CN101621757A - 消除移动通信系统中安全隐患的方法 - Google Patents

Abstract

一种消除移动通信系统中安全隐患的方法，包括步骤：用户设备和接入网络节点完成无线连接建立过程；用户设备发送非接入层NAS消息给接入网络节点；接入网络节点请求用户设备发送其全球移动用户标识IMSI；接入网络节点收到用户设备的响应消息，其中包含用户设备的全球移动用户标识IMSI；接入网络节点发送所述NAS消息和指示信息给其上层节点；接入网络节点的上层节点利用所述指示信息重新分配P－TMSI或者发起对UE的认证过程。通过本发明给出的消除移动通信系统中安全隐患的方法，保证HNB引入后UE和网络的安全性。

Description

消除移动通信系统中安全隐患的方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是，涉及一种消除移动通信系统中安全隐患的方法。

背景技术

现有的第三代伙伴计划(以下简称3GPP)结构如图1所示。下面是对图13GPP系统结构的描述。

101用户设备(以下简称UE)是用来接收数据的终端设备。102NodeB是无线网络子系统中(简称RNS)负责无线收/发的节点。103控制无线网络控制器(以下简称CRNC)是直接控制Node B的无线网络控制器。无线网络控制器(以下简称RNC)和UE之间的接口称为空中接口。104服务无线网络控制器(以下简称SRNC)是控制承载信息的RNC，如无线资源控制(以下简称RRC)状态。SRNC和CRNC的接口为Iur接口。105网关通用分组无线业务(以下简称通用分组无线业务为GPRS)支持节点(以下简称网关GPRS支持节点为GGSN)和106服务GPRS支持节点(以下简称SGSN)为数据的传输提供路由。SGSN和RNC之间的接口为Iu接口。107E-PDN是外部的公共数据网，提供数据源。

SAE的系统结构如图2所示。下面是对图2SAE系统结构的描述。

201用户设备(以下简称UE)是用来接收数据的终端设备。202EUTRAN是演进系统SAE中的无线接入网络，也可以叫eNB，负责给LTE(长期演进)手机提供接入无线网络的接口，并且与手机的移动管理实体203MME和用户平面实体204Serving Gateway通过S1接口连接。203MME负责管理用户设备的移动上下文、会话上下文，保存用户与安全有关的信息。204Serving Gateway(Serving GW)主要提供用户平面的功能。S1-MME接口负责给UE提供无线接入承载建立，将UE发送给MME的消息从无线接入网的转发。203MME和204Serving Gateway结合起来的功能与原来的206SGSN(通用分组无线业务(以下简称GPRS)支持节点)有些类似，MME与Serving Gateway有可能处于同一个物理实体。205PDN Gateway负责计费、合法监听等功能。Serving Gateway和PDNGateway有可能处于同一个物理实体。206SGSN是现在UMTS中为数据的传输提供路由的。现有的SGSN是根据接入点名字(以下简称APN)来找到对应的网关GPRS支持节点(以下简称GGSN)。207HSS是用户设备的家乡归属子系统，它负责保存用户的信息，包括用户设备的当前位置，服务节点的地址，用户的安全有关的信息，用户设备激活的分组数据协议(以下简称PDP)上下文等等。208PCRF通过S7接口提供Qos政策和计费准则。

通常，用户数据流是经过205PDN Gateway到204Serving Gateway，Serving Gateway通过GPRS隧道协议(以下简称GTP)通道把数据发送给UE所在的eNB，eNB把数据发送给相应的用户设备。

HNB(包括3G HNB，LTE HNB和其它接入系统下的HNB)是用在家庭的基站，还可以应用于大学，公司等场所。HNB是即插即用的。HNB包括开放型的和闭合用户组型的。闭合用户组型的HNB与普通宏基站的区别在于：通常不是所有的用户设备都可以接入HNB。比如只有用户家庭的用户设备可以接入家里的HNB，或者此家人同意其它可以接入的用户设备。在一个公司只有公司的员工和其公司允许的合作伙伴可以接入。有相同接入用户群的一组HNB(如用在同一公司的HNB)称为闭合用户组(以下简称CSG，Closed Subscriber Group)。

