JP4354696B2 - 通信システムにおける局所認証 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
Ｉ．発明の分野
本発明は通信システムに関し、特に通信システム加入者の局所（ｌｏｃａｌ）認証に関する。
【０００２】
ＩＩ．背景
無線通信の分野は、例えば 、コードレス電話、ページング、無線局所回線（ｌｏｃａｌ ｌｏｏｐ）、携帯情報機器（ＰＤＡ）、インターネット電話、及び衛星通信システムを含む多くの応用がある。特に重要な応用は携帯加入者のための携帯電話システムである。 ( ここに使われるように、「セルラー」システムという用語はセルラー（携帯電話）及び個人通信サービス（ＰＣＳ）周波数を含む。) 様々な無線（ｏｖｅｒ−ｔｈｅ−ａｉｒ）インタフェースは、例えば、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、時間分割多元接続（ＴＤＭＡ）、及び符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を含むそのような携帯電話システムのために開発された。それに関連して、例えば、先端移動電話サービス（ＡＭＰＳ）、移動体のためのグローバル・システム（ＧＳＭ）、及び暫定規格９５（ＩＳ−９５）を含む様々な国内及び国際規格が制定された。特に、ＩＳ−９５とその関連規格、ＩＳ−９５Ａ、ＩＳ−９５Ｂ、ＡＮＳＩ Ｊ−ＳＴＤ−００８（ここではまとめてＩＳ−９５としてよく引用される）、及び提案された高データ率システム等々が遠距離通信工業協会（ＴＩＡ）及び他の周知の規格団体によって公開されている。
【０００３】
ＩＳ−９５規格の使用にしたがって構成された携帯電話システムは高効率で強固な携帯電話サービスを行うためにＣＤＭＡ信号処理技術を採用している。ＩＳ−９５規格により実際に構成された典型的な携帯電話システムは米国特許第５，１０３，４５９号および第４，９０１，３０７号に記述され、それは本発明の譲請人に譲渡され、引例としてここに完全に組込まれている。ＣＤＭＡ技術を利用する記載の典型的なシステムはＴＩＡによって発行されたｃｄｍａ２０００ ＩＴＵ−Ｒ無線送信技術（ＲＴＴ）候補提案（ここではｃｄｍａ２０００として引用される）である。ｃｄｍａ２０００の規格はＩＳ−２０００の草案で与えられ、ＴＩＡによって承認された。ｃｄｍａ２０００提案は多くの点でＩＳ−９５システムと互換性がある。別のＣＤＭＡ規格は、第三世代共同プロジェクト「３ＧＰ」文書３Ｇ ＴＳ ２５，２１１、３Ｇ ＴＳ ２５，２１２、３Ｇ ＴＳ ２５，２１３、及び３Ｇ ＴＳ ２５，２１４に包含されているように、Ｗ−ＣＤＭＡ規格である。
【０００４】
世界の大部分における遠距離通信サービスのいたるところでの急増及び一般大衆の移動性の増加によって、彼または彼女が加入者ホーム・システムの範囲外を移動しながら加入者に通信サービスを提供することは望ましい。この必要性を満足させる一方法はＧＳＭシステムにおける加入者識別モジュール（ＳＩＭ）のような識別トークンの使用であり、そこでは加入者はＧＳＭ電話に挿入できるＳＩＭカードを割当てられる。ＳＩＭカードはＳＩＭカードを携帯電話に挿入する団体の序列情報を識別するために使用される情報を有する。次世代ＳＩＭカードはＵＳＩＭ（ＵＴＭＳ ＳＩＭ）カードとして改名された。ＣＤＭＡシステムでは、識別トークンはリムーバブル・ユーザー・インタフェース・モジュール（Ｒ−ＵＩＭ）と云われ、そして同じ目的を達成する。そのような識別トークンの使用は加入者が訪問場所では使用されない周波数で動作するように設定されている彼または彼女の個人用携帯電話がなくても旅行でき、そして新規アカウントを確立するのに費用をかけないで地域的に利用可能な携帯電話を使用できるようにする。
【０００５】
便利ではあるけれども、加入者のアカウント情報を呼出すためにそのような識別トークンを使用することは安全ではない。現在、そのような識別トークンはメッセージ暗号化に使用される暗号鍵または加入者を識別するための認証鍵といった秘密情報を携帯電話に送信するようにプログラムされる。口座情報の窃盗を考えている人は、識別トークンが外された後でも秘密情報を保持するように、または携帯電話の合法的な使用の間に別の記憶ユニットに秘密情報を送信するようにプログラムすることによって彼または彼女の目的を達成することができる。このように不正に変更された携帯電話は今後「悪党シェル」と呼ぶことにする。従って、通信サービスに接続するために前記秘密情報の使用を促進しながら識別トークン上に記憶された秘密情報の安全性を守る現在の必要性がある 。
【０００６】
概要
彼または彼女のホーム・システムの外を移動する加入者に安全な認証を行うための新規な方法及び装置が提示される。一つの形態では、加入者識別トークンは携帯ユニットに認証を行うために設定され、ここでは携帯ユニットは加入者識別トークンに秘密鍵による変換のための情報を伝達する。
