WO2008019942A1 - Verfahren und anordnung zum bereitstellen eines drahtlosen mesh-netzwerks - Google Patents

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WO2008019942A1
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Rainer Falk
Florian Kohlmayer
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Siemens Enterprise Communications Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for providing a wireless mesh network according to the preamble of claim 1 and to an arrangement for providing a wireless mesh network according to the preamble of claim 25.
  • the invention relates to a method and a system for providing a key for encrypting messages between nodes of a mesh network.
  • a wireless mesh network is a meshed network implemented, for example, in a wireless local area network (WLAN).
  • WLAN wireless local area network
  • a mobile node may forward data originating from another mobile node to another mobile node or transmit it to a base station.
  • a mesh network or mesh network can be spanned over long distances, especially in uneven or difficult terrain.
  • Mesh networks also work very reliably as each mobile node is connected to several other nodes. If a node fails due to a hardware failure, for example, its neighbor nodes look for an alternate data transmission route.
  • Mesh networks or mesh networks can include fixed or mobile devices.
  • Fig. 1 shows schematically a mesh network according to the prior art.
  • the nodes include dedicated mesh nodes (MN) that are part of the infrastructure of the network. These dedicated mesh nodes may be a fixed base station BS but also a mobile station MS.
  • the mesh network also includes mobile devices or mobile nodes of users.
  • the mobile nodes can communicate directly with another mobile node and or directly or indirectly via tere node exchange data with a base station BS, which is connected to a gateway GW of a data network.
  • data packets DP are forwarded from one device or node to the next device until the destination device or the gateway GW has been reached. The forwarding of the data packets DP takes place by dynamic routing.
  • the routes the data packets DP transmitted to de ⁇ nen are thereby dynamically calculated based on the availability of the node and on the basis of the network load.
  • ma- draw rule networks by high coverage, high reliability and to ⁇ by its economical use of Products Available ⁇ ren resources.
  • the wireless transmission link is conventionally realized by a WLAN (Wireless Local Area Network) transmission link.
  • WLAN Wireless Local Area Network
  • WLAN networks have larger transmission powers and ranges and offer higher data transmission rates.
  • EAP Extensible Authentication Protocol
  • FIG. 2 shows a signal diagram for illustrating an authentication process in a conventional WLAN network.
  • the EAP protocol is used in WLAN to secure the Netzwerkzu ⁇ gangs.
  • Various concrete authentication methods so-called EAP methods, can be transported via the EAP protocol, eg EAP-TLS, EAP-AKA, PEAP-MSChapv2.
  • a cryptographic key or session key MSK, EMSK MSK: Master-Session Key, EMSK: Extended Master Session Key
  • EMSK Extended Master Session Key
  • Link-layer encryption is used.
  • the Authentisie ⁇ tion of a subscriber is performed between the subscriber (supplicant) and an authentication server (AAA server).
  • AAA server an authentication server
  • the authentication server sends the result of the authentication and the session key MSK originating from the authentication to the authenticator, for example a WLAN access point AP.
  • the communication between the access point or access point AP and the authentication server usually takes place via the radius or diameter data transmission protocol.
  • the session key MSK is transmitted as attribute data to the input node to ⁇ AP as part of an EAP-Success message.
  • the transmitting session key MSK is then inserted over an 802.11 4-way handshake 4WHS between the subscriber and the access nodes according to the 802.11 IEEE standard.
  • the access node AP is a trusted node, i. around a node of the network infrastructure.
  • the access node is thus not an end user node in a conventional network.
  • the two nodes MP-A, MP-B may, for example, be two mesh nodes of a mesh network or mesh network.
  • the end node MP-A (as supplicant) authenticates first at the associated authentication server AS by means of the EAP data transmission protocol.
  • the node MP-B receives (authenticator) a session key MSKl. Subsequently, the node MP-B leads to the
  • Node MP-A a 4-way handshake through and uses the received session key MSKl.
  • the node MP-B (now as supplicant) performs authentication on the associated authentication server AS, and MP-A (now authenticator) receives in a EAP Success message a second session key MSK2.
  • the node MP-A then performs a 4-way handshake with the node MP-B using the second session key MSK2.
  • the in ⁇ can instead succession also be nested into each other the authentications. In the further communication between the two nodes MP-A, MP-B this can be secured by one of the two session keys MSKL, MSK2.
  • a disadvantage of the prior art approach illustrated in FIG. 3 is that both nodes MP-A and MP-B need connection to the authentication server AS, both in the supplicant role and in the authenticator role.
  • a new node builds the first link to a neighboring node, it has i.A. still no connection to an infrastructure network and thus not to an authentication server AS.
  • the authentication server AS must perform two authentications and is thereby burdened.
  • the inventive method for providing a wireless local area network wherein the configured according to the IEEE 802.11 standard and its derivatives, in particular IEEE 802.15 or IEEE 802.16 stationary Lichtunikationseinrich ⁇ facilities as well as mobile communication devices on the type of mesh are connected as sub-network and to a Infrastructure network can be connected via a first communication device of the communication devices so that they can exchange authentication messages with an Authentication Authorization Accounting AAA server arranged in the infrastructure network using the Extensible Authentication Protocol EAP, takes place when logging in according to EAP defined first run, in which the first communication device is defined in accordance with the EAP protocol.
  • EAP Extensible Authentication Protocol
  • nated role of an authenticator communicates with the AAA server when a second communication device authenticates itself in the role of a supplicant (supplicant) defined according to the EAP protocol. Furthermore, in the first run, the AAA server generates an encryption base information for the subnet assigned to the second communication device, which is transmitted to the first communication device. , Further effected a defined according to EAP second run in an application, wherein the first communication device in the defined according to the EAP protocol role of a supplicant (supplicant) un ⁇ ter omission of a communication with the AAA server communicates with the second communication device wherein Authentication is carried out in the context of the second run on the basis of at least part of the encryption base information.
  • the method according to the invention allows a second EAP run to be carried out without safety material of the first communication device being set up in advance on a mesh node of a subnetwork which has no connection to the AAA server. Rather, the respective mesh nodes need only, as known from the WLAN, only be configured with security mate rial ⁇ which gen graduates allows him overall authentication a central AAA server.
  • the encryption base Informa ⁇ tion includes at least one first encryption key so that the authentication to the AAA server is provided for the second communication device.
  • the authentication in the second run preferably takes place using the first encryption key. sels as so-called in particular secret, shared key ("preshared key").
  • the basic encryption information additional network attributes defining the first communication device associated first parameter, in particular a so- ⁇ called policy such as the maximum bandwidth, QoS reservations attached to the validity period of user-related account information and / or traffic filter rules, an adaptation of the communication of the second communication means with the first communication device adapted to be carried out in such a way that the first communication device enforces these parameters.
  • a so- ⁇ called policy such as the maximum bandwidth, QoS reservations attached to the validity period of user-related account information and / or traffic filter rules
  • the first communication device can not manipulate the network attributes forwarded by it to the second communication device.
  • a further advantageous embodiment consists in that a third encryption key protecting the communication between the second communication device and the AAA server is derived, wherein the derivation is carried out both by the AAA server and by the second communication device. This establishes secure communication to the AAA server so that the second communication tion device can also authenticate other mesh nodes.
  • a configuration encrypted by the AAA server by means of the third encryption key is preferably transmitted between the AAA server and the second communication device.
  • a further advantageous embodiment consists in that the communication of the communication devices of the subnetwork and the AAA server with the aid of a working in the manner of a proxy server station omitting the AAA server based on the third encryption Ubuntuüs ⁇ sel using the Extensible Authentication Protocol EAP protocol works. This provides a decoupling from the AAA server, which is desirable in some application scenarios, reached and ensures that this communication is open ⁇ assured.
  • the station functions as a converter between subnetwork and infrastructure network, a particularly simple and suitable realization of such a decoupling or discharge is ensured.
  • a fourth the communication between the second communication device and a functioning as a converter between sub-network infrastructure network station encryption key derived, the derivative performed by the AAA server and defined by a defined according to EAP protocol EAP Success message is sent.
  • This provides an implementation that supports scenarios in which a gateway is installed between a subnetwork and an infrastructure network which also allows secure communication to this gateway.
  • the first encryption key, the second encryption key, the third encryption key and / or the fourth fasteners ⁇ lung key is derived from one assigned to the sub-network session key, wherein preferably this derivation based on a according to EAP protocol formed Master Session Key MSK using a key derivation function is performed or alternatively or additionally based on a formed according to EAP protocol Extended Master Session Key EMSK is implemented using a key derivation function, so that a simple implementation in EAP structures is guaranteed.
