捕捉したデータ・パケットの解読方法、ＬＴＥネットワークにおけるデータ解読方法、ハンドオーバ期間中のデータ解読識別方法、アイドル・モード・モビリティ期間中のデータ解読識別方法、及びユーザ装置識別子を捕捉メッセージに相関させる方法
【課題】ＵＥがアタッチしたとき又はその後のＵＥアクティビティの期間中の暗号キーをモニタリング・システムが捕捉できるようにする。
【解決手段】モニタリング・システムがＩＴＥネットワーク内のインタフェースに結合され、ネットワーク・インタフェースからのパケットを受動的に捕捉する。認証及びキー一致手順に関連した第１および第２データ・パケットをそれぞれ第１および第２インタフェースにて捕捉する。同じパラメータに基づいて第１データ・パケットの各々を第２データ・パケットの各々に相関させる。相関した第１及び第２データ・パケットからの情報で認証ベクトル・テーブルを作成する。テーブルのエンティティが複数のセキュリティ・コンテキスト用の認証データを備える。暗号化キーを識別して、ユーザ用の追加のパケットを解読する。ユーザ装置によりインター無線アクセス技術ハンドオーバの場合に、暗号化キーも識別できる。
【解決手段】モニタリング・システムがＩＴＥネットワーク内のインタフェースに結合され、ネットワーク・インタフェースからのパケットを受動的に捕捉する。認証及びキー一致手順に関連した第１および第２データ・パケットをそれぞれ第１および第２インタフェースにて捕捉する。同じパラメータに基づいて第１データ・パケットの各々を第２データ・パケットの各々に相関させる。相関した第１及び第２データ・パケットからの情報で認証ベクトル・テーブルを作成する。テーブルのエンティティが複数のセキュリティ・コンテキスト用の認証データを備える。暗号化キーを識別して、ユーザ用の追加のパケットを解読する。ユーザ装置によりインター無線アクセス技術ハンドオーバの場合に、暗号化キーも識別できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ＬＴＥネットワークでのデータ・パケットのモニタリングに関し、特に、捕捉したデータ・パケットの解読に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロング・ターム・エボリューション（Long Term Evolution：ＬＴＥ）ネットワークにおいて、ユーザ装置（User Equipment：ＵＥ）は、進化したＮｏｄｅＢ（enhanced Node B：ｅＮｏｄｅＢ）ネットワーク・エンティティと通信を行う。ｅＮｏｄｅＢは、モビリティ・マネージメント・エンティティ（Mobility Management Entities：ＭＭＥ）により制御される。ＵＥがＬＴＥにアタッチすると、ＵＥ及び関連ＭＭＥは、認証及びキー一致（Authentication and Key Agreement：ＡＫＡ）処理を受ける。この処理は、ＵＥ及びネットワークを互いに認証する。ＡＫＡ処理を用いて、ＵＥ及びネットワークの間のトラフィックを暗号化するキーを取り決める。ＡＫＡ処理が完了すると、ＵＥ及びネットワーク間で交換されたメッセージ・トラフィックのほとんどが暗号化される。送信者がメッセージを暗号化するのに用いたのと同じキーを受信者が有していない限り、暗号化トラフィックを読むことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００８／１１３７７５号パンフレット（特表２０１０−５２１９４０号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ネットワーク操作者は、ネットワーク・インタフェースからのパケット・データ・ユニット（Packet Data Unit：ＰＤＵ）を捕捉し分析するモニタリング装置を用いて、ＬＴＥネットワークをモニタできる。これらＰＤＵを相関させて、各ユーザ単位でのセッション記録を作成できる。しかし、ＰＤＵが暗号化されていると、ＰＤＵを相関させることができない。モニタリング装置は、ＰＤＵを暗号化するのに正確なキーを持たなければならない。ＵＥは、ネットワークにアタッチし、ネットワークに暗号キーを確立する。モニタリング・システムは、ＵＥがアタッチするとき又はその後のＵＥの動作期間中に、暗号キー又は暗号キーを発生するのに用いる情報を捕捉しなければならないが、さもないと、ＵＥに関連したメッセージを解読できない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１態様によれば、捕捉したデータ・パケットを解読する方法は；モビリティ・マネージメント・エンティティ及びホーム加入者サービス・ノードの間の第１ネットワーク・インタフェースからと、モビリティ・マネージメント・エンティティ及びｅＮｏｄｅＢノードの間の第２ネットワーク・インタフェースからとのデータ・パケットをモニタリング・プローブにより捕捉し；上記第１インタフェースでの認証及びキー一致手順に関連した第１データ・パケットを識別し；上記第２インタフェースでの認証及びキー一致手順に関連した第２データ・パケットを識別し；同じパラメータに関連した上記第２データ・パケットの個別のものに上記第１データ・パケットの個別のものを相関させ；相関された第１データ・パケット及び第２データ・パケットからの情報を含む認証ベクトル・テーブルを作成し、上記テーブル内のエンティティが複数のセキュリティ・コンテキスト用の認証データを含む。
【０００６】
本発明の第２態様によれば、上記第１態様の方法は、更に、上記モニタリング・プローブでのメモリに上記認証ベクトル・テーブルを蓄積すること特徴とする。
【０００７】
本発明の第３態様によれば、上記第１態様の方法は；更に；上記第２インタフェースからセキュリティ・モード手順データ・パケットを捕捉し；上記セキュリティ・モード・データ・パケットからアルゴリズム形式及びセキュリティ・キー・インデックスを抽出し；上記アルゴリズム形式及び上記セキュリティ・キー・インデックスを上記認証ベクトル・テーブルに添付することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第４態様によれば、上記第１態様の方法は；更に；上記モニタリング・システムにより、ネットワーク・インタフェースから暗号化データ・パケットを捕捉し；上記暗号化データ・パケット用のセキュリティ・コンテキストを識別し；上記暗号化データ・パケットの上記セキュリティ・コンテキストを上記認証データ・テーブル内のエンティティに相関させ；上記認証データ・テーブル・エンティティに蓄積された暗号キーを用いて上記暗号化データ・パケットを解読することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第５態様によれば、上記第１態様の方法は、上記第１インタフェースＳ６ａインタフェースであり、上記第２インタフェースがＳ１−ＭＭＥインタフェースであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第６態様によれば、上記第１態様の方法は、上記モニタリング・システムにより捕捉されたときに、全てのＮＡＳ認証要求メッセージが暗号化されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第７態様によれば、上記第１態様の方法は、更に、Ｓ３インタフェースからＣＫ及びＩＫサブキー及びＫＳＩを捕捉することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第８態様によれば、上記第１態様の方法は、更に、Ｓ１ＡＰＨＯ要求又はＳ１ＡＰＴＡＵ要求からアルゴリズム形式又はセキュリティ・キー・インデックスを抽出することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第９態様によれば、上記第１態様の方法は；更に；ＣＫ及びＩＫサブキー及び１つ以上のノンス（使い捨てパスワード）からＫ‘ASMEを入力として導出し；上記アルゴリズム形式及び上記セキュリティ・キー・インデックスを上記認証ベクトル・テーブルに添付することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１０態様によれば、ＬＴＥネットワーク内のデータを解読する方法は；Ｓ６ａインタフェースに結合されたモニタリング・システムにて認証応答メッセージを捕捉し；上記認証情報応答メッセージ内のセキュリティ・キー（ＫASME）を識別し；上記セキュリティ・キーの各々から計算したｅＮｏｄｅＢキー（ＫalgeNB）を発生し；上記モニタリング・システムにてメモリに各計算したｅＮｏｄｅＢキー及び関連したセキュリティ・キーを蓄積し；特定のユーザ装置コンテキストに関連したコンテキスト要求メッセージをＳ１−ＭＭＥインタフェースから捕捉し；上記コンテキスト要求メッセージ内で割り当てられたｅＮｏｄｅＢキー（ＫeNB-assign）を識別し；上記割り当てられたｅＮｏｄｅＢキーを、上記メモリに蓄積された上記計算済みｅＮｏｄｅＢキーと比較し；上記割り当てられたｅＮｏｄｅＢキーに対応する一致計算済みｅＮｏｄｅＢキーを識別し；上記一致計算済みｅＮｏｄｅＢに関連するセキュリティ・キーを用いて、上記コンテキストからのメッセージ・トラフィックを暗号化する。
【００１５】
本発明の第１１態様によれば、上記第１０態様の方法は、更に、上記一致計算済みｅＮｏｄｅＢに関連した上記セキュリティ・キーからＮＡＳ解読キー（ＫNASenc）を導出することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１２態様によれば、上記第１０態様の方法は、上記コンテキスト要求メッセージがＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１３態様によれば、上記第１０態様の方法は、上記コンテキスト要求メッセージがＳ１ＡＰＵＥコンテキスト変更要求メッセージであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１４態様によれば、上記第１０態様の方法は；更に；Ｓ１−ＭＭＥインタフェースからセキュリティ・モード完了メッセージを捕捉し；上記セキュリティ・モード完了メッセージの各々内のアップリンク・カウント・パラメータを識別し；上記セキュリティ・キー及び対応アップリンク・カウント・パラメータから上記計算されたｅＮｏｄｅＢキー（ＫalgeNB）を発生することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第１５態様によれば、ハンドオーバ期間中に解読データを識別する方法は；モニタリング・システム・プローブにてＳ３インタフェースでのＧＴＰ―ｖ２フォワード再配置要求メッセージを捕捉し；上記ＧＴＰ−ｖ２フォワード再配置メッセージからＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩパラメータを抽出し；上記モニタリング・システム・プローブにてＳ１−ＭＭＥインタフェースでのハンドオーバ要求メッセージを捕捉し；上記ハンドオーバ要求メッセージからＫＳＩ、アルゴリズム及びノンス・パラメータを抽出し；上記モニタリング・システムにて上記ＣＫ、ＩＫ及びノンス・パラメータを用いてＫ‘ASMEパラメータを計算する。
【００２０】
本発明の第１６態様によれば、アイドル・モード・モビリティ期間中に解読データを識別する方法は；モニタリング・システム・プローブにてＳ３インタフェースでのＧＴＰ−ｖ２コンテキスト応答メッセージを捕捉し；上記ＧＴＰ−ｖ２コンテキスト応答メッセージからＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩパラメータを抽出し；上記モニタリング・システム・プローブにてＳ１−ＭＭＥインタフェースでのセキュリティ・モード・コマンド・メッセージを捕捉し；上記セキュリティ・モード・コマンド・メッセージからＫＳＩ及びノンス・パラメータを抽出し；上記モニタリング・システムにて上記ＣＫ、ＩＫ及びノンス・パラメータを用いてＫ‘ASMEパラメータを計算する。
【００２１】
本発明の第１７態様によれば、ユーザ装置識別子を捕捉メッセージに相関させる方法は；ＬＴＥネットワークにてインタフェースに結合されたモニタリング・プローブにより、ＨＳＳが送ったＳ６ａ認証手順メッセージを捕捉し；ＭＭＥ及びＵＥの間で交換されたＳ１ＡＰ認証手順メッセージを、上記モニタリング・プローブを用いて、捕捉し；上記捕捉されたメッセージ内で認証ベクトルを抽出し；上記Ｓ６ａ認証手順メッセージ内のＵＥ識別子を抽出し；上記認証ベクトルに基づいてＳ１ＡＰ認証手順メッセージに対応するＳ６ａ認証手順メッセージを識別し；上記モニタリング・システムでのメモリ装置に蓄積された記録を作成し、上記記録が対応Ｓ６ａ及びＳ１ＡＰメッセージからの認証ベクトル及びＵＥ識別子を含む。
【００２２】
本発明の第１８態様によれば、上記第１７態様の方法は、上記ＵＥ識別子がＩＭＳＩであることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第１９態様によれば、上記第１７態様の方法は、上記認証ベクトルが、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＸＲＥＳパラメータから選択された１つ以上のパラメータを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明の第２０態様によれば、上記第１７態様の方法は；更に、上記Ｓ１ＡＰ認証メッセージからＧＵＴＩパラメータを抽出し；上記記録に上記ＧＵＴＩを追加することを特徴とする。
【００２５】
よって、一般的用語により本発明を説明することによって、添付図に対して説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、ＬＴＥネットワークの要素を示すブロック図である。
【図２】図２は、認証及びキー一致処理の一部として進化したパケット・システム（ＥＰＳ）で交換されるメッセージを示す。
【図３】図３は、ＥＰＳＮＡＳのパケット・データ・ユニットを解読する処理を示す流れ図である。
【図４】図４は、３ＧネットワークからＬＴＥネットワークへのＵＥのハンドオーバを示すブロック図である。
【図５】図５は、新たなキーを割り当てて用いる認証手順の後にＮＡＳトラフィックを暗号化するために既に利用可能なキーを最初に用いるアタッチ手順を示す。
【図６】図６は、ｅＵＴＲＡＮへのインターＲＡＴハンドオーバの期間中に交換されるメッセージを示す。
【図７】図７は、ＵＴＲＡＮからｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モードの期間中に交換されるメッセージを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図を参照して本発明を詳細に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形式で実施でき、ここでの説明の実施例に限定することを意図するものではない。むしろここでの開示が詳細且つ完全になるようにこれら実施例を提供し、当業者に本発明の範囲を充分に示すものである。当業者は、本発明の種々の実施例を用いることができよう。
【００２８】
図１は、ロング・ターム・エボリューション（Long Term Evolution：ＬＴＥ）ネットワーク１００の要素と、ある複数のＬＴＥ要素の間の関係とを示すブロック図である。ＬＴＥネットワークの要素は、当業者に周知である。簡略化のために、ＬＴＥネットワーク１００のわずかな部分のみを図１に示していることが理解できよう。ＬＴＥネットワーク１００は、２つの主要セクション、即ち、進化したＵＭＴＳ地上波無線アクセス・ネットワーク（evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network：ｅＵＴＲＡＮ）１０１と、全ＩＰ進化パケット・コア（Evolved Packet Core：ＥＰＣ）１０２とを含む。ｅＵＴＲＡＮ１０１及びＥＰＣ１０２は、共に進化したパケット・システム（Evolved Packet System：ＥＰＳ）と呼ばれる。
【００２９】
ｅＵＴＲＡＮ１０１は、複数の進化したＮｏｄｅＢ（enhanced NodeB：ｅＮｏｄｅＢ）基地局１０３を用いて、ＬＴＥネットワーク１００用の空中インタフェースを提供する。ｅＮｏｄｅＢ１０３は、ユーザ装置（User Equipment：ＵＥ）１０４をインタフェースし、物理（PHYsical：ＰＨＹ）レイヤー、中間アクセス制御（Medium Access Control：ＭＡＣ）レイヤー、無線リンク制御（Radio Link Control：ＲＬＣ）レイヤー及びパケット・データ・コンバージェンス・プロトコル（Packet Data Convergence Protocol：ＰＤＣＰ）レイヤーをホストする。ｅＮｏｄｅＢ１０３は、無線リソース・マネージメント用の制御プレーンに対応する無線リソース制御（Radio Resource Control：ＲＲＣ）機能もホストする。ｅＮｏｄｅＢ１０３は、無線リソース・マネージメント、Ｕｕインタフェースでのユーザ及び制御プレーン・データの暗号化／解読、並びにその他の機能を実行する。ｅＮｏｄｅＢ１０３は、空中インタフェースＵｕを介してユーザ装置（User Equipment：ＵＥ）と通信をするトランシーバ・コンポーネントを含む。
【００３０】
ｅＮｏｄｅＢ１０３は、Ｓ１−ＭＭＥ相互接続１０６により、ＥＰＣ内の１つ以上のモビリティ・マネージメント・エンティティ（Mobility Management Entity：ＭＭＥ）１０５に結合できる。しかし、特定のＵＥ接続のために、それを処理する１つのみのＭＭＥが一度に存在する。ＭＭＥ１０５は、ＬＴＥアクセス・ネットワークを制御し、ＵＥ１０４に対してトラッキング及びページング手順の責任がある。ＭＭＥ１０５は、ＵＥ１０４に対する一時的識別子の発生及び割り当ての責任があり、ベアラ活性化／非活性化処理の一部である。ＭＭＥ１０５は、また、ホーム加入者サービス（Home Subscriber Service：ＨＳＳ）１０７と相互作用することにより、ＵＥ１０４を認証する責任もある。ＭＭＥ１０５は、Ｓ６ａインタフェース１０８を介してＨＳＳ１０７にリンクする。ＭＭＥ１０５は、非アクセス層（Non-Access Stratum：ＮＡＳ）シグナリング用の暗号化／インテグリティ保護のための終端点であり、セキュリティ・キー・マネージメントを扱う。
【００３１】
ＵＥ１０４がＬＴＥネットワーク１００に接続しようとするとき、ｅＮｏｄｅＢ１０３は、Ｓ１−ＭＭＥ相互接続１０６を介してＭＭＥ１０５によりＳ１アプリケーション・パート（S1 Application Part：Ｓ１ＡＰ）セッションを確立する。Ｓ１ＡＰセッションは、ｅＵＴＲＡＮ１０１及びＥＰＣ１０２の間のシグナリング・サービスを提供する。Ｓ１ＡＰセッションのＮＡＳシグナリング伝送機能は、ｅＮｏｄｅＢ及びＭＭＥピアの間でＮＡＳシグナリング関連情報を伝送する。これらピアにより交換された特定のＳ１ＡＰメッセージにより、このＳ１ＡＰセッション用にＭＭＥ１０５及びｅＮｏｄｅＢ１０３の両方にて「ＵＥコンテキスト」を確立できる。ＭＭＥは、暗号化を用いて、ＮＡＳシグナリング・メッセージの機密性を確実にし、ｅＮｏｄｅＢにセキュリティ・マテリアルを提供して、Ｕｕインタフェースでのシグナリング及びユーザ・データを暗号化する。
