(57)【要約】  本発明は、ワイヤレスリンクによる伝送用にデータを暗号化するための方法を提供する。この方法は、入力として暗号同期を受け取る暗号化アルゴリズムを用いて、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤで、少なくとも１つのデータブロックを暗号化するステップを含む。暗号同期の値は、少なくとも１つのデータブロックの、他のデータブロックに対する順序に基づく。暗号同期の値は、受信器によって、データブロックの順序に基づいて回復可能である。少なくとも１つの暗号化されたデータブロックは、この少なくとも１つのデータブロックの、他のデータブロックに対する順序を保存するように動作可能な受信器に送信される。
2009514356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレスリンクを介して伝送するためにデータを暗号化する方法であって、
入力として暗号同期を受け取る暗号化アルゴリズムを用いて、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤで、少なくとも１つのデータブロックを暗号化するステップであって、前記暗号同期の値が前記少なくとも１つのデータブロックの前記他のデータブロックに対する前記順序に基づくものであり、前記データブロックの前記順序を基に受信器によって回復可能である、ステップ、及び
前記少なくとも１つの暗号化されたデータブロックを、前記少なくとも１つのデータブロックの他のデータブロックに対する順序を保存するように動作可能な受信器に送信するステップ
からなる方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つのデータブロックがデータストリームからの所定個数のビットで構成され、該方法がさらに、
前記少なくとも１つのデータブロック向けの前記暗号同期を計算するステップであって、前記暗号同期が仮想カウンタのブロック数から得られる変動要素で構成されている、ステップからなる方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記少なくとも１つのデータブロックが前記所定個数のビットで構成された選択可能なビット長からなる方法。
【請求項４】
前記所定個数のビットが１２８ビットである請求項３記載の方法。
【請求項５】
請求項２記載の方法において、前記仮想カウンタが、前記所定個数のビットが受け取られた後に、前記データストリーム中の前記少なくとも１つのブロックの各々に対してブロック数を増分するように構成される方法。
【請求項６】
請求項２記載の方法であって、さらに、
前記受信器との通信セッションのために前記仮想カウンタを所定の初期値にリセットするステップ
からなる方法。
【請求項７】
請求項２記載の方法において、前記暗号同期が、前記少なくとも１つのデータブロックに伴う制御情報に基づく固定要素で構成される方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記少なくとも１つのデータブロックを暗号化するステップが、
前記暗号化アルゴリズムから擬似ランダムストリームを生成するステップであって、前記擬似ランダムストリームが前記受信器によって対応する暗号化アルゴリズム及び前記暗号同期の前記回復された値を使用して再現され得る、ステップ、及び
前記擬似ランダムストリームの対応するバイトと前記少なくとも１つのデータブロックの間の論理ＸＯＲ演算を実行するステップ
からなる方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、前記の少なくとも１つのデータブロックを暗号化するステップが、
前記暗号同期の第１の値を使用して、前記暗号化アルゴリズムから第１の擬似ランダムストリームを生成するステップ、
前記暗号同期の第２の値を使用して、前記暗号化アルゴリズムから第２の擬似ランダムストリームを生成するステップ、及び
Ａを前記第１の擬似ランダムストリーム、Ｂを前記第２の擬似ランダムストリーム、Ｘを前記少なくとも１つのデータブロック、Ｙを前記演算から生成される暗号化されたデータブロックとして、演算Ｙ＝ＡＸ＋Ｂを有限フィールドにおいて実行することにより、前記少なくとも１つのデータブロックを暗号化するステップ
からなる方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、さらに、
前記少なくとも１つの暗号化されたデータブロックに開始フラグ及び終了フラグを添付するステップであって、前記開始フラグ及び終了フラグが前記受信器に対して前記少なくとも１つの暗号化されたデータブロックの先頭及び最後を示すように動作可能である、ステップ
からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に通信システムに関し、より詳細にはワイヤレス通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス通信システムは、一般に音声通信及び／又はデータ通信を提供するために使用される。例えば、図１を参照すると、ワイヤレス通信システム１００は、一般に１つ又は複数のワイヤレスデバイス１０８と通信するように動作可能なワイヤレスネットワーク１０４を備える。この例では、ワイヤレスネットワーク１０４及びワイヤレスデバイス１０８は、ワイヤレスリンク１１０によって通信する。図示されていないが、ワイヤレスリンク１１０は、ワイヤレスネットワーク１０４とワイヤレスデバイス１０８の間のワイヤレス通信を容易にする任意の数の中間デバイスを含んでよい。例えば、ワイヤレスリンク１１０はリピータ、アンテナ、ルータ、衛星などを含んでよい。
【０００３】
既存のワイヤレス通信システム及び新興のワイヤレス通信システムは、一般にエアインターフェース技術、異種のネットワーク・アーキテクチャ及びワイヤレス・プロトコルの集まりで構成される。例えば、ワイヤレス通信システムは、局所地域及び「ホットスポット」ネットワークへのアクセスを提供するＩＥＥＥ−８０２．１１（ＷｉＦｉ）ワイヤレスネットワーク、固定ワイヤレス・アクセス及び移動可能な広帯域アクセスを提供するＩＥＥＥ−８０２．１６（ＷｉＭａｘ）ネットワーク、並びに第３世代（３Ｇ）移動データ・ユーザへのアクセスを提供する１ｘＥＶＤＯ（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ）ネットワークなどを使用して稼動することができる。様々なワイヤレス技術に存在する多様性は、一般にそれらがサービスを提供する状況及び市場に由来するものである。
【０００４】
例えば、図１では、ワイヤレスネットワーク１０４は、移動データ・ユーザへの広帯域データ・アクセスを提供する１ｘＥＶＤＯネットワークでよい。この例では、ワイヤレスネットワーク１０４のインフラストラクチャは、ベース・トランシーバ局（ＢＴＳ）、無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）、パケットデータ・サービスノードなど（ＰＤＳＮ）を含んでよい。この同じ例では、ワイヤレスデバイス１０８は、携帯電話、携帯情報端末、テキストメッセージ通信デバイス、ラップトップなどの移動装置でよい。別の例では、ワイヤレスネットワーク１０４は、ローカルエリア・ネットワークを有するデータ通信において少なくとも１つのワイヤレス・アクセスポイントを含むＩＥＥＥ  ８０２．１１ネットワークでよい。一般に、ワイヤレス通信システム１００は、任意の既知の技術、新興の技術、又は未開発の技術を使用して構成されることがあり、これらのワイヤレス通信システム１００は、任意の数の固定式又は移動可能なワイヤレスデバイス１０８を用いて動作可能であり得る。
【０００５】
