(57)【要約】無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）およびノードＢはそれぞれ、ＷＴＲＵおよびノードＢの間のチャネル推定に基づいて、第三者と共有されないジョイントランダム性（ＪＲＮＳＯ）ビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行する。その後、ＷＴＲＵおよびノードＢは、調停手順を実行して、共通ＪＲＮＳＯビットを生成する。ノードＢは、共通ＪＲＮＳＯビットをサービスネットワークに送信する。ＷＴＲＵおよびＳＮは、共通ＪＲＮＳＯビットを使用して、（インテグリティ鍵、暗号鍵および匿名鍵などの）セッション鍵を保護する。ＪＲＮＳＯ測定は、持続的に実行され、セッション鍵は、新しい１組の共通ＪＲＮＳＯビットを使用して更新される。ＪＲＮＳＯビットは、疑似乱数生成器（ＰＮＧ）または窓技法を使用して拡張することができる。ＪＲＮＳＯビット生成速度を増すために、ハンドオーバが意図的に引き起こされることもある。
2009534936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）およびサービスネットワーク（ＳＮ）を含む無線通信システムにおいて、安全な無線通信を提供する方法であって、
（ａ）前記ＷＴＲＵおよびノードＢが、前記ＷＴＲＵと前記ノードＢとの間のチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）推定に基づいて、第三者と共有されないジョイントランダム性（ＪＲＮＳＯ）ビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行するステップと、
（ｂ）前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢが、共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行するステップと、
（ｃ）前記ノードＢが、共通ＪＲＮＳＯビットを前記ＳＮに送信するステップと、
（ｄ）前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮが、前記共通ＪＲＮＳＯビットを使用して、セキュリティ用に使用されるセッション鍵を保護するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮが、前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮがＪＲＮＳＯ能力を有するかどうかを開示するステップであって、前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮの両方が前記ＪＲＮＳＯ能力を有する場合、前記ＪＲＮＳＯ測定が実行されることと
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＪＲＮＳＯ能力は、無線リソース制御（ＲＲＣ）接続中に開示されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ノードＢは、電力測定メッセージを使用して前記ＪＲＮＳＯビットを報告することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＪＲＮＳＯビットによって保護される前記セッション鍵は、インテグリティ鍵（ＩＫ）、暗号鍵（ＣＫ）および匿名鍵（ＡＫ）の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、前記ＷＴＲＵに対する専用チャネルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、共通チャネルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＪＲＮＳＯ測定は、前記ＷＴＲＵがＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態およびＣＥＬＬ  ＤＣＨ状態の一方にある間に実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ノードＢおよび前記ＷＴＲＵは、持続的に前記ＪＲＮＳＯ測定を実行し、前記共通ＪＲＮＳＯビットを前記ＳＮに報告することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢが、新しい１組の共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために前記ステップ（ａ）〜前記ステップ（ｃ）を繰り返すステップと、
前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮが、前記新しい１組の共通ＪＲＮＳＯビットを使用して前記セッション鍵を更新するステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮが、現在の鍵の寿命が尽きたときに前記セッション鍵を更新するステップ
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記鍵の長さを拡張するために前記ＪＲＮＳＯビットを用いる疑似乱数生成器（ＰＮＧ）を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯ測定から導出された直近に獲得されたランダムビットが既存ＪＲＮＳＯビットと共にパイプラインに通され、前記ＪＲＮＳＯビットのサイズが最小要件を満たすことを保証するために古いビットが先入れ先出し（ＦＩＦＯ）ルールに従って廃棄されるように、窓技法を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）によって発行されたアクティベーション時間に従って前記調停手順を実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＳＮが、第２のノードＢへのハンドオーバを開始するために、ハンドオーバコマンドを前記ＷＴＲＵおよび前記第２のノードＢに送信するステップであって、前記ＳＮが、前記ＷＴＲＵおよび前記第２のノードＢの間でのＪＲＮＳＯ測定の開始を通知することと、
前記ＷＴＲＵおよび前記第２のノードＢが、前記ＷＴＲＵおよび前記第２のノードＢの間のチャネル推定に基づいてＪＲＮＳＯビットの第１の組を生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行するステップと、
前記ＷＴＲＵおよび前記第２のノードＢが、共通ＪＲＮＳＯビットの第２の組を生成するために調停手順を実行するステップと、
前記第２のノードＢが、共通ＪＲＮＳＯビットの前記第２の組を前記ＳＮに送信するステップと、
前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮが、共通ＪＲＮＳＯビットの前記第２の組を使用して、セキュリティ用に使用される前記セッション鍵を保護するステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＳＮが、ＪＲＮＳＯビット生成速度を高めるために、前記ＷＴＲＵおよび少なくとも１つの代替ノードＢの間でＪＲＮＳＯビットを生成するための前記少なくとも１つの代替ノードＢへのハンドオーバを開始するステップ
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ハンドオーバは、ハードハンドオーバであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ハンドオーバは、ソフトハンドオーバであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ノードＢの各々は、同じダウンリンクプローブ信号を前記ＷＴＲＵに送信することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ノードＢは、異なる時間オフセットを用いて前記ダウンリンクプローブ信号を送信することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＷＴＲＵは、前記ダウンリンクプローブ信号を受信する際にＲＡＫＥ受信機を使用することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＷＴＲＵが、異なるノードＢに関連付けられたＪＲＮＳＯビットの複数の組を生成するステップと、
蓄積コントローラが、前記ノードＢからＪＲＮＳＯビットの前記複数の組を収集するステップと、
前記ＷＴＲＵおよび前記蓄積コントローラが、ＪＲＮＳＯビットの前記複数の組を使用してより長いＪＲＮＳＯビットのストリームを生成するステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＷＴＲＵおよび前記蓄積コントローラは、蓄積を停止するように前記ＷＴＲＵが前記蓄積コントローラによって命令されるまで、ＪＲＮＳＯビットの前記複数の組の各々を蓄積することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯビットの生成の際に複数のアンテナを使用することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯビットの生成の際に多入力多出力（ＭＩＭＯ）を使用することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯビットの生成の際にビーム形成を使用することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯビットの生成の際に送信用および受信用でアンテナ構成を適応的に変化させることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記蓄積コントローラは、前記ハンドオーバに関与する前記ノードＢの１つであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記蓄積コントローラは、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＷＴＲＵは、ＪＲＮＳＯ測定のためにダウンリンク共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記ノードＢは、ＪＲＮＳＯ測定のためにアップリンク専用物理チャネル（ＤＰＣＨ）のパイロット部分を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
無線通信を保護するように構成された無線通信システムであって、
ＷＴＲＵとノードＢとの間のチャネル推定に基づいて、第三者と共有されないジョイントランダム性（ＪＲＮＳＯ）ビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行し、および共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行するように構成された無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）と、
前記ノードＢを含むサービスネットワーク（ＳＮ）であって、前記ノードＢは、前記ＷＴＲＵと前記ノードＢとの間のチャネル推定に基づいてＪＲＮＳＯビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行し、および前記共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行するように構成され、前記ＳＮは、前記共通ＪＲＮＳＯビットを使用して、セキュリティ用に使用されるセッション鍵を保護するように構成されることと
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３３】
