(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理回路を含む鍵変換システムにおいて用いられる、第１の通信システムのための第１の鍵値（ＫＥＹ１）を第２の通信システムのための第２の鍵値（ＫＥＹ２）に変換する方法であって、
第１のランダム関数（ｆ）を用いて前記第１の鍵値（ＫＥＹ１）の少なくとも一部から第１の中間値（Ｒ）を前記処理回路が生成するステップと、
第２の値を生成するために、前記第１の中間値（Ｒ）の少なくとも一部を第２のランダム関数（ｈ）に前記処理回路が与えるステップと、
第２の中間値（Ｔ）を生成するために、前記第１の鍵値（ＫＥＹ１）の少なくとも一部と、前記第２の値の少なくとも一部とについての排他的論理和を前記処理回路が実行するステップと、
第３の値を生成するために、前記第２の中間値（Ｔ）の少なくとも一部を第３のランダム関数（ｇ）に前記処理回路が与えるステップと、
前記第３の値の少なくとも一部と、前記第１の中間値（Ｒ）の少なくとも一部とについての排他的論理和を前記処理回路が実行することにより、前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）の少なくとも第１の部分を前記処理回路が生成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）の少なくとも第２の部分として、前記第２の中間値（Ｔ）の少なくとも一部を生成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の中間値（Ｒ）を生成する前記ステップは、
ｎ−ｍビットの前記第１の中間値（Ｒ）を生成するために、ｍビットの前記第１の鍵値（ＫＥＹ１）を第１のランダム関数（ｆ）に前記処理回路が与えるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の中間値（Ｒ）の少なくとも一部を第２のランダム関数（ｈ）に与える前記ステップと、前記第１の鍵値（ＫＥＹ１）の少なくとも一部と前記第２の値の少なくとも一部とについての排他的論理和を実行する前記ステップとは、
ｍビットの第２の値を生成するために、前記ｎ−ｍビットの第１の中間値（Ｒ）を第２のランダム関数（ｈ）に前記処理回路が与えるステップと、
ｍビットを有する前記第２の中間値（Ｔ）を生成するために、前記ｍビットの第１の鍵値（ＫＥＹ１）と前記ｍビットの第２の値とについての排他的論理和を前記処理回路が実行するステップとを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の中間値（Ｔ）の少なくとも一部を第３のランダム関数（ｇ）に与える前記ステップと、前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）の少なくとも第１の部分を生成する前記ステップとは、
ｎ−ｍビットの第３の値を生成するために、前記ｍビットの第２の中間値（Ｔ）を第３のランダム関数（ｇ）に前記処理回路が与えるステップと、
前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）のｎ−ｍビットの部分（Ｖ）を生成するために、前記ｎ−ｍビットの第３の値と、前記ｎ−ｍビットの第１の中間値（Ｒ）とについての排他的論理和を前記処理回路が実行するステップとを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ｎビットを有する前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）のｍビットの第２の部分として、前記ｍビットの第２の中間値（Ｔ）を前記処理回路が与えるステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第３の値を生成するために、前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）の前記第２の部分（Ｔ）を、前記第３のランダム関数（ｇ）に前記処理回路が与えるステップと、
前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）の前記第１の部分（Ｖ）と、前記第３の値との排他的論理和をとることにより、前記第１の中間値（Ｒ）を前記処理回路が生成するステップとを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の中間値（Ｒ）から前記第２の値を生成するために、前記第２のランダム関数（ｈ）を前記処理回路が用いるステップと、
前記第２の値と、前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）の前記第２の部分（Ｔ）との排他的論理和を前記処理回路がとることにより、前記第１の鍵値の少なくとも一部を前記処理回路が生成するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第１の通信システムのための第１の鍵値（ＫＥＹ１）を第２の通信システムのための第２の鍵値（ＫＥＹ２）に変換するための鍵変換システムであって、
第１のランダム関数（ｆ）を用いて、前記第１の鍵値（ＫＥＹ１）の少なくとも一部から第１の中間値（Ｒ）を生成するように構成され、前記第１の中間値（Ｒ）の少なくとも一部を第２のランダム関数（ｈ）に与えて第２の値を生成するように構成され、前記第１の鍵値（ＫＥＹ１）の少なくとも一部と前記第２の値の少なくとも一部とについての排他的論理和を実行して第２の中間値（Ｔ）を生成するように構成され、前記第２の中間値（Ｔ）の少なくとも一部を第３のランダム関数（ｇ）に与えて第３の値を生成するように構成され、さらに、前記第３の値の少なくとも一部と前記第１の中間値（Ｒ）の少なくとも一部との排他的論理和をとることにより前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）の少なくとも第１の部分を生成するように構成される処理回路を含むことを特徴とする鍵変換システム。
【請求項１０】
前記処理回路はさらに、前記第２の鍵値（ＫＥＹ２）の少なくとも第２の部分として、前記第２の中間値（Ｔ）の少なくとも一部を生成するように構成されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は通信に関し、より具体的には、無線ユニットが第１の通信システムと第２の通信システムとの間でローミングする際の、第１および第２の通信システムのための鍵の変換に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、地理的なエリア１４および１６内にそれぞれ位置する無線ユニット（たとえば、無線ユニット１２ａ〜ｃ）に無線通信サービスを提供する第１および第２の無線通信システムの概略図である。移動体交換局（たとえば、ＭＳＣ２０および２４）は、特に、無線ユニット間の呼、無線ユニットと有線ユニット（たとえば、有線ユニット２５）との間の呼、および／または無線ユニットと、インターネットのようなパケットデータ網（ＰＤＮ）との間の接続を確立し、かつ維持するための役割を担う。そのような場合に、ＭＳＣは、その地理的なエリア内にいる無線ユニットを、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）２８および／またはパケットデータ網（ＰＤＮ）２９と相互に接続する。ＭＳＣによってサービスを提供される地理的なエリアは、「セル」と呼ばれる空間的に個別のエリアに分割される。図１に示されるように、各セルは、蜂の巣状のパターン内の１つの六角形によって概略的に表される。しかしながら、実際には、各セルは、セルを包囲する土地の地形に応じて不規則な形状を有する。
