TW566024B - Method to create a virtual private network through a public network - Google Patents

Description

566024 A7 B7 五、發明説明（〇 本發明係與電信網路的領域有關，特別是在一個公共 網路內一私人網路的建置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 這些網路通常被稱之爲 ''虛擬私人網路〃 （VPN) 〇 大家都知道透過一個公共網路，兩點之間安全連結的 建’是利用一'種金繪的父換協定來完成。追種協定就如 同S S L (線上安全編碼傳輸），是建立在一金鑰對的資 料交換之基礎上。以對稱式對話加密金鑰的定義來說，此 金鑰對是包含了公鑰和私鑰。資料先被對話金鑰編碼，然 後只有在這一個交中使用。 本功能只在二個對話者之間被發展，而且不允許多使 用者的網路之形成。事實上，如同電腦之連接，對話個體 有相同的數量是必須的。當希望連接一些遠距的點，欲連 接到一個相同的公眾的網路時，如網際網路，建立此類的 網路之需求就被彰顯出來。 因爲當我們連接上網際網路時，機密性是不被保證的 ，所以被交換的資料之有效的保護就必須一起附帶上去。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如此一來，經由一公共網路連結一些電腦和多媒體單 元，同時保證傳送資料的機密性之未解決問題依然存在。 此一目標的達成乃是透過一種建置且使用虛擬私人網 路（V P N )的方法。虛擬私人網路擁有許多連接到一個 公共網路的單元，每一單元都擁有以唯一的數字U A的安 全裝置。本方法以下列各項步驟爲其特色： 一藉由一單元U η的安全裝置，產生一個和這唯一的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -4 - 566024 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2) 數字U A η相關、且正確的D η， -轉移這個正確的D η到至少一個單元um上的安全 裝置， -對單兀U η傳送出來的資料和用一支加密資料金鑰 K S做D η權限的描述來加以編加密碼， -接收由第二個單元Um所加密的資料，提出這些資 料予單兀U m的安全裝置，驗證D η權限是否提出，如果 就是這個實例，就利用加密資料鑰匙K S來對資料解密。 當單元U 2想要聯繫單位U 1時，它進行著相同的操 作，就是使用正確的D 1當成是一個識別器，而υ 1因爲 其包含這個權限，也能接收到資料。 當單元U 1傳送其正確的D 1給第三個單元U 3時， 相同的原則也應用在單元U 1和U 3，以及U 2和單元 U3之間。他們使用由單元U1啓動設定的正確之D1 ， 來授權資料的解密。 因此，我們能看見一個自然形成的網路被建立，而它 的管理者則是已建立第一個權限的單元U1。 我們可以將單元分爲二類，產生單元如單元U 1 ，或 是參與單元如U2和U3。 應該被提及的就是如果單元U 2想要聯繫U 1 ，且又 不允許單元U 3對其資料解密，則單元U 2也變成一產生 單元，而且傳送出一個D 2權利予單元U 1。第二個虛擬 網路就在單元U 1和U 2之間建立起來。 實際上，這些安全裝置意謂著能以一些形式來呈現自 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ij I J . 裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公餐） -5- 566024 Α7 Β7 五、發明説明（3) 己。爲了確保加密/解密碼機制的高安全性，包含有加密 引擎和資料如安全鑰匙的微處理器之特殊處理就會被運用 〇 這些微處理器是以一張內建用戶識別模組（s I M ) 或國際標準組織（I s〇）7 8 1 6 — 2格式的微晶片卡 之形態被供應者。 依照發明的一個第一實施例，單元的網路卡包含上述 的微晶片卡，舉例來說，全球行動通訊系統（G s M )電 話也是相同方式。資料直接地在網路卡上被處理，而且工 作以一明顯的方式來完成。 單元U 2的使用者，在資料發送的時刻，必須只能選 擇一網路，經由此網路，加密工作必須完成。實際上，單 元ϋ 2極有可能爲數個網路（例如U 1和U 3 )的一部份 ，因此作出一個選擇是必須要的。 傳送正確的D 1予另一個單元是一種需要特別注意的 操作方式。事實上，確定這權限只被載入到被U 1需要的 單元是必須的。