無線制御セキュリティシステム
【課題】既存の基地局と認証サーバからなる無線移動体セキュリティシステムでは、処理負荷の点で大規模化に適していない。また、多重系構成の場合、障害などで停止していた片側の装置を立ち上げるような処理については、考慮されていない。
【解決手段】列車などの移動体を安全に制御する運用時において、基地局側をＡＰ、ＡＰＭ、地上制御装置の３階層で構成し、セキュリティ処理負荷を軽減し、大規模システムへの拡張を可能とし、後方の装置である地上制御装置がセキュリティ状態を生成することで多重系の端末立ち上げ処理が容易な無線制御セキュリティシステムを提供できる。
【解決手段】列車などの移動体を安全に制御する運用時において、基地局側をＡＰ、ＡＰＭ、地上制御装置の３階層で構成し、セキュリティ処理負荷を軽減し、大規模システムへの拡張を可能とし、後方の装置である地上制御装置がセキュリティ状態を生成することで多重系の端末立ち上げ処理が容易な無線制御セキュリティシステムを提供できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車などの移動体システムと、移動体システムと通信を行う地上システムからなる無線制御システムにおいて、移動体システムの移動に伴うハンドオーバに対応し、移動体システムと地上システムの間で行われる通信のセキュリティを保持するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度線区向けなどの列車制御を行うシステムは、地上からの停止位置情報に基づいて車上で速度制御パターンを演算し、制御を行う車上演算主体システムであるＣＢＴＣ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ−Ｂａｓｅｄ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）へと発展する方向にある。ＣＢＴＣの実現において、無線伝送路の利用が考えられており、無線伝送路の利用においては、通信データの改ざんなどの脅威への対処が必須である。
【０００３】
移動体に対する無線制御では、移動に伴う無線の切り替えを行うハンドオーバ技術が必要であるが、接続の切り替えに伴うなりすましを防ぐための認証処理が、ハンドオーバの際に繰り返し認証処理が行われると、セキュリティのオーバーヘッドが増大し、制御データの通信に影響を及ぼすという問題がある。
【０００４】
このような移動体を制御する無線セキュリティシステムとしては、以下の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３００１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、複数の基地局と認証サーバから成る基地局側装置と、移動体との間で行われる通信のセキュリティを実現する通信セキュリティ保持システムにおいて、認証確立時に発行された認証継続用鍵によってそれ以後の認証継続時の認証を行うものである。
【０００７】
基地局側装置の基地局は道路や線路脇に設置されるので、移動体の高速移動に対応するため、基地局に認証継続用のセキュリティ情報などを格納すると、基地局への不正アクセスにより、セキュリティ情報を入手されるおそれがあった。
【０００８】
また、既存の構成は、システムが大規模化された場合や多重化された場合の処理については考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、基地局側のシステムを階層構成にすることで、セキュリティ情報と処理の配置を考慮する。また、セキュリティ処理負荷を各階層に分散させることで基地局側のシステムの拡張を確保しつつ、多重系システムの運用にも対応するものである。
【００１０】
すなわち、本発明は移動体に対する基地局側のシステム、すなわち地上システム側の安全性を考慮した無線制御セキュリティシステムであって、その一態様において、以下の３点を特徴とする。
１．地上システムはアクセスポイント（ＡＰ）、アクセスポイント制御装置（ＡＰＭ）、地上制御装置の３段構成とする。
２．セキュリティ機能の実現に伴う情報と処理は、地上システムを構成するＡＰ、ＡＰＭ、地上制御装置で分担する。
３．システム運用時に新たに生成されるセキュリティ情報、例えば暗号鍵などは地上制御装置が生成、配信する。
【００１１】
より具体的には、本発明による無線制御セキュリティシステムは、移動体が有する車両制御装置と、地上制御装置とＡＰＭとＡＰとから成る地上システムから構成される通信システムにおいて、車両制御装置は、固有情報格納部、セキュリティ情報格納部、乱数生成部、セキュリティ情報処理部、制御メッセージ生成・処理部、制御メッセージ保護部を備え、地上制御装置は、固有情報格納部、セキュリティ情報格納部、ネットワーク構成情報格納部、乱数生成部、制御メッセージ生成・処理部、セキュリティ情報配布部、セキュリティ情報地上制御装置間共有部を備え、ＡＰＭは、固有情報格納部、セキュリティ情報格納部、ネットワーク構成情報格納部、セキュリティ情報処理部、制御メッセージ保護部を備え、ＡＰは、固有情報格納部、セキュリティ情報格納部、セキュリティ情報処理部、制御メッセージ保護部を備える。
【００１２】
地上制御装置は、車両制御装置に対応した乱数、および鍵データを生成し、乱数および鍵データを定期的にＡＰＭに送付し、ＡＰＭは、地上制御装置から送付された乱数と鍵データをセキュリティ情報格納部に設定し、車両制御装置および地上制御装置が生成したそれぞれの乱数を用いて、車両制御装置と、ＡＰを介してセキュリティ情報証処理部で相互認証を行い、認証で得られた車両制御装置ＩＤを使って、鍵データをＡＰおよび車両制御装置に配信する。認証に必要な固有鍵情報はＡＰＭおよび車両制御装置が予め保有していることを特徴とする。
【００１３】
また、鍵データを用いて、車両制御装置、ＡＰＭおよびＡＰは、車両制御装置および地上制御装置が生成する通信データを保護することを特徴とする。
【００１４】
また、ＡＰＭには複数のＡＰが接続され、地上制御装置には複数のＡＰＭが接続された地上制御システムを基本構成とし、地上制御装置が送出する情報を複数のＡＰＭおよびＡＰで共有することを特徴とする。
【００１５】
また、地上制御装置が送出する情報を複数の論理制御装置間で共有し、車両制御装置と通信を確立している第１の地上制御装置が、車両制御装置に関する位置情報およびセキュリティ情報を第２の地上制御装置と共有し、車両制御装置の移動に伴い、車両制御装置のセキュリティ情報および制御情報を移動元となる第１の地上制御装置が移動先となる第２の地上制御装置に送信し、車両制御装置の移動に伴って取得した車両制御装置の位置情報およびセキュリティ情報を、第２の地上制御装置が第１の地上制御装置に送信することを特徴とする。
【００１６】
また、第１の地上制御装置から第２の地上制御装置への車両制御装置のセキュリティ情報の送信、および第２の地上制御装置から第１の地上制御装置への車両制御装置の位置情報およびセキュリティ情報の送信が定期的に行われることを特徴とする。
【００１７】
また、車両制御装置、地上制御装置部、ＡＰＭ、ＡＰのそれぞれは、複数の装置からなる多重系制御構成であり、多重系制御構成の地上制御装置間ではセキュリティ情報を共有することを特徴とする。
【００１８】
上記態様によれば、地上システムが列車などの移動体を捕捉し、列車制御情報を送受信する無線制御セキュリティシステムにおいて、地上システムはＡＰ、ＡＰＭ、地上制御装置の３段構成をとることでセキュリティ処理に伴う負荷を軽減し、大規模なシステムへの拡張を可能とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、システムの拡張性を確保しつつ、多重系システムの運用にも対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態のシステム構成を表した図である。
【図２】本実施形態のシステム構成における機器の実現例を表した図である。
【図３】本実施形態の地上制御装置の記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図４】本実施形態の地上制御装置の記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図５】本実施形態のＡＰＭの記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図６】本実施形態のＡＰＭの記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図７】本実施形態の車両制御装置の記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図８】本実施形態のＡＰの記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図９】本実施形態のシステム起動時の正常処理を表したフローチャートである。
【図１０】本実施形態の制御メッセージの保護通信処理を表したフローチャートである。
【図１１】本実施形態の地上装置システムのセキュリティ情報共有処理を表したフローチャートである。
【図１２】本実施形態の地上装置システムのセキュリティ情報共有処理を表したフローチャートである。
【図１３】本実施形態の地上装置システムのセキュリティ情報共有処理を表したフローチャートである。
【図１４】本実施形態の管理主体が異なる地上制御装置と車両制御装置間の認証処理を表したフローチャートである。
【図１５】本実施形態の地上制御装置と車両制御装置間の再認証処理を表したフローチャートである。
【図１６】本実施形態の通信メッセージのデータフォーマットを示す図である。
【図１７】本実施形態の通信メッセージのデータフォーマットを示す図である。
【図１８】本実施形態の通信メッセージのデータフォーマットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明を適用する実施形態を説明する。
【００２２】
本実施形態は移動体である列車を制御するシステム（無線制御セキュリティシステムを含む通信システム）であり、列車が移動する線路上の一定の列車制御区域を対象とし、この区域内に複数のアクセスポイント（ＡＰ）と接続された１つのアクセスポイント制御装置（ＡＰＭ）と、複数のＡＰＭと接続された１つの地上制御装置を一構成とする地上制御システムを設置する。
【００２３】
地上制御システムを複数設置し、各地上制御システムの地上制御装置を接続することで、システムの大規模化に対応できる。
【００２４】
各地上制御装置は、それぞれが管理するＡＰを介して、管理下にある列車に対して制御データを送付することで、列車を制御する。列車がある地上制御装置の管理下から隣接する地上制御装置の管理下に移動すれば、二つの地上制御装置が連携することで、列車制御が継続される。
【００２５】
図１は本実施形態のシステム構成を表した図である。本実施形態は、地上制御装置（１０１）（１０２）、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）、ＡＰ（１０６）（１０７）（１０８）、列車（１１２）に装置される車両制御装置（１１１）、地上子（１１３）（１１４）からなるシステムである。列車（１１２）には複数の車両制御装置（１１１）を搭載することも可能であるが、ここでは１台が動作するものとする。複数のＡＰ（１０６）（１０７）がＡＰＭ（１０３）に接続されており、複数のＡＰＭ（１０３）（１０４）が地上制御装置（１０１）に接続されている。また、地上制御装置（１０１）と地上制御装置（１０２）は接続されている。車両制御装置（１１１）は地上子（１１３）の上を通過する際に、地上子（１１３）から位置情報を取得する。すなわち、地上子（１１３）から取得した位置情報が列車（１１２）の現在の位置となる。
【００２６】
図２は本実施形態の地上制御装置（１０１）（１０２）、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）、ＡＰ（１０６）（１０７）（１０８）、列車（１１２）に装置される車両制御装置（１１１）の実施例を示す機器構成図である。端末（２０１）は、ＣＰＵ（２０２）と、メモリ（２０３）と、記憶装置（２０４）と、通信ＩＦ（２０５）、周辺機器接続ＩＦ（２０６）を有している。通信ＩＦ（２０５）を介し、さらにネットワーク（２１０）を介して他の端末（２０１）に接続し、周辺機器接続ＩＦ（２０６）を介して表示装置（２０７）と接続する。ＣＰＵ（２０２）は、端末（２０１）の動作を制御する装置である。記憶装置（２０４）、メモリ（２０３）では、端末（２０１）の動作を制御するのに必要な各種処理プログラムやデータの格納やロードが行われる。記憶装置（２０４）、メモリ（２０３）に格納された各種処理プログラムをＣＰＵ（２０２）が実行することで、後述する各種処理が実行される。なお、これに限らず、各種処理プログラムが記憶／通信媒体経由で端末（２０１）にインストールされる構成とすることも可能である。
【００２７】
図３、図４は、地上制御装置（１０１）（１０２）の記憶装置（２０４）に格納されるデータを示す。
【００２８】
図３（ａ）は、地上制御装置（１０１）（１０２）の記憶装置（２０４）に地上制御装置の識別子Ｒ−ＩＤ（３４０）、セキュリティ情報（３００）（３５０）、ネットワーク構成情報（３１０）（３２０）、制御処理部（３３０）が格納されることを示している。Ｒ−ＩＤ（３４０）には装置毎に異なる識別子が格納される。
【００２９】
図３（ｂ）は車両制御装置に関するセキュリティ情報（３００）であり、車両制御装置ＩＤ（３０１）、暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）、ステータス（３０５）、カウンタ（３０６）、乱数（３０７）、メカニズム指定コード（３０８）、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）、管理外車両フラグ（３６５）から構成される。
【００３０】
車両制御装置ＩＤ（３０１）は車両を識別する車両固有の識別子であり、予め設定されている。ただし、例えば、新規に列車が追加された場合や他社路線との乗り入れの場合など、管理外の列車の車両制御装置ＩＤは設定されていない。
【００３１】
暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）、カウンタ（３０６）は、車両と地上制御システムの通信に先立って行われる認証処理で設定され、認証処理後の制御メッセージの保護通信に使用される。
【００３２】
ステータス（３０５）は、車両制御装置との認証処理がどの段階まで完了しているかを示す。乱数（３０７）は認証処理で設定され、認証データの生成に使用する。
【００３３】
メカニズム指定コード（３０８）は認証時に車両制御装置から送られてくる情報である。一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）は、該車両制御装置を管理していない地上制御装置へ移動する場合、または該地上制御装置が管理していない車両制御装置が移動してくる場合に設定される。車両制御装置の追加や他社路線乗り入れなどにより管理外の車両制御装置との認証が発生する場合は、管理外車両用認証鍵（３６４）を使用する。車両制御装置は管理下の地上制御装置から管理外の地上制御装置へ移動する間、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）を使って制御メッセージの保護通信を行う。
【００３４】
管理外車両フラグ（３６５）は、該地上制御装置が管理外の車両制御装置の場合にオンとなる。
【００３５】
図３（ｃ）は、管理主体が異なる地上制御装置に関するセキュリティ情報（３５０）であり、他社地上制御装置ＩＤ（３５１）、暗号鍵（３５２）、ＭＡＣ鍵（３５３）で構成される。セキュリティ情報（３５０）の値は予め設定されており、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）を通知する際に使用する。
【００３６】
図４（ａ）は、ネットワーク構成情報（３１０）の構成図であり、路線の識別子である路線ＩＤ（３１１）、各地上制御システムの地上制御装置ＩＤ（３１２）で構成される。つまり、路線ＩＤの地上システムの構成は、地上制御装置Ｒ−ＩＤ１〜Ｒ−ＩＤｎからなるそれぞれの地上制御システムによって構成されていることを示す。地上制御装置Ｒ−ＩＤ１〜Ｒ−ＩＤｎは管理主体が異なる地上制御装置が含まれる可能性もある。
【００３７】
図４（ｂ）は、ネットワーク構成情報（３２０）の構成図であり、地上制御装置に接続しているＡＰＭのＡＰＭ ＩＤ（３２１）、各ＡＰＭに接続しているＡＰの関連付けられたＡＰのリスト（３２２）から成る。
【００３８】
図４（ｃ）は、制御処理部（３３０）の構成図である。制御メッセージ生成・処理部（３３１）、乱数生成部（３３２）、セキュリティ情報配布部（３３３）、セキュリティ情報地上制御装置間共有部（３３４）からなる。
【００３９】
図５、図６は、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）の記憶装置（２０４）に格納されるデータを示す。
【００４０】
図５（ａ）は、該当するＡＰＭの識別子であるＡＰＭ−ＩＤ（５５０）、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）の記憶装置（２０４）にはセキュリティ情報（５３０）（５４０）、ネットワーク構成情報（３１０）（５１０）、制御処理部（５２０）が格納されることを示している。ネットワーク構成情報（３１０）は、地上制御装置と同一であることを示す。
【００４１】
図５（ｂ）は、車両制御装置に関するセキュリティ情報（５３０）の構成図であり、車両制御装置ＩＤ（５３１）、車両固有鍵（５３２）、暗号鍵（５３３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）、ステータス（５３５）、カウンタ（５３６）、乱数（５３７）、メカニズム指定コード（５３８）、一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）、管理外車両用認証鍵（５６３）、管理外車両フラグ（５６４）から成る。車両制御装置ＩＤ（５３１）は車両を識別する車両固有の識別子であり、車両固有鍵（５３２）は車両毎の固有鍵である。車両制御装置ＩＤ（５３１）と車両固有鍵（５３２）は予め設定されている。ただし、管理外の車両制御装置の車両制御装置ＩＤと車両固有鍵は設定されていない。
【００４２】
暗号鍵（５３３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）、カウンタ（５３６）は、車両と地上制御システムの通信に先立って行われる認証処理で設定される。
【００４３】
ステータス（５３５）は、車両制御装置との認証処理がどの段階まで完了しているかを示す。
【００４４】
乱数（５３７）は認証処理で設定され、認証データの生成に使用する。メカニズム指定コード（５３８）は認証時に車両制御装置から送られてくる情報である。
