JP2014023029A - 秘匿通信システム、秘匿通信方法、端末装置、無線制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】秘匿解除を正常に行うことができる秘匿通信システムを提供すること。
【解決手段】無線制御装置と端末装置との間でデータの送受信を行う秘匿通信システムであって、HFNを用いて前記データを秘匿する秘匿部と、秘匿化されたデータとともにHFNを送信する送信部と、秘匿化されたデータととともにHFNを受信する受信部と、受信したHFNを用いてデータの秘匿解除を行う解除部と、を有する秘匿通信システム。
【選択図】 図1

Description

本発明は、移動体通信ネットワークにおける通信に関し、特に端末装置と無線制御装置との間で実行される秘匿通信の技術に関する。
3GPP(3rd Generation Partnership Project)にて仕様化されているW−CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)方式においては、第3者から通信データの傍受を防ぐことを目的として、端末装置と無線制御装置との間でf8のアルゴリズムを用いた秘匿処理を実施している。
秘匿処理は、以下のように行われる。まず、図7に示すように、COUNT−C、CK(Ciphering Key)、BEARER、DIRECTION、LENGTHなどの秘匿パラメータからf8のアルゴリズムを使用してKSB(KEY STREAM BLOCK)を算出する。そして、このKSBとPLAINTEXT BLOCK又はCIPHERTEXT BLOCKとのXOR(排他的論理和)をとることで、通信データに秘匿をかける。
COUNT−Cは、図8に示すように、HFN(Hyper Frame Number)とCFN(Connection Frame Number)とで構成される。HFNとCFNは、端末装置内と無線制御装置内でそれぞれのクロックを元にカウントされており、時間と共に変化していく値である。
また、特許文献1には、単一のフルシーケンス番号を用いて暗号化及び再配列を行う技術が開示されている。
立川敬二監修、「W−CDMA移動通信方式」、丸善株式会社出版、2001年6月25日発行、第156〜158頁(図3〜図60、表3〜18)、第176頁 3GPP TS 33.102 V10.0.0(2010-12):3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects;3G Security; Security architecture (Release10) P38−41 3GPP TS 25.321V10.4.0(2011-09): 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Medium Access Control (MAC) protocol specification.(Release10) P122, 123 3GPP TS 35.201V10.0.0(2011-03): 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects;3G Security; Specification of the 3GPP Confidentiality and Integrity Algorithms; Document 1:f8 and f9 specifications (Release10) P11, 12, ANNEX1, 2 3GPP TS 25.331V10.0.0(2010-06): 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Radio Resource Control(RRC); Protocol specification (Release10) P611〜614
特表2008−539678
しかし、非特許文献1乃至5、特許文献1に記載の技術には以下の問題があった。すなわち、HFNについては、端末装置と無線制御装置との間で秘匿の開始タイミングにずれが生じた場合、伝送路遅延が生じた場合、クロックの精度やクロック補正の精度が悪い場合などに、端末装置と無線制御装置との間でHFNにずれが発生するケースがある。この場合、秘匿解除が正常に行われず異常データとなり、異音として再生されてしまうという問題があった。その結果、サービスの品質が低下する。
本発明の目的は、上述した課題を解決する秘匿通信システム、秘匿通信方法、端末装置、無線制御装置を提供することにある。
