JP2000106553A - ２パ―ティ認証およびキ―合意のための方法 - Google Patents
２パ―ティ認証およびキ―合意のための方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ２パーティ認証およびキー合意のための方法
を提供する。 【解決手段】 第一のパーティは、乱数を生成し、第二
のパーティに送信する。この第一のチャレンジに応答し
てカウンタ値を増分し、キー（鍵）付き暗号化関数（KC
F ）を第一のキーを用いて遂行することで生成し、第一
のパーティに返信する。第一のパーティは、第一のチャ
レンジ、第二のチャレンジ、および第一のチャレンジ応
答に基づいて第二のパーティを検証（認証）する。第一
のパーティは、さらに、第二のチャレンジ応答をKCF を
第一のキーを用いて遂行することで生成し、第二のパー
ティに送信する。第二のパーティは、第二のチャレンジ
と第二のチャレンジ応答に基づいて第一のパーティを検
証（認証）する。
を提供する。 【解決手段】 第一のパーティは、乱数を生成し、第二
のパーティに送信する。この第一のチャレンジに応答し
てカウンタ値を増分し、キー（鍵）付き暗号化関数（KC
F ）を第一のキーを用いて遂行することで生成し、第一
のパーティに返信する。第一のパーティは、第一のチャ
レンジ、第二のチャレンジ、および第一のチャレンジ応
答に基づいて第二のパーティを検証（認証）する。第一
のパーティは、さらに、第二のチャレンジ応答をKCF を
第一のキーを用いて遂行することで生成し、第二のパー
ティに送信する。第二のパーティは、第二のチャレンジ
と第二のチャレンジ応答に基づいて第一のパーティを検
証（認証）する。
Description
【０００１】
【関連する特許出願】本発明は、本出願と同時に出願さ
れた以下の出願、すなわち：本発明と同一発明者による
METHOD FOR UPDATING SECRET SHARED DATA IN A WIRELE
SS COMMUNICATION SYSTEM（無線通信システムにおいて
機密共有データを更新するための方法）；本発明と同一
発明者によるMETHOD FOR TRANSFERRING SENSITIVE INFO
RMATIONUSING INTIALLY UNSECURED COMMUNICATION（最
初は機密化されてない通信を用いて機密を要する情報を
伝送するための方法）；本発明と同一発明者によるMETH
OD FOR SECURING OVER-THE-AIR COMMUNICATIONIN A WIR
ELESS SYSTEM（無線システムにおける空中通信を機密化
するための方法）；および本発明と同一発明者およびAd
am BerenweigによるMETHOD FOR ESTABLISHING AKEY USI
NG OVER-THE-AIR COMMUNICATION AND PASSWORD PROTOCO
L AND PASSWORDPROTOCOL（空中通信とパスワードを用い
てキーを確立するための方法およびパスワードプロトコ
ル）；とも関連するためにこれらについても参照された
い。
れた以下の出願、すなわち：本発明と同一発明者による
METHOD FOR UPDATING SECRET SHARED DATA IN A WIRELE
SS COMMUNICATION SYSTEM（無線通信システムにおいて
機密共有データを更新するための方法）；本発明と同一
発明者によるMETHOD FOR TRANSFERRING SENSITIVE INFO
RMATIONUSING INTIALLY UNSECURED COMMUNICATION（最
初は機密化されてない通信を用いて機密を要する情報を
伝送するための方法）；本発明と同一発明者によるMETH
OD FOR SECURING OVER-THE-AIR COMMUNICATIONIN A WIR
ELESS SYSTEM（無線システムにおける空中通信を機密化
するための方法）；および本発明と同一発明者およびAd
am BerenweigによるMETHOD FOR ESTABLISHING AKEY USI
NG OVER-THE-AIR COMMUNICATION AND PASSWORD PROTOCO
L AND PASSWORDPROTOCOL（空中通信とパスワードを用い
てキーを確立するための方法およびパスワードプロトコ
ル）；とも関連するためにこれらについても参照された
い。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、互いに通信するパ
ーティを認証するための方法に関し、本発明の一つの実
施例は、無線通信における移動機と網を認証するための
方法に関する。本発明は、さらに、認証プロトコルに基
づくキー合意に関する。
ーティを認証するための方法に関し、本発明の一つの実
施例は、無線通信における移動機と網を認証するための
方法に関する。本発明は、さらに、認証プロトコルに基
づくキー合意に関する。
【０００３】
【従来の技術】互い通信しているパーティを認証するた
めのプロトコルは通信に対する機密手段を提供する。幾
つかの認証プロトコルが無線産業において採用されてお
り、これらプロトコルは、合衆国、欧州、および日本に
おける様々な異なる通信標準の一部を形成する。
めのプロトコルは通信に対する機密手段を提供する。幾
つかの認証プロトコルが無線産業において採用されてお
り、これらプロトコルは、合衆国、欧州、および日本に
おける様々な異なる通信標準の一部を形成する。
【０００４】本発明によるパーティ認証システムおよび
方法は無線通信に限定されるものではないが、ただし、
以下では、理解を容易にするために、本発明は無線シス
テムの背景で説明される。この理由により、最初に無線
システムの概要について、上述の様々な標準の少なくと
も一つにおいて採用されているパーティ認証プロトコル
の議論も含めて説明する。
方法は無線通信に限定されるものではないが、ただし、
以下では、理解を容易にするために、本発明は無線シス
テムの背景で説明される。この理由により、最初に無線
システムの概要について、上述の様々な標準の少なくと
も一つにおいて採用されているパーティ認証プロトコル
の議論も含めて説明する。
【０００５】合衆国においては、現在、３つの主要な無
線システムが利用されており、これらは異なる標準を用
