JP2005510949A

JP2005510949A - Ｕｍｔｓにおけるセキュリティ再構成

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Publication number: JP2005510949A
Application number: JP2003548450A
Authority: JP
Inventors: ホカンパルム，; レジーナヨハネソン，; アインカランクリシュナラヤ，; アンデルスベルッグレン，
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: US7020455B2; DE60213280T2; PL369638A1; WO2003047154A1; ES2268121T3; WO2003047154A9; EP1451963A1; EP1451963B1; DE60213280D1; ATE333730T1; JP4066371B2; AU2002351559A1; US20030100291A1

Abstract

本発明は移動無線機と無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）との間の通信のセキュリティを保護する。移動無線機との通信をサポートするため、ＲＡＮを通じてコネクションが確立される。このコネクションは第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いて構成される。このコネクション上を、第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いて１つ又はそれより多いメッセージが送信され、個々のメッセージはメッセージシーケンス番号を有する。コネクションを第２のセキュリティコンフィギュレーションへ構成する必要がある場合、再構成に関するアクティベーションメッセージシーケンス番号が設定される。再構成処理が完了し、第２のセキュリティコンフィギュレーションがアクティベートされる状態になると、アクティベーションメッセージシーケンス番号とともに次のメッセージがコネクション上を送信される。その時点までに、及び再構成中に、移動無線機がアクティベーションメッセージシーケンス番号よりも小さなメッセージシーケンス番号を有するメッセージをＲＡＮへ送信する場合、移動無線機は第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いる。このようなメッセージの例としては、セル更新メッセージ又はエリア更新メッセージがある。

Description

優先権主張出願
本出願は２００１年１１月２８日に出願された米国仮出願第60/333,485号の優先権を主張するとともに、その開示内容を引用して本明細書に援用する。

本発明はＵＭＴＳ(Universal Mobile Telecommunications System)通信に関し、より具体的にはＵＭＴＳにおけるセキュリティ機能に関する。

通信システムの一例は、３ＧＰＰ規格に説明されるＵＭＴＳ(Universal Mobile Telecommunications System)及び他の通信システムである。簡略化されたＵＭＴＳシステムのアーキテクチャ例を図１に示す。図１のアーキテクチャは、ＵＭＴＳ地上無線アクセス網（ＵＴＲＡＮ）とも呼ばれる無線アクセス網（ＲＡＮ）１４とエア／無線インタフェースＵｕを通じて通信するユーザ端末（ＵＥ）１２を含む。ＲＡＮ１４は１つかそれより多いコアネットワーク１６と通信する。図１において、回線交換コアネットワーク１８及びパケット交換コアネットワーク２０はいずれも個別のＩｕ−ＰＳインタフェースを通じてＲＡＮ１４と通信する。

ＵＴＲＡＮ２２のより詳細な図を図２に示す。ＵＴＲＡＮ２２は１つかそれより多い無線ネットワークシステム（ＲＮＳ）２４を含む。各ＲＮＳ２４は１つかそれより多い無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）２６を含む。ＲＮＣはＩｕｒインタフェースを通じて通信する。各ＲＮＣは１つかそれより多い基地局と接続され、各基地局はＵＴＲＡＮにおいてノードＢ２８と呼ばれる。ＲＮＣ及び各ノードＢはＩｕｂインタフェースを通じて通信する。各ノードＢは１つかそれより多いセルを介して様々なＵＥと無線通信を実行する。図２で、各ノードＢ２８は３つのセルＣ１−Ｃ３とともに示されている。

図３は、３ＧＰＰＴＳ２５．３０１（非特許文献１：内容を引用して本明細書に援用する）において入手可能なＵＴＲＡＮ無線プロトコルアーキテクチャに関し、より詳細に示す図である。プロトコルアーキテクチャは、アプリケーションレイヤ、トランスポートレイヤ、無線リソース制御（ＲＲＣ）レイヤ、リンクレイヤ及び物理レイヤを含む５つのレイヤに分割される。プロトコルスタックの左側、ＲＲＣレイヤ及びその下は制御シグナリングが行われるコントロールプレーンを表している。プロトコルスタックの右側はユーザトラフィックが通信されるユーザプレーンを表している。情報は無線ベアラと呼ばれる論理チャネルを用いてＵＴＲＡＮ内を通信される。制御プレーン上で、無線ベアラは信号無線ベアラと呼ばれ、例えばシグナリング無線ベアラ０−４を含むであろう。ユーザプレーンにおいて、無線ベアラ５−３１といった他の無線ベアラはユーザトラフィックの搬送に用いられる。そしてそれらのベアラは物理レイヤ／無線インタフェース上の物理トランスポートチャネルで運ばれる。ＵＴＲＡＮが提供する無線アクセスベアラサービスの詳細については、３ＧＰＰＴＳ２３．１０７（非特許文献２：内容を引用して本明細書に援用する）を参照されたい。