3G HNB的结构如图3所示。其中UTRAN部分包括3G HNB和3G HNBGW。HNB和HNB GW组成HNB RAN。3G HNB包括原来NodeB的功能和部分RNC的功能，例如RRC，RLC，MAC等。3G HNB GW是连接核心网的节点设备，包括NNSF的功能。HNB和HNB GW之间的接口是Iuh。3G HNB GW通过Iu接口接入核心网。

HNB或者HNB GW可以对UE进行接入控制。HNB或者HNB GW保存HNB可以接入的UE列表(例如可以接入UE的IMSI列表)。当HNB RAN收到从UE来的消息的时候，根据UE的IMSI判断UE是否可以接入。如果收到的消息中没有IMSI，HNB RAN可以发送标识请求消息给UE，收到从UE来的响应消息后得到UE的IMSI。是HNB还是HNB GW对UE进行接入控制还没有最终的结论。目前大部分公司都支持HNB GW对UE进行接入控制的决定，例如允许接入还是不允许接入。

当UE接入HNB的时候，HNB接入网络会根据UE的接入权限对UE进行接入控制，如果HNB接入网络收到的上行消息中没有包含UE的IMSI，HNB接入网络会要求UE汇报UE的IMSI。通常情况下，请求UE发送IMSI都是由核心网络发起的，核心网络得到UE的IMSI后会发起对UE的认证过程。如果接入网络请求UE的IMSI，核心网络可能不知道发起对UE的认证过程，另外会把UE的IMSI和P-TMSI的对应关系暴漏在非核心网络节点，导致存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除移动通信系统中安全隐患的方法。通过接入网节点传递给核心网络节点的信息，核心网络节点可以重新分配UE的P-TMSI或者发起对UE的认证过程。

为实现上述目的，一种消除移动通信系统中安全隐患的方法，包括步骤：

用户设备和接入网络节点完成无线连接建立过程；

用户设备发送非接入层NAS消息给接入网络节点；

接入网络节点请求用户设备发送其全球移动用户标识IMSI；

接入网络节点收到用户设备的响应消息，其中包含用户设备的全球移动用户标识IMSI；

接入网络节点发送所述NAS消息和指示信息给其上层节点；

接入网络节点的上层节点利用所述指示信息重新分配P-TMSI或者发起对UE的认证过程。

通过本发明给出的消除移动通信系统中安全隐患的方法，保证HNB引入后UE和网络的安全性。

附图说明

图1是现有的3GPP系统结构；

图2是SAE系统网络结构；

图3是3G HNB的结构；

图4是消除HNB接入系统中安全隐患的一种方法；

图5是消除HNB接入系统中安全隐患的第二种方法；

图6是消除HNB接入系统中安全隐患的第三种方法；

具体实施方式

图4是消除HNB(本发明中的HNB包括3G HNB，LTE HNB和其它接入系统下的HNB)接入系统中安全隐患的一种方法。下面是对该实施例的详细描述。这里忽略了与本发明无关的详细的技术说明。

401UE发起RRC连接建立过程。在3G HNB接入网中，RRC功能位于HNB。所以在3G HNB接入系统中RRC连接建立是UE和HNB之间的过程。该过程与现有技术相同。

402UE发送NAS消息(例如业务请求，路由区域更新(简称RAU)或者附着(attch)请求)给HNB接入网络，该NAS消息包含在初始直接转移RRC消息中。对应HNB对UE做接入控制的方案，HNB要解上行的NAS消息，对UE进行接入控制。对应HNB GW对UE进行接入控制的方案，不排除HNB也可以解NAS消息。如果NAS消息中不包含UE的IMSI，403HNB向UE发送标识请求消息。对应HNB GW对UE进行接入控制的方案，也可以由HNB GW向UE发送标识请求消息。这样，需要HNB通过初始UE消息发送上行的NAS消息给HNB GW。HNB GW收到上行的NAS消息后，HNB GW如果发现所述消息中没有UE的IMSI，HNB GW发送403标识请求给UE。该方案与HNB还是HNB GW对UE进行接入控制无关，与HNB还是HNB GW向UE发送标识请求也没有关系。

