CN1256599A - 采用密钥更新的有效鉴证 - Google Patents

Abstract

通过使用发射到终端的鉴证询问以提供给终端计算鉴证和密码本值的信息来提供一种实现鉴证的更有效的方法。因此,不需要分开的通讯来提供给终端密钥值。访问鉴证中心从归属鉴证中心获得随机值R_T、鉴证密钥值K_A和密码本值K_C。访问鉴证中心随后发射随机数R_T到终端以更新终端的鉴证密钥和密码本值,并且询问终端作为鉴证过程的一部分。终端使用R_T计算鉴证密钥值K_A和密码本值K_C,并且响应访问鉴证中心的询问。

Description

采用密钥更新的有效鉴证

本发明涉及通讯，尤其涉及无线通讯系统中通讯各方的鉴证。

图1说明一个基站10，它的相关小区12以及小区12内的移动站14。当移动站14第一次登记或试图与基站10通讯时，基站10在允许移动站接入通讯网络之前鉴证或验证移动站的身份。当移动站14在一个网络而不是它的归属网络时，这被称为在一个访问网络中。归属网络是由服务提供者控制的网络，该服务提供者与移动站终端的所有者订立合同以提供无线通讯服务。如果移动站工作在一个访问通讯网络，则基站10对移动站的鉴证将包括与移动站归属网络的鉴证中心16的通讯。在图1的例子中，移动站14在一个访问网络中。因此，移动站14的鉴证包括与移动站归属网络的鉴证中心16的通讯。当移动站14试图进入访问者网络时，基站10与访问通讯网络的鉴证中心18通讯。鉴证中心18由移动站或终端识别符如移动站14的电话号码确定移动站14登记在使用归属鉴证中心16的网络。随后访问鉴证中心18经过如IS41信令网20的网络与归属鉴证中心16通讯。归属鉴证中心16随后进入对于移动站14具有登记入口的归属位置寄存器22。归属位置寄存器22可以通过一个识别符如移动站电话号码与终端或移动站联系起来。包含在归属位置寄存器中的信息用于产生加密密钥和其他信息随后提供给访问者鉴证中心18的访问者位置寄存器24。来自访问者位置寄存器24的信息随后用于提供给基站10发射到移动站14的信息，使得移动站14能够响应并且因此鉴证为一个有资格接受通讯服务的移动站。

图2说明在GSM无线网络中使用的鉴证过程。在这种情况下，移动站和归属位置寄存器都包含密钥K_i。当移动站请求接入访问网络时，访问鉴证中心接触归属鉴证中心以接收变量RAND、SRES和K_C。归属鉴证中心使用来自与该移动站有关的归属位置寄存器的值K_i以产生值SRES和K_C。通过使用具有随机数RAND作为输入和值K_i作为密钥输入的称为A3的密码函数来计算值SRES。以相同的方式，通过使用具有RAND作为输入和值K_i作为密钥输入的密码函数A8来计算密码本K_C。这些值随后传送到访问鉴证中心的访问者位置寄存器。访问鉴证中心随后通过发射随机数RAND到移动站询问移动站。移动站随后以归属鉴证中心相同的计算方式计算值SRES和K_C。然后移动站发射值SRES到访问鉴证中心，这里访问鉴证中心将从移动站接收的SRES与从归属鉴证中心接收的SRES相比较。如果这些值匹配，则允许移动站接入访问网络。如果移动站和访问网络之间的其他通讯要被加密，则使用具有被加密的消息作为输入和具有等于值K_C的密钥输入的A5密码函数加密这些通讯。密码函数A3、A5和A8在本领域是公知的并且被GSM标准推荐。在GSM系统中，每当移动站进入访问网络中的新的呼叫，则执行包括与归属鉴证中心通讯的这个鉴证过程。