ＵＴＲＡＮに関して詳細を説明したが、他の無線アクセスネットワークも存在する。その一例は、ＧＳＭからＥＤＧＥ(Enhanced data rates for GSM evolution)へ進化したＧＳＭ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク（ＧＥＲＡＮ）である。本発明はとりわけＵＴＲＡＮに適用可能であるが、任意のＲＡＮで適用可能であろう。

通信システムにおけるセキュリティ機能は、通信に対して何らかの機密性及び／又は認証を提供する。ＵＭＴＳにおいて、機密保持機能の一例はユーザデータの暗号化であり、認証セキュリティ機能の一例は制御シグナリングの完全性保護(integrity protection)である。ＵＥ／移動無線機と、無線ネットワークとの間で送信される制御シグナリングは、完全性を保護せねばならない繊細な情報であると見なされる。制御シグナリング完全性保護に関しては、その内容を引用して本明細書に援用する３ＧＰＰ仕様ＴＳ３３．１０２（非特許文献３）、特にアクセスリンク完全性に関するセクション６．５を参照されたい。

ユーザトラフィックに対し、暗号化を行ってもよい。暗号化は、ユーザプレーンにおいて、ＲＬＣモードがアクノリッジされるかされない場合にはリンクレイヤの無線リンク制御（ＲＬＣ）サブレイヤで、あるいはモードがＲＬＣトランスペアレントモードであればメディアアクセス制御（ＭＡＣ）サブレイヤで行われる。制御シグナリングの完全性保護／認証は制御プレーンのＲＲＣレイヤで行われる。ＵＴＲＡＮを通じてユーザ装置と（一種の論理チャネルとしてみることも可能な）コネクションを確立する際に、ＵＥとＵＴＲＡＮ間で送信される制御シグナリングメッセージの完全性保護のためにセキュリティモード設定手順が実行される。制御シグナリングメッセージの例には、呼び出しメッセージ、ハンドオーバメッセージ、ＲＲＣコネクション要求、設定及び解放メッセージ、システムブロードキャスト情報メッセージなどが含まれる。

ユーザデータの暗号化及び制御シグナリングの完全性を保護に、異なるアルゴリズムを用いてもよい。暗号化アルゴリズムは暗号鍵（ＣＫ）を生成しうる。そのような暗号化アルゴリズムの一例としては、３ＧＰＰＴＳ３３．１０２（非特許文献３）に記述される”ｆ８”アルゴリズムがある。同様に、完全性／認証保護アルゴリズムは完全性保護鍵（ＩＫ）を生成しうる。そのような完全性保護アルゴリズムの一例としては、３ＧＰＰＴＳ３３．１０２に記述される”ｆ９”アルゴリズムがある。暗号化及び完全性保護アルゴリズムにより生成される”鍵”のペアは、”キーセット”とも呼ばれる。ＵＴＲＡＮが回線交換ネットワーク及びパケット交換ネットワークといった異なるコアネットワークと接続されうることは、図１に示したとおりである。回線交換ドメイン用の鍵のペアは（ＣＫ_cs，ＩＫ_cs）、パケット交換ドメイン用については（ＣＫ_ps，ＩＫ_ps）と表記する。

ＵＥがセッション（例えばマルチメディアセッション）を開始すると、無線リソース制御（ＲＲＣ）レイヤ３コネクションがＵＴＲＡＮ内部で確立される。このコネクション設定の一部には、特定のコアネットワークドメインのためのセキュリティコンフィギュレーションが確立される認証手順が含まれる。コアネットワークドメイン用のセキュリティコンフィギュレーションは２つの部分に分けることができる。セキュリティコンフィギュレーションの最初の部分は、コアネットワークからＵＴＲＡＮへのＲＡＮＡＰセキュリティモードコマンドメッセージである（３ＧＰＰＴＳ２５．４１３参照（非特許文献４：内容を引用して本明細書に援用する））。セキュリティコンフィギュレーションの２番目の部分は、ＵＴＲＡＮからＵＥへのＲＲＣセキュリティモードコマンドである（３ＧＰＰＴＳ２５．３３１参照（非特許文献５：内容を引用して本明細書に援用する））。

ＵＴＲＡＮとＵＥとの間でセキュリティコンフィギュレーションを確立するための手順の一例を、図４に示す。最初に、移動機／ユーザ装置が、ＵＴＲＡＮ内の在圏(serving)ＲＮＣ（ＳＲＮＣ）とＲＲＣコネクションを確立する。このコネクションは特定のコアネットワークドメインに対して開始される。例えば、このコネクションはＵＥで動作しているウェブブラウザアプリケーションをサポートする可能性があるので、コネクションはパケット交換コアネットワークであろう。ＲＲＣコネクション確立の間、コネクションのための最初のセキュリティコンフィギュレーション確立に必要なパラメータ値が、ＵＥのセキュリティ能力とともにＵＥ及びＳＲＮＣの間で転送される。ＳＲＮＣはセキュリティコンフィギュレーション値及びＵＥセキュリティ能力を記憶する。