いる。第一のシステムは時分割多元アクセスシステム
（TDMA）であり、これは、IS-136に準拠する。第二のシ
ステムは符号分割多元アクセス（CDMA）システムであ
り、これは、IS-95に準拠する。第三のシステムは、Adv
anced Mobile Phone System（AMPS）である。これら３
つの通信システムは、全て、システム間メッセージング
のためのIS-41標準を使用し、この標準は、発呼、機密
共有データの更新、その他に対する認証手続きを定義す
る。
線システムが利用されており、これらは異なる標準を用
いる。第一のシステムは時分割多元アクセスシステム
（TDMA）であり、これは、IS-136に準拠する。第二のシ
ステムは符号分割多元アクセス（CDMA）システムであ
り、これは、IS-95に準拠する。第三のシステムは、Adv
anced Mobile Phone System（AMPS）である。これら３
つの通信システムは、全て、システム間メッセージング
のためのIS-41標準を使用し、この標準は、発呼、機密
共有データの更新、その他に対する認証手続きを定義す
る。
【０００６】図１は、無線システムを示す。図１に示す
ように、この無線システムは、認証センタ（AC）／ホー
ム位置レジスタ（HLR ）１０、ビジティング位置レジス
タ（VLR ）１５、および移動機２０を含む。ある認証セ
ンタ（AC）とは複数のホーム位置レジスタ（HLR ）を関
連付けることもできるが、現時点では、一対一の対応が
存在する。このため、図１においては、認証センタ（A
C）とホーム位置レジスタ（HLR ）は、単一のエンティ
ティとして示される。ただし、これらは別個に設置して
も構わない。さらに、簡単のために、この明細書の以降
の部分においては、ホーム位置レジスタ（HLR ）と認証
センタ（AC）は、一緒に、AC/HLRとして言及される。さ
らに、ビジティング位置レジスタ（VLR ）は情報をこれ
と関連する複数の移動体交換センタ（MSC ）の一つに送
信し、各移動体交換センタ（MSC）は情報を複数の基地
局（BS）の一つに送信し、各基地局は情報を移動機に送
信する。ただし、簡単のために、ビジティング位置レジ
スタ（VLR ）、移動体交換センタ（MSC）および基地局
（BS）は、以降は、一緒に、VLR として言及される。こ
れら認証センタ（AC）、ホーム位置レジスタ（HLR ）、
ビジティング位置レジスタ（VLR ）、移動体交換センタ
（MSC ）、および基地局（BS）は、網プロバイダによっ
て運用され、このため、一緒に、網として言及される。
ように、この無線システムは、認証センタ（AC）／ホー
ム位置レジスタ（HLR ）１０、ビジティング位置レジス
タ（VLR ）１５、および移動機２０を含む。ある認証セ
ンタ（AC）とは複数のホーム位置レジスタ（HLR ）を関
連付けることもできるが、現時点では、一対一の対応が
存在する。このため、図１においては、認証センタ（A
C）とホーム位置レジスタ（HLR ）は、単一のエンティ
ティとして示される。ただし、これらは別個に設置して
も構わない。さらに、簡単のために、この明細書の以降
の部分においては、ホーム位置レジスタ（HLR ）と認証
センタ（AC）は、一緒に、AC/HLRとして言及される。さ
らに、ビジティング位置レジスタ（VLR ）は情報をこれ
と関連する複数の移動体交換センタ（MSC ）の一つに送
信し、各移動体交換センタ（MSC）は情報を複数の基地
局（BS）の一つに送信し、各基地局は情報を移動機に送
信する。ただし、簡単のために、ビジティング位置レジ
スタ（VLR ）、移動体交換センタ（MSC）および基地局
（BS）は、以降は、一緒に、VLR として言及される。こ
れら認証センタ（AC）、ホーム位置レジスタ（HLR ）、
ビジティング位置レジスタ（VLR ）、移動体交換センタ
（MSC ）、および基地局（BS）は、網プロバイダによっ
て運用され、このため、一緒に、網として言及される。
【０００７】ルートキーは、Ａ−キーとしても知られ、
AC/HLR１０と移動機２０内にのみ格納される。二次キー
も存在し、共有機密データ（Shared Secret Data、SSD）
としても知られるが、このSSD は、移動機がローミング
しているとき（つまり、移動機がそのホームカバレッジ
エリアの外にいるとき）、VLR １５に送られる。このSS
Dは、Ａ−キーおよび乱数シードRANDSSDから、暗号化ア
ルゴリズム、すなわち暗号化関数を用いて生成される。
暗号化関数は、所定の数のビットを持つ出力をあるレン
ジの可能な入力に基づいて生成する関数である。キー
（鍵）付き暗号化関数（keyed cryptographic functio
n、KCF）は、キー（鍵）に基づいて動作するタイプ；例
えば その一つがキーである２つあるいはそれ以上の引
数（つまり、入力）に基づいて（関して）動作する暗号
化関数である。そして、このキーを知らない限り、出力
並びに使用中のKCFについての知識のみでは、これら入
力を決定することはできない。暗号化／解読アルゴリズ
ム（encryption/decryptionalgorithm）は、暗号化関数
（cryptographic function ）の一種である。擬似乱数
関数（pseudo random function、PRF）や、メッセージ
認証コード（message authentication codes、MAC）等
の一方向関数もこの一種である。KCFSK(RN')なる表現
は、乱数RN'のセッションキー（session key、SK）をキ
ーとして用いての暗号化（KCF ）を表す。セッションキ
ーSKとは、そのセッションを通じて持続するキーであ
り、セッションとは、時間のある期間、例えば、呼の長
さである。
AC/HLR１０と移動機２０内にのみ格納される。二次キー
も存在し、共有機密データ（Shared Secret Data、SSD）
としても知られるが、このSSD は、移動機がローミング
しているとき（つまり、移動機がそのホームカバレッジ
エリアの外にいるとき）、VLR １５に送られる。このSS
Dは、Ａ−キーおよび乱数シードRANDSSDから、暗号化ア
ルゴリズム、すなわち暗号化関数を用いて生成される。
暗号化関数は、所定の数のビットを持つ出力をあるレン
ジの可能な入力に基づいて生成する関数である。キー
（鍵）付き暗号化関数（keyed cryptographic functio
