KR20080047632A

KR20080047632A - 만료 마커를 이용한 무선 통신의 인증

Info

Publication number: KR20080047632A
Application number: KR1020087011803A
Authority: KR
Inventors: 마이클 패드돈; 그레고리 지. 로즈; 필립 엠. 하우케스; 제임스 셈플
Original assignee: 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2008-05-29
Also published as: WO2005048641A1; US20050102517A1; CA2544967A1; KR100920409B1; KR20060110318A; US7302060B2; JP4768626B2; JP2007511184A; CN1879445A; EP1685738A1; CN1879445B; TW200527877A; US20080260164A1; US8064602B2; EP1685738B1; BRPI0416324A2

Abstract

본 발명은 네트워크와 가입자국 사이의 GSM 무선 통신의 보안 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예는 소정 시간 후 만료하는 인증 트리플렛을 생성하여 이를 인터셉트한 공격자가 무한정 사용할 수 없게 한다.

Description

만료 마커를 이용한 무선 통신의 인증{AUTHENTICATION OF A WIRELESS COMMUNICATION USING EXPIRATION MARKER}

본 출원은 2003년 11월 10일 출원된, "Expiration of GSM Authentication Challenges"라는 명칭의 가출원 No.60/519,010을 우선권으로 청구하며, 본 명세서에 참조된다.

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템의 보안 방법에 관한 것이다.

무선 통신용 셀룰러 기술의 일례는 이동 범용 시스템 프로토콜(Global System for Mobile(GSM) protocol)에 의해 정의된다. GSM은 범용 패킷 무선 서비스(General Packet Radio Service(GPRS))와 같은 새로운 서비스에 의해 추가로 확장되는데, 이는 GSM 네트워크에 인터넷 콘텐츠 및 패킷 기반 데이터 서비스를 제공한다. GSM은 음성, 인터넷 브라우징, 이메일 및 멀티미디어 데이터를 포함하는 무선 통신의 많은 타입에 사용된다. GSM은 이러한 시스템을 통해 통신되는 콘텐츠를 보호하기 위해 다양한 보안 메카니즘을 통합한다. 서비스 제공자 및 사용자는 다같이 자신의 통신의 프라이버시 및 데이터의 보호를 위한 보안 메카니즘에 의존한 다. 보안 메카니즘은 통상적으로 네트워크에 대해 사용자를 인증하고, 이어 무선을 통한 전송에 앞선 사용자가 데이터를 암호화함에 의해 동작한다. 이러한 보안 메카니즘은 제3자에 의해 공격당하기 쉽다.

따라서 무선 통신의 보안 방법 및 장치가 필요하다.

암호화는 비인증된 제3자에 의한 액세스를 방지하기 위해 데이터를 수정하는 프로세스이다. 이러한 기술은 통상적으로 무선 인터페이스를 통해 예를 들어, 가입자국과 기지국 사이에서 또는 요구된 원격지로 무선 또는 유선을 통해 송신된 데이터의 암호화를 사용한다. 암호화는 일반적으로 정당한 "키"를 가진 수신자만이 디코딩할 수 있는 방식으로 데이터를 엔코딩하는 것을 의미한다. 암호화는 예를 들어, 의사 랜덤 비트 시퀀스와 통신 데이터의 표준 버스트 비트 사이의 배타적 OR 연산을 실행하여 달성될 수도 있다. 수신자가 정당한 키를 가진 경우만 연산이 "해결"될 수 있으며, 통신 데이터의 버스트는 추출된다.

무선 통신 시스템에 사용되는 암호화의 일 타입은 스트림 암호화기를 사용하여 수행된다. 스트림 암호화기에 대한 암호화 알고리즘은 (셀룰러 폰 또는 특히, 장치 내의 가입자 식별 모듈(SIM) 카드와 같은) 사용자의 장치에 대해서만 공지된 비밀키 및 프레임 번호를 취하며, 암호화에 대한 입력과 XOR 연산될 의사 랜덤 비트 스트림(즉, 키스트림)을 생성한다. 이러한 정보는 또한 수신된 데이터를 복호화하는데 사용된다. 따라서, 비트들은 효율적으로 서로에 독립적으로 암호화된다

전술한 바와 같은 사용을 위해 의사 랜덤 시퀀스를 생성하는데 사용되는 두 알고리즘은 통상적으로 A5/1 및 A5/2 알고리즘이다. 본래의 GSM 프로토콜은 에어 링크(airlink) 암호화를 위한 3가지 보안 레벨: 비암호화; A5/2; 및 암호화된 A5/1 을 지원한다. A5 알고리즘은 음성 또는 데이터 접속에 대한 선택적 암호화를 위해 사용된다. A5는 64비트 암호키를 사용하는 스트림 암호화기이지만, 228비트의 블록 길이를 갖는 블록 기반 방식이다. A5는 XOR 및 1비트 덧셈 연산만을 포함하는 하드웨어에서 효율적으로 구현되도록 설계된다. A5는 유럽에서 사용되는 A5/1; 및 수출용 A5/2의 두 버젼을 갖는다. A5/1 및 A5/2 모두는 암호화를 위해 사용되는 스트림 암호화기 알고리즘이지만, 각각은 다소 상이한 보안을 제공하며 상이한 복잡도를 초래한다. 기술 분야의 당업자에 의해 인지되는 바와 같이, A5는 GSM 규격의 일부이다. A5/1은 "강력한" 수출 제한 버젼으로 알려져 있으며, A5/2는 어떠한 수출 제한도 없는 "약한" 버전이다. 종종 사용되는 A5 암호화의 또다른 버젼은 A5/3인데, 이는 블록 암호화기 범용 이동 통신 시스템(UMTS)/ "KASUMI"로 알려진 광대역 코드 분할 다중화 접속(WCDMA) 알고리즘에 기초한다. Kasumi는 진정한 128비트 키를 사용하는 64비트 블록 암호화기이다.