ＵＥは、回線交換接続のための訪問ロケーションレジスタ（ＶＬＲ）か、パケット交換ドメインタイプコネクションのための在圏ＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）を用い、ユーザＩＤ（例えばＩＭＳＩ）を含む初期プロトコルレイヤ３（Ｌ３）メッセージを送信する。認証及び鍵生成手順がＶＬＲ／ＳＧＳＮ及びＵＥとの間で実行され、完全性及び暗号化鍵のペアがそのコネクション用に生成され、ＵＥによって保存される。ＶＬＲ／ＳＧＳＮはまた、どの完全性及び暗号化アルゴリズムを用いるかを決定する。ＵＩＡはＵＭＴＳ完全性アルゴリズムを表し、ＵＥＡはＵＭＴＳ暗号化アルゴリズムを表す。ＶＬＲ／ＳＧＳＮは、許容された完全性及び暗号化アルゴリズム（ＵＩＡ及びＵＥＡ）と、完全性鍵（ＩＫ）及び暗号化鍵（ＣＫ）とを与えるため、セキュリティモードコマンドをＳＲＮＣに送信する。

ＳＲＮＣは、適切な完全性アルゴリズム及び暗号化アルゴリズムを選択し、選択されたアルゴリズムに必要なパラメータを生成する。このようなパラメータの一例としては、ネットワークで生成される乱数値（３ＧＰＰ仕様において、ＦＲＥＳＨと呼ばれる）がある。ＳＲＮＣは、コアネットワークドメイン、選択された完全性アルゴリズム及び乱数値のようなパラメータを含むセキュリティモードコマンドをＵＥへ送信する。選択された完全性アルゴリズム出力／結果もまた送信される。出力／結果はメッセージ承認コード−完全性(Message Authorization Code-Integrity:MAC-I)と表され、完全性鍵（ＩＫ）、完全性が保護されたメッセージ、乱数値、シグナリング方向（即ち、アップリンク又はダウンリンク）及び、現在のＲＲＣメッセージのメッセージシーケンス番号（ＭＳＮ）に対応する計数値の関数として生成される。ＵＥはこの情報を、同じパラメータを用いた自分自身に対するＭＡＣ−Ｉの生成を含めて確認し、セキュリティモードの完成をメッセージ９、１０及び１１においてアクノリッジする。その後、これら構成されたセキュリティパラメータを用い、暗号化及び暗号解読、並びにこのコネクションに対するメッセージの認証が行われる。

完全性保護のための現在のメッセージシーケンス番号（ＭＳＮ）は、３ＧＰＰ仕様においてカウント−Ｉ(count-I)と呼ばれる。シグナリング無線ベアラ０−４の各々について、アップリンクシグナリング無線ベアラ毎に１つのカウント−Ｉ値と、ダウンリンクシグナリング無線ベアラ毎に１つのカウント−Ｉ値が存在する。カウント−Ｉ値は２部構成である。カウントの最下位ビット（least significant bits)を形成するショートシーケンス番号は、４ビットのＲＲＣシーケンス番号（ＲＲＣＳＮ）であり、ＲＲＣパケットデータユニット（ＰＤＵ）毎に用意される。ロングシーケンス番号はＲＲＣハイパーフレーム番号（ＲＲＣＨＦＮ）であり、ＲＲＣシーケンス番号サイクル毎にインクリメントされる。ＲＲＣＨＦＮはメッセージ１（ＳＴＡＲＴ値）において、セキュリティ構成パラメータ値の１つによって初期化される。

従って、コアネットワークサービスドメインからシグナリングメッセージを転送するのに用いられるシグナリング無線ベアラは、直近のセキュリティモードネゴシエーションが行われたコアネットワークサービスドメインに対する完全性鍵によって完全性保護される。更なるサービスが要求された場合、サービスが別のコアネットワーク又は同じコアネットワークから要求された場合、又は更なるコネクションが要求された場合には、既に完全性保護されている、進行中のコネクションについての完全性コンフィギュレーションを変更する必要が生じうる。

エアインタフェースを介したそのようなセキュリティ再構成の例としては、３ＧＰＰＴＳ２５．３３１、セクション８．１．１２に記述されるＲＲＣセキュリティモード制御手順があり、この手順を図５に示す。この手順の目的は、データトラフィック無線ベアラに対する新しい暗号化コンフィギュレーションを用いて暗号化を開始／再開すること及び、制御シグナリング無線ベアラの全てに対する完全性保護コンフィギュレーションを開始又は変更することである。完全性保護コンフィギュレーションを開始又は変更するため、ＵＴＲＡＮはセキュリティモードコマンドをＵＥへ送信する。ＵＥはセキュリティモードコマンドを受信すると全てのシグナリング無線ベアラについて、アップリンク方向にアクティベーション値をセットするとともに、ダウンリンクにおいてはＵＴＲＡＮによるアクティベーション値をセットする。アクティベーション値は影響を受ける無線ベアラの各々に対して指定される。アクティベーション値は、新しい完全性及び暗号化鍵を用いる新しいセキュリティ／完全性コンフィギュレーションをいつから使用すべきであるかを事実上指示する。

