(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムのユーザ機器において、現在の鍵に指定された鍵拡張乗数を乗算した結果に基づいて複数の鍵を含む鍵ストリームの第１のインスタンスを生成することであって、鍵ストリームの長さが、指定された鍵拡張乗数に少なくとも一部基づいて決定され、鍵拡張乗数が、通信システムの基地局において、複数の鍵を含む鍵ストリームの第２のインスタンスを生成するためにも利用される、生成することと、
ユーザ機器において、通信システムの基地局から鍵識別子を受信することであって、鍵識別子が、ユーザ機器および基地局によりそれぞれ生成される第１および第２の鍵ストリームインスタンスへの鍵インデックスを含む、受信することと、
ユーザ機器において、受信された鍵識別子に応じて鍵の特定の１つを選択することと、
鍵の選択された１つを利用して、ユーザ機器から基地局に送信されるデータを安全にすることと
を備える、方法。
【請求項２】
鍵ストリームの第１のインスタンスが、基地局から受信されたメッセージに応答してユーザ機器により生成され、鍵が、ユーザ機器および基地局それぞれにおける鍵ストリームの第１および第２のインスタンスの独立した生成を通じて、ユーザ機器および基地局により共有される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鍵が、基地局におけるＫｅＮＢ鍵のインデックス付きシーケンスの独立した生成を通じてユーザ機器および基地局により共有されるＫｅＮＢ鍵のインデックス付きシーケンスを含み、ＫｅＮＢ鍵のインデックス付きシーケンス内のＫｅＮＢ鍵の総数が鍵拡張乗数により指定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
鍵拡張乗数の明示的な値が、前記明示的な値を含むと本来予期される基地局からのメッセージに存在しないと決定したことに応答して、鍵拡張乗数を所定のデフォルト値に設定することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
鍵拡張乗数および鍵識別子の少なくとも一方が、基地局から少なくとも１つの無線リソース制御（ＲＲＣ）セキュリティモードコマンドで受信される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ユーザ機器において、基地局からトリガ条件に応答して他の鍵識別子を受信することと、
ユーザ機器において、受信された他の鍵識別子に応じて複数の鍵の他の１つを選択することと、
複数の鍵の選択された他の１つを利用して、ユーザ機器から基地局に送信されるデータを安全にすることと
をさらに備え、
トリガ条件が、鍵リフレッシュ条件、鍵更新条件および基地局ハンドオフ条件の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ユーザ機器のプロセッサにより実行された場合に、ユーザ機器に請求項１に記載の方法を実施させる実行可能プログラムコードが内部に具現化された非一時的コンピュータ可読媒体を備える、製造品。
【請求項８】
通信システムの基地局と通信するように構成されるユーザ機器
を備え、ユーザ機器が、
現在の鍵に指定された鍵拡張乗数を乗算した結果に基づいて複数の鍵を含む鍵ストリームの第１のインスタンスを生成することであって、鍵ストリームの長さが、指定された鍵拡張乗数に少なくとも一部基づいて決定され、鍵拡張乗数が、通信システムの基地局において、複数の鍵を含む鍵ストリームの第２のインスタンスを生成するためにも利用される、生成することと、
基地局から鍵識別子を受信することであって、鍵識別子が、ユーザ機器および基地局によりそれぞれ生成される第１および第２の鍵ストリームインスタンスへの鍵インデックスを含む、受信することと、
受信された鍵識別子に応じて鍵の特定の１つを選択することと、
鍵の選択された１つを利用して、ユーザ機器から基地局に送信されるデータを安全にすることと
を行うようにさらに構成される、装置。
【請求項９】
通信システムの基地局において、現在の鍵に指定された鍵拡張乗数を乗算した結果に基づいて複数の鍵を含む鍵ストリームの第１のインスタンスを生成することであって、鍵ストリームの長さが、指定された鍵拡張乗数に少なくとも一部基づいて決定され、鍵拡張乗数が、通信システムのユーザ機器において、複数の鍵を含む鍵ストリームの第２のインスタンスを生成するためにも利用される、生成することと、
基地局において、鍵の特定の１つを選択することと、
基地局からユーザ機器へ鍵の選択された１つの識別子を送信することであって、識別子が、基地局およびユーザ機器によりそれぞれ生成される第１および第２の鍵ストリームインスタンスへの鍵インデックスを含む、送信することと、
鍵の選択された１つを利用して、基地局からユーザ機器に送信されるデータを安全にすることと
を備える、方法。
【請求項１０】
基地局から他の基地局へのユーザ機器との進行中の通信の制御の転送と共に、複数の鍵の未使用のものを他の基地局に転送することと、
他の基地局において、転送された鍵の特定の１つを選択することと、
他の基地局からユーザ機器へ、転送された鍵の選択された１つの識別子を送信することと、
転送された鍵の選択された１つを利用して、他の基地局からユーザ機器に送信されるデータを安全にすることと
をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
基地局において、複数の鍵の未使用のものの残数が指定された最小値に達するという条件を検出することと、
検出された条件に応答して、生成を反復することと
をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
通信システムのユーザ機器と通信するように構成される基地局
を備え、基地局が、
現在の鍵に指定された鍵拡張乗数を乗算した結果に基づいて複数の鍵を含む鍵ストリームの第１のインスタンスを生成することであって、鍵ストリームの長さが、指定された鍵拡張乗数に少なくとも一部基づいて決定され、鍵拡張乗数が、通信システムのユーザ機器において、複数の鍵を含む鍵ストリームの第２のインスタンスを生成するためにも利用される、生成することと、
鍵の特定の１つを選択することと、
ユーザ機器へ鍵の選択された１つの識別子を送信することであって、識別子が、基地局およびユーザ機器によりそれぞれ生成される第１および第２の鍵ストリームインスタンスへの鍵インデックスを含む、送信することと、
鍵の選択された１つを利用して、基地局からユーザ機器に送信されるデータを安全にすることと
を行うようにさらに構成される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本分野は、一般的には通信システムに関し、より詳細には、排他的にではないが、そのようなシステムにおけるセキュリティに関する。
