KR100969649B1 - 무선통신시스템의 암호화 보호 방법 및 장치 - Google Patents

무선통신시스템의 암호화 보호 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선통신시스템에 사용되는 암호화 보호 방법으로서, 제1 비액세스 계층 메시지에 대하여 제1 암호화 프로세스를 실행하여 제2 비액세스 계층 메시지를 형성하는 단계와; 무선리소스제어층에 무선리소스제어 메시지를 발생시키고, 상기 무선리소스제어 메시지를 암호화하지 않는 단계와; 상기 제2 비액세스 계층 메시지와 상기 무선리소스제어 메시지를 연결하여 제1 연결 메시지를 형성하는 단계와; 상기 제1 연결 메시지에 대하여, 시퀀스필드를 제외한 전체 데이터에 제2 암호화 프로세스를 실행하는 실행하여 제2 연결 메시지를 형성하는 단계; 및 상기 제2 연결 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선통신시스템의 암호화 보호 방법 및 장치{Method and apparatus for performing ciphering in a wireless communications system}
본 발명은 무선통신시스템의 암호화 보호 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 암호화 보호를 정확하게 실행하여 데이터의 안전성을 향상시킬 수 있는 방법 및 그 관련 장치에 관한 것이다.
3세대 이동통신 기술은 고도의 주파수 스펙트럼 이용효율, 거리에 상관없는 커버율 및 고품질, 고속의 멀티미디어 데이터 전송을 제공하는 동시에, 각종 상이한 QoS 서비스 요구를 동시에 만족시킬 수 있으며, 탄력성을 구비한 다양화된 양방향 전송 서비스를 제공함과 아울러 비교적 우수한 통신 품질을 제공하여, 통신 중단률을 효과적으로 낮추었다. 종래의 3세대 이동통신시스템의 통신 규범에 따르면, 3세대 이동통신시스템의 통신 프로토콜층은 액세스 계층(Access Stratum, AS)과 비액세스 계층(Non-Access Stratum, NAS)으로 나눠 볼 수 있다. 액세스 계층은 무선리소스제어(Radio, Resource Control, RRC), 무선링크제어(Radio Link Control, RLC), 미디어액세스제어(Media Access Control, MAC), 패킷데이터컨버전스 프로토콜(Packet Data Convergence Protocol, PDCP), 브로드캐스트 멀티캐스트 제 어(Broadcast/Multicast Control, BMC) 등 다수개의 기능이 다른 서브층을 포함한다. 상기 각 서브층의 운영에 대해서는 업계에서 잘 알려져 있으므로, 여기서는 설명을 생략한다.
그런데, 고속 데이터 전송과 멀티미디어 응용에 대한 수요가 끊임없이 증가함에 따라, 3세대 이동통신시스템의 주파수 스펙트럼 사용효율 및 전송 속도 등이 이미 시장의 요구를 만족시킬 수 없을 정도가 됨에 따라, 업계에서는 이미 차세대 이동통신 기술을 개발하기 시작하였으며, 관련 규범 제정 위원회 역시 이러한 목표를 대상으로 업계의 수요에 부합하기 위해 통신 규범을 부단히 수정하고 있다.
미래장기진화(Long Term Evolution, LTE) 무선통신시스템은 바로 3세대 이동통신시스템(예를 들어 범용이동통신시스템) 위에 구축된 선진형 고속 무선통신시스템으로서, 이는 패킷 교환 전송을 지원해주기만 하면 되고, 또한 무선링크제어 통신 프로토콜층과 미디어 액세스 제어 통신 프로토콜층이 동일한 통신네트워크유닛, 예를 들어 기지국에 통합될 수 있어, 기지국(Node B) 및 무선네트워크컨트롤러(Radio Network Controller, RNC)에 따로 위치시킬 필요가 없기 때문에, 시스템 구조가 비교적 간단하다.
완전한 통신규범은 많은 사람들의 장시간 토론, 제정 및 부단한 수정을 필요로 한다. 현재 미래장기진화 무선통신시스템의 부분적인 구조는 여전히 기술 보고(Technical Report) 단계에 처해 있으며, 아직 정식 프로토콜 규범이 없다. 따라서 많은 프로토콜유닛의 기능이 여전히 연구되어야 하며(For Further Study), 업계 역시 상이한 문제에 대하여 관련 실시 또는 개선 방법을 제시하고 있다.
현재 미래장기진화 무선통신시스템의 부분적인 구조에 따르면 다음과 같은 몇 가지로 정리할 수 있다.
