CN101375625A - Cdma网络中的gsm验证 - Google Patents

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CN101375625A CNA200780003731XA CN200780003731A CN101375625A CN 101375625 A CN101375625 A CN 101375625A CN A200780003731X A CNA200780003731X A CN A200780003731XA CN 200780003731 A CN200780003731 A CN 200780003731A CN 101375625 A CN101375625 A CN 101375625A
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Abstract

本发明揭示用于从订户站进行安全通信的系统和技术。所述订户站包括具有用于第一网络的验证算法的处理器。所述处理器经配置以在所述验证算法中使用用于第二网络的密钥来与所述第二网络建立会话。

Description

CDMA网络中的GSM验证
技术领域
本发明大体上涉及无线电信，且更具体来说，涉及无线通信中的安全性。
背景技术
消费者对无线服务的需求导致大量无线通信网络的开发。一种此类网络是基于码分多址(CDMA)技术，其使用扩频处理来支持无线语音和数据服务。通过有效使用可用频谱，扩频处理可实现低成本下的高质量服务。因此，CDMA技术被多数人视为用于未来数字无线通信的方式。
为了提供CDMA技术的最广泛的可用性，可实施某些布署策略。一种此类策略为将CDMA技术引入作为一种用于连接到例如全球移动通信系统(GSM)的现有网络基础架构的手段。GSM(其在欧洲和亚洲已成为实际标准)代表前一代数字无线通信，且利用窄带时分多址(TDMA)来支持无线语音和数据服务。通过将CDMA用作一种用于连接到GSM网络或其它现有网络的手段，因为现有基础架构的相当大部分可用于支持CDMA技术，所以可实现降低的成本。
将CDMA引入到GSM网络中产生许多安全问题。当前，GSM网络使用询问/响应程序来建立与GSM订户站的信任和会话密钥。询问/响应程序是基于在GSM订户站中的可移除订户身份模块(SIM)上存储的验证证书和GSM算法。可在任何GSM订户站上安装可移除SIM，借此消除消费者每次购买新GSM装置时供应验证证书的需要。许多GSM产品的消费者已对此特征表达一定程度的满意，且因此，需要布署可接受来自GSM订户站的SIM的CDMA订户站。此将要求在使用称为蜂窝式验证和语音加密(CAVE)的传统协议的CDMA网络与具有GSM SIM的CDMA订户站之间解决某些相容性问题。
发明内容
揭示一种订户站的一方面。所述订户站包括具有用于第一网络的验证算法的处理器，所述处理器进一步经配置以在所述验证算法中使用用于第二网络的密钥来与所述第二网络建立会话。
揭示一种订户站的另一方面。所述订户站包括处理器，所述处理器具有经配置以接收用于第一网络的第一密钥的验证算法，和经配置以产生用于第二网络的第二密钥的SIM。所述处理器进一步经配置以在所述验证算法中使用所述第二密钥替代所述第一密钥来与所述第二网络建立会话。
揭示一种从订户站进行安全通信的方法。所述订户站具有用于第一网络的验证算法。所述方法包括产生用于第二网络的密钥，且在所述验证算法中使用所述密钥以与所述第二网络建立会话。
揭示一种计算机可读媒体，其包括可由计算机执行的指令程序，以执行从订户站进行安全通信的方法。所述订户站具有用于第一网络的验证算法。所述方法包括产生用于第二网络的密钥，且在所述验证算法中使用所述密钥以与所述第二网络建立会话。
应了解，所属领域的技术人员通过以下详细描述将容易明白本发明的其它实施例，其中以说明的方式来展示且描述本发明的各种实施例。将认识到，本发明能具有其它和不同实施例，且其若干细节能具有在各种其它方面中的修改，所述实施例和修改均不脱离本发明的精神和范围。因此，应将图式和详细描述视为本质上为说明性而非约束性的。
附图说明
附图中以实例的方式而不是以限制的方式说明本发明的各方面，附图中：
图1为说明通信系统的实例的概念图；
图2为说明在常规CDMA网络中的标准CAVE算法的简化功能方框图；
图3为说明在常规GSM网络中的标准GSM验证算法的简化功能方框图；以及
图4为说明用于在GSM网络中验证CDMA订户站的方法的简化功能方框图。
图5为示范性订户站的方框图。
具体实施方式
与附图结合的下文陈述的详细描述希望为本发明的各种实施例的描述，且不希望代表可在其中实施本发明的唯一实施例。出于提供对本发明的透彻理解的目的，详细描述包括特定细节。然而，所属领域的技术人员将明白，可在没有这些特定细节的情况下实施本发明。在某些例子中，以方框图形式展示众所周知的结构和组件以避免混淆本发明的概念。
