無線通信装置およびデータ通信装置
【課題】定期的に無線通信を行うシステムにおいて検証負荷を低減
【解決手段】路側機２，３は、一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として、秘密鍵Ｋnについて一方向性関数Ｆでの写像を繰り返して生成した秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，・・・，Ｋn-1，Ｋnを共有する。まず路側機２は、メッセージＭ1と、次の送信メッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、秘密鍵Ｋ0等を送信データとし、送信データと電子署名と電子証明書とから構成されるアンカーフレームＡＰ1を送信する。その後、今回送信のメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、次の送信メッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、秘密鍵Ｋjを用いて生成されたメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される通常フレームＮＰを、定期送信期間の到来毎に路側機２，３が交互に送信する。
【解決手段】路側機２，３は、一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として、秘密鍵Ｋnについて一方向性関数Ｆでの写像を繰り返して生成した秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，・・・，Ｋn-1，Ｋnを共有する。まず路側機２は、メッセージＭ1と、次の送信メッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、秘密鍵Ｋ0等を送信データとし、送信データと電子署名と電子証明書とから構成されるアンカーフレームＡＰ1を送信する。その後、今回送信のメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、次の送信メッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、秘密鍵Ｋjを用いて生成されたメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される通常フレームＮＰを、定期送信期間の到来毎に路側機２，３が交互に送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定期的に無線通信を行う無線通信システムで用いられる無線通信装置およびデータ通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信において情報の完全性を確保するには、悪意ある第三者による情報改竄を検出するメッセージ認証技術が不可欠である。そして無線通信では、通信端末の計算機資源が限られているため、計算量が小さいメッセージ認証方式が望ましい。
【０００３】
メッセージ認証を実現する１つの手段として、ＲＳＡなどの公開鍵暗号を利用した電子署名がある。しかし、署名生成と署名検証の計算量が大きいため、全てのメッセージに電子署名をつけるのは現実的ではない。
【０００４】
また、メッセージ認証を実現する別の手段として、通信端末同士がハンドシェイクして秘密鍵を共有し、共有した秘密鍵とハッシュ関数を組み合わせて計算量の小さいメッセージ認証を実現するＨＭＡＣ(Keyed-Hashing for Message Authentication code)が知られている。しかし、路車間通信などの同報通信では、１台の通信端末が複数台の通信端末に同時にメッセージを送信するため、１つのメッセージを送信するために複数台の通信端末とハンドシェイクするのは非効率であり、無線帯域を有効利用できないという問題がある。
【０００５】
そこで、［１］各通信端末が時刻同期している、［２］各通信端末は鍵周期を共有している、及び［３］各通信端末は公開鍵と秘密鍵と公開鍵証明書を有しているという３つの条件を前提とし、小さい計算量で同報通信のメッセージ認証を実現するＴＥＳＬＡ（Timed Efficient Stream Loss-tolerant Authentication）と呼ばれる方法が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００６】
ＴＥＳＬＡは、［１］認証情報の生成、［２］メッセージ送信、及び［３］メッセージ受信（メッセージの完全性検証）の３つの処理を行うように構成される。
［１］認証情報の生成では、まず、乱数を生成して、生成した乱数の値を秘密鍵Ｋnとする（ｎは正の整数）。以下、秘密鍵Ｋnをシード鍵Ｋnともいう。そして、図２１（ａ）及び下式（１）に示すように、秘密鍵Ｋnに一方向性関数Ｆをｎ回適用し、秘密鍵Ｋ0〜Ｋn-1を生成する。以下、秘密鍵Ｋ0を初期鍵Ｋ0ともいう。また、秘密鍵Ｋ0〜Ｋnの集合をキーチェインという。
【０００７】
【数１】
【０００８】
そして、秘密鍵Ｋ0〜Ｋnの有効期間ΔＴ0〜ΔＴnを、図２１（ｂ）及び下式（２）に示すように設定する。ここで、Ｔ0は初期鍵Ｋ0の有効期限である。またＴkは、予め設定された鍵周期である。また、ｉは０〜ｎの整数である。以下、上記有効期間ΔＴ0〜ΔＴnが設定されたキーチェインを有効期限付キーチェインという。
【０００９】
【数２】
【００１０】
次に、［２］メッセージ送信では、まず、１個のアンカーフレームＡＰを生成して送信し、その次に、（ｎ−１）個の通常フレームＮＰ2〜ＮＰnを順次生成して送信する。
図２２に示すように、アンカーフレームＡＰは、「最初に有効期限が切れる初期鍵Ｋ0」、「初期鍵Ｋ0の有効期限Ｔ0」、「Ｋ0とＴ0に対する電子署名Ｓｉｇ（Ｋ0｜Ｔ0）」、及び「公開鍵証明書ｃｅｒｔＲＳＵ」により構成されている。
【００１１】
また、通常フレームＮＰiは、「メッセージＭi」、「秘密鍵Ｋi-1」、及び「有効期限内の秘密鍵Ｋiを用いて算出した、メッセージＭiと秘密鍵Ｋi-1のメッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍi，Ｋi-1）」により構成されている。
【００１２】
そして、通常フレームが、キーチェインの秘密鍵Ｋiを使い切るたびに、［１］認証情報の生成と、［２］メッセージ送信を繰り返す。
次に、［３］メッセージ受信では、アンカーフレームＡＰを受信した場合に、まず、このアンカーフレームＡＰを、受信時刻と対応付けて記憶する。そして、アンカーフレームＡＰに含まれる電子署名を検証し、電子署名を受理できる場合には、アンカーフレームＡＰに含まれる初期鍵Ｋ0及び有効期限Ｔ0を記憶する一方、電子署名を受理できない場合には、受信したアンカーフレームＡＰを廃棄する。
【００１３】
また、通常フレームＮＰiを受信した場合に、まず、この通常フレームＮＰiを、受信時刻と対応付けて記憶する。そして、通常フレームＮＰiから有効期限切れの秘密鍵Ｋi-1を取り出す。その後に、下式（３）に示すように、秘密鍵Ｋi-1に一方向性関数Ｆを適用した値Ｋ’i-2を算出し、この値Ｋ’i-2が、１つ前の受信フレームに含まれていた秘密鍵Ｋi-2に等しいか否かを判断する。
【００１４】
【数３】
【００１５】
ここで、秘密鍵Ｋi-2に等しい場合には、通常フレームＮＰiから取り出した秘密鍵Ｋi-1を、１つ前に受信した通常フレームに含まれていたメッセージ認証子を検証するための秘密鍵とする。一方、秘密鍵Ｋi-2に等しくない場合には、受信した通常フレームＮＰiを廃棄する。
【００１６】
そして、秘密鍵Ｋi-1を用いて、１つ前に受信した通常フレームのメッセージ認証子を検証する。この検証の結果、メッセージ認証子を受理できる場合には、１つ前に受信した通常フレームのメッセージを受理する。一方、メッセージ認証子を受理できない場合には、受信した通常フレームＮＰiを廃棄する。なお、１つ前の受信フレームがアンカーフレームである場合には、メッセージ認証子の検証は行われない。
【００１７】
このように、非特許文献１に記載の技術では、ｎ回のフレーム送信のうち、電子署名付きのアンカーフレームを１回のみ送信し、メッセージ認証子付きの通常フレームをｎ−１回送信する。すなわち、ＴＥＳＬＡによるメッセージ認証では、計算量が大きい電子署名検証の回数が少なく、計算量が小さい秘密鍵検証およびメッセージ認証子検証の回数が多い。これにより、メッセージ認証全体に要する計算量を低減することができる。しかし、認証の安全性の根拠を、各通信装置の時刻同期と鍵の有効期限に依存しているため、受信メッセージを即座に検証できないという問題があった。
【００１８】
そこで、この問題を解決するために、図２３に示すように、受信側ではなく、送信側でメッセージ１つ分をバッファすることで、受信メッセージを即座に認証できるように改善したImmediate Authenticationが提案されている（例えば、非特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Adrian Perring, Ran Canetti, J.D.Tygar, Dawn Song, "Efficient Authentication and Signing of Multicast Streams over Lossy Channels," Proceedings of the 2000 IEEE Symposium on Security and Privacy
【非特許文献２】Adrian Perring, Ran Canetti, Dawn Song, J.D.Tygar, "Efficient and Secure Source Authentication for Multicast," Proceedings of the Internet Society Network and Distributed System Security Symposium (NDSS 2001), February 2001,pp.35-46
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところで、路車間通信では、車両の走行路付近に分散して複数の路側機が設置されており、路側機からの送信電波が届く範囲が路側機毎に異なるため、車両に搭載された車載器とデータ受信可能な路側機は、車両の移動に伴い変化する。
【００２１】
このため、上記非特許文献１，２に記載の技術を路車間通信に適用した場合に、車載器において、車両の移動に伴いデータ受信可能な路側機が変化する毎に、データ受信可能な路側機からアンカーフレームを受信して、計算量が大きい電子署名検証を実行しなくてはならないという問題があった。
【００２２】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、データ受信側の検証負荷を低減することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の無線通信装置は、一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置と、無線送信装置から送信されたデータを無線受信する無線受信装置との２種類の通信装置が混在する無線通信システムにおいて、無線送信装置として使用される無線通信装置である。また、複数の無線送信装置は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を定期送信期間が到来する毎に、メッセージＭ1，メッセージＭ2，・・・，メッセージＭn-1，メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、複数の無線送信装置間で時刻同期するように構成されている。
【００２４】
そして、請求項１に記載の無線通信装置では、第１秘密鍵列記憶手段が、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第１秘密鍵列を記憶する。
【００２５】
またアンカーフレーム送信手段が、送信するメッセージＭ1と、メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、秘密鍵Ｋ0と、有効期間ΔＴ1の有効期限Ｔ0を送信データとして、送信データと、送信データに対する電子署名と、電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書とから構成される送信フレームであるアンカーフレームを無線送信する。
【００２６】
さらに第１通常フレーム送信手段が、アンカーフレームが送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、現在時刻が有効期間ΔＴj内に含まれている秘密鍵Ｋjを用いて生成された、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである第１通常フレームを、定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する。
【００２７】
したがって、この無線通信システムの無線受信装置が、アンカーフレームを受信すると、まず、アンカーフレームに含まれている電子証明書を用いて、アンカーフレームに含まれている電子署名の検証を行う。電子署名の検証の結果に基づいて、電子署名を受理できる場合には、アンカーフレームに含まれているメッセージＭ1とハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0を記憶する。
【００２８】
その後、無線受信装置が、第１通常フレームを受信すると、まず、受信した第１通常フレームに含まれている秘密鍵の完全性を検証する。具体的には、受信した第１通常フレームに含まれている秘密鍵を一方向性関数Ｆで適切な回数写像して得られる像が、秘密鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。例えば、メッセージＭ2と、ハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ3）と、メッセージ認証子ＭＡＣk2（Ｍ2，Ｈａｓｈ（Ｍ3））と、秘密鍵Ｋ1とから構成される第１通常フレーム（以下、通常フレームＮＰ2ともいう）を受信した場合には、まず、通常フレームＮＰ2に含まれる秘密鍵Ｋ1の完全性を検証する。この検証では、秘密鍵Ｋ1を一方向性関数Ｆで１回写像して得られる像が秘密鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【００２９】
そして、この秘密鍵の完全性が検証された場合に、前回受信したフレームに含まれていたハッシュ値を用いて、今回受信した第１通常フレームに含まれているメッセージの完全性を検証する。具体的には、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）とメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と秘密鍵Ｋj-1とから構成される第１通常フレーム（以下、第１通常フレームＮＰiともいう）を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した第１通常フレームＮＰj-1に含まれていたメッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍi））を検証する。この検証を受理した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍi）を用いて、通常フレームＮＰiに含まれているメッセージＭiの完全性を検証する。
【００３０】
例えば、第１通常フレームＮＰ2を受信した場合には、アンカーフレームに含まれていたＨａｓｈ（Ｍ2）を用いて、第１通常フレームＮＰ2に含まれているメッセージＭ2の完全性を検証する。具体的には、通常フレームＮＰ2に含まれているメッセージＭ2をハッシュ関数Ｈａｓｈで写像した像Ｈａｓｈ（Ｍ2）を算出し、これが、アンカーフレームに含まれていたＨａｓｈ（Ｍ2）と一致するか否かを判断する。そしてＨａｓｈ（Ｍ2）が一致する場合には、検証を受理する。
【００３１】
また例えば、第１通常フレームＮＰ3を受信した場合には、秘密鍵Ｋ2を用いて、通常フレームＮＰ2に含まれていたメッセージ認証子ＭＡＣk2（Ｍ2，Ｈａｓｈ（Ｍ3））を検証する。そして、この検証を受理した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍ3）を用いて、第１通常フレームＮＰ3に含まれているメッセージＭ3の完全性を検証する。
【００３２】
したがって、無線受信装置において、アンカーフレームを１回受信して電子署名の検証を行えば、その後のｎ−１回の第１通常フレームの受信では、計算量が小さい秘密鍵検証を行うことにより、計算量が大きい電子署名検証が不要となる。これにより、メッセージ認証全体に要する計算量を低減することができる。
【００３３】
そして、請求項１に記載の無線通信装置では、第１鍵列共有手段が、複数の無線送信装置に第１秘密鍵列を共有させる。すなわち、この無線通信システムを構成する複数の無線送信装置は、同じ秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを用いてアンカーフレーム及び第１通常フレームを送信することができる。
【００３４】
このため、この無線通信システムを構成する複数の無線送信装置のうち或る１つの無線送信装置から送信されたアンカーフレームを受信すれば、このアンカーフレームに含まれる秘密鍵Ｋ0を用いて、他の無線送信装置から受信した第１通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの検証を行うことができる。
【００３５】
これにより、無線受信装置の移動に伴いデータ受信可能な無線送信装置が変化する毎に、データ受信可能な無線送信装置からアンカーフレームを受信して電子署名検証を実行する必要がなくなる。このため、無線受信装置において、計算量が大きい電子署名検証の回数を低減することができ、無線受信装置の検証負荷を低減することができる。
【００３６】
また、請求項１に記載の無線通信装置において、請求項２に記載のように、予定メッセージ送信手段が、送信フレームに含めて送信する予定のメッセージである送信予定メッセージを送信フレームに含めて送信する前に、送信予定メッセージを、無線通信システムが備える他の無線送信装置に送信し、ハッシュ値設定手段が、無線通信システムが備える他の無線送信装置から送信予定メッセージを受信すると、送信予定メッセージのハッシュ値を、当該無線送信装置が送信する送信フレームに含まれるハッシュ値とするようにするとよい。
【００３７】
このように構成された無線通信装置では、他の無線送信装置の送信予定メッセージのハッシュ値を送信フレームに含めて送信することができる。
このため、この無線通信システムの無線受信装置は、或る無線送信装置から送信フレームを受信すると、このフレームには、他の無線送信装置の送信予定メッセージのハッシュ値が含まれている。そして、この後に、上記他の無線送信装置から、上記送信予定メッセージに相当するメッセージが含まれた送信フレームを受信すると、この送信フレームに含まれるメッセージの完全性を、上記或る無線送信装置から受信したフレームに含まれる送信予定メッセージのハッシュ値を用いて検証することができる。
【００３８】
すなわち、この無線通信システムの無線受信装置は、同一の無線送信装置からだけではなく、異なる無線送信装置からの連続した２つのフレームを受信することによっても、メッセージの完全性を検証することができる。
【００３９】
そして、この無線通信システムは、一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置で構成されているため、同一の無線送信装置から連続した２つのフレームを受信するのに要する時間よりも、異なる無線送信装置からの連続した２つのフレームを受信するのに要する時間の方を短くすることができる。すなわち、同一の無線送信装置から連続した２つのフレームを受信する場合よりも、送信予定メッセージのハッシュ値を受信してから送信予定メッセージの完全性の検証を行うまでの時間が短くなり、短い遅延時間でメッセージの完全性を検証することができる。
【００４０】
また、請求項１に記載の無線通信装置において、定期送信期間内に複数の送信フレームを送信するように構成される場合には、請求項３に記載のように、メッセージ設定手段が、定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに含まれるメッセージを、当該無線通信装置に関連し且つ短時間で変化しないデータである第１静的データとし、メッセージ認証子設定手段が、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含まれるメッセージ認証子を、定期送信期間の終了直後に送信フレームを送信する他の無線通信装置に関連し且つ短時間で変化しないデータである第２静的データを用いて生成したメッセージ認証子とするようにするとよい。
【００４１】
なお、上記の静的データとしては、例えば、当該無線通信装置の設置位置を示す情報、当該無線通信装置の設置位置近傍の道路線形情報などが挙げられる。
このように構成された無線通信装置では、定期送信期間の終了直後に送信フレームを送信する他の無線送信装置の静的データのメッセージ認証子を、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含めて送信するとともに、定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに当該無線通信装置の静的データを含めて送信する。
【００４２】
このため、この無線通信システムの無線受信装置は、或る無線送信装置から、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームを受信すると、このフレームには、この直後に送信フレームを送信する他の無線送信装置の静的データのメッセージ認証子が含まれている。そして、この後に、上記他の無線送信装置から、他の無線送信装置の静的データがメッセージとして含まれた送信フレームを受信すると、この送信フレームに含まれるメッセージの完全性を、上記或る無線送信装置から受信したフレームに含まれる静的データのメッセージ認証子を用いて検証することができる。
【００４３】
すなわち、この無線通信システムの無線受信装置が、異なる２つの無線送信装置から、連続した２つのフレームを受信する場合において、これら２つの無線送信装置の間で、請求項２に記載の送信予定メッセージの送受信が不要となり、無線通信システムの運用を簡略化することができる。また、無線通信システムを構成する無線送信装置のうち１台が他の無線送信装置と通信できなくなった場合の影響を低減できるため、より安定した運用が可能となる。
【００４４】
また、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置において、請求項４に記載のように、秘密鍵Ｋnと、有効期限Ｔ0と、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkとが、複数の無線送信装置に共通して予め設定されており、第１鍵列共有手段は、秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを生成する秘密鍵生成手段と、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を、有効期限Ｔ0、及び鍵周期Ｔkを用いて設定する有効期間設定手段とから構成されるようにしてもよい。
【００４５】
なお、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）は、有効期限Ｔ0、及び鍵周期Ｔkを用いて、例えば下式（４）に示すように設定することができる。
【００４６】
【数４】
【００４７】
すなわち、請求項４に記載の無線通信装置は、当該無線通信装置自身で、上記の第１秘密鍵列を生成することができる。これにより、無線通信装置の外部から第１秘密鍵列を取得するために、当該無線通信装置をデータ通信可能に外部と接続する必要がなくなる。このため、新たに無線送信装置を設置する場合に外部との接続が不要となり、新たな無線送信装置の設置作業を容易に行うことができる。
【００４８】
また、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置において、無線通信システムが、第１秘密鍵列を生成し、ネットワークを介して配信する第１秘密鍵列配信手段を備えている場合には、請求項５に記載のように、第１鍵列共有手段は、第１秘密鍵列配信手段により配信された第１秘密鍵列を、ネットワークを介して取得する第１秘密鍵列取得手段であるようにしてもよい。
【００４９】
このように構成された無線通信装置によれば、当該無線通信装置自身で第１秘密鍵列を生成する手段が不要となるため、当該無線通信装置の構成を簡略化することができる。さらに、万が一、第１秘密鍵列が漏洩した場合に、第１秘密鍵列配信手段が新たに第１秘密鍵列を配信することにより、第１秘密鍵列の漏洩による被害を最小限に抑えることができる。
【００５０】
また、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置において、請求項６に記載のように、第１鍵列共有手段は、無線通信システムが備える他の無線送信装置から通信により第１秘密鍵列を取得することにより、複数の無線送信装置に前記第１秘密鍵列を共有させるようにしてもよい。
【００５１】
このように構成された無線通信装置によれば、無線通信システムを構成する無線送信装置同士の通信で第１秘密鍵列を取得することができる。但し、無線通信システムを構成する無線送信装置のうち少なくとも１つの無線送信装置が、自身で第１秘密鍵列を生成したり、外部から予め取得したりしておく必要がある。これにより、無線通信システムを構成する全ての無線送信装置が上記第１秘密鍵列配信手段に接続される必要がなくなり、無線通信システムの構成を簡略化することができる。
【００５２】
また、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の無線通信装置において、請求項７に記載のように、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、アンカーフレームに含まれるようにしてもよい。
【００５３】
このように構成された無線通信装置によれば、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、第１秘密鍵列と鍵周期Ｔkを変更することができる。すなわち、単位時間当たりの送信フレーム数が少ない場合には、鍵周期Ｔkを長く設定することで、無線受信装置において、第１通常フレームに含まれている秘密鍵を一方向性関数Ｆで写像して秘密鍵Ｋ0と一致させるまでの写像回数を低減することができる。すなわち、無線受信装置において、秘密鍵Ｋ0の有効期間ΔＴ0と秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴiとの差と、鍵周期Ｔkとに基づいて写像回数を算出し、一方向性関数Ｆでこの写像回数分写像するため、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、適切な計算量でメッセージの完全性を検証させることができる。
【００５４】
また、請求項８に記載の無線通信装置は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置から送信されたデータを無線受信し、無線通信システムにおいて無線送信装置として使用される無線通信装置であって、電子署名検証手段が、アンカーフレームを受信した場合に、アンカーフレームに含まれる電子署名を、アンカーフレームに含まれる電子証明書を用いて検証し、署名受理記憶手段が、電子署名検証手段による検証結果に基づいて、電子署名を受理した場合に、アンカーフレームに含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0を記憶する。
【００５５】
さらに秘密鍵検証手段が、第１通常フレームを受信した場合に、第１通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋj-1と、秘密鍵Ｋj-2または秘密鍵Ｋ0とを用いて、秘密鍵Ｋj-1の完全性を検証し、メッセージ認証子検証手段が、秘密鍵検証手段による検証結果に基づいて、秘密鍵Ｋj-1を受理した場合に、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した第１通常フレームに含まれるメッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を検証する。
【００５６】
そしてメッセージ検証手段が、メッセージ認証子検証手段による検証結果に基づいて、メッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を受理した場合に、前回受信した送信フレームに含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj）を用いて、今回受信した第１通常フレームに含まれるメッセージＭjを検証する。
【００５７】
このように構成された無線通信装置は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置からの送信フレームを受信し、この送信フレームに含まれるメッセージを検証することができるため、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置を備えた無線通信システムを構成することができるものであり、請求項１に記載の無線通信装置と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、請求項８に記載の無線通信装置において、請求項９に記載のように、通常フレーム廃棄手段が、アンカーフレームを受信する前に第１通常フレームを受信した場合に、第１通常フレームを廃棄するようにするとよい。
【００５９】
このように構成された無線通信装置によれば、第１通常フレームに含まれる秘密鍵の完全性を検証できない状況で、受信した第１通常フレームを記憶するという不要な処理を省略することができ、当該無線通信装置の処理負荷を低減することができる。
【００６０】
また、請求項８または請求項９に記載の無線通信装置において、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、アンカーフレームに含まれている場合には、請求項１０に記載のように、鍵周期記憶手段が、電子署名検証手段による検証結果に基づいて、電子署名を受理した場合に、アンカーフレームに含まれる鍵周期Ｔkを記憶するようにするとよい。
【００６１】
このように構成された無線通信装置によれば、秘密鍵Ｋ0の有効期間ΔＴ0と秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴiとの差と、鍵周期Ｔkとに基づいて写像回数を算出し、一方向性関数Ｆでこの写像回数分写像することができる。このため、アンカーフレームを送信する無線送信装置側で、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて適切な鍵周期Ｔkを設定することにより、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、適切な計算量でメッセージの完全性を検証させることができる。
【００６２】
また、請求項１１に記載のデータ通信装置は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置とデータ通信可能に接続されたデータ通信装置であって、乱数生成手段が、乱数を生成し、第１秘密鍵列生成手段が、乱数生成手段によって生成された乱数の値を秘密鍵Ｋnとし、さらに、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋnを写像した像を秘密鍵Ｋn-1として（ｎは自然数）、秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第１秘密鍵列を生成し、第１秘密鍵列送信手段が、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置に、第１秘密鍵列生成手段により生成された第１秘密鍵列を送信する。
【００６３】
このように構成されたデータ通信装置によれば、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置自身で第１秘密鍵列を生成する手段が不要となるため、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置の構成を簡略化することができる。さらに、万が一、第１秘密鍵列が漏洩した場合に、第１秘密鍵列配信手段が新たに第１秘密鍵列を配信することにより、第１秘密鍵列の漏洩による被害を最小限に抑えることができる。
【００６４】
また、請求項１１に記載のデータ通信装置において、請求項１２に記載のように、第１秘密鍵列送信手段は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置から第１秘密鍵列の送信要求を受信したときに、無線通信装置に第１秘密鍵列を送信するようにしてもよい。
【００６５】
このように構成されたデータ通信装置によれば、データ通信装置側で、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置が第１秘密鍵列を新たに必要としているか否かを判断する必要がないため、当該データ通信装置の構成を簡略化することができる。
【００６６】
