JP6741011B2 - 通信システム及び認証方法 - Google Patents

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Description

本発明は、セキュリティ管理用の装置、システム、及び方法に関し、特に、ＵＥ（User Equipment）用のセキュリティコンテキストを管理する技術に関する。
現在のＥＰＳ（Evolved Packet System）においては、例えば、非特許文献１に記載されているように、ＡＫＡ（Authentication and Key Agreement）プロシージャ及びＮＡＳ（Non Access Stratum） ＳＭＣ（Security Mode Command）プロシージャを実行することで、ＵＥ用のＮＡＳセキュリティコンテキスト（以下、“ＵＥコンテキスト”又は単純に“セキュリティコンテキスト”と適宜称す）を、ＵＥとＭＭＥ（Mobility Management Entity）との間で共有している。
ＮＡＳセキュリティコンテキストは、関連するＫＳＩ（Key Set Identifier）等と共にＫａｓｍｅを含む。Ｋａｓｍｅ及びＫＳＩは、ＵＥ及びＭＭＥの両方で同じＮＡＳキーを導出するために使用される。ＮＡＳキーは、ＵＥとＭＭＥとの間のトラフィックの完全性（protecting）及び機密性（confidentiality）を保護するために使用される。
しかし、この出願の発明者等は、現在のアーキテクチャにおいては、以下の問題が発生する可能性があることを見出した。
具体的には、移動のときには（in mobility）、新ＭＭＥ（new MME）は、旧ＭＭＥ（old MME）又はＳＧＳＮ（Serving GPRS（General Packet Radio Service）Support Node）から、UEコンテキストを読み出す（retrieve）必要がある。そのためには、ＵＥは、ＧＵＴＩ（Globally Unique Temporary Identity）又はＰ−ＴＭＳＩ（Packet-TMSI（Temporary Mobile Subscriber Identity））において、旧ＭＭＥ／ＳＧＳＮ（ＭＭＥ又はＳＧＳＮ）を示す必要がある。なお、新ＭＭＥは、ＵＥが新規にアタッチするＭＭＥであり、旧ＭＭＥ／ＳＧＳＮは、ＵＥが以前にアタッチしていたＭＭＥ／ＳＧＳＮである。
その間に、旧ＭＭＥ／ＳＧＳＮは、ＵＥコンテキストをすでに除去（have already removed）している可能性がある。このケースでは、新ＭＭＥのイニシアチブの下で、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣ（ＡＫＡ、及び、ＮＡＳ ＳＭＣ）プロシージャが再度実行される。このような冗長的な実行は、デバイス／ノード（デバイス及びノード）への、特にＭＭＥへの、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャ及びそれらの間の全てのインターフェースに関連する、シグナリングの過負荷を引き起こす。ＵＥ数が増加すると、このような過負荷はより目立つようになる。
さらに、オンデマンドでＭＭＥを生成及び／又は除去するために仮想化（virtualization）が必要になると予測されている。このケースでは、ＵＥコンテキストは、頻繁に読み出され及び／又は除去される。そのため、過負荷は、移動のケースで生じる。
そこで、本発明の目的は、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャの過負荷を軽減するための解決法を提供することにある。
上述の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、１つ以上の第１のＭＭＥと、前記第１のＭＭＥから分離されている第２のＭＭＥと、を含むネットワークシステムを提供する。前記第１のＭＭＥは、前記第１のＭＭＥにアタッチするＵＥ用のセキュリティコンテキストを、前記第２のＭＭＥにプッシュする。前記第２のＭＭＥは、前記セキュリティコンテキストを格納する。
本発明の第２の態様によれば、ＭＭＥが提供され、前記ＭＭＥは、前記ＭＭＥにアタッチするＵＥ用のセキュリティコンテキストを、前記ＭＭＥから分離されている第２のＭＭＥにプッシュするプッシュ手段を含む。前記第２のＭＭＥは、前記ＵＥがアタッチ可能であって前記ＭＭＥとは異なる１つ以上の第１のＭＭＥからも分離されている。
本発明の第３の態様によれば、ＭＭＥでセキュリティコンテキストを管理する方法が提供される。この方法は、前記ＭＭＥにアタッチするＵＥ用のセキュリティコンテキストを、前記ＭＭＥから分離されている第２のＭＭＥにプッシュすることを含む。前記第２のＭＭＥは、前記ＵＥがアタッチ可能であって前記ＭＭＥとは異なる１つ以上の第１のＭＭＥからも分離されている。
本発明の第４の態様によれば、１つ以上の第１のＭＭＥから分離されているＭＭＥでセキュリティコンテキストを管理する方法が提供される。この方法は、前記第１のＭＭＥにアタッチするＵＥ用のセキュリティコンテキストであって、前記第１のＭＭＥからプッシュされたセキュリティコンテキストを受信することと、前記セキュリティコンテキストを格納することと、を含む。
