JP4194046B2

JP4194046B2 - 無線ローカルエリアネットワークアクセスにおけるｓｉｍベース認証および暗号化システム、装置および方法

Info

Publication number: JP4194046B2
Application number: JP2004502552A
Authority: JP
Inventors: ロドリゲス、イエス、エンジェルデグレゴリオ; リョレンテ、ミゲル、エンジェルモンハス
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 2002-05-01
Filing date: 2002-05-01
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2022-05-01
Also published as: CN100366007C; CN1666465A; JP2005524341A; EP1502388A1; BR0215728A; US20060052085A1; DE60223951T2; ES2295336T3; EP1502388B1; ATE380424T1; BRPI0215728B1; US7936710B2; WO2003094438A1; DE60223951D1; AU2002255000A1

Description

（発明の分野）
本発明は一般的に無線ローカルエリアネットワークシナリオにおける認証および暗号化機構に関する。特に、本発明はＳＩＭベース認証システムおよび方法および端末装置からの通信パスを保護するレイヤ−２暗号化機構に関する。

（背景）
１９９９年に、１１Ｍｂｐｓのレートで無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）にアクセスするための仕様８０２.１１ｂがＩＥＥＥにより出版された。この標準は産業により広く支持されてきており、空港、ホテル、カフェその他の公にアクセス可能なホットスポットだけでなく、企業会社内に設置された巨大なベースを有する。

この仕様８０２.１１ｂは機密性だけでなくある程度の認証およびアクセス制御機構を提供するが、無線パス内だけである。この点で、この標準には２つの認証方法、すなわち“オープンシステム”および“共有システム”が規定されている。

オープンシステムが使用される場合、端末装置（ＴＥ）内のＷＬＡＮカードはＷＬＡＮアクセスポイント（以後、ＡＰと略す）に結合したいことを告げる。認証は実施されず、たとえば、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）フィルタおよびサービスセット識別子（ＳＳＩＤ）のような、ある基本的アクセス制御機構だけが使用される。

これらのＭＡＣフィルタは、アクセス制御リスト（ＡＣＬ）等の、ＡＰにより維持されるリストにそのＭＡＣアドレスが属するＷＬＡＮカードしかＡＰへの結合を許されないように働くようにされている。結合しようとするエンティティのアイデンティティは実際にはユーザに属せず装置自体に属するため、このアクセス制御機構の有用性は制限される。端末やカードが盗まれると、盗難装置によるリソースへのアクセスを防止するユーザベース認証はない。さらに、ＷＬＡＮカードのＭＡＣアドレスは常にＷＬＡＮフレームのヘッダ内に現れるため、ＭＡＣ−アドレスなりすましはありふれた攻撃である。市場の大概のＷＬＡＮカードはソフトウェア手段を使用するだけでそのＭＡＣアドレスを変えられるため、これは特に関連性がある。

他方のアクセス制御機構は前記したサービスセット識別子（ＳＳＩＤ）であり、それは端末装置（ＴＥ）が結合を試みているＷＬＡＮのインスタンスを識別するアルファニューメリックコードである。定められたＡＰしか正しいＳＳＩＤを提供するＷＬＡＮカードの結合を許すことができない。しかしながら、この識別子は通常ＡＰにより同報されるため、たとえベンダにより設定されたデフォルト値を変えなくても、複数の既知の攻撃が生じることがあるためこのアクセス制御機構も役に立たない。

前記した第２の認証方法はいわゆる共有鍵である。この手順は、ＲＣ４に基づく対称暗号化アルゴリズムである、Wired Equivalent Privacy（WEP）標準により提供される基本機密性機構内に埋め込まれる。このようにして、認証は両方のパーティ、ＷＬＡＮカードおよびＡＰ、が同じ鍵を所有することを示すチャレンジ−レスポンス機構を使用して実施される。しかしながら、この鍵は端末装置（ＴＥ）内にインストールされ格納されるため、ＭＡＣフィルタについて記述したのと同じ欠点に苦しむ。

さらに、いくつかの最近出版された論文にはプライバシ機構自体の基本的欠点、すなわち、ＷＥＰ標準の欠点が示されている。これらの欠点はスタティックＷＥＰ鍵の使用により始まり、アルゴリズムの初期化ベクトルはＷＥＰフレーム内で自由に送られるため、アタッカが鍵自体を見つけ出すのを許す。たとえば、トラフィックを探知するだけのＷＬＡＮカードのようないくつかの受動攻撃も鍵の推定を許す。

最初は、より良い鍵管理により鍵をリフレッシュし、それらの長さを、たとえば４０から１２８ビットに増すだけでアルゴリズムをより安全にすることができ、少なくとも、容認できるセキュリティを達成するのに十分安全にできるものと思われた。しかしながら、このようなアルゴリズム設計は容認できるセキュリティレベルを提供することができないことを証明する報告書が最近次第に増えてきている。

