データ送受信システム、暗号化情報共有方法、データ送信装置、及びデータ受信装置
【課題】暗号鍵交換のためのデータ送信量を抑えつつ、通信データ送信単位ごとに異なる暗号鍵を使用すること。
【解決手段】移動局装置１０において、各ＩＰパケットの送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する送信側暗号鍵生成部２７、を含み、ルータ４０において、受信される各ＩＰパケットのそれぞれについて、前記順序関連情報を推定するヘッダ復元部４１と、ヘッダ復元部４１により推定される前記各ＩＰパケットの順序関連情報に基づいて、該各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する受信側暗号鍵生成部４５と、を含んだことを特徴とする。
【解決手段】移動局装置１０において、各ＩＰパケットの送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する送信側暗号鍵生成部２７、を含み、ルータ４０において、受信される各ＩＰパケットのそれぞれについて、前記順序関連情報を推定するヘッダ復元部４１と、ヘッダ復元部４１により推定される前記各ＩＰパケットの順序関連情報に基づいて、該各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する受信側暗号鍵生成部４５と、を含んだことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデータ送受信システム、暗号化情報共有方法、データ送信装置、及びデータ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰ通信では通信データの暗号化がなされることがある。この暗号化は通常、共通鍵暗号方式により行われる。共通鍵暗号方式では、通信開始前に通信装置の間で、共通鍵暗号方式の暗号鍵を示す暗号化情報の交換が行われる。通信が開始されると、各通信装置は、送信時にはこの暗号化情報により示される暗号鍵による通信データの暗号化を行い、受信時にはこの暗号化情報により示される暗号鍵による通信データの復号化を行う。こうして暗号化が実現される。
【０００３】
特許文献１には、上記暗号鍵を、通信途中でそれまでとは異なる鍵に取り替えることに関する技術が記載されている。この技術では、通信途中に一方の通信装置が新たな暗号鍵を取得して送信し、他方の通信装置が新たな暗号鍵を受信することにより、新たな暗号鍵が交換される。
【特許文献１】特開平１１−２３４２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
共通鍵暗号方式の暗号強度を高めるためのひとつの手段として、パケットなど通信データの送信単位ごとに暗号鍵を取り替えることが考えられる。この場合、上記特許文献１に記載の技術では、全ての暗号鍵を送信しなければならず、暗号鍵送信のために大きな帯域が必要となってしまうという問題があった。
【０００５】
従って、本発明の課題の一つは、暗号鍵交換のためのデータ送信量を抑えつつ、通信データ送信単位ごとに異なる暗号鍵を使用することを実現するデータ送受信システム、暗号化情報共有方法、データ送信装置、及びデータ受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明にかかるデータ送受信システムは、前記データ送信装置は、通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得手段と、前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成手段と、前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で暗号化する暗号化手段と、前記暗号化手段により暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信手段と、を含み、前記データ受信装置は、前記送信手段により送信された前記送信単位を順次受信する受信手段と、前記送信単位のそれぞれについて、前記順序関連情報を推定する推定手段と、前記推定手段により推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成手段と、前記受信手段により受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で復号化する復号化手段と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
順序関連情報は、データ送信装置からデータ受信装置に直接その全てを送らなくとも、データ受信装置で各送信単位の受信順序から推定できるので、上記データ送受信システムによれば、暗号鍵交換のためのデータ送信量を抑えつつ、通信データ送信単位ごとに異なる暗号鍵を使用することが実現される。
【０００８】
また、上記データ送受信システムにおいて、前記送信単位の順序関連情報は、該送信単位に付与されるシーケンス番号であり、前記送信手段は、送信する前記送信単位のうち、一部の送信単位には該送信単位に付与されたシーケンス番号の全体を含めて送信するとともに、他の一部の送信単位には該送信単位に付与されたシーケンス番号の一部分を含めず送信し、前記推定手段は、前記受信手段によりシーケンス番号の全体を含む送信単位が受信された場合には、該シーケンス番号を示すシーケンス番号情報を記憶手段に記憶し、前記受信手段によりシーケンス番号の前記一部分を含まない送信単位が受信された場合には、前記記憶手段に記憶される前記シーケンス番号情報と、該送信単位に含まれる部分と、に基づいて、該送信単位に付与されたシーケンス番号を推定する、こととしてもよい。
【０００９】
これによれば、データ受信装置は、一部の送信単位に含まれるシーケンス番号の全体に基づき、その後に受信される他の送信単位のシーケンス番号の全体を推定できるようになる。
【００１０】
また、本発明にかかる暗号化情報共有方法は、データ送信装置とデータ受信装置とを含むデータ送受信システムにおいて、前記データ送信装置と前記データ受信装置の間で暗号化情報を共有するための暗号化情報共有方法であって、前記データ送信装置が、通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得ステップと、前記データ送信装置が、前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成ステップと、前記データ送信装置が、前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成ステップにおいて生成された暗号鍵で暗号化する暗号化ステップと、前記データ送信装置が、前記暗号化ステップにおいて暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信ステップと、前記データ受信装置が、前記データ送信装置により送信された前記送信単位を順次受信する受信ステップと、前記データ受信装置が、前記送信単位のそれぞれについて、前記順序関連情報を推定する推定ステップと、前記データ受信装置が、前記推定ステップにおいて推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成ステップと、前記データ受信装置が、前記受信ステップにより受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成ステップにより生成された暗号鍵で復号化する復号化ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるデータ送信装置は、通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得手段と、前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成手段と、前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で暗号化する暗号化手段と、前記暗号化手段により暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信手段と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかるデータ受信装置は、データ送信装置により送信された通信データを、送信単位ごとに順次受信する受信手段と、前記送信単位のそれぞれについて、該送信単位の送信順序に関連する順序関連情報を推定する推定手段と、前記推定手段により推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成手段と、前記受信手段により受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で復号化する復号化手段と、を含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態にかかるデータ送受信システム１のシステム構成を示す図である。同図に示すように、データ送受信システム１は、コンピュータ１０、移動局装置２０、基地局装置３０、ルータ４０、ＰＤＳＮ（パケット交換機）５０、インターネット６０を含んで構成される。
