CN102469455B - 基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于GBA的MTC设备分组管理方法，该方法应用于包含MTC设备、BSF及M2M-SC的系统中，该方法包括：当第一MTC设备与M2M-SC协商确定欲加入组标识为G-ID的MTC设备分组时，第一MTC设备与BSF及M2M-SC之间通过第一GBA过程，在第一MTC设备与M2M-SC之间建立第一会话密钥，M2M-SC将所述MTC设备分组的G-ID和组密钥Kg通过第一会话密钥加密后发送给第一MTC设备。采用本发明能够对MTC设备分组中的组成员进行安全管理。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信系统和MTC(MachineTypeCommunication，机器类通信)技术，尤其涉及一种基于通用引导架构的MTC设备分组管理方法及系统。
背景技术
机器类通信是指应用无线通信技术，实现机器与机器、机器与人之间的数据通信和交流的一系列技术及其组合的总称。M2M(在3GPP里称MTC)涉及两个层面：第一个是机器本身，在嵌入式领域称为智能设备；第二个是机器和机器之间的连接，通过网络将机器连接在一起。MTC的应用范围非常广泛，例如智能测量、远程监控、跟踪、医疗等，这使得人类生活更加智能化。与传统的人与人之间的通信相比，MTC设备数量众多、应用领域广泛，因此具有巨大的市场前景。
在机器类通信中，远距离连接技术主要包括全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、通用移动电话通信系统(UMTS)等；近距离连接技术主要包括802.11b/g、蓝牙、Zigbee、射频识别(RFID)等。由于MTC整合了无线通信技术和信息技术，且可用于双向通信，如远距离收集信息、设置参数并发送指令，因此能够实现不同的应用方案，如安全监测、自动售货、货物跟踪等。由此可见，几乎所有日常生活中涉及到的设备都有可能成为潜在的服务对象。
GBA(GenericBootstrappingArchitecture，通用引导架构)定义了一种在终端和服务器之间通用的密钥协商机制。如图1所示，GBA模型中的主要网元有：
1)UE(用户设备)：UE是终端设备和(U)SIM卡的总称；这里的终端可以是插卡的移动终端(如移动电话)，也可以是插卡的固定终端(如机顶盒)；本文中，(U)SIM卡指SIM卡或USIM(全球用户识别模块)卡；
2)NAF(NetworkApplicationFunction，网络应用功能)：即应用服务器，用于实现应用的业务逻辑功能，在完成对终端的认证后为终端提供业务服务；
3)BSF(BootstrappingServerFunction，引导服务器功能)：BSF是GBA的核心网元，BSF和UE通过AKA(AuthenticationandKeyAgreement，认证与密钥协商)协议实现认证，并协商出后续用于UE和NAF之间通信的会话密钥，此外，BSF能够根据本地策略设定会话密钥的生命期；
4)HSS(HomeSubscriberSystem，归属签约系统)：存储终端(U)SIM卡中的鉴权数据，如SIM(用户识别模块)卡中的Ki等；
5)SLF(SubscriberLocatorFunction，签约位置功能)：BSF通过查询SLF获得存储相关用户数据的HSS的名称。在单一HSS环境中并不需要SLF；另外，当BSF配置成使用预先指定的HSS时，也不需要SLF。
在移动通信系统中引入MTC设备后，由于MTC设备数量众多，为了降低网络负载，节省网络资源，需要对MTC设备以组的方式进行管理优化，这样，MTC设备就可以按组的方式进行控制、管理及计费等，从而适应运营商的需求。目前，提出了MTC设备可以按照所在区域是否相同、或者是否具有相同的MTC特征、或者是否属于相同的MTC用户进行分组。另外，在对MTC设备进行分组后，需要对组信息进行安全保护，否则，一个攻击者可能伪装成组成员获得组信息。
目前虽然提出了MTC设备按区域、MTC特征或MTC用户进行分组的建议，但是还没有基于这些建议的具体实现方案，因此如何实现MTC设备分组，并对MTC设备分组中的MTC设备进行安全管理是需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于GBA的MTC设备分组管理方法及系统，能够对MTC设备分组中的MTC设备进行安全管理。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于GBA的MTC设备分组管理方法，该方法应用于包含MTC设备、BSF及M2M-SC的系统中，该方法包括：