【０００７】
別の形態では、通信システムにおいて加入者の局所認証を行う加入者認証モジュールが提示され、それはメモリ；及びメモリに記憶された命令の集合を実施するように構成されたプロセッサを含み、命令の集合は受信された呼びかけに答えて複数の鍵を生成し；受信信号及び複数の鍵からの第一の鍵に基づいて認証信号を生成し、ここでは受信信号は加入者識別モジュールに通信のために接続された通信ユニットから送信され、そして受信信号は複数の鍵からの第二の鍵を用いて通信ユニットにより生成され、第二の鍵は加入者認証モジュールから通信ユニットに伝送された；そして通信ユニットを経由して通信システムに認証信号を送信する。
【０００８】
別の形態では、加入者識別モジュールが提示され、それは鍵の生成要素；及び鍵の生成要素からの秘密鍵及び携帯ユニットからの情報を受信するように構成され、さらに署名を携帯ユニットに出力するように構成された署名生成器を含む。
【０００９】
別の形態では、通信システムにおいて加入者の安全な局所認可を提供する装置が提示され、通信ユニットと相互に関係するように構成された加入者識別モジュールを含み、ここで加入者識別モジュールは：受信された値及び秘密値から複数の鍵を生成する鍵生成器、ここで複数の鍵から少なくとも１個の通信鍵が通信ユニットに供給され、そして複数の鍵から少なくとも１個の秘密鍵は通信ユニットに供給されない；及び少なくとも１個の秘密鍵及び認可メッセージから認可信号を生成する署名発生器を含み、ここで認可メッセージは少なくとも１個の通信鍵を用いて通信ユニットによって生成される。
【００１０】
別の形態では、加入者識別デバイスを使用して加入者の認証を行う方法が提示され、それは：複数の鍵を生成すること；複数の鍵から少なくとも１個の鍵を加入者識別デバイスに接続された通信デバイスに送信し、そして複数の鍵から少なくとも１個の鍵を秘密に保持すること；通信デバイスに送信された少なくとも１個の鍵と送信メッセージの両方を使用して通信デバイスで署名を生成すること；署名を加入者識別デバイスに送信すること；加入者識別デバイスで署名を受信すること；受信された署名から一次署名を生成すること；及び一次署名を通信システムへ伝達することを含む。
【００１１】
別の形態では、加入者識別デバイスを使用して加入者の認証を行う方法は：複数の鍵を生成すること；複数の鍵から少なくとも１個の鍵を加入者識別デバイスに通信のために接続された通信デバイスに送信し、そして複数の鍵から少なくとも１個の鍵を秘密に保持すること；送信メッセージの相対的な重要性に従って通信デバイスの送信メッセージへ重みを割当てること；通信デバイスに送信された少なくとも１個の鍵と送信メッセージの両方を使用して通信デバイスで署名を生成すること；送信メッセージに割当てられた重みが送信メッセージは重要でないことを示せば署名を通信システムに送信すること；及び送信メッセージに割当てられた重みが送信メッセージは重要であることを示せば署名を加入者識別デバイスに送信することを含み、その結果加入者識別デバイスは受信された署名信号から一次署名を生成し、通信システムに一次署名を伝送する。
【００１２】
実施例の詳細な記述
第１図に図示されたように、無線通信網は複数の移動局（または加入者ユニットまたはユーザー装置と呼ばれる）１２ａ−１２ｄ、複数の基地局（または基地局送受信器（ＢＴＳ）またはノードＢと呼ばれる）１４ａ−１４ｃ、基地局制御器（ＢＳＣ）（または無線通信網制御器またはパケット制御機能１６と呼ばれる）、移動通信交換局（ＭＳＣ）または交換器１８、パケット・データ・サービング・ノード（ＰＤＳＮ）またはインターネット動作機能（ＩＷＦ）２０、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）２２（一般的には、電話会社）、及びインターネット・プロトコル（ＩＰ）網２４（一般的には、インターネット）を一般的に含む。簡単のために、４個の移動局１２ａ−１２ｄ、３個の基地局１４ａ−１４ｃ、１個のＢＳＣ１６、１個のＭＳＣ１８、及び１個のＰＤＳＮ２０が示されている。多数の移動局１２、基地局１４、ＢＳＣ１４、ＭＳＣ１８、及びＰＤＳＮ２０があってもよいことは当業者には理解されるであろう。
【００１３】
一実施例では、無線通信網１０はパケット・データ・サービス網である。移動局１２ａ−１２ｄは携帯電話のような無線通信デバイス、ＩＰベースのＷｅｂブラウザ応用（適用）で動くラップトップ・コンピュータに接続された携帯電話、付属ハンドフリー自動車キットを備えた携帯電話、ＩＰベースのＷｅｂブラウザ応用で動く個人用データ端末（ＰＤＡ）、可搬コンピュータに組込まれた無線通信モジュール、または無線内線或いはメータ読取システムにみられるような場所固定の通信モジュールなど種々の型であってもよい。最も一般的な実施例では、移動局はどのような型の通信ユニットであってもよい。