因爲如此，有一些解決方案： -單元u 1得到單元U 2的公鑰之存取以便對正確的 D 1解密，然後將其送至單元U 2。由於U 2的私鑰，這 個權限只可能被U 2解密。不具有單元U 2的私鑰之其他 單元是無法對正確的D 1解密的。 -安全裝置的初始設定協定需要密碼的介紹。在正確 的D 1產生時，單位U 1會詢問使用者提出合乎一編碼格 式相關的密碼。這個正確的D 1被傳送至單元^ 2，而且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ! - : f m !·= - - - 一： · ϋ— n ϋ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 566024 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___ B7五、發明説明（4) 當ϋ 2的使用者想要在安全裝置內下載這權限，後者會要 求密碼的介紹。由於包含在所有安全模組內的秘密金鑰， 是包含在正確的D 1內，密碼因而被控制。除非密碼是唯 一的，權限方可被載入。藉著其他的裝置如電話，密碼在 U 1和U 2之間傳輸。這個解決方案的一個變數包含了傳 送與大量的塡充資料混合之正確的D 1。然後密碼會被當 成一個定址鑰匙來使用，以得到在這些多餘的資料之內之 正確的D 1。 --個簡單且有效的裝置是在一個如軟式磁片般可隨 時刪除的基礎上，下載正確的D 1，再將其傳送給U 2。 -安全裝置的主電腦裝置處理一個可能放置第二種安 全裝置的第二地點。從一個地點至另一個地點的移轉是完 成在一個被非常限制的環境中。 爲了要避免正確的D 1被載入至U 2以外的其他單元 ，產生正確的D1以及將其與U2(那是UA2)的唯一 數字相關聯是可能的。於是正確的D 1與唯一的數字U A 2 (爲單元U2)相關聯，而且傳送到這個單元。如果其 他的安全裝置（U η )嘗試下載這權限（例如使用密碼） ，一個確認就會被完成以便於控制是否唯一的數字U A η 就是符合相關於權限D 1的那一個數字。 在不同的交易期間被使用的金鑰扮演一個重要的角色 。對於那些資料的加密，一些變數可能被使用。 依照一個第一實施例，安全裝置包含一支秘密金鑰， 而它對所有的安全裝置來說是普通的。這個金鑰可能是一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210X297公釐) 一 -7- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 -線· • i— I J— . 566024 A7 B7 __ 五、發明説明（5) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 個非對稱（R S A數位簽章）、或對稱的類型（D E S資 料加密標準，C A S T資料加密標準，I D E A國際資料 加密法則）。 依照一個第二變數，單元U 1的安全裝置產生一組加 密/解密金鑰K 1。K 1金鑰是以服務金鑰K 0來編加密 碼，並且使用依照以上所提及的形式之正確的D 1來傳送 。這樣，將如同虛擬網路一般有著許多不同的金鑰。於是 一個參與三個網路的單元就將儲存三組不同的加密鑰匙。 在發明的更詳細之形式中，單元U 1是期望以U 3來 傳輸資，而不願使用U 2，但U 2也是它的網路之一部份 ，能夠讀取這些資訊是極有可能的。 這也就是爲什麼當U 1產生正確的D 1時，一個網路 索引就會被加入。如果有人希望限制U 1所建立的網路數 量譬如2 5 6個，這個索引可能被維持在某個位元數。另 外在單元U 2那一方面，如果它參與被U 1啓始的一些網 路，它除了不能複製正確的D 1外，也只能是網路的索引 〇 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 在這個權限對單元U 2的傳輸階段之後，安全裝置進 行到權限和索引的認證。重要的是要記得那些資料是被儲 存在一個密碼處理器中，而且是不能被使用者修改的。 這些對單元U 1來說，管理其所建置之不同的網路就 更加容易了。 本發明也可以擴展到一個權限的集中管理系統。所有 單元被連結（或可能是在一個已知的時刻）到一個管理中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） - 8 - 566024 A7 B7 五、發明説明（6) 心。當一個單元需要一個網路R 1的建立時，它將這個請 求傳送至管理中心。 