前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮは、前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮがそれぞれＪＲＮＳＯ能力を有するかどうかを開示するように構成され、前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮの両方が前記ＪＲＮＳＯ能力を有する場合、前記ＪＲＮＳＯ測定が実行されることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記ＪＲＮＳＯ能力は、無線リソース制御（ＲＲＣ）接続中に開示されることを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記ノードＢは、電力測定メッセージを使用して前記ＪＲＮＳＯビットを報告することを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】
前記ＪＲＮＳＯビットによって保護される前記セッション鍵は、インテグリティ鍵（ＩＫ）、暗号鍵（ＣＫ）および匿名鍵（ＡＫ）の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項３７】
前記ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、前記ＷＴＲＵに対する専用チャネルであることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項３８】
前記ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、共通チャネルであることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項３９】
前記ＪＲＮＳＯ測定は、前記ＷＴＲＵがＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態およびＣＥＬＬ  ＤＣＨ状態の一方にある間に実行されることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項４０】
前記ノードＢおよび前記ＷＴＲＵは、持続的に前記ＪＲＮＳＯ測定を実行し、前記共通ＪＲＮＳＯビットを前記ＳＮに報告することを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項４１】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、持続的にＪＲＮＳＯ測定を実行し、新しい１組の共通ＪＲＮＳＯビットを使用して前記セッション鍵の前記少なくとも１つおよびパラメータを更新するように構成されることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項４２】
前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮは、現在の鍵の寿命が尽きたときに前記セッション鍵の前記少なくとも１つおよび前記パラメータを更新することを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項４３】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記チャネル推定から生成されたランダムビットから前記ＪＲＮＳＯビットを生成するために疑似乱数生成器（ＰＮＧ）を使用することを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯ測定から導出された直近に獲得されたランダムビットが既存ＪＲＮＳＯビットと共にパイプラインに通され、前記ＪＲＮＳＯビットのサイズが最小要件を満たすことを保証するために古いビットが先入れ先出し（ＦＩＦＯ）ルールに従って廃棄されるように、窓技法を使用することを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項４５】
前記調停手順のためのアクティベーション時間を発行するように構成された無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）であって、前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記アクティベーション時間に従って前記調停手順を実行すること
をさらに備えたことを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項４６】
前記ＳＮは、第２のノードＢへのハンドオーバを開始するために、ハンドオーバコマンドを前記ＷＴＲＵおよび前記第２のノードＢに送信し、および前記ＷＴＲＵおよび前記第２のノードＢの間でのＪＲＮＳＯ測定の開始を通知するように構成され、
前記ＷＴＲＵおよび前記第２のノードＢは、前記ＷＴＲＵおよび前記第２のノードＢの間のチャネル推定に基づいてＪＲＮＳＯビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行し、第２の共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行するように構成され、その結果、セキュリティ用に使用されるセッション鍵の少なくとも１つおよびパラメータが、前記第２の共通ＪＲＮＳＯビットを使用して保護されることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項４７】
前記ＳＮは、ＪＲＮＳＯビット生成速度を高めるために、前記ＷＴＲＵおよび少なくとも１つのデスティネーションノードＢの間でＪＲＮＳＯビットを生成するための前記少なくとも１つのデスティネーションノードＢへのハンドオーバを開始するように構成されることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項４８】
前記ハンドオーバは、ハードハンドオーバであることを特徴とする請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記ハンドオーバは、ソフトハンドオーバであることを特徴とする請求項４７に記載のシステム。
【請求項５０】
前記ノードＢの各々は、同じダウンリンクプローブ信号を前記ＷＴＲＵに送信することを特徴とする請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記ノードＢの各々は、異なる時間オフセットを用いて前記ダウンリンクプローブ信号を送信することを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記ＷＴＲＵは、前記ダウンリンクプローブ信号を受信する際にＲＡＫＥ受信機を使用することを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項５３】
前記ノードＢからＪＲＮＳＯビットの複数の組を収集し、またＪＲＮＳＯビットの前記複数の組を使用してより長いＪＲＮＳＯビットのストリームを生成するように構成された蓄積コントローラであって、前記ＷＴＲＵは、異なるノードＢに関連付けられたＪＲＮＳＯビットの複数の組を生成し、またＪＲＮＳＯビットの前記複数の組を使用してより長いＪＲＮＳＯビットのストリームを生成するように構成されること
をさらに備えたことを特徴とする請求項４７に記載のシステム。
【請求項５４】
前記ＷＴＲＵおよび前記蓄積コントローラは、蓄積を停止するように前記ＷＴＲＵが前記蓄積コントローラによって命令されるまで、ＪＲＮＳＯビットの前記複数の組の各々を蓄積することを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯビットの生成の際に複数のアンテナを使用することを特徴とする請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯビットの生成の際に多入力多出力（ＭＩＭＯ）を使用することを特徴とする請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯビットの生成の際にビーム形成を使用することを特徴とする請求項５５に記載のシステム。
【請求項５８】
前記ＷＴＲＵおよび前記ノードＢは、前記ＪＲＮＳＯビットの生成の際に送信用および受信用でアンテナ構成を適応的に変化させることを特徴とする請求項５５に記載のシステム。
【請求項５９】
前記蓄積コントローラは、前記ハンドオーバに関与する前記ノードＢの１つであることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項６０】
前記蓄積コントローラは、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）であることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項６１】
前記ＷＴＲＵは、ＪＲＮＳＯ測定のためにダウンリンク共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）を使用することを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項６２】
前記ノードＢは、ＪＲＮＳＯ測定のためにアップリンク専用物理チャネル（ＤＰＣＨ）のパイロット部分を使用することを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関する。より詳細には、本発明は、無線通信を保護する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）は、無線通信システム用の有力な標準の１つである。ＵＭＴＳは、セキュリティのために、認証および鍵共有（ＡＫＡ：ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｋｅｙ  ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）プロトコルを使用する。ＡＫＡは、移動体通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）のセキュリティアーキテクチャに基づいており、それの相当な機能強化したものとなっている。ＧＳＭにおける認証プロセスは一方向的であり、クライアントのみが認証を受けるのに対して、ＵＭＴＳは、クライアントおよびネットワークが相互に認証を受けることを必要とする。ＧＳＭプロトコルが脆さを見せる偽基地局攻撃（ｆａｌｓｅ  ｂａｓｅ  ｓｔａｔｉｏｎ  ａｔｔａｃｋ）は、ＵＭＴＳ  ＡＫＡプロトコルによって、完全ではないにしても、大きく無力化される。
【０００３】
ＡＫＡは、（ユーザ機器（ＵＥ）の一部である）汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）と、ネットワークのホーム環境（ＨＥ：ｈｏｍｅ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）に存在するネットワーク認証センタ（ＡｕＣ）との間に、長期共用秘密鍵（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ  ｓｈａｒｅｄ  ｓｅｃｒｅｔ  ｋｅｙ）Ｋの存在を前提とする。
【０００４】
図１は、ＵＭＴＳ  ＡＫＡセキュリティ構造１００に緊密に結びつけられた、従来の認証手順の信号伝達図である。ＵＥ１５２は、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）１５６との無線リソース制御（ＲＲＣ）接続を確立する（ステップ１０２）。ＲＲＣ接続プロセス中、ＵＥ１５２は、そのセキュリティ能力をＲＮＣ１５６に対して明らかにする。その後、ＵＥ１５２は、ユーザ識別情報（ＩＤ）を含むレイヤＬ３メッセージをヴィジターロケーションレジスタ（ＶＬＲ）１５８に送信する（ステップ１０４）。ユーザは、国際モバイル加入者識別番号（ＩＭＳＩ）を使用して識別される。Ｌ３メッセージは、鍵セット識別子（ＫＳＩ：ｋｅｙ  ｓｅｔ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）と、認証中に導出される暗号鍵およびインテグリティ鍵（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  ｋｅｙ）に関連付けられた番号を含む。ＫＳＩは、初期（ｉｎｉｔｉａｌ）Ｌ３メッセージを介して送信されるとき、デフォルト値に設定される。
【０００５】