また、請求項１１に記載のデータ通信装置において、請求項１３に記載のように、第１秘密鍵列送信手段は、第１秘密鍵列生成手段により生成された第１秘密鍵列を構成する全て秘密鍵において有効期間が経過する前に、第１秘密鍵列生成手段により新たに生成された第１秘密鍵列を送信するようにしてもよい。
【００６７】
このように構成されたデータ通信装置によれば、全て秘密鍵において有効期間が経過する前に、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置に第１秘密鍵列が送信されるため、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置側で、有効期間内の秘密鍵がないためにフレームを送信することができないという状況の発生を抑制することができる。また、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置において、第１秘密鍵列を新たに必要としているか否かを判断する必要がないため、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置の構成を簡略化することができる。
【００６８】
また、請求項１１〜請求項１３の何れか１項に記載のデータ通信装置において、請求項１４に記載のように、送信タイミング送信手段が、無線通信システムが備える複数の無線送信装置のそれぞれについての送信フレームを送信する送信タイミングを示す情報を送信するようにしてもよい。
【００６９】
このように構成されたデータ通信装置によれば、複数の無線送信装置のそれぞれが、他の無線送信装置の送信タイミングを示す情報を取得することができる。このため、請求項２に記載の送信予定メッセージを他の無線送信装置に送信する場合に、自装置の次にフレームを送信する無線送信装置を特定して、この特定した無線送信装置のみに送信予定メッセージを送信することができる。このため、無線通信システムが備える複数の無線送信装置の全てに送信予定メッセージを送信する場合と比較して、通信帯域を有効利用することができる。
【００７０】
また、請求項１１〜請求項１４の何れか１項に記載のデータ通信装置において、請求項１５に記載のように、鍵周期送信手段が、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkを送信するようにしてもよい。
【００７１】
このように構成されたデータ通信装置によれば、無線送信装置において、第１秘密鍵列の秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し設定されている有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnに基づいて、鍵周期Ｔkを算出する必要がなくなり、無線送信装置の処理負荷を低減することができる。
【００７２】
また、請求項１６に記載の無線通信装置は、一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置と、無線送信装置から送信されたデータを無線受信する無線受信装置との２種類の通信装置が混在する無線通信システムにおいて、無線送信装置として使用される無線通信装置である。また、複数の無線送信装置は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を定期送信期間が到来する毎に、メッセージＭ1，メッセージＭ2，・・・，メッセージＭn-1，メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、複数の無線送信装置間で時刻同期するように構成されている。
【００７３】
そして、請求項１６に記載の無線通信装置では、第２秘密鍵列記憶手段が、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期限Ｔ-1，Ｔ0，Ｔ1，・・・，Ｔn-1が、有効期限Ｔ-1，有効期限Ｔ0，有効期限Ｔ1，・・・，有効期限Ｔn-2，有効期限Ｔn-1の順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第２秘密鍵列を記憶する。
【００７４】
またアンカーフレーム送信手段が、送信するメッセージＭ1と、メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、秘密鍵Ｋ0と、有効期限Ｔ0を送信データとして、送信データと、送信データに対する電子署名と、電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書とから構成される送信フレームであるアンカーフレームを無線送信する。
【００７５】
さらに第２通常フレーム送信手段が、アンカーフレームが送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、該メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔm（ｍは２〜ｎの自然数）に対応する秘密鍵Ｋmを用いて生成された、該メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである第２通常フレームを、定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する。
【００７６】
したがって、この無線通信システムの無線受信装置が、アンカーフレームを受信すると、まず、アンカーフレームに含まれている電子証明書を用いて、アンカーフレームに含まれている電子署名の検証を行う。電子署名の検証の結果に基づいて、電子署名を受理できる場合には、アンカーフレームに含まれているメッセージＭ1とハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0を記憶する。
【００７７】
その後、無線受信装置が、第２通常フレームを受信すると、まず、受信した第２通常フレームに含まれている秘密鍵の完全性を検証する。具体的には、受信した第２通常フレームに含まれている秘密鍵を一方向性関数Ｆで適切な回数写像して得られる像が、秘密鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【００７８】
そして、この秘密鍵の完全性が検証された場合に、過去に受信した第２通常フレームに含まれているメッセージの完全性を検証する。具体的には、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）とメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と秘密鍵Ｋj-1とから構成される第２通常フレーム（以下、第２通常フレームＮＰiともいう）を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋj-1を用いて、過去に受信した第２通常フレームの中に含まれるメッセージ認証子ＭＡＣkj-1を検証する（ｊ≦ｉ）。なお、請求項１６に記載の無線通信装置では、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔm（ｍは２〜ｎの自然数）に対応する秘密鍵Ｋmを用いてメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を生成する。このため、第２通常フレームＮＰiに含まれている秘密鍵Ｋj-1を用いて生成されたメッセージ認証子ＭＡＣkj-1は、前回受信した第２通常フレームＮＰi-1に含まれているとは限らない。
【００７９】
そして、メッセージ認証子ＭＡＣkj-1の検証を受理した場合には、メッセージ認証子ＭＡＣkj-1を含む第２通常フレームの中に含まれているＨａｓｈを用いて、このＨａｓｈに対応するメッセージの完全性を検証する。
【００８０】
したがって、無線受信装置において、アンカーフレームを１回受信して電子署名の検証を行えば、その後のｎ−１回の第２通常フレームの受信では、計算量が小さい秘密鍵検証を行うことにより、計算量が大きい電子署名検証が不要となる。これにより、メッセージ認証全体に要する計算量を低減することができる。
【００８１】
そして、請求項１６に記載の無線通信装置では、第２鍵列共有手段が、複数の無線送信装置に第２秘密鍵列を共有させる。すなわち、この無線通信システムを構成する複数の無線送信装置は、同じ秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを用いてアンカーフレーム及び第２通常フレームを送信することができる。
【００８２】
このため、この無線通信システムを構成する複数の無線送信装置のうち或る１つの無線送信装置から送信されたアンカーフレームを受信すれば、このアンカーフレームに含まれる秘密鍵Ｋ0を用いて、他の無線送信装置から受信した第２通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの検証を行うことができる。
【００８３】
これにより、無線受信装置の移動に伴いデータ受信可能な無線送信装置が変化する毎に、データ受信可能な無線送信装置からアンカーフレームを受信して電子署名検証を実行する必要がなくなる。このため、無線受信装置において、計算量が大きい電子署名検証の回数を低減することができ、無線受信装置の検証負荷を低減することができる。
【００８４】
さらに、１つの無線送信装置が或る送信フレームを送信してから次の送信フレームを送信するまでの時間間隔をフレーム送信間隔とし、さらに、この１つの無線送信装置において最も短いフレーム送信間隔を最小フレーム送信間隔として、有効期限Ｔi-1と有効期限Ｔjとの差は（ｉは０〜（ｎ−１）の整数）、複数の無線送信装置それぞれの最小フレーム送信間隔の中で最も短い最小フレーム送信間隔に等しい。
【００８５】
これにより、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置がそれぞれ複数の送信フレームを連続して送信する場合に、（Ｔ-1〜Ｔ0），（Ｔ0〜Ｔ1），（Ｔ1〜Ｔ2），（Ｔ2〜Ｔ3），・・・，（Ｔn-2〜Ｔn-1）それぞれの期間内に複数の送信フレームが含まれることがない。すなわち、送信フレームを送信する毎に、少なくとも１つの秘密鍵が期限切れになる。このため、上記第２通常フレームを送信する毎に、新たに期限切れになった秘密鍵を第２通常フレームに含めて、この第２通常フレームを送信することができる。つまり、第２通常フレームを連続して送信する場合に、同じ秘密鍵を連続して使用する必要がない。
【００８６】
これにより、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置以外の無線通信装置（以下、システム外装置という）が、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置から送信された第２通常フレームを受信した場合に、このシステム外装置が、受信した第２通常フレームから秘密鍵を抽出して、抽出した秘密鍵を送信フレームに含めてこの送信フレームを送信しても、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置に成りすますことはできない。なぜならば、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置は、次のフレーム送信時には、システム外装置が抽出したものとは別の秘密鍵を第２通常フレームに含めて送信を行うからである。したがって、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置が共有する秘密鍵を用いて本発明の無線送信装置に成りすますという不正行為を抑制することができる。
【００８７】
また、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔm（ｍは２〜ｎの自然数）に対応する秘密鍵Ｋmを用いてメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を生成し、このメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を含む第２通常フレームＮＰiを送信する。このため、本発明の無線通信システムを構成する無線受信装置が、この第２通常フレームＮＰiを受信した時点では、この第２通常フレームＮＰiに含まれているメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））は、有効期限前の秘密鍵、すなわち、これまでのフレーム送信で公開されていない秘密鍵を用いて生成されたものとなる。これにより、システム外装置が、これまでのフレーム送信で取得した秘密鍵、すなわち、有効期限の切れた秘密鍵を用いてメッセージ認証子を生成し、このメッセージ認証子を含む第２通常フレームを送信するという不正を行ったとしても、このようなメッセージ認証子を含む第２通常フレームを不正なものとして除外することができる。
【００８８】
また、請求項１６に記載のデータ通信装置において、請求項１７に記載のように、第２通常フレーム送信手段が、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔmの中から、最も早く有効期限が切れるものを選択し、この選択した有効期限Ｔmに対応する秘密鍵Ｋmを用いてメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を生成するようにしてもよい。
【００８９】
このように構成された無線通信装置では、メッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を含む第２通常フレームを受信した後に、メッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を検証するための秘密鍵Ｋmを最も早く取得することができ、これにより、最も早くメッセージの完全性を検証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】無線通信システム１の構成及び動作の概要を示す説明図である。
【図２】路側機２，３が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
【図３】車載器４が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
【図４】センター通信局５が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
【図５】第１実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図６】車載機フレーム検証処理を示すフローチャートである。
【図７】キーチェイン送信処理を示すフローチャートである。
【図８】路側機２，３によるフレーム送信の方法と車載器４による完全性検証の方法を説明する図である。
【図９】路側機送信周期情報の構成、及び無線通信システム１のフレーム送信処理を示す図である。
【図１０】第２実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態の無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。
【図１２】第２実施形態の路側機２，３によるフレーム送信の方法を説明する図である。
【図１３】第３実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図１４】第４実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図１５】第５実施形態の最小フレーム送信間隔送信処理を示すフローチャートである。
【図１６】第５実施形態のキーチェイン送信処理を示すフローチャートである。
【図１７】第５実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図１８】第５実施形態の有効期限付キーチェインの構成を示す説明図である。
【図１９】第５実施形態の無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。
【図２０】別の実施形態の路側機Ａ，Ｂ，Ｃによるフレーム送信の方法を説明する図である。
【図２１】有効期限付キーチェインの構成を示す説明図である。
【図２２】ＴＥＳＬＡの処理を説明する図である。
【図２３】Immediate Authenticationの処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００９１】
（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態を図面とともに説明する。
図１は、無線通信システム１の構成及び動作の概要を示す説明図である。
【００９２】
本実施形態の無線通信システム１は、図１に示すように、自動車の走行路付近に分散して設置される路側機２，３と、自動車に搭載されて路側機や他の車両との間で無線通信を行う車載器４と、路側機２，３と有線ネットワークＮＷを介して接続されたセンター通信局５とから構成されている。
【００９３】
路側機２，３は、道路交差点に設置される交通信号機１１の近傍に設置されている。さらに路側機２，３の近傍には、車両の接近を検出する車両センサ１２と、ＧＰＳ（Global Positioning System）用の人工衛星からの電波をＧＰＳアンテナ（不図示）を介して受信するＧＰＳ受信機１３とが設置される。そして路側機２，３はそれぞれ、交通信号機１１、車両センサ１２、及びＧＰＳ受信機１３に接続され、これらから出力される信号が入力される。
【００９４】
路側機２，３は、交通情報等の各種情報を周囲の自動車に定期的に送信する定期送信機能を有する。また車載器４は、自動車に搭載された車載制御装置からの送信要求を受けて、自車両の状態等を路側機や他の車両に送信するランダム送信機能を有する。
【００９５】
また、路側機２，３の定期送信の周期は予め決められており（本実施形態では１００ｍｓ）、路側機２，３にはそれぞれ、定期送信期間内のどのタイミングで定期送信を行うかが割り当てられている。
【００９６】
図２は、路側機２，３が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
路側機２（３）は、図２に示すように、有線受信部２１、時刻同期部２２、有線送信部２３、メッセージ生成部２４、認証情報追加部２５、認証処理部２６、及び無線送信部２７を備える。
【００９７】
これらのうち有線受信部２１は、ＧＰＳ受信機１３またはセンター通信局５から受信した時刻同期情報を時刻同期部２２に送信する。また、センター通信局５から有効期限付キーチェイン、鍵周期Ｔｋを示す鍵周期情報、路側機の定期送信周期を示す路側機送信周期情報を受信し、メッセージ生成部２４に送信する。ここで、路側機送信周期情報は、図９（ａ）に示すように、路側機２，３の送信周期と、路側機２，３の送信タイミングである基準タイミングオフセットとから構成される。
【００９８】
また有線受信部２１は、交通信号機１１から信号サイクル情報を受信し、メッセージ生成部２４に送信する。また，車両センサ１２から位置情報と車両存在情報を含む車両センサ情報を受信し、メッセージ生成部２４に送信する。また、路側機３（２）から送信予定メッセージを受信し、メッセージ生成部２４に送信予定メッセージを送信する。
【００９９】
また時刻同期部２２は、有線受信部２１から時刻同期情報を受信し、路側機２（３）の時刻を補正する。なお、センター通信局５と路側機２（３）との間でＮＴＰ(Network Time Protocol)などを用いて送受信を繰り返すことにより時刻を補正してもよい。この場合には、時刻同期部２２が、時刻同期に必要な情報を有線送信部２３に送信する。
【０１００】
また有線送信部２３は、時刻同期部２２から時刻同期情報を受信し、センター通信局５に送信する。
またメッセージ生成部２４は、あらかじめ設定されていた道路線形情報に信号サイクル情報および車両センサ情報を追加して送信メッセージを生成し、生成した送信メッセージを認証情報追加部２５に送信する。また、有効期限付キーチェインと鍵周期情報と路側機送信周期情報を受信し、これらを認証情報追加部２５に送信する。また、有線受信部２１から送信予定メッセージを受信し、この送信予定メッセージを認証情報追加部２５に送信する。
【０１０１】
また認証情報追加部２５は、有効期限付キーチェインと鍵周期情報と路側機送信周期情報を受信し、認証処理部２６に送信する。また、メッセージ生成部２４から送信メッセージを受信し、この送信メッセージを認証処理部２６に送信するとともに、認証処理部２６からアンカーフレームまたは通常フレームを受信する。そして、アンカーフレームまたは通常フレームを受信すると、このアンカーフレームまたは通常フレームを無線送信部２７に送信する。また、メッセージ生成部２４から送信予定メッセージを受信し、この送信予定メッセージを認証処理部２６に送信する。
【０１０２】
また認証処理部２６は、認証情報追加部２５から有効期限付チェインと鍵周期情報と路側機送信周期情報を受信し、これらを保持する。また、認証情報追加部２５から送信予定メッセージを受信し、これを保持する。また、認証情報追加部２５から送信メッセージを受信すると、これを保持する。このとき、既に送信予定メッセージもしくは他の送信メッセージが保持されていた場合には、アンカーフレームを送信するか通常フレームを送信するかを判定し（現在時刻が、有効期限付キーチェインの鍵Ｋ0の有効期間内の場合はアンカーフレーム、それ以外の場合は通常フレーム）、その判定結果に従ってアンカーフレームまたは通常フレームを生成し、生成したフレームを認証情報追加部２５に送信する。
【０１０３】
また無線送信部２７は、認証情報追加部２５からアンカーフレームまたは通常フレームを受信し、このフレームを無線で送信する。
なお路側機２，３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、上記の有線受信部２１、時刻同期部２２、有線送信部２３、メッセージ生成部２４、認証情報追加部２５、認証処理部２６、及び無線送信部２７に相当する処理を実行する。
【０１０４】
図３は、車載器４が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
車載器４は、図３に示すように、有線受信部４１、時刻同期部４２、無線受信部４３、メッセージ検証部４４、認証処理部４５、及び有線送信部４６を備える。
【０１０５】
これらのうち有線受信部４１は、自動車に搭載されたＧＰＳ受信機４８または車載制御装置４９から時刻同期情報を受信し、この時刻同期情報を時刻同期部４２に送信する。
また時刻同期部４２は、有線受信部４１から時刻同期情報を受信し、車載器４の時刻を補正する。これにより、車載器４の時刻がＧＰＳ受信機４８または車載制御装置４９と同期する。
【０１０６】
また無線受信部４３は、アンカーフレームまたは通常フレームを無線通信で受信し、受信したフレームをメッセージ検証部４４に送信する。
またメッセージ検証部４４は、無線受信部４３から受信したアンカーフレームまたは通常フレームを認証処理部４５に送信する。また、認証処理部４５からメッセージを受信し、このメッセージを有線送信部４６に送信する。
【０１０７】
また認証処理部４５は、アンカーフレームまたは通常フレームの完全性を検証し、電子署名もしくはメッセージ認証子（ＭＡＣ）を受理すると、メッセージを取り出して、メッセージ検証部４４に送信する。一方、電子署名またはＭＡＣを棄却すると、フレームを廃棄する。ここで、電子署名アルゴリズムは、ＲＳＡ署名やＥＣＤＳＡ署名など公開鍵暗号による電子署名である。また、ＭＡＣは、ＨＭＡＣやＮＭＡＣなどハッシュ関数ベースのメッセージ認証子でもよいし、Ｗｅｇｍａｎ−Ｃａｒｔｅｒ二分木構造を利用したＭＡＣＨなどのメッセージ認証子でもよいし、ブロック暗号を利用したＯＭＡＣ，ＣＢＣ−ＭＡＣ，ＰＭＡＣなどのメッセージ認証子でもよい。
【０１０８】
また有線送信部４６は、メッセージ検証部４４から受信したメッセージを車載制御装置４９に送信する。
また車載制御装置４９は、有線送信部４６から受信したメッセージに基づき、交通信号機１１の信号サイクル情報や他車両の存在情報を運転者に通知する。これにより、燃費改善や事故防止を運転者に促す。
【０１０９】
なお車載器４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、上記の有線受信部４１、時刻同期部４２、無線受信部４３、メッセージ検証部４４、認証処理部４５、及び有線送信部４６に相当する処理を実行する。
【０１１０】
図４は、センター通信局５が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
センター通信局５は、図４に示すように、キーチェイン生成部５１及び認証情報制御部５２を備える。
【０１１１】
これらのうちキーチェイン生成部５１は、認証情報制御部５２から有効期限付キーチェイン生成命令を受信し、予め設定されたキーチェイン長さｎ及び鍵周期Ｔｋを用いて、キーチェイン送信処理（後述）のＳ４１０〜Ｓ４６０に示す手順（図７を参照）で有効期限付キーチェインを生成し、生成した有効期限付キーチェインを認証情報制御部５２に送信する。なお、キーチェイン長さｎ及び鍵周期Ｔｋは、センター通信局５内で予め設定されており、所定の更新プログラムまたはキーボード等の外部入力によりキーチェイン長さｎ及び鍵周期Ｔｋを更新することができる。
【０１１２】
また認証情報制御部５２は、予め設定された命令送信時間が経過する毎に有効期限付キーチェイン生成命令をキーチェイン生成部５１に送信する。そして、キーチェイン生成部５１から有効期限付キーチェインを受信すると、有効期限付キーチェインと鍵周期情報と路側機送信周期情報を路側機２，３に送信する。なお、路側機送信周期情報は、センター通信局５内で予め設定されており、所定の更新プログラムまたはキーボード等の外部入力により路側機送信周期情報を更新することができる。
【０１１３】
なおセンター通信局５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、上記のキーチェイン生成部５１及び認証情報制御部５２に相当する処理を実行する。
【０１１４】
このように構成された無線通信システム１において、路側機２，３は、送信フレームを生成して送信する路側機フレーム送信処理を実行し、車載器４は、受信フレームを検証する車載機フレーム検証処理を実行し、センター通信局５は、有効期限付キーチェインを生成して送信するキーチェイン送信処理を実行する。
【０１１５】
図５は路側機フレーム送信処理を示すフローチャート、図６は車載機フレーム検証処理を示すフローチャート、図７はキーチェイン送信処理を示すフローチャートである。図８は、路側機２，３によるフレーム送信の方法と車載器４による完全性検証の方法を説明する図である。図９（ａ）は路側機送信周期情報の構成を示す図、図９（ｂ）は無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。
【０１１６】
次に、路側機２（３）が実行する路側機フレーム送信処理の手順を図５を用いて説明する。この路側機フレーム送信処理は、路側機２（３）のＣＰＵが起動している間に繰り返し実行される処理である。
【０１１７】
この路側機フレーム送信処理が実行されると、路側機２（３）は、まずＳ１０にて、他の路側機、すなわち路側機３（２）から、路側機３（２）が次回送信するメッセージ（以下、他機送信予定メッセージＰＭという）を有線ネットワークＮＷを介して受信する。その後Ｓ２０にて、自身の路側機、すなわち路側機２（３）が今回送信するメッセージ（以下、自機送信メッセージＭという）を生成する。この自機送信メッセージＭには、交通信号機１１から取得した信号サイクル情報と、車両センサ１２から取得した車両存在情報が含まれている。
【０１１８】
そしてＳ３０にて、Ｓ１０で受信した他路側機送信予定メッセージＰＭのハッシュ関数Ｈａｓｈによる写像の像Ｈａｓｈ（ＰＭ）を算出する。さらにＳ４０にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。
【０１１９】
そして、送信タイミングが到来するとＳ５０にて、今回送信する送信フレームがアンカーフレームであるか否かを判断する。具体的には、センター通信局５から予め受信している有効期限付キーチェインに基づいて、有効期限内に現在時刻を含んでいる秘密鍵が初期鍵Ｋ0である場合には、アンカーフレームであると判断する。
【０１２０】
ここで、送信フレームがアンカーフレームである場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、Ｓ６０にて、アンカーフレームであるか否かを示すフレーム識別情報ＩＤａを１に設定し、このフレーム識別情報ＩＤａと、自機送信メッセージＭと、ハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）と、初期鍵Ｋ0と、秘密鍵Ｋ1の有効期限Ｔ0と、鍵周期Ｔkの６つのデータをデータＤ1とする。さらに、このデータＤ1に対する電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を生成する。
【０１２１】
そしてＳ７０にて、データＤ1と電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）との検証で使用する公開鍵の電子証明書Ｃｅｒｔと、データＤ1と電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）とで構成されるアンカーフレームを生成する（図８のアンカーフレームＡＰ1を参照）。その後Ｓ８０にて、Ｓ７０で生成されたアンカーフレームを無線送信し、Ｓ１３０に移行する。
【０１２２】
一方Ｓ６０にて、送信フレームがアンカーフレームでない場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、送信フレームが通常フレームであると判断し、Ｓ９０にて、センター通信局５から予め受信している有効期限付キーチェインから、有効期限内に現在時刻を含んでいる秘密鍵Ｋiを抽出する。次にＳ１００にて、秘密鍵Ｋiを用いて、自機送信メッセージＭとハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）に対するメッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍ，Ｈａｓｈ（ＰＭ））を生成する。このメッセージ認証子生成アルゴリズムは、ＨＭＡＣやＮＭＡＣなどハッシュ関数ベースのメッセージ認証子でもよいし、Ｗｅｇｍａｎ−Ｃａｒｔｅｒ二分木構造を利用したＭＡＣＨなどのメッセージ認証子でもよいし、ブロック暗号を利用したＯＭＡＣ，ＣＢＣ−ＭＡＣ，ＰＭＡＣなどのメッセージ認証子でもよい。
【０１２３】
さらにＳ１１０にて、アンカーフレームであるか否かを示すフレーム識別情報ＩＤａを０に設定し、このフレーム識別情報ＩＤａと、自機送信メッセージＭと、ハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）と、メッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍ，Ｈａｓｈ（ＰＭ））と、秘密鍵Ｋiより１つ前に有効期限が切れた秘密鍵Ｋi-1とで構成される通常フレームを生成する（図８の通常フレームＮＰ2，ＮＰ3を参照）。その後Ｓ１２０にて、Ｓ１１０で生成された通常フレームを無線送信し、Ｓ１３０に移行する。
【０１２４】
そしてＳ１３０に移行すると、自身の路側機、すなわち路側機２（３）が次回送信するメッセージを生成し、このメッセージを、他の路側機、すなわち路側機３（２）に送信し、路側機フレーム送信処理を一旦終了する。
【０１２５】
このように構成された路側機２，３では、例えば以下に示すようにしてフレーム送信を行う。
図９（ｂ）に示すように、路側機２，３は、まず、センター通信局５から、有効期限付キーチェイン、鍵周期Ｔｋを示す鍵周期情報、路側機の定期送信周期を示す路側機送信周期情報を受信する（矢印Ｙ１１，Ｙ１２を参照）。
【０１２６】
次に路側機３は、路側機３が次回送信するメッセージ（図９（ｂ）のメッセージＭ2）を有線ネットワークＮＷを介して路側機２に送信する（矢印Ｙ１３を参照）。
そして、路側機３からメッセージＭ2を受信した路側機２は、路側機２が今回送信するメッセージＭ1と、メッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）を含むアンカーフレームＡＰ1（図８を参照）を無線送信する（矢印Ｙ１４を参照）。
【０１２７】
その後、路側機２は、路側機２が次回送信するメッセージ（図９（ｂ）のメッセージＭ3）を有線ネットワークＮＷを介して路側機３に送信する（矢印Ｙ１５を参照）。
そして、路側機２からメッセージＭ3を受信した路側機３は、路側機３が今回送信するメッセージＭ2と、メッセージＭ3のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ3）を含む通常フレームＮＰ2（図８を参照）を無線送信する（矢印Ｙ１６を参照）。
【０１２８】
その後、路側機３は、路側機３が次回送信するメッセージ（図９（ｂ）のメッセージＭ4）を有線ネットワークＮＷを介して路側機２に送信する（矢印Ｙ１７を参照）。
そして、路側機３からメッセージＭ4を受信した路側機２は、路側機２が今回送信するメッセージＭ3と、メッセージＭ4のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ4）を含む通常フレームＮＰ3（図８を参照）を無線送信する（矢印Ｙ１８を参照）。
【０１２９】
次に、車載器４が実行する車載機フレーム検証処理の手順を、図６を用いて説明する。この車載機フレーム検証処理は、車載器４のＣＰＵが起動している間に繰り返し実行される処理である。
【０１３０】