n、KCF）は、キー（鍵）に基づいて動作するタイプ；例
えば その一つがキーである２つあるいはそれ以上の引
数（つまり、入力）に基づいて（関して）動作する暗号
化関数である。そして、このキーを知らない限り、出力
並びに使用中のKCFについての知識のみでは、これら入
力を決定することはできない。暗号化／解読アルゴリズ
ム（encryption/decryptionalgorithm）は、暗号化関数
（cryptographic function ）の一種である。擬似乱数
関数（pseudo random function、PRF）や、メッセージ
認証コード（message authentication codes、MAC）等
の一方向関数もこの一種である。KCFSK(RN')なる表現
は、乱数RN'のセッションキー（session key、SK）をキ
ーとして用いての暗号化（KCF ）を表す。セッションキ
ーSKとは、そのセッションを通じて持続するキーであ
り、セッションとは、時間のある期間、例えば、呼の長
さである。
【０００８】IS-41 プロトコルにおいては、暗号化関数
として、CAVE（Cellular Authentication and Voice En
cryption）が用いられる。移動機２０がローミングして
いるときは、そのエリア内のVLR１５は、認証リクエス
トをAC/HLR１０に送信し、AC/HLR １０は、これに応答
して、その移動機のSSD を返信する。いったん、VLR １
５がこのSSD を入手すると、VLR １５は、AC/HLR１０と
は独立に移動機２０を認証する。機密の理由からこのSS
D は定期的に更新される。
として、CAVE（Cellular Authentication and Voice En
cryption）が用いられる。移動機２０がローミングして
いるときは、そのエリア内のVLR１５は、認証リクエス
トをAC/HLR１０に送信し、AC/HLR １０は、これに応答
して、その移動機のSSD を返信する。いったん、VLR １
５がこのSSD を入手すると、VLR １５は、AC/HLR１０と
は独立に移動機２０を認証する。機密の理由からこのSS
D は定期的に更新される。
【０００９】図２は、このSSD を更新するためのAC/HLR
１０、VLR１５、および移動機２０の間の通信を図解す
る。上述のように、AC/HLR１０は、乱数シードRANDSSD
を生成し、この乱数シードRANDSSDを用い、CAVE（Cellu
lar Authentication and Voice Encryption）アルゴリ
ズムを使用して、新たなSSDを生成する。このSSDは１２
８ビット長であり、最初の６４ビットは、第一のSSD と
して機能し、SSDAと呼ばれ、第二の６４ビットは、第二
のSSD として機能し、SSDBと呼ばれる。図２に示すよう
に、AC/HLR１０は、次に、この新たなSSD およびRANDSS
DをVLR１５に供給する。すると、VLR １５は、このRAND
SSDを、セッションリクエスト（sessionrequest、SR）
と共に移動機２０に送信する。セッションリクエストSR
は、移動機２０に対して、SSD 更新プロトコルを遂行す
るように指令するが、これについては後に詳細に説明す
る。移動機２０は、RANDSSD およびセッションリクエス
トSRを受信すると、このRANDSSD を用い、CAVEアルゴリ
ズムを使用して、新たなSSD を生成し、乱数ジェネレー
タ（乱数生成プログラム）を使用して、乱数RMを生成す
る。移動機２０は、次に、この乱数RMをVLR １５に送信
する。移動機２０は、加えて、この乱数RMに関してCAVE
アルゴリズムをこの新たなSSDAをキーとして遂行する。
この計算はCAVESSDA(RM)によって表される。
１０、VLR１５、および移動機２０の間の通信を図解す
る。上述のように、AC/HLR１０は、乱数シードRANDSSD
を生成し、この乱数シードRANDSSDを用い、CAVE（Cellu
lar Authentication and Voice Encryption）アルゴリ
ズムを使用して、新たなSSDを生成する。このSSDは１２
８ビット長であり、最初の６４ビットは、第一のSSD と
して機能し、SSDAと呼ばれ、第二の６４ビットは、第二
のSSD として機能し、SSDBと呼ばれる。図２に示すよう
に、AC/HLR１０は、次に、この新たなSSD およびRANDSS
DをVLR１５に供給する。すると、VLR １５は、このRAND
SSDを、セッションリクエスト（sessionrequest、SR）
と共に移動機２０に送信する。セッションリクエストSR
は、移動機２０に対して、SSD 更新プロトコルを遂行す
るように指令するが、これについては後に詳細に説明す
る。移動機２０は、RANDSSD およびセッションリクエス
トSRを受信すると、このRANDSSD を用い、CAVEアルゴリ
ズムを使用して、新たなSSD を生成し、乱数ジェネレー
タ（乱数生成プログラム）を使用して、乱数RMを生成す
る。移動機２０は、次に、この乱数RMをVLR １５に送信
する。移動機２０は、加えて、この乱数RMに関してCAVE
アルゴリズムをこの新たなSSDAをキーとして遂行する。
この計算はCAVESSDA(RM)によって表される。
【００１０】VLR １５あるいはAC/HLR１０のいずれか一
方も、CAVESSDA(RM)を計算し、結果を移動機２０に送信
する。移動機２０は、自身で計算したCAVESSDA(RM)が、
こうして網から受信されるCAVESSDA(RM)と一致する場合
は、網を認証する。
方も、CAVESSDA(RM)を計算し、結果を移動機２０に送信
する。移動機２０は、自身で計算したCAVESSDA(RM)が、
こうして網から受信されるCAVESSDA(RM)と一致する場合
は、網を認証する。
【００１１】次に、通常は、移動機２０から認証された
ことを示す信号を受信した後に、VLR １５が、乱数RNを
生成し、この乱数RNを、移動機２０に送信する。移動機
２０は、RNを受信すると、CAVESSDA(RN)を計算し、この
結果をVLR １５に送信する。VLR １５は、自身が計算し
たCAVESSDA(RN)が、移動機２０から受信されたCAVESSDA
(RN)と一致する場合は、移動機を認証する。これら乱数
RMとRNは、チャレンジと呼ばれ、CAVESSDA(RM)とCAVE
