KR20050073904A - 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어 계층에서 데이터암호화방법 및 암호해제방법 - Google Patents

무선 네트워크 시스템의 무선링크제어 계층에서 데이터암호화방법 및 암호해제방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control)계층에서 생성되는 헤더영역과 데이터영역으로 구성되는 프로토콜 데이터유닛의 암호화 방법 및 암호해제방법에 관한 것이다. 본 발명의 프로토콜 데이터유닛의 암호화 방법은, 상위 계층으로부터 전달되는 서비스 데이터 유닛을 분할 또는 연결하여 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정과; 상기 프로토콜 데이터 유닛의 소정 영역을 암호화하여 암호화 데이터를 생성하는 과정과; 상기 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에 상기 암호화 데이터를 추가하여 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 무선링크제어(Radio Link Control) 계층에서, 프로토콜 데이터 유닛의 일부 영역만을 암호화하여 데이터를 전송함으로써 암호화 및 암호해제시 오버헤드를 줄일 수 있다.

Description

무선 네트워크 시스템의 무선링크제어 계층에서 데이터 암호화방법 및 암호해제방법{data ciphering/deciphering method in radio link control layer of radio network communication apparatus}
본 발명은 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control) 계층에서 프로토콜 데이터 유닛의 암호화/암호해제하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 데이터 송수신시 오버헤드를 줄일 수 있도록 한 프로토콜 데이터 유닛(PDU : Protocol Data Unit)의 암호화/암호해제 방법에 관한 것이다.
3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 2계층으로 사용되는 무선링크제어(Radio Link Control; 이하 RLC라 칭함) 계층은 데이터 링크를 제어하는 프로토콜 계층으로서, OSI(Open Systems Interconnection) 모델의 제2계층에 해당한다고 볼 수 있다. 현재 3GPP에서 사용되는 RLC 엔터티(entity)의 종류는 크게 RLC 헤더(header)가 붙지 않는 Tr모드(Transparent Mode)와 헤더가 붙는 NTr 모드(Non-transparent Mode)의 두 가지로 나뉜다.
NTr모드는 두 가지 형태의 프로토콜 데이터 유닛이 존재한다. 즉, 수신단으로부터의 인식(ACK) 신호가 없는 UM(Unacknowledged Mode)(UM), 그리고 인식(ACK) 신호가 있는 AM(Acknowledged Mode)로 나뉜다. 따라서 결국 현재 사용되는 무선링크제어(RLC)의 모드는 Tr, UM, AM의 총 3가지가 사용되고 있다. 특히, UM 및 AM은 멀티미디어 데이터를 전송하기 위해 사용된다.
도 9는 종래의 UM의 프로토콜 데이터 유닛(PDU : Protocol Data Unit)(100)의 전송 포맷이며, 도 10은 종래의 AM의 프로토콜 데이터 유닛(PDU : Protocol Data Unit)(200)의 전송 포맷을 나타낸 도면이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 각 프로토콜 데이터 유닛(PDU :Protocol Data Unit)은 크게 헤더(Header) 부분과 길이 식별정보(LI:Length Indicator) 그룹, 그리고 데이터(Data)로 나누어 볼 수 있다. 먼저 헤더 부분(101, 201)을 설명하면, UM PDU(100)에는 시퀀스 넘버(sequence number), E필드(Extension field)가 있으며, AM PDU(200)의 경우에는 시퀀스 넘버 외에 D/C, P, HE필드가 추가되어 있다.
시퀀스 넘버는 각 PDU의 순서번호를 나타내는 필드이고, E(Extension)필드는 1비트로서 그 다음 필드가 데이터인지 아니면 길이 식별정보(LI)인지를 알려준다.
AM PDU(200)에는 해당 PDU가 데이터 정보를 싣고 있는지 제어 정보를 싣고 있는지를 알려주는 1비트의 D/C필드와, 수신측에 상태보고(Status report)를 요구하는 1비트의 폴링(P:Polling)필드와, 다음의 필드가 데이터인지 아니면 LI와 E비트인지를 알려주는 2비트의 HE(Header Extension)필드가 추가되어 있다. 그리고, 길이 식별정보 그룹에는 서비스 데이터 유닛의 크기를 나타내는 길이 식별정보와 E(Extension)필드가 있다. 그리고, 길이 식별정보 그룹(LI group)은 길이 식별정보(LI:Length Indicator)와 E(Extension) 필드들이 여러 개 구성되는데, 길이 식별정보(LI)는 해당 PDU가 SDU를 여러 개를 포함할 경우 각 SDU의 경계면을 나타내는 필드로서, 각 길이 식별정보는 데이터 부분의 첫 옥텟부터 각 SDU의 마지막 옥텟까지의 옥텟수를 나타내며, 한 PDU에 포함된 SDU들에 대한 여러 개의 길이 식별정보들을 길이 식별정보 그룹이라고 한다.
