KR19990063778A - 정보 암호화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동무선 시스템에서 송신되는 정보흐름(음성 또는 데이터)을 암호화 하는 각종 방법에 관한 것이다. 이동무선 시스템은 복수의 이동국중 특정한 이동국(MS) 및 망(MSC, BSS)간의 시분할 다중 접속개념(TDMA)에 따라 정보를 이송한다. 설정된 사용자의 정보(B1, B2)가 단일 프레임내의 2개 이상의 시간슬롯(TS1, TS2)에서 이송될 때 제안된 암호화 방법은 사용된다.
본 발명의 암호화 방법에 따라, 암호화 과정에서 사용된 각종 파라미터(Kc, FN, PS)는 프레임에서 사용된 시간슬롯 각각의 서수에 따라 변경된다. 예를 들어, 암호화 키(Kc) 및 프레임번호(FN)는 관련한 시간슬롯의 서수(TSn)에 따라 변경되고 공지된 암호화 알고리즘(A5)은 변경된 암호화 시퀀스(PSm')를 얻기 위해 사용된다. 그것은 시스템 시그널링 프로토콜 및 하드웨어에 실질적인 변화를 이룰 필요를 제거한다.

Description

정보 암호화 방법
유럽에서 일반적으로 사용되는 GSM-망은 시분할 다중 접속(TDMA)을 사용하는 이동무선망이다. 다른 이동무선망과 같이, GSM 망은 송신된 메시지의 인가 확인 및 암호화를 사용한다. GSM 망에 대해서, 그것은 ETSI(European Telecommunication Standard Institute; 유럽 전기통신 표준화 기구)에 의해 발표되고, 이하에서 ETSI/GSM 03.20으로 언급된 1994년 5월의 "GSM 사양서 03.20"에서 특정화 된다. 인가 확인에서 사용된 각종 알고리즘은 상기 문헌에서 설명된다.
알고리즘(A3)은 망 및 가입자 장치간의 실제의 인가 확인을 하게 되고, 알고리즘(A5)은 송신되는 유료정보의 암호화용으로 사용되고, 알고리즘(A8)은 임의번호 변수(RAND)로부터의 암호화 키(Kc)를 가입자 인가 키(Ki)로부터 형성하기 위해 사용된다.
일반적으로, 설정된 연결에 대해 프레임당 하나만의 시간슬롯이 TDMA 형태 시분할 이동무선 시스템에서 사용되고, ETSI/GSM 05.02를 참고하시오.
반드시 연속시간슬롯으로 되지 않는 2개 이상의 시간슬롯의 사용은 제안되어 왔고, 1995년 8월 29일자의 ETSI/STC SMG3 WPA 95A를 참고하고, 특히 포인트 5 "HSCSD Architecture"를 참고하시오. 그것은 많은 정보량을 시간단위로 송신되게 하는 장점을 구비한다.
본 발명은 시분할 다중 접속형태(TDMA 시스템)의 이동무선 시스템에서 고정망 및 이동국간의 정보를 암호화 하는 방법에 관련된다.
특히, 본 발명은 망에 의해 이동장치상의 더 안전한 형태로 및 다중의 시간슬롯이 동일한 사용자(이동국)에 대해 사용될 때 송신된 정보를 암호화 하는 방법에 관련된다.
도 1은 인가 확인 절차동안 이동무선 시스템에서 망측 및 이동국간의 시그널링의 개략 예시도.
도 2는 도 1에 예시된 시스템에서 공지된 정보 암호화를 예시하는 블록 다이어그램.
도 3은 2개의 본 발명의 방법에서 사용된 알고리즘을 심벌화하는 블록 다이어그램.
도 4는 제3의 본 발명의 방법에서 사용된 알고리즘을 심벌화하는 블록 다이어그램.
앞선 내용에 따라 하나 및 동일한 무선송신에 대해 하나의 시간슬롯을 대신해서 2개 이상의 시간슬롯을 GSM 시스템에서 포함하는 것은 암호화 및 인가 확인이 사용될 때 소정의 문제를 야기한다.
가장 명백한 절차는 각 시간슬롯을 분리해서 처리하는 것과 이미 공지된 원리에 따라 정보를 처리하는 것이다. 그러나, 그런 절차는 현재의 시그널링 프로토콜 및 망측과 이동국측 모두상의 설비에 많은 변경을 요구한다.