【背景技術】
【０００２】
本節は、本発明のより良い理解を容易にする助けとなり得る態様を紹介する。したがって、本節の記述はこの観点で読まれるべきであり、従来技術に含まれるもの、または従来技術に含まれないものについて認めるものと理解されるべきではない。
【０００３】
ワイヤレスセルラの文脈における通信システム規格は、たとえば、３Ｇパートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）として知られている組織により公表されたロングタームエボリューション（ＬＴＥ）規格を含む。３ＧＰＰにより開発されたＬＴＥ規格は、進化型パケットコア（ＥＰＣ：Ｅｖｏｌｖｅｄ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｃｏｒｅ）と呼ばれるインターネットプロトコル（ＩＰ）ベースのパケットコアを含むＬＴＥシステムを定義する。
【０００４】
１つの例示的なＬＴＥシステムでは、ユーザ機器、たとえばモバイルデバイスは、進化型ノードＢ（ｅＮＢ：ｅｖｏｌｖｅｄ  Ｎｏｄｅ  Ｂ）と呼ばれる基地局とエアインターフェースを介して通信する。ｅＮＢは、例示的には、進化型ユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ：Ｅｖｏｌｖｅｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  Ｒａｄｉｏ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのＬＴＥシステムのアクセスネットワークの一部である。
【０００５】
現行方式の下では、ユーザ機器とｅＮＢの間のエアインターフェースのセキュリティは、たとえば、３ＧＰＰ  ＴＳ３３．４０１  Ｖ１２．１２．０（２０１４−０９）、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｐ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｓｐｅｃｔｓ、３ＧＰＰ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＳＡＥ）、Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（Ｒｅｌｅａｓｅ  １２）に記載された技法を用いて提供され、これは参照により本明細書に組み込まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＳ３３．４０１  Ｖ１２．１２．０（２０１４−０９）、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｐ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｓｐｅｃｔｓ、３ＧＰＰ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＳＡＥ）、Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（Ｒｅｌｅａｓｅ  １２）
【非特許文献２】３ＧＰＰ  ＴＳ３３．２２０  Ｖ１２．３．０（２０１４−０６）のＡｎｎｅｘ  Ｂ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｐ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｓｐｅｃｔｓ、Ｇｅｎｅｒｉｃ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＧＡＡ）、Ｇｅｎｅｒｉｃ  Ｂｏｏｔｓｔｒａｐｐｉｎｇ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＧＢＡ）（Ｒｅｌｅａｓｅ  １２）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態では、通信システムのユーザ機器において、指定された鍵拡張乗数（ｋｅｙ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）に少なくとも一部基づいて複数の鍵が生成される。ユーザ機器において、通信システムの基地局から鍵識別子が受信される。ユーザ機器は、受信された鍵識別子に応じて鍵の特定の１つを選択し、鍵の選択された１つを利用して、ユーザ機器から基地局に送信されるデータを安全にする。
【０００８】
他の実施形態では、通信システムの基地局において、指定された鍵拡張乗数に少なくとも一部基づいて複数の鍵が生成される。基地局は、鍵の特定の１つを選択し、ユーザ機器へ鍵の選択された１つの識別子を送信し、鍵の選択された１つを利用して、基地局からユーザ機器に送信されるデータを安全にする。
【０００９】
複数の鍵は、例示的には、ユーザ機器および基地局の両方により独立して生成される複数の共有鍵を含み、共有鍵の選択されたものを利用して、ユーザ機器と基地局の間でエアインターフェースを介して送信されるデータを安全にする。
【００１０】
例として、いくつかの実施形態における鍵は、例示的には、基地局から受信されたメッセージに応答してユーザ機器により生成される鍵ストリームのそれぞれの部分を含み、鍵が、ユーザ機器および基地局両方における鍵ストリームの独立した生成を通じて、ユーザ機器および基地局により共有される。
【００１１】
いくつかの実施形態における基地局はＥ−ＵＴＲＡＮのｅＮＢを含むが、他のタイプの基地局を他の実施形態で使用することができる。
【００１２】
基地局がｅＮＢを含む実施形態では、鍵は、例示的には、基地局におけるＫｅＮＢ鍵のインデックス付きシーケンスの独立した生成を通じてユーザ機器および基地局により共有されるＫｅＮＢ鍵のインデックス付きシーケンスを含み、ＫｅＮＢ鍵のインデックス付きシーケンス内のＫｅＮＢ鍵の総数が鍵拡張乗数により指定される。
【００１３】
いくつかの実施形態では、基地局から他の基地局へのユーザ機器との進行中の通信の制御の転送と共に、複数の鍵の未使用のものが他の基地局に転送される。他の基地局は、転送された鍵の特定の１つを選択し、ユーザ機器へ、転送された鍵の選択された１つの識別子を送信する。転送された鍵の選択された１つを利用して、たとえば、他の基地局とユーザ機器の間でエアインターフェースを介して送信されるデータを安全にする。
【００１４】
いくつかの実施形態における基地局は、複数の鍵の未使用のものの残数が指定された最小値に達するという条件を検出し、検出された条件に応答して、鍵生成を反復するように構成される。
