JP6499315B2 - 移動通信システム及び通信網 - Google Patents
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Description
本発明は、ＩＭＳＩの取得を防止し、不正利用を回避する技術に関する。
図８は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）で行う従来のＡｔｔａｃｈ処理の概略手順を示す図である。Ａｔｔａｃｈ処理とは、移動局ＵＥ（User Equipment）をＬＴＥの通信網に登録するための処理である（非特許文献１）。
移動局ＵＥは、該通信網を構成する無線基地局ｅＮＢ（eNodeB）との間で“RRC Connection”を確立した後（ステップＳ３０１）、該無線基地局ｅＮＢを介して移動管理装置ＭＭＥ（Mobility Management Entity）との間で認証処理を実行する（ステップＳ３０２）。
ここで、“RRC Connection”の確立処理から認証処理へ移行する際、移動局ＵＥは、認証処理を開始するため、“RRC Connection Setup Complete”に“NAS Attach Request”を含めて無線基地局ｅＮＢへ送信する。該“NAS Attach Request”には、移動局ＵＥを識別するための識別子ＩＤが含まれており、前回のＡｔｔａｃｈ処理時に該移動局ＵＥに対して割り当てられた一時的なテンポラリＩＤが用いられる。
3GPP TS 23.401、"5.3.2 Attach procedure"
一方、初回のＡｔｔａｃｈ処理時には上述したテンポラリＩＤが未だ付与されていないため、その代替として、移動局ＵＥの固有の識別情報であるＩＭＳＩ（International Mobile Subscriber Identity）が用いられる。しかし、移動局ＵＥから“RRC Connection Setup Complete”が送信された時点では認証処理が終了していない、つまり、移動局ＵＥに対する“NAS Security”及び“AS Security”が未だ確立していないため、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間の無線経路上でＩＭＳＩが第三者により取得（IMSI catcher）されてしまい、個人情報が不正に利用されてしまう。
例えば、図９に示すように、悪意のある第三者により無線基地局ｅＮＢ（コピー品）が不正に設置されることが考えられる。該不正な無線基地局ｅＮＢ（malicious eNB）は、正当な無線基地局ｅＮＢに対しては移動局ＵＥとして振る舞い、移動局ＵＥに対しては正当な無線基地局ｅＮＢとして振る舞う。具体的に、不正な無線基地局ｅＮＢは、正当な無線基地局ｅＮＢからブロードキャストされた報知情報を取得してコピーし、自らブロードキャストする。すると、該報知情報を受信した移動局ＵＥは、不正な無線基地局ｅＮＢとの間でＡｔｔａｃｈ処理を開始することになる。その後、不正な無線基地局ｅＮＢは、“RRC Connection”が確立されるまでの間、移動局ＵＥと正当な無線基地局ｅＮＢとの間で単にデータ転送のみを行い、移動局ＵＥから“RRC Connection Setup Complete”が送信されたタイミングで、“NAS Attach Request”に含まれるＩＭＳＩを取得する。該ＩＭＳＩの取得処理は不正取得行為であり、個人情報の漏洩等、セキュリティ上の問題となる。また、第三者により、不正取得されたＩＭＳＩを用いてＳＩＭ（subscriber identity module）のクローンが作成され、使用されることも考えられる。その結果、本来のユーザに契約上割り当てられたデータ量が不正に消費される等、損害の問題も生じる可能性がある。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ＩＭＳＩが不正利用される状況を改善することを目的とする。
本発明の一態様は、移動局と、前記移動局との間で無線通信を行う通信網と、を備えた移動通信システムにおいて、前記移動局は、公開鍵を用いて前記移動局の識別情報を暗号化する制御部と、暗号化した識別情報を、アタッチ時に認証処理を行うための認証処理要求に含めて前記通信網へ送信する送信部と、を備え、前記通信網は、前記認証処理要求を受信する受信部と、前記認証処理要求に含まれる暗号化された移動局の識別情報を前記公開鍵に対応する秘密鍵を用いて復号する制御部と、を備えることを要旨とする。
以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
（１）移動通信システムの全体概略構成
図１は、第１の実施の形態に係る移動通信システムの全体構成を示す図である。該移動通信システム１は、移動局ＵＥと、移動局ＵＥとの間で無線通信を行う無線基地局ｅＮＢと、無線基地局ｅＮＢを有線で収容する移動管理装置ＭＭＥと、を備えて構成される。無線基地局ｅＮＢ及び移動管理装置ＭＭＥは、ＬＴＥの通信網を構成する複数の装置のうち一部を成す。該移動通信システム１の構成は、既存する３ＧＰＰのシステム構成と同様である。
（１）移動通信システムの全体概略構成
図１は、第１の実施の形態に係る移動通信システムの全体構成を示す図である。該移動通信システム１は、移動局ＵＥと、移動局ＵＥとの間で無線通信を行う無線基地局ｅＮＢと、無線基地局ｅＮＢを有線で収容する移動管理装置ＭＭＥと、を備えて構成される。無線基地局ｅＮＢ及び移動管理装置ＭＭＥは、ＬＴＥの通信網を構成する複数の装置のうち一部を成す。該移動通信システム１の構成は、既存する３ＧＰＰのシステム構成と同様である。
（２）移動通信システムの機能ブロック構成
