JP5288210B2

JP5288210B2 - ネットワークでのユニキャスト鍵の管理方法およびマルチキャスト鍵の管理方法

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Publication number: JP5288210B2
Application number: JP2009528584A
Authority: JP
Inventors: ▲遼▼▲軍▼ ▲厖▼; ▲軍▼ 曹; 海博田; 振海黄; 変玲 ▲張▼
Original assignee: China Iwncomm Co Ltd
Current assignee: China Iwncomm Co Ltd
Priority date: 2006-09-23
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2027-07-17
Also published as: US20090300358A1; ATE536015T1; EP2086159A4; JP2010504671A; EP2086159A1; WO2008034362A1; US8306229B2; CN1937489A; ES2377317T3; EP2086159B1; CN100463391C

Description

本発明は、ネットワーク鍵の管理およびトラフィック暗号化鍵の更新のための方法に関する。特に、この方法は、有線ネットワークおよび無線ネットワークに適用される。上記無線ネットワークとしては、例えば無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）や無線メトロポリタンエリアネットワーク（ＷＭＡＮ）、ブロードバンド無線マルチメディア（ＢＷＭ）ネットワークなどがある。

無線ネットワークのセキュリティ問題は、有線のイーサネット（登録商標）のセキュリティ問題より重大である。米国電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）は、無線ローカルエリアネットワークおよび無線メトロポリタンエリアネットワークのセキュリティを強化し、移動局のために基地局へのセキュアアクセスを提供するために、８０２．１１規格および８０２．１６規格を定めた。中国では、通常、ＷＬＡＮ認証秘密基盤（ＷＡＰＩ）と呼ばれている無線ローカルエリアネットワークの国家標準ＧＢ１５６２９．１１が広まっている。ＢＷＭネットワークは、新しい無線ネットワークアーキテクチャとして、データ通信と放送通信を結合する。セキュアアクセスおよびセキュア通信の問題は、ＢＷＭネットワークで対処されている。セキュア通信を行うための問題の１つとして、システム内で、多様な鍵をどのように管理するかがある。

ＩＥＥＥ８０２．１１では、ＷＬＡＮのセキュリティを保証するためにＷＥＰプロトコルが提案されている。ＷＥＰプロトコルでは、鍵管理が非常に簡単であり、移動局とアクセスポイントとの間で共有鍵が用いられている。しかし、鍵管理の完全な解決手段がないという点で問題がある。この問題は、複雑なシステム拡張やシステム柔軟性の悪化を引き起こす。

ＷＥＰ暗号プロトコルには、重大なセキュリティ欠陥がある。ＩＥＥＥ８０２．１１ｉ規格では、鍵の管理および導出をするために４つのハンドシェイクプロトコルが連携して用いられる。これらのハンドシェイクプロトコルは、ＷＥＰのセキュリティ問題に対処している。しかし、ＩＥＥＥ８０２．１１ｉには、鍵管理がサービスレベルに基づいていないという問題がある。つまり、鍵の導出は、特定の端末装置とアクセスノードとの間で行われる。異なるサービスが異なるサービスレベルを実現するために、異なる鍵を導出することができない。マルチキャスト鍵の交換効率は低い。つまり、マルチキャスト鍵の交換は、アクセスノードと複数の移動局のすべてとの間で行われる。マルチキャスト鍵の更新効率は低い。つまり、マルチキャスト鍵の更新は、アクセスノードおよび各移動局で必要である。これは低効率を引き起こす。異なるマルチキャスト暗号化鍵は、異なるサービスのために用意されていない。

ＷＥＰのいくつかの問題は、中国国家標準ＧＢ１５６２９．１１で解決される。しかしながら、ＧＢ１５６２９．１１の鍵管理プロトコルには、ＩＥＥＥ８０２．１１ｉと同一の問題がある。

