JP2000101566A

JP2000101566A - 移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法

Info

Publication number: JP2000101566A
Application number: JP10285872A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ishii; 大助石井
Original assignee: Advanced Mobile Telecommunications Security Technology Research Laboratory Co Ltd
Current assignee: Advanced Mobile Telecommunications Security Technology Research Laboratory Co Ltd
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】端末グループを構成して移動無線回線で暗号
通信を行なう場合に、グループから削除した端末に対し
て情報が伝わらないようにする。【解決手段】各端末２に固有の公開方式鍵を付与す
る。さらに、二組の公開方式鍵のうちの第１組の公開鍵
と第２組の秘密鍵を一組とし、第２組の公開鍵と第１組
の秘密鍵を一組として、これらの組の一方を端末グルー
プ鍵とし、他方を基地局グループ鍵とする。基地局グル
ープ鍵は基地局１に保持し、端末グループ鍵はグループ
を構成する各端末２に配送する。グループを構成する端
末に増減があるときは、新規のグループ鍵を作成し、更
新された暗号鍵によって通信する。更新したグループ鍵
を使うことにより、削除した端末に傍受されることな
く、安全に暗号通信を行なうことができる。グループ鍵
未更新の端末に対しては、端末固有鍵で暗号化して通信
すれば支障はない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動通信ダイナミ
ックセキュアグルーピング通信方法に関し、特に、移動
通信において端末グループが動的に変化する場合にセキ
ュリティを確保するための移動通信ダイナミックセキュ
アグルーピング通信方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数端末で機密にグループ通信を
行なう場合、グループに共通のグループ共通暗号鍵を全
端末に配付して、グループ通信が行なわれてきた。

【０００３】グループを構成する端末が、グループから
脱退したり削除された場合、この脱退したり削除された
端末が、脱退あるいは削除後にグループ内の通信を傍受
できないようにするためには、グループから脱退あるい
は削除された端末が持っているグループ共通暗号鍵を消
去する。しかし、グループ共通暗号鍵を消去する方法を
端末側に委ねる場合は、必ず消去されるという保障はな
い。そのため、一般的には、グループ共通暗号鍵を変更
する方法がとられる。

【０００４】また、新たにグループに端末が加わる場
合、新たにグループに加わる端末がグループに加わる以
前の暗号文を記憶していて、グループに加わってから、
グループ共通暗号鍵を得て、グループに加わる以前の暗
号文を解読してしまうという可能性がある。したがっ
て、新たに端末が加わる場合にもグループ共通暗号鍵を
変更している。

【０００５】図９は、従来の無線通信システムの一例を
示したブロック図である。指令台は無線通信システムに
属する無線端末の統制を行ない、情報の伝達や指示を行
なう。制御局は指令台からの統制情報、無線端末から無
線基地局を介して送られてくる情報を制御して必要な無
線端末あるいは指令台へ情報を送る。無線基地局は、制
御局から送られて来る情報信号を無線信号として無線端
末へ電波として送る。また無線基地局は、無線端末から
送られて来る無線信号を受信し、復調してベースバンド
信号としてこの信号を制御局へ送る。無線端末Ｔ_iは、
無線基地局と電波で結ばれ、複数台で構成される。

【０００６】無線端末及び指令台には、固有の公開方式
鍵が付与されている。そして制御局は、各端末の公開鍵
を記憶している。指令台の指示若しくは無線端末からの
無線回線を介しての要求は、制御局に送られる。グルー
プ要求又はグループ指示は、グループを構成する端末を
指定することによって行なわれる。グループ構成要求を
受けると、制御局は、グループノードと端末ノードを作
り、グループを管理する。これと同時に、制御局は、端
末グループ鍵を作成して保持するとともに、端末グルー
プ鍵をグループを構成する端末に、無線基地局を介して
無線信号として無線端末に配送する。この信号は、無線
基地局で変調され、各端末へ電波で同報的に配信され
る。無線端末は無線信号を受信して復調しベースバンド
信号を得る。また、ベースバンド信号を変調して電波と
して基地局へ送信する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、グループ共通
暗号鍵を変更することは容易ではない。特に、移動無線
環境においては電波状況が安定しておらず、必ずしも通
信回線が接続できるとは限らない。また、信号伝送速度
も遅く、すべての端末にただちにグループ共通暗号鍵を
配送できるとは限らないから、グループ共通暗号鍵を受
け取れなかった端末はメッセージを受け取ることができ
ない。グループ共通暗号鍵がグループの端末全てに受け
取られたという確認がとれてから通信を行なう場合に
は、確認がとれるまでメッセージを送ることができな
い。このように、グループに変更が生じたとき、グルー
プ共通暗号鍵を移動無線環境で更新する場合には、円滑
な通信ができない不具合が発生するという問題がある。

【０００８】本発明は、上記の問題を解決し、グループ
を構成する端末が動的に変化する場合にセキュリティを
確保することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、通信を制御する基地局と無線回線で
接続された複数の端末で構成された移動通信システムの
移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法
を、各端末に固有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵を付与
し、グループごとに二組の公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵
を用意し、二組の公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵の内から
一方の組の公開鍵と他方の組の秘密鍵を一組とし、残っ
た公開鍵と秘密鍵を一組とし、いずれか一組を端末グル
ープ鍵として端末に配布し、他の一組を基地局グループ
鍵として基地局に保持し、端末が通信を行なうときは端
末グループ鍵を使用し、基地局が端末と通信を行なうと
きは基地局グループ鍵を使用して通信を行なう構成とし
た。このように構成したことにより、グループの端末が
削除または追加された場合に、グループ鍵を更新して、
新しいグループで暗号通信を行なうことができる。