次に、移動局ＵＥと、無線基地局ｅＮＢと、移動管理装置ＭＭＥと、がそれぞれ備える機能について説明する。但し、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間で“RRC Connection”を確立する確立処理及び該確立処理のために用いる情報並びに信号の送受信処理、移動局ＵＥと移動管理装置ＭＭＥとの間で認証する認証処理及び該認証処理のために用いる情報並びに信号の送受信処理、については、図８に示した通り既存処理であるため、その説明は省略する。
次に、移動局ＵＥと、無線基地局ｅＮＢと、移動管理装置ＭＭＥと、がそれぞれ備える機能について説明する。但し、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間で“RRC Connection”を確立する確立処理及び該確立処理のために用いる情報並びに信号の送受信処理、移動局ＵＥと移動管理装置ＭＭＥとの間で認証する認証処理及び該認証処理のために用いる情報並びに信号の送受信処理、については、図８に示した通り既存処理であるため、その説明は省略する。
図２は、本実施の形態に係る移動局ＵＥの機能ブロック構成を示す図である。移動局ＵＥとは、例えば、携帯電話やスマートフォン等、ＳＩＭ（subscriber identity module）カードを格納可能であり、無線通信機能を備えた情報処理端末である。本実施の形態において、移動局ＵＥは、受信部１１と、制御部１２と、送信部１３と、記憶部１４と、を備えて構成される。
受信部１１は、無線基地局ｅＮＢからブロードキャスト送信された“Public Key”（公開鍵）を受信し、記憶部１４へ記憶させる機能を備えて構成される。
制御部１２は、移動局ＵＥのＡｔｔａｃｈ処理が初回であるか否かを判定し、初回のＡｔｔａｃｈ処理である場合、“RRC Connection”の確立処理から認証処理へ移行する際、無線基地局ｅＮＢから受信していた“Public Key”を用いて移動局ＵＥのＩＭＳＩを秘匿（暗号化：encryption）し、“NAS Attach Request”に含める処理を行う機能を備えて構成される。尚、ＩＭＳＩとは、上述した通り、移動局ＵＥの固有の識別情報である。一般的には１５桁の数字で構成され、先頭の３桁がＭＭＣ（Mobile Country Number）、それに続く２−３桁がＭＮＣ（Mobile Network Code）、残りの桁がＭＳＩＮ（Mobile Station Identification Number）である。
送信部１３は、秘匿後のＩＭＳＩを含む“NAS Attach Request”が含まれる“RRC Connection Setup Complete”を無線基地局ｅＮＢへ送信する機能を備えて構成される。
記憶部１４は、移動局ＵＥのメモリ又はハードディスクであり、無線基地局ｅＮＢから受信した“Public Key”を読み出し可能に記憶する機能を備えて構成される。
図３は、本実施の形態に係る無線基地局ｅＮＢの機能ブロック構成を示す図である。本実施の形態において、無線基地局ｅＮＢは、送信部３１と、制御部３２と、受信部３３と、記憶部３４と、を備えて構成される。
送信部３１は、“Public Key”を報知情報に含めて移動局ＵＥへブロードキャスト送信する機能を備えて構成される。また、移動局ＵＥから“RRC Connection Setup Complete”を受信した後、認証処理を開始するため、該“RRC Connection Setup Complete”内の“NAS Attach Request”に含まれる秘匿後のＩＭＳＩがそのまま含められた“S1-AP Initial UE Message”を移動管理装置ＭＭＥへ送信する機能を備えて構成される。
制御部３２は、移動局ＵＥから“RRC Connection Setup Complete”を受信した後、認証処理を開始するため、該“RRC Connection Setup Complete”内の“NAS Attach Request”に含まれる秘匿後のＩＭＳＩをそのまま“S1-AP Initial UE Message”内の“NAS Attach Request”に含める機能を備えて構成される。
受信部３３は、移動局ＵＥから送信された“RRC Connection Setup Complete”を受信する機能を備えて構成される。該“RRC Connection Setup Complete”には、“Public Key”を用いて秘匿された移動局ＵＥのＩＭＳＩが含まれている。
記憶部３４は、無線基地局ｅＮＢのメモリ又はハードディスクであり、移動局ＵＥのＩＭＳＩを秘匿するための“Public Key”を記憶しておく機能を備えて構成される。該“Public Key”は、移動管理装置ＭＭＥが記憶する“Private Key”（秘密鍵）と対を成す。
図４は、本実施の形態に係る移動管理装置ＭＭＥの機能ブロック構成を示す図である。本実施の形態において、移動管理装置ＭＭＥは、受信部５１と、制御部５２と、記憶部５３と、を備えて構成される。
受信部５１は、無線基地局ｅＮＢから送信された“S1-AP Initial UE Message”を受信する機能を備えて構成される。該“S1-AP Initial UE Message”には、“Public Key”を用いて秘匿された移動局ＵＥのＩＭＳＩが含まれている。
制御部５２は、“S1-AP Initial UE Message”内の“NAS Attach Request”から秘匿された移動局ＵＥのＩＭＳＩを取り出し、秘匿時に用いられた“Public Key”に対応する“Private Key”を用いて解読（復号化：verification）する処理を行う機能を備えて構成される。
記憶部５３は、移動管理装置ＭＭＥのメモリ又はハードディスクであり、秘匿された移動局ＵＥのＩＭＳＩを解読するための“Private Key”を記憶しておく機能を備えて構成される。該“Private Key”は、無線基地局ｅＮＢが記憶する“Public Key”と対を成す。
