WO2005032195A2 - Procede d'authentification dans un reseau de radiotelephonie - Google Patents

Procede d'authentification dans un reseau de radiotelephonie Download PDF

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WO2005032195A2
WO2005032195A2 PCT/EP2004/052394 EP2004052394W WO2005032195A2 WO 2005032195 A2 WO2005032195 A2 WO 2005032195A2 EP 2004052394 W EP2004052394 W EP 2004052394W WO 2005032195 A2 WO2005032195 A2 WO 2005032195A2
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Pierre Girard
Carine Boursier
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Definitions

  • the invention relates to an authentication method between a mobile radio terminal and a routing subsystem, generally called a fixed network, in a digital cellular radiotelephone network. More particularly, the invention improves uthentification through the radio interface between a microprocessor card or module, known as a SIM (Subscriber Identity Module) smart card, removable from the terminal, and a center for uthentification of the radiotelephony network.
  • SIM Subscriber Identity Module
  • a digital cellular radiotelephony network of the GSM type mainly comprises several mobile radiotelephone terminals MS and a fixed network where signaling, control, data and voice messages circulate as described in FIG. 1.
  • the RR network are represented main entities through which data intended for the SIM card of a mobile radiotelephone terminal MS located in a location area pass.
  • a mobile service switch MSC connected to at least one autonomous telephone switch CAA of the switched PSTN network manages communications for visiting mobile terminals, including the terminal MS, which are located at a given time in the location area. served by the MSC switch.
  • a VLR visitor location recorder is connected to the MSC switch and contains characteristics, such as identity and subscription profile of the mobile terminals located in the location area.
  • a base station controller BSC connected to the switch MSC manages in particular the allocation of channels to mobile terminals.
  • a base station BTS connected to the controller BSC covers the radio cell where the terminal MS is located at the given time.
  • the RR radiotelephone network also includes a nominal location register HLR cooperating with an AUC authentication center and connected to the mobile service switches through the signaling network of the RR radiotelephone network.
  • the HLR recorder is essentially a database, which contains for each MS terminal the international identity IMSI (International Mobile Subscriber Identity) of the SIM card inserted in the terminal, i.e. the subscriber owning the SIM card, the directory number, the subscriber's subscription profile, and the number of the VLR recorder to which the mobile terminal is attached at a given time. This number is updated during transfers between localization zones.
  • IMSI International Mobile Subscriber Identity
  • the AUC authentication center ensures the authentication of subscribers prior to any communication with the terminal or when the terminal is operational or during an intercellular transfer. It also participates in the confidentiality of the data passing through the radio interface IR between the terminal MS and the base station BTS to which it is attached at a given time.
  • the AUC authentication center manages an A3 authentication algorithm and an A8 encryption key determination algorithm, sometimes merged into a single A3A8 algorithm, according to the GSM standard. These algorithms are also present in the SIM card of the mobile terminal MS.
  • the AUC authentication center also stores an authentication key Ki allocated only to the subscriber. This key corresponds to the subscriber's IMSI identity stored in the HLR nominal location register when the subscriber subscribes. To be able to recognize the subscriber, it is necessary to authenticate the mobile radiotelephone terminal MS.
  • the authentication center does not authenticate the MS mobile terminal itself but the SIM card it contains. This card contains the key Ki assigned to the subscriber and proves by means of the authentication algorithm A3 that it knows the key without revealing it. As described in FIG.
  • the fixed network sends a random RAND number to the card and requests it to calculate by means of the authentication algorithm a result depending on the key and the random number.
  • This result is returned to the network in the form of a signed SRES response (Signed RESponse).
  • SRES response Signed RESponse
  • the size of the random number prevents an “attacker” from keeping in memory all the values of the signed random number-response pair in a dictionary.
  • the new technologies used in recent generations of mobile radiotelephones make it possible to load programs through the radiotelephony network and to execute them.
  • a Trojan horse loaded into a subscriber's mobile radio could, for example, allow the subscriber's radiotelephone MS to return a signed response SRES2 not to the radiotelephone network, but to a second mobile radiotelephone MS2 (of an malicious person) in response to a request for authentication issued by this second radiotelephone.
  • the second radiotelephone returns the response signed SRES2 (thus recovered) to the radiotelephony network during an authentication request, and the attacker can use the second mobile radio to make communications on behalf of the subscriber.
  • an authentication method between a first entity and a second entity in a communication network comprising steps of applying authentication keys stored in the first and second entities respectively and a random number produced by the second entity and transmitted by the second entity to the first entity respectively to first identical algorithms stored in the first and second entities, and compare in the second entity a response produced by the first algorithm stored in the first entity and transmitted to the second entity with a response result produced by the first algorithm stored in the second entity, said method is characterized in that the step of applying the random number to the first algorithm is carried out by means of a prior step of transforming said random number to obtain a random number transformed to applied to said first algorithm, said preliminary transformation step consisting in applying the random number and the response result of the previous one authentication to identical second algorithms stored respectively in the first and second entities, and in that said method further comprises the step of storing respectively in the first and second entities the response produced
  • the first and second entities are respectively a radiotelephone terminal and a fixed network in a radiotelephone network.
  • the step of applying to the second algorithms the random number and the response result of the previous authentication makes it possible to cancel any risk of attack of the “virtual cloning” type of the SIM card as described previously.
  • the response result delivered by the subscriber's radiotelephone to the malicious person's radiotelephone will not allow the latter to be authenticated to the network as being a subscriber's radiotelephone.