1. 사용자측(User Plane)의 통신프로토콜 구조는 아래에서 위로 물리계층(Physical Layer), 미디어 액세스제어층, 무선링크제어층, 패킷데이터 변환 프로토콜층이다.
2. 제어측(Control Plane)의 통신 프로토콜 구조는 아래에서 위로 물리계층, 미디어 액세스제어층, 무선링크제어층, 무선리소스제어층, 패킷데이터 변환 프로토콜층, 비액세스 계층이다.
3. 사용자측에 대한 데이터의 암호화(Ciphering) 보호는 패킷데이터 변환 프로토콜층에서 제공한다.
4. 제어측에 대한 무선리소스제어 메시지의 암호화 보호 및 무결성 보호(Integrity Protection)는 무선리소스제어층에서 제공하고, 비액세스 계층 메시지의 암호화 보호 및 무결성 보호는 즉 패킷데이터 변환 프로토콜층에서 제공한다.
5. 비액세스 계층의 메시지는 무선리소스제어 메시지와 연결 가능(또는 불가능)하다.
6. 미연결 메시지(Non-concatenated Message)에 대하여, 무선리소스제어층은 무결성 보호를 제공하지 않는다.
7. 연결 메시지(Concatenated Message)에 대하여, 무선리소스제어층이 무결성 보호의 실행을 제공할지 여부는 아직 연구되어야 한다.
8. 무선링크제어층은 프로토콜 에러 검측 및 회복 기능을 실행한다.
상기 배경기술의 설명으로부터 알 수 있듯이, 무선리소스제어층이 연결 메시지에 대하여 암호화 보호를 제공하는 운행 방식에 관하여, 배경 기술에서는 완전한 규범이 없다. 따라서, 본 발명은 주로 무선통신시스템의 안전검증 방법 및 그 관련 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 무선통신시스템에 사용되는 암호화 보호 방법을 개시하며, 이는 제1 비액세스 계층 메시지에 대하여 제1 암호화 프로세스를 실행하여 제2 비액세스 계층 메시지를 형성하는 단계와; 무선리소스제어층에 무선리소스제어 메시지를 발생시키고, 상기 무선리소스제어 미시지를 암호화하지 않는 단계와; 상기 제2 비액세스 계층 메시지와 상기 무선리소스제어 메시지를 연결하여 제1 연결 메시지를 형성하는 단계와; 상기 제1 연결 메시지 중, 시퀀스넘버 필드를 제외한 전체 데이터에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하여 제2 연결 메시지를 형성하는 단계; 및 상기 제2 연결 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 무선통신시스템에 사용되는 암호화 보호 방법을 개시하며, 이는 제1 비액세스 계층 메시지에 대하여 제1 암호화 프로세스를 실행하여 제2 비액세스 계층 메시지를 형성하는 단계와; 무선리소스제어층에 무선리소스제어 메시지를 발생시키고, 상기 무선리소스제어 메시지를 암호화하지 않는 단계와; 상기 제2 비액세스 계층 메시지와 무선리소스제어 메시지를 연결하여 제1 연결 메시지를 형성하는 단계와; 상기 제1 연결 메시지 중의 상기 무선리소스제어 메시지에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하여 제2 연결 메시지를 형성하는 단계; 및 상기 제2 연결 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 특징은 더 나아가 상기 제1 연결 메시지에 상기 제1 연결 메시지의 시퀀스넘버를 지시하기 위한 제1 필드를 형성하는 단계와; 상기 제1 연결 메시지에 상기 제2 비액세스 계층 메시지가 상기 제1 연결 메시지의 위치에 대응되도록 지시하기 위한 제2 필드를 형성하는 단계; 및 상기 제1 필드 및 제2 필드에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하지 않는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 무선통신시스템에 사용되어 암호화 보호를 정확하게 실행시키기 위한 통신장치를 개시한다. 상기 통신장치는 상기 통신장치의 기능을 실현하기 위한 제어회로와; 상기 제어회로에 설치되어 상기 제어회로를 조종하도록 프로그램코드를 실행시키는 중앙처리장치; 및 상기 제어회로에 설치되면서 상기 중앙처리장치와 연결되어, 상기 프로그램코드를 저장하는데 사용되는 메모리장치를 포함한다. 상기 프로그램코드에는 제1 비액세스 계층 메시지에 대하여 제1 암호화 프로세스를 실행하여 제2 비액세스 계층 메시지를 형성하는 수단; 무선리소스제어층에 무선리소스제어 메시지를 발생시키고, 상기 무선리소스제어 미시지를 암호화하지 않는 수단; 상기 제2 비액세스 계층 메시지와 상기 무선리소스제어 메시지를 연결하여 제1 연결 메시지를 형성하는 수단; 상기 제1 연결 메시지 중, 시퀀스넘버 필드를 제외한 전체 데이터에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하여 제2 연결 메시지를 형성하는 수단; 및 상기 제2 연결 메시지를 전송하는 수단이 포함된다.
