サービスプロバイダから受け取ったチャレンジに対する応答を発生させる擬似シークレットキー発生のための方法および装置
【課題】ワイヤレスデバイスが、任意のサーバと通信するアプリケーションを実行する時、通信を認証し、セキュリティを確保する。
【解決手段】加入者局１１０、１１２を、第１および第２のセキュリティプロトコル２１０、ｆ２を持つ処理システムで構成する。処理システムは、第１のセキュリティプロトコル２１０を使用して、サービスプロバイダから受け取ったチャレンジから擬似シークレットキーを発生させ、第２のセキュリティプロトコルｆ２を使用して、擬似シークレットキーからチャレンジに対する応答を発生させる。
【解決手段】加入者局１１０、１１２を、第１および第２のセキュリティプロトコル２１０、ｆ２を持つ処理システムで構成する。処理システムは、第１のセキュリティプロトコル２１０を使用して、サービスプロバイダから受け取ったチャレンジから擬似シークレットキーを発生させ、第２のセキュリティプロトコルｆ２を使用して、擬似シークレットキーからチャレンジに対する応答を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００４年９月２日に出願された米国仮特許出願シリアル番号第６０／６０６，９７１号に対して優先権を主張している。この特許出願は、参照によりここに組み込まれている。
【分野】
【０００２】
本開示は、一般的に、ワイヤレス電気通信に関する。さらに詳細に述べると、ワイヤレス電気通信におけるセキュリティに関する。
【０００３】
ワイヤレスデバイスがより高性能になり、任意のサーバと通信するアプリケーションの実行が可能になると、このような通信を認証し、セキュリティ保護する必要がある。さらに、これは、ワイヤレスデバイスおよびアプリケーションサーバが、これらのみに与えられているシークレットキーを共有することを必要とし、そして、このキーは、ワイヤレスデバイスおよびアプリケーションサーバの双方によって既に認証され信頼されている第三者によって、分配されることが必要である。ワイヤレスデバイスのネットワークオペレータは、キーを配布できるよい立場にある。第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）が、認証キー合意（ＡＫＡ）プロトコルに基づいて、キーの配布を行うメカニズムを標準化している最中である。３ＧＰＰは、移動体通信（ＧＳＭ（登録商標））用のグローバルシステムの国際仕様を開発する目的で多数の電気通信標準規格をもたらす共同合意である。３ＧＰＰは、欧州電気通信標準機構（ＥＴＳＩ）によって先駆けて開発された。
【０００４】
第３世代パートナーシップ２（３ＧＰＰ２）は、北米およびアジアの関心事を示している共同合意である。これは、アナログ、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）およびコード分割多元接続（ＣＤＭＡ）をサポートするＡＮＳＩ／ＴＩＡ／ＥＩＡ−４１ネットワークのグローバル仕様を開発するために確立された。３ＧＰＰが正式にＡＫＡを採択した一方で、中には、ＡＫＡの採用に対する反対もあり、場合によっては、ＣＡＶＥの脆弱性が周知であるにもかかわらず、セルラ認証および音声暗号化（ＣＡＶＥ）レガシープロトコルの継続使用を促す取り組みもある。ＣＡＶＥが持つ最大の１つの問題は、おそらく、ＣＡＶＥのマスターキーが、６４ビットしかないことである。このことが、現在および今後の使用に適さないセキュリティであるとみなされる。同時に、特に、ワイヤレスデバイスが、ＣＡＶＥアルゴリズムをサポートするユーザ識別モジュール（ＵＩＭ）を組み込んでいるときに、ＡＫＡの配置による旧版互換性の問題がある。ＵＩＭは、使用する認証証明書およびアルゴリズムを含んでいる。
【０００５】
したがって、ＣＡＶＥを用いているレガシーデバイスにおいて、より優れたセキュリティを提供するテクノロジーが技術的に必要である。このテクノロジーが、ＡＫＡのように、暗号的に証明されることが望ましい。
【概要】
【０００６】
本発明の１つの観点において、加入者局は、第１および第２のセキュリティプロトコルを持つ処理システムを具備し、処理システムは、第１のセキュリティプロトコルを使用して、サービスプロバイダから受け取ったチャレンジから擬似シークレットキーを発生させ、第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャレンジに対する応答を発生させるように構成されている。
【０００７】
本発明の別の観点では、セキュリティ保護された通信の方法は、サービスプロバイダからチャレンジを受け取ることと、第１のセキュリティプロトコルを使用して、チャレンジから擬似シークレットキーを発生させることと、第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャンレンジに対する応答を発生させることとを含む。
【０００８】
本発明の他の実施形態が、以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになることが理解される。この詳細な説明では、本発明のさまざまな実施形態を例示によって示し、記述している。認識するように、本発明は、本発明の精神および範囲からまったく逸脱することなく、他の実施形態および異なった実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細な説明は、他のさまざまな観点における修正が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、限定としてではなく、本質的に例示であるとしてみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の観点は、添付図面において、限定されている方法ではなく、例示的な方法によって図示されている。
【図１】図１は、電気通信システムの例を図示している概念的なブロック図である。
【図２】図２は、電気通信システムにわたって通信をサポートする標準化されているＣＡＶＥアルゴリズムの例を図示している機能ブロック図である。
【図３】図３は、ＣＡＶＥアルゴリズムを使用して、擬似シークレットキーを発生させる認証センターの例を図示している機能ブロック図である。
【図４】図４は、擬似シークレットキーを使用して、認証ベクトルを発生させる認証センターの例を図示している機能ブロック図である。
【図５】図５は、加入者局と移動体スイッチングセンターとの間のチャレンジ／応答トランザクションの例を図示している機能ブロック図である。
【図６】図６は、セキュリティ保護された通信の例示的方法を図示している。
【詳細な説明】
【００１０】
添付した図面に関連して以下に示した詳細な説明は、本発明のさまざまな実施形態の説明として意図されており、本発明を実施できる実施形態のみを示すことを意図しているのではない。詳細な説明は、本発明の完全な理解を提供する目的で特定の詳細な説明を含んでいる。しかしながら、これらの特定の詳細な説明がなくても、本発明を実施できることは、当業者に明らかである。いくつかの例では、本発明の概念が不明瞭になることを避けるために、周知の構造およびコンポーネントをブロック図の形態で示している。
【００１１】
以下の詳細な説明では、ＣＤＭＡ電気通信システムに関して、さまざまな暗号化メカニズムを記述している。ＣＤＭＡは、スペクトル拡散通信に基づく変調および多元アクセス方式であり、技術的によく知られている。この開示全体を通して記述している暗号化メカニズムは、ＣＤＭＡ電気通信システムにおける使用に大変適しており、さらに、これらの技術が、他のワイヤレスネットワークにも同様に適用可能であることを、当業者は容易に正しく認識するであろう。したがって、これらの発明の観点には広範囲の用途があるという認識のもとに、ＣＤＭＡ電気通信システムの任意の参照は、本発明のさまざまな発明の観点を図示することのみを意図している。
【００１２】
図１は、電気通信システムの例を図示している概念的なブロック図である。このシステムでは、ユーザは、加入者局１０４上でワイヤサブシステム１０２と通信している。ワイヤサブシステム１０２は、公衆電話交換ネットワーク（ＰＳＴＮ）のような回線交換ネットワーク１０６、ならびに／あるいはインターネット、または企業イントラネットのようなパケット交換ネットワーク１０８を備えていてもよい。加入者局は、電話機、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ラップトップ、コンピュータ、ゲームコンソール、ページャー、カメラ、計測装置、または他の何らかのタイプの移動体端末であってもよい。
【００１３】
加入者局１０４は、ワイヤレスサブシステム１１４との無線通信をサポートするトランシーバ１０９を備えている。処理システム１０８は、さまざまな信号処理機能を提供するために使用される。処理システム１０８は、加入者局１０４に組み込まれているプロセッサ１１０、および（示していない）その自己のプロセッサを備えたＵＩＭ１１２を備えている。ＵＩＭ１１２は、加入者局１０４から取り外し可能であってもよく、取り外し不可能であってもよい。取り外し可能なＵＩＭは、技術的にＲ−ＵＩＭと呼ばれることが多い。いずれにしても、ＵＩＭ１１２は、一般的に、不正変更が加えられることを防ぐように、そして暗号化キーに対する適度なレベルの保護が可能であるように設計されている。
