JP5167379B2 - サービス低下攻撃を防止するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、サービス低下攻撃（service degradation attack）を防止するための方法及び装置に関する。

詳細には、本発明は、意図的にもたらされる性能低下を防止するためのメカニズムに関する。

無線通信システムにおいて、基地局は、通常、その基地局に所属する複数のユーザと通信する。基地局は、タイムスロット及び周波数帯域等の利用可能な無線リソース上にユーザをスケジューリングすることによって個々のユーザへデータを送信する。

或る無線リソース上における或るユーザの達成可能なデータレートは、その無線リソース上におけるそのユーザのチャネルに依存する。無線チャネルは一般に時間及び周波数と共に変動するので、チャネル状態情報に従ってユーザをスケジューリングすることによってシステム性能を大きく改善することができることが知られている。このようなやり方は、動的スケジューリング又は適応リソース割り当てと呼ばれている。

チャネル状態情報が、送信機、すなわち基地局において利用可能であるとき、基地局は、システム性能がシステム・データ・スループットの点で最大になるように、最良のチャネル品質を有するユーザに対して無線リソースを常にスケジューリングすることができる。これは、通常、最大レート・スケジューラ（maximum rate scheduler）と呼ばれている。

チャネル状態情報は、通常、チャネルフィードバックを通じて受信機から送信機に提供される。すなわち、各ユーザは、自身のチャネル状態情報を基地局へフィードバックする。

フィードバックされるこの情報は、攻撃側端末によって使用され得る。つまり、攻撃側端末は、その攻撃側ユーザ端末から基地局へ任意のチャネル状態情報をフィードバックする可能性がある。たとえば、攻撃側端末は、自身が非常に良好なチャネルを常に有することを要求することがあり、したがって、システム・データ・スループットを最大にしようと試みる基地局は、他のユーザよりもはるかに高い頻度で攻撃側端末をスケジューリングすることになる。その結果、他のユーザがスケジューリングされる頻度が低くなり、その結果、性能が低下する。

最大レート・スケジューラとは異なり、比例公平スケジューラ（proportional fair scheduler）は、個々の無線リソース上のユーザのチャネル品質をそのユーザの平均チャネル品質によって重み付けを行う。したがって、比例公平スケジューラは、ユーザ間に或る一定の公平性を提供する。しかしながら、比例公平スケジューラは、攻撃側端末の影響を低減できるだけであり、攻撃を完全に防止することができない。

さらに、攻撃は、ユーザ側だけでなく、課金を最大にすることを通常の目的としているオペレータにも負の影響を及ぼす。データ・スループットにおいては、受信機がデータを正常に受信して肯定応答するまで課金の対象とならない。攻撃側端末は、基地局が自身にスケジューリングするリソースを使用しないことによって課金をまさに回避することができる。その結果、課金することができるデータ・スループットが最大にならない。

多入力多出力（ＭＩＭＯ）は、送信機及び受信機において複数のアンテナを使用して空間次元を利用することにより通信性能を改善する技術である。

基地局が複数のアンテナを装備しているとき、２人以上のユーザを同時に、すなわち同じ時間周波数リソース上にスケジューリングし、空間領域で分離することができる。これは空間分割多元接続として知られている。

チャネル状態情報が、送信機、すなわち基地局において利用可能であるとき、プリコーディングを使用することによって性能を大きく改善することができる。プリコーディングでは、同時に送信されるデータストリームが、データ・スループット等の性能が最大になるような異なる適切なプリコーダ（precoder）、たとえばアンテナ重みベクトルで送信される。一般的に言えば、２人以上のユーザが同時にスケジューリングされるとき、各データストリームのプリコーダは、専用のユーザに対して信号レベルを最大にすると共に他のユーザに対する干渉レベルを最小にするように適切に選択される。

２人のユーザが類似のチャネルを有する場合、たとえば、それらのユーザのチャネル空間相関が類似している場合（たとえば、２人のユーザ間の空間相関が高いか又は２人のユーザがチャネル相関行列の類似の固有空間を有する場合）、一方のユーザに対する信号レベルを最大にする、プリコーダによるデータストリームは、必然的に他方のユーザに対して大きな干渉を発生させる。したがって、これらの２人のユーザを同時にスケジューリングしないことが好ましい。

したがって、攻撃側端末は、特定のユーザ（以下、被害側端末と呼ぶ）において最大干渉を有するチャネルを有するふりをすることによって、被害側端末の性能に影響を与える可能性がある。たとえば、攻撃側端末は、被害側端末と同じチャネル状態情報をフィードバックすることがある。攻撃側端末は、被害側端末のロケーションデータを使用して無線計画ツールあるいは測定データ・ルックアップ・テーブルに基づき被害側端末のチャネル状態情報の推定値を計算することによって、又は被害側端末のチャネルついてのフィードバックをオーバーヒアリング（overhearing：傍受）することによって、被害側端末のチャネル状態情報を得る場合がある。

