JP5043006B2 - 無線通信システムにおけるハンドオフ中にセキュリティ・キーを配布する方法 - Google Patents

無線通信システムにおけるハンドオフ中にセキュリティ・キーを配布する方法 Download PDF

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Description

本発明は、一般に通信システムに関し、より詳細には無線通信システムに関する。
アクセス・ポイントは、無線通信システムにおいて１つまたは複数の移動ユニットに対する無線接続性を提供するために使用される。例示的なアクセス・ポイントには、基地局、基地局ルータ、アクセス・サービス・ネットワーク（ＡＳＮ）、およびＷｉＭＡＸルータなどが含まれ得る。移動ユニットには、携帯電話、携帯情報端末、スマートフォン、テキスト・メッセージ装置、ラップトップ・コンピュータ、およびデスクトップ・コンピュータなどが含まれうる。アクセス・ポイントはまた、１つまたは複数の外部ネットワークに対する接続性を提供する。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６パケットに従って動作する無線ネットワークにおいて、移動ユニットは、１つまたは複数のアクセス・サービス・ネットワーク（ＡＳＮ）エンティティおよび１つまたは複数の基地局を含みうるＷｉＭＡＸルータとの無線接続を確立することができる。ＷｉＭＡＸルータは、外部ネットワークに対する接続性を提供する１つまたは複数の接続サービス・ネットワーク（ＣＳＮ）に接続されうる。
移動ユニットとサービス・ネットワークの間のセキュア通信を可能にするために、セキュリティ・アソシエーション（ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：関連付け、接続）を確立し維持することができる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅおよび／またはＷｉＭＡＸ規格に従って動作するシステムは、ユーザ認証およびデバイス認証のために拡張認証プロトコル（ＥＡＰ）とともに機密鍵管理バージョン２（ＰＫＭｖ２）プロトコルを使用することができる。ＰＫＭｖ２プロトコルは、３者方式を用いて移動ユニットとホーム・ネットワーク・サービス・プロバイダ（ＮＳＰ）の間のデバイス認証およびユーザ認証をサポートする。
ＰＫＭｖ２プロトコルにおける３者は、サプリカント（ｓｕｐｐｌｉｃａｎｔ：懇願者、要求者）、オーセンティケータ（ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｏｒ）、および認証サーバである。サプリカントは、２地点間リンクの一端におけるエンティティ（ｅｎｔｉｔｙ：実体、構成要素）であり、このエンティティは、リンクの他端に取り付けられたオーセンティケータによって認証される。オーセンティケータは、２地点間リンクの一端におけるエンティティであり、このエンティティは、２地点間リンクの他端に取り付けられうるサプリカントの認証を促進する。オーセンティケータは、認証を、ネットワークにおけるサービスへのサプリカントのアクセスを可能にする前に強制する。認証サーバは、オーセンティケータおよびサプリカントに認証サービスを提供するエンティティである。認証サーバは、サプリカントによって提供された証明書を使用して、オーセンティケータを介して提供されたサービスにサプリカントがアクセスするのを許可するかどうかを決定する。例えば、ＷｉＭＡＸシステムでは、サプリカントは、移動ユニットであり、オーセンティケータは、アクセス・サービス・ネットワーク（ＡＳＮ）内に存在し、認証サーバは、接続サービス・ネットワーク（ＣＳＮ）における認証、許可、および課金（ＡＡＡ）サーバに実装される。
拡張認証プロトコル（ＥＡＰ）は、サプリカントと認証サーバの間の認証方法をネゴシエートするために使用可能なパケット・データ・ユニット（ＰＤＵ）を移送するために使用されるカプセル化プロトコルである。拡張認証プロトコルは、例えば、ＰＫＭｖ２プロトコル、８０２．１６プロトコル、ＲＡＤＩＵＳまたはＤＩＡＭＥＴＥＲプロトコル、ユニバーサル・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）、インターネット・プロトコル（ＩＰ）などのような他のプロトコル内に、カプセル化することができる。ＲＡＤＩＵＳプロトコル、および場合によってはＤＩＡＭＥＴＥＲプロトコルは、オーセンティケータと認証サーバの間のＩＰネットワークを介するＥＡＰのためのデファクトのトランスポート・プロトコルである。拡張認証プロトコル（ＥＡＰ）は、ＥＡＰ−ＴＬＳ、ＥＡＰ−ＡＫＡ、およびＥＡＰ−ＭＳＣＨＡＰｖ２のような暗号的に強力な鍵導出方法、ならびに、複数のＷｉＭＡＸネットワークを横断したユーザ証明書タイプの再利用をサポートする。
通常、セキュアな接続は、サプリカント、オーセンティケータ、および認証サーバの間の動作上の関係を指定するセキュリティ・モデルに従って確立される。例えば、４段階セキュリティ・モデルを使用することができる。第１の段階で、サプリカント（例えば、移動ユニット）は、カバレージ領域での無線接続性を提供することができる１つまたは複数の利用可能な基地局を発見し、特定の基地局を好ましい（またはサービス提供）基地局として選択する。次いで、移動ユニットは、構成データを発見するが、この発見は、静的かつ／または動的に行うことができる。第２の段階では、サプリカントは、その証明書をオーセンティケータに提供し、オーセンティケータは、サプリカントの証明書を認証サーバに転送する。ネゴシエートされる認証方法に応じて、様々なエンティティ間での複数回の往復の通信が利用されうる。認証手順が成功した場合、認証サーバは、第３段階において、オーセンティケータにセッション関連鍵を転送する。認証サーバはまた、サプリカントに、セッション関連鍵を生成するために使用できる情報を転送する。オーセンティケータおよびサプリカントによって保持されるセッション関連鍵は、１対の秘密対称鍵によって明示されるセキュリティ・アソシエーションを確立するために使用され、それは、第４段階で伝送されるデータを保護するための鍵を生成するために使用されうる。
