JP2005323149A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】暗号化通信を実施する前の盗聴されてはならない秘密情報を第三者から保護し安全な無線通信システムを提供すること。
【解決手段】無線端末２は、通信範囲を狭くして（Ｓ１２）認証データ（第二の秘密情報）を無線基地局に送信し（Ｓ１３）、無線基地局１は、通信範囲を狭くして、無線端末２に暗号鍵（秘密情報）を送信し（Ｓ１７）、近距離で秘密情報および第二の秘密情報を交換することによって、第一の秘密情報および第二に秘密情報を第三者から防ぐことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線通信におけるセキュリティを強化した無線通信システムに関するものである。

従来の無線システムの一例としては、無線ＬＡＮに使用されているＩＥＥＥ８０２．１１ｂがある。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂは２．４ＧＨｚ帯の電波を使用して１台の基地局と複数の端末とで無線通信を行う標準規格である。このＩＥＥＥ８０２．１１ｂにおいて、セキュリティ向上の目的で暗号化技術「ＷＥＰ」が使用されている。ＷＥＰでは、無線端末と無線基地局が無線暗号通信を確立する前に、チャレンジレスポンス方式により、上記基地局と上記端末がそれぞれ保持する共有暗号鍵が一致することを確認する。同時に共有暗号鍵が一致することから上記無線端末を認証する。暗号通信を確立する。チャレンジレスポンス方式の概要は以下の通りである。まず、無線基地局は乱数で構成された平文を無線端末に送信し、無線端末は共有暗号鍵を使用して受信した平文を変換し、その結果を無線基地局に送り返す。次に、変換された分を受信した無線基地局は変換された文を復号化した平文と、送信した平文と比較して両者が一致すれば相手端末を認証する。

また、他の従来の無線システムとしては、図９に示す構成の技術がある（例えば、特許文献１）。無線通信部３０５は近距離でしか通信できない特徴を持つ。ここで、情報処理装置３００は、アクセス権のある証明装置が近傍に近づいた場合のみ、セキュリティ関連データ３０６を用いて証明処理装置を認識し、その証明処理装置と通信を行なえる。
特開２０００−２２２２８９号公報

しかしながら、前記「ＷＥＰ」では、第三者によってチャレンジレスポンス方式で使用されたパケットを盗聴された場合、盗聴されたパケットから前記秘密共有鍵を解読される可能性がある。その結果、解読された秘密共有鍵を用いて暗号化パケットが復号され、盗聴される恐れがある。

また、特許文献１に示す技術によれば、無線通信部３０５は近距離のみに限定しているために認証情報を盗聴されるおそれは低いが、遠距離にある証明処理装置と通信できないという課題があった。

本発明は、上記した従来の課題を解決するもので、暗号化通信を確立される前のデータを盗聴されないように近距離で通信を行なった後に遠距離で暗号化通信を実施することを可能とした無線通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の無線通信システムでは、無線端末および無線基地局のいずれか、または双方に通信範囲を調整することのできる通信範囲調整手段を設け、盗聴されたくない秘密情報を無線基地局と無線端末間で通信する際に、通信範囲調整手段によって送信電波が到達する範囲を狭くした後、近隣で秘密情報を交換し、その後上記通信範囲調整手段により送信電波が到達する範囲を広める。

本構成によって、第三者に知られたくない秘密情報を極めて狭い通信到達範囲で送受信することによって、秘密情報の盗聴を防ぐことができる。

本発明の無線通信システムによれば、秘密情報を送信する際に送信電波が到達する範囲を狭くし、さらに秘密情報の送受信後は送信電波が到達範囲をひろげるため秘密情報の盗聴は困難であり、第三者に知られたくない情報（秘密情報）の送信を実施するため、遠くの端末からは前記第三者に知られたくない情報の盗聴は不可能である。また、遠くの無線端末（＝暗号通信の対象ではない第３者）から無線基地局に暗号通信の確立を要求してきても、暗号通信確立に際しては基地局からの電波が弱く受信できないため、第３者は基地局との暗号通信を確立することができない。

また、本発明の無線通信システムによれば、もう一方の端末が秘密情報を送信する際にも電波が到達する範囲を狭め、秘密情報を送受信後に電波が到達する範囲を広げるため、双方の端末間で秘密情報の送受信を盗聴されずに行なうことである。

