(57)【要約】自動的に生成するトラフィック暗号化キー（ＴＥＫ）は、基地局によるマルチキャストまたはブロードキャストサービスのため、加入者端末によって使用されるＴＥＫを周期的に更新する。基地局は、第１キー更新命令メッセージを、ＴＥＫ暗号化のためのグループキー暗号キー（ＧＫＥＫ）を更新するために、また、第２キー更新命令メッセージを、ＴＥＫを更新するために、加入者端末に送って、ＴＥＫを更新する。基地局は、Ｍ＆Ｂ  ＴＥＫ  Ｇｒａｃｅ  Ｔｉｍｅを設定するが、これは加入者端末で設定されるＴＥＫ  Ｇｒａｃｅ  Ｔｉｍｅとは異なり、新しいＧＫＥＫを含む第１メッセージを加入者端末に、プライマリマネジメントコネクションを通してM&B TEK Ｇｒａｃｅ  Ｔｉｍｅより前に送り、新しいＧＫＥＫで暗号化された新しいＴＥＫを含む第２メッセージを更にM&B TEK Ｇｒａｃｅ  Ｔｉｍｅの後でブロードキャストコネクションを経由して送る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線携帯インターネットシステムにおける基地局が、無線連結された加入者端末に対するマルチキャスト（Multicast）又はブロードキャスト（Broadcast）サービスのために送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーを管理する方法において、
ａ）前記加入者端末と現在送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用される現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から特定時間が経過した時、前記現在のトラフィック暗号化キーを更新するために新たなトラフィック暗号化キーを生成する段階；及び
ｂ）前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されている加入者端末の全てに、ブロードキャストコネクション（Broadcast  Connection）を通じて、前記生成された新たなトラフィック暗号化キーを送信して、前記加入者端末で使用されるトラフィック暗号化キーが更新されるようにする段階；
を含む無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２】
無線携帯インターネットシステムにおける基地局が、無線連結された加入者端末に対するマルチキャスト又はブロードキャストサービスのために送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーを管理する方法において、
ａ）前記加入者端末と現在送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用される現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から特定時間が経過する前に、トラフィック暗号化キーを暗号化するか、又は復号化することに使用される特定のキーを生成する段階；
ｂ）前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されている加入者端末の全てに、プライマリマネジメントコネクション（Primary  Management  Connection）を通じて、前記生成された特定のキーを各々送信する段階；
ｃ）前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から前記特定時間が経過した時、前記現在のトラフィック暗号化キーを更新するために新たなトラフィック暗号化キーを生成する段階；及び
ｄ）前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されている加入者端末の全てに、ブロードキャストコネクション（Broadcast  Connection）を通じて、前記生成された新たなトラフィック暗号化キーを送信して、前記加入者端末で使用されるトラフィック暗号化キーが更新されるようにする段階；
を含む無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項３】
前記特定時間は、前記基地局が内部的に管理するマルチメディア又はブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キー更新時間（M&B  TEK  Grace  Time）に基づいて設定され、前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の満了時点から、前記 M&B  TEK  Grace  Time の分だけの以前の時間に設定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項４】
前記ｂ）段階で、前記生成された新たなトラフィック暗号化キーをブロードキャストコネクションを通じて前記加入者端末に送信する場合、IEEE  802.16での保安キー管理プロトコルメッセージであるＰＫＭ−ＲＳＰ（Privacy  Key  Management  Response）メッセージの一つのメッセージであるKey  Replyメッセージを利用することを特徴とする、請求項１に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項５】
前記ａ）段階で、前記生成される新たなトラフィック暗号化キーは、３−ＤＥＳ（Data  Encryption  Standard）方式又はＡＥＳ（Advanced  Encryption  Standard）方式によって暗号化され、前記現在のトラフィック暗号化キーを使用して暗号化されることを特徴とする、請求項１に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項６】
前記ａ）段階の前に、
ｉ）最初のマルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されるために、前記加入者端末からマルチキャスト又はブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーの要請を受ける段階；及び
ｉｉ）前記要請されたマルチキャスト又はブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを生成して、前記加入者端末へ送信する段階；
をさらに含み、
前記加入者端末とのメッセージ送受信は、IEEE  802.16でのプライマリマネジメントコネクションを通じて行われることを特徴とする、請求項１に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項７】
前記ｉｉ）段階で生成されるトラフィック暗号化キーは、３−ＤＥＳ方式又はＡＥＳ方式によって暗号化され、前記加入者端末の認証キー（Authentication  Keyから作られたＫＥＫ（Key  Encryption  Key）によって暗号化されることを特徴とする、請求項６に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項８】
前記ｂ）段階で、前記生成された新たなトラフィック暗号化キーが前記加入者端末へ送信されて更新された後、既に割り当てられたトラフィック暗号化キーに対する有効時間が満了した後から前記新たなトラフィック暗号化キーの有効時間が開始されることを特徴とする、請求項１に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項９】
前記ｂ）段階で、
前記特定のキーは、前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されている加入者端末の全てに同一に分配されているグループキー暗号キー（Group  Key  Encryption  Key：GKEK）であることを特徴とする、請求項２に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１０】
前記ＧＫＥＫは、前記マルチキャストサービス又はブロードキャストサービスを提供されている前記加入者端末に伝達する時、前記加入者端末の認証キーを通じて暗号化されることを特徴とする、請求項９に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１１】
前記ａ）段階の前に、
ｉ）最初のマルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されるために、前記加入者端末からマルチキャスト又はブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーの要請を受ける段階；及び
ｉｉ）前記要請されたマルチキャスト又はブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを生成して、前記加入者端末へ送信する段階；
をさらに含み、
前記加入者端末とのメッセージ送受信は、IEEE  802.16でのプライマリマネジメントコネクションを通じて行われることを特徴とする、請求項２に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１２】
前記ｉｉ）段階で、前記生成されたトラフィック暗号化キーを前記加入者端末へ送信する場合、IEEE  802.16での保安キー管理プロトコルメッセージであるＰＫＭ−ＲＳＰ（Privacy  Key  Management  Response）メッセージの一つのメッセージであるKey  Replyメッセージを用い、
前記Key  Replyメッセージには、前記トラフィック暗号化キーを暗号化することに使用された前記特定のキーが含まれていることを特徴とする、請求項１１に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１３】
前記マルチキャストサービス別又はブロードキャストサービス別に各々管理される前記ＧＫＥＫは、前記基地局又は前記基地局に接続されて前記加入者に対する認証を遂行する認証サーバー（AAA：Authentication  Authorization  and  Accounting  server）によって無作為に生成されることを特徴とする、請求項９、１０及び１２のうちのいずれか一つに記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１４】
前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスの範囲が一つの基地局に限定される場合、前記基地局が前記ＧＫＥＫを無作為に生成することを特徴とする、請求項１３に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１５】
前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスの範囲が前記無線携帯インターネットシステムの全体である場合、前記認証サーバーが前記ＧＫＥＫを無作為に生成することを特徴とする、請求項１３に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１６】
前記ｃ）段階で、
前記生成される新たなトラフィック暗号化キーは、３−ＤＥＳ方式又はＡＥＳ方式によって暗号化され、前記ｂ）段階で、前記加入者端末へ送信された特定のキーによって暗号化されたことを特徴とする、請求項２に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１７】
前記ｄ）段階で、前記生成された新たなトラフィック暗号化キーが前記加入者端末へ送信されて更新された後、前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間が満了する時点から前記新たなトラフィック暗号化キーの有効時間が開始されることを特徴とする、請求項２に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１８】
前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から前記特定時間が経過した後、最初のマルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されるために、前記加入者端末からマルチキャスト又はブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーの要請を受ける場合、
前記現在のトラフィック暗号化キー及び前記現在の暗号化キーを更新するために生成された前記新たなトラフィック暗号化キーの全てを、前記トラフィック暗号化キーを要請した加入者端末へ送信することを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項１９】
前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から前記特定時間が経過した後、前記マルチキャストサービスやブロードキャストサービスを既に提供されている状態で、前記現在のトラフィック暗号化キーの更新のために、前記加入者端末からマルチキャスト又はブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーの要請を受ける場合、
前記現在のトラフィック暗号化キーを更新するために生成された前記新たなトラフィック暗号化キーを、前記要請した加入者端末へ送信することを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２０】
前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から前記特定時間が経過した後に発生される前記トラフィック暗号化キー要請及び送信動作は、プライマリマネジメントコネクションを通じて前記基地局と前記加入者端末ごとに個別的に行われることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２１】
無線携帯インターネットシステムにおける基地局に無線連結された加入者端末が、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用するトラフィック暗号化キーを管理する方法において、
ａ）前記基地局から、ブロードキャストコネクションを通じて新たなトラフィック暗号化キーを受信する段階；及び
ｂ）現在のトラフィック暗号化キーを前記受信された新たなトラフィック暗号化キーに更新して、以降から前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化する場合に、前記更新された新たなトラフィック暗号化キーを使用する段階；
を含む無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２２】
無線携帯インターネットシステムにおける基地局に無線連結された加入者端末が、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用するトラフィック暗号化キーを管理する方法において、
ａ）前記基地局からトラフィック暗号化キーを復号化することに使用される新たな特定のキー−ここで、新たな特定のキーは、各加入者端末の認証時に割り当てられた認証キーに暗号化されている−を、プライマリマネジメントコネクションを通じて受信する段階；
ｂ）現在の特定のキーを前記受信された新たな特定のキーに更新する段階；
ｃ）前記基地局から、ブロードキャストコネクションを通じて、新たなトラフィック暗号化キー−ここで、新たなトラフィック暗号化キーは、前記ｂ）段階で受信された新たな特定のキーに暗号化されている−を受信する段階；及び
ｄ）前記受信された新たなトラフィック暗号化キーを、前記ｂ）段階で受信された新たな特定のキーに復号化して現在のトラフィック暗号化キーを更新し、以降から前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化する場合に、前記更新された新たなトラフィック暗号化キーを使用する段階；
を含む無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２３】
前記新たなトラフィック暗号化キーは、前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から第１特定時間が経過した後、前記基地局から受信されることを特徴とする、請求項２１に記載の無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２４】
前記新たな特定のキーは、前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から第１特定時間が経過する前に前記基地局から受信され、
前記新たなトラフィック暗号化キーは、前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から前記第１特定時間が経過した後に前記基地局から受信されることを特徴とする、請求項２２に記載の無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２５】
前記第１特定時間は、前記基地局が内部的に管理するマルチメディア又はブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キー更新時間（M&B  TEK  Grace  Time）に基づいて設定され、前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の満了時点から前記M&B  TEK  Grace  Timeの分だけの以前の時間に設定されることを特徴とする、請求項２３又は２４に記載の無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２６】
