(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与のユーザコンピューティングデバイスと第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続を可能にするように、所与のユーザコンピューティングデバイスと通信ネットワークの第１のネットワークセルと関連付けられている第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間で、第１のセキュリティコンテキストを確立するステップと、
所与のユーザコンピューティングデバイスと第２のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続を、所与のユーザコンピューティングデバイスと第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続と同時に可能にするように、所与のユーザコンピューティングデバイスと通信ネットワークの少なくとも第２のネットワークセルと関連付けられている少なくとも第２のネットワークコンピューティングデバイスとの間で、少なくとも第２のセキュリティコンテキストを確立するステップであって、第２のセキュリティコンテキストの確立は、第２のセキュリティコンテキストを第２のネットワークコンピューティングデバイスと確立するように、第１のネットワークコンピューティングデバイスが所与のユーザコンピューティングデバイスに所与のユーザコンピューティングデバイスにより使用され得る同時セキュアデータ接続に特有のパラメータを送信することを含む、確立するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
同時セキュアデータ接続に特有のパラメータが、各同時データ接続に対して単調に増加するか単調に減少するように構成されたカウンタ関数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
カウンタ関数が、単調に増加するように構成された場合、同時接続された第２のネットワークコンピューティングデバイスに対して１インクリメントされた初期値に等しく、別のセキュリティコンテキストを所与のユーザコンピューティングデバイスと確立するように別のネットワークコンピューティングデバイスが第１のネットワークコンピューティングデバイスにより有効にされるたびに、さらにインクリメントされる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
カウンタ関数が、所与のユーザコンピューティングデバイスに対して別のネットワークコンピューティングデバイスとの同時接続のインスタンスを示すように、第１のネットワークコンピューティングデバイスにより制御される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第２のセキュリティコンテキストの確立が、第１のセキュリティコンテキストに対して確立されるセキュリティ鍵および同時セキュアデータ接続に特有のパラメータに基づいて、鍵導出関数を使用して第２のセキュリティコンテキストのセキュリティ鍵を計算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
１つまたは複数のメモリおよび１つまたは複数のメモリと結合された１つまたは複数のプロセッサを含み、請求項１に記載の方法のステップを実行するように構成された、装置。
【請求項７】
所与のユーザコンピューティングデバイスと第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間でセキュアデータ接続を形成するように、通信ネットワークの第１のネットワークセルと関連付けられた第１のネットワークコンピューティングデバイスと所与のユーザコンピューティングデバイスとの間で第１のセキュリティコンテキストが確立された場合、
第１のコンピューティングデバイスでオフロード運用を開始することを決定するステップと、
所与のユーザコンピューティングデバイスと通信ネットワークの少なくとも第２のネットワークセルと関連付けられた少なくとも第２のネットワークコンピューティングデバイスとの間の少なくとも第２のセキュリティコンテキストの確立が、所与のユーザコンピューティングデバイスと第２のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続を、所与のユーザコンピューティングデバイスと第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続と同時に形成するようにするステップであって、第２のセキュリティコンテキストは少なくとも部分的に、第１のネットワークコンピューティングデバイスにより制御される同時セキュアデータ接続に特有のパラメータに基づく、形成するようにするステップと
を含む、方法。
【請求項８】
メモリおよびメモリと結合されたプロセッサを含み、請求項７に記載の方法のステップを実行するように構成された、装置。
【請求項９】
所与のユーザコンピューティングデバイスと第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間でセキュアデータ接続を形成するように、通信ネットワークの第１のネットワークセルと関連付けられた第１のネットワークコンピューティングデバイスと所与のユーザコンピューティングデバイスとの間で第１のセキュリティコンテキストが確立され、第１のコンピューティングデバイスでオフロード運用を開始することが決定された場合、
