TWI507052B - 語音在長期演進技術的驗證法 - Google Patents

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Description

語音在長期演進技術的驗證法
本發明有關於第四代(4G)語音在長期演進技術(VoLTE)的驗證法，尤其是指驗證過程中加上安全註冊序號的方法。
行動電話通訊已由第三代(3G)進入第四代(4G)語音在長期演進技術(VoLTE)，但是目前的4G行動電話上網時不走電路交換(CircuitSwitching)線路，而是採分封交換(Packet Switching)的方式，撥打電話時必須輸入帳號與密碼，這對使用者非常不方便。因此現在的4G行動電話撥打電話，其實是退回到3G模式走電路交換(Circuit Switching)線路而撥打電話。
首先說明3G行動電話通訊的方法，3G行動電話都配有一張SIM卡(用戶身分模組，Subscriber Identity Module)，是保存行動電話服務的用戶身分識別號碼的智慧卡。3G行動電話開機時，會經由AKA(Authentication and Key Agreement)的機制向伺服器驗證SIM卡的用戶身分識別號碼。經驗證無誤後，即可待機或通話。
3G行動電話若是撥打電話，是走電路交換(Circuit Switching)線路，如圖1所示，行動電話1經由基地台2、中華電信PSTN(公用交換電話網路)3與電話4通訊，這是一種專屬線路，無洩密之虞。
請見圖2，示出4G行動電話通訊示意圖。行動電話5、行動電話6、個人電腦7、個人電腦8分別經由基地台9、10與網際網路11連接而互相通訊時，是走分封交換(Packet Switching)的方式，雖然較為快捷 且節省頻寬，但有洩密之虞。
請見圖3，說明網路電話(VoIP,Voice over Internet Protocol)。網路電話以SIP(會議起始協定，Session Initiation Protocol)為基礎，個人電腦12有一組帳號及密碼，SIP伺服器13也存有個人電腦12的帳號及密碼。當個人電腦12欲進行網路電話通訊時，首先以REGISTER訊令將其帳號送給SIP伺服器13，SIP伺服器13則根據其帳號找到對應的密碼，並產生一組亂數nonce，然後以MD5演算法將密碼與nonce作一演算得到結果Response'。SIP伺服器13並用401 Unauthorized(nonce,MD5)訊令將nonce與MD5演算法告知個人電腦12，個人電腦12則用其密碼與亂數nonce以MD5演算法得到結果Response，再用REGISTER訊令將Response送至SIP伺服器13。SIP伺服器13比較Response是否等於Response'，若相等，即完成驗證，發出200 OK訊令給個人電腦12，雙方可以進行通話，否則不能進行通話。
MD5即Message-Digest Algorithm 5(訊息摘要演算法第五版)的簡稱，是當前電腦領域用於確保訊息傳輸完整一致而廣泛使用的雜湊演算法之一(又譯雜湊演算法、摘要演算法等)，主流程式語言普遍已有MD5的實作。
上述網路電話(VoIP)的驗證程序是以封包形式在網際網路上公開進行的，沒有絕對的保密性。而且3G行動電話所配的SIM卡用在4G VoLTE中有被盜錄之虞。
本發明的目的在將網路電話(VoIP)的驗證程序加在4G VoLTE中，使4G VoLTE可以進行網路通話，並加上特殊的語音在長期演進技術的驗證法，以確保絕對安全保密。
