JP2786092B2 - 移動通信端末認証方式 - Google Patents

移動通信端末認証方式

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、移動通信システムにお
いて、移動網との間で通信を行おうとする移動通信端末
が移動網に登録された正当な端末であることを確認する
ための移動通信端末認証方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】移動通信方式では、移動通信端末が無線
回線で移動網と接続されているので、不正な移動通信端
末による不正使用を防止し正当な端末に通信料の課金を
行うためには、移動網に対して通信を要求する移動通信
端末が移動網に登録された正当な端末であるかどうかを
確認する認証処理が必要となる。
【０００３】図３は従来の移動通信端末認証方式を利用
した移動通信システムのブロック図である。１１は移動
通信端末、１１ａは移動網と通信を行うための無線送受
信機、１１ｂは不正使用を防止するための暗証番号に相
当する認証キーを記憶しているメモリ、１１ｃは認証キ
ーと後述する乱数に基づき演算処理を行う演算回路であ
る。
【０００４】また、１２は移動通信端末１１が契約して
いる移動網、１３は移動通信端末１１と通信を行うため
の無線基地局、１４は例えば移動通信端末１１と他の固
定網との交換接続を行う移動通信交換局、１４ａは認証
処理のための乱数を通信の度に生成するＰＮ発振器、１
４ｂはＰＮ発振器１４ａから出力された乱数と後述する
ホームロケーションレジスタに記憶されている認証キー
に基づき演算処理を行う演算回路、１４ｃは演算回路１
４ｂの結果と無線基地局１３を介して移動通信端末１１
より受信した演算結果を比較する比較器、１４ｄは比較
器１４ｃの結果に基づいて呼接続処理などを行う制御回
路である。
【０００５】また、１５は例えば他の移動通信交換局
（ホームメモリ局）に設置されたホームロケーションレ
ジスタであり、移動通信端末１１の契約加入者情報、呼
処理情報等を記憶しており、また移動通信端末１１のメ
モリ１１ｂに記憶されている認証キーと同一な認証キー
を移動通信端末１１に対応づけて記憶している。そし
て、移動通信交換局１４は、移動通信端末１１からの通
信の要求に対してホームロケーションレジスタ１５にア
クセスして移動通信端末１１に関するサービス情報、呼
処理情報、認証情報等を取得することができる。
【０００６】次に、このような移動通信システムにおい
て移動通信端末１１が正当な端末かどうかを確認する認
証処理の動作を説明する。まず、移動通信端末１１が移
動網１２に対して発信要求を送信すると、無線基地局１
３を介してこの発信要求を受信した移動通信交換局１４
は、その内部のＰＮ発振器１４ａに乱数を発生させる。
そして、この乱数は無線基地局１３から移動通信端末１
１に送信される。
【０００７】次いで、移動通信端末１１内の無線送受信
機１１ａは、移動網１２から送信された乱数を受信して
演算回路１１ｃに出力する。演算回路１１ｃはこの乱数
とメモリ１１ｂに記憶されている認証キーに基づいて演
算を行い、無線送受信機１１ａはこの結果を移動網１２
に送信する。
【０００８】一方、移動通信交換局１４内の演算回路１
４ｂは、先にＰＮ発振器１４ａから出力された乱数とホ
ームロケーションレジスタ１５に記憶されている移動通
信端末１１の認証キーに基づき演算回路１１ｃと同一の
アルゴリズムの演算を行う。そして、比較器１４ｃは、
移動通信端末１１から送信された演算結果と演算回路１
４ｂから出力された演算結果を比較する。
【０００９】この比較器１４ｃによる比較の結果２つの
演算結果が一致すれば、制御回路１４ｄは、正当な端末
と判定して移動通信端末１１と呼接続処理を行い、不一
致であれば不正な端末と判定して呼接続処理を拒絶す
る。これで、認証処理が終了する。
【００１０】上記の移動通信端末認証方式は、記憶して
いる同一の認証キーを同一の演算アルゴリズムを有する
演算回路１１ｃ、１４ｂでそれぞれ演算処理してこれら