【００１４】
ワイヤレスサブシステム１１４は、回線交換ネットワーク１０６および／またはパケット交換ネットワーク１０８と加入者局１０４との間の通信をサポートするために使用される。この例では、回線交換ネットワーク１０６に対する、および／またはインターワーキング機能（ＩＷＦ）１１８を通してのパケット交換ネットワーク１０８に対するアクセスを行う移動スイッチングセンター（ＭＳＣ）１１６をサービスプロバイダとして示している。しかし、当業者が正しく認識するように、ワイヤサブシステム１０２に加入者局１０４をインターフェイスするために任意のサービスプロバイダを使用してもよい。したがって、この開示全体で記述しているＭＳＣ１１６に関するすべての認証および暗号化手順は、ワイヤレスサブシステム１１４における任意のサービスプロバイダに等しく適用可能である。
【００１５】
ワイヤレスサブシステムは基地局制御装置（ＢＳＣ）１１８も備え、基地局制御装置（ＢＳＣ）１１８は、無線リソースの割り当ておよび管理によって、１つ以上の基地局トランシーバ（ＢＴＳ）を制御する。各ＢＴＳは、ワイヤレスサブシステム１１４全体を通して無線カバレージを提供するように、単一の位置に配置される１つ以上のトランシーバを備えている。簡単にするために、加入者局１０４と通信している単一のＢＴＳ１２０を示している。
【００１６】
ワイヤレスサブシステム１１４は、ホーム位置登録装置（ＨＬＲ）１２２も備えている。ＨＬＲ１２２は、さまざまなサービスプロバイダに対して有効な加入者の記録を管理するために使用される。ＨＬＲ１２２は、電子シリアル番号（ＥＳＮ）、加入者局の電話番号、加入者局の現在位置等のような、すべての加入者情報も管理する。ＨＬＲ１２２は、ＭＳＣ１１６と同じ位置に配置されていてもよく、ＭＳＣ１１６の一部分であってもよく、あるいはＭＳＣ１１６から独立していてもよい。１つのＨＬＲは、複数のＭＳＣを受け持つことができ、あるいは、ＨＬＲは複数の場所に分散されてもよい。一般的に、ＨＬＲ１２２は、認証センター（ＡＣ）１２４と結合されている。
【００１７】
ビジター位置登録装置（ＶＬＲ）１２６は、一般的に、ＭＳＣ１１６と結合されている。ＶＬＲ１２６は、ＭＳＣ１１６に接続されているＢＴＳのカバレージ領域内で動作している訪問加入者局の登録装置を管理する。ＶＬＲ１２６は、迅速かつ容易にアクセスするために、ＨＬＲ加入者情報のローカルキャッシュとして機能する。ローミング加入者局１０４が、ＭＳＣ１１６によってカバーされている新しいサービス領域に入ると、ＭＳＣ１１６は、ＨＬＲ１２２から加入者局情報を導出して、その情報をＶＬＲ１２６に入れる。
【００１８】
図２は、ワイヤレスサブシステムにわたって通信をサポートする、標準化されているＣＡＶＥアルゴリズムの例を図示している機能ブロック図である。セキュリティプロトコルは、６４ビットシークレットキー（Ａ−キー）および加入者局１０４のＥＳＮに依存している。ＲＡＮＤと呼ばれるランダムバイナリ数は、ＡＣ１２４で発生され、認証手順の役割も果たす。Ａ−キーは、加入者局１０４中のＵＩＭ１１２にプログラム化され、ＡＣ１２４中に記憶される。認証に加えて、Ａ−キーは、音声およびデータ暗号化のためのセッションを発生させるために使用される。
【００１９】
加入者局１０４がワイヤレスサブシステムに最初に登録したときに、ＡＣ１２４および加入者局において、“共有シークレットデータ”（ＳＳＤ）と呼ばれる１２８ビットの２次的なキーが発生されることによって、認証プロセスが開始する。ＡＣ１２４において、ＲＡＮＤ発生器２０２を使用してＲＡＮＤを発生させ、Ａ−キーと加入者局のＥＳＮとともに、ＲＡＮＤがＣＡＶＥアルゴリズム２０４に入力され、ＳＳＤを発生させる。加入者局１０４においてＳＳＤを発生させるように、ＲＡＮＤはＵＩＭにも送信される。ＵＩＭ１１２において、ＲＡＮＤ、Ａ−キー、およびＥＳＮが、類似したＣＡＶＥアルゴリズム２０６に入力され、ＳＳＤを発生させる。
【００２０】
ＳＳＤが、ＡＣ１２４から、加入者局１０４が存在する領域を受け持つＭＳＣ１１６に提供される。他のサービス領域におけるＭＳＣとＳＳＤとを共有することによって、ローミング加入者局１０４のローカル認証を可能にする。チャレンジ／応答認証手順をサポートするために、ＭＳＣ１１６によってＳＳＤが使用されてもよい。特に、ＭＳＣ１１６は、ブロードキャストＲＡＮＤ発生器２０８によって、ランダムチャレンジ（ブロードキャストＲＡＮＤ）を発生させる。ブロードキャストＲＡＮＤは、加入者局１０４におけるＵＩＭ１１２に提供される。ＵＩＭ１１２は、ＣＡＶＥアルゴリズム２１０に対する入力として、ブロードキャストＲＡＮＤおよびＳＳＤを使用して、認証署名、すなわち、チャレンジに対する応答を発生させる。ブロードキャストＲＡＮＤおよびＡＣ１２４からのＳＳＤに適用される類似したＣＡＶＥアルゴリズム２１２の出力を署名と比較すること２１４によって加入者局１０４を認証するために、この署名はＭＳＣ１１６によって使用される。
【００２１】
図１のＣＤＭＡ電気通信システムの少なくとも１つの実施形態では、ＵＩＭ１１２においてＣＡＶＥ証明書を使用するＡＫＡプロトコルによって、セキュリティ保護通信が実現される。ＡＫＡプロトコルは、ＣＡＶＥに対して向上したセキュリティを提供する。同時に、ＣＡＶＥ証明書の使用は、フィールド中で現在配備されているレガシー装置に旧版互換性を提供する。
【００２２】
ＡＫＡの手順は、２段階で行われる。第１段階では、加入者局１０４との接続をセットアップする役割を担っているワイヤレスサブシステム中のＭＳＣ１１６に対して、または他の何らかのサービスプロバイダに対して、ＡＣ１２４からのセキュリティ証明書の伝送が必要である。セキュリティ証明書は、認証ベクトル（ＡＶ）の順序付けられたアレイで構成されている。認証ベクトルＡＶは、チャレンジ／応答認証データおよび暗号キーを含む。第２段階では、相互認証を行うために、加入者局１０４とＭＳＣ１１６との間のワンパスチャレンジ／応答トランザクションが必要である。
【００２３】
標準化されているＡＫＡプロトコルにおいて、認証ベクトルＡＶは、ＡＣ１２４によって、ＡＣ１２４およびＵＩＭ１１２によってのみ知られている１２８ビットシークレットキー（Ｋ）から導出される。しかしながら、記述する実施形態では、ＵＩＭ１１２は、ＣＡＶＥセキュリティ証明書を用いるので、シークレットＡＫＡキーＫを持たない。したがって、擬似シークレットキー（ＰＫ）が使用される。擬似シークレットキー（ＰＫ）は、ＵＩＭ１１２によってプロセッサ１１０（図１参照）に提供された情報から生成される。例示によると、擬似シークレットキーＰＫは、ＵＩＭ１１２中のＣＡＶＥアルゴリズム２１０によって発生されたセッションキーのうちの１つから生成されている。任意のセッションキーが使用されてもよいが、盗聴者がシグナリングメッセージ暗号化キー（ＳＭＥキー）を復元することは、より困難であるので、シグナリングメッセージ暗号化キー（ＳＭＥキー）を選択することがよいと考えられている。
【００２４】
擬似シークレットキーＰＫを生成する方法は、特定の設計制約および全体的なシステムのパラメータによって異なっていてもよい。図３は、ＡＣ１２４において、擬似シークレットキーＰＫを導出する方法の１つの例を図示している機能ブロック図である。擬似シークレットキー（ＰＫ）の発生は、認証ベクトル（ＡＶ）のための１２８ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤの生成によって開始する。１２８ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤは、ＡＫＡ ＲＡＮＤ発生器３０２から発生される。第１の３２ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤは、ＣＡＶＥチャレンジとして使用されてもよい。特に、ＳＳＤとともに、第１の３２ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤをＣＡＶＥアルゴリズム３０４に入力し、認証署名（ＲＥＳ１）とＳＭＥキー（ＳＭＥキー１）とを発生させてもよい。ＸＯＲ関数３０６を使用して、第２の３２ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤをＳＭＥキーと組み合わせて、第２のＣＡＶＥチャレンジとしてそれを使用してもよい。第２のＣＡＶＥチャレンジは、第２の認証署名（ＲＥＳ２）と第２のＳＭＥキー（ＳＭＥキー２）とを生成する。このプロセスは、任意の数の署名およびＳＭＥキーを生成するために、任意の回数繰り返されてもよい。ハッシュ関数３０８は、署名とＳＭＥキーとを組み合わせて、擬似シークレットキーＰＫを形成するために使用されてもよい。
【００２５】