１つの方法において、ＵＥは対応する無線アクセスベアラに対するアップリンクアクティベーション値を、現在のＲＲＣメッセージシーケンス番号（ＲＲＣＳＮ_current）に定数ｋを加えたものとして設定することが可能である。ここで、ＲＲＣメッセージシーケンス番号は、個々のＲＲＣメッセージに番号を付与するための４ビット値であることを思い出されたい。定数は例えば、ＵＥからＵＴＲＡＮへアップリンク方向に送信されたセル更新(Cell Update)又はルーティングエリア更新(routing area Update)メッセージの再送信の最大数に基づいて決定することができる。このような更新メッセージはいずれも、ＵＥからＵＴＲＡＮへ、シグナリング無線ベアラ（例えばＲＢ０）上をアップリンク方向に送信される。このアクティベーション値の設定は、将来いくらかメッセージが送信されるまでは、そのＵＥが、現在のシーケンス番号（ＲＲＣＳＮ_current）メッセージから始まる古い暗号化及び完全性鍵を含む、古セキュリティコンフィギュレーションを用いて更新メッセージを送信することを意味する。古いコンフィギュレーションは、アクティベーションメッセージシーケンス番号（ＲＲＣＳＮ_current＋ｋ）を有するメッセージが送信されるまで用いられる。メッセージシーケンス番号が（ＲＲＣＳＮ_current＋ｋ）に達したときのみ新しいセキュリティコンフィギュレーションが適用される。いくらか将来のメッセージシーケンス番号をアクティベーション値に設定することで、セキュリティ再構成が発生しても、ＵＥはセル更新及び他のメッセージを古いセキュリティコンフィギュレーションを用いてＵＴＲＡＮへ送信することができる。セル更新メッセージは、特に高速で移動するユーザ装置について、ＵＴＲＡＮが確実に移動機の現在位置を把握するために特に重要である。

３ＧＰＰＴＳ２５．３０１３ＧＰＰＴＳ２３．１０７３ＧＰＰＴＳ２３．１０２３ＧＰＰＴＳ２３．４１３３ＧＰＰＴＳ２３．３３１

このように、本セキュリティコンフィギュレーションの利点は、セキュリティ再構成が発生しても、ＵＴＲＡＮがセル更新及び他の重要なメッセージを受信できるよう、それらのメッセージを古いセキュリティコンフィギュレーションを用いて送信できることである。ただし、残念ながら、この方法では新しいセキュリティコンフィギュレーションの利用を指示するための機構に不備がある。

問題は、古いセキュリティコンフィギュレーションが開放され、新しいセキュリティコンフィギュレーションが使用される前に、ＵＥがいくらかのセル更新メッセージを送信する必要があることである。上述の例において、その時刻は、ＵＴＲＡＮがＵＥから受信した現在のメッセージがＲＲＣＳＮ_current＋ｋに等しいシーケンス番号を有した時点である。この方法は、ｋのセル更新メッセージが比較的短い時間内に発生する程度に、ＵＥが十分セル間を移動することを仮定している。移動しない、又はゆっくりと移動するＵＥについては、そのようなアクティベーション値に等しい数のセル更新メッセージは（発生するにしても）適度な時間内には送信されないであろう。その結果、例えば新しいＵＥからコアネットワークへのコネクションに対する新しいセキュリティコンフィギュレーションが実施されず、要求された新しいサービス又はコネクションが供給されなくなるであろう。

本発明は、移動無線機と無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）との間の通信のセキュリティを保護するための改良された方法において、上述の問題に対する解を提供する。コネクションは移動無線機との通信をサポートするため、ＲＡＮを通じて確立される。コネクションは第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いて構成される。１つ又はそれより多いメッセージは、第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いてこのコネクション上で送信され、各メッセージはメッセージシーケンス番号を有する。このコネクションを第２のセキュリティコンフィギュレーションへ構成する必要があると判断されると、再構成に関するアクティベーションメッセージシーケンス番号が設定される。再構成処理が完了し、第２のセキュリティコンフィギュレーションがアクティベートされると、アクティベーションメッセージシーケンス番号を有する次のメッセージがそのコネクション上で送信される。その時点に至るまで、及び再構成中に、移動無線機がアクティベーションメッセージシーケンス番号よりも小さなメッセージシーケンス番号を有するメッセージをＲＡＮに送信する際には、移動機は第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いる。このようなメッセージの例としては、セル更新メッセージ又はエリア更新メッセージがある。

第１のセキュリティコンフィギュレーションは、例えば移動無線機が関与するセッションに関連する第１のコネクションに対応する。また、第２のセキュリティコンフィギュレーションは、例えば、そのセッションに関する第２のコネクションに対応するであろう。マルチメディアセッションにおいて、第１のコネクションはメディアのある１つの形式に、第２のコネクションは他の形式にそれぞれ関連することが可能である。

セキュリティコンフィギュレーションはメッセージの完全性保護に関連してもよく、その場合メッセージはそのコネクションに関する制御シグナリングを含む。第１のセキュリティコンフィギュレーションは制御シグナリングの認証に用いられる第１の完全性保護鍵を含みうる。第２のセキュリティコンフィギュレーションは第２の完全性保護鍵を含む。セキュリティコンフィギュレーションはまた、接続の機密性保護に関連しても良い。例えば、第１のセキュリティコンフィギュレーションがそのコネクションに関するデータトラフィックの暗号化に用いられる第１の暗号化鍵を含み、第２のセキュリティコンフィギュレーションがそのデータトラフィックを暗号化する第２の暗号化鍵を含む。

