JP7252829B2

JP7252829B2 - 無線通信システム

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Publication number: JP7252829B2
Application number: JP2019098487A
Authority: JP
Inventors: 勇輝松村
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2023-04-05
Anticipated expiration: 2039-05-27
Also published as: JP2020195025A

Description

本発明は、無線通信技術に関する。

無線通信では、第三者のなりすましによる不正な介入が容易であると、信頼性が損なわれる。従来、フレームカウンタを用いたなりすまし対策が知られている。

フレームカウンタを用いたなりすまし対策によると、無線送信機から無線受信機に送信されるデータフレームを不正機器が傍受し、傍受したデータフレームを複製利用して不正機器が不正な介入を試みても、無線送信機から無線受信機に送信されるデータフレームが先に無線受信機に届いていれば、無線受信機側でのフレームカウンタチェックにより不正な介入を防止することができる。

しかしながら、傍受したデータフレームに含まれるフレームカウンタを不正機器が改竄した場合には、無線受信機側でのフレームカウンタチェックだけでは不正な介入を防止することができない。

そこで、フレームカウンタを用いたなりすまし対策に、フレームカウンタ及びセキュリティ鍵に基づき生成される認証コード（例えばＣＭＡＣ：Cipher-based Message Authentication Code）をデータフレームに含めることを追加する強化策が考えられる。この強化策により、傍受したデータフレームに含まれるフレームカウンタを不正機器が改竄した場合でも不正な介入を防止することができる。

なお、無線通信におけるなりすまし対策は例えば特許文献１に開示されている。

特開２００７－１３３６６号公報

上述したフレームカウンタを用いたなりすまし対策及び上述した強化策は、以下の弱点を有している。無線送信機から無線受信機に送信されるデータフレームが無線受信機に届かなかった場合、無線送信機から無線受信機に送信されるデータフレームを不正機器が傍受し、傍受したデータフレームを複製利用して不正機器が不正な介入を試みると、不正な介入が成功してしまう。

本発明は、上記の状況に鑑み、無線通信の信頼性を高めることを目的とする。

本明細書中に開示されている無線送信機は、送信フレームカウンタを管理する第１管理部と、前記送信フレームカウンタを含む第１データフレームを無線受信機に送信する第１無線通信部と、を備え、前記第１無線通信部は、前記第１データフレームに応じて前記無線受信機から返信される肯定応答を受信すると、前記送信フレームカウンタを含む第２データフレームを前記無線受信機に送信し、前記第１管理部は、前記第１データフレームに含まれる前記送信フレームカウンタの値と前記第２データフレームに含まれる前記送信フレームカウンタの値とを異なる値にする構成（第１の構成）である。なお、前記第１データフレームの送信形態は特に限定されない。したがって、例えば１つの前記第１データフレームが分割されて複数の分割データの形態で送信されてもよい。同様に、前記第２データフレームの送信形態は特に限定されない。したがって、例えば１つの前記第２データフレームが分割されて複数の分割データの形態で送信されてもよい。

また、上記第１の構成の無線送信機において、前記第１データフレームのペイロード部及び前記第２データフレームのペイロード部のいずれか一方は、ダミーデータである構成（第２の構成）であってもよい。

また、上記第１の構成の無線送信機において、前記第１データフレームのペイロード部は前半分割データであり、前記第２データフレームのペイロード部は後半分割データである構成（第３の構成）であってもよい。

また、上記第１の構成の無線送信機において、前記第１データフレームのペイロード部及び前記第２データフレームのペイロード部は同一データである構成（第４の構成）であってもよい。

また、上記第１～第４いずれかの構成の無線送信機において、前記肯定応答に含まれる認証コードを確認する確認部を備え、前記第１無線通信部は、前記肯定応答を受信すると、前記第２データフレームを前記無線受信機に送信する構成（第５の構成）であってもよい。

また、上記第１～第５いずれかの構成の無線送信機において、肯定応答判定部を備え、前記第１管理部は、肯定応答受信フレームカウンタを管理し、前記肯定応答判定部は、前記肯定応答に含まれる肯定応答送信フレームカウンタと前記肯定応答受信フレームカウンタとの大小関係に基づき前記第１無線通信部が前記肯定応答を正常に受信したか否かを判定する構成（第６の構成）であってもよい。