所与のユーザコンピューティングデバイスと第２のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続を、所与のユーザコンピューティングデバイスと第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続と同時に形成するように、所与のユーザコンピューティングデバイスが、通信ネットワークの少なくとも第２のネットワークセルと関連付けられた少なくとも第２のネットワークコンピューティングデバイスとの少なくとも第２のセキュリティコンテキストを確立するステップであって、第２のセキュリティコンテキストは少なくとも部分的に、第１のネットワークコンピューティングデバイスにより制御され、所与のユーザコンピューティングデバイスに送信される、同時セキュアデータ接続に特有のパラメータに基づく、確立するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
メモリおよびメモリと結合されたプロセッサを含み、請求項９に記載の方法のステップを実行するように構成された、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その開示が引用によりその全体が本明細書に組み込まれている、２０１３年１２月５日に申請された「Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ｋｅｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｃｅｌｌ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｄｅｖｉｃｅ（モバイルデバイスの同時複数セル接続のためのセキュリティ鍵生成）」と題する米国特許仮出願第６１／９１２、３１１号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本出願は一般に通信ネットワークに関し、より詳細にはセキュリティコンテキスト確立機能を提供する通信プロトコルに関する。
【背景技術】
【０００３】
３ＧＰＰ（３ｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ  Ｐｒｏｊｅｃｔ）は現在、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）通信ネットワークでのモバイルデバイスのユーザ機器（ＵＥ）に対して、デュアル接続を提供するためのパラメータを定義している。ＬＴＥネットワークの進化型アーキテクチャは、アクセスネットワーク側のＥ−ＵＴＲＡＮ（Ｅｖｏｌｖｅｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  Ｒａｄｉｏ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）と、コアネットワーク側のＥＰＣ（Ｅｖｏｌｖｅｄ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｃｏｒｅ）を含む。
【０００４】
デュアル接続では、ＵＥは、非理想的バックホールを介して接続される少なくとも２つの異なるネットワークアクセスポイント（マスタおよびセカンダリｅＮＢ）により提供される無線リソースを消費する（ｅＮＢは、ＬＴＥネットワークでの進化型ノードＢネットワークアクセスポイントを意味する）。マスタ（またはマクロ）ｅＮＢ（ＭｅＮＢ）は、無線リソース制御（ＲＲＣ）層をホストし、Ｓ１−ＭＭＥ（Ｅ−ＵＴＲＡＮとモビリティ管理エンティティ（ＭＭＥ）との間のコントロールプレーンプロトコルのための参照ポイント）を終端させ、したがってコアネットワーク（ＣＮ）に対してモビリティアンカーとして動作するｅＮＢである。セカンダリ（またはスモール）ｅＮＢ（ＳｅＮＢ）は、ＵＥに対して付加的な無線リソースを提供するｅＮＢである。所与のＵＥに対してＳｅＮＢとして構成されたｅＮＢはまた、スタンドアローンＵＥに対して典型的なセル（すなわち、単一接続）として運用され得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＳ  ３３．４０１
【非特許文献２】３ＧＰＰ  ＴＳ  ３３．２２０付録Ｂ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在の３ＧＰＰセキュリティフレームワークは、ＵＥと１つの接続点、すなわちＵＥと１つのｅＮＢとの間のセキュアな運用を定義している。しかしながら、ＵＥの複数セルに対する同時接続にはセキュリティ解決策が存在しない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的な実施形態は、通信ネットワークで使用される、改善されたセキュリティコンテキスト確立技術を提供する。
【０００８】
一実施形態において、方法は以下のステップを含む。第１のセキュリティコンテキストが、所与のユーザコンピューティングデバイスと第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続を可能にするように、所与のユーザコンピューティングデバイスと通信ネットワークの第１のネットワークセルと関連付けられている第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間で確立される。少なくとも第２のセキュリティコンテキストが、所与のユーザコンピューティングデバイスと第２のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続を、所与のユーザコンピューティングデバイスと第１のネットワークコンピューティングデバイスとの間のセキュアなデータ接続と同時に可能にするように、所与のユーザコンピューティングデバイスと通信ネットワークの少なくとも第２のネットワークセルと関連付けられている少なくとも第２のネットワークコンピューティングデバイスとの間で確立される。第２のセキュリティコンテキストの確立は、第２のセキュリティコンテキストを第２のネットワークコンピューティングデバイスと確立するように、第１のネットワークコンピューティングデバイスが所与のユーザコンピューティングデバイスに所与のユーザコンピューティングデバイスにより使用され得る同時セキュアデータ接続パラメータを送信することを含む。
