JP5403471B2 - 無線通信システムのエアリンクを介して鍵を共有する方法、移動局、および無線通信システム - Google Patents

無線通信システムのエアリンクを介して鍵を共有する方法、移動局、および無線通信システム Download PDF

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Description

ワイヤレスワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ）は、ＷｉＭＡＸとも称されるＩＥＥＥ８０１．１６規格に従って動作することができる。ＷｉＭＡＸネットワークは、例えば基地局（ＢＳ）および移動局（ＭＳ）等の間でデータをセキュアにトランスポートすることができる。
ＩＥＥＥ８０２．１ｘ規格によると、ＢＳとＭＳとの間にセキュアなリンクを構築するためには、ＢＳがＭＳに対して、ＭＳのデバイス識別子（ＩＤ）を、エアリンクというセキュアではない経路で送信せよと要求して、デバイスＩＤを保護するためのセキュリティ鍵を導出して、この鍵を利用してセキュアなリンクを構築している。しかし、デバイスＩＤをエアリンクというセキュアではない経路で送信すると、ＭＳが悪意のある脅威に晒される可能性がある。
本発明とみなされる主題は、明細書の締め括り部分に特に指摘され、明確に請求されている。しかし本発明の構成および動作方法、並びに、その主題、特徴、および利点は、以下の詳細な記載を添付図面とともに参照することで理解が深まると思われ、図面について以下で簡単に説明する。
本発明の一部の例示的な実施形態における無線通信システムの一部を示す。
本発明の例示的な実施形態における無線通信システムのエアリンクを利用するセキュリティ鍵共有方法のフローチャートを示す。
図面を簡潔にする目的から、図面に示す要素は、必ずしも実際の縮尺に則って描かれていない。例えば、要素によっては他よりも誇張して表示することで明瞭性を期しているものもある。さらに、適切と考える場合には、参照番号を図面間で繰り返して、対応する、類似した要素であることを示している場合もある。
以下の詳細な記載では、数多くの特定の詳細を述べて、本発明の完全な理解を促す。しかし、当業者であれば理解するように、本発明はこれら特定の詳細がなくても実施可能である。また、公知の方法、手順、コンポーネント、および回路については詳述を避けることで本発明を曖昧にしないようにしている箇所もある。
以下の詳述の一部は、データビットまたは二値のデジタル信号に行われるアルゴリズムおよび記号による表現を利用して記載される。これらのアルゴリズムによる記載および表現は、信号処理技術分野または／および無線通信技術分野における当業者が、自身の仕事を他の当業者に伝えるためによく利用する技術である。
「処理（processing）」「コンピューティング（computing）」「計算（calculating）」「判断／決定（determining）」といった用語を利用する説明は明細書の随所に見られるが、これらは、特にそうではないと明記していない限りにおいて、コンピュータシステムのレジスタおよび／またはメモリ内の電子量等の物理量で表されるデータを、コンピュータシステムのメモリ、レジスタ、その他の類似した情報格納、送信等の中の物理量として同様に表される他のデータへと操作および／または変換するコンピュータおよび／またはコンピューティングシステムおよび／または媒体アクセスコントローラ（ＭＡＣ）および／または通信プロセッサその他の類似した電子コンピューティングデバイスの動作および／または処理のことを示す。加えて明細書では、「複数」という用語を多用して、２以上のコンポーネント、デバイス、エレメント、パラメータ等を示している。例えば、「複数の移動局」は、２以上の移動局のことを示す。
本発明は、様々な用途に利用可能であることを理解されたい。本発明がこれに限定されるわけではないが、ここに開示する回路および技術は、無線システムの通信デバイス等の数多くの装置で利用することができる。本発明の範囲に含むことが意図されている通信デバイスは、あくまで例示ではあるが、ＷｉＦｉとも称されることのある無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、ＷｉＭＡＸとも称されることのある無線メトロポリタンエリアネットワーク（ＷＭＡＮ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、双方向無線トランスミッタ、デジタルシステムトランスミッタ、アナログシステムトランスミッタ、セルラー式無線電話トランスミッタ、デジタルサブスクライバライン、ＬＴＥセルラーシステム等の無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）等の無線システムの移動局、基地局、および、アクセスポイントが含まれる。
本発明の一部の実施形態は、例えば、機械により実行されると、機械に本発明の実施形態による方法および／または処理を実行させる命令および／または一式の命令を格納することのできるメモリ回路および／または物品等の機械可読媒体を利用して実装することができる。これらの機械には、例えば任意の適切な処理プラットフォーム、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングデバイス、処理デバイス、コンピューティングシステム、処理システム、コンピュータ、プロセッサ等を含んでよく、任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアの組み合わせにより実装することができる。機械可読媒体または物品には、例えば、任意の適切な種類のメモリユニット、メモリデバイス、メモリ物品、メモリ媒体、格納デバイス、格納物品、格納媒体、および／または、格納ユニット等が含まれてよい。命令には、ソースコード、コンパイルされたコード、解釈されたコード、実行可能コード、静的コード、動的コード等の任意の適切な種類のコード等が含まれてよく、任意の適切な高レベル、低レベル、オブジェクト指向型、ビジュアル、コンパイルされた、および／または、解釈されたプログラミング言語（例えばＣ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、アセンブリ言語、機械コード等）を利用して実行することができる。
