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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines drahtlosen
Mesh-Netzwerks gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zum Bereitstellen eines drahtlosen
Mesh-Netzwerks gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 30.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Bereitstellen
eines Schlüssels
zur Verschlüsselung
von Nachrichten zwischen Knoten eines Mesh-Netzwerkes.
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Ein
drahtloses Maschen- bzw. Mesh-Netzwerk ist ein vermaschtes Netz,
das beispielsweise in einem Wireless Local Area Network (WLAN) implementiert
ist. Bei einem Mesh-Netzwerk kann ein mobiler Knoten Daten, die
von einem anderen mobilen Knoten stammen, an einen weiteren mobilen
Knoten weiterleiten oder an eine Basisstation übertragen. In einem Maschennetzwerk
bzw. Mess-Netzwerk (Mesh-Network) können weite Distanzen überspannt werden,
insbesondere in unebenen oder schwierigen Terrain. Maschennetze
arbeiten zudem sehr zuverlässig,
da jeder mobile Knoten mit einigen anderen Knoten verbunden ist.
Wenn ein Knoten ausfällt,
beispielsweise auf Grund eines Hardware-Defekts, suchen dessen Nachbarknoten
eine alternative Datenübertragungsroute.
Maschennetze bzw. Mesh-Networks können feste oder mobile Geräte mit einbeziehen.
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1 zeigt
schematisch ein Maschennetzwerk nach dem Stand der Technik. Die
Knoten umfassen dedizierte Maschenknoten (MN), die zur Infrastruktur
des Netzwerkes gehören.
Bei diesen dedizierten Maschenknoten kann es sich um eine feste Basisstation
BS aber auch um eine mobile Station MS handeln. Neben den dedizierten
Maschenknoten umfasst das Maschennetzwerk auch mobile Endgeräte bzw.
mobile Knoten von Nutzern. Die mobilen Knoten können direkt mit anderen mobilen
Knoten kommunizieren und direkt oder indirekt über weitere Knoten Daten mit
einer Basisstation BS austauschen, die an einem Gateway GW eines
Datennetzwerkes angeschlossen ist. Dabei werden Datenpakete DP von
einem Gerät
bzw. Knoten zum nächsten Gerät weitergeleitet
bis das Zielgerät
bzw. das Gateway GW erreicht ist. Die Weiterleitung der Datenpakte
DP erfolgt dabei durch dynamisches Routing. Die Routen, auf denen
die Datenpakte DP übertragen werden,
werden dabei dynamisch auf Basis der Verfügbarkeit der Knoten und auf
Basis der Netzauslastung berechnet. Allgemein zeichnen sich Maschennetzwerke
durch eine hohe Netzabdeckung, eine hohe Zuverlässigkeit und durch einen sparsamen Umgang
mit verfügbaren
Ressourcen aus. Bei drahtlosen Maschennetzwerken wird die drahtlose Übertragungstrecke
herkömmlicherweise
durch eine WLAN (Wireless Local Area Network) Übertragungsstrecke realisiert.
Im Gegensatz zu einem Wireless Personal Area Network (WPAN) haben
WLAN Netze größere Sendeleistungen
und Reichweiten und bieten höhere
Datenübertragungsraten.
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Zur
Authentisierung von Knoten bzw. Rechnern wird das sogenannte EAP
(Extensible Authentication Protocol) eingesetzt. 2 zeigt
ein Signaldiagramm zur Darstellung eines Authentisierungsvorgangs
bei einem herkömmlichen
WLAN-Netz. Das EAP-Protokoll wird bei WLAN zur Absicherung des Netzwerkzugangs
verwendet. Vielfältige
konkrete Authentisierungsverfahren, sogenannte EAP-Methoden, können über das
EAP-Protokoll transportiert werden, z.B. EAP-TLS, EAP-AKA, PEAP-MSChapv2.
Bei der Authentisierung wird ein kryptographischer Schlüssel bzw.
Sitzungsschlüssel MSK,
EMSK (MSK: Master-Session Key; EMSK: Extended Master Session Key)
ermittelt, der nachfolgend zum Schutz der Datenkommunikation, beispielsweise
bei der Link-Layer-Verschlüsselung
verwendet wird. Die Authentisierung eines Teilnehmers erfolgt zwischen
dem Teilnehmer (Supplicant) und einem Authentisierungsserver (AAA-Server).
Bei erfolgreicher Authentisierung sendet der Authentisierungsserver
das Ergebnis der Authentisierung und den aus der Authentisierung
stammenden Sitzungsschlüssel
MSK an den Authentikator, beispielsweise einem WLAN-Access-Point
AP. Die Kommunikation zwischen dem Zugangsknoten bzw. Access-Point
AP und dem Authentisierungsserver erfolgt üblicherweise über das
Radius- oder Diameter-Daten-Übertragungs-Protokoll.
Dabei wird der Sitzungsschlüssel MSK
als Datenattribut an den Zugangsknoten AP als Teil einer EAP-Success-Nachricht
gesendet. Der übertragene
Sitzungsschlüssel
MSK wird anschließend
in einem 802.11 4-Wege-Handshake 802.11 4WHS zwischen dem Teilnehmer
und den Zugangsknoten gemäß dem 802.11
IEEE Standard eingesetzt.
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Bei
einem herkömmlichen
Netzwerk handelt es sich bei dem Zugangsknoten AP um einen vertrauenswürdigen Knoten,
d.h. um einen Knoten der Netzinfrastruktur. Bei dem Zugangsknoten
handelt es sich bei einem herkömmlichen
Netzwerk somit nicht um einen Endnutzerknoten.
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3 zeigt
die Authentisierung zweier Knoten MP-A, MP-B bei einem herkömmlichen WLAN-Netz.