ＩＥＥＥによって提案されるＷＬＡＮＩＥＥＥ８０２．１６規格は、攻撃者が移動局をだますために基地局を模倣するのを防ぐことができない。したがって、鍵管理は安全ではない。ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格は、改善された解決を提案するために、参考としてＩＥＥＥ８０２．１１ｉ規格の方法を用いる。そのような解決には、以下の問題がある。

鍵管理は、時間同期方法で行われる。時間同期方法は、複雑な状態管理の原因となる。新しい鍵の使用と破棄は、時間通りに決定される。分散処理システムで同期を維持することは難しい。多くのシステム状態があり、それは、複雑な管理の原因となる。

本発明は、ネットワーク鍵の管理およびセッション鍵の更新のための方法を提供する。本発明は、マルチキャスト鍵の交換および更新の低効率ならびに複雑なシステム状態管理という先行技術の技術的問題を解決することができる。

本発明の技術的な解決手段は、以下に記述される。

ネットワークでのユニキャスト鍵の管理方法は、以下の通りである。

移動局が、鍵交換要求パケットを作成し、上記鍵交換要求パケットを基地局へ送信する。鍵交換要求パケットは、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵ＡＫから導き出される正真性検査鍵から計算される。

基地局が、鍵交換要求パケットを受信すると、鍵交換応答パケットを作成し、上記鍵交換応答パケットを移動局へ送信する。鍵交換応答パケットは、移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、基地局によって選択された乱数ＮＢＳと、基地局で選択され、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵ＡＫから導き出される鍵暗号化鍵を用いて暗号化されるトラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭの暗号文ＥＫＥＫ（ＴＥＫＭ）と、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭ、乱数ＮＭＳおよび乱数ＮＢＳから導き出される正真性検査鍵から計算される。

移動局は、鍵交換応答パケットを受信すると、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭを取得するために鍵暗号化鍵を用いて鍵交換応答パケットを復号化する。鍵暗号化鍵は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵から導き出される。移動局は、基地局および移動局によって選択された乱数を用いてセッション暗号化鍵および正真性検査鍵を導き出す。移動局は、鍵交換確認パケットを作成する。

好ましくは、最初の鍵交換の場合、移動局が鍵更新を要求する場合、または移動局が鍵更新通知パケットを受信した場合に、移動局は、鍵交換手順を起動させるために、鍵交換要求パケットを基地局へ送信する。

好ましくは、ネットワークでのユニキャスト鍵の管理方法は、以下をさらに含む。基地局は、鍵交換要求パケットを受信する前に鍵更新通知パケットを送信した場合、鍵更新通知パケットと鍵交換要求パケットとの対応欄のちが同一であるかを確認する。一致する場合、基地局は、鍵交換応答パケットを作成する。一致しない場合、基地局は、鍵交換応答パケットを作成せずに鍵交換要求パケットを破棄する。

基地局は、鍵交換要求パケットを受信する前に鍵更新通知パケットを送信する。鍵更新通知パケットは、基地局識別子ＩＤＢＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤは、トラフィック暗号化鍵の更新を確認するのに適している。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵ＡＫから導き出される正真性検査鍵から計算される。

鍵交換要求パケットは、移動局識別子ＩＤＭＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤとをさらに含む。トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤは、トラフィック暗号化鍵の更新を確認するのに適している。

鍵交換応答パケットは、移動局識別子ＩＤＭＳと、基地局識別子ＩＤＢＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭの有効期限ＬｉｆｅＴＥＫとをさらに含む。

鍵交換確認パケットは、基地局識別子ＩＤＢＳと、移動局識別子ＩＤＭＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、基地局によって選択された乱数ＮＢＳと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭ、乱数ＮＭＳおよび乱数ＮＢＳから導き出される正真性検査鍵から計算される。

マルチキャスト鍵の管理方法は、以下の通りである。

基地局が、鍵交換要求パケットを受信すると鍵交換応答パケットを作成し、上記鍵交換応答パケットを移動局へ送信する。鍵交換応答パケットは、移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、基地局によって選択された乱数ＮＢＳと、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭの暗号文ＥＫＥＫ（ＴＥＫＭ）と、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。上記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭは、基地局で選択され、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵から導き出される鍵暗号化鍵で暗号化される。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭ、乱数ＮＭＳおよび乱数ＮＢＳから導き出される正真性検査鍵から計算される。