【００３２】
インテグリティ保護及びＮＡＳシグナリング・メッセージの暗号化を提供するセキュリティ機能をＥＰＳＮＡＳが実現する。ここで説明し開示するネットワーク・モニタリング・システムの実施例は、ＥＰＳＮＡＳシグナリング・メッセージを実時間で暗号化する技術を提供する。ＥＰＳＮＡＳ解読は、３Ｇネットワークの如き他のネットワークで実行する解読と異なる。ＥＰＳＮＡＳが新たなキー階層を用い、ＫASME（アクセス・セキュリティ・マネージメント・エンティティ・キー：Access Security Management Entity Key）から、ＥＰＳＮＡＳ解読に用いる基本キーのＫNASeneを導出するために、新たなキー導出が必要となる。キー・キャシュを用いるので、ネットワーク１００にアタッチする毎に、解読キーを再調整する必要がない。ｅＮｏｄｅＢ１０３にアタッチするとき、ＵＥ１０４は、インデックスが用いるキーＫASME、ＫＳＩASMEとして知られているキー・セット識別子又はｅＫＳＩを参照する。ｅＫＳＩ（ｅＵＴＲＡＮキー・セット識別子：eUTRAN Key Set Identifier）インデックスは、特定のキーに対応する３ビット・インデックスである。これは、コンテキストがネイティブであるかマッピングされているかに応じて、ＫＳＩASME又はＫＳＩSGSNである。ｅＫＳＩは、ＡＫＡ手順の間にＵＥにより受信され、次にアタッチ・イベントにて再使用されて進行中のキーを参照できる。ＭＭＥ１０５は、同じＵＥ１０４からの連続する新たな接続の予測内の時点で、ＨＳＳ１０７からの１つ以上のＫASMEキーをプリフェッチできる。
【００３３】
ＥＰＳが確立したセキュリティ・コンテキスト状態を解読のために追跡する必要がある。この状態は、部分的／全部及び現在／非現在である。ＬＴＥネットワーク１００において、ＥＰＳセキュリティ・コンテキストの２つの形式、即ち、ネイティブ・セキュリティ・コンテキストとマッピングされたセキュリティ・コンテキストがある。全てのセキュリティ・パラメータをＥＰＳドメイン内で得ると、セキュリティ・コンテキストは、ネイティブ・セキュリティ・コンテンツとして参照される。他のドメイン内でセキュリティ・マテリアルをマッピングすることによりセキュリティ・パラメータを得ると、セキュリティ・コンテキストは、マッピングされたセキュリティ・コンテキストとして参照される。マッピングされたセキュリティ・コンテキストを用いて、ｅＵＴＲＡＮ１０１及びＵＴＲＡＮ（ユニバーサル地上波無線アクセス・ネットワーク：Universal Terrestrial Radio Access Network）又はＧＥＲＡＮ（ＧＳＭ（登録商標）ＥＤＧＥ無線アクセス・ネットワーク：GSM（登録商標） EDGE Radio Access Network）の間でのハンドオーバの如きインターＲＡＴ（無線アクセス技術：Radio Access Technology）モビリティを扱う。セキュリティ・コンテキスト・マッピングは、ＨＳＳ１０７に必要なシグナリングを最小にする。
【００３４】
ｅＮｏｄｅＢ１０３及びＵＥ１０４の間のＵｕインタフェースにて、全てのユーザ・プレーン・パケットを暗号化し解読する必要があり、制御プレーン・パケット用の秘密性（オプション）及びインテグリティ保護を提供する必要がある。これは、ＵＥ１０４及びｅＮｏｄｅＢ１０３が行う。Ｕｕでのこのセキュリティ・メカニズムに加えて、ＵＥ１０４及びＭＭＥ１０５の間の適当な位置でＮＡＳシグナリングに特化した重ね合わせセキュリティ秘密性保護（オプション）がある。このように一度、ｅＮｏｄｅＢ１０３は、Ｕｕインタフェースでパケット／メッセージを解読し、Ｓ１−Ｕインタフェースでユーザ・プレーン・パケットをリレーし、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースで暗号化ＮＡＳメッセージをリレーする。ＮＡＳシグナリングのセキュリティ秘密性保護のために、Ｓ１−ＭＭＥインタフェース１０６での暗号保護用にセキュリティ・キーを得る必要がある。ＥＰＳは、認証及びキー一致（authentication and key agreement：ＡＫＡ）手順を用いて、ＮＡＳ暗号化キー用にかかるキー・マテリアルを生成する。
【００３５】
セキュリティ特性及びセキュリティ・メカニズムを含むセキュリティ・アーキテクチャと、ＥＰＣ及びｅＵＴＲＡＮを含むＥＰＳ内で実行されるセキュリティ手順とは、第３世代パートナシップ・プロジェクト（the 3rdGeneration Partnership Project：３ＧＰＰ）が作成した技術規格に説明されている。関心のある１つの技術規格は、２０１０年１０月付「デジタル・セル電気通信システム（フェーズ２＋）；ユニバーサル・モバイル電気通信システム（Universal Mobile Telecommunication System：ＵＭＴＳ）；３ＧＰＰシステム・アーキテクチャ・エボリューション（System Architecture Evolution：ＳＡＥ）；セキュリティ・アーキテクチャ（３ＧＰＰＴＳ３３．４０１バージョン９．５．０リリース９）」に示されており、ここではその全部を参照する。関心のある他の技術規格は、２０１０年１０月付「ユニバーサル・モバイル電気通信システム（Universal Mobile Telecommunication System：ＵＭＴＳ）；ＬＴＥ；３Ｇセキュリティ；セキュリティ・アーキテクチャ（３ＧＰＰＴＳ３３．１０２バージョン９．３．０リリース９）」に示されており、ここではその全部を参照する。
【００３６】
ＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキストは、関連したキー・セット識別子ｅＫＳＩを有するＫASME、ＵＥ１０４セキュリティ機能、インテグリティ及び暗号化用の選択されたセキュリティ・アルゴリズム、アップリンク及びダウンリンクＮＡＳＣＯＵＮＴ値から成る。ＮＡＳＣＯＵＮＴ値の別々の対を各ＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキスト用に用いる。ネイティブ及びマッピングされたＥＰＳセキュリティ・コンテキストの間の区別もＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキストに適用する。
【００３７】
図２は、ＡＫＡ処理の一部としてＥＰＳ内で交換されるメッセージを示す。ＵＥ１０４、ｅＮｏｄｅＢ１０３、ＭＭＥ１０５及びＨＳＳ１０７は、相互接続されており、図１に示したように名付けられている。ＭＭＥ１０５は、Ｓ１−ＭＭＥ１０６及びＳ６ａ１０８のインタフェースを介してｅＮｏｄｅＢ１０３及びＨＳＳ１０７に夫々結合されている。典型的には、ＵＥ１０４からｅＮｏｄｅＢ１０３を介してＭＭＥ１０５へのＮＡＳメッセージ２０１によりＡＫＡ手順がトリガされる。ＭＭＥ１０５自体によっても、ＡＫＡ手順を任意の時点にトリガできる。ＮＡＳメッセージ２０１は、例えば、接続要求又はサービス要求メッセージでもよい。ＵＥ１０４が電源オンにされるか又は能動状態に変化したときに、初期接続要求が生じる。ＮＡＳメッセージ２０１は、ＵＥ１０４用のユーザ識別を含み、これをＡＫＡ手順にて用いる。ＵＥ１０４から接続要求を受けると、ＭＭＥ１０５は、Ｓ６ａインタフェース１０８でメッセージ２０２内のＨＳＳ１０７から認証情報を要求する。ＨＳＳ１０７は、１つ以上の認証ベクトル（authentication vector：ＡＶ）を有するメッセージ２０３で反応する。ＡＶベクトルの各々は、ランダム・チャレンジ・パラメータ（random challenge parameter：ＲＡＮＤ）、期待結果パラメータ（expected result parameter：ＸＲＥＳ）、認証トークン（authentication token：ＡＵＴＮ）及びＫASME基本キーを含む。ＣＫ及びＩＫ値からＨＳＳ／ＡＵＣ内でＫASMEキーを計算する。次に、ＲＡＮＤパラメータを用いてＣＫ及びＩＫ値を計算するので、ＣＫ＝ｆ３K（ＲＡＮＤ）及びＩＫ＝ｆ４k（ＲＡＮＤ）である。なお、ｆ３及びｆ４は、キー発生関数である。よって、ＫASME値は、特定のＲＡＮＤ値に対応する。各認証ベクトルは、ＵＥ１０４及びＭＭＥ１０５の間の１つのＡＫＡ手順にとって良好である。ＭＭＥがＡＫＡ手順を開始すると、規則配列から次の認証ベクトルを選択する。
【００３８】
認証ベクトルを用いるので、ＭＭＥ１０５は、ＲＡＮＤ及びＡＵＴＮパラメータを含む認証要求メッセージ２０４を伝送することにより、ＡＫＡ手順をＵＥ１０４の方へ係合させる。認証要求メッセージ２０４は、ＫＳＩASMEも含んでいる。このＫＳＩASMEをＵＥ１０４及びＭＭＥ１０５が用いて、ＫASMEと、このＫASMEから更に導出された他のキーとを識別する。ＣＫ、ＩＫ及びサーブ・ネットワーク識別子（serving network's identifier：ＳＮｉｄ）を用いるキー導出関数（key derivation function：ＫＤＦ）により、ＫASMEを導出する。ＲＡＮＤ及び共有機密値Ｋを用いて、ＵＥ１０４は、ＭＭＥ１０５からのＡＵＴＮパラメータを照合することによりネットワークを認証する。次に、ＵＥ１０４は、メッセージ２０５内の応答（response：ＲＥＳ）値を発生し伝送する。ＭＭＥ１０５は、ＸＲＥＳ期待値に対してＲＥＳ値をチェックして、ＵＥ１０４を認証する。ＡＫＡ手順の結果、ＵＥ１０４及びＭＭＥ１０５は、ＫASMEキーを共有し、相互に認証する。
【００３９】
モニタリング・システム１０９は、ＥＰＣ１０２に結合され、ＬＴＥネットワーク内の１つ以上のインタフェースからのデータを受動的にモニタし収集する。モニタリング・システム１０９は、一実施例において、１つ以上のソフトウェア・アプリケーションを実行する１つ以上のプロセッサを備えており、これらソフトウェア・アプリケーションは、ネットワーク１００からのプロトコル・データ・ユニット（Protocol Data Unit：ＰＤＵ）を収集し、相関し、分析する。モニタリング・システム１０９は、プロトコル・アナライザ、セッション・アナライザ及び／又はトラフィック・アナライザの機能を含んでおり、この機能は、ネットワーク１００でのリンク、ノード、アプリケーション及びサーバーによりＩＰトラフィックを特徴付けることにより、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection：オープン・システム相互接続）レイヤー２からレイヤー７の障害追跡を行う。かかる機能は、例えば、テクトロニクス社製アイリス・アナライザ・ツールセット・アプリケーション及びＳｐＩプローブを含むＧｅｏＰｒｏｂｅＧ１０プラットホームにより提供される。
【００４０】
モニタリング・システム１０９は、高帯域ＩＰトラフィックを扱うのに適する高速、高密度プローブ如きパケット捕捉デバイスによりネットワーク・インタフェースに結合されている。モニタリング・システム１０９は、ネットワークの動作を中断することなく、インタフェースからのメッセージ・トラフィックを受動的に捕捉する。サービス・プロバイダ又はネットワーク操作者は、ユーザ・インタフェース・ステーション１１０により、モニタリング・システム１０９からのデータをアクセスできる。モニタリング・システム１０９は、捕捉したデータ・パケット、ユーザ・セッション・データ、コール記録構成情報、ソフトウェア・アプリケーション・インストラクションを蓄積する内部又は外部のメモリ１１１を更に含んでいる。モニタリング・システム１０９は、ネットワークでの特定のデータ・セッションに関連したデータを捕捉し相関できる。一実施例において、５組みのアソシエーション・メカニズムを用いて、関連したパケットを相関できる。５組のアソシエーション処理は、ＩＰ相関キーを用いる。このＩＰ相関キーは、５つのパーツ・サーバーＩＰアドレス、クライアントＩＰアドレス、ソース・ポート、宛先ポート、レイヤー７プロトコル（ＨＴＴＰ、ＤＮＳ、ＧＴＰｖ２又はＳ１ＡＰ）から成る。関連パケットをネットワーク１００での特定のフロー、セッション又はコールに組み合わせることができる。
【００４１】
モニタリング・システム・プローブは、メイン・データ・リンクに影響を与えることなく、ネットワーク装置間に流れるデータを反映するように光学又は電気のスプリッタを用いて、接続又はインタフェースに接触する受動プローブを含んでもよい。捕捉されたデータを濾波し、調整し、及び／又はモニタリング・システム内のデータ取込みプロセッサ、機能又は回路に送ってもよい。これらは、個別のメッセージ及びこのメッセージ内のパラメータを識別するなどのように、捕捉されたデータの内容を分析する。
【００４２】
別の実施例において、モニタリング・システム１０９は、例えば、ＭＭＥ１０３の如きＥＰＣノードに配置され、このノードに又はノードから送られるデータ・パケットを捕捉するアクセス・コンポーネント（例えば、ソフトウェア・エージェント）でもよい。
【００４３】
Ｓ１−ＭＭＥインタフェース１０６でのトラフィックは、暗号化されておらず、モニタリング・システム１０９により利用可能であり、関連トラフィックに相関されて、セッション記録を作成する。しかし、Ｓ１−ＭＭＥでのトラフィックは、しばしば暗号化されている。メッセージを解読する適切な暗号キーがなければ、モニタリング・システム１１０がトラフィックを使用できない。
【００４４】
図３は、モニタリング・システム内でＥＰＳＮＡＳ解読を実行する処理を示す流れ図である。ステーション３０１にて、モニタリング・システムは、認証手順に関連したトラフィック用に、ＭＭＥ及びＨＳＳの間のＳ６ａインタフェースをモニタする。Ｓ６ａインタフェースで交換されるパラメータは、暗号化されていない。認証手順の目的は、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ、ＸＲＥＳ及びＫASMEの如き１つ以上の認証ベクトルをＭＭＥに提供して、ＵＥを認証し、セキュリティ・マテリアルを提供することである。各認証ベクトルを用いてＵＥを認証できる。１つ以上の認証ベクトルがＭＭＥによりフェッチされると、ＵＥ用の次のＡＫＡ手順の期間中に過剰のベクトルを用いる。ＩＭＳＩ（International Mobile Subscriber Identifier：インターナショナル・モバイル加入者識別）は、ＵＥの永久的な識別であり、これはＳ６ａ「認証情報要求」メッセージに含まれる一方、認証ベクトルは、うまくいけばＳ６ａ「認証情報応答」メッセージ内で強制的である。ＩＭＳＩ、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＫASMEパラメータは、Ｓ６ａでの認証手順から抽出できる。
【００４５】
ステップ３０２において、モニタリング・システムは、Ｓ１−ＭＭＥインタフェース上のＮＡＳ承認及びキー一致（Authentication and Key Agreement：ＡＫＡ）手順をモニタする。ＡＫＡ手順の目的は、ＭＭＥに対して、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースでキーを実際に伝送することなく、ＵＥを認証し、ＫASMEキーに相互に一致させることである。ＥＰＳ認証が成功裏に実行されるとき、ＵＥ及びネットワークにてＥＰＳセキュリティ・コンテキストが確立される。
【００４６】
認証要求メッセージは、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びｅＫＳＩを運ぶ。よって、これらの値は、認証手順メッセージから抽出できる。ＵＥからの認証応答メッセージは、ＲＥＳを運ぶ。これをＭＭＥが用いて、認証が成功したか否かを判断する。ＵＥが送ったＲＥＳ値が間違いならば（即ち、ＲＥＳがＸＲＥＳに等しくなければ）、ＭＭＥは、認証却下メッセージをＵＥに送り返す。
【００４７】
Ｓ１ＡＰ初期ＵＥメッセージ内のＩＭＳＩを用いて、ＵＥが最初にアタッチすると仮定する。モニタリング・システムは、ＩＭＳＩを抽出でき、ＩＭＳＩをＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びｅＫＳＩパラメータに相関させる。ＵＥがネットワークにアタッチする最初の時点で認証要求メッセージが非暗号化であるとも仮定する。
【００４８】
ｅＫＳＩは、ＮＡＳキー・セット識別子である。ｅＫＳＩの値が０〜７であり、このｅＫＳＩを用いて、これからのトランザクションにて、導出されたＫASMEキーを識別する。これは、キャシュされたセキュリティ・コンテキストの能力をイネーブルする。例えば、ＵＥが認証され、安全なＮＡＳ接続が確立されたと仮定する。ＵＥがＥＭＭアイドル状態に遷移し、サービス要求手順によりＥＭＭ接続状態に後で再開するとき、ＵＥがｅＫＳＩを含む。ＭＭＥがＡＫＡ手順を開始すると、新たなセキュリティ・コンテキストが新たなｅＫＳＩにより確立される。
【００４９】
ステップ３０３において、モニタリング・システムは、Ｓ６ａ及びＳ１−ＭＭＥでの認証手順の間で相関を行う。モニタリング・システムは、ＩＭＳＩを用いて、例えば、Ｓ１−ＭＭＥ及びＳ６ａインタフェースでの認証手順から捕捉したデータを相関する。モニタリング・システムは、ステップ３０４にて、ここではＥＰＳAuthVectorと呼ぶデータ構造を作成する。AuthVectorデータ構造は、ｅＫＳＩ、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ、アルゴリズム形式、及びＫASMEパラメータを含んでいる。ＭＭＥからＵＥに送られたセキュリティ・モード・コマンド・メッセージからアルゴリズム形式が識別できる。プリフェッチされたベクトルが検出され捕捉されると、ｅＫＳＩがまだ割り当てられていないので、ｅＫＳＩなしにこれらベクトルがAuthVectorデータ構造に蓄積される。AuthVectorデータは、ユーザ・レベル毎の認証手順のＳ６ａ及びＳ１−ＭＭＥレッグの両方からのデータの組合せである。
【００５０】
ステップ３０５にて、モニタリング・システムは、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースでのＮＡＳセキュリティ・モード手順をモニタする。ＮＡＳセキュリティ・モード制御手順の目的は、ＥＰＳセキュリティ・コンテキストを使用できるようにし、対応するＮＡＳキー及びセキュリティ・アルゴリズムを用いてＵＥ及びＭＭＥの間のＮＡＳシグナリング・セキュリティを初期化することである。ＭＭＥは、非暗号化セキュリティ・モード・コマンド・メッセージをＵＥに送る。モニタリング・システムは、このメッセージを捕捉し、アルゴリズム形式及びｅＫＳＩパラメータを抽出する。次に、ｅＫＳＩ値を用いて、セキュリティ・コンテキストがネガティブであるかマッピングされているかを判断し、そのコンテキストに関連するＫASME（ネガティブ・セキュリティ・コンテキスト）又はＫ‘ASME（マッピングされたセキュリティ・コンテキスト）を検索する。モニタ・システムは、適切なAutoVectorデータ構造を識別し、そこでの情報を用いて、そのセキュリティ・コンテキスト又はその特定ＮＡＳチャネル用に捕捉したメッセージを解読する。
【００５１】