Bei den beiden Knoten MP-A, MP-B kann es sich beispielsweise um
zwei Maschenknoten eines Maschennetzwerkes bzw. Mesh-Networks handeln.
Zum Aufbau einer Datenverbindung zwischen den beiden Knoten MP-A,
MP-B authentisiert sich zunächst
der Endknoten MP-A (als Supplicant) bei dem zugehörigen Authentisierungsserver
AS mittels des EAP-Datenübertragungsprotokolls.
In einer ERP-Success-Nachricht
erhält
der Knoten MP-B (Authentikator) einen Sitzungsschlüssel MSK1.
Anschließend
führt der
Knoten MP-B mit dem Knoten MP-A einen 4-Wege-Handshake durch und
verwendet dabei den erhaltenen Sitzungsschlüssel MSK1. Anschließend führt der
Knoten MP-B (nun als Supplicant) eine Authentisierung an dem zughörigen Authentisierungsserver
AS durch, und MP-A (nun Authentikator) erhält in einer EAP-Success-Nachricht einen zweiten
Sitzungsschlüssel
MSK2. Der Knoten MP-A führt
anschließend
einen 4-Wege-Handshake mit dem Knoten MP-B unter Verwendung des
zweiten Sitzungsschlüssel
MSK2 durch. Die beiden Authentisierungen können anstatt nacheinander auch
ineinander verschachtelt erfolgen.
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Bei
der weiteren Kommunikation zwischen den beiden Knoten MP-A, MP-B kann diese
durch einen der beiden Sitzungsschlüssel MSK1, MSK2 abgesichert
werden.
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Ein
Nachteil der in 3 dargestellten Vorgehensweise
nach dem Stand der Technik besteht darin, dass es sich bei den Knoten
MP-A, MP-B um Mesh-Knoten handeln kann, die nicht Teil der Netzzugangsinfrastruktur
und somit manipulierbar sind. Da ein Mesh-Knoten mit benachbarten
Mesh-Knoten kommuniziert, sind mehrfache Authentisierungen eines
Mesh-Knotens erforderlich. Dies führt zu einer hohen Belastung
des Authentisierungsservers und einem hohem Signalisierungsaufwand
für die Übertragung
von Authentisierungsnachrichten zum Authentisierungsserver im Infrastrukturnetz.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Verfahren sowie Anordnung zur Bereitstellung eines drahtlosen Mesh-Netzwerks
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch
dessen kennzeichnende Merkmale sowie ausgehend vom Gattungsbegriff
des Anspruchs 30 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Bereitstellen eines drahtlosen lokalen Netzwerks, bei dem nach
dem IEEE 802.11 Standard und seinen Derivaten insbesondere IEEE
802.15 oder IEEE 802.16 ausgestaltete stationäre Kommunikationseinrichtungen
sowie mobile Kommunikationseinrichtungen nach Art des Mesh als Subnetzwerk
verbunden sind und welches an ein Infrastrukturnetzwerk derart angeschlossen
wird, dass es mit einem im Infrastrukturnetzwerk angeordneten „Authentication
Authorization Accounting" AAA-Server
unter Nutzung des Extensible Authentication Protokolls EAP Authentisierungsnachrichten über eine
dem Subnetz zugeordnete Station austauschen kann, generiert nach
erfolgreicher erstmaliger Authentisierung einer ersten Kommunikationseinrichtung
des Subnetzes unter Angabe einer ersten Identitätsinformation gegenüber einer
für die
Authentisierung der ersten Kommunikationseinrichtung eine gemäß des EAP
Protokolls definierte Rolle eines Authentikators (Authenticator)
erfüllenden
Kommunikationseinrichtung des Subnetzes der AAA-Server innerhalb
eines ersten Gültigkeitszeitraums
genau einmal eine für
das Subnetz gültige
Verschlüsselungsbasisinformation,
wobei die Verschlüsselungsbasisinformation
einer dem Subnetz eindeutig zuordenbaren Station übermittelt
wird, und wobei die Station zumindest die Verschlüsselungsbasisinformation
speichert und sie der ersten Kommunikationseinrichtung angegebenen
Identitätsinformation
zuordnet und wobei die Station der erstmaligen Authentisierung folgende
Authentisierungsversuche seitens der ersten Kommunikationseinrichtung
gegenüber
einer zweiten Kommunikationseinrichtung des Subnetzes unter Angabe
einer zweiten Identitätsinformation
nach Art eines Proxy-Servers unter Auslassung des AAA-Servers auf
Grundlage der durch die angegebene zweite Identitätsinformation
bestimmte Verschlüsselungsbasisinformation
unter Nutzung des Extensible Authentication Protokolls EAP abwickelt
sowie der zweiten Kommunikationseinrichtung einen für die zweite
Kommunikationseinrichtung unter Verwendung der gespeicherten Verschlüsselungsbasisinformation
ermittelten Schlüssel
zur kryptographisch gesicherten Kommunikation mit der ersten Kommunikationseinrichtung bereitstellt.
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Die
sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren
ergebenden Vorteile bestehen zum einen darin, dass ein Infrastrukturserver
AAA-Server weniger belastet werden muss als es gemäß dem Stand
der Technik erfolgen würde.