移動局は、鍵交換応答パケットを受信すると、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭを取得するために鍵暗号化鍵を用いて鍵交換応答パケットを復号化する。鍵暗号化鍵は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵から導き出される。移動局は、基地局および移動局によって選択された乱数を適用してセッション暗号化鍵および正真性検査鍵を導き出す。移動局は、鍵交換確認パケットを作成する。

移動局は、マルチキャストトラフィック暗号化鍵の交換または更新を必要とする場合、マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットを基地局へ送信する。マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットは、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、グループトラフィック暗号化鍵識別子ＧＴＥＫＩＤと、移動局によって選択された第２の乱数ＮＭＳと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。グループトラフィック暗号化鍵識別子ＧＴＥＫＩＤは、マルチキャストトラフィック暗号化鍵の交換または要求を確認するのに適している。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤに対応するトラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭから導き出されるマルチキャストメッセージ正真性鍵ＧＭＩＫから計算される。

基地局は、マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットを受信すると、マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットを移動局へ送信し、移動局から暗号化鍵要求パケットを取得した場合、または、基地局がマルチキャスト鍵を更新する必要がある場合、マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットをすべての移動局へブロードキャストされる。

好ましくは、マルチキャスト鍵の管理方法は、以下をさらに含む。移動局がトラフィック暗号化鍵の更新要求を始めずに、基地局がトラフィック暗号化鍵を更新する必要がある場合、基地局は、鍵更新通知パケットを移動局へ送信し、トラフィック暗号化鍵の更新を移動局に知らせる。

好ましくは、最初の鍵交換の場合、移動局が基地局から鍵更新通知パケットを受信した場合、移動局は、鍵交換手順を起動させるために、鍵交換要求パケットを基地局へ送信する。

好ましくは、マルチキャスト鍵の管理方法は、以下をさらに含む。基地局が鍵交換要求パケットを受信する前に鍵更新通知パケットを送信した場合、基地局は、鍵更新通知パケットと鍵交換要求パケットとの対応欄のちが同一であるかを確認する。一致する場合、基地局は、鍵交換応答パケットを作成する。一致しない場合、基地局は、鍵交換応答パケットを作成せずに鍵交換要求パケットを破棄する。

鍵交換確認パケットは、基地局識別子ＩＤＢＳと、移動局識別子ＩＤＭＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、基地局によって選択された乱数ＮＢＳと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。基地局によって選択された乱数ＮＢＳは、鍵交換応答パケットに含まれている乱数ＮＢＳと同じである。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭ、乱数ＮＭＳおよび乱数ＮＢＳから導き出される正真性検査鍵から計算される。

マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットは、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤをさらに含む。

マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットは、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、グループトラフィック暗号化鍵の有効期限ＬｉｆｅＧＴＥＫとをさらに含む。

本発明は、異なるサービスのために、異なるレベルのトラフィック暗号化鍵を提供することができる。言い換えると、異なるサービスは、異なる暗号化鍵に対応する。マルチキャストトラフィック暗号化鍵の交換では、ブロードキャストチャネルが合理的に活用され、性能が改善される。基地局は、各移動局と個別にマルチキャストトラフィック暗号化鍵を交換する必要がない。また、本発明において、鍵交換プロトコルおよびマルチキャストトラフィック暗号化鍵の配布プロトコルは、マルチキャストトラフィック暗号化鍵の更新を効率的にするために活用される。さらに、鍵交換プロトコルおよびマルチキャストトラフィック暗号化鍵の配布プロトコルは、マルチキャストトラフィック暗号化鍵の更新をより柔軟にする。鍵使用可能性機構は、メッセージ確認方法を利用する。その結果、多重時間同期と状態の維持の問題を避ける。それは状態管理を単純化する。

