(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線プロトコルを終端可能な無線ネットワーク制御装置と同じく無線プロトコルを終端可能な基地局と電波を送受して通信する移動機との間の通信を秘匿化する秘匿通信システムであって、
複数の分割データに分割されて送信され、前記複数の分割データが受信されて結合されるデータの秘匿対象とするデータ範囲を、該無線ネットワーク制御装置と移動機とのネゴシエーションにより決定することによって、該データに秘匿処理が必要か否かを判断する判断手段と、
該判断手段の判断に従って、該データの秘匿処理対象のデータ範囲を限定し、該限定された範囲の分割データについてのみ暗号化を行う部分暗号化手段と、
を備えることを特徴とする秘匿通信システム。
【請求項２】
前記限定されたデータ範囲は、データを構成する複数のフレームの内の一部のフレームであることを特徴とする請求項１に記載の秘匿通信システム。
【請求項３】
前記限定されたデータ範囲は、データを構成するフレームの一部分であることを特徴とする請求項１に記載の秘匿通信システム。
【請求項４】
前記限定されたデータ範囲は、データを構成する複数のフレームの内の一部のフレームの一部分であることを特徴とする請求項１に記載の秘匿通信システム。
【請求項５】
前記秘匿通信システムは、3rd Generation Partnership Project（３ＧＰＰ）が規定する無線ネットワーク制御装置と移動機の間の秘匿通信であることを特徴とする請求項１に記載の秘匿通信システム。
【請求項６】
無線プロトコルを終端可能な無線ネットワーク制御装置と同じく無線プロトコルを終端可能な基地局と電波を送受して通信する移動機との間の通信を秘匿化する秘匿通信方法であって、
複数の分割データに分割されて送信され、前記複数の分割データが受信されて結合されるデータの秘匿対象とするデータ範囲を、該無線ネットワーク制御装置と移動機とのネゴシエーションにより決定することによって、該データに秘匿処理が必要か否かを判断し、
該判断ステップの判断に従って、該データの秘匿処理対象のデータ範囲を限定し、該限定された範囲の分割データについてのみ暗号化を行う、ことを特徴とする秘匿通信方法。
【請求項７】
前記限定されたデータ範囲は、データを構成する複数のフレームの内の一部のフレームであることを特徴とする請求項６に記載の秘匿通信方法。
【請求項８】
前記限定されたデータ範囲は、データを構成するフレームの一部分であることを特徴とする請求項６に記載の秘匿通信方法。
【請求項９】
前記限定されたデータ範囲は、データを構成する複数のフレームの内の一部のフレームの一部分であることを特徴とする請求項６に記載の秘匿通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＤＭＡシステムにおける無線ネットワーク制御装置と移動機との間の秘匿通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、CDMA (Code Division Multiple Access) 通信システムの開発が急速に進んでいる。現在の主サービスである音声や静止画のみならず、広帯域のCDMAシステム(W-CDMA：Wideband-CDMA)の商用化サービスも開始された。こうした状況の中で、第三世代移動通信システムの標準化団体である3GPP (3rd Generation Partnership Project http://www.3gpp.org/) により、高品質なサービスが実現できるシステムを目指し、W-CDMA方式を基にした様々な仕様が整備されている。
【０００３】
図１は、現在の3GPPシステムの概要を示す図である。
無線ネットワーク制御装置102_0〜102_nと交換機101間のインタフェースをIu、無線ネットワーク制御装置102_0〜102_nと無線ネットワーク制御装置102_0〜102_n間のインタフェースをIur、無線ネットワーク制御装置102_0〜102_nと基地局103_0〜103_n間のインタフェースをIub、基地局103_0〜103_nと移動機105との間のインタフェースをUuと呼んでいる。
【０００４】