本發明提供的語音在長期演進技術的驗證法，敘述如下：在一4G行動電話通訊系統中，包含：一4G行動電話；一SIM卡；一帳號分 派伺服器；一資料庫；一SIP伺服器；當4G行動電話第一次開機使用時，4G行動電話與帳號分派伺服器建立一傳送層保全(TLS)連線，4G行動電話將SIM卡的一國際行動用戶身分識別號碼、一隨機產生的安全註冊序號送至帳號分派伺服器，由帳號分派伺服器比對SIM卡的國際行動用戶身分識別號碼是否等於資料庫中一國際行動用戶身分識別號碼，若等於，則將安全註冊序號儲存於資料庫中；然後帳號分派伺服器將資料庫中對應於該國際行動用戶身分識別號碼的一帳號與一密碼送給4G行動電話；4G行動電話收到帳號與密碼後，結束TLS連線，隨後依照網路電話(VoIP)的一驗證程序與SIP伺服器進行驗證，驗證無誤後即可待機或通話。
上述4G行動電話與帳號分派伺服器建立一傳送層保全(TLS)連線時，4G行動電話將SIM卡的一國際行動用戶身分識別號碼、4G行動電話的一國際行動裝置身分識別號碼與一隨機產生的安全註冊序號送至帳號分派伺服器，由帳號分派伺服器比對SIM卡的國際行動用戶身分識別號碼是否等於資料庫中一國際行動用戶身分識別號碼，若等於，則將4G行動電話的國際行動裝置身分識別號碼與安全註冊序號儲存於資料庫中。
4G行動電話在待機或通話期間，每隔一段固定期限，都會發出一REGISTER訊令，其中包含安全註冊序號與一期限，安全註冊序號會比上次發出的安全註冊序號增減一固定數值；資料庫中的安全註冊序號每隔一段該期限也會配合增減一固定數值；SIP伺服器驗證4G行動電話送來的安全註冊序號與資料庫中的安全註冊序號相符後，發出一200 OK訊令給4G行動電話；如此循環往復驗證，達成絕對安全保密的目的。
4G行動電話關機後再開機時，4G行動電話送出國際行動用戶身分識別號碼、國際行動裝置身分識別號碼、安全註冊序號至帳號分派伺服器；帳號分派伺服器比對若與資料庫中的一組國際行動用戶身分識別號碼、國際行動裝置身分識別號碼、安全註冊序號相符，則將資料庫中的 對應帳號與密碼送至4G行動電話，以供進行網路電話(VoIP)的驗證程序與SIP伺服器進行驗證，驗證無誤後即可待機或通話。
若帳號分派伺服器比對下在資料庫中找不到相符的國際行動用戶身分識別號碼，則帳號分派伺服器發出一訊令送至4G行動電話，告知無此使用者，無法註冊。
若國際行動用戶身分識別號碼相符，但國際行動裝置身分識別號碼或安全註冊序號不相符，則帳號分派伺服器發出一訊令送至4G行動電話，鎖住4G行動電話，使其以後不能註冊，以防止盜用。
4G行動電話關機後，其所存的帳號與密碼即消失，但安全註冊序號則保持在4G行動電話與資料庫中。
1‧‧‧行動電話
2‧‧‧基地台
3‧‧‧中華電信PSTN
4‧‧‧電話
5‧‧‧行動電話
6‧‧‧行動電話
7‧‧‧個人電腦
8‧‧‧個人電腦
9‧‧‧基地台
10‧‧‧基地台
11‧‧‧網際網路
12‧‧‧個人電腦
13‧‧‧SIP伺服器
14‧‧‧4G行動電話
15‧‧‧SIM卡
16‧‧‧帳號分派伺服器
17‧‧‧資料庫
圖1為3G行動電話通訊示意圖。
圖2為4G行動電話通訊示意圖。
圖3為網路電話通訊示意圖。
圖4為本發明對4G VoLTE的驗證程序說明示意圖。
圖5為詳細說明4G行動電話TLS連線示意圖。
圖6為4G行動電話關機後再開機時的TLS連線示意圖。
圖7為SIM卡的國際行動用戶身分識別號碼IMSI不符合示意圖。
圖8為4G行動電話的國際行動裝置身分識別號碼IMEI或一隨機產生的「安全註冊序號」Cseq不符合示意圖。
圖9為說明「安全註冊序號」CSeq的增減動作示意圖。
本發明將網路電話(VoIP)的驗證程序加在4G VoLTE中，使4G VoLTE可以進行網路通話，並加上特殊的4G VoLTE驗證法，以確保絕對安全保密。
請見圖4，為本發明對4G VoLTE的驗證程序說明。圖4中，4G行動電話14第一次開機使用時，先用Read SIM訊令詢問其SIM卡15的國際行動用戶身分識別號碼IMSI(International Mobile Subscriber Identity)，SIM卡15則回以Response Parameter(IMSI)，將SIM卡15的用戶身分識別號碼IMSI告訴4G行動電話14。
