(57)【要約】  セキュリティ方式(たとえば、完全性保護、暗号化、またはその両方)の態様が説明される。アクセス層セキュリティの方策が、セルラー式モノのインターネット(CIoT)基地局(C-BS)においてセルラーデバイスごとのアクセス層セキュリティコンテキストを確立および/または維持することに関連するオーバーヘッドなしに実現され得る。ゲートウェイ(たとえば、CIoTサービングゲートウェイノード(C-SGN))は、第1の鍵を導出し得る。第1の鍵は、C-SGNのみに知られていてよい。C-SGNは、第1の鍵、およびC-BSに固有のパラメータから、第2の鍵を導出し得る。C-SGNはまた、第2の鍵、およびセルラーデバイスの識別情報から、第3の鍵を導出し得る。C-SGNは、第2および第3の鍵を、それぞれ、C-BSおよびセルラーデバイスへ送信し得る。セルラーデバイスによって暗号化および/または完全性保護されたスモールデータメッセージが、C-BSによって解読および/または検証され得る。
2019506779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信の方法であって、
ゲートウェイのみに知られている第1の鍵を前記ゲートウェイにおいて取得するステップと、
前記第1の鍵、および無線アクセスネットワーク(RAN)ノードに固有のパラメータに基づいている、第2の鍵を、前記ゲートウェイにおいて取得するステップと、
前記第2の鍵を前記RANノードに前記ゲートウェイによって供給するステップと、
前記第2の鍵、およびセルラーデバイスに固有のパラメータに基づいて、第3の鍵を前記ゲートウェイにおいて取得するステップと、
前記第3の鍵を前記セルラーデバイスに前記ゲートウェイによって供給するステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記ゲートウェイが、セルラー式モノのインターネットサービングゲートウェイノード(C-SGN)である、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第1の鍵が、いかなる他の鍵からも取得されず、かつ/または前記ゲートウェイにおいてランダムに生成される、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記RANノードが、セルラー式モノのインターネット(CIoT)基地局(C-BS)または発展型ノードB(eノードB)であり、前記RANノードに固有の前記パラメータが、C-BS識別情報またはeノードB識別情報である、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記第2の鍵が、非アクセス層(NAS)メッセージの中で前記RANノードに供給される、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記第3の鍵が、非アクセス層(NAS)メッセージの中で前記セルラーデバイスに供給される、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記NASメッセージが、セキュアなNASメッセージである、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記第3の鍵が、暗号化された情報要素(IE)として前記セルラーデバイスに供給される、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記IEが、前記IEを暗号化するために使用されたアルゴリズムを識別するアルゴリズム識別子を含む、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
通信装置であって、
通信ネットワークのノードと通信するための通信インターフェースと、
前記通信インターフェースに結合された処理回路とを備え、前記処理回路が、
前記通信装置のみに知られている第1の鍵を取得し、
前記第1の鍵、および無線アクセスネットワーク(RAN)ノードに固有のパラメータに基づいている、第2の鍵を取得し、
前記第2の鍵を前記RANノードに供給し、
前記第2の鍵、およびセルラーデバイスに固有のパラメータに基づいて、第3の鍵を取得し、
前記第3の鍵を前記セルラーデバイスに供給するように適合される、
通信装置。
【請求項１１】
前記処理回路が、
いかなる他の鍵からも前記第1の鍵を取得することなく、前記第1の鍵を取得し、かつ/または
前記通信装置において前記第1の鍵をランダムに生成することによって、前記第1の鍵を取得するようにさらに適合される、
請求項10に記載の通信装置。
【請求項１２】
前記処理回路が、
非アクセス層(NAS)メッセージの中で前記第2の鍵を前記RANノードに供給するようにさらに適合される、
請求項10に記載の通信装置。
【請求項１３】
前記処理回路が、
非アクセス層(NAS)メッセージの中で前記第3の鍵を前記セルラーデバイスに供給するようにさらに適合される、
請求項10に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記処理回路が、
暗号化された情報要素(IE)の中で前記第3の鍵を前記セルラーデバイスに供給するようにさらに適合される、
請求項10に記載の通信装置。
【請求項１５】
装置であって、
通信ネットワークのノードと通信するための通信インターフェースと、
前記通信インターフェースに結合された処理回路とを備え、前記処理回路が、
第1の鍵、および前記装置に固有のパラメータに基づいている、第2の鍵を取得し、
デバイス識別情報および第1の完全性保護値を含むスモールデータメッセージを取得し、
前記第2の鍵および前記デバイス識別情報に基づいている第3の鍵を取得し、
前記第3の鍵に基づいている第2の完全性保護値を取得し、
前記第1の完全性保護値を前記第2の完全性保護値と比較し、
前記第1の完全性保護値が前記第2の完全性保護値に等しくないことを比較結果が示す場合、前記スモールデータメッセージを廃棄し、
前記第1の完全性保護値が前記第2の完全性保護値に等しいことを前記比較結果が示す場合、前記スモールデータメッセージをゲートウェイへ送信するように適合される、
装置。
【請求項１６】
前記第1の完全性保護値および前記第2の完全性保護値が、少なくとも1つのナンスおよび/またはタイムスタンプを使用して取得され、前記スモールデータメッセージを取得する前に、前記処理回路が、
第1のナンスおよび/または前記タイムスタンプを、前記デバイス識別情報によって識別されるデバイスに供給し、かつ/あるいは
前記デバイスから第2のナンスを取得するようにさらに適合される、
請求項15に記載の装置。
【請求項１７】
前記処理回路が、
ランダムアクセスプロシージャの間に、前記第1のナンスおよび/または前記タイムスタンプを供給するとともに、前記第2のナンスを取得するようにさらに適合される、
請求項16に記載の装置。
【請求項１８】
前記スモールデータメッセージが、前記第3の鍵を用いて暗号化されており、前記処理回路が、
前記第3の鍵を使用して前記スモールデータメッセージを解読するようにさらに適合される、
請求項15に記載の装置。
【請求項１９】
前記スモールデータメッセージを取得する前に、前記処理回路が、
トラフィック負荷値を監視し、
前記トラフィック負荷値が所定のしきい値を上回ることを検出し、
前記トラフィック負荷値が前記所定のしきい値を上回るという検出に応答して、前記装置へ送信される次の1つまたは複数のメッセージの中に前記第1の完全性保護値を含めるように前記デバイスに要求するメッセージを、前記デバイス識別情報によって識別されるデバイスへ送信するようにさらに適合される、
請求項15に記載の装置。
【請求項２０】
ネットワークが前記所定のしきい値を構成する、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
前記処理回路が、
ゲートウェイから前記第2の鍵を取得するようにさらに適合される、
請求項15に記載の装置。
【請求項２２】
前記ゲートウェイが、セルラー式モノのインターネットサービングゲートウェイノード(C-SGN)である、請求項21に記載の装置。
【請求項２３】
前記装置が、セルラー式モノのインターネット(CIoT)基地局(C-BS)または発展型ノードB(eノードB)であり、装置に固有の前記パラメータが、C-BS識別情報またはeノードB識別情報である、請求項15に記載の装置。
【請求項２４】
前記処理回路が、
少なくとも1つのナンスおよび/またはタイムスタンプを使用して、前記第1の完全性保護値および前記第2の完全性保護値を取得するようにさらに適合される、
請求項15に記載の装置。
【請求項２５】
前記処理回路が、
デバイスとの初期接続プロシージャの間にアクセス層セキュリティ構成を折衝するようにさらに適合され、前記アクセス層セキュリティ構成は、スモールデータメッセージが前記デバイスから、セキュリティを用いずに送信されるのか、完全性保護を用いて送信されるのか、暗号化を用いて送信されるのか、完全性保護および暗号化を用いて送信されるのか、かつ/またはオンデマンド完全性保護を用いて送信されるのかを指定し、完全性保護および暗号化が、前記第3の鍵を使用して実行される、
請求項15に記載の装置。
【請求項２６】
装置であって、
通信ネットワークのノードと通信するための通信インターフェースと、
前記通信インターフェースに結合された処理回路とを備え、前記処理回路が、
第2の鍵、および前記装置に固有のパラメータに基づいている、第3の鍵を取得し、
アクセス層セキュリティ構成を折衝し、
前記第3の鍵を使用して前記アクセス層セキュリティ構成に基づいてスモールデータメッセージを保護し、
前記第3の鍵を使用して保護された前記スモールデータメッセージを送信するように適合される、
装置。
【請求項２７】
前記処理回路が、
RANノードと前記アクセス層セキュリティ構成を折衝し、
前記第3の鍵を使用して保護された前記スモールデータメッセージを前記RANノードへ送信するようにさらに適合される、
請求項26に記載の装置。
【請求項２８】
前記処理回路が、
ゲートウェイから前記第3の鍵を取得するようにさらに適合され、前記第2の鍵が、第1の鍵、およびRANノードに固有のパラメータに基づいており、前記第1の鍵が、前記ゲートウェイのみに知られている、
請求項26に記載の装置。
【請求項２９】
前記処理回路が、
初期接続プロシージャの間に前記アクセス層セキュリティ構成を折衝するようにさらに適合される、
請求項26に記載の装置。
【請求項３０】
前記処理回路が、
デバイスとの初期接続プロシージャの間にアクセス層セキュリティ構成を折衝するようにさらに適合され、前記アクセス層セキュリティ構成は、スモールデータメッセージが前記デバイスから、セキュリティを用いずに送信されるのか、完全性保護を用いて送信されるのか、暗号化を用いて送信されるのか、完全性保護および暗号化を用いて送信されるのか、かつ/またはオンデマンド完全性保護を用いて送信されるのかを指定し、完全性保護および暗号化が、前記第3の鍵を使用して実行される、
請求項26に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2015年12月23日に米国特許商標局に出願された仮出願第62/387,499号、および2016年6月30日に米国特許商標局に出願された非仮出願第15/199,924号の優先権および利益を主張し、それらの内容全体は、全文が以下に完全に記載されるかのように、すべての適用可能な目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示の態様は、一般に、ワイヤレス通信に関し、より詳細には、限定はしないが、セルラー式モノのインターネット(CIoT:Cellular Internet of Things)メッセージ用の、ステートレス方式でのアクセス層セキュリティを達成するための技法に関する。
【背景技術】
【０００３】
国際電気通信連合(ITU)は、相互運用可能な情報および通信技術に基づいて物理的なモノおよび仮想的なモノを接続する基盤としてモノのインターネット(IoT:Internet of Things)を評する。本明細書で使用する、IoTのコンテキストにおける「モノ」とは、識別されるとともに通信ネットワークの中に統合されることが可能な、物質界の中のオブジェクト(たとえば、物理的なモノ)または情報世界の中のオブジェクト(たとえば、仮想的なモノ)である。勧告ITU-T Y.2060。ワイヤレスワイドエリアネットワーク(WWAN)および/またはワイヤレスローカルエリアネットワーク(ワイヤレスLAN)などのワイヤレス通信ネットワークは、IoTデバイスと相互運用可能な情報および通信技術に囲まれている。
【０００４】
ロングタームエボリューション(LTE)のパラダイムによれば、無線接続に対して定義された2つのモード、すなわち、接続済みモードおよびアイドルモードがある。接続済みモードでは、セルラーデバイスは、データを送信および受信している。接続済みモードにおいて、ユーザ機器(UE:User Equipment)コンテキスト(「UEコンテキスト」)または「無線リソース制御(RRC:Radio Resource Control)接続」が確立される。UEコンテキストに対して、セルラーデバイスとコアネットワーク(たとえば、発展型パケットコア(EPC:evolved packet core))との間でデータを中継するために、無線ベアラが確立される。発展型無線アクセスベアラ(eRAB:Evolved Radio Access Bearer)と呼ばれる無線ベアラは、無線ベアラ部分およびS1ベアラ部分を含む。無線ベアラは、LTE-Uu参照点を介してセルラーデバイスと発展型ノードB(eノードB)との間に確立される。S1ベアラは、S1参照点を介してeノードBとサービングゲートウェイ(S-GW:Serving Gateway)との間に確立される。通信をセキュアにするためにセキュリティコンテキストが確立される。
【０００５】
アイドルモードでは、eRABベアラ(無線ベアラおよびS1ベアラ)が解放され、セキュリティコンテキストが削除される。このようにして、不必要な無線リソースが解放される。送信/受信されるべきデータがあるとき(すなわち、接続済みモードにおいて)のみ、無線ベアラおよびセキュリティコンテキストが確立および維持される。セルラーデバイスが(たとえば、アイドルモードから)ウェイクアップすると、eノードBは、モビリティ管理エンティティ(MME:mobility management entity)へのサービス要求を介して新たなUEコンテキストおよびセキュリティコンテキストを確立し、接続済みモードに入る。セルラーデバイスがアイドルになると、eノードBは、UEコンテキスト(たとえば、eRABベアラ)およびセキュリティコンテキストを除去し、アイドルモードに入る。
【０００６】
UEコンテキストを確立するためのシグナリング遅延がCIoTデバイスウェイクアップ期間を伸張させることになるので、LTEモビリティ管理およびセッション管理プロシージャは、たとえば、エネルギー消費の点で、セルラー式モノのインターネット(CIoT)デバイス、およびCIoTデバイスをサポートするネットワークに対して、大幅なオーバーヘッドを招くことがある。オーバーヘッドは、追加されたレイテンシを圧迫し、そのことも望ましくない。
【０００７】
オーバーヘッドおよびレイテンシを低減するために、セルラーデバイスを通過する他の通信に対する要件と比較して、CIoTのモビリティ管理およびセキュリティ機能に対する異なる要件が提案されている。これらの異なる要件は、セルラーネットワークにおいて動作するIoTデバイスのモビリティ管理およびセキュリティ機能に関係するオーバーヘッドを低減し得る。しかしながら、異なる要件は、無線アクセスネットワーク(RAN:radio access network)ノードおよびコアネットワークノードを、たとえば、サービス拒否(DoS:denial of service)攻撃および/またはパケットフラッディング攻撃などの望ましくない脆弱性に開放されたままにし得る。したがって、オーバーヘッドおよびレイテンシを増大させずにこれらの望ましくない脆弱性を克服または防止するための方法を見つけることが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下のことは、本開示のいくつかの態様の基本的な理解をもたらすように、そのような態様の簡略化された概要を提示する。本概要は、本開示のすべての企図された特徴の広範な概要ではなく、本開示のすべての態様の主要な要素または重要な要素を特定するものでもなく、本開示のいずれかまたはすべての態様の範囲を定めるものでもない。その唯一の目的は、後で提示されるより詳細な説明の前置きとして、本開示のいくつかの態様の様々な概念を簡略化された形態で提示することである。
【０００９】
いくつかの実装形態では、通信の方法は、ゲートウェイのみに知られていてよい第1の鍵をゲートウェイにおいて導出することを含み得る。ゲートウェイはまた、第1の鍵、および無線アクセスネットワーク(RAN)のノードに固有であってよいパラメータに基づいてよい、第2の鍵を導出し得る。ゲートウェイは、第2の鍵をRANのノードへ送信し得る。ゲートウェイはまた、第3の鍵を導出し得る。第3の鍵は、第2の鍵、およびセルラーデバイスに固有であってよいパラメータに基づいてよい。ゲートウェイは、次いで、第3の鍵をセルラーデバイスへ送信し得る。
【００１０】
いくつかの実装形態では、通信装置は、通信ネットワークのノードと通信し得る通信インターフェースと、通信インターフェースに結合され得る処理回路とを含み得る。処理回路は、通信装置のみに知られていてよい第1の鍵を導出するように構築、適合、および/または構成され得る。処理回路はまた、第1の鍵、および無線アクセスネットワーク(RAN)のノードに固有であってよいパラメータに基づいてよい、第2の鍵を導出し得る。処理回路は、第2の鍵をRANのノードへ通信装置に送信させ得る。処理回路はまた、第2の鍵、およびセルラーデバイスに固有のパラメータに基づいてよい、第3の鍵を導出し得る。処理回路は、第3の鍵をセルラーデバイスへ通信装置に送信させ得る。
【００１１】
いくつかの実装形態では、完全性保護された通信の方法は、第2の鍵を無線アクセスネットワーク(RAN)ノードにおいて受信することを含み得る。第2の鍵は、第1の鍵、およびRANノードに固有のパラメータに基づいてよい。方法はまた、デバイス識別情報および第1の完全性保護値(たとえば、メッセージ認証コード(MAC:message authentication code)またはトークンに起因する値)を含むスモールデータメッセージを、RANノードにおいて受信することを含み得る。RANノードは、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいてよい第3の鍵を導出し得る。RANノードは、次いで、第3の鍵を使用して第2の完全性保護値を導出し得る。第2の完全性保護値との第1の完全性保護値の比較が行われ得る。第1および第2の完全性保護値が等しくないことを比較の結果が示す場合、RANノードは、スモールデータメッセージを廃棄し得る。しかしながら、第1および第2の完全性保護値が等しいことを比較の結果が示す場合、RANノードは、スモールデータメッセージをゲートウェイへ送信し得る。
【００１２】