図１において、無線ネットワーク制御装置102_0〜102_nと移動機105との間で、無線伝送路（基地局103_0〜103_nと移動機105との間の伝送路（Uu））上のセキュリティを確保するための秘匿機能が、無線ネットワーク制御装置、及び移動機に設けられている。秘匿演算のアルゴリズムとしては、KASUMIアルゴリズムを使用している。KASUMIは、64bit入力、64bit出力のブロック暗号化であり、128bitの秘匿鍵（CK）及び、その他の秘匿パラメータを使用して暗号化を行う。
【０００５】
3GPPでは、秘匿機能について詳細に規定しており、PS呼においては、RLCレイヤ(3GPP Specification TS25.322等参照)、CS呼においては、MACレイヤ(3GPP Specification TS25.321等参照)でそれぞれ秘匿処理を実現している。
【０００６】
図２は、3GPPシステムにおける代表的なプロトコルスタックを示す図である。
プロトコルスタックは、下層からPhysical Layer (PHY), Transport Network Layer (TNL), Radio Network Layer (RNL)となっている。Transport Network Layerは、更に、Asynchronous Transfer Mode (ATM), ATM Adaptation Layer 2 (AAL2)からなっている。また、Radio Network Layerは、Frame Protocol (FP), Medium Access Control (MAC), Radio
Link Control (RLC), Radio Resource Control (RRC)からなっている。
【０００７】
図３及び図４は、移動機と無線ネットワーク制御装置との間でやり取りされるデータフォーマットを示した図である。
図３では、ＲＬＣレイヤのデータフォーマットを示している。図３（ａ）がPS呼のデータフォーマットであり、図３（ｂ）がCS呼のデータフォーマットである。PS呼においては、データは、ヘッダ部分とペイロード部分からなっている。ＰＤＵはその上位層のＳＤＵデータを分割して生成されるが、ヘッダ部分には、当該ＰＤＵデータがＳＤＵデータの何番目のデータを格納しているかを示すシーケンス番号と、受信側にAcknowledgeメッセージを要求するためのPolling bitと、ヘッダの次のLength Indicatorが続くか否かを示すHeader Extensionが格納される。ペイロード部分には、ペイロードの中で、データの終了部分がどこか、あるいは、ペイロードのどの部分にパッドが設けられているか等を示すLength Indicator、Length Indicatorの次のまたLength Indicatorが続くのか、データが繰るのかを示すExtension、データ、パディング等が含まれる。CS呼のデータは、ＲＬＣレイヤでは、そのままレイヤを透過するので、ヘッダを持っておらず、データとパディングのみからなっている。
【０００８】
PS呼における秘匿処理の対象範囲は、RLC-PDUのペイロード部分（ヘッダを除いた部分）であり、CS呼のおける秘匿処理の対象範囲は、RLC-PDU（MAC-SDU）全体となる。また、CS呼のデータはIub伝送路に送信される際には、FPレイヤにて、図４に示すフォーマットに整形して送信される。図４のデータフォーマットの内、ヘッダ部分のＣＦＮは、図３（ａ）のヘッダのシーケンス番号に対応するものであり、Iub-FPフレームのシーケンス番号である。
【０００９】
このKASUMIアルゴリズムを使用した、3GPP秘匿処理については、この技術が公知のものであるので、参照文献を列挙するにとどめ、詳細な説明は省略する。本発明では、KASUMIアルゴリズムを使用するが、その内部のアルゴリズムについては、ブラックボックスとして扱っても、本発明の理解には問題が無い。（KASUMIアルゴリズムの詳細は以下の文献のほか、3GPP Specification TS33。102、TS33。103、TS33。105等を参照されたい。）
[1] 3G TS 33。 105 V 3。2。0 (1999-12) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; 3G Security; Cryptographic
Algorithm Requirements。