  • the response result delivered by the malicious person's radiotelephone depends on the signed response corresponding to the previous authentication request submitted to the mobile radiotelephone whereas the response result calculated by the authentication center depends on the last response result corresponding to the last authentication of the subscriber by the fixed network.
  • the request for authentication of the malicious person's radiotelephone is rejected by the network.
  • the invention also relates to an identity module, such as a subscriber identity card, in a first entity, such as a mobile radiotelephone terminal which is characterized in that it comprises means for storing at least a second algorithm, means for memorizing the result of response to the previous authentication and means for executing at least the steps of applying to the second algorithm and to the first algorithm according to the invention.
  • an identity module such as a subscriber identity card
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a digital cellular radiotelephony network
  • FIG. 2 shows the steps for authenticating a radiotelephone according to the prior art
  • FIG. 3 shows the steps allowing an "attacker” to virtually clone the identity card of a subscriber
  • FIG. 4 shows steps of an authentication method according to the invention
  • FIG. 5 shows the failure of an attack of the “virtual cloning” type by the implementation of the authentication method according to the invention.
  • a VLR / HRL-AUC fixed network is considered to be the chain of entities attached to the mobile radio terminal MS from the IR radio interface, comprising the base station BTS, the station controller BTS, the MSC switch with the VLR visitor location recorder and the HLR-AUC pair.
  • a mobile radiotelephone terminal MS comprises a microprocessor module, such as a SIM chip card.
  • the SIM smart card essentially comprises a ROM read-only memory, known as a program memory generally including an operating system and application algorithms, a non-volatile EEPROM memory which contains in particular all the data characterizing the subscription of the card holder, a directory of telephone numbers, secret codes or authentication keys or even programs and algorithms, a RAM memory for processing data used by the operating system, in particular during exchanges between the card and the mobile radiotelephone terminal which 1 'welcome.
  • FIG. 2 illustrates the main steps of the authentication method between a mobile radiotelephone terminal MS and a fixed network as it operates today.
  • the VLR / HLR-AUC radiotelephone network transmits an E12 authentication request to the mobile radiotelephone terminal in response to the transmission Eli by the mobile radiotelephone MS of the identity of the IMSI subscriber.
  • the request for authentication is accompanied by a transmission of a random RAND number from the fixed network to the mobile radiotelephone terminal MS.
  • the latter commands the SIM card to generate a response signed SRES to the request for authentication of the fixed network.
  • this response is developed using the authentication algorithm AA to which the authentication key Ki and the random number RAND are applied, transmitted by the fixed network.
  • the Ki key is previously stored in the smart card and assigned when the subscription is taken out.
  • the terminal collects the SRES response generated by the card and transmits it in El 5 in turn to the fixed network.
  • the fixed network VLR / HLR-AUC prepares an RSRES response result using an algorithm AA, the key Ki, stored in the authentication center AUC in correspondence with the IMSI of the maid.
  • the response result RSRES is compared by the authentication center AUC to the signed response SRES returned by the mobile radiotelephone terminal MS. If the RSRES response result corresponds to the signed SRES response, the subscriber's authentication request is satisfied and the subscriber can use his terminal to communicate. Otherwise, the request for authentication fails and the subscriber cannot use his mobile radio.
  • FIG. 3 depicts an attack of the “virtual cloning” type of the SIM card of a subscriber.
  • the new technologies employed in mobile radiotelephones make it possible to download via the radiotelephony network programs in radiotelephones.
  • An attacker or "attacker” wants to be able to communicate using a second MS2 mobile radio on the account of a subscriber without his knowledge.
  • a Trojan horse downloaded into a subscriber's radiotelephone MS, The malicious person makes the subscriber's radiotelephone capable of responding to an authentication request originating not from the network but from a second radiotelephone mobile.
  • the mobile radiotelephone MS of a subscriber is legitimately authenticated, in accordance with steps Elll to El 1 7
  • the second mobile radiotelephone MS2 requests authentication E121 from the fixed network VLR2 / HLR-AUC on behalf of the subscriber.
  • the second mobile radio MS2 communicates the IMSI of the subscriber to said fixed network VLR2 / HLR-AUC which in return requests it to authenticate itself by transmitting to it a random number RAND2 in step E122.
  • the malicious person's radiotelephone MS2 submits an authentication request E123 to the first mobile radiotelephone MS, communicating to it the random number RAND2, transmitted beforehand by the fixed network.
  • the mobile radio MS of the subscriber requests the SIM card to generate at step E124 a response signed SRES2 using the authentication algorithm AA of the SIM card, with the key Ki stored in the SIM card as inputs. the random number RAND2.
  • the radiotelephone collects in step E125 the response SRES2 and transmits it in step E126 in turn to the mobile radiotelephone MS2 of the malicious person.
  • the latter returns to the fixed network VLR2 / HLR-AUC the response signed SRES2 in step E127.
  • the fixed network VLR2 / HLR-AUC generates in step E131 the response result RSRES2 by applying within the authentication center AUC to the authentication algorithm AA the random number RAND2 and the authentication key Ki of the maid.
  • the RSRES2 response result is equivalent to the signed SRES2 response.
  • the fixed network therefore authenticates the second mobile radiotelephone MS2 as being the property of the subscriber in step E132. The attacker can thus use his radiotelephone and communicate on the subscriber’s account.
  • FIG. 4 describes an authentication method according to the invention in which after reception E21 of the IMSI of a subscriber by the fixed network VLR / HLR-AUC, the latter submits an authentication request E22 to the mobile radiotelephone MS.
