CN101616408A - 密钥衍生方法、设备及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了密钥的衍生方法，接收至少一个密钥，所述密钥为根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的密钥；根据接收到的无线资源控制RRC重建立请求消息时，确定选定密钥A；发送用于衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识。本发明还公开了密钥衍生设备和一种通信系统。本发明实施例中的UE和网络侧设备采用相同的密钥衍生参数进行密钥衍生，从而使UE和网络侧各自衍生出的密钥一致，保证了UE和网络侧的正常通信，有利于减少掉话率，提高用户的感受度。

Description

密钥衍生方法、设备及系统
技术领域
本发明涉及移动通信领域，特别是涉及密钥衍生方法、设备及系统。
背景技术
在现有的LTE系统中，处于连接状态的UE检测到源小区信号质量较差，则源小区的基站接收到UE发送的测量报告后，进行切换准备，包括根据目标小区物理标识衍生出密钥Key_A并发送密钥Key_A给目标小区A的基站X，然后发送切换命令给UE，若此时出现无线链路失败(Radio LinkFailure，RLF)，则UE无法接收该切换命令，UE将重选一个合适的小区，并发起无线资源控制(Radio Resource Control，RRC)重建立过程(ConnectionReestablishment procedure)以恢复业务的连续性。
在实现本发明的过程中，发明人发现：
现有技术提供的技术方案中，当UE通过重建立过程尝试接入的目标小区B的基站与上述目标小区A的基站相同时，UE将利用目标小区B的物理标识衍生出密钥Key_B，并使用密钥Key_B对向该基站发送的消息进行加密，而基站X将根据保存的该UE的上下文信息，使用密钥Key_A对该UE发送的消息进行解密，则UE与基站使用的密钥不一致，从而导致UE与基站无法正常通信。
发明内容
本发明提供密钥衍生方法、设备及系统，能够解决通过RRC重建立过程尝试接入目标小区的UE与目标基站使用的密钥不一致而导致的无法正常通信的技术问题。
本发明的实施例提供一种密钥衍生方法，包括：
接收至少一个密钥，所述密钥为根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的密钥；
接收到无线资源控制RRC重建立请求消息时，选定密钥A；
发送用于衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识。
本发明的实施例提供一种密钥衍生方法，包括：
发起重建立过程；
接收目标基站标识或目标小区物理标识；
根据所述目标基站标识或目标小区物理标识衍生密钥。
本发明的实施例一种密钥衍生方法，包括：
接收至少一个密钥，所述密钥为根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的密钥；
发送用于衍生密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识；
接收到无线资源控制RRC重建立请求消息时，选定所述密钥A。
本发明的实施例提供一种密钥衍生设备，包括：
接收单元，用于接收密钥，所述密钥为根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的密钥；
确定单元，用于接收无线资源控制RRC重建立请求消息，并根据选定密钥A；及
发送单元，用于发送衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识。
本发明的实施例提供一种密钥衍生设备，包括：
触发单元，用于发起重建立过程，并触发接收单元；
接收单元，用于受到所述触发单元的触发时，接收目标基站标识和/或目标小区物理标识；及
密钥衍生单元，用于根据接收单元接收的目标基站标识或目标小区物理标识衍生密钥。
本发明的实施例提供一种通信系统，包括用户设备和网络侧设备，
所述用户设备，用于根据接收到的目标基站标识或目标小区物理标识衍生密钥；
所述网络侧设备，用于接收到无线资源控制RRC重建立请求消息时从接收到的根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的至少一个密钥中选定密钥A，并发送衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识。
本发明实施例中，UE和网络侧设备采用相同的密钥衍生参数进行密钥衍生，从而使UE和网络侧各自衍生出的密钥一致，保证了UE和网络侧的正常通信，有利于减少掉话率，提高用户的感受度。
附图说明
图1为本发明实施例一的方法示意图；
图2为本发明实施例三的方法示意图；
图3为本发明实施例四的方法示意图；
图4为本发明实施例五的设备示意图；
图5为本发明实施例六的设备示意图；
