JP4775562B2 - 移動通信システムおよびメッセージ秘匿方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＷ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code Division Multiple Access）通信方式を用いる移動通信システムに関する。

移動通信の１つに、ＧＳＭ（Global System for Mobile communication）がある。このＧＳＭでは、ユーザを識別するために電話番号とは別にユーザに公開されていない加入者識別子ＩＭＳＩ（International Mobile Subscriber Identity）が割り当てられる。移動機では、ＧＳＭ網にアクセスする際に、このＩＭＳＩを提示する。ＧＳＭ網は、移動機の正当性を確認するための秘密鍵暗号アルゴリズムを用いた認証を行う。認証が正常に完了すると、ＧＳＭ網は、移動機の位置登録を行った後、一時的な識別子であるＴＭＳＩ（Temporary Mobile Subscriber Identity）を移動機に割り当てる。そして、ＧＳＭ網は、その割り当てたＴＭＳＩを暗号化して移動機に配送するとともに、網内のデータベースにそのＴＭＳＩを格納してＩＭＳＩとの対応をとる。ＴＩＭＳＩを受信した移動機は、以降のＧＭＳ網へのアクセス（発信・着信・位置登録）にそのＴＩＭＳＩを用いる。このように、ＧＳＭにおいては、ＴＭＳＩを用いて移動機を識別することで識別子秘匿を実現する。

特許文献１には、上記の識別子秘匿手法をさらに改善した方法が開示されている。特許文献１に記載の識別子秘匿方法によれば、網側は、公開鍵暗号関数ｆが予め与えられており、時変の公開鍵および時変の秘密鍵をそれぞれ一定時間間隔で生成し配送する機能を備える。移動機は、識別子ＩＤおよび公開鍵暗号関数ｆが予め与えられている。発信時や一登録時において、移動機は、網側から配送された公開鍵を用いて識別子ＩＤを暗号化して網側に提示する。網側では、移動機が提示した暗号化識別子ＩＤを対応する秘密鍵を用いて解読する。この手法によれば、第三者は、暗号化識別子ＩＤを盗聴することができても、秘密鍵を入手できない限り、それを解読することはできない。
特開平８−１９５７４１号公報

一般に、Ｗ−ＣＤＭＡに代表される通信方式を用いる移動体通信においては、移動機とノードとの間で無線信号を暗号化することで、情報の盗聴防止を図っている。しかし、この無線信号を暗号化する手法は、音声、パケット等のユーザ・データ信号を含んだ個別チャネル（移動機とノード間の無線通信チャネル）の信号を秘匿化の対象としており、呼の接続を行うために多数の移動機が共有する共通チャネル（ノードとその上位装置の間の通信チャネル）の信号を秘匿化するものではない。このため、共通チャネル上のメッセージ（識別情報、キーコード情報、ユーザ情報などを含む）は、第三者によって比較的容易に傍受されてしまう。第三者は、その傍受した情報を用いて無線信号に施された秘匿を解除することができるため、盗聴や、場合によっては、移動機自体の成り済まし、といった問題が生じる。

特許文献１に記載の識別子秘匿手法も、移動機とＧＳＭ網との間における情報の秘匿化を行うものであり、上記の問題を生じる。

特に、今後のサービスエリア拡充に伴い、ノード（Node-B）が、ビルの一般フロアや家屋等の不特定多数の人が立ち入る場所に設置されることが予想されることから、共通チャネル上における情報の秘匿化は重要である。

上述のように、従来の情報秘匿の手法は、共通チャネル上に流れるメッセージの秘匿化を行っていないため、識別情報（ＴＭＳＩ）、キーコード情報、ユーザ情報などの情報が第三者によって傍受され、それらの情報が悪用される、といった可能性がある（ＴＭＳＩの流出等の二次的な被害）。

本発明の目的は、上記問題を解決し、無線信号だけでなく、共通チャネル上に流れるメッセージを含めた情報についても秘匿化を行うことのできる移動体通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の移動通信システムは、
移動機と、
前記移動機との間で無線通信が行われるノードと、
前記ノードと接続されるアクセスゲートウェイと、を有し、
前記移動機およびアクセスゲートウェイのそれぞれは、前記移動機に固有の第１および第２の加入者識別キー情報を保有し、前記移動機およびノードのそれぞれは、特定のキー情報を保有しており、
前記移動機は、前記アクセスゲートウェイによって割り当てられた当該移動機を識別するための仮加入者識別情報を先頭領域に含む第１のメッセージを生成し、該第１のメッセージの前記先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて秘匿化し、さらに該秘匿化した領域および前記先頭領域を含むメッセージ全体に自身の保有する前記特定のキー情報を用いた別の秘匿化を施して前記ノードに送信し、
前記アクセスゲートウェイは、前記仮加入者識別情報を先頭領域に含み、該先頭領域を自身の保有する前記第１の加入者識別キー情報を用いて秘匿化し、該先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて秘匿化した第２のメッセージを前記ノードに送信し、
前記ノードは、前記移動機から前記第１のメッセージを受信すると、該第１のメッセージに施された前記別の秘匿化を自身の保有する前記特定のキー情報を用いて解除し、該解除した第１のメッセージを前記アクセスゲートウェイに送信し、前記アクセスゲートウェイから前記第２のメッセージを受信すると、該第２のメッセージを前記移動機に向けて送信し、
前記アクセスゲートウェイは、前記ノードから受信した第１のメッセージを、自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて解読し、
前記移動機は、前記ノードから受信した第２のメッセージを、自身の保有する前記第１および第２の加入者識別キー情報を用いて解読する、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、移動機とノートの間で送受信されるメッセージ（個別チャネル上のメッセージ）およびノードとアクセスゲートウェイの間で送受信されるメッセージ（共通チャネル上のメッセージ）はいずれも秘匿化されているので、第三者がこれらメッセージの内容を傍受することは困難である。