【００１４】
移動局１２ａ−１２ｄは、例えば、ＥＩＡ／ＴＩＡ／ＩＳ７０７に記述されているような１以上の無線パケット・データ・プロトコルを実行するように構成される。特定の実施例では、移動局１２ａ−１２ｄはＩＰ網２４向けのＩＰパケットを生成し、ポイント−トゥ−ポイント・プロトコル（ＰＰＰ）を使用してＩＰパケットをカプセル化する。
【００１５】
一実施例では、ＩＰ網２４はＰＤＳＮ２０に接続され、ＰＤＳＮ２０はＭＳＣ１８に接続され、ＭＳＣ１８はＢＳＣ１６とＰＳＴＮ２２に接続され、そしてＢＳＣ１６は、例えば、Ｅ１、Ｔ１、非同期転送モード（ＡＴＭ）、ＩＰ、フレーム・リレー、ＨＤＳＬ、ＡＤＳＬ、またはＸＤＳＬを含むいくつかの既知のプロトコルに従って音声及び／またはデータ・パケットの送信のために形成された基地局１４ａ−１４ｃに電線を介して接続される。代わりの実施例では、ＢＳＣ１６は直接ＰＤＳＮ２０に接続され、そしてＭＳＣ１８はＰＤＳＮ２０に接続されない。本発明の別の実施例では、移動局１２ａ−１２ｄはＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−２０００−２−Ａ（草稿、３０版）（１９９９年１１月１９日）として公表された、３ＧＰＰ２文書第Ｃ．Ｐ０００２Ａ号、ＴＩＡ ＰＮ−４６９４の第３世代共同プロジェクト２「３ＧＰＰ２」、「ｃｄｍａ２０００スペクトラム拡散システムの物理層規格」において定義されたＲＦインタフェース上で基地局１４ａ−１４ｃと通信し、これはここに引例文献として完全に組込まれている。
【００１６】
無線通信網１０の一般的な運用の間、基地局１４ａ−１４ｃは電話呼出、Ｗｅｂブラウジング、または他のデータ通信に関わっている種々の移動局１２ａ−１２ｄから逆方向回線信号の集合を受信し、且つ復調する。所定の基地局１４ａ−１４ｃによって受信された各逆方向回線信号はその基地局１４ａ−１４ｃの中で処理される。各基地局１４ａ−１４ｃは移動局１２ａ−１２ｄに順方向回線信号の集合を変調し、且つ送信することによって複数の移動局１２ａ−１２ｄと通信する。例えば、第１図に示されたように、基地局１４ａは第一及び第二の移動局１２ａ、１２ｂと同時に通信し、そして基地局１４ｃは第三及び第四の移動局１２ｃ、１２ｄと同時に通信する。その結果生じるパケットはＢＳＣ１６に送られ、それは一つの基地局１４ａ−１４ｃから別の基地局１４ａ−１４ｃへ特定の移動局１２ａ−１２ｄに対する呼出のソフト・ハンドオフの編成を含む呼出資源割付及び移動管理機能を提供する。例えば、移動局１２ｃは二つの基地局１４ｂ及び１４ｃと同時に通信する。結局、移動局１２ｃが一つの基地局１４ｃから十分離れて移動するとき、呼出は他の基地局１４ｂにハンドオフされるであろう。
【００１７】
送信が普通の電話呼出であれば、ＢＳＣ１６はＭＳＣ１８に受信データを配送し、それはＰＳＴＮ２２とのインタフェースに追加の配送サービスを提供する。送信がＩＰネットワーク２４向けのデータ呼出のようなパケット・ベースの送信であれば、ＭＳＣ１８はＰＤＳＮ２０にデータ・パケットを配送し、それはパケットをＩＰネットワーク２４へ送信する。代りに、ＢＳＣ１６はパケットを直接ＰＤＳＮ２０に送信し、それはパケットをＩＰネットワーク２４へ送信する。
【００１８】
第２図は無線通信システムにおいて携帯電話を使用して加入者を認証する方法を例示する。彼または彼女のホーム・システム（ＨＳ）２００の区域外を移動する加入者は巡回システム（Ｖｉｓｉｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ：ＶＳ）では携帯ユニット２２０を使用する。その加入者は加入者識別トークンを挿入することによって携帯ユニット２２０を使用する。そのような加入者識別トークンは加入者が巡回システムと新規のアカウントを開設しなくてもアカウント・サービスに接続することができる暗号及び認証情報を生成するように構成される。要請は携帯ユニット２２０からサービス（図には示されていない）のためＶＳ２１０へ送信される。ＶＳ２１０は加入者（図には示されていない）へのサービスを決定するためＨＳ２００と連絡をとる。
【００１９】
ＨＳ２００は加入者識別トークン上に保持された秘密情報の知識に基づいて乱数２４０及び予期された応答（ＸＲＥＳ）２７０を生成する。乱数２４０は呼びかけとして使用され、ここでは目標となる受信者は予測応答２７０に合致する確認応答を生成するために乱数２４０と秘密情報を使用する。乱数２４０及びＸＲＥＳ２７０はＨＳ２００からＶＳ２１０へ送信される。他の情報もまた送信されるが、ここでは関連はない（図には示されていない）。ＨＳ２００とＶＳ２１０の間の通信は第１図に記述された方法で容易になる。ＶＳ２１０は乱数２４０を携帯ユニット２２０に送信し、携帯ユニット２２０からの確認メッセージ２６０の送信を待つ。確認メッセージ２６０及びＸＲＥＳ２７０はＶＳ２１０で比較要素２８０にて比較される。確認メッセージ２６０とＸＲＥＳ２７０が合致すれば、ＶＳ２１０はサービスを携帯ユニット２２０に提供を始める。
