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PRESS RELEASE （技術）

2016年1月19日
株式会社富士通研究所

IoT機器で高速に動作する暗号通信向け認証技術を開発

認証処理時間を約5分の1に短縮し、東京大学、東邦大学と共同で実証

本技術の詳細は、1月19日（火曜日）から熊本市で開催される「暗号と情報セキュリティシンポジウム（SCIS 2016）」において発表されます。

開発の背景

IoT では、センサーや家電など様々な機器がインターネットにつながり、人手を介さずに自動的にデータ収集やシステム制御を行うことで、便利で快適な生活・社会インフラを実現することを目指すと言われています。また、人々の生活に密接に関わるデータを扱うことも想定されており、情報漏えいや機器の不正操作のリスクに対して、より一層、安全性を高める技術が求められています。

課題

パソコンやスマートフォンでは、通信時のなりすましやデータの盗聴・改ざんを防ぐために公開鍵暗号を利用した通信方式であるTLSが広く利用されています。これは、安全なインターネット通信を実現するための重要な技術ですが、一定の処理能力を必要とするため、パソコンよりも処理能力の低いIoT機器では認証に秒単位の時間がかかることや通信時の電力消費が多いことがあり、IoT機器全般に広く適用することが実運用上困難でした。

開発した技術

今回、東京大学、東邦大学と共同で、認証処理時間を従来の約5分の1に軽減する、IDベース鍵交換方式によるTLS認証方式を開発しました。

開発した認証方式は、複数の小型センサーやインターネット非対応機器が接続されたネットワークの出口に設置され、インターネット経由で通信を行う、小型センサーとパソコンの中間の処理能力を持ったゲートウェイ機器への適用を想定しました（図1）。

開発した技術の特長は以下のとおりです。

1. 認証付き鍵交換方式の処理負荷を軽減しTLSに適用

   一定の管理下で、機器に付与されたIDを公開鍵として暗号処理を行う公開鍵暗号技術は、IDベース暗号方式と呼ばれ、IDの正しさが公開鍵の正しさに直結するため証明書が不要となります。このため、証明書の検証・送受信の処理を省くことができますが、TLSに適用する場合、さらなる処理負荷の軽減が必要でした。

   今回、実現する機能をTLSに必要な認証と鍵交換に限定し、処理量の少ない認証付き鍵交換方式を導入するとともに、最初にIDを通知する仕組みを考案して効率的な通信手順を実現しました（図2）。

   IDベース暗号における効率の良い認証付き鍵交換方式をTLSに適用するのは世界初となります。

   
   図2 新方式の認証手順

2. 演算処理を高速化

   鍵交換処理において、類似した演算が何度も行われることが分かりました。そこで、これらをまとめて実行可能にする方式を考案し、IDベース暗号における鍵交換処理の高速化を実現しました。

開発技術は、世界中で広く用いられているOpenSSLを利用したシステムに簡単に導入できるように、OpenSSLを拡張して実装しました。さらに、スマートシティー向けの通信規格であるIEEE 1888（注6）通信ソフトウェアへの組み込みも行いました。

開発技術を組み込んだIEEE 1888通信ソフトウェアを東京大学と東邦大学にあるゲートウェイ機器とサーバにインストールして、2015年11月から12月の期間にインターネットを介した評価実験を行いました。

実験では実際の運用を想定し、東大グリーンICTプロジェクト（GUTP）における空調機のエネルギー管理システムに接続して実証しました（図3）。

共同開発において、富士通研究所は認証方式の設計と実装を、東京大学はIEEE 1888通信ソフトウェアへの適用と実験環境構築を、東邦大学はベースとなる暗号処理実装TEPLA（注7）の改良を主に担当しました。

効果

開発技術により、同等の暗号強度をもつ従来方式と比べTLSの認証処理時間を約5分の1に軽減でき、比較的処理能力の低いIoT機器でも数百ミリ秒程度の認証時間でTLSを利用できるようになります（図4）。これにより、IoT機器においても通信時の情報漏えいや不正操作を防ぐことができ、セキュリティやプライバシーが求められる用途へ適用領域を拡大することが可能となります。

今後

富士通研究所は2017年度の実用化を目指し、東邦大学とともに本技術を適用したIEEE 1888通信ソフトウェアをGUTP参加団体へ提供して、適用拡大を図ります。

商標について

記載されている製品名などの固有名詞は、各社の商標または登録商標です。

注釈

注1 株式会社富士通研究所：

本社 神奈川県川崎市、代表取締役社長 佐相秀幸。

注2 国立大学法人東京大学：

所在地：東京都文京区、総長：五神真。

注3 学校法人東邦大学：

所在地：東京都大田区、理事長：炭山嘉伸。

注4 TLS：

Transport Layer Securityの略。インターネットにおける標準的な認証・暗号通信方式で、SSL（Secure Sockets Layer）の後継。HTTPSやSSL-VPN（仮想専用線）などに広く使われている。

注5 東大グリーンICTプロジェクト（GUTP）：

情報通信技術（ICT）によって地球環境問題に取り組む東京大学の産学連携プロジェクト。2008年発足。国際標準通信規格IEEE 1888開発や、2011年夏には東大5キャンパスの電力見える化によりピーク時前年度比30%削減などの成果を挙げている。

注6 IEEE 1888：

Ubiquitous Green Community Control Network（UGCCNet）。ビルエネルギー管理システム（BEMS：Building Energy Management System）をはじめとする、スマートシティーの構築に必要なコミュニティーの監視制御を担う通信規格であり、2011年にIEEE（米国電気電子学会）にて標準化、2015年にはISO/IEC 18880として国際標準化された。

注7 TEPLA：

University of Tsukuba Elliptic Curve and Pairing Library。IDベース暗号方式に必要なペアリングという演算処理を提供するオープンソースライブラリ。

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