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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kryptographie in einem zellularen
Kommunikationssystem, und genauer das Erzeugen von asymmetrischen
kryptographischen Schlüsseln.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Chiffrierung
wird in vielen Datenübertragungssystemen
verwendet, um zu verhindern, dass die übertragenen Daten in die Hände eines
unautorisierten Benutzers gelangen. Chiffrierung wurde in den letzten
Jahren wichtiger, insbesondere, da drahtlose Telekommunikation üblicher
wurde. Ein Beispiel für
ein solches drahtloses Telekommunikationssystem ist das Universal
Mobile Communications System (UMTS). Im UMTS ist ein Teil des Netzes
drahtlos implementiert, und die Datenübertragung wird auf dem Funkweg
durchgeführt.
Der Funkweg ist eine offene Ressource und bringt Sicherheitsrisiken
mit sich. In digitalen mobilen Kommunikationssystemen wurden verschiedene
Lösungen
zum Einrichten von Datensicherung entwickelt, zum Beispiel Verschlüsselungsverfahren
und Benutzeridentifizierungsverfahren, d.h. Authentifizierungsverfahren.
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Chiffrierverfahren
wandeln Daten in eine Form um, von der aus der ursprüngliche
Inhalt der Daten nur interpretiert werden kann, indem ein zugehöriges umgekehrtes
Verfahren verwendet wird. Die Chiffrierung kann zum Beispiel durchgeführt werden, indem
die zu übertragenden
Informationen in einem Sender verschlüsselt werden, und die Informationen in
einem Empfänger
entschlüsselt
werden. In dem Verschlüsselungsmittel
werden die zu übertragenden Informationen,
zum Beispiel ein Bitdatenstrom, mit bestimmten Verschlüsselungsbits
multipliziert, wonach es schwierig herauszufinden ist, was der ursprüngliche
Bitdatenstrom war, wenn das verwendete Verschlüsselungsbitmuster nicht bekannt
ist.
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Ein
Chiffrierschlüssel
ist eine Abfolge von Symbolen oder Bits, die verwendet wird, um
Daten gemäß einem
vorgegebenen kryptographischen Algorithmus zu chiffrieren. Symmetrische
Kryptographie bezeichnet eine Chiffrierung, bei der derselbe Chiffrierschlüssel für die Verschlüsselung
als auch für die
Entschlüsselung
von Daten verwendet wird. Bei symmetrischer Kryptographie verwenden
die verschiedenen Netzknoten den gleichen geheimen Chiffrierschlüssel gemeinsam,
und der Entschlüsselungsalgorithmus
ist die Umkehrfunktion des Verschlüsselungsalgorithmus.
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Asymmetrische
Kryptographie bedeutet Chiffrierung, bei der zum Verschlüsseln und
Entschlüsseln
von Daten unterschiedliche Chiffrierschlüssel verwendet werden. Bei
asymmetrischer Verschlüsselung
werden zwei zusammengehörende kryptographische
Schlüssel,
ein öffentlicher
Schlüssel
und ein privater Schlüssel,
verwendet. Ein äffentlicher
Schlüssel
ist ein Verschlüsselungsschlüssel, der
einem Benutzer gehört,
und er ist auch für
andere als nur den Benutzer öffentlich
zugänglich.
Ein privater Schlüssel
ist ein Entschlüsselungsschlüssel, der einem
Benutzer gehört,
und der Benutzer hält
ihn geheim und unter eingeschränkter
Verwendung.
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Public-Key-Infrastruktur
(PKI, auch als Public-Key-Verschlüsselung oder Public-Key-Kryptographie bekannt)
ist ein Beispiel eines Systems für asymmetrische
Kryptographie, in dem ein Chiffrierschlüssel ein öffentlicher Schlüssel ist
und der andere ein privater Schlüssel.
Bei Public-Key-Infrastruktur stattet ein vertrauenswürdiger Dritter
oder eine Zertifizierungsstelle die Benutzer mit einem Satz von
Chiffrierschlüsseln
aus, bestätigt
sie durch eine elektronische Signatur, liefert sie an die Benutzer,
und hält eine
Zertifikatdatei und eine Liste von zurückgenommenen Zertifikaten bereit.
