CN1256595A - 临时移动台标识符的确定及其管理的方法 - Google Patents

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Abstract

在使用移动台临时标识符(TID)的管理方法中,移动台和网络各自为移动台存储一个TID表。新近被确定的TID被添加到各自的TID表中,使TID按时间顺序存储。要确定一个新的TID,作为TID更新协议的一部分,网络向移动台发送一个第一询问,和移动台向网络发送一个第二询问。然后,网络与移动台根据该第一和第二询问,确定新的TID。在移动台与网络继续通信时,各自的TID表也被更新。

Description

临时移动台标识符的确定及其管理的方法
本发明涉及无线电通信系统中，临时移动台标识符的确定及其管理的一种方法。
美国目前使用三种主要无线电通信系统，标准各不相同。第一种系统是时分多址联接系统(TDMA)，采用IS-136标准，第二种是码分多址联接(CDMA)系统，采用IS-95标准，第三种是AdvancedMobile Phone System(AMPS)(高级移动台系统)。所有三种系统的系统间通话都使用IS-41标准，此标准规定了呼叫开始期的认证程序、秘密共享数据的修改、等等。
图1画出一种无线电通信系统，它包括一个认证中心(AC)和一个归属位置寄存器(HLR)10、一个访问位置寄存器(VLR)15、和一部移动台(mobile)20。虽然一个AC可以与多于一个HLR联接，但目前是一一对应。因此，图1把HLR和AC画成一体，尽管它们是分开的。还有，为简单起见，后面论及HLR和AC的说明都合起来称为AC/HLR。再有，VLR把信息发送至与之关联的多个移动  交换中心(MSC)之一，每一个MSC又把消息发送至多个基站(BS)之一，以便发送至移动台。为简单起见，此VLR、各个MSC和BS将被称为并表示为一个VLR。为一个网络供应公司工作的各个AC、HLR、VLR、MSC和BS，合起来称为一个网络。
一个根密钥，常被称为A-密钥，仅仅存储在AC/HLR 10和移动台20上。在移动台漫游时(即移动台在它的归属覆盖区域以外时)，还有一个被称为共享秘密数据SSD的辅助密钥，被发送至VLR 15。此SSD是用一种密码算法或密码函数，由A-密钥和一个随机种子RANDSSD产生。一个密码函数是一个函数，它根据可能输入的范围产生具有预定位数的一个输出。一个密钥密码函数(KCF)是一类密码函数，它根据某个密钥来运算；例如，一个密码函数对两个或多个变元(即输入)进行运算，其中一个变元是密钥。除非密钥已知，否则不能从所用的KCF的输出和知识，确定输入。加密/解密算法是密码函数的一些类型。单向函数像伪随机函数(PRF)和消息认证码(MAC)都属密码函数。符号KCFSK(RN＇)表示用会话密钥SK作密钥的随机数RN＇的KCF。会话密钥是维持一段会话的密钥，而一段会话是指一段时间段，诸如一个呼叫的长度。在IS-41协议中，使用的密码函数是CAVE(Cellular Authentication and Voice Encryption)(蜂窝认证和声音加密)。
在诸如呼叫开始期、登记、更新秘密共享数据等等过程中，用户标识信息作为通信的一部分，从移动台传送至网络。用户标识信息包括：例如移动台标识号(MIN)和/或电子序号(ESN)。为方便讨论，永久ID一词被用来涵盖一个或多个移动台标识信息元素。但是，使用永久ID有可能让一个攻击者识别并跟踪一部移动台；从而识别并跟踪此移动台的用户。许多移动台用户对这种缺乏保密性不满意。
维护移动台匿名权和保护隐私的一种技术，是使用假名或临时ID(TID)。一旦确立，通信便使用TID。但是，简单地使用匿名看来是无效的，因为它可能使一个攻击者模仿一些条件，在这些条件下，移动台将泄露它的真实或永久ID。
通常，攻击一定包括阻断一部移动台与网络之间的部分通信，在阻断通信时，网络已经更新了TID，于是，移动台不能确认一个更新了的TID，而采用从前的TID。由于更新不同步，网络不能识别这个移动台，为了重新建立通信，这个移动台便使用它的永久ID。
在临时移动台标识符的确定及其管理的方法中，网络向移动台发送一个第一询问，移动台回答一个第一询问响应和一个第二询问。根据第一和第二询问，移动台和网络分别产生一个新的TID。网络和移动台分别保存此移动台的TID表，并把新的TID存储在各自的表中。在两者的表中，TID是依时间顺序存储的。
