(57)【要約】  無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）は、信号メッセージの暗号化を行う制御プレーン（Ｃプレーン）パケットデータコンバージェンスプロトコル（Ｃ−ＰＤＣＰ）層を含む。Ｃ−ＰＤＣＰ層は、ＷＴＲＵの電源投入時に稼働され、初期のセキュリティパラメータがＣ−ＰＤＣＰ層にロードされる。初期の接続信号メッセージおよびユーザ識別は、ＷＴＲＵが認証される前でも、初期のセキュリティパラメータを使用して暗号化される。暗号鍵（ＣＫ）を含む初期のセキュリティパラメータは、ネットワークからブロードキャストされるシステム情報から生成する。ＣＫは、非対称暗号化の公開鍵とし、ネットワークシステム情報によってブロードキャストされる、またはそこから導出される公開鍵の組から選択する。選択された公開鍵のインデックスは、別々に符号化する。あるいは、インデックスは、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換法を使用することによって通信する。
2009542091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期の接続信号メッセージの暗号化および完全性保護を行うための制御プレーン（Ｃプレーン）パケットデータコンバージェンスプロトコル（Ｃ−ＰＤＣＰ）層を含む無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）を含む無線通信システムにおいて、初期の接続信号メッセージにおけるユーザ識別（ＩＤ）のセキュリティ保護の方法であって、
前記ＷＴＲＵの電源投入時に、前記Ｃ−ＰＤＣＰ層を稼働させるステップと、
初期のセキュリティパラメータを前記Ｃ−ＰＤＣＰ層にロードするステップと、
前記初期のセキュリティパラメータを使用して、前記ユーザＩＤを含む前記初期の接続信号メッセージを暗号化するステップと、
前記暗号化された初期の接続信号メッセージおよび前記ユーザＩＤをネットワークに送信するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記初期のセキュリティパラメータは、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）からロード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】
前記初期のセキュリティパラメータは、前記ネットワークからブロードキャストされるシステム情報から生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記システム情報は、少なくとも１つの公開鍵、または公開鍵を導出するための情報を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記初期の接続信号メッセージは、公衆地上移動通信網（ＰＬＭＮ）識別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】
前記ネットワークが、乱数および認証トークンを含む認証要求メッセージを前記ＷＴＲＵに送信するステップと、
前記ＷＴＲＵが、前記乱数および前記認証トークンに基づいて前記ネットワークを認証するステップと、
前記ＷＴＲＵがセッション鍵および応答（ＲＥＳ）を計算するステップと、
前記ＷＴＲＵが、前記ＲＥＳを含む認証応答メッセージを前記ネットワークに送信するステップと、
前記ネットワークが前記ＲＥＳを使用して前記ＷＴＲＵを認証するステップと、
前記ネットワークがセキュリティモードコマンドメッセージを前記ＷＴＲＵに送信するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記認証応答メッセージは、前記初期のセキュリティパラメータを使用することによって保護されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ネットワークは、対称暗号化アルゴリズムを使用して、前記初期の接続信号メッセージを暗号化するために使用される鍵により、前記セキュリティモードコマンドメッセージを含むダウンリンク制御メッセージを暗号化することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
Ｕプレーンのデータ暗号化のために、新しいセッション鍵によりユーザプレーン（Ｕプレーン）ＰＤＣＰ層を構成するステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
使用すべき暗号化アルゴリズムは、前記初期のセキュリティパラメータのうちの１つであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記暗号化アルゴリズムは、ｆ８アルゴリズムであり、前記初期のセキュリティパラメータは、暗号鍵（ＣＫ）、ＣＯＵＮＴ−Ｃ値、ベアラＩＤ、方向値、および長さ値を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、前記ＷＴＲＵおよび前記ネットワークのみに知られている事前に決められた値であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で知られている事前に合意した値と結合される、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）に格納されているＳＴＡＲＴ値であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記事前に合意した値は、非アクセス階層（ＮＡＳ）層シーケンス番号であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、前記ＷＴＲＵおよび前記ネットワークによって計算された値であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ベアラＩＤは、シグナリング無線ベアラＩＤ番号であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ベアラＩＤは、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で事前に決められた値であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記方向値は、アップリンクでは「０」に設定されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記暗号化アルゴリズムは、非対称暗号化アルゴリズムであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
前記暗号化アルゴリズムは、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で事前に決められた公開鍵／秘密鍵ペアである暗号鍵（ＣＫ）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２１】
前記公開鍵は、システム情報を介して前記ネットワークによってブロードキャストされることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＷＴＲＵは、複数の公開鍵を含む公開鍵の組から１つの公開鍵を選択することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＷＴＲＵは、公開鍵を選択するために、そのＩＭＳＩ値を使用して、前記公開鍵の組へのインデックスを選択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は、公開鍵を選択するために、ＦＲＥＳＨ値を使用して、前記公開鍵の組へのインデックスを選択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は、事前に合意した公開鍵により前記インデックスを暗号化し、前記暗号化されたインデックスを前記接続要求メッセージに含めることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記システム情報は、第１の鍵インデックスシードを含み、前記接続要求メッセージは、第２の鍵インデックスシードを含み、前記公開鍵は、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換法を使用して選択されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
使用すべき完全性保護アルゴリズムは、前記初期のセキュリティパラメータのうちの１つであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記完全性保護アルゴリズムは、ｆ９アルゴリズムであり、前記初期のセキュリティパラメータは、完全性鍵（ＩＫ）、ＣＯＵＮＴ−Ｉ値、メッセージ、方向値、およびＦＲＥＳＨ値を含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＩＫは、システム情報を介して前記ネットワークから受信される乱数および共有秘密鍵Ｋを使用して前記ＷＴＲＵによって生成されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＩＫは、ｆ４アルゴリズムを使用することによって生成されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、前記ＷＴＲＵおよび前記ネットワークのみに知られている事前に決められた値であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で知られている事前に合意した値と結合される、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）に格納されているＳＴＡＲＴ値に設定されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
前記事前に合意した値は、非アクセス階層（ＮＡＳ）層シーケンス番号であることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、前記ＷＴＲＵおよび前記ネットワークによって計算された値であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記方向値は、アップリンクでは「０」に設定されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記メッセージは、無線ベアラＩＤおよび第１の非アクセス階層（ＮＡＳ）メッセージであることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
