JPH11504789A - 移動通信システムにおけるパケットモード送信の保安性の改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一般的パケット無線サービスＧＰＲＳにおいて、データは、ヘッダ(1)及びデータ部分(2)を含む所与の長さのフレーム(F)へとコード化される。侵入者は、送信されたメッセージの無断コピーを送信することによりＧＰＲＳ通信に干渉するか、又は偽のメッセージを送信して通信の完全性に干渉することができる。フレームの考えられる余分なコピーを露呈できるようにＧＰＲＳ接続に使用されるフレーム(F)を変更することによってＧＰＲＳ通信の信頼性が改善される。これは、例えばＧＰＲＳフレーム(F)のデータ部分(2)に特別な情報フィールド(3)を追加することにより達成でき、このフィールドの内容は、２つのフレーム(F)間で変更される。この特別な情報フィールド(3)の内容は、フレーム(F)の識別や、接続のＴＬＬＩや、移動ステーションのＩＭＳＩ又はＭＳＩＳＤＮや、又は擬似ランダム番号を発生するアルゴリズムにより形成される識別を含むことができる。フレーム(F)のデータ部分(2)には、第２の特別な情報フィールド(4)を追加することもでき、このフィールドは、第１の特別な情報フィールド(3)とは異なるアルゴリズムにより形成されるのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】 移動通信システムにおけるパケットモード送信の保安性の改良発明の分野 本発明は、移動通信システムにおけるパケットモードデータ送信の保安性の改 良に係る。先行技術の説明 図１は、本発明にとって重要なセルラー移動通信システムの部分を示す。移動 ステーションＭＳは、エアインターフェイスＵｍを経てベーストランシーバステ ーションＢＴＳと通信する。ベースステーションは、移動交換センターＭＳＣに 関連したベースステーションコントローラＢＳＣにより制御される。ベースステ ーションコントローラＢＳＣにより管理されるサブシステム（それにより制御さ れるベースステーションＢＴＳを含む）は、一般に、ベースステーションサブシ ステムＢＳＳと称される。センターＭＳＣとベースステーションサブシステムＢ ＳＳとの間のインターフェイスは、Ａインターフェイスと称する。移動サービス 交換センターＭＳＣの側にあるＡインターフェイスの部分は、ネットワークサブ システムＮＳＳと称する。対応的に、ベースステーションコントローラＢＳＣと ベースステーションＢＴＳとの間のインターフェイスは、Ａｂｉｓインターフェ イスと称する。移動サービス交換センターＭＳＣは、入呼び及び出呼びを交換す る。これは、公衆電話ネットワークＰＳＴＮのセンターと同様のタスクを実行す る。加えて、ネットワーク加入者レジスタ（図１には個別に示されていない）と 協働して、加入者位置管理のような移動テレコミュニケーションのみの特徴であ るタスクも実行する。 デジタル移動通信システムに使用される典型的な無線接続は、回路交換され、 即ち加入者のために指定された無線リソースは、全通話中その接続に対して指定 状態に保たれる。一般的パケット無線サービスＧＰＲＳは、ＧＳＭシステムのよ うなデジタル移動通信システムのために設計された新たなサービスである。この パケット無線サービスは、ＥＴＳＩ推奨勧告ＴＣ−ＴＲ−ＧＳＭ０１．６０に記 載されている。このパケット無線サービスにより、無線リソースを効果的に利用 するパケットモード無線接続を移動ステーションＭＳのユーザに提供することが できる。パケット交換接続においては、送信されるべきスピーチ又はデータがあ るときだけリソースが指定される。スピーチ又はデータは、所与の長さのパケッ トに組み立てられる。このようなパケットは、エアインターフェイスＵｍを経て 送信され、送信者が送信されるべき後続パケットをもたないと、無線リソースを 他の加入者の使用のために解除することができる。 本発明を限定するのではなく説明するために、システムは、ネットワーク側の パケットデータサービスの動作を制御する個別のＧＰＲＳサービス制御ノード又 はＧＰＲＳサポートノードＧＳＮを含むと仮定する。この制御は、例えば、移動 ステーションログオン及びログオフ、移動ステーション位置更新、及び正しい行 先へのデータパケットのルート指定を含む。