CN103262589A - 可验证网络身份的无线通信系统 - Google Patents

Abstract

一种无线通信系统，其中一个移动通信设备通过无线信号与一电话网络进行通信的移动通信设备，其中该电话网络依照一种不支持网络身份验证的通信标准运行。该电话网络包括一个存储多个可信任蜂窝的身份信息的数据库。该移动通信设备可提取一个蜂窝的身份数据并将所提取的身份数据通过一种被该电话网络所支持的数据传输功能发送到该电话网络内的一个网络设备。该网络设备在接收到所提取身份数据后使用该存储可信任蜂窝身份信息的数据库对所提取身份数据进行验证。其中，数据传输功能采用USSD协议。

Description

可验证网络身份的无线通信系统

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统，其中移动通信设备通过无线链接与通信网络实现通信。本发明适用但不仅适用于基于全球移动通信系统(GSM)标准运行的通信网络。

背景技术

无线通信系统一般需满足一定的通信标准。通信标准明确规定依据此标准而运行的设备的诸多功能细节。GSM标准是一种成熟的标准，尽管其在一定范围内已经被一些更加先进的标准所替代，但至今在全球范围内仍被广泛的使用。尽管在很多国家公共陆地移动网络正由GSM技术向第三代(3G)通信技术演进，但对一些需要可预知蜂窝(蜂窝移动通信中的蜂窝)结构的应用而言，GSM仍然是一种不错的移动通信标准。此类的应用包括军事通信系统和在现有通信系统被灾难破坏后可在较短时间内设立起来的紧急通信系统。

GSM标准规定了一种通信网络可以验证移动通信设备身份的流程，还提供了一种移动通信设备和通信网络之间的加密的数据传输机制，但是GSM标准没有提供任何可供移动通信设备来验证通信网络身份的机制，特别是不能支持移动通信设备验证与其建立无线链接的基站是否真正的基站，这使得第三方可以设立伪基站来截取无线链接上传输的数据，并可能将截取的数据不经查验即发送至通信网络内的真实的通信设备。

3G无线通信标准克服了移动通信设备不能确认通信网络身份的缺陷。

发明内容

本发明解决了如何利用依照一种通信标准(例如GSM标准)操作的本身不能提供通信网络身份验证功能的设备来验证通信网络身份的问题。

本发明一方面提供了一种无线通信系统，其中移动通信设备通过无线信号与电话网络进行通信，该电话网络依照一种本身不能提供网络身份验证的通信标准运行。该电话网络包括一个用于存储多个可信任蜂窝身份信息的数据库。该移动通信设备可从一个蜂窝内提取身份数据并将所提取的身份数据利用该电话系统提供的一种数据传输功能发送至该电话系统内的一个网络设备。该网络设备在接收到所提取的身份数据之后，可使用数据库存储的身份信息来验证所提取的身份数据。

本发明另一方面提供了一种依照本身不能提供网络身份验证功能的通信标准运行的电话网络，该电话网络包括一个用于存储多个可信任蜂窝身份信息的数据库及一个网络设备，该网络设备可在接收到从一个移动通信设备处利用一种数据传输功能发送的身份数据后，通过该数据库中存储的身份信息来验证所接收到的身份数据。

本发明另外一方面提供了一种通信设备，该移动通信设备可提取一个蜂窝的身份信息并使用一种数据传输功能将提取的身份信息传输至一个电话网络内的一个网络设备。

对于一个依照GSM标准运行的移动通信设备而言，该数据通信功能较佳的采用非结构化补充服务数据业务(USSD)协议。该数据传输功能也可以采用短信服务(SMS)协议。

优选的，该移动通信设备与电话网络之间传输的信号采用加密信号。为了实现这种加密的通信，该电话网络包括一个存储对应多个移动通信设备的密钥信息的数据库。

附图说明

下面将结合附图说明本发明的一个典型实施例，附图中：

图1是依照本发明的一个无线通信系统主要部件的示意图；

图2是显示图1中的无线通信系统内的各部件之间信号操作的一个信号示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一个实施例中，通信设备1通过无线链接5与移动通信网络3实现通信。在本实施例中，无线链接5采用射频，移动通信网络3依照GSM标准运行。