図１は、攻撃側端末が被害側端末と同じ基地局１に所属する場合のそのような攻撃の一例を示している。被害側端末はチャネル状態情報ｃ１を基地局１へ送信する。攻撃側端末は、自身の真のチャネル状態がｃ２ではあるが、チャネル状態情報ｃ１を基地局１へ送信することによって被害側端末と同じチャネルを有するふりをする。基地局１は、これらのチャネルついてのフィードバックから、被害側端末及び攻撃側端末が同じチャネルを有すると結論付け、次に、被害側端末及び攻撃側端末に同時にスケジューリングしない決定を行う。その結果、基地局１が被害側端末をスケジューリングする頻度が少なくなり、被害側端末のスループットは減少する。

図２は、被害側端末が基地局１に所属し且つ攻撃側端末が異なる基地局２に所属する場合における別の攻撃の例を示している。攻撃側端末が被害側端末と基地局２との間のチャネル状態情報がｃ１’であることを知ると、攻撃側端末は、自身の真のチャネル状態情報がｃ２ではあるが、チャネル状態情報ｃ１’を基地局２へ送信することによって被害側端末と同じチャネルを有するふりをする。基地局２は、その後、攻撃側端末がチャネル状態情報ｃ１’を有すると仮定して攻撃側端末への信号を最大にする。これによって、被害側端末に対して大きな干渉が生じ、被害側端末のスループットが減少する。

このような攻撃の場合に、攻撃側端末は、自身のスループットに配慮することなく被害側端末のスループットを減少させることのみに関心をもつことがあることに留意されたい。

ユーザが比例公平スケジューラに基づいてスケジューリングされる場合、攻撃側端末の企ては、攻撃側端末及び被害側端末が同じ基地局によってスケジューリングされる場合については影響が限られたものとなる。しかしながら、隣接するセルの基地局を介した攻撃が依然として可能である。さらに、比例公平スケジューラは、課金することができるシステムのスループットを最大にできない。

専門家がおそらく想像することができる１つの解決法は、ユーザによって基地局に提供されるフィードバック情報として、量子化されたチャネル状態情報の代わりにプリコーダ行列コードブックを送信することである。しかしながら、この解決法をよく調べると、攻撃側端末は、最大干渉を発生させるコードブックインデックスを計算するのに、被害側端末における推定されたチャネル状態情報を依然として使用することができるので、チャネル状態情報のフィードバックによって説明したのと同一の問題が起きることは明らかである。加えて、攻撃側端末は、被害側端末によって送信されたプリコーダインデックスをオーバーヒアリングして使用し、被害側端末のチャネル情報を推定することもできる。

したがって、攻撃側端末によるこのような意図的なサービス性能低下を防止するメカニズムを提供することが望ましい。

本発明の目的は、意図的にもたらされるマルチユーザＭＩＭＯの性能低下を防止するためのメカニズムを提供することである。

一実施の形態によれば、無線通信システムにおいて第２の無線通信デバイスによる第１の無線通信デバイスに対するサービス低下攻撃を防止する方法であって、
前記第２の無線通信デバイスによって基地局へ送信されたチャネル状態情報が、前記第２の無線通信デバイスの真のチャネルに対応するかどうかを前記基地局によって検証するステップを含む、方法が提供される。

チャネル情報が「真」のチャネルに対応するかどうかをチェックすることによって、フィードバックされたチャネル情報が「真」のものではなく攻撃を行うために偽造されたものであるかを検出して攻撃を識別する可能性が提供される。

一実施の形態の方法は、
インジケータを監視又はチェックして、攻撃に対応するような偽造されたチャネル情報を前記インジケータが表しているとみなすことができるかどうかを決定するステップをさらに含む。

このように、或るインジケータのチェックを通じて攻撃を識別することが可能になる。このインジケータは、たとえばパラメータ（チャネルの相関特性のようなもの）又は信号（チャレンジに対する応答等）とすることができる。監視されるインジケータが異常な又は予想外の挙動を示す場合、この挙動は、攻撃を表しているとみなすことができる。

一実施の形態によれば、前記無線通信システムは、マルチユーザ・マルチアンテナ・システムであり、
前記検証するステップは、
前記第２の無線通信デバイスによって送信された前記チャネル状態情報に従ってプリコーディングされるチャレンジメッセージを前記第２の無線デバイスへ送信することと、
前記第２の無線通信デバイスが前記チャレンジメッセージに対して正しい応答を送信することができるかどうかを判断することと
を含む。

