JP2012070426A - 移動通信システムにおける安全なデータ伝送のための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】安全な伝送のための方法および装置。各ユーザは登録キーを与えられる。長期間更新された放送キーは、登録キーを使用して暗号化され、そして周期的にユーザに与えられる。短期間更新されたキーは放送キーを使用して暗号化され、そして周期的にユーザに与えられる。放送はそこで短期間キーを使用して暗号化され、ここでユーザは短期間キーを使用して放送メッセージを解読する。一つの実施例はリンクレイヤ内容暗号化を与える。他の実施例は、エンドツーエンド暗号化を与える。
【選択図】 図4
Description
本特許出願は、部分的に継続であり、そして“データ処理システムにおける安全性のための方法および装置”と題された、2001年8月20日に出願され、そしてこれについて譲受人に譲渡され、そしてこの結果参照によってこの中に明確に組み込まれた特許出願09/933,972に対する優先権を主張する。
E_K(P)=Pe mod pq,D_K(C)=Cd mod pq, (2)
として定義する。
として決定される。
として決定される。
に従ってSUMU314内に記憶されたRKを用いてBAKIを解読する。
に従って導出するために使用される。
として計算される。
AAA 認証、許可、および課金処理。AAAはユーザに関する基本キーを保有する。
AC 認証センタ。これは、AAAによって実行されるそれと同様な認証およびキー取り扱い機能を実行するANS−41エンティティ。
BAK 放送アクセスキー。ある時間の間(たとえば1日、1週間、1月)内容へのアクセスを与える。
BAKUE 放送アクセスキー更新エンティティ。BAKUEはBAKを更新することが可能な、取り扱いネットワーク内にあるエンティティ。
CS 内容サーバ。サービスのためのデータを与える。
MS 移動局。本文書の目的に対してMSは2個の分離したエンティティ、UIMおよびMEとして考慮される。
UIM ユーザ識別モジュール(UIM)。UIMは安全なメモリを含む低電力処理装置である。UIMは取り外し可能であるか(SIMカードのように)あるいはMSそれ自身の部分である。
ME 移動体装置。MEは高電力処理装置を含むが安全なメモリは含まない。
SA セキュリティアソシエーション。IPSecパケットを処理するために必要とされるパラメータ(キー等)のリスティング。各SAは宛先アドレスおよび安全パラメータインデックス(SPI)によるインデックスである。
SDP セションデータパラメータ。現在の内容を処理するために必要とされるパラメータ。
SK 短期間キー。CSは内容をSKを用いて暗号化し、そしてMEはSKを用いて解読する。
SMCK 安全モード暗号キー。IS−683−B内で使用された通り。BCMCSにおいては、SMCKはUIMに送出される場合にBAKを暗号化するために使用される。
SP サービスプロバイダ。その中にMSが現在位置している取り扱いネットワーク。
SPI 安全パラメータインデックス。セキュリティアソシエーション(SA)を示すために使用される。
PDSN パケットデータサービングノード。インターネットおよびRAN間のインタフェース。
RAN ラジオアクセスネットワーク。
RANDSM IS−683−BにおいてSMCKを発生するためにAC/AAAによって発生されたランダムな数。
1.CSは現在のBAKをBAKUEに供給する。
2.MSがBAKを更新する必要があると決定する場合は、MSはBAKUEと接触する。
3.BAKUEは、IS−683−Bにおけるように、一時的な安全モード暗号キー(SMCK)を得るためにユーザのAC/AAAと接触する。
4.AC/AAAはそのユーザが加入しているかをチェックする。もしもユーザが加入している場合は、そこでAC/AAAはランダムな数RANDSMを発生し、そしてSMCKを得るためにこれを移動局の現在のSSD−B(あるいは基本キーK)と結合する。SHA−1に基づいた関数f3がこの目的に対して使用される。AC/AAAはRANDSMおよびSMCKをBAKUEに送出する。
5.BAKUEは、EBAKを得るためにSMCKを用いてBAKを暗号化する。CSはそこで、RANDSM、BAK_ID、およびEBAKを移動局に対して送信する。
6.UIMはSMCKを得るためにRANDSMを基本キーK(あるいは現在のSSD−B)と結合する。UIMはそこでBAKを得るために、EBAKを解読するためにSMCKを使用し、そしてBAKを安全なメモリの中に記憶する。