SSDA(RN)はチャレンジ応答と呼ばれる。いったん認証が
完了すると、移動機２０と網は、SSDBを用いてセッショ
ンキーを生成する。
ことを示す信号を受信した後に、VLR １５が、乱数RNを
生成し、この乱数RNを、移動機２０に送信する。移動機
２０は、RNを受信すると、CAVESSDA(RN)を計算し、この
結果をVLR １５に送信する。VLR １５は、自身が計算し
たCAVESSDA(RN)が、移動機２０から受信されたCAVESSDA
(RN)と一致する場合は、移動機を認証する。これら乱数
RMとRNは、チャレンジと呼ばれ、CAVESSDA(RM)とCAVE
SSDA(RN)はチャレンジ応答と呼ばれる。いったん認証が
完了すると、移動機２０と網は、SSDBを用いてセッショ
ンキーを生成する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このプロトコルでは、
SSD 自体が移動機２０と網からのチャレンジに応答する
ために用いられる。このため、古いRANDSSD とSSD のペ
アを見破られた場合、アタックが可能となる。つまり、
移動機２０に照会し、そのチャレンジに応答するために
は、このペアを知ることで十分である。こうして、アタ
ッカは、SSD 更新（リクエスト）を移動機２０に発行
し、移動機からのチャレンジに応答することが可能とな
る。いったん見破られたSSD が受理されると、機密のセ
ッションキー合意プロトコル（つまり、セッションキー
を確立するための移動機と網との間の通信に関する機密
のプロトコル）が用いられた場合でも、アタッカは、網
のふりをして、偽の識別を用いて、移動機２０に呼を発
行することが可能となる。例えば、アタッカ（偽装者）
は、アタッカ自身の呼者ｉｄあるいは名前を挿入し、あ
たかも別人であるかのようなふりをすることができる。
例えば、アタッカは、クレジットカード会社のふりをし
て、カード番号およびpin を認証するように求めること
もできる。さらに、セルラ名フィード内に電話会社の名
前を用い、発呼番号その他の認証を求めることもでき
る。
SSD 自体が移動機２０と網からのチャレンジに応答する
ために用いられる。このため、古いRANDSSD とSSD のペ
アを見破られた場合、アタックが可能となる。つまり、
移動機２０に照会し、そのチャレンジに応答するために
は、このペアを知ることで十分である。こうして、アタ
ッカは、SSD 更新（リクエスト）を移動機２０に発行
し、移動機からのチャレンジに応答することが可能とな
る。いったん見破られたSSD が受理されると、機密のセ
ッションキー合意プロトコル（つまり、セッションキー
を確立するための移動機と網との間の通信に関する機密
のプロトコル）が用いられた場合でも、アタッカは、網
のふりをして、偽の識別を用いて、移動機２０に呼を発
行することが可能となる。例えば、アタッカ（偽装者）
は、アタッカ自身の呼者ｉｄあるいは名前を挿入し、あ
たかも別人であるかのようなふりをすることができる。
例えば、アタッカは、クレジットカード会社のふりをし
て、カード番号およびpin を認証するように求めること
もできる。さらに、セルラ名フィード内に電話会社の名
前を用い、発呼番号その他の認証を求めることもでき
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明による２パーティ
認証方法においては、第一のパーティは、乱数を第一の
チャレンジとして発行し、第二のパーティは、これに応
答して、第一のチャレンジ応答を返信する。この第一の
チャレンジ応答は、キー（鍵）付き暗号化関数（KCF ）
を、前記第一のチャレンジとカウント値に関して第一の
キーを用いて遂行することで生成される。第二のパーテ
ィは、前記第一のチャレンジを受信すると、カウント値
を増分し、このカウント値を、第二のチャレンジとして
用いる。第一のパーティは、第一のチャレンジと、受信
された第二のチャレンジおよび第一のチャレンジ応答に
基づいて第二のパーティを認証する。認証の後に、第一
のパーティは、KCF を第二のチャレンジに関して、第一
のキーを用いて遂行することで第二のチャレンジ応答を
生成する。第二のパーティは、第二のチャレンジと、受
信された第二のチャレンジ応答に基づいて第一のパーテ
ィを認証する。これら第一と第二のチャレンジに基づい
て、暗号化キーが両パーティによって生成される。こう
して、暗号化キーとは異なるキー、つまり、第一のキー
がチャレンジに応答するために用いられる。本発明は、
多くの用途を持ち、これら用途には、無線産業も含まれ
る。無線産業用途の場合は、第一と第二のパーティは、
それぞれ、網と移動機に対応する。
認証方法においては、第一のパーティは、乱数を第一の
チャレンジとして発行し、第二のパーティは、これに応
答して、第一のチャレンジ応答を返信する。この第一の
チャレンジ応答は、キー（鍵）付き暗号化関数（KCF ）
を、前記第一のチャレンジとカウント値に関して第一の
キーを用いて遂行することで生成される。第二のパーテ
ィは、前記第一のチャレンジを受信すると、カウント値
を増分し、このカウント値を、第二のチャレンジとして
用いる。第一のパーティは、第一のチャレンジと、受信
された第二のチャレンジおよび第一のチャレンジ応答に
基づいて第二のパーティを認証する。認証の後に、第一
のパーティは、KCF を第二のチャレンジに関して、第一
のキーを用いて遂行することで第二のチャレンジ応答を
生成する。第二のパーティは、第二のチャレンジと、受
信された第二のチャレンジ応答に基づいて第一のパーテ
ィを認証する。これら第一と第二のチャレンジに基づい
て、暗号化キーが両パーティによって生成される。こう
して、暗号化キーとは異なるキー、つまり、第一のキー
がチャレンジに応答するために用いられる。本発明は、
多くの用途を持ち、これら用途には、無線産業も含まれ
る。無線産業用途の場合は、第一と第二のパーティは、
それぞれ、網と移動機に対応する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明のより良い理解を期するた
めに、以下では、単に解説の目的で、本発明を付録の図
面を参照しながら詳細に説明する。図面中、類似の参照
符号は対応するパーツを示す。
めに、以下では、単に解説の目的で、本発明を付録の図
面を参照しながら詳細に説明する。図面中、類似の参照
符号は対応するパーツを示す。