第２の無線通信デバイスが、自身の真のチャネル状態情報とは異なる、偽造されたチャネル状態情報を送信する場合、ほぼ間違いなくチャレンジメッセージを正常に受信することができず、したがって、正しい応答を送信することはできない。

したがって、前記第２の無線通信デバイスが前記チャレンジメッセージに正しく応答しない場合、前記第２の無線通信デバイスは攻撃側デバイスとみなされる。

このやり方では、基地局は、偽造されたチャネル状態情報を送信することによって攻撃を行う無線デバイスを検出することができる。

一実施の形態によれば、前記方法は、
複数の第２の移動デバイスの挙動を監視して、該複数の第２の移動デバイスの中で攻撃被疑デバイスとみなすことができるデバイスを識別するステップを含む。

一実施の形態によれば、第２の無線通信デバイスのチャネル状態情報が前記第１の無線通信デバイスと一貫して同じである場合、該第２の無線通信デバイスが攻撃被疑デバイスと判断される。

一実施の形態によれば、前記デバイスを識別するステップは、
前記第２の無線通信デバイスの前記チャネル状態情報を追跡することと、
前記チャネル状態情報が現実的なチャネル相関特性を有するかどうかを判断することとを含む。

前記チャネル相関特性は、時間、周波数、又は空間におけるチャネル相関の１つ又は複数を含むものである。

したがって、チャネル状態情報のあらゆる異常な変化を検出することができる。これは、攻撃側デバイスが、真のチャネル状態情報と偽造されたチャネル状態情報とを交互にフィードバックする可能性を考慮に入れている。

一実施の形態によれば、前記方法は、
前記第２の無線通信デバイスのロケーション情報を取得するステップと、
前記第２の無線通信デバイスの前記チャネル状態情報が前記ロケーション情報によって特定されるロケーションにおけるチャネルに対応するかどうかを判断するステップと
を含む。

このやり方では、攻撃側デバイスのロケーションと一致していない、偽造されたチャネル状態情報をフィードバックする攻撃側デバイスが検出される。

一実施の形態によれば、第２の無線通信デバイスの予約帯域幅が未使用のままである場合、該第２の無線通信デバイスは攻撃被疑デバイスと判断される。

予約帯域幅が未使用のままであるとき、これは課金することができるスループットに寄与しない。したがって、予約帯域幅を効果的に使用していない攻撃側デバイスを阻止することによって、課金可能なスループットは増加する。

一実施の形態によれば、前記方法は、スケジューラにおける攻撃被疑デバイスの優先度を下げることによって攻撃を防止するステップをさらに含む。

一実施の形態によれば、前記第１の無線通信デバイスは、ユーザ端末又は中継ノードである。

本発明によれば、偽造されたチャネル状態情報を送信する無線デバイスを検出することができる。これらの種類のデバイスの影響を最小にすることができ、比例公平スケジューラを使用することなく、被害側デバイスのスループットの低下を防止することができる。また、これによって、システムにおける課金可能なスループットを最大にする最大スループット・スケジューリング等、比例公平スケジューラ以外のスケジューラを使用することが可能になる。

一実施の形態によれば、無線通信システムにおいて第２の無線通信デバイスによる第１の無線通信デバイスに対するサービス低下攻撃を防止する装置であって、前記第２の無線通信デバイスによって基地局へ送信されたチャネル状態情報が前記第２の無線通信デバイスの真のチャネルに対応するかどうかを検証するモジュールを備える、装置が提供される。

一実施の形態によれば、本発明の実施形態のいずれか１つの方法を実行する手段をさらに備える装置が提供される。

一実施の形態によれば、コンピュータで実行される際に本発明の実施形態のいずれか１つの方法を実行することを可能にするコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムが提供される。

意図的にもたらされる性能低下の例を概略的に示した図である。 意図的にもたらされる性能低下の別の例を概略的に示した図である。 本発明の実施形態による、意図的にもたらされる性能低下を防止するフローチャートを概略的に示した図である。 本発明の別の実施形態による、意図的にもたらされる性能低下を防止するフローチャートを概略的に示した図である。

背景技術の項で説明したように、攻撃のシナリオにおいて、攻撃側端末は、現在のシステムで任意のチャネル状態情報をフィードバックし得る。攻撃側端末は、偽造されたチャネル状態情報をフィードバックすることによって、スケジューリングに悪影響を与えるだけでなく、システム性能を劣化させ得る。

１つの具体例として、攻撃側端末は、非常に良好なチャネル品質を示す、偽造されたチャネル状態情報を送信する。したがって、データ・スループットを最大にすることを目的とする基地局は、他のユーザよりも高い頻度で攻撃側端末をスケジューリングする。

