(57)【要約】  データ交換中の認証のための通信システムおよび認証方法が記述される。方法は、共有鍵と、存在するデータパケット中のデータと、送信者ＩＤとのうち少なくとも１つからから認証署名を導出する（Ｓ１００）ステップを含む。次のステップ（Ｓ１０２）は、認証フィールドが有する認証署名を、存在するデータパケットに添付するステップを含む。次のステップ（Ｓ１０４）は、添付された認証フィールドによってデータパケットを送信するステップを含む。次のステップ（Ｓ１０６）は、基地局によってデータパケットを受信するステップを含む。次のステップ（Ｓ１０８）は、認証フィールドが共有鍵を所有する送信者によって生成されることを検証するステップを含む。次のステップ（Ｓ１１０）は、応答メッセージを返送するステップを含む。
2011501629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを交換中の通信システムによる認証方法であって、
送信者が、認証フィールドを存在するデータパケットに添付する添付ステップと；
前記送信者が、前記データパケットを、送信する送信ステップと；
受信者が、前記データパケットを受信する受信ステップと；
前記認証フィールドが有する情報である認証フィールド情報が、共有秘密を所有する前記送信者によって生成されたことを前記受信者が検証する検証ステップと
を有する、認証方法。
【請求項２】
前記データパケットは、前記共有秘密と前記データを有し、
前記認証フィールド情報は、前記共有秘密から導出した認証署名と、前記データとを有する、請求項１記載の認証方法。
【請求項３】
前記認証署名は更に、前記送信者のＩＤから導出される、請求項２記載の認証方法。
【請求項４】
前記認証方法は更に、前記添付ステップのあとに、
前記送信者と前記受信者の両方に既知の鍵を用いて、前記データパケットを暗号化するステップと；
暗号化した前記データパケットを格納するステップと
を有する、請求項１記載の認証方法。
【請求項５】
前記認証方法は更に、肯定応答メッセージを、前記送信者に返送するステップを有する、請求項１記載の認証方法。
【請求項６】
前記肯定応答メッセージは、受信した前記認証フィールドの少なくとも一部分と、共有鍵から導出した署名とを有する、請求項５記載の認証方法。
【請求項７】
前記認証方法は更に、前記送信者が認証されるまで、前記受信者が受信した前記データパケットを格納し続けるステップを有し、
前記データパケットは、前記送信者が認証された場合に復号化され前記受信者の上位層に解放され、前記送信者が認証されなかった場合には廃棄される、請求項１記載の認証方法。
【請求項８】
前記認証方法は更に、
前記送信者が、認証を前記受信者から前記送信者が受信するまで、送信した前記データパケットを格納し続けるステップを有し、
前記送信者は、前記認証を受信した場合に前記データパケットを廃棄する、請求項１記載の認証方法。
【請求項９】
前記認証方法は更に、前記送信者と前記受信者の間の相互認証を提供すべく、前記送信者と前記受信者の役割を入れ替えることによって、前記添付ステップと、前記送信ステップと、前記受信ステップと、前記検証ステップとを反復する反復ステップを有する、請求項１記載の認証方法。
【請求項１０】
移動局と基地局の間のデータ交換中に認証する通信システムであって、
認証フィールドを、存在するデータパケットに添付し、前記認証フィールドを送信する送信通信ユニットと；
前記データパケットを受信し、前記認証フィールドの情報が、共有秘密を所有する前記送信通信ユニットによって生成されたことを検証する、受信者通信ユニットと
を備える通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して通信システムに関する。より詳細には通信におけるデータ交換中の認証に関する。
【背景技術】
【０００２】
認証は、通信システムにおいて重要な機能である。ＷｉＭＡＸやその次世代のリリース（しばしばＷｉＭａｘリリース１．ｘやＩＥＥＥ８０２．１６ｍプロトコルと呼ばれる）、ヨーロッパの第３世代移動体通信システム（ＵＭＴＳ）、およびＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のような、無線通信システムでは特に重要な機能である。無線通信システムにおいて、認証は下位層（レイヤー１またはレイヤー２）において共通して実行されるが、上位層でも実行されうる。認証は、制御メッセージを交換することによって装置のＩＤやユーザのＩＤを検証する処理である。
【０００３】