在以下详细描述中，将在订户站经由CDMA无线连接与GSM核心网络通信的环境下描述各种加密技术。尽管这些技术可能非常适于此应用，但所属领域的技术人员将容易了解，可将这些技术延伸到在相同地理区域内共存的其它通信网络。因此，对CDMA或GSM网络的任何参考仅希望说明本发明的各种发明性方面，同时应了解这些发明性方面具有较广范围的应用。
图1为说明通信系统100的实例的概念图。在此系统中，订户站102上的用户经由CDMA无线连接与GSM核心网络104通信。订户站102可为无线手持机或电话、调制解调器、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、寻呼机、游戏控制台、相机、音频或视频装置、位置确定接收器或任何其它合适的无线通信装置。订户站102可包括收发器106以支持与CDMA网络108的无线通信。处理器110可用于提供各种信号处理功能和用户应用。所述处理器110可为提供订户站102所要求的功能性的单个实体，或任何数目的处理实体。在订户站102的至少一实施例中，处理器110包括集成到订户站102中的一个或一个以上处理实体112和具有其自身处理器(未图示)的SIM 114。通常将SIM 114设计为可防篡改，且能够对加密密钥提供合理等级的保护。
CDMA无线网络108是基于其中将地理覆盖区域分解为小区的拓扑。将空中接口提供到订户站的固定基站收发器(BTS)位于这些小区中的每一者内。基站控制器(BSC)可用于管理和协调CDMA无线网络108中的BTS。出于说明的目的，在图1中展示单个小区，其中BTS 116在BSC 118的控制下服务于所有订户站。移动交换中心(MSC)120可用于将CDMA无线网络108连接到GSM核心网络104。
GSM归属位置寄存器(HLR)122用于维持GSM核心网络104中的各种服务提供商的订户的记录。对于这些订户中的每一者，HLR 122维持某些信息，例如电子序列号(ESN)、订户的电话号码、订户站的当前位置等。通常，HLR 122将与验证中心(AC)耦合。AC用于验证GSM核心网络104的订户，且为各订户产生会话密钥。
在图1中所展示的通信系统100的实施例中，网关124可用来将CDMA无线网络104中的MSC 120与GSM HLR 122介接。此方法消除了重新设计MSC 120的需要。在替代实施例中，网关124的功能性可集成到MSC 120中。在任何情况下，网关124经设计成对于MSC 120如同是CDMA HLR。此可通过使用在此项技术中众所周知的特定协议来实现。
访问者位置寄存器(VLR)126与MSC 120耦合。VLR 126用于维持订户站在CDMA网络104中的注册。在所展示的实施例中，VLR 126基本上用作来自GSM核心网络104的HLR订户信息的本地高速缓冲存储器。当订户站102向MSC 120注册时，所述MSC 120从GSM HLR 124检索订户信息且将所述信息置放在VLR 126中。网关124经设计以对于MSC 120如同是GSM VLR。此可通过使用在此项技术中众所周知的特定协议而实现。
在描述与GSM核心网络通信的CDMA订户站的各种安全特征之前，将首先描述CDMA和GSM网络独有的验证和加密协议。
图2为说明在常规CDMA网络中的标准CAVE算法的简化功能方框图。所述安全协议依赖于私密密钥(A-密钥)。A-密钥被供应到订户站102中，且存储在CDMA网络的AC 202中。除验证外，A-密钥用于产生用于语音和数据加密的会话密钥。
当订户站102最初向CDMA网络注册时，验证过程首先在CDMA AC 202和订户站102处产生称为“共用私密数据”密钥(SSD-A)的第二密钥而开始。在CDMA AC 202处，RAND产生器204用于产生随机数(RAND)，所述随机数连同A-密钥被输入到CAVE算法206以产生SSD-A。所述RAND也被发送到订户站102以使得可在该处产生SSD-A。在订户站102处，将RAND和A-密钥输入到相似CAVE算法208以产生SSD-A。
因为SSD-A在订户站102与MSC 120之间共用，所以所述SSD-A通常称为“共用私密密钥”。每次起始会话时，可利用SSD-A在订户站102与MSC 120之间使用询问/响应验证程序，而无需CDMAAC 202的辅助。此往往会降低CDMA网络上的信令业务。可通过将RAND发送到订户站102而在CDMA AC 202处产生新SSD-A，但此通常仅发生在检测到安全漏洞后，或在某一预定时间到期后。
MSC 120通过将来自广播RAND产生器210的随机询问(广播RAND)发送到订户站102由起始询问/响应验证程序。订户站102将广播RAND连同SSD-A、ESN和所拨打的电话号码用作CAVE算法212的输入以产生验证签名，即对询问的响应。然后，MSC120通过将所述签名与应用于广播RAND、SSD-A、ESN和所拨打的电话号码的相似CAVE算法214的输出进行比较216而使用此签名来验证订户站102。MSC 120可从VLR(参看图1)检索ESN，且订户站102可将所拨打的电话号码发送到MSC 120作为用以协商会话的信令消息交换的一部分。