이러한 알고리즘 각각은 비밀키로서 예를 들면, 표준 GSM 지원 인증 메카니즘에 따라 인증 메카니즘에 의해 유도된 64 비트 세션 키(K_c)를 사용한다. GSM 보안은 SIM 카드 및 사용자의 홈 네트워크 인증 센터(AuC)에 저장된 비밀 128 비트 키(K_i)를 사용하는 챌린지 응답 메카니즘에 기초한다. 액티브 세션의 초기화 동안, AuC는 128비트 랜덤 선택 값(RAND)을 생성하고 GSM 규격의 일부인 A3 또는 A8과 같은 인증 알고리즘을 RAND에 적용한다. 알고리즘은 기대 응답(SRES) 및 세션에 대 한 암호화키(K_c)를 생성하고, 이들 각각은 RAND 및 K_i의 함수이다. RAND, SRES 및 K_c는 총체적으로 GSM 인증 벡터(인증 트리플렛)를 구성한다.

등록 동안, 인증 트리플렛은 기지국으로 발행되고, 기지국은 가입자국으로 RAND를 전송한다. 가입자국에서 SIM 카드는 RAND를 판독하고, 비밀키(K_i)를 이용하여 동일한 인증 알고리즘 또는 키 승인 알고리즘(A3 또는 A8 각각)에 따라 SRES 및 세션 키(K_c)를 계산한다. 계산된 SRES 값은 기지국으로 전송되며, 인증 트리플렛의 SRES와 수신된 SRES 값을 비교하며, 이를 통해 가입자의 정당성을 인증한다. 일단 가입자국이 인증되면, K_c는 액티브 세션 동안 통신의 암호화를 위해 사용될 수도 있다.

불행히도, A5 알고리즘은 제3자 공격을 받기 쉽고, 데이터 및 네트워크 모두가 손상될 수도 있다. 일반적으로, 무선 시스템에서 통신되는 데이터의 암호화는 에러 보정을 위한 코딩 이후 수행된다. 코딩이 암호화될 비트들 사이의 공지된 선형 관계를 유도함은 잘 알려진 사실이다. 따라서, 비록 공격자가 개별 입력 비트의 실제 값을 모르더라도, 소정의 그룹들이 코딩의 공지된 선형 관계에 따라 XOR 연산되어 0으로 될 것임 알 수있다. 이러한 공지된 관계는 암호화될 데이터의 콘텐츠의 특정한 인식 없이 공격자가 보안 통신을 침입하게 할 것이다.

이러한 공격은 "암호문 전용(ciphertext only)" 공격으로 알려지며, 다양한 A5 암호화 알고리즘에 대해 유효한 것으로 증명되었다. 이러한 공격의 일례는 Biham 등에 의해 개시된 바와 같은 "중간자 공격(MITM)"이다. 기본적으로, GSM에 대한 MITM 공격은 자신을 인증 프로세스에 끼워넣을 수 있고, RAND 및 SRES를 가로챌 수 있는 거짓(false) 기지국을 포함한다. . 거짓 기지국은 가입자국이 인증 이후 암호화를 위해 약한 A5/2 알고리즘을 사용하게 한다. 단지 작은 양의 A5/2 암호화된 통신이 거짓 기지국이 A5/2 트래픽으로부터 K_c를 침범하기 위해 요구된다. 이러한 점에서, 거짓 기지국은 가입자국과 거짓 기지국 사이의 래그(leg)에 대한 A5/2 암호화 사이의 번역기로서 작용할 수도 있다. 더욱 중요하게, 거짓 기지국은 전체 인증 트리플렛을 커버할 수 있으며, 이는 도둑 전화 또는 거짓 서비스 구축에 재사용될 수도 있다. 더욱이, 비록 A5/3와 같은 더 강한 A5 알고리즘이 개발되었지만, K_c가 이러한 소정의 알고리즘과 함께 작용하므로, 더 강한 알고리즘이 더 약한 알고리즘에서의 보안 결함에 의해 훼손되어, K_c가 먼저 인터셉트되도록 한다.