【００４５】
一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）、管理外車両用認証鍵（５６３）は管理外の車両制御装置の情報であり、管理外の車両制御装置が移動してくる場合に設定される。管理外の車両制御装置との認証には、管理外車両用認証鍵（５６３）を使用する。管理外の車両制御装置が移動してくる際の制御メッセージの保護通信には、一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）を使用する。
【００４６】
管理外車両フラグ（５６４）は、管理外の車両制御装置の情報の場合にオンとなる。
【００４７】
図５（ｃ）は、該当ＡＰＭに接続されているＡＰに関するセキュリティ情報（５４０）であり、ＡＰを識別するＡＰ ＩＤ（５４１）とＡＰ固有暗号鍵（５４２）、ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（５４３）から成る。セキュリティ情報（５４０）は地上制御装置（１０１）から配布されてもよいが、ここでは事前に設定されているものとする。
【００４８】
図６（ａ）は、ネットワーク構成情報（５１０）であり、該当するＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）が接続する地上制御装置ＩＤ（５１１）が記憶されている。
【００４９】
図６（ｂ）は、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）の制御処理部（５２０）の構成図である。制御処理部（５２０）には、制御メッセージ保護部（５２１）、セキュリティ情報処理部（５２２）が格納されている。
【００５０】
図７は、車両制御装置（１１１）の記憶装置（２０４）に格納されるデータを示す。
【００５１】
図７（ａ）は、車両制御装置（１１１）の記憶装置（２０４）には該当する車両制御装置を示す識別子Ｔ−ＩＤ（７３０）、セキュリティ情報（７００）、制御処理部（７２０）が格納されることを示している。
【００５２】
図７（ｂ）は、セキュリティ情報（７００）の構成図であり、車両固有鍵（７０２）、暗号鍵（７０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）、地上制御装置ＩＤ（７０５）、ステータス（７０６）、カウンタ（７０７）、乱数（７０８）、位置（７１０）、時刻（７０９）、メカニズム指定コード（７１１）、管理外車両用認証鍵（７１３）から成る。
【００５３】
車両固有鍵（７０２）は予め設定されている。
【００５４】
暗号鍵（７０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）、カウンタ（７０７）は、車両とＡＰＭが通信に先立って実施する認証処理で設定され、制御メッセージの保護通信に使用される。
【００５５】
地上制御装置ＩＤ（７０５）は、車両への制御を行っている地上制御装置の識別子を示す。すなわち該当の車両制御装置は地上制御装置ＩＤ（７０５）の配下に位置することを意味する。
【００５６】
ステータス（７０６）は、ＡＰＭとの認証処理がどの段階まで完了しているかを示す。
【００５７】
乱数（７０８）は認証処理時に生成・設定され、ＡＰＭへ送信される。
【００５８】
位置（７１０）と時刻（７０９）は、地上子（１１３）（１１４）の上を列車が通過する際に取得した情報であり、車両制御装置（１１１）から地上制御装置（１０１）（１０２）に送信される制御情報の一つである。
【００５９】
メカニズム指定コード（７１１）は認証時に使用する暗号アルゴリズムを指定する値である。
【００６０】
管理外車両用認証鍵（７１３）は、管理外の地上システムと認証を行う際に使用する。
【００６１】
図７（ｃ）は、制御処理部（７２０）の構成図である。制御メッセージ生成・処理部（７２１）、乱数生成部（７２２）、セキュリティ情報処理部（７２３）、制御メッセージ保護部（７２４）から成る。
【００６２】
図８は、ＡＰ（１０６）（１０７）の記憶装置（２０４）に格納されるデータを示す。
【００６３】
図８（ａ）は、ＡＰ（１０６）（１０７）の記憶装置（２０４）には該当するＡＰを示す識別子ＡＰ ＩＤ（８３０）、セキュリティ情報（８００）（８１０）、制御処理部（８２０）が格納されることを示している。
【００６４】
図８（ｂ）は、車両制御装置に関するセキュリティ情報（８００）の構成図であり、車両制御装置ＩＤ（８０１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０２）、一時ＡＰ―ＭＡＣ鍵（８０４）、メカニズム指定コード（８０３）から成る。車両制御装置ＩＤ（８０１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０２）、メカニズム指定コード（８０３）は、認証処理時に設定される。一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０４）は、車両制御装置（１１１）が管理外の地上制御システムへ移動する場合、または管理外の車両制御装置（１１１）が移動してくる場合に設定される。
【００６５】
図８（ｃ）は、該当するＡＰに関するセキュリティ情報（８１０）の構成図であり、該当するＡＰ固有の鍵であるＡＰ固有暗号鍵（８１１）、ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（８１２）から成る。セキュリティ情報（８１０）は事前に設定されているものとする。
【００６６】
図８（ｄ）は、制御処理部（８２０）の構成図であり、セキュリティ情報処理部（８２１）、制御メッセージ保護部（８２２）で構成される。
【００６７】
図９は列車（１１２）が起動する際の処理を示す。車両制御装置（１１１）はＡＰ（１０６）を介して、ＡＰＭ（１０３）、地上制御装置（１０１）と通信相手が正しい相手であることを確認する認証、および認証以降に車両制御装置（１１１）と地上システムとの間で通信するデータの秘匿と改ざんを検知するための鍵を共有する。
【００６８】
起動時の処理は、車両制御装置（１１１）のセキュリティ情報処理部（７２３）および乱数生成部（７２２）、ＡＰＭ（１０３）のセキュリティ情報処理部（５２２）、地上制御装置（１０１）の乱数生成部（３３２）、セキュリティ情報配布部（３３３）によって行われる。乱数生成部（７２２）（３３２）は、これに限定されるものではないが、例えば一例として、ＦＩＰＳ（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）１８６−２に記載の擬似乱数生成系を用いる。
【００６９】
車両制御装置（１１１）では、ステップ（９０１）において、車両制御装置（１１１）の電源を投入し、乱数生成部（７２２）を初期化する。乱数生成部（７２２）の初期化では、電源投入時に計測できる、物理的な電磁気的な揺らぎ情報を取得し、それをもとに乱数生成部（７２２）に設定することで、乱数を生成する。この場合には、例えば一例として、毎回異なる値となる物理的な電磁気的な揺らぎ情報を取得し、それをもとに毎回異なる乱数を生成することが考えられる。ステップ（９０２）において、認証や暗号化を行うアルゴリズムなどのメカニズムＣ１を指定し、初期化済みの乱数生成部が乱数Ｒ１を生成し、メカニズムＣ１と乱数Ｒ１を認証要求メッセージとしてＡＰＭ（１０３）に送信する。
【００７０】
ここで、送信メッセージのフォーマットについて記載する。図１６、図１７は、本実施例の通信データフォーマットを示す。
【００７１】
図１６（ａ）は、本実施例の通信データフォーマットの基本構成を示し、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６０４）から構成される。
【００７２】
図１６（ｂ）は、ヘッダ（１６０１）の構成を示しており、メッセージ種別（１６１１）、送信元ＩＤ（１６１２）、送信先ＩＤ（１６１３）、セキュリティバージョン（１６１４）から構成される。
【００７３】
ステップ（９０２）で送出される認証要求メッセージの場合、ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）に認証要求を示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）に車両制御装置ＩＤ（７３０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にはブロードキャストを示す値を、セキュリティバージョン（１６１４）に本システムのセキュリティバージョンを示す値を設定する。データ（１６０４）は、図１７（ａ）に従って設定される。具体的には、乱数１（１７０１）に乱数を、メカニズム指定コード（１７０３）に以下の認証などで用いる暗号アルゴリズムなどを設定する。また、メカニズム指定コード（１７０３）の値は、メカニズム指定コード（７１１）にも設定される。
【００７４】
ＡＰＭ（１０３）が認証要求メッセージを受信すると、ステップ（９１１）の認証受付の判定とメカニズムの設定を行う。
【００７５】
認証受付の判定では、送信元ＩＤ（１６１２）がセキュリティ情報（３００）の車両制御装置ＩＤ（３０１）に登録されているかどうかを確認する。登録されている場合、メカニズム指定コード（１７０３）をメカニズム指定コード（７１１）に設定し、乱数要求とメカニズム指定コード（１７０３）と車両制御装置ＩＤ（１７０２）を地上制御装置（１０１）に送付する。登録されていない場合、認証要求メッセージを破棄する。
【００７６】
地上制御装置（１０１）が乱数要求とメカニズム指定コード（１７０３）を受信すると、ステップ（９２１）のメカニズム設定と乱数生成を行う。
【００７７】
メカニズム設定では、メカニズム指定コード（３０８）にメカニズム指定コード（１７０３）を設定する。乱数生成部（３３２）で乱数を生成し、ＡＰＭ（１０３）に送付する。
【００７８】
ＡＰＭ（１０３）が地上制御装置（１０１）から乱数を受信すると、ステップ（９１２）の地上認証データの生成を行い、地上認証データメッセージを生成する。
【００７９】
地上認証データメッセージは、図１６（ａ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）は、図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には地上認証データメッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）にはＡＰＭ−ＩＤ（５５０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）は設定しなくてよい。データ長（１６０３）には地上認証データメッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）にはステップ（９１２）で生成した地上認証データを設定する。
【００８０】
地上認証データは、図１７（ｂ）のフォーマットに従い、乱数１（１７１１）に車両制御装置が生成した乱数を、乱数２（１７１２）に地上制御装置が生成した乱数を設定し、該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）のメカニズム指定コード（５３８）に従って暗号化して生成する。該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）が、管理下の車両制御装置の場合は車両固有鍵（５３２）を、管理外の車両制御装置の場合は管理外車両用認証鍵（５６３）を用いて暗号化する。
【００８１】
車両制御装置（１１１）が地上認証データメッセージを受信すると、ステップ（９０３）の地上認証データの検証、車両認証データの生成を行う。
【００８２】
地上認証データの検証では、受信した地上認証データメッセージのデータ（１６０４）を復号する。車両制御装置（１１１）が送信元ＩＤの管理下の場合は車両固有鍵（７０２）を、異なる場合は管理外車両用認証鍵（７１３）を復号に使用する。復号した結果がステップ（９０２）で送付した乱数と一致しなかった場合は、検証失敗として地上認証データメッセージを破棄する。
【００８３】
車両認証データの生成では、図１６（ａ）のフォーマットに従って車両認証データメッセージを生成する。ヘッダ（１６０１）は、図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には車両認証データメッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には車両制御装置ＩＤ（７３０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にはブロードキャストを示す値を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）は設定しなくてよい。データ長（１６０３）には車両認証データメッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）には車両認証データを設定する。車両認証データは、図１７（ｂ）のフォーマットに従い、乱数１（１７１１）に地上制御装置が生成した乱数を、乱数２（１７１２）に車両制御装置が生成した乱数を設定し、メカニズム指定コード（７１１）に従って暗号化され、生成される。暗号化に使用する鍵は地上認証データの検証に使用した鍵を使用する。
【００８４】
ＡＰＭ（１０３）が車両認証データメッセージを受信すると、ステップ（９１３）の車両認証データの検証を行う。車両認証データの検証は、ステップ（９０３）の地上認証データの検証と同様の手順で行われる。検証に失敗した場合は、車両認証データメッセージを破棄する。検証に成功した場合は、地上制御装置（１０１）に鍵情報を要求する。
【００８５】
地上制御装置（１０１）が鍵要求を受信すると、ステップ（９２２）のカウンタの生成・設定、鍵の生成・設定を行う。
【００８６】
カウンタ、鍵はステップ（９２１）と同様に４つの乱数を生成し、暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）、カウンタ（３０６）に設定するとともに、ＡＰＭ（１０３）に送付する。
【００８７】
ＡＰＭ（１０３）が地上制御装置（１０１）からカウンタ・鍵を受信すると、ステップ（９１４）のカウンタ・鍵の設定、鍵の暗号化を行い、鍵メッセージを生成する。
【００８８】
カウンタ・鍵の設定では、地上制御装置（１０１）から受信したカウンタ・鍵をセキュリティ情報（５３０）のカウンタ（５３６）、暗号鍵（５３３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）に格納する。
【００８９】
鍵メッセージは、図１６（ａ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）は、図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には鍵メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）にはＡＰＭ−ＩＤ（５５０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）にはカウンタ（５３６）を、データ長（１６０３）には鍵メッセージ全体の長さを示す値を設定する。データ（１６０４）には暗号化された鍵データを設定する。
【００９０】
暗号化された鍵データは図１７（ｃ）に従って生成される。暗号鍵（１７３１）には暗号鍵（５３３）を、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１７３２）にはＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）を、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１７３３）にはＡＰ−ＭＡＣ鍵（５３５）を、地上制御装置ＩＤ（１７３４）には地上制御装置ＩＤ（５１１）を設定し、メカニズム指定コード（５３８）に従って暗号化する。該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）が、管理下の車両制御装置の場合は車両固有鍵（５３２）を、管理外の車両制御装置の場合は管理外車両用認証鍵（５６３）を用いて暗号化する。
【００９１】
車両制御装置（１１１）が鍵メッセージを受信すると、ステップ（９０４）の鍵の復号、鍵設定、カウンタ設定を行い、認証完了メッセージをＡＰＭ（１０３）に送付する。
【００９２】
鍵の復号では、車両制御装置（１１１）が送信元ＩＤの管理下の場合は車両固有鍵（７０２）を、管理外の場合は管理外車両用認証鍵（７１３）を使用してデータ（１６０４）を復号する。
【００９３】
鍵設定では、復号した暗号鍵（１７３１）を暗号鍵（７０３）に、復号したＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１７３２）をＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）に、復号したＡＰ−ＭＡＣ鍵（１７３３）をＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）に、復号した地上制御装置ＩＤ（１７３４）を地上制御装置ＩＤ（７０５）に設定する。
【００９４】
カウンタ設定では、カウンタ（１６０２）をカウンタ（７０７）に設定する。
【００９５】
ＡＰＭ（１０３）は認証完了メッセージを受信すると、ステップ（９１５）の認証完了を行う。認証完了では、該当する車両制御装置ＩＤのステータス（５３５）を認証済にし、結果を地上制御装置（１０１）に送信する。地上制御装置（１０１）でも同様に処理する。
【００９６】
ここで、上記認証処理は、共通鍵暗号を用いた方法で記載してあるが、ＩＳＯ／ＩＥＣ ９７９８やＣＨＡＰ（Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ Ｈａｎｄｓｈａｋｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）などが知られており、これらを用いることが可能である。
【００９７】
車両制御装置（１１１）とＡＰ（１０６）間の通信は無線のため、電波状況などによりメッセージが届かない場合が考えられるが、ＡＰＭ（１０６）は定期的に認証処理が完了していない車両制御装置に対して、認証ステータスに応じたメッセージを送信する。また、車両制御装置（１１１）も定期的に認証ステータスに応じたメッセージを送信することでメッセージがロスした場合にも対応する。
【００９８】
車両制御装置（１１１）との相互認証に成功した地上制御装置（１０１）は、該当する車両制御装置（１１１）と管理下に存在する全てのＡＰＭおよびＡＰとの間で制御メッセージの保護通信が可能となるために、地上制御装置（１０１）に接続するＡＰＭ（１０３）（１０４）、ＡＰ（１０６）（１０７）に制御メッセージの保護通信に必要なセキュリティ情報を通知する必要がある。このセキュリティ情報共有処理の手順を図１１に示す。