本明細書中に開示されている無線受信機は、受信フレームカウンタを管理する第２管理部と、第１データフレーム及び第２データフレームを受信する第２無線通信部と、前記第１データフレームに含まれる送信フレームカウンタと前記受信フレームカウンタとの大小関係に基づき前記第２無線通信部が前記第１データフレームを正常に受信したか否かを判定する判定部と、を備え、前記第２管理部は、前記判定部によって前記第２無線通信部が前記第１データフレームを正常に受信したと判定されれば、前記受信フレームカウンタを更新し、前記第２無線通信部は、前記判定部によって前記第２無線通信部が前記第１データフレームを正常に受信したと判定されれば、肯定応答を送信し、前記判定部は、前記第２データフレームに含まれる更新後の前記送信フレームカウンタと更新後の前記受信フレームカウンタとの大小関係に基づき前記第２無線通信部が前記第２データフレームを正常に受信したか否かを判定し、前記判定部によって前記第２無線通信部が前記第１データフレーム及び前記第２データフレームを正常に受信したと判定された場合にのみ、前記第１データフレーム及び前記第２データフレームの受信を正規のデータ受信として処理する構成（第７の構成）である。

また、上記第７の構成の無線受信機において、前記肯定応答は認証コードを含む構成（第８の構成）であってもよい。

また、上記第７または第８の構成の無線受信機において、前記第１データフレームに含まれる認証コードを前記肯定応答のペイロード部に含める構成（第９の構成）であってもよい。

また、上記第７～第９いずれかの構成の無線受信機において、前記第２管理部は、肯定応答送信フレームカウンタを管理し、前記肯定応答は前記肯定応答送信フレームカウンタを含む構成（第１０の構成）であってもよい。

本明細書中に開示されている無線通信システムは、上記第１～第６いずれかの構成の無線送信機と、上記第７～第９いずれかの構成の無線受信機と、を備える構成（第１１の構成）である。ただし、上記無線通信システムが上記第５の構成の無線送信機を備える場合、上記無線通信システムは上記第８又は第９の構成の無線受信機を備える。また、上記無線通信システムが上記第６の構成の無線送信機を備える場合、上記無線通信システムは上記第１０の構成の無線受信機を備える。

本明細書中に開示されているスマートロックは、上記第７～第９いずれかの構成の一項に記載の無線受信機を備える構成（第１２の構成）である。

本明細書中に開示されている警報器は、上記第７～第９いずれかの構成の一項に記載の無線受信機を備える構成（第１３の構成）である。

本明細書中に開示されているスマートメータは、上記第７～第９いずれかの構成の一項に記載の無線受信機を備える構成（第１４の構成）である。

本明細書中に開示されている無線通信技術によれば、第三者のなりすましによる不正な介入が困難になるので、信頼性を高めることができる。

第１実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す図第１実施形態に係る無線通信システムの通信シーケンスの概略を説明するための図第１実施形態に係る無線通信システムの通信シーケンスの変形例を説明するための図第１実施形態に係る無線通信システムの通信シーケンスの概略を説明するための図第１実施形態に係る無線通信システムの通信シーケンスの概略を説明するための図第２実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す図第２実施形態に係る無線通信システムの通信シーケンスの概略を説明するための図データフレームの構成例を示す概念図第２実施形態における第１データフレームに応じた肯定応答の構成例を示す概念図データフレームを分割して送信する場合の通信シーケンスの概略を説明するための図データフレームを分割して送信する場合の通信シーケンスの概略を説明するための図肯定応答未受信時にデータフレームを再送する場合の通信シーケンスの概略を説明するための図スマートロック、警報器、及びスマートメータの概略外観図

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る無線通信システムＳＹＳ１（以下、「無線通信システムＳＹＳ１」と略す）の概略構成を示す図である。無線通信システムＳＹＳ１は無線送信機１及び無線受信機２を備える。無線送信機１と無線受信機２との通信方式は、無線送信機１からデータフレームを送信し無線受信機２がデータフレームを受信すると肯定応答を返信する通信方式であれば特に限定されないが、例えばIEEE802.15.4に準拠したMACプロトコル等を挙げることができる。

無線送信機１は無線通信部１１及び制御部１２を備える。

無線通信部１１は、データフレームを高周波信号に変調する高周波回路、高周波信号と電波との変換を行うアンテナ等を備える。したがって、データフレームは高周波信号に変調された状態で無線送信機１から無線受信機２に送信される。

制御部１２は、無線通信部１１を制御する。制御部１２は管理部１２Ａ及びデータフレーム生成部１２Ｂを備える。管理部１２Ａは送信フレームカウンタを管理する。データフレーム生成部１２Ｂはデータフレームを生成する。データフレーム生成部１２Ｂによって生成されるデータフレームは、送信フレームカウンタと、セキュリティ鍵に基づき生成される認証コードと、を含む。データフレーム生成部１２Ｂで利用されるセキュリティ鍵は、制御部１２によって記憶されている。認証コードは、例えばセキュリティ鍵に加えて送信フレームカウンタにも基づいて生成されてもよい。制御部１２としては例えばマイクロコンピュータを用いることができる。

