JP5399509B2

JP5399509B2 - 通信システムにおける競り下げ攻撃の防止

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Publication number: JP5399509B2
Application number: JP2011538630A
Authority: JP
Inventors: ミジコフスキー，セミヨン・ビー
Original assignee: アルカテル−ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: KR101286936B1; KR20110079752A; US8255976B2; CN102227929A; US20100130168A1; WO2010062810A1; CN102227929B; EP2371155A1; JP2012510232A

Description

本発明は、一般に、通信システムに関し、より詳細には、そのようなシステム内の通信のセキュリティを確保するための技法に関する。

通信システムは一般に、特定の規格に従って動作するように構成される。例えば、モバイルユーザおよび他の加入者に広帯域アクセスを提供するＷｉＭＡＸシステムは、ＩＥＥＥ規格８０２．１６に従って構成され、ＩＥＥＥ規格８０２．１６は、文書Ｐ８０２．１６Ｒｅｖ２／Ｄ５、「ＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＬｏｃａｌａｎｄＭｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓ，Ｐａｒｔ１６：ＡｉｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒＢｒｏａｄｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓＳｙｓｔｅｍｓ」、２００８年６月に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。この規格は、媒体アクセス制御層（ＭＡＣ）および物理層（ＰＨＹ）を含む、複数のサービスを提供する固定系および移動系が組み合わされたポイントツーマルチポイント広帯域無線アクセス（ＢＷＡ：ｂｒｏａｄｂａｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓａｃｃｅｓｓ）システムのエアインターフェースを規定する。ＷｉＭＡＸシステムの動作を制御する追加の規格は、ＷｉＭＡＸＦｏｒｕｍＮｅｔｗｏｒｋＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ−Ｓｔａｇｅ３−ＤｅｔａｉｌｅｄＰｒｏｔｏｃｏｌｓａｎｄＰｒｏｃｅｄｕｒｅｓ−Ｒｅｌｅａｓｅ１、Ｖｅｒｓｉｏｎ１．２．３、２００８年７月を含むＷｉＭＡＸＦｏｒｕｍ文書に記載されており、これも参照により本明細書に組み込まれる。

上述のＩＥＥＥ８０２．１６およびＷｉＭＡＸＦｏｒｕｍ文書は、ＷｉＭＡＸシステム内の通信のセキュリティを確保するように設計されたメッセージングプロトコルを規定する。しかし、メッセージングプロトコルは、強いセキュリティから低レベルのセキュリティ、全くセキュリティなしまで、異なるレベルのセキュリティのサポートを可能にする。典型的には、移動局がシステムに対して完全に認証される前に、移動局は、その基本的なセキュリティ機能の一部を基地局とネゴシエートする。ＷｉＭＡＸシステムでは、移動局と基地局の間のこの初期ネゴシエーションは、加入者局基本機能（ＳＢＣ：ＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒｓｔａｔｉｏｎＢａｓｉｃＣａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ）要求（ＲＥＱ）および応答（ＲＳＰ）メッセージの交換によって発生する。この対話の一部として、移動局は、ＳＢＣ−ＲＥＱメッセージ内で基地局に対するその基本的なセキュリティ機能を識別し、基地局は、移動局のこれらのセキュリティ機能のうちのいずれが基地局によってもサポートされているかを示し、したがって、移動局と基地局の間の次のセキュリティネゴシエーションで利用されるＳＢＣ−ＲＳＰメッセージで応答する。ＳＢＣ−ＲＥＱメッセージとＳＢＣ−ＲＳＰメッセージのこの交換は、移動局が、基地局およびアクセスサービスネットワーク（ＡＳＮ：ＡｃｃｅｓｓＳｅｒｖｉｃｅＮｅｔｗｏｒｋ）ゲートウェイのオーセンティケータを介して、ＷｉＭＡＸシステムの認証、認可および課金（ＡＡＡ：Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ，ＡｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄＡｃｃｏｕｎｔｉｎｇ）サーバに対してそれ自体を認証する拡張認証プロトコル（ＥＡＰ：ＥｘｔｅｎｓｉｂｌｅＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）の実行前に行われる。

上記のタイプの構成において生じ得る問題は、競り下げ攻撃（ｂｉｄｄｉｎｇ−ｄｏｗｎａｔｔａｃｋ）として知られているものに対して脆弱であるということである。このような攻撃において、攻撃者は自身を移動局と基地局の間に挿入し、移動局になりすまして移動局によって実際にサポートされているものよりも劣る下位のセキュリティ機能を基地局とネゴシエートする。このような減弱されたセキュリティがネゴシエートされると、攻撃者は、この脆弱性を利用して追加の攻撃を行い、そうでなければ、被害を受ける移動局による次の通信のセキュリティを揺るがすことができる。

競り下げ攻撃を防止する１つの知られている手法は、ＥＡＰ認証プロセスがＳＢＣ−ＲＥＱメッセージおよびＳＢＣ−ＲＳＰメッセージにおける基本的なセキュリティ機能のネゴシエーションの前に行われるように、メッセージングプロトコルを変更することである。Ｋ．Ｔｈａｋａｒｅら、「ＩｎｉｔｉａｌＣａｐａｂｉｌｉｔｙＮｅｇｏｔｉａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｄｕｒｅｆｏｒＩＥＥＥ８０２．１６ｍ」、ＩＥＥＥ８０２．１６ＢｒｏａｄｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐ、２００８年９月を参照されたい。しかし、この手法は、ＷｉＭＡＸ規格に対する大幅な変更を必要とし、それによって既存の機器に対する費用のかかる変更を必要とするという点で、望ましくない。

「ＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒＬｏｃａｌａｎｄＭｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋｓ，Ｐａｒｔ１６：ＡｉｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒＢｒｏａｄｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓＳｙｓｔｅｍｓ」、２００８年６月ＷｉＭＡＸＦｏｒｕｍＮｅｔｗｏｒｋＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ−Ｓｔａｇｅ３−ＤｅｔａｉｌｅｄＰｒｏｔｏｃｏｌｓａｎｄＰｒｏｃｅｄｕｒｅｓ−Ｒｅｌｅａｓｅ１、Ｖｅｒｓｉｏｎ１．２．３、２００８年７月Ｋ．Ｔｈａｋａｒｅら、「ＩｎｉｔｉａｌＣａｐａｂｉｌｉｔｙＮｅｇｏｔｉａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｄｕｒｅｆｏｒＩＥＥＥ８０２．１６ｍ」、ＩＥＥＥ８０２．１６ＢｒｏａｄｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＡｃｃｅｓｓＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐ、２００８年９月「ＨＭＡＣ：Ｋｅｙｅｄ−ＨａｓｈｉｎｇｆｏｒＭｅｓｓａｇｅＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ」、Ｈ．Ｋｒａｗｃｚｙｋ、Ｍ．Ｂｅｌｌａｒｅ、Ｒ．Ｃａｎｅｔｔｉ、１９９７年２月「ＥｘｔｅｎｓｉｂｌｅＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ（ＥＡＰ）」、Ｂ．Ａｂｏｂａ、Ｌ．Ｂｌｕｎｋ、Ｊ．Ｖｏｌｌｂｒｅｃｈｔ、Ｊ．Ｃａｒｌｓｏｎ、Ｈ．Ｌｅｖｋｏｗｅｔｚ、２００４年６月「ＲｅｍｏｔｅＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎＤｉａｌＩｎＵｓｅｒＳｅｒｖｉｃｅ（ＲＡＤＩＵＳ）」Ｃ．Ｒｉｇｎｅｙら、２０００年６月

１つまたは複数の例示的な実施形態における本発明は、ＷｉＭＡＸシステムまたは他のタイプの通信システムにおける競り下げ攻撃を防止するための技法を提供する。この技法は、既存のメッセージングプロトコルのフレームワーク内で、したがって、ＷｉＭＡＸ規格に対する大幅な変更を必要とせずに、簡単で効率的な方法で実施することができる。

本発明の一態様によれば、通信システムは、少なくとも移動局、基地局、ゲートウェイおよびサーバを含む。基地局は、移動局との無線通信用に構成される。ゲートウェイは、基地局とサーバの間の接続用に構成される。サーバは、移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す情報を格納し、場合によっては移動局に対する認証プロセスと共に、その情報の少なくとも一部をゲートウェイに送信する。ゲートウェイは、サーバから受信した情報を使用して移動局と基地局の間でネゴシエートされた１つまたは複数のセキュリティ機能が移動局の（１つまたは複数の）確立されたセキュリティ機能と一致することを確認する。このような構成により、ゲートウェイが、攻撃者が移動局になりすまして下位のセキュリティ機能を基地局とネゴシエートする競り下げ攻撃を防止することができるという点で、この構成は有利である。

本発明の別の態様によれば、ゲートウェイは、移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す情報の少なくとも一部を含むメッセージを基地局に送信し得る。次いで、基地局は、ゲートウェイから受信した情報を利用して基地局と移動局の間の次のセキュリティネゴシエーションを容易にすることができる。このメッセージは、例えば、ＷｉＭＡＸ通信システムの別の規格の可変長オプション形式（ＴＬＶ：ｔｙｐｅ−ｌｅｎｇｔｈ−ｖａｌｕｅ）メッセージングフォーマットを使用して移動局の確立されたセキュリティ機能を指定するメッセージを含み得る。

有利には、例示的な実施形態は、システムコストまたは複雑性を過度に増加させることなく、ＷｉＭＡＸシステムおよび他のタイプの通信システムにおける著しく改善されたセキュリティを提供することができる。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面および以下の詳細な説明からより明らかとなろう。

本発明の例示的な一実施形態における通信システムのブロック図である。図１のシステムの考えられる１つの実装におけるゲートウェイ要素およびサーバ要素のより詳細な図である。図１のシステムにおける競り下げ攻撃を防止するための例示的なプロセスを示す流れ図である。図１のシステムにおける競り下げ攻撃を防止するためのメッセージングプロトコルを例示する図である。図１のシステムにおける競り下げ攻撃を防止するためのメッセージングプロトコルを例示する図である。図４のメッセージングプロトコルにおける、図１のシステムの要素間で通信される移動局セキュリティ機能メッセージのための例示的なフォーマットを示す図である。

本発明は、例示的な通信システムおよびそのようなシステムにおける競り下げ攻撃を防止するための関連する技法と共に、本明細書において例示される。しかし、本発明は、開示される特定のタイプの通信システムおよび攻撃防止プロセスと共に使用することに限定されないことを理解されたい。本発明は、様々な他の通信システムにおいて、代替の処理ステップを使用して実施することができる。例えば、ＷｉＭＡＸシステムの文脈で例示されているが、開示される技法は、セルラシステム、多入力多出力（ＭＩＭＯ：ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）システム、Ｗｉ−Ｆｉシステムなどを含む様々な他のタイプの通信システムに、簡単な方法で適合させることができる。