[2] Specification of the 3GPP Confidentiality and Integrity Algorithms; Document
1: f8 and f9 Specifications。
[3] Specification of the 3GPP Confidentiality and Integrity Algorithms; Document
2: KASUMI Specification。
[4] Specification of the 3GPP Confidentiality and Integrity Algorithms; Document
3: Implementor’s Test Data。
[5] Specification of the 3GPP Confidentiality and Integrity Algorithms; Document
4: Design Conformance Test Data。
[6] Mitsubishi Electric Corporation:Block Cipher Algorithms MISTY1 and MISTY2 V1。11 (1996-8)。 
ところで、現在の3GPPシステムでは、秘匿の演算をソフトウェア処理で実現している。秘匿の演算処理は専用ハードウェアで実現することも考えられるが、専用ハードウェアへのデータ転送時間、及び、演算結果が返るまでの待ち時間等のタイムラグの影響と、仕様変更への柔軟な対応、及び、複雑なパラメータ管理はソフトウェアで行う必要があることを考慮して、ソフトウェアで処理を実現している。このような理由から、現在の3GPPシステムでは、秘匿処理をソフトウェアで行っているが、KASUMIアルゴリズムの複雑な演算を繰り返し行う必要があることと、秘匿演算処理に秘匿対象のデータ全てを使用することのため、データをプロセッサとメモリの間で転送処理を行う必要があることが、処理機能部の大きな処理負荷となっており、秘匿処理のスループットを上げることが困難である。
【００１０】
加えて、仮に、使用デバイスの性能向上により、秘匿処理のスループットが向上した場合でも、システムの中で使用しているその他のデバイスも性能向上する可能性が高く、秘匿処理機能のスループットがシステム全体の中で、ボトルネックになりつづけることが予想される。
【００１１】
現在の3GPPシステムでは、秘匿機能部の処理能力不足が、設備数を増やす一要因になっている。但し、商用サービスが開始されて間もない現時点では、使用ユーザ数が多くないことと、パケット通信を使用したサービスのアプリケーションが整っていないことのため、システムに要求されるデータスループットが高くなく、大きな問題には至っていない。
【００１２】
現在、3GPPシステムは、セキュリティレベルの高いシステムとして稼動しているが、そのセキュリティ機能の中枢を担っているのが、データに対する暗号化（秘匿機能）である。データの暗号化は、その性質上複雑な演算処理が伴う。前述したように、現在の3GPPシステムでは、その演算処理をソフトウェアによって実現しているが、その能力にボトルネックがある。
【００１３】
具体的には、複雑な演算処理を実現するための演算処理時間と外部バスに接続されているメモリに格納されている秘匿対象のデータへアクセス時間が、秘匿処理スループットのボトルネックの主要因となっている。
【００１４】
このボトルネックが解消されない場合、システムとしてのデータスループット（秘匿処理スループット）を向上させるためには、設備量を増やす必要がある。
現在、3GPPシステムは、多くの通信キャリアに採用されているシステムであり、今後、3GPPシステムが一般的になることによるユーザ数の増加、及び、パケット通信を利用したアプリケーションの多様化と高機能化により、システム全体に要求されるデータスループットが増大することが容易に予想される。それに伴い、システムに対するデータスループット向上、及び、システムの低価格化に対する要求が強まることは明らかである。
【００１５】
このような要求が強まるに連れて、3GPPシステムにおいて、秘匿処理スループット（ユーザスループット）の向上、及び設備数の削減を実現することが大きな課題となる。
現在のシステムにおいて、秘匿の処理時間は、1 RLC-SDUあたりの処理時間比率でみると、実測結果から、システムの処理時間の内約40%がその処理にあてられていることが分かっている。
【００１６】
