(57)【要約】本発明は、ＧＲＰＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークと移動体システムのユーザー機器間においてデータを伝送する方法、並びに該方法を使用するユーザー機器及びＧＥＲＡＮに関する。本方法においては、送信端で送信すべきデータを暗号化アルゴリズムを使用して暗号化し（３０２）、この暗号化されたデータを送信端から受信端に伝送し（３０４）、受信端でこの送信されたデータを暗号化アルゴリズムを使用して解読する（３０６）。使用する暗号化アルゴリズムは、ユニバーサル移動体通信システムの広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの暗号化アルゴリズムであり、この暗号化アルゴリズムが必要とする合意フォーマットの入力パラメータはＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮの動作パラメータに基づいて作成される。
2004505549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＲＰＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと移動体システムのユーザー機器間でデータを伝送する方法であって、送信すべきデータを送信端で暗号化アルゴリズムを使用して暗号化する段階（３０２）と、その暗号化されたデータを送信端から受信端に伝送する段階（３０４）と、その伝送されたデータを受信端で暗号化アルゴリズムを使用して解読する段階（３０６）と、を有する方法において、ユニバーサル移動体通信システムの広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの暗号化アルゴリズムを使用し（３１０）、この場合前記暗号化アルゴリズムが必要とする合意フォーマットの入力パラメータを前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮの動作パラメータに基づいて作成することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記暗号化アルゴリズムの入力パラメータの合意フォーマットは、前記入力パラメータの数と各パラメータの長さを規定する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記暗号化アルゴリズムはブラックボックスであり、その実装は、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと前記広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの両方において厳密に同一である請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記入力パラメータは、カウンタパラメータを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記カウンタパラメータは、暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定するシンボルを有する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記入力パラメータはベアラパラメータを有し、前記ベアラパラメータの値の１つを暗号化すべきシグナリングプレーンデータ用に予約する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
プロトコルスタックのＭＡＣレイヤにおいて前記暗号化アルゴリズムを実行する場合に、前記カウンタパラメータは拡張ＴＤＭＡフレーム番号を有する請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記拡張ＴＤＭＡフレーム番号は、ＧＳＭのＴ１カウンタ部の拡張に基づいている請求項７に記載の方法。
【請求項９】
最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号に関する情報を次の接続のためにユーザー機器に保存する請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記の保存すべき最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号に関する情報は、前記拡張ＴＤＭＡフレーム番号の一定数の最上位のビットを有し、前記情報を新しい接続で使用して拡張ＴＤＭＡフレーム番号を形成する前に、前記最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
プロトコルスタックのＭＡＣレイヤにおいて前記暗号化アルゴリズムを実行する場合に、前記カウンタパラメータは時間スロット番号を有する請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
プロトコルスタックのＲＬＣレイヤにおいて前記暗号化アルゴリズムを実行する場合に、前記カウンタパラメータはハイパーフレーム番号を有する請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
最後に使用されたハイパーフレーム番号に関する情報を次の接続のために前記ユーザー機器に保存し、該情報を使用して新しい接続においてハイパーフレーム番号を形成する前に、前記最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記保存すべき最後に使用されたハイパーフレーム番号に関する情報は、前記ハイパーフレーム番号の一定数の最上位のビットを有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ユーザー機器の接続が前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと前記広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮ間で変化した場合に、前記最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号又はハイパーフレーム番号に関する情報を新しい無線アクセスネットワークに提供し、もとの無線アクセスネットワークと同一の暗号化キー入力パラメータを前記新しい無線アクセスネットワークの暗号化アルゴリズムの暗号化キー入力パラメータとして使用する請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記の提供すべき情報は一定数の最上位のビットを有し、該情報を新しい無線アクセスネットワークで使用する前に、前記最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
移動体システムのユーザー機器（ＵＥ）であって、ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮに送信すべきデータを暗号化アルゴリズム（４００）を使用して暗号化する手段（４１６）と、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮから受信したデータを暗号化アルゴリズム（４００）を使用して解読する手段（４１６）と、を有するユーザー機器（ＵＥ）において、前記暗号化アルゴリズム（４００）は、ユニバーサル移動体通信システムの広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの暗号化アルゴリズムであり、前記ユーザー機器は、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮの動作パラメータに基づいて前記暗号化アルゴリズム（４００）が必要とする合意フォーマットの入力パラメータを作成する手段（４０２、４０４、４０６、４０８、４１０）を有することを特徴とするユーザー機器。
【請求項１８】
前記暗号化アルゴリズム（４００）の入力パラメータの合意フォーマットは、前記入力パラメータの数と各パラメータの長さを規定する請求項１７に記載のユーザー機器。
【請求項１９】
前記暗号化アルゴリズム（４００）はブラックボックスであり、その実装は、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと前記広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの両方において厳密に同一である請求項１７又は１８に記載のユーザー機器。