本発明によれば、移動機とノードの間で送受信されるメッセージ（無線信号）およびノードとアクセスゲートウェイの間で送受信されるメッセージ（有線信号）にそれぞれ秘匿化を施すことで、第三者による盗聴を困難にすることができる、という効果がある。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態である移動体通信システムの概略構成を示すブロック図である。図１を参照すると、移動体通信システムは、Ｗ−ＣＤＭＡ通信、特にＧＳＭに適用されるものであって、その主要部は、ＨＬＲ（Home Location Register）１、ＡＣＧＷ（AcCess GateWay）２、ノード（Node-B）３、および移動機４からなる。ＡＣＧＷ２、ノード３、および移動機４は、通常、複数配置される。

ＨＬＲ１は、サービスの対象となる全ての移動機に関する情報を管理するデータベースである。図２に、ＨＬＲ１の概略構成を示す。図２に示すように、ＨＬＲ１の主要部は、認証処理部１０、情報管理部１１および記憶部１２からなる。認証処理部１０は、移動機の認証処理（具体的には、ＩＭＳＩを用いた認証処理）を行う。情報管理部１１は、移動機の位置情報や各種情報を管理する。記憶部１２は、移動機の位置情報を格納する他、移動機に関する移動機情報１２ａおよびＡＣＧＷに関するＡＣＧＷ情報１２ｂを格納する。移動機情報１２ａは、位置登録を行った移動機の情報であって、移動機に割り当てられた「IMSI」と、移動機に固有のキー情報である「MSI Key 1」および「MSI Key 2」と、移動機との間で情報を送受信するＡＣＧＷを識別可能な「ACGW ID」とを含む。ＡＣＧＷ情報１２ｂは、当該移動体通信システム内の各ＡＣＧＷに関する識別情報「ACGW ID」である。

ＡＣＧＷ２は、既存の移動通信システムのコアネットワークに相当するものであって、システム全体の呼接続解放制御を行う機能を有し、ＨＬＲ１へのアクセスが可能とされている。図３に、ＡＣＧＷ２の概略構成を示す。図３に示すように、ＡＣＧＷ２の主要部は、通信部２１、信号処理部２２、秘匿処理部２３、記憶部２４、およびこれら各部の動作を制御する制御部２０からなる。

通信部２１は、ＡＣＧＷ２配下のノードとの間で情報を送受信する部分である。信号処理部２２は、配下の移動機との間の情報通信処理や、移動機やノードの識別情報の正当性の判断、移動機に割り当てたＩＭＳＩやＴＭＳＩの情報の管理（登録、更新、削除）などを行う。情報通信処理は、通信部２１で受信した移動機からのセルアップデートメッセージに対するセルアップデート確認メッセージの送信や、移動機への他のメッセージの送信などを含む。

記憶部２４は、呼接続手順の実行に必要な情報を格納する他、配下の移動機やノードの各種情報を格納する。各種情報は、移動機情報２４ａ、Ｎｏｄｅ−Ｂ情報２４ｂ、ＬＡ情報２４ｃ、およびＡＣＧＷ情報２４ｄを含む。

移動機情報２４ａは、「IMSI」、「TMSI」、「MSI Key 1」、「MSI Key 2」、「LAI」、「送信元Node-B ID」といった情報を含む。「IMSI」、「TMSI」、「MSI Key 1」および「MSI Key 2」の情報は、移動機に固有の情報である。Ｎｏｄｅ−Ｂ情報２４ｂは、「Node-B ID」、「T Node-B ID」、「Node-B Key 1」、「Node-B Key 2」といった、ノードに固有の情報を含む。ＬＡ情報２４ｃは、位置登録エリアを識別可能な「LAI」および位置登録エリアに固有の「LA Key」の情報を含む。ＡＣＧＷ情報２４ｄは、当該ＡＣＧＷを識別可能な「ACGW ID」および当該ＡＣＧＷに固有の「ACGW Key」の情報を含む。

秘匿処理部２３は、移動機に向けて送信するメッセージの秘匿化（暗号化）や、通信部２１で受信した移動機からの暗号化メッセージの解読を行う。秘匿化の処理は、移動機との間で行う第１の秘匿化の処理と、ノードとの間で行う第２の秘匿化の処理を含む。第１の秘匿化の処理では、移動機情報２４ａが用いられる。第２の秘匿化の処理では、Ｎｏｄｅ−Ｂ情報２４ｂが用いられる。解読の処理は、移動機によって秘匿化されたメッセージを解読する第１の解読処理と、ノードによって秘匿化されたメッセージを解読する第２の解読処理とを含む。第１の解読処理では、移動機情報２４ａが用いられる。第２の解読処理では、Ｎｏｄｅ−Ｂ情報２４ｂやＡＣＧＷ情報２４ｄが用いられる。

ノード３は、既存のＮｏｄｅ−Ｂの機能と無線接続制御機能とを有する。図４に、ノード３の概略構成を示す。図４に示すように、ノード３の主要部は、有線系通信部３１ａ、無線系通信部３１ｂ、信号処理部３２、秘匿処理部３３、記憶部３４、およびこれらの各部の動作を制御する制御部３０からなる。

有線系通信部３１ａは、上位の装置であるＡＣＧＷ２との間で情報を送受信する。無線系通信部３１ｂは、当該ノード３のセル３ａ内に位置する移動機４との間で情報を送受信する。

信号処理部３２は、配下の移動機との間の情報通信処理や、上位の装置であるＡＣＧＷ２との間の情報通信処理などを行う。情報通信処理は、無線系通信部３１ｂで受信した移動機からのセルアップデートメッセージや他のメッセージを、有線系通信部３１ａを通じてＡＣＧＷ２へ送信する処理や、有線系通信部３１ａで受信したＡＣＧＷ２からのセルアップデート確認メッセージや他のメッセージを無線系通信部３１ｂを通じて移動機４へ送信する処理を含む。