尚、上述した、移動局ＵＥ、無線基地局ｅＮＢ、移動管理装置ＭＭＥを構成する各機能部は、無線通信モジュール、有線通信モジュール、プロセッサ、メモリ、機能モジュール、電源等のハードウェア要素を用いて実現可能である。
（３）移動通信システムの動作
次に、図５を参照しながら、第１の実施の形態に係る移動通信システムの処理動作について説明する。図５は、本実施の形態に係る移動通信システムの処理シーケンスを示す図である。
次に、図５を参照しながら、第１の実施の形態に係る移動通信システムの処理動作について説明する。図５は、本実施の形態に係る移動通信システムの処理シーケンスを示す図である。
まず、無線基地局ｅＮＢが、“Public Key”を報知情報でブロードキャスト送信する（ステップＳ１０１）。
次に、該報知情報を受信した移動局ＵＥは、該報知情報に含まれる“Public Key”を取得して一旦記憶し、無線基地局ｅＮＢとの間で“RRC Connection”の確立処理を実行する（ステップＳ１０２）。該確立処理とは、“RRC Connection”を確立するための既存処理であり、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間で、“RA preamble”、“RA Response”、“RRC Connection Request”、“RRC Connection Setup”を送受信することにより実現される。
次に、移動局ＵＥは、無線基地局ｅＮＢから“RRC Connection Setup”を受信した後、現在のＡｔｔａｃｈ処理が初回であるか否かを判定し、初回のＡｔｔａｃｈ処理である場合、無線基地局ｅＮＢから受信していた“Public Key”を用いて移動局ＵＥのＩＭＳＩを暗号化する（ステップＳ１０３）。なお、ＩＭＳＩについては、移動局ＵＥに格納されたＳＩＭカード等から取得できる。
その後、移動局ＵＥは、“Public Key”で暗号化した移動局ＵＥのＩＭＳＩを“NAS Attach Request”に含め、該“NAS Attach Request”を含めた“RRC Connection Setup Complete”を無線基地局ｅＮＢへ送信する（ステップＳ１０４）。なお、“RRC Connection Setup Complete”とは、無線基地局ｅＮＢとの間で“RRC Connection”の確立処理が完了したことを通知するための信号であり、“NAS Attach Request”とは、認証処理を開始するための認証処理要求である。
ここで、“NAS Attach Request”に含まれるデータの例について説明する。例えば、“MCC, MNC, RAND, encPK[RAND xor IMSI］”のようなベリフィケーションパラメータ（Verification parameter）を用いる。MCC（Mobile Country Code）は、電気通信事業者の運用地域である。MNC（Mobile Network Code）は、電気通信事業者の識別コードである。MMCとMNCでPLMN ID（Public Land Mobile Network ID）を表し、PLMN IDに代えてHome PLMN IDを用いてもよい。
RANDは、所定ビット長の乱数（Random number）である。例えば、64bit又は128bitであり、64bit以上が好ましい。乱数値は、Ａｔｔａｃｈ処理毎に変更することが好ましい。また、初回のＡｔｔａｃｈ処理時に用いた乱数値を基準値とし、次回のＡｔｔａｃｈ処理時は該基準値をインクリメント（基準値＋１）し、更に次のＡｔｔａｃｈ処理時は前回の乱数値（基準値＋１）をインクリメントするようにしてもよい。その他、「＋１」を加算する代わりに、例えば「＋２」又は「−１」等、他の固定値をＡｔｔａｃｈ処理毎に加算するようにしてもよい。
encPK[RAND xor IMSI］は、IMSIの値と乱数RANDの値とのXOR値を“Public Key”（PK）で暗号化（encrypt）した値である。ここでは、IMSIの値を、乱数RANDの値と“Public Key”とで二重に暗号化している。該encPK[RAND xor IMSI］の値は、IMSIの値と乱数RANDの値とで移動局ＵＥの固有値となる。なお、上述したベリフィケーションパラメータは一例である。ＩＭＳＩを暗号化できればよいため、該ベリフィケーションパラメータからMCC及びMNCを除いてもよいし、IMSIの値と乱数RANDの値とをXOR演算するのに代えて他の論理演算式（例えば、NAND演算式）を用いてもよいし、論理演算することなくIMSIの値を“Public Key”のみで暗号化（一重の暗号化）してもよい。
次に、無線基地局ｅＮＢは、移動局ＵＥから送信された“RRC Connection Setup Complete”を受信し、認証処理を開始するため、該“RRC Connection Setup Complete”内の“NAS Attach Request”に含まれる暗号化後のＩＭＳＩをそのまま“S1-AP Initial UE Message”内の“NAS Attach Request”に含め、移動管理装置ＭＭＥへ送信する（ステップＳ１０５）。
その後、移動管理装置ＭＭＥは、無線基地局ｅＮＢから送信された“S1-AP Initial UE Message”を受信し、該“S1-AP Initial UE Message”内の“NAS Attach Request”から暗号化されている移動局ＵＥのＩＭＳＩを取り出し、暗号化時に使用していた“Public Key”に対応する“Private Key”を用いて復号する（ステップＳ１０６）。
例えば、上述したベリフィケーションパラメータが用いられている場合、上記“Private Key”を用いてencPK[RAND xor IMSI］を[RAND xor IMSI］に復号する。その後、乱数RANDの値を用いて該[RAND xor IMSI］を非XOR演算（XOR演算の逆算）することによりIMSIの値を復号する。なお、移動管理装置ＭＭＥは、移動局ＵＥで行うIMSIの値と乱数RANDの値との論理演算方法（論理演算式）を予め把握しているものとする。
