JP4107436B2

JP4107436B2 - 通信制御装置、通信制御方法

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Publication number: JP4107436B2
Application number: JP2005200754A
Authority: JP
Inventors: 洋輔林; 直政吉田; 克亘大附
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: JP2007020001A

Description

本発明は通信制御装置、通信制御方法に関し、特に移動体通信網におけるパケット接続通信路でセキュリティの確保を実現するための通信制御装置、通信制御方法に関する。

一般に、第３世代（３Ｇ）移動体通信システムの標準化プロジェクトである３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）で規定されるＩＭＳ（IP Multimedia core network Subsystem）とその下位の通信路であるＩＰ−ＣＡＮ（IP Connectivity Access Network）とは別ドメインとして定義され、個々にセキュリティを確保することが要求される（例えば、非特許文献１参照）。これはＩＰ−ＣＡＮを提供する事業者Ａと、ＩＭＳを提供する事業者Ｂとの間で提携関係が存在すれば相互接続として許容される形態となり、その場合に事業者間をまたがる通信経路を保護することを目的としている。

なお、「ＩＭＳ」は、ＧＰＲＳ（General Packet Radio Service）等の通信路の確立機能を提供するネットワークを通して、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）、プレゼンス、Instant Message、ＰｏＣ（Push-to-Talk over Cellular)等のサービスを提供するための技術である。また、そのような技術を提供するネットワークをＩＭＳと称することがある。「ＩＰ−ＣＡＮ」は、端末装置とＩＭＳとの間でＩＰ接続の通信路を提供するネットワークである。このＩＰ−ＣＡＮの一例としてＧＰＲＳが挙げられる。

図５を参照すると、事業者Ａと事業者Ｂとが存在する場合、ケースａでは事業者ＡによってＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとが提供され、ケースｃでは事業者ＢによってＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとが提供されている。つまり、ケースａ及びケースｃでは、同一の事業者によって、ＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとが提供されている。
これに対し、ケースｂではＩＰ−ＣＡＮが事業者Ａによって提供され、ＩＭＳが事業者Ｂによって提供されている。つまり、ケースｂでは、異なる事業者によって、ＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとが提供されている。

また、事業者Ａと事業者Ｂについて、個々にセキュリティを確保する場合、図６に示されているように、ＩＰ−ＣＡＮを提供する事業者ＡのＳＧＳＮ２と端末装置１との間にセキュリティを確立し、更に、ＩＭＳを提供する事業者ＢのＳＩＰサーバ３との間にセキュリティを確立する必要がある。つまり、ＩＰ−ＣＡＮを提供する事業者とＩＭＳを提供する事業者とが異なる場合、それぞれ別々にセキュリティを確保しなければならない。

具体的には、ユーザとネットワーク間の相互認証と、メッセージの完全性保障、ユーザデータの暗号化が要求されており、相互認証はＡＫＡ（Authentication and key agreement）認証で、メッセージ完全性保障とユーザデータ暗号化は、端末装置とＳＩＰサーバとの間でＩＰsecを確立して実現するのが３ＧＰＰの規定である。なお、ＡＫＡ認証は、端末装置とネットワークとの間で相互認証を行い認証成功後に両者で秘匿鍵を共有する方式である。
３ＧＰＰＴＳ（技術仕様）３３．２０３ｖ５．９．０（２００４−０９）

ところで、ＩＰ−ＣＡＮとＩＭＳとが同一事業者によって提供される場合、すなわち同一ドメイン内にあるという前提に立つ場合、これらのセキュリティは下位の通信路であるＩＰ−ＣＡＮ側で保障済みであるという考え方が成立し得る。例えば、図７に示されているように、ＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとが同一の事業者Ａによって提供されている場合、３ＧＰＰの規定に従うと、それぞれ別々にセキュリティを確保することになる。これでは、セキュリティ確保のための処理が冗長になる。そして、ユーザの端末装置とネットワークとの間の相互認証手順は接続遅延を招き、またＩＰsec確立による処理負荷が発生する懸念がある。

３ＧＰＰの規定に従って別々にセキュリティを確保するための処理について図８を参照して説明する。同図は、携帯電話機等の端末装置１と、ＧＳＭ方式の携帯電話網を使ったデータ伝送技術であるＧＰＲＳを実現するための加入者階梯ノードであるＳＧＳＮ（Serving GPRS support Node）２と、ＧＰＲＳを実現する上で外部インタフェースを持つゲートウェイノードであるＧＧＳＮ（Gateway GPRS Support Node）４と、ＩＭＳサービスを提供するためのＳＩＰサーバ３との間の信号授受の様子を示すシーケンス図である。