Dies ergibt sich daraus, dass er im Grunde nur die erste Anmeldung
der ersten Kommunikationseinrichtung abwickeln muss und folgende
Anmeldungen der ersten Kommunikationseinrichtung mit Hilfe der Station
erfolgen. Ferner ist der Signalisierungsaufwand innerhalb des Infrastrukturnetzes
zum Übertragen
der erforderlichen EAP Anmeldenachrichten verringert. Außerdem können der initialen
Anmeldung folgende Anmeldungen wesentlich schneller durchgeführt werden,
da die Nachrichtenübertragung
zur Station schneller erfolgt als zu einem, häufig weit entfernten, Inf rastruktur
AAA-Server. Der Aufwand ist zudem auf die jeweils erste Kommunikationseinrichtung
beschränkt,
da für
die die Authenticator-Rolle gewährleistende
Kommunikationseinrichtung es unerheblich ist, ob es sich um eine
erste oder eine folgende Authentisierung handelt.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung enthält die Verschlüsselungsbasisinformation
als Information zumindest einen Verschlüsselungsschlüssel, mit dem
eine gesicherte Authentisierung durchgeführt werden kann und somit ein
kryptographischer Schlüssel
bereitgestellt wird, welcher für
die geschützte
Kommunikation zwischen zwei Mesh Kommunikationseinrichtungen verwendet
werden kann. Dieser bereitgestellte Schlüssel wird vorzugsweise dynamisch
als Sitzungsschlüssel
im Rahmen der gesicherten Authentisierung als Sitzungsschlüssel erzeugt.
Somit wird für
den Schutz eines Links zu jeder Nachbarkommunikationseinrichtung
unterschiedliches Schlüsselmaterial
bereitgestellt.
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Wird
der Verschlüsselungsschlüssel durch die
Station als ein dem ersten Kommunikationsgerät zugeordneter Schlüssel gespeichert,
ist sichergestellt, dass jedes erste Kommunikationsgerät einen erfindungsgemäßen Schlüssel aufweist.
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Vorzugsweise
wird zur Abwicklung der Authentisierungsversuche dieser gespeicherte
Schlüssel
verwendet. Insbesondere kann eine der EAP Methoden EAP PSK, EAP
TLS mit TLS-PSK (TLS unter Verwendung eines Pre-Shared-Keys) oder
EAP AKA genutzt werden.
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Speichert
die Station einen Schlüssel,
welcher aus dem Verschlüsselungsschlüssel abgeleitet und
dem ersten Kommunikationsgerät
zugeordnet wird, wird der Verschlüsselungsschlüssel nicht
für unterschiedliche
Zwecke verwendet, sondern es kann beispielsweise der abgeleitete
Schlüssel
für weitere
Authentisierungen der ersten Kommunikationseinrichtung genutzt werden,
so dass zusätzliche Sicherheit
geboten ist.
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Vorteilhaft
ist ferner, wenn der AAA-Server aus dem Verschlüsselungsschlüssel einen
Schlüssel ableitet
und als einen dem ersten Kommunikationsgerät zugeordneten Schlüssel im
Rahmen der erstmaligen Authentisierung als Teil der Verschlüsselungsinformation übermittelt.
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Vorteilhaft
ist auch, dass die Übermittlung des
zugeordneten Schlüssels
mit einer gemäß EAP Protokoll
als EAP Success Nachricht ausgestalteten Nachricht erfolgt. Dies
hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren ohne größere Anpassung in
vorhandene Systeme eingeführt
werden kann, da die jeweils zweite Kommunikationseinrichtung den Schlüssel, wie
es im Stand der Technik bereits bekannt ist, erhält.
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Erfolgt
die Ableitung derart, dass der zugeordnete Schlüssel mittels einer Schlüsselableitungsfunktion
auf Grundlage eines gemäß dem EAP
Protokoll gebildeten Master Session Key MSK Schlüssels erzeugt wird, ist ebenso
eine leichtere Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, wie
es auch der Fall ist, wenn die Ableitung derart erfolgt, dass der
zugeordnete Schlüssel
mittels einer Schlüsselableitungsfunktion
auf Grundlage eines gemäß EAP Protokoll
gebildeten Extended Master Session Keys EMSK erzeugt wird, da beide
in IEEE 802.11 und seinen Derivaten genutzte Verschlüsselungsschlüssel sind.
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Erfolgt
die Ableitung durch den AAA-Server, hat dies den Vorteil, dass sowohl
MSK als EMSK Schlüssel
verwendet werden können.
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Bei
der Ableitung aus einem EMSK Schlüssel ist vorteilhaft, wenn
seitens des AAA-Servers an die Station zusätzlich zum MSK auch der aus
dem EMSK abgeleitete Schlüssel übertragen
wird.
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Erfolgt
die Ableitung durch die Station, so muss der AAA-Server nicht erweitert werden, um diese
Schlüsselableitung
durchzuführen.
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Wird
als Schlüsselableitungsfunktion
des zugeordneten Verschlüsselungsschlüssels eine
Funktion gemäß einer
kryptographischen Hash-Funktion, insbesondere SHA-1, SHA-256 oder
MD5, verwendet, wird eine kryptographische Separierung gewährleistet,
so dass vermieden wird, dass ein einziger Schlüssel für unterschiedliche Zwecke verwendet wird.
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Basiert
dagegen die Schlüsselableitungsfunktion
des zugeordneten Verschlüsselungsschlüssels auf
so genannten Keyed Hash Funktionen, insbesondere HMAC nach RFC2104,
so hat dies den Vorteil, dass man noch in die Schlüsselableitung
eine Zeichenkette einbauen kann, die beispielsweise den Verwendungszweck
des abgeleiteten Schlüssels
angibt.
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Eine
sehr praktikable Weiterbildung ist dabei dadurch gegeben, dass der
zugeordnete Verschlüsselungsschlüssel gemäß einer
Schlüsselableitungsfunktion
gebildet wird, die sich aus der Formel M-AAA-Key
= HMAC-SHA-1 (MSK, „Mesh-AAA-Key")ergibt, wobei
mit „M-AAA-KEY" der so abgeleitete Schlüssel, mit „HMAC-SHA-1" die Keyed Hash Funktion
HMAC unter Verwendung der Hash-Funktion „SHA-1" bezeichnet sind und wobei mit „MSK" der gemäß EAP Protokoll
ermittelte Master Session Key und mit „Mesh-AAA-Key" eine beliebige Zeichenkette,
die insbesondere den Verwendungszweck des Schlüssels wiedergibt, bezeichnet
ist.