前記加入者端末は、第２特定時間が経過する前に、前記基地局からブロードキャストコネクションを通じて新たなトラフィック暗号化キーが受信される場合、前記加入者端末自体によるトラフィック暗号化キーの更新要請を行わないことを特徴とする、請求項２５に記載の無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２７】
前記第２特定時間は、前記加入者端末が内部的に管理するトラフィック暗号化キー更新時間（TEK  Grace  Time）に基づいて設定され、前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の満了時点から前記TEK  Grace  Timeの分だけの以前の時間に設定されることを特徴とする、請求項２６に記載の無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２８】
前記M&B  TEK  Grace  Timeが前記TEK  Grace  Timeより大きいように設定されることを特徴とする、請求項２７に記載の無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項２９】
前記現在のトラフィック暗号化キーが前記新たなトラフィック暗号化キーに更新された後、前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間が満了する時点から、前記新たなトラフィック暗号化キーの有効時間が開始されることを特徴とする、請求項２３又は２４に記載の無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項３０】
前記第２特定時間が経過する時まで、前記基地局からブロードキャストコネクションを通じて新たなトラフィック暗号化キーが受信されない場合、
前記現在のトラフィック暗号化キーを更新するために、プライマリマネジメントコネクションを通じて新たなトラフィック暗号化キーを前記基地局へ要請して受信する段階；
現在のトラフィック暗号化キーを前記受信された新たなトラフィック暗号化キーに更新して、以降から前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化する場合に、前記更新された新たなトラフィック暗号化キーを使用する段階；
を含む、請求項２５に記載の無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法。
【請求項３１】
無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末と基地局との間で、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーに対する管理を遂行するためのプロトコルを構成する方法において、
ａ）前記加入者端末がトラフィック暗号化キーを要請するキー要請（Key  Request）メッセージを、ＭＡＣメッセージを利用して前記基地局へ送信する段階；
ｂ）前記基地局が、前記要請されたトラフィック暗号化キーと特定のキー−ここで、特定のキーは、前記加入者端末に割り当てられた認証キーとして暗号化されており、前記トラフィック暗号化キーを暗号化することに使用される−を含むキー応答（Key  Reply）メッセージを、ＭＡＣメッセージを利用して前記加入者端末へ送信する段階；
ｃ）前記特定のキーを更新するために、前記基地局が、新たな特定のキーを含む第１キー更新命令（Key  Update  Command）メッセージを、ＭＡＣメッセージを利用して前記加入者端末へ送信する段階；及び
ｄ）前記トラフィック暗号化キーを更新するために、前記基地局が、新たなトラフィック暗号化キー−ここで、新たなトラフィック暗号化キーは、前記新たな特定のキーによって暗号化される−を含む第２キー更新命令メッセージを、ＭＡＣメッセージを利用して前記加入者端末へ送信する段階；
を含む無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法。
【請求項３２】
前記ａ）段階で、
前記キー要請メッセージは、IEEE  802.16での保安キー管理プロトコルメッセージであるＰＫＭ−ＲＥＱ（Privacy  Key  Management  Request）メッセージの一つのメッセージであるKey  Requestメッセージを通じて、プライマリマネジメントコネクションで送信されることを特徴とする、請求項３１に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法。
【請求項３３】
前記ｂ）段階で、
前記キー応答メッセージは、IEEE  802.16での保安キー管理プロトコルメッセージであるＰＫＭ−ＲＳＰ（Privacy  Key  Management  Response）メッセージの一つのメッセージであるKey  Replyメッセージを通じて、プライマリマネジメントコネクションで送信されることを特徴とする、請求項３１に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法。
【請求項３４】
前記特定のキーは、前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されている加入者端末の全てに同一に分配されているグループキー暗号化キー（Group  Key  Encryption  Key：GKEK）であり、前記Key  Replyメッセージであるパラメーターのうちの一つのトラフィック暗号化キーパラメーター（TEK-Parameters）に含まれて転送されることを特徴とする、請求項３３に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法。
【請求項３５】
前記ｃ）段階及びｄ）段階で、
前記第１キー更新命令メッセージはプライマリマネジメントコネクションを通じて転送され、
前記第２キー更新命令メッセージはブロードキャストコネクションを通じて転送され、
前記第１キー更新命令メッセージ及び第２キー更新命令メッセージには、
加入者端末認証キー一連番号パラメーター、ＳＡ（Security  Association）の識別子であるＳＡＩＤパラメーター、前記第１キー更新命令メッセージと前記第２キー更新命令メッセージを区分するためのキープッシュモード（Key  Push  Mode）パラメーター、キー更新命令メッセージに対するリプレー攻撃（Replay  Attack）を防止するためのキープッシュカウンター、トラフィック暗号化キーに関する情報のパラメーター（TEK-Parameters）、及び前記第１キー更新命令メッセージと前記第２キー更新命令メッセージ自体を認証するためのパラメーター（HMAC-Digest）が含まれることを特徴とする、請求項３１に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法。
【請求項３６】
前記第１キー更新命令メッセージに含まれているTEK-Parametersには、前記ＧＫＥＫ及びトラフィック暗号化キー一連番号が含まれることを特徴とする、請求項３５に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法。
【請求項３７】
前記第２キー更新命令メッセージに含まれているTEK-Parametersには、前記新たなトラフィック暗号化キー、前記新たなトラフィック暗号化キーの有効時間、前記新たなトラフィック暗号化キー一連番号、及びトラフィックデータを暗号化することに必要な入力キーの役割を果たすＣＢＣ（Cipher  Block  Chaining）−ＩＶ（Initialization  Vector）が含まれることを特徴とする、請求項３５に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法。
【請求項３８】
前記キー更新命令メッセージに含まれているHMAC-Digestを生成する時に、入力キーとして必要なＨＭＡＣ認証キーをダウンリンクに対して生成する場合、
ＳＨＡ（Secure  Hash  Algorithm）方式を使用して前記ＨＭＡＣ認証キーを生成し、この時の入力キーとして、
前記第１キー更新命令メッセージ及び第２キー更新命令メッセージには、ダウンリンクＨＭＡＣ_ＰＡＤ_Ｄとリプレー攻撃を防止するためのキープッシュカウンターが共に用いられ、
前記第１キー更新命令メッセージには、加入者端末別に割り当てた認証キーがまた他の入力キーとして使用され、前記第２キー更新命令メッセージには、前記第１キー更新命令メッセージを通じて伝達したＧＫＥＫがまた他の入力キーとして使用されることを特徴とする、請求項３５に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法。
【請求項３９】
無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末に備えられ、前記基地局に無線連結された加入者端末が、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーを管理するためのトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法において、
前記基地局へトラフィック暗号化キーを要請するキー要請メッセージ送信イベントによってキー要請（Key  Request）メッセージを送信し、待機する動作待機段階（Op  Wait）；及び
前記基地局との正常的なトラフィックデータの送受信動作を行う動作段階（Operational）；を含み、
前記トラフィック暗号化キー状態マシンは、
前記動作待機段階で、前記基地局からトラフィック暗号化キーを受信するキー応答メッセージ受信イベント発生により、前記動作段階に遷移して動作し、
前記動作段階で、前記新たなトラフィック暗号化キーが含まれているキー応答メッセージを受信した場合、動作段階で留まることを特徴とする、無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法。
【請求項４０】
前記加入者端末の要請により、前記基地局で生成されて送信される新たなトラフィック暗号化キーを使用して更新するために待機する更新待機段階（Rekey  Wait）をさらに含み、
前記動作段階で、前記基地局から前記新たなトラフィック暗号化キーを分配するために使用されるキー応答メッセージを受信できなかった場合、前記端末のトラフィック暗号化キー更新イベント（TEK  Refresh  Timeout）の発生によって、前記端末が前記基地局へキー要請（Key  Request）メッセージを送信し、前記トラフィック暗号化キー状態マシンが前記更新待機段階に遷移して動作することを特徴とする、請求項３９に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法。
【請求項４１】
前記更新待機段階で、前記端末からキー要請メッセージに対する前記基地局の応答として新たなトラフィック暗号化キーが含まれているキー応答（Key  Reply）メッセージを受信して、前記トラフィック暗号化キー状態マシンが前記動作段階に遷移して動作することを特徴とする、請求項４０に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法。
【請求項４２】
無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末に備えられ、前記基地局に無線連結された加入者端末が、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーを管理するためのトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法において、
前記基地局へトラフィック暗号化キーを要請するキー要請メッセージ送信イベントによってキー要請（Key  Request）メッセージを送信し、待機する動作待機段階（Op  Wait）；
前記基地局との正常的なトラフィックデータの送受信動作を行う動作段階（Operational）；及び
前記基地局で自動的に生成されて送信される新たなトラフィック暗号化キーを使用して更新するために待機する、Ｍ＆Ｂ更新暫定待機段階（M&B  Rekey  Interim  Wait）；を含み、
前記トラフィック暗号化キー状態マシンは、
前記動作待機段階で、前記基地局からトラフィック暗号化キーを受信するキー応答メッセージ受信イベント発生により、前記動作段階に遷移して動作し、
前記動作段階で、前記特定のキーを更新するために、前記基地局から第１キー更新命令メッセージを通じて新たな特定のキーを受信した場合、ＧＫＥＫ更新イベントが発生するようになり、これによって前記Ｍ＆Ｂ更新暫定待機段階に遷移して動作し、
前記Ｍ＆Ｂ更新暫定待機段階で、前記新たな特定のキーに暗号化された新たなトラフィック暗号化キーを、前記基地局からブロードキャストコネクションを通じて第２キー更新命令メッセージを受信した場合、ＴＥＫ更新イベントが発生するようになり、これによって前記動作段階に遷移して動作することを特徴とする、無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法。
【請求項４３】
前記加入者端末の要請により、前記基地局で生成されて送信される新たなトラフィック暗号化キーを使用して更新するために待機する更新待機段階（Rekey  Wait）をさらに含み、
前記動作段階で、前記基地局から前記新たな特定のキーを分配するために使用される前記第１キー更新命令メッセージを受信できなくてＧＫＥＫ更新イベントが発生しない場合、前記端末のトラフィック暗号化キー更新イベント（TEK  Refresh  Timeout）の発生によって、前記端末は、前記基地局へキー要請（Key  Request）メッセージを送信し、前記トラフィック暗号化キー状態マシンが前記更新待機段階に遷移して動作することを特徴とする、請求項４２に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法。
【請求項４４】
前記Ｍ＆Ｂ更新暫定待機段階で、前記基地局から前記新たなトラフィック暗号化キーを分配するために使用される前記第２キー更新命令メッセージを受信できなくてＴＥＫ更新イベントが発生しない場合、前記端末のトラフィック暗号化キー更新イベント（TEK  Refresh  Timeout）の発生によって、前記端末は、前記基地局へキー要請（Key  Request）メッセージを送信し、前記トラフィック暗号化キー状態マシンが前記更新待機段階に遷移して動作することを特徴とする、請求項４３に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法。
【請求項４５】
前記更新待機段階で、前記端末から、キー要請メッセージに対する前記基地局の応答として新たなトラフィック暗号化キー及び前記新たなトラフィック暗号化キーを復号化することに使用される新たな特定のキーが含まれているキー応答（Key  Reply）メッセージを受信して、前記トラフィック暗号化キー状態マシンが前記動作段階に遷移して動作することを特徴とする、請求項４３又は４４に記載の無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー（Traffic  Encryption  Key：TEK）管理方法に係り、より具体的には、無線携帯インターネットシステムにおけるマルチキャストサービスとブロードキャストサービス用暗号化キー管理方法及びそのプロトコル構成方法、そして、加入者端末でのトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線携帯インターネットは、従来の無線ＬＡＮのように固定されたアクセスポイント（ＡＰ）を利用する近距離データ通信方式に、移動性をさらに支援する次世代通信方式である。このような無線携帯インターネットは多様な標準が提案されており、現在、IEEE  802.16を中心に携帯インターネットの国際標準化が進められている。ここで、IEEE  802.16は、基本的に都市圏通信網（Metropolitan  Area  Network、MAN）を支援する規格であって、構内情報通信網（ＬＡＮ）と広域通信網（ＷＡＮ）の中間程度の地域を網羅する情報通信網を意味する。
【０００３】
このようなIEEE  802.16無線ＭＡＮシステムでは、サービスを安全に提供するために、トラフィックデータに対する暗号化機能を定義している。トラフィックデータに対する暗号化機能は、サービスの安定性及び網の安定性のために必要な基本的な要求事項として台頭している。
現在、IEEE  802.16無線ＭＡＮシステムでは、このようなトラフィックデータを暗号化するために、トラフィック暗号化キーを生成して分配する方式を定義した。また、このトラフィック暗号化キーもまた、保安を維持するために、一定の時間が経過すると更新を行って、新たなトラフィック暗号化キーを生成及び分配するようにしている。これを通じて、加入者端末と基地局は同一なトラフィック暗号化キーを共有する。
【０００４】
