SE517167C2 - Förfarande och apparat för autenticering i ett kommunikationssystem - Google Patents

Description

30 35 517 167 _ ~- -° - 2 abonnentenhet har ett unikt identifieringsnummer som sär- skiljer den från andra abonnentenheter. Den fasta nätkommu- nikationsenheten har tillträde till dessa identifierings- nummer via en databas. Ofta används dessa nummer av de fasta nätkommunikationsenheterna för att debitera abon- nenterna för den tid abonnenten använder systemet.

En begränsning hos cellulära system är att en orätt- mätig användare kan detektera en legitim användares iden- tifieringsnummer genom RF-tjuvlyssning eller genom att radiotelefoninstallatören avsiktligt eller oavsiktligt avslöjar MIN/SN-kombinationen. När väl abonnentens tele- (stulet) tjuv omprogrammera en annan abonnentenhet med det stulna fonnummer och identifieringsnummer är känt kan en identifieringsnumret, vilket orsakar två eller fler abon- nentenheter att ha samma MIN/SN-kombination. Även om cel- lulära radiotelefonsystem har autenticeringsförfaranden för att neka tillträde för abonnenter som inte har legi- tima identifieringsnummer, har dessa system inte möjlighet att detektera flera användare med samma identifieringsnum- mer. Följaktligen debiteras den legitima användaren för både tjuvens användning och sin egen användning.

Flera autenticeringstekniker är kända inom teknikom- rådet. En sådan teknik presenteras av standarden "Electronic Industries Association (EIA) Standard EIA- -553" och är tillgänglig från EIA på 2001 Eye Street, D.C. 20006. EIA-553 specificerar att varje abonnent skall ha en MIN och en fabriksinställd SN.

N.W., Washington, Det telefonnummer som abonnenten försöker komma i kontakt med är det data som sänds av abonnenten till den fasta nätkommunikationsenheten. Autenticering medges av detta system om MIN och motsvarande SN hittas i den fasta nät- kommunikationsenhetens databas. Tyvärr erfordrar inte EIA-553 chiffrering av MIN eller SN före sändning till den fasta nätkommunikationsenheten, och medger därigenom direkt RF-detektering av vilket MIN eller SN som helst.

Ett annat exempel på en konventionell autenticerings- teknik beskrivs i "The United States Digital Cellular 000001 10 15 20 25 30 35 (USDC) standards". som är kända som and time division multiple access (TDMA) (IS) IS-54 and IS-55".

USDC-autenticeringstekniken använder en serie specialise- "Interim Standard rade meddelanden som utväxlas mellan abonnentenheten och en kommunikationsenhet hos kommunikationssystemet innan sys- temaccess medges. USDC-tekniken använder en "global utma- ning" på den gemensamma signaleringssignalen (t ex en slumpmässig accesskanal eller en pilotkanal) och utnyttjar (SSD) (dvs krypteringsnycklar som är kända för en abonnentenhet samutnyttjade hemliga data ("shared secret data") och en kommunikationsenhet, vilka bildar en kommunika- tionslänk) för en autenticerings- och en röstsekretess- funktion. Det initiella, sända abonnentmeddelandet inne- håller ett autenticeringsgensvar, men inga andra data är krypterade. Kommandot att börja en krypteringsprocess sänds från den som tillhandahåller servicen till abonnenten efter det att abonnenten har tilldelats en trafikkanal.

Ett problem med konventionella autenticeringstekni- ker såsom det "globala utmanings"-system som används i USDC är att en orättmätig användare kan erhålla en abon- nents krypteringsnyckel genom att sända många utmanings- meddelanden till antingen abonnentenheten eller det fasta nätet för att framkalla svarsmeddelanden som kan spelas in och senare analyseras för att erhålla en krypterings- Ett sätt att lösa detta problem är att periodiskt uppdatera SSD värdet innan en nyckel, såsom ett SSD-värde. orättmätig användare har mottagit tillräckligt mycket in- formation för att erhålla SSD-värdet. Emellertid är upp- dateringsprocessen för SSD värdet en kostsam process som involverar sändning av många meddelanden mellan abonnent- Således skulle det vara önskvärt att minska antalet SSD-uppdate- enheten och den fasta kommunikationsenheten. ringar och även åstadkomma en högre säkerhetsnivå mot orättmätiga användare. Följaktligen finns ett behov av ett förbättrat förfarande och en förbättrad anordning för autenticering i ett kommunikationssystem. 10 15 20 25 30 35 517 167 4 IIIIOOOI Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning avser ett förbättrat förfar- ande och en förbättrad anordning för utförande av auten- ticering i ett kommunikationssystem. Förfarandet inklude- rar stegen att detektera ett oväntat autenticeringsmed- delande, med ett tröskelvärde, uppdatera ett räknarvärde, jämföra räknarvärdet och utföra en uppdateringsoperation av krypteringsnyckeln i gensvar till jämförelsen mellan räknarvärdet och tröskelvärdet. Företrädesvis är krypte- ringsnyckeln ett samutnyttjat hemligt datavärde eller ett A-nyckelvärde och det oväntade autenticeringsmeddelandet är företrädesvis ett icke begärt meddelande, såsom ett basstationsutmaningsmeddelande eller ett unikt utmanings- gensvarsmeddelande.