また、本発明の無線通信システムによれば、無線端末がもう一方の端末に近寄るだけで自動的に秘密情報の送受信を実施できる。

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
＜ネットワーク構成＞
図１は、本実施の形態における無線通信システムのネットワーク図である。図１において、無線端末２が、無線基地局１を介してネットワーク４を経由し、端末３と通信を行う。ここで無線基地局１は、無線端末２と無線通信が可能な無線基地局であって、ネットワーク４と有線で接続されている。無線基地局１は、無線端末２と同等の機能を有する複数の無線端末と同時に無線通信をすることが可能である。無線端末２と無線基地局１間の無線通信方式として、本実施の形態ではＩＥＥＥ８０２．１１ｂを用いて説明する。

なお、無線端末２と無線基地局１間の無線通信方式は、電波を用いた無線通信方式であれば、特に制限はない。無線端末２は、１つの無線基地局と無線通信が可能である端末であり、例えば、無線通信機能を有する携帯端末（ＰＤＡ）やノートパソコン（ＰＣ）などである。端末３はネットワーク４と有線ケーブルで接続された、通信機能を持つ端末であり、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）インタフェースを備えたＰＣなどである。ネットワーク４は有線ネットワークであり、本実施の形態ではインターネットなどの公衆ネットワークとして説明する。

＜無線基地局の構成＞
次に、本実施の形態における無線基地局１の構成を図２を用いて説明する。無線基地局１は、第一の制御部１１、第一の無線通信部１２、有線通信部１３、第一の無線範囲調整部１４、第一の暗号処理部１５、認証部１６によって構成される。

第一の無線通信部１２は、無線端末と通信を行う機能部である。

第一の通信範囲調整部１４は、第一の無線通信部１２に接続され、第一の無線通信部１２の送信電力を調整することにより第一の無線通信部１２の送信電波強度を調整する機能を有する。

有線通信部１３は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ケーブルによってネットワーク４に接続され、端末３と有線通信を行う機能部である。

第一の暗号処理部１５は、暗号通信するために使用する暗号鍵を保持し、この暗号鍵を用いて、第一の制御部１１から受け取ったデータを暗号化して第一の制御部１１に渡したり、第一の制御部１１から受け取ったデータを復号化して制御部に渡す機能を有する。ここで、本実施の形態では、暗号鍵の一例として共有暗号鍵を用いて説明する。

認証部１６は、認証データベース１６１を保有し、無線基地局１との通信を許可する無線端末を認証するための機能部である。ここで、認証データベース１６１の構成を図６を用いて説明する。認証データベース１６１は各エントリにつき、ＭＡＣアドレスフィードとＩＤフィールドを持つ。ＭＡＣアドレスは無線端末２が備える第二の無線通信部２２に割り当てられたＭＡＣアドレス、ＩＤは当該無線端末固有の識別子である。認証データベース１６１は、無線基地局１との通信を許可された無線端末のＭＡＣアドレスとＩＤの組を１つのエントリとして格納している。

第一の制御部１１は、第一の無線通信部１２、有線通信部１３、第一の無線範囲調整部１４、第一の暗号処理部１５、認証部１６に接続され、各部を制御する機能部である。

＜無線端末２の構成＞
次に、本実施の形態における無線端末２の構成を、図３を用いて説明する。無線端末２は、第二の制御部２１、第二の無線通信部２２、第二の無線範囲調整部２３、操作部２４、第二の暗号処理部２５、認証データ保持部２６によって構成される。

第二の無線通信部２２は、無線方式として、無線基地局と同様の無線方式を使用し、無線基地局１と無線で通信する機能部である。

第二の通信範囲調整部２３は、第二の無線通信部２２に接続され、送信電力を調整することにより電波強度を調整する機能を有する。

操作部２４は、無線端末２が保持するユーザーインターフェースであり、例えば、ボタンを押すことにより、制御部２１にボタンが押されたことを通知する信号を第二の制御部２１に送信する。

第二の暗号処理部２５は、本実施の形態においては暗号通信するために使用する暗号鍵を無線基地局１から受け取り、第二の制御部２１から受け取ったデータを暗号化して第二の制御部２１に渡したり、第二の制御部２１から受け取ったデータを復号化して第二の制御部２１に渡す機能を有する。