図１は、複数の移動局１０２−１および１０２−２ならびに複数の基地局１０４−１、１０４−２、１０４−３および１０４−４を含むＷｉＭＡＸ通信システム１００を示す。移動局は、Ｒ１で示されるインターフェースを介した、基地局との無線通信用に構成される。所与の移動局は、例として、携帯電話、コンピュータ、または任意の他のタイプの通信デバイスを含み得る。したがって、本明細書で使用される「移動局」という用語は、様々な異なるタイプの加入者局、または、より一般的には通信デバイスを包含するように、広範に解釈されるべきものである。

基地局は、システム１００のネットワークアクセスプロバイダ（ＮＡＰ：ＮｅｔｗｏｒｋＡｃｃｅｓｓＰｒｏｖｉｄｅｒ）部分に関連付けられる。システムのこの部分は、アクセスサービスネットワーク（ＡＳＮ）１１０Ａおよび１１０Ｂを含む。ＡＳＮ１１０は、システム１００のネットワークサービスプロバイダ（ＮＳＰ：ＮｅｔｗｏｒｋＳｅｒｖｉｃｅＰｒｏｖｉｄｅｒ）部分の接続サービスネットワーク（ＣＳＮ：ＣｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙＳｅｒｖｉｃｅＮｅｔｗｏｒｋ）１１２Ａおよび１１２Ｂと通信する。ＣＳＮ１１２Ａおよび１１２Ｂは、インターネット１１４に結合されている。

ＡＳＮ１１０Ａは、基地局１０４−１および１０４−２、ならびにＡＳＮゲートウェイ（ＧＷ）１２０Ａを含む。同様に、ＡＳＮ１１０Ｂは、基地局１０４−３および１０４−４、ならびにＡＳＮゲートウェイ１２０Ｂを含む。

ＣＳＮ１１２Ａは、認証、認可および課金（ＡＡＡ）サーバ１１２Ａ、ホームエージェント（ＨＡ：ＨｏｍｅＡｇｅｎｔ）１２４Ａ、ならびにポリシー機能（ＰＦ：ＰｏｌｉｃｙＦｕｎｃｔｉｏｎ）要素１２６Ａを含む。同様に、ＣＳＮ１１２Ｂは、ＡＡＡサーバ１１２Ｂ、ＨＡ１２４Ｂ、およびＰＦ要素１２６Ｂを含む。ＰＦ要素１２６Ａおよび１２６Ｂは、それぞれのＣＳＮ１１２Ａおよび１１２Ｂが関与する接続のためのサービス品質（ＱｏＳ：ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）ポリシーを制御する。

移動局１０２のうちの所与の１つに対して、ＡＡＡサーバ１２２Ａおよび１２２Ｂのうちの一方をホームＡＡＡサーバとすることができ、他方のＡＡＡサーバを訪問先ＡＡＡサーバとすることができる。

移動局１０４−１および１０４−２は、Ｒ２で示されるインターフェースを介して、ＣＳＮ１１２Ａおよび１１２Ｂのそれぞれと通信する。

ＡＳＮ１１０Ａおよび１１０Ｂは、Ｒ３で示されるインターフェースを介して、ＣＳＮ１１２Ａおよび１１２Ｂと通信する。

また、ＡＳＮ１１０Ａは、Ｒ４で示されるインターフェースを介して、ＡＳＮ１１０Ｂと通信する。

インターフェースＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４の動作の従来の態様は、上記に引用したＩＥＥＥＰ８０２．１６Ｒｅｖ２／Ｄ５およびＷｉＭＡＸＦｏｒｕｍ文書に詳細に記載されている。これらのインターフェースの実線部分は、ベアラプレーン通信を表し、これらのインターフェースの破線部分は、制御プレーン通信を表す。

図１の構成は、ＷｉＭＡＸシステムの１つの例示的な構成に過ぎず、システム要素の多数の代替構成を使用し得る。例えば、特定の数の移動局１０２、基地局１０４、ＡＳＮ１１０およびＣＳＮ１１２が図１の実施形態に示されているが、これは単に説明を簡潔で明瞭にするためである。もちろん、本発明の所与の代替実施形態は、これより多数のまたは少数のこのようなシステム要素を含み得る。

以下により詳細に記載するように、システム１００の本実施形態は、特定の移動局１０２に対するホームＡＡＡサーバとして指定された、ＡＡＡサーバ１２２のうちの所与の１つが、その移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す情報を格納するように構成される。さらに、ホームＡＡＡサーバは、ゲートウェイが、特定の移動局と基地局１０４のうちの１つとの間でネゴシエートされた１つまたは複数のセキュリティ機能が特定の移動局の（１つまたは複数の）確立されたセキュリティ機能と一致することを確認できるように、格納された情報の少なくとも一部をＡＳＮゲートウェイ１２０のうちの１つに送信する。この情報は、例えば、ＥＡＰ認証プロセスの完了後に、移動局に対する認証プロセスと共に、ホームＡＡＡサーバからＡＳＮゲートウェイに送信され得る。

この構成により、有利には、ＡＳＮゲートウェイ１２０Ａまたは１２０Ｂが、攻撃者が特定の移動局１０２になりすまして下位のセキュリティ機能を基地局１０４のうちの１つとネゴシエートする競り下げ攻撃を防止することができる。この文脈における下位のセキュリティ機能とは、通常であれば移動局が攻撃者の存在がない基地局とネゴシエートできるセキュリティ機能よりも劣るセキュリティ機能を指す。競り下げ攻撃を防止するこの能力は、既存のＷｉＭＡＸメッセージングプロトコルのフレームワーク内で、したがって、ＷｉＭＡＸ規格に対する大幅な変更を必要とせずに、簡単で効率的な方法で達成することができる。