【００１５】
有利なことに、例示的実施形態の１つまたは複数は、ＬＴＥシステムなどの通信システムにおける鍵生成および選択の効率を、システムのコストまたは複雑性を過度に増加させずに大幅に向上させることができる。
【００１６】
さらに、開示の技法は、多数の他の通信システムの文脈に簡単に適合させることができる。
【００１７】
本明細書に記載の実施形態のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面および以下の詳細な説明からより明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一例示的実施形態における通信システムのブロック図である。
【図２】一例示的実施形態におけるユーザ機器および基地局要素の例のより詳細な図である。
【図３】一例示的実施形態における鍵生成および選択処理の一例の流れ図である。
【図４】一例示的実施形態における鍵拡張乗数を用いたユーザ機器および基地局による複数の共有鍵の生成のための１つの可能な技法の図である。
【図５】一例示的実施形態におけるユーザ機器および基地局により実施される鍵生成および選択処理の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
鍵拡張乗数に基づいてユーザ機器および基地局要素において複数の共有鍵を生成するための通信システムおよび関連技法の例に関する実施形態が本明細書において例示される。しかしながら、特許請求の範囲が、開示された特定のタイプの通信システムならびに／あるいは鍵生成および選択処理に限定されないことを理解されたい。代替的な処理および動作を用いて、多種多様な他のタイプの通信システムにおいて実施形態を実装することができる。たとえば、ＬＴＥ  ＥＰＣなどの３ＧＰＰシステム要素を利用したワイヤレスセルラシステムの文脈で例示されているが、開示された実施形態は、ＷｉＭａｘシステム、Ｗｉ−Ｆｉシステムなどを含む多様な他のタイプの通信システムに簡単に適合させることができる。
【００２０】
図１は、エアインターフェース１０３を介して進化型ノードＢ（ｅＮＢ）１０４と通信するユーザ機器（ＵＥ：ｕｓｅｒ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）１０２を備える通信システム１００を示す。この例示的実施形態では、通信システム１００は、ワイヤレスセルラシステム、より詳細にはＬＴＥシステムを含む。
【００２１】
ユーザ機器１０２は移動局とすることができ、そのような移動局は、例として、携帯電話、コンピュータ、または任意の他のタイプの通信デバイスを含むことができる。したがって、本明細書で使用される「ユーザ機器」という用語は、多様な異なるタイプの移動局、加入者局、またはより一般的には通信デバイス、たとえばラップトップに挿入されるデータカードの組み合わせなどの例を包含するように広義に解釈されることが意図されている。また、そのような通信デバイスは、「アクセス端末」と一般的に呼ばれているデバイスを包含するものとする。
【００２２】
ｅＮＢ１０４は、例示的には、通信システム１００のアクセスネットワークの一部である。そのようなアクセスネットワークは、たとえば、複数の基地局と、１つまたは複数の関連付けられた無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ：ｒａｄｉｏ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）とを有するＥ−ＵＴＲＡＮを含むことができる。基地局およびＲＮＣは論理的には別々のエンティティであるが、所与の実施形態では、同一の物理ネットワーク要素、たとえば、基地局ルータまたはフェムトセルラアクセスポイントにおいて実装することができる。
【００２３】
本実施形態におけるｅＮＢ１０４は、移動管理エンティティ（ＭＭＥ：Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｅｎｔｉｔｙ）１０６を介してホーム加入者サーバ（ＨＳＳ：Ｈｏｍｅ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｓｅｒｖｅｒ）１０８に結合される。また、ｅＮＢ１０４は、サービングゲートウェイ（ＳＧＷ）１１０およびパケットデータネットワーク（ＰＤＮ）ゲートウェイ（ＰＧＷ）１１２を介してインターネット１１４と通信する。
【００２４】
システム要素のこの特定の構成が一例にすぎず、他のタイプおよび構成の追加的または代替的要素を用いて他の実施形態においてＬＴＥシステムを実装できることは理解されたい。たとえば、他の実施形態では、システム１００は、認証サーバ、たとえば３ＧＰＰ認証、許可および課金（ＡＡＡ：Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ，Ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ）サーバを備えることができる。
【００２５】
したがって、図１の構成はワイヤレスセルラシステムの構成の一例にすぎず、多数の代替的なシステム要素の構成を用いることができる。たとえば、ただ１つのユーザ機器、ｅＮＢ、ＭＭＥ、ＨＳＳ、ＳＧＷおよびＰＧＷ要素が図１の実施形態に示されているが、これは説明を簡単かつ明確にするためにすぎない。もちろん、所与の代替的実施形態は、より多くのそのようなシステム要素、ならびに従来のシステム実装に一般的に関連するタイプの追加的または代替的要素を含むことができる。
【００２６】
上記で引用された３ＧＰＰ規格ＴＳ３３．４０１には、ＵＥおよびｅＮＢ要素間にセキュリティアソシエーションを確立して、エアインターフェースを介して送信されるＬＴＥ制御およびユーザプレーン通信を保護するための技法が記載されている。このセキュリティアソシエーションは、成功した認証および鍵合意（ＡＫＡ：Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｋｅｙ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）処理の結果を用いてＵＥおよびＭＭＥ要素によって相互に計算される共有鍵ＫｅＮＢとして定義される。より詳細には、成功したＡＫＡ処理により得られる中間共有鍵ＫＡＳＭＥが、ＵＥおよびＭＭＥ要素によって共有鍵ＫｅＮＢを独立して生成する際に利用される。ＭＭＥにより生成された共有鍵ＫｅＮＢは、ＭＭＥによってｅＮＢに配信され、リフレッシュまたは更新されるまでｅＮＢで保持される。
【００２７】
