JP5607655B2 - 非暗号化ネットワーク動作解決策 - Google Patents

Description

本発明は、通信ネットワークでの非アクセス層シグナリングのセキュリティ問題に対処する解決策に関する。

ＵＥ／ＭＭＥ対話に使用されるＮＡＳプロトコルは、メッセージの完全性保護および／または暗号化を含むセキュリティ保護メカニズムを有する。通常の暗号化された動作では、セキュリティコンテキストが特定のＮＡＳ接続に対してアクティブ化されるとすぐに、すべてのメッセージは暗号化される。

３ＧＰＰ ＴＳ２４．３０１には、暗号化がオペレータのオプションであることも指定されている。したがって、ＳＡＥは、ＮＡＳプロトコルでの非暗号化動作をサポートする必要がある。

非暗号化動作を解決する異なる方法を選択することができ、一方法は、セキュリティに保護されないＮＡＳメッセージを常に使用することである。ＮＡＳメッセージには２つの一般的な種類：セキュリティ保護のない平文ＮＡＳメッセージならびに完全性保護および／または暗号化が適用されたセキュリティ保護付きＮＡＳメッセージがある。

ＳＡＥにおいて非暗号化動作を解決する共通の方法がない場合、ＵＥとＭＭＥとの間および異なるベンダー間での相互運用性の問題が生じることになり、事実上、非暗号化動作が不可能になる。

非暗号化動作モードにおいて、セキュリティ保護なしのＮＡＳメッセージがすべてのメッセージに使用される方法が選択される場合、ＭＭＥの実施がより複雑になり、大半のＮＡＳメッセージに対して暗号化動作と非暗号化動作とを区別できる必要があることが暗示される。

さらに、非暗号化動作において平文ＮＡＳメッセージを使用する場合、ＮＡＳメッセージの完全性保護は利用できず、それらルールに対する例外も実施する必要もある。

したがって、本発明の目的は、これらの問題に対処し、ＮＡＳセキュリティの相互運用性に対する解決策を提供することである。

本発明の概念は、非暗号化モードで動作中のモビリティ管理装置、例えば、モビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）が使用するセキュリティコンテキストが選択された場合、「ヌル暗号化アルゴリズム」を選択することである。これは、非暗号化動作のネットワークを使用してすべてのＵＥに対して行ってもよく、またはＭＭＥに関連して個々のＵＥに対して行ってもよい。すべての他の側面において、ＮＡＳメッセージに対して、通常の暗号化動作中のネットワークと同じように送信、受信、および処理を行い得る。

これは、本発明のいくつかの態様において提供され、第１の態様は、通信ネットワーク内の基盤ノードにおけるセキュリティ問題に対処する方法である。この方法は、
・通信ネットワークと無線通信しているユーザ機器（ＵＥ）から初期非アクセス層メッセージ、すなわち、初期ＮＡＳメッセージを受信するステップと、
・ＵＥのセキュリティコンテキスト状態を特定するステップと、
・非暗号化モードをセキュリティコンテキストに使用すべきか否かを判断するステップと、
・暗号化アルゴリズムをヌル暗号化アルゴリズムに設定するステップと、
・暗号化アルゴリズムを示す情報を含むセキュリティコンテキストおよびアクティブ化メッセージをＵＥに送信するステップと、
・セキュリティコンテキストアクティブ化肯定応答メッセージをＵＥから受信するステップと
を含む。

すべてのセキュリティコンテキストを、ヌル暗号化アルゴリズムを有して作成してもよく、かつ／または個々のＵＥのセキュリティコンテキストをヌル暗号化アルゴリズムに設定してもよい。

この方法は、さらなるＮＡＳメッセージを受信するステップと、ヌル暗号化アルゴリズムを使用してさらなるＮＡＳメッセージを暗号化解除するステップとをさらに含み得る。さらに、この方法は、通信メッセージの完全性保護を提供するステップを含み得る。メッセージは、暗号化モードに関係なく、通常の暗号化モードであるものとして扱われ得る。

ヌル暗号化アルゴリズムは、好ましくは、メッセージが変更されないようにメッセージに対して動作するように構成される。

請求項１に記載の方法において、セキュリティコンテキストを送信するステップは、メッセージ内のフィールドにおいて、完全性保護なしかつ暗号化なし、完全性保護のみ、または完全性保護ありかつ暗号化ありのうちの１つを示すことを含む。