비록 제안들이 이러한 타입의 공격에 대한 보호를 위해 이뤄졌지만, 표준 GSM 프로토콜 또는 설비에 대해 현저한 변화를 요구하지 않는 효율적인 해결책은 현재 없다. 또한 SIM 및 배치된 가입자국에 대한 변화는 구현하기에는 불가능하거나 실용적이지 않다. 네트워크 기반 구조에 대한 변화는 성가시고, 비용이 들며 동기화하기에 어렵다. 따라서 공격의 위협에 대해 현재 제안된 해결책은 너무 비용이 들거나 실질적인 구현이 실용적이지 않다.

도1을 참조하면, 공격에 의해 손상될 수도 있는 통상의 GSM 네트워크 시스템의 일부가 개시된다. 사용자는 가입자 식별 모듈(SIM) 카드를 포함하는 셀룰러폰 일 수 있는 가입자국(100)을 사용하여 네트워크를 통해 통신할 수도 있다. 물론 본 발명의 기술이 다양한 통신 장치에 적용가능하고 셀룰러 폰에 한정되지 않음을 이해해야 한다. SIM 카드(104)는 셀룰러 폰 내에 배치될 수도 있는 작은 회로이다. SIM 카드(104)는 자신의 전화 번호, 비밀키(이하 상술함), 전화 번호부 등과 같은 사용자에 대한 개인 정보를 저장할 수도 있다. 이러한 정보의 일부는 전화 서비스를 제공하는 네트워크에 대해 식별 및 인증되는데 사용될 수 있다. SIM 카드(104)는 프로세싱 성능 및 가입자국으로부터 네트워크로의 전송에 앞서 음성 및 데이터 전송에 대한 암호화 성능을 포함할 수도 있다. SIM 카드(104)는 하나의 장치로부터 다른 장치로 선택적으로 이동될 수도 있으며, 상이한 SIM 카드(104)는 GSM 셀룰러 전화 내에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 만일 사용자가 하나의 전화를 가지고 있지만 이를 개인용 및 사업용으로 사용하면, 사용자는 자신의 전화를 어떻게 사용하는지에 따라 SIM 카드(하나의 카드는 자신의 개인 식별을 포함하며, 다른 카드는 자신의 사업 식별 및 데이터를 포함함)를 변경할 수 있다.

사용자가 가입자국(100)을 파워업하면, 사용자는 통신을 위해 사용될 하나 이상의 네트워크 액세스 포인트(NAP)의 위치를 파악하고자 한다. NAP는 예를 들어, GSM 네트워크에 접속하기에 적합한 기지국 또는 다른 하드웨어를 포함할 수도 있다. 이를 위해, 가입자국(100)은 상이한 NAP로부터 전송된 파일롯 신호를 모니터링한다. 가입자국은 가장 강한 파일럿 신호를 선택할 수 있는데, 이는 네트워크에 대한 링크를 구축하는데 적합한 하나의 NAP를 식별할 것이다. GSM 네트워크 시스템에 대한 이하의 설명에서, 가입자국(100)은 하나의 NAP(106)와 링크를 구축한 다.

가입자국(100)이 NAP(106)과 구축된 링크(108)를 통해 네트워크에 접속된 후, 네트워크는 가입자국(100)의 위치를 결정해야 한다. 방문자 위치 등록기(VLR)(112)와 같은 데이터 베이스는 가입자국의 최근 알려진 위치와 함께 로컬 영역내의 모든 가입자국에 대한 엔트리를 저장할 수도 있다. 가입자국은 주기적으로 홈 위치 등록기(HLR)(110)에 자신의 현재 위치를 알리고 이를 통해 HLR(110)은 저장된 정보를 업데이트하고, 인입 호를 가입자국으로 라우팅한다. 가입자국이 로밍하지 않으면(즉, 홈 운여자에 의해 서비스되는 영역에 있으면), HLR(110) 및 VLR(112)의 기능은 결합될 수도 있다. 사용될 경우, VLR(112)은 외부(foreign) 네트워크에서의 가입자국 로밍과 홈 네트워크에 있는 가입자국 자신의 HLR(110) 사이의 통신을 지원한다. 본 명세서에 설명된 개념을 VLR을 가지고 있거나 그렇지 않은 무선 시스템에 적용될 수도 있음을 이해해야 한다.

네트워크가 가입자국(100)의 현재 위치를 식별한 후, 사용자를 인증하려고 할 것이다. 인증은 GSM 보안 조치의 일부이다. 사용자의 비밀키(K_i)가 GSM 시스템의 보안에 중심이며, 이는 인증 동안 사용된다. 각각의 사용자에게 SIM 카드(104) 및 인증 센터(AuC)(114)로 지칭되는 데이터 베이스에 저장된 K_i로 알려진 비밀키가 할당된다. 비밀키는 제3자에게 노출되는 경우, 시스템을 망쳐놓을 수가 있기 때문에 주의 깊게 보호된다. K_i는 AuC(114)로부터 결코 전송되지 않으며, 따라서 전송시 도청될 수 없다. K_i는 또한 SIM 카드(104)를 결코 떠나지 않는다. 인증 동안, NAP(106)는 우선 AuC(114)에 랜덤 수 및 관련된 응답을 요청한다. AuC(114)는 랜덤 수(RAND)를 생성하고 RAND 및 사용자 K_i가 입력으로 사용되는 보안 알고리즘을 실행하는 프로세서(116)를 포함한다. 보안 알고리즘은 예를 들어, 다른 프로토콜이 사용될 수 있지만, A3/A8 인증 프로토콜을 따른다. 이러한 알고리즘의 출력은 응답(SRES) 및 세션 키(K_c)로 알려진 특별 암호키이다. SRES는 사용자를 인증하기 위해 사용될 수 있으며, K_c는 인증이 발생한 후 통신 데이터를 암호화 및 복호화하기 위해 가입자국 및 네트워크에 의해 사용될 수 있다.