図２は、所与のＡＳＮゲートウェイ１２０Ａまたは１２０Ｂおよびその対応するホームＡＡＡサーバ１２２Ａまたは１２２Ｂとのインターフェースを示す。ＡＳＮゲートウェイは、メモリ２０２およびインターフェース回路２０４に結合されたプロセッサ２００を含む。同様に、ホームＡＡＡサーバは、メモリ２１２およびインターフェース回路２１４に結合されたプロセッサ２１０を含む。メモリ２０２、２１２は、本明細書に記載されるＡＳＮゲートウェイおよびホームＡＡＡサーバの機能を実施するためにそれぞれのプロセッサ２００、２１０によって実行される、１つまたは複数のソフトウェアプログラムのそれぞれのセットを格納するために使用され得る。例えば、図３および図４に関連して記載されるメッセージ生成および他の機能は、プロセッサ２００、２１０によって実行されるソフトウェアコードを使用して、簡単な方法で実施されてもよい。メモリ２０２、２１２は、実行可能なプログラムコードを格納する、より一般的には本明細書においてコンピュータ可読記憶媒体と呼ばれるものの例である。インターフェース回路２０４、２１４は、ＡＳＮゲートウェイ１２０Ａまたは１２０ＢがＡＡＡサーバ１２２Ａおよび１２２Ｂの一方または両方と通信することを可能にするトランシーバもしくは他の通信ハードウェアまたはファームウェアを含み得る。

所与のＡＳＮゲートウェイ１２０がホームＡＡＡサーバ１２２との接続用に構成されており、またその逆も同様であることは、図２の構成から明らかである。本明細書で使用される「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）」、「間の接続（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎ）」および「に結合された（ｃｏｕｐｌｅｄｔｏ）」などの用語は、一般に解釈されるべきものであり、したがって、関連する要素間の直接接続を必要とするものと解釈されるべきではない。したがって、ＡＳＮゲートウェイ１２０は、所与の実施形態において、１つまたは複数の他のシステム要素を介してホームＡＡＡサーバ１２２と接続され得る。また、ゲートウェイ１２０およびサーバ１２２などの要素は、別個の独立型処理プラットフォーム上に実装される必要はないが、その代わりに、例えば、単一の共通処理プラットフォームの異なる機能部分を表すことができる。

上記の競り下げ攻撃機能を実施するために、ホームＡＡＡサーバ１２２は、プロセッサ２１０内に移動局セキュリティ機能処理要素２３０を含むように構成される。この要素は、複数の移動局のそれぞれに対する確立された移動局機能をメモリ２１２の移動局セキュリティ機能部分２３２に格納する。さらに、ＡＳＮゲートウェイ１２０は、プロセッサ２００内に移動局機能確認要素２３４を含むように構成され、この要素は、所与の移動局について、ホームＡＡＡサーバに格納された確立されたセキュリティ機能を、移動局と基地局の間でネゴシエートされたセキュリティ機能と比較する。ＡＳＮゲートウェイ１２０のメモリ２０２は、要素２３４によって実行された確認をサポートするための移動局機能記憶部分２３６を含む。２３０および２３４などの処理要素は、関連するプロセッサによって実行されるソフトウェアの形で、少なくとも部分的に実施され得る。

次に図３を参照すると、システム１００における競り下げ攻撃を防止するためのプロセスが示されている。次に、図４のメッセージングプロトコル図に関連して、このプロセスのより詳細な例を説明する。図３のプロセス図は、ステップ３００から３１８を含み、これらのステップは一般に、システム１００内の移動局１０２、基地局１０４、ＡＳＮゲートウェイ１２０およびホームＡＡＡサーバ１２２間の対話に関与する。前に示したように、これらのプロセスステップのうちの１つまたは複数は、対応するシステム要素において、例えば、それぞれ、ＡＳＮゲートウェイ１２０およびホームＡＡＡサーバ１２２と関連付けられた動作の場合は、図２のプロセッサ２００および２１０において実行されるソフトウェアの形で、少なくとも部分的に実施され得る。

ステップ３００では、特定の移動局１０２とそれに関連付けられたホームＡＡＡサーバ１２２の間で加入が確立される。この加入は、従来の方法で確立されてもよい。

ステップ３０２では、ホームＡＡＡサーバ１２２は、対応する移動局１０２のための確立されたセキュリティ機能のセットを含むか、そうでなければ、それを識別する加入記録を作成する。確立されたセキュリティ機能は、特定の移動局によってサポートされるセキュリティ機能であり、例えば、移動局によってサポートされるプライバシー鍵管理（ＰＫＭ：ＰｒｉｖａｃｙＫｅｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔ）バージョン、移動局によってサポートされる認可ポリシー、移動局によってサポートされるメッセージ認証コードタイプ、移動局によってサポートされるＥＡＰ認証タイプのうちの１つまたは複数を含み得る。移動局のこのような各セキュリティ機能は、対応する指標または他の情報の形で加入記録に格納され得る。加入記録は、プロセッサ２１０の処理要素２３０の制御下で、ホームＡＡＡサーバ内のメモリ２１２の移動局セキュリティ機能部分２３２に格納され得る。

ステップ３０４では、移動局１０２は、少なくとも１つのセキュリティ機能を基地局とネゴシエートする。本明細書において前に示したように、このようなネゴシエーションは、例えば、移動局がＳＢＣ−ＲＥＱメッセージにおいて基地局に対するその基本的なセキュリティ機能を識別すること、および基地局が、移動局のこれらのセキュリティ機能のうちのいずれが基地局によってもサポートされているかを示し、したがって、移動局と基地局の間の次のセキュリティネゴシエーションで利用されるＳＢＣ−ＲＳＰメッセージで応答することを含み得る。また、前に述べたように、ＳＢＣ−ＲＥＱメッセージとＳＢＣ−ＲＳＰメッセージのこの交換は、移動局が、基地局１０４およびＡＳＮゲートウェイ１１０を介して、ホームＡＡＡサーバに対してそれ自体を認証するＥＡＰ認証プロセスの実行前に行われる。