秘匿演算処理を行っているプロセッサの動作周波数向上等の施策を行うことで、KASUMIの演算処理時間の短縮は図れる可能性はあるが、メモリアクセスのために外部バスを使用するため、そのバスアクセス回数が秘匿処理スループット向上の妨げになる。
【００１７】
以上のことから、3GPPシステムにおいて、今後のデータスループットの向上と設備数（設備コスト）の抑制、及び、現在のセキュリティレベルの保持を両立することのできる秘匿処理方式を考慮する必要がある。
従来の技術としては、特許文献１や特許文献２などがある。特許文献１には、ファクシミリ装置のデータ転送において、画像データを分割し、最初のデータを暗号化し、残りを変換して送信する技術が開示されている。特許文献２には、データフレームの一部に暗号をかける技術が開示されている。
【特許文献１】特開平９−１４９２６５号公報
【特許文献２】特開平１０−６６１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の課題は、上述のように、3GPP秘匿処理機能部において、データスループット向上のボトルネックである秘匿処理スループットを向上し、かつ、セキュリティレベルを低下させることのないシステムを提供することである。
【００１９】
本発明の更なる課題は、このようなシステムを、設備数の増加、及び、デバイスの性能向上に頼ることなく実現することである。
本発明の秘匿通信システムは、無線プロトコルを終端可能な無線ネットワーク制御装置と同じく無線プロトコルを終端可能な基地局と電波を送受して通信する移動機との間の通信を秘匿化する秘匿通信システムであって、送受信するデータに秘匿処理が必要か否かを判断する判断手段と、該判断手段の判断に従って、該データの秘匿処理対象のデータ範囲を限定し、該限定された範囲のデータについてのみ暗号化を行う部分暗号化手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、限定された範囲のデータについてのみ秘匿処理を行うので、今後、データスループット向上への要求が高まる3GPPシステムにおいて、セキュリティレベルを保ちつつ、設備数を増設することなく、システムのデータスループットを向上することができ、効率的なシステムを低期間、低コストで提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態のシステムは、無線ネットワーク制御装置と移動機から構成され、無線伝送路上のセキュリティ確保のため、無線ネットワーク制御装置、及び、移動機に無線上を転送するデータに対して秘匿処理を行う機能を有するシステムであり、秘匿機能部の中に、受信処理部とデータ管理部、データバッファ、秘匿演算処理部、秘匿管理部を有し、データを受信し、必要な情報を抽出する機能と、受信データを保持、管理する機能と、秘匿演算を実現する機能と、秘匿演算の対象となるデータ範囲を決定する機能とを設け、効率的な秘匿処理を行うことが可能であることを特徴とする。
また、前記受信処理部は、受信したデータに対して、データ内から秘匿管理部が必要とする情報を抜き出し、適当な情報を秘匿管理部に通知する機能を持つ。
【００２２】
データ管理部は、受信処理部で受信したデータを、データバッファに格納する機能と、秘匿管理部からの指示に従って、データバッファに保持されているデータを秘匿演算処理部に転送するか、送信処理部に転送するかを制御する機能を持つ。
【００２３】
データバッファは、秘匿処理を行う前のデータ、及び、秘匿処理を実施した後のデータを保持、管理する機能を持つ。
秘匿演算処理部は、データ管理部から受信したデータに対して、秘匿管理部から指示された秘匿パラメータを使用して、秘匿演算処理を実行する機能を持つ。
【００２４】
秘匿管理部は、内部に制御部と秘匿パラメータ管理テーブルを持ち、制御部は、受信処理部から通知された情報をもとに、データバッファに保持されているデータに対して、秘匿処理実施/未実施の判定を行い、その結果をデータ管理部へ通知する機能を持つ。
また、秘匿管理部内、秘匿パラメータ管理テーブルは、各データに対する秘匿パラメータを保持/管理し、秘匿演算処理部に対して、適当な秘匿パラメータを通知する機能を持つ。
【００２５】
前述したように、図３には、3GPPシステムにおいて、秘匿処理の対象となる、RLC-PDUのフォーマットが、また、図４にCS呼のIub-FPのフレームフォーマットが示されている。
