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JP2010259074A - ワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づく機密セッションの設定 - Google Patents

ワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づく機密セッションの設定 Download PDF

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JP2010259074A JP2010102100A JP2010102100A JP2010259074A JP 2010259074 A JP2010259074 A JP 2010259074A JP 2010102100 A JP2010102100 A JP 2010102100A JP 2010102100 A JP2010102100 A JP 2010102100A JP 2010259074 A JP2010259074 A JP 2010259074A
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Abstract

【課題】ワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づきワイヤレス通信装置とデータ通信装置との間に機密接続を確立するための方法、装置、メモリカード及びシステムが提供される。
【解決手段】ワイヤレス通信装置には、メモリ手段が設けられた個別ユニットからの情報を受信するためのコンタクト手段が設けられる。メモリ手段は、上記データ通信装置に接続されたワイヤレス通信ネットワークを通るワイヤレス通信装置のアクセスを制御するための情報を含む。
【選択図】図４

Description

ワイヤレスアプリケーションプロトコル（ＷＡＰ）は、ワイヤレス通信ネットワークを経て動作するアプリケーションを開発するための産業規模の仕様を規定する。ワイヤレスマーケットは、非常に急速に成長しており、新たな顧客やサービスを伸ばしつつある。オペレータ及び製造者が進歩型サービスや、特殊な及び高速で／柔軟性のあるサービスを生み出す挑戦を満足できるようにするために、搬送、セキュリティ、トランザクション、セッション及びアプリケーション層においてプロトコルのセットが設計されている。
ＷＡＰセキュリティ機能は、ワイヤレストランスポートレイヤセキュリティ（ＷＡＰＷＴＬＳ）及びアプリケーションレベルセキュリティを含み、これらは、ワイヤレスマークアップランゲッジスクリプト（ＷＭＬＳｃｒｉｐｔ）を用いてアクセスできる。最適なセキュリティとしては、セキュリティ機能のある部分を不正行為防止装置によって実行して、侵入者が繊細なデータを検索できないようにする必要がある。このようなデータは、特に、クライアント認証とのＷＴＬＳハンドシェークやアプリケーションレベルの電子的符牒（アプリケーションレベルトランザクションを確認するような）を行うのに使用される永久的なプライベートキーである。又、ＷＴＬＳでは、マスターキー（マスターシークレット）も比較的長期間（数日間）存続するが、これは、計算的にもそして比較的多量のデータ転送であることからも極めて負担のかかる頻繁な全ハンドシェークを回避するためである。マスターシークレットは、ＭＡＣキー及びメッセージ暗号化キーを計算するためのエントロピーのソースとして使用され、暗号化キーは、ＷＴＬＳの使用に基づき限定された数のメッセージを機密保持するのに使用される。
米国特許第５，３０７，４１１号は、電話やファクシミリマシンのような２つの通信ユニット間での機密通信セッションの設定を開示している。この機密セッションは、各通信ユニットに関連した個別のスマートカードベースの照合ユニットによって制御される。これら２つの照合ユニットは、ランダム番号を交換し、プライベートキーを使用することによりこれら番号を暗号化し、そしてその暗号化されたランダム番号を発信点へ返送する。次いで、暗号化されたランダム番号は、公衆キーに基づいて解読される。受信した番号が送信された番号に対応する場合には、当事者が互いに本人であると確認し、機密セッションが実行される。しかしながら、これは、両通信ユニットにスマートカードリーダーを設けることを必要とし、これは、例えばインターネットサーバーのようなサーバーでは必要とされないことである。従って、これは、両当事者がスマートカードリーダーをもつ必要があることからユーザにとって極めて制約があり、ワイヤレス通信装置とデータ通信装置との間の通信にはあまり適していない。又、２つの通信装置間にセッションが確立されようとするたびに、キーの交換を行なわねばならない。
又、サン・マイクロシステム社の米国特許第５，３７１，７９４号は、移動漂遊装置とベース計算ユニットとの間に機密ワイヤレス通信リンクを設ける方法を開示している。移動装置は、ランダムに選択されたチャレンジ値（ＣＨ１）及びサポートされる共用キーアルゴリズムのリストと共にホスト証明をベースユニットに送信する。ベースユニットは、移動装置の公衆キーで暗号化されたランダム番号（ＲＮ１）及び選択されたアルゴリズムの識別子を移動装置へ返送する。ベースユニットは、ＲＮ１値をセーブし、ＣＨ１値を追加し、そして選択されたアルゴリズムを移動装置へ送る。移動装置は、ベースユニットの公衆キーのもとでメッセージの符牒を照合する。公衆キーが照合されると、移動装置は、移動装置のプライベートキーのもとで公衆キーを暗号解読することによりＲＮ１の値を決定する。次いで、移動装置は、ＲＮ２及びセッションキーを発生し、そしてベースユニットの公衆キーのもとでＲＮ２を暗号化する。ベースユニットは、ＲＮ２を照合して暗号解読し、そしてセッションキーを決定する。最終的に、移動装置及びベースユニットは、ＲＮ１＋ＲＮ２であるセッションキーを用いて暗号解読された暗号キーを使用してデータ転送段階に入ることができる。ＲＮ１及びＲＮ２の値は、常に、最後のキー交換から導出され、最後のキー交換は、最初の接続設定又は最後のキー交換メッセージのいずれか最新の方である。これは、データ転送が行なわれるたびに、ＲＮ１及びＲＮ２に基づいて２つの新しい番号が発生されることを意味し、これがデータ転送を極めて低速なものにする。従って、米国特許第５，３０７，４１１号の場合と同様に、２つの装置、ここでは移動漂遊装置とベース計算ユニットとの間でセッションが確立されようとするたびに、キーの交換を行なわねばならない。