【０００３】
典型的には、各セルは、無線機とアンテナとを備える基地局（たとえば、基地局２２ａ〜ｅおよび２６ａ〜ｅ）を含み、基地局はそれを用いて、そのセル内の無線ユニットと通信を行う。また基地局は、基地局が地理的なエリア内のＭＳＣと通信するために用いる伝送装置も備える。たとえば、ＭＳＣ２０は、地理的なエリア１４内の基地局２２ａ〜ｅに接続され、ＭＳＣ２４は、地理的なエリア１６内の基地局２６ａ〜ｅに接続される。地理的なエリア内では、無線ユニットがセル間を移動する、すなわち呼をハンドオフするのに応じて、ＭＳＣは基地局間でリアルタイムに呼を切り替える。実施形態によっては、基地局コントローラ（ＢＳＣ）として、いくつかの基地局に接続されるか、あるいは各基地局に配置され、その基地局のための無線リソースを管理し、かつＭＳＣに情報を中継する個別の基地局コントローラ（ＢＳＣ）（図示せず）を用いることができる。
【０００４】
ＭＳＣ２０および２４は、「Cellular Radiotelecommunications Intersystem Operations」（１９９７年１２月、「ＩＳ−４１」）というタイトルのＴＩＡ／ＥＩＡ−４１−Ｄとして規定される標準規格に準拠するシグナリングネットワークのような、シグナリングネットワーク３２を用いており、そのネットワークによって、各地理的なエリア１４および１６内でローミングしている無線ユニットについての情報を交換できるようになる。たとえば、無線ユニット１２ａが、最初に割り当てられたＭＳＣ２０（たとえば、ホームＭＳＣ）の地理的なエリア１４から離れる際に、無線ユニット１２ａはローミング状態になる。ローミング中の無線ユニットが呼を確実に受信できるようにするために、ローミング無線ユニット１２ａは、自分の存在をビジターＭＳＣ２４に知らせることにより、現時点で自分が在圏しているＭＳＣ２４（ビジターＭＳＣ）で登録を行う。一旦、ビジターＭＳＣ２４によってローミング中の無線ユニット１２ａが識別されたなら、ビジターＭＳＣ２４は、シグナリングネットワーク３２を介して、ホームＭＳＣ２０に登録要求を送信し、ホームＭＳＣ２０は、そのビジターＭＳＣ２４の識別情報を用いて、ホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）と呼ばれるデータベース３４を更新し、それにより、ローミング中の無線ユニット１２ａの位置がホームＭＳＣ２０に提供される。
【０００５】
ローミング中の無線ユニットが認証された後、ホームＭＳＣ２０はビジターＭＳＣ２４に、コールウエイティング、発信者番号通知、着信転送、三者通話、国際通話のような、ローミング中の無線ユニットが利用できる機能を指示する顧客プロファイルを提供する。顧客プロファイルを受信すると、ビジターＭＳＣ２４は、ビジターロケーションレジスタ（ＶＬＲ）と呼ばれるデータベース３６を更新し、ホームＭＳＣ２０と同じ機能を提供する。ＨＬＲ、ＶＬＲおよび／または認証局（ＡＣ）は、ＭＳＣと同じ場所に配置されることができるか、あるいはリモートでアクセスされることができる。
【０００６】
無線ユニットが、異なる無線通信標準規格を用いる無線通信システム間でローミングしている場合には、異なる無線通信システムにおいて、無線ユニットに同じ機能およびサービスを提供することは、実現可能ではあるが、複雑になる。現在、米国、欧州および日本では、異なる無線通信標準規格が用いられている。現在、米国は、異なる標準規格を用いる２つの無線通信システムを主に用いている。第１のシステムは、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムであり、ＩＳ−１３６として知られる標準規格によって規定されている。第２のシステムは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムであり、ＩＳ−９５として知られる標準規格によって規定される。いずれの通信システムとも、システム間メッセージ伝送のために、認証手順を規定するＩＳ−４１として知られる標準規格を用いる。
【０００７】
ＴＤＭＡシステムでは、ユーザは周波数帯を共有し、各ユーザの音声は、ユーザを区別するように制御されたタイムスロットを用いて、高速パケットとして格納され、圧縮され、かつ伝送される。それゆえ「時分割」と呼ばれる。受信機側では、そのパケットの圧縮が解除される。ＩＳ−１３６プロトコルでは、３人のユーザが所与の搬送波周波数を共有する。対照的に、ＣＤＭＡシステムは、固有の符号を用いて、広い領域のスペクトルにわたって信号を「拡散」し（それゆえ、別名、スペクトル拡散と呼ばれる）、受信機は同じ符号を用いて、雑音から信号を再生する。極端に低い電力の信号の場合でも、非常に耐雑音性の、確実なチャネルを確立することができる。さらに、異なる符号を用いることにより、多数の異なるチャネルが、互いに干渉することなく、同時に同じ搬送波信号を共有することができる。ＣＤＭＡおよびＴＤＭＡはいずれも、ユーザ情報のプライバシーあるいは秘密性のために異なる要件を有する第２世代（２Ｇ）および第３世代（３Ｇ）フェーズの場合に規定されている。
【０００８】
欧州は、欧州電気通信標準化機構（ＥＴＳＩ）によって規定されるような移動体のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）ネットワークを用いる。ＧＳＭはＴＤＭＡ標準規格であり、８人のユーザが搬送波周波数を共有する。音声は２０ｍｓｅｃ窓で取り込まれ、サンプリングされ、処理され、かつ圧縮される。ＧＳＭは９００ＭＨｚ帯の搬送波上で伝送される。別のシステムは１．８ＧＨｚ帯で動作し（ＤＣＳ１８００）、付加的な容量を提供しており、それは、セルラーシステムではなく、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）の多くで頻繁に用いられている。同じように、米国でもＤＣＳ−１９００、すなわち１．９ＧＨｚの異なる搬送波上で動作する別のＧＳＭシステムが実施されている。パーソナルデジタルセルラー（ＰＤＣ）は日本の標準規格であり、以前にはＪＤＣ（日本デジタルセルラー）として知られていた。ＰＤＣは、ＩＳ−５４プロトコルとして知られている米国標準規格と同様のＴＤＭＡ標準規格である。
【０００９】
