JP2011523264A - ワイヤレス通信ネットワークでのトラフィック暗号鍵生成 - Google Patents

Abstract

一実施形態では、トラフィック暗号鍵がモバイルに関連するカウント値に基づいて生成される。カウント値はモバイルによるネットワークアクセスを示し、トラフィック暗号鍵はモバイルと基地局との間の通信トラフィックを暗号化するためのものである。モバイルが基地局にハンドオフすることができることを示すメッセージの受信により、基地局でのトラフィック暗号鍵の生成をトリガすることができる。この実施形態では、メッセージはカウント値を含む。別の実施形態では、トラフィック暗号鍵がカウント値及びキーカウントに基づいて生成される。モバイルはキーカウントを変更し、トラフィック暗号鍵更新要求メッセージで新しいキーカウントを基地局に送信することによってトラフィック暗号鍵を更新することをトリガすることができる。

Description

ＷｉＭＡＸは、比較的長距離にわたるワイヤレスデータ通信を実現することを目的とした遠隔通信技術である。ＷｉＭＡＸはＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に基づく。

図１は現在のＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格による従来型ＷｉＭＡＸシステム又はネットワークの一部を示す（ＷｉＭＡＸフォーラム・ネットワーク・アーキテクチャ−ステージ２、パート１−リリース１．１．１）。図１のシステム又はネットワークは、当技術分野で周知の、モバイルインターネットプロトコル（ＩＰ）フレームワークを使用する複数のモバイル又はモバイルノードＭ１、Ｍ２、Ｍ３、．．．、ＭＮなどのエンドポイントに対する通信セッション（例えば、データセッション、ボイスセッション、マルチメディアセッションなど）などのワイヤレスサービスを提供する。通信セッションとは、モバイルノードなどの２つ以上のエンドポイント間のアクティブな通信を指す。

本明細書の議論では、「モバイル」又は「モバイルノード」という用語は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、ラップトップコンピュータなどのワイヤレス通信機能を有する電子装置を指す。より一般には、モバイルノードとは、その接続地点をあるネットワーク又はサブネットワークから別のものに変更することのできる任意の電子装置を指す。

図１を参照すると、システムは、複数のアクセスサービスネットワーク（ＡＳＮ）ＡＳＮ１及びＡＳＮ２、訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮ、並びにホーム接続性サービスネットワークＨ−ＣＳＮを含む。アクセスサービスネットワークＡＳＮ１及びＡＳＮ２、訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮ、並びにホーム接続性サービスネットワークＨ−ＣＳＮは互いに一緒に１つ以上のモバイルノードＭ１〜ＭＮに通信サービスを提供する。

ＡＳＮ１及びＡＳＮ２のそれぞれは、有線ネットワークに対するワイヤレスアクセスをモバイルノードに提供する通信ネットワークを表す。アクセスサービスネットワークＡＳＮ１及びＡＳＮ２はネットワークアクセスプロバイダ（ＮＡＰ）で提供することができる。例示的アクセスサービスネットワークはＷｉＭＡＸアクセスサービスネットワークであり、ＷｉＭＡＸアクセスサービスネットワークはＷｉＭＡＸネットワークサービスプロバイダ（ＮＳＰ）に対するＷｉＭＡＸ無線アクセスインフラストラクチャを提供する。図１には２つのアクセスサービスネットワークだけが示されているが、ＷｉＭＡＸシステムが任意の数のアクセスサービスネットワークを含むことができることは当技術分野で周知である。

アクセスサービスネットワークＡＳＮ１は１つ以上の基地局３２−１を含む。本明細書の議論では、基地局３２−１は、基地局３２−１のカバレッジエリア又はセル内に存在する１つ以上のモバイルＭ１及びＭ２にワイヤレスサービスを提供する任意の適切な装置又はシステムを表す。当技術分野で周知のように、基地局は、基地局の対応するカバレッジエリア又はセル内に位置するモバイルノードにワイヤレスサービスを提供するように動作可能な適切な装置を備える。基地局３２−１はＡＳＮゲートウェイ（ＡＳＮ−ＧＷ）３６−１と通信し、ＡＳＮゲートウェイ（ＡＳＮ−ＧＷ）３６−１もアクセスサービスネットワークＡＳＮ１内に含まれる。

周知のように、ＡＳＮ−ＧＷ３６−１は、アクセスサービスネットワークＡＳＮ１内の対応する機能（例えば、基地局のインスタンス）、ＣＳＮ（例えば、Ｖ−ＣＳＮ又はＨ−ＣＳＮ）内の常駐機能、又は別のＡＳＮ内の機能と対にされる制御プレーン機能エンティティのアグリゲーションを表す論理エンティティである。ＡＳＮ−ＧＷ３６−１はまた、ベアラ・プレーン・ルーティング機能又はベアラプレーンブリッジング機能をも実施することができる。

周知のように、各モバイルノードが基地局に関連付けられ、基地局は通常、単一のデフォルトＡＳＮ−ＧＷに関連付けられる。しかし、あらゆるモバイルノードについてのＡＳＮ−ＧＷ機能は、１つ以上のＡＳＮ（複数可）内に位置する複数のＡＳＮ−ＧＷの間で分散させることができる。