アクティベーションメッセージシーケンス番号は将来のメッセージシーケンス番号に対応し、メッセージシーケンスにおける次のメッセージ番号よりも大きい。一例であり、本発明を制限しない実施形態において、アクティベーションメッセージシーケンス番号はメッセージ再送信の最大数を用いて設定される。アクティベーションメッセージシーケンス番号は、再構成処理が完了すると、その時点でアクティベーション値の数のメッセージが送信されていなくても、次のメッセージと共に送信される。このようにして、セキュリティコンフィギュレーションに関連する不必要或いは不明確な遅延を回避する。

本発明の上述した目的及び他の目的、特徴及び利点は、添付図面と共に以下の説明を参照することによってより簡単に理解されるであろう。

以下の説明において、限定ではなく説明を目的として、本発明を十分理解できるよう、特定の実施形態、手順、方法等の特定の詳細について述べる。しかし、本発明がこれら具体的な詳細から離れた他の実施形態においても実施可能であることは、本技術分野に属する当業者には明らかであろう。例えば、本発明をＵＭＴＳシステムへの適用例において本発明を説明するが、本発明は任意のセルラ無線システムにおいて使用可能である。

いくつかの実例において、よく知られた方法、インタフェース、装置及びシグナリング技術の詳細についての説明は、不必要な詳細によって本発明の説明がわかりにくくならないように省略している。さらに、個々の機能ブロックは図面のいくつかに示されている。本技術分野に属する当業者は、これら機能を個別のハードウェア回路を用いて、ソフトウェア機能を適切にプログラムされたディジタルマイクロプロセッサ又は汎用コンピュータとともに用いて、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を用いて、又は１つかそれより多いディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いてのいずれか１つ以上によって実現可能であることを理解するであろう。

本発明は無線アクセスネットワークを含む任意の無線通信システムに適用可能である。この点に関し、本発明を実施するための例示的な、非限定的な一連の手順を示す図６のフローチャートを参照する。まず、ユーザ装置との通信をサポートするため、無線アクセスネットワークを通じてコネクションを確立する（ステップＳ１）。このコネクションは第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いて構成する（ステップＳ２）。このコネクション上で１つかそれより多いメッセージが、第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いて送信される。各メッセージは固有のメッセージシーケンス番号（ＭＳＮ）を有する。即ちＭＳＮ＝１，２，３．．．である（ステップＳ３）。このコネクション（又はそのユーザ装置を含むマルチメディアセッションについての追加コネクション）を第２のセキュリティコンフィギュレーションへ再構成する必要があるかどうかを判定する（ステップＳ４）。セキュリティ再構成を目的として、アクティベーションメッセージシーケンス番号を設定する（ステップＳ５）。第２のセキュリティコンフィギュレーションが適用可能になったら、次のメッセージをアクティベーションメッセージシーケンス番号を用いて送信する（ステップＳ６）。

つまり、第２のセキュリティコンフィギュレーションがアクティベーション可能になり次第、通常の、順序通りのメッセージ番号は次のメッセージには使用しない。代わりに、ＵＥ及びＲＡＮが今や第２のセキュリティコンフィギュレーションを使用してメッセージを送信すべきであることを指示するため、アクティベーションメッセージシーケンス番号が用いられる。アクティベーションメッセージシーケンス番号を含むメッセージの送信までは、メッセージは第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いてＵＥ及びＲＡＮ間で送信される。このようにして、セル更新メッセージ又はエリア更新メッセージといった重要なメッセージを、セキュリティ再構成処理が発生している期間中、ＵＥの位置更新のために例えばＵＥからＲＡＮへ送信することが可能である。一方、本発明は、再構成処理が終了した後、次に送信されるメッセージと共にアクティベーションメッセージシーケンス番号を送信することで、第２のセキュリティコンフィギュレーションのアクティベートにおける必要以上の遅延を回避する。

本発明の、より詳細な例を、図２及び図３に示したＵＴＲＡＮを無線アクセスネットワークとして有するＵＭＴＳシステムに関して説明する。単純化したブロック図である図７Ａにおいて、ユーザ装置１２は無線送受信回路３２に接続されたデータ処理回路３０を含む。無線送受信回路３２はさらにアンテナ３４に接続される。データ処理回路３０は、本発明に関連する様々なセキュリティ構成及び再構成処理を実施するための機能を実行する。図７Ｂは、ＵＴＲＡＮからの無線ネットワークコントローラ２６を簡略化して示している。ＲＮＣ２６は、コアネットワークへのインタフェース４２、ノードＢへのインタフェース４４及びこのＵＴＲＡＮ中の他のＲＮＣへのインタフェース４６を含む様々なインタフェースへ接続されるデータ処理回路４０を含んでいる。データ処理回路４０は本発明に関連する様々なセキュリティ構成及び再構成処理を実施するための機能を実行する。