【００１５】上述のように、本発明によるパーティ認証
システムおよび方法は、無線通信に限定されるものでは
ないが、説明を簡単にするために、以下では、本発明を
無線システムの背景で説明する。より具体的には、以下
では、本発明による２パーティ認証のための方法および
プロトコルを、図１に示す無線システムにおいて採用さ
れるものとして説明する。
システムおよび方法は、無線通信に限定されるものでは
ないが、説明を簡単にするために、以下では、本発明を
無線システムの背景で説明する。より具体的には、以下
では、本発明による２パーティ認証のための方法および
プロトコルを、図１に示す無線システムにおいて採用さ
れるものとして説明する。
【００１６】図１および図２との関連で上に説明した方
法、すなわちプロトコルとは対照的に、本発明による方
法においては、AC/HLR１０および移動機２０は、Ａ−キ
ーに基づいて、もう一つのＭ−キーと呼ばれるキーも生
成する。このＭ−キーは、例えば、Ａ−キーによってイ
ンデックスされる擬似乱数関数（PRF ）を、網と移動機
２０によって知られている値に関して適用することで生
成される。実用のPRFとしては、NIST（National Instit
ute of Standards）から入手できる周知のData Encrypt
ion Standard-Cipher Block Chaining（DES-CBC）が用
いられる。一つの好ましい実施例においては、６４ビッ
トのＡ−キーによってインデックスされたDES-CBCを既
知の値に関して適用することで６４ビットのＭ−キーが
生成される。
法、すなわちプロトコルとは対照的に、本発明による方
法においては、AC/HLR１０および移動機２０は、Ａ−キ
ーに基づいて、もう一つのＭ−キーと呼ばれるキーも生
成する。このＭ−キーは、例えば、Ａ−キーによってイ
ンデックスされる擬似乱数関数（PRF ）を、網と移動機
２０によって知られている値に関して適用することで生
成される。実用のPRFとしては、NIST（National Instit
ute of Standards）から入手できる周知のData Encrypt
ion Standard-Cipher Block Chaining（DES-CBC）が用
いられる。一つの好ましい実施例においては、６４ビッ
トのＡ−キーによってインデックスされたDES-CBCを既
知の値に関して適用することで６４ビットのＭ−キーが
生成される。
【００１７】図３は、本発明の一つの実施例による網と
移動機２０との間の、これら２パーティを認証するため
の通信を図解する。図３において、VLT １５は、単に、
AC/HLR１０と移動機２０との間の通信に対するコンジッ
トとして機能する。より詳細には、本発明による認証プ
ロトコルはAC（認証センタ）と移動機２０との間で遂行
される。
移動機２０との間の、これら２パーティを認証するため
の通信を図解する。図３において、VLT １５は、単に、
AC/HLR１０と移動機２０との間の通信に対するコンジッ
トとして機能する。より詳細には、本発明による認証プ
ロトコルはAC（認証センタ）と移動機２０との間で遂行
される。
【００１８】図３に示すように、片方のパーティ、つま
り、AC/HLR１０が、乱数RNを生成し、これを、他方のパ
ーティ、つまり、移動機２０に送信する。典型的には、
AC/HLR１０は、乱数RNを送信することに加え、遂行され
るべきプロトコルのタイプを指定するセッションリクエ
ストSRを送信する。プロトコルのタイプには、他にも、
例えば、呼の発信、機密共有データ（SSD ）の更新、呼
の終端、および移動機の登録等のプロトコルがある。
り、AC/HLR１０が、乱数RNを生成し、これを、他方のパ
ーティ、つまり、移動機２０に送信する。典型的には、
AC/HLR１０は、乱数RNを送信することに加え、遂行され
るべきプロトコルのタイプを指定するセッションリクエ
ストSRを送信する。プロトコルのタイプには、他にも、
例えば、呼の発信、機密共有データ（SSD ）の更新、呼
の終端、および移動機の登録等のプロトコルがある。
【００１９】これに応答して、移動機２０は、カウント
値CMを生成し、KCF を乱数RN、カウント値CM、タイプデ
ータTYPE、およびｉｄデータIDM に関して、Ｍ−キーを
キーとして用いて遂行する。この計算は、KCFM-key(Typ
e、IDM、CM、RN)によって表される。好ましくは、KCF とし
ては、HMAC等のキー（鍵）付きメッセージ認証コードを
用いるが、ただし、DES-CBC等のPRF（擬似乱数関数）を
用いることもできる。移動機２０はカウンタ値CMを生成
するためのカウンタを含む。移動機２０は、網からの各
チャレンジに対して、カウント値CMを増分した後に、チ
ャレンジ応答、つまり、KCFM-key(Type、IDM、CM、RN)を生
成する。
値CMを生成し、KCF を乱数RN、カウント値CM、タイプデ
ータTYPE、およびｉｄデータIDM に関して、Ｍ−キーを
キーとして用いて遂行する。この計算は、KCFM-key(Typ
e、IDM、CM、RN)によって表される。好ましくは、KCF とし
ては、HMAC等のキー（鍵）付きメッセージ認証コードを
用いるが、ただし、DES-CBC等のPRF（擬似乱数関数）を
用いることもできる。移動機２０はカウンタ値CMを生成
するためのカウンタを含む。移動機２０は、網からの各
チャレンジに対して、カウント値CMを増分した後に、チ
ャレンジ応答、つまり、KCFM-key(Type、IDM、CM、RN)を生
成する。
【００２０】タイプデータは、遂行されるべきプロトコ
ルのタイプを表す。ｉｄデータは、その通信が移動機か
ら発行されたことを示す。通常、ｉｄデータが１のとき
は、その通信が網からのものであることを示し、ｉｄデ
ータが０のときは、その通信が移動機から来たことを示
す。ただし、説明の目的に対しては、移動機に対するｉ
ｄデータはIDM として示し、網対するｉｄデータはIDN
として示す。２パーティ認証に対するシステムおよび方
法は、KCFを乱数RNとカウント値CMに関して遂行すると
き、必ずしもタイプデータは必要としない。ただし、こ
こでは、タイプデータとｉｄデータが、特に、２パーテ
ィ認証方法およびシステムを無線システムに適用する目
的で含められている。
ルのタイプを表す。ｉｄデータは、その通信が移動機か
ら発行されたことを示す。通常、ｉｄデータが１のとき