本発明の第５の態様によれば、１つ以上の第１のＭＭＥと、前記第１のＭＭＥから分離されている第２のＭＭＥと、を含むネットワークシステムが提供される。前記第２のＭＭＥは、前記第１のＭＭＥにアタッチすることをリクエストするＵＥ用のセキュリティコンテキストを生成し、前記セキュリティコンテキストを前記第１のＭＭＥにプッシュする。前記第１のＭＭＥは、前記セキュリティコンテキストを格納する。
本発明の第６の態様によれば、ＭＭＥが提供され、前記ＭＭＥは、前記ＭＭＥから分離されている第２のＭＭＥから、前記ＭＭＥにアタッチすることをリクエストするＵＥ用のセキュリティコンテキストを受信する受信手段と、前記セキュリティコンテキストを格納する格納手段と、を含む。前記第２のＭＭＥは、前記ＵＥがアタッチ可能であって前記ＭＭＥとは異なる１つ以上の第１のＭＭＥからも分離されている。
本発明の第７の態様によれば、１つ以上の第１のＭＭＥから分離されているＭＭＥが提供される。このＭＭＥは、前記第１のＭＭＥにアタッチすることをリクエストするＵＥ用のセキュリティコンテキストを生成する生成手段と、前記セキュリティコンテキストを前記第１のＭＭＥにプッシュするプッシュ手段と、を含む。
本発明の第８の態様によれば、ＭＭＥでセキュリティコンテキストを管理する方法が提供される。この方法は、前記ＭＭＥから分離されている第２のＭＭＥから、前記ＭＭＥにアタッチすることをリクエストするＵＥ用のセキュリティコンテキストを受信することと、前記セキュリティコンテキストを格納することと、を含む。前記第２のＭＭＥは、前記ＵＥがアタッチ可能であって前記ＭＭＥとは異なる１つ以上の第１のＭＭＥからも分離されている。
本発明の第９の態様によれば、１つ以上の第１のＭＭＥから分離されているＭＭＥでセキュリティコンテキストを管理する方法が提供される。この方法は、前記第１のＭＭＥにアタッチすることをリクエストするＵＥ用のセキュリティコンテキストを生成することと、前記セキュリティコンテキストを前記第１のＭＭＥにプッシュすることと、を含む。
本発明の第１０の態様によれば、１つ以上の第１のＭＭＥと、前記第１のＭＭＥから分離されている第２のＭＭＥと、を含むネットワークシステムが提供される。前記第２のＭＭＥは、ネットワークにアタッチすることをリクエストするＵＥ用のセキュリティコンテキストを、前記ＵＥが無線接続するｅＮＢへのダイレクト接続（direct connection）を介して、集中的に管理（centrally manages）する。前記第１のＭＭＥは、前記第２のＭＭＥへの前記ＵＥの移動をサポートする。
本発明の第１１の態様によれば、１つ以上の第１のＭＭＥから分離されているＭＭＥが提供される。このＭＭＥは、ネットワークにアタッチすることをリクエストするＵＥ用のセキュリティコンテキストを、前記ＵＥが無線接続するｅＮＢへのダイレクト接続（direct connection）を介して、集中的に管理（centrally managing）する管理手段を含む。前記第１のＭＭＥは、前記ＭＭＥへの前記ＵＥの移動をサポートする。
本発明の第１２の態様によれば、１つ以上の第１のＭＭＥから分離されているＭＭＥでセキュリティコンテキストを管理する方法が提供される。この方法は、ネットワークにアタッチすることをリクエストするＵＥ用のセキュリティコンテキストを、前記ＵＥが無線接続するｅＮＢへのダイレクト接続（direct connection）を介して、集中的に管理（centrally managing）することを含む。前記第１のＭＭＥは、前記ＭＭＥへの前記ＵＥの移動をサポートする。
本発明によれば、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャの過負荷を軽減するための解決法を提供することが可能であり、それによって、上述の問題の少なくとも一部又は全部を解決する。
本発明の実施の形態に係るネットワークシステムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係るネットワークシステムにおけるデバイス／ノード間のシグナリング接続の関係に関する第１のケースを示すブロック図である。 第１のケースにおける第１の動作例を示すシーケンス図である。 第１のケースにおける第２の動作例を示すシーケンス図である。 実施の形態に係るネットワークシステムにおけるデバイス／ノード間のシグナリング接続の関係に関する第２のケースを示すブロック図である。 第２のケースにおける第１の動作例を示すシーケンス図である。 第２のケースにおける第２の動作例を示すシーケンス図である。 実施の形態に係るネットワークシステムにおけるデバイス／ノード間のシグナリング接続の関係に関する第３のケースを示すブロック図である。 第３のケースにおける第１の動作例を示すシーケンス図である。 第３のケースにおける第２の動作例を示すシーケンス図である。 実施の形態に係るＭＭＥの第１の構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係るＭＭＥの第２の構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係るＭＭＥの第３の構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係るＭＭＥの第４の構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係るＭＭＥの第５の構成例を示すブロック図である。 第１のケースにおける、実施の形態に係るＭＭＥの概念的な構成を示すブロック図である。 第２及び第３のケースにおける、実施の形態に係るＭＭＥの概念的な構成を示すブロック図である。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る装置、システム、及び方法の実施の形態について説明する。