図４は、擬似シークレットキーＰＫを使用して、認証ベクトルＡＶを発生させ、ＡＫＡプロトコルをサポートするＡＣの例を図示している機能ブロック図である。各認証ベクトルＡＶは、ランダムチャレンジ、すなわち、ＡＫＡ ＲＡＮＤ発生器３０２からのＡＫＡ ＲＡＮＤ、予期された応答（ＸＲＥＳ）、暗号キー（ＣＩ）、完全性キー（ＩＫ）、および認証トークン（ＡＵＴＮ）を含む。認証トークン（ＡＵＴＮ）は、メッセージ認証コード（ＭＡＣ）および暗号化されたシーケンス番号ＳＱＮを含む。ＡＣ１２４によって発生されるそれぞれ後続する認証ベクトルＡＶに対して１つだけ増加するシーケンス番号ＳＱＮは、カウンタ４０２によって生成される。手短に、より詳細に記述すると、ＭＡＣは、ＭＳＣ１１６を、または他の何らかのサービスプロバイダを認証するために加入者局１０４によって使用され、ＳＱＮは、攻撃者によって認証ベクトルＡＶが再現されないようにするために使用される。
【００２６】
ＡＣ１２４は、多数の暗号関数を使用して、認証ベクトルＡＶを発生させる。これらの関数は、適切な標準規格によって規定され、技術的によく知られているようなｆ１−ｆ５、ｆ１１および他の暗号関数を含んでいてもよい。３Ｇ ＴＳ ３３．１０５、３Ｇセキュリティ、暗号アルゴリズム必要条件に示されている関数入力／出力仕様にしたがって、一般的に、ネットワークオペレータは、ネットワークオペレータが望む任意のアルゴリズムを自由に選択できる。第１の暗号関数ｆ０は、擬似シークレットキーＰＫおよびシーケンス番号ＳＱＮからＭＡＣを導出するために使用される。残りの暗号関数ｆ１−ｆ５は、擬似シークレットＰＫおよびＡＫＡ ＲＡＮＤから、それぞれ、チャレンジに対する予期される応答のＸＲＥＳ、暗号キーＣＫ、完全性キーＩＫ、および匿名キー（ＡＫ）を導出するために使用される。匿名キーＡＫは、認証トークンＡＵＴＮにおけるシーケンス番号ＳＱＮを暗号化するために使用される。
【００２７】
図５は、加入者局１０４とＭＳＣ１１６との間のチャレンジ／応答トランザクションの例を図示している機能ブロック図である。ＭＳＣ１１６は、順序付けられたアレイから次の認証ベクトル（ＡＶ）を選択して、ＡＫＡ ＲＡＮＤおよび認証トークンＡＵＴＮを加入者局１０４に送る。擬似シークレットキーＰＫがＡＣ１２４で発生されたのと同じ方法で、プロセッサ１１０において、擬似シークレットキーＰＫは発生される。この例では、プロセッサ１１０は、ＣＡＶＥチャレンジとして、認証ベクトルＡＶからの第１の３２ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤをＵＩＭ１１２に提供する。ＵＩＭ１１２はＣＡＶＥアルゴリズム５０２を持ち、ＣＡＶＥアルゴリズム５０２は、ＣＡＶＥチャレンジおよびＳＳＤから、認証署名とＳＭＥキーとを生成する。各動作の終わりに結果として生じるＳＭＥキーがＸＯＲ関数５０４によってＡＫＡ ＲＡＮＤの一部分と組み合わされてプロセスが繰り返され、次の動作のためのＣＡＶＥチャレンジが形成されてもよい。ＡＣ１２４において実行されたのと同じ回数、プロセスは繰り返され、同じ数の認証署名およびＳＭＥキーが生成される。認証署名およびＳＭＥキーをハッシュアルゴリズム５０６で組み合わされ、擬似シークレットキーＰＫを生成する。
【００２８】
一度、擬似シークレットキーＰＫがプロセッサ１１０によって導出されると、擬似シークレットキーＰＫはＡＫＡプロトコルによって使用されてもよい。認証ベクトルＡＶからのＡＫＡ ＲＡＮＤとともに擬似ランダムキーＰＫを使用し、ｆ５関数を使用して、匿名キー（ＡＫ）を導出する。ＸＯＲ演算５０６を通して、匿名キーＡＫで、認証トークンＡＵＴＮからのシーケンス番号ＳＱＮを解読することができる。擬似シークレットキーＰＫとともに、解読されたシーケンス番号ＳＱＮを使用し、ｆ１を使用して、予期されたメッセージ認証コード（ＸＭＡＣ）を導出する。認証トークンＡＵＴＮからのＭＡＣ、およびＸＭＡＣが、比較器５０８に入力される。ＭＡＣ、およびＸＭＡＣが異なっている場合、プロセッサ１１０が、エラーメッセージをＭＳＣ１１６に返信し、認証手順を放棄する。
【００２９】
ＭＡＣおよびＸＭＡＣが同一であると仮定すると、プロセスにおける次のステップは、解読されたシーケンス番号ＳＱＮが正しいことが照合される。解読されたシーケンス番号ＳＱＮ、およびカウンタ５１０からローカル的に発生されたＳＱＮを比較器５１２に入力する。解読されたシーケンス番号ＳＱＮが正しくない場合、プロセッサ１１０がＭＳＣ１２４にエラーメッセージを返信する。エラーメッセージに応答して、ＭＳＣ１１６が、ＡＣ１２４中のカウンタとプロセッサ１１０との間の再同期化プロセスを開始してもよい。
【００３０】
ＭＡＣおよびＸＭＡＣが同一であり、解読されたシーケンス番号ＳＱＮが正しいことを仮定すると、セッションキーが発生される。特に、暗号キーＣＫおよび完全性キーＩＫは、ｆ３およびｆ４関数を使用して、ＡＫＡ ＲＡＮＤおよび擬似シークレットキーＰＫから導出される。プロセッサ１１０は、ｆ２関数を使用して、ＡＫＡ ＲＡＮＤおよび擬似シークレットキーＰＫに対する応答（ＲＥＳ）も発生させる。応答ＲＥＳは、ＭＳＣ１１６に送信される。ＭＳＣは、認証ベクトルＡＶ中に含まれている予期される応答ＸＲＥＳをプロセッサ１１０からの応答ＲＥＳと比較５１４する。ＲＥＳがＸＲＥＳと等しい場合、加入者局は認証されている。ＭＳＣ１１６が適切な暗号キーＣＩおよび完全性キーＩＫを選択された認証ベクトルＡＶから選択して、セキュリティ保護された通信を開始してもよい。しかしながら、ＲＥＳがＸＲＥＳと異なっている場合、ＭＳＣ１１６はエラーメッセージをＡＣ１２４に返信する。ＭＳＣ１１６は、加入者１０４との新しい認証手順を開始することを決定してもよい。
【００３１】
加入者局１０４とＭＳＣ１１６との間で標準規格のディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、１２８ビットの一時キー（ＴＫ）をネゴシエートすることによって、強化されたセキュリティが実現される。そして一時キー（ＴＫ）は、ＭＳＣ１１６によってＡＣ１２４に提供される。そして一時キー（ＴＫ）は、ＡＣ１２４およびプロセッサ１１０の双方のハッシュ関数に含まれ、擬似シークレットキーＰＫが導出される。
【００３２】
図６は、セキュリティ保護された通信の例示的な方法を示している。ステップ６１０において、チャレンジが、サービスプロバイダから受け取られる。第１のセキュリティプロトコルを使用して、チャレンジから擬似シークレットキーを発生させる（ステップ６２０）。第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャレンジに対する応答を発生させる（ステップ６３０）。
【００３３】
ここで開示した実施形態に関連して記述した、さまざまな例示の論理的ブロック、モジュール、回線、要素および／またはコンポーネントは、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラム可能ロジックコンポーネント、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいは、ここで記述した機能を行うように設計されたこれらの任意の組み合わせで、実現されるか、あるいは、行われてもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替実施形態では、プロセッサは、何らかの従来のプロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、または状態機械であってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングコンポーネントの組み合わせとして、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせとして、複数のマイクロプロセッサとして、ＤＳＰコアを備えた1つ以上のマイクロプロセッサとして、あるいは、このような構成の他の何らかのものとして実現されてもよい。
【００３４】
ここで開示した実施形態と関連して記述した方法またはアルゴリズムは、直接、ハードウェアで、プロセッサにより実行されるソフトウェアモジュールで、あるいは、双方を組み合わせたもので具体化されてもよい。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーブバルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは技術的に知られている他の何らかの形態の記憶媒体に存在していてもよい。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合されていてもよい。代替実施形態では、記憶媒体はプロセッサと一体化されてもよい。
【００３５】