【００１０】また、グループを構成する端末が削除また
は追加されたときは、新しいグループ鍵を生成して端末
グループ鍵を各端末に配送し、基地局グループ鍵は基地
局に保持し、基地局から端末へ通信を行なうときは、新
しい基地局グループ鍵と更新前の基地局グループ鍵の秘
密鍵及び各端末固有の公開鍵を使用して通信を行なう構
成とした。このように構成したことにより、新しい端末
グループ鍵が配付されたことを確認できない端末には、
端末固有の公開鍵でメッセージを暗号化して送り、端末
から送られてくるメッセージに対しては、更新前の基地
局グループ鍵の秘密鍵と更新後の新しい基地局グループ
鍵の秘密鍵とで待ち受けをすることで、グループ鍵の未
更新の端末があっても、暗号通信を行なうことができ
る。

【００１１】また、通信を制御する基地局と無線回線で
接続された複数の端末で構成された移動通信システムの
移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法に
おいて、各端末に固有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵を
付与し、端末グループごとに公開方式鍵の公開鍵と秘密
鍵をグループ鍵として端末に付与するとともに基地局に
保持し、端末と基地局がグループ通信を行なうときはグ
ループ鍵を使用して通信を行ない、グループを構成する
端末が削除または追加されたときは、基地局で新しいグ
ループ鍵を生成して各端末に配送するとともに基地局に
保持し、基地局から端末へ通信を行なうときは、新しい
グループ鍵と更新前のグループ鍵の秘密鍵及び各端末固
有の公開鍵を使用して通信を行なう構成とした。このよ
うに構成したことにより、新しい端末グループ鍵が配付
されたことを確認できない端末には、端末固有の公開鍵
でメッセージを暗号化して送り、端末から送られてくる
メッセージに対しては、更新前のグループ鍵の秘密鍵と
更新後の新しいグループ鍵の秘密鍵とで待ち受けをする
ことで、グループ鍵の未更新の端末があっても、暗号通
信を行なうことができる。

【００１２】また、端末が追加された場合は、グループ
鍵を更新することなく、端末グループ鍵を新たに追加さ
れた端末にのみ配送して、グループ通信を行なう構成と
した。このように構成したことにより、追加端末により
古い暗号文が解読されるおそれがない場合には、グルー
プ鍵の更新を省略することができる。

【００１３】また、端末グループ鍵を共通鍵で暗号化
し、共通鍵を各端末固有の公開鍵で暗号化して、これら
を共に送る構成とした。このように構成したことによ
り、共通鍵を頻繁に更新して安全度を高めることができ
る。

【００１４】また、平文を共通鍵で暗号化し、共通鍵を
グループ共通鍵で暗号化する構成とした。このように構
成したことにより、暗号文の復号を簡単にして、かつ安
全度を高めることができる。

【００１５】また、共通鍵を各端末固有の公開鍵で暗号
化した暗号文と平文を共通鍵で暗号化した暗号文もしく
は端末グループ鍵を共通鍵で暗号化した暗号文を一組と
して送る構成とした。このように構成したことにより、
各端末に電文や端末グループ鍵を簡単確実に配送でき
る。

【００１６】また、共通鍵を一つの平文またはグループ
共通鍵を送信するごとに変える構成とした。このように
構成したことにより、共通鍵を頻繁に更新して安全度を
高めることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
通信を制御する基地局と無線回線で接続された複数の端
末で構成された移動通信システムの移動通信ダイナミッ
クセキュアグルーピング通信方法において、各端末に固
有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵を付与し、端末グルー
プごとに二組の公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵を用意し、
前記二組の一方の組の公開鍵と他方の組の秘密鍵を一組
とし、残った公開鍵と秘密鍵を一組とし、いずれか一方
を端末グループ鍵として端末に付与し、他の一方の組を
基地局グループ鍵として基地局に保持し、端末が通信を
行なうときは端末グループ鍵を使用し、基地局が端末と
通信を行なうときは基地局グループ鍵を使用して通信を
行なう移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信
方法であり、端末固有の鍵とグループ鍵を使用すること
により、端末個別通信とグループ通信を組み合わせた暗
号通信を可能にするという作用を有する。

【００１８】本発明の請求項２記載の発明は、請求項１
記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信
方法において、グループを構成する端末が削除または追
加されたときは、基地局で新しいグループ鍵を生成して
端末グループ鍵を各端末に配送し、基地局グループ鍵は
基地局に保持し、基地局から端末へ通信を行なうとき
は、新しい基地局グループ鍵と更新前の基地局グループ
鍵の秘密鍵及び各端末固有の公開鍵を使用して通信を行
なうものであり、グループ鍵が未更新でも個別鍵による
通信を可能にするという作用を有する。