表1は、MS内のキーの使用、計算および記憶に関する手早い参考資料として有用であるかも知れない。表1は移動局におけるキーの使用、計算、および記憶に関する要約である。
・CSから(SPを経由して)放送内容を受信するために、ユーザはCSに代金を支払う。
・SPからの伝送時間を受信するために、CSはSPに代金を支払う。
脅威1:SPが支払われた伝送代金を伝送時間を与えることなしに受け取る。典型的には、これは主要な関心事ではない。伝送時間を与えることに失敗したいかなるSPも容易に捕まえられるであろう。SPは、さらなる事業を促進するような方法で行動するであろうと予期される。そうでなければ、違法なSPは悪い評判の結果を受けるであろう。
脅威2:CS(あるいは他のパーティ)は伝送費用を支払わずに伝送時間を得る。誰かが合法的なCSをまねる場合のように、あたかもそれがCSによって与えられた内容であったかのようにメッセージをSPに送出する。一つの解は脅威を防ぐためにCSおよびSK間のリンク上に認証ヘッダ(AH:Authentication Header)を付加することである。
脅威3:費用を支払わずにユーザが放送内容にアクセスする。解はIPSecに基づくことを必要とされた。放送内容にアクセスするために、ユーザは現在の解読キーを持たなければならない。UIMは、内容を解読するのに十分なほどに力がないので、そしてその結果、MEが解読を実行する。これは、解読キーがMEの中に記憶されることを意味する。結局、誰かがMEから現在の解読キーを抽出する方法を解くであろう。加入したユーザはそこで、他の加入していないユーザに解読キーを配送することが可能になるであろう。そこで、加入していないユーザがデータにアクセス不可能であるような方式を設計することは困難であろう。
・ホームBCMCS制御:
−BCMCSサービス加入を与えること
−BCMCSサービスに対する課金処理情報
−UIM内に基本キー(RK)確立を要求
−BAKの暗号化に対して一時的なキー(TK)を発生
・ローカルBCMCS制御:
−BCMCSサービスに対するBAKを発生
−TKを用いることによってBAKを暗号化
−暗号化されたBAKをUIMにダウンロード
−SKを発生するためにBAKをRANに配送、そしてまたSK寿命期間の表示
・BCMCS内容サーバ:
−BCMCS内容を与える。
として定義される。システム1000内に示されたインタフェースは、
・B1インタフェース(HLR/AC−ホームBCMCS制御):
−ホームBCMCS制御からのUIM内にRK確立要求に対して使用
−HLR/ACからホームBCMCS制御へのRKの配送
・B2インタフェース(ローカルBCMCS制御−PDSN):
−暗号化されたBAKをIPプロトコルを経由してUIMにダウンロード
・B3インタフェース(ローカルBCMCS制御−BSC/PCF):
−BAKをRANに配送
−SKリフト時間をRANに送出
・B4インタフェース(ローカルBCMCS制御−ホームBCMCS制御)
−TKのセットをローカルBCMCS制御に配送
として定義される。
−ステップb:HLR/ACは、現存のAKA手順をUIM内にRKを確立するために使用する。
−ステップc:UIM内におけるRK確立成功の場合は、HLR/ACはRKをホームBCMCS制御に送出する。MSがそれを要求する場合はBAKダウンロードが生起する。各BAKと組み合わせられたBAK寿命期間が存在する。ここで各BAKはBAK識別子あるいはシーケンス数によって識別される。内容IDによって識別された各BCMCSプログラムはその自身のBAKを有している。ホーム内容プロバイダIDおよび内容IDは各BCMCSプログラムに対して唯一である。BCMCS_IDおよび(ホーム内容プロバイダID+内容ID)対間のマッピングは、ローカルにローカルBCMCS制御内で実行される。BAKはローカルBCMCS制御およびUIMによってのみ知られる。BAKダウンロード手順は次のように与えられる。
−ステップa:加入者のBCMCSサービスへの加入のときあるいはBAK寿命期間の終了のときは、UIMはBAKダウンロードを要求し、そしてMSは要求をローカルBCMCS制御に通す。
−ステップb:ローカルBCMCS制御エンティティは、ホームBCMCS制御に一時的なキー要求を、それがキーをBAKの暗号化に対して使用できるように送出する。