ある状況下では（例えば、ユーザが認証されていない場合）、ＶＬＲ１５８は、ＡＫＡを要求し、認証データ要求をホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）１６０に送信する（ステップ１０６）。認証データ要求を受信すると、ＨＬＲ１６０は、１組の認証ベクトル（ＡＶ：ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  ｖｅｃｔｏｒ）をＶＬＲ１５８に送信する（ステップ１０８）。
【０００６】
各ＡＶは、乱数（ＲＡＮＤ）と、ユーザを認証するために使用される期待応答（ＸＲＥＳ：expected Response）と、機密性を確立するための暗号鍵（ＣＫ）と、インテグリティ鍵（ＩＫ）と、認証トークン（ＡＵＴＮ：authentication  token）とを含む、５個１組の数を含む。ＡＵＴＮは、匿名鍵（ＡＫ：anonymity  key）によって秘匿されるシーケンス番号（ＳＱＮ）と、（使用されるアルゴリズム、鍵寿命など）一定の認証要素を指定する認証管理フィールド（ＡＭＦ：authentication  management  field）と、ＳＱＮ、ＡＭＦおよびＲＡＮＤに機能的に依存するメッセージ認証コード（ＭＡＣ：message  authentication  code）とを含む。
【０００７】
ＶＬＲ１５８は、最初のＡＶ内のＲＡＮＤおよびＡＵＴＮをＵＥ１５２に送信する（ステップ１１０）。その後、ＵＥ１５２は、期待ＭＡＣ（ＸＭＡＣ）を計算し、それがＭＡＣと一致するかどうかを判定することによって、ネットワークを認証する（ステップ１１２）。ＵＥ１５２は、応答（ＲＥＳ）を計算し、ＲＥＳをＶＬＲ１５８に送信する（ステップ１１４）。ＶＬＲ１５８は、ＲＥＳがＸＲＥＳと一致するかどうかを判定して、ＵＥ１５２を認証する（ステップ１１８）。ステップ１１２およびステップ１１８において、上記の認証の試みのどちらかが失敗した場合、認証失敗が発生する。ＵＥ１５２は、現在のセッションだけにセキュリティを提供するセッション鍵（すなわち、ＡＶ内のＣＫおよびＩＫ）を計算する（ステップ１１６）。鍵生成は、ＲＡＮＤを入力として取り、共用秘密鍵Ｋを適用する、事前定義されたＵＭＴＳアルゴリズムを使用して実行される。
【０００８】
ステップ１１２およびステップ１１８において、ひとたび相互認証が成功すると、ローカル認証手順が開始する。このプロセスは、ネゴシエーションを行って、どのＵＭＴＳ暗号化アルゴリズム（ＵＥＡ：ＵＭＴＳ  encryption  algorithm）およびＵＭＴＳインテグリティアルゴリズム（ＵＩＡ：ＵＭＴＳ  integrity  algorithm）を現在のセッションにおいて使用するかを決定するよう（ステップ１２０）、ＵＥ１５２およびＶＬＲ１５８に要求する。
【０００９】
ＶＬＲ１５８は、セキュリティモードコマンド（security  mode  command）をノードＢ１５４を介してＲＮＣ１５６に送信し、コマンドは、ネゴシエートされたＵＥＡおよびＵＩＡと、現在のセッション鍵ＣＫおよびＩＫとを含む（ステップ１２２）。これから安全な通信が開始できるので、次に、ＲＮＣ１５６は、メッセージ認証コード（ＭＡＣ−Ｉ）を含むセキュリティモードコマンドをＵＥ１５２に送信する（ステップ１２４）。ＭＡＣ−Ｉ値は、セキュリティモードコマンドメッセージのインテグリティ（整合性）を保護し、ＭＡＣ−Ｉは、ＵＩＡによってメッセージ内容に対してセッション鍵ＩＫを使用して計算された、あるタイプのハッシュである。
【００１０】
ＵＥ１５２は、ＵＩＡを使用して、セキュリティモードコマンドメッセージ内容に対して鍵ＩＫを用いて同様の方法でＭＡＣ−Ｉを計算し、それを受信ＭＡＣ−Ｉと比較することによって、受信メッセージのインテグリティを検証する（ステップ１２６）。認証コードが一致した場合、ＵＥ１５２は、セキュリティモード完了メッセージをＲＮＣ１５６に送信する（ステップ１２８）。このラウンドトリップ交換（ｒｏｕｎｄ  ｔｒｉｐ  ｅｘｃｈａｎｇｅ）は、最初の安全な通信に相当する。ＲＮＣ１５６は、セキュリティモード完了メッセージをＶＬＲ１５８に送信して、選択されたＵＥＡおよびＵＩＡを確認する（ステップ１３０）。このようにして、ＵＥＡおよびＵＩＡを含むすべてのネゴシエーションが完了し、ＵＥ１５２とＶＬＲ１５８の間の認証が満たされたことを仮定して、安全な通信（暗号化、暗号解除、およびインテグリティ保護（integrity  protection））が開始する。インテグリティ保護は必要とされるが、機密保持（暗号化）を使用せずに、通信が実行されてもよい。
【００１１】
完全秘匿（perfect  secrecy）と、あらゆる公開鍵システムを含むほとんどの現代暗号システムが依存する計算量的秘匿（computational  secrecy）との間には、相違がある。現代暗号システムは、暗号鍵を推測することは計算資源的観点からきわめて困難となり得るという事実に依存している。しかし、これらのシステムのほとんどでは、ひとたび正しい推測が生みだされれば、それが実際に正しい推測であることを検証することは非常に容易である。この能力は、計算量的秘匿を「完全秘匿」から区別するものである。完全秘匿は、攻撃者が鍵を正しく推測したとしても、実際に正しく推測したと判定する能力を攻撃者がもたないであろうことを意味する。
【００１２】
２つの当事者（ＡおよびＢ）が、いくつかのランダムソース（ＸおよびＹ）にアクセスし、それらは、（ｉによってインデックス付けされる）所定時間に、独立なサンプルＸｉ、Ｙｉを生成すると仮定する。ＡおよびＢは、盗聴者（Ｅ）がアクセスするパブリックチャネルを介して通信することによって、完全秘密鍵を生成することを望んでいると仮定する。さらに、Ｅは、独立なサンプルＺｉを生成する別のランダムソースＺにもアクセスする。ランダムソースＺは、ランダムソースＸおよびＹにおそらく依存するが、ＸおよびＹが互いに相互依存するほどには強く依存しない。したがって、ＡおよびＢは、それらのランダムソースのより強い相互依存性によって、Ｅに対して何らかの優位を共有する。ＡおよびＢは、完全秘密ランダム鍵を生成するために、この依存性を利用できることが示された。
【００１３】
完全秘密鍵を生成するため、ＡおよびＢは最初に、それらのジョイントランダム性（joint  randomness）を利用してビット列Ｓ’を確立するが、ビット列Ｓ’に固有のエントロピは、Ｅの観点からは｜Ｓ｜ビットであり、｜Ｓ｜≦｜Ｓ’｜である。これは、ＡとＢの間の数回のパブリック交換を使用して行われる。ほとんどの場合、１回の一方向交換で十分である。交換の正確な性質は、ジョイントランダムソース（ｊｏｉｎｔｌｙ−ｒａｎｄｏｍ  ｓｏｕｒｃｅ）（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の性質に依存する。その後、ＡおよびＢは、別の１組のパブリック交換を使用して、系列Ｓ’を完全秘密鍵Ｓに変換する関数について公に合意する。
【００１４】
相関のあるランダムソースを事前通信を行わずに生成することはアプリオリには困難であるが、無線チャネルは、チャネルインパルス応答（ＣＩＲ）の形で、そのようなリソースを提供する。具体的には、ある通信システムでは、２つの通信当事者ＡおよびＢは、ＡからＢおよびＢからＡに伝達するときに、非常に類似したＣＩＲを測定する（例えば、時分割複信（ＴＤＤ）システム）。他方、ＡおよびＢと物理的に同一場所に所在しない当事者はいずれも、ＡおよびＢのＣＩＲと非常にわずかな相関しかもたないＣＩＲを観測する。この相違は、完全秘密鍵の生成のために利用することができる。チャネルは、第三者と共有されないジョイントランダム性（ＪＲＮＳＯ：ｊｏｉｎｔ  ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ  ｎｏｔ  ｓｈａｒｅｄ  ｗｉｔｈ  ｏｔｈｅｒｓ）のソースであり、ＣＩＲ測定値は、チャネルから取られるサンプルとなる。
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願第１１／３３９９５８号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１１／３１８３８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、無線チャネルによって提供されるＪＲＮＳＯから、そのような秘密鍵（ビット）が生成され得る速度は、一般に低速である。秘密ビットについて毎秒数キロビットより高速の速度は期待できない。実際には、速度は著しく低速である。（例えば、ワンタイムパッド（ｏｎｅ−ｔｉｍｅ  ｐａｄ）を介した）暗号化のために、そのようなビットを直接使用すると、秘密ビット当たり高々１ビットのデータしかサポートできないので非常な低速を招き、または（周期攻撃（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｔｔａｃｋ）などの）攻撃を受けやすくなる。
【００１７】
したがって、高速に秘密ビットを生成するための方法を提供し、少量のそのような共有ランダム性を使用して暗号化システムを強化することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、無線通信を保護するための方法およびシステムに関する。無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）およびノードＢはそれぞれ、ＷＴＲＵおよびノードＢの間のチャネル推定に基づいてＪＲＮＳＯビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行する。その後、ＷＴＲＵおよびノードＢは、共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために、調停手順を実行する。ノードＢは、共通ＪＲＮＳＯビットをＳＮに送信する。ＷＴＲＵおよびＳＮは、共通ＪＲＮＳＯビットを使用して、セキュリティ用に使用される（ＩＫ、ＣＫ、およびＡＫなどの）セッション鍵ならびに／またはパラメータを保護する。ＪＲＮＳＯ測定は、持続的に実行され、セッション鍵および／またはパラメータは、新しい１組の共通ＪＲＮＳＯビットを使用して更新される。ＪＲＮＳＯビット系列は、疑似乱数生成器（ＰＮＧ）を使用して拡張することができ、ＪＲＮＳＯビット管理および蓄積のための窓技法（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）も使用することができる。ＪＲＮＳＯビット生成速度を増すために、ハンドオーバが意図的に引き起こされることもある。
【００１９】
例として与えられ、添付の図面と併せて理解される、以下の好ましい実施形態についての説明によって、本発明のより詳細な理解が得られるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
これ以後、「ＷＴＲＵ」に言及する場合、この用語は、ユーザ機器（ＵＥ）、移動局、固定もしくは移動加入者ユニット、ページャ、セルラ電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、コンピュータまたは無線環境で動作することが可能な他の任意のタイプのユーザデバイスを含むが、それらに限定されない。これ以降、「ノードＢ」に言及する場合、この用語は、基地局、サイトコントローラ、アクセスポイント（ＡＰ）または無線環境で動作することが可能な他の任意のタイプのインタフェースデバイスを含むが、それらに限定されない。
【００２１】
これ以後、「ヴィジターロケーションレジスタ（ＶＬＲ）」に言及する場合、この用語は、サービスネットワーク（ＳＮ）と交換可能である。
【００２２】
ＪＲＮＳＯ測定を使用して秘密鍵を導出する方法は、共同所有された同時継続中の、２００６年１月２６日に出願された特許文献１および２００５年１２月２３日に出願された特許文献２に開示されており、両特許文献は、あたかも完全に説明されているかのように、参照により組み込まれる。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態は、無線通信用のフォワードセキュリティ（forward  security）およびバックワードセキュリティ（backward  security）を提供する。フォワードセキュリティは、共用秘密鍵Ｋが危険にさらされた場合に、継続的なセキュリティを提供するために必要である。バックワードセキュリティは、暗号文のみを使用する暗号解析に対する付加的保護を鍵Ｋに提供するために必要である。