【００１９】本発明の請求項３記載の発明は、通信を制
御する基地局と無線回線で接続された複数の端末で構成
された移動通信システムの移動通信ダイナミックセキュ
アグルーピング通信方法において、各端末に固有の公開
鍵方式の公開鍵と秘密鍵を付与し、端末グループごとに
公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵をグループ鍵として端末に
付与するとともに基地局に保持し、端末と基地局がグル
ープ通信を行なうときは前記グループ鍵を使用して通信
を行ない、グループを構成する端末が削除または追加さ
れたときは、基地局で新しいグループ鍵を生成して各端
末に配送するとともに基地局に保持し、基地局から端末
へ通信を行なうときは、新しいグループ鍵と更新前のグ
ループ鍵の秘密鍵及び各端末固有の公開鍵を使用して通
信を行なう移動通信ダイナミックセキュアグルーピング
通信方法であり、グループ鍵が未更新でも個別鍵による
通信を可能にするという作用を有する。

【００２０】本発明の請求項４記載の発明は、請求項１
記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信
方法において、端末が追加された場合は、グループ鍵を
更新することなく、端末グループ鍵を新たに追加された
端末にのみ配送して、グループ通信を行なうものであ
り、安全性が確保される場合はグループ鍵の更新を省略
して通信手順を簡単化するという作用を有する。

【００２１】本発明の請求項５記載の発明は、請求項１
〜３記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピング
通信方法において、端末グループ鍵を共通鍵で暗号化
し、共通鍵を各端末固有の公開鍵で暗号化して、これら
を共に送るものであり、端末グループ鍵を一斉に更新す
るという作用を有する。

【００２２】本発明の請求項６記載の発明は、請求項１
〜４記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピング
通信方法において、平文を共通鍵で暗号化し、共通鍵を
グループ共通鍵で暗号化するものであり、負荷の大きい
グループ共通鍵を１回使うだけにして、高速にグループ
暗号通信を行なうという作用を有する。

【００２３】本発明の請求項７記載の発明は、請求項
４、５記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピン
グ通信方法において、共通鍵を各端末固有の公開鍵で暗
号化した暗号文と、平文を共通鍵で暗号化した暗号文も
しくは端末グループ鍵を共通鍵で暗号化した暗号文とを
一組として送るものであり、高速に同報通信を行なうと
いう作用を有する。

【００２４】本発明の請求項８記載の発明は、請求項
４、５記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピン
グ通信方法において、共通鍵を一つの平文またはグルー
プ共通鍵を送信するごとに変えるものであり、高速性と
安全性をともに確保してグループ暗号通信を行なうとい
う作用を有する。

【００２５】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図８を参照しながら詳細に説明する。

【００２６】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態は、各端末に固有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵
を付与し、２組の公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵の内から
一方の組の公開鍵と他方の組の秘密鍵を一組とし、残っ
た公開鍵と秘密鍵を一組とし、いずれか一方を端末グル
ープ鍵として、削除された端末以外の端末に付与し、他
の一方の組を基地局に保持し、端末が通信を行なうとき
は端末グループ鍵を使用し、基地局が端末と通信を行な
うときは基地局グループ鍵を使用する移動通信ダイナミ
ックセキュアグルーピング通信方法である。

【００２７】図１は、本発明の第１の実施の形態の移動
通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法のモデ
ル図である。図１において、基地局１は、通信を制御す
る局である。端末２は、移動無線通信装置である。移動
通信システムは、基地局１と複数台の端末２から構成さ
れ、複数台の端末２の中の特定の複数台端末がグループ
を構成して通信を行なう。基地局１と端末２は無線回線
で接続され、端末間どうしの通信は基地局１を介して行
なわれる。例えば、端末（１）の送信信号は、基地局１
を介して他の端末（ｉ）に送られ、端末（ｉ）に受信さ
れる。信号を受信する端末（ｉ）は、グループを構成す
る複数台となる。端末（１）以外が送信を行なう場合も
同様である。

【００２８】図２は、個々の端末が無線回線を通して接
続されるグループを構成する端末ノードｎ₁，ｎ₂，
ｎ₃，ｎ₄と、これらのグループを管理するグループノー
ドＮを示す図である。図３は、ノードの部分を抜き出し
た図である。図４は、削除した端末を除いて、鍵を更新
した状態の図である。

【００２９】上記のように構成された本発明の第１の実
施の形態の移動通信ダイナミックセキュアグルーピング
通信方法における暗号鍵、暗号鍵管理、グループ暗号通
信方法について説明をする。図１と図２を参照して、基
地局１の動作を説明する。暗号鍵の管理及び通信の管理
は、基地局１で行なわれる。基地局１は、グループ構成
要求を受けると、グループノードと端末ノードを作り、
グループを管理する。これと同時に基地局は、端末グル
ープ鍵及び基地局グループ鍵を作成して保持するととも
に、端末グループ鍵をグループを構成する端末に無線で
配送する。個々の端末が無線回線を通して接続されるグ
ループを構成する端末ノードｎ₁，ｎ₂，ｎ₃，ｎ₄と、こ
れらのグループを管理するグループノードＮがある。端
末ノードとグループノードは有線で接続されている。こ
のような構成の各ノードに暗号鍵が付与される。

【００３０】ノードの部分を抜き出した図３を参照しな
がら、暗号鍵の付与方法及び通信方法を説明する。各端
末ノードには、端末固有の公開鍵方式の暗号鍵（以下公
開方式鍵と呼ぶ）ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃が付与される。この公
開方式鍵は、それぞれ公開鍵と秘密鍵からなり、公開方
式鍵ｔ₁は公開鍵ｔ_1p，秘密鍵ｔ_1sからなり、ｔ₁＝（ｔ
_1p，ｔ_1s）と表す。ｔ₂，ｔ₃も同様で、ｔ₂＝（ｔ_2p，
ｔ_2s），（ｔ_3p，ｔ_3s）となる。