【００２０】
携帯ユニット２２０は加入者によって携帯ユニット２２０の中へ挿入された加入者識別トークン２３０へ乱数２４０を送信する。安全鍵３００は加入者識別トークン２３０上に記憶される。安全鍵３００と乱数２４０の双方は確認メッセージ２６０、暗号化鍵（ＣＫ）２９０、及び保全鍵（Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｋｅｙ：ＩＫ）３１０を生成するため鍵生成器２５０によって使用される。ＣＫ２９０及びＩＫ３１０は携帯ユニット２２０へ伝達される。
【００２１】
携帯ユニット２２０で、ＣＫ２９０は携帯ユニット２２０とＶＳ２１０の間の通信を暗号化するために使用でき、その結果、通信はメッセージの対象受信者によってのみ復号化できる。通信を暗号化するために暗号化鍵を使用する技術は１９９８年８月２８日に出願され、「暗号化ストリーム暗号を生成する方法及び装置（Method and Apparatus for Generating Encryption Stream Ciphers）」と題し、本発明の譲請人に譲渡され、ここに引用文献として組込まれた、同時係属の米国特許出願第０９／１４３，４４１号に記載されている。他の暗号化技術がここに記述された実施例の範囲に影響を及ぼすことなく使用できることは注目すべきである。ＩＫ３１０はメッセージ認証符号（ＭＡＣ）を生成するために使用でき、ここではＭＡＣは送信メッセージ・フレームが特定の相手から発したことを確認し、そしてそのメッセージが送信の間に変更されなかったことを確認するために送信メッセージ・フレームに付加される。ＭＡＣを生成するための技術は１９９８年８月９日に出願され、「メッッセージ認証符号を生成する方法及び装置（Method and Apparatus for Generating a Message Authentication Code）」と題し、本発明の譲請人に譲渡され、ここに引用文献として組込まれた、同時係属の米国特許出願第０９／３７１，１４７号に記載されている。認証符号を生成するための他の技術がここに記述された実施例の範囲に影響を及ぼすことなく使用できることは注目すべきである。
【００２２】
代りに、ＩＫ３１０は送信メッセージと別に、または共に送信される特定の情報に基づいて認証署名を生成するために使用できる。認証署名を生成するための技術は「無線通信システムにおいて認証安全性を提供する方法及び装置（Method and Apparatus for Providing Authentication Security in a Wireless Communication System）」と題し、本発明の譲請人に譲渡され、ここに引用文献として組込まれた、米国特許第５，９４３，６１５号に記載されている。認証署名３４０はＩＫ３１０を携帯ユニット２２０からのメッセージ３５０と結合するハッシング要素３３０の出力である。認証署名３４０は及びメッセージ３５０はＶＳ２１０へ無線で送信される。
【００２３】
第２図に見られるように、暗号化鍵２９０及び保全鍵３１０は加入者識別トークン２３０から携帯ユニット２２０に送信され、それ（携帯ユニット２２０）は無線で公衆放散のためのデータ・フレームを生成し始める。この技術は盗聴人が無線でそのような鍵の値を決定することを防止するけれども、この技術は悪党シェルによる攻撃からの保護を提供するものではない。悪党シェルはＣＫ２９０及びＩＫ３１０を受取り、そしてローカル・メモリからそのような鍵の存在を取除くのではなくむしろ鍵を記憶するようにプログラムできる。鍵を盗む別の方法は受信された鍵を別の場所に送信するように携帯ユニット２２０をプログラムすることである。そしてＣＫ２９０及びＩＫ３１０は加入者への不当な通信を不正に請求するように使用できる。この悪党シェル攻撃は、同じ生成鍵が期間延長して使用される場合のように、ホーム・システム２００で生成された乱数が不安定な方法で使用されるシステムにおいて特に効果的である。
【００２４】
悪党シェル攻撃から保護する実施例は加入者識別トークンの挿入なしでは携帯ユニットで再生できない電子署名を生成するために加入者識別トークンにおいてプロセッサ及びメモリを使用する。
【００２５】
第３図は無線通信システムにおいて加入者のローカルな認証を行うための実施例を例示する。この実施例では、加入者識別トークン２３０は携帯ユニット２２０に渡らない鍵に基づいて認証応答を生成するようにプログラムされる。従って、加入者によって使用される携帯ユニットが悪党シェルであれば、悪党シェルは適切な認証応答を再現することができない。
