JP2006514466A - モバイル通信システムにおける保安メッセージを処理する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、モバイル通信システムのRRC層で保安メッセージを処理する方法を提供する。本発明の保安メッセージを処理する方法は、保安メッセージを受信するステップ(S31)と、以前の保安関連変数を格納するステップと、受信された保安メッセージ上で統合チェック(S34)を遂行するステップと、統合チェック(S34)の結果によって保安メッセージを廃棄(S37)または処理(S36)するステップと、保安関連変数をアップデートするステップ(S33)と、を含む。これによって、提供される保安設定制御メッセージ処理方法は受信された保安メッセージの統合チェックを含む。

Description

本発明は、モバイル通信に適用されるメッセージ処理方法に関し、特に、RRC層で保安メッセージを処理する方法に関する。
UMTS(universalmobile telecommunications system)は、UE(user equipment)、UTRAN(UMTS terrestrialradio access network)及びCN(core network)を含む。さらに、UTRANは複数のRNS(radio networksubsystems)を含む。各RNSはRNC(radio network controller)及びRNCにより管理される複数のノードBを含む。ノードBはUEから送信されたアップリンク信号を受信し、ダウンリンク信号をUEに送信する。RNCは無線リソース(resource)の割当及び管理を担当し、ノードBとCNとを連結するためのアクセスポイントの役割を担当する。UMTSに連結された各UEはUTRAN内の特定のRNCにより管理され、特定のRNCはSRNC(servingRNC)と呼ばれる。
UTRANはUEとCNとの間の通信のためにRAB(radioaccess bearers)を構成、維持及び管理する。CNはエンド−トゥ−エンド(end−to−end)QoS(quality of servi-ce) 要件をRABに適用し、RABはCNにより設定されたQoS要件を支援する。したがって、UTRANはRABを構成、維持及び管理し、エンド−トゥ−エンドQoS要件を満足可能になる。
無線インターフェースプロトコルは、物理層、データリンク層及びネットワーク層を垂直方向に含み、データ情報を提供する使用者面(user plane) 及びシグナリング(signaling)を提供する制御面を水平方向に含む。プロトコル層は、OSI(opensystem interconnection) 基準モデルの3下部層に基づいてL1(Layer 1)、L2(Layer 2)及びL3(Layer 3)にグルーピングされる。L1は上部層にいろいろな無線送信技術を利用する情報伝達サービスを提供する。また、L1は運送チャネルを通じて上部層のMAC(mediumaccess control) 層に連結される。
RLC層はデータ送信を信頼できるように支援し、上部層から伝えられたRLC SDU(service data unit)に対するセグメント化及び連鎖(segmentation and concatenation)を遂行する。上部層から伝えられたRLCSDUはRLC層で処理できるRLCデータ部に分割され、ヘザー情報は分割されたRLCデータに付加されてPDU(protocol data unit)の形態としてMAC層に伝えられる。
PDCP(packet data convergenceprotocol) 層はRLC層上に配置される。PDCP層はネットワークプロトコルを通じて伝えられるデータが、帯域幅が比較的狭い無線インターフェースを通じて效率のよく伝えられるようにする。BMC(broadcast/multicastcontrol)層はCNから伝えられたCB(cell broadcast)メッセージが送信するUEをスケジューリング(scheduling)し、このスケジューリングを基準として特定のセル内に位置した対応するUEにCBメッセージを伝達する。
上位層からの要請の際、RRC(radio resourcecontrol) 層は運送及び物理チャネルを制御してRB(radio bearer)の構築、再構成及び解除を遂行する。この場合、RBはUEとUTRANとの間のデータ伝達のためのL2により提供されるサービスを意味する。
一方、データを受信/送信するためのいろいろなチャネルはUEとUTRANとの間で使われるように定義される。データはUEのPHY層と物理層を利用するUTRANのPHY層との間で伝送及び受信される。物理チャネルの他に、プロトコル層同士間のデータ運送経路はUMTSの無線アクセスネットワークで運送及び論理チャネルとして定義される。論理チャネルはRLCとMAC層との間のデータ交換に提供され、一方、運送チャネルはMACとPHY層との間のデータ交換に提供される。運送チャネル同士間のマッピング(mapping)はMAC層で遂行され、運送及び物理層間の他のマッピングは物理層で遂行される。