後者確認是否此單兀是被授權來做這項操作以及是否 是肯定的情況，它不但將會將正確的D 1傳送給單元u丄 也會傳送對網路R 1來說是槭爲普通的一支金鑰K 1。 當單元U 2參與這一個網路時，單元U 1會依據已經 在剛剛提及的樣式傳送正確的D 1或是權限的一部分到單 元U 2。藉由這權限，單元U 2可以應用於管理中心以便 接收到金鑰K 1以及視權限D 1爲全部。如果參照到單元 U 1轉移至單元U 2的正確之權限D 1之一部份在這裡被 處理，這來自一個事實，即正確的D 1藉由管理中心完全 地被傳送到單元U 2。我們可以想像，當網路R 1被建立 時，單元U 1將它歸因於一個密碼。這一個密碼，即正確 的D 1之代表，會被傳送到單元呈現自己本身予管理中心 的U 2。 中心會驗證密碼，如果密碼是正確的’則正確的D 1 會被傳送到單元U 2。 運用一個管理中心的樂趣就是如此一個網路機能之管 理。事實上，一個網路部份的放送之問題隨時可能發生。 因而，一個高安全層級就涉及了加密鑰匙之經常的變化。 透可協調一已知網路金鑰的改變之管理中心’這些功 能是可行的。由於被保護的連接，它連結所有的單元到管 理中心，新的金鑰被傳送到這個網路的所有單元。這一類 的資料被傳輪、以收件人每個單元的唯一的數字加以編密 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） ---------批衣II (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9 - 566024 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（7) 碼。因此，藉著停止傳輸已更新的金鑰，撤銷群組的一部 份是可能的。中心可藉由傳送權限的一個撤銷指令來放送 〜部份。 圖形簡述 由以下有關被當成是一個無限制的例子之附加圖形詳 細的描述，發明將會更被了解，就是： -圖1描述一個在一個唯一的層級無管理中心之網路 -圖2描述一個在一些階段無管理中心的網路 一圖3描述一具有管理中心之網路。 較佳實施例之詳細敍述 圖1舉例說明5個被識別的單元U N 1至U N 5。每 個單元都包含安全裝置，裝置中有一個加密的處理器掌管 權限的產生和管理。 根據我們的例子，單元U N 1產生D 1權限，並將其 傳送到單元UN2和UN4。 同樣地，單元UN 5產生一正確的D 5，並將其傳送 到單元UN2和UN3。 我們有一個以單元U N 1 ，U N 2和U N 4形成的第 一個網路，以及以單元UN2，UN3和UN5形成的第 二個網路。單元U N 2 —定要選擇它願意加入的網路，因 爲它撤銷了兩者的權限。 當資料在這些不同的單元之間被交換時，有兩種操作 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· -線 -1— n J— . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 566024 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 —_ —_B7五、發明説明（8) 的方法。根據一個第一個實施例，被包含在安全裝置（或 那是由權限產生的）的秘密金鑰是被用在對所有在不同單 兀之間轉移的內容來編加密碼。另一個方法則由使用一支 對話金鑰構成。 這個隨機對話金鑰K S是由傳輪單元所產生，而且被 用來對資料編加密碼。因爲操作的快速之理由，這一支金 鑰是一種對稱式的類型。傳輸單元有一個控制資料區段， 它是由對話金鑰K S和與資料解密所必須的權限之定義所 構成。這一個區段是被對單元來說一普通的服務金鑰來編 加密碼，或是以權限D產生的金鑰來編加密碼。 在接收的時候，控制區段在資料的處理之前是被安全 裝置處理的。然後這些裝置就會對控制區段解密，而且驗 證是否在這個單元提交必須的權限。在一個確定的情況中 ，對話金鑰K S被應用於允許他們被解密的資料上。 圖2舉例說明一個變數。而在這個變數中，單元UN 1已產生兩組權限來建立兩個網路，D1 a和Dlb。當 一個第二網路在單元UNI ，UN4和UN5之間被建立 時，一個第一網路在單元U N 1 ，U N 2和U N 3之間被 建立。 這變數有很大的彈性，允許在機密的資料傳播上選擇 那些可對資料編加密碼。事實上，如傳輸網路是一個公共 網路，當從一個單元到另一單元的連結完成時，是可以考 慮資料對所有有權限的單元是可存取的。 圖3代表具有一管理中心MC之變異。