開示した実施形態の先の説明は、当業者が本発明を作り、または使用できるように提供されている。これらの実施形態に対するさまざまな修正は、当業者に容易に明らかになるであろう。また、ここで規定されている一般的な原理は、本発明の範囲の精神を逸脱することなく、他の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明はここに示された実施形態に限定されることを意図しているものではなく、特許請求の範囲と矛盾しない全範囲に一致させるべきである。要素への単数での参照は、単数であると明確に述べられていない限り、「１つおよび１つのみ」を意味することを意図しているのではなく、むしろ「１つ以上の」を意味することを意図している。当業者に知られ、もしくは後に知られることになる本開示全体に記述されているさまざまな実施形態の要素のすべての構造的および機能的な均等物は、ここで参照により明確に組み込まれ、特許請求の範囲に含まれることとを意図している。さらに、ここで開示したものが特許請求の範囲中に明示的に列挙されているか否かにかかわらず、公共に捧げられることを意図していない。どの請求項の要素も、要素が「ミーンズフォー」というフレーズを用いて明示的に列挙されない限り、または方法の請求項のケースでは、要素が「ステップフォー」というフレーズを用いて列挙されない限り、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１２条第６パラグラフの条文のもとで解釈されるべきではない。
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００４年９月２日に出願された米国仮特許出願シリアル番号第６０／６０６，９７１号に対して優先権を主張している。この特許出願は、参照によりここに組み込まれている。
【分野】
【０００２】
本開示は、一般的に、ワイヤレス電気通信に関する。さらに詳細に述べると、ワイヤレス電気通信におけるセキュリティに関する。
【０００３】
ワイヤレスデバイスがより高性能になり、任意のサーバと通信するアプリケーションの実行が可能になると、このような通信を認証し、セキュリティ保護する必要がある。さらに、これは、ワイヤレスデバイスおよびアプリケーションサーバが、これらのみに与えられているシークレットキーを共有することを必要とし、そして、このキーは、ワイヤレスデバイスおよびアプリケーションサーバの双方によって既に認証され信頼されている第三者によって、分配されることが必要である。ワイヤレスデバイスのネットワークオペレータは、キーを配布できるよい立場にある。第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）が、認証キー合意（ＡＫＡ）プロトコルに基づいて、キーの配布を行うメカニズムを標準化している最中である。３ＧＰＰは、移動体通信（ＧＳＭ（登録商標））用のグローバルシステムの国際仕様を開発する目的で多数の電気通信標準規格をもたらす共同合意である。３ＧＰＰは、欧州電気通信標準機構（ＥＴＳＩ）によって先駆けて開発された。
【０００４】
第３世代パートナーシップ２（３ＧＰＰ２）は、北米およびアジアの関心事を示している共同合意である。これは、アナログ、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）およびコード分割多元接続（ＣＤＭＡ）をサポートするＡＮＳＩ／ＴＩＡ／ＥＩＡ−４１ネットワークのグローバル仕様を開発するために確立された。３ＧＰＰが正式にＡＫＡを採択した一方で、中には、ＡＫＡの採用に対する反対もあり、場合によっては、ＣＡＶＥの脆弱性が周知であるにもかかわらず、セルラ認証および音声暗号化（ＣＡＶＥ）レガシープロトコルの継続使用を促す取り組みもある。ＣＡＶＥが持つ最大の１つの問題は、おそらく、ＣＡＶＥのマスターキーが、６４ビットしかないことである。このことが、現在および今後の使用に適さないセキュリティであるとみなされる。同時に、特に、ワイヤレスデバイスが、ＣＡＶＥアルゴリズムをサポートするユーザ識別モジュール（ＵＩＭ）を組み込んでいるときに、ＡＫＡの配置による旧版互換性の問題がある。ＵＩＭは、使用する認証証明書およびアルゴリズムを含んでいる。
【０００５】
したがって、ＣＡＶＥを用いているレガシーデバイスにおいて、より優れたセキュリティを提供するテクノロジーが技術的に必要である。このテクノロジーが、ＡＫＡのように、暗号的に証明されることが望ましい。
【概要】
【０００６】
本発明の１つの観点において、加入者局は、第１および第２のセキュリティプロトコルを持つ処理システムを具備し、処理システムは、第１のセキュリティプロトコルを使用して、サービスプロバイダから受け取ったチャレンジから擬似シークレットキーを発生させ、第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャレンジに対する応答を発生させるように構成されている。
【０００７】
本発明の別の観点では、セキュリティ保護された通信の方法は、サービスプロバイダからチャレンジを受け取ることと、第１のセキュリティプロトコルを使用して、チャレンジから擬似シークレットキーを発生させることと、第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャンレンジに対する応答を発生させることとを含む。
【０００８】
本発明の他の実施形態が、以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになることが理解される。この詳細な説明では、本発明のさまざまな実施形態を例示によって示し、記述している。認識するように、本発明は、本発明の精神および範囲からまったく逸脱することなく、他の実施形態および異なった実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細な説明は、他のさまざまな観点における修正が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、限定としてではなく、本質的に例示であるとしてみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の観点は、添付図面において、限定されている方法ではなく、例示的な方法によって図示されている。
【図１】図１は、電気通信システムの例を図示している概念的なブロック図である。
【図２】図２は、電気通信システムにわたって通信をサポートする標準化されているＣＡＶＥアルゴリズムの例を図示している機能ブロック図である。
【図３】図３は、ＣＡＶＥアルゴリズムを使用して、擬似シークレットキーを発生させる認証センターの例を図示している機能ブロック図である。
【図４】図４は、擬似シークレットキーを使用して、認証ベクトルを発生させる認証センターの例を図示している機能ブロック図である。
【図５】図５は、加入者局と移動体スイッチングセンターとの間のチャレンジ／応答トランザクションの例を図示している機能ブロック図である。
【図６】図６は、セキュリティ保護された通信の例示的方法を図示している。
【詳細な説明】
【００１０】
添付した図面に関連して以下に示した詳細な説明は、本発明のさまざまな実施形態の説明として意図されており、本発明を実施できる実施形態のみを示すことを意図しているのではない。詳細な説明は、本発明の完全な理解を提供する目的で特定の詳細な説明を含んでいる。しかしながら、これらの特定の詳細な説明がなくても、本発明を実施できることは、当業者に明らかである。いくつかの例では、本発明の概念が不明瞭になることを避けるために、周知の構造およびコンポーネントをブロック図の形態で示している。
【００１１】
以下の詳細な説明では、ＣＤＭＡ電気通信システムに関して、さまざまな暗号化メカニズムを記述している。ＣＤＭＡは、スペクトル拡散通信に基づく変調および多元アクセス方式であり、技術的によく知られている。この開示全体を通して記述している暗号化メカニズムは、ＣＤＭＡ電気通信システムにおける使用に大変適しており、さらに、これらの技術が、他のワイヤレスネットワークにも同様に適用可能であることを、当業者は容易に正しく認識するであろう。したがって、これらの発明の観点には広範囲の用途があるという認識のもとに、ＣＤＭＡ電気通信システムの任意の参照は、本発明のさまざまな発明の観点を図示することのみを意図している。
【００１２】
図１は、電気通信システムの例を図示している概念的なブロック図である。このシステムでは、ユーザは、加入者局１０４上でワイヤサブシステム１０２と通信している。ワイヤサブシステム１０２は、公衆電話交換ネットワーク（ＰＳＴＮ）のような回線交換ネットワーク１０６、ならびに／あるいはインターネット、または企業イントラネットのようなパケット交換ネットワーク１０８を備えていてもよい。加入者局は、電話機、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ラップトップ、コンピュータ、ゲームコンソール、ページャー、カメラ、計測装置、または他の何らかのタイプの移動体端末であってもよい。
【００１３】
加入者局１０４は、ワイヤレスサブシステム１１４との無線通信をサポートするトランシーバ１０９を備えている。処理システム１０８は、さまざまな信号処理機能を提供するために使用される。処理システム１０８は、加入者局１０４に組み込まれているプロセッサ１１０、および（示していない）その自己のプロセッサを備えたＵＩＭ１１２を備えている。ＵＩＭ１１２は、加入者局１０４から取り外し可能であってもよく、取り外し不可能であってもよい。取り外し可能なＵＩＭは、技術的にＲ−ＵＩＭと呼ばれることが多い。いずれにしても、ＵＩＭ１１２は、一般的に、不正変更が加えられることを防ぐように、そして暗号化キーに対する適度なレベルの保護が可能であるように設計されている。
