JPH08500950A - 通信システムにおける効率的なリアルタイムの認証および暗号化のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 無線周波数を用いるセルラ電気通信システムは、加入者ユニット１００と固定ネットワーク通信システムの通信ユニット１３０の両方が、正当性の確認およびメッセージ暗号化プロセスのための暗号化変数を提供するために用いられる秘密データを維持することを必要とする場合が多い。単独のメッセージ２１０を用いて認証および通信リンク設定情報を提供する効率的なリアルタイムの認証方法および装置が提供される。さらに、時刻，無線周波搬送周波数，時間スロット番号，無線機ポート番号，アクセス責任者識別子，無線機ポート制御ユニット識別子または基地局のコントローラ識別子などの一時情報を用いて認証プロセスの信頼性を高める認証方法および装置が提供される。さらに、パケット化されたメッセージ暗号化キー５０２と独自のパケット番号５０４を暗号化変数として利用することにより、暗号化プロセスを通じて確実なパケット・データ通信を維持するための方法および装置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 通信システムにおける効率的なリアルタイムの認証および暗号化のための方法お よび装置 発明の分野 本発明は、通信システムに関し、さらに詳しくは、通信システム内の認証およ び暗号化に関する。 発明の背景 多くの通信システムは、現在、システムの機密性を強化するために認証（auth entication）および暗号化（encryption）を用いている。このような通信システ ムには、セルラ無線電話通信システム，個人用通信システム，ページング・シス テムならびに有線および無線のデータ・ネットワークがある。一例としてセルラ 通信システムを以下に説明するが、説明される認証および暗号化技術は、本発明 の範囲と精神とから逸脱することなく他の通信システムにも容易に適用すること ができることが当業者には理解頂けよう。セルラ通信システムに戻ると、これら のシステムには無線周波数（ＲＦ）通信リンクを介して固定されたネッ卜ワーク 通信ユニットと通信を行う （移動ユニットまたは 携帯ユニットなどの）加入者ユニットが含まれるのが普通である。典型的なセル ラ通信システムは、少なくとも１つの基地局（すなわち通信ユニット）と交換セ ンターとを有する。加入者ユニットがアクセスする交換センターは、自分の「本 拠地」の交換センター（″home″switchingcenter）でなくてもよい。この場合 の加入者ユニットは、ローミング加入者ユニット （roaming subscriber unit ）と呼ばれる。加入者ユニットがアクセスした交換センター（「訪問先」交換セ ンター（″visited″switchingcenter）と呼ばれる）は、公衆交換電話網（ＰＳ ＴＮ）または衛星リンクなどの他の種類の接続を介して、この加入者ユニットの 「本拠地」交換センターと通信を行い、加入者ユニットに関する情報を取り出し 、「本拠地」の交換センター（すなわち「本拠地」の通信システム）に対して課 金情報を送り返さなければならない。 固定されたネットワーク通信ユニットの責務は、要求している加入者ユニット がそのシステムの認証条件を満たしたら、加入者ユニットに対して通信システム の使用を許可することである。典型的なセルラ電話通信システムにおいては、各 加入者ユニットには電話番号（移動識別番号：ＭＩＮ） （以下第１加入者ユニ ット識別子と呼ぶ）と、すべての固定ネットワーク通信ユニットに対して加入者 を一意的に識別する識別番号（またはシリアル番号：ＳＮ） （以下第２加入者 ユニット識別子と呼ぶ）とが割り当てられて いる。各加入者ユニットは、そのユニットを他の加入者ユニットから区別する独 自の識別番号を有する。固定ネットワーク通信ユニットは、データベースを通じ てこれらの識別番号を入手することができる。これらの番号は、加入者がシステ ムを利用した時間について、加入者に課金するために固定ネットワーク通信ユニ ットが用いることが多い。ローミング加入者ユニットの場合は、「訪問先」の交 換センターが加入者の「本拠地」システムのデータベースと通信を行って、加入 者ユニットの認証と課金を行わねばならない。加入者ユニットが呼を起こすたび にこの通信を行うことが必要であるとすると、大きな呼設定遅延が生じることに なる。加入者が他のユニットを呼び出すとき、この加入者は呼び出す電話番号（ すなわちダイアルされた数値）を入力する。ダイアルされた電話番号は、固定ネ ットワーク通信ユニットに送られるべきデータとなる。データには、ユニットの 位置などの第３の通信ユニットに関する他の情報も含まれる場合がある。 