  • Said radiotelephone requests, in step E23, the SIM card to calculate a signed response on the basis of the authentication key Ki stored in the SIM card and the random number RANDn.
  • the SIM card applies, in step E24, to a second transformation algorithm AT, algorithm stored in the SIM card, the random number RANDn and the signed response SRESn-1 corresponding to the previous one request for authentication of the MS mobile radio.
  • the result TRANDn from the transformation of the random number RANDn is applied, in step E25, to the authentication algorithm AA stored in the SIM card.
  • the response thus calculated SRESn is stored (step not shown in FIG. 4) in the SIM card to be used during the next authentication.
  • Said response SRESn is returned to the fixed network VLR / HLR-AUC by the mobile radiotelephone MS in step E26.
  • the fixed network VLR / HLR-AUC calculates, in step E28, a response result RSRESn using the AA authentication algorithm stored in the AUC authentication center to which the key is applied. Ki of the subscriber and the random number TRANDn resulting from a transformation algorithm AT, also stored in the authentication center AUC, to which are applied the number RANDn transmitted to the mobile radio in step E22, and the response result RSRESn-1 corresponding to the previous request for authentication.
  • the new response result thus calculated is stored (step not shown in FIG. 4) in the AUC authentication center to be used during the next authentication.
  • AUC Authentication Center compares in step E29, said response result RSRESn to the signed response SRESn transmitted by the mobile radiotelephone MS in step E26. If the result RSRESn corresponds to the signed response SRESn, the authentication of the subscriber is satisfied and the subscriber can use the mobile radiotelephone MS to communicate. Otherwise, authentication fails and the subscriber cannot communicate with his mobile radio. In the case of a first authentication, it is not possible to use respectively the response and the response result of the previous authentication. A number whose value is established by convention is then applied to the transformation algorithm together with the random number. In a preferred variant the value of this number is zero.
  • the SIM card can for example use the value of the random number which is transmitted to it via the radiotelephone terminal MS by the fixed network VLR / HLR-AUC.
  • the null value of the most significant bit of the random number can indicate that it is a first authentication.
  • a non-zero value of said most significant bit indicates to the SIM card that it is at least a second authentication.
  • Other configurations or technical solutions can also be used to deal with the specific case of a first authentication.
  • the nature of the AT transformation algorithm can have an influence on the robustness of the authentication method according to the invention.
  • the transformation algorithm will preferably be carried out by means of a so-called one-way function.
  • the use of a so-called collisionless function to carry out the AT transformation algorithm should preferably be considered.
  • Such a function does not make it easy to find couples (RAND1, SRES1) and (RAND2, SRES2) such that
  • the transformation algorithm AT is carried out using a hash function which satisfies both the properties of a one-way function and of a collision-free function.
  • the hash function corresponds to the SHA-1 algorithm (Secure Hash Algorithm - version 1) defined by the FIPS standard (Federal Information
  • the 128 most significant bits could be kept to conform to the specifications of the algorithm.
  • said radiotelephone MS accepts an authentication request E223 from the subscriber from the second mobile radiotelephone MS2 with as data a random number RANDm transmitted by the fixed network in step E222 to the mobile radiotelephone MS2.
  • the subscriber's radiotelephone requests, in step E224, the subscriber's SIM card to generate a signed response SRESm.
  • the SIM card applies, in step E225, the random number RANDm and the signed response SRESn corresponding to the previous authentication to the transformation algorithm AT.
  • the number TRANDm thus obtained and the authentication key Ki are applied, in step E226, to the authentication algorithm AA of the SIM card to develop the signed response SRESm.
  • the subscriber's mobile radiotelephone MS returns, in step E227, said signed response to the second mobile radiotelephone, which is transmitted, in step E228, to the fixed network VLR2 / HLR-AUC.
  • the fixed network works out by the authentication center AUC, in step E231, the response result RSRESm to be compared, in step E233 with the signed response SRESm.
  • the response result RSRESm is obtained following step E232 consisting in applying to the transformation algorithm AT stored in the authentication center AUC, the random number RANDm and the response result RSRESm-1 stored in said center authentication following the previous request for legal authentication of the subscriber.
  • the number TRANDm thus obtained is applied, in step E231, with the authentication key Ki of the subscriber to the authentication algorithm AA stored in the authentication center AUC.
  • the response result obtained is compared, in step E233, with the signed response SRESm transmitted by the second mobile radiotelephone MS2.
  • the comparison obviously fails and the attacker cannot communicate on the subscriber's account.
  • the authentication method according to the invention thus perfectly defeats the so-called “virtual cloning” attack on the subscriber's SIM card.
  • the authentication method according to the invention can be implemented in a network telecommunications in relation to two entities, one of which needs to authenticate the other, each entity being able to be a set of predetermined and linked entities.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Le procédé améliore la sécurité de l'authentification entre deux entités dans un réseau de télécommunication, et particulièrement entre un terminal mobile (MS) et le réseau fixe, notamment des enregistreurs de localisation (VLR, HLR) et un centre d'authentification (AUC), dans un réseau de radiotéléphonie cellulaire. Préalablement à la génération d'une réponse signée (SRESn) la carte SIM applique une étape préalable de transformation du nombre aléatoire transmis par le réseau au moyen d'un algorithme de transformation (AT) et applique (E24, E27) ainsi indirectement le nombre un nombre aléatoire (RAND) après sa transformation à l'algorithme d'authentification (AA) pour obtenir ladite réponse signée. La carte SIM mémorise la réponse produite (SRESn) en vue de la prochaine demande d'authentification.