３ＧＰＰ規格への最近の追加がスモールセルエンハンスメント機能を提供することに留意されたい。この機能によって、ＵＥ要素のマクロセルｅＮＢ（ＭｅＮＢ）およびスモールセルｅＮＢ（ＳｅＮＢ）への同時デュアルコネクティビティが可能となる。ＳｅＮＢ用のセキュリティ鍵はＳ−ＫｅＮＢと表され、ＭｅＮＢにより生成され、ＭｅＮＢによりＳｅＮＢに提供され、これはＵＥによっても独立して計算される。いくつかの運用状況では、Ｓ−ＫｅＮＢもリフレッシュまたは更新される。
【００２８】
例として、ｅＮＢ、ＭｅＮＢまたはＳｅＮＢを含み得る所与の基地局を介してＵＥにより送信されたデータ量が、パケットデータ収束プロトコル（ＰＤＣＰ：Ｐａｃｋｅｔ  Ｄａｔａ  Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ＣＯＵＮＴと例示的に表されるデータパケットカウンタの指定された限度に近づいた場合に、鍵リフレッシュをトリガすることができる。
【００２９】
他の例としては、割り当てられたベアラ識別子を基地局が再利用し得た時に、鍵リフレッシュをトリガすることができる。
【００３０】
上記で引用された３ＧＰＰ規格ＴＳ３３．４０１に記載された技法によれば、所与のＫｅＮＢは、新たなＫｅＮＢの計算につながる自己ハンドオフ手順を実行することによってリフレッシュされる。この自己ハンドオフ手順は、一般的には、エアインターフェースを介して相当数のシグナリングメッセージを送信することと、ＵＥとｅＮＢの間の上りおよび下り両方向におけるパケットフローを停止（ｓｔａｌｌ）させることとを含む。
【００３１】
ｅＮＢ間のハンドオフ中に新たなＫｅＮＢを導出するためのさらなる技法が開示されており、これには、ＭＭＥが現在のＫＡＳＭＥから新たなＫｅＮＢを生成すること、ならびにサービングｅＮＢがサービングｅＮＢの現在のＫｅＮＢからターゲットｅＮＢ用の新たなＫｅＮＢを生成することが含まれる。しかしながら、これらの技法は、典型的には大掛かりなハンドオフシグナリングを利用し、場合によっては失敗する傾向があり得る。
【００３２】
上述のデュアルコネクティビティ機能について、いくつかの異なる技法を用いて、Ｓ−ＫｅＮＢをリフレッシュすることができる。たとえば、１つのそのような技法では、ＭＭＥは現在のＫＡＳＭＥから新たなＫｅＮＢを生成し、次いで新たなＳ−ＫｅＮＢがＭｅＮＢにより新たなＫｅＮＢから生成される。他の技法では、ＭｅＮＢは、セカンダリセルグループ（ＳＣＧ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｃｅｌｌ  Ｇｒｏｕｐ）カウンタをインクリメントし、次いでインクリメントされたＳＣＧカウンタをフレッシュネス入力として用いてＳ−ＫｅＮＢを計算することによって、新たなＳ−ＫｅＮＢを生成する。これらの技法の両方において、鍵リフレッシュは、長い手順およびアルゴリズム計算を利用する。
【００３３】
また、スモールセルの展開シナリオはハンドオフ集約的であることが多く、進行中の通信があるスモールセルから他のスモールセルへ比較的短い期間内に複数回ハンドオフされ、これは、鍵リフレッシュ手順およびそれに関連する計算のさらに多くのインスタンスをもたらす。
【００３４】
様々な実施形態は、ＵＥおよびｅＮＢ両方において指定された鍵拡張乗数を用いて、それぞれの共有鍵ストリームまたは複数の共有鍵の他の共有セットを生成することによって、従来方式のこれらの欠点の１つまたは複数を克服する。図３から図５に関して以下でより詳細に説明されるように、いくつかの実施形態におけるｅＮＢは、鍵拡張乗数をＵＥに提供し、ＵＥとｅＮＢの間でエアインターフェースを介して送信されるデータを安全にする際に利用される複数の共有鍵のセットから特定の鍵の鍵インデックスまたは他の識別子も提供する。これにより、有利なことに、上述の自己ハンドオフ手順の過度の使用が回避されつつ、また、他の状況、たとえばデュアルコネクティビティの場合の、サービングｅＮＢからターゲットｅＮＢへのハンドオフ、またはＳ−ＫｅＮＢのリフレッシュなどにおいても、鍵リフレッシュが容易になる。
【００３５】
図２は、一例示的実施形態におけるＵＥ１０２およびｅＮＢ１０４のより詳細な図を示す。ＵＥ１０２は、メモリ２０２およびインターフェース回路２０４に結合されたプロセッサ２００を備える。ＵＥ１０２のプロセッサ２００は、プロセッサにより実行されるソフトウェアの形態で少なくとも一部実装され得る鍵処理モジュール２１０を含む。鍵処理モジュール２１０は、図３、図４および図５に関して記載された処理のユーザ機器の動作を実行する。ＵＥ１０２のメモリ２０２は、鍵拡張乗数を用いて生成されｅＮＢ１０４と共有される複数の鍵を記憶する鍵記憶モジュール２１２を含む。
【００３６】
ｅＮＢ１０４は、メモリ２２２およびインターフェース回路２２４に結合されたプロセッサ２２０を備える。ｅＮＢ１０４のプロセッサ２２０は、プロセッサにより実行されるソフトウェアの形態で少なくとも一部実装され得る鍵処理モジュール２３０を含む。鍵処理モジュール２３０は、図３、図４および図５に関して記載された処理のｅＮＢの動作を実行する。ｅＮＢ１０４のメモリ２２２は、鍵拡張乗数を用いて生成されＵＥ１０２と共有される複数の鍵を記憶する鍵記憶モジュール２３２を含む。
【００３７】
ＵＥ１０２およびｅＮＢ１０４それぞれのプロセッサ２００および２２０は、たとえば、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）または他のタイプの処理デバイス、ならびにそのような要素の部分または組み合わせを含むことができる。
【００３８】
ＵＥ１０２およびｅＮＢ１０４それぞれのメモリ２０２および２２２は、本明細書に記載の機能の少なくとも一部を実装するためにそれぞれのプロセッサ２００および２２０により実行される１つまたは複数のソフトウェアプログラムを記憶するために使用することができる。たとえば、複数共有鍵生成および選択動作ならびに図３、図４および図５に関して記載された他の機能は、プロセッサ２００および２２０により実行されるソフトウェアコードを用いて簡単に実装することができる。
【００３９】
したがって、メモリ２０２または２２２の所与の１つは、本明細書ではより一般的にはコンピュータプログラム製品と呼ばれ、または、さらにより一般的には、実行可能なプログラムコードが内部に具現化されたプロセッサ可読記憶媒体と呼ばれるものの一例とみなすことができる。プロセッサ可読記憶媒体の他の例は、ディスクまたは他のタイプの磁気もしくは光媒体を任意の組み合わせで含むことができる。例示的実施形態は、そのようなコンピュータプログラム製品または他のプロセッサ可読記憶媒体を備える製造品を含むことができる。
【００４０】