図１に示されるように、この実施の形態に係るネットワークシステムは、１つ以上のＭＭＥ３０＿１及び３０＿２（以下、適宜、まとめて符号３０で示す）と、ｃＭＭＥ（cloud MME）４０と、を含む。なお、図１には、２つのＭＭＥ３０＿１及び３０＿２が示されているが、ネットワークシステムは、３よりも多い数のＭＭＥを備えていても良い。このようなケースでも、以下の説明は、同様に適用可能である。
簡潔に言えば、ｃＭＭＥ４０は、例えば、ＵＥ１０用のセキュリティコンテキストを格納するための、オフロードロケーション（offload location）としての役割を持つ。ここで、ＵＥ１０は、ｅＮＢ２０＿１〜２０＿３（以下、適宜、まとめて符号２０で示す）の任意の１つと無線接続する。さらに、後述のように、ＵＥ１０は、ｅＮＢ２０を介して、ＭＭＥ３０＿１及び３０＿２及びｃＭＭＥ４０の任意の１つにアタッチする。なお、図１には、１つのＵＥ及び３つのｅＮＢが示されているが、ネットワークシステムは、２よりも多い数のＵＥを備えていても良いし、３よりも少ない又は多い数のｅＮＢを備えていても良い。このようなケースでも、以下の説明は、同様に適用可能である。
言い換えれば、セキュリティコンテキストは、ＭＭＥ３０自身ではなく、クラウド（ｃＭＭＥ４０）に格納される。稼働を開始（going live）する任意のＭＭＥは、オフロードロケーション（ｃＭＭＥ４０）に安全に接続するために、コンテキストを有している。オフロードロケーションは、分散又は集約させることが可能である。オフロードロケーションの仮想イメージは、ユーザ、使用法（usage）等のパターンに基づいて、定められたロケーション（a given location）で上下させることができる（could be brought up or down）。さらに、オフロードロケーションは、クラウドによって構成するだけでなく、例えば、ＭＭＥのプールに代表される（represents）、実体のある（tangible）ＭＭＥによって構成しても良い。
さらに、ＭＭＥ３０及びｃＭＭＥ４０は、ＡＫＡプロシージャでＵＥ１０を認証するために必要な認証情報（credentials）を取得するために、ＨＳＳ（Home Subscriber Server）５０にオンデマンドでアクセスすることが可能である。
続いて、図２〜図１０を参照して、以下のケースＡ〜Ｃに関する、この実施の形態の動作例について説明する。
＜ケースＡ＞
このケース“Ａ”は、ｃＭＭＥ４０がセキュリティコンテキストを格納するのみの役割を持つケースである。
つまり、図１６に概念的に示されるように、ｃＭＭＥ４０は、セキュリティコンテキストストレージ１０１、受信ユニット１０２、及び送信ユニット１０３を含む。受信ユニット１０２は、ＭＭＥ３０からセキュリティコンテキストを受信し、受信したセキュリティコンテキストをストレージ１０１に格納する。送信ユニット１０３は、ＭＭＥ３０からのリクエストに対するレスポンスとして、ストレージ１０１から格納されたセキュリティコンテキストを読み出し、読み出したコンテキストをＭＭＥ３０に送信する。
一方、ＭＭＥ３０は、セキュリティ機能ユニット２０１、移動管理ユニット２０２、送信ユニット２０３、及び受信ユニット２０４を含む。セキュリティ機能ユニット２０１は、ＵＥ１０用のセキュリティコンテキストの生成及びアップデートを行う。移動管理ユニット２０２は、ＵＥ１０の移動を管理する。送信ユニット２０３及び受信ユニット２０４は、ＵＥ１０、ＭＭＥ３０、及びＨＳＳ５０との間で、様々なシグナリングメッセージの送信及び受信を行う。特に、送信ユニット２０３は、セキュリティコンテキスト及びそのためのリクエストをｃＭＭＥ４０に送信する。受信ユニット２０４は、ｃＭＭＥ４０からセキュリティコンテキストを受信する。セキュリティコンテキストストレージがｃＭＭＥ４０にシフトされているため、ＭＭＥ３０の機能は、典型的なＭＭＥと比較して、単純化されている。
簡潔に言えば、このケース“Ａ”では、以下の動作（１）〜（４）が実行される。
（１）ＡＫＡ及びＮＡＳ ＳＭＣプロシージャ（ＭＭＥ３０により実行）の結果、ストレージ（ｃＭＭＥ４０）に格納されるべきキーが得られる。
（２）現在のセキュリティコンテキストがストレージ（ｃＭＭＥ４０）に格納される。
（３）ＭＭＥ３０がスイッチオフ又は故障（goes down）する度に、ＭＭＥ３０がストレージ（ｃＭＭＥ４０）に格納された全てのセキュリティコンテキストをアップデートする。
（４）ＵＥ１０がＭＭＥ３０に接続したときに（アタッチ又は移動）、ストレージ（ｃＭＭＥ４０）からセキュリティコンテキストをプルすることが可能である。
上述の動作（１）では、図２に点線で示されるように、ＭＭＥ３０は、既存のインターフェースを介して、オンデマンドでＨＳＳ５０にアクセスすることが可能である。上述の動作（２）〜（４）では、図２に太線で示されるように、ＭＭＥ３０及びｃＭＭＥ４０は、新規のインターフェースを介して、相互にやり取りする（interact with）ことが可能である。