ＩＥＥＥ８０２．１６およびＷｉＭＡＸ規格に従って動作するシステムでは、マスタ・キー（ＭＫ）と呼ばれる対称鍵が、サプリカントのサブスクリプションの初期設定の際にサプリカントおよび認証サーバ内に事前設定される。マスタ・キーは、現在のサブスクリプション・ベースのセキュリティ・アソシエーションを表し、サプリカントおよび認証サーバのみが、マスタ・キーを所有することができ、マスタ・キーにより、サプリカントに代わり決定を行うための許可が実証される。マスタ・キーの一例は、認証／暗号鍵配送方式（ＡＫＡ）プロトコルで使用されるルート鍵である。サプリカントおよび／または認証サーバは、マスタ・セッション・キー（ＭＳＫ）および／または拡張マスタ・セッション・キー（ＥＭＳＫ）を、マスタ・キーから生成することができる。通常、マスタ・セッション・キーは、固定の加入者のために使用され、拡張マスタ・セッション・キーは通常、移動加入者のために使用される。これらのキーは、ＩＥＴＦ ＲＦＣ−３７４８「Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」の７．１０節において推奨されるようにして導出することができる。
サプリカントおよび認証サーバは、マスタ・セッション・キー（または拡張マスタ・セッション・キー）に基づいてＡＡＡ鍵を導出することができる。認証サーバは、サプリカント、オーセンティケータ、および認証サーバの間のセキュリティ・アソシエーションを確立するために、例えばＲＡＤＩＵＳおよび／またはＤＩＡＭＥＴＥＲプロトコルを使用して、該当のオーセンティケータにＡＡＡ鍵を取り込ませる。サプリカントおよびオーセンティケータはそれぞれ、ペアワイズ・マスタ・キー（ＰＭＫ）と呼ばれる秘密対称鍵の対の一方を、ＡＡＡ鍵を使用して生成する。ＩＥＥＥ８０２．１６およびＷｉＭＡＸ規格では、サプリカントおよびオーセンティケータが、ＡＡＡ鍵の切捨てを行うことによってペアワイズ・マスタ・キーを導出すると述べられている。ペアワイズ・マスタ・キーの生成は、証明書検証およびユーザ認証段階すなわち前述の第２段階の正常終了を示すものである。
サプリカントおよびオーセンティケータはそれぞれ、ペアワイズ・マスタ・キーを使用して認証鍵（ＡＫ）のコピーを生成する。例えば、認証鍵は、基地局および移動局識別子（それぞれＢＳ＿ＩＤおよびＭＳ＿ＩＤ）の擬似乱数関数（ｐｒｆ）変換を用いて、ペアワイズ・マスタ・キーから計算することができる。

ＡＫｉ＝ｐｒｆ（ＰＭＫ，ＢＳ＿ＩＤ，ＭＳ＿ＩＤ，・・・）

したがって、サプリカントおよびオーセンティケータによって使用される認証鍵は、サプリカントが同じ基地局と交信したまま同じペアワイズ・マスタ・キーを使用している限り、同じであり続ける。しかし、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅおよびＷｉＭＡＸ草案規格では、サプリカント（例えば、移動ユニット）がソース・アクセス・サービス・ネットワーク内の基地局からターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク内の基地局にハンドオフするときに、ペアワイズ・マスタ・キーは、（より信頼性の低い）ターゲット・アクセス・サービス・ネットワークと共有されるべきではないと述べられている。代わりに、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワークが、上述のように初期エントリＥＡＰ認証プロセスを実行することによって新しいペアワイズ・マスタ・キーを生成すべきであり、これには、認証サーバ、例えばホームＡＡＡサーバへのアクセスを要する。
サプリカントは、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク内の基地局からターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク内の基地局にサプリカントがハンドオフするとき、アクセス・サービス・ネットワークが変更されたことを知らない。したがって、サプリカントは、ペアワイズ・マスタ・キーの現在値が、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワークと共有されないことを知らない。サプリカントは、隣接エントリとターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク内への初期エントリとを識別することができないため、サプリカントは、ターゲット・アクセス・ネットワークにおける新しい基地局に関連付けられたオーセンティケータが初期のオーセンティケータと異なること、および、新しいオーセンティケータが現在のペアワイズ・マスタ・キーを所有しないことを知らない。したがって、システム間ハンドオフに続いて、サプリカントは、ソース・アクセス・サービス・ネットワークからのペアワイズ・マスタ・キー、サプリカントのＭＳ＿ＩＤ、および新しいターゲット基地局のＢＳ＿ＩＤに基づいて、認証鍵の計算を継続することになる。
ハンドオフ中にサプリカントとターゲット基地局の間の通信リンクを保持するために、ソース・アクセス・サービス・ネットワークは、認証鍵をターゲット基地局に提供することができるが、この鍵はまた、ソース・アクセス・サービス・ネットワークからのペアワイズ・マスタ・キー、サプリカントのＭＳ＿ＩＤ、および新しいターゲット基地局のＢＳ＿ＩＤに基づいて計算される。セキュリティ・キー・マテリアルを、より信頼性の低いターゲット基地局および／またはターゲット・アクセス・サービス・ネットワークに提供することにより、サプリカント、ターゲット基地局、および／またはターゲット・アクセス・サービス・ネットワークに関連するセキュリティ・リスクが高まるおそれがある。例えば、特に、ペアワイズ・マスタ・キーが、したがって認証鍵が、比較的長い時間に使用される場合、より信頼性の低いアクセス・サービス・ネットワークにおける敵対者が、認証鍵からペアワイズ・マスタ・キーの値を決定する機会を有する可能性がある。ペアワイズ・マスタ・キーの値が決定されると、敵対者が、現在のセッションおよび同じキー・マテリアルを利用した任意の以前のセッションに関連する通信を解読できる可能性がある。