前記ＦＲＥＳＨ値は、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で事前に決められた１組のＦＲＥＳＨ値から選択されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記ＩＫは、前記ＦＲＥＳＨ値のインデックスを計算するために使用されることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記ＦＲＥＳＨ値は、システム情報を介してブロードキャストされる乱数および共有秘密鍵Ｋと共に、ＦＲＥＳＨ値生成アルゴリズムを使用することによって生成されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
前記無線通信システムは、第３世代（３Ｇ）長期的発展（ＬＴＥ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４１】
無線通信システムでの初期の接続信号メッセージにおけるユーザ識別（ＩＤ）のセキュリティ保護のための無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）であって、
第１の制御信号メッセージを生成し、ネットワークへの接続をトリガするよう構成されている非アクセス階層（ＮＡＳ）層と、
第２の制御信号メッセージを生成し、前記第１および第２の制御信号メッセージの完全性保護を行うよう構成されている無線リソース制御（ＲＲＣ）層と、
Ｃ−ＰＤＣＰ層の起動時に、前記Ｃ−ＰＤＣＰ層にロードされる初期のセキュリティパラメータを使用して、初期の接続信号メッセージおよび前記ユーザＩＤを含む前記第１および第２の制御信号メッセージのうちの少なくとも１つの暗号化を行い、前記暗号化された初期の接続信号メッセージおよび前記ユーザＩＤをネットワークに送信するよう構成されている制御プレーン（Ｃプレーン）パケットデータコンバージェンスプロトコル（Ｃ−ＰＤＣＰ）層と
を含むことを特徴とするＷＴＲＵ。
【請求項４２】
前記初期のセキュリティパラメータは、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）からロードされることを特徴とする請求項４１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項４３】
前記初期のセキュリティパラメータは、前記ネットワークからブロードキャストされるシステム情報から生成されることを特徴とする請求項４１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項４４】
前記システム情報は、少なくとも１つの公開鍵、または公開鍵を導出するための情報を含むことを特徴とする請求項４３に記載のＷＴＲＵ。
【請求項４５】
前記初期の接続信号メッセージは、公衆地上移動通信網（ＰＬＭＮ）識別を含むことを特徴とする請求項４１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項４６】
前記ＮＡＳ層は、前記ネットワークからの認証要求メッセージに含まれる乱数および認証トークンに基づいて前記ネットワークを認証し、セッション鍵を計算し、前記ネットワークが応答（ＲＥＳ）を使用して前記ＷＴＲＵを認証するように、前記ＲＥＳを含む認証応答メッセージを前記ネットワークに送信するよう構成されていることを特徴とする請求項４１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項４７】
前記認証応答メッセージは、前記初期のセキュリティパラメータを使用することによって保護されることを特徴とする請求項４６に記載のＷＴＲＵ。
【請求項４８】
Ｕプレーンのデータを処理するためのユーザプレーン（Ｕプレーン）ＰＤＣＰ層をさらに含み、前記ＲＲＣ層は、Ｕプレーンの暗号化のために、新しいセッション鍵を前記ＵプレーンＰＤＣＰ層にロードする
ことを特徴とする請求項４６に記載のＷＴＲＵ。
【請求項４９】
使用すべき暗号化アルゴリズムは、前記初期のセキュリティパラメータのうちの１つであることを特徴とする請求項４１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５０】
前記暗号化アルゴリズムは、ｆ８アルゴリズムであり、前記初期のセキュリティパラメータは、暗号鍵（ＣＫ）、ＣＯＵＮＴ−Ｃ値、ベアラＩＤ、方向値、および長さ値のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５１】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、前記ＷＴＲＵおよび前記ネットワークのみに知られている事前に決められた値であることを特徴とする請求項５０に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５２】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で知られている事前に合意した値と結合される、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）に格納されているＳＴＡＲＴ値であることを特徴とする請求項５０に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５３】
前記事前に合意した値は、非アクセス階層（ＮＡＳ）層シーケンス番号であることを特徴とする請求項５２に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５４】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、前記ＷＴＲＵおよび前記ネットワークによって計算された値であることを特徴とする請求項５０に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５５】
前記ベアラＩＤは、シグナリング無線ベアラＩＤ番号であることを特徴とする請求項５０に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５６】
前記ベアラＩＤは、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で事前に決められた値であることを特徴とする請求項５０に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５７】
前記方向値は、アップリンクでは「０」に設定されることを特徴とする請求項５０に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５８】
前記暗号化アルゴリズムは、非対称暗号化アルゴリズムであることを特徴とする請求項４９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項５９】
前記暗号化アルゴリズムは、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で事前に決められた公開鍵／秘密鍵ペアである暗号鍵（ＣＫ）を使用することを特徴とする請求項５８に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６０】
前記公開鍵は、システム情報を介してブロードキャストされることを特徴とする請求項５９に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６１】
前記Ｃ−ＰＤＣＰ層は、複数の公開鍵を含む公開鍵の組から１つの公開鍵を選択することを特徴とする請求項６０に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６２】
前記Ｃ−ＰＤＣＰ層は、前記ユーザＩＤを使用して、前記公開鍵の組へのインデックスを選択することを特徴とする請求項６０に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６３】
前記Ｃ−ＰＤＣＰ層は、ＦＲＥＳＨ値を使用して、前記公開鍵の組へのインデックスを選択することを特徴とする請求項６０に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６４】
前記Ｃ−ＰＤＣＰ層は、事前に合意した公開鍵により前記インデックスを暗号化し、前記暗号化されたインデックスを接続要求メッセージに含めることを特徴とする請求項６３に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６５】
前記システム情報は、第１の鍵インデックスシードを含み、前記接続要求メッセージは、第２の鍵インデックスシードを含み、前記公開鍵は、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換法を使用して選択されることを特徴とする請求項６１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６６】
使用すべき完全性保護アルゴリズムは、前記初期のセキュリティパラメータのうちの１つであることを特徴とする請求項４１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６７】
前記完全性保護アルゴリズムは、ｆ９アルゴリズムであり、パラメータは、完全性鍵（ＩＫ）、ＣＯＵＮＴ−Ｉ値、メッセージ、方向値、およびＦＲＥＳＨ値を含むことを特徴とする請求項６６に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６８】
前記ＩＫは、システム情報を介して受信される乱数および共有秘密鍵Ｋを使用して前記ＷＴＲＵによって生成されることを特徴とする請求項６７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項６９】
前記ＩＫは、ｆ４アルゴリズムを使用することによって生成されることを特徴とする請求項６８に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７０】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、前記ＷＴＲＵおよび前記ネットワークに知られている事前に決められた値であることを特徴とする請求項６７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７１】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で知られている事前に合意した値と結合される、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）に格納されているＳＴＡＲＴ値に設定されることを特徴とする請求項６７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７２】