具体的には、図３に示されるように、初期フェーズにおいて、ＵＥ１０は、既存のアタッチプロシージャ等でアタッチリクエストメッセージ（Attach Request message）をＭＭＥ３０に送信する（ステップＳ１１）。
ＭＭＥ３０は、非特許文献１等に記載の既存のＡＫＡ及びＮＡＳ ＳＭＣプロシージャを実行する（ステップＳ１２ａ及びＳ１２ｂ）。ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャが成功すると、ＵＥ１０及びＭＭＥ３０は、ＮＡＳキーを含む、同じＮＡＳセキュリテュコンテキストを共有することになる（ステップＳ１２ｃ）。
その後、ＵＥ１０及びｅＮＢ２０は、相互にやり取りして、ＡＳ（Access Stratum) ＳＭＣプロシージャを実行する（ステップＳ１２ｄ）。ＡＳ ＳＭＣプロシージャが成功すると、ＵＥ１０及びｅＮＢ２０は、ＡＳキーを含む、同じＡＳセキュリテュコンテキストを共有することになる（ステップＳ１２ｅ）。なお、ＡＳキーは、ＵＥ１０とｅＮＢ２０との間のＲＲＣ（Radio Resource Control）プロトコル層でのトラフィックの完全性及び機密性を保護するために使用される。
ＡＳ ＳＭＣプロシージャと並行して、ＭＭＥ３０は、セキュリテュコンテキストアップデートメッセージ（Security Context Update message）をｃＭＭＥ４０に送信する（ステップＳ１３ａ）。このメッセージは、ＵＥ ＩＤ（ＵＥ１０の識別子）と、ＫＳＩ、Ｋａｓｍｅ、及びＮＡＳキーを含むＮＡＳセキュリティコンテキストと、を含む。
ｃＭＭＥ４０は、ステップＳ１３ａで受信したセキュリテュコンテキストを格納し（ステップＳ１３ｂ）、セキュリテュコンテキストアップデートＡｃｋ（Acknowledgment）メッセージ（Security Context Update Ack message）をＭＭＥ３０に送信する（ステップＳ１３ｃ）。
ＭＭＥ３０は、アタッチレスポンスメッセージ（Attach response message）をＵＥ１０に送信する（ステップＳ１４）。
その後、電源オフ、過負荷、又はシステムダウンに起因して、ＭＭＥ３０は、スイッチオフプロシージャを開始する（ステップＳ２１）。
このプロシージャでは、ＭＭＥ３０は、セキュリティコンテキストアップデートメッセージ（Security Context Update message）をｃＭＭＥ４０に送信する（ステップＳ２２ａ）。このメッセージは、ＵＥ ＩＤと、ＫＳＩ、Ｋａｓｍｅ、及びＮＡＳキーを含む、最新のＮＡＳセキュリティコンテキストと、を含む。
ｃＭＭＥ４０は、定められたＵＥ１０（the given UE 10）のために格納されたセキュリティコンテキストを、ステップＳ２２ａで受信した最新のセキュリティコンテキストでアップデートし（ステップＳ２２ｂ）、セキュリテュコンテキストアップデートＡｃｋメッセージ（Security Context Update Ack message）をＭＭＥ３０に送信する（ステップＳ２２ｃ）。
続いて、ＭＭＥ３０は、ＭＭＥ３０がローカルに保持していた（kept local）セキュリティコンテキストを除去する（ステップＳ２３）。
一方、移動のときには、ネットワークシステムは、図４に示されるように動作する。なお、図４に示される動作は、一例として、ＵＥ１０が、以前にＭＭＥ３０＿１にアタッチしていて、新規にＭＭＥ３０＿２にアタッチするケース、すなわち、ＭＭＥ３０＿１が“旧ＭＭＥ（Old MME）”、ＭＭＥ３０＿２が“新ＭＭＥ（New MME）”になるケースである。その一方、移動は、アイドル移動（Idle mobility）、すなわち、ＴＡＵ（Tracking Area Update）、及びハンドオーバプロシージャを含む。
具体的には、ＵＥ１０は、アタッチリクエストメッセージ（Attach Request message）、ＴＡＵリクエストメッセージ（TAU Request message）、又はハンドオーバリクエストメッセージ（Handover Request message）を、新ＭＭＥ３０＿２に送信する（ステップＳ３１）。
新ＭＭＥ３０＿２は、ＵＥ ＩＤを含むセキュリティコンテキストリクエストメッセージ（Security Context Request message）をｃＭＭＥ４０に送信することにより、旧ＭＭＥ３０＿１との処理はせずに（will not go to the Old MME 30_1）、ｃＭＭＥ４０からのセキュリティコンテキストをリクエストする（ステップＳ３２ａ）。
ｃＭＭＥ４０は、受信したＵＥ ＩＤに対応するＵＥのコンテキストを読み出し、ＵＥ ＩＤと、ＫＳＩ、Ｋａｓｍｅ、及びＮＡＳキーを含む、読み出したＮＡＳセキュリティコンテキストと、を含むセキュリティコンテキストレスポンスメッセージ（Security Context Response message）を、新ＭＭＥ３０＿２に送り返す（ステップＳ３２ｂ）。
続いて、新ＭＭＥ３０＿２は、アタッチ又は移動リクエストに対するレスポンスメッセージ（response message）をＵＥ１０に送り返す（ステップＳ３３）。このメッセージは、ｃＭＭＥ４０から受信したＮＡＳキーにより保護することが可能である。