현재의 표준 및 설비에 가장 최대로 가능한 정도로 변경을 방지하는 것이 바람직하다. 하나 및 동일한 프레임 내의 모든시간슬롯 및 설정된 프레임번호에 대해 동일한 의사-임의 시퀀스의 사용은 상기 언급된 ETSI 문서, ETSI/T doc SMG3,"First HSCSD stage 2 draft"에서 제안된다. 상기 방법의 결점은 암호화 안정성 및 절차 단순성간에 절충하는 것이 필요하다. 하나 및 동일한 사용자에 속하는 2개의 분리된 버스트가 동일한 암호화 시퀀스(의사-임의 임의 시퀀스)를 사용하는 동안 상기 방법으로 송신될 때, 암호화의 영향은 간단한 EXOR 동작을 수행함으로써, 상대적으로 간단히 제거될 수 있다.
본 발명의 목적은 2개 이상의 시간슬롯이 시그널링 프로토콜 및/또는 시스템 설비에 실질적인 변화를 가할 필요없이 하나 및 동일한 송신에 대해 사용되는 TDMA 형태 이동무선 시스템에서 신뢰성있는 암호화 방법을 제공하는 것이다.
상기 관계에서, 본 발명의 방법은 다음의 청구항 1에서 설명된 특징에 의해 특징지어진다. 다른 본 발명의 방법은 첨부되는 청구항 3에서 설명된 특징에 의해 특징지어진다. 부가적인 본 발명의 방법은 첨부되는 청구항 4 및 청구항 5에서 설명된 특징에 의해 특징지어진다.
상기 언급된 본 발명의 방법은 첨부 도면을 참고로 더 상세하게 현재 설명된다.
도 1은 GSM 시스템을 예로 하는 이동무선 시스템의 단순화된 개략 예시이다.시스템은 망측 "망" 및 이동국측 "이동"을 갖는다. 망측은 공중전화망(도시 안된)에 교대로 연결되는 이동스위칭 센터(MSC)에 연결되는 기지국 시스템(BSS)을 포함한다. 기지국(BSS)은 기지국 송수신기(BTS) 및 기지국 제어기(BSC)(도시 안된)를 통상적으로 포함한다. 실제로 복수의 기지국은 망측상에서 이동스위칭 센터(MSC)에 연결되는 반면에 이동국측은 기지국 시스템(BSS)과 동시에 통신할 수 있는 복수의 이동국을 포함한다. 망측 및 이동국측은 도면기호(TR)로써, 도 1에 심벌화 되는 공기 인터페이스에 걸쳐 무선신호를 경유해 정보를 송신한다.
실제의 정보가 망 및 설정된 이동국(MS)간에 송수신 되기 전에 망은 이동국(MS)의 인가를 확인하게 되야한다. 상기 인가 확인은 공지된 원리에 따라 수행됨으로써, 망 즉, 기지국 시스템(BSS)은 임의번호(소위 "임의 호출(challenge)")(RAND)를 DCCH(dedicated control channel)를 통해 이동국(MS)으로 보낸다.
이동국(MS)은 상기 언급된 ETSI/GSM 03.20의 50페이지 상에서 설명했듯이 임의번호(RAND)를 수신하고, 설정된 알고리즘(A3)에 따라 상기 임의번호 및 이동국 자체의 키(Ki)로부터 응답(SRES)(signed response)을 형성한다.
동시에, 응답(SRES)만이 기지국 시스템(BSS)에 보내지지만 이동국(MS)은 다른 알고리즘(A8)에 따라 키(Ki)로부터 암호화 키(Kc)를 컴파일하는 반면에 암호화 키(Kc)는 다음의 설명에 따라 이동국에서 수행된 암호화에 사용된다. 비교는 이동국(MS)에서 발견된 동일한 종래의 알고리즘(A3 및 A8)에 따라, 이동스위칭 센터(MSC)에 의해 계산된 SRES의 대응값으로써, 기지국 시스템(BSS)에서 이루어진다. 일치하는 결과가 얻어질 때, 이동국은 인가되어지고 계속 통신이 가능하다. 그 후, 그 계속된 정보 전송은 ETSI/GSM 03.20의 48-49페이지에서 설명했듯이 설정된 알고리즘(A5)에 따라 암호화 된다.
그러므로, 망은 알고리즘(A3 및 A8)에 따른 인가 확인 및 알고리즘(A5)에 따른 암호화를 저장 및 수행하는 알고리즘 블록(AN)을 포함한다. 이동국(MS)은 알고리즘(A3 및 A8)에 따른 인가 확인 및 알고리즘(A5)에 따른 암호화를 저장 및 수행하는 대응 알고리즘 블록(AM)을 포함한다.