前記事前に合意した値は、非アクセス階層（ＮＡＳ）層シーケンス番号であることを特徴とする請求項７１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７３】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、前記ＷＴＲＵおよび前記ネットワークによって計算された値であることを特徴とする請求項６７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７４】
前記方向値は、アップリンクでは「０」に設定されることを特徴とする請求項６７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７５】
前記メッセージは、無線ベアラＩＤおよび第１の非アクセス階層（ＮＡＳ）メッセージであることを特徴とする請求項６７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７６】
前記ＦＲＥＳＨ値は、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で事前に決められた１組のＦＲＥＳＨ値から選択されることを特徴とする請求項６７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７７】
前記ＩＫは、前記ＦＲＥＳＨ値のインデックスを計算するために使用されることを特徴とする請求項７６に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７８】
前記ＦＲＥＳＨ値は、システム情報を介してブロードキャストされる乱数および共有秘密鍵Ｋと共に、ＦＲＥＳＨ値生成アルゴリズムを使用することによって生成されることを特徴とする請求項６７に記載のＷＴＲＵ。
【請求項７９】
前記無線通信システムは、第３世代（３Ｇ）長期的発展（ＬＴＥ）であることを特徴とする請求項４１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項８０】
前記ネットワークは、対称暗号化アルゴリズムを使用して、前記初期の接続信号メッセージを暗号化するために使用される鍵により、ダウンリンク制御メッセージを暗号化することを特徴とする請求項４１に記載のＷＴＲＵ。
【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、長期的発展型（ｌｏｎｇ  ｔｅｒｍ  ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ：ＬＴＥ）第３世代（３Ｇ）を含む無線通信システムでの初期のアクセス信号メッセージにおいて初期のユーザ識別情報（ＩＤ）のセキュリティを保護する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
第３世代（３Ｇ）ＵＭＴＳ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｍｏｂｉｌｅ  ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）では、接続および認証手続き（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ  ａｎｄ  ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）のための初期の接続処理中、認証のために、無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）識別（すなわち、国際移動通信加入者識別子（ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｍｏｂｉｌｅ  ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  ｉｄｅｎｔｉｔｙ：ＩＭＳＩ））が、無線インターフェースを介してコアネットワークに送信される。しかし、接続および認証手続きのための初期の接続処理中に交換されるＩＭＳＩおよびいくつかのメッセージは、保護されておらず、無防備なオープン環境で送信される。
【０００３】
図１は、３Ｇ  ＵＭＴＳネットワーク１０における初期の接続および認証手続きを示す図である。ＷＴＲＵ１２の電源投入時に、ＷＴＲＵ１２の非アクセス階層（ＮＡＳ）層１４は、ＲＲＣ接続をトリガするために、信号（ＡＴＴＡＣＨ）を、ＷＴＲＵ１２の無線リソース制御（ＲＲＣ）層１６に送信する（ステップ１０２）。ＲＲＣ層１６は、ＲＲＣ接続を確立するために、ＲＲＣ接続要求を、ＷＴＲＵの初期の識別（すなわちＩＭＳＩ）と共に、ユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｒａｄｉｏ  ａｃｃｅｓｓ  ｎｅｔｗｏｒｋ：ＵＴＲＡＮ）１８に送信する（ステップ１０４）。ＵＴＲＡＮ１８は、ＲＲＣセットアップ要求メッセージで応答する（ステップ１０６）。ＲＲＣ層１６は、ＲＲＣセットアップ完了メッセージをＵＴＲＡＮ１８に送信する（ステップ１０８）。次いで、ＲＲＣ層１６は、第３層メッセージ（ＩＮＩＴＩＡＬ  ＤＩＲＥＣＴ  ＴＲＡＮＳＦＥＲ）をＵＴＲＡＮ１８に送信する（ステップ１１０）。次いで、ＵＴＲＡＮ１８は、ＩＮＩＴＩＡＬ  ＵＥ  ＭＥＳＳＡＧＥおよびＩＭＳＩをビジターロケーションレジスタ（ｖｉｓｉｔｏｒ  ｌｏｃａｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ：ＶＬＲ）２０（またはサービングＧＰＲＳ（ｇｅｎｅｒａｌ  ｐａｃｋｅｔ  ｒａｄｉｏ  ｓｅｒｖｉｃｅｓ）サポートノード（ｓｅｒｖｉｎｇ  ｇｅｎｅｒａｌ  ｐａｃｋｅｔ  ｒａｄｉｏ  ｓｅｒｖｉｃｅｓ（ＧＰＲＳ）ｓｕｐｐｏｒｔ  ｎｏｄｅ：ＳＧＳＮ））に送信する（ステップ１１２）。ユーザは、ＩＭＳＩを使用して識別される。いくつかの条件下（例えば、ユーザが認証されていない場合など）で、ＶＬＲ／ＳＧＳＮ２０は、認証および鍵合意（ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｋｅｙ  ａｇｒｅｅｍｅｎｔ：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）２２（または認証センター（ＡｕＣ））に送信する（ステップ１１４）。認証データ要求を受信すると、ＨＬＲ／ＡｕＣ２２は、１組の認証ベクトル（ＡＶ）をＶＬＲ／ＳＧＳＮ２０に送信する（ステップ１１６）。
【０００４】
各ＡＶは、乱数（ＲＡＮＤ）、ユーザの認証に使用される予想される応答（ＸＲＥＳ）、機密性を確立するための暗号鍵（ＣＫ）、完全性鍵（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  ｋｅｙ：ＩＫ）、および認証トークン（ＡＵＴＮ）を含む数字の５個組を含んでいる。ＡＵＴＮは、匿名鍵（ＡＫ）によって隠されたシーケンス番号（ＳＱＮ）、（使用すべきアルゴリズム、鍵の有効期間など）いくつかの認証構成要素を指定する認証管理欄（ＡＭＦ）、および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）を有する。
【０００５】
ＶＬＲ／ＳＧＳＮ２０は、ＲＡＮＤおよびＡＵＴＮを、ＵＴＲＡＮ１８を介して、それが選択したＡＶからＮＡＳ層１４に送信する（ステップ１１８、１２０）。次いでＮＡＳ層１４は、予想されるＭＡＣ（ＸＭＡＣ）を計算し、ＸＭＡＣがＭＡＣと一致するかどうかを決定することによって、ネットワークを認証する（ステップ１２２）。また、ＮＡＳ層１４は、ステップ１２２で、ＷＴＲＵ１２へのセッションセキュリティ鍵（すなわち、ＡＶにおけるＣＫおよびＩＫ）も計算する。鍵生成は、ＲＡＮＤを入力として取得し、共有秘密鍵Ｋを適用する予め定義されたＵＭＴＳアルゴリズムを使用して行われる。
【０００６】
ＮＡＳ層１４は、応答（ＲＥＳ）を計算し、ＵＴＲＡＮ１８を介してＲＥＳをＶＬＲ／ＳＧＳＮ２０に送信する（ステップ１２４、１２６）。ＶＬＲ／ＳＧＳＮ２０は、ＷＴＲＵ１２を認証するため、ＲＥＳがＸＲＥＳと一致するかどうかを決定する（ステップ１２８）。これらの認証の試行のいずれかがステップ１２２および１２８で失敗すると、認証の失敗となる。相互認証が成功すると、ＶＬＲ／ＳＧＳＮ２０は、認証完了メッセージをＨＬＲ／ＡｕＣ２２に送信し（ステップ１３０）、ローカルセキュリティ稼働手続きを開始する。
【０００７】
ＶＬＲ／ＳＧＳＮ２０は、折衝されたＵＭＴＳ暗号化アルゴリズム（ＵＥＡ）およびＵＭＴＳ完全性アルゴリズム（ＵＩＡ）、および現在のセッション鍵ＣＫおよびＩＫを含めて、セキュリティモードコマンドをＵＴＲＡＮ１８に送信する（ステップ１３２）。現在は安全な通信を始めることができるため、ＵＴＲＡＮ１８は、セキュリティモードコマンドを、完全性のためのメッセージ認証コード（ＭＡＣ−Ｉ）と共にＲＲＣ層１６に送信する（ステップ１３４）。ＭＡＣ−Ｉ値は、セキュリティモードコマンドのメッセージの完全性を保護する。ＭＡＣ−Ｉは、セッション鍵ＩＫを使用してメッセージの内容に対してＵＩＡによって計算される一種のハッシュである。
【０００８】
ＲＲＣ層１６は、セキュリティモードインジケータをＮＡＳ層１４に送信し（ステップ１３６）、ＮＡＳ層１４は、セキュリティセッション鍵ＩＫおよびＣＫをＲＲＣ層１６にロードする（ステップ１３８）。ＲＲＣ完全性保護エンティティは、同じようにしてＭＡＣ−Ｉを計算し、ＵＩＡおよびＩＫをセキュリティモードコマンドメッセージの内容に使用し、それを受信したＭＡＣ−Ｉと比較することによって、受信したメッセージの完全性を確認する。また、ＲＲＣ層１６は、ＣＫをＲＬＣ暗号化エンティティにロードして、暗号化を開始する（ステップ１４０）。認証コードが一致する場合、ＲＲＣ層１６は、セキュリティモード完了メッセージをＵＴＲＡＮ１８に送信する（ステップ１４２）。ＶＬＲ／ＳＧＳＮ２０は、ａｔｔａｃｈ承認メッセージ（ａｔｔａｃｈ  ａｃｃｅｐｔ  ｍｅｓｓａｇｅ）をＮＡＳ層１２に送信する（ステップ１４４）。
【０００９】