ここで、ＵＥ及びＵＴＲＡＮの間で確立されたコネクションに対するセキュリティコンフィギュレーションを再構成するためのシグナリング図を示す図８を参照されたい。本図において、ＵＥを含むコネクションが設定され、そのコネクションについての初期セキュリティコンフィギュレーションが適切であるものとする。ＵＥについて最初に示す機能ブロックにおいて、ＵＥはＲＢ０，１，２，３及び４を含む様々な無線ベアラに対し、アップリンク無線リソース制御メッセージシーケンス番号をゼロに設定する。ＵＥ及びＵＴＲＡＮは、各ベアラに対するＭＳＮカウント−Ｉ値を用い、各無線ベアラについて送信されたメッセージをこの初期値から計数する。ＭＳＮ初期値はゼロである。ＵＥはさらに、定数、ここではＮ３０２と表される定数を、いくつかの値（ここでは３）に設定する。本実施形態において、この定数はセル更新／ＵＴＲＡＮルーティングエリア（ＵＲＡ）更新メッセージの送信許可数に等しい。

セキュリティ再構成処理が必要な場合、ＵＴＲＡＮはセキュリティモードコマンドをＵＥに送信し、ＵＥはレイヤ２セキュリティモードコマンドアクノリッジによりアクノリッジする。このアクノリッジの後、ＵＥは各アップリンクベアラに対し、アクティベーションメッセージシーケンス番号を、ＲＢ０について図に例示するように（ＲＢ０＝０＋Ｎ３０２＋１＝４）して設定する。ＵＥはセキュリティモード完了メッセージをＵＴＲＡＮに送信する。ＵＴＲＡＮがこの、再構成処理の完了を伝えるセキュリティモード完了メッセージをアクノリッジするのを待つ間、ＵＥはＵＴＲＡＮに初期セキュリティコンフィギュレーションを用いてセル更新メッセージを送信する。セル更新メッセージの送信後、ＲＢ０に対するアップリンクＭＳＮ計数値を１にインクリメントする。ＵＴＲＡＮがセキュリティモード完了メッセージをアクノリッジする前に、別のセル更新メッセージが初期セキュリティコンフィギュレーションを用いてＵＥから送信される。

ＵＥがセキュリティモード完了メッセージのアクノリッジをＵＴＲＡＮから受信すると、ＵＥは、セキュリティ再構成処理が完了したことを示すセキュリティモード完了メッセージをＵＴＲＡＮが受信したことを知る。この時点で、ＵＥ及びＵＴＲＡＮは新しいセキュリティコンフィギュレーションを自由に使用できるようになる。そして、ＵＥは、現在２であるＭＳＮカウントへ、アクティベーションメッセージシーケンス番号（４）を設定する。ＵＥは次のメッセージ（セル更新メッセージ）を、この新しいセキュリティコンフィギュレーションを用いて送信する。このメッセージは、アクティベーションＭＳＮに設定されたＲＲＣＭＳＮカウントを含むため、ＵＴＲＡＮもまた新しいセキュリティコンフィギュレーションの使用を知ることになる。

本発明を特定の実施形態に関して説明してきたが、本技術分野に属する当業者は、本発明がこれら特定の例示多岐な実施形態に限定されないことを理解するであろう。ここで説明したものとは異なるフォーマット、実施形態及び適合並びに多くの派生、変形及び等価構成もまた本発明の実施に使用されうる。従って、本発明をその好適な実施形態に関して説明してきたが、この開示は本発明の単なる例示であることが理解されよう。

本発明を適用可能なＵＭＴＳ通信システムの例を示すブロック図である。ＵＴＲＡＮタイプの無線アクセスネットワークの更なる詳細を示す図である。ＵＴＲＡＮにおいて、移動無線機とのコネクション設定に用いられるさまざまなプロトコルを示す図である。認証及びコネクション設定シグナリングを示すシーケンス図である。セキュリティ再構成シグナリングを示すシーケンス図である。本発明の実施形態を実施するための手順例を示すフローチャートである。、無線ネットワークコントローラ内のユーザ装置の機能ブロック図である。本発明を制限しない一実施形態に係るセキュリティ再構成を実施するためのシグナリングシーケンス図である。