そこで、本発明の主たる目的は、ワイヤレス通信装置とデータ通信装置との間でワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づいて機密接続を確立することである。
別の目的は、機密接続の確立が計算的にもそして著しいデータ転送であることからも負担のかかる手順であるので、ユーザが後で機密接続を再確立できるようにすることである。というのは、相互に合意したマスターシークレットを比較的長時間使用する必要があるからである。問題は、マスターキーを機密のやり方で記憶することである。一部分はこの問題のために、マスターシークレット及びそれに関連した機密セッションの存続サイクルを、例えば２４時間に制限することが一般的であり、その後、負担のかかるキー確立手順を新たに実行することが必要となる。
上記主たる目的は、本発明によれば、ワイヤレス通信装置、例えば、セルラー電話を、機密接続の繊細なデータを記憶できる個別のユニット、例えば、スマートカード、ＳＩＭ（加入者認識モジュール）カード等に接続することにより達成される。これは、ワイヤレス通信装置が、個別ユニットから情報を受信するための例えばワイヤレス（例えば赤外線や高周波等）又は物理的な（即ち電気的接触）ある種のコンタクト手段を有し、即ちユニットにメモリ手段を設けることを意味する。このメモリ手段は、ワイヤレスアプリケーションプロトコル（ＷＡＰ）をサポートするサーバーのようなデータ通信装置に接続されたセルラー電話ネットワークのようなワイヤレス通信ネットワークを経てワイヤレス通信装置のアクセスを制御するための情報を含む。
機密接続を確立するときに個別のユニットを使用する１つの効果は、データ通信装置への接続を再確立するのが非常に容易になることである。従って、例えば、符牒、シークレットキー等の情報をメモリ手段にセーブすることができ、別の機密接続にも再使用することができる。不正行為を回避するために、機密接続の再使用は、制限された時間周期に限定することができる。この情報をメモリ手段にセーブすることにより、上記第２の目的が達成される。
別の効果は、再確立に必要な情報がセーブされた場合に、機密セッションを再確立するときにユーザがほとんど支払しなくてよいことである。
接続を確立するために、ワイヤレス通信装置は、個別のユニットに接続され、上記データ通信装置に接続されたワイヤレス通信ネットワークにアクセスする。次いで、ワイヤレス通信装置は、データ通信装置に要求を送信する。この要求は、ワイヤレス通信装置がどの所定アルゴリズムをサポートするかの情報を含む。データ通信装置は、この要求を受信すると、公衆キー及びプライベートキーに関連した少なくとも１つのアルゴリズムを選択し、そしてワイヤレス通信装置へメッセージを返送する。このメッセージは、公衆キーと、データ通信装置がどのアルゴリズムを選択したかの情報とを含む。ワイヤレス通信装置は、公衆キーを含むメッセージを受信すると、マスターシークレットコードを発生し、そして選択されたアルゴリズム、公衆キー及びマスターシークレットコードに基づいて符牒を計算する。その後、ワイヤレス通信装置は、データ通信装置へ応答を送信する。この応答は計算された符牒を含む。データ通信装置は、符牒を含む応答を受信すると、選択されたアルゴリズム、受信した符牒及びプライベートキーに基づいてマスターシークレットコードを計算する。最終的に、データ通信装置は、ワイヤレス通信装置への機密接続を確立することができる。
本発明の第１の特徴によれば、ワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づいてワイヤレス通信装置とデータ通信装置との間に機密接続を確立するための方法であって、上記ワイヤレス通信装置は、個別ユニットを含むメモリ手段を有し、これは、上記データ通信装置に接続されたワイヤレス通信ネットワークを通るワイヤレス通信装置のアクセスを制御するための情報を含み、上記方法は、上記ワイヤレス通信装置を個別ユニットに接続して、上記データ通信装置に接続されたワイヤレス通信ネットワークにアクセスし、ワイヤレス通信装置は、接続を確立するための要求をデータ通信装置に送信し、この要求は、ワイヤレス通信装置がどの所定アルゴリズムをサポートするかの情報を含み、上記要求を受信すると、データ通信装置は、公衆キー及びプライベートキーに関連した少なくとも１つのアルゴリズムを選択し、そしてワイヤレス通信装置へメッセージを返送し、このメッセージは、公衆キーと、データ通信装置がどのアルゴリズムを選択したかの情報とを含み、公衆キーを含むメッセージを受信すると、ワイヤレス通信装置は、マスターシークレットコードを発生し、選択されたアルゴリズム、公衆キー及びマスターシークレットコードに基づいて符牒を計算し、そしてデータ通信装置へ応答を送信し、この応答は計算された符牒を含み、符牒を含むこの応答を受信すると、データ通信装置は、選択されたアルゴリズム、受信した符牒及びプライベートキーに基づいてマスターシークレットコードを計算し、そしてワイヤレス通信装置への機密接続を確立し、そして上記マスターシークレットコードを上記メモリ手段及びデータ通信装置にセーブして、後で接続を再確立できるようにするという段階を含む方法が提供される。
本発明の第２の特徴によれば、ワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づいてデータ通信装置への機密接続を確立するためのワイヤレス通信装置であって、上記データ通信装置に接続されたワイヤレス通信ネットワークへの接続を確立するための通信手段と、ワイヤレス通信ネットワークを通るデータ通信装置のアクセスを制御するための情報が与えられた個別ユニットを含むメモリ手段と、マスターシークレットコードを発生する手段と、所定のアルゴリズムを使用して、上記マスターシークレットコードと、上記データ通信装置から受信した公衆キーとに基づいて符牒を発生するように構成された制御手段とを備え、この符牒は、ワイヤレス通信装置がデータ通信装置への機密接続を確立するときに使用され、上記メモリ手段は、少なくとも１つのマスターシークレットコード及び／又は１つ以上のデータ通信装置に関連した少なくとも１つの符牒を記憶するための機密データベースを含み、データ通信装置への機密接続を再確立できるようにするワイヤレス通信装置が提供される。