今日、産業および代表的なフォーラムにより現在適用可能な標準内の欠点を解決する努力がなされている。ＩＲＲＲは既存の８０２.１１ｂの認証機構を改善する新しい標準を現在規定しており、その結果はいわゆる８０２.１１ｘ標準、“Port-Based Network Access Control”として出版することができるが、この作業は未完である。さらに、この方法は認証しか考慮せず、そのため適切な機密性アルゴリズムがまだ必要である。この点で、現在の傾向はいわゆるAdvanced Encryption System（AES）プロトコルに基づくプロトコルがＷＥＰに替わることを示唆している。それにもかかわらず、８０２.１１ｘに示唆されたポートベース認証機構はＴＥ動作システム上およびＡＰの適用可能ソフトウェア内で著しいインパクトを有し、それは８０２.１１ｘがＷＥＰ、そしてＷＥＰ自体、に基づく認証機構に替わるものを捜すにすぎないためである。

短期的には、定められたＷＬＡＮの全てのＡＰを置換または、少なくとも、グレードアップしなければならないため、前記した未解決の欠点がある、この新しい標準８０２.１１ｘを大規模に採用することはＷＬＡＮ装置内の新しい投資に通じる。さらに、幾分明らかなように、任意のＷＬＡＮ機密性機構はワイヤレスパス上、すなわち、ＷＬＡＮカードおよびＡＰ間の保護しか行わない。しかしながら、ＡＰを超える対応するイーサネット（登録商標）トラフィックは全く暗号化されない。

したがって、この段階においてユーザの端末装置から始まる全通信パスにわたる完全な暗号化機構だけでなく、ＷＬＡＮユーザの有効な認証機構を許す手段および方法を提供することが本発明の重要な目的である。

（関連技術）
手短に言えば、前記したように、現在のＷＬＡＮ適用可能標準、すなわち８０２.１１における認証はＴＥを認証するのにＷＬＡＮカードの物理的ＭＡＣアドレスが使用される時は存在しないか、あるいはデバイスベースである。その脆弱さで知られるＷＬＡＮ内のようにＷＥＰプロトコルを介して達成された暗号化が容認できるセキュリティを維持するのに適切な異なるセクタから見つからない場合、これは規模の配置に対して明らかに実現不能である。

対照的に、ＧＳＭ，ＧＰＲＳ，またはＵＭＴＳ等の従来のおよびより新しい公衆地上移動電話網における認証はＳＩＭカードおよび一組のセキュリティ証明プロトコルおよび“Authentication and Key Agreement”（以後、ＡＫＡと略す）アルゴリズムとして知られるアルゴリズムにより行われる。ＳＩＭは個人使用に設計されるためいわゆるＳＩＭベース認証はユーザベースであり、アクセスＰＩＮにより保護される。

今日、モバイルオペレータはブロードバンドアクセスを含めることによりネットワークのアクセスにおいて自分の申し出を拡張したいと思い、大部分はＷＬＡＮ内の無許可スペクトルバンドの使用により、極端に低い展開コストを維持しながら、ＷＬＡＮ技術は１１Ｍｂｐｓまでのアクセスレートでそれを可能にする。モバイルオペレータは自分のＷＬＡＮをインストールするか既存のＷＬＡＮオペレータとの合意に署名することによりこれを達成することができるが、いずれの場合も、セキュリティ要求条件は少なくともオペレータコアネットワークへのモバイルアクセスの場合と同じぐらい強力でなければならない。

これを達成するために、ＷＬＡＮオペレータはＳＩＭカードの所持を示唆する認証および暗号化機構を申し出なければならない。このＳＩＭカードはモバイルオペレータにより発行しなければならず、モバイルアクセスに使用したのと同じＳＩＭとすることができ、あるいはＷＬＡＮアクセスだけの目的で発行されたＳＩＭとすることができる。

サードパーティにより操作される従来のＷＬＡＮにはそれ自体のローカルユーザがいることもあり、前記ローカルに対して実施される認証はまったくＷＬＡＮオペレータしだいである。たとえば、ローカルユーザに対するこの認証はユーザアイデンティティプラスパスワードだけに基づくことができ、セキュリティは全くないことさえある。しかしながら、モバイルオペレータに加入しているこれらのユーザに対して、前記ＷＬＡＮを介した認証および他のセキュリティ問題はモバイルオペレータのネットワークにおけるものに匹敵しなければならない。一方、モバイルオペレータだけにより配置され操作されるＷＬＡＮはそのモバイルオペレータに所属しないユーザへのアクセスを否定しなければならず、ＳＩＭカードに基づいた認証機構だけをインプリメントしなければならない。

それにもかかわらず、ＷＬＡＮ内に新しいより安全な認証および暗号化機構を導入する任意の試みは現在のＷＬＡＮシナリオ内で生じるインパクトをできるだけ少なくするよう努力しなければならない。

前記問題を解決するためのたいへん興味ある試みが米国特許出願公開公報第2002/0009199号“Arranging Data Ciphering in a Wireless Telecommunication System”に記述されている。この出願の教示はＳＩＭベース認証方式も公開している。

しかしながら、このＳＩＭベース認証方式はＴＥおよびＡＰ間のトラフィック暗号化用８０２.１１発生ＷＥＰアルゴリズムの鍵として使用される暗号鍵を引き出そうとするものである。この出願が提唱する既存のＷＥＰの能力に優る主要な利点はセション毎に１回鍵を更新する新しい機構の追加である。それ以外では、この出願は基本的に現在のＷＥＰ標準の修正バージョンであり、オリジナルＷＥＰバージョンに対して前記した基本的問題を解決しない。