本発明の実施形態においては、チャネルおよび／またはエアリンクは、物理的伝送媒体であってよい。物理的伝送媒体は、例えば情報を搬送するデータ信号、トレーニング信号、パイロット信号、サブキャリア信号、プリアンブル信号等の、１以上の変調方式により変調することのできる信号を伝送する目的に利用することができる。さらに、チャネルおよび／またはエアリンクは、物理的伝送媒体、トランスミッタおよび／またはレシーバのコンポーネント（例えば経路における損失、ノイズ、干渉等）の組み合わせであってよい。当業者には、本発明の実施形態が、数多くの種類の信号とともに実行可能であることを理解し、ここには一部のみが記載されており、本発明がこれらの信号に限定されるわけではないことが明らかである。
本発明の例示的な実施形態では、移動局は、局ＩＤと同サイズの実際の局ＩＤの一方向性置換（permutation）を無線で（send over the air）送信して、これにより鍵を、実際の局ＩＤに、実際の局ＩＤを晒すことなく結びつけることができる。実際の局ＩＤの置換に基づき鍵共有が構築されると、実際の局ＩＤを、これら鍵により保護された形で送信してよく、基地局は、実際の局ＩＤの置換を再計算して、これら鍵が実際の局ＩＤから計算されたものであることを証明するが、この点に本発明の範囲が限定はされない旨は理解されたい。
一実施形態では、方法、デバイス、およびシステムは、無線通信システムのエアリンクを介して鍵共有を実行することができる。例えば、移動局では、ランダムＮＯＮＣＥを含む第１のメッセージが基地局から受信されてよく、このランダムＮＯＮＣＥは、セキュリティ面の配慮から、あるメッセージにおいて一度だけ利用される数字またはビット列である。移動局識別子の置換（ＭＳＩＤ＊）を計算してよい。移動局のランダムＮＯＮＣＥ、基地局のランダムＮＯＮＣＥ、および第１の整合性チェック値（ＩＣＶ）を含む第２のメッセージが送信されてよい。また、移動局では、移動局のＮＯＮＣＥ、基地局のランダムＮＯＮＣＥ、および第２のＩＣＶを含む第３のメッセージが受信されてよい。移動局のＮＯＮＣＥ、基地局のランダムＮＯＮＣＥ、および第２のＩＣＶを含む第３のメッセージの移動局による受信は、基地局が第１のＩＣＶを検証した場合のみに可能となる。第２のＩＣＶが検証されてよい。セキュアなリンクにおける移動局の識別子を含む第４のメッセージが送信されてよい。本発明の実施形態では、他のメッセージシーケンスおよび他の内容のメッセージングを利用することもできる。
先ず図１を参照すると、本発明の例示的な実施形態における無線通信システム１００の一部が示されている。本発明の範囲はこの実施形態に限定はされないが、無線システム１００（ＷｉＭＡＸシステム等）は、基地局（ＢＳ）１１０、移動局（ＭＳ）１２０、アップリンク１０２およびダウンリンク１０４を含む。
例えば、ＢＳ１１０は、プロセッサ１２０、メモリ１３０、変調器１３５、復調器１４０、多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランスミッタレシーバシステム１５０、および複数のアンテナ１５６を含んでよい。ＭＳ１６０は、プロセッサ１７０、メモリ１６５、変調器１８０、復調器１８５、多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランスミッタレシーバシステム１９０、および複数のアンテナ１９６を含んでよい。さらに、プロセッサ１２０は、コンピューティングモジュール１２５、コンパレータ１２７を含んでよく、プロセッサ１７０は、コンピューティングモジュール１７５を含んでよい。ＭＩＭＯ１５０は、少なくとも２つのトランスミッタ（ＴＸ）１５４と少なくとも２つのレシーバ（ＲＸ）１５２とを含んでよい。ＭＩＭＯ１９０は、少なくとも２つのトランスミッタ（ＴＸ）１９４と少なくとも２つのレシーバ（ＲＸ）１９２とを含んでよいが、本発明の実施形態はこの例に限定はされない。
本発明の実施形態においては、プロセッサ１２０および１７０は、ＭＡＣプロセッサを含んでよい。このＭＡＣプロセッサは、必要に応じて、ＩＥＥＥ８０２．１６に関する命令を実行して、ＭＳ１６０およびＢＳ１１０に、一部のセキュリティ関数に基づいてセキュリティ鍵を共有してからセキュアなリンクを介した通信を構築させることができる。
本発明の別の実施形態においても、プロセッサ１２０および１７０は、ＭＡＣプロセッサを含んでよい。ＭＡＣプロセッサは、必要に応じて、３ＧＰＰおよび／またはロングタームエボリューション（ＬＴＥ）規格に関する命令を実行して、ＭＳ１６０およびＢＳ１１０に、一部のセキュリティ関数に基づいてセキュリティ鍵を共有してからセキュアなリンクを介した通信を構築させることができる。
本発明の例示的な実施形態では、セキュリティ関数は、高度エアインタフェース（ＡＡＩ）ネットワーク、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）等、無線通信システム１００を介して、プライバシー、認証、および機密性をサブスクライバに提供することができる。
例えば、セキュリティ関数は、高度ＭＳ（ＡＭＳ）等のＭＳ１６０、および、高度ＢＳ（ＡＢＳ）等のＢＳ１１０の間の接続に実行される暗号変換をＭＡＣ ＰＤＵに行ってよい。