は、その通信が網からのものであることを示し、ｉｄデ
ータが０のときは、その通信が移動機から来たことを示
す。ただし、説明の目的に対しては、移動機に対するｉ
ｄデータはIDM として示し、網対するｉｄデータはIDN
として示す。２パーティ認証に対するシステムおよび方
法は、KCFを乱数RNとカウント値CMに関して遂行すると
き、必ずしもタイプデータは必要としない。ただし、こ
こでは、タイプデータとｉｄデータが、特に、２パーテ
ィ認証方法およびシステムを無線システムに適用する目
的で含められている。
【００２１】次に、移動機２０は、カウント値CMと、KC
FM-key(Type、IDM、CM、RN)を網に送信する。本発明による
２パーティ認証プロトコルを含む現在のプロトコルを開
始したのはAC/HLR１０であるため、AC/HLR１０はタイプ
データを知っている。加えて、移動機からの通信は同一
のｉｄデータを含むために、AC/HLR１０はこの値も知っ
ている。従って、AC/HLR１０は、受信されたカウント値
CMに基づいてKCFM-key(Type、IDM、CM、RN)を計算し、この
計算された値が移動機２０から受信されたバージョンと
一致するか検証する。一致する場合は、AC/HLR１０は移
動機２０に認証する。
FM-key(Type、IDM、CM、RN)を網に送信する。本発明による
２パーティ認証プロトコルを含む現在のプロトコルを開
始したのはAC/HLR１０であるため、AC/HLR１０はタイプ
データを知っている。加えて、移動機からの通信は同一
のｉｄデータを含むために、AC/HLR１０はこの値も知っ
ている。従って、AC/HLR１０は、受信されたカウント値
CMに基づいてKCFM-key(Type、IDM、CM、RN)を計算し、この
計算された値が移動機２０から受信されたバージョンと
一致するか検証する。一致する場合は、AC/HLR１０は移
動機２０に認証する。
【００２２】いったん移動機２０が認証されると、AC/H
LR１０は、KCFM-key(Type、IDN、CM)を計算し、この計算
結果を移動機２０に送信する。移動機２０もKCFM-key(T
ype、IDN、CM)を計算し、KCFM-key(Type、IDN、CM)の計算さ
れたバージョンがAC/HLR１０から受信されたバージョン
と一致するか検証する。一致する場合は、移動機２０は
網を認証する。
LR１０は、KCFM-key(Type、IDN、CM)を計算し、この計算
結果を移動機２０に送信する。移動機２０もKCFM-key(T
ype、IDN、CM)を計算し、KCFM-key(Type、IDN、CM)の計算さ
れたバージョンがAC/HLR１０から受信されたバージョン
と一致するか検証する。一致する場合は、移動機２０は
網を認証する。
【００２３】さらに、この２パーティ認証プロトコルを
遂行した後に、他のキーを生成することもできる。例え
ば、図１の無線システムがこの２パーティ認証プロトコ
ルをSSD 更新プロトコルの一部として用いた場合は、移
動機２０が網を認証した後、移動機２０とAC/HLR１０は
両方とも乱数RNとカウント値CMを獲得している。このた
め、移動機２０とAC/HLR１０は両方とも、SSD を、PRF
A-Key(CM、RN) として生成することができる。ここで、P
RF としては、好ましくは、DES-CBC アルゴリズムが用
いられる。別の状況として、この２パーティ認証プロト
コルが他のプロトコルの一部として用いられた場合、こ
の同一の技法を他のキーを生成するために用いることも
できる。
遂行した後に、他のキーを生成することもできる。例え
ば、図１の無線システムがこの２パーティ認証プロトコ
ルをSSD 更新プロトコルの一部として用いた場合は、移
動機２０が網を認証した後、移動機２０とAC/HLR１０は
両方とも乱数RNとカウント値CMを獲得している。このた
め、移動機２０とAC/HLR１０は両方とも、SSD を、PRF
A-Key(CM、RN) として生成することができる。ここで、P
RF としては、好ましくは、DES-CBC アルゴリズムが用
いられる。別の状況として、この２パーティ認証プロト
コルが他のプロトコルの一部として用いられた場合、こ
の同一の技法を他のキーを生成するために用いることも
できる。
【００２４】無線システムに適用される場合は、移動機
２０は、このカウント値CMは、電力が切られたときにカ
ウント値CMを再初期化する必要がないように、半永久的
なメモリに格納しておく必要がある。これによって、カ
ウント値の反復が回避される。カウント値の反復は、ア
タッカにアタックのチャンスを与える。一つの好ましい
実施例においては、カウント値は、乱数を用いて初期化
され、大きなビットのカウンタ、例えば、６４あるいは
７５ビットのカウンタを用いて生成される。こうするこ
とで、移動機２０が衝突し、格納されていたカウント値
を失った場合でも、機密を確保することが可能となる。
例えば、７５ビットのカウンタを用いた場合は、アタッ
カが意図的に移動体（自動車）の衝突事故を引き起た場
合でも、セッションを開始するために少なくとも１秒か
かるものと想定すると、アタッカが移動機のカウント値
を回復するためには一年もかかる。
２０は、このカウント値CMは、電力が切られたときにカ
ウント値CMを再初期化する必要がないように、半永久的
なメモリに格納しておく必要がある。これによって、カ
ウント値の反復が回避される。カウント値の反復は、ア
タッカにアタックのチャンスを与える。一つの好ましい
実施例においては、カウント値は、乱数を用いて初期化
され、大きなビットのカウンタ、例えば、６４あるいは
７５ビットのカウンタを用いて生成される。こうするこ
とで、移動機２０が衝突し、格納されていたカウント値
を失った場合でも、機密を確保することが可能となる。
例えば、７５ビットのカウンタを用いた場合は、アタッ
カが意図的に移動体（自動車）の衝突事故を引き起た場
合でも、セッションを開始するために少なくとも１秒か
かるものと想定すると、アタッカが移動機のカウント値
を回復するためには一年もかかる。
【００２５】さらにもう一つの代替として、開始パーテ
ィ（例えば、網）は、一意の乱数RNを送信する代わり
に、グローバルな乱数を発行することもできる。つま
り、図３の実施例においては、開始パーティは、各通信
に対して異なる一意の乱数RNを発行するが、代替の実施
例として、開始パーティは、各通信に対して同一の乱数