然後本發明利用傳送層保全(TLS,Transport Layer Security)方式處理保密問題。TLS利用密鑰演算法在網際網路上提供端點身分認證與通訊保密，其基礎是公鑰基礎設施(public key infrastructure，PKI)。
圖4中，4G行動電話14與帳號分派伺服器16建立TLS連線，4G行動電話14將SIM卡15的國際行動用戶身分識別號碼IMSI、4G行動電話14的國際行動裝置身分識別號碼IMEI(International Mobile Equipment Identity number)與一隨機產生的「安全註冊序號」CSeq藉GET訊令送至帳號分派伺服器16而儲存於資料庫17中。帳號分派伺服器16並將資料庫17中一組對應的帳號與密碼(購買4G行動電話14時已確定)，藉OK訊令回送給4G行動電話14。
4G行動電話14收到這組帳號與密碼後，結束TLS連線，隨後依照圖3網路電話(VoIP)的驗證程序用REGISTER訊令與SIP伺服器13進行驗證，驗證無誤後即可待機或通話。
4G行動電話14關機後，其所存的帳號與密碼即消失，所以不會洩密。使用者不必記得帳號與密碼，以後每次開機時，使用者不必輸入帳號與密碼。帳號與密碼每次都由帳號分派伺服器16藉OK訊令回送給4G行動電話14，以供進行圖3網路電話(VoIP)的驗證程序用REGISTER訊令與SIP伺服器13進行驗證，驗證無誤後即可待機或通話。
下面詳細說明TLS連線，請見圖5，SIM卡15的國際行動用戶身分識別號碼IMSI'為1269444，4G行動電話14的國際行動裝置身分識別號碼IMEI'為6548876，隨機產生的「安全註冊序號」CSeq'為48974， 4G行動電話14將此三個號碼藉GET訊令送至帳號分派伺服器16。資料庫17中原已存在IMSI 1269444、帳號123456與密碼654321(購買4G行動電話14時已確定)。帳號分派伺服器16核對IMSI'是否等於IMSI，若相等，則將IMEI' 6548876、CSeq' 48974存入資料庫17的欄位IMEI、CSeq中，然後將資料庫17中的帳號123456與密碼654321以OK訊令送至4G行動電話14，以供進行圖3網路電話(VoIP)的驗證程序用REGISTER訊令與SIP伺服器13進行驗證，驗證無誤後即可待機或通話。
請見圖6，4G行動電話14關機後再開機時，4G行動電話 14藉GET訊令送出IMSI' 1269444、IMEI' 6548876、CSeq' 48974至帳號分派伺服器16。帳號分派伺服器16比對IMSI' 1269444、IMEI' 6548876、CSeq' 48974與資料庫17中的IMSI、IMEI、CSeq是否相符，若相符，則將資料庫17中的帳號與密碼以OK訊令送至4G行動電話14，以供進行圖3網路電話(VoIP)的驗證程序用REGISTER訊令與SIP伺服器13進行驗證，驗證無誤後即可待機或通話。
若找不到與IMSI'相符的IMSI，則帳號分派伺服器16發出FAIL訊令送至4G行動電話14，告知無此使用者，無法註冊，如圖7所示。
若IMSI'與IMSI相符，但IMEI'不等於IMSI或CSeq'不等於CSeq，則帳號分派伺服器16發出FAIL訊令送至4G行動電話14，鎖住4G行動電話14，使其以後不能註冊，如圖8所示，這是防止盜用。
最先隨機產生的「安全註冊序號」CSeq一直存在於4G行動電話14與資料庫17中，每次開機時，都要核對雙方的「安全註冊序號」CSeq是否一致，這就是本發明的重點。
4G行動電話14第一次開機使用時，將一隨機產生的「安全註冊序號」CSeq藉GET訊令送至帳號分派伺服器16而儲存於資料庫17中。在4G行動電話14未關機前，4G行動電話14其實還一直進行「安全 註冊序號」CSeq的增減動作。
