(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)にわたって無線有効範囲をそれぞれ提供すると共にそれぞれ無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と基地局(14a, 14b)とを有する複数の無線アクセスネットワーク(5A, 5b)に接続されたコアネットワーク(20)を有する移動通信システムにおける通信サービスと共に使用されるセキュリティ手順において、
(a)  前記移動通信システムにおける移動局(12)と前記通信サービスとの間の通信を妨げるセキュリティ動作障害による前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と前記移動局(12)との間の通信障害を、前記移動局(12)が位置する無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)内の無線有効範囲を制御する前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)によって検出するステップと、
(b)  前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの要求を、ステップ(a)で検出された通信障害を示して前記コアネットワーク(20)に送信するステップと、
(c)  前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの要求に応答して、前記コアネットワーク(20)と前記移動局(12)との間で移動局認証手順を行うステップと、
を備えたことを特徴とするセキュリティ手順。
【請求項２】
前記ステップ(b)が、前記ステップ(a)で検出された通信障害が移動局認証を必要とするかどうかを前記コアネットワーク(20)によって判定するステップを更に備え、前記ステップ(c)が、移動局認証が必要と判断された場合に移動局認証手順を行うステップを更に備える請求項１に記載のセキュリティ手順。
【請求項３】
前記ステップ(b)が、前記ステップ(a)で検出された通信障害の原因の表示を送信するステップを更に備える請求項１に記載のセキュリティ手順。
【請求項４】
前記ステップ(c)が、
(i)  前記コアネットワーク(20)が前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの前記要求を受け取った後に、前記コアネットワーク(20)と前記移動局(12)とによる認証を行うステップと、
(ii)  前記移動局(12)が、ステップ(i)のあとで前記コアネットワーク(20)によって認証されたかどうかを判定するステップと、
(iii)  認証が成功したことがステップ(ii)で判定されたならば前記コアネットワーク(20)から前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に肯定応答を送るステップと、
を更に備える請求項１に記載のセキュリティ手順。
【請求項５】
前記ステップ(iii)が、新セキュリティパラメータを含む肯定応答を前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に送るステップを備える請求項４に記載のセキュリティ手順。
【請求項６】
前記ステップ(c)が、
(i)  前記コアネットワーク(20)が前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの前記要求を受け取った後に、前記コアネットワーク(20)と前記移動局(12)とによる認証を行うステップと、
(ii)  前記移動局(12)が、ステップ(i)のあとで前記コアネットワーク(20)によって認証されたかどうかを判定するステップと、
(iii)  認証が成功したことがステップ(ii)で判定されたならば前記コアネットワーク(20)から前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に肯定応答を送るステップと、
を更に備える請求項２に記載のセキュリティ手順。
【請求項７】
前記ステップ(iii)が、新セキュリティパラメータを含む肯定応答を前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に送るステップを備える請求項６に記載のセキュリティ手順。
【請求項８】
前記ステップ(c)が、
(i)  前記コアネットワーク(20)が前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの前記要求を受け取った後に、前記コアネットワーク(20)と前記移動局(12)とによる認証を行うステップと、
(ii)  前記移動局(12)が、ステップ(i)のあとで前記コアネットワーク(20)によって認証されたかどうかを判定するステップと、
(iii)  認証が成功しなかったことがステップ(ii)で判定されたならば前記コアネットワーク(20)から前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に肯定応答を送るステップと、
を更に備える請求項１に記載のセキュリティ手順。
【請求項９】
前記ステップ(i)が、認証センタ内と前記移動局(12)内で別々に認証アルゴリズムを実行してそれぞれ出力を生成するステップを備え、前記ステップ(ii)が前記コアネットワーク内の二つの出力を比較するステップを備える請求項４に記載のセキュリティ手順。
【請求項１０】
(i)  前記移動局(12)の認証センタと連絡して前記ステップ(c)と(d)の間で新セキュリティパラメータを生成するステップと、
(ii)  前記ステップ(d)のあとで、前記新セキュリティパラメータによって前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)を更新するステップと、
を更に備える請求項１に記載のセキュリティ手順。
【請求項１１】