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Vorteilhaft
ist es ferner, dass der zugeordnete Schlüssel mit dem nach dem EAP Protokoll
gebildeten Master Session Key MSK Schlüssel oder dem Extended Master
Session Key EMSK Schlüssel
Identität
aufweist, da dies eine Variante mit geringfügigem Rechenaufwand darstellt.
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Entspricht
der erste Gültigkeitszeitraum
der Gültigkeitsdauer
eines gemäß EAP Protokolls
gebildeten Master Session Key und/oder Extended Master Session Key,
so ist die Gültigkeit
der nachfolgenden Authentisierung nicht länger als die der ersten Authentisierungen,
sondern die Gültigkeitsdauer
des Schlüssels
der ersten Authentisierung gilt auch für die nachfolgenden Authentisierungen,
so dass der absolute Endzeitpunkt der gleiche ist, während ein die
Gültigkeitsdauer
des zugeordneten Schlüssels bestimmender
zweiter Gültigkeitszeitraum,
der der Gültigkeitsdauer
eines gemäß EAP Protokoll
gebildeten Maser Session Keys entspricht, dazu führt, dass die relative Gültigkeitsdauer
gemessen ab Authentisierung gleich ist.
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Alternativ
wird eine Gültigkeitsdauer
des zugeordneten Schlüssels
bestimmender zweiter Gültigkeitszeitraum
durch eine festgelegte Anzahl zulässiger Authentifizierungen
bestimmt, so dass ermöglicht wird,
eine Anzahl von Authentifizierungen zu begrenzen.
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Eine
besonders geeignete Weiterbildung stellt es dar, wenn als Station
ein das Subnetz mit dem Infrastrukturnetz verbindender Umsetzer
(Gateway) genutzt wird.
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Werden
der Verschlüsselungsinformation Netzwerkattribute
bestimmende Parameter, insbesondere eine sogenannte Policy wie beispielsweise die
maximale Bandbreite, QoS-Reservierungen, die Gültigkeitsdauer, nutzerbezogene
Kontoinformation und/oder Verkehrsfilterregeln beigefügt, werden
auch für
die nachfolgenden Authentisierungen der jeweiligen Authenticator-Kommunikationseinrichtung
diese Informationen bereitgestellt.
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Besonders
geeignet erscheint es, wenn die den ersten Authentisierungen folgenden
Authentisierungen nach der gemäß EAP-Protokoll spezifizierten EAP-PSK
Methode erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass anhand der verwendeten
Methode die Station ermittelt, dass es für einen aktuellen Authentisierungsversuch
im Sinne eines Proxy-Servers unter Auslassung von Kommunikation
mit dem AAA-Server diese Authentisierung durchführt.
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Dies
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Abwicklung nach Art
eines Proxy-Servers derart erfolgt, dass nach der erstmaligen erfolgten
Authentisierung die Auslassung des AAA-Servers durch Terminieren von gemäß EAP-Protokoll
gebildeten Nachrichten in der Station erfolgt, wobei das Terminieren in
Abhängigkeit
von mit den Nachrichten korrelierenden Informationen durchgeführt wird.
Hierdurch wird eine einfache Methode zur Verfügung gestellt, mit der das
erfindungsgemäße Verfahren
implementiert wird, so dass gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgende
Authentisierungsversuche bei der Station terminiert werden können, während erste
Authentisierungsversuche und andere Nachrichten an den AAA-Server,
wie aus dem Stand der Technik bekannt, weitergesendet werden können.
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Eine
sehr simple Implementierung ohne größeren Änderungsaufwand bestehender
Systeme ist gegeben, wenn als korrelierende Information die Art der
verwendeten EAP-Protokollmethode detektiert wird. Alternativ hierzu
ist es von Vorteil, als korrelierende Information die „Network
Access Identifier" NAI,
welche insbesondere einen Aufbau der Form user@realm aufweist, wobei „user" die Nachricht absendende
Station bezeichnet und „realm" die insbesondere
durch den AAA-Server bereitgestellte Domäne kennzeichnet, derart manipuliert
wird, dass sich aus der mit den Nachrichten korrelierenden Informationen
die Station als Adressat ergibt. Hierdurch wird ein in EAP-Systemen üblicher
Aufbau zur Adressierung folgerichtig auch für die Erfindung genutzt. Dabei
wird vorzugsweise eine die Station bezeichnende Zeichenkette hinzugefügt und dass
die NAI insbesondere die Form „{mesh-aaa}user@realm", „user{mesh-aaa}@realm" oder „user@{mesh-aaa}.realm" aufweist, dies führt vorteilhaft
dazu, dass die Station eindeutig gekennzeichnet und adressiert ist.
Eine weitere vorteilhafte Alternative ist gegeben, wenn als Manipulation
der Domänenbezeichnung
die Bezeichnung der Station gesetzt wird und insbesondere die Form „user@mesh-aaa" aufweist.
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Sind
nach Ablauf des Gültigkeitszeitraums weitere
Authentisierungen nur nach erneuter, insbesondere vor Ablauf des
Gültigkeitszeitraums
durchgeführter
erstmaliger Authentisierung beim AAA-Server erfolgreich, ist die
Gültigkeit
der ersten und der darauf basierenden nachfolgenden Authentifikationen
begrenzt, so dass die Sicherheit erhöht wird, weil ein neuer die
Sicherheit gewährender
Authentisierungsvorgang gestartet werden muss.