Claims

移動無線機と無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）との通信のセキュリティを保護するための方法であり、前記移動無線機との通信をサポートするための、前記ＲＡＮを通じたコネクションの確立を含む方法が、
前記コネクションを第１のセキュリティコンフィギュレーションによって構成するステップと、
前記コネクション上で、前記第１のセキュリティコネクションを用いて、各々がメッセージシーケンス番号を有する１つ又はそれより多いメッセージを送信するステップと、
前記コネクションを第２のセキュリティコンフィギュレーションへ再構成する必要性を判定するステップと、
前記再構成に関するアクティベーションメッセージシーケンス番号を設定するステップと、
前記第２のセキュリティコンフィギュレーションがアクティベートされる状態になった場合、次のメッセージを前記アクティベーションメッセージシーケンス番号を用いて送信するステップとを有することを特徴とする方法。
前記第２のセキュリティコンフィギュレーションがアクティベートされた場合、その後のメッセージは前記第２のセキュリティコンフィギュレーションを用いて送信されることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記次のメッセージが前記第２のセキュリティコンフィギュレーションを用いて送信されることを特徴とする請求項２記載の方法。
前記再構成の間、前記移動無線機が前記アクティベーションメッセージシーケンス番号よりも小さいメッセージシーケンス番号を有するメッセージを前記第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いてＲＡＮへ送信することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記移動無線機によって送信される前記メッセージが、セル更新メッセージ又はエリア更新メッセージであることを特徴とする請求項４記載の方法。
前記第１のセキュリティコンフィギュレーションが前記移動無線機を含むセッションに関連する第１のコネクションに対応し、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションが前記セッションに関連する第２のコネクションに対応することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記セッションがマルチメディアセッションであり、前記第１のコネクションがメディアのある１つの形式に関連し、前記第２のコネクションがメディアの他の形式に関連することを特徴とする請求項６記載の方法。
前記セキュリティコンフィギュレーションが前記メッセージの完全性保護に関連することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記メッセージが前記コネクションに関する制御メッセージを含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
前記第１のセキュリティコンフィギュレーションが前記制御信号の認証に用いられる第１の完全性保護鍵を含み、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションが前記制御信号の認証に用いられる第２の完全性保護鍵を含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
前記セキュリティコンフィギュレーションが前記通信の機密性保護に関連し、前記通信が前記コネクションに関するデータトラフィックを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記第１のセキュリティコンフィギュレーションが前記データトラフィックを暗号化するために用いられる第１の暗号化鍵を含み、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションが前記データトラフィックを暗号化するために用いられる第２の暗号化鍵を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
さらに、前記アクティベーションメッセージシーケンス番号をメッセージの再送信の最大数を用いて設定するステップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記メッセージが、前記移動無線機から前記ＲＡＮへ送信されるセル更新メッセージ又はエリア更新メッセージであることを特徴とする請求項１３記載の方法。
前記アクティベーションメッセージシーケンス番号が、次のメッセージシーケンス番号よりも大きな、将来のメッセージシーケンス番号に対応することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記送信ステップが、前記セキュリティ再構成が完了した時点で前記アクティベーションメッセージシーケンス番号の数のメッセージが送信されていなくても、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションを適用するために実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。
無線送受信回路及びデータ処理回路を有し、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）を通じて確立されたコネクションを介してエンティティと通信するように構成された移動無線機であって、
前記データ処理回路が、
前記コネクションに対する第１のセキュリティコンフィギュレーションを確立するステップと、
前記コネクション上で、前記第１のセキュリティコネクションを用いて、各々がメッセージシーケンス番号を有する１つ又はそれより多いメッセージを送信するステップと、
前記コネクションが第２のセキュリティコンフィギュレーションへ再構成されようとしているかどうかを判定するステップと、
前記再構成に関するアクティベーションメッセージシーケンス番号を決定するステップと、
前記第２のセキュリティコンフィギュレーションがアクティベートされる状態になった場合、次のメッセージを前記アクティベーションメッセージシーケンス番号を用いて送信するステップと
を実行するように構成されていることを特徴とする移動無線機。
前記第２のセキュリティコンフィギュレーションがアクティベートされた場合、その後前記移動無線機で送信及び受信されるメッセージが前記第２のセキュリティコンフィギュレーションを用いることを特徴とする請求項１７記載の移動無線機。
前記データ処理回路が、前記次のメッセージを前記第２のセキュリティコンフィギュレーションを用いて送信するように構成されることを特徴とする請求項１８記載の移動無線機。
前記再構成の間、前記データ処理回路が、前記アクティベーションメッセージシーケンス番号よりも小さいメッセージシーケンス番号を有するメッセージを前記第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いてＲＡＮへ送信するように構成されることを特徴とする請求項１７記載の移動無線機。
