局装置２０との間の有線通信において、セキュリティを確保しながら、暗号及び復号に必要な情報を送受信するためのデータ量を削減することによって、通信帯域を削減することが可能となる。
また、無線端末１０と基地局装置２０との間で行われる認証処理について、互いに認証し合う相互認証処理を行い、送受信するユーザデータを暗号化する場合について説明したが、無線端末１０または基地局装置２０のいずれか一方の認証を行い、認証された無線端末１０または基地局装置２０が送信するユーザデータのみを暗号化して送信しても良い。
【０１４６】
また、上記においては、無線端末１０及び基地局装置２０は、同一の認証鍵情報を用いてＮＷ認証子生成用の秘密情報や端末認証子生成用の秘密情報を生成しているが、これらが異なる認証鍵情報であってもよい。但し、無線端末１０が端末認証子生成用の秘密情報を生成するための認証鍵情報と、基地局装置２０が端末認証子生成用の秘密情報を生成するための認証鍵情報とは同一であり、無線端末１０がＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成するための認証鍵情報と、基地局装置２０がＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成するための認証鍵情報は同一である。
また、認証鍵情報と暗号鍵情報とが同じであってもよい。また、認証鍵情報とメッセージ認証鍵情報とが同じであっても良い。また、暗号鍵情報とメッセージ認証鍵情報とが同じであっても良い。また、認証鍵情報と暗号鍵情報とメッセージ認証鍵情報とが同じであっても良い。
なお、上記の認証鍵情報、暗号鍵情報、メッセージ認証鍵情報は秘密鍵である。
【０１４７】
また、上記においては、図１４（ａ）に示すように、ＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成するために用いられる第一入力は、ＮＥＴ−ＩＤ、ＭＡＣ−ＩＤ及び基地局ＩＤを含んでいるが、この第一入力は、ＮＥＴ−ＩＤのみを含むもの、ＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを含むもの、あるいは、ＮＥＴ−ＩＤ及び基地局ＩＤを含むものでもよい。
また、上記においては、図１４（ｂ）に示すように、端末認証子生成用の秘密情報を生成するために用いられる第一入力は、ＮＥＴ−ＩＤ、ＭＡＣ−ＩＤ及び基地局ＩＤを含んでいるが、この第一入力は、ＮＥＴ−ＩＤのみを含むもの、ＮＥＴ−ＩＤ及びＭＡＣ−ＩＤを含むもの、あるいは、ＮＥＴ−ＩＤ及び基地局ＩＤを含むものでもよい。
【０１４８】
また、上記においては、セッション開始時の相互認証の都度、無線端末１０に割り当てられるＭＡＣ−ＩＤをＮＷ認証子生成用の秘密情報、端末認証子生成用の秘密情報の生成に用いているが、認証の都度（セッションが開始される都度）、無線端末１０に割り当てられる他の識別情報を用いてもよい。
また、上記においては、無線端末１０と基地局装置２０のセッション開始時の相互認証の都度、端末認証用乱数、ＮＷ認証用乱数を生成して交換しているが、それらの値の代わりに、乱数に所定の演算を行なった値や、乱数と所定の情報との組合せなど、乱数を元に生成された情報としてもよい。例えば、乱数と、認証の都度、無線端末１０に割り当てられる識別情報との組合せであってもよい。
【０１４９】
また、上記においては、認証時に端末認証子生成用の秘密情報から端末認証子及び上りセキュリティ初期化情報を生成し、ＮＷ認証子生成用の秘密情報からＮＷ認証子及び下りセキュリティ初期化情報を生成しているが、相互認証後、最初にユーザデータを暗号化する時、あるいは、暗号化ユーザデータを復号する時に、ＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成して下りセキュリティ初期化情報を生成したり、端末認証子生成用の秘密情報を生成して上りセキュリティ初期化情報を生成してもよい。
つまり、無線端末１０が基地局装置２０との相互認証後、最初にユーザデータを送信するときに、カウンタ生成部１１１は、認証制御部１０４と同様に端末認証子生成用の秘密情報を生成し、生成した秘密情報から上りセキュリティ初期化情報を生成する。基地局装置２０が無線端末１０との相互認証後、最初にユーザデータを受信したときに、カウンタ生成部２２１は、認証制御部２０５と同様に端末認証子生成用の秘密情報を生成し、生成した秘密情報から上りセキュリティ初期化情報を生成する。
また、基地局装置２０が無線端末１０との相互認証後、最初にユーザデータを送信するときに、カウンタ生成部２５１は、認証制御部２０５と同様にＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成し、生成した秘密情報から下りセキュリティ初期化情報を生成する。無線端末１０が基地局装置２０との相互認証後、最初にユーザデータを受信したときに、認証制御部１０４と同様にＮＷ認証子生成用の秘密情報を生成し、生成した秘密情報から上りセキュリティ初期化情報を生成する。
あるいは、認証時に生成したＮＷ認証子生成用の秘密情報、及び、端末認証子生成用の秘密情報を記憶しておき、相互認証後最初に、ユーザデータを暗号化する時、あるいは、暗号化ユーザデータを復号する時に、ＮＷ認証子生成用の秘密情報から下りセキュリティ初期化情報を生成したり、端末認証子生成用の秘密情報から上りセキュリティ初期化情報を生成したりしてもよい。
【０１５０】
また、端末認証子生成用の秘密情報の生成、ＮＷ認証子生成用の秘密情報の生成に、上記実施形態とは異なる方式を用いてもよい。例えば、ハッシュ関数など一方向性の関数を暗号方式として用いてもよい。
また、ユーザデータの暗号化及び復号に、上記実施形態とは異なる方式を用いてもよい。
【０１５１】
また、基地局装置２０によって無線端末１０に対してＭＡＣ−ＩＤが付与されるのではなく、無線端末１０が予めＭＡＣ−ＩＤを記憶していても良い。この場合、基地局装置２０に対して無線通信を開始する以前に、無線端末１０の端末識別情報記憶部１０２ａは自装置（無無線端末１０）に付与されたＭＡＣ−ＩＤを予め記憶しておく。また、ＭＡＣ−ＩＤ割当要求（ステップＳ１０１）及びＭＡＣ−ＩＤ割当応答（ステップＳ１０２）の処理は不要となり、認証制御部２０５は相互認証要求（ステップＳ１０４）に含まれるＭＡＣ−ＩＤ及びＮＥＴ−ＩＤを対応付けて端末識別情報テーブルに記録する。
【０１５２】
また、上記においては、暗号化されたユーザデータに基づいてメッセージ認証コードを生成するEncryption then MACについて説明したが、Encryption and MACであっても良いし、MAC then Encryptionであっても良い。また、ユーザデータを暗号化せずにメッセージ認証コードを付与しても良い。
【０１５３】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【０１５４】
