JP2021100248A - 暗号化のセキュリティおよび完全性保護 - Google Patents

Abstract

【課題】リプレイアタックおよび偽基地局攻撃などの攻撃が試行される影響および／または可能性を低減する方法を提供する。【解決手段】移動体通信ネットワークのネットワークノードは、ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成することを必要とする。ネットワークノードはその後、フレッシュカウンタ値を上記新たなＩＯＶ値と関連付け、メッセージ認証コードを、少なくとも、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられているフレッシュカウンタ値及び新たなＩＯＶ値を保護するためにメッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算し、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられるフレッシュカウンタ値及び計算されているメッセージ認証コードを移動局に送信する。【選択図】図８

Description

本発明は、セルラ通信ネットワークにおいて端末装置およびネットワークノードを動作させる方法に関する。

Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＣＩｏＴ）は、例えば地階などの厳しい環境のために拡張されたカバレッジを提供することが可能である、新たな無線技術であり、非常に限られた帯域幅（例えば、１６０ｂｐｓ）を使用して膨大な数（例えば、基地局あたり５０，０００人を超える）のユーザ機器装置（ＵＥ）にサーブするように設計されている。

ＧＳＭ ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク（ＧＥＲＡＮ）を介したＣＩｏＴのためのセキュリティ機構は、ＣＩｏＴユーザ機器とサービングＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）との間のＧｂモードにおける制御プレーンの完全性保護の導入としての、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）セキュリティの増強に基づき得る。

この場合、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）認証および鍵合意（ＡＫＡ）が、鍵材料を生成するＧＰＲＳ移動体管理およびセション管理（ＧＭＭ／ＳＭ）レイヤにおいて作動され得、完全性保護が、ＵＭＴＳ ＡＫＡセッション鍵から鍵導出関数を用いて作成される完全性鍵（Ｋｔｉ１２８）を使用して論理リンク制御（ＬＬＣ）レイヤにおいて行われ得る。

汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）セキュリティプロトコルのこのアプリケーション、および他のアプリケーションは、暗号化のためのＬＬＣレイヤパラメータとして入力オフセット値（ＩＯＶ：Ｉｎｐｕｔ Ｏｆｆｓｅｔ Ｖａｌｕｅ）を使用することに依拠する。ＩＯＶは、ＳＧＳＮによって生成され、ＵＥに送信される乱数である。ＩＯＶ値は、認証成功後に、正しく保護されていないＵＥに安全に送達することができる。しかしながら、攻撃者が、（例えば、リプレイアタックまたは偽基地局攻撃によって）ＵＥを騙して古いＩＯＶ値を使用させるように試行するおそれがある。

本発明の目的は、例えば、リプレイアタックおよび偽基地局攻撃などの攻撃が試行される影響および／または可能性を低減することである。

本発明によれば、セルラ通信ネットワークにおいてネットワークノードを動作させる方法が提供される。方法は、ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成することと、フレッシュカウンタ値を上記新たなＩＯＶ値と関連付けることと、メッセージ認証コードを、少なくとも、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられているフレッシュカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するためにメッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、フレッシュカウンタ値、および計算されているメッセージ認証コードを移動局に送信することとを含む。

本発明によれば、セルラ通信ネットワークにおいて使用するためのネットワークノードが提供され、ネットワークノードは、上記で規定されている方法に従って動作するように設定されている。

本発明によれば、セルラ通信ネットワークにおいて使用するためのネットワークノードが提供される。ネットワークノードは、プロセッサおよびメモリを備える。メモリは、プロセッサによって実行可能な命令を含み、結果、ネットワークノードは、ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成することと、フレッシュカウンタ値を上記新たなＩＯＶ値と関連付けることと、メッセージ認証コードを、少なくとも、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられているフレッシュカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するためにメッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられているフレッシュカウンタ値、および計算されているメッセージ認証コードを移動局に送信することとを行うように動作可能である。

本発明によれば、セルラ通信ネットワークにおいて使用するためのネットワークノードであって、ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成するための生成モジュールと、フレッシュカウンタ値を上記新たなＩＯＶ値と関連付けるための関連付けモジュールと、メッセージ認証コードを、少なくとも、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられているフレッシュカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するためにメッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算するための計算モジュールと、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられているフレッシュカウンタ値、および計算されているメッセージ認証コードを移動局に送信するための送信モジュールとを備える、ネットワークノードが提供される。

本発明によれば、コンピュータ上で作動されると、上記で規定されているような方法を実行するように設定されているコンピュータプログラム、ならびに、コンピュータ可読媒体およびそのようなコンピュータプログラムを備えるコンピュータプログラム製品が提供される。

本発明によれば、セルラ通信ネットワークにおいて移動局を動作させる方法が提供される。方法は、移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、新たなＩＯＶ値と関連付けられているカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、ネットワークノードから受信することと、予測メッセージ認証コードを、少なくとも、受信されている新たなＩＯＶ値、受信されているカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するために予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、カウンタ値がフレッシュな値であることを検証することと、受信されているメッセージ認証コードが、計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定することと、受信されているメッセージ認証コードが計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合、移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において新たなＩＯＶ値を使用することとを含む。

本発明によれば、セルラ通信ネットワークにおいて使用するための移動局が提供され、移動局は、そのような方法に従って動作するように設定されている。

本発明によれば、セルラ通信ネットワークにおいて使用するための移動局が提供される。移動局は、プロセッサおよびメモリを備える。メモリは、プロセッサによって実行可能な命令を含み、結果、移動局は、移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、新たなＩＯＶ値と関連付けられているカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、ネットワークノードから受信することと、予測メッセージ認証コードを、少なくとも、受信されている新たなＩＯＶ値、受信されているカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するために予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、カウンタ値がフレッシュな値であることを検証することと、受信されているメッセージ認証コードが、計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定することと、受信されているメッセージ認証コードが計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合、移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための新たなＩＯＶ値を使用することとを行うように動作可能である。

本発明によれば、セルラ通信ネットワークにおいて使用するための移動局が提供され、移動局は、移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、新たなＩＯＶ値と関連付けられているカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、ネットワークノードから受信するための受信モジュールと、予測メッセージ認証コードを、少なくとも、受信されている新たなＩＯＶ値、受信されているカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するために予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算するための計算モジュールと、カウンタ値がフレッシュな値であることを検証するための検証モジュールと、受信されているメッセージ認証コードが、計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定するための判定モジュールと、受信されているメッセージ認証コードが計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合、移動局とネットワークノードとの間の通信を保護するために新たなＩＯＶ値を使用するための保護モジュールとを備える。

本発明によれば、コンピュータ上で作動されると、上記で規定されているような方法を実行するように設定されているコンピュータプログラム、ならびに、コンピュータ可読媒体およびそのようなコンピュータプログラムを備えるコンピュータプログラム製品が提供される。

本発明によれば、移動局によって実施される方法も提供される。方法は、
移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、ＩＯＶカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、ネットワークノードから受信することと、
予測メッセージ認証コードを、少なくとも、受信されている新たなＩＯＶ値、受信されているＩＯＶカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するために予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、
受信されているＩＯＶカウンタ値が移動局にローカルに記憶されているＩＯＶカウンタ値よりも大きいことを検証することと、
受信されているメッセージ認証コードが、計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定することと、
受信されているメッセージ認証コードが計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合であり、かつ、受信されているＩＯＶカウンタ値が移動局にローカルに記憶されているＩＯＶカウンタ値よりも大きい場合に、移動局とネットワークノードとの間の通信を保護するために新たなＩＯＶ値を使用することと
を含む。

本発明によれば、セルラ通信ネットワークにおいてネットワークノードによって実施される方法も提供される。方法は、
ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成することと、
メッセージ認証コードを、少なくとも、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、インクリメントされているＩＯＶカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するためにメッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、
少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、ＩＯＶカウンタ値、および計算されているメッセージ認証コードを移動局に送信することと
を含む。