【請求項２０】
前記入力パラメータはカウンタパラメータ（４０２）を有する請求項１７〜１９のいずれか一項に記載のユーザー機器。
【請求項２１】
前記カウンタパラメータは、暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定するシンボルを有する請求項２０に記載のユーザー機器。
【請求項２２】
前記入力パラメータはベアラパラメータ（４０６）を有し、前記ベアラパラメータ（４０６）の値の１つを暗号化すべき第２レイヤシグナリングプレーンデータ用に予約する請求項１７に記載のユーザー機器。
【請求項２３】
プロトコルスタックのＭＡＣレイヤにおいて前記暗号化アルゴリズム（４００）を実行する場合に、前記カウンタパラメータ（４０２）は拡張ＴＤＭＡフレーム番号を有する請求項２０に記載のユーザー機器。
【請求項２４】
前記拡張ＴＤＭＡフレーム番号は、ＧＳＭのＴ１カウンタ部の拡張に基づいている請求項２３に記載のユーザー機器。
【請求項２５】
前記ユーザー機器（ＵＥ）は、最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号に関する情報を次の接続のために保存する手段を有する請求項２３に記載のユーザー機器。
【請求項２６】
前記の保存すべき最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号に関する情報は、前記拡張ＴＤＭＡフレーム番号の一定数の最上位のビットを有し、前記ユーザー機器は、前記情報を新しい接続で使用して拡張ＴＤＭＡフレーム番号を形成する前に、前記最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する手段を有する請求項２５に記載のユーザー機器。
【請求項２７】
プロトコルスタックのＭＡＣレイヤにおいて前記暗号化アルゴリズム（４００）を実行する場合に、前記カウンタパラメータ（４０２）は時間スロット番号を有する請求項２０に記載のユーザー機器。
【請求項２８】
プロトコルスタックのＲＬＣレイヤにおいて前記暗号化アルゴリズム（４００）を実行する場合に、前記カウンタパラメータ（４０２）はハイパーフレーム番号を有する請求項２０に記載のユーザー機器。
【請求項２９】
前記ユーザー機器（ＵＥ）は、最後に使用されたハイパーフレーム番号に関する情報を次の接続用に保存する手段を有する請求項２８に記載のユーザー機器。
【請求項３０】
前記の保存すべき最後に使用されたハイパーフレーム番号に関する情報は、該ハイパーフレーム番号の一定数の最上位のビットを有し、前記ユーザー機器（ＵＥ）は、前記情報を使用して新しい無線接続においてハイパーフレーム番号を形成する前に、前記最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する手段（４０２）を有する請求項２９に記載のユーザー機器。
【請求項３１】
前記ユーザー機器は、該ユーザー機器（ＵＥ）の接続が前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと前記広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮ間で変化した場合に、前記最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号又はハイパーフレーム番号に関する情報を新しい無線アクセスネットワークに提供し、もとの無線アクセスネットワークと同一の暗号化キーパラメータ（４０８）を前記新しい無線アクセスネットワークの暗号化アルゴリズム（４００）の暗号化キーパラメータ（４０８）として使用する手段（１９０、１９２、１９４）を有する請求項１７に記載のユーザー機器。
【請求項３２】
前記の提供すべき情報は一定数の最上位のビットを有し、前記ユーザー機器（ＵＥ）は、前記情報を新しい無線アクセスネットワークで使用する前に、前記最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する手段（４０２）を有する請求項３１に記載のユーザー機器。
【請求項３３】
移動体システムのＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮであって、ユーザー機器（ＵＥ）に送信すべきデータを暗号化アルゴリズム（４００）を使用して暗号化する手段（４１６）と、前記ユーザー機器から受信したデータを暗号化アルゴリズム（４００）を使用して解読する手段（４１６）と、を有する前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮにおいて、前記暗号化アルゴリズム（４００）は、ユニバーサル移動体通信システムの広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの暗号化アルゴリズムであり、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮは、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮの動作パラメータに基づいて前記暗号化アルゴリズム（４００）が必要とする合意フォーマットの入力パラメータを作成する手段（４０２、４０４、４０６、４０８、４１０）を有することを特徴とするＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮ。
【請求項３４】
前記暗号化アルゴリズム（４００）の入力パラメータの合意フォーマットは、前記入力パラメータの数と各パラメータの長さを規定する請求項３３に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項３５】
前記暗号化アルゴリズム（４００）はブラックボックスであり、その実装は、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと前記広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの両方において厳密に同一である請求項３３又は３４に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項３６】
前記入力パラメータはカウンタパラメータ（４０２）を有する請求項３３〜３５のいずれか一項に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項３７】
前記カウンタパラメータは、暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定するシンボルを有する請求項３６に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項３８】
前記入力パラメータはベアラパラメータ（４０６）を有し、該ベアラパラメータ（４０６）の値の１つを暗号化すべきシグナリングプレーンデータ用に予約する請求項３７に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項３９】
プロトコルスタックのＭＡＣレイヤにおいて前記暗号化アルゴリズム（４００）を実行する場合に、前記カウンタパラメータ（４０２）は拡張ＴＤＭＡフレーム番号を有する請求項３６に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項４０】
前記拡張ＴＤＭＡフレーム番号は、ＧＳＭのＴ１カウンタ部の拡張に基づいている請求項３９に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項４１】
前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮは、最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号に関する情報を次の接続のために保存する手段を有する請求項３９に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項４２】
前記の保存すべき最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号に関する情報は、前記拡張ＴＤＭＡフレーム番号の一定数の最上位のビットを有し、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮは、前記情報を使用して拡張ＴＤＭＡフレーム番号を形成する前に、前記最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する手段（４０２）を有する請求項４１に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項４３】