Aus der Zertifikatdatei und der Liste von zurückgenommenen Zertifikaten ist
jedermann in der Lage, das Zertifikat, das man empfangen hat, und
seine Gültigkeit
zu überprüfen. Ein Zertifikat
eines öffentlichen
Schlüssels
ist eine elektronisch signierte Dateneinheit, welche bestätigt, dass
die in einer elektronischen Signatur verwendete Kennung einer bestimmten
Person oder Organisation gehört
und noch gültig
ist. Bei PKI wird ein öffentlicher
Schlüssel
zum Verschlüsseln
von Daten verwendet und ein privater Schlüssel zum Entschlüsseln der
Verschlüsselung.
Ein Beispiel für
PKI ist RSA-Verschlüsselung,
die auf dem von Rivest, Shamir und Adleman entwickelten kryptographischen
Algorithmus beruht. Mittels RSA-Verschlüsselung ist es möglich, eine
Nachricht zu chiffrieren, bevor sie an die Empfangsseite über einen
unzuverlässigen Übertragungskanal
gesendet wird. Die Sendeseite kennt den öffentlichen Schlüssel der
Empfangsseite und verschlüsselt
die Nachricht vor dem Versenden unter Verwendung des öffentlichen
Schlüssels.
Die Empfangsseite kennt den privaten Schlüssel und ist in der Lage, die
Nachricht durch Verwendung des privaten Schlüssels zu entschlüsseln. Eine
Zertifizierungs-Autorität
(CA) bzw. Zertifizierungsstelle kann sich auf eine öffentliche
Autorität
beziehen, oder es kann eine Funktion des Netzbetreibers sein. Die
Zertifizierungs-Autorität
ist verantwortlich für
das Ausstellen und Verwalten von Benutzerzertifikaten. Ein ausgestelltes
Zertifikat kann Informationen über
den Aussteller des Zertifikats umfassen, es kann einen öffentlichen
Schlüssel
mit der Identität
eines Benutzers verknüpfen,
oder es kann eine speziellere Aussage machen, zum Beispiel, dass
ein Benutzer autorisiert ist, einen bestimmten Dienst zu erhalten.
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PKI
kann auch in digitalen Signaturen angewendet werden. Mittels einer
digitalen Signatur kann die Identität der Sendeseite und die Unversehrtheit des
signierten Materials sicher gestellt werden. Eine digitale Signatur
kann erhalten werden, indem der private Schlüssel als ein Verschlüsselungsschlüssel verwendet
wird und der öffentliche
Schlüssel
als Entschlüsselungsschlüssel. Die
erhaltene digitale Signatur wird dann an das signierte Material
angehängt, bevor
es übertragen
wird.
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Authentifizierung
und Schlüssel-Vereinbarung
(Authentication and Key Agreement, AKA) ist ein Mechanismus des
Mobilsystems, der eine Authentifizierung zwischen dem Benutzer und
dem bedienenden Netz ermöglicht.
AKA erstellt einen Chiffrierschlüssel
(CK) und einen Integritätsschlüssel (IK) zwischen
dem Benutzer und dem bedienenden Netz unter Verwendung des geheimen
Schlüssels
(K). Der IK ist ein Datensicherungsschlüssel, um sicherzustellen, dass
die Daten während
der Übertragung
nicht verändert
wurden, und der CK ist ein symmetrischer Chiffrierschlüssel.
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In
aktuellen Systemen werden den Benutzern dynamische Benutzerzertifikate
so bereitgestellt, dass ein Paar von öffentlichem/privatem Schlüssel zuerst
in dem Benutzerendgerät
erzeugt wird. Nach der Erzeugung des Paars von öffentlichem/privatem Schlüssel sendet
das Benutzerendgerät
eine Zertifikatsanforderung an die Zertifizierungsautorität. Als Antwort
auf das Empfangen der Zertifikatsanforderung stellt die Zertifizierungsautorität das öffentliche
Schlüssel-Zertifikat
aus und sendet eine Bestätigung
an den Benutzer. Das öffentliche Schlüssel-Zertifikat
bestätigt,
dass ein kryptographischer Schlüssel,
d.h. der öffentliche
Schlüssel,
gültig ist
und vertrauenswürdig
ist.