同図において、ＩＭＳサービスの利用に先立ち、ＩＰ−ＣＡＮの確立が必要となる。ここではＧＰＲＳをＩＰ−ＣＡＮとして使用する場合について説明する。
まず、前提条件として、端末装置からＧＰＲＳネットワークへのアタッチ時にＳＧＳＮとの相互認証は完了しており、無線区間で流れる信号は全て秘匿保護されていることとする（ステップＳ１０１）。

ＧＰＲＳ通信路確立時に、端末装置１は通信路確立要求信号を用いて、ユーザＩＤをネットワーク内のノードであるＧＧＳＮ４に通知する（ステップＳ１０２）。一方、ＧＧＳＮ４は、ユーザＩＰアドレスを動的に払い出し（ステップＳ１０３）、通信路確立応答信号を用いて、その情報を端末装置１に通知する（ステップＳ１０４）。ユーザＩＰアドレスは、例えば、[ff.ee.dd.cc]である。以上の処理により、ＧＧＳＮ４はそのユーザの属性情報としてユーザＩＤとユーザＩＰアドレスとを関連付けることが可能となる。

以上の処理により、ＧＰＲＳ通信路が確立される（ステップＳ１０５）。その後、ＧＧＳＮ４とＳＩＰサーバ３との間で種々の情報が交換され（ステップＳ１０６）、交換された情報はＳＩＰサーバ３内に記憶される（ステップＳ１０７）。また、ＧＰＲＳ通信路確立後の動作として、端末装置１からＳＩＰサーバ３へのアクセスが発生する。すなわち、ＳＩＰ REGISTERメッセージが端末装置１からＳＩＰサーバ３に送信される（ステップＳ１０８）。このＳＩＰ REGISTERメッセージには、端末装置１のＩＰアドレスが含まれている。

端末装置１からのＳＩＰ REGISTERメッセージを受取ったＳＩＰサーバ３は、端末装置１に対して乱数キーを送出し、認証チャレンジ処理を行う（ステップＳ１０９）。端末装置１では、その乱数キーについて演算処理が行われ（ステップＳ１１０）、この演算結果が応答としてＳＩＰサーバ３に送られる（ステップＳ１１１）。以上の処理により、セキュリティが確立され（ステップＳ１１２）、ＳＩＰサーバ３から端末装置１に対して２００ＯＫ信号が送信される（ステップＳ１１３）。以後は、端末装置１とＳＩＰ３との間で、セキュリティが確保された状態でメッセージ等を授受することができる。

以上のように、セキュリティ確立までに必要な処理に時間がかかり、接続時間が長くなるという問題がある。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的はＩＰ−ＣＡＮとＩＭＳとが同一ドメイン内で提供される移動通信網において、冗長となるＩＭＳレベルでの相互認証手順を省略することで接続時間短縮を図り、かつ簡易的な認証手順を提供することで必要十分なセキュリティを確保することのできる通信制御装置、通信制御方法を提供することである。

本発明の請求項１による通信制御装置は、ネットワークサービスを提供するためのＩＭＳ及びＩＭＳが用いる通信路であるＩＰ−ＣＡＮが同一ドメインによって提供され、かつ、前記ＩＭＳと前記ＩＰ−ＣＡＮとで共通のユーザＩＤを用いる場合に、端末装置との間の通信セキュリティを確保する通信制御装置であって、ＩＰ−ＣＡＮによるセキュア通信路確立の際に前記端末装置のユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスを取得する取得手段と、前記取得手段によって取得したユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスを記憶する記憶手段と、前記端末装置から受信したメッセージに含まれているユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスと、前記記憶手段に記憶された、ＩＰ−ＣＡＮ側の通信制御装置で認証に利用したユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスとを照合する簡易認証処理を行う簡易認証手段とを含み、前記ＩＭＳに関する相互認証を省略することを特徴とする。この通信制御装置は、例えば、図１中のＳＩＰサーバ３に対応し、端末装置のユーザＩＤとユーザＩＰアドレスとの対応関係を取得して記憶しておくことによって、ユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスの照合による簡易認証を行うことができるので、ＩＭＳレベルでの相互認証手順を省略することで、簡易認証でありながら必要十分なセキュリティを確保できる。