本発明の秘匿通信システムは、無線制御装置と端末装置との間でデータの送受信を行う秘匿通信システムであって、HFNを用いてデータを秘匿する秘匿部と、秘匿化されたデータとともにHFNを送信する送信部と、秘匿化されたデータとともにHFNを受信する受信部と、受信したHFNを用いてデータの秘匿解除を行う解除部と、を有する。
本発明の秘匿通信方法は、無線制御装置と端末装置との間でデータの送受信を行う秘匿通信方法であって、HFNを用いてデータを秘匿する秘匿ステップと、秘匿化されたデータとともにHFNを送信する送信ステップと、秘匿化されたデータとともにHFNを受信する受信ステップと、受信したHFNを用いてデータの秘匿解除を行う解除ステップと、を有する。
本発明の端末装置は、無線制御装置との間でデータの送受信を行う端末装置であって、第1のHFNを用いて第1のデータを秘匿する秘匿部と、秘匿化された第1のデータとともに第1のHFNを無線制御装置に送信する送信部と、無線制御装置にて第2のHFNを用いて秘匿化された第2のデータを第2のHFNとともに受信する受信部と、受信した第2のHFNを用いて第2のデータの秘匿解除を行う解除部と、を有する。
本発明の無線制御装置は、端末装置との間でデータの送受信を行う無線制御装置であって、第2のHFNを用いて第2のデータを秘匿する秘匿部と、秘匿化された第2のデータとともに第2のHFNを端末装置に送信する送信部と、端末装置にて第1のHFNを用いて秘匿化された第1のデータを第1のHFNとともに受信する受信部と、受信した第1のHFNを用いて第1のデータの秘匿解除を行う解除部と、を有する。
本発明によれば、秘匿データの秘匿解除を正常に行うことができる。
第1の実施形態にかかる秘匿通信システム1000の構成図である。 第1の実施形態にかかる秘匿通信システム1000の動作を示すタイミングチャートである。 第2の実施形態にかかる秘匿通信システム1000aの構成図である。 UE100aの機能構成図である。 RNC210aの機能構成図である。 (a)秘匿通信方法選択処理、(b)秘匿化処理、(c)秘匿解除処理、を示すフローチャートである。 秘匿通信システムの秘匿化処理の説明図である。 秘匿パラメータCOUNT−Cの説明図である。
[第1の実施形態]
[構成]
図1は、第1の実施形態にかかる秘匿通信システム1000の構成を示す図である。
第1の実施形態では、秘匿通信システム1000に用いられる通信方式としてW−CDMAを用いて説明する。
W−CDMAにおける秘匿通信システム1000のネットワークはRAN(無線アクセスネットワーク:Radio Access Network)200とコアネットワーク(CN)300とで構成される。また、RAN200におけるRNC(無線制御装置:Radio Network Controller)210は、UE(端末装置:User Equipment)100との間でデータの送受信を行う。
第1の実施形態にかかる秘匿通信システム1000は、RNC210とUE100との間でデータの秘匿処理を行う秘匿通信システムであって、HFNを用いてデータを秘匿する秘匿部105と、秘匿化されたデータとともにHFNを送信する送信部103と、秘匿化されたデータとHFNを受信する受信部212と、受信したHFNを用いてデータの秘匿解除を行う解除部215と、を有する。
第1の実施形態では、例として、UE100からRNC210への上りデータの送信における秘匿化処理について説明する。
[動作]
図2は、第1の実施形態における秘匿通信システム1000における秘匿化処理を示すタイミングチャートである。
UE100では、音声データが入力されると、HFNを用いて当該データが秘匿化される(ステップS101)。そして、送信部103は、秘匿化に用いたHFNを、秘匿化したデータ(秘匿データ)とともにRNC210に送信する(ステップS102)。UE100により送信されたHFNと秘匿データを受信したRNC210では、解除部215が、受信したHFNを用いて秘匿データの秘匿解除を行う(ステップS103、ステップS104)。
上記では、UE100からRNC210への上り方向のデータ送受信について説明したが、RNC210からUE100への下り方向のデータ送受信についても同様の通信方式を適用することができる。この場合、秘匿部及び送信部はRNC210に設けられ、受信部及び解除部はUE100に設けられる。
[作用効果]