Description

Procédé d'authentifîcation dans un réseau de radiotéléphonie
L'invention concerne un procédé d' authentification entre un terminal radiotélép onique mobile et un sous-système d'acheminement, appelé généralement réseau fixe, dans un réseau de radiotéléphonie cellulaire numérique. Plus particulièrement l'invention améliore l' uthentification à travers l'interface radio entre une carte ou module à microprocesseur, dite carte à puce SIM (Subscriber Identity Module) , amovible du terminal, et un centre d' uthentification du réseau de radiotéléphonie. Un réseau de radiotéléphonie cellulaire numérique de type GSM comprend principalement plusieurs terminaux radiotelephoniques mobile MS et un réseau fixe où circulent des messages de signalisation, de contrôle, de données et de voix comme le décrit la figure 1. Ainsi, dans le réseau RR sont représentées des entités principales à travers lesquelles transitent des données destinées à la carte SIM d'un terminal radiotéléphonique mobile MS situé dans une zone de localisation. Un commutateur de service mobile MSC relié à au moins un commutateur téléphonique à autonomie d' acheminement CAA du réseau commuté RTC gère des communications pour des terminaux mobiles visiteurs, parmi lesquels le terminal MS, qui se trouvent à un instant donné dans la zone de localisation desservie par le commutateur MSC. Un enregistreur de localisation des visiteurs VLR est relié au commutateur MSC et contient des caractéristiques, telles qu'identité et profil d'abonnement des terminaux mobiles situés dans la zone de localisation. Un contrôleur de station de base BSC relié au commutateur MSC gère notamment l'allocation de canaux à des terminaux mobiles. Une station de base BTS reliée au contrôleur BSC couvre la cellule radioélectrique où le terminal MS se trouve à l'instant donné. Le réseau de radiotéléphonie RR comprend encore un enregistreur de localisation nominal HLR coopérant avec un centre d'authentifîcation AUC et relié aux commutateurs du service mobile à travers le réseau de signalisation du réseau de radiotéléphonie RR. L'enregistreur HLR, comme l'enregistreur VLR, est essentiellement une base de données, qui contient pour chaque terminal MS l'identité internationale IMSI (International Mobile Subscriber Identity) de la carte SIM insérée dans le terminal, c'est à dire de l'abonné possesseur de la carte SIM, le numéro d'annuaire, le profil d'abonnement de l'abonné, et le numéro de l'enregistreur VLR auquel est rattaché le terminal mobile à un instant donné. Ce numéro est mis à jour lors des transferts entre zones de localisation. Le centre d'authentifîcation AUC assure l' uthentification des abonnés préalablement à toute communication avec le terminal ou bien lors de la mise en fonctionnement du terminal ou lors d'un transfert intercellulaire. Il participe également à la confidentialité des données transitant dans l'interface radio IR entre le terminal MS et la station de base BTS auquel il est rattaché à un instant donné. Pour cela, le centre d'authentifîcation AUC gère un algorithme d'authentifîcation A3 et un algorithme A8 de détermination de clé du chiffrement, parfois fusionnés en un seul algorithme A3A8, selon la norme GSM. Ces algorithmes sont également présents dans la carte SIM du terminal mobile MS . Le centre d'authentifîcation AUC mémorise en outre une clé d'authentifîcation Ki attribuée uniquement à l'abonné. Cette clé correspond avec l'identité IMSI de l'abonné mémorisée dans l'enregistreur de localisation nominal HLR lors de la souscription d'abonnement par l'abonné. Pour pouvoir reconnaître l'abonné, il est nécessaire d'authentifier le terminal radiotéléphonique mobile MS . Le centre d'authentifîcation n'authentifie pas le terminal mobile MS lui-même mais la carte SIM qu'il contient. Cette carte contient la clé Ki attribuée à l'abonné et prouve au moyen de l'algorithme d'authentifîcation A3 qu'elle connaît la clé sans la révéler. Comme le décrit la figure 2, le réseau fixe envoie un nombre aléatoire RAND à la carte et demande à celle-ci de calculer au moyen de l'algorithme d'authentifîcation un résultat fonction de la clé et du nombre aléatoire. Ce résultat est retourné au réseau sous la forme d'une réponse signée SRES (Signed RESponse) . Il est très difficile pour une personne malveillante souhaitant établir des communications radiotelephoniques débitées sur le compte du propriétaire de la carte SIM, de prévoir la valeur du nombre aléatoire. Sans la connaissance de la clé, la personne malveillante ne peut pas forger une réponse. La taille du nombre aléatoire empêche un « attaquant » de garder en mémoire toutes les valeurs du couple nombre aléatoire-réponse signée dans un dictionnaire. Toutefois les nouvelles technologies utilisées dans les générations récentes de radiotéléphones mobiles permettent de charger à travers le réseau de radiotéléphonie des programmes et de les exécuter. De la même manière que via Internet sur un ordinateur personnel, il est malheureusement possible de charger à son insu des virus ou autres chevaux de Troie. Comme le montre la figure 3, un cheval de Troie chargé dans le radiotéléphone mobile d'un abonné pourrait par exemple permettre au radiotéléphone MS de l'abonné de retourner une réponse signée SRES2 non pas au réseau de radiotéléphonie, mais à un second radiotéléphone mobile MS2 (d'une personne malveillante) en réponse à une demande d'authentifîcation émise par ce second radiotéléphone. Le second radiotéléphone retourne la réponse signée SRES2 (ainsi récupérée) au réseau de radiotéléphonie lors d'une demande d'authentifîcation, et la personne malveillante peut utiliser le second radiotéléphone mobile pour passer des communications pour le compte de l'abonné. En outre, un abonné malveillant bénéficiant d'un abonnement lui permettant de communiquer gratuitement le week-end par exemple, pourrait être tenté suivant le même procédé de « revendre » des communications à une tierce personne complice. On peut ainsi considérer que la carte SIM d'un abonné est « virtuellement clonée ».