さらに図１を参照すると、ＡＳＮ−ＧＷ３６−１はフォーリンエージェント（ＦＡ）４４−１及びオーセンティケータ５２−１を含む。周知のように、フォーリンエージェント４４−１は、アクセスサービスネットワークＡＳＮ１に登録されたモバイルノードに対するルーティングサービスを提供するネットワークエンティティ（例えばルータ）である。フォーリンエージェント４４−１は、アクセスサービスネットワークＡＳＮ１に現在登録されているモバイルノードとの間でデータをルーティングする。フォーリンエージェント４４−１は、割り当てられたモバイルノードのホームエージェント（例えば、訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮ内に位置するホームエージェント４８）から、アクセスサービスネットワークＡＳＮ１内のモバイルノードのためのデータを受信する。

周知のオーセンティケータ５２−１は、アクセスサービスネットワークＡＳＮ１への進入時にモバイルノードからのアクセスを求める要求を認証するネットワークエンティティである。オーセンティケータ５２−１がＡＳＮ−ＧＷ３６−１内でフォーリンエージェント４４−１とは別々に示されているが、オーセンティケータ５２−１は任意の適切な位置でフォーリンエージェント４４−１と一緒に配置することができる。

上述のように、図１のシステムはアクセスサービスネットワークＡＳＮ２をも含み、アクセスサービスネットワークＡＳＮ２は１つ以上の基地局３２−２及びＡＳＮ−ＧＷ３６−２を含む。ＡＳＮ−ＧＷ３６−２はフォーリンエージェント４４−２及びオーセンティケータ５２−２を含む。こうした構成要素及びその中で実施される機能のそれぞれは、アクセスサービスネットワークＡＳＮ１に関して上記で説明した対応する構成要素と同じである。従って、こうした構成要素の説明を省略する。

図１のシステムは、訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮ及びホーム接続性サービスネットワークＨ−ＣＳＮをさらに含む。一般に、接続性サービスネットワーク（ＣＳＮ）はＷｉＭＡＸ加入者（複数可）（モバイルノード）に対するインターネットプロトコル（ＩＰ）接続性サービスを提供する１組のネットワーク機能である。ＣＳＮは、例えば、ユーザセッションのためのモバイルノードに対するＩＰアドレス及びエンドポイントパラメータ割振り、インターネットアクセス、ＡＡＡサーバ、ユーザ加入プロファイルに基づくポリシー及び許可制御、ＡＳＮ−ＣＳＮトンネリングサポート、ＷｉＭＡＸ加入者課金及びオペレータ間精算、ローミングのためのＣＳＮ間トンネリング、ＡＳＮ間モビリティ、位置ベースのサービスなどのＷｉＭＡＸサービス、ピアツーピアサービス、プロビジョニング、許可に関する接続性、並びに／又はＩＰマルチメディアサービスに対する接続性を実現することができる。

周知の通り、ＣＳＮは、ルータ、ＡＡＡサーバ、ユーザデータベース、インターワーキング・ゲートウェイ・モバイル・ノードなどのネットワーク要素を含むことができる。ＣＳＮは、例えばＷｉＭＡＸサービスプロバイダネットワークの一部として配置することができる。

より具体的には、訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮは、アクセスサービスネットワークＡＳＮ１及びＡＳＮ２によってサービスされるモバイルに関するモビリティ管理を実現し、他のオペレーション、例えば許可オペレーション、ホスト構成管理オペレーションなども実現する通信ネットワークを表す。訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮは通常、ネットワークサービスプロバイダ（ＮＳＰ）によって提供される。

訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮは前述の構成要素及び機能の全てを含むが、図が見やすいように、単一のホームエージェント４８、並びに認証、許可、及び／又はアカウンティング（ＡＡＡ）機能４０だけを示す。周知のように、ホームエージェント４８は、モバイルノードがそのホームネットワークから離れているときにモバイルノードにデータグラムをトンネリングするネットワークエンティティ（例えばルータ）である。トンネルはカプセル化中にデータグラムがたどる経路である。ホームエージェント４８はまた、ホームエージェント４８が割り当てられるモバイルノードの現在位置も維持する。

ネットワークサービスプロバイダで設定されたポリシー及び構成に基づいて、ホーム接続性サービスネットワークＨ−ＣＳＮ内のＡＡＡサーバ４２、及び／又は訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮ内のＡＡＡ機能４０により、ホームエージェント４８が特定のモバイルの通信セッションにサービスするように選択され、割り当てられる。