移動局から基地局に送信される認証情報では、たとえば基地局が認証情報を適切に検証できた場合、肯定応答（ＡＣＫ）メッセージが移動局に返送されうる。認証情報が検証され得なかった場合、非肯定応答（ＮＡＣＫ）メッセージが返送されるか、何もメッセージは返送されない。この手順はまた、基地局が移動局とともに基地局自身を検証し、それによって相互認証を提供すべく反復される。代替として、明確な肯定応答（ＡＣＫ）メッセージ／非肯定応答（ＮＡＣＫ）メッセージは送信される必要がない。この場合、暗黙の肯定応答（すなわち認証が成功した場合のみ通信は継続し、認証は暗黙の認証として作用する）のみが存在する。２つの側（移動局と基地局）が互いに首尾よく認証するまで、移動局と基地局の間のデータ送信は実行されない。上述の一連の制御メッセージングは、データ通信が開始する前でさえも著しい時間（５０ミリ秒以上）を使用する。この遅延量は通信技術を劣化させてしまう。
【０００４】
更に１つの側（移動局と基地局のいずれか）から送信された制御メッセージが受信されなかった場合、または他の側（相手側）が認証証明書（ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｌｔｉｏｎ  ｃｒｅｄｅｎｔｉａｌｓ）を検証できなかった場合、メディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）のような上位層プロトコルは、制御プレーン（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｌａｎｅ）にタイマーを使用することによって通信を停止するか、または認証情報を有する制御メッセージを再送信する。ここで使用されるように、メディアアクセスコントロール層は制御プレーン、データプレーン（ｄａｔａ  ｐｌａｎｅ）、アプリケーション層のような上位層プロトコルを参照する。一例において、移動局と基地局とのいずれも通信を受信しなかった場合、上位層における待機時間後に認証が完了すると推測されるべきである。この例において、上位層プロトコルのタイマーは問題が存在すると判断するが、この判断は更なる追加時間が経過したあとのみである。認証情報を有する制御メッセージを再送信するのに必要な任意の時間と、上位層プロトコルタイマーの期限とは、データ通信の再開を更に遅延させ、通信技術を更に劣化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，０１６，３２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って従来技術で発生する時間遅延無しに、通信装置間の相互認証技術を提供することが望まれる。この相互通信がハードウェアとソフトウェアにおいて多大なコストや取組み無しに実現されるのであれば、より一層有効である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は添付した請求項において特徴が指摘される。しかし、以下の図面に関連して詳細な説明を参照することによって、本発明の他の特徴はより明確になり、本発明は一層理解されるであろう。
【０００８】
本発明は制御メッセージを用いる従来技術において発生しうる時間遅延無しに、通信装置間の相互認証のための技術を提供する。この改善は、多大なコストや取組みなく実現される。
【０００９】
特に本発明は、制御メッセージングを使用することなく相互認証を提供するが、実際のデータ通信交換中に通信事業体がハンドオーバ時に即座にデータ交換を再開することを可能にする。ここで使用されるように、ハンドオーバ（ＨＯ）は、１つの動作中の基地から、他の基地に通信リンクを移動する装置の処理を意味する。相互認証は、送信されたデータパケットに添付された添付ヘッダまたは添付フィールドを用いて実現される。この実現は、本発明にしたがって以下に記述される。本発明は、より迅速なハンドオーバをもたらすこの方法を利用する。更に本発明は、「他の側を認証」が未決のときにデータストリームを保護する規則を提供する。
【００１０】
本発明はＩＥＥＥ８０２．１６（ＷｉＭａｘ）通信システムに関連して記述されるが、それに限定されず、認証機能を利用する他の通信システム（たとえば、第３世代移動体通信システム、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、および装置が新たなサーバに接続する任意の通信システムを含む有線システム）にも適応可能であることが理解されるべきである。
【００１１】
本発明のこれらの様々な実施形態の理解を促進すべく、商業的に実行可能な実施形態において有用または必要な要素であって、共通であり且つ広く知られたそれら要素は、概して説明または記述が省略されていることを、当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術の相互認証のフローチャート。
【図２】本発明に従う、相互認証のフローチャート。
【図３】本発明に従う、相互認証のフローチャート。
