JPH10504957A - 通信システムにおける認証方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 通信システム内で認証を実行する方法および装置である。本方法は、予期しない認証メッセージを検出する段階，カウンタ値を更新する段階，カウンタ値を閾値に比較する段階およびカウンタ値と閾値との比較に応答して暗号化キー更新動作を実行する段階を含む。本装置は、基地局１５２，基地局１５２に結合された交換センター１２８および交換センター１２８に応答する認証センター１４９を具備する。交換センター１２８は、基地局１５２により受信される予期しない認証メッセージを検出する。認証センター１４９は、交換センター１２８が予期しない認証メッセージを検出すると、カウンタを更新し、更新されたカウンタを閾値と比較する。更新されたカウンタ値が閾値より大きいとき、認証センター１４９は暗号化キー更新動作を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】 通信システムにおける認証方法および装置 技術分野 本発明は、一般に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 証に関する。 発明の背景 現在、多くの通信システムは、システムの機密性を確保するために認証と暗号 化とを用いる。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，パ ーソナル通信システム，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法は、本発明の範囲と精神から逸脱することなく他 の通信システムにも容易に拡大適用することができることは、当業者には明白で あろう。セルラ通信システムを見ると、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トワーク通信ユニットと通信を行う加入者 ユニット（移動または携帯ユニットまたはターミナルなど）が含まれるのが普通 である。通常の固定ネットワーク 通信ユニットは、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 ターとを備える。 固定ネットワーク通信ユニットの役割の１つは、要求している加入者ユニット がシステムの要件を満たすと、通信システムの使用をその加入者に許可すること である。通常の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）：mobile identification number）（以下第１加 入者ユニット識別子と呼ぶ）と、任意の固定ネットワーク通信ユニットに対して その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）：serial number）（以下第２加入者ユニット識別子と呼ぶ）とが割り当てられる。各加 入者ユニットは、それ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、データベースを介してこれらの識別番号 にアクセスしなければならない。これらの番号は、加入者がシステムを使用した 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により用 いられることが多い。 セルラ・システムの限界は、ＭＩＮ/ＳＮの組み合わせが、ＲＦ盗聴または無 線電話設置者の意図的なあるいは偶然による暴露により、非合法のユーザが合法 的ユーザの識別番号を知る場合があるという点である。加入者の電話番号と識別 番号が知られる（盗まれる）と、窃盗犯は他の加入者ユニットに盗んだ識別番号 を再プログラミングして、２つ以 上の加入者ユニットが同一のＭＩＮ/ＳＮの組み合わせを持つことになる。セル ラ無線電話システムが正当な識別番号を持たない加入者に対するアクセスを拒否 する認証手順を持っていても、これらのシステムは同じ識別番号を持つ複数のユ ーザを検出する機能は持たない。その結果、合法的ユーザには窃盗犯の使用と自 分の使用の両方に対して課金が行われる。 当技術ではいくつかの認証法が知られている。この１つに、電子工業会（ＥＩ Ａ：Ｅlectronic Ｉndustries Ａssociation）規準ＥＩＡ-５５３により提示さ れ、ＥＩＡ（２００１ Ｅye Ｓtrｅｅt，Ｎ.