【００２４】
図２および図３はそれぞれ、トランシーバ２００、３００のブロック図を示しており、トランシーバ２００、３００は、ポイントツーポイントシステムで通信する２つの正当な当事者を表す。本発明は、２つのトランシーバ２００、３００の間で完全秘密鍵を確立し、トランシーバ２００が主導トランシーバ（lead  transceiver）に選択される（すなわち、鍵確立プロセスにおいて、トランシーバ２００が主導権を握る）。トランシーバ２００、３００は好ましくは、より大きな通信システムのサブコンポーネントおよび／または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であることに留意されたい。図２および図３に示される処理要素の一部または全部は、他の非秘匿関連タスクと共用されて良い。
【００２５】
一般論として、トランシーバ２００、３００は、暗号化通信用の完全秘密を生成するための以下の初期手順ステップに従う。
【００２６】
１）各トランシーバは、相互に相手に対して、特別に設計された信号（例えば、櫛状トーン（ｃｏｍｂ  ｏｆ  ｔｏｎｅｓ））、または他の目的でも使用され得るパイロット系列を送信する。
【００２７】
２）無線物理チャネルは、当然ながら、いくらかは物理環境に応じて系列を変更し、信号フェージングおよび歪みを生みだすが、チャネル相互依存性（ｃｈａｎｎｅｌ  ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）のため、これらの変更は非常に類似している。したがって、トランシーバ２００、３００は、共用チャネルに固有なジョイントランダム性を利用して、秘密鍵を確立する。
【００２８】
３）その後、各トランシーバは、何らかの方式で、受信信号をバイナリ（または他の何らかの離散形式）系列に変換する。
【００２９】
図２に示されるように、主導トランシーバ２００は、チャネル推定器２０１と、チャネルインパルス応答（ＣＩＲ）ポストプロセッサ２０２と、プライバシ増幅（ＰＡ：privacy  amplification）プロセッサ２０３と、ブロック誤り符号エンコーダ２０４と、オプションの同期符号ユニット２０５と、パリティビットおよび同期ビットマルチプレクサ（ＭＵＸ）２０６とを備える。
【００３０】
トランシーバ２００において、チャネル推定器２０１は、トランシーバ３００からの受信無線信号からチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）を推定し、その後、ＣＩＲは、ＣＩＲポストプロセッサ２０２によって処理される。ＣＩＲポストプロセッサの主要なタスクは、推定ＣＩＲを、これ以降、長秘密鍵（ｌｏｎｇ  ｓｅｃｒｅｔ  ｋｅｙ）２１０として知られるビット列に変換することである。トランシーバ２００は、（後でさらに詳細に説明される）情報調停プロセスの完了後は、トランシーバ３００は、長秘密鍵３１０として示された同じビット列を所有すると仮定する。この長秘密鍵２１０、３１０は、以下の理由のため、すなわち、１）ＣＩＲサンプルは潜在的に相関する（高いサンプリングレートでは高く相関する）ので、ビットは独立に分布しないため、２）プロトコルのある部分はパブリック通信を必要とするので、情報のいくらかは潜在的盗聴者に漏洩するため、および３）潜在的盗聴者によって観測されるＣＩＲは、トランシーバ２００および３００によって得られるＣＩＲと相関することがあるため、完全秘密ではない。プライバシ増幅（ＰＡ）プロセッサ（２０３）は、これらの問題を補償する。
【００３１】
情報調停プロセスの一部として、ブロック誤り符号エンコーダ２０４は、トランシーバ３００における誤り訂正のため、パリティビットを伴うブロック符号を導出する。少なくとも１つの好ましい実施形態では、同期符号エンコーダ２０５は、トランシーバ２００、３００の間でＣＩＲ推定を同期させるために使用される符号を生成する。パリティビットおよび同期符号ビットは、トランシーバ３００に送信するため、ＭＵＸ２０６によって多重化される。
【００３２】
図３に示されるように、トランシーバ３００は、チャネル推定器３０１と、ＣＩＲポストプロセッサ３０２と、プライバシ増幅プロセッサ３０３と、同期ビット復調器３０５と、パリティビット復調器３０４と、同期化ＣＩＲ（ｓｙｎｃｈ−ｕｐ  ＣＩＲ）ユニット３０７とを備える。
【００３３】
トランシーバ３００において、チャネル推定器３０１は、トランシーバ２００からの無線信号を受信し、ＣＩＲを推定する。ＣＩＲポストプロセッサ３０２は、ＣＩＲ推定をフィルタリングする。これら２つのユニットは、トランシーバ２００の対応するデバイス２０１、２０２と同一の方式で動作する。ＣＩＲポストプロセッサ３０２の出力は、「ランダム秘密鍵」ビット列である。理想的には、２つのトランシーバの間に存在するチャネル相互依存性に基づいて、この列はトランシーバ２００における長秘密鍵と同一である。しかし、実際のＣＩＲ推定は、ＣＩＲ歪み、チャネル雑音および異なるチャネル推定開始点のために同一ではなく、２つの列は、実際にはいくぶん異なる。
【００３４】
ＣＩＲポストプロセッサ３０２の実際の出力がＣＩＲポストプロセッサ２０２のそれと同一である場合、トランシーバ２００におけるのと同一の完全秘密鍵を生成するために、ＰＡプロセッサ３０３によるプライバシ増幅およびオプションの弱鍵解析（weak-key  analysis）が適用されることができる。ＰＡプロセッサ３０３の性質は、ＰＡプロセッサ２０３のそれと同じである。しかし、ＣＩＲポストプロセッサ３０２の出力は、ＣＩＲポストプロセッサ２０２のそれと同じではないので、ＰＡ処理は、ＣＩＲポストプロセッサ３０２の出力に直接適用することができない。代わりに、トランシーバ３００は、相違を補正するために、トランシーバ２００によって送信されたパリティビットおよび同期ビットを使用する。
【００３５】
同期符号エンコーダ２０５が実装された実施形態では、同期ビット復号器３０５およびパリティビット復号器３０４が、受信信号からの同期ビットおよびパリティビットを復号する。ＣＩＲ同期化ユニット３０７は、復号同期ビットを処理し、ＣＩＲ推定をトランシーバ２００のＣＩＲ推定と同期させる。パリティビット復調器３０４は、復号パリティビットを処理し、同期ＣＩＲ推定に対して誤り訂正を実行する。トランシーバ２００に存在したような長秘密鍵２１０がここで再生され、ＰＡ処理が適用されることができる。トランシーバ２００からの受信無線信号内に埋め込まれた長秘密鍵２１０は、完全秘密鍵３１１を提供するために、ＰＡプロセッサ３０３によって処理される。
【００３６】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明による認証プロセス４００の信号伝達図を示している。図４Ａに示されるように、ＷＴＲＵ４６２は、ＲＮＣ４６６とのＲＲＣ接続を確立する（ステップ４０２）。ＲＲＣ接続手順中、ＷＴＲＵ４６２およびＶＬＲ４６８は、ＪＲＮＳＯ能力を含むセキュリティ能力を明らかにする。ＷＴＲＵ４６２およびＶＬＲ４６８の両方がＪＲＮＳＯ能力を有する場合、ＷＴＲＵ４６２およびノードＢ４６４は、それらの間で伝達されるすべての後続メッセージについて、ＪＲＮＳＯのためのＣＩＲ測定（これ以降、ＪＲＮＳＯ測定）を実行し始める（ステップ４０４）。ＪＲＮＳＯ測定は、ＷＴＲＵ４６２およびノードＢ４６４において、ランダムビット（ＪＲＮＳＯビット）の系列の蓄積をもたらす。ノードＢ４６４は、持続的にＪＲＮＳＯビットをＲＮＣ４６６に報告する。ノードＢ４６４は、電力測定メッセージにＪＲＮＳＯビットを添付することによって、ＪＲＮＳＯビットを報告しても良い。ＷＴＲＵ４６２およびＶＬＲ４６８は、最少の通信を使用して、同じ１組のＪＲＮＳＯビットを維持する。ＷＴＲＵ４６２およびＶＬＲ４６８の間の競合を解決するため、パリティチェックビットが、どちらか一方の方向に伝達される。この解決は、情報調停（ＩＲ：ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ）として知られており、後に好ましいハンドオーバ実施形態を参照しながら、さらに詳細に説明される。
【００３７】
ＪＲＮＳＯ測定は、チャネルの各サイドが使用する共用相関ランダムビットを導出するために、ノードＢ４６４およびＷＴＲＵ４６２の両方について統計的に同じになるＣＩＲを使用する。専用チャネルまたは共通チャネルが、ＪＲＮＳＯ測定のために使用されて良い。ＪＲＮＳＯ測定は、ＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨまたはＣＥＬＬ＿ＤＣＨ状態において実行することができる。
【００３８】
ＷＴＲＵ４６２は、ユーザＩＤ（例えば、ＩＭＳＩ）を含む初期Ｌ３メッセージをＶＬＲ４６８に送信する（ステップ４０６）。Ｌ３メッセージは、ＫＳＩを含む。ＫＳＩは、初期Ｌ３メッセージで送信されるとき、デフォルト値に設定される。ＶＬＲ４６８は、ＡＫＡが必要とされているかどうかを、すなわち、再認証または初期認証が要求されているかどうかを判定する（ステップ４０８）。ＶＬＲ４６８は、ＡＫＡが必要とされていると判定した場合、認証データ要求をＨＬＲ４７０に送信する（ステップ４１０）。認証データ要求を受信すると、ＨＬＲ４７０は、１組のＡＶ（すなわち、５要素構成のＡＶ）をＶＬＲ４６８に送信する（ステップ４１２）。
【００３９】
各５要素構成のＡＶは、ＲＡＮＤと、ユーザを認証するために使用されるＸＲＥＳと、機密性を確立するためのＣＫと、インテグリティのためのＩＫと、ＡＵＴＮとを含む。ＡＵＴＮは、ＡＫによって秘匿（すなわち、保護）されるＳＱＮと、（使用されるアルゴリズム、鍵寿命など）一定の認証要素を指定するＡＭＦと、ＳＱＮ、ＡＭＦおよびＲＡＮＤに機能的に依存するメッセージ認証コード（ＭＡＣ）とを含む。（ＡＶの要素は、これ以降、下付文字１からｎを付され、下付文字は使用順序を表す）。
【００４０】
ＶＬＲ４６８は、第１のＡＶのＲＡＮＤ１およびＡＵＴＮ１を、ＫＳＩと共にＷＴＲＵ４６２に送信する（ステップ４１４）。その後、ＷＴＲＵ４６２は、ＸＭＡＣ１を計算し、ＸＭＡＣ１がＭＡＣ１と一致するかどうかを判定することによって、ネットワークを認証する（ステップ４１６）。ＷＴＲＵ４６２は、ＲＥＳ１を計算し、ＲＥＳ１をＶＬＲ４６８に送信する（ステップ４１８）。ＷＴＲＵ４６２は、セッション鍵ＣＫ１およびＩＫ１も計算し（ステップ４２０）、認証が成功した場合、それはＡＶ１のセッション鍵と一致する。ＶＬＲ４６８は、ＲＥＳ１がＸＲＥＳ１と一致するかどうかを判定して、ＷＴＲＵ４６２を認証する（ステップ４２２）。ステップ４１４およびステップ４１８において、上記の認証の試みのどちらかが失敗した場合、認証失敗が発生する。
【００４１】
ステップ４１４およびステップ４１８における相互認証が完了すると、ローカル認証が開始する（ステップ４２３）。ＷＴＲＵ４６２およびＶＬＲ４６８は、暗号化アルゴリズムおよびインテグリティアルゴリズム（すなわち、ＵＥＡおよびＵＩＡ）についてネゴシエーションを行う（ステップ４２４）。ＪＲＮＳＯ測定は、ＷＴＲＵ４６２およびノードＢ４６４において続行される（ステップ４２５）。ＶＬＲ４６８は、セキュリティモードコマンドメッセージをＲＮＣ４６６に送信する（ステップ４２６）。セキュリティモードコマンドメッセージは、ネゴシエートされたＵＥＡおよびＵＩＡと、ＣＫ１と、ＩＫ１とを含む。ステップ４２８において、ランダムノンス（ｒａｎｄｏｍ  ｎｏｎｃｅ）ＦＲＥＳＨが生成され、セキュリティアルゴリズムが選択される。その後、ＲＮＣ４６６は、セキュリティモードコマンドメッセージをＷＴＲＵ４６２に送信する（ステップ４３０）。セキュリティモードコマンドメッセージは、ＩＫ１を用いてインテグリティが保護され、ＩＫ１は、メッセージ内容に対するハッシュ値ＭＡＣ−Ｉを計算するためにＵＩＡによって使用されるセッション鍵である。セキュリティコマンドは、ＰＳまたはＣＳ、ＵＩＡ、ＦＲＥＳＨノンス、ＷＴＲＵセキュリティ能力表示、ＵＥＡ、およびＭＡＣ−Ｉを含む。
【００４２】
図４Ｂを参照すると、プロセスは進行し、ＷＴＲＵ４６２は同様にＵＩＡを使用し（鍵ＩＫ１を用いて）ＭＡＣを計算し、それをＭＡＣ−Ｉ値と比較することによって、受信セキュリティモードコマンドのインテグリティを検証する（ステップ４３２）。その後、ＭＡＣ値が一致した場合、ＷＴＲＵ４６２は、セキュリティモード完了メッセージをＲＮＣ４６６に送信する（ステップ４３４）。セキュリティモード完了メッセージも、ＩＫ１および関連付けられたＭＡＣ−Ｉを用いて保護される。ＲＮＣ４６６は、セキュリティモード完了メッセージをＶＬＲ４６８に送信して、選択されたＵＥＡおよびＵＩＡを確認し（ステップ４３６）、また相互安全メッセージングの開始を確認する。