これには、古いＩＯＶ値をＵＥに首尾よくリプレイし、送信のセキュリティを侵害することができないという利点がある。

セルラ通信ネットワークの一部分を示す図である。 図１のネットワーク内の端末装置を示す図である。 図１のネットワーク内のネットワークノードを示す図である。 図１のネットワーク内で使用されているプロトコルを示す図である。 図１のネットワーク内で転送されている情報の複数の形式を示す図である。 図５の情報の一部分を形成する第１のプロセスを示す図である。 図８の情報を受信するときに実施される第２のプロセスを示す図である。 方法を示す流れ図である。 方法を示す流れ図である。 方法を示す流れ図である。 ネットワークノードの一形態を示す図である。 移動局の一形態を示す図である。 ネットワークノードの一形態を示す図である。 移動局の一形態を示す図である。

以下は、限定ではなく説明を目的として、特定の実施形態のような、具体的な詳細を記載する。しかし、これらの具体的な詳細から逸脱して他の実施形態が利用されてもよいことが当業者には諒解されよう。いくつかの事例において、既知の方法、ノード、インターフェース、回路、および装置の詳細な記述は、不要な詳細によって記述をわかりにくくしないように、省略される。記載されている機能は、ハードウェア回路（例えば、特殊化された機能を実施するために相互接続されたアナログおよび／または個別論理ゲート、ＡＳＩＣ、ＰＬＡなど）を使用して、かつ／または、ソフトウェアプログラムおよびデータを、そのようなプログラムの実行に基づいて、本明細書において開示されている処理を実行するように特に適合されている１つまたは複数のデジタルマイクロプロセッサまたは汎用コンピュータとともに使用して、１つまたは複数のノードにおいて実施することができることが、当業者には諒解されよう。エアインターフェースを使用して通信するノードはまた、適切な無線通信回路を有する。その上、本技術は、加えて、その全体が、プロセッサに本明細書において記載されている技法を実行させるコンピュータ命令の適切なセットを含む、ソリッドステートメモリ、磁気ディスク、または光ディスクのような、任意の形態のコンピュータ可読メモリ内に具現化されるものと考えることができる。

ハードウェア実施態様は、限定ではなく、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、縮小命令セットプロセッサ、限定ではないが特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むハードウェア（例えば、デジタルまたはアナログ）回路、ならびに（適切な場合）そのような機能を実施することが可能な状態機械を含むかまたは包含することができる。

コンピュータ実施態様に関して、コンピュータは、一般的に、１つもしくは複数のプロセッサ、１つもしくは複数の処理モジュールまたは１つもしくは複数のコントローラを含むものとして理解され、コンピュータ、プロセッサ、処理モジュールおよびコントローラという用語は、相互交換可能に利用されてもよい。コンピュータ、プロセッサ、またはコントローラによってもたらされるとき、機能は、単一の専用コンピュータもしくはプロセッサもしくはコントローラによって、単一の共有コンピュータもしくはプロセッサもしくはコントローラによって、または、複数の個々のコンピュータもしくはプロセッサもしくはコントローラによってもたらされてもよく、それらのうちのいくつかは共有または分散されてもよい。その上、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語はまた、例えば、上記で挙げたハードウェアのような、そのような機能を実施し、および／または、ソフトウェアを実行することが可能な他のハードウェアをも指す。

本説明は、ユーザ機器（ＵＥ）について与えられているが、「ＵＥ」は、アップリンク（ＵＬ）において信号を送信すること、ならびに、ダウンリンク（ＤＬ）において信号を受信および／または測定することのうちの少なくとも１つを可能にする無線インターフェースを設けられている任意の移動またはワイヤレス装置またはノードを含む非限定的な用語であることが、当業者には理解されるはずである。本明細書におけるＵＥは、１つまたは複数の周波数、搬送波周波数、コンポーネントキャリアまたは周波数帯域において動作するか、または、少なくとも測定を実施することが可能なＵＥ（その一般的な意味における）を含んでもよい。ＵＥは、単一またはマルチ無線アクセス技術（ＲＡＴ）またはマルチスタンダードモードにおいて動作する「ＵＥ」であってもよい。「ＵＥ」とともに、「移動局」（「ＭＳ」）、「移動装置」および「端末装置」という用語が、以下の説明において相互交換可能に使用される場合があり、そのような装置は必ずしも、装置がユーザによって担持されるという意味において「移動する（ｍｏｂｉｌｅ）」必要はないことは諒解されよう。そうではなく、「移動装置」という用語は、移動体通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）、ＵＭＴＳ、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、ＩＥＥＥ８０２．１１または８０２．１６など、ならびに、例えば、５Ｇおよび今日モノのインターネット（ＩｏＴ）と呼ばれている、任意の次世代移動体通信規格のような、１つまたは複数の移動体通信規格に従って動作する通信ネットワークと通信することが可能である任意の装置を包含する。

セルが基地局と関連付けられ、基地局は、一般的な意味において、ダウンリンク（ＤＬ）において無線信号を送信し、および／または、アップリンク（ＵＬ）において無線信号を受信する任意のネットワークノードを含む。いくつかの例示的な基地局、または、基地局を説明するために使用される用語は、ｅＮｏｄｅＢ、ｅＮＢ、ＮｏｄｅＢ、マクロ／マイクロ／ピコ／フェムト無線基地局、ホームｅＮｏｄｅＢ（フェムト基地局としても知られる）、リレー、リピータ、センサ、送信専用無線ノードもしくは受信専用無線ノード、またはＷＬＡＮアクセスポイント（ＡＰ）である。基地局は、１つまたは複数の周波数、搬送波周波数または周波数帯域において動作するか、または、少なくとも測定を実施することができ、キャリアアグリゲーションが可能であり得る。基地局はまた、例えば、異なるＲＡＴに対して同じまたは異なるベースバンドモジュールを使用する、単一無線アクセス技術（ＲＡＴ）、マルチＲＡＴ、またはマルチスタンダードノードであってもよい。

図１は、ネットワーク１０の一部分を示す。ネットワーク１０は、Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＣＩｏＴ）端末装置（ＵＥ）２０およびネットワークノードに接続されている基地局１２を備える。図示されている実施形態において、ネットワークノードはサービングＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）３０であり、これは、エンハンストＳＧＳＮ（ｅＳＧＳＮ）であってもよい。無論、ネットワークは、一般的に、多くの基地局、および非常に多数の端末装置を含むが、本図面１は、本発明を理解するのに十分である。端末装置は、ユーザ機器装置であってもよく、または、要求に応じてネットワークに自動的に接続する装置であってもよく、固定または可搬式であってもよい。ユーザ機器（ＵＥ）および移動局（ＭＳ）という用語は両方とも、本明細書においては端末装置を参照するために使用される。

図２は、記載されている非限定的な例示的実施形態のうちの１つまたは複数に従って動作するように適合または設定することができる端末装置（ＵＥ）２０を示す。ＵＥ２０は、ＵＥ２０の動作を制御するプロセッサまたは処理装置２２を備える。処理装置２２は、ネットワーク１０内の基地局１２へと信号を送信し、基地局１２から信号を受信するために使用される、関連付けられるアンテナ２６を有する送受信ユニット２４（受信手段および送信手段を含む）に接続されている。ＵＥ２０はまた、処理装置２２に接続されており、処理装置２２によって実行可能な命令もしくはコンピュータコードおよび本明細書において記載されている方法に従ってＵＥ２０の動作に必要とされる他の情報またはデータを含む、メモリまたはメモリユニット２８をも備える。端末装置はまた、本明細書においては移動局（ＭＳ）としても参照される。

図３は、記載されている非限定的な例示的実施形態のうちの１つまたは複数に従って動作するように適合または設定することができるサービングＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）３０を示す。ＳＧＳＮ３０は、ＳＧＳＮ３０の動作を制御するプロセッサまたは処理装置３２を備える。処理装置３２は、ネットワーク１０内の基地局１２を介して端末装置２０へと信号を送信し、端末装置２０から信号を受信するために使用される、送受信ユニット３４（受信手段および送信手段を含む）に接続されている。ＳＧＳＮ３０はまた、処理装置３２に接続されており、処理装置３２によって実行可能な命令もしくはコンピュータコードおよび本明細書において記載されている方法に従ってＳＧＳＮ３０の動作に必要とされる他の情報またはデータを含む、メモリまたはメモリユニット３８をも備える。