の結果を移動網１２側で比較し、移動通信端末１１の正
当性を判定するという認証方式である。しかし、移動通
信端末１１と移動網１２で共有している認証キー、演算
回路を不正にコピーした移動通信端末を作ったとする
と、上記認証方式では移動通信端末１１の真偽を移動通
信交換局１４で認識することができなくなる。
【００１１】そこで、特開平２−２２４４２５号公報で
開示された移動通信方式は、通信の度ごとに次回使用す
る認証キーを送信し、移動網と移動通信端末双方で通信
の度ごとに認証キーを更新して保持しておく認証方式と
なっている。この方式によれば認証キーを含めた移動通
信端末がコピーされると、不正端末が通信を行った際に
移動網側で認証キーが更新されて正規の端末の認証キー
との不一致が生じる。よって、次に正規の端末が通信を
行う際に不一致となるので、正規の加入者は不正端末が
存在することを早期に発見し、契約している移動網に申
告し認証キーを再度設定することで一時的にこの不正端
末を排除できる。
【００１２】しかし、この移動通信方式では次回使用す
る認証キーを移動網から移動通信端末に対して無線回線
で送信するため、不正端末が移動網から送信された次回
の認証キーを再度傍受することができれば認証キーを更
新することができ、その不正端末は再度不正に移動通信
サービスを受けることができてしまう。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来の移動通信端末認
証方式は以上のようにして認証処理を行っていたので、
記憶している同一の認証キーを演算処理してその結果を
照合することにより端末の正当性を判定する認証方式で
は、認証キー及び演算回路をコピーした不正な端末が存
在しても移動網側でその存在を認識できないという問題
点があった。また、移動網と移動通信端末双方で通信の
度ごとに認証キーを更新する認証方式では、次回使用す
る認証キーを移動網から端末に対して送信するので、一
時的に不正端末を排除できても不正端末が次回の認証キ
ーを傍受すると、その不正端末は再度移動通信サービス
を受けることができてしまうという問題点があった。本
発明は、上記課題を解決するために、端末と移動網で記
憶している認証キーを伝送せずに更新させて移動通信シ
ステムの不正利用を防止することができる移動通信端末
認証方式を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、移動通信端末
と移動網とを備え、移動通信端末は、移動網と通信を行
うための無線送受信機と、認証キーを記憶するメモリ
と、無線送受信機を介して受信した乱数及びメモリから
出力された認証キーに基づく第１の演算を行いこの結果
を無線送受信機に出力する第１の演算回路と、無線送受
信機を介して認証キー更新指示を受信すると乱数及び認
証キーに基づく第２の演算を行いこの結果を新たな認証
キーとしてメモリに記憶させる第２の演算回路とを有
し、移動網は、移動通信端末と通信を行うための無線基
地局と、認証キーを記憶するホームロケーションレジス
タと、交換接続を行う移動通信交換局とを有するもので
ある。
【００１５】さらに、この移動通信交換局は、乱数を生
成して無線基地局に出力する発振器と、乱数及びホーム
ロケーションレジスタから出力された認証キーに基づく
第１の演算を行う第３の演算回路と、この第３の演算回
路の結果と無線基地局を介して移動通信端末より受信し
た演算結果を比較する比較器と、この比較結果が一致し
たときは認証キー更新指示を無線基地局に出力する制御
回路と、比較結果が一致したときは乱数及び認証キーに
基づく第２の演算を行いこの結果を新たな認証キーとし
てホームロケーションレジスタに記憶させる第４の演算
回路とを備えるものである。
【００１６】
【作用】本発明によれば、無線基地局を介して発振器か
ら乱数が送信され、受信した乱数及びメモリで記憶して
いる認証キーに基づく第１の演算が第１の演算回路にて
行われて無線送受信機を介して移動網に送信され、この
演算結果と第３の演算回路にて乱数及びホームロケーシ
