ES2581354T3 - Encriptación en telecomunicaciones inalámbricas - Google Patents

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ES2581354T3 ES07801546.8T ES07801546T ES2581354T3 ES 2581354 T3 ES2581354 T3 ES 2581354T3 ES 07801546 T ES07801546 T ES 07801546T ES 2581354 T3 ES2581354 T3 ES 2581354T3
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Alessio Casati
Sudeep Kumar Palat
Said Tatesh
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Abstract

Un procedimiento de transmisión de datos (40) de usuario encriptados a un terminal (28) móvil en una red (14) de telecomunicaciones inalámbrica, comprendiendo el procedimiento enviar al terminal móvil un paquete (32, 48) de datos, comprendiendo el paquete de datos tanto un identificador (38, 50) de información de encriptación para ser usado al recuperar datos de usuario encriptados, como datos (40,52) de usuario encriptados usando dicha información de encriptación, en el que en respuesta a la recepción del paquete de datos el terminal móvil inicializa (70) su contexto de seguridad usando la información de encriptación identificada, y la red comprende una red de UMTS o de LTE.

Description

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DESCRIPCION
Encriptacion en telecomunicaciones inalambricas Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a telecomunicaciones, en particular a comunicaciones inalambricas.
Descripcion de la tecnica relacionada
En sistemas del Sistema Universal de Telecomunicaciones Moviles (UMTS), algunos mensajes estan encriptados. La encriptacion se inicia mediante un comando de modo de seguridad que se env^a desde la red principal mediante la red de acceso de radio terrestre de UMTS (UTRAN) para recibirse mediante el terminal movil. Esto es seguido por una respuesta de modo de seguridad que se envfa desde el terminal movil y se recibe mediante la red principal.
Por ejemplo, como se muestra en la Figura 1, tras recibir una solicitud 1 de establecimiento de sesion, o portadora la red 2 principal (CN) envfa un comando 4 de modo de seguridad a la UTRAN 6. Esto provoca que la UTRAN 6 reenvfe el comando 4 de modo de seguridad al terminal movil (Equipo de Usuario, UE 8). El terminal 8 movil reacciona inicializando sus algoritmos de encriptacion usando valores de parametros espedficos, en ocasiones denominados como un contexto de seguridad, y a continuacion realiza acuse de recibo enviando una respuesta 10 de modo de seguridad a la UTRAN 6 que pasa la respuesta 10 a la red principal 2. Posteriormente se envfa un mensaje de Estrato de No Acceso (NAS) encriptado, tal como una respuesta 12 de establecimiento de sesion desde la red principal 2 al terminal 8 movil mediante la UTRAN 6.
En este enfoque conocido, los mensajes de modo de seguridad estan desencriptados puesto que proporcionan la informacion de encriptacion necesaria para encriptar los mensajes que siguen.
La Especificacion Tecnica del Proyecto Comun de Tecnologfas Inalambricas de la Tercera Generacion 3GPP TS 25.331 proporciona algun antecedente sobre redes de UMTS.
Otra area de antecedentes son las redes de Evolucion a Largo Plazo, LTE. A partir de las redes UMTS, se estan desarrollando ahora las denominadas redes de Evolucion a Largo Plazo, LTE. Para antecedentes sobre las redes de Evolucion a Largo Plazo, se hace referencia al lector a la Especificacion Tecnica del Proyecto Comun de Tecnologfas Inalambricas de la Tercera Generacion 3GPP TS23.882.
Se conoce a partir de la Publicacion de Patente de Estados Unidos US-A-2004/024012 proporcionar un procedimiento de transmision de datos de usuario encriptados a un terminal movil en una red de telecomunicaciones inalambrica, comprendiendo el procedimiento enviar al terminal movil un paquete de datos, comprendiendo el paquete de datos tanto un identificador de informacion de encriptacion a usarse al recuperar datos de usuario encriptados, como datos de usuario encriptados usando dicha informacion de encriptacion.
Sumario de la invencion
Se hace referencia al lector a las reivindicaciones independientes adjuntas. Algunas caractensticas preferidas se exponen en las reivindicaciones dependientes.