單元UN 1需 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐） 1^1 m —ϋ n. n I I fci I! —i —--I - I ----1- II— I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T -線- -11 - 566024 A7 B7 五、發明説明（9) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 要從M C中心和從加密金鑰K 1而來的正確的D 1。中心 將網路R 1之建置記錄在它的資料庫中。爲了要與這一個 網路，單元UN 2也一定要接收這個正確的D 1。因爲這 樣，使用的方法才可能是上述被描述的那一個，或它才能 得到那個管理中心的支援。事實上，根據特別的協定，單 元UN 1能連繫期望建立R 1網路的單元之方向。管理中 心M C，由於它包含安全的電信通訊裝置，將會轉換正確 的D 1到所有被連接的單元以及加密/解密金鑰κ 1。以 相同的方式，如果單元UN 3希望建立一個網路R 3，它 會向管理中心要求指定它爲與合法的D 3相關之網路R 3 。對於加密金鑰的一般變化來說，知道參與一個已知網路 之所有單元的知識是重要的。中心M C能在固定的問題時 間（或虛擬-隨機）改變在單元內的金鑰，以避免使用相 同金鑰太久，而使其容易產生弱點。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對於排除部份網路參與者，鑰匙的改變也是有用的。 產生單元UN 1通知管理中心單元UNn不再是網路D 1 的一部份，而中心則停止連繫新的金鑰。或者，就如同一 個補充物，它能傳送一個撤銷的指令給這個單元。 這個金鑰K 1可能是一種對稱或非對稱的類型。在第 二個情形中，每個單元有二個公鑰和私鑰，被加密或解密 時，一支金鑰或其他金鑰將會被運用。 在資料傳輸的時候，這些被隨機產生的對話金鑰通常 被編加密碼。然後這支金屬在它被傳送到其他的單位之前 會被金鑰K 1加密。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12- 566024 A7 B7 五、發明説明（^ 根據發明的另一實施例，單元U N是付費電視解碼器 ，而且安全裝置是由智慧卡所組成。這些解碼器也被運用 去接收和傳送資料，譬如電子訊息資料。連結這麼一個解 碼器到一部電腦是可能的。一方面是可利用一個高速網路 來取得界面的優勢，另一方面則是得到交易的安全。 根據一個特別的實施例，正確的D包括一個有效性領 域。所以，接受這權限的每個單元都有一個有效時期。現 在的日期被增加到每一筆資料交換中（參考上述的控制區 段）。必須被提醒的是，這一個控制區段是被加加密的。 安全裝置用被包含在控制區段的日期來驗證正確D的 有效性之承諾。如果它是過時的，資料的解密就不會被實 行。依照被選擇的方法，無論它是用一個主單元，或用一 個管理中心，可預見的是更新在它的截止期限前的有效性 ，使得權利的管理人在考慮單元情況下，會希望執行它。 這一個更新被藉由傳送一個控制訊息給與權利和新的有效 性之描述所關心的單位來實行。一旦有效性超過，權限再 也不能夠被延伸，而如上所述，權限的一個新傳輸程序是 必須的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝------訂------線

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13-

Claims (1)

1. 566024 A8 * B8 C8 D8 六、申請專利範圍1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 . 一種產生及使用一虛擬私人網路（V P N )的方 法’該虛擬私人網路擁有开多卓兀連接到一*個公共網路， 每一個單元有至少一個唯一的數字UA的安全裝置，此方 法之特徵在於下列各項步驟： 一藉由一單元U η的安全裝置，產生和這個唯一的數 字U A η相關的一個正確之D η， -轉移這個正確的D η到至少一個單元Um的安全裝 置， -對單元U η傳送出來的資料和用一支加密資料金鑰 K S做D η權限的描述來加以編加密碼， -接受被第二個單元U m加密的資料，提出這些資料 予單元U m的安全裝置，驗證D η權限是否提出，如果就 是這個實例，就利用加密資料鑰匙K S來對資料解密。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中正確的D η 是和第二個單元U m的一個識別器相關聯，而且第二個單 元的安全裝置會驗證是否正確的D η就是他們的目的地。