AuC가 RAND, SRES 및 K_c를 생성하고 계산한 후, 소위 인증 트리플렛(트리플렛)에 3개의 값을 함께 번들하고 트리플렛을 NAP(106)로 제공한다. 이어 NAP(106)는 트리플렛으로부터 RAND를 추출하고 RAND를 가입자국(100)으로 보낸다. 가입자국(100)은 어떤 인증 알고리즘이 SRES 및 K_c를 생성하기 위해 AuC에 의해 사용되었는지를 안다. 따라서, 동일한 인증 알고리즘을 사용함으로써, 가입자국(100)은 NAP로부터 수신된 RAND를 취하고 동일한 SRES 및 K_c를 계산한다. 전술한 바와 같이, 이러한 값들은 SIM 카드(104)에 저장되고 가입자국(100)에 의한 사용을 위해 이용가능한 비밀키 K_i의 함수이다.

도2는 인증 프로세스 동안 포함될 수도 있는 가입자국(100)의 부가 성분을 도시한다. 아날로그 전단부는 수신기(202) 및 송신기(204)를 갖는 송수신기(200)를 포함할 수도 있다. 가입자국(100)은 또한 전술한 바와 같이, 사용자 셀룰러 전 화에 존재하는 프로세서(208) 및 자신 고유의 프로세서를 갖는 SIM 카드(104)를 포함하는 프로세싱 시스템(206)을 또한 포함한다.

도1을 참조하면, 일단 가입자국(100)(또는 그 SIM 카드(104))이 SRES 및 K_c를 계산하면, K_c를 유지하고 SRES를 NAP(106)로 다시 전송할 수 있다. NAP(106)가 가입자국(100)을 인증할 수 있으면, 통신은 진행되며, 각각의 엔티티는 K_c를 사용하여 NAP에 의해 선택되고 가입자국(100)에 특정된 암호화 알고리즘에 따라 통신 데이터를 암호화 및 복호화할 수 있다. 가입자국(100)을 인증하기 위해, NAP(106)은 우선 올바른 SRES가 가입자국(100)으로부터 수신되었음을 확인한다. 이를 위해, NAP(106)는 프로세서(118)에 의해 가입자국(100)으로부터 수신된 SRES를 AuC(114)로부터 수신된 SRES와 비교한다. 만일 이들이 매칭되지 않으면, 인증은 실패한다. 그러나 만일 매칭되면, 가입자는 인증되고 통신이 진행된다.

전술한 바와 같이, MITM 공격은 인증 절차 동안 행해진다. NAP(106)가 RAND를 인증을 위해 가입자국(100)으로 전송하면, RAND는 공격자(120)에 의해 인터셉트된다. 공격자(120)는 RAND를 적법한 사용자의 가입자국(100)으로 전송한다. 이러한 인증 요청이 적법하게 NAP(106)로부터 왔다고 믿는 가입자국(100)은 전술한 정상적인 인증 루틴의 일부로 SRES를 계산하며, SRES를 NAP(106)로 복귀시킨다. SRES는 다시 공격자(120)에 의해 인터셉트되는데, 공격자는 이를 네트워크 상으로 전송한다. 이 시점에서, 공격자(120)는 NAP(106)에 대해 "인증됨"으로 나타나고, 인터셉트한 RAND 및 SRES의 소유를 또한 갖는다. 공격자(120)에게 부족한 전체 인 증 트리플렛의 유일한 부분은 K_c이다. 그러나 공격자(120)는 이러한 값을 획득하기 위해 약한 암호화 알고리즘(A5/2)를 사용할 수 있다.

예를 들어, 정상 조건에서, NAP(106)가 인증을 검증하면, NAP(106)는 A5/1 또는 A5/3 암호화(암호 시작(ciperstart) 메시지)를 사용하여 통신을 진행하기 위해 가입자국(100)에 대한 요청을 전송한다. 그러나 공격 동안, 공격자(120)는 암호 시작 메시지를 인터셉트할 수 있으며, 이를 가입자국(100)으로 전송하는 대신, 암호화 메시지를 변경하고 가입자국(100)에게 약한 암호화 알고리즘인 A5/2를 사용하도록 지시한다. A5/2 요청은 가입자국(100)에게 적법한 암호화 시작 메시지로 인식되며, 결국 가입자국은 A5/2로 자신의 통신 데이터를 암호화하기 시작할 것이다. 여전히 NAP(106)와 가입자국(100) 사이의 통신을 인터셉트하는 공격자(120)는 K_c를 복원하기 위해 A5/2의 암호 분석을 사용할 수 있다. 일단 K_c를 알아내면, 공격자(120)는 번역기로서 행동하고 가입자국과 A5/2를 통해 가입자국(100)과 통신하며, NAP(106)이 암호 시작 메시지에서 특정한 임의의 알고리즘을 통해서 NAP(10)과 통신하는데, 왜냐하면 동일한 K_c가 임의의 A5 알고리즘과 작용하기 때문이다. 더욱 중요하게, 이러한 시점에서, 공격자(120)는 유효한 인증 트리플렛의 모든 부분을 가지는데, 이는 인증된 사용자라고 주장하면서 전화 호를 훔치거나 전화 서비스를 약탈하는 것과 같은 미래의 세션에 대해 재사용될 수도 있다.