【００３１】グループノードには、公開方式鍵ａ₁＝
（ａ_1p，ａ_1s）と公開方式鍵ｂ₁＝（ｂ_1p，ｂ_1s）から
作られた端末グループ鍵Ｔｇ₁と基地局グループ鍵Ｂｇ₁
が付与される。基地局グループ鍵Ｂｇ₁は公開方式鍵ａ₁
の秘密鍵ａ_1sと公開方式鍵ｂ₁の公開鍵ｂ_1pとで構成さ
れ、Ｂｇ₁＝（ｂ_1p，ａ_1s）と表す。このａ_1pとｂ_1sの
間には数学的関連はない。したがって、公開鍵から秘密
鍵も、またその逆も知ることはできない。基地局グルー
プ鍵と端末グループ鍵とは逆の関係に選んでも良い。つ
まり、Ｔｇ₁＝（ｂ_1p，ａ_1s），Ｂｇ₁＝（ａ_1p，ｂ_1s）
としてもよい。ここでは、前者の方法とする。また、グ
ループノードには、各端末固有の公開方式鍵ｔ_1p，
ｔ_2p，ｔ_3pを付与する。端末ノードＮには、各端末固有
の公開方式鍵ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃の他に端末グループ鍵Ｔｇ₁
＝（ａ_1p，ｂ_2s）を付与する。

【００３２】このように、各ノードに暗号鍵が付与され
た状態での暗号通信は、次のように行なわれる。実際に
は、端末ノードに接続される端末で行なわれる処理では
あるが、端末を端末ノードとして説明を行なう。今、信
号送出端末ノードをｎ₁、他のｎ₂，ｎ₃を受信端末ノー
ドとする。送信端末ノードｎ₁は、メッセージ平文Ｍを
共通暗号鍵Ｋで暗号化する。この共通暗号鍵は１メッセ
ージ１送信ごとに変更される。共通暗号鍵（以下共通鍵
という）は、暗号鍵と復号鍵が同一の鍵である。この暗
号文をＫ（Ｍ）と表す。更に共通鍵Ｋを端末グループ鍵
の公開鍵ａ_1pで暗号化してａ_1p（Ｋ）を得る。このａ_1p
（Ｋ）と暗号文Ｋ（Ｍ）を共にグループノードＮへ送
る。

【００３３】グループノードＮは、基地局グループ鍵Ｂ
ｇ₁の秘密鍵ａ_1sを使ってａ_1p（Ｋ）を復号してＫを得
る。次に、Ｋを基地局グループ鍵の公開鍵ｂ_1pを使って
暗号化してｂ_1p（Ｋ）を得る。このｂ_1p（Ｋ）とＫ
（Ｍ）を共に各端末ノードに送る。これを受信した端末
ノードｎ₂は、端末グループ鍵の秘密鍵ｂ_1sを使ってｂ
_1p（Ｋ）を復号してＫを得る。この共通鍵Ｋを使って、
暗号文Ｋ（Ｍ）を復号してメッセージ平文Ｍを得る。ｎ
₃も同様にしてメッセージ平文Ｍを得る。

【００３４】以上は、端末ノードｎ₁が送信し、他の
ｎ₂，ｎ₃が受信する場合であるが、ｎ₂，ｎ₃がそれぞれ
送信し、他の端末ノードが受信する場合も同様である。
これらは、グループを構成する端末ノードが一定の定常
状態の場合である。

【００３５】次に、端末が削除された場合、例えばｎ₃
が抜けた場合を説明する。基地局ノードＮ及び端末ノー
ドに新たな基地局グループ鍵及び端末グループ鍵が作ら
れ、ｎ₃を除く端末ノードｎ₁，ｎ₂に配付される。新た
に生成された公開方式鍵をそれぞれａ₂＝（ａ_2p，
ａ_2s），ｂ₂＝（ｂ_2p，ｂ_2s）とすると、端末グループ
鍵は、Ｔｇ₂＝（ａ_2p，ｂ_2s）、基地局グループ鍵は、
Ｂｇ₂＝（ｂ_2p，ａ_2s）となる。図４はこの状態を示し
ている。この場合、端末ノードｎ₁が送信したＫ₂（Ｍ）
とａ_2p（Ｋ₂）は基地局ノードＮでａ_2sを使ってＫ₂が復
号され、Ｋ₂をｂ_2pを使って暗号化ｂ_2p（Ｋ₂）が得られ
る。このｂ_2p（Ｋ₂）とＫ₂（Ｍ）がｎ₂に送られ、端末
ノードｎ₂はｂ_2sを使ってＫ₂を得、Ｋ₂から平文Ｍを得
る。端末ノードｎ₃は端末グループ鍵Ｔｇ₂を保持してい
ないため、平文Ｍを得ることができない。