本発明の一部の例示的な実施形態では、ＢＳ１１０とＭＳ１６０との間の認証の構築は、ＡＡＡ（認証、承認、および会計：Authentication, Authorization, and Accounting）サーバ１０６により実行されてよい。例えば、ＡＡＡサーバ１０６は、必要に応じて、拡張認証プロトコル（ＥＡＰ）を利用して、認証を構築することができる。認証構築した後は、ＭＳ１６０は、ＢＳ１１０との間で、および／または、アクセスサービスネットワークゲートウェイ（ＡＳＮ−ＧＷ）１０８等に常駐している認証者との間で、鍵供給について交渉する。例えば、ＢＳ１１０は、ダウンリンク１０４を介して第１のメッセージを送信してよい。ＭＳ１６０は、ＭＩＭＯ１９０レシーバの少なくとも１つ（例えばＲＸ１９２）により第１のメッセージを受信してよい。第１のメッセージは、直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）変調方式に従って変調されてよく、ランダムＮＯＮＣＥを含んでよい。本発明の実施形態では、ランダムＮＯＮＣＥは、セキュリティ面の配慮から、鍵および／または認証の寿命サイクルにおいて一回だけ利用される数字またはビット列として定義されてよい。
復調器１８５は、メッセージを復調してよい。コンピューティングモジュール１７５は、必要に応じて、ランダムＮＯＮＣＥから移動局の識別子の置換（ＭＳＩＤ＊）を計算して、ＭＳＩＤ＊をメモリ１６５に格納してよい。本発明の実施形態においては、ＭＳＩＤ＊は、パラメータが置換を望むときに定義されてもよい。
例えばコンピューティングモジュール１７５は、ＭＳＩＤ＊を、ＭＳＩＤ＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づき計算するが、この式の中で、ＭＳＩＤは、移動局の識別子（ＩＤ）で、ＢＳＩＤは、ＢＳＩＤごとに異なる置換を確保するために利用することができ、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、基地局のＮＯＮＣＥであり、ＤＯＴ１６ＫＤＦは、ＭＳＩＤ、ＢＳＩＤ、およびＮＯＮＣＥ＿ＢＳから１以上のセキュリティ鍵を導出するための鍵導出ハッシュ関数である。
本発明の例示的な実施形態においては、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、ＭＳが同じＢＳに接続するたびに異なる置換を得て、置換を扱いやすいものとしないために利用することができる。ＭＳＩＤ＊は、ＢＳ＿ＮＯＮＣＥに従って新たに導出されることで、ＢＳにおいて、ＭＳの位置の機密性を維持することができる。
さらに、コンピューティングモジュール１７５は、セキュリティ＿鍵（Security_keys）＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（親鍵，ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜，サイズ（size））に従ってＭＳＩＤ＊からセキュリティ鍵を導出することができ、この式の中で、親鍵から鍵を導出し、ＸＸＸは、例えばＢＳＩＤ等の特定の鍵のさらなるパラメータであり、ＹＹＹは、鍵ごとに定義される一般列であり、サイズは、鍵のサイズを意味する。
本発明の例示的な実施形態においては、ＹＹＹのセキュリティ鍵は、ペアワイズマスター鍵（ＰＭＫ）、認証鍵（ＡＫ）、トランスポート暗号鍵（ＴＥＫ）等を含んでよい。例えばＰＭＫ導出は、ＰＭＫ＝Ｄｏｔ１６ＫＤＦ（ＭＳＫ，ＮＯＮＣＥ＿ＭＳ｜ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ｜"ＰＭＫ"，１６０）として行われてよく、この式の中で、ＮＯＮＣＥ＿ＭＳは、ＭＳが生成して、鍵共有中にＢＳに送る乱数であり、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、ＢＳが生成して、鍵共有中にＭＳに送る乱数である。
ＡＫは、必要に応じて、ＰＭＫから導出されてよく、ＭＳおよびＢＳの対に属してよい。例えばＡＫ導出は、ＡＫ＝Ｄｏｔ１６ＫＤＦ（ＰＭＫ，ＭＳＩＤ＊｜ＢＳＩＤ｜ＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴ｜"ＡＫ"，１６０）として行われてよく、この式の中で、ＭＳＩＤ＊は、鍵共有中にＭＳからＢＳに送られ、鍵をＭＳＩＤに結び付けるのに利用することができるＭＳＩＤの置換（つまり、ＡＭＳ ＭＡＣアドレス）であり、ＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿ＣＯＵＮＴは、ハンドオーバにおいて同じＢＳ−ＭＳ対に対して異なるＡＫを保証するために利用されるカウンタである。
ＣＭＡＣ鍵は、ＡＫから導出されてよく、制御メッセージの少なくとも幾つかにおけるメッセージ認証に利用することができる。例えばＷｉＭＡＸでは、必要に応じて、２つのＣＭＡＣ鍵が存在してよく、１つをＵＬ用とし、１つをＤＬ用とすることができる。ＣＭＡＣ鍵の導出は、ＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿Ｕ｜ＣＭＡＣ＿ＫＥＹ＿Ｄ＝Ｄｏｔ１６ＫＤＦ（ＡＫ，"ＣＭＡＣ＿ＫＥＹＳ"，２５６）として行うことができる。各鍵のサイズは１２８ビットである。この例では、鍵は、新たなＡＫが導出されるたびに導出されてよい。
ＴＥＫ導出鍵の導出は、ＴＥＫｉ＝Ｄｏｔ１６ＫＤＦ（ＡＫ，ＳＡＩＤ｜ＣＯＵＮＴＥＲ＿ＴＥＫ＝ｉ｜"ＴＥＫ"，１２８）として行われてよく、この式の中で、ＳＡＩＤは、ＴＥＫが属しうるセキュリティ関連付け識別子（ＳＡＩＤ）である。ＴＥＫは、データを暗号化するために利用されるトランスポート暗号鍵である。一部の例示的な実施形態では、ＴＥＫの寿命はＡＫの寿命に等しい。
本発明の範囲は、本発明のこの例示的な実施形態に限定はされないが、例えばＭＡＣプロセッサであるプロセッサ１７０は、第２のメッセージを生成することができる。例えば第２のメッセージは、必要に応じて、移動局のＮＯＮＣＥ、基地局のランダムＮＯＮＣＥ、および、暗号ベースのメッセージ認証コード（ＣＭＡＣ）鍵等の第１の整合性チェック値（ＩＣＶ）を含んでよい。
一実施形態では、変調器１８０は、ＯＦＤＭＡ変調方式に従って第２のメッセージを変調することができる。本発明の別の実施形態では、変調器１８０は、必要に応じて、シングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）変調方式に従って第２のメッセージを変調することもできる。