ホーム接続性サービスネットワークＨ−ＣＳＮ及び訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮ内ではそれぞれ、ＡＡＡサーバ４２及びＡＡＡサーバ４０は、モバイルノードの加入に関連するＡＡＡ関連サービス（例えば、認証、許可、アカウンティング、又はそれらの任意の組合せ）を提供するネットワークエンティティ（例えばサーバ）である。ＡＡＡサーバ４２とＡＡＡサーバ４０はＡＡＡサーバ４０が訪問した接続性サービスネットワーク（Ｖ−ＣＳＮ）内に位置し、ＡＡＡサーバ４２がホーム接続性サービスネットワークＨ−ＣＳＮ内に位置する点で異なる。さらに、以下でより詳細に説明するように、ホームエージェントを選択し、特定のモバイルの通信セッションにホームエージェントを割り当てる際にＡＡＡサーバ４０がＡＡＡサーバ４２に従属することができる点でも、ＡＡＡサーバ４０はＡＡＡサーバ４２とは異なる。例えば、ＡＡＡサーバ４２は、ホームエージェントの選択及び割当てを、訪問した接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮ内のＡＡＡサーバ４０に委任することができる。例えば、主なＡＡＡ機能がＨ−ＣＳＮから予想される場合、接続性サービスネットワークＶ−ＣＳＮ内のＡＡＡサーバ４０は、接続性サービスネットワークＨ−ＣＳＮ内のＡＡＡサーバ４２に情報を移送するプロキシとして働く。話をわかりやすくするために、プロキシとして働くＡＡＡサーバをＡＡＡ機能と呼ぶ。

当技術分野で周知の通り、認証とは、モバイルノードの識別を確認することを指し、許可とは、モバイルノードに対するあるレベルのサービスを許可することを指し、アカウンティングとは、モバイルノードに関するリソース使用を追跡することを指す。

図１を参照すると、アクセスサービスネットワークＡＳＮ１内のモバイルノードＭ１及びＭ２がオーセンティケータ５２−１を介してＡＡＡサーバ４２で認証される。アクセスサービスネットワークＡＳＮ２内に位置するモバイルノードＭ３がオーセンティケータ５２−２を介してＡＡＡサーバ４２との間で認証される。アクセスサービスネットワークＡＳＮ１及びＡＳＮ２はどちらも、同じローカルＡＡＡ機能４０でサービスされ、従って全ての認証トランザクションがＡＡＡ機能４０を介してルーティングされる。

認証は、拡張認証プロトコル（ＥＡＰ）に従って実施することができ、拡張認証プロトコル（ＥＡＰ）は、クライアント（モバイル）が中央認証サーバと認証することを可能にするインフラストラクチャを提供する認証プロトコルである。ＥＡＰ認証は、モバイルノードＭ１と、アクセス・サービス・ネットワーク・ゲートウェイ（ＡＳＮ−ＧＷ）ＡＳＮ−１で実装されるオーセンティケータ５２−１と、ワイヤレス通信を認証及び許可すること、並びにワイヤレス通信に関連する課金サービスを提供することに関連する様々な機能を処理する認証、許可、及びアカウンティングサーバ（ＡＡＡ）４２との間で実行することができる。初期ＥＡＰ認証を実施することに関する技法は当技術分野で周知であり、話をわかりやすくするために本明細書では論じない。

ＥＡＰベースの加入認証手続きが成功した結果として、ＥＡＰクライアント（例えばモバイルノードＭ１）とＥＡＰサーバ（ＡＡＡサーバ４２）はどちらも、マスタセッション鍵（ＭＳＫ）を生成する。ＡＡＡサーバ４２は、ＡＡＡサーバ４２のポリシーに基づいて、このＭＳＫに関する寿命を割り当てる。ＭＳＫの寿命（寿命満了時間）は、このセキュリティ関連付けが再認証までどれだけの期間有効となるかについて指定する。その後で、ＭＳＫとＭＳＫ寿命はどちらも、ＥＡＰ認証手続きの終わりにオーセンティケータ５２−１に送達される。

ＭＳＫがさらに処理されて、中間ペアマスタ鍵（ＰＭＫ）が生成され、その後にモバイルノードにサービスする各基地局３２について固有のアクセスキー（ＡＫ）が生成される。ＡＫは基地局及びモバイルノードで使用され、具体的にはモバイルノードがこの基地局を介して動作する間の通信セッションのための１組のセッション鍵が生成される。こうした鍵のうちの１つは鍵暗号鍵（ＫＥＫ）であり、ＫＥＫはトラフィック暗号鍵（ＴＥＫ）を保護するために生成される。ＴＥＫは基地局で無作為に生成され、暗号化アルゴリズム（ＡＥＳ）を使用することによってＫＥＫと共に暗号化され、（暗号化された形で）エアインターフェースを介してモバイルノードに送信される。モバイルノードはＴＥＫを暗号化解除し、エアトラフィック暗号化及び保全性保護のためにＴＥＫを使用する。

セキュリティ関連付けを確立するプロセスを確認するために、任意選択で、３ステップＴＥＫ検証トランザクションが、モバイルノードと基地局との間で実施され、モバイルノードと基地局はナンス及びシグニチャを互いに交換し、従ってそのＡＫの正しさ及びライブリフッドを検証する。モバイルノードへの暗号化ＴＥＫの送信と、その後に続く任意選択の３ステップＴＥＫ検証は長々しいものであり、ハンドオーバ領域でエアインターフェース上の重いメッセージングを必要とすると共に、エアリンク品質が不良であり、信頼性が限られている。

例示的実施形態はトラフィック暗号鍵生成に関するものである。

一実施形態では、トラフィック暗号鍵が、モバイルに関連するカウント値に基づいて生成される。カウント値はモバイルによるネットワークアクセスを示し、トラフィック暗号鍵はモバイルと基地局との間の通信トラフィックを暗号化するためのものである。

