(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル移動体通信装置システムの加入者を、ディジタルコードレス電話システムの認証部（１）に対して認証する移動体無線通信加入者の認証方法であり、
（ａ）認証部（１）において乱数を発生し、
（ｂ）加入者の移動体通信装置（８）の加入者同定機構（４）へ該乱数を伝達し、
（ｃ）加入者同定機構（４）が該乱数から算出した認証用応答値を含む応答値を認証部（１）に戻し、
（ｄ）該乱数と該乱数から算出された応答値との組み合わせを認証要素（７）として認証部（１）の不揮発メモリ（６）に記憶させ、
（ｅ）以上の（ａ）〜（ｄ）の過程を何度も繰り返す、
過程からなる加入者初期化を、コードレス電話の認証部（１）で一度行い、
移動体無線通信加入者の正規の認証にあたっては、共通の通信インターフェイスを通して、該初期化によって認証部（１）の不揮発メモリ（６）に蓄積された認証要素（７）に基づいて、認証部（１）において、移動体通信装置加入者の正規の認証を行うようにし、
該正規の認証は、
認証部（１）のメモリ（６）から認証要素（７）を読み出し、
読み出した認証要素（７）に含まれる乱数を移動体通信装置（８）の加入者同定機構（４）へ伝達し、
加入者同定機構（４）で該乱数から算出した認証用応答値ＳＲＥＳ’を認証部（１）に戻し、
不揮発メモリ（６）から読みだした認証要素（７）に含まれている認証用応答値ＳＲＥＳと、算出された認証用応答値ＳＲＥＳ’とを比較し、
応答値ＳＲＥＳとＳＲＥＳ’が一致した場合、移動体通信装置加入者に対して認証部（１）を備えたディジタルコードレス電話システムへのアクセスを許す過程を含むことを特徴とする移動体無線通信加入者の認証方法。
【請求項２】
一回または複数回、前記応答値ＳＲＥＳとＳＲＥＳ’が不一致であれば移動体通信装置加入者のディジタルコードレス電話システムへのアクセスを禁止することを特徴とする請求項１記載の移動体無線通信加入者の認証方法。
【請求項３】
加入者同定機構（４）は前記初期化のために、認証部（１）の読取り書込み装置（３）と結合されることを特徴とする請求項１又は２記載の移動体無線通信加入者の認証方法。
【請求項４】
前記初期化においては、加入者同定機構（４）と認証部（１）の間でコードを介してデータが交換されることを特徴とする請求項１、２又は３記載の移動体無線通信加入者の認証方法。
【請求項５】
前記初期化においては、加入者同定機構（４）と認証部（１）の間で無線通信でデータが交換されることを特徴とする請求項１又は２記載の移動体無線通信加入者の認証方法。
【請求項６】
認証部（１）に蓄積された認証要素（７）が使用しつくされたとき新しく初期化処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の移動体無線通信加入者の認証方法。
【請求項７】
認証部（１）は、複数の加入者データと、複数の加入者同定用認証要素（７）を管理できるものとする請求項１から６の何れか一項に記載の移動体無線通信加入者の認証方法。
【請求項８】
前記過程（ｃ）において加入者同定機構（４）が乱数から算出する応答値には前記認証用応答値と暗号化用キー値が含まれ、前記過程（ｄ）においては該乱数と該乱数から算出された該認証用応答値及び該暗号化用キー値の組み合わせを認証３要素（７）として認証部（１）の不揮発メモリ（６）に記憶させる請求項１から７の何れか一項に記載の移動体無線通信加入者の認証方法。
【請求項９】
ディジタル移動体通信装置システムの加入者を、ディジタルコードレス電話システムの認証部（１）に対して認証するための移動体無線通信加入者の認証装置であり、
ディジタルコードレス電話システムの固定構成部分としての認証部（１）と、
認証部（１）に含まれるか、あるいは認証部（１）に結合可能の、加入者同定機構（４）のデータを読み取り可能であるとともに該加入者同定機構（４）へデータの書き込みが可能である読取り書込み装置（３）と、
共通のインターフェイスを介して、ディジタル移動体通信装置システムの端末装置（８）との通信を可能とする装置とを含んでおり、