【００１５】
移動局装置２０、基地局装置３０、ルータ４０、及びＰＤＳＮ５０は、パケット方式を採用する移動体通信システムの構成要素である。コンピュータ１０は、移動局装置２０と接続され、移動体通信システムを介して、インターネット６０上の他のコンピュータ（不図示）とＩＰ通信を行う。ここでは特に、ＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）による音声通信（ＶｏＩＰ通信）を行う。
【００１６】
移動局装置２０、基地局装置３０、ルータ４０、及びＰＤＳＮ５０は、上記ＶｏＩＰ通信において送受信されるＩＰパケットを中継する。このＩＰパケットは通信データの送信単位であり、ＩＰヘッダとＩＰペイロードとから構成される。ＩＰヘッダには、ＩＰパケットの宛先情報やシーケンス番号が含まれる。ＩＰペイロードには通信データそのものが含まれる。
【００１７】
移動局装置２０とルータ４０の間では、上記ＩＰヘッダが圧縮された状態で通信が行われる。このＩＰヘッダ圧縮は、ＲＦＣ３０９５に規定されるＲＯＨＣ（ロバストヘッダ圧縮、RObust Header Compression）により行われ、コンピュータ１０からインターネット６０に対して送信されるＩＰパケットについては、移動局装置２０がＲＯＨＣによりヘッダ圧縮されるＩＰパケットのデータ送信装置、ルータ４０が該ＩＰパケットのデータ受信装置となる。一方、インターネット６０からコンピュータ１０に対して送信されるＩＰパケットについては、ルータ４０がＲＯＨＣによりヘッダ圧縮されるＩＰパケットのデータ送信装置、移動局装置２０が該ＩＰパケットのデータ受信装置となる。
【００１８】
また、移動局装置２０とルータ４０の間ではさらに、ＩＰペイロードの暗号化が行われる。この暗号化に使用する暗号鍵は、ＩＰパケットごとに異なるものが使用される。以下では、このような処理を行うための移動局装置２０及びルータ４０の構成の詳細について説明する。
【００１９】
移動局装置２０及びルータ４０はともに、ＣＰＵ及びメモリを備えたコンピュータである。ＣＰＵは、メモリに記憶されるプログラムを実行するための処理ユニットであり、移動局装置２０又はルータ４０の各部を制御する処理を行うとともに、後述する各機能を実現する。メモリは本実施の形態を実施するためのプログラムやデータを記憶している。また、ＣＰＵのワークメモリとしても動作する。
【００２０】
図２は、移動局装置２０及びルータ４０の機能ブロックを示す図である。同図に示すように、移動局装置２０は機能的に通信データ取得部２１、シーケンス番号付与部２２、共通鍵付加部２３、ＣＲＣ付加部２４、ヘッダ圧縮部２５、コンテキスト記憶部２６、送信側暗号鍵生成部２７、ペイロード暗号化部２８を含んで構成される。また、ルータ４０は機能的にヘッダ復元部４１、コンテキスト記憶部４２、ＣＲＣ確認部４３、初期化要求部４４、受信側暗号鍵生成部４５、ペイロード復号化部４６を含んで構成される。なお、ここでは移動局装置２０及びルータ４０が、それぞれデータ送信装置及びデータ受信装置である場合について説明するが、これを逆にした場合についても同様である。
【００２１】
通信データ取得部２１は、コンピュータ１０が送信した一連のＩＰパケットを取得し、シーケンス番号付与部２２に出力する。このＩＰパケットのＩＰヘッダには、宛先情報（ＩＰアドレス）が含まれる。ここでは、このＩＰアドレスはインターネット６０上のコンピュータ（不図示）のＩＰアドレスであるとする。
【００２２】
シーケンス番号付与部２２は、通信データ取得部２１から入力された各ＩＰパケットのＩＰヘッダに、その送信順序に関連する順序関連情報を付与し、共通鍵付加部２３に出力する。ここでは、この順序関連情報はＩＰパケットのシーケンス番号であり、特にＩＰパケットの送信順を示す８ビットの情報であるとして説明する。なお、順序関連情報としては、他にも、例えばＩＰパケットの生成時の時刻を示すタイムスタンプを使用することも可能である。
【００２３】
共通鍵付加部２３は、通信ごとに共通鍵（ここでは「kyocera」とする。）を生成し、シーケンス番号付与部２２から入力されたＩＰパケットのＩＰヘッダに付加して、ＣＲＣ付加部２４に出力する。
【００２４】
ＣＲＣ付加部２４は、共通鍵付加部２３から入力された各ＩＰパケットのＩＰヘッダについてのＣＲＣ（巡回冗長符号）をそれぞれ生成する。すなわち、ＣＲＣ付加部２４は、ビット列としてのＩＰヘッダを所定の定数で割り算し、その剰余をＣＲＣとして取得する。そして、このＣＲＣをＩＰヘッダに付加し、ヘッダ圧縮部２５に出力する。
【００２５】
ヘッダ圧縮部２５は、ＩＰヘッダに含まれる情報のうち通信が終了するまで変化しない部分（不変部分）を取得し、コンテキスト記憶部２６に記憶させる。この部分の例には、例えばＩＰパケットの宛先情報（ＩＰアドレス）や共通鍵付加部２３で付加される共通鍵などが挙げられる。
【００２６】
ヘッダ圧縮部２５は、通信ごとの最初のＩＰパケットについては、ＩＰパケットをそのままＣＲＣ付加部２４に出力する。なお、このようにＩＰヘッダが省略されずに送信されるＩＰパケットは、初期化パケットと称される。通信ごとの最初のＩＰパケット以外のＩＰパケットについては、ヘッダ圧縮部２５は、後述する初期化要求信号が受信されない限り、コンテキスト記憶部２６に記憶させた部分及びシーケンス番号の上位所定数桁分を省略することによりＩＰパケット長を圧縮して、ペイロード暗号化部２８に出力する。
【００２７】
送信側暗号鍵生成部２７は、各ＩＰパケットの送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する。具体的には、コンテキスト記憶部２６に記憶される共通鍵と、シーケンス番号付与部２２において各ＩＰパケットに付与されたシーケンス番号と、に基づき、各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する。ここで生成される暗号鍵の具体的な例を挙げると、シーケンス番号が「10100010」であるＩＰパケットに含まれる通信データについての暗号鍵は、「kyocera10100010」となる。なお、さらに移動局装置２０とルータ４０とで予め共有する所定の関数に「kyocera10100010」を代入して得られる文字列を、暗号鍵として使用することとしてもよい。
【００２８】
ペイロード暗号化部２８は、ヘッダ圧縮部２５から入力されたＩＰパケットのうちのＩＰペイロードを、該ＩＰペイロードに含まれる通信データについて送信側暗号鍵生成部２７により生成された暗号鍵により暗号化する。ペイロード暗号化部２８は、このようにして一連のＩＰパケットのＩＰペイロード部分を順次暗号化し、さらに各ＩＰパケットを移動体通信システムのパケット（以下、移動体通信パケットと称する。）によりカプセリングして、その宛先をインターネット６０とし、基地局装置３０に対して順次送信する。
【００２９】
基地局装置３０は、移動局装置２０から送信された移動体通信パケットを順次受信し、その宛先（ここではインターネット６０。）を参照する。ここで、基地局装置３０は、宛先と移動体通信パケットの送信先とを対応づけて記憶している。具体的には、宛先としてのインターネット６０と、送信先としてのルータ４０とを対応付けて記憶している。基地局装置３０は、参照した宛先（インターネット６０）と対応付けて記憶される送信先（ルータ４０）を取得し、該送信先に対して、順次受信した各移動体通信パケットにそれぞれ含まれる一連のＩＰパケットを順次転送する。
【００３０】