この潜在的セキュリティ・リスクを回避するために、ソース・アクセス・サービス・ネットワークは、ペアワイズ・マスタ・キーのコピーを提供することができない。代わりに、サプリカントおよびターゲット・アクセス・サービス・ネットワークは、より信頼性の低いサービス・ネットワークへのハンドオフの後に新しいセキュリティ・アソシエーションをネゴシエートすることを必要とされうる。例えば、前述のように、サプリカントおよびターゲット・アクセス・サービス・ネットワークが、ホームＡＡＡサーバ（ＨＡＡＡ）によって完全なＥＡＰ認証手順を呼び出すことがある。しかし、上述のように、サプリカントは、通常、それが新しい（より信頼性の低い）ターゲット・アクセス・サービス・ネットワークに入ったことを知らない。したがって、サプリカントは、新しいセキュリティ・アソシエーションをネゴシエートする必要があることを知ることができない。さらに、完全なＥＡＰ手順は、通常、複数のトランザクションを含みうる非常に長い交換を必要とし、したがって、完全なＥＡＰ手順は、ハンドオフ中の貧弱なリンク条件のためにハンドオフ領域において信頼できないものになるおそれがある。したがって、ハンドオフ中にセキュリティ・アソシエーションをネゴシエートすることにより、ハンドオフ中に通信リンクが途絶える可能性が高くなるおそれがある。
ＩＥＴＦ ＲＦＣ−３７４８「Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ」、７．１０節
本発明は、上記の１つまたは複数の問題の影響を解決することを目的とする。本発明のいくつかの態様の基本的理解を与えるために、以下に本発明の簡略な概要を提示する。この概要は、本発明の包括的な概観ではない。本発明の主要または決定的な要素を確定することや本発明の範囲を線引きすることを意図するものではない。その目的は単に、後述のより詳細な説明の前置きとして簡略な形でいくつかの概念を提示することである。
本発明の一実施形態では、第１のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた少なくとも１つの第１の基地局と第２のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた少なくとも１つの第２の基地局とを含む、無線通信のための方法が提供される。前記方法は、前記第１のアクセス・サービス・ネットワークおよび前記第２の基地局に関連付けられた第１の鍵を生成すること、前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を受け取ること、ならびに、前記第１の鍵を使用して前記第２の基地局との通信リンクを確立することを含むことができる。
本発明の他の実施形態では、移動ユニットと第１のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた少なくとも１つの第１の基地局と第２のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた少なくとも１つの第２の基地局とを含む、無線通信のための方法が提供される。前記方法は、前記第１のアクセス・サービス・ネットワークおよび前記第２の基地局に関連付けられた第１の鍵を示す情報を提供すること、ならびに、前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を提供することを含む。
本発明のさらに他の実施形態では、移動ユニットと第１のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた少なくとも１つの第１の基地局と第２のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた少なくとも１つの第２の基地局とを含む、無線通信のための方法が提供される。前記方法は、前記第１のアクセス・サービス・ネットワークおよび前記第２の基地局に関連付けられた第１の鍵を示す情報を受け取ること、前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を受け取ること、ならびに、前記第１の鍵を使用して前記移動ユニットとの通信リンクを確立することを含む。
本発明は、添付の図面と併せてなされる以下の説明を参照することにより理解することができる。図面において同様の要素は同様の参照番号により識別される。
本発明には、様々な修正および代替形態を受け入れる余地があるが、本発明の特定の実施形態を、図面の例によって示し、本明細書に詳細に説明する。しかし、本明細書の特定の実施形態の説明は、開示の特定の形態に本発明を限定することを意図するのではなく、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨および範囲に含まれるすべての修正形態、等価形態、および代替形態を包含することを意図していることは理解されるべきである。
本発明の例示的実施形態を以下に説明する。分かりやすくするため、本明細書に実際の実装形態のすべての特徴は説明しない。もちろん、かかる任意の実際の実施形態の開発において、実装形態によって異なるシステムに関連する制約条件および業務に関連する制約条件の遵守などの開発者の特定の目的を達成するために、数多くの実装特有の決定が行われるべきであることは理解されよう。さらに、そのような開発の努力は、複雑で時間のかかることもあるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者には決まりきった作業であることは理解されよう。
本発明および対応する詳細な説明の部分は、ソフトウェア、またはコンピュータメモリ内のデータ・ビットに対する操作のアルゴリズムおよび記号的表現の用語で提示される。これらの記述および表現は、当業者が彼らの作業を効率的に他の当業者に伝える記述および表現である。本明細書で使用されまた一般に使用される用語のアルゴリズムは、所望の結果を導く首尾一貫した一連の工程として想定される。これらの工程は、物理量の物理的操作を要する工程である。これらの量は、必須ではないが通常は、格納、転送、組合せ、比較、および他の操作が行われることが可能な光学的、電気的、または磁気的信号の形態をとる。これらの信号は、折に触れて、主に共通の使用法の理由から、ビット、値、要素、記号、文字、用語、または数などとして言及することが好都合であることが分かっている。