最後に、移動管理装置ＭＭＥは、復号されたＩＭＳＩを用いて、無線基地局ｅＮＢを介して移動局ＵＥとの間で認証処理を実行する（ステップＳ１０７）。これ以降の処理は、従来の処理と同様である。
（４）作用・効果
第１の実施の形態では、移動局ＵＥが、“Public Key”を用いてＩＭＳＩを暗号化し、暗号化されたＩＭＳＩを“NAS Attach Request”に含めて無線基地局ｅＮＢへ送信し、移動管理装置ＭＭＥは、無線基地局ｅＮＢを介して該“NAS Attach Request”を受信し、該“NAS Attach Request”から暗号化後のＩＭＳＩを取り出して、“Public Key”に対応する“Private Key”を用いて復号する。移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間の無線経路上ではＩＭＳＩが暗号化されているため、仮に取得されたとしても、“Public Key”に対応する“Private Key”を保持していない不正な無線基地局ｅＮＢでは復号できず、ＳＩＭのクローンを作成することは不可能となる。従い、第三者によりＩＭＳＩが不正利用される状況を回避することができる。
第１の実施の形態では、移動局ＵＥが、“Public Key”を用いてＩＭＳＩを暗号化し、暗号化されたＩＭＳＩを“NAS Attach Request”に含めて無線基地局ｅＮＢへ送信し、移動管理装置ＭＭＥは、無線基地局ｅＮＢを介して該“NAS Attach Request”を受信し、該“NAS Attach Request”から暗号化後のＩＭＳＩを取り出して、“Public Key”に対応する“Private Key”を用いて復号する。移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間の無線経路上ではＩＭＳＩが暗号化されているため、仮に取得されたとしても、“Public Key”に対応する“Private Key”を保持していない不正な無線基地局ｅＮＢでは復号できず、ＳＩＭのクローンを作成することは不可能となる。従い、第三者によりＩＭＳＩが不正利用される状況を回避することができる。
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、秘匿されたＩＭＳＩを移動管理装置ＭＭＥで解読する方法について説明した。一方、ＩＭＳＩは無線経路上で取得される可能性が高いため、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間のみで秘匿されていればよい。そこで、第２の実施の形態では、ＩＭＳＩを無線経路上のみで秘匿し、無線基地局ｅＮＢで解読する方法について説明する。
第１の実施の形態では、秘匿されたＩＭＳＩを移動管理装置ＭＭＥで解読する方法について説明した。一方、ＩＭＳＩは無線経路上で取得される可能性が高いため、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間のみで秘匿されていればよい。そこで、第２の実施の形態では、ＩＭＳＩを無線経路上のみで秘匿し、無線基地局ｅＮＢで解読する方法について説明する。
（１）移動通信システムの全体概略構成
本実施の形態に係る移動通信システムの全体構成及び移動局ＵＥの機能については、第１の実施の形態と同様である。また、移動管理装置ＭＭＥは、第１の実施の形態で説明した機能ではなく、従来と同様の機能を持つ。すなわち、移動管理装置ＭＭＥは、第１の実施の形態で説明した、“Public Key”の記憶処理と、秘匿された移動局ＵＥのＩＭＳＩの解読処理と、を実行しない。本実施の形態では、無線基地局ｅＮＢの機能に特徴がある。
本実施の形態に係る移動通信システムの全体構成及び移動局ＵＥの機能については、第１の実施の形態と同様である。また、移動管理装置ＭＭＥは、第１の実施の形態で説明した機能ではなく、従来と同様の機能を持つ。すなわち、移動管理装置ＭＭＥは、第１の実施の形態で説明した、“Public Key”の記憶処理と、秘匿された移動局ＵＥのＩＭＳＩの解読処理と、を実行しない。本実施の形態では、無線基地局ｅＮＢの機能に特徴がある。
（２）移動通信システムの機能ブロック構成
図６は、第２の形態に係る無線基地局ｅＮＢの機能ブロック構成を示す図である。本実施の形態において、無線基地局ｅＮＢは、第１の実施の形態と同様に、送信部３１と、制御部３２と、受信部３３と、記憶部３４と、を備えて構成される。
図６は、第２の形態に係る無線基地局ｅＮＢの機能ブロック構成を示す図である。本実施の形態において、無線基地局ｅＮＢは、第１の実施の形態と同様に、送信部３１と、制御部３２と、受信部３３と、記憶部３４と、を備えて構成される。
送信部３１は、“Public Key”を報知情報に含めて移動局ＵＥへブロードキャスト送信する機能を備えて構成される。また、移動局ＵＥから“RRC Connection Setup Complete”を受信した後、認証処理を開始するため、解読したＩＭＳＩが含められた“S1-AP Initial UE Message”を移動管理装置ＭＭＥへ送信する機能を備えて構成される。
制御部３２は、移動局ＵＥから“RRC Connection Setup Complete”を受信した後、該“RRC Connection Setup Complete”内の“NAS Attach Request”から秘匿された移動局ＵＥのＩＭＳＩを取り出し、秘匿時に用いられた“Public Key”に対応する“Private Key”を用いて解読する処理を行う機能を備えて構成される。
受信部３３は、第１の実施の形態と同様の機能を備えて構成される。
記憶部３４は、移動局ＵＥのＩＭＳＩを秘匿するための“Public Key”と、秘匿された移動局ＵＥのＩＭＳＩを解読するための“Private Key”と、を記憶しておく機能を備えて構成される。それら２つの鍵は対を成す。