モバイルが基地局にハンドオフすることができることを示すメッセージの受信により、基地局でのトラフィック暗号鍵の生成をトリガすることができる。この実施形態では、メッセージはカウント値を含む。

別の実施形態では、トラフィック暗号鍵が、カウント値及びキーカウントに基づいて生成される。モバイルはキーカウントを変更し、トラフィック暗号鍵更新要求メッセージで新しいキーカウントを基地局に送信することによってトラフィック暗号鍵を更新することをトリガすることができる。

例示として与えられるに過ぎず、従って本発明の限定ではない、本明細書の以下で与えられる詳細な説明及び添付の図面から、本発明をより完全に理解されよう。添付の図面では、同様の要素が同様の参照番号で表される。

従来型ＷｉＭＡＸシステムの一部を示す図である。 例示的実施形態による、基地局でトラフィック暗号鍵（ＴＥＫ）を生成する方法を示す流れ図である。 別の実施形態による、トラフィック暗号鍵を生成する方法を示す図である。 別の実施形態による、トラフィック暗号鍵を生成する方法を示す図である。 モバイル及び関連する基地局で使用されるＴＥＫを更新する際にモバイルで実施されるオペレーションを示す図である。 ＴＥＫを更新する際に関連する基地局で実施されるオペレーションを示す図である。

以下の説明では、限定のためではなく、説明のために、本発明の完全な理解を与える目的で特定のアーキテクチャ、インターフェース、技法などの特定の詳細が記述される。しかし、こうした特定の詳細から逸脱する他の例示的実施形態で本発明を実施できることは当業者には明らかであろう。ある場合には、不必要な詳細で本発明の説明を不明瞭にしないように、周知の装置、回路、及び方法の詳細な説明が省略される。本発明の全ての原理、態様、及び実施形態、並びに本発明の特定の例は、本発明の構造的均等物と機能的均等物のどちらも包含するものとする。さらに、そのような均等物は、現在周知の均等物と、将来開発される均等物のどちらも含むものとする。

本明細書では、例示的実施形態が適切なコンピューティング環境で実装されるものとして論じられる。必須ではないが、例示的実施形態が、１つ以上のコンピュータプロセッサ又はＣＰＵで実行中のプログラムモジュールや機能プロセスなどのコンピュータ実行可能命令の一般的状況で説明される。一般に、プログラムモジュール又は機能プロセスは特定のタスクを実行し、又は特定の抽象データタイプを実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。本明細書で論じるプログラムモジュール及び機能プロセスは、既存の通信ネットワーク内の既存のハードウェアを使用して実装することができる。例えば、本明細書で論じるプログラムモジュール及び機能プロセスは、既存のネットワーク要素又は制御ノードの既存のハードウェアを使用して実施することができる（例えば、図１に示されるホームエージェント又はオーセンティケータ）。そのような既存のハードウェアは、１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンピュータなどを含むことができる。

以下の説明では、別段の指示がない限り、１つ以上のプロセッサで実行されるオペレーションの（例えば流れ図の形の）動作及び記号表現を参照しながら例示的実施形態が説明される。従って、コンピュータで実行される動作及びオペレーションと呼ばれることもあるそのような動作及びオペレーションが、構造化された形のデータを表す電気信号のプロセッサによる操作を含むことを理解されよう。この操作はデータを変換し、又はデータをコンピュータのメモリシステム内の位置に維持し、それが、当業者によってよく理解されている方式でコンピュータのオペレーションを再構成し、あるいは変更する。

本明細書では、様々な要素を記述するために第１、第２などの用語が使用されることがあるが、こうした要素がこうした用語によって限定されるべきではないことを理解されよう。こうした用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用されるに過ぎない。例えば、本発明の例示的実施形態の範囲から逸脱することなく、第１要素を第２要素と呼ぶことができ、同様に第２要素を第１要素と呼ぶことができる。本明細書では、「及び／又は」は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上の任意かつ全ての組合せを含む。

要素が別の要素に「接続」又は「結合」されると呼ばれるとき、要素を別の要素に直接的に接続又は結合することができ、又は介在要素が存在することができることを理解されよう。一方、要素が別の要素に「直接的に接続」され、又は「直接的に結合」されると呼ばれるとき、介在要素は存在しない。要素間の関係を記述するのに使用される別の語を同様に解釈すべきである（例えば、「の間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」と「の直接的な間（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接する」と「直接的に隣接する」など）。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明の例示的実施形態を限定するためのものではない。本明細書では、文脈での明白な別段の指示がない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は複数形も含むものとする。本明細書では、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ，ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び／又は「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、述べられる特徴、完全体、ステップ、オペレーション、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ以上の別の特徴、完全体、ステップ、オペレーション、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を除外するものではないことをさらに理解されよう。

ある代替実装では、言及された機能／動作を、図で言及されたのとは異なる順序で行えることにも留意されたい。例えば、連続して示される２つの図は、関係する機能／動作に応じて、実際にはほぼ同時に実行することができ、又はあるときには逆の順序で実行することができる。

当技術分野で周知のように、モバイル及び基地局のそれぞれは、送信機能及び受信機能を有することができる。基地局からモバイルへの伝送はダウンリンク通信又は順方向リンク通信と呼ばれる。モバイルから基地局への伝送はアップリンク通信又は逆リンク通信と呼ばれる。