【００９９】
まず地上制御装置（１０１）は、ステップ（１１０１）の鍵出力を行う。鍵出力では、図１６（ａ）のフォーマットに従ってＡＰＭ用鍵通知メッセージを作成し、定期的にＡＰＭに送信する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。メッセージ種別（１６１１）にはＡＰＭ用鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にはブロードキャストを示す値を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのセキュリティバージョンを設定する。カウンタ（１６０２）は設定する必要はない。データ長（１６０３）にはＡＰＭ用鍵通知メッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）には図１８（ａ）のフォーマットに従って、制御メッセージの保護通信に必要なセキュリティ情報を設定する。車両制御装置ＩＤ（１８１１）には車両制御装置（１１１）の車両制御装置ＩＤ（３０１）、暗号鍵（１８１２）には暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８１３）にはＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８１４）にはＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）、メカニズム指定コード（１８１５）にはメカニズム指定コード（３０８）を設定する。
【０１００】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）がＡＰＭ用鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１１０４）のステータス設定、鍵設定、ＡＰ−ＭＡＣ鍵出力を行う。
【０１０１】
ステータス設定は、該当する車両制御装置のステータス（５３５）を認証済にする。鍵設定は、受信した暗号鍵（１８１２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８１３）、メカニズム指定コード（１８１５）をそれぞれセキュリティ情報（５３０）の暗号鍵（５３３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）、メカニズム指定コード（５３８）に設定する。
【０１０２】
ＡＰ−ＭＡＣ鍵出力は、図１６（ｃ）のフォーマットに従ってＡＰ用鍵通知メッセージを作成する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。メッセージ種別（１６１１）にはＡＰ用鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）にはＡＰＭ―ＩＤ（５５０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には各ＡＰのＩＤ（５４１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのセキュリティバージョンを設定する。カウンタ（１６０２）は設定する必要はない。データ長（１６０３）にはＡＰ用鍵通知メッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）には暗号化されたＡＰ−ＭＡＣ鍵を設定する。暗号化されたＡＰ−ＭＡＣ鍵は、図１８（ｂ）のフォーマットに従って、車両制御装置ＩＤ（１８２１）には車両制御装置（１１１）の車両制御装置ＩＤ（５３１）を、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８２２）にはＡＰＭ用鍵通知メッセージのＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８１３）を、メカニズム指定コード（１８２３）にはメカニズム指定コード（１８１５）を設定し、各ＡＰ固有暗号鍵（５４２）で暗号化して生成される。改ざん検知コード（１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６０４）を入力とし、各ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（５４３）を用いて生成した改ざん検知コード（ＭＡＣとも記す）を設定する。
【０１０３】
ＡＰ（１０６）（１０７）がＡＰ用鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１１０９）のＡＰ−ＭＡＣ鍵設定を行う。
【０１０４】
ＡＰ−ＭＡＣ鍵設定では、改ざん検知コードの検証と復号を行う。
【０１０５】
改ざん検知コードの検証では、受信したＡＰ用鍵通知メッセージのヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６０４）を入力とし、ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（８１２）で生成した改ざん検知コードが改ざん検知コード（１６２５）と一致するか確認する。一致しない場合は、改ざん検知コード検証失敗として、ＡＰ用鍵通知メッセージを破棄する。
【０１０６】
復号では、データ（１６０４）をＡＰ固有暗号鍵（５４２）で復号して得られた車両制御装置ＩＤ（１８２１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８２２）、メカニズム指定コード（１８２３）を、セキュリティ情報（８００）の車両制御装置ＩＤ（８０１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０２）、メカニズム指定コード（８０３）にそれぞれ設定する。
【０１０７】
ここでは、ＡＰが盗難された場合、該当するＡＰの固有暗号鍵と固有ＭＡＣ鍵を無効にすることでＡＰ−ＭＡＣ鍵の漏洩を防止する。ただし、システムの要件に応じて全てのＡＰが同じ暗号鍵とＭＡＣ鍵を使用することも可能である。
【０１０８】
図１０は地上制御装置（１０１）と車両制御装置（１１１）が、ＡＰＭ（１０３）（１０４）、ＡＰ（１０６）（１０７）を介して行う制御メッセージの送受信処理を示す。
【０１０９】
制御メッセージの送受信は、地上制御装置（１０１）の制御メッセージ生成・処理部（３３１）、ＡＰＭ（１０３）（１０４）の制御メッセージ保護部（５２１）、ＡＰ（１０６）（１０７）の制御メッセージ保護部（８２２）、車両制御装置（１１１）の制御メッセージ生成・処理部（７２１）および制御メッセージ保護部（７２４）によって処理される。
【０１１０】
地上制御装置（１０１）はステップ（１００１）において該当する車両制御装置（１１１）に対する制御メッセージを図１６（ａ）（ｂ）のフォーマットに従って生成する。
【０１１１】
ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には制御メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には該当する地上制御装置（１０１）の地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には該当する車両制御装置ＩＤ（３０１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には、暗号化の有無、ＭＡＣ付与の有無を示す値を設定する。カウンタ（１６０２）には該当する車両制御装置のカウンタ（３０６）を、データ長（１６０３）には制御メッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）には制御情報を設定する。
【０１１２】
生成した制御メッセージはＡＰＭ（１０３）（１０４）に送信される。
【０１１３】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）は、地上制御装置（１０１）から制御メッセージを受信すると、ステップ（１００２）でカウンタの格納と制御メッセージの保護（暗号化、ＭＡＣ付与）を行う。
【０１１４】
カウンタの格納は、該当する車両制御装置のカウンタ（５３６）に受信した制御メッセージのカウンタ（１６０２）を設定する。
【０１１５】
制御メッセージの保護は、制御メッセージのセキュリティバージョン（１６１４）の値で判断する。制御メッセージのセキュリティバージョン（１６１４）がメッセージ保護有を示す場合、図１６（ｃ）に従って、保護制御メッセージを生成する。
【０１１６】
ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）には受信した制御メッセージのヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）の値を、データ長（１６０３）には受信した制御メッセージのデータ長に改ざん検知コードの長さを加えた値を設定する。データ（１６２４）には、受信した制御メッセージのデータ（１６０４）を該当する車両制御装置の暗号鍵（５３３）で暗号化した値を設定する。ＭＡＣ（改ざん検知コード１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、該当する車両制御装置のＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）で生成した改ざん検知コードを設定する。
【０１１７】
車両制御装置（１１１）は、受信した保護制御メッセージに対して、ステップ（１００３）でカウンタ検証・格納、改ざん検知コード検証、制御メッセージの復号化を行う。
【０１１８】
カウンタ（１６０２）の検証は、セキュリティ情報（５３０）のカウンタ（５３６）と保護制御メッセージのカウンタ（１６０２）の差がある閾値以内であることを確認する。閾値以内でない場合は、保護制御メッセージを破棄する。閾値以内の場合はカウンタ（１６０２）をセキュリティ情報（７００）のカウンタ（７０７）に設定する。
【０１１９】
ＭＡＣ（１６２５）の検証は、受信した保護制御メッセージのヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、セキュリティ情報（７００）のＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）で改ざん検知コードを生成し、受信した保護制御メッセージのＭＡＣ（１６２５）と同じ値であることを確認する。値が異なる場合、改ざん検知コードの検証失敗として保護制御メッセージを破棄する。値が同じ場合、セキュリティ情報（７００）の暗号鍵（７０３）を使ってデータ（１６２４）の復号を行い、復号されたデータに従って車両の各種機器に対して制御を実施する。
【０１２０】
次に車両制御装置（１１１）は、ステップ（１００７）の応答メッセージの生成、応答メッセージの暗号化とＭＡＣ付与を行う。
【０１２１】
応答メッセージ生成では、図１６（ａ）（ｂ）のフォーマットに従って応答メッセージが生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には応答メッセージを示す値を、ヘッダ（１６０１）の送信元ＩＤ（１６１２）には車両制御装置ＩＤ（７３０）を、ヘッダ（１６０１）の送信先ＩＤ（１６１３）にはセキュリティ情報（７００）の地上制御装置ＩＤ（７０５）を、カウンタ（１６０２）にはセキュリティ情報（７００）のカウンタ（７０７）を、データ長（１６０３）には応答メッセージの長さを設定する。データ（１６０４）には応答情報を設定する。
【０１２２】
応答メッセージの暗号化とＭＡＣ付与では、図１６（ｃ）のフォーマットに従って保護応答メッセージが作成される。ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）には応答メッセージのヘッダ、カウンタを、データ長（１６０３）には応答メッセージのデータ長さにＡＰＭ用改ざん検知コードとＡＰ用改ざん検知コードの長さを加えた値を設定する。データ（１６２４）には応答メッセージのデータ（１６０４）を暗号鍵（７０３）で暗号化した値を設定する。ＭＡＣ（１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）とＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）で生成した改ざん検知コードをそれぞれ設定する。
【０１２３】
ＡＰ（１０６）は、車両制御装置（１１１）から保護応答メッセージを受信すると、ステップ（１００４）の改ざん検知コード検証処理を行う。改ざん検知コードの検証は、該当する車両制御装置のＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０２）を使ってステップ（１００３）の改ざん検知コードの検証と同様に行う。検証に失敗した場合は、ここで保護応答メッセージを破棄し、成功した場合はＡＰＭ（１０３）に送信する。
【０１２４】
ＡＰＭ（１０３）は、ステップ（１００５）において、カウンタ（１６０２）の検証、ＭＡＣ（１６２５）の検証、データ（１６２４）の復号化、応答メッセージの生成を行う。
【０１２５】
カウンタ（１６０２）の検証は、セキュリティ情報（５３０）のカウンタ（５３６）を使い、ステップ（１００３）のカウンタ検証と同様に行う。カウンタ検証に失敗した場合は、保護応答メッセージを破棄する。
【０１２６】
ＭＡＣ（１６２５）の検証は、セキュリティ情報（５３０）のＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）を使い、ステップ（１００３）のＭＡＣ検証と同様の手順で行う。ＭＡＣ検証に失敗した場合は、保護応答メッセージを破棄する。
【０１２７】
データ（１６２４）の復号化は、セキュリティ情報（５３０）の暗号鍵（５３３）を使ってステップ（１００３）のデータの復号化と同様の手順で行う。
【０１２８】
応答メッセージは、図１６（ａ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）には受信した保護応答メッセージのヘッダを、カウンタ（１６０２）には受信した保護応答メッセージのカウンタを、データ長（１６０３）には受信した保護応答メッセージのデータ長からＡＰ用改ざん検知コードの長さとＡＰＭ用改ざん検知コードの長さを引いた値を、データ（１６０４）には復号したデータを設定する。
【０１２９】
生成した応答メッセージは、地上制御装置（１０１）に送信する。
【０１３０】
地上制御装置（１０１）が応答メッセージを受信すると、ステップ（１００６）にて応答メッセージのカウンタ（１６０２）の値を１カウントアップし、セキュリティ情報（３００）のカウンタ（３０６）に設定する。
【０１３１】
本処理は定期的に繰り返される。
【０１３２】
次に、地上制御装置（１０１）が車両の移動に伴い、地上制御装置（１０１）配下から移動するタイミングが近付いたことを検知した場合の処理について図１１で説明する。図１１はセキュリティ情報共有処理を示す。
【０１３３】
地上制御装置（１０１）が車両制御装置（１１１）の移動を検知すると、ステップ（１１０２）の移動先判定を行う。管理主体が同じ地上制御装置へ移動する場合はステップ（１１１０）のカウンタ出力、鍵出力を行う。
【０１３４】
カウンタ出力では、図１６（ａ）（ｂ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）にはカウンタ通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には移動先の地上制御装置ＩＤを設定する。カウンタ（１６０２）に設定する必要はない。データ長（１６０３）にはカウンタ通知メッセージ全体の長さを設定する。データ（１６０４）は図１８（ｄ）のフォーマットに従って生成される。車両制御装置ＩＤ（１８４１）には車両制御装置（１０１）の車両制御装置ＩＤ（３０１）、カウンタ（１８４２）にはカウンタ（３０６）を設定する。鍵出力は、ステップ（１１０１）と同様の手順で鍵通知メッセージを作成する。作成したカウンタ通知メッセージと鍵通知メッセージを地上制御装置（１０２）に送信する。
【０１３５】
地上制御装置（１０２）がカウンタ通知メッセージと鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１１０６）のステータス変更、カウンタ設定、鍵設定を行う。ステータス変更は、鍵通知メッセージの車両制御装置ＩＤ（１８１１）と同じ車両制御装置ＩＤ（３０１）のステータス（３０５）を認証済にする。
【０１３６】
カウンタ設定では、カウンタ通知メッセージの車両制御装置ＩＤ（１８４１）と同じ車両制御装置ＩＤ（３０１）のカウンタ（３０６）にカウンタ（１８４２）を設定する。
【０１３７】
鍵設定では、鍵通知メッセージの車両制御装置ＩＤ（１８１１）と同じ車両制御装置ＩＤ（３０１）の暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）に暗号鍵（１８１２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８１３）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８１４）をそれぞれ設定する。
【０１３８】
そして、ステップ（１１０７）の鍵出力の後、ステップ（１１０１）と同様に配下にいるＡＰＭへ鍵通知メッセージを送信する。ＡＰＭもステップ（１１０４）と同様に鍵設定とＡＰ鍵通知メッセージの送信を行う。ＡＰもステップ（１１０９）と同様に鍵設定を行う。
【０１３９】
地上制御装置（１０２）が車両制御装置（１１１）から応答メッセージを受信すると、地上制御装置（１０２）はステップ（１１０８）で移動確認後、地上制御装置（１０１）へ移動通知メッセージを送信して移動が完了したことを通知する。
【０１４０】
地上制御装置（１０１）が移動通知メッセージを受信すると、ステップ（１１０３）でステータス更新で未認証にし、鍵通知メッセージ送信、カウンタ通知メッセージの送信、車両制御装置（１０１）への制御メッセージ送信を終了する。
【０１４１】
なお、移動通知メッセージが届かなかったとしても、ＡＰＭ（１０３）（１０４）から一定時間応答メッセージが届かなくなったことを認識した場合、ステップ（１１０３）を実施する。
【０１４２】
次に、ステップ（１１０２）で管理外の地上制御装置へ移動すると判定した場合の処理について図１２で説明する。図１２はセキュリティ情報共有処理を示す。
【０１４３】
ステップ（１１０２）で管理外の地上制御装置へ移動すると判定した場合、ステップ（１２０１）のカウンタ出力、一時鍵生成、一時鍵出力を行う。一時鍵は移動先の地上制御装置（１０２）と車両制御装置（１１１）が認証を完了するまでの間の制御メッセージの保護通信に使用される。
【０１４４】
カウンタ出力では、ステップ（１１１０）と同様にカウンタ通知メッセージを作成する。
【０１４５】