認証及び保安関連機能を遂行するために、端末と基地局は、保安キー管理プロトコルであるＰＫＭ（Privacy  Key  Management）−ＲＥＱ（REQuest）メッセージとＰＫＭ−ＲＳＰ（ReSPonse）メッセージを使用する。端末は、ＰＫＭ−ＲＥＱメッセージのうちの一つのメッセージであるKey  Requestメッセージを基地局へ伝送することによって新たなトラフィック暗号化キーに対する割り当てを要求するか、又はトラフィック暗号化キー更新を要求する。一方、端末からこのようなメッセージを受信した基地局は、応答として、トラフィック暗号化キーの割り当てや更新が成功した場合には、ＰＫＭ−ＲＳＰメッセージのうちの一つのメッセージであるKey  Replyメッセージを伝送し、仮に、失敗した場合には、Key  Rejectメッセージ又はAuth  Invalidメッセージを当該端末へ伝送する。このような一連のトラフィック暗号化キー割り当て及び更新手続を通じて、端末と基地局との間で共有するようになったトラフィック暗号化キーを利用し、無線区間のトラフィックデータを暗号化及び復号化して送受信する。
【０００５】
一方、IEEE  802.16無線ＭＡＮシステムでのマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キー更新方法は、前記のように、ユニキャスト（Unicast）サービス用トラフィック暗号化キー更新方法と同一に処理される。つまり、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新及び分配する際、全ての加入者がトラフィック暗号化キー更新を要請し、これに対して、基地局が同一なトラフィック暗号化キーを全ての加入者に個別的に応答をすることによってトラフィック暗号化キーの更新及び分配が行われるため、無線区間信号チャンネルの使用負荷が非常に大きくなる。したがって、ユニキャストサービス用トラフィック暗号化キー更新方法と同一な手続でマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新するのは、無線チャンネル資源を不要に使用するという問題点が発生する。したがって、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キー更新による無線チャンネル資源を効果的に減少させる手続が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は前記問題点を解決しようとするものであって、無線携帯インターネットシステムでマルチキャストサービスとブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新する時、基地局で自動的にトラフィック暗号化キーを更新して、放送チャンネルを用いて伝達することにより、マルチキャストサービスとブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新する場合に無線区間信号チャンネルの使用負荷を減少させる無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法及びそのプロトコル構成方法、そして、加入者端末でのトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を達成するための本発明の一つの特徴による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法は、
無線携帯インターネットシステムにおける基地局が、無線連結された加入者端末に対するマルチキャスト又はブロードキャストサービスのために送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーを管理する方法であって、
ａ）前記加入者端末と現在送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用される現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から特定時間が経過した時、前記現在のトラフィック暗号化キーを更新するために新たなトラフィック暗号化キーを生成する段階；及びｂ）前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されている加入者端末の全てに、ブロードキャストコネクションを通じて、前記生成された新たなトラフィック暗号化キーを送信して、前記加入者端末で使用されるトラフィック暗号化キーが更新されるようにする段階；を含む。
【０００８】
本発明の他の特徴による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法は、
無線携帯インターネットシステムにおける基地局が、無線連結された加入者端末に対するマルチキャスト又はブロードキャストサービスのために送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーを管理する方法であって、
ａ）前記加入者端末と現在送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用される現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から特定時間が経過する前に、トラフィック暗号化キーを暗号化するか、又は復号化することに使用される特定のキーを生成する段階；ｂ）前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されている加入者端末の全てに、プライマリマネジメントコネクションを通じて、前記生成された特定のキーを各々送信する段階；ｃ）前記現在のトラフィック暗号化キーの有効時間の開始時点から前記特定時間が経過した時、前記現在のトラフィック暗号化キーを更新するために新たなトラフィック暗号化キーを生成する段階；及びｄ）前記マルチキャスト又はブロードキャストサービスを提供されている加入者端末の全てに、ブロードキャストコネクションを通じて、前記生成された新たなトラフィック暗号化キーを送信−ここで、送信されるトラフィック暗号化キーは、前記ｂ）段階で送信された新たな特定のキーに暗号化されている−して、前記加入者端末で使用されるトラフィック暗号化キーが更新されるようにする段階；を含む。
【０００９】
本発明のまた他の特徴による無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法は、
無線携帯インターネットシステムにおける基地局に無線連結された加入者端末が、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用するトラフィック暗号化キーを管理する方法であって、
ａ）前記基地局からブロードキャストコネクションを通じて、新たなトラフィック暗号化キーを受信する段階；及びｂ）現在のトラフィック暗号化キーを前記受信された新たなトラフィック暗号化キーに更新して、以降から前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化する場合に、前記更新された新たなトラフィック暗号化キーを使用する段階；を含む。
【００１０】
本発明のまた他の特徴による無線携帯インターネットシステムの加入者端末でのトラフィック暗号化キー管理方法は、
無線携帯インターネットシステムにおける基地局に無線連結された加入者端末が、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用するトラフィック暗号化キーを管理する方法であって、
ａ）前記基地局からトラフィック暗号化キーを復号化することに使用される新たな特定のキーを、プライマリマネジメントコネクションを通じて受信する段階；ｂ）現在の特定のキーを前記受信された新たな特定のキーに更新する段階；ｃ）前記基地局からブロードキャストコネクションを通じて、新たなトラフィック暗号化キー−ここで、新たなトラフィック暗号化キーは、前記ｂ）段階で受信された新たな特定のキーに暗号化されている−を受信する段階；及びｄ）前記受信された新たなトラフィック暗号化キーを、前記ｂ）段階で受信された新たな特定のキーに復号化して現在のトラフィック暗号化キーを更新し、以降から前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化する場合に、前記更新された新たなトラフィック暗号化キーを使用する段階；を含む。
【００１１】
本発明のまた他の特徴による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法は、
無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末と基地局との間で、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーに対する管理を遂行するためのプロトコルを構成する方法であって、
ａ）前記加入者端末がトラフィック暗号化キーを最初に要請するために、ＭＡＣメッセージであるキー要請メッセージ（Key  Request）を利用して、前記基地局へ送信する段階；ｂ）前記基地局が受信したキー要請メッセージの応答として、トラフィック暗号化キーを伝達するためにキー応答（Key  Reply）メッセージを送信する段階；及びｃ）前記基地局がトラフィック暗号化キーを自動的に更新し、これをキー応答（Key  Reply）メッセージを利用して、全ての端末に放送チャンネルを通じて伝送する段階；を含む。
【００１２】
本発明のまた他の特徴による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理のためのプロトコル構成方法は、
無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末と基地局との間で、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーに対する管理を遂行するためのプロトコルを構成する方法であって、
ａ）前記加入者端末が、トラフィック暗号化キーを最初に要請するために、ＭＡＣメッセージであるキー要請（Key  Request）メッセージを利用して前記基地局へ送信する段階；ｂ）前記基地局が受信したキー要請メッセージの応答として、トラフィック暗号化キーと特定のキー−ここで、特定のキーは、前記トラフィック暗号化キーを暗号化することに使用される−を伝達するために、ＭＡＣメッセージであるキー応答（Key  Reply）メッセージを前記加入者端末へ送信する段階；ｃ）前記特定のキーを更新するために、前記基地局が、新たな特定のキーを含む第１キー更新命令メッセージを、ＭＡＣメッセージを利用して前記加入者端末へ送信する段階；及びｄ）前記トラフィック暗号化キーを更新するために、前記基地局が新たなトラフィック暗号化キー−ここで、新たなトラフィック暗号化キーは、前記新たな特定のキーによって暗号化される−を含む第２キー更新命令メッセージを、ＭＡＣメッセージを利用して前記加入者端末へ送信する段階；を含む。
【００１３】
本発明のまた他の特徴による無線携帯インターネットシステムにおける端末のトラフィック暗号化キー状態マシン動作方法は、
無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末に備えられ、前記基地局に無線連結された加入者端末が、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために、前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーを管理するための端末のトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法であって、
前記端末が基地局へ、トラフィック暗号化キーを最初に要請するキー要請メッセージ送信イベントによってキー要請（Key  Request）メッセージを送信し、待機する動作待機段階（Op  Wait）；前記基地局との正常的なトラフィックデータの送受信動作を行う動作段階（Operational）；を含み、前記端末のトラフィック暗号化キー状態マシンにおいて、前記動作段階で、前記基地局でトラフィック暗号化キーを自動的に生成し、これを前記端末へ、放送チャンネルを通じてキー応答（Key  Reply）メッセージを送信し、端末がこれを受信して、再び動作段階に留まることを特徴とする。
【００１４】
本発明のまた他の特徴による無線携帯インターネットシステムにおける端末のトラフィック暗号化キー状態マシン動作方法は、
無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末に備えられ、前記基地局に無線連結された加入者端末が、マルチキャスト又はブロードキャストサービスのために、前記基地局と送受信するトラフィックデータを暗号化又は復号化することに使用されるトラフィック暗号化キーを管理するための端末のトラフィック暗号化キー状態マシンの動作方法であって、
前記端末が基地局へ、トラフィック暗号化キーを最初に要請するキー要請メッセージ送信イベントによってキー要請（Key  Request）メッセージを送信し、待機する動作待機段階（Op  Wait）；前記基地局との正常的なトラフィックデータの送受信動作を行う動作段階（Operational）；及び前記基地局で自動的に生成されて送信される新たなトラフィック暗号化キーを更新するために待機するＭ＆Ｂ更新暫定待機段階（M&B  Rekey  Interim  Wait）；を含み、
前記トラフィック暗号化キー状態マシンは、前記動作段階にある前記端末が、前記基地局からトラフィック暗号化キーを暗号化及び復号化することに使用される特定のキーが含まれている第１キー更新命令メッセージを受信したというイベント発生により、前記Ｍ＆Ｂ更新暫定待機段階に遷移して動作し、このＭ＆Ｂ更新暫定待機段階で、前記基地局からトラフィック暗号化キーが含まれている第２キー更新命令メッセージを受信したというイベント発生により、前記動作段階に再遷移して動作することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は色々な相違した形態で実現でき、ここで説明する実施形態に限られない。図面においては、本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略した。明細書全体を通じて類似な部分については同一図面符号を付けた。
【００１６】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法について詳細に説明する。
図１は、本発明が適用される無線携帯インターネットの概要を示した概略図である。
図１に示されているように、無線携帯インターネットシステムは基本的に、加入者端末１０、加入者端末１０と無線通信を遂行する基地局２０、２１、基地局２０、２１に接続されてゲートウェイを通して接続されたルーター３０、３１、及びルーター３０、３１に接続されて、加入者端末２０、２１に対する認証を遂行する認証サーバー（AAA  server：Authentication  Authorization  and  Accounting  server）４０を含む。
従来のIEEE  802.11のような無線ＬＡＮ方式は、固定されたアクセスポイントを中心に、近距離内で無線通信が可能なデータ通信方式を提供しているが、これは加入者端末の移動性を提供するわけでなく、単に、有線でない無線で近距離データ通信を支援するという限界を有していた。
一方、IEEE  802.16グループなどで推進中である無線携帯インターネットシステムは、図１に示された加入者端末１０が、基地局２０が担当するセルから基地局２１が担当するセルに移動する場合にもその移動性を保障して、切れないデータ通信サービスを提供するようになる。
したがって、無線携帯インターネットシステムは、移動通信サービスのように加入者端末１０のハンドオーバーを支援し、加入者端末の移動に伴って動的なＩＰアドレスの割り当ても可能である。
ここで、無線携帯インターネット加入者端末１０と基地局２０、２１は、直交周波数分割多重化（Orthogonal  Frequency  Division  Mutiple  Access；以下、ＯＦＤＭＡという）方式で通信を行う。ＯＦＤＭＡ方式は、複数の直交周波数の副搬送波（sub  carrier）を複数のサブチャンネルに利用する周波数分割方式と、時分割方式（ＴＤＭ）とを結合した多重化方式である。このようなＯＦＤＭＡ方式は、本質的に多重経路で発生するフェーディング（fading）に強く、データ伝送率が高い。
【００１７】
図２は、図１に示された無線携帯インターネットシステムの階層構造を示した階層図である。
図２に示されているように、IEEE  802.16の無線携帯インターネットシステムの階層構造は、大きく物理階層（Physical  Layer、Ｌ１０）と媒体アクセス制御（Media  Access  Control；以下、“ＭＡＣ”という）階層（Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３）とに区分される。
物理階層（Ｌ１０）は、変復調及びコーディングなど、通常の物理階層で遂行する無線通信機能を担当している。
一方、無線携帯インターネットシステムは、有線インターネットシステムのようにその機能別に細分化された階層を有さず、一つのＭＡＣ階層で多様な機能を担当する。
その機能別にサブ階層を見てみれば、ＭＡＣ階層は、プライバシーサブ階層（Privacy  Sublayer、Ｌ２１）、ＭＡＣ共通部サブ階層（MAC  Common  Part  Sublayer、Ｌ２２）、サービス依存コンバージェンスサブ階層（Service  Specific  Convergence  Sublayer、Ｌ２３）を含む。
プライバシーサブ階層（Ｌ２１）は、装置認証及び保安キーの交換、暗号化機能を遂行する。プライバシーサブ階層（Ｌ２１）で装置に対する認証のみが行われ、使用者認証はＭＡＣの上位階層（図示せず）で行われる。