RNを発行することもできる。
ィ（例えば、網）は、一意の乱数RNを送信する代わり
に、グローバルな乱数を発行することもできる。つま
り、図３の実施例においては、開始パーティは、各通信
に対して異なる一意の乱数RNを発行するが、代替の実施
例として、開始パーティは、各通信に対して同一の乱数
RNを発行することもできる。
【００２６】本発明によるプロトコルにおいては、パー
ティ間で事前確立されたキー（例えば、Ａ−キーあるい
はSSD ）が、チャレンジに応答するために用いられるこ
とはなく、このため、IS41との関連で上で述べたように
して網のふりをして不正に侵入することは不可能とな
る。さらに、Ｍ−キーがアタッカによって見つけられた
場合でも、Ｍ−キーを生成するために一方向関数が用い
られているために、これから直接にＡ−キーを見破るこ
とはできない。アタッカは、アタックを試みるとき、以
前の古いチャレンジおよびチャレンジ応答を用いるため
に、このようなアタックは、本発明によるプロトコルに
対して行なわれた場合は失敗する。つまり、アタッカ
は、古いカウント値に基づくチャレンジ応答を行なうこ
ととなり、このため、網は、そのアタッカを認証しな
い。さらに、認証の後に生成される上述のキーは、PRF
を新たなチャレンジに関してＡ−キーを用いて遂行する
ことで生成されるが、アタッカは、このＡ−キーを知る
ことはできない。
ティ間で事前確立されたキー（例えば、Ａ−キーあるい
はSSD ）が、チャレンジに応答するために用いられるこ
とはなく、このため、IS41との関連で上で述べたように
して網のふりをして不正に侵入することは不可能とな
る。さらに、Ｍ−キーがアタッカによって見つけられた
場合でも、Ｍ−キーを生成するために一方向関数が用い
られているために、これから直接にＡ−キーを見破るこ
とはできない。アタッカは、アタックを試みるとき、以
前の古いチャレンジおよびチャレンジ応答を用いるため
に、このようなアタックは、本発明によるプロトコルに
対して行なわれた場合は失敗する。つまり、アタッカ
は、古いカウント値に基づくチャレンジ応答を行なうこ
ととなり、このため、網は、そのアタッカを認証しな
い。さらに、認証の後に生成される上述のキーは、PRF
を新たなチャレンジに関してＡ−キーを用いて遂行する
ことで生成されるが、アタッカは、このＡ−キーを知る
ことはできない。
【００２７】本発明がこうして説明されたが、明らかな
ように、本発明は、様々な修正された形態にて実現する
こともでき、これらバリエーションも、本発明の精神お
よび範囲から逸脱するものと見做されるべきではなく、
これら全ての修正が特許請求の範囲に含まれるものであ
る。
ように、本発明は、様々な修正された形態にて実現する
こともでき、これらバリエーションも、本発明の精神お
よび範囲から逸脱するものと見做されるべきではなく、
これら全ての修正が特許請求の範囲に含まれるものであ
る。
【図１】無線システムの基本要素を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】IS-41標準に従って機密共有データを更新する
際の認証センタ／ホーム位置レジスタ、ビジティング位
置レジスタ、および移動機の間の通信を示す図である。
際の認証センタ／ホーム位置レジスタ、ビジティング位
置レジスタ、および移動機の間の通信を示す図である。
【図３】本発明の一つの実施例による網と移動機との間
のこれら２パーティを認証するための通信を示す図であ
る。
のこれら２パーティを認証するための通信を示す図であ
る。
１０ 認証センタ／ホーム位置レジスタ（AC/HLR） １５ ビジティング位置レジスタ（VLT） ２０ 移動機
Claims (22)
- 【請求項１】 第一のパーティを第二のパーティの所で
認証するための方法であって、この方法が： （ａ）前記第一のパーティから乱数を第一のチャレンジ
として受信するステップ； （ｂ）前記第一のチャレンジを受信したことに応答して
カウンタ値を増分するステップ； （ｃ）第一のチャレンジ応答を、キー（鍵）付き暗号化
関数（KCF）を前記第一のチャレンジと前記カウンタ値
に関して第一のキーを用いて遂行することで生成するス
テップ； （ｄ）第二のチャレンジとしての前記カウンタ値と、前
記第一のチャレンジ応答を前記第一のパーティに送信す
るステップ； （ｅ）前記第一のパーティから、前記KCFを前記第二の
チャレンジに関して前記第一のキーを用いて遂行した結
果として得られる第二のチャレンジ応答を受信するステ
ップ；および （ｆ）前記第一のパーティを、前記第一のチャレンジと
前記第二のチャレンジ応答に基づいて検証（認証）する
ステップを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記ステップ（ｃ）の前に、さらに： （ｇ）前記第一のキーをルートキーを用いて生成するス
テップを含むことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記ステップ（ｃ）が、前記チャレンジ
応答を、前記KCFを前記第一のチャレンジ、前記カウン
ト値、および前記第二のパーティに対する識別子に関し
て前記第一のキーを用いて遂行することで生成すること
を特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項４】 さらに： （ｇ）前記第一と第二のチャレンジに基づいて第二のキ
ーを確立するステップを含むことを特徴とする請求項１
の方法。 - 【請求項５】 前記ステップ（ａ）が前記第一のパーテ
ィからグローバルチャレンジを前記第一のチャレンジと
して受信することを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項６】 前記第一のパーティが無線システムの網
であり、前記第二のパーティが移動機であることを特徴
とする請求項１の方法。 - 【請求項７】 前記ステップ（ｃ）が前記第一のチャレ
ンジ応答を、前記KCFを前記第一のチャレンジ、前記カ
ウント値およびタイプデータに関して前記第一のキーを
用いて遂行することで生成し、前記タイプデータが前記
網と前記移動機によって遂行されるべきプロトコルのタ
イプを示すことを特徴とする請求項６の方法。 - 【請求項８】 前記ステップ（ｃ）が前記第一のチャレ
ンジ応答を、前記KCFを前記第一のチャレンジ、前記カ
ウント値、前記移動機に対する識別子、およびタイプデ
