KR100913373B1 - 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법 및장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

무선 통신 시스템에서 오버헤드를 제거하기 위하여, 보안 시퀀스 번호 생성을 수행하는 방법은 제1 프로토콜 엔티티에서 제1 시퀀스 번호를 제1 보안 기능의 매개변수로서 사용하고, 제2 프로토콜 엔티티에서 상기 제1 시퀀스 번호를 제2 보안 기능의 매개변수로서 사용한다. 상기 제1 보안 기능은 상기 제2 보안 기능과 다르다.

Description

무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법 및 장치{Method and apparatus for security sequence numbering in a wireless communications system}
도 1은 무선 통신 장치의 기능 블록도.
도 2는 도 1의 프로그램 코드를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 프로세스를 보여주는 흐름도.
관련 출원들에 대한 전후참조
본원은 발명의 명칭이 "무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 및 핸드오버 이후의 상태 보고 핸들링 방법 및 장치(Method and Apparatus for Security Sequence Numbering and Handling Status Report after Handover in a Wireless Communications System)"이며 2006년 6월 22일자 출원된 미국 임시 출원 제60/805,471호를 기초로 하여 우선권을 주장한 것이며, 이러한 미국 임시 출원의 내용들은 본원에 참조병합된다.
기술분야
본 발명은 무선 통신 시스템에서 보안 시퀀스 번호 생성을 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 더 구체적으로 기술하면 오버헤드를 감소시키는 보안 시퀀스 번호 생성 방법 및 관련 장치에 관한 것이다.
3세대(3G) 이동 통신 시스템은 셀룰러 네트워크용의 광대역 부호 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access; WCDMA) 무선 공중 인터페이스 접속 방법을 채택하여 왔다. 광대역 부호 분할 다중 접속(WCDMA)은 높은 주파수 스펙트럼 채용, 광범위한 서비스 구역(universal coverage), 및 고품질, 고속 멀티미디어 데이터 전송을 제공(고려)한 것이다. 그러한 광대역 부호 분할 다중 접속(WCDMA) 방법은 또한 모든 종류의 QoS 요건들을 만족시키면서 동시에 전송 중단 비율들을 낮추도록 다양하고 적응성이 있는 양방향 전송 서비스 및 더 나은 통신 품질을 제공한다. 상기 3세대(3G) 이동 통신 시스템을 통해, 사용자는 실시간 비디오 통신, 회의 통화, 실시간 게임, 온라인 뮤직 브로드캐스트, 및 전자 메일 송신/수신을 실현하도록 이동 전화와 같은 무선 통신 장치를 채용할 수 있다. 그러나, 이러한 기능들은 신속하고 즉시 이루어지는 전송에 의존한다. 따라서, 3세대 이동 통신 기술을 타깃으로 할 때, 종래기술은 고속 다운링크 패키지 접속(High Speed Downlink Package Access; HSDPA) 및 고속 업링크 패키지 접속(High Speed Uplink Package Access; HSUPA)을 제공하는데, 이들은 업링크/다운링크 전송 비율을 개선하기 위해 대역폭 효용 비율 및 패키지 데이터 처리 효율을 증가시키는데 사용된다.
3GPP TS 33.102, "3G 보안; 보안 아키텍처(3G Security; Security architecture)"에는 상기 3G 이동 통신 시스템용 보안 구조가 정의되어 있다. 상기 보안 아키텍처는 보안 특징들 및 보안 메커니즘들에 의해 분류될 수 있다. 보안 특징들은 하나 이상의 보안 요건들을 만족시키는 서비스 능력이고, 반면에 보안 메커니즘은 상기 보안 특징들을 실현하는데 사용되는 요소들이다. 예를 들면, 사용자 데이터 기밀성은 상기 보안 특징들 중 하나이고, 획득된 암호 키를 사용하는 스트림 암호(stream cipher)는 상기 사용자 데이터 기밀성의 보안 특징을 실현하는 보안 메커니즘이다.