制御シグナリングおよびユーザプレーンデータのエンクリプション（暗号化としても知られる）は、２Ｇ汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）においては任意選択である。また、完全性保護も提供されていない。これによって、通常のＧＳＭ／ＧＰＲＳのコンテキストよりもＣｅｌｌｕｌａｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ（ＣＩｏＴ）のコンテキストにおいてより問題となる、いくつかの潜在的なセキュリティ課題が生じる。例えば、攻撃者がエンクリプションをオフにすることを可能にする可能性があり得る「競り下げ」攻撃の問題がある。これによって、機密性が損失する問題が生じ得るが、また、攻撃者がＣＩｏＴ ＵＥをネットワークからデタッチし、このようにしてＣＩｏＴ ＵＥがネットワーク接続されないようにすることを可能にするなどの、より深刻な問題も生じ得る。ＣＩｏＴ ＵＥは、人間による補助なしにそのような状況から回復する必要がある。セキュリティ強化が指定されない場合に、ＣＩｏＴ ＵＥが騙されて、ネットワークに向けてサービス拒否攻撃を実施するようにされ得るという危険性もある。さらに、攻撃者は、ＣＩｏＴ ＵＥおよびネットワークに強制的に、必要であるよりも頻繁に認証を実行させ、このようにして、ＣＩｏＴ ＵＥのバッテリを消費させる可能性があり得る。

それゆえ、これらの課題に対する１つの解決策は、完全性保護を導入することである。完全性保護は、例えば、ＧＭＭメッセージ、ＳＭメッセージ、ショートメッセージサービス（ＳＭＳ）、およびユーザプレーンデータのようなレイヤ３制御シグナリングメッセージの完全性を保護することを可能にするためにＬＬＣレイヤによってサポートすることができる。

完全性保護を提供するために、ＣＩｏＴ ＵＥおよびＳＧＳＮは、ＣＩｏＴ ＵＥが、３ＧＰＰネットワークに登録するためにＧＭＭアタッチ手順を開始するときに、レイヤ３シグナリング情報およびユーザプレーンのセキュリティ保護にいずれの完全性アルゴリズムおよびエンクリプションアルゴリズムを使用すべきかをネゴシエートすることができる。それゆえ、ＣＩｏＴ ＵＥは、ネットワークにアタッチし、ＧＭＭアタッチ要求メッセージを開始するときに、そのセキュリティ能力指示（ＣＩｏＴ ＵＥのセキュリティ保護能力）において、サポートされているエンクリプションアルゴリズムとともにサポートされている完全性保護アルゴリズムの識別子をＳＧＳＮへ送り得る。ＣＩｏＴ ＵＥのセキュリティ能力は、例えば、「ＭＳネットワーク能力」または新たなＵＥ能力指示において示され得る。

ＣＩｏＴ ＵＥとＳＧＳＮとの間でＧＭＭアタッチ要求メッセージを保護することができるようにするために、ＳＧＳＮが、ＧＭＭアタッチ要求メッセージにおいて受信されるＣＩｏＴ ＵＥのセキュリティ能力を、完全性保護されているＧＭＭメッセージ（例えば、ＧＭＭ認証および暗号化要求メッセージまたは任意の新たなＧＭＭメッセージ）においてＣＩｏＴ ＵＥにエコーバックし、結果、競り下げ攻撃が行われていないと結論付けるために、受信されているＣＩｏＴ ＵＥのセキュリティ能力が、ＧＭＭアタッチ要求メッセージにおいてＳＧＳＮへ送られているＣＩｏＴ ＵＥのセキュリティ能力に一致するか否かを、ＣＩｏＴ ＵＥがチェックすることが可能であることが提案される。これは、３Ｇ／ＵＭＴＳおよびＬＴＥのための既存のプロトコルにおいて行われていることと同様である。

ＳＧＳＮはまた、ＧＭＭアタッチ要求メッセージにおいてＣＩｏＴ ＵＥからのＣＩｏＴ ＵＥのセキュリティ能力において示されているサポートアルゴリズムに基づいて、共通のエンクリプションアルゴリズムおよび共通の完全性保護アルゴリズムを選択する。それゆえ、ＳＧＳＮは、ＣＩｏＴ ＵＥに対する完全性保護されているＧＭＭメッセージ（例えば、ＧＭＭ認証および暗号化要求メッセージまたは任意の新たなＧＭＭメッセージ）において選択されているアルゴリズムを示すことができる。

図４は、Ｇｂモードにおける、すなわち、Ｇｂインターフェースを介したプロトコルレイヤ制御プレーンを示す。

この図から分かるように、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）認証および鍵合意（ＡＫＡ）が、暗号鍵（ＣＫ）および完全性鍵（ＩＫ）の鍵材料を作成するＧＰＲＳ移動体管理およびセッション管理（ＧＭＭ／ＳＭ）レイヤにおいて作動される。完全性保護は、ＵＭＴＳ ＡＫＡセッション鍵ＣＫ／ＩＫから鍵導出関数によって作成される完全性鍵Ｋｉ１２８を使用して論理リンク制御（ＬＬＣ）レイヤにおいて行われる。

本明細書において記載されている例において、ＩＯＶ値をＵＥに安全に送達するために、安全なＩＯＶコンテナが使用される。例えば、ＵＥが再認証されるか、（完全性保護および／またはエンクリプションを使用して）メッセージを保護するために使用されるアルゴリズムが変更されるか、または、新たなＳＧＳＮ（再認証なし）が含まれるたびに、新たな１つまたは複数のＩＯＶ値が必要とされ得る。

図５（ａ）は、この安全なＩＯＶコンテナを送信するための第１のメッセージフォーマットを示す。具体的には、安全なＩＯＶコンテナ５０は、１つまたは複数の新たなＩＯＶ値５２と、ＩＯＶコンテナ値５４と、ＩＯＶメッセージ認証コード（ＭＡＣ）５６とを含む。

図５（ｂ）は、この安全なＩＯＶコンテナを送信するための第２のメッセージフォーマットを示す。具体的には、新たなＩＯＶ値、ＩＯＶカウンタ値、およびＩＯＶメッセージ認証コード（ＭＡＣ）を含む同じ安全なＩＯＶコンテナ５０が、ＬＬＣ交換識別子（ＸＩＤ）メッセージにおいて搬送され、それゆえ、メッセージは、ＬＬＣ ＸＩＤヘッダ５８を有する。

図５（ｃ）は、この安全なＩＯＶコンテナを送信するための第３のメッセージフォーマットを示す。具体的には、新たなＩＯＶ値、ＩＯＶカウンタ値、およびＩＯＶメッセージ認証コード（ＭＡＣ）を含む同じ安全なＩＯＶコンテナ５０が、パケット交換（ＰＳ）ハンドオーバメッセージのための非アクセス層（ＮＡＳ）コンテナ６０において搬送される。

これらの例の各々において、安全なＩＯＶコンテナ５０は、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値５２を含む。ＩＯＶ値は、それらの値が使用されることになるフレームタイプおよびアルゴリズムタイプに対して特異的である。例えば、ＩＯＶ値は、ＵＩフレームを使用するエンクリプションアルゴリズムのＩＯＶ値であるＩＯＶ−ＵＩ、ＵＩフレームを使用する完全性アルゴリズムのＩＯＶ値であるｉ−ＩＯＶ−ＵＩ、Ｉフレームを使用するエンクリプションアルゴリズムのＩＯＶ値であるＩＯＶ−Ｉ、および／または、Ｉフレームを使用する完全性アルゴリズムのＩＯＶ値であるｉ−ＩＯＶ−Ｉを含み得る。

一般的に、コンテナは、１つのフレームタイプに対してただ１つの値を含む。すなわち、コンテナはＩＯＶ−ＵＩおよび／またはｉ−ＩＯＶ−ＵＩを含み得、または、ＩＯＶ−Ｉおよび／またはｉ−ＩＯＶ−Ｉを含み得る。