当第一MTC设备与M2M-SC协商确定欲加入组标识为G-ID的MTC设备分组时，第一MTC设备与BSF及M2M-SC之间通过第一GBA过程，在第一MTC设备与M2M-SC之间建立第一会话密钥；
M2M-SC将所述MTC设备分组的组标识G-ID和组密钥Kg通过第一会话密钥加密后发送给第一MTC设备。
进一步地，所述MTC设备分组由第二MTC设备创建，所述创建过程包括：
当第二MTC设备与M2M-SC协商确定欲创建所述MTC设备分组时，第二MTC设备与BSF及M2M-SC之间通过第二GBA过程，在第二MTC设备与M2M-SC之间建立第二会话密钥；
M2M-SC创建所述MTC设备分组的组标识G-ID和组密钥Kg，并将创建的G-ID和Kg通过所述第二会话密钥加密后发送给第二MTC设备。
进一步地，在创建所述G-ID和Kg之后，所述方法还包括：M2M-SC创建所述G-ID与MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系列表，该对应关系列表中包含所述G-ID与所述第二MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系；
在M2M-SC获取所述第一会话密钥之后，所述方法还包括：M2M-SC更新所述对应关系列表。
进一步地，在更新所述对应关系列表之前，所述方法还包括：M2M-SC向第二MTC设备发送第一MTC设备的加入请求，第二MTC设备根据收到的加入请求决定允许第一MTC设备加入后，将决定结果返回给M2M-SC，M2M-SC根据决定结果，将第一MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系添加到G-ID与MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系列表中，以更新所述对应关系列表。
进一步地，所述方法还包括：所述第一MTC设备将收到的G-ID和Kg通过所述第一会话密钥解密后存储在第一MTC设备中或第一MTC设备的通用集成电路卡UICC中。
进一步地，所述方法还包括：所述第二MTC设备将收到的G-ID和Kg通过所述第二会话密钥解密后存储在第二MTC设备中或第二MTC设备的UICC中。
进一步地，所述第一MTC设备与M2M-SC协商确定欲加入组标识为G-ID的MTC设备分组的过程包括：
第一MTC设备向M2M-SC发送协商请求消息，该协商请求消息中携带有加入组标识为G-ID的MTC设备分组的请求；
M2M-SC向第一MTC设备发送引导初始化消息。
进一步地，所述第二MTC设备与M2M-SC协商确定欲创建MTC设备分组的过程包括：
第二MTC设备向M2M-SC发送协商请求消息，该协商请求消息中携带有创建MTC设备分组的请求；
M2M-SC向第二MTC设备发送引导初始化消息。
一种基于GBA的设备分组管理系统，其特征在于，该系统包括：第一MTC设备、BSF及M2M-SC；其中，
第一MTC设备，用于与M2M-SC协商确定欲加入组标识为G-ID的MTC设备分组时，与BSF及M2M-SC之间通过第一GBA过程，在第一MTC设备与M2M-SC之间建立第一会话密钥；
M2M-SC，用于将所述MTC设备分组的组标识G-ID和组密钥Kg通过第一会话密钥加密后发送给第一MTC设备。
进一步地，所述系统还包括：创建所述MTC设备分组的第二MTC设备；其中，
第二MTC设备，用于与M2M-SC协商确定欲创建所述MTC设备分组时，与BSF及M2M-SC之间通过第二GBA过程，在第二MTC设备与M2M-SC之间建立第二会话密钥；
M2M-SC，还用于创建所述MTC设备分组的组标识G-ID和组密钥Kg，并将创建的G-ID和Kg通过所述第二会话密钥加密后发送给第二MTC设备。
进一步地，所述M2M-SC，还用于在创建所述G-ID和Kg之后，创建所述G-ID与MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系列表，该对应关系列表中包含所述G-ID与所述第二MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系；还用于在获取所述第一会话密钥之后，更新所述对应关系列表。
由以上技术方案可以看出，本发明提出了一种切实可行的MTC设备分组方法，并且由于M2M-SC与MTC设备分组中的组成员各自拥有与MTC设备分组唯一对应的G-ID和Kg，因此能够对MTC设备分组中的组成员进行安全管理；即使一个攻击者伪装成组成员，由于其无法获得Kg，因此也就无法获得组信息。
附图说明
图1为现有技术中GBA模型示意图；