图3a和3b说明了用于IS41依从网络的鉴证过程。IS41依从网络的例子是使用AMPS、TDMA或CDMA协议的网络。在这个系统中，移动站和归属位置寄存器都包含一个称为AKEY的秘密值。当移动站请求接入访问网络时，访问网络鉴证中心请求来自归属鉴证中心的数据。在实际鉴证过程可以开始之前，通过提供给移动站和访问者位置寄存器将用于通讯和鉴证的加密算法一起使用的密钥实现密钥更新。使用如移动站电话号码的标识符定位与移动站有关的归属位置寄存器并且存储在归属位置寄存器的AKEY用于产生将发射到访问者位置寄存器的数据。计算的值是SSDA(共享秘密数据A)和SSDB(共享秘密数据B)值。通过使用随机数R_s作为输入和值AKEY作为密钥输入实现CAVE算法来计算这些值。CAVE算法在本领域是公知的并且在IS41标准中作了规定。归属鉴证中心随后传送值R_s、SSDA和SSDB到访问网络的访问者位置寄存器。访问网络随后更新共享秘密数据(SSDA和SSDB)，通过发射R_s到移动站将由移动站使用这些数据。移动站随后以归属鉴证中心相同的计算方式计算SSDA和SSDB。既然移动站和访问者位置寄存器都包含SSDA和SSDB值，则鉴证过程可以进行。

图3b说明在移动站和访问位置寄存器已经接收到密钥SSDA和SSDB之后，如何在访问网络内鉴证移动站，访问鉴证中心通过发送随机数R_N到移动站询问移动站。这时，移动站和访问鉴证中心计算值AUTHR，这里AUTHR等于使用随机数R_N作为输入和SSDA值作为密钥输入的CAVE算法的输出。移动站随后发射计算的值AUTHR到访问鉴证中心。访问鉴证中心比较它的AUTHR计算值和从移动站接收的值。如果这些值匹配，则鉴证出移动站并且允许该移动站接入访问网络。另外，移动站和访问鉴证中心计算密码本K_C的值，这里值K_C等于使用值R_N作为输入和值SSDB作为密钥输入的CAVE算法的输出。这时，允许移动站和访问网络之间的通讯并且可以使用密码函数加密这些通讯，这里密码函数的输入是要被加密的消息和密钥K_C。密码函数由CDMA和TDMA系统它们各自的标准规定。应该注意对于IS41，与每次对移动站的呼叫不同，仅仅每当移动站在访问网络登记时执行访问鉴证中心和归属鉴证中心之间的通讯。

上面讨论的方法说明了一种用于验证移动站被授权可以接入网络的方式，但是它们不涉及验证要求由一个合法网络识别自身的移动站。图4说明一个建议，用于对IS41标准的改进以允许访问网络和移动站之间相互鉴证。图4说明一旦移动站和访问位置寄存器接收到如上面关于图3a讨论的值SSDA和SSDB时的相互鉴证过程。访问网络通过发射随机数R_N询问移动站。移动站随后通过进行一个计算以获得使用值R_N和R_M作为输入和值SSDA作为密钥输入的密码函数F¹的输出而响应。在这种情况下，R_N是由访问网络发射的相同值而值R_M是由移动站计算的随机数。除了发射这个密码函数的输出以外，值R_M也以未加密形式发射到访问网络。访问网络使用值R_N和R_M的未加密形式作为到F¹密码函数的输入以及值SSDA作为密钥输入计算F¹密码函数的输出。这个输出值与从移动站接收的值相比较，如果它们匹配，则验证或鉴证出移动站。然后通过对移动站以值R_M形式提供的询问的响应由移动站鉴证或验证访问网络。访问鉴证中心随后发射使用值R_M作为输入和值SSDA作为密钥输入的密码函数F²的输出。然后移动站进行相同的计算并且将它从访问网络接收的值与使用密钥值SSDA和值R_M的密码函数F²的输出获得的值相比较。如果这些值匹配，移动站认为鉴证或验证了网络并且继续与该网络通讯。访问鉴证中心和移动站都通过获得使用值R_N和R_M作为输入和值SSDB作为密钥输入的密码函数F³的输出来计算密码本K_C的值。这时，移动站和访问网络可以通讯；然而，如果要求加密通讯，则使用具有被加密消息作为输入和值K_C作为密钥输入的加密算法F⁴加密这些消息。密码函数F¹、F²和F³可以是散列函数或一个如SHA-1的密码函数，而函数F⁴可以是如DES的密码函数。散列函数、如SHA-1的单向密码函数和如DES的密码函数在本领域是公知的。