一時鍵生成では、地上制御装置（１０１）の乱数生成部（３３２）で乱数を生成し、生成した乱数を一時暗号鍵、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵、管理外車両用認証鍵とする。生成した一時暗号鍵、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵、管理外車両用認証鍵は、セキュリティ情報（３００）の一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）にそれぞれ設定する。
【０１４６】
一時鍵出力では、図１６（ｃ）に従った一時鍵通知メッセージを生成する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従い、メッセージ種別（１６１１）には一時鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には送信先の地上制御装置ＩＤ（３５１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には該当するセキュリティバージョンを設定する。カウンタ（１６０２）には何も指定しない。データ長（１６０３）には一時鍵通知メッセージ全体の長さを示す値を設定する。データ（１６２４）には、図１８（ｃ）のフォーマットに従い、車両制御装置ＩＤ（１８３１）に車両制御装置ＩＤ（３０１）を、暗号鍵（１８３２）に一時暗号鍵（３６１）を、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８３３）に一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）を、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８３４）に生成した一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）を、認証鍵（１８３５）に生成した管理外車両用認証鍵（３６４）を、メカニズム指定コード（１８３６）にメカニズム指定コード（３０８）を設定し、送信先の地上制御装置ＩＤの暗号鍵（３５２）で暗号化する。改ざん検知コード（１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、ＭＡＣ鍵（３５３）で生成した改ざん検知コードを設定する。
【０１４７】
地上制御装置（１０２）が一時鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１２０２）の改ざん検知コードの検証、一時鍵通知メッセージの復号化、一時鍵設定、ステータス設定、カウンタ設定、一時鍵出力を行う。
【０１４８】
改ざん検知コードの検証は、受信した鍵通知メッセージのヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、送信元ＩＤと同じ他社地上制御装置ＩＤ（３５１）のＭＡＣ鍵（３５３）で改ざん検知コードを生成し、改ざん検知コード（１６２５）と同じ値であるか確認する。値が異なる場合は、改ざん検知コード検証失敗として鍵通知メッセージを破棄する。
【０１４９】
管理外地上制御装置用鍵通知メッセージの復号は、送信元ＩＤと同じ地上制御装置ＩＤ（３５１）の暗号鍵（３５２）でデータ（１６２４）を復号する。
【０１５０】
鍵設定は、復号したデータ（１６２４）の車両制御装置ＩＤ（１８３１）、暗号鍵（１８３２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８３３）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８３４）、認証鍵（１８３５）をセキュリティ情報（３００）の車両制御装置ＩＤ（３０１）、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）にそれぞれ設定する。また、管理外車両フラグ（３６５）をオンにする。
【０１５１】
ステータス設定では、ステップ（１１０４）のステータス設定と同様に一時鍵通知メッセージの車両制御装置ＩＤ（１８３１）のステータス（３０５）に認証済を設定する。
【０１５２】
カウンタ設定は、ステップ（１１０６）と同様に行う。
【０１５３】
一時鍵出力では、図１６（ａ）のフォーマットに従ってＡＰＭ用一時鍵通知メッセージを生成する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従い、メッセージ種別（１６１１）にＡＰＭ用一時鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）に地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にブロードキャストを示すＩＤを、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのセキュリティバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）には何も設定しない。データ長（１６０３）にはＡＰＭ用一時鍵通知メッセージの長さを設定する。データ（１６０４）は図１８（ｃ）に従い、車両制御装置ＩＤ（１８３１）、暗号鍵（１８３２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８３３）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８３４）、認証鍵（１８３５）にセキュリティ情報（３００）の車両制御装置ＩＤ（３０１）、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）をそれぞれ設定する。ただし、ＡＰＭ用鍵通知メッセージではデータ（１６０４）の暗号化は行わない。
【０１５４】
ＡＰＭ（１０５）がＡＰＭ用一時鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１２０３）の一時鍵設定と一時鍵出力を行う。一時鍵設定では、データ（１６０４）の車両制御装置ＩＤ（１８３１）、暗号鍵（１８３２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８３３）、認証鍵（１８３５）をセキュリティ情報（５３０）の車両制御装置ＩＤ（５３１）、一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）、管理外車両用認証鍵（５６３）にそれぞれ設定する。また、管理外車両フラグ（５６４）をオンにする。
【０１５５】
一時鍵出力では、図１６（ｃ）のフォーマットに従い、ＡＰ用鍵通知メッセージを作成する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従い、メッセージ種別（１６１１）にＡＰ用一時鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）にＡＰＭ ＩＤ（５５０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にブロードキャストを示すＩＤを、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのセキュリティバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）には何も設定しない。データ長（１６０３）にはＡＰ用一時鍵通知メッセージの長さを設定する。データ（１６２４）は図１８（ｂ）に従い、車両制御装置ＩＤ（１８２１）に該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）を、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８２２）には受信したＡＰＭ用鍵通知メッセージのＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８３４）を、メカニズム指定コード（１８２３）にメカニズム指定コード（１８３６）を設定し、各ＡＰの固有暗号鍵（５４２）で暗号化した値を設定する。改ざん検知コード（１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、各ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（５４３）で生成した改ざん検知コードを設定する。
【０１５６】
ＡＰがＡＰ用一時鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１２０４）でステップ（１１０９）と同様の手順で改ざん検知コードと復号化を行う。復号したデータ（１６２４）の車両制御装置ＩＤ（１８２１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８２２）、メカニズム指定コード（１８２３）を、セキュリティ情報（８００）も車両制御装置ＩＤ（８０１）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０４）、メカニズム指定コード（８０３）にそれぞれ設定する。
【０１５７】
また、ステップ（１１０２）で管理外の地上制御装置へ移動すると判定した場合の処理について図１３で説明する。図１３はセキュリティ情報共有処理を示す。
【０１５８】
ステップ（１１０２）で管理外の地上制御装置へ移動すると判定した場合、地上制御装置（１０１）は配下にいるＡＰＭ（１０３）（１０４）、ＡＰ（１０６）（１０７）および該当する車両制御装置（１１１）に一時鍵を通知するために、ステップ（１３０１）のＡＰＭ用一時鍵通知メッセージ、鍵通知メッセージを生成し、制御メッセージと一緒にＡＰＭ（１０３）（１０４）に送信する。
【０１５９】
ＡＰＭ用鍵通知メッセージの生成はステップ（１２０２）のＡＰＭ用一時鍵通知メッセージの作成、鍵通知メッセージの生成はステップ（１１０１）、制御メッセージの生成はステップ（１００１）と同じ手順である。
【０１６０】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）がＡＰＭ用一時鍵通知メッセージ、鍵通知メッセージ、制御メッセージを受信すると、ステップ（１３０２）でステップ（１２０４）（１１０４）（１００２）と同じ手順で処理を行い、ＡＰ用一時鍵通知メッセージおよび保護制御メッセージを作成する。また、車両制御装置用一時鍵通知メッセージを作成する。
【０１６１】
ＡＰ（１０６）（１０７）がＡＰ用一時鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１３０４）でステップ（１２０４）と同じ手順で一時鍵を設定する。
【０１６２】
車両制御装置（１１１）が車両制御装置用一時鍵通知メッセージおよび保護制御メッセージを受信すると、ステップ（１３０３）で、保護制御メッセージはステップ（１００３）と同じ手順で処理される。車両制御装置用一時鍵通知メッセージは、車両制御装置（１１１）のＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）を使って改ざん検知コード（１６２５）の検証を行う。改ざん検知コードの検証に失敗した場合は、車両制御装置用一時鍵メッセージを破棄する。
【０１６３】
検証に成功した場合は、暗号鍵（７０３）を使ってデータ（１６２４）を復号する。復号したデータの暗号鍵（１７３１）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１７３２）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１７３３）、管理外車両用認証鍵（１７３４）を暗号鍵（７０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）、管理外車両用認証鍵（７１３）に設定する。
【０１６４】
そして、管理主体が異なる地上制御装置と車両制御装置間の認証処理を行う。この処理について図１４で説明する。図１４はこの認証処理を示す。
【０１６５】
車両制御装置（１０１）は、ステップ（１４０１）で、ステップ（１００４）と同様の手順による保護応答メッセージの生成、ステップ（９０２）と同様の手順による認証要求メッセージを生成する。ただし、保護応答メッセージのメッセージ種別（１６１１）には認証メッセージ付き応答メッセージを示す値を設定する。生成した保護応答メッセージおよび認証要求メッセージはＡＰＭ（１０３）（１０４）に送信する。
【０１６６】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）が保護応答メッセージと認証要求メッセージを受信すると、ステップ（１４０２）で、ステップ（１００５）と同様の手順による保護応答メッセージの検証とステップ（９１１）と同様の手順による認証要求の受付を行う。ただし、保護応答メッセージの検証に使用する鍵は一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）を使用する。応答メッセージと乱数要求を地上制御装置（１０１）に送信する。
【０１６７】
地上制御装置（１０１）が応答メッセージと乱数要求を受信すると、ステップ（１４０３）で、ステップ（１００１）と同様の手順による制御メッセージの作成、ステップ（９２１）と同様の手順によるメカニズムの設定と乱数の生成・設定を行い、ＡＰＭ（１０３）（１０４）に通知する。
【０１６８】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）が制御メッセージと乱数を受信すると、ステップ（１４０４）で地上認証データの生成と制御メッセージの保護を行う。地上認証データの生成は、該当車両制御装置（１０１）の管理外車両用認証鍵（５６３）を用いてステップ（９１２）と同様の手順で実施される。制御メッセージの保護は、一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）を用いてステップ（１００１）から（１００６）と同様の手順で実施される。
【０１６９】
また、再認証処理は図１５の手順で行われる。図１５はこの再認証処理を示す。図１５に示すように、ステップ（１５１１）で地上制御装置が再認証要求を車両制御装置（１０１）に送ると、ステップ（１４０１）から（１４０６）と同様に通常の制御メッセージの保護通信を行いながら、ステップ（１５０１）から（１５０９）で再認証処理を行う。
【０１７０】
ここでは、認証に関係するメッセージと制御に関係するメッセージをそれぞれ作成し、合わせて送信したが、１つのメッセージとして処理してもよいし、送信可能なメッセージ長が制限されている場合は、その長さに合わせて認証メッセージを分割してもよい。
【０１７１】
また、ここでは、地上制御システムの通信路、すなわち地上制御装置間、地上制御装置とＡＰＭ間の通信路は安全と仮定して、該当通信路に対してはセキュリティ対策を施していないが、それぞれにおいても、認証や鍵共有技術で同等に保護するこが可能である。また、メカニズム指定コードなどは、システムとして同一のメカニズム（暗号アルゴリズムなど）を用いるとする場合には、省略可能である。
【０１７２】
このように、本実施形態によれば、列車などの移動体を捕捉し、制御する無線制御セキュリティシステムにおいて、地上システムをＡＰ、ＡＰＭ、地上制御装置の３段構成とすることでセキュリティ処理に伴う負荷を軽減し、大規模なシステムへの拡張を可能とし、後方の装置である地上制御装置がセキュリティ状態を生成することで多重系の端末立ち上げ処理が容易な無線制御セキュリティシステムを提供できる。もちろん、これらの特徴を一つだけ採用することも可能である。
【０１７３】
本システムは、列車などの制御だけでなく、車や歩行者などの移動体に関するサービスシステムなどに応用することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１０１、１０２：地上制御装置、１０３、１０４、１０５：ＡＰＭ、１０６、１０７、１０８：ＡＰ、１１１：車両制御装置、１１２：列車、１１３、１１４：地上子、２０１：端末、２０２：ＣＰＵ、２０３：メモリ、２０４：記憶装置、２０５：通信ＩＦ、２０６：周辺機器接続ＩＦ、２０７：表示装置、２１０：ネットワーク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車などの移動体システムと、移動体システムと通信を行う地上システムからなる無線制御システムにおいて、移動体システムの移動に伴うハンドオーバに対応し、移動体システムと地上システムの間で行われる通信のセキュリティを保持するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度線区向けなどの列車制御を行うシステムは、地上からの停止位置情報に基づいて車上で速度制御パターンを演算し、制御を行う車上演算主体システムであるＣＢＴＣ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ−Ｂａｓｅｄ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）へと発展する方向にある。ＣＢＴＣの実現において、無線伝送路の利用が考えられており、無線伝送路の利用においては、通信データの改ざんなどの脅威への対処が必須である。
【０００３】
移動体に対する無線制御では、移動に伴う無線の切り替えを行うハンドオーバ技術が必要であるが、接続の切り替えに伴うなりすましを防ぐための認証処理が、ハンドオーバの際に繰り返し認証処理が行われると、セキュリティのオーバーヘッドが増大し、制御データの通信に影響を及ぼすという問題がある。
【０００４】
このような移動体を制御する無線セキュリティシステムとしては、以下の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３００１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、複数の基地局と認証サーバから成る基地局側装置と、移動体との間で行われる通信のセキュリティを実現する通信セキュリティ保持システムにおいて、認証確立時に発行された認証継続用鍵によってそれ以後の認証継続時の認証を行うものである。
【０００７】
基地局側装置の基地局は道路や線路脇に設置されるので、移動体の高速移動に対応するため、基地局に認証継続用のセキュリティ情報などを格納すると、基地局への不正アクセスにより、セキュリティ情報を入手されるおそれがあった。
【０００８】
また、既存の構成は、システムが大規模化された場合や多重化された場合の処理については考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、基地局側のシステムを階層構成にすることで、セキュリティ情報と処理の配置を考慮する。また、セキュリティ処理負荷を各階層に分散させることで基地局側のシステムの拡張を確保しつつ、多重系システムの運用にも対応するものである。