１００…通信システム， １０…無線端末， ２０…基地局装置， ３０…端末情報管理装置， ４０…位置情報管理装置， ５０…端末装置， １０１…通信部， １０２…記憶部， １０２ａ…端末識別情報記憶部， １０２ｂ…鍵情報記憶部， １０３…乱数生成部， １０４…認証制御部（認証部）， １０５…送信データ生成部， １０６…受信データ取得部， １０７…上位レイヤ処理部， １０９…データ処理部， １１０…レイヤ３送信処理部， １１１…カウンタ生成部， １１２…記憶部， １１３…セキュリティシーケンス番号付与部， １１４…暗号化部， １１５…メッセージ認証コード付与部， １２０…レイヤ２送信処理部， １２１…フラグメント部， １２２…ＣＲＣ付与部， １３０…レイヤ２受信処理部， １３１…ＣＲＣ検査部， １４０…レイヤ３受信処理部， １４１…カウンタ生成部， １４２…記憶部， １４３…セキュリティシーケンス番号検査部， １４４…メッセージ認証コード検査部， １４５…復号部， ２０１…第一通信部， ２０２…第二通信部， ２０３…記憶部， ２０３ａ…基地局識別情報記憶部， ２０３ｂ…端末識別情報テーブル記憶部（識別情報記憶部）， ２０３ｃ…鍵情報テーブル記憶部， ２０４…乱数生成部， ２０５…認証制御部（認証部）， ２０６…第一中継部， ２０７…第二中継部，２０９…中継部， ２１０…レイヤ２受信処理部， ２１１…ＣＲＣ検査部， ２２０…レイヤ３受信処理部， ２２１…カウンタ生成部， ２２２…記憶部， ２２３…セキュリティシーケンス番号検査部， ２２４…メッセージ認証コード検査部， ２２５…復号部， ２３０…中継設定部， ２４０…中継データ取得部， ２５０…レイヤ３送信処理部， ２５１…カウンタ生成部， ２５２…記憶部， ２５３…セキュリティシーケンス番号付与部， ２５４…暗号化部， ２５５…メッセージ認証コード付与部， ２６０…レイヤ２送信処理部， ２６１…フラグメント部， ２６２…ＣＲＣ付与部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一通信装置と第二通信装置とが、認証情報を生成するために共有する共有認証情報を用いて通信する通信システムであって、
前記第一通信装置は、
認証の度に異なる前記共有認証情報を前記第二通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信する送信側認証部と、
前記共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与部と、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記第二通信装置に送信するデータ送信部と、
を備え、
前記第二通信装置は、
前記第一通信装置との間で前記共有認証情報を交換するとともに、前記第一通信装置から送信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記送信側認証情報を認証する受信側認証部と、
前記第一通信装置から前記メッセージ認証情報が付与されたデータを受信する受信処理部と、
前記受信側認証部において認証が成功したときに生成された前記共有認証情報に前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報を保存しておくセキュリティ初期化情報保持部と、
前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と前記セキュリティ初期化情報保持部に保存された前記受信側セキュリティ初期化情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査部と、
を備え、
前記受信側認証部は、
前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信し、
前記送信側認証部は、
前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記受信側認証情報を認証する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記第一通信装置は、
送信するデータそれぞれにシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部をさらに備え、
前記メッセージ認証情報付与部は、送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、前記シーケンス番号と、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、
前記データ送信部は、前記データに、前記シーケンス番号付与部が前記データに付与した前記シーケンス番号を付加して前記第二通信装置に送信し、
前記認証情報検査部は、前記受信側セキュリティ初期化情報と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、前記シーケンス番号とに基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記第一通信装置は、
メッセージ認証鍵情報を記憶する送信側鍵情報記憶部をさらに備え、
前記メッセージ認証情報付与部は、前記送信側記憶部内の前記メッセージ認証鍵情報を用いて前記メッセージ認証情報を生成し、
前記第二通信装置は、
前記メッセージ認証鍵情報を記憶する受信側鍵情報記憶部をさらに備え、
前記メッセージ認証情報検査部は、前記受信側記憶部内の前記メッセージ認証鍵情報を用いて前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記第二通信装置は、複数の前記第一通信装置と通信し、
前記送信側認証部は、他の第二通信装置と通信する前記第一通信装置を含めた全ての前記第一通信装置を識別できる第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて送信側認証情報を生成し、生成した前記送信側認証情報を前記第二通信装置へ送信し、
前記メッセージ認証情報付与部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報に基づいて前記メッセージ認証情報を生成し、
前記受信側認証部は、前記送信側認証情報の送信元の前記第一通信装置の前記第一識別情報と、前記送信側認証情報の送信元の前記第一通信装置との間で交換した前記共有認証情報とを用いて前記送信側認証情報を認証し、
前記メッセージ認証情報検査部は、前記データの送信元の前記第一通信装置の前記第一識別情報と、前記受信側認証部において当該第一通信装置から受信した前記送信側認証情報の認証が成功したときに用いた前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の通信システム。
【請求項５】
前記送信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに加えてさらに前記第二通信装置の識別情報を用いて送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信し、
前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに加えて前記第二通信装置の識別情報を用いて前記送信側認証情報を認証する、
ことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
【請求項６】
前記第一通信装置は、複数の前記第二通信装置と通信し、
前記送信側認証部は、他の第一通信装置と通信する前記第二通信装置を含めた全ての前記第二通信装置を識別できる第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて送信側認証情報を生成し、生成した前記送信側認証情報を当該第二通信装置へ送信し、