建议的相互鉴证过程具有效率低的缺点，这在于它要求在鉴证过程可以开始之前移动站和访问位置寄存器都具有值SSDA和SSDB。因此，在移动站和访问鉴证中心之间至少要求两组通讯。第一组通讯提供给移动站用于计算值SSDA和SSDB的信息。第二组通讯用于实现相互鉴证。

本发明通过使用发射到终端的鉴证询问以提供给终端计算鉴证和密码本值的信息来提供一种用于实现鉴证的更有效的方法。因此，不要求分开的通讯来提供给终端密钥值，消除了两组通讯的低效率。访问鉴证中心从归属鉴证中心获得随机值R_T、鉴证密钥值K_A和密码本值K_C。访问鉴证中心随后发射随机数R_T到终端以更新终端的鉴证密钥和密码本值，并且询问终端作为鉴证过程的一部分。终端使用R_T计算鉴证密钥值K_A和密码本值K_C并且响应访问鉴证中心的询问。另外，鉴证密钥值用于验证访问网络对于终端鉴证询问网络的响应。

图1说明移动站、访问网络和归属网络之间的通讯。

图2说明对于GSM网络的鉴证过程。

图3a和3b说明对于IS41依从网络的密钥更新和鉴证过程；

图4说明一种建议的相互鉴证方法；以及

图5说明一种用于实现密钥更新和相互鉴证的方法。

图5说明一种方法，这里发射到移动站或固定终端的单个随机值用于更新终端的鉴证和密码本值并且对于终端提供鉴证询问。移动站或固定终端70以及归属位置寄存器72共享密钥值K_i。当移动终端70请求接入访问网络时，访问鉴证中心接触归属鉴证中心以获得随机值R_T、鉴证密钥值K_A和密码本值K_C。响应这种请求，归属鉴证中心使用如经过访问鉴证中心由移动终端提供的电话号码的识别码进入与移动终端70有关的归属位置寄存器72。归属鉴证中心随后通过采用使用随机数R_T作为输入和值K_i作为密钥输入的密码函数F⁴的输出计算鉴证密钥值K_A。另外，归属鉴证中心使用将值R_T作为输入和值K_i作为密钥输入的加密函数F^C的输出计算密码本值K_C。一旦计算出这些值，归属鉴证中心传递值R_T、K_A和K_C到访问鉴证中心。访问鉴证中心随后存储值K_A、K_C和R_T在与移动站终端70有关的访问位置寄存器。访问鉴证中心随后传递值R_T到移动站终端70作为鉴证询问和将用于更新由移动站终端使用的鉴证和密码本值的值。移动站终端使用从访问鉴证中心接收的值R_T以归属鉴证中心计算的值的相同方式计算鉴证密钥值K_A和密码本值K_C。移动站终端随后使用鉴证密钥值K_A以响应访问鉴证中心的鉴证询问。移动站终端确定使用值R_T和R_M作为输入和鉴证密钥值K_A作为密钥输入的密码函数F¹的输出；然而，也可能使用值R_T而不是R_T和R_M作为输入。密码函数F¹的输出和值R_M被传递到访问鉴证中心；但是如果R_M不用作密码函数F¹的输入并且如果不请求网络的鉴证则值R_M可能不被发射。值R_M是一个由移动站终端选择的随机值。访问鉴证中心也计算具有输入R_T和R_M以及密钥输入值K_A的函数F¹的输出值使得该结果可以与移动站终端传递的值相比较。如果这些值匹配，则对于访问网络鉴证或验证出移动站终端。由移动站终端提供的值R_M用作移动站70对访问网络的鉴证询问。访问网络计算使用值R_M作为输入和值K_A作为密钥输入的函数F²的输出。这个输出值随后传递到移动站终端，这里终端独立地确定具有值R_M作为输入和值K_A作为密钥输入的函数F²的输出。如果输出值匹配，则移动站终端验证或鉴证该访问网络。一旦移动站终端和访问网络已经鉴证或验证出相互的身份，通讯可以继续。这个通讯可以使用未加密消息或加密消息进行。如果使用加密消息，则通过使用具有消息作为输入和密码本值K_C作为密钥输入的密码函数F²的输出加密消息。每当在移动站终端和访问网络之间试图呼叫时可以执行这个过程。每当移动站登记访问网络而不是每次试图呼叫时也可能接触归属鉴证中心，并且只要移动站继续登记访问网络就使用相同的K_A、K_C和R_T值。密码函数F¹、F²、F^A和F^C可以是散列函数或一个如SHA-1的密码函数，而函数F³可以是如DES的密码函数。散列函数、如SHA-1的单向密码函数和如DES的密码函数在本领域是公知的。