各種メッセージはターミナルとUTRANとの間に受信/送信される。‘保安チェック’は主にメッセージ内に含まれたデータを保護するために遂行される。このような‘保安チェック’は‘暗号化(ciphering)’及び‘統合チェック(integrity check)’を含む。暗号化は送信及び受信当事者のみに知らされた特定のマスクをメッセージに付加して、マスクを知らない第3者がメッセージのコンテンツを認識できないようにする。
また、統合チェックは非認証第3者がメッセージのコンテンツを変更するか否か、または、送信が非認証当事者により行なわれるか否かをチェックすることに使われる。すなわち、統合チェックは統合保護のために遂行され、受信されたメッセージのコンテンツが第3者により意図的に以前に変更されたか否かをチェックすることに要求される手順である。
UMTSにおいて、暗号化及び統合チェックはRRC層に伝送された大部分のメッセージとRRC層の上部層に送信された大部分の制御メッセージに対して同時に遂行される。また、暗号化は他の一般のユーザデータでのみ遂行される。このような統合チェックはRRC層で遂行されることができる。
したがって、送信と受信当事者との間で第3者によりコンテンツが変更されるメッセージを受信した場合、または、非認証送信当事者から送信されたメッセージをフィルタリングするために、受信当事者は受信メッセージに対する統合チェックを遂行する。これによって、受信メッセージは受信メッセージが統合チェックを通過したか否かによって通常的に処理または廃棄される。
例えば、受信メッセージ中の1つは保安設定制御メッセージである。UEとネットワーク(例えば、UTRAN)との間の連結の際、保安設定制御メッセージは、その後に送信されるメッセージの保安を開始することに使われる。さらに、保安設定制御メッセージは保安プロセスが遂行される連結に使われる保安関連環境変数を制御することに使われることができる。
保安設定制御メッセージ内に含まれたコンテンツ中から、保安関連環境変数を制御することに関連する情報は保安関連環境設定情報と呼ばれる。また、保安設定制御メッセージに含まれた保安関連情報は非認証第3者により変更できるか、または非認証送信当事者により送信できるので、このような保安関連情報に依存できないようにする。
これによって、本発明は従来技術の制限及び短所に起因する一つ以上の問題を実質的に解消するモバイル通信システム内における保安メッセージを処理する方法を指向する。
本発明は上記の問題を解決するためのもので、その目的は、保安メッセージ自体の保安チェックを含む保安設定制御メッセージ処理方法を提供することにある。
本発明の付加的な利点、目的及び特徴は、次の詳細な説明で部分的に開示されるのであり、本技術分野の熟練者には次の詳細な説明を通じて明らかになるのであり、本発明の実務を通じて学習することができる。本発明の他の目的及び利点は添付の図面と詳細な説明及び特許請求範囲から特に指摘された構造により実現されて得られるはずである。
上記目的を達成するために、本発明に係るモバイル通信システムにおける保安メッセージを処理する方法は、保安メッセージを受信するステップと、以前の保安関連変数を格納するステップと、保安メッセージに対する保安チェックを遂行するステップと、保安チェックの結果によって保安メッセージを廃棄または処理するステップと、保安関連変数をアップデートするステップと、を含むことを特徴とする。
本発明は、保安メッセージ自体の保安チェックが統合保護を保安するために遂行されることに特徴がある。
本発明の前述した説明及び後述する詳細な説明は単に例示に過ぎないものであり、特許請求範囲に記載された本発明の追加説明を提供しようとするものであることに留意しなければならない。
本発明に係る方法は、プログラムとして具現され、コンピュータにより読取できる形態として記録媒体(CD−ROM、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク等)に格納されることができる。このようなプロセスは本技術分野の熟練者には自明なものであるので、その詳細な説明は省略する。
以下、本発明に係るモバイル通信システムにおける保安メッセージを処理する方法 の好適な実施の形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。できる限り、同一な図面番号は、同一または類似している構成要素を示すことに使われるはずである。
図1は一般的なメッセージ処理方法のフローチャートである。
図1を参照すれば、UE(user equipment)は、まず一般的なメッセージを受信し(S11)、その後、一般的なメッセージに対する統合チェックを遂行する(S12)。統合チェックの結果によって、メッセージは通常的に処理されたり廃棄されたりする。すなわち、メッセージが統合チェックを通過すれば通常的に処理される(S13)。メッセージが統合チェックを通過できなければ保安問題のため廃棄される(S14)。