인터셉트된 트리플렛의 잠재적으로 제한 없는 재사용을 방지하기 위해, 만료 특성이 구현될 수도 있다. 트리플렛은 소정의 예정된 시간(t_exp) 이후, 그 유효성 을 종료시키는 부가의 정보를 포함하도록 구성된다. 이러한 특성은 시간 윈도우 또는 만료 시간을 RAND 내에서 엔코딩하는 것을 포함하며, 공격자가 무한정 인터셉트된 인증 정보를 재사용 하는 것을 방지한다. 도3은 상기한 엔코딩된 만료 시간을 갖는 트리플렛을 포함하는 방법의 일례를 도시한다. 블록(300)에서, t_exp가 예를 들어, AuC에 의해 결정될 수 있다. 이어, 블록(302)에서, t_exp는 랜덤 값 RAND_exp 내에서 엔코딩될 수 있다. RAND_exp는 전술한 강제된 암호화 마커를 포함할 수도 있다. 이어, 블록(304)에서, AuC는 RAND_exp를 대응하는 SRES 및 K_c와 결합하여, T_exp를 갖는 트리플렛을 형성한다. 트리플렛은 전술한 바와 같이 네트워크를 통해 전달될 수 있으며, RAND_exp는 트리플렛으로부터 추출되고 블록(306)으로 표시된 바와 같이 가입자국에 의해 수신될 수 있다.

다음으로 발생하는 것은 블록(308)에서 표시된 바와 같이, 가입자국이 레거시(legacy) 또는 업그레이드된 설비를 포함하는지에 의존한다. 만일 가입자국이 챌린지 만료를 지원하면, 프로세싱은 단계(314)로 계속한다. 그렇지 않으면, 프로세싱은 단계(310)로 계속한다. 시스템은 블록(310)에 나타난 t_exp를 인식하는데 실패할 수도 있다. 블록(312)에서, 가입자국은 t_exp를 고려하지 않고 RAND_exp를 이용하여 전술한 인증 프로세스를 계속할 수도 있다. 그러나 만일 가입자국이 업그레이드되면, 가입자국은 t_ext를 인식할 것이고 t_exp가 현재 시간(t_cur)보다 큰 지의 여부를 결정 블록(314)에서 결정하며, 현재 시간(t_curr)은 예를 들어, 가입자국의 내부 클록으로부터 결정될 수 있다. 즉, 가입자국은 t_cur을 트리플랫이 더 이상 유효하지 않은 시간(t_exp)과 비교할 수도 있다. 만일 트리플렛이 더 이상 유효하지 않으면, 블록(316)에서, 가입자국은 RAND_exp로 진행하는 것을 멈추며, 가입자국은 만료되고 유효하지 않은 트리플렛으로부터 획득되었음을 알게 된다. 그 결과로, 인증은 블록(318)에서 실패할 것이다. 그러나 만일 t_cur이 아직 t_exp로 나타낸 시간에 도달하지 않으면, 블록(320)에서 가입자국은 RAND_exp가 유효한 트리플렛으로부터 왔다는 것을 알게 되며, RAND_exp를 이용하여 전술한 바와 같은 인증으로 진행한다.

t_exp는 트리플렛이 만료할 개별 시간으로 한정되지 않으며, 대안적으로 유효 주기를 나타내는 시간 윈도우를 포함할 수도 있음을 이해할 것이다. 시간 윈도우에서 상부 및 하부 시간 경계를 포함할 수도 있으며, 그 경계 밖의 시간 윈도우로 엔코딩된 트리플렛은 만료되고 유효하지 않은 것으로 고려될 것이다. 예를 들어, 만일 t_cur이 시간 윈도우 밖에 있으면, 즉, 시간 윈도우를 한정하는 상부 및 하부 경계 중 한측 상에 있으면, 트리플렛은 만료되며 결국 유효하지 않을 것이다.