ただし、これらおよび同様の用語は、該当する物理量に付随するものであり、これらの量に適用される便利な標示にすぎないことに留意すべきである。特に明記しない限り、または上記の議論から明らかなように、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」、または「表示」などの用語は、コンピュータ・システムまたは同様の電子計算装置の動作およびプロセスを示し、このコンピュータ・システムまたは同様の電子計算装置は、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリにおける物理的な電子的量として表現されるデータを操作および変換して、コンピュータ・システムのメモリ、レジスタ、または他のそのような情報記憶、伝送、または表示装置における同様に物理量として表現される他のデータにするものである。
本発明のソフトウェア実装の態様は、一般に、何らかの形態のプログラム記憶媒体上に符号化されるか、または何らかのタイプの伝送媒体を介して実装される。プログラム記憶媒体は、磁気的（例えば、フロッピ・ディスクまたはハード・ドライブ）あるいは光学的（例えば、コンパクト・ディスク・リード・オンリ・メモリすなわち「ＣＤ−ＲＯＭ」）とすることができ、読取り専用であってもランダム・アクセスであってもよい。同様に、伝送媒体は、ツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当技術分野で知られる他の何らかの適切な伝送媒体とすることができる。本発明は、これらの態様のいずれの特定の実装にも限定されない。
次に、添付の図面を参照して本発明を説明する。様々な構造、システム、およびデバイスが、図面に概略的に示されているが、これは、単に説明が目的であり、したがって当業者に周知の細部によって本発明を曖昧にするものではない。しかしながら、本発明の具体例を記述し説明するために、添付の図面を備えている。本明細書で使用される語句は、当該分野の当業者によるこれらの語句の理解に一致する意味を有するものと理解され解釈されるべきである。用語または句の一般的定義すなわち当業者によって理解される一般の慣例的意味と異なる定義は、本明細書における用語または句の一貫性のある用法によって示唆されるものである。用語または句が特殊な意味すなわち当業者によって理解される以外の意味を有することが意図される限り、そのような特殊な定義は、用語または句に対する特殊な定義を直接かつ明白に与える定義の様式で本明細書にはっきりと示される。
図１は、通信システム１００の一例示的実施形態を概念的に示す。図示の実施形態では、通信システム１００が、エア・インターフェース１１５を介して基地局１１０と通信するサプリカント１０５を含む。例示的サプリカント１０５としては、携帯電話、携帯情報端末、スマートフォン、テキスト・メッセージ装置、ラップトップ・コンピュータ、およびデスクトップ・コンピュータなどが含まれるが、これらに限定されない。図１に基地局１１０が示されているが、他の任意のタイプのアクセス・ポイントが使用されうることは当業者には理解されよう。他の実施形態では、例示的アクセス・ポイントとしては、基地局ルータ、アクセス・サービス・ネットワーク（ＡＳＮ）、およびＷｉＭＡＸルータなどが含まれうる。サプリカント１０５および基地局１１０は、任意のプロトコルまたはプロトコルの組合せに従ってエア・インターフェース１１５を介して通信することができる。例えば、サプリカント１０５および基地局１１０は、ユニバーサル移動通信システム（ＵＭＴＳ）プロトコル、移動通信用グローバル・システム（ＧＳＭ）プロトコル、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ ２０００）プロトコル、ＩＥＥＥ８０２．１１プロトコル、ＩＥＥＥ８０２．１６プロトコル、およびブルートゥース・プロトコルなどに従って、エア・インターフェース１１５を介して通信することができる。したがって、これら通信プロトコルの本発明に関連する態様のみが、本明細書で論じられる。
基地局１１０は、アクセス・サービス・ネットワーク（ＡＳＮ）１２５内に実装されうるオーセンティケータ１２０と通信可能に結合される。図１に示すアクセス・サービス・ネットワーク１２５は、単一の基地局１１０を含むが、本開示の利益を有する当業者には、本発明が、アクセス・サービス・ネットワーク１２５につき単一の基地局１１０に限定されないことは理解されよう。他の実施形態では、アクセス・サービス・ネットワーク１２５は、任意の数の基地局１１０を含んでよい。図１ではオーセンティケータ１２０と基地局１１０をアクセス・サービス・ネットワーク１２５内の別個の機能要素として示しているが、アクセス・サービス・ネットワーク１２５、オーセンティケータ１２０、および／または基地局１１０が任意の数の物理装置として実装可能であることは、当業者にはやはり理解されるはずである。
オーセンティケータ１２０は、接続サービス・ネットワーク１４０内に実装される認証サーバ１３５に通信可能に結合される。図示の実施形態では、セキュリティ・アソシエーションが、認証サーバ１３５とオーセンティケータ１２０の間に両者の間の通信を保護するために存在する。このセキュリティ・アソシエーションは、アクセス・サービス・ネットワーク１２５と接続サービス・ネットワーク１４０の間に、これらのネットワークのオペレータの間の業務的取決めに基づいて確立されうる。アクセス・サービス・ネットワーク１２５および接続サービス・ネットワーク１４０は、オーセンティケータ１２０と認証サーバ１３５の間のセキュリティ・アソシエーションのため、信頼できるドメインの一部であると見なされる。