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In
der Veröffentlichung
EP 0543 420 A2 ist eine
Lösung
offenbart, bei der ein Paar von öffentlichem/privatem
Schlüssel
erzeugt wird unter Verwendung eines Anfangswerts, der dem Benutzer
bekannt ist, wobei der Anfangswert aus einer Passphrase erzeugt
wurde. Eine Zufallszahl wird mittels des Anfangswert erzeugt und
zum Erzeugen des Schlüsselpaars
angewendet. Eine weitere Zufallszahl wird unter Verwendung eines
weiteren Anfangswerts erzeugt, der dem Benutzer nicht bekannt ist,
wobei der andere Anfangswert eine Zufallszahl ist. Ein weiteres Paar
von öffentlichem/privatem
Schlüssel
wird mittels der Zufallszahl erzeugt.
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In
der Veröffentlichung
WO 99/25086 ist eine Lösung
offenbart, bei der eine Anfangszahl erzeugt wird, und ein Schlüssel für einen
Verschlüsselungsalgorithmus
unter Verwendung der Anfangszahl berechnet wird. Die Anfangszahl
wird aus einer Zufallszahl berechnet. Der Verschlüsselungsschlüssel wird unter
Verwendung der Anfangszahl und eines Teilnehmer-Identifikations-Schlüssels erzeugt.
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Ein
Nachteil der vorstehend beschriebenen Anordnung ist, dass das System
eine beträchtliche Menge
an Anforderungs- und Antwort-Nachrichten zwischen den Benutzerendgeräten und
der Zertifizierungsautorität übertragen
muss. Dies verursacht eine Belastung des Netzes, und darüber hinaus
kann die einzelne Authentifizierung dieser Antwort- oder Anforderungsnachrichten
ein Problem darstellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfasst ein Erzeugen (bootstrapping) asymmetrischer
Schlüssel von
einer symmetrischen Schlüssel-Infrastruktur.
Die Idee der Erfindung ist, auf der Benutzerendgerätseite und
der Netzseite die gleichen öffentlicheniprivaten Schlüssel abzuleiten.
Gemäß der Erfindung
wird ein Anfangswert, hier auch als „Saatwert" („seed
value") bezeichnet,
in dem System berechnet, wenn eine erfolgreiche Authentifizierung
eines Benutzerendgeräts stattgefunden
hat. Der Anfangswert wird sowohl auf der Benutzerendgerätseite als
auch auf der Netzseite des Systems unter Verwendung des gleichen
Algorithmus berechnet, und die Berechnung beruht zum Beispiel auf
den Werten des Chiffrierschlüssels
(CK) und des Integritätsschlüssels (IK).
Da die Anfangswerte auf Seiten des Benutzerendgeräts und des Netzes
auf der Grundlage des gleichen Algorithmus und derselben CK und
IK berechnet werden, sind sie für
eine bestimmte Authentifizierungstransaktion identisch. Auf der
Grundlage des berechneten Anfangswerts wird ein öffentliches/privates Schlüsselpaar
erzeugt. Wie der Anfangswert wird auch das öffentliche/private Schlüsselpaar
sowohl auf der Seite des Benutzerendgeräts als auch auf der Netzseite
erzeugt, und beide Seiten nutzen die gleiche Anwendung zur Schlüsselerzeugung.
Damit sind die auf der Benutzerendgerätseite und der Netzseite erzeugten öffentlich/privaten
Schlüsselpaare
für eine
bestimmte Authentifizierungstransaktion identisch. Wenn der öffentliche
Schlüssel
erzeugt wurde, muss er von der Netzseite zertifiziert werden. Gemäß der Erfindung stellt
das Netz ein öffentliches
Schlüssel-Zertifikat
automatisch aus und speichert es automatisch. Gemäß der Erfindung
sind die Schlüsselpaare
asymmetrische Schlüsselpaare.