Anordningen för utförande av autenticering inklude- rar en basstation, en telefonstation kopplad till bassta- tionen, och ett autenticeringscenter som gensvarar pà telefonstationen. Telefonstationen detekterar ett oväntat autenticeringsmedelande som mottas av basstationen.

Autenticeringscentrat uppdaterar en räknare då telefon- stationen detekterar det oväntade autenticeringsmeddel- andet och jämför den uppdaterade räknaren med ett trös- kelvärde. Autenticeringscentrat initierar en uppdate- ringsoperation av krypteringsnyckeln då det uppdaterade räknarvärdet överskrider tröskelvärdet.

Själva uppfinningen, tillsammans med de bifogade ritningarna, förstås bäst genom hänvisning till följande detaljerade beskrivning, tillsammans med de bifogade ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna Fig 1 är ett blockschema som visar en föredragen utföringsform av ett kommunikationssystem som har en abonnentenhet och en nätkommunikationsenhet i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig 2 är ett flödesschema över ett autenticerings- förfarande som används vid mottagning av ett utmanings- meddelande av basstationen av nätkommunikationsenheten i COOIIC 10 15 20 25 30 35 517 167 g ,. 5 IIOOIII fig 1 i enlighet med en föredragen utföringsform i före- liggande uppfinning.

Fig 3 är ett flödesschema över ett föredraget auten- ticeringsförfarande som används vid mottagning av ett unikt utmaningsmeddelande av nätändringen "Fast nätkommu- nikationsenhet" till "nätkommunikationsenhet" genom hela dok.kommunikationsenheten i fig 1.

Detaljerad beskrivning Fig 1 visar allmänt en abonnentkommunikationsenhet 100, såsom en abonnenttelefon och en fast nätkommunika- tionsenhet 130, fon och en telefonstation. Abonnentkommunikationsenheten såsom en basstation för en cellulär tele- 100 innefattar ett mikroprocessorsteg 118 som utför många av den föredragna utföringsformens autenticerings- och krypteringssteg genom tillträde till en beständig minnes- (RF) 122. element vilka kan kommas åt via mikroprocessorsteget 118 enhet 106 och ett radiofrekvenssteg Ytterligare inkluderar en datainmatningsenhet 102, såsom en knappsats för inmatning på en telefon (för att mata in ett telefon- nummer-data), tal eller andra data som skall sändas, en slumptalsgenerator 104 (för alstring av en slumpmässig utmaning), och en krypterings-/dekrypteringsanordning 120.