Los inventores se han dado cuenta de que en el enfoque conocido el comando de modo de seguridad y la senalizacion de respuesta provocan retardo en los procedimientos de establecimiento de sesion. Por ejemplo, cuando el terminal movil se mueve al area de cobertura de otra estacion base, puede haber un cambio en la clave de encriptacion usada. Esto requiere el comando de modo de seguridad y la senalizacion de respuesta para informar al terminal movil de la nueva clave antes de que se envfen datos encriptados usando la nueva clave. Esta senalizacion adicional puede dar lugar a un retardo adicional. Un retardo de este tipo puede ser molesto para el abonado, y puede provocar problemas con aplicaciones que son sensibles a retardo de establecimiento de llamada, tales como pulsar para hablar.
En algunas realizaciones de la invencion pueden reducirse tales retardos.
Breve descripcion de los dibujos
Las realizaciones de la presente invencion se describiran ahora a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos, en los que:
La Figura 1 es un diagrama que ilustra el enfoque conocido para fomentar la encriptacion como parte del establecimiento de sesion (TECNICA ANTERIOR),
La Figura 2 es un diagrama que ilustra una red de Evolucion a Largo Plazo, LTE, de acuerdo con una primera realizacion de la presente invencion,
La Figura 3 es un diagrama que ilustra un enfoque para fomentar la encriptacion como parte del establecimiento de sesion en la red mostrada en la Figura 2,
La Figura 4 es un diagrama que ilustra la estructura de un mensaje de NAS enviado en establecimiento de
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sesion,
La Figura 5 es un diagrama que ilustra cOmo se encriptan los mensajes de senalizaciOn de NAS,
La Figura 6 es un diagrama que ilustra traspaso entre nodos de red principal CN en la red de LTE,
La Figura 7 es un diagrama que ilustra fomentar la encriptaciOn como parte del establecimiento de conexiOn de control de recursos de radio, RRC, en la red de LTE,
La Figura 8 es un diagrama que ilustra una red de Sistema Universal de Telecomunicaciones MOviles (UMTS) de acuerdo con una segunda realizaciOn de la presente invenciOn, y
La Figura 9 es un diagrama que ilustra un enfoque para fomentar la encriptaciOn como parte del establecimiento de sesiOn en la red mostrada en la Figura 8.
Descripcion detallada
Se describira en primer lugar una red de LTE de ejemplo, seguido por explicaciones de cOmo se inicia la encriptaciOn en establecimiento de sesiOn usando un mensaje combinado. Esto es seguido por una explicaciOn de cOmo se maneja la encriptaciOn tras traspaso de un terminal mOvil desde conexiOn con un nodo de red principal a otro.
Se describe a continuaciOn un mensaje combinado alternativo.
Se describe a continuaciOn una red alternativa, que es una red de UMTS, seguido por una explicaciOn de cOmo se inicia la encriptaciOn en esa red.
Red de EvoluciOn a Largo Plazo
La red 14 de LTE, que esta basada en una red del Sistema Universal de Telecomunicaciones MOviles (UMTS), es basicamente como se muestra en la Figura 2. La red principal incluye las Entidades de GestiOn MOviles (MME). Cada MME 16 incluye una etapa 26 de encriptaciOn de mensaje de NAS. En la Figura 2, unicamente se muestra una Entidad 16 de GestiOn MOvil (MME) de la red 18 principal y una estaciOn 20 base de la red 14 de LTE por simplicidad. La red de LTE incluye multiples estaciones base. En la Figura, la estaciOn base se denomina tambien "eNodo B" de acuerdo con terminologfa de la LTE. Una celula, tambien denominada como un sector, es el area de cobertura de radio servida por una antena correspondiente de una estaciOn base. Cada estaciOn 20 base tfpicamente tiene tres celulas 22, cada una cubierta mediante una de tres antenas 24 direccionales en angulo a 120 grados entre sf en azimut.