図2は本発明の第1実施形態に係る保安設定制御メッセージを処理する方法のフローチャートである。
図2を参照すれば、UEは保安設定制御メッセージを受信する(S21)。また、保安関連環境変数は受信保安設定制御メッセージ内に含まれた保安関連環境設定情報を利用してアップデートされる(S22)。UE(例えば、ターミナル)はアップデートされた保安関連環境変数を利用して保安設定制御メッセージに対する保安チェックを遂行する(S23)。保安チェックは統合チェックを含む。保安設定制御メッセージが統合チェックを通過すれば、メッセージは通常的に処理される(S24)。また、保安設定制御メッセージが統合チェックを通過できなければ、メッセージは非正常と判定されて、受信された保安設定制御メッセージが廃棄される(S25)。さらに、保安設定制御メッセージ内に含まれた保安関連環境設定情報に依存できなくなる。これによって、保安関連環境設定情報を利用できなくなる。
本発明の第1実施形態において、受信当事者が保安設定制御メッセージを受信する際、以前に設定された保安関連環境変数はメッセージ内に含まれた保安関連環境設定情報にアップデートされ、以前の保安関連環境変数は廃棄される。これによって、受信当事者の保安関連環境変数は送信当事者の変数とこれ以上一致しないようになり、メッセージの追加交換ができなくなり、受信当事者には追加に要請されたサービスが提供されることができない。
図3は、本発明の第2実施形態に係る保安設定制御メッセージを処理する方法のフローチャートを図示する。
図3を参照すれば、保安設定制御メッセージを処理する方法は次のような方式により遂行される。
まず、UEは保安設定制御メッセージを受信する(S31)。UEが保安設定制御メッセージ自体に対する保安チェックを遂行する前に、以前に設定された保安関連環境変数は仮に格納される(S32)。また、保安関連環境変数は受信された保安設定制御メッセージ内に含まれた保安関連環境設定情報を利用してアップデートされる(S33)。
UE(例えば、ターミナル)はアップデートされた保安関連環境変数を利用して保安設定制御メッセージ自体に対する保安チェックを遂行する(S34)。また、保安チェックは統合チェックを含む。保安設定制御メッセージが統合チェックの結果を通過すれば、仮に格納された保安関連環境変数は削除される(S35)。その後、保安チェックはアップデートされた保安関連環境変数を利用して追って受信されたメッセージに対して遂行され、メッセージは通常的に処理される(S36)。
しかしながら、保安設定制御メッセージが統合チェックを通過できなければ、保安設定制御メッセージが受信されないように操作される。すなわち、メッセージが非正常と判定する場合、受信された保安設定制御メッセージは廃棄される(S37)。さらに、保安設定制御メッセージ内に含まれた保安関連環境設定情報は信頼できないので使われることができない。したがって、保安設定制御メッセージが保安チェックを通過できない場合、保安設定制御メッセージは廃棄され、併せて、仮に格納された保安関連環境変数は復元される(S38)。また、今後に受信されたメッセージは復元された保安関連環境変数を利用して処理される。
本発明の第2実施形態によれば、UTRANからUEへの送信の途中にコンテンツが変更されたメッセージが受信されるとしても、または、非認証当事者から提供された保安設定制御メッセージが受信されるとしても、以前に設定された保安関連環境変数を格納し復元することにより、これを利用して保安関連環境変数がターミナルの変数と同一になるように維持することができる。その結果、保安関連環境設定変数が格納されないで、削除されると、メッセージがUEとUTRANの保安関連環境変数間の差により今後に処理できない場合を防止することができる。
統合チェックを遂行する方法は後述する。この説明において、統合チェックを遂行するのに要求されるパラメータが説明される。統合チェックを遂行するために、IK(integrity key)、COUNT−I、MESSAGE、DIRECTION(direction identi- fier、1ビット)及びFRESHのようなパラメータが要求される。
図4は、保安関連環境変数でCOUNT−Iを示す一実施形態の図面である。
COUNT−Iは保安関連環境変数中の1つである。すなわち、COUNT−Iは統合チェック用シーケンス番号に対応する値である。
図4を参照すれば、COUNT−Iは一対の領域を含む。一つの領域は28ビットのRRCHFN(hyper frame number)を含み、もう1つの領域は4ビットのRRC SN(sequence number)を含む。
保安関連環境変数をアップデートする手順はCOUNT−Iの上位28ビットの値であって、HFNがリセットされる方式により遂行される。すなわち、リセットされたHFNはターミナルにより最近に送信されたSTART値、0、または特定値でありうる。また、UEはアップデートされた保安関連環境変数を利用して受信された保安設定制御メッセージに対する保安チェックを遂行する。