前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて前記第一通信装置から受信した前記送信側認証情報を認証し、
前記メッセージ認証情報付与部は、前記データの送信先である前記第二通信装置の前記第一識別情報と、当該第二通信装置と交換した前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報に基づいて前記メッセージ認証情報を生成し、
前記メッセージ認証情報検査部は、前記第一識別情報と、前記受信側認証部において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報とに前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の通信システム。
【請求項７】
前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信し、
前記送信側認証部は、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて前記受信側認証情報を認証する、
ことを特徴とする請求項４または請求項６に記載の通信システム。
【請求項８】
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求部と、
前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証部と、
前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与部と、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項９】
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証部と、
前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求部と、
前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信処理部と、
前記認証部において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の前記所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項１０】
第一通信装置と第二通信装置とが通信する通信システムにおいて実行される通信方法であって、
前記第一通信装置と前記第二通信装置とが、
認証の度に異なる共有認証情報を交換する共有認証情報交換ステップと、
前記第一通信装置が、
前記共有認証情報交換ステップにおいて交換した前記共有認証情報から送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信する送信側認証要求ステップと、
前記第二通信装置が、
前記第一通信装置から前記送信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記送信側認証情報を認証する受信側認証ステップと、
前記第二通信装置が、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信するステップと、
前記第一通信装置が、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記受信側認証情報を認証するステップと、
前記第一通信装置が、
前記共有認証情報交換ステップにおいて交換した前記共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与ステップと、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記第二通信装置に送信するデータ送信ステップと、
前記第二通信装置が、
前記第一通信装置から前記メッセージ認証情報が付与されたデータを受信する受信ステップと、
前記受信側認証ステップにおいて認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報と、前記受信ステップにおいて受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【請求項１１】
通信装置において実行される通信方法であって、
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求ステップと、
前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証ステップと、
前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与ステップと、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【請求項１２】
通信装置において実行される通信方法であって、
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証ステップと、
前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求ステップと、
前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信ステップと、
前記認証ステップにおいて認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信ステップにおいて受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【請求項１３】
通信装置のコンピュータに、
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求手順と、
前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証手順と、
前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与手順と、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信手順と、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１４】
通信装置のコンピュータに、
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証手順と、
前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求手順と、
前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信手順と、
前記認証手順において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信手順において受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査手順と、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１】