En uso, un terminal 28 de usuario mOvil (a menudo denominado como Equipo de Usuario (UE) en terminologfa de LTE/UMTS) comunica con una entidad 16 de gestiOn mOvil mediante al menos una celula 22 de al menos una estaciOn 20 base. De esta manera, el terminal de usuario mOvil comunica con la red 2 de UTRAN.
Fomentar la encriptaciOn en el establecimiento de sesiOn
Los inventores se han dado cuenta de que es posible combinar el comando de modo de seguridad y el mensaje de Estrato de No Acceso (NAS) (tal como una respuesta de establecimiento de sesiOn) en un unico mensaje combinado. La primera parte del mensaje es el comando de modo de seguridad y esta parte esta desencriptada. La segunda parte del mensaje es un mensaje de NAS y esta parte esta encriptada.
Como se muestra en la Figura 3, tras recibir una solicitud 30 de establecimiento de sesiOn, la entidad 16 de gestiOn mOvil envfa el mensaje 32 combinado que consiste en el comando de modo de seguridad desencriptado y en el mensaje de senalizaciOn de NAS encriptado a la estaciOn 20 base. Esto provoca que la estaciOn 20 base reenvfe el mensaje 32 combinado al terminal mOvil (Equipo de Usuario, UE 28). El terminal 28 mOvil efectua la inicializaciOn de su contexto de seguridad y a continuaciOn realiza acuse de recibo enviando una respuesta 34 de modo de seguridad a la estaciOn 20 base desde donde se reenvfa la respuesta 34 a la entidad 16 de gestiOn mOvil. Posteriormente se envfa un mensaje de Estrato de No Acceso (NAS) encriptado, tal como una respuesta 36 de establecimiento de sesiOn desde la MME 16 al terminal 28 mOvil mediante la estaciOn 20 base.
El mensaje 32 combinado como se ha hecho referencia anteriormente es como se muestra en la Figura 4, y consiste en un comando 38 de seguridad desencriptado y un mensaje 40 de NAS encriptado. El comando 38 de seguridad consiste en elementos de informaciOn que definen informaciOn de contexto de seguridad tal como un identificador de la clave de encriptaciOn a usarse, y por ejemplo, un identificador de tiempo de inicio para la encriptaciOn. El mensaje 40 de NAS consiste en elementos de informaciOn que constituyen una respuesta de Establecimiento de SesiOn.
ProducciOn del mensaje combinado
En la red 14 de LTE la encriptaciOn de mensajes de NAS se realiza mediante las etapas 26 de encriptaciOn en los respectivos nodos de la red 18 principal. La encriptaciOn de los mensajes de NAS es independiente de la encriptaciOn de los datos de usuario.
Como se muestra en la Figura 5, el mensaje de NAS para encriptaciOn junto con la informaciOn para efectuar la encriptaciOn tal como las claves de encriptaciOn se introducen en la etapa 26 de encriptaciOn desde la que se
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proporciona el mensaje 40 de NAS encriptado. El mensaje 40 de NAS encriptado esta concatenado con la informacion 38 de encabezamiento desencriptada. Esto es posible puesto que la MmE 16 generalmente permite la encriptacion de al menos parte de un mensaje de NAS antes de la concatenacion con otra porcion de mensaje desencriptado.
Manejar la encriptacion tras traspaso
El traspaso es el procedimiento para transferir el terminal 28 movil desde la conexion con una estacion 20 base y por lo tanto el nodo 18 de red principal a otra estacion base (no mostrada) y por lo tanto a otro nodo de red principal (no mostrado). El traspaso en ocasiones se conoce como transferencia.