L'invention vise à remédier aux inconvénients de la procédure d'authentifîcation commentée ci-dessus et particulièrement à rendre l'attaque décrite inopérante sans modifier le matériel du réseau de radiotéléphonie. A cette fin, un procédé d'authentifîcation entre une première entité et une deuxième entité dans un réseau de communication, comprenant des étapes d'appliquer des clés d'authentifîcation mémorisées respectivement dans les première et deuxième entités et un nombre aléatoire produit par la deuxième entité et transmis par la deuxième entité à la première entité respectivement à des premiers algorithmes identiques mémorisés dans les première et deuxième entités, et comparer dans la deuxième entité une réponse produite par le premier algorithme mémorisé dans la première entité et transmise à la deuxième entité avec un résultat de réponse produit par le premier algorithme mémorisé dans la deuxième entité, ledit procédé est caractérisé en ce que l'étape d'appliquer au premier algorithme le nombre aléatoire est réalisée au moyen d'une étape préalable de transformation dudit nombre aléatoire pour obtenir un nombre aléatoire transformé appliqué audit premier algorithme, ladite étape préalable de transformation consistant à appliquer le nombre aléatoire et le résultat de réponse de la précédente authentification à des deuxièmes algorithmes identiques mémorisés respectivement dans les première et deuxième entités, et en ce que ledit procédé comporte en outre l'étape de mémoriser respectivement dans les première et deuxième entités la réponse produite par le premier algorithme. Selon une réalisation préférée, les première et deuxième entités sont respectivement un terminal radiotéléphonique et un réseau fixe dans un réseau de radiotéléphonie. L'étape d'appliquer aux deuxièmes algorithmes le nombre aléatoire et le résultat de réponse de la précédente authentification permet d'annuler tout risque d'attaque de type « clonage virtuel » de la carte SIM comme décrit précédemment. Le résultat de réponse délivré par le radiotéléphone de l'abonné au radiotéléphone de la personne malveillante ne permettra pas à ce dernier d'être authentifié auprès du réseau comme étant un radiotéléphone de l'abonné. Le résultat de réponse délivré par le radiotéléphone de la personne malveillante dépend de la réponse signée correspondant à la précédente demande d'authentifîcation soumise au radiotéléphone mobile alors que le résultat de réponse calculé par le centre d'authentifîcation dépend du dernier résultat de réponse correspondant la dernière authentification de l'abonné par le réseau fixe. La demande d'authentifîcation du radiotéléphone de la personne malveillante est rejetée par le réseau.
L'invention concerne également un module d'identité, tel qu'une carte d'identité d'abonné, dans une première entité, telle qu'un terminal radiotéléphonique mobile qui est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mémoriser au moins un deuxième algorithme, des moyens pour mémoriser le résultat de réponse à la précédente authentification et des moyens pour exécuter au moins les étapes d' appliquer au deuxième algorithme et au premier algorithme conformément à l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent parmi lesquelles : la figure 1 est un bloc-diagramme schématique d'un réseau de radiotéléphonie cellulaire numérique ; la figure 2 montre les étapes d'authentifîcation d'un radiotéléphone selon l'art antérieur ; la figure 3 montre les étapes permettant à un « attaquant » de cloner virtuellement la carte d' identité d' un abonné ; la figure 4 montre des étapes d'un procédé d'authentifîcation conforme à l'invention et, la figure 5 montre l'échec d'une attaque de type « clonage virtuel » par la mise en œuvre du procédé d'authentifîcation selon l'invention.