本発明の範囲はこの例に限定はされないが、ＢＳ１１０は以下のように動作する。ＭＩＭＯ１５０トランスミッタの少なくとも１つ（例えばＴＸ１５４）がアンテナ１５６を利用して第１のメッセージおよび第３のメッセージをＭＳ１６０に送信してよい。ＭＩＭＯ１５０レシーバの少なくとも１つ（例えばＲＸ１５２）は、必要に応じて、セキュアなリンクで第２のメッセージおよび第４のメッセージを受信してよい。コンピューティングモジュール１２５は、複数のセキュリティ鍵を計算してよく、第２のメッセージの第１のＩＣＶを検証してよい。コンピューティングモジュール１２５は、これら複数のセキュリティ鍵を、ＭＳＩＤ＊から、セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（親鍵，ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜，サイズ）に従って導出することができ、この式の中で、親鍵から鍵を導出し、ＸＸＸは、例えばＢＳＩＤ等の特定の鍵のさらなるパラメータであり、ＹＹＹは、鍵ごとに定義される一般列であり、サイズは、鍵のサイズを意味する。
さらに、コンピューティングモジュール１２５は、移動局のＩＤの置換（ＭＳＩＤ＊＊）を、ＭＳＩＤ＊＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）として行ってよく、この式の中でＭＳＩＤは移動局の識別子（ＩＤ）であり、ＢＳＩＤは基地局のＩＤであり、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、基地局のＮＯＮＣＥであり、ＤＯＴ１６ＫＤＦは、ＭＳＩＤ、ＢＳＩＤ、およびＮＯＮＣＥ＿ＢＳから１以上のセキュリティ鍵を導出するための鍵導出ハッシュ関数である。コンパレータ１２７は、必要に応じて、計算されたＭＳＩＤ＊＊をＭＳＩＤ＊と比較することができ、計算に基づいてセキュアなリンクを構築することができる。
図２を参照すると、本発明の例示的な実施形態において無線通信システムのエアリンクを利用してセキュアにセキュリティ鍵共有を行う方法のフローチャートが示されている。
方法の一実施形態は、ＢＳ（例えばＢＳ１１０）が、第１のメッセージをＭＳ（例えばＭＳ１６０）に、矢印の線２０１が示すように送信することで開始されてよい。第１のメッセージは、必要に応じて、ＢＳのランダムＮＯＮＣＥ（ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ）を含んでよい。
ＭＳは、第１のメッセージを受信してよく、移動局の識別子の置換（ＭＳＩＤ＊）を計算してよい。ＭＳＩＤ＊の計算は、ＭＳＩＤ＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づき行われてよい（テキストブロック２１０）。ＭＳは、セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜サイズ）に従ってセキュリティ鍵を計算してよく（テキストブロック２２０）、これらを例えばメモリ１８０であるメモリに、必要に応じて格納してよい。
この例の方法によると、ＭＳは、ＢＳに対して無線で第２のメッセージを送信することができる（矢印の線２０２）。第２のメッセージは、ＭＳＩＤ＊、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ、ＮＯＮＣＥ＿ＭＳ、および、第１の整合性チェック値（ＩＣＶ）を含んでよい。ＢＳは、第２のメッセージを受信することができ、ＭＳＩＤ＊に基づき、セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜サイズ）に従ってセキュリティ鍵を計算することができる（テキストブロック２３０）。ＢＳは、セキュリティ鍵を、例えばメモリ１３０であるメモリに、必要に応じて格納してよい。
ＢＳは、メッセージのＩＣＶを計算してよく、計算されたＩＣＶを、受信したメッセージのＩＣＶに対して検証することができる（ダイアモンド２４０）。ＢＳは、受信したメッセージのＩＣＶが、計算されたＩＣＶと整合しない場合には、エラー処理を報告することができる（テキストブロック２５０）。整合する場合には、ＢＳは、無線で移動局に第３のメッセージを送信することができる（矢印２０３）。第３のメッセージには、移動局のＮＯＮＣＥ、基地局のランダムＮＯＮＣＥ、および第３のメッセージのＩＣＶが含まれてよいが、本発明の範囲はこの点に限定はされない。
ＭＳは、第３のメッセージを受信してよく、第２のメッセージのＩＣＶを検証してよい（ダイアモンド２６０）。第２のメッセージのＩＣＶが、受信されたＩＣＶと制御しない場合には、ＭＳは、エラー処理を報告することができる（テキストブロック２５２）。受信されたＩＣＶが検証されると、ＭＳは、セキュアなリンクにおいて無線で、第４のメッセージを送信することができる（矢印２０４）。必要に応じて、第４のメッセージは、実際の暗号化されたＭＳ ＩＤを含んでもよい。
ＢＳは、第４のメッセージを受信してよく、ＭＳ ＩＤの置換（ＭＳＩＤ＊＊）を、ＭＳＩＤ＊＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づいて再計算してよい（テキストブロック２８０）。ＢＳは、計算されたＭＳＩＤ＊＊を、ＭＳＩＤ＊と比較してよく（ダイアモンド２９０）、整合する場合には、ＢＳは、実際のＭＳＩＤを利用してＭＳとの間にセキュアなエアリンクを構築することができる（矢印２０５）。整合しない場合には、ＢＳは、エラー処理を報告することができる（テキストブロック２５４）が、本発明の範囲はこの点に限定はされない。