別のあり得る例として、攻撃側端末は、被害側端末のチャネル状態情報と等しい、偽造されたチャネル状態情報を送信する。したがって、基地局が攻撃側端末をスケジューリングするときに、被害側端末に対して大きな干渉が生じることになる。

本発明の実施形態によれば、このような種類の攻撃は防止されることになる。一実施形態によれば、基地局へ送信されたチャネル情報が「真」のチャネル情報であるかどうかがチェックされる。換言すれば、そのチャネル情報が偽造されたものであるかどうかがチェックされる。これによって攻撃を検出することが可能になる。

この検出は、インジケータ（パラメータ、又は信号、又は経時的な１つ若しくは複数のパラメータ）を監視又はチェックし、そのインジケータが「偽の」チャネル情報を表しているとみなすことができるかどうかを確かめることによって、行うことができる。

一実施形態によれば、たとえば基地局は、ユーザによってフィードバックされるチャネル状態情報を監視し、いくつかのユーザ間でチャネル状態情報に一貫した重なり合い（オーバーラップ）があるかどうかを検出する。これが発生した場合、基地局は、一貫して同じチャネル状態情報をフィードバックするユーザの中に少なくとも１人の攻撃側端末がいると結論付ける。これは、複数のユーザについて経時的なパラメータ（チャネル状態情報）を監視することによって、たとえば、或る端末のチャネル情報が別の端末のチャネル情報と一貫して重なっている（オーバーラップしている）又は一致していることから、該或る端末が自身のチャネル情報を偽造していることを示す或るパターンがあるかどうかを基地局が検出することができることを意味する。このパターンは実際には予想されるはずがないパターンである。したがって、この実施形態において、基地局は、攻撃側端末が被害側端末のチャネル状態情報と同じチャネル状態情報を常にフィードバックすることを検出することによって、攻撃を検出することができる。

別の実施形態によれば、基地局は、データ受信の否定応答の数をカウントすることによって攻撃側端末を検出する。これは別の「パラメータ」であり、このパラメータを監視することによって攻撃の検出を行うことができる。

基地局がユーザによってフィードバックされたチャネル状態情報を有するとき、基地局は、通常、これらのチャネルフィードバックに関してデータ送信を適応させる。このような適応には、適応プリコーディング、リンク適応等が含まれる。たとえば、基地局は、チャネル状態情報に基づいて受信機における信号品質を予測し、サポート可能な最大のデータレートを選択する。

攻撃側端末の真のチャネル状態情報が、攻撃側端末によって基地局へフィードバックされるチャネル状態情報とは異なるので、攻撃側端末において受信された信号の品質は、基地局の予測よりもほとんどの場合劣悪である。したがって、攻撃側端末がデータを正常に受信しない確率が増加することなり、その結果、ＨＡＲＱ（ハイブリッド自動再送要求）が使用される場合にはＨＡＲＱ ＮＡＣＫ等の否定応答の数が増加する。

加えて、データ・スループットに対しては、ユーザがデータの正常な受信に肯定応答するときにのみ課金可能であるので、攻撃側端末は、データを正常に受信した場合であっても、課金の量を減らすために、ＡＣＫの代わりにＮＡＣＫを意図的に送信することがある。

基地局がユーザからの否定の応答の数の異常な増加を観測したとき、基地局は、このユーザを攻撃側端末又は少なくとも攻撃被疑端末として検出することができる。

一実施形態によれば、ユーザによって基地局へ送信されたチャネル状態情報がそのユーザの真のチャネルに対応するかどうかを基地局が検証する別のメカニズムが提供される。

この実施形態によれば、基地局は、チャレンジメッセージを攻撃被疑端末へ送信し、応答を検証する。チャレンジメッセージは、真のチャネル状態情報とフィードバックされたチャネル状態情報とが対応しているユーザのみがそのチャレンジメッセージを正常に受信して正しい応答を送信することができるように送信される。

攻撃側端末が、自身が基地局へフィードバックする偽造されたチャネル状態情報によって示されるチャネル品質よりも実際に悪いチャネル品質になる場合、攻撃側端末は、チャレンジメッセージを正常に検出することができず、それに応じて正しい応答を送信することができない。

基地局が複数のアンテナを装備しているとき、基地局は、ユーザによってフィードバックされたチャネル状態情報から計算されるプリコーダを使用してそのユーザへチャレンジメッセージを送信してもよい。