（３）移動通信システムの動作
次に、図７を参照しながら、第２の実施の形態に係る移動通信システムの処理動作について説明する。図７は、本実施の形態に係る移動通信システムの処理シーケンスを示す図である。ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４の各処理は、第１の実施の形態で説明したステップＳ１０１〜ステップＳ１０４の各処理とそれぞれ同様である。
次に、図７を参照しながら、第２の実施の形態に係る移動通信システムの処理動作について説明する。図７は、本実施の形態に係る移動通信システムの処理シーケンスを示す図である。ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４の各処理は、第１の実施の形態で説明したステップＳ１０１〜ステップＳ１０４の各処理とそれぞれ同様である。
次に、無線基地局ｅＮＢは、移動局ＵＥから送信された“RRC Connection Setup Complete”を受信し、認証処理を開始するため、該“RRC Connection Setup Complete”内の“NAS Attach Request”に含まれる暗号化後のＩＭＳＩを取り出し、暗号時に用いられた“Public Key”に対応する“Private Key”を用いて復号する（ステップＳ２０５）。復号の方法については、第１の実施の形態で説明した方法と同様である。
その後、無線基地局ｅＮＢは、復号した移動局ＵＥのＩＭＳＩを“NAS Attach Request”に含め、該“NAS Attach Request”を含めた“S1-AP Initial UE Message”を無線基地局ｅＮＢへ送信する（ステップＳ２０６）。これ以降の処理は、従来の処理と同様である。
（４）作用・効果
第２の実施の形態では、移動局ＵＥが、“Public Key”を用いてＩＭＳＩを暗号化し、暗号化されたＩＭＳＩを“NAS Attach Request”に含めて無線基地局ｅＮＢへ送信し、無線基地局ｅＮＢは、該“NAS Attach Request”を受信し、該“NAS Attach Request”から暗号化後のＩＭＳＩを取り出して、“Public Key”に対応する“Private Key”を用いて復号する。本実施の形態の場合であっても、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間の無線経路上ではＩＭＳＩが暗号化されているため、仮に取得されたとしても、“Public Key”に対応する“Private Key”を保持していない不正な無線基地局ｅＮＢでは復号できず、ＳＩＭのクローンを作成することは不可能となる。従い、第１の実施の形態の場合と同様に、第三者によりＩＭＳＩが不正利用される状況を回避することができる。
第２の実施の形態では、移動局ＵＥが、“Public Key”を用いてＩＭＳＩを暗号化し、暗号化されたＩＭＳＩを“NAS Attach Request”に含めて無線基地局ｅＮＢへ送信し、無線基地局ｅＮＢは、該“NAS Attach Request”を受信し、該“NAS Attach Request”から暗号化後のＩＭＳＩを取り出して、“Public Key”に対応する“Private Key”を用いて復号する。本実施の形態の場合であっても、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間の無線経路上ではＩＭＳＩが暗号化されているため、仮に取得されたとしても、“Public Key”に対応する“Private Key”を保持していない不正な無線基地局ｅＮＢでは復号できず、ＳＩＭのクローンを作成することは不可能となる。従い、第１の実施の形態の場合と同様に、第三者によりＩＭＳＩが不正利用される状況を回避することができる。
［第１，２の実施の形態の応用例１］
上述した２つの実施の形態は、無線経路上でＩＭＳＩを秘匿するため、“Private Key”を保持しない不正な無線基地局ｅＮＢでは該ＩＭＳＩを解読することができず、それゆえに一定の効果はある。ここで、前述した通り、IMSIの値は乱数RANDの値と“Public Key”とで二重に暗号化されるが、それら２つの値が常時に使用されてしまうと、いずれはＩＭＳＩの解読に至る可能性がある。そこで、乱数RANDの値と“Private Key”とを更新する方法が考えられる。
上述した２つの実施の形態は、無線経路上でＩＭＳＩを秘匿するため、“Private Key”を保持しない不正な無線基地局ｅＮＢでは該ＩＭＳＩを解読することができず、それゆえに一定の効果はある。ここで、前述した通り、IMSIの値は乱数RANDの値と“Public Key”とで二重に暗号化されるが、それら２つの値が常時に使用されてしまうと、いずれはＩＭＳＩの解読に至る可能性がある。そこで、乱数RANDの値と“Private Key”とを更新する方法が考えられる。
（応用例１：乱数RANDの値の更新）