【００４３】
パリティチェックを使用するＪＲＮＳＯ測定手順および情報調停手順は、ＷＴＲＵ４６２とノードＢ４６４との間で持続的に実行される（ステップ４３８）。新しいＪＲＮＳＯビットが生成されると、ノードＢ４６４は、新しいＪＲＮＳＯビットをＲＮＣ４６６に送信する（ステップ４４０）。十分な数のＪＲＮＳＯビットが利用可能である（すなわち、新しいＪＲＮＳＯビットの数がセッション鍵の長さに等しいか、またはそれより大きい）場合、セッション鍵（ＣＫ、ＩＫ、ＡＫ）は保護される（ステップ４４２および４４４）。十分なサイズの新しいＪＲＮＳＯビット系列が生成されるので、セッション鍵および／またはパラメータは継続的に保護される。利用可能なＪＲＮＳＯビットを使用してセッション鍵ＣＫを保護するために使用される演算は、以下の通りである。
【００４４】
【数１】
2009534936.tif 000003
【００４５】
ここで、ＣＫｎ（ｉ）は、ＣＫｎの第ｉビットであり、ＪＲＮＳＯ（ｉ）は、修正鍵ＣＫ’ｎの第ｉビットであるＣＫ’ｎ（ｉ）を生成するための、現在のＪＲＮＳＯ系列の第ｉビットである。演算子
【００４６】
【数２】
2009534936.tif 000004
【００４７】
は、ビット毎の排他的ＯＲ（すなわち、ＸＯＲ）を表す。例えば、式１を使用して、現在のＪＲＮＳＯビットを用いて保護されるＣＫ１は、ＣＫ’１と表される。同様に、セッション鍵ＩＫおよびＡＫは、以下のように保護される。
【００４８】
【数３】
2009534936.tif 000005
【００４９】
保護された鍵ＣＫ’ｎ、ＩＫ’ｎ、およびＡＫ’ｎは、機密保持、インテグリティ、シーケンス番号保護のために使用される（ステップ４４５）。
【００５０】
持続的ＪＲＮＳＯ測定が続行し（ステップ４４３）、現在の鍵の寿命が尽きたとき（ステップ４４６）、ＷＴＲＵ４６２は、新しい鍵の要求をＶＬＲ４６８に送信する（ステップ４４７）。ＶＬＲ４６８は、新しいＡＶを選択し、異なるＣＫ、ＩＫ、ＲＡＮＤ（例えば、ＣＫ２、ＩＫ２、ＲＡＮＤ２）をＲＮＣ４６６に送信する（ステップ４４８、４５０）。ＲＮＣ４６６は、ＲＡＮＤ２をＷＴＲＵ４６２に送信する（ステップ４５２）。ＷＴＲＵ４６２およびＲＮＣ４６６はそれぞれ、現在の１組のＪＲＮＳＯビットを使用して、式（１、２、３）に従って、ＣＫ’２、ＩＫ’２およびＡＫ’２を計算する（ステップ４５４、４５６）。最後にステップ４５７において、新しい１組の鍵ＣＫ’２、ＩＫ’２、およびＡＫ’２が、機密保持、インテグリティおよびシーケンス番号保護のために使用される。（注：ＷＴＲＵは、ＣＫ’２、ＩＫ’２、およびＡＫ’２を計算する前に、新しいＲＡＮＤ（すなわち、ＲＡＮＤ２）を使用して、ＣＫ２、ＩＫ２、およびＡＫ２の計算に成功していることが仮定されている）。
【００５１】
必要なブロックサイズのＪＲＮＳＯビット系列が、ビット管理プロセスを通して維持される。ＪＲＮＳＯ測定プロセスは、潜在的には鍵寿命と比べて遅いこともある可変ビット生成速度を有する。言い換えると、（長さが鍵またはパラメータサイズと少なくとも等しい）完全に新しい１組のＪＲＮＳＯビットは、現在の鍵寿命の間に生成されないこともある。相対的に遅い生成速度では、セッション鍵またはパラメータの次のペアを保護するために、すべての新しいＪＲＮＳＯビットが利用可能でないこともある。高いレベルの計算量的および情報理論的セキュリティを獲得するには、セッション鍵および／またはパラメータの次の１組を保護するために、完全に新しい１組のＪＲＮＳＯビットが必要である。
【００５２】
本発明によれば、ＪＲＮＳＯビットを生成するために、疑似乱数生成器（ＰＮＧ）が利用される。ＰＮＧは、限られた数の真にランダムなビットをはるかに多数の（例えば、指数関数的に多数の）疑似ランダムなビットに変換することを含む（すなわち、限られた数の新規獲得ＪＲＮＳＯビットがシードとして働く）よく知られた方法である。ＰＮＧによって生成された疑似ランダムビットは、元のビットのランダム特性を保持し（すなわち、固有なエントロピは減少しない）、標準的な計算量を仮定した場合、結果のビット系列を同じ長さの真にランダムなビット系列から区別する問題は、計算量的に解決困難である。
【００５３】
ＰＮＧを使用すると、比較的少数のＪＲＮＳＯビットでさえも、必要とされるときに、鍵および／またはパラメータを保護するために、所望のブロックサイズに拡張することができる。例えば、暗号モードコマンドのインテグリティを保証するために使用される最初のインテグリティ鍵ＩＫ１でさえ、限られた数のＪＲＮＳＯビットが最初に利用可能でありさえすれば、リアルタイムに保護されることができる。
【００５４】
別の実施形態によれば、窓技法が使用される。窓技法は、ひとたび測定プロセスを通してその長さが厳格に達成されれば、ＪＲＮＳＯビットのサイズが常に、必要なサイズ（例えば、ＣＫおよびＩＫの長さ）に少なくとも等しくなることを保証する。ＪＲＮＳＯ測定から導出された直近に獲得されたランダムビットは、既存ビットと共にパイプラインに通される。古いビットは、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）ルールに従って廃棄される。必要な長さになるまでの立ち上げ時間（ｒａｍｐ−ｕｐ  ｔｉｍｅ）は、どのセッション鍵がＪＲＮＳＯ保護から最初に利益を得るかを決定する。ＪＲＮＳＯビット管理のこの方法は、実装に固有の完全な窓サイズになるまでの初期立ち上げに起因する明らかな待ち時間のため、またＰＮＧから導出されるセキュリティよりはるかに弱いセキュリティしかもたらさないため、あまり望ましくない。
【００５５】
通信技術が高いＪＲＮＳＯビット速度に貢献する場合、セッション鍵ＣＫおよびＩＫは、もっぱらチャネルインパルス応答測定から生成することができ、ＰＮＧまたは窓技法が使用されなくてよい。
【００５６】
同じセッション鍵を（規則的かつ周期的に）複数回更新することが望ましい場合、ＰＮＧは、ＪＲＮＳＯビットをそれが利用可能である場合に限ってシードとして再利用することによって、補足された所望の速度で更新を提供することができる。変化するチャネル状態を利用する他の多くの適応技法を利用することもでき、以前のセッション鍵を変更することもできる。
【００５７】
ＪＲＮＳＯ測定は、ハンドオーバ中に実行されても良い。ハンドオーバは、ハードハンドオーバ（hard  handover）またはソフトハンドオーバ（soft  handover）であり得る。ハードハンドオーバの場合、任意の与えられた時点において、ＷＴＲＵとノードＢとの間ではチャネルが１つ動作しているだけなので、ＪＲＮＳＯ測定は簡素化される。ソフトハンドオーバの場合、ＷＴＲＵは同時に複数のノードＢと通信し、複数のチャネルを使用するＪＲＮＳＯ測定が、同時に発生する。ソフトハンドオーバ中、２つ以上のノードＢのために複数のバッファが同時に存在するので、ＪＲＮＳＯバッファ管理は潜在的により複雑になる。好ましくは、これらの同時測定から導出されるすべてのビットが、ＪＲＮＳＯビットを生成するために使用される。
【００５８】
図５は、本発明による、ハンドオーバ中にＪＲＮＳＯビットを使用して鍵を保護するための例示的なプロセス５００の信号伝達図である。ＷＴＲＵ５５２が、セルを（再）選択する（ステップ５０２）。ＷＴＲＵ５５２とソースノードＢ５５４ａとの間でチャネルが確立され、ＷＴＲＵ５５２およびソースノードＢ５５４ａは、ＪＲＮＳＯ測定を実行する（ステップ５０４）。ＷＴＲＵ５５２は、Ｃｅｌｌ＿ＤＣＨまたはＣｅｌｌ＿ＰＣＨ状態であり得る。ＪＲＮＳＯ測定は、持続的（on-going basis）に実行される。ソースノードＢ５５４ａは、ＪＲＮＳＯビットをＲＮＣ５５６に送信する（ステップ５０６）。ＲＮＣ５５６は、ＪＲＮＳＯビットをバッファ内に蓄積する（ステップ５０８）。ＲＮＣ５５６は、ＷＴＲＵ５５２用のバッファをすでに確保している場合、最近受信したＪＲＮＳＯビットをその既存バッファに追加する。そのようなバッファが存在しない場合、新しい空のバッファがＷＴＲＵ５５２用に生成される。後者の条件は、これが最初のセル選択である場合、または、セル再選択プロセスが、先に収集されたどのＪＲＮＳＯビットも標識付け（タグ付け）（ｔａｇ）されない新しいロケーションエリアにＷＴＲＵ５５２を所属させる場合に発生することができる。
【００５９】
十分に多量のＪＲＮＳＯビットが利用可能であるとＲＮＣ５５６が決定した場合、ＲＮＣ５５６は、ＪＲＮＳＯバッファパリティビットと、ソースノードＢ５５４ａとＷＴＲＵ５５２との間の情報調停（ＩＲ）のアクティベーション時間とをソースノードＢ５５４ａに送信する（ステップ５１０）。ＩＲは、ＷＴＲＵ５５２に保存されたＪＲＮＳＯビットとソースノードＢ５５４ａに保存されたＪＲＮＳＯビットとの間の不一致を除去するためのものである。ＩＲは、パリティビットを使用して実行されるが、これは同時係属中の特許文献１および特許文献２に開示されている。ＲＮＣ５５６はまた、ＪＲＮＳＯビットをソースノードＢ５５４ａと調停するためのアクティベーション時間をＷＴＲＵ５５２に通知する（ステップ５１２）。
【００６０】
ＷＴＲＵ５５２およびソースノードＢ５５４ａは、ＩＲを実行して、ＪＲＮＳＯバッファパリティビットを使用して共通ＪＲＮＳＯビット系列を生成する（ステップ５１４）。ソースノードＢ５５４ａは、共通ＪＲＮＳＯビットをＲＮＣ５５６に送信する（ステップ５１６）。ＷＴＲＵ５５２も、完了メッセージをＲＮＣ５５６に送信する（ステップ５１８）。ＲＮＣ５５６は、ＪＲＮＳＯバッファを空にし、共通ＪＲＮＳＯビットは、そのＪＲＮＳＯバッファ内に保存される（ステップ５２０）。ＷＴＲＵ５５２も、ＪＲＮＳＯバッファを空にし、共通ＪＲＮＳＯビットをそのＪＲＮＳＯバッファ内に保存する（ステップ５２２）。
【００６１】
ＷＴＲＵ５５２がセルの境界を通過し、デスティネーションノードＢ５５４ｂによってカバーされる範囲に入ったとき、ＲＮＣ５５６はハンドオーバ決定を行う（ステップ５２４）。ＲＮＣ５５６は、デスティネーションノードＢ５５４ｂと共にハンドオーバ手順を開始し、ＪＲＮＳＯ測定の開始を通知する（ステップ５２６）。ＲＮＣ５５６は、ハンドオーバコマンドをＷＴＲＵ５５２に送信し、ＪＲＮＳＯ測定の開始を通知する（ステップ５２８）。
【００６２】
ＪＲＮＳＯ測定が、ＷＴＲＵ５５２とデスティネーションノードＢ５５４ｂとの間で再開され、新しいＪＲＮＳＯビットが生成される（ステップ５３０）。バッファの継続性は、ＪＲＮＳＯビットを標識づけし、それをハンドオーバメッセージングおよび転送機構の一部に含ませることによって処理される。
【００６３】
本発明の別の実施形態によれば、ハンドオーバ（ハードハンドオーバまたはソフトハンドオーバ）は、異なるノードＢごとに制御された順序で（ハードハンドオーバの場合）、または異なるノードＢと同時に複数のリンクを介して（ソフトハンドオーバの場合）、ＷＴＲＵを複数のノードＢと通信させることによって、ＪＲＮＳＯビット生成速度を高めるために、ネットワークによって意図的に開始される。この方式を用いると、異なる１組のＪＲＮＳＯビットが、ＷＴＲＵが異なるノードＢと共に有する異なるリンク毎に生成される。ＷＴＲＵは、異なるノードＢに関連付けられた異なる１組のＪＲＮＳＯビットを事前分類（ｐｒｅ−ｓｏｒｔ）することができ、統計的に独立な複数組のＪＲＮＳＯビットを蓄積することができる。その後、ＷＴＲＵは、ＪＲＮＳＯビットの複数の組を使用して、より長いＪＲＮＳＯビットのストリームを生成することができる。
【００６４】
ノードＢの各々も、ＪＲＮＳＯビットを生成し、生成したＪＲＮＳＯビットを蓄積コントローラに報告する。蓄積コントローラは、ハンドオーバに関与するノードＢまたはＲＮＣのどちらか一方とすることができる。蓄積コントローラは、ノードＢによって生成されたＪＲＮＳＯビットのすべての異なる組を収集および蓄積し、それらを同期させ、より長いＪＲＮＳＯビットのストリームを生成するためにそれらを使用する。ＷＴＲＵとノードＢの各々との間のＩＲに関しては、情報調停プロセス中に、パリティビットの別個の組が、ＪＲＮＳＯビットの各組について生成される。Ｎ個のチャネルが関与する場合、蓄積コントローラが受信したすべてのパリティビットを使用して、蓄積コントローラによってＮ個の独立の調停が実行される。
【００６５】