メモリ２０２または２２２は、より詳細には、たとえば、電子ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、たとえばスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）または他のタイプの揮発性もしくは不揮発性電子メモリを含むことができる。後者は、たとえば、不揮発性メモリ、たとえばフラッシュメモリ、磁気ＲＡＭ（ＭＲＡＭ）、相変化ＲＡＭ（ＰＣ−ＲＡＭ）または強誘電体ＲＡＭ（ＦＲＡＭ（登録商標））を含むことができる。本明細書で使用される「メモリ」という用語は、広義に解釈されることが意図されており、追加的または代替的に、たとえば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ディスクベースのメモリ、または他のタイプの記憶デバイス、ならびにそのようなデバイスの部分もしくは組み合わせを包含することができる。
【００４１】
ＵＥ１０２およびｅＮＢ１０４それぞれのインターフェース回路２０４および２２４は、例示的には、関連するシステム要素が本明細書に記載のように互いと通信することが可能になる送受信器または他の通信ハードウェアもしくはファームウェアを備える。
【００４２】
図２から明らかなように、ＵＥ１０２はエアインターフェース１０３を介してｅＮＢ１０４と、逆も同様であるが、それぞれのインターフェース回路２０４および２２４によって通信するように構成される。この通信は、ＵＥ１０２がエアインターフェース１０３を介してｅＮＢ１０４にデータを送信することと、ｅＮＢ１０４がエアインターフェース１０３を介してＵＥ１０２にデータを送信することとを含む。ＵＥ１０２とｅＮＢ１０４の間でエアインターフェース１０３を介して送信されるそのようなデータは、鍵拡張乗数を用いて生成される上述の複数の共通鍵のうちの選択されたものを用いて安全にされる。本明細書で使用される「データ」という用語は、ユーザ機器と基地局要素の間でエアインターフェースを介して送信され得る任意のタイプの情報、たとえば音声、ビデオ、マルチメディアなどを包含するように広義に解釈されることが意図されている。
【００４３】
図２に示されたユーザ機器および基地局の構成要素の特定の構成が一例にすぎず、多数の代替的な構成を他の実施形態で使用できることは理解されたい。たとえば、ユーザ機器および基地局は、追加的または代替的構成要素を組み込み、他の通信プロトコルをサポートするように構成することができる。
【００４４】
また、他のシステム要素、たとえばＭＭＥ１０６、ＨＳＳ１０８、ＳＧＷ１１０およびＰＧＷ１１２もそれぞれ、プロセッサ、メモリおよびネットワークインターフェースなどの構成要素を含むように構成することができる。これらの要素は、別々のスタンドアローン処理プラットフォーム上で実装される必要はないが、代わりに、たとえば、単一の共通処理プラットフォームの異なる機能部分を表すことができる。そのような処理プラットフォームは、追加的に、ｅＮＢおよび関連するＲＮＣの少なくとも一部を備えることができる。
【００４５】
ここで図３を参照すると、鍵生成および選択処理の一例が示されている。この処理は、一例示的実施形態では、ＵＥ１０２などのユーザ機器およびｅＮＢ１０４などの基地局により実施される。図示された処理は、ステップ３００から３０６を含み、ステップ３００および３０６はユーザ機器および基地局の両方により実施され、ステップ３０２および３０４はユーザ機器により実施される。たとえば、これらのステップは、少なくとも一部、ＵＥ１０２およびｅＮＢ１０４それぞれの鍵処理モジュール２１０および２３０によって、ＵＥ１０２およびｅＮＢ１０４それぞれの鍵記憶モジュール２１２および２３２を利用して実施することができる。また、この処理は、他の実施形態では、他のタイプのユーザ機器および基地局を用いて実装することができる。
【００４６】
ステップ３００において、ユーザ機器および基地局は、指定された鍵拡張乗数に少なくとも一部基づいて鍵の共有シーケンスを含むそれぞれの鍵ストリームを独立して生成する。そのような鍵ストリームは、指定された鍵拡張乗数に少なくとも一部基づいて生成される「複数の鍵」と本明細書でより一般的に呼ばれるものの一例である。ユーザ機器における鍵ストリームの生成は、例示的には、基地局から受信されるメッセージに応答してトリガされる。基地局は、そのようなメッセージをユーザ機器に送信する前、後、または同時に、それ自体の鍵ストリームを生成することができる。
【００４７】
ユーザ機器および基地局による複数の共有鍵の独立した構築に関して本明細書で使用される「生成する」および「生成される」などの用語が、複数の鍵の少なくとも１つのうちの鍵の少なくとも最初の１つが他のシステム要素により生成されユーザ機器または基地局に供給される構成をカバーするにように広義に解釈されることが意図されていることに留意されたい。たとえば、いくつかの実施形態では、前述のように、現在のＫｅＮＢ鍵はＭＭＥにより生成され、ＭＭＥによりｅＮＢに供給される。そのような状況において供給された現在のＫｅＮＢを含むｅＮＢにおける鍵ストリームまたは他の複数の鍵の生成は、ｅＮＢにおける複数の鍵の生成の記述に包含されるものとする。
【００４８】
ステップ３００において鍵ストリームを生成するための１つの可能な技法が図４に示されている。この実施形態では、ＵＥ４０２およびｅＮＢ４０４は、これらは前述のＵＥ１０２およびｅＮＢ１０４に概ね対応するものとみなせるものであるが、それぞれ独立して鍵計算処理４０５を、Ｎと表される鍵拡張乗数を用いて行う。鍵拡張乗数は、様々な実施形態では、鍵計算プロトコルにおいて、長さが標準的な鍵長の乗数倍に等しい擬似乱数列を鍵拡張乗数に応じて生成するために使用される値であると理解することができる。それによって、鍵計算プロトコルは、等しい長さおよび等しいセキュリティの複数のセッション鍵を提供することができる。
【００４９】
図５に関して説明されるように、いくつかの実施形態における鍵拡張乗数Ｎは、場合により無線リソース制御（ＲＲＣ：ｒａｄｉｏ  ｒｅｓｏｕｒｃｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ）セキュリティモードコマンド、ＲＲＣ再構成要求または基地局からの他のタイプのメッセージで、基地局によりユーザ機器へ供給される。
【００５０】
ユーザ機器は、追加的または代替的に、鍵拡張乗数のデフォルト値を利用するように構成することができる。たとえば、鍵拡張乗数の明示的な値が、明示的な値を含むと本来予期される基地局からのメッセージに存在しないことを検出したことに応答して、ユーザ機器は鍵拡張乗数を所定のデフォルト値に設定することができる。
【００５１】
そのようなデフォルト値は１の値またはＮＵＬＬ値とすることができ、これら両方は、鍵拡張が行われるべきでなく、代わりに単一のＫｅＮＢ鍵が使用されるべきであることをユーザ機器に示す。この場合、デフォルト構成は、実際上は、鍵ストリームの計算への入力として鍵拡張乗数を省略することになり、それによって複数の鍵でなく単一の鍵のみが生成される。しかしながら、このデフォルトの場合の結果として得られる単一の鍵は、鍵拡張乗数を用いずに生成されるものと同じである必要がない場合がある。たとえば、デフォルトの単一の鍵は、現在のＫｅＮＢ鍵を、さらに修正せずに含むことができる。