開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）は、データ（例えばメッセージ、パケット、データグラム、フレームなど）が、通信システムにおいて２点間でどのように伝送されるかを説明する広く認められた参照モデルである。話を簡単にするために、本明細書では、用語「パケット」、「データパケット」及び「フレーム」は、ＩＰフレーム、ポイントツーポイント・プロトコル（ＰＰＰ）フレーム、無線リンク・プロトコル（ＲＬＰ）フレーム、信号リンク・プロトコル（ＳＬＰ）フレーム、又は任意の他の既知のデータ形式若しくは未開発のデータ形式など、既知のやり方で構成されたデータに広く言及するために、交換可能に使用されることになる。例えば、図１では、ワイヤレスネットワーク１０４とワイヤレスデバイス１０８の間でデータのパケットを両方向に伝送することができる。この例では、パケットは、音声、ビデオ、信号伝達メッセージ又は任意の他のタイプの情報を表すペイロードデータを含んでよい。データのパケットを伝送するために使用されるプロトコルは、通常、特定のフレーム形式（例えばＲＬＰ、ＩＰ、ＳＬＰなど）を指定する。
【０００６】
当業者なら、ＯＳＩ参照モデルが、一般に通信セッションの終りごとに起こる機能レイヤを定義することを理解するであろう。便宜上、通信のプロセス及び／又はアプリケーションは、ＯＳＩ機能レイヤのうちの１つに分類されることが多い。例えば、ＯＳＩモデルのレイヤ４（トランスポート・レイヤ）は、とりわけ、所与の通信セッション内ですべてのパケットが到着したか判定する役割を担うプロセス及び／又はアプリケーションを含む。しかし、ＯＳＩモデルは、明確なレイヤ内に関連機能をまとめておくという点で、必ずしも厳密に準拠されるとは限らないことを理解されたい。さらに、所与の通信セッションが、ＯＳＩ参照モデルの各レイヤからの機能コンポーネントを含まないかもしれない。
【０００７】
ワイヤレス通信システムのアクセス・ネットワークは、通常、ＯＳＩモデルの物理的アクセス制御レイヤ及びメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）レイヤに最も緊密に関係している。しかし、ワイヤレスネットワークには、誤り回復及び帯域幅管理と関係した特別な要件があることが多い。そのため、物理的レイヤ及びＭＡＣレイヤは、ワイヤレス通信セッションの補助機能に関連する他のレイヤで補われることが多い。さらに、ワイヤレスネットワークの信号伝達の機構は、ＩＰベースでなく、通常は特に特定のアクセス技術に合わせられることが多い。その結果、ワイヤレス・アクセス・ネットワークは、特定のアクセス技術であるネットワーク・レイヤの下位の１組の機能レイヤを使用することが多い。
【０００８】
図２は、１ｘＥＶＤＯネットワークに適用可能な例示のエアインターフェース・レイヤリング構造２００を示す。簡単にするために、そのようなエアインターフェース・レイヤリングは、１ｘＥＶＤＯネットワークについてのみ本明細書で例示される。しかし、他のアクセス・ネットワークは、類似の原理を使用するが、技術の相違、実装の考慮すべき点などにより可能な修正形態を有することを理解されたい。要するに、エアインターフェース・レイヤリングは、ワイヤレス通信システム内のワイヤレスリンクを介して伝送される前にデータのパケットが通過する一連の論理ステップとみなすことができる。
【０００９】
ブロック２０４は、特定のエアインターフェースに依存しないフレーム形式を一般に備える、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤを表す。エアインターフェース・アプリケーション・レイヤのフレーム形式は、通常ＩＰ又はＰＰＰである。他のフレーム形式も使用されてもよい。１ｘＥＶＤＯネットワークとの関連で、エアインターフェース・フレームはＲＬＰフレーム及びＳＬＰフレームを含む。ＲＬＰは、８ビット・バイトが上位レイヤ（通常ＩＰ又はＰＰＰ）から受け取られる順序を反映したバイト・オリエンテッド順序番号を使用する。規格は、複数のＲＬＰパケットサイズに対応している。
【００１０】
エアインターフェース・アプリケーション・レイヤは、一般にワイヤレスネットワークの進入点及び退出点に関連する機能レイヤとみなされる。ワイヤレスネットワークによってデータのパケットを送る状況（すなわち進入）では、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤは、一般に上記の機能レイヤからＩＰフレーム又はＰＰＰフレームを受け取る。例えば、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤは、ＶｏＩＰアプリケーションからＩＰパケットを受け取ってよい。この場合、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤは、その処理を実行してデータを次の下位のレイヤへ渡す。退出に関しては、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤは、一般に、下位の機能レイヤからデータを受け取る。この場合、データは、通常ワイヤレスリンクを介して伝送されており、下位の機能レイヤによって処理された後にエアインターフェース・アプリケーション・レイヤに渡される。エアインターフェース・アプリケーション・レイヤは、データを処理し、それをＶｏＩＰアプリケーションなどの上位レイヤ（図示せず）に供給する。
【００１１】
データストリーム・レイヤはボックス２０８によって示される。データストリーム・レイヤは、所与の通信セッションのデータパケットに２ビットのストリーム識別子ヘッダを加えることにより、異なるエアインターフェース・アプリケーションを識別するための機構を与える。ボックス２１２によって示されるセッション・レイヤは、アドレス管理、エアインターフェース・プロトコルの取決め及び構成、並びに状態保守サービスを提供する。ボックス２１６（接続レイヤ）は、エア・リンク接続を確立し、かつ保守サービスを提供する。
【００１２】
ボックス２２０によって示されるセキュリティ・レイヤは、リンク・レイヤ・セキュリティ・サポートを提供する。１ｘＥＶＤＯネットワークのリンク・レイヤ・セキュリティへの従来の手法の１つに、接続レイヤ・パケットにヘッダとして加えられた２バイトの暗号同期を使用するものがある。送信の前に、データパケットを暗号化するために、恐らくはキーなどの他のパラメータで、暗号化アルゴリズム（例えばＤＥＳ又はＡＥＳ）への入力として暗号同期が与えられてよい。この手法では、通常、データパケットに暗号同期が添付されて受信器に送信される。次いで、受信器は、パケットを解読するために、以前キーに一致したものなど恐らくは他のパラメータで暗号同期を使用してよい。この後、用語「暗号同期」、「暗号の同期パラメータ」は、パケットの暗号化及び／又は認証とともに使用され得るあらゆるセキュリティ・パラメータに広く言及するために交換可能に使用されてよい。
【００１３】
パケットが認証されることになっている場合、メッセージ認証タグが計算され、接続レイヤ・パケットの終りの方へ加えられてよい。メッセージ認証タグの追加は、一般に明示的メッセージ認証と呼ばれる。これは、パケットに認証タグが添付されて受信器に送信されるためである。受信器は、メッセージ認証アルゴリズム（例えば暗号のハッシュ関数の繰り返し）とともにタグを使用してメッセージを認証する。以下で説明するように、データパケットへ暗号同期及び／又は認証タグを追加すると、望ましくないことに帯域幅容量が低下し、通信セッションに必要とされる終了処理の量が増加する。このことは、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ  ｏｖｅｒ  ＩＰ）などの時間的にデリケートなアプリケーションに特に当てはまる。