本発明の範囲はこの点に限定はされないが、鍵が構築されると、ＭＳは、必要に応じて、導出された鍵の１つ、および／または、暗号化されたメッセージの一部によって暗号化された実際のＭＳＩＤをＢＳに送信することができる。従って、実際のＭＳＩＤは、実際のＭＳＩＤとエアリンクリソース割り当てＩＤ（例えばＩＥＥＥ８０２．１６ｅで定義されているＣＩＤ、および／または、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍで定義されている局ＩＤおよび／またはフローＩＤ）との間のマッピングを露呈することがなく、隠しておくことができる。この点から、ネットワークとＢＳとが（例えば現在機能中のＢＳおよび／または同じ認証者に属している他のＢＳ）、真のＭＳＩＤを知らされる。ＢＳおよび／またはＭＳは、ＢＳＩＤ変更時のハンドオーバといった、新たな鍵導出が必要となるときにはいつでも、ＭＳＩＤ＊自身を計算することができ、ＭＳＩＤ＊を介してＭＳＩＤに結び付けられる新たな鍵を両側（ＭＳとハンドオーバ対象のＢＳ）とに構築することができ、この際に、無線でＭＳＩＤまたはＭＳＩＤ＊を再送する必要がない。
主題は構造的特徴および／または方法論的処理に特化した用語で記載してきたが、添付請求項で定義される主題は、必ずしも上述した特定の特徴に限定はされない点を理解されたい。上述した特定の特徴および処理は、請求項を実装するための例示的な形態として開示されたものである。

Claims (33)

  1. 無線通信システムのエアリンクを介して鍵を共有する方法であって、
    移動局において、基地局からの、セキュリティ面の配慮から１つのメッセージでは一度だけ利用される数字またはビット列であるランダムＮＯＮＣＥを含む第１のメッセージを受信する段階と、
    移動局の識別子の置換（ＭＳＩＤ＊）を前記基地局のランダムＮＯＮＣＥを用いて前記移動局で計算する段階と、
    移動局のランダムＮＯＮＣＥと、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥと、第１の整合性チェック値（ＩＣＶ）とを含む第２のメッセージを送信する段階と、
    前記基地局が前記第１のＩＣＶを検証した場合に、前記移動局において、移動局のＮＯＮＣＥと、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥと、第２のＩＣＶとを含む第３のメッセージを受信する段階と、
    前記第２のＩＣＶを前記移動局で検証する段階と、
    前記移動局において、前記ＭＳＩＤ＊を用いてセキュリティ鍵を導出し、導出された当該セキュリティ鍵で暗号化した移動局の識別子（ＭＳＩＤ）を含む第４のメッセージを送信する段階と
    を備える方法。
  2. 前記移動局の識別子の置換を計算する段階は、
    前記ＭＳＩＤ＊を、ＭＳＩＤ＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づき計算する段階を有し、
    ここで、ＭＳＩＤは、前記移動局の識別子（ＩＤ）であり、ＢＳＩＤは、前記基地局のＩＤであり、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥであり、ＤＯＴ１６ＫＤＦは、前記ＭＳＩＤ、前記ＢＳＩＤ、および前記ＮＯＮＣＥ＿ＢＳから、ハッシュされた置換を生成するための鍵導出関数である請求項１に記載の方法。
  3. セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（親鍵，ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜，サイズ）に従ってセキュリティ鍵を導出する段階を備え、
    ここで、親鍵から前記セキュリティ鍵が導出され、ＸＸＸは、ＢＳＩＤ等の特定の鍵のさらなるパラメータであり、ＹＹＹは、鍵ごとに定義される一般列であり、サイズは、前記セキュリティ鍵のサイズである請求項１または２に記載の方法。
  4. 無線通信システムのエアリンクを介して鍵を共有する方法であって、
    基地局において、移動局へ、セキュリティ面の配慮から１つの鍵の寿命サイクルでは一度だけ利用される数字またはビット列である第１のランダムＮＯＮＣＥを含む第１のメッセージを送信する段階と、
    前記第１のランダムＮＯＮＣＥを用いて計算された移動局の置換された識別子（ＭＳＩＤ＊）と、移動局のランダムＮＯＮＣＥと、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥと、第１の整合性チェック値（ＩＣＶ）とを含む第２のメッセージを受信する段階と、
    前記ＭＳＩＤ＊を用いてセキュリティ鍵を導出し、かつ前記第１のＩＣＶを検証する段階と、
    前記基地局の前記ランダムＮＯＮＣＥと、前記移動局のランダムＮＯＮＣＥと、第２のＩＣＶとを含む第３のメッセージを送信する段階と、
    前記移動局によって前記ＭＳＩＤ＊を用いて導出されたセキュリティ鍵で暗号化された前記移動局の識別子（ＭＳＩＤ）を含む第４のメッセージを受信する段階と、
    前記ＭＳＩＤおよび前記第１のランダムＮＯＮＣＥを用いてＭＳＩＤ＊＊を計算し、計算したＭＳＩＤ＊＊と前記ＭＳＩＤ＊とが一致した場合に前記ＭＳＩＤを用いてセキュアなリンクを構築する段階と
    を備える方法。
  5. 前記複数のセキュリティ鍵を計算する段階は、
    セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（親鍵，ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜，サイズ）を含み、
    ここで、親鍵から前記複数のセキュリティ鍵が導出され、ＸＸＸは、ＢＳＩＤ等の特定の鍵のさらなるパラメータであり、ＹＹＹは、鍵ごとに定義される一般列であり、サイズは、前記複数のセキュリティ鍵のサイズである請求項４に記載の方法。
  6. 前記移動局のＩＤの別の置換（ＭＳＩＤ＊＊）を、ＭＳＩＤ＊＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づき計算する段階を備え、