移动台与网络进行通信时，移动台将根据该次通信确认表上的一个TID。当一个TID被确认后，移动台从其TID表上删除比被确认的TID还旧的诸TID。同样，当网络从移动台接收一个含有一个TID的通信时，网络确认此TID并从其TID表上删除比被确认的TID还旧的诸TID。在互相通信时，移动台使用其TID表上最旧的TID，而网络使用其TID表上最新的TID。
利用这种方式管理诸TID的使用，即使出现不同步情况，移动台亦无需泄露其永久ID。通过TID表的使用和管理，网络和移动台之间通过使用较旧的TID继续通信，同时，当使用中的TID被确认时，移动台和网络两者保存的TID表便被更新。
从下面详细的说明和附图，可以更完整地了解本发明，附图只为示例而给出，在各图中，用相同的参考数字标记相应的部分，其中：
图1画出一个通常的无线电通信系统；
图2画出在移动台与网络之间建立一个新的TID时的通信；
图3按照本发明的一个实施例，画出由移动台执行的TID管理流程图；和
图4按照本发明的一个实施例，画出由网络执行的TID管理流程图。
按照本发明的临时移动台标识符(TID)使用的管理方法，将参照图1的无线电通信系统加以说明。按照本发明的方法，移动台20和网络分别为移动台20保持并管理一个TID表。根据各自的表及各自的管理，建立新的TID，而不同步攻击便可避免。
此外，按照本发明的方法，除A-密钥外，AC/HLR 10和移动台20两者都预先存储根据此A-密钥产生的一个M-密钥和一个T-密钥。M-密钥和T-密钥用一个伪随机函数(PRF)产生，此伪随机函数由A-密钥用网络和移动台20知道的一个数值来检索。一个实用的PRF是熟知的根据NIST(National Institute of Standard)的DataEncryption Standard-Cipher Block Chaining(DES-CBC)算法(数据加密标准-密码分组链接算法)。在一个优选的实施例里，由64位的A-密钥用第一个已知值检索DES-CBC而产生一个64位的M-密钥，由64位的A-密钥用第二个已知值检索DES-CBC而产生一个64位的T-密钥。
按照本发明的一个实施例，TID使用的管理方法，将参照图2至图4加以说明。
当移动台20在VLR 15的覆盖区域，第一次尝试访问系统，例如登记时，移动台20发送一个TID和AC/HLR关于移动台20的标识符，作为通信的一部分。利用这个AC/HLR标识符，VLR 15与AC/HLR10通信以验证移动台20使用的TID，如果被验证，便获得AC/HLR 10为移动台20保存的TID表。
或者，移动台20识别原先与移动台20通信的VLR，而VLR 15从原先的VLR获得对TID的验证以及TID表。
AC/HLR 10对与之关联的移动台周期性地更新TID。在一个优选的实施例中，TID是用画于图2的协议建立的。图2画出移动台20与网络(即AC/HLR 10和VLR 15)之间为建立一个新的TID的通信。如图2所示，在第一个往返通信中，AC/HLR 10通过VLR 15向移动台20发送一个TID更新请求和一个由随机数发生器产生的随机数RN。随机数RN充当一个询问。
为响应TID更新请求，移动台20用随机数发生器产生一个随机数RM作为询问。然后，移动台计算如PRFT-Key(RM，RN)的新的TID，这里的PRF最好是DES-CBC，并把新的TID添加到移动台20保存的TID表的末端。按此方式，最新的TID被添加到TID表的末端，所以移动台20是按时间顺序在TID表中存储TID。代替把最新的TID存储在TID表的末端，也可以把最新的TID添加到TID表的始端。
下一步，移动台20用M-密钥作为密钥，用随机数RN和RM、Type数据、和id数据0，计算密钥密码算法或函数(KCF)，以获得一个询问响应。这一计算以KCFM-Key(Type，0，RM，RN)表示。这个KCF最好是一个密钥消息认证码，如HMAC，但也可以是一个PRF，如DES-CBC。Type数据代表执行的协议类型；即TID更新协议类型。其他协议类型包括呼叫开始期、呼叫终止期、和移动台登记。id数据0表明通信发自移动台。相反，id数据1表明通信发自网络。然后，移动台20通过VLR 15向AC/HLR 10发送随机数RM和询问响应KCFM-Key(Type，0，RM，RN)。
