暗号化と認証の仕組み
WiMAXとは何か――セキュリティの仕組み
WiMAXのユーザーは自分が送信したデータが盗聴されたり操作されたりすることはないと、果たして安心していいのだろうか。
WiMAXの無線技術に関する解説は多数あるが、WiMAXのセキュリティとなるとどうだろう。ユーザーは自分が送信したデータが盗聴されたり操作されたりすることはないと、安心していいのだろうか。WiMAX運営者は、許可されたユーザーのみがネットワークを利用し、ユーザーがしかるべきサービスのみを使ってくれると確信できるのか。
WiMAXについて解説する連載の3回目となる今回は、WiMAXのセキュリティにスポットを当てる。連載第1回ではWiMAXの技術とアプリケーション、用語について説明し、第2回はWiMAXの性能を取り上げた。最終回となる第4回はWiMAXデバイスがテーマとなる。
データのプライバシーと完全性
暗号化は、データの機密性と完全性を守るための仕組みだ。プレーンテキストで記された情報（例えばユーザー情報）を複雑な数学アルゴリズムを使って組み合わせ、暗号文を生成する。この暗号文を無線ネットワーク経由で送信すれば、盗聴者には解読ができない。
WiMAXはAdvanced Encryption Standard（AES）を使って暗号を作成する。AESは暗号鍵とカウンタを入力としてビットストリームを生成する。そのビットストリームをプレーンテキストで排他的論理和（XOR）演算し、暗号文を生成する（図1）。
図1 AES暗号
暗号文の受信側は、単純にこの手順を逆にたどってプレーンテキストを再生する。この仕組みを機能させるためには、送信者と受信者が同じ暗号鍵を共有していなければならない。
公開鍵インフラ
WiMAX 802.16e-2005（モバイルWiMAX）の仕様では、基地局とモバイル端末の間で鍵情報を安全にやりとりするためにPrivacy and Key Management Protocolバージョン2（PKMv2）を使っている。PKMv2はユーザーのIDを確認して認証鍵（AK）を生成する仕組みになっている。AKは前項で解説した暗号鍵を取り出すのに使われるため、非常に重要だ。
PKMv2は、Rivest-Shamir-Adlerman（RSA）公開鍵暗号方式の利用をサポートしている。RSA公開鍵交換のためには、メーカー発行のX.509デジタル証明書か運営者発行のSIM（Subscriber Identity Module）カードなどの信用証明を利用して、モバイル端末のIDを確認しなければならない。
X.509デジタル証明書には、モバイル端末の公開鍵（PK）とそのMACアドレスが含まれる。モバイル端末はX.509デジタル証明書をWiMAXネットワークに送り、WiMAXネットワークからその証明書を認証機関（図2）に転送する。認証機関で証明書をチェックし、ユーザーのIDを確認する。
図2 公開鍵インフラ
ユーザーIDが確認されたらWiMAXネットワークは公開鍵を使って認証鍵を作成し、その認証鍵をモバイル端末に送る。モバイル端末と基地局はその認証鍵を使い、AESアルゴリズムで使われたのと同じ暗号鍵を取り出す。
ユーザー認証
認証とはユーザーID確認の手順であり、ユーザーが利用できるサービスの確認に使われることもある。認証プロセスには通常、サプリカント（モバイル端末に置かれる）と認証装置（基地局またはゲートウェイに置かれる認証サーバ）がかかわる（図3）。
WiMAXはEAP（Extensible Authentication Protocol）を使ってユーザー認証とアクセス制御を実行する。EAPは認証フレームワークであり、実際の認証作業には「EAP方式」が必要になる。ネットワーク運営者が選べるEAP方式には、EAP-TLS（Transport Layer Security）やEAP-TTLS MS-CHAP v2（Tunneled TLS with Microsoft Challenge-Handshake Authentication Protocol version 2）などがある。EAP方式で定義されたメッセージはモバイル端末から認証装置に送られ、認証装置はRADIUSまたはDIAMETER（RADIUS後継のAAAプロトコル）を使ってそのメッセージを認証サーバに転送する。
図3 EAPベース認証
このEAPメッセージ交換でユーザーを認証、適切なアクセス制御を保証し、課金手続きの開始も行える。企業のネットワーク管理者はこれと非常によく似た手順で無線LANのユーザー認証を行っている。
まとめ
WiMAXは、高度な認証・暗号化技術を使って堅固なユーザー認証とアクセス制御、プライバシー、データの完全性を保証している。ユーザーは、自分が送信したデータが盗聴されたり操作されたりすることはなく、認証を受けたユーザーだけがWiMAXサービスにアクセスできると確信していい。
本稿筆者のポール・デビーシ氏は、Burton Groupの上級アナリストで、ネットワーキング業界で25年余りの経験を持つ。Burton Group入りする前は無線コンサルティング会社のClearChoice Advisorsを設立し、無線スイッチの革新企業Legra Systemsの製品マーケティング副社長、新興企業IPHighwayとONEX Communicationsの製品マーケティング担当副社長、Cascade Communicationsのフレームリレー製品ラインマネジャーを歴任した。ネットワーキングシステム開発者としてのキャリアは、Bell Laboratories、Prime Computer、Chipcomでの上級エンジニアとしてスタートした。ボストン大学でシステムエンジニアリングの理学士およびコーネル大学で電気工学の工学修士の学位を取得。
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