それにもかかわらず、産業の異なるセクタは既知のＷＥＰ攻撃がＷＥＰ鍵を２時間もかけずに推測できると評価している。オリジナルＷＥＰバージョンのように、ＷＥＰ鍵がスタティックであって更新されていなければ、問題は遥かに重大である。したがって、US2002/0009199に提示された方法により問題は定められたセションの持続時間の限界に制限され、セションが数時間にわたって広がる場合には、前と同じ問題が生じる。これは現在の公衆地上移動電話網におけるものと同じセキュリティレベルを与えるのに明らかに不十分である。

この点で、オペレータが自分のセキュリティ必要性により適した暗号化アルゴリズムを選択できるようにするよりずっと高いセキュリティレベルを達成することが本発明の目的である。セキュリティレベルと性能の間には通常トレードオフがあることに注目されたい。したがって、たとえばＡＥＳ等の、最新の最もセキュアなアルゴリズムをサポートするだけでなく、１２８，１６８，２５６ビット等の長さの鍵をサポートする等の付加機能、および鍵ローテーション手順も本発明のもう一つの目的と考えることができる。

さらに、前記出願US2002/0009199に従って、ＷＥＰは無線パスにしか適用されないため、暗号化パスは移動端末からＡＰへ行く。この点で、ＡＰを超えて確立されかつＷＬＡＮの有線部もカバーする暗号化パスに対するサポートは本発明のもう一つの目的である。

さらに、US2002/0009199はＩＰアドレスの割当てが認証手順を実行する前に行われ、したがって、悪意あるユーザは既知の攻撃の全セットを潜在的に開始することができることを教示している。しかしながら、ユーザが有効に認証される前にＩＰ接続性を得る手段を持たなければ、リスクは著しく減少する。したがって、前記ユーザにＩＰ接続性を与える前に実施されるユーザに対する認証機構を提供することが本発明のもう一つの目的である。

一方、米国特許出願第2002/012433号およびWO01/76297は、いくつかの典型的な実施例により、無線適応端末が無線ＩＰアクセス網を介してホーム移動網に接続することができるシステムを開示している。ホーム移動網はＳＩＭベース認証によりユーザを認証する責任があり、無線ＩＰアクセス網はユーザが認証されたらイーサネット（登録商標）網へアクセスするのを許す。無線端末、無線ＩＰアクセス網、および移動網は全てモバイルＩＰプロトコルで通信する。このシステムは無線アクセス網からイーサネットサービスへのアクセスを制御する公衆アクセスコントローラも含んでいる。この公衆アクセスコントローラはＩＰアドレスを無線端末に割当てインターネットへの接続が確立される前に無線端末を認証し、無線端末およびホーム移動網間で認証メッセージを中継する。さらに、無線端末および公衆アクセスコントローラ間のインターフェイスはＩＰベースインターフェイスであり、公衆アクセスコントローラおよび無線端末は各ＩＰアドレスにより互いに識別される。公衆アクセスコントローラおよび無線端末がＩＰベースプロトコルを使用するという事実は無線端末が本当に最初からＩＰアドレスを割当てられることを不可欠とし、このＩＰアドレスはセキュアなチャネル通信を確立する前に公衆アクセスコントローラから無線端末へ送られている。したがって、ＩＰアドレスの割当てが認証プロセスを実行する前になされる事実により前記米国特許出願公開公報第2002/0009199号と同じ問題が生じ、悪意あるユーザは既知の攻撃の全セットを潜在的に開始することができる。
要約すれば、本発明の重要な目的は有効なＳＩＭベースユーザ認証を許しかつ、ＴＥから開始して、公衆地上移動電話網の加入者であるＷＬＡＮユーザに対して完全な暗号化パスを確立するシステム、手段および方法を提供することである。もう一つの特に重要な目的はこのＳＩＭベースユーザ認証は前記ユーザにＩＰ接続性を与える前に実施できることである。

本発明のもう一つの目的は、可変長鍵のサポート、オペレータ選択によるセキュリティアルゴリズムの使用、および鍵ローテーション手順の提供である。

本発明のさらにもう一つの目的は、従来のＷＬＡＮシナリオへのインパクトを最小限に抑えて前記目的を達成することである。

（発明の概要）
本発明の目的はデータリンクレイヤ（レイヤ−２）認証機構により、公衆地上移動電話網の加入者である無線ローカルエリアネットワークのユーザにＳＩＭベース認証を許す方法により達成される。この方法の重要な側面は認証プロセスがうまく完了している時しかユーザにＩＰ接続性が提供されないことである。

したがって、本発明の目的は無線端末がアクセス可能なアクセスポイントを見つけて無線ローカルエリアネットワークへの結合（association）を要求し、アクセスポイントがそれに対する要求を受け入れる方法により達成される。次に、無線端末はアクセスポイントおよび公衆地上移動電話網間に配置されたアクセスコントローラの発見を開始する。

次に、無線端末はポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルのすぐ上（直上）のユーザ識別子（user identifier immediately on top of a Point-to-Point layer 2 protocol）をアクセスコントローラへ向けて送り、それはポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルの上（上方）に受信したユーザ識別子（user identifier received on top of a Point-to-Point layer 2 protocol）をアプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコルへ上向きにシフトする。