【００１４】
ワイヤレスサブシステム１１４は、回線交換ネットワーク１０６および／またはパケット交換ネットワーク１０８と加入者局１０４との間の通信をサポートするために使用される。この例では、回線交換ネットワーク１０６に対する、および／またはインターワーキング機能（ＩＷＦ）１１８を通してのパケット交換ネットワーク１０８に対するアクセスを行う移動スイッチングセンター（ＭＳＣ）１１６をサービスプロバイダとして示している。しかし、当業者が正しく認識するように、ワイヤサブシステム１０２に加入者局１０４をインターフェイスするために任意のサービスプロバイダを使用してもよい。したがって、この開示全体で記述しているＭＳＣ１１６に関するすべての認証および暗号化手順は、ワイヤレスサブシステム１１４における任意のサービスプロバイダに等しく適用可能である。
【００１５】
ワイヤレスサブシステムは基地局制御装置（ＢＳＣ）１１８も備え、基地局制御装置（ＢＳＣ）１１８は、無線リソースの割り当ておよび管理によって、１つ以上の基地局トランシーバ（ＢＴＳ）を制御する。各ＢＴＳは、ワイヤレスサブシステム１１４全体を通して無線カバレージを提供するように、単一の位置に配置される１つ以上のトランシーバを備えている。簡単にするために、加入者局１０４と通信している単一のＢＴＳ１２０を示している。
【００１６】
ワイヤレスサブシステム１１４は、ホーム位置登録装置（ＨＬＲ）１２２も備えている。ＨＬＲ１２２は、さまざまなサービスプロバイダに対して有効な加入者の記録を管理するために使用される。ＨＬＲ１２２は、電子シリアル番号（ＥＳＮ）、加入者局の電話番号、加入者局の現在位置等のような、すべての加入者情報も管理する。ＨＬＲ１２２は、ＭＳＣ１１６と同じ位置に配置されていてもよく、ＭＳＣ１１６の一部分であってもよく、あるいはＭＳＣ１１６から独立していてもよい。１つのＨＬＲは、複数のＭＳＣを受け持つことができ、あるいは、ＨＬＲは複数の場所に分散されてもよい。一般的に、ＨＬＲ１２２は、認証センター（ＡＣ）１２４と結合されている。
【００１７】
ビジター位置登録装置（ＶＬＲ）１２６は、一般的に、ＭＳＣ１１６と結合されている。ＶＬＲ１２６は、ＭＳＣ１１６に接続されているＢＴＳのカバレージ領域内で動作している訪問加入者局の登録装置を管理する。ＶＬＲ１２６は、迅速かつ容易にアクセスするために、ＨＬＲ加入者情報のローカルキャッシュとして機能する。ローミング加入者局１０４が、ＭＳＣ１１６によってカバーされている新しいサービス領域に入ると、ＭＳＣ１１６は、ＨＬＲ１２２から加入者局情報を導出して、その情報をＶＬＲ１２６に入れる。
【００１８】
図２は、ワイヤレスサブシステムにわたって通信をサポートする、標準化されているＣＡＶＥアルゴリズムの例を図示している機能ブロック図である。セキュリティプロトコルは、６４ビットシークレットキー（Ａ−キー）および加入者局１０４のＥＳＮに依存している。ＲＡＮＤと呼ばれるランダムバイナリ数は、ＡＣ１２４で発生され、認証手順の役割も果たす。Ａ−キーは、加入者局１０４中のＵＩＭ１１２にプログラム化され、ＡＣ１２４中に記憶される。認証に加えて、Ａ−キーは、音声およびデータ暗号化のためのセッションを発生させるために使用される。
【００１９】
加入者局１０４がワイヤレスサブシステムに最初に登録したときに、ＡＣ１２４および加入者局において、“共有シークレットデータ”（ＳＳＤ）と呼ばれる１２８ビットの２次的なキーが発生されることによって、認証プロセスが開始する。ＡＣ１２４において、ＲＡＮＤ発生器２０２を使用してＲＡＮＤを発生させ、Ａ−キーと加入者局のＥＳＮとともに、ＲＡＮＤがＣＡＶＥアルゴリズム２０４に入力され、ＳＳＤを発生させる。加入者局１０４においてＳＳＤを発生させるように、ＲＡＮＤはＵＩＭにも送信される。ＵＩＭ１１２において、ＲＡＮＤ、Ａ−キー、およびＥＳＮが、類似したＣＡＶＥアルゴリズム２０６に入力され、ＳＳＤを発生させる。
【００２０】
ＳＳＤが、ＡＣ１２４から、加入者局１０４が存在する領域を受け持つＭＳＣ１１６に提供される。他のサービス領域におけるＭＳＣとＳＳＤとを共有することによって、ローミング加入者局１０４のローカル認証を可能にする。チャレンジ／応答認証手順をサポートするために、ＭＳＣ１１６によってＳＳＤが使用されてもよい。特に、ＭＳＣ１１６は、ブロードキャストＲＡＮＤ発生器２０８によって、ランダムチャレンジ（ブロードキャストＲＡＮＤ）を発生させる。ブロードキャストＲＡＮＤは、加入者局１０４におけるＵＩＭ１１２に提供される。ＵＩＭ１１２は、ＣＡＶＥアルゴリズム２１０に対する入力として、ブロードキャストＲＡＮＤおよびＳＳＤを使用して、認証署名、すなわち、チャレンジに対する応答を発生させる。ブロードキャストＲＡＮＤおよびＡＣ１２４からのＳＳＤに適用される類似したＣＡＶＥアルゴリズム２１２の出力を署名と比較すること２１４によって加入者局１０４を認証するために、この署名はＭＳＣ１１６によって使用される。
【００２１】
図１のＣＤＭＡ電気通信システムの少なくとも１つの実施形態では、ＵＩＭ１１２においてＣＡＶＥ証明書を使用するＡＫＡプロトコルによって、セキュリティ保護通信が実現される。ＡＫＡプロトコルは、ＣＡＶＥに対して向上したセキュリティを提供する。同時に、ＣＡＶＥ証明書の使用は、フィールド中で現在配備されているレガシー装置に旧版互換性を提供する。
【００２２】
ＡＫＡの手順は、２段階で行われる。第１段階では、加入者局１０４との接続をセットアップする役割を担っているワイヤレスサブシステム中のＭＳＣ１１６に対して、または他の何らかのサービスプロバイダに対して、ＡＣ１２４からのセキュリティ証明書の伝送が必要である。セキュリティ証明書は、認証ベクトル（ＡＶ）の順序付けられたアレイで構成されている。認証ベクトルＡＶは、チャレンジ／応答認証データおよび暗号キーを含む。第２段階では、相互認証を行うために、加入者局１０４とＭＳＣ１１６との間のワンパスチャレンジ／応答トランザクションが必要である。
【００２３】
標準化されているＡＫＡプロトコルにおいて、認証ベクトルＡＶは、ＡＣ１２４によって、ＡＣ１２４およびＵＩＭ１１２によってのみ知られている１２８ビットシークレットキー（Ｋ）から導出される。しかしながら、記述する実施形態では、ＵＩＭ１１２は、ＣＡＶＥセキュリティ証明書を用いるので、シークレットＡＫＡキーＫを持たない。したがって、擬似シークレットキー（ＰＫ）が使用される。擬似シークレットキー（ＰＫ）は、ＵＩＭ１１２によってプロセッサ１１０（図１参照）に提供された情報から生成される。例示によると、擬似シークレットキーＰＫは、ＵＩＭ１１２中のＣＡＶＥアルゴリズム２１０によって発生されたセッションキーのうちの１つから生成されている。任意のセッションキーが使用されてもよいが、盗聴者がシグナリングメッセージ暗号化キー（ＳＭＥキー）を復元することは、より困難であるので、シグナリングメッセージ暗号化キー（ＳＭＥキー）を選択することがよいと考えられている。
【００２４】
擬似シークレットキーＰＫを生成する方法は、特定の設計制約および全体的なシステムのパラメータによって異なっていてもよい。図３は、ＡＣ１２４において、擬似シークレットキーＰＫを導出する方法の１つの例を図示している機能ブロック図である。擬似シークレットキー（ＰＫ）の発生は、認証ベクトル（ＡＶ）のための１２８ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤの生成によって開始する。１２８ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤは、ＡＫＡ ＲＡＮＤ発生器３０２から発生される。第１の３２ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤは、ＣＡＶＥチャレンジとして使用されてもよい。特に、ＳＳＤとともに、第１の３２ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤをＣＡＶＥアルゴリズム３０４に入力し、認証署名（ＲＥＳ１）とＳＭＥキー（ＳＭＥキー１）とを発生させてもよい。ＸＯＲ関数３０６を使用して、第２の３２ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤをＳＭＥキーと組み合わせて、第２のＣＡＶＥチャレンジとしてそれを使用してもよい。第２のＣＡＶＥチャレンジは、第２の認証署名（ＲＥＳ２）と第２のＳＭＥキー（ＳＭＥキー２）とを生成する。このプロセスは、任意の数の署名およびＳＭＥキーを生成するために、任意の回数繰り返されてもよい。ハッシュ関数３０８は、署名とＳＭＥキーとを組み合わせて、擬似シークレットキーＰＫを形成するために使用されてもよい。
【００２５】