【００１４】
ボックス２２４に移って、ＭＡＣレイヤは、（ネットワークによる）エアインターフェース・スケジューリング機能に対応する。さらに、複数のＭＡＣレイヤのペイロードサイズに対応する。ボックス２２６によって示された物理レイヤは、チャネル及び誤り制御の符号化機能を提供する。前述のエアインターフェース・レイヤリング構造の各レイヤは、複数のプロトコルに対応し、セッション・レイヤ及び接続レイヤ（ボックス２１２及び２１６）を除いて、一般に各レイヤは、エアインターフェース・レイヤを機能上通過するパケットにヘッダを加える。
【００１５】
一般に、セキュリティは、すべてでないにしてもほとんどの通信システムにおける重要な機能である。例えば銀行業務では、金融業に従事する関係者は、敵対者（すなわち通信へ無許可でアクセスしようとする者）による改変なしで、意図したように電子トランザクションが完了することを期待する。敵対者は、関係者が意図しないやり方でトランザクションが処理されるように、銀行トランザクションの宛先及び／又は値を変化させようと試みるかもしれない。通信プロバイダ及び／又は通信関係者に気づかれずに敵対者が通信の情報を変えるのを防止するために、完全性保護機構が用いられる。
【００１６】
ワイヤレス通信によって、従来の地上基地ベースのシステムに対して、新たな度合いのセキュリティ・リスクが持ち込まれる。ワイヤレス環境では、従来の地上基地ベースのチャネルよりもアクセスしやすいと考えられるワイヤレスリンクを介して情報が送られるので、敵対者は、より容易に傍受することができる。図２で説明したように、ワイヤレス通信システムは、敵対者からの攻撃に対して防護するために、一般に何らかの形のリンク・レイヤ・セキュリティを使用する。ほとんどのワイヤレスネットワークはネットワーク・レイヤ・プロトコルとしてインターネット・プロトコル（ＩＰ）を使用するが、ワイヤレス通信システム（例えば８０２．１１、ＣＤＭＡ、ＷｉＭａｘ、ＵＭＴＳなど）にはリンク・レイヤ・セキュリティに対する共通の枠組みがなく、したがって、様々なシステムの互換性がなくなっている。すなわち、各ワイヤレス通信システムが、一般に独自のリンク・レイヤ・セキュリティ規格を有する。
【００１７】
リンク・レイヤ・セキュリティ機構の役割は、しばしばＩＰｓｅｃなどのネットワーク・レイヤ・セキュリティ・プロトコル、並びにトランスポート・レイヤ・セキュリティ及びセキュア・ソケット・レイヤ（ＴＬＳ／ＳＳＬ）などのトランスポート・レイヤ・プロトコルと相補的である。一般に、ネットワーク及びトランスポート・レイヤ・プロトコルは、ユーザ・データを傍受及び改変から保護するために「エンドツーエンド」セキュリティを提供する傾向がある。ＩＰｓｅｃなどのネットワーク・レイヤ・セキュリティは、実施するのに比較的リソースに負担をかける機構である。
【００１８】
リンク・レイヤ・セキュリティ・プロトコルは、プライバシを提供しかつネットワークを保護することとは別に、アクセス・レイヤで不正行為からネットワーク・プロバイダ及びユーザを保護することを意図していることが多い。例えば、リンク・レイヤ暗号化及び／又はパケット認証がない状態では、エンドツーエンドＩＰｓｅｃの存在下でさえ、敵対者が正当なユーザを装うことによりサービスを盗む恐れがある。これは、主としてデータ・ネットワークが、「パケット切換え」で多くのユーザによって共有されることによるものである。実体確認及び認証は、正当なユーザを承認するのに有用であるが、データ・トラフィックが連続的でなくバーストで供給されるので、詐称者がサービスを盗むのを防ぐわけではない。
【００１９】
前述のように、リンク・レイヤ・セキュリティ機構は一般にアクセス技術に特有のものである。例えば、１ｘＥＶＤＯネットワーク向けに使用されるリンク・レイヤ・セキュリティ機構は、８０２．１１のネットワークと互換性がなく、したがって、不可能でないとしても、ユーザが、あるアクセス技術から別の技術へシームレスに移行することはより難しくなる。この非互換性により、プロバイダは、ソフトウェア、ハードウェア及び維持／管理支出において追加の投資をすることになる。
【００２０】
ＶｏＩＰ及びビデオなど時間的にデリケートなアプリケーションに関して、セキュリティと効率の間でのバランスが必要である。そのようなアプリケーションが適切に機能するためには、所定のタイミング・ガイドライン内で、データが伝えられ処理される必要がある。従来のセキュリティ機構は、時間的にデリケートなアプリケーションに対して、しばしばタイミング遅延の一因となり望ましくない。セキュリティによって引き起こされるタイミング遅延は、通常、セキュリティ機構を実現するのに必要な付加的な処理及びリソースの消費の結果である。さらに、従来のリンク・レイヤ・セキュリティ機構では、データパケットへの暗号同期の追加に対処するために、送信の前にパケットを拡張する必要がある。説明したように、暗号同期は、暗号化及び／又はメッセージ認証に使用することができる。
【００２１】
以下に示されるように、暗号化されたリンク・レイヤのＶｏＩＰパケットは物理レイヤ・フレームに収まらない可能性があるので、パケット拡張は、通常の音声パケットには特に問題である。図３は、１ｘＥＶＤＯネットワークで従来のリンク・レイヤ・セキュリティ機構を使用して遭遇する可能性がある前述のパケット拡張問題を示す。この例では、ＶｏＩＰパケットが、図２で説明した１ｘＥＶＤＯセキュリティ・レイヤを含む様々なエアインターフェース・レイヤを横断して示されている。説明を簡単にするために、特定のステップをより容易に識別するように、図には参照数字１〜５が加えられている。しかし、パケット拡張の問題を単に説明するために、図３が簡単な表現になっていることを理解されたい。同様に、図３は、パケットがワイヤレスリンクによる伝送のために行うことができるすべてのステップを完全に表現することは意図されていない。
【００２２】
ステップ１では、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤによってＶｏＩＰパケットが受け取られる。堅固なヘッダ圧縮（ＲｏＨＣ）が適用され、また、ステップ２では、パケットが２０８ビットに縮小して示されている。ステップ３では、１ｘＥＶＤＯ規格が、ＲＬＰ用に１４ビットのヘッダの使用を提唱していることが示されている。一実施形態では、ＲＬＰヘッダは、リンクフローＩＤ用の５ビット、方向用の１ビット、最初と最後のフレームを示すための２ビット、及びパケットの順序番号を示すための６ビットで構成される。
【００２３】
前述のように、ステップ４では、１ｘＥＶＤＯのリンク・レイヤ・セキュリティは、オーバヘッドとして明示的な２バイトの暗号同期３００を収容するためにパケット拡張を必要とする。暗号同期は、データパケットに添付されて受信器（例えばワイヤレスデバイス）に送信される。受信器は、データパケットを解読するために、暗号同期及び恐らくは秘密キーを使用する。
【００２４】
ステップ５では、巡回冗長符号（ＣＲＣ）及び２ビットのＭＡＣヘッダがパケットに加えられた後で、パケットは２７２ビットの長さを呈する。そのため、通常の音声フレームは２５６ビットの物理レイヤ・フレームに収まらないが、同じパケットが暗号化されずに（すなわち２バイトの暗号同期なしで）伝送された場合、２５６ビットのフレームに丁度収まることになる。１ｘＥＶＤＯシステムの場合には、パケット拡張によって、その次に高い物理レイヤ・パケットサイズの使用が必須となり、それはこの説明の例の一アプリケーションでは５１２ビットであり、したがって物理レイヤ・パケットサイズが２倍になる。
【００２５】