Die Anfangswerte werden unter Verwendung von mindestens einem Chiffrierschlüssel CK
und einem Integritätsschlüssel IK
eines Netzes der dritten Generation und/oder einem Chiffrierschlüssel Kc
eines Netzes der zweiten Generation erzeugt.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass keine getrennten Zertifikatanforderungen
(einschließlich
Authentifizierung und Eigentumsnachweis) durch die Benutzer nötig sind,
da das Netz automatisch die Benutzerzertifikate ausstellt, weil
das Netz bereits den zu zertifizierenden öffentlichen Schlüssel kennt
(und den entsprechenden privaten Schlüssel). Darüber hinaus ist es nicht nötig, die
Schlüssel über den
Funkweg zu verteilen, da das gleiche öffentliche/private Schlüsselpaar
aus dem vorhandenen symmetrischen Schlüsselmaterial gleichzeitig auf
der Benutzerendgerätseite
und der Netzseite auf eine erfolgreiche Authentifizierung des Benutzers
hin ausgeführt
wird.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung beinhaltet die ausreichende kryptographische
Stärke
des privaten Schlüssels.
Eine Zertifikatausstellung durch die CA erfolgt unmittelbar. Die
Erfindung bietet auch ein komfortables und sicheres Verfahren zur
Sicherung bzw. zum Backup von privaten Schlüsseln, und zur automatischen
und konfigurierbaren Aktualisierung von Schlüsseln und Zertifikaten. Die
Lebensdauer der Schlüssel
und Zertifikate kann konfiguriert werden, so dass die Notwendigkeit
einer Zurücknahme wesentlich
verringert werden kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
folgenden wird die Erfindung mittels bevorzugter Ausführungsformen
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben,
wobei
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1 die
UMTS-Netzarchitektur veranschaulicht;
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2 und 3 die
Signalisierung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung veranschaulichen,
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4 ein
Flussdiagramm ist, welches eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezug auf ein Mobilkommunikationssystem der
dritten Generation UMTS beschrieben. Diese Erfindung soll jedoch
nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt
sein. Dementsprechend kann die Erfindung in jedem beliebigen Mobilkommunikationssystem
angewendet werden, welches Dienste bereitstellt, die kryptographische Schlüssel erfordern.
Solche Systeme schließen
zum Beispiel die sogenannten Systeme der dritten Generation, wie
z.B. UMTS, ein, und Systeme, die auf GSM (Global system for mobile
communication) beruhen, oder entsprechende Systeme, wie GSM2+ Systeme
und die zukünftigen
Systeme der vierten Generation. Die Spezifikationen von Mobilkommunikationssystemen,
und insbesondere die des UMTS, entwickeln sich rasch weiter. Die
kann zusätzliche Änderungen
an der Erfindung erforderlich machen. Aus diesem Grund sollen die
Bezeichnungen und Ausdrücke
im weitestmöglichen
Sinn interpretiert werden, da sie dazu gedacht sind, die Erfindung
zu veranschaulichen und nicht, sie einzuschränken. Der relevante erfinderische
Aspekt ist die betreffende Funktionalität, nicht das Netzelement oder
die Ausrüstung,
wo sie ausgeführt
wird.
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1 zeigt
eine vereinfachte Version der UMTS-Architektur, welche nur die Komponenten
darstellt, die wesentlich für
die Veranschaulichung der Erfindung sind, auch wenn der Fachmann
selbstverständlich
weiß,
dass ein allgemeines Mobilkommunikationssystem auch andere Funktionen
und Strukturen umfasst, die hier nicht ausführlicher beschrieben werden
müssen.