セキュリティ・モード手順が完了すると、ＵＥ用のＰＤＵのすべてが暗号化される。ステップ３０６にて、AuthVectorデータ構造からの情報を用いてＰＤＵを解読する。ＮＡＳＰＤＵが捕捉されると、モニタリング・システムは、ヘッダ情報を用いて、ＰＤＵに関連するAuthVectorデータを識別する。モニタリング・システムは、高速キー・アクセスを使用でき、ＰＤＵの解読を効率化する。これは、動作が全てのＰＤＵ用に実行されなければならないためである。
【００５２】
モニタリング・システムは、次のパラメータを解読アルゴリズムに提供する。すなわち、ＫNASenc、ＮＡＳＣＯＵＮＴ、ベアラ、方向及びアルゴリズム形式である。
ＫNASencは、ＫASMEから導出され、ＥＰＳAuthVectorデータ構造と共に蓄積される。ＮＡＳＣＯＵＮＴ対では、各値が３２ビットＣＯＵＮＴパラメータである。ＮＡＳＣＯＵＮＴのフォーマットを表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
ＮＡＳＣＯＵＮＴは、モニタリング・システムにより方向（アップリンク及びダウンリンク）毎に維持される。ＮＡＳＣＯＵＮＴは、成功したＡＫＡ実行後に全てのセキュリティ・モード・コマンド・メッセージでの両方向にてリセットされる。ＳＮは、各ＮＡＳメッセージから抽出される。ＳＮが循環する毎に「０」で開始し「１」だけ増分することによりモニタリング・システムがＯＮを維持する。
ペアラは、５ビットのベアラ識別子であり、ＮＡＳに対して常に「０」にセットされる。トランスミッションの方向は、アップリンクに対して「０」で識別し、ダウンリンクに対して「１」で識別する。Ｓ１ＡＰメッセージ形式を用いて、メッセージの方向を割り当てできる。Ｓ１ＡＰシグナリング・メッセージに関連する全てのＵＥは、単一方向である。この事実を用いて、アップリンク又はダウンリンクの方向を各ＰＤＵに割り当てできる。モニタリング・システムは、いずれに方向にても、トラフィックから捕捉したＰＤＵを解読できる。
アルゴリズム形式は、ＥＰＳAuthVectorデータ構造に蓄積される。ＥＰＳＮＡＳは、公的に利用可能なＳＮＯＷ３Ｇ及びＡＥＳアルゴリズムを用いる。
【００５５】
ＵＥは、ＩＭＳＩ及びＧＵＴＩ（グローバルな独自の一時的識別子）に割り当てられる。加入者記録を作りＳ１ＡＰコールを追跡するために、モニタリング・システムは、Ｓ１ＡＰシグナリングに存在するＩＭＳＩ／ＧＵＴＩ情報と共にｅＮｏｄｅＢ−ＵＥ識別子を用いる。Ｓ１ＡＰコールがリリースされると、ｅＮｏｄｅＢ−ＵＥＩＤが除去されるが、ＩＭＳＩ／ＧＵＴＩがデータベース内に維持される。ＵＥが再びネットワークにアタッチすると、新たなｅＮｏｄｅＢ−ＵＥＩＤと共に新たなＳ１ＡＰセッションが確立される。新たなセッションは、ＩＭＳＩ／ＧＵＴＩを用いて、同じ加入者記録に逆行して相関できる。
【００５６】
ＵＥがネットワークに再アタッチすると、これは、ＭＭＥによる新たなＡＫＡ手順を実行できない。代わりに、ＵＥは、前もって使用されたｅＫＳＩを送ることができ、前もって確立したパラメータを用いてパケットの暗号化を継続する。ＩＭＳＩ／ＧＵＴＩを用いて記録をインデックスするように加入者記録を識別するＳ１ＡＰコール追跡方法を用いて、モニタリング・システムがＵＥ用のAuthVectorを検索できる。これにより、モニタリング・システムは、そのＵＥ用のパケットの暗号化を再開できる。
【００５７】
本発明の実施例により、ＵＥがＭＭＥによるＡＫＡ手順を実行しないときでさえ、モニタリング・システムはＰＤＵを解読できる。例えば、ＵＥが最初にアタッチしたとき、モニタリング・システムは、Ｓ６ａインタフェースからキー及び認証データを捕捉できる。この情報を用いて、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースでの対応ＰＤＵを解読できる。ＵＥが切り離してその後２度目のアタッチをすると、ＭＭＥ及びＵＥは、ＡＫＡ手順を再び実行する必要がないか、又はＳ１−ＭＭＥ又はＳ６ａのインタフェースでキー情報を交換する必要がない。ＵＥ及びＭＭＥの両方は、キー・キャッシュを用いて、これらが以前に用いたキーを追跡する。ＵＥが再びアタッチしたときに、これらのキーを用いることができる。よって、モニタリング信号は、Ｓ１−ＭＭＥ又はＳ６ａインタフェースでの関連データ又はＡＫＡ手順を調べない。代わりに、ＵＥ及びＭＭＥは、暗号化したデータの交換を直ちに開始できる。モニタリング・システムは、ＩＭＳＩ／ＧＵＴＩ情報を用いて、ＵＥ用の既存の加入者記録を識別できる。代わりに、ＵＥは、サービス要求メッセージにて、又はオプションとしてアタッチ要求／ＴＡＵ要求メッセージにてｅＫＳＩ値を送る。ＭＭＥは、ｅＫＳＩ値を用いて、既存のＫAMSEに戻って参照でき、暗号化したデータを直ちに送ることができる。加入者記録に蓄積されたキー情報を用いて、第２アタッチ用にトラフィックを解読できる。
【００５８】
上述のアルゴリズムは、非暗号化認証要求がモニタされると仮定する。モニタリング・システムが非暗号化認証要求メッセージを確かめると、ＵＥからのメッセージの残りを解読するのに必要なキーを発生するのに充分なデータを有する。しかし、いくつかの場合、全ての認証要求メッセージが暗号化される。モニタリング・システムは、ＵＥ用のセキュリティ・キーを依然識別できる。モニタリング・システムは、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースでの初期コンテキスト・セットアップ・メッセージ内で送られたＫeNBパラメータを捕捉する。モニタリング・システムは、Ｓ６ａインタフェースからＫASMEも受け取れる。モニタリング・システムは、ＫASMEからＫeNBも導出できる。よって、モニタリング・システムがＫASMEを発生すると、対応するＫeNBを発生でき、それをAuthVector又は加入者記録に蓄積できる。「初期コンテキスト・セットアップ」又は「ＵＥコンテキスト変更」メッセージにてＫeNBが捕捉されると、モニタリング・システムは、解読に必要な関連したＫASMEを識別できる。
【００５９】
ＨＳＳと交換されたデータに基づくＡＫＡ手順を用いてキーを発生するとき、セキュリティ・コンテキストを「ネイティブ」と呼ぶ。３Ｇ又は２Ｇネットワークの如き他のネットワークからのＭＭＥがキーを受けると、セキュリティ・コンテキストを「マッピングされた」と呼ぶ。図４は、３Ｇネットワーク４０２からＬＴＥネットワーク１００へのＵＥ４０１のハンドオーバを示すブロック図である。ＵＥ４０１は、最初に３ＧＲＮＣ４０３と通信し、ｅＮｏｄｅＢ１０３にハンドオーバされる。３Ｇネットワーク内のＳＧＳＮ４０４は、３ＧＲＮＣ４０３に結合されると共に、ＬＴＥネットワーク内のＭＭＥ１０５に結合される。ハンドオーバ処理の一部として、ＳＧＳＮ４０４及びＭＭＥ１０５は、Ｓ３インタフェース４０５を横切って、ＵＥ４０１に関連した情報を交換する。この情報には、ＣＫ、ＩＫ及びＩＭＳＩパラメータが含まれる。ハンドオーバＵＥ４０１は、マッピングされたセキュリティ・コンテキストを有する。ＬＴＥネットワーク１００は、ＵＥ４０１用のトラフィックを暗号化／解読するのに用いるために、マッピングされたセキュリティ・コンテキスト用のＫ‘ASMEを作成する。一実施例において、モニタリング・システム１０９は、Ｓ３インタフェース４０５にも結合でき、ＣＫ、ＩＫ及びＩＭＳＩデータの如きハードウェアＵＥ４０１に関連したＰＤＵを捕捉できる。この捕捉されたデータにより、モニタリング・システム１０９は、ＵＥ４０１用のキーを導出できるので、他の捕捉されたトラフィックも解読できる。ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮからｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モード・モビリティの場合にも同様の概念を適用できる。
【００６０】
いくつかの実施例において、ＭＭＥ１０５は、ネガティブ・セキュリティ・コンテキストで用いるためのキーをプリフェッチできる。ＭＭＥ１０５は、ＨＳＳ１０７から用いる次のキー用のデータを検索する。これにより、ＭＭＥ１０５は、ＨＳＳ１０７からキー・データを得るのに待つことなく、ＵＥがアタッチする次の時点でＡＫＡ手順を直ちに実行できる。その結果、この状態でのキー・データは、認証処理が開始する前に、Ｓ６ａインタフェースを横切って通過する。モニタリング・プローブ１０９は、Ｓ６ａからプリフェッチ・キー・データを捕捉し、ＭＭＥ１０５が必要とするまで、プリフェッチ・キー用のＫASMEを蓄積する。同じＵＥが再アタッチし、ＭＭＥ１０５がＡＫＡ手順を開始するとき、モニタリング・システム１０９は、使用するセキュリティ・キーを既に持っている。次に、モニタリング・システム１０９は、ＫASMEを用いて、ＵＥに関連するＰＤＵを解読する。
【００６１】
ＵＥがＬＴＥネットワークに接続するとき、ｅＮｏｄｅＢは、ＭＭＥへのストリーム制御トランスミッション・プロトコル（Stream Control Transmission Protocol：ＳＣＴＰ）伝送セッションを確立する。Ｓ１アプリケーション・プロトコル（S1 Application Protocol：Ｓ１ＡＰ）をｅＮｏｄｅＢが用いて、ＭＭＥと通信する。Ｓ１ＡＰの主機能の１つは、ＵＥコンテキスト・マネージメント機能であり、これは、Ｓ１でユーザの個別のシグナリングをサポートする。ＥＰＳＮＡＳシグナリングは、ｅＮｏｄｅＢの解釈が行われることなく、ＵＥからＭＭＥへＳ１ＡＰのトップにて透過で運ばれる。
【００６２】
ＵＥがＭＭＥによる初期アタッチ手順を行うとき、ＵＥは、その永続的な加入者識別（ＩＭＳＩ）を送る。ＭＭＥは、ＵＥを識別し、ＩＭＳＩを用いて提供するのに必要なサービスを有効にする。ＭＭＥがこの初期有効化を行うと、ＵＥに一時的な識別（ＧＵＴＩ）を割り当てる。その点から前方に、ＵＥは、ＩＭＳＩではなくＧＵＴＩを、アタッチが含まれるその後のサービス要求用にＭＭＥに送る。ＬＴＥは、主にセキュリティ特性としてのこのメカニズムを用いて、ＩＭＳＩ値がメッセージから捕捉されるのを防ぐ。
【００６３】
これは、モニタリング・システムへの呼びかけのポーズをとり、ＵＥが初期アタッチを実行したときにサービス状態ではない。ＵＥは、数日又は数ヶ月にわたってＭＭＥにＩＭＳＩを再び送らない。よって、モニタリング・システムがＳ１ＡＰシグナリング内でＩＭＳＩの存在を検出することのみを信頼すると、ＵＥへの各Ｓ１ＡＰシグナリング・セッションを識別する成功率が遠く離れ、モニタリング・システムの値を極端に下げる。
【００６４】
ここで開示したモニタリング・システムの実施例は、ＩＭＳＩがＳ１ＡＰシグナリング内に存在しなくても、全てのＵＥ関連Ｓ１ＡＰシグナリングをＩＭＳＩにより識別できる技術を提供する。モニタリング・システムは、Ｓ１ＡＰ／ＮＡＳ認証手順をＳ６ａダイアメータ認証手順に相関させることにより、ＩＭＳＩをＳ１ＡＰに相関できる。
【００６５】
ＭＭＥがＳ１ＡＰ認証手順をしばしば実行して、ＵＥを認証する。しかし、この手順を行う前に、ＭＭＥは、Ｓ６ａ認証にてＨＳＳからＵＥ用のＥＰＳ認証ベクトルをフェチしなければならない。ＥＰＳ認証ベクトルの３つのパラメータ（ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＸＲＥＳ）は、Ｓ６ａにてフェチされたが、Ｓ１ＡＰ／ＮＡＳ認証手順にてメッセージにより運ばれる。ＲＡＮＤ＋ＡＵＴＮパラメータは、ＭＭＥによりＵＥに送られ、次に、ＸＲＥＳによりＵＥ応答がＭＭＥに戻される。よって、ＥＰＳ認証ベクトルの３つのパラメータ（ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＸＲＥＳ）を用いて、Ｓ１ＡＰ認証処理をＳ６ａ認証処理に相関できる。
【００６６】
Ｓ６ａ認証要求にて、ＩＭＳＩは、ＭＭＥによりＨＳＳに送られるべき強制パラメータであり、ＥＰＳ認証ベクトルを要求する。ＩＭＳＩがＳ６ａ認証手順にて強制的であり、Ｓ６ａ認証手順がＳ１ＡＰ認証手順に相関できるので、ＩＭＳＩは、ＵＥのＳ１ＡＰシグナリング接続にも相関できる。ＭＭＥにより割り当てられた一時的な識別ＧＵＴＩは、この処理にてＩＭＳＩにマッピングされる。ＧＵＴＩパラメータを用いるＵＥによる任意の次のアタッチは、直ちにマッピングされてＵＥのＩＭＳＩを識別できる。Ｓ１ＡＰＧＵＴＩ再配置メッセージ、Ｓ１ＡＰ追跡領域アップデート（Tracking Area Update：ＴＡＵ）メッセージ、Ｓ１ＡＰアタッチ・メッセージの如きＳ１ＡＰシグナリング手順から、ＧＵＴＩ変化を追跡される。これにより、モニタリング・システムは、ＧＵＴＩ−ＩＭＳＩマッピングの傾向を維持できる。この永久加入者追跡メカニズムを有することにより、モニタリング・システム・アプリケーションがＩＭＳＩにより追跡できる。これらアプリケーションのいくつかは、コール・トレーサ、コール・データ記録、Ｓ１１、Ｓ６ａインタフェースへのマルチ・プロトコル相関である。
【００６７】
ＮＡＳ認証手順がＳ１−ＭＭＥで暗号化されると、ＫeNBを用いる相関アルゴリズムは、Ｓ６ａインタフェースでモニタされたＫASMEをＳ１ＡＰコンテキスト及びＩＭＳＩに結びつける。ＮＡＳ認証手順が非暗号化のとき、上述の一般的なアルゴリズムを他のシナリオでも使用できる。
【００６８】
図５は、既に利用可能なキーを用いて先ずＮＡＳトラフィックを暗号化するアタッチ手順を示す。ＡＫＡ手順の後に、新たなＫASMEが割り当てられ使用される。アタッチ要求メッセージ５０１がＵＥ５１からｅＮｏｄｅＢ５２を介してＭＭＥ５３に送られる。識別要求及び応答に関連し追加でオプションのＮＡＳ手順５０２がアタッチ要求メッセージ５０１の後に生じる。ＭＭＥ５４は、ＨＳＳ５４からのＥＰＳ認証ベクトルの新たな組みをメッセージ５０３及び５０４内のＳ６ａインタフェースにて再開する判断ができる。上述の３ＧＰＰＴＳ３３．４０１規格は、一度に１つのＥＰＳ認証ベクトルのみをフェッチすることを推奨している。認証情報要求５０３及び認証情報応答５０４メッセージは、暗号化されない。
【００６９】
ＭＭＥ５３は、Ｓ１ＡＰ／ＮＡＳでの新たなＡＫＡ手順５０５、５０６を開始して、使用されているキーを変更する。ＡＫＡメッセージ５０５及び５０６は、暗号化される。よって、ＡＫＡ手順に続いて用いられるＫASMEキーを識別するために、Ｓ１ＡＰ／ＮＡＳメッセージ５０５及びＳ６ａメッセージ５０４の間のＲＡＮＤ値を結びつける標準アルゴリズムを適用することができない。
【００７０】
ＭＭＥ５３は、暗号化されていないセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ５０７をＵＥ５１に送る。ＵＥ５１は、セキュリティ・モード完了メッセージ５０８により戻り応答する。次に、ＭＭＥ５３は、ｅＮｏｄｅＢ５２にＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ５０９を送って、Ｓ１ＡＰコンテキストを確立する。Ｓ１ＡＰコンテキスト・セットアップ要求メッセージ５０９は、無線レベルにて適用される関連Ｕｕインタフェース・セキュリティ・キーを今後に導出するのに用いるＫeNBキーを含んでいる。コンテキスト・セットアップが応答メッセージ５１０により完了し、ＮＡＳアタッチ手順がメッセージ５１１により完了する。他のメッセージの流れの場合には、ＵＥコンテキスト変更があるときに、Ｓ１ＡＰＵＥコンテキスト変更要求メッセージがＫeNB割り当てに含まれる。
【００７１】
図５に概略を示す手順により生じた問題は、ＮＡＳ認証手順が暗号化されているならば使用すべきＫASMEをどの様に識別するかである。ＫeNB相関アルゴリズムを用いて、この問題を解決できる。ネットワーク・モニタリング・システムは、Ｓ６ａインタフェースをモニタして、認証手順メッセージ５０３、５０４からＫASME及びＩＭＳＩを得ることができる。Ｓ６ａインタフェースでモニタされたＫASMEキーを蓄積し、関連ＩＭＳＩによりインデックスを付けることができる。ＭＭＥでプリフェッチされるＫASMEキーも、この方法で蓄積しインデックスを付けることができる。
【００７２】
ＫＤＦ機能を用いてＫeNBキーを計算する。これは、新たらしいＫASME及びＮＡＳアップリンク・カウントを入力として有する。図５に示す例において、成功したＡＫＡ実行の後に、ＵＥ５１は、ＮＡＳアップリンク・カウントを開始値（＝０）に設定する。ＵＥ５１は、ＮＡＳセキュリティ・モード完了メッセージ５０８にＮＡＳアップリンク・カウントの連続番号部分も含んでいる。これは、オーバーフロー・パラメータが０にリセットされるのも確実にする。
【００７３】
ＫeNb相関アルゴリズムは、全てのＫASMEからＫeNBを導出する。これは、Ｓ６ａインタフェースで識別され、ＫeNB値自体を用いてそれにインデックスを付ける。ＫeNB及びＫASMEキーは、例えば、上述の如く、AuthVector又は加入者記録に蓄積できる。ＫASMEを用いて相関アルゴリズムにより計算されたＫeNB値は、「ＫalgeNB」と指定できる。このアルゴリズムは、ＫＤＦ機能により、モニタ済みＫASME値及びＮＡＳアップリンク・カウント値の両方を処理して、ＫalgeNB候補を得る。
【００７４】
モニタリング・システムがＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ５０９（又は、別の実施例では、ＵＥコンテキスト変更要求メッセージ）を検出するやいなや、モニタリング・システムは、メッセージ５０９内に含まれているＫeNB値を検索し、蓄積されたＫeNB値を逆に調べて、使用中のＫASMEを識別する。モニタリング・システムは、任意のＫalgeNB候補（即ち、Ｓ６ａインタフェースでＫASMEから計算されたＫeNB）がＳ１ＡＰレベルでモニタされたＫeNBと等しいか否かを判断する。一致が見つかると、ＫalgeNBに対応するＫＡＳＭＥを用いる。このＫASMEから、モニタリング・システムは、ＮＡＳ解読用にＮＡＳencキーを導出できる。
【００７５】
一実施例において、初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ５０９（又はＵＥコンテキスト変更要求メッセージ）が検出されるまで、モニタリング・システムは、暗号化済みＮＡＳＰＤＵをバッファ又は蓄積する。ＫASMEが識別されると、バッファに蓄積されたＰＤＵを解読できる。
【００７６】
検出された全てのＫASME用にＫalgeNBを計算しインデックスを付けるためにモニタリング・システムが要求した処理負荷は、非常に重い。処理負荷を制限するために、モニタリング・システムは、最適化されたＫeNB相関アルゴリズムを用いる。最適化されたアルゴリズムの概念は、上述のコア・アルゴリズムに類似しているが、しかし、全てのＫASME及びＫalgeNBを処理しインデックスを付ける代わりに、キーがまだ決定していないＩＭＳＩに対応するＫASMEに対してこの処理を制限する。
【００７７】
最適化されたアルゴリズムは、次のように動作する。モニタリング・システムは、Ｓ１１インタフェース（即ち、ＧＴＰｖ２−Ｃプロトコル）からのデータを捕捉すると共に、Ｓ１−ＭＭＥ及びＳ６ａインタフェースをモニタする。関連したＳ１１−Ｓ６ａ−Ｓ１ＡＰレッグは、互いに結合される。明確なテキスト内のＳ１ＡＰ及び／又はピギーバック方式のＮＡＳが一時的な識別子（例えば、ＧＵＴＩ又はＳ−ＴＭＳＩ）のみを有し、ＵＥ用のＩＭＳＩを有さなければ、この結合の１つの結果は、ＩＭＳＩを特定のＳ１ＡＰ接続に相関できる能力である。Ｓ６ａ認証手順がモニタされ、ＫASME値がモニタリング・システム・メモリに蓄積され、ＩＭＳＩによりインデックスが付けられる。