時間的にデリケートなアプリケーションに対する遅延要件を満たすために、リンク・レイヤ・セキュリティ機構は、一般に物理レイヤに接近して実現される。これは、例えば図２の１ｘＥＶＤＯエアインターフェース・レイヤリング構成に示される。残念ながら、このように実施されるリンク・レイヤ・セキュリティ機構は、通常、他のユーザデータ・アプリケーションから信号伝達アプリケーションを効果的に分離することができない。結果として、プロバイダは、データの様々な流れ向けに暗号化及び認証をカスタマイズする能力が限られている。例えば、ワイヤレス・アクセス・プロバイダは、すべての信号伝達メッセージを認証するが、ユーザデータパケットに対して明示的認証のない暗号化を提供することを選択する可能性がある。さらに、ユーザは、ワイヤレスリンクによる最善努力パケットの暗号化及び認証を要求するかもしれないが、すべてのＶｏＩＰパケットを認証しないことを選択するかもしれない。そのように物理レイヤに接近して適用される現行のリンク・レイヤ・セキュリティ機構では、レイヤ妨害を招かずそのような分離を行うことは、不可能でないにしても困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
したがって、従来のセキュリティ機構と比較すると、基礎をなすアクセス技術から比較的独立して動作するセキュリティ機構が必要である。そのセキュリティ機構は、すべてでないにしても、ほとんどのワイヤレス・アクセス技術に適用可能であるべきである。さらに、セキュリティ機構は、従来のセキュリティ機構及び／又は認証機構に必要とされるオーバヘッドを縮小する一方で、ある程度の柔軟性を提供するべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
以下は、本発明のいくつかの態様の基本的理解を提供するために、本発明の簡単な概要を紹介する。この概要は、本発明の完全な大要ではない。それは、本発明の基幹要素又は重要な要素を識別するか、又は本発明の範囲を線引きすることが意図されたものではない。その唯一の目的は、後に論じられるより多くの詳細な説明に対する導入としていくつかの概念を簡単な形で提示することである。
【００２８】
本発明の一実施形態では、ワイヤレスリンクによる伝送用にデータを暗号化するための方法が提供される。この方法は、入力として暗号同期を受け取る暗号化アルゴリズムを用いて、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤで、少なくとも１つのデータブロックを暗号化するステップを含む。暗号同期の値は、少なくとも１つのデータブロックの、他のデータブロックに対する順序に基づく。暗号同期の値は、受信器によって、少なくともデータブロック上の順序に基づいて回復可能である。少なくとも１つの暗号化されたデータブロックは、この少なくとも１つのデータブロックの、他のデータブロックに対する順序を保存するように動作可能な受信器に送信される。
【００２９】
本発明の別の実施形態では、ワイヤレスリンクを介して受信したデータを解読するための方法が提供される。この方法は、ワイヤレスリンクを介して少なくとも１つの暗号化されたデータブロックを伝送するために使用される少なくとも１つのパケットを受け取るステップを含む。データブロックは、入力として暗号同期を受け取る暗号化アルゴリズムを用いて暗号化される。暗号同期の値は、少なくとも１つのデータブロックの、他のデータブロックに対する順序に基づく。エアインターフェース・アプリケーション・レイヤでは、少なくとも１つの暗号化されたデータブロック向けの暗号同期は、少なくとも１つのデータブロックの、他のデータブロックに対する順序から回復される。
【００３０】
本発明は、以下の説明への参照により、添付図面とともに考慮することよって理解されよう。図では、同じ参照数字は同じ要素を識別する。
【００３１】
本発明は、様々な変更形態及び代替形式が可能であるが、その特定の実施形態が例として図に示されており、本明細書で詳細に説明されている。しかし、本明細書の特定の実施形態の説明が、本発明を開示された特定のものに限定することが意図されたものではなく、その反対に、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲内にあるすべての変更形態、均等物、及び代替形態に及ぶことを意図したものであることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の例示の実施形態について以下で説明する。明瞭さのために、実際の実装形態のすべての特徴がこの明細書の中で説明されるとは限らない。そのようなあらゆる実際の実施形態の開発では、システムに関連する制約、及び商取引に関連する制約に伴うコンプライアンスなど、実装形態ごとに一様でない開発者の特定の目標を実現するために、実装形態に特有の多数の判断が下されるべきであることはもちろん理解されよう。さらに、そのような開発努力は、複雑で時間のかかるものかもしれないが、それにもかかわらず、この開示の利益を有する当業者にとって、型通りの仕事になるであろうということが理解されよう。
【００３３】
本発明及び対応する詳細な説明の一部は、ソフトウェアあるいはコンピュータメモリ中のデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号の表現によって示される。これらの説明及び表現は、これによって当業者がその働きの実体を別の当業者に効果的に伝えるものである。ここで使用され、また一般に使用される用語アルゴリズムは、所望の結果に導く筋の通った一連のステップと考えられる。ステップは物理量の物理的な操作を必要とするものである。必ずというわけではないが、通常、これらの量は保存、伝達、結合、比較、及びそうでなければ操作することができる、光信号、電気信号、又は磁気信号の形をとる。主として一般的な用法のために、時にはこれらの信号を、ビット、値、要素、記号、キャラクタ、項、数などと呼ぶのが都合がよいと分っている。
【００３４】
しかし、これらの用語及び類似の用語のすべては、適切な物理量と対応付けられることになっており、これらの量に適用された単に都合のよいラベルであることに留意されたい。特に明確に指定しない限り、又は議論から明らかなように、「処理」又は「計算」又は「算定」又は「判定」又は「表示」などの用語は、コンピュータシステム内のレジスタ及びメモリ中の物理的電子量として表現されたデータを処理して、コンピュータシステム内のメモリ又はレジスタあるいは他のそのような情報の記憶デバイス、伝送デバイス又は表示デバイス中の物理量として同様に表現された他のデータへ変換するコンピュータシステム又は類似の電子計算デバイスの作用及びプロセスに言及する。
【００３５】
ソフトウェアで実現された本発明の態様は、一般に、何らかの形のプログラム記憶媒体上に符号化されるか、又は何らかのタイプの伝送媒体を介して実現されることにも留意されたい。プログラム記憶媒体は、磁気的なもの（例えばフロッピー（登録商標）ディスク又はハードディスク）、又は光学的なもの（例えばコンパクトディスク読出し専用メモリ、すなわち「ＣＤ  ＲＯＭ」）でよく、また、読出し専用又はランダム・アクセスでよい。同様に、伝送媒体は、ツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバ又は当技術で既知の何らかの適当な他の伝送媒体でよい。本発明は、これらの態様のいかなる所与の実装形態によっても限定されない。
【００３６】
次に、本発明について添付図面を参照しながら説明する。様々な構造、システム及びデバイスは、本発明を曖昧にしないために、当業者に周知の詳細を伴って、説明の目的でのみ概略的に図示される。しかし、添付図は、本発明の例証となる例を記述し説明するために含まれている。本明細書に使用される語及び句は、当業者によるそれらの語及び句についての理解と一致した意味を有するように理解し解釈されたい。用語又は句に特別な定義、すなわち、当業者によって理解される通常の慣習的な意味から異なる定義を、本明細書の用語又は句の一貫した用法によって意味することは意図されていない。項又は句が特別な意味、すなわち当業者よって理解されるもの以外の意味を有することが意図される場合に限り、そのような特別な定義は、項又は句の特別な定義を直接明白に提供する定義付けのやり方で、本明細書中で明らかに示されるであろう。