【００２６】
第２図に記述された方法に類似して、携帯ユニット２２０は加入者識別トークン２３０から受信されるＩＫ３１０及びＶＳ２１０に送信されるべきメッセージに基づいて署名信号を生成する。しかしながら、典型的な実施例では、署名信号はＶＳには渡されない。署名信号は加入者識別トークン２３０に渡され、一次署名信号を生成するために追加の鍵と共に使用される。一次署名信号は携帯ユニット２２０に送信され、それは認証目的のために一次署名信号をＶＳ２１０に交互に送信する。
【００２７】
ＨＳ２００は加入者識別トークン２３０に保持された秘密情報の知識に基づいて乱数２４０及び予期された応答（ＸＲＥＳ）２７０を生成する。乱数２４０及びＸＲＥＳ２７０はＶＳ２１０に送信される。ＨＳ２００及びＶＳ２１０の間の通信は第１図に示された方法で容易になる。ＶＳ２１０は乱数２４０を携帯ユニット２２０に送信し、携帯ユニット２２０から確認メッセージ２６０の送信を待つ。確認メッセージ２６０及びＸＲＥＳ２７０はＶＳ２１０で比較要素２８０にて比較される。確認メッセージ２６０及びＸＲＥＳ２７０が合致すれば、ＶＳ２１０は携帯ユニット２２０にサービスの提供を始める。
【００２８】
携帯ユニット２２０は加入者によって携帯ユニット２２０と電子的に接続された加入者識別トークン２３０へ乱数２４０を伝達する。安全鍵３００は加入者識別トークン２３０に記憶される。安全鍵３００と乱数２４０の双方は確認メッセージ２６０、 暗号化鍵（ＣＫ）２９０、保全鍵（ＩＫ）３１０、及びＵＩＭ認証鍵（ＵＡＫ）３２０を生成するために鍵生成器２５０によって使用される。ＣＫ２９０及びＩＫ３１０は携帯ユニット２２０へ伝達される。
【００２９】
携帯ユニット２２０で、ＣＫ２９０は送信データ・フレーム（第３図では図示されていない）を暗号化するために使用される。ＩＫ３１０は署名信号３４０を生成するために使用される。署名信号３４０は、ハッシング関数といった、携帯ユニット２２０からのＩＫ３１０及びメッセージ３５０への暗号化操作または一方向操作を使用する署名生成器３３０の出力である。署名信号３４０は加入者識別トークン２３０に送信される。加入者識別トークン２３０で、署名信号３４０及びＵＡＫ３２０は一次署名信号３７０を生成するために署名生成器３６０によって操作される。一次署名信号３７０は携帯ユニット２２０とＶＳ２１０に送信され、そこで証明要素３８０は加入者の同一性を認証する。証明要素３８０は署名信号３４０ 及び一次署名信号３７０を再生成させることによって証明を達成できる。代りに、証明要素３８０は携帯ユニット２２０から署名信号３４０を受信でき、一次署名信号３７０だけを再生成できる。
【００３０】
ＶＳ２１０における署名信号３４０及び一次署名信号３７０の再生成は様々な技術によって達成することができる。一実施例では、証明要素３８０はホーム・システム２００からＵＡＫ３９０及び保全鍵を受信できる。証明要素３８０はまた携帯ユニット２２０からメッセージ３５０を受信するとき、署名信号が生成され、そして一次署名要素を生成するために使用できる。
【００３１】
加入者識別トークン２３０内の署名生成器３６０はメモリ及びプロセッサを含めることができ、ここではプロセッサは様々な技術を使用して入力を操作するように構成することができる。これらの技術は暗号化技術、ハッシング関数、またはあらゆる非可逆操作の形をとることができる。例として、加入者識別トークンによって実行できる一つの技術は米国連邦情報処理規格（ＦＩＰＳ）ＰＵＢ １８６、「ディジタル署名規格（Digital Signature Standard）」（１９９４年５月）で公表された、安全なハッシュ・アルゴリズム（Secure Hash Algorithm：ＳＨＡ）である。加入者識別トークンによって実行できる別の技術は１９９７年１月にＦＩＰＳＰＵＢ ４６において公表された「データ暗号化規格（ＤＥＳ）」である。ここに使われる用語「暗号化」の使用は操作が可逆的でなければならないことを必ずしも意味するものではない。それらの操作はここに記述された実施例において非可逆的であってもよい。
【００３２】
鍵生成器２５０はまたメモリ及びプロセッサを含めることができる。実際、一実施例では、 単一のプロセッサが署名生成器３６０及び鍵生成器２５０の機能を達成するように構成することができる。証明は証明要素３８０において同じ入力から同じ結果を計算し、計算及び送信された値を比較することにより実行できる。
【００３３】