Ｗ.，Ｗashington Ｄ.Ｃ.２０００ ６）より入手可能な方法がある。ＥＩＡ-５５３は、各加入者がＭＩＮと工場で 設定されたＳＮとを持つことを定めている。加入者がかけようとする電話番号は 、加入者により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。ＭＩ Ｎと対応するＳＮとが固定ネットワーク通信ユニットの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与えられる。残念ながら、ＥＩＡ-５５３は 固定ネットワーク通信ユニットへの送信前にＭＩＮまたはＳＮの暗号化を要求し ないので、ＭＩＮまたはＳＮを直接ＲＦ検出することができる。 従来の認証方法の別の例は、暫定基準（ＩＳ）ＩＳ-５４およびＩＳ-５５とし て知られる米国デジタル・セルラ（ＵＳＤＣ：Ｕnited Ｓtates Ｄigital Ｃell ular）および時分割多重接続（ＴＤＭＡ：time division multiple access）規 準に 説明される。ＵＳＤＣ認証法は、一連の専用メッセージを利用しており、このメ ッセージがシステムのアクセスが許可される前に加入者ユニットと通信システム の通信ユニットとの間でやりとりされる。ＵＳＤＣ法は、共通信号化チャネル（ 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「広 域呼び掛け」を採用し、認証と音声のプライバシー保護機能のための共有機密デ ータ（ＳＳＤ：shared secretdata）（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既知の暗号化キー）を利用する。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他のデータは暗号化されない。加入 者がトラフィック・チャネルを割り当てられると、暗号化プロセスを開始するた めの命令がサービス・プロバイダから加入者に送られる。 ＵＳＤＣで用いられる「広域呼び掛け」システムなどの従来の認証法の問題点 は、非合法のユーザが加入者ユニットまたは固定ネットワークのいずれか一方に 多くの呼び掛けメッセージを送ることによって、応答メッセージを得て、それを 記録した後に分析して、ＳＳＤ値などの暗号化キーを引き出すことにより、加入 者の暗号化キーを入手することができることである。この問題を解決するための １つの方法は、非合法ユーザがＳＳＤを引き出すための充分な情報を得る前にＳ ＳＤ値を定期的に更新することである。しかし、ＳＳＤを更新するプロセスは、 加入者ユニットと固定通信ユ ニットとの間に多くのメッセージの送信を必要とするコストのかかるプロセスで ある。このため、非合法ユーザに対して高レベルの機密性を保ちながら、ＳＳＤ の更新回数を減らすことが望ましい。従って、通信システムにおける改善された 認証方法および装置が必要である。 発明の概要 本発明は、通信システムにおいて認証を実行する改善された方法および装置を 提供する。本方法は、予期しない認証メッセージを検出する段階，カウンタ値を 更新する段階、カウンタ値を閾値と比較する段階およびカウンタ値と閾値との比 較に応答して暗号化キー更新動作を実行する段階を含む。好ましくは、暗号化キ ーは、共有機密データ値またはＡキー値であり、予期しない認証メッセージは、 基地局の呼び掛けメッセージまたは独自の呼び掛け応答メッセージなどの要求な しに送られたメッセージであることが好ましい。 認証を実行する装置は、基地局，基地局に結合された交換センターおよび交換 センターに応答する認証センターを備える。交換センターは、基地局により受信 された予期しない認証メッセージを検出する。認証センターは、交換センターが 予期しない認証メッセージを検出するとカウンタを更新し、更新されたカウンタ を閾値と比較する。認証セ ンターは、更新されたカウンタ値が閾値より大きい場合に、暗号化キー更新動作 を開始する。 本発明そのものは、付随する利点と共に、以下の詳細な説明と添付の図面とを 参照することにより、よく理解頂けるであろう。 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ネットワーク通信ユニットとを有す る通信システムの好適な実施例のブロック図である。 