前記ステップ(iii)が、新完全性アルゴリズムを含む肯定応答を前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に送るステップを備える請求項４に記載のセキュリティ手順。
【請求項１２】
前記ステップ(iii)が、新暗号化鍵を含む肯定応答を前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に送るステップを備える請求項４に記載のセキュリティ手順。
【請求項１３】
前記ステップ(iii)が、新完全性鍵を含む肯定応答を前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に送るステップを備える請求項４に記載のセキュリティ手順。
【請求項１４】
前記判定ステップが、前記ステップ(a)で検出された通信障害が一つの無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)から他の無線アクセスネットワーク領域への前記移動局(12)の移動の間に失敗した完全性チェックから生じたのかどうかを判定するステップを備える請求項１に記載のセキュリティ手順。
【請求項１５】
前記移動局(12)に記憶された完全性鍵または暗号化鍵が前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に記憶された完全性鍵または暗号化鍵と合致しないときに新完全性鍵または新暗号鍵が必要かどうかを前記ステップ(c)の前に判定するステップを更に備える請求項１に記載のセキュリティ手順。
【請求項１６】
前記ステップ(a)が、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)によって、繰返される完全性チェック障害を検出することにより前記通信障害を検出するステップを備える請求項１に記載のセキュリティ手順。
【請求項１７】
前記移動通信サービスがユニバーサル携帯電話サービスを備える請求項１に記載のセキュリティ手順。
【請求項１８】
無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)にわたって無線有効範囲をそれぞれ提供すると共にそれぞれ無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と基地局(14a, 14b)とを有する複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)に接続されたコアネットワーク(20)を有する移動通信システムにおける通信サービスと共に使用されるセキュリティ手順において、
(a)  前記移動通信システムにおける前記移動局(12)と前記通信サービスとの間の通信を妨げるセキュリティ動作障害による前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と前記移動局(12)との間の通信障害を、前記移動局(12)が位置する無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)内の無線有効範囲を制御する前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)によって検出するステップと、
(b)  前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの要求を、ステップ(a)で検出された通信障害を示して前記コアネットワーク(20)に送信するステップと、
(c)  ステップ(b)と同時に、前記移動局(12)のデータベースと連絡すると共に前記コアネットワーク(20)によって暗号機能鍵を生成するステップと、
(d)  前記コアネットワークが前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの前記要求を受け取った後に、前記コアネットワーク(20)による認証を行うステップと、
(e)  前記移動局(12)が、ステップ(c)のあとで前記コアネットワーク(20)によって認証されたかどうかを判定するステップと、
(f)  前記移動局(12)が認証されたことがステップ(e)で判定されたならば、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と前記移動局(12)の中の旧暗号機能鍵を、前記ステップ(c)で生成した暗号機能鍵と置き換えるステップと、
を備えたことを特徴とするセキュリティ手順。
【請求項１９】
前記ステップ(d)が、
(i)  前記コアネットワーク(20)から前記移動局(12)に呼掛けを送信するステップと、
(ii)  認証センタ内と前記移動局(12)内で認証アルゴリズムを用いて前記呼掛けを行なって、それぞれの出力を生成するステップと、
(iii)  前記認証センタと前記移動局(12)が生成した出力を比較することによってステップ(ii)の認証が成功であったかどうかを判定するステップと、
(iv)  前記認証が成功であったことがステップ(iii)で判定されたならば、前記コアネットワーク(20)から前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)に肯定応答を送るステップと、
を更に備える請求項１８に記載のセキュリティ手順。
【請求項２０】
前記ステップ(f)が、前記データベースに記憶された旧暗号機能鍵を前記ステップ(c)で生成された暗号機能鍵と置き換えるステップを更に備える請求項１８に記載のセキュリティ手順。
【請求項２１】
前記ステップ(c)で生成された前記暗号機能鍵が暗号化鍵を備える請求項１８に記載のセキュリティ手順。
【請求項２２】
前記ステップ(c)で生成された前記暗号機能鍵が完全性鍵を備える請求項１８に記載のセキュリティ手順。
【請求項２３】
前記ステップ(a)が、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)によって前記通信障害を検出するステップを備える請求項１８に記載のセキュリティ手順。
【請求項２４】
前記移動通信サービスがユニバーサル携帯電話サービスを備える請求項１８に記載のセキュリティ手順。
【請求項２５】