Ｒ−ＵＩＭまたはＵＳＩＭとしてそれぞれ知られている、 ＣＤＭＡシステムまたはＧＳＭシステムにおいて使用される加入者識別トークンは上述の方法、即ち携帯ユニットによって生成される全てのメッセージが暗号化される方法で一次署名信号を生成するように構成することができる。しかしながら、そのようなトークンにおける中央処理ユニット（ＣＰＵ）は限定できるので、代替実施例を実行することが望ましく、ここでは重要性の重みはメッセージ・フレームに割当てられ、その結果重要なメッセージだけが安全に暗号化され、認証される。例えば、序列情報を含むメッセージ・フレームは音声収益負担（ｖｏｉｃｅ ｐａｙｌｏａｄ）を含むメッセージ・フレームより安全性を増すことの多くの必要性がある。従って、携帯ユニットは序列情報メッセージ・フレームにさらに大きな重要度を、そして音声メッセージ・フレームにはより小さな重要度を割当てることができる。加入者識別トークンがこれらの重み付けされたメッセージから生成された署名信号を受信するとき、 ＣＰＵは各署名信号に付加された重要性の別々の重みを評価し、そして最も重く重み付けされた署名信号のみの一次署名信号を決定することができる。代りに、携帯ユニットは「重要な」署名信号だけを加入者識別トークンへ伝達するようにプログラムできる。この選択的一次署名信号生成の方法は加入者識別トークンの処理負担を軽くすることによって加入者識別トークンの効率を増加する。
【００３４】
上述の実施例は加入者識別トークンと携帯ユニットの間でさらに安全な処理を要求することによって加入者のアカウントの不当な使用を防ぐ。携帯ユニットは秘密のＤＡＫの知識なくしては一次署名信号を生成することができないので、悪党シェルとして働くようにプログラムされる携帯ユニットは悪用のための加入者情報を乱用することはできない。
【００３５】
上述の実施例はまたメッセージではなく署名信号を操作することによって加入者識別トークンの処理能力を最大限にする。一般的に、署名信号はメッセージよりさらに短いビット長を持つであろう。従って、加入者識別における署名生成器が送信メッセージ・フレームではなく署名信号上で処理するために比較的少ない時間が必要とされる。上で述べたように、加入者識別トークンの処理能力は携帯ユニットの処理能力より通常は非常に小さい。従って、この実施例の実行は速さを犠牲にすることなくメッセージの安全な認証を提供するであろう。
【００３６】
しかしながら、プロセッサのアーキテクチャにおける改善がほとんど指数的な歩みで起こることは注目されるべきである。そのような改善はより速い処理時間及びより小さなプロセッサ・サイズにある。従って、局所認証を行うための別の実施例は一次署名信号が短い署名信号を介して間接的にではなく、メッセージから直接生成できるところで実行できる。携帯ユニットは、携帯ユニット内の署名生成要素にメッセージを渡すのではなく、加入者識別トークン、即ち迅速に一次署名信号を生成する能力をもった加入者識別トークンに直接メッセージを渡すように構成することができる。別の実施例では、限られた数のメッセージだけが、前記メッセージに必要な安全度にしたがって、加入者識別トークンに直接渡す必要がある。
【００３７】
様々な実施例が無線通信システムに関連して示された一方、様々な実施例が通信網に接続された未知の端末を使用してあらゆる相手の安全な局所認証を行うためにさらに使用できることは注目されるべきである。
【００３８】
このように、通信システムにおいて加入者のローカルな認証を行うための新規で、改良された方法及び装置が述べられた。当業者はここに開示された実施例に関連して記述された様々な図示的論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズム・ステップが電子ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはその組合せとして実施されることを理解するであろう。様々な図示的コンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップは、一般にそれらの機能性に関して述べられた。その機能性がハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアとして実施されるかどうかは特定の応用、及び全体システムに課せられた設計の制約に依存する。当業者はこれらの状況のもとでのハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアの互換性、及び各々特定の応用について記述された機能性を如何によく実施するかを理解する。
【００３９】