このケース“Ａ”によれば、セキュリティコンテキストは、（ローカルな）ＭＭＥ自身の代わりに、クラウドＭＭＥに格納される。そのため、冗長的なＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャの実行が回避されるため、ＵＥがＭＭＥを変更したとき又はＭＭＥがダウンしたときのシグナリングメッセージを減少させることが可能となる。従って、デバイス／ノードへの、特にＭＭＥへの、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャ及びそれらの間の全てのインターフェースに関連する、シグナリングの過負荷等の、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャの過負荷を軽減することが可能となる。
＜ケースＢ＞
このケース“Ｂ”は、ｃＭＭＥ４０が完全な（complete）セキュリティ機能を備えているケースである。
すなわち、図１７に概念的に示されるように、ｃＭＭＥ４０は、図１６に示される構成要素に追加して、セキュリティ機能ユニット１０４をさらに含む。セキュリティ機能ユニット１０４は、ＭＭＥ３０に代わって、ＵＥ１０用のセキュリティコンテキストの生成及びアップデートを行う。送信ユニット１０３は、セキュリティコンテキストをＭＭＥ３０に送信することが可能である。
一方、図１６に示されるセキュリティ機能ユニット２０１は、ＭＭＥ３０から除去され、セキュリティ機能ユニット１０４として、ｃＭＭＥ４０にシフトされている。そのため、ＭＭＥ３０の機能は、図１６に示されるものと比較して、さらに単純化されている。
簡潔に言えば、このケース“Ｂ”では、以下の動作（１）〜（３）が実行される。
（１）ＡＫＡ及びＮＡＳ ＳＭＣプロシージャはオフロードロケーション（ｃＭＭＥ４０）で発生する。
（２）ＮＡＳキーは、ＳＭＣの後に、ＭＭＥ３０を通る。
（３）ハンドオーバ（Ｓ１又はＸ２）では、ＮＨ（Next Hop）がオフロードロケーション（ｃＭＭＥ４０）で計算され、ｅＮＢ２０を通る。
上述の動作（１）〜（３）では、図５に太線で示されるように、ｃＭＭＥ４０は、新規のインターフェースを介して、ＨＳＳ５０及びＭＭＥ３０とやり取りを行う。
具体的には、図６に示されるように、初期フェーズにおいて、ＵＥ１０は、既存のアタッチプロシージャ等でアタッチリクエストメッセージ（Attach Request message）をＭＭＥ３０に送信する（ステップＳ４１）。
ＵＥ１０とｃＭＭＥ４０との間でＡＫＡ及びＮＡＳ ＳＭＣプロシージャが実行され（ステップＳ４２ａ）、ｃＭＭＥ４０は、オンデマンドでＨＳＳ５０とやり取りを行う（ステップＳ４２ｂ）。ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャが成功すると、ＵＥ１０及びｃＭＭＥ４０は、同じＮＡＳセキュリテュコンテキストを共有することになる（ステップＳ４２ｃ）。
その後、ＵＥ１０及びｅＮＢ２０は、相互にやり取りして、ＡＳ ＳＭＣプロシージャを実行する（ステップＳ４２ｄ）。ＡＳ ＳＭＣプロシージャが成功すると、ＵＥ１０及びｅＮＢ２０は、同じＡＳセキュリテュコンテキストを共有することになる（ステップＳ４２ｅ）。
ＡＳ ＳＭＣプロシージャと並行して、ｃＭＭＥ４０は、セキュリテュコンテキストアップデートメッセージ（Security Context Update message）をＭＭＥ３０に送信する（ステップＳ４３ａ）。このメッセージは、ＵＥ ＩＤと、ＫＳＩ、Ｋａｓｍｅ、及びＮＡＳキーを含むＮＡＳセキュリティコンテキストと、を含む。
ＭＭＥ３０は、ステップＳ４３ａで受信したセキュリテュコンテキストを格納し（ステップＳ４３ｂ）、セキュリテュコンテキストアップデートＡｃｋメッセージ（Security Context Update Ack message）をｃＭＭＥ４０に送信する（ステップＳ４３ｃ）。
続いて、ＭＭＥ３０は、アタッチレスポンスメッセージ（Attach response message）をＵＥ１０に送信する（ステップＳ４４）。
その後、電源オフ、過負荷、又はシステムダウンに起因して、ＭＭＥ３０は、スイッチオフプロシージャを開始する（ステップＳ５１）。
このプロシージャでは、上述のケース“Ａ”とは異なり、ＭＭＥ３０は、ＭＭＥ３０がローカルに保持していたセキュリティコンテキストを単に除去するだけである（ステップＳ５２）。
一方、移動のときには、ネットワークシステムは、図７に示されるように動作する。なお、図７に示される動作は、一例として、ＵＥ１０が、以前に旧ＭＭＥ３０＿１にアタッチしていて、新規に新ＭＭＥ３０＿２にアタッチするケースである。その一方、移動は、アイドル移動（すなわち、ＴＡＵ）、及びハンドオーバプロシージャも含む。
具体的には、ＵＥ１０は、アタッチリクエストメッセージ（Attach Request message）、ＴＡＵリクエストメッセージ（TAU Request message）、又はハンドオーバリクエストメッセージ（Handover Request message）を、新ＭＭＥ３０＿２に送信する（ステップＳ６１）。新ＭＭＥ３０＿２は、旧ＭＭＥ３０＿１との処理はせずに（will not go to the Old MME 30_1）、ＵＥ１０からのメッセージをｃＭＭＥ４０に転送する。
ｃＭＭＥ４０は、ＵＥ ＩＤと、ＫＳＩ、Ｋａｓｍｅ、及びＮＡＳキーを含む、ＮＡＳセキュリティコンテキストと、を含むセキュリティコンテキストアップデートメッセージ（Security Context Update message）を送信することにより、最新のＵＥコンテキストをＭＭＥ３０に送信する（ステップＳ６２ａ）。