第1の実施形態にかかる秘匿通信システム1000によれば、HFNを用いてデータの秘匿化を行い、秘匿データとその秘匿に用いたHFNをともに送信する。受信側では、当該受信したHFNを用いて秘匿データの秘匿解除を行う。これにより、UE100とRNC210との間でHFNのずれが発生しなくなるため、秘匿データの秘匿解除を正常に行うことができる。その結果、異音による通話不可の状態が発生しなくなるため、サービス品質が向上する。
また、非特許文献1乃至5、特許文献1においては、秘匿開始タイミングのずれや、伝送路の遅延などによりHFNにずれが発生しないよう、様々なタイミング補正処理を追加しなければならなかった。しかし、第1の実施形態にかかる秘匿通信システム1000によれば、秘匿データとその秘匿に用いたHFNをともに送信し、受信側にて、受信したHFNを用いて秘匿データの秘匿解除を行う。これにより、UE100とRNC210との間でHFNを同期させる必要がなくなる。その結果、処理が簡単化されるため、保守性が向上する。
[第2の実施形態]
第2の実施形態にかかる秘匿通信システム1000aでは、第1の実施形態にかかる秘匿通信システム1000において、通信データの秘匿化に用いたHFNを暗号化する。
[構成]
図3は、第2実施形態にかかる秘匿通信システム1000aの構成を示す図である。
第2の実施形態では、秘匿通信システム1000aに用いられる通信方式としてW−CDMAを用いて説明する。
W−CDMAにおける秘匿通信システム1000aのネットワークはRAN200aとCN300とを含んで構成され、RAN200aは基地局(NodeB)220a、RNC210aを含んで構成される。
Iuは、RNC210aとCN300との間のインタフェースである。Iubは、RNC210aとNodeB220aとの間のインタフェースである。また、Uuは、UE100aとNodeB220a間の無線インタフェースである。
上りデータは、UE100aにて秘匿化して送信され、NodeB220aを経由し、RNC210aにて秘匿解除されてCN300へ送信される。下りデータは、CN300から送信され、RNC210aにて秘匿化されて、NodeB220aを経由しUE100aにて秘匿解除される。
図4は、UE100aの機能構成図である。
UE100aは、入出力部102、無線インタフェース部103a、制御部104、秘匿処理部105a、秘匿キー算出部106、暗号処理部107、MAC処理部108を有する。
入出力部102は、音声や画像などの入力情報から上りデータを生成する。また下りデータを音声や画像として出力する。
無線インタフェース部103aは、NodeB220aとの通信処理を実行するもので、上りデータを無線上に送信する機能と、無線上の下りデータを受信する機能を有する。
制御部104は、秘匿や暗号化に使用するパラメータの設定処理や呼制御処理などUE100aの制御を行う。
秘匿処理部105aは、秘匿キー算出部106にて作成した秘匿キーをもとに上りデータの秘匿化と下りデータの秘匿解除を行う。
秘匿キー算出部106は、COUNT−C、CK、BEARER、DIRECTION及びLENGTHから構成される秘匿パラメータを用いてKSB(秘匿キー:KEY STREAM BLOCK)を算出する。上りデータの場合は、CFNとHFNをカウントし、その情報をもとにCOUNT−Cを作成する。下りデータの場合は、下りデータ内のCFNと暗号処理部107にて暗号解除されたHFNをもとにCOUNT−Cを作成する。
暗号処理部107は、上りデータの場合は、秘匿キー算出部106にて秘匿キー算出に使用したHFNを暗号化パラメータにて暗号化し、上りデータに付与する。下りデータの場合は、下りデータ内の暗号化されたHFNの暗号化解除を行う。
MAC処理部108は、3GPP上に規定されているMAC処理をする機能を有する。
図5は、RNC210aの機能構成図である。
RNC210aは、Iubインタフェース部212a、Iuインタフェース部213、制御部214、秘匿処理部215a、秘匿キー算出部216、暗号処理部217、MAC処理部218を有する。
Iubインタフェース部212aは、NodeB220aとの通信処理を実行するもので、NodeB220aからの上りデータを受信する機能と、下りデータをNodeB220aへ送信する機能を有する。
Iuインタフェース部213は、CN300との通信処理を実行するもので、上りデータをCN300に送信する機能と、CN300からの下りデータを受信する機能を有する。
制御部214は、秘匿通信方法を選択し、秘匿や暗号化に使用するパラメータの設定処理や呼制御処理などRNC210aの制御を行う。
秘匿処理部215aは、秘匿キー算出部にて作成した秘匿キーを元に下りデータの秘匿化と上りデータの秘匿解除を行う。