【図４】本発明に従う、認証方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、従来技術のハンドオーバメッセージングを示す。特に移動局（ＭＳ）は、ソース基地局（Ｓ−ＢＳ）からターゲット基地局（Ｔ−ＢＳ）に移動する。現在ＷｉＭＡＸ（と他の無線技術）では、ハンドオーバ（ＨＯ）中に制御メッセージは、ハンドオーバによって割込まれるデータ通信が再開する前に交換される必要がある。制御メッセージ交換は、複数の目的を果たす。目的は、ａ）必要であればレイヤー１の（物理的）調整、ｂ）ターゲット基地局が、通信に必要な移動局の基本パラメータ（すなわちＩＤ、暗号化鍵等）を更新すること、ｃ）移動局と基地局の間の相互認証である。本発明は、相互認証がデータパケット交換中にどのように実現され、したがってデータが迅速に再開することを可能にするかを示す。制御メッセージングによって達成される他の機能や目的は、既知の方法を用いて実現されうる。換言すると、全ての他の手順（たとえば通信の基本パラメータの更新等）は、制御メッセージなしで、またはハンドオーバの前の通信を通じてなされうる。
【００１４】
図１を再び参照すると、現在のＷｉＭＡＸではハンドオーバは、図示のようにハンドオーバ初期化と、相互認証を提供する制御メッセージ交換と、データ通信の再開とによって示される。
【００１５】
ハンドオーバ初期化を開始すると、移動局がターゲット基地局（Ｔ−ＢＳ）のサービス領域に移動していることを、ソース基地局（Ｓ−ＢＳ）が検出すると、ソース基地局（Ｓ−ＢＳ）は、移動局がターゲット基地局にハンドオーバする手順を開始する。このことは、ソース基地局からターゲット基地局に送信されたハンドオーバ要求（ＨＯ−ＲＥＱ）によって開始される。ターゲット基地局は、ハンドオーバ応答（ＨＯ−ＲＳＰ）メッセージでこの要求に応答する。ソース基地局と移動局の間で交渉される活動時間（ａｃｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）は、移動局がいつターゲット基地局に到着するかを規定する。特にソース基地局は、基地局ハンドオフ要求（ＭＯＢ＿ＢＳＨＯ−ＲＥＱ）を移動局に送信し、通信をターゲット基地局に移したいと示すハンドオフ表示（ＭＯＢ＿ＨＯ＿ＩＮＤ）メッセージを送信する移動局を待機する。
【００１６】
制御メッセージングの段階では、ターゲット基地局は、ノンコンテンション方式高速レンジ手順（ｎｏｎ−ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ  ｂａｓｅｄ  Ｆａｓｔ  Ｒａｎｇｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）を使用することによって、移動局に専用の送信機会を割当てる。この専用機会は、ＷｉＭＡＸにおいてレンジ要求（ＲＮＧ−ＲＥＱ）として知られるハンドオーバ手順での第１制御メッセージを送信するための機会である。高速レンジ手順は、最初のフレームで高速レンジ情報要素（Ｆａｓｔ  Ｒａｎｇｉｎｇ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｌｅｍｅｎｔ）を含むアップリンクマップ（ＵＬ＿ＭＡＰ）を送信する。高速レンジ情報要素は、送信機会に続くフレームにおいて移動局に割当てる。割当てられるフレームは、アップリンクマップ（ＵＬ＿ＭＡＰ）が送信されたフレームのすぐ後のフレームである。移動局は、最初のフレームまでにターゲット基地局に到着する必要があり、高速レンジ情報要素を探すべきである。従って、基地局ハンドオフ応答（ＭＯＢ＿ＢＳＨＯ−ＲＳＰ）メッセージで送信された活動時間は、基地局と移動局の間で正しく解釈されるべきである。特にハンドオーバでは、活動時間値は、ターゲット基地局が高速レンジ情報要素を含むアップリンクマップ（ＵＬ＿ＭＡＰ）を送信するまでのフレーム数として規定される。高速レンジ情報要素は、移動局によって送信されるレンジ要求（ＲＮＧ−ＲＥＱ）メッセージの専用送信機会を割当てる。
【００１７】
レンジ要求（ＲＮＧ＿ＲＥＱ）メッセージは、移動局とターゲット基地局とに既知の共有鍵を用いて移動局によって算出された署名を有する。ターゲット基地局は、この署名を用いて、署名が共有鍵によって生成されたことと、署名が正当であることとを確認することによって、システムの移動局を認証する。ターゲット基地局は、共有鍵を用いてターゲット基地局によって算出された署名を含むレンジ応答（ＲＮＧ＿ＲＳＰ）メッセージで、移動局に応答する。レンジ応答（ＲＮＧ＿ＲＳＰ）メッセージは、レンジ要求（ＲＮＧ＿ＲＥＱ）が受信され且つ移動局のＩＤが検証された場合にのみ、生成される。換言すると、レンジ要求（ＲＮＧ＿ＲＥＱ）を受信する前には、基地局は移動局を用いて基地局自身を認証することはないため、相互認証手順の完了が更に遅延してしまう。移動局は、ターゲット基地局から受信した署名を用いて、署名が共有鍵によって生成されたことと、署名が正当であることとを確認することによって、システムのターゲット基地局を認証する。このように相互認証は、制御メッセージング段階において実現される。