  • a function according to a cryptographic in particular the SHAl, SHA265 or MD5 hash function is used as the key derivation function.
  • the o- it is additionally advantageous if as Cyprusablei ⁇ processing function is a function in accordance with a hash message authentication code function (Keyed-Hash function), in particular HMAC according to RFC2104 is used.
  • Keyed-Hash function hash message authentication code function
  • MA-Key HMAC-SHAl (MSK, "Mesh Access Key")
  • MA-Key is the assigned key
  • HMAC-SHAl is the keyed hash function HMAC-SHAl
  • MSK is the master session key determined in accordance with the EAP protocol and "mesh”.
  • Access-Key a string that reflects in particular the intended use of the key is called.
  • the first key and according to the above formula can be determined only with the difference that a ge ⁇ Telss determined the EAP protocol "Extended Master Session Key” is used instead of the MSK, so that only the AAA server, and the second communication device the key ablei ⁇ th can, whereas in the case that a discharge line from both the first and also the second communication device is to be made, is to favor the dissipation, which is based on MSK.
  • a key derivation function is also preferred for the determination of the second Locks ⁇ selungs tillls used which on the formula
  • PP-Key HMAC-SHAl (EMSK, "Mesh-Policy-Protection-Key”)
  • HMAC-SHAl the keyed hash function HMAC-SHAl is designated and with "EMSK” the EAP protocol determined "Extended Master Session Key” and "Mesh-Policy-Protection-Key” denotes a character string, which in particular represents the intended use of the key.
  • the object underlying the invention is also achieved by an arrangement for providing a wireless local area network
  • FIG. 1 shows a mesh network scenario
  • FIG. 2 shows a flow diagram of a mesh authentication according to draft DO.01 IEEE802.11S
  • FIG. 3 shows a flow chart of a WLAN authentication according to the prior art
  • Figure 4 is a flow chart of an embodiment according to the invention.
  • FIG. 4 It can be seen in FIG. 4 that, starting from a scenario according to the prior art illustrated in FIGS. 1 to 3, an application takes place in such a way that in a first run 1 a device according to 802.11 is connected between a first communication device MP-B and a first communication device
  • the second communication device MP-A takes place and following this an EAP AUTHENTICATIONl carried out in accordance with EAP, as is known in the prior art, takes place in such a way that the first communication device MP-B in a role of an authenticator AUTH in a role as supplicant SUPP is exploiting Dende second Hermanationseinrich ⁇ tung MP-A authenticated.
  • the communication in this case runs to an AAA server AAA-S, which serves as an authentication server and in response to this first authentication attempt EAP AUTHENTICATIONl an EAP Success message EAP SUCCESS with an encryption base information MSKl, MA-Key [POLICY-A] [AST POLICY-B] transmits to the first communication device which stores these and only optionally transmits the encrypted network attributes containing message AST (POLICY-B) to the second communication device MP-A, so that in the next step a 4-way handshake 4WHS - 1 (MSKl) can take place.
  • AAA-S which serves as an authentication server and in response to this first authentication attempt EAP AUTHENTICATIONl an EAP Success message EAP SUCCESS with an encryption base information MSKl, MA-Key [POLICY-A] [AST POLICY-B] transmits to the first communication device which stores these and only optionally transmits the encrypted network attributes containing message AST (POLICY-B) to the second communication device MP-A, so that in the next step
  • the second EAP authentication EAP AUTHENTICATION 2 can now take place in the exchange of the roles of the authenticator or supplicant provided according to EAP, without the second communication device having to have a connection to the AAA server or having to use it.
  • the second EAP-EAP Authenti ⁇ tion AUTHENTICATION 2 on the basis of a specially for those sen purpose derived according to the invention first key MA-KEY and optionally the secure policy AST (POLICY-B), so that the AAA server AAA-S is relieved.
  • MA-KEY MA-KEY
  • POLICY-B secure policy AST
  • Session key between the communication device MP-B and the second communication device MP-A can be done.
  • an additional mesh-Access-Key MA-KEY is set by the OF INVENTION ⁇ -making process according therefore, this is preferably derived from the Erwei ⁇ failed session key EMSK by a key derivation ⁇ function KDF and AAA server AAA S is transmitted to the second communication device MP-B as part of the EAP Success message EAP-SUCCESS. In this case, the transmission takes place through the first communication device MP-A and the AAA server AAS.
  • Cryptographic hash functions such as, for example, SHA-I, SHA256, MD5 or a keyed hash function based thereon, such as, for example, HMAC according to RFC2104, are advantageously suitable for the invention as a key derivation function.
  • Hea ⁇ re therefore, for example,
  • MA-KEY HMAC-SHAl (EMSK, "Mesh Access Key")
  • MAC address of the authenticator AUTH that is to say the mesh node, which assumes the role of the authenticator in the respective EAP run, such as, for example, the first communication device MP-B
  • MAC address of the supplicant SUPP that is to say of the mesh node which assumes the role of supplicant in the EAP run, in the representation of the second communication device MP-A, as far as this information is available in the first EAP session.
  • Authentication EAP AUTHENTICATION 1 is sent to the AAA server AAA-S.
  • a mesh access key MAKEY derived in accordance with the invention is then used as a so-called pre-issued key for a second EAP authentication EAP-AUITHENTICATION2.
  • a suitable EAP method is the EAP-PSK method.
  • the EAP methods currently being developed by the IETF Working Group EMU are also advantageously used for the method according to the invention (see http://www.etf.org/html. Charters / emu-charter.html).
  • the mesh access key MA-KEY also from the session key MSK to Stel ⁇ le of the extended session key EMSK derived, wherein this has the advantage that the second Ltdunikationseinrich ⁇ tung MP-B derive this key independently can.
  • the AAA server AAA-S can send a policy for the first communication device MP-A Policy POLICY-A to the second communication device MP-B, as already from the State of the art is known.
  • OF INVENTION ⁇ dung according to, as shown, beyond the AAA server AAA-S also send a policy for the second communication device ⁇ MP-B POLICY-B, which through the first Communication device MP-A is enforced in the communication with the second communication device MP-B.
  • the invention provides that this policy POLICY-B can not be sent by the AAA server AAA-S directly to the second Kommunikati ⁇ ons gifted MP-B, so that the invention provides, it first to the second Kommunikati ⁇ ons worn MP B, which then forwards them to the first communication device MP-A.
  • the invention provides a more Ausgestal ⁇ tung, that in order to prevent tampering, this policy POLICY-B, this with a cryptographic checksum (Message Authentication Code, MAC) to secure, so that the result is so-called Asserted policy AST ( POLICY-B) is generated.
  • a further key PP-KEY Policy Protection Key
  • EMSK Extended session key
  • PP-KEY HMAC-SHAl (EMSK, "Mesh-Policy-Protection-Key”)
  • this further key PP-KEY is not transmitted from the AAA server AAA-S to the second communication device MP-B.
  • the protected policy B AST (POLICY-B) is then transmitted from the second communication device MP-B to the first communication device MP-A and can by the cryptographic checksum and due to the fact that the second communication device MP-B other key PP-KEY does not manipulate the protected policy AST (Policy-B), although this concerns the second communication device MP-B.
  • the inventive establishment of secure communication to the AAA server AAA-S is as follows.
  • the notifying the first communication device MP-A can authenticate even more mesh nodes should, as a Kommunikati ⁇ on to the AAA server AAA-S it must always first be made possible.
  • a key AAA-key is set up for secure communication between the mesh node and the AAA server AAA-S, the invention deriving from the extended session key EMSK as follows.
  • AAA-KEY HMAC-SHAl (EMS, “Mesh AAA-Key”)
  • This key is also calculated by the AAA server AAA-S and the first communication device MP-A and used to protect the communication between these two nodes.
  • AAA-KEY This can be done as for the secure policy AST (POLICY-B) are similar, so that a secured configuration AST (AAA-CONFIG) is discharged via ⁇ .
  • establishing a secure communication to a AAA PROXY which in some scenarios in which it is desired that a mesh node does not communicate directly with the AAA server AAA-S, but via an intermediary station AAA-PROXY as follows.
  • the AAA-KEY is sent from AAA-S to the AAA proxy as part of the EAP-Success message EAP-SUCCESS.
  • the station AAA-PROXY stores this key for later communication with the first communication device MP-A, which, as described above, is possible secured.