プロトコルスタックのＭＡＣレイヤにおいて前記暗号化アルゴリズム（４００）を実行する場合に、前記カウンタパラメータ（４０２）は時間スロット番号を有する請求項３６に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項４４】
プロトコルスタックのＲＬＣレイヤにおいて前記暗号化アルゴリズム（４００）を実行する場合に、前記カウンタパラメータ（４０２）はハイパーフレーム番号を有する請求項３６に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項４５】
前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮは、前記最後に使用されたハイパーフレーム番号に関する情報を次の接続用に保存する手段を有する請求項４４に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項４６】
前記保存すべき最後に使用されたハイパーフレーム番号に関する情報は、前記ハイパーフレーム番号の一定数の最上位のビットを有し、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮは、前記情報を使用してハイパーフレーム番号を形成する前に、前記最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する手段（４０２）を有する請求項４５に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項４７】
前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮは、前記ユーザー機器（ＵＥ）の接続が前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと前記広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮ間で変化した場合に、前記最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号又はハイパーフレーム番号に関する情報をユーザー機器（ＵＥ）から受信し、受信した該情報による暗号化キーパラメータ（４０８）を前記暗号化アルゴリズム（４００）の暗号化キーパラメータ（４０８）として使用する手段（１８０）を有する請求項３３に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【請求項４８】
前記の提供すべき情報は一定数の最上位のビットを有し、前記ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮは、前記情報を使用する前に、前記最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する手段（４０２）を有する請求項４７に記載のＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（分野）
本発明は、ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ／Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）と移動体システムのユーザー機器間において、データを伝送する方法、ユーザー機器及びＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮに関する。
【０００２】
（背景）
ＧＥＲＡＮからユーザー機器に対して（この逆も同様）データを送信する場合には、セキュリティを考慮して送信前に送信すべきデータを暗号化しなければならない。この暗号化により、シグナリングとユーザーデータの盗聴が困難になるのである。送信端において暗号化アルゴリズムを使用して送信すべきデータを暗号化し、この暗号化データを送信端から受信端に送信した後に、受信端において暗号化アルゴリズムを使用して送信データを解読するのであり、このときに両端では、同一の暗号化アルゴリズムを使用する。
【０００３】
暗号化アルゴリズムによって作成した暗号化マスクがＸＯＲ演算（排他的論理和演算）によって暗号化すべきデータに付加されるため、暗号化それ自体によっては送信ビット数は増加しない。これは次の式によって表すことができる。
【数１】
2004505549.tif 000003
【０００４】
【数２】
2004505549.tif 000004
【０００５】
暗号化アルゴリズムは、そのアルゴリズムによって作成される暗号化マスクをユーザー及び使用の度ごとに変化させるための入力パラメータを必要とする。最も重要なパラメータは暗号化キーであり、その長さは、例えば、１２８ビットである。ユーザーごとに異なる暗号化キー、従って、異なる暗号化マスクも使用されるのだが、この事実により、異なる内容を有するデータに同一の暗号化マスクを２回使用することができないという問題点が提起される。この問題の状況は、次の式によって表すことができる。
【数３】
2004505549.tif 000005
【０００６】
ここで、Ｐ１とＰ２は異なる内容を有する暗号化されていないデータであり、Ｃ１とＣ２は異なる内容を有する暗号化されたデータである。この式が示すごとく、盗聴者が存在すれば、彼は異なる内容を有し同一のマスクを使用して暗号化されたデータ間でＸＯＲ演算を実行することによってマスクを除去することが可能であり、暗号化が破られてしまう。
【０００７】
このため、暗号化アルゴリズムにはその他のパラメータも使用されており、例えば、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ）の広帯域符号分割多元接続方式を使用する無線アクセスネットワーク（ＵＲＴＡＮ）では、入力パラメータとして、時間と共に変化するカウンタパラメータ、方向パラメータ（アップリンク／ダウンリンク）、及びベアラパラメータを使用している。
【０００８】
ＧＥＲＡＮで使用する暗号化アルゴリズム構成はまだ決定されていないが、それは少なくとも次の要件を満足すべきである。
・特にハンドオーバー関連の暗黙の暗号化同期
・リアルタイム及び非リアルタイムサービスに対する類似のアプローチ
・増分的冗長性（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｅ）
・いくつかの異なるユーザーの同一時間スロットへの多重化
・いくつかの異なる無線ベアラの同一ユーザー機器への多重化
・マルチスロット動作の実現
【０００９】
（発明の簡単な説明）
ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと移動体システムのユーザー機器間でデータを伝送するための改良された方法、改良されたユーザー機器、及び改良されたＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮを提供することが本発明の目的である。本発明の態様として、ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと移動体システムのユーザー機器間でのデータ伝送用に請求項１による方法を提示し、本発明の第２の態様として、請求項１７によるユーザー機器を提示し、更に、本発明の第３の態様として、請求項３３によるＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮを提示する。本発明の好適な実施例は従属クレームで開示している。
【００１０】
本発明は、ＵＴＲＡＮの暗号化アルゴリズムをＧＥＲＡＮでそのまま再使用することに基づいたものであり、暗号化アルゴリズムの内部操作をブラックボックスとして規定すると共に、暗号化アルゴリズムに必要な入力パラメータをＧＥＲＡＮが設定する要件に従って変更することにより、これを実現している。
【００１１】
本発明の方法及び装置により、いくつかの改良点が提供される。新しい暗号化アルゴリズムの設計は非常に要求の厳しい作業である。本発明を使用することにより、ＧＥＲＡＮ用の新しい暗号化アルゴリズムの設計が不要になり、既に設計されたＵＴＲＡＮ暗号化アルゴリズムをその代わりに使用することができる。これにより、大量の作業とその結果発生する製品開発コストを節約することができる。又、本発明により、ＵＴＲＡＮ及びＧＥＲＡＮのいずれにもアクセス可能なユーザー機器の設計が容易となる。