本発明の請求項２による通信制御方法は、ネットワークサービスを提供するためのＩＭＳ及びＩＭＳが用いる通信路であるＩＰ−ＣＡＮが同一ドメインによって提供され、かつ、前記ＩＭＳと前記ＩＰ−ＣＡＮとで共通のユーザＩＤを用いる場合に、端末装置との間の通信セキュリティを確保する通信制御方法であって、ＩＰ−ＣＡＮによるセキュア通信路確立の際に、端末装置のユーザＩＤとユーザＩＰアドレスとの対応関係を、前記端末装置にＩＭＳを提供する第２の装置（例えば、図１中のＳＩＰサーバ３）に、ＩＭＳに関するゲートウェイノードである第１の装置（例えば、図１中のＧＧＳＮ４）から通知する通知ステップと、前記通知ステップにおいて通知されたユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスを前記第２の装置（例えば、図１中のＳＩＰサーバ３）において記憶する記憶ステップと、前記端末装置から受信したメッセージに含まれているユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスと前記記憶ステップにおいて記憶されたユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスとを前記第２の装置（例えば、図１中のＳＩＰサーバ３）において照合する照合ステップとを含むことを特徴とする。端末装置のユーザＩＤとユーザＩＰアドレスとの照合による簡易認証を行うことにより、ＩＭＳレベルでの相互認証手順を省略することで、簡易認証でありながら必要十分なセキュリティを確保できる。

以上説明したように本発明は、ＩＰ−ＣＡＮとＩＭＳとが同一ドメイン内で提供される移動通信網において、ユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスの照合による簡易認証を行い、ＩＭＳレベルでの相互認証手順を省略することで、簡易認証でありながら必要十分なセキュリティを確保できるという効果がある。また、ＩＭＳレベルでの相互認証手順を省略することで、サービス提供開始までの時間を短縮でき、かつ、冗長なセキュリティを維持する必要が無くなるので、ネットワーク側の負荷を軽減できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（実施の形態）
本発明の実施形態による通信制御装置であるＳＩＰサーバ等を採用した通信制御システムの構成例について図２を参照して説明する。同図において、通信制御システムは、携帯電話機等の端末装置１と、ＧＳＭ方式の携帯電話網を使ったデータ伝送技術であるＧＰＲＳを実現するための加入者階梯ノードであるＳＧＳＮ２と、ＩＭＳサービスを提供するためのＳＩＰサーバ３と、ＧＰＲＳを実現する上で外部インタフェースを持つゲートウェイノードであるＧＧＳＮ４とを含んで構成されている。

ここで、ＳＩＰサーバ３は、図３に示されているように、ＩＰ−ＣＡＮによるセキュア通信路確立の際に端末装置１のユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスを取得する取得機能３１と、取得機能３１によって取得したユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスを記憶する記憶機能３２と、端末装置１から受信したメッセージに含まれているユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスと、記憶機能３２によって記憶されたユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスとを照合する簡易認証機能３３とを含んで構成されている。

また、ＧＧＳＮ４は、図４に示されているように、端末装置１のユーザＩＤを取得するユーザＩＤ取得機能４１と、端末装置１のユーザＩＰアドレスを取得するユーザＩＰアドレス取得機能４２と、端末装置１のユーザＩＤとユーザＩＰアドレスとの対応関係を、端末装置１にＩＭＳを提供するＳＩＰサーバ３に通知する通知機能４３とを含んで構成されている。

（動作例）
上述した通信制御システムによって、セキュリティを確保する場合の処理について図１を参照して説明する。同図において、ＩＭＳサービスの利用に先立ち、ＩＰ−ＣＡＮの確立が必要となる。ここでは、ＧＰＲＳをＩＰ−ＣＡＮとして使用する場合について説明する。
まず、前提条件として、端末装置からＧＰＲＳネットワークへのアタッチ時にＳＧＳＮとの相互認証は完了しており、無線区間で流れる信号は全て秘匿保護されていることとする（ステップＳ１０１）。

以上の処理は、図８を参照して説明した、３ＧＰＰで規定されている処理と同様である。以上の処理の結果、ＧＰＲＳ通信路が確立される（ステップＳ１０５）。その後、ＧＧＳＮ４とＳＩＰサーバ３との間で種々の情報が交換される（ステップＳ１０６’）。ここでは、ユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスが通知される。このユーザＩＤには、例えば、以下の情報が該当する。