Un ejemplo de procedimiento de traspaso se muestra en la Figura 6. Inicialmente la conexion es a la estacion 20 base e implica usar una primera clave de encriptacion. El nodo 18 de red principal envfa un comando 42 de traspaso mediante la estacion 20 base al terminal 28 movil, despues de lo cual se efectua el traspaso 44 de la conexion de llamada a una estacion 20' base adicional y por lo tanto al nodo 20' de red principal. A continuacion se envfa un mensaje 46 de "traspaso completo" desde el terminal 28 movil a la nueva estacion 18' base y por lo tanto al nodo 18' de red principal. Posteriormente el nodo de red principal envfa un mensaje 48 combinado, que consiste en un comando 50 de modo de seguridad desencriptado que incluye identificadores de clave de encriptacion como se ha analizado anteriormente, seguido por una porcion 52 encriptada de datos de usuario tal como mensajes de senalizacion de NAS. Por lo que, por ejemplo, cuando el nodo de la red principal hace cambios de encriptacion, el primer mensaje 50 combinado desde el nuevo nodo 18' de red principal indica en el comando de modo de seguridad los nuevos valores de parametros de seguridad a usarse, e incluye en forma encriptada, nuevos mensajes de senalizacion de NAS.
En una realizacion similar de otra manera, si se hace en su lugar la encriptacion y la configuracion de encriptacion en el plano de usuario, el paquete combinado en el plano de usuario consiste en el comando de modo de seguridad desencriptado concatenado con datos de usuario.
Por supuesto, en algunas realizaciones, puede hacerse el cambio a una nueva clave de encriptacion, enviando un mensaje combinado que consiste en un comando de modo de seguridad desencriptado que incluye identificadores de clave de encriptacion seguido por una porcion encriptada de datos de usuario encriptados usando esa clave de encriptacion, en otros momentos distintos del traspaso entre celulas. Por ejemplo, en otra realizacion, la celula antigua y la celula nueva pueden ser la misma celula.
En este ejemplo, inicialmente la celula comunica con el terminal movil usando los parametros de encriptacion antiguos. A medio camino a traves de la sesion la celula envfa un paquete que contiene los nuevos parametros de encriptacion y datos de usuario adicionales. El terminal movil recibe los nuevos parametros de encriptacion. El terminal movil usa los nuevos parametros de encriptacion para desencriptar la parte encriptada del paquete. El terminal movil tambien almacena los nuevos parametros de encriptacion para uso posterior en la desencriptacion de paquetes posteriores que estan encriptados usando los nuevos parametros de encriptacion.
Control de recursos de radio
Como se muestra en la Figura 7, puede enviarse de manera similar un mensaje combinado que consiste en un comando de modo de seguridad desencriptado y una porcion de datos de usuario encriptada, donde la porcion de datos de usuario consiste en un mensaje de Control de Recursos de Radio (RRC). Como se muestra en la Figura 7, se envfa una Solicitud 54 de Conexion de RRC a una estacion 20" base y el mensaje 56 combinado, que comprende mas espedficamente el comando de Modo de Seguridad desencriptado seguido por la Respuesta de Conexion de RRC encriptada (con la nueva clave), mediante la estacion base al terminal 28' movil en contestacion. Se envfa a continuacion una respuesta de modo de seguridad desde el terminal 28' de usuario.
Otro sistema de ejemplo: UMTS
La red es una red de acceso terrestre (UTRAN) del Sistema Universal de Telecomunicaciones Moviles (UMTS), que es un tipo de red de acceso multiple por division de codigo de banda ancha (CDMA) para telecomunicaciones moviles. La red UTRAN es basicamente como se muestra en la Figura 8. Unicamente se muestra un controlador de red de radio y dos estaciones base de la red 62 de UTRAN por simplicidad. Como se muestra en esta Figura, la red 62 de UTRAN incluye las estaciones 64 base. En la Figura, cada una de las estaciones 64 base se denomina tambien "Nodo B" de acuerdo con terminologfa de UMTS. Una celula, tambien denominada como un sector, es el area de cobertura de radio servida mediante una antena correspondiente de una estacion base. Cada estacion base tfpicamente tiene tres celulas 66, cada una cubierta mediante una de las tres antenas 67 direccionales en angulo a 120 grados entre sf en azimut. Cada controlador 68 de red de radio (RNC) tfpicamente controla varias estaciones 64 base y por lo tanto un numero de celulas 66. Una estacion 64 base esta conectada a su controlador 68 de red de radio (RNC) mediante una interfaz 69 respectiva conocida como una interfaz luB. En uso, un terminal 70 de usuario movil (a menudo denominado como Equipo de Usuario (UE) en terminologfa de UMTS) comunica con un controlador 68 de red de radio (RCN) servidor mediante al menos una celula 66 de al menos una estacion 64 base. De esta manera, el terminal de usuario movil comunica con la red 62 de UTRAN.