ＲＦ盗聴や、ＭＩＮ／ＳＮの組み合せが無線電話の設置者により意図的または 偶然に漏洩されることにより正当な加入者の識別番号が探知されることがある。 加入者の電話番号や識別番号が知られる （盗まれる）と、盗んだ者は別の加入 者ユニットに盗んだ識別香号を再プログラムして、２台以上の加入者ユニットが 同じＭＩＮ／ＳＮの組み合せを持つことになってしまう。セルラ無線電話システ ムは、 正当な識別番号を持たない加入者のアクセスを拒否する認証手順を備えているが 、複数のユーザを検出したり加入者の識別番号を漏洩している設置者の影響を効 果的になくする機能は持たない。そのために、正当なユーザは、窃盗犯の使用料 と自分自身の使用料の両方を請求される。 いくつかの認証技術が知られている。ＥＩＡ−５５３のセクション２． ３に は、各々の加入者はＭＩＮと工場で設定されたＳＮを持つことが定められている 。加入者が連絡を取ろうとしている電話番号は、加入者によって固定ネットワー ク通信ユニットに送信されるデータである。ＭＩＮとそれに対応するＳＮとが固 定ネットワーク通信ユニット・データベース内に発見されると、このシステムに より認証が許可される。残念ながら、ＥＩＡ−５５３は固定ネットワーク通信ユ ニットに送信する前にＭＩＮまたはＳＮを暗号化することを要求していないので 、どのＭＩＮまたはＳＮも直接的にＲＦ検出することができる。さらに、この方 法では、設置者からＭＩＮ／ＳＮを手に入れた窃盗犯に対する防御を行うことが できない。 別の認証技術が、Groupe Special Mobile （Ｇ Ｓ Ｍ）により作られた欧 州セルラ通信システム勧告に説明されている。セクション０２．０９，０２．１ ７，０３．２０および１２．０３を参照できる。この方法は、加入者が固定ネッ トワーク通信ユニットに対して一時移動加入者ＩＤ（ＴＭＳＩ：temporary mobi le subscriber ＩＤ）を公 然と送信することをさらに要求する。固定ネットワーク通信ユニットは、加入者 に対して無作為番号（ＲＡＮＤ：random number）を発生および送付する。暗号 化技術は、加入者ユニットがメモリから少なくとも３つの暗号化要素：すなわち 所定の暗号キーと、ＳＮ（個人の加入者認証キー）とＭＩＮ（国際移動加入者識 別番号ＩＭＳＩ： international mobile subscriber identificationnumber）を自主的に取り出 すことを要求する。次に、加入者はこの暗号を用いてＳＮとＭＩＮとを暗号化し て、ＲＡＮＤを署名付きの応答（ＳＲＥＳ：signed response）にする。加入者 ユニットはこの署名付き応答を、固定ネットワーク通信ユニットに返し、ここで 固定ネットワーク通信ユニットは、このＳＮ，ＭＩＮおよび暗号化キーを、加入 者の一時ＩＤ（ＴＭＳＩ）を用いてそのデータベースと照合する。 固定ネットワーク通信ユニットは、データベースから検索した情報を用いて同 じ無作為番号に応答を返し、加入者の署名付き応答を固定ネットワーク通信ユニ ットが発生した応答と比較する。この応答が実質的に同じものであれば、認証が 確認される。ダイアルされた電話番号は、認証が許可された後でしか送信するこ とができない。このシステムは、加入者ユニットが異なるセル地域に入るたびに ＳＮを暗号化し、一時ＴＭＳＩを再割当することにより、設置者からＭＩＮ／Ｓ Ｎを入手した窃盗犯に対する防御をある程 度行う。 電子工業会（ＥＩＡ：Electronic lndustriesAssociation）（2001 Eye Stree t， Ｎ．Ｗ．，Washington，Ｄ．Ｃ．20006）発行の米国デジタル・セルラ （ ＵＳＤＣ：United States Digital Cellular）基準（ＩＳ−５４およびＩＳ−５ ５として知られている）には、別の認証技術が説明されている。ＵＳＤＣ認証技 術は、前述の技術の各々と同様に、一連の専用メッセージを利用しており、この メッセージを通信システムの加入者ユニットと通信ユニットとの間で送ってから でなければシステムのアクセスが許可されない。しかし、ＵＳＤＣの技術は、共 通信号チャネル（たとえばランダム・アクセス・チャネルまたはパイロット・チ ャネル）上の「グローバル・チャレンジ」方式を採用しており、共有秘密データ （ＳＳＤ：shared secret data) （すなわち、通信リンクを形成する加入者ユ ニットと通信ユニットに知らされている暗号化キー）を、認証（すなわちＳＳＤ_A キー）と音声プライバシー機能（すなわちＳＳＤ_Aキー）に関して利用する。最 初に送信される加入者メッセージには認証応答が含まれるが、その他のデータは 暗号化されない。加入者にトラフィック・チャネルが割り当てられると、暗号化 プロセスを開始するコマンドがサービス提供者から加入者に送付される。 