いくつかの実施形態において、完全性保護を使用することが必要とされ、そのため、コンテナは、フレームタイプに応じてｉ−ＩＯＶ−ＵＩまたはｉ−ＩＯＶ−Ｉを含む。しかしながら、エンクリプションは任意選択であってもよく、そのため、ＩＯＶ−ＵＩまたはＩＯＶ−Ｉは含まれてもよく、または含まれなくてもよい。

加えて、これらの例の各々において、安全なＩＯＶコンテナ５０は、ＩＯＶカウンタ値５４を含む。これらの例において、このカウンタ値は、ＭＳとＳＧＳＮの両方において維持されるＬＬＣレイヤカウンタであり、新たなＩＯＶ値がＳＧＳＮからＭＳに送信されるたびにインクリメントされる。カウンタは、認証に成功した後に、所定の値にリセットされる。例えば、カウンタは、認証に成功した後にゼロにリセットされてもよい。代替的に、認証が行われるときに、ＩＯＶカウンタ値が、非ゼロ値に等しくセットされてもよく、この値は、例えば、ＡＫＡ認証チャレンジにおいて送られた認証要求値ＲＡＮＤ（ランダムチャレンジ）または認証要求値ＲＡＮＤの断片など、認証処理中に取得した値であってもよい。

ＩＯＶカウンタ値は、デタッチおよび電源オフ時にＭＳ内の不揮発性メモリに記憶することができ、結果、この値は、再びアタッチおよび電源オンするときに、ＭＳによって使用することができる。

ＧＭＭレイヤは、カウンタがいつリセットされるべきかをＬＬＣレイヤに示すことができる。

加えて、これらの例の各々において、安全なＩＯＶコンテナ５０は、ＩＯＶメッセージ認証コード（ＭＡＣ）５６を含む。

図６は、端末装置またはネットワークノードのいずれかであり得る送信手段／センダにおいてＭＡＣ（図面においてはＩＯＶ−ＭＡＣと呼ばれており、ＭＡＣ−ＩＯＶと呼ばれる場合もある）を生成するための１つの可能な方法を示す。

具体的には、図６は、５つの入力パラメータを受け取るＧＰＲＳ完全性アルゴリズム（ＧＩＡ）を示す。

完全性アルゴリズムの第１の入力パラメータは、完全性鍵Ｋｉ１２８（図６のＫｉｎｔ１２８）であり、これは、３ＧＰＰ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ３ＧＰＰ ＴＲ３３．８６０ ＶＯ．４．０に記載されているようなユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）認証および鍵合意（ＡＫＡ）を作動させることによって、端末装置またはネットワークノードのいずれかの中のエンクリプションおよび認証鍵から導出することができる。いくつかの実施形態において、例えば、Ｉフレームのための第１の完全性鍵（ＩＫ−Ｉ）およびＵＩフレームのための第２の完全性鍵（ＩＫ−ＵＩ）など、異なる完全性鍵が異なるフレームタイプに使用され得る。

第２の入力パラメータは、完全性入力（Ｉｎｐｕｔ−Ｉ）である。この事例においては、ＩＯＶカウンタがＩｎｐｕｔ−Ｉとして使用される。

送信されるべきメッセージはまた、第３の入力として完全性アルゴリズム（ＧＩＡ）に適用される。この事例において、メッセージは、図５に示すようなＩＯＶ値５２を含む。

この定数値（図６においてＣＯＮＳＴＡＮＴ−Ｆ＝ＩＯＶ定数と示される）はまた、第４の入力として完全性アルゴリズム（ＧＩＡ）に適用される。この定数は、保護されるべきＩＯＶ値を搬送するＩＯＶコンテナに対してＭＡＣが計算されていることを識別する。言い換えれば、このことは等しく、そのＩＯＶ値のためにＭＡＣが計算されていると言うことができる。入力としての定数値は、他のＭＡＣから区別するために、一意の数にセットされ得る。一例は、ＭＡＣ−ＩＯＶのＬＬＣレイヤについては０ｂ１１１１１１１０（２５４）にセットされ得る、ＦＲＡＭＥＴＹＰＥと呼ばれる８ビット入力値を利用することであり得る。定数値は、３２ビットパラメータであり得、ここで、ＦＲＡＭＥＴＹＰＥは２４最上位ビットをゼロにセットすることによって拡張される：０．．．０｜｜ＦＲＡＭＥＴＹＰＥ。

転送方向（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）が、第５の入力パラメータとして使用され得る。Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎは、０がアップリンクであり、１がダウンリンクである１ビットであってもよいが、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎはまた、常に１にセットされてもよい。

送信手段において、完全性アルゴリズムは、出力パラメータとしてメッセージ認証コード（ＭＡＣ）を生成する。ＭＡＣはその後、メッセージととともに送信される。

図７は、ここでも端末装置またはネットワークノードのいずれであってもよい、受信手段において予測メッセージ認証コード（ＸＭＡＣ）を生成することを含む方法を示す。

図６と同様に、図７は、５つの入力パラメータを受け取るＧＰＲＳ完全性アルゴリズム（ＧＩＡ）を示す。

図６と同様に、完全性アルゴリズムの第１の入力パラメータは、完全性鍵Ｋｉ１２８（図７のＫｉｎｔ１２８）であり、これは、３ＧＰＰ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ３ＧＰＰ ＴＲ３３．８６０ ＶＯ．４．０に記載されているようなユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）認証および鍵合意（ＡＫＡ）を作動させることによって、端末装置またはネットワークノードのいずれかの中のエンクリプションおよび認証鍵から導出することができる。

第２の入力パラメータは完全性入力（Ｉｎｐｕｔ−Ｉ）であり、これは、ＩＯＶコンテナ内で送られるＩＯＶカウンタ値であり、予測値は受信手段には分かっている。

送信されるべきメッセージはまた、第３の入力として完全性アルゴリズム（ＧＩＡ）に適用される。この事例において、メッセージは、図５に示すようなＩＯＶ値５２およびＩＯＶカウンタ値５４を含む。

この定数値はまた、図６にと同様に第４の入力として完全性アルゴリズム（ＧＩＡ）に適用される。この定数は、ＩＯＶコンテナ／ＩＯＶ値に対してＭＡＣが計算されていることを識別する。

ここでも、図６と同様に、転送方向（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）が、第５の入力パラメータとして使用され得る。

受信手段において、完全性アルゴリズムは、出力パラメータとして予測メッセージ認証コード（ＸＭＡＣ）を生成するために使用される。ＸＭＡＣはその後、これらの値が等しいことをチェックするために、メッセージとともに送信されたＭＡＣと比較することができる。それらの値が等しい場合、このことは、メッセージの信頼性を裏付ける。

ＧＩＡは、例えば、Ｋａｓｕｍｉ１２８に基づくＧＩＡ４またはＳＮＯＷ ３Ｇに基づくＧＩＡ５であってもよい。

図８は、一例として、エンハンストＧＰＲＳネットワーク内の移動局（ＭＳ）に新たなＩＯＶ値を送達することを含む方法を示す流れ図である。

ステップ８１において、ＭＳが、ｅＳＧＳＮ、すなわち、エンハンストＧＰＲＳネットワークのエンハンストＳＧＳＮにアタッチ要求メッセージを送る。応答して、８２に示すように、ｅＳＧＳＮが、ホームロケーションレジスタ／ホームサブスクライバサーバ（ＨＬＲ／ＨＳＳ）から認証ベクトル（ＡＶ）を取得するためのプロセスを実施する。

ステップ８３において、ｅＳＧＳＮが、認証および暗号化要求をＭＳに送る。認証が成功した場合、ステップ８４において、ＭＳがそのＩＯＶカウンタ値を、この例ではゼロである所定の値にセットする。

ステップ８５において、ＭＳが、その認証および暗号化応答をｅＳＧＳＮに送る。認証が成功した場合、ステップ８６において、ｅＳＧＳＮがそのＩＯＶカウンタ値を、ステップ８４においてＭＳによって使用されたものと同じ所定の値、すなわちこの例ではゼロにセットする。