本発明によるネットワークでのユニキャスト鍵の管理方法を示す図である。本発明によるマルチキャストトラフィック暗号化鍵の管理方法を示す図である。

本出願は、「ネットワーク鍵の管理およびトラフィック暗号化鍵の更新のための方法」という名称で２００６年９月２３日に中国特許庁へ出願された中国特許出願番号第２００６１０１０４６７９．４号の優先権を主張する。上記中国特許出願の内容は、本出願に完全に含まれている。

本発明の実施形態によって技術的な解決手段は、以下の通り、本発明の実施形態の図面を参照して、明確かつ完全に記述されている。なお、記述されている実施形態は、本発明のすべての実施形態ではなく、本発明の一部の実施形態にすぎない。創造活動なしで当業者によって上記実施形態に基づく他のすべての実施形態は、本発明の範囲内に含まれる。

図１を参照すると、本発明に係るネットワークでのユニキャスト鍵の管理方法は、以下の通りである。

ステップ１１０では、鍵交換要求パケットを作成する。

移動局は、最初の鍵交換の場合、鍵更新を要求する場合、または基地局から鍵更新通知パケットを受信した場合、鍵交換手順を起動させるために、鍵交換要求パケットを基地局へ送信する。

鍵更新通知パケットは、基地局（ＢＳ）識別子ＩＤＢＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤは、トラフィック暗号化鍵の更新を確認するのに適している。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵ＡＫから導き出される正真性検査鍵から計算される。セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤは、特定サービスに対応する。セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤによって、ユニキャストセキュリティアソシエーションとマルチキャストセキュリティアソシエーションとを区別することができる。

鍵交換要求パケットは、移動局（ＭＳ）識別子ＩＤＭＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤは、トラフィック暗号化鍵の更新を確認するのに適している。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵ＡＫから導き出される正真性検査鍵から計算される。

ステップ１２０では、鍵交換応答パケットを作成する。

（２．１）基地局は、移動局から鍵交換要求パケットを受信すると、鍵交換応答パケットを作成する。

鍵交換応答パケットは、移動局識別子ＩＤＭＳと、基地局識別子ＩＤＢＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、基地局によって選択された乱数ＮＢＳと、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭの暗号文ＥＫＥＫ（ＴＥＫＭ）と、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭの有効期限ＬｉｆｅＴＥＫと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。移動局によって選択された乱数ＮＭＳは、鍵交換要求パケットに含まれている乱数ＮＭＳと同じである。上記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭは、基地局で選択され、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵から導き出される鍵暗号化鍵で暗号化される。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭ、乱数ＮＭＳおよび乱数ＮＢＳから導き出される正真性検査鍵から計算される。

（２．２）基地局は、鍵交換要求パケットを受信する前に鍵更新通知パケットを送信した場合、鍵更新通知パケットと鍵交換要求パケットの対応欄のちが同一であるかを確認する。一致する場合、基地局は、鍵交換応答パケットを作成する。一致しない場合、基地局は、鍵交換応答パケットを作成せずに鍵交換要求パケットを破棄する。

（２．３）基地局は、鍵交換応答パケットを移動局へ送信して、ユニキャストセッション暗号化鍵と正真性検査鍵を導き出す。

ステップ１３０では、鍵交換確認パケットを作成する。

移動局は、基地局から鍵交換応答パケットを受信すると、トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭを取得するために、鍵暗号化鍵を用いて鍵交換応答パケットを復号化する。鍵暗号化鍵は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵から導き出される。移動局は、鍵交換確認パケットを作成する。

図２を参照すると、本発明に係るマルチキャスト鍵の管理方法は、以下の通りである。

ステップ２１０：マルチキャストマスター鍵の交換プロトコル
（１．１）鍵更新通知パケットを作成する。

移動局がトラフィック暗号化鍵の更新要求を行わずに、基地局がトラフィック暗号化鍵を更新する必要がある場合、基地局は、鍵更新通知パケットを移動局へ送信し、トラフィック暗号化鍵の更新を移動局に知らせる。鍵更新通知パケットは、最初の鍵交換以外で、トラフィック暗号化鍵を更新するためのみに用いられる。