図１に示すプロセスの場合、ＩＭＳＩを含むＲＲＣ接続要求メッセージ、ＲＲＣセットアップ要求メッセージ、ＲＲＣセットアップ完了メッセージ、オプションでＩＭＳＩを含むｉｎｉｔｉａｌ  ｄｉｒｅｃｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒメッセージ、認証要求メッセージ、および認証応答メッセージは保護されておらず、無防備なオープン環境で送信される。重要なＷＴＲＵ識別子（すなわちＩＭＳＩ）が無防備な無線を介して送信されることから、「ＩＭＳＩ捕獲の脅威（ＩＭＳＩ  ｃａｔｃｈｉｎｇ  ｔｈｒｅａｔ）」が引き起こされる。捕獲されたＩＭＳＩは、悪意のサービス拒否（ＤｏＳ）攻撃、またはネットワークおよびユーザに対する他の考えられるいずれかの攻撃に使用される可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、接続および認証手続きのための初期の接続処理中、初期の制御信号メッセージ、および特にＷＴＲＵ識別（すなわちＩＭＳＩ）を保護するための方法およびシステムを提供することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、第３世代（３Ｇ）ＬＴＥを含む無線通信システムでの初期のアクセス信号メッセージにおける初期のユーザの識別のセキュリティ保護のための方法および装置に関する。ＷＴＲＵは、信号メッセージの暗号化および完全性保護を行う制御プレーン（Ｃプレーン）パケットデータコンバージェンスプロトコル（ｐａｃｋｅｔ  ｄａｔａ  ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ：Ｃ−ＰＤＣＰ）層を含む。Ｃ−ＰＤＣＰ層は、ＷＴＲＵの電源投入時に稼働され、初期のセキュリティパラメータがＣ−ＰＤＣＰ層にロードされる。ネットワーク接続のための初期の接続信号メッセージ、およびユーザＩＤ（例えばＩＭＳＩ）は、ＷＴＲＵが認証される前でさえ、初期のセキュリティパラメータを使用して暗号化される。初期のセキュリティパラメータは、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）からロードされ、ネットワークからブロードキャストされたシステム情報から生成される。システム情報は、ＩＭＳＩの非対称暗号化のための少なくとも１つの公開鍵を含む公開鍵の組、またはその公開鍵を導出することができる情報を含む。暗号化のための初期のセキュリティパラメータは、ＣＫを含む。ＣＫは、公開鍵とすることができ、または、ネットワークシステム情報によってブロードキャストされた、またはそこから導出された公開鍵の組から選択することができる。選択された公開鍵のインデックスは、別々に符号化することができる。あるいは、インデックスは、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換法を使用することによって通信することができる。
【００１２】
本発明は、一例として示され、添付の図面と併せ読めば理解される好ましい実施形態の以下の説明から、より詳しく理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】３Ｇ  ＵＭＴＳネットワークにおける初期の接続および認証手続きを示す図である。
【図２】本発明による無線通信システムを示す図である。
【図３】本発明による接続および認証のプロセスのシグナリング図である。
【図４】従来のｆ８暗号化および暗号化パラメータを含む暗号化プロセスを示す図である。
【図５】従来のｆ９完全性保護プロセスおよびパラメータを示す図である。
【図６】本発明による、ｆ４アルゴリズムを乱数（ＲＡＮＤ）および共有秘密鍵（Ｋ）と共に使用することによるＩＫの生成を示す図である。
【図７】ＲＡＮＤおよび共有秘密鍵ＫによるＦＲＥＳＨ値の生成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下で言及する用語「ＷＴＲＵ」には、それだけには限定されないが、ユーザ機器（ＵＥ）、移動局、固定式または移動式の加入者ユニット、ページャ、携帯電話、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できる他の任意のタイプのユーザ装置が含まれる。以下で言及する用語「ｅＮｏｄｅ−Ｂ」には、それだけには限定されないが、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できる他の任意のタイプのインターフェース装置が含まれる。
【００１５】
図２は、本発明による無線通信システム２００を示す図である。システム２００は、ＷＴＲＵ２１０およびＬＴＥネットワーク２３０を備える。ＷＴＲＵ２１０は、非アクセス階層（ＮＡＳ）層２１１、ＲＲＣ層２１２、Ｃ−ＰＤＣＰ層２１３、ＵプレーンＰＤＣＰ（Ｕ−ＰＤＣＰ）層２１４、ならびにＲＬＣ層２１５、媒体アクセス制御層２１６、および物理層２１７を含むより低い層を備える。ＲＲＣ層２１２は、完全性保護エンティティ２１８を備える。Ｃ−ＰＤＣＰ層２１３は、Ｃプレーン暗号化エンティティ２１９を備え、Ｕ−ＰＤＣＰ層２１４は、Ｕプレーン暗号化エンティティ２２０を備える。ＬＴＥネットワーク２３０は、ＮＡＳ層２３１、ＲＲＣ層２３２、Ｃ−ＰＤＣＰ層２３３、およびＵ−ＰＤＣＰ層２３４を備える。ＲＲＣ層２３２は、完全性保護エンティティ２３５を備える。Ｃ−ＰＤＣＰ層２３３は、Ｃプレーン暗号化エンティティ２３６を備え、Ｕ―ＰＤＣＰ層２３４は、Ｕプレーン暗号化エンティティ２３７を備える。Ｃプレーンにおいて、ＲＲＣ層２１２および２３２は、完全性保護を担当し、Ｃ−ＰＤＣＰ層２１３および２３３は、ＮＡＳ／ＲＲＣ制御信号メッセージの暗号化を担当し、Ｕプレーンにおいて、Ｕ−ＰＤＣＰ層２１４および２３４は、インターネットプロトコル（ＩＰ）ヘッダー圧縮および暗号化を担当する。
【００１６】
本発明によれば、Ｃ−ＰＤＣＰ層２１３および２３３は、以前は保護されていなかった初期のＮＡＳ信号メッセージおよびＷＴＲＵ  ＩＭＳＩ送信の暗号化を行う。これを除き、信号メッセージの制御はそのまま（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）である。本発明は、セキュリティパラメータの初期のロードおよび生成、ＷＴＲＵ２１０とネットワークとの間での暗号鍵の取り決め、ＩＭＳＩ暗号化、および初期のＮＡＳ信号メッセージのＩＭＳＩ暗号化のためのＷＴＲＵシグナリング調整のための方法を提供するが、これらについては以下で詳しく説明する。
【００１７】
図３は、本発明による接続および認証のためのプロセス３００のシグナリング図である。ＷＴＲＵが電源投入されると、ＷＴＲＵ２１０のＣ−ＰＤＣＰ層２１３が起動される（ステップ３０２）。ＲＲＣ層２１２は、ｅＮｏｄｅ−Ｂ２５０によってブロードキャストされたシステム情報を受信し、それをＣ−ＰＤＣＰ層２１３に転送する（ステップ３０４）。システム情報には、それだけには限定されないが、公開鍵または鍵導出情報、乱数（ＲＡＮＤ、および／または鍵シードｇKIなど、初期のセキュリティパラメータのための情報が含まれる。
【００１８】
初期のセキュリティパラメータは、ステップ３０６でＣ−ＰＤＣＰ層２１３にロードされるが、これについては以下で詳しく説明する。Ｃ−ＰＤＣＰの初期のセキュリティパラメータのロードは、主に、ＷＴＲＵ２１０のランタイム値および一貫性のあるセキュリティパラメータが更新され、格納される、ＷＴＲＵ２１０の汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）からである。さらに、Ｃ−ＰＤＣＰの初期のセキュリティパラメータのロードは、公開鍵情報を有することができる、ｅＮｏｄｅ−Ｂ２５０よりブロードキャストされるシステム情報からでもよい。暗号化のための初期のセキュリティパラメータは、ＣＫおよびＩＫを有する。ＣＫは、公開鍵とすることができ、またはネットワークシステム情報によってブロードキャストされる、またはそこから導出される公開鍵の組から選択することができる。ＷＴＲＵ２１０が認証される前であっても、Ｃ−ＰＤＣＰ層２１３は、動作する用意（すなわち、初期のＮＡＳ／ＲＲＣ信号メッセージ（例えばＡＴＴＡＣＨまたはそれによってトリガされるメッセージなど）が送信されると、暗号化／解読を行う用意）ができている。
【００１９】
ＮＡＳ層２１１は、ａｔｔａｃｈメッセージをＩＭＳＩと共にＲＲＣ層２１２に送信することによって、ＲＲＣ接続をトリガする（ステップ３０８）。ＲＲＣ層２１２は、ａｔｔａｃｈメッセージおよびＭＡＣ−Ｉ、および好ましくは公衆地上移動通信網（ｐｕｂｌｉｃ  ｌａｎｄ  ｍｏｂｉｌｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ：ＰＬＭＮ）識別子（ＩＤ）を含め、ＬＴＥ  ＲＲＣ接続要求をＣ−ＰＤＣＰ層２１３に送信する（ステップ３１０）。次いで、Ｃ−ＰＤＣＰ層２１３は、（ＵＳＩＭまたはブロードキャストされたシステム情報からの）初期のＣＫにより、ａｔｔａｃｈメッセージおよびＩＭＳＩに対する暗号化を行い、暗号化されたａｔｔａｃｈメッセージおよびＩＭＳＩを含むＬＴＥ  ＲＲＣ接続要求メッセージを、ＲＲＣ層２１２からのＭＡＣ−Ｉと共に送信する（ステップ３１２、３１４）。従来の接続手続きとは異なり、ａｔｔａｃｈメッセージおよびＩＭＳＩは、初期のＣＫおよびＩＫによって保護されることとなる。
【００２０】
ＬＴＥ  ＲＲＣ接続要求メッセージは、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換のための第２のシード、ｇFRESHを有していてもよいが、これについては以下で詳しく説明する。ｅＮｏｄｅ−Ｂ２５０は、接続要求メッセージに含まれるＰＬＭＮ  ＩＤに基づいて、適切なａＧＷ２６０を選択する（ステップ３１６）。ｅＮｏｄｅ−Ｂ２５０は、ａｔｔａｃｈメッセージをＩＭＳＩと共に、選択されたａＧＷ２６０に転送する（ステップ３１８）。
【００２１】
ユーザが認証されていない場合、ａＧＷ２６０は、認証データ要求をＨＬＲ２７０（またはＡｕＣ）に送信する（ステップ３２０）。認証データ要求を受信すると、ＨＬＲ／ＡｕＣ２７０は、１組の認証ベクトル（ＡＶ）を含む認証データ応答をａＧＷ２６０に送信する（ステップ３２２）。
【００２２】
ａＧＷ２６０は、初期のＡＶからのＲＡＮＤおよびＡＵＴＮを含めて、認証要求メッセージを、ＷＴＲＵ２１０のＮＡＳ層２１１に送信する（ステップ３２４）。接続応答メッセージは、暗号化したり完全性保護したりする必要はない。あるいは、接続応答メッセージは、ｅＮｏｄｅ−Ｂ２５０において、ＨＬＲ／ＡｕＣ２７０からのインデックスの公開鍵で従来の対称暗号化アルゴリズムによって暗号化してもよい。次いでＮＡＳ層２１１は、予想されるＭＡＣ（ＸＭＡＣ）を計算し、ＸＭＡＣがＭＡＣと一致するかどうかを決定することによって、ネットワークを認証する（ステップ３２６）。ＮＡＳ層２１１は、ステップ３２６で、新しいセッション鍵（すなわち、ＡＶにおけるＣＫおよびＩＫ）の計算も行う。鍵生成は、ＲＡＮＤを入力として取得し、共有秘密鍵Ｋを適用する予め定義されたアルゴリズムを使用して行われる。
【００２３】