【００５２】
また、１より大きいデフォルト値を利用して、鍵拡張乗数の明示的な値が、明示的な値を含むと本来予期される基地局からのメッセージに存在しない場合に、ユーザ機器が所定のデフォルトの鍵拡張乗数を自動的に適用して、所定数の複数の鍵を備える鍵ストリームを生成するようにすることも可能である。
【００５３】
これらおよび他のデフォルトの鍵拡張乗数値は、用語が本明細書で広義に使用される場合に、指定された鍵拡張乗数とみなされる。
【００５４】
図４の実施形態では、ＵＥ４０２およびｅＮＢ４０４はそれぞれ処理４０５を実行して、図示されたそれぞれの共有鍵ストリームを生成する。ＵＥ４０２およびｅＮＢ４０４のそれぞれにおいて、現在のＫｅＮＢ鍵に指定された鍵拡張乗数Ｎが乗算され、その結果が鍵導出関数（ＫＤＦ：ｋｅｙ  ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）によって処理されて、ＫｅＮＢ１、ＫｅＮＢ２、ＫｅＮＢ３、．．．ＫｅＮＢＮと表されるＫｅＮＢ鍵のインデックス付きシーケンスを含む鍵ストリームがもたらされる。ＫＤＦは、例示的には、当業者に知られているタイプの１つまたは複数の擬似ランダム関数を含む。本実施形態での使用に適したＫＤＦの一例は、３ＧＰＰ  ＴＳ３３．２２０  Ｖ１２．３．０（２０１４−０６）のＡｎｎｅｘ  Ｂ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｐ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｓｐｅｃｔｓ、Ｇｅｎｅｒｉｃ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＧＡＡ）、Ｇｅｎｅｒｉｃ  Ｂｏｏｔｓｔｒａｐｐｉｎｇ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＧＢＡ）（Ｒｅｌｅａｓｅ  １２）に与えられており、これは参照により本明細書に組み込まれている。その結果得られるＫｅＮＢ鍵のインデックス付きシーケンスは、ＵＥ４０２およびｅＮＢ４０４両方におけるインデックス付きシーケンスの独立した生成を通じて、ＵＥ４０２およびｅＮＢ４０４により共有される。
【００５５】
本実施形態におけるインデックス付き鍵シーケンス内の鍵のそれぞれは、現在のＫｅＮＢ鍵と同じ長さであり、現在のＫｅＮＢ鍵と実質的に同レベルのセキュリティを提供するように構成される。この実施形態の共有鍵ストリーム内の最初の鍵は、例示的には、ＵＥ４０２およびｅＮＢ４０４により共有される現在のＫｅＮＢ鍵とは別のものであるが、他の実施形態では、ＵＥ４０２およびｅＮＢ４０４により共有される現在のＫｅＮＢ鍵を含むことができる。ＫｅＮＢ鍵のインデックス付きシーケンス内のＫｅＮＢ鍵の総数は、鍵拡張乗数Ｎによって指定される。
【００５６】
したがって、図４の実施形態では、共有鍵ストリームの鍵は、１からＮの範囲の整数値でインデックス付けされたＮ個の鍵を含む。したがってこの実施形態での鍵インデックスは１からＮの整数値を取り、この範囲の所与の整数値は共有鍵ストリームの鍵の特定の１つを識別する。他の実施形態では、異なるタイプの鍵識別子を使用することができる。
【００５７】
図４の実施形態における鍵拡張乗数は鍵ストリーム内の鍵の総数を表す正の整数であるが、他のタイプの鍵拡張乗数を使用することができる。たとえば、所与の鍵拡張乗数は、最初の共有ＫｅＮＢ鍵を含まない、生成される追加の鍵の数を示すことができる。このタイプの乗数は、図４の実施形態の文脈では、Ｎ−１の値を有することになる。鍵材料の指定された拡張の他の代替的表示は、本明細書で使用される「鍵拡張乗数」という一般的な用語によって包含されるものとみなされる。
【００５８】
図３に戻ると、ユーザ機器はステップ３０２において基地局から鍵識別子を受信する。この鍵識別子は、ステップ３０２で前に生成された共有鍵ストリームの鍵の特定の１つを指定する。鍵識別子は、鍵拡張乗数を伝達する同じメッセージまたは別のメッセージで、基地局からユーザ機器により受信することができる。上記のように、そのようなメッセージは、例示的には、ＲＲＣセキュリティモードコマンド、ＲＲＣ再構成要求、または他のタイプのメッセージを含むことができる。
【００５９】
ステップ３０４において、ユーザ機器は、受信された鍵識別子に応じて鍵の特定の１つを選択する。より具体的には、この実施形態のユーザ機器は、鍵識別子により識別される特定の鍵、たとえば図４の鍵インデックスにより識別される鍵の特定の１つを選択する。
【００６０】
ステップ３０６において、ユーザ機器および基地局は、鍵の選択された１つを利用して、ユーザ機器と基地局の間でエアインターフェースを介して送信されるデータを安全にする。より詳細には、同じ選択された鍵を、ユーザ機器が利用して基地局に送信されるデータを安全にし、基地局が利用してユーザ機器に送信されるデータを安全にする。
【００６１】
したがって、図３の実施形態では、基地局は、特定の期間または他の通信間隔の間にエアインターフェースを介して送信されるデータを安全にする際に利用するための、鍵ストリームの複数の共有鍵の特定の１つをユーザ機器に示すように構成される。
【００６２】
ユーザ機器が上記のステップ３００に関して説明されたように共有鍵ストリームを生成した後、ステップ３０２、３０４および３０６を、鍵ストリームの異なる鍵について１回または複数回反復することができる。たとえば、これらのステップは、鍵ストリームのＮ個の異なる鍵が尽きるまで、Ｎ回反復することができる。これにより、有利なことに、基地局およびユーザ機器は、上述の自己ハンドオフ手順を反復して実行する必要なく、エアインターフェースの通信を長時間安全にするための複数の新たなＫｅＮＢ鍵を確立することが可能になる。
【００６３】
例として、鍵リフレッシュまたは鍵更新の条件などのトリガ条件に応答して、ユーザ機器は、基地局から他の鍵識別子を受信し、受信された他の鍵識別子に応じて鍵ストリームの鍵の他の１つを選択し、鍵の選択された他の１つを利用してユーザ機器から基地局に送信されるデータを安全にする。他のタイプのトリガ条件、たとえば基地局ハンドオフ条件を、追加的または代替的に使用することができる。
【００６４】
本明細書で使用される「鍵リフレッシュ」および「鍵更新」などの用語は、広義に解釈されることが意図されており、上記で参照された３ＧＰＰ規格ＴＳ３３．４０１などの特定の３ＧＰＰ規格に関連する特定のタイプの動作に限定されるものとみなされるべきでないことに留意されたい。