【００１８】
特に相互認証中に、各側（移動局とターゲット基地局）は、互いの他の側が共有秘密（たとえばほとんどの場合は共有鍵）を所有していることを証明する。完全性保護（Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）フィールド内の情報（すなわち署名）を送信することによって、片側は、他の側が共有鍵を所有していることを証明する。完全性保護フィールド内の情報は、共有鍵を用いて算出される。共有秘密は、移動局とターゲット基地局のみに既知の鍵である。正当な完全性保護フィールドは、共有鍵（すなわち正しい鍵）を所有するパーティ（Ｐａｒｔｙ）によってのみ生成されえ、同じ鍵を所有するパーティによってのみ検証されうる。
【００１９】
移動局はまた、レンジ応答（ＲＮＧ−ＲＳＰ）メッセージ、すなわちハンドオーバの制御メッセージング段階における最後のメッセージにおいて、基本通信ＩＤを受信する。この前に、移動局は、ＭＡＣアドレス（メディアアクセスコントロールアドレス）または一時的なハンドオーバＩＤ（ＨＯ−ＩＤ）を用いてアドレスが特定される。移動局はまた、ターゲット基地局から新たな暗号鍵を受信する。ＷｉＭＡＸでは現在、暗号鍵は、（移動局からの入力無しで）ターゲット基地局によって選択され、レンジ応答（ＲＮＧ＿ＲＳＰ）メッセージ中に移動局に無線で送信される。暗号鍵と共有鍵は互いに別々であり、且つ違う目的を果たすため、暗号鍵は前述の認証に使用される共有秘密（共有鍵）と混同されるべきではない。暗号鍵の認識は、相互認証に必要とされず、且つ認証に使用される共有鍵の認識を含まない。逆に、認証に使用される共有鍵の認識は、暗号鍵の認識を含まない。移動局は、ターゲット基地局との通信に必要な前述のパラメータや他のパラメータのレンジ応答（ＲＮＧ−ＲＳＰ）更新を受信しうるが、しかし、これらのパラメータ更新は相互認証では役割が無く、したがって本発明の範囲外であることを理解すべきである。ここに述べたように、パラメータ更新が所望であれば、既知の方法を用いて実行されうる。
【００２０】
相互認証の後に、移動局への通常のダウンリンク（ｎｏｒｍａｌ  ｄｏｗｎｌｉｎｋ）データ通信を再開し、更にアップリンクマップ（ＵＬ＿ＭＡＰ）を送信するターゲット基地局によって、ハンドオーバのあとにデータ通信は再開しうる。ダウンリンクデータ通信の再開によって、通常のアップリンク（ｎｏｒｍａｌ  ｕｐｌｉｎｋ）データ通信は従来技術を用いて再開しうる。
【００２１】
図２を参照すると、本発明は、制御メッセージの代りにデータパケットを通じて相互認証を可能とする。特に本発明は、データ交換中にどのように認証するかの規則と、未認証のパーティに送信されたデータパケットをどのように扱うかの規則とを提供する。更に本発明は、２つの側の認証を同時に行うことができ、したがって遅延を最小にしうる。
【００２２】
本発明は、図１に記述したように、同じハンドオーバ要求（ＨＯ−ＲＥＱ）、ハンドオーバ応答（ＨＯ−ＲＳＰ）、基地局ハンドオフ要求（ＭＯＢ＿ＢＳＨＯ−ＲＥＱ）、基地局ハンドオフ応答（ＭＯＢ＿ＢＳＨＯ−ＲＳＰ）、基地局ハンドオフ表示（ＭＯＢ＿ＨＯ＿ＩＮＤ）初期化メッセージングを用いて、ハンドオーバを初期化する。しかし本発明は、認証を確立する前述の制御メッセージングを省略し、代わりにデータ交換のときに直接認証する。好ましくは、これは最初のフレーム内で遂行されるが、複数のフレームに亘ってもよい。詳細には移動局は、新たな認証フィールドの署名に添付されたデータパケットとともに、第１データパケットをターゲット基地局に送信する。従来技術とは異なり、データパケットは、移動局のＩＤ（ＭＳ−ＩＤと潜在的にはハンドオーバＩＤ（ＨＯ−ＩＤ））を有する。署名は、共有秘密と、ＩＤと、送信されたデータパケットのコンテンツの一部とのうち１以上を用いて導出される。
【００２３】
移動局は、他の側（すなわちターゲット基地局）のＩＤが定かではないので、データパケットを格納し、そして正当なパーティにのみ通知された鍵を用いて暗号化しうる。もしターゲット基地局の認証に失敗した場合でも、この暗号化によってデータパケットのコンテンツは暴露されない。基地局は、並行して同じステップに従う。すなわち従来技術とは異なり移動局からの入力を待つことなしに、添付された認証フィールドでデータパケットを送信し、そして移動局を認証した結果が出るまではデータパケットを暗号化し、格納し続ける。
【００２４】
いずれの側も、第１パケットを受信すると、まず認証フィールドを検証することによって、第１パケットが正しい共有秘密を所有する送信者から生成されたことを検証する。認証フィールドが検証されると、他のパーティは認証されたとして印付けられ、肯定応答（ＡＣＫ）メッセージが送信される。好ましくは、肯定応答メッセージは、受信した認証フィールドの一部を有し、肯定応答は、データパケットが利用可能である場合はデータパケットに添付される。肯定応答が送信されるべき時間にデータパケットが利用可能でなければ、肯定応答メッセージは単独で送信されうる。