【００３７】
エアインターフェース・アプリケーション・レイヤ・セキュリティ（Ａ２ＬＳ）は、すべてでないにしても、信号伝達を含むほとんどのエアインターフェース・アプリケーション向けの暗号化及び明示的メッセージ認証をサポートする。さらに、それは暗黙のメッセージ認証をもサポートし、以下でより十分に説明するように、暗号化の特別な方法と考えることができる。名前が暗示するように、Ａ２ＬＳは、従来のリンク・レイヤ・セキュリティ機構と比べて物理レイヤからさらに移動される機能レイヤで動作する。そのため、Ａ２ＬＳは比較的より柔軟であり、すべてでないにしても、ほとんどのワイヤレス・アクセス技術にわたって適用することができる。
【００３８】
一般に、明示的メッセージ認証機構は、メッセージの暗号のハッシュを計算して、それをパケットの端にタグとして添付するステップを含む。一般に、メッセージの完全性を保証するために、パケットにはタグが添付される。ＶｏＩＰなどの時間的にデリケートなアプリケーションについて説明したように、タグを追加すると有害な遅延の増加を招き、ネットワークの全体的な容量を低下させる恐れがある。暗黙のメッセージ認証は、余分なタグを加えないことによりこの問題を回避する。さらに、Ａ２ＬＳとの関連で、暗黙のメッセージ認証は、受信器によってメッセージが解読されるようにパケットに暗号同期を添付する必要がない。しかし、パケットに暗号同期添付で受信器に送信されるときさえ、暗黙のメッセージ認証は、明示的メッセージ認証タグの送信を省くという利点をもたらす。
【００３９】
以下で説明するように、暗号同期は、所与のデータブロック向けの受信器で、このデータブロックの、他のデータブロックに対する順序に基づいて得ることができる。例えば、１ｘＥＶＤＯネットワークのプロトコルは、リンク・レイヤの順序番号に依拠して、受信器でのデータの順序が、それが送信された順序と同期することを保証する。この説明の例では、リンク・レイヤの順序番号は、セキュリティ及び／又は認証の考慮すべき点のために余分なオーバヘッドを加えることがない。別のワイヤレス・プロトコルは、コントロール・チャネル、ヘッダ情報又は他の順序パラメータなど類似の機構を使用してよく、受信器でのデータの順序が、それが送信された順序と同期するのを保証する。Ａ２ＬＳは、暗号同期を明示的に送信する必要がないように、受信器で適用可能な暗号同期を得るために、すべてでないにしてもほとんどのワイヤレス・プロトコル中にあるこの順序付け機能を利用する。
【００４０】
図４は、Ａ２ＬＳの例示の一実施形態を概念的に示す。図示の実施形態では、送信器４００及び受信器４０４は、ワイヤレス通信システムにおいてデータ通信する。前述のように、ワイヤレス通信システムは、ＣＤＭＡ、ＩＥＥＥ−８０２．１１、ＩＥＥＥ−８０２．１６、１ｘＥＶＤＯなど様々な任意の数のワイヤレス技術を使用して実現することができる。同様に、受信器は、任意の数の携帯電話、携帯情報端末、テキストメッセージ通信デバイス、ラップトップなどのワイヤレスデバイスで構成されてよい。説明を容易にするために、この開示の全体にわたって、１ｘＥＶＤＯネットワーク中の特定の要素に対して明確な参照がなされることがある。そのような参照は、例の理解を容易にするのが目的であり、本発明を限定することは意図されていない。
【００４１】
フォワードリンクでは、送信器４００はワイヤレスネットワークでよく、受信器４０４はワイヤレスデバイスでよい。リバースリンクでは、送信器４００は同じワイヤレスデバイスでよく、受信器４０４は同じワイヤレスネットワークでよい。要するに、「受信器」及び／又は「送信器」の指定は、ワイヤレス通信システム中のデータ通信の方向に応じて変わることができる便宜のうちの１つである。
【００４２】
すべてでないにしてもほとんどのワイヤレス通信システムでは、送信器４００と受信器４０４は、通常、帯域外で同意されるパスワードを共有する。例えば、ワイヤレス・ユーザはワイヤレス・キャリヤと加入契約を結んでよく、新規の起動に際して、ユーザのワイヤレスデバイスにパスワードが記憶されてよい。通常、送信器４００及び受信器４０４は、各通信セッションについてキーを生成する。一般に、キー交換用のパラメータは、含まれる正確なメッセージ形式及びネットワーク要素とともに、設計上の選択の問題として変わる可能性がある。
【００４３】
図４では、キー合意はブロック４０８で示される。キー合意４０８の後、キーは例えば、ワイヤレスネットワークにワイヤレスデバイスを認証するために使用することができる。例示の一実施形態では、送信器４００及び受信器４０４は、パスワード認証キー（ＰＡＫ）交換の１つのバージョンを実行する。ＰＡＫは、ディフィー−ヘルマン・キー交換に基づく、パスワード認証キー合意プロトコルである。所望であれば、ＰＡＫは既存の認証機構に結び付けることができる。
【００４４】
キー合意４０８に続いて、送信器４００及び受信器４０４は、ボックス４１２によって示されるように、セキュリティ及び／又は認証と関係する様々な初期化パラメータを取り決める。初期化パラメータは、例えば、セキュリティレベル、セキュリティアルゴリズム、仮想カウンタの値及び任意の他のパラメータを含んでよい。セキュリティレベルに関して、取決めには、あるデータのストリームにどのレベルが適用されるかという判定が含まれてよい。説明したように、Ａ２ＬＳは、エアインターフェース・アプリケーションを分離してそれらを様々に保証する柔軟性を提供する。例示の一実施形態では、セキュリティレベルは、空（暗号化又はメッセージ認証がないもの）、簡易暗号化（メッセージ認証のない暗号化）、暗黙のメッセージ認証（認証タグがなく、明示的な暗号化ヘッダがあるか又はない、暗号化及び認証）、並びに暗号化及び認証（簡易暗号化及び明示的メッセージ認証）を含んでよい。
【００４５】
ある初期化パラメータは、成功した取決め４１２なしでさえ、送信器４００と受信器４０４がデフォルト値を使用して通信することができるように、デフォルト値に設定されることがある。例示の一実施形態では、音声、ビデオ及び他の時間的にデリケートなマルチメディア・サービスは、暗黙のメッセージ認証を用いるように設定されてよい。以下でより十分に説明するように、暗黙のメッセージ認証は、明示的な暗号同期及び／又は認証タグがデータパケットで伝送されることを必要とせず、したがって、ネットワーク容量が向上し、送信器４００及び受信器４０４による処理負荷が低減する。この同じ例において、他のすべてのタイプのデータ・サービスは暗号化及び明示的認証を使用するように設定されてよい。
【００４６】
暗号化アルゴリズムも、あるデフォルト値に設定されてよい。いかなる暗号化アルゴリズムが用いられてもよいが、例示の一実施形態では、暗号化及び認証に対応するために、それぞれエー・イー・エス（ＡＥＳ）及びセキュア・ハッシュ・アルゴリズム（ＳＨＡ−１）がデフォルト値として設定されてよい。以下で説明するように、暗号同期の可変部分を得るために仮想カウンタを使用することができる。デフォルト設定として、仮想カウンタは、各通信セッションの初めにゼロに設定されてよい。
【００４７】
送信器４００では、受信器４０４へ送信するためのデータストリームが受け取られる。通常、データストリームは、信号伝達及びベアラ・データ・アプリケーションからのパケット（例えばＩＰ、ＰＰＰなど）で構成される。１ｘＥＶＤＯネットワークとの関連で、データストリームは、図２に示されたエアインターフェース・アプリケーション・レイヤ２０４によって受け取られるＶｏＩＰデータストリームでよい。便宜上、データストリームは、暗号化及び／又は認証アルゴリズムによってまだ処理されていない、上位レイヤから受け取られたデータを含むものであることを示すために、プレーンテキスト・ストリームと呼ばれることがある。