これらの認証技術の各々の問題点は、加入者ユニットから通信ユニットに対し てメッセージが１つ送信されるたび にトラフイック・チャネルを提供したり、メッセージの暗号化を可能にする技術 が存在しないことである。さらに、「グローバル・チャレンジ」はたびたび変更 されなければ、ＵＳＤＣで用いられる「グローバル・チャレンジ」方式は、詐称 ユーザに対して正当な加入者の呼設定メッセージを模倣する機会を提供してしま うことになる。たとえば、あるユーザが「グローバル・チャレンジ」に応答した 後ですぐに呼の設定プロセスを中断したとする。「グローバル・チャレンジ」が 変更されていなければ、詐称ユーザは認証応答を真似して、ある不必要な目標電 話番号にトラフィック・チャネルを割り当てることができる。これは、認証応答 にダイアルされた数値（すなわち電話番号）が含まれているためである。暗号化 ができずに、詐称ユーザが呼の最終目的地（すなわち呼び出される者）を変更す ることができれば、そのユーザは無料で通話をすることができる。このようなこ とは起こりにくいと思われるが、加入者の多い個人用通信システムにおいてはよ り重大な問題となりうる。そのために、このような問題点を緩和する認証技術が 必要になる。 認証技術に加えて、多くの通信システムは確実な／暗号化された通信を行うよ うにも設計されている。これらの通信システムにおいては、パケット化されたデ ータも暗号化する必要がある。パケット化されたデータによって、通常の暗号化 プロセスにさらに問題が加わる。これは、データ のパケットが通信ユニットの加入者ユニットに異なる時刻に到達する （すなわ ちパケット・メッセージに「関連性がない」）ためである。これらのパケットは 、暗号化されたのと同じ順序で再組立および暗号解読をする必要がある。また、 暗号化キーは、加入者が登録を行った場合にしか取り決められない。そのため、 パケット化されたデータに関わるこれらの問題を緩和することのできる暗号化技 術が必要である。 発明の概要 これらおよびその他の必要性は、通信システムの加入者ユニットと通信ユニッ トとの間で認証を行うための方法および装置により満足される。第１加入者ユニ ット識別子，第１共有秘密データ，第２共有秘密データ，ランダム・チャレンジ および刻々と変わる情報（instant-specificinformation：一時情報）を加入者 ユニットと通信ユニットとに提供することにより認証が行われる。また、認証メ ッセージは、第１共有秘密データ，ランダム・チャレンジおよび一時情報の関数 として生成される。さらに、セッション・キーは、第１共有秘密データ，第２共 有秘密データ，ランダム・チャレンジおよび一時情報の関数として生成される。 さらに、暗号化されたデータは、目標の通信ユニットを一意的に識別するダイア ルされた数値と第２加入者ユ ニット識別子とを、セッシヨン・キーを暗号化変数として用いることにより暗号 化して形成される。次に、１つのメッセージ内で、第１加入者ユニット識別子， 認証メッセージおよび暗号化されたデータが、加入者ユニットと通信ユニットと の間で通信される。また、予想される認証メッセージが、第１共有秘密データ， ランダム・チャレンジおよび一時情報の関数として生成される。これにより、通 信された認証メッセージを予想される認証メッセージと比較して、通信された認 証メッセージが正当なものであるか否かを判定することができる。通信された認 証メッセージが正当であると判定されると、目的の通信ユニットを一意的に識別 するダイアルされた数値と、第２加入者ユニット識別子とは、セッション・キー を暗号解読変数として用いることにより、通信された被暗号化データから解読さ れ、加入者ユニットと通信ユニットとの間のトラフィック・チャネル上に通信リ ンクが設定される。または、通信された認証メッセージが正当なものでないと判 断された場合は、複数のユーザが通信システムにアクセスしようとしていること を知らせる出力が発生される。 一時情報を加入者ユニットと通信ユニットとに提供することにより認証を強化 する別の認証プロセスも提供される。この一時情報は、認証メッセージを一時情 報の関数として生成するために用いられる。認証メッセージは、加入者ユニット と通信ユニットとの間で通信される。また、予想さ れる認証メッセージが、一時情報の関数として生成される。最後に、通信された 認証メッセージが正当なものであるか否かが、通信された認証メッセージと予想 される認証メッセージとを比較することによって判定される。 また、加入者ユニットとサービスを提供する通信システムの無線通信ユニット との間の暗号化プロセスによって、確実なパケット・データ通信を維持する方法 が提供される。暗号化プロセスは、加入者ユニットとサービスを提供する通信シ ステムの中にパケット化されたメッセージ暗号化キーを発生する段階によって構 成される。さらに、通信されるメッセージの少なくとも１つのパケットに、独自 のパケット番号が付けられ、パケット化されたメッセージ内のパケットの順序が 維持される。