ヘッダ復元部４１は、基地局装置３０から送信された一連のＩＰパケットを順次受信する。通信の開始時には、このＩＰパケットは初期化パケットであり、そのＩＰヘッダには上記不変部分及びシーケンス番号が含まれる。ヘッダ復元部４１は、受信したＩＰパケットのＩＰヘッダからこの不変部分及びシーケンス番号を取り出し、コンテキスト記憶部４２に記憶させるとともに、該ＩＰパケットをＣＲＣ確認部４３に出力する。
【００３１】
一方、ＩＰパケットが圧縮パケットである場合、ヘッダ復元部４１は、まず、コンテキスト記憶部４２に記憶される不変部分を取り出す。
【００３２】
さらに、ヘッダ復元部４１は、該各ＩＰパケットのそれぞれについて、上記順序関連情報を推定する。ここでは特に、シーケンス番号付与部２２により各ＩＰパケットに付与されたシーケンス番号を推定する。より具体的には、コンテキスト記憶部４２に記憶されるシーケンス番号と、該ＩＰパケットに含まれるシーケンス番号の一部分（ＬＳＢ(Least Significant Bits)と呼ばれる。）と、に基づいて、該ＩＰパケットに付与されたシーケンス番号を推定する。以下、具体的な例を挙げて説明する。
【００３３】
この例では、ＬＳＢが下位４ビットであるとして説明する。初期化パケットのシーケンス番号が「10100010」であった場合、コンテキスト記憶部４２には「10100010」が記憶される。圧縮パケットに「0011」が含まれていたとすると、ヘッダ復元部４１は、「0011」からコンテキスト記憶部４２に記憶しているシーケンス番号「10100010」の下位４ビットを減算して、差「0001」を得る。そして、この「0001」をコンテキスト記憶部４２に記憶しているシーケンス番号「10100010」に加算することにより、シーケンス番号「10100011」を取得する。ここで、ＩＰヘッダが省略されたＩＰパケットに下位４ビット「0000」が含まれていたとすると、上記差はマイナスになる。このように、上記差が０以下になる場合、ヘッダ復元部４１は算出した差にＬＳＢのビット数に応じた数、具体的には２４＝１６(「10000」)を加算した上で、コンテキスト記憶部４２に記憶しているシーケンス番号「10100010」に加算する。こうすることにより、ヘッダ復元部４１は、シーケンス番号「10110000」を得る。
【００３４】
このようにしてシーケンス番号の推定が行われるので、２４＝１６以上パケットロスがあると、ヘッダ復元部４１は、もはや正しくシーケンス番号を復元することができなくなる。上記例では、例えばシーケンス番号「10100011」から「10110010」までのパケットが通信途中で失われた場合、次に到達するＩＰパケットのシーケンス番号「10110011」を、ヘッダ復元部４１は誤って「10100011」と推定してしまう。この場合の処理については後述する。
【００３５】
シーケンス番号の推定が終了すると、ヘッダ復元部４１は、推定したシーケンス番号と、コンテキスト記憶部４２から取り出した不変部分から共通鍵を除いた部分と、をＩＰパケットのＩＰヘッダに含め、該ＩＰパケットをＣＲＣ確認部４３に出力する。
【００３６】
ＣＲＣ確認部４３は、ヘッダ復元部４１から入力された各ＩＰパケットのＩＰヘッダについてのＣＲＣ（巡回冗長符号）を、ＣＲＣ付加部２４と同様の方法により、それぞれ生成する。そして、各ＩＰヘッダについて生成したＣＲＣと、該各ＩＰヘッダに含まれるＣＲＣと、を比較する。
【００３７】
この比較の結果、これらが一致していた場合、ＣＲＣ確認部４３は該ＩＰパケットをペイロード復号化部４６に出力する。また、コンテキスト記憶部４２に記憶されるシーケンス番号を、該ＩＰパケットのシーケンス番号により更新する。
【００３８】
一方、比較の結果２つのＣＲＣが異なっていた場合、ＣＲＣ確認部４３は上述のシーケンス番号の推定誤りが発生したと判断する。そして、その判断結果を初期化要求部４４に出力する。
【００３９】
初期化要求部４４は、ＣＲＣ確認部４３からシーケンス番号の推定誤りが発生したとの判断結果が入力された場合、ヘッダ圧縮部２５に対し、初期化パケットを送信するよう要求する。具体的には、初期化要求信号を送信する。この初期化要求信号を受けたヘッダ圧縮部２５は、次に送信するＩＰパケットを初期化パケットとして送信する。すなわち、ＩＰヘッダを省略せずにペイロード暗号化部２８に出力する。
【００４０】
ＣＲＣ確認部４３による上記比較の結果、２つのＣＲＣが一致しているとされた場合、受信側暗号鍵生成部４５は、ヘッダ復元部４１により推定される各ＩＰパケットの順序関連情報に基づいて、該各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する。具体的には、コンテキスト記憶部４２に記憶される共通鍵と、ＣＲＣ確認部４３によりコンテキスト記憶部４２に新たに記憶されたシーケンス番号と、に基づき、各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する。
【００４１】
ペイロード復号化部４６は、ＣＲＣ確認部４３から順次入力されるＩＰパケットのうちのＩＰペイロードを、該ＩＰペイロードに含まれる通信データについて受信側暗号鍵生成部４５により生成された暗号鍵により復号化する。そして、復号化されたＩＰパケットを、ＰＤＳＮ３０に対して送信する。
【００４２】
以上説明した処理を、データ送受信システム１における処理のシーケンスを参照しながら、より詳細に説明する。
【００４３】
図３及び図４は、データ送受信システム１における処理のシーケンスを示す図である。なお、ここでは簡単のためにコンピュータ１０がインターネット６０に対して送信する方向のＩＰパケットのみを取り上げるが、実際にはその逆方向のＩＰパケットについても同様の処理が行われる。
【００４４】
ここでは、コンピュータ１０においてユーザがＶｏＩＰ通信の開始を指示したとする（Ｓ１）。コンピュータ１０は、まず一つ目のＩＰパケットを移動局装置２０に対して送信する（Ｓ２）。このＩＰパケットを受信した移動局装置２０は、該ＶｏＩＰ通信の共通鍵を取得し（Ｓ３）、ＩＰパケットのＩＰヘッダに含める。また、このＩＰヘッダには該ＩＰパケットのシーケンス番号も含まれる。移動局装置２０は、こうして取得した共通鍵を含むＩＰヘッダの不変部分と、シーケンス番号と、をコンテキスト記憶部２６に記憶させる。そして、ＩＰヘッダに含まれるべき全情報を含むＩＰパケットである初期化パケットを送信する（Ｓ４）。
【００４５】
Ｓ４で送信された初期化パケットを受信したルータ４０は、まずＡＣＫ（受信確認）を返送する（Ｓ５）。そして、初期化パケットのＩＰヘッダに含まれる不変情報とシーケンス番号とを取り出し、コンテキスト記憶部４２に記憶させる（Ｓ６）。そしてルータ４０は、受信した初期化パケットに含まれる共通鍵を取り除いてなるＩＰパケットをＰＤＳＮ５０に送信する（Ｓ７）。
【００４６】
続いて、コンピュータ１０は二つ目のＩＰパケットを移動局装置２０に対して送信する（Ｓ８）。このＩＰパケットを受信した移動局装置２０は、コンテキスト記憶部２６に記憶される共通鍵と、シーケンス番号と、によりＩＰペイロードを暗号化する（Ｓ９）。そして、ＩＰヘッダのうち不変部分とシーケンス番号（ＬＳＢを除く）を取り除いてなるＩＰパケットである圧縮パケットを送信する（Ｓ１０）。
【００４７】
Ｓ１０で送信された圧縮パケットを受信したルータ４０は、まずＡＣＫ（受信確認）を返送する（Ｓ１１）。そして、圧縮パケットに含まれるＬＳＢと、コンテキスト記憶部４２に記憶されるシーケンス番号と、に基づいて、該圧縮パケットのシーケンス番号を推定する（Ｓ１２）。次に、ルータ４０は、このシーケンス番号と、コンテキスト記憶部４２に記憶される不変部分と、を含めて復元したＩＰヘッダのＣＲＣを確認する（Ｓ１３）。ここでは、この確認の結果、ＣＲＣエラーがないことが確認されたとして説明する。すると、ルータ４０はコンテキスト記憶部４２に記憶される共通鍵と、推定したシーケンス番号と、によりＩＰペイロードを復号化する（Ｓ１４）。そしてルータ４０は、復元したＩＰヘッダから共通鍵を取り除いた上で、ＩＰパケットをＰＤＳＮ５０に送信する（Ｓ１５）。
【００４８】
ここで、移動局装置２０と基地局装置３０の間の無線状態が悪化したとする。すると、移動局装置２０からルータ４０に対して送信するＩＰパケットが途中で失われることになる（Ｓ１６乃至Ｓ２１）。
【００４９】