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Alternativ
oder ergänzend
ist es von Vorteil, dass die Verschlüsselungsbasisinformation als
Information zumindest einen nach Art des gemäß RFC4187 Sektion 1 gebildeten
AKA Authentisierungsvektor enthält,
wobei vorzugsweise für
die Bildung des AKA Verschlüsselungsvektors
ein gemäß EAP Protokoll
gebildeter Master Session Key als nach Art des AKA erforderlicher
geheimer Schlüssel gesetzt
wird.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen ausgehend vom in
den 1 bis 3 dargestellten Stand der Technik
anhand von in den 4 bis 7 dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigt
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1 ein
Mesh-Netzwerk Szenario,
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2 ein
Ablaufdiagram einer Mesh-Authentisierung gemäß Draft D0.01 IEEE802.11s,
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3 ein
Ablaufdiagram einer WLAN Authentisierung nach dem Stand der Technik,
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4 ein
Ablaufdiagram einer initialen Mesh-Anmeldung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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5 ein
Ablaufdiagram einer der initialen Mesh-Anmeldung folgenden Authentisierung,
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6 ein
Ablaufdiagram eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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7 ein
Ablaufdiagram eines dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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Ausgehend
von dem in den 1 bis 3 dargestellten
Szenario soll in den folgenden Figuren das erfindungsgemäße Ver fahren
anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden,
wobei gleiche Einheiten und Verfahrensschritte in den jeweiligen
Figuren die gleiche Bezeichnung erhalten.
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Kern
der Erfindung ist es, dass ein neuer Knoten bzw. eine auf dem Knoten
realisierte Funktionalität
in 4 bis 6 mit MESH-AAA bezeichnet als
ein AAA-Proxy betrieben wird, welcher zwischen dem Maschenknoten
und dem AAA-Server geschaltet ist.
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Dieser
neue Knoten MESH-AAA kann z.B. auf einem Mesh Gateway Knoten GW
realisiert sein, der das Maschennetzwerk mit einem Infrastrukturnetzwerk
verbindet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht nun vor, dass bei einer erfolgreichen Authentisierung eines
ersten Mesh Knotens, d.h. einer ersten Kommunikationseinrichtung
MP-A der neue Knoten, d.h. die Station MESH-AAA einen vom AAA-Server
AAA-S erhaltenen Schlüssel
bzw. einen daraus abgeleiteten Schlüssel abspeichert und zwar derart,
dass dieser der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A zugeordnet
ist.
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In
der 4 ist dieser Schlüssel als M-AAA Key bezeichnet.
Alternativ oder ergänzend
ist es erfindungsgemäß auch vorgesehen,
dass falls der AAA-Server AAA-S Parameter zum Betreiben einer Verbindung,
d.h. eine so genannte Policy POLICY für die erste Kommunikationseinrichtung
MP-A aufweist, diese ebenfalls an die Station MESH-AAA gesendet und
auch zugeordnet zu der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A gespeichert
wird.
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Weitere
Attribute bzw. Parameter POLICY, die sich auf die erste Kommunikationseinrichtung MP-A
bzw. den Schlüssel
M-AAA-KEY beziehen,
wie beispielsweise die Gültigkeitsdauer
des Schlüssels LT
oder die Nutzerkennung werden ebenfalls zugeordnet zur ersten Kommunikationseinrichtung
MP-A in der Station MESH-AAA abgespeichert. Dabei ist vorzugsweise
die Gül tigkeitsdauer
des Schlüssels M-AAA-KEY
identisch zu der Gültigkeitsdauer
des Sitzungsschlüssels
MSK.
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Auch
die erste Kommunikationseinrichtung MP-A speichert den eingerichteten
und an die Station MESH-AAA übertragenen
Schlüssel
M-AAA-KEY, wobei dieser nicht an die erste Kommunikationseinrichtung
MP-A übertragen
worden ist, sondern dieser von der ersten Kommunikationseinrichtung
MP-A selbst als Resultat der bekannten EAP-Authentisierung bestimmt
wurde.
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Erfindungsgemäß ist nun
des Weiteren vorgesehen, dass für
EAP Anmeldungen der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A gegenüber weiteren
Mesh Knoten des Maschennetzwerks der Schlüssel M-AAA-KEY verwendet wird,
wobei bevorzugt eine für
diesen geheimen Schlüssel
bzw. sogenannten Secret Key geeignete EAP-Methode, z.B. die Methode EAP-PSK verwendet
wird.
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Ferner
funktioniert bei diesen weiteren Anmeldungen die Station MESH-AAA
als AAA Server, d.h. Authentisierungsversuche führen dazu, dass die Station
MESH-AAA das EAP Protokoll terminiert, wobei dazu die gespeicherten
Daten wie der Schlüssel M-AAA-KEY
sowie die Parameter POLICY verwendet werden und der AAA-Server AAA-S
des Infrastrukturnetzwerks INFRASTRUCTURE NETWORK bei diesen Anmeldungen
nicht mehr involviert ist.
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Der
Effekt dieses erfindungsgemäßen Vorgehens
ist zum einen, dass für
eine beschränkte
Zeitdauer, die sich beispielsweise nach der Gültigkeitsdauer des Sitzungsschlüssels MSK
bestimmt, die Aufgaben des AAA-Servers AAA-S an die Station MESH-AAA
delegiert für
alle AAA-Klienten des MESH Maschennetzes.
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Die
Bestimmung des erfindungsgemäßen Mesh
Keys M-AAA-KEY kann wie folgt realisiert werden. Zum einen besteht
die Möglichkeit,
den Schlüssel
M-AAA-KEY mit dem Sitzungsschlüssel
MSK gleichzusetzen, welcher aus der EAP Authentisierung resultiert
oder der Mesh Key M-AAA-KEY wird auf Basis einer Schlüsselableitungsfunktion
KDF aus dem Sitzungsschlüssel
MSK ermittelt, wobei dies durch den AAA-Server AAA-S oder durch
die Station MESH-AAA erfolgen kann. Schließlich besteht auch die Möglichkeit,
den Schlüssel
M-AAA-KEY auf Basis einer Schlüsselableitungsfunktion
KDF mit dem erweiterten Sitzungsschlüssel EMSK auf dem AAA-Server
AAA-S berechnen zu lassen. Dabei eignen sich für die Schlüsselableitungsfunktion KDF
vor allem kryptographische Hash Funktionen, wie z.B. SHA-1, MD5,
SHA256 oder darauf basierende Keyed Hash Funktionen, wie beispielsweise
HMAC nach RFC2104.