メッセージのこのパケットは、パケット化されたメッセージ暗号化 キーと独自のパケット番号とを暗号化変数として用いることにより暗号化される 。独自のパック番号とメッセージの暗号化されたパケットが、加入者ユニットと サービスを提供する通信システムの無線通信ユニットとの間で通信される。最後 に、メッセージの通信された被暗号化パケットは、発生されたパケット化メッセ ージ暗号化キーと通信された独自のパケット番号を用いることにより解読される 。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明による、加入者ユニットと固定されたネットワーク通信ユニ ットとを有する好適な実施例の通信システムを示すブロック図である。 第２図は、本発明による、加入者ユニットまたは固定されたネットワーク通信 ユニットのいずれか一方により用いられる好適な実施例の認証方法の流れ図であ る。 第３図は、第２図に示される本発明の認証方法により動作する通信ユニットに 共有秘密データを提供する好適な実施例の方法の流れ図である。 第４図は、第２図に示される本発明の認証方法によるランダム・チャレンジを 提供する好適な実施例の方法の流れ図である。 第５図は、本発明による加入者ユニットまたは固定されたネットワーク通信ユ ニットのいずれか一方により用いられる好適な実施例の暗号化および暗号解読方 法の流れ図である。 詳細説明 第１図は、一般的に、加入者電話などの加入者通信ユニット１００と、セルラ 電話基地局および交換センターなどの固定されたネットワーク通信ユニット１３ ０を示す。加入者通信ユニット１００は、不揮発性メモリ・ユニット１０６およ び無線周波数（ＲＦ）段１２２にアクセスするこ とによって好適な実施例の認証および暗号化ステップの多くを実行するマイクロ プロセッシング段１１８によって構成される。マイクロプロセッシング段１１８ によってアクセスされる別の要素としては、電話器のキー入カパッド（番号−− データを入力するためのもの）、音声またはその他の送信すべきデータなどのデ ータ入力段１０２と、無作為数生成装置１０４（ランダム・チャレンジ生成のた め）と、暗号化／暗号解読装置１２０とがある。 不揮発性メモリ・ユニット１０６内には、シリアル番号１１０（加入者ユニッ トのため）と加入者電話番号１０８（たとえば移動識別番号（ＭＩＮ）の特性を 持ち、第１加入者ユニット識別子として使用することができる）が常駐する。シ リアル番号１１０は、加入者ユニットと固定ネットワーク・ユニットのみに知ら されている第２加入者ユニット識別子として用いられる。たとえば、これは加入 者ユニットの設置者には入手できないもので、加入者ユニットの正当なユーザと 固定ネットワーク通信ユニットのデータべースのみに知らされるべきものである 。これらの識別子は必ずしも番号とは限らず、固定ネットワーク通信ユニットに よって識別することのできる任意の属性に対応していればよい。たとえばセルラ ・システムにおける代替の実施例には、複数組のシリアル番号を含む格納された 照合表（ルックアップ・テーブル）と、各組の識別子が特定のセルラ地域または 固定ネットワーク通信ユニットに対応する 電話番号とが含まれることもある。メモリ・ユニット１０６は、暗号化／暗号解 読装置１２０により生成されるキーの格納場所としても機能する。これらのキー には、第１共有秘密データ（ＳＳＤ_A），第２共有秘密データ１１４（ＳＳＤ_B） および第３共有秘密データ１１６（すなわちパケット化されたデータ・キー）が 含まれる。 固定ネットワーク通信ユニット１３０には、加入者ユニット１００のようにデ ータベース１３６および基地局無線周波数段１５２とのリンクと共同して動作し 、認証および暗号化プロセスを実行するマイクロプロセッシング段１４８によっ て構成される交換センターが含まれる。マイクロプロセッシング段１４８により アクセスされる別の要素としては、無作為数生成装置１３４と暗号化／暗号解読 装置１５０がある。さらに、交換センターは、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：Publ ic Switched Telephone Network）（６０）に対するインターフエースを有する 。ＰＳＴＮリンクは、「訪問先」交換センターから「本拠地」交換センターへの 通信に関して、ローミング加入者ユニットの認証および課金に必要な場合に用い られる。 データベースには、シリアル番号１４０や関連の加入者電話番号１３８などの いくつかの加入者ユニットに関する情報と、暗号化／暗号解読装置１５０によっ て生成された、あるいは「本拠地」交換センターから受信された電話番号１３８ に関するキーが含まれる。