因为AC/HLR 10以TID更新请求启动TID更新协议，AC/HLR 10知道Type数据，又因为来自移动台的通信包括相同的id数据0，所以这个数值也是知道的。因此，在收到RM后，VLR 15计算KCFM-Key(Type，0，RM，RN)。然后，AC/HLR 10验证计算的KCFM-Key(Type，0，RM，RN)内容是否符合从移动台20收到的内容。如果发现符合，VLR 15认证了移动台20，计算如PRFT-Key(RM，RN)的新的TID，这里PRF最好是DES-CBC，并且把新的TID添加到AC/HLR 10为移动台20保存的TID表的末端。按此方式，最新的TID被添加到TID表的末端，所以AC/HLR 10是按时间顺序在TID表中存储TID。代替把最新的TID存储在TID表的末端，也可以把最新的TID添加到TID表的始端。
下一步，AC/HLR 10计算KCFM-Key(Type，1，RM)作为一个询问响应，这里1是网络的id数据，并把计算结果发送至移动台20。移动台20从TID更新请求知道Type数据，又知道发自网络的通信包含id数据1。据此，移动台20计算KCFM-Key(Type，1，RM)。然后，移动台20验证计算的KCFM-Key(Type，1，RM)内容是否符合从AC/HLR 10收到的内容。如果发现符合，移动台20便认证了网络并确认这个新的TID。
图3表示按照本发明的一个实施例的移动台20执行的TID管理流程图。如图3所示，在步骤S10，移动台20确定一个TID是否已被确认。确认可以出现在各种不同情况。在TID更新协议过程中，移动台20收到询问响应KCFM-Key(Type，1，RM)之后，如果验证了网络，那么一个新的TID即被确认。如果移动台20收到网络用一个TID发来的通信，比如一页时，移动台20也要确认该TID。应该指出，在这个例子中，被确认的TID不一定是最新的TID。
如果移动台20确认了一个TID，那么在步骤S20，移动台20要从移动台的TID表中删除比被确认的TID还旧的所有TID，同时，处理步骤前进至步骤S30。如果移动台20没有确认一个TID，处理步骤也一样前进至步骤S30。在步骤S30，移动台20使用TID表中最旧的TID作为移动台20的标识信息，用在将来与网络的通信中。
下面说明VLR 15对TID的管理。图4按照本发明的一个实施例，画出由VLR 15执行的TID管理流程图。在第一步，即步骤S40，VLR从移动台20接收含有移动台20的TID的一个通信。下一步，在步骤S50，VLR 15确定，收到的TID是否在VLR 15保存的任何TID表上。
如果不在任何TID表上，VLR 15如上所述，尝试通过与AC/HLR10通信，验证移动台20的TID，并从AC/HLR 10下载移动台20的TID表。如果移动台20的TID没有被AC/HLR 10验证，那么通信被放弃，处理过程结束。但是，如果收到的TID被验证，且移动台20的TID表下载到VLR 15，处理步骤前进至步骤S70。
如果VLR 15在步骤S50，确定了收到的TID在一个TID表上，那么在步骤S70，VLR 15在该TID表上删除所有比收到的TID还旧的TID。VLR 15还向与移动台20关联的AC/HLR 10发送更新信息，更新AC/HLR 10为移动台20保存的TID表。然后，处理步骤前进至步骤S80，在此步骤中处理通信内容。
最后，如步骤S90所示，当与一部移动台通信时，VLR 15将使用为该移动台保存的TID表中最新(即最年青)的TID。
按照本发明的使用TID的管理方法，避免了让移动台泄露其永久ID而受攻击。通过TID表的使用和管理，VLR 15与移动台20间的通信通过使用较旧的TID继续通信，同时，当使用中的TID被确认时，移动台20和VLR 15两者保存的TID表便被更新。
对本发明的说明已如上述，显然，如上说明的本发明还可以有许多变化。这类变化不应被认为偏离本发明的精神实质和涵盖范围，所有这类改变将包括在下面权利要求书的范围内。

Claims (26)

1.一种在移动台上管理临时移动台标识符(TID)使用的方法，包括：
a)在TID表中存储至少一个TID；
b)根据与网络的通信修改所述TID表；和
c)在与所述网络的通信中，使用所述TID表上的一个TID。
2.按照权利要求1的方法，其中所述步骤b)包括：
b1)根据与所述网络的所述通信，确认所述TID表上的一个TID；和