I det beständiga minnet 106 lagras serienumret 110 (för abonnentenheten), och abonnentens telefonnummer 108 (vilket t ex kan ha egenskaperna hos ett mobilidentifie- (MIN) fierare för abonnentenheten). ringsnummer och kan användas som en första identi- Serienumret 110 används som en andra identifierare för abonnentenheten, vilket nummer endast är känt för abonnentenheten och den fasta nätenhe- ten. T ex skall det inte vara tillgängligt för en instal- latör av abonnentenheten, utan skall endast vara till- gängligt för en rättmätig användare av en abonnentenhet och en fast nätkommunikationsenhetsdatabas. Dessa iden- tifierare behöver inte nödvändigtvis vara siffror utan kan motsvara vilket attribut som helst som är kapabelt att identifieras av den fasta nätverkskommunikationsenhe- ten. En alternativ utföringsform t ex i ett cellulärt OOIIOI se. cc»- o 10 15 20 25 30 35 OIIOÛI 517 167 6- - system kan inkludera en lagrad uppslagstabell som inne- håller flera uppsättningar serienummer, och telefonnum- mer, varvid varje uppsättning identifierare motsvarar ett specifikt, cellulärt område eller fast nätkommunikations- enhet. Minnesenheten 106 tjänar också som en lagrings- plats för nycklar alstrade av krypterings-/depkrypte- ringsanordningen 120. Dessa nycklar kan inkludera första samutnyttjade, hemliga data 112 (SSDA), andra samutnytt- jade, hemliga data 114 hemliga data 116 Nätkommunikationsenheten 130 inkluderar en telefon- (SSDB), och tredje samutnyttjade, (dvs en paketerad datanyckel). station 128 vilken innefattar ett mikroprocessorsteg 148 vilket, med en databas liksom abonnentenheten 100, arbetar tillsammans 136 och en länk till radiofrekvenssteg 152 hos basenheten för att utföra autenticerings- och krypte- ringsprocesser. I den föredragna utföringsformen inklude- rar mikroprocessorsteget 148 ett autenticeringscenter 149. Alternativt kan autenticeringscentrat 149 vara be- läget i en separat processor i telefonstationen 128 eller i en oberoende enhet som står i kommunikation med den fasta kommunikationsenheten 130. Ytterligare element som kan kommas åt via mikroprocessorsteget 148 inkluderar en slumptalsgenerator 134 och en krypterare/dekrypterare 150. det publika telenätet ("Public Switched Telephone Network) (PSTN) 132. nikationer från "besökta" telefonstationer till Dessutom har telefonstationen 128 ett gränssnitt mot PSTN-länken kan användas för kommu- "hemma" telefonstationer, såsom erfordras för autenticering och fakturering av roamande abonnentenheter.

Databasen inkluderar information avseende flera abonnentenheter, såsom ett serienummer 140 och tillhör- ande abonnenttelefonnummer 138 likväl som nycklar asso- cierade med telefonnumret 138, vilka kan alstras av kryp- terings/dekrypteringsanordningen 150 eller mottas från en "hemma" telefonstation. Dessa nycklar kan inkludera första samutnyttjade, hemliga data 142 hemliga data 144 (SSDA), andra sam- utnyttjade, (SDDB), och tredje samut- nnovoo 10 15 20 25 30 35 517 167 hemliga data 146 Kommunikation mellan abonnentkommunikationsenheten 100 nyttjade, (dvs en paketerad datanyckel). och den fasta nätkommunikationsenheten 130 utförs via RF- sändningar 126 mellan antennerna 124 respektive 154 hos de två enheterna i enlighet med tekniker som förstås väl för cellulära system.

Ett förfarande för utförande av detektering av ett oväntat autenticeringsmeddelande i autenticeringscentrat 149 enligt en föredragen utföringsform visas i fig 2. Då vid 202, för att bestämma huruvida en tidigare ett basstationsutmaningsmeddelande mottas, kontroll, vid 204, SSD-uppdateringsorder skickats av den fasta kommunika- görs en tionsenheten 130. Om en tidigare uppdateringsorder sänts, fortsätter normalt autenticeringsförfarande vid 208. I an- nat fall har ett tagits vid 201, och som gensvar ökas en första, nare (AUTH_1) vid 206. Den första räknaren (AUTH_1) håller räkning på antalets oväntade meddelanden som har detekte- oväntat och icke begärt meddelande mot- inre räk- rats. Den första räknaren jämförs sedan med en första tröskel vid 210. förutbestämt antal detekterade, Den första tröskeln är företrädesvis ett oväntade meddelanden, som medges för uppdatering av abonnentens SSD-nyckel.