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Als
eine konkrete Realisierung für
die Schlüsselableitungsfunktion
eignet sich beispielsweise M-AAA-KEY = HMAC-SHA-1
(MSK, „Mesh-AAA-Key"),wobei die
Zeichenkette „Mesh-AAA-Key" explizit den Verwendungszweck
des abgeleiteten Schlüssels M-AAA-KEY
angibt.
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Erfolgt
die Schlüsselableitung
des Mesh Keys M-AAA-KEY auf dem AAA-Server AAA-S, so sendet der
AAA-Server AAA-S diesen abgeleiteten Schlüssel M-AAA-KEY als Teil der
EAP Success Nachricht EAP-SUCCESS, während in dem Fall, in dem die
Ableitung auf der Station MESH-AAA erfolgt, oder der Mesh Key M-AAA-KEY den Wert
des Sitzungsschlüssels
MSK erhält,
d.h. also ohne Schlüsselableitung
verwendet wird, kein weiterer Schlüssel von dem AAA-Server AAA-S übertragen
wird. Dabei ist die erste genannte Option aus Sicherheitssicht vorteilhaft,
während
die zweite aus Deploymentsicht einfacher erscheint.
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Die
Identifizierungsinformation gemäß EAP Network
Access Identifier NAI hat im Allgemeinen das Format „user@realm" und wird erfindungsgemäß auch in
diesem Format genützt,
d.h. hinter dem „@" wird die Domäne des AAA-Servers
AAA-S angegeben, während
nach der Erfindung bei den folgenden Authentisierungsversuchen,
d.h. unter Verwendung des gespeicherten Schlüssels M-AAA-KEY aufgrund der
Tatsache, dass die Station MESH-AAA die Funktionalität des AAA-Servers
AAA-S übernimmt,
diese adressiert.
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Hierfür bestehen
erfindungsgemäß folgende vorteilhafte
Ausführungsmöglichkeiten:
Eine
Implizite, bei der die erste Kommunikationseinrichtung MP-A auch
bei folgenden Anmeldungen dieselbe NAI verwendet und die Station
MESH-AAA lediglich anhand der verwendeten EAP-Protokollmethode,
wie beispielsweise EAP-PSK, detektiert, dass MESH-AAA das EAP-Protokoll
bearbeiten soll und nicht der AAA-Server AAA-S.
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Ferner
besteht die Möglichkeit,
die ursprüngliche
NAI umzuformatieren, d.h. eine Zeichenkette an einer beliebigen
Stelle der üblichen
NAI Form einzufügen,
wobei sich hierfür
beispielsweise die Bezeichnung der Station MESH-AAA eignet, so dass
sich grundsätzlich
folgende Möglichkeit
bietet „user{mesh-aaa}@realm", „{mesh-aaa}user@realm" oder „user@{mesh-aaa}.realm" als Adressen zu
verwenden.
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Abschließend besteht
auch die Möglichkeit, den
Realm der Station MESH-AAA explizit als Realm zu setzen, so dass
NAI die Form „user@mesh-aaa" hat.
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Die
Gültigkeitsdauer
des Schlüssels M-AAA-KEY,
d.h. seine maximale Lebensdauer oder die so genannte Key Life Time
bestimmt sich, durch die Gültigkeitsdauer
des Schlüssels
M-AAA-KEY. Ist diese
abgelaufen, kann damit keine erneute EAP Autenthisierung mit der
Station MESH-AAA durchgeführt
werden, so dass eine EAP Anmeldung eines Klienten scheitert und
dieser Klient daraufhin eine erneute Authentisierung, wie im ersten
erfindungsgemäßen Schritt
mit dem AAA-Server AAA-S durchführen
muss, wodurch wieder ein frischer Schlüssel, dessen Gültigkeitsdauer
noch nicht abgelaufen ist, M-AAA-KEY auf der Station MESH-AAA eingerichtet wird.
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Vorzugsweise
führt dabei
diese erste Kommunikationseinrichtung MP-A die Re-Authentifizierung
mit dem AAA-Server AAA-S schon einige Zeit vor Ablauf der Gültigkeit
des Schlüssels
M-AAA-KEY durch.
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Eine
Variante zu der Nutzung von Secret Keys wie dem Schlüssel M-AAA-KEY
besteht darin, dass der AAA-Server AAA-S anstatt des Schlüssels M-AAA-KEY
sogenannte AKA-Authentication-Vektoren
AV generiert und diese an die Station MESH-AAA sendet, wobei für weitere
Authentisierungen von der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A
innerhalb des Mesh Netzwerkes MESH diese AKA Authentication-Vektoren
verwendet werden.
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Die
dafür geeignete
Methode ist die EAP Methode EAP-AKA (gemäß RFC4187).
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Der
wesentliche Unterschied zwischen einem Schlüssel M-AAA-KEY und einer Menge von AKA Authentication-Vektoren
ist, dass der Schlüssel M-AAA-KEY
für beliebig
viele Authentifikationen innerhalb des Gültigkeitszeitraums verwendet
werden kann, wogegen ein AKA-Authentication-Vektor nur für eine Authentifikation
verwendet werden kann und danach gewissermaßen verbraucht ist.