【００４８】
ブロック４１６では、受信器４０４に送信するためのデータストリームを準備するために暗号化アルゴリズム及び／又は認証アルゴリズムによって使用され得る暗号同期が計算される。暗号同期を計算するために任意の数のアルゴリズムが用いられてよいこと、また、ビット長、ランダム性など暗号同期の特定の特性は、設計上の選択の問題として変わる可能性があることを理解されたい。例示の一実施形態では、各データストリームが受信器４０４に送信されるように暗号同期が計算される。
【００４９】
特定の形式は必要ではないが、暗号同期は、固定要素及び変動要素を使用して計算されてよい。変動要素を使用して、敵対者が模倣することをより困難にし、かつ送信データがディクショナリ攻撃を受けにくくする、ランダム性要因が暗号同期に導入されてよい。暗号同期の固定要素及び変動要素を構成する特定のデータは、設計上の選択の問題として変わる可能性がある。しかし、以下で説明するように、暗号同期は、ワイヤレスリンクを介して伝送されたデータパケットに通常付随する制御情報と所定の関係を有するように得ることができる。例えば、暗号同期は、ＣＤＭＡ、１ｘＥＶＤＯなどのワイヤレス規格に準ずるパケットに付随するパケットヘッダ情報などの制御パラメータと所定の関係を有して導出することができる。そうする際に、暗号同期は、受信器４０４によって回復され、受信器に明示的に送信される必要性なしに、解読及び／又は認証に用いられ得る。
【００５０】
暗号同期の固定要素は、特定のワイヤレス規格に準ずるパケットに付随する制御情報から推論されてよい。例示の一実施形態では、暗号同期の固定要素は、アプリケーション・ストリーム識別子であり、データの所与のストリーム用に固定される。アプリケーション・ストリーム識別子は、任意の数のビットで構成されてよい。しかし、１ｘＥＶＤＯネットワークでは、アプリケーション・ストリーム識別子は、７ビット長のＲＬＰフロー識別子でよい。固定要素に、８番目のビットが方向性のビットとして加えられてよい。方向性のビットは、送信が、フォワードリンク（ダウンリンクとも呼ばれる）であるのか、それともリバースリンク（アップリンクとも呼ばれる）であるのかを示すために使用することができる。例証となる一例では、フォワードリンク向けに０が使用され、リバースリンク向けに１が使用される。通常、暗号同期の固定要素は、８の数倍のビット長を含むことになる。
【００５１】
暗号同期の変動要素は、データストリームからビットの所定のブロックが受け取られた後にブロック数を増分するように構成された仮想カウンタから得ることができる。例えば、１ｘＥＶＤＯネットワークでは、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤは、一定の順序でデータを受け取り、通常、受信器４０４への送信のためにデータがリンク・レイヤに送られる前に暗号化及び認証を行うために同じ順序が維持される。したがって、データストリームは、所定のビット長「ｂ」の「諸ブロック」に分割されてよい。一例では、仮想カウンタは、ｂビットごとに１だけ増分する。
【００５２】
ブロックのビット長（すなわち変数ｂの値）は、任意の値を割り当てることができ、設計上の選択の問題として変わる可能性がある。一実施形態では、ｂのデフォルト選択は１２８であり、これは例示のデフォルト暗号化アルゴリズム、ＡＥＳのブロック長と一致する。この場合、仮想カウンタは、データストリーム中の１２８ビットの各ブロックについて増分されてよい。バイト境界の点から、動作が効率的なので、ｂの最小デフォルトサイズは８ビットに指定されてよい。
【００５３】
暗号同期の変動要素は、任意のビット長に設定されてよい。しかし、変動要素のビット長は、所与のデータストリームに対して仮想カウンタがどれくらい頻繁に再循環するかということに影響を及ぼすことを理解されたい。例えば、例示の一実施形態では、変動要素は７バイトのビット長に設定されてよい。したがって、任意の所与のデータストリームに対して、２５６ブロックのビットが受け取られた後に仮想カウンタは再循環する。７バイトより大きな仮想カウンタが所望であるならば、これは、例えばブロック４１２で取り決めることができるか、又はデフォルト値としてあらかじめ指定することができる。そのため、暗号同期用の６４ビット（固定要素用の８ビット及び変動要素用の５６ビット）は、本発明とともに使用されてよい例示の一実施形態にすぎないことを理解されたい。
【００５４】
仮想カウンタを使用すると、ブロック数及びブロック中のバイト数を使用してデータストリーム中の各バイトを識別することができる。上記の例を継続すると、ｂ（ブロックのビット長）が１２８ビットと等しいとき、所与のデータストリームのバイト１７３は１０．１２として識別することができ、その指定は、データストリームのバイト１７３が、ゼロから数えて、ブロック１０のバイト１２であることを示す。同様に、データストリームのバイト１７４は、ブロック１０のバイト１３となるなどである。
【００５５】
ｂが１２８ビットに設定されると、生じるブロックは、１６バイト（すなわちバイト０〜１５）で構成されることを理解されたい。このケースを上記の１ｘＥＶＤＯ例に適用すると、所与のデータストリーム中のバイト１７３、１７４、１７５及び１７６は、方向ビット、ＲＬＰフロー識別子、及び１０に等しいブロック数から得られた暗号同期値を使用して暗号化することができる。同様に、バイト１７７から１９２は、方向ビット、ＲＬＰフロー識別子、及び１１に等しいブロック数から得られた暗号同期値を使用して暗号化することができる。
【００５６】
受信器のリンク・レイヤに送られたデータは、それがワイヤレスリンクを介して送信されたのと同じ順序で送られることが保証されるわけではない。この問題は、ワイヤレス・プロトコルの順序付け機構によって、一般にワイヤレス規格中で解決される。例えば１ｘＥＶＤＯネットワークでは、データは、リンク・レイヤ・パケットに関連する明示的な順序番号を使用して順序付けられる。１ｘＥＶＤＯの例を継続すると、ＲＬＰパケットは、ＲＬＰストリームのバイト数を順序番号として含む。例えば、順序番号１７３を有するＲＬＰパケットが受け取られたとすると、受信器４０４は、前述の例示の規則に準じて、着信データストリームの最初のバイトを１０．１２として識別することになる。換言すると、既にワイヤレス規格に準ずるパケットに関連付けられた順序番号を使用して、受信器は、そのブロックカウントを送信器と同期させて、入ってくるデータブロック用の暗号同期を回復することができる。カウンタの初期値、ブロックのビット長（上記で変数ｂとして指定されたもの）及び任意の他のセキュリティ・パラメータは、ブロック４１２で示されたように取り決めるか、又は以前に合意したデフォルト値に設定することができる。
【００５７】
受信器４０４では、リンク・レイヤ・プロトコルは、データが、送信されたのと同じ順序で並ぶことを保証するために、この順序番号を使用する（すなわち、受信器４０４は送信器４００と同期する）。次いで、解読するために仮想カウンタ値を得るように、１ｘＥＶＤＯネットワーク中のエアインターフェース・アプリケーション・レイヤなどのエアインターフェース・プロトコルの上位レイヤによってこの順序番号が使用されてよい。この場合も、受信器４０４では、送信されたのと実質的に同じ順序でデータが並べられるので、受信器４０４と送信器４００は同期し、受信器４０４によって回復された仮想カウンタの値は、送信器４００でブロックを暗号化するのに使用したものと同じ値になるはずである。上記の１ｘＥＶＤＯの例では、バイト１７３〜１７６（カウント値１０）及びバイト１７７〜１９２（カウント値１１）に対するブロックカウントの回復について説明が提供された。したがって、ＡＥＳが暗号化アルゴリズムとして使用されるのであれば、バイト１７３〜１７６は、方向ビット、ＲＬＰフロー識別子及び１０に等しいブロック数から得られた暗号同期値を使用するＡＥＳのカウンタ出力の１２番目から１５番目のバイトを使用して解読することができる。同様に、バイト１７７から１９２は、方向ビット、ＲＬＰフロー識別子及び１１に等しいブロック数から得られた暗号同期値を使用するＡＥＳのカウンタ出力の０番目から１５番目のバイトを使用して解読することができる。
