DE102004022537A1 - Method for controlling the decryption of encrypted data packets in a radio communication system - Google Patents
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Abstract
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Entschlüsselung bei einem Empfang von verschlüsselten Datenpaketen (dp) in einem Funk-Kommunikationssystem, wobei die Datenpakete (dp) jeweils mit einem auf Basis eines jeweils einer Anzahl von Datenpaketen (dp) zugeordneten Indikators erzeugten Schlüssels ver- und entschlüsselt werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nicht erfolgreichen Entschlüsselung eines der Datenpakete (dp) zumindest ein nochmaliger Entschlüsselungsversuch unter Verwendung eines mit einem veränderten Indikator erzeugten Schlüssels durchgeführt wird.The inventive method for controlling a decryption in a reception of encrypted data packets (dp) in a radio communication system, wherein the data packets (dp) each encrypted and decrypted with an on the basis of a respective number of data packets (dp) associated with the generated key is, is characterized in that in an unsuccessful decryption of one of the data packets (dp) at least one further decryption attempt is performed using a key generated with a modified indicator.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der empfangsseitigen Entschlüsselung von vor einer Übertragung über eine Funkschnittstelle verschlüsselten Datenpaketen in einem Funk-Kommunikationssystem, insbesondere in einem Mobilfunksystem.The The invention relates to a method for controlling the receiving side decryption from before a transmission over a Radio interface encrypted Data packets in a radio communication system, in particular in a mobile radio system.
Das im Rahmen der 3GPP (3rd Generation Partnership Project, Internet WWW.3GPP.org) standardisierte digitale Mobilfunksystem der dritten Generation UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) wird derzeit bezüglich einer effizienteren Übertragung von Paketdaten zu Endgeräten durch die Definition des so genannten HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) erweitert. Hierzu sei auf die technischen Spezifikationen 3GPP TS 25.308 V5.5.0 (2004-03) bzw. 3GPP TS 25.308 V6.1.0 (2004-03) verwiesen. Ein oder mehrere HSDPA-Kanäle werden dabei zeitlich getrennt zur Übertragung von Datenpaketen von der Netzseite zu unterschiedlichen Endgeräten genutzt, wodurch die zur Verfügung stehenden Übertragungsressourcen der Funkschnittstelle effizienter genutzt werden können.The as part of the 3GPP (3rd Generation Partnership Project, Internet WWW.3GPP.org) standardized third-party digital cellular system UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) currently regarding a more efficient transmission from packet data to terminals by the definition of the so-called HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). Please note the technical specifications 3GPP TS 25.308 V5.5.0 (2004-03) and 3GPP TS 25.308 V6.1.0 (2004-03) respectively. One or more HSDPA channels are separated in time for the transmission of data packets used by the network side to different terminals, whereby the to disposal standing transmission resources the radio interface can be used more efficiently.
In dem UMTS-Mobilfunksystem erfolgt generell vor einer Übertragung einer Nachricht über die Funkschnittstelle eine sendeseitige Verschlüsselung der diese Nachricht enthaltenden Datenpakete mittels eines jeweiligen Schlüssels, dem so genannten Cyphering Key. Damit es zu keiner Wiederholung des verwendeten Schlüssels kommt, wird der Schlüssel zusätzlich von einer Sequenznummer des jeweiligen Datenpakets abhängig generiert, wodurch jedes in einem logischen Kanal übertragene Datenpaket einen untschiedlichen Schlüssel verwendet. Die allgemeine Prozedur der Verschlüsselung ist in den technischen Spezifikationen 3GPP TS 33.102 V5.3.0 (2003-09) bzw. 3GPP TS 33.102 V6.0.0 (2003-09) in den Kapiteln 6.6.3 und 6.6.4 dargestellt.In The UMTS mobile radio system is generally before a transmission a message about the radio interface a transmission-side encryption of this message containing data packets by means of a respective key, the so-called Cyphering Key. So that it does not repeat the used key comes, the key is additionally from generated according to a sequence number of the respective data packet, whereby each data packet transmitted in a logical channel has one different keys used. The general procedure of encryption is in the technical Specifications 3GPP TS 33.102 V5.3.0 (2003-09) or 3GPP TS 33.102 V6.0.0 (2003-09) in Chapters 6.6.3 and 6.6.4.