404UE发送标识响应消息给HNB接入网络，响应消息包含UE的IMSI。如果是HNB发送的请求消息，该消息发送给HNB。如果是HNB GW发送的请求消息，HNB收到该消息后通过直接转移消息发送给HNB GW。如果HNB GW对UE进行接入控制，HNB发送标识请求给UE，HNB收到标识响应消息后。发送UE注册消息给HNB GW，消息中包含UE的IMSI。

405HNB接入网络(HNB或者HNB GW或者两者都有)对UE进行接入控制。如果UE可以接入此HNB。406HNB GW发送Iu接口的初始UE消息给SGSN。初始UE消息中包含在402步骤从UE收到的NAS消息。初始UE消息中包含接入网络向UE要过IMSI的信息，或者包含P-TMSI重新分配的指示。

本发明的方法适用于HNB对UE进行接入控制的方案，也适用于HNBGW对UE进行接入控制的方案。在HNB GW对UE进行接入控制的时候，可以由HNB也可以由HNB GW请求UE的IMSI。所以在图中这些功能都体现在HNB RAN中。

对应HNB完全对UE进行接入控制的方案，HNB在收到UE的标识响应后，如果UE可以接入该HNB。HNB发送Iuh接口的初始上行消息给HNBGW。消息中包含402步骤从UE收到的NAS消息。所述的初始上行消息中包含HNB向UE要过IMSI的信息或者P-TMSI重新分配的指示。所述的信息元素HNB向UE要过IMSI的信息或者P-TMSI重新分配的指示是可选的，当HNB向UE请求了UE IMSI的时候该信息元素存在。

对应HNB GW对UE进行接入控制，HNB解析NAS消息，HNB请求UE的IMSI的方案。HNB收到从UE来的标识请求消息后。HNB发送UE注册消息给HNB GW，所述消息中包含UE的IMSI。HNB收到从HNB GW来的成功的注册响应后，HNB发送Iuh消息初始上行消息给HNB GW。所述Iuh消息初始上行消息中包含402步骤从UE收到的NAS消息。所述Iuh消息初始上行消息中包含HNB向UE要过IMSI的信息或者P-TMSI重新分配的指示。406步骤，HNB GW通过Iu接口的初始UE消息转发所述的消息给SGSN。

SGSN收到初始UE消息。如果初始UE消息中包含接入网络向UE要过IMSI的信息或者P-TMSI重新分配的指示，SGSN或者发起对UE的认证过程407，或者重新分配一个不同的P-TMSI 408，或者既发起对UE的认证过程407，同时又重新分配一个不同的P-TMSI408。409SGSN发送下行的NAS消息给UE，根据406步骤收到的NAS消息发送下行的NAS消息，例如业务接受，TAU接受，attach接受等。如果在408步骤重新分配了P-TMSI，所述消息中包含新分配的P-TMSI。所述下行消息是加密的。

对应LTE HNB的情况，图中的SGSN是MME。

图5是消除HNB(本发明中的HNB包括3G HNB，LTE HNB和其它接入系统下的HNB)接入系统中安全隐患的第二种方法。下面是对该实施例的详细描述。这里忽略了与本发明无关的详细的技术说明。

501UE发起RRC连接建立过程。在3G HNB接入网中，RRC功能位于HNB。所以在3G HNB接入系统中RRC连接建立是UE和HNB之间的过程。该过程与现有技术相同。

502UE发送NAS消息(例如业务请求，路由区域更新(简称RAU)或者附着(attch)请求)给HNB接入系统，该NAS消息包含在初始直接转移RRC消息中。对应HNB对UE做接入控制的方案，HNB要解上行的NAS消息，对UE进行接入控制。对应HNB GW对UE进行接入控制的方案，不排除HNB也可以解NAS消息。如果NAS消息中不包含UE的IMSI，503HNB向UE发送标识请求消息。对应HNB GW对UE进行接入控制的方案，也可以由HNB GW向UE发送标识请求消息。这样，需要HNB通过初始UE消息发送上行的NAS消息给HNB GW。HNB GW收到上行的NAS消息后，HNB GW如果发现消息中没有UE的IMSI，HNB GW发送503标识请求给UE。该方案与HNB还是HNB GW对UE进行接入控制无关，与HNB还是HNB GW向UE发送标识请求也没有关系。