ＧＳＭネットワークは、クレジットカードサイズの着脱式のユーザ識別モジュール（ＵＩＭ）を用いており、そのモジュールは加入者が所有し、加入者はＵＩＭをＧＳＭハンドセットに挿入して、そのハンドセットを自分の電話として用いる。加入者の固有の電話番号がダイヤルされるときに呼出音が鳴動し、通話料はその加入者の口座に課金されるであろう。全てのオプションおよびサービスに接続することができ、ボイスメール等にも接続することができる。異なるＵＩＭを所持する加入者が１台の「物理的な」ハンドセットを共有し、それを、ＵＩＭ毎に１台の、いくつかの「仮想的な」ハンドセットに変えることができる。また、米国のシステムと同様に、ＧＳＭネットワークによれば、他の無線通信システムあるいはネットワークからの加入者を認識する（および受け入れる）ことに合意している種々のネットワーク事業者によって、無線ユニット（あるいはＵＩＭ）が移動する際に「ローミング」が可能になる。そこで、イギリスの加入者が、フランスあるいはドイツ国内をドライブしながら、ＧＳＭ無線ユニットを用いて（同じイギリスの電話番号で）発着呼することができ、それは、米国の無線通信システムの任意のシステムにおいて、米国のビジネスマンがボストン、マイアミあるいはシアトルで無線ユニットを用いることができるのと同じように簡単である。そのＧＳＭシステムは、第２世代（２Ｇ）システムとして規定される。
【００１０】
ＧＳＭセキュリティ方式の第３世代における改善は、ユニバーサル移動体電気通信サービス（ＵＭＴＳ）の一式の標準規格において、特に３ＧＰＰ  ＴＳ−３３．１０２「セキュリティアーキテクチャ」仕様書として特定される標準規格のセキュリティの場合に規定されている。わずかな変形方式を有するこのセキュリティ方式は、ＵＭＴＳ、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡを含む全ての３Ｇ通信システムのための世界的に共通のセキュリティ方式の基本方式として用いられるであろう。
【００１１】
２Ｇ  ＧＳＭ認証方式が図２に示される。この認証方式は、ホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）４０と、ビジターロケーションレジスタ（ＶＬＲ）５０と、ＵＩＭ６２を含む無線ユニットあるいは移動端末（ＭＴ）６０とを含む。移動端末６０が電話を掛けるとき、ホームロケーションレジスタ４０に要求が送信され、ホームロケーションレジスタ４０は、ルート鍵Ｋｉから、「トリプレット」（ＲＡＮＤ、ＳＲＥＳ、Ｋｃ）とも呼ばれる認証ベクトルＡＶを生成する。トリプレットはランダム数ＲＡＮＤと、符号付きの応答ＳＲＥＳと、セッション鍵Ｋｃとを含む。トリプレットはビジターロケーションレジスタ５０に与えられ、ビジターロケーションレジスタ５０はそのランダム数ＲＡＮＤを移動端末６０に渡す。ＵＩＭ６２はランダム数ＲＡＮＤを受信し、ルート鍵Ｋｉ、ランダム数ＲＡＮＤ、およびアルゴリズムＡ３を用いて、符号付きの応答ＳＲＥＳを計算する。また、ＵＩＭ６２は、ルート鍵Ｋｉ、ランダム数ＲＡＮＤ、およびアルゴリズムＡ８を用いて、セッション鍵Ｋｃも計算する。ＵＩＭ６２によって計算されたＳＲＥＳは、ビジターロケーションレジスタ５０に返送され、ビジターロケーションレジスタ５０は移動端末３０を用いる加入者を認証するために、ホームロケーションレジスタ４０から受信されたＳＲＥＳからの値と比較する。
【００１２】
ＧＳＭ「チャレンジ／応答」認証システムでは、ビジターロケーションレジスタ５０は、ＵＩＭ３２およびホームロケーションレジスタ４０によって保持されているルート鍵Ｋｉを受信することはない。またＶＬＲ５０は、ＨＬＲ４０およびＵＩＭ６２によって用いられる認証アルゴリズムを知る必要もない。また、ＧＳＭ認証方式では、トリプレットは、ホームロケーションレジスタ４０によって呼び出される全ての電話の場合に送信されなければならない。ＲＡＮＤは１２８ビットであり、ＳＲＥＳは３２ビットであり、Ｋｃは６４ビットであり、各要求の場合に２２４ビットのデータになり、著しいデータ負荷になる。この説明の主な焦点は、ユーザ情報の秘密性のために用いられる、６４ビット長Ｋｃセッション暗号化鍵である。通話中に、移動端末が別のサービス提供システムにローミングするとき、セッション鍵Ｋｃは、古いＶＬＲから新しいターゲットサービス提供システムに転送される。
【００１３】
図３は、２Ｇ  ＧＳＭ方式に対して改善されたＵＭＴＳセキュリティ方式を示す。ＧＳＭ方式と同様に、移動端末９０が電話を掛けるとき、ホームロケーションレジスタ７０に要求が送信され、ホームロケーションレジスタ７０は認証ベクトルＡＶを、トリプレットの３つの要素の代わりに５つの要素、それゆえ「クインタプレット」と呼ばれる要素を含むビジターロケーションレジスタ（ＶＬＲ）８０に送信する。このベクトルは、１２８ビットＲＡＮＤと、６４ビットＳＲＥＳと、ホームネットワークの認証サインおよび２つのセッションセキュリティ鍵を有するＡＵＴＮ値と、１２８ビット暗号化鍵ＣＫと、１２８ビット完全性確認（integrity）鍵ＩＫとを含む。これらのうちの後者の２つの鍵、ＣＫおよびＩＫがこの説明の焦点である。
【００１４】
そのベクトルはビジターロケーションレジスタ８０に与えられ、ビジターロケーションレジスタ８０は、ランダム数ＲＡＮＤおよびＡＵＴＮを移動端末に渡す。ＵＩＭ９２はランダム数ＲＡＮＤを受信し、ルート鍵Ｋｉと、ランダム数ＲＡＮＤと、所定のアルゴリズム関数とを用いて、ＡＵＴＭの妥当性を検査し、符号付の応答ＳＲＥＳを計算する。またＵＩＭ９２は、ルート鍵Ｋｉと、ランダム数ＲＡＮＤと、所定のアルゴリズム関数とを用いて、セッション鍵ＣＫおよびＩＫも計算する。ＵＩＭ９２によって計算されたＳＲＥＳは、ビジターロケーションレジスタ８０に返送され、ビジターロケーションレジスタ８０は、移動端末９０を用いる加入者を認証するために、ホームロケーションレジスタ７０から受信されたＳＲＥＳからの値と比較する。この説明の焦点は、１２８ビット長セッション暗号化鍵ＣＫと、１２８ビット長セッション完全性確認鍵ＩＫとにあり、それらは、ユーザ情報の秘密性と、セッション完全性の保護とのために用いられる。一旦、加入者が認証に成功したなら、ＶＬＲ８０は、この認証ベクトルにおいて受信されたＣＫおよびＩＫを有効にする。通話中に、移動端末が別のサービス提供システム内にローミングする場合には、ＣＫおよびＩＫは新しいターゲットサービス提供システムに送信される。
【００１５】