攻撃側端末が被害側端末のチャネル状態情報をフィードバックする場合、チャネルフィードバックから計算されるプリコーダを使用する基地局は、実際に攻撃側端末の代わりに被害側端末に信号を方向付ける。したがって、攻撃側端末における信号レベルは低い。したがって、攻撃側端末は、チャレンジメッセージを正常に検出することができず、それに応じて正しい応答を送信することができない。

基地局は、チャレンジメッセージを送信するとき、干渉を追加導入して、攻撃側端末がチャレンジメッセージを正常に受信する可能性をさらに低減させてもよい。

ユーザへ送信されるチャレンジメッセージは、好ましくは互いに異なるものである。この理由は、チャレンジメッセージが同じであると、攻撃側端末が被害側端末の応答をオーバーヒアリングしてその応答を基地局へ繰り返すことによって、正しい応答を送信することができるからである。

基地局が、或る特定のユーザにチャレンジメッセージを送信した後、そのユーザから正しい応答を受信しないとき、基地局は、そのユーザを攻撃側端末又は少なくとも攻撃被疑端末として扱う。したがって、基地局は、或る特定の対抗策を使用することができる。一実施形態によれば、基地局は、攻撃側端末が他のユーザよりもスケジューリングされる頻度が小さくなるようにスケジューラにおける攻撃側端末の優先度を低くしてもよい。

一実施形態によれば、チャレンジメッセージを使用する検証は、次に説明する図３に示すように行われてもよい。

被害側端末はチャネル状態情報ｃ１を基地局へフィードバックする。攻撃側端末も、チャネル状態情報ｃ１を基地局へフィードバックして、被害側端末と同じチャネル状態情報を有するふりをする。その結果、基地局は、これらの２つの端末を同時にスケジューリングすることができない。この状況は、スケジューリング衝突（scheduling collision）と呼ばれる。これらの２つのユーザ端末間にこのようなスケジューリング衝突が繰り返し起こることを基地局が検出したとき、基地局はそれらのユーザ端末のうちの１つが攻撃側端末であると仮定する。

被害側端末及び攻撃側端末を識別するために、基地局は、チャネルについてのフィードバックｃ１に従ってプリコーディングされたチャレンジメッセージを、２つのユーザ端末のそれぞれへ送信する。各チャレンジメッセージは、たとえばノンス（nonce）すなわち１回使用される数字を含むことができる。ノンスは、リプレイ攻撃を防止するために、たとえば１回しか使用されない乱数又は疑似乱数である。

図３に示すように、基地局は信号｛ｎｏｎｃｅ１｝_ｃ１を被害側端末へ送信する。この信号は、ノンス「ｎｏｎｃｅ１」を含むチャレンジメッセージであり、チャネルフィードバックｃ１に関してプリコーディングされている。被害側端末の真のチャネル状態情報はｃ１であるので、被害側端末はチャレンジメッセージを正常に検出することができ、したがって、ノンス「ｎｏｎｃｅ１」を正常に検出することができる。被害側端末は、その後、検出したノンス「ｎｏｎｃｅ１」を含む応答を基地局へ送信する。代替的に、応答は、検出したノンスに任意の関数ｆ（・）を適用した後の結果を含んでもよい。応答が、基地局によって送信されたノンスを含んでいる場合に、その応答は正しいとみなされる。図３に示すように、被害側端末は、正しい応答ｆ（ｎｏｎｃｅ１）を基地局へ送信する。

また、基地局は、信号｛ｎｏｎｃｅ２｝_ｃ１を攻撃側端末へ送信する。この信号は、別のノンス「ｎｏｎｃｅ２」を含むチャレンジメッセージであり、チャネルフィードバックｃ１に関してプリコーディングされている。攻撃側端末の真のチャネル状態情報はｃ１とは異なるので、攻撃側端末は、チャレンジメッセージ及びノンス「ｎｏｎｃｅ２」を正常に検出することができない。攻撃側端末は、チャレンジメッセージに含まれるノンスを知ることがなく、正しい応答を送信することができない。

図３に示すように、応答がユーザから受信されない場合又はユーザの応答が正しくない場合、基地局はそのユーザを攻撃側端末とみなし、或る特定の対抗策を講じる。

一実施形態によれば、チャレンジメッセージはＲＲＣ（無線リソース制御）要求で送信される。

攻撃側端末は、基地局によって検出されることを回避するために、チャネルについてのフィードバックを行っている間に、真のチャネル状態情報と偽造されたチャネル状態情報とを交互に送ることがある。

この状況を考慮に入れるために、本発明の一実施形態によれば、基地局は、チャネル状態情報を追跡することによってチャネル状態情報のフィードバックを検証する。

既知のように、無線チャネルは、ユーザの移動に起因して時間と共に絶えず変動し、チャネルの時間変動は、通常、チャネルの時間相関特性によって特徴付けられる。ユーザの速度が高いほど、チャネルはより高速に変動し、時間相関はより低くなる。