504UE发送标识响应消息给HNB接入系统。如果是HNB发送的请求消息，该消息发送给HNB。如果是HNB GW发送的请求消息，HNB收到该消息后通过直接转移消息发送给HNB GW。如果HNB GW对UE进行接入控制，HNB发送标识请求给UE，HNB收到标识响应消息后。发送UE注册消息给HNB GW，消息中包含IMSI。HNB收到从HNB GW来的成功的注册响应后，HNB发送Iuh消息初始上行消息给HNB GW。所述Iuh消息初始上行消息中包含502步骤从UE收到的NAS消息。

505HNB接入系统(HNB或者HNB GW或者两者都有)对UE进行接入控制。如果UE可以接入此HNB。506HNB GW发送Iu接口的初始上行消息给SGSN。初始上行消息中包含在502步骤从UE收到的NAS消息。

本发明的方法适用于HNB对UE进行接入控制的方案，也适用于HNBGW对UE进行接入控制的方案。在HNB GW对UE进行接入控制的时候，可以由HNB也可以由HNB GW请求UE的IMSI。所以在图中这些功能都体现在HNB RAN。

SGSN收到初始UE消息。如果所述消息来自于HNB GW，或者SGSN发起对UE的认证过程507或者SGSN重新分配一个不同的P-TMSI 508，或者SGSN既发起对UE的认证过程，同时又重新分配一个不同的P-TMSI。509SGSN发送下行的NAS消息给UE，根据506步骤收到的NAS消息发送下行的NAS消息，例如业务接受，TAU接受，attach接受等。如果在508步骤重新分配了P-TMSI，所述消息中包含新分配的P-TMSI。所述下行消息是加密的。

对应LTE HNB的情况，图中的SGSN是MME。

图6是是消除HNB(本发明中的HNB包括3G HNB，LTE HNB和其它接入系统下的HNB)接入系统中安全隐患的第三种方法。下面是对该实施例的详细描述。这里忽略了与本发明无关的详细的技术说明。

601UE发起RRC连接建立过程。在3G HNB接入网中，RRC功能位于HNB。所以在3G HNB接入系统中RRC连接建立是UE和HNB之间的过程。该过程与现有技术相同。

602UE发送NAS消息(例如业务请求，路由区域更新(简称RAU)或者附着(attch)请求)给HNB接入系统，该NAS消息包含在初始直接转移RRC消息中。对应HNB对UE做接入控制的方案，HNB要解上行的NAS消息，对UE进行接入控制。对应HNB GW对UE进行接入控制的方案，不排除HNB也可以解NAS消息。如果NAS消息中不包含UE的IMSI，603HNB向UE发送标识请求消息。对应HNB GW对UE进行接入控制的方案，也可以由HNB GW向UE发送标识请求消息。这样，需要HNB通过初始UE消息发送上行的NAS消息给HNB GW。如果HNB GW发现消息中没有UE的IMSI，HNB GW发送603标识请求给UE。该方案与HNB还是HNB GW对UE进行接入控制无关，与HNB还是HNB GW向UE发送标识请求也没有关系。

604UE发送标识响应消息给HNB接入系统，消息中包含UE的IMSI。如果是HNB发送的请求消息，该消息发送给HNB。如果是HNB GW发送的请求消息，HNB收到该消息后通过直接转移消息发送给HNB GW。如果HNB GW对UE进行接入控制，HNB发送标识请求给UE，HNB收到标识响应消息后。发送UE注册消息给HNB GW，消息中包含UE的IMSI。HNB收到从HNB GW来的成功的注册响应后，HNB发送Iuh消息初始上行消息给HNB GW。所述Iuh消息初始上行消息中包含602步骤从UE收到的NAS消息。

605HNB接入系统(HNB或者HNB GW或者两者都有)对UE进行接入控制。如果UE可以接入此HNB并且上行的NAS消息中包含P-TMSI签名，HNB接入系统(HNB或者HNB GW)更换NAS消息中P-TMSI签名(新的P-TMSI签名不同于原来NAS消息中的P-TMSI签名)。如果UE可以接入HNB，606HNB GW发送初始上行消息给SGSN。初始上行消息中包含的NAS消息中包含新的P-TMSI签名。