本発明に関して、「データ」という 用語は、広く解釈されるもので、デジタル移動通信システムで交換される情報、 例えば、デジタル形態でデコードされたスピーチ、コンピュータ間のデータ送信 又はテレファックスデータを意味するものとする。ＧＳＮノードは、ベースステ ーションＢＴＳ、ベースステーションコントローラＢＳＣ又は移動サービス交換 センターＭＳＣに関連して配置することもできるし、或いはこれらとは別に配置 することもできる。ＧＳＮノードとベースステーションコントローラＢＳＣとの 間のインターフェイスは、Ｇｂインターフェイスと称する。 図１及び２を参照すれば、制御信号及びユーザデータのような情報は、ＧＰＲ Ｓフレームにより移動ステーションとＧＳＮノードとの間で交換される。各フレ ームＦは、少なくともヘッダ１と、データ部分２とを備えている。どの移動ステ ーションがフレームを送信したかをシステムが知るために、ヘッダ１は、移動ス テーションの識別子、例えば、一時的ロジカルリンク識別ＴＬＬＩを含む。接続 の開始に、ＧＳＮノードは、ＧＰＲＳ接続中に使用されるべきＴＬＬＩを移動ス テーションに指定する。ＧＰＲＳ接続の後に、同じＴＬＬＩを別の移動ステーシ ョンに再指定することができる。 ＴＬＬＩに加えて、移動ステーションによって使用されるアプリケーションプ ロトコルを指示するために、ネットワークレイヤサービスアクセスポイント識別 ＮＬＳＩをヘッダ１に使用することもできる。 データ部分２は、機密情報、例えば、ユーザデータや制御メッセージを含む。 この種の情報は、包括的形態での第三者へのデータ転送を防止するために保護さ れねばならない。データ部分２は、メッセージの送信者及び受信者のみが知る暗 号キーによりコード化即ち暗号化することができる。移動ステーションは、接続 特有の無線リソースではなく、分割されたリソースを使用するので、ヘッダ１を 同様に保護することはできない。ヘッダが暗号により保護されたとすれば、各受 信者は、エアインターフェイスＵｍを経て送信される全てのメッセージのヘッダ を開かねばならない。メッセージがどの移動ステーションに意図されたものであ るか移動ステーションＭＳに分かり、又はどの移動ステーションがメッセージを 送信したかＧＳＮノードに分かるのは、このときだけである。ＧＳＮノードは、 どの暗号キーを使用すべきか必ずしも分からない。 フレームのヘッダは保護できないので、上記した公知のパケットモードデータ 送信は、保安上問題を伴う。従って、侵入者や立ち聞きする者のような第三者が エアインターフェイスＵｍを経てのＧＰＲＳ通信に干渉し得る。本発明において は、このような者又は装置を「侵入者」と称する。この用語は、干渉の目的が、 通信の立ち聞きや妨害であるか、又はその他の例外的でない動作、例えば課金デ ータを不正変更する試みであるかに関わりなく、エアインターフェイスを経ての 通信に対するあらゆる種類の無断干渉を包含するものとする。侵入者は、たとえ メッセージの内容を解明できないとしても、エアインターフェイスから傍受した ＴＬＬＩを用いて妨害を与えることができる。侵入者は、例えば、ＧＰＲＳ接続 を経て送信されるメッセージの無断コピーを送信することによりＧＰＲＳ通信に 干渉したり、或いは偽のメッセージを送信して通信の完全性に干渉したりするこ とができる。典型的な制御メッセージは非常に短いものであり、たとえ侵入者が 暗号キーを知らなくても、大規模な攻撃によりそれを発見するように試みること ができる。発明の要旨 本発明の目的は、ＧＰＲＳ通信に干渉する上記の可能性を防止しそして通信の 信頼性を改善するための方法を提供することである。本発明の目的は、請求項１ の特徴部分に記載した発明により達成される。本発明の好ましい実施形態は、従 属請求項に記載する。 本発明は、侵入者により送られたフレームを識別できるようにＧＰＲＳ接続に 使用されるフレームを変更することによりＧＰＲＳ通信の信頼性を改善すること をベースとする。これは、例えば、ＧＰＲＳフレームのデータ部分に特別な情報 フィールドを追加することにより達成でき、このフィールドの内容は、メッセー ジの送信者及び受信者のみが知っているものである。