攻撃側端末が或る時間帯には真のチャネル状態情報をフィードバックし、別の時間帯には偽造されたチャネル状態情報をフィードバックするとき、時間におけるチャネル状態情報の異常な変化が観測されることになる。換言すれば、攻撃側端末からのチャネル状態情報のフィードバックは、チャネルの時間相関特性に対応しないことになる。

したがって、基地局は、時間における相関を信頼性検証に使用してもよい。

換言すれば、攻撃側端末は、時間ではなく、チャネルについてのフィードバックを、異なる周波数帯域で交互に行うことがある。したがって、時間における異常な変化はない。しかしながら、無線チャネルは、マルチパス伝播における遅延の広がりのために周波数にわたって絶えず変動する。チャネルの周波数変動は、通常、チャネルの周波数相関特性によって特徴付けられる。マルチパスにおける遅延の広がりが大きいほど、チャネルは周波数がより高速に変動し、周波数相関はより低くなる。

したがって、たとえ攻撃側端末がチャネル状態情報を周波数に関して交互に送っても、実施形態に係る基地局は、チャネルの周波数相関を計算してチャネル状態情報が現実的なチャネル相関特性を有するかどうかを判断することによって、攻撃側端末を検出することができる。

本発明によれば、基地局はチャネル状態情報を追跡し、チャネルの相関特性を計算し、チャネル状態情報が現実的なチャネル相関特性を有するかどうかを判断してチャネル状態情報のフィードバックを検証する。チャネル状態が現実的なチャネル相関特性に対応していないユーザは、基地局によって攻撃側端末又は少なくとも攻撃被疑端末として検出されることになる。チャネルの相関特性は、時間、周波数、及び空間におけるチャネル相関のうちの１つ又は複数である。

したがって、攻撃側端末のチャネル状態情報が、たとえば真のチャネル状態情報と偽造されたチャネル状態情報との間で頻繁にジャンプする場合、本実施形態によって攻撃側端末の検出が可能になる。これは、さらに、攻撃が起こっている可能性があることを示すチャネル相関特性のパターンとみなされる。

一実施形態によれば、チャネル相関特性が測定され、そのチャネル相関特性が或る知識ベース又はデータベース又は基準パターンと比較されて、攻撃が行われているとの疑いをチャネル相関特性がもたらすかどうかの指標（indication）が検出される。

本発明の一実施形態によれば、基地局は、ユーザのロケーション情報を使用することによってチャネル状態情報のフィードバックを検証する。

基地局とユーザとの間のチャネルはユーザのロケーションに依存する。或る所与のロケーションにおいては、ほとんど一定のチャネル特性又はチャネル状態情報となり、異なるロケーションにおいては、異なるチャネル特性又はチャネル状態情報となる。このようなチャネル特性又はチャネル状態情報には、パス・ロス（path-loss：経路損失）、シャドウ・フェージング（shadow fading）、チャネル空間相関、チャネル周波数相関等が含まれる。

基地局の近くに位置するユーザは、小さなパス・ロスを受けるが、基地局から遠く離れて位置するユーザは、大きなパス・ロスを受ける。ユーザは、丘、建物等の大きな障害物の陰になるロケーションにいる場合、大きなシャドウ・フェージングを受ける。さらに、マルチパス伝播の統計的特性も、ロケーションに依存する伝播環境に大きく関係する。チャネル周波数相関は、マルチパス伝播における遅延の広がりによって特徴付けることができる。チャネル空間相関は、マルチパス伝播における角度の広がりによって特徴付けることができる。多くの散乱（scattering）があるロケーションでは、遅延の広がり及び角度の広がりの双方が大きくなる。したがって、チャネルの周波数相関特性及びチャネルの空間相関特性は、所与のロケーションについては比較的一定となる。

これらのチャネル特性は所与のロケーションについてほとんど一定であるので、それらのチャネル特性を測定し及び／又は無線計画ツールに基づいて推定し、ロケーションについて記憶することが可能である。このように、知識ベース又はデータベースを構築することができる。この知識ベース又はデータベースは、その後、基地局が検証目的で使用することができる。

基地局が、各ロケーションに対応したこれらのチャネル特性の知識を有し、ユーザのロケーション情報を有するとき、基地局は、チャネル状態情報のフィードバックがユーザのロケーションにおけるチャネル特性と一致しているかどうかを検証することができる。一致していない場合、基地局は、対応するユーザを攻撃側端末又は少なくとも攻撃被疑端末とみなすことができる。