本発明の第３の特徴によれば、ワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づいてワイヤレス通信装置とデータ通信装置との間に機密接続を確立するためのメモリカードであって、上記ワイヤレス通信装置に設けられたコンタクト手段に接続され、データ通信装置への機密セッションを確立する際にメモリカードからワイヤレス通信装置へ情報を与え、この情報は、ワイヤレス通信装置を通るデータ通信装置のアクセスを制御するように構成され、そして１つ以上のデータ通信装置に関連した計算されたマスターシークレットをセーブして、データ通信装置への機密接続を再確立できるようなメモリカードが提供される。
本発明による構成体の更に別の効果は、従属請求項から明らかとなろう。
本発明によるハンドポータブル電話の好ましい実施形態を示す概略図である。 セルラー又はコードレスネットワークと通信するための電話の重要な部分を示すブロック図である。 クライアント／電話と本発明によるサーバーとの間に機密セッションがいかに設定されるかを示す概略図である。 本発明による機密接続を設定するためのメッセージ構造を示す図である。
図１は、本発明による電話の好ましい実施形態を示し、参照番号１で一般的に示された電話は、キーパッド２、ディスプレイ３、オン／オフボタン４、スピーカ５及びマイクロホン６を有するユーザインターフェイスを備えていることが明らかである。好ましい実施形態による電話１は、セルラーネットワークを経て通信するように構成されるが、コードレスネットワーク用として設計することもできる。キーパッド２は、アルファニューメリックキーである第１キーグループ７を有し、これにより、ユーザは、電話番号を入力し、テキストメッセージ（ＳＭＳ）を書き込み、名前（電話番号に関連した）を書き込み、等々を行うことができる。１２個のアルファニューメリックキー７の各々には、数字「０−９」又は符号「＃」又は「＊」が設けられる。アルファモードにおいては、テキスト編集に使用される多数の文字及び特殊な符号が各キーに関連される。
キーパッド２は、更に、２つのソフトキー８、２つのコール取扱キー９及びナビゲーションキー１０を備えている。
２つのソフトキー８は、Ｎｏｋｉａ２１１０（登録商標）、Ｎｏｋｉａ８１１０（登録商標）及びＮｏｋｉａ３８１０（登録商標）から知られているものに対応する機能を有する。ソフトキーの機能は、電話の状態と、ナビゲーションキーを使用することによるメニューの操作とに依存する。ソフトキー８の現在機能がキー８の真上のディスプレイ３の個別フィールドに示される。
好ましい実施形態に基づく２つのコール取扱キー９は、コール又は会議コールを確立し、コールを終了し、又は入呼びを拒絶するのに使用される。
ナビゲーションキー１０は、アップ／ダウンキーであり、そしてディスプレイ３とアルファニューメリックキー７のグループとの間で電話の前面の中央に配置される。従って、ユーザは、このキーを自分の親指で制御することができる。これは、正確なモータ運動を必要とする入力キーを配置する最良の場所である。経験のある多数の電話ユーザは、片手で電話を取り扱う。ユーザは、指先と手のひらとの間で電話を把持する。従って、親指で自由に情報を入力できる。
図２は、好ましい実施形態による電話の最も重要な部分を示すブロック図であり、これら部分は、本発明を理解するのに重要である。本発明の電話の好ましい実施形態は、ＧＳＭネットワークに関連して使用されるが、当然、本発明は、他の電話ネットワーク、例えば、セルラーネットワーク及び種々の形式のコードレス電話システムや、これらシステム／ネットワークのセットをアクセスする二重帯域電話に適用することもできる。マイクロホン６は、ユーザのスピーチを記録し、それにより形成されるアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ（図示せず）においてＡ／Ｄ変換された後、音声部分１４においてスピーチがエンコードされる。エンコードされたスピーチ信号は、ＧＳＭターミナルのソフトウェアをサポートするコントローラ１８へ転送される。又、コントローラ１８は、ＲＡＭメモリ１７ａ、フラッシュＲＯＭメモリ１７ｂ、ＳＩＭカード１６、ディスプレイ３及びキーパッド２（並びにデータ、電源等）を含む装置の周辺ユニットへのインターフェイスも形成する。コントローラ１８は、送信器／受信器回路１９と通信する。音声部分１４は、コントローラ１８からＤ／Ａコンバータ（図示せず）を経てイヤホン５へ転送される信号をスピーチデコードする。
コントローラ１８は、ユーザインターフェイスに接続される。従って、電話のアクティビティを監視しそしてそれに応答してディスプレイ３を制御するのは、コントローラ１８である。
それ故、状態変化事象の発生を検出し、そして電話の状態、ひいては、表示テキストを変更するのは、コントローラ１８である。状態変化事象は、ユーザがナビゲーションキー１０を含むキーパッドを操作するときにユーザにより生じ、この種の事象は、エントリー事象又はユーザ事象と称される。しかしながら、電話と通信するネットワークも、状態変化事象を生じさせる。この形式の事象、及びユーザ制御を越える他の事象は、非ユーザ事象と称される。非ユーザ事象は、コール設定中の状態変化、バッテリ電圧の変化、アンテナ状態の変化、ＳＭＳの受信に関するメッセージ等を含む。
不正防止装置の一例は、スマートカード（ＳＣ）である。これは、電話においては、加入者認識モジュール（ＳＩＭ）又は外部スマートカードである。
電話とスマートカードがいかに相互作用するかは、コマンド応答プロトコルとして規定される。このプロトコルの目的は、スマートカードを使用してＷＴＬＳ及びアプリケーションレベルのセキュリティ機能を実行するためのＷＡＰハンドセット用の手段を与えることである。ここに示す機能は、敏感なデータ特にキーをカードに記憶しそしてそれらキーに関連した全ての動作をカードにおいて実行できる必要性に基づくものである。いかに広範囲に機能を実行するかを規定するために、異なるクラスのカードが導入される。
この仕様は、スマートカードに関するＩＳＯ７８１６シリーズの規格に基づく。特に、ＩＳＯ７８１６−８規格（草案）［ＩＳＯ７８１６−８］を使用する。この機能がＧＳＭ ＳＩＭに適用されるときには、もし該当すれば、関連ＧＳＭ仕様［ＧＳＭ１１．１１］を拡張することも必要となる。