암호화 키(Kc)는 이동전화 스위칭 센터로 공지되는 이동국의 암호화 키(Ki)를 토대로 해서, 이동스위칭 센터(MSC)에 의해 발생된다. 인가 확인을 계속해서 하기 위해(알고리즘 (A5)), 이동전화 스위칭 센터(MSC)는 키(Kc)를 기지국 시스템(BSS)으로 보내고 유료정보의 암호화는 동의된 암호화 키(Kc)의 도움으로써 시작될 수 있다.
도 2는 유료정보가 암호화 되고, 상기 언급된 NOKIA 제안에 따라 2개의 시간슬롯(TS1, TS2)을 통해 송신용으로 포맷되는 방법을 개략적으로 예시한다.
정상적으로, 유료정보는 예를 들어 음성 프레임으로부터 각기 (114)비트인 하나 이상의 블록으로 분할된다. 그런 하나의 블록은 알고리즘(A5)에 따라 암호화 되고, 설정된 시간슬롯에서 버스트동안 보내지고, 서로 인접한 블록과 선택적으로 인터포우리어티드(intrefoliated) 된다. 다음에 암호화된 블록은 뒤따른다. 도 2에 예시했듯이, 설정된 프레임에서 2개의 시간슬롯은 사용가능하고, 정보블록은 (114) 비트를 각기 포함하는 2개의 서브-블록(B1 및 B2)으로 현재 분할되고, 각 블록은 도 2에 도시된 2개의 EXOR 동작을 수행함으로써, 정상적으로 (114)비트의 동일한 의사-임의 시퀀스(PS)로써 암호화 된다.
의사-임의 시퀀스(PS)는 시간슬롯(TS1, TS2)이 위치되는 프레임의 서수번호(FN)로부터 얻어지고, 그것의 정보(블록(B1 및 B2))는 암호화 된다. 2개의 암호화된 정보블록(BK1 및 BK2)은 얻어지고, 상기 블록이 공지된 방법으로 동기 및 트레이닝 시퀀스를 삽입함으로써(도 2에 표시된) 포맷된다. 이전에 언급했듯이, 상기 암호화 방법의 결점은 비-암호화된 정보가 암호화된 정보간의 EXOR 동작에 의해 2개의 시간슬롯 각각으로부터 회복될 수 있다는 것을 의미하는 2개의 분리된 시간슬롯에 대해 2번 사용된다.
본 발명에 따라, 시간슬롯 서수 또는 상기 번호와 같은 것이 암호화시 부가적인 파라미터로서 프레임으로 삽입된다. 결과로써, 동일한 프레임 내의 2개의 시간슬롯에서 송신할 때, 그 송신된 정보는 독립적으로 암호화되고, 그것에 의해 암호화 신뢰성은 프레임번호(암호화 키에 더해져서)만이 사용되는 경우와 비교해서 더 향상된다. 정상적으로, 사용자는 프레임당 하나만의 시간슬롯을 사용하면, 시간슬롯에 의존하는 암호화는 요구되지 않는데 왜냐하면 사용자의 인가 키가 소정의 시간슬롯에 대해 특정하게 되기 때문이다. 본 발명에 따라 프레임의 시간슬롯의 서수에 직접 의존해서 입력 파라미터(코드 키(Kc), 프레임번호(FN))를 변경함으로써, 이전에 설명된 시그널링 프로토콜 또는 무선 설비에 실제적인 변화를 형성할 필요없이 원래의 알고리즘을 인가하는 것이 가능하다.
도 3는 본 발명에 따라 원래의 알고리즘(A5)의 사용을 변경된 입력 크기로써, 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 3에서 블록(AB)은 GSM 03.20에 따라 특정화 되는 원래의 알고리즘(A5)을 심벌화 된다. 암호화 키(Kc)는 도 2에 따른 제1블록(B1)이 송신되는(원리가 같지만 인접한 블록으로써 가능한한 인터포우리어티드(intrefoliated 되는) 프레임의 시간슬롯인 관련한 시간슬롯의 서수 TSn=TS1에 따라 현재 변경된다. 상기 관계에서, 원(1)은 암호화 키의 변경값(Kc1)을 얻는 계산 알고리즘(ALG1)을 심벌화 한다. 동일한 알고리즘은 프레임의 모든 시간슬롯에 대해 사용할 수 있어,
ALG1(Kc,TSn) = Kcn'로 된다.
모든 암호화 키를 변경하는 것이 필요치 않고, 하나의 키는 설정된 시간슬롯에 대해 정상적인 암호화 키(Kc)와 동일하다.