記憶部３４は、信号処理部３２での処理に必要となる各種情報を格納する。各種情報は、Ｎｏｄｅ−Ｂ情報３４ａ、ＬＡ情報３４ｂ、およびＡＣＧＷ情報３４ｃを含む。Ｎｏｄｅ−Ｂ情報３４ａは、「Node-B ID」、「T Node-B ID」、「Node-B Key 1」、「Node-B Key 2」といった、当該ノードに固有の情報を含む。ＬＡ情報２４ｃは、セル３ａを含む位置登録エリアに固有の「LA Key」の情報を含む。ＡＣＧＷ情報２４ｄは、当該ノードの上位の装置であるＡＣＧＷに固有の「ACGW Key」の情報を含む。

秘匿処理部３３は、移動機４から受信したＡＣＧＷ２向けのメッセージを秘匿化（暗号化）する処理と、ＡＣＧＷ２から受信した移動機４向けの暗号化メッセージを解読する処理とを含む。秘匿化処理では、Ｎｏｄｅ−Ｂ情報３４ａおよびＡＣＧＷ情報３４ｃが用いられる。解読処理では、ＬＡ情報３４ｂが用いられる。

移動機４は、既存の移動機の機能に、秘匿処理を行うための機能を追加したものである。図５に、移動機４の概略構成を示す。図５を参照すると、移動機４は、無線部４１、信号処理部４２、秘匿処理部４３、記憶部４４、入力操作部４５、および入力操作部４５からの入力を受け付けて各部の動作を制御する制御部４０からなる。

無線部４１は、当該移動機４が現在位置するセルを管理するノード３との間で無線により情報を送受信する。信号処理部４２は、ノード３との間の情報通信処理を行う。情報通信処理は、セルアップデートメッセージや他のメッセージを、ＡＣＧＷ２に向けて送信する処理や、ＡＣＧＷ２からのセルアップデート確認メッセージや他のメッセージを受信する処理を含む。

記憶部４４は、信号処理部４２での処理に必要となる各種情報を格納する。各種情報は、移動機情報４４ａおよびＬＡ情報４４ｂを含む。移動機情報４４ａは、「IMSI」、「TMSI」、「MSI Key 1」、「MSI Key 2」、「LAI」といった情報を含む。「IMSI」、「TMSI」、「MSI Key 1」、および「MSI Key 2」は、当該移動機４に固有の情報である。ＬＡ情報４４ｂは、当該移動機４が現在位置するセルを含む位置登録エリアに固有の「LA Key」の情報を含む。

秘匿処理部４３は、ＡＣＧＷ２に向けのセルアップデートメッセージや他のメッセージを秘匿化したり、暗号化されたＡＣＧＷ２からのセルアップデート確認メッセージや他のメッセージを解読したりする。秘匿化の処理では、移動機情報４４ａおよびＬＡ情報４４ｂが用いられる。解読の処理では、移動機情報４４ａが用いられる。

次に、位置登録情報について説明する。図６に、本実施形態の移動体通信システムにおける位置登録エリアを模式的に示す。

図６において、ノード３₁〜３_nは、図１に示したノード３と同じ構成のものである。ノード３₁〜３_nのそれぞれは、ＩＰネットワーク１００を介してＡＣＧＷ２と接続されている。ノード３₁〜３_nはそれぞれ、セル１０₁〜１０_nを有している。セル１０₁〜１０_nは、移動機がノードとの間で無線信号により接続可能なエリア、すなわちサービスエリアである。位置登録エリア（ＬＡＩ）２０１は、これらセル１０₁〜１０_nの少なくとも１つよりなり、ＡＣＧＷ２の配下に少なくとも１つ形成される。

位置登録情報は、移動機への着呼が発生した場合に、ＨＬＲ１（またはＡＣＧＷ２）が、着信信号（ページング）をそれぞれどのＡＣＧＷ（またはＮｏｄｅ−Ｂ）へ送信するかを選択する際に用いる情報である。移動機は、現在位置するセルから隣接セルへ移動する際に、位置登録エリア（ＬＡＩ）を変更する場合は、ＡＣＧＷに登録されている当該移動機のＬＡＩを更新するため、位置登録手順を実行する。移動機が、ＡＣＧＷを跨ったＬＡＩ間の移動を行った場合は、更にＨＬＲに登録されている移動機の在圏するＡＣＧＷ情報を更新する為に、位置登録手順を実行する。

図７に、メッセージの秘匿を行わない場合の、一般的な位置登録手順を示す。移動機からのセルアップデイトメッセージを起点に、ＡＣＧＷは、自身の保有する移動機情報を更新する。移動機がＡＣＧＷを跨って移動した場合は、ＡＣＧＷは、ＨＬＲに対して、ＩＭＳＩの更新を要求する。ＨＬＲは、ＡＣＧＷからの更新要求に応じて、自身の保有するＩＭＳＩ情報を更新し、更新結果を含むＩＭＳＩ更新応答をＡＣＧＷに送信する。ＩＭＳＩ更新応答を受信したＡＣＧＷは、自身の保有するＩＭＳＩ登録情報を更新し、移動機へセルアップデイト確認メッセージを送信する。

また、ＨＬＲは、他のＡＣＧＷからのＩＭＳＩ更新要求を受信すると、ＡＣＧＷに対して、該当するＩＭＳＩの削除を要求する。ＩＭＳＩ削除要求を受信したＡＣＧＷは、自身の保有する情報のうちから該当するＩＭＳＩの情報を削除するとともに、ＨＬＲに対して、ＩＭＳＩ削除応答を送信する。ＩＭＳＩ削除応答を受信したＨＬＲは、自身の保有する情報の更新を行うとともに、上位の装置に対して、ＩＭＳＩ削除要求を送信する。