【００１２】
好適な実施例により、添付図面を参照して本発明について以下に詳細に説明する。
【００１３】
（実施例の説明）
ＵＭＴＳなどの第３世代移動体システムの仕様は３ＧＰＰ（第３世代パートナーシッププロジェクト）が現在開発している。３ＧＰＰのホームページ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．３ｇｐｐ．ｏｒｇ）には、このシステムの全体構成及び暗号化に関連する仕様が含まれており、それらを参照することによって当業者による本発明の使用が可能になる。特にその暗号化に関連する仕様は、次の仕様を参照することによって本明細書に包含される。
・３Ｇ ＴＳ ３３．１０２ Ｖ３．２．０：セキュリティアーキテクチャ
・３Ｇ ＴＳ ２５．３０１ Ｖ３．４．０：無線インターフェイスプロトコルアーキテクチャ
・３Ｇ ＴＳ ３３．１０５ Ｖ３．３．０：暗号化アルゴリズムの要件
【００１４】
図１Ａ及び図１Ｂを参照し、典型的な無線システムの構成並びに公衆交換電話網及びパケット伝送網へのそれの接続について説明する。図１Ｂには、実施例の説明に必須のブロックのみを示しており、従来のセルラネットワークには、本明細書で詳細に説明する必要のないその他の機能や構成が含まれていることは、当業者には明らかである。本発明の無線システムは、ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮを使用している。このＧＥＲＡＮという用語は、ＧＳＭ（移動体通信用グローバルシステム）、ＴＤＭＡ／１３６（時分割多元接続）システム、及びＥＤＧＥシステムの発展形を意味しており、完全な第３世代（ＵＭＴＳ／ＷＣＤＭＡ／ｃｄｍａ２０００）移動体サービスを提供しようとするものである。
【００１５】
従って、ある意味では、ＧＥＲＡＮは、ＧＳＭに基づいたＧＰＲＳ又はＥＧＰＲＳ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ）と広帯域符号分割多元接続を使用するユニバーサル移動体通信システムＵＭＴＳの中間の形態であり、無線アクセスネットワークはその構成が略ＵＭＴＳスタイルであってＧＥＲＡＮと呼ばれているが、例えば、その無線インターフェイスは、通常のＧＳＭに基づいた無線インターフェイス又はＥＤＧＥ変調を使用する無線インターフェースになっている。ＥＧＰＲＳは、パケット交換伝送を利用するＧＳＭに基づいたシステムであり、ＥＤＧＥ技術を使用してデータ伝送容量を増やしている。ＧＳＭで通常使用されているＧＭＳＫ（ガウス最小偏位変調）変調に加え、パケットデータチャネルに８−ＰＳＫ（８−位相偏位変調）変調を使用することができる。この狙いとするところは、主には、ファイルの複写やインターネットブラウザの使用などの非リアルタイムデータ伝送サービスの実現であるが、例えば、音声やビデオ映像の伝送におけるリアルタイムパケット交換サービスもその目的に含まれている。
【００１６】
図１Ａ及び図１Ｂの説明は、主にＵＭＴＳに基づいたものになっている。移動体システムの主要部分は、コアネットワークＣＮ、ＵＭＴＳ地上無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮ、及びユーザー機器ＵＥである。ＣＮとＵＴＲＡＮ間のインターフェイスはｌｕと呼ばれ、ＵＴＲＡＮとＵＥ間の無線インターフェイスはＵｕと呼ばれている。
【００１７】
ＵＴＲＡＮは、無線ネットワークサブシステムＲＮＳから構成される。ＲＮＳ間のインターフェイスはｌｕｒと呼ばれている。ＲＮＳは無線ネットワークコントローラＲＮＣと１つ以上のノードＢから構成されており、このＲＮＣとＢ間のインターフェイスはｌｕｂと呼ばれている。図１Ｂでは、ノードＢのカバレージエリア、即ち、セルにＣという参照符号が付加されている。又、ＲＮＳは、その従来の名前である基地局システム（ＢＳＳ）と呼ぶこともできる。従って、無線システムのネットワーク部は、無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮとコアネットワークＣＮを有しているということになる。
【００１８】
この図１Ａの説明は非常に抽象的であることから、図１Ｂでは、ＧＳＭシステムのどの部分がＵＭＴＳのどの部分に対応するのかを概略的に示すことにより、その説明を明らかにしている。但し、ＵＭＴＳの各部の責任と機能については依然として設計中であることから、示された説明は拘束力を有するものではなく、あくまで説明のためのものであることに留意されたい。
【００１９】
ユーザー機器１５０は、例えば、固定されたり、車両内に設置されたり、或いは携帯型のものであってよく、このユーザー機器１５０は移動局ＭＳとも呼ばれている。無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの基幹施設は、無線ネットワークサブシステムＲＮＳ、即ち、基地局システムから構成されており、この無線ネットワークサブシステムＲＮＳは、無線ネットワークコントローラＲＮＣ、即ち、基地局コントローラ１０２、及びこれが制御する少なくとも１つのノードＢ、即ち、基地局１００から構成されている。
【００２０】
基地局Ｂは、マルチプレクサ１１６、トランシーバ１１４、並びにこれらトランシーバ１１４及びマルチプレクサ１１６の動作を制御する制御ユニット１１８を有している。そして、トランシーバ１１４が使用するトラフィック及び制御チャネルは、マルチプレクサ１１６によって伝送リンク１６０上に配置されている。
【００２１】
基地局Ｂのトランシーバ１１４は、アンテナユニット１１２に接続されており、このアンテナによってユーザー機器１５０への双方向無線リンクＵｕが実現される。尚、この双方向無線リンクＵｕで伝送されるフレームの構成は厳密に規定されている。
【００２２】
無線ネットワークコントローラＲＮＣは、グループ交換フィールド１２０及び制御ユニット１２４を有している。このグループ交換フィールド１２０は、音声及びデータの接続、並びにシグナリング回線の接続に使用される。基地局Ｂ及び無線ネットワークコントローラＲＮＣによって形成される基地局システムは、トランスコーダ１２２をも有している。無線ネットワークコントローラＲＮＣと基地局Ｂ間の作業分配並びにそれらの物理構成は実装によって異なる。典型的には、基地局Ｂは前述のように無線経路の実装を担当する。無線ネットワークコントローラＲＮＣは、典型的には、無線リソースの管理、セル間におけるハンドオーバー制御、電力調節、タイミング及び同期、ユーザー機器の呼び出しを担当する。
【００２３】
トランスコーダ１２２は、普通、可能な限り移動通信用交換機１３２の近くに配置される。その理由は、トランスコーダ１２２と無線ネットワークコントローラＲＮＣ間で音声を携帯電話システムフォーマットで伝送して、その結果、送信容量を節約できるようにである。このトランスコーダ１２２は、例えば、公衆ネットワークの６４ｋｂｉｔ／ｓフォーマットからセルラネットワークの別のフォーマット（例：１３ｋｂｉｔ／ｓ）への変換（及びこの逆を含む）など、公衆交換電話網と移動体ネットワークで使用する音声の様々なデジタル符号化フォーマットを変換して相互に互換性を持たせるものである。このトランスコーダに必要なハードウェアについては、本明細書では詳述しないが、音声以外のデータはトランスコーダ１２２では変換されないことに留意されたい。尚、制御ユニット１２４は、呼の制御、移動管理、統計の収集、及びシグナリングを担当する。
【００２４】
コアネットワークＣＮは、携帯電話システムに属すると共にＵＴＲＮの外部となる基幹施設を有している。図１Ｂには、このコアネットワークＣＮの回線交換伝送に属する装置の中で、移動通信用交換機１３２が示されている。
【００２５】
図１Ｂに示すように、接続（黒い点で示されているもの）は、交換フィールド１２０により、移動通信用交換機１３２を介して公衆交換電話網１３４、並びにパケット交換ネットワーク１４２の両方に行われることができる。公衆交換電話網１３４の典型的な端末１３６は、従来の電話又はＩＳＤＮ（サービス統合デジタル網）電話である。一方、パケット伝送は、インターネット１４６を介し、移動体システムに接続しているコンピュータ１４８からユーザー機器１５０に接続されたポータブルコンピュータ１５２に対して実行される。このユーザー機器１５０とポータブルコンピュータ１５２の組み合わせの代わりに、ＷＡＰ（無線アプリケーションプロトコル）電話を使用することも可能である。
【００２６】