【００１０】
すなわち、本発明は移動体に対する基地局側のシステム、すなわち地上システム側の安全性を考慮した無線制御セキュリティシステムであって、その一態様において、以下の３点を特徴とする。
１．地上システムはアクセスポイント（ＡＰ）、アクセスポイント制御装置（ＡＰＭ）、地上制御装置の３段構成とする。
２．セキュリティ機能の実現に伴う情報と処理は、地上システムを構成するＡＰ、ＡＰＭ、地上制御装置で分担する。
３．システム運用時に新たに生成されるセキュリティ情報、例えば暗号鍵などは地上制御装置が生成、配信する。
【００１１】
より具体的には、本発明による無線制御セキュリティシステムは、移動体が有する車両制御装置と、地上制御装置とＡＰＭとＡＰとから成る地上システムから構成される通信システムにおいて、車両制御装置は、固有情報格納部、セキュリティ情報格納部、乱数生成部、セキュリティ情報処理部、制御メッセージ生成・処理部、制御メッセージ保護部を備え、地上制御装置は、固有情報格納部、セキュリティ情報格納部、ネットワーク構成情報格納部、乱数生成部、制御メッセージ生成・処理部、セキュリティ情報配布部、セキュリティ情報地上制御装置間共有部を備え、ＡＰＭは、固有情報格納部、セキュリティ情報格納部、ネットワーク構成情報格納部、セキュリティ情報処理部、制御メッセージ保護部を備え、ＡＰは、固有情報格納部、セキュリティ情報格納部、セキュリティ情報処理部、制御メッセージ保護部を備える。
【００１２】
地上制御装置は、車両制御装置に対応した乱数、および鍵データを生成し、乱数および鍵データを定期的にＡＰＭに送付し、ＡＰＭは、地上制御装置から送付された乱数と鍵データをセキュリティ情報格納部に設定し、車両制御装置および地上制御装置が生成したそれぞれの乱数を用いて、車両制御装置と、ＡＰを介してセキュリティ情報証処理部で相互認証を行い、認証で得られた車両制御装置ＩＤを使って、鍵データをＡＰおよび車両制御装置に配信する。認証に必要な固有鍵情報はＡＰＭおよび車両制御装置が予め保有していることを特徴とする。
【００１３】
また、鍵データを用いて、車両制御装置、ＡＰＭおよびＡＰは、車両制御装置および地上制御装置が生成する通信データを保護することを特徴とする。
【００１４】
また、ＡＰＭには複数のＡＰが接続され、地上制御装置には複数のＡＰＭが接続された地上制御システムを基本構成とし、地上制御装置が送出する情報を複数のＡＰＭおよびＡＰで共有することを特徴とする。
【００１５】
また、地上制御装置が送出する情報を複数の論理制御装置間で共有し、車両制御装置と通信を確立している第１の地上制御装置が、車両制御装置に関する位置情報およびセキュリティ情報を第２の地上制御装置と共有し、車両制御装置の移動に伴い、車両制御装置のセキュリティ情報および制御情報を移動元となる第１の地上制御装置が移動先となる第２の地上制御装置に送信し、車両制御装置の移動に伴って取得した車両制御装置の位置情報およびセキュリティ情報を、第２の地上制御装置が第１の地上制御装置に送信することを特徴とする。
【００１６】
また、第１の地上制御装置から第２の地上制御装置への車両制御装置のセキュリティ情報の送信、および第２の地上制御装置から第１の地上制御装置への車両制御装置の位置情報およびセキュリティ情報の送信が定期的に行われることを特徴とする。
【００１７】
また、車両制御装置、地上制御装置部、ＡＰＭ、ＡＰのそれぞれは、複数の装置からなる多重系制御構成であり、多重系制御構成の地上制御装置間ではセキュリティ情報を共有することを特徴とする。
【００１８】
上記態様によれば、地上システムが列車などの移動体を捕捉し、列車制御情報を送受信する無線制御セキュリティシステムにおいて、地上システムはＡＰ、ＡＰＭ、地上制御装置の３段構成をとることでセキュリティ処理に伴う負荷を軽減し、大規模なシステムへの拡張を可能とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、システムの拡張性を確保しつつ、多重系システムの運用にも対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態のシステム構成を表した図である。
【図２】本実施形態のシステム構成における機器の実現例を表した図である。
【図３】本実施形態の地上制御装置の記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図４】本実施形態の地上制御装置の記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図５】本実施形態のＡＰＭの記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図６】本実施形態のＡＰＭの記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図７】本実施形態の車両制御装置の記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図８】本実施形態のＡＰの記憶装置のデータ構成を表した図である。
【図９】本実施形態のシステム起動時の正常処理を表したフローチャートである。
【図１０】本実施形態の制御メッセージの保護通信処理を表したフローチャートである。
【図１１】本実施形態の地上装置システムのセキュリティ情報共有処理を表したフローチャートである。
【図１２】本実施形態の地上装置システムのセキュリティ情報共有処理を表したフローチャートである。
【図１３】本実施形態の地上装置システムのセキュリティ情報共有処理を表したフローチャートである。
【図１４】本実施形態の管理主体が異なる地上制御装置と車両制御装置間の認証処理を表したフローチャートである。
【図１５】本実施形態の地上制御装置と車両制御装置間の再認証処理を表したフローチャートである。
【図１６】本実施形態の通信メッセージのデータフォーマットを示す図である。
【図１７】本実施形態の通信メッセージのデータフォーマットを示す図である。
【図１８】本実施形態の通信メッセージのデータフォーマットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明を適用する実施形態を説明する。
【００２２】
本実施形態は移動体である列車を制御するシステム（無線制御セキュリティシステムを含む通信システム）であり、列車が移動する線路上の一定の列車制御区域を対象とし、この区域内に複数のアクセスポイント（ＡＰ）と接続された１つのアクセスポイント制御装置（ＡＰＭ）と、複数のＡＰＭと接続された１つの地上制御装置を一構成とする地上制御システムを設置する。
【００２３】
地上制御システムを複数設置し、各地上制御システムの地上制御装置を接続することで、システムの大規模化に対応できる。
【００２４】
各地上制御装置は、それぞれが管理するＡＰを介して、管理下にある列車に対して制御データを送付することで、列車を制御する。列車がある地上制御装置の管理下から隣接する地上制御装置の管理下に移動すれば、二つの地上制御装置が連携することで、列車制御が継続される。
【００２５】
図１は本実施形態のシステム構成を表した図である。本実施形態は、地上制御装置（１０１）（１０２）、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）、ＡＰ（１０６）（１０７）（１０８）、列車（１１２）に装置される車両制御装置（１１１）、地上子（１１３）（１１４）からなるシステムである。列車（１１２）には複数の車両制御装置（１１１）を搭載することも可能であるが、ここでは１台が動作するものとする。複数のＡＰ（１０６）（１０７）がＡＰＭ（１０３）に接続されており、複数のＡＰＭ（１０３）（１０４）が地上制御装置（１０１）に接続されている。また、地上制御装置（１０１）と地上制御装置（１０２）は接続されている。車両制御装置（１１１）は地上子（１１３）の上を通過する際に、地上子（１１３）から位置情報を取得する。すなわち、地上子（１１３）から取得した位置情報が列車（１１２）の現在の位置となる。
【００２６】
図２は本実施形態の地上制御装置（１０１）（１０２）、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）、ＡＰ（１０６）（１０７）（１０８）、列車（１１２）に装置される車両制御装置（１１１）の実施例を示す機器構成図である。端末（２０１）は、ＣＰＵ（２０２）と、メモリ（２０３）と、記憶装置（２０４）と、通信ＩＦ（２０５）、周辺機器接続ＩＦ（２０６）を有している。通信ＩＦ（２０５）を介し、さらにネットワーク（２１０）を介して他の端末（２０１）に接続し、周辺機器接続ＩＦ（２０６）を介して表示装置（２０７）と接続する。ＣＰＵ（２０２）は、端末（２０１）の動作を制御する装置である。記憶装置（２０４）、メモリ（２０３）では、端末（２０１）の動作を制御するのに必要な各種処理プログラムやデータの格納やロードが行われる。記憶装置（２０４）、メモリ（２０３）に格納された各種処理プログラムをＣＰＵ（２０２）が実行することで、後述する各種処理が実行される。なお、これに限らず、各種処理プログラムが記憶／通信媒体経由で端末（２０１）にインストールされる構成とすることも可能である。
【００２７】
図３、図４は、地上制御装置（１０１）（１０２）の記憶装置（２０４）に格納されるデータを示す。
【００２８】
図３（ａ）は、地上制御装置（１０１）（１０２）の記憶装置（２０４）に地上制御装置の識別子Ｒ−ＩＤ（３４０）、セキュリティ情報（３００）（３５０）、ネットワーク構成情報（３１０）（３２０）、制御処理部（３３０）が格納されることを示している。Ｒ−ＩＤ（３４０）には装置毎に異なる識別子が格納される。
【００２９】
図３（ｂ）は車両制御装置に関するセキュリティ情報（３００）であり、車両制御装置ＩＤ（３０１）、暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）、ステータス（３０５）、カウンタ（３０６）、乱数（３０７）、メカニズム指定コード（３０８）、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）、管理外車両フラグ（３６５）から構成される。
【００３０】
車両制御装置ＩＤ（３０１）は車両を識別する車両固有の識別子であり、予め設定されている。ただし、例えば、新規に列車が追加された場合や他社路線との乗り入れの場合など、管理外の列車の車両制御装置ＩＤは設定されていない。
【００３１】
暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）、カウンタ（３０６）は、車両と地上制御システムの通信に先立って行われる認証処理で設定され、認証処理後の制御メッセージの保護通信に使用される。
【００３２】
ステータス（３０５）は、車両制御装置との認証処理がどの段階まで完了しているかを示す。乱数（３０７）は認証処理で設定され、認証データの生成に使用する。
【００３３】
メカニズム指定コード（３０８）は認証時に車両制御装置から送られてくる情報である。一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）は、該車両制御装置を管理していない地上制御装置へ移動する場合、または該地上制御装置が管理していない車両制御装置が移動してくる場合に設定される。車両制御装置の追加や他社路線乗り入れなどにより管理外の車両制御装置との認証が発生する場合は、管理外車両用認証鍵（３６４）を使用する。車両制御装置は管理下の地上制御装置から管理外の地上制御装置へ移動する間、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）を使って制御メッセージの保護通信を行う。
【００３４】
管理外車両フラグ（３６５）は、該地上制御装置が管理外の車両制御装置の場合にオンとなる。
【００３５】
図３（ｃ）は、管理主体が異なる地上制御装置に関するセキュリティ情報（３５０）であり、他社地上制御装置ＩＤ（３５１）、暗号鍵（３５２）、ＭＡＣ鍵（３５３）で構成される。セキュリティ情報（３５０）の値は予め設定されており、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）を通知する際に使用する。
【００３６】
図４（ａ）は、ネットワーク構成情報（３１０）の構成図であり、路線の識別子である路線ＩＤ（３１１）、各地上制御システムの地上制御装置ＩＤ（３１２）で構成される。つまり、路線ＩＤの地上システムの構成は、地上制御装置Ｒ−ＩＤ１〜Ｒ−ＩＤｎからなるそれぞれの地上制御システムによって構成されていることを示す。地上制御装置Ｒ−ＩＤ１〜Ｒ−ＩＤｎは管理主体が異なる地上制御装置が含まれる可能性もある。
【００３７】
図４（ｂ）は、ネットワーク構成情報（３２０）の構成図であり、地上制御装置に接続しているＡＰＭのＡＰＭ ＩＤ（３２１）、各ＡＰＭに接続しているＡＰの関連付けられたＡＰのリスト（３２２）から成る。
【００３８】
図４（ｃ）は、制御処理部（３３０）の構成図である。制御メッセージ生成・処理部（３３１）、乱数生成部（３３２）、セキュリティ情報配布部（３３３）、セキュリティ情報地上制御装置間共有部（３３４）からなる。
【００３９】
図５、図６は、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）の記憶装置（２０４）に格納されるデータを示す。
【００４０】
図５（ａ）は、該当するＡＰＭの識別子であるＡＰＭ−ＩＤ（５５０）、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）の記憶装置（２０４）にはセキュリティ情報（５３０）（５４０）、ネットワーク構成情報（３１０）（５１０）、制御処理部（５２０）が格納されることを示している。ネットワーク構成情報（３１０）は、地上制御装置と同一であることを示す。
【００４１】
図５（ｂ）は、車両制御装置に関するセキュリティ情報（５３０）の構成図であり、車両制御装置ＩＤ（５３１）、車両固有鍵（５３２）、暗号鍵（５３３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）、ステータス（５３５）、カウンタ（５３６）、乱数（５３７）、メカニズム指定コード（５３８）、一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）、管理外車両用認証鍵（５６３）、管理外車両フラグ（５６４）から成る。車両制御装置ＩＤ（５３１）は車両を識別する車両固有の識別子であり、車両固有鍵（５３２）は車両毎の固有鍵である。車両制御装置ＩＤ（５３１）と車両固有鍵（５３２）は予め設定されている。ただし、管理外の車両制御装置の車両制御装置ＩＤと車両固有鍵は設定されていない。
【００４２】
暗号鍵（５３３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）、カウンタ（５３６）は、車両と地上制御システムの通信に先立って行われる認証処理で設定される。
【００４３】
ステータス（５３５）は、車両制御装置との認証処理がどの段階まで完了しているかを示す。
【００４４】
乱数（５３７）は認証処理で設定され、認証データの生成に使用する。メカニズム指定コード（５３８）は認証時に車両制御装置から送られてくる情報である。
【００４５】
一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）、管理外車両用認証鍵（５６３）は管理外の車両制御装置の情報であり、管理外の車両制御装置が移動してくる場合に設定される。管理外の車両制御装置との認証には、管理外車両用認証鍵（５６３）を使用する。管理外の車両制御装置が移動してくる際の制御メッセージの保護通信には、一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）を使用する。
【００４６】
管理外車両フラグ（５６４）は、管理外の車両制御装置の情報の場合にオンとなる。
【００４７】
図５（ｃ）は、該当ＡＰＭに接続されているＡＰに関するセキュリティ情報（５４０）であり、ＡＰを識別するＡＰ ＩＤ（５４１）とＡＰ固有暗号鍵（５４２）、ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（５４３）から成る。セキュリティ情報（５４０）は地上制御装置（１０１）から配布されてもよいが、ここでは事前に設定されているものとする。
【００４８】
図６（ａ）は、ネットワーク構成情報（５１０）であり、該当するＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）が接続する地上制御装置ＩＤ（５１１）が記憶されている。
【００４９】
図６（ｂ）は、ＡＰＭ（１０３）（１０４）（１０５）の制御処理部（５２０）の構成図である。制御処理部（５２０）には、制御メッセージ保護部（５２１）、セキュリティ情報処理部（５２２）が格納されている。
【００５０】
図７は、車両制御装置（１１１）の記憶装置（２０４）に格納されるデータを示す。
【００５１】
図７（ａ）は、車両制御装置（１１１）の記憶装置（２０４）には該当する車両制御装置を示す識別子Ｔ−ＩＤ（７３０）、セキュリティ情報（７００）、制御処理部（７２０）が格納されることを示している。
【００５２】
図７（ｂ）は、セキュリティ情報（７００）の構成図であり、車両固有鍵（７０２）、暗号鍵（７０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）、地上制御装置ＩＤ（７０５）、ステータス（７０６）、カウンタ（７０７）、乱数（７０８）、位置（７１０）、時刻（７０９）、メカニズム指定コード（７１１）、管理外車両用認証鍵（７１３）から成る。
【００５３】
車両固有鍵（７０２）は予め設定されている。
【００５４】
暗号鍵（７０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）、カウンタ（７０７）は、車両とＡＰＭが通信に先立って実施する認証処理で設定され、制御メッセージの保護通信に使用される。
【００５５】
地上制御装置ＩＤ（７０５）は、車両への制御を行っている地上制御装置の識別子を示す。すなわち該当の車両制御装置は地上制御装置ＩＤ（７０５）の配下に位置することを意味する。
【００５６】
ステータス（７０６）は、ＡＰＭとの認証処理がどの段階まで完了しているかを示す。
【００５７】
乱数（７０８）は認証処理時に生成・設定され、ＡＰＭへ送信される。
【００５８】
位置（７１０）と時刻（７０９）は、地上子（１１３）（１１４）の上を列車が通過する際に取得した情報であり、車両制御装置（１１１）から地上制御装置（１０１）（１０２）に送信される制御情報の一つである。
【００５９】
メカニズム指定コード（７１１）は認証時に使用する暗号アルゴリズムを指定する値である。
【００６０】
管理外車両用認証鍵（７１３）は、管理外の地上システムと認証を行う際に使用する。
【００６１】