ｅＳＧＳＮはその後、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値を生成する。ステップ８７において、ｅＳＧＳＮはその後、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値を含むメッセージをＭＳに送る。いくつかの実施形態において、完全性保護を使用することが必要になり、そのため、完全性保護のためにＩＯＶ値を送ることが必要になる。ｎｕｌｌエンクリプションが使用される場合、完全性保護のためにＩＯＶ値を送ることのみが必要になる。しかしながら、エンクリプションが使用される場合、エンクリプションに使用するためのＩＯＶ値も送信され得る。

この例において、メッセージは、図５（ｂ）に示すようなＬＬＣ ＸＩＤメッセージであり、ＬＬＣ ＸＩＤヘッダ、ならびに、新たなＩＯＶ値、ＩＯＶカウンタ値、およびＩＯＶメッセージ認証コード（ＭＡＣ）を含む。この例において、値ＩＯＶ−ＭＡＣ−１を有するＩＯＶメッセージ認証コードが、少なくとも、このメッセージ内で送られている新たなＩＯＶ値、ＩＯＶカウンタ値、および定数（ＩＯＶコンテナメッセージに対してＭＡＣが計算されていることを示す）に基づいて計算される。

ステップ８８において、ＭＳが、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージを受信し、メッセージ認証コードを検証するように試行する。具体的には、ＭＳは、そのローカルに維持されているＩＯＶカウンタ値が、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージ内で受信されているＩＯＶカウンタ値よりも小さいことをチェックする。ローカル値が受信されている値以上である場合、メッセージは破棄される。言い換えれば、受信されているＩＯＶカウンタ値がローカルに維持されているＩＯＶカウンタよりも大きい場合、受信されているＩＯＶカウンタ値は許容可能であり、受信されているＩＯＶカウンタ値がローカルに維持されているＩＯＶカウンタ以下である場合、メッセージは破棄される。ＭＳは、ＩＯＶ−ＭＡＣ−１を計算するためにｅＳＧＳＮによって使用された同じパラメータ、すなわち、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージに含まれていた新たなＩＯＶ値と、同じくｅＳＧＳＮによって送られているメッセージに含まれていたＩＯＶカウンタ値と、ＩＯＶコンテナメッセージに対してＭＡＣが計算されていることを示す定数とに基づいて、予測メッセージ認証コードすなわちＸＭＡＣを計算する。メッセージが認証された場合、ＭＳによって計算されるＸＭＡＣは、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージに含まれているＭＡＣと同じはずである、すなわち、ＩＯＶ−ＭＡＣ−１にも等しいはずである。

したがって、ＭＳは、受信した１つまたは複数の新たなＩＯＶ値が実際に新しいものであり、攻撃者によってリプレイされた古いＩＯＶ値ではないと判定することができる。１つまたは複数の新たなＩＯＶ値は、その後、例えば、完全性保護によって、およびまた、任意選択的にエンクリプションによって将来の通信を保護するために使用することができる。

また、ステップ８８において、ＭＳは、ＩＯＶカウンタ値の現在の値を更新する。ＭＳは、そのローカルに維持されているＩＯＶカウンタ値を、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージ内で受信されている値に置き換え、その値を１だけインクリメントする。これは、メッセージが喪失しており、ＭＳがその以前に記憶されているカウンタ値よりも大きく、それゆえ、予測よりも大きいカウンタ値を受信する特別な事例に対処する。

カウンタ値は、好ましくは、デタッチおよび電源オフ時に不揮発性メモリに記憶され、結果、電源オンおよび再アタッチ時に使用するために利用可能である。

ＭＳはその後、ｅＳＧＳＮによってＭＳに送られた新たなＩＯＶ値、新たにインクリメントされたＩＯＶカウンタ値、および、ＩＯＶコンテナメッセージについてＭＡＣが計算されたことを示す定数に基づいて、メッセージ認証コードすなわちＭＡＣの新たな値ＩＯＶ−ＭＡＣ−２を計算する。

ステップ８９において、ＭＳは、新たにインクリメントされたカウンタ値を含み、また、メッセージ認証コードのこの新たな値ＩＯＶ−ＭＡＣ−２をも含むＬＬＣ ＸＩＤメッセージをｅＳＧＳＮに送信する。

ステップ９０において、ｅＳＧＳＮが、ＭＳによって送られているメッセージを受信し、メッセージ認証コードを検証するように試行する。具体的には、ｅＳＧＳＮは、ＩＯＶ−ＭＡＣ−２を計算するためにＭＳによって使用された同じパラメータ、すなわち、ｅＳＧＳＮによってＭＳに以前に送られた新たなＩＯＶ値と、ＭＳによって送られているメッセージ内で送られた新たにインクリメントされたＩＯＶカウンタ値と、ＩＯＶコンテナメッセージに対してＭＡＣが計算されたことを示す定数とに基づいて、予測メッセージ認証コードすなわちＸＭＡＣを計算する。

メッセージが認証された場合、メッセージ内で送られているＩＯＶカウンタ値は、ｅＳＧＳＮ内のローカルに維持されている値よりも大きいはずであり、ｅＳＧＳＮによって計算されるＸＭＡＣは、ＭＳによって送られているメッセージに含まれているＭＡＣと同じはずである、すなわち、ＩＯＶ−ＭＡＣ−２にも等しいはずである。

これが正しい場合、ｅＳＧＳＮは、そのローカルに維持されているＩＯＶカウンタ値を、ＭＳによって送られているメッセージ内で受信されている値に置き換え、その値を１だけインクリメントする。

ステップ９１において、ＳＧＳＮが、アタッチ承認メッセージをＭＳに送る。

ステップ９２において、ＭＳは、インクリメントされたＩＯＶカウンタ値を記憶する。

したがって、ｅＳＧＳＮは、新たなＩＯＶ値をＭＳに、安全な方法で送ることが可能である。

図９は、代替的な例として、エンハンストＧＰＲＳネットワーク内の移動局（ＭＳ）に新たなＩＯＶ値を送達することを含む方法を示す流れ図である。

ステップ１３１において、ＭＳが、ｅＳＧＳＮ、すなわち、エンハンストＧＰＲＳネットワークのエンハンストＳＧＳＮにアタッチ要求メッセージを送る。応答して、１３２に示すように、ｅＳＧＳＮが、ホームロケーションレジスタ／ホームサブスクライバサーバ（ＨＬＲ／ＨＳＳ）から認証ベクトル（ＡＶ）を取得するためのプロセスを実施する。

ステップ１３３において、ｅＳＧＳＮが、認証および暗号化要求をＭＳに送る。認証が成功した場合、ステップ１３４において、ＭＳがそのＩＯＶカウンタ値を、この例ではゼロである所定の値にセットする。

その後、ステップ１３５において、ＭＳが、その認証および暗号化応答をｅＳＧＳＮに送る。認証が成功した場合、ステップ１３６において、ｅＳＧＳＮがそのＩＯＶカウンタ値を、ステップ８４においてＭＳによって使用されたものと同じ所定の値、すなわちこの例ではゼロにセットする。

ｅＳＧＳＮはその後、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値を生成する。ステップ１３７において、ｅＳＧＳＮはその後、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値を含むメッセージをＭＳに送る。いくつかの実施形態において、完全性保護を使用することが必要になり、そのため、完全性保護のためにＩＯＶ値を送ることが必要になる。ｎｕｌｌエンクリプションが使用される場合、完全性保護のためにＩＯＶ値を送ることのみが必要になる。しかしながら、エンクリプションが使用される場合、エンクリプションに使用するためのＩＯＶ値も送信され得る。

この例において、メッセージは、図５（ｂ）に示すようなＬＬＣ ＸＩＤメッセージであり、ＬＬＣ ＸＩＤヘッダ、ならびに、新たなＩＯＶ値、ＩＯＶカウンタ値、およびＩＯＶメッセージ認証コード（ＭＡＣ）を含む。この例において、値ＩＯＶ−ＭＡＣ−１を有するＩＯＶメッセージ認証コードが、少なくとも、このメッセージ内で送られている新たなＩＯＶ値、ＩＯＶカウンタ値、およびＩＯＶコンテナメッセージに対してＭＡＣが計算されていることを示す定数に基づいて計算される。