（１）ＩＭＳＩ（International Mobile Subscriber Identity）：これは、加入者に一意に割り当てられる識別子である。
（２）ＭＳＩＳＤＮ（MS international PSTN/ISDN number）：これは、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｅ．１６４番号計画に準じる加入者電話番号である。
（３）Private user identity：これは、ＲＦＣ２４８６準拠のusername＠realm形式の加入者識別子である。基本的にはＩＳＩＭ（ＩＭＳＳＩＭ）に対応するためＩＭＳＩとは別のＩＤとなる。ただし、ＩＳＩＭを利用しない場合のPrivate user identityはＩＭＳＩから導出される。
（４）Public user identity：これは、ＳＩＰＵＲＩ（ＲＦＣ３２６１）或いはｔｅｌＵＲＩ（ＲＦＣ２８０６）形式で表されるＩＭＳ上のサービスごとに割り当てられるＩＤである。

通知されたユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスはＳＩＰサーバ３内に記憶される（ステップＳ１０７）。また、ＧＰＲＳ通信路確立後の動作として、端末装置１からＳＩＰサーバ３へのアクセスが発生する。すなわち、ＳＩＰ REGISTERメッセージが端末装置１からＳＩＰサーバ３に送信される（ステップＳ１０８）。このＳＩＰ REGISTERメッセージには、端末装置１のＩＰアドレスが含まれている。

ここで、本システムでは、端末装置１とＳＩＰサーバ３との間のセキュリティ保護(ＩＰsec)を省略する。すなわち、図８中のステップＳ１０９からステップＳ１１２までに相当する処理は行われない。その代わりに、ＩＰアドレスやユーザＩＤの詐称によるＳＩＰサーバへの攻撃から保護するために、ＳＩＰのメッセージ単位での簡易認証が行われる（ステップＳ１１０’）。この簡易認証では、ユーザＩＤとユーザＩＰアドレスとの組合せを通知して記憶して照合する。この簡易認証を実現するため、上述したように、ＧＰＲＳ通信路確立時にユーザＩＤとユーザＩＰアドレスの組合せをＳＩＰサーバ３へ通知している。

その後の端末装置１からＳＩＰサーバ３への正当なアクセスについては、ＳＩＰ REGISTERメッセージに含まれているＩＰアドレスが、ＧＰＲＳ通信路確立時に通知して記憶しておいたＩＰアドレスと一致するはずである。このため、このＩＰアドレスとＳＩＰ REGISTERメッセージに設定されるユーザＩＤとの組合せを、ステップＳ１０７において記憶したユーザＩＰアドレスとユーザＩＤとの組合せと照合することで、ユーザの正当性を判断することができる。

ところで、本発明の効果が得られるのはＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとでユーザＩＤを共有する場合（共通のユーザＩＤを用いる場合）のみである。ＩＰ−ＣＡＮの一例であるＧＰＲＳの場合、通信路確立要求信号にはＩＭＳＩ、ＭＳＩＳＤＮ共に設定されるため、private user identity＝ＩＭＳＩやpublic user identity＝ＭＳＩＳＤＮの場合であればこれらのユーザＩＤをＳＩＰサーバに事前に通知しておくことにより、ＳＩＰサーバにおいてＳＩＰメッセージ受信時の簡易認証が実現できる。なお、ユーザＩＤを共有するとは、ＩＭＳＩ＝private user identityやＭＳＩＳＤＮ＝public user identityといった形態を意味する。形式は異なるが同要素を用いる点で同一とみなすことができる。
以上のように、ＩＭＳで使用されるユーザＩＤ（private user identityとpublic user identity）と、ＧＰＲＳで使用するユーザＩＤ（ＩＭＳＩとＭＳＩＳＤＮ）とは、本来独立であるが、サービス提供条件として両者を共有する環境下において本発明の効果が得られる。

（通信制御方法）
以上説明した通信制御システムにおいては、以下のような通信制御方法が実現されている。すなわち、ネットワークサービスを提供するためのＩＭＳ及びＩＭＳが用いる通信路であるＩＰ−ＣＡＮが同一ドメインによって提供され、かつ、上記ＩＭＳと上記ＩＰ−ＣＡＮとで共通のユーザＩＤを用いる場合に、端末装置との間の通信セキュリティを確保する通信制御方法であり、ＩＰ−ＣＡＮによるセキュア通信路確立の際に、端末装置のユーザＩＤとユーザＩＰアドレスとの対応関係を、上記端末装置にＩＭＳを提供する第２の装置（例えば、図１中のＳＩＰサーバ３）に、ＩＭＳに関するゲートウェイノードである第１の装置（例えば、図１中のＧＧＳＮ４）から通知する通知ステップ（図１中のステップＳ１０６’に対応）と、上記通知ステップにおいて通知されたユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスを上記第２の装置（例えば、図１中のＳＩＰサーバ３）において記憶する記憶ステップ（図１中のステップＳ１０７に対応）と、上記端末装置から受信したメッセージに含まれているユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスと上記記憶ステップにおいて記憶されたユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスとを上記第２の装置（例えば、図１中のＳＩＰサーバ３）において照合する照合ステップ（図１中のステップＳ１１０’に対応）とを含む通信制御方法が実現されている。端末装置のユーザＩＤとユーザＩＰアドレスとの照合による簡易認証を行うことにより、ＩＭＳレベルでの相互認証手順を省略することで、簡易認証でありながら必要十分なセキュリティを確保できる。