無線受信機２は無線通信部２１及び制御部２２を備える。

無線通信部２１は、高周波信号と電波との変換を行うアンテナ、高周波信号をデータフレームに復調する高周波回路等を備える。

制御部２２は、無線通信部２１を制御する。制御部２２は管理部２２Ａ、判定部２２Ｂ、及び確認部２２Ｃを備える。管理部２２Ａは受信フレームカウンタを管理する。判定部２２Ｂは、無線通信部２１がデータフレームを正常に受信したか否かを判定する。確認部２２Ｃは、セキュリティ鍵に基づき、データフレームに含まれる認証コードが正規の認証コードであるか否かを確認する。確認部２２Ｃで利用されるセキュリティ鍵は、制御部２２によって記憶されている。例えば、認証コードがセキュリティ鍵に加えてデータフレームに含まれる送信フレームカウンタ及びペイロード部にも基づいて生成されている場合、確認部２２Ｃは、データフレームに含まれる送信フレームカウンタ及びペイロード部と制御部２２によって記憶されているセキュリティ鍵とに基づき、データフレームに含まれる認証コードが正規の認証コードであるか否かを確認する。制御部２２としては例えばマイクロコンピュータを用いることができる。

図２Ａは、無線通信システムＳＹＳ１の通信シーケンスの概略を説明するための図である。図２Ａに示す通信シーケンスの開始時点において、管理部１２Ａは送信フレームカウンタの値を「３」として管理し、管理部２２Ａは受信フレームカウンタの値を「２」として管理しているものとする。

無線送信機１にアクセス可能なデバイス（例えば無線送信機１にアクセス可能なマイクロコンピュータ等）からのデータ送信指示を無線送信機１が受け取ると、データフレーム生成部１２Ｂは、管理部１２Ａによって管理されている送信フレームカウンタを含む第１データフレームを生成する。無線通信部１１は第１データフレームを変調して送信する。管理部１２Ａは、無線通信部１１が第１データフレームを送信すると、送信フレームカウンタの値を更新して「４」にする。本実施形態では、送信フレームカウンタ及び受信フレームカウンタはそれぞれ更新時に１つインクリメントされるが、インクリメントの値は１に限定されない。なお、本実施形態とは異なり、送信フレームカウンタ及び受信フレームカウンタの初期値を十分に大きくし、送信フレームカウンタ及び受信フレームカウンタがそれぞれ更新時にデクリメントされるようにしてもよい。また、本実施形態では、データフレーム（第１データフレーム、第２データフレーム）が生成された後に送信フレームカウンタが更新されるが、本実施形態とは異なり、図２Ｂに示すようにデータフレーム（第１データフレーム、第２データフレーム）が生成される前に送信フレームカウンタが更新されてもよい。つまり、送信フレームカウンタの更新タイミングは限定されず、第１データフレームに含まれる送信フレームカウンタの値と第２データフレームに含まれる送信フレームカウンタの値とが異なる値になるように送信フレームカウンタが更新されればよい。

無線通信部２１が第１データフレームを受信すると、判定部２２Ｂは、第１データフレームに含まれる送信フレームカウンタと受信フレームカウンタとの大小関係に基づき、無線通信部２１が第１データフレームを正常に受信したか否かを判定する。具体的には、判定部２２Ｂは、第１データフレームに含まれる送信フレームカウンタが受信フレームカウンタより大きい場合に、無線通信部２１が第１データフレームを正常に受信したと判定する。

判定部２２Ｂによって無線通信部２１が第１データフレームを正常に受信したと判定されれば、管理部２２Ａは、受信フレームカウンタの値を更新して「３」にし、無線通信部２１は、肯定応答を送信する。ただし、第１データフレームに含まれる認証コードが正規の認証コードでないことが確認部２２Ｃによって確認された場合には、第１データフレームは破棄され無線通信部２１は肯定応答を送信しない。このように確認部２２Ｃによって異常が確認されて無線通信部２１が肯定応答を送信しない場合、無線通信部２１が何も送信しないようにしてもよく、無線通信部２１が否定応答を送信するようにしてもよい。

無線通信部１１が肯定応答を受信すると、データフレーム生成部１２Ｂは、管理部１２Ａによって管理されている送信フレームカウンタを含む第２データフレームを生成し、無線通信部１１は、第２データフレームを変調して送信する。

管理部１２Ａは、無線通信部１１が第２データフレームを送信すると、送信フレームカウンタの値を更新して「５」にする。

無線通信部２１が第２データフレームを受信すると、判定部２２Ｂは、第２データフレームに含まれる送信フレームカウンタと受信フレームカウンタとの大小関係に基づき、無線通信部２１が第２データフレームを正常に受信したか否かを判定する。具体的には、判定部２２Ｂは、第２データフレームに含まれる送信フレームカウンタが受信フレームカウンタより大きい場合に、無線通信部２１が第２データフレームを正常に受信したと判定する。