第一通信装置と第二通信装置とが、認証情報を生成するために共有する共有認証情報を用いて通信する通信システムであって、
前記第一通信装置は、
認証の度に異なる前記共有認証情報を前記第二通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信する送信側認証部と、
前記共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与部と、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記第二通信装置に送信するデータ送信部と、
を備え、
前記第二通信装置は、
前記第一通信装置との間で前記共有認証情報を交換するとともに、前記第一通信装置から送信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記送信側認証情報を認証する受信側認証部と、
前記第一通信装置から前記メッセージ認証情報が付与されたデータを受信する受信処理部と、
前記受信側認証部において認証が成功したときに生成された前記共有認証情報に前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報を保存しておくセキュリティ初期化情報保持部と、
前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と前記セキュリティ初期化情報保持部に保存された前記受信側セキュリティ初期化情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査部と、
を備え、
前記受信側認証部は、
前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信し、
前記送信側認証部は、
前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記受信側認証情報を認証する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記第一通信装置は、
送信するデータそれぞれにシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部をさらに備え、
前記メッセージ認証情報付与部は、送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、前記シーケンス番号と、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、
前記データ送信部は、前記データに、前記シーケンス番号付与部が前記データに付与した前記シーケンス番号を付加して前記第二通信装置に送信し、
前記認証情報検査部は、前記受信側セキュリティ初期化情報と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、前記シーケンス番号とに基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記第一通信装置は、
メッセージ認証鍵情報を記憶する送信側鍵情報記憶部をさらに備え、
前記メッセージ認証情報付与部は、前記送信側記憶部内の前記メッセージ認証鍵情報を用いて前記メッセージ認証情報を生成し、
前記第二通信装置は、
前記メッセージ認証鍵情報を記憶する受信側鍵情報記憶部をさらに備え、
前記メッセージ認証情報検査部は、前記受信側記憶部内の前記メッセージ認証鍵情報を用いて前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記第二通信装置は、複数の前記第一通信装置と通信し、
前記送信側認証部は、他の第二通信装置と通信する前記第一通信装置を含めた全ての前記第一通信装置を識別できる第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて送信側認証情報を生成し、生成した前記送信側認証情報を前記第二通信装置へ送信し、
前記メッセージ認証情報付与部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報に基づいて前記メッセージ認証情報を生成し、
前記受信側認証部は、前記送信側認証情報の送信元の前記第一通信装置の前記第一識別情報と、前記送信側認証情報の送信元の前記第一通信装置との間で交換した前記共有認証情報とを用いて前記送信側認証情報を認証し、
前記メッセージ認証情報検査部は、前記データの送信元の前記第一通信装置の前記第一識別情報と、前記受信側認証部において当該第一通信装置から受信した前記送信側認証情報の認証が成功したときに用いた前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の通信システム。
【請求項５】
前記送信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに加えてさらに前記第二通信装置の識別情報を用いて送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信し、
前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とに加えて前記第二通信装置の識別情報を用いて前記送信側認証情報を認証する、
ことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
【請求項６】
前記第一通信装置は、複数の前記第二通信装置と通信し、
前記送信側認証部は、他の第一通信装置と通信する前記第二通信装置を含めた全ての前記第二通信装置を識別できる第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて送信側認証情報を生成し、生成した前記送信側認証情報を当該第二通信装置へ送信し、
前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて前記第一通信装置から受信した前記送信側認証情報を認証し、
前記メッセージ認証情報付与部は、前記データの送信先である前記第二通信装置の前記第一識別情報と、当該第二通信装置と交換した前記共有認証情報とに所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報に基づいて前記メッセージ認証情報を生成し、
前記メッセージ認証情報検査部は、前記第一識別情報と、前記受信側認証部において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報とに前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の通信システム。
【請求項７】
前記受信側認証部は、前記第一識別情報と、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信し、
前記送信側認証部は、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記第一識別情報と、前記共有認証情報とを用いて前記受信側認証情報を認証する、
