CN103906051A - 一种接入lte网络的方法、系统和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接入LTE网络的方法、系统和装置，该方法包括终端和网络侧存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN；终端和网络侧进行IMSI鉴权；IMSI鉴权成功后，网络侧进行AUC鉴权；AUC鉴权成功后，网络侧进行登录密码PIN验证；登录密码PIN验证通过后，终端接入LTE网络成功。本发明的技术方案由于不需要实体SIM卡或USIM卡，通过软USIM的方式使终端能够接入LTE网络，可以节省SIM卡模块和实体，使得终端更加轻薄。同时采用终端和网络双向鉴权，并且增加软USIM注册和IMEI授权，用户设置登录密码PIN等安全机制，使得软USIM终端与网络进行通信和鉴权。保证用户和网络安全。

Description

一种接入LTE网络的方法、系统和装置
技术领域
本发明涉及LTE技术领域，尤其涉及一种接入LTE网络的方法、系统和装置。
背景技术
对于移动终端而言，鉴权过程是在网络和SIM卡之间进行的，而鉴权时间一般是在移动终端登记入网和呼叫时。鉴权开始时，网络产生一个128比特的随机数RAND，经无线信道(控制信道)传送到移动台，SIM卡依据卡中的密钥Ki和算法A3，对接收到的RAND计算出应答信号SRES，并将结果发回网络端。而网络端在鉴权中心查明该用户的密钥Ki，用同样的RAND和算法A3算出SRES，并与收到的SRES进行比较，如一致，鉴权通过。
根据协议规定，为了增强LTE网络的安全性，LTE将不支持SIM卡，仅支持USIM卡。对于USIM卡而言，添加了更加严格的安全机制(采用四元组鉴权)，在鉴权过程中，除接收到RAND外，还接到网络侧下发的AUTN，在对这两个参数验证通过后，返回应答消息RES至网络端进行验证，以完成鉴权过程。
对于采用SIM卡鉴权和USIM卡鉴权的终端，均是针对独立终端的，鉴权过程中，都需要使用SIM卡或USIM卡实体。
发明内容
为了解决现有技术中存在的鉴权过程中需要SIM卡或USIM卡实体的技术问题，本发明提出一种接入LTE网络的方法、系统和装置，可以不使用实体SIM卡或者USIM卡，而使用软USIM终端，从而节省SIM卡或者USIM卡模块和实体，使得终端更加轻薄。
本发明一方面提供了一种接入LTE网络的方法，包括以下步骤：
终端和网络侧存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN；
终端和网络侧进行IMSI鉴权；
IMSI鉴权成功后，网络侧进行AUC鉴权；
AUC鉴权成功后，网络侧进行登录密码PIN验证；
登录密码PIN验证通过后，终端接入LTE网络成功。
本发明的另一方面提供了一种接入LTE网络的系统，包括终端和网络侧，其中，
终端用于存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN，，进行IMSI鉴权，接入网络侧；
网络侧用于存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN，进行IMSI鉴权，进行AUC鉴权，进行登录密码PIN验证。
本发明还提供了一种终端，包括客户端模块、软USIM模块和LTE通信模块，其中，
客户端模块用于输入登录密码PIN，输入IMSI；
软USIM模块用于存储IMSI和密钥K，将存储的IMSI和输入的IMSI进行对比，生成鉴权向量AV＝【XMAC，CK，IK，RES】，并根据密钥K、RAND和AUTN计算出XMAC，校验接收的SQN是否在正确范围内，计算出RES，计算出CK和IK(Kasme)，将XMAC和AUTN中包含的MAC进行比较。
LTE通信模块用于向网络侧发送注册请求，将IMEI上报给网络侧，接收IMSI和密钥K，向网络侧发送鉴权请求，发送包含RES参数的消息给网络侧，把登录密码PIN发送给网络侧。