【００６５】
また、ステップ３００の独立した鍵ストリーム生成を周期的に、または必要に応じて反復することができる。また、ステップ３００のそのような反復は、１つまたは複数の指定されたトリガ条件、たとえば現在の鍵ストリームの最後またはほぼ最後の鍵に到達したことに応答して実施することができる。
【００６６】
図３の流れ図に関して上記で説明された特定の処理ステップは例にすぎず、追加的または代替的な処理ステップを他の実施形態で使用することができる。たとえば、図示された処理ステップの順序は変更することができ、図で連続的に示された特定のステップは場合によっては少なくとも一部互いに対して並列に実施することができる。
【００６７】
以下、ユーザ機器および基地局により実施される鍵生成および選択処理の他の例示的実施形態が、図５を参照して説明される。この図は、ＵＥ５０２およびｅＮＢ５０４により共有される鍵ストリームを生成する際のＵＥ５０２とｅＮＢ５０４とＭＭＥ５０６との間のインタラクションを例示する。ＵＥ５０２、ｅＮＢ５０４およびＭＭＥ５０６は、図１の実施形態のＵＥ１０２、ｅＮＢ１０４およびＭＭＥ１０６に概ね対応するものとみなすことができる。
【００６８】
図５の処理では、ＵＥ５０２は最初にＭＭＥ５０６との認証処理を実施する。この認証処理は、例示的には、本明細書の他の場所で述べられたＡＫＡ処理を含む。認証処理が成功裏に完了したとき、ＵＥ５０２およびＭＭＥ５０６の両方が、現在のＫｅＮＢ鍵を独立して生成している。続いて、ＫｅＮＢ鍵はＭＭＥ５０６によりｅＮＢ５０４に配信され、ただしＫｅＮＢ鍵の配信は明示的に図示されていない。
【００６９】
ｅＮＢ５０４は、鍵拡張乗数Ｎと、共有鍵ストリームのｉ番目の鍵を選択するようにＵＥ５０２に指示するインデックスｉとを含むＲＲＣセキュリティモードコマンドをＵＥ５０２に送信する。そのようなコマンドは、本明細書でより一般的に、基地局からユーザ機器に送信される「メッセージ」と呼ばれるものの一例である。この実施形態では、鍵拡張乗数Ｎおよびインデックスｉの両方が同一のメッセージ内で送信されるが、他の実施形態では、多種多様な他のタイプおよび構成のメッセージを用いてそのような情報を伝達することができる。
【００７０】
鍵拡張乗数Ｎおよび最初の鍵識別子ｉを含むＲＲＣセキュリティモードコマンドの送信は、例示的には、ＭＭＥ５０６からのｅＮＢ５０４におけるＫｅＮＢ鍵の受信によってトリガされる。他の実施形態では、そのようなコマンドの送信が、ｅＮＢ５０４におけるシステムの他のｅＮＢからのＫｅＮＢ鍵の受信によって、または他の条件下でトリガされ得ることに留意されたい。
【００７１】
ＲＲＣセキュリティモードコマンドに応答して、ＵＥ５０２は、鍵拡張乗数Ｎにより拡張された現在のＫｅＮＢ鍵を少なくとも含む１つまたは複数の鍵パラメータにＫＤＦを適用することで、鍵ストリームを生成する。他の実施形態では、鍵ストリームを生成する際に、他のタイプの鍵パラメータを利用することができる。また、他の実施形態では、ＫＤＦの適用を変更することができる。たとえば、１つまたは複数の鍵パラメータに、鍵拡張乗数Ｎを乗算し、その結果にＫＤＦを施すことができ、またはＫＤＦを施し、その結果に鍵拡張乗数Ｎを乗算することができる。
【００７２】
鍵ストリームを生成した後、ＵＥ５０２は自身の現在のＫｅＮＢ鍵を、ｅＮＢ５０４によりＲＲＣセキュリティモードコマンドで示された選択された鍵ＫｅＮＢ［ｉ］に設定する。最初に選択される鍵ＫｅＮＢ［ｉ］は、例示的には、鍵ストリームの最初の鍵を含むが、最初でない鍵を代替的に選択することができる。
【００７３】
ｅＮＢ５０４は独立して鍵ストリームを生成し、自身の現在のＫｅＮＢ鍵を鍵ストリームの選択された鍵ＫｅＮＢ［ｉ］に設定する。
【００７４】
ＵＥ５０２およびｅＮＢ５０４の両方は、ＫｅＮＢ［ｉ］から様々な従属鍵（ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅ  ｋｅｙ）を生成し、これにはＫＲＲＣｅｎｃ、ＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＵＰｅｎｃおよびＫＵＰｉｎｔと表される鍵が含まれ、全て、上記で参照された３ＧＰＰ規格ＴＳ３３．４０１でより詳細に説明されている。他の実施形態では、追加的または代替的な従属鍵を、鍵ストリームの選択された鍵ＫｅＮＢ［ｉ］から生成することができる。
【００７５】
選択された鍵を利用してユーザ機器と基地局の間でエアインターフェースを介するなどして送信されるデータの安全化についての本明細書での参照が、選択された鍵から導出される１つまたは複数の鍵を利用してそのような通信を安全にする構成を包含するよう意図されていることに留意されたい。また、選択された鍵および１つまたは複数の従属鍵の様々な組み合わせを用いて、所与の通信を安全にすることができる。
【００７６】
ＵＥ５０２が鍵ストリーム生成、鍵選択および従属鍵生成動作を完了した後、図示されたようにｅＮＢ５０４にＲＲＣセキュリティモードコマンド応答を送信する。
【００７７】
鍵リフレッシュまたは鍵更新のための１つまたは複数のトリガ条件に応答して、ＫｅＮＢ鍵は以下のようにリフレッシュまたは更新される。
【００７８】
ｅＮＢ５０４は、鍵ストリームの鍵の他の１つの識別子をＵＥ５０２へ他のＲＲＣセキュリティモードコマンドで送信する。鍵ストリームのこの他の鍵はＫｅＮＢ［ｘ］と表され、ここでｘ≦Ｎである。ＵＥ５０２は自身の現在のＫｅＮＢ鍵を、ＲＲＣセキュリティモードコマンド内でｅＮＢ５０４により示された選択された鍵ＫｅＮＢ［ｘ］に設定する。ｅＮＢ５０４もまた、自身の現在のＫｅＮＢ鍵を選択された鍵ＫｅＮＢ［ｘ］に設定する。ＵＥ５０２およびｅＮＢ５０４の両方は、この場合も、新たな選択された鍵ＫｅＮＢ［ｘ］から様々な従属鍵を生成し、これにはＫＲＲＣｅｎｃ、ＫＲＲＣｉｎｔ、ＫＵＰｅｎｃおよびＫＵＰｉｎｔと表される鍵の新たなバージョンが含まれる。
【００７９】
基地局からユーザ機器に鍵拡張乗数または鍵識別子を伝達するために図５の実施形態で使用されるＲＲＣセキュリティモードコマンドの１つまたは複数は、代わりに、他の実施形態で、ＲＲＣ再構成要求または他のタイプのメッセージを用いて実装することができる。
【００８０】
鍵選択および従属鍵生成に関する図５の処理の部分は、最初の鍵ストリームの鍵が尽きるまたはほぼ尽きるまで、さらに１回または複数回反復することができる。その時点で、図５の処理の鍵ストリーム生成部分を反復することによって、新たな鍵ストリームをＵＥ５０２およびｅＮＢ５０４により独立して生成することができる。次いで、その結果の新たな鍵ストリームの鍵が、前述のようにｅＮＢ５０４の制御下でエアインターフェースを介して送信されるデータを安全にする際に使用するために、反復的に選択される。所与の鍵ストリームを用いて行われる鍵リフレッシュ動作ごとに、ｅＮＢ５０４は特定の鍵をＵＥ５０２に対して識別し、その鍵はＵＥ５０２およびｅＮＢ５０４の両方により、これら２つのシステム要素間でエアインターフェースを介して送信されるデータを安全にする際に使用される。