続いて、アクセスコントローラは公衆地上移動電話網における認証ゲートウェイへ向けてユーザ識別子を送り認証手順を開始する。

認証手順が開始すると、アクセスコントローラは認証ゲートウェイを介して公衆地上移動電話網から認証のチャレンジを受信し、アプリケーションレイヤと同じプロトコルで受信した認証チャレンジをポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルの上に下向きにシフトする。認証チャレンジは認証レスポンスを引き出すためにアクセスコントローラにより無線端末へ向けて送られている。

次に、無線端末はポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルのすぐ上の認証レスポンスをアクセスコントローラへ向けて送ることができ、それはポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルの上に受信した認証レスポンスをアプリケーションレイヤの認証プロトコルへ上向きにシフトする。認証レスポンスは認証ゲートウェイを介して公衆地上移動電話網から暗号化鍵を受信するアクセスコントローラから認証ゲートウェイへ向けて送られている。

続いて、アクセスコントローラは無線端末との通信パスをさらに暗号化するためにアプリケーションレイヤにおけるプロトコルで受信した暗号化鍵を抽出し、アクセスコントローラは割当てられたＩＰアドレスおよび他のネットワーク構成パラメータを無線端末へ向けて送る。

それにより、全体通信パスにおいて、移動端末は無線通信網で使用されるのと同様なセキュリティ認証機構を付加する利点が提供され、無線パスおよび有線パスにおいて機密性を得ることを意味する。オペレータはそのアクセス網を拡張してローカライズドブロードバンドアクセス（１１Ｍｂｐｓ）を非常にローコストで提供することができる。

また、本発明の目的を達成するために無線端末と通信するためにＯＳＩレイヤ２に常駐するポイント・ツー・ポイントサーバを含むアクセスコントローラ、および公衆地上移動電話網と通信するためにＯＳＩアプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコルが提供される。さらに、このアクセスコントローラはポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルの上に受信した情報をアプリケーションレイヤに常駐する適切な認証プロトコルへ上向きにシフトする。同様に、アクセスコントローラはアプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコルで受信した情報をポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルの上に下向きにシフトする。

本発明の目的を完全に達成するために、ポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルクライアントとして作用しかつこのポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルにすぐ続く拡張可能認証プロトコル（Extensible Authentication Protocol）を有する機能を含む無線端末も提供される。

本発明により提供される全体解決策により、少なくとも一つのアクセスポイント、公衆地上移動電話網、少なくとも一つの前記した無線端末、および前記したアクセスコントローラを含む無線ローカルエリアネットワークを含む電気通信システムが得られる。

（好ましい実施例の詳細な説明）
添付図と共に本明細書を読めば本発明の特徴、目的および利点が明らかになる。有効なＳＩＭベースユーザ認証を許しかつ公衆地上移動電話網の加入者であるＷＬＡＮユーザに対してＴＥから始まる完全な暗号化パスを確立する手段、方法およびシステムの現在の好ましい実施例について以下に説明する。

したがって、好ましい実施例の全体スケッチが図１に提示され、他のローカル非モバイルユーザだけでなく、公衆地上移動電話網（ＧＳＭ/ＧＰＲＳ/ＵＭＴＳ）の加入者が無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）にアクセスする一般的なシナリオを示している。図１のこの一般的なシナリオは、本発明の一つの目的を達成するために既存の従来のＷＬＡＮ上への衝撃を最小限に抑えるための特に単純なアーキテクチュアを提案する。この単純なアーキテクチュアはＷＬＡＮおよび公衆地上移動電話網からの異なるエンティティを含み、それについては後述する。図２は公衆地上移動電話網の加入者だけにアクセスを与えローカルＷＬＡＮユーザのいないＷＬＡＮに対する本発明のもう一つの実施例に従ったより単純化されたアーキテクチュアを提示する。

図１および２における第１のエンティティは端末装置（ＴＥ）であり、Authentication and Key Agreement（AKA）プロトコルに従って必要なシグナリング情報を送受信するだけでなく、ユーザのＳＩＭカードにインターフェイスするのに必要なハードウェアおよびソフトウェアを備えている。ＴＥはＲＦＣ２５１６に従ってPoint-to-Point Protocol over Ethernet（登録商標）(PPPoE）プロトコルをインプリメントするのに必要なソフトウェアも含んでいる。

このようなＰＰＰｏＥを含むことにより、クライアントはＷＬＡＮドメイン内の特定のサーバとのPoint-to-Point Protocol（PPP）セションを確立することができる。これは既存の認証機構、たとえばExtensible Authentication Protocol（EAP）、および暗号化パスをＷＬＡＮの有線部に沿って拡張してより高いセキュリティレベルを提供する、ＲＦＣ１９６８に従ったPPP Encryption Control Protocol（以後、“ＰＰＰ暗号化”と呼ぶ）のような、暗号化プロトコルでてこ入れするための非常に簡便な実施例である。