RLCプロトコルは、無線ネットワーク制御装置と移動機の間行われる通信のプロトコルである。現在の3GPPシステムでは、秘匿処理の実施が設定されている全てのRLC-PDUに対して、送信側装置で秘匿処理を実施し、受信側装置で、受信した該RLC-PDUに対して秘匿解除処理を実施している。
【００２６】
図５は、PS呼におけるRLC処理手順を説明する図である。
PS呼の場合、図５に示すように、送信側装置のRLCプロトコルでは、RLC-SDUをあらかじめ設定されたPDU長に分割し、分割したそれぞれのデータに対して、RLCヘッダを付与し、RLC-PDUを生成する。
【００２７】
秘匿処理部では、該RLC-PDUそれぞれに対して、異なる秘匿パラメータを使用してRLC-PDUのペイロード部分に秘匿処理を実施する。
秘匿処理されたRLC-PDUを受信した、受信側装置のRLCプロトコルは、該RLC-PDUそれぞれに対して、秘匿解除処理を行った後、分割された複数のRLC-PDUデータを結合しRLC-SDUの組立てを行う。したがって、送信側装置によって、1つのRLC-SDUから分割されたRLC-PDUのうち、1つ以上のデータが正確に送受信されなかった場合、RLC-SDUを正確に復元することができない。また、PS呼の秘匿処理に使用する秘匿パラメータには、RLCヘッダ内に含まれている、SN（Sequence Number）も利用している。SNは、RLC-PDU毎にインクリメントされ、異なる値が付与される。
【００２８】
CS呼の場合、RLC-SDU長が短いため、RLCプロトコルにおいて分割処理が行われずに、RLC-SDUがそのままRLC-PDUとなるのが通常である。また、CS呼の秘匿処理に使用する秘匿パラメータには、Iub-FPヘッダ内に含まれている、CFN（Connection Frame Number）も利用している。CFNは、10ms周期でインクリメントされ、Iub-FPフレーム単位毎に異なる値が付与される。
【００２９】
本発明の実施形態の方法は、RLC-SDUのデータ単位に着目し、PS呼の場合RLC-SDUが複数のRLC-PDUに分割されて送受信されるという特徴、及び、秘匿パラメータとして使用されるSN、及びCFNがRLC-PDU、又は、Iub-FPフレーム単位で異なる値が付与されるという特徴を利用したものであり、RLC-SDUの秘匿性を保ちつつ、秘匿処理範囲を限定することで、秘匿処理部の負荷を低減しようとするものである。
【００３０】
本発明の実施形態の方法は、以下の各ステップを行う。
（ａ）送信側装置と受信側装置で、秘匿処理を開始する際に、秘匿対象となるデータ範囲をネゴシエーションするステップ
（ｂ）秘匿機能部が受信したデータから、秘匿処理、及び、秘匿処理実施の要否の判定に必要な情報を抽出するステップ
（ｃ）（ｂ）で抽出した情報を基に、秘匿処理実施の要否を判定するステップ
（ｄ）（ｃ）の判定結果に従って、秘匿処理を実施するステップ
（ｅ）秘匿処理を実施したデータ、及び、秘匿処理を実施しないと判断されたデータを次レイヤに送信するステップ
以下では、上記の各ステップについて、詳細に記載する。
【００３１】
まず、本発明におけるシステムを実現するための、無線ネットワーク制御装置、及び、移動機内の秘匿機能部の構成について記載する。
図６は、秘匿機能部の送信側の構成と動作を示す図で、図７は、秘匿機能部の受信側の構成と動作を示す図である。
【００３２】
無線ネットワーク制御装置、及び、移動機内の秘匿機能部１１０は、受信処理部１１１とデータ管理部１１６、データバッファ１１２、秘匿演算処部１１３、秘匿管理部１１４、送信処理部１１５を有する。
【００３３】
受信処理部１１１は、PS呼の場合、RLC-PDUを受信し、該RLC-PDUから秘匿処理、及び、秘匿処理の要否判定に必要な情報を抜き出し、秘匿管理部にその内容を通知する。秘匿処理の要否判定に必要な情報とは、後述するように、シーケンス番号CN, CFNやLength Indicator等である。
【００３４】
データ管理部１１６は、秘匿管理部１１４からの指示に従って、データバッファ１１２に保持しているデータを秘匿演算処理部１１３、又は、送信処理部１１５へ受け渡す。
データバッファ１１２は、RLC-PDUを格納するためのバッファであり、受信処理部１１１が受信したRLC-PDUを保持/管理しておく機能を有する。