認証データ保持部２６は認証データ２６１（第二の秘密情報）を保持している。

認証データ２６１は、無線基地局１は無線端末２が通信相手かどうかの認証するための使用するデータである。

本実施の形態における認証データ２６１の構成を図６に示す。認証データ２６１は、ＭＡＣアドレスと無線端末２の固有情報（ＩＤ）とで構成される。

パケット生成部２７は、第二の制御部２１に接続され、平文パケットを生成し、生成したパケットを第二の制御部２１に渡す機能を有する。

第二の制御部２１は、無線通信部２２、第二の無線範囲調整部２３、操作部２４、第二の暗号処理部２５、認証データ保持部２６、パケット生成部２７に接続され各部を制御する機能部である。

＜メッセージシーケンス＞
次に無線基地局１と無線端末２におけるシーケンスを図４を用いて説明する。

本実施の形態では、無線基地局１と無線端末２間の無線通信は盗聴されたくない情報の交換を実施するステップ１と、暗号化通信を実施するステップ２から構成される。ステップ１が一度成功すれば、それ以後はステップ２を実施する。本実施の形態において盗聴されたくない情報交換とは、無線端末２が保持する認証データ（秘密情報）の無線基地局への送信と、無線基地局１が保持する暗号鍵（秘密情報）の無線端末２への送信することである。

ステップ１は、無線端末２が無線基地局１に認証データ２６１（秘密情報）を送信し、無線基地局１は受信した認証データ２６１（秘密情報）がデータベース中に登録されているデータと一致した場合に、暗号鍵を無線端末２に送信し暗号鍵（秘密情報）を共有するまでの盗聴されたくない情報の交換である。

ステップ２はステップ１で共有した暗号鍵を使用して無線基地局１と無線端末２との間で暗号通信である。

図４は、実施の形態における無線基地局１と無線端末２との間で交換されるメッセージのメッセージシーケンス図である。図４を使って処理の流れを説明する。

（Ｓ１１）操作部２４はボタンが押されたこと第二の制御部２１に通知する。

（Ｓ１２）第二の制御部２１は第二の通信範囲調整部２３に通信範囲を狭めるよう信号を送信し、第二の通信範囲調整部２３は送信電力を下げる。

（Ｓ１３）第二の制御部２１は、認証データ保持部２６が保持する認証データ２６１（秘密情報）を第二の無線通信部２２を介して送信する。このとき、送信されるデータは先ほど第二の通信範囲調整部２３によって弱められた電波である。

図８は、実施の形態１における無線基地局１と無線端末２の通信範囲を示す図である。

基地局近距離通信範囲１０１は、第一の通信範囲調整部１４によって電波強度が弱められた場合における無線基地局１の送信電波が到達する範囲である。同様に、基地局遠距離通信範囲１０２は、第一の通信範囲調整部１４によって電波強度が強められた場合における無線基地局１の送信電波が到達する範囲である。さらに、端末近距離通信範囲１０３は、第二の通信範囲制御部２３によって電波強度が弱められた場合における無線端末２の送信電波が到達する範囲である。また、端末近距離通信範囲１０４は、第二の通信範囲調整部２３によって電波強度が強められた場合における無線端末２の送信電波が到達する範囲である。無線端末Ｘ５は、基地局近距離通信範囲１０１および端末近距離通信範囲１０３で送信される無線電波を盗聴することはできない。

（Ｓ１４）認証データ２６１（秘密情報）の送信（Ｓ１３）後、第二の制御部２１は第二の通信範囲調整部２３に通信範囲を広げる信号を送信し、さらに第二の通信範囲調整部２３は送信電力を強める。

（Ｓ１５）無線基地局１の第一の制御部１１は、第一の無線通信部１２より受信した認証データ２６１（秘密情報）を認証処理部１６に渡す。認証部１６は認証した結果が正しかった場合に認証が成功した信号を制御部に送信し、あるいは認証結果が不正であった場合は認証が失敗した信号を第一の制御部１１に送信する。

ここで、（Ｓ１５）における認証処理を、図５のフローチャートと図６の認証データベースの図を用いて説明する。

＜認証処理＞
（Ｓ１５１）認証部１６は、第一の制御部１１より秘密情報として。認証データ２６１を受信する。

（Ｓ１５２）次に、認証部１６は、受信した認証データ２６１（秘密情報）から認証データベース１６１を検索し、認証データ２６１で与えられたＭＡＣアドレスフィールドおよびＩＤフィールドと一致するエントリがあるか検索する。