いくつかの実装形態では、ステートレスアクセス層セキュリティの方法が実践され得る。方法は、無線アクセスネットワーク(RAN)ノードにおいて第2の鍵を受信することを含み得る。第2の鍵は、第1の鍵、およびRANノードに固有のパラメータに基づいてよい。RANノードは、デバイス識別情報を含む暗号化されたスモールデータメッセージを受信し得る。スモールデータメッセージは、第3の鍵を用いて暗号化されていてよい。RANノードは、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいてよい第3の鍵を導出し得る。RANノードは、次いで、第3の鍵を使用してスモールデータメッセージを解読し得る。
【００１３】
いくつかの実装形態では、ステートレスアクセス層セキュリティの別の方法が実践され得る。方法は、無線アクセスネットワーク(RAN)ノードにおいて第2の鍵を受信することを含み得る。第2の鍵は、第1の鍵、およびRANノードに固有のパラメータに基づいてよい。RANノードは、デバイス識別情報を含むスモールデータメッセージを受信し得る。スモールデータメッセージは、第3の鍵を使用して暗号化されていてよく、スモールデータメッセージは、完全性保護値を含み得、ここで、完全性保護は、第3の鍵を使用して実施された。RANノードは、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいてよい第3の鍵を導出し得る。スモールデータメッセージは、第3の鍵を使用してRANノードにおいて解読され得る。追加として、完全性保護値は、第3の鍵を使用してRANノードにおいて検証され得る。
【００１４】
いくつかの実装形態では、オンデマンド完全性保護の方法が提供され得る。方法は、トラフィック負荷値を無線アクセスネットワーク(RAN)ノードによって監視することを含み得る。RANノードは、トラフィック負荷値が所定のしきい値を上回ることを検出し得る。RANノードは、トラフィック負荷値が所定のしきい値を上回るという検出に応答して、メッセージをセルラーデバイスへ送信し得る。メッセージは、RANノードへ送信される次の1つまたは複数のメッセージの中にトークンを含めるようにセルラーデバイスに要求し得る。
【００１５】
いくつかの実装形態では、通信装置などの装置は、通信ネットワークのノードと通信するための通信インターフェースと、通信インターフェースに結合された処理回路とを含み得る。装置は、完全性保護された通信のために使用され得る。いくつかの実装形態では、処理回路は、第2の鍵を受信するように構築、適合、および/または構成され得る。第2の鍵は、第1の鍵、および装置に固有のパラメータに基づいてよい。処理回路はまた、デバイス識別情報および第1の完全性保護値を含むスモールデータメッセージを受信し得る。処理回路は、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいてよい第3の鍵を導出し得る。処理回路は、次いで、第3の鍵を使用して第2の完全性保護値を導出し得る。第2の完全性保護値との第1の完全性保護値の比較が、処理回路において行われ得る。第1および第2の完全性保護値が等しくないことを比較の結果が示す場合、処理回路は、スモールデータメッセージを装置に廃棄させ得る。しかしながら、第1および第2の完全性保護値が等しいことを比較の結果が示す場合、処理回路は、スモールデータメッセージをゲートウェイへ装置に送信させ得る。
【００１６】
いくつかの実装形態では、通信装置などの装置は、通信ネットワークのノードと通信するための通信インターフェースと、通信インターフェースに結合された処理回路とを含み得る。装置は、ステートレスアクセス層セキュリティを実践するために使用され得る。いくつかの実装形態では、処理回路は、第2の鍵を受信するように構築、適合、および/または構成され得る。第2の鍵は、第1の鍵、および装置に固有のパラメータに基づいてよい。処理回路はまた、デバイス識別情報を含む暗号化されたスモールデータメッセージを受信し得る。いくつかの実装形態では、スモールデータメッセージは、第3の鍵を用いて暗号化されていてよい。処理回路は、第3の鍵を導出し得る。第3の鍵は、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいてよい。処理回路は、次いで、第3の鍵を使用してスモールデータメッセージを解読し得る。
【００１７】
いくつかの実装形態では、通信装置などの装置は、通信ネットワークのノードと通信するための通信インターフェースと、通信インターフェースに結合された処理回路とを含み得る。装置はまた、ステートレスアクセス層セキュリティを実践するために使用され得る。いくつかの実装形態では、処理回路は、第2の鍵を受信するように構築、適合、および/または構成され得る。第2の鍵は、第1の鍵、および装置に固有のパラメータに基づいてよい。処理回路はまた、デバイス識別情報を含むスモールデータメッセージを受信し得る。スモールデータメッセージは、第3の鍵を用いて暗号化されていてよく、スモールデータメッセージは、第3の鍵を使用して導出された完全性保護値を含み得る。処理回路は、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいてよい第3の鍵を導出し得る。処理回路は、第3の鍵を使用してスモールデータメッセージを解読し得る。処理回路はまた、第3の鍵を使用して完全性保護値を検証し得る。
【００１８】
いくつかの実装形態では、通信装置などの装置は、通信ネットワークのノードと通信するための通信インターフェースと、通信インターフェースに結合された処理回路とを含み得る。装置は、オンデマンド完全性保護された通信のために使用され得る。いくつかの実装形態では、処理回路は、トラフィック負荷値を監視するように構築、適合、および/または構成され得る。処理回路は、トラフィック負荷値が所定のしきい値を上回ることを検出し得る。処理回路は、次いで、トラフィック負荷値が所定のしきい値を上回るという検出に応答して、装置へ送信される次の1つまたは複数のメッセージの中にトークンを含めるようにセルラーデバイスに要求するメッセージを、セルラーデバイスへ装置に送信させ得る。
【００１９】
いくつかの実装形態では、通信の方法は、第3の鍵をセルラーデバイスにおいて受信することを含み得る。第3の鍵は、第2の鍵、およびセルラーデバイスの識別情報に基づいてよく、第2の鍵は、第1の鍵および無線アクセスネットワーク(RAN)ノード識別情報に基づいてよい。方法は、初期接続プロシージャの間にセキュリティプロトコルを構成および/または折衝することをさらに含み得る。セキュリティプロトコルは、セルラーデバイスがスモールデータメッセージを、セキュリティを用いずに送信し得るのか、完全性保護を用いて送信し得るのか、暗号化を用いて送信し得るのか、完全性保護および暗号化を用いて送信し得るのか、かつ/またはオンデマンド完全性保護を用いて送信し得るのかを決定し得る。いくつかの実装形態では、完全性保護および暗号化は、第3の鍵に基づいてよい。
【００２０】
いくつかの実装形態では、通信装置などの装置は、通信ネットワークのノードと通信するための通信インターフェースと、通信インターフェースに結合された処理回路とを含み得る。いくつかの実装形態では、処理回路は、第3の鍵を受信するように構築、適合、および/または構成され得る。第3の鍵は、第2の鍵、および装置の識別情報に基づいてよい。第2の鍵は、第1の鍵および無線アクセスネットワーク(RAN)ノード識別情報に基づいてよい。処理回路は、初期接続プロシージャの間にセキュリティプロトコルを構成および/または折衝するようにさらに構築、適合、および/または構成され得る。いくつかの実装形態では、セキュリティプロトコルは、装置がスモールデータメッセージを、セキュリティを用いずに送信するのか、完全性保護を用いて送信するのか、暗号化を用いて送信するのか、完全性保護および暗号化を用いて送信するのか、かつ/またはオンデマンド完全性保護を用いて送信するのかを決定し得る。いくつかの実装形態では、完全性保護および暗号化は、第3の鍵に基づいてよい。
【００２１】
いくつかの実装形態では、通信装置などの装置は、通信ネットワークのノードと通信するための通信インターフェースと、通信インターフェースに結合された処理回路とを含み得る。装置はまた、ステートレスアクセス層セキュリティを実践するために使用され得る。いくつかの実装形態では、処理回路は、第2の鍵、および装置に固有のパラメータに基づいている、第3の鍵を取得し、アクセス層セキュリティ構成を折衝し、第3の鍵を使用してアクセス層セキュリティ構成に基づいてスモールデータメッセージを保護し、第3の鍵を使用して保護されたスモールデータメッセージを送信するように構築、適合、および/または構成され得る。いくつかの実装形態では、処理回路は、RANノードとアクセス層セキュリティ構成を折衝し、第3の鍵を使用して保護されたスモールデータメッセージをRANノードへ送信するようにさらに適合され得る。いくつかの実装形態では、処理回路は、ゲートウェイから第3の鍵を取得するようにさらに適合され得、第2の鍵は、第1の鍵、およびRANノードに固有のパラメータに基づいており、第1の鍵は、ゲートウェイのみに知られている。いくつかの態様では、処理回路は、初期接続プロシージャの間にアクセス層セキュリティ構成を折衝するようにさらに適合され得る。いくつかの態様では、処理回路は、デバイスとの初期接続プロシージャの間にアクセス層セキュリティ構成を折衝するようにさらに適合され得、アクセス層セキュリティ構成は、スモールデータメッセージがデバイスから、セキュリティを用いずに送信されるのか、完全性保護を用いて送信されるのか、暗号化を用いて送信されるのか、完全性保護および暗号化を用いて送信されるのか、かつ/またはオンデマンド完全性保護を用いて送信されるのかを指定し、完全性保護および暗号化は、第3の鍵を使用して実行される。
【００２２】
様々な特徴、性質、および利点は、同様の参照符号が全体にわたって対応して識別する図面と併せて読まれると、以下に記載する詳細な説明から明らかになり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本開示の態様が適用され得る通信ネットワークの一例を示す図である。
【図２】本開示の態様が適用され得る通信ネットワークの別の例を示す図である。
【図３】本開示の態様が適用され得る通信ネットワークのまた別の例を示す図である。
【図４】本開示のいくつかの態様によるアクセス層セキュリティ鍵導出および供給プロセスの一例を示すフロー図である。
【図５】本開示のいくつかの態様による、セルラー式モノのインターネット(CIoT)の下での接続プロシージャの関連する一例を示すコールフロー図である。
【図６】本開示のいくつかの態様による、ステートレスアクセス層セキュリティ、ならびにセキュリティ鍵の取得、供給、および使用のうちの1つまたは複数をサポートし得る装置のハードウェア実装形態の一例を示すブロック図である。
【図７】本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセスの一例を示すフロー図である。
【図８】本開示の1つまたは複数の態様による、ステートレスアクセス層セキュリティ、ならびにセキュリティ鍵の取得、供給、および使用のうちの1つまたは複数をサポートし得る装置のハードウェア実装形態の別の例を示すブロック図である。
【図９】本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセスの別の例を示すフロー図である。
【図１０】本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセスの別の例を示すフロー図である。
【図１１】本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセスの別の例を示すフロー図である。
【図１２】本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセスの別の例を示すフロー図である。
【図１３】本開示の1つまたは複数の態様による、ステートレスアクセス層セキュリティ、ならびにセキュリティ鍵の取得、供給、および使用のうちの1つまたは複数をサポートし得る装置のハードウェア実装形態の別の例を示すブロック図である。
【図１４】本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセスの別の例を示すフロー図である。
【図１５】本開示のいくつかの態様において出現し得るときの、複数の通信エンティティを含むワイヤレス通信ネットワークの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
IoTデバイスは、限定はしないが、通信の機能、ならびに感知、作動、データ収集、データ記憶、および/またはデータ処理の随意の機能を有する、機器の任意の部分を含み得る。セルラーデバイス(たとえば、チップ構成要素、ワイヤレスデバイス、モバイルデバイス、ユーザ機器(UE)、端末)は、IoTデバイスとインターフェースし得る。インターフェースは、直接的に(たとえば、IoTデバイスがセルラーデバイスと一体であってよい)または間接的に(たとえば、Bluetooth(登録商標)などのローカルエリアネットワークを介して、IoTデバイスがセルラーデバイスにインターフェースし得る)達成され得る。参照しやすいように、別段に規定されていない限り、本明細書で行われるセルラーデバイスへの任意の参照が、IoTデバイスにインターフェースされたセルラーデバイス(すなわち、CIoTデバイス)への参照であることが理解されよう。
【００２５】
本明細書で使用する「取得する」という語は、導出する、生成する、算出する、検索する、受信する、要求するなどを意味することがあり、ローカルに取得することおよび/またはリモートで取得することを包含し得る。本明細書で使用する「取得する」という語は、部分的に取得することおよび/または完全に取得することを包含し得る。
【００２６】
本明細書で使用する「オンザフライで」という句は、動的にまたは必要に応じて行われてよいアクションを表すことがある。
【００２７】
概要
アイドルモードから接続済みモードにUEが遷移すると、UEおよびUEをサポートするネットワークは、従来、UEセキュリティコンテキスト(たとえば、セルラーデバイスごとのアクセス層(AS:access stratum)セキュリティコンテキスト)およびeRABベアラを確立する。しかしながら、セルラー式モノのインターネット(CIoT)デバイス(たとえば、IoTデバイスとインターフェースされたUE)の場合、オーバーヘッドを低減するために、関係者は、アクセス層(AS)セキュリティコンテキストの確立を排除するとともにモビリティ管理を排除することを提案している。モビリティ管理の排除(たとえば、MMEを排除する)は、ネットワークアーキテクチャの変更を必要とする。したがって、CIoTアーキテクチャは、CIoTサービングゲートウェイノード(C-SGN)と呼ばれる新たなノードを導入する。C-SGNは、MMEから残存する任意の必要な機能性を、サービングゲートウェイ(S-GW)の機能性と組み合わせる。
【００２８】
しかしながら、CIoTデバイスのためのアクセス層(AS)セキュリティおよびモビリティ管理を排除することは、無線アクセスネットワーク(RAN)ノード(たとえば、eNB)およびコアネットワークノードを、サービス拒否(DoS)攻撃および/またはパケットフラッディング攻撃などの望ましくない脆弱性に開放されたままにし得る。
【００２９】
本開示は、いくつかの態様では、セルラー式モノのインターネット(CIoT)基地局(C-BS)などのRANノードにおいて、セルラーデバイスごとのアクセス層(AS)セキュリティコンテキストを確立および/または維持することなく達成され得る、セキュリティ方式(たとえば、完全性保護、暗号化、またはその両方)に関する。アクセス層セキュリティの少なくともいくつかの方策が、セルラーデバイスごとのアクセス層セキュリティコンテキストを確立および/または維持することに関連するオーバーヘッドなしに実現され得る。
【００３０】
ゲートウェイ、たとえば、C-SGNは、3つの鍵を取得し得る。第1の鍵は、いかなる他の鍵からも導出されなくてよく、第1の鍵は、C-SGNのみに知られていてよい。第1の鍵は、たとえば、C-SGNによってランダムに生成され得る。第2の鍵は、第1の鍵、および無線アクセスネットワーク(RAN)ノードに固有のパラメータ(たとえば、eNBまたはC-BSの識別情報)に基づいてよい(たとえば、それを使用して導出されてよく、それを使用して生成されてよい)。第3の鍵は、第2の鍵、およびセルラーデバイスの識別情報に基づいてよい。識別情報は、たとえば、SAE一時モバイル加入者識別情報(S-TMSI:SAE-Temporary Mobile Subscriber Identity)であってよい。
【００３１】
C-SGNは、第2の鍵をRANノードに、かつ第3の鍵をセルラーデバイスに供給(たとえば、提供、送信、配信)し得る。第3の鍵は、たとえば、セキュアなNASメッセージを介してセルラーデバイスに供給され得る。
【００３２】
セルラーデバイスがCIoTメッセージ(「スモールデータメッセージ」と呼ばれる)を送信するとき、セルラーデバイスは、CIoTメッセージに完全性保護および/または暗号化を加えてよい。完全性保護および/または暗号化は、第3の鍵を使用して実行され得る。上述のように、第3の鍵は、第2の鍵、およびデバイスの識別情報に基づいてよい(たとえば、それを使用して導出されてよく、それを使用して生成されてよい)。セルラーデバイスは、完全性保護および/または暗号化されたCIoTメッセージ(たとえば、スモールデータメッセージ)をRANノードへ送信する。
【００３３】
いくつかの実装形態では、RANノードは、デバイスとのアクセス層(AS)セキュリティコンテキスト(たとえば、UEセキュリティコンテキスト)を確立および/または維持しなくてよい。アクセス層セキュリティコンテキストを確立および/または維持することは、状態表の使用および状態表に関連するデータの処理を必要とし、このオーバーヘッドは望ましくない。いくつかの実装形態では、RANノードは、RRCシグナリングを使用して、CIoTメッセージのためのアクセス層セキュリティ構成(たとえば、暗号化または完全性保護)を有効化/無効化するようにデバイスを構成し得る。アクセス層セキュリティ構成は、アクセス層セキュリティ保護構成と呼ばれることもある。アクセス層セキュリティ構成は、トリガイベント時にRANノードまたはC-SGNによってトリガされ得る。トリガイベントは、たとえば、偽の(たとえば、誤った、模造の、本物でない)パケット注入の検出、またはサービス拒否攻撃などの攻撃の検出を含んでよい。
【００３４】
本明細書で提示する例において説明するようなアクセス層セキュリティがトリガまたは使用されるとき、RANノードは、オンザフライで、(C-SGNによってRANノードに供給された)第2の鍵、およびセルラーデバイスの識別情報を使用して、第3の鍵の複製を取得(たとえば、導出、生成)し得る。セルラーデバイスの識別情報は、RANノードにおいて取得されるすべてのスモールデータメッセージに含められ、第2の鍵は、セルラーデバイスの識別情報に依存せず、したがって、セキュリティ方式は、状態表が必要とされないという点でステートレスである。第3の鍵を使用して、RANノードは、構成に基づいてスモールデータを検証、解読、またはその両方を行うことができる。一態様では、RANノードは、第3の鍵によって保護(完全性保護および/または暗号化)されたスモールデータメッセージを受信し得、次いで、スモールデータメッセージの完全性保護を検証し得(すなわち、C-SGNから第3の鍵を取得したデバイスからスモールデータメッセージが送信されたことを検証するために)、かつ/またはスモールデータメッセージを解読し得る。