前記ステップ(c)の前記データベースがホーム位置レジスタを備え、前記ステップ(c)が、前記移動局(12)の前記ホーム位置レジスタと連絡するステップを備える請求項１８に記載のセキュリティ手順。
【請求項２６】
コアネットワーク(20)と、無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)にわたる無線有効範囲をそれぞれ提供する複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)とを有する移動通信システムであって、前記複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)のそれぞれが前記コアネットワーク(20)に接続されると共に無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と基地局(14a, 14b)とを有する移動通信システムにおいて、
前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)の一つと、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)の前記一つによって制御されるユニバーサル無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)内に位置する移動局(12)との間の通信障害であって、前記移動通信システムにおける前記移動局と通信サービスとの間の通信を妨げると共に、セキュリティ動作障害によって生じる通信障害を、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)の一つによって検出する手段と、
前記移動局(12)の認証を行うと共に、前記検出する手段に応答してセキュリティパラメータを変更するために、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)の前記一つからの要求を前記コアネットワーク(20)に送信する手段と、
前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)の前記一つから受け取った前記移動局(12)を認証するための要求に応答して、前記コアネットワーク(20)によって前記移動局(12)を認証する手段と、
前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)の前記一つから受け取ったセキュリティパラメータ変更のための要求に応答して、前記コアネットワーク(20)によって新セキュリティパラメータを設定する手段と、
前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)の前記一つと前記移動局(12)に記憶された既存のセキュリティパラメータを、前記新セキュリティパラメータと置き換える手段と、
もし前記移動局(12)が前記認証する手段によって成功裏に認証されなかったならば、前記コアネットワーク(20)によって、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)の前記一つから前記移動局(12)を切り離す手段と、
をさらに備えたことを特徴とする移動通信システム。
【請求項２７】
前記移動局が携帯電話を備え、前記通信障害を検出する手段が前記無線ネットワーク制御装置の一つと携帯電話の間の通信障害を検出する手段を備える請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記セキュリティパラメータが暗号化鍵を備えることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記セキュリティパラメータが完全性鍵を備える請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記セキュリティパラメータが完全性アルゴリズムと暗号化アルゴリズムのいずれか一つを備える請求項２６に記載のシステム。
【請求項３１】
認証センタを更に備え、前記認証する手段が、前記認証センタと前記移動局で認証アルゴリズムの実行と出力の生成をそれぞれ別々に行うと共に、前記移動局と前記認証センタの出力を比較する手段を更に備える請求項２６に記載のシステム。
【請求項３２】
ユニバーサル携帯電話サービスと共に使用される請求項２６に記載のシステム。
【請求項３３】
コアネットワーク(20)と、該コアネットワーク(20)に接続された複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)と、移動局(12)とを有し、前記複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)のそれぞれが、無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)にわたる無線有効範囲を提供すると共に無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と基地局(14a, 14b)とを有し、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)が、該無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と前記移動局(12)との間の通信中に使用されるセキュリティパラメータを記憶する移動通信システムにおける前記コアネットワークにおいて、
前期無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)のひとつから、前期移動局(12)を認証するための要求を受け取ったことに応答して、認証呼掛けを前記移動局(12)へ送信し、前記認証呼掛けの結果を前記移動局(12)から受信し、前記結果を前記移動局(12)を認証するために必要な結果と比較することによって、前記移動局を認証する手段であって、前記認証するための要求が前記移動局(12)とコアネットワーク(20)の間の通信を妨げるセキュリティ動作障害に応答して前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)によって起動される認証する手段と、