米国ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡシステムにおいて用いられる、２Ｇ  ＩＳ−４１認証方式が図４に示される。この認証方式は、ホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）１００と、ビジターロケーションレジスタ（ＶＬＲ）１１０と、ＵＩＭ１２２を含むことができる移送端末（ＭＴ）１２０とを含む。Ａ＿鍵として知られるルート鍵は、ＨＬＲ１００およびＵＩＭ１２２内にのみ格納される。共有秘密データＳＳＤとして知られる補助鍵が存在し、ローミング中にＶＬＲ１１０に送信される。ＳＳＤは、暗号作成アルゴリズムを用いてＡ＿鍵から生成される。ＳＳＤを生成するための手順は他でも記載されており、当業者には知られている。ＭＴ１２０が訪問先のネットワークにローミングするとき、ＶＬＲ１１０はＨＬＲ１００に認証要求を送信し、ＨＬＲ１００は、その加入者のＳＳＤを送信することにより応答する。一旦、ＶＬＲ１１０がそのＳＳＤを所持したなら、ＶＬＲ１１０は、ＨＬＲ１００とは無関係に、あるいは当業者に知られているようにＨＬＲ１００の支援を受けて、ＭＴ１２０を認証することができる。ＶＬＲ１１０はＭＴ１２０を介して、ランダム数ＲＡＮＤをＵＩＭ１２２に送信し、ＵＩＭ１２２はＲＡＮＤと、ＵＩＭ１２２に格納されたＳＳＤの値とを用いて、認証応答（ＡＵＴＨＲ）を計算する。ＡＵＴＨＲはＶＬＲ１１０に返送され、ＶＬＲ１１０は、同じようにして個別に計算されたＡＵＴＨＲの値に対して、そのＡＵＴＨＲを検査する。２つのＡＵＴＨＲ値が一致する場合には、ＭＴ１２０が公然と有効になる。このプロセスは、無線ユニットがそのシステムにアクセスしようとするとき、たとえば、発呼しようとするとき、あるいは着呼に対して応答するときに繰り返される。
【００１６】
これらの場合に、セッションセキュリティ鍵も生成される。セッションセキュリティ鍵を生成するために、認証計算が行われた後に、計算アルゴリズムの内部状態が保持される。その後、現在のＳＳＤの値を用いて、ＵＩＭ１２２およびＶＬＲ１１０によって、いくつかのセッションセキュリティ鍵が計算される。具体的には、５２０ビットの音声秘話マスク（ＶＰＭ）が計算され、それが、通話中にＴＤＭＡ音声データを盗聴されないために用いられる。このＶＰＭは、ＵＩＭおよびＶＬＲによって呼の開始時に導出され、移動端末が通話中に別のサービス提供システムにローミングする場合には、ＶＰＭは、ＶＬＲによって新しいサービス提供システムに送信される。呼が終了するとき、ＶＰＭは、ＵＩＭおよびサービス提供ＶＬＲの両方によって消去される。同様に、６４ビットシグナリングメッセージ暗号鍵（ＳＭＥＫＥＹ）が計算され、通話中にＴＤＭＡシグナリング情報を暗号化するために用いられる。このＳＭＥＫＥＹは、ＵＩＭおよびＶＬＲによって呼の開始時に導出され、移動端末が通話中に別のサービス提供システムにローミングする場合には、ＳＭＥＫＥＹは、ＶＬＲによって新しいサービス提供システムに送信される。呼が終了するとき、ＳＭＥＫＥＹは、ＵＩＭおよびサービス提供ＶＬＲの両方によって消去される。
【００１７】
２Ｇ  ＣＤＭＡ方式は類似の方法による鍵分配を用いるが、５２０ビットＶＰＭの代わりに、プライベートロングコードマスク（ＰＬＣＭ）への発生源として、ＶＰＭの４２最下位ビット（ＬＳＢ）を用いている。このＰＬＣＭは、拡散前の情報のための付加的なスクランブルマスクとして用いられる。４２ビットＰＬＣＭは通話中に不変であり、移動端末が別のサービス提供システムにローミングする場合には、ＶＬＲによって新しいサービス提供システムに送信される。ＳＭＥＫＥＹは、ＴＤＭＡ系の方式と同じように用いられる。
【００１８】
ＩＳ−４１  ３Ｇセキュリティ方式はＵＭＴＳセキュリティ方式を用いており、それは、ＵＩＭによって同じ鍵が計算される間に、１２８ビット暗号化鍵ＣＫおよび１２８ビット完全性確認鍵ＩＫが、訪問されたシステムのＶＬＲに給送されることに基づく。
【００１９】
無線ユニットが通信システム間でローミングする際の鍵変換は、セキュリティが低い２Ｇ方式およびアルゴリズムが混在し、侵入者によって鍵が部分的に再生される場合であっても、３Ｇセッション鍵が依然として同じセキュリティのレベルを保持することになるように実行されるべきである。そのような変換によって、加入者は、通信データのセキュリティおよび通信セッションの完全性を保持しながら、「広域にわたってローミング」できるようになるであろう。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、第１の通信システムの第１の鍵値から第２の通信システムの第２の鍵値に、決定論的に、かつ可逆的に変換するための鍵変換システムを提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
たとえば、その鍵変換システムは、第１のランダム関数を用いて、第１の鍵値の少なくとも一部から第１の中間値を生成する。第１の中間値の少なくとも一部は、第２の値を生成するために第２のランダム関数に与えられる。第１の鍵値の少なくとも一部と、第２の値の少なくとも一部とにおいて排他的論理和（ＸＯＲ）が実行され、第２の中間値が生成される。第２の中間値の少なくとも一部は、第３の値を生成するために第３のランダム関数に与えられる。第３の値の少なくとも一部と、第１の中間値の少なくとも一部とにおいて排他的論理和を実行することにより、鍵変換システムは第２の鍵値の少なくとも第１の部分を生成し、第２の鍵値の少なくとも第２の部分は第２の中間値として生成される。その鍵変換システムは、第１の鍵値を与えるとき、無線ユニットおよび無線通信システムが、情報を交換することを必要とすることなく、同じ第２の鍵値を決定することになるという点で決定論的である。
【００２２】
その鍵変換システムは、無線ユニットが第１の通信システムにハンドオフして戻る場合には、第２の通信システムの第２の鍵値が、第１の通信システムの第１の鍵値に変換して戻されるという点で可逆的、あるいは双方向的である。たとえば、鍵変換システムは、第２の鍵値の少なくとも第２の部分を第３のランダム関数に与え、第３の値を生成する。第２の鍵値の少なくとも第１の部分と、第３の値とにおいて、排他的論理和を実行することにより、第１の中間値が生成される。第２のランダム関数を用いて、鍵変換システムは、第１の中間値から第２の値を生成し、第２の値と、第２の鍵値の第２の部分とにおいて排他的論理和を実行することにより、第１の鍵値の少なくとも一部を生成する。鍵変換システムは、第２の鍵値のほとんど全てがわかっている場合であっても、第１の鍵値を容易には再生することができないので、改善されたセキュリティを提供する。同様に、第１の鍵値のほとんど全てがわかっている場合であっても、第２の鍵値は容易に再生されない。
【００２３】
本発明の他の態様および利点は、以下に記載される詳細な説明を読み、図面を参照すれば明らかになるであろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の原理にしたがった鍵変換システムの例示的な実施形態が以下に記載されており、それは、第１の通信システムと第２の通信システムとの間でローミングする無線ユニットのための改善された鍵変換を提供する。鍵変換システムは、第１の通信システムのｍビットの鍵値を、第２の通信システムのｎビットの鍵値に決定論的、かつ可逆的に変換する。ある実施形態では、その鍵変換システムは、３つのランダム関数ｆ、ｇおよびｈを用いる。ただし、ランダム関数ｆおよびｇは、ｍビット入力データ列を、ランダム数に類似しているｎ−ｍビットデータ列にマッピングし、ランダム関数ｈは、ｎ−ｍビットデータ列を、ランダム数に類似しているｍビットデータ列にマッピングする。ランダム関数は、入力を与えるときに、出力が予測不可能であり、ランダムに見えるように、入力を出力にマッピングする。以下に記載される実施形態では、ランダム関数はランダムオラクルであり、入力が与えられる度に、同じ出力にマッピングする。また、以下に記載される実施形態において、ランダム関数は既知である。たとえば、ランダム関数は、システム間ハンドオフに関わる無線通信システムと、無線ユニットとによって知られている。