（Ｓ１５３）検索の結果、認証データ２６１が一致しているか一致していないかを判断する。

（Ｓ１５４）検索の結果、一致するエントリが存在した場合は認証が成功した信号を第一の制御部１１に通知する。本実施の形態においては、認証データ２６１と認証データベース１６１の二つ目のエントリ１６１２とＭＡＣアドレスとＩＤが一致するため、制御部に認証が成功した信号を第一の制御部１１に送信する。

（Ｓ１５５）検索した結果、認証部１６は認証データベース１６１と認証データ２６１（秘密情報）が一致しなかった場合は認証データ２６１（秘密情報）を破棄する。認証データを破棄する。

（Ｓ１５６）認証データ２６１を破棄した後、認証に失敗したことを第一の制御部１１に通知する。

以上、説明したように認証処理が実施される。

では、引き続き図４を用いて処理の流れを説明する。

ここで、引き続き図４を使って処理の流れを説明する。

（Ｓ１６）第一の制御部１１は、認証部１６より認証が成功した信号を受信したとき、第一の制御部１１は第一の通信範囲調整部１４に通信範囲を狭めるよう信号を送信し、第一の通信範囲調整部１４は第一の無線通信部１２の送信電力を弱める。

（Ｓ１７）第一の制御部１１は、第一の暗号処理部１５が保持する暗号鍵・暗号アルゴリズム（秘密情報）を第一の無線通信部１２に送信し、第一の無線通信部１２は第一の暗号処理部１５の保持する暗号鍵・暗号アルゴリズム（秘密情報）を送信する。このとき、送信されるデータはＳ１５において第一の通信範囲調整部１４によって弱められた電波であるため、基地局近距離通信範囲１０１にしか電波は到達しない。

もし、無線端末２が基地局近距離通信範囲１０１より遠かった場合は、暗号鍵・暗号アルゴリズム（秘密情報）は無線端末２にまで到達しない。そのため、無線基地局１と無線端末２の暗号無線通信は確立されない。再び、暗号化通信を確立したければステップ１を繰り返さなければならない。

（Ｓ１８）暗号鍵・暗号アルゴリズム送信（Ｓ１７）後、第一の制御部１１は第一の通信範囲調整部１４に通信範囲を広げる命令信号を送信し、第一の通信範囲調整部１４は、第一の無線通信部１２の送信電力を強める。

（Ｓ１９）無線端末２の第二の制御部２１は、第２の無線通信部２２より受信した暗号鍵・暗号アルゴリズム（秘密情報）を暗号処理部にセットする。

以上、Ｓ１１からＳ１９までが、前記のステップ１の情報交換である。ステップ１が完了すると無線基地局１と無線端末２で暗号鍵・暗号アルゴリズム（秘密情報）を共有する。よって、ステップ２では暗号鍵、アルゴリズムを使って暗号化通信を行なうことができる。

なお、通信範囲を広げるＳ１４は認証データ送信（Ｓ１３）後に実施されているが、ステップ１が終わるまでに実施されればどのタイミングで実施されてもよい。

また、通信範囲を狭めるＳ１６は、認証処理（Ｓ１５）後に実施されているが、秘密情報を送る前に１度実施されればどのタイミングでもよい。

また、第一の通信範囲調整部１４および第二の通信範囲調整部２４は無線通信部の送信電力を調整することによって通信範囲を調整していたが、無線通信部が使用する送信電波の変調度を調整することによって通信範囲を調整してもかまわない。

また、秘密情報は暗号鍵・暗号アルゴリズムおよび認証情報であったが、チャレンジレスポンス方式で使用される、乱数で構成された平文や、同平文を無線端末が保持する暗号鍵を用いて変換した変換文でもかまわない。

また、実施の形態１におけるステップ１での第一の秘密情報と第二の秘密情報を１回づつ送信していたが、それとは異なった秘密情報を複数回送信してもかまわない。

また、ステップ１では秘密情報のみを交換していたが、秘密情報以外の、盗聴されてもよい情報をステップ１で交換してもよい。

また、一方は無線端末でありもう一方は無線基地局であったが、どちらも無線端末であってもよい。

また、ユーザが操作部であるボタンを押すことによって、通信端末２は通信範囲を狭め、認証データ２６１（秘密情報）を送信したが、操作部は、ボタン以外に、例えばタッチパネルのようにユーザからの入力を受け付けられるものであれば、特にボタンにかぎらないことはいうまでもない。

また、第一の無線通信部１２または第二の無線通信部２２が、相手端末または無線基地局からの受信電波強度が一定の閾値を超えたことを検出する機能を保有し、受信電波強度が一定の閾値を超えた場合にステップ１の動作を開始してもかまわない。