第２図は、本発明の好適な実施例による第１図のネットワーク通信ユニットに より、基地局呼び掛けメッセージが受信されたときに用いられる認証方法の流れ 図である。 第３図は、第１図に説明された通信ユニット内で、「固定ネットワーク通信ユ ニット」から「ネットワーク通信ユニット」へのネットワーク変更により、独自 の呼び掛けメッセージ受信の際に用いられる好適な認証方法の流れ図である。 詳細説明 第１図は、加入者電話などの加入者通信ユニット１００と、セルラ電話基地サ イトおよび交換センターなどの固定 ネットワーク通信ユニット１３０を一般的に示す。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）ステージ１２２に アクセスすることにより好適な実施例の認証および暗号化段階の多くを実行する マイクロプロセッシング・ステージ１１８によって構成される。マイクロプロセ ッシング・ステージ１１８によりアクセスされるその他の要素には、（電話番号 −−データ，音声またはその他の送信データを入力するための）電話上のキー入 力パッドなどのデータ入力ステージ１０２と、（ランダム呼び掛けを行うための ）乱数発生器１０４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、（加入者ユニット用の）シリアル番 号１１０と、（たとえば移動識別番号（ＭＩＮ）の特性を持ち、第１加入者ユニ ット識別子として用いることのできる）加入者電話番号１０８がある。シリアル 番号１１０は、第２加入者ユニット識別子として用いられ、加入者ユニットと固 定ネットワークユニットにしか知らされていない。たとえば、加入者ユニットの 設置者には知られないようにすべきであり、加入者ユニットの合法的ユーザと固 定ネットワーク通信ユニットのデータベースにしか知られないようにすべきであ る。これらの識別子は、必ずしも番号である必要はなく、固定ネットワーク通信 ユニットが識別することのできる任意の属性に対応するものであればよい。たと えば、セルラ・システムの代替の 実施例には、複数組のシリアル番号を含む記憶されたルックアップ・テーブルや 、各組の識別子が特定のセルラ・エリア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記憶場所としても機能する。これら のキーには、第１共有機密データ１１２（ＳＳＤ_A），第２共有機密データ１１ ２（ＳＳＤ_B）および第３共有機密データ１１６（すなわちパケット化されたデ ータ・キー）が含まれる。 ネットワーク通信ユニット１３０は、交換センター１２８を備え、これは加入 者ユニット１００と同様に、データベース１３６と基地サイト無線周波数ステー ジ１５２へのリンクとに協同して動作し、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・ステージ１４８によって構成される。好適な実施例に おいては、マイクロプロセッシング・ステージ１４８は、認証センター１４９を 備える。あるいは、認証センター１４９を交換センター１２８内の別のプロセッ サ内か、あるいは固定通信ユニット１３０と通信する独立したユニット内に配置 することもできる。マイクロプロセッシング・ステージ１４８によりアクセスさ れるその他の要素としては、乱数発生器１３４および暗号化装置／暗号解読装置 １５０がある。さらに、交換センター１２８は、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ：Ｐ ublic Ｓwitched Ｔelephone Ｎetwork）１３２に対するインタ ーフェースを有する。ＰＳＴＮリンクは、移動する加入者ユニットの認証および 課金に必要とされる「訪問先」交換センターから「ホーム」の交換センターへの 通信に用いることができる。 データベースには、シリアル番号１４０および関係する加入者電話番号１３８ と、電話番号１３８に関連するキーで暗号化／暗号解読装置１５０により生成さ れるか、あるいは「ホーム」の交換センターから受信されるキーとが含まれる。 これらのキーには、第１共有機密データ１４２（ＳＳＤ_A），第２共有機密デー タ１４４（ＳＳＤ_B）および第３共有機密データ１４６（被パケット化データ・ 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・システム技術により、２つのユニットの それぞれのアンテナ１２４，１５４間のＲＦ送信１２６を介して行われる。 