（まとめ）
以上説明したように、本発明によれば、Registration処理時に実施される端末装置とＩＭＳとの間の相互認証手順を省略することによって、ＳＩＰ REGISTERリクエストに対する２００ＯＫ応答が返送されるまでの時間を短縮できる。また、相互認証手順を省略することによって、認証に必要な端末装置とネットワークのリソースを有効に活用できると共に、処理負荷を軽減できる。これによって、十分なセキュリティを確保しつつ、特にリアルタイムの音声通信に問われる接続遅延を回避する効果が期待できる。

本発明は、３ＧＰＰで規定されるＩＭＳとその下位の通信路であるＩＰ−ＣＡＮとが同一事業者によって提供される場合に、セキュリティ確立までの時間の短縮に利用することができる。

本発明の実施形態による通信制御装置を採用した通信制御システムにおいて、セキュリティを確保するための処理を示すシーケンス図である。本発明の実施形態による通信制御装置であるＳＩＰサーバ等を採用した通信制御システムの構成例を示すブロック図である。図１中のＳＩＰサーバの構成例を示すブロック図である。図１中のＧＧＳＮの構成例を示すブロック図である。２つの事業者によって、ＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとが提供される場合を示す概念図である。ＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとを提供する各事業者について、個々にセキュリティを確保する場合を示す概念図である。ＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとが同一の事業者によって提供されている場合を示す概念図である。ＩＭＳとＩＰ−ＣＡＮとが同一の事業者によって提供されている場合に、３ＧＰＰの規定に従って別々にセキュリティを確保するための処理を示すシーケンス図である。

符号の説明

１端末装置
２ＳＧＳＮ
３ＳＩＰサーバ
４ＧＧＳＮ
３１取得機能
３２記憶機能
３３簡易認証機能
４１ユーザＩＤ取得機能
４２ユーザＩＰアドレス取得機能
４３通知機能

Claims

ネットワークサービスを提供するためのＩＭＳ及びＩＭＳが用いる通信路であるＩＰ−ＣＡＮが同一ドメインによって提供され、かつ、前記ＩＭＳと前記ＩＰ−ＣＡＮとで共通のユーザＩＤを用いる場合に、端末装置との間の通信セキュリティを確保する通信制御装置であって、ＩＰ−ＣＡＮによるセキュア通信路確立の際に前記端末装置のユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスを取得する取得手段と、前記取得手段によって取得したユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスを記憶する記憶手段と、前記端末装置から受信したメッセージに含まれているユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスと、前記記憶手段に記憶された、ＩＰ−ＣＡＮ側の通信制御装置で認証に利用したユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスとを照合する簡易認証処理を行う簡易認証手段とを含み、前記ＩＭＳに関する相互認証を省略することを特徴とする通信制御装置。
ネットワークサービスを提供するためのＩＭＳ及びＩＭＳが用いる通信路であるＩＰ−ＣＡＮが同一ドメインによって提供され、かつ、前記ＩＭＳと前記ＩＰ−ＣＡＮとで共通のユーザＩＤを用いる場合に、端末装置との間の通信セキュリティを確保する通信制御方法であって、ＩＰ−ＣＡＮによるセキュア通信路確立の際に、端末装置のユーザＩＤとユーザＩＰアドレスとの対応関係を、前記端末装置にＩＭＳを提供する第２の装置に、ＩＭＳに関するゲートウェイノードである第１の装置から通知する通知ステップと、前記通知ステップにおいて通知されたユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスを前記第２の装置において記憶する記憶ステップと、前記端末装置から受信したメッセージに含まれているユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスと前記記憶ステップにおいて記憶されたユーザＩＤ及びユーザＩＰアドレスとを前記第２の装置において照合する照合ステップとを含むことを特徴とする通信制御方法。