上述した一般的な位置登録手順では、セルアップデートメッセージおよびセルアップデート確認メッセージは秘匿化がされていないため、第三者によって盗聴される可能性がある。また、成り済ましによる不正な移動機が送信するセルアップデートメッセージを起点に、ＡＣＧＷやＨＬＲが保有する移動機の情報が不正に更新される可能性がある。さらに、Ｎｏｄｅ−ＢとＡＣＧＷ間で送受信されるメッセージも、秘匿化されていないために、第三者によって盗聴される可能性がある。

本実施形態の移動通信システムでは、上記の問題を解決するために、移動機とＡＣＧＷの間およびＮｏｄｅ−ＢとＡＣＧＷの間のそれぞれで、メッセージの秘匿化が行われる。

図８は、ＨＬＲ１、ＡＣＧＷ２、ノード３、および移動機４のそれぞれが有するキーコード情報およびＩＤ情報の一覧である。図８に示した、移動機情報、Ｎｏｄｅ−Ｂ情報、ＬＡ情報およびＡＣＧＷ情報は、上述した記憶部１２、２４、３４、４４に格納される情報と対応する。

移動機４で秘匿化の為に保有するキーコード情報は、容易に流出しない様、暗号化を施したり、コンソール端末からのメモリダンプ時にはパスワードを設ける等、ガードする仕組みが必要である。ＨＬＲにも同様のキーコード情報が保有される。ＨＬＲでは、１台１台の移動機が持つＩＭＳＩ毎に、キーコード情報が格納される。このキーコード情報は、位置登録手順時にＨＬＲからＡＣＧＷに読み出され、対象となる移動機が自身の配下にあるＬＡＩに在圏する限りは記憶され、移動機との間で送受信されるメッセージの秘匿化に用いられる。

また、ノードで秘匿化の為に保有するキーコード情報も、移動機と同様に、容易に流出しない様ガードする仕組みが必要である。このキーコード情報は、上位のＡＣＧＷにも保有される。ＡＣＧＷでは、１台１台のノードが持つ「Node-B ID」毎に、キーコード情報が格納される。ノードとＡＣＧＷ間のメッセージは、このキーコード情報により秘匿化される。

図９は、移動機とＡＣＧＷの間におけるメッセージに対する秘匿化を説明するための図である。図９において、（ａ）は、移動機によるセルアップデートメッセージの秘匿化、（ｂ）は、ＡＣＧＷによるセルアップデート確認メッセージの秘匿化、（ｃ）は、移動機による上り側のメッセージ（セルアップデートメッセージ以外）の秘匿化、（ｄ）は、ＡＣＧＷによる下り側のメッセージ（セルアップデート確認メッセージ以外）の秘匿化をそれぞれ示す。

移動機は、ＡＣＧＷに向けてセルアップデートメッセージを送信する場合は、図９（ａ）に示すように、「MSI Key 2」を用いて、セルアップデートメッセージの、先頭の識別情報(ＩＭＳＩ)以外の部分を秘匿化する。また、移動機は、ＡＣＧＷに向けてセルアップデートメッセージ以外のメッセージを送信する場合、図９（ｃ）に示すように、「MSI Key 2」を用いて、メッセージの、先頭の識別情報(ＴＭＳＩ)以外の部分を秘匿化するとともに、該秘匿化した部分と先頭の識別情報(ＴＭＳＩ)とを含むメッセージ全体を、ＬＡＩ毎に割り当てられた「LA Key」を用いて秘匿化する。

ＡＣＧＷは、移動機に向けてセルアップデート確認メッセージを送信する場合は、図９（ｂ）に示すように、「MSI Key 2」を用いて、セルアップデート確認メッセージの、先頭の識別情報(ＩＭＳＩ)以外の部分を秘匿化する。また、ＡＣＧＷは、移動機に向けてセルアップデート確認メッセージ以外のメッセージを送信する場合は、図９（ｄ）に示すように、先頭の識別情報(ＴＭＳＩ)を「MSI Key 1」を用いて秘匿化し、さらに、「MSI Key 2」を用いて、先頭の識別情報(ＴＭＳＩ)以外の部分を秘匿化する。

上記の移動機とＡＣＧＷの間における秘匿化において、上り方向のメッセージの先頭の識別情報であるＩＭＳＩ又はＴＭＳＩについては、ＡＣＧＷがメッセージ受信時に秘匿コードを判別するために、「MSI Key 1」による秘匿がかけられない。よって、ＬＡＩ毎に割り当てられる「LA Key」による秘匿を行う。この「LA Key」による秘匿は、ノードにて解かれる。「LA Key」の情報は、セルアップデート確認メッセージにて移動機へ送達される。なお、セルアップデートメッセージの送信時は、この「LA Key」を保有していないので、識別情報であるＩＭＳＩの秘匿化を「LA Key」を用いて行うことはできない。

図１０は、ノード（Node-B）とＡＣＧＷ間におけるメッセージに対する秘匿化を説明するための図である。図１０において、（ａ）は、ノードによる起動報告メッセージの秘匿化、（ｂ）は、ＡＣＧＷによる起動応答メッセージの秘匿化、（ｃ）は、ノードによる上り側のメッセージ（起動報告メッセージ以外）の秘匿化、（ｄ）は、ＡＣＧＷによる下り側のメッセージ（起動応答メッセージ以外）の秘匿化をそれぞれ示す。

ノードは、ＡＣＧＷに向けて起動報告メッセージを送信する場合は、図１０（ａ）に示すように、「Node-B Key 2」を用いて、起動報告メッセージの、先頭の識別情報(Node-B ID）以外の部分を秘匿化する。また、ノードは、ＡＣＧＷに向けて起動報告メッセージ以外のメッセージを送信する場合、図１０（ｃ）に示すように、「Node-B Key 2」を用いて、メッセージの、先頭の識別情報(T Node-B ID）以外の部分を秘匿化するとともに、該秘匿化した部分と先頭の識別情報(T Node-B ID)とを含むメッセージ全体を、ＡＣＧＷ毎に割り当てられた「ACGW Key」を用いて秘匿化する。