認証部（１）には、乱数を発生するための乱数発生装置（２）及び不揮発メモリ（６）が含まれており、
該認証部（１）は、
（ａ）乱数発生装置（２）に乱数を発生させ、
（ｂ）加入者同定機構（４）へ読取り書込み装置（３）を介して該乱数データを伝達し、
（ｃ）加入者同定機構（４）が該乱数から算出し認証用応答値を含む応答値データを読取り書込み装置（３）を介して認証部（１）に戻し、
（ｄ）該乱数と該乱数から算出された該応答値との組み合わせを認証要素（７）として不揮発メモリ（６）に記憶させ、
（ｅ）以上の（ａ）〜（ｄ）の過程を何度も繰り返す、
過程からなる加入者初期化を行うことができるものであり、
移動体無線通信加入者の正規の認証にあたっては、共通の通信インターフェイスを通して、該初期化によって不揮発メモリ（６）に蓄積された認証要素（７）に基づいて移動体通信装置加入者の正規の認証を行うものであり、
該認証部（１）は、該正規の認証にあたり、
不揮発性メモリ（６）から認証要素（７）を読み出し、
読み出した認証要素（７）に含まれる乱数を端末装置（８）の加入者同定機構（４）へ伝達し、
加入者同定機構（４）で該乱数から算出された認証用応答値ＳＲＥＳ’を受信し、
不揮発性メモリ（６）から読みだした認証要素（７）に含まれている認証用応答値ＳＲＥＳと、算出された認証用応答値ＳＲＥＳ’とを比較し、
応答値ＳＲＥＳとＳＲＥＳ’が一致した場合、移動体通信装置加入者に対して認証部（１）を備えたディジタルコードレス電話システムへのアクセスを許すことを特徴とする移動体無線通信加入者の認証装置。
【請求項１０】
認証部（１）が、ディジタルコードレス電話システムの固定電話機の一部であることを特徴とする請求項９記載の移動体無線通信加入者の認証装置。
【請求項１１】
ディジタル移動体通信網が、ＧＳＭ−移動体通信網であることを特徴とする請求項９又は１０記載の移動体無線通信加入者の認証装置。
【請求項１２】
加入者同定機構（４）が、ＳＩＭカードであることを特徴とする請求項９、１０又は１１記載の移動体無線通信加入者の認証装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、デジタル移動体無線通信システムの加入者の認証部に対する認証のための方法と装置に係る。
本発明の背景には、現在研究開発され発展しつつある移動体無線通信網を、コードレス電話システム（ＨＢＳ；Ｈｏｍｅ  Ｂａｓｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）に結合するという技術課題がある。将来の移動体無線通信装置は単に移動体通信網で働くだけでなくて、屋内でのコードレス電話システムにおいても、準「スーパーコードレス電話」としても機能できるものが望まれる。この際において重要な課題は、認証と言葉・データの暗号化のために、移動体通信において既に利用されているアルゴリズムが、屋内領域（コードレス電話システム）でも同様に利用できるようにするということである。
ＧＳＭ−移動体通信システムにおいて、幾つかのクリプトアルゴリズム（Ａ３、Ａ５、Ａ８）が通信網に対する加入者の認証のためとデータ伝送の暗号構造を確立するために利用されている。通信網と加入者の間の結合構造において、認証センターから発信された乱数が、加入者の個人情報（ＳＩＭ−カード）要素にのせられて無線で伝送される。ＳＩＭだけでなく認証センターにおいても、同等の物として存在するＫｉキーとともに、乱数がクリプトアルゴリズムを利用してＳＲＥＳ値に暗号化される。ＳＩＭにおいて算出されたＳＲＥＳ値は認証センターに伝送され、そこで算出されたＳＲＥＳ値と比較される。相互に無関係に算出されたＳＲＥＳ値が合致した時のみ加入者の肯定認証がなされる。
ＧＳＭ−移動体無線通信システムにおいて利用されているＳＩＭカードの構造と作用は、Grigorova,Theodora et al.,”SIM Cards”,Telecommunication Journal of Australia,Bd.43,Nr.2,1993,p33-38の論文に一般的に説明されている。