ステップ１３８において、ＭＳが、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージを受信し、メッセージ認証コードを検証するように試行する。具体的には、ＭＳは、そのローカルに維持されているＩＯＶカウンタ値が、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージ内で受信されているＩＯＶカウンタ値よりも小さいことをチェックする。ローカル値が受信されている値以上である場合、メッセージは破棄される。ＭＳは、ＩＯＶ−ＭＡＣ−１を計算するためにｅＳＧＳＮによって使用された同じパラメータ、すなわち、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージに含まれていた新たなＩＯＶ値と、同じくｅＳＧＳＮによって送られているメッセージに含まれていたＩＯＶカウンタ値と、ＩＯＶコンテナメッセージに対してＭＡＣが計算されていることを示す定数とに基づいて、予測メッセージ認証コードすなわちＸＭＡＣを計算する。メッセージが認証された場合、ＭＳによって計算されるＸＭＡＣは、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージに含まれているＭＡＣと同じはずである、すなわち、ＩＯＶ−ＭＡＣ−１にも等しいはずである。

したがって、ＭＳは、受信した１つまたは複数の新たなＩＯＶ値が実際に新しいものであり、攻撃者によってリプレイされた古いＩＯＶ値ではないと判定することができる。１つまたは複数の新たなＩＯＶ値は、その後、例えば、完全性保護によって、およびまた、任意選択的にエンクリプションによって将来の通信を保護するために使用することができる。

また、ステップ１３８において、ＭＳは、ＩＯＶカウンタ値の現在の値を更新する。ＭＳは、そのローカルに維持されているＩＯＶカウンタ値を、ｅＳＧＳＮによって送られているメッセージ内で受信されている値に置き換え、その値を１だけインクリメントする。

ステップ１３９において、ＭＳが、確認応答として、ｅＳＧＳＮにＬＬＣ ＸＩＤメッセージを送信する。

ステップ１４０において、ｅＳＧＳＮが、ＭＳによって送られているメッセージを受信し、そのＩＯＶカウンタ値を１だけインクリメントし、新たな値を記憶する。

ステップ１４１において、ｅＳＧＳＮが、アタッチ承認メッセージをＭＳに送る。

ステップ１４２において、プロセスは完了する。

したがって、ここでも、ｅＳＧＳＮは、新たなＩＯＶ値をＭＳに、安全な方法で送ることが可能である。この実施形態においては、ｅＳＧＳＮからＭＳに向けたメッセージのみがＭＡＣを含み、可能性のある応答メッセージは保護されない。ＩＯＶ−ＭＡＣ−２は失われているため、可能性のある応答メッセージが送られるとき、ＩＯＶカウンタはＭＳおよびｅＳＧＳＮにおいてインクリメントされない。

したがって、この実施形態においては、ｅＳＧＳＮによってＭＳに送られるＬＬＣ ＸＩＤメッセージコマンドはＩＯＶ−ＭＡＣ−１とともに送られるが、ＭＳによってｅＳＧＳＮに送られるＬＬＣ ＸＩＤメッセージ応答は、ＩＯＶ−ＭＡＣ−２なしで送られる。

同様の実施形態の別の例は、図５（ｃ）に示すように、１つまたは複数の新たなＩＯＶ値がＰＳハンドオーバメッセージのＮＡＳコンテナとともに送られ、ＩＯＶ−ＭＡＣ−１とともにｅＳＧＳＮによってＭＳに送られる場合である。ＰＳハンドオーバメッセージは、ＭＳからの応答を含まず、したがって、図９にあるように、ＩＯＶ−ＭＡＣ−２はこの手順においては使用されない。

図１０は、別の例として、新たなｅＳＧＳＮが含まれ、そのため１つまたは複数の新たなＩＯＶ値が必要とされる、アイドルモードモビリティの場合に使用され得る方法を示す流れ図である。この例において、新たなｅＳＧＳＮは、たとえＭＳと新たなｅＳＧＳＮとの間にまだセキュリティ関連付けがなくとも、エンハンストＧＰＲＳネットワーク内の移動局（ＭＳ）に新たなＩＯＶ値を送達することができる。

図１０は、ＭＳが、電源オンされたときにその不揮発性メモリにＩＯＶカウンタ値を記憶されている状況から開始する方法を示す。ステップ１１１において、ＭＳは、任意選択のＰ−ＴＭＳＩ（パケット一次移動加入者識別子）シグネチャを含むすべての関連情報とともに、アタッチ要求を新たなｅＳＧＳＮ（ｅＳＧＳＮｎ）に送る。ＭＳは、メッセージの完全性を保護するＭＡＣ−ＬＬＣを計算およびアタッチしている。

ステップ１１２において、メッセージが新たなｅＳＧＳＮに送達される。新たなｅＳＧＳＮはユーザとの有効なセキュリティ関連付けを有しないため、ＭＡＣ−ＬＬＣを検証することが可能でない。セキュリティは、古いｅＳＧＳＮ（ｅＳＧＳＮｏ）におけるＰ−ＴＭＳＩシグネチャの検証に依拠する。他のセキュリティコンテキスト情報も変更される。それゆえ、新たなｅＳＧＳＮは、ＭＡＣ−ＬＬＣをサイレントに破棄する。

ステップ１１３において、新たなｅＳＧＳＮが、Ｐ−ＴＭＳＩシグネチャをアタッチしながら、古いｅＳＧＳＮにメッセージを送る。

ステップ１１４において、古いｅＳＧＳＮが、新たなｅＳＧＳＮからメッセージを受信し、Ｐ−ＴＭＳＩシグネチャを検証する。成功した場合、ＬＬＣレイヤからのＩＯＶカウンタの現在の値を要求する。

ステップ１１５において、古いｅＳＧＳＮが、ＭＳのＩＭＳＩ、セキュリティ関連情報（例えば、セキュリティモード、鍵識別子、使用すべき暗号化アルゴリズムの指示、使用すべき完全性アルゴリズムの指示、使用されていない認証ベクトル、ユーザプレーン完全性が必要とされていることをＭＳ加入者プロファイルが示しているか否かの指示など）、および古いＩＯＶカウンタを、新たなｅＳＧＳＮに返す。新たなｅＳＧＳＮが指示されているアルゴリズムをサポートしない場合、ＭＳを再認証する必要がある。

ステップ１１６において、新たなｅＳＧＳＮ内のＧＭＭレイヤが、古いＩＯＶカウンタ、完全性保護アルゴリズム、完全性鍵Ｋｉ１２８をＬＬＣレイヤに与えることによって、エンハンストＬＬＣ ＸＩＤ手順を開始する。ＬＬＣレイヤは、新たなＩＯＶ値、古いＩＯＶカウンタ、およびＩＯＶ−ＭＡＣ−１とともに、エンハンストＬＬＣ ＸＩＤメッセージをＭＳに送る。新たなＩＯＶ値、および古いＩＯＶカウンタは、ＩＯＶ−ＭＡＣ−１によって保護される。

ステップ１１７において、ＭＳにおけるＬＬＣレイヤが、メッセージ内で搬送されているＩＯＶカウンタ値がフレッシュな値を有するかを、先行してローカルに記憶しているＩＯＶカウンタとこの値とを比較することによって検証する。値がフレッシュである場合、ＬＬＣレイヤは、古いｅＳＧＳＮと共有するセキュリティ関連情報を使用して、ＩＯＶ−ＭＡＣ−１を検証する。検証が成功した場合、ＬＬＣレイヤは、メッセージ内で受信されるＩＯＶカウンタを記憶し、この値をインクリメントする。その後、ＬＬＣレイヤは、図６を参照して説明したように、新たなＳＧＳＮから受信される新たなＩＯＶ値およびインクリメントされたＩＯＶカウンタに対してＩＯＶ−ＭＡＣ−２を計算する。