  • the station AAA-PROXY preferably removes this attribute before forwarding the message to the second communication device MP-B.
  • the AAA-KEY could also be derived from the session key MSK instead of the extended session key EMSK.
  • the session key MSK by the station AAA-PROXY should be ent ⁇ removed and another from the Wegungsschlüs- was MSK derived keys are replaced. This must be communicated to the first communication device MP-A, for example via the secure configuration AST (AAA-CONFIG), secured by the original session key MSK.
  • a mesh gateway node where in this, as described above for a station AAA-PROXY, is enabled when the gateway node GW is in the AAA message path.
  • the GW node GW can use the corresponding key from the success message EAP-SUCCESS and for the communication.
  • This GW key is presented in an advantageous concretization as follows.
  • GW-KEY HMAC-SHAl (EMSK, "Mesh GW-Key”)
  • This GW-key GW-KEY can especially used ⁇ to in order to protect the communication of the first communication device MP-A with the infrastructure network INFRASTRUCTURE NETWORK, for example by means of IP-SEC so that Zvi ⁇ gift notes of the mesh network by no Having access to the plain text data from the first communication device MP-A.
  • the security material is transferred to the local authentication server AS in order to enable the second EAP run.
  • the authentication server AS is implemented locally, that is to say on the mesh node (authenticator) which has no connection to the AAA server AAA-S.
  • the EAP runs can not be performed in parallel by this procedure according to the invention, but only sequentially in the predetermined order. But this is not a problem because the two EAP runs can be belie ⁇ big nested.
  • a imple ⁇ tion of the invention in existing EAP systems is possible in ⁇ little complexity, therefore, for the arbitrary nesting also includes the possibility to perform them one by one.
  • the present invention also further safety material for communication Zvi ⁇ rule the first communication device MP-A and the AAA server AAA-S or a station AAA-PROXY or egg nem gateway GW can be established.
  • One advantage is that the second EAP run can take place without having to set up in advance security material from another mesh node on the one mesh node which has no connection to an AAA server AAA-S.
  • it is only necessary, as is usual with a normal WLAN station, to be configured with security material which enables it to authenticate against the central AAA server AAA-S.
  • AAA server AAA-S does not have to be replicated to mesh nodes, so that an extensive database and thus an increased memory requirement are no longer necessary. It also avoids the risk of improperly issuing Mesh nodes on which AAA server functionality is replicated as an AAA server for other services, such as IPsec VPN based on IKEv2, thereby reducing the security of these services. It is vermie ⁇ also that safety data from other devices on non- Different trusted mesh nodes, for example, end user devices can be accommodated.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung, bei der ein neu hinzutretender Mesh-Knoten (MP-B) für eine Authentisierung keine Verbindung zum AAA-Server benötigt. Dazu wird die Authentisierung mit Hilfe eines sich bereits im Mesh- Netzwerk befindenden Knoten (MP-A), welcher über eine Verbindung zum AAA-Server verfügt, durchgeführt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zum Bereitstellen eines drahtlosen Mesh-Netzwerks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines drahtlosen Mesh-Netzwerks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zum Bereitstellen eines drahtlosen Mesh-Netzwerks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 25.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Bereitstellen eines Schlüssels zur Verschlüsselung von Nachrichten zwischen Knoten eines Mesh-Netzwerkes .
Ein drahtloses Maschen- bzw. Mesh-Netzwerk ist ein vermasch- tes Netz, das beispielsweise in einem Wireless Local Area Network (WLAN) implementiert ist. Bei einem Mesh-Netzwerk kann ein mobiler Knoten Daten, die von einem anderen mobilen Knoten stammen, an einen weiteren mobilen Knoten weiterleiten oder an eine Basisstation übertragen. In einem Maschennetzwerk bzw. Mesh-Network können weite Distanzen überspannt werden, insbesondere in unebenen oder schwierigen Terrain. Maschennetze arbeiten zudem sehr zuverlässig, da jeder mobile Knoten mit einigen anderen Knoten verbunden ist. Wenn ein Knoten ausfällt, beispielsweise auf Grund eines Hardware- Defekts, suchen dessen Nachbarknoten eine alternative Datenübertragungsroute. Maschennetze bzw. Mesh-Networks können feste oder mobile Geräte mit einbeziehen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Maschennetzwerk nach dem Stand der Technik. Die Knoten umfassen dedizierte Maschenknoten (MN), die zur Infrastruktur des Netzwerkes gehören. Bei diesen dedizierten Maschenknoten kann es sich um eine feste Basisstation BS aber auch um eine mobile Station MS handeln. Neben den dedizierten Maschenknoten umfasst das Maschennetzwerk auch mobile Endgeräte bzw. mobile Knoten von Nutzern. Die mobilen Knoten können direkt mit einem anderen mobilen Knoten kommunizieren und oder direkt oder indirekt über wei- tere Knoten Daten mit einer Basisstation BS austauschen, die an einem Gateway GW eines Datennetzwerkes angeschlossen ist. Dabei werden Datenpakete DP von einem Gerät bzw. Knoten zum nächsten Gerät weitergeleitet, bis das Zielgerät bzw. das Ga- teway GW erreicht ist. Die Weiterleitung der Datenpakte DP erfolgt dabei durch dynamisches Routing. Die Routen, auf de¬ nen die Datenpakte DP übertragen werden, werden dabei dynamisch auf Basis der Verfügbarkeit der Knoten und auf Basis der Netzauslastung berechnet. Allgemein zeichnen sich Ma- schennetzwerke durch eine hohe Netzabdeckung, eine hohe Zu¬ verlässigkeit und durch einen sparsamen Umgang mit verfügba¬ ren Ressourcen aus. Bei drahtlosen Maschennetzwerken wird die drahtlose Übertragungstrecke herkömmlicherweise durch eine WLAN (Wireless Local Area Network) Übertragungsstrecke reali- siert. Im Gegensatz zu einem Wireless Personal Area Network
(WPAN) haben WLAN Netze größere Sendeleistungen und Reichweiten und bieten höhere Datenübertragungsraten.
Zur Authentisierung von Knoten bzw. Rechnern wird das soge- nannte EAP (Extensible Authentication Protocol) eingesetzt.
Fig. 2 zeigt ein Signaldiagramm zur Darstellung eines Authen- tisierungsvorgangs bei einem herkömmlichen WLAN-Netz. Das EAP-Protokoll wird bei WLAN zur Absicherung des Netzwerkzu¬ gangs verwendet. Vielfältige konkrete Authentisierungsverfah- ren, sogenannte EAP-Methoden, können über das EAP-Protokoll transportiert werden, z.B. EAP-TLS, EAP-AKA, PEAP-MSChapv2. Bei der Authentisierung wird ein kryptographischer Schlüssel bzw. Sitzungsschlüssel MSK, EMSK (MSK: Master-Session Key; EMSK: Extended Master Session Key) ermittelt, der nachfolgend zum Schutz der Datenkommunikation, beispielsweise bei der
Link-Layer-Verschlüsselung verwendet wird. Die Authentisie¬ rung eines Teilnehmers erfolgt zwischen dem Teilnehmer (Supplicant) und einem Authentisierungsserver (AAA-Server) . Bei erfolgreicher Authentisierung sendet der Authentisie- rungsserver das Ergebnis der Authentisierung und den aus der Authentisierung stammenden Sitzungsschlüssel MSK an den Au- thentikator, beispielsweise einem WLAN-Access-Point AP. Die Kommunikation zwischen dem Zugangsknoten bzw. Access-Point AP und dem Authentisierungsserver erfolgt üblicherweise über das Radius- oder Diameter-Daten-Übertragungs-Protokoll . Dabei wird der Sitzungsschlüssel MSK als Datenattribut an den Zu¬ gangsknoten AP als Teil einer EAP-Success-Nachricht gesendet. Der übertragende Sitzungsschlüssel MSK wird anschließend über einen 802.11 4-Wege-Handshake 4WHS zwischen dem Teilnehmer und den Zugangsknoten gemäß dem 802.11 IEEE Standard eingesetzt .
Bei einem herkömmlichen Netzwerk handelt es sich bei dem Zugangsknoten AP um einen vertrauenswürdigen Knoten, d.h. um einen Knoten der Netzinfrastruktur. Bei dem Zugangsknoten handelt es sich bei einem herkömmlichen Netzwerk somit nicht um einen Endnutzerknoten.