判定部２２Ｂによって無線通信部２１が第２データフレームを正常に受信したと判定されれば、管理部２２Ａは、受信フレームカウンタの値を更新して「４」にし、無線通信部２１は、肯定応答を送信する。ただし、第２データフレームに含まれる認証コードが正規の認証コードでないことが確認部２２Ｃによって確認された場合には、第２データフレームは破棄され無線通信部２１は肯定応答を送信しない。このように確認部２２Ｃによって異常が確認されて無線通信部２１が肯定応答を送信しない場合、無線通信部２１が何も送信しないようにしてもよく、無線通信部２１が否定応答を送信するようにしてもよい。

制御部２２は、判定部２２Ｂによって無線通信部２１が第１データフレーム及び第２データフレームを正常に受信したと判定された場合にのみ、第１データフレーム及び第２データフレームの受信を正規のデータ受信として処理する。例えば、制御部２２は、判定部２２Ｂによって無線通信部２１が第１データフレーム及び第２データフレームを正常に受信したと判定された場合にのみ、無線受信機２にアクセス可能なデバイス（例えば無線受信機２にアクセス可能なマイクロコンピュータ等）にデータ受信通知を出力する。ただし、第１データフレームまたは第２データフレームが破棄されている場合には、制御部２２は、第１データフレーム及び第２データフレームの受信を正規のデータ受信として処理しない。

第２データフレームの送信後に無線通信部１１が肯定応答を受信すると、制御部１２は、無線送信機１にアクセス可能なデバイス（例えば無線送信機１にアクセス可能なマイクロコンピュータ等）に送信成功通知を出力する。

ここで、図３を参照して第１データフレームが無線受信機２に届かなかった場合について説明する。図３に示す通信シーケンスの開始時点において、管理部１２Ａは送信フレームカウンタの値を「３」として管理し、管理部２２Ａは受信フレームカウンタの値を「２」として管理しているものとする。

無線送信機１にアクセス可能なデバイス（例えば無線送信機１にアクセス可能なマイクロコンピュータ等）からのデータ送信指示を無線送信機１が受け取ると、データフレーム生成部１２Ｂは、管理部１２Ａによって管理されている送信フレームカウンタを含む第１データフレームを生成する。無線通信部１１は第１データフレームを変調して送信する。管理部１２Ａは、無線通信部１１が第１データフレームを送信すると、送信フレームカウンタの値を更新して「４」にする。

不正機器は、無線送信機１になりすますために、第１データフレームを傍受して第１データフレームを複製利用する。不正機器から送信された第１データフレームを無線通信部２１が受信すると、判定部２２Ｂは、第１データフレームに含まれる送信フレームカウンタと受信フレームカウンタとの大小関係に基づき、無線通信部２１が第１データフレームを正常に受信したか否かを判定する。具体的には、判定部２２Ｂは、第１データフレームに含まれる送信フレームカウンタが受信フレームカウンタより大きい場合に、無線通信部２１が第１データフレームを正常に受信したと判定する。

判定部２２Ｂによって無線通信部２１が第１データフレームを正常に受信したと判定されれば、管理部２２Ａは、受信フレームカウンタの値を更新して「３」にし、無線通信部２１は、肯定応答を送信する。なお、不正機器から送信された第１データフレームは無線送信機１から送信された第１データフレームの複製であるため、不正機器から送信された第１データフレームに含まれる認証コードは正規の認証コードである。

第１データフレームが無線受信機２に届かない状況下であるため、肯定応答が無線送信機１に届かない。無線送信機１は、第１データフレームに応じた肯定応答を受信しないので、第２データフレームを送信しない。無線送信機１が第２データフレームを送信しないので、不正機器は、無線送信機１になりすますために、第２データフレームを傍受して第２データフレームを複製利用することができない。また、不正機器は、制御部１２が記憶しているセキュリティ鍵を把握していないため、正しい認証コードを含む第２データフレームを作成することもできない。

その結果、制御部２２は、第１データフレームの受信を正規のデータ受信として処理しない。また、制御部１２は、タイムアウトになると、無線送信機１にアクセス可能なデバイス（例えば無線送信機１にアクセス可能なマイクロコンピュータ等）に送信失敗通知を出力する。このように、無線通信システムＳＹＳ１は、不正機器が無線送信機１になりすますことによる不正な介入を防止することができる。したがって、無線通信システムＳＹＳ１によれば、信頼性を高めることができる。

なお、本実施形態とは異なり、データフレームが認証コードを含まないようにしてもよい。この場合、不正機器が送信フレームカウンタを改竄して第２データフレームを作成することは可能になってしまうが、単なるデータフレームの複製利用だけで不正な介入が成功してしまうという事態は防止することができるので、信頼性を高めることができる。