したがって、ＭＳは、受信した１つまたは複数の新たなＩＯＶ値が実際に新しいものであり、攻撃者によってリプレイされた古いＩＯＶ値ではないと判定することができる。

ＭＳは、ＬＬＣレイヤ内で古いＩＯＶ値を新たなＩＯＶ値に置き換える。

１つまたは複数の新たなＩＯＶ値は、その後、例えば、完全性保護によって、およびまた、任意選択的にエンクリプションによって将来の通信を保護するために使用することができる。

ＭＳ内のＬＬＣレイヤは、インクリメントされたＩＯＶカウンタおよびＩＯＶ−ＭＡＣ−２とともに、エンハンストＬＬＣ ＸＩＤメッセージを新たなｅＳＧＳＮに送り返す。

ステップ１１８において、新たなｅＳＧＳＮにおけるＬＬＣレイヤが、メッセージ内で搬送されているＩＯＶカウンタ値がフレッシュな値を有するかを、先行してローカルに記憶しているＩＯＶカウンタとこの値を比較することによって検証する。値がフレッシュである場合、ＬＬＣレイヤは、古いｅＳＧＳＮから受信したセキュリティ関連情報を使用して、ＩＯＶ−ＭＡＣ−２を検証する。検証が成功した場合、ＬＬＣレイヤは、ＭＳからのメッセージ内で受信されるＩＯＶカウンタを記憶し、この値をインクリメントする。チェックが成功した場合、新たなＳＧＳＮは、ＬＬＣレイヤ内で古い完全性鍵および古い完全性アルゴリズムを割り当てることによって、ＬＬＣレイヤ内で完全性保護および使用される場合は暗号化を起動する。

ステップ１１９において、新たなｅＳＧＳＮは、ＬＬＣレイヤ内で完全性保護されているＭＳに、Ｐ−ＴＭＳＩシグネチャを含むアタッチ承認メッセージを送る。

ステップ１２０において、ＭＳは、アタッチ完了メッセージを新たなｅＳＧＳＮに送ることによって、新たなｅＳＧＳＮから受信されるアタッチ承認メッセージに確認応答する。

ステップ１２１において、新たなｅＳＧＳＮは、ＨＬＲにおけるこのＭＳの位置を更新し、ステップ１２２において、ＨＬＲが、古いｅＳＧＳＮにおけるＭＳの位置をキャンセルする。

したがって、この手順は、たとえｅＳＧＳＮとＭＳとの間にセキュリティ関連付けがなくとも、新たなＩＯＶ値が新たなｅＳＧＳＮからＭＳに安全に送られることを可能にする。

図１１および図１２は、例えば、コンピュータプログラムから受信されるコンピュータ可読命令に従って、本明細書において記載されている方法のいずれかを実行することができる、ネットワークノード１１００および移動局１２００の他の実施形態における機能ユニットを示す。図１１および図１２に示すモジュールは、ソフトウェア実装機能ユニットであり、任意の適切なソフトウェアまたはソフトウェアモジュールの組み合わせにおいて実現されてもよいことは理解されよう。

図１１を参照すると、ネットワークノード１１００は、ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成するための生成モジュール１１０１を備える。ネットワークノード１１００はまた、フレッシュカウンタ値を上記新たなＩＯＶ値と関連付けるための関連付けモジュール１１０２をも含む。ネットワークノード１１００は、メッセージ認証コードを、少なくとも、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられているフレッシュカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するためにメッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算するための計算モジュール１１０３と、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられるフレッシュカウンタ値、および計算されているメッセージ認証コードを移動局に送信するための送信モジュール１１０４とを含む。

図１２を参照すると、移動局１２００は、移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、新たなＩＯＶ値と関連付けられるカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、ネットワークノードから受信するための受信モジュール１２０１を備える。ＭＳ１２００は、予測メッセージ認証コードを、少なくとも、受信されている新たなＩＯＶ値、新たなＩＯＶ値と関連付けられている受信カウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するために予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算するための計算モジュール１２０２と、新たなＩＯＶ値と関連付けられているカウンタ値がフレッシュな値であることを検証するための検証モジュール１２０３と、受信されているメッセージ認証コードが計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定するための判定モジュール１２０４とを含む。ＭＳ１２００は、その後、受信されているメッセージ認証コードが計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合、移動局とネットワークノードとの間の通信の保護に使用するための新たなＩＯＶ値を使用するための保護モジュール１２０５を含む。

図１３および図１４は、例えば、コンピュータプログラムから受信されるコンピュータ可読命令に従って、本明細書において記載されている方法のいずれかを実行することができる、ネットワークノード１３００および移動局１４００の他の実施形態における機能ユニットを示す。図１３および図１４に示すユニットは、ハードウェア実装機能ユニットであり、ハードウェアユニットの任意の適切な組み合わせにおいて実現されてもよいことは理解されよう。

図１３を参照すると、ネットワークノード１３００は、ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成するための生成ユニット１３０１を備える。ネットワークノード１３００はまた、フレッシュカウンタ値を上記新たなＩＯＶ値と関連付けるための関連付けユニット１３０２をも含む。ネットワークノード１３００は、メッセージ認証コードを、少なくとも、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられているフレッシュカウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するためにメッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算するための計算ユニット１３０３と、少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、上記新たなＩＯＶ値と関連付けられるフレッシュカウンタ値、および計算されているメッセージ認証コードを移動局に送信するための送信ユニット１３０４とを含む。

図１４を参照すると、移動局１４００は、移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、新たなＩＯＶ値と関連付けられるカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、ネットワークノードから受信するための受信ユニット１４０１を備える。ＭＳ１４００は、その後、予測メッセージ認証コードを、少なくとも、受信されている新たなＩＯＶ値、新たなＩＯＶ値と関連付けられている受信カウンタ値、および新たなＩＯＶ値を保護するために予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算するための計算ユニット１４０２と、新たなＩＯＶ値と関連付けられているカウンタ値がフレッシュな値であることを検証するための検証モジュール１４０３と、受信されているメッセージ認証コードが計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定するための判定ユニット１４０４とを含む。ＭＳ１４００は、その後、受信されているメッセージ認証コードが計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合、移動局とネットワークノードとの間の通信の保護に使用するための新たなＩＯＶ値を使用するための保護ユニット１４０５を含む。

このように、セキュリティの改善を可能にする、端末装置およびネットワークノードを動作させる方法を記載した。

上述した実施形態は、本発明を限定しているのではなく例示していること、および、当業者は、添付の特許請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替的な実施形態を設計することが可能であることが留意されるべきである。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、特許請求項の範囲において挙げられているもの以外の要素またはステップが存在することを除外せず、「ａ」または「ａｎ」は複数を除外せず、単一の特徴部または他のユニットは、特許請求項の範囲において記載されている複数のユニットの機能を満たすことができる。特許請求項の範囲内の任意の参照符号は、それらの範囲を限定されるようには解釈されないものとする。

Claims (31)