图6为本发明实施例七的系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例提供的密钥衍生方法实施例中，当目标基站接收到根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的至少一个密钥时，接收到RRC重建立请求消息时，选定一个密钥A，并将衍生该密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识提供给UE，上述选定的密钥A可以是由目标基站标识衍生的密钥，或者发送所述RRC重建立请求消息的用户终端所在的小区对应的目标小区物理标识，或者所述RRC重建立请求消息携带的小区物理标识衍生的密钥，从而使UE衍生的密钥与目标基站确定的密钥相同，保证UE和基站的正常通信，有利于减少掉话率，提高用户的感受度。
在本发明实施例提供的密钥衍生方法实施例中，UE发起重建立过程，并根据目标基站提供的目标基站标识或目标小区物理标识进行密钥衍生，从而使自身衍生的密钥与目标基站使用的密钥相同，保证UE和基站的正常通信，有利于减少掉话率，提高用户的感受度。
现有技术中将密钥衍生过程分为根据目标小区物理标识等参数生成密钥KeNB*的一次衍生过程和根据一次衍生过程生成的密钥KeNB*生成KeNB**的二次衍生过程，本发明实施例中UE和网络侧设备的衍生过程均为一次衍生过程。应用本发明实施例提供的密钥衍生方法，UE和网络侧设备在一次衍生过程中所生成的密钥KeNB*相同，因此，UE和网络侧设备二次衍生过程生成的密钥KeNB**也相同，从而保证了UE和网络侧设备能够使用KeNB**进行正常通信。本领域技术人员可以理解的，本发明实施例提供的密钥衍生方法能够与现有技术中的二次衍生过程涉及的方法相结合，本文不再赘述。
如图1所示，为本发明实施例一提供的一种密钥衍生方法示意图，其中，源基站(Source eNodeB)表示当前为UE提供服务的网络侧设备，目标基站(Target eNodeB)表示源基站选择的下一个为UE提供服务的网络侧设备，本实施例具体包括如下步骤：
S101、UE向源基站发送测量报告；
S102、源基站执行切换决定(Handover Decision)，分别根据获得的目标小区物理标识(Target Cell Physical ID)和目标基站标识(Target eNodeBID)进行密钥衍生；
本步骤中，假设根据目标小区物理标识衍生出的密钥为KeNB*1，根据目标基站标识衍生出的密钥为KeNB*2。
本领域技术人员能够理解的，现有技术提供的各种密钥衍生算法和方法均适用于本步骤的密钥衍生过程，此处不再赘述。
S103、源基站将生成的KeNB*1和KeNB*2发送给目标基站；
本步骤可以通过源基站与目标基站之间X2接口发送的接入层消息来携带密钥，例如已有消息(如切换请求(Handover Request)消息)的备用字段或者扩展字段，或者新增的其他消息；也可以通过源基站与移动性管理实体(Mobility Management Entity，MME)之间S1接口发送的消息来携带密钥，MME再将接收到的密钥提供给目标基站。
S104、目标基站保存接收到的密钥，并发送切换请求确认(HandoverRequest Ack)消息；
S105、源基站发送切换命令(Handover Command)给UE；
若UE接收到该切换命令，则UE执行S106’(图中未示出)，即根据目标小区物理标识衍生出密钥KeNB*1’；由于该KeNB*1’与目标基站保存的KeNB*1的衍生算法和采用的参数都相同，因此该KeNB*1’与KeNB*1是相同的；
若发生无线链路失败(Radio Link Failure)或切换失败(HandoverFailure)等情况，则UE发起的重建立过程可以包括如下步骤：
S106、UE发送RRC重建立请求(RRC Connection ReestablishmentRequest)消息给目标基站；
S107、目标基站接收到重建立请求消息，获知保存了与该UE对应的衍生密钥，则目标基站选定KeNB*2，并向UE发送RRC重建立(RRCConnection Reestablishment)消息；
本步骤中，目标基站可以根据UE信息查询自身保存的上下文信息，从而获知其是否保存与该UE对应的衍生密钥；目标基站选定KeNB*2是指目标基站将根据该KdNB*2进行二次衍生过程。本领域技术人员可以理解的，如果目标基站查询自身保存的上下文信息后获知未保存与该UE对应的衍生密钥，则目标基站可以与UE建立通信以获得该UE的上下文信息并选择进行保存，而不影响本发明实施例的实现，此处不再赘述。
S108、UE接收到上述RRC重建立消息，并利用获得的目标基站标识进行密钥衍生，生成密钥KeNB*2’。
本步骤中的KeNB*2’与目标基站保存的KeNB*2的衍生算法和采用的参数相同，因此该KeNB*2’与KeNB*2是相同的；UE生成的KeNB*2’将用于二次衍生过程。