ことを特徴とする請求項４または請求項６に記載の通信システム。
【請求項８】
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求部と、
前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証部と、
前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与部と、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項９】
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証部と、
前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求部と、
前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信処理部と、
前記認証部において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の前記所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信処理部によって受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項１０】
第一通信装置と第二通信装置とが通信する通信システムにおいて実行される通信方法であって、
前記第一通信装置と前記第二通信装置とが、
認証の度に異なる共有認証情報を交換する共有認証情報交換ステップと、
前記第一通信装置が、
前記共有認証情報交換ステップにおいて交換した前記共有認証情報から送信側認証情報を生成して前記第二通信装置へ送信する送信側認証要求ステップと、
前記第二通信装置が、
前記第一通信装置から前記送信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記送信側認証情報を認証する受信側認証ステップと、
前記第二通信装置が、前記共有認証情報から受信側認証情報を生成して前記第一通信装置へ送信するステップと、
前記第一通信装置が、前記第二通信装置から前記受信側認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記受信側認証情報を認証するステップと、
前記第一通信装置が、
前記共有認証情報交換ステップにおいて交換した前記共有認証情報に所定の演算を行って生成された送信側セキュリティ初期化情報と、前記第二通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与ステップと、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記第二通信装置に送信するデータ送信ステップと、
前記第二通信装置が、
前記第一通信装置から前記メッセージ認証情報が付与されたデータを受信する受信ステップと、
前記受信側認証ステップにおいて認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記所定の演算を行って生成された受信側セキュリティ初期化情報と、前記受信ステップにおいて受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【請求項１１】
通信装置において実行される通信方法であって、
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求ステップと、
前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証ステップと、
前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与ステップと、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【請求項１２】
通信装置において実行される通信方法であって、
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証ステップと、
前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求ステップと、
前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信ステップと、
前記認証ステップにおいて認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信ステップにおいて受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【請求項１３】
通信装置のコンピュータに、
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記共有認証情報から認証情報を生成して前記他の通信装置へ送信する認証要求手順と、
前記他の通信装置が前記共有認証情報から生成して送信する他の認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記他の認証情報を認証する認証手順と、
前記共有認証情報に前記他の通信装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記第他の通信装置に対して送信されるデータと、に基づいてメッセージ認証情報を生成し、前記データに前記メッセージ認証情報を付与するメッセージ認証情報付与手順と、
前記メッセージ認証情報が付与された前記データを前記他の通信装置に送信するデータ送信手順と、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１４】
通信装置のコンピュータに、
認証の度に異なる共有認証情報を他の通信装置との間で交換するとともに、前記他の通信装置から認証情報を受信し、前記共有認証情報を用いて前記認証情報を認証する認証手順と、
前記共有認証情報から他の認証情報を生成して前記他の通信装置に送信することによって前記他の通信装置における認証を受ける認証要求手順と、
前記他の通信装置から、前記共有認証情報に所定の演算を行って生成されるセキュリティ初期化情報及び送信されるデータに基づいて生成されたメッセージ認証情報を、前記送信されるデータとともに受信する受信手順と、
前記認証手順において認証が成功したときに用いた前記共有認証情報に前記他の装置と共通の所定の演算を行って生成されたセキュリティ初期化情報と、前記受信手順において受信された前記データ及びメッセージ認証情報と、に基づいて、前記受信されたデータが改ざんされたか否か判定するメッセージ認証情報検査手順と、
を実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−８１０３６（Ｐ２０１３−８１０３６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１９３６３（Ｐ２０１１−２１９３６３）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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