ＭＭＥ３０は、受信したセキュリティコンテキストを格納し（ステップＳ６２ｂ）、セキュリティコンテキストアップデートＡｃｋメッセージ（Security Context Update Ack message）をｃＭＭＥ４０に送り返す（ステップＳ６２ｃ）。
続いて、ｃＭＭＥ４０は、アタッチ又は移動リクエストに対するレスポンスメッセージ（Response message）をＵＥ１０に送信する（ステップＳ６４）。
さらに、移動のときには、ｃＭＭＥ４０は、ＮＨの生成又は計算も行い（ステップＳ６３）、そのＮＨをｅＮＢ２０に送信する（ステップＳ６５）。なお、ＮＨは、ＡＳセキュリティのために必要なパラメータの１つである。
このケース“Ｂ”によれば、冗長的なＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャの実行を回避しているため、上述のケース“Ａ”と同様に、ＵＥがＭＭＥを変更したとき又はＭＭＥがダウンしたときのシグナリングメッセージを減少させることが可能となる。従って、デバイス／ノードへの、特にＭＭＥへの、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャ及びそれらの間の全てのインターフェースに関連する、シグナリングの過負荷等の、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャの過負荷を軽減することが可能となる。
これに加えて、このケース“Ｂ”によれば、ｃＭＭＥは、ＭＭＥの代わりに、ＡＫＡ及びＮＡＳ ＳＭＣプロシージャを実行し、セキュリティコンテキストをローカルなＭＭＥに送信する。そのため、ＭＭＥ等のコストを減少させることも可能となる。
＜ケースＣ＞
このケース“Ｃ”は、ｃＭＭＥ４０が完全なセキュリティ機能を備えており、ｅＮＢ２０にダイレクト接続（direct connection）されているケースである。
概念的には、このケース“Ｃ”におけるｃＭＭＥ４０及びＭＭＥ３０は、図１７に示されるものとして構成することができる。その一方で、上述のケース“Ｂ”とは異なり、受信ユニット１０２及び送信ユニット１０３は、ｅＮＢ２０を介して、ＵＥ１０との間で、シグナリングメッセージの送信及び受信を行うことが可能である。
簡潔に言えば、このケース“Ｃ”では、以下の動作（１）及び（２）が実行される。
（１）ＭＭＥ３０が中央に（in middle）いないことを除いて、上述のケース“Ｂ”と同様のことが全て発生する。
（２）オフロードロケーション（ｃＭＭＥ４０）は、キー素材（keying material）をＭＭＥ３０及びｅＮＢ２０に送信する。
上述の動作（１）及び（２）では、図８に太線で示されるように、ｃＭＭＥ４０は、新規のインターフェースを介して、ＨＳＳ５０、ＭＭＥ３０、及びｅＮＢ２０とやり取りを行う。
具体的には、図９に示されるように、初期フェーズにおいて、ＵＥ１０は、アタッチリクエストメッセージ（Attach Request message）をｃＭＭＥ４０に送信する（ステップＳ７１）。
ＵＥ１０とｃＭＭＥ４０との間でＡＫＡ及びＮＡＳ ＳＭＣプロシージャが実行され（ステップＳ７２ａ）、ｃＭＭＥ４０は、オンデマンドでＨＳＳ５０とやり取りを行う（ステップＳ７２ｂ）。ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャが成功すると、ＵＥ１０及びｃＭＭＥ４０は、同じＮＡＳセキュリテュコンテキストを共有することになる（ステップＳ７２ｃ）。
ここで、ＭＭＥ３０は、ＵＥ１０とｃＭＭＥ４０との間でセットアップされた初期の通信／接続（通信及び／又は接続）をサポートする。その後、（ＮＡＳ）セキュリティ関連の機能は、ｃＭＭＥ４０にシフトし、残りがＭＭＥ３０に留まる。ＮＡＳセキュリティの保護及びチェックは、ｃＭＭＥ４０で実行される。
そのため、ＭＭＥ３０では何らのセキュリティコンテキストも扱う（handled）必要がない。さらに、スイッチオフプロシージャにおいて、ＭＭＥ３０では何らのアクションも取る必要がない。
一方、移動のときには、ネットワークシステムは、図１０に示されるように動作する。なお、図１０に示される動作は、一例として、ＵＥ１０が、以前に旧ＭＭＥ３０＿１にアタッチしていて、新規に新ＭＭＥ３０＿２にアタッチするケースである。その一方、移動は、アイドル移動（すなわち、ＴＡＵ）、及びハンドオーバプロシージャも含む。
具体的には、ＵＥ１０は、アタッチリクエストメッセージ（Attach Request message）、ＴＡＵリクエストメッセージ（TAU Request message）、又はハンドオーバリクエストメッセージ（Handover Request message）を、ｃＭＭＥ４０に直接送信する（ステップＳ８１）。ｃＭＭＥ４０は、セキュリティのための全部の責任（full responsibility）を負う。
パススイッチプロシージャは新ＭＭＥ３０＿２により転送する（forwarded）ことが可能である（ステップＳ８２）。新ＭＭＥ３０＿２は、メッセージの転送のみを行い、何らのセキュリティ機能も備えず、キーの生成、メッセージの保護及びチェックも実行しない。
さらに、移動のときには、ｃＭＭＥ４０は、ＮＨを計算し（ステップＳ８３）、そのＮＨをｅＮＢ２０に送信する（ステップＳ８４）。