데이터 부분은 상위 계층에서 내려온 서비스 데이터 유닛(SDU:Service Data Unit)들에 해당하는 필드로서, 하나 또는 여러 개의 SDU를 포함한다. 이러한 데이터 부분은 그 크기가 가변적이기 때문에 전체 PDU 크기를 옥텟으로 정렬(octet-align)하기 위해서 패딩(padding)을 한다. AM PDU(200)는 패딩 대신에 피기백(Piggyback)타입의 상태 PDU를 삽입하여 전송이 가능하도록 하고 있다.
한편, 사이퍼링(ciphering) 기술은 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)에서 사용되는 것으로서, 프로토콜 관련 제어신호나 서비스 데이터에 대한 정보보호를 위해 사용되는 기술이다. 무선에서의 데이터 보호는 음성뿐만 아니라 멀티미디어 데이터를 제공하는 상태에서 더욱 중요하기 때문이다.
사이퍼링(ciphering: 이하에서는 암호화라고 칭함)은 송신기에서 전송될 정보를 암호화하고, 수신기에서 정보를 해독함으로써 수행될 수 있다. 암호화 수단에서, 전송될 정보, 예를 들어 비트스트림은 소정 수의 암호화 비트 패턴들에 의해 곱해진다. 그러므로, 사용된 암호화 비트 패턴을 알 수 없는 경우 원래의 비트 스트림이 무엇인지 알아내는 것은 어렵다. 암호화 기능은 무선 경로상에서 수행되며, 후술할 도 4에 도시된 바와 같이, 무선 경로 상에서 전송될 암호화된 비트 스트림은 데이터 비트들을 암호화 비트들과 배타적 논리합(XOR)시킴으로써 형성된다. 암호화 비트들은 암호화키(CK : Ciphering Key)를 사용하여 공지된 f8(무선구간 암호화)알고리즘에 의해 형성된다.
암호화 기능은, 도 4에 도시된 바와 같은 구성에 의해 동작한다. f8알고리즘에 입력되는 변수는 다음과 같다. 즉, 기지국(10)으로부터 제공되는 암호화키(CK), 스트림 순서를 나타내는 시퀀스 넘버(sequence number: COUNT-C), 무선 베어러(RB: Radio Bearer), 업링크/다운링크를 구별하기 위한 전송 방향(Direction), 스트림 크기를 나타내는 길이(Length)가 입력변수로서 f8알고리즘 블럭(18)에 입력된다. f8알고리즘에 의해 키-스트림(key-stream)이 생성되고, 생성된 키-스트림과 암호화하고자 하는 보통 데이터(plain data)를 암호화 수단인 배타적 논리합(XOR : 19)을 통해, 암호화 텍스트를 생성하게 된다.
그런데, RLC(Radio Link Control)계층이 UM 또는 AM일 경우에는 암호화는 RLC 계층에서 수행된다. UM과 AM에서 암호화 또는 암호해제시 크기가 작은 데이터는 사용자 장치의 오버헤드가 발생될 가능성이 적지만, 멀티미디어 데이터와 같이 크기가 큰 데이터는 처리하는데 사용자 장치의 오버헤드를 증가시키게 된다. 또한, PDU의 헤더의 크기는 데이터의 크기와 분할된 데이터가 많을수록 증가하게 되므로, 암호화 및 암호화 해제를 처리하는 데 많은 시간이 걸리게 된다.
따라서, RLC(Radio Link Control)계층에서 사용자 장치의 오버헤드를 줄일 수 있는 암호화 방법이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 무선링크제어(Radio Link Control) 계층에서, 프로토콜 데이터 유닛의 일부 데이터만을 암호화하여 데이터를 전송함으로써, 오버헤드를 줄일 수 있는 프로토콜 데이터 유닛의 암호화 방법 및 암호해제방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 무선 네트워크 시스템의 RLC(Radio Link Control)계층에서 생성되는 헤더영역과 데이터영역으로 구성되는 프로토콜 데이터유닛의 암호화 방법에 있어서, 상위 계층으로부터 전달되는 서비스 데이터 유닛을 분할 또는 연결하여 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정과; 상기 프로토콜 데이터 유닛의 데이터영역 중 소정 영역을 선택하여 암호화하는 과정과; 상기 선택된 데이터영역의 위치식별정보를 암호화하여 위치식별정보 암호화 데이터를 생성하는 과정과; 상기 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역 크기를 암호화하여 헤더영역 크기 암호화 데이터를 생성하는 과정과; 상기 일부 데이터영역이 암호화된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에 상기 헤더영역 크기 암호화 데이터와 상기 위치식별정보 암호화 데이터를 추가하여 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정을 포함하는 것에 의해 달성된다.