Die Hauptteile des UMTS sind ein Kernnetz CN, ein UMTS-Funkzugangsnetz
(UTRAN, Universal terrestrial radio access network) und eine Mobilstation
MS. Die Mobilstation MS kann ein vereinfachtes Endgerät sein,
das nur für
Sprache vorgesehen ist, oder es kann ein Endgerät für mehrere Dienste sein, das
als eine Dienstplattform arbeitet und das Laden und Ausführen verschiedener
dienstbezogener Funktionen unterstützt. Die Mobilstation MS umfasst
die eigentliche Mobilausrüstung
und eine zugehörige
entfernbare Identifikationskarte USIM (Universal subscriber identity
module, Universelles Teilnehmer-Identitätsmodul).
Das Teilnehmer-Identitätsmodul
USIM ist eine Smart Card, welche die Teilnehmeridentität enthält, Authentifizierungsalgorithmen
ausführt
und zugehörige
kryptographische Schlüssel
und Teilnehmerdaten speichert, die an der Mobilstation benötigt werden.
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Der
paketvermittelte Anteil des UMTS verwendet den General Packet Radio
Service (GPRS). Das GPRS-System umfasst einen bedienenden GPRS-Supportknoten
(SGSN, serving GPRS support node) und einen Gateway GPRS-Supportknoten (GGSN).
Der SGSN wickelt die Registrierungsvorgänge der Mobilstationen MS ab, überträgt Datenpakete
zu der und empfängt
sie von der Mobilstation MS, und führt ein Verzeichnis der Standorte
der Mobilstationen MS. Der GGSN verbindet das GPRS-Netz des Betreibers
mit externen Systemen, wie den GPRS-Systemen anderer Betreiber,
oder mit Datennetzen wie dem Internet.
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Das
Authentifizierungszentrum (AuC) ist ein Netzelement, das typischerweise
als ein Teil des Teilnehmerverzeichnisses HLR (home location register) implementiert
ist. Das Authentifizierungszentrum speichert teilnehmerbezogene
Authentifizierungsdaten und Authentifizierungsalgorithmen. AuC wählt auf der
Grundlage der IMSI (International mobile subscriber identity) des
Teilnehmers einen geheimen, benutzerspezifischen Authentifizierungsschlüssel K.
Der Betrieb des AuC/HLR gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf 2, 3 und 4 beschrieben.
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Der
Benutzer-Authentifizierungsvorgang schließt auch eine Heimumgebungs-Sequenznummer (SQNHE) (bzw. -Laufnummer) und eine Mobilstation-Sequenznummer
(SQNMS) ein. SQNHE ist
ein individueller Zähler
des Heimnetzes für
jeden Benutzer, und SQNMS umfasst die höchste Sequenznummer,
die die entsprechende USIM akzeptiert hat. Diese Zähler werden
auf eine erfolgreiche Authentifizierung hin erhöht. Die Heimumgebung HE bedeutet
die (Netz-) Umgebung, die dafür
verantwortlich ist, dem Benutzer zu ermöglichen, Mobildienste zu erhalten, unabhängig vom
Standort des Benutzers oder vom verwendeten Endgerät.
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Die
asymmetrischen Schlüsselpaare
(z.B. ein RSA-Schlüsselpaar)
können
durch geeignete Schlüsselerzeugungsanwendungen
erstellt werden. Die kryptographische Stärke des sich ergebenden Schlüsselpaars
ist direkt zu der Qualität
der „Zufallsquelle" proportional. Die
Zufallsquelle bei Softwareimplementierung hängt von einem „Anfangswert" (seed value) ab,
der als Eingabe für
die Schlüsselerzeugungsanwendung
gegeben ist. Die Anfangswertlänge
von 256 bits wird üblicherweise
als ausreichend für
die üblichen
Schlüsselpaare öffentlicher Schlüsselsysteme
angesehen.
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2, 3 und 4 zeigen
Funktionen gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung, um erfolgreich asymmetrische Schlüsselpaare zu erzeugen. In der
Ausführungsform
werden Netzelemente des in 1 dargestellten
Systems verwendet.