移動局と基地局の間のセキュリティ機能のネゴシエーションのより具体的な例として、システム内で使用可能なセキュリティのレベル０−５があり、基地局がレベル２−４をサポートすると仮定する。したがって、移動局がレベル２−５をサポートできる場合、ネゴシエートされたセキュリティ機能は、サポートされる最高の共通レベルである４となる。あるいは、移動局がレベル０−２のみをサポートできる場合、ネゴシエートされたセキュリティ機能は、移動局および基地局に対してやはりサポートされる最高の共通レベルである２となる。

この点に関して、本明細書で使用される「セキュリティ機能」という用語は、例えば、前述の例におけるセキュリティレベル、または特定のプロトコルバージョン、認可ポリシー、メッセージ認証コードタイプ、認証タイプなどのサポートなどの他のタイプのセキュリティ機能を包含するように、広範に解釈されるべきものであることに留意されたい。所与のセキュリティ機能は、複数のセキュリティレベルを含むものとみなすことができ、または各レベルは、別個のセキュリティ機能に対応することができる。したがって、本発明は、移動局と基地局の間でネゴシエートされ得るセキュリティ機能の特定のタイプおよび構成に関して限定されない。

ステップ３０６では、ＥＡＰ認証プロセスが開始されて移動局がシステムに対してそれ自体を認証することが可能になる。

ステップ３０８は、ＥＡＰ認証プロセスが完了したかどうかを判定する。この認証プロセスが完了すると、流れはステップ３１０に進む。

ステップ３１０では、ホームＡＡＡサーバ１２２が、確立された移動局セキュリティ機能を示す情報をＡＳＮゲートウェイ１２０に送信する。この情報は、ホームＡＡＡサーバ内のプロセッサ２１０の移動局セキュリティ機能処理要素２３０の制御下で送信されてもよい。

ステップ３１２では、ＡＳＮゲートウェイ１２０が、ステップ３０４で移動局１０２と基地局１０４の間でネゴシエートされた各セキュリティ機能がホームＡＡＡサーバ１２２からＡＳＮゲートウェイに通信された移動局の対応する確立されたセキュリティ機能と一致することを確認する。したがって、ＡＳＮゲートウェイは、移動局が共通の機能に基づいて（１つまたは複数の）最高のセキュリティ機能を基地局と実際にネゴシエートしたことを確認する。言い換えれば、ＡＳＮゲートウェイは、移動局がセキュリティ機能のその確立されたセットに基づいて与えられたであろうものよりも低い少なくとも１つのセキュリティ機能をネゴシエートしたかどうかを検出する。これは、ＡＳＮゲートウェイが、それが関連付けられている基地局のセキュリティ機能についての知識を有するという仮定に基づき得るが、こうした知識は本発明の要件ではない。また、基地局機能についての特定のではなく一般的な知識が使用され得る。例えば、ＡＳＮゲートウェイは、それが関連付けられた基地局がすべて、一定の最低限のセキュリティ機能をサポートするという知識を有し得る。ステップ３１２で実行される確認は、ＡＳＮゲートウェイのプロセッサ２００内の移動局セキュリティ機能確認要素２３４によって行われてもよく、メモリ２０２の移動局機能記憶部分２３６に格納された情報を利用してもよい。

ステップ３１４は、ＡＳＮゲートウェイ１２０における確認ステップ３１２の結果に基づいて、ネゴシエートされた機能が確立された機能と一致するかどうかを判定する。不一致は、移動局と基地局の間でネゴシエートされた基本的なセキュリティ機能が、ホームＡＡＡサーバ１２２で格納された加入記録に反映される移動局の確立されたセキュリティ機能に基づいて予想されるものよりも低いという点で、競り下げ攻撃の存在を示す。

不一致がない場合、ステップ３１６で示すように、競り下げ攻撃は発生していない。このシナリオでは、ＡＳＮゲートウェイ１２０が、確立された移動局セキュリティ機能を示す情報を基地局１０４に送信する。基地局は、この情報を使用して移動局１０２との次のセキュリティネゴシエーションを容易にする。これらの次のセキュリティネゴシエーションは、例えば、暗号鍵の確立を含み、ステップ３０４における基本的なセキュリティ機能のネゴシエーションの後で行うことができる。

不一致がある場合、ステップ３１８で示すように、競り下げ攻撃が検出されている。このシナリオでは、ＡＳＮゲートウェイ１２２は、適切な防御措置を取って攻撃を阻止する。例えば、ＡＳＮゲートウェイは、その移動局のための確立されたセキュリティ機能のセットを基地局に提供した後で、移動局１０２との基本的なセキュリティ機能のネゴシエーションを再開するよう基地局１０４に指示することができる。図４に関連して、防御措置の追加の例を以下に記載する。

次いで、移動局１０２と基地局１０４の間の暗号化パラメータのネゴシエーション、システムへの移動局の登録、サービスセットアップシグナリング、およびベアラパスの確立を含むプロセスは、従来の方法で継続する。

図４は、図３の競り下げ攻撃防止プロセスを実施するためのメッセージングプロトコルの一例を示す。このプロトコルは、ステップ（１）から（２９）を含み、移動局１０２、基地局１０４、ＡＳＷゲートウェイ１２０、ならびに２つのＡＡＡサーバ１２６および１２６’に関与する。ＡＳＷゲートウェイは、プロセッサ２００およびメモリ２０２を利用して少なくとも部分的に実施され得るオーセンティケータ構成要素を含むものと仮定される。ＡＡＡサーバの一方は移動局１０２に対する訪問先サーバ１２６であり、他方は移動局１０２に対するホームＡＡＡサーバ１２６’である。