【００２５】
未認証である間に受信されたすべての受信パケット（最初のパケットを含む）は、格納され、上位層には解放されない。これらの格納された受信パケットは、認証が失敗すると破棄されるため、復号化されない。「他の側を認証」が成功すると、受信パケットは復号化され、上位層に伝送される。認証に失敗すると、受信パケットは復号化されず廃棄される。
【００２６】
本発明では、最適な結果のためにいくつかの前提条件が所望される。たとえば移動局は、ダウンリンクデータと、ダウンリンクデータにアドレス付けられるアップリンク割当とを検出可能であるべきであり、移動局とターゲット基地局の両方は、移動局が（ソース基地局から）ターゲット基地局に切り替わった直後（すなわちレイヤー１同期（Ｌ１  ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ）がなされた直後）に正当な認証署名を生成できるべきである。片側は他の側からの入力に依存するべきではない。さもなければ更なる遅延が片側に生じてしまうからである。更に移動局とターゲット基地局の両方は、データを暗号化する正当な暗号化鍵を有することが望まれる。最後に、任意の再生保護方式は、（双方に）送信されたメッセージが「フレッシュ」すなわち再生されていないことを保証すべきである。
【００２７】
図３は、本発明に従って実行される図２のデータ交換部の状態図である。ここで使用されるように、認証鍵は共有秘密である。認証フィールドは、移動局ＩＤまたは基地局ＩＤと、ハンドオーバＩＤと、おそらくセッションＩＤまたはノンスとを含むフィールドである。このフィールドは認証鍵で署名され、データパケットまたは他の制御メッセージに添付されうる。またはこのフィールドは、その方向にデータや他の制御パケットがスケジュール化されていない場合に独立制御メッセージに送付されうる。他のデータまたは制御メッセージに添付されると、認証フィールドはまた、それに添付されるメッセージの一部を含みうる。Ｔａｕｔｈは、認証フィールドの再送信を制御するタイマーである。認証肯定応答（ＡＵＴＨ−ＡＣＫ）は、他の側から認証フィールドを受信する肯定応答であり、他の側によって送信された認証フィールドのコピー（または一部）を有し、認証鍵を用いて署名される。肯定応答（ＡＣＫ）それ自身は、データパケットまたは他の制御メッセージに添付されえ、その方向にデータや他の制御パケットがスケジュール化されていない場合に独立制御メッセージに送付されうる。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態において、ハンドオーバ中に両側（移動局とターゲット基地局）は、図２に示された状態図を実行し、同時に動作しうる。以下に、例を通じて記述の明確さを維持すべく、片側、つまり移動局によってハンドオーバ中になされる一連の動作を、本発明の好ましい実施形態に従って記述する。この記述が本発明の範囲を制限しないことと、好ましい実施形態において、ターゲット基地局が図２の状態図に従って同様の手順に従い移動局に並行して動作することとは、強調されるべきである。
【００２９】
データ交換前には、いずれの側（移動局、ターゲット基地局）も認証されない。すなわち両側において、認証（ＡＵＴＨ）は「偽」（ＦＡＬＳＥ）である。移動局は２つの状態変数、いわゆる「他の側を認証」と「他の側による認証」を保持する。「他の側を認証」が「真」（ＴＲＵＥ）に設定されると、移動局が他の側（基地局）からパケットを受信したことを意味する。ここで移動局は、基地局のＩＤを移動局が検証することに成功したと判断できる。すなわち移動局は、基地局が共有秘密を所有していると判断できる。「他の側による認証」が「真」に設定されると、移動局のＩＤを他の側が検証したことを意味する。すなわち基地局は、移動局が共有秘密を所有していることを検証したことと、移動局へのこの事実の通知を確認したこととが確認される。
【００３０】
移動局は、Ｔａｕｔｈタイマーを始動させ、共有秘密と、ＩＤと、添付されるべきデータとから算出された認証フィールドを生成し、認証フィールドをデータパケットに添付する。データパケットが利用可能でない場合、前述のように認証フィールドは制御メッセージで送信されうる。遅延するデータはないため、これを実行する不利益はない。「他の側を認証」が「偽」である間にデータパケットを送信すると、移動局はデータパケットを暗号化し、他の側（ターゲット基地局）を認証した結果が出るまでは、暗号化したデータパケットを格納し続ける。パケットがＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）規則に基づき期限切れになってしまった場合、従来技術において既知のように移動局は、送信されたデータキューからパケットを送信する。