この車載機フレーム検証処理が実行されると、車載器４は、まずＳ２１０にて、路側機２，３から送信されるフレームを受信する。そしてＳ２２０にて、Ｓ２１０で受信したフレーム（以下、受信フレームという）がアンカーフレームであるか否かを判断する。具体的には、受信フレームのフレーム識別情報ＩＤａが１である場合にアンカーフレーム、フレーム識別情報ＩＤａが０である場合に通常フレームであると判断する。
【０１３１】
ここで、受信フレームがアンカーフレームである場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、Ｓ２３０にて、電子署名の検証を行う。例えば、図８に示すアンカーフレームＡＰ1を受信した場合には、電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を検証する。
【０１３２】
そしてＳ２４０にて、Ｓ２３０での電子署名の検証の結果に基づいて、電子署名を受理できるか否かを判断する。ここで、電子署名を受理できない場合には（Ｓ２４０：ＮＯ）、Ｓ２５０にて、受信フレームを廃棄して、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。
【０１３３】
一方、電子署名を受理できる場合には（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、Ｓ２６０にて、認証情報を更新する。具体的には、アンカーフレームに含まれている次メッセージのハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）、初期鍵Ｋ0、秘密鍵Ｋ1の有効期限Ｔ0、鍵周期Ｔkを更新して保存する。例えば、図８に示すアンカーフレームＡＰ1を受信した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍ2）、初期鍵Ｋ0、秘密鍵Ｋ1の有効期限Ｔ0、鍵周期Ｔkを保存する。
【０１３４】
そしてＳ２７０にて、アンカーフレームに含まれているメッセージを受信する処理を行い、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。具体的には、アンカーフレームに含まれている自機送信メッセージＭを車載制御装置４９に送信する。例えば、図８に示すアンカーフレームＡＰ1を受信した場合には、メッセージＭ1を送信する。
【０１３５】
一方Ｓ２２０にて、受信フレームがアンカーフレームでない場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、受信フレームが通常フレームであると判断し、Ｓ２８０にて、アンカーフレームを既に受信しているか否かを判断する。ここで、アンカーフレームを受信していない場合には（Ｓ２８０：ＮＯ）、Ｓ２９０にて、受信フレームを廃棄して、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。
【０１３６】
一方、アンカーフレームを既に受信している場合には（Ｓ２８０：ＹＥＳ）、Ｓ３００にて、メッセージの検証を行う。具体的には、まず、受信した通常フレームに含まれている秘密鍵の完全性を検証する。そして、この秘密鍵の完全性が検証された場合に、前回受信したフレームに含まれていたハッシュ値を用いて、今回受信した通常フレームに含まれているメッセージの完全性を検証する。
【０１３７】
例えば、図８に示す通常フレームＮＰ2を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋ1の完全性を検証する。具体的には、通常フレームＮＰ2の受信時刻Ｔr2と有効期限Ｔ0と鍵周期Ｔkとから一方向性関数Ｆの写像回数Ｎmを下式（４）で算出し、秘密鍵Ｋ1を一方向性関数ＦでＮm回写像して得られる像Ｆ(Nm)（Ｋ1）が初期鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【０１３８】
Ｎm ＝ ｛（Ｔr2−Ｔ0）／Ｔk｝ ・・・（４）
なお、一方向性関数Ｆとして、例えばハッシュ関数、離散対数問題を活用した一方向性関数、素因数分解を活用した一方向性関数などを利用することができる。また、上記のハッシュ関数として、例えばＳＨＡ−２５６，ＳＨＡ−３８４，ＳＨＡ−５１２を利用することができ、本実施形態のシード鍵Ｋnが例えば２５６ｂｉｔのデータである場合には一方向性関数ＦとしてＳＨＡ−２５６を利用することができる。
【０１３９】
そして、像Ｆ(Nm)（Ｋ1）が初期鍵Ｋ0と一致しない場合には、秘密鍵Ｋ1を棄却して、通常フレームＮＰ2を廃棄する。一方、像Ｆ(Nm)（Ｋ1）が初期鍵Ｋ0と一致する場合には、秘密鍵Ｋ1を受理し、アンカーフレームＡＰ1に含まれていたＨａｓｈ（Ｍ2）を用いて、通常フレームＮＰ2に含まれているメッセージＭ2の完全性を検証する（図８の矢印Ｙ１を参照）。具体的には、通常フレームＮＰ2に含まれているメッセージＭ2をハッシュ関数Ｈａｓｈで写像した像Ｈａｓｈ（Ｍ2）を算出し、これが、アンカーフレームＡＰ1に含まれていたＨａｓｈ（Ｍ2）と一致するか否かを判断する。ここで、Ｈａｓｈ（Ｍ2）が一致しない場合には、検証を棄却し、Ｈａｓｈ（Ｍ2）が一致する場合には、検証を受理する。
【０１４０】
また、図８に示す通常フレームＮＰ3を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋ2の完全性を検証する。具体的には、通常フレームＮＰ3の受信時刻Ｔr3と有効期限Ｔ0と鍵周期Ｔkとから一方向性関数Ｆの写像回数Ｎmを下式（５）で算出し、秘密鍵Ｋ2を一方向性関数ＦでＮm回写像して得られる像Ｆ(Nm)（Ｋ2）が初期鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【０１４１】
Ｎm ＝ ｛（Ｔr3−Ｔ0）／Ｔk｝ ・・・（５）
なお、通常フレームＮＰ2の受信時刻Ｔr2と通常フレームＮＰ3の受信時刻Ｔr3と鍵周期Ｔkとから一方向性関数Ｆの写像回数Ｎmを下式（６）で算出し、秘密鍵Ｋ2を一方向性関数ＦでＮm回写像して得られる像Ｆ(Nm)（Ｋ2）が秘密鍵Ｋ1と一致するか否かを判断するようにしてもよい。この場合には、秘密鍵Ｋ2を一方向性関数Ｆで写像する回数が、初期鍵Ｋ0と一致するまで一方向性関数Ｆで写像する回数よりも少なくなるため、Ｓ３００の処理で行う計算量を低減することができる。
【０１４２】
Ｎm ＝ ｛（Ｔr3−Ｔr2）／Ｔk｝ ・・・（６）
そして、像Ｆ(Nm)（Ｋ2）が初期鍵Ｋ0と一致しない場合には、秘密鍵Ｋ2を棄却して、通常フレームＮＰ3を廃棄する。一方、像Ｆ(Nm)（Ｋ2）が初期鍵Ｋ0と一致する場合には、秘密鍵Ｋ2を受理し、秘密鍵Ｋ2を用いて、前回受信した通常フレームＮＰ2に含まれていたＨａｓｈ（Ｍ3）の完全性を検証する。具体的には、秘密鍵Ｋ2を用いて、通常フレームＮＰ2に含まれていたメッセージ認証子ＭＡＣk2（Ｍ2，Ｈａｓｈ（Ｍ3））を検証する（図８の矢印Ｙ２を参照）。そして、この検証を棄却した場合には、通常フレームＮＰ3を廃棄する。一方、この検証を受理した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍ3）を用いて、通常フレームＮＰ3に含まれているメッセージＭ3の完全性を検証する（図８の矢印Ｙ３を参照）。
【０１４３】
次にＳ３１０にて、Ｓ３００でのメッセージの検証の結果に基づいて、メッセージを受理できるか否かを判断する。ここで、メッセージを受理できない場合には（Ｓ３１０：ＮＯ）、Ｓ２９０にて、受信フレームを廃棄して、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。
【０１４４】
一方、メッセージを受理できる場合には（Ｓ２９０：ＹＥＳ）、Ｓ３２０にて、認証情報を更新する。具体的には、通常フレームに含まれている次メッセージのハッシュ値、メッセージ認証子と、秘密鍵を更新して保存する。例えば、図８に示す通常フレームＮＰ3を受信した場合には、ハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ4）、メッセージ認証子ＭＡＣk3（Ｍ3，Ｈａｓｈ（Ｍ4））、及び秘密鍵Ｋ2を保存する。
【０１４５】
そしてＳ３３０にて、通常フレームに含まれているメッセージを受信する処理を行い、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。具体的には、通常フレームに含まれている自機送信メッセージＭを車載制御装置４９に送信する。例えば、図８に示す通常フレームＮＰ3を受信した場合には、メッセージＭ3を送信する。
【０１４６】
次に、センター通信局５が実行するキーチェイン送信処理の手順を、図７を用いて説明する。このキーチェイン送信処理は、センター通信局５のＣＰＵが起動している間に繰り返し実行される処理である。
【０１４７】
このキーチェイン送信処理が実行されると、センター通信局５は、まずＳ４１０にて、乱数を生成して、生成した乱数の値を秘密鍵Ｋnとする（ｎは正の整数）。そしてＳ４２０にて、予め設けられた秘密鍵指示値ｉをｎに設定する。さらにＳ４３０にて、秘密鍵指示値ｉが０より大きいか否かを判断する。
【０１４８】
ここで、ｉが０に等しい場合には（Ｓ４３０：ＮＯ）、Ｓ４６０に移行する。一方、秘密鍵指示値ｉが０より大きい場合には（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、Ｓ４４０にて、秘密鍵Ｋiに一方向性関数Ｆを適用し、秘密鍵Ｋi-1を生成する。そしてＳ４５０にて、秘密鍵指示値ｉをデクリメント（１減算）して、Ｓ４３０に移行し、上述の処理を繰り返す。
【０１４９】
そしてＳ４６０に移行すると、上述の処理で生成された秘密鍵Ｋ0〜Ｋnの有効期間ΔＴ0〜Ｔnを、下式（４）に示すように設定する。ここで、Ｔ0は秘密鍵Ｋ1の有効期限である。またＴkは、予め設定された鍵周期である。
【０１５０】
【数４】
【０１５１】
なお、有効期間ΔＴ0〜Ｔnがそれぞれ設定された秘密鍵Ｋ0〜Ｋnの集合を有効期限付キーチェインという。
その後Ｓ４７０にて、現在時刻が、有効期限付キーチェインを送信するために予め設定された時刻（以下、キーチェイン送信時刻という）であるか否かを判断する。なお、キーチェイン送信時刻は、前回送信した有効期限付キーチェインを構成する全て秘密鍵Ｋ0〜Ｋnにおいて有効期間が経過する前となるように予め設定されており、例えば、秘密鍵Ｋn-1の有効期限をキーチェイン送信時刻に設定する。但し、センター通信局５のＣＰＵが起動して最初の有効期限付キーチェインの送信の場合には、有効期限付キーチェインが生成された直後の時刻をキーチェイン送信時刻に設定する。
【０１５２】
ここで、現在時刻がキーチェイン送信時刻でない場合には（Ｓ４７０：ＮＯ）、Ｓ４７０の処理を繰り返し、現在時刻がキーチェイン送信時刻となるまで待機する。一方、現在時刻がキーチェイン送信時刻である場合には（Ｓ４７０：ＹＥＳ）、Ｓ４８０にて、Ｓ４６０の処理で生成された有効期限付キーチェインを有線ネットワークＮＷを介して路側機２，３に送信するとともに、Ｓ４９０にて、図９（ａ）に示すように路側機２，３の送信周期と、路側機２，３の送信タイミングである基準タイミングオフセットとから構成される路側機送信周期情報、及び鍵周期情報を有線ネットワークＮＷを介して路側機２，３に送信し、キーチェイン送信処理を一旦終了する。
【０１５３】
このように構成された無線通信システム１の路側機２，３は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を定期送信期間が到来する毎に、メッセージＭ1，メッセージＭ2，・・・，メッセージＭn-1，メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、時刻同期部２２において路側機２，３間で時刻同期するように構成されている。
【０１５４】
そして、路側機２，３では、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される有効期限付キーチェインを、認証処理部２６において保持する。
【０１５５】
また、送信するメッセージＭ1と、メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、秘密鍵Ｋ0と、有効期間ΔＴ1の有効期限Ｔ0と、鍵周期ＴkをデータＤ1として、データＤ1と、データＤ1に対する電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）と、電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書Ｃｅｒｔとから構成される送信フレームであるアンカーフレームＡＰ1を無線送信する（Ｓ６０〜Ｓ８０）。
【０１５６】
さらに、アンカーフレームＡＰ1が送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、現在時刻が有効期間ΔＴj内に含まれている秘密鍵Ｋjを用いて生成された、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである通常フレームを、定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する（Ｓ９０〜Ｓ１２０）。
【０１５７】
また、無線通信システム１の車載器４は、アンカーフレームＡＰ1を受信した場合に、アンカーフレームＡＰ1に含まれる電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を、アンカーフレームＡＰ1に含まれる電子証明書Ｃｅｒｔを用いて検証し（Ｓ２３０）、この検証結果に基づいて、電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を受理した場合に、アンカーフレームＡＰ1に含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0と鍵周期Ｔkを保存する（Ｓ２６０）。
【０１５８】
さらに、通常フレームを受信した場合に、通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋj-1と、秘密鍵Ｋj-2または秘密鍵Ｋ0とを用いて、秘密鍵Ｋj-1の完全性を検証し、この検証結果に基づいて、秘密鍵Ｋj-1を受理した場合に、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した通常フレームに含まれるメッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を検証する。そして、この検証結果に基づいて、メッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を受理した場合に、前回受信した送信フレームに含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj）を用いて、今回受信した通常フレームに含まれるメッセージＭjを検証する（Ｓ３００）。
【０１５９】
したがって、この無線通信システム１の車載器４が、アンカーフレームＡＰ1を受信すると、まず、アンカーフレームＡＰ1に含まれている電子証明書Ｃｅｒｔを用いて、アンカーフレームＡＰ1に含まれている電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）の検証を行う。電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）の検証の結果に基づいて、電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を受理できる場合には、アンカーフレームＡＰ1に含まれているメッセージＭ1とハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0と鍵周期Ｔkを保存する（Ｓ２３０〜Ｓ２７０）。
【０１６０】
その後、車載器４が、通常フレームを受信すると、まず、受信した通常フレームに含まれている秘密鍵Ｋj-1の完全性を検証する。例えば、受信した通常フレームに含まれている秘密鍵Ｋj-1を一方向性関数Ｆで適切な回数写像して得られる像が、秘密鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【０１６１】
そして、この秘密鍵Ｋj-1の完全性が検証された場合に、前回受信したフレームに含まれていたハッシュ値を用いて、今回受信した通常フレームに含まれているメッセージの完全性を検証する。具体的には、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）とメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と秘密鍵Ｋj-1とから構成される通常フレーム（以下、通常フレームＮＰiともいう）を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した通常フレームＮＰj-1に含まれていたメッセージ認証子ＭＡＣj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍi））を検証する。この検証を受理した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍi）を用いて、通常フレームＮＰiに含まれているメッセージＭiの完全性を検証する。
【０１６２】
したがって、車載器４において、アンカーフレームを１回受信して電子署名の検証を行えば、その後のｎ−１回の通常フレームの受信では、計算量が小さい秘密鍵検証を行うことにより、計算量が大きい電子署名検証が不要となる。これにより、メッセージ認証全体に要する計算量を低減することができる。
【０１６３】
そして、無線通信システム１では、センター通信局５から有効期限付キーチェインを送信することにより、路側機２，３に有効期限付キーチェインを共有させる（Ｓ４８０）。すなわち、この無線通信システム１を構成する路側機２，３は、同じ秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを用いてアンカーフレーム及び通常フレームを送信することができる。
【０１６４】
このため、この無線通信システム１を構成する路側機２，３のうち或る１つの路側機から送信されたアンカーフレームを受信すれば、このアンカーフレームに含まれる秘密鍵Ｋ0を用いて、他の路側機から受信した通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの検証を行うことができる。
【０１６５】
これにより、車載器４の移動に伴いデータ受信可能な路側機が変化する毎に、データ受信可能な路側機からアンカーフレームを受信して電子署名検証を実行する必要がなくなる。このため、車載器４において、計算量が大きい電子署名検証の回数を低減することができ、車載器４の検証負荷を低減することができる。
【０１６６】
また路側機２（３）は、送信予定メッセージＰＭを送信フレームに含めて送信する前に、送信予定メッセージＰＭを、無線通信システム１が備える他の路側機３（２）に送信し（Ｓ１３０）、他の路側機３（２）から送信予定メッセージＰＭを受信すると（Ｓ１０）、送信予定メッセージＰＭのハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）を、路側機２（３）が送信する送信フレームに含まれるハッシュ値とする（Ｓ３０，Ｓ７０、Ｓ１１０）。
【０１６７】
これにより路側機２（３）は、他の路側機３（２）の送信予定メッセージのハッシュ値を送信フレームに含めて送信することができる。
このため、無線通信システム１の車載器４は、或る路側機２（３）から送信フレームを受信すると、このフレームには、他の路側機３（２）の送信予定メッセージＰＭのハッシュ値が含まれている。そして、この後に、上記他の路側機３（２）から、上記送信予定メッセージＰＭに相当するメッセージが含まれた送信フレームを受信すると、この送信フレームＰＭに含まれるメッセージの完全性を、上記或る路側機２（３）から受信したフレームに含まれる送信予定メッセージＰＭのハッシュ値を用いて検証することができる。
【０１６８】
すなわち、無線通信システム１の車載器４は、同一の路側機からだけではなく、異なる路側機からの連続した２つのフレームを受信することによっても、メッセージの完全性を検証することができる。
【０１６９】
そして、この無線通信システム１は、一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する路側機２，３で構成されているため、同一の路側機から連続した２つのフレームを受信するのに要する時間よりも、異なる路側機からの連続した２つのフレームを受信するのに要する時間の方を短くすることができる。すなわち、同一の路側機から連続した２つのフレームを受信する場合よりも、送信予定メッセージＰＭのハッシュ値を受信してから送信予定メッセージＰＭの完全性の検証を行うまでの時間が短くなり、短い遅延時間でメッセージの完全性を検証することができる。
【０１７０】
またセンター通信局５は、乱数を生成し（Ｓ４１０）、生成された乱数の値を秘密鍵Ｋnとし、さらに、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋnを写像した像を秘密鍵Ｋn-1として（ｎは自然数）、秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される有効期限付キーチェインを生成し（Ｓ４２０〜Ｓ４６０）、生成された有効期限付キーチェインをネットワークＮＷを介して路側機２，３に送信する（Ｓ４８０）。
【０１７１】
これにより、路側機２，３自身で有効期限付キーチェインを生成する手段が不要となるため、路側機２，３の構成を簡略化することができる。さらに、万が一、有効期限付キーチェインが漏洩した場合に、センター通信局５が新たに有効期限付キーチェインを配信することにより、有効期限付キーチェインの漏洩による被害を最小限に抑えることができる。
【０１７２】
また、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、アンカーフレームＡＰ1に含まれている。
これにより、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、秘密鍵列と鍵周期Ｔkを変更することができる。すなわち、単位時間当たりの送信フレーム数が少ない場合には、鍵周期Ｔkを長く設定することで、路側機２，３において、通常フレームに含まれている秘密鍵を一方向性関数Ｆで写像して秘密鍵Ｋ0と一致させるまでの写像回数を低減することができる。すなわち、車載器４において、秘密鍵Ｋ0の有効期間ΔＴ0と秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴiとの差と、鍵周期Ｔkとに基づいて写像回数を算出し、一方向性関数Ｆでこの写像回数分写像するため、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、適切な計算量でメッセージの完全性を検証させることができる。
【０１７３】
また車載器４は、アンカーフレームＡＰ1を受信する前に通常フレームを受信した場合に、通常フレームを廃棄する（Ｓ２９０）。これにより、通常フレームに含まれる秘密鍵の完全性を検証できない状況で、受信した通常フレームを記憶するという不要な処理を省略することができ、車載器４の処理負荷を低減することができる。
【０１７４】
またセンター通信局５は、有効期限付キーチェインを構成する全て秘密鍵において有効期間が経過する前に、新たに生成された有効期限付キーチェインを送信する（Ｓ４７０〜Ｓ４８０）。これにより、全て秘密鍵において有効期間が経過する前に、路側機２，３に有効期限付キーチェインが送信されるため、路側機２，３側で、有効期間内の秘密鍵がないためにフレームを送信することができないという状況の発生を抑制することができる。また、路側機２，３において、有効期限付キーチェインを新たに必要としているか否かを判断する必要がないため、路側機２，３の構成を簡略化することができる。
【０１７５】
またセンター通信局５は、路側機２，３の送信周期と基準タイミングオフセットとから構成される路側機送信周期情報を送信する（Ｓ４９０）。これにより、路側機２，３のそれぞれが、他の路側機の送信タイミングを示す情報を取得することができる。このため、無線通信システム１が路側機２，３の他にも路側機を備えている場合において、送信予定メッセージを他の路側機に送信するときに、自機の次にフレームを送信する路側機を特定して、この特定した路側機のみに送信予定メッセージを送信することができる。このため、無線通信システム１が備える複数の路側機の全てに送信予定メッセージを送信する場合と比較して、通信帯域を有効利用することができる。
【０１７６】
またセンター通信局５は、鍵周期情報を送信する（Ｓ４９０）。これにより、路側機２，３において、有効期限付キーチェインの秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し設定されている有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnに基づいて、鍵周期Ｔkを算出する必要がなくなり、路側機２，３の処理負荷を低減することができる。
【０１７７】
以上説明した実施形態において、路側機２，３は本発明における無線送信装置、車載器４は本発明における無線受信装置、センター通信局５は本発明におけるデータ通信装置、認証処理部２６は本発明における第１秘密鍵列記憶手段、Ｓ６０〜Ｓ８０の処理は本発明におけるアンカーフレーム送信手段、Ｓ９０〜Ｓ１２０の処理は本発明における第１通常フレーム送信手段、Ｓ４８０の処理と有線受信部２１は本発明における第１鍵列共有手段である。
【０１７８】
また、Ｓ１３０の処理は本発明における予定メッセージ送信手段、Ｓ３０，Ｓ７０、Ｓ１１０の処理は本発明におけるハッシュ値設定手段、有線受信部２１は本発明における第１秘密鍵列取得手段、Ｓ２３０の処理は本発明における電子署名検証手段、Ｓ２６０の処理は本発明における署名受理記憶手段および鍵周期記憶手段、Ｓ３００の処理は本発明における秘密鍵検証手段、メッセージ認証子検証手段、およびメッセージ検証手段、Ｓ２９０の処理は本発明における通常フレーム廃棄手段である。
【０１７９】
また、Ｓ４１０の処理は本発明における乱数生成手段、Ｓ４２０〜Ｓ４６０の処理は本発明における第１秘密鍵列生成手段、Ｓ４８０の処理は本発明における第１秘密鍵列送信手段および第１秘密鍵列配信手段、Ｓ４９０の処理は本発明における送信タイミング送信手段および鍵周期送信手段である。
【０１８０】
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０１８１】
第２実施形態の無線通信システム１は、路側機フレーム送信処理が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
次に、第２実施形態の路側機フレーム送信処理の手順を図１０を用いて説明する。図１０は、第２実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【０１８２】
この路側機フレーム送信処理が実行されると、路側機２（３）は、まずＳ６１０にて、自身の路側機、すなわち路側機２（３）が今回送信するメッセージ（自機送信メッセージＭ）を生成する。
【０１８３】
そしてＳ６２０にて、Ｓ６１０で生成した自機送信メッセージＭを、予め設定された所定分割数ｘ（本実施形態では例えば２）の個数に分割し、メッセージＭ1，メッセージＭ2，・・・，メッセージＭx-1，メッセージＭxを生成する。但し、Ｓ６１０では、メッセージＭ1が、自身の路側機、すなわち路側機２（３）の近傍の道路についての道路線形情報となるように、自機送信メッセージＭが生成されている。
【０１８４】
その後Ｓ６３０にて、予め設けられた送信順指示値ｍを１に設定する。さらにＳ６４０にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。
【０１８５】
そして、送信タイミングが到来するとＳ６５０にて、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しいか否かを判断する。ここで、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しくない場合には（Ｓ６５０：ＮＯ）、Ｓ６６０にて、送信予定メッセージＰＭをメッセージＭm+1に設定してＳ６８０に移行する。一方、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しい場合には（Ｓ６５０：ＹＥＳ）、Ｓ６７０にて、送信予定メッセージＰＭを、他の路側機、すなわち路側機３（２）の近傍の道路についての道路線形情報に設定してＳ６８０に移行する。
【０１８６】
そしてＳ６８０に移行すると、今回送信する送信フレームがアンカーフレームであるか否かを判断する。ここで、送信フレームがアンカーフレームである場合には（Ｓ６８０：ＹＥＳ）、Ｓ６９０にて、自機送信メッセージＭmと、送信予定メッセージＰＭのハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）と、初期鍵Ｋ0と、秘密鍵Ｋ1の有効期限Ｔ0と、鍵周期Ｔkの６つのデータをデータＤ1とする。さらに、このデータＤ1に対する電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を生成する。
【０１８７】
そしてＳ７００にて、データＤ1と電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）との検証で使用する公開鍵の電子証明書Ｃｅｒｔと、データＤ1と電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）とで構成されるアンカーフレームを生成する。その後Ｓ７１０にて、Ｓ７００で生成されたアンカーフレームを無線送信し、Ｓ７６０に移行する。
【０１８８】
一方Ｓ６８０にて、送信フレームがアンカーフレームでない場合には（Ｓ６８０：ＮＯ）、送信フレームが通常フレームであると判断し、Ｓ７２０にて、センター通信局５から予め受信している有効期限付キーチェインから、有効期限内に現在時刻を含んでいる秘密鍵Ｋiを抽出する。次にＳ７３０にて、秘密鍵Ｋiを用いて、自機送信メッセージＭmと、送信予定メッセージＰＭのハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）に対するメッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍm，Ｈａｓｈ（ＰＭ））を生成する。
【０１８９】
さらにＳ７４０にて、アンカーフレームであるか否かを示すフレーム識別情報ＩＤａを０に設定し、このフレーム識別情報ＩＤａと、自機送信メッセージＭmと、ハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）と、メッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍm，Ｈａｓｈ（ＰＭ））と、秘密鍵Ｋiより１つ前に有効期限が切れた秘密鍵Ｋi-1とで構成される通常フレームを生成する。その後Ｓ７５０にて、Ｓ７４０で生成された通常フレームを無線送信し、Ｓ７６０に移行する。
【０１９０】
そしてＳ７６０に移行すると、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しいか否かを判断する。ここで、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しくない場合には（Ｓ７６０：ＮＯ）、Ｓ７７０にて、送信順指示値ｍをインクリメント（１加算）して、Ｓ６５０に移行し、上述の処理を繰り返す。一方、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しい場合には（Ｓ７６０：ＹＥＳ）、路側機フレーム送信処理を一旦終了する。
【０１９１】
このように構成された路側機２，３では、例えば以下に示すようにしてフレーム送信を行う。図１１は、第２実施形態の無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。図１２は、第２実施形態の路側機２，３によるフレーム送信の方法を説明する図である。
【０１９２】
図１１に示すように、路側機２，３は、まず、センター通信局５から、有効期限付キーチェイン、鍵周期Ｔｋを示す鍵周期情報、路側機の定期送信周期を示す路側機送信周期情報を受信する（矢印Ｙ２１，Ｙ２２を参照）。
【０１９３】
そして路側機２は、２つの送信フレームＰrsu2１，Ｐrsu2２を連続して送信する（矢印Ｙ２３，Ｙ２４を参照）。なお、送信フレームＰrsu2１に含まれている自機送信メッセージＭ1は路側機２の道路線形情報である。また送信フレームＰrsu2２に含まれているハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）は、路側機３の道路線形情報のハッシュ値である（図１２の送信フレームＰrsu2１，Ｐrsu2２を参照）。
【０１９４】
その後に路側機３は、２つの送信フレームＰrsu3１，Ｐrsu3２を連続して送信する（矢印Ｙ２５，Ｙ２６を参照）。なお、送信フレームＰrsu3１に含まれている自機送信メッセージＭ1は路側機３の道路線形情報である。また送信フレームＰrsu3２に含まれているハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）は、路側機２の道路線形情報のハッシュ値である（図１２の送信フレームＰrsu3１，Ｐrsu3２を参照）。
【０１９５】