비슷하게, 프레임 서수(FN)는 도 2의 제1블록(B1)이 송신되는 프레임의 관련한 시간슬롯의 서수 TSn=TS1에 따라 변경된다. 그것에 의해 원(2)은 프레임 서수의 변경된 값(FN')을 얻는 계산 알고리즘(ALG2)을 심벌화 한다. 동일한 알고리즘은 프레임에서 모든 시간 할당에 대해 사용되어,
ALG2(FN,TSn) = FNn' 로 된다.
2개의 알고리즘(ALG1 및 ALG2)은 같게 될 필요는 없다.
또한, 변경된 프레임번호(FNn')들 중 하나는 정상적인 FN과 동일하다.
상기 언급된 경우 모두에서, 출력 크기는 도 2에 도시된 것과 동일한 방법으로 사용되는 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm')의 형태로 얻어진다.
시퀀스(PSm')는
a) 알고리즘(2)이 사용되지 않는 즉, 암호화 키상의 변경된 값(Kc') 및 프레임번호상의 변화 안된 값을 단독으로 사용함으로써; 또는
b) 알고리즘(1)이 사용되지 않는 즉, 프레임번호(FN) 상의 변경된 값(FN') 및 암호화 키(Kc) 상의 변화 안된 값을 단독으로 사용함으로써, 또한 발생될 수 있는 것으로 이해된다.
도 4는 도 3의 블록 다이어그램과 비슷하나 알고리즘(A5)에 대해 전체적으로 변화안된 입력값(Kc, FN)을 갖는 블록 다이어그램이다. 대신해서, 시간슬롯 서수(TSn)(또는 상기 서수와 같은 값)는 Kc 및 FN로부터 얻어진 정상적인 의사-임의 시퀀스(PS)를 변경하는 원(3)에 의해 심벌화된 알고리즘(ALG3)용 제어값으로서 사용된다. 상기 알고리즘(ALG3)은 새로운 시퀀스(PSm')를 얻기 위해 의사-임의 시퀀스(PS)에서 값의 치환, 이동, 재정렬로 구성된다. 시퀀스는 리포뮤레이션(reformulation)에 앞서서 (114)비트의 블록으로 선택적으로 분할되고, 하나 이상의 블록들의 값은 새로운 값을 각 블록에서 변화안된 비트수(114)로써, 얻기 위해 합성될 수 있다.
도 3의 알고리즘(ALG1, 2)을 도 4에 따른 알고리즘(ALG3)과 결합하는 것이 또한 가능하다.
그 제안된 방법의 상기 언급된 실시예는 송신의 경우에 관련된다. 수신의 경우에 들어오는 정보가 해독되고, Kc 및 FN의 값 및 시퀀스(PS)는 상설했듯이 동의된 알고리즘(ALG1, ALG3 및 ALG3)에 따라 Kc', FN' 및 PSm' 각각으로 변경됨이 이해된다.

Claims (5)

  1. 시분할 다중 접속개념에 따라 동작하는 이동무선 시스템에서 고정망(MSC ,BSS) 및 이동국(MS)간에 송신된 정보 암호화 방법에서, 정보는 적어도 2개의 블록(B1, B2)으로 분할되고 프레임 시퀀스의 각 프레임에서 상기 블록들에 대응하는 적어도 2개의 시간슬롯(TS1, TS2)에서 송신되고, 암호화는
    a) 정보가 송신되는 프레임의 암호화 키(Kc) 및 서수(FN)로부터 설정된 암호화 알고리즘(A5)에 따라 의사-임의 시퀀스(PS)를 형성하는 단계와;
    b) 암호화된 정보(BK1, BK2)를 얻기 위해 비-암호화된 정보의 각 블록(B1 및 B2) 및 상기 의사-임의 시퀀스(PS)간의 논리동작(EXOR)을 수행하는 단계에 의해 행해지는 정보 암호화 방법에 있어서,
    c) 변경된 암호화 키(Kc')를 얻기 위해 설정된 알고리즘(ALG1)에 따라 시간슬롯의 서수(TSn)에 의존해서 상기 암호화 키(Kc)를 변경하는 단계와;
    d) 상기 암호화 알고리즘(A5)에 따라 최종 변경된 암호화 키(Kc')로부터 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm')를 형성하는 단계와;
    e) 비-암호화된 정보의 각 블록(B1 및 B2)에 대해 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm') 상에서 상기 논리동작(EXOR)을 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보 암호화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변경된 암호화 키를 형성하기 위해 서수를 사용했던 시간슬롯(TS1)에 속하는 정보블록(B1) 상에서 e)에 따라 수행된 동작을 수행하는 단계를 특징으로 하는 정보 암호화 방법.