特に移動局は、ターゲット基地局が認証に成功するまではターゲット基地局のＩＤを確認できない。結果として移動局は、送信されたデータパケットを格納しておかなくてはならない。なぜなら、ターゲット基地局を認証することが失敗した場合、これらのパケットは、移動局が最終的に別の正当な基地局（認証に先行するであろう基地局）に接続するときに、再送信される必要があるからである。この規則の例外は、送信されたパケットが流れのＱｏＳ要求に従って無効になった（ｏｂｓｏｌｅｔｅ）場合である。たとえば流れのＱｏＳ規則は、５０ミリ秒内に他の側への送信が成功しなかったパケットが無効となり、無効となったパケットが廃棄されるべきであると規定する。そのような場合、移動局は、パケットが正当な基地局に送信されたことを確認できなくても、送信したパケットを廃棄する。これは、基地局を認証することに失敗し移動局が正当な基地局に後に接続したとしても、期限切れのパケットは依然として無効であるからである。
【００３１】
次の２つの状況が発生しうる。第１の場合、送信者（たとえば移動局）は、データパケットを他の側（たとえばターゲット基地局）から受信する。送信者は、「他の側を認証」に成功する。上述のようにターゲット基地局はまた、移動局に並行して図２に示された同じ状態図に従い、それゆえデータパケットを署名とともに送信するため、この第１の場合が発生しうる。ここで基地局は、最初の利用可能な機会に署名を認証する（すなわち移動局からの入力を待つこと無しに認証する）。この場合、移動局は、認証が成功することによってターゲット基地局を認証することに成功したら、受信した認証証明書を検証しうる。しかし、このパケットは基地局によって個別に生成されたため、移動局は、基地局から以前に送られた認証証明書を受信したか否か確認できないことを記す。換言すると、移動局は、基地局が移動局のＩＤを検証したか否か確認できない。この場合、「他の側を認証」は「真」に設定されるが、「他の側による認証」は「偽」のままである。パケットが正当な基地局に送信されたことが確認できるため、移動局は、認証結果を待つ間に格納し続けた送信済パケットを、フラッシュ（ｆｌｕｓｈ）しうる。移動局は更に、認証肯定応答（ＡＵＴＨ−ＡＣＫ）フィールドを生成し、認証肯定応答フィールドを、利用可能であればデータパケットに添付し、他の側に送信する。認証肯定応答信号は、ターゲット基地局に、ターゲット基地局から送信された認証証明書とパケットとが移動局によって首尾良く受信されたことと、ターゲット基地局のＩＤを基地局が検証することも成功したこととを知らせる。
【００３２】
第２の場合、送信者（たとえば移動局）は、他の信号を送信者（たとえば移動局）が受信する前に、ターゲット基地局から送信された認証証明書のための認証肯定応答を受信する。この場合、移動局は、移動局から送信された認証証明書がターゲット基地局によって首尾良く受信され検証されたという確認を、ターゲット基地局から受信する。換言すると、ターゲット基地局によって移動局が認証されたとみなされていることが移動局に知らされ、移動局は「他の側による認証」を「真」に設定しうる。しかし、認証肯定応答はまた、共有鍵を用いて署名され、移動局から送信された認証証明書のコピーに束縛される（コピーまたはその一部を含むことによって）ため、認証肯定応答それ自身は、ターゲット基地局のＩＤを検証すべく移動局によって使用されうる。移動局は、認証肯定応答に含まれる署名を確認することと、ターゲット基地局も共有秘密を所有することを検証することとによって、ターゲット基地局を認証しうる。なぜなら共有秘密を所有するただ１つの側（基地局）は、認証証明書を検証でき、更に肯定応答に正しく署名しうるからである。移動局は、認証肯定応答が有する署名に基づきターゲット基地局のＩＤを検証し、検証に成功すると、移動局はまた「他の側を認証」を「真」に設定し、Ｔａｕｔｈタイマーを停止しうる。移動局が、認証肯定応答が有する署名の検証に失敗すると、移動局はパケットを無視し、状態変数を変化させない。
【００３３】
「他の側による認証」が「偽」であってタイマーＴａｕｔｈが終了すると、移動局は前述のように認証フィールドを再生成し、認証フィールドを、利用可能であればデータパケットに添付し、認証応答を他の側に再送信し、タイマーＴａｕｔｈを再始動させることを記す。本発明の好ましい実施形態において、最大値はＴａｕｔｈが終了する時間に設定され、移動局が特定の基地局との通信および／または相互認証が実行可能であると示す前に、認証フィールドは再生成されそして再送信される。
【００３４】
注目すべきは、特定の方向において認証署名または認証肯定応答を添付するためのデータの流れが存在しない場合に、制御メッセージはその方向に認証フィールドとともに単に送信されるということである。双方にデータの流れが存在しない場合、制御メッセージは両方に使用されうる。
【００３５】