【００３５】
例示的な動作環境
図1は、本開示の態様が適用され得る通信ネットワーク100の一例を示す図である。無線アクセスネットワーク(RAN)は、(RANノード102と呼ばれる)1つまたは複数のネットワークアクセスノード(たとえば、セルラー式モノのインターネット(CIoT)基地局(C-BS)、eノードB)を含み得る。本明細書で提示する技法は、RANノード102(たとえば、C-BS、eノードB)、セルラーデバイス116、122、および/またはCIoTデバイス136、142に鍵を供給するために使用され得る。鍵(たとえば、暗号鍵、数学的に導出される鍵)は、スモールデータメッセージを完全性保護および/または暗号化するために使用され得る。スモールデータメッセージの完全性保護および/または暗号化は、望ましくは、通信ネットワーク100にアクセス層セキュリティおよび保護を加える。
【００３６】
図1の例では、RANノード102は、複数のアンテナグループ、すなわち、アンテナ104および106を含む1つのグループ、アンテナ108および110を含む別のグループ、ならびにアンテナ112および114を含むさらなるグループを含み得る。図1において、アンテナグループごとに2つのアンテナが示されるが、もっと多数またはもっと少数のアンテナがアンテナグループごとに利用されてよい。セルラーデバイス116は、アンテナ112および114と通信していてよく、ここで、アンテナ112および114は、順方向リンク120(たとえば、ダウンリンク)を介して情報をセルラーデバイス116へ送信し、逆方向リンク118(たとえば、アップリンク)を介してセルラーデバイス116から情報を受信する。セルラーデバイス122は、アンテナ104および106と通信していてよく、ここで、アンテナ104および106は、順方向リンク126を介して情報をセルラーデバイス122へ送信し、逆方向リンク124を介してセルラーデバイス122から情報を受信する。RANノード102も、他のセルラーデバイスと通信していてよく、他のセルラーデバイスは、たとえば、モノのインターネット(IoT)デバイスとインターフェースし得る。たとえば、IoTデバイス150は、セルラーデバイス116と通信していてよく、順方向リンク121を介してIoTデバイス150へ情報が送信され得、逆方向リンク119を介してIoTデバイス150からセルラーデバイス116へ情報が送信され得る。IoTデバイスに(たとえば、直接的または間接的に)インターフェースされたセルラーデバイス(セルラー式モノのインターネット(CIoT)デバイス136またはCIoTデバイス136と総称される)は、RANノード102の1つまたは複数の他のアンテナと通信していてよく、ここで、アンテナは、順方向リンク140を介して情報をCIoTデバイス136へ送信し、逆方向リンク138を介してCIoTデバイス136から情報を受信する。CIoTデバイス142は、RANノード102の1つまたは複数の他のアンテナと通信していてよく、ここで、アンテナは、順方向リンク146を介して情報をCIoTデバイス142へ送信し、逆方向リンク144を介してCIoTデバイス142から情報を受信する。RANノード102は、1つまたは複数の通信リンクおよび/または参照点128によってコアネットワーク130に結合され得る。
【００３７】
本開示全体にわたって提示される様々な概念は、幅広い電気通信システム、ネットワークアーキテクチャ、および通信規格にわたって実施され得る。たとえば、第3世代パートナーシッププロジェクト(3GPP)は、しばしば、ロングタームエボリューション(LTE)ネットワークと呼ばれる、発展型パケットシステム(EPS)を伴うネットワーク用のいくつかのワイヤレス通信規格を定義する標準化団体である。第5世代(5G)ネットワークなどのLTEネットワークの発展型バージョンは、限定はしないが、ウェブブラウジング、ビデオストリーミング、VoIP、ミッションクリティカルアプリケーション、マルチホップネットワーク、リアルタイムのフィードバックを伴う遠隔操作(たとえば、遠隔手術)などを含む、多くの異なるタイプのサービスまたはアプリケーションを提供し得る。LTEネットワークの発展は進行中のプロセスである。発展は、IoTデバイスにインターフェースされたセルラーデバイスを含むすべてのセルラーデバイスとの改善された相互運用性のために行われる変更/修正/代替を含む。したがって、デバイス116、122、150、136、142、RANノード102、およびコアネットワーク130内のノードへの変更/修正/代替の例が本明細書で説明される。
【００３８】
ワイヤレスセルラー通信ネットワークは、2つのレベルでセキュリティに対処する。これらのレベルは、アクセス層(AS)および非アクセス層(NAS:non-access stratum)と呼ばれる。一例としてロングタームエボリューション(LTE)を使用すると、アクセス層は、RANとセルラーデバイスとの間の、ワイヤレス電気通信プロトコルスタックの中の機能レイヤとして表されることがある。アクセス層プロトコルレイヤは、RANとセルラーデバイスとの間のワイヤレス接続を介してデータをトランスポートすること、および無線リソースを管理することを担当し得る。非アクセス層は、コアネットワークとセルラーデバイスとの間の、ワイヤレス電気通信プロトコルスタックの中の機能レイヤであってよい。非アクセス層プロトコルレイヤは、通信セッションの確立を管理するために、また移動するときにセルラーデバイスとの継続的な通信を維持するために使用され得る。非アクセス層プロトコルレイヤはまた、セルラーデバイスとコアネットワークのノード(たとえば、MMEまたはC-SGN)との間でのメッセージの通過のために使用されてよく、ここで、メッセージは、透過的にRANを通過する。NASメッセージの例は、更新メッセージ、接続要求メッセージ、接続受付メッセージ、認証メッセージ、およびサービス要求を含む。
【００３９】
オーバーヘッドおよびレイテンシを低減するために、3GPP規格設定団体は、セルラーデバイスを通過する他の通信に対する要件と比較して、CIoTに対する異なる要件を提案している。しかしながら、これらの要件は、RANノードおよびコアネットワークを、望ましくない脆弱性に開放されたままにし得る。
【００４０】
異なる要件の中にアクセス層セキュリティの排除がある。アクセス層セキュリティは、セルラーデバイスとeノードBとの間のエアインターフェースにおけるセキュリティに関する。CIoTメッセージは、NASレイヤの中で制御プレーンにおいてセルラーデバイスからコアネットワークへ送信されるように提案される。本明細書でスモールデータメッセージと呼ぶCIoTメッセージは、既存のNASセキュリティによってそのように保護される。しかしながら、以下で説明するように、ASセキュリティを排除することは、RANノードおよびコアネットワークを、望ましくない脆弱性に開放されたままにし得る。
【００４１】
また、異なる要件の中にCIoTのためのモビリティサポートの排除がある。IoTデバイスは、一日中くまなく周期的な報告を送信することによって動作し得、長く伸びた時間にわたってコアネットワークに接続されたままではない。多くのIoTデバイスは固定であり、セルを通って移動せず、むしろ1つのセルの境界内の固定ロケーションにとどまる。自動車、人間、小包などに結合されたものなどの他のIoTデバイスは、セルを通って移動し、すなわちローミングする。IoTデバイスは、ネットワークを通ってローミングし、報告を送信すべき時間が来るとセルの中でウェイクアップし、それらの報告をそのセル内から送信するので、セル間接続済みモードモビリティは必要とされなくてよい。
【００４２】
したがって、CIoTアーキテクチャにおいて接続済みモードモビリティがサポートされなくてよい。モビリティ管理の排除は、RANの中のeノードBとコアネットワークの中のMMEの両方にとって、オーバーヘッドの低減をもたらす。したがって、CIoTアーキテクチャは、CIoTサービングゲートウェイノード(C-SGN)と呼ばれる新たなノードを導入する。C-SGNは、MMEから残存する任意の必要な機能性を、サービングゲートウェイ(S-GW)の機能性と組み合わせる。C-SGNは、3Gにおけるサービング汎用パケット無線サービス(GPRS)サポートノード(SGSN)に相当してよい。
【００４３】
図2は、本開示の態様が適用され得る通信ネットワーク200の別の例を示す図である。たとえば、本明細書で提示する技法は、第1のRANノード204(たとえば、C-BS)およびCIoTデバイス206に鍵を供給するためにゲートウェイ202(たとえば、C-SGN)によって使用され得る。図2の例示的な図は、CIoTデバイス206を伴う非ローミングシナリオに対するCIoTアーキテクチャを表す。図2の態様では、パケットデータネットワークゲートウェイ(P-GW:packet data network gateway)の機能は、ゲートウェイ202(たとえば、C-SGN)の機能と統合され得る。追加または代替として、実装オプション240として、P-GWの機能は、P-GW237においてゲートウェイ202から分離され得る。実装オプション240によれば、ゲートウェイ202(たとえば、C-SGN)とP-GW237との間でS5参照点239が使用され得る。S5参照点は、ゲートウェイ202(たとえば、C-SGN)とP-GW237との間でのユーザプレーントンネリングおよびトンネル管理を提供し得る。たとえば、ゲートウェイ202(たとえば、C-SGN)が、パケットデータネットワーク接続性のために、一緒に置かれていないP-GW237に接続する場合、S5参照点が使用され得る。したがって、図2の例示的な非ローミングシナリオにおいてさえ、ゲートウェイ202(たとえば、C-SGN)およびP-GW237は、随意に、別個のエンティティであってよい(たとえば、それらは一緒に置かれなくてよい)。
【００４４】
図2の例示的な図では、ゲートウェイ202によって供給される鍵は、スモールデータメッセージを完全性保護および/または暗号化するために使用され得、それによって、アクセス層保護を通信ネットワーク200に提供し得る。
【００４５】
図2の例では、CIoTデバイス206は、セルラーデバイス210にインターフェースされたIoTデバイス208として表されてよい。インターフェースは、直接的(たとえば、IoTデバイス208がセルラーデバイス210に配線接続されてよい)または間接的(たとえば、IoTデバイス208がBluetooth(登録商標)ワイヤレスネットワークなどの中間的な通信ネットワークを介してセルラーデバイス210に結合されてよい)であってよい。CIoTデバイス206は、C-Uu参照点212(参照点はネットワークインターフェースと呼ばれることもある)を介して第1のRANノード204(たとえば、C-BS)とワイヤレス通信し得る。第1のRANノード204(たとえば、C-BS)は、S1参照点または等価な参照点を介してゲートウェイ202(たとえば、C-SGN)と通信し得る。いくつかの態様では、図2に示すように、第1のRANノード204は、S1-lite214参照点を介してゲートウェイ202と通信し得る。S1-liteは、スモールデータメッセージに対して最適化されている、S1の「軽量」バージョンである。たとえば、CIoTプロシージャをサポートするために必要とされるS1アプリケーションプロトコル(S1AP)メッセージおよび情報要素(IE:information element)だけが、S1-liteに含まれてよい。概して、参照点(たとえば、ネットワークインターフェース)は、S1参照点、S1-lite214参照点、または等価な参照点であってよい。
【００４６】
ロングタームエボリューション(LTE)またはマシンタイプ通信(MTC:Machine Type Communication)セルラーデバイス216も図2に示される。LTEまたはMTCセルラーデバイス216は、LTE Uu(eMTC)参照点218を介して第2のRANノード220(たとえば、eノードB)とワイヤレス通信し得る。
【００４７】
第2のRANノード220は、S1参照点を介してゲートウェイ202と通信し得る。いくつかの態様では、図2に示すように、第2のRANノード220は、S1-lite222参照点を介してゲートウェイ202と通信し得る。
【００４８】
ゲートウェイ202は、ホーム加入者サーバ224(HSS:home subscriber server)と通信し得る。HSS224は、ユーザ加入情報を収容するデータベースを記憶および更新し得、ユーザ識別情報鍵からセキュリティ情報を生成し得る。HSS224は、S6a226参照点を介してゲートウェイ202と通信し得る。S6a226参照点は、通信ネットワーク200へのユーザアクセスを認証/許可するための加入および認証データの転送を可能にする。ゲートウェイ202は、ショートメッセージサービス(SMS)ゲートウェイモバイル交換センター(SMS-GMSC)/インターワーキングモバイル交換センター(IWMSC)/SMSルータ(すなわち、SMS-GMSC/IWMSC/SMSルータ228)と通信し得る。概して、SMS-GMSC/IWMSC/SMSルータ228は、他のネットワークとのショートメッセージサービスのための接点である。SMS-GMSC/IWMSC/SMSルータ228は、Gd/Gdd230参照点を介してゲートウェイ202と通信し得る。ゲートウェイ202は、アプリケーションサーバ232と通信し得る。
【００４９】
概して、アプリケーションサーバ232は、サービスプロバイダのアプリケーションをホストし得る。アプリケーションサーバ232は、パケットデータネットワーク(たとえば、インターネット)に配置され得る。アプリケーションサーバ232は、SGi234参照点を介してゲートウェイ202と通信し得る。SGi234は、ゲートウェイ202(たとえば、C-SGN)とパケットデータネットワークとの間の参照点である。
【００５０】
図3は、本開示の態様が適用され得る通信ネットワーク300のまた別の例を示す図である。たとえば、本明細書で提示する技法は、第1のRANノード304(たとえば、C-BS)およびCIoTデバイス306に鍵を供給するためにゲートウェイ302(たとえば、C-SGN)によって使用され得る。図3の例示的な図は、CIoTデバイス306を伴うローミングシナリオに対するCIoTアーキテクチャを表す。
【００５１】
図3の例示的な図では、ゲートウェイ302によって供給される鍵は、スモールデータメッセージを完全性保護および/または暗号化するために使用され得、それによって、アクセス層保護を通信ネットワーク300に提供し得る。
【００５２】
図3のノードは、ゲートウェイ302(たとえば、C-SGN)の外部の、かつ/またはそれと一緒に置かれない、パケットデータネットワーク(PDN)ゲートウェイ(P-GW)336ノードの追加を除いて、図2のノードと同じまたは類似である。完全のために図3の説明が続く。
【００５３】
図3の例では、CIoTデバイス306は、セルラーデバイス310にインターフェースされたIoTデバイス308として表されてよい。インターフェースは、直接的(たとえば、IoTデバイス308がセルラーデバイス310に配線接続されてよい)または間接的(たとえば、IoTデバイス308がBluetooth(登録商標)ワイヤレスネットワークなどの中間的な通信ネットワークを介してセルラーデバイス310に結合されてよい)であってよい。CIoTデバイス306は、C-Uu参照点312(参照点はネットワークインターフェースと呼ばれることもある)を介して第1のRANノード304(たとえば、C-BS)とワイヤレス通信し得る。第1のRANノード304(たとえば、C-BS)は、S1参照点を介してゲートウェイ302(たとえば、C-SGN)と通信し得る。いくつかの態様では、図3に示すように、第1のRANノード304は、S1-lite314参照点を介してゲートウェイ302と通信し得る。S1-liteは、スモールデータメッセージに対して最適化されている、S1のバージョンである。たとえば、CIoTプロシージャをサポートするために必要とされるS1アプリケーションプロトコル(S1AP)メッセージおよび情報要素(IE)だけが、S1-liteに含まれてよい。概して、参照点(たとえば、ネットワークインターフェース)は、S1参照点、S1-lite314参照点、または等価な参照点であってよい。
【００５４】
ロングタームエボリューション(LTE)またはマシンタイプ通信(MTC)セルラーデバイス316も図3に示される。LTEまたはMTCセルラーデバイス316は、LTE Uu(eMTC)参照点318を介して第2のRANノード320(たとえば、eノードB)とワイヤレス通信し得る。
【００５５】
第2のRANノード320は、S1参照点を介してゲートウェイ302と通信し得る。いくつかの態様では、図3に示すように、第2のRANノード320は、S1-lite322参照点を介してゲートウェイ302と通信し得る。
【００５６】
ゲートウェイ302は、ホーム加入者サーバ324(HSS)と通信し得る。HSS324は、ユーザ加入情報を収容するデータベースを記憶および更新し得、ユーザ識別情報鍵からセキュリティ情報を生成し得る。HSS324は、S6a326参照点を介してゲートウェイ302と通信し得る。S6a326参照点は、通信ネットワーク300へのユーザアクセスを認証/許可するための加入および認証データの転送を可能にする。ゲートウェイ302は、ショートメッセージサービス(SMS)ゲートウェイモバイル交換センター(SMS-GMSC)/インターワーキングモバイル交換センター(IWMSC)/SMSルータ(すなわち、SMS-GMSC/IWMSC/SMSルータ328)と通信し得る。概して、SMS-GMSC/IWMSC/SMSルータ328は、他のネットワークとのショートメッセージサービスのための接点である。SMS-GMSC/IWMSC/SMSルータ328は、Gd/Gdd330参照点を介してゲートウェイ302と通信し得る。ゲートウェイ302は、アプリケーションサーバ332と通信し得る。
【００５７】
概して、アプリケーションサーバ332は、サービスプロバイダのアプリケーションをホストし得る。アプリケーションサーバ332は、パケットデータネットワーク(たとえば、インターネット)に配置され得る。アプリケーションサーバ332は、SGi334参照点を介してP-GW336と通信し得る。SGi334は、パケットデータネットワークにおけるP-GW336とアプリケーションサーバ332との間の参照点である。P-GW336は、S8 338参照点を介してゲートウェイ302(たとえば、C-SGN)と通信し得る。S8 338参照点は、概して、ビジターパブリックランドモバイルネットワーク(VPLMN:Visitor Public Land Mobile Network)の中のサービングGW(または、図3の場合にはC-SGN)とホームパブリックランドモバイルネットワーク(HPLMN:Home Public Land Mobile Network)の中のP-GWとの間に、ユーザおよび制御プレーンインターフェースを提供する、パブリックランドモバイルネットワーク間の(PLMN間の)参照点である。
【００５８】