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Mit
Bezug auf 2 beginnt der SGSN den Benutzer-Authentifizierungsvorgang
in dem Netz durch Übertragen
einer Authentifizierungsdaten-Anforderungs-Nachricht 2-1 an
das HLR/AuC. Die Nachricht umfasst Identifikationsinformationen
des Benutzers, wie eine IMSI. Im HLR/AuC wird in Schritt 2-2 die
SQNHE erhöht und im HLR/AuC gespeichert. Das
Erhöhen
bzw. Inkrementieren der SQNHE löst einen
Vorgang aus, der nachstehend in Verbindung mit 4 beschrieben
ist. In Schritt 2-3 wird eine Authentifizierungsdaten-Antwort-Nachricht
von dem HLR/AuC zu dem SGSN übertragen.
In Schritt 2-4 wird die AKA-Prozedur zwischen der MS/USIM
und dem bedienenden Netz wie oben beschrieben ausgeführt. CK
und IK sind durch die folgenden Gleichungen gegeben: CK = f3K(RAND) Gleichung Iund IK = f4K(RAND) Gleichung IIwobei
f3 und f4 3GPP (3rd Generation Parinership Project) Schlüsselerzeugungsfunktionen
sind, und RAND eine zufällige
Authentifizierungs-Challenge ist, die von dem Netz erzeugt wird.
In Schritt 2-5 wird die SQNMS erhöht und in
dem Benutzerendgerät MS/USIM
gespeichert. Das Erhöhen
der SQNMS löst einen Vorgang aus, der nachstehend
in Verbindung mit 3 beschrieben wird.
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3 zeigt
einen Vorgang, der nach dem in 2 gezeigten
Vorgang ausgeführt
wird, so dass der Schritt 3-1 von 3 dem Schritt 2-5 der 2 entspricht.
Nachdem die SQNMS in Schritt 3-1 erhöht wurde
(entsprechend Schritt 2-5 in 2), wird
der Anfangswert in Schritt 3-2 wie folgt berechnet: seed = prf(CK,IK) Gleichung IIIwobei
prf eine Pseudozufallsfunktion ist, basierend z.B. auf SHA1 (secure
hash algorithm 1). Damit wird der Anfangswert berechnet, indem CK
und IK als Eingaben für
die Pseudozufallsfunktion zugeführt
bzw. eingegeben werden, welche zwei 128-bit lange Argumente akzeptiert
(d.h. IK und CK), und eine 256-bit lange Ausgabe erzeugt (d.h. den
Anfangswert). Die Pseudozufallsfunktion wird verwendet, weil CK
und IK nicht geschützt
sind. Aufgrund der Eigenschaften der verwendeten Pseudozufallsfunktion
ist es nicht möglich,
die wsprünglichen
Werte von CK oder IK aus dem resultierenden Anfangswert zu berechnen. In
Schritt 3-3 wird der Anfangswert der Schlüsselerzeugungsanwendung
zugeführt
bzw. eingegeben, die dann ein öffentlich/privates
Schlüsselpaar
erzeugt. Das Benutzerendgerät
MS/USIM speichert das Schlüsselpaar
in Schritt 3-4, so dass der private Schlüssel mit
dem PIN-(personal identification number, persönliche Kennzahl) Code des Benutzers
geschützt
ist. In Schritt 3-4 ist das öffentlich/private Schlüsselpaar
bereit zur Verwendung in z.B. einer verschlüsselten Datenübertragung
zwischen der Mobilstation und dem Netz, welches das entsprechende Schlüsselpaar
besitzt.
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4 zeigt
einen Vorgang, der nach dem in 2 gezeigten
Empfang der Authentifizierungsdaten-Anforderungs-Nachricht 2-1 stattfindet,
so dass Schritt 4-1 in 4 dem Schritt 2-2 in 2 entspricht.