【００７８】
Ｓ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ（又はＵＥコンテキスト変更要求メッセージ）が検出されるとき、含まれるＩＭＳＩが既知であるので（Ｓ１１の結合により）、モニタリング・システムは、ＫASMEがそのＵＥ用に既に識別されているか否かをＩＭＳＩに基づいて判断できる。ＫASMEがそのＩＭＳＩ用に既に利用可能ならば、アルゴリズムは、相関処理の残りのステップをスキップできる。そうでなくＫASMEがそのＩＭＳＩ用に既知でなければ、最適化されたアルゴリズムは、ＩＭＳＩによる検査を伴う蓄積したＫASMEキーを検索し、検索したＫASMEキーからＫalgeNB値を導出する。最後に、モニタリング・システムは、Ｓ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ（又はＵＥコンテキスト変更要求メッセージ）内でモニタされたＫeNB値を、計算したＫalgeNB値に一致させようとする。一致が見つかると、モニタリング・システムは、ＫASMEを識別して用いる。
【００７９】
Ｓ１１及びＳ１ＡＰ結合を確立するために、モニタリング・システムは、以下の処理を用いる。Ｓ１１のモニタのために、作成セッション手順からのセッション情報を補足する。これは、ＩＭＳＩ、ＭＳＩＳＤＮ、ＣＰトンネルＴＥＩＤ送信機及び受信器、Ｓ１−ＵＴＥＩＤ送信機及び受信器のパラメータを含む。Ｓ−ＧＷサイドでのＳ１−ＵのトンネルＩＤの識別子用であるＳ１−ＵＳ−ＧＷＦ−ＴＥＩＤパラメータは、Ｓ１１ＧＴＰｖ２−Ｃ作成セッション応答メッセージ内及びＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ応答メッセージに存在する。モニタリング・システムは、Ｓ１−ＵＳ−ＧＷＦ−ＴＥＩＤパラメータを用いて、ＧＴＰｖ２−ＣからのＩＭＳＩをＳ１−ＭＭＥＵＥコンテキストに結合する。
【００８０】
同様に、ｅＮｏｄｅＢサイドでＳ１−ＵのトンネルＩＤの識別子用であるＳ１−ＵｅＮｏｄｅＢＦ−ＴＥＩＤパラメータを、Ｓ１１ＧＴＰｖ２−Ｃ変更ベアラ要求メッセージからＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ応答に結合することにより、ＩＭＳＩマッピングを提供する。
【００８１】
ＮＡＳ暗号化／解読に必要なセキュリティ・パラメータは、ＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキストの一部である。これらパラメータは、以下を含む。
ＫASMEキー。
ＫNASint キー及びＫNASenc キー。
ＫNASint キー及びＫNASenc キー。
ｅＫＳＩインデック。
インテグリティ及び暗号化用にサポートされるアルゴリズムの形式の如きＵＥセキュリティ能力。
アップリンク（ＵＬ）及びダウンリンク（ＤＬ）ＮＡＳCOUNT 値。
認証要約及びＲＡＮＤの如きＥＰＳチャレンジ値。
【００８２】
これらセキュリティ・パラメータを２つの異なる方法で得ることができる。これらは、インターＭＭＥモビリティの場合に、Ｓ６ａを介してＨＳＳに質問をするか他のＭＭＥから得るように、ＥＰＳ環境にて検索できる。これは、ネイティブ・セキュリティ・コンテキストであり、このために、セキュリティ・パラメータは、ＫASMEキー、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＸＲＥＳＳである。これらは、一緒にＥＰＳ認証ベクトルを形成する。代わりに、インターＲＡＴモビリティの場合、これらパラメータをＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮセキュリティ・パラメータからマッピングできる。これは、マッピングされたセキュリティ・コンテキストである。
【００８３】
ネイティブＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキストを基本的なＮＡＳ解読シナリオ用に上述した。マッピングされたセキュリティ・コンテキストにおいて、情報をＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮセキュリティ・マテリアルからマッピングするため、セキュリティ・パラメータを得る手順は、ネイティブ・コントラストと異なる。このマッピングを用いることは、ＨＳＳに必要なシグナリングを最小にする。
【００８４】
マッピング・コンテキストにおいて、キーをインデックスする概念は、依然、ネイティブ・コンテキストに用いるのと同じである。マッピングされた場合に用いるインデックスは、ＫＳＩSGSNであり、これは、ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮからのマッピングされた特定のキーを参照する。
【００８５】
ＵＥ及びネットワークは、ネイティブ・セキュリティ・コンテキスト及びマッピングされたセキュリティ・コンテキストの両方を同時に蓄積できるが、一度にこれらの一方のみがアクティブである。これは、モニタリング・システムが特定のＵＥ用のネイティブ及びマッピング済みセキュリティ・コンテキスト情報の両方を維持しなければならないことを意味する。ＵＥ状態がＥＭＭ登録抹消状態に遷移するとき、非現在のネイティブＥＰＳセキュリティ・コンテキスト及び現在のマッピング済みセキュリティ・コンテキストがあれば、非現在のネイティブＥＰＳセキュリティ・コンテキストが現在としてマークされ、マッピング済みセキュリティ・コンテキストが削除される。
【００８６】
ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮネットワークからｅＵＴＲＡＮへのハンドオーバ又はアイドル・モード・モビリティは、モニタリング・システムの能力に影響して、ＬＴＥネットワークでのデータを解読できる。ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮネットワークからｅＵＴＲＡＮへ移動するＵＥ用のトラフィックをモニタするために、モニタリング・システムは、マッピングされたＥＰＳセキュリティ・コンテキストからのデータを用いなければならない。ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮからのＵＥを扱うＭＭＥは、ＧＴＰｖ２−Ｃメッセージを介してＳＧＳＮからＣＫ及びＩＫ値を得る。ＭＭＥは、次に、ＫＤＦ導関数及び１つ以上のノンスを入力として用いて、これらサブキーから新たなＫ’ASMEを導出する。必要なノンスの数は、アイドル・モード・モビリティ又はハンドオーバのためにＵＥが移動したかに応じて決まる。ノンスは、初期ＮＡＳメッセージを介してＵＥ及びＭＭＥの間で通信される。Ｋ’ASMEを計算する式を式１に示す。
Ｋ'ASME = HMAC-SHA-256(CK || IK, S) （式１）
【００８７】
「Ｓ」パラメータは、ハンドオーバ又はｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モード・モビリティの間に得なければならない。ハンドオーバの場合、Ｓの値は、次のように定義される。
S = FC || PO || LO （式２）
ここで、
FC= 0x18;
PO = ＮＯＮＣＥMME;
LO=２つの８ビット・バイト・コード化＝0x00 0x04におけるＮＯＮＣＥMMEパラメータの長さ；
|| =ビット継続演算子
【００８８】
図６は、ｅＵＴＲＡＮへのインターＲＡＴハンドオーバの期間中に交換されたメッセージを示す。ソースＲＮＣは、ＲＡＮＡＰ再配置要求メッセージ６０１をソースＳＧＳＮ６２に送る。これがターゲットＭＭＥ６３を識別すると、ＳＧＳＮ６２は、ＧＴＰｖ２−Ｃフォワード再配置要求メッセージ６０２をＭＭＥ６３に送る。メッセージ６０２は、ＵＴＲＡＮ環境で利用可能な現在のセキュリティ・マテリアルＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩを含む。ＭＭＥ６３は、ＮＯＮＣＥMMEを選択し、Ｓ１ＡＰＨＯ要求メッセージ６０３をターゲットｅＮＢ６４に送り、ＵＥコンテキストを確立する。メッセージ６０３は、ＮＯＮＣＥMME、アルゴリズムの及びインデックスＫＳＩSGSNを含む。
【００８９】
ＵＥは、ＮＯＮＣＥMME値及び他のパラメータも必要とする。ソース透過コンテナへのターゲットを作成して、これらパラメータ及び他のものを運ぶ。このコンテナは、Ｓ１ＡＰＨＯ要求アクノレッジ・メッセージ６０４、ＧＴＰｖ２−Ｃフォワード再配置応答メッセージ６０５、ＲＡＮＡＰ再配置コマンド・メッセージ６０６に含まれる。次に、ＵＴＲＡＮＲＮＣは、この情報をＵＥに提供する。ハンドオーバが完了すると、Ｓ１ＡＰＨＯ通知メッセージ６０７は、ターゲットＭＭＥ６３に送られ、これは、次に、フォワード再配置完了メッセージ６０８、６０９を交換して、ソースＳＧＳＮ６４によりこの手順を閉じる。ＳＧＳＮ６２は、次に、Ｉｕインタフェースでリソースをリリースする。
【００９０】
解読メッセージ用に要求されるＫ’ASMEキーを計算するのに必要なパラメータは、ＧＴＰｖ１−Ｃフォワード再配置要求メッセージ６０２及びＳ１ＡＰハンドオーバ要求メッセージ６０４からモニタリング・システムを得ることができる。ＧＴＰｖ２−Ｃメッセージは、サブキーＣＫ、ＩＫ及びインデックスＫＳＩを含んでいる。Ｓ１ＡＰメッセージは、インデックスと、適用すべきＮＡＳアルゴリズムと、ＮＯＮＣＥMMEとを再び含む。インデックスを用いて、マッピングされたコンテキストを参照し、パラメータＮＯＮＣＥMME、ＣＫ及びＩＫを用いて新たなキーを得ることができる。モニタリング・システムは、関連ＵＥ用のトラフィックを解読するのに必要なＫ’ASMEキーを計算できる。
【００９１】
図７は、ＵＴＲＡＮからｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モード・モビリティの期間中に交換されるメッセージを示す。ここで、ＵＥは、いかなる現在又はネイティブのＥＰＳセキュリティ・コンテキストも既に有していない。図示したシナリオは、アイドル・モードでのマッピングされたセキュリティ・コンテキストの使用を説明する。
【００９２】
ＵＥ７１は、ＴＡＵ要求メッセージを新たなＭＭＥ７２に送る。ＵＥ７１は、予めＵＴＲＡＮＳＧＳＮ７３に接続されている。ＴＡＵ要求メッセージ７０１は、古いＰ−ＴＭＳＩシグネチャを含み、それがインターＲＡＴシナリオであることを知らせる。また、このメッセージは、値「利用できるキーがない」を伴うＫＳＩASME、ＫＳＩSGSN、サポートされたアルゴリズムのリストでもよいＵＥセキュリティ能力、新たなキーを計算するのに有用なＮＯＮＣＥUEを含む。
【００９３】
ＭＭＥ７２は、ＧＴＰｖ２−Ｃコンテキスト要求メッセージ７０２を用いて古いＳＧＳＮ７３に質問し、ＭＭコンテキストを検索する。古いＳＧＳＮ７３からの応答７０３は、マッピングされたセキュリティ・コンテキスト・パラメータＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩを含む。これらパラメータは、ＴＡＵ要求７０１内に存在するＫＳＩSGSN値に応答する。
【００９４】
ＭＭＥ７２は、次にセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ７０４をＵＥ７１に送る。メッセージ７０４は、次のパラメータを備えている。すなわち、「マッピングされた」ＫＳＩ＝ＫＳＩSGSNとしてマークされたＫＳＩ値、選択されたアルゴリズム、ＴＡＵ要求にて送られたＮＯＮＣＥUE、ＭＭＥで選択されたＮＯＮＣＥMMEである。ノンス・パラメータは、新たなＫ’ASMEを得るためのハシュ関数への入力値であり、これは、インタフェースでクリアに伝送されない。ＮＯＮＣＥUEは、ＵＥ７１が選択した３２ビットのノンス値であり、ＮＡＳ追跡領域要求メッセージ７０１を介してＭＥ７２に伝送される。ＮＯＮＣＥMMEは、ＭＭＥ７２が選択した３２ビットのノンス値であり、ＮＡＳセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ７０４を介してＵＥ７１に伝送される。
【００９５】
セキュリティ・モード制御及び追跡領域アップデート（ＴＡＵ）手順は、メッセージ７０５〜７０８にて完了する。
【００９６】
ＵＴＲＡＮからｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モード・モビリティの期間中、メッセージを解読するためのパラメータが次のメッセージ内に見つかる。ＴＡＵ要求メッセージ７０１は、古いＰ−ＴＭＳＩシグネチャ、古いＧＵＴＩ、ＫＳＩSGSN、ＵＥネットワーク能力、及びＮＯＮＣＥUEも含むことができる。ＧＴＰｖ２−Ｃコンテキスト要求メッセージ７０２は、古いＰ−ＴＭＳＩシグネチャ、Ｐ−ＴＭＳＩ、ＲＡＩも含むことができる。ＧＴＰｖ２−Ｃコンテキスト応答メッセージ７０３は、ＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩを含む。ＫＡＳセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ７０４は、ＫＳＩ、セキュリティ能力、再生ＮＯＮＣＥUE、ＮＯＮＣＥMMEを含む。
【００９７】
ノンス及びＣＫ、ＩＫパラメータは、新たなキーＫ’ASMEを計算するのに必要である。アイドル・モード・モビリティ・シナリオにおいて、Ｋ’ASME計算に用いるＳ値を式３に示す。
S=FC||PO||LO||P1||L1 （式３）
ここで、
FC= 0x19；
PO = NONCEUE；
LO = ２つの８ビット・バイト・コード化= 0x00 0x04でのＮＯＮＣＥUE パラメータの長さ；
P1 = NONCEMME;
L1 = ２つの８ビット・バイト・コード化=0x00 0x04でのＮＯＮＣＥMME パラメータの長さ；
|| =ビット連結演算子
【００９８】
ＮＡＳ追跡領域要求メッセージ７０１、ＮＡＳセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ７０４、ＧＴＰｖ２−Ｃコンテキスト要求は、アイドル・モード・モビリティ用のＫ’ASMEを発生するのに必要な情報を運ぶ。
【００９９】
モニタリング・システムは、ＭＭＥ及びＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮＳＧＳＮの間のインタフェースをモニタしサポートするために、マッピングされたセキュリティ・コンテキスト用のデータを捕捉し識別する。
【０１００】
本発明の多くの変更及び他の実施例が当業者には想定され、本発明は、上述及び添付図に示す利点を有する。よって、本発明は、開示した特定実施例に限定されないことを理解すべきである。特定の用語をここでは用いたが、これらは、汎用且つ説明のためのみであり、限定の目的ではない。
【符号の説明】
【０１０１】
５１：ＵＥ
５２：ｅＮｏｄｅＢ
５３：ＭＭＥ
５４：ＨＳＳ
６１：ソースＲＮＣ
６２：ＳＧＳＮ
６３：ＭＭＥ
６４：ｅＮＢ
７１：ＵＥ
７２：ＭＭＥ
７３：ＳＧＳＮ
７４：ＨＳＳ
１００：ＬＴＥネットワーク
１０１：ｅＵＴＲＡＮ
１０２：ＥＰＣ
１０３：ｅＮｏｄｅＢ
１０４：ＵＥ
１０５：ＭＭＥ
１０６：Ｓ１−ＭＭＥ
１０７：ＨＳＳ
１０８：Ｓ６ａインタフェース
１０９：モニタリング・システム
１１０：ユーザ・インタフェース・ステーション
１１１：内部又は外部メモリ
４０１：ＵＥ
４０２：３Ｇネットワーク
４０３：３ＧＲＮＣ
４０４：ＳＧＳＮ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ＬＴＥネットワークでのデータ・パケットのモニタリングに関し、特に、捕捉したデータ・パケットの解読に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロング・ターム・エボリューション（Long Term Evolution：ＬＴＥ）ネットワークにおいて、ユーザ装置（User Equipment：ＵＥ）は、進化したＮｏｄｅＢ（enhanced Node B：ｅＮｏｄｅＢ）ネットワーク・エンティティと通信を行う。ｅＮｏｄｅＢは、モビリティ・マネージメント・エンティティ（Mobility Management Entities：ＭＭＥ）により制御される。ＵＥがＬＴＥにアタッチすると、ＵＥ及び関連ＭＭＥは、認証及びキー一致（Authentication and Key Agreement：ＡＫＡ）処理を受ける。この処理は、ＵＥ及びネットワークを互いに認証する。ＡＫＡ処理を用いて、ＵＥ及びネットワークの間のトラフィックを暗号化するキーを取り決める。ＡＫＡ処理が完了すると、ＵＥ及びネットワーク間で交換されたメッセージ・トラフィックのほとんどが暗号化される。送信者がメッセージを暗号化するのに用いたのと同じキーを受信者が有していない限り、暗号化トラフィックを読むことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００８／１１３７７５号パンフレット（特表２０１０−５２１９４０号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ネットワーク操作者は、ネットワーク・インタフェースからのパケット・データ・ユニット（Packet Data Unit：ＰＤＵ）を捕捉し分析するモニタリング装置を用いて、ＬＴＥネットワークをモニタできる。これらＰＤＵを相関させて、各ユーザ単位でのセッション記録を作成できる。しかし、ＰＤＵが暗号化されていると、ＰＤＵを相関させることができない。モニタリング装置は、ＰＤＵを暗号化するのに正確なキーを持たなければならない。ＵＥは、ネットワークにアタッチし、ネットワークに暗号キーを確立する。モニタリング・システムは、ＵＥがアタッチするとき又はその後のＵＥの動作期間中に、暗号キー又は暗号キーを発生するのに用いる情報を捕捉しなければならないが、さもないと、ＵＥに関連したメッセージを解読できない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１態様によれば、捕捉したデータ・パケットを解読する方法は；モビリティ・マネージメント・エンティティ及びホーム加入者サービス・ノードの間の第１ネットワーク・インタフェースからと、モビリティ・マネージメント・エンティティ及びｅＮｏｄｅＢノードの間の第２ネットワーク・インタフェースからとのデータ・パケットをモニタリング・プローブにより捕捉し；上記第１インタフェースでの認証及びキー一致手順に関連した第１データ・パケットを識別し；上記第２インタフェースでの認証及びキー一致手順に関連した第２データ・パケットを識別し；同じパラメータに関連した上記第２データ・パケットの個別のものに上記第１データ・パケットの個別のものを相関させ；相関された第１データ・パケット及び第２データ・パケットからの情報を含む認証ベクトル・テーブルを作成し、上記テーブル内のエンティティが複数のセキュリティ・コンテキスト用の認証データを含む。
【０００６】
本発明の第２態様によれば、上記第１態様の方法は、更に、上記モニタリング・プローブでのメモリに上記認証ベクトル・テーブルを蓄積すること特徴とする。
【０００７】