도4는 만료 시간 마커를 갖는 인증 트리플렛을 제어하는 예를 도시한 흐름도이다. 블록(400)에서, AuC는 예를 들어, 인증 동안 NAP로부터 트리플렛에 대한 요청 수신에 응답하여 트리플렛(T)을 선택할 수도 있으며, 가입자국을 인증하는데 가 능한 사용을 위해 T를 VLR로 전송할 수도 있다. 도4를 참조하여 설명된 다양한 절차는 대안적으로 HLR에 의해 실행될 수 있다. 블록(402)에서, NAP는 T가 시간 윈도우 또는 내부에 엔코딩된 만료 마커의 다른 형태를 갖는 트리플렛인지 여부를 테스트할 수도 있다. 만일 그렇지 않다면, 트리플렛은 유효하며, 블록(404)에서, VLR은 트리플렛을 인증에 사용하기 위해 NAP로 전송한다. 다른 한편, 만일 T가 만료 마커를 포함하면, 블록(406)에서, VLR은 마커(t_exp)를 식별할 수 있으며, 이는 T의 현재 유효성을 테스트하는데 사용될 수 있다.

블록(408)에서, VLR은 t_exp를 현재 시간(t_cur)과 비교하고, t_exp가 t_cur을 초과하는 지를 결정함으로써 트리플렛이 만료되었는 지의 여부를 테스트할 수 있으며, 현재 시간(t_curr)은 예를 들어, VLR의 내부 클록으로부터 결정될 수 있다. 만일 트리플렛이 블록(410)에서 만료된 것으로 결정되면, VLR은 트리플렛을 무시하고 블록(400)에서 다른 것을 선택한다. 다른 한편으로, 만일 트리플렛이 여전히 유효하면, 블록(404)에서 인증에 사용하기 위해 NAP로 전송될 것이다. 다른 실시예에서, VLR은 t_curr가 t_exp를 초과하기 전에 실제 만료 이전에서 트리플렛을 무시할 수 있다. 예를 들어, 공차는 미리 정의되고, VLR 내에서 프로그래밍될 수 있으며, 그로 인해 t_cur이 t_exp보다 작지만 공차 내에 있다면, VLR은 트리플렛을 무시할 수 있다.

도5는 랜덤 값(RAND)과 관련한 만료 시간을 현재 시간과 비교하기 위한 인증 검증 유닛(712)을 갖는 일 실시예에 따른 가입자 유닛을 나타낸다. 가입자 유닛은 키 및 응답 계산 유닛(704)에 연결된 수신 회로(700)를 포함하며, 상기 키 및 응답 계산 유닛(704)은 응답(SRES)을 전송 회로(708)로 제공하고, 키(K_c)를 엔코드/디코드 유닛(710)으로 제공한다. 가입자 유닛은 메모리 저장 유닛(702)에서 비밀키(K_i)를 저장한다. 키 및 응답 계산 유닛(704)은 네트워크로부터 수신된 랜덤 값(RAND)으로부터 만료 시간 정보를 추출한다. 인증 검증 유닛(712)은 만료 시간 정보를 수신하고 현재 시간과 비교한다. 만일 인증 검증 유닛(712)이 RAND가 만료되었다고 결정하면, 가입자 유닛은 인증 절차를 종료하고, 재시도를 결정할 수 있다. 만일 인증 검증 유닛(712)이 RAND가 만료되지 않았다고 결정하면, 가입자 유닛은 응답(SRES) 및 키(K_i)를 생성한다. 인증 검증 유닛(712)은 클록(714)으로부터 현재 시간과 같은 시간 정보를 수신한다.

본 명세서에서 본 발명의 특정 실시예를 설명하지만, 당업자는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 본 발명을 변경할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 회로 스위칭 네트워크 소자를 사용할 수도 있지만 동등하게 패킷 스위칭 도메인 네트워크 소자를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 인증 트리플렛 상에 한정되지 않지만 두 개의 SRES 값(고객 포맷의 하나와 여기서 설명된 새로운 포맷의 하나)을 포함하는 단일 트리플렛의 사용에 적용될 수도 있다.

당업자는 정보 및 신호들이 다양한 타입의 상이한 기술들을 사용하여 표현될 수 있음을 잘 이해할 것이다. 예를 들어, 본 명세서상에 제시된 데이터, 지령, 명령, 정보, 신호, 비트, 심벌, 및 칩은 전압, 전류, 전자기파, 자기장 또는 입자, 광 필드 또는 입자, 또는 이들의 임의의 조합으로 표현될 수 있다.

당업자는 상술한 다양한 예시적인 논리블록, 모듈, 회로, 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있음을 잘 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호 호환성을 명확히 하기 위해, 다양한 예시적인 소자들, 블록, 모둘, 회로, 및 단계들이 그들의 기능적 관점에서 기술되었다. 이러한 기능이 하드웨어로 구현되는지, 또는 소프트웨어로 구현되는지는 특정 애플리케이션 및 전체 시스템에 대해 부가된 설계 제한들에 의존한다. 당업자는 이러한 기능들을 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식으로 구현할 수 있지만, 이러한 구현 결정이 본 발명의 영역을 벗어나는 것은 아니다.

다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들이 범용 프로세서; 디지털 신호 처리기, DSP; 주문형 집적회로, ASIC; 필드 프로그램어블 게이트 어레이, FPGA; 또는 다른 프로그램어블 논리 장치; 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리; 이산 하드웨어 컴포넌트들; 또는 이러한 기능들을 구현하도록 설계된 것들의 조합을 통해 구현 또는 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로 프로세서 일 수 있지만; 대안적 실시예에서, 이러한 프로세서는 기존 프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, 또는 상태 머신일 수 있다. 프로세서는 예를 들어, DSP 및 마이크로프로세서, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로 프로세서, 또는 이러한 구성들의 조합과 같이 계산 장치들의 조합으로서 구현될 수 있다.