    ここで、ＭＳＩＤは、前記移動局の識別子（ＩＤ）であり、ＢＳＩＤは、前記基地局のＩＤであり、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、前記基地局の前記ＮＯＮＣＥであり、ＤＯＴ１６ＫＤＦは、前記ＭＳＩＤ、前記ＢＳＩＤ、および前記ＮＯＮＣＥ＿ＢＳから、１以上のセキュリティ鍵の材料を導出するための鍵導出関数である請求項４または５に記載の方法。
  7. 移動局であって、
    基地局からの、セキュリティ面の配慮から１つの鍵の寿命サイクルでは一度だけ利用される数字またはビット列であるランダムＮＯＮＣＥを含む第１のメッセージを受信するレシーバと、
    移動局の識別子の置換（ＭＳＩＤ＊）を前記基地局のランダムＮＯＮＣＥを用いて計算するコンピューティングモジュールと、
    移動局のランダムＮＯＮＣＥと、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥと、第１の整合性チェック値（ＩＣＶ）とを含む第２のメッセージを送信して、前記移動局のランダムＮＯＮＣＥと、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥと、第２のＩＣＶとを含む第３のメッセージを受信した後で、前記ＭＳＩＤ＊を用いて導出したセキュリティ鍵で暗号化した移動局の識別子（ＭＳＩＤ）を含む第４のメッセージを送信するトランスミッタと
    を備える移動局。
  8. 前記コンピューティングモジュールは、前記ＭＳＩＤ＊を、ＭＳＩＤ＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づき計算し、
    ここで、ＭＳＩＤは、前記移動局の識別子（ＩＤ）であり、ＢＳＩＤは、前記基地局のＩＤであり、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、前記基地局の前記ＮＯＮＣＥであり、ＤＯＴ１６ＫＤＦは、前記ＭＳＩＤ、前記ＢＳＩＤ、および前記ＮＯＮＣＥ＿ＢＳから、１以上のセキュリティ鍵を導出するための鍵導出関数である請求項７に記載の移動局。
  9. 前記コンピューティングモジュールは、セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（親鍵，ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜サイズ）に従ってＭＳＩＤ＊からセキュリティ鍵を導出し、
    ここで、親鍵から前記セキュリティ鍵が導出され、ＸＸＸは、ＢＳＩＤ等の特定の鍵のさらなるパラメータであり、ＹＹＹは、鍵ごとに定義される一般列であり、サイズは、前記セキュリティ鍵のサイズである請求項７または８に記載の移動局。
  10. 少なくとも前記トランスミッタおよび少なくとも前記レシーバを含み、複数のアンテナに動作可能に連結された多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランスミッタレシーバシステムを備える請求項７から９のいずれか１項に記載の移動局。
  11. 直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）変調方式に従って前記第１のメッセージおよび前記第３のメッセージを変調する変調器と、
    前記ＯＦＤＭＡ変調方式に従って前記第２のメッセージおよび前記第４のメッセージを復調する復調器と
    を備える請求項７から１０のいずれか１項に記載の移動局。
  12. シングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）変調方式に従って、前記第１のメッセージおよび前記第３のメッセージを変調する変調器と、
    直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）変調方式に従って前記第２のメッセージおよび前記第４のメッセージを復調する復調器と
    を備える請求項７から１０のいずれか１項に記載の移動局。
  13. 基地局であって、
    セキュリティ面の配慮から１つの鍵の寿命サイクルでは一度だけ利用される数字またはビット列である第１のランダムＮＯＮＣＥを含む第１のメッセージを移動局に送信して、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥと、前記移動局のランダムＮＯＮＣＥと、第２のＩＣＶとを含む第３のメッセージとを送信するトランスミッタと、
    前記第１のランダムＮＯＮＣＥを用いて計算された移動局の置換された識別子（ＭＳＩＤ＊）と、移動局のランダムＮＯＮＣＥと、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥと、第１の整合性チェック値（ＩＣＶ）とを含む第２のメッセージ、および、前記移動局によって前記ＭＳＩＤ＊を用いて導出されたセキュリティ鍵で暗号化された移動局の識別子（ＭＳＩＤ）を含む第４のメッセージを受信するレシーバと、
    前記ＭＳＩＤ＊を用いてセキュリティ鍵を計算し、かつ前記第２のメッセージの前記第１のＩＣＶを検証するコンピューティングモジュールと、
    前記ＭＳＩＤおよび前記第１のランダムＮＯＮＣＥを用いてＭＳＩＤ＊＊を計算し、計算したＭＳＩＤ＊＊と前記ＭＳＩＤ＊とが一致した場合に前記ＭＳＩＤを用いてセキュアなリンクを構築するコンパレータと
    を備える
    基地局。
  14. 前記コンピューティングモジュールは、前記複数のセキュリティ鍵を、セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（親鍵，ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜，サイズ）に従って前記ＭＳＩＤ＊から計算し、
    ここで、親鍵から前記複数のセキュリティ鍵が導出され、ＸＸＸは、ＢＳＩＤ等の特定の鍵のさらなるパラメータであり、ＹＹＹは、鍵ごとに定義される一般列であり、サイズは、前記複数のセキュリティ鍵のサイズである請求項１３に記載の基地局。