パケット伝送網１４２と交換フィールド１２０間の接続は、サービングＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）１４０によって確立される。このサービングサポートノード１４０のタスクは、基地局システムとゲートウェイＧＰＲＳサポートノード（ＧＧＳＮ）１４４間におけるパケットの伝送とそのエリア内のユーザー機器１５０の位置の記録である。
【００２７】
ゲートウェイサポートノード１４４は、公衆パケット伝送網１４６とパケット伝送網１４２を接続している。このインターフェイスでは、インターネットプロトコル又はＸ．２５プロトコルを使用することができる。ゲートウェイサポートノード１４４は、公衆パケット伝送網１４６から見たときにパケット伝送網１４２がサブネットワークのように見え、公衆パケット伝送網１４６がその中のユーザー機器１５０に対してパケットを送ると共にユーザー機器１５０からパケットを受信できるよう、カプセル化によって公衆パケット伝送網１４６からパケット伝送網１４２の内部構成を隠蔽している。
【００２８】
パケット伝送網１４２は、典型的には、インターネットプロトコルを使用してシグナリングとユーザーデータを転送するプライベートネットワークである。このネットワーク１４２の構成は、そのオペレータに応じてアーキテクチャ及びインターネットプロトコルレイヤより下位のプロトコルが異なっている。
【００２９】
公衆パケット伝送網１４６は、例えば、インターネットであり、これに接続されている、例えば、サーバーなどの端末１４８は、これを介してユーザー機器１５０に対してパケットを伝送することができる。
【００３０】
図１Ｃは、ユーザー機器１５０と公衆交換電話網の端末１３６間で回線交換伝送リンクを確立する方法を示している。この図の太い線は、データが無線インターフェイス１７０を介してアンテナ１１２からトランシーバまでシステムの内部を伝送されそこから、データは、マルチプレクサ１１６における多重化の後に、伝送リンク１６０を経て交換フィールド１２０に伝送されそこからトランスコーダ１２２に出力され、そこから移動通信用交換機１３２で形成された接続を介して公衆交換電話網１３４に接続された端末１３６に伝送される様子が示されている。基地局１００では、伝送の実行に際して制御ユニット１１８がマルチプレクサ１１６を制御し、基地局コントローラ１０２では、制御ユニット１２４が交換フィールド１２０を制御して正しい接続を形成する。
【００３１】
図１Ｄは、パケット交換伝送リンクを示している。ポータブルコンピュータ１５２は、現在、ユーザー機器１５０に接続されている。図の太い線は、伝送されるデータがサーバー１４８からポータブルコンピュータ１５２に伝送される様子を示している。当然のことではあるが、データはこの反対の方向にも、即ち、ポータブルコンピュータ１５２からサーバー１４８に対して送信することも可能である。データは無線インターフェイス、即ち、Ｕｍインターフェイス１７０を介してアンテナ１１２からトランシーバ１１４に、そしてここから、マルチプレクサ１１６における多重化の後に、伝送リンク１６０及びＡｂｉｓインターフェイスを介して交換フィールド１２０に進み、そこからＧｂインターフェイス上の接続を介してサポートノード１４０に出力され、このサポートノード１４０からパケット伝送網１４２を介してゲートウェイノード１４４を経た後に、公衆パケット伝送網１４６に接続されているサーバー１４８に伝送される。
【００３２】
わかりやすくするために、図１Ｃ及び図１Ｄには回線交換データとパケット交換データの両方を同時に伝送するケースは示していないが、回線交換データ伝送からパケット交換伝送へ空き容量を柔軟に使用することが可能であるので、このような同時送信は問題なく実現できると共に一般的に行われている。パケットデータのみを伝送するネットワークの構築も可能であり、この場合には、ネットワークの構成が単純になる。
【００３３】
再度、図１Ｄについて検討する。この図では、ＵＭＴＳシステムの様々な構成要素（ＣＮ、ＵＴＲＡＮ／ＧＥＲＡＮ、ＲＮＳ／ＢＳＳ、ＲＮＣ／ＢＳＣ、Ｂ／ＢＴＳ）が点線で囲まれている。パケット交換環境では、コアネットワークＣＮは、サポートノード１４０、パケット伝送網１４２、及びゲートウェイノード１４４を有している。
【００３４】
ＧＰＲＳは、前述の構成要素に加え、チャネルコーデックユニットＣＣＵとパケット制御ユニットＰＣＵという２つの要素を有している。このＣＣＵのタスクには、ＦＥＣ（順方向誤り訂正）を含むチャネル符号化及びインタリーブ、並びに受信信号の品質レベル、受信信号の受信電力、及びタイミング先行計測に関連する情報などの無線チャネル計測機能が含まれている。ＰＣＵのタスクには、ＬＬＣ（論理リンク制御）セグメントの分割と再組立、ＡＲＱ（自動再送要求）機能、ＰＤＣＨ（パケットデータチャネル）スケジューリング、チャネルアクセス制御、及び無線チャネル管理機能が含まれる。ＣＣＵ１８２は基地局１００内に位置しており、その実装に応じて時間スロット固有又はトランシーバ固有のユニットと見なすことができる。ＰＣＵ１８０は、Ａｂｉｓインターフェイスを介してＣＣＵ１８２に接続されており、基地局１００又は基地局コントローラ１０２内に位置することができる。図１Ｃでは基地局コントローラ１０２内のＰＣＵ１８０を示し、わかりやすくするために、基地局１００内のものは示していない。
【００３５】
図１Ｄには、ユーザー機器ＵＥの本発明に関連する部分の構成も示されている。ユーザー機器ＵＥはアンテナ１９０を有しており、トランシーバ１９２はこのアンテナを介して無線経路１７０から信号を受信する。ユーザー機器ＵＥの動作は、制御ユニット１９４によって制御されており、この制御ユニットは典型的には必要なソフトウェアを有するマイクロプロセッサである。後述するプロトコル処理も、このソフトウェアによって実行される。ユーザー機器ＵＥは、説明された部分に加え、ユーザーインターフェイスをも有しており、これには、典型的には、ラウドスピーカー、マイクロフォン、ディスプレイ、キーボード、及び電池が含まれる。しかしながら、それらは本発明には直接関係しないため、本明細書では、これ以上詳しく説明はしない。
【００３６】
基地局Ｂ内のトランシーバの構成やユーザー機器ＵＥ内のトランシーバの構成については、それらの装置の実装方法が当業者には明らかであるため、本明細書ではこれ以上詳細に説明しないが、例えば、ＥＧＰＲＳによる通常の無線ネットワークトランシーバやユーザー機器トランシーバを使用することができる。本アプリケーションに関していえば、アプリケーションが必要とする操作が上位のＯＳＩ（開放型システム間相互接続）モデルレイヤ、特に、第３レイヤにおいて実行されるため、重要なことは、無線リンク１７０を実装できるということのみである。
【００３７】
図２は、ＥＧＰＲＳ制御プレーンのパケットプロトコルスタックを示している。但し、実施例はＥＧＰＲＳに限定されないことに留意されたい。このプロトコルスタックは、ＩＳＯ（国際標準化機構）のＯＳＩ（開放型システム間相互接続）モデルに従って形成されている。ＯＳＩモデルでは、プロトコルスタックが複数のレイヤに分割されており、基本的に７つのレイヤが存在している。図２は、各ネットワーク要素ごとに、それぞれのネットワーク要素において処理されるパケットプロトコルを示しており、それらのネットワーク要素は、移動局ＭＳ、基地局システムＢＳＳ、及びサポートノードＳＧＳＮである。基地局と基地局コントローラについては、その間のインターフェイスがまだ規定されていないため、個別に表示してはいない。従って、基地局システムＢＳＳに設定されるプロトコル処理は、基本的に基地局１００と基地局コントローラ１０２間で自由に配分可能であるが、トランスコーダ１２２の場合は、基地局システムＢＳＳに属してはいるが、これには該当しない。ネットワーク要素のＭＳ、ＢＳＳ、及びＳＧＳＮは、それらの間のインターフェイスＵｍ及びＧｂによって分離されている。
【００３８】
各装置ＭＳ、ＢＳＳ、ＳＧＳＮのレイヤは、別の装置のレイヤと論理的に通信する。最下位の物理レイヤのみが直接相互に通信するが、その他のレイヤはその次の下位レイヤが提供するサービスを常に使用する。従って、メッセージは、物理的にレイヤ間を垂直方向に伝達され、メッセージがレイヤ間で水平方向に伝達されるのは最下位のレイヤにおいてのみである。
【００３９】