移動局ＵＥは、乱数RANDの値を定期的又は不定期に変更し、変更後の値を用いてＩＭＳＩを秘匿する。一方、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢは、上述の通り、“NAS Attach Request”に含まれるベリフィケーションパラメータから、乱数RANDの値と解読したIMSIの値とを取得することが可能であることから、初回のＡｔｔａｃｈ処理時に取得していた乱数RANDの値と解読したIMSIの値とを対応付けた組み合わせを記憶しておく。その後、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢは、新たに初回のＡｔｔａｃｈ処理時が行われた場合、該新たに取得した同じ組み合わせと前回の組み合わせとを比較し、両者が合致する場合、認証処理を開始することなく、Ａｔｔａｃｈ処理を中止するため“Attach Reject”を返信する。これは、移動局ＵＥで乱数RANDの値の変更が行われていないからであり、不正な無線基地局ｅＮＢによる前回の乱数RANDの値を用いた“Replay Attack”等が考えられるからである。なお、その際、乱数RANDの値を更新すべき旨、又は、乱数RANDの値を更新した後にＡｔｔａｃｈ処理を行う旨を含めた“Attach Reject”を返信してもよい。一方、上記比較の結果、両者が合致しない場合は、移動局ＵＥで行われるべき乱数RANDの値の変更が行われているため、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢは認証処理を開始する。尚、比較の対象としては、乱数RANDの値と解読したIMSIの値との組み合わせに代えて、乱数RANDの値と解読する前のencPK[RAND xor IMSI］の値との組み合わせを用いてもよい。
移動局ＵＥは、乱数RANDの値を定期的又は不定期に変更し、変更後の値を用いてＩＭＳＩを秘匿する。一方、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢは、上述の通り、“NAS Attach Request”に含まれるベリフィケーションパラメータから、乱数RANDの値と解読したIMSIの値とを取得することが可能であることから、初回のＡｔｔａｃｈ処理時に取得していた乱数RANDの値と解読したIMSIの値とを対応付けた組み合わせを記憶しておく。その後、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢは、新たに初回のＡｔｔａｃｈ処理時が行われた場合、該新たに取得した同じ組み合わせと前回の組み合わせとを比較し、両者が合致する場合、認証処理を開始することなく、Ａｔｔａｃｈ処理を中止するため“Attach Reject”を返信する。これは、移動局ＵＥで乱数RANDの値の変更が行われていないからであり、不正な無線基地局ｅＮＢによる前回の乱数RANDの値を用いた“Replay Attack”等が考えられるからである。なお、その際、乱数RANDの値を更新すべき旨、又は、乱数RANDの値を更新した後にＡｔｔａｃｈ処理を行う旨を含めた“Attach Reject”を返信してもよい。一方、上記比較の結果、両者が合致しない場合は、移動局ＵＥで行われるべき乱数RANDの値の変更が行われているため、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢは認証処理を開始する。尚、比較の対象としては、乱数RANDの値と解読したIMSIの値との組み合わせに代えて、乱数RANDの値と解読する前のencPK[RAND xor IMSI］の値との組み合わせを用いてもよい。
（応用例２：“Private Key”の更新）
無線基地局ｅＮＢは、“Public Key”を定期的又は不定期に変更し、報知情報に含める“Public Key”を随時更新する。又は、無線基地局ｅＮＢは、既存の報知情報を利用するのに代えて、更新後の“Public Key”を含めた報知変更情報を新たにブロードキャストしてもよい。後者の場合は、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間で送受信される信号が新たに追加されることになる。一方、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢで保持されている“Private Key”は、“Public Key”が更新される毎に更新される。尚、“Private Key”及び“Public Key”の２つの鍵の生成方法については、従来技術を用いて実現可能である。また、該２つ鍵の生成装置は任意であり、例えば、無線基地局ｅＮＢが生成し、一方の鍵を“Private Key”として移動管理装置ＭＭＥへ送信する。
無線基地局ｅＮＢは、“Public Key”を定期的又は不定期に変更し、報知情報に含める“Public Key”を随時更新する。又は、無線基地局ｅＮＢは、既存の報知情報を利用するのに代えて、更新後の“Public Key”を含めた報知変更情報を新たにブロードキャストしてもよい。後者の場合は、移動局ＵＥと無線基地局ｅＮＢとの間で送受信される信号が新たに追加されることになる。一方、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢで保持されている“Private Key”は、“Public Key”が更新される毎に更新される。尚、“Private Key”及び“Public Key”の２つの鍵の生成方法については、従来技術を用いて実現可能である。また、該２つ鍵の生成装置は任意であり、例えば、無線基地局ｅＮＢが生成し、一方の鍵を“Private Key”として移動管理装置ＭＭＥへ送信する。
［第１，２の実施の形態の応用例２］
上述した２つの実施の形態では、ＩＭＳＩを秘匿する場合について説明した。一方、少なくともＩＭＳＩが秘匿できればよいため、移動局ＵＥは、該ＩＭＳＩが含まれる“NAS Attach Request”を秘匿してもよい。この場合、ステップＳ１０４又はステップＳ２０４の“RRC Connection Setup Complete”は、例えば“RRC Connection Setup Complete（MCC, MNC, RAND, encPK[RAND xor NAS Attach Request (IMSI)］）”となる。この場合であっても、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢは、該“RRC Connection Setup Complete”に含まれる乱数RANDの値と、保持する“Private Key”とを用いて“NAS Attach Request”を解読可能であり、秘匿前のＩＭＳＩを取得可能である。