−ステップc:ホームBCMCSキー暗号化器は、TK_RANDを発生し、そしてそこで、ある関数[TK=f( TK_RAND ,RK)]を用いることによってRKおよびTK_RANDの入力を用いてTKを計算する。ホームBCMCSキー暗号化器は、ホームBCMCS制御およびローカルBCMCS制御間の取り扱いが必ずしも必要とされないように、将来の使用のために対のいくつかのセットを発生することが可能である。ホームBCMCS制御はそこで、いくつかのTKをローカルBCMCS制御に戻す。
−ステップd:ローカルBCMCSキー暗号化器は、TKの一つで暗号化されたBAKを発生しそしてBAK_RANDを発生する。ローカルBCMCS暗号化器はそこで若干の関数[BAK_AUTH=f( BAK_RAND,BAK)]を使用することによって、BAKおよびBAK_RANDの入力を用いてBAK_AUTHを計算する。そこで、ローカルBCMCSキー暗号化器は、対応するBAK_IDおよびBAK寿命期間、BCMCS_ID、TK_RAND、BAK_AUTH、およびBAK_RANDを用いて暗号化されたBAKを、MSを経由してUIMに送出する。UIMはTK_RANDおよびその自身の記憶されたRKの入力を用いてTKを計算し、そしてそこでTKを用いることによってBAKを解読する。
BAKおよびBAK_RANDの入力を用いてのBAK_AUTHの計算は、受信されたBAK_AUTHと比較される。もしも整合がない場合はステップaに戻る。図24は、内容サーバを有するホームサービスプロバイダに対するBCMCSアーキテクチャを示す。システム1100は、次のように定義されるエンティティを有する。
・ホームHLR/AC:
−BCMCSサービス加入を与える
−BCMCSサービスに対する課金処理情報
−BAKの暗号化のために一時的なキー(TK)を発生
・ローカルBCMCS制御
−BCMCSサービスのためにBAKを発生
−TKを用いることによってBAKを暗号化
−B2インタフェースを経由してUIMに暗号化されたBAKをダウンロード
−SKを発生するためにBAKをRANに発送、そしてまたSK寿命期間の表示
・BCMCS内容サーバ
−BCMCS内容を与える
図24に示されるようにインタフェースは次のように定義される。
・B2インタフェース(ローカルBCMCS制御−PDSN)
−IPプロトコルを経由して暗号化されたBAKをUIMにダウンロード
・B3インタフェース(ローカルBCMCS制御−BSC/PCF)
−BAKをRANに配送
−SK寿命期間をRANに送出
・B5インタフェース(ローカルBCMCS制御−BSC/PCF)
−TKのセットをローカルBCMCS制御に配送
システム1100においては、ホームサービスプロバイダが自身のBCMCS内容サーバを所有するためにAキー交換手順と同様にAキーはRKに対して使用される。
−ステップa:加入者がBCMCSサービスに加入するとき、あるいはBAK寿命期間が終了するときUIMはBAKダウンロードを要求し、そしてMSは要求をローカルBCMCS制御に通す。
−ステップb:ローカルBCMCS制御は一時的なキーの要求を、それがキーをBAKの暗号化のためにキーを使用可能なようにBSC/VLRに送出する。
−ステップc:BSC/PCFは、一時的なキーの要求をMSC/VLRを経由してHLR/ACに通す。
−ステップd:HLR/ACは、TK_RANDを発生し、そしてそこである関数[TK=f(TK_RAND,Aキー)]を使用することによって、AキーおよびTK_RANDの入力を用いてTKを計算する。それ(HLR/AC)は、MSC/VLRを経由してのHLR/ACおよびBSC/PCF間の移動が必ずしも必要とされないように、将来の使用のためにこの対のいくつかのセットを発生することが可能である。HLR/ACはそこで、いくつかのTKをMSC/VLRを経由してBSC/PCFに戻す。
−ステップe:BSC/PCFはTKをローカルBCMCS制御に通す。
−ステップf:ローカルBCMCS制御はBAKを発生し、そして一つのTKで暗号化する。それはまたBAK_RANDを発生し、そしてそこで、ある関数[BAK_AUTH=f( BAK_RAND ,BAK)]を使用することによってBAKおよびBAK_RANDの入力を用いてBAK_AUTHを計算する。そこで、ローカルBCMCS制御は、暗号化されたBAKを対応するBAK_ID、およびBAK寿命期間、BCMCS_ID、TK_RAND、BAK_AUTH、およびBAK_RANDとともにMSを経由してUIMに送出する。UIMはTK_RANDおよびその所有する記憶されたAキーの入力を用いてTKを計算し、そしてそこで、TKを使用することによってBAKを解読する。そしてそこで、それはその自身のBAK_AUTHをBAKおよびBAK_RANDの入力を用いて計算する。それは、その計算したBAK_AUTHを受信したBAK_AUTHと比較する。もしもそれが整合しない場合は、それはステップaから再び出発するであろう。リンクレイヤにおいて暗号化を与える実施例に対しては、このような暗号化形態は、IPレベルでの暗号化を防止しないことに注意すべきである。リンクレイヤにおける暗号化はもしもIPレベルでの暗号化が可能である場合は無力にされるべきである。短期間キー(SK)ダウンロード手順は次のように与えられる。