他の側に送信されたデータパケットは、「他の側を認証」が未決である場合、以下のときまで格納されることが予測される。まず、「他の側を認証」が成功し、パケットが肯定応答されるまでか（ハイブリッド自動再送要求プロトコル（ＨＡＲＱ）または自動再送要求プロトコル（ＡＲＱ）が使用されるのであれば）、データパケットが属する流れのＱｏＳ要求を通じてパケットが期限切れとなるまでである。パケットが期限切れとなると、パケットが属する流れにパケットは役に立たなくなるので、それらを再送信する意味がなくなる。認証フィールドが再送信される必要があると、認証フィールドは、再送信に利用可能な異なるパケットに添付される。
【００３６】
片側（たとえば移動局）が他の側（たとえば基地局）を認証することに成功すると、未決の認証手順のため他の側に送信されたパケットは、もはや格納される必要がないことが更に予測される。未決の認証手順は、送信されたデータパケットが格納されるべきか廃棄されるべきか決定すべく移動局によって使用されるかもしれないただ１つの基準であることが強調されるべきである。結果として、他の側のＩＤの検証に成功したあとでも、他の目的で、または物理層または上位層での再送信プロトコルによって要求されるように、送信されたパケットは依然として送信側に格納されたままである。たとえばＨＡＲＱまたはＡＲＱが有効である場合、パケットが他の側によって肯定応答されるまで、認証がすでに完了していたとしてもパケットは格納されたままになりうる。
【００３７】
認証フィールドが再送信される必要がある場合、認証フィールドは、元の送信と同じデータパケットに添付されなくてもよい。認証フィールドが再送信されると、認証フィールドは異なるデータパケットに添付されうる。または対応する方向にデータパケットが利用可能でなければ、認証フィールドは制御パケットに入れられてもよい。
【００３８】
本発明の他の実施形態において、移動局は、パケットを廃棄することを選択しうる。パケットは、基地局に送信され、且つ両方の側が互いに認証に成功し、認証肯定応答が受信され、基地局が移動局のＩＤの検証に成功したことを移動局に知らせた場合にのみ格納される。この実施形態によると、全ての上述の規則は、単に「他の側を認証」のみが「真」になる場合に廃棄されるのではなく、基地局によって「他の側を認証」と「他の側による認証」が「真」である場合にのみ、送信側（たとえば移動局）に格納されたデータパケットは廃棄されるという例外に従う。この実施形態は、たとえばデータストリームのより高い信頼性が望まれる場合に使用されうる。
【００３９】
本発明では、制御メッセージのみを使用する場合よりも大きく時間を節約できる。たとえば１フレームの制御メッセージを用いて、且つ次のフレームにおけるデータ通信を再開する認証は、単に１フレームだけハンドオーバ遅延をもたらす。これは、約１０ミリ秒余分に消費する制御メッセージの内容を受信し、解凍し、処理するのに必要な時間を加える必要があるからである。換言すると、データ交換に並行して認証を許可する方式が無い場合では、少なくとも１５ミリ秒のハンドオーバ休止期間が生成されてしまう。また、制御メッセージが再送信される必要がある場合、ハンドオーバ休止期間は更に長くなってしまうことを記す。本発明では、認証フィールドが再送信される間、データパケットも再送信される。優位には、本発明は、移動局と基地局がハンドオーバ中に即座にデータを再開し、少なくとも１５ミリ秒のハンドオーバ遅延を節約することを可能とする。
【００４０】
図４を参照すると、本発明はまた、通信システムにおけるデータ交換中の認証方法を提供する。認証方法は、移動局のような送信側通信装置によって、存在するデータパケットが有する共有秘密とデータとから、認証署名を導出する第１ステップＳ１００を有する。認証署名は更に、送信者のＩＤを用いて導出されうる。
【００４１】
次のステップＳ１０２は、認証フィールドが有する認証署名を、送信者（移動局）によって、存在するデータパケットに添付するステップを有する。このステップは、移動局が既知の鍵を用いてデータパケットを暗号化するステップと、移動局が他の側（基地局）のＩＤの検証に成功するまで、すなわち他の側（基地局）を認証するまで、移動局が暗号化されたデータを格納し続けるステップとを有しうる。
【００４２】
次のステップＳ１０４は、送信者（移動局）によって認証フィールドが添付されたデータパケットを、送信者（移動局）が送信するステップを有する。
次のステップＳ１０６は、受信側通信装置（たとえば基地局）がデータパケットを受信するステップを有する。
【００４３】