In Schritt 4-1 werden CK und IK unter Verwendung der obigen
Gleichungen I und II erlangt, und in Schritt 4-2 wird der
Anfangswert unter Verwendung der obigen Gleichung III berechnet
(wie vorstehend mit Bezug auf 3, Schritt 3-2 beschrieben). In
Schritt 4-3 wird der resultierende Anfangswert in die Schlüsselerzeugungsanwendung
eingegeben, welche dann ein öffentlich/privates
Schlüsselpaar
erzeugt. Gemäß der Erfindung
verwendet das HLR/AuC die gleiche Schlüsselerzeugungsanwendung wie
die MS/USIM (siehe 3, Schritt 3-3). Da diese
also identische Anfangswerte verwenden, ist das Ergebnis ein identisches öffentlich/privates Schlüsselpaar
auf beiden Seiten. Das HLR/AuC sendet dann in der Nachricht 4-4 den öffentlichen Schlüssel zur
Zertifizierung an die Zertifizierungsautorität CA. Wenn die CA die Zertifizierungsanforderungsnachricht
erhält,
stellt sie ein öffentliches Schlüsselzertifikat
in Schritt 4-5 aus und leitet es in der Nachricht 4-6 weiter,
um in einem Speicherort in Schritt 4-7 gespeichert zu werden. Die Teilnehmeridentität in dem
Zertifikat beruht z.B. auf der MSISDN (mobile subscriber international
ISDN number, internationale ISDN-Nummer eines Mobilteilnehmers). Das
Zertifikat wird auf der Netzseite gespeichert, und das Benutzerendgerät kann z.B.
auf es z.B. über
seine MSISDN Bezug nehmen. Nach Schritt 4-7 ist das öffentlich/private
Schlüsselpaar
bereit zur Verwendung in z.B. einer verschlüsselten Datenübertragung zwischen
dem Netz und der Mobilstation, die das entsprechende Schlüsselpaar
besitzt.
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Die
in 2, 3 und 4 gezeigten
Signalisierungsnachrichten und Schritte sind nicht in absolut chronologischer
Anordnung, und sie können in
anderer Reihenfolge als der angegebenen ausgeführt werden. Zwischen den Nachrichten
und/oder Schritten können
andere Signalisierungsnachrichten übertragen werden und/oder andere
Funktionen ausgeführt
werden. Die Signalisierungsnachrichten sind nur Beispiele und können auch
nur manche der vorgenannten Informationen einschließen. Die
Nachrichten können
auch beliebige weitere Informationen einschließen. Es ist nicht wesentlich
für die
Erfindung, in welchen Signalisierungsnachrichten die Informationen übertragen
werden oder welche Funktionen und/oder Gleichungen verwendet werden,
sondern es ist auch möglich,
andere Nachrichten, Funktionen und/oder Gleichungen als die oben
beschriebenen zu verwenden.
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Die
Schritte von 2-2 bis 2-5 aus 2 und die
Schritte 3-1 bis 3-4 aus 3 können gleichzeitig oder
abwechselnd mit den Schritten 4-1 bis 4-7 aus 4 ausgeführt werden.
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform werden
symmetrische (Chiffrier-)Schlüssel,
d.h. CK und IK, zum Erzeugen von asymmetrischen Schlüsselpaaren
verwendet. Die erzeugten asymmetrischen Schlüsselpaare umfassen einen öffentlichen Schlüssel und
einen entsprechenden privaten Schlüssel. Die erzeugten asymmetrischen
Schlüsselpaare
können
z.B. zum Verschlüsseln
von Datenübertragungen
in dem System oder zum Erstellen von digitalen Signaturen verwendet
werden. Für
den Fall, dass die Erfindung für
digitale Signaturen verwendet wird, wird der erhaltene öffentliche
Schlüssel
als Entschlüsselungsschlüssel verwendet,
und der erhaltene private Schlüssel
wird als Verschlüsselungsschlüssel verwendet.
Dies bedeutet, dass eine Nachricht unter Verwendung des privaten
Schlüssels
signiert werden kann, und die Signatur kann unter Verwendung des öffentlichen
Schlüssels
verifiziert werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird ein komfortables und sicheres Verfahren zur Sicherung
bzw. zum Backup privater Schlüssel
bereitgestellt. Dies wird so ausgeführt, dass der private Schlüssel in
dem Sicherheitsmodul des HLR in Schritt 4-3 gespeichert
wird (siehe 4).