図１および２のシナリオにおける他のエンティティは、いかなる付加論理もなく、標準８０２.１１ｂに従った簡単な標準無線局として挙動するアクセスポイントである。今度の標準８０２.１ｘについて説明した可能な他の解決策とは異なり、本発明により提供される方法ではＷＬＡＮ内に存在する全てのＡＰを置換またはグレードアップする替わりに低廉な既存のハードウェアを再利用することができる。このようなＷＥＰはＰＰＰｏＥレイヤにすぐ続いてインプリメントされるセキュリティ機構に比べて僅かなセキュリティしか提供しないため、これらの元のままのＡＰはＷＥＰサポートがターンオフされたこのシナリオにおいて実行することができる。

本発明の一側面に従って、新しいエンティティ、必要なＰＰＰｏＥサーバ機能を含む図１および２のアクセスコントローラ（以後、ＡＣと呼ぶ）、が提供される。このＰＰＰｏＥサーバは、ＰＰＰｏＥプロトコル内の組込機構により、すなわち同報メッセージにより開始されるハンドシェークを介して端末装置（ＴＥ）により自動的に発見される。このアクセスコントローラ（ＡＣ）はＰＰＰの上に運ばれたＥＡＰ属性を介して受信した（received through EAP attributes carried on top of a PPP）クライアント証明書（client credential）を集め、今ＲＤＩＵＳメッセージの上に運ばれたやはりＥＡＰ属性を介して、それらを従来のＷＬＡＮ認証サーバ（ＷＬＡＮ−ＡＳ）へ向けて送る責任があるＲＡＤＩＵＳクライアント機能も含んでいる。このアクセスコントローラ（ＡＣ）のようなコンポーネントも本発明の目的に対するコア部である。

アクセスコントローラおよび、端末装置内に埋め込まれる、前記したＰＰＰｏＥクライアントは共に暗号化パスを確立するだけでなくチャレンジ−レスポンス認証手順をトンネリングするための協働するエンティティである。

図１に示す最も一般的なシナリオにしか存在しないもう一つのエンティティは、モバイルオペレータに所属せず、そのため簡単なユーザおよびパスワードマッチング等の他の手段により認証されることがあるローカルＷＬＡＮユーザに対するローカル認証者サーバの機能をインプリメントするＷＬＡＮ−認証サーバ（ＷＬＡＮ−ＡＳ）である。アクセスコントローラから認証メッセージを受信して公衆地上移動電話網オペレータのドメイン内の認証ゲートウェイ（以後、ＡＧと呼ぶ）へ向けて転送する時に、このＷＬＡＮ−ＡＳはＲＡＤＩＵＳプロキシの役割も果たす。

ＷＬＡＮ−ＡＳは公衆地上移動電話網のモバイル加入者ではない自分のＷＬＡＮユーザを認証する本発明の目的のためだけに必要なものである。したがって、移動網の加入者だけにアクセスを与えるためのＷＬＡＮは、前記モバイル加入者の認証に影響を及ぼすことなくかつ暗号化パスを確立することなくこのようなエンティティを免れることができる、本発明の範囲。この点で、図２はＷＬＡＮ−ＡＳが含まれない前記した公衆地上移動電話網の加入者だけにアクセスを与えるＷＬＡＮに対する単純化されたアーキテクチュアの実施例を提示する。

図１および２のシナリオに含まれるもう一つのエンティティは単独のまたは移動加入者ユーザデータを格納するためにホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）と協働する認証ゲートウェイ（以後、ＡＧと呼ぶ）である。この認証ゲートウェイ（ＡＧ）は、単独またはＨＬＲと組み合わせて、オペレータドメイン内側の認証バックエンドサーバとして作用し、ＧＳＭ，ＧＰＲＳおよびＵＭＴＳ等の従来のおよび新しい公衆地上移動電話網に対するＡＫＡプロトコルに従って認証ベクトルの発生を管理している。これらのコンポーネント、すなわちＡＧおよびＨＬＲ、はMobile Application Part（MAP）プロトコルにより互いに通信する物理的に独立したエンティティとすることができ、あるいは、ＡＫＡにおける必要なアルゴリズムのインプリメンテーションと共に、既知のＡ５，Ａ８等の加入者データベースが組み込まれたＲＡＤＩＵＳサーバとして作用する単一論理エンティティとすることができる。後者の方法では、図２に示す例のように、ＨＬＲに向かう通信は不要である。

手短に言えば、アクセスコントローラ、端末装置に埋め込まれる前記したＰＰＰｏＥクライアント、およびこの認証ゲートウェイは本発明の目的に対するコアエンティティである。このようなエンティティ内に常駐する機能に対する特定の説明は単なる例に過ぎず、制約的意味合いは無い。

図３はOpen System Interconnection（OSI）モデルに関するアクセスコントローラ（ＡＣ）内に含まれる異なるプロトコルレイヤを示す。ＩＰレイヤの下に常駐するＰＰＰｏＥサーバはイーサネットレイヤ上に自然に常駐するＰＰＰｏＥプロトコルレイヤを含み、前記したＥＡＰが埋め込まれている。同様に、ＲＡＤＩＵＳクライアントはＲＡＤＩＵＳプロトコルレイヤを有し、ＥＡＰが埋め込まれており、ＵＤＰレイヤ上に常駐し、共にＩＰレイヤ上に常駐する。