ＮＡＳ層２１１は、応答（ＲＥＳ）を計算し、ＲＥＳを含む認証応答メッセージをａＧＷ２６０に送信する（ステップ３２８）。任意選択で、認証応答メッセージが初期のＣＫおよび／またはＩＫにより保護されるようにしてもよい。ａＧＷ２６０は、ＲＥＳがＸＲＥＳと一致するかどうかを決定して、ＷＴＲＵ２１０を認証する（ステップ３３０）。これらの認証の試行のいずれかがステップ３２６および３３０で失敗すると、認証の失敗となる。相互認証が成功すると、ａＧＷ２６０は、認証完了メッセージをＨＬＲ／ＡｕＣ２７０に送信する（ステップ３３２）。
【００２４】
ａＧＷ２６０は、セキュリティモードコマンドメッセージをＷＴＲＵ２１０のＲＲＣ層２１２に送信する（ステップ３３４）。ＲＲＣ層２１２は、セキュリティモードインジケータをＮＡＳ層２１１に送信する（ステップ３３６）。ＮＡＳ層２１１は、セッション鍵をＲＲＣ層２１２（ステップ３３８）およびＣ−ＰＤＣＰ層２１３にロードする（ステップ３４０）。次いで、ＲＲＣ層２１２は、Ｕプレーンの暗号化のために、新しいＣＫによりＵ−ＰＤＣＰ層（図３には図示せず）を構成する（ステップ３４２）。ＲＲＣ層２１２は、セキュリティモードコマンドメッセージの内容にＩＫを使用してＭＡＣ−Ｉを計算し、計算されたＭＡＣ−Ｉを受信したＭＡＣ−Ｉと比較することによって、受信したセキュリティモードコマンドメッセージの完全性を確認する。それらが一致する場合、ＲＲＣ層２１２は、セキュリティモード完了メッセージをｅＮｏｄｅ−Ｂ２５０に送信する（ステップ３４４）。ａＧＷ２６０は、ａｔｔａｃｈ承認メッセージをＮＡＳ層２１１に送信（ステップ３４６）し、安全な通信（暗号化、解読、および完全性保護）が開始する。
【００２５】
ステップ３０６での暗号化パラメータの初期のロードについて以下説明する。使用すべき暗号化アルゴリズムは、選択すべきパラメータのうちの１つである。初期の暗号化アルゴリズムは、非対称暗号化アルゴリズムでよく、後のデフォルトの暗号化アルゴリズムは、ｆ８アルゴリズムなどの対称アルゴリズムでよい。ただし、他の任意の暗号化アルゴリズムも使用することができる。以下、例示の目的でｆ８アルゴリズムパラメータを参照して、本発明について説明する。
【００２６】
図４は、従来のｆ８暗号化および暗号化パラメータを含む暗号化プロセスを示す図である。暗号化アルゴリズムは、ｆ８など従来の対称暗号化アルゴリズム、または公開鍵および秘密鍵と共に暗号化に使用される非対称暗号化アルゴリズムとすることができる。ｆ８アルゴリズムに必要な暗号化パラメータは、ＣＫ４０２、ＣＯＵＮＴ−Ｃ値４０４、ベアラＩＤ４０６、方向値（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｖａｌｕｅ）４０８、および長さ値（Ｌｅｎｇｔｈ  ｖａｌｕｅ）４１０を有する。ＷＴＲＵ２１０は、ｆ８アルゴリズムを使用してキーストリームブロック４１２を生成し、キーストリームブロック４１２を暗号化されていない普通テキスト入力データブロック４１４に追加して、暗号化されたデータブロック４１６を生成するが、これは、ネットワーク２３０に送信される。また、ネットワーク２３０は、同じｆ８アルゴリズムおよび同じパラメータを使用して、キーストリームブロック４１８を生成し、生成されたキーストリームブロック４１８を受信した暗号化されたデータブロック４１６に追加して、普通テキストデータブロック４２０を回復する。非対称暗号化アルゴリズムの暗号化パラメータは、公開鍵／秘密鍵ペアの少なくともＣＫ４０２を有し、他のパラメータを有していてもよい。
【００２７】
ＣＫ４０２は、非対称暗号化システムにおける公開鍵／秘密鍵ペアとすることができる。ＷＴＲＵ２１０は、アップリンクＮＡＳメッセージの全部または一部、および／またはＩＭＳＩを含むＲＲＣの初期のアクセスメッセージの全部または一部の暗号化に公開鍵を使用し、ネットワーク２３０は、暗号化されたＮＡＳメッセージを対応する秘密鍵により解読する。ＣＫ４０２は、ＷＴＲＵ２１０とネットワーク２３０との間で予め決められた公開／秘密鍵とすることができる。あるいは、公開鍵は、システム情報を介してブロードキャストすることができる。ネットワーク２３０は、１つの公開鍵のみ、または１組のｎ個の公開鍵（ｋ1、．．．、ｋn）、または鍵の導出のための情報をブロードキャストすることができる。
【００２８】
１組の公開鍵がブロードキャストされる場合、ＷＴＲＵ２１０は、公開鍵の組から１つを選択する。公開鍵の選択の際、ＷＴＲＵ２１０は、初期のＣＫ４０２を選択するために、ＦＲＥＳＨ値を使用して、公開鍵の組へのインデックスを計算することができる（例えば、インデックスａ＝ＦＲＥＳＨ％ｎ）。あるいは、ＷＴＲＵ２１０は、初期のＣＫ４０２を選択するために、そのＩＭＳＩ値を鍵インデックスに使用することができる（すなわち、インデックスａ＝ＩＭＳＩ％ｎ）。この方式によって、鍵の使用の無作為性が増し、セキュリティ攻撃者にとってより困難なものとなる。
【００２９】
ネットワーク２３０は、ＩＭＳＩが正しく解読される前に、ＦＲＥＳＨ値を知っておらず、その結果、選択された公開鍵のインデックスを独自に計算することができないため、選択された公開鍵についての情報は、ＷＴＲＵ２１０とネットワーク２３０との間で伝えられるべきである。ＷＴＲＵ２１０は、選択された公開鍵のインデックスをＮＡＳメッセージに入れることができる。例えば、ＷＴＲＵ２１０は、事前に合意した公開鍵（例えばｋ1）により、選択された公開鍵のインデックスａを符号化し、選択された公開鍵ｋaにより、ＩＭＳＩを含む残りのＮＡＳまたはＲＲＣメッセージを符号化する。ネットワーク２３０は、まずインデックスａを解読し、次いで選択された公開鍵ｋaにより、ＩＭＳＩを含む全メッセージを解読する。
【００３０】
あるいは、公開鍵は、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換法を使用して選択することができる。ＬＴＥネットワーク２３０およびＷＴＲＵ２１０は、公に知られている２つの値（体Ｆpの乗法群Ｆp*の非常に大きい素数ｐおよび生成元ｇ）について合意する。ＬＴＥネットワーク２３０は、システム情報を介して、１組の公開鍵を、第１のシードｇKIによりブロードキャストする（この場合、無作為に選択されたＫＩは、１≦ＫＩ≦ｐ−２およびｇKI≡ｇKI  ｍｏｄp）。１組の公開鍵は、周期性および順序が無作為な、より大きい暗号鍵群からのものでもよい。ＷＴＲＵ２１０は、値ＫＩｎ２（１≦ＫＩｎ２≦ｐ−２）を無作為に選択して、第２のシード、ｇKIn2≡ｇKIn2  ｍｏｄpを計算する。次いで、ＷＴＲＵ２１０は、ｋ’≡（ｇKI）KIn2  ｍｏｄpを計算する。公開鍵インデックスａ＝ｋ’  ｍｏｄnであり、この場合、ｎは、第１のシードｇKIにより、システム情報に基づきブロードキャストされる公開鍵の現在の数である。計算されたａは、選択された公開鍵ｋaの公開鍵の組へのインデックスである。ＷＴＲＵ２１０は、選択された公開鍵ｋaにより、ＩＭＳＩを有するＮＡＳまたはＲＲＣメッセージを暗号化し、第２のシードｇKIn2をＬＴＥネットワーク２３０へのＮＡＳまたはＲＲＣメッセージに含める。第２のシードは暗号化されない。ＬＴＥネットワーク２３０は、まず、暗号化されていない第２のシード、ｇKIn2を取得し、ｋ≡（ｇKIn2）KI  ｍｏｄpを計算する。次いで、ａ≡ｋ  ｍｏｄ  ｎによってインデックスａを秘密鍵インデックスａとして取得する。次いで、ＬＴＥネットワーク２３０は、公開鍵ｋaに対応する秘密鍵により、全メッセージを解読する。
【００３１】
ＣＯＵＮＴ−Ｃ値４０４は、初期の段階で、ＷＴＲＵ２１０およびＬＴＥネットワーク２３０のみに知られている事前に決められた値とすることができる。あるいは、ＣＯＵＮＴ−Ｃ値４０４は、ＷＴＲＵ２１０とＬＴＥネットワーク２３０との間でのみ知られている他の値（例えば、ＮＡＳメッセージシーケンス番号）と結合される、ＵＳＩＭ、およびそのネットワークにおける対応物に格納されているＳＴＡＲＴ値（または同等の値）とすることができる。あるいは、ＣＯＵＮＴ−Ｃ値４０４は、ＦＲＥＳＨ値の導出の場合のように、ＷＴＲＵ２１０およびＬＴＥネットワーク２３０によって計算された値とすることができる。
【００３２】
ベアラＩＤ４０６は、シグナリング無線ベアラ３（ＳＲＢ−３）の「３」など、チャネルの構成された無線ベアラＩＤ値とすることができる。あるいは、ベアラＩＤ４０６は、事前に決められた何らかの値とすることができる。方向値４０８は、アップリンクでは「０」に設定される。長さ値４１０は、（ＩＭＳＩを含む）ビット単位のＮＡＳまたはＲＲＣメッセージ長である。
【００３３】
ステップ３０６における完全性保護パラメータの初期のロードについて以下説明する。初期の完全性保護により、サービス拒否攻撃の抑制を支援することができる。使用すべき完全性保護アルゴリズムは、選択すべきパラメータのうちの１つである。デフォルトの完全性保護アルゴリズムは、ｆ９アルゴリズムとすることができる。しかし、他の任意の完全性保護アルゴリズムを使用することができる。以下、例示の目的でｆ９アルゴリズムを参照して、本発明について説明する。
【００３４】
図５は、従来のｆ９完全性保護プロセスおよびパラメータを示す。ｆ９アルゴリズムに必要なパラメータには、ＩＫ５０２、ＣＯＵＮＴ−Ｉ値５０４、メッセージ５０６、方向値５０８、およびＦＲＥＳＨ値５１０が含まれる。ＷＴＲＵ２１０は、初期のＩＫ５０２を使用して、初期のＮＡＳ／ＲＲＣメッセージのＭＡＣ−Ｉ５１２を生成し、生成されたＭＡＣ−Ｉ５１２をＮＡＳ／ＲＲＣメッセージと共にネットワーク２３０に送信する。ＬＴＥネットワーク２３０は、同じパラメータ５０２〜５１０により予想されるＭＡＣ−Ｉ（ＸＭＡＣ−Ｉ）５１４を生成し、ＷＴＲＵ２１０のＩＭＳＩを解読した後、受信したＭＡＣ−Ｉ５１２およびＸＭＡＣ−Ｉ５１４を比較して、メッセージの完全性を確認する。
【００３５】
ＩＫ５０２は、システム情報から受けとったＲＡＮＤ値を使用して、初期のＣ−ＰＤＣＰ起動および構成時に、ＷＴＲＵ２１０（およびネットワーク２３０）によって生成することができる。例えば、ＩＫ５０２は、図６に示すように、ｆ４アルゴリズムを乱数（ＲＡＮＤ）６０２および共有秘密鍵（Ｋ）６０４と共に使用することによって生成することができる。ＩＭＳＩによってＷＴＲＵ２１０とネットワーク２３０との間で共有される秘密鍵Ｋ６０４が与えられると、生成されたＩＫ５０２は、ＷＴＲＵ２１０とネットワーク２３０との間の一意な関係に密接に関連することとなる。そして、特定のＷＴＲＵの署名を有する完全性保護アルゴリズムｆ９によって生成されるＭＡＣ−Ｉを有効にする。
【００３６】
ＣＯＵＮＴ−Ｉ値５０４は、初期の段階で、ＷＴＲＵ２１０およびネットワーク２３０のみに知られている事前に決められた値とすることができる。あるいは、ＣＯＵＮＴ−Ｉ値５０４は、ＷＴＲＵ２１０とネットワーク２３０との間でのみ知られている他の値（例えば、ＮＡＳメッセージシーケンス番号）と結合される、ＵＳＩＭおよびそのネットワークにおける対応物に格納されているＳＴＡＲＴ値（または同等の値）に設定することができる。あるいは、ＣＯＵＮＴ−Ｉ値５０４は、ＦＲＥＳＨ値の導出の場合のように、ＷＴＲＵ２１０およびネットワーク２３０によって計算された値とすることができる。