  15. 前記コンピューティングモジュールは、前記移動局のＩＤの別の置換（ＭＳＩＤ＊＊）を、ＭＳＩＤ＊＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づき計算し、
    ここで、ＭＳＩＤは、前記移動局の識別子（ＩＤ）であり、ＢＳＩＤは、前記基地局のＩＤであり、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、前記基地局の前記ＮＯＮＣＥであり、ＤＯＴ１６ＫＤＦは、前記ＭＳＩＤ、前記ＢＳＩＤ、および前記ＮＯＮＣＥ＿ＢＳから、１以上のセキュリティ鍵の材料を導出するための鍵導出関数である請求項１３または１４に記載の基地局。
  16. 少なくとも前記トランスミッタおよび少なくとも前記レシーバを含み、複数のアンテナに動作可能に連結された多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランスミッタレシーバシステムを備える請求項１３から１５のいずれか１項に記載の基地局。
  17. 直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）変調方式に従って前記第１のメッセージおよび前記第３のメッセージを変調する変調器と、
    前記ＯＦＤＭＡ変調方式に従って前記第２のメッセージおよび前記第４のメッセージを復調する復調器と
    を備える請求項１３から１６のいずれか１項に記載の基地局。
  18. 直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）変調方式に従って前記第１のメッセージおよび前記第３のメッセージを変調する変調器と、
    シングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）変調方式に従って、前記第２のメッセージおよび前記第４のメッセージを復調する復調器と
    を備える請求項１３から１６のいずれか１項に記載の基地局。
  19. 無線通信システムであって、
    移動局と基地局とを備え、
    前記移動局は、
    基地局からの、セキュリティ面の配慮から１つの鍵の寿命サイクルでは一度だけ利用される数字またはビット列であるランダムＮＯＮＣＥを含む第１のメッセージを受信するレシーバと、
    前記基地局のランダムＮＯＮＣＥを用いて移動局の識別子の置換（ＭＳＩＤ＊）を計算し、当該ＭＳＩＤ＊を用いてセキュリティ鍵を導出するコンピューティングモジュールと、
    移動局のランダムＮＯＮＣＥと、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥと、第１の整合性チェック値（ＩＣＶ）とを含む第２のメッセージを送信して、前記移動局のランダムＮＯＮＣＥと、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥと、第２のＩＣＶとを含む第３のメッセージを受信した後で、前記セキュリティ鍵で暗号化された移動局の識別子（ＭＳＩＤ）を含む第４のメッセージを送信するトランスミッタとを有し、
    前記基地局は、
    前記第１のメッセージおよび前記第３のメッセージを前記移動局に送信するトランスミッタと、
    前記第２のメッセージおよび前記第４のメッセージを受信するレシーバと、
    前記ＭＳＩＤ＊を用いてセキュリティ鍵を導出し、かつ前記第２のメッセージの前記第１のＩＣＶを検証するコンピューティングモジュールと、
    前記ＭＳＩＤおよび前記第１のランダムＮＯＮＣＥを用いてＭＳＩＤ＊＊を計算し、計算した前記ＭＳＩＤ＊＊と前記ＭＳＩＤ＊とが一致した場合に前記ＭＳＩＤを用いてセキュアなリンクを構築するコンパレータと、を有する
    無線通信システム。
  20. 前記移動局の前記コンピューティングモジュールは、前記ＭＳＩＤ＊を、ＭＳＩＤ＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づき計算し、
    ここで、ＭＳＩＤは、前記移動局の識別子（ＩＤ）であり、ＢＳＩＤは、前記基地局のＩＤであり、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、前記基地局の前記ＮＯＮＣＥであり、ＤＯＴ１６ＫＤＦは、前記ＭＳＩＤ、前記ＢＳＩＤ、および前記ＮＯＮＣＥ＿ＢＳから、１以上のセキュリティ鍵の材料を導出するための鍵導出関数である請求項１９に記載の無線通信システム。
  21. 前記移動局の前記コンピューティングモジュールは、セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（親鍵，ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜，サイズ）に従ってＭＳＩＤ＊からセキュリティ鍵を計算し、
    ここで、親鍵から前記セキュリティ鍵が導出され、ＸＸＸは、ＢＳＩＤ等の特定の鍵のさらなるパラメータであり、ＹＹＹは、鍵ごとに定義される一般列であり、サイズは、前記セキュリティ鍵のサイズである請求項１９または２０に記載の無線通信システム。
  22. 前記基地局の前記コンピューティングモジュールは、前記複数のセキュリティ鍵を、セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（親鍵，ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜，サイズ）に従って前記ＭＳＩＤ＊から計算し、
    ここで、親鍵から前記複数のセキュリティ鍵が導出され、ＸＸＸは、ＢＳＩＤ等の特定の鍵のさらなるパラメータであり、ＹＹＹは、鍵ごとに定義される一般列であり、サイズは、前記複数のセキュリティ鍵のサイズである請求項１９から２１のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  23. 前記基地局の前記コンピューティングモジュールは、前記移動局の別のＩＤ（ＭＳＩＤ＊＊）を、ＭＳＩＤ＊＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づき計算し、