上述した２つの実施の形態では、ＩＭＳＩを秘匿する場合について説明した。一方、少なくともＩＭＳＩが秘匿できればよいため、移動局ＵＥは、該ＩＭＳＩが含まれる“NAS Attach Request”を秘匿してもよい。この場合、ステップＳ１０４又はステップＳ２０４の“RRC Connection Setup Complete”は、例えば“RRC Connection Setup Complete（MCC, MNC, RAND, encPK[RAND xor NAS Attach Request (IMSI)］）”となる。この場合であっても、移動管理装置ＭＭＥ又は無線基地局ｅＮＢは、該“RRC Connection Setup Complete”に含まれる乱数RANDの値と、保持する“Private Key”とを用いて“NAS Attach Request”を解読可能であり、秘匿前のＩＭＳＩを取得可能である。
［その他の実施の形態］
以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。また、本実施の形態では、第３世代の移動通信システムであるＬＴＥの場合を例に説明したが、他の世代、例えば、第４世代、第５世代等の移動通信システムに適用することも考えられる。
以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。また、本実施の形態では、第３世代の移動通信システムであるＬＴＥの場合を例に説明したが、他の世代、例えば、第４世代、第５世代等の移動通信システムに適用することも考えられる。
さらに、上述した実施の形態におけるシーケンス及びフローチャートなどは、矛盾の無い限り、順序を入れ替えてもよい。
また、本明細書で説明した用語及び／または本明細書の理解に必要な用語については、同一のまたは類似する意味を有する用語と置き換えてもよい。例えば、チャネル及び／またはシンボルは信号（シグナル）であってもよい。また、信号はメッセージであってもよい。また、「システム」及び「ネットワーク」という用語は、互換的に使用されてもよい。
さらに、パラメータなどは、絶対値で表されてもよいし、所定の値からの相対値で表されてもよいし、対応する別の情報で表されてもよい。例えば、無線リソースはインデックスで指示されるものであってもよい。
eNBは、１つまたは複数（例えば、３つ）のセル（セクタとも呼ばれる）を収容することができる。基地局が複数のセルを収容する場合、基地局のカバレッジエリア全体は複数のより小さいエリアに区分でき、各々のより小さいエリアは、基地局サブシステム（例えば、屋内用の小型基地局RRH：Remote Radio Head）によって通信サービスを提供することもできる。
「セル」または「セクタ」という用語は、このカバレッジにおいて通信サービスを行う基地局、及び／または基地局サブシステムのカバレッジエリアの一部または全体を指す。さらに、「基地局」「eNB」、「セル」、及び「セクタ」という用語は、本明細書では互換的に使用され得る。基地局は、固定局（fixed station）、NodeB、eNodeB（eNB）、アクセスポイント（access point）、フェムトセル、スモールセルなどの用語で呼ばれる場合もある。
UEは、当業者によって、加入者局、モバイルユニット、加入者ユニット、ワイヤレスユニット、リモートユニット、モバイルデバイス、ワイヤレスデバイス、ワイヤレス通信デバイス、リモートデバイス、モバイル加入者局、アクセス端末、モバイル端末、ワイヤレス端末、リモート端末、ハンドセット、ユーザエージェント、モバイルクライアント、クライアント、またはいくつかの他の適切な用語で呼ばれる場合もある。
本明細書で使用する「に基づいて」という記載は、別段に明記されていない限り、「のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「に基づいて」という記載は、「のみに基づいて」と「に少なくとも基づいて」の両方を意味する。
さらに、「含む（including）」、「含んでいる（comprising）」、及びそれらの変形の用語は、「備える」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本明細書或いは特許請求の範囲において使用されている用語「または（or）」は、排他的論理和ではないことが意図される。
本明細書で使用した「第１」、「第２」などの呼称を使用した要素へのいかなる参照も、それらの要素の量または順序を全般的に限定するものではない。これらの呼称は、２つ以上の要素間を区別する便利な方法として本明細書で使用され得る。したがって、第１及び第２の要素への参照は、２つの要素のみがそこで採用され得ること、または何らかの形で第１の要素が第２の要素に先行しなければならないことを意味しない。
本明細書の全体において、例えば、英語でのa, an, 及びtheのように、翻訳により冠詞が追加された場合、これらの冠詞は、文脈から明らかにそうではないことが示されていなければ、複数のものを含むものとする。
尚、本発明は、下記のように表現されてもよい。 本発明の一態様は、移動局と、前記移動局との間で無線通信を行う通信網と、を備えた移動通信システムにおいて、前記移動局は、公開鍵を用いて前記移動局の識別情報を暗号化する制御部と、前記暗号化された識別情報を、アタッチ時に認証処理を行うための認証処理要求に含めて前記通信網へ送信する送信部と、を備え、前記通信網は、前記認証処理要求を受信する受信部と、前記認証処理要求に含まれる前記暗号化された識別情報を前記公開鍵に対応する秘密鍵を用いて復号する制御部と、を備えることを要旨とする。
本発明の一態様は、前記通信網は、前記公開鍵を報知情報に含めて送信する送信部、を更に備え、前記移動局の制御部は、前記通信網からの報知情報に含まれる公開鍵を用いて移動局の識別情報を暗号化することを要旨とする。
