DE19705350C2

DE19705350C2 - Verfahren und Einrichtung zur Teilnehmergruppierung in einem Mobil-Kommunikationsnetz

Info

Publication number: DE19705350C2
Application number: DE19705350A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Barmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: DE19705350A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Teilnehmergruppie rung in einem Mobil-Kommunikationsnetz, bei dem übermittelte Daten mittels Chiffrieralgorithmen ver- und entschlüsselt werden, sowie eine Einrichtung zur Teilnehmergruppierung.

Im Mobil-Kommunikationsnetz, beispielsweise einem GSM (Global System for Mobile Communications)- Mobilfunknetz, werden die digitalen Daten der Mobilstation beziehungsweise der Basis station mittels aus J. Biala, "Mobilfunk und intelligente Net ze", Vieweg Verlag, 1995, S. 189-192, bekannter Chiffrier (Cypher)-Algorithmen, beispielsweise A51 oder A52, in einer Chiffriereinrichtung ver- und entschlüsselt und über die Luftschnittstelle zum jeweils anderen Partner gesendet. In der Chiffriereinrichtung erfolgt die Ver- beziehungsweise Entschlüsselung mit Hilfe der Rahmennummer (Framenummer) f_n und dem Chiffrierschlüssel (Cypherkey) K_c. Der Chiffrier schlüssel ist dabei ein dem jeweiligen Teilnehmer individuell zugeordneter Code. Mit diesem System können folglich einzelne Teilnehmer individualisiert werden. Die Sicherheit des Sy stems hängt von der Komplexität des Chiffrieralgorithmus ab und ist bei den Chiffrieralgorithmen A51 oder A52 sehr gut. Allerdings ist es bisher bei den GSM-Mobilfunknetz nicht mög lich, derart bestimmte Gruppen von Teilnehmern zu bilden, daß nur die Mitglieder der Gruppe miteinander kommunizieren kön nen. Auch aus DE 44 19 040 C1, EP 480 833 A1 und EP 455 135 A2 sind Chiffrieralgorithmen für Mobilfunksysteme bekannt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Teilnehmergruppierung im Mobil- Kommunikationsnetz bereitzustellen, wobei bestimmte Gruppen von Teilnehmern gebildet werden können derart, daß nur die Mitglieder einer Gruppe miteinander über das Netz kommunizie ren können. Dabei soll jedoch das Maß an Sicherheit gegen un berechtigtes Eindringen (Hacken) nicht beeinträchtigt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in der in Anspruch 1 angegebenen Weise gekennzeichnet, wäh rend eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in An spruch 7 gekennzeichnet ist.

Bei der Erfindung erfolgt die Teilnehmergruppierung durch Eingriff in einen programmierbaren Bestandteil des Chif frieralgorithmus. Dieser Eingriff ist einerseits unproblema tisch in der Implementierung und vermindert andererseits nicht die durch Hacken gefährdete Sicherheit bei der Ver- und Entschlüsselung, da das Sicherheitsniveau des Chiffrieralgo rithmus erhalten bleibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beilie genden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip einer GSM-Verbindung zwischen Mobilsta tion und Basisstation;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Ver- und Ent schlüsselung in der Chiffriereinrichtung; und

Fig. 3 die Struktur eines rückgekoppelten Schieberegisters und das dazugehörige Polynom.

In Fig. 1 ist dargestellt, wie eine Basisstation 4 in Ab wärtsrichtung (Downlink) verschlüsselte Daten an die Mobil station 2 sendet, die die Daten entschlüsselt. In Aufwärts richtung (Uplink) sendet die Mobilstation 2 verschlüsselte Daten an die Basisstation 4, die die Daten entschlüsselt. Die Ver- und Entschlüsselung erfolgt dadurch, daß mittels Rahmen nummer f_n und Chiffrierschlüssel K_c die 2 × 114 Bit lange Chiffriersequenz ermittelt und die Reindaten mittels XOR-(X ODER)-Gatter verknüpft und somit im Downlink verschlüsselt beziehungsweise im Uplink entschlüsselt werden.

Die die Ver- und Entschlüsselung durchführenden Chiffrierein richtungen sowohl in der Mobilstation als auch in der Basis station umfassen rückgekoppelte Schieberegister LFSR, wobei die Stellen der Rückkoppelung der Schieberegister durch soge nannte Polynome repräsentiert werden.