−ステップa:BCMCS制御は、BAKおよびBAK寿命期間をBSC/PCFに送出し、そしてSK寿命期間を示された寿命期間でSKを発生した要求BSC/PCFに送出する。
−ステップb:BSC/PCFは、BAKで暗号化されたSKをMSを経由してUIMに送出する。
−ステップc:UIMはBAKを用いてSKを解読し、MSに返送する。
−ステップd:BCMCS内容サーバは平文の放送内容をPDSNを経由してBSC/PCFに送出する。
−ステップe:BSC/PCFは放送内容をSKで暗号化し、そしてそこでそれを、オーバージエアに送出する。要約すると、BCMCSは帯域外で見出される。ユーザはBCMCSサービスに帯域外(SUB ID)で加入する。もしもホームサービスプロバイダが内容サーバを所有していない場合は、基本キーあるいは登録キー(RK)がAKA経由で確立され、そうでない場合はAキーはRKのために使用されるであろう。TKはローカルBCMCS制御ノードに送出される。TKによって暗号化されたBAKは、特別なUDPポート数を使用して訪問したネットワーク(PDSN)経由でUIMにダウンロードされる。MSはオーバーヘッドメッセージによって特定のセクタに対して放送サービスが利用可能かを見出す。MSは登録(BCMCS_ID)を実行する。
TK=f( TK_RAND,RK) (11)
として与えられる。BAK暗号化器は、(TK_RAND,TK)対を再使用することが可能である。SSは複数の対を送出することが可能である。BAK暗号化器は、そこでEBAKを形成するためにTKを用いてBAKを暗号化する。BAK暗号化器はそこで、UIMに(TK_RAND,EBAK)を送出する。UIMは上に与えられた式(11)を用いてTKを形成する。UIMはBAKを回復するためにTKを用いてEBAKを解読する。
CK=f(CK_RAND,K) (12)
として定義される。ここでKは、HLRあるいはホームネットワークにおける基本キーであるAキーに等しい。BAK暗号化器は(CK_RAND,CK)対を再使用することが可能である。HLR/AAAは、複数の対を送出可能である。CKおよびCK_RANDは、EBAKを形成するためにCKを用いてBAKを暗号化するBAK暗号化器に通される。BAK暗号化器はそこで、UIMに(CK_RAND,EBAK)対を送出する。これに応じてUIMは式(12)に定義されたようにCKを形成する。UIMはBAKを形成するためにCKを用いてEBAKを解読する。
AUTH=f1(RAND,K) (13)
XRES=f2(RAND,K) (14)
CK=f3(RAND,K) (15)
として示される変数と同様にランダムな数RANDを含むかも知れない。ここで、f1、f2、f3等は変数の各々を計算するための異なった関数を示すために定められる。
RK=CK=f3(RAND,K) (17)
RK値は確認処理を進めるSSに送出される。SSはそこで、ランダムな数RAND2を選択し、そして
AUTH2=f1(VER_RAND2,RK) (18)
を計算することによってさらなる確認を実行する。SSは、MEに対して認証を確認し、そして承認する(あるいは否定的に承認する)UIMに認証情報を与える。
BAK=D[EBAK,RK] (19)
として与えられる。ここでD[]は、解読演算子である。UIMはさらに
AUTH_BAK=f1(RAND_BAK,BAK) (20)
を計算することによってBAKを確認する。UIMは、承認あるいは失敗のメッセージをこの確認に対応して送出する。失敗の場合は、失敗処理がMEによって実行されあるいは開始される。与えられた期間中変数を計算するための種々の関数は同じ関数であるかも知れずあるいは各々は個別に割り当てられる(指定される)かも知れない。
TK=f( TK_RAND ,RK) (21)