移动通信网络3包括与多个基站控制器(BSCs)9连接的核心网络7。为清楚起见，图1中仅显示一个基站控制器。每个BSC与一个或多个基站收发信台(BTSs)11连接。为清楚起见，图1中仅显示3个BTSs。每个BTS 11与移动通信系统的一个不同的蜂窝相对应，该无线链接5建立于该移动通信装置1及多个BTSs 11中的一个(通常是最近的一个)之间。众所周知，当移动通信设备1移动时，无线链接5可能被从一个蜂窝切换到另外一个蜂窝。

在本实施例中，移动通信设备1包括一通用集成电路(UICC)卡，该UICC卡上有一个全球用户识别模块(USIM)13。该USIM包含一个新的小应用程序，该小应用程序用于在一个构成核心网络7的一部分的基站验证设备15的帮助下，验证建立无线链接的基站收发信台11是通信网络3的一部分。核心网络7还包括一个存储蜂窝信息的数据库17，所存储的蜂窝信息与移动通信网络3的每个基站收发信台11相对应。在本实施例中，该UICC还存储一个对应该验证小应用程序的密钥，该密钥的一个备份还与该UICC的国际移动用户识别码(IMSI)结合存储于数据库17中的一个用于存储为多个被授权使用移动通信网络3的移动通信设备的密钥的表单中。

下面参照图2介绍蜂窝验证的过程。如图所示，此过程于移动用户(即该移动通信装置除该UICC之外的部份)将一个基站收发信台广播的新地址信息通知到前述USIM 13时开始。该移动用户识别一个由新的BTS在一个广播控制信道上发送的位置更新(LOCATION-UPDATE)信息，并通知前述USIM。该USIM中的所述小应用程序开始将一个信息由所述移动通信装置传送到所述新BTS的BSC，该信息用于请求完整的地址信息；收到该信息后，该新BTS的BSC传输一个信息以提供该新BTS的位置区码(LAC)、移动网络号码(MNC)、移动国家号码(MCC)和蜂窝代码(CellID)。

收到所述的完整的位置信息之后，该USIM内的小应用程序产生一个网络验证密钥(NVK)；该NVK是通过将该Cell_ID、MNC、MCC与该UICC卡的IMSI进行串接，然后使用该UICC卡中存储的密钥通过256位高级加密标准(AES)加密程式对前述串接所得数字进行加密而得到。该小应用程序然后开始一个表明蜂窝验证已经被请求的USSD信息的发送以及该NVK向前述基站验证设备15的传输。USSD是一种基于会话的数据传输协议，该数据传输协议支持移动通信设备与核心网络之间的实时数据传输。USSD以前曾被用于检测预付款移动电话的预付款的剩余金额。

接收到请求蜂窝验证的信息之后，基站验证设备15查找移动通信设备1的密钥，对前述NVK进行解密以提取所述Cell_ID、MNG、MCC与IMSI，然后验证该MNC和MCC与移动通信网络3对应，并且该Cell_ID与数据库17中存储的一个有效的Cell_ID相对应。基站验证设备15然后生成表示该新的BTS是否有效的数据，并用与移动通信设备1对应的密钥对所生成数据进行加密，以生成一个NVK-R响应。基站验证设备15然后向移动通信设备1传输一个包含此NVK-R响应的USSD信息。

在收到包含该NVK-R响应的USSD信息后，移动通信设备1内的USIM13对该响应NVK-R进行解密，以还原表示此新BTS是否有效的数据。如果此数据表示此新BTS有效，USIM 13启动该移动通信设备上对一个“网络有效”信息的显示。如果该数据表示该新BTS无效，USIM 13指示用户选择一个不同的BTS。

上述验证过程与GSM标准完全兼容，相应地也与标准的GSM网络设备兼容。通过将蜂窝验证的过程引入一个USIM的小应用程序内，避免了在移动用户(即手机)内安装客户应用程序的需求。更进一步，UICC卡具有安全机制以保护此小应用程序及其相应密钥的安全。

数据库17中存储的可信任蜂窝的表单可在任何时候进行更新。当一个新的可信任的蜂窝被加入时，其身份可以得到验证。这对需要经常添加蜂窝的应用环境，例如对灾难后紧急通信系统的建立，非常有价值。