トラフィック暗号化鍵の更新通知パケットは、基地局識別子ＩＤＢＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。トラフィック暗号化鍵識別子は、トラフィック暗号化鍵の更新を確認するのに適している。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵ＡＫから導き出される正真性検査鍵から計算される。

（１．２）鍵交換要求パケットを作成する。

最初の鍵交換の場合、または、移動局が基地局から鍵更新通知パケットを受信した場合、移動局は、鍵交換手順を起動させるために、鍵交換要求パケットを基地局へ送信する。

鍵交換要求パケットは、移動局識別子ＩＤＭＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤは、トラフィック暗号化鍵の更新を確認するのに適している。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵ＡＫから導き出された正真性検査鍵から計算される。

（１．３）鍵交換応答パケットを作成する。

（１．３．１）基地局は、移動局から鍵交換要求パケットを受信すると、鍵交換応答パケットを作成する。

（１．３．２）基地局は、鍵交換要求パケットを受信する前に鍵更新通知パケットを送信した場合、鍵更新通知パケットと鍵交換要求パケットとの対応欄のちが同一であるかを確認する。一致する場合、基地局は、鍵交換応答パケットを作成する。一致しない場合、基地局は、鍵交換応答パケットを作成せずに鍵交換要求パケットを破棄する。

（１．３．３）基地局は、鍵交換応答パケットを移動局へ送信し、グループ鍵暗号化鍵ＧＫＥＫとグループメッセージ正真性鍵ＧＭＩＣを導き出す。

（１．４）鍵交換確認パケットを作成する。

移動局は、基地局から鍵交換応答パケットを基地局から受信すると、トラフィック暗号化鍵データの平文ＴＥＫＭを取得するために鍵暗号化鍵を用いて鍵交換応答パケットを復号化する。鍵暗号化鍵は、認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵から導き出される。移動局は、鍵交換確認パケットを作成する。移動局は、グループ鍵暗号化鍵ＧＫＥＫおよびマルチキャストメッセージ正真性鍵ＧＭＩＣを導き出すために、鍵交換確認パケットを基地局へ送信する。

ステップ２２０：マルチキャストトラフィック暗号化鍵の配布プロトコル
（２．１）マルチキャストトラフィック暗号化鍵の要求
移動局は、マルチキャストトラフィック暗号化鍵の交換または更新を必要とする場合、マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットを基地局へ送信する。

マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットは、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、グループトラフィック暗号化鍵識別子ＧＴＥＫＩＤと、移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。グループトラフィック暗号化鍵識別子ＧＴＥＫＩＤは、マルチキャストトラフィック暗号化鍵の交換または要求を確認するのに適している。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤに対応するトラフィック暗号化鍵ＴＥＫＭから導き出されるグループメッセージ正真性鍵ＧＭＩＫから計算される。

（２．２）マルチキャストトラフィック暗号化鍵の配布
基地局は、移動局からマルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットを受信すると、マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットを移動局へ送信する。マルチキャスト鍵を更新する必要がある場合、基地局は、マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットをすべての移動局へ送信する。

マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットは、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、グループトラフィック暗号化鍵識別子ＧＴＥＫＩＤと、移動局によって選択される乱数ＮＭＳと、グループトラフィック暗号化鍵データＧＴＥＫＭの暗号文ＥＫＥＫ（ＧＴＥＫＭ）と、グループトラフィック暗号化鍵の有効期限ＬｉｆｅＧＴＥＫと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含む。移動局によって選択された乱数ＮＭＳは、マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットに含まれている乱数ＮＭＳと同じである。しかしながら、鍵更新手続が基地局で開始された場合、乱数は基地局で決定される。グループトラフィック暗号化鍵データＧＴＥＫＭは、基地局で選択され、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤに対応するトラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭから導き出されるグループ鍵暗号化鍵ＧＴＥＫで暗号化される。メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤに対応するトラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭから導き出されるグループメッセージ正真性鍵ＧＭＩＫから計算される。