本発明にかかる第一の無線端末は、通信範囲調整手段を有し、無線ＬＡＮのアクセスポイントあるいはそれと通信する無線ネットワークカード等として有用である。またネット家電での宅内ネットワークの無線認証サーバや無線制御端末等の用途にも応用できる。

本発明の実施の形態１における無線通信システムのネットワーク図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの無線基地局１の構成図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの無線端末２の構成図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの無線端末２と無線基地局１間のメッセージシーケンスを示す図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの認証部１６におけるフローチャート 本発明の実施の形態１における無線通信システムの認証データベース１６１を明示した図 本発明の実施の形態１における無線通信システムの認証データ２６１を明示した図 本発明の実施例１における無線通信システムの無線基地局１と無線端末２の通信範囲を示す図 従来の情報処理装置及びこの情報処理装置に用いられるプログラムが記憶された記憶媒体のモバイルコンピュータの電子回路の構成を示すブロック図

符号の説明

１ 無線基地局
２ 無線端末
３ 端末
４ ネットワーク
５ 無線端末Ｘ
１１ 第一の制御部
１２ 第一の無線通信部
１３ 有線通信部
１４ 第一の通信範囲調整部
１５ 第一の暗号処理部
１６ 認証部
２１ 第二の制御部
２２ 第二の無線通信部
２３ 第二の通信範囲調整部
２４ 操作部
２５ 第二の暗号処理部
２６ 認証データ保持部
２７ パケット生成部
１６１ 認証データベース
２６１ 認証データ
１０１ 基地局近距離通信範囲
１０２ 基地局遠距離通信範囲
１０３ 端末近距離通信範囲
１０４ 端末遠距離通信範囲
１６１１ 一つ目のエントリ
１６１２ 二つ目のエントリ
１６１３ 三つ目のエントリ

Claims (8)

1. 第一の無線端末と第二の無線端末が無線によってデータを送受信する無線通信システムであって、
   前記第一の無線端末は、
   データを無線で通信する第一の無線通信部と、
   前記第一の無線通信部による無線通信範囲を調整する第一の通信範囲調整部とを備え、
   前記第二の無線端末と秘密情報の通信を行う際に
   前記第一の通信範囲調整部によって前記第一の無線通信部の通信範囲を調整した後、前記秘密情報を前記第二の無線端末に送信すること
   を特徴とする無線通信システム。
2. 前記第一の無線端末と通信する前記第二の無線端末はデータを無線で通信する第二の無線通信部と、
   前記第二の無線通信部による無線通信範囲を調整する第二の通信範囲調整部とを備え、
   前記第二の無線端末は、
   前記第一の無線端末より前記秘密情報を受信すると、前記第二の通信範囲調整部は、前記第二の無線通信部の通信範囲を調整し、前記秘密情報を前記第一の無線端末に送信すること、
   を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記第一の通信範囲調整部または前記第二の通信範囲調整部は、前記第一の無線通信部または前記第二の無線通信部の送信電波強度を変化させることにより通信範囲を調整すること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 前記第一の通信範囲調整部または前記第二の通信範囲調整部は、前記第一の無線通信部または前記第二の無線通信部の送信電波の変調度を変化させることにより通信範囲を調整すること、
   を特徴とする請求項１、または２に記載の無線通信システム。
5. 前記第一の無線端末はさらに、ユーザからの入力を受理し、
   前記第一の通信範囲調整部に前記第二の無線端末との秘密情報の通信させる操作部を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記第二の無線端末はさらに、前記第一の無線端末の送信電波強度を検出する電波強度検出手段を有し、
   前記送信電波強度が一定の閾値以下であれば、前記第二の無線端末との秘密情報の通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 前記秘密情報は、
   前記第一の無線端末と前記第二の無線端末の機器認証を行う認証鍵、または前記第一の無線端末と前記第二の無線端末との間で暗号通信を行うための暗号鍵、または前記認証鍵と前記暗号鍵の両方を含むこと、
   を特徴とする、請求項１または２に記載の無線通信システム。
8. 無線で通信する無線通信部と、
   前記無線通信部による無線通信範囲を調整する通信範囲調整部とを備え、
   他の無線端末と秘密情報の通信を行う際に
   前記通信範囲調整部によって前記無線通信部の通信範囲を調整した後、前記秘密情報を前記他の無線端末に送信することを特徴とする無線端末。

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