在上述实施例中，移动通信网络依照GSM标准运行。优选的，该GSM网络具有增强型数据速率GSM演进技术(EDGE)功能，以取得更好的数据传输速率。此种GSM网络有时被称为2.75G，是一些军事应用的特定网络。另外，移动通信网络也可以采用所谓的2G或2.5G技术。

新的通信标准可能能够与老的通信标准兼容，例如通用移动通信系统(UMTS)无线网络可以支持GSM移动电话的操作。值得注意的是，尽管依照UMTS标准运行的网络设备可以与GSM标准兼容，这不表示UMTS网络设备依照GSM标准运行。换言之，“依照一种本身不能提供网络身份验证的通信标准而操作的设备”的表述不包括与该通信标准兼容但依照另一种支持通信网络身份验证的标准运行的设备。

如前述实施例所述，基站验证设备构成核心网络的一部分。实际实施中，基站验证设备是连接于核心网络的一个网络设备。该基站验证设备不需在所述BTSs的附近，甚至可以与所述BTSs位于不同国家。存储有效蜂窝信息的数据库既可以与该基站验证设备处于同一个网络设备上，也可以处于不同的网络设备上。类似的，存储不同移动通信设备的密钥的数据库，既可以与该基站验证设备处于同一个网络设备上，也可以处于不同的网络设备上。存储不同网络设备的密钥的数据库可以与存储有效蜂窝信息的数据库处于同一个网络设备上。

尽管前述实施例中移动通信设备内的基站验证功能是通过一个USIM内的小应用程序来实现的，此功能也可通过其他方式来实现。例如，此功能也可通过任意形式的用户身份验证模块内的软件代理，甚至是在此移动通信设备之内的软件代理来实现。

使用USSD信息在USIM和基站验证设备之间进行数据通信是一种较佳的选择，因为此种方式不涉及“存储转发”的机制。但是，此数据传输也可以采用涉及“存储转发”机制的通信模式，例如短信服务，来实现。

在上述实施例中，采用了AES加密程式对移动通信设备和核心网络之间传输的数据进行加密。AES加密程式是一种对称的程式，即相同的密钥可以用来加密，也可以用来解密。本领域的技术人员可以意识到采用不同的对称加密程式，甚至非对称的加密程式(即采用不同密钥进行加密和解密的程式)，也可以实现本发明的目的。如信息安全领域的技术人员所公知的，采用非对称的加密程式将涉及公开密钥基础构架的使用。

前述移动通信设备可以是能够与一个蜂窝通信网络进行通信的任何移动通信设备。除蜂窝式电话(手机)之外，本发明可应用于任何个人数字通信设备或便携式计算机等设备。

参照附图所介绍的实施例涉及使用处理器执行计算机程序所定义的流程。所以本发明可扩展到可实施本发明的计算机程序，尤其是附着于一种载体的计算机程序。

这种计算机程序可以是源代码、目标代码或者是介于源代码和目标代码之间的一种代码，例如部分汇编的代码，或者其他任何适用于实施本发明所定义流程的代码。

前述载体可以是任何可以存储程序的载体。例如此载体可以包含存储介质，包括只读存储器，例如只读光盘或半导体只读存储器，或磁性存储介质，如软盘或硬盘，或光存储介质。更进一步，此介质可以是非实体的介质，例如可通过电缆或光缆或其他方式传输的电信号或者是光信号。此介质可以是用于刻写所述计算机程序的集成电路，该集成电路被制成用于运行前述相关流程。本发明可以通过软件来实现，也可以通过硬件设备或软件与硬件的结合来实现。

Claims (27)

1.一种无线通信系统，其特征在于包括一通信网络和一可通过无线信号与该通信网络进行通信的移动通信设备，其中该通信网络依照一种不支持网络身份验证的通信标准运行， 

该移动通信设备可提取一个蜂窝的身份数据并将所提取的身份数据通过一种被该通信网络所支持的数据传输功能发送到该通信网络内的一个网络设备，并且 

该网络设备可设置为，在从该移动通信设备接收到所提取身份数据后，使用一个存储可信任蜂窝的身份信息的数据库对所提取身份数据进行验证，并将验证结果传输至该移动通信设备。 