1. セルラ通信ネットワークにおいてネットワークノードを動作させる方法であって、
   前記ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成することと、
   フレッシュカウンタ値を前記新たなＩＯＶ値と関連付けることと、
   メッセージ認証コードを、少なくとも、前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、前記新たなＩＯＶ値と関連付けられている前記フレッシュカウンタ値、および前記新たなＩＯＶ値を保護するために前記メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、
   前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、前記フレッシュカウンタ値、および前記計算されているメッセージ認証コードを前記移動局に送信することと
   を含む、方法。
2. 前記新たなＩＯＶは、前記ネットワークノードと前記移動局との間の通信の完全性保護に使用するためのものである、請求項１に記載の方法。
3. 前記新たなＩＯＶは、前記ネットワークノードと前記移動局との間の通信の暗号化に使用するためのものである、請求項１または２に記載の方法。
4. 使用されるべき完全性保護アルゴリズムが変更されているという判定に応答して前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値を送信することを含む、請求項２に記載の方法。
5. 使用されるべきエンクリプションアルゴリズムが変更されているという判定に応答して前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値を送信することを含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記移動局を再認証するときに、前記カウンタ値を所定の値にセットすることを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記移動局を再認証することなく前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値を前記移動局に送信するときに、以前のカウンタ値をインクリメントすることによって前記フレッシュカウンタ値を生成することを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記移動局が前記ネットワークノードに向けてアイドルモードモビリティを実施するのに応答して前記方法を実施することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. サービングネットワークノードからカウンタ値を取得することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記サービングネットワークノードからセキュリティ関連情報を取得することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、前記新たなＩＯＶ値と関連付けられる前記フレッシュカウンタ値、および前記計算されているメッセージ認証コードは、論理リンク制御交換識別子（ＬＬＣ ＸＩＤ）コマンドメッセージ内で前記移動局に送られる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. セルラ通信ネットワークにおいて使用するためのネットワークノードであって、前記ネットワークノードは、請求項１から１１のいずれか一項に従って動作するように構成されている、ネットワークノード。
13. セルラ通信ネットワークにおいて使用するためのネットワークノードであって、前記ネットワークノードはプロセッサおよびメモリを備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を含み、結果、前記ネットワークノードは、
    前記ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成することと、
    フレッシュカウンタ値を前記新たなＩＯＶ値と関連付けることと、
    メッセージ認証コードを、少なくとも、前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、前記新たなＩＯＶ値と関連付けられている前記フレッシュカウンタ値、および前記新たなＩＯＶ値を保護するために前記メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、
    前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、前記新たなＩＯＶ値と関連付けられている前記フレッシュカウンタ値、および前記計算されているメッセージ認証コードを前記移動局に送信することと
    を行うように動作可能である、ネットワークノード。
14. セルラ通信ネットワークにおいて使用するためのネットワークノードであって、
    前記ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成するための生成モジュールと、
    フレッシュカウンタ値を前記新たなＩＯＶ値と関連付けるための関連付けモジュールと、
    メッセージ認証コードを、少なくとも、前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、前記新たなＩＯＶ値と関連付けられている前記フレッシュカウンタ値、および前記新たなＩＯＶ値を保護するために前記メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算するための計算モジュールと、
    前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、前記新たなＩＯＶ値と関連付けられている前記フレッシュカウンタ値、および前記計算されているメッセージ認証コードを前記移動局に送信するための送信モジュールと
    を備える、ネットワークノード。
15. 前記ネットワークノードはエンハンストサービングＧＰＲＳサポートノードである、請求項１２から１４または３１のいずれか一項に記載のネットワークノード。
16. コンピュータ上で作動されると、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法を実行するように設定されている、コンピュータプログラム。
17. コンピュータ可読媒体と、請求項１６に記載のコンピュータプログラムとを備える、コンピュータプログラム製品。
18. セルラ通信ネットワークにおいて移動局を動作させる方法であって、
    前記移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、前記新たなＩＯＶ値と関連付けられているカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、前記ネットワークノードから受信することと、
    予測メッセージ認証コードを、少なくとも、前記受信されている新たなＩＯＶ値、前記受信されているカウンタ値、および前記新たなＩＯＶ値を保護するために前記予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、
    前記カウンタ値がフレッシュな値であることを検証することと、
    前記受信されているメッセージ認証コードが、前記計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定することと、
    前記受信されているメッセージ認証コードが前記計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合、前記移動局と前記ネットワークノードとの間の通信の保護において前記新たなＩＯＶ値を使用することと
    を含む、方法。
19. 前記新たなＩＯＶ値を、前記移動局と前記ネットワークノードとの間の通信の完全性保護に使用することを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記新たなＩＯＶ値を、前記移動局と前記ネットワークノードとの間の通信の暗号化に使用することを含む、請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記ネットワークノードによって再認証するときに、記憶されているカウンタ値を所定の値にセットすることを含む、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記ネットワークノードによって再認証することなく前記移動局への前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値を受信するときに、以前の記憶されているカウンタ値をインクリメントすることを含む、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記ネットワークノードによって再認証することなく前記移動局への前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値を受信するときに、および、前記移動局が前記ネットワークノードから前記新たなＩＯＶ値と関連付けられるカウンタ値を含むメッセージを受信し、前記カウンタ値が以前の記憶されているカウンタ値よりも大きいときに、
    前記以前の記憶されているカウンタ値を前記カウンタ値に置き換えることと、
    前記カウンタ値をインクリメントすることと
    を含む、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。
24. デタッチおよび電源オフ時に不揮発性メモリに前記カウンタ値を記憶することを含む、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。
25. セルラ通信ネットワークにおいて使用するための移動局であって、前記移動局は、請求項１８から２４または３０のいずれか一項に従って動作するように構成されている、移動局。
26. セルラ通信ネットワークにおいて使用するための移動局であって、前記移動局はプロセッサおよびメモリを備え、前記メモリは、前記プロセッサによって実行可能な命令を含み、結果、前記移動局は、
    前記移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、前記新たなＩＯＶ値と関連付けられているカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、前記ネットワークノードから受信することと、
    予測メッセージ認証コードを、少なくとも、前記受信されている新たなＩＯＶ値、前記受信されているカウンタ値、および前記新たなＩＯＶ値を保護するために前記予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、
    前記カウンタ値がフレッシュな値であることを検証することと、
    前記受信されているメッセージ認証コードが、前記計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定することと、
    前記受信されているメッセージ認証コードが前記計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合、前記移動局と前記ネットワークノードとの間の通信の保護において前記新たなＩＯＶ値を使用することと
    を行うように動作可能である、移動局。
27. セルラ通信ネットワークにおいて使用するための移動局であって、
    前記移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、前記新たなＩＯＶ値と関連付けられるカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、前記ネットワークノードから受信するための受信モジュールと、
    予測メッセージ認証コードを、少なくとも、前記受信されている新たなＩＯＶ値、前記受信されているカウンタ値、および前記新たなＩＯＶ値を保護するために前記予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算するための計算モジュールと、
    前記カウンタ値がフレッシュな値であることを検証するための検証モジュールと、
    前記受信されているメッセージ認証コードが、前記計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定するための判定モジュールと、
    前記受信されているメッセージ認証コードが前記計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合、前記移動局と前記ネットワークノードとの間の通信の保護において前記新たなＩＯＶ値を使用するための保護モジュールと
    を備える、移動局。
28. コンピュータ上で作動されると、請求項１８から２４のいずれか一項に記載の方法を実行するように設定されている、コンピュータプログラム。
29. コンピュータ可読媒体と、請求項２８に記載のコンピュータプログラムとを備える、コンピュータプログラム製品。
30. 移動局によって実施される方法であって、
    前記移動局とネットワークノードとの間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値、ＩＯＶカウンタ値、およびメッセージ認証コードを、前記ネットワークノードから受信することと、
    予測メッセージ認証コードを、少なくとも、前記受信されている新たなＩＯＶ値、前記受信されているＩＯＶカウンタ値、および前記新たなＩＯＶ値を保護するために前記予測メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、
    前記受信されているＩＯＶカウンタ値が前記移動局にローカルに記憶されているＩＯＶカウンタ値よりも大きいことを検証することと、
    前記受信されているメッセージ認証コードが、前記計算されている予測メッセージ認証コードに一致するか否かを判定することと、
    前記受信されているメッセージ認証コードが前記計算されている予測メッセージ認証コードに一致する場合であり、かつ、前記受信されているＩＯＶカウンタ値が前記移動局にローカルに記憶されている前記ＩＯＶカウンタ値よりも大きい場合に、前記移動局と前記ネットワークノードとの間の通信を保護するために前記新たなＩＯＶ値を使用することと
    を含む、方法。
31. セルラ通信ネットワーク内のネットワークノードによって実施される方法であって、
    前記ネットワークノードと移動局との間の通信の保護において使用するための少なくとも１つの新たな入力オフセット値（ＩＯＶ）値を生成することと、
    メッセージ認証コードを、少なくとも、前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、インクリメントされているＩＯＶカウンタ値、および前記新たなＩＯＶ値を保護するために前記メッセージ認証コードが計算されていることを示す定数に基づいて計算することと、
    前記少なくとも１つの新たなＩＯＶ値、前記ＩＯＶカウンタ値、および前記計算されているメッセージ認証コードを前記移動局に送信することと
    を含む、方法。

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