図3の態様では、P-GW機能は、P-GW336において、または実装オプション340としてP-GW337において、ゲートウェイ302から分離され得る。実装オプション340の場合には、ゲートウェイ302(たとえば、C-SGN)とP-GW337との間でS5参照点339が使用され得る。S5参照点は、ゲートウェイ302(たとえば、C-SGN)とP-GW337との間でのユーザプレーントンネリングおよびトンネル管理を提供し得る。たとえば、ゲートウェイ302(たとえば、C-SGN)が、パケットデータネットワーク接続性のために、一緒に置かれていないP-GW337に接続する場合、S5参照点が使用され得る。
【００５９】
本明細書で説明する例示的な態様では、セルラーデバイスは、モノのインターネット(IoT)デバイスにインターフェースされ得る。セルラーデバイスを介してIoTデバイスとコアネットワークとの間で送信されるデータメッセージ(たとえば、スモールデータメッセージ)に関して例示的な態様が説明されるが、本明細書で説明する態様は、スモールデータメッセージに限定されず、他のタイプのデータメッセージへの適用可能性を有する。
【００６０】
例示的なステートレスアクセス層セキュリティプロセス
図4は、本開示のいくつかの態様によるアクセス層セキュリティ鍵導出および供給プロセス400の一例を示すフロー図である。ゲートウェイは、最初に第1の鍵を取得(たとえば、導出、生成、算出、検索、受信、要求など)し得る(402)。ゲートウェイは、CIoTサービングゲートウェイノード(C-SGN)であってよい。C-SGNは、CIoT使用事例のための機能性をサポートするように実装され得るゲートウェイであってよい。C-SGNは、CIoT使用事例にとって有用であるLTEモビリティ管理エンティティ(MME)、LTEサービングゲートウェイ(S-GW)、およびLTEパケットデータネットワークゲートウェイ(P-GW)のそれらの態様を組み込み得る。本明細書におけるC-SGNへの言及は便宜のためである。本明細書で説明する態様は、ゲートウェイとしてC-SGNを使用する実装形態に限定されない。いくつかの態様では、C-SGNおよびゲートウェイという用語は、本明細書で互換的に使用され得る。
【００６１】
第1の鍵は、マスタアクセス層セキュリティ鍵(MASK:Master Access Stratum security Key)と呼ばれることがある。いくつかの態様では、第1の鍵は、いかなる他の鍵からも取得されない。たとえば、第1の鍵は、他の鍵材料から導出されない。いくつかの態様では、第1の鍵は、C-SGNにおいてランダムに取得され得る。たとえば、いくつかの態様では、第1の鍵は、C-SGNにおいてランダムに生成され得る。第1の鍵は、C-SGNのみに知られていてよい。
【００６２】
C-SGNは、次に第2の鍵を取得し得る(404)。第2の鍵は、基地局アクセス層セキュリティ鍵(BASK:Base Station Access Stratum security Key)と呼ばれることがある。第2の鍵は、第1の鍵(たとえば、MASK)、および無線アクセスネットワーク(RAN)ノード(たとえば、eノードB、C-BS)に固有のパラメータから取得され得る。RANノードに固有のパラメータは、RANノードの識別情報であってよい。一態様では、RANノードの識別情報は、CIoT基地局識別情報(C-BS ID)であってよい。C-BS IDは、たとえば、LTEにおけるeノードB IDに相当してよい。第2の鍵は、鍵導出関数(KDF:key derivation function)を使用して取得され得る。たとえば、第2の鍵は、
第2の鍵=KDF(MASK,C-BS ID)
として与えられてよく、ただし、KDFは鍵導出関数であり、MASKは第1の鍵であり、C-BS IDはCIoT基地局識別情報である。
【００６３】
第2の鍵は、ゲートウェイによってRANノード(たとえば、C-BS)に供給され得る(406)。少なくとも第2の鍵が第1の鍵、および無線アクセスネットワーク(RAN)ノードに固有のパラメータに基づいているので、セルラーネットワークへのセルラーデバイスの初期接続の前に、その間に、またはその後に、第2の鍵がRANノードに供給され得る。
【００６４】
C-SGNは、第3の鍵をまたさらに取得し得る。第3の鍵は、デバイスアクセス層セキュリティ鍵(DASK:Device Access Stratum security Key)と呼ばれることがある。第3の鍵は、第2の鍵(たとえば、BASK)、およびセルラーデバイスに固有のパラメータから取得され得る。セルラーデバイスに固有のパラメータは、セルラーデバイスの識別情報であってよい。セルラーデバイスの識別情報は、たとえば、SAE一時モバイル加入者識別情報(S-TMSI)であってよい。
【００６５】
第3の鍵は、鍵導出関数(KDF)を使用して取得され得る。たとえば、第3の鍵は、
第3の鍵=KDF(BASK,セルラーデバイスID)
として与えられてよく、ただし、KDFは鍵導出関数であり、BASKは第2の鍵であり、セルラーデバイスIDはセルラーデバイスの識別情報である。
【００６６】
いくつかの態様では、ゲートウェイ(たとえば、C-GSN)は、第3の鍵(たとえば、DASK)をセルラーデバイスに供給し得る(410)。
【００６７】
いくつかの態様では、セルラーデバイスは、スモールデータメッセージに完全性保護を加えてよく、ここで、完全性保護は、たとえば、第3の鍵(たとえば、DASK)、およびデバイスの識別情報に基づいてよい。セルラーデバイスは、追加または代替として、スモールデータメッセージを暗号化し得、ここで、暗号化は、第3の鍵(たとえば、DASK)を使用して実行され得る。完全性保護および/または暗号化されたスモールデータメッセージは、セルラーデバイスからRANノードへ送信され得る。
【００６８】
第3の鍵は、セキュアな非アクセス層(NAS)メッセージを介してセルラーデバイスに供給(たとえば、送信)され得る(すなわち、NASセキュリティモードコマンドが完了する)。セキュアなNASメッセージの一例は、初期接続プロシージャの完了に成功するとセルラーデバイスへ送信される、接続受付メッセージであってよい。代替として、第3の鍵は、暗号化された情報要素(IE)としてセルラーデバイスへ送信され得る。この代替形態では、IEは、IEを暗号化するために使用されたアルゴリズムを識別するアルゴリズム識別子を含み得る。
【００６９】
いくつかの態様では、RANノードは、デバイスとのアクセス層セキュリティコンテキストを確立および/または維持しない。アクセス層セキュリティコンテキストを確立および/または維持することは、状態表の使用および状態表に関連するデータの処理を必要とし得る。状態表および関連する処理は、オーバーヘッドの消耗を表し得、そのことは、たとえば、CIoTでは望ましくない。代わりに、ステートレスセキュリティ方式の態様が本明細書で開示される。たとえば、RANノードは、ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)によってRANノードに供給された第2の鍵(たとえば、BASK)を所有する。一例では、RANノードは、第2の鍵(たとえば、BASK)、およびセルラーデバイスの識別情報からオンザフライで(たとえば、動的に、必要に応じて)、第3の鍵(たとえば、DASK)を取得し得る。セルラーデバイスの識別情報は、RANノードにおいて取得されるすべてのスモールデータメッセージに含められ、第2の鍵は、セルラーデバイスの識別情報に依存せず、したがって、セキュリティ方式は、少なくとも状態表が必要とされないという点でステートレスである。
【００７０】
RANノードは、次いで、オンザフライで取得(たとえば、導出、生成)した第3の鍵(たとえば、DASK)を使用して、デバイスから取得されているスモールデータメッセージの完全性を検証し得、かつ/またはそうしたスモールデータメッセージを解読し得る。本明細書で説明する例示的な鍵生成および供給方式を使用すると、既存のメッセージの助けをかりてASセキュリティの方策が実施され得る。オーバーヘッドは増大しない。RANノードは、それ自体およびコアネットワークをサービス拒否攻撃および/またはフラッディング攻撃などの脆弱性から保護し得る。
【００７１】
図5は、本開示のいくつかの態様による、セルラー式モノのインターネット(CIoT)の下での接続プロシージャの一例を示すコールフロー図500である。図5の態様では、セルラーデバイス502(たとえば、CIoTデバイス)、RANノード504(たとえば、C-BS)、コアネットワークゲートウェイ(たとえば、CIoTサービングゲートウェイノード(C-SGN)506)、ホーム加入者サーバ(HSS)508、およびP-GW510が含まれる。P-GW510は、セルラーデバイス502がローミングしているシナリオのために示される。
【００７２】
図5の例示的なコールフローは、RRC接続確立プロシージャが実行される時に開始し得る(520)。RRC接続確立プロシージャの実行中、セルラーデバイス502およびRANノード504は、本明細書において後で説明するように、1つもしくは複数のナンス値(たとえば、ナンス-デバイス、ナンス-RAN)および/または1つもしくは複数のタイムスタンプ値を互いに提供し得る。セルラーデバイス502は、接続要求522を送信することによって示される接続プロシージャを実行し得る。接続プロシージャの間、セルラーデバイス502は、接続がCIoTスモールデータメッセージ用であることを示し得る(たとえば、「CIoT接続」が接続要求522のパラメータとして含まれ得る)。RANノード504(たとえば、C-BS)は、セルラーデバイス表示に基づいて、または事前構成に基づいて、CIoTに対して最適化されたC-SGN506を選択し得る。セルラーデバイス502はまた、特定のデータタイプ(たとえば、IPおよび/もしくは非IPならびに/またはSMS)を示し得る。アクセスポイント名(APN:Access Point Name)が示され得る。APNは、セルラーデバイス502が接続性を要求する先のC-SGN506および/またはP-GW510を識別し得、C-SGN506が配置されるパブリックランドモバイルネットワーク(PLMN)および/またはP-GW510が配置されるPLMNを識別するAPN事業者識別子を含み得る。
【００７３】
上記のように、C-SGN506は、RANノード504(たとえば、C-BS)用の第2の鍵(たとえば、BASK)を取得し得る。C-SGN506は、NASメッセージ524の中で第2の鍵をRANノード504(たとえば、C-BS)に供給し得る。
【００７４】
C-SGN506は、任意の必要とされる認証/セキュリティプロシージャ526を実行し得る。
【００７５】
C-SGN506は、ロケーション更新をホーム加入者サーバ508(HSS)とともに実行し得、加入情報528を検索し得る。
【００７６】
C-SGN506は、接続要求522を処理し得、接続要求522を用いて提供されたパラメータに基づいて、IPベアラサービスを確立することが必要であるかどうかを決定し得る。データタイプパラメータが「IP」として識別される場合、PDNタイプは、割り振られるべきIPアドレスのタイプ(すなわち、IPv4、IPv6)を示す。C-SGN506は、接続要求522の中のPDNタイプに基づいてIPアドレスを割り振り得る。NASセッション管理シグナリングは、必要とされなくてよい。ローミングシナリオにおいて、C-SGN506は、これがCIoT接続要求であることを示すとともにデータタイプを示すセッション作成要求(または、新たな制御メッセージ)をP-GWへ送信し得る(530)。P-GWは、接続要求の中のPDNタイプに基づいてIPアドレスを割り振り得る。
【００７７】
ローミングシナリオのみにおいて、データタイプに応じて、P-GWは、セッション作成応答(または、新たな制御メッセージ)をC-SGNへ送信し得る(532)。IPデータの場合(たとえば、データタイプ=IP)に対して、セッション作成応答は、割り振られたIPアドレスを含み得る。
【００７８】
C-SGNは、いかなるセッション管理メッセージも用いずに、接続受付メッセージ534をセルラーデバイス502へ送信することによって応答し得る。データタイプ=IPの場合、割り振られたIPアドレスは、セルラーデバイス502へ送信され得る。接続受付メッセージは、グローバル固有一時識別子(GUTI:Globally Unique Temporary Identifier)を含み得る。GUTIは、セルラーデバイス502の初期接続プロシージャの間にC-SGN(または、C-SGNのMME機能)によって割り当てられ得る。
【００７９】
上記のように、接続プロシージャ(たとえば、初期接続)の間、C-SGN506は、セルラーデバイス502用の第3の鍵(たとえば、DASK)を取得し得る。いくつかの態様によれば、C-SGN506は、NASメッセージの中で(たとえば、接続受付メッセージ534の中で)第3の鍵をセルラーデバイスに供給し得る。
【００８０】
セルラーデバイス502は、接続完了メッセージ536を用いて応答し得る。
【００８１】
RRC接続が解放され得る(538)。
【００８２】
図6は、本開示の態様による、ステートレスアクセス層セキュリティ、ならびにセキュリティ鍵の取得(たとえば、導出、生成、算出、検索、受信、要求など)、供給、および使用のうちの1つまたは複数をサポートできる装置600(たとえば、電子デバイス)のハードウェア実装形態の一例を示すブロック図である。装置600は、ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)、RANノード(たとえば、基地局、eNB、C-BS)、セルラーデバイス(たとえば、CIoTデバイス)、またはモバイルフォン、スマートフォン、タブレット、ポータブルコンピュータ、サーバ、パーソナルコンピュータ、センサー、エンターテインメントデバイス、医療デバイスなどのワイヤレス通信をサポートするいくつかの他のタイプのデバイス、あるいはワイヤレス通信回路構成を有する任意の他の電子デバイス内に実装され得る。
【００８３】
装置600(たとえば、通信装置)は、通信インターフェース602(たとえば、少なくとも1つのトランシーバ)、記憶媒体604、ユーザインターフェース606、(たとえば、1つまたは複数のセキュリティ鍵618を記憶する)メモリデバイス608、および処理回路610を含み得る。様々な実装形態では、ユーザインターフェース606は、キーパッド、ディスプレイ、スピーカー、マイクロフォン、タッチスクリーンディスプレイ、またはユーザから入力を受け取り、もしくは出力をユーザへ送るための、いくつかの他の回路構成のうちの1つまたは複数を含み得る。
【００８４】
これらの構成要素は、図6において接続線によって概略的に表されるシグナリングバス640または他の好適な構成要素を介して、互いに結合されてよく、かつ/または互いに電気通信するように配置されてよい。シグナリングバス640は、処理回路610の特定の適用例および全体的な設計制約に応じて、任意の数の相互接続バスおよびブリッジを含み得る。シグナリングバス640は、通信インターフェース602、記憶媒体604、ユーザインターフェース606、およびメモリデバイス608の各々が、処理回路610に結合され、かつ/または処理回路610と電気通信するように、様々な回路を一緒にリンクさせる。シグナリングバス640はまた、タイミングソース、周辺装置、電圧調整器、および電力管理回路などの様々な他の回路(図示せず)をリンクさせ得、それらは当技術分野でよく知られており、したがって、これ以上説明しない。
【００８５】
通信インターフェース602は、装置600のワイヤレス通信を容易にするように適合され得る。たとえば、通信インターフェース602は、ネットワークの中の1つまたは複数の通信デバイスに関して双方向への情報の通信を容易にするように適合された回路構成および/またはプログラミングを含み得る。いくつかの実装形態では、通信インターフェース602は、ワイヤベースの通信のために構築、適合、および/または構成され得る。いくつかの実装形態では、通信インターフェース602は、ワイヤレス通信システム内でのワイヤレス通信のための1つまたは複数のアンテナ612に結合され得る。通信インターフェース602は、1つまたは複数のスタンドアロンの受信機および/または送信機、ならびに1つまたは複数のトランシーバを用いて構築、適合、および/または構成され得る。図示の例では、通信インターフェース602は、送信機614および受信機616を含む。
【００８６】
メモリデバイス608は、1つまたは複数のメモリデバイスを表し得る。図示のように、メモリデバイス608は、装置600によって使用される他の情報とともにセキュリティ鍵618を保持し得る。いくつかの実装形態では、メモリデバイス608および記憶媒体604は、共通メモリ構成要素として実装される。メモリデバイス608はまた、処理回路610、または装置600のいくつかの他の構成要素によって操作される、データを記憶するために使用され得る。
【００８７】
記憶媒体604は、プロセッサ実行可能コードもしくは命令(たとえば、ソフトウェア、ファームウェア)、電子データ、データベース、または他のデジタル情報などのプログラミングを記憶するための、1つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読デバイス、機械可読デバイス、および/またはプロセッサ可読デバイスを表し得る。記憶媒体604はまた、プログラミングを実行するときに処理回路610によって操作されるデータを記憶するために使用され得る。記憶媒体604は、ポータブル記憶デバイスまたは固定記憶デバイス、光記憶デバイス、およびプログラミングを記憶、収容、または搬送することが可能な様々な他の媒体を含む、汎用プロセッサまたは専用プロセッサによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であってよい。
【００８８】
限定ではなく例として、記憶媒体604は、磁気記憶デバイス(たとえば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップ)、光ディスク(たとえば、コンパクトディスク(CD)またはデジタル多用途ディスク(DVD))、スマートカード、フラッシュメモリデバイス(たとえば、カード、スティック、またはキードライブ)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取り専用メモリ(ROM)、プログラマブルROM(PROM)、消去可能PROM(EPROM)、電気的消去可能PROM(EEPROM)、レジスタ、リムーバブルディスク、およびコンピュータによってアクセスされ得るとともに読み取られ得るソフトウェアおよび/または命令を記憶するための任意の他の好適な媒体を含み得る。記憶媒体604は、製造品(たとえば、コンピュータプログラム製品)の中に実装され得る。例として、コンピュータプログラム製品は、パッケージング材料にコンピュータ可読媒体を含めてよい。上記のことに鑑みて、いくつかの実装形態では、記憶媒体604は、非一時的な(たとえば、有形の)記憶媒体であってよい。
【００８９】
記憶媒体604は、処理回路610が記憶媒体604から情報を読み取ることができ、かつ記憶媒体604に情報を書き込むことができるように、処理回路610に結合され得る。すなわち、記憶媒体604は、少なくとも1つの記憶媒体が処理回路610と一体である例および/または少なくとも1つの記憶媒体が処理回路610から分離されている例を含め、記憶媒体604が少なくとも処理回路610によってアクセス可能であるように処理回路610に結合され得る(たとえば、装置600内に存在する、装置600の外部にある、複数のエンティティにわたって分散されるなど)。