本発明の一態様は、前記移動局の制御部は、前記公開鍵と所定の乱数とを用いて移動局の識別情報を暗号化し、前記通信網の制御部は、前記認証処理要求に含まれる前記乱数と、前記公開鍵に対応する秘密鍵とを用いて、前記暗号化された識別情報を復号することを要旨とする。
本発明の一態様は、前記通信網の制御部は、所定の認証処理要求に含まれる前記乱数と前記移動局の識別情報との組み合わせを記憶しておき、他の認証処理要求に含まれる乱数と移動局の識別情報との組み合わせが、前記記憶していた組み合わせと同じ場合、前記他の認証処理要求に応じないことを要旨とする。
本発明の一態様は、前記通信網の制御部は、前記他の認証処理要求に含まれる乱数を変更することを前記移動局へ要求することを要旨とする。
本発明の一態様は、前記通信網の制御部は、前記通信網を構成する無線基地局、又は、前記無線基地局を収容する移動管理装置が備えることを要旨とする。
本発明の一態様は、前記暗号化の対象は、前記移動局の識別情報に代えて、前記移動局の識別情報が含まれる認証処理要求であることを要旨とする。
本発明の一態様は、通信網との間で無線通信を行う移動局において、公開鍵を用いて前記移動局の識別情報を暗号化する制御部と、前記暗号化された識別情報を、アタッチ時に認証処理を行うための認証処理要求に含めて前記通信網へ送信する送信部と、を備えることを要旨とする。
本発明の一態様は、移動局との間で無線通信を行う通信網において、公開鍵を用いて暗号化された前記移動局の識別情報が含まれた認証処理要求であって、アタッチ時に認証処理を行うための前記認証処理要求を受信する受信部と、前記認証処理要求に含まれる前記暗号化された識別情報を前記公開鍵に対応する秘密鍵を用いて復号する制御部と、を備えることを要旨とする。
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
なお、日本国特許出願第2015-237500号（2015年12月4日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
本発明によれば、ＩＭＳＩの不正利用を回避できる。
ＵＥ…移動局
１１…受信部
１２…制御部
１３…送信部
１４…記憶部
ｅＮＢ…無線基地局
３１…送信部
３２…制御部
３３…受信部
３４…記憶部
ＭＭＥ…移動管理装置
５１…受信部
５２…制御部
５３…記憶部
Ｓ１０１−Ｓ１０７、Ｓ２０１−Ｓ２０６、Ｓ３０１−Ｓ３０２…ステップ
１１…受信部
１２…制御部
１３…送信部
１４…記憶部
ｅＮＢ…無線基地局
３１…送信部
３２…制御部
３３…受信部
３４…記憶部
ＭＭＥ…移動管理装置
５１…受信部
５２…制御部
５３…記憶部
Ｓ１０１−Ｓ１０７、Ｓ２０１−Ｓ２０６、Ｓ３０１−Ｓ３０２…ステップ
Claims (7)
- 移動局と、前記移動局との間で無線通信を行う通信網と、を備えた移動通信システムにおいて、
前記移動局は、
公開鍵を用いて前記移動局の識別情報を暗号化する制御部と、
前記暗号化された識別情報を、アタッチ時に認証処理を行うための認証処理要求に含めて前記通信網へ送信する送信部と、を備え、
前記通信網は、
前記認証処理要求を受信する受信部と、
前記認証処理要求に含まれる前記暗号化された識別情報を前記公開鍵に対応する秘密鍵を用いて復号する制御部と、
を備え、
前記通信網の制御部は、所定の認証処理要求に含まれる乱数と前記移動局の識別情報との組み合わせを記憶しておき、他の認証処理要求に含まれる乱数と移動局の識別情報との組み合わせが、前記記憶していた組み合わせと同じ場合、前記他の認証処理要求に応じないことを特徴とする移動通信システム。 - 前記通信網は、前記公開鍵を報知情報に含めて送信する送信部、を更に備え、
前記移動局の制御部は、
前記通信網からの報知情報に含まれる公開鍵を用いて移動局の識別情報を暗号化することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。 - 前記移動局の制御部は、前記公開鍵と所定の乱数とを用いて移動局の識別情報を暗号化し、
前記通信網の制御部は、
前記認証処理要求に含まれる前記乱数と、前記公開鍵に対応する秘密鍵とを用いて、前記暗号化された識別情報を復号することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。 - 前記通信網の制御部は、
前記他の認証処理要求に含まれる乱数を変更することを前記移動局へ要求することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。 - 前記通信網の制御部は、
前記通信網を構成する無線基地局、又は、前記無線基地局を収容する移動管理装置が備えることを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。 - 前記暗号化の対象は、
前記移動局の識別情報に代えて、前記移動局の識別情報が含まれる認証処理要求であることを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。 - 移動局との間で無線通信を行う通信網において、
公開鍵を用いて暗号化された前記移動局の識別情報が含まれる認証処理要求であって、アタッチ時に認証処理を行うための前記認証処理要求を受信する受信部と、
前記認証処理要求に含まれる前記暗号化された識別情報を前記公開鍵に対応する秘密鍵を用いて復号する制御部と、
を備え、
前記制御部は、所定の認証処理要求に含まれる乱数と前記移動局の識別情報との組み合わせを記憶しておき、他の認証処理要求に含まれる乱数と移動局の識別情報との組み合わせが、前記記憶していた組み合わせと同じ場合、前記他の認証処理要求に応じないことを特徴とする通信網。
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