3GPP TS 33.102의 섹션 6.5.4에는 무결성 보호 시퀀스 번호 COUNT-1이 언급되어 있다. 상기 무결성 시퀀스 번호 COUNT-1은 32비트 길이이다. 시그널링 무선 베어러들 RB 0-4의 경우, 업링크 시그널링 RB에 대하여 하나의 COUNT-1 값이 존재하고 다운링크 시그널링 RB에 대하여 하나의 COUNT-1 값이 존재한다. COUNT-1은 2개의 부분, 즉 "짧은" 시퀀스 번호 및 "긴" 시퀀스 번호를 포함한다. 상기 "짧은" 시퀀스 번호는 COUNT-1의 최하위 비트들을 형성하고, 반면에 상기 "긴" 시퀀스 번호는 COUNT-1의 최상위 비트들을 형성한다. 상기 "짧은" 시퀀스 번호는 각각의 RRC PDU에서 이용가능한 4-비트 RRC 시퀀스 번호(RRC SN)이다. 상기 "긴" 시퀀스 번호는 28-비트 RRC 하이퍼 프레임 번호(RRC HFN)이며, 이는 각각의 RRC SN 사이클에서 증가된다.
3GPP TS 33.102의 섹션 6.6.4에는 암호화 시퀀스 번호 COUNT-C가 언급되어 있다. 상기 암호화 시퀀스 번호 COUNT-C는 32비트 길이이다. RLC AM 또는 RLC UM을 사용하는 각각의 업링크 RB 및 각각의 다운링크 RB는 하나의 COUNT-C 값을 지닌다. 동일한 CN 도메인의 모든 투명 모드(transparent mode) RLC 무선 베어러들의 경우, COUNT-C는 동일하고, COUNT-C 또한 업링크 및 다운링크에 대하여 동일하다. COUNT-C는 2개의 부분, 즉 "짧은" 시퀀스 번호 및 "긴" 시퀀스 번호를 포함한다. 상기 짧은 시퀀스 번호는 COUNT-C의 최하위 비트들을 형성하고, 반면에 상기 긴 시퀀스 번호는 COUNT-C의 최상위 비트들을 형성한다. COUNT-C의 갱신은 전송 모드에 의존한다.
본 발명의 목적은 오버헤드를 감소시키는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법 및 관련 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템에서 보안 시퀀스 번호 생성을 수행하는 방법은 제1 프로토콜 엔티티에서 제1 시퀀스 번호를 제1 보안 기능의 매개변수로서 사용하는 단계, 및 제2 프로토콜 엔티티에서 상기 제1 시퀀스 번호를 제2 보안 기능의 매개변수로서 사용하는 단계를 포함한다. 상기 제1 보안 기능은 상기 제2 보안 기능과 다르다.
본 발명에 의하면, 보안 시퀀스 번호 생성을 수행하는 무선 통신 시스템용 통신 장치는 상기 통신 장치의 기능들을 실현하는 제어 회로, 상기 제어 회로에 설치된 중앙 처리 유닛으로서, 상기 제어 회로를 동작시키도록 프로그램 코드들을 실행하는 중앙 처리 유닛, 및 상기 중앙 처리 유닛에 연결된 메모리를 포함한다. 상기 메모리는 제1 프로토콜 엔티티에서 제1 시퀀스 번호를 제1 보안 기능의 매개변수로서 사용하도록 실행되는 프로그램 코드, 및 제2 프로토콜 엔티티에서 상기 제1 시퀀스 번호를 제2 보안 기능의 매개변수로서 사용하도록 실행되는 프로그램 코드를 포함한다. 상기 제1 보안 기능은 상기 제2 보안 기능과 다르다.
여러 도면 및 그림에 예시되어 있는 이하 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명을 이해하면 본 발명의 이들 및 다른 목적들이 아마도 당업자들에게 자명해질 것이다.
통신 장치(100)의 기능 블록도인 도 1을 참조하기 바란다. 간략성을 위해, 도 1에는 단지 상기 통신 장치(100)의 입력 장치(102), 출력 장치(104), 제어 회로(106), 중앙 처리 유닛(Central Processing Unit; CPU; 108), 메모리(110), 프로그램 코드(112), 및 송수신기(114)만이 도시되어 있다. 상기 통신 장치(100)에서, 상기 제어 회로(106)는 상기 CPU(108)를 통해 상기 메모리(110)에 내재하는 프로그램 코드(112)를 실행함으로써, 상기 통신 장치(100)의 동작을 제어한다. 상기 통신 장치(100)는 키보드와 같은 입력 장치(102)를 통해 사용자에 의해 입력된 신호들을 수신할 수 있으며, 모니터 또는 스피커들과 같은 출력 장치(104)를 통해 이미지들 및 사운드들을 출력시킬 수 있다. 상기 송수신기(114)는 무선 신호들을 수신 및 송신하는데, 즉 수신된 신호들을 상기 제어 회로(106)에 전달하고, 상기 제어 회로(106)에 의해 생성된 신호들을 무선으로 출력하는데 사용된다. 통신 프로토콜 프레임워크의 견지에서 볼 때, 상기 송수신기(114)는 계층 1의 일부로서 보일 수 있으며, 상기 제어 회로(106)는 계층 2 및 계층 3의 기능들을 실현하는데 채용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 통신 장치(100)가 3세대(3G) 이동 통신 시스템에서 채용된다.