【０００９】
例えば、第２のセキュリティコンテキストのセキュリティ鍵は、第１のセキュリティコンテキストに対して確立されるセキュリティ鍵および同時セキュアデータ接続パラメータに基づいて、鍵導出関数を使用して計算され得る。
【００１０】
有利には、例示的な実施形態は通信ネットワークでのＵＥの複数セルに対する同時接続に対して、セキュリティ解決策を提供する。
【００１１】
本発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、付随する図面および以下の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】２つの異なるネットワークアクセスポイントに接続するユーザ機器に対する、例示的な３ＧＰＰインターフェースアーキテクチャを示す図である。
【図１Ｂ】２つの異なるネットワークアクセスポイントに接続するユーザ機器に対する、例示的な３ＧＰＰインターフェースアーキテクチャを示す図である。
【図２−１】本発明の実施形態による、同時複数セキュアセル接続を確立するための方法論を示す図である。
【図２−２】本発明の実施形態による、同時複数セキュアセル接続を確立するための方法論を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による、同時複数セキュアセル接続との鍵連鎖のモデルを示す図である。
【図４】本発明の実施形態による、プライマリアクセスポイントによる鍵計算のための方法論を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、セカンダリアクセスポイントによる鍵計算のための方法論を示す図である。
【図６】本発明の１つまたは複数の実施形態によるネットワークおよび方法論が実装され得る、処理プラットフォームを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の例示的な実施形態は本明細書で、典型的な通信ネットワーク、ユーザコンピューティングデバイス、ネットワークコンピューティングデバイス、処理プラットフォームおよび関連する通信プロトコルと関連して説明される。しかしながら、本発明の実施形態は説明される特定の構成による使用に限定されるものではなく、改善されたセキュリティコンテキスト確立機能を提供することが望ましい、任意の通信ネットワークの応用に対してより一般的に適用され得ることが理解されよう。
【００１４】
図１Ａおよび１Ｂは、デュアル接続構成と関連付けられている２つの異なるネットワークアクセスポイント（ＭｅＮＢおよびＳｅＮＢ）に接続するユーザ機器に対する、例示的な３ＧＰＰインターフェースアーキテクチャを示している。
【００１５】
概して、ｅＮＢはＵＥとインターフェース接続し、物理（ＰＨＹ）、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）、無線リンク制御（ＲＬＣ）およびパケットデータ制御プロトコル（ＰＤＣＰ）層をホストする。ｅＮＢはまた、コントロールプレーンに対応する無線リソース制御（ＲＲＣ）機能をホストし、とりわけユーザおよびコントロールプレーンデータの暗号化／復号を実行する。Ｓ１−Ｕインターフェースは、ハンドオーバ中のベアラごとのユーザプレーントンネリングおよびｅＮＢ間パス切り替えに対する、Ｅ−ＵＴＲＡＮとサービングゲートウェイ（ＧＷ）との間の参照ポイントである。
【００１６】
図１Ａ（１００）および１Ｂ（１５０）で示されている両方のアーキテクチャで、ユーザプレーンデータは、ＭｅＮＢまたはＭｅＮＢに配分されるＳｅＮＢのいずれかに関連付けられたＰＤＣＰ層で暗号処理、すなわち暗号化および復号される一方で、ＵＥはＭｅＮＢおよびＳｅＮＢ両方との同時ユーザプレーン接続を維持する。
【００１７】
背景技術のセクションですでに述べたように、現在の３ＧＰＰセキュリティフレームワークは、ＵＥと１つの接続点（すなわち１つのｅＮＢ）との間のセキュアな運用を定義しており、したがってＵＥの複数セルに対する同時接続にはセキュリティ解決策が存在しない。
【００１８】
その開示が引用によりその全体が本明細書に組み込まれている、現在の３ＧＰＰ仕様ＴＳ  ３３．４０１によれば、新しい鍵ＫｅＮＢはＵＥがｅＮＢに接続するたびに計算される。ＫｅＮＢから、ユーザプレーンおよびコントロールプレーンの完全性および暗号化保護のための鍵の集合が計算される。ハンドオフの間に、ＫｅＮＢ＊はネットワークにより、目標ｅＮＢに対して現在のＫｅＮＢから計算される。サービングｅＮＢにより目標ｅＮＢに配布されると、ＫｅＮＢ＊は目標ｅＮＢに対して現在アクティブなＫｅＮＢになる。ＵＥもまた、相互に知られているパラメータにより、目標セルに対してＫｅＮＢの同様の計算を行う。ＵＥのＫｅＮＢと目標ｅＮＢが一致する場合、ハンドオフは成功する。新しい目標ｅＮＢに対するハンドオフに続いて、コントロールおよびユーザプレーンの完全性および暗号化鍵が再計算される。しかしながら、ＵＥと１つのｅＮＢとの間で確立される、現在の単一のセキュリティコンテキストは、同時複数セル接続をサポートするには不十分である。
【００１９】