図４は、擬似シークレットキーＰＫを使用して、認証ベクトルＡＶを発生させ、ＡＫＡプロトコルをサポートするＡＣの例を図示している機能ブロック図である。各認証ベクトルＡＶは、ランダムチャレンジ、すなわち、ＡＫＡ ＲＡＮＤ発生器３０２からのＡＫＡ ＲＡＮＤ、予期された応答（ＸＲＥＳ）、暗号キー（ＣＩ）、完全性キー（ＩＫ）、および認証トークン（ＡＵＴＮ）を含む。認証トークン（ＡＵＴＮ）は、メッセージ認証コード（ＭＡＣ）および暗号化されたシーケンス番号ＳＱＮを含む。ＡＣ１２４によって発生されるそれぞれ後続する認証ベクトルＡＶに対して１つだけ増加するシーケンス番号ＳＱＮは、カウンタ４０２によって生成される。手短に、より詳細に記述すると、ＭＡＣは、ＭＳＣ１１６を、または他の何らかのサービスプロバイダを認証するために加入者局１０４によって使用され、ＳＱＮは、攻撃者によって認証ベクトルＡＶが再現されないようにするために使用される。
【００２６】
ＡＣ１２４は、多数の暗号関数を使用して、認証ベクトルＡＶを発生させる。これらの関数は、適切な標準規格によって規定され、技術的によく知られているようなｆ１−ｆ５、ｆ１１および他の暗号関数を含んでいてもよい。３Ｇ ＴＳ ３３．１０５、３Ｇセキュリティ、暗号アルゴリズム必要条件に示されている関数入力／出力仕様にしたがって、一般的に、ネットワークオペレータは、ネットワークオペレータが望む任意のアルゴリズムを自由に選択できる。第１の暗号関数ｆ０は、擬似シークレットキーＰＫおよびシーケンス番号ＳＱＮからＭＡＣを導出するために使用される。残りの暗号関数ｆ１−ｆ５は、擬似シークレットＰＫおよびＡＫＡ ＲＡＮＤから、それぞれ、チャレンジに対する予期される応答のＸＲＥＳ、暗号キーＣＫ、完全性キーＩＫ、および匿名キー（ＡＫ）を導出するために使用される。匿名キーＡＫは、認証トークンＡＵＴＮにおけるシーケンス番号ＳＱＮを暗号化するために使用される。
【００２７】
図５は、加入者局１０４とＭＳＣ１１６との間のチャレンジ／応答トランザクションの例を図示している機能ブロック図である。ＭＳＣ１１６は、順序付けられたアレイから次の認証ベクトル（ＡＶ）を選択して、ＡＫＡ ＲＡＮＤおよび認証トークンＡＵＴＮを加入者局１０４に送る。擬似シークレットキーＰＫがＡＣ１２４で発生されたのと同じ方法で、プロセッサ１１０において、擬似シークレットキーＰＫは発生される。この例では、プロセッサ１１０は、ＣＡＶＥチャレンジとして、認証ベクトルＡＶからの第１の３２ビットのＡＫＡ ＲＡＮＤをＵＩＭ１１２に提供する。ＵＩＭ１１２はＣＡＶＥアルゴリズム５０２を持ち、ＣＡＶＥアルゴリズム５０２は、ＣＡＶＥチャレンジおよびＳＳＤから、認証署名とＳＭＥキーとを生成する。各動作の終わりに結果として生じるＳＭＥキーがＸＯＲ関数５０４によってＡＫＡ ＲＡＮＤの一部分と組み合わされてプロセスが繰り返され、次の動作のためのＣＡＶＥチャレンジが形成されてもよい。ＡＣ１２４において実行されたのと同じ回数、プロセスは繰り返され、同じ数の認証署名およびＳＭＥキーが生成される。認証署名およびＳＭＥキーをハッシュアルゴリズム５０６で組み合わされ、擬似シークレットキーＰＫを生成する。
【００２８】
一度、擬似シークレットキーＰＫがプロセッサ１１０によって導出されると、擬似シークレットキーＰＫはＡＫＡプロトコルによって使用されてもよい。認証ベクトルＡＶからのＡＫＡ ＲＡＮＤとともに擬似ランダムキーＰＫを使用し、ｆ５関数を使用して、匿名キー（ＡＫ）を導出する。ＸＯＲ演算５０６を通して、匿名キーＡＫで、認証トークンＡＵＴＮからのシーケンス番号ＳＱＮを解読することができる。擬似シークレットキーＰＫとともに、解読されたシーケンス番号ＳＱＮを使用し、ｆ１を使用して、予期されたメッセージ認証コード（ＸＭＡＣ）を導出する。認証トークンＡＵＴＮからのＭＡＣ、およびＸＭＡＣが、比較器５０８に入力される。ＭＡＣ、およびＸＭＡＣが異なっている場合、プロセッサ１１０が、エラーメッセージをＭＳＣ１１６に返信し、認証手順を放棄する。
【００２９】
ＭＡＣおよびＸＭＡＣが同一であると仮定すると、プロセスにおける次のステップは、解読されたシーケンス番号ＳＱＮが正しいことが照合される。解読されたシーケンス番号ＳＱＮ、およびカウンタ５１０からローカル的に発生されたＳＱＮを比較器５１２に入力する。解読されたシーケンス番号ＳＱＮが正しくない場合、プロセッサ１１０がＭＳＣ１２４にエラーメッセージを返信する。エラーメッセージに応答して、ＭＳＣ１１６が、ＡＣ１２４中のカウンタとプロセッサ１１０との間の再同期化プロセスを開始してもよい。
【００３０】
ＭＡＣおよびＸＭＡＣが同一であり、解読されたシーケンス番号ＳＱＮが正しいことを仮定すると、セッションキーが発生される。特に、暗号キーＣＫおよび完全性キーＩＫは、ｆ３およびｆ４関数を使用して、ＡＫＡ ＲＡＮＤおよび擬似シークレットキーＰＫから導出される。プロセッサ１１０は、ｆ２関数を使用して、ＡＫＡ ＲＡＮＤおよび擬似シークレットキーＰＫに対する応答（ＲＥＳ）も発生させる。応答ＲＥＳは、ＭＳＣ１１６に送信される。ＭＳＣは、認証ベクトルＡＶ中に含まれている予期される応答ＸＲＥＳをプロセッサ１１０からの応答ＲＥＳと比較５１４する。ＲＥＳがＸＲＥＳと等しい場合、加入者局は認証されている。ＭＳＣ１１６が適切な暗号キーＣＩおよび完全性キーＩＫを選択された認証ベクトルＡＶから選択して、セキュリティ保護された通信を開始してもよい。しかしながら、ＲＥＳがＸＲＥＳと異なっている場合、ＭＳＣ１１６はエラーメッセージをＡＣ１２４に返信する。ＭＳＣ１１６は、加入者１０４との新しい認証手順を開始することを決定してもよい。
【００３１】
加入者局１０４とＭＳＣ１１６との間で標準規格のディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、１２８ビットの一時キー（ＴＫ）をネゴシエートすることによって、強化されたセキュリティが実現される。そして一時キー（ＴＫ）は、ＭＳＣ１１６によってＡＣ１２４に提供される。そして一時キー（ＴＫ）は、ＡＣ１２４およびプロセッサ１１０の双方のハッシュ関数に含まれ、擬似シークレットキーＰＫが導出される。
【００３２】
図６は、セキュリティ保護された通信の例示的な方法を示している。ステップ６１０において、チャレンジが、サービスプロバイダから受け取られる。第１のセキュリティプロトコルを使用して、チャレンジから擬似シークレットキーを発生させる（ステップ６２０）。第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャレンジに対する応答を発生させる（ステップ６３０）。
【００３３】
ここで開示した実施形態に関連して記述した、さまざまな例示の論理的ブロック、モジュール、回線、要素および／またはコンポーネントは、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラム可能ロジックコンポーネント、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいは、ここで記述した機能を行うように設計されたこれらの任意の組み合わせで、実現されるか、あるいは、行われてもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替実施形態では、プロセッサは、何らかの従来のプロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、または状態機械であってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングコンポーネントの組み合わせとして、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせとして、複数のマイクロプロセッサとして、ＤＳＰコアを備えた1つ以上のマイクロプロセッサとして、あるいは、このような構成の他の何らかのものとして実現されてもよい。
【００３４】
ここで開示した実施形態と関連して記述した方法またはアルゴリズムは、直接、ハードウェアで、プロセッサにより実行されるソフトウェアモジュールで、あるいは、双方を組み合わせたもので具体化されてもよい。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーブバルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは技術的に知られている他の何らかの形態の記憶媒体に存在していてもよい。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合されていてもよい。代替実施形態では、記憶媒体はプロセッサと一体化されてもよい。
【００３５】