本発明には、以下の利点がある。

本発明は、異なるサービスのために、異なるレベルのトラフィック暗号化鍵を提供することができる。言い換えると、異なるサービスは、異なる暗号化鍵に対応する。

マルチキャストトラフィック暗号化鍵の交換では、ブロードキャストチャネルが合理的に活用され、性能が改善される。基地局は、各移動局と個別にマルチキャストトラフィック暗号化鍵を交換する必要がない。

鍵交換プロトコルおよびマルチキャストトラフィック暗号化鍵の配布プロトコルは、マルチキャストトラフィック暗号化鍵の更新を効率的にするために活用される。さらに、鍵交換プロトコルおよびマルチキャストトラフィック暗号化鍵の配布プロトコルは、マルチキャストトラフィック暗号化鍵の更新をより柔軟にする。

鍵使用可能性機構は、メッセージ確認方法を利用する。その結果、多重時間同期と状態の維持の問題を避ける。それは、状態管理を単純化する。

上記の実施形態は、本発明の原則を例示するために記述されている。本発明の詳細な実施形態がこれらのものに限定されない。本発明の範囲内で先行技術によるさまざまな変形および変更は、添付の特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲である。

Claims

移動局が鍵交換要求パケットを基地局へ送信するステップと、
前記基地局が鍵交換応答パケットを前記移動局へ送信するステップと、
前記移動局が鍵交換確認パケットを作成するステップとを有し、
前記移動局が前記鍵交換要求パケットを前記基地局へ送信するステップにおいて、前記移動局は、前記鍵交換要求パケットを作成し、当該鍵交換要求パケットを前記基地局へ送信し、前記鍵交換要求パケットは、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、前記移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵ＡＫから導き出される正真性検査鍵から計算されるメッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、
前記基地局が前記鍵交換応答パケットを前記移動局へ送信するステップにおいて、前記基地局は、前記鍵交換要求パケットを受信すると、前記鍵交換応答パケットを作成し、当該鍵交換応答パケットを前記移動局へ送信し、前記鍵交換応答パケットは、前記移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、前記基地局によって選択された乱数ＮＢＳと、前記基地局で選択され、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する前記認証鍵ＡＫから導き出される鍵暗号化鍵を用いて暗号化されるトラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭの暗号文ＥＫＥＫ（ＴＥＫＭ）と、前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭ、前記乱数ＮＭＳおよび前記乱数ＮＢＳから導き出される正真性検査鍵から計算される値を持つメッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、
前記移動局が前記鍵交換確認パケットを作成するステップにおいて、前記移動局は、前記鍵交換応答パケットを受信すると、前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭを取得するために、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する前記認証鍵から導き出される前記鍵暗号化鍵を用いて前記鍵交換応答パケットを復号化し、前記基地局および前記移動局によって選択される前記乱数を用いてセッション暗号化鍵および正真性検査鍵を導き出し、前記鍵交換確認パケットを作成する
ことを特徴とするネットワークでのユニキャスト鍵の管理方法。
最初の鍵交換の場合、前記移動局が鍵更新を要求する場合、または前記移動局が前記基地局から鍵更新通知パケットを受信した場合に、前記移動局は、鍵交換手順を起動させるために、前記鍵交換要求パケットを前記基地局へ送信することを特徴とする請求項１記載のネットワークでのユニキャスト鍵の管理方法。
前記基地局は、前記鍵交換要求パケットを受信する前に鍵更新通知パケットを送信した場合、前記鍵更新通知パケットと前記鍵交換要求パケットとの対応欄の値が同一であるかを確認し、一致する場合、前記鍵交換応答パケットを作成し、一致しない場合、前記鍵交換応答パケットを作成せずに前記鍵交換要求パケットを破棄することを特徴とする請求項１記載のネットワークでのユニキャスト鍵の管理方法。
前記基地局は、前記鍵交換要求パケットを受信する前に鍵更新通知パケットを送信し、
前記鍵更新通知パケットは、基地局識別子ＩＤＢＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する前記認証鍵ＡＫから導き出される前記正真性検査鍵から計算される前記メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤは、トラフィック暗号化鍵の更新を確認するのに適し、
前記鍵交換要求パケットは、移動局識別子ＩＤＭＳと、前記セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤとをさらに含み、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤは、トラフィック暗号化鍵の更新を確認するのに適し、