本発明によれば、スマートカード１６は、セキュリティ層の実施のセキュリティ、及びアプリケーション層のある機能を向上するために使用される。スマートカード１６は、ＷＴＬＳに対する多数の目的に使用することができる。スマートカード１６の主たる目的は、ハンドシェーク中、特に、ハンドシェークがクライアントの認証に使用されるときに、暗号化動作を実行することである。更に、スマートカード１６のメモリは、マスターシークレット、公衆キー、及び他の形式の機密資料を、長時間存続するＷＴＬＳセッション中に機密保持するのに使用される。最後に、スマートカード１６のメモリは、セッションのレベルセキュリティを記録するのに使用される。本発明によれば、スマートカード１６におけるＷＴＬＳサポートは、次の３つの実施例を参照して説明することができる。
第１実施例
この実施例によれば、スマートカード１６は、通常承認された永久的なプライベートキーを記憶し、そしてこれらキーを使用する動作を実行するのに使用される。これらの動作は、選択されたハンドシェーク構成に対して必要とされるときにクライアントを認証するための符牒動作（例えば、ＥＣＤＳＡ又はＲＳＡ）、固定のクライアントキーを使用するキー交換動作（例えば、ＥＣＤＨ＿ＥＣＤＳＡハンドシェーク）を含む。
スマートカード１６は、マスターシークレットの計算又はマスターキーを使用する動作を実行するのには必要とされない。これらの計算は、電話のコントローラ１８により実行されるのが効果的である。しかしながら、スマートカード１６は、マスターシークレットを含むＷＴＬＳ機密セッション（及び接続）データに対する永久的な記憶装置として働くことができる。この場合に、マスターシークレットは、揮発性電話メモリ（ＲＡＭ１７ａ）においてキーを導出するために計算され使用されるが、必要とされないとき、例えば、ユーザが機密ＷＡＰアプリケーションから退出するときは、そこから消去される。セッションデータを電話１に永続的に記憶しないことは、例えば、電話１が盗難にあった場合にセキュリティを改善することができる。又、スマートカード１６をある電話１から別の電話へ切り換える場合にも優れた有用性を与える。
更に、ポータブル性のために、スマートカード１６は、必要な証明を記憶することができる。信頼根(trusted root)証明（又は公衆キー）の記憶は、セキュリティーの観点から重要であり、それらは、変更されてはならず、危険を伴うことなく露出することができる。
公衆キー暗号化をベースとするキー交換（例えば、ＲＳＡ）が本発明の第１の実施例に基づいて使用される場合に、コントローラ１８におけるマスターシークレット計算のために予めのマスターシークレットがいずれにせよ電話１に返送されるときには、スマートカード１６で公衆キー暗号化を行っても効果がないことに注意されたい。
クライアント認証がＷＴＬＳにおいてサポートされないときには、スマートカード１６は、最低限、セッションデータの記憶装置として働くだけである。クライアント認証がサポートされる場合には、スマートカードは、カードに記憶されたプライベートキー（例えば、ＥＣＤＳＡ又はＲＳＡ）に基づく符牒動作、又はカードに記憶された固定キーに基づくキー合意計算（例えば、ＥＣＤＨ）を実行することができる。
第２実施例
第２の実施例によれば、スマートカード１６は、全ての暗号臨界機能、即ち全ての永続的キーの記憶及びこれらキーを使用する動作に対して不正行為防止装置として使用される。第１実施形態により実行される動作に加えて、スマートカード１６は、ここでは、予めのマスターシークレットの計算（ＥＣＤＨキー交換）又は発生（ＲＳＡキー交換）、各機密セッションに対するマスターシークレットの計算及び記憶、そしてマスターシークレットに基づくキー資料（例えば、ＭＡＣ、暗号キー、ＩＶ、最終チェックに対する）の導出及び出力もサポートする。
電話１は、ＭＡＣ及びメッセージ暗号キーがそのとき必要である限り、それらを記憶する。これらのキーは、ＷＴＬＳハンドシェーク中にネゴシエーションされる限定された存続時間を有し、極端な場合、それらは１つのメッセージにしか使用されない。電話１は、ユーザが機密ＷＡＰアプリケーションから退出するときにＲＡＭメモリ１７ａからそれらキーを削除しなければならない。これらのキーは、必要な場合に、常に、マスターシークレットから新たに導出することができる。
メッセージ暗号キーを得る侵入者は、キーリフレッシュ構成において合意された数のメッセージ（極端な場合、単一のメッセージ）を読み取ることができる。ＭＡＣキーを得る侵入者は、その構成において合意された数のメッセージ（極端な場合、単一のメッセージ）中にその信用を危うくする当事者の風を装うことができる。
第３実施例
ある特殊なスマートカード１６は、ＷＴＬＳに対して成熟したセキュリティエンジンとして働くことができる。これは、スマートカード１６にそれ自身の処理ユニットを設け、そして機密セッション設定又はハンドシェーク手順の間に電話１をセルラーネットワークへのインターフェイスとしてのみ使用することを必要とする。第２実施形態による動作に加えて、スマートカード１６は、各機密接続ごとにＭＡＣ及び暗号キーを記憶し、そしてＭＳＣ計算／照合及びメッセージの暗号化／暗号解読を実行する。
更に、スマートカード１６は、証明の照合及びデジタル符牒の照合を行う役割を果たす。
スマートカード１６にメッセージの暗号化をもたせても、いずれの場合も電話１ではデータが平易テキストであるために、必ずしも付加的なセキュリティを与えることにはならない点に注意されたい。ＭＡＣアプリケーションについても同じことが言え、電話１は、正しいやり方でデータを入力及び出力するように信頼されねばならない。唯一の効果は、カード１６から暗号キーを取り出さなくてもよいことである。しかしながら、キーは、ＷＴＬＳハンドシェーク中にネゴシエーションされた限定された存続時間を有し、極端な場合、それらは、単一のメッセージのみに使用される。第３実施例によれば、スマートカード１６は、スマートカードの発行者によって制御できるように全てのアルゴリズムを含む。
スマートカード
「スマートカード」と言う用語は、カード所有者を識別するあるシークレット情報が記憶されたあるメモリ手段を有するカード状ユニットを包含する。メモリ手段は、マグネットリーダーによって読み取ることのできるマグネットストリップでもよいし、又はＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の個別のメモリ要素として設けられてもよい。多少公衆的な装置にユーザがスマートカードを挿入するときには、銀行取引作業のようなある動作を実行することがユーザに許可される。現在、ＧＳＭ電話のユーザは、いわゆる加入者認識モジュール即ちＳＩＭカード１６によって識別され、そしてこの形式のスマートカードの構造は、ヨーロピアン・テレコミュニケーションズ・スタンダーズ・インステュテュートＥＴＳＩにより出版されたＧＳＭ仕様書「加入者認識モジュール−モジュール装置（ＳＩＭ−ＭＥ）インターフェイスの仕様(Specification of the Subscriber Identification Module - Mobile Equipment (SIM-ME) interface)」、ＧＳＭ１１．１１、第５.５．０版に規定されている。スマートカードの現在の形式は、上述した第１実施例をサポートすることができる。