Fig. 3 zeigt die Authentisierung zweier Knoten MP-A, MP-B bei einem herkömmlichen WLAN-Netz. Bei den beiden Knoten MP-A, MP-B kann es sich beispielsweise um zwei Maschenknoten eines Maschennetzwerkes bzw. Mesh-Networks handeln. Zum Aufbau ei- ner Datenverbindung zwischen den beiden Knoten MP-A, MP-B au- thentisiert sich zunächst der Endknoten MP-A (als Supplicant) bei dem zugehörigen Authentisierungsserver AS mittels des EAP-Datenübertragungsprotokolls . In einer EAP-Success-Nach¬ richt erhält der Knoten MP-B (Authentikator) einen Sitzungs- Schlüssel MSKl. Anschließend führt der Knoten MP-B mit dem
Knoten MP-A einen 4-Wege-Handshake durch und verwendet dabei den erhaltenen Sitzungsschlüssel MSKl. Anschließend führt der Knoten MP-B (nun als Supplicant ) eine Authentisierung an dem zugehörigen Authentisierungsserver AS durch, und MP-A (nun Authentikator) erhält in einer EAP-Success-Nachricht einen zweiten Sitzungsschlüssel MSK2. Der Knoten MP-A führt anschließend einen 4-Wege-Handshake mit dem Knoten MP-B unter Verwendung des zweiten Sitzungsschlüssel MSK2 durch. Die bei¬ den Authentisierungen können anstatt nacheinander auch inein- ander verschachtelt erfolgen. Bei der weiteren Kommunikation zwischen den beiden Knoten MP- A, MP-B kann diese durch einen der beiden Sitzungsschlüssel MSKl, MSK2 abgesichert werden.
Ein Nachteil der in Figur 3 dargestellten Vorgehensweise nach dem Stand der Technik besteht darin, dass dabei beide Knoten MP-A und MP-B Verbindung zu dem Authentisierungsserver AS benötigen, und zwar sowohl in der Supplicant-Rolle wie in der Authenticator-Rolle . Wenn ein neuer Knoten den ersten Link zu einem Nachbarknoten aufbaut, verfügt er i.A. noch über keine Verbindung zu einem Infrastrukturnetz und damit auch nicht zu einem Authentisierungsserver AS. Weiterhin muss der Authentisierungsserver AS zwei Authentisierungen durchführen und wird dadurch belastet .
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie Anordnung zur Bereitstellung eines drahtlosen Mesh-Netzwerks anzugeben.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des An¬ spruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale sowie ausge¬ hend vom Gattungsbegriff des Anspruchs 25 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bereitstellen eines drahtlosen lokalen Netzwerks, bei dem nach dem IEEE-802.11- Standard und seinen Derivaten insbesondere IEEE 802.15 oder IEEE 802.16 ausgestaltete stationäre Kommunikationseinrich¬ tungen sowie mobile Kommunikationseinrichtungen nach Art des Mesh als Sub-Netzwerk verbunden sind und an ein Infrastruktur-Netzwerk derart über eine erste Kommunikationseinrichtung der Kommunikationseinrichtungen angeschlossen werden, dass sie mit einem im Infrastruktur-Netzwerk angeordneten Authen- tication Authorization Accounting AAA-Server unter Nutzung des Extensible Authentication Protocols EAP Authentisierungs- nachrichten austauschen können, erfolgt bei einer Anmeldung ein gemäß EAP definierter erster Lauf, bei dem die erste Kommunikationseinrichtung in der gemäß des EAP-Protokolls defi- nierten Rolle eines Authentikators (Authenticators) mit dem AAA-Server kommuniziert, wenn eine zweite Kommunikationseinrichtung sich in der gemäß des EAP-Protokolls definierten Rolle eines Supplikanten (Supplicant) authentisiert . Ferner generiert der AAA-Server im ersten Lauf eine der zweiten Kommunikationseinrichtung zugeordnete Verschlüsselungsbasisinformation für das Sub-Netz, welche der ersten Kommunikationseinrichtung übermittelt wird. Des Weiteren erfolgt bei einer Anmeldung ein gemäß EAP definierter zweiter Lauf, bei dem die erste Kommunikationseinrichtung in der gemäß des EAP-Protokolls definierten Rolle eines Supplikanten (Supplicants ) un¬ ter Auslassung einer Kommunikation mit dem AAA-Server mit der zweiten Kommunikationseinrichtung kommuniziert, wobei eine Authentisierung im Rahmen des zweiten Laufs auf Grundlage zu- mindest eines Teils der Verschlüsselungsbasisinformation abgewickelt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein zweiter EAP- Lauf erfolgen, ohne dass auf einem Mesh-Knoten eines Sub- Netzwerks, welcher keine Verbindung zum AAA-Server hat, vorab Sicherheitsmaterial der ersten Kommunikationseinrichtung eingerichtet wurde. Vielmehr muss der betreffende Mesh-Knoten lediglich, wie aus dem WLAN bekannt, nur mit Sicherheitsmate¬ rial konfiguriert werden, welches ihm die Authentisierung ge- genüber einem zentralen AAA-Server ermöglicht.
Vorzugsweise enthält dabei die Verschlüsselungsbasisinforma¬ tion zumindest einen ersten Verschlüsselungsschlüssel, so dass die Authentisierung gegenüber dem AAA-Server für die zweite Kommunikationseinrichtung bereitgestellt wird.
Vorteilhafter Weise wird dabei der erste Verschlüsselungs¬ schlüssel in der ersten Kommunikationseinrichtung gespeichert, so dass er hier für kommende Transaktionen und Kommu- nikationen vorgehalten wird.
Bevorzugt erfolgt dabei die Abwicklung der Authentisierung im zweiten Lauf unter Nutzung des ersten Verschlüsselungsschlüs- sels als so genannten insbesondere geheimen, gemeinsamen Schlüssel („Preshared-Key") .
Werden der Verschlüsselungsbasisinformation zusätzliche Netz- werkattribute bestimmende der ersten Kommunikationseinrichtung zugeordnete erste Parameter, insbesondere eine so ge¬ nannte Policy wie die maximale Bandbreite, QoS-Reservierungen die Gültigkeitsdauer nutzerbezogene Kontoinformationen und/oder Verkehrsfilterregeln beigefügt, kann eine Anpassung der Kommunikation der zweiten Kommunikationseinrichtung mit der ersten Kommunikationseinrichtung derart angepasst durchgeführt werden, dass die erste Kommunikationseinrichtung diese Parameter durchsetzt.
Werden der Verschlüsselungsbasisinformation zusätzliche Netzwerkattribute bestimmende der zweiten Kommunikationseinrichtung zugeordnete zweite Parameter, insbesondere eine so ge¬ nannte Policy wie die maximale Bandbreite, QoS-Reservierungen die Gültigkeitsdauer nutzerbezogene Kontoinformation und/oder Verkehrsfilterregeln beigefügt, so kann sich, wie aus dem
Stand der Technik bekannt, seitens des AAA-Servers die erste Kommunikationseinrichtung auf die Kommunikation mit der zweiten Kommunikationseinrichtung einrichten.
Werden die zweiten Parameter durch einen zweiten Verschlüsselungsschlüssel geschützt als verschlüsselte erste Parameter übertragen, kann die erste Kommunikationseinrichtung die von ihr an die zweite Kommunikationseinrichtung weitergeleiteten Netzwerkattribute nicht manipulieren.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass ein dritter die Kommunikation zwischen zweiter Kommunikationseinrichtung und AAA-Server schützender Verschlüsselungsschlüssel abgeleitet wird, wobei die Ableitung sowohl vom AAA-Server als auch von der zweiten Kommunikationseinrichtung durchgeführt wird. Hierdurch wird eine sichere Kommunikation zu dem AAA-Server eingerichtet, so dass die zweite Kommunika- tionseinrichtung auch weitere Mesh-Knoten authentisieren kann .
Hierzu wird bevorzugt eine vom AAA-Server mittels des dritten Verschlüsselungsschlüssels verschlüsselte Konfiguration der Kommunikation zwischen AAA-Server und zweiter Kommunikationseinrichtung übermittelt .