図４のステップ（１）から（２９）は実質的に、上記に引用したＩＥＥＥ８０２．１６およびＷｉＭＡＸＦｏｒｕｍ文書に記載されているように構成される。このようなステップの従来の態様は、当業者によく知られており、したがって、本明細書において詳細に記載されない。しかし、図４に示すメッセージングプロトコルは、競り下げ攻撃の防止のための上記の機能を一括して実施するステップ１３（ａ）、１３（ｂ）および１３（ｃ）の追加ならびにステップ（１６）の変更によって、規格文書に記載された対応するプロトコルから逸脱する。

プロトコルのステップ（１）では、移動局１０２は、基地局１０４からダウンリンク（ＤＬ）チャネルを取得し、ＭＡＣ同期化が実行され、アップリンク（ＵＬ）チャネルパラメータが取得される。

プロトコルのステップ（２）では、ＲＮＧ−ＲＥＱメッセージおよびＲＮＧ−ＲＳＰメッセージを使用して初期レンジングおよびＰＨＹ調整手順が実行される。

ステップ（３）から（７）は一般に、移動局１０２と基地局１０４の間の基本的な機能の初期ネゴシエーションを対象とする。ＳＢＣ−ＲＥＱメッセージは、ステップ（３）で移動局から基地局に送信される。このメッセージは、基地局に移動局機能を示す構成サポートパラメータを含む。これらの機能は、図３のステップ３０４で参照した１つまたは複数のセキュリティ機能を含む。移動局は、それが特定の機能のいずれをサポートするかを示すために、ＳＢＣ−ＲＥＱメッセージ内に特定の属性を含み、それぞれの個々の属性に特定のビットを設定する。

構成サポートパラメータは、可変長オプション形式（ＴＬＶ）と呼ばれるメッセージフォーマットを使用して個別に符号化される。前に言及したように、セキュリティ機能は、例えば、ＰＫＭバージョンサポート、認可ポリシーサポート、メッセージ認証コードタイプ、およびＥＡＰ認証タイプを含み得る。

ＰＫＭバージョンサポートパラメータは、ＰＫＭＶｅｒｓｉｏｎ１（ＰＫＭｖ１）およびＰＫＭＶｅｒｓｉｏｎ２（ＰＫＭｖ２）のいずれかまたは両方のサポートを示す。ＰＫＭｖ２は一般に、ＰＫＭｖ１よりも高いレベルのセキュリティを提供する。

認可ポリシーサポートパラメータは、移動局のネットワークへのエントリおよびリエントリでのＲＳＡベースの認証およびＥＡＰベースの認証のいずれかまたは両方のサポートを示す。ＥＡＰベースの認証は一般に、ＲＳＡベースの認証よりも高いレベルのセキュリティを提供する。

メッセージ認証コードタイプパラメータは、管理メッセージのための完全性保護の暗号メッセージ認証コード（ＣＭＡＣ：ｃｉｐｈｅｒｍｅｓｓａｇｅａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎｃｏｄｅ）法およびハッシュ化メッセージ認証コード（ＨＭＡＣ：ｈａｓｈｅｄｍｅｓｓａｇｅａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎｃｏｄｅ）法のいずれか、両方のサポートまたはサポートなしを示す。短（安全性が低い）から長（安全性が高い）まで、ＨＭＡＣのいくつかのレベルが規定されているが、ＣＭＡＣは一般に、ＨＭＡＣよりも高いレベルのセキュリティを提供する。「なし（ｎｏｎｅ）」と指示することにより、管理メッセージの完全性保護がなくなる。ＨＭＡＣは、ＩＥＴＦＲＦＣ２１０４、「ＨＭＡＣ：Ｋｅｙｅｄ−ＨａｓｈｉｎｇｆｏｒＭｅｓｓａｇｅＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ」、Ｈ．Ｋｒａｗｃｚｙｋ、Ｍ．Ｂｅｌｌａｒｅ、Ｒ．Ｃａｎｅｔｔｉ、１９９７年２月により詳細に記載されている。

ＥＡＰ認証タイプパラメータは、移動局がＥＡＰベースの認証ポリシーをサポートするときに含まれる。このパラメータは、デバイス認証またはユーザ認証のいずれかのサポートを示す。ユーザ認証は一般に、デバイス認証よりも高いレベルのセキュリティを提供する。

認可ポリシーサポートＴＬＶは、ステップ（４）で基地局１０４によってＡＳＮゲートウェイ１２０のオーセンティケータに送信されるＭＳ＿ＰｒｅＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ＿Ｒｅｑメッセージに含まれる。対応するＡＳＮゲートウェイ機能は、ステップ（５）でＭＳ＿ＰｒｅＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ＿Ｒｓｐメッセージで基地局に返される。

基地局１０４は、ＳＢＣ−ＲＥＱメッセージと同一の属性を伴うが、基地局もサポートする、移動局によってサポートされる機能はどれかを示すための選択されたビットセットのみを有するＳＢＣ−ＲＳＰメッセージで、ステップ（６）でＳＢＣ−ＲＥＱメッセージに応答する。

ステップ（７）では、基地局１０４は、ＭＳ＿ＰｒｅＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ＿ＡｃｋメッセージをＡＳＮゲートウェイ１２０に送信する。

これにより、移動局１０２と基地局１０４の間のセキュリティ機能の初期ネゴシエーションが完了する。図４のメッセージングプロトコルの従来の実施では、ＡＳＮゲートウェイ１２０は、ネゴシエートされたセキュリティ機能のセットが移動局と基地局の両方によってサポートされる最高の可能な共通構成を反映するかどうかを確認できない。