次のステップＳ１０８は、受信側装置基地局が、共有秘密を所有する送信者によって認証フィールドが生成されたことを検証することによって、認証を検証するステップを有する。受信側装置（基地局）は、他の側が認証されるまでは、受信したデータパケットを格納し続けうる。この認証では、他の側（基地局）が首尾よく認証されると、データパケットは復号化され、受信側装置（基地局）の上位層に解放される。そして、他の側（基地局）が認証されないと、データパケットは廃棄される。留意すべきは、他の側（基地局）が多数のデータパケットを受信しうるということである。ここでデータパケットの第一部分（または一部分）は認証署名を含んでいる。そして、他の局が（データパケットの一部分に含まれた）認証署名を検証し、署名確認手順の結果に基づき全てのデータパケットを解放または廃棄するまで、他の側（基地局）は全てのデータパケットを格納する。
【００４４】
更に、同じステップＳ１０８の一部として、受信側装置（基地局）が他の側（移動局）を認証することに成功すると、受信側装置（基地局）は、他の側（移動局）に送信されたデータパケットであって、他の側（移動局）を認証した結果が出るまで格納し続けたデータパケットを、廃棄しうる。受信側が以下に記述されるステップＳ１１２の一部のように、ステップＳ１０４を実行してしまった場合に、そのようなパケットは存在する。留意すべきは、２つの側（移動局と基地局）は、これらのステップ（すなわちステップＳ１１２）を同時に実行しうることである。したがって、ステップＳ１００〜Ｓ１０４は移動局と基地局とによって同時に実行されうる。ステップＳ１０４において、両側（移動局と基地局）は認証フィールドを有するデータパケットを互いに送信し、「他の側を認証」に成功するまでデータパケットを格納し続ける。そして、ステップＳ１０６において移動局によって送信されたパケットを、ステップＳ１０８において基地局が受信すると、移動局が正当であり、したがってステップＳ１０４において送信されたパケットを格納しておく必要がないことを、基地局は検証しうる。
【００４５】
次のステップＳ１１０は、受信側装置（基地局）が肯定応答メッセージを、送信側装置移動局に返送するステップを有する。好ましくは、肯定応答メッセージは、受信した認証フィールドの一部を含み、共有秘密を用いて署名される。肯定応答メッセージが送信されるときに、データパケットがそれぞれの方向において利用可能であれば、肯定応答メッセージ自身はデータパケットに添付される。送信側装置（移動局）が（基地局によって送信された）肯定応答を受信すると、認証情報を含む他のパケットが以前に受信されていなければ、送信側装置（移動局）は、肯定応答に含まれた署名を用いて基地局のＩＤを検証する。この場合、肯定応答に含まれた認証署名が首尾よく検証されると、移動局は、他の側に送信され、他の側（基地局）を認証した結果が出るまで格納し続けたデータパケットを、順に廃棄しうる。
【００４６】
次のステップＳ１１２は、基地局と移動局の間の相互認証を提供すべく、送信側装置と受信側装置（移動局と基地局）の役割を反対にしながら上述のステップを反復するステップを有する。好ましくは、これらのステップは同時に実行されえ、１データフレーム内で完了しうる。
【００４７】
ここで示され記述された手順と方法は、記述された順番とは違う順番で実行されてもよい。図面に示された詳細な手順、機能、および動作は、本発明の１以上の実施形態を単に説明しているだけであり、他の実施形態も当業者にとっては明白であろう。図面は、当業者が理解し適切に実行できるよう本発明の様々な形態を説明すべく意図されている。同じ目的を達成すべく適合されたいかなる配置も、示された詳細な実施形態の代替となりうる。
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せを有する適切な形式で実現されうる。本発明は、１以上のデータプロセッサおよび／またはデジタル信号プロセッサ上で動作するコンピュータソフトウェアの一部として、随意的に実現されうる。本発明の実施形態の構成要素は、物理的、機能的、および論理的に任意の適切な方法で実現されうる。実際、機能は、単一のユニット内、複数のユニット内、または他の機能ユニットの一部として実現されうる。そのように本発明は、単一ユニット内で実現されうる。または異なるユニットとプロセッサの間に、物理的および機能的に分類されうる。
【００４８】
本発明は複数の実施形態に関連して記述されているが、ここで記載された詳細な形式に限定されるよう意図されていない。むしろ本発明の範囲は、以下の請求項によってのみ限定される。更に詳細な実施形態に関連して特徴が記述されているが、記述された実施形態の様々な特徴が本発明と組合されうることを当業者は理解するであろう。請求項において、「有する」または「備える」は、他の要素やステップを排除しない。
【００４９】
更に請求項の特徴の順番は、特定の順番を意味してはいない。つまりこの順番でステップが実行されなくてはいけないとは意味していない。むしろステップは、任意の適切な順番で実行されうる。更に単一の参照は、複数を排除していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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