Om tröskelvärdet inte överskrids är någon ytterlig- are åtgärd inte nödvändig, och förfarandet avslutas vid 220. Om emellertid den första räknarens värde överskrider den första tröskeln fortsätter förfarandet vid 212, där en andra räknare benämnda AUTH_2 ökas. Vidare, eftersom den första räknaren överskred tröskelvärdet, fortsätter förfarandet att initiera en uppdatering av abonnentens SSD vid 214. Därefter jämförs den andra räknaren AUTH_2 med en andra tröskel vid 216. Företrädesvis håller den andra räknaren (AUTH_2) räkning på antalet SSD-uppdate- Det andra tröskel- ringar som har utförts för abonnenten. värdet representerar företrädesvis antalet SSD-uppdate- ringar som medges före uppdatering av abonnentens A- nyckel. Om den andra räknaren inte överskrider tröskel- värdet avslutas förfarandet vid 220. Om emellertid den IIUOUO u - un.. :av u ~ v. u-c n o .o 10 15 20 25 30 35 517 167 8 andra räknaren överskrider det andra tröskelvärdet taggas abonnenten för en A-nyckeluppdatering vid 218, och för- farandet fullföljs vid 220.

Fackmannen på området inser att det första tröskel- värdet och det andra tröskelvärdet kan vara programmer- bara så att en operatör kan anpassa dessa värden för spe- ciella tillämpningar. Företrädesvis skall tröskelvärdet ställas in på en nivå så att en orättmätig användare inte kan erhålla tillräcklig information för att uppnå ett krypteringsnyckelvärde. Genom inställning av den första tröskeln på en sådan nivå, åstadkommer den föredragna ut- föringsformen skydd mot en orättmätig användare som sän- der många utmatningsmeddelanden för att framkalla svars- meddelanden för senare analys, eftersom SSD:ns, eller A-NYCKELN:s, krypteringsnyckel kommer att uppdateras innan den orättmättige användaren har tillräckligt många svarsmeddelanden för att bestämma krypteringsnyckeln.

Dessutom minskas den kostsamma processen med uppdatering av ett SSD-värde, eftersom SSD-värdet endast uppdateras då det är nödvändigt för att förhindra orättmätig access.

På detta sätt åstadkommer det förfarande som beskrivits med avseende på fig 2 på ett fördelaktigt sätt ett flexi- belt och effektivt förfarande för förbättring av autenti- cering genom minskning av sannolikheten för bedrägeri i kommunikationssystemet.

Fig 3 visar ett föredraget förfarande för utförande av autenticering i autenticeringscentrat 149 med avseende på detektering av ett unikt utmaningsmeddelande av bas- stationen 152 och telefonstationen 128. Då ett unikt ut- maningssvarsmeddelande mottas, vid 230, görs en kontroll för att bestämma huruvida en unik utmaningsorder tidigare sänts vid 232. Om en unik utmaning tidigare har sänts fortsätter normalt autenticerings- och SSD-uppdaterings- förfarande vid 234. Om emellertid en unik utmaningsorder tidigare inte har sänts, har ett oväntat och icke begärt meddelandet detekterats vid 220. Behandlingen fortsätter då vid 236, genom ökning av en första räknare, benämnd I I IOOI OOII 10 15 20 25 30 35 O 'I I IOOOOIII AUTH_l. Den första räknaren jämförs sedan med ett första tröskelvärde vid 238. skridits fortsätter behandling, vid 240, där en andra Om den första tröskeln har över- räknare benämnd AUTH_2 ökas.

Därefter taggas abonnentenheten 100 för en SSD-upp- datering vid 242. Taggning av en abonnent med en SSD-upp- datering är liknande placering av en intern flagga, och kommer att leda till vidare behandling i telefonstationen 128, 152 att sända lämpliga meddelandet över luftgränssnittet vilken därefter kommer att instruera basstationen till abonnentenheten 100, så att SSD-värdet uppdateras i abonnentenheten 100. De specifika detaljerna hos förfar- andet för uppdatering av SSD-värdet beror på den verkliga luftgränssnittsstandard som används mellan abonnentenhe- ten 100 och den fasta kommunikationsenheten 130, och är känd inom teknikomràdet. naren AUTH_2 med ett andra tröskelvärde vid 244. Om den Därefter jämförs den andra räk- andra räknaren överskrider det andra tröskelvärdet taggas abonnenten med en A-NYCKEL-uppdatering vid 246. Annars fullföljes förfarandet vid 248 utan utförande av någon A-NYCKEL-uppdatering. Även om endast två oväntade meddelanden har beskri- vits ovan, basstationsutmaningsmeddelandet i fig 2 och det unika utmaningsmeddelandet i fig 3, kommer fackmannen på området att inse att de häri beskrivna teknikerna också kan användas för andra oväntade eller icke begärda meddel- anden inom ett autenticeringsförfarande som används med en mångfald speciella luftgränssnitt. Dessutom visar både fig 2 och 3 ett förfarande där två separata räknare används.