図７（ｃ）は、制御処理部（７２０）の構成図である。制御メッセージ生成・処理部（７２１）、乱数生成部（７２２）、セキュリティ情報処理部（７２３）、制御メッセージ保護部（７２４）から成る。
【００６２】
図８は、ＡＰ（１０６）（１０７）の記憶装置（２０４）に格納されるデータを示す。
【００６３】
図８（ａ）は、ＡＰ（１０６）（１０７）の記憶装置（２０４）には該当するＡＰを示す識別子ＡＰ ＩＤ（８３０）、セキュリティ情報（８００）（８１０）、制御処理部（８２０）が格納されることを示している。
【００６４】
図８（ｂ）は、車両制御装置に関するセキュリティ情報（８００）の構成図であり、車両制御装置ＩＤ（８０１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０２）、一時ＡＰ―ＭＡＣ鍵（８０４）、メカニズム指定コード（８０３）から成る。車両制御装置ＩＤ（８０１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０２）、メカニズム指定コード（８０３）は、認証処理時に設定される。一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０４）は、車両制御装置（１１１）が管理外の地上制御システムへ移動する場合、または管理外の車両制御装置（１１１）が移動してくる場合に設定される。
【００６５】
図８（ｃ）は、該当するＡＰに関するセキュリティ情報（８１０）の構成図であり、該当するＡＰ固有の鍵であるＡＰ固有暗号鍵（８１１）、ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（８１２）から成る。セキュリティ情報（８１０）は事前に設定されているものとする。
【００６６】
図８（ｄ）は、制御処理部（８２０）の構成図であり、セキュリティ情報処理部（８２１）、制御メッセージ保護部（８２２）で構成される。
【００６７】
図９は列車（１１２）が起動する際の処理を示す。車両制御装置（１１１）はＡＰ（１０６）を介して、ＡＰＭ（１０３）、地上制御装置（１０１）と通信相手が正しい相手であることを確認する認証、および認証以降に車両制御装置（１１１）と地上システムとの間で通信するデータの秘匿と改ざんを検知するための鍵を共有する。
【００６８】
起動時の処理は、車両制御装置（１１１）のセキュリティ情報処理部（７２３）および乱数生成部（７２２）、ＡＰＭ（１０３）のセキュリティ情報処理部（５２２）、地上制御装置（１０１）の乱数生成部（３３２）、セキュリティ情報配布部（３３３）によって行われる。乱数生成部（７２２）（３３２）は、これに限定されるものではないが、例えば一例として、ＦＩＰＳ（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）１８６−２に記載の擬似乱数生成系を用いる。
【００６９】
車両制御装置（１１１）では、ステップ（９０１）において、車両制御装置（１１１）の電源を投入し、乱数生成部（７２２）を初期化する。乱数生成部（７２２）の初期化では、電源投入時に計測できる、物理的な電磁気的な揺らぎ情報を取得し、それをもとに乱数生成部（７２２）に設定することで、乱数を生成する。この場合には、例えば一例として、毎回異なる値となる物理的な電磁気的な揺らぎ情報を取得し、それをもとに毎回異なる乱数を生成することが考えられる。ステップ（９０２）において、認証や暗号化を行うアルゴリズムなどのメカニズムＣ１を指定し、初期化済みの乱数生成部が乱数Ｒ１を生成し、メカニズムＣ１と乱数Ｒ１を認証要求メッセージとしてＡＰＭ（１０３）に送信する。
【００７０】
ここで、送信メッセージのフォーマットについて記載する。図１６、図１７は、本実施例の通信データフォーマットを示す。
【００７１】
図１６（ａ）は、本実施例の通信データフォーマットの基本構成を示し、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６０４）から構成される。
【００７２】
図１６（ｂ）は、ヘッダ（１６０１）の構成を示しており、メッセージ種別（１６１１）、送信元ＩＤ（１６１２）、送信先ＩＤ（１６１３）、セキュリティバージョン（１６１４）から構成される。
【００７３】
ステップ（９０２）で送出される認証要求メッセージの場合、ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）に認証要求を示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）に車両制御装置ＩＤ（７３０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にはブロードキャストを示す値を、セキュリティバージョン（１６１４）に本システムのセキュリティバージョンを示す値を設定する。データ（１６０４）は、図１７（ａ）に従って設定される。具体的には、乱数１（１７０１）に乱数を、メカニズム指定コード（１７０３）に以下の認証などで用いる暗号アルゴリズムなどを設定する。また、メカニズム指定コード（１７０３）の値は、メカニズム指定コード（７１１）にも設定される。
【００７４】
ＡＰＭ（１０３）が認証要求メッセージを受信すると、ステップ（９１１）の認証受付の判定とメカニズムの設定を行う。
【００７５】
認証受付の判定では、送信元ＩＤ（１６１２）がセキュリティ情報（３００）の車両制御装置ＩＤ（３０１）に登録されているかどうかを確認する。登録されている場合、メカニズム指定コード（１７０３）をメカニズム指定コード（７１１）に設定し、乱数要求とメカニズム指定コード（１７０３）と車両制御装置ＩＤ（１７０２）を地上制御装置（１０１）に送付する。登録されていない場合、認証要求メッセージを破棄する。
【００７６】
地上制御装置（１０１）が乱数要求とメカニズム指定コード（１７０３）を受信すると、ステップ（９２１）のメカニズム設定と乱数生成を行う。
【００７７】
メカニズム設定では、メカニズム指定コード（３０８）にメカニズム指定コード（１７０３）を設定する。乱数生成部（３３２）で乱数を生成し、ＡＰＭ（１０３）に送付する。
【００７８】
ＡＰＭ（１０３）が地上制御装置（１０１）から乱数を受信すると、ステップ（９１２）の地上認証データの生成を行い、地上認証データメッセージを生成する。
【００７９】
地上認証データメッセージは、図１６（ａ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）は、図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には地上認証データメッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）にはＡＰＭ−ＩＤ（５５０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）は設定しなくてよい。データ長（１６０３）には地上認証データメッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）にはステップ（９１２）で生成した地上認証データを設定する。
【００８０】
地上認証データは、図１７（ｂ）のフォーマットに従い、乱数１（１７１１）に車両制御装置が生成した乱数を、乱数２（１７１２）に地上制御装置が生成した乱数を設定し、該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）のメカニズム指定コード（５３８）に従って暗号化して生成する。該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）が、管理下の車両制御装置の場合は車両固有鍵（５３２）を、管理外の車両制御装置の場合は管理外車両用認証鍵（５６３）を用いて暗号化する。
【００８１】
車両制御装置（１１１）が地上認証データメッセージを受信すると、ステップ（９０３）の地上認証データの検証、車両認証データの生成を行う。
【００８２】
地上認証データの検証では、受信した地上認証データメッセージのデータ（１６０４）を復号する。車両制御装置（１１１）が送信元ＩＤの管理下の場合は車両固有鍵（７０２）を、異なる場合は管理外車両用認証鍵（７１３）を復号に使用する。復号した結果がステップ（９０２）で送付した乱数と一致しなかった場合は、検証失敗として地上認証データメッセージを破棄する。
【００８３】
車両認証データの生成では、図１６（ａ）のフォーマットに従って車両認証データメッセージを生成する。ヘッダ（１６０１）は、図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には車両認証データメッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には車両制御装置ＩＤ（７３０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にはブロードキャストを示す値を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）は設定しなくてよい。データ長（１６０３）には車両認証データメッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）には車両認証データを設定する。車両認証データは、図１７（ｂ）のフォーマットに従い、乱数１（１７１１）に地上制御装置が生成した乱数を、乱数２（１７１２）に車両制御装置が生成した乱数を設定し、メカニズム指定コード（７１１）に従って暗号化され、生成される。暗号化に使用する鍵は地上認証データの検証に使用した鍵を使用する。
【００８４】
ＡＰＭ（１０３）が車両認証データメッセージを受信すると、ステップ（９１３）の車両認証データの検証を行う。車両認証データの検証は、ステップ（９０３）の地上認証データの検証と同様の手順で行われる。検証に失敗した場合は、車両認証データメッセージを破棄する。検証に成功した場合は、地上制御装置（１０１）に鍵情報を要求する。
【００８５】
地上制御装置（１０１）が鍵要求を受信すると、ステップ（９２２）のカウンタの生成・設定、鍵の生成・設定を行う。
【００８６】
カウンタ、鍵はステップ（９２１）と同様に４つの乱数を生成し、暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）、カウンタ（３０６）に設定するとともに、ＡＰＭ（１０３）に送付する。
【００８７】
ＡＰＭ（１０３）が地上制御装置（１０１）からカウンタ・鍵を受信すると、ステップ（９１４）のカウンタ・鍵の設定、鍵の暗号化を行い、鍵メッセージを生成する。
【００８８】
カウンタ・鍵の設定では、地上制御装置（１０１）から受信したカウンタ・鍵をセキュリティ情報（５３０）のカウンタ（５３６）、暗号鍵（５３３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）に格納する。
【００８９】
鍵メッセージは、図１６（ａ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）は、図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には鍵メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）にはＡＰＭ−ＩＤ（５５０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）にはカウンタ（５３６）を、データ長（１６０３）には鍵メッセージ全体の長さを示す値を設定する。データ（１６０４）には暗号化された鍵データを設定する。
【００９０】
暗号化された鍵データは図１７（ｃ）に従って生成される。暗号鍵（１７３１）には暗号鍵（５３３）を、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１７３２）にはＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）を、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１７３３）にはＡＰ−ＭＡＣ鍵（５３５）を、地上制御装置ＩＤ（１７３４）には地上制御装置ＩＤ（５１１）を設定し、メカニズム指定コード（５３８）に従って暗号化する。該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）が、管理下の車両制御装置の場合は車両固有鍵（５３２）を、管理外の車両制御装置の場合は管理外車両用認証鍵（５６３）を用いて暗号化する。
【００９１】
車両制御装置（１１１）が鍵メッセージを受信すると、ステップ（９０４）の鍵の復号、鍵設定、カウンタ設定を行い、認証完了メッセージをＡＰＭ（１０３）に送付する。
【００９２】
鍵の復号では、車両制御装置（１１１）が送信元ＩＤの管理下の場合は車両固有鍵（７０２）を、管理外の場合は管理外車両用認証鍵（７１３）を使用してデータ（１６０４）を復号する。
【００９３】
鍵設定では、復号した暗号鍵（１７３１）を暗号鍵（７０３）に、復号したＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１７３２）をＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）に、復号したＡＰ−ＭＡＣ鍵（１７３３）をＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）に、復号した地上制御装置ＩＤ（１７３４）を地上制御装置ＩＤ（７０５）に設定する。
【００９４】
カウンタ設定では、カウンタ（１６０２）をカウンタ（７０７）に設定する。
【００９５】
ＡＰＭ（１０３）は認証完了メッセージを受信すると、ステップ（９１５）の認証完了を行う。認証完了では、該当する車両制御装置ＩＤのステータス（５３５）を認証済にし、結果を地上制御装置（１０１）に送信する。地上制御装置（１０１）でも同様に処理する。
【００９６】
ここで、上記認証処理は、共通鍵暗号を用いた方法で記載してあるが、ＩＳＯ／ＩＥＣ ９７９８やＣＨＡＰ（Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ Ｈａｎｄｓｈａｋｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）などが知られており、これらを用いることが可能である。
【００９７】
車両制御装置（１１１）とＡＰ（１０６）間の通信は無線のため、電波状況などによりメッセージが届かない場合が考えられるが、ＡＰＭ（１０６）は定期的に認証処理が完了していない車両制御装置に対して、認証ステータスに応じたメッセージを送信する。また、車両制御装置（１１１）も定期的に認証ステータスに応じたメッセージを送信することでメッセージがロスした場合にも対応する。
【００９８】
車両制御装置（１１１）との相互認証に成功した地上制御装置（１０１）は、該当する車両制御装置（１１１）と管理下に存在する全てのＡＰＭおよびＡＰとの間で制御メッセージの保護通信が可能となるために、地上制御装置（１０１）に接続するＡＰＭ（１０３）（１０４）、ＡＰ（１０６）（１０７）に制御メッセージの保護通信に必要なセキュリティ情報を通知する必要がある。このセキュリティ情報共有処理の手順を図１１に示す。
【００９９】
まず地上制御装置（１０１）は、ステップ（１１０１）の鍵出力を行う。鍵出力では、図１６（ａ）のフォーマットに従ってＡＰＭ用鍵通知メッセージを作成し、定期的にＡＰＭに送信する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。メッセージ種別（１６１１）にはＡＰＭ用鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にはブロードキャストを示す値を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのセキュリティバージョンを設定する。カウンタ（１６０２）は設定する必要はない。データ長（１６０３）にはＡＰＭ用鍵通知メッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）には図１８（ａ）のフォーマットに従って、制御メッセージの保護通信に必要なセキュリティ情報を設定する。車両制御装置ＩＤ（１８１１）には車両制御装置（１１１）の車両制御装置ＩＤ（３０１）、暗号鍵（１８１２）には暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８１３）にはＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８１４）にはＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）、メカニズム指定コード（１８１５）にはメカニズム指定コード（３０８）を設定する。
【０１００】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）がＡＰＭ用鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１１０４）のステータス設定、鍵設定、ＡＰ−ＭＡＣ鍵出力を行う。
【０１０１】
ステータス設定は、該当する車両制御装置のステータス（５３５）を認証済にする。鍵設定は、受信した暗号鍵（１８１２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８１３）、メカニズム指定コード（１８１５）をそれぞれセキュリティ情報（５３０）の暗号鍵（５３３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）、メカニズム指定コード（５３８）に設定する。
【０１０２】
ＡＰ−ＭＡＣ鍵出力は、図１６（ｃ）のフォーマットに従ってＡＰ用鍵通知メッセージを作成する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従って生成される。メッセージ種別（１６１１）にはＡＰ用鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）にはＡＰＭ―ＩＤ（５５０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には各ＡＰのＩＤ（５４１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのセキュリティバージョンを設定する。カウンタ（１６０２）は設定する必要はない。データ長（１６０３）にはＡＰ用鍵通知メッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）には暗号化されたＡＰ−ＭＡＣ鍵を設定する。暗号化されたＡＰ−ＭＡＣ鍵は、図１８（ｂ）のフォーマットに従って、車両制御装置ＩＤ（１８２１）には車両制御装置（１１１）の車両制御装置ＩＤ（５３１）を、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８２２）にはＡＰＭ用鍵通知メッセージのＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８１３）を、メカニズム指定コード（１８２３）にはメカニズム指定コード（１８１５）を設定し、各ＡＰ固有暗号鍵（５４２）で暗号化して生成される。改ざん検知コード（１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６０４）を入力とし、各ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（５４３）を用いて生成した改ざん検知コード（ＭＡＣとも記す）を設定する。