ジェムプラス社は、最近、ＡＲＭ７ ＲＩＳＣコア技術を利用してテキサス・インスツルーメント社からの３２ビットチップをベースとするスマートカード、ＧｅｍＸｐｒｅｓｓｏＲＡＤに着手した。この３２ビットＲＩＳＣプロセッサは、３２Ｋバイトの不揮発性フラッシュメモリ及び８ＫバイトのＲＯＭを有する。ジェムプラスカードの機械的インターフェイスがＧＳＭ使用を満足するように適応されるときには、この形式のスマートカードは、第２及び第３の実施例をサポートすることができる。
ネットワーク
図３は、データ通信装置と、ワイヤレス通信装置、例えばセルラー電話１との間の機密セッション、即ち機密接続がどのようなものであるかを概略的に示している。基本的に、ＷＡＰの内容及びアプリケーションは、馴染み深いＷＷＷ内容フォーマットをベースとする１組の良く知られた内容フォーマットに規定されている。内容は、ＷＷＷ通信プロトコルをベースとする１組の標準的な通信プロトコルを使用して搬送される。電話１のブラウザはユーザインターフェイスを整合し、そしてこれは標準ウェブブラウザと同様である。
ワイヤレス通信装置１は、データ通信装置２０、２０、３０であるサーバ２０、３０、４０への機密接続を確立しようとするクライアント１である。クライアントは、種々様々な異なるワイヤレスプラットフォーム、例えばワールドワイドウェブ（ＷＷＷ）に到達することのできる環境に位置される。与えられる環境をワイヤレスアプリケーション環境（ＷＡＥ）と称する。これは、クライアント１が、サーバーに接続された異なるサービスにアクセスするために、例えば、マイクロブラウザのようなある種のブラウザによりサポートされることを意味する。これらのサービスにアクセスするために、ブラウザは、次の機能を含む。
− ワイヤレス・マークアップ・ランゲッジ（ＷＭＬ）、即ちＨＴＭＬと同様であるが、ハンドヘルド移動ターミナルに使用するように最適化された標準以下のマークアップ言語；
− ＷＭＬスクリプト、即ちＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）と同様の標準以下のスクリプト言語；
− ワイヤレス・テレホニー・アプリケーション（ＷＴＡ、ＷＴＡＩ）、即ち電話サービス及びプログラミングインターフェイス；及び
− 内容フォーマット、即ちイメージ、電話帳記録及びカレンダー情報を含む１組の良く定義されたデータフォーマット。
サーバー２０は、ワイヤレスアプリケーションプロトコルを使用し、ゲートウェイ３０及び原点サーバー４０を備えている。ゲートウェイ３０は、クライアント１と原点サーバー４０との間の情報を識別しそして暗号化／暗号解読することのできるサーバーでもある。これは、ゲートウェイにエンコーダ及びデコーダ（図示せず）が設けられることを意味する。又、サーバー２０は、暗号化／暗号解読を行うための異なるアルゴリズムも含む。暗号化／暗号解読それ自体は、例えば、ＲＳＡ、ディフィー・ヘルマン等の公知方法により実行することができる。原点サーバー４０は、ＷＡＰをサポートするための異なるスクリプト及びクライアントによりアクセスされるべきデータを含む。このデータは、あらゆる種類の情報、例えば、天気レポート、ニュース、株式市場からの情報等を含む。
クライアント１からサーバー２０にアクセスするために、サーバーは、ワイヤレス通信ネットワーク５０、例えば、セルラー電話ネットワークに接続されねばならない。それ故、本発明によれば、クライアントには、メモリ手段が設けられた個別ユニット（図示せず）からの情報を受信するためのコンタクト手段（図示せず）が設けられる。この個別ユニットは、スマートカード、加入者認識モジュール（ＳＩＭ）等である。メモリ手段は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）等である。更に、メモリ手段は、ワイヤレス通信ネットワーク５０を経てのサーバー２０のアクセスを制御する情報も含む。
機密接続を確立するために、クライアント１は個別ユニットに接続し、サーバー２０に接続されたワイヤレス通信ネットワーク５０をアクセスする。次いで、クライアント１は、ゲートウェイ３０を経て暗号化された要求６０を送信する。この暗号化された要求６０は、クライアント１がどの所定アルゴリズムをサポートするかの情報を含む。ゲートウェイ３０は、この暗号化された要求６０を受信すると、その暗号化された要求を原点サーバー４０へ送信する（７０）。原点サーバー４０は、公衆キー及びプライベートキーに関連した少なくとも１つのアルゴリズムを選択し、そしてメッセージ８０をゲートウェイ３０に返送する。ゲートウェイは、そのメッセージを暗号化し、そしてそれをクライアント１に送信する（９０）。このメッセージ９０は、公衆キーと、サーバー２０がどのアルゴリズムを選択したかの情報とを含む。クライアント１は、公衆キーを含む暗号メッセージ９０を受信すると、マスターシークレットコードを発生し、そして選択されたアリゴリズム、公衆キー及びマスターシークレットコードに基づいて符牒を計算する。その後、クライアント１は、暗号化された応答６５をゲートウェイ３０に送信する。この暗号化された応答６５は、計算された符牒を含む。ゲートウェイ３０は、符牒を含む暗号化された応答６５を受信すると、その応答を暗号解読し（７５）、そしてそれを原点サーバー４０へ送信する。原点サーバーは、選択されたアルゴリズム、受信した符牒及びプライベートキーに基づいてマスターシークレットコードを計算する。最終的に、原点サーバー４０は、ゲートウェイ３０を経てクライアントへ最終メッセージ８５を送信する。原点サーバー４０がクライアント１の要求６０を受け入れた場合には、サーバーは、原点サーバー４０とクライアント１との間の機密接続を確立することができ、さもなくば、接続が終了される。
機密接続の設定
図４は、本発明により機密接続を設定するためのメッセージ構造を示す。