图2为本发明中基于GBA的MTC设备分组管理系统的示意图；
图3为本发明创建MTC设备分组的流程示意图；
图4为本发明MTC设备加入MTC设备分组的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作详细说明。
本发明基于GBA的MTC设备分组管理方法应用于如图2所示的系统，该系统包括MTC设备、BSF及M2M-SC(MachinetoMachineServiceCenter，M2M业务中心)。本发明中，MTC设备指移动通信网络中用于机器到机器通信的设备，且该MTC设备安装有UICC(UniversalIntegratedCircuitCard，通用集成电路卡)；M2M-SC具有网络应用功能(NAF)、组成员管理功能等。
基于GBA的MTC设备分组管理方法包括创建MTC设备分组及MTC设备加入MTC设备分组两个方面。
如图3所示，本发明创建MTC设备分组的流程包括：
步骤301，MTC设备向M2M-SC发送协商请求消息，该协商请求消息中携带有创建MTC设备分组的请求；
步骤302，M2M-SC向MTC设备发送引导初始化消息；
步骤301-302主要涉及的是MTC设备与M2M-SC协商确定欲创建MTC设备分组；
步骤303，MTC设备与BSF之间进行引导鉴权过程，通过该引导鉴权过程，MTC设备和BSF确定后续用于该MTC设备和M2M-SC之间通信的会话密钥(如Ks-NAF)；
步骤304，MTC设备与M2M-SC之间进行引导安全关联过程，在该引导安全关联过程中，M2M-SC从BSF获取与MTC设备通信的会话密钥，即步骤303中确定的会话密钥；
步骤303-304主要涉及的是MTC设备与BSF及M2M-SC之间通过GBA过程，在MTC设备与M2M-SC之间建立会话密钥；
步骤305，在M2M-SC获取会话密钥后，M2M-SC根据创建MTC设备分组的请求信息，创建一个G-ID(GroupIdentifier，组标识)和组密钥Kg，并创建一个G-ID与MTC设备的用户身份(如IMSI，国际移动用户识别码)及设备身份(如IMEI，国际移动设备识别码)的对应关系列表，该对应关系列表一开始只包含G-ID与创建分组的MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系，且该对应关系列表由M2M-SC管理和维护；
其中，G-ID用于绑定MTC设备的用户身份及设备身份，组密钥Kg用于MTC设备分组的安全管理；G-ID是唯一的，可以作为MTC设备与M2M-SC之间协议的组密钥身份(即G-ID与Kg一一对应的)；
步骤306，M2M-SC将创建的G-ID和Kg通过步骤304获取的会话密钥加密后发送给MTC设备。
MTC设备用步骤303中确定的会话密钥对G-ID和Kg解密后再进行存储。如果上述引导过程(步骤301-304)采用的是GBA-ME，即引导过程在移动设备(ME)上进行，则可将G-ID和Kg存储在MTC设备中；如果上述引导过程采用的是GBA-U，即引导过程在UICC上进行，则可将G-ID和Kg存储在MTC设备的UICC中。引导过程的具体细节可以参考现有的相关协议，在此不做详细描述。
由上述流程可以看出，当一个MTC设备分组的G-ID创建后，一个基于该G-ID的MTC设备分组也就确定了。
如图4所示，本发明MTC设备加入MTC设备分组的流程包括：
步骤401，MTC设备向M2M-SC发送协商请求消息，该协商请求消息中携带有加入组标识为G-ID的MTC设备分组的请求；
这里，MTC设备如何获取MTC设备分组的G-ID不是本发明的重点，在此不做描述；
步骤402，M2M-SC向MTC设备发送引导初始化消息；
步骤401-402主要涉及的是MTC设备与M2M-SC协商确定欲加入MTC设备分组；
步骤403，MTC设备与BSF之间进行引导鉴权过程，通过该引导鉴权过程，MTC设备和BSF确定后续用于该MTC设备和M2M-SC之间通信的会话密钥(如Ks-NAF)；
步骤404，MTC设备与M2M-SC之间进行引导安全关联过程，在该引导安全关联过程中，M2M-SC从BSF获取与MTC设备通信的会话密钥，即步骤403中确定的会话密钥；
步骤403-404主要涉及的是MTC设备与BSF及M2M-SC之间通过GBA过程，在MTC设备与M2M-SC之间建立会话密钥；
步骤405，在M2M-SC获取会话密钥后，M2M-SC根据加入MTC设备分组的请求信息，更新G-ID与MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系列表，即在已有的对应关系列表中增加G-ID与新加入的MTC设备的用户身份(如IMSI)及设备身份(如IMEI)的对应关系；