b2)根据所述被确认的TID，在所述TID表上，删除诸TID。
3.按照权利要求2的方法，其中
所述步骤a)在所述TID表中，依时间顺序存储所述各个TID；和
所述步骤b2)从所述TID表中，删除比所述被确认的TID还旧的诸TID。
4.按照权利要求2的方法，其中
所述步骤a)在所述TID表中，依时间顺序存储所述诸TID；和
所述步骤c)在与所述网络的通信中，使用存储在所述TID表内一个最旧的TID。
5.按照权利要求2的方法，其中所述步骤b1)在从所述网络通信中收到一个TID时，确认TID。
6.按照权利要求1的方法，其中所述步骤b)包括：
b1)确定一个新的TID；和
b2)添加所述新的TID到所述TID表。
7.按照权利要求6的方法，其中所述步骤b)还包括：
b3)在所述TID表上确认一个TID；和
b4)根据所述被确认的TID，删除所述TID表上的诸TID。
8.按照权利要求7的方法，其中所述步骤b3)确认所述新的TID。
9.按照权利要求6的方法，其中所述步骤b1)包括：
b11)从所述网络接收一个第一询问；
b12)产生一个第二询问；和
b13)根据所述第一和第二询问，产生所述新的TID。
10.按照权利要求9的方法，其中所述步骤b)还包括：
b5)从所述网络接收对所述第二询问的询问响应；和
所述步骤b3)如果所述询问响应被验证，确认所述新的TID。
11.按照权利要求1的方法，其中
所述步骤a)在所述TID表中，依时间顺序存储所述诸TID。
12.一种在一个网络上管理临时移动台标识符(TID)使用的方法，包括：
a)在一个TID表内，为一部移动台存储至少一个TID；
b)根据与所述移动台的通信，修改所述TID表；和
c)在与所述移动台的通信中，使用所述TID表上的一个TID。
13.按照权利要求12的方法，其中所述步骤b)包括：
b1)根据与所述移动台的所述通信，确认所述TID表上的一个TID；和
b2)根据所述被确认的TID，在所述TID表上，删除诸TID。
14.按照权利要求13的方法，其中
所述步骤a)在所述TID表中，依时间顺序存储所述诸TID；和
所述步骤b2)从所述TID表中，删除比所述被确认的TID还旧的诸TID。
15.按照权利要求13的方法，其中
所述步骤a)在所述TID表中，依时间顺序存储所述诸TID；和
所述步骤c)在与所述移动台的通信中，使用存储在所述TID表内一个最旧的TID。
16.按照权利要求13的方法，其中所述步骤b1)在从所述移动台通信中收到一个TID时，确认所述TID。
17.按照权利要求12的方法，其中所述步骤b)包括：
b1)确定一个新的TID；和
b2)添加所述新的TID到所述TID表。
18.一种在移动台上确定临时移动台标识符(TID)的方法，包括：
a)从一个网络接收一个TID更新请求和一个第一询问；
b)产生一个第二询问；
c)根据所述第一和第二询问，产生所述TID。
19.按照权利要求18的方法，其中所述第一和第二询问都是随机数。
20.按照权利要求18的方法，还包括；
d)至少用所述第一和第二询问来计算一个密钥密码函数，以获得一个第一询问响应；
e)把所述第二询问和所述第一询问响应发送至所述网络。
21.按照权利要求20的方法，还包括：
f)从所述网络接收一个第二询问响应；和
g)根据所述第二询问响应，验证所述TID。
22.按照权利要求20的方法，其中所述步骤d)在所述第一询问、所述第二询问、和类型数据上执行所述密钥密码函数，所述类型数据表示所述网络和所述移动台执行的协议的一种类型。
23.一种在一个网络上确定临时移动台标识符(TID)的方法，包括：
a)把一个TID更新请求和一个第一询问发送至一部移动台；
b)从所述移动台接收一个第二询问；
c)根据所述第一和第二询问，产生所述TID。
24.按照权利要求23的方法，其中所述第一和第二询问都是随机数。
25.按照权利要求23的方法，还包括：
d)从所述移动台接收一个第一询问响应，所述第一询问响应，是至少在所述第一和第二询问上执行的密钥密码函数，从而获得一个第一询问响应；
e)根据所述第一询问响应，验证所述移动台。
26.按照权利要求25的方法，其中所述第一询问响应，是在所述第一询问、所述第二询问、和类型数据上执行的所述密钥密码函数，所述类型数据表示所述网络和所述移动台执行的协议的一种类型。
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