【００３６】図５は、ベースバンド信号フォーマットを
示している。端末グループ鍵Ｔｇ_k＝（ａ_kp，ａ_ks）
は、共通鍵Ｋで暗号化され、Ｋ（Ｔｇ_k）となる。そし
て共通鍵Ｋは各端末固有の公開鍵ｔ_ipで暗号化され、ｔ
_ip（Ｋ）となる。ｔ_ip（Ｋ）は、グループを構成する端
末の数だけ暗号化される。これらを一緒にして各端末に
配送される。端末１にはｔ_ip（Ｋ）、端末２にはｔ
_2p（Ｋ）、端末ｉにはｔ_ip（Ｋ）である。そしてＫ（Ｔ
ｇ_k）となる。

【００３７】この信号は、無線基地局で変調され各端末
へ電波で同報的に配信される。端末固有の公開鍵ｔ_ipと
秘密鍵ｔ_isを記憶しておく機能を有している。基地局か
ら送られて来た暗号化された端末グループ鍵の信号ｔ_ip
（Ｋ）、Ｋ（Ｔｇ_k）を受け取った端末は、自局が記憶
している無線端末固有の秘密鍵ｔ_isでｔ_ip（Ｋ）を復号
してＫを得る。このＫを使用して端末グループ鍵Ｔｇ_k
を得て、これを記憶保管する。

【００３８】送られて来た公開鍵で暗号化された暗号文
に対応する秘密鍵を有しない端末は端末グループ鍵を得
ることができない。この鍵配送方法は、グループを新規
に結成するとき、端末の削除追加があるときも同様にし
て行なわれる。

【００３９】このようにして配送された端末グループ鍵
を使って定常状態の通信が行なわれる。また、グループ
構成移行時には前述の通り各端末の公開鍵も使用されて
通信が行なわれる。

【００４０】上記のように、本発明の第１の実施の形態
では、移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信
方法では、各端末に固有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵
を付与し、２組の公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵の内から
一方の組の公開鍵と他方の組の秘密鍵を一組とし、残っ
た公開鍵と秘密鍵を一組とし、いずれか一方を端末グル
ープ鍵として、削除された端末以外の端末に付与し、他
の一方の組を基地局に保持し、端末が通信を行なうとき
は端末グループ鍵を使用し、基地局が端末と通信を行な
うときは基地局グループ鍵を使用する構成としたので、
削除された端末以外に端末グループ鍵を付与して、削除
された端末を除いて暗号通信を安全に行なうことができ
る。

【００４１】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態は、グループを構成する端末が削除されたとき
に、基地局で新しいグループ鍵を生成して端末グループ
鍵を各端末に配送し、基地局グループ鍵は基地局に保持
し、基地局から端末へ通信を行なうときは、新しい基地
局グループ鍵と更新前の基地局グループ鍵の秘密鍵及び
各端末固有の公開鍵を使用して通信を行なう移動通信ダ
イナミックセキュアグルーピング通信方法である。

【００４２】図６は、本発明の第２の実施の形態におけ
る移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法
を説明する図である。図６において、ｎ₂は、未更新状
態である。

【００４３】移動通信においては、無線環境の不安定さ
や伝送速度の遅さなどの理由で、端末グループ鍵が、各
端末ノードに接続される端末に、ただちに配送されない
場合がある。例えば、ｎ₂に接続される端末（以下Ｔ₂と
する）がＴｇ₂を受け取れなかった場合、端末Ｔ₂は、平
文Ｍを受け取れない。そこで、基地局ノードは、ｎ₁か
らの送信信号ａ_2p（Ｋ₂）とＫ₂（Ｍ）のＫ₂を、ａ
_2p（Ｋ₂）を復号してＫ₂を得ると、このＫ₂をｂ_2pで暗
号化してｂ_2p（Ｋ₂）を得ると同時に、端末ノード固有
の公開鍵ｔ_1p，ｔ_2pでＫ₂を暗号化して、ｔ_2p（Ｋ₂）を
得て、ｂ_2p（Ｋ₂）とｔ_2p（Ｋ₂）、そしてＫ₂（Ｍ）を
共に端末ノードへ送り出す。これを受けた端末ノードｎ
₂の先に接続された端末Ｔ₂は、これらの信号から端末固
有の秘密鍵ｔ_2sを使ってｔ_2p（Ｋ₂）を復号してＫ₂を得
て、Ｋ₂（Ｍ）から平文Ｍを得る。端末ノードｎ₃は、ｂ
_2p（Ｋ₂），ｔ_2p（Ｋ₂）そしてＫ₂（Ｍ）を解くどの鍵
も付与されていないので、平文Ｍを得ることができな
い。

【００４４】一方、端末ノードｎ₂の端末グループ鍵が
Ｔｇ₁のまま更新されない状態で送信をおこなった場
合、Ｋ₃（Ｍ）とａ_1p（Ｋ₃）が基地局ノードＮに送られ
る。基地局ノードＮでは、全端末ノードの端末ノード鍵
が更新されるまで、Ｔｇ₁を保持しているので、送られ
て来たａ_1p（Ｋ₃）からＫ₃を得ることができる。これを
新しい基地局グループ鍵の公開鍵ｂ_2pと各端末の公開鍵
で暗号化する。

【００４５】なお、基地局グループ鍵と端末グループ鍵
を同じ１組の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵としても、一
定の条件の下では同様の効果を得ることができる。