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El RNC esta conectado a un Nodo 72 de Soporte de Pasarela Servidor, SGSN, de la red 74 principal. El SGSN 72 incluye una etapa 76 de encriptacion de mensaje de NAS como se describe en mas detalle a continuacion.
Fomentar la encriptacion en establecimiento de sesion: ejemplo de UMTS
Los inventores se han dado cuenta de que es posible combinar el comando de modo de seguridad y el mensaje de Estrato de No Acceso (NAS) (tal como una respuesta de establecimiento de sesion) en un unico mensaje combinado. La primera parte del mensaje es el comando de modo de seguridad y esta parte esta desencriptada. La segunda parte del mensaje es un mensaje de NAS y esta parte esta encriptada.
Como se muestra en la Figura 9, tras recibir una solicitud 78 de establecimiento de sesion, el SGSN 72 envfa el mensaje 80 combinado que consiste en el comando de modo de seguridad desencriptado y el mensaje de senalizacion de NAS encriptado al RNC 68 y por lo tanto a la estacion 64 base. Esto provoca que la estacion 64 base reenvfe el mensaje 80 combinado al terminal movil (Equipo de Usuario, UE 70).
El mensaje 80 combinado consiste en un comando de seguridad desencriptado y un mensaje de NAS encriptado. El comando de seguridad consiste en elementos de informacion que definen informacion de contexto de seguridad tal como un identificador de la clave de encriptacion a usarse, y por ejemplo, un identificador de tiempo de inicio para la encriptacion. La porcion de mensaje de NAS encriptado del mensaje 80 consiste en elementos de informacion que constituyen una respuesta de Establecimiento de Sesion.
El terminal 70 movil efectua la inicializacion de su contexto de seguridad y a continuacion realiza acuse de recibo enviando una respuesta 82 de modo de seguridad a la estacion 64 base y por lo tanto al RNC 68 desde donde la respuesta 82 se reenvfa en el SGSN 72.
General
La presente invencion puede realizarse en otras formas espedficas sin alejarse de sus caractensticas esenciales. Las realizaciones descritas se han de considerar en todos los aspectos unicamente como ilustrativas y no restrictivas. El alcance de la invencion se indica, por lo tanto, mediante las reivindicaciones adjuntas en lugar de mediante la anterior descripcion. Todos los cambios que entren dentro del significado y alcance de equivalencia de las reivindicaciones se han de abarcar dentro de su alcance.
Algunas abreviaturas
CN: Red principal
UMTS: Sistema Universal de Telecomunicaciones Moviles UE: equipo de usuario
NAS: Estrato de No Acceso (tambien conocido como el protocolo de red principal)
MME: Entidad de Gestion de Movilidad
LTE: Evolucion a Largo Plazo, un termino usado en 3GPP para el sistema que se esta estandarizando despues de UMTS
IE: Elemento de Informacion
RRC: Control de Recursos de Radio (la parte de radio del protocolo de control denominada de otra manera parte de Estrato de Acceso del protocolo de control).
SGSN: Nodo de Soporte de Pasarela de Senalizacion.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento de transmision de datos (40) de usuario encriptados a un terminal (28) movil en una red (14) de telecomunicaciones inalambrica, comprendiendo el procedimiento enviar al terminal movil un paquete (32, 48) de datos, comprendiendo el paquete de datos tanto un identificador (38, 50) de informacion de encriptacion para ser usado al recuperar datos de usuario encriptados, como datos (40,52) de usuario encriptados usando dicha informacion de encriptacion, en el que
    en respuesta a la recepcion del paquete de datos el terminal movil inicializa (70) su contexto de seguridad usando la informacion de encriptacion identificada, y la red comprende una red de UMTS o de LTE.
  2. 2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la informacion de encriptacion comprende un algoritmo de encriptacion.
  3. 3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que la informacion de encriptacion comprende una clave de encriptacion.