セキュリティパラメータ変更のための要求を受け取ったことに応答して、新セキュリティパラメータを設定する手段と、
もし前記移動局(12)が成功裏に認証されたならば、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と前記移動局(12)に記憶された現在のセキュリティパラメータを前記新セキュリティパラメータと置き換える手段と、
もし前記移動局(12)が前記認証する手段によって成功裏に認証されなかったならば、前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)から前記移動局(12)を切り離す手段と、
を備えたことを特徴とするコアネットワーク。
【請求項３４】
前記セキュリティパラメータが暗号化鍵を備える請求項３３に記載のコアネットワーク。
【請求項３５】
前記セキュリティパラメータが完全性鍵を備える請求項３３に記載のコアネットワーク。
【請求項３６】
前記セキュリティパラメータが完全性アルゴリズムと暗号化アルゴリズムのいずれか一つを備える請求項３３に記載のコアネットワーク。
【請求項３７】
認証センタを更に備え、前記認証する手段が、前記認証センタにおける認証アルゴリズムの実行と前記必要な結果の生成をそれぞれ別々に行う手段と、前記移動局(12)によって生成された結果を前記認証センタによって生成された結果と比較する手段とを更に備える請求項３３に記載のコアネットワーク。
【請求項３８】
ユニバーサル携帯電話サービスと共に使用するユニバーサルコアネットワークが前記コアネットワーク(20)である請求項３３に記載のコアネットワーク。
【請求項３９】
移動局(12)と、コアネットワーク(20)に接続された複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)とを有し、前記複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)のそれぞれが無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)にわたる無線有効範囲を提供する移動通信システムにおける前記無線アクセスネットワークであって、前記複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)間のそれぞれと前記移動局(12)との間の通信中に使用される記憶されたセキュリティパラメータを有する無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と、基地局(14a, 14b)とを備えた前記無線アクセスネットワーク(5a, 5b)において、
前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と、前期無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)によって制御されるユニバーサル無線アクセスネットワーク領域内に位置する前記移動局(12)との間の通信障害を前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)内で検出する手段であって、前記通信障害が前記移動局(12)と前記コアネットワーク(20)との間の通信を妨げるセキュリティ動作障害によるものである通信障害を検出する手段と、
前記移動局(12)の認証を行うと共に、前記検出する手段が通信障害を検出したことに応答してセキュリティパラメータを変更するために前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの要求を前記コアネットワーク(20)に送信する手段と、
前記コアネットワーク(20)からの認証呼掛けコマンドを前記移動局(12)に伝える手段と、
前記移動局(12)からの認証呼掛け結果を前記コアネットワーク(20)に伝える手段と、
前記コアネットワーク(20)が前記認証を行ったのちに前記コアネットワーク(20)からの新セキュリティパラメータを受信する手段と、
をさらに備えたことを特徴とする無線アクセスネットワーク。
【請求項４０】
前記セキュリティパラメータが暗号化鍵を備える請求項３９に記載の無線アクセスネットワーク。
【請求項４１】
前記セキュリティパラメータが完全性鍵を備える請求項３９に記載の無線アクセスネットワーク。
【請求項４２】
前記セキュリティパラメータが完全性アルゴリズムと暗号化アルゴリズムのいずれか一つを備える請求項３９に記載の無線アクセスネットワーク。
【請求項４３】
ユニバーサル携帯電話サービスと共に使用するユニバーサル無線アクセスネットワークを備える請求項３９に記載の無線アクセスネットワーク。
【請求項４４】
コアネットワーク(20)と、無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)にわたる無線有効範囲をそれぞれ提供する複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)とを有し、前記複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)がそれぞれ前記コアネットワーク(20)に接続されると共に無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と基地局(14a, 14b)とを有する移動通信システムにおける移動局(12)であって、
前記移動局(12)の固有識別子と前記移動局(12)に記憶された認証アルゴリズムとを有するデータベースと、