前記鍵交換応答パケットは、前記移動局識別子ＩＤＭＳと、基地局識別子ＩＤＢＳと、前記セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤと、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭの有効期限ＬｉｆｅＴＥＫとをさらに含み、
前記鍵交換確認パケットは、前記基地局識別子ＩＤＢＳと、前記移動局識別子ＩＤＭＳと、前記セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤと、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、前記基地局によって選択された前記乱数ＮＢＳと、メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、前記メッセージ完全性符号ＭＩＣの値は、前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭ、前記乱数ＮＭＳおよび前記乱数ＮＢＳから導き出される正真性検査鍵から計算される
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のネットワークでのユニキャスト鍵の管理方法。
移動局が鍵交換要求パケットを基地局へ送信するステップと、
前記基地局が鍵交換応答パケットを前記移動局へ送信するステップと、
前記移動局がグループ暗号化鍵ＧＫＥＫおよびグループメッセージ正真性鍵を導き出すステップと、
前記移動局がマルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットを前記基地局へ送信するステップと、
前記基地局がマルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットを前記移動局へ送信するステップとを有し、
前記移動局が前記鍵交換要求パケットを前記基地局へ送信するステップにおいて、前記移動局は、前記鍵交換要求パケットを作成し、当該鍵交換要求パケットを前記基地局へ送信し、前記鍵交換要求パケットは、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、前記移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する認証鍵ＡＫから導き出される正真性検査鍵から計算されるメッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、
前記基地局が前記鍵交換応答パケットを前記移動局へ送信するステップにおいて、前記基地局は、前記鍵交換要求パケットを受信すると、前記鍵交換応答パケットを作成し、当該鍵交換応答パケットを前記移動局へ送信し、前記鍵交換応答パケットは、前記移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、前記基地局によって選択された乱数ＮＢＳと、前記基地局で選択され、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する前記認証鍵ＡＫから導き出される鍵暗号化鍵で暗号化されるトラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭの暗号文ＥＫＥＫ（ＴＥＫＭ）と、前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭ、前記乱数ＮＭＳおよび前記乱数ＮＢＳから導き出される正真性検査鍵から計算される値を持つメッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、
前記移動局が前記グループ暗号化鍵ＧＫＥＫおよび前記グループメッセージ正真性鍵を導き出すステップにおいて、前記移動局は、前記鍵交換応答パケットを受信すると、前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭを取得するために、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する前記認証鍵から導き出される前記鍵暗号化鍵を用いて前記鍵交換応答パケットを復号化し、鍵交換確認パケットを作成し、当該鍵交換確認パケットを前記基地局へ送信し、前記グループ暗号化鍵ＧＫＥＫおよび前記グループメッセージ正真性鍵を導き出し、
前記移動局が前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットを前記基地局へ送信するステップにおいて、前記移動局は、マルチキャストトラフィック暗号化鍵の交換または更新を必要とする場合、前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットを前記基地局へ送信し、前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットは、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、グループトラフィック暗号化鍵識別子ＧＴＥＫＩＤと、前記移動局によって選択された第２の乱数ＮＭＳと、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤに対応する前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭから導き出されるグループメッセージ正真性鍵ＧＭＩＫから計算される値を持つメッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、