本发明的方法适用于HNB对UE进行接入控制的方案，也适用于HNBGW对UE进行接入控制的方案。在HNB GW对UE进行接入控制的时候，可以由HNB也可以由HNB GW请求UE的IMSI。所以在图中这些功能都体现在HNB RAN。

如果完全是HNB对UE进行接入控制或者HNB GW没有NAS(HNB有NAS层)，HNB在对UE进行接入控制通过后，HNB可以更新P-TMSI签名。如果HNB GW做接入控制的决定，HNB GW在对UE进行接入控制通过后，HNB GW也可以更新P-TMSI签名。

SGSN收到初始UE消息。如果所述消息中P-TMSI签名与SGSN保存的不一样，或者SGSN发起对UE的认证过程607，或者SGSN重新分配一个不同的P-TMSI，或者SGSN也可以既发起对UE的认证过程，同时又重新分配一个不同的P-TMSI。SGSN通过下行的NAS消息把重新分配的P-TMSI发送给UE，所述的下行NAS消息是加密的。其它过程与现有技术相同，这里忽略详细的技术说明。

对应LTE HNB的情况，图中的SGSN是MME。

对应图5给出的方法，SGSN需要知道SGSN下游的节点是RNC还是HNB GW，该功能可以在初始化配置的时候由操作和维护中心通知SGSN。比如网络部署的时候，部署HNB GW的时候，肯定需要操作和维护配置SGSN的信息，在配置SGSN的时候，通知SGSN下行的节点是HNBGW。这样SGSN可以保存这样的信息。

对应图5给出的方法，MME需要知道SGSN下游的节点是eNB还是HNB接入网络，该功能可以在初始化配置的时候由操作和维护中心通知MME。比如网络部署的时候，部署HNB接入网络的时候，肯定需要操作和维护配置MME的信息，在配置MME的时候，通知MME下行的节点是HNB接入网络。这样MME可以保存这样的信息。让MME知道其下游节点是eNB还是HNB接入网络的另外一种方法是在S1建立过程中，在S1建立请求消息中包含一个指示是HNB接入网络的指示，MME在收到S1建立请求消息后可以保存该信息。

尽管本发明按照所述的实施例进行了描述，需要指出的是，这些实施例都是用来解释，而不是用来对本发明进行限定。本领域的普通技术人员能够很容易对这些实施例进行更改、增加、删除任何步骤而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种消除移动通信系统中安全隐患的方法，包括步骤：

用户设备和接入网络节点完成无线连接建立过程；

用户设备发送非接入层NAS消息给接入网络节点；

接入网络节点请求用户设备发送其全球移动用户标识IMSI；

接入网络节点收到用户设备的响应消息，其中包含用户设备的全球移动用户标识IMSI；

接入网络节点发送所述NAS消息和指示信息给其上层节点；

接入网络节点的上层节点利用所述指示信息重新分配P-TMSI或者发起对UE的认证过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述指示信息告知上层节点P-TMSI需要重新分配。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述指示信息告知上层节点其向UE要求过IMSI。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于接入网络节点的上层节点收到接入网络节点向UE要求过IMSI或者P-TMSI需要重新分配的信息后分配UE一个不同的P-TMSI。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于接入网络节点的上层节点收到接入网络节点向UE要求过IMSI或者P-TMSI需要重新分配的信息后，所述上层节点发起对UE的认证过程。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述指示信息是修改后的NAS消息中的P-TMSI签名。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于接入网络节点的上层节点收到修改后的P-TMSI的签名，给UE分配新的P-TMSI。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入网络节点是家用基站或家用基站网关。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入网络节点的上层节点是SGSN或MME。

10.根据权利要求2-4之一所述的方法，其特征在于，接入网络节点发送给其上层节点的消息是初始UE消息。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入网络节点中的HNB发送给HNB GW的初始上行消息中包含信息元素，所述信息元素包括HNB向UE要求过IMSI。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入网络节点中的HNB发送给HNB GW的初始上行消息中包含信息元素，所述信息元素包括P-TMSI重新分配的指示。

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