Le procédé de l'invention est décrit ci-après dans le cadre du réseau de radiotéléphonie RR de type GSM, déjà présenté en référence à la figure 1 qui ne subit que des modifications et adjonctions de logiciel essentiellement dans le centre d'authentifîcation AUC ainsi que dans les cartes SIM des terminaux radiotelephoniques mobiles. Dans la description ci-après, un réseau fixe VLR/HRL-AUC est considéré comme la chaîne d'entités rattachées au terminal radiophonique mobile MS depuis l'interface radio IR, comprenant la station de base BTS, le contrôleur de station BTS, le commutateur MSC avec l'enregistreur de la localisation des visiteurs VLR et le couple HLR-AUC. La figure 1 rappelle également qu'un terminal radiotéléphonique mobile MS comprend un module à microprocesseur, telle qu'une carte à puce SIM. La carte à puce SIM comprend essentiellement une mémoire morte ROM, dite de programmes incluant généralement un système d'exploitation et des algorithmes d'applications, une mémoire non volatile EEPROM qui contient notamment toutes les données caractérisant l'abonnement du porteur de la carte, un répertoire de numéros de téléphone, des codes secrets ou clés d' authentification voire des programmes et algorithmes également, une mémoire RAM de traitement des données utilisées par le système d'exploitation notamment durant les échanges entre la carte et le terminal radiotéléphonique mobile qui 1' accueille . La figure 2 illustre les principales étapes du procédé d'authentifîcation entre un terminal radiotéléphonique mobile MS et un réseau fixe tel qu'il fonctionne à ce jour. Lors de la mise en service du terminal radiotéléphonique mobile ou bien préalablement à toute communication téléphonique ou encore lors d'un transfert intercellulaire, le réseau de radiotéléphonie VLR/HLR-AUC, transmet une demande d'authentifîcation E12 au terminal radiotéléphonique mobile en réponse à l'émission Eli par le radiotéléphone mobile MS de l'identité de l'abonné IMSI. La demande d'authentifîcation s'accompagne d'une transmission d'un nombre aléatoire RAND du réseau fixe au terminal radiotéléphonique mobile MS . A l'étape E13, ce dernier commande à la carte SIM de générer une réponse signée SRES à la demande d'authentifîcation du réseau fixe. A l'étape E14, cette réponse est élaborée à l'aide de l'algorithme d'authentifîcation AA auquel sont appliqués la clé d'authentifîcation Ki et le nombre aléatoire RAND, transmis par le réseau fixe. La clé Ki est préalablement mémorisée dans la carte à puce et attribuée lors de la souscription de l'abonnement. Le terminal recueille la réponse SRES générée par la carte et la transmet en El 5 à son tour au réseau fixe. A l'étape E16, le réseau fixe VLR/HLR-AUC élabore un résultat de réponse RSRES à l'aide d'un algorithme AA, de la clé Ki, mémorisée dans le centre d'authentifîcation AUC en correspondance avec l'IMSI de l'abonné. A l'étape E17, le résultat de réponse RSRES est comparé par le centre d'authentifîcation AUC à la réponse signée SRES retournée par le terminal radiotéléphonique mobile MS. Si le résultat de réponse RSRES correspond à la réponse signée SRES, la demande d'authentifîcation de l'abonné est satisfaite et l'abonné peut utiliser son terminal pour communiquer. Dans le cas contraire la demande d'authentifîcation échoue et l'abonné ne peut utiliser son radiotéléphone mobile. La figure 3 met en scène une attaque de type « clonage virtuel » de la carte SIM d'un abonné. Comme expliqué précédemment les nouvelles technologies employées dans les radiotéléphones mobiles permettent de télécharger via le réseau de radiotéléphonie des programmes dans les radiotéléphones . Une personne malveillante ou « attaquant » veut parvenir à communiquer à l'aide d'un second radiotéléphone mobile MS2 sur le compte d'un abonné à son insu. Par l'intermédiaire d'un cheval de Troie téléchargé dans le radiotéléphone MS d'un abonné, La personne malveillante rend le radiotéléphone de l'abonné capable de répondre à une demande d'authentifîcation issue non pas du réseau mais d'un second radiotéléphone mobile. Le radiotéléphone mobile MS d'un abonné est authentifié licitement, conformément aux étapes Elll à El 1 7 Le second radiotéléphone mobile MS2 sollicite une authentification E121 auprès du réseau fixe VLR2/HLR-AUC pour le compte de l'abonné. Le second radiotéléphone mobile MS2 communique l'IMSI de l'abonné audit réseau fixe VLR2/HLR-AUC qui lui demande en retour de s'authentifier en lui transmettant un nombre aléatoire RAND2 à l'étape E122. Le radiotéléphone MS2 de la personne malveillante soumet une demande d'authentifîcation E123 au premier radiotéléphone mobile MS, en lui communiquant le nombre aléatoire RAND2, transmis préalablement par le réseau fixe. Le radiotéléphone mobile MS de l'abonné demande à la carte SIM de générer à l'étape E124 une réponse signée SRES2 en utilisant l'algorithme d'authentifîcation AA de la carte SIM, avec en entrées la clé Ki mémorisée dans la carte SIM et le nombre aléatoire RAND2. Le radiotéléphone recueille à l'étape E125 la réponse SRES2 et la transmet à l' étape E126 à son tour au radiotéléphone mobile MS2 de la personne malveillante. Ce dernier retourne au réseau fixe VLR2/HLR-AUC la réponse signée SRES2 à l'étapeE127. Parallèlement le réseau fixe VLR2/HLR-AUC génère à l'étape E131 le résultat de réponse RSRES2 en appliquant au sein du centre d'authentifîcation AUC à l'algorithme AA d'authentifîcation le nombre aléatoire RAND2 et la clé d'authentifîcation Ki de l'abonné. Le résultat de réponse RSRES2 est équivalent à la réponse signée SRES2. Le réseau fixe authentifie donc le second radiotéléphone mobile MS2 comme étant propriété de l'abonné à l'étape E132. La personne malveillante peut utiliser ainsi son radiotéléphone et communiquer sur le compte de 1 ' abonné .