本发明另外提供了一种鉴权中心，包括接收模块、计算模块和发送模块，其中，
所述接收模块用于接收IMSI；
所述计算模块用于通过密钥K计算产生序列号RAND和SQN，并生成鉴权因子AUTN＝【SQN+AK】||AMF||MAC；然后生成鉴权向量四原组AV＝[RAND，AUTN，Kasme，RES]；
所述发送模块用于发送IMEI对应的签约IMSI和密钥K给终端，发送RAND和AUTN给终端，其中AUTN中包含SQN。
本发明的技术方案由于不需要实体SIM卡或USIM卡，通过软USIM的方式使终端能够接入LTE网络，可以节省SIM卡模块和实体，使得终端更加轻薄。同时采用终端和网络双向鉴权，并且增加软USIM注册和IMEI授权，用户设置登录密码PIN等安全机制，使得软USIM终端与网络进行通信和鉴权。保证用户和网络安全。
附图说明
图1是本发明实施例一中接入LTE网络的流程图。
图2是本发明实施例二中接入LTE网络的系统结构示意图。
图3是本发明实施例三中终端的结构示意图。
图4是本发明实施例四中鉴权中心的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
本发明的技术方案支持软USIM终端接入的LTE网络在网元上有两处改进，一是由于没有实体SIM或USIM卡存储IMSI和密钥，需要在网络鉴权中心AUC上维护用户IMSI和密钥相关的数据库表，当用户首次注册时上报终端IMEI，AUC将IMSI与IMEI绑定并授权给终端，同时在数据库表关联IMSI、密钥和签约IMEI；二是软USIM终端登录需要设置用户登录密码PIN，存储在LTE网络中的HSS/HLR的用户PIN服务器中，用于检验登录密码是否正确。该方法解决了软USIM终端接入LTE网络和通过鉴权的问题。
图1是本发明实施例一中接入LTE网络的流程图。如图1所示，该流程包括以下步骤：
步骤101、包含有软USIM模块的终端首次运行客户端时，需要注册，终端通过LTE通信模块向网络侧发送注册请求，并将IMEI上报给网络侧。
步骤102、网络侧接收注册请求和终端的IMEI后，鉴权中心将IMEI对应的签约IMSI和密钥K授权发送给终端，并将用户签约的所述终端IMEI、IMSI和密钥K及对应关系存储在签约数据库中。
步骤103、终端将从网络侧接收到的IMSI和密钥K存储在终端的软USIM模块中。
步骤104、终端设置客户端登录密码PIN，并将该登录密码PIN发送到网络侧，存储在HSS/HLR的用户PIN服务器中。
步骤105、包含有软USIM模块的终端运行客户端，用户输入IMSI和登录密码PIN，进行登录。
步骤106、终端的软USIM模块将其存储的IMSI和用户输入的IMSI进行对比，两者一致后，通过LTE通信模块向网络侧发送鉴权请求。
步骤107、网络侧接收到鉴权请求，鉴权中心对接收到的IMSI进行确认，通过密钥K计算产生序列号RAND和SQN，并生成鉴权因子AUTN＝【SQN+AK】||AMF||MAC，然后生成鉴权向量四原组AV＝[RAND，AUTN，Kasme，RES]，把其中的RAND和AUTN发送给终端，其中AUTN中包含SQN。
步骤108、终端接收到RAND和AUTN，通过存储在软USIM模块中密钥K生成鉴权向量AV＝【XMAC，CK，IK，RES】，并根据密钥K、RAND和AUTN计算出XMAC。
步骤109、将XMAC和AUTN中包含的MAC进行比较，如果XMAC和MAC不同，IMSI鉴权失败；
步骤110、如果XMAC和MAC相同，软USIM模块校验接收的SQN是否在正确范围内，如果软USIM模块判断SQN不在正确范围内，IMSI鉴权失败，如果判断SQN在正确范围内，IMSI鉴权成功。
步骤111、软USIM模块计算出RES，通过LTE通信模块发送包含RES参数的消息给网络侧。