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Dabei
soll erfindungsgemäß der Sitzungsschlüssel MSK
oder EMSK der ersten EAP Anmeldung anstatt des Secret Keys verwendet
werden, welcher sonst bei AKA zwischen dem dort definierten „Identity
Module" und „Home Environment" dauerhaft eingerichtet
ist (vgl. RFC4187, Sektion 1). Die erste Kommunikationseinrichtung
MP-A verwendet dabei nicht notwendigerweise ein Identity Module,
wie beispielsweise eine 3GPP SIM-Karte bzw. eine USIM, sondern führt die
entsprechende Operation selbst durch und nutzt hierzu den Sitzungsschlüssel MSK oder
EMSK als Secret Key. Ebenso führt
die Station MESH-AAA die Operationen des Home Environment durch,
d.h. die Generierung der Authentication-Vektoren.
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Die
zur Generierung gemäß RFC4187,
Sektion 1 benötigte
Sequenznummer wird bei jedem erfolgreichen Lauf dabei mit dem AAA-Server
AAA-S neu initialisiert, beispielsweise mit dem Wert 0. Da dabei
auch der AKA Secret Key Schlüssel
neu definiert wird, leidet die Sicherheit nicht, so dass insgesamt
der Vorteil der Variante überwiegt,
dass innerhalb des Gültigkeitszeitraums
nicht beliebig viele Authentifikationen durch die Station MESH-AAA
durchgeführt
werden können,
sondern unter Kontrolle des AAA-Server AAA-S nur so viele Authentifikationen durchgeführt werden,
wie Authentication-Vektoren bereitgestellt
wurden.
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Die
wesentlichen Vorteile der Erfindung ergeben sich dabei daraus, dass
nur die erste EAP-Authentisierung eines Mesh-Knotens von dem AAA-Server AAA-S durchgeführt werden
muss, während
weitere EAP-Läufe
nur noch unter Nutzung der Station MESH-AAA erfolgen.
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Weiterhin
wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
aufgrund der Nutzung des Schlüssels M-AAA-KEY
für die
nachfolgenden EAP-Läufe
eine sehr effiziente Secret-Key-basierte Authentisierung durchgeführt, während der
AAA-Server AAA-S beliebige EAP-Methoden verwenden kann, auch beispielsweise
solche, die rechenaufwändige
Zertifikationsprüfungen
oder Public-Key-Operationen
erfordern, wie beispielsweise EAP-TLS oder PEAP. Der AAA-Server
AAA-S wird dadurch nicht durch ständige Authentisierungsversuche
belegt bzw. beansprucht und kann dadurch weniger leistungsfähig ausgelegt
werden.
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In 4 ist
der Ablauf der erstmaligen Anmeldung im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand eines Diagramms dargestellt.
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Dabei
ist zu erkennen, dass von einer ersten Kommunikationseinrichtung
MP-A, welche bei der dargestellten Anmeldung die Rolle des Supplicants SUPP
einnimmt und einer Kommunikationseinrichtung MP-B, welche die Rolle
eines Authentikators AUTH einnimmt, ein Verbindungs-Setup gemäß dem Standard
IEEE 802.11 erfolgt. Dieser löst
in einem nächsten
Schritt eine bekannte erste EAP-Authentifikation EAP AUTHENTICATION1
nach dem Stand der Technik aus. Bei dieser kommuniziert die erste Kommunikationsseinrichtung
MP-A mit einem AAA-Server AAA-S, der nach erfolgreicher EAP-Authentifikation
eine EAP-Success-Meldung
EAP-SUCCESS mit einem ersten Sitzungsschlüssel MSK1 sowie Parametern
bzw. Attributen der Verbindung POLICY-A, LT-A an eine Station gemäß der Erfindung MESH-AAA überträgt. Diese
speichert dann die NAI für
die erste Kommunikationsseinrichtung MP-A, einen Schlüssel M-AAA-KEY,
welcher von dem Sitzungsschlüssel
MSK1 durch eine Schlüsselableitungsfunktion
KDF ermittelt worden ist, die Parameter sowie die Attribute POLICY-A,
LT-A als dem der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A zugeordneten
Datensatz ab und sendet bzw. leitet die EAP-Success-Nachricht EAP-SUCCESS
an die die Authenticator-Rolle übernehmende
Station MP-B weiter, so dass im Folgenden in den bekannten Handshake-Verfahren
der EAP-Lauf zum Abschluss kommt. Im Folgenden wird dann, wie aus
dem Stand der Technik bekannt, die Rolle des Authenticators und des
Supplicants SUPP getauscht und ein erneuter EAP-Lauf EAP-AUTHENTICATION2
auf Grundlage der gemäß des Standes
der Technik bekannten NAI durchgeführt, so dass für die Station
MP-B die nun in der Rolle der ersten Kommunikationseinrichtung gemäß der Erfindung
betrieben wird, ebenfalls ein Sitzungsschlüssel sowie Parameter und Attribute
von dem AAA-Server AAA-S an die Station MESH-AAA übertragen
werden, so dass ein in analoger Weise zur ersten Kommunikationseinrichtung
MP-A ein der Station MP-B zugeordneter Datensatz gespeichert und
der EAP-Lauf für
die Station MP-B beendet wird, so dass eine Kommunikation zwischen
der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A und der zweiten Kommunikationseinrichtung
MP-B geschützt
auf Grundlage des ersten Sitzungsschlüssels MSK1 oder des zweiten
Sitzungsschlüssels
MSK2 erfolgen kann.