単一のセキュリティコンテキストが、潜在的なセキュリティ脆弱性を防ぐために複数のセルに使用されるのは望ましくないことが理解される。したがって、本発明の実施形態は、ＵＥによる複数セル（ｅＮＢ）への同時接続に対して個々の（別個の）セキュリティコンテキストを持つセキュリティ解決策を提供する。すなわち、各接続はそれ自身の別個のセキュリティコンテキストを持つ。例えば、実施形態はＵＥによるｅＮＢ（例えば、ＭｅＮＢおよびＳｅＮＢ）への複数同時接続に対して鍵計算および鍵管理方法論を提供する。方法論は、階層セルやマクロセル内に配備されたスモールセルなど多くのシナリオに適用され得るが、これらに限定されるものではない。さらに、本発明の実施形態は、ＴＳ  ３３．４０１により定義された初期アクセスやハンドオーバなどの間の現在の鍵計算方式に影響しない。すなわち、本発明の実施形態は、現在のＴＳ  ３３．４０１方式を不利に変更することなく、鍵計算のロバスト性を維持しながら、複数のセキュリティコンテキストの生成が可能である、新しい鍵導出方法論を定義する。例えば、１つまたは複数の例示的な実施形態は、新しい目標セルがＵＥの同時接続に追加されるたびに付加的なセキュリティコンテキストを計算するために、スモールセルカウンタ（ＳＣＣ）と称されるパラメータおよび新しい鍵導出関数を使用する。ＳＣＣパラメータはまた、より一般的には、同時セキュアデータ接続パラメータと称される。
【００２０】
例えば、以下でさらに詳細に説明される例示的な実施形態において、ＭｅＮＢがＵＥの同時接続のためにＳｅＮＢを追加する場合、ＭｅＮＢはＵＥに（説明される他のパラメータと共に）スモールセルカウンタ（ＳＣＣ）パラメータを送信する。ＳＣＣはＭｅＮＢによりそのＵＥコンテキストの一部として維持され、初期値ｍから開始し、第１のセルの追加に対して値ｍ＋１にインクリメントされ、次いで別のスモールセルがＵＥに追加されるたびにインクリメントされる（例えば、ｍ＋２、ｍ＋３、ｍ＋４、．．．など）、単調に増加するカウンタである。ＭｅＮＢが同時接続を中止（例えば、ＵＥの移動性のため）することを決定し、のちに同じＳｅＮＢに対するオフロードを再開することを決定する場合、ＳＣＣ値はただ増加し続け、したがって計算されたセキュリティコンテキストを最新に保つ。したがって例として、カウンタ値は初め０から開始し、次いで第１のスモールセルが追加されたときに１にインクリメントし、次いで次のスモールセルが追加されたときに２にインクリメントし、以降同様に続く。また、他の実施形態において、カウンタインクリメント量は１よりも大きいことがある。
【００２１】
代替の実施形態において、ＳＣＣは何らかの初期値ｍから開始し、スモールセルがＵＥに追加されるたびにデクリメントされる（例えば、ｍ−１、ｍ−２、ｍ−３、．．．など）、単調に減少するカウンタであり得る。カウンタは、追加される各スモールセルに対して一意の所定の値に変更される限り、任意の値ｍから開始され得ることを理解されたい。さらに、同時セキュアデータ接続パラメータは、追加される各セキュリティコンテキストに一意の値を提供するように、同じＫｅＮＢの存続期間中に繰り返すことのないランダムに選択された任意の値を含み得る。例えば、繰り返しの可能性が非常に低い（無視できる）、大きいランダムな数が使用され得る。
【００２２】
ＭｅＮＢがデータオフロードのためのスモールセルＳｅＮＢをＭｅＮＢに接続された所与のＵＥに追加することを決定した場合、ＭｅＮＢは目標セルにオフロード接続のリクエストメッセージを送信する。開始セルＭｅＮＢは、目標ＳｅＮＢでのＵＥ接続に使用される鍵ＳＫｅＮＢを計算する。
【００２３】
例示的な実施形態において、３ＧＰＰ  ＴＳ  ３３．４０１で定義された鍵導出手順を適応するために、セキュリティ鍵ＳＫｅＮＢがＫＤＦ（ＫｅＮＢ、Ｓ）として導出される。ＫｅＮＢはＭｅＮＢの現在アクティブな鍵（ＭＫｅＮＢとして示されている）であり、ＫＤＦは、新しい関数コードＦＣと共にその開示が引用によりその全体が本明細書に組み込まれている３ＧＰＰ  ＴＳ  ３３．２２０付録Ｂで定義された鍵導出関数である。例示的な実施形態において、ＳパラメータはＳＣＣ、ＳＣＣの長さおよび他のＳｅＮＢセル特有のパラメータ（例えば、目標ＰＣＩ、ＰＣＩの長さ、ＥＡＲＦＣＮ−ＤＬおよびＥＡＲＦＣＮ−ＤＬの長さ。ここでＰＣＩはＰｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｅｌｌ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ（物理セル識別子）を意味し、ＥＡＲＦＣＮはＥ−ＵＴＲＡ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｎｕｍｂｅｒを意味し、ＤＬはダウンリンクを意味する）を使用して導出される。Ｓパラメータは、以下のようにｎ＋１個の入力パラメータから構築される文字列である：
【数１】
0006313858.tif 000002
、この例は以下で例示的な実施形態により示される。他のＳｅＮＢセル特有のパラメータ（目標ＰＣＩ、ＰＣＩの長さ、ＥＡＲＦＣＮ−ＤＬおよびＥＡＲＦＣＮ−ＤＬの長さ）は代替の実施形態では使用されないことに留意されたい。
【００２４】
ＵＥが、目標ＳｅＮＢに対して接続リクエストを実行するよう指示されると、ＵＥにも同じＳＣＣ、ＳＣＣの長さ、（使用されている場合は）他の目標セルパラメータ（目標ＰＣＩ、ＰＣＩの長さ、ＥＡＲＦＣＮ−ＤＬおよびＥＡＲＦＣＮ−ＤＬの長さ）が与えられる。ＵＥは以下で定義される新しい関数を使用してＳパラメータを計算し、同じ鍵導出関数ＫＤＦ（ＫｅＮＢ、Ｓ）を使用してさらにＳＫｅＮＢを計算する。
【００２５】
代替の実施形態は、３ＧＰＰ  ＴＳ  ３３．４０１で定義されたＫＤＦ以外の鍵導出関数を使用し得ることが理解されよう。例としてのみ示すと、適切なメッセージ認証コード（ＭＡＣ）プロパティを持つハッシュ関数などの任意の一方向暗号関数を使用することができる。例えば、ＳＨＡ１、ＳＨＡ２５６、ＳＨＡ３などのセキュアなハッシュアルゴリズムである。
【００２６】