【００２５】
その鍵変換システムは、ｍビット鍵値を与えるとき、無線ユニットおよび無線通信システムが、情報の交換を必要とすることなく、同じｎビット鍵値を決定することになる点で決定論的である。その鍵変換システムは、無線ユニットがハンドオフして第１の通信システムに戻る場合には、第２の通信システムのｎビット鍵が変換され、第１の通信システムのｍビット鍵に戻るという点で、可逆的あるいは双方向的である。鍵変換システムは、ｎビットの鍵値のほとんど全てがわかっている場合であっても、ｍビットの鍵値を容易には再生することができないので、改善されたセキュリティを提供する。同様に、ｍビットの鍵値のほとんど全てがわかっている場合であっても、ｎビットの鍵値は容易には再生されない。
【００２６】
その実施形態に応じて、無線ユニットが、古い通信システムと新しい通信システムとの間のように、２つの無線通信システム間でローミングする際に、安全で、決定論的で、しかも双方向的な鍵変換システムを提供することができる。たとえば、同じ参照番号が同様の構成要素を指示する場合、無線ユニットが２Ｇ  ＴＤＭＡシステムから３Ｇシステムにローミングする際に、図５のＩＳ−４１  ３Ｇセキュリティ方式は、ＶＬＲ８０および無線ユニット１２０（あるいは１２２）において、５２０ビットＶＰＭをＶＬＲ１１０から受信された６４ビットＳＭＥＫＥＹと組み合わせて、１２８ビットＣＫおよび／また１２８ビットＩＫに変換する。逆に、図６に示されるように、無線ユニットが３Ｇシステムから２Ｇ  ＴＤＭＡシステムにローミングする際に、ＩＳ−４１  ３Ｇセキュリティ方式は、ＶＬＲ８０および無線ユニット９０（あるいは９２）において、１２８ビットＣＫおよび／または１２８ビットＩＫを、６４ビットＳＭＥＫＥＹと組み合わせた５２０ビットＶＰＭに変換する。ＶＬＲ８０は、ＶＰＭおよびＳＭＥＫＥＹをＶＬＲ１１０に提供する。
【００２７】
図７に示されるように、無線ユニットが２Ｇ  ＣＤＭＡシステムから３Ｇシステムにローミングする際に、ＩＳ−４１  ３Ｇセキュリティ方式は、ＶＬＲ８０および無線ユニット１２０（あるいは１２２）において、４２ビットＰＬＣＭをＶＬＲ１１０から受信された６４ビットＳＭＥＫＥＹと組み合わせて、１２８ビットＣＫおよび／また１２８ビットＩＫに変換する。逆に、図８に示されるように、無線ユニットが３Ｇシステムから２Ｇ  ＣＤＭＡシステムにローミングする際に、ＩＳ−４１  ３Ｇセキュリティ方式は、ＶＬＲ８０および無線ユニット９０（あるいは９２）において、１２８ビットＣＫおよび／または１２８ビットＩＫを、６４ビットＳＭＥＫＥＹと組み合わせた４２ビットＰＬＣＭに変換する。ＶＬＲ８０は、ＰＬＣＭおよびＳＭＥＫＥＹをＶＬＲ１１０に提供する。
【００２８】
図９に示されるように、無線ユニットが２Ｇ  ＧＳＭシステムから３Ｇ  ＵＭＴＳシステムにローミングする際に、ＵＭＴＳ  ３Ｇセキュリティ方式は、ＶＬＲ８０および無線ユニット６０（あるいは６２）において、ＶＬＲ５０から受信された６４ビットＫｃを、１２８ビットＣＫおよび／また１２８ビットＩＫに変換する。逆に、図１０に示されるように、無線ユニットが３Ｇ  ＵＭＴＳシステムから２Ｇ  ＧＳＭシステムにローミングする際に、ＵＭＴＳ  ３Ｇセキュリティ方式は、ＶＬＲ８０および無線ユニット９０（あるいは９２）において、１２８ビットＣＫおよび／または１２８ビットＩＫを、６４ビットＫｃに変換する。ＶＬＲ８０は、ＫｃをＶＬＲ５０に提供する。
【００２９】
したがって、ある実施形態では、新しい３Ｇ通信システムのような、第１の通信システムにおいて、改善された加入者認証（ＥＳＡ）および改善された加入者プライバシー（ＥＳＰ）に対応する無線ユニットは、多数のプライバシーモードを実装し、古い２Ｇ  ＴＤＭＡ通信システムのような、第２の通信システムにおいて、無線ユニットが古いアルゴリズムを用いるプライバシーを提供できるようにする。そのような無線ユニットは、ＥＳＰに対応しない古い第２の通信システムの場合に、ＭＳＣへのシステム間ハンドオフの後に、他の形式のプライバシーを提供することができる。古い第２の通信システムへのハンドオフが必要とされるとき、鍵変換システムは、新しい第１の通信システムのための鍵値を、古い第２の通信システムが対応する古いプライバシーアルゴリズムのために必要とされる秘密鍵に変換することができる。第２の通信システムのための鍵は、第１の通信システムのＭＳＣから、第２の通信システムのターゲットＭＳＣに送信されることができる。鍵変換システムは決定論的であるため、無線ユニットも、本発明の鍵変換システムを用いる第１の通信システムと同じ変換を実行することにより、第２の通信システムのための鍵を有することになるであろう。
【００３０】
その鍵変換システムは、第１のシステムからの鍵を第２のシステムからの鍵にマッピングし、さらに再び元に戻す。たとえば、３Ｇ通信システムと２Ｇ  ＴＤＭＡシステムとの間でシステム間ハンドオフを実行する際に、その鍵変換システムは、暗号鍵ＣＫを、ＶＰＭＡＳＫ／ＳＭＥＫＥＹ（ＶＳ）対にマッピングすることができる。この実施形態では、鍵変換機能は以下の特性を有する。１）１２８ビットＣＫは５８４ビットＶＳにマッピングされる。２）その機能は可逆的であり、５８３ビットＶＳが１２８ビットＣＫに逆にマッピングされる。３）その機能は、５８４ビット鍵の一部がわかっても、侵入者がＣＫを再生できないようになるか、１２８ビット鍵ＣＫの一部がわかっても、侵入者が５８４ビットＶＳを再生できないようになる意味で安全である。ある例では、たとえば、ターゲットの第２の通信システムより大きな鍵値を有する第１の通信システムにおいて発呼する際に、その変換システムは、第１の通信システムの鍵値を、第２の通信システムの鍵値にマッピングする。しかしながら、無線ユニットが第１の通信システムに戻る場合には、その鍵変換システムは、第２の鍵値を、第１の通信システムのための後続の鍵値にマッピングするが、その鍵値は最初の鍵値と必ずしも同じではない。第２の通信システムから第１の通信システムに戻る、その後のハンドオフは、後続の鍵値と同じである鍵値を生成する。
【００３１】
たとえば、２Ｇ  ＴＤＭＡシステムで発呼する場合、３Ｇシステムへのシステム間ハンドオフを実行する際に、鍵変換システムは、ＶＰＭＡＳＫ／ＳＭＥＫＥＹ（ＶＳ）対を暗号鍵ＣＫにマッピングすることができる。この実施形態では、鍵変換機能は、５８４ビットＶＳを１２８ビットＣＫにマッピングする。無線ユニットが２Ｇ  ＴＤＭＡシステムにハンドオフして戻る場合には、鍵変換システムは、１２８ビットＣＫを５８４ビットＶＳにマッピングして戻すが、新しい５８４ビットＶＳは、最初の５８４ビットＶＳを同じではない場合がある。３Ｇシステムから２Ｇ  ＴＤＭＡシステムへの後続のハンドオフは新しい５８４ビットＶＳを保持するであろう。これは、無線ユニットのセキュリティあるいは動作を達成しない場合であっても、この実施形態では、１２８ビットＣＫは常に同じ値に保持される。