ハンドオーバ手順が終了し、十分なＪＲＮＳＯビットが蓄積された後、蓄積コントローラは、参加ノードＢを制御してハンドオーバ手順を終了させ、ＷＴＲＵに通常通り１つのノードＢと（または増速ＪＲＮＳＯビット生成以外の理由でＷＴＲＵがハンドオーバ状態にある必要があるとネットワークが決定した場合は複数のノードＢと）通信させる。
【００６６】
ＷＴＲＵおよびノードＢは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）またはビーム形成が実施されるように、複数のアンテナを備えることができる。より高速のＪＲＮＳＯビット生成は、送信用および受信用にアンテナ構成を適応的に変化させることによって可能である。
【００６７】
図６は、本発明による、意図的に引き起こされたハードハンドオーバプロセス６００の信号伝達図である。ＷＴＲＵ６５２およびソースノードＢ６５４ａは通信している（ステップ６０２）。ＷＴＲＵ６５２およびソースノードＢ６５４ａは、ＪＲＮＳＯ測定を実行して、ＪＲＮＳＯビットを生成するステップ６０４）。ＷＴＲＵ６５２は、Ｃｅｌｌ＿ＦＡＣＨまたはＣｅｌｌ＿ＤＣＨ状態にあることができる。ソースノードＢ６５４ａは、ＪＲＮＳＯビットをＲＮＣ６５６に送信する（ステップ６０６）。ＲＮＣ６５６は、ＷＴＲＵ６５２用のＪＲＮＳＯビットをＪＲＮＳＯバッファ内に蓄積する（ステップ６０８）。ＲＮＣ６５６は、ＪＲＮＳＯバッファパリティビットをソースノードＢ６５４ａに送信し、ＩＲのアクティベーション時間を指示する（ステップ６１０）。ＲＮＣ６５６はまた、ＪＲＮＳＯビットをソースノードＢ６５４ａと調停するためのアクティベーション時間をＷＴＲＵ６５２に通知する（ステップ６１２）。
【００６８】
ＷＴＲＵ６５２およびソースノードＢ６５４ａは、共通ＪＲＮＳＯビットを確立する（ステップ６１４）。ソースノードＢ６５４ａは、新しいＪＲＮＳＯビットをＲＮＣ６５６に送信する（ステップ６１６）。ＷＴＲＵ６５２も、ＩＲの完了をＲＮＣ６５６に通知する（ステップ６１８）。
【００６９】
ＲＮＣ６５６は、デスティネーションノードＢ６５４ｂに意図的にハンドオーバすることを決定する（ステップ６２０）。ＲＮＣ６５６は、少なくとも１つのデスティネーションノードＢ６５４ｂへのハンドオーバを開始し、ＪＲＮＳＯ測定の開始を通知する（ステップ６２２）。ＲＮＣ６５６は、ハンドオーバコマンドをＷＴＲＵ６５２に送信し、ＪＲＮＳＯ測定の開始を通知する（ステップ６２４）。ＪＲＮＳＯ測定が、ＷＴＲＵ６５２と少なくとも１つのデスティネーションノードＢ６５４ｂによって実行される（ステップ６２６）。ステップ６０４〜ステップ６２４は、ＲＮＣ６５６（すなわち蓄積コントローラ）が、十分な数のＪＲＮＳＯビットが蓄積されたと決定するまで繰り返されることができる。その時点で、ＲＮＣ６５６は、意図的に引き起こされたハンドオーバを終了し、それまでに蓄積されたＪＲＮＳＯビットを使用する暗号化をおそらく使用して、通常通信を再開する。
【００７０】
ＲＮＣ６５６は、ソースノードＢ６５４ａへの（または他の任意のノードＢへの）ハンドオーバを開始することができる（ステップ６２８）。ＲＮＣ６５６は、ハンドオーバコマンドをＷＴＲＵ６５２に送信し、ＪＲＮＳＯ測定の開始を通知する（ステップ６３０）。ＷＴＲＵ６５２は、ＪＲＮＳＯバッファを空にし、新しい１組のＪＲＮＳＯビットを保存する（ステップ６３２）。ＲＮＣ６５６も、そのＪＲＮＳＯバッファを空にし、新しい１組のＪＲＮＳＯビットを保存する（ステップ６３４）。ＷＴＲＵ６５２およびソースノードＢ６５４ａは、そのＪＲＮＳＯビットを使用して通信を再開する（ステップ６３６）。
【００７１】
代替として、ＲＮＣ（すなわち、蓄積コントローラ）は、ＪＲＮＳＯビット生成速度を高めるために、意図的にソフトハンドオーバを引き起こすこともできる。ＲＮＣは、どのノードＢが意図的に引き起こされたソフトハンドオーバにＷＴＲＵと共に参加するかを決定して、より多数のＪＲＮＳＯビットを生成する。ＲＮＣは、選択されたノードＢにソフトハンドオーバに参加するよう命令する。このメッセージも、呼確立メッセージに入れてＷＴＲＵに送信される。
【００７２】
参加ノードＢの各々は、わずかにオフセットが異なる送信タイミングを使用して、（以後、ダウンリンクプローブ信号（downlink  probe  signal）と呼ばれる）同じ既知信号をＷＴＲＵに送信する。ＷＴＲＵは、複数のノードＢからのダウンリンクプローブ信号を用いてＪＲＮＳＯ測定を実行する。ＷＴＲＵは、この目的でＲＡＫＥ受信機を使用してもよい。ＷＴＲＵは、ダウンリンクプローブ信号ＣＩＲからＪＲＮＳＯビットの複数の組を生成し、その後、ＪＲＮＳＯビットをバッファ内に蓄積してＪＲＮＳＯビットのより長い組を形成する。そのような蓄積は、ＷＴＲＵがネットワークによって蓄積を停止するよう命令されるまで継続される。
【００７３】
ＷＴＲＵは、既知アップリンク信号をソフトハンドオーバに参加するノードＢに送信する。ノードＢの各々は、アップリンク信号を受信し、ＪＲＮＳＯ測定を実行してＪＲＮＳＯビットを生成する。ノードＢの各々は、独自のＪＲＮＳＯビットを蓄積コントローラ（例えば、ＲＮＣ、ノードＢ、または拡張ノードＢ（ｅＮｏｄｅ  Ｂ：enhanced  Node  Ｂ））に送信する。その後、蓄積コントローラは、ＪＲＮＳＯビットを集約し、ＪＲＮＳＯビットのより大きな組を生成する。その後、蓄積コントローラ、ノードＢおよびＷＴＲＵは、ＩＲ手順を実行して共通ＪＲＮＳＯビットを生成する。
【００７４】
十分な数のＪＲＮＳＯビットが生成されたと決定した後、蓄積コントローラは、ソフトハンドオーバを終了するよう参加ノードＢに命令する。好ましくは、最良のノードＢがその後１つ選択されて、通常通信を再開する。その後の通常通信の内容は、生成されたＪＲＮＳＯビットを使用して暗号化することができる。
【００７５】
ダウンリンクのＪＲＮＳＯ測定の場合、任意の既知信号または既知信号の部分を、チャネル推定のために使用することができる。広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）周波数分割複信（ＦＤＤ）の場合、共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）を、ＪＲＮＳＯ測定ために使用することができる。アップリンクの場合、アップリンク専用物理チャネル（ＤＰＣＨ）のパイロット部分を、同じ目的のために使用することができる。
【００７６】
ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＭＩＭＯおよび／またはビーム形成のために複数のアンテナを有することができる。そのような場合、意図的なハンドオーバは、ＷＴＲＵのアンテナ要素の適切なスイッチング、構成またはビーム形成を用いて同期されなければならない。例えば、ソフトハンドオーバ状況では、多数のノードＢと同時に通信できるように、ＷＴＲＵはそのアンテナを全方向モードにスイッチしなければならないことがある。ハードハンドオーバ状況では、ビーム形成方向は、ハードハンドオーバに参加する各ノードＢの順序に同期した順序で、最適化されなければならない。
【００７７】
実施形態
１．無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）およびサービスネットワーク（ＳＮ）を含む無線通信システムにおいて、安全な無線通信を提供する方法であって、
（ａ）ＷＴＲＵおよびノードＢが、ＷＴＲＵとノードＢの間のチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）推定に基づいて、第三者と共有されないジョイントランダム性（ＪＲＮＳＯ）ビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行するステップと、
（ｂ）ＷＴＲＵおよびノードＢが、共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行するステップと、
（ｃ）ノードＢが、共通ＪＲＮＳＯビットをＳＮに送信するステップと、
（ｄ）ＷＴＲＵおよびＳＮが、共通ＪＲＮＳＯビットを使用して、セキュリティ用に使用されるセッション鍵を保護するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【００７８】
２．ＷＴＲＵおよびＳＮが、ＷＴＲＵおよびＳＮがＪＲＮＳＯ能力を有するかどうかを開示するステップであって、ＷＴＲＵおよびＳＮの両方がＪＲＮＳＯ能力を有する場合、ＪＲＮＳＯ測定が実行されること
をさらに含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
【００７９】
３．ＪＲＮＳＯ能力は、無線リソース制御（ＲＲＣ）接続中に開示されることを特徴とする実施形態２に記載の方法。
【００８０】
４．ノードＢは、電力測定メッセージを使用して（に添付して）ＪＲＮＳＯビットを報告することを特徴とする実施形態１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【００８１】
５．ＪＲＮＳＯビットによって保護されるセッション鍵は、インテグリティ鍵（ＩＫ）、暗号鍵（ＣＫ）および匿名鍵（ＡＫ）の少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【００８２】
６．ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、ＷＴＲＵに専用されるチャネルであることを特徴とする実施形態１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【００８３】
７．ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、共通チャネルであることを特徴とする実施形態１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【００８４】
８．ＪＲＮＳＯ測定は、ＷＴＲＵがＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態およびＣＥＬＬ  ＤＣＨ状態の一方にある間に実行されることを特徴とする実施形態１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【００８５】
９．ノードＢおよびＷＴＲＵは、持続的にＪＲＮＳＯ測定を実行し、共通ＪＲＮＳＯビットをＳＮに報告することを特徴とする実施形態１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【００８６】
１０．ＷＴＲＵおよびノードＢが、新しい１組の共通ＪＲＮＳＯビットを生成するためにステップ（ａ）〜ステップ（ｃ）を繰り返すステップと、
ＷＴＲＵおよびＳＮが、新しい１組の共通ＪＲＮＳＯビットを使用して前記セッション鍵を更新するステップと
をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【００８７】
１１．ＷＴＲＵおよびＳＮが、現在の鍵の寿命が尽きたときに前記セッション鍵を更新するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【００８８】
１２．ＷＴＲＵおよびノードＢは、鍵の長さを拡張するためにＪＲＮＳＯビットを用いる疑似乱数生成器（ＰＮＧ）を使用することを特徴とする実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
【００８９】
１３．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯ測定から導出された直近に獲得されたランダムビットが既存ＪＲＮＳＯビットと共にパイプラインに通され、ＪＲＮＳＯビットのサイズが最小要件を満たすことを保証するために古いビットが先入れ先出し（ＦＩＦＯ）ルールに従って廃棄されるように、窓技法を使用することを特徴とする実施形態１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
【００９０】
１４．ＷＴＲＵおよびノードＢは、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）によって発行されたアクティベーション時間に従って、調停手順を実行することを特徴とする実施形態１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【００９１】