【００４６】上記のように、本発明の第２の実施の形態
では、移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信
方法を、グループを構成する端末が削除されたときに、
基地局で新しいグループ鍵を生成して端末グループ鍵を
各端末に配送し、基地局グループ鍵は基地局に保持し、
基地局から端末へ通信を行なうときは、新しい基地局グ
ループ鍵と更新前の基地局グループ鍵の秘密鍵及び各端
末固有の公開鍵を使用して通信を行なう構成としたの
で、未更新状態の端末も通信を行なうことができる。

【００４７】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態は、グループを構成する端末が追加されたとき
に、基地局で新しいグループ鍵を生成して端末グループ
鍵を各端末に配送し、基地局グループ鍵は基地局に保持
し、基地局から端末へ通信を行なうときは、新しい基地
局グループ鍵と更新前の基地局グループ鍵の秘密鍵及び
各端末固有の公開鍵を使用して通信を行なう移動通信ダ
イナミックセキュアグルーピング通信方法である。

【００４８】図７は、本発明の第３の実施の形態の移動
通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法におい
て、端末ノードに新しい端末グループ鍵を付与した定常
状態を示す図である。図８は、未更新状態の端末がある
状態を示す図である。

【００４９】次に、端末ノードｎ₁，ｎ₂，ｎ₃が定常的
に通信を行なっている状態から、端末ノードｎ₄が加わ
った状態になった場合について説明する。端末ノードｎ
₄が加わった場合、端末ノードｎ₄にＴｇ₁を付与して通
信を行なうこともできる。この場合は他に影響を及ぼす
ことがない。しかし、端末ノードに記憶機能があり、グ
ループに加入する前の暗号文を全て記憶していると、グ
ループに加入する以前の状態が分かってしまう。このよ
うな状態を避ける必要がある場合は、グループ鍵を変更
する。

【００５０】端末ノード削減の場合と同様、二つの公開
方式鍵、ａ₃＝（ａ_3p，ａ_3s）及びｂ₃＝（ｂ_3P，ｂ_3S）
を生成し、端末ノードグループ鍵、Ｔｇ₃＝（ａ_3p，ｂ
_3s）と基地局グループ鍵Ｂｇ₃＝（ｂ_3p，ａ_3s）を作
る。この作り方は前述した通りである。図７は、端末ノ
ードに新しい端末グループ鍵を付与した定常状態を示し
ている。この定常状態では、これまで説明してきたのと
同様にして通信が行なわれる。しかし、新しい端末の追
加の場合においても、端末削除の場合と同様に、新しい
端末グループ鍵を付与しても、端末の端末グループ鍵が
更新されない状態の発生する可能性がある。例えば、図
８に示すような場合である。したがって、新たな端末グ
ループ鍵がすべての端末に配付されることが確認される
までの間、基地局ノードＮは、新たな端末グループ鍵を
受け取ったことが確認できない端末の固有公開鍵で共通
鍵Ｋ₃を暗号化して送る。図８で示した場合、端末Ｔ₂が
新しい端末グループ鍵に更新されていない状態である。
この状態で、ｎ₁が送り出したａ_3p（Ｋ₃）とＫ₃（Ｍ）
は、ＮでＫ₃がａ_3sによって復号化され、復号化された
Ｋ₃はｂ_1pとｔ_2pで暗号化され、ｂ_1p（Ｋ₃）とｔ_2p（Ｋ
₃）となる。このｂ_1p（Ｋ₃），ｔ_2p（Ｋ₃）そしてＫ
₃（Ｍ）を受けた端末は、ｔ_2p（Ｋ₃）からＫ₃を得て、
このＫ₃でＫ₃（Ｍ）を復号して平文Ｍを得る。

【００５１】次に、図８の状態でｎ₂が発信する場合
は、Ｋ₃（Ｍ）とａ_1p（Ｋ₃）が送られる。これを受けた
基地局ノードＮは、ａ_1sを使ってＫ₃を得て、Ｋ₃をａ_3p
で暗号化して、ａ_3p（Ｋ₃）とＫ₃（Ｍ）を各端末ノード
へ送る。Ｔ₂以外に鍵が更新されていない場合は、その
端末の公開鍵でＫ₃を暗号化するのは言うまでもない。

【００５２】上記のように、本発明の第３の実施の形態
では、移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信
方法を、グループを構成する端末が追加されたときに、
基地局で新しいグループ鍵を生成して端末グループ鍵を
各端末に配送し、基地局グループ鍵は基地局に保持し、
基地局から端末へ通信を行なうときは、新しい基地局グ
ループ鍵と更新前の基地局グループ鍵の秘密鍵及び各端
末固有の公開鍵を使用して通信を行なう構成としたの
で、未更新の端末があっても、暗号通信を行なうことが
できる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明では、各端末に固
有の公開方式鍵を付与するとともに、二組の公開方式鍵
の一組の公開方式鍵の秘密鍵を一組とし、公開方式鍵の
残った公開鍵と秘密鍵を一組として、これらの組の一方
を端末グループ鍵とし、他方を基地局グループ鍵とし
て、基地局グループ鍵は基地局に保持し、端末グループ
鍵はグループを構成する各端末に配送して暗号通信を行
なう構成としたので、グループから脱退する端末がある
場合、更新時、新しい端末グループ鍵を受け取っていな
い端末が更新前の端末グループ鍵を使って平文を暗号化
し、送信しても、グループから削除された端末がこの内
容を傍受しようとしても傍受することができないという
効果が得られる。