Für den besonderen Fall des so genannten unbestätigten (unacknowledged) RLC Mode (Radio Link Control) wiederholt sich die Sequenznummer nach jeweils 128 Datenpakete. Um jedoch weiterhin eine Wiederholung des generierten Schlüssels zu vermeiden, sind sowohl in dem Endgerät als auch in der Funknetzsteuerung (RNC – Radio Network Controller) interne Zähler verwirklicht, die bei jedem Überlauf der Sequenznummer hochzählen. Der jeweils aktuelle Wert des Zählers wird zusätzlich für die Generierung des Schlüssels berücksichtigt.For the special Case of the so-called unconfirmed (unacknowledged) RLC mode (Radio Link Control) repeats itself Sequence number after every 128 data packets. To continue, however, a To avoid repetition of the generated key are both in the terminal as well as in the radio network controller (RNC - Radio Network Controller) internal counters realized at every overflow increment the sequence number. The current value of the counter will be added for the generation of the key considered.
Insbesondere bei der Übertragung von Datenpaketen in den oben genannten HSDPA-Kanälen kann jedoch der Fall auftreten, dass beispielsweise aufgrund von Störungen des physikalischen Übertragungskanals mehr als 128 Datenpakete in Folge nicht von einem adressierten Endgerät empfangen bzw. detektiert werden. In diesem Fall würde der netzseitige Zähler nach 128 gesendeten Datenpaketen hochzählen, der Zähler in dem Endgerät jedoch nicht. Auch würde das Netzwerk aufgrund des unbestätigten Modus keinerlei Kenntnis über den Nichtempfang der Datenpakete durch das Endgerät erhalten. Als Folge der unterschiedlichen Werte der Zähler wäre das Endgerät nicht mehr in der Lage, nachfolgend korrekt empfangene Datenpakete zu Entschlüsseln. Ein Wiederaufbau der logischen Verbindung zur wiederholten oder fortgesetzten Übertragung der nichtempfangenen Datenpakete wäre in diesem Fall nur über einen Abbruch des Verbindung und nochmalige Durchführung des Authentisie rungsprozesse möglich, was jedoch nachteilig sehr zeitaufwändig ist.Especially in the transmission however, data packets in the above-mentioned HSDPA channels may occur that, for example, due to disturbances of the physical transmission channel more than 128 data packets in a row are not received by an addressed terminal or be detected. In this case, the network-side counter would be after 128 counted data packets, but not counting the counter in the terminal. Also would the network due to the unconfirmed Mode no knowledge about received the non-receipt of the data packets by the terminal. As a result of the different values of the counters, the terminal would not be more able to subsequently receive correctly received data packets Decryption. A reconstruction of the logical connection to the repeated or continued transmission the unreceived data packets would in this case only one Termination of the connection and re-execution of the authentication processes possible, which is disadvantageously very time consuming.
Unterschiedliche Lösungen wurden bereits im Rahmen der Standardisierung vorgeschlagen. So wäre es möglich, die Datenrate für den nichtbestätigten Modus soweit herabzusetzen, dass ein Verlust von mehr als 128 Datenpaketen in Folge unwahrscheinlich wird. Dies würde jedoch zu einer nachteiligen Beschränkung der Übertragungskapazität und damit der Nutzbarkeit führen. Ein weiterer Vorschlag geht dahin, lediglich einen bestätigten Modus einzusetzen. Dies würde jedoch eine erhöhte Signalisierungs- und Verarbeitungslast in der Aufwärtsrichtung bedingen, welches wiederum zu einer Beschränkung der Übertragungskapazität führen würde. Auch eine spezielle Signalisierung des aktuelle Wertes des netzseitigen Zählers zu den jeweiligen Endgeräten würde nachteilig Übertragungsressourcen binden.different solutions have already been proposed in the context of standardization. So it would be possible that Data rate for the unconfirmed Minimize mode so far that a loss of more than 128 data packets in consequence becomes unlikely. However, this would be detrimental restriction the transmission capacity and thus of usability. Another proposal goes there, just a confirmed mode use. This would however, an increased Condition signaling and processing load in the uplink direction, which in turn would lead to a limitation of the transmission capacity. Also a special signaling of the current value of the network side counter to the respective terminals would adversely transmission resources tie.