もしも、認証手続きをコードレス電話システムにも適用するとすれば、コードレス電話の固定電話機に認証に必須のクリプトアルゴリズムを新たに備えなければならないし、秘密を守るためのＫｉキーをも新たに備えなけらばならない。しかし、それは安全技術面で移動体無線通信の経営者にとって耐えられない負担になるから、巨大な技術的経済的浪費をすることになろう。
これに関連して、ＷＯ−Ａ−９５／２４１０６は確実で個人的な無線通信システムを開示している。これにはコードレス電話の基礎機に対する移動体無線通信加入者の認証手続きが述べられている。このコードレス電話の基礎機は固定網を通じて移動体無線通信の中央設備に結合され、移動体無線通信機と対応する移動体無線通信設備の間で、とりわけ、認証信号と肯定信号を伝送する。このコードレス電話の基礎機は、移動体無線通信内の認証手続きに関しては消極的な中継作用をしているだけである。基礎機は、移動体無線通信固定網につながらずに独立して認証動作を行うものでない。
本発明の目的は、移動体無線通信加入者の認証部に対する認証手続きを行い、コード化された言語またはデータ伝送に必要な低コストで単純に実現でき安全性を高める暗号化のキーを正しく算出するための方法と装置を提供することである。
請求項１は与えられた課題を解決するための方法を規定する。請求項９は与えられた課題を解決するための装置を規定する。
本発明の根元的な利点は、認証のためのパラメータ及びコード化のためのパラメータを算出するための装置が、
−移動体無線通信網（例えばＭＳＣ）の認証センターとの結合を不要とし、
−他の低級な移動体無線通信網において使われている認証アルゴリズム（ＧＳＭにおいてはＡ３／Ａ８）と、認証されるべき加入者の秘密のデータ（Ｋｉ）を保持する特別のチップカードを必要としない、
というところにある。
本発明は、コードレス電話システムの認証部の側からの認証アルゴリズムの準備が不要で、コードレス電話システムとＳＩＭでの合致したキー（Ｋｉ）をも不要とすることができる。
本発明の他の利点は、コードレス電話システム、特に固定電話機（ＨＢＳ）において、ほんの僅かな設計変更によって、認証のための必要な動作を行う事ができるようになるということである。
本発明においては、コードレス電話システムが、現在使用されているチップカード（ＳＩＭ：Subscriber Identity Module）の認証アルゴリズムを実行し、少なくとも一つのＳＩＭと合致する秘密のキーを所有するという能力を持つようになる。コードレス電話がこの二つの能力を持つようになると、Challenge／Responseの手順に従って、挿入されたＳＩＭによって認証過程が実行される。ディジタル移動体無線通信の特にＧＳＭにおいて認証過程が利用される。
コードレス電話システムは公知のディジタルＤＥＣＴ基準に従うのものを用いるが好ましい。
第１の実施例において、コードレス電話の固定電話機（ＨＢＳ）は、差し込まれたチップカード（ＳＩＭカード）を読み取り・書き込みするカード読み取り装置を備えるものとする。さらに、固定電話機はＧＳＭシステムで利用できる１２８ビットの乱数を発生する乱数発生機を持つものとする。
さらに好ましくは、コードレス電話の固定電話機は数キロバイトの記憶容量の不揮発メモリを備えるようにする。
認証のために、コードレス電話システムの固定機は、加入者のＳＩＭカードに乱数（ＲＡＮＤ）を送る。ＳＩＭカードは乱数に対して一定の応答値（ＳＲＥＳ）を返すようになっている。同時にこの工程において、最終的な言葉の暗号化のために用いられるキー（Ｋｃ）が乱数に基づいて算出される。コードレス電話システムを使用しようとする個々の移動体無線通信加入者のＳＩＭカードを、コードレス電話システムにおいて認証アルゴリズムと暗号化キーを書き込む担体として利用するようにするのが理想的である。