【００８１】
ｅＮＢ５０４は、新たな鍵ストリームが生成されるべき条件を検出するように構成することができる。たとえば、ｅＮＢ５０４は、鍵ストリームの鍵の未使用のものの残数が所定の最小値、たとえば０または１に達するという条件を検出し、検出された条件に応答して処理の鍵ストリーム生成部分が反復されるように構成することができる。
【００８２】
図５の実施形態における鍵識別子は、ｉまたはｘなどのそれぞれの鍵インデックス値の形態である。鍵識別子の形式は、特定の実施形態のニーズに合うように変更することができる。一例として、合計でｎ＝ｌｏｇ２Ｎビットを含む複数ビット識別子を用いて、鍵ストリームのＮ個の異なる鍵のそれぞれを一意に識別することができる。他の実施形態では、他のタイプの鍵識別子を使用することができる。たとえば、基地局は、ユーザ機器に現在の鍵カウンタをインクリメントするように指示して、ユーザ機器に対して鍵ストリームの特定の鍵を識別することができる。そのような構成では、鍵カウンタは、例示的には、鍵拡張乗数Ｎを用いて生成されるＮ個の鍵を備える所与の鍵ストリームについて、１からＮまでの整数値をカウントするように構成される。
【００８３】
また、基地局からユーザ機器に鍵拡張乗数を伝達するための他の技法を実装することも可能である。たとえば、基地局およびユーザ機器はそれぞれ、所定数の可能な鍵拡張乗数をサポートし、基地局がユーザ機器に特定の鍵拡張乗数自体を送信するのではなく、鍵拡張乗数の特定の１つの識別子を送信するように構成することができる。
【００８４】
上記のように、１つまたは複数のデフォルト値を、特定の条件下で鍵拡張乗数に使用することができる。たとえば、図５の実施形態の文脈では、最初のＲＲＣセキュリティモードコマンドがＵＥ５０２においてｅＮＢ５０４から予期される鍵拡張乗数なしで受信された場合、ＵＥ５０２は鍵拡張乗数についてのデフォルト値を自動的に使用することができる。たとえば、そのようなデフォルト値を１より大きい値として、指定されたデフォルトの鍵拡張量が適用されるべきであることをＵＥ５０２に示すことができる。他の例として、デフォルト値は１の値またはＮＵＬＬ値とすることができる。１の値またはＮＵＬＬ値の場合、最初のＲＲＣセキュリティモードコマンド内に予期される鍵拡張乗数が存在しないことによって、鍵拡張が行われず、ＵＥ５０２およびｅＮＢ５０４が、鍵ストリームから選択された鍵ではなく、単一の鍵の使用に戻ることをＵＥ５０２に示すことができる。
【００８５】
図５には示されていないが、所与の鍵ストリームの未使用部分を、ある基地局から他の基地局に送信することができる。たとえば、サービングｅＮＢ５０４からターゲットｅＮＢと呼ばれるシステムの他のｅＮＢへのＵＥ５０２との進行中の通信の転送と共に、鍵ストリームのあらゆる残りの未使用の鍵をサービングｅＮＢからターゲットｅＮＢに転送することができる。次いで、ターゲットｅＮＢは、転送された鍵の特定の１つを選択し、転送された鍵の選択された１つの識別子をＵＥ５０２に送信し、転送された鍵の選択された１つを利用して、進行中の通信においてＵＥ５０２に送信されるデータを安全にすることができる。
【００８６】
例示的実施形態は、ＬＴＥシステムおよび他の通信システムにおける鍵生成および選択のための技法を提供する。これらの実施形態は、システムのコストまたは複雑性を過度に増加させずに、システムのセキュリティおよび性能を大幅に向上させることができる。たとえば、これらの実施形態は、ＫｅＮＢ鍵リフレッシュ動作ごとの自己ハンドオフ手順の別個のインスタンスの実行に関連するシグナリングオーバーヘッドおよび遅延を回避することができる。
【００８７】
加えて、簡単化され合理化された鍵リフレッシュが、上述のデュアルコネクティビティ構成においてスモールセルにより管理されるデータセッションに対処するために提供される。したがって、鍵リフレッシュの計算負担が、これらのハンドオフ集約的なスモールセルの展開シナリオではかなり低減される。本来は安全でない場所にあるスモールセルを介して送信されるデータの脆弱性も低減される。
【００８８】
さらに、例示的実施形態の１つまたは複数は、上記で引用されたＴＳ３３．４０１規格などの既存の３ＧＰＰ規格への最小限の変更のみで実装することができる。
【００８９】
前述のように、実施形態はＬＴＥの文脈に限定されず、開示の技法は多種多様な他の通信システムの文脈に簡単に適合させることができる。
【００９０】
本明細書で開示された通信システムのユーザ機器または基地局要素のプロセッサ、メモリ、コントローラおよび他の構成要素は、上述の鍵生成および選択機能の少なくとも一部を実装するように適切に修正されたよく知られている回路を含むことができる。
【００９１】
上述のように、実施形態は、ユーザ機器、基地局または通信システムの他の要素の処理回路によって実行される１つまたは複数のソフトウェアプログラムをそれぞれ備える製造品の形態で実装することができる。そのような回路の従来の態様は当業者によく知られており、したがって本明細書では詳細に説明されることはない。
【００９２】
また、実施形態は、１つまたは複数のＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたは他のタイプの集積回路デバイスで、任意の組み合わせで実装することができる。そのような集積回路デバイス、ならびにその部分または組み合わせは、「回路」という用語が本明細書で使用される場合、「回路」の例である。
【００９３】
ハードウェアおよび関連するソフトウェアまたはファームウェアの多種多様な他の構成を、例示的実施形態を実装する際に使用することができる。
【００９４】
したがって、本明細書に記載の様々な実施形態が、例示的な例として与えられているにすぎず、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきでないことが再度強調されなければならない。たとえば、代替的実施形態は、例示的実施形態の文脈で上記で記載されたものとは異なる通信システム構成、ユーザ機器構成、基地局構成、共有鍵生成および選択処理、メッセージングプロトコルおよびメッセージフォーマットを利用することができる。添付の特許請求の範囲内のこれらおよび多数の他の代替的実施形態は、当業者にとっては容易に明らかとなろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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