【００５４】また、グループを構成する端末の増減がな
い定常状態から増減が発生して、次の定常状態へ移行す
るときは、基地局で新規に基地局グループ鍵と端末グル
ープ鍵を作成して配布する構成としたので、グループか
ら削除された端末に届けたくないメッセージが届くこと
がなく、また、鍵更新が基地局側から行なわれるため、
端末が偽ってグループに加わってしまうこともなく、グ
ループ端末の増加や削除があっても円滑なグループ通信
が可能となるという効果が得られる。

【００５５】また、基地局は共通鍵を更新された端末グ
ループ鍵の公開鍵で暗号化するとともに、グループに属
する端末の固有の公開鍵でも暗号化する構成としたの
で、不安定で伝送速度の遅い無線回線においても、グル
ープ鍵更新時において通信が中断することがなく、共通
鍵は１送信ごとに変えられるために、より秘話性に優れ
た安全なグループ通信を行なうことができるという効果
が得られる。

【００５６】また、基地局においてメッセージは共通鍵
で暗号化されたメッセージが扱われ、メッセージ平文が
直接表れることがないので、秘話性に優れた安全なグル
ープ通信を行なうことができるという効果が得られる。

【００５７】また、暗号文と共通暗号鍵が１組として扱
われるので、暗号文はあるが共通暗号鍵がない状態やそ
の逆の状態が発生せず、暗号文と共通暗号鍵の管理が容
易となるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の通信方法を適用す
る移動通信システムの図、