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Station anzugeben, die dieses Problem ohne zusätzliche Belastung der begrenzt zur Verfügung stehenden Funkressourcen lösen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils abhängigen Patentansprüchen entnehmbar.It is therefore an object of the invention, a method and a station This problem is limited without any additional burden disposal solve the radio resources. These The object is solved by the features of the independent claims. Further developments of Invention are each dependent claims removable.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer Ver- und Entschlüsselung von Datenpaketen unter Verwendung von Schlüsseln, die auf Basis eines Indikators erzeugt wurden, wobei der Indikator jeweils einer Anzahl von Datenpaketen zugeordnet ist. Erfindungsgemäß wird bei einer nicht erfolgreichen Entschlüsselung eines Datenpakets unter Verwendung eines als aktuell gültig angenommenen Indikators ein weiterer Versuch zur Entschlüsselung unternommen, diesmal jedoch unter Verwen dung eines mit einem geänderten Indikator erzeugten Schlüssel.The inventive method is based on encryption and decryption of data packets under Use of keys, which were generated on the basis of an indicator, the indicator being respectively is associated with a number of data packets. According to the invention is at an unsuccessful decryption of a data packet under Use one as currently valid adopted another attempt at decoding, but this time using one with one changed Indicator generated key.
Vorteilhaft wird das Verfahren in einem Funk-Kommunikationssystem bei einer Übertragung von Datenpaketen über eine Funkschnittstelle eingesetzt. In diesem Fall kann eine eingangs beschriebene Unterbrechung der sende- und empfangsseitigen Synchronität der Erzeugung des Indikators auftreten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann diese Synchronität wieder hergestellt werden, indem der Indikator empfangsseitig verändert und somit ein entsprechend veränderter Schlüssel zum Entschlüsseln des Datenpakets erzeugt wird.Advantageous the method is used in a radio communication system in a transmission of Data packets via a radio interface used. In this case, an input described interruption of the transmission and reception side synchronicity of the generation of the indicator. By the method according to the invention can this synchronicity be restored by the indicator on the receiving side and changed thus a correspondingly changed key to decrypt the Data packets is generated.
Wird für die Realisierung in der Praxis beispielhaft angenommen, dass der Indikator einem Wert eines Zählers entspricht, so wird der Wert des Zählers erhöht und basierend hierauf der Schlüssel erzeugt. Die Veränderung des Indikators und damit des Schlüssels kann gegebenenfalls mehrfach bis zu einer erfolgreichen Entschlüsselung durchgeführt werden, jedoch ist auch eine vorgegebene oder signalisierte maximale Anzahl der Erhöhung des Wertes denkbar.Becomes for the Realization in practice, for example, assumed that the indicator a value of a counter corresponds, the value of the counter is increased and based on this Key generated. The change of the indicator and thus of the key may possibly multiple times be performed until successful decryption however, there is also a predetermined or signaled maximum number the increase of the value conceivable.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer erfolgreichen Entschlüsselung des Datenpakets unter Verwendung des mit einem veränderten Indikator erzeugten Schlüssels dieser veränderte Indikator ebenfalls als Basis für die Erzeugung von Schlüsseln für die Entschlüsselung von nachfolgenden Datenpaketen verwendet. Hierdurch wird vorteilhaft auf die bei der Entschlüsselung des Datenpakets gewonnenen Erkenntnisse für die Verarbeitung weiterer Datenpakete zurück gegriffen und somit Rechenleistung und Zeit eingespart werden.According to one Embodiment of the invention is in a successful decryption of the data package using the one with an altered one Indicator generated key this changed Indicator also as basis for the generation of keys for the decryption used by subsequent data packets. This will be advantageous on the at the decryption the data package for further processing Data packets back grasp and thus computing power and time can be saved.