移動体無線通信加入者のＳＩＭカードとコードレス電話システムを相互認識させるための操作を初期化操作というが、これは毎回行わなくてはならない。初期化操作のため、加入者は自分のＳＩＭカードを、コードレス電話システムの固定電話機の読み取り装置に挿入する。ＳＩＭカードはその認識に必要な特徴番号（カード番号またはＩＭＳＩ）を固定電話機に伝達する。固定電話機は、引き続いて付加的に、内的な認証過程のために、十分な大きさの数字を発生させる。その際、固定電話機において、乱数（ＲＡＮＤ）が生成され、これがＳＩＭカードに伝達される。ＳＩＭカードにおいては、予め備えられているＧＳＭプログラム「RUN GSM ALGORITHM」が実行される。これにより、乱数から応答値ＳＲＥＳと、暗号化キーＫｃが発生する。ＳＲＥＳとＫｃは固定電話機に伝達される。固定電話機は、受け取った生成物を、もとの乱数（ＲＡＮＤ）とともに不揮発性のメモリに記憶させる。先述のように、この内的な認証過程は何度か繰り返される。受け取った数字はメモリに記憶され、通信装置インターフェースを通じて、ＳＩＭカードとの間での「正規の」認証過程を行うためのデータ群を構成する。
内的な認証過程は、ＧＳＭ網がインターフェースを通して「認証要求」を伝達する時にそれぞれの移動体通信装置がＳＩＭカードとの間で行う認証過程と同じものである。個々のステップは、
−乱数（ＲＡＮＤ）をＳＩＭカードに伝送すること
−ＧＳＭプログラム「RUN GSN ALGORITHM」を実行すること
−ＳＲＥＳとＫｃに対応する応答データをＳＩＭカードから取ってくることの３つのステップよりなる。
これら３つのステップを実行する毎に、固定電話機は認証三要素（ＲＡＮＤ、ＳＲＥＳ、Ｋｃ）を生成する。認証三要素は後にＳＩＭカードでの認証を可能にする。
コードレス電話システムの固定電話機に記憶された認証三要素に基づいて、固定電話機と可動電話機の間で正規の認証が行われる。この認証過程は、以下に述べるように、ＧＭＳ認証過程に準拠して行われる。
固定電話機は、インターフェイスを通じて、既に記憶された認証三要素の群から一つの乱数（ＲＡＮＤ）をＳＩＭカードに送り出す。ＳＩＭカードはこの乱数（ＲＡＮＤ）から、対応する一組の応答値ＳＲＥＳとキー値Ｋｃを算出する。応答値ＳＲＥＳは、固定電話機に戻されて、その乱数が所属していた三要素の応答値ＳＲＥＳと比較される。二つのＳＲＥＳが合致すれば、認証過程は成功したのであって、ＳＩＭカードで計算された暗号キーＫｃを、固定電話機において記憶されていたその乱数（ＲＡＮＤ）とＳＲＥＳに所属していた暗号キーＫｃと合致するかどうか確かめられる。
本発明のある実施例においては、コードレス電話の固定電話機はカード読み取り装置を持たず、コードによって接続されたインターフェイスによってカード読み取りするようにもできるし（例えばＸ．２５、ＲＳ２３２、ｏ．ａ．）、現存するインターフェイスによって読み取りすることもできる。特に、初期化データをインターフェイスを通して転送する際は、耐盗聴性に十分注意しなければならない。初期化データは暗号化して転送すべきである。
それは例えば次のようにして簡単に行うことができる。認証三要素を次々と生成する初期化を、移動体無線通信装置と固定電話機とが正常に結合されている間に実行するのである。データは既に暗号化されているから暗号化されたデータが伝送されることになる。
初期化操作自体は、移動体通信装置にあるキーボードによって、あるいは対応する命令によって簡単に開始することができる。
重要なことは、認証三要素の生成は外部から盗聴される恐れのない安全な環境において行われるということである（つまり密に接続されたＳＩＭ／入力端末インターフェイスを通して、或いは暗号化された移動体通信インターフェイスを通じて直接になされるから）。いまひとつ重要な事は、認証三要素は、コードレス電話の固定電話機の中に読み出す事ができない保護されたシステム環境下で保管されているということである。忘れてはならないのは、固定電話機の中での乱数発生の品質は無視できない安全性危機にあるということである。
認証三要素がどれほど多く生成されるのか？ということは初期化が行われる時間と固定電話機に設けられているメモリの容量による。ＳＩＭカードを通した認証三要素の生成速度の典型的な値は、２〜３組／秒である。一組の三要素の記憶に必要なメモリは２８バイトである（内訳は、ＲＡＮＤに１２８ビット、ＳＲＥＳに３２ビット、Ｋｃに６４ビットである。８ビット＝１バイト）。例えば、１分間の初期化時間で、約１２０〜１８０組の認証三要素を生成することができる。これは３〜５キロバイトのメモリ領域を消費する。