【００９０】
記憶媒体604によって記憶されるプログラミングは、処理回路610によって実行されたとき、処理回路610に、本明細書で説明する様々な機能および/または処理動作のうちの1つまたは複数を実行させる。たとえば、記憶媒体604は、処理回路610の1つまたは複数のハードウェアブロックにおける動作を調整するために、ならびにそれらのそれぞれの通信プロトコルを利用するワイヤレス通信、またはいくつかの実装形態では有線通信のために通信インターフェース602を利用するように構成された動作を含み得る。
【００９１】
処理回路610は、概して、記憶媒体604に記憶されたそのようなプログラミングの実行を含む処理のために適合される。本明細書で使用する「コード」または「プログラミング」という用語は、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語と呼ばれるのか、それともそれ以外で呼ばれるのかにかかわらず、限定はしないが、命令、命令セット、データ、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、プログラミング、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行ファイル、実行スレッド、プロシージャ、関数などを含むように広く解釈されなければならない。
【００９２】
処理回路610は、データを取得し、処理し、かつ/または送信し、データアクセスおよび記憶を制御し、コマンドを発行し、他の所望の動作を制御するように構成され得る。処理回路610は、少なくとも一例では、適切な媒体によって与えられる所望のプログラミングを実装するように構築、適合、および/または構成された回路構成を含み得る。たとえば、処理回路610は、1つまたは複数のプロセッサ、1つまたは複数のコントローラ、ならびに/あるいは実行可能なプログラミングを実行するように構築、適合、および/または構成された他の構造として実装され得る。処理回路610の例は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理構成要素、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または本明細書で説明する機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを含み得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサ、ならびに任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンを含み得る。処理回路610はまた、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、いくつかのマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、ASICおよびマイクロプロセッサ、または任意の他の数の様々な構成などの、コンピューティング構成要素の組合せとして実装され得る。処理回路610のこれらの例は説明のためのものであり、本開示の範囲内の他の好適な構成が企図される。
【００９３】
本開示の1つまたは複数の態様によれば、処理回路610は、本明細書で説明する装置のいずれかまたはすべてのための特徴、プロセス、機能、動作、および/またはルーチンのいずれかまたはすべてを実行するように適合され得る。たとえば、処理回路610は、図4、図5、図7、図9〜図12、および図14に関して識別されるブロックで説明する動作のうちのいずれかを実行しかつ/または行うように適合され得る。処理回路610に関して本明細書で使用する「適合される」という用語は、処理回路610が、本明細書で説明する様々な特徴に従って、特定のプロセス、機能、動作、および/またはルーチンを実行するように構築、構成、採用、実装、および/またはプログラムされることのうちの1つまたは複数を指し得る。
【００９４】
処理回路610は、図4、図5、図7、図9〜図12、および図14に関して識別されるブロックで説明する動作のうちのいずれかを実行しかつ/または行うための手段(たとえば、そのための構造)として機能する特定用途向け集積回路(ASIC)などの、専用プロセッサであってよい。処理回路610は、送信するための手段および/または受信するための手段の一例として機能し得る。
【００９５】
装置600の少なくとも一例によれば、処理回路610は、通信するための回路/モジュール620、決定するための回路/モジュール622、供給するための回路/モジュール624、送信するための回路/モジュール626、待機するための回路/モジュール628、または取得するための回路/モジュール629のうちの1つまたは複数を含み得る。
【００９６】
上述のように、記憶媒体604によって記憶されるプログラミングは、処理回路610によって実行されたとき、処理回路610に、本明細書で説明する様々な機能および/または処理動作のうちの1つまたは複数を実行させる。たとえば、記憶媒体604は、通信するためのコード630、決定するためのコード632、供給するためのコード634、送信するためのコード636、待機するためのコード638、または取得するためのコード639のうちの1つまたは複数を含み得る。
【００９７】
図7は、本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセス700の一例を示すフロー図である。ステートレスアクセス層セキュリティプロセス700は、ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)またはいくつかの他の好適な装置に配置され得る処理回路(たとえば、図6の処理回路610)内で行われ得る。したがって、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス700は、ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)またはいくつかの他の好適な装置において動作可能であってよい。本開示の範囲内の様々な態様では、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス700は、本開示の1つまたは複数の態様による、セキュリティ鍵を取得、供給、および使用することのうちの1つまたは複数を含むステートレスアクセス層セキュリティをサポートすることが可能な任意の好適な装置によって実施され得る。
【００９８】
いくつかの態様によれば、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス700は、装置のみに知られている第1の鍵を装置(たとえば、ゲートウェイ、C-SGN)において取得することと(702)、第1の鍵、および無線アクセスネットワーク(RAN)ノードに固有のパラメータに基づいている(たとえば、それを使用して導出される、それを使用して生成される)、第2の鍵を、装置において取得することと(704)、第2の鍵をRANノードに装置によって供給することと(706)、第2の鍵、およびセルラーデバイスに固有のパラメータに基づいている、第3の鍵を、装置において取得することと(708)を含み得、かつ、第3の鍵をセルラーデバイスに装置によって供給すること(710)をさらに含み得る、通信の方法として説明され得る。
【００９９】
いくつかの態様によれば、装置(たとえば、ゲートウェイ、C-SGN、通信装置)は、装置のみに知られている第1の鍵(たとえば、マスタアクセス層セキュリティ鍵- MASK)を取得し得る(702)。いくつかの態様では、第1の鍵は、いかなる他の鍵からも取得されなくてよい。言い換えれば、装置は、いかなる他の鍵からも第1の鍵を取得することなく、第1の鍵を取得し得る。いくつかの態様では、装置は、第1の鍵をランダムに生成し得る。言い換えれば、装置は、装置において第1の鍵をランダムに生成することによって、第1の鍵を取得し得る。いくつかの態様では、装置は、セルラー式モノのインターネットサービングゲートウェイノード(C-SGN)であってよい。いくつかの態様では、装置(たとえば、ゲートウェイ、C-SGN)のみが、第1の鍵(たとえば、MASK)を知っている。言い換えれば、いくつかの態様では、第1の鍵は、装置のみに知られている。
【０１００】
装置は、第1の鍵、および無線アクセスネットワーク(RAN)ノードに固有のパラメータに基づいてよい、第2の鍵(たとえば、マスタアクセス層セキュリティ鍵- MASK)を取得し得る(704)。いくつかの態様では、RANノードに固有のパラメータは、RANノードの識別情報であってよい。いくつかの態様では、RANノードは、CIoT基地局(C-BS)または発展型ノードB(eノードB)であり得、RANノードに固有のパラメータは、C-BS識別情報またはeノードB識別情報であり得る。いくつかの態様では、第2の鍵を取得(たとえば、導出、生成)するために鍵導出関数が使用され得る。
【０１０１】
装置は、第2の鍵をRANノードに供給し得る(706)。いくつかの態様では、装置は、非アクセス層(NAS)メッセージの中で第2の鍵をRANノードに供給し得る。いくつかの態様では、非アクセス層メッセージは、セキュアなNASメッセージであってよい。
【０１０２】
装置は、第2の鍵、およびセルラーデバイスに固有のパラメータに基づいてよい、第3の鍵(たとえば、デバイスアクセス層セキュリティ鍵- DASK)を取得し得る(708)。いくつかの態様では、セルラーデバイスに固有のパラメータは、セルラーデバイス識別情報であってよい。いくつかの態様では、セルラーデバイスに固有のパラメータは、システムアーキテクチャエボリューション(SAE)一時モバイル加入者識別情報(S-TMSI)であってよい。S-TMSIは、MMEグループ内でセルラーデバイスをローカルに識別するために使用され得る。S-TMSIは、セルラーデバイスをページングする際に使用され得る。S-TMSIは、MMEコードおよびMME移動加入者識別情報(M-TMSI)が備えられ得る。いくつかの態様では、第3の鍵を取得(たとえば、導出、生成)するために鍵導出関数が使用され得る。
【０１０３】
装置は、第3の鍵をセルラーデバイスに供給し得る(710)。いくつかの態様では、装置は、非アクセス層(NAS)メッセージの中で第3の鍵をセルラーデバイスに供給し得る。いくつかの態様では、非アクセス層メッセージは、セキュアなNASメッセージであってよい。いくつかの態様では、非アクセス層メッセージは、接続受付メッセージであってよい。いくつかの態様では、装置は、暗号化された情報要素(IE)として第3の鍵をセルラーデバイスに供給し得る。IEは、IEを暗号化するために使用されたアルゴリズムを識別するアルゴリズム識別子を含み得る。
【０１０４】
図8は、本開示の態様による、ステートレスアクセス層セキュリティ、ならびにセキュリティ鍵の取得、供給、および使用のうちの1つまたは複数をサポートし得る装置800(たとえば、電子デバイス、通信装置)のハードウェア実装形態の別の例を示すブロック図である。装置800は、ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)、RANノード(たとえば、eNB、C-BS)、セルラーデバイス(たとえば、CIoTデバイス)、またはモバイルフォン、スマートフォン、タブレット、ポータブルコンピュータ、サーバ、パーソナルコンピュータ、センサー、エンターテインメントデバイス、医療デバイスなどのワイヤレス通信をサポートするいくつかの他のタイプのデバイス、あるいはワイヤレス通信回路構成を有する任意の他の電子デバイス内に実装され得る。
【０１０５】
装置800は、通信インターフェース(たとえば、少なくとも1つのトランシーバ)802、記憶媒体804、ユーザインターフェース806、(たとえば、1つまたは複数のセキュリティ鍵818を記憶する)メモリデバイス808、および処理回路810を含み得る。様々な実装形態では、ユーザインターフェース806は、キーパッド、ディスプレイ、スピーカー、マイクロフォン、タッチスクリーンディスプレイ、またはユーザから入力を受け取り、もしくは出力をユーザへ送るための、いくつかの他の回路構成のうちの1つまたは複数を含み得る。概して、図8の構成要素は、図6の装置600の対応する構成要素と類似であってよい。
【０１０６】
本開示の1つまたは複数の態様によれば、処理回路810は、本明細書で説明する装置のいずれかまたはすべてのための特徴、プロセス、機能、動作、および/またはルーチンのいずれかまたはすべてを実行するように適合され得る。たとえば、処理回路810は、図4、図5、図7、図9〜図12、および図14に関して説明するブロックのいずれかを実行するように適合され得る。処理回路810に関して本明細書で使用する「適合される」という用語は、処理回路810が、本明細書で説明する様々な特徴に従って、特定のプロセス、機能、動作、および/またはルーチンを実行するように構築、構成、採用、実装、および/またはプログラムされることのうちの1つまたは複数を指し得る。
【０１０７】
処理回路810は、図4、図5、図7、図9〜図12、および図14に関して説明する動作のうちのいずれかを行うための手段(たとえば、そのための構造)として機能する特定用途向け集積回路(ASIC)などの、専用プロセッサであってよい。処理回路810は、送信するための手段および/または受信するための手段の一例として機能し得る。
【０１０８】
装置800の少なくとも一例によれば、処理回路810は、通信するための回路/モジュール820、受信するための回路/モジュール822、比較するための回路/モジュール824、廃棄するための回路/モジュール826、送信するための回路/モジュール828、取得するための回路/モジュール830、解読するための回路/モジュール832、検証するための回路/モジュール834、検出するための回路/モジュール836、または監視するための回路/モジュール838のうちの1つまたは複数を含み得る。
【０１０９】
上述のように、記憶媒体804によって記憶されるプログラミングは、処理回路810によって実行されたとき、処理回路810に、本明細書で説明する様々な機能および/または処理動作のうちの1つまたは複数を実行させ得る。たとえば、記憶媒体804は、通信するためのコード840、受信するためのコード842、比較するためのコード844、廃棄するためのコード846、送信するためのコード848、取得するためのコード850、解読するためのコード852、検証するためのコード854、検出するためのコード856、または監視するためのコード858のうちの1つまたは複数を含み得る。
【０１１０】
図9は、本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティ保護された通信の方法900の一例を示すフロー図である。ステートレスアクセス層セキュリティ保護された通信の方法900は、無線アクセスネットワーク(RAN)ノード(たとえば、eNB、C-BS)またはいくつかの他の好適な装置に配置され得る処理回路(たとえば、図8の処理回路810)内で行われ得る。したがって、ステートレスアクセス層セキュリティ保護された通信の方法900は、RANノードまたはいくつかの他の好適な装置において動作可能であってよい。本開示の範囲内の様々な態様では、ステートレスアクセス層セキュリティ保護された通信の方法900は、本開示の1つまたは複数の態様による、セキュリティ鍵を取得、供給、および使用することのうちの1つまたは複数を含むステートレスアクセス層セキュリティをサポートすることが可能な任意の好適な装置によって実施され得る。
【０１１１】
図9の態様では、セルラーデバイスがスモールデータメッセージをRANノード(たとえば、eNB、C-BS)へ送信するとき、セルラーデバイスは、初期接続プロシージャの間にゲートウェイ(たとえば、C-SGN)によってセルラーデバイスに供給された第3の鍵(たとえば、DASK)を使用して、スモールデータメッセージを保護(たとえば、完全性保護および/または暗号化)し得る。第3の鍵を用いて保護(たとえば、完全性保護および/または暗号化)されたスモールデータメッセージは、本明細書で「保護メッセージ」と呼ばれることがある。第3の鍵は、第2の鍵(たとえば、BASK)、およびセルラーデバイスの識別情報に基づいてよい。第2の鍵は、デバイスが保護メッセージをRANノードへ送信する前に、その間に、またはその後に、ゲートウェイによってRANノードに供給され得る。第2の鍵は、RANノードにおいて、たとえば、長期メモリデバイス(たとえば、メモリデバイス808、図8)、一時メモリ、またはキャッシュに記憶され得る。
【０１１２】
RANノードがセルラーデバイスから保護メッセージを受信すると、RANノードは、メッセージが完全性保護値(たとえば、メッセージ認証コード(MAC)、トークン)を含むと決定し得る。RANノードは、たとえば、RANノードに知られているかまたはRANノードにとって利用可能な項目(たとえば、第2の鍵、デバイスID)からオンザフライでRANノードが取得(たとえば、導出、生成)し得る第3の鍵を使用して、完全性保護値を検証し得る。たとえば、上述のように、第3の鍵は、第2の鍵(たとえば、BASK)、およびセルラーデバイスの識別情報(たとえば、デバイスID、S-TMSI)に基づいてよい(たとえば、それを使用して導出されてよく、それを使用して生成されてよい)。第2の鍵は、ゲートウェイからRANノードに供給され得るが、セルラーデバイスの識別情報(たとえば、S-TMSI)は、RANノードによって受信されるスモールデータメッセージに含まれ得る。
【０１１３】
本明細書で説明する例示的な態様によれば、第2の鍵(たとえば、BASK)は、セルラーデバイスに特有でなくてよい(たとえば、第2の鍵が所与のセルラーデバイスに固有でなくてよい)。第3の鍵がセルラーデバイスに特有であり得ても、RANノード(たとえば、基地局、eNB、C-BS)は、セルラーデバイスがアクセス層セキュリティを実施するためにセキュリティコンテキスト(UE状態、セルラーデバイス状態)を維持する義務はない。代わりに、セルラーデバイスからの保護メッセージを検証および/または解読するために、RANノードは、第2の鍵(たとえば、BASK)およびデバイスIDを使用して、オンザフライで第3の鍵を取得し得、第3の鍵を使用して、セルラーデバイスからの保護メッセージを検証および/または解読し得る。第2の鍵は、RANノードが関連付けられている各ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)によってRANノードに提供され得る。デバイスIDは、検証および/または解読されるべきスモールデータメッセージに含められ得る。RANノードがセルラーデバイスから保護メッセージを受信すると、RANノードは、オンザフライでセルラーデバイスの第3の鍵を取得(たとえば、導出、生成、算出、検索、受信、要求など)し得る。したがって、第3の鍵(たとえば、DASK)を取得することに関係する例示的なアクセス層セキュリティ方式はステートレスである。
【０１１４】