ＳＫｅＮＢから、ＵＥは目標セルのために、完全性および暗号化のためのさらなる鍵、すなわちＳＫＵＰｉｎｔ（ユーザプレーン完全性鍵）、ＳＫＵＰｅｎｃ（ユーザプレーン暗号鍵）、ＳＫＲＲＣｉｎｔ（ＲＲＣ完全性鍵）およびＳＫＲＲＣｅｎｃ（ＲＲＣ暗号鍵）を導出する。このような鍵はアップリンク（ＵＬ）鍵およびダウンリンク（ＤＬ）鍵を含む。すなわち、ＵＥで、ＤＬ鍵はデータ受信時の復号に使用され、ＵＬ鍵はデータ送信時の暗号化に使用される。
【００２７】
アーキテクチャの選択により、ＳｅＮＢはコントロールプレーンＲＲＣメッセージを処理できる場合とできない場合がある。ＳｅＮＢがＲＲＣメッセージを処理できる場合、このことはＭｅＮＢからのオフロードコマンド内でＵＥに対して示される。この場合、ＵＥからＳｅＮＢへの第１のＲＲＣメッセージである、ＵＥからの「オフロード接続リクエスト」メッセージは、ＳＫＲＲＣｉｎｔ鍵を使用して完全性保護されている。このメッセージの完全性検証はＳｅＮＢにより実施され、ＵＥが正しいＳＫｅＮＢならびに暗号化および完全性保護のためのすべての従属鍵（ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅ  ｋｅｙ）を計算したことを伝える。
【００２８】
ＳｅＮＢがＲＲＣメッセージを処理できない場合、ＵＥでのＳＫｅＮＢの正しい計算は、ＭｅＮＢによってのみ確保される。これを可能にするために、少なくとも以下の手法を使用することができる：
（１）ＵＥはＭｅＮＢにＲＲＣメッセージを送信することができる。このメッセージは、検証ペイロードを例えばＳＫＲＲＣｉｎｔ｜ＳＫＲＲＣｅｎｃのハッシュとして含む（すなわち、従属鍵はこの接続には使用されないが、検証される必要があるＳＫＵＰｅｎｃとは依然として計算的に一致している）。このメッセージはＭＫＲＲＣｉｎｔを使用して完全性保護されている。
（２）ＵＥは、同じ検証ペイロードを、ＳｅＮＢ無線リンク制御（ＲＬＣ）層と関連付けられているオフロードＰＤＣＰを対象としたユーザプレーンメッセージの一部として送信することができる。ＰＤＣＰは次いで、通常のユーザプランペイロードと検証ペイロードとの違いを区別し、ＵＥにより計算された鍵が正しいかを検証するために検証ペイロードをそれに応じて処理する必要がある。
（３）ＵＥは代わりに、ＵＥとＭｅＮＢとの間のセキュリティ関連付けに基づいて、セキュアなＲＲＣシグナリングを使用してオフロードコマンドの受諾をＭｅＮＢに伝え返すことができる。このシグナリングはＭｅＮＢに、ＳＣＣ値がＳＫｅＮＢの計算のために受信され、受諾されたことを暗示的に示す。この代替案では、ＭｅＮＢはＳＫｅＮＢの計算が正しいかを検証しないが、ＳＫｅＮＢの正しい計算のためのすべての必要なパラメータがＵＥに提供されることの保証を得る。
【００２９】
ＳｅＮＢはまた、ＭｅＮＢから受信するＳＫｅＮＢに基づいてＵＥに使用される、ユーザプレーン完全性および暗号化鍵ＳＫＵＰｉｎｔおよびＳＫＵＰｅｎｃを計算する。接続確立が成功した後、暗号化鍵ＳＫＵＰｅｎｃは目標セルＳｅＮＢでユーザプレーン暗号化に使用される。ユーザプレーン完全性がオンになっている場合、ＳＫＵＰｉｎｔが完全性チェックに使用される。
【００３０】
鍵計算を示すこのオフロード確立のための例示的な呼び出しフローは、以下の図２で描写されており、以下でさらに説明される。
【００３１】
初めに、図４で描写されているＳＫｅＮＢ導出関数の例示的な実施形態を説明する。
【００３２】
以下のパラメータは、ＳＫｅＮＢをＭｅＮＢの現在のＫｅＮＢ（ＭＫｅＮＢ）から導出するために、ＫＤＦへの入力Ｓを形成するために使用される：
ＦＣ＝０ｘＮＮ（次に使用可能な連続するコードの代入、例えば、０ｘ１Ｃ  ＳＫｅＮＢ導出のための新しい関数コード）、
Ｐ０＝ＳＣＣ（スモールセルカウンタ）、
Ｌ０＝ＳＣＣの長さ（ｎビット、ｎはアプリケーション特有）、
Ｐ１＝ＥＡＲＦＣＮ−ＤＬ（目標物理セルダウンリンク周波数）、
Ｌ１＝ＥＡＲＦＣＮ−ＤＬの長さ（例えば、０ｘ００  ０ｘ０２）、
Ｐ２＝ＰＣＩ（目標物理セル識別子）、および
Ｌ２＝ＰＣＩの長さ（例えば、０ｘ００  ０ｘ０２）。
【００３３】
この実施形態では、入力鍵は現在の２５６ビットＫｅＮＢであり、
【数２】
0006313858.tif 000003
である。パラメータＰ１、Ｌ１、Ｐ２およびＬ２が本明細書で説明されている例示的な実施形態で使用されているが、代替の実施形態ではこれらのパラメータの１つまたは複数が除外され得ることに留意されたい。
【００３４】
本発明のこの例示的な実施形態による新しい鍵計算方法論では、全体的な鍵連鎖は図３に示されているように例示することができ、以下でさらに説明される。
【００３５】
本発明のこの例示的な実施形態による新しい関数は、ハンドオフの間に｛ＮＨ、ＮＣＣ｝ペアの現在の使用を変更することなく独立して動作する。ここでＮＨはＮｅｘｔ  Ｈｏｐパラメータを意味し、ＮＣＣはＮＨ  Ｃｈａｉｎｉｎｇ  Ｃｏｕｎｔｅｒパラメータを意味する。ＳＣＣを追加することにより、鍵計算パラメータの新しい集合は｛ＮＨ、ＮＣＣ、ＳＣＣ｝となる。同時接続に対して、ＵＥは同時接続を確立したセルに対して計算した複数の鍵を維持する。
【００３６】
ＳＣＣ値は、Ｓ１、Ｘ２ハンドオフまたはＵＥのネットワークからの退出のためにＵＥコンテキストが削除された場合、ＭｅＮＢおよびＵＥでその初期値（例えば、ＳＣＣ＝０）にリセットされる。ＵＥが別のセキュリティコンテキスト、すなわち別のＭＫｅＮＢでネットワークに参加する場合、ＳＣＣはＳｅＮＢの第１の配分に対して、その初期値に１インクリメント量を追加した値（例えば、ＳＣＣ＝１）から再開される。
【００３７】
一実施形態において、ＳｅＮＢはこのＵＥ接続への配分が解除された場合でも、ＳＣＣ値を保持する。再び配分される場合、ＳｅＮＢは、計算される基となった関連するＭＫｅＮＢの鍵識別子と同じである、ＳＫｅＮＢの鍵識別子を確認する。同じ鍵識別子に対して、ＳｅＮＢはＭｅＮＢにより提供されたＳＣＣが以前に使用されたものよりも大きいことを予期する。異なる鍵識別子に対して、ＳｅＮＢはＳＣＣをＭｅＮＢにより提供された初期値にリセットする。
【００３８】