Die erfindungsgemäße Station weist neben bekannten, für eine Kommunikation mit weiteren Komponenten des Funk-Kommunikationssystems erforderlichen Komponenten zumindest eine Einrichtung zum Erzeugen von Schlüsseln auf Basis eines jeweils einer Anzahl von Datenpaketen zugeordneten Indikators und zum Entschlüsseln von verschlüsselten Datenpaketen mittes der erzeugten Schlüssel sowie eine Einrichtung zum Steuern einer Veränderung des Indikators bei einer nicht erfolgreichen Entschlüsselung eines der Datenpakete mit einem aktuell erzeugten Schlüssel auf.The inventive station besides known, for a communication with other components of the radio communication system required Components on at least one device for generating keys Base of an indicator associated with a number of data packets and to decrypt from encrypted Data packets mittes the keys generated and a device to control a change of the indicator in case of unsuccessful decryption one of the data packets with a currently generated key.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Station als ein Endgerät, beispielsweise ein mobiles oder stationäres Teilnehmerendgerät, ausgestaltet. Die erfindungsgemäßen Einrichtungen können jedoch alternativ oder ergänzend in einer Netzkomponente, beispielsweise in einer Basisstation und/oder Funknetzsteuerung des Funk-Kommunikationssystems verwirklicht sein.Especially Advantageously, the station according to the invention as a terminal, for example a mobile or stationary one Subscriber terminal, designed. However, the devices according to the invention can alternatively or in addition in a network component, for example in a base station and / or Radio network control of the radio communication system to be realized.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen dabeifollowing The invention will be explained in more detail with reference to embodiments. The Figures show
Unter dem Begriff Station wird im Umfang der Erfindung ein über Funk kommunikationsfähiges mobiles oder stationäres Teilnehmerendgerät UE (User Equipment), oder aber auch eine beispielsweise einer Maschine zugeordnete Funkstation verstanden. Das beschriebene Verfahren kann jedoch in gleicher Weise in entsprechenden Einrichtungen in Netzkomponenten des Funk-Kommunikationssystem, beispielsweise in Basisstationen NB (Node B) und/oder Funknetzsteuerungen RNC (Radio Network Controller) realisiert werden. Alle nachfolgend beschriebenen und für die Implementierung der Erfindung ausgestalteten Einrichtungen sind jeweils neben weiteren, dem Fachmann auf dem Gebiet der Funk-Kommunikation bekannten Einrichtungen zur Kommunikation und Steuerung in den Komponenten des Systems verwirklicht.Under The term station is within the scope of the invention via radio communicative mobile or stationary subscriber terminal UE (User Equipment), or even a example of a machine associated radio station understood. The described method can however, in the same way in corresponding devices in network components the radio communication system, for example in base stations NB (Node B) and / or radio network controllers RNC (Radio Network Controller) will be realized. All described below and for implementation The devices designed according to the invention are in each case next to another, the person skilled in the field of radio communication known devices for communication and control in the components of the system.
In
der
Die zu der Station UE zu übertragenden Datenpakete eines Dienstes werden in einer Einrichtung VEE zur Ver- und Entschlüsselung verschlüsselt. Der hierfür verwendete Schlüssel basiert dabei, neben beispielsweise einer sich alle 128 Datenpakete wiederholenden Sequenznummer, auf einem Wert eines Zählers C. Der Wert des Zählers wird beispielsweise nach jeweils 128 verschlüsselten Datenpaketen hochgezählt, um einen für jedes zu übertragende Datenpaket unterschiedlichen Schlüssel für die Verschlüsselung zu verwenden. Die verschlüsselten Datenpakete werden anschließend mittels einer in der mit der Funknetzsteuerung RNC verbundenen Basisstation NB verwirklichten Sende-/Empfangseinrichtung TRX über die Funkschnittstelle zu der Station UE übertragen. Bei der Übertra gung über die Funkschnittstelle zu verwendende Mechanismen und Verfahren sind allgemein dem UMTS-Standard entnehmbar.The to the station UE Data packets of a service are stored in a VEE facility. and decryption encrypted. The one for this used keys is based, for example, on one of all 128 data packets repeating sequence number, on a value of a counter C. The value of the meter is incremented, for example, every 128 encrypted data packets to one for each to be transmitted Data package different encryption key to use. The encrypted Data packets are subsequently by means of a base station connected to the radio network controller RNC NB implemented transceiver TRX on the Radio interface to the station UE transmitted. In the transmission over the Radio interface to be used mechanisms and methods Generally removable from the UMTS standard.