本発明において、「特別な 情報フィールド」という用語は、データを送信するためではなく通信の信頼性を 改善するためにフレームのデータ部分に追加されるフィールドを指す。これを行 う最も簡単な方法は、移動ステーションがデータ送信サービスを利用するために 登録するときに、移動通信システム及び移動ステーションが暗号化アルゴリズム 及びこのアルゴリズムにより使用されるパラメータを交渉することである。交渉 は、データ接続の開始に行うこともできるし、おそらくは新たな接続中にも行う ことができる。この種の保護は、侵入者がどの暗号化アルゴリズム及び／又はパ ラメータが使用されるか知らないので、侵入者が偽のメッセージを送信するのを 少なくともしばらくの間は防止する。特別なフィールドの内容が送信者と受信者 との間で交渉したプロトコルに合致しない場合には、フレームを拒絶することが できる。 しかしながら、侵入者は、傍受したフレームのコピーを送信して、通信の完全 性に干渉することができる。このような干渉は、エアインターフェイスを経て送 られる２つの次々のフレーム間で特別な情報フィールドの内容を変更することに より防止することができる。簡単且つ計算上好ましいやり方で、特別な情報フィ ールドは、各次々のフレームにおいて異なるように形成され、例えば、各特別な フィールドの内容がＧＰＲＳフレーム番号を含むように形成される。受信者は、 特別なフィールドのフレーム番号を接続に通常使用されるフレーム番号と比較す ることができ、この番号は、フレームヘッダにおいて送信されるか、又は送信者 及び受信者が連続番号をフレームに指定することにより自分でそれを発生するこ とができる。特別なフィールドのフレーム番号が、接続に通常使用されるフレー ム番号に合致しない場合には、フレームを拒絶することができる。 本発明の好ましい実施形態によれば、保護が更に改善される。侵入者は、暗号 キーを知らないが、その内容を推定しそしてランダムなメッセージを送信するよ うに試みることができる。最悪の場合、受信者は、このようなメッセージをコマ ンドとして解釈し、例えば、接続をセットダウンさせるログオフ(Logoff)メッセ ージを解釈することがある。侵入者は、多数のランダムなメッセージを送信する ことにより、ＧＰＲＳ接続の通信に干渉することができ、従って、保護を更に改 善することが好ましい。これは、例えば、ＧＰＲＳフレームのデータ部分に別の 特別な情報フィールドを追加することにより行うことができ、このフィールドの 内容は、第１の特別な情報フィールドの内容とは異なるアルゴリズム及び／又は パラメータにより形成される。 本発明による保護の効果は、侵入者がＧＰＲＳ接続を経て送信されたメッセー ジの無断コピーを送信できないことである。これは、特別な情報フィールドを形 成するのに使用されるアルゴリズム及び／又はパラメータを侵入者が知らないた めである。ヘッダではなくフレームのデータ部分に特別な情報フィールドを配置 することにより、暗号化によりデータ部分を保護する機構であって、多数のシス テムにおいて実施される機構を使用することができる。本発明の保護は、実施が 簡単である。データ送信レイヤ及び暗号処理レイヤは、本発明の方法とは独立し ている。メッセージ処理動作においては暗号レイヤの上又はそれに並列に変更が 必要とされるだけである。送信者と受信者との間のネットワーク要素の動作は、 変更する必要がない。これらのネットワーク要素に対して、本発明の特別なフィ ールドは完全に透過的である。これは、ＧＰＲＳフレームのデータ部分の内容の 残り部分と同じ見掛けを有する。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。 図１は、本発明にとって重要な移動電話ネットワークの部分を示す図である。 図２は、移動ステーションとＧＳＮノードとの間の通信に使用される従来のＧ ＰＲＳフレームの構造を示す図である。 図３は、本発明の保安ＧＰＲＳフレームの構造を示す図である。 図４は、本発明の二重保安ＧＰＲＳフレームの構造を示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 図３は、本発明の保安ＧＰＲＳフレームＦの構造を示す図である。本発明は、 フレームＦのデータ部分が暗号化されて送信され、暗号キーが２つの次々のフレ ーム間で変更されるようなシステムに適用されるものと仮定する。