本発明の第３態様によれば、上記第１態様の方法は；更に；上記第２インタフェースからセキュリティ・モード手順データ・パケットを捕捉し；上記セキュリティ・モード・データ・パケットからアルゴリズム形式及びセキュリティ・キー・インデックスを抽出し；上記アルゴリズム形式及び上記セキュリティ・キー・インデックスを上記認証ベクトル・テーブルに添付することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第４態様によれば、上記第１態様の方法は；更に；上記モニタリング・システムにより、ネットワーク・インタフェースから暗号化データ・パケットを捕捉し；上記暗号化データ・パケット用のセキュリティ・コンテキストを識別し；上記暗号化データ・パケットの上記セキュリティ・コンテキストを上記認証データ・テーブル内のエンティティに相関させ；上記認証データ・テーブル・エンティティに蓄積された暗号キーを用いて上記暗号化データ・パケットを解読することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第５態様によれば、上記第１態様の方法は、上記第１インタフェースＳ６ａインタフェースであり、上記第２インタフェースがＳ１−ＭＭＥインタフェースであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第６態様によれば、上記第１態様の方法は、上記モニタリング・システムにより捕捉されたときに、全てのＮＡＳ認証要求メッセージが暗号化されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第７態様によれば、上記第１態様の方法は、更に、Ｓ３インタフェースからＣＫ及びＩＫサブキー及びＫＳＩを捕捉することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第８態様によれば、上記第１態様の方法は、更に、Ｓ１ＡＰＨＯ要求又はＳ１ＡＰＴＡＵ要求からアルゴリズム形式又はセキュリティ・キー・インデックスを抽出することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第９態様によれば、上記第１態様の方法は；更に；ＣＫ及びＩＫサブキー及び１つ以上のノンス（使い捨てパスワード）からＫ‘ASMEを入力として導出し；上記アルゴリズム形式及び上記セキュリティ・キー・インデックスを上記認証ベクトル・テーブルに添付することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第１０態様によれば、ＬＴＥネットワーク内のデータを解読する方法は；Ｓ６ａインタフェースに結合されたモニタリング・システムにて認証応答メッセージを捕捉し；上記認証情報応答メッセージ内のセキュリティ・キー（ＫASME）を識別し；上記セキュリティ・キーの各々から計算したｅＮｏｄｅＢキー（ＫalgeNB）を発生し；上記モニタリング・システムにてメモリに各計算したｅＮｏｄｅＢキー及び関連したセキュリティ・キーを蓄積し；特定のユーザ装置コンテキストに関連したコンテキスト要求メッセージをＳ１−ＭＭＥインタフェースから捕捉し；上記コンテキスト要求メッセージ内で割り当てられたｅＮｏｄｅＢキー（ＫeNB-assign）を識別し；上記割り当てられたｅＮｏｄｅＢキーを、上記メモリに蓄積された上記計算済みｅＮｏｄｅＢキーと比較し；上記割り当てられたｅＮｏｄｅＢキーに対応する一致計算済みｅＮｏｄｅＢキーを識別し；上記一致計算済みｅＮｏｄｅＢに関連するセキュリティ・キーを用いて、上記コンテキストからのメッセージ・トラフィックを暗号化する。
【００１５】
本発明の第１１態様によれば、上記第１０態様の方法は、更に、上記一致計算済みｅＮｏｄｅＢに関連した上記セキュリティ・キーからＮＡＳ解読キー（ＫNASenc）を導出することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１２態様によれば、上記第１０態様の方法は、上記コンテキスト要求メッセージがＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１３態様によれば、上記第１０態様の方法は、上記コンテキスト要求メッセージがＳ１ＡＰＵＥコンテキスト変更要求メッセージであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１４態様によれば、上記第１０態様の方法は；更に；Ｓ１−ＭＭＥインタフェースからセキュリティ・モード完了メッセージを捕捉し；上記セキュリティ・モード完了メッセージの各々内のアップリンク・カウント・パラメータを識別し；上記セキュリティ・キー及び対応アップリンク・カウント・パラメータから上記計算されたｅＮｏｄｅＢキー（ＫalgeNB）を発生することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第１５態様によれば、ハンドオーバ期間中に解読データを識別する方法は；モニタリング・システム・プローブにてＳ３インタフェースでのＧＴＰ―ｖ２フォワード再配置要求メッセージを捕捉し；上記ＧＴＰ−ｖ２フォワード再配置メッセージからＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩパラメータを抽出し；上記モニタリング・システム・プローブにてＳ１−ＭＭＥインタフェースでのハンドオーバ要求メッセージを捕捉し；上記ハンドオーバ要求メッセージからＫＳＩ、アルゴリズム及びノンス・パラメータを抽出し；上記モニタリング・システムにて上記ＣＫ、ＩＫ及びノンス・パラメータを用いてＫ‘ASMEパラメータを計算する。
【００２０】
本発明の第１６態様によれば、アイドル・モード・モビリティ期間中に解読データを識別する方法は；モニタリング・システム・プローブにてＳ３インタフェースでのＧＴＰ−ｖ２コンテキスト応答メッセージを捕捉し；上記ＧＴＰ−ｖ２コンテキスト応答メッセージからＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩパラメータを抽出し；上記モニタリング・システム・プローブにてＳ１−ＭＭＥインタフェースでのセキュリティ・モード・コマンド・メッセージを捕捉し；上記セキュリティ・モード・コマンド・メッセージからＫＳＩ及びノンス・パラメータを抽出し；上記モニタリング・システムにて上記ＣＫ、ＩＫ及びノンス・パラメータを用いてＫ‘ASMEパラメータを計算する。
【００２１】
本発明の第１７態様によれば、ユーザ装置識別子を捕捉メッセージに相関させる方法は；ＬＴＥネットワークにてインタフェースに結合されたモニタリング・プローブにより、ＨＳＳが送ったＳ６ａ認証手順メッセージを捕捉し；ＭＭＥ及びＵＥの間で交換されたＳ１ＡＰ認証手順メッセージを、上記モニタリング・プローブを用いて、捕捉し；上記捕捉されたメッセージ内で認証ベクトルを抽出し；上記Ｓ６ａ認証手順メッセージ内のＵＥ識別子を抽出し；上記認証ベクトルに基づいてＳ１ＡＰ認証手順メッセージに対応するＳ６ａ認証手順メッセージを識別し；上記モニタリング・システムでのメモリ装置に蓄積された記録を作成し、上記記録が対応Ｓ６ａ及びＳ１ＡＰメッセージからの認証ベクトル及びＵＥ識別子を含む。
【００２２】
本発明の第１８態様によれば、上記第１７態様の方法は、上記ＵＥ識別子がＩＭＳＩであることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第１９態様によれば、上記第１７態様の方法は、上記認証ベクトルが、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＸＲＥＳパラメータから選択された１つ以上のパラメータを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明の第２０態様によれば、上記第１７態様の方法は；更に、上記Ｓ１ＡＰ認証メッセージからＧＵＴＩパラメータを抽出し；上記記録に上記ＧＵＴＩを追加することを特徴とする。
【００２５】
よって、一般的用語により本発明を説明することによって、添付図に対して説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、ＬＴＥネットワークの要素を示すブロック図である。
【図２】図２は、認証及びキー一致処理の一部として進化したパケット・システム（ＥＰＳ）で交換されるメッセージを示す。
【図３】図３は、ＥＰＳＮＡＳのパケット・データ・ユニットを解読する処理を示す流れ図である。
【図４】図４は、３ＧネットワークからＬＴＥネットワークへのＵＥのハンドオーバを示すブロック図である。
【図５】図５は、新たなキーを割り当てて用いる認証手順の後にＮＡＳトラフィックを暗号化するために既に利用可能なキーを最初に用いるアタッチ手順を示す。
【図６】図６は、ｅＵＴＲＡＮへのインターＲＡＴハンドオーバの期間中に交換されるメッセージを示す。
【図７】図７は、ＵＴＲＡＮからｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モードの期間中に交換されるメッセージを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図を参照して本発明を詳細に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形式で実施でき、ここでの説明の実施例に限定することを意図するものではない。むしろここでの開示が詳細且つ完全になるようにこれら実施例を提供し、当業者に本発明の範囲を充分に示すものである。当業者は、本発明の種々の実施例を用いることができよう。
【００２８】
図１は、ロング・ターム・エボリューション（Long Term Evolution：ＬＴＥ）ネットワーク１００の要素と、ある複数のＬＴＥ要素の間の関係とを示すブロック図である。ＬＴＥネットワークの要素は、当業者に周知である。簡略化のために、ＬＴＥネットワーク１００のわずかな部分のみを図１に示していることが理解できよう。ＬＴＥネットワーク１００は、２つの主要セクション、即ち、進化したＵＭＴＳ地上波無線アクセス・ネットワーク（evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network：ｅＵＴＲＡＮ）１０１と、全ＩＰ進化パケット・コア（Evolved Packet Core：ＥＰＣ）１０２とを含む。ｅＵＴＲＡＮ１０１及びＥＰＣ１０２は、共に進化したパケット・システム（Evolved Packet System：ＥＰＳ）と呼ばれる。
【００２９】
ｅＵＴＲＡＮ１０１は、複数の進化したＮｏｄｅＢ（enhanced NodeB：ｅＮｏｄｅＢ）基地局１０３を用いて、ＬＴＥネットワーク１００用の空中インタフェースを提供する。ｅＮｏｄｅＢ１０３は、ユーザ装置（User Equipment：ＵＥ）１０４をインタフェースし、物理（PHYsical：ＰＨＹ）レイヤー、中間アクセス制御（Medium Access Control：ＭＡＣ）レイヤー、無線リンク制御（Radio Link Control：ＲＬＣ）レイヤー及びパケット・データ・コンバージェンス・プロトコル（Packet Data Convergence Protocol：ＰＤＣＰ）レイヤーをホストする。ｅＮｏｄｅＢ１０３は、無線リソース・マネージメント用の制御プレーンに対応する無線リソース制御（Radio Resource Control：ＲＲＣ）機能もホストする。ｅＮｏｄｅＢ１０３は、無線リソース・マネージメント、Ｕｕインタフェースでのユーザ及び制御プレーン・データの暗号化／解読、並びにその他の機能を実行する。ｅＮｏｄｅＢ１０３は、空中インタフェースＵｕを介してユーザ装置（User Equipment：ＵＥ）と通信をするトランシーバ・コンポーネントを含む。
【００３０】
ｅＮｏｄｅＢ１０３は、Ｓ１−ＭＭＥ相互接続１０６により、ＥＰＣ内の１つ以上のモビリティ・マネージメント・エンティティ（Mobility Management Entity：ＭＭＥ）１０５に結合できる。しかし、特定のＵＥ接続のために、それを処理する１つのみのＭＭＥが一度に存在する。ＭＭＥ１０５は、ＬＴＥアクセス・ネットワークを制御し、ＵＥ１０４に対してトラッキング及びページング手順の責任がある。ＭＭＥ１０５は、ＵＥ１０４に対する一時的識別子の発生及び割り当ての責任があり、ベアラ活性化／非活性化処理の一部である。ＭＭＥ１０５は、また、ホーム加入者サービス（Home Subscriber Service：ＨＳＳ）１０７と相互作用することにより、ＵＥ１０４を認証する責任もある。ＭＭＥ１０５は、Ｓ６ａインタフェース１０８を介してＨＳＳ１０７にリンクする。ＭＭＥ１０５は、非アクセス層（Non-Access Stratum：ＮＡＳ）シグナリング用の暗号化／インテグリティ保護のための終端点であり、セキュリティ・キー・マネージメントを扱う。
【００３１】
ＵＥ１０４がＬＴＥネットワーク１００に接続しようとするとき、ｅＮｏｄｅＢ１０３は、Ｓ１−ＭＭＥ相互接続１０６を介してＭＭＥ１０５によりＳ１アプリケーション・パート（S1 Application Part：Ｓ１ＡＰ）セッションを確立する。Ｓ１ＡＰセッションは、ｅＵＴＲＡＮ１０１及びＥＰＣ１０２の間のシグナリング・サービスを提供する。Ｓ１ＡＰセッションのＮＡＳシグナリング伝送機能は、ｅＮｏｄｅＢ及びＭＭＥピアの間でＮＡＳシグナリング関連情報を伝送する。これらピアにより交換された特定のＳ１ＡＰメッセージにより、このＳ１ＡＰセッション用にＭＭＥ１０５及びｅＮｏｄｅＢ１０３の両方にて「ＵＥコンテキスト」を確立できる。ＭＭＥは、暗号化を用いて、ＮＡＳシグナリング・メッセージの機密性を確実にし、ｅＮｏｄｅＢにセキュリティ・マテリアルを提供して、Ｕｕインタフェースでのシグナリング及びユーザ・データを暗号化する。
【００３２】
インテグリティ保護及びＮＡＳシグナリング・メッセージの暗号化を提供するセキュリティ機能をＥＰＳＮＡＳが実現する。ここで説明し開示するネットワーク・モニタリング・システムの実施例は、ＥＰＳＮＡＳシグナリング・メッセージを実時間で暗号化する技術を提供する。ＥＰＳＮＡＳ解読は、３Ｇネットワークの如き他のネットワークで実行する解読と異なる。ＥＰＳＮＡＳが新たなキー階層を用い、ＫASME（アクセス・セキュリティ・マネージメント・エンティティ・キー：Access Security Management Entity Key）から、ＥＰＳＮＡＳ解読に用いる基本キーのＫNASeneを導出するために、新たなキー導出が必要となる。キー・キャシュを用いるので、ネットワーク１００にアタッチする毎に、解読キーを再調整する必要がない。ｅＮｏｄｅＢ１０３にアタッチするとき、ＵＥ１０４は、インデックスが用いるキーＫASME、ＫＳＩASMEとして知られているキー・セット識別子又はｅＫＳＩを参照する。ｅＫＳＩ（ｅＵＴＲＡＮキー・セット識別子：eUTRAN Key Set Identifier）インデックスは、特定のキーに対応する３ビット・インデックスである。これは、コンテキストがネイティブであるかマッピングされているかに応じて、ＫＳＩASME又はＫＳＩSGSNである。ｅＫＳＩは、ＡＫＡ手順の間にＵＥにより受信され、次にアタッチ・イベントにて再使用されて進行中のキーを参照できる。ＭＭＥ１０５は、同じＵＥ１０４からの連続する新たな接続の予測内の時点で、ＨＳＳ１０７からの１つ以上のＫASMEキーをプリフェッチできる。
【００３３】
ＥＰＳが確立したセキュリティ・コンテキスト状態を解読のために追跡する必要がある。この状態は、部分的／全部及び現在／非現在である。ＬＴＥネットワーク１００において、ＥＰＳセキュリティ・コンテキストの２つの形式、即ち、ネイティブ・セキュリティ・コンテキストとマッピングされたセキュリティ・コンテキストがある。全てのセキュリティ・パラメータをＥＰＳドメイン内で得ると、セキュリティ・コンテキストは、ネイティブ・セキュリティ・コンテンツとして参照される。他のドメイン内でセキュリティ・マテリアルをマッピングすることによりセキュリティ・パラメータを得ると、セキュリティ・コンテキストは、マッピングされたセキュリティ・コンテキストとして参照される。マッピングされたセキュリティ・コンテキストを用いて、ｅＵＴＲＡＮ１０１及びＵＴＲＡＮ（ユニバーサル地上波無線アクセス・ネットワーク：Universal Terrestrial Radio Access Network）又はＧＥＲＡＮ（ＧＳＭ（登録商標）ＥＤＧＥ無線アクセス・ネットワーク：GSM（登録商標） EDGE Radio Access Network）の間でのハンドオーバの如きインターＲＡＴ（無線アクセス技術：Radio Access Technology）モビリティを扱う。セキュリティ・コンテキスト・マッピングは、ＨＳＳ１０７に必要なシグナリングを最小にする。
【００３４】
ｅＮｏｄｅＢ１０３及びＵＥ１０４の間のＵｕインタフェースにて、全てのユーザ・プレーン・パケットを暗号化し解読する必要があり、制御プレーン・パケット用の秘密性（オプション）及びインテグリティ保護を提供する必要がある。これは、ＵＥ１０４及びｅＮｏｄｅＢ１０３が行う。Ｕｕでのこのセキュリティ・メカニズムに加えて、ＵＥ１０４及びＭＭＥ１０５の間の適当な位置でＮＡＳシグナリングに特化した重ね合わせセキュリティ秘密性保護（オプション）がある。このように一度、ｅＮｏｄｅＢ１０３は、Ｕｕインタフェースでパケット／メッセージを解読し、Ｓ１−Ｕインタフェースでユーザ・プレーン・パケットをリレーし、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースで暗号化ＮＡＳメッセージをリレーする。ＮＡＳシグナリングのセキュリティ秘密性保護のために、Ｓ１−ＭＭＥインタフェース１０６での暗号保護用にセキュリティ・キーを得る必要がある。ＥＰＳは、認証及びキー一致（authentication and key agreement：ＡＫＡ）手順を用いて、ＮＡＳ暗号化キー用にかかるキー・マテリアルを生成する。
【００３５】
セキュリティ特性及びセキュリティ・メカニズムを含むセキュリティ・アーキテクチャと、ＥＰＣ及びｅＵＴＲＡＮを含むＥＰＳ内で実行されるセキュリティ手順とは、第３世代パートナシップ・プロジェクト（the 3rdGeneration Partnership Project：３ＧＰＰ）が作成した技術規格に説明されている。関心のある１つの技術規格は、２０１０年１０月付「デジタル・セル電気通信システム（フェーズ２＋）；ユニバーサル・モバイル電気通信システム（Universal Mobile Telecommunication System：ＵＭＴＳ）；３ＧＰＰシステム・アーキテクチャ・エボリューション（System Architecture Evolution：ＳＡＥ）；セキュリティ・アーキテクチャ（３ＧＰＰＴＳ３３．４０１バージョン９．５．０リリース９）」に示されており、ここではその全部を参照する。関心のある他の技術規格は、２０１０年１０月付「ユニバーサル・モバイル電気通信システム（Universal Mobile Telecommunication System：ＵＭＴＳ）；ＬＴＥ；３Ｇセキュリティ；セキュリティ・アーキテクチャ（３ＧＰＰＴＳ３３．１０２バージョン９．３．０リリース９）」に示されており、ここではその全部を参照する。