【００３７】
メッセージパラメータ５０６は、メッセージの前に無線ベアラ識別子が付されている状態のＮＡＳ／ＲＲＣメッセージ自体とすることができる。方向値５０８は、アップリンクでは、ある値（例えば「０」）に設定される。ＦＲＥＳＨ値５１０は、ＩＫを使用してインデックスｍ（例えばｍ＝ＩＫ％ｎ）を計算することによって、ＷＴＲＵ２１０とネットワーク２３０との間の１組の事前に決められたＦＲＥＳＨ値（ＦＲＥＳＨ0、ＦＲＥＳＨ1、．．．、ＦＲＥＳＨn-1）から選択することができる。あるいは、ＦＲＥＳＨ値５１０は、図７に示すように、ＦＲＥＳＨ値生成アルゴリズム、およびＲＡＮＤ６０２および共有秘密鍵６０４を入力として使用することによって生成することができる。
【００３８】
初期のＮＡＳ信号メッセージがＷＴＲＵ２１０から送信することになっているとき、これらのセキュリティパラメータの初期のロードによって、Ｃ−ＰＤＣＰ層２１２は、操作状態に入ることができる。また、これによって、Ｃ−ＰＤＣＰ層２１２は、必要に応じて、その後送受信するＮＡＳ信号メッセージを解読することができる。Ｃ−ＰＤＣＰ層２１２は、それが正常に実行されると、通常のＡＫＡ手続きから生成されたセキュリティパラメータに切り換わることができる。
【００３９】
また、本発明は、ＡＫＡ完了前の初期の段階におけるダウンリンクＮＡＳメッセージ暗号化にも適用可能である。ＡＫＡの前にダウンリンク暗号化を働かせるために、ＬＴＥネットワーク２３０は、（ネットワークがすべての公開／秘密鍵を有しており、鍵インデックスを知っている場合）ＷＴＲＵ２１０が初期のアップリンクメッセージ／ＩＭＳＩに使用したのと同じ「公開鍵」を使用して、ＮＡＳ／ＲＲＣメッセージを暗号化する必要があり、暗号化アルゴリズムは、ｆ８などの対称アルゴリズムとする必要がある。
【００４０】
実施態様
１．ＷＴＲＵを含む無線通信システムでの初期の接続信号メッセージにおけるユーザＩＤのセキュリティ保護の方法であって、ＷＴＲＵは、初期の接続信号メッセージの暗号化および完全性保護を行うＣ−ＰＤＣＰ層を含む方法。
【００４１】
２．ＷＴＲＵの電源投入時に、Ｃ−ＰＤＣＰ層を稼働させるステップを含む実施態様１に記載の方法。
【００４２】
３．初期のセキュリティパラメータをＣ−ＰＤＣＰ層にロードするステップを含む実施態様２に記載の方法。
【００４３】
４．初期のセキュリティパラメータを使用して、ユーザＩＤを含む初期の接続信号メッセージを暗号化するステップを含む実施態様３に記載の方法。
【００４４】
５．暗号化された初期の接続信号メッセージおよびユーザＩＤをネットワークに送信するステップを含む実施態様４に記載の方法。
【００４５】
６．初期のセキュリティパラメータは、ＵＳＩＭからロードされる実施態様３〜５のいずれか１つに記載の方法。
【００４６】
７．初期のセキュリティパラメータは、ネットワークからブロードキャストされるシステム情報から生成される実施態様３〜６のいずれか１つに記載の方法。
【００４７】
８．システム情報は、少なくとも１つの公開鍵、または公開鍵を導出するための情報を含む実施態様７に記載の方法。
【００４８】
９．初期の接続信号メッセージは、ＰＬＭＮ識別を含む実施態様１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【００４９】
１０．ネットワークが、乱数および認証トークンを含む認証要求メッセージをＷＴＲＵに送信するステップをさらに含む実施態様５〜９のいずれか１つに記載の方法。
【００５０】
１１．ＷＴＲＵが、乱数および認証トークンに基づいてネットワークを認証するステップを含む実施態様１０に記載の方法。
【００５１】
１２．ＷＴＲＵがセッション鍵およびＲＥＳを計算するステップを含む実施態様１１に記載の方法。
【００５２】
１３．ＷＴＲＵが、ＲＥＳを含む認証応答メッセージをネットワークに送信するステップを含む実施態様１２に記載の方法。
【００５３】
１４．ネットワークがＲＥＳを使用してＷＴＲＵを認証するステップを含む実施態様１３に記載の方法。
【００５４】
１５．ネットワークがセキュリティモードコマンドメッセージをＷＴＲＵに送信するステップを含む実施態様１４に記載の方法。
【００５５】
１６．認証応答メッセージは、初期のセキュリティパラメータを使用することによって保護される実施態様１３〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【００５６】
１７．ネットワークは、対称暗号化アルゴリズムを使用して、初期の接続信号メッセージを暗号化するために使用される鍵により、セキュリティモードコマンドメッセージを含むダウンリンク制御メッセージを暗号化する実施態様１５〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【００５７】
１８．Ｕプレーンのデータ暗号化のために、新しいセッション鍵によりＵプレーンＰＤＣＰ層を構成するステップをさらに含む実施態様１５〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【００５８】
１９．使用すべき暗号化アルゴリズムは、初期のセキュリティパラメータのうちの１つである実施態様３〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【００５９】
２０．暗号化アルゴリズムは、ｆ８アルゴリズムであり、初期のセキュリティパラメータは、ＣＫ、ＣＯＵＮＴ−Ｃ値、ベアラＩＤ、方向値、および長さ値を含む実施態様１９に記載の方法。
【００６０】
２１．ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、ＷＴＲＵおよびネットワークのみに知られている事前に決められた値である実施態様２０に記載の方法。
【００６１】
２２．ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、ＷＴＲＵとネットワークとの間で知られている事前に合意した値と結合される、ＵＳＩＭに格納されているＳＴＡＲＴ値である実施態様２０に記載の方法。
【００６２】
２３．事前に合意した値は、ＮＡＳ層シーケンス番号である実施態様２２に記載の方法。
【００６３】
２４．ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、ＷＴＲＵおよびネットワークによって計算された値である実施態様２０に記載の方法。
【００６４】
２５．ベアラＩＤは、シグナリング無線ベアラＩＤ番号である実施態様２０〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【００６５】
２６．ベアラＩＤは、ＷＴＲＵとネットワークとの間で事前に決められた値である実施態様２０〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【００６６】
２７．方向値は、アップリンクでは「０」に設定される実施態様２０〜２６のいずれか１つに記載の方法。
【００６７】
２８．暗号化アルゴリズムは、非対称暗号化アルゴリズムである実施態様４〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【００６８】
２９．暗号化アルゴリズムは、ＷＴＲＵとネットワークとの間で事前に決められた公開鍵／秘密鍵ペアであるＣＫを使用する実施態様２８に記載の方法。
【００６９】
３０．公開鍵は、システム情報を介してネットワークによってブロードキャストされる実施態様２９に記載の方法。
【００７０】
３１．ＷＴＲＵは、複数の公開鍵を含む公開鍵の組から１つの公開鍵を選択する実施態様３０に記載の方法。
【００７１】
３２．ＷＴＲＵは、公開鍵を選択するために、そのＩＭＳＩ値を使用して、公開鍵の組へのインデックスを選択する実施態様３１に記載の方法。
【００７２】
３３．ＷＴＲＵは、公開鍵を選択するために、ＦＲＥＳＨ値を使用して、公開鍵の組へのインデックスを選択する実施態様３１に記載の方法。
【００７３】
３４．ＷＴＲＵは、事前に合意した公開鍵によりインデックスを暗号化し、暗号化されたインデックスを接続要求メッセージに含める実施態様３３に記載の方法。
【００７４】
３５．システム情報は、第１の鍵インデックスシードを含み、接続要求メッセージは、第２の鍵インデックスシードを含み、公開鍵は、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換法を使用して選択される実施態様３０〜３４のいずれか１つに記載の方法。
【００７５】
３６．使用すべき完全性保護アルゴリズムは、初期のセキュリティパラメータのうちの１つである実施態様１〜３５のいずれか１つに記載の方法。
【００７６】
３７．完全性保護アルゴリズムは、ｆ９アルゴリズムであり、初期のセキュリティパラメータは、ＩＫ、ＣＯＵＮＴ−Ｉ値、メッセージ、方向値、およびＦＲＥＳＨ値を含む実施態様３６に記載の方法。
【００７７】
３８．ＩＫは、システム情報を介してネットワークから受信される乱数および共有秘密鍵Ｋを使用してＷＴＲＵによって生成される実施態様３７に記載の方法。
【００７８】
３９．ＩＫは、ｆ４アルゴリズムを使用することによって生成される実施態様３７に記載の方法。
【００７９】
４０．ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、ＷＴＲＵおよびネットワークに知られている事前に決められた値である実施態様３７〜３９のいずれか１つに記載の方法。
【００８０】
４１．ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、ＷＴＲＵとネットワークとの間で知られている事前に合意した値と結合される、ＵＳＩＭに格納されているＳＴＡＲＴ値に設定される実施態様３７〜４０のいずれか１つに記載の方法。
【００８１】
４２．事前に合意した値は、ＮＡＳ層シーケンス番号である実施態様４１に記載の方法。
【００８２】
４３．ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、ＷＴＲＵおよびネットワークによって計算された値である実施態様３７〜４２のいずれか１つに記載の方法。
【００８３】
４４．方向値は、アップリンクでは「０」に設定される実施態様３７〜４３のいずれか１つに記載の方法。
【００８４】
４５．メッセージは、無線ベアラＩＤおよび第１のＮＡＳメッセージである実施態様３７〜４４のいずれか１つに記載の方法。
【００８５】
４６．ＦＲＥＳＨ値は、ＷＴＲＵとネットワークとの間で事前に決められた１組のＦＲＥＳＨ値から選択される実施態様３７〜４５のいずれか１つに記載の方法。