セキュリティ動作障害による前記移動局(12)と前記無線アクセスネットワーク(5a, 5b)間の通信障害が前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)によって検出されたのちに、前記無線アクセスネットワーク (5a, 5b)を介して、前記コアネットワーク(20)からの認証呼掛けコマンドを受信する手段であって、前記認証呼掛けが、結果を生成するために前記移動局(12)のデータベース中の固有識別子を用いて認証アルゴリズムを実行するためのコマンドを含み、前記セキュリティ動作障害が前記移動局(12)と前記コアネットワーク(20)との間の通信を妨げる、呼掛けコマンドを受信する手段と、
前記認証呼掛けを受信したことに応答して前記認証アルゴリズムと前記固有識別子とを用いて前記認証呼掛けを実行すると共に、前記認証呼掛けの結果を生成する手段と、
前記コアネットワークによる前記移動局の認証のために、前記認証呼掛けの結果を前記無線アクセスネットワークを介して、前記コアネットワークに送信する手段と、
を備えたことを特徴とする移動局。
【請求項４５】
ユニバーサル携帯電話サービスと共に使用するためのユニバーサル移動局を備える請求項４４に記載の移動局。
【請求項４６】
無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)にわたって無線有効範囲をそれぞれ提供すると共にそれぞれ無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と基地局(14a, 14b)とを有する複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)に接続されたコアネットワーク(20)を有する移動通信システムにおける移動通信サービスと共に使用されるセキュリティ手順において、
(a)  移動局(12)が位置する前記無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)内の無線有効範囲を制御する前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と前記移動局(12)との間の、セキュリティ動作障害による通信障害を検出するステップと、
(b)  前記移動局(12)の認証を行うために前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの要求を前記コアネットワーク(20)に送信するステップと、
(c)  前記通信障害の原因表示を前記要求と共に送信するステップと、
(d)  前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの要求に応答して、前記コアネットワーク(20)と前記移動局(12)との間で認証手順を行うステップと、
を備えたことを特徴とするセキュリティ手順。
【請求項４７】
無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)にわたって無線有効範囲をそれぞれ提供すると共にそれぞれ無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と基地局(14a, 14b)とを有する複数の無線アクセスネットワーク(5a, 5b)に接続されたコアネットワーク(20)を有する移動通信システムにおける移動通信サービスと共に使用されるセキュリティ手順において、
(a)  移動局(12)が位置する前記無線アクセスネットワーク領域(1a, 1b)内の無線有効範囲を制御する前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)と前記移動局(12)との間の、セキュリティ動作障害による通信障害を検出すると共に、前記通信障害が、一つの無線アクセスネットワーク領域から他の無線アクセスネットワーク領域へ前記移動局の移動中に失敗した完全性チェックから生じたかどうかを判定するステップと、
(b)  前記移動局(12)の認証を行うために前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの要求を前記コアネットワーク(20)に送信するステップと、
(c)  前記無線ネットワーク制御装置(10a, 10b)からの要求に応答して、前記コアネットワーク(20)と前記移動局(12)との間で認証手順を行うステップと、
を備えたことを特徴とするセキュリティ手順。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の背景〕
（１．発明の分野）
本発明は、ユニバーサル携帯電話サービス(UMTS)におけるセキュリティ手順であって、完全性チェックの障害または暗号化の障害などのセキュリティに関する移動局(MS)と無線ネットワーク制御装置(RNC)間の通信障害を検出した場合に実行されるセキュリティ手順に関する。
【０００２】
（２．従来の技術）
ユニバーサル携帯電話サービス(UMTS)は、加入者に切れ目のないサービスを提供することを目的とした、多くのネットワークを越えて使用可能な第3世代の移動通信システムのためのネットワーク・プラットフォームである。一般に、UMTSシステムは複数のユニバーサル無線アクセスネットワーク(URAN)に接続されたコアネットワーク(CN)を備えている。CNは、二つの部分で構成される。一つは、回線交換トラフィックのための部分（例えば、移動交換局(MSC)とビジタ位置レジスタ(VLR)）であり、二つは、パケット交換トラフィックのための部分（例えば、在圏GPRSサポートノード(SGSN)）である。各URANは、URAN領域(URA)という所定の地理領域にわたる無線有効範囲を提供する。この有効範囲を提供するために、各URANは、少なくとも一つの基地局(BS)を制御する無線ネットワーク制御装置(RNC)を備えている。RNCは他のRNCと相互接続されて交換動作と移動管理を行う。CNは全ての他の形式のネットワークと接続されて、加入者に切れ目のないサービスを提供する。
【０００３】
一つのURA（旧URAと呼ぶ）から新URAへのMSの移動によって、新URAのRNCがURA更新を開始するので、必要なときにMSと連絡することができる。URA更新を開始するMSが確実に有効なユーザであることがネットワーク運用者にとって重要である。その妥当性確認には、RNCが、RNCとMS間のパケット通信の認証である完全性チェック(integrity check)を行うことが含まれる。