別のセキュリティ・アソシエーションが、認証サーバ１３５とサプリカント１０５の間に存在する。このセキュリティ・アソシエーションは、サプリカントのサブスクリプションに基づいて確立される。サプリカント１０５および接続サービス・ネットワーク１４０は、サプリカント１０５と認証サーバ１３５の間のセキュリティ・アソシエーションのため、別の信頼できるドメインの一部であると見なされる。セキュリティ・アソシエーションは、１つまたは複数のセキュリティ・キーに基づいて、確立されかつ／または維持される。例えば、通信システム１００は、ＩＥＥＥ８０２．１６および／またはＷｉＭＡＸ規格に従って動作する場合、サプリカント１０５および認証サーバ１３５は、マスタ・セッション・キー（または拡張マスタ・セッション・キー）に基づいてＡＡＡ鍵を導出することができる。認証サーバ１３５は、サプリカント１０５、オーセンティケータ１２０、および認証サーバ１３５の間のセキュリティ・アソシエーションを確立するために、例えばＲＡＤＩＵＳおよび／またはＤＩＡＭＥＴＥＲプロトコルを使用して、オーセンティケータ１２０にＡＡＡ鍵を取り込ませる。３者信頼モデルでは、サプリカント１０５と認証サーバ１３５の間のセキュリティ・アソシエーションの妥当性確認に基づいて、サプリカント１０５とアクセス・サービス・ネットワーク・オーセンティケータ１２５の間でセッション限定のセキュリティ・アソシエーションが作成される。このセキュリティ・アソシエーションを定義するパラメータ、例えばこのセキュリティ・アソシエーションに特有のセキュリティ・キーなどは、認証１３５とオーセンティケータ１２５の間の既存のセキュリティ・アソシエーションの保護のもとで、認証サーバ１３５からオーセンティケータ１２５に配布される。
図示の実施形態では、オーセンティケータ１２０とサプリカント１０５の間に作成されるセキュリティ・アソシエーションは、１対の秘密対称鍵によって表され、その一方はオーセンティケータ１２０に格納され、他方はサプリカント１０５に格納される。例えば、通信システム１００がＩＥＥＥ８０２．１６および／またはＷｉＭＡＸ規格に従って動作する場合、サプリカント１０５およびオーセンティケータ１２０はそれぞれ、ペアワイズ・マスタ・キー（ＰＭＫ）のコピーをＡＡＡ鍵を使用して生成する。次いで、ペアワイズ・マスタ・キーのコピーはそれぞれ、サプリカント１０５およびオーセンティケータ１２０によって格納される。
次いで、サプリカント１０５およびオーセンティケータ１２０は、ペアワイズ・マスタ・キーを使用して追加のセキュリティ・キーを生成することもできる。一実施形態では、認証鍵は、基地局および移動局識別子（それぞれＢＳ＿ＩＤおよびＭＳ＿ＩＤ）の擬似乱数関数（ｐｒｆ）変換を用いて、ペアワイズ・マスタ・キーから計算することができる。サプリカント１０５およびオーセンティケータ１２０はまた、定義された擬似乱数関数（ＰＲＦ）を用いることによって、次のように鍵暗号化鍵（ＫＥＫ）を生成することもできる。

ＫＥＫ＝ＰＲＦ（ＡＫ，他の既知の静的パラメータ）

エア・インターフェース１１５を介して送られたユーザ・トラフィックは、トラフィック暗号化鍵（ＴＥＫ）のような秘密鍵によって暗号化することができる。基地局１１０は、いつでも新しいランダムＴＥＫを作成することを決定することができる。ＴＥＫの新しい値は、ＫＥＫを使用して次のように暗号化することができる。

ＴＥＫ’＝ＥＮＣ（ＴＥＫ）ＫＥＫ

暗号化されたＴＥＫ’は、次いで、エア・インターフェース１１５を介してサプリカント１０５に送られることができる。サプリカント１０５は、暗号化されたＴＥＫ’を復号することができ、そして、サプリカント１０５と基地局１１０の両方が、ＴＥＫ（ならびに、データ・パケットに関連付けられた様々なシーケンス・カウンタまたはシーケンス番号）を使用して、トラフィック・チャネル・データを暗号化および復号化することができる。一実施形態では、基地局１１０は、バッファ１４３を含み、バッファ１４３は、データがエア・インターフェース１１５を介してサプリカント１０５に送信される前にそのデータを格納するために使用することができる。データは、バッファ１４３に格納する前に、ＴＥＫおよびシーケンス・カウンタを使用して予め暗号化してもよい。あるいは、データは、サプリカント１０５に送信される直前に暗号化してもよい。
通信システム１００は、１つまたは複数の信頼性のより低い（すなわち信頼されない）ドメインを含むこともある。図示の実施形態では、アクセス・サービス・ネットワーク１４５および接続サービス・ネットワーク１５０は、より信頼性の低いドメイン内にある。アクセス・サービス・ネットワーク１４５は、（１つまたは複数のバッファ１５８を含む）１つまたは複数の基地局１５５と、オーセンティケータ１６０とを含むことができ、接続サービス・ネットワーク１５０は、認証サーバ１６５を含むことができる。アクセス・サービス・ネットワーク１４５および接続サービス・ネットワーク１５０は、サプリカント１０５、オーセンティケータ１６０、および認証サーバ１６５の間にセキュリティ・アソシエーションがないため、より信頼性の低いドメインにあると見なされる。同様に、１対の秘密対称鍵によって表されるセキュリティ・アソシエーションのようなセキュリティ・アソシエーションが、サプリカント１０５とオーセンティケータ１６０の間に存在しない。したがって、サプリカント１０５が基地局１１０から基地局１５５にハンドオフする場合、オーセンティケータ１６０は、サプリカント１０５によって現在使用されている認証鍵を生成することができないことがある。
したがって、基地局１１０は、ペアワイズ・マスタ・キーおよび基地局１５５に関連付けられた識別子を使用して、一時認証鍵を生成することができる。次いで、基地局１１０は、一時認証鍵のコピーを基地局１５５に提供することができる。基地局１１０はまた、認証鍵のコピーは一時的であってできる限り早く再生成されるべきことを示す標識を提供することができる。一実施形態では、基地局１１０はまた、バッファ１４３の内容および／またはＴＥＫを基地局１５５に提供することができ、基地局１５５は、その情報をバッファ１５８に格納することができる。次いで、基地局１５５は、一時認証鍵を使用して、サプリカント１０５とのセキュリティ・アソシエーションを確立することができ、したがって、基地局１５５とサプリカント１０５は、エア・インターフェース１７０を介して通信することができる。サプリカント１０５はまた、以下に詳細に論じるように、一時認証鍵は一時的であってできる限り早く再生成されるべきことを示す情報を受け取ることができる。