Die Station UE weist in gleicher Weise eine Sende-/Empfangseinrichtung TRX zum Empfangen der übertragenen verschlüsselten Datenpakete dp auf. Diese werden anschließend einer Einrichtung VEE zur Ver- und Entschlüsselung zugeführt, in der auf Basis eines erzeugten Schlüssels eine Entschlüsselung der Datenpakete dp erfolgt. Der dabei verwendete Schlüssel basiert entsprechend der beschriebenen Sendeseite unter anderem auf einem aktuellen Wert eines Zählers C, der ebenfalls nach jeweils 128 entschlüsselten Datenpaketen hochgezählt wird. Sofern die Station UE jedes der von der Netzseite ausgesendeten Datenpakete dp empfängt, erfolgt das Hochzählen der Zähler C in der Funknetzsteuerung RNC und in der Station UE in synchroner Weise, und es wird ein jeweils korrekter Schlüssel zur Entschlüsselung der Datenpakete dp erzeugt.The station UE has one in the same way Transceiver TRX for receiving the transmitted encrypted data packets dp on. These are then fed to a device VEE for encryption and decryption, in which a decryption of the data packets dp takes place on the basis of a generated key. The key used in this case is based, inter alia, on a current value of a counter C, which is also incremented after each 128 decrypted data packets according to the described transmission side. If the station UE receives each of the data packets dp transmitted from the network side, the counting up of the counters C in the radio network controller RNC and in the station UE takes place synchronously, and a respectively correct key for decrypting the data packets dp is generated.
Sollte jedoch die Übertragung auf der Funkschnittstelle beispielsweise durch bekannte Ereignisse wie Abschattungen, Interferenz usw. gestört sein, so kann der Fall auftreten, dass die Station UE eine Vielzahl von Datenpaketen dp nicht korrekt empfängt. Dies führt dazu, dass der Schlüssel für die Entschlüsselung in der Station UE mit einem nicht mehr korrekten Wert des Zählers erzeugt wird und keine Entschlüsselung von nachfolgend korrekt empfangenen Datenpaketen dp möglich ist.Should however, the transfer on the radio interface, for example, by known events such as shadowing, interference, etc. may be disturbed, so the case may occur that the station UE a variety of data packets dp not correct receives. this leads to to that the key for the decryption generated in the station UE with an incorrect value of the counter will and no decryption of subsequently correctly received data packets dp is possible.
In diesem Fall wird erfindungsgemäß zumindest ein weiterer Versuch zur Entschlüsselung mit einem gegenüber dem ursprünglich verwendeten Schlüssel veränderten Schlüssel unternommen. Dabei wird der Wert des Zählers C erhöht, und auf Basis dieses erhöhten Wertes ein neuer Schlüssel für einen erneuten Entschlüsselungsversuch erzeugt. Ist eine Entschlüsselung des empfangenen Datenpaket mit diesem veränderten Schlüssel möglich, so werden auch nachfolgend empfangene Datenpakete mit Schlüsseln basierend auf dem erhöhten Wert des Zählers entschlüsselt. Sollte jedoch wiederum keine Entschlüsselung mit dem neuen Schlüssel möglich sein, so kann gegebenenfalls eine oder mehrere nochmalige Erhöhungen des Wertes des Zählers als Basis für die Erzeugung des Schlüssels erfolgen. Die maximale Anzahl von Versuchen mit einer jeweiligen Erhöhung des Wertes des Zählers kann dabei beispielsweise fest vorgegeben und in der Station UE gespeichert sein, oder aber von der Netzseite bei einem Verbindungsaufbau signalisiert werden. Dies kann jedoch alternativ auch variabel, beispielsweise in Abhängigkeit von einer in der Station zur Verfügung stehender Verarbeitungskapazität gesteuert werden.In In this case, at least according to the invention another attempt to decrypt with one opposite originally used keys changed key made. At this time, the value of the counter C is increased and based on this increased value a new key for another decryption attempt generated. Is a decryption of the received data packet with this changed key possible, so are also subsequently received data packets with keys based on the raised Value of the counter decrypted. However, once again no decryption with the new key would be possible so may optionally one or more repeated increases in the Value of the counter as a basis for the generation of the key respectively. The maximum number of attempts with a respective increase in the Value of the counter can for example be fixed and stored in the station UE be, or signaled by the network side when establishing a connection become. However, this can alternatively also variable, for example in dependence be controlled by a processing capacity available in the station.
In
der
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