いくつかの実装形態では、第2の鍵は、RANノードに特有であってよい。他の実装形態では、第2の鍵は、RANノードグループに特有であってよい(たとえば、複数のRANノードが共通のグループ識別子を有してよい)。第2の鍵がRANノードグループに特有である実装形態では、第2の鍵は、所与のグループの中の複数のRANノードの間で共有され得る。複数のRANノードの間で第2の鍵が共有されるとき、セルラーデバイスが所与のグループの中の異なるRANノードに接続しても、セルラーデバイスは、所与のグループの中で遭遇するRANノードごとにゲートウェイ(たとえば、C-SGN)から新たな第3の鍵(たとえば、DASK)を取得することを必要とされなくてよい。したがって、第1の鍵(たとえば、MASK)およびRANノード識別情報(たとえば、eNB ID)に基づいて第2の鍵(たとえば、BASK)を取得(たとえば、導出、生成)する代わりに、ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)は、第1の鍵(たとえば、MASK)およびRANノードグループ識別情報から第2の鍵(たとえば、BASK)を取得し得る。言い換えれば、所与のRANノードグループのカバレージ(すなわち、所与のRANノードグループ)内で、所与のグループのRANノードは、同じ第2の鍵(たとえば、BASK)を共有する。したがって、セルラーデバイス(たとえば、CIoTデバイス、UE)は、所与のRANノードグループのカバレージ内で送信されるスモールデータメッセージを保護するために(かつ/あるいは受信されたスモールデータメッセージを検証および/または解読するために)、所与のRANノードグループの中の複数のRANノードに共通の第3の鍵(たとえば、DASK)を使用することができる。いくつかの実装形態では、ネットワークは、RANノードグループを構成し得、システム情報(SI)の一部としてRANノードグループの利用可能性を告知し得る。
【０１１５】
いくつかの態様によれば、ステートレスアクセス層セキュリティ保護された通信の方法900は、セキュリティ保護された通信の方法として説明され得る。ステートレスアクセス層セキュリティ保護された通信は、たとえば、完全性保護および/または暗号化(概して、本明細書で暗号化または解読と呼ぶ)を用いて、通信を保護し得る。方法は、第1の鍵、および装置に固有のパラメータに基づいている(たとえば、それを使用して導出される、それを使用して生成される)、第2の鍵を、装置(たとえば、RANノード、C-BS、eNB)において取得することと(902)、デバイス識別情報および第1の完全性保護値を含むスモールデータメッセージを装置において取得することと(904)、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいている第3の鍵を装置において取得することと(906)、第3の鍵を使用して取得(たとえば、導出、生成)される第2の完全性保護値を装置において取得することと(908)を含み得る。完全性保護プロセスは、(完全性保護値を発生させるために)第3の鍵を使用して実行され得、たとえば、デバイス識別情報、1つまたは複数のナンス、および保護されているスモールデータメッセージを使用して、第1の完全性保護値を第2の完全性保護値と装置において比較して(910)、比較結果を取得して/第1の完全性保護値が第2の完全性保護値に等しいかどうかを決定して(912)、第1の完全性保護値が第2の完全性保護値に等しくないことを比較結果が示す場合、スモールデータメッセージを装置から廃棄して(914)、代替として、第1の完全性保護値が第2の完全性保護値に等しいことを比較結果が示す場合、スモールデータメッセージをゲートウェイへ装置から送信して(916)、さらに実行され得る。
【０１１６】
いくつかの態様によれば、装置(たとえば、RANノード、C-BS、eNB)は、第2の鍵(たとえば、BASK)を取得し得、第2の鍵は、第1の鍵、および装置に固有のパラメータに基づいている(902)。いくつかの態様では、第2の鍵は、ゲートウェイから取得される。いくつかの態様では、第1の鍵は、ゲートウェイのみに知られている。いくつかの態様では、ゲートウェイはC-SGNである。いくつかの態様では、RANノードに固有のパラメータは、RANノードの識別情報である。たとえば、RANノードは、CIoT基地局(C-BS)または発展型ノードB(eノードB)であってよく、RANノードに固有のパラメータは、C-BS識別情報またはeノードB識別情報であってよい。
【０１１７】
装置(図9の以下の説明に関連して、便宜上「装置」、または代替として「RANノード」と呼ばれる)は、デバイス識別情報および第1の完全性保護値を含むスモールデータメッセージを受信し得る(904)。
【０１１８】
装置は、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいている第3の鍵(たとえば、DASK)を取得し得る(906)。
【０１１９】
装置は、第3の鍵を使用して第2の完全性保護値を取得し得る(908)。
【０１２０】
一態様では、第1および第2の完全性保護値は、トークンに起因する(たとえば、トークンに帰する、トークンから計算される)値であってよい。一態様では、第1および第2の完全性保護値は、メッセージ認証コード(MAC)に起因する値であってよい。本明細書で使用するトークンおよび/またはMACは、完全性保護パラメータと呼ばれることがある。たとえば、本明細書で説明するASセキュリティ保護の態様が(たとえば、デバイスからRANノードへの)アップリンクトラフィックのために使用されるシナリオでは、RANノードは、ASセキュリティ保護での使用のために、ナンス(たとえば、ナンス-RAN)をデバイスに提供することを必要とし得る。そのようなシナリオでは、以下に示すようなMACが使用され得る。
MAC=F(DASK,S-TMSI|ナンス-RAN|メッセージ)
【０１２１】
一代替形態によれば、MACを取得するための別の方法は、次式を使用し得る。
KMAC=KDF(DASK,ナンス-RAN)、ただし、KMACは、DASKおよびナンス-RANに基づいて取得されるワンタイムMAC生成鍵であり、KDFは鍵導出関数である。
MAC=F(KMAC,メッセージ)
【０１２２】
また別の代替形態によれば、単一の接続(たとえば、RRC接続)に対して複数のメッセージが送信されている場合を考慮に入れるために、カウンタが取り入れられて各メッセージのMACを生成し得、すなわち、
MAC=F(KMAC,カウンタ|メッセージ)
となり、ただし、カウンタは、新たな鍵(すなわち、KMAC)が導出される時に初期化され(たとえば、0に)、接続用のすべての単一メッセージに対していくつかの値(たとえば、1)だけ増やされる。
【０１２３】
また別の代替形態では、本明細書で説明するASセキュリティ保護の態様が(たとえば、デバイスからRANノードへの)アップリンクトラフィックおよび/または(たとえば、RANノードからデバイスへの)ダウンリンクトラフィックのために使用されるシナリオにおいて、デバイスは、ASセキュリティ保護での使用のために、ナンス(たとえば、ナンス-デバイス)をRANノードに提供することを必要とし得る。そのようなシナリオでは、以下に示すようなMACが使用され得る。
MAC=F(DASK,S-TMSI|ナンス-デバイス|ナンス-RAN|メッセージ)
ただし、上記に示したすべての式に対して、FはMAC生成関数(たとえば、CMAC、HMAC)であり(「F」は、代替として、本明細書で完全性保護アルゴリズムと呼ばれることがある)、DASKは第2の鍵の一例であり、S-TMSIはセルラーデバイスの識別情報の一例であり、ナンス-デバイスは、1回だけ使用されてよくデバイスによって与えられる第1の任意数であり、ナンス-RANは、1回だけ使用されてよくRANノードによって与えられる第2の任意数であり、メッセージは送信されているメッセージ(たとえば、スモールデータメッセージ)である。
【０１２４】
別の代替形態によれば、MACを取得するための別の方法は、次式を使用し得る。
KMAC=KDF(DASK,S-TMSI|ナンス-デバイス|ナンス-RAN)、ただし、KMACは、DASK、ナンス-デバイス、およびナンス-RANに基づいて取得されるワンタイムMAC生成鍵であり、KDFは鍵導出関数である。
MAC=F(KMAC,メッセージ)
【０１２５】
また別の代替形態によれば、単一の接続(たとえば、RRC接続)に対して複数のメッセージが送信されている場合を考慮に入れるために、カウンタが取り入れられて各メッセージのMACを生成し得、すなわち、
MAC=F(KMAC,カウンタ|メッセージ)
となり、ただし、カウンタは、新たな鍵(すなわち、KMAC)が導出される時に初期化され(たとえば、0に)、接続用のすべての単一メッセージに対していくつかの値(たとえば、1)だけ増やされる。
【０１２６】
完全性保護パラメータ(たとえば、MAC、トークン)は、1つまたは複数のナンス(たとえば、ナンス-デバイスおよび/またはナンス-RAN)を取り込んでリプレイアタックを防止し得る。言い換えれば、リプレイ保護のために1つまたは複数のナンスが使用され得る。ナンス-デバイスおよび/またはナンス-RANは、ランダムアクセスプロシージャの間にデバイスとRANノードとの間で交換され得る。たとえば、デバイスは、ランダムアクセスプロシージャのメッセージ3(RRC接続要求)の中でナンス-デバイスをRANノードへ送信し得、RANノードは、ランダムアクセスプロシージャのメッセージ4(RRC接続セットアップ)の中でナンス-RANをデバイスへ送信し得る。送信されるべき2つ以上のメッセージがある場合、ナンス(たとえば、ナンス-デバイスおよび/またはナンス-RAN)は、メッセージごとに、所定の固定量(たとえば、1)だけ増やされてよい。
【０１２７】
ナンス(たとえば、ナンス-デバイスおよび/またはナンス-RAN)の代替として、(たとえば、リプレイアタックを防止するために)変化し得る任意の乱数が許容できる。いくつかの態様では、ナンスは、タイムスタンプと置き換えられてよい(たとえば、それによって交換されてよい)。セルラーデバイスおよび装置(たとえば、RANノード、C-BS)がタイマーを有する場合、タイムスタンプが使用され得る。したがって、いくつかの態様では、例として、上で与えられた例示的なMACにおけるナンス(たとえば、ナンス-デバイスおよび/またはナンス-RAN)のうちの1つまたは複数が、ランダムに選択された数値、および/またはタイムスタンプと置き換えられてよい(たとえば、それによって交換されてよい)。
【０１２８】
また別の代替形態として、いくつかの態様では、上で与えられた例示的なMACにおけるナンス(たとえば、ナンス-デバイスおよび/またはナンス-RAN)のうちの1つまたは複数が、セル無線ネットワーク一時識別情報(C-RNTI:Cell-Radio Network Temporary Identity)と置き換えられてよい(たとえば、それによって交換されてよい)。C-RNTIは、RRC接続、および特定のセルラーデバイスに専用の(たとえば、デバイス固有の)スケジューリングを識別するため使用される、固有の識別であり得る。そのようなシナリオでは、たとえば、第1および第2の完全性保護パラメータは、ナンス-デバイスおよびナンス-RANの代わりにパラメータC-RNTIを使用して取得されるメッセージ認証コード(MAC)であってよい。たとえば、
MAC=F(DASK,S-TMSI|C-RNTI|メッセージ)
となり、ただし、FはMAC生成関数(たとえば、CMAC、HMAC)であり、DASKは第2の鍵の一例であり、S-TMSIはセルラーデバイスの識別情報の一例であり、C-RNTIは、RRC接続確立中にデバイスに割り当てられる識別情報であり、メッセージは送信されているメッセージ(たとえば、スモールデータメッセージ)である。この代替形態の使用は、S-TMSIおよびC-RNTI識別子を割り当てる際にネットワークによって使用されるプライバシーポリシーの強度によって影響を及ぼされることがある。たとえば、この代替形態は、ネットワークがそれらの識別子を割り当てるための良好なプライバシーポリシーを有するという想定の下で使用され得る。
KMAC=KDF(DASK,S-TMSI|C-RNTI)
ただし、KMACは、DASK、S-TMSI、およびC-RNTIに基づいて取得されるワンタイムMAC生成鍵であり、KDFは鍵導出関数である。
MAC=F(KMAC,メッセージ)
単一の接続(たとえば、RRC接続)に対して複数のメッセージが送信されている場合を考慮に入れるために、カウンタが取り入れられて各メッセージのMACを生成し得、すなわち、
MAC=F(KMAC,カウンタ|メッセージ)
となり、ただし、カウンタは、新たな鍵(すなわち、KMAC)が導出される時に初期化され(たとえば、0に)、接続用のすべての単一メッセージに対していくつかの値(たとえば、1)だけ増やされる。
【０１２９】
上記で説明した例示的な代替形態では、完全性保護パラメータ(たとえば、MAC、トークン)を取得(たとえば、導出、生成)するために使用される完全性保護アルゴリズム(たとえば、関数F)は、ネットワークによって決定されてよく、デバイスに通知され得る。このことはまた、以下で説明するように、暗号化アルゴリズムに適用される。
【０１３０】
したがって、いくつかの態様では、第1の完全性保護パラメータおよび第2の完全性保護パラメータは、1つまたは複数のナンス、乱数、タイムスタンプ、および/またはネットワークに割り当てられた固有の(たとえば、C-RNTI)パラメータを取り込み得る。RANノードにおいて動作可能な方法は、ナンス(たとえば、ナンス-RAN)、乱数、タイムスタンプ、および/またはネットワークに割り当てられた固有の(たとえば、C-RNTI)パラメータを、RANノードによってセルラーデバイスに供給することを含み得る。RANノードにおいて動作可能な方法は、ランダムアクセスプロシージャの間に、ナンス(たとえば、ナンス-RAN)、乱数、タイムスタンプ、および/またはネットワークに割り当てられた固有の(たとえば、C-RNTI)パラメータを、RANノードによってセルラーデバイスに供給することを含み得る。デバイスにおいて動作可能な方法は、ナンス(たとえば、ナンス-デバイス)、乱数、タイムスタンプ、および/またはネットワークに割り当てられた固有のパラメータを、デバイスによってRANノードに供給することを含み得る。デバイスにおいて動作可能な方法は、ランダムアクセスプロシージャの間に、ナンス(たとえば、ナンス-RAN)、乱数、タイムスタンプ、および/またはネットワークに割り当てられた固有のパラメータを、デバイスによってRANノードに供給することを含み得る。
【０１３１】
装置は、第1の完全性保護値を第2の完全性保護値と比較し得る(910)。
【０１３２】
装置は、第1の完全性保護値が第2の完全性保護値に等しくないことを比較結果が示す場合、スモールデータメッセージを廃棄し得る(914)。
【０１３３】
装置は、第1の完全性保護値が第2の完全性保護値に等しいことを比較結果が示す場合、スモールデータメッセージをゲートウェイ(たとえば、次のホップ)へ送信し得る(916)。
【０１３４】
上記のように、いくつかの態様では、第1の完全性保護パラメータおよび第2の完全性保護パラメータは、乱数および/またはタイムスタンプを取り込んでリプレイアタックを防止し得る。いくつかの態様では、RANノードは、デバイス識別情報によって識別されるデバイスからスモールデータメッセージを受信し得、RANノードは、乱数をデバイスに供給する。たとえば、スモールデータメッセージは、デバイス識別情報によって識別されるデバイスから取得され得、乱数は、ランダムアクセスプロシージャの間にRANノードによってデバイスに供給されるナンスであってよい。ナンスは、RANノードからデバイスへ送信されるメッセージごとに、所定の固定量だけ増やされてよい。
【０１３５】
以下のプロセスも、セキュリティ保護された通信の方法を実施するために使用され得る。方法は、第1の鍵、およびRANノードに固有のパラメータに基づいている、第2の鍵を、無線アクセスネットワーク(RAN)ノードにおいて取得することと、デバイス識別情報および第1の完全性保護値を含むスモールデータメッセージをRANノードにおいて取得することと、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいている第3の鍵をRANノードにおいて取得することと、第3の鍵に基づいて第2の完全性保護値をRANノードにおいて取得することと、第1の完全性保護値を第2の完全性保護値と、RANノードにおいて比較することと、第1の完全性保護値が第2の完全性保護値に等しくないことを比較結果が示す場合、スモールデータメッセージをRANノードから廃棄することと、第1の完全性保護値が第2の完全性保護値に等しいことを比較結果が示す場合、スモールデータメッセージをゲートウェイへRANノードから送信することとを含み得る。いくつかの態様によれば、第2の鍵は、ゲートウェイから取得される。いくつかの態様によれば、ゲートウェイは、セルラー式モノのインターネットサービングゲートウェイノード(C-SGN)である。いくつかの態様によれば、RANノードは、セルラー式モノのインターネット(CIoT)基地局(C-BS)または発展型ノードB(eノードB)であり、RANノードに固有のパラメータは、C-BS識別情報またはeノードB識別情報である。いくつかの態様によれば、第1の完全性保護値および第2の完全性保護値は、少なくとも1つのナンスおよび/またはタイムスタンプを使用して取得される。いくつかの態様によれば、デバイス識別情報はデバイスを識別し、方法は、第1のナンスおよび/またはタイムスタンプをデバイスに供給すること、ならびに/あるいはデバイスから第2のナンスを取得することをさらに含む。いくつかの態様によれば、第1のナンスおよび/またはタイムスタンプを供給すること、ならびに第2のナンスを取得することは、ランダムアクセスプロシージャの間に行われる。いくつかの態様によれば、スモールデータメッセージは、第3の鍵を用いて暗号化されており、方法は、第3の鍵を使用してスモールデータメッセージを、RANノードにおいて解読することをさらに含む。いくつかの態様によれば、スモールデータメッセージを取得する前に、方法は、トラフィック負荷値をRANノードによって監視することと、トラフィック負荷値が所定のしきい値を上回ることを、RANノードによって検出することと、トラフィック負荷値が所定のしきい値を上回るという検出に応答して、RANノードへ送信される次の1つまたは複数のメッセージの中に第1の完全性保護値を含めるようにデバイスに要求するメッセージを、デバイス識別情報によって識別されるデバイスへ送信することとをさらに含む。いくつかの態様によれば、ネットワークは、所定のしきい値を構成する。いくつかの態様によれば、スモールデータメッセージを取得する前に、方法は、デバイス識別情報によって識別されるデバイスとの初期接続プロシージャの間にアクセス層セキュリティ構成を構成および/または折衝することとをさらに含み、アクセス層セキュリティ構成は、スモールデータメッセージがデバイスから、セキュリティを用いずに送信されるのか、完全性保護を用いて送信されるのか、暗���化を用いて送信されるのか、完全性保護および暗号化を用いて送信されるのか、かつ/またはオンデマンド完全性保護を用いて送信されるのかを指定し、完全性保護および暗号化は、第3の鍵を使用して実行される。
【０１３６】