Pour remédier au problème posé par l'attaque décrite en référence à la figure 3, la présente invention adapte le procédé d'authentifîcation décrit en référence à la figure 2, en ajoutant comme le montre la figure 4, une étape E24 préalable au calcul E25 de la réponse signée SRESn par la carte SIM d'un radiotéléphone mobile MS et une étape E27 préalable au calcul E28 du résultat de réponse RSRESn par le centre d'authentifîcation AUC. La figure 4 décrit un procédé d'authentifîcation selon l'invention dans lequel après réception E21 de l'IMSI d'un abonné par le réseau fixe VLR/HLR-AUC, ce dernier soumet une demande d'authentifîcation E22 au radiotéléphone mobile MS . Ledit radiotéléphone demande, à l'étape E23, à la carte SIM de calculer une réponse signée sur la base de la clé d'authentifîcation Ki mémorisée dans la carte SIM et du nombre aléatoire RANDn. Préalablement au calcul de la réponse signée SRESn, la carte SIM applique, à l'étape E24, à un second algorithme de transformation AT, algorithme mémorisé dans la carte SIM, le nombre aléatoire RANDn et la réponse signée SRESn-1 correspondant à la précédente demande d' authentification du radiotéléphone mobile MS . Le résultat TRANDn issu de la transformation du nombre aléatoire RANDn est appliqué, à l'étape E25, à l'algorithme d'authentifîcation AA mémorisé dans la carte SIM. La réponse ainsi calculée SRESn est mémorisée (étape non représentée dans la figure 4) dans la carte SIM pour être utilisée lors la prochaine authentification. Ladite réponse SRESn est retournée au réseau fixe VLR/HLR-AUC par le radiotéléphone mobile MS à l'étape E26. De son côté, le réseau fixe VLR/HLR-AUC calcule, à l'étape E28, un résultat de réponse RSRESn à l'aide de l'algorithme AA d'authentifîcation mémorisé dans le centre d'authentifîcation AUC auquel sont appliqués la clé Ki de l'abonné et le nombre aléatoire TRANDn résultant d'un algorithme de transformation AT, mémorisé également dans le centre d'authentifîcation AUC, auquel sont appliqués le nombre RANDn transmis au radiotéléphone mobile à l'étape E22, et le résultat de réponse RSRESn-1 correspondant à la précédente demande d'authentifîcation. Le nouveau résultat de réponse ainsi calculé est mémorisé (étape non représentée dans la figure 4) dans le centre d'authentifîcation AUC pour être utilisé lors la prochaine authentification. Le centre d'authentifîcation AUC compare à l'étape E29, ledit résultat de réponse RSRESn à la réponse signée SRESn transmise par le radiotéléphone mobile MS à l'étape E26. Si le résultat RSRESn correspond à la réponse signée SRESn, l' authentification de l'abonné est satisfaite et l'abonné peut utiliser le radiotéléphone mobile MS pour communiquer. Dans le cas contraire l' authentification échoue et l'abonné ne peut communiquer avec son radiotéléphone mobile. Dans le cas d'une première authentification, il n'est pas possible d'utiliser respectivement la réponse et le résultat de réponse de l' authentification précédente. Un nombre dont la valeur est établie par convention, est alors appliqué à l'algorithme de transformation conjointement au nombre aléatoire. Dans une variante préférée la valeur de ce nombre est nulle. Pour détecter qu'il s'agit d'une première authentification, la carte SIM peut à titre d'exemple exploiter la valeur du nombre aléatoire qui lui est transmis via le terminal de radiotéléphonie MS par le réseau fixe VLR/HLR-AUC. Par exemple, la valeur nulle du bit de poids fort du nombre aléatoire peut indiquer qu'il s'agit d'une première authentification. Une valeur non nulle dudit bit de poids fort indique à la carte SIM qu'il s'agit au moins d'une deuxième authentification. D'autres configurations ou solutions techniques peuvent également être utilisées pour traiter le cas particulier d'une première authentification.
La nature de l'algorithme de transformation AT peut avoir une influence sur la robustesse du procédé d'authentifîcation selon l'invention. Ainsi l'algorithme de transformation sera de préférence réalisé au moyen d'une fonction dite à sens unique. Une telle fonction permet de calculer très facilement TRANDn=AT (RANDn, SRESn-1) mais rend particulièrement difficile le calcul des nombres RANDn et SRESn-1 si l'on connaît TRANDn et l'algorithme AT. En outre, l'utilisation d'une fonction dite sans collision pour réaliser l'algorithme de transformation AT sera à envisager de préférence. Une telle fonction ne permet pas de trouver facilement des couples (RAND1, SRES1) et (RAND2, SRES2) tels que
AT (RAND1, SRES1) est égal à AT(RAND2, SRES2) . Dans une variante préférée, l'algorithme de transformation AT est réalisé à l'aide d'une fonction de hachage qui satisfait à la fois les propriétés d'une fonction à sens unique et d'une fonction sans collision. A titre d'exemple, la fonction de hachage correspond à l'algorithme SHA-1 (Secure Hash Algorithm - version 1) défini par la norme FIPS (Fédéral Information
Processing Standard) 180-1 du 17 avril 1995. Une étape de troncature du nombre aletoire transmforme sera alors envisagée.