ＭＡＣ共通部サブ階層（Ｌ２２）は、ＭＡＣ階層の核心的な部分として、システムアクセス、帯域幅の割り当て、トラフィック連結設定及び維持、ＱｏＳ管理に関する機能を担当する。
サービス依存コンバージェンスサブ階層（Ｌ２３）は、連続的なデータ通信において、ペイロードヘッダーサプレッション（suppression）、及びＱｏＳマッピング機能を担当する。
【００１８】
図３は、図１に示された無線携帯インターネットシステムにおける基地局２０、２１と加入者端末１０の連結構造を示した概略図である。
図３に示されているように、加入者端末１０のＭＡＣ階層と基地局２０、２１のＭＡＣ階層は、連結（Connection、Ｃ１）という概念が存在する。
ここで、“連結（Ｃ１）”という用語は、物理的連結関係でなく論理的連結関係を意味するものであって、信号メッセージを送受信するために、又は一つのサービスフローに対してトラフィックを伝送するために、加入者端末１０と基地局２０、２１のＭＡＣ同位階層との間のマッピング関係と定義される。
したがって、任意のメッセージとメッセージに含まれているパラメーターとを通じて、設定された各種前記連結が管理され、前記連結を通じて伝達される信号メッセージやトラフィックデータによって各々の機能を遂行するようになる。
その他にもＭＡＣメッセージは、各種動作に対する要請（ＲＥＱ）、応答（ＲＳＰ）、確認（ＡＣＫ）機能を遂行する多様なメッセージを含む。
【００１９】
図４は、図１に示された無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末と基地局との間の連結設定のためのフローチャートである。
図４を参照すれば、加入者端末１０が基地局２０のエリアに進入すれば（Ｓ１０）、まず、加入者端末１０は、基地局２０とダウンリンク同期を設定し、アップリンクパラメーターを獲得するようになる（Ｓ２０）。例えば、前記パラメーターは。物理階層の特性（例えば、信号対雑音比）によるチャンネルディスクリプタメッセージを含むことができる。
その後、加入者端末１０と基地局２０はレンジング（Ranging）手続を行う（Ｓ３０）。
ここで、レンジングは、加入者端末１０と基地局２０との間のタイミング、電力、周波数情報を訂正して一致させることであって、最初に初期レンジングを行い、以降ＣＤＭＡコードを利用して、周期的レンジング（period  ranging）を行うようになる。
このようなレンジング手続（Ｓ３０）が完了されれば、加入者端末１０と基地局２０との間の連結設定のための端末基本機能に関するネゴシエーションが行われる（Ｓ４０）。このような基本機能に対するネゴシエーションが完了されれば、基地局の加入者端末の認証書を利用して、加入者端末認証が行われる（Ｓ５０）。
加入者端末１０の認証が完了して無線携帯インターネットの使用権限が確認されれば、端末と基地局は、設定された各々の連結（Ｃ１）ごとにトラフィック暗号化キーを共有するために、トラフィック暗号化キーの生成及び分配手続を行う（Ｓ６０）。加入者端末１０に対する認証及びトラフィック暗号化キー手続が完了した後、基地局２０は、加入者端末１０のＭＡＣ階層に関する機能をネゴシエーション及び登録する（Ｓ７０）。その後、基地局２０は、ＤＨＣＰサーバー又はＭＩＰサーバーを通してＩＰアドレスを加入者端末２０に提供して、ＩＰ連結設定を行う（Ｓ８０）。
ＩＰアドレスを付与された加入者端末に本格的なトラフィックサービスを提供するために、端末１０と基地局２０は、サービスフローの各々に対するトラフィック連結設定を行う（Ｓ９０）。
【００２０】
このように、前記段階を通じて無線携帯インターネットシステムでは、加入者端末１０、２０が任意のマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを実質的に提供されるために、まず、当該トラフィックデータを暗号化することに必要なトラフィック暗号化キーを分配されなければならない。ここで、全てのマルチキャストサービスやブロードキャストサービスには、各々のサービストラフィックデータを暗号化するために、個別的なトラフィック暗号化キーが存在する。言い換えれば、全てのマルチキャストサービス用トラフィック暗号化キーが互いに異なり、ブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーとも異ならなければならない。これは、一つのマルチキャストサービスに対するトラフィック暗号化キーを加入者端末が分かるとして他のマルチキャストサービスを提供されることはできないようにするためであり、端末が他のサービス事業者を通して提供されるブロードキャストサービスを提供されるのを防止するためのことである。
【００２１】
図５は、一般的な無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法のフローチャートである。
図５を参照すれば、まず、加入者端末１０は、マルチキャストサービス又はブロードキャストサービスに対するトラフィック暗号化キーを最初に割り当てられるために、基地局２０へＰＫＭ−ＲＥＱメッセージであるキー要請（Key  Request）メッセージを送信する（Ｓ１００）。
ここで、トラフィック暗号化キー、トラフィック暗号化キー一連番号、トラフィック暗号化キー有効時間、暗号化アルゴリズムなどを示すパラメーターを含む集合を一つのＳＡ（Security  Association）に表現し、このＳＡには、識別子機能を果たすＳＡ−ＩＤ（Security  Association-IDentification）も含まれている。マルチキャストサービスやブロードキャストサービスは互いに異なる一つのＳＡに関連づけされている。言い換えれば、任意の同一なマルチキャストサービスを提供される端末は同一な一つのＳＡ情報を有しており、ブロードキャストサービスを提供される端末も同一な一つのＳＡ情報を有しているが、これらマルチキャストサービスやブロードキャストサービスに関するＳＡが互いに独立的であるため、これら個別サービス一つ当りに一つのＳＡと関連があると見なすことができる。したがって、キー要請メッセージには、当該サービスに関するＳＡの識別子であるＳＡ−ＩＤが含まれており、図５に示されているように、ｎ番目のＳＡ−ＩＤに相当するトラフィック暗号化キーとそれに伴う情報を基地局２０に要請することである。
また、加入者端末１０が基地局２０へ伝送するキー要請メッセージのＭＡＣヘッダーには、プライマリマネジメントコネクションのためのプライマリマネジメントＣＩＤが使用される。このプライマリマネジメントＣＩＤは、基地局２０が加入者端末１０の初期接続時、端末ごとに固有に割り当てるＣＩＤであって、端末を区別することができる。
【００２２】
加入者端末１０からマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キー生成を要請するKey  Requestメッセージを受信した基地局２０は、受信されたメッセージの全てのフィールド値に基づいて、トラフィック暗号化キー生成メカニズムで、当該加入者端末１０に割り当てるｘ番目のトラフィック暗号化キー（ＴＥＫｘ）を生成した後、加入者端末１０にキー応答メッセージであるKey  Replyメッセージを通じて伝送する（Ｓ１１０）。この時、加入者端末１０がｎ番目のＳＡを要求したので、基地局２０はｎ番目のＳＡをキー応答メッセージに含ませて伝送するわけである。この時のキー応答メッセージのＭＡＣヘッダーには、トラフィック暗号化キーを要請していた加入者端末１０にのみ伝送しなければならないので、Key  RequestメッセージのＭＡＣヘッダーに含まれたプライマリマネジメントＣＩＤをそのまま使用する。これによって、加入者端末１０が任意のマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを最初に分配される手続が完了するのである。
このように、基地局によって生成されたｎ番目のＳＡに対するｘ番目のトラフィック暗号化キーを有して、加入者端末１０は当該サービスのトラフィックデータを復号化するのである。また、加入者端末１０が、トラフィック暗号化キーをKey  Replyメッセージを通じて基地局２０から分配を受けるやいなや、当該トラフィック暗号化キーの有効存続時間（TEK  Active  Lifetime）が、図５に示されているように開始される（Ｓ１２０）。
【００２３】
その後、加入者端末１０は、持続的かつ安全にトラフィックサービスを提供されるために、周期的にトラフィック暗号化キーを更新しなければならない。これのために加入者端末１０は、内部的にTEK  Grace  Timeを管理する。このTEK  Grace  Timeは、以前に割り当てられたトラフィック暗号化キーが満了する前に、加入者端末１０がトラフィック暗号化キーの更新要請を誘発する時点を意味する。つまり、加入者端末１０は、このTEK  Grace  Timeが作動するようになると（Ｓ１３０）、TEK  Refresh  Timeoutイベントを発生させる（Ｓ１４０）。加入者端末１０内部には、このようなTEK  Refresh  Timeoutイベントを遂行するトラフィック暗号化キー状態マシンがソフトウェアに実現されている。
このようなTEK  Refresh  Timeoutイベント（Ｓ１４０）により、加入者端末１０は基地局２０に、トラフィック暗号化キーの更新及び分配のためのキー要請メッセージであるKey  Requestメッセージを伝送する（Ｓ１５０）。この時、伝送されるKey  Requestメッセージは、前記段階（Ｓ１００）で最初にトラフィック暗号化キーを要請したKey  Requestメッセージと同一なＳＡ−ＩＤ、プライマリマネジメントＣＩＤなどが含まれる。
【００２４】
同様に、トラフィック暗号化キー更新を要請するKey  Requestメッセージを受信した基地局２０は、応答メッセージとして、ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キー（ＴＥＫｘ＋１）を生成し、このトラフィック暗号化キーをKey  Replyメッセージに含ませて、当該加入者端末１０に伝送する（Ｓ１６０）。この時、Key  ReplyメッセージのＭＡＣヘッダーにも、前記段階（Ｓ１１０）でトラフィック暗号化キーを最初に分配したKey  ReplyメッセージのＭＡＣヘッダーで使用したプライマリマネジメントＣＩＤが含まれ、Key  Requestメッセージ（Ｓ１５０）でのＳＡ−ＩＤ値がｎであるので、Key  Replyメッセージには、同様にｎ番目のＳＡが含まれる。しかし、前記段階（Ｓ１１０）と異なり、このＳＡには、基地局がｘ＋１番目に生成したトラフィック暗号化キー（ＴＥＫｘ＋１）が存在する。
その後、加入者端末１０が、基地局２０からｘ＋１番目に生成されたトラフィック暗号化キーをKey  Replyメッセージとして受けるやいなや、当該ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーの有効存続時間が開始される（Ｓ１７０）。以降から提供された当該サービスデータは、ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーを有して復号化される。したがって、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新及び分配する手続が完了し、継続して繰り返されるのである。
【００２５】
前記のように、IEEE  802.16無線ＭＡＮシステムのような無線携帯インターネットシステムで支援するトラフィック暗号化キーを更新するためには、加入者端末１０が基地局２０へ伝送する２６バイトのKey  Requestメッセージと、基地局２０が加入者端末１０に伝送する最大８４バイトのKey  Replyメッセージが使用されて、結果的に、トラフィック暗号化キーの維持のためのキーの更新及び分配のために、加入者端末１０と基地局２０との間に合計１１０バイトの信号メッセージが使用される。
【００２６】
図６は、一般的な無線携帯インターネットシステムにおける複数の加入者端末と基地局との間のトラフィック暗号化キー更新方法のフローチャートである。
図６に示された端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）は、基地局２０から一つの同一なマルチキャストサービス又は同一なブロードキャストサービスを現在提供されている端末である。ここで、一つのマルチキャストサービスやブロードキャストサービスがｎ番目のＳＡと関連していると仮定する。
既に最初のキー生成過程又は以前のキー更新過程を経て暗号化キーの分配を受けた全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）で、各々内部的に貯蔵している同一なTEK  Grace  TimeによってTEK  Refresh  Timeoutイベントが発生し、このようなTEK  Refresh  Timeoutによって、各々ｎ番目のＳＡのトラフィック暗号化キーが更新されるために、全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）がKey  Requestメッセージを各々基地局２０へ伝送する（Ｓ１５０−１、Ｓ１５０−２、Ｓ１５０−３、…、Ｓ１５０−ｚ）。
この時、全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）のｎ番目のＳＡに相当するTEK  Grace  Time時点が同一であるため、全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）からのKey  Requestメッセージらがほとんど同時に基地局２０へ伝送される。この時、全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）が伝送するKey  Requestメッセージには、値がｎであるＳＡ−ＩＤが含まれる。しかし、このKey  RequestメッセージのＭＡＣヘッダーには、端末が初期接続時に基地局から端末ごとに固有に割り当てられた互いに異なるプライマリマネジメントＣＩＤが使用される。
このように、ｚ個の端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）が現在サービスを受けているマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーの更新要請メッセージを伝送するために、同一な時間に、無線チャンネル区間に各サービスのために２６×ｚバイトが使用される。
【００２７】
次に、ｚ個の端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）からｎ番目のＳＡのトラフィック暗号化キーの更新要請メッセージの受信を各々受けた基地局２０は、ｎ番目のＳＡのトラフィック暗号化キーを更新し、応答メッセージとして、ｎ番目のＳＡが含まれているKey  Replyメッセージを全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）に同時に各々伝送する（Ｓ１６０−１、Ｓ１６０−２、Ｓ１６０−３、…、Ｓ１６０−ｚ）。この時に伝送するKey  ReplyメッセージのＭＡＣヘッダーには、各々の端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）に割り当てられたプライマリマネジメントＣＩＤが使用される。基地局２０は、特定のマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを分配するためには、全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）に一々Key  Replyメッセージを伝送しなければならないので、無線チャンネル区間で８４×ｚバイトが使用される。
言い換えれば、特定のマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供される全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）は、同一な一つのトラフィック暗号化キーを基地局２０から各々分配されて、当該サービストラフィックデータを復号化する際に使用する。しかし、同一なトラフィック暗号化キーを更新することにおいて、全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）が各々更新を要請し、これに対する応答として、基地局２０が全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）に一々更新されたトラフィック暗号化キーを分配する方式は非効率的である。例えば、一つのマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供されている端末が前記のようにｚ個であれば、当該サービス用トラフィック暗号化キーを更新することに合計１１０×ｚバイトが必要である。これは無線チャンネルの信号資源の過剰な浪費に帰結される。
つまり、このように、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新することにおいて、ユニキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新する方法のように、全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）が当該サービスのトラフィック暗号化キー更新を誘発して要請し、この要請に対して基地局２０が全ての端末（１０−１、１０−２、１０−３、…、１０−ｚ）に各々更新するのは、任意の短い瞬間に無線チャンネルの信号資源を多く浪費することであり、また、基地局２０の不必要な処理量を招くことである。