図２は、セキュリティ・キーを配布する方法２００の一例示的実施形態を概念的に示す。図示の実施形態では、移動ユニット（ＭＵ）２０５は、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク（Ｓ−ＡＳＮ）２１０内の基地局（図示せず）からターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク（Ｔ−ＡＳＮ）２１５内の基地局（図示せず）にハンドオフする。移動ユニット２０５は、最初に、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０との（ペアワイズ・マスタ・キーによって表される）セキュリティ・アソシエーションを確立する。このアクセス・サービス・ネットワーク２１０は、ＰＭＫセキュリティ・アソシエーションのアンカと見なすことができる。一実施形態では、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０は、認証鍵を予め計算して、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０に関連付けられた基地局に認証鍵を予め取り込ませることができる。認証鍵の事前の取込みによって、信頼できるゾーン内の基地局が、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０による追加の信号伝達なしに、移動ユニット２０５との安全な通信を迅速に確立することが可能になる。移動ユニット２０５は、後で、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０内の基地局からターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５内の基地局へのハンドオフの標識を提供することができる。セキュリティ・アソシエーションの初期設定、および、間近のハンドオフの標識は、両方向矢印２２０によって表されている。
移動ユニット２０５がソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０内の基地局からターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５内の基地局へのハンドオフを試みると、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０内の基地局は（２２５において）、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０が現在のセキュリティ・アソシエーションのアンカであることを、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５内の基地局に知らせる。例えば、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０内の基地局は（２２５において）、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０がアクティブなＰＭＫの所有者であることを示す標識を提供することができる。次いで、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５内の基地局は（２３０において）、一時認証鍵のコピーを求める要求を、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０に提供することができる。
ターゲットとされる基地局が、信頼できないドメインにある、すなわち信頼できないターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５に関連付けられているため、ソース・アクセス・サービス・ネットワーク２１０は（２３５において）、現在アクティブのペアワイズ・マスタ・キー、ターゲット基地局に関連付けられた識別子、および他の任意の利用可能な情報を使用して、一時認証鍵を生成する。ソース基地局は（２４０において）、一時認証鍵をターゲット基地局に送信する。ソース基地局はまた（２４０において）、移動ユニット２０５およびターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５が可能な限り早く新しいセキュリティ・アソシエーションをネゴシエートすべきであることを示す情報を送信することもできる。例えば、ハンドオフ手順が完了して、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５との完全な相互的に認証されたＰＭＫ生成手順を行うために十分な信頼性がチャネル状態に期待されるとすぐに、移動ユニット２０５およびターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５が新しいペアワイズ・マスタ・キーをネゴシエートすべきことを示す情報を、（２４０において）ソース基地局が送信することができる。
一実施形態では、送信されない予め暗号化されたデータを、（２４０において）ソース基地局からターゲット基地局に転送することができる。暗号化に使用されたトラフィック暗号化鍵、および関連するシーケンス番号の値もまた、（２４０において）ソース基地局からターゲット基地局に転送することができる。逆方向チャネルに対する最低許容シーケンス番号の値もまた、（２４０において）ターゲット基地局に転送することができる。シーケンス番号の値がそれらの最大限度に接近すると、新しいＴＥＫを確立することができ、それにより、鍵と暗号同期の組合せが一意であって反復されない可能性が高まるはずである。
移動ユニット２０５は（２４５において）、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５内の基地局との通信リンクを確立することができる。通信リンクを（２４５において）確立する技法は当業者には知られており、また明瞭にするために、本明細書では、この手順について本発明に関連する態様のみを論じることにする。ターゲット基地局および移動ユニット２０５は、両方とも一時認証鍵のコピーを用いているので、通信リンクは、安全なリンクであると見なすことができる。しかし、上述のように、移動ユニット２０５およびターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５は、新しいセキュリティ・アソシエーションをできる限り早くネゴシエートするべきである。そのため、移動ユニット２０５は（２５０において）、通信リンクが成功裏に確立されたかどうかを決定することができる。移動ユニット２０５はまた（２５５において）、チャネル状態が、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５との完全な相互的に認証されたＰＭＫ生成手順を行うために十分な信頼性があるかどうかを決定することもできる。例えば、移動ユニット２０５は、チャネル状態を決定するために１つまたは複数のパイロット信号を監視することができる。