步骤112、软USIM模块计算出CK和IK(Kasme)，软USIM模块计算出CK、IK(Kasme)为鉴权向量产生的其中两项，主要是计算出RES发送给网络进行验证，而终端侧的CK、IK是不离开终端的，就好象网络侧计算出的CK、IK是不能离开HSS/HLR的，这两对CK、IK经过网络侧和终端侧运算出来应该是一致的。
步骤113、网络侧接收到包含RES参数的消息后，HSS/HLR对RES和XRES进行比较，其中XRES是终端侧运算出来RES发送给网络侧，与网络侧计算出的RES进行比较。
步骤114、如果XRES等于RES，AUC签权通过，HSS/HLR从选定的AV组中选择CK和IK，如果XRES不等于RES，AUC鉴权失败。
步骤115、终端通过LTE通信模块把登录密码PIN发送给网络侧，通过和HSS/HLR的用户PIN服务器中的PIN进行验证，如果PIN验证通过则登录LTE网络成功；如果PIN验证失败，则登录LTE网络失败。
为了实现上述流程，本发明的另一个实施例提供了一种接入LTE网络的系统，图2是本发明实施例二中接入LTE网络的系统结构示意图。如图2所示，该系统包括终端21和网络侧22，其中，终端进一步包括客户端模块211、软USIM模块212和LTE通信模块213，网络侧进一步包括鉴权中心221、签约数据库222和HSS/HLR223，其中HSS/HLR进一步包括用户PIN服务器。
其中，终端用于存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN，，进行IMSI鉴权，接入网络侧。
客户端模块用于输入登录密码PIN，输入IMSI。
软USIM模块用于存储IMSI和密钥K，将存储的IMSI和输入的IMSI进行对比，生成鉴权向量AV＝【XMAC，CK，IK，RES】，并根据密钥K、RAND和AUTN计算出XMAC，校验接收的SQN是否在正确范围内，计算出RES，计算出CK和IK(Kasme)，将XMAC和AUTN中包含的MAC进行比较。
LTE通信模块用于向网络侧发送注册请求，将IMEI上报给网络侧，接收IMSI和密钥K，向网络侧发送鉴权请求，发送包含RES参数的消息给网络侧，把登录密码PIN发送给网络侧。
网络侧用于存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN，进行IMSI鉴权，进行AUC鉴权，进行登录密码PIN验证。
鉴权中心用于将IMEI对应的签约IMSI和密钥K发送给终端，对接收到的IMSI进行确认，通过密钥K计算产生序列号RAND和SQN，并生成鉴权因子AUTN＝【SQN+AK】||AMF||MAC；然后生成鉴权向量四原组AV＝[RAND，AUTN，Kasme，RES]，把其中的RAND和AUTN发送给终端，其中AUTN中包含SQN。
签约数据库用于存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系。
HSS/HLR用于接收到包含RES参数的消息，对RES和XRES进行比较，如果XRES等于RES，AUC签权通过，HSS/HLR从选定的AV组中选择CK和IK，对PIN进行验证。
用户PIN服务器用于存储登录密码PIN。
本发明的另一个实施例还提供了一种终端，如图3所示，该终端包括客户端模块301、软USIM模块302和LTE通信模块303。
其中，客户端模块用于输入登录密码PIN，输入IMSI。
软USIM模块用于存储IMSI和密钥K，将存储的IMSI和输入的IMSI进行对比，生成鉴权向量AV＝【XMAC，CK，IK，RES】，并根据密钥K、RAND和AUTN计算出XMAC，校验接收的SQN是否在正确范围内，计算出RES，计算出CK和IK(Kasme)，将XMAC和AUTN中包含的MAC进行比较。
LTE通信模块用于向网络侧发送注册请求，将IMEI上报给网络侧，接收IMSI和密钥K，向网络侧发送鉴权请求，发送包含RES参数的消息给网络侧，把登录密码PIN发送给网络侧。