【００３２】
この実施形態では、鍵変換システムは、新しいシステム内のＭＳＣおよび無線ユニットにおいて利用可能な変換機能を含み、変換機能は、第１の通信システムのための、ＥＳＰ鍵のような鍵値を、古いプライバシーアルゴリズムのために用いられる鍵のような、第２の通信システムの鍵値に変換するであろう。この例では、その変換機能は、新しい第１の通信システムにおける１２８ビットＣＫを、古い第２の通信システムのためのＶＰＭＡＳＫ／ＳＭＥＫＥＹ（ＶＳ）鍵に変換することになる。ＶＰＭＡＳＫは各方向の場合に２６０ビットマスクからなり、ＳＭＥＫＥＹは、古い通信システムによって用いられる全５８４ビットの場合に６４ビット長である。古い通信システムから新しい通信システムへのシステム間ハンドオフの場合には、変換機能が可逆的であることが有用な場合がある。古い通信システムは新しい通信システムについての情報を持たず、５８４ビット全てを新しい通信システムに転送するであろう。５８４ビット鍵の受信時に、新しい通信システムは、１２８ビットＣＫを再生する必要があることを理解し、それゆえ、５８４ビット鍵からＣＫを計算するであろう。
【００３３】
無線ユニットおよびＭＳＣにおいて作成されるＶＳ鍵は同じになるべきである。これは、ＶＳ鍵の計算が、ＣＫと、ＭＳＣおよび無線ユニットの両方において知られている任意の他の量とにのみ基づかなければならないことを意味する。そうでなければ、任意の新しい量（たとえば、ランダム数）が、変換前に、無線ユニットとＭＳＣとの間で交換されなければならないであろう。その鍵変換システムは、無線ユニットと新しいＭＳＣとの間で情報を交換することを必要とせず、ＣＫをＶＳ鍵に、かつＶＳ鍵をＣＫ鍵に決定論的にマッピングする。
【００３４】
さらに、古い通信システム内の弱点によって、新しい通信システムが影響を受けることはないようにすべきである。これは、一方向に暗号化技術を用いて変換機能を実施することにより達成することができ、その結果、この例ではＶＳ鍵のような古い通信システムの鍵全体が漏洩される場合であっても、侵入者は、この例ではＣＫ鍵のような新しい通信システムの鍵を再生することができない。しかしながら、これはそのシステムを不可逆的にすることになり、上記のように、鍵変換システムは可逆的でなければならない。それにもかかわらず、鍵変換システムは可逆的にすることができ、依然として、不可逆的な機能のセキュリティのほとんど全てを提供することができる。この例における鍵変換システムのセキュリティは、小さな部分を除いて、ＶＳ鍵のほとんど全てが漏洩される場合でも、侵入者がＣＫ鍵のあらゆる部分を再生するのを防ぐ。侵入者はその小さな部分を推測することはできるが、それ以上先に進むことはできない。この態様は、ＶＰＭＡＳＫの一部が他の部分より容易に再生される場合があり、ＶＰＭＡＳＫ全体がＳＭＥＫＥＹより容易に再生される場合があるので重要である。さらに、古いシステムのある部分を再生するのが難しい場合には、侵入者はＣＫについて何もわかることはないであろう。同様のセキュリティは、ＣＫが部分的にわかっても、侵入者がＶＳについて何も知ることができないように、ＣＫにも適用することができる。
【００３５】
ある実施形態では、その変換機能は２つのモード、すなわち順方向変換および逆方向変換を有する。３Ｇ通信システムから２Ｇ  ＴＤＭＡ通信システムへのローミングの例では、順方向変換機能は、１２８ビットのランダムに作成されたＣＫ鍵を受け取り、それを５８４ビットＶＳ鍵に拡張する。逆方向変換機能は、５８４ビットＶＳ鍵を受け取り、それを１２８ビットＣＫ鍵にマッピングする。この実施形態では、順方向変換機能は、所与の入力をランダムな出力にマッピングする３つのランダム関数ｆ、ｇおよびｈからなる。この実施形態では、これらは秘密の機能ではなく、侵入者を含む誰でもが知ることができる公開されたランダム関数である。これらの公開ランダム関数は、本明細書ではランダムオラクルと呼ばれる。これらのランダムオラクルは、以下に記載されるように、ハッシュ関数およびブロック暗号を用いて実施されることができる。この例では、３つのランダム関数はｆ、ｇおよびｈであり、ｆおよびｇは１２８ビット入力を４５６ビットランダム値にマッピングし、ｈは４５６ビット入力を１２８ビットランダム値にマッピングする。
【００３６】
図１１は、第１の通信システムのｍビット鍵値ＫＥＹ１を第２の通信システムのｎビット鍵値ＫＥＹ２に変換するための鍵変換システムの順方向変換の一実施形態の流れ図を示す。ｍビットＫＥＹ１は、ランダム関数ｆ（ブロック２００）に与えられ、ランダム関数ｆはｍビットデータ列を、ｎ−ｍビットランダム数あるいは第１の中間値Ｒにマッピングする。３Ｇ通信システムから２Ｇ  ＴＤＭＡ通信システムにローミングする例では、変換システムは、１２８ビット鍵ＣＫを５８４ビット鍵（ＶＰＭＡＳＫ、ＳＭＥＫＥＹ）に変換する。１２８ビット鍵ＣＫは、ランダム関数ｆ（ブロック２００）に与えられ、ランダム関数ｆは１２８ビットＣＫを、４５６ビットランダム数あるいは第１の中間値Ｒにマッピングする。中間値Ｒはランダム関数ｈ（ブロック２１０）に与えられ、ランダム関数ｈは、ｎ−ｍビットデータ列をｍビットランダム数にマッピングする。関数ｈ（２１０）のｍビット出力は、ｍビットＫＥＹ１と排他的論理和（ＸＯＲ２２０）をとられ、ｍビットの第２の中間値Ｔが生成される。３Ｇ通信システムから２Ｇ  ＴＤＭＡ通信システムにローミングする例では、４５６ビット中間値Ｒは関数ｈ（２１０）に与えられる。関数ｈ（２１０）は４５６ビット値Ｒを１２８ビットランダム数にマッピングし、そのランダム数は１２８ビットＣＫとの排他的論理和をとられ、１２８ビットの第２の中間値Ｔが生成される。
【００３７】
図１１の実施形態では、ｍビット中間値Ｔは、ランダム関数ｇ（ブロック２３０）に与えられる。ランダム関数ｇ（ブロック２３０）は、ｍビットデータ列をｎ−ｍビットランダム数にマッピングし、そのランダム数はｎ−ｍビット中間値Ｒと排他的論理和（ＸＯＲ２４０）をとられ、１つの鍵、複数の鍵あるいは鍵の一部として用いることができるｎ−ｍビット鍵値Ｖが生成される。この実施形態では、値Ｖは、１つの鍵、複数の鍵あるいは鍵の一部として用いることができる値ＫＥＹ２の一部である。この実施形態では、ｎビット鍵ＫＥＹ２は、ｍビットの第２の中間値Ｔとともに、ｎ−ｍビット値Ｖを含む。３Ｇ通信システムから２Ｇ  ＴＤＭＡ通信システムにローミングする例では、ランダム関数ｇ（２３０）は１２８ビット中間値Ｔを４５６ビットランダム数にマッピングし、そのランダム数は４５６ビット中間値Ｔとの排他的論理和（ＸＯＲ２４０）をとられ、４５６ビット鍵値Ｖが生成される。４５６ビット値Ｖおよび１２８ビット中間値Ｔは、この例では、２Ｇ  ＴＤＭＡシステムのためのＶＰＭＡＳＫおよびＳＭＥＫＥＹに分割することができる５８４ビット鍵値ＫＥＹ２を形成する。
【００３８】
３ＧシステムのＣＫから２Ｇ  ＴＤＭＡシステムのＶＰＭＡＳＫおよびＳＭＥＫＥＹへの順方向変換は、以下のステップにより書き表すことができる。