계속해서 도 2를 참조하기 바란다. 도 2는 도 1에 도시된 프로그램 코드(112)를 보여주는 도면이다. 상기 프로그램 코드(112)는 애플리케이션 계층(200), 계층 3(202), 및 계층 2(206)를 포함하며, 계층 1(218)에 연결되어 있다. LTE에서, 상기 계층 3(202)은 무선 자원 제어(Radio Resource Control; RRC) 엔티티(entity)(210)를 포함한다. 상기 무선 자원 제어(RRC) 엔티티(210)는 무결성 보호(integrity protection)를 용이하게 하기 위해 각각의 RRC 메시지에 RRC SN을 제공한다. 상기 계층 2(206)는 2개의 부속 계층, 즉 무선 링크 제어(Radio Link Control; RLC) 엔티티(226) 및 패킷 데이터 수렴 프로토콜(Packet Data Convergence Protocol; PDCP) 엔티티(224)를 포함한다. 상기 패킷 데이터 수렴 프로토콜(PDCP) 엔티티(224)는 상기 무선 링크 제어(RLC) 엔티티(226)의 상위 계층이다. 상기 무선 링크 제어(RLC) 엔티티(226)의 주기능은 세그먼테이션(Segmentation), 재조립, 연결(concatenation), 패딩(padding), 재전송, 시퀀스 검사, 및 제어 명령들 또는 전송 데이터 상에서의 중복 검출을 제공하는 기능을 포함한다. 상기 패킷 데이터 수렴 프로토콜(PDCP) 엔티티(224)는 헤더들의 압축/압축해제, 사용자 데이터의 전송, 및 패킷 데이터 수렴 프로토콜(PDCP) 시퀀스 번호들의 유지에 대한 기능을 주로 수행한다.
LTE에서, 상기 패킷 데이터 수렴 프로토콜(PDCP) 엔티티(224)는 암호화 기능을 용이하게 하기 위해 각각의 패킷에, 다시 말하면 각각의 RLC SDU에 PDCP SN을 제공해야 한다. 상기 무선 링크 제어(RLC) 엔티티(226)는 재정렬, 중복 검출, 흐름 제어, 및 ARQ 기능들을 수행할 때 상기 PDCP SN들을 사용할 수 있다. 따라서, 프로 토콜 오버헤드를 감소시키기 위하여 RLC PDU의 RLC 헤더에는 여분의 RLC SN 필드가 존재하지 않을 가능성이 있다. 핸드오버시 효율을 증가시키기 위해, 상기 프로그램 코드(112)는 보안 시퀀스 번호 생성 프로그램 코드(220)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 프로세스(30)를 보여주는 흐름도인 도 3을 참조하기 바란다. 상기 프로세스(30)는 무선 통신 시스템에서의 데이터 프레이밍용으로 채용되며, 상기 보안 시퀀스 번호 생성 프로그램 코드(220)로 컴파일링될 수 있다. 상기 프로세스(30)는 다음과 같은 단계들을 포함한다.
단계(300): 시작.
단계(302): 제1 프로토콜 엔티티에서 제1 시퀀스 번호를 제1 보안 기능의 매개변수로서 사용함.
단계(304): 제2 프로토콜 엔티티에서 상기 제1 시퀀스 번호를 제2 보안 기능의 매개변수로서 사용함.
단계(306): 끝.
상기 프로세스(30)에서, 상기 제1 보안 기능은 무결성 보호일 수 있으며, 상기 제2 보안 기능은 암호화일 수 있다. 더욱이, 상기 제1 프로토콜 엔티티 및 상기 제2 프로토콜 엔티티는 동일 계층에 존재할 수 있다. 상기 동일 계층은 상기 패킷 데이터 수렴 프로토콜(PDCP) 계층 또는 무선 자원 제어(RRC) 계층일 수 있다. 또한, 상기 제1 시퀀스 번호는 RLC 엔티티 또는 매체 접속 제어(Medium Access Control; MAC) 엔티티와 같은 제3 프로토콜 엔티티에서 부가적으로 사용될 수 있다. 마지막으로, 상기 제1 프로토콜 엔티티 및 상기 제2 프로토콜 엔티티는 또한 다른 계층들에 존재할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 엔티티는 무결성 보호를 제공하는 RRC 엔티티이며 상기 제2 엔티티는 암호화를 제공하는 PDCP 엔티티이다.