図10は、本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセス1000の別の例を示すフロー図である。ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1000は、無線アクセスネットワーク(RAN)ノード(たとえば、C-BS)またはいくつかの他の好適な装置に配置され得る処理回路(たとえば、図8の処理回路810)内で行われ得る。したがって、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1000は、RANノード(たとえば、C-BS)またはいくつかの他の好適な装置において動作可能であってよい。もちろん、本開示の範囲内の様々な態様では、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1000は、本開示の1つまたは複数の態様による、セキュリティ鍵を取得、供給、および使用することのうちの1つまたは複数を含むステートレスアクセス層セキュリティをサポートすることが可能な任意の好適な装置によって実施され得る。
【０１３７】
図10の態様では、セルラーデバイスがスモールデータメッセージをRANノード(たとえば、C-BS)へ送信するとき、セルラーデバイスは、初期接続プロシージャの間にゲートウェイ(たとえば、C-SGN)によってセルラーデバイスに供給された第3の鍵(たとえば、DASK)を使用して、スモールデータメッセージを暗号化し得る。RANノード(たとえば、C-BS)がセルラーデバイスからスモールデータメッセージを受信すると、RANノードは、ゲートウェイによってRANノードに供給され得る第2の鍵(たとえば、BASK)、およびRANノードによって取得される暗号化されたスモールデータメッセージの中で搬送され得るセルラーデバイスの識別情報を使用して、オンザフライで第3の鍵(たとえば、DASK)を取得し得る。たとえば、暗号化されたスモールデータメッセージは、セルラーデバイスのS-TMSIとともに搬送され得る。
【０１３８】
暗号化は、ランダムアクセスプロシージャの間にRANノード(たとえば、C-BS)によってセルラーデバイスに提供されるナンスを使用し得る。一態様では、ナンスは、初期化ベクトル(IV:Initialization Vector)として提供され得る。たとえば、
暗号文=Enc(DASK,IV,メッセージ)
であり、ただし、Encは暗号化関数(たとえば、AES-CTR、...)であり、DASKは第2の鍵の一例であり、IVは初期化ベクトルとして提供されるナンスである。
【０１３９】
ワンタイム鍵を使用する暗号化の代替方法は、前述のように、
KEnc=KDF(DASK,ナンス)
であり、ただし、KEncは、DASKおよびS-TMSI、C-RNTI、ナンス-デバイス、ナンス-RAN、またはそれらの組合せに基づいて取得されるワンタイム暗号化鍵であり、KDFは鍵導出関数である。
暗号文=Enc(KEnc,IV,メッセージ)
ただし、IVは、いくつかの値(たとえば、0、またはS-TMSI、C-RNTI、ナンス-RAN、ナンス-デバイス、もしくはそれらの組合せに基づいて取得される値)に初期化される。
【０１４０】
単一の接続(たとえば、RRC接続)に対して複数のメッセージが送信されている場合を考慮に入れるために、カウンタが取り入れられて各メッセージの暗号文を生成し得、すなわち、
暗号文=Enc(KEnc,IV,メッセージ)
となり、ただし、IVは、新たな鍵(すなわち、KEnc)が導出される時に初期化され(たとえば、0、またはS-TMSI、C-RNTI、ナンス-RAN、ナンス-デバイス、もしくはそれらの組合せに基づいて取得される値)、接続用のすべての単一メッセージに対していくつかの値(たとえば、1)だけ増やされる。
【０１４１】
前述のように、RANノードは、第2の鍵(たとえば、BASK)、およびセルラーデバイスの識別情報に基づいて、第3の鍵(たとえば、DASK)を取得し得る。
【０１４２】
いくつかの態様では、RANノード(たとえば、C-BS)が短時間にわたって(たとえば、RRC接続の持続時間にわたって)ナンス(たとえば、IVとして使用されるナンス/IVに設定されたナンス)を記憶できるので、メッセージの中にIVを含めることは随意である。
【０１４３】
いくつかの態様では、ナンスは、ランダムアクセスプロシージャの間に装置(たとえば、RANノード、C-BS)によってセルラーデバイスに提供される、ランダムに選択された数値である。送信されるべき2つ以上のメッセージがある場合、ナンスは、メッセージごとに、所定の固定量(たとえば、1)だけ増やされてよい。代替的に、装置(たとえば、RANノード、C-BS)によってセルラーデバイスに提供され、(たとえば、リプレイアタックを防止するために)変化し得る任意の乱数が許容できる。いくつかの態様では、ナンスは、C-RNTIと置き換えられてよい。いくつかの態様では、ナンスは、タイムスタンプによって置き換えられてよい。セルラーデバイスおよび装置(たとえば、RANノード、C-BS)がタイマーを有する場合、タイムスタンプが使用され得る。
【０１４４】
次に図10を参照すると、装置(たとえば、RANノード、C-BS)は、第2の鍵(たとえば、BASK)を受信し得、第2の鍵は、第1の鍵、および装置(たとえば、RANノード、C-BS)に固有のパラメータに基づいている(1002)。いくつかの態様では、RANノードは、ゲートウェイから第2の鍵を受信し、第1の鍵は、ゲートウェイのみによって知られている。いくつかの態様では、ゲートウェイはC-SGNである。いくつかの態様では、RANノードに固有のパラメータは、RANノードの識別情報である。たとえば、RANノードは、CIoT基地局(C-BS)または発展型ノードB(eノードB)であってよく、RANノードに固有のパラメータは、C-BS識別情報またはeノードB識別情報であってよい。
【０１４５】
装置は、デバイス識別情報を含む暗号化されたスモールデータメッセージを受信し得る。いくつかの態様では、スモールデータメッセージは、第3の鍵(たとえば、DASK)を用いて暗号化されている(1004)。
【０１４６】
装置は、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいている第3の鍵(たとえば、DASK)を取得し得る(1006)。
【０１４７】
装置は、第3の鍵を使用してスモールデータメッセージを解読し得る(1008)。
【０１４８】
いくつかの態様では、暗号化および解読は、乱数および/またはタイムスタンプを取り込んでリプレイアタックを防止し得る。いくつかの態様では、スモールデータメッセージは、デバイス識別情報によって識別されるデバイスから取得され得、RANノードは、乱数をデバイスに供給する。たとえば、スモールデータメッセージは、デバイス識別情報によって識別されるデバイスから取得され得、乱数は、ランダムアクセスプロシージャの間にRANノードによってデバイスに供給されるナンスであってよい。ナンスは、RANノードからデバイスへ送信されるメッセージごとに、所定の固定量だけ増やされてよい。
【０１４９】
図11は、本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセス1100の別の例を示すフロー図である。ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1100は、無線アクセスネットワーク(RAN)ノード(たとえば、C-BS)またはいくつかの他の好適な装置に配置され得る処理回路(たとえば、図8の処理回路810)内で行われ得る。したがって、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1100は、RANノード(たとえば、C-BS)またはいくつかの他の好適な装置において動作可能であってよい。もちろん、本開示の範囲内の様々な態様では、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1100は、本開示の1つまたは複数の態様による、セキュリティ鍵を取得、供給、および使用することのうちの1つまたは複数を含むステートレスアクセス層セキュリティをサポートすることが可能な任意の好適な装置によって実施され得る。
【０１５０】
図11の態様では、暗号化と完全性保護の両方が可能にされ得る。暗号化と完全性保護の両方が使用のために構成されると、関連データを伴う認証付き暗号化(AEAD:Authenticated Encryption With Associated Data)暗号が使用され得る。アクセス層セキュリティは、初期接続プロシージャの間に構成および/または折衝され得る。
【０１５１】
次に図11を参照すると、装置(たとえば、無線アクセスネットワーク(RAN)ノード、C-BS)は、第2の鍵(たとえば、BASK)を受信し得、第2の鍵は、第1の鍵、および装置(たとえば、RANノード、C-BS)に固有のパラメータに基づいている(1102)。いくつかの態様では、RANノードは、ゲートウェイから第2の鍵を受信し、第1の鍵は、ゲートウェイのみによって知られている。いくつかの態様では、ゲートウェイはC-SGNである。いくつかの態様では、RANノードに固有のパラメータは、RANノードの識別情報である。たとえば、RANノードは、CIoT基地局(C-BS)または発展型ノードB(eノードB)であってよく、RANノードに固有のパラメータは、C-BS識別情報またはeノードB識別情報であってよい。
【０１５２】
装置は、デバイス識別情報を含むスモールデータメッセージを受信し得る。いくつかの態様では、スモールデータメッセージは、第3の鍵(たとえば、DASK)を用いて暗号化されていてよく、スモールデータメッセージは、第3の鍵を使用して導出または生成された完全性保護値を含み得る(1104)。
【０１５３】
装置は、第2の鍵およびデバイス識別情報に基づいている第3の鍵(たとえば、DASK)を取得し得る(1106)。
【０１５４】
デバイスは、第3の鍵を使用してスモールデータメッセージを解読し得る(1108)。
【０１５５】
デバイスは、第3の鍵を使用して完全性保護値を検証し得る(1110)。
【０１５６】
図12は、本開示のいくつかの態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセス1200の別の例を示すフロー図である。ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1200は、無線アクセスネットワーク(RAN)ノード(たとえば、C-BS)またはいくつかの他の好適な装置に配置され得る処理回路(たとえば、図8の処理回路810)内で行われ得る。したがって、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1200は、RANノード(たとえば、C-BS)またはいくつかの他の好適な装置において動作可能であってよい。もちろん、本開示の範囲内の様々な態様では、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1200は、本開示の1つまたは複数の態様による、セキュリティ鍵を取得、供給、および使用することのうちの1つまたは複数を含むステートレスアクセス層セキュリティをサポートすることが可能な任意の好適な装置によって実施され得る。
【０１５７】
図12の態様では、トークンを採用する例示的なオンデマンド完全性保護プロセスが示される。一態様によれば、通常モードすなわち第1の動作モードではアクセス層セキュリティが構成されず、第2の動作モードではアクセス層セキュリティが構成される。たとえば、RANノード(たとえば、C-BS)またはいくつかの他のネットワークノードにおいて輻輳および/または過負荷が検出されると、RANノード(たとえば、C-BS)は、メッセージ(たとえば、表示、要求、命令、コマンド)をセルラーデバイスへ送信し得る。メッセージは、RANノード(たとえば、C-BS)へ送信される1つまたは複数のメッセージ(たとえば、スモールデータメッセージ)にトークンを含めることをセルラーデバイスにさせ得る(または、トリガし得る)。一例では、輻輳および/または過負荷は、大量のスモールデータメッセージ転送に基づいて検出され得る。一例では、トラフィック負荷が所与のしきい値を上回るとき、輻輳および/または過負荷が検出され得、表示/要求/命令/コマンドの送信がトリガされ得る。いくつかの態様では、しきい値は事前定義され得る。いくつかの態様では、ネットワークがしきい値を構成し得る。
【０１５８】
いくつかの態様によれば、トークンは、完全性のためのMACと同様の方法で作成されてよいが、完全性のためのMACとは異なり、この態様によるトークンは、RANノードからオンデマンドで提供される(たとえば、RANノードからの要望に応答して提供される)。
【０１５９】
たとえば、ランダムアクセスプロシージャの間、RANノード(たとえば、C-BS)およびデバイスは、前に説明したようにそれぞれのナンス(たとえば、ナンス-RAN、ナンス-デバイス)を交換し得る。追加として、RANノードは、転送される次の1つまたは複数のスモールデータメッセージを用いてトークンを送信するための表示/要求/命令/コマンドをセルラーデバイスに提供し得る。トークンは、以下のように作成され得る。
トークン=F(DASK,S-TMSI|ナンス-デバイス|ナンス-RAN|メッセージ)、ただし、
Fはトークン生成関数(たとえば、CMAC、HMAC)であり、DASKは第3の鍵であり、S-TMSIはセルラーデバイスの識別情報であり(セルラーデバイスを識別する他のパラメータが使用されてよい)、ナンス-デバイスおよびナンス-RANは上記で説明されており、メッセージは送信されているメッセージである。送信されるべき2つ以上のメッセージがある場合、ナンスは、メッセージごとに固定量(たとえば、1)だけ増やされてよい。
【０１６０】
RANノード(たとえば、C-BS)が、トークンを搬送するメッセージをセルラーデバイスから受信すると、RANノードは、オンザフライで第3の鍵(たとえば、DASK)を取得し得、ここで、第3の鍵は、第2の鍵(たとえば、BASK)、およびセルラーデバイスの識別情報に基づいてよい。RANノードは、次いで、たとえば、上で与えられた式に従って第2のトークンを取得(たとえば、導出、生成)すること、および受信されたトークンを第2のトークンと比較することによって、トークンを検証し得る。
【０１６１】
いくつかの態様では、ナンスは、セルラーデバイスメッセージの中で搬送されてよく、またはRANノード(たとえば、C-BS)において一時的に記憶されてよい。
【０１６２】
様々な実装形態では、トークンを採用するこのオンデマンド完全性保護プロセスが輻輳/過負荷の間にトリガされるので、オンデマンド完全性保護プロセスは、アクセス層セキュリティ(たとえば、LTEアクセス層セキュリティ)が常にアクティブ化されるのであれば本来ならセルラーデバイスおよびRANノード(たとえば、C-BS)がこうむることになる計算オーバーヘッドを、最小限に抑える。
【０１６３】
次に図12を参照すると、装置(たとえば、無線アクセスネットワーク(RAN)ノード)は、トラフィック負荷値を監視し得る(1202)。
【０１６４】
装置は、トラフィック負荷値が所定のしきい値を上回ることを検出し得る(1204)。一例では、ネットワーク(たとえば、コアネットワーク)が所定のしきい値を構成し得る。
【０１６５】
トラフィック負荷値が所定のしきい値を上回るという検出に応答して、装置は、装置(RANノード、C-BS)へ送信される次の1つまたは複数のメッセージの中にトークンを含めるようにセルラーデバイスに要求するメッセージ(たとえば、表示、要求、命令、コマンド)を、セルラーデバイス(たとえば、CIoTデバイス)へ送信し得る(1206)。
【０１６６】
図13は、本開示の1つまたは複数の態様による、ステートレスアクセス層セキュリティ、ならびにセキュリティ鍵を取得、供給、および使用することのうちの1つまたは複数をサポートし得る装置1300(たとえば、セルラーデバイス、CIoTデバイス、電子デバイス、通信装置)のハードウェア実装形態の別の例を示すブロック図である。装置1300は、ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)、RANノード(たとえば、基地局、eNB、C-BS)、セルラーデバイス、CIoTデバイス、またはモバイルフォン、スマートフォン、タブレット、ポータブルコンピュータ、サーバ、パーソナルコンピュータ、センサー、エンターテインメントデバイス、医療デバイスなどのワイヤレス通信をサポートするいくつかの他のタイプのデバイス、あるいはワイヤレス通信回路構成を有する任意の他の電子デバイス内に実装され得る。
【０１６７】
装置1300は、通信インターフェース(たとえば、少なくとも1つのトランシーバ)1302、記憶媒体1304、ユーザインターフェース1306、(たとえば、1つまたは複数のセキュリティ鍵1318を記憶する)メモリデバイス1308、および処理回路1310を含む。様々な実装形態では、ユーザインターフェース1306は、キーパッド、ディスプレイ、スピーカー、マイクロフォン、タッチスクリーンディスプレイ、またはユーザから入力を受け取り、もしくは出力をユーザへ送るための、いくつかの他の回路構成のうちの1つまたは複数を含み得る。概して、図13の構成要素は、図6の装置600の対応する構成要素と類似であってよい。
【０１６８】
本開示の1つまたは複数の態様によれば、処理回路1310は、本明細書で説明する装置のいずれかまたはすべてのための特徴、プロセス、機能、動作、および/またはルーチンのいずれかまたはすべてを実行するように適合され得る。たとえば、処理回路1310は、図4、図5、図7、図9〜図12、および図14に関して説明するブロック、ステップ、機能、および/またはプロセスのいずれかを実行するように適合され得る。処理回路1310に関して本明細書で使用する「適合される」という用語は、処理回路1310が、本明細書で説明する様々な特徴に従って、特定のプロセス、機能、動作、および/またはルーチンを実行するように構築、構成、採用、実装、および/またはプログラムされることのうちの1つまたは複数を指し得る。
【０１６９】
処理回路1310は、図4、図5、図7、図9〜図12、および図14に関して説明する動作のうちのいずれかを行うための手段(たとえば、そのための構造)として機能する特定用途向け集積回路(ASIC)などの、専用プロセッサであってよい。処理回路1310は、送信するための手段および/または受信するための手段の一例として機能し得る。
【０１７０】
装置1300の少なくとも一例によれば、処理回路1310は、通信するための回路/モジュール1320、受信するための回路/モジュール1322、構成するための回路/モジュール1324、折衝するための回路/モジュール1326、送信するための回路/モジュール1328、完全性パラメータを取得するための回路/モジュール1330、または暗号化するための回路/モジュール1332のうちの1つまたは複数を含み得る。
【０１７１】
上述のように、記憶媒体1304によって記憶されるプログラミングは、処理回路1310によって実行されたとき、処理回路1310に、本明細書で説明する様々な機能および/または処理動作のうちの1つまたは複数を実行させる。たとえば、記憶媒体1304は、通信するためのコード1340、受信するためのコード1342、構成するためのコード1344、折衝するためのコード1346、送信するためのコード1348、完全性パラメータを取得するためのコード1350、または暗号化するためのコード1352のうちの1つまたは複数を含み得る。
【０１７２】