【００３６】
ＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキストは、関連したキー・セット識別子ｅＫＳＩを有するＫASME、ＵＥ１０４セキュリティ機能、インテグリティ及び暗号化用の選択されたセキュリティ・アルゴリズム、アップリンク及びダウンリンクＮＡＳＣＯＵＮＴ値から成る。ＮＡＳＣＯＵＮＴ値の別々の対を各ＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキスト用に用いる。ネイティブ及びマッピングされたＥＰＳセキュリティ・コンテキストの間の区別もＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキストに適用する。
【００３７】
図２は、ＡＫＡ処理の一部としてＥＰＳ内で交換されるメッセージを示す。ＵＥ１０４、ｅＮｏｄｅＢ１０３、ＭＭＥ１０５及びＨＳＳ１０７は、相互接続されており、図１に示したように名付けられている。ＭＭＥ１０５は、Ｓ１−ＭＭＥ１０６及びＳ６ａ１０８のインタフェースを介してｅＮｏｄｅＢ１０３及びＨＳＳ１０７に夫々結合されている。典型的には、ＵＥ１０４からｅＮｏｄｅＢ１０３を介してＭＭＥ１０５へのＮＡＳメッセージ２０１によりＡＫＡ手順がトリガされる。ＭＭＥ１０５自体によっても、ＡＫＡ手順を任意の時点にトリガできる。ＮＡＳメッセージ２０１は、例えば、接続要求又はサービス要求メッセージでもよい。ＵＥ１０４が電源オンにされるか又は能動状態に変化したときに、初期接続要求が生じる。ＮＡＳメッセージ２０１は、ＵＥ１０４用のユーザ識別を含み、これをＡＫＡ手順にて用いる。ＵＥ１０４から接続要求を受けると、ＭＭＥ１０５は、Ｓ６ａインタフェース１０８でメッセージ２０２内のＨＳＳ１０７から認証情報を要求する。ＨＳＳ１０７は、１つ以上の認証ベクトル（authentication vector：ＡＶ）を有するメッセージ２０３で反応する。ＡＶベクトルの各々は、ランダム・チャレンジ・パラメータ（random challenge parameter：ＲＡＮＤ）、期待結果パラメータ（expected result parameter：ＸＲＥＳ）、認証トークン（authentication token：ＡＵＴＮ）及びＫASME基本キーを含む。ＣＫ及びＩＫ値からＨＳＳ／ＡＵＣ内でＫASMEキーを計算する。次に、ＲＡＮＤパラメータを用いてＣＫ及びＩＫ値を計算するので、ＣＫ＝ｆ３K（ＲＡＮＤ）及びＩＫ＝ｆ４k（ＲＡＮＤ）である。なお、ｆ３及びｆ４は、キー発生関数である。よって、ＫASME値は、特定のＲＡＮＤ値に対応する。各認証ベクトルは、ＵＥ１０４及びＭＭＥ１０５の間の１つのＡＫＡ手順にとって良好である。ＭＭＥがＡＫＡ手順を開始すると、規則配列から次の認証ベクトルを選択する。
【００３８】
認証ベクトルを用いるので、ＭＭＥ１０５は、ＲＡＮＤ及びＡＵＴＮパラメータを含む認証要求メッセージ２０４を伝送することにより、ＡＫＡ手順をＵＥ１０４の方へ係合させる。認証要求メッセージ２０４は、ＫＳＩASMEも含んでいる。このＫＳＩASMEをＵＥ１０４及びＭＭＥ１０５が用いて、ＫASMEと、このＫASMEから更に導出された他のキーとを識別する。ＣＫ、ＩＫ及びサーブ・ネットワーク識別子（serving network's identifier：ＳＮｉｄ）を用いるキー導出関数（key derivation function：ＫＤＦ）により、ＫASMEを導出する。ＲＡＮＤ及び共有機密値Ｋを用いて、ＵＥ１０４は、ＭＭＥ１０５からのＡＵＴＮパラメータを照合することによりネットワークを認証する。次に、ＵＥ１０４は、メッセージ２０５内の応答（response：ＲＥＳ）値を発生し伝送する。ＭＭＥ１０５は、ＸＲＥＳ期待値に対してＲＥＳ値をチェックして、ＵＥ１０４を認証する。ＡＫＡ手順の結果、ＵＥ１０４及びＭＭＥ１０５は、ＫASMEキーを共有し、相互に認証する。
【００３９】
モニタリング・システム１０９は、ＥＰＣ１０２に結合され、ＬＴＥネットワーク内の１つ以上のインタフェースからのデータを受動的にモニタし収集する。モニタリング・システム１０９は、一実施例において、１つ以上のソフトウェア・アプリケーションを実行する１つ以上のプロセッサを備えており、これらソフトウェア・アプリケーションは、ネットワーク１００からのプロトコル・データ・ユニット（Protocol Data Unit：ＰＤＵ）を収集し、相関し、分析する。モニタリング・システム１０９は、プロトコル・アナライザ、セッション・アナライザ及び／又はトラフィック・アナライザの機能を含んでおり、この機能は、ネットワーク１００でのリンク、ノード、アプリケーション及びサーバーによりＩＰトラフィックを特徴付けることにより、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection：オープン・システム相互接続）レイヤー２からレイヤー７の障害追跡を行う。かかる機能は、例えば、テクトロニクス社製アイリス・アナライザ・ツールセット・アプリケーション及びＳｐＩプローブを含むＧｅｏＰｒｏｂｅＧ１０プラットホームにより提供される。
【００４０】
モニタリング・システム１０９は、高帯域ＩＰトラフィックを扱うのに適する高速、高密度プローブ如きパケット捕捉デバイスによりネットワーク・インタフェースに結合されている。モニタリング・システム１０９は、ネットワークの動作を中断することなく、インタフェースからのメッセージ・トラフィックを受動的に捕捉する。サービス・プロバイダ又はネットワーク操作者は、ユーザ・インタフェース・ステーション１１０により、モニタリング・システム１０９からのデータをアクセスできる。モニタリング・システム１０９は、捕捉したデータ・パケット、ユーザ・セッション・データ、コール記録構成情報、ソフトウェア・アプリケーション・インストラクションを蓄積する内部又は外部のメモリ１１１を更に含んでいる。モニタリング・システム１０９は、ネットワークでの特定のデータ・セッションに関連したデータを捕捉し相関できる。一実施例において、５組みのアソシエーション・メカニズムを用いて、関連したパケットを相関できる。５組のアソシエーション処理は、ＩＰ相関キーを用いる。このＩＰ相関キーは、５つのパーツ・サーバーＩＰアドレス、クライアントＩＰアドレス、ソース・ポート、宛先ポート、レイヤー７プロトコル（ＨＴＴＰ、ＤＮＳ、ＧＴＰｖ２又はＳ１ＡＰ）から成る。関連パケットをネットワーク１００での特定のフロー、セッション又はコールに組み合わせることができる。
【００４１】
モニタリング・システム・プローブは、メイン・データ・リンクに影響を与えることなく、ネットワーク装置間に流れるデータを反映するように光学又は電気のスプリッタを用いて、接続又はインタフェースに接触する受動プローブを含んでもよい。捕捉されたデータを濾波し、調整し、及び／又はモニタリング・システム内のデータ取込みプロセッサ、機能又は回路に送ってもよい。これらは、個別のメッセージ及びこのメッセージ内のパラメータを識別するなどのように、捕捉されたデータの内容を分析する。
【００４２】
別の実施例において、モニタリング・システム１０９は、例えば、ＭＭＥ１０３の如きＥＰＣノードに配置され、このノードに又はノードから送られるデータ・パケットを捕捉するアクセス・コンポーネント（例えば、ソフトウェア・エージェント）でもよい。
【００４３】
Ｓ１−ＭＭＥインタフェース１０６でのトラフィックは、暗号化されておらず、モニタリング・システム１０９により利用可能であり、関連トラフィックに相関されて、セッション記録を作成する。しかし、Ｓ１−ＭＭＥでのトラフィックは、しばしば暗号化されている。メッセージを解読する適切な暗号キーがなければ、モニタリング・システム１１０がトラフィックを使用できない。
【００４４】
図３は、モニタリング・システム内でＥＰＳＮＡＳ解読を実行する処理を示す流れ図である。ステーション３０１にて、モニタリング・システムは、認証手順に関連したトラフィック用に、ＭＭＥ及びＨＳＳの間のＳ６ａインタフェースをモニタする。Ｓ６ａインタフェースで交換されるパラメータは、暗号化されていない。認証手順の目的は、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ、ＸＲＥＳ及びＫASMEの如き１つ以上の認証ベクトルをＭＭＥに提供して、ＵＥを認証し、セキュリティ・マテリアルを提供することである。各認証ベクトルを用いてＵＥを認証できる。１つ以上の認証ベクトルがＭＭＥによりフェッチされると、ＵＥ用の次のＡＫＡ手順の期間中に過剰のベクトルを用いる。ＩＭＳＩ（International Mobile Subscriber Identifier：インターナショナル・モバイル加入者識別）は、ＵＥの永久的な識別であり、これはＳ６ａ「認証情報要求」メッセージに含まれる一方、認証ベクトルは、うまくいけばＳ６ａ「認証情報応答」メッセージ内で強制的である。ＩＭＳＩ、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＫASMEパラメータは、Ｓ６ａでの認証手順から抽出できる。
【００４５】
ステップ３０２において、モニタリング・システムは、Ｓ１−ＭＭＥインタフェース上のＮＡＳ承認及びキー一致（Authentication and Key Agreement：ＡＫＡ）手順をモニタする。ＡＫＡ手順の目的は、ＭＭＥに対して、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースでキーを実際に伝送することなく、ＵＥを認証し、ＫASMEキーに相互に一致させることである。ＥＰＳ認証が成功裏に実行されるとき、ＵＥ及びネットワークにてＥＰＳセキュリティ・コンテキストが確立される。
【００４６】
認証要求メッセージは、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びｅＫＳＩを運ぶ。よって、これらの値は、認証手順メッセージから抽出できる。ＵＥからの認証応答メッセージは、ＲＥＳを運ぶ。これをＭＭＥが用いて、認証が成功したか否かを判断する。ＵＥが送ったＲＥＳ値が間違いならば（即ち、ＲＥＳがＸＲＥＳに等しくなければ）、ＭＭＥは、認証却下メッセージをＵＥに送り返す。
【００４７】
Ｓ１ＡＰ初期ＵＥメッセージ内のＩＭＳＩを用いて、ＵＥが最初にアタッチすると仮定する。モニタリング・システムは、ＩＭＳＩを抽出でき、ＩＭＳＩをＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びｅＫＳＩパラメータに相関させる。ＵＥがネットワークにアタッチする最初の時点で認証要求メッセージが非暗号化であるとも仮定する。
【００４８】
ｅＫＳＩは、ＮＡＳキー・セット識別子である。ｅＫＳＩの値が０〜７であり、このｅＫＳＩを用いて、これからのトランザクションにて、導出されたＫASMEキーを識別する。これは、キャシュされたセキュリティ・コンテキストの能力をイネーブルする。例えば、ＵＥが認証され、安全なＮＡＳ接続が確立されたと仮定する。ＵＥがＥＭＭアイドル状態に遷移し、サービス要求手順によりＥＭＭ接続状態に後で再開するとき、ＵＥがｅＫＳＩを含む。ＭＭＥがＡＫＡ手順を開始すると、新たなセキュリティ・コンテキストが新たなｅＫＳＩにより確立される。
【００４９】
ステップ３０３において、モニタリング・システムは、Ｓ６ａ及びＳ１−ＭＭＥでの認証手順の間で相関を行う。モニタリング・システムは、ＩＭＳＩを用いて、例えば、Ｓ１−ＭＭＥ及びＳ６ａインタフェースでの認証手順から捕捉したデータを相関する。モニタリング・システムは、ステップ３０４にて、ここではＥＰＳAuthVectorと呼ぶデータ構造を作成する。AuthVectorデータ構造は、ｅＫＳＩ、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ、アルゴリズム形式、及びＫASMEパラメータを含んでいる。ＭＭＥからＵＥに送られたセキュリティ・モード・コマンド・メッセージからアルゴリズム形式が識別できる。プリフェッチされたベクトルが検出され捕捉されると、ｅＫＳＩがまだ割り当てられていないので、ｅＫＳＩなしにこれらベクトルがAuthVectorデータ構造に蓄積される。AuthVectorデータは、ユーザ・レベル毎の認証手順のＳ６ａ及びＳ１−ＭＭＥレッグの両方からのデータの組合せである。
【００５０】
ステップ３０５にて、モニタリング・システムは、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースでのＮＡＳセキュリティ・モード手順をモニタする。ＮＡＳセキュリティ・モード制御手順の目的は、ＥＰＳセキュリティ・コンテキストを使用できるようにし、対応するＮＡＳキー及びセキュリティ・アルゴリズムを用いてＵＥ及びＭＭＥの間のＮＡＳシグナリング・セキュリティを初期化することである。ＭＭＥは、非暗号化セキュリティ・モード・コマンド・メッセージをＵＥに送る。モニタリング・システムは、このメッセージを捕捉し、アルゴリズム形式及びｅＫＳＩパラメータを抽出する。次に、ｅＫＳＩ値を用いて、セキュリティ・コンテキストがネガティブであるかマッピングされているかを判断し、そのコンテキストに関連するＫASME（ネガティブ・セキュリティ・コンテキスト）又はＫ‘ASME（マッピングされたセキュリティ・コンテキスト）を検索する。モニタ・システムは、適切なAutoVectorデータ構造を識別し、そこでの情報を用いて、そのセキュリティ・コンテキスト又はその特定ＮＡＳチャネル用に捕捉したメッセージを解読する。
【００５１】
セキュリティ・モード手順が完了すると、ＵＥ用のＰＤＵのすべてが暗号化される。ステップ３０６にて、AuthVectorデータ構造からの情報を用いてＰＤＵを解読する。ＮＡＳＰＤＵが捕捉されると、モニタリング・システムは、ヘッダ情報を用いて、ＰＤＵに関連するAuthVectorデータを識別する。モニタリング・システムは、高速キー・アクセスを使用でき、ＰＤＵの解読を効率化する。これは、動作が全てのＰＤＵ用に実行されなければならないためである。
【００５２】
モニタリング・システムは、次のパラメータを解読アルゴリズムに提供する。すなわち、ＫNASenc、ＮＡＳＣＯＵＮＴ、ベアラ、方向及びアルゴリズム形式である。
ＫNASencは、ＫASMEから導出され、ＥＰＳAuthVectorデータ構造と共に蓄積される。ＮＡＳＣＯＵＮＴ対では、各値が３２ビットＣＯＵＮＴパラメータである。ＮＡＳＣＯＵＮＴのフォーマットを表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
ＮＡＳＣＯＵＮＴは、モニタリング・システムにより方向（アップリンク及びダウンリンク）毎に維持される。ＮＡＳＣＯＵＮＴは、成功したＡＫＡ実行後に全てのセキュリティ・モード・コマンド・メッセージでの両方向にてリセットされる。ＳＮは、各ＮＡＳメッセージから抽出される。ＳＮが循環する毎に「０」で開始し「１」だけ増分することによりモニタリング・システムがＯＮを維持する。
ペアラは、５ビットのベアラ識別子であり、ＮＡＳに対して常に「０」にセットされる。トランスミッションの方向は、アップリンクに対して「０」で識別し、ダウンリンクに対して「１」で識別する。Ｓ１ＡＰメッセージ形式を用いて、メッセージの方向を割り当てできる。Ｓ１ＡＰシグナリング・メッセージに関連する全てのＵＥは、単一方向である。この事実を用いて、アップリンク又はダウンリンクの方向を各ＰＤＵに割り当てできる。モニタリング・システムは、いずれに方向にても、トラフィックから捕捉したＰＤＵを解読できる。
アルゴリズム形式は、ＥＰＳAuthVectorデータ構造に蓄積される。ＥＰＳＮＡＳは、公的に利用可能なＳＮＯＷ３Ｇ及びＡＥＳアルゴリズムを用いる。
【００５５】
ＵＥは、ＩＭＳＩ及びＧＵＴＩ（グローバルな独自の一時的識別子）に割り当てられる。加入者記録を作りＳ１ＡＰコールを追跡するために、モニタリング・システムは、Ｓ１ＡＰシグナリングに存在するＩＭＳＩ／ＧＵＴＩ情報と共にｅＮｏｄｅＢ−ＵＥ識別子を用いる。Ｓ１ＡＰコールがリリースされると、ｅＮｏｄｅＢ−ＵＥＩＤが除去されるが、ＩＭＳＩ／ＧＵＴＩがデータベース内に維持される。ＵＥが再びネットワークにアタッチすると、新たなｅＮｏｄｅＢ−ＵＥＩＤと共に新たなＳ１ＡＰセッションが確立される。新たなセッションは、ＩＭＳＩ／ＧＵＴＩを用いて、同じ加入者記録に逆行して相関できる。
【００５６】
ＵＥがネットワークに再アタッチすると、これは、ＭＭＥによる新たなＡＫＡ手順を実行できない。代わりに、ＵＥは、前もって使用されたｅＫＳＩを送ることができ、前もって確立したパラメータを用いてパケットの暗号化を継続する。ＩＭＳＩ／ＧＵＴＩを用いて記録をインデックスするように加入者記録を識別するＳ１ＡＰコール追跡方法を用いて、モニタリング・システムがＵＥ用のAuthVectorを検索できる。これにより、モニタリング・システムは、そのＵＥ用のパケットの暗号化を再開できる。
【００５７】
本発明の実施例により、ＵＥがＭＭＥによるＡＫＡ手順を実行しないときでさえ、モニタリング・システムはＰＤＵを解読できる。例えば、ＵＥが最初にアタッチしたとき、モニタリング・システムは、Ｓ６ａインタフェースからキー及び認証データを捕捉できる。この情報を用いて、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースでの対応ＰＤＵを解読できる。ＵＥが切り離してその後２度目のアタッチをすると、ＭＭＥ及びＵＥは、ＡＫＡ手順を再び実行する必要がないか、又はＳ１−ＭＭＥ又はＳ６ａのインタフェースでキー情報を交換する必要がない。ＵＥ及びＭＭＥの両方は、キー・キャッシュを用いて、これらが以前に用いたキーを追跡する。ＵＥが再びアタッチしたときに、これらのキーを用いることができる。よって、モニタリング信号は、Ｓ１−ＭＭＥ又はＳ６ａインタフェースでの関連データ又はＡＫＡ手順を調べない。代わりに、ＵＥ及びＭＭＥは、暗号化したデータの交換を直ちに開始できる。モニタリング・システムは、ＩＭＳＩ／ＧＵＴＩ情報を用いて、ＵＥ用の既存の加入者記録を識別できる。代わりに、ＵＥは、サービス要求メッセージにて、又はオプションとしてアタッチ要求／ＴＡＵ要求メッセージにてｅＫＳＩ値を送る。ＭＭＥは、ｅＫＳＩ値を用いて、既存のＫAMSEに戻って参照でき、暗号化したデータを直ちに送ることができる。加入者記録に蓄積されたキー情報を用いて、第２アタッチ用にトラフィックを解読できる。
【００５８】
上述のアルゴリズムは、非暗号化認証要求がモニタされると仮定する。モニタリング・システムが非暗号化認証要求メッセージを確かめると、ＵＥからのメッセージの残りを解読するのに必要なキーを発生するのに充分なデータを有する。しかし、いくつかの場合、全ての認証要求メッセージが暗号化される。モニタリング・システムは、ＵＥ用のセキュリティ・キーを依然識別できる。モニタリング・システムは、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースでの初期コンテキスト・セットアップ・メッセージ内で送られたＫeNBパラメータを捕捉する。モニタリング・システムは、Ｓ６ａインタフェースからＫASMEも受け取れる。モニタリング・システムは、ＫASMEからＫeNBも導出できる。よって、モニタリング・システムがＫASMEを発生すると、対応するＫeNBを発生でき、それをAuthVector又は加入者記録に蓄積できる。「初期コンテキスト・セットアップ」又は「ＵＥコンテキスト変更」メッセージにてＫeNBが捕捉されると、モニタリング・システムは、解読に必要な関連したＫASMEを識別できる。