さらに路側機２は、２つの送信フレームＰrsu2３，Ｐrsu2４を連続して送信する（矢印Ｙ２７，Ｙ２８を参照）。なお、送信フレームＰrsu2３に含まれている自機送信メッセージＭ1は路側機２の道路線形情報である。また送信フレームＰrsu2４に含まれているハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）は、路側機３の道路線形情報のハッシュ値である（図１２の送信フレームＰrsu2３，Ｐrsu2４を参照）。
【０１９６】
このように、路側機２と路側機３とが、複数の送信フレームを連続して送信する毎に交互にフレーム送信を行う。
このように構成された無線通信システム１の路側機２（３）は、定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに含まれるメッセージを、路側機２（３）に関連し且つ短時間で変化しない道路線形情報とし（Ｓ６２０）、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含まれるハッシュ値を、路側機３（２）に関連し且つ短時間で変化しない道路線形情報を用いて生成したハッシュ値とする（Ｓ６７０）。
【０１９７】
これにより路側機２（３）では、定期送信期間の終了直後に送信フレームを送信する路側機３（２）の静的データのハッシュ値を、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含めて送信するとともに、定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに路側機２（３）の静的データを含めて送信する。
【０１９８】
このため、無線通信システム１の車載器４は、路側機２（３）から、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームを受信すると、このフレームには、この直後に送信フレームを送信する他の路側機３（２）の静的データのハッシュ値が含まれている。そして、この後に、上記他の路側機３（２）から、他の路側機３（２）の静的データがメッセージとして含まれた送信フレームを受信すると、この送信フレームに含まれるメッセージの完全性を、上記路側機２（３）から受信したフレームに含まれる静的データのハッシュ値を用いて検証することができる。
【０１９９】
すなわち、車載器４が、異なる２つの路側機から、連続した２つのフレームを受信する場合において、これら２つの路側機の間で、送信予定メッセージの送受信が不要となり、無線通信システム１の運用を簡略化することができる。また、無線通信システム１を構成する路側機のうち１台が他の路側機と通信できなくなった場合の影響を低減できるため、より安定した運用が可能となる。
【０２００】
以上説明した実施形態において、Ｓ６２０の処理は本発明におけるメッセージ設定手段、Ｓ６７０の処理は本発明におけるメッセージ認証子設定手段である。
（第３実施形態）
以下に本発明の第３実施形態を説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０２０１】
第３実施形態の無線通信システム１は、路側機フレーム送信処理が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
次に、第３実施形態の路側機フレーム送信処理の手順を図１３を用いて説明する。図１３は、第３実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【０２０２】
第３実施形態の路側機フレーム送信処理は、Ｓ４０の処理が省略された点と、Ｓ７５とＳ１１５の処理が追加された点以外は、第１実施形態と同じである。
すなわち、Ｓ３０の処理が終了すると、Ｓ５０に移行する。また、Ｓ７０の処理が終了するとＳ７５にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。そして、送信タイミングが到来するとＳ８０に移行する。また、Ｓ１１０の処理が終了するとＳ１１５にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。そして、送信タイミングが到来するとＳ１２０に移行する。
【０２０３】
これにより、フレームを生成した後に送信タイミングの到来まで待機するように構成されるため、送信タイミングが到来すると直ちにフレームを送信することができる。
（第４実施形態）
以下に本発明の第４実施形態を説明する。なお、第４実施形態では、第２実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０２０４】
第４実施形態の無線通信システム１は、路側機フレーム送信処理が変更された点以外は第２実施形態と同じである。
次に、第４実施形態の路側機フレーム送信処理の手順を図１４を用いて説明する。図１４は、第４実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【０２０５】
第４実施形態の路側機フレーム送信処理は、Ｓ６４０の処理が省略された点と、Ｓ７０５とＳ７４５の処理が追加された点以外は、第２実施形態と同じである。
すなわち、Ｓ６３０の処理が終了すると、Ｓ６５０に移行する。また、Ｓ７００の処理が終了するとＳ７０５にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。そして、送信タイミングが到来するとＳ７１０に移行する。また、Ｓ７４０の処理が終了するとＳ７４５にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。そして、送信タイミングが到来するとＳ７５０に移行する。
【０２０６】
これにより、フレームを生成した後に送信タイミングの到来まで待機するように構成されるため、送信タイミングが到来すると直ちにフレームを送信することができる。
（第５実施形態）
以下に本発明の第５実施形態を説明する。なお、第５実施形態では、第２実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０２０７】
第５実施形態の無線通信システム１は、最小フレーム送信間隔送信処理（後述）を路側機２，３が実行する点と、センター通信局５が実行するキーチェイン送信処理が変更された点と、路側機２，３が実行する路側機フレーム送信処理が変更された点以外は第２実施形態と同じである。
【０２０８】
図１５は最小フレーム送信間隔送信処理を示すフローチャート、図１６は第５実施形態のキーチェイン送信処理を示すフローチャート、図１７は第５実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャート、図１８は第５実施形態の有効期限付キーチェインの構成を示す説明図、図１９は第５実施形態の無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。
【０２０９】
まず、路側機２（３）が実行する最小フレーム送信間隔送信処理の手順を図１５を用いて説明する。この路側機フレーム送信処理は、路側機２（３）のＣＰＵが起動している間に繰り返し実行される処理である。
【０２１０】
この最小フレーム送信間隔送信処理が実行されると、路側機２（３）は、まずＳ８１０にて、予め設定された最小フレーム送信間隔送信タイミングが到来したか否かを判断する。なお、この最小フレーム送信間隔送信タイミングは、例えば、予め設定された所定時刻であってもよいし、所定時間が経過する毎であってもよい。
【０２１１】
ここで、最小フレーム送信間隔送信タイミングが到来していない場合には（Ｓ８１０：ＮＯ）、最小フレーム送信間隔送信処理を一旦終了する。一方、最小フレーム送信間隔送信タイミングが到来した場合には（Ｓ８１０：ＹＥＳ）、Ｓ８２０にて、路側機２（３）がフレームを送信する際の最小間隔（すなわち、或るフレームの送信を開始してから、次のフレームの送信を開始するまでの最小の時間間隔）を示す最小フレーム送信間隔情報をセンター通信局５に送信して、最小フレーム送信間隔送信処理を一旦終了する。
【０２１２】
次に、センター通信局５が実行する第５実施形態のキーチェイン送信処理の手順を図１６を用いて説明する。
第５実施形態のキーチェイン送信処理は、Ｓ４０１，Ｓ４０２，Ｓ４０３，Ｓ４６５の処理が追加された点と、Ｓ４６０の処理が省略された点以外は、第２実施形態と同じである。
【０２１３】
すなわち、このキーチェイン送信処理が実行されると、センター通信局５は、まずＳ４０１にて、路側機２（３）から最小フレーム送信間隔情報を受信したか否かを判断する。ここで、最小フレーム送信間隔情報を受信していない場合には（Ｓ４０１：ＮＯ）、Ｓ４１０に移行する。
【０２１４】
一方、路側機２（３）から最小フレーム送信間隔情報を受信した場合には（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、Ｓ４０２にて、最小フレーム送信間隔情報を更新する。具体的には、最小フレーム送信間隔情報を路側機２から受信した場合には、センター通信局５が記憶する、路側機２についての最小フレーム送信間隔情報を、Ｓ４０１で受信した最小フレーム送信間隔情報に置き換える一方、路側機３から最小フレーム送信間隔情報を受信した場合には、センター通信局５が記憶する、路側機３についての最小フレーム送信間隔情報を、Ｓ４０１で受信した最小フレーム送信間隔情報に置き換える。
【０２１５】
その後Ｓ４０３にて、センター通信局５が記憶する、各路側機２，３についての最小フレーム送信間隔情報のうち最も小さい間隔のものを鍵周期Ｔkと決定し、Ｓ４１０に移行する。
【０２１６】
またＳ４３０にて、秘密鍵指示値ｉが０に等しい場合には（Ｓ４３０：ＮＯ）、Ｓ４６５に移行し、上述の処理（Ｓ４３０〜Ｓ４５０）で生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの有効期限Ｔ-1，Ｔ0，Ｔ1，・・・，Ｔn-2，Ｔn-1を、図１８及び下式（５）に示すように設定する。ここで、Ｔ0は秘密鍵Ｋ1の有効期限である。またＴkは、Ｓ４０３の処理で決定された鍵周期である。
【０２１７】
【数５】
【０２１８】
そしてＳ４６５の処理が終了すると、Ｓ４７０に移行する。なお、第５実施形態において、有効期限Ｔ-1，Ｔ0，Ｔ1，・・・，Ｔn-2，Ｔn-1がそれぞれ設定された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの集合を有効期限付キーチェインという。
【０２１９】
次に、第５実施形態の路側機フレーム送信処理の手順を図１７を用いて説明する。図１７は、第５実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
第５実施形態の路側機フレーム送信処理は、Ｓ７２０の処理が省略された点と、Ｓ７２２，Ｓ７２４の処理が追加された点以外は、第２実施形態と同じである。
【０２２０】
すなわち、Ｓ６８０にて、送信フレームがアンカーフレームでない場合には（Ｓ６８０：ＮＯ）、Ｓ７２２にて、今回送信する送信フレームの送信完了時刻Ｔｆを推定する。そしてＳ７２４にて、送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵のうち、送信完了時刻Ｔｆから有効期限までの間隔が最も短い秘密鍵を抽出し、Ｓ７３０に移行する。
【０２２１】
このように構成された路側機２，３では、例えば図１９に示すようにしてフレーム送信を行う。
路側機２，３は、まず、センター通信局５に、最小フレーム送信間隔情報を送信する（矢印Ｙ５１，Ｙ５２を参照）。その後、路側機２，３は、センター通信局５から、有効期限付キーチェイン、鍵周期Ｔｋを示す鍵周期情報、路側機の定期送信周期を示す路側機送信周期情報を受信する（矢印Ｙ２１，Ｙ２２を参照）。
【０２２２】
そして路側機２は、２つの送信フレームＰrsu2１，Ｐrsu2２を連続して送信する（矢印Ｙ２３，Ｙ２４を参照）。その後に路側機３は、２つの送信フレームＰrsu3１，Ｐrsu3２を連続して送信する（矢印Ｙ２５，Ｙ２６を参照）。さらに路側機２は、２つの送信フレームＰrsu2３，Ｐrsu2４を連続して送信する（矢印Ｙ２７，Ｙ２８を参照）。このように、路側機２と路側機３とが、複数の送信フレームを連続して送信する毎に交互にフレーム送信を行う。
【０２２３】
なお、有効期限付キーチェインの鍵周期Ｔkは、路側機２の最小フレーム送信間隔と路側機３の最小フレーム送信間隔のうちの短い方と一致している。このため、上記の送信フレームＰrsu2１，Ｐrsu2２，Ｐrsu3１，Ｐrsu3２，Ｐrsu2３，Ｐrsu2４は、それぞれ異なる秘密鍵を含む。
【０２２４】
このように構成された無線通信システム１の路側機２，３では、有効期限Ｔi-1と有効期限Ｔjとの差は（ｉは０〜（ｎ−１）の整数）、路側機２，３の最小フレーム送信間隔の中で最も短い最小フレーム送信間隔に等しい。
【０２２５】
これにより、路側機２，３がそれぞれ複数の送信フレームを連続して送信する場合に、（Ｔ-1〜Ｔ0），（Ｔ0〜Ｔ1），（Ｔ1〜Ｔ2），（Ｔ2〜Ｔ3），・・・，（Ｔn-2〜Ｔn-1）それぞれの期間内に複数の送信フレームが含まれることがない。すなわち、送信フレームを送信する毎に、少なくとも１つの秘密鍵が期限切れになる。このため、通常フレームを送信する毎に、新たに期限切れになった秘密鍵を通常フレームに含めて、この通常フレームを送信することができる。つまり、通常フレームを連続して送信する場合に、同じ秘密鍵を連続して使用する必要がない。
【０２２６】
これにより無線通信システム１を構成する路側機２，３以外の無線通信装置（以下、システム外装置という）が、路側機２，３から送信された通常フレームを受信した場合に、このシステム外装置が、受信した通常フレームから秘密鍵を抽出して、抽出した秘密鍵を送信フレームに含めてこの送信フレームを送信しても、路側機２，３に成りすますことはできない。なぜならば、路側機２，３は、次のフレーム送信時には、システム外装置が抽出したものとは別の秘密鍵を通常フレームに含めて送信を行うからである。したがって、路側機２，３が共有する秘密鍵を用いて路側機２，３に成りすますという不正行為を抑制することができる。
【０２２７】
また、今回送信する送信フレームの送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵を用いて、メッセージ認証子ＭＡＣを生成し（Ｓ７２２，Ｓ７３０）、このメッセージ認証子ＭＡＣを含む通常フレームを送信する（Ｓ７４０，Ｓ７５０）。このため、車載器４が、この通常フレームを受信した時点では、この通常フレームに含まれているメッセージ認証子は、有効期限前の秘密鍵、すなわち、これまでのフレーム送信で公開されていない秘密鍵を用いて生成されたものとなる。これにより、システム外装置が、これまでのフレーム送信で取得した秘密鍵、すなわち、有効期限の切れた秘密鍵を用いてメッセージ認証子を生成し、このメッセージ認証子を含む通常フレームを送信するという不正を行ったとしても、このようなメッセージ認証子を含む通常フレームを不正なものとして除外することができる。
【０２２８】
さらに、送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵のうち、送信完了時刻Ｔｆから有効期限までの間隔が最も短い秘密鍵を用いてメッセージ認証子ＭＡＣを生成するため（Ｓ７２４，Ｓ７３０）、車載器４が、メッセージ認証子ＭＡＣを受信した後に、このメッセージ認証子ＭＡＣを検証するための秘密鍵を最も早く取得することができ、これにより、最も早くメッセージの完全性を検証することができる。
【０２２９】
以上説明した実施形態において、認証処理部２６は本発明における第２秘密鍵列記憶手段、Ｓ７２２〜Ｓ７５０の処理は本発明における第２通常フレーム送信手段、Ｓ４８０の処理と有線受信部２１は本発明における第２鍵列共有手段である。
【０２３０】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、路側機２，３がセンター通信局５から有効期限付キーチェインを取得するものを示したが、路側機２，３が有効期限付キーチェインを生成するようにしてもよい。すなわち、Ｓ４１０からＳ４６０の処理を路側機２，３が実行する。これにより、路側機２，３の外部から有効期限付キーチェインを取得するために、路側機２，３をデータ通信可能に外部と接続する必要がなくなる。このため、新たに路側機を設置する場合に外部との接続が不要となり、新たな路側機の設置作業を容易に行うことができる。なお、Ｓ４１０からＳ４６０の処理を路側機２，３が実行する場合において、Ｓ４１０〜Ｓ４５０の処理は本発明における秘密鍵生成手段、Ｓ４６０の処理は本発明における有効期間設定手段である。
【０２３１】
また上記実施形態では、路側機２，３がセンター通信局５から有効期限付キーチェインを取得することにより、路側機２，３に有効期限付キーチェインを共有させるものを示したが、無線通信システム１が備える他の路側機から通信により有効期限付キーチェインを取得することにより、無線通信システム１が備える複数の路側機に有効期限付キーチェインを共有させるようにしてもよい。但し、無線通信システム１を構成する路側機のうち少なくとも１つの路側機が、自身で有効期限付キーチェインを生成したり、外部から予め取得したりしておく必要がある。これにより、無線通信システム１を構成する全ての路側機がセンター通信局５に接続される必要がなくなり、無線通信システム１の構成を簡略化することができる。
【０２３２】
また上記実施形態では、センター通信局５が、前回送信した有効期限付キーチェインを構成する全て秘密鍵Ｋ0〜Ｋnにおいて有効期間が経過する前となるように予め設定されたキーチェイン送信時刻になると、新たに生成した有効期限付キーチェインを路側機２，３に送信するものを示した。しかし、路側機２，３から有効期限付キーチェインの送信要求を受信したときに、有効期限付キーチェインを路側機２，３に送信するようにしてもよい。これにより、センター通信局５で、路側機２，３が有効期限付キーチェインを新たに必要としているか否かを判断する必要がないため、センター通信局５の構成を簡略化することができる。
【０２３３】
また上記第５実施形態では、路側機２，３が交互に複数の送信フレームを送信するものを示した（図１９を参照）。しかし、図２０（ａ）に示すように、各路側機Ａ，Ｂ，Ｃからの送信フレームが届くエリアＡＲａ，ＡＲｂ，ＡＲｃが互いに重なっていない場合には、図２０（ｂ）に示すように、各路側機Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ独立に送信フレームを送信する。この場合において、上記第５実施形態に記載の技術を適用することにより、路側機Ａ，Ｂ，Ｃが、以下のようにフレーム送信を行うようにしてもよい。
【０２３４】
図２０（ｂ）では、路側機Ａ，Ｂ，Ｃのうち路側機Ｂの最小フレーム送信間隔が最も短いため、路側機Ｂの最小フレーム送信間隔が、有効期限付キーチェインの鍵周期Ｔkに設定される。
【０２３５】
そして、有効期限切れ時刻Ｔ3前に路側機Ａが送信を開始する送信フレームＰａ１は、その送信完了時刻Ｔｆが有効期限切れ時刻Ｔ3後であり且つ有効期限切れ時刻Ｔ4前であるので、秘密鍵Ｋ5を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。また、有効期限切れ時刻Ｔ3前に路側機Ｃが送信を開始する送信フレームＰｃ１も、送信フレームＰａ１と同様に、秘密鍵Ｋ5を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。一方、有効期限切れ時刻Ｔ3前に路側機Ｂが送信を開始する送信フレームＰｂ１は、その送信完了時刻Ｔｆが有効期限切れ時刻Ｔ3前であるので、秘密鍵Ｋ4を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。
【０２３６】
さらに、有効期限切れ時刻Ｔ4前に路側機Ａが送信を開始する送信フレームＰａ２は、その送信完了時刻Ｔｆが有効期限切れ時刻Ｔ4後であり且つ有効期限切れ時刻Ｔ5前であるので、秘密鍵Ｋ6を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。また、有効期限切れ時刻Ｔ4前に路側機Ｃが送信を開始する送信フレームＰｃ２も、送信フレームＰａ２と同様に、秘密鍵Ｋ6を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。一方、有効期限切れ時刻Ｔ4前に路側機Ｂが送信を開始する送信フレームＰｂ２は、その送信完了時刻Ｔｆが有効期限切れ時刻Ｔ4前であるので、秘密鍵Ｋ5を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。
【０２３７】
また上記第５実施形態では、送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵のうち、送信完了時刻Ｔｆから有効期限までの間隔が最も短い秘密鍵を用いてメッセージ認証子ＭＡＣを生成するものを示したが、有効期限までの間隔が最も短い秘密鍵でなくとも、送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵であればよい。
【符号の説明】
【０２３８】
１…無線通信システム、２，３…路側機、４…車載器、５…センター通信局、１１…交通信号機、１２…車両センサ、１３…ＧＰＳ受信機、２１…有線受信部、２２…時刻同期部、２３…有線送信部、２４…メッセージ生成部、２５…認証情報追加部、２６…認証処理部、２７…無線送信部、４１…有線受信部、４２…時刻同期部、４３…無線受信部、４４…メッセージ検証部、４５…認証処理部、４６…有線送信部、４８…ＧＰＳ受信機、４９…車載制御装置、５１…キーチェイン生成部、５２…認証情報制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定期的に無線通信を行う無線通信システムで用いられる無線通信装置およびデータ通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信において情報の完全性を確保するには、悪意ある第三者による情報改竄を検出するメッセージ認証技術が不可欠である。そして無線通信では、通信端末の計算機資源が限られているため、計算量が小さいメッセージ認証方式が望ましい。
【０００３】
メッセージ認証を実現する１つの手段として、ＲＳＡなどの公開鍵暗号を利用した電子署名がある。しかし、署名生成と署名検証の計算量が大きいため、全てのメッセージに電子署名をつけるのは現実的ではない。
【０００４】
また、メッセージ認証を実現する別の手段として、通信端末同士がハンドシェイクして秘密鍵を共有し、共有した秘密鍵とハッシュ関数を組み合わせて計算量の小さいメッセージ認証を実現するＨＭＡＣ(Keyed-Hashing for Message Authentication code)が知られている。しかし、路車間通信などの同報通信では、１台の通信端末が複数台の通信端末に同時にメッセージを送信するため、１つのメッセージを送信するために複数台の通信端末とハンドシェイクするのは非効率であり、無線帯域を有効利用できないという問題がある。
【０００５】
そこで、［１］各通信端末が時刻同期している、［２］各通信端末は鍵周期を共有している、及び［３］各通信端末は公開鍵と秘密鍵と公開鍵証明書を有しているという３つの条件を前提とし、小さい計算量で同報通信のメッセージ認証を実現するＴＥＳＬＡ（Timed Efficient Stream Loss-tolerant Authentication）と呼ばれる方法が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００６】
ＴＥＳＬＡは、［１］認証情報の生成、［２］メッセージ送信、及び［３］メッセージ受信（メッセージの完全性検証）の３つの処理を行うように構成される。
［１］認証情報の生成では、まず、乱数を生成して、生成した乱数の値を秘密鍵Ｋnとする（ｎは正の整数）。以下、秘密鍵Ｋnをシード鍵Ｋnともいう。そして、図２１（ａ）及び下式（１）に示すように、秘密鍵Ｋnに一方向性関数Ｆをｎ回適用し、秘密鍵Ｋ0〜Ｋn-1を生成する。以下、秘密鍵Ｋ0を初期鍵Ｋ0ともいう。また、秘密鍵Ｋ0〜Ｋnの集合をキーチェインという。
【０００７】
【数１】
【０００８】
そして、秘密鍵Ｋ0〜Ｋnの有効期間ΔＴ0〜ΔＴnを、図２１（ｂ）及び下式（２）に示すように設定する。ここで、Ｔ0は初期鍵Ｋ0の有効期限である。またＴkは、予め設定された鍵周期である。また、ｉは０〜ｎの整数である。以下、上記有効期間ΔＴ0〜ΔＴnが設定されたキーチェインを有効期限付キーチェインという。
【０００９】
【数２】
【００１０】
次に、［２］メッセージ送信では、まず、１個のアンカーフレームＡＰを生成して送信し、その次に、（ｎ−１）個の通常フレームＮＰ2〜ＮＰnを順次生成して送信する。
図２２に示すように、アンカーフレームＡＰは、「最初に有効期限が切れる初期鍵Ｋ0」、「初期鍵Ｋ0の有効期限Ｔ0」、「Ｋ0とＴ0に対する電子署名Ｓｉｇ（Ｋ0｜Ｔ0）」、及び「公開鍵証明書ｃｅｒｔＲＳＵ」により構成されている。
【００１１】
また、通常フレームＮＰiは、「メッセージＭi」、「秘密鍵Ｋi-1」、及び「有効期限内の秘密鍵Ｋiを用いて算出した、メッセージＭiと秘密鍵Ｋi-1のメッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍi，Ｋi-1）」により構成されている。
【００１２】
そして、通常フレームが、キーチェインの秘密鍵Ｋiを使い切るたびに、［１］認証情報の生成と、［２］メッセージ送信を繰り返す。
次に、［３］メッセージ受信では、アンカーフレームＡＰを受信した場合に、まず、このアンカーフレームＡＰを、受信時刻と対応付けて記憶する。そして、アンカーフレームＡＰに含まれる電子署名を検証し、電子署名を受理できる場合には、アンカーフレームＡＰに含まれる初期鍵Ｋ0及び有効期限Ｔ0を記憶する一方、電子署名を受理できない場合には、受信したアンカーフレームＡＰを廃棄する。
【００１３】
また、通常フレームＮＰiを受信した場合に、まず、この通常フレームＮＰiを、受信時刻と対応付けて記憶する。そして、通常フレームＮＰiから有効期限切れの秘密鍵Ｋi-1を取り出す。その後に、下式（３）に示すように、秘密鍵Ｋi-1に一方向性関数Ｆを適用した値Ｋ’i-2を算出し、この値Ｋ’i-2が、１つ前の受信フレームに含まれていた秘密鍵Ｋi-2に等しいか否かを判断する。
【００１４】
【数３】
【００１５】
ここで、秘密鍵Ｋi-2に等しい場合には、通常フレームＮＰiから取り出した秘密鍵Ｋi-1を、１つ前に受信した通常フレームに含まれていたメッセージ認証子を検証するための秘密鍵とする。一方、秘密鍵Ｋi-2に等しくない場合には、受信した通常フレームＮＰiを廃棄する。
【００１６】
そして、秘密鍵Ｋi-1を用いて、１つ前に受信した通常フレームのメッセージ認証子を検証する。この検証の結果、メッセージ認証子を受理できる場合には、１つ前に受信した通常フレームのメッセージを受理する。一方、メッセージ認証子を受理できない場合には、受信した通常フレームＮＰiを廃棄する。なお、１つ前の受信フレームがアンカーフレームである場合には、メッセージ認証子の検証は行われない。
【００１７】
このように、非特許文献１に記載の技術では、ｎ回のフレーム送信のうち、電子署名付きのアンカーフレームを１回のみ送信し、メッセージ認証子付きの通常フレームをｎ−１回送信する。すなわち、ＴＥＳＬＡによるメッセージ認証では、計算量が大きい電子署名検証の回数が少なく、計算量が小さい秘密鍵検証およびメッセージ認証子検証の回数が多い。これにより、メッセージ認証全体に要する計算量を低減することができる。しかし、認証の安全性の根拠を、各通信装置の時刻同期と鍵の有効期限に依存しているため、受信メッセージを即座に検証できないという問題があった。
【００１８】
そこで、この問題を解決するために、図２３に示すように、受信側ではなく、送信側でメッセージ１つ分をバッファすることで、受信メッセージを即座に認証できるように改善したImmediate Authenticationが提案されている（例えば、非特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Adrian Perring, Ran Canetti, J.D.Tygar, Dawn Song, "Efficient Authentication and Signing of Multicast Streams over Lossy Channels," Proceedings of the 2000 IEEE Symposium on Security and Privacy
【非特許文献２】Adrian Perring, Ran Canetti, Dawn Song, J.D.Tygar, "Efficient and Secure Source Authentication for Multicast," Proceedings of the Internet Society Network and Distributed System Security Symposium (NDSS 2001), February 2001,pp.35-46
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところで、路車間通信では、車両の走行路付近に分散して複数の路側機が設置されており、路側機からの送信電波が届く範囲が路側機毎に異なるため、車両に搭載された車載器とデータ受信可能な路側機は、車両の移動に伴い変化する。
【００２１】
このため、上記非特許文献１，２に記載の技術を路車間通信に適用した場合に、車載器において、車両の移動に伴いデータ受信可能な路側機が変化する毎に、データ受信可能な路側機からアンカーフレームを受信して、計算量が大きい電子署名検証を実行しなくてはならないという問題があった。
【００２２】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、データ受信側の検証負荷を低減することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の無線通信装置は、一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置と、無線送信装置から送信されたデータを無線受信する無線受信装置との２種類の通信装置が混在する無線通信システムにおいて、無線送信装置として使用される無線通信装置である。また、複数の無線送信装置は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を定期送信期間が到来する毎に、メッセージＭ1，メッセージＭ2，・・・，メッセージＭn-1，メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、複数の無線送信装置間で時刻同期するように構成されている。
【００２４】
そして、請求項１に記載の無線通信装置では、第１秘密鍵列記憶手段が、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第１秘密鍵列を記憶する。
【００２５】
またアンカーフレーム送信手段が、送信するメッセージＭ1と、メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、秘密鍵Ｋ0と、有効期間ΔＴ1の有効期限Ｔ0を送信データとして、送信データと、送信データに対する電子署名と、電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書とから構成される送信フレームであるアンカーフレームを無線送信する。
【００２６】
さらに第１通常フレーム送信手段が、アンカーフレームが送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、現在時刻が有効期間ΔＴj内に含まれている秘密鍵Ｋjを用いて生成された、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである第１通常フレームを、定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する。
【００２７】
したがって、この無線通信システムの無線受信装置が、アンカーフレームを受信すると、まず、アンカーフレームに含まれている電子証明書を用いて、アンカーフレームに含まれている電子署名の検証を行う。電子署名の検証の結果に基づいて、電子署名を受理できる場合には、アンカーフレームに含まれているメッセージＭ1とハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0を記憶する。
【００２８】
その後、無線受信装置が、第１通常フレームを受信すると、まず、受信した第１通常フレームに含まれている秘密鍵の完全性を検証する。具体的には、受信した第１通常フレームに含まれている秘密鍵を一方向性関数Ｆで適切な回数写像して得られる像が、秘密鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。例えば、メッセージＭ2と、ハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ3）と、メッセージ認証子ＭＡＣk2（Ｍ2，Ｈａｓｈ（Ｍ3））と、秘密鍵Ｋ1とから構成される第１通常フレーム（以下、通常フレームＮＰ2ともいう）を受信した場合には、まず、通常フレームＮＰ2に含まれる秘密鍵Ｋ1の完全性を検証する。この検証では、秘密鍵Ｋ1を一方向性関数Ｆで１回写像して得られる像が秘密鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【００２９】