図14は、本開示の態様によるステートレスアクセス層セキュリティプロセス1400の別の例を示すフロー図である。ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1400は、セルラーデバイス(たとえば、CIoTデバイス)またはいくつかの他の好適な装置に配置され得る処理回路(たとえば、図13の処理回路1310)内で行われ得る。したがって、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1400は、セルラーデバイスまたはいくつかの他の好適な装置において動作可能であってよい。もちろん、本開示の範囲内の様々な態様では、ステートレスアクセス層セキュリティプロセス1400は、本開示の1つまたは複数の態様による、セキュリティ鍵を取得、供給、および使用することのうちの1つまたは複数を含むステートレスアクセス層セキュリティをサポートすることが可能な任意の好適な装置によって実施され得る。
【０１７３】
次に図14を参照すると、装置(たとえば、セルラーデバイス、CIoTデバイス)は、第2の鍵(たとえば、BASK)、および装置に固有のパラメータに基づいている、第3の鍵(たとえば、DASK)を取得し得る(1402)。いくつかの態様では、装置に固有のパラメータは、装置の識別情報(たとえば、セルラーデバイスの識別情報、セルラーデバイスID、CIoTデバイスID)であってよい。いくつかの態様では、第2の鍵は、第1の鍵およびRANノード識別情報またはRANノードグループ識別情報に基づいてよい。装置は、第2の鍵および第1の鍵を知らなくてよい。いくつかの態様では、たとえば、第2の鍵は、第1の鍵、およびRANノードに固有のパラメータに基づいてよく、第1の鍵は、ゲートウェイのみに知られていてよい。
【０１７４】
装置は、アクセス層セキュリティ構成を構成および/または折衝し得る(1404)。いくつかの態様では、装置は、RANノードとアクセス層セキュリティ構成を折衝し得る。いくつかの態様では、装置は、初期接続プロシージャの間にアクセス層セキュリティ構成を折衝し得る。いくつかの態様では、装置は、初期接続プロシージャの間にRANノードとアクセス層セキュリティ構成を折衝し得る。いくつかの態様によれば、アクセス層セキュリティ構成は、スモールデータメッセージがセルラーデバイスから、セキュリティを用いずに送信されるのか、完全性保護を用いて送信されるのか、暗号化を用いて送信されるのか、完全性保護および暗号化を用いて送信されるのか、かつ/またはオンデマンド完全性保護を用いて送信されるのかを指定し得、完全性保護および暗号化は、第3の鍵を使用して実行され得る。
【０１７５】
装置は、第3の鍵を使用してアクセス層セキュリティ構成に基づいてスモールデータメッセージを保護し得る(1406)。装置は、第3の鍵を使用して完全性保護および/または暗号化を用いてスモールデータメッセージを保護し得る。装置は、第3の鍵を使用して保護されたスモールデータメッセージを送信し得る(1408)。いくつかの態様では、装置は、第3の鍵を使用して保護されたスモールデータメッセージをRANノードへ送信し得る。
【０１７６】
本明細書で説明するすべての態様および実装形態に関して、ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)は、周期的に第1の鍵(たとえば、MASK)を変更し得る。いくつかの態様によれば、第1の鍵は、第1のインデックス(たとえば、MASKインデックス)に関連付けられてよい。たとえば、第1の鍵は、第1のインデックスによって決定されてよい。一態様では、第1の鍵が変化する各時間(各期間)に、第1のインデックスが変化してよい。
【０１７７】
いくつかの態様によれば、第2の鍵(たとえば、BASK)は、第2のインデックス(たとえば、BASKインデックス)に関連付けられてよい。第2のインデックスは、第1のインデックス(たとえば、MASKインデックス)によって決定されてよい。たとえば、RANノード(たとえば、C-BS)は、現在有効である(たとえば、満了していない、アクティブな)第1のインデックスに対応する第2のインデックスを有する第2の鍵が供給されてよい。
【０１７８】
いくつかの態様によれば、第3の鍵(たとえば、DASK)は、第3のインデックス(たとえば、DASKインデックス)に関連付けられてよい。第3のインデックスは、第2のインデックス(たとえば、BASKインデックス)によって決定されてよい。たとえば、セルラーデバイス(たとえば、CIoTデバイス)は、現在有効である(たとえば、満了していない、アクティブな)第2のインデックスに対応する第3のインデックスを有する第3の鍵が供給されてよい。
【０１７９】
第3の鍵インデックス(たとえば、DASKインデックス)は、スモールデータメッセージを取得するエンティティ(たとえば、RANノード、C-BS)が、本明細書で説明する態様によるアクセス層セキュリティ検証および/または解読のために使用されるべき第3の鍵(たとえば、DASK)を取得(たとえば、導出、生成)できるように、スモールデータメッセージの中に含まれ得る。
【０１８０】
任意の鍵(たとえば、第1、第2、および/または第3の鍵)の変更は、たとえば、時間満了、セキュリティ、保守、鍵漏洩の検出、または悪意のあるデバイスの検出に起因してよい。
【０１８１】
一態様によれば、(たとえば、時間満了、セキュリティ、保守、鍵漏洩の検出、悪意のあるデバイスの検出などに起因して)鍵が有効でないとき、セルラーデバイスおよび/またはゲートウェイ(たとえば、C-SGN)へエラーメッセージが送信されてよい。
【０１８２】
セルラーデバイスにおいて、エラーメッセージを取得すると、セルラーデバイスは、第3の鍵(たとえば、DASK)を求める要求をゲートウェイ(たとえば、C-SGN)へ送信してよい。第3の鍵を求める要求は、鍵要求メッセージと呼ばれることがある(また、代替として、DASK更新メッセージと呼ばれることがある)。鍵要求メッセージは、本明細書で説明する態様において説明したように、アクセス層セキュリティによって保護されなくてよい。
【０１８３】
鍵要求メッセージおよび/またはエラーメッセージは、たとえば、セキュアなNAS制御メッセージを使用して新たな第3の鍵(たとえば、新たなDASK)をセルラーデバイスへ送信(たとえば、プッシュ)するようにゲートウェイをトリガするために、ゲートウェイへ送信され得る。一態様では、ゲートウェイが所与のセルラーデバイス用の鍵を変更すると(たとえば、新たな第3の鍵を送信すると)、ゲートウェイは、他のセルラーデバイス(たとえば、その第3の鍵が、漏洩した第2の鍵に基づいていることがあるセルラーデバイス)にそれぞれの新たな鍵を同時に供給し得る。しかしながら、他の態様によれば、ゲートウェイが所与のセルラーデバイス用の鍵を変更すると(たとえば、新たな第3の鍵を送信すると)、ゲートウェイは、他のセルラーデバイスにそれぞれの新たな鍵を同時に供給しなくてよい。
【０１８４】
代替として、古い鍵を用いて保護されたメッセージをゲートウェイ(たとえば、C-SGN)へ送信することによって、鍵要求メッセージ(たとえば、DASK更新)がデバイスによってトリガされ得る。
【０１８５】
ゲートウェイ(たとえば、C-SGN)は、複数の異なる第1の鍵(たとえば、MASK)および対応する異なる第2の鍵(たとえば、BASK)を同時に使用し得る。異なる第1の鍵および対応する異なる第2の鍵を同時に使用することは、たとえば、鍵変更の影響を低減し得、かつ/または一般にセキュリティを改善し得る。
【０１８６】
いくつかの態様によれば、アクセス層セキュリティ保護されたメッセージは、RANノード(たとえば、C-BS)において、アクセス層セキュリティ保護を使用しないメッセージよりも高い優先度を取得し得る(たとえば、それを超えて優先度を付けられ得る)。いくつかの態様によれば、RANノード(たとえば、C-BS)が輻輳しているかまたは過負荷であるとき、アクセス層セキュリティ保護されたメッセージは、RANノードにおいて、アクセス層セキュリティ保護を使用しないメッセージよりも高い優先度を取得し得る(たとえば、それを超えて優先度を付けられ得る)。
【０１８７】
いくつかの態様によれば、CIoTは、接続済みモードモビリティ(すなわち、ハンドオーバプロシージャ)をサポートしなくてよい。したがって、本明細書で説明するいくつかの態様によるアクセス層セキュリティも、接続済みモードモビリティをサポートしなくてよい。
【０１８８】
本明細書で説明するいくつかの態様によれば、セルラーデバイス(たとえば、CIoTデバイス)が新たなRANノード(たとえば、C-BS)に接続すると、セルラーデバイスは、上記で説明したように鍵要求メッセージを送信し得る。たとえば、セルラーデバイスは、鍵要求メッセージを新たなRANノードへ送信し得る。いくつかの態様によれば、セルラーデバイスが、以前に接続したRANノード(たとえば、C-BS)に接続される場合、セルラーデバイスは、以前に接続したRANノードに関連する第3の鍵(たとえば、DASK)を使用することができる(第3の鍵が除去されていない場合、および/または関連するいかなる鍵インデックスも変更されていない場合)。
【０１８９】
図15は、本開示のいくつかの態様において出現し得るときの、RAN1502および複数の通信エンティティを含むワイヤレス通信ネットワーク1500の一部分の概略図である。本明細書で説明するように、セルラーデバイス、CIoTデバイス、LTEワイヤレスセルラーデバイス、および/またはマシンタイプ通信ワイヤレスセルラーデバイスは、たとえば、IoTデバイス1504、スマートアラーム1506、リモートセンサー1508、スマートフォン1510、モバイルフォン1512、スマートメーター1514、携帯情報端末(PDA)1516、パーソナルコンピュータ1518、メッシュノード1520、および/またはタブレットコンピュータ1522の中に存在してよく、またはそれらの一部であってよい。もちろん、図示したデバイスまたは構成要素は例であり、任意の好適なノードまたはデバイスが本開示の範囲内のワイヤレス通信ネットワーク内に出現してよい。これらの例は、本開示のいくつかの概念を例示するために提供される。これらが本質的に例であり、他の例が本開示および添付の特許請求の範囲内に包含され得ることを、当業者は諒解されよう。
【０１９０】
当業者が容易に諒解するように、本開示全体にわたって説明した様々な態様は、任意の好適な電気通信システム、ネットワークアーキテクチャ、および通信規格に拡張され得る。例として、様々な態様が、W-CDMA、TD-SCDMA、およびTD-CDMAなどのUMTSシステムに適用され得る。様々な態様はまた、(FDD、TDD、または両方のモードでの)ロングタームエボリューション(LTE)、(FDD、TDD、または両方のモードでの)LTE-Advanced(LTE-A)、CDMA2000、エボリューションデータオプティマイズド(EV-DO)、ウルトラモバイルブロードバンド(UMB)、IEEE802.11(Wi-Fi)、IEEE802.16(WiMAX)、IEEE802.20、ウルトラワイドバンド(UWB)、Bluetooth(登録商標)、および/またはまだ定義されていないワイドエリアネットワーク規格によって記載されるシステムを含む他の好適なシステムを採用する、システムに適用され得る。採用される実際の電気通信規格、ネットワークアーキテクチャ、および/または通信規格は、特定の適用例、およびシステムに課された全体的な設計制約によって決まる。
【０１９１】
本開示内では、「例示的」という単語は、「例、事例、または例示としての役割を果たす」ことを意味するために使用される。「例示的」として本明細書で説明したいかなる実装形態または態様も、必ずしも本開示の他の態様よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきでない。同様に、「態様」という用語は、本開示のすべての態様が、説明した特徴、利点、または動作モードを含むことを必要としない。「結合される」という用語は、2つの物体間の直接的または間接的な機械的かつ/または電気的な結合を指すために本明細書で使用される。たとえば、物体Aが物体Bと物理的に接触かつ/または電気的に通信し、物体Bが物体Cと物理的に接触かつ/または電気的に通信する場合、それらが物理的に直接接触かつ/または互いに電気的に通信しなくても、物体AおよびCは、やはり互いに結合されると見なされてよい。たとえば、第1のダイは、第1のダイが第2のダイに物理的に直接接触しなくても、パッケージの中で第2のダイに結合され得る。「回路(circuit)」および「回路構成(circuitry)」という用語は広く使用され、電子回路のタイプとして限定せずに、接続および構成されたとき、本開示で説明した機能の実行を可能にする電気デバイスおよび導体としてのハードウェア実装形態、ならびにプロセッサによって実行されたとき、本開示で説明した機能の実行を可能にする情報および命令としてのソフトウェア実装形態の両方を含むものとする。
【０１９２】
上記に示した構成要素、ブロック、特徴、および/または機能のうちの1つまたは複数は、単一の構成要素、ブロック、特徴、または機能に再配置されてよく、かつ/または組み合わされてよく、あるいはいくつかの構成要素、ブロック、特徴、および/または機能の中で実施されてもよい。本明細書で開示する新規の特徴から逸脱することなく、追加の構成要素、ブロック、特徴、および/または機能も追加されてよい。上記で図示した装置、デバイス、および/または構成要素は、本明細書で説明した方法、ブロック、特徴、および/または機能のうちの1つまたは複数を実行するように適合(たとえば、構築、構成、採用、実装、および/またはプログラム)され得る。本明細書で説明したアルゴリズムはまた、ソフトウェアで効率的に実装されてよく、かつ/またはハードウェアに組み込まれてよい。
【０１９３】
開示する方法におけるブロックの特定の順序または階層が、例示的なプロセスの例示であることを理解されたい。方法におけるブロックの特定の順序または階層が並べ替えられてよいことが理解される。添付の方法クレームは、例示的な順序で様々なブロックの要素を提示し、特に記載されない限り、提示された特定の順序または階層に限定されることを意味しない。
【０１９４】
上述の説明は、本明細書で説明した様々な態様を当業者が実践できるようにするために提供される。これらの態様への様々な変更が当業者には容易に明らかになり、本明細書で規定された一般原理は他の態様に適用され得る。したがって、特許請求の範囲は本明細書で示した態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲の文言と一致する完全な範囲を与えられるべきであり、単数形での要素への言及は、そのように明記されていない限り「唯一無二の」ではなく、むしろ「1つまたは複数の」を意味することを意図する。別段に明記されていない限り、「いくつか(some)」という用語は、1つまたは複数を指す。項目の列挙「のうちの少なくとも1つ」を指す句は、単一のメンバーを含むそれらの項目の任意の組合せを指す。一例として、「a、b、またはcのうちの少なくとも1つ」は、a、b、c、aおよびb、aおよびc、bおよびc、ならびにa、bおよびcを包含することを意図する。当業者に知られているか、または後に知られることになる、本開示全体にわたって説明した様々な態様の要素に対するすべての構造的および機能的同等物は、参照により本明細書に明確に組み込まれ、特許請求の範囲によって包含されることが意図される。その上、本明細書で開示したものはいずれも、そのような開示が特許請求の範囲において明示的に記載されているかどうかにかかわらず、公に捧げられることを意図するものではない。請求項の要素は、要素が「〜ための手段」という句を使用して明確に記載されない限り、または方法クレームの場合、要素が「〜ためのステップ」という句を使用して記載されない限り、米国特許法第112(f)の規定の下で解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【０１９５】
100  通信ネットワーク
102  無線アクセスネットワーク(RAN)ノード
104〜114  アンテナ
116  セルラーデバイス
122  セルラーデバイス
128  通信リンクおよび/または参照点
130  コアネットワーク
136  セルラー式モノのインターネット(CIoT)デバイス
142  セルラー式モノのインターネット(CIoT)デバイス
150  モノのインターネット(IoT)デバイス
200  通信ネットワーク
202  ゲートウェイ
204  第1のRANノード
206  CIoTデバイス
208  IoTデバイス
210  セルラーデバイス
212  C-Uu参照点
214  S1-lite参照点
216  ロングタームエボリューション(LTE)またはマシンタイプ通信(MTC)セルラーデバイス
218  LTE Uu(eMTC)参照点
220  第2のRANノード
222  S1-lite参照点
224  ホーム加入者サーバ(HSS)
226  S6a参照点
228  ショートメッセージサービス(SMS)ゲートウェイモバイル交換センター(SMS-GMSC)/インターワーキングモバイル交換センター(IWMSC)/SMSルータ
230  Gd/Gdd参照点
232  アプリケーションサーバ
234  SGi参照点
237  パケットデータネットワークゲートウェイ(P-GW)
239  S5参照点
502  セルラーデバイス
504  RANノード
506  CIoTサービングゲートウェイノード(C-SGN)
508  ホーム加入者サーバ
510  P-GW
522  接続要求
524  NASメッセージ
526  認証/セキュリティプロシージャ
528  加入情報
530  セッション作成要求
532  セッション作成応答
534  接続受付メッセージ
536  接続完了メッセージ
600  装置
602  通信インターフェース
604  記憶媒体
606  ユーザインターフェース
608  メモリデバイス
610  処理回路
612  アンテナ
614  送信機
616  受信機
618  セキュリティ鍵
640  シグナリングバス
【図１】
2019506779.tif 000003
【図２】
2019506779.tif 000004
【図３】
2019506779.tif 000005
【図４】
2019506779.tif 000006
【図５】
2019506779.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019506779.tif 000009
【図８】
2019506779.tif 000010
【図９】
2019506779.tif 000011
【図１０】
2019506779.tif 000012
【図１１】
2019506779.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2019506779.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2019506779.tif 000017
【国際調査報告】
2019506779.tif 000018
2019506779.tif 000019
2019506779.tif 000020
2019506779.tif 000021
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