この例示的な方法論は、ＭｅＮＢに制御される２つ以上のセルに対する同時複数接続を可能にすることに留意されたい。鍵階層は、ＭｅＮＢにそう決定された場合、複数接続をサポートする。
【００３９】
また、この例示的な方法論はいずれの直接ＭＭＥ入力にも依存しない。すなわち、方法論は制御側セルＭｅＮＢによりローカルで管理される。
【００４０】
３ＧＰＰの現在の鍵計算方式の改善であるこの例示的な実施形態は、鍵設計原理の１つ、すなわち計算前方セキュリティ鍵（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｆｏｒｗａｒｄ  ｓｅｃｕｒｉｔｙ  ｋｅｙ）および後方セキュリティ鍵（ｂａｃｋｗａｒｄ  ｓｅｃｕｒｉｔｙ  ｋｅｙ）をそのままに保つこと、を維持する。
【００４１】
図２は、本発明の実施形態による、同時複数セキュアセル接続を確立するための方法論２００を示している。例示的な方法論は、３ＧＰＰ標準および手順の特定のメッセージ命名法を直接参照することなく、例示的なステップの典型的な使用を示している。
【００４２】
ステップ１（２１０）：ＵＥ２０２は、ＭｅＮＢ２０４にＳｅＮＢ１  ２０６−１を示す測定レポートを送信する。すなわち、測定レポートはＵＥ２０２がＳｅＮＢ１  ２０６−１の適切なアクセス範囲内にいることを示す。
【００４３】
ステップ２（２１２）：ＭｅＮＢ２０４はオフロードのために複数接続を開始することを決定する。ＭｅＮＢ２０４は、接続に使用される鍵ＳＫｅＮＢ１を計算する。目標ＳｅＮＢ１で使用される他の鍵（ＳＫＵＰ  ｅｎｃ、ＳＫＵＰ  ｉｎｔ、ＳＫＲＲＣ  ｉｎｔ、ＳＫＲＲＣ  ｅｎｃなど）もまたＭｅＮＢにより計算され、計算のためにＳｅＮＢに委託される。
【００４４】
ステップ３（２１４）：ＭｅＮＢ２０４は目標ＳｅＮＢ１  ２０６−１にオフロードリクエストを送信する。オフロードリクエストは、これらのパラメータおよびＵＥ  ＩＤ（識別子）、ならびに接続確立のための任意の他のパラメータを含む。セキュリティパラメータおよび他の接続パラメータは、決定されたその正しい呼び出しフローとメッセージコンテンツに同様に基づいて、異なるメッセージ内で送信され得る。
【００４５】
ステップ４（２１６）：ＳｅＮＢ１  ２０６−１は、ＵＥ２０２にオフロード接続を許可するのに十分なリソースがあるかどうかを検証する。
【００４６】
ステップ５（２１８）：ＳｅＮＢ１  ２０６−１は、ＭｅＮＢ２０４にオフロード承認メッセージを送信する。
【００４７】
ステップ６（２２０）：ＭｅＮＢ２０４はＵＥ２０２に、パラメータ（ＳＣＣ、ＰＣＩ、ＥＡＲＦＣＮ−ＤＬなど）により、オフロードのために目標ＳｅＮＢ１  ２０６−１に接続するように指示する。ＳｅＮＢ１  ２０６−１に接続するために使用されることが知られている他のパラメータも、ＵＥ２０２に送信され得る。
【００４８】
ステップ７（２２２）：ＵＥ２０２は、目標セルＳｅＮＢ１に対する完全性および暗号化のためのＳＫｅＮＢ１およびユーザプレーン鍵を計算する。
【００４９】
ステップ８（２２４）：ＵＥ２０２は目標ＳｅＮＢ１  ２０６−１に対してオフロード接続リクエストを実行する。呼び出しフローとその正しいメッセージに決定されたように、一実施形態では、これは接続リクエストフェーズ、ＵＥ認証フェーズおよびユーザプレーン確立を含む。ＭｅＮＢ２０４により与えられた接続パラメータは、ＳｅＮＢ１  ２０６−１での物理接続をリクエストするために使用される。ＳＫＲＲＣ  ｉｎｔは、ＵＥ２０２の真正性を検証するために、メッセージを完全性保護するために使用される。別の変形形態において、上述のようにＵＥ２０２はＭｅＮＢ２０４に検証ペイロードを含むＲＲＣメッセージを送信する。メッセージは、ＭｅＮＢ２０４と関連付けられているＭＫＲＲＣＩｎｔ鍵により署名されている。このメッセージが検証され検証ペイロードの正しさが確証されると、ＭｅＮＢ２０４はＳｅＮＢ１  ２０６−１に、ＳＫｅＮＢおよびその従属鍵がＵＥ２０２で適切に確立されたことを伝える。
【００５０】
ステップ９（２２６）：少なくとも１つの例示的な実施形態において、ＳｅＮＢ１  ２０６−１は、ＳｅＮＢがＲＲＣ機能を備えている場合、接続パラメータおよびＵＥ２０２の真正性を検証する。ＵＥ検証の後、オフロードベアラがＵＥ２０２およびＳｅＮＢ１  ２０６−１の両方でセットアップされる。ＵＥ２０２およびＳｅＮＢ１  ２０６−１の両方が、ユーザプレーンデータオフロードを開始する。ユーザデータは、暗号鍵ＳＫＵＰＥｎｃを使用して暗号化される。
【００５１】
ステップ１０−１５（２２８−２４０）：ＭｅＮＢ２０４が、ＵＥ２０２に対してＳｅＮＢ２  ２０６−２との別の同時接続を配分することを決定する場合、ＭｅＮＢ２０４はＳＣＣをインクリメントし、ステップ１−９で説明されている鍵計算と接続手順を繰り返す（すなわち、ＳｅＮＢ２  ２０６−２に対するステップ２２８、２３０、２３２、２３４、２３６、２３８および２４０はそれぞれ、ＳｅＮＢ１  ２０６−１に対するステップ２１２、２１４、２１６、２１８、２２０、２２２および２２４に対応する）。
【００５２】
図３は、本発明の実施形態による、同時複数セキュアセル接続との鍵連鎖のモデルを示している。上述のように、本発明のこの例示的な実施形態による複数セル接続機能は、ハンドオフの間に｛ＮＨ、ＮＣＣ｝ペアの現在の使用を変更することなく独立して動作する。ＳＣＣを追加することにより、鍵計算パラメータの新しい集合は｛ＮＨ、ＮＣＣ、ＳＣＣ｝となる。同時接続に対して、ＵＥは同時接続を確立したセルに対して計算した複数の鍵を維持する。図３は、ハンドオフの間の目標セル鍵（ＫｅＮＢ）の階層での新しいＳＫｅＮＢ計算による鍵連鎖３００を示している。
【００５３】