好適な実施例により認証センター１４９内の予期しない認証メッセージを検出 する方法を第２図に示す。２０２で基地局の呼び掛けメッセージが受信されると 、２０４で確認がなされ、以前にＳＳＤ更新命令が固定通信ユニット１３０によ り送付されたか否かが判断される。以前に更新命令が送付された場合は、通常の 認証処理が２０８で続けられる。そうでない場合は、２０１で、要求なしに与え られた予期しないメッセージが受信され、それに応答して第１内部カウンタ（Ａ ＵＴＨ 1）が２０６で増分される。第１カウ ンタ（ＡＵＴＨ 1）は、検出された予期しないメッセージの回数を保つ。次に、 第１カウンタが２１０で第１閾値と比較される。第１閾値は、好ましくは、加入 者に関してＳＳＤキーが更新される前の、予期しないメッセージの検出された所 定の回数である。 閾値を超えない場合は、それ以上の動作は必要でなく、プロセスは２２０で終 了する。しかし、第１カウンタ値が第１閾値を超えると、処理は２１２で続き、 ＡＵＴＨ 2と記される第２カウンタが増分される。さらに、第１カウンタが閾値 を超えたので、プロセスは、２１４の加入者のＳＳＤの更新の開始へと進む。次 に、２１６で第２カウンタＡＵＴＨ 2が第２閾値と比較される。好ましくは、第 ２カウンタ（ＡＵＴＨ 2）は、加入者に関して実行されたＳＳＤの更新回数のカ ウントを保つ。第２閾値は、好ましくは加入者のＡキーを更新する前に行われる ＳＳＤ更新回数を表す。第２カウンタが閾値を超えない場合は、処理は２２０で 終了する。しかし、第２カウンタが第２閾値を超えると、２１８で加入者にはＡ キー更新の標識が付けられ、プロセスは２２０で完了する。 第１閾値と第２閾値とはプログラミング可能であるので、オペレータは特定の 用途にこれらの値を適応することができることは、当業者には理解頂けよう。好 ましくは、閾値は、非合法ユーザが暗号化キー値を引き出すための充分な情報を 得られないようなレベルに設定されるべきである。 第１閾値をこのようなレベルに設定することにより、好適な実施例は、数多くの 呼び掛けメッセージを送って、後で分析するための応答メッセージを得ようとす る非合法ユーザに対する保護を行うことができる。これは非合法ユーザが暗号化 キーを決定するだけの充分な応答メッセージを得る前に、ＳＳＤまたはＡキー暗 号化キーが更新されるからである。さらに、ＳＳＤ値は非合法的アクセスを防ぐ ために必要なときだけ更新されるので、ＳＳＤ値を更新するというコストのかか るプロセスが削減される。このように、第２図に関して説明された方法は、通信 システム内の不正の確率を小さくすることにより認証を改善するための融通の利 く効率的プロセスを提供するという利点を有する。 第３図は、基地局１５２および交換センター１２８による独自の呼び掛けメッ セージにの検出に関して、認証センター１４９内で認証を実行する好適な方法を 示す。２３０で、独自の呼び掛け応答メッセージが受信されると、２３２で、独 自の呼び掛け命令が以前に送付されたか否かを判定する確認が行われる。独自の 呼び掛けが以前に送付された場合は、２３４で、通常の認証およびSＳＤ更新処 理が引き続き行われる。しかし、独自の呼び掛け命令が以前に送付されていない 場合は、２２０で要求なしに送付された予期しないメッセージが検出されている 。２３６で、ＡＵＴＨ 1と記された第１カウンタを増分することにより、処理が 引き続き実行される。次に、２３８で第１カウンタ は第１閾値と比較される。第１閾値より大きいと、２４０で処理が引き続き実行 され、ＡＵＴＨ 2と記された第２カウンタが増分される。 その後、加入者ユニット１００には、２４２でＳＳＤ更新に関する標識が付け られる。加入者にＳＳＤ更新の標識を付ける作業は、内部フラッグのセット動作 と類似のものであり、交換センター１２８内の更なる処理に続く。この処理によ り、基地局１５２に対して空中インターフェースを介して加入者ユニット１００ に適切なメッセージを送るよう命令が出され、ＳＳＤ値は加入者ユニット１００ 内で更新される。ＳＳＤ値更新のプロセスの詳細は、加入者ユニット１００と固 定通信ユニット１３０との間で用いられる実際の空中インターフェースにより決 まり、これは当技術では周知のものである。