これらのキーには、第１ 共有秘密データ１４２ （ＳＳＤ_A），第２共有秘密データ１４４（ＳＳＤ_B）お よび第３共有秘密データ１４６（すなわちパケット化されたデ一タ・キー）が含 まれる。加入者通信ユニット１００と固定ネットワーク通信ユニット１３０との 間の通信は、周知のセルラ・システム技術による２つのユニットのアンテナ１２ ４，１５４の間のＲＦ送信をそれぞれ介して行われる。 加入者ユニット１００および固定ネットワーク通信ユニット１３０は、第２図 に示されるものと実質的に同様の方法により認証を実行する。通信システムの加 入者ユニットと通信ユニットとの間の認証２００の方法には、好ましくは、第１ 加入者ユニット識別子，第１共有秘密データ（ＳＳＤ_A），第２共有秘密データ （ＳＳＤ_B），ランダム・チャレンジ（ＲＡＮＤ）および一時情報（Ｉ−Ｓ Ｉ ＮＦＯ）を加入者ユニット１００および通信ユニット１３０に提供する段階２０ ２が含まれる。さらに、この方法には、第１共有秘密データ，ランダム・チャレ ンジおよび一時情報の関数として認証メッセージ（ＡＵＴＨ_RESP）を生成する段 階２０４が含まれる。認証メッセージのこの発生段階２０４は、好ましくは、詐 称ユーザには充分に速く暗号解読（たとえばリアルタイムに暗号解読）のできな い「一方通行」の暗号化により実行される。このような「一方通行」の暗号解読 法の１つは、米国特許出願第０７／７３６，４５１号に示されるNational Insti tute for Science and TechnologyによるDigital SignatureAlgorithm（デジタル署名アルゴリズム ）がある。「一方通行」の暗号化アルゴリズムを本発明の範囲および精神から逸 脱することなく、この認証プロセスで使用することができることは、当業者には 理解頂けよう。また、第１共有秘密データ，第２共有秘密データ，ランダム・チ ャレンジおよび一時情報の関数として、セッション・キーが生成される２０６_o さらに、セッション・キーを暗号化変数として用いて、目標の通信ユニットを一 意的に識別するダイアルされた数値と、第２加入者識別子とを暗号化することに よって、暗号化されたデータが形成される （２０８）。次に、単独のメッセー ジ内で、第１加入者ユニット識別子，認証メッセージおよび暗号化されたデータ が、加入者ユニット１００と通信ユニット１３０との間で通信される（２１０） 。認証ユニット （すなわち加入者ユニット１００または通信を受け取る通信ユ ニット１３０）は、ステップ２０４で実行されたものと実質的に同じ方法で、第 １共有秘密データ，ランダム・チャレンジおよび一時情報の関数として予想され る認証メッセージを生成する （２１２）。さらに認証ユニットは、通信された 認証メッセージと予想される認証メッセージとを比較することによって、通信さ れた認証メッセージが正当なものであるか否かを判断する（２１４）。その結果 、通信された認証メッセージが正当なものである場合は、認証ユニットはセッシ ョン・キーを 暗号解読変数として用いて、通信された被暗号化データの暗号を解読して目標の 通信ユニットを一意的に識別するダイアルされた数値と第２加入者ユニット識別 子とを回復し（２１８）、さらに加入者ユニットと通信ユニットとの間のトラフ ィック・チャネル上に通信リンクを設定すること（２２０）により、加入者ユニ ット１００と通信ユニット１３０との間の更なる通信を認可する。また、通信さ れた認証メッセージが正当なものでない場合は、認証ユニットは、複数のユーザ が通信システムにアクセスを試みているという出力を発生する（２１６）。 第３図に示される、第１共有秘密データと第２共有秘密データを通信ユニット １３０に提供するプロセス（３００）は、通信された第１加入者ユニット識別子 １０８が通信システム１３０に知られている （すなわちデータベース１３６に リストアップされている）場合は、第１加入者ユニット識別子１３８に関わる第 １共有秘密データ１４２と第２共有秘密データ１４４を取り出すこと （３０４ ）により、通信された第１加入者ユニット識別子１０８，１３８（すなわち加入 者電話番号）を用いて第１共有秘密データ１４２および第２共有秘密データ１４ ４を得る段階が含まれるように定義することが好ましい。あるいは、通信された 加入者ユニット識別子１０８が通信システム１３０に知られていない場合は、第 １共有秘密データ１４２と第２共有秘密データ１４４は、他の通信システムと （たとえばＰＳＴ Ｎ１３２を通じて）通信を行い（３０６）、次に、通信された第１加入者ユニッ ト識別子１０８に関する第１共有秘密ータ１４２および第２共有秘密データ１４ ４を取り出し（３０８）、その後で、第１共有秘密データ１４２および第２共有 秘密データ１４４を通信ユニット１３０のデータベース１３６に格納すること （３１０）により得られる。