一方、異なるエレメントが現在の好ましい実施例に従って本発明のある側面を実施する方法が図４に示すアクションのシーケンスに関して以下に説明される。

前記した端末装置（ＴＥ）には移動端末により運ばれるＳＩＭカードへのアクセスを許す移動端末アダプタ（ＭＴＡ）が備えられている。このＴＥはＷＬＡＮのＡＰと通信する（Ｃ−４０１，Ｃ−４０２）トランシーバを有し、ＲＦＣ２５１６に従ってＰＰＰｏＥをインプリメントする適切なソフトウェアスタックを含んでいる。

アクセスコントローラ（ＡＣ）にはＰＰＰｏＥサーバが埋め込まれている。ＰＰＰｏＥクライアントによるＰＰＰｏＥサーバの発見はプロトコル自体の一体部である（Ｃ−４０３，Ｃ−４０４，Ｃ−４０５，Ｃ−４０６）。ＰＰＰリンク上のＴＥにより使用されるアイデンティティ（Ｃ−４０７，Ｃ−４０８）はネットワークアクセス識別子（ＮＡＩ）であり、それは必要なダイヤルアップセションを確立するためにユーザにより入力され、その領域はユーザを定められたモバイルオペレータの加入者として識別するのに使用される。認証は他の手段によって行われるためパスワードは不要である。あるいは、ＮＡＩを送る替わりにＩＭＳＩをＳＩＭカードからフェッチしてユーザアイデンティティとして送ることができる。これはＩＭＳＩをクリアテキスト内で送ることが容認できる場合しか使ってはならず、そうではない場合もある。

ＥＡＰ機構の助けによりユーザアイデンティティを受信すると、アクセスコントローラ（ＡＣ）はＷＬＡＮ−ＡＳサーバへ認証メッセージを送る（Ｃ−４０９）ＲＡＤＩＵＳクライアントを有する。ＴＥおよびＡＧ間で認証情報を運ぶために、Extensible Authentication Protocol（EAP）はＰＰＰおよびＲＡＤＩＵＳの上方で実行される（run on top of PPP and RADIUS）。ＥＡＰの内側で使用される認証機構は公衆地上移動電話網内で使用される従来のＡＫＡとすることができる。前記したように、ＷＬＡＮ−ＡＳは正規のＷＬＡＮユーザに対する認証サーバとして作用し、その認証はＳＩＭベースではなく、さらに、そのＮＡＩの領域部がそれらを移動網の加入者として識別してＳＩＭベース認証を使用するようなユーザに対する認証プロキシとして作用する。次に、認証プロキシとして作用する時に、ＷＬＡＮ−ＡＳは受信した認証メッセージを認証ゲートウェイ（ＡＧ）へ転送する（Ｃ−４１０）。

認証ゲートウェイは認証要求を受信すると（Ｃ−４１０）、ＭＡＰインターフェイスを使用してＨＲＬに認証ベクトル（Ｃ−４１１）、トリプレットまたはクィンテット、を要求する。このタスクに対して、認証ゲートウェイ（ＡＧ）はそのＮＡＩがＲＡＤＩＵＳメッセージで送られている加入者のＩＭＳＩを知らなければならない。このＩＭＳＩは、たとえば、ディレクトリデータベース内のルックアップにより発見することができる。ＨＬＲはユーザに対する要求された認証情報を返答する（Ｃ−４１２）。

次に、ＡＧは認証ベクトルのＲＡＮＤコンポーネントをＥＡＰ属性内にカプセル化し、それをＷＬＡＮ−ＡＳを介して（Ｃ−４１３）ＲＡＤＩＵＳメッセージ内側のＡＣへ向けて返送する（Ｃ−４１４）。ＵＭＴＳ等の新しい移動網のユーザに対しては、ＡＵＴＮ等のメッセージを送ることも必要である。

次に、ＡＣは受信したＥＡＰ情報をＰＰＰメッセージ内のＴＥへ転送する（Ｃ−４１５）。ここでは、ＡＣはＰＰＰおよびＲＡＤＩＵＳ等の“キャリア”プロトコル間のＥＡＰ情報の“パススルー”として挙動する。

ＴＥはＥＡＰを受信すると、ＲＡＮＤ数を抽出しそれを使用してＳＩＭにチャレンジして返答（ＲＥＳ）を発生し、それは再度ＰＰＰおよびＲＡＤＩＵＳを介して送信されたＥＡＰを介してＡＧへ返送される（Ｃ−４１６，Ｃ−４１７，Ｃ−４１８）。前と同様に、ＵＭＴＳユーザに対してＴＥは最初にＡＵＴＮに基づいてネットワークを認証する。この段階で、ＴＥはＡＫＡ内に規定された標準アルゴリズムに従って暗号化鍵を発生することに注目しなければならない。この鍵はＲＦＣ１９６８に記述されたＰＰＰ暗号化制御プロトコルで使用される一つまたは多数のセション鍵、および既存のＰＰＰ暗号化アルゴリズムのいずれか、たとえば、ＰＰＰトリプル−ＤＥＳ暗号化プロトコル、ＲＦＣ２４２０を引き出すシード、すなわちキーイングマテリアル、として使用される。