次に、２４４で第２カウンタＡＵＴ Ｈ 2が第２閾値と比較される。第２カウンタが第２閾値より大きい場合は、２４ ６で加入者にＡキー更新の標識が付けられる。そうでない場合は、Ａキー更新を 実行せずに２４８でプロセスは完了する。 上記には第２図の基地局呼び掛けメッセージと第３図の独自の呼び掛けメッセ ージの２つの予期しないメッセージの説明しかなされていないが、ここで説明さ れた方法は、種々の特定の空中インターフェースと共に用いられる認証プロセス 内のその他の予期しない、あるいは要求なしに送られたメッセージにも適用する ことができることは当業者 には理解頂けよう。さらに、第２図および第３図はいずれも、２つの異なるカウ ンタを用いるプロセスを示す。本発明は、使用されるカウンタの数に制限されな いことが、当業者には理解頂けよう。また、好適な実施例がＳＳＤ値とＡキー値 に言及するが、代わりに、他の暗号化キー・データも更新することができる。 さらに、他の利点および修正も当業者には容易に可能であろう。たとえば、第 １および第２カウンタは好ましくは、認証センターの一部であるが、これらのカ ウンタは、基地局または交換センターなど、任意の他の装置内に常駐してもよい 。この場合、他の装置はカウンタを閾値と比較し、カウンタが閾値を超えた場合 に認証センターに通知することになる。従って本発明は、より広い意味で、ここ に図示および説明される特定の詳細，代表的装置および図例に限られない。本発 明の範囲または精神から離れずに、上記の仕様に種々の改良および変形を行うこ とができ、本発明は以下の添付の請求項およびその等価事項の範囲にある限り、 これらすべての改良および変形を包含するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，Ｄ Ｅ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．通信システム内で認証を実行する方法であって： 予期しない認証メッセージを検出する段階； カウンタ値を更新する段階； カウンタ値を閾値と比較する段階；および カウンタ値と閾値との比較に応答して、暗号化キー更新動作を実行する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ２．暗号化キーがＡキー値によって構成される請求項１記載の方法。 ３．予期しない認証メッセージが、要求なしに送られた独自の呼び掛け応答メ ッセージによって構成される請求項１記載の方法。 ４．要求なしに送られた独自の呼び掛け応答メッセージが、以前の独自の呼び 掛けメッセージに応答しないで受信された独自の応答メッセージによって構成さ れる請求項３記載の方法。 ５．通信ユニットにおいて認証を実行する装置であって： 予期しない認証メッセージを受信する基地局； 基地局に結合された交換センター； 受信された予期しない認証メッセージに応答して更新されるカウンタ；および 交換センターに応答して、カウンタが閾値を超えると、 暗号化キー更新動作を開始する認証センター； によって構成されることを特徴とする装置。 ６．前記認証センターが交換センター内に組み込まれる請求項５記載の装置。 ７．暗号化キーが共有機密データ（ＳＳＤ）によって構成される請求項５記載 の装置。 ８．予期しない認証メッセージが、要求なしに送られた基地局呼び掛けメッセ ージによって構成される請求項５記載の装置。 ９．要求なしに送られた基地局呼び掛けメッセージが、以前の暗号化キー更新 メッセージに応答しないで受信された基地局呼び掛けメッセージによって構成さ れる請求項８記載の装置。 １０．通信システムにおいて認証を実行する方法であって： 基地局呼び掛けメッセージを受信する段階； 以前の共有機密データ（ＳＳＤ）更新命令が基地局により送付されたか否かを 判定することによって、受信された基地局呼び掛けメッセージが予期しない認証 メッセージであるか否かを判断する段階； 受信された基地呼び掛けメッセージが予期しない認証メッセージである場合に 第１カウンタを増分する段階； 第１カウンタ値を第１閾値と比較する段階； ＳＳＤキー更新を実行して、第２カウンタが第１カウンタ が第１閾値を超える場合に第２カウンタを増分する段階； 第２カウンタを第２閾値と比較する段階；および 第２カウンタが第２閾値を超える場合に、Ａキー更新を実行する段階； によって構成されることを特徴とする方法。