次に、図４を参照して第１データフレームが無線受信機２に届かなかった場合に、不正な介入が成功してしまうおそれについて説明する。図４に示す通信シーケンスの開始時点において、管理部１２Ａは送信フレームカウンタの値を「３」として管理し、管理部２２Ａは受信フレームカウンタの値を「２」として管理しているものとする。

不正機器は、第１データフレームを傍受し、無線受信機２になりすまして肯定応答を無線送信機１に返信する。

不正機器は、第２データフレームを傍受し、無線受信機２になりすまして肯定応答を無線送信機１に返信する。

不正機器は、第２データフレームに応じて肯定応答を無線送信機１に返信した後、予め傍受しておいた第１データフレーム及び第２データフレームを複製利用して無線送信機１になりすます。不正機器が無線送信機１になりすましてから後の無線受信機２の動作は、図２Ａと同一であるので、説明を省略する。

＜第２実施形態＞
図５は第２実施形態に係る無線通信システムＳＹＳ２（以下、「無線通信システムＳＹＳ２」と略す）の概略構成を示す図である。なお、第２実施形態において第１実施形態と同一の部分については適宜説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主として説明する。

無線通信システムＳＹＳ２は、不正機器が無線受信機２及び無線送信機１の両方になりすますことによる不正な介入をも防止することができる無線通信システムである。

制御部１２は、管理部１２Ａ及びデータフレーム生成部１２Ｂに加えて、確認部１２Ｃ及び肯定応答判定部１２Ｄも備える。

確認部１２Ｃは、セキュリティ鍵に基づき、第１データフレームに応じた肯定応答に含まれる認証コードが正規の認証コードであるか否かを確認する。確認部１２Ｃで利用されるセキュリティ鍵は、制御部１２によって記憶されている。例えば、認証コードがセキュリティ鍵に加えて第１データフレームに応じた肯定応答に含まれる肯定応答送信フレームカウンタ及びペイロード部にも基づいて生成されている場合、確認部１２Ｃは、第１データフレームに応じた肯定応答に含まれる肯定応答送信フレームカウンタ及びペイロード部と制御部１２によって記憶されているセキュリティ鍵とに基づき、第１データフレームに応じた肯定応答に含まれる認証コードが正規の認証コードであるか否かを確認する。

管理部１２Ａは、送信フレームカウンタに加えて肯定応答受信フレームカウンタも管理する。管理部２２Ａは、受信フレームカウンタに加えて肯定応答送信フレームカウンタも管理する。

肯定応答判定部１２Ｄは、無線通信部１１が第１データフレームに応じた肯定応答を正常に受信したか否かを判定する。

図６は、無線通信システムＳＹＳ２の通信シーケンスの概略を説明するための図である。図６に示す通信シーケンスの開始時点において、管理部１２Ａは送信フレームカウンタの値を「３」として管理し肯定応答受信フレームカウンタの値を「１」として管理し、管理部２２Ａは受信フレームカウンタの値を「２」として管理し肯定応答送信フレームカウンタの値を「２」として管理しているものとする。

なお、第１データフレームに応じた肯定応答は、認証コードと肯定応答送信フレームカウンタが附属するペイロード部を含む構成であるため、図６において「ＡＣＫ＋」と表記する。

判定部２２Ｂによって無線通信部２１が第１データフレームを正常に受信したと判定されれば、管理部２２Ａは、受信フレームカウンタの値を更新して「３」にし、無線通信部２１は、管理部２２Ａによって管理されている肯定応答送信フレームカウンタを含む肯定応答を送信する。ただし、第１データフレームに含まれる認証コードが正規の認証コードでないことが確認部２２Ｃによって確認された場合には、第１データフレームは破棄され無線通信部２１は肯定応答を送信しない。

管理部２２Ａは、無線通信部２１が肯定応答を送信すると、肯定応答送信フレームカウンタの値を更新して「３」にする。本実施形態では、肯定応答送信フレームカウンタ及び肯定応答受信フレームカウンタはそれぞれ更新時に１つインクリメントされるが、インクリメントの値は１に限定されない。なお、本実施形態とは異なり、肯定応答送信フレームカウンタ及び肯定応答受信フレームカウンタの初期値を十分に大きくし、肯定応答送信フレームカウンタ及び肯定応答受信フレームカウンタがそれぞれ更新時にデクリメントされるようにしてもよい。

無線通信部１１が肯定応答を受信すると、肯定応答判定部１２Ｄは、肯定応答に含まれる肯定応答送信フレームカウンタと肯定応答受信フレームカウンタとの大小関係に基づき、無線通信部１１が第１データフレームに応じた肯定応答を正常に受信したか否かを判定する。具体的には、肯定応答判定部１２Ｄは、肯定応答に含まれる肯定応答送信フレームカウンタが肯定応答受信フレームカウンタより大きい場合に、無線通信部１１が第１データフレームに応じた肯定応答を正常に受信したと判定する。