【００５９】
ＨＳＳと交換されたデータに基づくＡＫＡ手順を用いてキーを発生するとき、セキュリティ・コンテキストを「ネイティブ」と呼ぶ。３Ｇ又は２Ｇネットワークの如き他のネットワークからのＭＭＥがキーを受けると、セキュリティ・コンテキストを「マッピングされた」と呼ぶ。図４は、３Ｇネットワーク４０２からＬＴＥネットワーク１００へのＵＥ４０１のハンドオーバを示すブロック図である。ＵＥ４０１は、最初に３ＧＲＮＣ４０３と通信し、ｅＮｏｄｅＢ１０３にハンドオーバされる。３Ｇネットワーク内のＳＧＳＮ４０４は、３ＧＲＮＣ４０３に結合されると共に、ＬＴＥネットワーク内のＭＭＥ１０５に結合される。ハンドオーバ処理の一部として、ＳＧＳＮ４０４及びＭＭＥ１０５は、Ｓ３インタフェース４０５を横切って、ＵＥ４０１に関連した情報を交換する。この情報には、ＣＫ、ＩＫ及びＩＭＳＩパラメータが含まれる。ハンドオーバＵＥ４０１は、マッピングされたセキュリティ・コンテキストを有する。ＬＴＥネットワーク１００は、ＵＥ４０１用のトラフィックを暗号化／解読するのに用いるために、マッピングされたセキュリティ・コンテキスト用のＫ‘ASMEを作成する。一実施例において、モニタリング・システム１０９は、Ｓ３インタフェース４０５にも結合でき、ＣＫ、ＩＫ及びＩＭＳＩデータの如きハードウェアＵＥ４０１に関連したＰＤＵを捕捉できる。この捕捉されたデータにより、モニタリング・システム１０９は、ＵＥ４０１用のキーを導出できるので、他の捕捉されたトラフィックも解読できる。ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮからｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モード・モビリティの場合にも同様の概念を適用できる。
【００６０】
いくつかの実施例において、ＭＭＥ１０５は、ネガティブ・セキュリティ・コンテキストで用いるためのキーをプリフェッチできる。ＭＭＥ１０５は、ＨＳＳ１０７から用いる次のキー用のデータを検索する。これにより、ＭＭＥ１０５は、ＨＳＳ１０７からキー・データを得るのに待つことなく、ＵＥがアタッチする次の時点でＡＫＡ手順を直ちに実行できる。その結果、この状態でのキー・データは、認証処理が開始する前に、Ｓ６ａインタフェースを横切って通過する。モニタリング・プローブ１０９は、Ｓ６ａからプリフェッチ・キー・データを捕捉し、ＭＭＥ１０５が必要とするまで、プリフェッチ・キー用のＫASMEを蓄積する。同じＵＥが再アタッチし、ＭＭＥ１０５がＡＫＡ手順を開始するとき、モニタリング・システム１０９は、使用するセキュリティ・キーを既に持っている。次に、モニタリング・システム１０９は、ＫASMEを用いて、ＵＥに関連するＰＤＵを解読する。
【００６１】
ＵＥがＬＴＥネットワークに接続するとき、ｅＮｏｄｅＢは、ＭＭＥへのストリーム制御トランスミッション・プロトコル（Stream Control Transmission Protocol：ＳＣＴＰ）伝送セッションを確立する。Ｓ１アプリケーション・プロトコル（S1 Application Protocol：Ｓ１ＡＰ）をｅＮｏｄｅＢが用いて、ＭＭＥと通信する。Ｓ１ＡＰの主機能の１つは、ＵＥコンテキスト・マネージメント機能であり、これは、Ｓ１でユーザの個別のシグナリングをサポートする。ＥＰＳＮＡＳシグナリングは、ｅＮｏｄｅＢの解釈が行われることなく、ＵＥからＭＭＥへＳ１ＡＰのトップにて透過で運ばれる。
【００６２】
ＵＥがＭＭＥによる初期アタッチ手順を行うとき、ＵＥは、その永続的な加入者識別（ＩＭＳＩ）を送る。ＭＭＥは、ＵＥを識別し、ＩＭＳＩを用いて提供するのに必要なサービスを有効にする。ＭＭＥがこの初期有効化を行うと、ＵＥに一時的な識別（ＧＵＴＩ）を割り当てる。その点から前方に、ＵＥは、ＩＭＳＩではなくＧＵＴＩを、アタッチが含まれるその後のサービス要求用にＭＭＥに送る。ＬＴＥは、主にセキュリティ特性としてのこのメカニズムを用いて、ＩＭＳＩ値がメッセージから捕捉されるのを防ぐ。
【００６３】
これは、モニタリング・システムへの呼びかけのポーズをとり、ＵＥが初期アタッチを実行したときにサービス状態ではない。ＵＥは、数日又は数ヶ月にわたってＭＭＥにＩＭＳＩを再び送らない。よって、モニタリング・システムがＳ１ＡＰシグナリング内でＩＭＳＩの存在を検出することのみを信頼すると、ＵＥへの各Ｓ１ＡＰシグナリング・セッションを識別する成功率が遠く離れ、モニタリング・システムの値を極端に下げる。
【００６４】
ここで開示したモニタリング・システムの実施例は、ＩＭＳＩがＳ１ＡＰシグナリング内に存在しなくても、全てのＵＥ関連Ｓ１ＡＰシグナリングをＩＭＳＩにより識別できる技術を提供する。モニタリング・システムは、Ｓ１ＡＰ／ＮＡＳ認証手順をＳ６ａダイアメータ認証手順に相関させることにより、ＩＭＳＩをＳ１ＡＰに相関できる。
【００６５】
ＭＭＥがＳ１ＡＰ認証手順をしばしば実行して、ＵＥを認証する。しかし、この手順を行う前に、ＭＭＥは、Ｓ６ａ認証にてＨＳＳからＵＥ用のＥＰＳ認証ベクトルをフェチしなければならない。ＥＰＳ認証ベクトルの３つのパラメータ（ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＸＲＥＳ）は、Ｓ６ａにてフェチされたが、Ｓ１ＡＰ／ＮＡＳ認証手順にてメッセージにより運ばれる。ＲＡＮＤ＋ＡＵＴＮパラメータは、ＭＭＥによりＵＥに送られ、次に、ＸＲＥＳによりＵＥ応答がＭＭＥに戻される。よって、ＥＰＳ認証ベクトルの３つのパラメータ（ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＸＲＥＳ）を用いて、Ｓ１ＡＰ認証処理をＳ６ａ認証処理に相関できる。
【００６６】
Ｓ６ａ認証要求にて、ＩＭＳＩは、ＭＭＥによりＨＳＳに送られるべき強制パラメータであり、ＥＰＳ認証ベクトルを要求する。ＩＭＳＩがＳ６ａ認証手順にて強制的であり、Ｓ６ａ認証手順がＳ１ＡＰ認証手順に相関できるので、ＩＭＳＩは、ＵＥのＳ１ＡＰシグナリング接続にも相関できる。ＭＭＥにより割り当てられた一時的な識別ＧＵＴＩは、この処理にてＩＭＳＩにマッピングされる。ＧＵＴＩパラメータを用いるＵＥによる任意の次のアタッチは、直ちにマッピングされてＵＥのＩＭＳＩを識別できる。Ｓ１ＡＰＧＵＴＩ再配置メッセージ、Ｓ１ＡＰ追跡領域アップデート（Tracking Area Update：ＴＡＵ）メッセージ、Ｓ１ＡＰアタッチ・メッセージの如きＳ１ＡＰシグナリング手順から、ＧＵＴＩ変化を追跡される。これにより、モニタリング・システムは、ＧＵＴＩ−ＩＭＳＩマッピングの傾向を維持できる。この永久加入者追跡メカニズムを有することにより、モニタリング・システム・アプリケーションがＩＭＳＩにより追跡できる。これらアプリケーションのいくつかは、コール・トレーサ、コール・データ記録、Ｓ１１、Ｓ６ａインタフェースへのマルチ・プロトコル相関である。
【００６７】
ＮＡＳ認証手順がＳ１−ＭＭＥで暗号化されると、ＫeNBを用いる相関アルゴリズムは、Ｓ６ａインタフェースでモニタされたＫASMEをＳ１ＡＰコンテキスト及びＩＭＳＩに結びつける。ＮＡＳ認証手順が非暗号化のとき、上述の一般的なアルゴリズムを他のシナリオでも使用できる。
【００６８】
図５は、既に利用可能なキーを用いて先ずＮＡＳトラフィックを暗号化するアタッチ手順を示す。ＡＫＡ手順の後に、新たなＫASMEが割り当てられ使用される。アタッチ要求メッセージ５０１がＵＥ５１からｅＮｏｄｅＢ５２を介してＭＭＥ５３に送られる。識別要求及び応答に関連し追加でオプションのＮＡＳ手順５０２がアタッチ要求メッセージ５０１の後に生じる。ＭＭＥ５４は、ＨＳＳ５４からのＥＰＳ認証ベクトルの新たな組みをメッセージ５０３及び５０４内のＳ６ａインタフェースにて再開する判断ができる。上述の３ＧＰＰＴＳ３３．４０１規格は、一度に１つのＥＰＳ認証ベクトルのみをフェッチすることを推奨している。認証情報要求５０３及び認証情報応答５０４メッセージは、暗号化されない。
【００６９】
ＭＭＥ５３は、Ｓ１ＡＰ／ＮＡＳでの新たなＡＫＡ手順５０５、５０６を開始して、使用されているキーを変更する。ＡＫＡメッセージ５０５及び５０６は、暗号化される。よって、ＡＫＡ手順に続いて用いられるＫASMEキーを識別するために、Ｓ１ＡＰ／ＮＡＳメッセージ５０５及びＳ６ａメッセージ５０４の間のＲＡＮＤ値を結びつける標準アルゴリズムを適用することができない。
【００７０】
ＭＭＥ５３は、暗号化されていないセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ５０７をＵＥ５１に送る。ＵＥ５１は、セキュリティ・モード完了メッセージ５０８により戻り応答する。次に、ＭＭＥ５３は、ｅＮｏｄｅＢ５２にＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ５０９を送って、Ｓ１ＡＰコンテキストを確立する。Ｓ１ＡＰコンテキスト・セットアップ要求メッセージ５０９は、無線レベルにて適用される関連Ｕｕインタフェース・セキュリティ・キーを今後に導出するのに用いるＫeNBキーを含んでいる。コンテキスト・セットアップが応答メッセージ５１０により完了し、ＮＡＳアタッチ手順がメッセージ５１１により完了する。他のメッセージの流れの場合には、ＵＥコンテキスト変更があるときに、Ｓ１ＡＰＵＥコンテキスト変更要求メッセージがＫeNB割り当てに含まれる。
【００７１】
図５に概略を示す手順により生じた問題は、ＮＡＳ認証手順が暗号化されているならば使用すべきＫASMEをどの様に識別するかである。ＫeNB相関アルゴリズムを用いて、この問題を解決できる。ネットワーク・モニタリング・システムは、Ｓ６ａインタフェースをモニタして、認証手順メッセージ５０３、５０４からＫASME及びＩＭＳＩを得ることができる。Ｓ６ａインタフェースでモニタされたＫASMEキーを蓄積し、関連ＩＭＳＩによりインデックスを付けることができる。ＭＭＥでプリフェッチされるＫASMEキーも、この方法で蓄積しインデックスを付けることができる。
【００７２】
ＫＤＦ機能を用いてＫeNBキーを計算する。これは、新たらしいＫASME及びＮＡＳアップリンク・カウントを入力として有する。図５に示す例において、成功したＡＫＡ実行の後に、ＵＥ５１は、ＮＡＳアップリンク・カウントを開始値（＝０）に設定する。ＵＥ５１は、ＮＡＳセキュリティ・モード完了メッセージ５０８にＮＡＳアップリンク・カウントの連続番号部分も含んでいる。これは、オーバーフロー・パラメータが０にリセットされるのも確実にする。
【００７３】
ＫeNb相関アルゴリズムは、全てのＫASMEからＫeNBを導出する。これは、Ｓ６ａインタフェースで識別され、ＫeNB値自体を用いてそれにインデックスを付ける。ＫeNB及びＫASMEキーは、例えば、上述の如く、AuthVector又は加入者記録に蓄積できる。ＫASMEを用いて相関アルゴリズムにより計算されたＫeNB値は、「ＫalgeNB」と指定できる。このアルゴリズムは、ＫＤＦ機能により、モニタ済みＫASME値及びＮＡＳアップリンク・カウント値の両方を処理して、ＫalgeNB候補を得る。
【００７４】
モニタリング・システムがＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ５０９（又は、別の実施例では、ＵＥコンテキスト変更要求メッセージ）を検出するやいなや、モニタリング・システムは、メッセージ５０９内に含まれているＫeNB値を検索し、蓄積されたＫeNB値を逆に調べて、使用中のＫASMEを識別する。モニタリング・システムは、任意のＫalgeNB候補（即ち、Ｓ６ａインタフェースでＫASMEから計算されたＫeNB）がＳ１ＡＰレベルでモニタされたＫeNBと等しいか否かを判断する。一致が見つかると、ＫalgeNBに対応するＫＡＳＭＥを用いる。このＫASMEから、モニタリング・システムは、ＮＡＳ解読用にＮＡＳencキーを導出できる。
【００７５】
一実施例において、初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ５０９（又はＵＥコンテキスト変更要求メッセージ）が検出されるまで、モニタリング・システムは、暗号化済みＮＡＳＰＤＵをバッファ又は蓄積する。ＫASMEが識別されると、バッファに蓄積されたＰＤＵを解読できる。
【００７６】
検出された全てのＫASME用にＫalgeNBを計算しインデックスを付けるためにモニタリング・システムが要求した処理負荷は、非常に重い。処理負荷を制限するために、モニタリング・システムは、最適化されたＫeNB相関アルゴリズムを用いる。最適化されたアルゴリズムの概念は、上述のコア・アルゴリズムに類似しているが、しかし、全てのＫASME及びＫalgeNBを処理しインデックスを付ける代わりに、キーがまだ決定していないＩＭＳＩに対応するＫASMEに対してこの処理を制限する。
【００７７】
最適化されたアルゴリズムは、次のように動作する。モニタリング・システムは、Ｓ１１インタフェース（即ち、ＧＴＰｖ２−Ｃプロトコル）からのデータを捕捉すると共に、Ｓ１−ＭＭＥ及びＳ６ａインタフェースをモニタする。関連したＳ１１−Ｓ６ａ−Ｓ１ＡＰレッグは、互いに結合される。明確なテキスト内のＳ１ＡＰ及び／又はピギーバック方式のＮＡＳが一時的な識別子（例えば、ＧＵＴＩ又はＳ−ＴＭＳＩ）のみを有し、ＵＥ用のＩＭＳＩを有さなければ、この結合の１つの結果は、ＩＭＳＩを特定のＳ１ＡＰ接続に相関できる能力である。Ｓ６ａ認証手順がモニタされ、ＫASME値がモニタリング・システム・メモリに蓄積され、ＩＭＳＩによりインデックスが付けられる。
【００７８】
Ｓ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ（又はＵＥコンテキスト変更要求メッセージ）が検出されるとき、含まれるＩＭＳＩが既知であるので（Ｓ１１の結合により）、モニタリング・システムは、ＫASMEがそのＵＥ用に既に識別されているか否かをＩＭＳＩに基づいて判断できる。ＫASMEがそのＩＭＳＩ用に既に利用可能ならば、アルゴリズムは、相関処理の残りのステップをスキップできる。そうでなくＫASMEがそのＩＭＳＩ用に既知でなければ、最適化されたアルゴリズムは、ＩＭＳＩによる検査を伴う蓄積したＫASMEキーを検索し、検索したＫASMEキーからＫalgeNB値を導出する。最後に、モニタリング・システムは、Ｓ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ要求メッセージ（又はＵＥコンテキスト変更要求メッセージ）内でモニタされたＫeNB値を、計算したＫalgeNB値に一致させようとする。一致が見つかると、モニタリング・システムは、ＫASMEを識別して用いる。
【００７９】
Ｓ１１及びＳ１ＡＰ結合を確立するために、モニタリング・システムは、以下の処理を用いる。Ｓ１１のモニタのために、作成セッション手順からのセッション情報を補足する。これは、ＩＭＳＩ、ＭＳＩＳＤＮ、ＣＰトンネルＴＥＩＤ送信機及び受信器、Ｓ１−ＵＴＥＩＤ送信機及び受信器のパラメータを含む。Ｓ−ＧＷサイドでのＳ１−ＵのトンネルＩＤの識別子用であるＳ１−ＵＳ−ＧＷＦ−ＴＥＩＤパラメータは、Ｓ１１ＧＴＰｖ２−Ｃ作成セッション応答メッセージ内及びＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ応答メッセージに存在する。モニタリング・システムは、Ｓ１−ＵＳ−ＧＷＦ−ＴＥＩＤパラメータを用いて、ＧＴＰｖ２−ＣからのＩＭＳＩをＳ１−ＭＭＥＵＥコンテキストに結合する。
【００８０】
同様に、ｅＮｏｄｅＢサイドでＳ１−ＵのトンネルＩＤの識別子用であるＳ１−ＵｅＮｏｄｅＢＦ−ＴＥＩＤパラメータを、Ｓ１１ＧＴＰｖ２−Ｃ変更ベアラ要求メッセージからＳ１ＡＰ初期コンテキスト・セットアップ応答に結合することにより、ＩＭＳＩマッピングを提供する。
【００８１】
ＮＡＳ暗号化／解読に必要なセキュリティ・パラメータは、ＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキストの一部である。これらパラメータは、以下を含む。
ＫASMEキー。
ＫNASint キー及びＫNASenc キー。
ＫNASint キー及びＫNASenc キー。
ｅＫＳＩインデック。
インテグリティ及び暗号化用にサポートされるアルゴリズムの形式の如きＵＥセキュリティ能力。
アップリンク（ＵＬ）及びダウンリンク（ＤＬ）ＮＡＳCOUNT 値。
認証要約及びＲＡＮＤの如きＥＰＳチャレンジ値。
【００８２】
これらセキュリティ・パラメータを２つの異なる方法で得ることができる。これらは、インターＭＭＥモビリティの場合に、Ｓ６ａを介してＨＳＳに質問をするか他のＭＭＥから得るように、ＥＰＳ環境にて検索できる。これは、ネイティブ・セキュリティ・コンテキストであり、このために、セキュリティ・パラメータは、ＫASMEキー、ＲＡＮＤ、ＡＵＴＮ及びＸＲＥＳＳである。これらは、一緒にＥＰＳ認証ベクトルを形成する。代わりに、インターＲＡＴモビリティの場合、これらパラメータをＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮセキュリティ・パラメータからマッピングできる。これは、マッピングされたセキュリティ・コンテキストである。
【００８３】
ネイティブＥＰＳＮＡＳセキュリティ・コンテキストを基本的なＮＡＳ解読シナリオ用に上述した。マッピングされたセキュリティ・コンテキストにおいて、情報をＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮセキュリティ・マテリアルからマッピングするため、セキュリティ・パラメータを得る手順は、ネイティブ・コントラストと異なる。このマッピングを用いることは、ＨＳＳに必要なシグナリングを最小にする。
【００８４】
マッピング・コンテキストにおいて、キーをインデックスする概念は、依然、ネイティブ・コンテキストに用いるのと同じである。マッピングされた場合に用いるインデックスは、ＫＳＩSGSNであり、これは、ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮからのマッピングされた特定のキーを参照する。
【００８５】
ＵＥ及びネットワークは、ネイティブ・セキュリティ・コンテキスト及びマッピングされたセキュリティ・コンテキストの両方を同時に蓄積できるが、一度にこれらの一方のみがアクティブである。これは、モニタリング・システムが特定のＵＥ用のネイティブ及びマッピング済みセキュリティ・コンテキスト情報の両方を維持しなければならないことを意味する。ＵＥ状態がＥＭＭ登録抹消状態に遷移するとき、非現在のネイティブＥＰＳセキュリティ・コンテキスト及び現在のマッピング済みセキュリティ・コンテキストがあれば、非現在のネイティブＥＰＳセキュリティ・コンテキストが現在としてマークされ、マッピング済みセキュリティ・コンテキストが削除される。
【００８６】
ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮネットワークからｅＵＴＲＡＮへのハンドオーバ又はアイドル・モード・モビリティは、モニタリング・システムの能力に影響して、ＬＴＥネットワークでのデータを解読できる。ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮネットワークからｅＵＴＲＡＮへ移動するＵＥ用のトラフィックをモニタするために、モニタリング・システムは、マッピングされたＥＰＳセキュリティ・コンテキストからのデータを用いなければならない。ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮからのＵＥを扱うＭＭＥは、ＧＴＰｖ２−Ｃメッセージを介してＳＧＳＮからＣＫ及びＩＫ値を得る。ＭＭＥは、次に、ＫＤＦ導関数及び１つ以上のノンスを入力として用いて、これらサブキーから新たなＫ’ASMEを導出する。必要なノンスの数は、アイドル・モード・モビリティ又はハンドオーバのためにＵＥが移動したかに応じて決まる。ノンスは、初期ＮＡＳメッセージを介してＵＥ及びＭＭＥの間で通信される。Ｋ’ASMEを計算する式を式１に示す。
Ｋ'ASME = HMAC-SHA-256(CK || IK, S) （式１）
【００８７】
「Ｓ」パラメータは、ハンドオーバ又はｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モード・モビリティの間に得なければならない。ハンドオーバの場合、Ｓの値は、次のように定義される。
S = FC || PO || LO （式２）
ここで、
FC= 0x18;
PO = ＮＯＮＣＥMME;
LO=２つの８ビット・バイト・コード化＝0x00 0x04におけるＮＯＮＣＥMMEパラメータの長さ；
|| =ビット継続演算子
【００８８】
図６は、ｅＵＴＲＡＮへのインターＲＡＴハンドオーバの期間中に交換されたメッセージを示す。ソースＲＮＣは、ＲＡＮＡＰ再配置要求メッセージ６０１をソースＳＧＳＮ６２に送る。これがターゲットＭＭＥ６３を識別すると、ＳＧＳＮ６２は、ＧＴＰｖ２−Ｃフォワード再配置要求メッセージ６０２をＭＭＥ６３に送る。メッセージ６０２は、ＵＴＲＡＮ環境で利用可能な現在のセキュリティ・マテリアルＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩを含む。ＭＭＥ６３は、ＮＯＮＣＥMMEを選択し、Ｓ１ＡＰＨＯ要求メッセージ６０３をターゲットｅＮＢ６４に送り、ＵＥコンテキストを確立する。メッセージ６０３は、ＮＯＮＣＥMME、アルゴリズムの及びインデックスＫＳＩSGSNを含む。
【００８９】
ＵＥは、ＮＯＮＣＥMME値及び他のパラメータも必要とする。ソース透過コンテナへのターゲットを作成して、これらパラメータ及び他のものを運ぶ。このコンテナは、Ｓ１ＡＰＨＯ要求アクノレッジ・メッセージ６０４、ＧＴＰｖ２−Ｃフォワード再配置応答メッセージ６０５、ＲＡＮＡＰ再配置コマンド・メッセージ６０６に含まれる。次に、ＵＴＲＡＮＲＮＣは、この情報をＵＥに提供する。ハンドオーバが完了すると、Ｓ１ＡＰＨＯ通知メッセージ６０７は、ターゲットＭＭＥ６３に送られ、これは、次に、フォワード再配置完了メッセージ６０８、６０９を交換して、ソースＳＧＳＮ６４によりこの手順を閉じる。ＳＧＳＮ６２は、次に、Ｉｕインタフェースでリソースをリリースする。
【００９０】
解読メッセージ用に要求されるＫ’ASMEキーを計算するのに必要なパラメータは、ＧＴＰｖ１−Ｃフォワード再配置要求メッセージ６０２及びＳ１ＡＰハンドオーバ要求メッセージ６０４からモニタリング・システムを得ることができる。ＧＴＰｖ２−Ｃメッセージは、サブキーＣＫ、ＩＫ及びインデックスＫＳＩを含んでいる。Ｓ１ＡＰメッセージは、インデックスと、適用すべきＮＡＳアルゴリズムと、ＮＯＮＣＥMMEとを再び含む。インデックスを用いて、マッピングされたコンテキストを参照し、パラメータＮＯＮＣＥMME、ＣＫ及びＩＫを用いて新たなキーを得ることができる。モニタリング・システムは、関連ＵＥ用のトラフィックを解読するのに必要なＫ’ASMEキーを計算できる。
【００９１】
図７は、ＵＴＲＡＮからｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モード・モビリティの期間中に交換されるメッセージを示す。ここで、ＵＥは、いかなる現在又はネイティブのＥＰＳセキュリティ・コンテキストも既に有していない。図示したシナリオは、アイドル・モードでのマッピングされたセキュリティ・コンテキストの使用を説明する。
【００９２】
ＵＥ７１は、ＴＡＵ要求メッセージを新たなＭＭＥ７２に送る。ＵＥ７１は、予めＵＴＲＡＮＳＧＳＮ７３に接続されている。ＴＡＵ要求メッセージ７０１は、古いＰ−ＴＭＳＩシグネチャを含み、それがインターＲＡＴシナリオであることを知らせる。また、このメッセージは、値「利用できるキーがない」を伴うＫＳＩASME、ＫＳＩSGSN、サポートされたアルゴリズムのリストでもよいＵＥセキュリティ能力、新たなキーを計算するのに有用なＮＯＮＣＥUEを含む。
【００９３】
ＭＭＥ７２は、ＧＴＰｖ２−Ｃコンテキスト要求メッセージ７０２を用いて古いＳＧＳＮ７３に質問し、ＭＭコンテキストを検索する。古いＳＧＳＮ７３からの応答７０３は、マッピングされたセキュリティ・コンテキスト・パラメータＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩを含む。これらパラメータは、ＴＡＵ要求７０１内に存在するＫＳＩSGSN値に応答する。
【００９４】
ＭＭＥ７２は、次にセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ７０４をＵＥ７１に送る。メッセージ７０４は、次のパラメータを備えている。すなわち、「マッピングされた」ＫＳＩ＝ＫＳＩSGSNとしてマークされたＫＳＩ値、選択されたアルゴリズム、ＴＡＵ要求にて送られたＮＯＮＣＥUE、ＭＭＥで選択されたＮＯＮＣＥMMEである。ノンス・パラメータは、新たなＫ’ASMEを得るためのハシュ関数への入力値であり、これは、インタフェースでクリアに伝送されない。ＮＯＮＣＥUEは、ＵＥ７１が選択した３２ビットのノンス値であり、ＮＡＳ追跡領域要求メッセージ７０１を介してＭＥ７２に伝送される。ＮＯＮＣＥMMEは、ＭＭＥ７２が選択した３２ビットのノンス値であり、ＮＡＳセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ７０４を介してＵＥ７１に伝送される。
【００９５】
セキュリティ・モード制御及び追跡領域アップデート（ＴＡＵ）手順は、メッセージ７０５〜７０８にて完了する。
【００９６】
ＵＴＲＡＮからｅＵＴＲＡＮへのアイドル・モード・モビリティの期間中、メッセージを解読するためのパラメータが次のメッセージ内に見つかる。ＴＡＵ要求メッセージ７０１は、古いＰ−ＴＭＳＩシグネチャ、古いＧＵＴＩ、ＫＳＩSGSN、ＵＥネットワーク能力、及びＮＯＮＣＥUEも含むことができる。ＧＴＰｖ２−Ｃコンテキスト要求メッセージ７０２は、古いＰ−ＴＭＳＩシグネチャ、Ｐ−ＴＭＳＩ、ＲＡＩも含むことができる。ＧＴＰｖ２−Ｃコンテキスト応答メッセージ７０３は、ＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩを含む。ＫＡＳセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ７０４は、ＫＳＩ、セキュリティ能力、再生ＮＯＮＣＥUE、ＮＯＮＣＥMMEを含む。
【００９７】
ノンス及びＣＫ、ＩＫパラメータは、新たなキーＫ’ASMEを計算するのに必要である。アイドル・モード・モビリティ・シナリオにおいて、Ｋ’ASME計算に用いるＳ値を式３に示す。
S=FC||PO||LO||P1||L1 （式３）
ここで、
FC= 0x19；
PO = NONCEUE；
LO = ２つの８ビット・バイト・コード化= 0x00 0x04でのＮＯＮＣＥUE パラメータの長さ；
P1 = NONCEMME;
L1 = ２つの８ビット・バイト・コード化=0x00 0x04でのＮＯＮＣＥMME パラメータの長さ；
|| =ビット連結演算子
【００９８】
ＮＡＳ追跡領域要求メッセージ７０１、ＮＡＳセキュリティ・モード・コマンド・メッセージ７０４、ＧＴＰｖ２−Ｃコンテキスト要求は、アイドル・モード・モビリティ用のＫ’ASMEを発生するのに必要な情報を運ぶ。
【００９９】
モニタリング・システムは、ＭＭＥ及びＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮＳＧＳＮの間のインタフェースをモニタしサポートするために、マッピングされたセキュリティ・コンテキスト用のデータを捕捉し識別する。
【０１００】
本発明の多くの変更及び他の実施例が当業者には想定され、本発明は、上述及び添付図に示す利点を有する。よって、本発明は、開示した特定実施例に限定されないことを理解すべきである。特定の用語をここでは用いたが、これらは、汎用且つ説明のためのみであり、限定の目的ではない。
【符号の説明】
【０１０１】
５１：ＵＥ
５２：ｅＮｏｄｅＢ
５３：ＭＭＥ
５４：ＨＳＳ
６１：ソースＲＮＣ
６２：ＳＧＳＮ
６３：ＭＭＥ
６４：ｅＮＢ
７１：ＵＥ
７２：ＭＭＥ
７３：ＳＧＳＮ
７４：ＨＳＳ
１００：ＬＴＥネットワーク
１０１：ｅＵＴＲＡＮ
１０２：ＥＰＣ
１０３：ｅＮｏｄｅＢ
１０４：ＵＥ
１０５：ＭＭＥ
１０６：Ｓ１−ＭＭＥ
１０７：ＨＳＳ
１０８：Ｓ６ａインタフェース
１０９：モニタリング・システム
１１０：ユーザ・インタフェース・ステーション
１１１：内部又は外部メモリ
４０１：ＵＥ
４０２：３Ｇネットワーク
４０３：３ＧＲＮＣ
４０４：ＳＧＳＮ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モビリティ・マネージメント・エンティティ及びホーム加入者サービス・ノードの間の第１ネットワーク・インタフェースからと、モビリティ・マネージメント・エンティティ及びｅＮｏｄｅＢノードの間の第２ネットワーク・インタフェースからとのデータ・パケットをモニタリング・プローブにより捕捉し、
上記第１インタフェースでの認証及びキー一致手順に関連した第１データ・パケットを識別し、
上記第２インタフェースでの認証及びキー一致手順に関連した第２データ・パケットを識別し、
同じパラメータに関連した上記第２データ・パケットの個別のものに上記第１データ・パケットの個別のものを相関させ、
相関された第１データ・パケット及び第２データ・パケットからの情報を含む認証ベクトル・テーブルを作成し、上記テーブル内のエンティティが複数のセキュリティ・コンテキスト用の認証データを含む
ことを特徴とする捕捉したデータ・パケットの解読方法。
【請求項２】
Ｓ６ａインタフェースに結合されたモニタリング・システムにて認証応答メッセージを捕捉し、
上記認証情報応答メッセージ内のセキュリティ・キー（ＫASME）を識別し、
上記セキュリティ・キーの各々から計算したｅＮｏｄｅＢキー（ＫalgeNB）を発生し、
上記モニタリング・システムにてメモリに各計算したｅＮｏｄｅＢキー及び関連したセキュリティ・キーを蓄積し、
特定のユーザ装置コンテキストに関連したコンテキスト要求メッセージをＳ１−ＭＭＥインタフェースから捕捉し、
上記コンテキスト要求メッセージ内で割り当てられたｅＮｏｄｅＢキー（ＫeNB-assign）を識別し、
上記割り当てられたｅＮｏｄｅＢキーを、上記メモリに蓄積された上記計算されたｅＮｏｄｅＢキーと比較し、
上記割り当てられたｅＮｏｄｅＢキーに対応する一致計算済みｅＮｏｄｅＢキーを識別し、
上記一致計算済みｅＮｏｄｅＢに関連するセキュリティ・キーを用いて、上記コンテキストからのメッセージ・トラフィックを暗号化する
ことを特徴とするＬＴＥネットワークにおけるデータ解読方法。
【請求項３】
モニタリング・システム・プローブにてＳ３インタフェースでのＧＴＰ―ｖ２フォワード再配置要求メッセージを捕捉し、
上記ＧＴＰ−ｖ２フォワード再配置メッセージからＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩパラメータを抽出し、
上記モニタリング・システム・プローブにてＳ１−ＭＭＥインタフェースでのハンドオーバ要求メッセージを捕捉し、
上記ハンドオーバ要求メッセージからＫＳＩ、アルゴリズム及びノンス・パラメータを抽出し、
上記モニタリング・システムにて上記ＣＫ、ＩＫ及びノンス・パラメータを用いてＫ‘ASMEパラメータを計算する
ことを特徴とするハンドオーバ期間中の解読データ識別方法。
【請求項４】
モニタリング・システム・プローブにてＳ３インタフェースでのＧＴＰ−ｖ２コンテキスト応答メッセージを捕捉し、
上記ＧＴＰ−ｖ２コンテキスト応答メッセージからＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩパラメータを抽出し、
上記モニタリング・システム・プローブにてＳ１−ＭＭＥインタフェースでのセキュリティ・モード・コマンド・メッセージを捕捉し、
上記セキュリティ・モード・コマンド・メッセージからＫＳＩ及びノンス・パラメータを抽出し、
上記モニタリング・システムにて上記ＣＫ、ＩＫ及びノンス・パラメータを用いてＫ‘ASMEパラメータを計算する
ことを特徴とするアイドル・モード・モビリティ期間中のデータ解読識別方法。
【請求項５】
ＬＴＥネットワークにてインタフェースに結合されたモニタリング・プローブにより、ＨＳＳが送ったＳ６ａ認証手順メッセージを捕捉し、
ＭＭＥ及びＵＥの間で交換されたＳ１ＡＰ認証手順メッセージを、上記モニタリング・プローブを用いて、捕捉し、
上記捕捉されたメッセージ内で認証ベクトルを抽出し、
上記Ｓ６ａ認証手順メッセージ内のＵＥ識別子を抽出し、
上記認証ベクトルに基づいてＳ１ＡＰ認証手順メッセージに対応するＳ６ａ認証手順メッセージを識別し、
上記モニタリング・システムでのメモリ装置に蓄積された記録を作成し、上記記録が対応Ｓ６ａ及びＳ１ＡＰメッセージからの認証ベクトル及びＵＥ識別子を含む
ことを特徴とするユーザ装置識別子を捕捉メッセージに相関させる方法。
【請求項１】
モビリティ・マネージメント・エンティティ及びホーム加入者サービス・ノードの間の第１ネットワーク・インタフェースからと、モビリティ・マネージメント・エンティティ及びｅＮｏｄｅＢノードの間の第２ネットワーク・インタフェースからとのデータ・パケットをモニタリング・プローブにより捕捉し、
上記第１インタフェースでの認証及びキー一致手順に関連した第１データ・パケットを識別し、
上記第２インタフェースでの認証及びキー一致手順に関連した第２データ・パケットを識別し、
同じパラメータに関連した上記第２データ・パケットの個別のものに上記第１データ・パケットの個別のものを相関させ、
相関された第１データ・パケット及び第２データ・パケットからの情報を含む認証ベクトル・テーブルを作成し、上記テーブル内のエンティティが複数のセキュリティ・コンテキスト用の認証データを含む
ことを特徴とする捕捉したデータ・パケットの解読方法。
【請求項２】
Ｓ６ａインタフェースに結合されたモニタリング・システムにて認証応答メッセージを捕捉し、
上記認証情報応答メッセージ内のセキュリティ・キー（ＫASME）を識別し、
上記セキュリティ・キーの各々から計算したｅＮｏｄｅＢキー（ＫalgeNB）を発生し、
上記モニタリング・システムにてメモリに各計算したｅＮｏｄｅＢキー及び関連したセキュリティ・キーを蓄積し、
特定のユーザ装置コンテキストに関連したコンテキスト要求メッセージをＳ１−ＭＭＥインタフェースから捕捉し、
上記コンテキスト要求メッセージ内で割り当てられたｅＮｏｄｅＢキー（ＫeNB-assign）を識別し、
上記割り当てられたｅＮｏｄｅＢキーを、上記メモリに蓄積された上記計算されたｅＮｏｄｅＢキーと比較し、
上記割り当てられたｅＮｏｄｅＢキーに対応する一致計算済みｅＮｏｄｅＢキーを識別し、
上記一致計算済みｅＮｏｄｅＢに関連するセキュリティ・キーを用いて、上記コンテキストからのメッセージ・トラフィックを暗号化する
ことを特徴とするＬＴＥネットワークにおけるデータ解読方法。
【請求項３】
モニタリング・システム・プローブにてＳ３インタフェースでのＧＴＰ―ｖ２フォワード再配置要求メッセージを捕捉し、
上記ＧＴＰ−ｖ２フォワード再配置メッセージからＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩパラメータを抽出し、
上記モニタリング・システム・プローブにてＳ１−ＭＭＥインタフェースでのハンドオーバ要求メッセージを捕捉し、
上記ハンドオーバ要求メッセージからＫＳＩ、アルゴリズム及びノンス・パラメータを抽出し、
上記モニタリング・システムにて上記ＣＫ、ＩＫ及びノンス・パラメータを用いてＫ‘ASMEパラメータを計算する
ことを特徴とするハンドオーバ期間中の解読データ識別方法。
【請求項４】
モニタリング・システム・プローブにてＳ３インタフェースでのＧＴＰ−ｖ２コンテキスト応答メッセージを捕捉し、
上記ＧＴＰ−ｖ２コンテキスト応答メッセージからＣＫ、ＩＫ及びＫＳＩパラメータを抽出し、
上記モニタリング・システム・プローブにてＳ１−ＭＭＥインタフェースでのセキュリティ・モード・コマンド・メッセージを捕捉し、
上記セキュリティ・モード・コマンド・メッセージからＫＳＩ及びノンス・パラメータを抽出し、
上記モニタリング・システムにて上記ＣＫ、ＩＫ及びノンス・パラメータを用いてＫ‘ASMEパラメータを計算する
ことを特徴とするアイドル・モード・モビリティ期間中のデータ解読識別方法。
【請求項５】
ＬＴＥネットワークにてインタフェースに結合されたモニタリング・プローブにより、ＨＳＳが送ったＳ６ａ認証手順メッセージを捕捉し、
ＭＭＥ及びＵＥの間で交換されたＳ１ＡＰ認証手順メッセージを、上記モニタリング・プローブを用いて、捕捉し、
上記捕捉されたメッセージ内で認証ベクトルを抽出し、
上記Ｓ６ａ認証手順メッセージ内のＵＥ識別子を抽出し、
上記認証ベクトルに基づいてＳ１ＡＰ認証手順メッセージに対応するＳ６ａ認証手順メッセージを識別し、
上記モニタリング・システムでのメモリ装置に蓄積された記録を作成し、上記記録が対応Ｓ６ａ及びＳ１ＡＰメッセージからの認証ベクトル及びＵＥ識別子を含む
ことを特徴とするユーザ装置識別子を捕捉メッセージに相関させる方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１３４９７５（Ｐ２０１２−１３４９７５Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２７８４６１（Ｐ２０１１−２７８４６１）
【出願日】平成２３年１２月２０日（２０１１．１２．２０）
【出願人】（３９１００２３４０）テクトロニクス・インコーポレイテッド (234)
【氏名又は名称原語表記】ＴＥＫＴＲＯＮＩＸ，ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７８４６１（Ｐ２０１１−２７８４６１）
【出願日】平成２３年１２月２０日（２０１１．１２．２０）
【出願人】（３９１００２３４０）テクトロニクス・インコーポレイテッド (234)
【氏名又は名称原語表記】ＴＥＫＴＲＯＮＩＸ，ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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