通信ネットワーク内の基盤装置である本発明の別の態様が提供される。処理ユニットと、メモリユニットと、通信インタフェースユニットとを備える装置。処理ユニットは、通信インタフェースを使用して、初期非アクセス層メッセージ、すなわち、初期ＮＡＳメッセージをユーザ機器から受信し、セキュリティコンテキスト状態を特定し、新しいセキュリティコンテキストを作成し、非暗号化モードをセキュリティコンテキストに使用すべきか否かを判断し、暗号化アルゴリズムをヌルに設定し、通信インタフェースを使用して、暗号化アルゴリズムを示す情報を含むセキュリティコンテキストおよびアクティブ化メッセージをＵＥに送信し、通信インタフェースを使用して、セキュリティコンテキストアクティブ化肯定応答メッセージをＵＥから受信するための、メモリユニットに記憶された命令セットを実行するように構成し得る。

基盤装置は、モビリティ管理装置、例えば、モビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）であり得る。

本発明による解決策を使用した場合、以下の利点を実現し得る：
・特定のＮＡＳメッセージを受け入れる基準が、暗号化動作および非暗号化動作において同じであり得、
・セキュリティ保護の完全性保護部分を非暗号化動作でもアクティブ化し得、
・この解決策の全体をＭＭＥにおいて実施し得る−すなわち、ＵＥは影響されず、したがって、本発明のコスト効率的な実施が提供される。

以下において、本発明を非限定的に、添付図面に示される例示的な実施形態を参照してより詳細に説明する。

本発明によるネットワークを概略的に示す。 本発明による装置を概略的に示す。 本発明による装置を概略的に示す。 本発明による方法をブロック図で概略的に示す。 本発明による別の方法をブロック図で概略的に示す。

図１では、参照番号１００は概して、コアネットワーク１０４の部分であるモビリティ管理装置１０３、例えば、モビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）と通信１０６する無線アクセスネットワーク１０２を含む通信ネットワークを示す。無線アクセスネットワークは、例えば、基地局（図示せず）、例えば、ｅＮｏｄｅＢまたは同様のネットワークアクセスノードを介して、ユーザ機器１０１（ＵＥ）を無線アクセスネットワークに無線接続１０５するための通信ネットワークへのアクセスを提供する。説明のために、ＭＭＥを説明において使用するが、他のモビリティ管理装置も適用可能であり得ることに留意されたい。ネットワークはさらなるノードを含み得るが、さらなるノード、例えば、サービングゲートウェイ、パケットデータネットワークゲートウェイ、加入者ホームサーバ等は、本発明の部分をなさないため、図示されない。さらに、ネットワークは、通信データを物理的に配信するためのルータ、スイッチ、およびケーブル等の配信装置も含み得る。

ＵＥは、使用されるプロトコル規格、例えば、ＬＴＥ、ＳＡＥ、または同様のパケットに基づくプロトコルに応じて、通常の接続手順を使用してネットワークに接続される。ネットワークへの接続中、ＵＥは、コアネットワーク１０４に対して非アクセス層接続を確立する。これは、ＵＥが、確立要求をコアネットワークおよびＭＭＥへ送信することにより開始される。

新しいＮＡＳ接続がＵＥとＭＭＥとの間に確立された場合、セキュリティコンテキストを使用すべきであり、これはＵＥとＭＭＥとで取り決めされる。ＭＭＥが、ＮＡＳメッセージに暗号化を適用しないように構成されている場合、ＭＭＥはセキュリティコンテキストが「ヌル暗号化アルゴリズム」を使用することを選択する。この例外の他に、ＭＭＥは、まるでネットワークが通常の暗号化モードで動作しているかのように、ＵＥとＭＭＥとの間ですべての手順およびＮＡＳメッセージを処理し得る。すなわち、特定のＮＡＳメッセージが「平文」と記すべき場合、および「セキュリティ保護付き」と記すべき場合に同じ規則が適用される。

ヌル暗号化アルゴリズムは、暗号化中にデータを変更しないアルゴリズムを含み得る。これは、アルゴリズム自体内に定義してもよく、または暗号化中にデータを変更しないものとしてアルゴリムを実行させる、アルゴリズムのシーディングの際に使用される鍵セット識別子の使用により定義してもよい。

例えば、送信されるデータの完全性保護のために、通常の認証手順を実行し得る。これにより、データのヌル暗号化と共にデータの完全性保護が可能になる。

本発明による解決策は、有利なことに、モビリティ管理装置、例えば、ＭＭＥにおいて実施される。ＭＭＥ１０３、２００は、図２Ａに示されるように、少なくとも１つの処理ユニット２０１と、少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体、例えば、メモリユニット２０２と、少なくとも１つの通信インタフェース２０３とを備え得る。処理ユニットは、メモリユニットからソフトウェア命令セットまたはハードウェア命令セットを読み取り、通信インタフェースと一緒に、本発明による方法を実行するように構成される。処理ユニットは、例えば、マイクロプロセッサ、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等の任意の適した処理装置を含み得る。命令セットは、ＡＳＩＣ解決策の場合に通常実施されるように、ハードウェア命令を含んでもよいことに留意されたい。さらに、メモリユニットは、揮発性型、不揮発性型、またはこれらの型の組み合わせを含み得る。通信インタフェースは、好ましくは、パケットに基づいて、例えば、インターネットプロトコル（ＩＰ）に基づくプロトコル等のプロトコルを通して通信するように構成される。