【００５８】
図４に戻ると、ブロック４２０では、データストリームがワイヤレスリンクを介して伝送される前に暗号化するために、計算された暗号同期が使用されてよい。プレーンテキスト・ストリームを暗号化するために承諾済みの任意の暗号化アルゴリズムを用いることができる。以下で説明するように、暗号化及びメッセージ認証の両方を実現する暗黙のメッセージ認証アルゴリズムを用いることができるが、後者は明示的ではない。しかし、複数の他の暗号化アルゴリズムも、同様に用いられ得る。
【００５９】
例示の一実施形態では、ＡＥＳなどの暗号化アルゴリズムは、入力として得られた暗号同期を使用して、ビットの擬似ランダムストリームを生成する。暗号化アルゴリズムは、入力として、キー合意４０８中に送信器４００及び受信器４０４によって選択されたキーなど任意の数の追加パラメータも使用してよい。一例では、キーは、送信器４００及び受信器４０４によってのみ知られている１２８ビットの擬似ランダムシーケンスでよい。
【００６０】
暗号文ストリーム（すなわち暗号化されたデータストリーム）は、プレーンテキスト・ストリームと擬似ランダムストリームの対応するバイトの論理ＸＯＲを実行することにより得ることができる。次いで、暗号文ストリームは、受信器４０４へ送信するためにリンク・レイヤに渡されてよい。受信器への送信は、図４に矢印４２４によって示される。
【００６１】
前述のように、受信器４０４は、順序が壊れた状態でバイトを受信することができるが、受信データを上位レイヤに送る前に順序よく並べるのは、リンク・レイヤ・プロトコルの役割である。さらに、１ｘＥＶＤＯにおけるＲＬＰなどのワイヤレスリンク・レイヤ・プロトコルは、パケットの送付を保証せず、一般に、これらのプロトコルは、エラーから回復するために、ＴＣＰなどのトランスポート・レイヤ・プロトコルにパケットを入れたままにしておく。例えば、リンク・レイヤ・パケットが失われたとき、リンク・レイヤは、失われたパケットと同じ長さの一連のビットを送付すると予想される。例えば、プロトコルは、失われたパケットの長さと等しいビット長を有する一連のゼロのビットを送付するように構成されてよい。これらの処理手順は、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤなどの上位レイヤが送信器４００と受信器４０４の間の同期を維持するはずであるということを保証する。１ｘＥＶＤＯネットワークについて上記の例で説明したように、受信器は、受信したパケットの順序番号を使用して暗号同期を回復することができる。受信器４０４と送信器４００が同期しているので、受信器は、同じ暗号同期値、キー、及び／又は、他の暗号化パラメータを使用して擬似ランダムストリームを生成することができる。この暗号化の例では、擬似ランダムストリームは、暗号文ストリームとＸＯＲ論理演算されてプレーンテキスト・ストリームが得られる。
【００６２】
カウンタモードの暗号化の選択は、多くの可能性のうちの１つでしかなく、選択された暗号化アルゴリズムは、設計上の選択の問題として変わる可能性があることを理解されたい。例えば、出力フィードバックモードなど他の暗号化の方法は、同様に適用可能である。さらに、ある暗号化アルゴリズムは、入力が一定のビット長であることを必要とする。例えば、ＡＥＳは、入力が１２８ビット長であることを必要とする。前述の例では、６４ビットの暗号同期について説明した。この場合、暗号同期は、１２８ビットの入力値を生成するために、６４ビットの後続の組又は先行の組で埋められてよい。埋込みは、後続ゼロのビット又は他の値など任意の既知数であり得る。
【００６３】
前述のように、明示的メッセージ認証の機構は、一般に、パケットの最後に、計算された認証タグを添付することを含む。通常、メッセージの完全性を保証するために、すべてのパケットにタグが添付されている。受信器でデータの順序から暗号同期を回復する前述の方法とともに、明示的メッセージ認証が使用されてよい。この説明の例では、明示的認証タグが計算されて、受信器に送信されるデータに添付される。受信器は、受信したデータブロックの順序から暗号同期を回復し、明示的メッセージ認証タグを使用してデータを認証する。
【００６４】
Ａ２ＬＳとの関連で、暗黙のメッセージ認証は、パケットにタグの添付が必要でない暗黙の認証要素も含む暗号化の方法である。暗黙のメッセージ認証に関して、受信器への送信用にプレーンテキスト・ストリームが受け取られる。第１の擬似ランダムストリーム及び第２の擬似ランダムストリームを生成するために、暗号化アルゴリズムが使用される。参照を容易にするために、第１の擬似ランダムストリームは変数「Ａ」を使用して参照され、第２の擬似ランダムストリームは変数「Ｂ」を使用して参照されてよい。
【００６５】
第１及び第２の擬似ランダムストリームを生成するために、既知であるか又は受信器４０４によって求められ得る修正パラメータによって暗号同期を修正することができる。例えば、修正パラメータは、ブロック４１２で、取り決めるか又はデフォルト値に設定されてよい。例示の一実施形態では、前述のやり方で暗号同期が得られ、第１及び第２の擬似ランダムストリームを生成するために、それぞれ０又は１が暗号同期に後続してよい。換言すれば、修正パラメータは、０（第１の擬似ランダムストリーム）又は１（第２の擬似ランダムストリーム）に設定され得る１ビットの値である。
【００６６】
前述のように、暗号同期の変動要素は、プレーンテキスト・ストリームからビットの所定のブロックが受け取られた後にブロック数を増分するように構成された仮想カウンタから得ることができる。この場合、変数「Ｘ」を用いて参照され得るプレーンテキストのブロックを取り上げて、演算Ｙ＝ＡＸ＋Ｂを実行することにより、暗号文ストリーム（すなわち暗号化されたデータストリーム）が生成される。演算は、次数ｐｎの有限フィールド（すなわちガロア域）で実行され、ｐは素数であり、ｎは整数である。演算子「＋」はブール演算ＸＯＲであり、これが有限フィールド２ｎにおける加算と同じであることを当業者なら理解するであろう。
【００６７】
１ｘＥＶＤＯネットワークについて前述の例では、暗号化アルゴリズムがＡＥＳであってブロック・ビット長が１２８ビットであり、暗号文ストリームは、前述のＧＦ（２１２８）における演算の実行により生成することができる。この例では、プレーンテキスト・ストリームは１２８のビット・ブロックに分けられており、前述のように、仮想カウンタは各データストリームのブロックカウントを識別する。第１の擬似ランダムストリームに０を１つ、また第２の擬似ランダムストリームに１を１つ添付された暗号同期をＡＥＳ暗号化アルゴリズムに対して適用することにより、第１及び第２の擬似ランダムストリームを生成することができる。
【００６８】
暗黙のメッセージ認証のない暗号化は、すべてのブロックについてＡ＝１であるのと等価である。この場合、演算Ｙ＝Ｘ＋Ｂによって暗号文が生成され、＋はブール演算ＸＯＲである。この暗号化の方法は、望ましくないことに、敵対者が暗号文に何らかの値Δを加えることにより、プレーンテキストの選択されたビットを変えることが可能になる。例えば、敵対者は暗号文に値Δを加えることができる。結果として、暗号文はＸ＋Δとして解読され得て、これは意味をなしてプレーンテキストと関連する。