Dabei besteht eine einfache Ausführungsvariante darin, für den dritten Verschlüsselungsschlüssel den zweiten Verschlüs¬ selungsschlüssel zu verwenden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Kommunikation der Kommunikationseinrichtungen des Sub- Netzwerkes und dem AAA-Server mit Hilfe einer nach Art eines Proxy-Servers funktionierenden Station unter Auslassung des AAA-Servers auf Grundlage des dritten Verschlüsselungsschlüs¬ sel unter Nutzung des Extensible Authentication Protocol EAP- Protokolls funktioniert. Hierdurch wird eine Entkopplung vom AAA-Server, welche in einigen Anwendungsszenarien erwünscht ist, erreicht und gewährleistet, dass diese Kommunikation ge¬ sichert ist .
Funktioniert die Station als Umsetzer zwischen Sub-Netzwerk und Infrastruktur-Netzwerk, wird eine besonders einfache und geeignete Realisierung einer solchen Entkopplung bzw. Entlastung gewährleistet .
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein vierter, die Kommunikation zwischen zweiter Kommunikationseinrichtung und einer als Umsetzer zwischen Sub-Netzwerk und Infrastruktur-Netzwerk funktionierenden Station schützender Verschlüsselungsschlüssel abgeleitet, wobei die Ableitung vom AAA-Server durchgeführt und über eine gemäß EAP-Protokoll definierte EAP-Success-Nachricht übermittelt wird. Hierdurch wird eine Realisierung bereitgestellt, die Szenarien unterstützt, in dem ein Gateway zwischen einem SubNetzwerk und einem Infrastruktur-Netzwerk installiert werden soll, die zudem eine sichere Kommunikation zu diesem Gateway erlaubt .
Vorteilhaft ist es ferner, dass der erste Verschlüsselungs- Schlüssel, der zweite Verschlüsselungsschlüssel, der dritte Verschlüsselungsschlüssel und/oder der vierte Verschlüsse¬ lungsschlüssel von einem dem Sub-Netz zugeordneten Sitzungsschlüssel abgleitet wird, wobei bevorzugt diese Ableitung auf Grundlage eines gemäß EAP-Protokoll gebildeten Master Session Key MSK unter Verwendung einer Schlüsselableitungsfunktion erfolgt oder alternativ bzw. ergänzend auf Grundlage eines gemäß EAP-Protokoll gebildeten Extended Master Session Key EMSK unter Verwendung einer Schlüsselableitungsfunktion umgesetzt wird, so dass eine einfache Implementierung in EAP- Strukturen gewährleistet ist.
Bevorzugt wird dabei als Schlüsselableitungsfunktion eine Funktion gemäß einer kryptographischen, insbesondere der als SHAl, SHA265 oder MD5 Hash-Funktion verwendet. Alternativ o- der ergänzend ist es von Vorteil, wenn als Schlüsselablei¬ tungsfunktion eine Funktion gemäß einer Hash-Nachrichten- authentifizierungscode-Funktion (Keyed-Hash-Funktion) , insbesondere HMAC nach RFC2104 verwendet wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des ersten Verschlüsselungs¬ schlüssels ergibt sich dabei bei Anwendung einer Schlüsselab¬ leitungsfunktion, die durch die Formel
MA-Key = HMAC-SHAl (MSK, "Mesh-Access-Key" )
gebildet wird, wobei mit "MA-Key" der zugeordnete Schlüssel, mit "HMAC-SHAl" die Keyed-Hash-Funktion HMAC-SHAl bezeichnet ist und mit "MSK" der gemäß EAP-Protokoll ermittelte Master Session Key und mit "Mesh-Access-Key" eine Zeichenkette, die insbesondere den Verwendungszweck des Schlüssel wiedergibt, bezeichnet ist. Alternativ dazu kann der erste Schlüssel auch gemäß obiger Formel ermittelt werden nur mit dem Unterschied, dass ein ge¬ mäß dem EAP-Protokoll ermittelter "Extended Master Session Key" statt des MSK verwendet wird, so dass nur der AAA-Server und die zweite Kommunikationseinrichtung den Schlüssel ablei¬ ten können, wogegen im Fall, dass eine Ableitung sowohl seitens der ersten wie auch der zweiten Kommunikationseinrichtung erfolgen soll, die Ableitung, welche auf MSK basiert, zu bevorzugen ist .
Bevorzugt wird auch für die Ermittlung des zweiten Verschlüs¬ selungsschlüssels eine Schlüsselableitungsfunktion verwendet, welche auf der Formel
PP-Key = HMAC-SHAl (EMSK, "Mesh-Policy-Protection-Key" )
gebildet ist, wobei mit "PP-Key" der zugeordnete Schlüssel, mit "HMAC-SHAl" die Keyed-Hash-Funktion HMAC-SHAl bezeichnet ist und mit "EMSK" der gemäß EAP-Protokoll ermittelte "Exten- ded Master Session Key" und mit "Mesh-Policy-Protection-Key" eine Zeichenkette, die insbesondere den Verwendungszweck des Schlüssels wiedergibt, bezeichnet ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Anordnung zum Bereitstellen eines drahtlosen lokalen
Netzwerks, welche Mittel zur Durchführung des Verfahrens auf¬ weist, dadurch gelöst, dass es die Realisierung des Verfahrens erlaubt .
Weitere Vorteile sowie Details der Erfindung werden ausgehend von den in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausgangsszenarien gemäß dem Stand der Technik anhand des in Figur 4 darge¬ stellten Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 ein Mesh-Netzwerk Szenario,
Figur 2 ein Ablaufdiagram einer Mesh-Authentisierung gemäß Draft DO.01 IEEE802.11S, Figur 3 ein Ablaufdiagram einer WLAN Authentisierung nach dem Stand der Technik,
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
In Figur 4 ist zu erkennen, dass ausgehend von einem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Szenario gemäß dem Stand der Technik eine Anmeldung derart erfolgt, dass in einem ersten Lauf 1 eine Einrichtung einer Verbindung gemäß 802.11 zwischen einer ersten Kommunikationseinrichtung MP-B sowie einer zweiten Kommunikationseinrichtung MP-A erfolgt und im An- schluss hieran eine gemäß EAP durchgeführte Authentisierung EAP AUTHENTICATIONl, wie im Stand der Technik bekannt, derart erfolgt, dass die erste Kommunikationseinrichtung MP-B in einer Rolle eines Authenticators AUTH die in einer Rolle als Supplicant SUPP sich befindende zweite Kommunikationseinrich¬ tung MP-A authentisiert . Die Kommunikation läuft hierbei zu einem AAA-Server AAA-S, der als Authentication-Server dient und als Antwort dieses ersten Authentisierungsversuchs EAP AUTHENTICATIONl eine EAP-Success-Nachricht EAP SUCCESS mit einer Verschlüsselungsbasisinformation MSKl, MA-Key [POLICY- A] [AST POLICY-B] an die erste Kommunikationseinrichtung ü- berträgt, welche diese speichert und lediglich optional die verschlüsselte Netzwerkattribute enthaltende Nachricht AST (POLICY-B) an die zweite Kommunikationseinrichtung MP-A überträgt, so dass im nächsten Schritt ein 4-Wege-Handshake 4WHS- 1 (MSKl) stattfinden kann.
Erfindungsgemäß kann nun bei dem gemäß EAP vorgesehenen Tausch der Rollen des Authenticators bzw. Supplicants die zweite EAP-Authentisierung EAP AUTHENTICATION 2 erfolgen, ohne dass die zweite Kommunikationseinrichtung eine Verbindung zu dem AAA-Server aufweisen muss bzw. diesen nutzen muss.
Hierbei wird bei dem zweiten Lauf 2 die zweite EAP-Authenti¬ sierung EAP AUTHENTICATION 2 auf Basis eines eigens für die- sen Zweck gemäß der Erfindung abgeleiteten ersten Schlüssels MA-KEY sowie optional der gesicherten Policy AST (POLICY-B) , so dass der AAA-Server AAA-S entlastet ist.
Zu erkennen ist, dass nach dieser zweiten EAP-Authentisierung EAP AUTHENTICATION 2, die eine nicht dargestellte EAP- Success-Nachricht mit einem zweiten Sitzungsschlüssel zur Folge hat, der 4-Wege-Handshake des zweiten Laufs 4WHS-2 (MSK2) erfolgen kann, so dass im Folgenden eine geschützte Kommunikation auf Grundlage eines ersten oder eines zweiten
Sitzungsschlüssels zwischen der Kommunikationseinrichtung MP- B und der zweiten Kommunikationseinrichtung MP-A erfolgen kann .
Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass durch das erfin¬ dungsgemäße Verfahren ein zusätzlicher Mesh-Access-Key MA-KEY eingerichtet wird, wobei dieser vorzugsweise aus dem erwei¬ terten Sitzungsschlüssel EMSK durch eine Schlüsselableitungs¬ funktion KDF abgeleitet und von AAA-Server AAA-S an die zwei- te Kommunikationseinrichtung MP-B als Teil der EAP-Success- Nachricht EAP-SUCCESS übertragen wird. Dabei erfolgt die Ab¬ leitung durch die erste Kommunikationseinrichtung MP-A sowie den AAA-Server AAS.
In vorteilhafter Weise geeignet für die Erfindung sind dabei als Schlüsselableitungsfunktion insbesondere kryptographische Hash-Funktionen wie beispielsweise SHA-I, SHA256, MD5 oder darauf basierende Keyed-Hash-Funktion wie beispielsweise HMAC nach RFC2104.
Eine konkrete Implementierung, die sich besonders eignet, wä¬ re daher zum Beispiel
MA-KEY = HMAC-SHAl (EMSK, "Mesh-Access-Key" )
Dabei ist „Mesh-Access-Key" eine Zeichenkette, die den Ver¬ wendungszweck angibt. Erfindungsgemäß können aber auch optional weitere Parameter in die Schlüsselableitung (Key Derivation) als Teil der Zeichenkette eingeschlossen werden. Hierfür eignet sich insbesondere die MAC-Adresse des Authenticators AUTH, das heißt desjenigen Mesh-Knotens, der in dem jeweiligen EAP-Lauf die Rolle des Authenticators wahrnimmt, wie hier zum Beispiel die erste Kommunikationseinrichtung MP-B. Geeignet wäre auch die MAC-Adresse des Supplicants SUPP, das heißt desjenigen Mesh- Knotens, der in dem EAP-Lauf die Rolle des Supplicant ein- nimmt, in der Darstellung die zweite Kommunikationseinrichtung MP-A, soweit diese Information bei der erstmaligen EAP- Authentisierung EAP AUTHENTICATION 1 an den AAA-Server AAA-S gesendet wird.
Ein derartig erfindungsgemäß abgeleiteter Mesh-Access-Key MA- KEY wird dann als so genannter Pre-Issued-Key für eine zweite EAP Authentisierung EAP-AUITHENTICATION2 verwendet. Dabei ist eine geeignete EAP-Methode die Methode EAP-PSK. Ferner sind in vorteilhafter Weise für das erfindungsgemäße Verfahren auch die derzeit von der IETF Working Group EMU sich in Entwicklung befindenden EAP-Methoden (vgl. http : //www. ietf . org/html . charters/emu-charter . html)
Alternativ lässt sich auch gemäß der Erfindung der Mesh- Access-Key MA-KEY auch aus dem Sitzungsschlüssel MSK an Stel¬ le des erweiterten Sitzungsschlüssels EMSK ableiten, wobei dies den Vorteil hat, dass die zweite Kommunikationseinrich¬ tung MP-B diesen Schlüssel selbstständig ableiten kann.
Bezüglich der Policy, welche vom AAA-Server AAA-S für den
Supplicant SUPP gedacht ist, lässt sich bezüglich der Erfin¬ dung feststellen, dass der AAA-Server AAA-S eine für die erste Kommunikationseinrichtung MP-A gedachte Policy POLICY-A an die zweite Kommunikationseinrichtung MP-B senden kann, wie dies bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist. Erfin¬ dungsgemäß kann, wie gezeigt, auch darüber hinaus der AAA- Server AAA-S auch eine Policy für die zweite Kommunikations¬ einrichtung MP-B POLICY-B senden, wobei diese durch die erste Kommunikationseinrichtung MP-A in der Kommunikation mit der zweiten Kommunikationseinrichtung MP-B durchgesetzt wird.
Dabei sieht die Erfindung vor, dass diese Policy POLICY-B nicht vom AAA-Server AAA-S direkt an die zweite Kommunikati¬ onseinrichtung MP-B gesendet werden kann, so dass erfindungsgemäß vorgesehen ist, sie zunächst an die zweite Kommunikati¬ onseinrichtung MP-B zu senden, welche diese dann an die erste Kommunikationseinrichtung MP-A weitersendet.
Vorteilhaft sieht dabei die Erfindung als weitere Ausgestal¬ tung vor, dass, um eine Manipulation dieser Policy POLICY-B zu vermeiden, diese mit einer kryptographischen Prüfsumme (Message Authentication Code, MAC) zu sichern, so dass damit eine so genannte Asserted Policy AST(POLICY-B) erzeugt wird. Dabei ist als Schlüssel vorzugsweise ein weiterer Schlüssel PP-KEY (Policy Protection Key) aus dem erweiterten Sitzungsschlüssel EMSK abzuleiten.
Eine konkrete Ausgestaltung dieser Ableitung ist durch die Formel
PP-KEY = HMAC-SHAl (EMSK, "Mesh-Policy-Protection-Key" )
geeignet, wobei dieser weitere Schlüssel PP-KEY nicht von dem AAA-Server AAA-S an die zweite Kommunikationseinrichtung MP-B übertragen wird.
Die geschützte Policy B AST(POLICY-B) wird dann von der zwei- ten Kommunikationseinrichtung MP-B an die erste Kommunikationseinrichtung MP-A übertragen und kann durch die krypto- graphische Prüfsumme und aufgrund der Tatsache, dass die zweite Kommunikationseinrichtung MP-B den weiteren Schlüssel PP-KEY nicht kennt, die geschützte Policy AST (Policy-B) nicht manipulieren, obwohl diese die zweite Kommunikationseinrichtung MP-B betrifft. Das erfindungsgemäße Einrichten einer sicheren Kommunikation zu dem AAA-Server AAA-S stellt sich dabei wie folgt dar.
Für die Fälle, dass sich die anmeldende erste Kommunikations- einrichtung MP-A auch weitere Mesh-Knoten authentisieren können soll, so muss ihm grundsätzlich erstmal eine Kommunikati¬ on zu dem AAA-Server AAA-S ermöglicht werden.
Es ist bekannt, die entsprechenden Parameter wie die Adresse des AAA-Servers AAA-S sowie ein Shared Secret zum Schutz der Kommunikation explizit zu konfigurieren. Dies ist jedoch unpraktisch und skaliert schlecht für eine große Anzahl von Mesh-Knoten .
Erfindungsgemäß wird daher ein Schlüssel AAA-Key zur sicheren Kommunikation zwischen Mesh-Knoten und dem AAA-Server AAA-S eingerichtet, wobei sich der erfindungsgemäß wie folgt aus dem erweiterten Sitzungsschlüssel EMSK ableitet.
AAA-KEY = HMAC-SHAl (EMS, "Mesh-AAA-Key" )
Auch dieser Schlüssel wird von dem AAA-Server AAA-S und der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A berechnet und zum Schutz der Kommunikation zwischen diesen beiden Knoten ver- wendet .
Weitere Parameter zur Kommunikation mit dem AAA-Server AAA-S wie beispielsweise die IP-Adresse AAA-Servers AAA-S oder wei¬ teres Schlüsselmaterial können durch den Schlüssel AAA-Key ebenfalls geschützt von dem AAA-Server AAA-S an die erste
Kommunikationseinrichtung MP-A übertragen werden. Dies kann ähnlich wie für die gesicherte Policy AST (POLICY-B) erfolgen, so dass eine gesicherte Konfiguration AST (AAA-CONFIG) über¬ tragen wird, wobei diese von einem anderen Schlüssel, nämlich dem genannten AAA-KEY entsprechend geschützt wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird für den Fall, dass der AAA-KEY übertragen werden muss, zusätzlich zum Integritätsschutz auch die Vertraulichkeit gesichert werden. Ferner ist es erfindungsgemäß denkbar, auch einen weiteren abgeleiteten Schlüssel als (Radius) Shared-Secret für die Kommunikation zu verwenden. Auch ist es denkbar, als AAA-KEY den weiteren Schlüssel PP-KEY zu verwenden.
Erfindungsgemäß stellt sich ein Einrichten einer sicheren Kommunikation zu einem AAA-PROXY, der in manchen Szenarien, in denen es erwünscht ist, dass ein Mesh-Knoten nicht direkt mit dem AAA-Server AAA-S kommuniziert, sondern über einen zwischengeschaltete Station AAA-PROXY wie folgt dar.