ロケーション情報は、ユーザがＧＰＳ又は三角測量を介して測定し、その後、基地局へフィードバックしてもよい。代替的に、基地局が、三角測量を用いてネットワークによってロケーション情報を測定してもよい。

一実施形態によれば、以下で説明する図４に示すように、ロケーション情報を使用する検証を実行することができる。

この実施形態では、データベースは、ユーザが現れ得る各ロケーションに対応したロケーション依存チャネル特性についての情報を事前に記憶している。

図４に示すように、基地局は、ユーザ又は攻撃被疑端末について、チャネル状態情報ｃ１に基づいてチャネル特性を計算する。基地局は、そのユーザのロケーション情報も得る。基地局は、そのユーザのロケーション情報を送信することによって、対応するロケーションにおける事前に記憶されたチャネル特性をデータベースから受信する。次に、基地局は、計算したチャネル特性をデータベースからのチャネル特性と比較し、それらの特性が互いに一致していない場合にそのユーザを攻撃側端末とみなす。

データベースは、基地局内に統合することもできるし、基地局から分離することもできる。

データ送信が、ユーザによってフィードバックされるチャネル状態情報に関して適合される無線通信システムでは、偽造されたチャネル状態情報をフィードバックすることによってサービス低下攻撃を行うことができる。偽造されたチャネル状態情報が被害側端末のチャネル状態情報であるとき、被害側端末と同じチャネル状態情報を要求する攻撃側端末に対してサービス提供することによって被害側端末に高い干渉が発生するので、この被害側端末に提供されるサービスは低下することになる。

上記で詳細に説明したように、本発明の実施形態によれば、基地局は、ユーザによってその基地局にフィードバックされるチャネル状態情報がユーザの真のチャネルに対応するかどうかを検証する。したがって、偽造されたチャネル状態情報を送信することによってもたらされる被害側端末に対するサービス低下攻撃を検出して防止することができる。

これは、被害側端末が、基地局とユーザとの間でデータ通信を転送する中継ノードである場合に特に重要である。

本発明は、無線通信の信頼性を大幅に増大させ、課金請求できるシステム・スループットを確実に行うことができる。

本発明の基本的な着想をなおも利用しつつ上記で説明してきた実施形態を変更し得ることが当業者には明らかであろう。詳細には、本発明における基地局は、セルラーシステムにおけるエンハンストノードＢ、無線アクセスポイント等であってもよい。また、本発明におけるユーザは、中継ノード、コンピュータ、ＰＤＡ、移動電話、スマートフォン等を含むユーザ端末であってもよい。

上記で説明した実施形態は、ハードウェアによって実施することができ、また、ソフトウェアによって実施することができ、また、ソフトウェア及びハードウェアの組み合わせによって実施できることが当業者には理解されるであろう。本発明の実施形態において説明したモジュール及び機能は、本実施形態において説明した方法に従って作動するように適切にプログラミングされたマイクロプロセッサ又はコンピュータによって、全体的又は部分的に実施することができる。本発明の実施形態を実装する装置としては、たとえば、基地局、エンハンストノードＢ、無線アクセスポイント等が含まれ得る。

Claims (18)