本发明的另一个实施例还提供了一种鉴权中心，如图4所示，该鉴权中心包括接收模块401、计算模块402和发送模块403。
其中，接收模块用于接收IMSI；
计算模块用于通过密钥K计算产生序列号RAND和SQN，并生成鉴权因子AUTN＝【SQN+AK】||AMF||MAC；然后生成鉴权向量四原组AV＝[RAND，AUTN，Kasme，RES]；
发送模块用于发送IMEI对应的签约IMSI和密钥K给终端，发送RAND和AUTN给终端，其中AUTN中包含SQN。
本发明的技术方案由于不需要实体SIM卡或USIM卡，通过软USIM的方式使终端能够接入LTE网络，可以节省SIM卡模块和实体，使得终端更加轻薄。同时采用终端和网络双向鉴权，并且增加软USIM注册和IMEI授权，用户设置登录密码PIN等安全机制，使得软USIM终端与网络进行通信和鉴权。保证用户和网络安全。
应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本发明也并不仅限于上述举例，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种接入LTE网络的方法，其特征在于，包括以下步骤：
终端和网络侧存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN；
终端和网络侧进行IMSI鉴权；
IMSI鉴权成功后，网络侧进行AUC鉴权；
AUC鉴权成功后，网络侧进行登录密码PIN验证；
登录密码PIN验证通过后，终端接入LTE网络成功。
2.根据权利要求1所述的一种接入LTE网络的方法，其特征在于，所述终端和网络侧存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN，进一步包括以下步骤：
终端首次运行客户端时，向网络侧发送注册请求，并将IMEI上报给网络侧；
网络侧的鉴权中心将IMEI对应的签约IMSI和密钥K发送给终端，并将所述IMEI、IMSI和密钥K及对应关系存储在签约数据库中；
终端将接收到的IMSI和密钥K存储在终端的软USIM模块中；
终端设置客户端登录密码PIN，并将所述登录密码PIN发送到网络侧，存储在HSS/HLR的用户PIN服务器中。
3.根据权利要求2所述的一种接入LTE网络的方法，其特征在于，所述终端和网络侧进行IMSI鉴权，进一步包括以下步骤：
终端运行客户端，输入IMSI和登录密码PIN；
软USIM模块将存储的IMSI和输入的IMSI进行对比，两者一致后，LTE通信模块向网络侧发送鉴权请求；
网络侧接收到鉴权请求，鉴权中心对接收到的IMSI进行确认，通过密钥K计算产生序列号RAND和SQN，并生成鉴权因子AUTN＝【SQN+AK】||AMF||MAC，然后生成鉴权向量四原组AV＝[RAND，AUTN，Kasme，RES]，把其中的RAND和AUTN发送给终端，其中AUTN中包含SQN；
终端接收到RAND和AUTN，通过存储在软USIM模块中密钥K生成鉴权向量AV＝【XMAC，CK，IK，RES】，并根据密钥K、RAND和AUTN计算出XMAC；
将XMAC和AUTN中包含的MAC进行比较，如果XMAC和MAC不同，IMSI鉴权失败；
如果XMAC和MAC相同，软USIM模块校验接收的SQN是否在正确范围内，如果软USIM模块判断SQN不在正确范围内，IMSI鉴权失败，如果判断SQN在正确范围内，IMSI鉴权成功。
4.根据权利要求3所述的一种接入LTE网络的方法，其特征在于，所述网络侧进行AUC鉴权，进一步包括以下步骤：
软USIM模块计算出RES，通过LTE通信模块发送包含RES参数的消息给网络侧；
软USIM模块计算出CK和IK(Kasme)；
网络侧接收到包含RES参数的消息后，HSS/HLR对RES和XRES进行比较，如果XRES等于RES，AUC签权通过，HSS/HLR从选定的AV组中选择CK和IK，如果XRES不等于RES，AUC鉴权失败。