移動ユニット２０５は（２５０および／または２５５において）、状態が適切であると判断すると、移動ユニット２０５は（２６０において）、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５とともにセキュリティ・アソシエーションをネゴシエートすべきであることを示す情報を提供する。次いで、移動ユニット２０５およびターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５は（２６５において）、新しいセキュリティ・アソシエーションをネゴシエートすることができる。例えば、先に詳細に論じたように、移動ユニットおよびターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５は（２６５において）、ペアワイズ・マスタ・キーの新しい値をネゴシエートすることができる。ターゲット・アクセス・サービス・ネットワーク２１５は、（２６５において）新しいセキュリティ・アソシエーションのネゴシエートが成功したとき、新しいアンカとなることができる。
上述のような一時セキュリティ・キーの配布は、従来の手法に比べて多くの利点を持つことができる。より信頼性の低い（信頼できない）ドメイン内の基地局へのハンドオフに関連するセキュリティ・リスクは、一時認証鍵をターゲット基地局に提供すること、および、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワークとのセキュリティ・アソシエーションをできる限り早くネゴシエートするように要求することによって、低減させることができる。完全なＥＡＰ手順の信頼性は、ハンドオフが完了して新しい通信リンクのチャネル状態が許容可能に良好になるまでＥＡＰ手順を遅延させることによって、高めることができる。したがって、ハンドオフ後にセキュリティ・アソシエーションをネゴシエートすることにより、ハンドオフ中に通信リンクが途絶える可能性を低くすることができる。
ＴＥＫがターゲット基地局に提供される実施形態では、上記の技法により、悪徳なターゲット基地局がＴＥＫを変更せずに無制限にＴＥＫを使用しうる可能性を低くすることもできる。例えば、移動ユニットは、ターゲット基地局へのハンドオフ後になるべく早くＰＭＫが再確立されるべきであることを示す情報を受け取ることができる。これは、ターゲット・アクセス・サービス・ネットワークにおける新しい互いに認証されたＰＭＫの作成を引き起こすことになり、その結果、すべての正当な基地局によりその後使用することができる新しいＡＫが作成される。ターゲット基地局が正当な基地局のうちに含まれない場合、ターゲット基地局は、新しいＡＫを受け取ることなく、ソース・アクセス・サービス・ネットワークから受け取った一時ＡＫのみを有することになる。不当なターゲット基地局は、移動ユニットを他の不当な基地局にハンドオフすることができず、これにより、一時ＡＫを使用する不当なターゲット基地局に関連する問題は局所にとどめられるはずである。他の例では、ＰＭＫが再生成された後、移動ユニットは、残りの予め暗号化されたデータ・バッファが尽きたらすぐにターゲット基地局が新しいＴＥＫを再構築することを求める。恐らくはターゲット基地局が不当であるため、新しいＴＥＫが確立されない場合は、移動ユニットが、通信を打ち切ることを決定することができ、これにより、古い値のＴＥＫを使用する不当なターゲット基地局に関連するいずれの問題も最小限に抑えることができる。
上記に開示された特定の実施形態は、例示にすぎず、本明細書の教示の利益を有する当業者によって明らかな様々であるが等価なやり方で、本発明を修正しまた実施することができる。また、本明細書に示される構造または設計の詳細に対し、特許請求の範囲に記載されるものを除き、いかなる限定も意図されない。したがって、上記に開示の特定の実施形態は、変更または修正がなされることが可能で、そのようなすべての変形は、本発明の範囲および趣旨の範囲内にあると見なされることは明らかである。したがって、本明細書において求められる保護は、特許請求の範囲に示されるとおりである。
本発明による通信システムの一例示的実施形態を概念的に示す図である。 本発明によるセキュリティ・キーを配布する方法の一例示的実施形態を概念的に示す図である。

Claims (10)

  1. 第１のアクセス・サービス・ネットワークとの第１のペアワイズ・マスタ・キーで表されるセキュリティ・アソシエーションを有する少なくとも１つの第１の基地局を含み、前記第１のアクセス・サービス・ネットワークは認証サーバとのセキュリティ・アソシエーションを有し、さらに、前記認証サーバとのセキュリティ・アソシエーションを有していない第２のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた少なくとも１つの第２の基地局を含む無線通信の方法であって、前記方法は移動ユニットで実行され、前記方法は、
    第１の鍵を前記第１のペアワイズ・マスタ・キーを用いて前記移動ユニットで生成する工程を含み、前記第１の鍵のコピーが、前記ペアワイズ・マスタ・キーを用いて前記第１のアクセス・サービス・ネットワークによって生成され、そして前記第２のアクセス・サービス・ネットワークへ送信されるものであり、さらに、
    前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を受け取る工程と、
    前記第１の鍵を使用して、前記第２の基地局との一時的なセキュリティ・アソシエーションを確立する工程とを含むことを特徴とする方法。
  2. 前記第１の鍵を生成する工程が前記第１のペアワイズ・マスタ・キーと前記第２の基地局に関連付けられた識別子とを使用して、前記第１の鍵を生成する工程を含むことと、