図２は、例示的実施形態による、基地局でトラフィック暗号鍵（ＴＥＫ）を生成する方法を示す流れ図である。図２に示される方法が、図１に示される例示的ネットワーク及びＩＥＥＥ８０２．１６に関して説明される。従って、詳細には開示されない任意の態様／プロセスがＩＥＥＥ８０２．１６に準拠し、こうした周知の態様／プロセスは、話を簡単にするために省略されている。図２の実施形態はモバイルによるネットワークの非ハンドオフアクセスを想定する。ハンドオフのケースは図３Ａ〜３Ｂに関して説明される。しかし、ハンドオフの状況についても図２の実施形態を使用できることを理解されたい。

周知のように、システムへのアクセス又は接続を試みるモバイルはレンジング要求メッセージ（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ではＲＮＧ＿ＲＥＱ）を送信する。レンジング要求メッセージはとりわけ、モバイルの識別子と、最後の認証以来のモバイルによるシステムアクセス数又はネットワークアクセス数を示すカウント値とを含む。例えば、カウント値はＩＥＥＥ８０２．１６での周知のＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴでよい。レンジング要求メッセージの受信時に受信側基地局は図２の方法を実施する。

図示されるように、ステップＳ１０で、基地局３２がキーカウントＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴをゼロに初期化する。次いでステップＳ１２で、基地局３２は、モバイルに関するセキュリティコンテキストをオーセンティケータ５２に要求し、オーセンティケータ５２から受信する。理解するであろうが、基地局３２はレンジング要求と共に受信したモバイルの識別子を使用して、それに関するセキュリティコンテキストが要求されるモバイルを識別する。セキュリティコンテキストはとりわけ、このモバイルに関する基地局３２に固有のアクセスキー（ＡＫ）と、モバイルに関する予想カウント値（例えば予想ＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴ）とを含む。次いでステップＳ１４で、基地局３２はＡＫを使用して任意の周知の方式で鍵暗号鍵（ＫＥＫ）を求める。上記の背景セクションで論じたように、ＡＫからＫＥＫを生成することはＩＥＥＥ８０２．１６の周知の一側面である。

次に、基地局３２は、モバイルから受信したカウント値がフレッシュであるかどうかをチェックする。周知の通り、ＩＥＥＥ８０２．１６では、オーセンティケータ５２が、モバイルに関するＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴの予想値を格納する。モバイルによるアクセスの成功の後ごとに予想値が増分される。ＩＥＥＥ８０２．１６によれば、モバイルも、各アクセスを行う際にＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴを同様に増分する。オーセンティケータ５２は、モバイルによって送信されたメッセージ内に含まれるモバイルの識別子に基づいて、どのカウント値がどのモバイルに関連付けられるかを認識する。

理解するであろうが、モバイルは他のネットワークにアクセスすることができ、その結果、モバイルによって送信されたＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴはオーセンティケータ５２に格納された予想値よりも大きいことがある。従って、ステップＳ１６で、基地局３２は、モバイルから受信したカウント値が予想カウント値以上である場合にカウント値が受け入れられることを検証する。この条件を満たす場合、基地局３２は、モバイルから受信したカウント値が受け入れられる、又はフレッシュであると判定する。

受信したカウント値が受け入れられない（又はフレッシュでない）場合、モバイルによって要求された接続が拒否される。しかし、受信したカウント値が受け入れられる場合、ステップＳ１８で、基地局３２は、ＫＥＫ、カウント値、及びキーカウントに基づいてトラフィック暗号鍵（ＴＥＫ）を生成する。例えば、基地局３２は、以下の式に従ってＴＥＫを生成することができる。
ＴＥＫ＝ｈ（ＫＥＫ，カウント値，ＴＥＫ＿ｃｏｕｎｔ，“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ１”） （１）

式（１）で、ｈはＨＭＡＣ−ＳＨＡ−１などの擬似確率関数を表す。理解するであろうが、ＩＥＥＥ８０２．１６では、カウント値はＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴでよい。“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ１”は実施中のオペレーションを特定する英数文字列でよい。例えば、“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ１”は“ＴＥＫ ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ”でよい。

ＩＥＥＥ８０２．１６に関して周知の通り、モバイルもＡＫを認識し、ＫＥＫを導出する。従って、基地局への初期アクセスに基づいて初期ＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴ ０を仮定するようにモバイルをプログラムすることができ、ＴＥＫ生成のために“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ”でモバイルをプログラムすることができる。その結果、モバイルは、式（１）を使用してＴＥＫを生成する。生成されたＴＥＫを使用して、ステップＳ２０で、移動局及び基地局３２はＴＥＫを使用する暗号化トラフィック通信を実施することができる。

レンジング要求以外に、ＴＥＫを確立するためにモバイルと基地局との間のメッセージングは不要である。さらに、生成されたＴＥＫの順方向秘密及び逆方向秘密がＫＥＫの一意性及び秘密によって保証される。モバイルにサービスする以前の基地局も次の基地局もこのＫＥＫを認識しない。さらに、生成されたＴＥＫのフレッシュさが、モバイルによる各アクセスと共に変化するカウント値の確認されたフレッシュさによって保証される。