1. 無線通信システムにおいて第２の無線通信デバイスによる第１の無線通信デバイスに対するサービス低下攻撃を防止する方法であって、
   前記第２の無線通信デバイスによって基地局へ送信されたチャネル状態情報が前記第２の無線通信デバイスの真のチャネルに対応するかどうかを前記基地局によって検証するステップと、
   あるインジケータを監視又はチェックして、前記インジケータが攻撃に対応する偽のチャネル状態情報を表しているとみなすことができるかを決定するステップと
   を含み、
   前記検証するステップは、
   前記第２の無線通信デバイスによって送信された前記チャネル状態情報に従って送信されるチャレンジメッセージを前記第２の無線デバイスへ送信することと、
   前記第２の無線通信デバイスが前記チャレンジメッセージに対して正しい応答を送信することができるかどうかを判断することと
   を含む方法。
2. 前記第２の無線通信デバイスが前記チャレンジメッセージに正しく応答しないときは、前記第２の無線通信デバイスは攻撃側デバイスとして扱われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記無線通信システムは、マルチユーザ・マルチアンテナ・システムであり、前記第２の無線通信デバイスへの前記チャレンジメッセージは、前記第２の無線通信デバイスによって送信された前記チャネル状態情報に従ってプリコーディングされたものである、請求項１又は２に記載の方法。
4. 複数の第２の移動デバイスの挙動を監視して、前記複数の第２の移動デバイスの中で攻撃被疑デバイスとみなすことができるデバイスを識別するステップを更に含む請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記デバイスを識別するステップは、
   前記第２の無線通信デバイスの前記チャネル状態情報を追跡することと、
   前記チャネル状態情報が現実的なチャネル相関特性を有するかどうかを判断することと
   を含む請求項４に記載の方法。
6. 前記チャネル相関特性は、時間、周波数、又は空間におけるチャネル相関の１つ又は複数である、請求項５に記載の方法。
7. 無線通信システムにおいて第２の無線通信デバイスによる第１の無線通信デバイスに対するサービス低下攻撃を防止する方法であって、
   前記第２の無線通信デバイスによって基地局へ送信されたチャネル状態情報が前記第２の無線通信デバイスの真のチャネルに対応するかどうかを前記基地局によって検証するステップと、
   あるインジケータを監視又はチェックして、前記インジケータが攻撃に対応する偽のチャネル状態情報を表しているとみなすことができるかを決定するステップと
   を含み、
   前記第２の無線通信デバイスのロケーション情報を取得するステップと、
   前記第２の無線通信デバイスの前記チャネル状態情報が、前記ロケーション情報によって特定されるロケーションにおけるチャネルに対応しているかどうかを判断するステップと
   を含む方法。
8. 無線通信システムにおいて第２の無線通信デバイスによる第１の無線通信デバイスに対するサービス低下攻撃を防止する方法であって、
   前記第２の無線通信デバイスによって基地局へ送信されたチャネル状態情報が前記第２の無線通信デバイスの真のチャネルに対応するかどうかを前記基地局によって検証するステップと、
   あるインジケータを監視又はチェックして、前記インジケータが攻撃に対応する偽のチャネル状態情報を表しているとみなすことができるかを決定するステップと
   を含み、
   前記第２の無線通信デバイスの前記チャネル状態情報が、前記第１の無線通信デバイスと一貫して同じである場合、前記第２の無線通信デバイスを攻撃被疑デバイスと決定するステップを含む方法。
9. 無線通信システムにおいて第２の無線通信デバイスによる第１の無線通信デバイスに対するサービス低下攻撃を防止する方法であって、
   前記第２の無線通信デバイスによって基地局へ送信されたチャネル状態情報が前記第２の無線通信デバイスの真のチャネルに対応するかどうかを前記基地局によって検証するステップと、
   あるインジケータを監視又はチェックして、前記インジケータが攻撃に対応する偽のチャネル状態情報を表しているとみなすことができるかを決定するステップと
   を含み、
   前記第２の無線通信デバイスの予約帯域幅が未使用のままである場合、前記第２の無線通信デバイスを攻撃被疑デバイスと決定するステップを含む方法。
10. 前記検証するステップは、
    前記第２の無線通信デバイスによって送信された前記チャネル状態情報に従って送信されるチャレンジメッセージを前記第２の無線デバイスへ送信することと、
    前記第２の無線通信デバイスが前記チャレンジメッセージに対して正しい応答を送信することができるかどうかを判断することと
    を含む請求項７〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記第２の無線通信デバイスが前記チャレンジメッセージに正しく応答しないときは、前記第２の無線通信デバイスは攻撃側デバイスとして扱われる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記無線通信システムは、マルチユーザ・マルチアンテナ・システムであり、前記第２の無線通信デバイスへの前記チャレンジメッセージは、前記第２の無線通信デバイスによって送信された前記チャネル状態情報に従ってプリコーディングされたものである、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 複数の第２の移動デバイスの挙動を監視して、前記複数の第２の移動デバイスの中で攻撃被疑デバイスとみなすことができるデバイスを識別するステップを更に含む請求項７〜１１のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記デバイスを識別するステップは、
    前記第２の無線通信デバイスの前記チャネル状態情報を追跡することと、
    前記チャネル状態情報が現実的なチャネル相関特性を有するかどうかを判断することと
    を含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記チャネル相関特性は、時間、周波数、又は空間におけるチャネル相関の１つ又は複数である、請求項１４に記載の方法。
16. スケジューラにおいて攻撃被疑デバイスの優先度を下げることによって攻撃を防止するステップをさらに含む請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 無線通信システムにおいて第２の無線通信デバイスによる第１の無線通信デバイスに対するサービス低下攻撃を防止する装置であって、
    前記第２の無線通信デバイスによって基地局へ送信されたチャネル状態情報が、前記第２の無線通信デバイスの真のチャネルに対応するかどうかを検証するモジュールと、
    あるインジケータを監視又はチェックして、前記インジケータが攻撃に対応する偽のチャネル状態情報を表しているとみなすことができるかを決定する手段と
    を備え、
    請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の方法を実行するためのモジュールをさらに備えるものである装置。
18. コンピュータで実行される際に請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の方法を実行することを可能にするコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム。

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