現在、３ＧＰＰは｛ＮＨ、ＮＣＣ｝値を使用した水平鍵導出方式および垂直鍵導出方式を許可している。図３に示されているように、３０２は初期（水平）鍵導出プロセス（ＮＣＣ＝０）を表しており、３０４および３０６はそれぞれ第１のハンドオフ（ＮＣＣ＝１）および第２のハンドオフ（ＮＣＣ＝２）に対する（水平）鍵導出プロセスを表している。垂直鍵導出方式は、非アクセス層（ＮＡＳ）アップリンクカウントのそれぞれの後続のインクリメントに対して、ＫＡＳＭＥ（ｅＵＴＲＡＮでは、ＭＭＥはアクセスセキュリティ管理エンティティ（ＡＳＭＥ）の役割を果たす）から計算される初期ＫｅＮＢに基づいて付加的な水平鍵導出プロセスが実行されることを提供する。
【００５４】
図３に３０８として描写されている同時接続のための鍵ＳＫｅＮＢは、既存のＫｅＮＢ鍵の計算、管理および挙動を変更しない。現在のＫｅＮＢは、同時接続が開始されＳＫｅＮＢが計算される場合、ＭＫｅＮＢとして示される。同時接続で使用される完全性および暗号化鍵、例えばＳＫＵＰＥｎｃ、ＳＫＵＰＩｎｔ、ＳＫＲＲＣＥｎｃ、ＳＫＲＲＣＩｎｔは、この鍵から導出される。プロセスまたはＵＥメッセージに基づいて、これらの鍵は必要に応じて、ＵＥ接続確立、完全性検証およびユーザプレーンデータ暗号化に使用され得る。
【００５５】
図４は、本発明による実施形態による、プライマリアクセスポイントによる鍵計算のための方法論を示している。示されているように、方法論４００は、ＵＥと目標ＳｅＮＢとの間でオフロード運用が開始された場合にＳＫｅＮＢを生成するためにＭｅＮＢが実行する鍵計算プロセス（例えば、図２のステップ２１２）を要約する。対象ＵＥは同じ鍵計算プロセス（例えば、ステップ２２２）を実行することに留意されたい。上述のように、１つの例示的な実施形態において、パラメータＳＣＣおよびＳＣＣの長さ４０２、ＭＫｅＮＢ４０４および他の目標セルパラメータ４０６（例えば、目標ＰＣＩ、ＰＣＩの長さ、ＥＡＲＦＣＮ−ＤＬおよびＥＡＲＦＣＮ−ＤＬの長さ）は、目標ＳｅＮＢのための鍵ＳＫｅＮＢ４１０を計算するために、ＫＤＦ４０８により使用される。他の目標セルパラメータ４０６（例えば、目標ＰＣＩ、ＰＣＩの長さ、ＥＡＲＦＣＮ−ＤＬおよびＥＡＲＦＣＮ−ＤＬの長さ）が本明細書で説明されている例示的な実施形態で使用されているが、代替の実施形態ではこれらのパラメータの１つまたは複数が除外され得ることに留意されたい。
【００５６】
図５は、本発明による実施形態による、セカンダリアクセスポイントによる鍵計算のための方法論を示している。示されているように、方法論５００は、ＵＥと目標ＳｅＮＢとの間でオフロード運用が開始された場合に、ＭｅＮＢから受信されたＳＫｅＮＢに基づいて様々な完全性および暗号化鍵を生成するために目標ＳｅＮＢが実行する鍵計算プロセスを要約する。すなわち、図５はＳｅＮＢに対する鍵の完全な集合の導出方法論５００を示している。ＲＲＣがＳｅＮＢに存在するかどうかのアーキテクチャ的選択に基づいて、ＳＫＵＰｉｎｔ、ＳＫＵＰｅｎｃ、ＳＫＲＲＣｉｎｔおよびＳＫＲＲＣｅｎｃのうち必要な鍵のみが導出され使用される。ＲＲＣがＭｅＮＢにのみ存在する場合、ＳＫＵＰｉｎｔ、ＳＫＵＰｅｎｃ鍵のみがＳｅＮＢでのユーザプレーン完全性および暗号化に使用される。ＳｅＮＢに対するパラメータ：ＵＰ−ｅｎｃ−ａｌｇ、Ａｌｇ−ＩＤ；ＵＰ−ｉｎｔ−ａｌｇ、Ａｌｇ−ＩＤ；ＲＲＣ−ｅｎｃ−ａｌｇ、Ａｌｇ−ＩＤ；およびＲＲＣ−ｉｎｔ−ａｌｇ、Ａｌｇ−ＩＤは、Ｘ２インターフェースを介したネゴシエーションによりＭｅＮＢで選択されるアルゴリズム（ＳｅＮＢにより実行可能）の識別子である（Ｘ２インターフェースは、ＭｅＮＢとＳｅＮＢとの間のインターフェースであり、特にこのインターフェースのコントロールプレーンが使用されることに留意されたい）。ＭｅＮＢはＵＥに対して、ＲＲＣメッセージを介して、ＵＥでの鍵の同様の集合の生成のために同じアルゴリズムパラメータをシグナリングすることが理解されよう。
【００５７】
ＳｅＮＢおよびＵＥは両方とも、２つ以上のアルゴリズムをサポートできることが理解されよう。１つのシナリオの例では、ＭｅＮＢがＵＥのアルゴリズムパラメータのリストを送信できるか、ＳｅＮＢがそのアルゴリズムパラメータをＭｅＮＢに送信でき、ＭｅＮＢはＵＥとの間でネゴシエートされたその自身の選択に基づいて、アルゴリズムパラメータの選択を実行できる。
【００５８】
したがって示されているように、上述のアルゴリズム識別子およびＳＫｅＮＢ（５０２）はそれぞれのＫＤＦ５０４（ユーザプレーン完全性鍵生成）、５０６（ユーザプレーン暗号鍵生成）、５０８（ＲＲＣ完全性鍵生成）および５１０（ＲＲＣ暗号鍵生成）への入力である。それぞれのＫＤＦは、それぞれの完全性／暗号化鍵ＳＫＵＰｉｎｔ（５１２）、ＳＫＵＰｅｎｃ（５１４）、ＳＫＲＲＣｉｎｔ（５１６）およびＳＫＲＲＣｅｎｃ（５１８）を、それらの識別されたアルゴリズムを使用して計算し、出力する。この例示的な実施形態において、計算された鍵は長さが２５６ビットで、それぞれの完全性／暗号化鍵ＳＫＵＰｉｎｔ（５２８）、ＳＫＵＰｅｎｃ（５３０）、ＳＫＲＲＣｉｎｔ（５３２）およびＳＫＲＲＣｅｎｃ（５３４）の１２８ビット版を生成するために、切り捨て関数５２０、５２２、５２４および５２６によりそれぞれ切り捨てられる。
【００５９】
本発明の実施形態は、それぞれのコンピューティングデバイスにより実装される、本明細書で説明されているモバイルデバイス（例えば、ＵＥ）、通信ネットワークアクセスポイント（例えば、ｅＮＢ）および他の構成要素を提供する。そのようなコンピューティングデバイスは、通信ネットワーク媒体を介して運用可能に結合され得る。ネットワーク媒体は、それを介してコンピューティングデバイスが通信することができる、任意のネットワーク媒体であり得る。本発明の実施形態は、ネットワーク媒体の特定の種類に限定されない。
【００６０】