설명된 실시예와 관련하여 개시된 방법 및 알고리즘은 하드웨어, 프로세서에 의해 실행된 소프트웨어 모듈, 또는 이 둘의 조합으로 직접 실행될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드디스크, 이동식 디스크, CD-ROM, 또는 기술분야에 공지된 소정의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 저장 매체는 프로세서가 저장 매체 사이에서 정보를 기록 및 판독할 수 있도록 프로세서와 결합될 수 있다. 택일적으로, 저장 매체는 프로세서에 통합될 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC에 상주할

수도 있다.

개시된 실시예의 전술한 설명은 당업자가 본원 발명을 이용할 수 있게 제공되었다. 실시예에 대한 다양한 변경이 당업자에게 명백할 것이며 설명된 일반 원리는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 않으며, 설명된 원리 및 새로운 특성으로 구성된 광의의 사상과 조화된다.

도1은 공격자에 의해 손상될 수도 있는 통상적인 GSM 네트워크 시스템의 일부를 도시한다.

도2는 인증 동안 포함될 수도 있는 가입자국의 구성을 도시한다.

도3은 트리플렛에서 만료 시간을 구현하는 예를 도시한 블록도이다.

도4는 만료 시간 마커를 갖는 인증 트리플렛을 조정하는 예를 도시한 흐름도이다.

도5는 가입자 유닛을 도시한다.

Claims

가입자국에서 네트워크와의 무선 통신 보안 방법으로서,

상기 네트워크로부터 랜덤 값의 만료 시간을 나타내는 만료 마커를 갖는 랜덤 값을 수신하는 단계;

현재 시간을 상기 만료 시간과 비교하는 단계;

상기 현재 시간이 상기 만료 시간을 초과하지 않으면 상기 통신을 인증하는 단계; 및

상기 현재 시간이 상기 만료 시간을 초과하면 상기 통신의 인증을 거절하는 단계를 포함하는, 무선 통신 보안 방법.
제1항에 있어서, 상기 만료 시간은 시간 윈도우로 정의되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 보안 방법.
제1항에 있어서,

상기 가입자국에 저장된 비밀키를 검색하는 단계; 및

상기 비밀키 및 상기 랜덤 값의 함수(function)로서 응답 값을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 보안 방법.
제3항에 있어서,

상기 비밀키 및 랜덤 값의 함수로서 암호키를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 보안 방법.
제4항에 있어서,

인증을 위해 상기 응답 값을 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 보안 방법.
제5항에 있어서,

상기 암호키를 이용하여 전송 데이터를 암호화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 보안 방법.
제6항에 있어서, 상기 암호키를 이용하여 수신된 데이터를 암호해독하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 보안 방법.
제1항에 있어서, 상기 랜덤 값을 수신하는 단계는,

상기 랜덤 값, 응답 값, 및 암호키를 포함하는 인증 트리플렛(triplet)을 수신하는 단계를 포함하며, 상기 트리플렛은 상기 만료 마커를 식별하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 보안 방법.
무선 통신용 장치로서,

상기 네트워크로부터 랜덤 값의 만료 시간을 나타내는 만료 마커를 갖는 랜덤 값을 수신하는 수단;

현재 시간을 상기 만료 시간과 비교하는 수단;

상기 현재 시간이 상기 만료 시간을 초과하지 않으면 상기 통신을 인증하는 수단; 및

상기 현재 시간이 상기 만료 시간을 초과하면 상기 통신의 인증을 거절하는 수단을 포함하는, 무선 통신용 장치.
제9항에 있어서, 상기 만료 시간은 시간 윈도우로 정의되는 것을 특징으로 하는 무선 통신용 장치.
제9항에 있어서,

상기 가입자국에 저장된 비밀키를 검색하는 수단; 및

상기 비밀키 및 상기 랜덤 값의 함수로서 응답 값을 생성하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신용 장치.
제11항에 있어서,

상기 비밀키 및 랜덤 값의 함수로서 암호키를 생성하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신용 장치.
제12항에 있어서,

인증을 위해 상기 응답 값을 전송하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신용 장치.
제13항에 있어서,

상기 암호키를 이용하여 전송 데이터를 암호화하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신용 장치.
제14항에 있어서, 상기 암호키를 이용하여 수신된 데이터를 암호해독하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신용 장치.
제9항에 있어서, 상기 랜덤 값을 수신하는 수단은,

상기 랜덤 값, 상기 응답 값, 및 상기 암호키를 포함하는 인증 트리플렛을 수신하는 수단을 포함하며, 상기 트리플렛은 상기 만료 마커를 식별하는 것을 특징으로 하는 무선 통신용 장치.
인증 센터 및 위치 등록기를 갖는 네트워크로서,

상기 인증 센터에서 랜덤 값의 만료 시간을 규정하는 만료 마커를 갖는 랜덤 값을 발생시키는 수단;