開示した実施形態の先の説明は、当業者が本発明を作り、または使用できるように提供されている。これらの実施形態に対するさまざまな修正は、当業者に容易に明らかになるであろう。また、ここで規定されている一般的な原理は、本発明の範囲の精神を逸脱することなく、他の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明はここに示された実施形態に限定されることを意図しているものではなく、特許請求の範囲と矛盾しない全範囲に一致させるべきである。要素への単数での参照は、単数であると明確に述べられていない限り、「１つおよび１つのみ」を意味することを意図しているのではなく、むしろ「１つ以上の」を意味することを意図している。当業者に知られ、もしくは後に知られることになる本開示全体に記述されているさまざまな実施形態の要素のすべての構造的および機能的な均等物は、ここで参照により明確に組み込まれ、特許請求の範囲に含まれることとを意図している。さらに、ここで開示したものが特許請求の範囲中に明示的に列挙されているか否かにかかわらず、公共に捧げられることを意図していない。どの請求項の要素も、要素が「ミーンズフォー」というフレーズを用いて明示的に列挙されない限り、または方法の請求項のケースでは、要素が「ステップフォー」というフレーズを用いて列挙されない限り、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１２条第６パラグラフの条文のもとで解釈されるべきではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加入者局において、
第１および第２のセキュリティプロトコルを持つ処理システムを具備し、
処理システムは、第１のセキュリティプロトコルを使用して、サービスプロバイダから受け取ったチャレンジから擬似シークレットキーを発生させ、第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャレンジに対する応答を発生させるように構成されている加入者局。
【請求項２】
処理システムは、サービスプロバイダと一時キーをネゴシエートし、第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーと一時キーとからチャレンジに対する応答を発生させるようにさらに構成されている請求項１記載の加入者局。
【請求項３】
プロセッサは、ディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、一時キーをネゴシエートするようにさらに構成されている請求項２記載の加入者局。
【請求項４】
処理システムは第２のプロトコルを使用して、サービスプロバイダから受け取ったトークン、チャレンジ、および擬似シークレットキーから、サービスプロバイダを認証するようにさらに構成されている請求項１記載の加入者局。
【請求項５】
処理システムは、擬似シークレットキーを予めプログラムされたシークレットキーから発生させるようにさらに構成されている請求項１記載の加入者局。
【請求項６】
シークレットキーは６４ビットであり、擬似シークレットキーは１２８ビットである請求項５記載の加入者局。
【請求項７】
処理システムは、シークレットキーで予めプログラムされたユーザ識別モジュール（ＵＩＭ）および通信プロセッサを備え、ＵＩＭは擬似シークレットキーを発生させるように構成され、通信プロセッサはチャレンジに対する応答を発生させるように構成されている請求項５記載の加入者局。
【請求項８】
通信プロセッサは、第２のセキュリティプロトコルを使用して、チャレンジと擬似シークレットキーとから少なくとも１つのセッションキーを発生させるようにさらに構成されている請求項７記載の加入者局。
【請求項９】
通信プロセッサは、前記少なくとも１つのセッションキーを使用して、サービスプロバイダとの通信を暗号化し、解読するようにさらに構成されている請求項８記載の加入者局。
【請求項１０】
第１のセキュリティプロトコルはセルラ認証および音声暗号化（ＣＡＶＥ）を含み、第２のセキュリティプロトコルは認証およびキー合意（ＡＫＡ）を含む請求項１記載の加入者局。
【請求項１１】
処理システムは、ディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、サービスプロバイダと一時キーをネゴシエートし、ＡＫＡを使用して、擬似シークレットキーと一時キーとからチャレンジに対する応答を発生させるようにさらに構成されている請求項１０記載の加入者局。
【請求項１２】
処理システムは、第１のセキュリティプロトコルを使用して、ネットワークから受け取ったチャレンジからセッションキーを発生させるようにさらに構成され、擬似シークレットキーはセッションキーから発生される請求項１記載の加入者局。
【請求項１３】
セッションキーは、第１のセキュリティプロトコルにしたがって、シグナリングを暗号化するためのキーを含む請求項１２記載の加入者局。
【請求項１４】
処理システムは、第１のセキュリティプロトコルを使用して、セッションキーおよびチャレンジから第２のセッションキーを発生させ、擬似シークレットキーは少なくとも２つのセッションキーから発生される請求項１２記載の加入者局。
【請求項１５】
処理システムは、前記少なくとも２つのセッションキーでハッシュ関数から擬似シークレットキーを発生させるようにさらに構成されている請求項１４記載の加入者局。
【請求項１６】
セキュリティ保護された通信の方法において、
サービスプロバイダからチャレンジを受け取ることと、
第１のセキュリティプロトコルを使用して、チャレンジから擬似シークレットキーを発生させることと、
第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャンレンジに対する応答を発生させることとを含む方法。
【請求項１７】
サービスプロバイダと一時キーをネゴシエートすることをさらに含み、第２のセキュリティプロトコルは、擬似シークレットキーと一時キーとからチャレンジに対する応答を発生させるために使用される請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
一時キーは、ディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、ネゴシエートされる請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
第２のプロトコルを使用して、サービスプロバイダから受け取ったトークン、チャレンジ、および擬似シークレットキーから、サービスプロバイダを認証することをさらに含む請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
擬似シークレットキーは、予めプログラムされたシークレットキーから発生される請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
シークレットキーは、ユーザ識別モジュール（ＵＩＭ）上で予めプログラムされている請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
シークレットキーは６４ビットであり、擬似シークレットキーは１２８ビットである請求項１６記載の方法。
【請求項２３】
第２のセキュリティプロトコルを使用して、チャンレンジと擬似シークレットキーとから少なくとも１つのセッションキーを発生させることをさらに含む請求項１６記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのセッションキーを使用して、サービスプロバイダとの通信を暗号化し、解読することをさらに含む請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
第１のセキュリティプロトコルはセルラ認証および音声暗号化（ＣＡＶＥ）を含み、第２のセキュリティプロトコルは認証およびキー合意（ＡＫＡ）を含む請求項１６記載の方法。
【請求項２６】
ディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、サービスプロバイダと一時キーをネゴシエートし、ＡＫＡを使用して、擬似シークレットキーと一時キーとからチャレンジに対する応答を発生させることをさらに含む請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
擬似シークレットキーの発生は、第１のセキュリティプロトコルを使用して、ネットワークから受け取ったチャレンジからセッションキーを発生させることを含み、擬似シークレットキーはセッションキーから発生される請求項１６記載の方法。
【請求項２８】
セッションキーは、第１のセキュリティプロトコルにしたがって、シグナリングを暗号化するためのキーを含む請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
擬似シークレットキーの発生は、第１のセキュリティプロトコルを使用して、セッションキーとチャレンジとから第２のセッションキーを発生させることをさらに含み、擬似シークレットキーは少なくとも２つのセッションキーから発生される請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
擬似シークレットキーの発生は、前記少なくとも２つのセッションキーでハッシュ関数を行なうことをさらに含む請求項２９記載の方法。
【請求項１】
加入者局において、