機密セッションの暗号パラメータは、ＷＴＬＳ記録層の上部で動作するＷＴＬＳハンドシェークプロトコルによって発生される。ＷＴＬＳクライアントとサーバーが最初に通信を開始するときには、それらがプロトコルバージョンについて合意し、暗号化アルゴリズムを選択し、任意であるが互いに認証し合い、そして公衆キー暗号化技術を使用して、共用シークレットを発生する。
ＷＴＬＳハンドシェークプロトコルは、１９９８年４月３０日付の「ワイヤレス搬送層セキュリティ仕様書」に記載されており、ワイヤレスアプリケーションプロトコルの一部分である。
ＷＴＬＳハンドシェークプロトコルは、次の一連の段階を含む。ＷＡＰセッションが電話１（クライアント）とサーバー２０（例えば、銀行）との間に設定され、そしてクライアント（電話１）が機密接続を確立しようとするときには、クライアントがクライアントハローメッセージ１００を自分の最初のメッセージとして送信する。このメッセージは、クライアントによりサポートされる暗号キー交換アルゴリズムを優先順位の低い順に含むキー交換リストを有する。更に、各エントリーは、クライアントが使用したい証明又は公衆キーを定義する。サーバーは、その１つを選択するか、或いは受け入れられる選択が与えられなければ、ｈａｎｄｓｈａｋｅ＿ｆａｉｌｕｒｅ警告を返送し、機密接続を閉じる。
クライアントハローメッセージ１００に応答して、サーバー２０は、受け入れられる１組のアルゴリズムを見出すことができるときに、サーバーハローメッセージ１０１を送信する。このような一致を見出せない場合には、ｈａｎｄｓｈａｋｅ＿ｆａｉｌｕｒｅ警告で応答しなければならない。サーバーハローメッセージ１０１は、セッションを識別し、そしてセッションに必要なパラメータを設定する。
サーバー２０は、更に、サーバー証明メッセージ１０２を送信する。このサーバー証明メッセージ１０２は、常に、サーバーハローメッセージ１０１の直後に続くものであり、このサーバー証明メッセージ１０２の目的は、クライアントハローメッセージ１００に含まれたキー交換リストからサーバーにより選択された暗号化アルゴリズムを識別することである。サーバー証明メッセージ１０２は、選択された暗号化アルゴリズムに対する公衆キーを保持するいわゆる証明を含む。サーバー証明メッセージ１０２は、証明の発行者、有効期間の開始及び終了、関連パラメータ又は公衆キーに関する情報を含む。サーバーは、有効期間を含み、そして許可された有効期間が満了になったときに、クライアントは、機密接続を更新しなければならない。有効期間の長さは、通常、１週間以上といった程度である。又、セッションの最大数も、規定しなければならない。
サーバーキー交換メッセージ１０３は、サーバー証明メッセージ１０２の直後に第３メッセージとして送信される。サーバーキー交換メッセージ１０３は、任意であり、サーバー証明メッセージ１０２が、予めのマスターシークレットの交換をクライアント１に許すに充分なデータを含まないときだけ、サーバー２０により送信される。このメッセージ１０３は、クライアントが予めのマスターシークレットを通信するのを許すための暗号情報を搬送し、即ちクライアントがキー交換を完了できる（その結果が予めのシークレットとなる）ところのシークレットを暗号化するＲＳＡ公衆キー又は楕円曲線ディフィー・ヘルマン(Elliptic Curve Diffie-Hellman)パラメータを搬送する。新たなキー交換アリゴリズムを含む付加的なキー交換スイートがＷＴＬＳに対して定義され、キー交換アルゴリズムに関連した証明形式が、クライアントが予めのマスターシークレットを交換するに充分な情報を与えない場合及びその場合にのみ、多数のキー交換メッセージが送信される。
第４のメッセージ、即ちサーバー証明メッセージ１０４は、任意である。このメッセージ１０４は、選択された暗号スイートに対して適当である場合に、クライアントからの証明を要求する。このメッセージは、サーバー証明メッセージ１０２及びサーバーキー交換メッセージ１０３の直後に続く。
サーバーがサーバーハローセッションを終了したことをクライアントに通知するために、サーバーハロー終了メッセージ１０５を送信する。このメッセージ１０５を送信した後に、サーバー２０は、クライアントの応答を待機する。このメッセージは、サーバー２０がキー交換をサポートするためのメッセージを送信しそしてクライアント２０がそのキー交換段階を進行できることを指示する。サーバーハロー終了メッセージを受信すると、クライアントは、もし必要であれば、サーバーが有効な証明を与えたことを照合し、そしてサーバーハローパラメータが受け入れられるものであることをチェックしなければならない。
サーバー２０がクライアント証明メッセージ１０７を求める場合には、クライアント１は、サーバーハロー終了メッセージ１０５を受信した後にこのメッセージを送信しなければならない。このメッセージは、サーバー２０が証明を要求した場合だけ送信される。適当な証明が得られない場合には、クライアントは、証明を含まない証明メッセージを送信しなければならない。ハンドシェークを続行するためにサーバーによりクライアントの認証が要求される場合には、致命的なｈａｎｄｓｈａｋｅ＿ｆａｉｌｕｒｅ警告で応答することができる。クライアント証明は、サーバー証明として既に規定された証明構造を使用して送信される。
ここで、電話１即ちクライアントは、機密セッションに対するマスターシークレット１０６として使用されるべき２０バイトのランダム番号の計算をスタートする。マスターシークレット１０６は、メッセージ認証コード（ＭＡＣ）キー及びデータ暗号キーに必要とされるキー資料を導出するのに使用される。ＭＡＣ及びデータ暗号キーは、データの完全性及び通信当事者間のプライバシーを与える。公衆キーをベースとするキーの確立は、計算的にもそして広範囲なデータ転送の点からも負担のかかる手順である。このため、相互に合意したマスターシークレット１０６を比較的長期間使用することが必要となる。
電話１のプロセッサ即ちコントローラ１８は、マスターシークレットを計算する。不正行為防止装置と考えられるスマートカード、例えば、ＳＩＭカード１６は、機密セッションの繊細なデータを記憶すると共に、この繊細なデータが決してカードから出ないように、そのデータを用いて動作を実行するのに使用される。実際には、機密情報がＳＩＭカード１６からプロセッサ１８の動作ＲＡＭ１７ａへ転送されるが、これらの情報は、セッションが行われないとき又は電話１がスイッチオフされるときにオーバーライトされない。