図３Ａ〜３Ｂは、別の実施形態による、トラフィック暗号鍵を生成する方法を示す。この実施形態は、モバイルがターゲット基地局にハンドオフすることのできる状況を対象とする。図３Ａ〜３Ｂに示される方法は、図１に示される例示的ネットワーク及びＩＥＥＥ８０２．１６に関して説明される。従って、詳細には開示されない任意の態様／プロセスがＩＥＥＥ８０．１６に準拠し、こうした周知の態様／プロセスは、話を簡単にするために省略されている。ＩＥＥＥ８０２．１６によれば、モバイルが、モバイルにサービスするオーセンティケータ５２に、モバイルがハンドオフすることのできる可能な基地局に関してレポートする。この実施形態によれば、オーセンティケータ５２は、こうした候補基地局又はターゲット基地局のうちの１つ以上にハンドオフ警報メッセージを送信する。次いで、ターゲット基地局は図３Ａ〜３Ｂに示されるオペレーションを実施する。

図示されるように図３ＡのステップＳ３０で、ターゲット基地局３２はハンドオフ警報メッセージを受信する。ハンドオフ警報メッセージはとりわけ、モバイルの識別子と、モバイルに関するセキュリティコンテキストとを含む。セキュリティコンテキストはとりわけ、モバイルに関するＡＫ及びカウント値（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６のＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴ）を含む。ハンドオフ警報メッセージを受信したことに応答して、ステップＳ３２で、ターゲット基地局３２はＩＥＥＥ８０２．１６などの任意の周知の方式でＫＥＫを求める。ステップＳ３４で、ＫＥＫ、キーカウントＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴ ０、受信したカウント値、及び所定の“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ”を使用して、ターゲット基地局３２は式（１）に従ってＴＥＫを生成する。この実施形態では、“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ”は、図２に関して説明したものと同じでよく、又は“ｋｅｙ ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｈａｎｄｏｆｆ”などの異なるものでよい。

この実施形態では、ステップＳ３０からＳ３４が、ハンドオフ及び／又はモバイルからのパケットの受信の前に実施される。モバイルが“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ”でプログラムされるとして、ターゲット基地局３２へのハンドオフ時にキーカウントＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴ ０を仮定すると、モバイルも式（１）に従ってＴＥＫを生成することができる。従って、モバイルとターゲット基地局３２がＴＥＫを生成するのに、モバイルとターゲット基地局３２との間でのメッセージングは不要である。

モバイルがターゲット基地局３２へのハンドオフを決定する場合、上記のオペレーションを考えると、モバイルはＴＥＫを使用して暗号化されたパケットを送信することができる。図３Ａに示されるように、ステップＳ３６で、ターゲット基地局３２は、パケットがモバイルから受信されたかどうかを判定する。理解するであろうが、ターゲット基地局３２は、パケットと共に与えられるモバイルに関する識別子に基づいて、モバイルからのパケットを識別する。図示されるように、パケットがモバイルから受信されるまで、ステップＳ３６の監視が反復される。理解するであろうが、モバイルからのパケットに関する反復される監視を期間にわたって実施することができ、次いでプロセスは終了する。

ステップＳ３６でパケットがモバイルから受信される場合、ステップＳ３８で、ターゲット基地局３２は、パケットに関連するモバイルの周知の保全性シグニチャを検証する。周知のように、パケットをＡＥＳのＣＣＭモードで暗号化するとき、各パケットは保全性シグニチャを有する。保全性シグニチャもＴＥＫを使用して計算される。ターゲット基地局３２は、ステップＳ３４で生成されたＴＥＫを使用して、パケットを暗号化解除し、保全性シグニチャを計算する。ターゲット基地局３２によって計算される保全性シグニチャが、モバイルからのパケットに関連して受信された保全性シグニチャと合致する場合、ステップＳ４０で、ターゲット基地局３２はパケットを受諾する。このようにして、ターゲット基地局３２は、ステップＳ３４で生成されたＴＥＫが正しいこと、及びターゲット基地局３２がサービス基地局となることも検証する。

計算され、受信された保全性シグニチャが合致しない場合、処理は図３ＢのステップＳ４２に進む。図示されるように、ステップＳ４２で、反復カウンタＸが０に初期化され、ステップＳ４４で、反復カウンタＸが１つ増分される。次に、ステップＳ４６で、ステップＳ３４でＴＥＫを生成するのに使用されたカウント値が増分され、式（１）と、ステップＳ４８の増分したカウント値とを使用してＴＥＫが基地局３２によって再生成される。

この新しいＴＥＫを使用して、ステップＳ５０で、ターゲット基地局３２は、モバイルからのパケットに関連する保全性シグニチャを検証しようと試みる。ステップＳ５０はステップＳ３８と同じであり、従って詳細には説明しない。検証された場合、パケットがステップＳ５２で受諾され、ターゲット基地局３２は、新しいＴＥＫを正しいＴＥＫと確認し、ターゲット基地局３２はサービス基地局となる。保全性シグニチャが検証されない場合、ステップＳ５４で、ターゲット基地局３２は、反復カウンタＸがしきい量（例えば３。これは正しいＴＥＫを探索する際に許可されるカウント値の反復／増分が３回であることを意味する）に達したかどうかを判定する。しきい量に達した場合、ステップＳ５６でパケットが破棄される。しきい量に達していない場合、処理はステップＳ４４に戻る。