상기 인증 센터에서 상기 랜덤 값의 함수로서 응답 값 및 세션키를 계산하는 수단;

상기 인증 센터에서 상기 만료 마커를 포함하는 인증 트리플렛을 형성하기 위해 상기 랜덤 값, 상기 세션 키 및 상기 응답 값을 결합하는 수단; 및

상기 인증 센터로부터 상기 위치 등록기로 상기 인증 트리플렛을 전송하는 수단을 포함하는 네트워크.
가입자국으로서,

네트워크로부터 랜덤 값의 만료 시간을 나타내는 마커를 갖는 랜덤 값을 수신하도록 구성된 수신기;

현재 시간을 보고하도록 구성된 클록; 및

상기 마커의 인식에 응답하여 상기 마커를 인식하고 상기 현재 시간을 상기 만료 시간과 비교하도록 구성되는 프로세서를 포함하는 가입자국.
제18항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 현재 시간이 상기 만료 시간 이상인 경우 인증에 사용하기 위한 상기 랜덤 값을 거절하도록 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 가입자국.
제18항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 현재 시간이 상기 만료 시간보다 작은 경우 인증을 위해 상기 랜덤 값을 사용하도록 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 가입자국.
컴퓨터 판독 가능한 매체로서

네트워크로부터 랜덤 값의 만료 시간을 나타내는 만료 마커를 갖는 랜덤 값을 컴퓨터가 수신하도록 하는 코드;

현재 시간을 상기 만료 시간과 컴퓨터가 비교하도록 하는 코드;

상기 현재 시간이 상기 만료 시간을 초과하지 않으면 컴퓨터가 상기 통신을 인증하도록 하는 코드; 및

상기 현재 시간이 상기 만료 시간을 초과하면 컴퓨터가 상기 통신의 인증을 거절하도록 하는 코드를 포함하며,

상기 수신, 비교, 인증 및 거절은 가입자국에서 수행되는, 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제21항에 있어서, 상기 만료 시간은 시간 윈도우로 정의되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제21항에 있어서,

상기 가입자국에 저장된 비밀키를 컴퓨터가 검색하도록 하는 코드; 및

상기 비밀키 및 상기 랜덤 값의 함수(function)로서 컴퓨터가 응답 값을 생성하도록 하는 코드 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제23항에 있어서,

상기 비밀키 및 랜덤 값의 함수로서 컴퓨터가 암호키를 생성하도록 하는 코드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제24항에 있어서,

인증을 위해 상기 응답 값을 컴퓨터가 전송하도록 하는 코드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제25항에 있어서,

상기 암호키를 이용하여 전송 데이터를 컴퓨터가 암호화하도록 하는 코드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제26항에 있어서,

상기 암호키를 이용하여 수신된 데이터를 컴퓨터가 암호해독하도록 하는 코드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제24항에 있어서,

상기 랜덤 값, 응답 값, 및 암호키를 포함하는 인증 트리플렛(triplet)을 컴퓨터가 수신하도록 하는 코드를 더 포함하며, 상기 트리플렛은 상기 만료 마커를 식별하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
컴퓨터 판독 가능한 매체로서,

인증 센터에서 인증 트리플렛의 만료 시간을 규정하는 만료 마커를 갖는 랜덤 값을 컴퓨터가 발생시키도록 하는 코드;

상기 인증 센터에서 상기 랜덤 값의 함수로서 응답 값 및 세션키를 컴퓨터가 계산하도록 하는 코드;

상기 인증 센터에서 상기 만료 마커를 포함하는 인증 트리플렛을 형성하기 위해 상기 랜덤 값, 상기 세션 키 및 상기 응답 값을 컴퓨터가 결합하도록 하는 코드; 및

상기 인증 센터로부터 위치 등록기로 상기 인증 트리플렛을 컴퓨터가 전송하도록 하는 코드를 포함하는, 컴퓨터 판독가능한 매체.
컴퓨터 판독가능한 매체로서,

네트워크로부터 랜덤 값의 만료 시간을 나타내는 마커를 갖는 랜덤 값을 컴퓨터가 수신하도록 하는 코드;

현재 시간을 컴퓨터가 보고하도록 하는 코드; 및

상기 마커의 인식에 응답하여 상기 마커를 컴퓨터가 인식하고 상기 현재 시간을 상기 만료 시간과 컴퓨터가 비교하며, 상기 현재 시간이 상기 만료 시간을 초과하면 가입자 인증을 컴퓨터가 거절하도록 하는 코드를 포함하는, 컴퓨터 판독가능한 매체.
제30항에 있어서,

상기 현재 시간이 상기 만료 시간 이상인 경우 인증에 사용하기 위한 상기 랜덤 값을 컴퓨터가 거절하도록 하는 코드를 더 포함하는 컴퓨터 판독가능한 매체.
제31항에 있어서,

상기 현재 시간이 상기 만료 시간보다 작은 경우 인증을 위해 상기 랜덤 값을 컴퓨터가 사용하도록 하는 코드를 더 포함하는, 컴퓨터 판독가능한 매체.