このケース“Ｃ”によれば、セキュリティ機能及びコンテキスト管理をｃＭＭＥに集約させて、冗長的なＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャの実行を回避しているため、上述のケース“Ａ”及び“Ｂ”と同様に、ＵＥがＭＭＥを変更したとき又はＭＭＥがダウンしたときのシグナリングメッセージを減少させることが可能となる。従って、デバイス／ノードへの、特にＭＭＥへの、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャ及びそれらの間の全てのインターフェースに関連する、シグナリングの過負荷等の、ＡＫＡ／ＮＡＳ ＳＭＣプロシージャの過負荷を軽減することが可能となる。さらに、このような集約により仮想化のための効率性が高くなる。
これに加えて、このケース“Ｃ”によれば、ｃＭＭＥは、完全なセキュリティ機能と、ｅＮＢとのダイレクトなインターフェースと、を備えている。そのため、特に移動のときの大量のシグナリングを減少させることも可能となる。
続いて、図１１〜図１５を参照して、ＭＭＥ３０及びｃＭＭＥ４０の構成例について説明する。
まず、上述のケース“Ａ”におけるＭＭＥ３０の構成については、図１１に示されるように、ＭＭＥ３０は、少なくともプッシュユニット３１を含む。プッシュユニット３１は、初期フェーズにおいて、セキュリティコンテキストをｃＭＭＥ４０にプッシュする。プッシュユニット３１はさらに、スイッチオフプロシージャの間に、最新のセキュリティコンテキストをｃＭＭＥ４０にプッシュしても良い。さらに、ＭＭＥ３０は、プルユニット３２を含んでも良い。プルユニット３２は、再アタッチ（Re-attach）及び又は移動のときに、ｃＭＭＥ４０からセキュリティコンテキストをプルする。
上述のケース“Ｂ”においては、図１２に示されるように、ＭＭＥ３０は、受信ユニット３３及び格納ユニット３４を含む。受信ユニット３３は、初期フェーズにおいて、ｃＭＭＥ４０からセキュリティコンテキストを受信する。格納ユニット３４は、受信したセキュリティコンテキストを格納する。受信ユニット３３はさらに、再アタッチ及び又は移動のときに、ｃＭＭＥ４０から最新のセキュリティコンテキストを受信しても良い。
ＭＭＥ３０のこれらのユニット３１〜３４及び他の構成要素は、少なくともハードウェア、例えば、ｅＮＢ２０、ｃＭＭＥ４０、及びＨＳＳ５０と通信するトランシーバと、このトランシーバを制御して、図３、図４、図６、及び図７の各々に示されたプロセス又はそれらと同等のプロセスを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のコントローラと、により、実現することが可能である。また、ＭＭＥ３０は、このようなハードウェアとソフトウェア（例えば、メモリに格納され、ＣＰＵにより実行されるプログラム）との組み合わせにより実現することも可能である。
続いて、上述のケース“Ａ”におけるｃＭＭＥ４０の構成については、図１３に示されるように、ｃＭＭＥ４０は、少なくとも受信ユニット４１及び格納ユニット４２を含む。受信ユニット４１は、初期フェーズにおいて、ＭＭＥ４０からプッシュされたセキュリティコンテキストを受信する。格納ユニット４２は、受信したセキュリティコンテキストを格納する。受信ユニット４１はさらに、スイッチオフプロシージャの間に、ＭＭＥ３０からプッシュされた最新のセキュリティコンテキストを受信しても良い。格納ユニット４２は、格納されたセキュリティコンテキストを、最新のセキュリティコンテキストでアップデートしても良い。さらに、ｃＭＭＥ４０は、送信ユニット４３を含んでも良い。送信ユニット４３は、ＭＭＥ３０からの再アタッチ又は移動リクエストに対するレスポンスとして、格納されたセキュリティコンテキストをＭＭＥ３０に送信する。
上述のケース“Ｂ”においては、図１４に示されるように、ｃＭＭＥ４０は、少なくとも生成ユニット４４及びプッシュユニット４５を含む。生成ユニット４４は、初期フェーズにおいて、セキュリティコンテキストを生成する。プッシュユニット４５は、セキュリティコンテキストをＭＭＥ３０にプッシュする。プッシュユニット４５はさらに、再アタッチ及び又は移動のときに、最新のセキュリティコンテキストをプッシュしても良い。さらに、ｃＭＭＥ４０は、計算ユニット４６を含んでも良い。計算ユニット４６は、移動のときにＮＨを計算し、そのＮＨを、ＭＭＥ３０を介して、ｅＮＢ２０に送信する。
上述のケース“Ｃ”においては、図１５に示されるように、ｃＭＭＥ４０は、少なくとも管理ユニット４７を含む。管理ユニット４７は、ｅＮＢ２０とのダイレクト接続を介して、セキュリティコンテキストを集中的に管理（centrally manages）する。ＵＥ１０の移動は、ＭＭＥ３０からのサポートを受ける。さらに、ｃＭＭＥ４０は、計算ユニット４８を含んでも良い。計算ユニット４８は、移動のときにＮＨを計算し、そのＮＨを、ダイレクト接続を介して、ｅＮＢ２０に送信する。
ｃＭＭＥ４０のこれらのユニット４１〜４８及び他の構成要素は、少なくともハードウェア、例えば、ｅＮＢ２０、ＭＭＥ３０、及びＨＳＳ５０と通信するトランシーバと、このトランシーバを制御して、図３、図４、図６、図７、図９、及び図１０の各々に示されたプロセス又はそれらと同等のプロセスを実行するＣＰＵ等のコントローラと、により、実現することが可能である。また、ｃＭＭＥ４０は、このようなハードウェアとソフトウェア（例えば、メモリに格納され、ＣＰＵにより実行されるプログラム）との組み合わせにより実現することも可能である。