実際のビットレベルのデータ伝送は、最下位の第１、即ち、物理レイヤであるＲＦレイヤ、Ｌ１を使用して行われる。この物理レイヤは、物理的伝送経路への接続のための機械的、電気的、及び機能的な特性を規定している。次の第２レイヤ、即ち、データリンクレイヤは、信頼性の高いデータ伝送を実装するために物理レイヤのサービスを使用し、例えば、伝送誤り訂正などを担当する。無線インターフェース１７０上では、このデータリンクレイヤは、ＲＬＣ／ＭＡＣ（無線リンク制御／媒体アクセス制御）サブレイヤ及びＬＬＣ（論理リンク制御）サブレイヤ、即ち論理リンク制御プロトコルに分かれている。第３レイヤ、即ち、ネットワークレイヤは、装置間の接続を担当するデータ伝送及び交換技術からの上位レイヤの独立性を提供しており、例えば、接続の確立、維持、及び解放などを担当する。ＧＳＭの場合には、このネットワークレイヤはシグナリングレイヤとも呼ばれており、メッセージの経路選択を実行することと、２つの構成要素間で同時に複数の独立した接続を可能にするという２つの主要タスクを有している。
【００４０】
ネットワークレイヤは、セッション管理サブレイヤＳＭとＧＰＲＳ移動管理サブレイヤＧＭＭを有している。
【００４１】
ＧＰＲＳ移動管理サブレイヤＧＭＭは、直接的に無線リソース管理に関係しない移動局のユーザーの移動によって発生する結果を担当している。公衆交換電話網側では、このサブレイヤは、ユーザーの検証とユーザーのネットワークへの接続を担当しており、セルラネットワークにおいては、このサブレイヤはユーザーの移動、並びに移動によって生成されたデータの登録及び管理をサポートしている。更に、このサブレイヤは、移動局の同一性（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）と許容されているサービスの同一性をチェックしており、このサブレイヤのメッセージ伝送は、移動局ＭＳとサポートノードＳＧＳＮの間で発生する。
【００４２】
セッション管理サブレイヤＳＭは、パケット交換の呼の管理に関連するすべての機能を管理しているが、ユーザーの移動は検出しない。セッション管理サブレイヤＳＭは、接続の確立、維持、及び解放を実行し、移動局１５０によって開始され、移動局１５０で終了する呼のためのサブレイヤ自体の手順を有している。このサブレイヤのメッセージ伝送も移動局ＭＳとサポートノードＳＧＳＮ間で発生する。
【００４３】
基地局システムＢＳＳでは、セッション管理サブレイヤＳＭ及びＧＰＲＳ移動管理サブレイヤＧＭＭのメッセージをトランスペアレントに処理している、即ち、両方向に転送するのみである。
【００４４】
論理リンク制御プロトコルＬＬＣは、従来技術によってＳＧＳＮ及びＭＳ間に信頼性の高い暗号化された論理リンクを確立する。ＬＬＣは、無線インターフェイスが変化した場合の移動体ネットワークのネットワーク部に対する影響を最小限にするよう、下位レイヤから独立している。この論理リンク制御プロトコルのサービスには、ピア構成要素間における非常に信頼性の高い論理リンク、可変長情報フレームのサポート、確認型データ伝送及び非確認型データ伝送の両方のサポート（各フレームは送信移動局又は受信移動局のあいまいな識別子を有する）、並びにデータ伝送の様々な優先順位、送信データの暗号化、及びユーザーの同一性などの異なるサービス基準のサポートが含まれている。ＬＬＣデータは、Ｕｍ及びＧｂインターフェイス間において論理リンク制御プロトコルリレーＬＬＣ ＲＥＬＡＹによって伝送される。本アプリケーションで開示するソリューションにおいては、暗号化をＬＬＣサブレイヤではなくＭＡＣ又はＲＬＣサブレイヤで実行しており、ＬＬＣサブレイヤのその他のタスクもその他のレイヤに移すことが可能であることから、ＬＬＣサブレイヤ自体を完全に省略することができる。
【００４５】
ＭＡＣレイヤは、アップリンク（移動局からネットワーク部へ）及びダウンリンク（ネットワーク部から移動局へ）接続の両方でのデータの多重化とシグナリング、アップリング伝送経路リソース要求の管理、並びにダウンリンク伝送経路リソース要求の割当とタイミングを実行する責任を有している。トラフィックの優先順位付け管理もこのレイヤに属している。ＲＬＣレイヤは、ＬＬＣレイヤデータ、即ち、ＬＬＣフレームのＭＡＣレイヤへの伝送を担当している。ＲＬＣは、ＬＬＣフレームをＲＬＣデータブロックに分割してＭＡＣレイヤに伝送する。アップリンク方向では、ＲＬＣデータからＬＬＣフレームを構築してＬＬＣレイヤに伝送する。物理レイヤは、Ｕｍインターフェイスで、例えば、ＧＳＭが規定する無線インターフェイスなどの無線リンクによって実装する。この物理レイヤにおいては、例えば、伝送データの搬送波変調、インタリーブ及び誤り訂正、同期化、及び送信機の電力制御を実行する。
【００４６】
ＢＳＳＧＰ（基地局サブシステムＧＰＲＳプロトコル）レイヤは、より上位レイヤのデータ並びにＳＧＳＮ間の経路選択及びサービス品質に関連する情報を伝送する。ＦＲ（フレームリレー）レイヤはこの情報の物理的な伝送を実行し、ＮＳ（ネットワークサービス）はＢＳＳＧＰプロトコルに従ってメッセージを伝送する。
【００４７】
以上で移動体システムの構成と使用するプロトコルスタックの例に関する説明を行ったので、ＧＥＲＡＮを使用する移動体システムにおける暗号化の実装について検討することができる。図４は、送信端から受信端に向かってデータフローが伝播する様子を示している。送信端はこの図の左側にあり、右側の受信端は送信端と垂直の点線によって分離されている。ＧＥＲＡＮでは、暗号化は前述のパケット制御ユニット１８０とユーザー機器の制御ユニット１９４において実行される。この暗号化は、前述のプロトコルスタックに存在する機能を使用して実行され、これに必要な機能は、例えば、汎用プロセッサで稼動するソフトウェアとして実装可能である。この場合、必要な機能はソフトウェアコンポーネントとして実行されるが、例えば、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）や個別部品からなる制御ロジックなどのハードウェアによる実装も可能である。
【００４８】
暗号化アルゴリズム４００は、ユニバーサル移動体通信システムの広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの暗号化アルゴリズムであり、ｆ８として知られているものである。この暗号化アルゴリズムはブラックボックスであり、その実装はＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの両方で厳密に同一である。実際には、これは、ＡＳＩＣであるかソフトウェアであるかを問わず、同一の暗号化アルゴリズム実装をＧＥＲＡＮ及びＵＴＲＡＮの両方で使用可能であることを意味している。
【００４９】
ＵＴＲＡＮは、暗号化アルゴリズムの入力パラメータ用の合意フォーマットを有しており、この合意フォーマットは入力パラメータの数と各パラメータの長さを規定している。このＵＴＲＡＮの入力パラメータは前述の３ＧＰＰ仕様に規定されているが、それらは、暗号化キー、時間と共に変化するカウンタパラメータ、方向パラメータ（アップリンク／ダウンリンク）、及びベアラパラメータである。更に、暗号化マスク４１２の長さを示すパラメータが必要となるが、これ自体は暗号化アルゴリズム４００の内部動作に影響を与えるものではなく、キーストリームから暗号化マスク４１２までに必要とする作成シンボルの数を示すのみである。
【００５０】
暗号化されていないデータ４１４がＸＯＲ演算４１６によって暗号化マスク４１６と合成され、暗号化されたデータ４１８が得られる。
【００５１】
一方、受信端では、送信端と同様の演算を使用して、この暗号化を除去する。即ち、ＸＯＲ演算４１６により、受信した暗号化されたデータ４１８と暗号化マスク４１２を合成し、元の暗号化されていないデータ４１４を得るのである。
【００５２】
暗号化されていないデータ４１４に対応する暗号化されたデータ４１８の解読には、あるデータ４１４の暗号化に使用した暗号化アルゴリズム４００のパラメータ４０２、４０４、４０６、４０８、４１０を使用しなければならないという意味では、送信端及び受信端は互いに同期していなければならない。これを実装するには、送信端と受信端の間でシグナリングが必要となる。この詳細とデータ変調やチャネル符号化については、本発明にとって必須の内容ではなく、又、当業者には周知のものであることから本明細書ではこれ以上詳しくは説明しない。送信端は、受信端に送信するデータを暗号化アルゴリズム４００を使用して暗号化するための手段４００、４１６を有しており、受信端では、これに対応し、送信端から受信したデータを暗号化アルゴリズム４００を使用して解読する手段４００、４１６を有しているという点に留意するだけで十分である。ＧＥＲＡＮとユーザー機器間の接続は双方向であるため、両者とも送信端及び受信端として機能することが可能である。従って、ＧＥＲＡＮ及びユーザー機器はいずれも暗号化手段と解読手段を有している。
【００５３】
ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮは、ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮの動作パラメータに基づいて暗号化アルゴリズム４００が必要とする合意フォーマットの入力パラメータを作成する手段４０２、４０４、４０６、４０８、４１０を有している。ユーザー機器ＵＥも同一の手段４０２、４０４、４０６、４０８、４１０を有している。わかりやすくするため、図４では、同一の参照符号４０２、４０４、４０６、４０８、４１０を使用して暗号化アルゴリズム４００のパラメータとそれらを処理する手段の両方を示している。実際には、前記の手段は、ユーザー機器ＵＥの制御ユニット１９４あるいはＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮのパケット制御ユニット１８０においてソフトウェアで実行するのが望ましい。
【表１】
2004505549.tif 000006
【００５４】
表１は、ユーザープレーンデータを伝送する場合に、必要なフォーマットの入力パラメータをＧＥＲＡＮ動作パラメータから取得する方法を示している。表の左端の列はＵＴＲＡＮが必要とするパラメータであり、中央の列は選択肢の１つである暗号化をＲＬＣプロトコルレイヤで実行する場合を示しており、右端の列は、もう１つの選択肢である暗号化をＭＡＣプロトコルレイヤで実行する場合を示している。
【００５５】
ＵＴＲＡＮの方向パラメータ４０４は、暗号化するデータを伝送する伝送方向を規定しており、値０がアップリンク、値１がダウンリンクである。この方向パラメータ４０４は、ＧＥＲＡＮにおけると同様に使用することもできる。
【００５６】
ＵＴＲＡＮでは、ベアラパラメータ４０６により、使用する無線ベアラ識別子を規定する。この結果、同一の物理レイヤフレームに多重化されているいくつかの異なる無線ベアラをユーザーが同時に使用する際に、同一の暗号化キー４０８を使用することが可能になる。このベアラパラメータ４０６は、ＧＥＲＡＮにおけると同様に使用可能である。
【００５７】
ＵＴＲＡＮでは、長さパラメータ４１０により、必要なキーストリーム長、即ち、暗号化マスク４１２の長さを規定する。この長さパラメータ４１０は、ＧＥＲＡＮにおけると同様に使用可能である。ＲＬＣプロトコルを使用する場合には、この値はペイロードの長さ、即ち、無線ベアラ識別子及びＲＣＬシーケンス番号を除くフルブロック長である。ＭＡＣプロトコルを使用する場合には、この値はフルブロック長となり、この場合には、無線ベアラ識別子は情報フローに含まれず、伝送開始前に合意される。
【００５８】
ＵＴＲＡＮでは、暗号化キーパラメータ４０８により、暗号化キーを規定する。この暗号化キーパラメータ４０８は、ＧＥＲＡＮにおけると同様に使用可能である。
【００５９】
ＵＴＲＡＮのカウンタパラメータ４１０は、例えば、時間と共に変化しかつハイパーフレーム番号及びＲＬＣシーケンス番号によって形成された３２ビットのカウンタである。元のＧＳＭシステムの場合には、２２ビットのＴＤＭＡフレーム番号をカウンタパラメータとして使用している。これは、約３．５時間の暗号化の後にカウンタパラメータが最大値に到達することを意味している。再度カウンタパラメータが起動するとマスクは再び同一の値を取得し、新しい暗号化キーを使用しない限り暗号は破られてしまう。
【００６０】
カウンタパラメータ４１０は、長さは同じ３２ビットであるが、ＧＥＲＡＮと同様に使用することはできず、内容を変更しなければならない。ＲＬＣプロトコルを使用する場合には、カウンタパラメータ４１０は、ＲＬＣシーケンス番号、暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定するシンボル、及びハイパーフレーム番号によって形成される。ハイパーフレーム番号の長さが２４ビットの場合には、ＲＬＣシーケンス番号の長さは７ビットであり、あるいはハイパーフレーム番号の長さが２０ビットの場合にはＲＬＣシーケンス番号の長さは１１ビットとなる。暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定する１ビットのシンボルは、暗号化するデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータではなくその他のデータである場合に値１を取得する。実際には、ＲＬＣプロトコルを使用する場合には、１ビットのシンボルは一定であり、カウンタパラメータの有効な長さは３１ビットになるのである。
【００６１】
ＭＡＣプロトコルを使用する場合には、カウンタパラメータ４１０は、拡張ＴＤＭＡフレーム番号、時間スロット番号、及び暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定するシンボルによって形成される。従って、ＴＤＭＡフレーム番号の長さは２８ビットに拡張される。暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定する１ビットのシンボルは、暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータ以外のその他のデータである場合に値１を取得する。時間スロット番号は、１つの時間スロットのみを使用する場合には一定である。実際には、ＭＡＣプロトコルを使用する場合には、１ビットのシンボルと時間スロット番号は一定であるが、カウンタパラメータの有効な長さは２８ビットになる。これは現在のＧＳＭカウンタパラメータサイクルの６４倍以上であり、従って実際上、十分なものになっている。
【００６２】
ハイパーフレーム番号と同様の考え方が拡張ＴＤＭＡフレーム番号においても使用されている。現在のＧＳＭシステムの場合には、ＴＤＭＡフレーム番号の最上位の１１ビットを使用してマルチフレームを計算する。これらの１１ビットは、１６ビットに拡張される場合には拡張ＴＤＭＡフレーム番号を提供するＴ１カウンタ部を形成する。５ビットのＴ２カウンタ部及び６ビットのＴ３カウンタ部は、拡張ＴＤＭＡフレーム番号においても維持される。
【００６３】
ＲＬＣプロトコルを使用する場合には、ＲＬＣシーケンス番号の受信を確実にするために、無線ベアラ識別子又はＲＬＣブロックヘッダーではなくて、ユーザーのペイロードを暗号化する。もう１つの選択肢は、ＲＬＣシーケンス番号又は無線ベアラ識別子をではなくて、ユーザーのペイロードとブロックのヘッダーを暗号化することである。ＭＡＣプロトコルを使用する場合は、ＭＡＣブロック全体を暗号化する。
【００６４】
表２は、第２レイヤシグナリングプレーンデータを送信する場合に、必要なフォーマットの入力パラメータをＧＥＲＡＮ動作パラメータから取得する方法を示している。この場合には、ＭＡＣプロトコルレイヤで暗号化を実行しなければならない。
【００６５】
第２レイヤシグナリングプレーンデータを送信する場合は、その他のデータを送信する場合と同様に方向パラメータ４０４、長さパラメータ４１０、及び暗号化キーパラメータ４０８を使用可能である。
【００６６】
第２レイヤシグナリングプレーンデータに関しては、無線ベアラ識別子が存在しないため、ベアラパラメータに、例えば、「０００００」などの定数が与えられる。後述するように、この定数に特定の意味を規定することも可能である。
【表２】
2004505549.tif 000007
【００６７】
ＭＡＣプロトコルを使用する場合には、カウンタパラメータ４１０は、その他のデータ用と同様に第２レイヤシグナリングプレーンデータ用として形成される、即ち、カウンタパラメータ４１０は、拡張ＴＤＭＡフレーム番号、時間スロット番号、及び暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定するシンボルによって形成される。暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定する１ビットのシンボルは、暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンデータである場合に値０を取得する。そして、ＭＡＣブロック全体が暗号化される。
【００６８】
無論、１ビットのシンボルの値を逆に規定することも可能である、即ち、値１が暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンデータを意味し、値０が暗号化すべきデータがその他のデータであることを意味する。
【００６９】
以下に、本発明の別の好適な実施例について説明する。
【００７０】