第１および第２のセキュリティプロトコルを持つ処理システムを具備し、
処理システムは、第１のセキュリティプロトコルを使用して、サービスプロバイダから受け取ったチャレンジから擬似シークレットキーを発生させ、第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャレンジに対する応答を発生させるように構成されている加入者局。
【請求項２】
処理システムは、サービスプロバイダと一時キーをネゴシエートし、第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーと一時キーとからチャレンジに対する応答を発生させるようにさらに構成されている請求項１記載の加入者局。
【請求項３】
プロセッサは、ディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、一時キーをネゴシエートするようにさらに構成されている請求項２記載の加入者局。
【請求項４】
処理システムは第２のプロトコルを使用して、サービスプロバイダから受け取ったトークン、チャレンジ、および擬似シークレットキーから、サービスプロバイダを認証するようにさらに構成されている請求項１記載の加入者局。
【請求項５】
処理システムは、擬似シークレットキーを予めプログラムされたシークレットキーから発生させるようにさらに構成されている請求項１記載の加入者局。
【請求項６】
シークレットキーは６４ビットであり、擬似シークレットキーは１２８ビットである請求項５記載の加入者局。
【請求項７】
処理システムは、シークレットキーで予めプログラムされたユーザ識別モジュール（ＵＩＭ）および通信プロセッサを備え、ＵＩＭは擬似シークレットキーを発生させるように構成され、通信プロセッサはチャレンジに対する応答を発生させるように構成されている請求項５記載の加入者局。
【請求項８】
通信プロセッサは、第２のセキュリティプロトコルを使用して、チャレンジと擬似シークレットキーとから少なくとも１つのセッションキーを発生させるようにさらに構成されている請求項７記載の加入者局。
【請求項９】
通信プロセッサは、前記少なくとも１つのセッションキーを使用して、サービスプロバイダとの通信を暗号化し、解読するようにさらに構成されている請求項８記載の加入者局。
【請求項１０】
第１のセキュリティプロトコルはセルラ認証および音声暗号化（ＣＡＶＥ）を含み、第２のセキュリティプロトコルは認証およびキー合意（ＡＫＡ）を含む請求項１記載の加入者局。
【請求項１１】
処理システムは、ディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、サービスプロバイダと一時キーをネゴシエートし、ＡＫＡを使用して、擬似シークレットキーと一時キーとからチャレンジに対する応答を発生させるようにさらに構成されている請求項１０記載の加入者局。
【請求項１２】
処理システムは、第１のセキュリティプロトコルを使用して、ネットワークから受け取ったチャレンジからセッションキーを発生させるようにさらに構成され、擬似シークレットキーはセッションキーから発生される請求項１記載の加入者局。
【請求項１３】
セッションキーは、第１のセキュリティプロトコルにしたがって、シグナリングを暗号化するためのキーを含む請求項１２記載の加入者局。
【請求項１４】
処理システムは、第１のセキュリティプロトコルを使用して、セッションキーおよびチャレンジから第２のセッションキーを発生させ、擬似シークレットキーは少なくとも２つのセッションキーから発生される請求項１２記載の加入者局。
【請求項１５】
処理システムは、前記少なくとも２つのセッションキーでハッシュ関数から擬似シークレットキーを発生させるようにさらに構成されている請求項１４記載の加入者局。
【請求項１６】
セキュリティ保護された通信の方法において、
サービスプロバイダからチャレンジを受け取ることと、
第１のセキュリティプロトコルを使用して、チャレンジから擬似シークレットキーを発生させることと、
第２のセキュリティプロトコルを使用して、擬似シークレットキーからチャンレンジに対する応答を発生させることとを含む方法。
【請求項１７】
サービスプロバイダと一時キーをネゴシエートすることをさらに含み、第２のセキュリティプロトコルは、擬似シークレットキーと一時キーとからチャレンジに対する応答を発生させるために使用される請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
一時キーは、ディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、ネゴシエートされる請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
第２のプロトコルを使用して、サービスプロバイダから受け取ったトークン、チャレンジ、および擬似シークレットキーから、サービスプロバイダを認証することをさらに含む請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
擬似シークレットキーは、予めプログラムされたシークレットキーから発生される請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
シークレットキーは、ユーザ識別モジュール（ＵＩＭ）上で予めプログラムされている請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
シークレットキーは６４ビットであり、擬似シークレットキーは１２８ビットである請求項１６記載の方法。
【請求項２３】
第２のセキュリティプロトコルを使用して、チャンレンジと擬似シークレットキーとから少なくとも１つのセッションキーを発生させることをさらに含む請求項１６記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのセッションキーを使用して、サービスプロバイダとの通信を暗号化し、解読することをさらに含む請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
第１のセキュリティプロトコルはセルラ認証および音声暗号化（ＣＡＶＥ）を含み、第２のセキュリティプロトコルは認証およびキー合意（ＡＫＡ）を含む請求項１６記載の方法。
【請求項２６】
ディフィ・ヘルマンキー合意プロトコルを使用して、サービスプロバイダと一時キーをネゴシエートし、ＡＫＡを使用して、擬似シークレットキーと一時キーとからチャレンジに対する応答を発生させることをさらに含む請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
擬似シークレットキーの発生は、第１のセキュリティプロトコルを使用して、ネットワークから受け取ったチャレンジからセッションキーを発生させることを含み、擬似シークレットキーはセッションキーから発生される請求項１６記載の方法。
【請求項２８】
セッションキーは、第１のセキュリティプロトコルにしたがって、シグナリングを暗号化するためのキーを含む請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
擬似シークレットキーの発生は、第１のセキュリティプロトコルを使用して、セッションキーとチャレンジとから第２のセッションキーを発生させることをさらに含み、擬似シークレットキーは少なくとも２つのセッションキーから発生される請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
擬似シークレットキーの発生は、前記少なくとも２つのセッションキーでハッシュ関数を行なうことをさらに含む請求項２９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２３４３８１（Ｐ２０１１−２３４３８１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１２３７１３（Ｐ２０１１−１２３７１３）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【分割の表示】特願２００７−５３０４２９（Ｐ２００７−５３０４２９）の分割
【原出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（５９５０２０６４３）クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３７１３（Ｐ２０１１−１２３７１３）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【分割の表示】特願２００７−５３０４２９（Ｐ２００７−５３０４２９）の分割
【原出願日】平成１７年９月２日（２００５．９．２）
【出願人】（５９５０２０６４３）クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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