한편, 본 발명은 다른 견지에 따르면, 상기 목적은, 무선 네트워크 시스템의 RLC(Radio Link Control)계층에서, 헤더영역와 데이터영역으로 구성되며, 암호화되어 전송되는 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법에 있어서, 하위 계층으로부터 전달되온 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 수신하는 과정과; 상기 수신된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에서 암호화된 헤더크기정보를 추출한 후 암호해제하여 헤더크기를 인식하는 과정과; 상기 암호화된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에서 암호화된 데이터위치 식별정보를 추출한 후 암호해제하여 데이터 위치식별정보를 인식하는 과정과; 상기 인식한 헤더크기와 데이터 위치식별정보에 기초하여 암호화된 데이터 영역을 인식하는 과정과; 상기 인식된 데이터 영역에 해당하는 데이터를 암호해제하는 과정을 포함하는 것에 의해서도 달성될 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 일반적인 이동 통신 시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이동단말인 사용자 장치(UE : User Equipment)(1,1a,1b)는 기지국(10,10a)과 무선 구간(Air interface)을 통해 연결되어 있다. 기지국(10,10a)은 사용자 장치(1,1a,1b)와 무선 연결되어 있고, 무선 네트워크 제어기(RNC:Radio Network Controller)(7)로부터 해당 서비스 영역의 사용자 장치에 대한 착신 호가 오면 해당 사용자 장치에 전송하고 사용자 장치로부터 발신 호가 오면 이를 무선 네트워크 제어기(7)로 전송한다. 무선 네트워크 제어기(7)는 각 사용자 장치들에 대한 음성호(Voice Call), 패킷호(Packet Call)등과 같이 전반적인 호처리(Call Processing)에 개입한다. 또한, 무선 네트워크 제어기(7)는 이동 통신 교환기(MSC)(8)와의 시그널링(Signaling) 동작 등을 수행하고, 핸드 오버를 수행한다.
이동 통신 교환기(MSC : Mobile Station Center)(8)는 홈 위치 등록기(HLR:Home Location Register)(9)에 연결된다. 이동 통신 교환기(8)는 사용자 장치(1,1a,1b)로의 착신/발신 요구를 처리하기 위한 호 연결 교환 기능을 수행하며, 다른 사용자 장치와의 망 연동 기능을 수행한다. 홈 위치 등록기(9)는 가입자의 위치 등록 및 삭제, 가입자 정보 조회를 수행한다.
이러한 이동 통신 시스템에서 기지국(10,10a)과 사용자 장치(1,1a,1b)간의 다중 액세스 무선 통신은 음성, 데이터, 영상과 같은 통신 신호들을 전송하기 위해 물리적 경로들을 제공하는 무선(RF :Radio Frequency) 채널들을 통해서 행해진다.
도 1에서 업링크 채널(점선 화살표)은 사용자 장치(1,1a,1b)가 기지국(10,10a)과 통화를 시도하거나 페이징 채널에서 받은 메시지에 대해서 응답하기 위해 사용되고, 다운링크 채널(실선 화살표)은 기지국(10,10a)에서 정해진 사용자 장치(1,1a,1b)로 음성 또는 데이터와 신호정보를 전달하는데 사용된다. 즉, 하나의 무선 채널은 하나의 업링크 채널과 하나의 다운링크 채널로 구성된다.
무선 네트워크 제어기(7)와, 무선 네트워크 제어기(7)의 제어를 받는 적어도 하나의 기지국(10, 10a)은 무선 네트워크 서브 시스템(RNS:Radio Network Subsystem)를 형성한다.
도 2는 도 1의 기지국 및 사용자 장치(UE : User Equipment)의 구성도이다.
사용자 장치(1)는 안테나, 무선 송수신부(4), 제어부(2)와, 사용자 인터페이스로서 키입력부와, 마이크 및 스피커와, 통신을 수행하기 위한 각종 정보가 저장되는 메모리(3)를 구비한다. 메모리(3)에는 f8알고리즘이 저장된다. f8알고리즘의 동작시 암호화를 수행하기 위한 하드웨어 장치(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
기지국(10)내에는 무선 송수신부(14), 메모리(13)와, 도시 않은 다중화기와, 송수신부(14) 및 다중화기의 동작을 제어하는 제어부(12)가 마련된다. 여기서, 사용자 장치(1)와 마찬가지로, 기지국(10)의 메모리(13)에는 암호화 기능을 수행하기 위한 f8알고리즘이 저장된다. f8알고리즘의 동작시 암호화를 수행하는 도시 않은 하드웨어 장치를 구비하는 것이 바람직하며, 암호화를 수행하는 하드웨어 장치를 제어부(2)와 일체로 마련할 수도 있다.
사용자 장치(1)에서는 암호화한 RLC 헤더 크기와 데이터 위치 식별정보를 PDU에 추가하여 기지국(10)에 전송한다. 반대로, 기지국(10)은 사용자 장치(1)로부터 전송되온 PDU를 암호해제(deciphering)한 후 배타적 논리합하여, RLC 헤더크기와 위치 식별정보를 인식한다. 기지국(10)은 사용자 장치(1)와 미리 약정된 암호화 데이터 크기와, 암호해제하여 인식한 RLC 헤더크기와 위치 식별정보를 이용하여 암호화된 데이터를 알 수 있게 된다.