본 발명은 또한 무선통신시스템에 사용되어 암호화 보호를 정확하게 실행시키기 위한 통신장치를 개시한다. 상기 통신장치는 상기 통신장치의 기능을 실현하기 위한 제어회로와; 상기 제어회로에 설치되어 상기 제어회로를 조종하도록 프로그램코드를 실행시키는 중앙처리장치; 및 상기 제어회로에 설치되면서 상기 중앙처리장치와 연결되어, 상기 프로그램코드를 저장하는데 사용되는 메모리장치를 포함한다. 상기 프로그램코드에는 제1 비액세스 계층 메시지에 대하여 제1 암호화 프로세스를 실행하여 제2 비액세스 계층 메시지를 형성하는 수단; 무선리소스제어층에 무선리소스제어 메시지를 발생시키고, 상기 무선리소스제어 메시지를 암호화하지 않는 수단; 상기 제2 비액세스 계층 메시지와 무선리소스제어 메시지를 연결하여 제1 연결 메시지를 형성하는 수단; 상기 제1 연결 메시지 중의 상기 무선리소스제어 메시지에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하여 제2 연결 메시지를 형성하는 수단; 및 상기 제2 연결 메시지를 전송하는 수단을 포함한다.
상기 장치의 특징은 더 나아가 상기 제1 연결 메시지에 상기 제1 연결 메시지의 시퀀스넘버를 지시하기 위한 제1 필드를 형성하는 수단; 상기 제1 연결 메시지에 상기 제2 비액세스 계층 메시지가 상기 제1 연결 메시지의 위치에 에응되도록 지시하기 위한 제2 필드를 형성하는 수단; 및 상기 제1 필드 및 제2 필드에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하지 않는 수단이 포함된다.
본 발명에 따르면 연결 메시지의 암호화 보호에 대하여 각기 다른 실시 방식을 제공함으로써 암호화 보호를 정확하게 실행하고, 나아가 정보의 안전성을 향상 시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 도 1은 무선통신장치(100)의 기능 블록도이다. 간결하게 표현하기 위하여, 도 1에서는 무선통신장치(100)의 입력장치(102), 출력장치(104), 제어회로(106), 중앙처리장치(108), 메모리장치(110), 프로그램코드(112) 및 송수신기(114)만 표시하였다. 무선통신 장치 중에서제어회로(106)는 중앙처리장치(108)를 통하여 메모리장치(110)에 저장된 프로그램코드(112)를 실행시키고, 나아가 무선통신장치(100)의 작동을 제어하게 되며, 이는 입력장치(102)(예를 들어 키보드)를 통하여 사용자가 입력한 신호를 수신하거나, 또는 출력장치(104)(예를 들어 모니터, 스피커 등)를 통하여 영상이나 음성 등 신호를 출력한다. 송수신기(114)는 무선신호를 수신하거나 발송하는데 사용되며, 수신한 신호를 제어회로(106)로 전송하거나, 혹은 제어회로(106)에서 형성된 신호를 무선전신 방식으로 출력한다. 다시 말해, 통신프로토콜의 구조로 말하면, 송수신기(114)는 제1층의 일부로 볼 수 있고, 제어회로(106)는 제2층 및 제3층의 기능을 실현하는데 사용된다.
계속해서 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1 중 프로그램코드(112)의 설명도이다. 프로그램코드(112)는 응용프로그램층(200), 제3층 인터페이스(202) 및 제2층 인터페이스(206)를 포함하고, 제1층 인터페이스(218)와 연결된다. 비액세스 계층 인터페이스(200)는 비액세스 메시지를 발생시켜 비액세스 응용을 실현하는데 사용된다. 제3층 인터페이스(202)는 리소스제어를 실현하는데 사용되도록 무선리소스제어층 인터페이스 및 패킷 데이터 변환 프로토콜층 인터페이스를 포함하는 것이 바 람직하다. 제2층 인터페이스(206)는 링크제어를 실현하는데 사용되며, 제1층 인터페이스(218)는 물리 연결을 실현하는데 사용된다.