このようにして、カウント値（例えばＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴ）がネットワークで予想されるカウント値を超えてモバイルで増分された場合であっても、ターゲット基地局３２は依然として、モバイルとエアリンクを介してメッセージを交換することなく正しいＴＥＫを導出し、確認することができる。さらに、理解するであろうが、実際のハンドオフ（又はモバイルからのパケットの実際の受信）の前にＴＥＫをターゲット基地局３２及びモバイルで事前計算することができるので、モバイルから受信されるパケットをより迅速に処理することができる。図２の実施形態に関して上記で論じた利点の多くが図３Ａ〜３Ｂの実施形態にも当てはまることをさらに理解されよう。

モバイルが最終的にターゲット基地局（そのときはサービス基地局）にレンジング要求を送信し、基地局は、図２に関して上記で説明したのと同様に、レンジング要求内のカウント値のフレッシュさを検証することも理解されたい。

本発明の実施形態は、ＴＥＫの更新も可能にする。ＴＥＫの更新は図４〜５を参照して説明され、この更新態様は、上述の実施形態の全てに適用可能である（例えば、図２の実施形態、図３Ａ〜３Ｂの実施形態など）。

図４は、モバイル及び関連する基地局で使用されるＴＥＫを更新する際にモバイルで実施されるオペレーションを示し、図５は、ＴＥＫを更新する際に関連する基地局で実施されるオペレーションを示す。図４〜５に示される方法が、図１に示される例示的ネットワーク及びＩＥＥＥ８０２．１６に関して説明される。従って、詳細には開示されない任意の態様／プロセスがＩＥＥＥ８０．１６に準拠し、こうした周知の態様／プロセスは、話を簡単にするために省略されている。

図４に示されるように、ステップＳ７０で、モバイルがキーカウントＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴを増分する。モバイルは、寿命カウンタが満了し、かつ／又は寿命カウンタがしきい値に達したことに応答して、キーカウントＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴを増分することを決定することができる。寿命カウンタはＴＥＫが使用された時間枠を測定する。例えば、寿命カウンタが１２時間に達した場合、図４のプロセスを開始することができ、寿命カウンタがリセットされる。

キーカウントＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴを増分した後に、ステップＳ７２で、モバイルは新しいキーカウント値を使用して式（１）に従ってＴＥＫを生成する。次いでステップＳ７４で、モバイルはモバイルＴＥＫシグニチャを求める。モバイルＴＥＫシグニチャは、以下の式に従って生成することができる。
ｈ（ｎｅｗ ＫＥＫ，ＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴ，“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ２”） （２）

式（２）で、ｈはＨＭＡＣ−ＳＨＡ−１などの擬似確率関数を表す。理解するであろうが、ＩＥＥＥ８０２．１６では、カウント値はＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴでよい。“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ２”は、実施中のオペレーションを特定する英数文字列でよい。例えば、“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ２”は“ＴＥＫ ｕｐｌｉｎｋ ｕｐｄａｔｅ”でよい。ステップＳ７６で、モバイルは、ＴＥＫ更新要求で基地局に新しいキーカウントを送信する。ＴＥＫ更新要求はまた、モバイルＴＥＫシグニチャをも含む。

図５を参照すると、ステップＳ９０で、基地局３２はＴＥＫ更新要求を受信する。ステップＳ９２で、ＴＥＫ更新要求内の新しいキーカウントＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴを使用して、基地局３２は式（１）に従って新しいＴＥＫを生成する。ステップＳ９４で、基地局３２はまた、新しいＴＥＫ、受信したキーカウントＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴ、及び式（２）を使用して、予想モバイルＴＥＫシグニチャをも生成する。次に、ステップＳ９６で、基地局は、受信したモバイルＴＥＫシグニチャを、ステップＳ９２で生成した予想モバイルＴＥＫシグニチャと比較することにより、受信したモバイルＴＥＫシグニチャを検証する。この比較が合致を示さない場合、ステップＳ９２で生成された新しいＴＥＫが無効にされ、基地局３２は引き続き現ＴＥＫを使用する。基地局３２はまた、ＴＥＫ更新要求に応答して、モバイルに否定応答（ＮＡＣＫ）も送信することができる。ステップＳ９６での比較が合致を示す場合、ステップＳ９２で生成された新しいＴＥＫが検証され、基地局は新しいＴＥＫを使用することを開始する。具体的には、ステップＳ９８で、基地局は、新しいＴＥＫ、受信したキーカウントＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴ、及び以下の式を使用して基地局ＴＥＫシグニチャを求める。
ｈ（ｎｅｗ ＴＥＫ，ＴＥＫ＿ＣＯＵＮＴ，“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ３”） （３）

式（３）では、ｈはＨＭＡＣ−ＳＨＡ−１などの擬似確率関数を表す。理解するであろうが、ＩＥＥＥ８０２．１６では、カウント値はＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴでよい。“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ３”は、実施中のオペレーションを特定する英数文字列でよい。例えば、“Ｌａｂｅｌ Ｓｔｒｉｎｇ３”は“ＴＥＫ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｕｐｄａｔｅ”でよい。ステップＳ１００で、基地局はモバイルに基地局ＴＥＫシグニチャを送信する。