前記移動無線機によって送信される前記メッセージが、セル更新メッセージ又はエリア更新メッセージであることを特徴とする請求項２０記載の移動無線機。
前記第１のセキュリティコンフィギュレーションが前記移動無線機を含むセッションに関連する第１のコネクションに対応し、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションが前記セッションに関連する第２のコネクションに対応することを特徴とする請求項１７記載の移動無線機。
前記セッションがマルチメディアセッションであり、前記第１のコネクションがメディアのある１つの形式に関連し、前記第２のコネクションがメディアの他の形式に関連することを特徴とする請求項２２記載の移動無線機。
前記セキュリティコンフィギュレーションが前記メッセージの完全性保護に関連し、前記メッセージが前記コネクションに関する制御メッセージを含むことを特徴とする請求項１７記載の移動無線機。
前記第１のセキュリティコンフィギュレーションが前記制御信号の認証に用いられる第１の完全性保護鍵を含み、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションが前記制御信号の認証に用いられる第２の完全性保護鍵を含むことを特徴とする請求項２４記載の移動無線機。
前記セキュリティコンフィギュレーションが前記通信の機密性保護に関連し、前記通信が前記コネクションに関するデータトラフィックを含むことを特徴とする請求項１７記載の移動無線機。
前記第１のセキュリティコンフィギュレーションが前記データトラフィックを暗号化するために用いられる第１の暗号化鍵を含み、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションが前記データトラフィックを暗号化するために用いられる第２の暗号化鍵を含むことを特徴とする請求項２６記載の移動無線機。
前記データ処理回路が、前記アクティベーションメッセージシーケンス番号をメッセージの再送信の最大数を用いて設定するように構成されることを特徴とする請求項１７記載の移動無線機。
前記メッセージが、前記移動無線機から前記ＲＡＮへ送信されるセル更新メッセージ又はエリア更新メッセージであることを特徴とする請求項２８記載の移動無線機。
前記アクティベーションメッセージシーケンス番号が、次のメッセージシーケンス番号よりも大きな、将来のメッセージシーケンス番号に対応することを特徴とする請求項１７記載の移動無線機。
前記データ処理回路が、前記セキュリティ再構成が完了した時点で前記アクティベーションメッセージシーケンス番号の数のメッセージが送信されていなくても、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションを適用するように構成されることを特徴とする請求項１７記載の移動無線機。
移動無線機を含む通信をサポートするため、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）を通じて移動無線機コネクションを確立するための無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）ノードであって、
データ処理回路が、
前記コネクションに対する第１のセキュリティコンフィギュレーションパラメータを確立する機能と、
前記コネクション上で、前記第１のセキュリティコネクションを用いて、各々がメッセージシーケンス番号を有する１つ又はそれより多いメッセージを送信又は受信する機能と、
前記コネクションが第２のセキュリティコンフィギュレーションへ再構成されようとしているかどうかを判定する機能と、
セキュリティコンフィギュレーション変更メッセージを前記移動無線機へ送信する機能と、
アクティベーションメッセージシーケンス番号を有する前記移動無線機からの次のメッセージを検出する機能と、
前記次のメッセージを検出すると、前記コネクションに対する前記第２のセキュリティコンフィギュレーションをアクティベートする機能と
を実行するように構成されていることを特徴とするＲＡＮノード。
前記第２のセキュリティコンフィギュレーションがアクティベートされた場合、その後のメッセージは前記第２のセキュリティコンフィギュレーションを用いて送信されることを特徴とする請求項３２記載のＲＡＮノード。
前記次のメッセージが前記第２のセキュリティコンフィギュレーションを用いて送信されることを特徴とする請求項３３記載のＲＡＮノード。
前記データ処理回路が、前記コネクションが前記第２のセキュリティコンフィギュレーションへ再構成されようとしている場合に前記移動無線機へセキュリティモードコマンドを送信するように構成されることを特徴とする請求項３２記載のＲＡＮノード。
前記データ処理回路が、前記セキュリティモードコマンドに応答した、前記移動無線機からの前記アクティベーションメッセージシーケンス番号を含むセキュリティモード完了メッセージを検出するように構成されることを特徴とする請求項３５記載のＲＡＮノード。
前記データ処理回路が、前記移動無線機へ前記セキュリティ再構成が完了したことを伝えるため、セキュリティモード完了アクノリッジメッセージを前記移動無線機へ送信するように構成されることを特徴とする請求項３６記載のＲＡＮノード。
前記データ処理回路が、前記再構成の間、前記移動無線機から前記ＲＡＮへの前記第１のセキュリティコンフィギュレーションを用いたメッセージであって、前記アクティベーションメッセージシーケンス番号よりも小さなメッセージシーケンス番号を有するメッセージを検出するように構成されることを特徴とする請求項３２記載のＲＡＮノード。
前記移動無線機によって送信される前記メッセージが、セル更新メッセージ又はエリア更新メッセージであることを特徴とする請求項３８記載のＲＡＮノード。
前記セキュリティコンフィギュレーションが前記メッセージの完全性保護に関連し、前記メッセージが前記コネクションに関する制御メッセージを含むことを特徴とする請求項３２記載のＲＡＮノード。
前記第１のセキュリティコンフィギュレーションが前記制御信号の認証に用いられる第１の完全性保護鍵を含み、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションが前記制御信号の認証に用いられる第２の完全性保護鍵を含むことを特徴とする請求項４０記載のＲＡＮノード。
前記セキュリティコンフィギュレーションが前記通信の機密性保護に関連し、前記通信が前記コネクションに関するデータトラフィックを含むことを特徴とする請求項３２記載のＲＡＮノード。
前記第１のセキュリティコンフィギュレーションが前記データトラフィックを暗号化するために用いられる第１の暗号化鍵を含み、前記第２のセキュリティコンフィギュレーションが前記データトラフィックを暗号化するために用いられる第２の暗号化鍵を含むことを特徴とする請求項４２記載のＲＡＮノード。
前記アクティベーションメッセージシーケンス番号が、次のメッセージシーケンス番号よりも大きな、将来のメッセージシーケンス番号に対応することを特徴とする請求項３２記載のＲＡＮノード。