도 3은 무선 네트워크 시스템에서 프로토콜 계층 구조도를 나타낸 것이다. 이는, 도 2의 제어부(2, 12)가 무선송수신부(4, 14)를 통해 무선 네트워크로 데이터를 전송하기 위한 암호화 기능을 수행하는 프로토콜이다. 데이터를 암호화하여 전송하는 과정은, OSI 7계층의 프로토콜 구조 중에서, 물리 계층인 L1과, 논리 계층인 L2와, 네트워크 계층인 L3에서 수행된다.
도 3에 도시된 바와 같이, L3계층은 'send'키를 눌렀을 때 발생하는 통화신호를 처리하는 CC(Call Control: 21)계층, 패킷 서비스를 관리하는 SM(Session Management: 22 )계층, 단말의 이동에 따른 위치변화를 관리하는 MM(Mobility Management: 23)계층, 무선 자원 할당과 재구성 및 해제하는 기능을 하며 CC(21)계층과 SM(22)계층 및 MM(23)계층을 제어하는 RRC계층(Radio Resource Control: 24)과, IP패킷을 이용하여 사용자 데이터 처리를 위한 PPP(Point to Point Protocol: 25)계층, 패킷압축을 수행하는 PDCP(Packet Data Convergence Protocol: 26)계층으로 구성된다. 각종 메시지를 생성하기 위해 RRC계층(24), USIM(미도시), MM계층(23), CC(21)가 상호 데이터를 교환하며, 암호화(ciphering) 메시지는 MM계층(23)에서 형성된다.
L2계층은 데이터를 암호화하기 위한 RLC(Radio Link Control: 27)계층과, 음성을 암호화하기 위한 MAC(Media Access Control: 29)계층으로 구성된다.
RLC(Radio Link Control: 27)계층은 오류 데이터를 복원하고 데이터가 안전하게 수신지에 도착하게 하는 기능, 데이터의 정보와 상태를 나타내는 RLC헤더를 생성하며, 데이터를 암호화하는 기능을 한다.
본 발명에 따라 RLC계층(27)은 PDU의 암호화 기능을 수행시에, 암호화할 데이터를 랜덤하게 선택하여 암호화한다. 암호화할 데이터의 크기는 사용자 장치(UE:1)와 기지국(10)간에 미리 약정되어 있다. 그리고, RLC(27)계층은, 암호화된 헤더 크기를 암호화하고, 암호화된 데이터의 위치를 나타내는 위치 식별정보를 암호화한다. 그리고, RLC(27)계층은, 암호화된 헤더크기 정보를 갖는 옥텟과, 위치식별정보를 갖는 옥텟을 도 9 또는 도 10의 PDU 전송포맷에 추가하여, 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같은 PDU전송포맷을 생성한다.
여기서, 본 발명에서는 PDU의 데이터 전체를 암호화하지 않고, 일부 데이터를 선택하여 암호화한다. 이는 UM, AM 모드는 멀티미디어 데이터를 전송하기 위해 사용되는 것으로서, 하나의 데이터의 패킷을 알지 못하면 전체에 대한 정보를 알 수 없는 특성에 기초한다.
또한, PDU의 헤더크기를 암호화하는 것은, PDU의 데이터는 일정하지 않으며, 데이터 크기가 변함에 따라 헤더크기도 변하므로, 헤더크기를 먼저 파악하여, 암호화된 데이터 위치를 인식하기 위함이다.
약정된 암호화될 데이터 크기는 사용자 장치(1)와 기지국(10)의 각각의 메모리(3, 13)에 미리 저장되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 암호화될 데이터의 크기는 무선 프로토콜 제어신호에 포함되어 전송된다. 무선 프로토콜 제어신호는 사용자 인증이나 채널설정 등을 위해 사용자 장치와 기지국간에 교환되는 메시지를 말한다. 예를 들어, 사용자 장치(1)와 기지국(10)사이에 주고받는 무선 프로토콜 제어신호들 중의 하나인 채널 설정 관련 제어신호에 포함되어 기지국(10)으로 전송될 수 있다.
RLC(27)계층은 헤더크기 정보를 암호화하거나, 암호화할 데이터 위치식별정보를 암호화할시에, 각각의 정보를 암호화키와 배타적 논리합하여 암호를 해제한다. 그리고, RLC(27)계층은, 수신된 PDU를 암호해제시에, PDU에 포함된 암호화된 헤더 크기정보를 갖는 옥텟과, 암호화된 위치식별정보를 갖는 옥텟을 각각 암호화키와 배타적 논리합하여 암호를 해제한다.