ＭＭＥの機能要素を図２Ｂに示し、図２Ｂでは、プロセッサは、通信データを通信インタフェースから受信するための受信部と、ＭＭＥの動作に関連する判断を処理する、特に、より詳細に後述するように、セキュリティコンテキストに関連する判断を処理するソフトウェアコマンドを実行する判断部とを有する。プロセッサは、通信インタフェースを介してメッセージを送信するように構成された送信部も有する。プロセッサのすべての部は、メモリユニットを使用して、ノードの構成に応じてデータを一時的に記憶し、かつ／またはデータを永久的に記憶し得る。

動作中、ＭＭＥは、ネットワーク関連プロビジョンの動作についてＵＥおよび他の装置と通信する。例えば、後述するように、ＭＭＥは、ＵＥがネットワークに接続される際、例えば、初期接続時または別のネットワークからのハンドオーバ中の確立手順に参加する。

図３は、初期ＮＡＳ確立手順の一例を示す。ＵＥはまず、確立を要求する初期ＮＡＳメッセージを送信すること（３０１）により、確立を開始し、この要求はＭＭＥにより受信される（３０２）。次のステップにおいて、ＭＭＥは、セキュリティコンテキストを作成すべきか否かをチェックする（３０３）。セキュリティコンテキストを作成すべきか否かに応じて、異なるパスが実行されることになる。新しいセキュリティコンテキストを作成する必要がない場合、既存のセキュリティコンテキストを使用すると判断され（３０４）、既存のセキュリティコンテキストがＵＥに送信される（３０９）が、セキュリティコンテキストを作成すべき場合、セキュリティコンテキストが作成される（３０５）。さらに、ＭＭＥは、非暗号化モードを使用すべきか否かをチェックし（３０６）、非暗号化モードが使用される場合、暗号化アルゴリズムはヌルに設定され（３０８）、その他の場合、暗号化アルゴリズムは、選択に応じて設定される（３０７）。選択されたセキュリティコンテキストをアクティブ化するメッセージが送信され（３０４）、このメッセージはＵＥにより受信される（３１０）。

ＵＥは、セキュリティコンテキストをアクティブ化し（３１１）、セキュリティメッセージ内で示された暗号化アルゴリズムを呼び出す（３１２）。ＵＥは、肯定応答メッセージヘッダ内の暗号化インジケータを真に設定し（３１３）、アクティブ化肯定応答メッセージをＭＭＥに送信し（３１４）、ＭＭＥは、セキュリティコンテキストアクティブ化肯定応答メッセージを受信する（３１５）。

図４は、初期ＮＡＳ確立手順が実行された場合での送信側、例えば、ＵＥと受信側、例えば、ＭＭＥとの通信リンクの続く動作を示す。ＵＥは、セキュリティコンテキスト内で示された暗号化アルゴリズムを呼び出し（４０１）、メッセージヘッダ内の暗号化インジケータを真に設定する（４０２）。次に、ＵＥはメッセージを送信し（４０３）、このメッセージはＭＭＥにより受信される（４０４）。ＭＭＥは、セキュリティコンテキスト内で示された暗号化アルゴリズムを使用してメッセージを暗号化解除し（４０５）、最後に、それに従ってメッセージを解釈する（４０６）。通信を任意の方向で実行し得ること、およびＭＭＥ以外の他のノードがＵＥとのＮＡＳ通信に関わってもよいことを理解されたい。

非暗号化モードの選択を、セキュリティコンテキストの作成時のみならず、任意の時間に行い得ることに留意されたい。非暗号化モードが特定の時点で選択される場合、すでに接続されたＵＥも、選択された暗号化アルゴリズムをヌルに変更し得る。非暗号化モードは、「通常」の暗号化アルゴリズムを選択することにより、任意の時間にオフにし得る。暗号化モードの変更は、例えば、基盤ネットワークへのＵＥ接続のテストまたはＵＥ状態のテストのために使用し得る。

用語「備える」が、列挙された以外の要素またはステップの存在を除外せず、要素に前置される用語「ａ」または「ａｎ」が複数のそのような要素の存在を除外しないことに留意されたい。いかなる参照符号も特許請求の範囲を限定しないこと、ハードウェアおよびソフトウェアの両方により、本発明を少なくとも部分的に実施し得ること、およびいくつかの「手段」または「ユニット」を同じハードウェアにより表し得ることをさらに留意されたい。