【００８６】
４７．ＩＫは、ＦＲＥＳＨ値のインデックスを計算するために使用される実施態様４６に記載の方法。
【００８７】
４８．ＦＲＥＳＨ値は、システム情報を介してブロードキャストされる乱数および共有秘密鍵Ｋと共に、ＦＲＥＳＨ値生成アルゴリズムを使用することによって生成される実施態様３７〜４５のいずれか１つに記載の方法。
【００８８】
４９．無線通信システムは、３Ｇ  ＬＴＥである実施態様１〜４８のいずれか１つに記載の方法。
【００８９】
５０．無線通信システムでの初期の接続信号メッセージにおけるユーザＩＤのセキュリティ保護のためのＷＴＲＵ。
【００９０】
５１．第１の制御信号メッセージを生成し、ネットワークへの接続をトリガするよう構成されているＮＡＳ層を含む実施態様５０に記載のＷＴＲＵ。
【００９１】
５２．第２の制御信号メッセージを生成し、第１および第２の制御信号メッセージの完全性保護を行うよう構成されているＲＲＣ層を含む実施態様５０〜５１のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【００９２】
５３．Ｃ−ＰＤＣＰ層の起動時に、Ｃ−ＰＤＣＰ層にロードされる初期のセキュリティパラメータを使用して、初期の接続信号メッセージおよびユーザＩＤを含む第１および第２の制御信号メッセージのうちの少なくとも１つの暗号化を行い、暗号化された初期の接続信号メッセージおよびユーザＩＤをネットワークに送信するよう構成されているＣ−ＰＤＣＰ層を含む実施態様５１〜５２のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【００９３】
５４．初期のセキュリティパラメータは、ＵＳＩＭからロードされる実施態様５３に記載のＷＴＲＵ。
【００９４】
５５．初期のセキュリティパラメータは、ネットワークからブロードキャストされるシステム情報から生成される実施態様５３に記載のＷＴＲＵ。
【００９５】
５６．システム情報は、少なくとも１つの公開鍵、または公開鍵を導出するための情報を含む実施態様５５に記載のＷＴＲＵ。
【００９６】
５７．初期の接続信号メッセージは、ＰＬＭＮ識別を含む実施態様５３〜５６のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【００９７】
５８．ＮＡＳ層は、ネットワークからの認証要求メッセージに含まれる乱数および認証トークンに基づいてネットワークを認証し、セッション鍵を計算し、ネットワークがＲＥＳを使用してＷＴＲＵを認証するように、ＲＥＳを含む認証応答メッセージをネットワークに送信するよう構成されている実施態様５１〜５７のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【００９８】
５９．認証応答メッセージは、初期のセキュリティパラメータを使用することによって保護される実施態様５８に記載のＷＴＲＵ。
【００９９】
６０．Ｕプレーンのデータを処理するためのＵプレーンＰＤＣＰ層をさらに含み、ＲＲＣ層は、Ｕプレーンの暗号化のために、新しいセッション鍵をＵプレーンＰＤＣＰ層にロードする実施態様５２〜５９のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１００】
６１．使用すべき暗号化アルゴリズムは、初期のセキュリティパラメータのうちの１つである実施態様５３〜６０のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１０１】
６２．暗号化アルゴリズムは、ｆ８アルゴリズムであり、初期のセキュリティパラメータは、ＣＫ、ＣＯＵＮＴ−Ｃ値、ベアラＩＤ、方向値、および長さ値のうちの少なくとも１つを含む実施態様６１に記載のＷＴＲＵ。
【０１０２】
６３．ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、ＷＴＲＵおよびネットワークのみに知られている事前に決められた値である実施態様６２に記載のＷＴＲＵ。
【０１０３】
６４．ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、ＷＴＲＵとネットワークとの間で知られている事前に合意した値と結合される、ＵＳＩＭに格納されているＳＴＡＲＴ値である実施態様６２に記載のＷＴＲＵ。
【０１０４】
６５．事前に合意した値は、ＮＡＳ層シーケンス番号である実施態様６４に記載のＷＴＲＵ。
【０１０５】
６６．ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、ＷＴＲＵおよびネットワークによって計算された値である実施態様６２に記載のＷＴＲＵ。
【０１０６】
６７．ベアラＩＤは、シグナリング無線ベアラＩＤ番号である実施態様６２〜６６のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１０７】
６８．ベアラＩＤは、ＷＴＲＵとネットワークとの間で事前に決められた値である実施態様６２〜６６のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１０８】
６９．方向値は、アップリンクでは「０」に設定される実施態様６２〜６８のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１０９】
７０．暗号化アルゴリズムは、非対称暗号化アルゴリズムである実施態様５３〜６９のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１１０】
７１．暗号化アルゴリズムは、ＷＴＲＵとネットワークとの間で事前に決められた公開鍵／秘密鍵ペアであるＣＫを使用する実施態様７０に記載のＷＴＲＵ。
【０１１１】
７２．公開鍵は、システム情報を介してブロードキャストされる実施態様７１記載のＷＴＲＵ。
【０１１２】
７３．Ｃ−ＰＤＣＰ層は、複数の公開鍵を含む公開鍵の組から１つの公開鍵を選択する実施態様７２に記載のＷＴＲＵ。
【０１１３】
７４．Ｃ−ＰＤＣＰ層は、ユーザＩＤを使用して、公開鍵の組へのインデックスを選択する実施態様７３に記載のＷＴＲＵ。
【０１１４】
７５．Ｃ−ＰＤＣＰ層は、ＦＲＥＳＨ値を使用して、公開鍵の組へのインデックスを選択する実施態様７３に記載のＷＴＲＵ。
【０１１５】
７６．Ｃ−ＰＤＣＰ層は、事前に合意した公開鍵によりインデックスを暗号化し、暗号化されたインデックスを接続要求メッセージに含める実施態様７４〜７５のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１１６】
７７．システム情報は、第１の鍵インデックスシードを含み、接続要求メッセージは、第２の鍵インデックスシードを含み、公開鍵は、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換法を使用して選択される実施態様７４〜７６のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１１７】
７８．使用すべき完全性保護アルゴリズムは、初期のセキュリティパラメータのうちの１つである実施態様５３〜７７のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１１８】
７９．完全性保護アルゴリズムは、ｆ９アルゴリズムであり、パラメータは、ＩＫ、ＣＯＵＮＴ−Ｉ値、メッセージ、方向値、およびＦＲＥＳＨ値を含む実施態様７８に記載のＷＴＲＵ。
【０１１９】
８０．ＩＫは、システム情報を介して受信される乱数および共有秘密鍵Ｋを使用してＷＴＲＵによって生成される実施態様７９に記載のＷＴＲＵ。
【０１２０】
８１．ＩＫは、ｆ４アルゴリズムを使用することによって生成される実施態様７９に記載のＷＴＲＵ。
【０１２１】
８２．ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、ＷＴＲＵおよびネットワークに知られている事前に決められた値である実施態様７９〜８１のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１２２】
８３．ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、ＷＴＲＵとネットワークとの間で知られている事前に合意した値と結合される、ＵＳＩＭに格納されているＳＴＡＲＴ値に設定される実施態様７９〜８１のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１２３】
８４．事前に合意した値は、ＮＡＳ層シーケンス番号である実施態様８３に記載のＷＴＲＵ。
【０１２４】
８５．ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、ＷＴＲＵおよびネットワークによって計算された値である実施態様７９〜８１のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１２５】
８６．方向値は、アップリンクでは「０」に設定される実施態様７９〜８５のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１２６】
８７．メッセージは、無線ベアラＩＤおよび第１のＮＡＳメッセージである実施態様７９〜８６のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１２７】
８８．ＦＲＥＳＨ値は、ＷＴＲＵとネットワークとの間で事前に決められた１組のＦＲＥＳＨ値から選択される実施態様７９〜８７のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１２８】
８９．ＩＫは、ＦＲＥＳＨ値のインデックスを計算するために使用される実施態様８８に記載のＷＴＲＵ。
【０１２９】
９０．ＦＲＥＳＨ値は、システム情報を介してブロードキャストされる乱数および共有秘密鍵Ｋと共に、ＦＲＥＳＨ値生成アルゴリズムを使用することによって生成される実施態様８８に記載のＷＴＲＵ。
【０１３０】
９１．無線通信システムは、３Ｇ  ＬＴＥである実施態様５０〜９０のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１３１】
９２．ネットワークは、対称暗号化アルゴリズムを使用して、初期の接続信号メッセージを暗号化するために使用される鍵により、ダウンリンク制御メッセージを暗号化する実施態様５０〜９１のいずれか１つに記載のＷＴＲＵ。
【０１３２】