肯定応答判定部１２Ｄによって無線通信部１１が第１データフレームに応じた肯定応答を正常に受信したと判定されれば、管理部１２Ａは、肯定応答受信フレームカウンタの値を更新して「２」にし、無線通信部１１は、第２データフレームを送信する。ただし、第１データフレームに応じた肯定応答に含まれる認証コードが正規の認証コードでないことが確認部１２Ｃによって確認された場合には、無線通信部１１は第２データフレームを送信しない。

判定部２２Ｂによって無線通信部２１が第２データフレームを正常に受信したと判定されれば、管理部２２Ａは、受信フレームカウンタの値を更新して「４」にし、無線通信部２１は、肯定応答を送信する。ただし、第２データフレームに含まれる認証コードが正規の認証コードでないことが確認部２２Ｃによって確認された場合には、第２データフレームは破棄され無線通信部２１は肯定応答を送信しない。

第２データフレームに応じた肯定応答は、一般的な肯定応答である。つまり、第２データフレームに応じた肯定応答は、第１データフレームに応じた肯定応答とは異なり、認証コードと肯定応答送信フレームカウンタが附属するペイロード部を含まない構成である。なお、本実施形態とは異なり、第２データフレームに応じた肯定応答も、第１データフレームに応じた肯定応答と同様に、ペイロード部を含む構成にしてもよい。

管理部２２Ａは、無線通信部２１が肯定応答を送信すると、肯定応答送信フレームカウンタの値を更新して「４」にする。

＜データフレームの構成例＞
図７は、データフレームの構成例を示す概念図である。データフレームは、先頭から順にヘッダＰ１、ペイロード部Ｐ２、乱数Ｐ３、送信フレームカウンタＰ４、及び認証コードＰ５が並ぶ構成である。なお、図７に示す構成例とは異なる構成として、例えば、（１）乱数部を設けない構成、（２）送信フレームカウンタがヘッダとペイロード部との間に位置する構成、（３）送信フレームカウンタがヘッダに含まれる構成、（４）上記（１）～（３）の少なくとも２つを組み合わせた構成、が考えられる。

図７に示す構成例では、認証コードＰ５はＣＭＡＣである。認証コードＰ５は、ヘッダＰ１、ペイロード部Ｐ２、乱数Ｐ３、及び送信フレームカウンタＰ４と制御部１２が記憶しているセキュリティ鍵とを用いてＡＥＳ－ＣＭＡＣ（Advanced Encryption Standard Cipher-based Message Authentication Code）によって算出される。なお、本実施形態とは異なり、ＡＥＳ－ＣＭＡＣ以外のアルゴリムによって認証コードが算出されてもよい。ＡＥＳ－ＣＭＡＣ以外のアルゴリムとしては、例えばＣＢＣ－ＭＡＣ（Cipher Block Chaining Message Authentication Code）などが挙げられる。また、本実施形態とは異なり、ヘッダ以降の一部または全部を別のセキュリティ鍵を用いて暗号化する、任意の系列との排他的論理和を取るなどの手法により、スクランブル処理がなされてもよい。

第１データフレームのペイロード部Ｐ２及び第２データフレームのペイロード部Ｐ２のいずれか一方をダミーデータにしてもよい。ダミーデータは乱数を含むことが望ましい。ダミーデータに乱数を含めることで、ダミーデータを用いて算出される認証コードＰ５のセキュリティレベルを高めることができる。

また、無線送信機１から無線受信機２に送信するデータを前半分割データと後半分割データの２つに分け、第１データフレームのペイロード部Ｐ２を前半分割データにし第２データフレームのペイロード部Ｐ２を後半分割データにしてもよい。

また、第１データフレームのペイロード部Ｐ２及び第２データフレームのペイロード部Ｐ２を同一データにしてもよい。この場合、認証コードＰ５のセキュリティレベルは低くなるが、無線送信機１の処理負荷を軽くすることができる。

なお、第１データフレームの乱数Ｐ３と第２データフレームの乱数Ｐ３とを同一にするのではなく、第２データフレームの生成時に乱数Ｐ３を再生成することで、第２データフレームの認証コードＰ５のセキュリティレベルを高めることができる。

＜第２実施形態における第１データフレームに応じた肯定応答の構成例＞
図８は、第２実施形態における第１データフレームに応じた肯定応答の構成例を示す概念図である。第２実施形態における第１データフレームに応じた肯定応答は、先頭から順にヘッダＰ１１、ペイロード部Ｐ１２、肯定応答送信フレームカウンタＰ１３、及び認証コードＰ１４が並ぶ構成である。なお、図８に示す構成例とは異なる構成として、例えば、（１）肯定応答送信フレームカウンタがヘッダとペイロード部との間に位置する構成、（２）肯定応答送信フレームカウンタがヘッダに含まれる構成、（３）上記（１）～（２）を組み合わせた構成、が考えられる。