ョンレジスタからの認証キーに基づく第１の演算が行わ
れた結果とが比較器で比較される。
【００１７】そして、この比較結果が一致すると認証キ
ー更新指示が制御回路から無線基地局を介して移動通信
端末に送信され、第２の演算回路にて乱数及び認証キー
に基づく第２の演算が行われてこの結果が新たな認証キ
ーとしてメモリに記憶されると共に、第４の演算回路に
おいても同様に第２の演算が行われてホームロケーショ
ンレジスタの認証キーが更新される。
【００１８】
【実施例】図１は本発明の１実施例を示す移動通信端末
認証方式を利用した移動通信システムのブロック図、図
２はこの移動通信端末認証方式における認証処理の手順
を示す図である。
【００１９】図１において、１は移動通信端末、１ａは
無線送受信機、１ｂは電源断時も内容を記憶している不
揮発メモリであって認証キーを記憶しているメモリ、１
ｃは図３の演算回路１１ｃと同様に受信した乱数とメモ
リ１ｂに記憶された認証キーに基づいて第１の演算を行
う第１の演算回路、１ｄは無線送受信機１ａを介して認
証キー更新指示を受信すると乱数及び認証キーに基づく
第２の演算を行いこの結果を新たな認証キーとしてメモ
リ１ｂに記憶させる第２の演算回路である。
【００２０】また、３は無線基地局、４は移動通信交換
局、４ａはＰＮ発振器、４ｂは演算回路１４ｂと同様に
ＰＮ発振器４ａから出力された乱数とホームロケーショ
ンレジスタに記憶されている認証キーに基づいて第１の
演算を行う第３の演算回路、４ｃは第３の演算回路４ｂ
の結果と無線基地局３を介して移動通信端末１より受信
した演算結果を比較する比較器である。
【００２１】また、４ｄは比較器４ｃによる比較結果が
一致したときは認証キー更新指示を無線基地局３に出力
して移動通信端末１に送信させる制御回路、４ｅは上記
の比較結果が一致したときは乱数及び認証キーに基づく
第２の演算を行いこの結果を新たな認証キーとしてホー
ムロケーションレジスタに記憶させる第４の演算回路、
５は図３の例と同様のホームロケーションレジスタであ
る。
【００２２】図２において、Ｐ１n 、Ｐ２n はそれぞれ
ホームロケーションレジスタ５、メモリ１ｂに記憶され
ている認証キー、Ｒn はＰＮ発振器４ａで生成された乱
数、Ｃ１n 、Ｃ２n はそれぞれ第３の演算回路４ｂ、第
１の演算回路１ｃによる第１の演算Ｆの結果、Ｐ１n+1
、Ｐ２n+1 はそれぞれ第４の演算回路４ｅ、第２の演
算回路１ｄによる第２の演算Ｇの結果得られた新しい認
証キーである。また、Ｆ（Ｐ１n 、Ｒn ）は認証キーＰ
１n と乱数Ｒn に基づく第１の演算Ｆを示し、Ｇ（Ｐ１
n 、Ｒn ）は同じく第２の演算Ｇを示す。
【００２３】次に、このような移動通信システムにおい
て移動通信端末１が正当な端末かどうかを確認する認証
処理の動作を説明する。まず、移動通信端末１からの発
信要求を受信した移動通信交換局４は、制御回路４ｄに
よって移動通信端末１に関する呼処理情報を蓄積してい
るホームロケーションレジスタ５にアクセスし、発信要
求の中に含まれる移動通信端末１の移動機番号（ＭＳ
Ｉ：Mobile Station Identity ）で発信情報読み出しを
要求する。
【００２４】そして、この要求に対する発信情報読み出
し応答としてホームロケーションレジスタ５から出力さ
れた移動通信端末１の認証キーＰ１n を受け取ると共
に、ＰＮ発振器４ａに乱数Ｒn を発生させる。この乱数
Ｒn は無線基地局３から移動通信端末１に送信される。
また、演算回路４ｂは、ＰＮ発振器４ａから出力された
乱数Ｒn とホームロケーションレジスタ５から読み出さ
れた移動通信端末１の認証キーＰ１n に基づき演算Ｆを
実行してこの結果Ｃ１n を比較器４ｃに出力する。
【００２５】次に、移動通信端末１内の無線送受信機１
ａは、移動網２から送信された乱数Ｒn を受信して演算
回路１ｃに出力する。演算回路１ｃは、この乱数Ｒn と
メモリ１ｂに記憶されている認証キーＰ２n に基づき演
算Ｆを実行してこの結果Ｃ２n を無線送受信機１ａに出