なお、本発明は、上述の実施の形態に限られたものではなく、請求項の記述に基づいて当業者が様々な変更をすることができることは明らかである。
また、上述のプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ等）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、及び半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されても良い。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
上述の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
新規のアーキテクチャ−ＭＭＥセキュリティ機能の部分的な又は全てのオフロード。
（付記２）
ＭＭＥは、ＵＥが離れていった場合に、セキュリティコンテキストを保持し続ける必要がない。
（付記３）
ＭＭＥは、セキュリティコンテキストを読み出すために、以前のＭＭＥ／ＳＧＳＮを知る必要がない。
（付記４）
集約されたセキュリティ機能及び／又はコンテキスト管理、仮想化のための効率性。
（付記５）
新規のメッセージ−セキュリティコンテキストアップデート及びＡｃｋ、セキュリティコンテキストリクエスト及びレスポンス。
（付記６）
セキュリティコンテキストを、（ローカルな）ＭＭＥ自身の代わりに、クラウドＭＭＥに格納する。これにより、ＵＥがＭＭＥを変更したとき又はＭＭＥがダウンしたときのシグナリングメッセージを減少させることが可能となる。
（付記７）
ｃＭＭＥは、ＡＫＡ及びＮＡＳ ＳＭＣを実行し、セキュリティコンテキストを、ローカルなＭＭＥに送信する。これにより、ＭＭＥのコストを減少させ、付記６のメリットを得ることが可能となる。
（付記８）
ｃＭＭＥは、完全なセキュリティ機能と、ｅＮＢとのダイレクトな新規のインターフェースと、を備える。これにより、特に移動のときの大量のシグナリングを減少させることが可能となる。
この出願は、２０１５年２月１３日に出願された日本出願特願２０１５−０２６２０１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０ ＵＥ
２０，２０＿１〜２０＿３ ｅＮＢ
３０，３０＿１〜３０＿２ ＭＭＥ
３１，４５ プッシュユニット
３２ プルユニット
３３，４１ 受信ユニット
３４，４２ 格納ユニット
４０ ｃＭＭＥ
４３ 送信ユニット
４４ 生成ユニット
４６，４８ 計算ユニット
４７ 管理ユニット
５０ ＨＳＳ
１０１ セキュリティコンテキストストレージ
１０２，２０４ 受信ユニット
１０３，２０３ 送信ユニット
１０４，２０１ セキュリティ機能ユニット
２０２ 移動管理ユニット

Claims (6)

  1. ＡＫＡ（Authentication and Key Agreement）認証プロシージャを用いる通信システムであって、
    ＵＥ（User Equipment）の移動管理を行う複数の第１のノード装置と、
    前記複数の第１のノード装置の各々と接続し、前記ＵＥの認証を行う第２のノード装置と、
    前記第２のノード装置と接続し、前記ＵＥの認証を行うための認証情報を備える第３のノード装置と、
    を備え、
    前記複数の第１のノード装置のうちの１つが、前記ＵＥからリクエストメッセージを受けると、前記第２のノード装置に前記ＵＥの認証要求を送信し、
    前記第２のノード装置は、前記ＵＥの認証要求を受けると、前記第３のノード装置から前記認証情報を取得して、該認証情報を使って前記ＵＥを認証する、通信システム。
  2. 請求項１に記載の通信システムであって、
    前記第２のノード装置は、前記複数の第１のノード装置のうちの１つにセキュリティに関連した情報を提供する、通信システム。
  3. 請求項２に記載の通信システムであって、
    前記セキュリティに関連した情報は、セキュリティ用のキーを含む、通信システム。
  4. 通信システムにおけるＡＫＡ（Authentication and Key Agreement）のための認証方法であって、
    ＵＥ（User Equipment）の移動管理を行う複数の第１のノード装置のうちの１つが、前記ＵＥからのリクエストメッセージを受信し、
    前記複数の第１のノード装置の各々と接続し、前記ＵＥの認証を行う第２のノード装置が、前記複数の第１のノード装置のうちの１つから前記ＵＥの認証要求を受けると、前記第２のノード装置と接続し、前記ＵＥの認証を行うための認証情報を備える第３のノード装置から前記認証情報を取得し、
    前記第２のノード装置が、前記認証情報を使って前記ＵＥを認証する、認証方法。
  5. 請求項４に記載の認証方法であって、
    さらに、前記第２のノード装置が、前記複数の第１のノード装置のうちの１つにセキュリティに関連した情報を提供する、認証方法。
  6. 請求項５に記載の認証方法であって、
    前記セキュリティに関連した情報は、セキュリティ用のキーを含む、認証方法。
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