そして、この秘密鍵の完全性が検証された場合に、前回受信したフレームに含まれていたハッシュ値を用いて、今回受信した第１通常フレームに含まれているメッセージの完全性を検証する。具体的には、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）とメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と秘密鍵Ｋj-1とから構成される第１通常フレーム（以下、第１通常フレームＮＰiともいう）を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した第１通常フレームＮＰj-1に含まれていたメッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍi））を検証する。この検証を受理した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍi）を用いて、通常フレームＮＰiに含まれているメッセージＭiの完全性を検証する。
【００３０】
例えば、第１通常フレームＮＰ2を受信した場合には、アンカーフレームに含まれていたＨａｓｈ（Ｍ2）を用いて、第１通常フレームＮＰ2に含まれているメッセージＭ2の完全性を検証する。具体的には、通常フレームＮＰ2に含まれているメッセージＭ2をハッシュ関数Ｈａｓｈで写像した像Ｈａｓｈ（Ｍ2）を算出し、これが、アンカーフレームに含まれていたＨａｓｈ（Ｍ2）と一致するか否かを判断する。そしてＨａｓｈ（Ｍ2）が一致する場合には、検証を受理する。
【００３１】
また例えば、第１通常フレームＮＰ3を受信した場合には、秘密鍵Ｋ2を用いて、通常フレームＮＰ2に含まれていたメッセージ認証子ＭＡＣk2（Ｍ2，Ｈａｓｈ（Ｍ3））を検証する。そして、この検証を受理した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍ3）を用いて、第１通常フレームＮＰ3に含まれているメッセージＭ3の完全性を検証する。
【００３２】
したがって、無線受信装置において、アンカーフレームを１回受信して電子署名の検証を行えば、その後のｎ−１回の第１通常フレームの受信では、計算量が小さい秘密鍵検証を行うことにより、計算量が大きい電子署名検証が不要となる。これにより、メッセージ認証全体に要する計算量を低減することができる。
【００３３】
そして、請求項１に記載の無線通信装置では、第１鍵列共有手段が、複数の無線送信装置に第１秘密鍵列を共有させる。すなわち、この無線通信システムを構成する複数の無線送信装置は、同じ秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを用いてアンカーフレーム及び第１通常フレームを送信することができる。
【００３４】
このため、この無線通信システムを構成する複数の無線送信装置のうち或る１つの無線送信装置から送信されたアンカーフレームを受信すれば、このアンカーフレームに含まれる秘密鍵Ｋ0を用いて、他の無線送信装置から受信した第１通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの検証を行うことができる。
【００３５】
これにより、無線受信装置の移動に伴いデータ受信可能な無線送信装置が変化する毎に、データ受信可能な無線送信装置からアンカーフレームを受信して電子署名検証を実行する必要がなくなる。このため、無線受信装置において、計算量が大きい電子署名検証の回数を低減することができ、無線受信装置の検証負荷を低減することができる。
【００３６】
また、請求項１に記載の無線通信装置において、請求項２に記載のように、予定メッセージ送信手段が、送信フレームに含めて送信する予定のメッセージである送信予定メッセージを送信フレームに含めて送信する前に、送信予定メッセージを、無線通信システムが備える他の無線送信装置に送信し、ハッシュ値設定手段が、無線通信システムが備える他の無線送信装置から送信予定メッセージを受信すると、送信予定メッセージのハッシュ値を、当該無線送信装置が送信する送信フレームに含まれるハッシュ値とするようにするとよい。
【００３７】
このように構成された無線通信装置では、他の無線送信装置の送信予定メッセージのハッシュ値を送信フレームに含めて送信することができる。
このため、この無線通信システムの無線受信装置は、或る無線送信装置から送信フレームを受信すると、このフレームには、他の無線送信装置の送信予定メッセージのハッシュ値が含まれている。そして、この後に、上記他の無線送信装置から、上記送信予定メッセージに相当するメッセージが含まれた送信フレームを受信すると、この送信フレームに含まれるメッセージの完全性を、上記或る無線送信装置から受信したフレームに含まれる送信予定メッセージのハッシュ値を用いて検証することができる。
【００３８】
すなわち、この無線通信システムの無線受信装置は、同一の無線送信装置からだけではなく、異なる無線送信装置からの連続した２つのフレームを受信することによっても、メッセージの完全性を検証することができる。
【００３９】
そして、この無線通信システムは、一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置で構成されているため、同一の無線送信装置から連続した２つのフレームを受信するのに要する時間よりも、異なる無線送信装置からの連続した２つのフレームを受信するのに要する時間の方を短くすることができる。すなわち、同一の無線送信装置から連続した２つのフレームを受信する場合よりも、送信予定メッセージのハッシュ値を受信してから送信予定メッセージの完全性の検証を行うまでの時間が短くなり、短い遅延時間でメッセージの完全性を検証することができる。
【００４０】
また、請求項１に記載の無線通信装置において、定期送信期間内に複数の送信フレームを送信するように構成される場合には、請求項３に記載のように、メッセージ設定手段が、定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに含まれるメッセージを、当該無線通信装置に関連し且つ短時間で変化しないデータである第１静的データとし、メッセージ認証子設定手段が、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含まれるメッセージ認証子を、定期送信期間の終了直後に送信フレームを送信する他の無線通信装置に関連し且つ短時間で変化しないデータである第２静的データを用いて生成したメッセージ認証子とするようにするとよい。
【００４１】
なお、上記の静的データとしては、例えば、当該無線通信装置の設置位置を示す情報、当該無線通信装置の設置位置近傍の道路線形情報などが挙げられる。
このように構成された無線通信装置では、定期送信期間の終了直後に送信フレームを送信する他の無線送信装置の静的データのメッセージ認証子を、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含めて送信するとともに、定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに当該無線通信装置の静的データを含めて送信する。
【００４２】
このため、この無線通信システムの無線受信装置は、或る無線送信装置から、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームを受信すると、このフレームには、この直後に送信フレームを送信する他の無線送信装置の静的データのメッセージ認証子が含まれている。そして、この後に、上記他の無線送信装置から、他の無線送信装置の静的データがメッセージとして含まれた送信フレームを受信すると、この送信フレームに含まれるメッセージの完全性を、上記或る無線送信装置から受信したフレームに含まれる静的データのメッセージ認証子を用いて検証することができる。
【００４３】
すなわち、この無線通信システムの無線受信装置が、異なる２つの無線送信装置から、連続した２つのフレームを受信する場合において、これら２つの無線送信装置の間で、請求項２に記載の送信予定メッセージの送受信が不要となり、無線通信システムの運用を簡略化することができる。また、無線通信システムを構成する無線送信装置のうち１台が他の無線送信装置と通信できなくなった場合の影響を低減できるため、より安定した運用が可能となる。
【００４４】
また、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置において、請求項４に記載のように、秘密鍵Ｋnと、有効期限Ｔ0と、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkとが、複数の無線送信装置に共通して予め設定されており、第１鍵列共有手段は、秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを生成する秘密鍵生成手段と、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を、有効期限Ｔ0、及び鍵周期Ｔkを用いて設定する有効期間設定手段とから構成されるようにしてもよい。
【００４５】
なお、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）は、有効期限Ｔ0、及び鍵周期Ｔkを用いて、例えば下式（４）に示すように設定することができる。
【００４６】
【数４】
【００４７】
すなわち、請求項４に記載の無線通信装置は、当該無線通信装置自身で、上記の第１秘密鍵列を生成することができる。これにより、無線通信装置の外部から第１秘密鍵列を取得するために、当該無線通信装置をデータ通信可能に外部と接続する必要がなくなる。このため、新たに無線送信装置を設置する場合に外部との接続が不要となり、新たな無線送信装置の設置作業を容易に行うことができる。
【００４８】
また、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置において、無線通信システムが、第１秘密鍵列を生成し、ネットワークを介して配信する第１秘密鍵列配信手段を備えている場合には、請求項５に記載のように、第１鍵列共有手段は、第１秘密鍵列配信手段により配信された第１秘密鍵列を、ネットワークを介して取得する第１秘密鍵列取得手段であるようにしてもよい。
【００４９】
このように構成された無線通信装置によれば、当該無線通信装置自身で第１秘密鍵列を生成する手段が不要となるため、当該無線通信装置の構成を簡略化することができる。さらに、万が一、第１秘密鍵列が漏洩した場合に、第１秘密鍵列配信手段が新たに第１秘密鍵列を配信することにより、第１秘密鍵列の漏洩による被害を最小限に抑えることができる。
【００５０】
また、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置において、請求項６に記載のように、第１鍵列共有手段は、無線通信システムが備える他の無線送信装置から通信により第１秘密鍵列を取得することにより、複数の無線送信装置に前記第１秘密鍵列を共有させるようにしてもよい。
【００５１】
このように構成された無線通信装置によれば、無線通信システムを構成する無線送信装置同士の通信で第１秘密鍵列を取得することができる。但し、無線通信システムを構成する無線送信装置のうち少なくとも１つの無線送信装置が、自身で第１秘密鍵列を生成したり、外部から予め取得したりしておく必要がある。これにより、無線通信システムを構成する全ての無線送信装置が上記第１秘密鍵列配信手段に接続される必要がなくなり、無線通信システムの構成を簡略化することができる。
【００５２】
また、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の無線通信装置において、請求項７に記載のように、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、アンカーフレームに含まれるようにしてもよい。
【００５３】
このように構成された無線通信装置によれば、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、第１秘密鍵列と鍵周期Ｔkを変更することができる。すなわち、単位時間当たりの送信フレーム数が少ない場合には、鍵周期Ｔkを長く設定することで、無線受信装置において、第１通常フレームに含まれている秘密鍵を一方向性関数Ｆで写像して秘密鍵Ｋ0と一致させるまでの写像回数を低減することができる。すなわち、無線受信装置において、秘密鍵Ｋ0の有効期間ΔＴ0と秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴiとの差と、鍵周期Ｔkとに基づいて写像回数を算出し、一方向性関数Ｆでこの写像回数分写像するため、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、適切な計算量でメッセージの完全性を検証させることができる。
【００５４】
また、請求項８に記載の無線通信装置は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置から送信されたデータを無線受信し、無線通信システムにおいて無線送信装置として使用される無線通信装置であって、電子署名検証手段が、アンカーフレームを受信した場合に、アンカーフレームに含まれる電子署名を、アンカーフレームに含まれる電子証明書を用いて検証し、署名受理記憶手段が、電子署名検証手段による検証結果に基づいて、電子署名を受理した場合に、アンカーフレームに含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0を記憶する。
【００５５】
さらに秘密鍵検証手段が、第１通常フレームを受信した場合に、第１通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋj-1と、秘密鍵Ｋj-2または秘密鍵Ｋ0とを用いて、秘密鍵Ｋj-1の完全性を検証し、メッセージ認証子検証手段が、秘密鍵検証手段による検証結果に基づいて、秘密鍵Ｋj-1を受理した場合に、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した第１通常フレームに含まれるメッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を検証する。
【００５６】
そしてメッセージ検証手段が、メッセージ認証子検証手段による検証結果に基づいて、メッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を受理した場合に、前回受信した送信フレームに含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj）を用いて、今回受信した第１通常フレームに含まれるメッセージＭjを検証する。
【００５７】
このように構成された無線通信装置は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置からの送信フレームを受信し、この送信フレームに含まれるメッセージを検証することができるため、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置を備えた無線通信システムを構成することができるものであり、請求項１に記載の無線通信装置と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、請求項８に記載の無線通信装置において、請求項９に記載のように、通常フレーム廃棄手段が、アンカーフレームを受信する前に第１通常フレームを受信した場合に、第１通常フレームを廃棄するようにするとよい。
【００５９】
このように構成された無線通信装置によれば、第１通常フレームに含まれる秘密鍵の完全性を検証できない状況で、受信した第１通常フレームを記憶するという不要な処理を省略することができ、当該無線通信装置の処理負荷を低減することができる。
【００６０】
また、請求項８または請求項９に記載の無線通信装置において、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、アンカーフレームに含まれている場合には、請求項１０に記載のように、鍵周期記憶手段が、電子署名検証手段による検証結果に基づいて、電子署名を受理した場合に、アンカーフレームに含まれる鍵周期Ｔkを記憶するようにするとよい。
【００６１】
このように構成された無線通信装置によれば、秘密鍵Ｋ0の有効期間ΔＴ0と秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴiとの差と、鍵周期Ｔkとに基づいて写像回数を算出し、一方向性関数Ｆでこの写像回数分写像することができる。このため、アンカーフレームを送信する無線送信装置側で、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて適切な鍵周期Ｔkを設定することにより、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、適切な計算量でメッセージの完全性を検証させることができる。
【００６２】
また、請求項１１に記載のデータ通信装置は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置とデータ通信可能に接続されたデータ通信装置であって、乱数生成手段が、乱数を生成し、第１秘密鍵列生成手段が、乱数生成手段によって生成された乱数の値を秘密鍵Ｋnとし、さらに、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋnを写像した像を秘密鍵Ｋn-1として（ｎは自然数）、秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第１秘密鍵列を生成し、第１秘密鍵列送信手段が、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置に、第１秘密鍵列生成手段により生成された第１秘密鍵列を送信する。
【００６３】
このように構成されたデータ通信装置によれば、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置自身で第１秘密鍵列を生成する手段が不要となるため、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置の構成を簡略化することができる。さらに、万が一、第１秘密鍵列が漏洩した場合に、第１秘密鍵列配信手段が新たに第１秘密鍵列を配信することにより、第１秘密鍵列の漏洩による被害を最小限に抑えることができる。
【００６４】
また、請求項１１に記載のデータ通信装置において、請求項１２に記載のように、第１秘密鍵列送信手段は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置から第１秘密鍵列の送信要求を受信したときに、無線通信装置に第１秘密鍵列を送信するようにしてもよい。
【００６５】
このように構成されたデータ通信装置によれば、データ通信装置側で、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置が第１秘密鍵列を新たに必要としているか否かを判断する必要がないため、当該データ通信装置の構成を簡略化することができる。
【００６６】
また、請求項１１に記載のデータ通信装置において、請求項１３に記載のように、第１秘密鍵列送信手段は、第１秘密鍵列生成手段により生成された第１秘密鍵列を構成する全て秘密鍵において有効期間が経過する前に、第１秘密鍵列生成手段により新たに生成された第１秘密鍵列を送信するようにしてもよい。
【００６７】
このように構成されたデータ通信装置によれば、全て秘密鍵において有効期間が経過する前に、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置に第１秘密鍵列が送信されるため、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置側で、有効期間内の秘密鍵がないためにフレームを送信することができないという状況の発生を抑制することができる。また、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置において、第１秘密鍵列を新たに必要としているか否かを判断する必要がないため、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置の構成を簡略化することができる。
【００６８】
また、請求項１１〜請求項１３の何れか１項に記載のデータ通信装置において、請求項１４に記載のように、送信タイミング送信手段が、無線通信システムが備える複数の無線送信装置のそれぞれについての送信フレームを送信する送信タイミングを示す情報を送信するようにしてもよい。
【００６９】
このように構成されたデータ通信装置によれば、複数の無線送信装置のそれぞれが、他の無線送信装置の送信タイミングを示す情報を取得することができる。このため、請求項２に記載の送信予定メッセージを他の無線送信装置に送信する場合に、自装置の次にフレームを送信する無線送信装置を特定して、この特定した無線送信装置のみに送信予定メッセージを送信することができる。このため、無線通信システムが備える複数の無線送信装置の全てに送信予定メッセージを送信する場合と比較して、通信帯域を有効利用することができる。
【００７０】
また、請求項１１〜請求項１４の何れか１項に記載のデータ通信装置において、請求項１５に記載のように、鍵周期送信手段が、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkを送信するようにしてもよい。
【００７１】
このように構成されたデータ通信装置によれば、無線送信装置において、第１秘密鍵列の秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し設定されている有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnに基づいて、鍵周期Ｔkを算出する必要がなくなり、無線送信装置の処理負荷を低減することができる。
【００７２】
また、請求項１６に記載の無線通信装置は、一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置と、無線送信装置から送信されたデータを無線受信する無線受信装置との２種類の通信装置が混在する無線通信システムにおいて、無線送信装置として使用される無線通信装置である。また、複数の無線送信装置は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を定期送信期間が到来する毎に、メッセージＭ1，メッセージＭ2，・・・，メッセージＭn-1，メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、複数の無線送信装置間で時刻同期するように構成されている。
【００７３】
そして、請求項１６に記載の無線通信装置では、第２秘密鍵列記憶手段が、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期限Ｔ-1，Ｔ0，Ｔ1，・・・，Ｔn-1が、有効期限Ｔ-1，有効期限Ｔ0，有効期限Ｔ1，・・・，有効期限Ｔn-2，有効期限Ｔn-1の順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第２秘密鍵列を記憶する。
【００７４】
またアンカーフレーム送信手段が、送信するメッセージＭ1と、メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、秘密鍵Ｋ0と、有効期限Ｔ0を送信データとして、送信データと、送信データに対する電子署名と、電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書とから構成される送信フレームであるアンカーフレームを無線送信する。
【００７５】
さらに第２通常フレーム送信手段が、アンカーフレームが送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、該メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔm（ｍは２〜ｎの自然数）に対応する秘密鍵Ｋmを用いて生成された、該メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである第２通常フレームを、定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する。
【００７６】
したがって、この無線通信システムの無線受信装置が、アンカーフレームを受信すると、まず、アンカーフレームに含まれている電子証明書を用いて、アンカーフレームに含まれている電子署名の検証を行う。電子署名の検証の結果に基づいて、電子署名を受理できる場合には、アンカーフレームに含まれているメッセージＭ1とハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0を記憶する。
【００７７】
その後、無線受信装置が、第２通常フレームを受信すると、まず、受信した第２通常フレームに含まれている秘密鍵の完全性を検証する。具体的には、受信した第２通常フレームに含まれている秘密鍵を一方向性関数Ｆで適切な回数写像して得られる像が、秘密鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【００７８】
そして、この秘密鍵の完全性が検証された場合に、過去に受信した第２通常フレームに含まれているメッセージの完全性を検証する。具体的には、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）とメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と秘密鍵Ｋj-1とから構成される第２通常フレーム（以下、第２通常フレームＮＰiともいう）を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋj-1を用いて、過去に受信した第２通常フレームの中に含まれるメッセージ認証子ＭＡＣkj-1を検証する（ｊ≦ｉ）。なお、請求項１６に記載の無線通信装置では、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔm（ｍは２〜ｎの自然数）に対応する秘密鍵Ｋmを用いてメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を生成する。このため、第２通常フレームＮＰiに含まれている秘密鍵Ｋj-1を用いて生成されたメッセージ認証子ＭＡＣkj-1は、前回受信した第２通常フレームＮＰi-1に含まれているとは限らない。
【００７９】
そして、メッセージ認証子ＭＡＣkj-1の検証を受理した場合には、メッセージ認証子ＭＡＣkj-1を含む第２通常フレームの中に含まれているＨａｓｈを用いて、このＨａｓｈに対応するメッセージの完全性を検証する。
【００８０】
したがって、無線受信装置において、アンカーフレームを１回受信して電子署名の検証を行えば、その後のｎ−１回の第２通常フレームの受信では、計算量が小さい秘密鍵検証を行うことにより、計算量が大きい電子署名検証が不要となる。これにより、メッセージ認証全体に要する計算量を低減することができる。
【００８１】
そして、請求項１６に記載の無線通信装置では、第２鍵列共有手段が、複数の無線送信装置に第２秘密鍵列を共有させる。すなわち、この無線通信システムを構成する複数の無線送信装置は、同じ秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを用いてアンカーフレーム及び第２通常フレームを送信することができる。
【００８２】
このため、この無線通信システムを構成する複数の無線送信装置のうち或る１つの無線送信装置から送信されたアンカーフレームを受信すれば、このアンカーフレームに含まれる秘密鍵Ｋ0を用いて、他の無線送信装置から受信した第２通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの検証を行うことができる。
【００８３】
これにより、無線受信装置の移動に伴いデータ受信可能な無線送信装置が変化する毎に、データ受信可能な無線送信装置からアンカーフレームを受信して電子署名検証を実行する必要がなくなる。このため、無線受信装置において、計算量が大きい電子署名検証の回数を低減することができ、無線受信装置の検証負荷を低減することができる。
【００８４】
さらに、１つの無線送信装置が或る送信フレームを送信してから次の送信フレームを送信するまでの時間間隔をフレーム送信間隔とし、さらに、この１つの無線送信装置において最も短いフレーム送信間隔を最小フレーム送信間隔として、有効期限Ｔi-1と有効期限Ｔjとの差は（ｉは０〜（ｎ−１）の整数）、複数の無線送信装置それぞれの最小フレーム送信間隔の中で最も短い最小フレーム送信間隔に等しい。
【００８５】
これにより、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置がそれぞれ複数の送信フレームを連続して送信する場合に、（Ｔ-1〜Ｔ0），（Ｔ0〜Ｔ1），（Ｔ1〜Ｔ2），（Ｔ2〜Ｔ3），・・・，（Ｔn-2〜Ｔn-1）それぞれの期間内に複数の送信フレームが含まれることがない。すなわち、送信フレームを送信する毎に、少なくとも１つの秘密鍵が期限切れになる。このため、上記第２通常フレームを送信する毎に、新たに期限切れになった秘密鍵を第２通常フレームに含めて、この第２通常フレームを送信することができる。つまり、第２通常フレームを連続して送信する場合に、同じ秘密鍵を連続して使用する必要がない。
【００８６】
これにより、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置以外の無線通信装置（以下、システム外装置という）が、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置から送信された第２通常フレームを受信した場合に、このシステム外装置が、受信した第２通常フレームから秘密鍵を抽出して、抽出した秘密鍵を送信フレームに含めてこの送信フレームを送信しても、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置に成りすますことはできない。なぜならば、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置は、次のフレーム送信時には、システム外装置が抽出したものとは別の秘密鍵を第２通常フレームに含めて送信を行うからである。したがって、本発明の無線通信システムを構成する無線送信装置が共有する秘密鍵を用いて本発明の無線送信装置に成りすますという不正行為を抑制することができる。
【００８７】
また、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔm（ｍは２〜ｎの自然数）に対応する秘密鍵Ｋmを用いてメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を生成し、このメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を含む第２通常フレームＮＰiを送信する。このため、本発明の無線通信システムを構成する無線受信装置が、この第２通常フレームＮＰiを受信した時点では、この第２通常フレームＮＰiに含まれているメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））は、有効期限前の秘密鍵、すなわち、これまでのフレーム送信で公開されていない秘密鍵を用いて生成されたものとなる。これにより、システム外装置が、これまでのフレーム送信で取得した秘密鍵、すなわち、有効期限の切れた秘密鍵を用いてメッセージ認証子を生成し、このメッセージ認証子を含む第２通常フレームを送信するという不正を行ったとしても、このようなメッセージ認証子を含む第２通常フレームを不正なものとして除外することができる。
【００８８】
また、請求項１６に記載のデータ通信装置において、請求項１７に記載のように、第２通常フレーム送信手段が、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔmの中から、最も早く有効期限が切れるものを選択し、この選択した有効期限Ｔmに対応する秘密鍵Ｋmを用いてメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を生成するようにしてもよい。
【００８９】
このように構成された無線通信装置では、メッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を含む第２通常フレームを受信した後に、メッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を検証するための秘密鍵Ｋmを最も早く取得することができ、これにより、最も早くメッセージの完全性を検証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】無線通信システム１の構成及び動作の概要を示す説明図である。
【図２】路側機２，３が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
【図３】車載器４が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
【図４】センター通信局５が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
【図５】第１実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図６】車載機フレーム検証処理を示すフローチャートである。
【図７】キーチェイン送信処理を示すフローチャートである。
【図８】路側機２，３によるフレーム送信の方法と車載器４による完全性検証の方法を説明する図である。
【図９】路側機送信周期情報の構成、及び無線通信システム１のフレーム送信処理を示す図である。