本発明の第１実施例によれば、コントローラ１８は、キー確立に必要な動作、例えば、ディフィー・ヘルマン計算又はＲＳＡ暗号化および相補的な計算を遂行する。次いで、コントローラ１８は、それにより得られるシークレットキー（マスターシークレット１０６）をＳＩＭカード１６に永続的に記憶する。次いで、コントローラ１８は、マスターシークレット１０６及び付加的なデータ（例えば、シード）に基づいてキー導出を遂行し、ＭＡＣ及び暗号化のためのキー資料を発生する。キー導出機能は、セキュリティプロトコル特有のものである。これは、通常、ある機密ハッシュ機能、例えば、ＳＨＡ−１をベースとする。
好ましくは、ＳＩＭカード１６は、それ自身のプロセッサを有するスマートカードとして設けられ、従って、マスターシークレットに基づいてキー確立及びキー導出を遂行するために必要とされる動作は、マスターカードの内部で実行することができる。従って、マスターシークレット、及びこれを計算するのに使用されるデータは、決してスマートカードから出てはならない。従って、マスターシークレットに関連した機密セッションは、長期間にわたって使用できる。
クライアントキー交換メッセージ１０８は、クライアント証明メッセージ１０７が送信される場合はその直後に続く。さもなくば、クライアント１がサーバーハロー終了メッセージ１０５を受信した後にクライアントにより送信される第１のメッセージとなる。このメッセージ１０８により、予めのマスターシークレットが、ＲＳＡ暗号化シークレットの直接的な送信により設定されるか、又は同じ予めのマスターシークレットに対して各側で合意できるようにするＥＣディフィー・ヘルマン公開キーの送信により設定される。
次いで、マスターシークレット１０６は、サーバーの証明からの公開キー及び合意したＲＳＡアルゴリズムを使用することにより暗号化される。その結果が、暗号化されたマスターシークレットメッセージ１０９においてサーバー２０へ送信される。
証明照合メッセージ１１０は、クライアント証明の明確な照合を与える。このメッセージは、符牒機能を有するクライアント証明メッセージ１０７（即ちＲＳＡ証明）の後にのみクライアントによって送信される。
キー交換及び認証プロセスが成功したことを照合するためには、両端がハンドシェークの終りに終了メッセージ１１１及び１１２を送信しなければならない。
これらの終了メッセージ１１１及び１１２は、丁度ネゴシエーションされたアルゴリズム、キー及びシークレットで保護された第１メッセージである。これら終了メッセージの受信者は、内容が正しいことを照合しなければならない。片側がその終了メッセージを送信し、そしてそのピアから終了メッセージを受信してそれが有効であることが分かると、機密接続を経てアプリケーションデータ１１３の送信及び受信を開始する。終了メッセージに先立ち、ハンドシェークの適当な点に暗号変更スペックメッセージがない場合には、重大な又は致命的なエラーである。
重要なｈａｎｄｓｈａｋｅ＿Ｍｅｓｓａｇｅは、クライアントハローで始まってこの終了メッセージまで（これを含まず）の全てのハンドシェークメッセージを含む。クライアントによって送信される終了メッセージに対するｈａｎｄｓｈａｋｅ＿Ｍｅｓｓａｇｅは、サーバにより送信される終了メッセージに対するものと異なる。というのは、第２番目に送信されるものは、その前者を含むからである。
機密接続が有効である限り、アプリケーションデータセッション１１３は、クライアントハローメッセージ１００及びサーバーハローメッセージ１０１を使用するだけで開始される。
頭文字語
ＡＰＤＵ： アプリケーションプロトコルデータユニット
ＡＰＩ： アプリケーションプログラミングインターフェイス
ＣＡ： 証明当局
ＣＢＣ： 暗号ブロックチェーン
ＤＦ： 暗号解読ファイル
ＤＨ： ディフィー・ヘルマン
ＥＣ： 楕円曲線
ＥＣＣ： 楕円曲線暗号化
ＥＣＤＨ： 楕円曲線ディフィー・ヘルマン
ＥＣＤＳＡ： 楕円曲線デジタル符牒アルゴリズム
ＥＦ： 基礎的ファイル
ＧＳＭ： 移動通信用のグローバルシステム
ＩＶ： 初期化ベクトル
ＭＡＣ： メッセージ認証コード
ＭＥ： マネージメントエンティティ
ＯＳＩ： オープンシステム相互接続
ＰＤＵ： プロトコルデータユニット
ＰＲＦ： 擬似ランダム関数
ＳＡＰ： サービスアクセスポイント
ＳＤＵ： サービスデータユニット
ＳＨＡ−１： 機密ハッシュアルゴリズム
ＳＩＭ： 加入者認識モジュール
ＳＭＳ： ショートメッセージサービス
ＳＳＬ： 機密ソケット層
ＴＬＳ： 搬送層セキュリティ
ＷＡＰ： ワイヤレスアプリケーションプロトコル
ＷＭＬ：ワイヤレスマークアップランゲッジ
ＷＭＬＳｃｒｉｐｔ： ワイヤレスマークアップランゲッジスクリプト
ＷＤＰ： ワイヤレスデータグラムプロトコル
ＷＳＰ：ワイヤレスセッションプロトコル
ＷＴＬＳ： ワイヤレス搬送層セキュリティ
ＷＴＰ： ワイヤレストランザクションプロトコル
このリストは、本書で使用した頭文字語を示す。これら頭文字語の詳細な説明は、ＷＡＰＦＯＲＵＭのインターネットホームページｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗａｐｆｏｒｕｍ．ｏｒｇ／．においてワイヤレスアプリケーションプロトコルを定義する技術仕様書に見ることができる。

Claims (18)

  1. ワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づいてワイヤレス通信装置とデータ通信装置との間に機密接続を確立するための方法であって、
    上記ワイヤレス通信装置は、メモリ手段を備える個別ユニットから情報を受信するコンタクト手段を有し、上記メモリ手段は、上記データ通信装置に接続されたワイヤレス通信ネットワークを通るワイヤレス通信装置のアクセスを制御するための情報を含み、上記方法は、
    上記ワイヤレス通信装置を上記個別ユニットに接続して、上記データ通信装置に接続されたワイヤレス通信ネットワークにアクセスし、
    ワイヤレス通信装置は、接続を確立するための要求をデータ通信装置に送信し、この要求は、ワイヤレス通信装置がどの所定アルゴリズムをサポートするかの情報を含み、
    上記要求を受信すると、データ通信装置は、公衆キー及びプライベートキーに関連した少なくとも１つのアルゴリズムを選択し、そしてワイヤレス通信装置へメッセージを返送し、このメッセージは、公衆キーと、データ通信装置がどのアルゴリズムを選択したかの情報とを含み、