本発明の特徴および要素は、好ましい実施形態に、特定の組合せで記載されているが、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無しに単独で、または本発明の他の特徴および要素の有無にかかわらず様々な組合せで使用することができる。本発明で提供された方法またはフロー図は、汎用コンピュータまたはプロセッサによって実行するために、コンピュータ可読記憶媒体に有形で組み込ま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おい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には、読み取り専用メモリ（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、半導体メモリ装置、内蔵ハードディスクおよび取外式ディスクなどの磁気媒体、光磁気媒体、およびＣＤ−ＲＯＭディスクおよびデジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体などがある。
【０１３３】
適したプロセッサには、一例として、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、従来のプロセッサ、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コアと関連する１つまた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、特定用途向け専用回路（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／または状態機械などがある。
【０１３４】
ソフトウェアと関連するプロセッサは、無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）、ユーザ機器（ＵＥ）、端末、基地局、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、または任意のホストコンピュータで使用するための無線周波数トランシーバを実施するために使用することができる。ＷＴＲＵは、カメラ、ビデオカメラモジュール、テレビ電話、スピーカフォン、振動装置、スピーカ、マイクロフォン、テレビ送受信機、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）表示装置、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置、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に実装されるモジュールと共に使用することができる。
【図１】
2009542091.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月19日(2009.2.19)
【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】
初期の接続信号メッセージにおけるユーザ識別情報（ＩＤ）のセキュリティ保護の方法であって、
無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）の電源投入時に、制御プレーン（Ｃプレーン）パケットデータコンバージェンスプロトコル（Ｃ−ＰＤＣＰ）層を起動させるステップと、
初期のセキュリティパラメータを前記Ｃ−ＰＤＣＰ層にロードするステップと、
前記初期のセキュリティパラメータを使用して、前記ユーザＩＤを含む前記初期の接続信号メッセージを暗号化するステップと、
前記暗号化された初期の接続信号メッセージおよび前記ユーザＩＤを送信するステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記初期のセキュリティパラメータは、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）からロード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】
前記初期のセキュリティパラメータは、システム情報から生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
乱数および認証トークンを含む認証要求メッセージを受信するステップと、
前記乱数および前記認証トークンに基づいて認証を行うステップと、
セッション鍵および応答（ＲＥＳ）を計算するステップと、
前記ＲＥＳを含む認証応答メッセージを送信するステップと、
セキュリティモードコマンドメッセージを受信するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記暗号化のためにｆ８アルゴリズムを使用し、前記初期のセキュリティパラメータは、暗号鍵（ＣＫ）、ＣＯＵＮＴ−Ｃ値、ベアラＩＤ、方向値、および長さ値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ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、事前に合意した値と組み合わされた、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）に格納されているＳＴＡＲＴ値であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記事前に合意した値は、非アクセス階層（ＮＡＳ）層シーケンス番号であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換法を使用して暗号鍵を選択することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ｆ９アルゴリズムを使用し、前記初期のセキュリティパラメータは、完全性鍵（ＩＫ）、ＣＯＵＮＴ−Ｉ値、メッセージ、方向値、およびＦＲＥＳＨ値を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、事前に合意した値と組み合わされた、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）に格納されているＳＴＡＲＴ値に設定されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
初期の接続信号メッセージにおいてユーザ識別情報（ＩＤ）のセキュリティを保護する無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）であって、
第１の制御信号メッセージを生成し、ネットワークへの接続をトリガするよう構成される非アクセス階層（ＮＡＳ）層と、
第２の制御信号メッセージを生成し、前記第１および第２の制御信号メッセージの完全性保護を実行するよう構成される無線リソース制御（ＲＲＣ）層と、
Ｃ−ＰＤＣＰ層の起動時に、前記Ｃ−ＰＤＣＰ層にロードされる初期のセキュリティパラメータを使用して、初期の接続信号メッセージおよび前記ユーザＩＤを含む前記第１および第２の制御信号メッセージのうちの少なくとも１つの暗号化を行い、前記暗号化された初期の接続信号メッセージおよび前記ユーザＩＤをネットワークに送信するよう構成される制御プレーン（Ｃプレーン）パケットデータコンバージェンスプロトコル（Ｃ−ＰＤＣＰ）層と
を備えたことを特徴とするＷＴＲＵ。
【請求項１２】
前記初期のセキュリティパラメータは、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）からロードされることを特徴とする請求項１１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１３】
前記初期のセキュリティパラメータは、前記ネットワークからブロードキャストされるシステム情報から生成されることを特徴とする請求項１１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１４】
前記ＮＡＳ層は、前記ネットワークからの認証要求メッセージに含まれる乱数および認証トークンに基づいて前記ネットワークを認証し、セッション鍵を計算し、前記ネットワークが応答（ＲＥＳ）を使用して前記ＷＴＲＵを認証するように、前記ＲＥＳを含む認証応答メッセージを前記ネットワークに送信するよう構成されることを特徴とする請求項１１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１５】
ｆ８アルゴリズムを使用し、前記初期のセキュリティパラメータは、暗号鍵（ＣＫ）、ＣＯＵＮＴ−Ｃ値、ベアラＩＤ、方向値、および長さ値のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１６】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｃ値は、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で知られている事前に合意した値と組み合わされた、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）に格納されているＳＴＡＲＴ値であることを特徴とする請求項１５に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１７】
前記事前に合意した値は、非アクセス階層（ＮＡＳ）層シーケンス番号であることを特徴とする請求項１６に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１８】
前記Ｃ−ＰＤＣＰ層は、事前に決められた公開鍵／秘密鍵ペアである暗号鍵（ＣＫ）を使用し、第１の鍵インデックスシードを含むシステム情報、および第２の鍵インデックスシードを含む接続要求メッセージによりブロードキャストされる１組の公開鍵から、Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵交換法を使用して１つの公開鍵を選択することを特徴とする請求項１１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項１９】
ｆ９アルゴリズムを使用し、前記初期のセキュリティパラメータは、完全性鍵（ＩＫ）、ＣＯＵＮＴ−Ｉ値、メッセージ、方向値、およびＦＲＥＳＨ値を含むことを特徴とする請求項１１に記載のＷＴＲＵ。
【請求項２０】
前記ＣＯＵＮＴ−Ｉ値は、前記ＷＴＲＵと前記ネットワークとの間で知られている事前に合意した値と組み合わされた、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）に格納されているＳＴＡＲＴ値に設定されることを特徴とする請求項１９に記載のＷＴＲＵ。
【国際調査報告】
2009542091.tif 000010
2009542091.tif 000011
2009542091.tif 000012