として計算する。SSはいくつかの( TK_RAND ,RK)対をBAK暗号化器に送出する。BAK暗号化器は、TKを用いてBAKを暗号化することによってEBAKを計算する。BAK暗号化器はそこで他のBAK情報と同様にEBAK、TK_RANDを、このような情報をUIMに進めるところのMEに与える。UIMは式(21)に従ってTKを計算し、式(19)に従ってEBAKを計算し、そして式(20)に従ってAUTH_BAKを計算する。UIMはBAKを確認し、それに従って認可、あるいは失敗メッセージをMEに送出する。失敗の場合は、MEによって失敗処理が実行され、あるいは開始される。
AUTH_SK=f1( SK_RAND ,SK) (22)
として与えられる認証変数AUTH_SKを計算する。BSCは、ESK、SK_RAND、AUTH_SK、およびBAK情報を、これらの情報をUIMに進めるところのMEに与える。UIMはSKを
SK=D[ESK,BAK] (23)
として計算し、 そしてAUTH_SKを式(22)で与えられるとして計算する。UIMはそこで、SKあるいは失敗メッセージをMEに送出する。失敗に対しては、MEは失敗処理を実行し、あるいは開始する。SKの識別に対して暗号化されたリンクが現在安全な通信に対して利用可能である。
VERIF_Kx=f( RAND_Kx ,Kx) (24)
として与えられる識別結果を計算する。エンティティはそこで、( RAND_Kx ,VERIF_Kx)対をUIMに送出する。UIMはそこで式(24)に定義された識別結果をチェックすることによってKxが正しいかどうかを決定する。もしも識別結果が正しい場合は、UIMはキーを受け入れる。そうでない場合はUIMはキー識別誤り処理を実行する。そしてそれは、キーが正しくないことにかかわるエンティティ、あるいは複数のエンティティを発表することを含むかも知れない。もしもエンティティがUIMから応答を受信しない場合は、エンティティはキーが正しく受信されたと仮定する。
VERIF_BAK=f1( RAND_BAK ,BAK) (25)
として計算する。ここで、BAKは識別されたキーである。BAK暗号化器は、UIMに、(EBAK,RAND_BAK,VERIF_BAK)を送出する。BAK暗号化器は、付加的な情報をその上に送出することが可能である。UIMはEBAKを解読しそして式(25)を確認する。確認した場合は、UIMは導出されたBAK値を用い、そうでない場合は、UIMはBAKが正しくないBAK暗号化器を発表する。
Claims (8)
- 放送サービスをサポートする通信システムにおける、暗号化キー取り扱いのための方法であって、
ホームネットワーク内容プロバイダから遠隔局に対して基本キーを要求し、
基本キーを遠隔局に配送するための認証手順を適用し、そして
基本キーをユーザ識別モジュール(UIM)の中に記憶する
ことを含む方法。 - 放送サービスをサポートする通信システムにおける、暗号化キー取り扱いのための方法であって、
基本キーを遠隔局のユーザ識別モジュール(UIM)の中に記憶し、
放送サービスのための暗号化された放送アクセスキー(EBAK)を受信し、
基本キーに基づいてEBAKを解読することを含む方法。 - ここで、EBAKは、一時的なキー(TK)を使用して暗号化されており、方法はさらに、
一時的なキー(TK)と組み合わせられたランダムな数を受信し、
基本キーを使用してランダムな数からTKを発生し、
TKを使用してEBAKを解読する
ことを含む、請求項2記載の方法。 - ここで、EBAKは周期的に更新され、そして各EBAKは組み合わせられたBAK識別子を有しており、ここで、各EBAKは組み合わせられたTKおよびランダムな数を有している、請求項3記載の方法。
- ここで、EBAKは、訪問した内容サーバにおいて暗号化される、請求項2記載の方法。
- ここで、TKおよびランダムな数は、ホーム内容サーバによって発生される、請求項5記載の方法。
- 放送サービスをサポートする通信システムにおける、暗号化キー取り扱いのための方法であって、
暗号化された短期間キー(SK)を受信し、ここで、SKは、
放送アクセスキー(BAK)を使用して暗号化されており、
BAKを使用してSKを解読する、
ことを含む方法。 - 安全な伝送のための方法であって、方法は
安全な伝送に対する要求を受信し、
放送アクセスキーを要求し、
暗号化された放送アクセスキーを受信し、
放送アクセスキーの関数として短期間キーを発生し、そして
安全な伝送に対する内容を暗号化する
ことを含む方法。
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