    公衆キーを含むメッセージを受信すると、ワイヤレス通信装置は、マスターシークレットコードを発生し、選択されたアルゴリズム、公衆キー及びマスターシークレットコードに基づいて符牒を計算し、そしてデータ通信装置へ応答を送信し、この応答は計算された符牒を含み、
    符牒を含むこの応答を受信すると、データ通信装置は、選択されたアルゴリズム、受信した符牒及びプライベートキーに基づいてマスターシークレットコードを計算し、そしてワイヤレス通信装置への機密接続を確立し、そして
    上記マスターシークレットコードを上記メモリ手段にセーブして、後で接続を再確立できるようにするという段階を含むことを特徴とする方法。
  2. 上記マスターシークレットコードを、データ通信装置によって決定される存続期間の間セーブする段階を更に含む請求項１に記載の方法。
  3. 上記個別ユニットをスマートカードに設ける段階を更に含む請求項１又は２に記載の方法。
  4. ワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づいてデータ通信装置への機密接続を確立するためのワイヤレス通信装置において、
    上記データ通信装置に接続されたワイヤレス通信ネットワークへの接続を確立するための通信手段と、
    ワイヤレス通信ネットワークを通るデータ通信装置のアクセスを制御する情報が与えられたメモリ手段を備える個別ユニットから情報を受信するコンタクト手段と、
    マスターシークレットコードを発生する手段と、
    所定のアルゴリズムを使用して、上記マスターシークレットコードと、上記データ通信装置から受信した公衆キーとに基づいて符牒を発生するための制御手段とを備え、上記符牒は、ワイヤレス通信装置がデータ通信装置への機密接続を確立するときに使用されるものであり、そして
    上記メモリ手段は、少なくとも１つのマスターシークレットコード及び／又は１つ以上のデータ通信装置に関連した少なくとも１つの符牒を記憶するための機密データベースを含み、データ通信装置への機密接続を再確立できるようにすることを特徴とするワイヤレス通信装置。
  5. 上記メモリ手段は、交換可能である請求項４に記載のワイヤレス通信装置。
  6. 上記マスターシークレットコードは、上記個別ユニットに記憶される請求項４又は５に記載のワイヤレス通信装置。
  7. 上記符牒は、上記個別ユニットに記憶される請求項４ないし６のいずれかに記載のワイヤレス通信装置。
  8. 上記マスターシークレットコードは、上記個別ユニットにおいて発生される請求項４ないし７のいずれかに記載のワイヤレス通信装置。
  9. 上記符牒は、上記個別ユニットにおいて発生される請求項４ないし８のいずれかに記載のワイヤレス通信装置。
  10. 上記個別ユニットは、スマートカードより成る請求項４ないし９のいずれかに記載のワイヤレス通信装置。
  11. 上記スマートカードは、加入者認識モジュールである請求項１０に記載のワイヤレス装置。
  12. ワイヤレスアプリケーションプロトコルに基づいてワイヤレス通信装置とデータ通信装置との間に機密接続を確立するためのメモリカードであって、上記ワイヤレス通信装置に設けられたコンタクト手段に接続され、データ通信装置への機密セッションを確立する際にメモリカードからワイヤレス通信装置へ情報を与え、この情報は、ワイヤレス通信ネットワークを通るワイヤレス通信装置のアクセスを制御するものであり、前記ワイヤレス通信装置はデータ通信装置に接続されており、そして１つ以上のデータ通信装置に関連した計算されたマスターシークレットをセーブして、データ通信装置への機密接続を再確立できるようにしたことを特徴とするメモリカード。
  13. ワイヤレス通信装置が機密接続を確立するときにそのワイヤレス通信装置の符牒として使用されるべきマスターシークレットを暗号化するための暗号化手段を更に備えた請求項１２に記載のメモリカード。
  14. 少なくとも１つのマスターシークレットコード及び／又は１つ以上のデータ通信装置に関連した少なくとも１つの符牒が与えられた機密データベースを含み、データ通信装置への機密接続を再確立できるようにする請求項１２又は１３に記載のメモリカード。
  15. スマートカードに設けられた請求項１２、１３又は１４に記載のメモリカード。
  16. ワイヤレスアプリケーションプロトコルを使用するときに機密接続を確立するシステムにおいて、
    ワイヤレスアプリケーションプロトコルをベースとするデータ通信装置と、
    上記データ通信装置に接続されたワイヤレス通信ネットワークと、
    メモリ手段を備える個別ユニットから情報を受信するコンタクト手段を有するワイヤレス通信装置とを備え、上記メモリ手段は、ワイヤレス通信ネットワークを通るワイヤレス通信装置のアクセスを制御するための情報を含み、
    ワイヤレス通信装置は、接続を確立するための要求をデータ通信装置に送信するように構成され、この要求は、ワイヤレス通信装置がどの所定アルゴリズムをサポートするかの情報を含み、
    上記要求を受信すると、データ通信装置は、公衆キー及びプライベートキーに関連した少なくとも１つのアルゴリズムを選択し、そしてワイヤレス通信装置へメッセージを返送するように構成され、このメッセージは、公衆キーと、データ通信装置がどのアルゴリズムを選択したかの情報とを含み、
    公衆キーを含むメッセージを受信すると、ワイヤレス通信装置は、マスターシークレットコードを発生し、選択されたアルゴリズム、公衆キー及びマスターシークレットコードに基づいて符牒を計算し、そしてデータ通信装置へ応答を送信するように構成され、この応答は計算された符牒を含み、
    符牒を含むこの応答を受信すると、データ通信装置は、選択されたアルゴリズム、受信した符牒及びプライベートキーに基づいてマスターシークレットコードを計算し、従って、ワイヤレス通信装置への機密接続を確立するように構成され、そして
    上記メモリ手段は、上記マスターシークレットコードをセーブして、後で接続を再確立できるよう構成されたことを特徴とするシステム。
  17. 上記マスターシークレットコードは、データ通信装置によって決定される存続期間の間セーブされるよう構成された請求項１６に記載のシステム。
  18. 上記メモリ手段は、スマートカードである請求項１６又は１７に記載のシステム。
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