정보의 안전성을 향상시키기 위하여, 프로그램코드(112)는 메시지에 대하여 암호화 보호를 실행함으로써 관련 없는 사람이 시그널링을 도용하여 안전성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 상황에서 본 발명의 실시예는 암호화 보호를 정확하게 실행하기 위한 안전 검증 프로그램코드(220)를 제공한다. 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 실시예의 플로우(30)를 나타낸 흐름도이다. 플로우(30)는 무선통신시스템에서 암호화 보호를 실행하는데 사용되며, 이는 안전검증 프로그램코드(220)로 컴파일될 수 있다. 플로우(30)는 다음 단계를 포함한다.
단계(300): 시작.
단계(302): 제1 비액세스 계층 메시지에 대하여 제1 암호화 프로세스를 실행하여 제2 비액세스 계층 메시지를 형성하는 단계.
단계(304): 무선리소스제어층에 무선리소스제어 메시지를 발생시키고, 상기 무선리소스제어 미시지를 암호화하지 않는 단계.
단계(306): 상기 제2 비액세스 계층 메시지와 상기 무선리소스제어 메시지를 연결하여 제1 연결 메시지를 형성하는 단계.
단계(308): 상기 제1 연결 메시지 중, 시퀀스넘버 필드를 제외한 전체 데이터에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하여 제2 연결 메시지를 형성하는 단계.
단계(310): 상기 제2 연결 메시지를 전송하는 단계.
단계(312): 종료.
상기 플로우(30)에 따르면, 무선리소스제어 메시지 및 비액세스 계층 메시지를 포함하고 있는 연결 메시지가 형성된 후, 본 발명의 실시예는 연결 메시지 중, 시퀀스넘버 필드를 제외한 전체 데이터에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행한다. 제1 암호화 프로세스는 무선리소스제어층의 상층에서 실행하고, 제2 암호화 프로세스는 무선리소스제어층 또는 그 하층에서 실행하는 것이 바람직하다.
이러한 상황에서, 연결 메시지의 필드가 비액세스 계층 메시지이거나 또는 무선리소스제어 메시지이거나를 막론하고, 제2 암호화 프로세스는 모두 암호화를 부여하기 때문에 연결 메시지는 어느 부분이 비액세스 계층 메시지이고 어느 부분이 무선리소스제어 메시지인지 구별하기 위한 별도의 필드가 필요 없어 제2 암호화 프로세스의 절차가 단순해지며, 또한 별도의 필드를 사용할 필요가 없다. 이런 식으로 나아가면 수신터미널의 복호화 프로세스 역시 따라서 단순해지게 되어 에러 발생 확률이 줄어든다.
따라서 플로우(30)를 통하여, 본 발명의 실시예는 무선리소스제어 메시지 및 비액세스 메시지를 포함하고 있는 연결 메시지에 대하여 정확한 암호화 보호 프로세스를 실행시킬 수 있어 복호화 프로세스를 단순화하고, 불필요한 별도의 지시 필드를 줄여 정보 안전성의 신뢰도를 향상시키는 동시에 전송 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 실시예의 플로우(40)를 나타낸 흐름도이다. 플로우(40)는 무선통신시스템에서 암호화 보호를 실행하는데 사용되며, 이는 안전검증 프로그램코드(220)로 컴파일 될 수 있다. 플로우(40)는 다음 단계를 포함한다.
단계(400): 시작.
단계(402): 제1 비액세스 계층 메시지에 대하여 제1 암호화 프로세스를 실행하여 제2 비액세스 계층 메시지를 형성하는 단계.
단계(404): 무선리소스제어층에 무선리소스제어 메시지를 발생시키고, 상기 무선리소스제어 메시지를 암호화하지 않는 단계.
단계(406): 상기 제2 비액세스 계층 메시지와 무선리소스제어 메시지를 연결하여 제1 연결 메시지를 형성하는 단계.
단계(408): 상기 제1 연결 메시지에 상기 제1 연결 메시지의 시퀀스넘버를 지시하기 위한 제1 필드를 형성하는 단계.
단계(410): 상기 제1 연결 메시지에 상기 제2 비액세스 계층 메시지가 상기 제1 연결 메시지의 위치에 대응되도록 지시하기 위한 제2 필드를 형성하는 단계.
단계(412): 상기 제1 연결 메시지 중의 상기 무선리소스제어 메시지에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하여 제2 연결 메시지를 형성하는 단계.
단계(414): 상기 제1 필드 및 상기 제2 필드에 상기 제2 암호화 프로세스를 실행하지 않는 단계.
단계(416): 종료.