    前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を受け取る工程が、前記第１の鍵が前記第１のペアワイズ・マスタ・キーを用いて生成されたことを示す情報を受け取る工程および第２のペアワイズ・マスタ・キーが前記第２のアクセス・サービス・ネットワークによって生成されたことを示す情報を受け取る工程の少なくとも１つを含むこととを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記第２のペアワイズ・マスタ・キーについて、前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を受け取る工程に応じて前記第２のアクセス・サービス・ネットワークとネゴシエートする工程を含み、
    前記第２のペアワイズ・マスタ・キーについてネゴシエートする工程は、
    前記第２の基地局との通信リンクに関連付けられたチャネル状態を決定する工程と、
    前記チャネル状態が相互認証を行うのに十分信頼できると決定されたときに、前記第２のペアワイズ・マスタ・キーについてネゴシエートする工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 前記第２の基地局から暗号化されたデータ受け取る工程を含み、前記暗号化されたデータが前記第１の基地局によって前記第２の基地局へ提供され、前記暗号化されたデータは、前記第１の鍵から導出された少なくとも１つの暗号化鍵を用いて暗号化されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 移動ユニットと、第１のアクセス・サービス・ネットワークとの第１のペアワイズ・マスタ・キーで表されるセキュリティ・アソシエーションを有する少なくとも１つの第１の基地局とを含み、前記第１のアクセス・サービス・ネットワークは認証サーバとのセキュリティ・アソシエーションを有し、さらに、前記認証サーバとのセキュリティ・アソシエーションを有していない第２のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた少なくとも１つの第２の基地局を含む無線通信の方法であって、前記方法は前記第１のアクセス・サービス・ネットワークで実行され、前記方法は、
    前記第１のペアワイズ・マスタ・キーを用いて第１の鍵を生成する工程を含み、前記第１の鍵のコピーが、前記第１のペアワイズ・マスタ・キーを用いて前記移動ユニットによって生成され、さらに、
    前記第１の鍵を示す情報を前記第２のアクセス・サービス・ネットワークへ提供する工程と、
    前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を前記第２のアクセス・サービス・ネットワークへ提供する工程とを含むことを特徴とする方法。
  6. 前記第１のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた前記第１のペアワイズ・マスタ・キーと前記第２の基地局に関連付けられた識別子とを使用して、前記第１の鍵を生成する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 前記第１の鍵を示す情報を提供する工程が、移動ユニットが第２の基地局へとハンドオフされることを決定する工程に応じて前記第１の鍵を示す情報を前記移動ユニット、前記第２の基地局、および、前記第２のアクセス・サービス・ネットワークの少なくとも１つへ提供することと、
    前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を提供する工程が、移動ユニットが第２の基地局へとハンドオフされることを決定する工程に応じて前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を前記移動ユニット、前記第２の基地局、および、前記第２のアクセス・サービス・ネットワークの少なくとも１つへ提供する工程とを含むこととを特徴とする請求項５に記載の方法。
  8. 乱数、および前記乱数と前記第１の鍵を使用して暗号化されたデータを前記第２の基地局へと提供する工程を含む請求項５に記載の方法。
  9. 移動ユニットと、第１のアクセス・サービス・ネットワークとの第１のペアワイズ・マスタ・キーで表されるセキュリティ・アソシエーションを有する少なくとも１つの第１の基地局とを含み、前記第１のアクセス・サービス・ネットワークは認証サーバとのセキュリティ・アソシエーションを有し、さらに、前記認証サーバとのセキュリティ・アソシエーションを有していない第２のアクセス・サービス・ネットワークに関連付けられた少なくとも１つの第２の基地局を含む無線通信の方法であって、前記方法は、
    第１のペアワイズ・マスタ・キーを使用する第１のアクセス・サービス・ネットワークによって生成される第１の鍵を示す情報を受け取る工程と、
    前記第１の鍵が一時的であることを示す情報を受け取る工程と、
    前記第１の鍵を使用して、前記移動ユニットとの一時的なセキュリティ・アソシエーションを確立する工程とを含むことを特徴とする方法。
  10. 前記第１の鍵を示す情報を受け取る工程が、前記第１のアクセス・サービス・ネットワークと関連する前記第１のペアワイズ・マスタ・キーと、前記第２の基地局に関連付けられた識別子とを使用して生成される第１の鍵を示す情報を受け取る工程を含むことと、前記第１の鍵が一時的であることを示す前記情報を受け取る工程が、第２のペアワイズ・マスタ・キーが前記第２のアクセス・サービス・ネットワークによって生成されたことを示す情報を受け取る工程を含むこととを特徴とし、
    前記第２のペアワイズ・マスタ・キーについて前記移動ユニットとネゴシエートする工程と、
    チャネル状態が相互認証を行うために十分な信頼性があると移動ユニットが決定する場合に、前記移動ユニットから受け取る工程であって、前記第２のペアワイズ・マスタ・キーについてネゴシエートする工程が、移動ユニットからの要求を受け取る工程に応じて前記第２のペアワイズ・マスタ・キーについてネゴシエートする工程を含むことを特徴とする、前記第２のペアワイズ・マスタ・キーについてネゴシエートするための要求を前記移動ユニットから受け取る工程と、
    乱数、および前記乱数と前記第１の鍵を使用して暗号化されたデータを前記第２の基地局から受け取る工程とを含む請求項９に記載の方法。
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