秘匿キー算出部216は、COUNT−C、CK、BEARER、DIRECTION及びLENGTHから構成される秘匿パラメータを用いてKSBを算出する。下りデータの場合は、CFNとHFNをカウントし、その情報をもとにCOUNT−Cを作成する。上りデータの場合は、上りデータ内のCFNと暗号処理部217にて暗号解除されたHFNをもとにCOUNT−Cを作成する。
暗号処理部217は、下りデータの場合は、秘匿キー算出部216にて秘匿キー算出に使用したHFNを暗号化パラメータにて暗号化し、下りデータに付与する。上りデータの場合は、上りデータ内の暗号化されたHFNの暗号化解除を行う。
MAC処理部218は、3GPP上に規定されているMAC処理をする機能を有する。
[動作]
図6は、秘匿処理に関する動作フローチャートを示す。
はじめに、秘匿通信方法選択処理(図6(a))について説明する。
UE100aは、発呼する場合、RNC210aに対してRRC Connection Requestを送信する。RNC210aの制御部214は、UE100aから受信(ステップS211)したRRC Connection Request内のUE情報から、本発明による秘匿通信方法をサポートしているか判断し(ステップS212)、サポートしている場合(ステップS212でYes)は本発明による秘匿通信方法を選択する(ステップS213)。一方、サポートしていない場合(ステップS212でNo)は従来の秘匿通信方法(本発明による秘匿通信方法以外の通信秘匿方法)を選択する(ステップS214)。
次に、UE100aからRNC210aへの上りデータの送信、またはRNC210aからUE100aへの下りデータ送信の際の秘匿化処理(図6(b))について説明する。UE100aに音声が入力されると、図4の入出力部102にてデータ化し、MAC−SDUを作成する。このMAC−SDUが秘匿対象である。
UE100aまたはRNC210aでは、UE100aまたはRNC210a内でカウントしているCFNとHFNの情報からCOUNT−Cを作成する(ステップS221)。このときに使用するHFNは、送信先の装置と同期をとる必要がない。そのため、機密性を考慮して、ランダムな値を設定することが好ましい。作成したCOUNT−Cとその他の秘匿パラメータであるCK、BEARER、DIRECTION、LENGTHとからf8アルゴリズムにて秘匿キー(KSB)を作成する(ステップS222)。
作成した秘匿キーとMAC−SDUとのXOR(排他的論理和)をとることで、秘匿化を行う(ステップS223)。
また、秘匿化に使用したHFNを送信先に通知するため、暗号化パラメータを使用してHFNを暗号化する。そして暗号化したHFNをMAC−SDUに付与する(ステップS224)。暗号化方式としては、一般的な暗号化方式を用いることができるが、より機密性の高い暗号化方式を用いることが好ましい。
次に、UE100aからRNC210aへの上りデータの受信、またはRNC210aからUE100aへの下りデータ受信の際の秘匿解除処理(図6(c))について説明する。
UE100aまたはRNC210aにてデータを受信し、MAC−SDUと共に付与された暗号化されたHFNを、暗号化パラメータを用いて復号化する(ステップS231)。
復号化したHFNとデータのヘッダ部に格納されたCFNからCOUNT−Cを作成し(ステップS232)、COUNT−Cと、その他の秘匿パラメータであるCK、BEARER、DIRECTION、LENGTHからf8アルゴリズムにて秘匿キー(KSB)を作成する(ステップS233)。
作成した秘匿キーとMAC−SDUとのXOR(排他的論理和)をとることで、秘匿解除を行う(ステップS234)。
[作用効果]
第2の実施形態にかかる秘匿通信システム1000aによれば、HFNを用いてデータの秘匿化を行い、秘匿化に用いたHFNを暗号化し、秘匿データに付与して送信する。受信側では、受信したHFNを復号し、当該復号したHFNを用いて秘匿データの秘匿解除を行う。暗号化されたHFNを復号して秘匿データの秘匿解除に用いることにより、より機密性の高い秘匿通信を実現することができる。
上記実施形態では、秘匿通信システムに用いられる通信方式としてW−CDMAを用いて説明したが、HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)、LTE(Long Term Evolution)、IMT−Advanced(4G)等の通信方式においても同様に、本発明を適用することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含むことは言うまでもない。
100、100a 端末装置(UE)