例えば図６は、通信ネットワーク環境が本発明の１つまたは複数の実施形態により実装される、処理プラットフォームを示している。この実施形態の処理プラットフォーム６００は、ネットワーク６４０を介して互いに通信する、６１０、６２０および６３０で示されている複数のコンピューティングデバイスを含む。示されているように、コンピューティングデバイス６１０はＭｅＮＢ（例えば、図２のＭｅＮＢ２０４）を表し、コンピューティングデバイス６２０はＳｅＮＢ（例えば、ＳｅＮＢ１  ２０６−１）を表し、コンピューティングデバイス６３０はＵＥ（例えば、ＵＥ２０２）を表す。付加的なコンピューティングデバイス（明示的には示されていない）は、通信ネットワーク環境６００の一部であり得る。通信ネットワークの１つまたは複数のデバイス／要素はしたがって、それぞれ１つもしくは複数のコンピュータまたは他の処理プラットフォーム要素上で動作することができ、それぞれは、本明細書でより一般的には「コンピューティングデバイス」と称されるものの例とみなされ得る。図６に示されているように、そのようなデバイスは通常、少なくとも１つのプロセッサおよび関連するメモリを含み、本明細書で説明されているシステムと方法論の特徴をインスタンス化および／または制御するための１つまたは複数の機能モジュールを実装する。複数の要素またはモジュールは、所与の実施形態において単一のコンピューティングデバイスにより実装され得る。
【００６１】
処理プラットフォーム６００のコンピューティングデバイス６１０は、メモリ６１６に結合されるプロセッサ６１４を含む。プロセッサ６１４はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他の種類の処理回路、およびそのような電気回路要素の一部または組合せを含み得る。本明細書で開示されているシステムの構成要素は、少なくとも部分的には、メモリに記憶された１つまたは複数のソフトウェアプログラムの形態で実装され、プロセッサ６１４などの処理デバイスのプロセッサにより実行され得る。そのようなプログラムコードが組み込まれたメモリ６１６（または他のストレージデバイス）は、本明細書でより一般的には非一時的プロセッサ可読（またはコンピュータ可読）記憶媒体と称されるものの例である。そのようなプロセッサ可読記憶媒体を含む製品は、本発明の実施形態とみなされる。所与のそのような製品は、例えばストレージディスク、ストレージアレイまたはメモリを含む集積回路などのストレージデバイスを含み得る。本明細書で使用される用語「製品」は、一時的な伝搬信号を除外すると理解されるよう。
【００６２】
さらに、メモリ６１６はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）または他の種類のメモリなどの電子メモリの任意の組合せを含み得る。コンピューティングデバイス６１０などのコンピューティングデバイスにより実行される場合の１つまたは複数のソフトウェアプログラムは、デバイスに、システム／方法論２００、３００、４００および／または５００の１つまたは複数の構成要素／ステップと関連付けられている機能を実行させる。当業者は、本明細書で提供されている技術を考慮すれば、そのようなソフトウェアを容易に実装することができる。本発明の実施形態を具体化するプロセッサ可読記憶媒体の他の例は、例えば光または磁気ディスクを含み得る。
【００６３】
また、コンピューティングデバイス６１０に含まれているのはＩ／Ｏデバイス／ネットワークインターフェース回路６１２である。Ｉ／Ｏデバイスは、コンピューティングデバイスにデータを入力するための１つまたは複数の入力デバイス（例えば、キーボード、キーパッド、マウス、タッチスクリーンなど）ならびにコンピューティングデバイスに関連付けられた結果を提供するための１つまたは複数の出力デバイス（例えば、コンピュータディスプレイ、スクリーン、グラフィカルユーザインターフェースなど）を含む。ネットワークインターフェースは、コンピューティングデバイスをネットワーク（例えば、６４０）および他のネットワーク構成要素（例えば、６２０および６３０）とインターフェース接続するために使用される電気回路を含む。そのような電気回路は当技術分野でよく知られている種類の従来の送受信機を含み得る。
【００６４】
処理プラットフォーム６００の他のコンピューティングデバイス６２０（Ｉ／Ｏデバイス／ネットワークインターフェース６２２、プロセッサ６２４およびメモリ６２６を持つ）および６３０（Ｉ／Ｏデバイス／ネットワークインターフェース６３２、プロセッサ６３４およびメモリ６３６を持つ）は、図中コンピューティングデバイス６１０に対して示されているものと同様の様式で構成されることが想定されている。
【００６５】
特定の例示的な実施形態は、特定の通信プロトコルを活用する通信ネットワークおよびシステムの文脈で本明細書において説明されているが、他の実施形態では他の種類のネットワークおよびシステムを使用することができる。上述の通り、本明細書で使用されている用語「ネットワーク」または「システム」はしたがって、広く解釈されることを意図している。さらに、上述の実施形態は例示のみを目的としており、いかなる形であれ限定するものとして解釈されるべきではないことが強調されるべきである。他の実施形態は、異なる種類のネットワーク、システム、デバイスおよびモジュール構成、ならびにセキュリティコンテキスト機能を実装するための代替の通信プロトコル、プロセスステップおよび運用を使用し得る。ユーザデバイスおよびネットワークノードが通信する特定の様式は、他の実施形態では異なり得る。また、例示的な実施形態を説明する文脈でなされた特定の前提は、本発明の必要条件と解釈されるべきではないことが理解されよう。本発明は、これらの特定の前提が適用しない他の実施形態でも実装され得る。添付された特許請求の範囲の範囲内のこれらおよび多数の他の代替の実施形態は、当業者にとって容易に理解される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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