사용자 장치(1)에서 RLC(27)계층은, 도 4에 도시된 암호화 동작 구조도에 도시된 바와 같이, f8알고리즘에 입력되는 변수로서 f8알고리즘에 암호화키(CK), 스트림 순서를 나타내는 시퀀스 넘버(sequence number; COUNT-C), 무선 베어러(RB: Radio Bearer), 업링크/다운링크를 구별하기 위한 전송 방향(Direction), 스트림 크기를 나타내는 길이(Length)를 입력하여, 암호화 스트림을 생성한 후, 인식한 암호화 데이터와 암호화 스트림을 배타적 논리합하여 암호화한다.
기지국(10)의 제어부(12)는 암호화를 해제하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, f8알고리즘에 입력되는 변수로서 f8알고리즘에 암호화키(CK), 스트림 순서를 나타내는 시퀀스 넘버(sequence number; COUNT-C), 무선 베어러(RB: Radio Bearer), 업링크/다운링크를 구별하기 위한 전송 방향(Direction), 스트림 크기를 나타내는 길이(Length)를 입력하여, 암호화 스트림을 생성한 후, 인식한 암호화 데이터와 암호화 스트림을 배타적 논리합하여 암호해제하여 암호화 텍스트 블록을 원래의 텍스트 블록으로 복원한다.
도 5는 본 발명에 따른 UM모드의 PDU의 전송 포맷이며, 도 6은 본 발명에 따른 AM모드의 PDU의 전송포맷을 나타낸 도면이다. 본 발명에 따르면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 도 9 및 도 10에 도시된 종래의 PUD의 전송포맷에 비해, 랜덤으로 선택한 데이터의 영역의 위치식별정보, PDU의 헤더크기의 정보가 암호화된 값을 각각 나타내기 위해 2바이트의 헤더를 더 포함하게 된다. 여기서, PDU의 헤더크기가 작은 경우, 데이터 영역의 위치식별정보를 합하여 1바이트의 헤더만을 이용할 수도 있다.
데이터의 위치식별정보와 PDU의 헤더크기를 암호화하기 위해, 도 3의 RLC계층(27)이 RLC 헤더 크기를 암호화키(CK)와 배타적 논리합(XOR)하여 암호화한다. 그리고, RLC계층(27)은 전송할 데이터 중에서 랜덤하게 데이터를 선택(빗금친 부분)하여 f8알고리즘에 의해 생성된 키-스트림과 배타적 논리합하여 암호화를 수행하고, 암호화할 데이터의 위치 식별정보를 암호화키(CK)와 배타적 논리합하여 암호화한다. 그런 다음, RLC(27)는 암호화한 RLC 헤더크기정보와 위치식별정보를 PDU의 헤더영역(35, 45)에 추가한다.
도 7은 본 발명에 따라 사용자 장치(1)에서 기지국(10)으로 데이터 전송시 암호화 방법의 순서도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명을 수행하기 위한 전제조건으로서, S1에서 사용자 장치(1)와 기지국(10)간에 암호화할 데이터 크기를 미리 약정하여 사용자 장치(1) 및 기지국(10)의 내부 메모리에 미리 저장한다. S3에서, 사용자 장치(1)는 암호화 데이터 크기를 채널설정 관련 제어신호에 포함시켜 무선송수신부(4)를 통해 기지국(10)으로 전송한다. S5에서 사용자 장치(1)에서 RLC계층(27)은 암호화키와, 데이터 스트림 번호와, 무선 베어러와, 전송방향과, 데이터 길이를 입력 파라미터로서 사용하여, f8암호화 알고리즘을 통해 암호화 스트림 블록을 생성한다. 사용자 장치(1)에서 S7에 따라 RLC계층(27)은 데이터를 랜덤하게 선택하여, 암호화 키스트림과 선택된 데이터를 배타적 논리합하여 암호화를 수행한다. 사용자 장치(1)에서 S9에서 RLC계층(17)은 암호화키와 선택된 데이터 영역에 대한 위치를 배타적 논리합하여 암호화 위치식별정보를 생성한다. S11에서, RLC계층(27)은 암호화키와 RLC 헤더크기를 배타적 논리합하여 암호화 RLC 헤더영역 크기정보를 생성한다. 여기서, PDU데이터를 암호화하는 S9과정과 S11과정은 동시에 수행될 수도 있다.
S13에서, 사용자 장치(1)의 암호화 데이터에 암호화 RLC 헤더크기정보 및 암호화된 데이터 영역의 위치식별정보를 PDU의 헤더영역(35, 45)에 추가하여 암호화된 PDU를 생성한 후 무선 송수신부를 통해 전송한다.