102 入出力部
103 送信部
103a 無線インタフェース部
104 制御部
105 秘匿部
105a 秘匿処理部
106 秘匿キー算出部
107 暗号処理部
108 MAC処理部
200、200a 無線アクセスネットワーク(RAN)
210、210a 無線制御装置(RNC)
212 受信部
212a Iubインタフェース部
213 Iuインタフェース部
214 制御部
215 解除部
215a 秘匿処理部
216 秘匿キー算出部
217 暗号処理部
218 MAC処理部
220a 基地局(NodeB)
300 コアネットワーク(CN)
1000、1000a 秘匿通信システム

Claims (10)

  1. 無線制御装置と端末装置との間でデータの送受信を行う秘匿通信システムであって、
    HFNを用いて前記データを秘匿する秘匿部と、
    秘匿化された前記データとともに前記HFNを送信する送信部と、
    秘匿化された前記データとともに前記HFNを受信する受信部と、
    受信した前記HFNを用いて前記データの秘匿解除を行う解除部と、を有することを特徴とする秘匿通信システム。
  2. 前記送信部は、暗号化された前記HFNを送信し、
    前記解除部は、受信した前記HFNを復号し、当該復号したHFNを用いて前記データの秘匿解除を行う、請求項1に記載の秘匿通信システム。
  3. 前記秘匿化に用いるHFNとして、ランダムな値を用いる、請求項1又は2に記載の秘匿通信システム。
  4. 制御部をさらに有し、
    前記制御部は、前記端末装置でサポートする秘匿通信方法を前記無線制御装置にてサポートしているか判断し、前記無線制御装置にて前記秘匿通信方法をサポートしていると判断した場合は、前記秘匿通信方法に合せて前記無線制御装置にて前記秘匿通信方法を選択し、サポートしていないと判断した場合は、前記無線制御装置にて前記秘匿通信方法以外の秘匿通信方法を選択する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の秘匿通信システム。
  5. 無線制御装置と端末装置との間でデータの送受信を行う秘匿通信方法であって、
    HFNを用いて前記データを秘匿する秘匿ステップと、
    秘匿化された前記データとともに前記HFNを送信する送信ステップと、
    秘匿化された前記データとともに前記HFNを受信する受信ステップと、
    受信した前記HFNを用いて前記データの秘匿解除を行う解除ステップと、を有することを特徴とする秘匿通信方法。
  6. 前記送信ステップでは、暗号化された前記HFNを送信し、
    前記解除ステップでは、受信した前記HFNを復号し、当該復号した前記HFNを用いて前記データの秘匿解除を行う、請求項5に記載の秘匿通信方法。
  7. 前記秘匿化に用いるHFNとして、ランダムな値を用いる、請求項5又は6に記載の秘匿通信方法。
  8. 制御ステップをさらに有し、
    前記制御ステップでは、前記秘匿通信方法を前記無線制御装置にてサポートしているか判断し、前記無線制御装置にて前記秘匿通信方法をサポートしていると判断した場合は、前記秘匿通信方法に合せて前記無線制御装置にて前記秘匿通信方法を選択し、サポートしていないと判断した場合は、前記無線制御装置にて前記秘匿通信方法以外の秘匿通信方法を選択する、請求項5乃至7のいずれか一項に記載の秘匿通信方法。
  9. 無線制御装置との間でデータの送受信を行う端末装置であって、
    第1のHFNを用いて第1のデータを秘匿する秘匿部と、
    秘匿化された前記第1のデータとともに前記第1のHFNを前記無線制御装置に送信する送信部と、
    前記無線制御装置にて第2のHFNを用いて秘匿化された第2のデータを前記第2のHFNとともに受信する受信部と、
    受信した前記第2のHFNを用いて前記第2のデータの秘匿解除を行う解除部と、を有することを特徴とする端末装置。
  10. 端末装置との間でデータの送受信を行う無線制御装置であって、
    第2のHFNを用いて第2のデータを秘匿する秘匿部と、
    秘匿化された前記第2のデータとともに前記第2のHFNを前記端末装置に送信する送信部と、
    前記端末装置にて第1のHFNを用いて秘匿化された第1のデータを前記第1のHFNとともに受信する受信部と、
    受信した前記第1のHFNを用いて前記第1のデータの秘匿解除を行う解除部と、を有することを特徴とする無線制御装置。
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