本步骤中，UE获得的目标基站标识可以来自系统广播消息，即UE在重建立过程开始之前或者接收到RRC重建立消息后，读取系统广播消息携带的目标基站标识；UE获得的目标基站标识也可以来自RRC重建立消息，即步骤107中目标基站发送给UE的RRC重建立消息携带目标基站标识，步骤108中的UE读取该目标基站标识并进行密钥衍生，而无需读取系统广播消息；UE获得的目标基站标识还可以来自目标基站发送给UE的其他消息。
本领域技术人员可以理解的，小区全局标识(Cell Global Identifier，CGI)中包含目标基站标识信息，因此，本实施例中携带目标基站标识的消息也可以是携带小区全局标识的消息，接收端先读取小区全局标识中的目标基站标识部分，再应用该目标基站标识。
在本发明实施例中，源基站将衍生出的两个密钥都发送给目标基站，当UE切换成功时，UE和目标基站将利用目标小区物理标识衍生出的密钥进行通信，当UE发生无线链路失败(Radio Link Failure)或者发生切换失败(Handover Failure)而进行重建立过程时，UE和目标基站将利用目标基站标识衍生出的密钥进行通信，从而保证了UE和网络侧的正常通信，本实施例提供的方法无需空口发生变化，即可减少掉话率，提高用户的感受度。
本发明实施例二与上述实施例一类似，区别在于：源基站仅根据获得的目标基站标识进行密钥衍生(而不根据目标小区物理标识进行密钥衍生)，并将生成的密钥KeNB*2发送给目标基站；目标基站在发送给UE的切换命令中携带目标基站标识，则UE能够正常接收到切换命令时，将根据目标基站标识衍生出密钥KeNB*2’，该KeNB*2’与KeNB*2相同；在UE无法接收到切换命令而发起重建立过程的情况下，目标基站向UE发送的RRC重建立消息携带目标基站标识，或者，由系统广播消息携带目标基站标识，则UE根据从RRC重建立消息或者系统广播消息中读取的目标基站标识进行密钥衍生，生成密钥KeNB*2’，该KeNB*2’与KeNB*2相同。
本实施例中的UE和网络侧设备均以目标基站标识最为参数进行密钥衍生，使UE和网络侧各自衍生出的密钥一致，保证了UE和网络侧的正常通信，能够减少掉话率，提高用户的感受度。
如图2所示，为本发明实施例三提供的一种密钥衍生方法示意图，其中，源基站(Source eNodeB)表示当前为UE提供服务的网络侧设备，目标基站(Target eNodeB)表示源基站选择的下一个为UE提供服务的网络侧设备，本实施例具体包括如下步骤：
S201、UE向源基站发送测量报告；
S202、源基站执行切换决定，根据获得的目标基站标识查找与其对应的所有目标小区物理标识，并根据各目标小区物理标识进行密钥衍生；
本步骤中，假设该目标基站下有共3个小区，即与该目标基站标识对应的目标小区物理标识有3个，分别用Cell1、Cell2、Cell3表示，则衍生出的密钥也为3个，相应的用KeNB*1、KeNB*2、KeNB*3表示。
本领域技术人员能够理解的，现有技术提供的各种密钥衍生算法和方法均适用于本步骤的密钥衍生过程，此处不再赘述。
S203、源基站将生成的KeNB*1、KeNB*2和KeNB*3发送给目标基站；
本步骤可以通过源基站与目标基站之间X2接口发送的接入层消息来携带密钥，例如已有消息(如切换请求(Handover Request)消息)的备用字段或者扩展字段，或者新增的其他消息；也可以通过源基站与MME之间S1接口发送的消息来携带密钥，MME再将接收到的密钥提供给目标基站。此外，源基站可以将多个密钥携带在一条消息中进行发送，从而更有利于节约资源，提高发送效率；源基站也可以将多个密钥携带在不同消息中分别发送，从而提高发送消息的灵活性。
S204、目标基站保存接收到的密钥，并发送切换请求确认消息；
S205、源基站发送切换命令给UE；
若UE接收到该切换命令，并获得目标小区物理标识，如Cell1，则UE执行S206’(图中未示出)，即根据Cell1衍生出密钥KeNB*1’；由于该KeNB*1’与目标基站保存的KeNB*1的衍生方法和采用的参数都相同，因此该KeNB*1’与KeNB*1是相同的；
若发生无线链路失败等情况，则UE无法接收到该切换命令，则UE发起的重建立过程可以包括如下步骤：
S206、UE发送RRC重建立请求消息给目标基站；
S207、目标基站接收到的重建立请求消息，获知该UE请求接入该目标基站下的标识为Cell2的小区，即采用与Cell2相应的衍生密钥KeNB*2，并向UE发送RRC重建立消息；
S208、UE接收到上述RRC重建立消息，利用获得的目标小区物理标识Cell2进行密钥衍生，生成密钥KeNB*2’。
本步骤中的KeNB*2’与目标基站保存的KeNB*2的衍生方法和采用的参数相同，因此该KeNB*2’与KeNB*2是相同的。
本步骤中，UE获得的目标小区物理标识可以来自系统广播的物理层标识；也可以来自RRC重建立消息，即步骤207中目标基站发送给UE的RRC重建立消息携带目标小区物理标识，步骤208中的UE读取该目标小区物理标识并进行密钥衍生；UE获得的目标小区物理标识还可以来自目标基站发送给UE的其他消息。