ＡＣＧＷは、ノードに向けて起動応答メッセージを送信する場合は、図１０（ｂ）に示すように、「Node-B Key 2」を用いて、起動応答メッセージの、先頭の識別情報(Node-B ID）以外の部分を秘匿化する。また、ＡＣＧＷは、ノードに向けて起動応答メッセージ以外のメッセージを送信する場合は、図１０（ｄ）に示すように、先頭の識別情報(T Node-B ID）を「Node-B Key 1」を用いて秘匿化し、さらに、「Node-B Key 2」を用いて、先頭の識別情報(T Node-B ID）以外の部分を秘匿化する。

上記のノード（Node-B）とＡＣＧＷ間におけるメッセージの秘匿化において、上り方向のメッセージの識別情報（Node-B ID又はT Node-B ID）は、ＡＣＧＷがメッセージ受信時に秘匿コードを判別するために、Node-B Key1による秘匿がかけられない。よって、ＡＣＧＷ毎に割り当てられる「ACGW Key」による秘匿を行う。この秘匿は、ＡＣＧＷにて解くことができる。「ACGW Key」は、「LA Key」と共に起動応答メッセージにてノード（Node-B）へ送達される。なお、ノード（Node-B）における起動報告メッセージの送信時は、この「ACGW Key」を保有していないので、起動報告メッセージにおける先頭の識別情報「Node-B ID」を「ACGW Key」で秘匿化するはできない。

次に、本実施形態の移動通信システムの動作について説明する。

［位置登録手順］
図１１に、本実施形態の移動通信システムにおいて行われる、移動機の位置登録の動作を示す。

移動機は、図９（ａ）の秘匿化を施したセルアップデートメッセージ（IMSI、LAIを含む）をＡＣＧＷに向けて送信する。

移動機から送信されたセルアップデートメッセージは、ノードにて中継される。ノードは、移動機から受信したセルアップデートメッセージを含み、かつ、自ノードに割り当てられた識別情報「T Node-B ID」を先頭の識別情報とするメッセージを生成し、この生成したメッセージに図１０（ｃ）の秘匿化を施してＡＣＧＷに送信する。

ＡＣＧＷは、ノードからメッセージ（T Node-B ID、IMSI、LAI）を受信すると、この受信したメッセージの秘匿を解く。そして、ＡＣＧＷは、秘匿を解いたメッセージ中に含まれる「IMSI」が自身に未登録の場合は、ＨＬＲに問合せを行い、該当する移動機のキーコード情報(MSI Key1,MSI Key2)を認知する。この時点では、ＡＣＧＷおよびＨＬＲは、移動機情報の更新は行わない。ＡＣＧＷでは、一時的に「IMSI」、「TMSI」、「MSI Key 1」、「MSI Key 2」、「LAI」及び「送信元Node-B ID」の各情報を一時的に記憶し、所定の時間内に移動機からのセルアップデート完了メッセージを受信しない場合には、これを消去する。

一時記憶後、ＡＣＧＷは、移動機に対してＴＭＳＩを付与する。そして、ＡＣＧＷは、移動機向けのセルアップデート確認メッセージに図９（ｂ）の秘匿化を施し、さらに図１０（ｄ）の秘匿化を施してノードに送信する。

ノードは、ＡＣＧＷから受信したメッセージ（T Node-B ID、IMSI、TMSI、LA Key）に施された図１０（ｄ）の秘匿を、自身の保有する「Node-B Key 1」を用いて解く。これにより、ＡＣＧＷから受信したメッセージの識別情報（T Node-B ID）を取得する。そして、ノードは、その取得した識別情報（T Node-B ID）が自身の保有する識別情報（T Node-B ID）と合致するか否かで、自分宛のメッセージかどうかを判別する。自分宛のメッセージである場合は、ノードは、受信メッセージの、先頭の識別情報を除く部分における秘匿を、自身の保有する「Node-B Key 2」を用いて解く。そして、ノードは、秘匿を解いたセルアップデート確認メッセージ（IMSI、TMSI、LA Key）を移動機に送信する。

移動機は、ノードから受信したセルアップデート確認メッセージ（図９（ｂ）の秘匿を施したもの）の先頭の識別情報（IMSI）が自身の保有する識別情報（IMSI）と合致するか否かで、自分宛のメッセージかどうかを判別する。自分宛のメッセージである場合は、移動機は、セルアップデート確認メッセージの、先頭の識別情報を除く部分における秘匿を、自身の保有する「MSI Key 2」を用いて解き、「TMSI」及び「LA Key」を取得する。そして、移動機は、この取得した「TMSI」及び「LA Key」を保有する。

「TMSI」及び「LA Key」を保有した移動機は、続いて、「TMSI」および「IMSI」を含み、かつ、図９（ｃ）の秘匿化を施したセルアップデート完了メッセージを、ＡＣＧＷに向けて送信する。セルアップデート完了メッセージの先頭の識別情報は「TMSI」である。

移動機から送信されたセルアップデート完了メッセージは、ノードにて中継される。ノードは、移動機から受信したセルアップデート完了メッセージの秘匿を、自身の保有する「LA Key」を用いて解く。そして、ノードは、秘匿を解いたセルアップデート完了メッセージ（ただし、「MSI Key 2」を用いた秘匿はなされた状態にある）を含み、かつ、自ノードに割り当てられた識別情報「T Node-B ID」を先頭の識別情報とするメッセージを生成し、この生成したメッセージに図１０（ｃ）の秘匿化を施してＡＣＧＷに送信する。