ＡＧはＥＡＰレスポンスを受信して（Ｃ−４１８）チャレンジの有効性をチェックする。ＡＫＡ暗号化鍵（Ｋｃ）は図示せぬ認証センター（ＡｕＣ）と恐らく協働するＨＬＲからの認証ベクトル内で予め受信されている。次に、ＡＧはＡＫＡ暗号化鍵（Ｋｃ）をＰＰＰｏＥが常駐するＡＣに通信する（Ｃ−４１９，Ｃ−４２０）。これは EAP-Success が送信される Access-Accept RADIUS メッセージ内で行うことができるが、このＥＡＰコマンドはいかなる付加データも運ぶことができないため、RADIUS Vendor Specific Attribute（VSA）がより価値あるオプションとなることがある。

この段階で、ＡＣはAccess-Accept RADIUSメッセージを受信し（Ｃ−４２０）Dynamic Host Configuration Protocol（DHCP）サーバからＩＰアドレスを要求し、このＩＰアドレスはさらにＴＥへ送られる。ＡＣはＴＥと同じアルゴリズムに従ってＰＰＰ暗号化制御プロトコルおよび選択されたＰＰＰ暗号化アルゴリズム（たとえば、３ＤＥＳ）で使用されるＡＫＡ暗号化鍵（Ｋｃ）からセション鍵を引き出す。最後に、ＡＣはＩＰアドレス、ＩＰネットマスク、ＤＮＳサーバ、等の前記ＴＥへ向けた他の構成パラメータと共にEAP-successメッセージをＴＥに送る（Ｃ−４２１）。次に、ＰＰＰリンクが完全に確立されネットワークフェーズに入る準備が完了する。

モバイルおよび非モバイルユーザによりアクセスすることができるＷＬＡＮを介してアクセスする従来の移動網のユーザがどのように自分自身の移動網により認証されかつＴＥから自分自身の移動網への暗号化パスを有することができるかの実施例を示す図である。公衆地上移動電話網のユーザしかアクセスしないＷＬＡＮに適用できる、図１のそれに匹敵する単純化されたアーキテクチュアを示す図である。ＰＰＰｏＥサーバおよび Extensible Authentication Protocol が常駐するＲＡＤＩＵＳクライアントを含むアクセスコントローラの実施例を示す略図である。ＷＬＡＮエンティティ全体にわたってＴＥから移動網に対して実施されてＳＩＭベースユーザ認証を行うアクションの典型的なシーケンスを基本的に示す図である。