【図２】本発明の第１の実施の形態の通信方法における
基地局動作の説明図、

【図３】本発明の第１の実施の形態の通信方法における
基地局のノード部分の図、

【図４】本発明の第１の実施の形態の通信方法において
端末が削除された状態を示す図、

【図５】本発明の第１の実施の形態の通信方法において
グループ鍵を配送する信号フォーマットの図、

【図６】本発明の第２の実施の形態の通信方法において
未更新状態の端末がある状態を示す図、

【図７】本発明の第３の実施の形態の通信方法において
端末が追加された状態を示す図、

【図８】本発明の第３の実施の形態の通信方法において
未更新状態の端末がある状態を示す図、

【図９】従来の移動通信システムの図である。

【符号の説明】

１基地局２端末３制御局４指令台Ｎ基地局ノードｎ₁〜ｎ_n 端末ノード

【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月２７日（１９９９．８．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、通信を制御する基地局と無線回線で
接続された複数の端末で構成された移動通信システムの
移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法
を、各端末に固有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵を付与
し、グループごとに二組の公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵
を用意し、二組の公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵の内から
一方の組の公開鍵と他方の組の秘密鍵を一組とし、残っ
た公開鍵と秘密鍵を一組とし、いずれか一組を端末グル
ープ鍵として端末に配布し、他の一組を基地局グループ
鍵として基地局に保持し、端末が通信を行うときは端末
グループ鍵を使用し、基地局が端末と通信を行うとき
は、端末グループ鍵を保持していない端末の固有の公開
鍵と基地局グループ鍵とを使用して通信を行う構成とし
た。このように構成したことにより、グループの端末が
削除または追加された場合に、グループ鍵を更新して、
新しいグループで暗号通信を行なうことができる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、通信を制御する基地局と無線回線で
接続された複数の端末で構成された移動通信システムの
移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法に
おいて、各端末に固有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵を
付与し、端末グループごとに公開方式鍵の公開鍵と秘密
鍵をグループ鍵として端末に付与するとともに基地局に
保持し、端末と基地局がグループ通信を行うときはグル
ープ鍵を使用して通信を行い、グループを構成する端末
が削除または追加されたときは、基地局で新しいグルー
プ鍵を生成して各端末に配送するとともに基地局に保持
し、基地局から端末へ通信を行うときは、新しいグルー
プ鍵を保持していない端末の固有の公開鍵と新しいグル
ープ鍵とを使用して通信を行う構成とした。このように
構成したことにより、新しい端末グループ鍵が配付され
たことを確認できない端末には、端末固有の公開鍵でメ
ッセージを暗号化して送り、端末から送られてくるメッ
セージに対しては、更新前のグループ鍵の秘密鍵と更新
後の新しいグループ鍵の秘密鍵とで待ち受けをすること
で、グループ鍵の未更新の端末があっても、暗号通信を
行なうことができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】また、平文を共通鍵で暗号化し、共通鍵を
グループ鍵で暗号化する構成とした。このように構成し
たことにより、暗号文の復号を簡単にして、かつ安全度
を高めることができる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】また、共通鍵を一つの平文またはグループ
鍵を送信するごとに変える構成とした。このように構成
したことにより、共通鍵を頻繁に更新して安全度を高め
ることができる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
通信を制御する基地局と無線回線で接続された複数の端
末で構成された移動通信システムの移動通信ダイナミッ
クセキュアグルーピング通信方法において、各端末に固
有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵を付与し、端末グルー
プごとに二組の公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵を用意し、
前記二組の一方の組の公開鍵と他方の組の秘密鍵を一組
とし、残った公開鍵と秘密鍵を一組とし、いずれか一方
を端末グループ鍵として端末に付与し、他の一方の組を
基地局グループ鍵として基地局に保持し、端末が通信を
行なうときは前記端末グループ鍵を使用し、基地局が端
末と通信を行なうときは、前記端末グループ鍵を保持し
ていない端末の固有の公開鍵と前記基地局グループ鍵と
を使用して通信を行なう移動通信ダイナミックセキュア
グルーピング通信方法であり、端末固有の鍵とグループ
鍵を使用することにより、端末個別通信とグループ通信
を組み合わせた暗号通信を可能にするという作用を有す
る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】本発明の請求項３記載の発明は、通信を制
御する基地局と無線回線で接続された複数の端末で構成
された移動通信システムの移動通信ダイナミックセキュ
アグルーピング通信方法において、各端末に固有の公開
鍵方式の公開鍵と秘密鍵を付与し、端末グループごとに
公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵をグループ鍵として端末に
付与するとともに基地局に保持し、端末と基地局がグル
ープ通信を行なうときは前記グループ鍵を使用して通信
を行ない、グループを構成する端末が削除または追加さ
れたときは、基地局で新しいグループ鍵を生成して各端
末に配送するとともに基地局に保持し、基地局から端末
へ通信を行なうときは、前記新しいグループ鍵を保持し
ていない端末の固有の公開鍵と前記新しいグループ鍵と
を使用して通信を行なう移動通信ダイナミックセキュア
グルーピング通信方法であり、グループ鍵が未更新でも
個別鍵による通信を可能にするという作用を有する。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】本発明の請求項６記載の発明は、請求項１
〜４記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピング
通信方法において、平文を共通鍵で暗号化し、共通鍵を
グループ鍵で暗号化するものであり、負荷の大きいグル
ープ鍵を１回使うだけにして、高速にグループ暗号通信
を行なうという作用を有する。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】本発明の請求項８記載の発明は、請求項
４、５記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピン
グ通信方法において、共通鍵を一つの平文またはグルー
プ鍵を送信するごとに変えるものであり、高速性と安全
性をともに確保してグループ暗号通信を行なうという作
用を有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J104 AA16 EA16 EA19 JA21 NA02 NA37 PA01 5K067 AA30 AA33 BB04 CC13 DD23 DD51 EE02 EE10 EE22 GG01 HH23 HH36 9A001 EE03 JJ12 KK56 LL03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通信を制御する基地局と無線回線で接続
された複数の端末で構成された移動通信システムの移動
通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法におい
て、各端末に固有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵を付与
し、端末グループごとに二組の公開方式鍵の公開鍵と秘
密鍵を用意し、前記二組の一方の組の公開鍵と他方の組
の秘密鍵を一組とし、残った公開鍵と秘密鍵を一組と
し、いずれか一方を端末グループ鍵として端末に付与
し、他の一方の組を基地局グループ鍵として基地局に保
持し、端末が通信を行なうときは前記端末グループ鍵を
使用し、基地局が端末と通信を行なうときは前記基地局
グループ鍵を使用して通信を行なうことを特徴とする移
動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法。
【請求項２】グループを構成する端末が削除または追
加されたときは、基地局で新しいグループ鍵を生成して
端末グループ鍵を各端末に配送し、基地局グループ鍵は
基地局に保持し、基地局から端末へ通信を行なうとき
は、新しい基地局グループ鍵と更新前の基地局グループ
鍵の秘密鍵及び各端末固有の公開鍵を使用して通信を行
なうことを特徴とする請求項１記載の移動通信ダイナミ
ックセキュアグルーピング通信方法。
【請求項３】通信を制御する基地局と無線回線で接続
された複数の端末で構成された移動通信システムの移動
通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法におい
て、各端末に固有の公開鍵方式の公開鍵と秘密鍵を付与
し、端末グループごとに公開方式鍵の公開鍵と秘密鍵を
グループ鍵として端末に付与するとともに基地局に保持
し、端末と基地局がグループ通信を行なうときは前記グ
ループ鍵を使用して通信を行ない、グループを構成する
端末が削除または追加されたときは、基地局で新しいグ
ループ鍵を生成して各端末に配送するとともに基地局に
保持し、基地局から端末へ通信を行なうときは、新しい
グループ鍵と更新前のグループ鍵の秘密鍵及び各端末固
有の公開鍵を使用して通信を行なうことを特徴とする移
動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法。
【請求項４】端末が追加された場合は、グループ鍵を
更新することなく、端末グループ鍵を新たに追加された
端末にのみ配送して、グループ通信を行なうことを特徴
とする請求項１記載の移動通信ダイナミックセキュアグ
ルーピング通信方法。
【請求項５】端末グループ鍵を共通鍵で暗号化し、共
通鍵を各端末固有の公開鍵で暗号化して、これらを共に
送ることを特徴とする請求項１〜３記載の移動通信ダイ
ナミックセキュアグルーピング通信方法。
【請求項６】平文を共通鍵で暗号化し、前記共通鍵を
グループ共通鍵で暗号化することを特徴とする請求項１
〜４記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピング
通信方法。
【請求項７】共通鍵を各端末固有の公開鍵で暗号化し
た暗号文と、平文を前記共通鍵で暗号化した暗号文もし
くは端末グループ鍵を前記共通鍵で暗号化した暗号文と
を一組として送ることを特徴とする請求項４、５記載の
移動通信ダイナミックセキュアグルーピング通信方法。
【請求項８】前記共通鍵を一つの平文またはグループ
共通鍵を送信するごとに変えることを特徴とする請求項
４、５記載の移動通信ダイナミックセキュアグルーピン
グ通信方法。