好適な実施例においては、ベアラパラメータの値の１つを暗号化対象シグナリングプレーンデータ用に予約する。これは、例えば、表２に示されている「０００００」などの前述の定数である。このようにして、暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであるか又はその他のデータであるかを規定するシンボルを置換することができる。値「０００００」は、暗号化すべきデータが第２レイヤシグナリングプレーンのデータであることを規定し、その他の値は、使用する無線ベアラ識別子を規定する。前述のとおり、第２レイヤシグナリングプレーンデータ用には無線ベアラ識別子は使用されない。この方法により、カウンタパラメータの有効な長さが１ビット増えるという利点がもたらされ、また１つの無線ベアラ識別子に特定の意味を規定しなければならないという欠点がもたらされる。
【００７１】
好適な実施例においては、ＭＡＣプロトコルを使用する場合に、最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号に関して記憶すべき情報を次の接続用にユーザー機器ＵＥに保存する。実際には、通常、ユーザー機器ＵＥのＳＩＭ（加入者識別モジュール）カードに保存される。これには、ＵＴＲＡＮで周知のハイパーフレーム番号管理が適用される。同一の接続でいくつかの無線ベアラが使用されている場合には、最も大きな値を取得した拡張ＴＤＭＡフレーム番号が保存される。新しい接続を確立する場合に伝達を要するのは１つの値のみであり、この値を使用して新しい接続の暗号化を開始する。ＵＴＲＡＮでは、前記の値はＳＴＡＲＴと呼ばれている。最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号に関する情報は、その拡張ＴＤＭＡフレーム番号の一定数の最上位のビットを有することが好ましい。同様に、ＲＬＣプロトコルを使用する場合には、最後に使用されたハイパーフレーム番号に関する情報を次の接続用にユーザー機器ＵＥに保存する。この保存する最後に使用されたハイパーフレーム番号に関する情報は、そのハイパーフレーム番号の一定数の最上位のビットを有することが好ましい。次の接続用のこの拡張ＴＤＭＡフレーム番号及び／又はハイパーフレーム番号の保存は、ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮにおいても実行可能であり、パケット制御ユニット１８０において実行するのが最も好ましい。新しい接続を確立する際に前記保存された値のシグナリングがユーザー機器とＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮ間で最も容易にかつ効率的に行われるかは、保存場所の選択に影響を及ぼす。保存された１つのＳＴＡＲＴ値により、同一のユーザーに対する接続をＲＬＣプロトコルとＭＡＣプロトコルの両方を使用して実行する、即ち、使用値の最大値を保存する。
【００７２】
好適な実施例においては、ユーザー機器ＵＥの接続がＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの間で変化した場合に、最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号又はハイパーフレーム番号に関する情報を新しい無線アクセスネットワークに提供し、もとの無線アクセスネットワークと同一の暗号化キー入力パラメータ４０８を新しい無線アクセスネットワークの暗号化アルゴリズム４００の暗号化キー入力パラメータ４０８として使用する。このようにして、異なる内容を有する暗号化されていないデータ４１４に対する同一マスク４１２の使用を回避することができる。この手順がない場合には、例えば、ハンドオーバーなどによって接続が変化した際に、ユーザー機器ＵＥとＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮ間での新しい暗号化キーの開始に必要なシグナリングを常に実行しなければならなくなる。基本的に、この手順は、ユーザー機器ＵＥの接続がＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮ間で変化した際に、ユーザー機器が、最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号又はハイパーフレーム番号に関する情報を新しい無線アクセスネットワークに提供する手段１９０、１９２、１９４を有するようにするか、或いは、ユーザー機器ＵＥの接続がＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮ間で変化した際に、ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮが、最後に使用された拡張ＴＤＭＡフレーム番号又はハイパーフレーム番号に関するユーザー機器ＵＥから情報を受信する手段１８０を有するようにするという２つの方法で実装可能である。
【００７３】
前述の手順は、保存又は提供する情報が一定数の最上位のビットを有すると共に、その情報を新しい無線接続又は無線アクセスネットワークにおいて使用する前に最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分するように実装することが好ましい。このようにして、異なる内容を有する暗号化されていないデータ４１４に対して同一暗号化マスク４１２を二回使用することを回避できる。これは、情報を新しい接続又は新しい無線アクセスネットワークで使用する前に最上位ビットによって形成された番号の値を１だけ増分する手段４０２をユーザー機器ＵＥ又はＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮのいずれかが有するようにすることによって実装することができる。例えば、ＧＥＲＡＮからＵＴＲＡＮに移動する際には、最上位の２０ビットを保存し、ＵＴＲＡＮからＧＥＲＡＮに移動する際には、最上位の１７ビットを保存する。この結果、最下位の部分間の違いが問題とならず、同一の暗号化マスク４１２を二回使用しないようにすることができる。
【００７４】
図３のフローチャートを参照し、以下に、ＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮと移動体システムのユーザー機器ＵＥ間でデータを伝送する方法において実行されるステップについて説明する。この方法はブロック３００から開始される。
【００７５】
ブロック３０２において、送信すべきデータを送信端で暗号化アルゴリズム４００を使用して暗号化する。
【００７６】
ブロック３０４において、この暗号化されたデータを送信端から受信端に伝送する。
【００７７】
ブロック３０６において、伝送されたデータを受信端で暗号化アルゴリズム４００を使用して解読する。
【００７８】
送信端及び受信端の両方にブロック３１０が配置されていることは、ユニバーサル移動体通信システムの広帯域符号分割多元接続法を使用する無線アクセスネットワークＵＴＲＡＮの暗号化アルゴリズム４００を暗号化アルゴリズム４００として使用しており、暗号化アルゴリズム４００が必要とする合意フォーマットの入力パラメータ４０２、４０４、４０６、４０８、４１０をＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮの動作パラメータに基づいて作成するという事実を示している。
【００７９】
請求項で明らかにされているように、本方法は、ユーザー機器ＵＥとＧＰＲＳ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワークＧＥＲＡＮの前述の好適な実施例を使用して変更することができる。
【００８０】
本明細書では、添付の図面に従って例を参照して本発明を説明しているが、本発明はそれらに限定されるものではなく、添付の請求項に開示されている発明概念の範囲内で様々に変更可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】セルラネットワーク構成例を示す図である。
【図１Ｂ】セルラネットワークをより詳細に示すブロック図を示す図である。
【図１Ｃ】回線交換接続を示す図である。
【図１Ｄ】パケット交換接続を示す図である。
【図２】セルラネットワークのある部分のプロトコルスタック例を示す図である。
【図３】データ伝送方法を示すフローチャートを示す図である。
【図４】送信端での暗号化と受信端での解読を示す図である。
【図１Ｂ】
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【図１Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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