１５．ＳＮが、第２のノードＢへのハンドオーバを開始するために、ハンドオーバコマンドをＷＴＲＵおよび第２のノードＢに送信するステップであって、ＳＮが、ＷＴＲＵおよび第２のノードＢの間でのＪＲＮＳＯ測定の開始を通知することと、
ＷＴＲＵおよび第２のノードＢが、ＷＴＲＵおよび第２のノードＢの間のチャネル推定に基づいてＪＲＮＳＯビットの第１の組を生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行するステップと、
ＷＴＲＵおよび第２のノードＢが、共通ＪＲＮＳＯビットの第２の組を生成するために調停手順を実行するステップと、
第２のノードＢが、共通ＪＲＮＳＯビットの第２の組をＳＮに送信するステップと、
ＷＴＲＵおよびＳＮが、共通ＪＲＮＳＯビットの第２の組を使用して、セキュリティ用に使用されるセッション鍵を保護するステップと
をさらに含むことを特徴とする実施形態１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【００９２】
１６．ＳＮが、ＪＲＮＳＯビット生成速度を高めるために、ＷＴＲＵおよび少なくとも１つの代替ノードＢの間でＪＲＮＳＯビットを生成するための前記少なくとも１つの代替ノードＢへのハンドオーバを開始するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態１５に記載の方法。
【００９３】
１７．ハンドオーバは、ハードハンドオーバであることを特徴とする実施形態１５または１６のいずれか１つに記載の方法。
【００９４】
１８．ハンドオーバは、ソフトハンドオーバであることを特徴とする実施形態１５〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【００９５】
１９．ノードＢの各々は、同じダウンリンクプローブ信号をＷＴＲＵに送信することを特徴とする実施形態１５〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【００９６】
２０．ノードＢは、異なる時間オフセットを用いてダウンリンクプローブ信号を送信することを特徴とする実施形態１９に記載の方法。
【００９７】
２１．ＷＴＲＵは、ダウンリンクプローブ信号を受信する際にＲＡＫＥ受信機を使用することを特徴とする実施形態１９〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【００９８】
２２．ＷＴＲＵが、異なるノードＢに関連付けられたＪＲＮＳＯビットの複数の組を生成するステップと、
蓄積コントローラが、ノードＢからＪＲＮＳＯビットの複数の組を収集するステップと、
ＷＴＲＵおよび蓄積コントローラが、ＪＲＮＳＯビットの複数の組を使用してより長いＪＲＮＳＯビットのストリームを生成するステップと
をさらに含むことを特徴とする実施形態１５〜２１のいずれか１つに記載の方法。
【００９９】
２３．ＷＴＲＵおよび蓄積コントローラは、蓄積を停止するようにＷＴＲＵが蓄積コントローラによって命令されるまで、ＪＲＮＳＯビットの複数の組の各々を蓄積することを特徴とする実施形態２２に記載の方法。
【０１００】
２４．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯビットの生成の際に複数のアンテナを使用することを特徴とする実施形態２２または２３に記載の方法。
【０１０１】
２５．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯビットの生成の際に多入力多出力（ＭＩＭＯ）を使用することを特徴とする実施形態２４に記載の方法。
【０１０２】
２６．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯビットの生成の際にビーム形成を使用することを特徴とする実施形態２４に記載の方法。
【０１０３】
２７．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯビットの生成の際に送信用および受信用でアンテナ構成を適応的に変化させることを特徴とする実施形態２４に記載の方法。
【０１０４】
２８．蓄積コントローラは、ハンドオーバに関与するノードＢの１つであることを特徴とする実施形態２２に記載の方法。
【０１０５】
２９．蓄積コントローラは、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）であることを特徴とする実施形態２２に記載の方法。
【０１０６】
３０．ＷＴＲＵは、ＪＲＮＳＯ測定のためにダウンリンク共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）を使用することを特徴とする実施形態１〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【０１０７】
３１．ノードＢは、ＪＲＮＳＯ測定のためにアップリンク専用物理チャネル（ＤＰＣＨ）のパイロット部分を使用することを特徴とする実施形態１〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【０１０８】
３２．無線通信を保護するように構成された無線通信システムであって、
ＷＴＲＵとノードＢの間のチャネル推定に基づいて、第三者と共有されないジョイントランダム性（ＪＲＮＳＯ）ビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行し、また共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行するように構成された無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）と、
ノードＢを含むサービスネットワーク（ＳＮ）であって、ノードＢは、ＷＴＲＵとノードＢの間のチャネル推定に基づいてＪＲＮＳＯビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行し、また共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行するように構成され、ＳＮは、共通ＪＲＮＳＯビットを使用して、セキュリティ用に使用されるセッション鍵を保護するように構成されることと
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【０１０９】
３３．ＷＴＲＵおよびＳＮは、ＷＴＲＵおよびＳＮがそれぞれＪＲＮＳＯ能力を有するかどうかを開示するように構成され、ＷＴＲＵおよびＳＮの両方がＪＲＮＳＯ能力を有する場合、ＪＲＮＳＯ測定が実行されることを特徴とする実施形態３２に記載のシステム。
【０１１０】
３４．ＪＲＮＳＯ能力は、無線リソース制御（ＲＲＣ）接続中に開示されることを特徴とする実施形態３２または３３に記載のシステム。
【０１１１】
３５．ノードＢは、電力測定メッセージを使用して（に添付して）ＪＲＮＳＯビットを報告することを特徴とする実施形態３２〜３４のいずれか１つに記載のシステム。
【０１１２】
３６．ＪＲＮＳＯビットによって保護されるセッション鍵は、インテグリティ鍵（ＩＫ）、暗号鍵（ＣＫ）、および匿名鍵（ＡＫ）の少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態３２〜３５のいずれか１つに記載のシステム。
【０１１３】
３７．ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、ＷＴＲＵに専用されるチャネルであることを特徴とする実施形態３２〜３６のいずれか１つに記載のシステム。
【０１１４】
３８．ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、共通チャネルであることを特徴とする実施形態３２〜３６のいずれか１つに記載のシステム。
【０１１５】
３９．ＪＲＮＳＯ測定は、ＷＴＲＵがＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態およびＣＥＬＬ  ＤＣＨ状態の一方にある間に実行されることを特徴とする実施形態３２〜３８のいずれか１つに記載のシステム。
【０１１６】
４０．ノードＢおよびＷＴＲＵは、持続的にＪＲＮＳＯ測定を実行し、共通ＪＲＮＳＯビットをＳＮに報告することを特徴とする実施形態３２〜３９のいずれか１つに記載のシステム。
【０１１７】
４１．ＷＴＲＵおよびノードＢは、持続的にＪＲＮＳＯ測定を実行し、新しい１組の共通ＪＲＮＳＯビットを使用してセッション鍵の前記少なくとも１つおよびパラメータを更新するように構成されることを特徴とする実施形態３２〜４０のいずれか１つに記載のシステム。
【０１１８】
４２．ＷＴＲＵおよびＳＮは、現在の鍵の寿命が尽きたときにセッション鍵の前記少なくとも１つおよびパラメータを更新することを特徴とする実施形態３２〜４１のいずれか１つに記載のシステム。
【０１１９】
４３．ＷＴＲＵおよびノードＢは、チャネル推定から生成されたランダムビットからＪＲＮＳＯビットを生成するために疑似乱数生成器（ＰＮＧ）を使用することを特徴とする実施形態３２〜４２のいずれか１つに記載のシステム。
【０１２０】
４４．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯ測定から導出された直近に獲得されたランダムビットが既存ＪＲＮＳＯビットと共にパイプラインに通され、ＪＲＮＳＯビットのサイズが最小要件を満たすことを保証するために古いビットが先入れ先出し（ＦＩＦＯ）ルールに従って廃棄されるように、窓技法を使用することを特徴とする実施形態３２〜４２のいずれか１つに記載のシステム。
【０１２１】
４５．調停手順のためのアクティベーション時間を発行するように構成された無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）であって、ＷＴＲＵおよびノードＢは、アクティベーション時間に従って調停手順を実行する、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）
をさらに備えることを特徴とする実施形態３２〜４４のいずれか１つに記載のシステム。
【０１２２】
４６．ＳＮは、第２のノードＢへのハンドオーバを開始するために、ハンドオーバコマンドをＷＴＲＵおよび第２のノードＢに送信し、またＷＴＲＵおよび第２のノードＢの間でのＪＲＮＳＯ測定の開始を通知するように構成され、ＷＴＲＵおよび第２のノードＢは、ＷＴＲＵおよび第２のノードＢの間のチャネル推定に基づいてＪＲＮＳＯビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行し、また第２の共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行するように構成され、その結果、セキュリティ用に使用されるセッション鍵の少なくとも１つおよびパラメータが、第２の共通ＪＲＮＳＯビットを使用して保護されることを特徴とする実施形態３２〜４５のいずれか１つに記載のシステム。
【０１２３】
４７．ＳＮは、ＪＲＮＳＯビット生成速度を高めるために、ＷＴＲＵおよび少なくとも１つのデスティネーションノードＢの間でＪＲＮＳＯビットを生成するための前記少なくとも１つのデスティネーションノードＢへのハンドオーバを開始するように構成されることを特徴とする実施形態３２〜４６のいずれか１つに記載のシステム。
【０１２４】
４８．ハンドオーバは、ハードハンドオーバであることを特徴とする実施形態４７に記載のシステム。
【０１２５】
４９．ハンドオーバは、ソフトハンドオーバであることを特徴とする実施形態４７に記載のシステム。
【０１２６】
５０．ノードＢの各々は、同じダウンリンクプローブ信号をＷＴＲＵに送信することを特徴とする実施形態４９に記載のシステム。
【０１２７】
５１．ノードＢの各々は、異なる時間オフセットを用いてダウンリンクプローブ信号を送信することを特徴とする実施形態５０に記載のシステム。
【０１２８】
５２．ＷＴＲＵは、ダウンリンクプローブ信号を受信する際にＲＡＫＥ受信機を使用することを特徴とする実施形態５０に記載のシステム。
【０１２９】