【図１０】第２実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態の無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。
【図１２】第２実施形態の路側機２，３によるフレーム送信の方法を説明する図である。
【図１３】第３実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図１４】第４実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図１５】第５実施形態の最小フレーム送信間隔送信処理を示すフローチャートである。
【図１６】第５実施形態のキーチェイン送信処理を示すフローチャートである。
【図１７】第５実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【図１８】第５実施形態の有効期限付キーチェインの構成を示す説明図である。
【図１９】第５実施形態の無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。
【図２０】別の実施形態の路側機Ａ，Ｂ，Ｃによるフレーム送信の方法を説明する図である。
【図２１】有効期限付キーチェインの構成を示す説明図である。
【図２２】ＴＥＳＬＡの処理を説明する図である。
【図２３】Immediate Authenticationの処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００９１】
（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態を図面とともに説明する。
図１は、無線通信システム１の構成及び動作の概要を示す説明図である。
【００９２】
本実施形態の無線通信システム１は、図１に示すように、自動車の走行路付近に分散して設置される路側機２，３と、自動車に搭載されて路側機や他の車両との間で無線通信を行う車載器４と、路側機２，３と有線ネットワークＮＷを介して接続されたセンター通信局５とから構成されている。
【００９３】
路側機２，３は、道路交差点に設置される交通信号機１１の近傍に設置されている。さらに路側機２，３の近傍には、車両の接近を検出する車両センサ１２と、ＧＰＳ（Global Positioning System）用の人工衛星からの電波をＧＰＳアンテナ（不図示）を介して受信するＧＰＳ受信機１３とが設置される。そして路側機２，３はそれぞれ、交通信号機１１、車両センサ１２、及びＧＰＳ受信機１３に接続され、これらから出力される信号が入力される。
【００９４】
路側機２，３は、交通情報等の各種情報を周囲の自動車に定期的に送信する定期送信機能を有する。また車載器４は、自動車に搭載された車載制御装置からの送信要求を受けて、自車両の状態等を路側機や他の車両に送信するランダム送信機能を有する。
【００９５】
また、路側機２，３の定期送信の周期は予め決められており（本実施形態では１００ｍｓ）、路側機２，３にはそれぞれ、定期送信期間内のどのタイミングで定期送信を行うかが割り当てられている。
【００９６】
図２は、路側機２，３が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
路側機２（３）は、図２に示すように、有線受信部２１、時刻同期部２２、有線送信部２３、メッセージ生成部２４、認証情報追加部２５、認証処理部２６、及び無線送信部２７を備える。
【００９７】
これらのうち有線受信部２１は、ＧＰＳ受信機１３またはセンター通信局５から受信した時刻同期情報を時刻同期部２２に送信する。また、センター通信局５から有効期限付キーチェイン、鍵周期Ｔｋを示す鍵周期情報、路側機の定期送信周期を示す路側機送信周期情報を受信し、メッセージ生成部２４に送信する。ここで、路側機送信周期情報は、図９（ａ）に示すように、路側機２，３の送信周期と、路側機２，３の送信タイミングである基準タイミングオフセットとから構成される。
【００９８】
また有線受信部２１は、交通信号機１１から信号サイクル情報を受信し、メッセージ生成部２４に送信する。また，車両センサ１２から位置情報と車両存在情報を含む車両センサ情報を受信し、メッセージ生成部２４に送信する。また、路側機３（２）から送信予定メッセージを受信し、メッセージ生成部２４に送信予定メッセージを送信する。
【００９９】
また時刻同期部２２は、有線受信部２１から時刻同期情報を受信し、路側機２（３）の時刻を補正する。なお、センター通信局５と路側機２（３）との間でＮＴＰ(Network Time Protocol)などを用いて送受信を繰り返すことにより時刻を補正してもよい。この場合には、時刻同期部２２が、時刻同期に必要な情報を有線送信部２３に送信する。
【０１００】
また有線送信部２３は、時刻同期部２２から時刻同期情報を受信し、センター通信局５に送信する。
またメッセージ生成部２４は、あらかじめ設定されていた道路線形情報に信号サイクル情報および車両センサ情報を追加して送信メッセージを生成し、生成した送信メッセージを認証情報追加部２５に送信する。また、有効期限付キーチェインと鍵周期情報と路側機送信周期情報を受信し、これらを認証情報追加部２５に送信する。また、有線受信部２１から送信予定メッセージを受信し、この送信予定メッセージを認証情報追加部２５に送信する。
【０１０１】
また認証情報追加部２５は、有効期限付キーチェインと鍵周期情報と路側機送信周期情報を受信し、認証処理部２６に送信する。また、メッセージ生成部２４から送信メッセージを受信し、この送信メッセージを認証処理部２６に送信するとともに、認証処理部２６からアンカーフレームまたは通常フレームを受信する。そして、アンカーフレームまたは通常フレームを受信すると、このアンカーフレームまたは通常フレームを無線送信部２７に送信する。また、メッセージ生成部２４から送信予定メッセージを受信し、この送信予定メッセージを認証処理部２６に送信する。
【０１０２】
また認証処理部２６は、認証情報追加部２５から有効期限付チェインと鍵周期情報と路側機送信周期情報を受信し、これらを保持する。また、認証情報追加部２５から送信予定メッセージを受信し、これを保持する。また、認証情報追加部２５から送信メッセージを受信すると、これを保持する。このとき、既に送信予定メッセージもしくは他の送信メッセージが保持されていた場合には、アンカーフレームを送信するか通常フレームを送信するかを判定し（現在時刻が、有効期限付キーチェインの鍵Ｋ0の有効期間内の場合はアンカーフレーム、それ以外の場合は通常フレーム）、その判定結果に従ってアンカーフレームまたは通常フレームを生成し、生成したフレームを認証情報追加部２５に送信する。
【０１０３】
また無線送信部２７は、認証情報追加部２５からアンカーフレームまたは通常フレームを受信し、このフレームを無線で送信する。
なお路側機２，３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、上記の有線受信部２１、時刻同期部２２、有線送信部２３、メッセージ生成部２４、認証情報追加部２５、認証処理部２６、及び無線送信部２７に相当する処理を実行する。
【０１０４】
図３は、車載器４が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
車載器４は、図３に示すように、有線受信部４１、時刻同期部４２、無線受信部４３、メッセージ検証部４４、認証処理部４５、及び有線送信部４６を備える。
【０１０５】
これらのうち有線受信部４１は、自動車に搭載されたＧＰＳ受信機４８または車載制御装置４９から時刻同期情報を受信し、この時刻同期情報を時刻同期部４２に送信する。
また時刻同期部４２は、有線受信部４１から時刻同期情報を受信し、車載器４の時刻を補正する。これにより、車載器４の時刻がＧＰＳ受信機４８または車載制御装置４９と同期する。
【０１０６】
また無線受信部４３は、アンカーフレームまたは通常フレームを無線通信で受信し、受信したフレームをメッセージ検証部４４に送信する。
またメッセージ検証部４４は、無線受信部４３から受信したアンカーフレームまたは通常フレームを認証処理部４５に送信する。また、認証処理部４５からメッセージを受信し、このメッセージを有線送信部４６に送信する。
【０１０７】
また認証処理部４５は、アンカーフレームまたは通常フレームの完全性を検証し、電子署名もしくはメッセージ認証子（ＭＡＣ）を受理すると、メッセージを取り出して、メッセージ検証部４４に送信する。一方、電子署名またはＭＡＣを棄却すると、フレームを廃棄する。ここで、電子署名アルゴリズムは、ＲＳＡ署名やＥＣＤＳＡ署名など公開鍵暗号による電子署名である。また、ＭＡＣは、ＨＭＡＣやＮＭＡＣなどハッシュ関数ベースのメッセージ認証子でもよいし、Ｗｅｇｍａｎ−Ｃａｒｔｅｒ二分木構造を利用したＭＡＣＨなどのメッセージ認証子でもよいし、ブロック暗号を利用したＯＭＡＣ，ＣＢＣ−ＭＡＣ，ＰＭＡＣなどのメッセージ認証子でもよい。
【０１０８】
また有線送信部４６は、メッセージ検証部４４から受信したメッセージを車載制御装置４９に送信する。
また車載制御装置４９は、有線送信部４６から受信したメッセージに基づき、交通信号機１１の信号サイクル情報や他車両の存在情報を運転者に通知する。これにより、燃費改善や事故防止を運転者に促す。
【０１０９】
なお車載器４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、上記の有線受信部４１、時刻同期部４２、無線受信部４３、メッセージ検証部４４、認証処理部４５、及び有線送信部４６に相当する処理を実行する。
【０１１０】
図４は、センター通信局５が実行する処理の概要を示す機能ブロック図である。
センター通信局５は、図４に示すように、キーチェイン生成部５１及び認証情報制御部５２を備える。
【０１１１】
これらのうちキーチェイン生成部５１は、認証情報制御部５２から有効期限付キーチェイン生成命令を受信し、予め設定されたキーチェイン長さｎ及び鍵周期Ｔｋを用いて、キーチェイン送信処理（後述）のＳ４１０〜Ｓ４６０に示す手順（図７を参照）で有効期限付キーチェインを生成し、生成した有効期限付キーチェインを認証情報制御部５２に送信する。なお、キーチェイン長さｎ及び鍵周期Ｔｋは、センター通信局５内で予め設定されており、所定の更新プログラムまたはキーボード等の外部入力によりキーチェイン長さｎ及び鍵周期Ｔｋを更新することができる。
【０１１２】
また認証情報制御部５２は、予め設定された命令送信時間が経過する毎に有効期限付キーチェイン生成命令をキーチェイン生成部５１に送信する。そして、キーチェイン生成部５１から有効期限付キーチェインを受信すると、有効期限付キーチェインと鍵周期情報と路側機送信周期情報を路側機２，３に送信する。なお、路側機送信周期情報は、センター通信局５内で予め設定されており、所定の更新プログラムまたはキーボード等の外部入力により路側機送信周期情報を更新することができる。
【０１１３】
なおセンター通信局５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて、上記のキーチェイン生成部５１及び認証情報制御部５２に相当する処理を実行する。
【０１１４】
このように構成された無線通信システム１において、路側機２，３は、送信フレームを生成して送信する路側機フレーム送信処理を実行し、車載器４は、受信フレームを検証する車載機フレーム検証処理を実行し、センター通信局５は、有効期限付キーチェインを生成して送信するキーチェイン送信処理を実行する。
【０１１５】
図５は路側機フレーム送信処理を示すフローチャート、図６は車載機フレーム検証処理を示すフローチャート、図７はキーチェイン送信処理を示すフローチャートである。図８は、路側機２，３によるフレーム送信の方法と車載器４による完全性検証の方法を説明する図である。図９（ａ）は路側機送信周期情報の構成を示す図、図９（ｂ）は無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。
【０１１６】
次に、路側機２（３）が実行する路側機フレーム送信処理の手順を図５を用いて説明する。この路側機フレーム送信処理は、路側機２（３）のＣＰＵが起動している間に繰り返し実行される処理である。
【０１１７】
この路側機フレーム送信処理が実行されると、路側機２（３）は、まずＳ１０にて、他の路側機、すなわち路側機３（２）から、路側機３（２）が次回送信するメッセージ（以下、他機送信予定メッセージＰＭという）を有線ネットワークＮＷを介して受信する。その後Ｓ２０にて、自身の路側機、すなわち路側機２（３）が今回送信するメッセージ（以下、自機送信メッセージＭという）を生成する。この自機送信メッセージＭには、交通信号機１１から取得した信号サイクル情報と、車両センサ１２から取得した車両存在情報が含まれている。
【０１１８】
そしてＳ３０にて、Ｓ１０で受信した他路側機送信予定メッセージＰＭのハッシュ関数Ｈａｓｈによる写像の像Ｈａｓｈ（ＰＭ）を算出する。さらにＳ４０にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。
【０１１９】
そして、送信タイミングが到来するとＳ５０にて、今回送信する送信フレームがアンカーフレームであるか否かを判断する。具体的には、センター通信局５から予め受信している有効期限付キーチェインに基づいて、有効期限内に現在時刻を含んでいる秘密鍵が初期鍵Ｋ0である場合には、アンカーフレームであると判断する。
【０１２０】
ここで、送信フレームがアンカーフレームである場合には（Ｓ５０：ＹＥＳ）、Ｓ６０にて、アンカーフレームであるか否かを示すフレーム識別情報ＩＤａを１に設定し、このフレーム識別情報ＩＤａと、自機送信メッセージＭと、ハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）と、初期鍵Ｋ0と、秘密鍵Ｋ1の有効期限Ｔ0と、鍵周期Ｔkの６つのデータをデータＤ1とする。さらに、このデータＤ1に対する電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を生成する。
【０１２１】
そしてＳ７０にて、データＤ1と電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）との検証で使用する公開鍵の電子証明書Ｃｅｒｔと、データＤ1と電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）とで構成されるアンカーフレームを生成する（図８のアンカーフレームＡＰ1を参照）。その後Ｓ８０にて、Ｓ７０で生成されたアンカーフレームを無線送信し、Ｓ１３０に移行する。
【０１２２】
一方Ｓ６０にて、送信フレームがアンカーフレームでない場合には（Ｓ５０：ＮＯ）、送信フレームが通常フレームであると判断し、Ｓ９０にて、センター通信局５から予め受信している有効期限付キーチェインから、有効期限内に現在時刻を含んでいる秘密鍵Ｋiを抽出する。次にＳ１００にて、秘密鍵Ｋiを用いて、自機送信メッセージＭとハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）に対するメッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍ，Ｈａｓｈ（ＰＭ））を生成する。このメッセージ認証子生成アルゴリズムは、ＨＭＡＣやＮＭＡＣなどハッシュ関数ベースのメッセージ認証子でもよいし、Ｗｅｇｍａｎ−Ｃａｒｔｅｒ二分木構造を利用したＭＡＣＨなどのメッセージ認証子でもよいし、ブロック暗号を利用したＯＭＡＣ，ＣＢＣ−ＭＡＣ，ＰＭＡＣなどのメッセージ認証子でもよい。
【０１２３】
さらにＳ１１０にて、アンカーフレームであるか否かを示すフレーム識別情報ＩＤａを０に設定し、このフレーム識別情報ＩＤａと、自機送信メッセージＭと、ハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）と、メッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍ，Ｈａｓｈ（ＰＭ））と、秘密鍵Ｋiより１つ前に有効期限が切れた秘密鍵Ｋi-1とで構成される通常フレームを生成する（図８の通常フレームＮＰ2，ＮＰ3を参照）。その後Ｓ１２０にて、Ｓ１１０で生成された通常フレームを無線送信し、Ｓ１３０に移行する。
【０１２４】
そしてＳ１３０に移行すると、自身の路側機、すなわち路側機２（３）が次回送信するメッセージを生成し、このメッセージを、他の路側機、すなわち路側機３（２）に送信し、路側機フレーム送信処理を一旦終了する。
【０１２５】
このように構成された路側機２，３では、例えば以下に示すようにしてフレーム送信を行う。
図９（ｂ）に示すように、路側機２，３は、まず、センター通信局５から、有効期限付キーチェイン、鍵周期Ｔｋを示す鍵周期情報、路側機の定期送信周期を示す路側機送信周期情報を受信する（矢印Ｙ１１，Ｙ１２を参照）。
【０１２６】
次に路側機３は、路側機３が次回送信するメッセージ（図９（ｂ）のメッセージＭ2）を有線ネットワークＮＷを介して路側機２に送信する（矢印Ｙ１３を参照）。
そして、路側機３からメッセージＭ2を受信した路側機２は、路側機２が今回送信するメッセージＭ1と、メッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）を含むアンカーフレームＡＰ1（図８を参照）を無線送信する（矢印Ｙ１４を参照）。
【０１２７】
その後、路側機２は、路側機２が次回送信するメッセージ（図９（ｂ）のメッセージＭ3）を有線ネットワークＮＷを介して路側機３に送信する（矢印Ｙ１５を参照）。
そして、路側機２からメッセージＭ3を受信した路側機３は、路側機３が今回送信するメッセージＭ2と、メッセージＭ3のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ3）を含む通常フレームＮＰ2（図８を参照）を無線送信する（矢印Ｙ１６を参照）。
【０１２８】
その後、路側機３は、路側機３が次回送信するメッセージ（図９（ｂ）のメッセージＭ4）を有線ネットワークＮＷを介して路側機２に送信する（矢印Ｙ１７を参照）。
そして、路側機３からメッセージＭ4を受信した路側機２は、路側機２が今回送信するメッセージＭ3と、メッセージＭ4のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ4）を含む通常フレームＮＰ3（図８を参照）を無線送信する（矢印Ｙ１８を参照）。
【０１２９】
次に、車載器４が実行する車載機フレーム検証処理の手順を、図６を用いて説明する。この車載機フレーム検証処理は、車載器４のＣＰＵが起動している間に繰り返し実行される処理である。
【０１３０】
この車載機フレーム検証処理が実行されると、車載器４は、まずＳ２１０にて、路側機２，３から送信されるフレームを受信する。そしてＳ２２０にて、Ｓ２１０で受信したフレーム（以下、受信フレームという）がアンカーフレームであるか否かを判断する。具体的には、受信フレームのフレーム識別情報ＩＤａが１である場合にアンカーフレーム、フレーム識別情報ＩＤａが０である場合に通常フレームであると判断する。
【０１３１】
ここで、受信フレームがアンカーフレームである場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、Ｓ２３０にて、電子署名の検証を行う。例えば、図８に示すアンカーフレームＡＰ1を受信した場合には、電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を検証する。
【０１３２】
そしてＳ２４０にて、Ｓ２３０での電子署名の検証の結果に基づいて、電子署名を受理できるか否かを判断する。ここで、電子署名を受理できない場合には（Ｓ２４０：ＮＯ）、Ｓ２５０にて、受信フレームを廃棄して、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。
【０１３３】
一方、電子署名を受理できる場合には（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、Ｓ２６０にて、認証情報を更新する。具体的には、アンカーフレームに含まれている次メッセージのハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）、初期鍵Ｋ0、秘密鍵Ｋ1の有効期限Ｔ0、鍵周期Ｔkを更新して保存する。例えば、図８に示すアンカーフレームＡＰ1を受信した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍ2）、初期鍵Ｋ0、秘密鍵Ｋ1の有効期限Ｔ0、鍵周期Ｔkを保存する。
【０１３４】
そしてＳ２７０にて、アンカーフレームに含まれているメッセージを受信する処理を行い、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。具体的には、アンカーフレームに含まれている自機送信メッセージＭを車載制御装置４９に送信する。例えば、図８に示すアンカーフレームＡＰ1を受信した場合には、メッセージＭ1を送信する。
【０１３５】
一方Ｓ２２０にて、受信フレームがアンカーフレームでない場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、受信フレームが通常フレームであると判断し、Ｓ２８０にて、アンカーフレームを既に受信しているか否かを判断する。ここで、アンカーフレームを受信していない場合には（Ｓ２８０：ＮＯ）、Ｓ２９０にて、受信フレームを廃棄して、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。
【０１３６】
一方、アンカーフレームを既に受信している場合には（Ｓ２８０：ＹＥＳ）、Ｓ３００にて、メッセージの検証を行う。具体的には、まず、受信した通常フレームに含まれている秘密鍵の完全性を検証する。そして、この秘密鍵の完全性が検証された場合に、前回受信したフレームに含まれていたハッシュ値を用いて、今回受信した通常フレームに含まれているメッセージの完全性を検証する。
【０１３７】
例えば、図８に示す通常フレームＮＰ2を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋ1の完全性を検証する。具体的には、通常フレームＮＰ2の受信時刻Ｔr2と有効期限Ｔ0と鍵周期Ｔkとから一方向性関数Ｆの写像回数Ｎmを下式（４）で算出し、秘密鍵Ｋ1を一方向性関数ＦでＮm回写像して得られる像Ｆ(Nm)（Ｋ1）が初期鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【０１３８】
Ｎm ＝ ｛（Ｔr2−Ｔ0）／Ｔk｝ ・・・（４）
なお、一方向性関数Ｆとして、例えばハッシュ関数、離散対数問題を活用した一方向性関数、素因数分解を活用した一方向性関数などを利用することができる。また、上記のハッシュ関数として、例えばＳＨＡ−２５６，ＳＨＡ−３８４，ＳＨＡ−５１２を利用することができ、本実施形態のシード鍵Ｋnが例えば２５６ｂｉｔのデータである場合には一方向性関数ＦとしてＳＨＡ−２５６を利用することができる。
【０１３９】
そして、像Ｆ(Nm)（Ｋ1）が初期鍵Ｋ0と一致しない場合には、秘密鍵Ｋ1を棄却して、通常フレームＮＰ2を廃棄する。一方、像Ｆ(Nm)（Ｋ1）が初期鍵Ｋ0と一致する場合には、秘密鍵Ｋ1を受理し、アンカーフレームＡＰ1に含まれていたＨａｓｈ（Ｍ2）を用いて、通常フレームＮＰ2に含まれているメッセージＭ2の完全性を検証する（図８の矢印Ｙ１を参照）。具体的には、通常フレームＮＰ2に含まれているメッセージＭ2をハッシュ関数Ｈａｓｈで写像した像Ｈａｓｈ（Ｍ2）を算出し、これが、アンカーフレームＡＰ1に含まれていたＨａｓｈ（Ｍ2）と一致するか否かを判断する。ここで、Ｈａｓｈ（Ｍ2）が一致しない場合には、検証を棄却し、Ｈａｓｈ（Ｍ2）が一致する場合には、検証を受理する。
【０１４０】
また、図８に示す通常フレームＮＰ3を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋ2の完全性を検証する。具体的には、通常フレームＮＰ3の受信時刻Ｔr3と有効期限Ｔ0と鍵周期Ｔkとから一方向性関数Ｆの写像回数Ｎmを下式（５）で算出し、秘密鍵Ｋ2を一方向性関数ＦでＮm回写像して得られる像Ｆ(Nm)（Ｋ2）が初期鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【０１４１】
Ｎm ＝ ｛（Ｔr3−Ｔ0）／Ｔk｝ ・・・（５）
なお、通常フレームＮＰ2の受信時刻Ｔr2と通常フレームＮＰ3の受信時刻Ｔr3と鍵周期Ｔkとから一方向性関数Ｆの写像回数Ｎmを下式（６）で算出し、秘密鍵Ｋ2を一方向性関数ＦでＮm回写像して得られる像Ｆ(Nm)（Ｋ2）が秘密鍵Ｋ1と一致するか否かを判断するようにしてもよい。この場合には、秘密鍵Ｋ2を一方向性関数Ｆで写像する回数が、初期鍵Ｋ0と一致するまで一方向性関数Ｆで写像する回数よりも少なくなるため、Ｓ３００の処理で行う計算量を低減することができる。
【０１４２】
Ｎm ＝ ｛（Ｔr3−Ｔr2）／Ｔk｝ ・・・（６）
そして、像Ｆ(Nm)（Ｋ2）が初期鍵Ｋ0と一致しない場合には、秘密鍵Ｋ2を棄却して、通常フレームＮＰ3を廃棄する。一方、像Ｆ(Nm)（Ｋ2）が初期鍵Ｋ0と一致する場合には、秘密鍵Ｋ2を受理し、秘密鍵Ｋ2を用いて、前回受信した通常フレームＮＰ2に含まれていたＨａｓｈ（Ｍ3）の完全性を検証する。具体的には、秘密鍵Ｋ2を用いて、通常フレームＮＰ2に含まれていたメッセージ認証子ＭＡＣk2（Ｍ2，Ｈａｓｈ（Ｍ3））を検証する（図８の矢印Ｙ２を参照）。そして、この検証を棄却した場合には、通常フレームＮＰ3を廃棄する。一方、この検証を受理した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍ3）を用いて、通常フレームＮＰ3に含まれているメッセージＭ3の完全性を検証する（図８の矢印Ｙ３を参照）。
【０１４３】
次にＳ３１０にて、Ｓ３００でのメッセージの検証の結果に基づいて、メッセージを受理できるか否かを判断する。ここで、メッセージを受理できない場合には（Ｓ３１０：ＮＯ）、Ｓ２９０にて、受信フレームを廃棄して、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。
【０１４４】
一方、メッセージを受理できる場合には（Ｓ２９０：ＹＥＳ）、Ｓ３２０にて、認証情報を更新する。具体的には、通常フレームに含まれている次メッセージのハッシュ値、メッセージ認証子と、秘密鍵を更新して保存する。例えば、図８に示す通常フレームＮＰ3を受信した場合には、ハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ4）、メッセージ認証子ＭＡＣk3（Ｍ3，Ｈａｓｈ（Ｍ4））、及び秘密鍵Ｋ2を保存する。
【０１４５】
そしてＳ３３０にて、通常フレームに含まれているメッセージを受信する処理を行い、車載機フレーム検証処理を一旦終了する。具体的には、通常フレームに含まれている自機送信メッセージＭを車載制御装置４９に送信する。例えば、図８に示す通常フレームＮＰ3を受信した場合には、メッセージＭ3を送信する。
【０１４６】
次に、センター通信局５が実行するキーチェイン送信処理の手順を、図７を用いて説明する。このキーチェイン送信処理は、センター通信局５のＣＰＵが起動している間に繰り返し実行される処理である。
【０１４７】
このキーチェイン送信処理が実行されると、センター通信局５は、まずＳ４１０にて、乱数を生成して、生成した乱数の値を秘密鍵Ｋnとする（ｎは正の整数）。そしてＳ４２０にて、予め設けられた秘密鍵指示値ｉをｎに設定する。さらにＳ４３０にて、秘密鍵指示値ｉが０より大きいか否かを判断する。
【０１４８】
ここで、ｉが０に等しい場合には（Ｓ４３０：ＮＯ）、Ｓ４６０に移行する。一方、秘密鍵指示値ｉが０より大きい場合には（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、Ｓ４４０にて、秘密鍵Ｋiに一方向性関数Ｆを適用し、秘密鍵Ｋi-1を生成する。そしてＳ４５０にて、秘密鍵指示値ｉをデクリメント（１減算）して、Ｓ４３０に移行し、上述の処理を繰り返す。
【０１４９】
そしてＳ４６０に移行すると、上述の処理で生成された秘密鍵Ｋ0〜Ｋnの有効期間ΔＴ0〜Ｔnを、下式（４）に示すように設定する。ここで、Ｔ0は秘密鍵Ｋ1の有効期限である。またＴkは、予め設定された鍵周期である。
【０１５０】
【数４】
【０１５１】
なお、有効期間ΔＴ0〜Ｔnがそれぞれ設定された秘密鍵Ｋ0〜Ｋnの集合を有効期限付キーチェインという。
その後Ｓ４７０にて、現在時刻が、有効期限付キーチェインを送信するために予め設定された時刻（以下、キーチェイン送信時刻という）であるか否かを判断する。なお、キーチェイン送信時刻は、前回送信した有効期限付キーチェインを構成する全て秘密鍵Ｋ0〜Ｋnにおいて有効期間が経過する前となるように予め設定されており、例えば、秘密鍵Ｋn-1の有効期限をキーチェイン送信時刻に設定する。但し、センター通信局５のＣＰＵが起動して最初の有効期限付キーチェインの送信の場合には、有効期限付キーチェインが生成された直後の時刻をキーチェイン送信時刻に設定する。
【０１５２】
ここで、現在時刻がキーチェイン送信時刻でない場合には（Ｓ４７０：ＮＯ）、Ｓ４７０の処理を繰り返し、現在時刻がキーチェイン送信時刻となるまで待機する。一方、現在時刻がキーチェイン送信時刻である場合には（Ｓ４７０：ＹＥＳ）、Ｓ４８０にて、Ｓ４６０の処理で生成された有効期限付キーチェインを有線ネットワークＮＷを介して路側機２，３に送信するとともに、Ｓ４９０にて、図９（ａ）に示すように路側機２，３の送信周期と、路側機２，３の送信タイミングである基準タイミングオフセットとから構成される路側機送信周期情報、及び鍵周期情報を有線ネットワークＮＷを介して路側機２，３に送信し、キーチェイン送信処理を一旦終了する。
【０１５３】
このように構成された無線通信システム１の路側機２，３は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を定期送信期間が到来する毎に、メッセージＭ1，メッセージＭ2，・・・，メッセージＭn-1，メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、時刻同期部２２において路側機２，３間で時刻同期するように構成されている。
【０１５４】
そして、路側機２，３では、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される有効期限付キーチェインを、認証処理部２６において保持する。
【０１５５】
また、送信するメッセージＭ1と、メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、秘密鍵Ｋ0と、有効期間ΔＴ1の有効期限Ｔ0と、鍵周期ＴkをデータＤ1として、データＤ1と、データＤ1に対する電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）と、電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書Ｃｅｒｔとから構成される送信フレームであるアンカーフレームＡＰ1を無線送信する（Ｓ６０〜Ｓ８０）。
【０１５６】
さらに、アンカーフレームＡＰ1が送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、現在時刻が有効期間ΔＴj内に含まれている秘密鍵Ｋjを用いて生成された、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである通常フレームを、定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する（Ｓ９０〜Ｓ１２０）。
【０１５７】
また、無線通信システム１の車載器４は、アンカーフレームＡＰ1を受信した場合に、アンカーフレームＡＰ1に含まれる電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を、アンカーフレームＡＰ1に含まれる電子証明書Ｃｅｒｔを用いて検証し（Ｓ２３０）、この検証結果に基づいて、電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を受理した場合に、アンカーフレームＡＰ1に含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0と鍵周期Ｔkを保存する（Ｓ２６０）。
【０１５８】
さらに、通常フレームを受信した場合に、通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋj-1と、秘密鍵Ｋj-2または秘密鍵Ｋ0とを用いて、秘密鍵Ｋj-1の完全性を検証し、この検証結果に基づいて、秘密鍵Ｋj-1を受理した場合に、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した通常フレームに含まれるメッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を検証する。そして、この検証結果に基づいて、メッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を受理した場合に、前回受信した送信フレームに含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj）を用いて、今回受信した通常フレームに含まれるメッセージＭjを検証する（Ｓ３００）。
【０１５９】