当移动站终端在归属网络时也可能执行相同的过程。在这种情况下，归属鉴证中心而不是访问鉴证中心与移动站终端通讯。在无线网络中，在终端和鉴证中心之间的通讯经过无线基站。

Claims (20)

1.一种鉴证方法，包括步骤：

发射第一值到终端；

从具有至少第一响应值的终端接收响应，这里第一响应值是使用第一值的至少第一部分作为输入和第一密钥值作为密钥输入的第一密码函数输出的至少一部分，第一密钥值是使用第一值的至少第二部分作为输入和第二密钥值作为密钥输入的第二密码函数输出的至少一部分；以及

验证第一响应值等于期望的第一响应值。

2.如权利要求1所述的方法，其中第二密钥值与终端有关。

3.如权利要求1所述的方法，其中第一和第二密码函数是相同的。

4.如权利要求1所述的方法，其中第一和第二部分是相同的。

5.如权利要求1所述的方法，其中该响应具有第二响应值并且还包括发射第二值到终端的步骤，这里第二值是使用第二响应值的至少一部分作为输入和第三密钥值作为密钥输入的第三密码函数输出的至少一部分。

6.一种鉴证方法，包括步骤：

发射第一值到终端；

从具有至少第一响应值和第二响应值的终端接收响应，这里第一响应值是使用第一值的至少第一部分和第二响应值的至少第一部分作为输入和第一密钥值作为密钥输入的第一密码函数输出的至少一部分，第一密钥值是使用第一值的至少第二部分作为输入和第二密钥值作为密钥输入的第二密码函数输出的至少一部分；以及

验证第一响应值等于期望的第一响应值。

7.如权利要求6所述的方法，其中第二密钥值与终端有关。

8.如权利要求6所述的方法，其中第一和第二密码函数是相同的。

9.如权利要求6所述的方法，其中第一值的第一和第二部分是相同的。

10.如权利要求6所述的方法，还包括发射第二值到终端的步骤，这里第二值是使用第二响应值的至少第二部分作为输入和第三密钥值作为密钥输入的第三密码函数输出的至少一部分。

11.一种鉴证方法，包括步骤：

接收第一值；以及

发射具有至少第一响应值的响应，这里第一响应值是使用第一值的至少第一部分作为输入和第一密钥值作为密钥输入的第一密码函数输出的至少一部分，第一密钥值是使用第一值的至少第二部分作为输入和第二密钥值作为密钥输入的第二密码函数的输出的至少一部分。

12.如权利要求11所述的方法，其中第一和第二密码函数是相同的。

13.如权利要求11所述的方法，其中第一和第二部分是相同的。

14.如权利要求11所述的方法，其中该响应具有第二响应值并且还包括接收第二值的步骤，这里第二值是使用第二响应值的至少一部分作为输入和第三密钥值作为密钥输入的第三密码函数的输出的至少一部分。

15.如权利要求14所述的方法，还包括验证第二值等于期望的第二值的步骤。

16.一种鉴证方法，包括步骤：

接收第一值；以及

发射具有至少第一响应值和第二响应值的响应，这里第一响应值是使用第一值的至少第一部分和第二响应值的至少第一部分作为输入和第一密钥值作为密钥输入的第一密码函数输出的至少一部分，该第一密钥值是使用第一值的至少第二部分作为输入和第二密钥值作为密钥输入的第二密码函数输出的至少一部分。

17.如权利要求16所述的方法，其中第一和第二密码函数是相同的。

18.如权利要求16所述的方法，其中第一值的第一和第二部分是相同的。

19.如权利要求16所述的方法，还包括接收第二值的步骤，这里第二值是使用第二响应值的至少一部分作为输入和第三密钥值作为密钥输入的第三密码函数输出的至少一部分。

20.如权利要求19所述的方法，还包括验证第二值等于期望的第二值的步骤。

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