  4. 4. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los datos de usuario comprenden datos de senalizacion de usuario.
  5. 5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que los datos de senalizacion de usuario comprenden un mensaje de NAS o mensaje de RRC.
  6. 6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los datos de usuario comprenden datos de trafico de usuario.
  7. 7. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, que comprende ademas la etapa de usar el terminal (28) movil la informacion de encriptacion identificada para recuperar los datos de usuario.
  8. 8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 7, que comprende ademas almacenar el terminal (28) movil la informacion de encriptacion identificada para su uso al recuperar datos de usuario encriptados en un paquete de datos recibido posteriormente.
  9. 9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el paquete de datos comprende un comando (38) de modo de seguridad, comprendiendo el comando de modo de seguridad el identificador de la informacion de encriptacion.
  10. 10. Una estacion (20, 64) base de telecomunicaciones inalambricas de UMTS o LTE configurada para transmitir datos de usuario encriptados en un paquete (32, 48) de datos, comprendiendo el paquete de datos tanto un identificador (38, 50) de nueva informacion de encriptacion, estando adaptada dicha nueva informacion de encriptacion para ser usada en en un receptor para recuperar datos de usuario encriptados, como datos (40, 52) de usuario encriptados usando dicha nueva informacion de encriptacion.
  11. 11. Una estacion base de telecomunicaciones inalambricas de UMTS o LTE de acuerdo con la reivindicacion 10, configurada, despues de la transmision de datos de usuario encriptados usando informacion de encriptacion antigua, para transmitir dichos datos de usuario encriptados en dicho paquete (32, 48) de datos.
  12. 12. Un terminal (28) de telecomunicaciones inalambricas que comprende un receptor y un procesador,
    estando configurado el receptor para recibir un paquete (32, 48) de datos, comprendiendo el paquete de datos tanto un identificador (38, 50) de informacion de encriptacion para ser usado al recuperar datos de usuario encriptados, como datos (40, 52) de usuario encriptados usando dicha informacion de encriptacion, en el que en respuesta a la recepcion del paquete de datos el terminal (28) movil inicializa su contexto de seguridad usando la informacion de encriptacion identificada, y
    el procesador esta configurado para usar dicha informacion de encriptacion para recuperar los datos de usuario encriptados usando dicha informacion de encriptacion, estando configurado el terminal movil para almacenar dicha informacion de encriptacion para uso posterior, y
    el terminal es un terminal de telecomunicaciones inalambricas de UMTS o LTE.
  13. 13. Un terminal de telecomunicaciones inalambricas de acuerdo con la reivindicacion 12, en el que
    el paquete de datos comprende un comando (38) de modo de seguridad, comprendiendo el comando de modo de seguridad el identificador de informacion de encriptacion.
  14. 14. Un procedimiento de un terminal (28) movil en una red de telecomunicaciones inalambrica que recibe datos de usuario encriptados, comprendiendo el procedimiento:
    que el terminal movil reciba un primer paquete de datos, comprendiendo el primer paquete de datos datos de usuario encriptados usando primera informacion de encriptacion;
    recuperar los datos de usuario en el terminal movil usando primera informacion de encriptacion almacenada en el terminal movil;
    recibir el terminal movil un siguiente paquete (32, 48) de datos, comprendiendo el paquete de datos tanto un identificador (38, 50) de informacion de encriptacion actualizada para ser usado al recuperar datos de usuario encriptados, como datos (40, 52) de usuario encriptados usando dicha informacion de encriptacion actualizada, en el que
    5 en respuesta a la recepcion de dicho siguiente paquete de datos el terminal movil inicializa su contexto de
    seguridad usando la informacion de encriptacion actualizada identificada;
    usar el terminal movil dicha informacion de encriptacion para recuperar los datos de usuario encriptados usando dicha informacion de encriptacion actualizada y almacenar dicha informacion de encriptacion actualizada para posterior uso al desencriptar paquetes posteriores.
    10
ES07801546.8T 2006-10-03 2007-08-06 Encriptación en telecomunicaciones inalámbricas Active ES2581354T3 (es)

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