도 8은 본 발명에 따라 기지국(10)에서 데이터 수신시 암호해제 방법의 순서도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, P1에서 기지국(10)은 암호화 데이터를 수신한다. P3에서 기지국(10)에서 RLC계층(27)은 암호화 키와 수신된 암호화 데이터를 배타적 논리합하여 암호해제하여 헤더영역(35, 45)의 크기와 암호화된 데이터 위치를 인식한다. P5에서 기지국(10)에서 RLC계층(27)은 단말기(1)와 기지국(10)간에 사전에 약정된 암호화 데이터 크기와, 암호해제된 데이터 위치식별정보를 이용하여 암호화된 데이터 영역을 인식한다. 기지국(10)에서 RLC계층(27)은 P7에서, 암호화 키와, 시퀀스 넘버와, 무선 베어러와, 전송방향과, 데이터 길이를 입력 파라미터로서 사용하여, 암호화 알고리즘을 통해 암호화 스트림 블록을 생성한다. 기지국(10)에서 RLC계층(27)은 P9에서 인식된 암호화 데이터와 암호화 스트림 블록을 배타적 논리합하여 원래의 데이터를 암호해제한다.
종래에는 PDU의 데이터를 모두 암호화함으로써, 멀티미디어 데이터와 같이 크기가 큰 경우 사용자 장치(또는 기지국)에서 암호화된 데이터를 암호화하거나 분석시에 오버헤드가 발생하였으나, 본 발명에 따르면, 위에서 설명한 바와 같이 일부 데이터와, 암호화된 데이터 위치식별정보와, 헤더영역 크기를 암호화하여 전송함으로써, 암호화 또는 암호해제시 발생하는 오버헤드를 감소시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, RLC(Radio Link Control) 계층에서, 프로토콜 데이터 유닛의 일부 데이터만을 암호화하여 데이터를 전송함으로써 암호화 및 암호해제시 오버헤드를 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 무선 네트워크 통신 시스템의 구성도,
도 2는 도 1의 사용자장치와 기지국의 내부 구성도,
도 3은 무선 네트워크 통신을 위한 프로토콜 구조도,
도 4는 무선링크 제어계층에서의 암호화 동작 구조도,
도 5는 본 발명에 따른 UM모드의 PDU의 전송 포맷,
도 6은 본 발명에 따른 AM모드의 PDU의 전송포맷,
도 7은 본 발명에 따른 PDU의 암호화 방법의 순서도,
도 8은 본 발명에 따른 암호화된 PDU의 암호해제 방법의 순서도,
도 9는 종래의 UM모드의 PDU의 전송포맷,
도 10은 종래의 AM모드의 PDU의 전송포맷,
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 사용자 장치(UE) 7 : RNC
10 : RTS 18 : f8알고리즘 수행 하드웨어
19 : 암호화 수단(EXR) 20 : 무선 시스템의 프로토콜 계층구조
24 : RRC 27 : RLC
30 : UM모드 PDU 구조 31 : 암호화된 RLC헤더크기 옥텟
32 : 암호화된 RLC위치식별정보 옥텟 33 : 암호화된 데이터 영역
40 : AM모드 PDU 구조

Claims (35)

  1. 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control)계층에서 생성되는 헤더영역과 데이터영역으로 구성되는 프로토콜 데이터유닛의 암호화 방법에 있어서,
    상위 계층으로부터 전달되는 서비스 데이터 유닛을 분할 또는 연결하여 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정과;
    상기 프로토콜 데이터 유닛의 소정 영역을 암호화하여 암호화 데이터를 생성하는 과정과;
    상기 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에 상기 암호화 데이터를 추가하여 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 암호화데이터를 생성하는 과정은 상기 헤더영역의 크기를 암호화하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 영역 중 소정 영역의 데이터를 선택하여 암호화하는 과정을 더 포함하며;
    상기 암호화 데이터를 생성하는 과정은 상기 선택된 데이터 영역에 대한 위치식별정보를 암호화하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 데이터 영역 중 소정 영역의 데이터를 선택하여 암호화하는 과정을 더 포함하며;
    상기 암호화 데이터를 생성하는 과정은 상기 헤더영역의 크기와, 상기 데이터 영역 중 암호화된 소정 영역의 위치식별정보를 각각 암호화하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 암호화할 데이터 크기는 상기 기지국과 상기 사용자 장치간에 미리 약정되어 있으며,
    상기 암호화할 데이터 크기는 무선 네트워크 통신을 수행하기 위한 무선 프로토콜 제어신호에 포함되어 수신장치로 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무선프로토콜 제어신호에 포함된 암호화할 데이터 크기정보는 데이터 통신을 수행하는 송신장치 및 수신장치의 메모리에 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 헤더크기정보와, 암호화할 데이터 영역의 위치식별정보를 암호화하는 것은 각각의 정보를 암호화키와 배타적 논리합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 소정의 데이터 영역을 암호화하는 과정은,
    상기 데이터 영역 중 소정 영역을 선택하는 과정과,
    암호화키를 생성하는 과정과,
    상기 암호화키를 사용하여 암호화 알고리즘을 통해 암호화 스트림을 생성하는 과정과,
    상기 프로토콜 데이터 유닛에서 선택된 데이터 영역에 상기 암호화 스트림을 배타적 논리합하여 암호화된 데이터를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 암호화 알고리즘의 입력파라미터로서, 전송방향, 무선 베어러, 스퀀스 넘버를 가지는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  10. 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control)계층에서, 암호화되어 전송되는 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법에 있어서,