その後、無線状態が回復すると、圧縮パケットが再度ルータ４０に到達するようになる（Ｓ２２乃至Ｓ２４）。この圧縮パケットを受信したルータ４０は、まずＡＣＫ（受信確認）を返送する（Ｓ２５）。そして、圧縮パケットに含まれるＬＳＢと、コンテキスト記憶部４２に記憶されるシーケンス番号と、に基づいて、該圧縮パケットのシーケンス番号を推定する（Ｓ２６）。次に、ルータ４０は、このシーケンス番号と、コンテキスト記憶部４２に記憶される不変部分と、を含めて復元したＩＰヘッダのＣＲＣを確認する（Ｓ２７）。この確認の結果は、上述のように、所定数以上のパケットロスが発生した場合、必ずＣＲＣエラーとなる。すると、ルータ４０は、初期化要求信号を生成し、移動局装置２０に対して送信する（Ｓ２８）。
【００５０】
初期化要求信号を受信した移動局装置２０は、次に送信するＩＰパケット（Ｓ２９）を、ＩＰペイロードを暗号化した初期化パケットにより送信する（Ｓ３０，Ｓ３１）。この初期化パケットを受信したルータ４０は、まずＡＣＫ（受信確認）を返送する（Ｓ３２）。そして、初期化パケットのＩＰヘッダに含まれる不変情報とシーケンス番号とを取り出し、コンテキスト記憶部４２に記憶させる（Ｓ３３）。こうして、コンテキスト記憶部４２の更新が行われると、伝送区間でのビットエラーが発生していなければ、ＣＲＣの確認結果はＣＲＣエラーなしとなる（Ｓ３４）。すると、ルータ４０はコンテキスト記憶部４２に記憶される共通鍵及びシーケンス番号によりＩＰペイロードを復号化する（Ｓ３５）。そしてルータ４０は、受信した初期化パケットに含まれる共通鍵を取り除いてなるＩＰパケットをＰＤＳＮ５０に送信する（Ｓ３６）。その後は、再度Ｓ８からの処理と同様にして、圧縮パケットの送信がなされることになる。
【００５１】
以上説明したデータ送受信システム１によれば、データ受信装置において順序関連情報を推定し、推定した順序関連情報に基づいて暗号鍵を生成できるので、送信する暗号鍵を最小限に抑えつつ、通信データ送信単位ごとに異なる暗号鍵を使用することが実現される。
【００５２】
また、データ受信装置は、一部の送信単位に含まれるシーケンス番号の全体に基づき、その後に受信される他の送信単位のシーケンス番号の全体を推定できるようになる。
【００５３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態ではシーケンス番号を移動局装置２０において付与しているが、コンピュータ１０などＩＰパケットの生成装置において付与することとしてもよい。また、上記実施の形態ではデータ送信装置に初期化パケットを送信させるためにデータ受信装置が初期化要求信号を送信しているが、データ送信装置が、送信したＩＰパケットに対するＡＣＫの到達を監視し、所定回数にわたりＡＣＫが到達しない場合に自律的に初期化パケットを送信するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態にかかるデータ送受信システムのシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる移動局装置及びルータの機能ブロックを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる通信システムにおける処理のシーケンスを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる通信システムにおける処理のシーケンスを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ データ送受信システム、１０ コンピュータ、２０ 移動局装置、２１ 通信データ取得部、２２ シーケンス番号付与部、２３ 共通鍵付加部、２４ ＣＲＣ付加部、２５ ヘッダ圧縮部、２６，４２ コンテキスト記憶部、２７ 送信側暗号鍵生成部、２８ ペイロード暗号化部、３０ 基地局装置、４０ ルータ、４１ ヘッダ復元部、４３ ＣＲＣ確認部、４４ 初期化要求部、４５ 受信側暗号鍵生成部、４６ ペイロード復号化部、６０ インターネット。
【技術分野】
【０００１】
本発明はデータ送受信システム、暗号化情報共有方法、データ送信装置、及びデータ受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰ通信では通信データの暗号化がなされることがある。この暗号化は通常、共通鍵暗号方式により行われる。共通鍵暗号方式では、通信開始前に通信装置の間で、共通鍵暗号方式の暗号鍵を示す暗号化情報の交換が行われる。通信が開始されると、各通信装置は、送信時にはこの暗号化情報により示される暗号鍵による通信データの暗号化を行い、受信時にはこの暗号化情報により示される暗号鍵による通信データの復号化を行う。こうして暗号化が実現される。
【０００３】
特許文献１には、上記暗号鍵を、通信途中でそれまでとは異なる鍵に取り替えることに関する技術が記載されている。この技術では、通信途中に一方の通信装置が新たな暗号鍵を取得して送信し、他方の通信装置が新たな暗号鍵を受信することにより、新たな暗号鍵が交換される。
【特許文献１】特開平１１−２３４２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
共通鍵暗号方式の暗号強度を高めるためのひとつの手段として、パケットなど通信データの送信単位ごとに暗号鍵を取り替えることが考えられる。この場合、上記特許文献１に記載の技術では、全ての暗号鍵を送信しなければならず、暗号鍵送信のために大きな帯域が必要となってしまうという問題があった。
【０００５】
従って、本発明の課題の一つは、暗号鍵交換のためのデータ送信量を抑えつつ、通信データ送信単位ごとに異なる暗号鍵を使用することを実現するデータ送受信システム、暗号化情報共有方法、データ送信装置、及びデータ受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明にかかるデータ送受信システムは、前記データ送信装置は、通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得手段と、前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成手段と、前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で暗号化する暗号化手段と、前記暗号化手段により暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信手段と、を含み、前記データ受信装置は、前記送信手段により送信された前記送信単位を順次受信する受信手段と、前記送信単位のそれぞれについて、前記順序関連情報を推定する推定手段と、前記推定手段により推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成手段と、前記受信手段により受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で復号化する復号化手段と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
順序関連情報は、データ送信装置からデータ受信装置に直接その全てを送らなくとも、データ受信装置で各送信単位の受信順序から推定できるので、上記データ送受信システムによれば、暗号鍵交換のためのデータ送信量を抑えつつ、通信データ送信単位ごとに異なる暗号鍵を使用することが実現される。
【０００８】
また、上記データ送受信システムにおいて、前記送信単位の順序関連情報は、該送信単位に付与されるシーケンス番号であり、前記送信手段は、送信する前記送信単位のうち、一部の送信単位には該送信単位に付与されたシーケンス番号の全体を含めて送信するとともに、他の一部の送信単位には該送信単位に付与されたシーケンス番号の一部分を含めず送信し、前記推定手段は、前記受信手段によりシーケンス番号の全体を含む送信単位が受信された場合には、該シーケンス番号を示すシーケンス番号情報を記憶手段に記憶し、前記受信手段によりシーケンス番号の前記一部分を含まない送信単位が受信された場合には、前記記憶手段に記憶される前記シーケンス番号情報と、該送信単位に含まれる部分と、に基づいて、該送信単位に付与されたシーケンス番号を推定する、こととしてもよい。
【０００９】
これによれば、データ受信装置は、一部の送信単位に含まれるシーケンス番号の全体に基づき、その後に受信される他の送信単位のシーケンス番号の全体を推定できるようになる。
【００１０】