步骤406，M2M-SC将该MTC设备分组的G-ID和Kg通过步骤404获取的会话密钥加密后发送给MTC设备。
MTC设备用步骤403中确定的会话密钥对G-ID和Kg解密后再进行存储。如果上述引导过程(步骤401-404)采用的是GBA-ME，则可将G-ID和Kg存储在MTC设备中；如果上述引导过程采用的是GBA-U，则可将G-ID和Kg存储在MTC设备的UICC中。引导过程的具体细节可以参考现有的相关协议，在此不做详细描述。
在步骤405之前，MTC设备加入MTC设备分组的流程还包括：
M2M-SC向创建MTC设备分组的MTC设备发送欲加入的MTC设备的加入请求，加入请求中携带有欲加入的MTC设备的信息(如身份标识)；
创建MTC设备分组的MTC设备根据加入请求中欲加入的MTC设备的信息，决定是否允许其加入，并将决定结果返回给M2M-SC，M2M-SC根据决定结果启动或终止加入过程。
在本发明中，一个MTC设备可以创建多个MTC设备分组，或者仅可以创建一个MTC设备分组。一个MTC设备可以加入多个MTC设备分组，或者仅可以加入一个MTC设备分组。一个MTC设备在加入一个MTC设备分组后，还可以创建新的MTC设备分组。一个MTC设备在创建一个MTC设备分组后，还可以加入其他的MTC设备分组。
另外，如果不需要对MTC设备进行分组管理，则MTC设备按照通常的GBA过程完成MTC设备与M2M-SC之间的认证。
为实现上述方法，本发明还提供了一种基于GBA的MTC设备分组管理系统，该系统包括：第一MTC设备、BSF及M2M-SC；其中，
第一MTC设备，用于与M2M-SC协商确定欲加入组标识为G-ID的MTC设备分组时，与BSF及M2M-SC之间通过第一GBA过程，在第一MTC设备与M2M-SC之间建立第一会话密钥；
M2M-SC，用于将所述MTC设备分组的组标识G-ID和组密钥Kg通过第一会话密钥加密后发送给第一MTC设备。
所述系统还包括：创建所述MTC设备分组的第二MTC设备；其中，
第二MTC设备，用于与M2M-SC协商确定欲创建所述MTC设备分组时，与BSF及M2M-SC之间通过第二GBA过程，在第二MTC设备与M2M-SC之间建立第二会话密钥；
M2M-SC，还用于创建所述G-ID和Kg，并将创建的G-ID和Kg通过所述第二会话密钥加密后发送给第二MTC设备。
所述M2M-SC，还用于在创建所述G-ID和Kg之后，创建所述G-ID与MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系列表，该对应关系列表中包含所述G-ID与所述第二MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系；还用于在获取所述第一会话密钥之后，更新所述对应关系列表。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理方法，其特征在于，该方法应用于包含机器类通信MTC设备、引导服务器功能BSF及机器对机器业务中心M2M-SC的系统中，该方法包括：
当第一MTC设备与M2M-SC协商确定欲加入组标识为G-ID的MTC设备分组时，第一MTC设备与BSF之间进行引导鉴权过程，以确定用于第一MTC设备和M2M-SC之间通信的第一会话密钥；第一MTC设备与M2M-SC之间进行引导安全关联过程，在所述引导安全关联过程中，M2M-SC从BSF获取所述第一会话密钥；
M2M-SC将所述MTC设备分组的组标识G-ID和组密钥Kg通过第一会话密钥加密后发送给第一MTC设备；
其中，所述G-ID用于绑定MTC设备的用户身份及设备身份，组密钥Kg用于MTC设备分组的安全管理。
2.根据权利要求1所述的基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理方法，其特征在于，所述MTC设备分组由第二MTC设备创建，所述创建过程包括：
当第二MTC设备与M2M-SC协商确定欲创建所述MTC设备分组时，第二MTC设备与BSF及M2M-SC之间通过第二GBA过程，在第二MTC设备与M2M-SC之间建立第二会话密钥；
M2M-SC创建所述MTC设备分组的组标识G-ID和组密钥Kg，并将创建的G-ID和Kg通过所述第二会话密钥加密后发送给第二MTC设备。
3.根据权利要求2所述的基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理方法，其特征在于，在创建所述G-ID和Kg之后，所述方法还包括：M2M-SC创建所述G-ID与MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系列表，该对应关系列表中包含所述G-ID与所述第二MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系；