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Es
ist daher zusammenfassend festzuhalten, dass im Kern das erfindungsgemäße Verfahren
so beginnt, dass zunächst
weder für
die erste Kommunikationseinrichtung MP-A noch für die zweite Station MP-B ein
Eintrag auf der Station MESH-AAA vorhanden ist und die erste Authentisierung
dabei, wie durch den Stand der Technik bereits bekannt, erfolgt,
mit dem Unterschied, dass erfindungsgemäß die Station MESH-AAA bei
erfolg reicher Authentisierung einen entsprechenden Eintrag für die jeweilige
Kommunikationseinrichtung (Mesh-Knoten) anlegt, wobei dieser der
bei der Anmeldung verwendete Identifikationsinformation NAI des
jeweiligen Mesh-Knotens, den dem jeweiligen Mesh-Knoten zugeordneten Schlüssel M-AAA-KEY
sowie weitere zugeordnete vom AAA-Server AAA-S bereitgestellte Daten,
wie beispielsweise die Policy POLICY-A ... POLICY-C, Lifetime LT-A ... LT-C sowie
weitere Attribute, falls vorhanden, enthält.
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Nach
der Authentisierung ist für
das erste Kommunikationsgerät
MP-A und das zweite Kommunikationsgerät MP-B auf der Station MESH-AAA
jeweils ein Datensatz angelegt, der für weitere Authentisierungen
verwendet wird. Beide Stationen übernehmen
also einmal die Rolle der ersten Kommunikationseinrichtung nach
dem Verfahren gemäß der Erfindung.
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Für die der
ersten erstmalig erfolgreichen Authentisierung folgenden Authentisierungen
stellt sich der Ablauf wie bei dem in der 5 dargestellten
Beispiel wie folgt dar: Tritt nun eine folgende Authentisierung
mit einem ersten Kommunikationsgerät MP-A gegenüber einer
dritten Kommunikationseinrichtung MP-C ein, so terminiert das EAP-Protokoll
in der Station MESH-AAA, beispielsweise weil die Station detektiert,
dass die EAP-Methode EAP-PSK verwendet wird oder, wie dargestellt,
weil die folgende Authentisierung EAP-AUTHENTICATION 1' auf Grundlage einer
modifizierten NAI MP-A erfolgt, so dass, falls in der Station MESH-AAA
ein passender Eintrag für
diese NAI zu finden ist, die EAP-Methode auf Grundlage des für diese
erste Kommunikationseinrichtung MP-A gespeicherten Schlüssels M-AAA-KEY
ausgeführt
wird und andernfalls die Authentisierung ohne Erfolg abgebrochen
wird.
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Zu
erkennen ist ferner, dass im Erfolgsfall von der Station MESH-AAA,
so wie es gemäß dem Stand
der Technik durch den AAA-Server AAA-S erfolgen würde, eine
EAP-Success-Nachricht EAP-SUCCESS mit einem Sitzungsschlüssel MSK' sowie Parametern
und Attributen POLICY-A, LT-A an die dritte Kommunikations einrichtung
MP-C gesendet wird, so dass letztendlich im 4-Wege-Handshake dieser Schlüssel, welcher
als Ableitung des Schlüssels
M-AAA-KEY generiert wird, verwendet wird.
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Ferner
ist zu erkennen, dass bei dem Lauf, in dem nun die dritte Kommunikationseinrichtung
MP-C als Supplicant SUPP auftritt, eine Authentisierung, wie sie
gemäß dem Stand
der Technik erfolgt, durchgeführt
wird, da für
die dritten Kommunikationseinrichtung MP-C dies die erste Authentisierung
in dem Mesh-Netzwerk ist und dies erfindungsgemäß wieder zu einer Speicherung
eines dem dritten Kommunikationsgerät MP-C zugeordneten Schlüssels M-AAA-KEY
sowie Parametern und Attributen POLICY-C, LT-C führt. Daraufhin erfolgt eine
geschützte Kommunikation
zwischen der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A und der dritten
Kommunikationseinrichtung MP-C zum einen auf der Grundlage des ersten
Schlüssels
gemäß der Erfindung
MSK1' sowie des
Sitzungsschlüssels
für die
dritte Kommunikationseinrichtung MSK3.
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In 6 ist
nun eine Variante der erfindungsgemäßen initialen Anmeldung dargestellt.
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In
dieser Variante dient die Authentisierung mit Hilfe des AAA-Servers
AAA-S lediglich dazu, einen Eintrag auf der Station MESH-AAA anzulegen. Danach
erfolgt eine weitere EAP-Authentisierung
unter Verwendung des eingerichteten Datensatzes.
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Das
heißt,
dass insgesamt bei der ersten Anmeldung einer ersten Kommunikationseinrichtung MP-A
zwei EAP-Läufe
mit der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A in der Supplicant-Rolle
SUPP stattfinden, wobei ein Lauf mit dem AAA-Server AAA-S als Authentication-Server
erfolgt und ein Lauf mit der Station MESH-AAA in der genannten Rolle.
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Eine
weitere Variante der initialen Anmeldung ist in 7 dargestellt.
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Diese
Variante besteht darin, dass anstatt zwei getrennter EAP-Läufe eine
so genannte getunnelte EAP-Methode, wie sie beispielsweise durch EAP-PEAP
gegeben ist, verwendet wird.
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Bei
dieser Methode ist dabei der Tunnel-Endpunkt der äußeren Methode,
die Station MESH-AAR und der Endpunkt der inneren EAP-Methode der
AAA-Server AAA-S.
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Ferner
wird der PEAP-Schlüssel
gemäß der PEAP-Spezifizierung
abgeleitet, mit dem erfindungsgemäßen Unterschied, dass durch
die innere EAP-Methode eingerichtete Sitzungsschlüssel MSK verwendet
wird, um den Schüssel
M-AAA-KEY abzuleiten.
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Die
Verwendung von PEAP mit der sogenannten Early Termination, unter
der zu verstehen ist, dass innere und äußere EAP-Methoden an unterschiedlichen Knoten
terminieren, ist in dem Intel White-Paper "Public WLAN Interworking
Study, 2004, Abschnitt 3.2.7 beschrieben.