【０１０３】
ＡＰ（１０６）（１０７）がＡＰ用鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１１０９）のＡＰ−ＭＡＣ鍵設定を行う。
【０１０４】
ＡＰ−ＭＡＣ鍵設定では、改ざん検知コードの検証と復号を行う。
【０１０５】
改ざん検知コードの検証では、受信したＡＰ用鍵通知メッセージのヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６０４）を入力とし、ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（８１２）で生成した改ざん検知コードが改ざん検知コード（１６２５）と一致するか確認する。一致しない場合は、改ざん検知コード検証失敗として、ＡＰ用鍵通知メッセージを破棄する。
【０１０６】
復号では、データ（１６０４）をＡＰ固有暗号鍵（５４２）で復号して得られた車両制御装置ＩＤ（１８２１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８２２）、メカニズム指定コード（１８２３）を、セキュリティ情報（８００）の車両制御装置ＩＤ（８０１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０２）、メカニズム指定コード（８０３）にそれぞれ設定する。
【０１０７】
ここでは、ＡＰが盗難された場合、該当するＡＰの固有暗号鍵と固有ＭＡＣ鍵を無効にすることでＡＰ−ＭＡＣ鍵の漏洩を防止する。ただし、システムの要件に応じて全てのＡＰが同じ暗号鍵とＭＡＣ鍵を使用することも可能である。
【０１０８】
図１０は地上制御装置（１０１）と車両制御装置（１１１）が、ＡＰＭ（１０３）（１０４）、ＡＰ（１０６）（１０７）を介して行う制御メッセージの送受信処理を示す。
【０１０９】
制御メッセージの送受信は、地上制御装置（１０１）の制御メッセージ生成・処理部（３３１）、ＡＰＭ（１０３）（１０４）の制御メッセージ保護部（５２１）、ＡＰ（１０６）（１０７）の制御メッセージ保護部（８２２）、車両制御装置（１１１）の制御メッセージ生成・処理部（７２１）および制御メッセージ保護部（７２４）によって処理される。
【０１１０】
地上制御装置（１０１）はステップ（１００１）において該当する車両制御装置（１１１）に対する制御メッセージを図１６（ａ）（ｂ）のフォーマットに従って生成する。
【０１１１】
ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には制御メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には該当する地上制御装置（１０１）の地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には該当する車両制御装置ＩＤ（３０１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には、暗号化の有無、ＭＡＣ付与の有無を示す値を設定する。カウンタ（１６０２）には該当する車両制御装置のカウンタ（３０６）を、データ長（１６０３）には制御メッセージ全体の長さを示す値を、データ（１６０４）には制御情報を設定する。
【０１１２】
生成した制御メッセージはＡＰＭ（１０３）（１０４）に送信される。
【０１１３】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）は、地上制御装置（１０１）から制御メッセージを受信すると、ステップ（１００２）でカウンタの格納と制御メッセージの保護（暗号化、ＭＡＣ付与）を行う。
【０１１４】
カウンタの格納は、該当する車両制御装置のカウンタ（５３６）に受信した制御メッセージのカウンタ（１６０２）を設定する。
【０１１５】
制御メッセージの保護は、制御メッセージのセキュリティバージョン（１６１４）の値で判断する。制御メッセージのセキュリティバージョン（１６１４）がメッセージ保護有を示す場合、図１６（ｃ）に従って、保護制御メッセージを生成する。
【０１１６】
ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）には受信した制御メッセージのヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）の値を、データ長（１６０３）には受信した制御メッセージのデータ長に改ざん検知コードの長さを加えた値を設定する。データ（１６２４）には、受信した制御メッセージのデータ（１６０４）を該当する車両制御装置の暗号鍵（５３３）で暗号化した値を設定する。ＭＡＣ（改ざん検知コード１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、該当する車両制御装置のＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）で生成した改ざん検知コードを設定する。
【０１１７】
車両制御装置（１１１）は、受信した保護制御メッセージに対して、ステップ（１００３）でカウンタ検証・格納、改ざん検知コード検証、制御メッセージの復号化を行う。
【０１１８】
カウンタ（１６０２）の検証は、セキュリティ情報（５３０）のカウンタ（５３６）と保護制御メッセージのカウンタ（１６０２）の差がある閾値以内であることを確認する。閾値以内でない場合は、保護制御メッセージを破棄する。閾値以内の場合はカウンタ（１６０２）をセキュリティ情報（７００）のカウンタ（７０７）に設定する。
【０１１９】
ＭＡＣ（１６２５）の検証は、受信した保護制御メッセージのヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、セキュリティ情報（７００）のＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）で改ざん検知コードを生成し、受信した保護制御メッセージのＭＡＣ（１６２５）と同じ値であることを確認する。値が異なる場合、改ざん検知コードの検証失敗として保護制御メッセージを破棄する。値が同じ場合、セキュリティ情報（７００）の暗号鍵（７０３）を使ってデータ（１６２４）の復号を行い、復号されたデータに従って車両の各種機器に対して制御を実施する。
【０１２０】
次に車両制御装置（１１１）は、ステップ（１００７）の応答メッセージの生成、応答メッセージの暗号化とＭＡＣ付与を行う。
【０１２１】
応答メッセージ生成では、図１６（ａ）（ｂ）のフォーマットに従って応答メッセージが生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）には応答メッセージを示す値を、ヘッダ（１６０１）の送信元ＩＤ（１６１２）には車両制御装置ＩＤ（７３０）を、ヘッダ（１６０１）の送信先ＩＤ（１６１３）にはセキュリティ情報（７００）の地上制御装置ＩＤ（７０５）を、カウンタ（１６０２）にはセキュリティ情報（７００）のカウンタ（７０７）を、データ長（１６０３）には応答メッセージの長さを設定する。データ（１６０４）には応答情報を設定する。
【０１２２】
応答メッセージの暗号化とＭＡＣ付与では、図１６（ｃ）のフォーマットに従って保護応答メッセージが作成される。ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）には応答メッセージのヘッダ、カウンタを、データ長（１６０３）には応答メッセージのデータ長さにＡＰＭ用改ざん検知コードとＡＰ用改ざん検知コードの長さを加えた値を設定する。データ（１６２４）には応答メッセージのデータ（１６０４）を暗号鍵（７０３）で暗号化した値を設定する。ＭＡＣ（１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）とＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）で生成した改ざん検知コードをそれぞれ設定する。
【０１２３】
ＡＰ（１０６）は、車両制御装置（１１１）から保護応答メッセージを受信すると、ステップ（１００４）の改ざん検知コード検証処理を行う。改ざん検知コードの検証は、該当する車両制御装置のＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０２）を使ってステップ（１００３）の改ざん検知コードの検証と同様に行う。検証に失敗した場合は、ここで保護応答メッセージを破棄し、成功した場合はＡＰＭ（１０３）に送信する。
【０１２４】
ＡＰＭ（１０３）は、ステップ（１００５）において、カウンタ（１６０２）の検証、ＭＡＣ（１６２５）の検証、データ（１６２４）の復号化、応答メッセージの生成を行う。
【０１２５】
カウンタ（１６０２）の検証は、セキュリティ情報（５３０）のカウンタ（５３６）を使い、ステップ（１００３）のカウンタ検証と同様に行う。カウンタ検証に失敗した場合は、保護応答メッセージを破棄する。
【０１２６】
ＭＡＣ（１６２５）の検証は、セキュリティ情報（５３０）のＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５３４）を使い、ステップ（１００３）のＭＡＣ検証と同様の手順で行う。ＭＡＣ検証に失敗した場合は、保護応答メッセージを破棄する。
【０１２７】
データ（１６２４）の復号化は、セキュリティ情報（５３０）の暗号鍵（５３３）を使ってステップ（１００３）のデータの復号化と同様の手順で行う。
【０１２８】
応答メッセージは、図１６（ａ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）には受信した保護応答メッセージのヘッダを、カウンタ（１６０２）には受信した保護応答メッセージのカウンタを、データ長（１６０３）には受信した保護応答メッセージのデータ長からＡＰ用改ざん検知コードの長さとＡＰＭ用改ざん検知コードの長さを引いた値を、データ（１６０４）には復号したデータを設定する。
【０１２９】
生成した応答メッセージは、地上制御装置（１０１）に送信する。
【０１３０】
地上制御装置（１０１）が応答メッセージを受信すると、ステップ（１００６）にて応答メッセージのカウンタ（１６０２）の値を１カウントアップし、セキュリティ情報（３００）のカウンタ（３０６）に設定する。
【０１３１】
本処理は定期的に繰り返される。
【０１３２】
次に、地上制御装置（１０１）が車両の移動に伴い、地上制御装置（１０１）配下から移動するタイミングが近付いたことを検知した場合の処理について図１１で説明する。図１１はセキュリティ情報共有処理を示す。
【０１３３】
地上制御装置（１０１）が車両制御装置（１１１）の移動を検知すると、ステップ（１１０２）の移動先判定を行う。管理主体が同じ地上制御装置へ移動する場合はステップ（１１１０）のカウンタ出力、鍵出力を行う。
【０１３４】
カウンタ出力では、図１６（ａ）（ｂ）のフォーマットに従って生成される。ヘッダ（１６０１）のメッセージ種別（１６１１）にはカウンタ通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には移動先の地上制御装置ＩＤを設定する。カウンタ（１６０２）に設定する必要はない。データ長（１６０３）にはカウンタ通知メッセージ全体の長さを設定する。データ（１６０４）は図１８（ｄ）のフォーマットに従って生成される。車両制御装置ＩＤ（１８４１）には車両制御装置（１０１）の車両制御装置ＩＤ（３０１）、カウンタ（１８４２）にはカウンタ（３０６）を設定する。鍵出力は、ステップ（１１０１）と同様の手順で鍵通知メッセージを作成する。作成したカウンタ通知メッセージと鍵通知メッセージを地上制御装置（１０２）に送信する。
【０１３５】
地上制御装置（１０２）がカウンタ通知メッセージと鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１１０６）のステータス変更、カウンタ設定、鍵設定を行う。ステータス変更は、鍵通知メッセージの車両制御装置ＩＤ（１８１１）と同じ車両制御装置ＩＤ（３０１）のステータス（３０５）を認証済にする。
【０１３６】
カウンタ設定では、カウンタ通知メッセージの車両制御装置ＩＤ（１８４１）と同じ車両制御装置ＩＤ（３０１）のカウンタ（３０６）にカウンタ（１８４２）を設定する。
【０１３７】
鍵設定では、鍵通知メッセージの車両制御装置ＩＤ（１８１１）と同じ車両制御装置ＩＤ（３０１）の暗号鍵（３０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３０９）に暗号鍵（１８１２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８１３）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８１４）をそれぞれ設定する。
【０１３８】
そして、ステップ（１１０７）の鍵出力の後、ステップ（１１０１）と同様に配下にいるＡＰＭへ鍵通知メッセージを送信する。ＡＰＭもステップ（１１０４）と同様に鍵設定とＡＰ鍵通知メッセージの送信を行う。ＡＰもステップ（１１０９）と同様に鍵設定を行う。
【０１３９】
地上制御装置（１０２）が車両制御装置（１１１）から応答メッセージを受信すると、地上制御装置（１０２）はステップ（１１０８）で移動確認後、地上制御装置（１０１）へ移動通知メッセージを送信して移動が完了したことを通知する。
【０１４０】
地上制御装置（１０１）が移動通知メッセージを受信すると、ステップ（１１０３）でステータス更新で未認証にし、鍵通知メッセージ送信、カウンタ通知メッセージの送信、車両制御装置（１０１）への制御メッセージ送信を終了する。
【０１４１】
なお、移動通知メッセージが届かなかったとしても、ＡＰＭ（１０３）（１０４）から一定時間応答メッセージが届かなくなったことを認識した場合、ステップ（１１０３）を実施する。
【０１４２】
次に、ステップ（１１０２）で管理外の地上制御装置へ移動すると判定した場合の処理について図１２で説明する。図１２はセキュリティ情報共有処理を示す。
【０１４３】
ステップ（１１０２）で管理外の地上制御装置へ移動すると判定した場合、ステップ（１２０１）のカウンタ出力、一時鍵生成、一時鍵出力を行う。一時鍵は移動先の地上制御装置（１０２）と車両制御装置（１１１）が認証を完了するまでの間の制御メッセージの保護通信に使用される。
【０１４４】
カウンタ出力では、ステップ（１１１０）と同様にカウンタ通知メッセージを作成する。
【０１４５】
一時鍵生成では、地上制御装置（１０１）の乱数生成部（３３２）で乱数を生成し、生成した乱数を一時暗号鍵、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵、管理外車両用認証鍵とする。生成した一時暗号鍵、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵、管理外車両用認証鍵は、セキュリティ情報（３００）の一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）にそれぞれ設定する。
【０１４６】
一時鍵出力では、図１６（ｃ）に従った一時鍵通知メッセージを生成する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従い、メッセージ種別（１６１１）には一時鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）には地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）には送信先の地上制御装置ＩＤ（３５１）を、セキュリティバージョン（１６１４）には該当するセキュリティバージョンを設定する。カウンタ（１６０２）には何も指定しない。データ長（１６０３）には一時鍵通知メッセージ全体の長さを示す値を設定する。データ（１６２４）には、図１８（ｃ）のフォーマットに従い、車両制御装置ＩＤ（１８３１）に車両制御装置ＩＤ（３０１）を、暗号鍵（１８３２）に一時暗号鍵（３６１）を、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８３３）に一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）を、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８３４）に生成した一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）を、認証鍵（１８３５）に生成した管理外車両用認証鍵（３６４）を、メカニズム指定コード（１８３６）にメカニズム指定コード（３０８）を設定し、送信先の地上制御装置ＩＤの暗号鍵（３５２）で暗号化する。改ざん検知コード（１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、ＭＡＣ鍵（３５３）で生成した改ざん検知コードを設定する。
【０１４７】
地上制御装置（１０２）が一時鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１２０２）の改ざん検知コードの検証、一時鍵通知メッセージの復号化、一時鍵設定、ステータス設定、カウンタ設定、一時鍵出力を行う。
【０１４８】
改ざん検知コードの検証は、受信した鍵通知メッセージのヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、送信元ＩＤと同じ他社地上制御装置ＩＤ（３５１）のＭＡＣ鍵（３５３）で改ざん検知コードを生成し、改ざん検知コード（１６２５）と同じ値であるか確認する。値が異なる場合は、改ざん検知コード検証失敗として鍵通知メッセージを破棄する。
【０１４９】
管理外地上制御装置用鍵通知メッセージの復号は、送信元ＩＤと同じ地上制御装置ＩＤ（３５１）の暗号鍵（３５２）でデータ（１６２４）を復号する。
【０１５０】
鍵設定は、復号したデータ（１６２４）の車両制御装置ＩＤ（１８３１）、暗号鍵（１８３２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８３３）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８３４）、認証鍵（１８３５）をセキュリティ情報（３００）の車両制御装置ＩＤ（３０１）、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）にそれぞれ設定する。また、管理外車両フラグ（３６５）をオンにする。