１．Ｒ＝ｆ（ＣＫ）    ／＊ｆを適用することにより１２８ビットＣＫから４５６ビット値を作成＊／
２．Ｔ＝ｈ（Ｒ）  ＸＯＲ  ＣＫ   ／＊ｈを用いて１２８ビット値を作成＊／
３．Ｖ＝ｇ（Ｔ）  ＸＯＲ  Ｒ    ／＊ｇを用いて４５６ビット値を作成＊／
４．出力Ｔ，Ｖ      ／＊５８４ビット値を出力＊／
【００３９】
図１２は、第２の通信システムのｎビット鍵値ＫＥＹ２を、第１の通信システムのｍビット鍵値ＫＥＹ１に変換して戻すための鍵変換システムの逆方向変換の一実施形態の流れ図である。この実施形態では、ｎビット鍵値ＫＥＹ２は、ｎ−ｍビットの第１の部分あるいは値Ｖと、ｍビットの第２の部分あるいは値Ｔとに分割される。ｍビット値Ｔは、ランダム関数ｇ（ブロック２５０）に与えられ、ランダム関数ｇは、ｍビットデータ列をｎ−ｍビットランダム数にマッピングする。ｎ−ｍビットランダム数は、ｎ−ｍビット鍵値Ｖと排他的論理和（ＸＯＲ２６０）をとられ、ｎ−ｍビットの第１の中間値Ｒが生成される。無線ユニットが３Ｇシステムから２Ｇ  ＴＤＭＡシステムにローミングして戻る例では、変換システムは、５８４ビット鍵（ＶＰＭＡＳＫ、ＳＭＥＫＥＹ）を１２８ビット鍵ＣＫに変換する。１２８ビット鍵値部分Ｔは、ランダム関数ｇ（ブロック２５０）に与えられ、ランダム関数ｇは１２８ビットＴを４５６ビットランダム数にマッピングする。４５６ビットランダム数は、４５６ビット鍵値Ｖと排他的論理和（ＸＯＲ２６０）をとられ、４５６ビットの第１の中間値Ｒが生成される。
【００４０】
図１２の実施形態では、ｎ−ｍビットの第１の中間値Ｒはランダム関数ｈ（ブロック２７０）に与えられる。ランダム関数ｈ（ブロック２７０）は、ｎ−ｍビットデータ列をｍビットランダム数にマッピングし、ｍビットランダム数は、ｍビット鍵値Ｔと排他的論理和（ＸＯＲ２８０）をとられ、１つの鍵、複数の鍵あるいは鍵の一部として用いることができるｍビット鍵値ＫＥＹ１が生成される。無線ユニットが３Ｇシステムから２Ｇ  ＴＤＭＡシステムにローミングして戻る例では、ランダム関数ｈ（ブロック２７０）は、４５６ビット中間値Ｒを１２８ビットランダム数にマッピングし、１２８ビットランダム数は、１２８ビット鍵値Ｔと排他的論理和（ＸＯＲ２８０）をとられ、１２８ビット鍵ＣＫが生成される。
【００４１】
２Ｇ  ＴＤＭＡシステムのＶＰＭＡＳＫおよびＳＭＥＫＥＹから３ＧシステムのＣＫへの逆方向変換は、以下のステップにしたがって書き表すことができる。
１．Ｔ、Ｖを５８４ビット入力に設定    ／＊Ｔは１２８ビット部分、Ｖは４５６ビット部分＊／
２．Ｒ＝ｇ（Ｔ）  ＸＯＲ  Ｖ      ／＊Ｔ、Ｖを用いて４５６ビット値Ｒを作成＊／
３．ＣＫ＝ｈ（Ｒ）  ＸＯＲ  Ｔ
【００４２】
ランダム関数ｆ、ｇおよびｈは、ハッシュ関数および／またはブロック暗号を用いて実装されることができる。ランダムオラクルと呼ぶことができる、ランダム関数ｆ、ｇおよびｈを実装するために、ＳＨＡ−１、ＭＤ５、ＲＩＰＥ−ＭＤとして知られる関数のような暗号作成ハッシュ関数を用いて、ランダム関数ｆ、ｇおよびｈを具現することができる。ハッシュ関数は典型的には、ある長さの入力を別の長さの出力にマッピングする関数として特徴付けることができ、ある出力を与えるときに、その所与の出力にマッピングすることになる入力を判定するのは不可能である。さらに、同じ出力にマッピングすることになる２つの入力を見つけることはできない。ＳＨＡ−１ハッシュ関数を用いる場合、ＳＨＡ−１ハッシュ関数への各呼出しは１６０ビット初期ベクトル（ＩＶ）を有し、１６０ビット出力にマッピングされる５１２ビット入力あるいはペイロードを要する。ＩＶはＳＨＡ−１ハッシュ関数のための標準規格に定義されるＩＶに設定される。ペイロードは、種々の入力引数、ＳＨＡ（Ｔｙｐｅ、Ｃｏｕｎｔ、Ｉｎｐｕｔ、Ｐａｄ）を含むであろう。ただしＴｙｐｅは種々の関数ｆ、ｇ、ｈを定義する１バイト値である。関数ｆおよびｇはＳＨＡを何度も呼び出すことになり、Ｃｏｕｎｔは多数の呼出しを区別する１バイト値である。Ｉｎｐｕｔは関数ｆ、ｇあるいはｈへの入力引数である。Ｐａｄは５１２ビットＳＨＡペイロード内の残りのビット部分を埋めるための０値である。以下に記載されるのは、ＳＨＡと呼ばれるハッシュ関数ルーチンを用いて、ランダム関数ｆ、ｇおよびｈを実装するための手順の一例である。
0004047580.tif 000002
ＡＥＳのようなブロック暗号を用いて、関数ｆ、ｇおよびｈを作成することができる。
ｆ（ＣＫ）：ＥＣＫ（１）；ＥＣＫ（２）；ＥＣＫ（３）；ＥＣＫ（４）ｍｏｄ２＾７２
ｈ（Ｒ）：ＥＫ０（Ｒ１  ＸＯＲ  ５）ＸＯＲ  ＥＫ０（Ｒ２  ＸＯＲ  ６）ＸＯＲ  ＥＫ０（Ｒ３  ＸＯＲ  ７）ＸＯＲ  ＥＫ０（Ｒ４  ＸＯＲ  ８）
ｇ（Ｔ）：ＥＴ（９）；ＥＴ（１０）；ＥＴ（１１）；ＥＴ（１２）ｍｏｄ２＾７２
ただし、ｆ（ＣＫ）において、ＣＫはブロック暗号内の鍵として用いられ、５１２ビットストリームはカウンタモードにおいて１．．．４を暗号化することにより生成される。最後の暗号は１２８ビットから７２ビットに打ち切られ、必要とされる４５６ビットが得られる。ｈ（Ｒ）において、公開鍵Ｋ０は、４５６ビットＲの部分を暗号化するために用いられ、結果的に生成された暗号列が互いに排他的論理和をとられる。Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は１２８ビット値であり、Ｒ４はＲの残りの７２ビット値であり、１２８ビットを完成させるために０で埋められる。
【００４３】
こうして、鍵変換システムは、第１の通信システムと第２の通信システムとの間の鍵あるいはその一部の双方向的で、決定論的で、安全な変換を提供する。その鍵変換システムは、出力ＫＥＹ２（たとえば、Ｔ、Ｖ）の大部分が与えられるときでも、侵入者がＫＥＹ１（たとえば、ＣＫ）を再生することができないという点で、順方向において安全である。２Ｇ  ＴＤＭＡと３Ｇシステムを用いる例では、Ｔの全て、および、たとえば６４ビットを除くＶの大部分が知られる場合であっても、Ｒ＝ｇ（Ｔ）  ＸＯＲ  Ｖを計算することによって、Ｒの一部は再生することができるが、Ｒを全て再生できるわけではない。ＣＫ＝ｈ（Ｒ）  ＸＯＲ  Ｔを実行することにより、ＣＫのある部分を再生しようと試みることができる。しかしながら、Ｒの全てがわかるわけではないため、ｈがランダム関数であるものと仮定すると、ｈ（Ｒ）について情報の１ビットたりとも再生することができない。それゆえ、ＣＫについて情報を再生することはできない。同様に、Ｖの全てと、たとえばＴの６４ビットを除くＴの一部がわかる場合であっても、ＣＫについての情報を再生することはできない。Ｔの全てがわかるわけではないため、ｇ（Ｔ）  ＸＯＲ  Ｖを用いて中間値Ｒを計算することはできない。したがって、中間値Ｒを用いなければ、ＣＫについてのあらゆる情報を再生する場合に、先に進むことができない。
【００４４】