【００２８】
したがって、本発明の実施形態では、前記問題点を解決するために、基地局が加入者端末に生成して分配したマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーが満了する前に、基地局が当該サービスのトラフィック暗号化キーを自動的に更新して、該当する加入者端末に放送信号チャンネルを通じて先に伝送し、分配することを特徴とする。
【００２９】
このために基地局は、図７に示されているように、本発明の実施形態により特定時間を定義して使用する。
図７は、本発明の実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー更新のための暗号関連ＰＫＭパラメーターの運用範囲を示すテーブルを示した図である。
このようなＰＫＭパラメーターテーブルにはＭ＆Ｂ（Multicast  &  Broadcast）TEK  Grace  Timeが追加され、このようなM&B  TEK  Grace  Timeは基地局が内部的に貯蔵しているパラメーターであって、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーが満了する前に、基地局が当該サービスのトラフィック暗号化キーの更新を開始する時点を意味する。このM&B  TEK  Grace  Timeは、端末が、トラフィック暗号化キーが満了する前に更新を開始する時点を意味するTEK  Grace  Timeより大きい値を有しなければならない。その理由には、端末でTEK  Grace  Timeの作動によって、基地局にキー更新のためのメッセージが転送される前に、基地局で当該サービスに対するトラフィック暗号化キーを更新して、端末へ伝送しなければならないからである。
【００３０】
図８は、本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法のフローチャートである。
図８を参照すれば、まず、加入者端末が任意のマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを実質的に受ける前に、まず、当該サービストラフィックデータを復号化することに必要なトラフィック暗号化キーの分配を受けなければならない。このように、加入者端末が基地局から最初に当該サービスのトラフィック暗号化キーの分配を受ける過程（Ｓ２００、Ｓ２１０）は、図５を参照して説明した、加入者端末の最初のトラフィック暗号化キー要請及び過程（Ｓ１００、Ｓ１１０）と同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
このように、加入者端末が、基地局からｎ番目のＳＡに対してｘ番目に生成した当該サービスのトラフィック暗号化キーが含まれているKey  Replyメッセージを受信した時から、ｘ番目のトラフィック暗号化キーの有効存続時間が開始され（Ｓ２２０）、この有効時間の間、加入者端末は、当該サービスを提供される時にｘ番目のトラフィック暗号化キーを有してトラフィックデータを復号化して使用する。
【００３１】
一方、当該サービスのトラフィックデータを持続的かつ安全に基地局が加入者端末に提供するために、ｎ番目のＳＡのトラフィック暗号化キーを周期的に更新しなければならない。
しかし、本発明の第１実施形態では、図５を参照して説明した通り、一般的な無線携帯インターネットシステムのように加入者端末がTEK  Grace  Timeによるトラフィック暗号化キー更新を誘発せずに、基地局が当該サービストラフィック暗号化キーを周期的に更新する。このために基地局は、内部的に、図７を参照して説明したようなM&B  TEK  Grace  Timeパラメーターを管理しているが、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス別にこのM&B  TEK  Grace  Time時点が開始されれば（Ｓ２３０）、基地局は、M&B  TEK  Refresh  Timeoutイベントを発生させる（Ｓ２４０）。基地局内部には、このようなM&B  TEK  Refresh  Timeoutイベントを遂行するトラフィック暗号化キー状態マシンがソフトウェアに実現されている。したがって、基地局は、このようなM&B  TEK  Refresh  Timeoutイベントにより、トラフィック暗号化キー状態マシンを通じて、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを新しく更新するようになる。この時に更新されるトラフィック暗号化キーは、ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーとなる。
その後、基地局は、端末に、ｎ番目のＳＡに対して更新されたｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーを含むKey  Replyメッセージを伝送する（Ｓ２５０）。
このように、基地局からトラフィック暗号化キーを含んだKey  Replyメッセージを受信した加入者端末は、内部的に管理しているTEK  Grace  Timeが動作しないようになる。つまり、マルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供される加入者端末は、ユニキャストサービスとは異なり、当該サービスに対する特別なトラフィック暗号化キーの要請なしでトラフィック暗号化キーの分配を受けるようになる。
この後、加入者端末がｘ＋１番目に生成されたトラフィック暗号化キーを、Key  Replyメッセージを通じて基地局から受けるやいなや、当該ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キー有効存続時間が開始される（Ｓ２６０）。以降から、加入者端末と基地局は、提供された当該サービスデータに対して、ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーを有して暗号化及び復号化する。
【００３２】
一方、基地局が加入者端末へ伝送するKey  ReplyメッセージのＭＡＣヘッダーにはブロードキャストＣＩＤが使用されることにより、一回のKey  Replyメッセージで当該サービスを遂行する全ての端末に、更新されたトラフィック暗号化キーを、ブロードキャストコネクションを通じて効率的にすることができる。特に、ブロードキャストコネクションを通じて伝送するKey  Replyメッセージに含まれているトラフィック暗号化キーがいかなるマルチキャストサービスデータを暗号化することに必要なトラフィック暗号化キーであるか又はいかなるブロードキャストサービスデータを暗号化することに必要なトラフィック暗号化キーであるかを区別しなければならないが、これは、Key  Replyメッセージに含まれているＳＡの識別子のＳＡ−ＩＤで区別される。例えば、図８で、基地局から更新されて分配されるKey  Replyメッセージに含まれているｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーはｎ番目のＳＡとして、このＳＡに関するサービスを暗号化することに使用されるものであることが分かり、このＳＡに関するサービスを使用する加入者端末のみが、このｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーを受信して使用する。
ここで、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを基地局が自動的に更新する方式で使用されるKey  Replyメッセージは最大５５バイトである。
【００３３】
図９は、本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末が、基地局が更新してブロードキャストコネクションを通じて伝送した、更新されたトラフィック暗号化キーが含まれているKey  Replyメッセージを正しく受信できなかった場合の、無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法のフローチャートである。
加入者端末がマルチキャストサービスやブロードキャストサービスに対するトラフィック暗号化キーを最初に要請して分配される過程（Ｓ２００、Ｓ２１０）から、基地局でM&B  TEK  Grace  Timeが開始され、基地局で自動的にトラフィック暗号化キーを更新して、加入者端末でブロードキャストコネクションを通じて伝送する過程（Ｓ２２０〜Ｓ２５０）を通じて、加入者端末が基地局によって更新されたトラフィック暗号化キーの分配を受けるようになるが、加入者端末がこのようなメッセージを基地局から正常に受信できなかった場合、つまり、非正常的にトラフィック暗号化キーの分配を受けなかった端末は、図１を参照して説明した通り、加入者端末個別的にトラフィック暗号化キーを更新要請して、基地局から分配を受ける過程を経る。つまり、非正常的にトラフィック暗号化キーの分配を受けなかった加入者端末は、内部的に管理しているTEK  Grace  Timeが動作するようになり（Ｓ２７０）、このTEK  Grace  Timeが動作する端末は、内部トラフィック暗号化キー状態マシンにTEK  Refresh  Timeoutイベントが発生する（Ｓ２８０）。このようなイベントによって非正常的にトラフィック暗号化キーの分配を受けなかった加入者端末は、次の周期のトラフィック暗号化キーを基地局に要求する（Ｓ２８５）。したがって、加入者端末は、最初のトラフィック暗号化キー手続と同様に、Key  RequestメッセージとKey  Replyメッセージをプライマリマネジメントコネクションを通じて基地局と交換することによって、トラフィック暗号化キー更新を完了するようになる（Ｓ２８５、Ｓ２９０）。この後、ｘ番目のトラフィック暗号化キーの有効時間が満了すれば、当該ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーの有効存続時間が開始される（Ｓ２９５）。以降から提供された当該サービスデータは、ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーによって復号化される。
【００３４】
図１０は、本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおける複数の加入者端末と基地局との間のトラフィック暗号化キー更新方法のフローチャートである。
図１０に示された加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）は、一つの同一なマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを現在提供されている端末である。ここで、一つのマルチキャストサービスやブロードキャストサービスがｎ番目のＳＡと関連していると仮定する。
この時、基地局２００は、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを自動的に更新するために、内部的に図７で言及した通りにM&B  TEK  Grace  Timeを管理しているが、このM&B  TEK  Grace  Time時点にM&B  TEK  Refresh  Timeoutイベントが発生する。
このようなM&B  TEK  Refresh  Timeoutイベント発生により、基地局２００は、当該サービス用トラフィック暗号化キーを自動的に更新し、これを全ての加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に、一つのKey  Replyメッセージをブロードキャストコネクションを通じて伝送することによってトラフィック暗号化キーを分配する（Ｓ２５０−１、Ｓ２５０−２、Ｓ２５０−３、…、Ｓ２５０−ｚ）。この時、基地局へ伝送するKey  ReplyメッセージのＭＡＣヘッダーには、全ての加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に一回に伝達できるブロードキャストＣＩＤが使用される。
【００３５】
したがって、本発明の第１実施形態による方式で、基地局２００が、特定マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新して全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に分配するために、無線チャンネル区間で使用する信号資源は合計５５バイトに過ぎない。これに比べて、従来の加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）がマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キー更新を開始する方式では、ｚ個の加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）がトラフィック暗号化キーを更新することに合計１１０×ｚバイトの信号資源が必要であるので、本発明の実施形態による方式が非常に効率的であることが分かる。また、基地局２００の立場から見ると、従来の加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）がトラフィック暗号化キー更新を開始する方式では、一瞬間にＭＡＣメッセージと当該ＳＡを生成するのに非常に多い処理量が必要であるが、本発明の実施形態による方式では、少ない処理量でも、当該マルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供されている加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）にトラフィック暗号化キーを安定的に更新及び分配することができるという長所がある。
【００３６】
図１１は、本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法によって、トラフィック暗号化キーの分配時、ＭＡＣヘッダーのＣＩＤ値とこれに伴うトラフィック暗号化キーを暗号化する入力キーとの間の関係を説明するテーブルである。
本発明の実施形態では、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを加入者端末１００が分配される場合、２種類の過程と定義することができる。一つは、加入者端末１００が任意のマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供されるために、当該サービス用トラフィック暗号化キーを要請する過程と、また他の一つは、その後、基地局２００が当該サービスを提供されている加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に、一律的に当該トラフィック暗号化キーを更新して分配する過程である。
この時、基地局２００で分配するトラフィック暗号化キーは、入力キーを使用する３−ＤＥＳ方式やＡＥＳ方式のアルゴリズムを利用して暗号化されて、加入者端末１００に伝達される。
一方、暗号化されたトラフィック暗号化キーを受信した加入者端末１００は、予め共有した二つの入力キーを使用して復号化して、実際的なトラフィック暗号化キーを有するようになる。トラフィック暗号化キーの持続的な保安を維持するために、加入者端末１００の要請によるトラフィック暗号化キー更新過程と、基地局２００の自動的なトラフィック暗号化キー更新過程によって、トラフィック暗号化キーを暗号化するのに使用される入力キーが変わる。
【００３７】
まず、加入者端末１００が当該サービスのトラフィック暗号化キーを要請する時には、加入者端末１００がKey  Requestメッセージを基地局２００へ伝送し、基地局２００は、これに対する応答メッセージとして、更新されたトラフィック暗号化キーを含んだKey  Replyメッセージを加入者端末１００に伝送する。この場合、Key  RequestメッセージとKey  Replyメッセージは、基地局２００と一つの加入者端末１００との交換をするので、ＭＡＣヘッダーのＣＩＤ値にプライマリマネジメントＣＩＤを使用する。つまり、加入者端末１００のプライベートチャンネルであるプライマリマネジメントコネクションを通じて受信したトラフィック暗号化キーは、当該加入者端末１００と基地局２００のみが知っているプライベートキー（Private  Key）を通じて暗号化されている。この時、プライベートキーは、当該加入者端末１００の認証キー（ＡＫ）から作られたＫＥＫ（Key  Encryption  Key）を使用する。１２８ビットのＫＥＫがプライマリマネジメントＣＩＤを使用して分配されるトラフィック暗号化キーを３−ＤＥＳ方式又はＡＥＳ方式のアルゴリズムで暗号化する場合、入力キーになるわけである。
【００３８】