2.如权利要求1所述无线通信系统，其特征在于该通信网络依照GSM标准运行。 

3.如权利要求2所述无线通信系统，其特征在于所述数据传输功能采用USSD协议。 

4.如权利要求2所述无线通信系统，其特征在于所述数据传输功能采用SMS协议。 

5.前述任一权利要求所述的无线通信系统，其特征在于所述移动通信设备可在向所述网络设备传输所提取的身份数据之前使用一种加密程式和存储于该移动通信设备上的密钥对所提取身份数据进行加密。 

6.如权利要求5所述无线通信系统，其特征在于所述加密程式是一种对称的加密程式。 

7.一种通信网络的网络设备，其特征在于该通信网络依照一种不支持网络身份验证的通信标准运行，该网络设备可设置为，在通过该通信标准所支持的一种数据传输功能从一移动通信设备处接收到用以识别一个基站的身份数据后，使用一个存储被授权的基站信息的数据库来验证所述身份数据，并将验证结果传输至该移动通信设备。 

8.如权利要求7所述无线通信设备，其特征在于通信网络依照GSM标准运行。 

9.如权利要求8所述无线通信设备，其特征在于数据传输功能采用USSD协议。 

10.如权利要求8所述无线通信设备，其特征在于数据传输功能采用SMS协议。 

11.如前述权利要求7-11中任一权利要求所述网络设备，其特征在于所述接收到的身份数据为加密的身份数据，并且该网络设备可使用存储于 用以存储移动通信设备密钥的数据库中的一个密钥对该加密的身份信息进行解密。 

12.如权利要求11所述网络设备，其特征在于所述加密程式是一种对称的加密程式。 

13.一个计算机程序，用以对一个移动通信设备进行编程，其特征在于该移动通信设备可通过无线信号与一通信网络进行通信，其中该通信网络依照一不支持网络身份验证的标准运行，该计算机程序包括可由该移动通信设备执行的指令，该指令用于提取该通信网络的一个蜂窝的身份数据并将所提取的身份数据通过一种被该通信网络所支持的数据传输功能发送至该通信网络的一个网络设备。 

14.如权利要求13所述的计算机程序，其特征在于所述通信网络依照GSM标准运行。 

15.如权利要求14所述的计算机程序，其特征在于数据传输功能采用USSD协议。 

16.如权利要求14所述的计算机程序，其特征在于数据传输功能采用SMS协议。 

17.如权利要求13至16中任一权利要求所述的计算机程序，其特征在于进一步包括可由所属移动通信设备执行的指令，所述指令在所述身份数据传输至所述网络设备之前使用一个密钥对其加密。 

18.如权利要求17所述的计算机程序，其特征在于所述加密程式是一种对称的加密程式。 

19.一种存储权利要求13至18中任一权利要求所述计算机程序的存储介质。 

20.一种存储权利要求13至18种任一权利要求所述计算机程序的UICC卡。 

21.一种存储权利要求13至18种任一权利要求所述计算机程序的移动通信设备。 

22.一种验证一无线通信网络的一个基站的方法，该无线通信网络依照一不支持网络身份验证的标准运行，其特征在于该方法包括： 

使用一移动通信设备提取一个蜂窝的身份数据，并将所提取的身份数据利用所述通信网络所支持的一种数据传输功能发送至该通信网络内的一个网络设备； 

从所述移动通信设备处接收到所述提取的身份数据之后，由该网络设备通过一存储可信任蜂窝身份信息的数据库来验证所述提取的身份信息，并将验证结果发送至所述移动通信设备。 

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于所述通信网络依照GSM标准运行。 

24.如权利要求23所述的计算机程序，其特征在于数据传输功能采用USSD协议。 

25.如权利要求24所述的计算机程序，其特征在于数据传输功能采用SMS协议。 

26.如权利要求22至25中任一权利要求所述的方法，其特征在于进一步通过所述移动通信设备在将所述身份数据传输至所述网络设备之前使用一个加密程式和存储于该移动通信设备的一个密钥对其加密。 

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于所述加密程式是一种对称的加密程式。 

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