요약하면, 본 발명은 상기 제1 프로토콜 엔티티의 제1 보안 기능 및 상기 제2 프로토콜 엔티티의 보안 기능에서 하나의 시퀀스 번호를 사용하여 종래기술과 비교해 볼 때 오버헤드 및 복잡성을 감소시킨다.
당업자라면 본 발명의 교시들을 유지하면서 상기 방법 및 장치에 대한 여러 가지의 변형 및 수정이 이루어질 수 있음을 용이하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 위에서 언급된 개시내용은 단지 첨부된 청구범위들의 한계에 의해서만 한정되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 제1 프로토콜 엔티티의 제1 보안 기능 및 제2 프로토콜 엔티티의 보안 기능에서 하나의 시퀀스 번호를 사용하여 오버헤드 및 복잡성을 감소시킨다.

Claims (18)

  1. 무선 통신 시스템에서 보안 시퀀스 번호 생성을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    제1 프로토콜 엔티티에서 제1 시퀀스 번호를 제1 보안 기능의 매개변수로서 사용하는 단계; 및
    제2 프로토콜 엔티티에서 상기 제1 시퀀스 번호를 제2 보안 기능의 매개변수로서 사용하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 보안 기능은 상기 제2 보안 기능과 다른 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 보안 기능은 무결성 보호인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 보안 기능은 암호화인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 프로토콜 엔티티 및 상기 제2 프로토콜 엔티티는 동일 계층에 존재하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 동일 계층은 무선 자원 제어 계층인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 동일 계층은 패킷 데이터 수렴 프로토콜 계층인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방법은,
    제3 프로토콜 엔티티에서 상기 제1 시퀀스 번호를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 프로토콜 엔티티 및 상기 제2 프로토콜 엔티티는 다른 계층들에 존재하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 보안 기능은 무결성 보호이고, 상기 제1 프로토콜 엔티티는 무선 자원 제어 엔티티이며, 상기 제2 보안 기능은 암호화이고, 상기 제2 프로토콜 엔티티는 패킷 데이터 수렴 프로토콜 엔티티인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템에서의 보안 시퀀스 번호 생성 방법.
  10. 보안 시퀀스 번호 생성을 수행하는 무선 통신 시스템용 통신 장치에 있어서,
    상기 통신 장치는,
    상기 통신 장치의 보안 시퀀스 번호 생성 기능들을 실현하는 제어 회로;
    상기 제어 회로에 설치된 중앙 처리 유닛으로서, 상기 제어 회로를 동작시키도록 프로그램 코드들을 실행하는 중앙 처리 유닛; 및
    상기 중앙 처리 유닛에 연결된 메모리로서,
    제1 프로토콜 엔티티에서 제1 시퀀스 번호를 제1 보안 기능의 매개변수로서 사용하는 프로그램 코드; 및
    제2 프로토콜 엔티티에서 상기 제1 시퀀스 번호를 제2 보안 기능의 매개변수로서 사용하는 프로그램 코드를 포함하는 메모리를 포함하며,
    상기 제1 보안 기능은 상기 제2 보안 기능과 다른 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템용 통신 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 보안 기능은 무결성 보호인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템용 통신 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제2 보안 기능은 암호화인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템용 통신 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제1 프로토콜 엔티티 및 상기 제2 프로토콜 엔티티는 동일 계층에 존재하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템용 통신 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 동일 계층은 무선 자원 제어 계층인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템용 통신 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 동일 계층은 패킷 데이터 수렴 프로토콜 계층인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템용 통신 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 메모리는,
    제3 프로토콜 엔티티에서 상기 제1 시퀀스 번호를 사용하는 프로그램 코드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템용 통신 장치.
  17. 제10항에 있어서, 상기 제1 프로토콜 엔티티 및 상기 제2 프로토콜 엔티티는 다른 계층들에 존재하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템용 통신 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 보안 기능은 무결성 보호이고, 상기 제1 프로토콜 엔티티는 무선 자원 제어 엔티티이며, 상기 제2 보안 기능은 암호화이고, 상기 제2 프로토콜 엔티티는 패킷 데이터 수렴 프로토콜 엔티티인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템용 통신 장치.
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