Claims

公衆地上移動電話網の加入者である無線ローカルエリアネットワークのユーザにＳＩＭベース認証を許す電気通信システムにおける方法であって、前記方法は、
（ａ）無線端末がアクセス可能なアクセスポイントを介して無線ローカルエリアネットワークにアクセスするステップと、
（ｂ）アクセスポイントおよび公衆地上移動電話網間に配置されたアクセスコントローラを無線端末から発見するステップと、
（ｃ）アクセスコントローラを介して無線端末および公衆地上移動電話網間でチャレンジ−レスポンス認証手順を実施するステップであって、無線端末にはＳＩＭカードが提供されそのデータを読み取るようにされているステップと、を含み、
前記方法はステップｃ）のチャレンジ−レスポンス認証提出（submissions）がユーザにＩＰ接続性を提供する前に行われ、かつ、
−無線端末およびアクセスコントローラ間のポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコル（ＰＰＰｏＥ）の上に、および
−公衆地上移動電話網およびアクセスコントローラ間のアプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコル上に運ばれる、ことを特徴とし、
前記方法は、さらに、
（ｄ）前記ユーザが公衆地上移動電話網により有効に認証されておれば、割当てられたＩＰアドレスおよび他のネットワーク構成パラメータを送ることにより、無線端末においてユーザにＩＰ接続性を提供するステップ、
を含む方法。
請求項１に記載の方法であって、アクセスコントローラを発見するステップｂ）は無線端末内のPoint-to-Point over Ethernet（登録商標）(PPPoE）プロトコルクライアントおよびアクセスコントローラ内のPoint-to-Point over Ethernet（登録商標）（PPPoE）プロトコルサーバ間でポイント・ツー・ポイントプロトコルセションを確立するステップを含む方法。
請求項１に記載の方法であって、チャレンジ−レスポンス認証手順を実施するステップｃ）は、
（ｃ１）アクセスコントローラを介して無線端末から公衆地上移動電話網へユーザ識別子を送るステップと、
（ｃ２）無線端末において公衆地上移動電話網からアクセスコントローラを介して認証チャレンジを受信するステップと、
（ｃ３）無線端末において受信したチャレンジから暗号化鍵および認証レスポンスを引き出すステップと、
（ｃ４）アクセスコントローラを介してワイヤレス端末から公衆地上移動電話網へ認証レスポンスを送るステップと、
（ｃ５）アクセスコントローラにおいて公衆地上移動電話網から暗号化鍵を受信するステップと、
（ｃ６）無線端末との通信パスをさらに暗号化するために受信した暗号化鍵を抽出するステップと、
を含む方法。
請求項２に記載の方法であって、さらに、ポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコル（ＰＰＰｏＥ）の上に受信した認証情報をアプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコルへ上向きにシフトさせて公衆地上移動電話網へ向けて提出するステップを含む方法。
請求項４に記載の方法であって、さらに、アプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコルで受信した認証情報をポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコル（ＰＰＰｏＥ）の上に下向きにシフトさせて無線端末へ向けて提出するステップを含む方法。
請求項３に記載の方法であって、さらに、アクセスコントローラおよび無線端末において予め引き出された暗号化鍵を使用して、対称暗号化パスを無線端末において確立するステップを含む方法。
前記いずれかの項に記載の方法であって、ＩＰアドレスを送るステップｄ）はこのようなＩＰアドレスをDynamic Host Configuration Protocol サーバから要求する前のステップを含む方法。
前記いずれかの項に記載の方法であって、アクセスコントローラおよび公衆地上移動電話網間の通信は前記公衆地上移動電話網の認証ゲートウェイを通過する方法。
前記いずれかの項に記載の方法であって、アクセスコントローラおよび公衆地上移動電話網の認証ゲートウェイ間の通信は、移動加入者ではない前記無線ローカルエリアネットワークのローカルユーザの認証を管理している無線ローカルエリアネットワークの認証サーバを通過する方法。
前記いずれかの項に記載の方法であって、ステップｃ１）におけるユーザ識別子はネットワークアクセス識別子を含む方法。
前記いずれかの項に記載の方法であって、ステップｃ１）におけるユーザ識別子は国際移動加入者識別（International Mobile Subscriber Identity）を含む方法。
前記いずれかの項に記載の方法であって、ステップｃ）においてアプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコルは拡張可能認証プロトコル（Extensible Authentication Protocol）である方法。
請求項１２に記載の方法であって、このExtensible Authentication ProtocolはRadiusプロトコルを介してトランスポートされる方法。
請求項１２に記載の方法であって、このExtensible Authentication ProtocolはDiameterプロトコルを介してトランスポートされる方法。
少なくとも一つのアクセスポイントを含む無線ローカルエリアネットワーク、公衆地上移動電話網、およびＳＩＭカードを提供されその加入者データを読み取るようにされた少なくとも一つの無線端末を含む電気通信システムにおけるアクセスコントローラであって、アクセスコントローラは、
（ａ）無線端末と通信するポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコル（ＰＰＰｏＥ）サーバであって、チャレンジ−レスポンス認証手順をトンネリングするようにされているサーバと、
（ｂ）ＯＳＩアプリケーションレイヤに常駐して公衆地上移動電話網と通信する認証プロトコルと、
を含むことを特徴とするアクセスコントローラと、
（ｃ）前記電気通信システムにおいて、前記無線端末と前記公衆地上移動電話網との間のチャレンジレスポンス認証手順がうまく完了した後にＩＰ接続性を提供するために、前記無線端末へ割当てるＩＰアドレスおよびその他のネットワーク構成パラメータを送る手段と、
を含むことを特徴とするアクセスコントローラ。
請求項１５に記載のアクセスコントローラであって、さらに、
（ａ）ポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコル（ＰＰＰｏＥ）の上に受信した情報をアプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコルへ上向きにシフトさせる手段と、
（ｂ）アプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコルで受信した情報をポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコル（ＰＰＰｏＥ）の上に下向きにシフトさせる手段と、を含む方法。
請求項１６に記載のアクセスコントローラであって、さらに、ユーザが自分の公衆地上移動電話網により認証が成功した後で、Dynamic Host Configuration ProtocolサーバからＩＰアドレスを要求する手段を含むアクセスコントローラ。
請求項１７に記載のアクセスコントローラであって、アクセスポイントを介して無線端末と通信するようにされているアクセスコントローラ。
請求項１７に記載のアクセスコントローラであって、認証ゲートウェイを介して公衆地上移動電話網と通信するようにされているアクセスコントローラ。
請求項１７に記載のアクセスコントローラであって、無線ローカルエリアネットワークのローカルユーザを認証する責任がある認証サーバを介して認証ゲートウェイと通信するようにされているアクセスコントローラ。
請求項１５から２０のいずれかの項に記載のアクセスコントローラであって、アプリケーションレイヤに常駐する認証プロトコルはExtensible Authentication Protocolであるアクセスコントローラ。
請求項２１に記載のアクセスコントローラであって、このExtensible Authentication ProtocolはＲＡＤＩＵＳプロトコルを介してトランスポートされるアクセスコントローラ。
請求項２１に記載のアクセスコントローラであって、このExtensible Authentication ProtocolはDiameterプロトコルを介してトランスポートされるアクセスコントローラ。
チャレンジーレスポンス認証手順を履行し、ポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコル（ＰＰＰｏＥ）クライアントとして作用する機能を含み、ポイント・ツー・ポイントレイヤ２プロトコルの上にExtensible Authentication Protocolを有し、チャレンジーレスポンス認証手順がうまく完了した後、ＩＰ接続性を得るために利用できるＩＰアドレスを受信することを特徴とする無線端末。
少なくとも一つのアクセスポイントを含むワイヤレスローカルエリアネットワーク、公衆地上移動電話網、およびＳＩＭカードを提供されその加入者データを読み取るようにされた少なくとも一つの無線端末を含む電気通信システムであって、さらに、公衆地上移動電話網の加入者であるワイヤレスローカルエリアネットワークのユーザへのＳＩＭベース加入者認証を許す請求項１５から２３のいずれかの請求項に記載のアクセスコントローラを含むことを特徴とする電気通信システム。