次に、基地局２００が自動的にトラフィック暗号化キーを更新し、加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に一律的に分配する過程において、Key  Replyメッセージを利用してトラフィック暗号化キーを伝送する。この場合、Key  Replyメッセージは、基地局２００で当該サービスの提供を受けている全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に転送されなければならないので、ＭＡＣヘッダーのＣＩＤ値にブロードキャストＣＩＤを使用する。当該サービスのトラフィック暗号化キーをブロードキャストコネクションを通じて伝送するため、基地局２００と端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）との間の同一なプライベートキーを有してこのトラフィック暗号化キーを暗号化することはできない。したがって、この場合において、プライベートキーを使用せずに、基地局２００と当該サービスを提供されている全ての加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）との間の共用キーを有してトラフィック暗号化キーを暗号化して分配しなければならない。しかし、この共用キーは、マルチキャストサービスごとに、また、ブロードキャストサービスのみで、固有あり保安を維持できるキーでなければならない。当該サービストラフィックデータ暗号用として使用していた以前に分配されたトラフィック暗号化キー（Old  distributed  TEK）は、このような特性を有している共用キーである。マルチキャストサービスごとに、また、ブロードキャストサービスのみで個別的な、以前に分配された６４ビットのトラフィック暗号化キーが、ブロードキャストＣＩＤを使用して分配されるトラフィック暗号化キーを３−ＤＥＳ方式やＡＥＳ方式のアルゴリズムで暗号化する場合に入力キーとなる。３−ＤＥＳ方式で二つの入力キーは、以前に分配された６４ビットのトラフィック暗号化キーが二回使用され、ＡＥＳ方式での入力キーは、以前に分配された６４ビットのトラフィック暗号化キーを二回連結して使用されることである。
【００３９】
したがって、基地局２００は、加入者端末１００の要請でマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新及び分配する時、更新されたトラフィック暗号化キーは、ＫＥＫを入力にして暗号化し、これをプライマリマネジメントＣＩＤを使用して加入者端末１００に伝送し、基地局２００が自動的に当該サービス用トラフィック暗号化キーを更新及び分配する時には、更新されたトラフィック暗号化キーは、以前に当該サービス用に生成したトラフィック暗号化キーを入力にして暗号化し、これをブロードキャストＣＩＤを使用して、全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に伝送する。また、加入者端末１００は、プライマリマネジメントＣＩＤを用いたKey  Replyメッセージを通じてトラフィック暗号化キーを伝達された場合は、ＫＥＫを利用してトラフィック暗号化キーを復号化し、ブロードキャストＣＩＤを用いたKey  Replyメッセージを通じてトラフィック暗号化キーを伝達された場合は、当該サービス用に以前に分配されたトラフィック暗号化キー（Old  distributed  TEK）を利用して、トラフィック暗号化キーを復号化する。
したがって、トラフィック暗号化キーさえも継続して保安を維持し、基地局２００からブロードキャストコネクションを通じて自動的に更新されたトラフィック暗号化キーの分配を受けることによって、システム全体的に効率的に運営することができる。
【００４０】
以下、添付した図面を参照して、本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法について詳細に説明する。
図１２は、本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法のフローチャートである。
図１２を参照すれば、まず、加入者端末１００が任意のマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを実質的に提供される前に、まず、当該サービストラフィックデータを復号化することに必要なトラフィック暗号化キーの分配を受けなければならない。このように、加入者端末１００が基地局２００から最初に当該サービスのトラフィック暗号化キーの分配を受ける過程（Ｓ３００、Ｓ３１０）は、図５を参照して説明した加入者端末１００の最初のトラフィック暗号化キー要請及び過程（Ｓ１００、Ｓ１１０）と同一であるので、ここでは詳細な説明を省略する。しかし、この時、基地局２００から加入者端末１００に伝送されるKey  Replyメッセージには、トラフィック暗号化キーを暗号化するために必要なＧＫＥＫ（Group  Key  Encryption  Key）が含まれている。ここで、ＧＫＥＫは、加入者端末１００と基地局２００が予め共有した加入者端末１００の認証キーにより暗号化されているキーであって、マルチキャストサービスやブロードキャストサービスのみで定義されるパラメーターである。
このように、加入者端末１００が、基地局２００からｎ番目のＳＡに対してｘ番目に生成した当該サービスのトラフィック暗号化キーが含まれているKey  Replyメッセージを受信した時から、端末１００のｘ番目のトラフィック暗号化キーの有効存続時間が開始され（Ｓ３２０）、この有効時間の間、加入者端末１００は、当該サービスを提供される時にｘ番目のトラフィック暗号化キーを有してトラフィックデータを復号化して使用する。
一方、当該サービスのトラフィックデータを持続的かつ安全に基地局が加入者端末に提供するために、ｎ番目のＳＡのトラフィック暗号化キーを周期的に更新しなければならない。
【００４１】
しかし、本発明の第２実施形態でも、図５を参照して説明した通り、一般的な無線携帯インターネットシステムのように加入者端末１００がTEK  Grace  Timeによるトラフィック暗号化キー更新を誘発せずに、基地局２００が当該サービストラフィック暗号化キーを周期的に更新するのは、図８乃至図１１を参照して説明した第１実施形態と類似しているが、本発明の第２実施形態では、第１実施形態で図８を参照して説明した通り、無条件にM&B  TEK  Grace  Timeの開始により基地局２００がトラフィック暗号化キー更新を自動的に誘発せず、M&B  TEK  Grace  Timeの開始前後で、２種類のキー更新命令であるKey  Update  Commandメッセージを使用してキー更新を行う。この時、本発明の第２実施形態では第１実施形態と同様に、基地局２００が図７を参照して説明した通りのM&B  TEK  Grace  Timeパラメーターを管理している。
したがって、本発明の第２実施形態では、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス別に、このM&B  TEK  Grace  Timeが開始される前に当該サービスを提供されている全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に、個別的に一番目のKey  Update  Commandメッセージを伝送する（Ｓ３３０）。このようなメッセージを通じて、基地局２００は、当該サービスを提供される全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に、次のトラフィック暗号化キーを暗号化するために必要な２０バイトのＧＫＥＫを分配する。
【００４２】
一方、基地局２００は、ＧＫＥＫを全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に分配する時、ある時点に集中しないようにするために、基地局内部的に一番目のKey  Update  Commandメッセージを時間的に分散させ、個別的に伝送する。
したがって、前記段階（Ｓ３３０）で、基地局２００から加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に伝送されるKey  Update  CommandメッセージのＭＡＣヘッダーには、個別的な加入者端末を示すためにプライマリマネジメントＣＩＤが使用され、ＧＫＥＫは、当該加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）と共有している認証キーであるＡＫを使用して暗号化されて伝送される。この後、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス別にこのM&B  TEK  Grace  Time時点になれば（Ｓ３４０）、基地局２００はM&B  TEK  Refresh  Timeoutイベントを発生させる（Ｓ３５０）。ここでも同様に、基地局２００内部には、このようなM&B  TEK  Refresh  Timeoutイベントを遂行するトラフィック暗号化キー状態マシンがソフトウェアに実現されている。
【００４３】
したがって、基地局２００は、このようなM&B  TEK  Refresh  Timeoutイベントにより、トラフィック暗号化キー状態マシンを通じて、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを新しく更新するようになる。この時に更新されるトラフィック暗号化キーはｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーとなる。
その後、基地局２００は、加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）にｎ番目のＳＡに対して更新されたｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーを含む二番目のKey  Update  Commandメッセージを、一回に放送的に伝送する（Ｓ３６０）。つまり、前記段階（Ｓ３６０）で、加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に伝送されるKey  Update  Commandメッセージはブロードキャストコネクションを通じて転送され、このメッセージのＭＡＣヘッダーにはブロードキャストＣＩＤが使用される。この時に伝送されるトラフィック暗号化キーは、前に割り当てられたＧＫＥＫに暗号化されて伝送される。
このように、ＧＫＥＫとトラフィック暗号化キーを含んだ二つのKey  Update  Commandメッセージを全て受信した加入者端末１００では、内部的に管理しているTEK  Grace  Timeが動作しないようになる。
この後、ｘ番目のトラフィック暗号化キーの有効時間が満了すれば、当該ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーの有効存続時間が開始される（Ｓ３７０）。この後から加入者端末１００と基地局２００は、提供された当該サービスデータに対して、ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーを有して復号化する。
【００４４】
本発明の第２実施形態で提案するマルチキャストサービスやブロードキャストサービスに対するトラフィック暗号化キーを更新するために、Key  Update  Commandというメッセージを二回使用する。最初は、次の有効時間の間用いられるトラフィック暗号化キーを暗号化することに用いられるＧＫＥＫを分配するためであって、基地局２００は、M&B  TEK  Grace  Time時間以前に当該サービスを提供されている全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に、個別的にプライマリマネジメントコネクションを通じて各々伝送する。この時のKey  Update  Commandメッセージは、最大５０バイトの大きさを有する。次には、基地局２００が内部的に管理しているタイマーであるM&B  TEK  Grace  Time時点に、基地局２００が全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に次の有効時間の間に用いられるトラフィック暗号化キーを一回のKey  Update  Commandメッセージでブロードキャストコネクションを通じて放送的に分配する。この時、トラフィック暗号化キーが含まれているKey  Update  Commandメッセージは、最大５０バイトの大きさを有する。
【００４５】
図１３は、本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおける複数の加入者端末と基地局との間のトラフィック暗号化キー更新方法のフローチャートである。
図１３に示された加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）は、一つの同一なマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを現在提供されている端末である。ここで、一つのマルチキャストサービスやブロードキャストサービスがｎ番目のＳＡと関連していると仮定する。
この時、基地局２００は、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを自動的に更新するために、内部的に、図７で言及した通りM&B  TEK  Grace  Timeを管理しているが、このM&B  TEK  Grace  Time時点以前に、基地局２００は、全ての加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）の各々にプライマリマネジメントコネクションを通じて一番目のKey  Update  Commandを伝送して、次のトラフィック暗号化キーを暗号するのに必要なＧＫＥＫを分配する（Ｓ３３０−１、Ｓ３３０−２、Ｓ３３０−３、…、Ｓ３３０−ｚ）。この時、基地局２００は、ＧＫＥＫを分配するために、Key  Update  Commandメッセージを、一定時間にかけて基地局２００に負荷がかからないように一つずつ伝送する。したがって、この時に伝送されるKey  Update  CommandメッセージのＭＡＣヘッダーにはプライマリマネジメントＣＩＤが使用される。
この後、M&B  TEK  Grace  Time時点になれば、基地局２００でM&B  TEK  Refresh  Timeoutイベントが発生する。このようなM&B  TEK  Refresh  Timeoutイベント発生により、基地局２００は、当該サービス用トラフィック暗号化キーを自動的に更新し、全ての加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に、この二番目のKey  Update  Commandメッセージをブロードキャストコネクションを通じて伝送することによってトラフィック暗号化キーを分配する（Ｓ３６０−１、Ｓ３６０−２、Ｓ３６０−３、…、Ｓ３６０−ｚ）。この時、基地局２００から伝送するKey  Update  CommandメッセージのＭＡＣヘッダーには、全ての加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に一回に伝達できるブロードキャストＣＩＤが使用される。
【００４６】
したがって、本発明の第２実施形態による方式で、基地局２００が、特定マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを更新してｚ個の加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に分配するために、無線チャンネル区間で使用する一番目のKey  Update  Commandメッセージは合計５０×ｚバイトであり、二番目のKey  Update  Commandメッセージは５０バイトになる。つまり、使用される信号資源は合計（５０×ｚ＋５０）バイトに過ぎない。これに比べて、従来の加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）がマルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キー更新を開始する方式では、ｚ個の加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）がトラフィック暗号化キーを更新するために、合計（１１０×ｚ）バイトの信号資源が必要である。これは、当該マルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供される端末が多くなるほど、本発明の第２実施形態による方式が非常に効率的であることを見せる。また、基地局２００立場で見れば、従来の加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）がトラフィック暗号化キー更新を開始する方式では、一瞬間にＭＡＣメッセージと当該ＳＡを生成するのに非常に多い処理量が必要であるが、本発明の第２実施形態による方式では、ロードを分散して、少ない処理量でも、当該マルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供されている加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に、トラフィック暗号化キーを安定的に更新及び分配することができるという長所がある。
【００４７】
図１４は、本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法で使用される、トラフィック暗号化キー応答（Key  Reply）メッセージの内部パラメーターを示すテーブルを示した図である。
図１２に示された段階（Ｓ３００、Ｓ３１０）で、加入者端末１００がマルチキャストサービスやブロードキャストサービスに対する最初のトラフィック暗号化キー要請時、これに対する応答メッセージとして、基地局２００は、Key  Replyメッセージを加入者端末１００に伝送する（Ｓ３１０）。この時、Key  Replyメッセージには、図１４に示されているように、トラフィック暗号化キーに関する認証キーの一連番号を意味するKey-Sequence-Number、当該ＳＡの識別子であるＳＡ−ＩＤ、現在のトラフィック暗号化キー有効時間と次のトラフィック暗号化キー有効時間の間に有効なトラフィック暗号化キーに関するパラメーターであるTEK-Parametersと、このKey  Replyメッセージ認証機能のためのHMAC-Digestが含まれる。