また、本発明にかかる暗号化情報共有方法は、データ送信装置とデータ受信装置とを含むデータ送受信システムにおいて、前記データ送信装置と前記データ受信装置の間で暗号化情報を共有するための暗号化情報共有方法であって、前記データ送信装置が、通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得ステップと、前記データ送信装置が、前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成ステップと、前記データ送信装置が、前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成ステップにおいて生成された暗号鍵で暗号化する暗号化ステップと、前記データ送信装置が、前記暗号化ステップにおいて暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信ステップと、前記データ受信装置が、前記データ送信装置により送信された前記送信単位を順次受信する受信ステップと、前記データ受信装置が、前記送信単位のそれぞれについて、前記順序関連情報を推定する推定ステップと、前記データ受信装置が、前記推定ステップにおいて推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成ステップと、前記データ受信装置が、前記受信ステップにより受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成ステップにより生成された暗号鍵で復号化する復号化ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるデータ送信装置は、通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得手段と、前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成手段と、前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で暗号化する暗号化手段と、前記暗号化手段により暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信手段と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかるデータ受信装置は、データ送信装置により送信された通信データを、送信単位ごとに順次受信する受信手段と、前記送信単位のそれぞれについて、該送信単位の送信順序に関連する順序関連情報を推定する推定手段と、前記推定手段により推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成手段と、前記受信手段により受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で復号化する復号化手段と、を含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態にかかるデータ送受信システム１のシステム構成を示す図である。同図に示すように、データ送受信システム１は、コンピュータ１０、移動局装置２０、基地局装置３０、ルータ４０、ＰＤＳＮ（パケット交換機）５０、インターネット６０を含んで構成される。
【００１５】
移動局装置２０、基地局装置３０、ルータ４０、及びＰＤＳＮ５０は、パケット方式を採用する移動体通信システムの構成要素である。コンピュータ１０は、移動局装置２０と接続され、移動体通信システムを介して、インターネット６０上の他のコンピュータ（不図示）とＩＰ通信を行う。ここでは特に、ＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）による音声通信（ＶｏＩＰ通信）を行う。
【００１６】
移動局装置２０、基地局装置３０、ルータ４０、及びＰＤＳＮ５０は、上記ＶｏＩＰ通信において送受信されるＩＰパケットを中継する。このＩＰパケットは通信データの送信単位であり、ＩＰヘッダとＩＰペイロードとから構成される。ＩＰヘッダには、ＩＰパケットの宛先情報やシーケンス番号が含まれる。ＩＰペイロードには通信データそのものが含まれる。
【００１７】
移動局装置２０とルータ４０の間では、上記ＩＰヘッダが圧縮された状態で通信が行われる。このＩＰヘッダ圧縮は、ＲＦＣ３０９５に規定されるＲＯＨＣ（ロバストヘッダ圧縮、RObust Header Compression）により行われ、コンピュータ１０からインターネット６０に対して送信されるＩＰパケットについては、移動局装置２０がＲＯＨＣによりヘッダ圧縮されるＩＰパケットのデータ送信装置、ルータ４０が該ＩＰパケットのデータ受信装置となる。一方、インターネット６０からコンピュータ１０に対して送信されるＩＰパケットについては、ルータ４０がＲＯＨＣによりヘッダ圧縮されるＩＰパケットのデータ送信装置、移動局装置２０が該ＩＰパケットのデータ受信装置となる。
【００１８】
また、移動局装置２０とルータ４０の間ではさらに、ＩＰペイロードの暗号化が行われる。この暗号化に使用する暗号鍵は、ＩＰパケットごとに異なるものが使用される。以下では、このような処理を行うための移動局装置２０及びルータ４０の構成の詳細について説明する。
【００１９】
移動局装置２０及びルータ４０はともに、ＣＰＵ及びメモリを備えたコンピュータである。ＣＰＵは、メモリに記憶されるプログラムを実行するための処理ユニットであり、移動局装置２０又はルータ４０の各部を制御する処理を行うとともに、後述する各機能を実現する。メモリは本実施の形態を実施するためのプログラムやデータを記憶している。また、ＣＰＵのワークメモリとしても動作する。
【００２０】
図２は、移動局装置２０及びルータ４０の機能ブロックを示す図である。同図に示すように、移動局装置２０は機能的に通信データ取得部２１、シーケンス番号付与部２２、共通鍵付加部２３、ＣＲＣ付加部２４、ヘッダ圧縮部２５、コンテキスト記憶部２６、送信側暗号鍵生成部２７、ペイロード暗号化部２８を含んで構成される。また、ルータ４０は機能的にヘッダ復元部４１、コンテキスト記憶部４２、ＣＲＣ確認部４３、初期化要求部４４、受信側暗号鍵生成部４５、ペイロード復号化部４６を含んで構成される。なお、ここでは移動局装置２０及びルータ４０が、それぞれデータ送信装置及びデータ受信装置である場合について説明するが、これを逆にした場合についても同様である。
【００２１】
通信データ取得部２１は、コンピュータ１０が送信した一連のＩＰパケットを取得し、シーケンス番号付与部２２に出力する。このＩＰパケットのＩＰヘッダには、宛先情報（ＩＰアドレス）が含まれる。ここでは、このＩＰアドレスはインターネット６０上のコンピュータ（不図示）のＩＰアドレスであるとする。
【００２２】
シーケンス番号付与部２２は、通信データ取得部２１から入力された各ＩＰパケットのＩＰヘッダに、その送信順序に関連する順序関連情報を付与し、共通鍵付加部２３に出力する。ここでは、この順序関連情報はＩＰパケットのシーケンス番号であり、特にＩＰパケットの送信順を示す８ビットの情報であるとして説明する。なお、順序関連情報としては、他にも、例えばＩＰパケットの生成時の時刻を示すタイムスタンプを使用することも可能である。
【００２３】
共通鍵付加部２３は、通信ごとに共通鍵（ここでは「kyocera」とする。）を生成し、シーケンス番号付与部２２から入力されたＩＰパケットのＩＰヘッダに付加して、ＣＲＣ付加部２４に出力する。
【００２４】
ＣＲＣ付加部２４は、共通鍵付加部２３から入力された各ＩＰパケットのＩＰヘッダについてのＣＲＣ（巡回冗長符号）をそれぞれ生成する。すなわち、ＣＲＣ付加部２４は、ビット列としてのＩＰヘッダを所定の定数で割り算し、その剰余をＣＲＣとして取得する。そして、このＣＲＣをＩＰヘッダに付加し、ヘッダ圧縮部２５に出力する。
【００２５】
ヘッダ圧縮部２５は、ＩＰヘッダに含まれる情報のうち通信が終了するまで変化しない部分（不変部分）を取得し、コンテキスト記憶部２６に記憶させる。この部分の例には、例えばＩＰパケットの宛先情報（ＩＰアドレス）や共通鍵付加部２３で付加される共通鍵などが挙げられる。
【００２６】
ヘッダ圧縮部２５は、通信ごとの最初のＩＰパケットについては、ＩＰパケットをそのままＣＲＣ付加部２４に出力する。なお、このようにＩＰヘッダが省略されずに送信されるＩＰパケットは、初期化パケットと称される。通信ごとの最初のＩＰパケット以外のＩＰパケットについては、ヘッダ圧縮部２５は、後述する初期化要求信号が受信されない限り、コンテキスト記憶部２６に記憶させた部分及びシーケンス番号の上位所定数桁分を省略することによりＩＰパケット長を圧縮して、ペイロード暗号化部２８に出力する。