上述され説明された実施形態は、単なる例として与えられ、本発明を決して限定すべきではない。後述の特許請求の範囲において特許請求される本発明の範囲内の他の解決策、用途、目的、および機能が、当業者には明らかであるはずである。

略語
ＥＰＳ 次世代パケットシステム
ＬＴＥ 長期発展型
ＭＭＥ モビリティ管理エンティティ
ＮＡＳ 非アクセス層
ＳＡＥ システムアーキテクチャ発展型
ＵＥ ユーザ機器

引用文献
[１]3GPP TS33.401:"3GPP System Architecture Evolution; Security architecture"
[２]3GPP TS24.301 "Non-Access-Stratum (NAS) protocol for Evloved Packet System (EPS); Stage 3"

Claims (13)

1. 通信ネットワーク（１００）内の基盤ノード（１０３）においてセキュリティ問題に対処する方法であって、
   −前記通信ネットワークと無線通信（１０５）するユーザ機器（ＵＥ）（１０１）から初期非アクセス層メッセージ（初期ＮＡＳメッセージ）を受信するステップと、
   −前記初期ＮＡＳメッセージを受信した後、セキュリティコンテキスト内で非暗号化モードを使用すべきか否かを判断するステップと、
   −非暗号化モードが使用されるべきかを判断することに応答して、所与の一連の暗号化アルゴリズムから所与の暗号化アルゴリズムを選択し、前記所与の暗号化アルゴリズムを選択した後、前記選択された暗号化アルゴリズムを識別する識別子を含むセキュリティモードメッセージを前記ＵＥに送信するステップと、
   −セキュリティコンテキストアクティブ化肯定応答メッセージをＵＥから受信するステップと
   を含む、方法。
2. すべてのセキュリティコンテキストはヌル暗号化アルゴリズムを有して作成される、請求項１に記載の方法。
3. １つのＵＥの前記セキュリティコンテキストがヌル暗号化アルゴリズムに設定される、
   請求項１に記載の方法。
4. −さらなるＮＡＳメッセージを受信するステップと、
   −ヌル暗号化アルゴリズムを使用して前記さらなるＮＡＳメッセージを暗号化解除するステップと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 通信メッセージの完全性保護を提供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記選択された所与の暗号化アルゴリズムは、ヌル暗号化アルゴリズムであり、
   前記ヌル暗号化アルゴリズムは、前記メッセージが変更されないようにメッセージに対して動作する、請求項１に記載の方法。
7. メッセージは、通常の暗号化モードであるものとして扱われる、請求項４に記載の方法。
8. 前記セキュリティコンテキストを送信するステップは、メッセージ内のフィールドにおいて、完全性保護なしかつ暗号化なし、完全性保護のみ、または完全性保護ありかつ暗号化ありのうちの１つを示すことを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記基盤ノードはモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）（１０３）である、請求項１に記載の方法。
10. 通信ネットワーク（１００）内の基盤装置（１０３、２００）であって、
    −処理ユニット（２０１）と、
    −メモリユニット（２０２）と、
    −通信インタフェースユニット（２０３）と
    を備え、前記処理ユニットは、
    −前記通信インタフェースを使用して、ユーザ機器（ＵＥ）（１０１）から初期非アクセス層メッセージ（初期ＮＡＳメッセージ）を受信し、
    −セキュリティコンテキスト状態を特定し、
    −新しいセキュリティコンテキストを作成し、
    −前記セキュリティコンテキスト内で非暗号化モードを使用すべきか否かを判断し、
    −非暗号化モードが使用されるべきかを判断することに応答して、所与の一連の暗号化アルゴリズムから所与の暗号化アルゴリズムを選択し、前記所与の暗号化アルゴリズムを選択した後、前記通信インタフェースを使用して、前記選択された暗号化アルゴリズムを識別する識別子を含むセキュリティモードメッセージを前記ＵＥに送信し、
    −前記通信インタフェースを使用して、セキュリティコンテキストアクティブ化肯定応答メッセージをＵＥから受信する
    ための前記メモリユニットに記憶された命令セットを実行するように構成される、基盤装置。
11. 前記装置はモビリティ管理装置（１０３）である、請求項１０に記載の基盤装置。
12. 前記装置はモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）（１０３）である、請求項１１に記載の基盤装置。
13. 前記処理ユニットは、前記通信インタフェースを使用して、さらなるＮＡＳメッセージを受信し、ヌル暗号化アルゴリズムを使用して前記さらなるＮＡＳメッセージを暗号化解除するようにさらに構成される、請求項１０に記載の基盤装置。

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