力する。この演算結果Ｃ２n は無線送受信機１ａから移
動網２に送信される。
【００２６】そして、移動通信交換局４内の比較器４ｃ
は、演算回路４ｂから出力された演算結果Ｃ１n と移動
通信端末１から送信され無線基地局３が受信した演算結
果Ｃ２n を比較し、移動通信端末１の正当性を判定す
る。このとき、移動通信端末１が正規の端末であればホ
ームロケーションレジスタ５が記憶している認証キーＰ
１n と端末１が記憶している認証キーＰ２n は同じはず
であり、演算回路４ｂ、１ｃによる演算アルゴリズムも
第１の演算Ｆで同一なので、演算結果Ｃ１n とＣ２n も
等しいはずである。
【００２７】よって、移動通信交換局４内の制御回路４
ｄは、比較器４ｃによる比較の結果２つの演算結果Ｃ１
n 、Ｃ２n が一致すれば正当な端末と判定し、無線基地
局３に移動通信端末１に対して認証キー更新指示を送信
させる。また、比較の結果が不一致であれば不正な端末
と判定して認証がＮＧであったことを送信させる。
【００２８】ここまでの動作は図３の例と同様である
が、次に正当な端末と判定された移動通信端末１では、
移動網２からの認証キー更新指示を受信することによ
り、以下のように認証キーＰ２n の更新を行う。すなわ
ち、演算回路１ｄは先の乱数Ｒn 及びメモリ１ｂに記憶
されている認証キーＰ２n に基づき演算Ｇを実行してこ
の結果Ｐ２n+1 をメモリ１ｂに出力し、メモリ１ｂは記
憶している認証キーＰ２n をこの新たに生成された認証
キーＰ２n+1 に更新する。
【００２９】一方、移動通信交換局４においても同様に
演算回路４ｅが乱数Ｒn と認証キーＰ１n に基づき演算
Ｇを実行してこの結果Ｐ１n+1 をホームロケーションレ
ジスタ５に認証キー更新要求として出力する。そして、
ホームロケーションレジスタ５は、記憶している認証キ
ーＰ１n をこの新たに生成された認証キーＰ１n+1 に更
新する。これで、認証処理が終了し、移動通信交換局４
は移動通信端末１の発信要求に対する呼接続処理を行
う。
【００３０】この認証方式では、ホームロケーションレ
ジスタ５が記憶している認証キーＰ１n と端末１内のメ
モリ１ｂが記憶している認証キーＰ２n が同じで、演算
回路４ｅ、１ｄによる演算アルゴリズムも第２の演算Ｇ
で同一なので、新たに生成された認証キーＰ１n+1 、Ｐ
２n+1 も同一となる。そして、次回の移動通信端末１に
対する認証処理には今回の認証処理で更新されたこれら
の認証キーＰ１n+1 、Ｐ２n+1 が使用される。
【００３１】したがって、認証キーＰ１n 、Ｐ２n は通
信の度に更新されるので、認証キー等が全く同等な不正
端末を作ったとすると、この不正端末が通信を行った際
には移動網２側で認証キーＰ１n が更新され正規の端末
１側の認証キーＰ２n は更新されない。よって、次に正
規の端末１が通信を行う際に認証キーが不一致となるの
で、正規の加入者は不正端末が存在することを早期に発
見することができる。
【００３２】そして、無線回線でやり取りする主な情報
は、ＰＮ発振器４ａで生成された通信の度ごとに変化す
る乱数Ｒn と演算回路１ｃによる演算結果Ｃ２n であっ
て、不正端末を作るのに必要となる認証キーが直接伝送
されることはなく、また新しい認証キーは乱数Ｒn を用
いた演算Ｇにより生成される。
【００３３】よって、ある時点で認証キー等が全く同等
な端末を作ったとしても、その後の通信の際に移動網２
から送信される乱数Ｒn を１度でも傍受し損なうと、正
規の端末１の認証キーＰ２n とホームロケーションレジ
スタ５の認証キーＰ１n が更新されたにも関わらず、不
正端末の認証キーは更新されないままとなり、それ以降
不正端末の認証キーとホームロケーションレジスタ５の
認証キーＰ１n が一致することは極めて稀である。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、移動通信端末と移動網
で記憶している認証キーを通信の度に更新するので、認
証キー等が全く同等な不正端末が存在しても、正規の端
末が通信を行う際に認証キーの不一致が生じて不正端末