その結果（３１２）、第１共有秘密データおよび第 ２共有秘密データを通信ユニット１３０に提供するプロセスは、通信ユニット１ ３０がサービスを要求している加入者ユニット１３０に関して事前の情報を持っ ていなくても実行することができる。 第４図に示される加入者ユニット１００および通信ユニット１３０にランダム ・チャレンジを提供するプロセス（ステップ４００ないし４０６）は、通信ユニ ット１３０でランダム・チャレンジを生成する段階４０２と、加入者ユニット１ ００により受信される共通システム信号チャネル１２６上にランダム・チャレン ジを周期的に送信する段階を含むように定義されることが好ましい。あるいは、 このプロセス （すなわち加入者ユニット１００が認証を行うプロセス）は、加 入者ユニット１００においてランダム・チャレンジを生成する段階と、通信ユニ ット１３０により受信された信号チャネル１２６上でランダム・チャレンジを送 信する段階を含むように定義することもできる。 認証プロセスで用いられる一時情報は、常に可変する数 種類の情報で構成されるが、いつでも加入者ユニット１００と通信ユニット１３ ０には入手可能なものである。この一時情報には、時刻，無線周波数搬送周波数 ，時間スロット番号，無線機ポート番号，アクセス責任者識別子，無線機ポート 制御ユニット識別子および基地局コントローラ識別子を含む情報のうち１つまた はそれ以上のものが含まれる。 認証方法は、本発明の範囲と精神から逸脱することなく、前述の好適な方法の いくつかの変形をも含むことは、当業者には理解頂けよう。たとえば、認証メッ セージと暗号化されたデータは、ローリング・キー，コール・カウンタまたはハ ンドオフ・カウンタなど、加入者ユニット１００および通信ユニット１３０の両 方に入手可能な他の種類の情報の関数として形成することもできる。また、暗号 化データとしてより多くのデータを暗号化し通信することもできる。 加入者ユニット１００および固定ネットワーク通信ユニット１３０は、第５図 に示されるものと実質的に同様の方法により暗号化／暗号解読を実行することが 好ましい。通信システムの加入者ユニット１００と無線通信ユニット１３０との 間の暗号化プロセスを通じて確実なパケット・データ通信を維持する方法５００ には、加入者ユニット１００および機能を提供する通信システム１３０内にパケ ッ卜化されたメッセージ暗号化キーを生成する段階５０２が含 まれることが好ましい。さらに、メッセージのパケットには、独自のパケット番 号が付けられ（５０４）、パケット化されたメッセージ内のパケットの順序が維 持される。たとえば、メッセージ全体が３個のパケットで構成される場合、各パ ケットには独自の番号が付けられ、これによりパケットを結合して完全なメッセ ージを形成することができる。この独自のパケット香号には、あるメッセージを 他のメッセージから区別して、どの２つのメッセージも互いに区別できるように する枝番（オフセット）が含まれることが好ましい。次に、メッセージのパケッ トは、パケット化されたメッセージ暗号化キーと独自のパケット番号とを暗号化 変数として用いることにより暗号化される （５０６）。次に、独自のパック番 号とメッセージの暗号化されたパケットとが、加入者ユニット１００と機能を提 供する通信システムの無線通信ユニット１３０との間で通信される （５０８） 。最後に、メッセージの通信された被暗号化パケットは、生成されパケット化さ れたメッセージ暗号化キーと通信された独自のパケット番号とを用いて暗号解読 され（５１０）、確実なパケット・データ通信プロセスが完了する （５１２） 。送付されるメッセージの残りのパケットの各々は、上述の単独のパケットと同 じプロセスで暗号化され、暗号解読することができることは当業者には理解頂け よう。さらに、通信されるメッセージのパケットには、音声情報またはデータ情 報ならびに両方の情報の組み合せ が含まれる場合があることも理解頂けよう。 確実なパケット・データ通信を維持するこの方法は、加入者ユニット１００か ら通信ユニット１３０に送信される通信に利用することができる。たとえば、パ ケットの番号付け５０４とパケットの暗号化５０６は、加入者ユニット１００に より実行される。次に、独自のパック番号とメッセージの暗号化されたパケット とが、加入者ユニット１００から、機能を提供する通信システムの無線通信ユニ ット１３０に通信される。最後に、パケットの暗号解読が、機能を提供する通信 システムの無線通信ユニット１３０により実行される。同様に、パケットの番号 付け５０４と、パケットの暗号化５０６は、通信ユニット１３０により実行され る。次に、独自のパック番号とメッセージの暗号化されたパケットが無線通信ユ ニット１３０から加入者ユニツト１００に通信される。最後に、パケットの暗号 解読５１０が、加入者ユニ・クト１００により実行される。 