    ここで、ＭＳＩＤ＊は、前記移動局の識別子（ＩＤ）であり、ＢＳＩＤは、前記基地局のＩＤであり、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、前記基地局の前記ＮＯＮＣＥであり、ＤＯＴ１６ＫＤＦは、前記ＭＳＩＤ、前記ＢＳＩＤ、および前記ＮＯＮＣＥ＿ＢＳから、１以上のセキュリティ鍵を導出するための鍵導出関数である請求項１９から２２のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  24. 前記移動局はさらに、少なくとも前記トランスミッタおよび少なくとも前記レシーバを含み、複数のアンテナに動作可能に連結された多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランスミッタレシーバシステムを有する請求項１９から２３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  25. 前記基地局は、少なくとも前記トランスミッタおよび少なくとも前記レシーバを含み、複数のアンテナに動作可能に連結された多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランスミッタレシーバシステムを有する請求項１９から２４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  26. 前記移動局はさらに、
    直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）変調方式に従って前記第１のメッセージおよび前記第３のメッセージを変調する変調器と、
    前記ＯＦＤＭＡ変調方式に従って前記第２のメッセージおよび前記第４のメッセージを復調する復調器とを有する請求項１９から２５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  27. 前記基地局は、
    直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）変調方式に従って前記第１のメッセージおよび前記第３のメッセージを変調する変調器と、
    前記ＯＦＤＭＡ変調方式に従って前記第２のメッセージおよび前記第４のメッセージを復調する復調器とを有する請求項１９から２６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  28. 前記移動局はさらに、
    シングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）変調方式に従って、前記第１のメッセージおよび前記第３のメッセージを変調する変調器と、
    直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）変調方式に従って前記第２のメッセージおよび前記第４のメッセージを復調する復調器とを有する請求項１９から２５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  29. 前記基地局は、
    直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）変調方式に従って前記第１のメッセージおよび前記第３のメッセージを変調する変調器と、
    シングルキャリア周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）変調方式に従って、前記第２のメッセージおよび前記第４のメッセージを復調する復調器とを有する請求項１９から２５、または２８のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  30. 無線通信システムのエアリンクを介して鍵を共有する方法であって、
    セキュアではないモードで、移動局の識別子の置換（ＭＳＩＤ＊）を送信する段階と、
    前記移動局の識別子の置換（ＭＳＩＤ＊）から導出される第１のセットの鍵で、セキュアなリンクを構築する段階と、
    前記構築されたセキュアなリンクを介して、移動局の識別子（ＭＳＩＤ）を送信する段階と
    を備える方法。
  31. 前記ＭＳＩＤに基づいて第２のセットの鍵を導出する段階と、
    前記第２のセットの鍵を利用して、前記セキュアなリンクで通信する段階と
    を備える請求項３０に記載の方法。
  32. 前記ＭＳＩＤ＊を、ＭＳＩＤ＊＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（ＭＳＩＤ＼ＢＳＩＤ＼ＮＯＮＣＥ＿ＢＳ，４８）に基づき計算する段階を有する前記移動局の識別子の置換を計算する段階を備え、
    ここで、ＭＳＩＤは、前記移動局の識別子（ＩＤ）であり、ＢＳＩＤは、基地局のＩＤであり、ＮＯＮＣＥ＿ＢＳは、前記基地局のランダムＮＯＮＣＥであり、ＤＯＴ１６ＫＤＦは、前記ＭＳＩＤ、前記ＢＳＩＤ、および前記ＮＯＮＣＥ＿ＢＳから、ハッシュされた置換を生成するための鍵導出関数である請求項３０または３１に記載の方法。
  33. セキュリティ＿鍵＝ＤＯＴ１６ＫＤＦ（親鍵，ＭＳＩＤ＊｜ＸＸＸ｜ＹＹＹ｜，サイズ）に従ってセキュリティ鍵を計算する段階をさらに備え、
    ここで、親鍵から前記セキュリティ鍵が導出され、ＸＸＸは、ＢＳＩＤ等の特定の鍵のさらなるパラメータであり、ＹＹＹは、鍵ごとに定義される一般列であり、サイズは、前記セキュリティ鍵のサイズである請求項３２に記載の方法。
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