図２に示され た従来のフレームと比較して、本発明のフレームＦのデータ部分２には、特別な 情報フィールド３が追加され、このフィールドの内容は、各次々のフレームにお いて異なる。特別な情報フィールド３の内容は、単にフレームの番号であっても よい。受信者、即ちＧＳＮノード又は移動ステーションＭＳは、特別なフィール ド３のフレーム番号を、接続に通常使用されそしてフレームヘッダ１において送 られたフレーム番号と比較することができる。或いは又、送信者及び受信者は、 フレームＦに連続番号を指定することにより彼ら自身でフレーム番号を発生する こともできる。特別なフィールド３のフレーム番号が、接続に通常使用されるフ レーム番号に合致しない場合には、受信者は、そのフレームを拒絶することがで きる。 本発明の保護にとって重要なことは、特別な情報フィールド３の内容がエアイ ンターフェイスを経て送られる２つの次々のフレームで異なることである。この 場合に、次々のフレームにおける特別な情報フィールド３が暗号化によって異な るものにされるときには、特別な情報フィールド３の内容が暗号化の前に２つの 次々のフレームにおいて同じであってもよい。暗号化の前の特別な情報フィール ド３の内容は、例えば、全体的又は部分的に次の１つでよい。 − 定数 − 移動ステーションのＩＭＳＩ又はＭＳＩＳＤＮ識別 − 接続特有の識別、又は − 擬似ランダム番号。 移動ステーションの識別は、そのＩＭＳＩ又はＭＳＩＳＤＮ識別であってもよ い。あるシステムでは、ターミナルの識別と移動加入者の識別とが相違すること がある。本発明に関しては、使用する識別がターミナルを識別するものか加入者 を識別するものかに関わりない。本発明に関しては、移動ステーションの識別が 一時的なものであり、例えば、送信者と受信者との間で交渉された識別である。 接続特有の識別は、移動ステーション又は加入者の識別とは独立した識別であ る。これは、接続に使用される一時的な論理的接続の識別ＴＬＬＩであってもよ い。又、移動ステーションがデータ送信サービスを利用するために登録を行うと きに移動ステーションとＧＳＮノードとが交渉する識別であってもよい。移動ス テーション及びＧＳＮノードは、各接続の開始又は接続中に新たな一時的な識別 を交渉してもよい。 擬似ランダム番号は、送信者と受信者のみが使用するアルゴリズム及び／又は 使用するパラメータに気付くように適当な擬似ランダムアルゴリズムにより発生 される番号である。たとえランダム番号を発生するアルゴリズムが一般に知られ ていても、多数の別々のアルゴリズムが使用され、そして送信者と受信者が一度 に１つづつ使用されるべきアルゴリズムを交渉することが考えられる。ランダム 番号は、その用語が何らかの形態のビットシーケンスも包含するように広く解釈 すべきである。従って、それ自体を、例えば、ＢＣＤコード化数に対応するビッ トグループに限定する必要はない。 フレームＦのデータ部分２が暗号化されて送信されるのではないシステムに本 発明を適用する場合には、特別な情報フィールド３の内容を、擬似ランダム番号 を発生するアルゴリズムによって形成し、エアインターフェイスＵｍを経て送信 される２つのフレームＦ間にできるだけ直ちにフィールド３の内容を変更するこ とができる。保安のために、各２つのフレームＦ間にフィールド３の内容を変更 するアルゴリズムを使用するのが好ましい。 図４は、本発明の好ましい実施形態によるＧＰＲＳフレームの構造を示してい る。保安性を更に改善するために、フレームＦのデータ部分２は、別の情報フィ ールド４も含む。この別の情報フィールド４の内容は、上記アルゴリズムの１つ により形成することができ、アルゴリズムは、第１の特別な情報フィールド３を 形成するのに使用されたものとは異なるのが好ましい。或いは又、同じアルゴリ ズムを異なるパラメータと共に使用して、特別な情報フィールド３及び４を形成 することもできる。フレームＦのデータ部分２が暗号化されて送られるのではな い場合には、例えば、フレームＦの番号と、擬似ランダム番号を発生するアルゴ リズムとを使用して、情報フィールド３及び４を形成することもできる。 接続中に使用する全てのフレームにおいて特別の情報フィールド３及び／又は ４の内容を異なったものにすることが絶対的に必要というのではない。