【００６９】
暗黙のメッセージ認証で前述の演算を用いると、Ｙ＋ΔがＸ＋ΔＡ−１として解読されるので、敵対者は、もはや暗号文の選択されたビットを変えることができない。Ａは敵対者に知られていないものである。換言すれば、Ａが擬似ランダムであるので、暗号文の改変後に解読された値は、もはや意味をなしてプレーンテキストと関連することがない。例えば、ＶｏＩＰの場合、音声データが冗長性を有し、その結果ランダムな変化によって音声データが無意味なものになり、したがって暗黙の認証がもたらされる。この特性は、一般に、適応性がない暗号化と呼ばれる。
【００７０】
通常、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤで受け取られるデータストリームは、ＩＰパケット、ＰＰＰパケット、信号伝達パケットなどのパケットである。場合によっては、エアインターフェース・アプリケーション・レイヤ・パケットが、単一のリンク・レイヤ・パケットに収まらないかもしれない。例えば、暗黙のメッセージ認証で指定されたブロックのビット長（変数ｂによって示される）は１２８ビットかもしれず、しかし伝送のために受け取られたデータストリームは１２８の倍数でないかもしれない。そのような場合、暗号文を生成するために使用される擬似ランダムストリームＡ及びＢの長さは、この不測の事態を説明するために調整されるかもしれない。
【００７１】
例えば、データのパケットは、Ｋ×ｂ＋Ｌと等しいビット長を有するエアインターフェース・アプリケーション・レイヤで受け取られるかもしれないということである。Ｌは正であってｂ未満である。この場合、データの最初のＫブロックは、擬似ランダムストリームＡ及びＢ向けのｂビットの値を使用して暗号化されてよい。擬似ランダムストリームＡ及びＢに関する最後のＬビットは、それぞれの擬似ランダムストリームからのＬビットの値を使用して暗号化される。しかし、パケットが長さｂの偶数倍でないと、受信器に信号伝達するために何らかの機構を用いなければならない。例示の一実施形態では、暗号文がパケット向けに準備された後で、パケットの長さを示すためにパケット長のインジケータが加えられてよい。例えば、長さインジケータは、パケットに加えられた２バイトのプリアンブル（すなわちヘッダ）でよい。あるいは、長さインジケータは、パケットにポストアンブル（すなわちフッタ）として加えられてよい。次いで、長さインジケータを含む暗号文パケットが伝送のためにリンク・レイヤに渡される。
【００７２】
長さインジケータは、いくつかのオーバヘッドを招く。上記の例では、すべてのアプリケーション・レイヤ・パケットに対して２バイトのオーバヘッドが生じる（例えば、すべてのＰＰＰパケット又はビデオ・フレームに対して２バイトのオーバヘッドが生じる）。しかし、このオーバヘッドは、従来のセキュリティ機構を使用して暗号化された場合にすべてのＭＡＣパケットに対して生じる２バイトのオーバヘッドよりかなり小さい。
【００７３】
受信器４０４は、送信されたのと同じ順序でリンク・レイヤから暗号文データを受け取る。再び、上位レイヤにデータを伝送する前に適切な順序を保証するのは、リンク・レイヤ・プロトコルの役割である。前述のように、暗号同期の変動要素を回復することができる。回復された値で、受信器は、同じキー及び暗号同期の値を使用して擬似ランダムストリームを生成することができ、次いで、暗号文パケットを解読するためにこれらの値が使用される。暗黙のメッセージ認証のために、演算（Ｙ＋Ｂ）Ａ−１を用いてプレーンテキスト・ストリームを得ることができる。Ｙは暗号文ブロックであり、Ａ及びＢは、それぞれ擬似ランダムストリームＡ及びＢのからの擬似ランダム・ブロックである。
【００７４】
暗号文ストリームに明示的な長さインジケータを加えることの代替として、フレームに開始フラグ及び終了フラグを加えてよい。開始フラグ及び終了フラグは、所定の値を有する任意のビット長で構成されたビット列でよい。例示の一実施形態では、開始フラグと終了フラグは、８ビット長の同一の固定値を共有する（すなわち、開始フラグは先頭バイトであり、終了フラグは最終バイトである）。この例を継続すると、先頭バイト／最終バイトの値がフレームのペイロード中に見られるのであれば、フレームのペイロード中のこれらのビットを、開始フラグ及び終了フラグとは異なる何らかの所定のビット列で置換することにより「衝突」が解消される。受信器では、ペイロードデータは元の状態に戻される。この処理手順は、一般にバイトスタッフィングと呼ばれる。この手法の利点の１つは、受信器４０４が、後続のパケット中の開始フラグ及び終了フラグを探すことにより、失われたパケットを回復することができることである。パケットが受け取られた後で、受信器は、開始フラグと終了フラグの間のビット数をカウントすることにより、パケット長を得ることができる。特定の用途次第で、パケット長の導出は、ヘッダ・データ、制御データ又は任意の他の多岐にわたるビットを考慮に入れるために、調整計算を含んでよい。
【００７５】
図５には、ビデオフレーム・パケットに適用された暗黙のメッセージ認証の一例が示されている。この例では、ワイヤレス通信システムは１ｘＥＶＤＯネットワークであり、また、ステップ３に示されるエア・アプリケーション・フレームは、１つの物理レイヤ・フレームに収まらない。前述のように明示的な長さインジケータを使用するのでなく、開始フラグ５００及び終了フラグ５０４がそれぞれパケットに加えられる。エアインターフェース・アプリケーション・レイヤ・パケットのサイズのために、ステップ４では、ＲＬＰはワイヤレスリンクによる伝送の前にパケットを細分化する。
【００７６】
前述の暗号化機構は、例えばＳＨＡ−１などの明示的メッセージ認証機構に対して同様に適用可能である。通常遅延要件の負担がない最善努力データに関して、これは恐らく明示的なメッセージ認証の望ましい代替である。この手法の下では、明示的な認証タグが計算されて、受信器に伝送されるパケットに添付される。しかし、前述のように、暗号化機構は前述の暗号同期処理手順を用いてよく、したがって、パケットに明示的暗号同期を添付する必要がないという利益をもたらす。
【００７７】
上記に開示された特定の実施形態は単に説明であり、本明細書の教示の利益を有する当業者には、本発明が様々であるが均等なやり方で変更し実施され得ることが明らかであろう。その上、特許請求の範囲で以下に記述されたものの他には、本明細書に示された構造又は設計の詳細に対して制限する意図はない。したがって、上記に開示された特定の実施形態が改変又は変更され得ることは明白であり、そのような変形形態はすべて本発明の範囲及び趣旨の範囲内であるとみなされる。したがって、本明細書で要求される保護は、以下の特許請求の範囲で示されるとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】例示のワイヤレス通信システムの簡単なボックスチャートである。
【図２】１ｘＥＶＤＯネットワークに適用可能な例示のエアインターフェース・レイヤリング構造を概念的に示す図である。
【図３】パケット拡張を簡単に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態により、ワイヤレスリンクを介してデータを伝送するために暗号化する方法の例示の一実施形態を概念的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によって、１ｘＥＶＤＯのセキュリティ・レイヤを横断するビデオパケットを簡単に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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