    하위 계층으로부터 전달되온 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 수신하는 과정과;
    상기 수신된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에서 암호화 데이터를 추출하는 과정과;
    상기 추출한 암호화 데이터를 암호해제하여 원래의 상기 프로토콜 데이터 유닛으로 복원하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 암호화 데이터는 상기 헤더영역의 크기를 암호화한 것이며;
    상기 암호화된 헤더영역 크기를 암호해제하여 헤더영역의 크기를 인식하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 암호화 데이터는 상기 데이터 영역 중 암호화된 소정 데이터 영역의 위치식별정보이며;
    상기 암호화된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에서 암호화된 데이터위치 식별정보를 추출한 후 암호해제하여 암호화된 데이터 위치식별정보를 인식하는 과정과;
    상기 인식한 위치식별정보에 해당하는 암호화된 데이터 영역을 암호해제하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 암호화 데이터는 상기 헤더영역의 크기와, 상기 데이터 영역 중 암호화된 소정 데이터 영역의 위치식별정보를 암호화한 것이며;
    상기 암호화된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역으로부터 헤더영역 크기정보를 추출한 후 암호해제하여 헤더영역의 크기를 인식하는 과정과;
    상기 암호화된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역으로부터 암호화된 데이터위치 식별정보를 추출한 후 암호해제하여 데이터 위치식별정보를 인식하는 과정과;
    상기 인식한 헤더영역 크기와 데이터 위치식별정보에 기초하여 암호화된 데이터 영역을 인식하는 과정과;
    상기 인식된 데이터 영역에 해당하는 데이터를 암호해제하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 암호화할 데이터 영역의 크기는 상기 기지국과 상기 기지국과 통신하는 상기 사용자 장치간에 미리 약정되어 있으며,
    상기 암호화할 데이터 영역의 크기는 무선 네트워크 통신을 수행하기 위한 무선 프로토콜 제어신호에 포함되어 수신장치로 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 암호화할 데이터 크기정보는 데이터 통신을 수행하는 송신장치 및 수신장치의 내부 메모리에 미리 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 수신된 프로토콜 데이터 유닛에서 암호화된 헤더영역 크기정보를 암호해제시, 상기 암호화된 헤더영역 크기정보와, 상기 암호화된 위치식별정보를 각각 암호화키와 배타적 논리합하여 암호를 해제하는 것을 특징으로 하는 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  17. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 수신한 프로토콜 데이터 유닛에서 암호화된 데이터 영역을 암호해제하는 과정은,
    암호화키를 생성하는 과정과;
    상기 암호화키를 사용하여 암호화 알고리즘에서 암호화 스트림을 생성하는 과정과;
    상기 인식한 위치식별정보에 해당하는 데이터 영역과 상기 암호화 스트림을 배타적 논리합하여 암호해제하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 암호화 알고리즘의 입력파라미터로서, 스퀀스 넘버, 전송방향, 무선 베어러를 가지는 것을 특징으로 하는 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  19. 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control)계층에서 생성되는 헤더영역과 데이터영역으로 구성되는 프로토콜 데이터유닛의 암호화 방법에 있어서,
    상위 계층으로부터 전달되는 서비스 데이터 유닛을 분할 또는 연결하여 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정과;
    상기 프로토콜 데이터 유닛의 데이터영역 중 소정 영역을 선택하여 암호화하는 과정과;
    상기 선택된 데이터영역의 위치식별정보를 암호화하여 위치식별정보 암호화 데이터를 생성하는 과정과;
    상기 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역 크기를 암호화하여 헤더영역 크기 암호화 데이터를 생성하는 과정과;
    상기 일부 데이터영역이 암호화된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에 상기 헤더영역 크기 암호화 데이터와 상기 위치식별정보 암호화 데이터를 추가하여 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 암호화할 데이터 크기는 상기 기지국과 상기 사용자 장치간에 미리 약정되어 있으며,
    상기 암호화할 데이터 크기는 무선 네트워크 통신을 수행하기 위한 무선 프로토콜 제어신호에 포함되어 수신장치로 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 무선프로토콜 제어신호에 포함된 암호화할 데이터 크기정보는 데이터 통신을 수행하는 송신장치 및 수신장치의 메모리에 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 헤더영역 크기정보와, 암호화할 데이터의 위치식별정보를 암호화하는 것은 각각의 정보를 암호화키와 배타적 논리합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 선택된 데이터 영역을 암호화하는 과정은,
    암호화키를 생성하는 과정과;
    상기 암호화키를 사용하여 암호화 알고리즘에서 암호화 스트림을 생성하는 과정과;
    상기 선택된 데이터 영역에 상기 암호화 스트림을 배타적 논리합하여 암호화된 데이터를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 암호화 알고리즘의 입력파라미터로서, 전송방향, 무선 베어러, 스퀀스 넘버를 가지는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화방법.