【００２７】
送信側暗号鍵生成部２７は、各ＩＰパケットの送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する。具体的には、コンテキスト記憶部２６に記憶される共通鍵と、シーケンス番号付与部２２において各ＩＰパケットに付与されたシーケンス番号と、に基づき、各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する。ここで生成される暗号鍵の具体的な例を挙げると、シーケンス番号が「10100010」であるＩＰパケットに含まれる通信データについての暗号鍵は、「kyocera10100010」となる。なお、さらに移動局装置２０とルータ４０とで予め共有する所定の関数に「kyocera10100010」を代入して得られる文字列を、暗号鍵として使用することとしてもよい。
【００２８】
ペイロード暗号化部２８は、ヘッダ圧縮部２５から入力されたＩＰパケットのうちのＩＰペイロードを、該ＩＰペイロードに含まれる通信データについて送信側暗号鍵生成部２７により生成された暗号鍵により暗号化する。ペイロード暗号化部２８は、このようにして一連のＩＰパケットのＩＰペイロード部分を順次暗号化し、さらに各ＩＰパケットを移動体通信システムのパケット（以下、移動体通信パケットと称する。）によりカプセリングして、その宛先をインターネット６０とし、基地局装置３０に対して順次送信する。
【００２９】
基地局装置３０は、移動局装置２０から送信された移動体通信パケットを順次受信し、その宛先（ここではインターネット６０。）を参照する。ここで、基地局装置３０は、宛先と移動体通信パケットの送信先とを対応づけて記憶している。具体的には、宛先としてのインターネット６０と、送信先としてのルータ４０とを対応付けて記憶している。基地局装置３０は、参照した宛先（インターネット６０）と対応付けて記憶される送信先（ルータ４０）を取得し、該送信先に対して、順次受信した各移動体通信パケットにそれぞれ含まれる一連のＩＰパケットを順次転送する。
【００３０】
ヘッダ復元部４１は、基地局装置３０から送信された一連のＩＰパケットを順次受信する。通信の開始時には、このＩＰパケットは初期化パケットであり、そのＩＰヘッダには上記不変部分及びシーケンス番号が含まれる。ヘッダ復元部４１は、受信したＩＰパケットのＩＰヘッダからこの不変部分及びシーケンス番号を取り出し、コンテキスト記憶部４２に記憶させるとともに、該ＩＰパケットをＣＲＣ確認部４３に出力する。
【００３１】
一方、ＩＰパケットが圧縮パケットである場合、ヘッダ復元部４１は、まず、コンテキスト記憶部４２に記憶される不変部分を取り出す。
【００３２】
さらに、ヘッダ復元部４１は、該各ＩＰパケットのそれぞれについて、上記順序関連情報を推定する。ここでは特に、シーケンス番号付与部２２により各ＩＰパケットに付与されたシーケンス番号を推定する。より具体的には、コンテキスト記憶部４２に記憶されるシーケンス番号と、該ＩＰパケットに含まれるシーケンス番号の一部分（ＬＳＢ(Least Significant Bits)と呼ばれる。）と、に基づいて、該ＩＰパケットに付与されたシーケンス番号を推定する。以下、具体的な例を挙げて説明する。
【００３３】
この例では、ＬＳＢが下位４ビットであるとして説明する。初期化パケットのシーケンス番号が「10100010」であった場合、コンテキスト記憶部４２には「10100010」が記憶される。圧縮パケットに「0011」が含まれていたとすると、ヘッダ復元部４１は、「0011」からコンテキスト記憶部４２に記憶しているシーケンス番号「10100010」の下位４ビットを減算して、差「0001」を得る。そして、この「0001」をコンテキスト記憶部４２に記憶しているシーケンス番号「10100010」に加算することにより、シーケンス番号「10100011」を取得する。ここで、ＩＰヘッダが省略されたＩＰパケットに下位４ビット「0000」が含まれていたとすると、上記差はマイナスになる。このように、上記差が０以下になる場合、ヘッダ復元部４１は算出した差にＬＳＢのビット数に応じた数、具体的には２４＝１６(「10000」)を加算した上で、コンテキスト記憶部４２に記憶しているシーケンス番号「10100010」に加算する。こうすることにより、ヘッダ復元部４１は、シーケンス番号「10110000」を得る。
【００３４】
このようにしてシーケンス番号の推定が行われるので、２４＝１６以上パケットロスがあると、ヘッダ復元部４１は、もはや正しくシーケンス番号を復元することができなくなる。上記例では、例えばシーケンス番号「10100011」から「10110010」までのパケットが通信途中で失われた場合、次に到達するＩＰパケットのシーケンス番号「10110011」を、ヘッダ復元部４１は誤って「10100011」と推定してしまう。この場合の処理については後述する。
【００３５】
シーケンス番号の推定が終了すると、ヘッダ復元部４１は、推定したシーケンス番号と、コンテキスト記憶部４２から取り出した不変部分から共通鍵を除いた部分と、をＩＰパケットのＩＰヘッダに含め、該ＩＰパケットをＣＲＣ確認部４３に出力する。
【００３６】
ＣＲＣ確認部４３は、ヘッダ復元部４１から入力された各ＩＰパケットのＩＰヘッダについてのＣＲＣ（巡回冗長符号）を、ＣＲＣ付加部２４と同様の方法により、それぞれ生成する。そして、各ＩＰヘッダについて生成したＣＲＣと、該各ＩＰヘッダに含まれるＣＲＣと、を比較する。
【００３７】
この比較の結果、これらが一致していた場合、ＣＲＣ確認部４３は該ＩＰパケットをペイロード復号化部４６に出力する。また、コンテキスト記憶部４２に記憶されるシーケンス番号を、該ＩＰパケットのシーケンス番号により更新する。
【００３８】
一方、比較の結果２つのＣＲＣが異なっていた場合、ＣＲＣ確認部４３は上述のシーケンス番号の推定誤りが発生したと判断する。そして、その判断結果を初期化要求部４４に出力する。
【００３９】
初期化要求部４４は、ＣＲＣ確認部４３からシーケンス番号の推定誤りが発生したとの判断結果が入力された場合、ヘッダ圧縮部２５に対し、初期化パケットを送信するよう要求する。具体的には、初期化要求信号を送信する。この初期化要求信号を受けたヘッダ圧縮部２５は、次に送信するＩＰパケットを初期化パケットとして送信する。すなわち、ＩＰヘッダを省略せずにペイロード暗号化部２８に出力する。
【００４０】
ＣＲＣ確認部４３による上記比較の結果、２つのＣＲＣが一致しているとされた場合、受信側暗号鍵生成部４５は、ヘッダ復元部４１により推定される各ＩＰパケットの順序関連情報に基づいて、該各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する。具体的には、コンテキスト記憶部４２に記憶される共通鍵と、ＣＲＣ確認部４３によりコンテキスト記憶部４２に新たに記憶されたシーケンス番号と、に基づき、各ＩＰパケットに含まれる各通信データについての暗号鍵をそれぞれ生成する。
【００４１】
ペイロード復号化部４６は、ＣＲＣ確認部４３から順次入力されるＩＰパケットのうちのＩＰペイロードを、該ＩＰペイロードに含まれる通信データについて受信側暗号鍵生成部４５により生成された暗号鍵により復号化する。そして、復号化されたＩＰパケットを、ＰＤＳＮ３０に対して送信する。
【００４２】
以上説明した処理を、データ送受信システム１における処理のシーケンスを参照しながら、より詳細に説明する。
【００４３】
図３及び図４は、データ送受信システム１における処理のシーケンスを示す図である。なお、ここでは簡単のためにコンピュータ１０がインターネット６０に対して送信する方向のＩＰパケットのみを取り上げるが、実際にはその逆方向のＩＰパケットについても同様の処理が行われる。
【００４４】
ここでは、コンピュータ１０においてユーザがＶｏＩＰ通信の開始を指示したとする（Ｓ１）。コンピュータ１０は、まず一つ目のＩＰパケットを移動局装置２０に対して送信する（Ｓ２）。このＩＰパケットを受信した移動局装置２０は、該ＶｏＩＰ通信の共通鍵を取得し（Ｓ３）、ＩＰパケットのＩＰヘッダに含める。また、このＩＰヘッダには該ＩＰパケットのシーケンス番号も含まれる。移動局装置２０は、こうして取得した共通鍵を含むＩＰヘッダの不変部分と、シーケンス番号と、をコンテキスト記憶部２６に記憶させる。そして、ＩＰヘッダに含まれるべき全情報を含むＩＰパケットである初期化パケットを送信する（Ｓ４）。