在本实施例中，源基站将根据各目标小区物理标识衍生出的密钥全部发送给目标基站，使得目标基站可以根据UE要接入的小区来选择与UE通信所需的密钥，则UE接入新小区的成功率为100％。源基站也可以按照某些条件选择发送给目标基站的密钥，例如，仅发送优先级较高的小区的目标小区物理标识所衍生出的密钥；源基站还可以按照某些条件来衍生密钥，例如仅根据优先级较低的小区的目标小区物理标识衍生密钥并发送给目标基站，从而使得UE接入成功率提高，基站发送的信息量也更少，但UE接入的成功率将小于100％。
应用本发明上述实施例提供的方法，UE在接入目标基站A下的小区a1时发生无线链路失败，则UE通过重建立过程能够成功接入同在目标基站A下的小区a2。需要指出的是，UE在测量报告中将多个可接入的目标基站信息提供给源基站，源基站的密钥衍生过程可以是针对多个目标基站下的多个小区的，只是在密钥发送的过程中，源基站发送给目标基站A的密钥仅包含该目标基站A下的不同小区的相应密钥，因此，本发明上述实施例也适用于UE在不同目标基站之间的切换过程。
如图3所示，为本发明实施例四提供的一种密钥衍生方法示意图，其中，源基站(Source eNodeB)表示当前为UE提供服务的网络侧设备，目标基站(Target eNodeB)表示源基站选择的下一个为UE提供服务的网络侧设备，本实施例中UE具体包括如下步骤：
S301、UE向源基站发送测量报告；
S302、源基站执行切换决定，根据获得的目标小区物理标识进行密钥衍生；
本步骤中，假设根据目标小区物理标识Cell1衍生出的密钥为KeNB*1，现有技术提供的各种密钥衍生算法和方法均适用于本步骤的密钥衍生过程，此处不再赘述。
S303、源基站将生成的KeNB*1发送给目标基站；
S304、目标基站保存接收到的密钥，并发送切换请求确认消息；
S305、源基站发送切换命令给UE；
若发生无线链路失败等情况，则UE无法接收到该切换命令，则UE发起的重建立过程可以包括如下步骤：
S306、UE发送RRC重建立请求消息给目标基站；
S307、目标基站接收到的重建立请求消息后，向UE发送RRC重建立消息，该消息携带切换请求消息中的目标小区的物理标识Cell1，并利用该Cell1进行密钥衍生，生成密钥KeNB*1；
S308、UE接收到上述RRC重建立消息，并利用获得的小区物理标识Cell1进行密钥衍生，生成密钥KeNB*1’，则该KeNB*1’与KeNB*1相同。
本实施例中，目标基站可以利用已保存的密钥，而无需重新衍生密钥，UE根据目标基站提供的目标小区物理标识进行密钥衍生，使UE和网络侧使用的密钥一致，保证了UE和网络侧的正常通信，能够减少掉话率，提高用户的感受度。
本领域技术人员可以理解的，本实施例既适用于UE在同目标基站下的不同小区之间的切换过程，也适用于UE在不同目标基站之间的切换过程。
此外，本领域技术人员可以理解的，本发明实施例中的网络侧设备与UE可以预先约定以下事项中的一个或多个：衍生密钥的方法、密钥衍生参数的选定方法、密钥衍生参数的发送方法等，则网络侧按照约定方法衍生密钥，并将所需参数发送给UE，UE按照约定方法接收所需参数并衍生密钥；网络侧设备与UE还可以采用协商的方式确定衍生密钥的方法等事项，具体的协商方法不影响本发明实施例的实现和解决技术问题，此处不再赘述。
如图4所示，本发明实施例五提供一种密钥衍生设备，该设备包括：
接收单元，用于接收至少一个密钥，上述密钥为根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的密钥；
确定单元，用于接收RRC重建立请求消息，并选定密钥A，该密钥A可以是由目标基站标识衍生的密钥，或者发送所述RRC重建立请求消息的用户终端所在的小区对应的目标小区物理标识衍生的密钥，或者所述RRC重建立请求消息携带的小区物理标识衍生的密钥；及
发送单元，用于发送衍生上述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识。
如图5所示，本发明实施例六提供一种密钥衍生设备，该设备包括：
触发单元，用于发起重建立过程，并触发接收单元；
接收单元，用于受到触发单元的触发时，接收目标基站标识和/或目标小区物理标识；及
密钥衍生单元，用于根据接收单元接收的目标基站标识或目标小区物理标识衍生密钥。
如图6所示，本发明实施例七提供一种通信系统，该系统包括用户设备和网络侧设备，其中：
用户设备，用于根据接收到的目标基站标识或目标小区物理标识衍生密钥；
网络侧设备，用于根据接收到的RRC重建立请求消息，从接收到的根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的至少一个密钥中选定密钥A，并发送衍生上述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识。
进一步的，该系统还可以包括MME，用于转发网络侧设备与用户设备之间的通信信息，例如将网络侧设备发送的目标基站标识或目标小区物理标识转发给用户设备。