統合チェックを遂行するパラメータ中のIKは、RRC層に知られるようにRRC層の上部層で認証手順から生成する統合キー表す。IKの値は無線インターフェースを通じて送信されないが、ターミナル及びネットワーク内のRRC層の上部層は特定の入力値の各々に基づいて使用するためにIKの値を計算する。
START値は、UTRAN及びターミナルのRRC層間の連結をターミナルが初期化する際に読取られ、UTRANに送信される。START値はターミナルのRRC層の上部層から送信されたメッセージ内に含まれるもので、UTRANに送信される。UTRAN及びターミナルのRRC層間の連結が活性化する間、START値はCOUNT−Iまたは (暗号化に使われ、COUNT−Iと類似している役割を担当する) COUNT−Cの現在使われた値の上位20ビットの最も大きい数と定義される。また、UTRAN及びターミナルのRRC層間で現在使われるSTART値はUTRAN及びターミナルのRRC層間の連結が終了する際にSIMカードに格納される。
MESSAGEは送信するメッセージを示す。DIRECTIONは方向判別器であり、その値はアップリンクまたはダウンリンクによって変動する。DIRECTIONはアップリンクまたはダウンリンク上で‘0’または‘1’に設定されることができる。FRESHは各ターミナルに独立的に与えられた値であり、UTRANがRRC連結の初期状態でUEに送信される値である。すなわち、FRESH値はUTRANがUEにRRC連結毎に新しい値を提供する方式でCOUNT−I及びMAC−Iの値を再使用してターミナルからUTRANの保安を保障するためのものであって、UTRANがUEに送信する任意の数である。MAC−I(message authentication code−I)の値はRRC PDUに挿入される統合チェックサム(checksum)である保安関連環境値を有するUIA(UMTSintegrity algorithm)を利用して計算されたメッセージ認証コードである。
FRESHの値をアップデートする手順がないと、保安侵入者はRRC層間の新しい連結が要請される際、COUNT−Iの上位値として使われるSTARTの値が非常に小さな値に設定されるように要請し、RRC層間の以前の連結に使われるSN及びMAC−Iの一対の値を利用することにより、UTRANの保安が攻撃受けやすくなる。また、このような保安の脆弱性はRRC層間の連結が新しく駆逐される時毎に、UTRAN内にFRESHの新しい値を割り当てることにより防止されることができる。
図5は統合チェックで認証値を生成する一実施形態を説明する図面であって、ここで、f9は3GPPにより採択された標準化された統合チェック認証生成アルゴリズムである。
図5を参照すれば、UTRAN及びターミナルは入力値としてパラメータの値を利用して、‘f9’のようなアルゴリズムを利用してMAC−I及びXMAC−Iの値を生成する。MAC−IはUTRANから生成した統合チェック認証値であり、XMAC−Iはターミナルから生成した統合チェック認証値である。UTRAN及びターミナルのあらゆる入力値は互いに同一であり、図3の手順から生成したMAC−I及びXMAC−Iの値は互いに同一である。また、メッセージが処理中に変更されれば、受信及び送信当事者のMESSAGEの入力値は互いに異なりになって、XMAC−Iの値がMAC−Iの値と同一でなくなる。
その結果、MAC−I及びXMAC−Iの値の比較結果が互いに同一でない場合、ターミナルは受信された保安設定制御メッセージのコンテンツが送信中に故意に変更、または、受信された保安設定制御メッセージが非認証当事者から送信されたと判断する。この場合、保安設定制御メッセージは無効と判定されて、統合チェックを通過できない。UTRANは新しいメッセージの伝送時毎に図3の手順に使われる入力値の一部を変更する。また、UTRANは入力値の部分変更の利用時毎に新しいMAC−Iを生成する。これは非認証当事者がMAC−Iの値を再使用して統合チェックを通過せしめることを防止するように遂行される。
これに対し、UTRANはメッセージが伝送される時毎に‘1’ずつ増分することにより、COUNT−IのSN値を増加させる。前述のように、SN値はCOUNT−Iの下位4ビットを構成する。4ビットで、SN値は0−15間の範囲を有する値を有することができ、‘0’から‘1’に順次に増加する。SN値が‘15’になる時、次のSN値は‘0’になり、その後、また‘1’の増分だけ増加する。したがって、COUNT−Iの上位値に対応するHFNはSNが‘15’から‘0’へ再度戻る時毎に‘1’だけ増加する。
その結果、このような方法は毎度COUNT−Iが‘1’だけ増加する効果があることになって、入力値が暗号化認証値計算手順で部分的に変更される。