したがって、この無線通信システム１の車載器４が、アンカーフレームＡＰ1を受信すると、まず、アンカーフレームＡＰ1に含まれている電子証明書Ｃｅｒｔを用いて、アンカーフレームＡＰ1に含まれている電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）の検証を行う。電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）の検証の結果に基づいて、電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を受理できる場合には、アンカーフレームＡＰ1に含まれているメッセージＭ1とハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と秘密鍵Ｋ0と有効期限Ｔ0と鍵周期Ｔkを保存する（Ｓ２３０〜Ｓ２７０）。
【０１６０】
その後、車載器４が、通常フレームを受信すると、まず、受信した通常フレームに含まれている秘密鍵Ｋj-1の完全性を検証する。例えば、受信した通常フレームに含まれている秘密鍵Ｋj-1を一方向性関数Ｆで適切な回数写像して得られる像が、秘密鍵Ｋ0と一致するか否かを判断する。
【０１６１】
そして、この秘密鍵Ｋj-1の完全性が検証された場合に、前回受信したフレームに含まれていたハッシュ値を用いて、今回受信した通常フレームに含まれているメッセージの完全性を検証する。具体的には、メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）とメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と秘密鍵Ｋj-1とから構成される通常フレーム（以下、通常フレームＮＰiともいう）を受信した場合には、まず、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した通常フレームＮＰj-1に含まれていたメッセージ認証子ＭＡＣj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍi））を検証する。この検証を受理した場合には、Ｈａｓｈ（Ｍi）を用いて、通常フレームＮＰiに含まれているメッセージＭiの完全性を検証する。
【０１６２】
したがって、車載器４において、アンカーフレームを１回受信して電子署名の検証を行えば、その後のｎ−１回の通常フレームの受信では、計算量が小さい秘密鍵検証を行うことにより、計算量が大きい電子署名検証が不要となる。これにより、メッセージ認証全体に要する計算量を低減することができる。
【０１６３】
そして、無線通信システム１では、センター通信局５から有効期限付キーチェインを送信することにより、路側機２，３に有効期限付キーチェインを共有させる（Ｓ４８０）。すなわち、この無線通信システム１を構成する路側機２，３は、同じ秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを用いてアンカーフレーム及び通常フレームを送信することができる。
【０１６４】
このため、この無線通信システム１を構成する路側機２，３のうち或る１つの路側機から送信されたアンカーフレームを受信すれば、このアンカーフレームに含まれる秘密鍵Ｋ0を用いて、他の路側機から受信した通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの検証を行うことができる。
【０１６５】
これにより、車載器４の移動に伴いデータ受信可能な路側機が変化する毎に、データ受信可能な路側機からアンカーフレームを受信して電子署名検証を実行する必要がなくなる。このため、車載器４において、計算量が大きい電子署名検証の回数を低減することができ、車載器４の検証負荷を低減することができる。
【０１６６】
また路側機２（３）は、送信予定メッセージＰＭを送信フレームに含めて送信する前に、送信予定メッセージＰＭを、無線通信システム１が備える他の路側機３（２）に送信し（Ｓ１３０）、他の路側機３（２）から送信予定メッセージＰＭを受信すると（Ｓ１０）、送信予定メッセージＰＭのハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）を、路側機２（３）が送信する送信フレームに含まれるハッシュ値とする（Ｓ３０，Ｓ７０、Ｓ１１０）。
【０１６７】
これにより路側機２（３）は、他の路側機３（２）の送信予定メッセージのハッシュ値を送信フレームに含めて送信することができる。
このため、無線通信システム１の車載器４は、或る路側機２（３）から送信フレームを受信すると、このフレームには、他の路側機３（２）の送信予定メッセージＰＭのハッシュ値が含まれている。そして、この後に、上記他の路側機３（２）から、上記送信予定メッセージＰＭに相当するメッセージが含まれた送信フレームを受信すると、この送信フレームＰＭに含まれるメッセージの完全性を、上記或る路側機２（３）から受信したフレームに含まれる送信予定メッセージＰＭのハッシュ値を用いて検証することができる。
【０１６８】
すなわち、無線通信システム１の車載器４は、同一の路側機からだけではなく、異なる路側機からの連続した２つのフレームを受信することによっても、メッセージの完全性を検証することができる。
【０１６９】
そして、この無線通信システム１は、一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する路側機２，３で構成されているため、同一の路側機から連続した２つのフレームを受信するのに要する時間よりも、異なる路側機からの連続した２つのフレームを受信するのに要する時間の方を短くすることができる。すなわち、同一の路側機から連続した２つのフレームを受信する場合よりも、送信予定メッセージＰＭのハッシュ値を受信してから送信予定メッセージＰＭの完全性の検証を行うまでの時間が短くなり、短い遅延時間でメッセージの完全性を検証することができる。
【０１７０】
またセンター通信局５は、乱数を生成し（Ｓ４１０）、生成された乱数の値を秘密鍵Ｋnとし、さらに、予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋnを写像した像を秘密鍵Ｋn-1として（ｎは自然数）、秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される有効期限付キーチェインを生成し（Ｓ４２０〜Ｓ４６０）、生成された有効期限付キーチェインをネットワークＮＷを介して路側機２，３に送信する（Ｓ４８０）。
【０１７１】
これにより、路側機２，３自身で有効期限付キーチェインを生成する手段が不要となるため、路側機２，３の構成を簡略化することができる。さらに、万が一、有効期限付キーチェインが漏洩した場合に、センター通信局５が新たに有効期限付キーチェインを配信することにより、有効期限付キーチェインの漏洩による被害を最小限に抑えることができる。
【０１７２】
また、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、アンカーフレームＡＰ1に含まれている。
これにより、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、秘密鍵列と鍵周期Ｔkを変更することができる。すなわち、単位時間当たりの送信フレーム数が少ない場合には、鍵周期Ｔkを長く設定することで、路側機２，３において、通常フレームに含まれている秘密鍵を一方向性関数Ｆで写像して秘密鍵Ｋ0と一致させるまでの写像回数を低減することができる。すなわち、車載器４において、秘密鍵Ｋ0の有効期間ΔＴ0と秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴiとの差と、鍵周期Ｔkとに基づいて写像回数を算出し、一方向性関数Ｆでこの写像回数分写像するため、単位時間当たりの送信フレーム数に応じて、適切な計算量でメッセージの完全性を検証させることができる。
【０１７３】
また車載器４は、アンカーフレームＡＰ1を受信する前に通常フレームを受信した場合に、通常フレームを廃棄する（Ｓ２９０）。これにより、通常フレームに含まれる秘密鍵の完全性を検証できない状況で、受信した通常フレームを記憶するという不要な処理を省略することができ、車載器４の処理負荷を低減することができる。
【０１７４】
またセンター通信局５は、有効期限付キーチェインを構成する全て秘密鍵において有効期間が経過する前に、新たに生成された有効期限付キーチェインを送信する（Ｓ４７０〜Ｓ４８０）。これにより、全て秘密鍵において有効期間が経過する前に、路側機２，３に有効期限付キーチェインが送信されるため、路側機２，３側で、有効期間内の秘密鍵がないためにフレームを送信することができないという状況の発生を抑制することができる。また、路側機２，３において、有効期限付キーチェインを新たに必要としているか否かを判断する必要がないため、路側機２，３の構成を簡略化することができる。
【０１７５】
またセンター通信局５は、路側機２，３の送信周期と基準タイミングオフセットとから構成される路側機送信周期情報を送信する（Ｓ４９０）。これにより、路側機２，３のそれぞれが、他の路側機の送信タイミングを示す情報を取得することができる。このため、無線通信システム１が路側機２，３の他にも路側機を備えている場合において、送信予定メッセージを他の路側機に送信するときに、自機の次にフレームを送信する路側機を特定して、この特定した路側機のみに送信予定メッセージを送信することができる。このため、無線通信システム１が備える複数の路側機の全てに送信予定メッセージを送信する場合と比較して、通信帯域を有効利用することができる。
【０１７６】
またセンター通信局５は、鍵周期情報を送信する（Ｓ４９０）。これにより、路側機２，３において、有効期限付キーチェインの秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し設定されている有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnに基づいて、鍵周期Ｔkを算出する必要がなくなり、路側機２，３の処理負荷を低減することができる。
【０１７７】
以上説明した実施形態において、路側機２，３は本発明における無線送信装置、車載器４は本発明における無線受信装置、センター通信局５は本発明におけるデータ通信装置、認証処理部２６は本発明における第１秘密鍵列記憶手段、Ｓ６０〜Ｓ８０の処理は本発明におけるアンカーフレーム送信手段、Ｓ９０〜Ｓ１２０の処理は本発明における第１通常フレーム送信手段、Ｓ４８０の処理と有線受信部２１は本発明における第１鍵列共有手段である。
【０１７８】
また、Ｓ１３０の処理は本発明における予定メッセージ送信手段、Ｓ３０，Ｓ７０、Ｓ１１０の処理は本発明におけるハッシュ値設定手段、有線受信部２１は本発明における第１秘密鍵列取得手段、Ｓ２３０の処理は本発明における電子署名検証手段、Ｓ２６０の処理は本発明における署名受理記憶手段および鍵周期記憶手段、Ｓ３００の処理は本発明における秘密鍵検証手段、メッセージ認証子検証手段、およびメッセージ検証手段、Ｓ２９０の処理は本発明における通常フレーム廃棄手段である。
【０１７９】
また、Ｓ４１０の処理は本発明における乱数生成手段、Ｓ４２０〜Ｓ４６０の処理は本発明における第１秘密鍵列生成手段、Ｓ４８０の処理は本発明における第１秘密鍵列送信手段および第１秘密鍵列配信手段、Ｓ４９０の処理は本発明における送信タイミング送信手段および鍵周期送信手段である。
【０１８０】
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０１８１】
第２実施形態の無線通信システム１は、路側機フレーム送信処理が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
次に、第２実施形態の路側機フレーム送信処理の手順を図１０を用いて説明する。図１０は、第２実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【０１８２】
この路側機フレーム送信処理が実行されると、路側機２（３）は、まずＳ６１０にて、自身の路側機、すなわち路側機２（３）が今回送信するメッセージ（自機送信メッセージＭ）を生成する。
【０１８３】
そしてＳ６２０にて、Ｓ６１０で生成した自機送信メッセージＭを、予め設定された所定分割数ｘ（本実施形態では例えば２）の個数に分割し、メッセージＭ1，メッセージＭ2，・・・，メッセージＭx-1，メッセージＭxを生成する。但し、Ｓ６１０では、メッセージＭ1が、自身の路側機、すなわち路側機２（３）の近傍の道路についての道路線形情報となるように、自機送信メッセージＭが生成されている。
【０１８４】
その後Ｓ６３０にて、予め設けられた送信順指示値ｍを１に設定する。さらにＳ６４０にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。
【０１８５】
そして、送信タイミングが到来するとＳ６５０にて、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しいか否かを判断する。ここで、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しくない場合には（Ｓ６５０：ＮＯ）、Ｓ６６０にて、送信予定メッセージＰＭをメッセージＭm+1に設定してＳ６８０に移行する。一方、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しい場合には（Ｓ６５０：ＹＥＳ）、Ｓ６７０にて、送信予定メッセージＰＭを、他の路側機、すなわち路側機３（２）の近傍の道路についての道路線形情報に設定してＳ６８０に移行する。
【０１８６】
そしてＳ６８０に移行すると、今回送信する送信フレームがアンカーフレームであるか否かを判断する。ここで、送信フレームがアンカーフレームである場合には（Ｓ６８０：ＹＥＳ）、Ｓ６９０にて、自機送信メッセージＭmと、送信予定メッセージＰＭのハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）と、初期鍵Ｋ0と、秘密鍵Ｋ1の有効期限Ｔ0と、鍵周期Ｔkの６つのデータをデータＤ1とする。さらに、このデータＤ1に対する電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）を生成する。
【０１８７】
そしてＳ７００にて、データＤ1と電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）との検証で使用する公開鍵の電子証明書Ｃｅｒｔと、データＤ1と電子署名Ｓｉｇ（Ｄ1）とで構成されるアンカーフレームを生成する。その後Ｓ７１０にて、Ｓ７００で生成されたアンカーフレームを無線送信し、Ｓ７６０に移行する。
【０１８８】
一方Ｓ６８０にて、送信フレームがアンカーフレームでない場合には（Ｓ６８０：ＮＯ）、送信フレームが通常フレームであると判断し、Ｓ７２０にて、センター通信局５から予め受信している有効期限付キーチェインから、有効期限内に現在時刻を含んでいる秘密鍵Ｋiを抽出する。次にＳ７３０にて、秘密鍵Ｋiを用いて、自機送信メッセージＭmと、送信予定メッセージＰＭのハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）に対するメッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍm，Ｈａｓｈ（ＰＭ））を生成する。
【０１８９】
さらにＳ７４０にて、アンカーフレームであるか否かを示すフレーム識別情報ＩＤａを０に設定し、このフレーム識別情報ＩＤａと、自機送信メッセージＭmと、ハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）と、メッセージ認証子ＭＡＣki（Ｍm，Ｈａｓｈ（ＰＭ））と、秘密鍵Ｋiより１つ前に有効期限が切れた秘密鍵Ｋi-1とで構成される通常フレームを生成する。その後Ｓ７５０にて、Ｓ７４０で生成された通常フレームを無線送信し、Ｓ７６０に移行する。
【０１９０】
そしてＳ７６０に移行すると、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しいか否かを判断する。ここで、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しくない場合には（Ｓ７６０：ＮＯ）、Ｓ７７０にて、送信順指示値ｍをインクリメント（１加算）して、Ｓ６５０に移行し、上述の処理を繰り返す。一方、送信順指示値ｍが所定分割数ｘに等しい場合には（Ｓ７６０：ＹＥＳ）、路側機フレーム送信処理を一旦終了する。
【０１９１】
このように構成された路側機２，３では、例えば以下に示すようにしてフレーム送信を行う。図１１は、第２実施形態の無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。図１２は、第２実施形態の路側機２，３によるフレーム送信の方法を説明する図である。
【０１９２】
図１１に示すように、路側機２，３は、まず、センター通信局５から、有効期限付キーチェイン、鍵周期Ｔｋを示す鍵周期情報、路側機の定期送信周期を示す路側機送信周期情報を受信する（矢印Ｙ２１，Ｙ２２を参照）。
【０１９３】
そして路側機２は、２つの送信フレームＰrsu2１，Ｐrsu2２を連続して送信する（矢印Ｙ２３，Ｙ２４を参照）。なお、送信フレームＰrsu2１に含まれている自機送信メッセージＭ1は路側機２の道路線形情報である。また送信フレームＰrsu2２に含まれているハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）は、路側機３の道路線形情報のハッシュ値である（図１２の送信フレームＰrsu2１，Ｐrsu2２を参照）。
【０１９４】
その後に路側機３は、２つの送信フレームＰrsu3１，Ｐrsu3２を連続して送信する（矢印Ｙ２５，Ｙ２６を参照）。なお、送信フレームＰrsu3１に含まれている自機送信メッセージＭ1は路側機３の道路線形情報である。また送信フレームＰrsu3２に含まれているハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）は、路側機２の道路線形情報のハッシュ値である（図１２の送信フレームＰrsu3１，Ｐrsu3２を参照）。
【０１９５】
さらに路側機２は、２つの送信フレームＰrsu2３，Ｐrsu2４を連続して送信する（矢印Ｙ２７，Ｙ２８を参照）。なお、送信フレームＰrsu2３に含まれている自機送信メッセージＭ1は路側機２の道路線形情報である。また送信フレームＰrsu2４に含まれているハッシュ値Ｈａｓｈ（ＰＭ）は、路側機３の道路線形情報のハッシュ値である（図１２の送信フレームＰrsu2３，Ｐrsu2４を参照）。
【０１９６】
このように、路側機２と路側機３とが、複数の送信フレームを連続して送信する毎に交互にフレーム送信を行う。
このように構成された無線通信システム１の路側機２（３）は、定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに含まれるメッセージを、路側機２（３）に関連し且つ短時間で変化しない道路線形情報とし（Ｓ６２０）、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含まれるハッシュ値を、路側機３（２）に関連し且つ短時間で変化しない道路線形情報を用いて生成したハッシュ値とする（Ｓ６７０）。
【０１９７】
これにより路側機２（３）では、定期送信期間の終了直後に送信フレームを送信する路側機３（２）の静的データのハッシュ値を、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含めて送信するとともに、定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに路側機２（３）の静的データを含めて送信する。
【０１９８】
このため、無線通信システム１の車載器４は、路側機２（３）から、定期送信期間内で最後に送信される送信フレームを受信すると、このフレームには、この直後に送信フレームを送信する他の路側機３（２）の静的データのハッシュ値が含まれている。そして、この後に、上記他の路側機３（２）から、他の路側機３（２）の静的データがメッセージとして含まれた送信フレームを受信すると、この送信フレームに含まれるメッセージの完全性を、上記路側機２（３）から受信したフレームに含まれる静的データのハッシュ値を用いて検証することができる。
【０１９９】
すなわち、車載器４が、異なる２つの路側機から、連続した２つのフレームを受信する場合において、これら２つの路側機の間で、送信予定メッセージの送受信が不要となり、無線通信システム１の運用を簡略化することができる。また、無線通信システム１を構成する路側機のうち１台が他の路側機と通信できなくなった場合の影響を低減できるため、より安定した運用が可能となる。
【０２００】
以上説明した実施形態において、Ｓ６２０の処理は本発明におけるメッセージ設定手段、Ｓ６７０の処理は本発明におけるメッセージ認証子設定手段である。
（第３実施形態）
以下に本発明の第３実施形態を説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０２０１】
第３実施形態の無線通信システム１は、路側機フレーム送信処理が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
次に、第３実施形態の路側機フレーム送信処理の手順を図１３を用いて説明する。図１３は、第３実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【０２０２】
第３実施形態の路側機フレーム送信処理は、Ｓ４０の処理が省略された点と、Ｓ７５とＳ１１５の処理が追加された点以外は、第１実施形態と同じである。
すなわち、Ｓ３０の処理が終了すると、Ｓ５０に移行する。また、Ｓ７０の処理が終了するとＳ７５にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。そして、送信タイミングが到来するとＳ８０に移行する。また、Ｓ１１０の処理が終了するとＳ１１５にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。そして、送信タイミングが到来するとＳ１２０に移行する。
【０２０３】
これにより、フレームを生成した後に送信タイミングの到来まで待機するように構成されるため、送信タイミングが到来すると直ちにフレームを送信することができる。
（第４実施形態）
以下に本発明の第４実施形態を説明する。なお、第４実施形態では、第２実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０２０４】
第４実施形態の無線通信システム１は、路側機フレーム送信処理が変更された点以外は第２実施形態と同じである。
次に、第４実施形態の路側機フレーム送信処理の手順を図１４を用いて説明する。図１４は、第４実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
【０２０５】
第４実施形態の路側機フレーム送信処理は、Ｓ６４０の処理が省略された点と、Ｓ７０５とＳ７４５の処理が追加された点以外は、第２実施形態と同じである。
すなわち、Ｓ６３０の処理が終了すると、Ｓ６５０に移行する。また、Ｓ７００の処理が終了するとＳ７０５にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。そして、送信タイミングが到来するとＳ７１０に移行する。また、Ｓ７４０の処理が終了するとＳ７４５にて、路側機送信周期情報により設定されている送信タイミングが到来するまで待機する。そして、送信タイミングが到来するとＳ７５０に移行する。
【０２０６】
これにより、フレームを生成した後に送信タイミングの到来まで待機するように構成されるため、送信タイミングが到来すると直ちにフレームを送信することができる。
（第５実施形態）
以下に本発明の第５実施形態を説明する。なお、第５実施形態では、第２実施形態と異なる部分のみを説明する。
【０２０７】
第５実施形態の無線通信システム１は、最小フレーム送信間隔送信処理（後述）を路側機２，３が実行する点と、センター通信局５が実行するキーチェイン送信処理が変更された点と、路側機２，３が実行する路側機フレーム送信処理が変更された点以外は第２実施形態と同じである。
【０２０８】
図１５は最小フレーム送信間隔送信処理を示すフローチャート、図１６は第５実施形態のキーチェイン送信処理を示すフローチャート、図１７は第５実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャート、図１８は第５実施形態の有効期限付キーチェインの構成を示す説明図、図１９は第５実施形態の無線通信システム１のフレーム送信処理を示すシーケンス図である。
【０２０９】
まず、路側機２（３）が実行する最小フレーム送信間隔送信処理の手順を図１５を用いて説明する。この路側機フレーム送信処理は、路側機２（３）のＣＰＵが起動している間に繰り返し実行される処理である。
【０２１０】
この最小フレーム送信間隔送信処理が実行されると、路側機２（３）は、まずＳ８１０にて、予め設定された最小フレーム送信間隔送信タイミングが到来したか否かを判断する。なお、この最小フレーム送信間隔送信タイミングは、例えば、予め設定された所定時刻であってもよいし、所定時間が経過する毎であってもよい。
【０２１１】
ここで、最小フレーム送信間隔送信タイミングが到来していない場合には（Ｓ８１０：ＮＯ）、最小フレーム送信間隔送信処理を一旦終了する。一方、最小フレーム送信間隔送信タイミングが到来した場合には（Ｓ８１０：ＹＥＳ）、Ｓ８２０にて、路側機２（３）がフレームを送信する際の最小間隔（すなわち、或るフレームの送信を開始してから、次のフレームの送信を開始するまでの最小の時間間隔）を示す最小フレーム送信間隔情報をセンター通信局５に送信して、最小フレーム送信間隔送信処理を一旦終了する。
【０２１２】
次に、センター通信局５が実行する第５実施形態のキーチェイン送信処理の手順を図１６を用いて説明する。
第５実施形態のキーチェイン送信処理は、Ｓ４０１，Ｓ４０２，Ｓ４０３，Ｓ４６５の処理が追加された点と、Ｓ４６０の処理が省略された点以外は、第２実施形態と同じである。
【０２１３】
すなわち、このキーチェイン送信処理が実行されると、センター通信局５は、まずＳ４０１にて、路側機２（３）から最小フレーム送信間隔情報を受信したか否かを判断する。ここで、最小フレーム送信間隔情報を受信していない場合には（Ｓ４０１：ＮＯ）、Ｓ４１０に移行する。
【０２１４】
一方、路側機２（３）から最小フレーム送信間隔情報を受信した場合には（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、Ｓ４０２にて、最小フレーム送信間隔情報を更新する。具体的には、最小フレーム送信間隔情報を路側機２から受信した場合には、センター通信局５が記憶する、路側機２についての最小フレーム送信間隔情報を、Ｓ４０１で受信した最小フレーム送信間隔情報に置き換える一方、路側機３から最小フレーム送信間隔情報を受信した場合には、センター通信局５が記憶する、路側機３についての最小フレーム送信間隔情報を、Ｓ４０１で受信した最小フレーム送信間隔情報に置き換える。
【０２１５】
その後Ｓ４０３にて、センター通信局５が記憶する、各路側機２，３についての最小フレーム送信間隔情報のうち最も小さい間隔のものを鍵周期Ｔkと決定し、Ｓ４１０に移行する。
【０２１６】
またＳ４３０にて、秘密鍵指示値ｉが０に等しい場合には（Ｓ４３０：ＮＯ）、Ｓ４６５に移行し、上述の処理（Ｓ４３０〜Ｓ４５０）で生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの有効期限Ｔ-1，Ｔ0，Ｔ1，・・・，Ｔn-2，Ｔn-1を、図１８及び下式（５）に示すように設定する。ここで、Ｔ0は秘密鍵Ｋ1の有効期限である。またＴkは、Ｓ４０３の処理で決定された鍵周期である。
【０２１７】
【数５】
【０２１８】
そしてＳ４６５の処理が終了すると、Ｓ４７０に移行する。なお、第５実施形態において、有効期限Ｔ-1，Ｔ0，Ｔ1，・・・，Ｔn-2，Ｔn-1がそれぞれ設定された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnの集合を有効期限付キーチェインという。
【０２１９】
次に、第５実施形態の路側機フレーム送信処理の手順を図１７を用いて説明する。図１７は、第５実施形態の路側機フレーム送信処理を示すフローチャートである。
第５実施形態の路側機フレーム送信処理は、Ｓ７２０の処理が省略された点と、Ｓ７２２，Ｓ７２４の処理が追加された点以外は、第２実施形態と同じである。
【０２２０】
すなわち、Ｓ６８０にて、送信フレームがアンカーフレームでない場合には（Ｓ６８０：ＮＯ）、Ｓ７２２にて、今回送信する送信フレームの送信完了時刻Ｔｆを推定する。そしてＳ７２４にて、送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵のうち、送信完了時刻Ｔｆから有効期限までの間隔が最も短い秘密鍵を抽出し、Ｓ７３０に移行する。
【０２２１】
このように構成された路側機２，３では、例えば図１９に示すようにしてフレーム送信を行う。
路側機２，３は、まず、センター通信局５に、最小フレーム送信間隔情報を送信する（矢印Ｙ５１，Ｙ５２を参照）。その後、路側機２，３は、センター通信局５から、有効期限付キーチェイン、鍵周期Ｔｋを示す鍵周期情報、路側機の定期送信周期を示す路側機送信周期情報を受信する（矢印Ｙ２１，Ｙ２２を参照）。
【０２２２】
そして路側機２は、２つの送信フレームＰrsu2１，Ｐrsu2２を連続して送信する（矢印Ｙ２３，Ｙ２４を参照）。その後に路側機３は、２つの送信フレームＰrsu3１，Ｐrsu3２を連続して送信する（矢印Ｙ２５，Ｙ２６を参照）。さらに路側機２は、２つの送信フレームＰrsu2３，Ｐrsu2４を連続して送信する（矢印Ｙ２７，Ｙ２８を参照）。このように、路側機２と路側機３とが、複数の送信フレームを連続して送信する毎に交互にフレーム送信を行う。
【０２２３】
なお、有効期限付キーチェインの鍵周期Ｔkは、路側機２の最小フレーム送信間隔と路側機３の最小フレーム送信間隔のうちの短い方と一致している。このため、上記の送信フレームＰrsu2１，Ｐrsu2２，Ｐrsu3１，Ｐrsu3２，Ｐrsu2３，Ｐrsu2４は、それぞれ異なる秘密鍵を含む。
【０２２４】
このように構成された無線通信システム１の路側機２，３では、有効期限Ｔi-1と有効期限Ｔjとの差は（ｉは０〜（ｎ−１）の整数）、路側機２，３の最小フレーム送信間隔の中で最も短い最小フレーム送信間隔に等しい。
【０２２５】
これにより、路側機２，３がそれぞれ複数の送信フレームを連続して送信する場合に、（Ｔ-1〜Ｔ0），（Ｔ0〜Ｔ1），（Ｔ1〜Ｔ2），（Ｔ2〜Ｔ3），・・・，（Ｔn-2〜Ｔn-1）それぞれの期間内に複数の送信フレームが含まれることがない。すなわち、送信フレームを送信する毎に、少なくとも１つの秘密鍵が期限切れになる。このため、通常フレームを送信する毎に、新たに期限切れになった秘密鍵を通常フレームに含めて、この通常フレームを送信することができる。つまり、通常フレームを連続して送信する場合に、同じ秘密鍵を連続して使用する必要がない。
【０２２６】
これにより無線通信システム１を構成する路側機２，３以外の無線通信装置（以下、システム外装置という）が、路側機２，３から送信された通常フレームを受信した場合に、このシステム外装置が、受信した通常フレームから秘密鍵を抽出して、抽出した秘密鍵を送信フレームに含めてこの送信フレームを送信しても、路側機２，３に成りすますことはできない。なぜならば、路側機２，３は、次のフレーム送信時には、システム外装置が抽出したものとは別の秘密鍵を通常フレームに含めて送信を行うからである。したがって、路側機２，３が共有する秘密鍵を用いて路側機２，３に成りすますという不正行為を抑制することができる。
【０２２７】
また、今回送信する送信フレームの送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵を用いて、メッセージ認証子ＭＡＣを生成し（Ｓ７２２，Ｓ７３０）、このメッセージ認証子ＭＡＣを含む通常フレームを送信する（Ｓ７４０，Ｓ７５０）。このため、車載器４が、この通常フレームを受信した時点では、この通常フレームに含まれているメッセージ認証子は、有効期限前の秘密鍵、すなわち、これまでのフレーム送信で公開されていない秘密鍵を用いて生成されたものとなる。これにより、システム外装置が、これまでのフレーム送信で取得した秘密鍵、すなわち、有効期限の切れた秘密鍵を用いてメッセージ認証子を生成し、このメッセージ認証子を含む通常フレームを送信するという不正を行ったとしても、このようなメッセージ認証子を含む通常フレームを不正なものとして除外することができる。
【０２２８】
さらに、送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵のうち、送信完了時刻Ｔｆから有効期限までの間隔が最も短い秘密鍵を用いてメッセージ認証子ＭＡＣを生成するため（Ｓ７２４，Ｓ７３０）、車載器４が、メッセージ認証子ＭＡＣを受信した後に、このメッセージ認証子ＭＡＣを検証するための秘密鍵を最も早く取得することができ、これにより、最も早くメッセージの完全性を検証することができる。
【０２２９】
以上説明した実施形態において、認証処理部２６は本発明における第２秘密鍵列記憶手段、Ｓ７２２〜Ｓ７５０の処理は本発明における第２通常フレーム送信手段、Ｓ４８０の処理と有線受信部２１は本発明における第２鍵列共有手段である。
【０２３０】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、路側機２，３がセンター通信局５から有効期限付キーチェインを取得するものを示したが、路側機２，３が有効期限付キーチェインを生成するようにしてもよい。すなわち、Ｓ４１０からＳ４６０の処理を路側機２，３が実行する。これにより、路側機２，３の外部から有効期限付キーチェインを取得するために、路側機２，３をデータ通信可能に外部と接続する必要がなくなる。このため、新たに路側機を設置する場合に外部との接続が不要となり、新たな路側機の設置作業を容易に行うことができる。なお、Ｓ４１０からＳ４６０の処理を路側機２，３が実行する場合において、Ｓ４１０〜Ｓ４５０の処理は本発明における秘密鍵生成手段、Ｓ４６０の処理は本発明における有効期間設定手段である。