A titre d'exemple les 128 bits de poids fort pourront être conservés pour être conforme aux spécifications de l'algorithme
AA utilisé dans le GSM. L'adaptation du procédé d'authentifîcation présenté en référence à la figure 4 rend totalement inopérante une attaque par « clonage virtuel » de la carte SIM, attaque précédemment illustrée au moyen de la figure 2. La situation à présent décrite en référence à la figure 5, met en scène un abonné s' étant authentifié licitement à l'aide des étapes E211 à E216 conformément au procédé d'authentifîcation selon l'invention et une personne malveillante munie d'un second radiotéléphone MS2 apte à émettre à l'étape E221 l'IMSI de l'abonné, à l'insu dudit abonné, au réseau fixe VLR2/HLR-AUC . Par le biais d'un cheval de Troie préalablement chargé dans le radiotéléphone mobile MS d'un abonné, ledit radiotéléphone MS accepte une demande d'authentifîcation E223 de l'abonné issue du second radiotéléphone mobile MS2 avec comme données un nombre aléatoire RANDm transmis par le réseau fixe à l'étape E222 au radiotéléphone mobile MS2. Le radiotéléphone de l'abonné demande, à l'étape E224, à la carte SIM de l'abonné de générer une réponse signée SRESm. La carte SIM applique, à l'étape E225, le nombre aléatoire RANDm et la réponse signée SRESn correspondant à la précédente authentification à l'algorithme de transformation AT. Le nombre TRANDm ainsi obtenu et la clé Ki d'authentifîcation sont appliqués, à l'étape E226, à l'algorithme d'authentifîcation AA de la carte SIM pour élaborer la réponse signée SRESm. Le radiotéléphone mobile MS de l'abonné retourne, à l'étape E227, ladite réponse signée au second radiotéléphone mobile, laquelle est transmise, à l'étape E228, au réseau fixe VLR2/HLR-AUC . De son côté, le réseau fixe élabore par le centre d'authentifîcation AUC, à l'étape E231, le résultat de réponse RSRESm pour être comparé, à l'étape E233 avec la réponse signée SRESm. Le résultat de réponse RSRESm est obtenu à la suite de l'étape E232 consistant à appliquer à l'algorithme de transformation AT mémorisé dans le centre d'authentifîcation AUC, le nombre aléatoire RANDm et le résultat de réponse RSRESm-1 mémorisé dans ledit centre d'authentifîcation à la suite de la précédente demande d'authentifîcation licite de l'abonné. Le nombre TRANDm ainsi obtenu est appliqué, à l'étape E231, avec la clé d'authentifîcation Ki de l'abonné à l'algorithme d'authentifîcation AA mémorisé dans le centre d'authentifîcation AUC. Le résultat de réponse obtenu est comparé, à l'étape E233, à la réponse signée SRESm transmise par le second radiotéléphone mobile MS2. La comparaison échoue bien évidemment et la personne malveillante ne peut communiquer sur le compte de l'abonné. Le procédé d'authentifîcation selon l'invention met ainsi parfaitement en échec l'attaque dite de « clonage virtuel » de la carte SIM de l'abonné.
Bien que l'invention ait été décrite selon des réalisations préférées en référence à un réseau de radiotéléphonie entre un terminal radiotéléphonique mobile et le réseau fixe du réseau de radiotéléphonie, le procédé d'authentifîcation selon l'invention peut être mis en œuvre dans un réseau de télécommunication relativement à deux entités dont l'une a besoin d'authentifier l'autre, chaque entité pouvant être un ensemble d'entités prédéterminées et reliées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'authentifîcation entre une première entité (MS) et une deuxième entité (VLR, HLR, AUC) dans un réseau de communication (RR) , comprenant des étapes d'appliquer des clés d'authentifîcation (Ki) mémorisées respectivement dans les première et deuxième entité et un nombre aléatoire (RANDn) produit par la deuxième entité (VLR, HLR, AUC) et transmis (E22) par la deuxième entité à la première entité
(MS) respectivement à des premiers algorithmes (AA) identiques mémorisés dans les première et deuxième entités, et comparer (E29) dans la deuxième entité (VLR, HLR, AUC) une réponse (SRESn) produite (E25) par le premier algorithme (AA) mémorisé dans la première entité (MS) et transmise (E26) à la deuxième entité (VLR, HLR, AUC) avec un résultat de réponse
(RSRESn) produit (E28) par le premier algorithme mémorisé dans la deuxième entité, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'étape d'appliquer (El 4, El 5) au premier algorithme (AA) le nombre aléatoire (RANDn) est réalisée au moyen d'une étape préalable de transformation dudit nombre aléatoire pour obtenir un nombre aléatoire transformé (TRANDn) appliqué audit premier algorithme (AA) , ladite étape préalable de transformation consistant à appliquer (E24, E27) le nombre aléatoire (RANDn) et le résultat de réponse (SRESn-1, RSRESfil ) de la précédente authentification à des deuxièmes algorithmes (AT) mémorisés respectivement dans les première et deuxième entités, et en ce que ledit procédé comporte en outre une étape de mémoriser respectivement dans les première et deuxième entités la réponse (SRESn, RSRESn) produite par le premier algorithme (AA) .
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape (E24, E27) préalable de transformation du nombre aléatoire (RANDn) réalisée au moyen du deuxième algorithme (AT) met en oeuvre une fonction dite à sens unique et sans collision.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fonction dite à sens unique et sans collision est une fonction de hachage.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce l' authentification entre la première entité (MS) et la deuxième entité (VLR, HLR, AUC) est considérée comme une première authentification par ladite première entité (MS) si au moins un bit, dont la position et la valeur, préalablement établis par convention, est caractéristique d'une première authentification.
5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que lors d'une première authentification, l'étape préalable de transformation consiste à appliquer (E24, E27) au deuxième algorithme (AT) le nombre aléatoire (RANDn) et un nombre dont la valeur est fixée par convention en lieu et place du résultat de réponse de la précédente authentification (SRESn-1, RSRESfil ) .
6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la valeur du nombre appliqué (E24, E27) à l'algorithme de transformation (AT) conjointement au nombre aléatoire (RANDn) , lors d'une première authentification, est nulle.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les première et deuxième entités sont respectivement un terminal radiotéléphonique mobile (MS) et un réseau fixe (VLR, HLR, AUC) dans un réseau de radiotéléphonie cellulaire.
8. Module d'identité (SIM) dans une première entité (MS) caractérisé en ce qu' il comprend des moyens (ROM, EEPROM, RAM) pour mémoriser au moins le deuxième algorithme (AT) et au moins la réponse signée (SRESn-1) élaborée par le premier algorithme (AA) pour exécuter au moins les étapes d'appliquer (E25, E26) aux premier et deuxième algorithmes (AA, AT) conformément aux revendications 1 à 7.
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