図８に示す構成例では、認証コードＰ１４はＣＭＡＣである。認証コードＰ１４は、ヘッダＰ１１、ペイロード部Ｐ１２、及び肯定応答送信フレームカウンタＰ１３と制御部２２が記憶しているセキュリティ鍵とを用いてＡＥＳ－ＣＭＡＣによって算出される。

第１データフレームの認証コードをペイロード部Ｐ１２に含めることが望ましい。これにより、第２実施形態において、無線送信機１が第１データフレームに応じた肯定応答を受信したときに、ペイロード部Ｐ１２に含まれる認証コードが第１データフレームの認証コードと一致する否かを確認することができる。この確認により、第１データフレームに応じた肯定応答が本当に第１データフレームに対応していることを保証することができるので、第１データフレームに応じた肯定応答のセキュリティレベルを高めることができる。

＜データフレームを分割して送信する場合＞
図９及び図１０は、データフレームを分割して送信する場合の通信シーケンスの概略を説明するための図である。例えばデータフレームに含まれるペイロード部のサイズが大きい場合、無線送信部１はデータフレームを分割して送信する。

図９及び図１０は、第２実施形態において第１データフレームを２つの分割データ（図中の“第１ＤＦ－１”及び第１ＤＦ－２”）に分割した場合を示している。

図９は、第１データフレームを単純に２つの分割データに分割した場合を示している。この場合、判定部２２Ｂは、２つの分割データが揃った時点で無線通信部２１が第１データフレームを正常に受信したか否かを判定する。

図１０は、第１データフレームのペイロード部を２つに分割して、２つの分割データにそれぞれ割り振り、２つの分割データそれぞれにヘッダ、乱数、送信フレームカウンタ、及び認証コードが含まれるようにした場合を示している。この場合、判定部２２Ｂは、分割データを受信する度に無線通信部２１が第１データフレームを正常に受信したか否かを判定する。

＜肯定応答未受信時にデータフレームを再送する場合＞
図１１は、肯定応答未受信時にデータフレームを再送する場合の通信シーケンスの概略を説明するための図である。

図１１は、第２実施形態において、第１データフレームに応じた肯定応答が無線送信機１に届かず無線送信機１が第１データフレームを再送し、第１データフレームに応じた肯定応答が２度目には無線送信機１に届き、第２データフレームに応じた肯定応答が無線送信機１に届かず無線送信機１が第２データフレームを再送し、第２データフレームに応じた肯定応答が２度目には無線送信機１に届いた場合を示している。

無線送信機１がデータフレームを再送する場合には、過去に送信して肯定応答が得られなかったデータフレームと同一のものを再送してもよく、過去に送信して肯定応答が得られなかったデータフレームに対して送信フレームカウンタが更新されたものを送信してもよい。

＜適用例＞
無線送信機１及び無線受信機２は種々の製品に搭載することができる。

例えば、図１２（ａ）に示すスマートロックＸ１に無線受信機２を搭載し、スマートロックＸ１を制御する制御装置に無線送信機１を搭載することができる。スマートメータＸ１の設置場所は特に限定されないが、例えば図１２（ａ）に示すように家屋の玄関ドアＹ１等に設置される。

例えば、図１２（ｂ）に示す警報器Ｘ２に無線受信機２を搭載し、警報器Ｘ２を制御する制御装置に無線送信機１を搭載することができる。警報器Ｘ２は、異常を検知するセンサＹ２と、警報音や警報メッセージを出力するスピーカＹ３と、を備える。

例えば、図１２（ｃ）に示すスマートメータＸ３に無線受信機２を搭載し、スマートメータＸ３を制御する制御装置に無線送信機１を搭載することができる。スマートメータＸ３は計量結果を表示する表示部Ｙ４を備える。スマートメータＸ３の計量対象は特に限定されないが、例えば電力使用量、ガス使用量等を挙げることができる。なお、図１２（ｃ）に示す外観例とは異なり、ユニット化された無線受信機２をメータ本体に外付けで取り付けることで、スマートメータを実現してもよい。

＜その他＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

例えば、無線送信機１を、無線受信機２と同様の機能も有する無線送受信機（第１無線送受信機）とし、無線受信機２を、無線送信機１と同様の機能も有する無線送受信機（第２無線送受信機）としてもよい。

第１無線送受信機は、送信カウンタと肯定応答送信カウンタとを区別して管理してもよく、送信カウンタと肯定応答送信カウンタとを区別せず纏めて管理してよい。また、第１無線送受信機は、受信カウンタと肯定応答受信カウンタとを区別して管理してもよく、受信カウンタと肯定応答受信カウンタとを区別せず纏めて管理してよい。