在M2M-SC获取所述第一会话密钥之后，所述方法还包括：M2M-SC更新所述对应关系列表。
4.根据权利要求3所述的基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理方法，其特征在于，在更新所述对应关系列表之前，所述方法还包括：M2M-SC向第二MTC设备发送第一MTC设备的加入请求，第二MTC设备根据收到的加入请求决定允许第一MTC设备加入后，将决定结果返回给M2M-SC，M2M-SC根据决定结果，将第一MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系添加到G-ID与MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系列表中，以更新所述对应关系列表。
5.根据权利要求1所述的基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理方法，其特征在于，所述方法还包括：所述第一MTC设备将收到的G-ID和Kg通过所述第一会话密钥解密后存储在第一MTC设备中或第一MTC设备的通用集成电路卡UICC中。
6.根据权利要求2所述的基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理方法，其特征在于，所述方法还包括：所述第二MTC设备将收到的G-ID和Kg通过所述第二会话密钥解密后存储在第二MTC设备中或第二MTC设备的UICC中。
7.根据权利要求1所述的基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理方法，其特征在于，所述第一MTC设备与M2M-SC协商确定欲加入组标识为G-ID的MTC设备分组的过程包括：
第一MTC设备向M2M-SC发送协商请求消息，该协商请求消息中携带有加入组标识为G-ID的MTC设备分组的请求；
M2M-SC向第一MTC设备发送引导初始化消息。
8.根据权利要求2所述的基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理方法，其特征在于，所述第二MTC设备与M2M-SC协商确定欲创建MTC设备分组的过程包括：
第二MTC设备向M2M-SC发送协商请求消息，该协商请求消息中携带有创建MTC设备分组的请求；
M2M-SC向第二MTC设备发送引导初始化消息。
9.一种基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理系统，其特征在于，该系统包括：第一MTC设备、BSF及M2M-SC；其中，
第一MTC设备，用于与M2M-SC协商确定欲加入组标识为G-ID的MTC设备分组时，与BSF之间进行引导鉴权过程，以确定用于第一MTC设备和M2M-SC之间通信的第一会话密钥；
M2M-SC，用于与M2M-SC之间进行引导安全关联过程，在所述引导安全关联过程中，从BSF获取所述第一会话密钥；还用于将所述MTC设备分组的组标识G-ID和组密钥Kg通过第一会话密钥加密后发送给第一MTC设备；其中，所述G-ID用于绑定MTC设备的用户身份及设备身份，组密钥Kg用于MTC设备分组的安全管理。
10.根据权利要求9所述的基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理系统，其特征在于，所述系统还包括：创建所述MTC设备分组的第二MTC设备；其中，
第二MTC设备，用于与M2M-SC协商确定欲创建所述MTC设备分组时，与BSF及M2M-SC之间通过第二GBA过程，在第二MTC设备与M2M-SC之间建立第二会话密钥；
M2M-SC，还用于创建所述MTC设备分组的组标识G-ID和组密钥Kg，并将创建的G-ID和Kg通过所述第二会话密钥加密后发送给第二MTC设备。
11.根据权利要求10所述的基于通用引导架构的机器类通信设备分组管理系统，其特征在于，所述M2M-SC，还用于在创建所述G-ID和Kg之后，创建所述G-ID与MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系列表，该对应关系列表中包含所述G-ID与所述第二MTC设备的用户身份及设备身份的对应关系；还用于在获取所述第一会话密钥之后，更新所述对应关系列表。
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