本発明は、ある程度の特殊性をもって説明および図示されているが、実施例の この開示は、単に例として行われたこと、また部品ならびに段階の構成および組 み合せにおける数多くの変更は、請求された本発明の精神および範囲から逸脱す ることなく当業者に委ねられることを理解されたい。たとえば、通信チャネルを 電子データ・バス，有線，光ファイバ・リンク，衛星リンクまたは任意の他の種 類の通信チャネルに替えることもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０４Ｑ 7/38 0835−5Ｊ Ｈ０４Ｑ 7/04 Ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．通信システムの通信ユニットとの通信を認証する加入者ユニットであって ： （ａ）第１加入者ユニット識別子，第１共有秘密データ，第２共有秘密データ ，ランダム・チャレンジおよび一時情報を維持するメモリ手段； （ｂ）前記メモリ手段に動作可能に結合され、第１共有秘密データ，ランダム ・チャレンジおよび一時情報の関数として認証メッセージを生成するプロセッサ 手段； （ｃ）前記メモリ手段に動作可能に結合され、第１共有秘密データ，第２共有 秘密データ，ランダム・チャレンジおよび一時情報の関数としてセッシヨン・キ ーを生成するキー生成手段； （ｄ）前記キー生成手段に動作可能に結合され、前記セッション・キーを暗号 化変数として用いることにより、目標の通信ユニットを一意的に識別するダイア ルされた数値と第２加入者ユニット識別子を暗号化して暗号化されたデータを形 成する暗号化手段；および （ｅ）前記メモリ手段，前記プロセッサ手段および前記キー生成手段に動作可 能に結合され、第１加入者ユニット識別子，認証メッセージおよび暗号化された データを通信ユニットに単独メッセージで送信する送信機手段； によって構成されることを特徴とする加入者ユニツト。 ２．前記メモリ手段に動作可能に結合され、共通システム信号チャネル上にラ ンダム・チャレンジを受信し、ランダム・チャレンジを前記メモリ手段に格納す る受信手段によってさらに構成される請求項１記載の加入者ユニット。 ３．通信システムの加入者ユニットとの通信を認証する通信ユニットであって ： （ａ）単独メッセージ内に、第１加入者ユニット識別子，認証メッセージおよ び暗号化されたデータを受信する受信機手段； （ｂ）第１共有秘密デ一タ，第２共有秘密デ一タ，ランダム・チャレンジおよ び一時情報を維持するメモリ手段； （ｃ）前記メモリ手段に動作可能に結合され、第１共有秘密データ，第２共有 秘密データ，ランダム・チャレンジおよび一時情報の関数としてセッションキー を生成するキー生成手段；および （ｄ）前記受信機手段，前記メモリ手段および前記キー発生手段に動作可能に 結合され、通信された認証メッセージが正当なものであるか否かを判断するプロ セッサ手段であって： （ｉ）予想される認証メッセージを、第１共有秘密データ，ランダム・チャ レンジおよび一時情報の関数として生成する生成装置手段； （ｉｉ）受信された認証メッセージと前記の予想された認証メッセージとを 比較する比較手段； （ｉｉｉ）受信された認証メッセージが予想される認証メッセージと実質的 に類似のものである場合に、前記セッション・キーを暗号解読変数として用いて 通信された暗号化データの暗号を解読することにより、目標の通信ユニットを一 意的に識別するダイアルされた数値と第２加入者ユニット識別子とを回復し、加 入者ユニットと通信ユニットとの間のトラフイック・チャネル上に通信リンクを 設定する手段；および （ｉｖ）受信された認証メッセージが予想される認証メッセージと実質的に 類似でない場合に、複数のユーザが通信システムにアクセスを試みていることを 示す出力を提供する手段； によって構成されるプロセッサ手段； によって構成されることを特徴とする通信ユニット。 ４．前記プロセッサ手段が、受信された第１加入者ユニット識別子を用いて、 第１共有秘密データと第２共有秘密データとを： （ａ）通信された第１加入者ユニット識別子が通信システムに知られている場 合に、前記メモリ手段から第１加入者ユニット識別子に関連する第１共有秘密デ ータおよび第２共有秘密データを取り出す段階；および （ｂ）通信された第１加入者ユニット識別子が通信システムに知られていない 場合に、他の通信システムと通信し、次に第１加入者ユニット識別子と関連する 第１共有秘密デ ータおよび第２共有秘密データを取り出し、次に第１共有秘密データおよび第２ 共有秘密データをメモリ手段に格納する段階； によって得る手段により構成される請求項３記載の通信ユニット。 ５．