【０００４】
各MS（UMTS機器(UE)とも言う）は、データベースファイルと実行可能ファイルを内蔵する加入者識別モジュール(SIM)カードを備えている。SIMカードは、そのデータベースの中に、国際移動加入者識別子(IMSI)と、MSの現在地に関する位置情報と、完全性鍵IKと、他のセキュリティ情報および管理情報とを内蔵している。位置情報は、ハンドセットが完全に不使用状態にあり、MSが一つのURAから他のURAに移動するときに、各呼の終了後にSIMカード上で更新される。位置情報は、仮移動加入者識別子(TMSI)、パケットTMSI(PTMSI)、または無線ネットワーク仮識別子(RNTI)として知られている、各URA内で用いられる仮匿名識別子を含んでいる。TMSIまたは他の仮識別子が、具体的なMSを識別するIMSIを用いる代わりに匿名識別子を提供するためのセキュリティ手段として用いられる。更なるセキュリティ手段として、MSとURAN間の通信が暗号機能鍵(encryption key)を用いて暗号化される。暗号機能鍵は、普通、認証センタ(AuC)またはホーム位置レジスタ(HLR)に記憶されている暗号化鍵(ciphering key)CKである。UMTSシステムにおける従来技術の完全性チェックを、図5を参照して説明する。この完全性チェックは、MSがCOUNTパラメータをRNCに送ることによって無線資源接続(RRC)の確立を開始する（ステップ１）ときに、開始される。このCOUNTは、10ms毎に無線リンクの両側で増やされる時間従属値である。ユーザは、前回使用したCOUNTパラメータを記憶し、それを１だけ増やして、COUNT値が同じ完全性キーIKと共に再使用されないようにする。
【０００５】
RNCは受け取ったCOUNTパラメータを記憶する（ステップ２）。それからMSが、例えば、位置更新要求、通信管理(CM)サービス要求、または経路制御領域更新要求などの初期L3メッセージを関連CNに送信する（ステップ３）。初期L３メッセージは、関連する移動管理(MM)情報と、たとえば上述したような仮識別子を用いたMS識別子と、MSによってサポートされるUMTS完全性アルゴリズム(UIA)およびUMTS暗号化アルゴリズム(UEA)についての情報を有するMS分類記号(classmark)IEと、CN領域のため前回認証時にそのCNによって割り当てられた番号である鍵セット識別子KSIとを含む。
【０００６】
MSがこの情報を全て転送した後、パケットの認証と、完全性鍵IKおよび暗号化鍵CKなどの新セキュリティ鍵の生成とが行われる（ステップ４）。新KSIもその後に割り当てられる。従って、この認証手順を用いて、ユーザによって送信された情報パケットを認証するのに加えて、IKとCKを変更する。
【０００７】
パケット認証を行うために、CNは、用いることを許されたUIAとUEAを選択する。CNは、RANAPメッセージ「セキュリティモードコマンド」をRNCに送ることによって、完全性チェック（暗号化更新も可能）を開始する（ステップ６）。このメッセージは、使用を許可されたUIAとIKを含んでいる。それはまた、暗号更新が要求されるならば、使用を許可されたUEAとCKを含むことができる。このメッセージは、またRNCを通ってMSに透過的に送信されるUE分類記号IEも含んでいる。
【０００８】
RNCは、使用を許可されたUIAとUEAのいずれを使うべきかを決定し、ランダム値FRESHを生成し、ダウンリンク完全性保護を開始する（ステップ７）。RNCはそれから、ランダム呼掛けRAND、および、ネットワーク認証のための認証トークンAUTNを含むRRCメッセージ「セキュリティ制御コマンド」を発生する。このメッセージはまた、UE分類記号IEと、UIAと、ランダム値FRESHとを含んでいる。暗号化更新が行われるならば、使用すべきUEAと、暗号の開始に関連する追加情報も含むことができる。この時点で、それぞれ自分自身のIKを持った二つのCNが存在する。従って、ネットワークはどのIKを使うべきかを示さなければならない。このことは、「セキュリティ制御コマンド」メッセージ内にCNタイプ指示情報を含むことによって達成される。「セキュリティ制御コマンド」メッセージをMSに送る前に、RNCはMAC-I（完全性のためのメッセージ認証コード）を発生し、この情報をそのメッセージに添付する。
【０００９】
MAC-Iを有するRAND AUTNを含む「セキュリティ制御コマンド」メッセージを受けると、MSは、RNCから受け取ったUE分類記号IEが初期L3メッセージで送られたUE分類記号IEと等しいことを検証したのち、指示されたUIAと、記憶されたCOUNTと、受け取ったFRESHパラメータとを用いて受け取られたメッセージに基いてXMAC-Iを算出する。UEはそれから、受け取ったMAC-Iを、生成したXMAC-Iと比較して、メッセージのデータ完全性を検証する（ステップ９）。ステップ９が成功すれば、MSは、RRCメッセージ「セキュリティ制御応答」(RES)を算出し、このメッセージのための第2の MAC-Iを生成する。MSはそれから、第2のMAC-Iを有する「セキュリティ制御応答」をRNCに送信する（ステップ１０）。
【００１０】
RESメッセージを受け取ると、RNCは、UIAへの入力としてRESに基いて第2のXMAC-Iを算出する。RNCはそれから、受け取った第2のMAC-Iを、生成した第2のXMAC-Iと比較して、メッセージのデータ完全性を検証する（ステップ１１）。データ完全性がステップ１１で検証されると、RNCは、RANAP「セキュリティモード終了」メッセージをCNに送信して、完全性手順を終了する（ステップ１２）。
【００１１】
MSへのステップ６での「セキュリティモードコマンド」によってダウンリンク完全性保護が開始される。すなわち、MSに送られるそのあとの全てのメッセージは完全に保護される。MSによって送信される「セキュリティモード応答」によってアップリンク完全性保護が開始される。すなわち、MSから送られるそのあとの全てのメッセージは完全に保護される。
【００１２】