Um die Funktionalität eines Proxys AAA-PROXY beispielsweise auf einem Mesh-Gateway zu ermöglichen, wird der AAA-KEY als Teil der EAP-Success-Nachricht EAP-SUCCESS von AAA-S an den AAA-Proxy gesendet. Die Station AAA-PROXY speichert dabei diesen Schlüssel zur späteren Kommunikation mit der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A, die, wie oben beschrieben, gesichert möglich ist. Vorzugsweise entfernt dabei die Stati- on AAA-PROXY dieses Attribut, bevor er die Nachricht an die zweite Kommunikationseinrichtung MP-B weiterleitet.
Alternativ könnte der AAA-KEY auch aus dem Sitzungsschlüssel MSK statt dem erweiterten Sitzungsschlüssel EMSK abgeleitet werden. Dies hätte den Vorteil, dass die Ableitung nicht nur durch den AAA-Server AAA-S, sondern auch von der Station AAA- PROXY selbst vorgenommen werden kann. In diesem Fall sollte aber der Sitzungsschlüssel MSK von der Station AAA-PROXY ent¬ fernt werden und durch einen weiteren aus dem Sitzungsschlüs- sei MSK abgeleiteten Schlüssel ersetzt werden. Dies muss der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A mitgeteilt werden, wobei dies zum Beispiel über die gesicherte Konfiguration AST(AAA-CONFIG) gesichert mit dem durch den ursprünglichen Sitzungsschlüssel MSK erfolgt.
Erfindungsgemäß wird auch auf Szenarien Rücksicht genommen, bei denen es erwünscht sein kann, zusätzlich eine Sicherheitsbeziehung zu einem Mesh-Gateway-Knoten einzurichten, wo- bei dies, wie oben für einen Station AAA-PROXY beschrieben, ermöglicht wird, wenn der Gateway-Knoten GW im AAA-Nachrich- tenpfad liegt. Der GW-Knoten GW kann den entsprechenden Schlüssel dabei aus der Success-Nachricht EAP-SUCCESS und für die Kommunikation benutzen. Dieser GW-Schlüssel stellt sich bei einer vorteilhaften Konkretisierung wie folgt dar.
GW-KEY = HMAC-SHAl (EMSK, "Mesh-GW-Key" )
Dieser GW-Schlüssel GW-KEY kann insbesondere verwendet wer¬ den, um die Kommunikation der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A mit dem Infrastrukturnetz INFRASTRUCTURE NETWORK zu schützen, beispielsweise mit Hilfe von IP-SEC, so dass Zwi¬ schenknoten des Mesh-Netzes dadurch keinen Zugriff auf die Klartextdaten von der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A haben .
Die Erfindung löst damit das Problem einer Mesh-Netzwerk- Anmeldung, bei der nur einer der beiden Mesh-Knoten Konnekti- vität zu einem zentralen AAA-Server AAA-S besitzt, wobei dies im Wesentlichen durch folgende Kernschritte erreicht wird.
a) Bei einem ersten EAP-Lauf übernimmt derjenige Mesh-Knoten die Authenticator-Rolle AUTH, welcher über Konnektivität zum AAA-Server AAA-S verfügt.
Bei dem ersten EAP-Lauf wird des weiteren Sicherheitsmaterial (Schlüssel, optional eine Policy) eingerichtet, welche in ei¬ nem zweiten EAP-Lauf verwendet wird.
Das Sicherheitsmaterial wird dabei dem lokalen Authenticati- on-Server AS übergeben, um den zweiten EAP-Lauf zu ermöglichen .
Ferner wird, wenn das Sicherheitsmaterial eingerichtet ist, dabei ist hier der Authentication-Server AS lokal realisiert, das heißt, auf demjenigen Mesh-Knoten (Authenticator) , der über keine Verbindung zum AAA-Server AAA-S verfügt. Dabei können durch diese erfindungsgemäße Vorgehensweise die EAP-Läufe nicht mehr parallel durchgeführt werden, sondern lediglich sequenziell in der vorgegebenen Reihenfolge. Dies stellt aber kein Problem dar, da die beiden EAP-Läufe belie¬ big ineinander verschachtelt werden können. Eine Implementie¬ rung der Erfindung in bestehende EAP-Systeme ist daher auf¬ wandsarm möglich, denn die beliebige Verschachtelung schließt auch die Möglichkeit ein, sie nacheinander durchzuführen.
Zusammenfassend lässt sich auch sagen, dass erfindungsgemäß auch weiteres Sicherheitsmaterial für die Kommunikation zwi¬ schen der ersten Kommunikationseinrichtung MP-A und dem AAA- Server AAA-S beziehungsweise einer Station AAA-PROXY oder ei- nem Gateway GW eingerichtet werden kann.
Die Vorteile der Erfindung lassen sich dabei wie folgt zusammenfassen :
Ein Vorteil liegt darin, dass der zweite EAP-Lauf erfolgen kann, ohne dass auf demjenigen Mesh-Knoten, der keine Verbindung zu einem AAA-Server AAA-S hat, vorab Sicherheitsmaterial eines anderen Mesh-Knotens eingerichtet werden muss. Durch die Erfindung ist es lediglich erforderlich, wie bei einer normalen WLAN-Station üblich, nur mit Sicherheitsmaterial konfiguriert werden, die ihm eine Authentisierung gegenüber dem zentralen AAA-Server AAA-S ermöglicht .
Das heißt, der AAA-Server AAA-S muss nicht auf Mesh-Knoten repliziert werden, so dass auch eine umfangreiche Datenbank und somit ein erhöhter Speicherbedarf nicht mehr notwendig sind. Ferner wird die Gefahr vermieden, Mesh-Knoten, auf denen AAA-Server Funktionalität repliziert ist, sich als AAA- Server für andere Dienste, wie beispielsweise IPsec VPN auf Basis von IKEv2 missbräuchlich auszugeben und damit die Sicherheit dieser Dienste zu verringern. Auch wird es vermie¬ den, dass sicherheitsrelevante Daten anderer Geräte auf un- terschiedlich vertrauenswürdigen Mesh-Knoten, zum Beispiel Endnutzergeräten untergebracht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bereitstellen eines drahtlosen lokalen Netzwerks, bei dem nach dem IEEE 802.11 Standard und seinen Deri- vaten, insbesondere IEEE 802.15 oder IEEE 802.16, ausgestal¬ tete stationäre Kommunikationseinrichtungen (AP) sowie mobile Kommunikationseinrichtungen (STA, AP, MP-A, MP-B) nach Art des Mesh als Subnetzwerk (MESH NODES) verbunden sind und an ein Infrastrukturnetzwerk (INFRASTRUKTUR NETZWERK) derart ü- ber eine erste Kommunikationseinrichtung (MP-B, AAA-PROXY) der Kommunikationseinrichtungen angeschlossen wird, dass es mit einem im Infrastrukturnetzwerk (INFRASTRUKTUR NETZWERK) angeordneten „Authentication, Authorisation, Accounting AAA"- Server (AAA-S) unter Nutzung des „Extensible Authentication Protocol - EAP" Protokolls Authentisierungsnachrichten austauschen kann dadurch gekennzeichnet, dass a) ein bei einer Anmeldung gemäß EAP definierter erster Lauf
(1) erfolgt bei dem die erste Kommunikationseinrichtung (MP- B) in der gemäß des EAP Protokolls definierten Rolle eines „Authenticators" (AUTH) mit dem AAA-Server (AAA-S) kommuni¬ ziert, b) der AAA-Server (AAA-S) im ersten Lauf eine Verschlüsse¬ lungsbasisinformation (MA-KEY, MSKl, POLICY-A, AST(POLICY-B)) für das Subnetz (MESH NODES) generiert, c) die Verschlüsselungsbasisinformation (MA-KEY, MSKl,
POLICY-A, AST (POLICY-B) ) der ersten Kommunikationseinrichtung (MP-B) übermittelt wird, d) ein bei einer Anmeldung gemäß EAP definierter zweiter Lauf
(2) erfolgt, bei dem die erste Kommunikationseinrichtung (MP- B) in der gemäß des EAP Protokolls definierten Rolle eines
„Supplicants" (SUPP) unter Auslassung einer Kommunikation mit dem AAA-Server (AAA-S) mit einer zweiten Kommunikationseinrichtung (MP-A) kommuniziert, wobei eine Authentisierung im Rahmen des zweiten Laufs (2) auf Grundlage zumindest eines Teils der Verschlüsselungsbasisinformation (MA-KEY, MSKl, POLICY-A, AST(POLICY-B)) abgewickelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsselungsbasisinformation (MA-KEY, MSKl, POLICY-A, AST(POLICY-B)) zumindest einen ersten Verschlüsselungsschlüs¬ sel (MA-KEY) enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschlüsselungsschlüssel (MA-KEY) in der ers¬ ten Kommunikationseinrichtung (MP-B) gespeichert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwicklung der Authentisierung im zweiten Lauf unter Nutzung des ersten Verschlüsselungsschlüs¬ sels (MA-KEY) als gemeinsamen, insbesondere geheimen, Schlüssel „pre-shared Key" erfolgt .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlüsselungsbasisinformation
(MA-KEY, MSKl, POLICY-A, AST(POLICY-B)) zusätzlich Netzwerkattribute bestimmende der ersten Kommunikationseinrichtung (MP-B) zugeordnete erste Parameter, insbesondere eine so ge¬ nannte Policy (AST (POLICY-B) ) wie die maximale Bandbreite, QoS-Reservierungen, die Gültigkeitsdauer, nutzerbezogene Kontoinformationen und/oder Verkehrsfilterregel, beigefügt wer¬ den .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlüsselungsbasisinformation
(MA-KEY, MSKl, POLICY-A, AST(POLICY-B)) zusätzlich Netzwerkattribute bestimmende der zweiten Kommunikationseinrichtung (MP-A) zugeordnete zweite Parameter, insbesondere eine so ge¬ nannte Policy (POLICY-A) wie die maximale Bandbreite, QoS- Reservierungen, die Gültigkeitsdauer, nutzerbezogene Kontoinformationen und/oder Verkehrsfilterregel, beigefügt werden.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Parameter (POLICY-B) durch einen zweiten Verschlüsselungsschlüssel geschützt als ver- schlüsselte erste Parameter (AST(POLICY-B)) übertragen werden .