  25. 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control)계층에서, 암호화되어 전송되는 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법에 있어서,
    하위 계층으로부터 전달되온 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 수신하는 과정과;
    상기 수신된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에서 암호화된 헤더영역 크기정보를 추출한 후 암호해제하여 헤더영역의 크기를 인식하는 과정과;
    상기 암호화된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에서 암호화된 데이터위치 식별정보를 추출한 후 암호해제하여 데이터 위치식별정보를 인식하는 과정과;
    상기 인식한 헤더영역 크기와 데이터 위치식별정보에 기초하여 암호화된 데이터 영역을 인식하는 과정과;
    상기 인식된 데이터 영역에 해당하는 데이터를 암호해제하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 암호화된 데이터 영역을 인식하는 과정은,
    상기 인식한 헤더영역 크기와 상기 암호화된 데이터 크기 및 상기 인식한 데이터 위치식별정보에 기초하여 인식하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 암호화할 데이터 영역의 크기는 상기 기지국과 상기 기지국과 통신하는 상기 사용자 장치간에 미리 약정되어 있으며,
    상기 암호화할 데이터 영역의 크기는 무선 네트워크 통신을 수행하기 위한 무선 프로토콜 제어신호에 포함되어 수신장치로 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 암호화할 데이터 크기정보는 데이터 통신을 수행하는 송신장치 및 수신장치의 내부 메모리에 미리 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 수신된 프로토콜 데이터 유닛에서 암호화된 헤더크기정보를 암호해제시, 상기 암호화된 헤더 크기정보와, 상기 암호화된 위치식별정보를 각각 암호화키와 배타적 논리합하여 암호를 해제하는 것을 특징으로 하는 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 수신한 프로토콜 데이터 유닛에서 암호화된 데이터 영역을 암호해제하는 과정은,
    암호화키를 생성하는 과정과;
    상기 암호화키를 사용하여 암호화 알고리즘에서 암호화 스트림을 생성하는 과정과;
    상기 인식한 위치식별정보에 해당하는 데이터 영역과 상기 암호화 스트림을 배타적 논리합하여 암호해제하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 암호화 알고리즘의 입력파라미터로서, 스퀀스 넘버, 전송방향, 무선 베어러를 가지는 것을 특징으로 하는 프로토콜 데이터 유닛의 암호해제방법.
  32. 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control)계층에서 생성되는 헤더영역과 데이터영역으로 구성되는 프로토콜 데이터유닛의 암호화 방법에 있어서,
    상위 계층으로부터 전달되는 서비스 데이터 유닛을 분할 또는 연결하여 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정과;
    상기 프로토콜 데이터 유닛의 데이터영역 중 소정 영역을 선택하여 암호화하는 과정과;
    상기 선택된 데이터영역의 위치식별정보를 암호화하여 위치식별정보 암호화 데이터를 생성하는 과정과;
    상기 소정 데이터영역이 암호화된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에 상기 위치식별정보 암호화 데이터를 추가하여 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화 방법.
  33. 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control)계층에서, 암호화되어 전송되는 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법에 있어서,
    하위 계층으로부터 전달되온 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 수신하는 과정과;
    상기 암호화된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에서 암호화된 데이터위치 식별정보를 추출한 후 암호해제하여 데이터 위치식별정보를 인식하는 과정과;
    상기 헤더영역의 크기와 상기 데이터 위치식별정보에 기초하여 암호화된 데이터 영역을 인식하는 과정과;
    상기 인식한 데이터 영역을 암호해제하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법.
  34. 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control)계층에서 생성되는 헤더영역과 데이터영역으로 구성되는 프로토콜 데이터유닛의 암호화 방법에 있어서,
    상위 계층으로부터 전달되는 서비스 데이터 유닛을 분할 또는 연결하여 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정과;
    상기 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역의 크기를 암호화하여 헤더영역 크기 암호화 데이터를 생성하는 과정과;
    상기 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에 상기 헤더영역 크기 암호화 데이터를 추가하여 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터 유닛의 암호화 방법.
  35. 무선 네트워크 시스템의 무선링크제어(Radio Link Control)계층에서, 암호화되어 전송되는 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법에 있어서,
    하위 계층으로부터 전달되온 암호화된 프로토콜 데이터 유닛을 수신하는 과정과;
    상기 수신된 프로토콜 데이터 유닛의 헤더영역에서 암호화된 헤더영역 크기정보를 추출한 후 암호해제하여 헤더영역의 크기를 인식하는 과정과;
    상기 인식한 헤더영역의 크기에 기초하여 데이터 영역을 처리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 링크 제어 계층의 프로토콜 데이터유닛의 암호해제방법.
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