ータに関して前記第一のキーを用いて遂行することで生
成し、前記タイプデータが前記網と前記移動機によって
遂行されるべきプロトコルのタイプを示すことを特徴と
する請求項６の方法。 - 【請求項９】 さらに： （ｇ）前記第一と第二のチャレンジに基づいて第二のキ
ーを確立するステップを含むことを特徴とする請求項６
の方法。 - 【請求項１０】 前記第二のキーが機密共有データある
いはセッションキーのいずれかであることを特徴とする
請求項９の方法。 - 【請求項１１】 前記ステップ（ｂ）が前記カウント値
を６４ビットより大きなビットのカウンタを用いて増分
され、このカウンタが乱数を用いて初期化されることを
特徴とする請求項６の方法。 - 【請求項１２】 第一のパーティを第二のパーティの所
で認証するための方法であって、この方法が： （ａ）乱数を第一のチャレンジとして送信（出力）ステ
ップ；および （ｂ）前記第一のパーティから、第二のチャレンジおよ
び前記第一のチャレンジ応答を受信するステップを含
み、前記第二のチャレンジがカウンタ値であり、前記第
一のチャレンジ応答がキー（鍵）付き暗号化関数（KC
F）を前記第一のチャレンジと前記カウンタ値に関して
第一のキーを用いて遂行した結果として生成され；この
方法がさらに （ｄ）前記第一のパーティを、前記第二のチャレンジ、
前記第一のチャレンジ、および前記第一のチャレンジ応
答に基づいて検証（認証）するステップを含むことを特
徴とする方法。 - 【請求項１３】 さらに： （ｆ）前記第一と第二のチャレンジに基づいて第二のキ
ーを確立するステップを含むことを特徴とする請求項１
２の方法。 - 【請求項１４】 前記ステップ（ａ）が前記第一のチャ
レンジをグローバルチャレンジとして送信（出力）する
ことを特徴とする請求項１２の方法。 - 【請求項１５】 前記第一のパーティが無線システムの
移動機であり、前記第二のパーティが網であることを特
徴とする請求項１２の方法。 - 【請求項１６】 さらに： （ｆ）前記第一と第二のチャレンジに基づいて第二のキ
ーを確立するステップを含むことを特徴とする請求項１
５の方法。 - 【請求項１７】 前記第二のキーが機密共有データある
いはセッションキーのいずれかであることを特徴とする
請求項９の方法。 - 【請求項１８】 さらに： （ｆ）前記第二のチャレンジ応答を前記KCFを前記第二
のチャレンジに関して前記第一のキーを用いて遂行する
ことで生成するステップ；および （ｇ）前記第二のチャレンジ応答を前記第二のパーティ
に送信するステップを含むことを特徴とする請求項１２
の方法。 - 【請求項１９】 前記ステップ（ｆ）が、前記第二のチ
ャレンジ応答を前記KCFを前記第二のチャレンジ、およ
び前記第二のパーティに対する識別子に関して前記第一
のキーを用いて遂行することで生成することを特徴とす
る請求項１８の方法。 - 【請求項２０】 前記第一のパーティが無線システムの
移動機であり、前記第二のパーティが網であることを特
徴とする請求項１８の方法。 - 【請求項２１】 前記ステップ（ｆ）が前記第二のチャ
レンジ応答を、前記KCFを前記第二のチャレンジおよび
タイプデータに関して前記第一のキーを用いて遂行する
ことで生成し、前記タイプデータが前記網と前記移動機
によって遂行されるべきプロトコルのタイプを示すこと
を特徴とする請求項２０の方法。 - 【請求項２２】 前記ステップ（ｆ）が前記第二のチャ
レンジ応答を、前記KCFを、前記第二のチャレンジ、前
記網に対する識別子、およびタイプデータに関して前記
第一のキーを用いて遂行することで生成し、前記タイプ
データが前記網と前記移動機によって遂行されるべきプ
ロトコルのタイプを示すことを特徴とする請求項２０の
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/127,767 US6918035B1 (en) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | Method for two-party authentication and key agreement |
| US09/127767 | 1998-07-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000106553A true JP2000106553A (ja) | 2000-04-11 |
Family
ID=22431847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11214541A Pending JP2000106553A (ja) | 1998-07-31 | 1999-07-29 | ２パ―ティ認証およびキ―合意のための方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6918035B1 (ja) |
| EP (1) | EP0998095B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000106553A (ja) |
| KR (1) | KR100593576B1 (ja) |
| CN (1) | CN1249587A (ja) |
| BR (1) | BR9902804A (ja) |
| CA (1) | CA2277761C (ja) |
| DE (1) | DE69914999T2 (ja) |
| TW (1) | TW429721B (ja) |
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| JP2016158204A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 通信システムおよび通信装置 |
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| WO2002071786A1 (fr) | 2001-03-02 | 2002-09-12 | Fujitsu Limited | Systeme de communication mobile et dispositif constitutif |
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