上述の完全性チェックが失敗するか、暗号化の復号が失敗することによって通信障害が生じると、RNCは何をしてよいかわからず（MSの認証手順を実行できないので）、MSは切断される。これが生じる理由の一つは、有効なMSの暗号化鍵CKまたは完全性鍵IKが、RNCに記憶されている暗号化鍵または完全性鍵IKと合致しないことである。この状態はまた、無線リンクが壊れ、再開したときにあらわれる。この場合には、セキュリティのために、RNCまたはMSが古い暗号化鍵CKまたは完全性鍵IKを用いて通信するのが防止される。MSはこの場合に自動的に更新されないので、不一致が生じる。RNCが、（繰り返し起こる）完全性チェック障害の場合に、単に接続を開放するだけならば、悪意のあるユーザが偽パケットを送って有効なユーザの接続を中断させることができることに注意することは重要である。従って、有効なMSが上記状態においてシステムにアクセスできるように、UMTSと共に用いるセキュリティ手順が要求される。
移動通信用グローバルシステム（GSM）の仕様書は、アルゴリズムA3と呼ばれる認証手順を規定しており、これは、ETSI TS 100 929 GSM 03.20 バージョン 6.1.0 (1999-7), ディジタルセルラ電気通信システム （フェーズ  ２+）；セキュリティ関連ネットワーク機能、EN 300 940 GSM 04.08 バージョン 6.3.1 (1998-08), ディジタルセルラ電気通信システム （フェーズ  ２+）；移動無線インタフェース  レイヤ３規格、およびMoulyほか、移動通信用GSMシステム（第7章、432〜498頁）に記載されている。A3アルゴリズムは完全性鍵Kiを使用している。GSMでは、完全性鍵は各移動局に固有である。しかしながらUMTSでは、MSの完全性鍵IKと暗号化鍵CKの両方とも変更してもよい。
【００１３】
〔発明の概要〕
本発明の目的は、ユニバーサル無線アクセスネットワーク(URAN)の無線ネットワーク制御装置(RNC)によって通信障害が検出された場合に、コアネットワーク(CN)によって、移動局(MS)の認証と、新完全性鍵(IK)及び／又は新暗号化鍵(CK) を起動するための、ユニバーサル移動電話サービス(UMTS)と共に使用するためのセキュリティ手順を提供することにある。
【００１４】
この目的は、それぞれURAN領域(URA)にわたって無線有効範囲を提供する複数のURANに接続されたコアネットワーク(CN)を有するUMTS通信システムと共に使用するためのセキュリティ手順によって達成される。複数のURANの各々はRNCと基地局(BS)を有している。セキュリティ手順は、RNCがMSとRNC間の通信障害を検出したときに開始される。それからRNCは、検出した通信障害がMS認証を必要とするかどうかを判定する。認証が必要ならば、CNはCNとMS間の認証手順を実行してMSを認証し、オプションとして完全性鍵IKと暗号化鍵CKを変更する。
【００１５】
この目的はまた、URAの無線有効範囲を提供する複数のURANそれぞれに接続されたコアネットワーク(CN)を有するUMTS通信システムと共に使用するためのセキュリティ手順によって達成される。複数のURANの各々はRNCとBSを有している。このセキュリティ手順は、MSとRNC間の通信障害をRNCによって検出するステップを備えている。RNCはそのあとCNに要求を送信してMSの認証を行う。この要求は、障害（すなわち、「完全性チェック障害」）を記載した原因パラメータを含むのが好ましい。CNはRNCからの要求を受け取ったのちMSの認証を行う。
【００１６】
もしMSの認証が失敗すれば、CNはRNCにそのことを示す。もし認証が成功すれば、CNは、例えば、「セキュリティモードコマンド」メッセージを用いて、RNCに新セキュリティパラメータを示す。更に、CNは、認証手順を使って他のセキュリティパラメータを変更することができる。例えば、「完全性チェック障害」に応じて、UMTS完全性アルゴリズム(UIA)を変更することができる。
【００１７】
本発明を特色付ける新規性の種々の特徴が、本開示に添付されかつその一部分を形成する請求項の中の詳細記述によって示されている。本発明と、その動作利点と、その使用によって達成される具体的な目的とを更に理解するために、本発明の実施態様を図示し説明した図面および記述内容が参照されなければならない。図面において、いくつかの図を通して同一参照文字は同一要素を表している。
【００１８】
〔実施態様の詳細な説明〕
ユニバーサル移動電話サービス(UMTS)は、加入者に種々のサービスへの切れ目のない接続を提供することを目的とした第3世代の移動通信システムのためのネットワーク・プラットフォームである。種々のネットワークは、例えば、携帯電話サービス、ポケベルと携帯電話などのためのショート・テキスト・メッセージ・サービス、一般パケット無線サービス(GPRS)、および、インターネット・アクセス・サービス、e-mailサービス、ファックス送信、および遠隔地コンピュータをアクセスするためのサービスなどの他のデータサービスを備えることができる。
【００１９】
図1は、第1ユニバーサル無線アクセスネットワーク(URAN) 5aと第2URAN 5bに接続されたコアネットワーク20を示す。第1、第2URAN 5a,5bはそれぞれ、URAN領域(URA) 1a,1bとコアネットワーク20間の無線関連アクセスを提供する。第1URAN 5aは、第1無線ネットワーク制御装置(RNC) 10aと、関連URA 1a内の移動局(MS)12の移動性(mobility)を監視する第1基地局(BS) 14aを備えている。MSは、例えば、携帯電話、ポケベル、コンピュータ、またはURANからの信号を受信することができる他の同様の装置を備えている。第2URANは、第2RNC 10bと、第2URA 1bを監視するための第2BS 14bを備えている。RNC 10a,10bはそれぞれBS 14a,14bを制御するために接続されている。一般に、RNCは一つ以上のBSを接続することができ、各URANは一つ以上のRNCを有することができる。URAN 5a,5bは、MS 12の移動を監視し、URA 1a,1bのいずれかのMS 12に着信呼またはメッセージを配信するため、あるいはMS 12を望ましいサービスまたはネットワークに接続するために必要な資源を管理する。