【０１５１】
ステータス設定では、ステップ（１１０４）のステータス設定と同様に一時鍵通知メッセージの車両制御装置ＩＤ（１８３１）のステータス（３０５）に認証済を設定する。
【０１５２】
カウンタ設定は、ステップ（１１０６）と同様に行う。
【０１５３】
一時鍵出力では、図１６（ａ）のフォーマットに従ってＡＰＭ用一時鍵通知メッセージを生成する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従い、メッセージ種別（１６１１）にＡＰＭ用一時鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）に地上制御装置ＩＤ（３４０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にブロードキャストを示すＩＤを、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのセキュリティバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）には何も設定しない。データ長（１６０３）にはＡＰＭ用一時鍵通知メッセージの長さを設定する。データ（１６０４）は図１８（ｃ）に従い、車両制御装置ＩＤ（１８３１）、暗号鍵（１８３２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８３３）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８３４）、認証鍵（１８３５）にセキュリティ情報（３００）の車両制御装置ＩＤ（３０１）、一時暗号鍵（３６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（３６２）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（３６３）、管理外車両用認証鍵（３６４）をそれぞれ設定する。ただし、ＡＰＭ用鍵通知メッセージではデータ（１６０４）の暗号化は行わない。
【０１５４】
ＡＰＭ（１０５）がＡＰＭ用一時鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１２０３）の一時鍵設定と一時鍵出力を行う。一時鍵設定では、データ（１６０４）の車両制御装置ＩＤ（１８３１）、暗号鍵（１８３２）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１８３３）、認証鍵（１８３５）をセキュリティ情報（５３０）の車両制御装置ＩＤ（５３１）、一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）、管理外車両用認証鍵（５６３）にそれぞれ設定する。また、管理外車両フラグ（５６４）をオンにする。
【０１５５】
一時鍵出力では、図１６（ｃ）のフォーマットに従い、ＡＰ用鍵通知メッセージを作成する。ヘッダ（１６０１）は図１６（ｂ）のフォーマットに従い、メッセージ種別（１６１１）にＡＰ用一時鍵通知メッセージを示す値を、送信元ＩＤ（１６１２）にＡＰＭ ＩＤ（５５０）を、送信先ＩＤ（１６１３）にブロードキャストを示すＩＤを、セキュリティバージョン（１６１４）には本システムのセキュリティバージョンを示す値を設定する。カウンタ（１６０２）には何も設定しない。データ長（１６０３）にはＡＰ用一時鍵通知メッセージの長さを設定する。データ（１６２４）は図１８（ｂ）に従い、車両制御装置ＩＤ（１８２１）に該当する車両制御装置ＩＤ（５３１）を、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８２２）には受信したＡＰＭ用鍵通知メッセージのＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８３４）を、メカニズム指定コード（１８２３）にメカニズム指定コード（１８３６）を設定し、各ＡＰの固有暗号鍵（５４２）で暗号化した値を設定する。改ざん検知コード（１６２５）には、ヘッダ（１６０１）、カウンタ（１６０２）、データ長（１６０３）、データ（１６２４）を入力として、各ＡＰ固有ＭＡＣ鍵（５４３）で生成した改ざん検知コードを設定する。
【０１５６】
ＡＰがＡＰ用一時鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１２０４）でステップ（１１０９）と同様の手順で改ざん検知コードと復号化を行う。復号したデータ（１６２４）の車両制御装置ＩＤ（１８２１）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１８２２）、メカニズム指定コード（１８２３）を、セキュリティ情報（８００）も車両制御装置ＩＤ（８０１）、一時ＡＰ−ＭＡＣ鍵（８０４）、メカニズム指定コード（８０３）にそれぞれ設定する。
【０１５７】
また、ステップ（１１０２）で管理外の地上制御装置へ移動すると判定した場合の処理について図１３で説明する。図１３はセキュリティ情報共有処理を示す。
【０１５８】
ステップ（１１０２）で管理外の地上制御装置へ移動すると判定した場合、地上制御装置（１０１）は配下にいるＡＰＭ（１０３）（１０４）、ＡＰ（１０６）（１０７）および該当する車両制御装置（１１１）に一時鍵を通知するために、ステップ（１３０１）のＡＰＭ用一時鍵通知メッセージ、鍵通知メッセージを生成し、制御メッセージと一緒にＡＰＭ（１０３）（１０４）に送信する。
【０１５９】
ＡＰＭ用鍵通知メッセージの生成はステップ（１２０２）のＡＰＭ用一時鍵通知メッセージの作成、鍵通知メッセージの生成はステップ（１１０１）、制御メッセージの生成はステップ（１００１）と同じ手順である。
【０１６０】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）がＡＰＭ用一時鍵通知メッセージ、鍵通知メッセージ、制御メッセージを受信すると、ステップ（１３０２）でステップ（１２０４）（１１０４）（１００２）と同じ手順で処理を行い、ＡＰ用一時鍵通知メッセージおよび保護制御メッセージを作成する。また、車両制御装置用一時鍵通知メッセージを作成する。
【０１６１】
ＡＰ（１０６）（１０７）がＡＰ用一時鍵通知メッセージを受信すると、ステップ（１３０４）でステップ（１２０４）と同じ手順で一時鍵を設定する。
【０１６２】
車両制御装置（１１１）が車両制御装置用一時鍵通知メッセージおよび保護制御メッセージを受信すると、ステップ（１３０３）で、保護制御メッセージはステップ（１００３）と同じ手順で処理される。車両制御装置用一時鍵通知メッセージは、車両制御装置（１１１）のＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）を使って改ざん検知コード（１６２５）の検証を行う。改ざん検知コードの検証に失敗した場合は、車両制御装置用一時鍵メッセージを破棄する。
【０１６３】
検証に成功した場合は、暗号鍵（７０３）を使ってデータ（１６２４）を復号する。復号したデータの暗号鍵（１７３１）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（１７３２）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（１７３３）、管理外車両用認証鍵（１７３４）を暗号鍵（７０３）、ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（７０４）、ＡＰ−ＭＡＣ鍵（７１２）、管理外車両用認証鍵（７１３）に設定する。
【０１６４】
そして、管理主体が異なる地上制御装置と車両制御装置間の認証処理を行う。この処理について図１４で説明する。図１４はこの認証処理を示す。
【０１６５】
車両制御装置（１０１）は、ステップ（１４０１）で、ステップ（１００４）と同様の手順による保護応答メッセージの生成、ステップ（９０２）と同様の手順による認証要求メッセージを生成する。ただし、保護応答メッセージのメッセージ種別（１６１１）には認証メッセージ付き応答メッセージを示す値を設定する。生成した保護応答メッセージおよび認証要求メッセージはＡＰＭ（１０３）（１０４）に送信する。
【０１６６】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）が保護応答メッセージと認証要求メッセージを受信すると、ステップ（１４０２）で、ステップ（１００５）と同様の手順による保護応答メッセージの検証とステップ（９１１）と同様の手順による認証要求の受付を行う。ただし、保護応答メッセージの検証に使用する鍵は一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）を使用する。応答メッセージと乱数要求を地上制御装置（１０１）に送信する。
【０１６７】
地上制御装置（１０１）が応答メッセージと乱数要求を受信すると、ステップ（１４０３）で、ステップ（１００１）と同様の手順による制御メッセージの作成、ステップ（９２１）と同様の手順によるメカニズムの設定と乱数の生成・設定を行い、ＡＰＭ（１０３）（１０４）に通知する。
【０１６８】
ＡＰＭ（１０３）（１０４）が制御メッセージと乱数を受信すると、ステップ（１４０４）で地上認証データの生成と制御メッセージの保護を行う。地上認証データの生成は、該当車両制御装置（１０１）の管理外車両用認証鍵（５６３）を用いてステップ（９１２）と同様の手順で実施される。制御メッセージの保護は、一時暗号鍵（５６１）、一時ＡＰＭ−ＭＡＣ鍵（５６２）を用いてステップ（１００１）から（１００６）と同様の手順で実施される。
【０１６９】
また、再認証処理は図１５の手順で行われる。図１５はこの再認証処理を示す。図１５に示すように、ステップ（１５１１）で地上制御装置が再認証要求を車両制御装置（１０１）に送ると、ステップ（１４０１）から（１４０６）と同様に通常の制御メッセージの保護通信を行いながら、ステップ（１５０１）から（１５０９）で再認証処理を行う。
【０１７０】
ここでは、認証に関係するメッセージと制御に関係するメッセージをそれぞれ作成し、合わせて送信したが、１つのメッセージとして処理してもよいし、送信可能なメッセージ長が制限されている場合は、その長さに合わせて認証メッセージを分割してもよい。
【０１７１】
また、ここでは、地上制御システムの通信路、すなわち地上制御装置間、地上制御装置とＡＰＭ間の通信路は安全と仮定して、該当通信路に対してはセキュリティ対策を施していないが、それぞれにおいても、認証や鍵共有技術で同等に保護するこが可能である。また、メカニズム指定コードなどは、システムとして同一のメカニズム（暗号アルゴリズムなど）を用いるとする場合には、省略可能である。
【０１７２】
このように、本実施形態によれば、列車などの移動体を捕捉し、制御する無線制御セキュリティシステムにおいて、地上システムをＡＰ、ＡＰＭ、地上制御装置の３段構成とすることでセキュリティ処理に伴う負荷を軽減し、大規模なシステムへの拡張を可能とし、後方の装置である地上制御装置がセキュリティ状態を生成することで多重系の端末立ち上げ処理が容易な無線制御セキュリティシステムを提供できる。もちろん、これらの特徴を一つだけ採用することも可能である。
【０１７３】
本システムは、列車などの制御だけでなく、車や歩行者などの移動体に関するサービスシステムなどに応用することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１０１、１０２：地上制御装置、１０３、１０４、１０５：ＡＰＭ、１０６、１０７、１０８：ＡＰ、１１１：車両制御装置、１１２：列車、１１３、１１４：地上子、２０１：端末、２０２：ＣＰＵ、２０３：メモリ、２０４：記憶装置、２０５：通信ＩＦ、２０６：周辺機器接続ＩＦ、２０７：表示装置、２１０：ネットワーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体が有する車両制御装置と、前記車両制御装置と通信を行う地上システムとから成り、前記車両制御装置の移動に伴うハンドオーバに対応し、前記車両制御装置と前記地上システムとの間で行われる通信のセキュリティを保持する無線制御セキュリティシステムであって、
前記地上システムは、複数のアクセスポイントと、前記複数のアクセスポイントに接続される複数のアクセスポイント制御装置と、前記複数のアクセスポイント制御装置に接続される１つまたは複数の地上制御装置との３段構成から成り、セキュリティ機能の実現に伴う情報と処理を前記アクセスポイントと前記アクセスポイント制御装置と前記地上制御装置とで分担し、システム運用時に新たに生成されるセキュリティ情報を前記地上制御装置が生成して配信する、
ことを特徴とする無線制御セキュリティシステム。
【請求項２】
移動体が有する車両制御装置と、前記車両制御装置と通信を行う地上システムとから成り、前記車両制御装置の移動に伴うハンドオーバに対応し、前記車両制御装置と前記地上システムとの間で行われる通信のセキュリティを保持する無線制御セキュリティシステムであって、
前記地上システムは、複数の地上制御装置を含み、前記複数の地上制御装置は、前記車両制御装置と管理主体が同じ第１の地上制御装置と、前記車両制御装置と管理主体が異なる第２の地上制御装置とから成り、
前記車両制御装置が、前記第１の地上制御装置の配下から前記第２の地上制御装置の配下に移動し、前記車両制御装置が前記第２の地上制御装置と通信する場合には、
前記車両制御装置が一時的な鍵情報を生成し、この生成された一時的な鍵情報を移動元の前記第１の地上制御装置に配布し、この配布された一時的な鍵情報を用いて前記第１の地上制御装置が一時的な鍵を生成し、この生成された一時的な鍵を移動先の前記第２の地上制御装置に出力する、ことを特徴とする無線制御セキュリティシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の無線制御セキュリティシステムにおいて、
前記地上システムは、複数のアクセスポイントと、前記複数のアクセスポイントに接続される複数のアクセスポイント制御装置と、前記複数のアクセスポイント制御装置に接続される前記複数の地上制御装置との３段構成から成り、
前記第１の地上制御装置が生成した一時的な鍵は、順番に、前記第２の地上制御装置、前記アクセスポイント制御装置、前記アクセスポイント、前記車両制御装置に設定され、移動先の前記第２の地上制御装置と前記車両制御装置とが認証を完了するまでの間に使用される、ことを特徴とする無線制御セキュリティシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の無線制御セキュリティシステムにおいて、
前記第１の地上制御装置、前記第２の地上制御装置、前記アクセスポイント制御装置、および、前記アクセスポイントは、前記一時的な鍵を格納する記憶装置を有する、ことを特徴とする無線制御セキュリティシステム。
【請求項１】
移動体が有する車両制御装置と、前記車両制御装置と通信を行う地上システムとから成り、前記車両制御装置の移動に伴うハンドオーバに対応し、前記車両制御装置と前記地上システムとの間で行われる通信のセキュリティを保持する無線制御セキュリティシステムであって、
前記地上システムは、複数のアクセスポイントと、前記複数のアクセスポイントに接続される複数のアクセスポイント制御装置と、前記複数のアクセスポイント制御装置に接続される１つまたは複数の地上制御装置との３段構成から成り、セキュリティ機能の実現に伴う情報と処理を前記アクセスポイントと前記アクセスポイント制御装置と前記地上制御装置とで分担し、システム運用時に新たに生成されるセキュリティ情報を前記地上制御装置が生成して配信する、
ことを特徴とする無線制御セキュリティシステム。
【請求項２】
移動体が有する車両制御装置と、前記車両制御装置と通信を行う地上システムとから成り、前記車両制御装置の移動に伴うハンドオーバに対応し、前記車両制御装置と前記地上システムとの間で行われる通信のセキュリティを保持する無線制御セキュリティシステムであって、
前記地上システムは、複数の地上制御装置を含み、前記複数の地上制御装置は、前記車両制御装置と管理主体が同じ第１の地上制御装置と、前記車両制御装置と管理主体が異なる第２の地上制御装置とから成り、
前記車両制御装置が、前記第１の地上制御装置の配下から前記第２の地上制御装置の配下に移動し、前記車両制御装置が前記第２の地上制御装置と通信する場合には、
前記車両制御装置が一時的な鍵情報を生成し、この生成された一時的な鍵情報を移動元の前記第１の地上制御装置に配布し、この配布された一時的な鍵情報を用いて前記第１の地上制御装置が一時的な鍵を生成し、この生成された一時的な鍵を移動先の前記第２の地上制御装置に出力する、ことを特徴とする無線制御セキュリティシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の無線制御セキュリティシステムにおいて、
前記地上システムは、複数のアクセスポイントと、前記複数のアクセスポイントに接続される複数のアクセスポイント制御装置と、前記複数のアクセスポイント制御装置に接続される前記複数の地上制御装置との３段構成から成り、
前記第１の地上制御装置が生成した一時的な鍵は、順番に、前記第２の地上制御装置、前記アクセスポイント制御装置、前記アクセスポイント、前記車両制御装置に設定され、移動先の前記第２の地上制御装置と前記車両制御装置とが認証を完了するまでの間に使用される、ことを特徴とする無線制御セキュリティシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の無線制御セキュリティシステムにおいて、
前記第１の地上制御装置、前記第２の地上制御装置、前記アクセスポイント制御装置、および、前記アクセスポイントは、前記一時的な鍵を格納する記憶装置を有する、ことを特徴とする無線制御セキュリティシステム。
【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】
【公開番号】特開２０１２−１７８８８４（Ｐ２０１２−１７８８８４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３１１８０（Ｐ２０１２−１３１１８０）
【出願日】平成２４年６月８日（２０１２．６．８）
【分割の表示】特願２００７−１４８７０５（Ｐ２００７−１４８７０５）の分割
【原出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月８日（２０１２．６．８）
【分割の表示】特願２００７−１４８７０５（Ｐ２００７−１４８７０５）の分割
【原出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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