【００４８】
図１５は、図１４に示されたトラフィック暗号化キー関連パラメーター（TEK-Parameters）を表現したテーブルを示した図である。
図１５を参照すれば、トラフィック暗号化キー関連パラメーター（TEK-Parameters）にはＧＫＥＫが含まれる。このＧＫＥＫは、マルチキャストサービスやブロードキャストサービスのみで定義されるパラメーターとして、グループキー暗号化キー（Group  Key  Encryption  Key）であり、無作為に生成されてトラフィック暗号化キーを暗号することに必要なキーであり、このＧＫＥＫも、加入者端末１００にした認証キー（ＡＫ）により暗号化されて伝送される。
また、トラフィック暗号化キー（ＴＥＫ）もトラフィック暗号化キー関連パラメーター（TEK-Parameters）に含まれ、トラフィックデータを暗号化するのに必要な入力キーである。基地局２００がトラフィック暗号化キーを、当該サービスを提供されている加入者端末１００に安全に伝送するために、トラフィック暗号化キー自体も暗号化して伝送し、この時に使用されるキーがＧＫＥＫである。反面、ユニキャストサービス用トラフィック暗号化キーや本発明の第１実施形態でのトラフィック暗号化キーは、ＫＥＫにより暗号化される。
【００４９】
その他、トラフィック暗号化キー関連パラメーター（TEK-Parameters）には、トラフィック暗号化キー有効時間（Key-Lifetime）、トラフィック暗号化キー一連番号、トラフィックデータを暗号化することに必要な入力キーの役割を果たすＣＢＣ（Cipher  Block  Chaining）−ＩＶ（Initialization  Vector）が含まれる。
特に、マルチキャストサービスとブロードキャストサービスにおいてはユニキャストサービスとは異なり、ＧＫＥＫとトラフィック暗号化キーは、マルチキャストサービスごとに及びブロードキャストサービスごとに同一である。つまり、マルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供されている全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）は同一なＧＫＥＫとトラフィック暗号化キーを共有するのである。この時のＧＫＥＫとトラフィック暗号化キーは、基地局２００又は認証サーバー（ＡＡＡ）で無作為に生成される。その基準は、このようなサービスを管理する範囲によって違うが、その範囲が単一基地局である場合には、基地局２００がＧＫＥＫとトラフィック暗号化キーを生成し、これとは反対に網全体である場合には、認証サーバー（ＡＡＡ）がこのキーを生成する。また、ＧＫＥＫの一連番号および有効時間は、トラフィック暗号化キーの一連番号および有効時間と同一に適用される。
【００５０】
図１６は、本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法で使用される、キー更新命令（Key  Update  Command）メッセージの内部パラメーターを示すテーブルを示した図である。
図１６を参照すれば、このKey  Update  Commandメッセージは、マルチキャストサービスとブロードキャストサービスに限って定義されるメッセージであり、次のようなパラメーターを含む。
まず、Key  Update  Commandメッセージを通じて新しく分配するトラフィック暗号化キー（ＴＥＫ）に関する認証キー一連番号を意味するKey-Sequence-Numberと、当該ＳＡの識別子であるＳＡ−ＩＤが含まれる。
また、Key  Update  Commandメッセージは、図１２に示されているように二種類が存在し、これを区別するためのコードであるキープッシュモード（Key  push  modes）が含まれる。
また、Key  Update  Commandメッセージ自体の認証のためにHMAC-Digestが使用されるが、この時、リプレー攻撃を防止するために、キープッシュカウンターが含まれる。このキープッシュカウンターは、基地局２００が当該マルチキャストサービスやブロードキャストサービスごとに管理するパラメーターであって、このKey  Update  Commandメッセージを送信する場合ごとに１ずつ増加させた、２バイトのパラメーターである。
また、図１５で定義されたTEK-Parametersが含まれており、認証機能のためのHMAC-Digestも含まれる。
特に、ＧＫＥＫを更新するために、当該サービスを提供されている全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）の各々に伝送する一番目のKey  Update  Commandメッセージと、トラフィック暗号化キーを更新するために当該サービスを提供されている全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）にブロードキャストコネクションを通じて同時に伝送する二番目のKey  Update  Commandメッセージに含まれるパラメーターとは各々異なる。
つまり、一番目と二番目のKey  Update  Commandメッセージには、TEK-Parametersを除いた認証キー用Key-Sequence-NumberとＳＡ−ＩＤとKey  push  modesとKey  Push  Counter、そしてHMAC-Digestは共通に含むされている。しかし、TEK-Parametersに含むされている副パラメーターの中で、ＧＫＥＫとトラフィック暗号化キー用Key-Sequence-Numberは一番目のKey  Update  Commandメッセージに含まれ、トラフィック暗号化キー（ＴＥＫ）とトラフィック暗号化キー有効時間（Key-Lifetime）とトラフィック暗号化キー一連番号、そしてＣＢＣ−ＩＶは、二番目のKey  Update  Commandメッセージに含まれる。
【００５１】
図１７は、図１６に示されたKey  push  modesパラメーターを表現したテーブルを示した図である。
このKey  push  modesは、Key  Update  Commandメッセージの用途を区別するコードである。マルチキャストサービスやブロードキャストサービスに対するトラフィック暗号化キーを更新することにおいて、基地局２００は、二回のKey  Update  Commandメッセージを加入者端末１００に伝送する。一番目のKey  Update  CommandメッセージはＧＫＥＫを更新するために使用され、二番目のKey  Update  Commandメッセージは実質的なトラフィック暗号化キーを更新して、加入者端末１００に分配するために使用される。したがって、このKey  push  modesによってKey  Update  Commandメッセージの用途が現れ、図１７を参照すれば、その値が０である場合には、ＧＫＥＫを更新するための一番目のKey  Update  Command用途であることを現わし、その値が１の場合には、トラフィック暗号化キーを更新するための二番目のKey  Update  Command用途であることを示す。したがって、加入者端末１００では、このようなKey  push  modesパラメーター値を見てその用途が分かる。
【００５２】
図１８は、図１６に示されたHMAC-Digestパラメーターを生成する時に使用される入力キーを表現したテーブルを示した図である。
本発明の第２実施形態で使用されるKey  Update  Commandメッセージ自体を認証するためにはHMAC-Digestが必要であるが、ダウンリンクメッセージであるKey  Update  CommandメッセージのＨＭＡＣ認証キー（HMACauthentication  key）を生成する時に使用される入力キーは、Key  Update  Commandメッセージによって、つまり、Key  push  modesによって異なる。
マルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供される全ての加入者端末の各々に別に伝送する一番目のKey  Update  Commandメッセージ、つまり、Key  push  modesがＧＫＥＫ更新モードである場合にＨＭＡＣ認証キーを作る入力キーは、当該加入者端末に予め分配した認証キー（ＡＫ）である。これとは異なって、前記サービスを提供される全ての端末に同時に伝送する二番目のKey  Update  Commandメッセージ、つまり、Key  push  modesがＴＥＫ更新モードである場合にＨＭＡＣ認証キーを生成するために必要な入力キーは、ＧＫＥＫ更新モードのKey  Update  Commandメッセージを通じて分配したＧＫＥＫである。ＴＥＫ更新モードのKey  Update  Commandメッセージは放送的に伝送するので、サービスを提供されている全ての加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）がこのメッセージを認証できなければならない。したがって、基地局２００のみでなく、当該サービスを提供されている全ての加入者端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）が安全に共有しているキーはＧＫＥＫであるからである。
また、このＨＭＡＣ認証キーに使用されるまた他の入力キーとしてキープッシュカウンターが使用されるが、このキープッシュカウンターは、キー更新命令メッセージごとに１ずつ増加させることによって、このキー更新命令メッセージに対するリプレー攻撃を防止する。
各々のキー更新命令メッセージ認証のために使用されるダウンリンクＨＭＡＣ認証キーを生成する一つ方法として、次のような例が挙げられる。
HMAC_KEY_D = SHA(H_PAD_D|KeyIN|Key  Push  Counter)
With H_PAD_D = 0x3A repeated 64 times.
ダウンリンクＨＭＡＣ認証キーは、ＳＨＡ（Secure  Hash  Algorithm）方式を使用して生成する。ここで、ＳＨＡは、米国ＮＩＳＴによって開発されたＳＨＳ（Secure  Hash  Standard）内に定義されたアルゴリズムである。前記ダウンリンクＨＭＡＣ認証キーを生成することにおいて、０ｘ３Ａの値が６４回だけ反復された値を有するＨ_ＰＡＤ_Ｄ、ＫｅｙＩＮとKey  Push  Counterが互いに連結されて入力される。ここで、ＫｅｙＩＮは、第１キー更新命令メッセージでは加入者端末の認証キーであり、第２キー更新命令メッセージでは、前記マルチキャストサービス別又はブロードキャストサービス別ごとに管理しているＧＫＥＫである。
【００５３】
一方、図１２に示されているように、基地局２００が二回のKey  Update  Commandメッセージを通じてトラフィック暗号化キーを自動的に更新して、加入者端末１００に分配する過程で、加入者端末１００が二種類のKey  Update  Commandメッセージを正しく受信できなかった場合について、図１９を参照して説明する。
図１９を参照すれば、加入者端末１００が基地局２００から最初に当該サービスのトラフィック暗号化キーの分配を受ける過程（Ｓ３００、Ｓ３１０）から基地局２００が内部のM&B  TEK  Grace  Time時点を基準に、ＧＫＥＫ更新モードの一番目のKey  Update  CommandメッセージとＴＥＫ更新モードの二番目のKey  Update  Commandメッセージとを、当該サービスを提供されている端末１００に伝送する過程（Ｓ３６０）までは同一に進行される。
しかし、このような過程で、加入者端末１００が、基地局２００から転送された二回のKey  Update  Commandメッセージのうちの一つのメッセージでも正常に受信できなかった場合、つまり、非正常的にトラフィック暗号化キーの分配を受けることができなかった場合、当該端末１００は、図１を参照して説明した通り、加入者端末１００が個別的にトラフィック暗号化キーを更新要請して、基地局２００から分配を受ける過程を経る。つまり、非正常的にトラフィック暗号化キーの分配を受けなかった加入者端末１００では、内部的に管理しているTEK  Grace  Timeが動作するようになり（Ｓ３８０）、加入者端末１００内部にあるトラフィック暗号化キー状態マシンでTEK  Refresh  Timeoutイベントが発生する（Ｓ３９０）。このようなイベント発生により、加入者端末１００は、次の周期のトラフィック暗号化キーを基地局２００に要求する（Ｓ４００）。したがって、加入者端末１００は、最初のトラフィック暗号化キー手続と同様に、Key  RequestメッセージとKey  Replyメッセージをプライマリマネジメントコネクションを通じて基地局と交換することによって、トラフィック暗号化キー更新を完了するようになる（Ｓ４００、Ｓ４１０）。この後、ｘ番目のトラフィック暗号化キーの有効時間が満了すれば、当該ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーの有効存続時間が開始される（Ｓ４２０）。この後から提供された当該サービスデータは、ｘ＋１番目のトラフィック暗号化キーによって復号化される。
【００５４】
図２０は、図１９に示された第２実施形態の非正常的な場合のトラフィック暗号化キー管理方法において、加入者端末のトラフィック暗号化キー要請状況によるKey  Replyメッセージに含まれて伝送されるTEK-Parameters情報を示すテーブルである。
図１９を参照すれば、加入者端末１００は、色々な時点でトラフィック暗号化キー要請メッセージであるKey  Requestメッセージを基地局２００に伝送することができる。
まず、加入者端末１００が任意のマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供されるために、どういう時点ででも、Key  Requestメッセージを通じてトラフィック暗号化キーを最初に要求することができる。このようなKey  Requestメッセージを受信した基地局２００は、内部的に管理しているM&B  TEK  Grace  Time時点を基準に、加入者端末１００に伝送するトラフィック暗号化キー応答メッセージであるKey  Replyメッセージの内部パラメーターを異なるように構成する。
【００５５】
例えば、図１９を参照すれば、基地局２００が、M&B  TEK  Grace  Time開始時点（a）以前に、加入者端末１００から最初にトラフィック暗号化キーを要求するKey  Requestメッセージを受信した場合（Initial  TEK  response）には、当該サービスの現在周期の間で有効なTEK-Parametersが含まれているKey  Replyメッセージを加入者端末１００に伝送する。
これとは違い、基地局２００がM&B  TEK  Grace  Time開始時点（a）以後に、加入者端末１００から最初にトラフィック暗号化キーを要求するKey  Requestメッセージを受信した場合（Initial  TEK  response）には、当該サービスの現在周期の間で有効なTEK-Parameters（TEK-ParametersＣ）と、次の周期間の有効なTEK-Parameters（TEK-ParametersＮ）が全て含まれているKey  Replyメッセージを加入者端末２００に伝送する。これは、全ての端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に次の周期の間で有効なトラフィック暗号化キーを公開する時点（a）以前に、基地局２００がいかなる端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）にも次の周期の間で有効なトラフィック暗号化キー関連パラメーターであるTEK-Parameters（TEK-ParametersＮ）情報を与えない長所のみでなく、トラフィック暗号化キー応答メッセージであるKey  Replyメッセージである量も減らすことができるという長所がある。
また、当該サービスを提供されている端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に、次の周期の間で有効なトラフィック暗号化キーを公開した時点（a）以後に、基地局２００は、トラフィック暗号化キーを要求した端末（１００−１、１００−２、１００−３、…、１００−ｚ）に、現在のみでなく次の周期の間で有効なTEK-Parameters（TEK-ParametersＮ）を伝送することにより、って端末１００この管理しているTEK  Grace  Time開始時点（a）以後に、次の周期の間で有効なトラフィック暗号化キー要請をしないようにするためである。
仮に、TEK  Grace  Time開始時点（a）以後に加入者端末１００が新たなトラフィック暗号化キーを要請すると、このような要請はトラフィック暗号化キーを更新するための要請（TEK  update  response）であるので、基地局２００は、次の周期の間で有効なTEK-Parameters（TEK-ParametersＮ）のみが含まれているKey  Replyメッセージを加入者端末１００に伝送する。これは、加入者端末１００は当該サービスを現在受けているので、現在周期の間で有効なTEK-Parameters（TEK-ParametersＣ）を既に有していると仮定することである。したがって、トラフィック暗号化キー応答メッセージであるKey  Replyメッセージの送信時、不必要な情報を減らすことができるという長所がある。
【００５６】