【００２０】
MSが、一つのURAから他のURAへ、例えば、第1（旧）URA 1aから第2（新）URA 1bへ移動したときに、新URAN 5bとコアネットワーク 20が、MS 12のために必要な上記機能をサポートするのに必要な正しい情報を持つために、新URAN 5b内のRNC 10bがURA更新を行わなければならない。URA更新を開始するMSが有効であることを確かめるために、新URANのRNC 10bは完全性チェックを実行する。
【００２１】
本発明のセキュリティ手順は、例えばこの完全性チェックが障害であるといった通信障害に応じて実行される。通信障害は、MSによって供給されたセキュリティ署名とRNCが旧RNCから受信した署名との間の不一致による結果であるか、又は、RNCがMSを理解しない、すなわち、暗号機能鍵（暗号化鍵及び／又は完全性鍵）が相違している場合に起こるかのいずれかである。完全性チェックは繰り返し失敗することがあり得るので、もし、新RNCが、前のRNCによって使用されたUNTS完全性アルゴリズム(UIA)及び／又はUMTS暗号化アルゴリズム(UEA)をサポートしていないならば、通信障害が繰り返し生じ、従って、MSとの通信ができなくなる。また、セキュリティ手順は一つのURAから他のURAへのMSの移動とは無関係に行うこともできる。例えば、通信障害はRNCとMS間の無線リンクの中断を含む。もしRNCとMS間の無線リンクが中断され、再開されたならば、セキュリティのためにRNCが暗号機能鍵を使わないようにすることができる。更に、通信障害は、RNCが軽いセキュリティ手順としての完全性チェックフィールドのみを含む認証要求を送信する長いデータ転送（ユーザデータがセキュリティチェックされない呼び出しなど）の間にRNCとMSの間で行われる周期的な認証の間に生じることもある。
【００２２】
図2と図3において、ステップ１００で新URANのRNCが通信障害を検出したときに本発明の手順が始まる。通信障害（すなわち完全性チェック障害）は、まず最初にRNCまたはMS内で発生する。もし通信障害がMS内で発生すると、MSはそのことをRNCに知らせ、RNCが障害を検出する。しかしながら、RNCは「MS障害」などの具体的な原因を挙げてこの障害をCNに報告することができる。通信障害を検出した後、RNCは通信障害のタイプを判定し、CNに対する要求と共に原因の表示を含む通信障害メッセージをCNに送信し、本発明のセキュリティチェックを実行する（ステップ１１０）。CNはそれからMSの認証が必要かどうかを決定する（ステップ１２０）。障害が持続性障害ならば認証は必要ない。例えば、MSの認証が最近、所定の時間枠内といった間に成功裏に行われ、かつ障害が持続しているのであれば、解決策はMSを切り離すことである（ステップ２１０）。代りの実施態様においては、ステップ１２０を飛ばして、セキュリティがステップ１１０で要求されるたび毎に認証を自動的に実行することができる。
【００２３】
CNは、通信障害の原因から、新認証ベクトル鍵などの新セキュリティパラメータが必要かどうかを判定する（ステップ１３０）。ステップ１３０で新セキュリティパラメータが必要であると判定すると、CNは、認証ベクトル鍵（すなわち、完全性鍵IK及び／又は暗号化鍵CK）を、ステップ１３０の間に、未使用認証ベクトル鍵の記憶装置から供給する。もしCNがもはや未使用認証ベクトル鍵を持っていないならば、CNは認証センタ(AuC)またはHLRからの新しい認証ベクトル鍵を要求することができる。また、CNは、通信障害の原因から、RNCがMSによって使用されるUIAまたはUEAをサポートできないことを決定することができる。その場合、CNは許可された新UIA及び／又は新UEAを選択して、それをセキュリティモードコマンドで、RNCに送信する。
【００２４】
図4においても、CNは認証手順１４０を以下の通り実行する。この認証ステップは、AuCから呼掛け(challenge)と結果を受信するステップ１４２を含む。呼掛けメッセージは、もし新セキュリティパラメータが生成されたならば、ステップ１３０で生成されたセキュリティパラメータを含むことができる。CNはMSに呼掛けを送信する（ステップ１５０）。呼掛けに応答して、MSはMSが知っている固有の識別子を使い、それをアルゴリズムに適用して結果を生成しなければならない（ステップ１６０）。MSによって生成された呼掛けの結果はMSからCNに送信され（ステップ１７０）、CNはMSからの結果をAuCからの結果と比較する（ステップ１８０）。結果が合致すると、CNは、「セキュリティモードコマンド」メッセージを介して、RNCに肯定応答を送信する（ステップ１９０）。「セキュリティモードコマンド」メッセージは、RNCを更新するための認証の間に生成された新セキュリティパラメータと、可能であれば新UIA及び／又は新UEAを含んでいる。もしMSが認証されないならば、すなわち、結果が合致しないならば、CNは「認証拒絶」をMSに送信する（ステップ２００）。認証障害は、要求セキュリティチェックに対する応答を介してRNCに示される（ステップ１９０）。しかし、MSは有効なMSではなかったので、有効なユーザに関するパラメータはRNCの中で消去されない。前記手順を実行後、通信障害が発生した手順を試みることができる。
【００２５】
本発明は、例示された上述の実施態様に限定されないのみならず、添付の請求項によって規定される保護の範囲内で種々の方法で変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  UMTSの基本部分を示す概要図を示す図である。
【図２】  本発明の一実施態様のセキュリティ手順の信号フローチャートを示す図である。
【図３】  本発明の一実施態様のセキュリティ手順のフローチャートを示す図である。
【図４】  図2のセキュリティ手順の認証部分のフローチャートを示す図である。
【図５】  UMTSシステムの完全性チェックの信号フローチャートを示す図である。
【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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