前記基地局が前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットを前記移動局へ送信するステップにおいて、前記基地局は、前記移動局から前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットを受信すると、前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットを前記移動局へ送信し、マルチキャストトラフィック暗号化鍵を更新する必要がある場合、前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットをすべての移動局へ送信し、前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットは、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、前記グループトラフィック暗号化鍵識別子ＧＴＥＫＩＤと、前記移動局によって選択された乱数ＮＭＳと、前記基地局で選択され、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤに対応する前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭから導き出されるグループ鍵暗号化鍵ＧＫＥＫで暗号化されるグループトラフィック暗号化鍵データＧＴＥＫＭの暗号文ＥＫＥＫ（ＧＴＥＫＭ）と、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤに対応する前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭから導き出されるグループメッセージ正真性鍵ＧＭＩＫから計算されるメッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、前記移動局によって選択された乱数ＮＭＳは、前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットに含まれている乱数ＮＭＳと同じであり、鍵更新手続が前記基地局で開始される場合、前記乱数は前記基地局で決定される
ことを特徴とするマルチキャスト鍵の管理方法。
前記移動局がトラフィック暗号化鍵の更新要求を始めずに、前記基地局が前記トラフィック暗号化鍵を更新する必要がある場合、前記基地局は、鍵更新通知パケットを前記移動局へ送信し、前記トラフィック暗号化鍵の更新を前記移動局に知らせることを特徴とする請求項５記載のマルチキャスト鍵の管理方法。
最初の鍵交換の場合、または前記移動局が前記基地局から前記鍵更新通知パケットを受信した場合、前記移動局は、鍵交換手順を起動させるために、前記鍵交換要求パケットを前記基地局へ送信することを特徴とする請求項６記載のマルチキャスト鍵の管理方法。
前記基地局が前記鍵交換要求パケットを受信する前に鍵更新通知パケットを送信した場合、前記基地局は、前記鍵更新通知パケットと前記鍵交換要求パケットとの対応欄の値が同一であるかを確認し、一致する場合、前記鍵交換応答パケットを作成し、一致しない場合、前記鍵交換応答パケットを作成せずに前記鍵交換要求パケットを破棄することを特徴とする請求項５記載のマルチキャスト鍵の管理方法。
前記基地局は、前記鍵交換要求パケットを受信する前に鍵更新通知パケットを送信し、
前記鍵更新通知パケットは、基地局識別子ＩＤＢＳと、セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、認証鍵識別子ＡＫＩＤと、トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤに対応する前記認証鍵ＡＫから導き出される前記正真性検査鍵から計算される前記メッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、
前記鍵交換要求パケットは、移動局識別子ＩＤＭＳと、前記セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤとをさらに含み、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤは、トラフィック暗号化鍵の更新を確認するのに適し、
前記鍵交換応答パケットは、前記移動局識別子ＩＤＭＳと、基地局識別子ＩＤＢＳと、前記セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤと、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、前記トラフィック暗号化鍵の有効期間ＬｉｆｅＴＥＫとをさらに含み、
前記鍵交換確認パケットは、前記基地局識別子ＩＤＢＳと、前記移動局識別子ＩＤＭＳと、前記セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、前記認証鍵識別子ＡＫＩＤと、前記トラフィック暗号化鍵識別子ＴＥＫＩＤと、前記基地局によって選択された乱数ＮＢＳと、前記トラフィック暗号化鍵データＴＥＫＭ、前記乱数ＮＭＳおよび前記乱数ＮＢＳから導き出される正真性検査鍵から計算されるメッセージ完全性符号ＭＩＣとを含み、前記基地局によって選択された乱数ＮＢＳは、前記鍵交換応答パケットに含まれている乱数ＮＢＳと同じであり、
前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵要求パケットは、前記セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤをさらに含み、
前記マルチキャストトラフィック暗号化鍵配布パケットは、前記セキュリティアソシエーション識別子ＳＡＩＤと、前記グループトラフィック暗号化鍵の有効期限ＬｉｆｅＧＴＥＫとをさらに含む
ことを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載のマルチキャスト鍵の管理方法。