ここに開示された実施例に関連して記述された様々な図式的論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムの実施はディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア部品で実施または実行される。ファームウェア命令の集合を実行するプロセッサ、あらゆるプログラマブル・ソフトウェア・モジュール及びプロセッサ、またはそのあらゆる組合せがここに記述された機能を実行するために設計することができる。プロセッサはマイクロプロセッサであると有利であるが、これに代るもので、プロセッサはあらゆる従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であってもよい。ソフトウェアモジュールはＲＡＭメモリ、フラッシュ・メモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、交換可能（リムーバブル）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当技術分野で既知の他の形の媒体に駐在可能である。典型的なプロセッサは記憶媒体から情報を読出し、記憶媒体へ情報を書込むために記憶媒体に接続される。代わりに、記憶媒体はＡＳＩＣ中にあってもよい。ＡＳＩＣは電話または他のユーザー端末の中にあってもよい。代りに、プロセッサ及び記憶媒体は電話または他のユーザー端末の中にあってもよい。プロセッサはＤＳＰ及びマイクロプロセッサの組合せ、またはＤＳＰコア等と関連する二つのマイクロプロセッサとして実施してもよい。当業者は前述の記述の至る所で引用されるデータ、指令、命令、情報、信号、ビット、シンボル、及びチップが電圧、電流、電磁波、磁場または粒子、光学場または粒子、またはそのあらゆる組合せによって表されると有利であることをさらに理解するであろう。
【００４０】
本発明の様々な実施例はこのように示され、且つ記述されてきた。しかしながら、本発明の精神または範囲から逸脱することなくここに開示された実施例に多数の変更がなし得ることは通常の当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は典型的なデータ通信システムの図である。
【図２】 第２図無線通信システムにおける構成部品間の交信の図である。
【図３】 第３図は加入者識別トークンが携帯ユニットに暗号化支援を行う実施例の図である。

Claims (24)

1. 巡回（visited）通信システムにおいて加入者の局所認証を行うための加入者識別モジュールであって：
   メモリ；及び
   メモリに記憶された命令の集合を実行するように構成されたプロセッサを含み、プロセッサは：
   受信された呼びかけに応答して複数の鍵を生成し；
   受信信号及び複数の鍵のうち第一の鍵に基づいて認証信号を生成し、ここで受信信号は加入者識別モジュールに通信可能に接続された携帯（mobile）通信ユニットから送信され、且つ受信信号は複数の鍵のうち加入者識別モジュールから携帯通信ユニットに通信された第二の鍵を使用して携帯通信ユニットによって生成されるものであり；そして、
   巡回通信システム内で加入者の同一性を認証する認証信号を、携帯通信ユニットを経由して巡回通信システムに送信することを含む、
   加入者識別モジュール。
2. 認証信号はハッシュ関数によって生成される、請求項１の加入者識別モジュール。
3. ハッシュ関数は安全なハッシュ・アルゴリズム（ＳＨＡ−１）である、請求項２の加入者識別モジュール。
4. 認証信号は暗号化アルゴリズムによって生成される、請求項１の加入者識別モジュール。
5. 暗号化アルゴリズムはデータ暗号化規格（ＤＥＳ）である、請求項４の加入者識別モジュール。
6. 認証鍵を生成するための鍵生成要素；及び
   鍵生成要素からの認証鍵及び携帯ユニットからの第一の署名を受信するように構成され、さらに携帯ユニットへ第二の署名を出力するように構成された署名生成器を含み、第二の署名が認証鍵及び第一の署名に基づいて生成され、第二の署名が加入者の同一性を認証するためのものである
   加入者識別モジュール。
7. メモリ；及び
   メモリに記憶された命令の集合を実行するように構成されたプロセッサを含み、命令の集合は複数の一時的な鍵を生成するため入力値に暗号変換を実行する、請求項６の加入者識別モジュール。
8. 暗号変換は永久（permanent）鍵を使用して実行される、請求項７の加入者識別モジュール。
9. メモリ；及び
   メモリに記憶された命令の集合を実行するように構成されたプロセッサを含み、命令の集合は秘密鍵を使用することにより携帯ユニットからの情報に暗号変換を行い、第二の署名を得る、請求項６の加入者識別モジュール。
10. 携帯通信ユニットと相互作用するように構成された加入者識別モジュールを含み、巡回通信システムにおいて加入者の安全な局所認証を行う装置であって、加入者識別モジュールは：
    受信値及び秘密値から複数の鍵を生成する鍵生成器であって、複数の鍵からの少なくとも１個の通信鍵が携帯通信ユニットに供給され、複数の鍵からの少なくとも１個の秘密鍵が携帯通信ユニットへ供給されない鍵生成器；及び