상기 플로우(40)에 따르면, 무선리소스제어 메시지 및 비액세스 계층 메시지를 포함하고 있는 연결 메시지가 형성된 후, 본 발명의 실시예는 연결 메시지 중의 무선리소스제어 메시지 부분만 암호화하고, 비액세스 메시지 부분에 대해서는 더 이상 두 번째 암호화 프로세스를 실행하지 않는다. 이런 식으로 나아가면, 비액세스 계층 메시지 부분은 불필요한 2차 암호화를 방지할 수 있다. 이러한 상황에서, 플로우(40)의 특징은 연결 메시지에 비액세스 계층 메시지가 상기 연결 메시지의 위치에 대응되도록 지시하기 위한 제2 필드를 반드시 구비한다. 이와 같이, 수신터미널은 비로소 정확하게 복호화하여 원래의 무선리소스제어 메시지 및 비액세스 계층 메시지를 환원시킬 수 있게 된다. 제1 암호화 프로세스는 무선리소스제어층의 상층에서 실행하고, 제2 암호화 프로세스는 무선리소스제어층 또는 그 하층에서 실행하는 것이 바람직하다.
따라서, 플로우(40)를 통하여, 본 발명의 실시예는 무선리소스제어 메시지 및 비액세스 메시지를 포함하고 있는 연결 메시지에 대하여 암호화 보호 프로세스를 실행하여 수신터미널이 정확하게 복호화하도록 함으로써 정보의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명의 청구범위에 의거하여 진행한 등가의 변경 및 부가 등은 모두 본 발명이 포괄하는 기술적 범위 내에 속하게 될 것이다.
도 1은 무선통신장치의 기능 블록도이다.
도 2는 도 1 중 프로그램코드의 설명도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시예의 플로우를 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 무선통신장치 102: 입력장치 104: 출력장치 106: 제어회로 108: 중앙처리장치 110: 메모리장치 112: 프로그램코드 114: 송수신기 200: 응용프로그램층 202: 제3층 인터페이스 206: 제2층 인터페이스 218: 제1층 인터페이스 220: 안전검증 프로그램코드

Claims (16)

  1. 무선통신시스템에 사용되는 암호화 보호 방법에 있어서,
    제1 비액세스 계층(NAS) 메시지에 대하여 제1 암호화 프로세스를 실행하여 제2 비액세스 계층 메시지를 형성하는 단계와;
    무선리소스제어층에 무선리소스제어(RRC) 메시지를 발생시키고, 상기 무선리소스제어 메시지를 암호화하지 않는 단계와;
    상기 제2 비액세스 계층 메시지와 상기 무선리소스제어 메시지를 연결하여 제1 연결 메시지를 형성하는 단계와;
    상기 제1 연결 메시지 중, 상기 NAS 메시지 및 상기 RRC 메시지 모두에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하여 제2 연결 메시지를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 연결 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 암호화 프로세스는 상기 무선리소스제어층의 상층에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제2 암호화 프로세스는 상기 무선리소스제어층에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제2 암호화 프로세스는 상기 무선리소스제어층의 하층에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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  9. 무선통신시스템에 사용되어 암호화 보호를 정확하게 실행하기 위한 통신장치에 있어서,
    상기 통신장치는
    상기 통신장치의 기능을 실현하기 위한 제어회로와;
    상기 제어회로에 설치되어 상기 제어회로를 조종하도록 프로그램코드를 실행시키는 중앙처리장치; 및
    상기 제어회로에 설치되면서 상기 중앙처리장치와 연결되어, 상기 프로그램코드를 저장하는데 사용되는 메모리장치를 포함하되,
    상기 프로그램코드에는
    제1 비액세스 계층(NAS) 메시지에 대하여 제1 암호화 프로세스를 실행하여 제2 비액세스 계층 메시지를 형성하는 수단;
    무선리소스제어층에 무선리소스제어(RRC) 메시지를 발생시키고, 상기 무선리소스제어 메시지를 암호화하지 않는 수단;
    상기 제2 비액세스 계층 메시지와 상기 무선리소스제어 메시지를 연결하여 제1 연결 메시지를 형성하는 수단;
    상기 제1 연결 메시지 중, 상기 NAS 메시지 및 상기 RRC 메시지 모두에 대하여 제2 암호화 프로세스를 실행하여 제2 연결 메시지를 형성하는 수단; 및
    상기 제2 연결 메시지를 전송하는 수단이 포함되는 것을 특징으로 하는 통신장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제1 암호화 프로세스는 상기 무선리소스제어층의 상층에서 실행되는 것을 특징으로 하는 통신장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제2 암호화 프로세스는 상기 무선리소스제어층에서 실행되는 것을 특징으로 하는 통신장치.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 제2 암호화 프로세스는 상기 무선리소스제어층의 하층에서 실행되는 것을 특징으로 하는 통신장치.
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