通信システム内で動作する加入者ユニットとの通信を認証する通信ユニッ トであって： （ａ）第１共有秘密データ，第２共有秘密データ，ランダム・チャレンジおよ び一時情報を維持するメモリ手段； （ｂ）前記メモリ手段に動作可能に結合され、第１共有秘密データ，ランダム ・チャレンジおよび一時情報の関数として認証メッセージを生成するプロセッサ 手段； （ｃ）前記メモリ手段に動作可能に結合され、第１共有秘密データ，第２共有 秘密データ，ランダム・チャレンジおよび一時情報の関数としてセッシヨン・キ ーを生成するキー生成手段； （ｄ）前記キー生成手段に動作可能に結合され、前記セッション・キーを暗号 化変数として用いることにより、第２加入者ユニット識別子を暗号化して暗号化 されたデータを形成する暗号化手段；および （ｅ）前記メモリ手段，前記プロセッサ手段および前記キー生成手段に動作可 能に結合され、認証メッセージと暗号化されたデータとを加入者ユニットに単独 メッセージで送信する送信機手段； によって構成されることを特徴とする通信ユニット。 ６．通信システムの通信ユニットとの通信を認証する加入者ユニットであって ： （ａ）単独メッセージ内に、認証メッセージおよび暗号化されたデータを受信 する受信機手段； （ｂ）第１共有秘密データ，第２共有秘密データ，ランダム・チャレンジおよ び一時情報を維持するメモリ手段； （ｃ）前記メモリ手段に動作可能に結合され、第１共有秘密データ，第２共有 秘密データ，ランダム・チャレンジおよび一時情報の関数としてセッシヨンキー を生成するキー生成手段；および （ｄ）前記受信機手段，前記メモリ手段および前記キー発生手段に動作可能に 結合され、通信された認証メッセージが正当なものであるか否かを判断するプロ セッサ手段であって： （ｉ）予想される認証メッセージを、第１共有秘密データ，ランダム・チャ レンジおよび一時情報の関数として生成する生成装置手段； （ｉｉ）受信された認証メッセージと前記の予想された認証メッセージとを 比較する比較手段； （ｉｉｉ）受信された認証メッセージが予想される認証メッセージと実質的 に類似のものである場合に、前記セッシヨン・キーを暗号解読変数として用いて 通信された被暗号化データの暗号を解読することにより第２加入者ユニ ット識別子を回復し、加入者ユニットと通信ユニットとの間のトラフィック・チ ャネル上に通信リンクを設定する手段；および （ｉｖ）受信された認証メッセージが予想される認証メッセージと実質的に 類似でない場合に、複数のユーザが通信システムにアクセスを試みていることを 示す出力を提供する手段； によって構成されるプロセッサ手段； によって構成されることを特徴とする加入者ユニット。 ７．通信システムの加入者ユニットと通信ユニットとの間の認証を行う方法で あって： （ａ）加入者ユニットおよび通信ユニットに一時情報を提供する段階； （ｂ）一時情報の関数として認証メッセージを生成する段階； （ｃ）加入者ユニットと通信ユニットとの間に認証メッセージを通信する段階 ； （ｄ）予想される認証メッセージを一時情報の関数として生成する段階；およ び （ｅ）通信された認証メッセージを予想される認証メッセージと比較すること によって、通信された認証メッセージが正当なものであるか否かを判定する段階 ； によって構成されることを特徴とする方法。 ８．前記一時情報が、時刻，無線周波搬送周波数，時間 スロット番号，無線機ポー卜番号，アクセス責任者識別子，無線機ポート制御ユ ニット識別子および基地局コントローラ識別子からなる群から選択される情報に よって構成される請求項７記載の方法。 ９． （ａ）認証メッセージ発生の前記段階が加入者ユニットによって実行さ れ； （ｂ）前記通信段階が加入者ユニットから通信ユニットに認証メッセージを通 信する段階によって構成され； （ｃ）予想される認証メッセージ生成の前記段階が通信ユニットによって実行 され；そして （ｄ）通信されたメッセージが正当なものであるか否かを判定する前記段階が 通信ユニットによって実行される； ことを特徴とする請求項７記載の方法。 １０．暗号化プロセスを通じて、加入者ユニットとサービスを提供する通信シ ステムの無線通信ユニットとの間で確実なパケット・データ通信を維持する方法 であって： （ａ）加入者ユニットとサービスを提供する通信システムとの中で、パケット 化されたメッセージ暗号化キーを生成する段階； （ｂ）メッセージのパケットに独自のパケット番号を付け、パケット化された メッセージのパケットの順序を維持することができるようにする段階； （ｃ）パケット化されたメッセージ暗号化キーと独自のパケット番号とを暗号 化変数として用いることにより、メ ッセージのパケットを暗号化する段階； （ｄ）加入者ユニットとサービスを提供する通信システムの無線通信ユニット との間に、独自のパック番号とメッセージの暗号化されたパケットとを通信する 段階；および （ｅ）生成されパケット化されたメッセージ暗号化キーと通信された独自のパ ケット番号とを用いることによりメッセージの通信された被暗号化パケットの暗 号解読を行う段階； によって構成されることを特徴とする方法。