蓄積された三要素を使用する時は、新規の初期化手続きを直ちに行うか、或いはＨＢＳがすでに一度使用された三要素を再び採択するか、どちらかを選ぶことができる。後者の場合、ＨＢＳは、三要素をもう一度使用して初期化操作を行おうとしているということを使用者に通知しなければならない。
ＨＢＳに蓄積されている三要素は、ＳＩＭカードに結び付ける必要がある。例えばＳＩＭのカード番号或いはＩＭＳＩに結び付ける。そのようにすると、複数のＳＩＭカードを同時に一つのＨＢＳによって働かせることができる。使用中のＳＩＭのそれぞれは、等しく上記の初期化操作を受ける。対応する三要素は、ＳＩＭカードに書き込まれた個々のＩＭＳＩに基づいてＩＭＳＩの中に設けられるデータバンクに蓄積され、またそこから読み出される。
ＨＢＳのメモリの記憶容量が充分であれば充分な量の三要素の蓄積ができる。
−これによって長期間にわたる三要素の繰り返し使用が初めて可能になる。
−任意の順序の三要素の繰り返し使用によってのみ、これまで予想もできなかった特性を得るようになる。つまり充分高度な安全性のレベルに到達できる。ＨＢＳは、詐欺や誤用から装置を保護するために、繰り返し間違った認証を行うと蓄積された三要素を拒絶するようにした機構を備えることができる。それ以外の特徴や利点、長所などは以下に述べる実施例と図面によって明らかになる。
図１：コードレス電話の固定電話機とＳＩＭカード間の初期化操作の説明図。
図２：初期化したＳＩＭカードによる認証操作の説明図。
図１において、コードレス電話の固定電話機１での認証三要素の生成と記憶が図式的に示されている。
固定電話機１は、チップカード４の読取り書込み装置３を持つ。加入者の属性を入力し初期化するため、加入者はＳＩＭカード４を読取り書込み装置３に差し込む。乱数発生装置２によって公知の方法で１２８ビットの乱数（ＲＡＮＤ）を発生させる。乱数はＳＩＭカード４に転送される。ＳＩＭカードにおいて予め備えられた認証アルゴリズムが動作を開始する。つまりＳＩＭカードは、乱数（ＲＡＮＤ）から、コード化されたＳＲＥＳ値と暗号キーＫｃを算出する。ＳＲＥＳ値とＫｃとは固定電話機１の評価装置５に送られる。送られてきた値（ＳＲＥＳ、Ｋｃ）は乱数（ＲＡＮＤ）と共に不揮発性メモリであるデータバンク６に記憶される。この内的初期化過程は何度も繰り返される。データバンク６には、求められた認証三要素（ＲＡＮＤ、ＳＲＥＳ、Ｋｃ）の組がデータ行７ごとに記憶される。
初期化の三要素はデータバンクの中にある。三要素は次の移動体通信装置と固定電話機の間の正規の認証において使用することができる。
図２は、固定電話機での正規認証作用の流れを示す。
移動体通信装置８は予め固定電話機で初期化されたＳＩＭカードと共に個別化されている。ついで無線インターフェイスを通して、移動体通信装置８と固定電話機１の結合構造が構築される。ＳＩＭカードに保持されたＩＭＳＩは固定電話機１に転送される。固定電話機１は、そのＩＭＳＩを知っているか、あるいはＳＩＭカードが初期化されているかどうかを調べる。そうでない場合は、固定電話機１は移動体通信装置からの入力を拒絶し移動体通信装置との結合を解消する。
もし固定電話機１がそのＩＭＳＩを知っていた時は、固定電話機１はデータバンク６にアクセスし、最先の認証三要素７を取り出し、三要素に含まれる乱数（ＲＡＮＤ）をＳＩＭカードに送る。ＳＩＭカードは送られた乱数（ＲＡＮＤ）から応答値ＳＲＥＳ’を算出し、これを固定電話機１に戻す。固定電話機１は固定電話機のメモリから選び出された三要素のうちのＳＲＥＳと送り返されたＳＲＥＳ’とを比較する。ＳＲＥＳ’とＳＲＥＳの両者が一致した時のみ、ＳＩＭカードを差し込んだ移動体通信装置が固定電話機にアクセスできるようになる。そして移動体通信装置と固定電話機を通して会話ができるようになる。
もしもＳＲＥＳが不一致の場合固定電話機は移動体通信装置のアクセスを禁止する。
符号の説明
１  固定電話機（ＨＢＳ）
２  乱数発生装置
３  カード読取り書込み装置
４  ＳＩＭカード
５  評価装置
６  データバンク
７  データ内容、（認証）三要素
８  移動体通信装置（ＭＳ）
【図１】
0004153046.tif 000002
【図２】
0004153046.tif 000003