【００４５】
Ｓ４で送信された初期化パケットを受信したルータ４０は、まずＡＣＫ（受信確認）を返送する（Ｓ５）。そして、初期化パケットのＩＰヘッダに含まれる不変情報とシーケンス番号とを取り出し、コンテキスト記憶部４２に記憶させる（Ｓ６）。そしてルータ４０は、受信した初期化パケットに含まれる共通鍵を取り除いてなるＩＰパケットをＰＤＳＮ５０に送信する（Ｓ７）。
【００４６】
続いて、コンピュータ１０は二つ目のＩＰパケットを移動局装置２０に対して送信する（Ｓ８）。このＩＰパケットを受信した移動局装置２０は、コンテキスト記憶部２６に記憶される共通鍵と、シーケンス番号と、によりＩＰペイロードを暗号化する（Ｓ９）。そして、ＩＰヘッダのうち不変部分とシーケンス番号（ＬＳＢを除く）を取り除いてなるＩＰパケットである圧縮パケットを送信する（Ｓ１０）。
【００４７】
Ｓ１０で送信された圧縮パケットを受信したルータ４０は、まずＡＣＫ（受信確認）を返送する（Ｓ１１）。そして、圧縮パケットに含まれるＬＳＢと、コンテキスト記憶部４２に記憶されるシーケンス番号と、に基づいて、該圧縮パケットのシーケンス番号を推定する（Ｓ１２）。次に、ルータ４０は、このシーケンス番号と、コンテキスト記憶部４２に記憶される不変部分と、を含めて復元したＩＰヘッダのＣＲＣを確認する（Ｓ１３）。ここでは、この確認の結果、ＣＲＣエラーがないことが確認されたとして説明する。すると、ルータ４０はコンテキスト記憶部４２に記憶される共通鍵と、推定したシーケンス番号と、によりＩＰペイロードを復号化する（Ｓ１４）。そしてルータ４０は、復元したＩＰヘッダから共通鍵を取り除いた上で、ＩＰパケットをＰＤＳＮ５０に送信する（Ｓ１５）。
【００４８】
ここで、移動局装置２０と基地局装置３０の間の無線状態が悪化したとする。すると、移動局装置２０からルータ４０に対して送信するＩＰパケットが途中で失われることになる（Ｓ１６乃至Ｓ２１）。
【００４９】
その後、無線状態が回復すると、圧縮パケットが再度ルータ４０に到達するようになる（Ｓ２２乃至Ｓ２４）。この圧縮パケットを受信したルータ４０は、まずＡＣＫ（受信確認）を返送する（Ｓ２５）。そして、圧縮パケットに含まれるＬＳＢと、コンテキスト記憶部４２に記憶されるシーケンス番号と、に基づいて、該圧縮パケットのシーケンス番号を推定する（Ｓ２６）。次に、ルータ４０は、このシーケンス番号と、コンテキスト記憶部４２に記憶される不変部分と、を含めて復元したＩＰヘッダのＣＲＣを確認する（Ｓ２７）。この確認の結果は、上述のように、所定数以上のパケットロスが発生した場合、必ずＣＲＣエラーとなる。すると、ルータ４０は、初期化要求信号を生成し、移動局装置２０に対して送信する（Ｓ２８）。
【００５０】
初期化要求信号を受信した移動局装置２０は、次に送信するＩＰパケット（Ｓ２９）を、ＩＰペイロードを暗号化した初期化パケットにより送信する（Ｓ３０，Ｓ３１）。この初期化パケットを受信したルータ４０は、まずＡＣＫ（受信確認）を返送する（Ｓ３２）。そして、初期化パケットのＩＰヘッダに含まれる不変情報とシーケンス番号とを取り出し、コンテキスト記憶部４２に記憶させる（Ｓ３３）。こうして、コンテキスト記憶部４２の更新が行われると、伝送区間でのビットエラーが発生していなければ、ＣＲＣの確認結果はＣＲＣエラーなしとなる（Ｓ３４）。すると、ルータ４０はコンテキスト記憶部４２に記憶される共通鍵及びシーケンス番号によりＩＰペイロードを復号化する（Ｓ３５）。そしてルータ４０は、受信した初期化パケットに含まれる共通鍵を取り除いてなるＩＰパケットをＰＤＳＮ５０に送信する（Ｓ３６）。その後は、再度Ｓ８からの処理と同様にして、圧縮パケットの送信がなされることになる。
【００５１】
以上説明したデータ送受信システム１によれば、データ受信装置において順序関連情報を推定し、推定した順序関連情報に基づいて暗号鍵を生成できるので、送信する暗号鍵を最小限に抑えつつ、通信データ送信単位ごとに異なる暗号鍵を使用することが実現される。
【００５２】
また、データ受信装置は、一部の送信単位に含まれるシーケンス番号の全体に基づき、その後に受信される他の送信単位のシーケンス番号の全体を推定できるようになる。
【００５３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態ではシーケンス番号を移動局装置２０において付与しているが、コンピュータ１０などＩＰパケットの生成装置において付与することとしてもよい。また、上記実施の形態ではデータ送信装置に初期化パケットを送信させるためにデータ受信装置が初期化要求信号を送信しているが、データ送信装置が、送信したＩＰパケットに対するＡＣＫの到達を監視し、所定回数にわたりＡＣＫが到達しない場合に自律的に初期化パケットを送信するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態にかかるデータ送受信システムのシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる移動局装置及びルータの機能ブロックを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる通信システムにおける処理のシーケンスを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる通信システムにおける処理のシーケンスを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ データ送受信システム、１０ コンピュータ、２０ 移動局装置、２１ 通信データ取得部、２２ シーケンス番号付与部、２３ 共通鍵付加部、２４ ＣＲＣ付加部、２５ ヘッダ圧縮部、２６，４２ コンテキスト記憶部、２７ 送信側暗号鍵生成部、２８ ペイロード暗号化部、３０ 基地局装置、４０ ルータ、４１ ヘッダ復元部、４３ ＣＲＣ確認部、４４ 初期化要求部、４５ 受信側暗号鍵生成部、４６ ペイロード復号化部、６０ インターネット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ送信装置とデータ受信装置とを含むデータ送受信システムであって、
前記データ送信装置は、
通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得手段と、
前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成手段と、
前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で暗号化する暗号化手段と、
前記暗号化手段により暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信手段と、
を含み、
前記データ受信装置は、
前記送信手段により送信された前記送信単位を順次受信する受信手段と、
前記送信単位のそれぞれについて、前記順序関連情報を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成手段と、
前記受信手段により受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で復号化する復号化手段と、
を含む、
ことを特徴とするデータ送受信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ送受信システムにおいて、
前記送信単位の順序関連情報は、該送信単位に付与されるシーケンス番号であり、
前記送信手段は、送信する前記送信単位のうち、一部の送信単位には該送信単位に付与されたシーケンス番号の全体を含めて送信するとともに、他の一部の送信単位には該送信単位に付与されたシーケンス番号の一部分を含めず送信し、
前記推定手段は、前記受信手段によりシーケンス番号の全体を含む送信単位が受信された場合には、該シーケンス番号を示すシーケンス番号情報を記憶手段に記憶し、前記受信手段によりシーケンス番号の前記一部分を含まない送信単位が受信された場合には、前記記憶手段に記憶される前記シーケンス番号情報と、該送信単位に含まれる部分と、に基づいて、該送信単位に付与されたシーケンス番号を推定する、
ことを特徴とするデータ送受信システム。
【請求項３】
データ送信装置とデータ受信装置とを含むデータ送受信システムにおいて、前記データ送信装置と前記データ受信装置の間で暗号化情報を共有するための暗号化情報共有方法であって、