图3为说明常规GSM网络中的标准GSM验证算法的简化功能方框图。当GSM订户站302向GSM MSC 304注册时，所述GSM MSC 304从GSM HLR 306请求GSM验证三元组。所述三元组包括随机询问(RAND)、符号响应(SRES)和加密密钥(KC)。加密密钥(KC)用作会话密钥以加密通信。GSM HLR 306将GSM验证三元组发送到MSC 304。GSM MSC 304将RAND发送到GSM订户站302。利用在此项技术中众所周知的A3 GSM算法308，GSM订户站302使用其个别订户验证密钥(Ki)来加密RAND。将个别订户验证密钥(Ki)供应到GSM订户站的SIM 308中。GSM订户站302将经加密RAND(即，符号响应)发送回GSM MSC 304，其中将所述经加密RAND提供到比较器310以对照来自GSM HLR 306的SRES来检验所述经加密RAND。
GSM订户站302也使用供应到SIM中的个别订户验证密钥(Ki)和从GSM MSC 304接收的RAND以使用也在此项技术中众所周知的A8 GSM算法312来产生加密密钥(KC)。将由GSM订户站302产生的加密密钥(KC)发送到GSM BTS 314，其中将所述加密密钥与从GSM MSC 304接收的加密密钥(KC)进行比较315。GSM订户站302也利用在此项技术中众所周知的A5 GSM算法来使用加密密钥(KC)以加密与GSM BTS 314的通信。
CDMA订户站可经设计以替代GSM装置。CDMA订户站可经配置以接受来自GSM装置的SIM，借此促进GSM核心网络到CDMA无线连接性的过渡。在此配置中，CDMA订户站使用在SIM上的GSM安全证书来与GSM核心网络建立安全连接。优选的是，使用在订户站与CDMA无线网络中的MSC之间的询问/响应程序来执行验证过程。此方法倾向于降低在CDMA与GSM网络之间的信令业务。在通信系统的至少一个实施例中，所述询问/响应程序不要求对CDMAMSC或GSM核心网络进行任何改变。
现将结合图4来描述满足这些目标的用于在GSM网络中验证CDMA订户站的过程。所述验证过程是基于订户站102和CDMA MSC 120已知的共用私密密钥，其与在传统CDMA网络中的SSD-A较类似。然而，在此实施例中，共用私密密钥为加密密钥(KC)，其为由GSM HLR 124产生的三元组的一部分。换句话说，CDMA无线网络使用由GSMHLR 124产生的加密密钥(KC)来替代SSD-A。
在两个阶段中执行验证过程。第一阶段涉及在订户站102与CDMA MSC 120之间建立共用私密密钥(即，加密密钥(KC))。第二阶段涉及两者之间的单程询问/响应事务。
第一阶段开始于订户站102向在CDMA无线网络108中的MSC 120注册。然后，所述MSC 120将验证请求发送到网关124。响应于所述验证请求，所述网关124从GSMHLR 122检索订户信息和三元组。所述三元组包括加密密钥(KC)、RAND和XRES。网关124将订户信息存储在VLR(未图示)中，且将加密密钥(KC)发送到MSC 120，且将RAND发送到SIM 114。所述SIM 114使用所述RAND连同其个别订户验证密钥(Ki)，利用A8 GSM算法312来产生加密密钥(KC)。
针对由订户站102建立的每一新会话来执行验证过程的第二阶段。通过将来自广播RAND产生器210的随机询问(广播RAND)发送到订户站102，在MSC 120处开始所述过程。所述订户站102将广播RAND连同在SIM 114上计算的加密密钥(KC)、ESN和所拨打的电话号码用作CAVE算法212的输入以产生验证签名，即，对询问的响应。然后，MSC 120通过将所述签名与应用于广播RAND、加密密钥(KC)、ESN和所拨打的电话号码的相似CAVE算法214的输出进行比较216而使用此签名来验证订户站102。MSC 120可从VLR(未图示)检索ESN且订户站102可将所拨打的电话号码发送到MSC120作为用以协商会话的信令消息交换的一部分。
图5展示本发明的示范性设备，其包括用于产生用于第二网络的密钥的装置，和用于在验证算法中使用所述密钥以与所述第二网络建立会话的装置。
可使用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑组件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路、元件和/或组件。通用处理器可为微处理器，但作为替代，所述处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。也可将处理器实施为计算组件的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或一个以上微处理器或任何其它此类配置。