ＡＣＧＷは、ノードからメッセージ（T Node-B ID、IMSI、TMSI）を受信すると、この受信したメッセージの秘匿を解く。そして、ＡＣＧＷは、秘匿を解いたメッセージ中に含まれている「TMSI」と「IMSI」の組合わせが正しい場合かどうかを判別する。正しい場合は、ＡＣＧＷは、自身の保有する移動機の情報のうち該当する移動機の情報を受信メッセージに基づいて更新する。このとき、先にＨＬＲに対して問合せをしてあった場合は、ＡＣＧＷは、ＨＬＲの移動機情報も同様に更新するようにＨＬＲに対してＩＭＳＩ更新要求を送信する。ＩＭＳＩ更新要求を受信したＨＬＲは、自身の保有する情報のうち該当する移動機の情報を更新した後、ＡＣＧＷに対してＩＭＳＩ更新応答を送信する。

情報更新後（または、ＩＭＳＩ更新要求を送信した場合は、その応答であるＩＭＳＩ更新応答を受信した後）、ＡＣＧＷは、移動機向けにセルアップデート完了応答（Cell Update Complete Ack）メッセージを送信する。このメセージ送信に際して、ＡＣＧＷは、図９（ｂ）および図１０（ｄ）の各秘匿化を施す。

移動機は、ノードを介して、セルアップデート完了応答メッセージを受信する。そして、移動機は、セルアップデート完了応答メッセージを受付けた後、新たな「TMSI」、「LAI」、「LA Key」を有効とみなして自身の保有する移動機情報を更新する。

［ノード起動手順］
図１２に、本実施形態の移動通信システムにおいて行われる、ノード起動動作を示す。

ノード（Node-B）は、自身単独での起動が完了した後、図１０（ａ）の秘匿化を施した起動報告メッセージをＡＣＧＷに送信する。ＡＣＧＷは、ノードからNode-B起動報告メッセージを受信すると、自身の保有する「Node-B key 2」を用いて、受信メッセージの秘匿を解く。ＡＣＧＷは、その秘匿を解いた受信メッセージに含まれている「Node-B ID」を自身が予め保有している「Node-B情報」と照合し、両者の整合がとれた場合は、ノードに対して「T Node-B ID」を付与する。そして、ＡＣＧＷは、図１０（ｂ）に示すような秘匿化を施したNode-B起動応答メッセージを送信する。

ノードは、ＡＣＧＷから受信した起動応答メッセージの秘匿を、自身の保有する「Node-B key 2」を用いて解く。そして、ノードは、その秘匿を解いた受信メッセージから「T Node-B ID」、「LA Key」、「ACGW Key」を取得して保有する。

次いで、ノードは、「T Node-B ID」、「Node-B ID」を再度、Node-B起動確認メッセージに載せて、図１０（ｃ）に示すような秘匿化を施した上で、ＡＣＧＷに送信する。ＡＣＧＷは、ノードから受信したメッセージの秘匿を解き、「T Node-B ID」と「Node-B ID」の組合せが正しいか否かを判定する。組み合わせが正しい場合は、ＡＣＧＷは、自身の保有する「Node-B情報」の更新を行うと共に、ノードに対して、Node-B起動確認完了メッセージを送信する。起動確認完了メッセージの送信に際して、ＡＣＧＷは、図１０（ｄ）に示した秘匿化を施す。

ノードは、ＡＣＧＷから起動確認完了メッセージを受信すると、受信したメッセージの秘匿を自身の保有する「Node-B key 1」および「Node-B key 2」を用いて解く。そして、ノードは、その秘匿を解いた受信メッセージを受付けた後、先の起動応答メッセージにより保有した「T Node-B ID」、「LA Key」、「ACGW Key」を有効とみなし、自身の保有する「Node-B情報」を更新する。

以上説明した本実施形態の移動通信システムによれば、移動機が送受信を行う無線信号に秘匿をかけるキーコード情報を各ノードが記憶し、メッセージの直接送受信することは行わずに、秘匿信号の送受信を行うことで、第三者による盗聴が困難なものとなっている。さらに、位置登録手順に移動機固有のキーコード情報により秘匿化したメッセージによる確認手順を追加する事で、移動機自体のなりすましを防止することが可能である。

また、ノードが上位装置(ＡＣＧＷ)と送受信を行う有線信号に秘匿をかけるキーコード情報を各ノードが記憶する事で、上記の移動機の場合と同様、メッセージを直接送受信することは行わずに、秘匿信号の送受信を行うことで、第三者による盗聴が困難なものとなっている。さらに、ノード起動時に、新たにノード固有のキーコード情報により秘匿化したメッセージによる確認手順を追加する事で、ノード自体のなりすましを防止する。

本発明の一実施形態である移動体通信システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示すＨＬＲの概略構成を示すブロック図である。 図１に示すＡＣＧＷの概略構成を示すブロック図である。 図１に示すノードの概略構成を示すブロック図である。 図１に示す移動機の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す移動体通信システムにおける位置登録エリアを説明するための模式図である。 メッセージの秘匿を行わない場合の、一般的な位置登録手順を説明するための図である。 図１に示すＨＬＲ、ＡＣＧＷ、ノード、および移動機のそれぞれが保有するキーコード情報およびＩＤ情報の一覧を示す図である。 図１に示す移動機とＡＣＧＷの間におけるメッセージに対する秘匿化を説明するための図である。 図１に示すノードとＡＣＧＷ間におけるメッセージに対する秘匿化を説明するための図である。 図１に示す移動通信システムにおいて行われる移動機の位置登録の動作を説明するための図である。 図１に示す移動通信システムにおいて行われるノード起動動作を説明するための図である。

符号の説明

１ ＨＬＲ
２ ＡＣＧＷ
３ ノード（Node-B）
３ａ セル
４ 移動機

Claims (16)