５３．ノードＢからＪＲＮＳＯビットの複数の組を収集し、またＪＲＮＳＯビットの複数の組を使用してより長いＪＲＮＳＯビットのストリームを生成するように構成される蓄積コントローラであって、ＷＴＲＵは、異なるノードＢに関連付けられたＪＲＮＳＯビットの複数の組を生成し、またＪＲＮＳＯビットの複数の組を使用してより長いＪＲＮＳＯビットのストリームを生成するように構成される、蓄積コントローラ
をさらに備えたことを特徴とする実施形態３２〜５２のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３０】
５４．ＷＴＲＵおよび蓄積コントローラは、蓄積を停止するようにＷＴＲＵが蓄積コントローラによって命令されるまで、ＪＲＮＳＯビットの複数の組の各々を蓄積することを特徴とする実施形態５３に記載のシステム。
【０１３１】
５５．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯビットの生成の際に複数のアンテナを使用することを特徴とする実施形態５４に記載のシステム。
【０１３２】
５６．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯビットの生成の際に多入力多出力（ＭＩＭＯ）を使用することを特徴とする実施形態５５に記載のシステム。
【０１３３】
５７．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯビットの生成の際にビーム形成を使用することを特徴とする実施形態５５に記載のシステム。
【０１３４】
５８．ＷＴＲＵおよびノードＢは、ＪＲＮＳＯビットの生成の際に送信用および受信用でアンテナ構成を適応的に変化させることを特徴とする実施形態５５に記載のシステム。
【０１３５】
５９．蓄積コントローラは、ハンドオーバに関与するノードＢの１つであることを特徴とする実施形態５３〜５８のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３６】
６０．蓄積コントローラは、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）であることを特徴とする実施形態５３〜５８のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３７】
６１．ＷＴＲＵは、ＪＲＮＳＯ測定のためにダウンリンク共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）を使用することを特徴とする実施形態３２〜６０のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３８】
６２．ノードＢは、ＪＲＮＳＯ測定のためにアップリンク専用物理チャネル（ＤＰＣＨ）のパイロット部分を使用することを特徴とする実施形態３２〜５８のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３９】
本発明の特徴および要素が、好ましい実施形態において、具体的な組合せで説明された。各特徴または要素は、好ましい実施形態の他の特徴および要素を伴わずに単独で使用されることもできる。また、本発明の他の特徴および要素を伴うもしくは伴わない様々な組合せで使用されることもできる。本発明で提供される方法またはフローチャートは、汎用コンピュータまたはプロセッサで実行するための、コンピュータ可読記憶媒体内で有形に具現されるコンピュータプログラム、ソフトウェアまたはファームウェアによって実施することができる。コンピュータ可読記憶媒体の例は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、内蔵ハードディスクおよび着脱可能ディスクなどの磁気媒体、光磁気媒体ならびにＣＤ−ＲＯＭおよびデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体を含む。
【０１４０】
適切なプロセッサは、例を挙げれば、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、従来型プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと関連付けられた１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路、他の任意のタイプの集積回路（ＩＣ）、および／または状態機械を含む。
【０１４１】
無線送受信ユーザ（ＷＴＲＵ）、ユーザ機器（ＵＥ）、端末、基地局、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）、または任意のホストコンピュータで使用される無線周波トランシーバを実施するために、ソフトウェアと関連付けられたプロセッサが使用されても良い。ＷＴＲＵは、カメラ、ビデオカメラモジュール、ビデオフォン、スピーカフォン、バイブレーションデバイス、スピーカ、マイクロフォン、テレビトランシーバ、ハンズフリーヘッドセット、キーボード、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュール、周波数変調（ＦＭ）無線ユニット、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）表示ユニット、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示ユニット、デジタル音楽プレーヤ、メディアプレーヤ、ビデオゲームプレーヤモジュール、インターネットブラウザ、および／または任意の無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）モジュールなど、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実施されるモジュールと併せて使用されて良い。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】従来の認証手順の信号伝達図である。
【図２】主導トランシーバであるトランシーバＡにおける秘匿処理のブロック図である。
【図３】トランシーバＢにおける秘匿処理のブロック図である。
【図４Ａ】本発明による、認証およびセッション鍵更新のためのプロセスの信号伝達図である。
【図４Ｂ】本発明による、認証およびセッション鍵更新のためのプロセスの信号伝達図である。
【図５】本発明による、ハンドオーバ中にＪＲＮＳＯビットを使用して鍵を保護するための例示的なプロセスの信号伝達図である。
【図６】本発明による、意図的に引き起こされたハードハンドオーバプロセスの信号伝達図である。
【図１】
2009534936.tif 000006
【図２】
2009534936.tif 000007
【図３】
2009534936.tif 000008
【図４Ａ】
2009534936.tif 000009
【図４Ｂ】
2009534936.tif 000010
【図５】
2009534936.tif 000011
【図６】
2009534936.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月22日(2008.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）において、安全な無線通信を提供する方法であって、
前記ＷＴＲＵと、サービスネットワーク（ＳＮ）の中に位置しているノードＢとの間のチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）推定に基づいて、第三者と共有されないジョイントランダム性（ＪＲＮＳＯ）ビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行するステップと、
前記ノードＢとの共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行するステップと、
前記共通ＪＲＮＳＯビットを使用して、前記ＷＴＲＵと前記ＳＮとの間のセキュリティ用に使用されるセッション鍵を保護するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮがＪＲＮＳＯ能力を有するかどうかを決定するステップをさらに備え、前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮの両方が前記ＪＲＮＳＯ能力を有する場合、前記ＪＲＮＳＯ測定が実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＪＲＮＳＯ能力は、無線リソース制御（ＲＲＣ）接続中に開示されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記調停手順は、電力測定メッセージを使用して前記ＪＲＮＳＯビットを送信するステップを含むこと特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＪＲＮＳＯビットによって保護される前記セッション鍵は、インテグリティ鍵（ＩＫ）、暗号鍵（ＣＫ）および匿名鍵（ＡＫ）の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、前記ＷＴＲＵに対する専用チャネルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、共通チャネルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＪＲＮＳＯ手順は、前記ＷＴＲＵがＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態およびＣＥＬＬ  ＤＣＨ状態の一方にある間に実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
安全な無線通信を提供する無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）であって、前記ＷＴＲＵは、
前記ＷＴＲＵと、サービスネットワーク（ＳＮ）の中に位置しているノードＢとの間のチャネルインパルス応答（ＣＩＲ）推定に基づいて、第三者と共有されないジョイントランダム性（ＪＲＮＳＯ）ビットを生成するためにＪＲＮＳＯ測定を実行し、
前記ノードＢとの共通ＪＲＮＳＯビットを生成するために調停手順を実行し、
前記共通ＪＲＮＳＯビットを使用して、セキュリティ用に使用されるセッション鍵を保護するように構成されたプロセッサ
を備えたことを特徴とするＷＴＲＵ。
【請求項１０】
前記プロセッサは、
前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮがＪＲＮＳＯ能力を有するかどうかを決定するようにさらに構成され、前記ＷＴＲＵおよび前記ＳＮの両方が前記ＪＲＮＳＯ能力を有する場合、前記ＪＲＮＳＯ測定が実行されることを特徴とする請求項９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１１】
前記プロセッサは、
無線リソース制御（ＲＲＣ）接続中に、前記ＪＲＮＳＯ能力を開示するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１２】
前記ＪＲＮＳＯビットによって保護される前記セッション鍵は、インテグリティ鍵（ＩＫ）、暗号鍵（ＣＫ）および匿名鍵（ＡＫ）の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１３】
前記ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、前記ＷＴＲＵに対する専用チャネルであることを特徴とする請求項９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１４】
前記ＪＲＮＳＯ測定用に使用されるチャネルは、共通チャネルであることを特徴とする請求項９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１５】
前記プロセッサは、
前記ＪＲＮＳＯ測定は、前記ＷＴＲＵがＣＥＬＬ＿ＦＡＣＨ状態およびＣＥＬＬ  ＤＣＨ状態の一方にある間に実行されるようにさらに構成されていることを特徴とする請求項９に記載のＷＴＲＵ。  
【国際調査報告】
2009534936.tif 000013
2009534936.tif 000014
2009534936.tif 000015