擬似ラン ダム番号又はそれらの少なくとも１つを発生するアルゴリズムは、繰り返し式で あってもよい。 本発明の基本的な考え方は、種々の仕方で実施できることが当業者に明らかで あろう。本発明の説明において、明瞭化のために、パケット無線動作を制御する 機能はＧＳＮノードに集結されたと仮定した。しかしながら、これらの機能は、 ベースステーション、ベースステーションコントローラ、又は移動サービス交換 センターのような他のネットワーク要素に一体化することもできる。この場合、 パケット無線動作の制御に関するネットワーク要素の部分は、ＧＳＮノードに置 き換わることを理解されたい。本発明の好ましい実施形態に使用された別の特別 の情報フィールドも、説明のためのものである。１つの特別の情報フィールドが 各々２つ以上の異なるアルゴリズムにより発生された２つ以上の部分で構成され るように考えることもできる。従って、本発明及びその実施形態は、上記の例に 限定されるものではなく、請求の範囲内で種々変更することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ 【要約の続き】 り形成されるのが好ましい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの移動ステーション(MS)及び少なくとも１つのエアインター フェイス(Um)を備えたデジタル移動通信システムにおいて送信者と受信者(MS,GS N)との間でデータ送信するための方法であって、送信されるべきデータを少なく ともヘッダ(1)及びデータ部分(2)より成るフレーム(F)へと組み立て；そしてデ ータ送信の必要があるときだけフレーム(F)を送信する方法において、 フレーム(F)のデータ部分(2)に特別な情報フィールド(3)を追加し；そして その特別な情報フィールド(3)を形成する基礎となるアルゴリズム及び／又は パラメータを送信者及び受信者(MS,GSN)がそれら自身の間で交渉することを特徴 とする方法。 ２．上記アルゴリズム及び／又はパラメータは、移動ステーション(MS)がデータ 送信サービスを利用するために登録を行うときに交渉される請求項１に記載の方 法。 ３．上記アルゴリズム及び／又はパラメータは、各接続の開始に交渉される請求 項１に記載の方法。 ４．上記アルゴリズム及び／又はパラメータは、接続中に再交渉される請求項３ に記載の方法。 ５．上記特別な情報フィールド(3)の内容は、エアインターフェイス(Um)を経て 送信される２つの次々のフレーム(F)間で変更される請求項１に記載の方法。 ６．上記フレーム(F)のデータ部分(2)は、エアインターフェイス(Um)を経て暗号 化されて送信され、そして上記特別な情報フィールド(3)は、次の識別、即ち − ビットシーケンス定数、 − 関連するフレーム(F)又はその一部分の識別、 − 移動ステーションのＩＭＳＩ又はＭＳＩＳＤＮ識別、 − 接続特有の識別、又は − 擬似ランダム番号 の少なくとも１つを含む請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。 ７．上記特別な情報フィールド(3)は、擬似ランダム番号を発生するアルゴリズ ムにより形成された識別を含み、これにより、上記フレーム(F)のデータ部分(2) は、エアインターフェイス(Um)を経て暗号化されて又は暗号化されずに送信する ことができる請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。 ８．保護性を改善するために、上記フレーム(F)のデータ部分(2)に少なくとも１ つの第２の特別な情報フィールド(4)を追加し、このフィールドは、次の識別、 即ち − ビットシーケンス定数、 − 関連するフレーム(F)又はその一部分の識別、 − 移動ステーションのＩＭＳＩ又はＭＳＩＳＤＮ識別、 − 接続特有の識別、又は − 擬似ランダム番号 の少なくとも１つを含む請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。 ９．上記少なくとも１つの第２の特別な情報フィールド(4)は、第１の特別な情 報フィールド(3)とは異なる識別を含む請求項８に記載の方法。