図２１は、本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法で、加入者端末１００が内部的に管理しているトラフィック暗号化キー状態マシンの状態遷移図であり、図２２は、図２１に示された状態遷移を整理して示したテーブルである。
加入者端末１００と基地局２００は、ユニキャストサービス、マルチキャストサービス又はブロードキャストサービスと関係なく、全てのサービスに対してトラフィック暗号化キー状態マシン遷移図の流れに従い、マルチキャストとブロードキャストサービス別に対応して、最大２個ずつのトラフィック暗号化キー状態マシンを含む。以下、加入者端末１００を中心にトラフィック暗号化キー状態マシンの流れについて説明するが、このような流れは各イベントの発生によって基地局２００で参照することができる。
【００５７】
まず、加入者端末１００が正常状態に起動して、基地局２００との無線通信が可能な状態になれば、トラフィック暗号化キー状態マシンは“Ｓｔａｒｔ（開始）”状態（Ａ）に開始する。
その後、図８に示されているように、加入者端末１００がマルチキャストサービスやブロードキャストサービスを提供されようとする場合、基地局２００にKey  Requestメッセージを送信して、当該サービスに対するトラフィック暗号化キーを要請して待機する動作（Authorized、２）が発生すると、トラフィック暗号化キー状態マシンは“Op  Wait（動作待機）”状態（Ｂ）に遷移する。
そして、加入者端末１００がKey  Replyメッセージを通じて正常にトラフィック暗号化キーの分配を受ける動作（Key  Reply、８）が発生すれば、分配を受けたトラフィック暗号化キーを基地局２００と共有するようになって、データ伝送が可能な“Operational（動作）”状態（Ｄ）に遷移する。
しかし、“Op  Wait”状態（Ｂ）で基地局２００からKey  Rejectメッセージを受ける動作（Key  Reject、９）が発生すれば、再び“Start”状態（Ａ）に遷移する。
一方、トラフィック暗号化キー状態マシンが正常にトラフィック暗号化キーの伝達を受けて“Operational”状態（Ｄ）に待機するうち、一定の時間が経過して、加入者端末１００が基地局２００からM&B  TEK  Grace  Time時点に自動的に更新されたトラフィック暗号化キーをKey  Replyメッセージを通じて伝達されれば、内部トラフィック暗号化キー状態マシンにKey  Replyというイベント８を発生させ、トラフィック暗号化キー状態マシンは、既存の有効なトラフィック暗号化キーを有していた“Operational”状態（Ｄ）で、認証及び保安に関するデータベースに新しく更新されたＳＡを貯蔵し、再び“Operational”状態（Ｄ）に留まるようになる。
しかし、図９で説明した通り、加入者端末１００が“Operational”状態で基地局２００からトラフィック暗号化キーの自動更新のためのKey  Replyメッセージを正常に受信できなかった場合、TEK  Grace  Time開始時点に、内部トラフィック暗号化キー状態マシンにTEK  Refresh  Timeoutというイベント７を発生させ、“Rekey  Wait（更新待機）”状態（Ｅ）に遷移させる。これと同時に、基地局２００にKey  Requestメッセージを送信して、次の周期の間で有効なトラフィック暗号化キーを要請する。
その後、加入者端末１００は、“Rekey  Wait”状態（Ｅ）から、基地局２００からトラフィック暗号化キーが含まれているKey  Replyメッセージを受けると、Key  Replyイベント８を発生させ、トラフィック暗号化キー状態マシンを再び“Operational”状態（Ｄ）に遷移させて、トラフィック暗号化キーを利用したデータ伝送が正常に行われるようにする。
ここで、“Operational”状態（Ｄ）でKey  Replyイベント８の発生によって再び“Operational”状態（Ｄ）を維持することは、ただ本発明の第１実施形態によるマルチキャストサービスやブロードキャストサービスに限って規定されたことである。
前記以外にも、トラフィック暗号化キー状態マシンが位置できる状態には、“Op  Reauth  Wait”状態（Ｃ）及び“Rekey  Reauth  Wait”状態（Ｆ）が他にもあるが、それらは従来に行われたサービスと同一に処理されるので、ここではその説明を省略しても、本技術分野の当業者であれば簡単に分かることができるだろう。
【００５８】
図２３は、本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法での加入者端末のトラフィック暗号化キー状態マシンの状態遷移図であり、図２４は、図２３に示された状態遷移を整理して示したテーブルである。
図２３及び図２４を参照すれば、図２１及び図２２を参照して説明した本発明の第１実施形態の場合と類似しているので、ここでは、本発明の第２実施形態で特有な一部分のみを説明する。
【００５９】
加入者端末１００のトラフィック暗号化キー状態マシンが基地局２００から最初に正常にトラフィック暗号化キーの伝達を受けて、“Operational”状態（Ｄ）に待機する時までは同一である。
その後、トラフィック暗号化キー状態マシンが“Operational”状態（Ｄ）に留まるうちに、加入者端末１００が基地局２００からM&B  TEK  Grace  Time時点の以前にGKEK  update  modeのKey  Update  Commandメッセージの伝達を受ければ、内部トラフィック暗号化キー状態マシンにGKEK  updatedというイベント１０を発生させ、これによってトラフィック暗号化キー状態マシンは、“M&B  Rekey  Interim  Wait（マルチキャスト又はブロードキャスト更新暫定待機”状態（Ｇ）に遷移して、更新されたキーが伝達されることを待つ。
次に、基地局２００は、M&B  TEK  Grace  Time時点以降に、TEK  update  modeのKey  Update  Commandメッセージを加入者端末１００にブロードキャストコネクションで放送し、これを受信した加入者端末１００は、内部トラフィック暗号化キー状態マシンにTEK  updatedというイベント１１を発生させ、再び“Operational”状態（Ｄ）に遷移されるようにする。
しかし、図１９で説明した通り、“M&B  Rekey  Interim  Wait”状態（Ｇ）でTEK  update  modeのKey  Update  Commandメッセージをうまく受信できなかった加入者端末１００は、内部的に管理しているTEK  Grace  Timeの発生時点に、内部トラフィック暗号化キー状態マシンにTEK  Refresh  Timeoutというイベント７を発生させ、“Rekey  Wait”状態（Ｅ）に遷移させる。同時に、基地局２００に、Key  Requestメッセージを通じて、次の周期の間で有効なトラフィック暗号化キーを要請する。
これとは異なって、加入者端末１００が“Operational”状態でGKEK  update  modeのKey  Update  Commandメッセージをうまく受信できなかった場合、TEK  Grace  Time時点に、内部トラフィック暗号化キー状態マシンにTEK  Refresh  Timeoutというイベント７を発生させ、“Rekey  Wait”状態（Ｅ）状態に遷移させる。同様に、基地局２００に、Key  Requestメッセージを通じて、次の周期の間で有効なトラフィック暗号化キーを要請する。
次に、加入者端末１００は、前述した２種類の場合によって“Rekey  Wait”状態（Ｅ）から、基地局２００からトラフィック暗号化キーが含まれているKey  Replyメッセージを受ければ、Key  Reply８イベントを発生させ、トラフィック暗号化キー状態マシンを再び“Operational”状態（Ｄ）に遷移させる。
ここで、“Operational”状態（Ｄ）からＧＫＥＫ更新イベント１０発生による“M&B  Rekey  Interim  Wait”状態（Ｇ）への遷移と、“M&B  Rekey  Interim  Wait”状態（Ｇ）からTEK  Refresh  Timeoutイベント７発生による“Rekey  Wait”状態（Ｅ）への遷移、及びＴＥＫ更新イベント１１発生による“Operational”状態（Ｄ）への遷移は、ただ本発明の第２実施形態によるマルチキャストサービスやブロードキャストサービスに限って規定されたことである。
前記以外にも、トラフィック暗号化キー状態マシンが位置できる状態には、“Op  Reauth  Wait”状態（Ｃ）及び“Rekey  Reauth  Wait”状態（Ｆ）が他にもあるが、それらは従来に行われたサービスと同一に処理されるので、ここでは、その説明を省略しても、本技術分野の当業者であれば簡単に分かることができるだろう。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の多様な変更や変形が可能である。
【００６１】
本発明は、IEEE  802.16無線ＭＡＮシステムのような無線携帯インターネットシステムにおいて、マルチキャストサービスやブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを管理する方法を定義するものであって、次のような効果がある。
第一に、マルチキャストサービスとブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーの更新を、基地局が開始して更新されたキーを、当該サービスを提供される加入者端末にブロードキャストコネクションを通じて伝達することによって、少ない信号資源でもトラフィック暗号化キーの更新及び分配が可能になる。
第二に、基地局が、マルチキャストサービスとブロードキャストサービスのトラフィック暗号化キーを自動的に更新し、加入者端末に一律的にする方式を使うことにより、加入者端末から一時的なトラフィック暗号化キー要請メッセージを使用せずに、一回のKey  Replyメッセージ又は二回のKey  Update  Commandメッセージで、全ての加入者端末にトラフィック暗号化キーを分配することができるので、基地局の立場では、このようなトラフィック暗号化キーに関する処理量が減少するという長所がある。
第三に、基地局がトラフィック暗号化キーを更新することにおいて、トラフィック暗号化キー自体を暗号化するために必要なＫＥＫ又はＧＫＥＫを、端末の認証キーにより暗号化して全ての端末の各々に伝送するので、ＫＥＫ又はＧＫＥＫを安全に分配することができる。
第四に、トラフィック暗号化キーを全ての加入者端末にブロードキャストに伝送しても、トラフィック暗号化キー自体もＫＥＫ又はＧＫＥＫに暗号化されていて、ただＫＥＫ又はＧＫＥＫの分配を受けた加入者端末のみがトラフィック暗号化キーを復号化することができるので安全という長所がある。
第五に、マルチキャストサービスとブロードキャストサービス用トラフィック暗号化キーを基地局で周期的に更新することにより、前記サービスに対する強力な保安を維持しながら加入者端末にサービスを提供することができる。
第六に、マルチキャストサービスの場合、マルチキャストサービスごとに関連したＳＡ、特に、トラフィック暗号化キーが異なるので、マルチキャストサービスごとに保安維持が可能になる。
第七に、ブロードキャストサービスの場合、事業者ごとに固有のＳＡ、特に、トラフィック暗号化キーを管理するので、他の事業者の端末から保安維持のできるサービスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明が適用される無線携帯インターネットシステムの概要を示した概略図である。
【図２】図１に示された無線携帯インターネットシステムの階層構造を示した階層図である。
【図３】図１に示された無線携帯インターネットシステムにおける基地局と加入者端末の連結構造を示した概略図である。
【図４】図１に示された無線携帯インターネットシステムにおける加入者端末と基地局との間の連結設定のためのフローチャートである。
【図５】一般的な無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法のフローチャートである。
【図６】一般的な無線携帯インターネットシステムにおける複数の加入者端末と基地局との間のトラフィック暗号化キー更新方法のフローチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー更新のための暗号関連ＰＫＭパラメーターの運用範囲のテーブルを示した図である。
【図８】本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法のフローチャートである。
【図９】図８で、加入者端末が、基地局が更新してブロードキャストコネクションを通じて伝送したKey  Replyメッセージを正しく受信できなかった場合のトラフィック暗号化キー管理方法に対するフローチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおける複数の加入者端末と基地局との間のトラフィック暗号化キー更新方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法によって、トラフィック暗号化キーの分配時、ＭＡＣヘッダーのＣＩＤ値とこれに伴うトラフィック暗号化キーを暗号化する入力キーとの間の関係を説明するテーブルである。
【図１２】本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法のフローチャートである。
【図１３】本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおける複数の加入者端末と基地局との間のトラフィック暗号化キー更新方法のフローチャートである。
【図１４】本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法で使用されるトラフィック暗号化キー応答（Key  Reply）メッセージの内部パラメーターを示すテーブルを示した図である。
【図１５】図１４に示されたトラフィック暗号化キー関連パラメーター（TEK-Parameters）を表現したテーブルを示した図である。
【図１６】本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法で使用されるキー更新命令（Key  Update  Command）メッセージの内部パラメーターを示すテーブルを示した図である。
【図１７】図１６に示されたKey  push  modesパラメーターを表現したテーブルを示した図である。
【図１８】図１６に示されたHMAC-Digestパラメーターを生成する時に使用される入力キーを表現したテーブルを示した図である。
【図１９】図１２で、加入者端末が、基地局が送信した二回のKey  Update  Commandメッセージであるうちのいずれか一つでも正しく受信できなかった場合のトラフィック暗号化キー管理方法に対するフローチャートである。
【図２０】図１９に示された非正常的な場合のトラフィック暗号化キー管理方法において、加入者端末のトラフィック暗号化キー要請状況に応じたKey  Replyメッセージに含まれて伝送されるTEK-Parameters情報を示すテーブルである。
【図２１】本発明の第１実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法で、トラフィック暗号化キー状態マシンの状態遷移図である。
【図２２】図２１に示された状態遷移を整理して示したテーブルである。
【図２３】本発明の第２実施形態による無線携帯インターネットシステムにおけるトラフィック暗号化キー管理方法で、加入者端末のトラフィック暗号化キー状態マシンの状態遷移図である。
【図２４】図２３に示された状態遷移を整理して示したテーブルである。
【符号の説明】
【００６３】
１０  加入者端末
２０、２１  基地局
３０、３１  ルーター
４０  認証サーバー
【図１】
2007527178.tif 000002
【図２】
2007527178.tif 000003
【図３】
2007527178.tif 000004
【図４】
2007527178.tif 000005
【図５】
2007527178.tif 000006
【図６】
2007527178.tif 000007
【図７】
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【図８】
2007527178.tif 000009
【図９】
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【図１０】
2007527178.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007527178.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2007527178.tif 000017
【図１７】
2007527178.tif 000018
【図１８】
2007527178.tif 000019
【図１９】
2007527178.tif 000020
【図２０】
2007527178.tif 000021
【図２１】
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【図２３】
2007527178.tif 000023
【図２２】
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【図２４】
2007527178.tif 000025
【国際調査報告】
2007527178.tif 000026