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die öffentlich/privaten Schlüsselpaare
und/oder die Zertifikate temporär, und
ihre Gültigkeit
beruht auf einem vorbestimmten Kriterium, zum Beispiel ihrer Lebensdauer.
Dies verringert die Notwendigkeit von Zurücknahmen der Schlüssel und
der Zertifikate im Netz. Die Schlüssel und die Zertifikate können automatisch
in dem System aktualisiert werden, ohne dass gesonderte Aktualisierungsanforderungen
nötig sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Erfindung in 2G-Netzen verwendet, wie dem
GSM. In diesem Fall können
der CK und der IK aus dem GSM-Chiffrierschlüssel Kc unter
Verwendung der in 3GPP TS 33.102 V5.0.0, Abschnitt 6.8.2.3 spezifizierten
Umwandlungsfunktion abgeleitet werden. Der Anfangswert wird dann
wie oben mit Bezug auf 2, 3, und 4 beschrieben
unter Verwendung der CK und IK erzeugt.
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Der
Vorteil davon, CK und IK zum Erhalten eines Anfangswerts zu verwenden
ist, dass vorhandene Parameter und Funktionen verwendet werden können. Die
Verwendung des CK und/oder des IK ist jedoch nicht wesentlich für diese
Erfindung. Es ist nur eine praktische Art und Weise, die öffentlich/privat-Schlüsselpaare über die
Anfangswerte zu erzeugen, doch die vorgeschlagenen Ausführungsformen sind
nicht von den verwendeten Parametern abhängig.
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Das
Auslösen
der Erzeugung eines öffentlichen/privaten
Schlüsselpaars
beruht nicht unbedingt auf dem Erhöhen bzw. Inkrementieren der
Sequenznummern SQNMS oder SQNHE,
sondern die Erzeugung des Schlüsselpaars
und/oder des Anfangswerts kann durch ein anderes Ereignis in dem
Netz ausgelöst
werden, zum Beispiel, dass die Menge von übertragenen Daten ein bestimmtes
Niveau überschreitet.
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Bestehende
Schlüsselerzeugungsanwendungen
können
für die
Erfindung verwendet werden. Die bestehenden Schlüsselerzeugungsanwendungen können jedoch
Veränderungen
benötigen,
zum Beispiel, um in den Benutzerendgeräten implementiert zu werden.
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Zusätzlich zu
Vorrichtungen nach dem Stand der Technik umfassen das System, die Netzknoten oder
die Mobilstationen, welche die Arbeitsvorgänge gemäß der Erfindung implementieren,
Mittel zum Erzeugen von identischen Anfangswerten in dem Benutzerendgerät und in
dem Netzknoten, Mittel zum Erzeugen von identischen öffentlichen
Schlüsseln
in dem Benutzerendgerät
und in dem Netzknoten auf der Grundlage des Anfangswerts, und Mittel
zum Erzeugen von identischen privaten Schlüsseln in dem Benutzerendgerät und in
dem Netzknoten auf der Grundlage des Anfangswerts. Die vorhandenen Netzknoten
und Mobilstationen umfassen Prozessoren und Speicher, die in den
Funktionen gemäß der Erfindung
verwendet werden können.
Alle Modifikationen und Einstellungen, die benötigt werden, um die Erfindung
umzusetzen, können
mittels Softwareroutinen ausgeführt
werden, die hinzugefügt
oder aktualisiert werden können,
und/oder mittels Routinen, die in anwendungsspezifischen integrierten
Schaltungen (ASIC) und/oder programmierbaren Schaltungen enthalten
sind, wie eine elektrisch programmierbare logische Vorrichtung (EPLD)
oder ein programmierbarer Logikschaltkreis (field programmable gate
array, FPGA).
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Für den Fachmann
ist es offensichtlich, dass mit der Weiterentwicklung der Technologie
das erfinderische Konzept auf verschiedene Arten umgesetzt werden
kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind nicht auf
die vorstehend beschriebenen Beispiele begrenzt, sondern können innerhalb
des Schutzbereichs der Ansprüche
variieren.