本发明实施例提供的密钥衍生设备及通信系能够保证UE和网络侧使用的密钥一致，保证了UE和网络侧的正常通信，能够减少掉话率，提高用户的感受度。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1、一种密钥衍生方法，其特征在于，包括：
接收至少一个密钥，所述密钥为根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的密钥；
接收到无线资源控制RRC重建立请求消息时，选定密钥A；
发送用于衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密钥A为：
由目标基站标识衍生的密钥；或者，
由发送所述RRC重建立请求消息的用户终端所在的小区对应的目标小区物理标识衍生的密钥；或者，
由所述RRC重建立请求消息携带的小区物理标识衍生的密钥。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述用于衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识携带在系统广播消息和/或RRC专用信令中。
4、一种密钥衍生方法，其特征在于，包括：
发起重建立过程；
接收目标基站标识或目标小区物理标识；
根据所述目标基站标识或目标小区物理标识衍生密钥。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
通过读取系统广播消息和/或无线资源控制RRC专用信令接收所述目标基站标识或目标小区物理标识。
6、一种密钥衍生方法，其特征在于，包括：
接收至少一个密钥，所述密钥为根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的密钥；
发送用于衍生密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识；
接收到无线资源控制RRC重建立请求消息时，选定所述密钥A。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述密钥A为：
由目标基站标识衍生的密钥；或者，
由发送所述RRC重建立请求消息的用户终端所在的小区对应的目标小区物理标识衍生的密钥；或者，
由所述RRC重建立请求消息携带的小区物理标识衍生的密钥。
8、根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，
所述用于衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识携带在系统广播消息中。
9、一种密钥衍生设备，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收密钥，所述密钥为根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的密钥；
确定单元，用于接收无线资源控制RRC重建立请求消息，并根据选定密钥A；及，
发送单元，用于发送衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识。
10、根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述密钥A为：
由目标基站标识衍生的密钥；或者，
发送所述RRC重建立请求消息的用户终端所在的小区对应的目标小区物理标识衍生的密钥；或者，
所述RRC重建立请求消息携带的小区物理标识衍生的密钥。
11、一种密钥衍生设备，其特征在于，包括：
触发单元，用于发起重建立过程，并触发接收单元；
接收单元，用于受到所述触发单元的触发时，接收目标基站标识和/或目标小区物理标识；及，
密钥衍生单元，用于根据接收单元接收的目标基站标识或目标小区物理标识衍生密钥。
12、一种通信系统，其特征在于，包括：
用户设备，用于根据接收到的目标基站标识或目标小区物理标识衍生密钥；及，
网络侧设备，用于接收到无线资源控制RRC重建立请求消息时从接收到的根据目标基站标识和/或目标小区物理标识衍生的至少一个密钥中选定密钥A，并发送衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识。
13、根据权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括移动性管理实体，用于将所述网络侧设备发送的目标基站标识或目标小区物理标识转发给所述用户设备。
14、根据权利要求12或13所述的系统，其特征在于，所述网络侧设备还用于，将所述用于衍生所述密钥A所需的目标基站标识或目标小区物理标识携带在系统广播消息和/或RRC专用信令中。
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