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由單元 U η，一個網路索引R a和正確的D η產生關聯，而建立 在正確的D η和索引R a的標準上，另一個單元U m的加 入也被完成。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中加密資料金 鑰K S是對稱式，且是隨機地被產生的，這支金鑰是被一 支第一金鑛Κ η編加密碼，而這一支加密對話金鑛K S會 被傳送至第二個單元Um。 本&張尺度適用中國國家標準（〇灿）厶4規格（210父297公嫠「 ~ ' 566024 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍2 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中加密資料金 鑰KS是一支第一金鑰Κ η，且對一組安全裝置來說是普 通的。 6 ·如申請專利範圍第4項之方法，其中第一金鑰 Κ η是用正確的D η產生的，且藉由一支對單位來說是普 通的秘密服務金鑰Κ 0，而被傳送至參與的單元。 7 .如申請專利範圍第1至6項的任一項之方法，其 中正確的D η有一個有效性領域，且包括下列各項步驟： -藉著單元U η，對正確的D η之描述以加密的形式 增加一個現在日期的指示， 一藉由單元Um接收這個指示，而且藉著單元Um的 安全裝置驗證這個日期是否是在正確的D η的有效性範圍 裡面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8 · —種建立以及運用一虛擬私人網路（VPM)的 方法，此虛擬私人網路包含了多數透過一個公共網路而連 結到一個管理中心（M c )的單元，每一個單元都有至少 有一個唯一數字U Α的安全裝置，此方法之特徵在於下列 各項步驟： 一透過一個單元Un，在管理中心請求一個網路Rn 的建置， 一藉由管理中心，傳送一個正確的D η和一支代表一 個網路R η的金鑰Κ η予單元U η， -在管理中心，請求單元U m的登錄，當作是網路 R η的部份， 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -15- 566024 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍3 一傳輸正確的D η和金綸Κ η予單U m， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -藉由一支加密資料金鑰K S，對單元U η傳送來的 資料和正確的D η之描述編加密碼， -接收被第二個單元U m加密的資料，提交這些資料 予單元Um的安全裝置，驗證是否正確的d η被提交，如 果這就是實例，則用加密資料金鑰K S對資料解密。 9 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中，加密資料 金鑰是一種對稱式型式，且是被隨機地產生的。這支金輪 是被第一支Κ η金鑰來編加密碼，而這個加密通話金鑰會 被傳輸至第二個單元Um。 1 0 .如申請專利範圍第8項之方法，其中單元U m 的登錄之請求包括下列各項步驟： -一部份的傳輸藉著單元U η代表正確的D η， 一在管理中心，藉著單元U m，做正確的D η的這一 個部份之發表， -管理中心的確認，如果這就是實例，則這一個部份 相當於正確的D η以及正確的D η和金鍮Κ η到單元U m 之傳輸。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 1 .如申請專利範圍第8項之方法，其中對於單元 U m的註冊之請求包括下列各項特徵： -藉由單元U m，對管理中心做單元U m的識別器之 傳輸， -透過管理中心，對單元U m做正確的D η和金鑰 Κ η之傳輸。 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） • 16 - 566024 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍4 1 2 .如申請專利範圍第8到1 1項之任一項的方法 ，其中如果相同網路R η是在一個虛擬-隨機間隔中，管 理中心傳送一個新的金鑰Κ η >予成員。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）