移動局がシステムに対してそれ自体を認証した後、ステップ（１８）から（２２）で、移動局１０２と基地局１０４の間で次のセキュリティネゴシエーションが行われる。

本実施形態における認証プロセスは、ステップ（８）から（１３）に関与するＥＡＰ認証を利用する。ＥＡＰ認証の従来の態様は、ＩＥＥＥ８０２．１６およびＷｉＭＡＸＦｏｒｕｍ文書、およびＩＥＴＦＲＦＣ３７４８、「ＥｘｔｅｎｓｉｂｌｅＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ（ＥＡＰ）」、Ｂ．Ａｂｏｂａ、Ｌ．Ｂｌｕｎｋ、Ｊ．Ｖｏｌｌｂｒｅｃｈｔ、Ｊ．Ｃａｒｌｓｏｎ、Ｈ．Ｌｅｖｋｏｗｅｔｚ、２００４年６月に見出すことができる。使用される特定のＥＡＰ認証方法は、例えば、ＥＡＰ−ＰＥＡＰ、ＥＡＰ−ＴＴＬＳ、ＥＡＰ−ＴＬＳ、ＥＡＰ−ＳＩＭまたはＥＡＰ−ＡＫＡであってもよく、これらはすべて、ＥＡＰ認証の知られている変形である。

ステップ（１３）では、ＥＡＰ認証の成功が示され、セキュリティコンテキストが取得される。これにより、ＥＡＰ認証が完了する。

ＥＡＰ認証が完了した後、ステップ（１３ａ）のホームＡＡＡサーバ１２６’は、移動局セキュリティ機能ＴＬＶメッセージをＡＳＮゲートウェイ１２０に送信する。このＴＬＶメッセージの例示的なフォーマットが図５に例示され、この例では、ＰＫＭバージョンサポート、認可ポリシーサポート、メッセージ認証コードモード、およびパケット番号（ＰＮ：ｐａｃｋｅｔｎｕｍｂｅｒ）ウィンドウサイズのための要素を含む。ＰＮウィンドウサイズはセキュリティ機能の別の例であり、再生攻撃を防止するために使用される。図５の図は、各要素が必須（Ｍ）か任意選択（Ｏ）かについての指示を含み、示される４つのセキュリティ機能要素はそれぞれ、必須として示されている。ホームＡＡＡサーバは、移動局１０４がホームＡＡＡサーバと加入を確立したときに、その局の確立されたセキュリティ機能を示す情報を前もって格納していた。メッセージングステップ（１３ａ）は一般に、図３の流れ図におけるステップ３１０に相当する。したがって、ホームＡＡＡサーバは、移動局のセキュリティ機能についてのその知識を使用してＡＳＮゲートウェイが競り下げ攻撃の存在を検出するのを支援する。

移動局セキュリティ機能ＴＬＶは、ホームＡＡＡサーバ１２６’からＡＳＮゲートウェイ１２０に伝達された追加の情報と組み合わされてもよい。例えば、移動局セキュリティ機能ＴＬＶは、ホームＡＡＡサーバからＡＳＮゲートウェイに送信されたＲＡＤＩＵＳＡｃｃｅｓｓＡｃｃｅｐｔメッセージに含まれるベンダ固有の属性（ＶＳＡ：Ｖｅｎｄｏｒ−ＳｐｅｃｉｆｉｃＡｔｔｒｉｂｕｔｅ）と組み合わされてもよい。ＲＡＤＩＵＳメッセージングの従来の態様に関する詳細は、ＩＥＴＦＲＦＣ２８６５、「ＲｅｍｏｔｅＡｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎＤｉａｌＩｎＵｓｅｒＳｅｒｖｉｃｅ（ＲＡＤＩＵＳ）」Ｃ．Ｒｉｇｎｅｙら、２０００年６月に見出すことができる。図５の図の説明部分に示すように、移動局セキュリティ機能ＴＬＶは、ＲＡＤＩＵＳＡｃｃｅｓｓＡｃｃｅｐｔメッセージに提供され得る。

ステップ（１３ｂ）では、ＡＳＮゲートウェイ１２０は、ＴＬＶで信号通信された確立された移動局セキュリティ機能を調査し、これらの機能を移動局１０２と基地局１０４の間でネゴシエートされた実際のセキュリティ機能と比較する。

ネゴシエートされた機能が、ステップ（１３ａ）で送信されたＴＬＶによって示される移動局の予想される機能と合致しない場合、ＡＳＮゲートウェイは、競り下げ攻撃が発生したと判定し、適切な防御措置を取って攻撃を阻止する。このような防御措置は、例として、移動局にセキュリティ機能を基地局と再ネゴシエートするよう要求すること、移動局にプロトコル内の最初のネットワークエントリポイントに戻るよう強制すること、または移動局との通信の終了を指示することさえ含み得る。移動局の確立されたセキュリティ機能を実施するためのこれらの措置は、ステップ（１３ｃ）で、ＡＳＮゲートウェイによって基地局に信号通信される。例えば、防御措置が移動局との通信を終了することである場合、ステップ（１３ｃ）は、オーセンティケータ起動のネットワークエグジット手順が基地局によって行われるべきであることを示すコマンドを含み得る。