Fackmannen på området inser att föreliggande uppfinning inte är begränsad till det speciella antal räknare som Vidare, även om den föredragna utföringsformen refererar till SSD-värdet och A-NYCKEL-värdet, krypteringsnyckeldata alternativt uppdateras. används. kan andra Dessutom kommer ytterligare fördelar och modifiering- ar att framgå för fackmannen på området. T ex, även om den första och andra räknaren företrädesvis är en del av au- 000000 10 IOOIOI 517 167 .- 10 tenticeringscentrat, kan räknarna istället vara anordnade i någon av de andra anordningarna, såsom basstationen eller telefonstationen. I detta fall kommer den andra an- ordningen att jämföra räknaren med en tröskel och under- rätta autenticeringscentrat då räknaren överskrider trös- keln. Uppfinningen är därför i sin vidaste mening inte begränsad till specifika detaljer, representativa appa- rater och visade exempel som visats och beskrivits häri.

Olika modifieringar och variationer kan göras i ovanstå- ende beskrivning utan att man avviker från uppfinningens omfattning, och avsikten är att föreliggande uppfinning skall täcka alla sådana modifieringar och variationer under förutsättning att de faller inom skyddsomfånget för följande patentkrav och deras ekvivalenter. 000000

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 517 167 - ll PATENTKRAV

1. Förfarande för utförande av autenticering i en kommunikation, innefattande stegen att: detektera ett oväntat autenticeringsmeddelande; uppdatera ett räknarvärde; jämföra räknarvärdet med ett tröskelvärde; och utföra en uppdateringsoperation av krypterings- nyckeln i gensvar till jämförelsen mellan räknarvärdet och tröskelvärdet.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid krypterings- nyckeln innefattar ett A-nyckel-värde.

3. Förfarande enligt krav 1, varvid det oväntade autenticeringsmeddelandet innefattar ett icke begärt, unikt utmaningsgensvarsmeddelande.

4. Förfarande enligt krav 3, varvid det icke be- gärda, unika utmaningsgensvarsmeddelandet innefattar ett mottaget, unikt gensvarsmeddelande som inte är i gensvar till ett tidigare unikt utmaningsmeddelande.

5. Anordning för utförande av autenticering i en kommunikation, innefattande: en basstation som mottar ett oväntat autenticerings- meddelande; en telefonstation kopplad till basstationen en räknar som uppdateras i gensvar till det mot- tagna, oväntade autenticeringsmeddelandet; och ett autenticeringscentra som gensvarar på telefon- stationen, vilket autenticeringscentra initierar en upp- dateringsoperation av krypteringsnyckeln då räknaren överskrider ett tröskelvärde.

6. Anordning enligt krav 5, varvid autenticerings- centrat inbegripes i telefonstationen.

7. Anordning enligt krav 5, varvid krypterings- (SSD). varvid det oväntade nyckeln innefattar samutnyttjade, hemliga data

8. Anordning enligt krav 5, autenticeringsmeddelandet innefattar ett icke begärt bas- stationsutmaningsmeddelande. vara so- n v. -vu u o n w n n n nu nu.. nu om 10 15 20 517 167 12 ~t C C000 I I I I OOIOUI

9. Anordning enligt krav 8, varvid det icke begärda basstationsutmaningsmeddelandet innefattar ett mottaget basstationsutmaningsmeddelande som inte är i gensvar till ett tidigare uppdateringsmeddelande för krypteringsnyckeln.

10. Förfarande för utförande av autenticering i ett kommunikationssystem, innefattande stegen att: motta ett basstationsutmaningsmeddelande; fastställa huruvida det mottagna basstationsutma- ningsmeddelandet är ett oväntat autenticeringsmeddelande genom fastställande av huruvida en tidigare uppdaterings- (SSD) order för samutnyttjat, hemligt data sänts av bas- stationen; öka en första räknare om det mottagna basutmanings- meddelandet är ett oväntat autenticeringsmeddelande; jämföra den första räknaren med ett första tröskel- värde; utföra en SSD-nyckeluppdatering och öka en andra räknare om den första räknaren överskrider det första tröskelvärdet; jämföra den andra räknaren med ett andra tröskel- värde; och utföra en A-nyckeluppdatering om den andra räknaren överskrider det andra tröskelvärdet.