    少なくとも１個の秘密鍵と許可メッセージの双方から許可信号を生成する署名生成器を含み、ここで許可メッセージは少なくとも１個の通信鍵を使用して携帯通信ユニットによって生成される装置。
11. 加入者識別モジュールは通信ユニットに挿入されるように構成される、請求項１０の装置。
12. 署名生成器はハッシュ関数を使用することによって許可信号を生成する、請求項１０の装置。
13. 署名生成器はデータ暗号化規格（ＤＥＳ）を使用することにより許可信号を生成する、請求項１０の装置。
14. 少なくとも１個の通信鍵は保全（integrity）鍵を含む、請求項１０の装置。
15. ハッシュ関数はＳＨＡ−１である、請求項１２の装置。
16. 携帯通信デバイス内で加入者識別デバイスを使用して加入者の認証を行う方法であって：
    加入者識別デバイスで複数の鍵を生成すること；
    加入者識別デバイスに通信すべく接続された携帯通信デバイスへ複数の鍵から少なくとも一つの鍵を送信し、且つ複数の鍵から少なくとも一つの鍵を秘密に保持すること；
    携帯通信デバイスに送信された少なくとも１個の鍵と送信メッセージの双方を使用して携帯通信デバイスで署名を生成すること；
    携帯通信デバイスから署名を送信すること；
    加入者識別デバイスで署名を受信すること；
    加入者識別デバイスで受信された署名から一次（primary）署名を生成すること；及び
    巡回通信システム内で加入者の同一性を認証するため、一次署名を巡回通信システムへ伝達することを含む、
    加入者の認証を行う方法。
17. 署名信号の生成が非可逆操作を使用して実行される、請求項１６の方法。
18. 署名信号の生成はＤＥＳを使用して実行される、請求項１６の方法。
19. 署名信号の生成はハッシュ関数を使用して実行される、請求項１６の方法。
20. ハッシュ関数はＳＨＡ−１である、請求項１９の方法。
21. 送信メッセージの相対的な重要性に従って携帯通信デバイスにおいて送信メッセージへ重みを割当てることをさらに含み；
    携帯通信デバイスからの署名を送信することが：
    送信メッセージに割当てられた重みが、送信メッセージは重要でないことを示すならば、署名を巡回通信システムに送信すること；及び
    送信メッセージに割当てられた重みが、送信メッセージは重要であることを示すならば、署名を加入者識別デバイスに送信することを含む、請求項１６の方法。
22. 巡回通信システムにおいて、加入者の局所認証を与えるため、加入者識別トークンで使用するプロセッサであって、
    受信された呼びかけに応答して複数の鍵を生成し、
    受信信号および複数の鍵からの認証鍵に基づいて認証信号を生成し、受信信号は加入者識別トークンに通信的に接続された携帯通信ユニットから送信され、かつ受信信号は複数の鍵から保全鍵を使用して携帯通信ユニットにより生成され、該保全鍵は加入者識別トークンから携帯通信ユニットに通信されたものであり、
    携帯通信ユニットを介して巡回通信システムに認証信号を送信し、該認証信号は巡回通信システム内で加入者の同一性を認証するように構成されたプロセッサ。
23. 巡回通信システムにおいて、加入者の局所認証を与えるための加入者識別トークンであって、
    受信された呼びかけに応答して複数の鍵を生成する手段と、
    受信信号および複数の鍵からの認証鍵に基づいて認証信号を生成する手段であって、受信信号は加入者識別トークンに通信的に接続された携帯通信ユニットから送信され、かつ受信信号は複数の鍵から保全鍵を使用して携帯通信ユニットにより生成され、該保全鍵は加入者識別トークンから携帯通信ユニットに通信されたものである手段と、
    携帯通信ユニットを介して巡回通信システムに認証信号を送信する手段とを含み、該認証信号は巡回通信システム内で加入者の同一性を認証するものである、加入者識別トークン。
24. 巡回通信システムにおいて、加入者の局所認証を与えるための加入者識別トークンで使用できる一つ以上の命令を有するマシン読出し可能な記憶媒体であって、プロセッサにより実行されるとき、プロセッサに、
    受信された呼びかけに応答して複数の鍵を生成させ、
    受信信号および複数の鍵からの認証鍵に基づいて認証信号を生成させ、受信信号は加入者識別トークンに通信的に接続された携帯通信ユニットから送信され、かつ受信信号は複数の鍵から保全鍵を使用して携帯通信ユニットにより生成され、該保全鍵は加入者識別トークンから携帯通信ユニットに通信されたものであり、
    携帯通信ユニットを介して巡回通信システムに認証信号を送信させ、該認証信号は巡回通信システム内で加入者の同一性を認証するものである、マシン読出し可能な記憶媒体。

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