同様に第２無線送受信機は、送信カウンタと肯定応答送信カウンタとを区別して管理してもよく、送信カウンタと肯定応答送信カウンタとを区別せず纏めて管理してよい。また、第２無線送受信機は、受信カウンタと肯定応答受信カウンタとを区別して管理してもよく、受信カウンタと肯定応答受信カウンタとを区別せず纏めて管理してよい。

上述した第１無線送受信機が適用される製品は特に限定されないが、例えば、機密性の高いデータを送受信する製品に好適である。機密性の高いデータを送受信する製品として、例えばスマートロック、スマートメータ等が挙げられる。

１無線送信機
２無線受信機
１１、２１無線通信部
１２、２２制御部
１２Ａ、２２Ａ管理部
１２Ｂデータフレーム生成部
１２Ｃ、２２Ｃ確認部
１２Ｄ肯定応答判定部
２２Ｂ判定部
ＳＹＳ１、ＳＹＳ２無線通信システム
Ｘ１スマートロック
Ｘ２警報器
Ｘ３スマートメータ

Claims

送信フレームカウンタを管理する第１管理部と、
前記送信フレームカウンタを含む第１データフレームを無線受信機に送信する第１無線通信部と、
肯定応答判定部と、を備え、
前記第１無線通信部は、前記第１データフレームに応じて前記無線受信機から返信される肯定応答を受信すると、前記送信フレームカウンタを含む第２データフレームを前記無線受信機に送信し、
前記第１管理部は、前記第１データフレームに含まれる前記送信フレームカウンタの値と前記第２データフレームに含まれる前記送信フレームカウンタの値とを異なる値にし、
前記送信フレームカウンタは更新時に常にインクリメント又は常にデクリメントされ、
前記第１管理部は、肯定応答受信フレームカウンタを管理し、
前記肯定応答判定部は、前記肯定応答に含まれる肯定応答送信フレームカウンタと前記肯定応答受信フレームカウンタとの大小関係に基づき前記第１無線通信部が前記肯定応答を正常に受信したか否かを判定する、無線送信機。
前記第１データフレームのペイロード部及び前記第２データフレームのペイロード部のいずれか一方は、ダミーデータである、請求項１に記載の無線送信機。
前記第１データフレームのペイロード部は前半分割データであり、前記第２データフレームのペイロード部は後半分割データである、請求項１に記載の無線送信機。
前記第１データフレームのペイロード部及び前記第２データフレームのペイロード部は同一データである、請求項１に記載の無線送信機。
前記肯定応答に含まれる認証コードを確認する確認部を備え、
前記第１無線通信部は、前記肯定応答を受信すると、前記第２データフレームを前記無線受信機に送信する、請求項１～４のいずれか一項に記載の無線送信機。
受信フレームカウンタを管理する第２管理部と、
第１データフレーム及び第２データフレームを受信する第２無線通信部と、
前記第１データフレームに含まれる送信フレームカウンタと前記受信フレームカウンタとの大小関係に基づき前記第２無線通信部が前記第１データフレームを正常に受信したか否かを判定する判定部と、を備え、
前記第２管理部は、前記判定部によって前記第２無線通信部が前記第１データフレームを正常に受信したと判定されれば、前記受信フレームカウンタを更新し、
前記第２無線通信部は、前記判定部によって前記第２無線通信部が前記第１データフレームを正常に受信したと判定されれば、肯定応答を送信し、
前記判定部は、前記第２データフレームに含まれる更新後の前記送信フレームカウンタと更新後の前記受信フレームカウンタとの大小関係に基づき前記第２無線通信部が前記第２データフレームを正常に受信したか否かを判定し、
前記判定部によって前記第２無線通信部が前記第１データフレーム及び前記第２データフレームを正常に受信したと判定された場合にのみ、前記第１データフレーム及び前記第２データフレームの受信を正規のデータ受信として処理し、
前記第２管理部は、肯定応答送信フレームカウンタを管理し、
前記肯定応答は前記肯定応答送信フレームカウンタを含み、
前記第２管理部は、前記第２無線通信部が肯定応答を送信すると、前記肯定応答送信フレームカウンタを更新する、無線受信機。
前記肯定応答は認証コードを含む、請求項６に記載の無線受信機。
前記第１データフレームに含まれる認証コードを前記肯定応答のペイロード部に含める、請求項６または請求項７に記載の無線受信機。
請求項１～５のいずれか一項に記載の無線送信機と、
請求項６～８のいずれか一項に記載の無線受信機と、を備える、無線通信システム。
請求項６～８のいずれか一項に記載の無線受信機を備える、スマートロック。
請求項６～８のいずれか一項に記載の無線受信機を備える、警報器。
請求項６～８のいずれか一項に記載の無線受信機を備える、スマートメータ。