1. 移動機と、
   前記移動機との間で無線通信が行われるノードと、
   前記ノードと接続されるアクセスゲートウェイと、を有し、
   前記移動機およびアクセスゲートウェイのそれぞれは、前記移動機に固有の第１および第２の加入者識別キー情報を保有し、前記移動機およびノードのそれぞれは、特定のキー情報を保有しており、
   前記移動機は、前記アクセスゲートウェイによって割り当てられた当該移動機を識別するための仮加入者識別情報を先頭領域に含む第１のメッセージを生成し、該第１のメッセージの前記先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて秘匿化し、さらに該秘匿化した領域および前記先頭領域を含むメッセージ全体に自身の保有する前記特定のキー情報を用いた別の秘匿化を施して前記ノードに送信し、
   前記アクセスゲートウェイは、前記仮加入者識別情報を先頭領域に含み、該先頭領域を自身の保有する前記第１の加入者識別キー情報を用いて秘匿化し、該先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて秘匿化した第２のメッセージを前記ノードに送信し、
   前記ノードは、前記移動機から前記第１のメッセージを受信すると、該第１のメッセージに施された前記別の秘匿化を自身の保有する前記特定のキー情報を用いて解除し、該解除した第１のメッセージを前記アクセスゲートウェイに送信し、前記アクセスゲートウェイから前記第２のメッセージを受信すると、該第２のメッセージを前記移動機に向けて送信し、
   前記アクセスゲートウェイは、前記ノードから受信した第１のメッセージを、自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて解読し、
   前記移動機は、前記ノードから受信した第２のメッセージを、自身の保有する前記第１および第２の加入者識別キー情報を用いて解読する、ことを特徴とする移動通信システム。
2. 前記ノードおよびアクセスゲートウェイのそれぞれは、前記ノードに固有の第１および第２のノードキー情報および前記アクセスゲートウェイに固有のアクセスゲートウェイキー情報を保有しており、
   前記ノードは、前記アクセスゲートウェイによって割り当てられた当該ノードを識別するための仮ノード識別情報を先頭領域に含む第３のメッセージを生成し、該第３のメッセージの前記先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化し、さらに該秘匿化した領域および前記先頭領域を含むメッセージ全体に自身の保有する前記アクセスゲートウェイキー情報を用いた別の秘匿化を施して前記アクセスゲートウェイに送信し、
   前記アクセスゲートウェイは、前記仮ノード識別情報を先頭領域に含み、該先頭領域を自身の保有する前記第１のノードキー情報を用いて秘匿化し、該先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化した第４のメッセージを前記ノードに送信し、
   前記ノードは、前記アクセスゲートウェイからの第４のメッセージを自身の保有する前記第１および第２のノードキー情報を用いて解読し、
   前記アクセスゲートウェイは、前記ノードからの第３のメッセージを自身の保有する前記第２のノードキー情報およびアクセスゲートウェイキー情報を用いて解読する、請求項１に記載の移動通信システム。
3. 前記ノードは、前記移動機からの第１のメッセージを前記第３のメッセージに載せて前記アクセスゲートウェイに送信する、請求項２に記載の移動通信システム。
4. 前記アクセスゲートウェイは、前記第２のメッセージを前記第４のメッセージに載せて前記ノードに送信する、請求項２に記載の移動通信システム。
5. 前記アクセスゲートウェイは、前記移動機の位置情報を管理するための少なくとも１つの位置登録エリアを有しており、前記特定のキー情報が該位置登録エリアに固有のキー情報である、請求項１に記載の移動通信システム。
6. 前記移動機は、予め与えられている自移動機を識別するための加入者識別情報を先頭領域に含み、該先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化したセルアップデートメッセージを前記アクセスゲートウェイに向けて送信し、
   前記アクセスゲートウェイは、前記移動機から前記ノードを通じて受信したセルアップデートメッセージを、自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて解読し、該セルアップデートメッセージに含まれている加入者識別情報に基づいて前記移動機に前記仮加入者識別情報を割り当て、先頭領域に前記加入者識別情報を含み、該先頭領域以外の領域に前記割り当てた仮加入者識別情報および前記特定のキー情報を含むセルアップデート確認メッセージを生成し、該セルアップデート確認メッセージの、前記先頭領域以外の領域を前記第１の加入者識別キー情報を用いて秘匿化して前記移動機に向けて送信し、
   前記移動機は、前記アクセスゲートウェイから前記ノードを通じて受信したセルアップデート確認メッセージを自身の保有する前記第１の加入者識別キー情報を用いて解読し、該セルアップデート確認メッセージに含まれている前記特定のキー情報および仮加入者識別情報を取得する、請求項１に記載の移動通信システム。
7. 前記ノードは、起動時に、予め与えられている自身を特定するためのノード識別情報を先頭領域に含み、先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化した起動報告メッセージを前記アクセスゲートウェイに送信し、
   前記アクセスゲートウェイは、前記ノードから受信した起動報告メッセージを自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて解読し、起動報告メッセージに含まれているノード識別情報に基づいて前記ノードに対して前記仮ノード識別情報を割り当て、先頭領域に前記ノード識別情報を含み、該先頭領域以外の領域に前記割り当てた仮ノード識別情報、前記特定のキー情報および前記アクセスゲートウェイキー情報を含む起動応答メッセージを生成し、該起動応答メッセージの、前記先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化して前記ノードに送信し、
   前記ノードは、前記アクセスゲートウェイから受信した起動応答メッセージを自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて解読し、該起動応答メッセージに含まれている前記仮ノード識別情報、前記特定のキー情報および前記アクセスゲートウェイキー情報を取得する、請求項１に記載の移動通信システム。
8. 前記アクセスゲートウェイは、解読した前記第３のメッセージに含まれている仮ノード識別情報が、前記割り当てた仮ノード識別情報と一致するか否かで、前記ノードの正当性を判断する、請求項２に記載の移動通信システム。