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass die zweiten Parameter (AST(POLICY-B)) von der ersten Kommunikationseinrichtung (MP-B) zur zweiten Kommunikationseinrichtung (MP-A) übertragen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter die Kommunikation zwischen zweiter Kommunikationseinrichtung (MP-A) und AAA-Server (AAA- S) schützender Verschlüsselungsschlüssel abgeleitet wird, wo¬ bei die Ableitung sowohl vom AAA-Server (AAA-S) als auch von der zweiten Kommunikationseinrichtung (MP-A) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der AAA-Server (AAA-S) mittels dem dritten Verschlüsselungsschlüssel verschlüsselte Konfiguration (AST (AAA-CONFIG) ) der Kommunikation zwischen AAA-Server (AAA- S) und zweiter Kommunikationseinrichtung (MP-B) übermittelt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verschlüsselungsschlüssel dem zweiten Verschlüsselungsschlüssel entspricht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation der Kommunikationseinrichtungen (MP-A, MP-B) des Subnetzwerkes (MESH NODE) und dem AAA-Server (AAA-S) mit Hilfe einer nach Art eines Proxy- Servers funktionierenden Station (AAA-PROXY) unter Auslassung des AAA-Servers (AAA-S) auf Grundlage des dritten Verschlüs¬ selungsschlüssels unter Nutzung des „Extensible Authenticati- on Protocol - EAP" Protokolls funktioniert.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Station als Umsetzer (GW) zwischen Subnetzwerk (MESH NODES) und Infrastrukturnetzwerk (INFRASTRUCTURE NETWORK) funktioniert.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter die Kommunikation zwischen zweiter Kommunikationseinrichtung (MP-A) und einer als Umsetzer (GW) zwischen Subnetzwerk (MESH NODES) und Infrastrukturnetzwerk (INFRASTRUCTURE NETWORK) funktionierenden Station (GW) schützender Verschlüsselungsschlüssel abgeleitet wird, wobei die Ableitung vom AAA-Server (AAA-S) durchgeführt und über eine gemäß EAP-Protokoll definierte EAP-Success-Nach- richt (EAP-SUCCESS) übermittelt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der erste Verschlüsselungsschlüs¬ sel, der zweite Verschlüsselungsschlüssel, der dritte Ver¬ schlüsselungsschlüssel und/oder der vierte Verschlüsselungs¬ schlüssel von einem dem Subnetz zugeordneten Sitzungsschlüssel (EMSK, MSK) abgeleitet werden.
16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung auf Grundlage einer den ge¬ mäß EAP-Protokoll gebildeten „Master Session Key, MSK" verwendenden Schlüsselableitungsfunktion (KDF) erfolgt.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung auf Grundlage einer den gemäß EAP-Protokoll gebildeten „Extended Master Session Key, EMSK" verwendenden Schlüsselableitungsfunktion (KDF) er- folgt.
18. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Schlüsselableitungsfunktion (KDF) eine Funktion gemäß einer kryptographischen, insbesondere SHA-I oder MD5, Hash-Funktion verwendet wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schlüsselableitungsfunktion (KDF) eine Hash-Nachrichtenauthentifizierungscode-Funktion „Keyed-Hash-Funktion", insbesondere HMAC gemäß RFC2104, verwendet wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschlüsselungsschlüs¬ sel gemäß folgender auf Schlüsselableitungsfunktionen basierender Formel
MA-Key = HMAC-SHAl (MSK, „Mesh-Access-Key") gebildet wird, wobei mit
MA-Key der zugeordnete Schlüssel, HMAC-SHAl eine Keyed Hash Funktion HMAC unter Verwendung der Hash-Funktion SHA-I,
bezeichnet ist, und mit
MSK der gemäß EAP-Protokoll ermittelte „Mas¬ ter Session Key" und mit
Mesh-Access-Key eine Zeichenkette, die insbesondere den Verwendungszweck des Schlüssels wieder- gibt, bezeichnet ist.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschlüsselungsschlüs- sei gemäß folgender auf Schlüsselableitungsfunktionen basierender Formel
MA-Key = HMAC - SHAl (EMSK, „Mesh-Access-Key") gebildet wird, wobei mit
MA-Key der zugeordnete Schlüssel, HMAC-SHAl eine Keyed Hash Funktion HMAC unter Verwendung der Hash-Funktion SHA-I, bezeichnet ist, und mit
EMSK der gemäß EAP-Protokoll ermittelte „Ex- tended Master Session Key" und mit Mesh-Access-Key eine Zeichenkette, die insbesondere den
Verwendungszweck des Schlüssels wiedergibt, bezeichnet ist.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verschlüsselungsschlüs¬ sel gemäß folgender auf Schlüsselableitungsfunktionen basie- render Formel
PP-Key = HMAC-SHAl (EMSK, „Mesh-Policy-Protection-Key") gebildet wird, wobei mit
PP-Key der zugeordnete Schlüssel,
HMAC-SHAl eine Keyed Hash Funktion HMAC unter Ver- wendung der Hash-Funktion SHA-I, bezeichnet ist, und mit
EMSK der gemäß EAP-Protokoll ermittelte „Ex- tended Master Session Key" und mit Mesh-Policy- Protection-Key eine Zeichenkette, die insbesondere den
Verwendungszweck des Schlüssels wiedergibt, bezeichnet ist.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verschlüsselungsschlüs¬ sel gemäß folgender auf Schlüsselableitungsfunktionen basierender Formel
AAA-Key = HMAC-SHAl (EMSK, „Mesh-AAA-Key") gebildet wird, wobei mit
AAA-Key der zugeordnete Schlüssel,
HMAC-SHAl eine Keyed Hash Funktion HMAC unter Verwendung der Hash-Funktion SHA-I, bezeichnet ist, und mit EMSK der gemäß EAP-Protokoll ermittelte „Ex- tended Master Session Key" und mit
Mesh-AAA-Key eine Zeichenkette, die insbesondere den Verwendungszweck des Schlüssels wiedergibt, bezeichnet ist.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Verschlüsselungsschlüs- sei gemäß folgender auf Schlüsselableitungsfunktionen basierender Formel
GW-Key = HMAC-SHAl (EMSK, „Mesh-GW-Key") gebildet wird, wobei mit GW-Key der zugeordnete Schlüssel,
HMAC-SHAl eine Keyed Hash Funktion HMAC unter Verwendung der Hash-Funktion SHA-I, bezeichnet ist, und mit
EMSK der gemäß EAP-Protokoll ermittelte „Ex- tended Master Session Key" und mit
Mesh-GW-Key eine Zeichenkette, die insbesondere den Verwendungszweck des Schlüssels wiedergibt, bezeichnet ist.
25. Anordnung zum Bereitstellen eines drahtlosen lokalen Netzwerks, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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