同様に、その鍵変換システムは、出力ＫＥＹ１（たとえば、ＣＫ）の大部分が与えられても、侵入者がＫＥＹ２（たとえば、Ｔ、Ｖ）を再生することができないという点で逆方向において安全である。たとえば、２Ｇ  ＴＤＭＡおよび３Ｇシステムを用いる例では、ＣＫの一部がわかる場合であっても、Ｔ、Ｖについての情報を再生することはできない。ＣＫの全てがわかるわけではないため、ｆ（ＣＫ）を用いて中間値Ｒを計算することはできない。したがって、中間値Ｒを用いなければ、Ｔ、Ｖについてのあらゆる情報を再生する場合に、先に進むことができない。
【００４５】
上記の実施形態に加えて、本発明の原理にしたがった鍵変換システムは、入力パラメータおよび／またはランダム関数あるいは他の操作を省略し、かつ／または追加して、かつ／または記載されたシステムの変形あるいは一部を使用して用いることができる。たとえば、鍵変換システムは、ランダムオラクルｆおよびｇがｍビットデータ列をｎ−ｍビットランダム数にマッピングし、ランダムオラクルｈがｎ−ｍビットデータ列をｍビットランダム数にマッピングする場合に、そのランダムオラクルｆ、ｇおよびｈを用いて、第１の通信システムのｎビット鍵と第２の通信システムのｍビット鍵との間で変換を行うものとして記載されてきた。しかしながら、同様に、異なるランダム関数を、異なるあるいは付加的な関数として用いて、ｘビットデータ列をｙビットランダム数にマッピングし、かつ／またはｙビットデータ列をｘビットランダム数にマッピングすることができる。ただし、ｘあるいはｙはｎ−ｍあるいはｍに等しくすることができる。さらに、第１の通信システムのｍビット鍵値を１つの鍵、複数の鍵あるいはその一部として用いることができ、第２の通信システムのｎビット鍵値を１つの鍵、複数の鍵あるいはその一部として用いることができる。たとえば、２Ｇ  ＴＤＭＡおよび３Ｇシステムを用いる例では、その変換は、３Ｇシステムの１２８ビットＣＫと、２Ｇ  ＴＤＭＡシステムのＳＭＥＫＥＹおよびＶＰＭＡＳＫのための５８４ビット鍵値との間で行われるが、その変換は、３ＧシステムのＣＫおよびＩＫの２５６ビット鍵値と、２Ｇ  ＴＤＭＡシステムのＳＭＥＫＥＹおよびＶＰＭＡＳＫのための５８４ビット鍵値との間で行われることもできるであろう。
【００４６】
上記の例では、順方向変換は、第１の通信システムのｍビット鍵値から第２の通信システムのｎビット鍵値へ行われ、第１の通信システムは新しい通信システムに対応し、第２の通信システムは古い通信システムに対応し、ｍ＜ｎである。しかしながら、実施形態によっては、第１の通信システムを古い通信システムにし、第２の通信システムを新しい通信システムにすることができる。別法では、順方向変換を、ある通信システムの小さいサイズの鍵値から別の通信システムの大きいビットサイズの鍵値への変換にし、逆方向変換を、大きいビットサイズの鍵値から小さいサイズの鍵値への変換にすることができる。実施形態によっては、種々の通信システム間の異なるサイズ、さらに大きなサイズ、さらに小さなサイズおよび／または同じサイズの鍵値の変換も可能である。
【００４７】
さらに、その鍵変換システムを用いて、図５〜図１０に記載されるシステム間ハンドオフを処理して、ある通信システムからの１つの鍵、複数の鍵あるいはその一部を、別の通信システムの１つの鍵、複数の鍵あるいはその一部に変換することができる。種々の値、入力およびアーキテクチャブロックの種々の表記、参照および特徴描写を用いることができることは理解されたい。たとえば、鍵変換システムのために記載された機能は、ホーム認証局、ホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）、ホームＭＳＣ、ビジター認証局、ビジターロケーションレジスタ（ＶＬＲ）および／またはビジターＭＳＣにおいて実行されることができる。さらに鍵変換システムおよびその一部は、第１および／または第２の通信システムの無線ユニット、基地局、基地局コントローラ、ＭＳＣ、ＶＬＲ、ＨＬＲあるいは他のサブシステムにおいて実行されることができる。そのシステムおよびその一部、ならびに記載されたアーキテクチャは、その通信システムのユニット内、あるいは異なる場所にある処理回路内に実装されるか、またはその処理回路と一体に実装されることができるか、あるいは特定用途向け集積回路、ソフトウエア駆動処理回路、プログラマブルロジック装置、ファームウエア、ハードウエアあるいは個別の構成部品の他の構成内に実装されることができ、それは、本発明の開示の利点を鑑みて当業者には理解されるであろう。記載されてきた内容は、本発明の原理の応用形態を例示しているにすぎない。当業者であれば、本明細書に図示および記載される典型的な応用形態に厳密に従うことなく、かつ本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に対するこれらの、および種々の他の変更形態、構成および方法を実施することができることは容易に理解するであろう。
【００４８】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、第１の通信システムの第１の鍵値を第２の通信システムの第２の鍵値に、決定論的に、かつ可逆的に変換するための鍵変換システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理にしたがった鍵変換システムを用いることができる無線通信システムの全体図である。
【図２】従来の２Ｇの移動体のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）ネットワークの基本的な構成要素および２Ｇ  ＧＳＭネットワークにおいて伝送されるセキュリティメッセージを示すブロック図である。
【図３】従来の３Ｇ  ＵＭＴＳネットワークの基本的な構成要素および３Ｇ  ＵＴＭＳネットワークにおいて伝送されるメッセージを示すブロック図である。
【図４】従来の２Ｇ  ＩＳ−４１ネットワークの基本的な構成要素および従来の２Ｇ  ＩＳ−４１ネットワークにおいて伝送されるメッセージを示すブロック図である。
【図５】ユーザが、２Ｇ  ＴＤＭＡネットワークから包括的な３Ｇネットワークに如何にローミングするかを示すブロック図である。
【図６】ユーザが、包括的な３Ｇネットワークから２Ｇ  ＴＤＭＡネットワークに如何にローミングするかを示すブロック図である。
【図７】ユーザが、２Ｇ  ＣＤＭＡネットワークから包括的な３Ｇネットワークに如何にローミングするかを示すブロック図である。
【図８】ユーザが、包括的な３Ｇネットワークから２Ｇ  ＣＤＭＡネットワークに如何にローミングするかを示すブロック図である。
【図９】ユーザが、２Ｇ  ＧＳＭネットワークから包括的な３Ｇネットワークに如何にローミングするかを示すブロック図である。
【図１０】ユーザが、包括的な３Ｇネットワークから２Ｇ  ＧＳＭネットワークに如何にローミングするかを示すブロック図である。
【図１１】本発明の原理にしたがった鍵変換システムのための順方向変換の一実施形態の流れ図である。
【図１２】本発明の原理にしたがった鍵変換システムのための逆方向変換の一実施形態の流れ図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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