が存在することを早期に発見することができる。また、
認証キーを直接伝送せずに乱数を用いた第２の演算で認
証キーを更新するので、乱数を傍受し損なうか又は不正
端末の発覚による認証キーの再設定により、以後不正端
末の認証キーと移動網の認証キーが一致することは極め
て稀であり、不正端末による再度の不正な利用を防止す
ることができる。
【００３５】また、移動通信端末を無線送受信機、メモ
リ、第１の演算回路、第２の演算回路から構成し、移動
網を無線基地局、ホームロケーションレジスタ、並びに
発振器、第３の演算回路、比較器、制御回路、及び第４
の演算回路を有する移動通信交換局から構成することに
より、移動通信端末と移動網で記憶している認証キーを
直接伝送せずに、通信の度に乱数を用いた第２の演算で
認証キーを更新させる移動通信端末認証方式を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を示す移動通信端末認証方式
を利用した移動通信システムのブロック図である。
【図２】図１の移動通信端末認証方式における認証処理
の手順を示す図である。
【図３】従来における移動通信端末認証方式を利用した
移動通信システムのブロック図である。
【符号の説明】
１ 移動通信端末 １ａ 無線送受信機 １ｂ メモリ １ｃ 第１の演算回路 １ｄ 第２の演算回路 ２ 移動網 ３ 無線基地局 ４ 移動通信交換局 ４ａ ＰＮ発振器 ４ｂ 第３の演算回路 ４ｃ 比較器 ４ｄ 制御回路 ４ｅ 第４の演算回路 ５ ホームロケーションレジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 友池 裕元 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−248246（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−310257（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−92127（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 移動通信システムの移動通信端末と移動
    網で同一の認証キーを記憶し、端末の正当性を確認する
    認証処理のための乱数を移動網から移動通信端末に送信
    する移動通信端末認証方式において、前記移動通信端末は、移動網と通信を行うための無線送
    受信機と、 認証キーを記憶するメモリと、 無線送受信機を介して受信した乱数及びメモリから出力
    された認証キーに基づく第１の演算を行いこの結果を無
    線送受信機に出力する第１の演算回路と、 無線送受信機を介して認証キー更新指示を受信すると前
    記乱数及び認証キーに基づく第２の演算を行いこの結果
    を新たな認証キーとしてメモリに記憶させる第２の演算
    回路とを有し、 前記移動網は、前記移動通信端末と通信を行うための無
    線基地局と、 認証キーを記憶するホームロケーションレジスタと、 交換接続を行う移動通信交換局とを有し、 この移動通信交換局は、前記乱数を生成して無線基地局
    に出力する発振器と、前記乱数及びホームロケーション
    レジスタから出力された認証キーに基づく第１の演算を
    行う第３の演算回路と、この第３の演算回路の結果と無
    線基地局を介して移動通信端末より受信した演算結果を
    比較する比較器と、この比較結果が一致したときは認証
    キー更新指示を無線基地局に出力する制御回路と、前記
    比較結果が一致したときは前記乱数及び認証キーに基づ
    く第２の演算を行いこの結果を新たな認証キーとしてホ
    ームロケーションレジスタに記憶させる第４の演算回路
    とを備える ことを特徴とする移動通信端末認証方式。
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