前記データ送信装置が、通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得ステップと、
前記データ送信装置が、前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成ステップと、
前記データ送信装置が、前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成ステップにおいて生成された暗号鍵で暗号化する暗号化ステップと、
前記データ送信装置が、前記暗号化ステップにおいて暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信ステップと、
前記データ受信装置が、前記データ送信装置により送信された前記送信単位を順次受信する受信ステップと、
前記データ受信装置が、前記送信単位のそれぞれについて、前記順序関連情報を推定する推定ステップと、
前記データ受信装置が、前記推定ステップにおいて推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成ステップと、
前記データ受信装置が、前記受信ステップにより受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成ステップにより生成された暗号鍵で復号化する復号化ステップと、
を含むことを特徴とする暗号化情報共有方法。
【請求項４】
通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得手段と、
前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成手段と、
前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で暗号化する暗号化手段と、
前記暗号化手段により暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信手段と、
を含むことを特徴とするデータ送信装置。
【請求項５】
データ送信装置により送信された通信データを、送信単位ごとに順次受信する受信手段と、
前記送信単位のそれぞれについて、該送信単位の送信順序に関連する順序関連情報を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成手段と、
前記受信手段により受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で復号化する復号化手段と、
を含むことを特徴とするデータ受信装置。
【請求項１】
データ送信装置とデータ受信装置とを含むデータ送受信システムであって、
前記データ送信装置は、
通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得手段と、
前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成手段と、
前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で暗号化する暗号化手段と、
前記暗号化手段により暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信手段と、
を含み、
前記データ受信装置は、
前記送信手段により送信された前記送信単位を順次受信する受信手段と、
前記送信単位のそれぞれについて、前記順序関連情報を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成手段と、
前記受信手段により受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で復号化する復号化手段と、
を含む、
ことを特徴とするデータ送受信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ送受信システムにおいて、
前記送信単位の順序関連情報は、該送信単位に付与されるシーケンス番号であり、
前記送信手段は、送信する前記送信単位のうち、一部の送信単位には該送信単位に付与されたシーケンス番号の全体を含めて送信するとともに、他の一部の送信単位には該送信単位に付与されたシーケンス番号の一部分を含めず送信し、
前記推定手段は、前記受信手段によりシーケンス番号の全体を含む送信単位が受信された場合には、該シーケンス番号を示すシーケンス番号情報を記憶手段に記憶し、前記受信手段によりシーケンス番号の前記一部分を含まない送信単位が受信された場合には、前記記憶手段に記憶される前記シーケンス番号情報と、該送信単位に含まれる部分と、に基づいて、該送信単位に付与されたシーケンス番号を推定する、
ことを特徴とするデータ送受信システム。
【請求項３】
データ送信装置とデータ受信装置とを含むデータ送受信システムにおいて、前記データ送信装置と前記データ受信装置の間で暗号化情報を共有するための暗号化情報共有方法であって、
前記データ送信装置が、通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得ステップと、
前記データ送信装置が、前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成ステップと、
前記データ送信装置が、前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成ステップにおいて生成された暗号鍵で暗号化する暗号化ステップと、
前記データ送信装置が、前記暗号化ステップにおいて暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信ステップと、
前記データ受信装置が、前記データ送信装置により送信された前記送信単位を順次受信する受信ステップと、
前記データ受信装置が、前記送信単位のそれぞれについて、前記順序関連情報を推定する推定ステップと、
前記データ受信装置が、前記推定ステップにおいて推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成ステップと、
前記データ受信装置が、前記受信ステップにより受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成ステップにより生成された暗号鍵で復号化する復号化ステップと、
を含むことを特徴とする暗号化情報共有方法。
【請求項４】
通信データを、送信単位ごとに取得する通信データ取得手段と、
前記送信単位の送信順序に関連する順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する送信側暗号鍵生成手段と、
前記送信単位に含まれる前記通信データを、該通信データについて前記送信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で暗号化する暗号化手段と、
前記暗号化手段により暗号化された前記通信データを含む前記送信単位を、前記送信順序で順次送信する送信手段と、
を含むことを特徴とするデータ送信装置。
【請求項５】
データ送信装置により送信された通信データを、送信単位ごとに順次受信する受信手段と、
前記送信単位のそれぞれについて、該送信単位の送信順序に関連する順序関連情報を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定される前記送信単位の順序関連情報に基づいて、該送信単位に含まれる前記通信データについての暗号鍵を生成する受信側暗号鍵生成手段と、
前記受信手段により受信された送信単位に含まれる通信データを、該通信データについて前記受信側暗号鍵生成手段により生成された暗号鍵で復号化する復号化手段と、
を含むことを特徴とするデータ受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２０１９７３（Ｐ２００７−２０１９７３Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２００４０（Ｐ２００６−２００４０）
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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