【０２３１】
また上記実施形態では、路側機２，３がセンター通信局５から有効期限付キーチェインを取得することにより、路側機２，３に有効期限付キーチェインを共有させるものを示したが、無線通信システム１が備える他の路側機から通信により有効期限付キーチェインを取得することにより、無線通信システム１が備える複数の路側機に有効期限付キーチェインを共有させるようにしてもよい。但し、無線通信システム１を構成する路側機のうち少なくとも１つの路側機が、自身で有効期限付キーチェインを生成したり、外部から予め取得したりしておく必要がある。これにより、無線通信システム１を構成する全ての路側機がセンター通信局５に接続される必要がなくなり、無線通信システム１の構成を簡略化することができる。
【０２３２】
また上記実施形態では、センター通信局５が、前回送信した有効期限付キーチェインを構成する全て秘密鍵Ｋ0〜Ｋnにおいて有効期間が経過する前となるように予め設定されたキーチェイン送信時刻になると、新たに生成した有効期限付キーチェインを路側機２，３に送信するものを示した。しかし、路側機２，３から有効期限付キーチェインの送信要求を受信したときに、有効期限付キーチェインを路側機２，３に送信するようにしてもよい。これにより、センター通信局５で、路側機２，３が有効期限付キーチェインを新たに必要としているか否かを判断する必要がないため、センター通信局５の構成を簡略化することができる。
【０２３３】
また上記第５実施形態では、路側機２，３が交互に複数の送信フレームを送信するものを示した（図１９を参照）。しかし、図２０（ａ）に示すように、各路側機Ａ，Ｂ，Ｃからの送信フレームが届くエリアＡＲａ，ＡＲｂ，ＡＲｃが互いに重なっていない場合には、図２０（ｂ）に示すように、各路側機Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ独立に送信フレームを送信する。この場合において、上記第５実施形態に記載の技術を適用することにより、路側機Ａ，Ｂ，Ｃが、以下のようにフレーム送信を行うようにしてもよい。
【０２３４】
図２０（ｂ）では、路側機Ａ，Ｂ，Ｃのうち路側機Ｂの最小フレーム送信間隔が最も短いため、路側機Ｂの最小フレーム送信間隔が、有効期限付キーチェインの鍵周期Ｔkに設定される。
【０２３５】
そして、有効期限切れ時刻Ｔ3前に路側機Ａが送信を開始する送信フレームＰａ１は、その送信完了時刻Ｔｆが有効期限切れ時刻Ｔ3後であり且つ有効期限切れ時刻Ｔ4前であるので、秘密鍵Ｋ5を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。また、有効期限切れ時刻Ｔ3前に路側機Ｃが送信を開始する送信フレームＰｃ１も、送信フレームＰａ１と同様に、秘密鍵Ｋ5を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。一方、有効期限切れ時刻Ｔ3前に路側機Ｂが送信を開始する送信フレームＰｂ１は、その送信完了時刻Ｔｆが有効期限切れ時刻Ｔ3前であるので、秘密鍵Ｋ4を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。
【０２３６】
さらに、有効期限切れ時刻Ｔ4前に路側機Ａが送信を開始する送信フレームＰａ２は、その送信完了時刻Ｔｆが有効期限切れ時刻Ｔ4後であり且つ有効期限切れ時刻Ｔ5前であるので、秘密鍵Ｋ6を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。また、有効期限切れ時刻Ｔ4前に路側機Ｃが送信を開始する送信フレームＰｃ２も、送信フレームＰａ２と同様に、秘密鍵Ｋ6を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。一方、有効期限切れ時刻Ｔ4前に路側機Ｂが送信を開始する送信フレームＰｂ２は、その送信完了時刻Ｔｆが有効期限切れ時刻Ｔ4前であるので、秘密鍵Ｋ5を用いて生成されたメッセージ認証子が含まれた送信フレームを送信する。
【０２３７】
また上記第５実施形態では、送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵のうち、送信完了時刻Ｔｆから有効期限までの間隔が最も短い秘密鍵を用いてメッセージ認証子ＭＡＣを生成するものを示したが、有効期限までの間隔が最も短い秘密鍵でなくとも、送信完了時刻Ｔｆの時点で有効な秘密鍵であればよい。
【符号の説明】
【０２３８】
１…無線通信システム、２，３…路側機、４…車載器、５…センター通信局、１１…交通信号機、１２…車両センサ、１３…ＧＰＳ受信機、２１…有線受信部、２２…時刻同期部、２３…有線送信部、２４…メッセージ生成部、２５…認証情報追加部、２６…認証処理部、２７…無線送信部、４１…有線受信部、４２…時刻同期部、４３…無線受信部、４４…メッセージ検証部、４５…認証処理部、４６…有線送信部、４８…ＧＰＳ受信機、４９…車載制御装置、５１…キーチェイン生成部、５２…認証情報制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置と、
前記無線送信装置から送信されたデータを無線受信する無線受信装置と
の２種類の通信装置が混在する無線通信システムにおいて、前記無線送信装置として使用される無線通信装置であって、
複数の前記無線送信装置は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を前記定期送信期間が到来する毎に、前記メッセージＭ1，前記メッセージＭ2，・・・，前記メッセージＭn-1，前記メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、複数の前記無線送信装置間で時刻同期するように構成され、
予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで前記一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第１秘密鍵列を記憶する第１秘密鍵列記憶手段と、
送信するメッセージＭ1と、該メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、前記秘密鍵Ｋ0と、有効期間ΔＴ1の有効期限Ｔ0を送信データとして、該送信データと、該送信データに対する電子署名と、該電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書とから構成される送信フレームであるアンカーフレームを無線送信するアンカーフレーム送信手段と、
前記アンカーフレームが送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、該メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、該現在時刻が有効期間ΔＴj内に含まれている秘密鍵Ｋjを用いて生成された、該メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである第１通常フレームを、前記定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する第１通常フレーム送信手段と、
複数の前記無線送信装置に前記第１秘密鍵列を共有させる第１鍵列共有手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
送信フレームに含めて送信する予定のメッセージである送信予定メッセージを前記送信フレームに含めて送信する前に、該送信予定メッセージを、前記無線通信システムが備える他の前記無線送信装置に送信する予定メッセージ送信手段と、
前記無線通信システムが備える他の前記無線送信装置から前記送信予定メッセージを受信すると、該送信予定メッセージのハッシュ値を、当該無線送信装置が送信する送信フレームに含まれるハッシュ値とするハッシュ値設定手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記定期送信期間内に複数の送信フレームを送信するように構成され、
前記定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに含まれる前記メッセージを、当該無線通信装置に関連し且つ短時間で変化しないデータである第１静的データとするメッセージ設定手段と、
前記定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含まれるメッセージ認証子を、前記定期送信期間の終了直後に送信フレームを送信する他の前記無線通信装置に関連し且つ短時間で変化しないデータである第２静的データを用いて生成したメッセージ認証子とするメッセージ認証子設定手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記秘密鍵Ｋnと、前記有効期限Ｔ0と、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkとが、複数の前記無線送信装置に共通して予め設定されており、
前記第１鍵列共有手段は、
前記秘密鍵Ｋnについて前記秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより前記秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを生成する秘密鍵生成手段と、
前記秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を、前記有効期限Ｔ0、及び鍵周期Ｔkを用いて設定する有効期間設定手段とから構成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記無線通信システムは、
前記第１秘密鍵列を生成し、ネットワークを介して配信する第１秘密鍵列配信手段を備え、
前記第１鍵列共有手段は、
前記第１秘密鍵列配信手段により配信された前記第１秘密鍵列を、前記ネットワークを介して取得する第１秘密鍵列取得手段である
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記第１鍵列共有手段は、
前記無線通信システムが備える他の前記無線送信装置から通信により前記第１秘密鍵列を取得することにより、複数の前記無線送信装置に前記第１秘密鍵列を共有させる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項７】
秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、前記アンカーフレームに含まれる
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置から送信されたデータを無線受信し、前記無線通信システムにおいて前記無線送信装置として使用される無線通信装置であって、
前記アンカーフレームを受信した場合に、該アンカーフレームに含まれる前記電子署名を、前記アンカーフレームに含まれる前記電子証明書を用いて検証する電子署名検証手段と、
前記電子署名検証手段による検証結果に基づいて、前記電子署名を受理した場合に、前記アンカーフレームに含まれる前記ハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と前記秘密鍵Ｋ0と前記有効期限Ｔ0を記憶する署名受理記憶手段と、
前記第１通常フレームを受信した場合に、該第１通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋj-1と、秘密鍵Ｋj-2または前記秘密鍵Ｋ0とを用いて、前記秘密鍵Ｋj-1の完全性を検証する秘密鍵検証手段と、
前記秘密鍵検証手段による検証結果に基づいて、前記秘密鍵Ｋj-1を受理した場合に、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した前記第１通常フレームに含まれるメッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を検証するメッセージ認証子検証手段と、
前記メッセージ認証子検証手段による検証結果に基づいて、前記メッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を受理した場合に、前回受信した送信フレームに含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj）を用いて、今回受信した前記第１通常フレームに含まれるメッセージＭjを検証するメッセージ検証手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項９】
前記アンカーフレームを受信する前に前記第１通常フレームを受信した場合に、該第１通常フレームを廃棄する通常フレーム廃棄手段を備える
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、前記アンカーフレームに含まれ、
前記電子署名検証手段による検証結果に基づいて、前記電子署名を受理した場合に、前記アンカーフレームに含まれる鍵周期Ｔkを記憶する鍵周期記憶手段を備える
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置とデータ通信可能に接続されたデータ通信装置であって、
乱数を生成する乱数生成手段と、
前記乱数生成手段によって生成された乱数の値を前記秘密鍵Ｋnとし、さらに、予め設定された一方向性関数Ｆで前記秘密鍵Ｋnを写像した像を秘密鍵Ｋn-1として（ｎは自然数）、秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第１秘密鍵列を生成する第１秘密鍵列生成手段と、
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置に、前記第１秘密鍵列生成手段により生成された前記第１秘密鍵列を送信する第１秘密鍵列送信手段と
を備えることを特徴とするデータ通信装置。
【請求項１２】
前記第１秘密鍵列送信手段は、
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置から前記第１秘密鍵列の送信要求を受信したときに、該無線通信装置に前記第１秘密鍵列を送信する
ことを特徴とする請求項１１に記載のデータ通信装置。
【請求項１３】
前記第１秘密鍵列送信手段は、
前記第１秘密鍵列生成手段により生成された前記第１秘密鍵列を構成する全て前記秘密鍵において前記有効期間が経過する前に、前記第１秘密鍵列生成手段により新たに生成された前記第１秘密鍵列を送信する
ことを特徴とする請求項１１に記載のデータ通信装置。
【請求項１４】
前記無線通信システムが備える複数の前記無線送信装置のそれぞれについての送信フレームを送信する送信タイミングを示す情報を送信する送信タイミング送信手段を備える
ことを特徴とする請求項１１〜請求項１３の何れか１項に記載のデータ通信装置。
【請求項１５】
秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkを送信する鍵周期送信手段を備える
ことを特徴とする請求項１１〜請求項１４の何れか１項に記載のデータ通信装置。
【請求項１６】
一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置と、
前記無線送信装置から送信されたデータを無線受信する無線受信装置と
の２種類の通信装置が混在する無線通信システムにおいて、前記無線送信装置として使用される無線通信装置であって、
複数の前記無線送信装置は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を前記定期送信期間が到来する毎に、前記メッセージＭ1，前記メッセージＭ2，・・・，前記メッセージＭn-1，前記メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、複数の前記無線送信装置間で時刻同期するように構成され、
予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで前記一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期限Ｔ-1，Ｔ0，Ｔ1，・・・，Ｔn-1が、有効期限Ｔ-1，有効期限Ｔ0，有効期限Ｔ1，・・・，有効期限Ｔn-2，有効期限Ｔn-1の順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第２秘密鍵列を記憶する第２秘密鍵列記憶手段と、
送信するメッセージＭ1と、該メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、前記秘密鍵Ｋ0と、前記有効期限Ｔ0を送信データとして、該送信データと、該送信データに対する電子署名と、該電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書とから構成される送信フレームであるアンカーフレームを無線送信するアンカーフレーム送信手段と、
前記アンカーフレームが送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、該メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔm（ｍは２〜ｎの自然数）に対応する秘密鍵Ｋmを用いて生成された、該メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである第２通常フレームを、前記定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する第２通常フレーム送信手段と、
複数の前記無線送信装置に前記第２秘密鍵列を共有させる第２鍵列共有手段とを備え、
１つの前記無線送信装置が或る前記送信フレームを送信してから次の前記送信フレームを送信するまでの時間間隔をフレーム送信間隔とし、さらに、この１つの前記無線送信装置において最も短い前記フレーム送信間隔を最小フレーム送信間隔として、
前記有効期限Ｔi-1と前記有効期限Ｔiとの差は（ｉは０〜（ｎ−１）の整数）、複数の前記無線送信装置それぞれの前記最小フレーム送信間隔の中で最も短い前記最小フレーム送信間隔に等しい
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１７】
前記第２通常フレーム送信手段は、
今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔmの中から、最も早く前記有効期限が切れるものを選択し、この選択した前記有効期限Ｔmに対応する秘密鍵Ｋmを用いて前記メッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を生成する
ことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信装置。
【請求項１】
一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置と、
前記無線送信装置から送信されたデータを無線受信する無線受信装置と
の２種類の通信装置が混在する無線通信システムにおいて、前記無線送信装置として使用される無線通信装置であって、
複数の前記無線送信装置は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を前記定期送信期間が到来する毎に、前記メッセージＭ1，前記メッセージＭ2，・・・，前記メッセージＭn-1，前記メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、複数の前記無線送信装置間で時刻同期するように構成され、
予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで前記一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第１秘密鍵列を記憶する第１秘密鍵列記憶手段と、
送信するメッセージＭ1と、該メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、前記秘密鍵Ｋ0と、有効期間ΔＴ1の有効期限Ｔ0を送信データとして、該送信データと、該送信データに対する電子署名と、該電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書とから構成される送信フレームであるアンカーフレームを無線送信するアンカーフレーム送信手段と、
前記アンカーフレームが送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、該メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、該現在時刻が有効期間ΔＴj内に含まれている秘密鍵Ｋjを用いて生成された、該メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkj（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである第１通常フレームを、前記定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する第１通常フレーム送信手段と、
複数の前記無線送信装置に前記第１秘密鍵列を共有させる第１鍵列共有手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
送信フレームに含めて送信する予定のメッセージである送信予定メッセージを前記送信フレームに含めて送信する前に、該送信予定メッセージを、前記無線通信システムが備える他の前記無線送信装置に送信する予定メッセージ送信手段と、
前記無線通信システムが備える他の前記無線送信装置から前記送信予定メッセージを受信すると、該送信予定メッセージのハッシュ値を、当該無線送信装置が送信する送信フレームに含まれるハッシュ値とするハッシュ値設定手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記定期送信期間内に複数の送信フレームを送信するように構成され、
前記定期送信期間内で最初に送信される送信フレームに含まれる前記メッセージを、当該無線通信装置に関連し且つ短時間で変化しないデータである第１静的データとするメッセージ設定手段と、
前記定期送信期間内で最後に送信される送信フレームに含まれるメッセージ認証子を、前記定期送信期間の終了直後に送信フレームを送信する他の前記無線通信装置に関連し且つ短時間で変化しないデータである第２静的データを用いて生成したメッセージ認証子とするメッセージ認証子設定手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記秘密鍵Ｋnと、前記有効期限Ｔ0と、秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkとが、複数の前記無線送信装置に共通して予め設定されており、
前記第１鍵列共有手段は、
前記秘密鍵Ｋnについて前記秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより前記秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnを生成する秘密鍵生成手段と、
前記秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を、前記有効期限Ｔ0、及び鍵周期Ｔkを用いて設定する有効期間設定手段とから構成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記無線通信システムは、
前記第１秘密鍵列を生成し、ネットワークを介して配信する第１秘密鍵列配信手段を備え、
前記第１鍵列共有手段は、
前記第１秘密鍵列配信手段により配信された前記第１秘密鍵列を、前記ネットワークを介して取得する第１秘密鍵列取得手段である
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記第１鍵列共有手段は、
前記無線通信システムが備える他の前記無線送信装置から通信により前記第１秘密鍵列を取得することにより、複数の前記無線送信装置に前記第１秘密鍵列を共有させる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項７】
秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、前記アンカーフレームに含まれる
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置から送信されたデータを無線受信し、前記無線通信システムにおいて前記無線送信装置として使用される無線通信装置であって、
前記アンカーフレームを受信した場合に、該アンカーフレームに含まれる前記電子署名を、前記アンカーフレームに含まれる前記電子証明書を用いて検証する電子署名検証手段と、
前記電子署名検証手段による検証結果に基づいて、前記電子署名を受理した場合に、前記アンカーフレームに含まれる前記ハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と前記秘密鍵Ｋ0と前記有効期限Ｔ0を記憶する署名受理記憶手段と、
前記第１通常フレームを受信した場合に、該第１通常フレームに含まれる秘密鍵Ｋj-1と、秘密鍵Ｋj-2または前記秘密鍵Ｋ0とを用いて、前記秘密鍵Ｋj-1の完全性を検証する秘密鍵検証手段と、
前記秘密鍵検証手段による検証結果に基づいて、前記秘密鍵Ｋj-1を受理した場合に、秘密鍵Ｋj-1を用いて、前回受信した前記第１通常フレームに含まれるメッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を検証するメッセージ認証子検証手段と、
前記メッセージ認証子検証手段による検証結果に基づいて、前記メッセージ認証子ＭＡＣkj-1（Ｍj-1，Ｈａｓｈ（Ｍj））を受理した場合に、前回受信した送信フレームに含まれるハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj）を用いて、今回受信した前記第１通常フレームに含まれるメッセージＭjを検証するメッセージ検証手段と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項９】
前記アンカーフレームを受信する前に前記第１通常フレームを受信した場合に、該第１通常フレームを廃棄する通常フレーム廃棄手段を備える
ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkが、前記アンカーフレームに含まれ、
前記電子署名検証手段による検証結果に基づいて、前記電子署名を受理した場合に、前記アンカーフレームに含まれる鍵周期Ｔkを記憶する鍵周期記憶手段を備える
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置とデータ通信可能に接続されたデータ通信装置であって、
乱数を生成する乱数生成手段と、
前記乱数生成手段によって生成された乱数の値を前記秘密鍵Ｋnとし、さらに、予め設定された一方向性関数Ｆで前記秘密鍵Ｋnを写像した像を秘密鍵Ｋn-1として（ｎは自然数）、秘密鍵Ｋ0が生成されるまで一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期間ΔＴ0，ΔＴ1，ΔＴ2，・・・，ΔＴn-1，ΔＴnが、有効期間ΔＴ0，有効期間ΔＴ1，有効期間ΔＴ2，・・・，有効期間ΔＴn-1，有効期間ΔＴnの順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第１秘密鍵列を生成する第１秘密鍵列生成手段と、
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置に、前記第１秘密鍵列生成手段により生成された前記第１秘密鍵列を送信する第１秘密鍵列送信手段と
を備えることを特徴とするデータ通信装置。
【請求項１２】
前記第１秘密鍵列送信手段は、
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の無線通信装置から前記第１秘密鍵列の送信要求を受信したときに、該無線通信装置に前記第１秘密鍵列を送信する
ことを特徴とする請求項１１に記載のデータ通信装置。
【請求項１３】
前記第１秘密鍵列送信手段は、
前記第１秘密鍵列生成手段により生成された前記第１秘密鍵列を構成する全て前記秘密鍵において前記有効期間が経過する前に、前記第１秘密鍵列生成手段により新たに生成された前記第１秘密鍵列を送信する
ことを特徴とする請求項１１に記載のデータ通信装置。
【請求項１４】
前記無線通信システムが備える複数の前記無線送信装置のそれぞれについての送信フレームを送信する送信タイミングを示す情報を送信する送信タイミング送信手段を備える
ことを特徴とする請求項１１〜請求項１３の何れか１項に記載のデータ通信装置。
【請求項１５】
秘密鍵Ｋiの有効期間ΔＴi（ｉは０〜ｎの整数）を設定するための鍵周期Ｔkを送信する鍵周期送信手段を備える
ことを特徴とする請求項１１〜請求項１４の何れか１項に記載のデータ通信装置。
【請求項１６】
一定周期毎に繰り返される予め設定された定期送信期間内にデータを無線送信する複数の無線送信装置と、
前記無線送信装置から送信されたデータを無線受信する無線受信装置と
の２種類の通信装置が混在する無線通信システムにおいて、前記無線送信装置として使用される無線通信装置であって、
複数の前記無線送信装置は、ｎ個のメッセージＭ1，Ｍ2，・・・，Ｍn-1，Ｍn（ｎは自然数）を前記定期送信期間が到来する毎に、前記メッセージＭ1，前記メッセージＭ2，・・・，前記メッセージＭn-1，前記メッセージＭnの順に１つずつ送信するとともに、複数の前記無線送信装置間で時刻同期するように構成され、
予め設定された一方向性関数Ｆで秘密鍵Ｋiを写像した像を秘密鍵Ｋi-1として（ｉは１〜ｎの自然数）、予め生成された秘密鍵Ｋnについて秘密鍵Ｋ0が生成されるまで前記一方向性関数Ｆで写像することを繰り返すことにより生成された秘密鍵Ｋ0，Ｋ1，Ｋ2，・・・，Ｋn-1，Ｋnのそれぞれに対し、それぞれ異なる有効期限Ｔ-1，Ｔ0，Ｔ1，・・・，Ｔn-1が、有効期限Ｔ-1，有効期限Ｔ0，有効期限Ｔ1，・・・，有効期限Ｔn-2，有効期限Ｔn-1の順に早く有効期限が切れるように設定されて構成される第２秘密鍵列を記憶する第２秘密鍵列記憶手段と、
送信するメッセージＭ1と、該メッセージＭ1の次に送信するメッセージＭ2のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍ2）と、前記秘密鍵Ｋ0と、前記有効期限Ｔ0を送信データとして、該送信データと、該送信データに対する電子署名と、該電子署名の検証に用いる公開鍵の電子証明書とから構成される送信フレームであるアンカーフレームを無線送信するアンカーフレーム送信手段と、
前記アンカーフレームが送信された後に、今回送信するメッセージＭj（ｊは２〜ｎの自然数）と、該メッセージＭjの次に送信するメッセージＭj+1のハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）と、今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔm（ｍは２〜ｎの自然数）に対応する秘密鍵Ｋmを用いて生成された、該メッセージＭjとハッシュ値Ｈａｓｈ（Ｍj+1）に対するメッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））と、秘密鍵Ｋj-1とから構成される送信フレームである第２通常フレームを、前記定期送信期間が到来する毎に順次無線送信する第２通常フレーム送信手段と、
複数の前記無線送信装置に前記第２秘密鍵列を共有させる第２鍵列共有手段とを備え、
１つの前記無線送信装置が或る前記送信フレームを送信してから次の前記送信フレームを送信するまでの時間間隔をフレーム送信間隔とし、さらに、この１つの前記無線送信装置において最も短い前記フレーム送信間隔を最小フレーム送信間隔として、
前記有効期限Ｔi-1と前記有効期限Ｔiとの差は（ｉは０〜（ｎ−１）の整数）、複数の前記無線送信装置それぞれの前記最小フレーム送信間隔の中で最も短い前記最小フレーム送信間隔に等しい
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１７】
前記第２通常フレーム送信手段は、
今回送信するメッセージＭjの送信完了時刻より後に設定されている有効期限Ｔmの中から、最も早く前記有効期限が切れるものを選択し、この選択した前記有効期限Ｔmに対応する秘密鍵Ｋmを用いて前記メッセージ認証子ＭＡＣkm（Ｍj，Ｈａｓｈ（Ｍj+1））を生成する
ことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信装置。
【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２３】
【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２３】
【公開番号】特開２０１１−２３４３４０（Ｐ２０１１−２３４３４０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４４４２７（Ｐ２０１０−２４４４２７）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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