図４に戻ると、ステップＳ７８で、モバイルは、図５のステップＳ９８に関して上記で説明したのと同様に、予想基地局ＴＥＫシグニチャを求める。従って、ステップＳ８０でモバイルが基地局ＴＥＫシグニチャを受信すると、ステップＳ８２で、モバイルは基地局ＴＥＫシグニチャを検証する。

具体的には、モバイルは受信した基地局ＴＥＫシグニチャを、ステップＳ７８で生成された予想基地局ＴＥＫシグニチャと比較する。この比較が合致を示さない場合、モバイルはステップＳ７４に戻り、基地局にＴＥＫ更新要求を再送信する。この比較が合致を示す場合、ステップＳ７２で生成された新しいＴＥＫが検証され、モバイルは基地局との別のトラフィック通信でこの新しいＴＥＫを使用する。

このようにして、エアリンクを介して非常に限定された量の追加情報を交換することにより、モバイルと基地局との間のセキュリティ関連付けを動的に更新することができる。

これまでのところで本発明を説明したので、本発明を多数の方式で変更できることが明らかとなるであろう。そのような変形形態は、本発明からの逸脱とみなすべきではなく、そのような全ての修正形態は本発明の範囲内に包含されるものとする。

Claims (10)

1. トラフィック暗号鍵を生成する方法であって、
   モバイルが基地局にハンドオフすることができるというメッセージを前記基地局で受信するステップであって、前記メッセージがカウント値を含み、前記カウント値が前記モバイルによるネットワークアクセスを示す、ステップ、及び
   前記モバイルに関連する前記カウント値に基づいてトラフィック暗号鍵を生成するステップであって、前記トラフィック暗号鍵が前記モバイルと前記基地局との間の通信トラフィックを暗号化するためのものである、ステップ
   を備える方法。
2. 請求項１記載の方法であって、前記生成するステップが前記カウント値及びキーカウントに基づいて前記トラフィック暗号鍵を生成し、前記キーカウントが、前記メッセージの受信に応答して初期値に設定される方法。
3. 請求項２記載の方法であって、さらに、
   更新後キーカウントを使用して前記トラフィック暗号鍵を生成することによって前記トラフィック暗号鍵を更新するステップ
   を備える方法。
4. 請求項３記載の方法であって、さらに、
   秘密鍵を求めるステップを備え、
   前記生成するステップが、前記カウント値、前記キーカウント、及び前記秘密鍵に基づいて前記トラフィック暗号鍵を生成する方法。
5. 請求項４記載の方法であって、前記求めるステップが、前記トラフィック暗号鍵を生成する前記基地局に固有のアクセスキーから前記秘密鍵を求める方法。
6. 請求項１記載の方法であって、前記生成するステップが、前記モバイルが前記基地局にハンドオフする前に前記トラフィック暗号鍵を生成する方法。
7. 請求項１１記載の方法であって、さらに、
   関連する保全性シグニチャを有するパケットを前記モバイルから受信するステップ、及び
   生成した前記トラフィック暗号鍵に基づいて前記保全性シグニチャを受諾するかどうかを検証するステップ
   を備え、
   前記保全性シグニチャが検証されない場合、
   前記カウント値を増分するステップ、
   増分した前記カウント値に基づいて新しいトラフィック暗号鍵を生成するステップ、及び
   前記新しいトラフィック暗号鍵に基づいて前記保全性シグニチャを受諾するかどうかを検証するステップ
   をさらに備える方法。
8. トラフィック暗号鍵を更新する方法であって、
   基地局でモバイルから新しいキーカウントを受信するステップ、及び
   前記新しいキーカウントを受信したことに応答して、前記新しいキーカウント及び前記モバイルに関連するカウント値に基づいて新しいトラフィック暗号鍵を生成するステップであって、前記カウント値が前記モバイルによるネットワークアクセスを示し、前記トラフィック暗号鍵が前記モバイルと前記基地局との間の通信トラフィックを暗号化するためのものである、ステップ
   を備える方法。
9. 請求項８記載の方法であって、
   前記受信するステップが、前記新しいキーカウントを有する保全性シグニチャを前記モバイルから受信し、
   さらに、
   前記新しいトラフィック暗号鍵に基づいて参照保全性シグニチャを求めるステップ、及び
   前記モバイルから受信した前記保全性シグニチャ及び参照保全性鍵に基づいて前記新しいトラフィック暗号鍵が受け入れられることを検証するステップ
   を備える方法。
10. トラフィック暗号鍵を更新する方法であって、
    モバイルで基地局から保全性シグニチャを受信するステップ、
    トラフィック暗号鍵に基づいて参照保全性シグニチャを求めるステップであって、前記トラフィック暗号鍵が前記モバイルに関連するカウント値に基づいて生成され、前記カウント値が前記モバイルによるネットワークアクセスを示し、前記トラフィック暗号鍵が前記モバイルと前記基地局との間の通信トラフィックを暗号化するためのものである、ステップ、及び
    前記基地局から受信した前記保全性シグニチャ及び前記参照保全性シグニチャに基づいて前記トラフィック暗号鍵が受け入れられることを検証するステップ
    を備える方法。

Images