ネゴシエートされた機能が、ステップ（１３ａ）で送信されたＴＬＶによって示される移動局１０２の予想される機能と合致する場合、ＡＳＮゲートウェイ１２０は、競り下げ攻撃が発生しなかったと判定する。この場合、ＡＳＮゲートウェイは、移動局と基地局の間の次のセキュリティネゴシエーションで使用するために、移動局セキュリティ機能ＴＬＶを基地局１０４に送信する。より具体的には、ステップ（１６）は、図５の図の説明部分でも述べるように、ＡＳＮゲートウェイによって移動局に送信されるＫｅｙ＿Ｃｈａｎｇｅ＿Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅメッセージに移動局セキュリティ機能ＴＬＶを組み込むように変更される。他のタイプのメッセージングを使用して代替実施形態においてこの情報を通信することができる。基地局は、ＡＳＮゲートウェイから受信した移動局の確立されたセキュリティ機能に関する情報を利用してステップ（１８）から（２２）における移動局との次のセキュリティネゴシエーションを容易にする。

上記に述べたように、図４のメッセージングプロセスの従来の態様は、ＩＥＥＥ規格８０２．１６およびＷｉＭＡＸＦｏｒｕｍ文書に詳細に記載されている。例えば、期間Ｔ_ｌからＴ_６は、上記に引用した文書で説明されているように、特定のメッセージの送信と他のメッセージの受信の間のそれぞれの予想される期間を示す。

上記の例示的な実施形態は、有利には、ＷｉＭＡＸシステムにおける競り下げ攻撃の防止のための技法を提供する。この機能は、既存のＷｉＭＡＸ規格のメッセージングプロトコルに対する最小の変更を伴って、簡単で効率的な方法で実現することができる。

本発明の代替実施形態は、例示的な実施形態の文脈において上記に記載したものとは異なる通信システム構成、攻撃防止プロセス、メッセージングプロトコルおよびメッセージフォーマットを利用することができる。添付の特許請求の範囲の範囲内にある、これらおよび多数の他の代替実施形態は、当業者に容易に明らかとなろう。

Claims

移動局、基地局、ゲートウェイおよびサーバを含む通信システムで使用するための方法であって、基地局が移動局との無線通信用に構成され、ゲートウェイが基地局とサーバの間の接続用に構成される方法において、
移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す情報をサーバに格納するステップと、
前記情報の少なくとも一部をサーバからゲートウェイに送信するステップとを含み、
それにより、ゲートウェイが、移動局と基地局の間でネゴシエートされた１つまたは複数のセキュリティ機能が移動局の前記少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能と一致することを確認できる、方法。
ゲートウェイが、攻撃者が移動局になりすまして下位のセキュリティ機能を基地局とネゴシエートする競り下げ攻撃を防止することができるように、サーバに格納された前記情報が構成される、請求項１に記載の方法。
前記情報の少なくとも一部をサーバからゲートウェイに送信するステップが、移動局に対する認証プロセスと共に、前記情報の少なくとも一部を送信することを含む、請求項１に記載の方法。
移動局に対する認証プロセスと共に、前記情報の少なくとも一部をサーバからゲートウェイに送信するステップが、前記認証プロセスが完了した後で前記情報を送信することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
サーバに情報を格納するステップが、移動局とサーバの間の加入の確立と共に、サーバで加入記録を作成することをさらに含み、さらに、加入記録が、移動局の複数のセキュリティ機能を識別する、請求項１に記載の方法。
移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す情報が、ＰＫＭバージョンサポート指標、認可ポリシーサポート指標、メッセージ認証コードタイプサポート指標、およびＥＡＰ認証タイプ指標のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
移動局、基地局、およびゲートウェイを含む通信システムで使用するための装置であって、基地局が移動局との無線通信用に構成され、ゲートウェイが基地局への接続用に構成される装置において、
ゲートウェイが基地局とサーバの間に配置されるように、ゲートウェイへの接続用に構成されるサーバと、
メモリに結合されたプロセッサを含むサーバとを含み、
サーバが、移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す情報をメモリに格納し、前記情報の少なくとも一部をサーバからゲートウェイに送信するようにプロセッサの制御下で動作可能であり、
サーバからゲートウェイに送信された前記情報により、ゲートウェイが、移動局と基地局の間でネゴシエートされた１つまたは複数のセキュリティ機能が移動局の前記少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能と一致することを確認できる、装置。
移動局、基地局、ゲートウェイおよびサーバを含む通信システムで使用するための方法であって、基地局が移動局との無線通信用に構成され、ゲートウェイが基地局とサーバの間の接続用に構成され、サーバが移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す情報を格納するように構成される方法において、
基地局が１つまたは複数のセキュリティ機能を移動局とネゴシエートするステップと、
ゲートウェイを介して、移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す前記情報の少なくとも一部を基地局で受信するステップと、
受信した情報を利用して基地局と移動局の間の次のセキュリティネゴシエーションを容易にするステップとを含む、方法。
移動局、基地局、ゲートウェイおよびサーバを含む通信システムで使用するための方法であって、基地局が移動局との無線通信用に構成され、ゲートウェイが基地局とサーバの間の接続用に構成され、サーバが移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す情報を格納するように構成される方法において、
サーバから、移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す前記情報の少なくとも一部をゲートウェイで受信するステップと、
移動局と基地局の間でネゴシエートされた１つまたは複数のセキュリティ機能が移動局の前記少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能と一致することをゲートウェイで確認するステップとを含む、方法。
移動局、基地局、およびサーバを含む通信システムで使用するための装置であって、基地局が移動局との無線通信用に構成され、サーバが移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す情報を格納するように構成される装置において、
基地局とサーバの間の接続用に構成されるゲートウェイと、
メモリに結合されたプロセッサを含むゲートウェイとを含み、
ゲートウェイが、移動局の少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能を示す前記情報の少なくとも一部をサーバから受信し、移動局と基地局の間でネゴシエートされた１つまたは複数のセキュリティ機能が移動局の前記少なくとも１つの確立されたセキュリティ機能と一致することを確認するようにプロセッサの制御下で動作可能である、装置。