9. 移動機と、該移動機との間で無線通信が行われるノードと、該ノードと接続されるアクセスゲートウェイと、を有し、前記移動機およびアクセスゲートウェイのそれぞれは、前記移動機に固有の第１および第２の加入者識別キー情報を保有し、前記移動機およびノードのそれぞれは、特定のキー情報を保有するシステムのメッセージ秘匿方法であって、
   前記移動機が、前記アクセスゲートウェイによって割り当てられた当該移動機を識別するための仮加入者識別情報を先頭領域に含む第１のメッセージを生成し、該第１のメッセージの前記先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて秘匿化し、さらに該秘匿化した領域および前記先頭領域を含むメッセージ全体に自身の保有する前記特定のキー情報を用いた別の秘匿化を施して前記ノードに送信するステップと、
   前記ノードが、前記移動機から受信した第１のメッセージに施された前記別の秘匿化を自身の保有する前記特定のキー情報を用いて解除し、該解除した第１のメッセージを前記アクセスゲートウェイに送信するステップと、
   前記アクセスゲートウェイが、前記ノードから受信した第１のメッセージを、自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて解読するステップと、
   前記アクセスゲートウェイが、前記仮加入者識別情報を先頭領域に含み、該先頭領域を自身の保有する前記第１の加入者識別キー情報を用いて秘匿化し、該先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて秘匿化した第２のメッセージを、前記ノードを通じて前記移動機に送信するステップと、
   前記移動機が、前記アクセスゲートウェイからの第２のメッセージを、自身の保有する前記第１および第２の加入者識別キー情報を用いて解読するステップと、を含む、メッセージ秘匿方法。
10. 前記ノードが、予め割り当てられた当該ノードの識別情報を先頭領域に含む第３のメッセージを生成し、該第３のメッセージの前記先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化し、さらに該秘匿化した領域および前記先頭領域を含むメッセージ全体に自身の保有する前記アクセスゲートウェイキー情報を用いた別の秘匿化を施して前記アクセスゲートウェイに送信するステップと、
    前記アクセスゲートウェイが、前記ノードからの第３のメッセージを自身の保有する前記第２のノードキー情報およびアクセスゲートウェイキー情報を用いて解読するステップと、
    前記アクセスゲートウェイが、前記ノードの識別情報を先頭領域に含み、該先頭領域を自身の保有する前記第１のノードキー情報を用いて秘匿化し、該先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化した第４のメッセージを前記ノードに送信するステップと、
    前記ノードが、前記アクセスゲートウェイからの第４のメッセージを自身の保有する前記第１および第２のノードキー情報を用いて解読するステップと、をさらに含む、請求項９に記載のメッセージ秘匿方法。
11. 前記第３のメッセージの先頭領域以外の領域に前記第１のメッセージの内容を含む、請求項１０に記載のメッセージ秘匿方法。
12. 前記第４のメッセージの先頭領域以外の領域に前記第２のメッセージの内容を含む、請求項１０に記載のメッセージ秘匿方法。
13. 前記特定のキー情報が、前記アクセスゲートウェイの配下の位置登録エリアに固有のキー情報である、請求項９に記載のメッセージ秘匿方法。
14. 前記移動機が、予め与えられている自移動機を識別するための加入者識別情報を先頭領域に含み、該先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化したセルアップデートメッセージを前記アクセスゲートウェイに向けて送信するステップと、
    前記アクセスゲートウェイが、前記移動機から前記ノードを通じて受信したセルアップデートメッセージを、自身の保有する前記第２の加入者識別キー情報を用いて解読し、該セルアップデートメッセージに含まれている加入者識別情報に基づいて前記移動機に前記仮加入者識別情報を割り当て、先頭領域に前記加入者識別情報を含み、該先頭領域以外の領域に前記割り当てた仮加入者識別情報および前記特定のキー情報を含むセルアップデート確認メッセージを生成し、該セルアップデート確認メッセージの、前記先頭領域以外の領域を前記第１の加入者識別キー情報を用いて秘匿化して前記移動機に向けて送信するステップと、
    前記移動機が、前記アクセスゲートウェイから前記ノードを通じて受信したセルアップデート確認メッセージを自身の保有する前記第１の加入者識別キー情報を用いて解読し、該セルアップデート確認メッセージに含まれている前記特定のキー情報および仮加入者識別情報を取得するステップと、をさらに含む、請求項９に記載のメッセージ秘匿方法。
15. 前記ノードが、起動時に、予め与えられている自身を特定するためのノード識別情報を先頭領域に含み、先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化した起動報告メッセージを前記アクセスゲートウェイに送信するステップと、
    前記アクセスゲートウェイが、前記ノードから受信した起動報告メッセージを自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて解読し、起動報告メッセージに含まれているノード識別情報に基づいて前記ノードに対して前記仮ノード識別情報を割り当て、先頭領域に前記ノード識別情報を含み、該先頭領域以外の領域に前記割り当てた仮ノード識別情報、前記特定のキー情報および前記アクセスゲートウェイキー情報を含む起動応答メッセージを生成し、該起動応答メッセージの、前記先頭領域以外の領域を自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて秘匿化して前記ノードに送信するステップと、
    前記ノードが、前記アクセスゲートウェイから受信した起動応答メッセージを自身の保有する前記第２のノードキー情報を用いて解読し、該起動応答メッセージに含まれている前記仮ノード識別情報、前記特定のキー情報および前記アクセスゲートウェイキー情報を取得するステップと、をさらに含む、請求項９に記載のメッセージ秘匿方法。
16. 前記アクセスゲートウェイが、解読した前記第３のメッセージに含まれている仮ノード識別情報が、前記割り当てた仮ノード識別情報と一致するか否かで、前記ノードの正当性を判断するステップを、さらに含む、請求項１０に記載のメッセージ秘匿方法。

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