5.根据权利要求4所述的一种接入LTE网络的方法，其特征在于，所述网络侧进行登录密码PIN验证，进一步包括以下步骤：
终端通过LTE通信模块把登录密码PIN发送给网络侧，通过和HSS/HLR的用户PIN服务器中的PIN进行验证，如果PIN验证通过则登录LTE网络成功；如果PIN验证失败，则登录LTE网络失败。
6.一种接入LTE网络的系统，其特征在于，包括终端和网络侧，其中，
终端用于存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN，，进行IMSI鉴权，接入网络侧；
网络侧用于存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系，以及登录密码PIN，进行IMSI鉴权，进行AUC鉴权，进行登录密码PIN验证。
7.根据权利要求6所述的一种接入LTE网络的系统，其特征在于，所述终端进一步包括客户端模块、软USIM模块和LTE通信模块，其中，
客户端模块用于输入登录密码PIN，输入IMSI；
软USIM模块用于存储IMSI和密钥K，将存储的IMSI和输入的IMSI进行对比，生成鉴权向量AV＝【XMAC，CK，IK，RES】，并根据密钥K、RAND和AUTN计算出XMAC，校验接收的SQN是否在正确范围内，计算出RES，计算出CK和IK(Kasme)，将XMAC和AUTN中包含的MAC进行比较；
LTE通信模块用于向网络侧发送注册请求，将IMEI上报给网络侧，接收IMSI和密钥K，向网络侧发送鉴权请求，发送包含RES参数的消息给网络侧，把登录密码PIN发送给网络侧。
8.根据权利要求6所述的一种接入LTE网络的系统，其特征在于，所述网络侧进一步包括鉴权中心、签约数据库和HSS/HLR，其中HSS/HLR进一步包括用户PIN服务器，
鉴权中心用于将IMEI对应的签约IMSI和密钥K发送给终端，对接收到的IMSI进行确认，通过密钥K计算产生序列号RAND和SQN，并生成鉴权因子AUTN＝【SQN+AK】||AMF||MAC；然后生成鉴权向量四原组AV＝[RAND，AUTN，Kasme，RES]，把其中的RAND和AUTN发送给终端，其中AUTN中包含SQN；
签约数据库用于存储IMEI、IMSI和密钥K及对应关系；
HSS/HLR用于接收到包含RES参数的消息，对RES和XRES进行比较，如果XRES等于RES，AUC签权通过，HSS/HLR从选定的AV组中选择CK和IK，对PIN进行验证；
用户PIN服务器用于存储登录密码PIN。
9.一种终端，其特征在于，包括客户端模块、软USIM模块和LTE通信模块，其中，
客户端模块用于输入登录密码PIN，输入IMSI；
软USIM模块用于存储IMSI和密钥K，将存储的IMSI和输入的IMSI进行对比，生成鉴权向量AV＝【XMAC，CK，IK，RES】，并根据密钥K、RAND和AUTN计算出XMAC，校验接收的SQN是否在正确范围内，计算出RES，计算出CK和IK(Kasme)，将XMAC和AUTN中包含的MAC进行比较；
LTE通信模块用于向网络侧发送注册请求，将IMEI上报给网络侧，接收IMSI和密钥K，向网络侧发送鉴权请求，发送包含RES参数的消息给网络侧，把登录密码PIN发送给网络侧。
10.一种鉴权中心，其特征在于，包括接收模块、计算模块和发送模块，其中，
所述接收模块用于接收IMSI；
所述计算模块用于通过密钥K计算产生序列号RAND和SQN，并生成鉴权因子AUTN＝【SQN+AK】||AMF||MAC；然后生成鉴权向量四原组AV＝[RAND，AUTN，Kasme，RES]；
所述发送模块用于发送IMEI对应的签约IMSI和密钥K给终端，发送RAND和AUTN给终端，其中AUTN中包含SQN。
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