一方、ターミナルが受信されたメッセージのSN値を認識し、SN値が一サイクルで完了されれば、ターミナルはそのHFN値を‘1’だけ増加する。これによって、COUNT−Iは送信当事者のCOUNT−Iと一致することができる。このような方法が使われれば、ターミナル及びUTRANはSN情報のみが伝送されるとしても同一なCOUNT−I情報を有することができる。その上、全体COUNT−Iが第3当事者に伝送される時に発生する保安情報の漏洩は防止されることができる。したがって、UTRANは受信当事者がXMAC−I値を正確に計算できるようにし、さらにSN値をCOUNT−Iの下位値として各メッセージ送信に付加して非認証の第3当事者が統合チェックを通過することを防止する。また、統合チェックを遂行するためにターミナルに対する基準に使われるMAC−I値は送信のためのメッセージに付加される。
UEが保安設定制御メッセージを受信する際、SN値の保安チェックを遂行する必要がある。これに関して、UEは今まで受信されたSN値を利用してローカルパラメータSNのみを管理する。保安設定制御メッセージと共に送信されたSN値がターミナルのローカルパラメータSN値と同一であれば、第3当事者は送信当事者の同一な保安情報を利用してメッセージを伝送するか、または、同一なメッセージが認証されたUTRANから再度送信されると仮定することができる。この場合、ターミナルは保安設定制御メッセージを直ちに廃棄する。
ターミナルは保安設定制御メッセージと共に受信されたSN値を利用してCOUNT−Iを構成し、COUNT−I及びUEで以前に設定されたパラメータを利用してXMAC−Iを計算する。UEに以前に設定されたパラメータは、MESSAGE、DIRECTION、FRESHを含む。
保安設定制御メッセージと共に送信されたMAC−I値とUEにより計算されたXMAC−I値とを比較することにより、UEは保安設定制御メッセージの統合チェックを遂行する。
受信された保安設定制御メッセージが統合チェックを通過する際、受信当事者はメッセージ内に含まれたSN値をローカルパラメータSNに格納し、ローカルパラメータSNを次のメッセージのSN値のチェックのために使用する。
本技術分野の熟練者には本発明に対する多様な修正及び変形が行なわれることができることは明らかである。したがって、本発明は添付の特許請求範囲の範囲内に提供される本発明の修正及び変形とその均等物をカバーする。
一般的なメッセージ処理方法のフローチャートである。 本発明の第1実施形態に係る保安設定制御メッセージを処理する方法のフローチャートである。 本発明の第2実施形態に係る保安設定制御メッセージを処理する方法のフローチャートである。 保安関連環境変数内のCOUNT−Iを示す一実施形態を図示する図面である。 統合チェック時の認証値を生成する一実施形態を説明する図面である。

Claims (7)

  1. モバイル通信システムにおける保安メッセージを処理する方法であって、
    前記保安メッセージを受信するステップと、
    以前の保安関連変数を格納するステップと、
    前記保安メッセージに対する保安チェックを遂行するステップと、
    前記保安チェックによって前記保安メッセージを廃棄または処理するステップと、
    前記保安関連変数をアップデートするステップと、
    を含むことを特徴とする保安メッセージ処理方法。
  2. 前記保安チェックは統合チェックであることを特徴とする請求項1に記載の保安メッセージ処理方法。
  3. 前記保安チェックは、前記保安関連変数を受信することにより統合チェックアルゴリズムを遂行するステップと、
    前記統合チェックアルゴリズムを遂行することにより計算された認証コードを送信当事者から送信された受信認証コードと比較するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項2に記載の保安メッセージ処理方法。
  4. 前記保安メッセージを廃棄または処理する前記ステップは、前記受信された認証コードが前記送信当事者から送信されたメッセージ認証コードと同一な場合、前記保安メッセージが処理されるか、または、前記受信された認証コードが前記メッセージ認証コードと同一でない場合、前記保安メッセージが廃棄される方式により遂行されることを特徴とする請求項3に記載の保安メッセージ処理方法。
  5. 前記保安関連変数をアップデートする前記ステップは、前記保安メッセージが廃棄されれば、前記格納された保安関連変数が復元されるか、または、前記保安メッセージが処理されれば、前記受信された保安メッセージに含まれた前記保安関連変数が新しい保安関連変数にアップデートされる方式により遂行されることを特徴とする請求項1に記載の保安メッセージ処理方法。
  6. 前記保安メッセージはRRC(radio resource control)メッセージであることを特徴とする請求項1に記載の保安メッセージ処理方法。
  7. 前記保安メッセージはシグナリングメッセージであることを特徴とする請求項1に記載の保安メッセージ処理方法。
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