  3. 시분할 다중 접속개념에 따라 동작하는 이동무선 시스템에서 고정망(N) 및 이동국(MS)간에 송신된 정보 암호화 방법에서, 정보는 적어도 2개의 블록(B1, B2)으로 분할되고, 프레임 시퀀스의 각 프레임에서 상기 블록들에 대응하는 적어도 2개의 시간슬롯(TS1, TS2)에서 송신되고, 암호화는
    a) 정보가 송신되는 프레임의 암호화 키(Kc) 및 서수(FN)로부터 설정된 암호화 알고리즘(A5)에 따라 의사-임의 시퀀스(PS)를 형성하는 단계와;
    b) 암호화된 정보(BK1, BK2)를 얻기 위해 비-암호화된 정보의 각 블록(B1 및 B2) 및 상기 의사-임의 시퀀스(PS)간의 논리동작(EXOR)을 수행하는 단계에 의해 행해지는 정보 암호화 방법에 있어서,
    c) 설정된 알고리즘(ALG2)에 따라 관련된 시간슬롯의 서수(TSn)에 의존해서 상기 프레임번호(FN)를 변경하는 단계와;
    d) 상기 암호화 알고리즘(A5)에 따라 얻어져 변경된 프레임번호(FN')로부터 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm')를 형성하는 단계와;
    e) 비-암호화된 정보의 각 블록(B1 및 B2)에 대해 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm') 상에서 상기 논리동작(EXOR)을 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보 암호화 방법.
  4. 시분할 다중 접속개념에 따라 동작하는 이동무선 시스템에서 고정망(N) 및 이동국(MS)간에 송신된 정보 암호화 방법에서, 정보는 적어도 2개의 블록(B1, B2)으로 분할되고, 프레임 시퀀스의 각 프레임에서 상기 블록들에 대응하는 적어도 2개의 시간슬롯(TS1, TS2)에서 송신되고, 암호화는
    a) 정보가 설정된 암호화 알고리즘(A5)에 따라 송신되는 프레임의 암호화 키(Kc) 및 서수(FN)로부터 의사-임의 시퀀스(PS)를 형성하는 단계와;
    b) 비-암호화된 정보(INF01)의 각 블록 및 상기 의사-임의 시퀀스간의 논리 동작(EXOR)을 수행하는 단계에 의해 행해지는 정보 암호화 방법에 있어서,
    c) 설정된 알고리즘(ALG1)에 따라 및 관련한 시간슬롯의 서수(TSn)에 의존해서 상기 암호화 키(Kc)를 변경하는 단계와;
    d) 상기 암호화 알고리즘(A5)에 따라 얻어져서 변경된 암호화 키(Kc')로부터 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm')를 형성하는 단계와;
    e) 설정된 알고리즘(ALG2)에 따라 관련한 시간슬롯의 서수(TSn)에 의존해서 상기 프레임번호(FN)를 변경하는 단계와;
    f) 상기 암호화 알고리즘(A5)에 따라 얻어져서 변경된 프레임번호(FN')로부터 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm')를 형성하는 단계와;
    g) 비-암호화된 정보의 각 블록(B1 및 B2)에 대해 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm') 상에서 상기 논리 동작(EXOR)을 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보 암호화 방법.
  5. 시분할 다중 접속개념에 따라 동작하는 이동무선 시스템에서 고정망(N) 및 이동국(MS)간에 송신된 정보 암호화 방법에서, 정보는 적어도 2개의 블록(B1, B2)으로 분할되고, 프레임 시퀀스의 각 프레임에서 상기 블록들에 대응하는 적어도 2개의 시간슬롯(TS1, TS2)에서 송신되고, 암호화는
    a) 정보가 설정된 암호화 알고리즘(A5)에 따라, 송신되는 프레임의 암호화 키(Kc) 및 서수(FN)로부터 의사-임의 시퀀스(PS)를 형성하는 단계와;
    b) 비-암호화된 정보(INF01)의 각 블록 및 상기 의사-임의 시퀀스간의 논리 동작(EXOR)을 수행하는 단계에 의해 행해지는 정보 암호화 방법에 있어서,
    c) 변경된 의사-임의 시퀀스로써, 암호화 되는 정보블록(B1 또는 B2)이 설정된 알고리즘(ALG36)에 송신되는 시간슬롯의 서수(TSn)에 의존해서 상기 의사-임의 시퀀스(PS)로부터 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm')를 형성하는 단계와;
    d) 비-암호화된 정보의 각 블록(B1 및 B2)에 대해 변경된 의사-임의 시퀀스(PSm') 상에서 상기 논리동작(EXOR)을 수행하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보 암호화 방법.
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