可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中或在所述两者的组合中实施结合本文所揭示的实施例而描述的方法或算法。软件模块可驻存在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM或在此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。存储媒体可耦合到处理器，以使得处理器可从存储媒体读取信息，且将信息写入到存储媒体。作为替代，可将存储媒体集成到处理器。
提供所揭示实施例的先前描述以使任何所属领域的技术人员能够制造或使用本发明。所属领域的技术人员将容易明白对这些实施例的各种修改，且在不脱离本发明的精神或范围的情况下可将本文所定义的一般原理应用到其它实施例。因此，不希望本发明限于本文展示的实施例，而是赋予其与权利要求书一致的全部范围，其中对单数元件的引用不希望是指“一个且仅一个”(除非特别如此规定)，而是指“一个或一个以上”。所属领域的技术人员已知或以后将知晓的将在整个本发明中所描述的各种实施例的元件的所有结构和功能等效物以引用的方式明确并入本文中，且希望由权利要求书涵盖。另外，不希望将本文所揭示的任何物公布于众，不管所述揭示是否在权利要求书中明确叙述。不应将任何权利要求书元素解释为约束于35U.S.C.§112(第六段)的条款，除非使用短语“用于...的装置”来明确叙述所述元件，或在方法权利要求项的情况下，使用短语“用于...的步骤”来叙述所述元件。

Claims (20)

1.一种订户站，其包含：
处理器，其具有用于第一网络的验证算法，所述处理器进一步经配置以在所述验证算法中使用用于第二网络的密钥来与所述第二网络建立会话。
2.根据权利要求1所述的订户站，其中所述处理器进一步经配置以经由与所述第一网络的无线连接而与所述第二网络建立会话。
3.根据权利要求1所述的订户站，其中所述处理器进一步经配置以从所述订户站中供应的不同密钥中产生所述密钥。
4.根据权利要求3所述的订户站，其中所述处理器进一步包含SIM，在所述SIM上供应所述不同密钥。
5.根据权利要求3所述的订户站，其中所述第一网络是CDMA网络，且所述第二网络是GSM网络。
6.根据权利要求5所述的订户站，其中所述密钥是加密密钥(KC)且所述SIM上供应的所述不同密钥是个别订户验证密钥(Ki)，且其中所述处理器进一步经配置以使用GSM算法从所述个别订户验证密钥(Ki)中产生所述加密密钥(KC)。
7.根据权利要求6所述的订户站，其中所述处理器进一步经配置以从所述个别订户验证密钥(Ki)和来自所述GSM网络中的归属位置寄存器的随机数中产生所述加密密钥(KC)。
8.根据权利要求5所述的订户站，其中所述算法是CAVE算法，所述密钥是加密密钥(KC)，且所述SIM上供应的所述不同密钥是个别订户验证密钥(Ki)。
9.根据权利要求8所述的订户站，其中所述处理器进一步经配置以在所述CAVE算法中使用所述加密密钥(KC)来替代SSD-A。
10.根据权利要求1所述的订户站，其中所述处理器进一步经配置以响应于来自所述第一网络中的服务提供商的询问而起始所述验证算法。
11.根据权利要求10所述的订户站，其中所述处理器进一步经配置以产生对所述询问的响应，所述响应是通过将所述密钥和所述询问应用于所述算法而产生。
12.根据权利要求11所述的订户站，其中所述第一网络是CDMA网络，且所述算法是CAVE算法。
13.根据权利要求12所述的订户站，其中所述响应是通过还将订户站识别号码和所拨打号码应用于所述CAVE算法而产生。
14.一种订户站，其包含：
处理器，其具有：验证算法，其经配置以接收用于第一网络的第一密钥；和SIM，其经配置以产生用于第二网络的第二密钥，所述处理器进一步经配置以在所述验证算法中使用所述第二密钥替代所述第一密钥来与所述第二网络建立会话。
15.根据权利要求14所述的订户站，其中所述处理器进一步经配置以经由与所述第一网络的无线连接而与所述第二网络建立会话。
16.根据权利要求14所述的订户站，其中所述第一网络是CDMA网络且所述第二网络是GSM网络。
17.根据权利要求16所述的订户站，其中所述算法是CAVE算法，所述第一密钥是共用私密密钥(SSD-A)，且所述第二密钥是加密密钥(KC)。
18.根据权利要求17所述的订户站，其中所述SIM经配置以从所述SIM中供应的个别订户验证密钥(Ki)中产生所述加密密钥(KC)。
19.根据权利要求18所述的订户站，其中所述SIM经配置以使用GSM算法从所述个别订户验证密钥(Ki)产生所述加密密钥(KC)。
20.根据权利要求19所述的订户站，其中所述SIM进一步经配置以从所述个别订户验证密钥(Ki)和来自所述GSM网络中的归属位置寄存器的随机数中产生所述加密密钥(KC)。
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