請見圖9，進一步說明「安全註冊序號」CSeq的增減動作。4G行動電話14在待機或通話期間，每隔一段期限(例如20秒)，都會發出REGISTER訊令，其中包含CSeq'與期限，送給SIP伺服器13，CSeq'會比上次的48974加1(加2、加3、減1、、、都可以，4G行動電話14在製造完成時已個別限定增減多少)，成為48975。資料庫17中的「安全註冊序號」CSeq也會根據期限(例如20秒)加1(加2、加3、減1、、、都可以，4G行動電話14在售出時已同樣配合限定增減多少)，成為48975。SIP伺服器13驗證CSeq'與CSeq相符後，發出200 OK訊令給4G行動電話14。過了一段期限(例如20秒)，CSeq'與CSeq都再加1，成為48976。4G行動電話14發出REGISTER訊令，其中包含CSeq'與期限，送給SIP伺服器13，SIP伺服器13驗證CSeq'與CSeq相符後，發出200 OK訊令給4G行動電話14。如此循環往復，因此達成了絕對安全保密的目的。
本發明的精神與範圍決定於下面的申請專利範圍，不受限於上述實施例。
13‧‧‧SIP伺服器
14‧‧‧4G行動電話
15‧‧‧SIM卡
16‧‧‧帳號分派伺服器
17‧‧‧資料庫

Claims (6)

  1. 一種語音在長期演進技術的驗證法，在一4G行動電話通訊系統中，包含：一4G行動電話；一SIM卡；一帳號分派伺服器；一資料庫；一SIP伺服器；其中當4G行動電話第一次開機使用時，4G行動電話與帳號分派伺服器建立一傳送層保全(TLS)連線，4G行動電話將SIM卡的一國際行動用戶身分識別號碼、4G行動電話的一國際行動裝置身分識別號碼與一隨機產生的安全註冊序號送至帳號分派伺服器，由帳號分派伺服器比對SIM卡的國際行動用戶身分識別號碼是否等於資料庫中一國際行動用戶身分識別號碼，若等於，則將4G行動電話的國際行動裝置身分識別號碼與安全註冊序號儲存於資料庫中；然後帳號分派伺服器將資料庫中對應於該國際行動用戶身分識別號碼的一帳號與一密碼送給4G行動電話；4G行動電話收到帳號與密碼後，結束TLS連線，隨後依照網路電話(VoIP)的一驗證程序與SIP伺服器進行驗證，驗證無誤後即可待機或通話。
  2. 如申請專利範圍第1項之語音在長期演進技術的驗證法，其中4G行動電話在待機或通話期間，每隔一段固定期限，都會發出一REGISTER訊令，其中包含安全註冊序號與一期限，送給SIP伺服器，安全註冊序號會比上次發出的安全註冊序號增減一固定數值；資料庫中的安全註冊序號根據該期限也會配合增減該固定數值；SIP伺服器驗證4G行 動電話送來的安全註冊序號與資料庫中的安全註冊序號相符後，發出一200 OK訊令給4G行動電話；如此循環往復驗證，達成絕對安全保密的目的。
  3. 如申請專利範圍第1項之語音在長期演進技術的驗證法，其中4G行動電話關機後再開機時，4G行動電話送出國際行動用戶身分識別號碼、國際行動裝置身分識別號碼、安全註冊序號至帳號分派伺服器；帳號分派伺服器比對若與資料庫中的一組國際行動用戶身分識別號碼、國際行動裝置身分識別號碼、安全註冊序號相符，則將資料庫中的對應帳號與密碼送至4G行動電話，以供進行網路電話(VoIP)的驗證程序與SIP伺服器進行驗證，驗證無誤後即可待機或通話。
  4. 如申請專利範圍第3項之語音在長期演進技術的驗證法，其中若帳號分派伺服器比對下在資料庫中找不到相符的國際行動用戶身分識別號碼，則帳號分派伺服器發出一訊令送至4G行動電話，告知無此使用者，無法註冊。
  5. 如申請專利範圍第3項之語音在長期演進技術的驗證法，其中若國際行動用戶身分識別號碼相符，但國際行動裝置身分識別號碼或安全註冊序號不相符，則帳號分派伺服器發出一訊令送至4G行動電話，鎖住4G行動電話，使其以後不能註冊，以防止盜用。
  6. 如申請專利範圍第1項之語音在長期演進技術的驗證法，其中4G行動電話關機後，其所存的帳號與密碼即消失，但安全註冊序號則保持在4G行動電話與資料庫中。
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