In Fig. 2 ist schematisch die Ver- und Entschlüsselung mit Schieberegistern 6, 8, 10 dargestellt. Die Eingaben, nämlich die Rahmennummer f_n und der Chiffrierschüssel K_c werden an die Schieberegister 6, 8, 10 über XOR-Gatter 12, 14 beziehungs weise 16 eingegeben, die die Eingaben für die Rahmennummer f_n und den Chiffrierschlüssel K_c parallel erhalten. Die Punkte R_i zeigen an, wo die Rückkoppelungspunkte liegen, beziehungswei se das Polynom den Wert "1" hat. Entsprechend den in den Schieberegistern eingestellten Polynomen ergibt sich am Aus gang der Chiffriereinrichtung eine für den Teilnehmer genau definierte Chiffriersequenz entsprechend den verwendeten Chiffrieralgorithmen A51 oder A52. Die Chiffriersequenz und die übertragenen Daten werden an einem weiteren XOR-Gatter 18 zusammengeführt, so daß sich die entsprechende Ver- und Ent schlüsselung der Daten ergibt.

Fig. 3 zeigt schematisch die Struktur eines Schieberegisters und des dazugehörigen Polynoms. Bei dieser Darstellung wird das Polynom dargestellt durch:

X²² + X¹⁸ + X¹⁰ + X⁷ + X³ + X⁰ = 10001000000010010001001

Dieses Polynom ist in Fig. 3 in der obersten Zeile und der darunterliegenden Zeile dargestellt, während in dem unteren Teil von Fig. 3 das Schieberegister selbst mit seinem Rück koppelungspunkten R₂₂, R₁₈, R₁₀, R₇ und R₃, die den oben genann te XOR-Gatter entsprechen, dargestellt ist.

Wenn das Polynom des in Fig. 3 gezeigten Schieberegisters nach dem Chiffrieralgorithmus A51 oder nach dem Chiffrieral gorithmus A52 gleich X²² + X¹⁸ + X¹⁰ + X⁷ + X² + X⁰ wäre, dann wird dieses Polynom so verändert beziehungsweise das Schieberegister so umprogrammiert, daß das oben genannte Polynom eingestellt wird. Allein durch Umprogrammierung der Rückkoppelung von dem zweiten Bit auf das dritte Bit entsteht ein Derivat A5X des Chiffrieralgorithmus A51 oder des Chiffrieralgorithmus A52, wobei dieses Chiffrieralgorithmusderivat A5X einer bestimmten Teilnehmergruppe zugeordnet werden kann.

Die Umprogrammierung selbst wird softwaremäßig an dem digita len Signalprocessor DSP in der Mobilstation durchgeführt. Die Mobilstation 2 übermittelt beim Verbindungsaufbau an die Ba sisstation 4 die Information, welches Derivat des Chiffrier algorithmus in der Mobilstation eingestellt ist. An der Ba sisstation wird dann mit Hilfe einer in der Basisstation vor handenen Anwendersoftware APS das entsprechende Chiffrieral gorithmusderivat schaltungstechnisch implementiert.

Damit können die Daten von der Mobilstation 2 an die Basis station 4 übergeben werden. Andererseits können die Daten nur von solchen Mobilstationen wieder empfangen werden, bei denen der Chiffrieralgorithmus in identischer Weise umprogrammiert worden ist. Damit geht von der Sicherheit der Chiffrierung nichts verloren und eine bestimmte Teilnehmergruppe wird se pariert, die dann mit einem "Special Security Algorithmus" betrieben wird.

Teilnehmergruppen können beispielsweise für besonders sicher heitsrelevante Gruppen, wie Politiker, Manager einer Firma, Polizeiangehörige o. ä., gebildet werden.

Claims

1. Verfahren zur Teilnehmergruppierung in einem Mobil-Kom munikationsnetz, bei denen übermittelte Daten mittels Chif frieralgorithmen ver- und entschlüsselt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Derivat von dem Chiffrieralgorithmus gebildet und einer Gruppe von Teilnehmer zugeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Derivate A5X von dem Chiffrieralgorithmus A51 oder dem Chiffrieralgorithmus A52 gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Derivate A5X dadurch gebildet werden, daß wenigstens ein Polynom in einem der zur Darstellung des Chiffrieralgorithmus verwendeten, rückgekoppelten Schieberegisters umprogrammiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polynom dadurch umprogrammiert wird, daß wenigstens ein Element des Polynoms verändert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umprogrammierung softwaremäßig an einem digitalen Signal processor in der Mobilstation durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Mobilstation die In formation, welches Derivat des Chiffrieralgorithmus in der Mobilstation eingestellt ist, beim Verbindungsaufbau an die Basisstation übermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Basisstation mit Hilfe der in der Basisstation vorhan denen Anwendersoftware das entsprechende Chiffrieralgorith musderivate implementiert wird.

7. Einrichtung zur Teilnehmergruppierung in einem GSM-FM- Netz, bei der eine Chiffriereinrichtung vorgesehen ist, durch die übermittelte Daten mittels Chiffrieralgorithmen ver- und entschlüsselt werden, wobei die Chiffriereinrichtung einen Chip umfasst, der zur Darstellung des Chiffrieralgorithmus verwendete Schieberegister aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip entsprechend einem Derivat von dem Chiffrieralgo rithmus für eine Zuordnung zu einer Gruppe von Teilnehmern programmiert ist.