【００３５】
秘匿演算処理部１１３は、秘匿管理部１１４から指示された秘匿パラメータを使用して、データ管理部１１６から受け渡されたデータに対して、KASUMIアルゴリズムを使用した秘匿処理を行う。
【００３６】
秘匿管理部１１４は、内部に制御部１１４−１と秘匿パラメータ管理テーブル１１４−２を有する。制御部１１４−１は、データ管理部１１６で保持されているRLC-PDUに対して、秘匿処理実施の要否を判定し、その判定結果をデータ管理部１１６に通知する。更に、秘匿処理実施判定の結果、秘匿処理を行う場合には、該RLC-PDUに対して、適当な秘匿パラメータを秘匿パラメータ管理テーブル１１４−２から読み出し、秘匿演算処理部に通知する。
【００３７】
また、秘匿パラメータ管理テーブル１１４−２は、各RLCエンティティに対してあらかじめ設定された秘匿パラメータ情報を、RLCエンティティ毎に保持する。
送信処理部１１５は、データ管理部１１６から受け渡された秘匿処理未実施のRLC-PDU、及び、秘匿演算処理部１１３から受け渡された秘匿処理後のRLC-PDUを次レイヤに対して送信する。
【００３８】
送信側装置、及び、受信側装置において、秘匿処理範囲を決定するための方法について説明する。
秘匿処理の対象とするデータ範囲を規定する方法としては、以下の方式が考えられる。
１． RLCヘッダ内のSNの番号又はSNの番号の特定の桁が、ある整数Nの倍数の時のみ、該RLC-PDUに対して秘匿処理を行う方式
ある整数Nを無線ネットワーク制御装置と移動機との間で決めておき、RLCヘッダ内のSNの番号がNで割り切れる場合にのみ、該RLC-PDUに対して秘匿処理を行う。
図１２(A)に具体的な構成を示す。ハッチングのあるRLC-PDUの部分が秘匿処理されている。
２． RLCヘッダ内のSNの番号が、あらかじめ決められら番号の時のみ、該RLC-PDUに対して秘匿処理を行う方式
無線ネットワーク制御装置と移動機で、秘匿処理の対象とするSNの番号の一覧テーブルを持ち、そのテーブル内の番号と、該RLC-PDUのSNの番号が一致した時のみ該RLC-PDUに対して秘匿処理を行う。ＳＤＵの長さは一定ではないので、１つのRLC-SDUについて最低１回は秘匿処理を行うようなＳＮ番号を経験上見積もって設定する。
図１２(B)に具体的な構成を示す。ハッチングのあるRLC-PDUの部分が秘匿処理されている。
３． 該RLC-PDUが、RLC-SDUの先頭にあたる場合にのみ、秘匿処理を行う方式
RLC-PDU内のLI（Length Indicator）を確認し、該RLC-PDUが、RLC-SDUの先頭にあたる場合にのみ、該RLC-PDUに対して秘匿処理を行う。LIを見ると、RLC-SDUのデータがどのRLC-PDUで終了するかを知ることができるので、最後のRLC-PDUの次のRLC-PDUが先頭であると判断する。
図１２(C)に具体的な構成を示す。ハッチングのあるRLC-PDUの部分が秘匿処理されている。
４． 該RLC-PDUが、RLC-SDUの最終にあたる場合にのみ、秘匿処理を行う方式
RLC-PDU内のLI（Length Indicator）を確認し、該RLC-PDUが、RLC-SDUの最終PDUにあたる場合にのみ、該RLC-PDUに対して秘匿処理を行う。LIから最終PDUを知るようにする。
図１２(D)に具体的な構成を示す。ハッチングのあるRLC-PDUの部分が秘匿処理されている。
５．RLCヘッダ内のPolling bitが１の時のみ、該RLC-PDUに対して秘匿処理を行う方式RLC-PDU内のPolling bitを確認し、該RLC-PDUが、RLC-SDUの最終PDUにあたる場合にのみ、該RLC-PDUに対して秘匿処理を行う。Polling bitが１のときは、受信側にAcknowledgeメッセージの返送を要求することになるが、これは、最終PDUに含められるので、Polling bitが１か否かによって、最終PDUか否かを判断することができる。
６．RLC-PDU内の先頭のLI（Length Indicator）に対してのみ、秘匿処理を行う方式
RLC-PDU内のLIに対してのみ秘匿処理を行う。但し、送信側装置で、全てのLIに対して秘匿処理を行った場合、受信側装置で秘匿解除すべき範囲が特定できないため、先頭のLIに対してのみ秘匿処理を行う。これは、LIが解読できないと、RLC-SDUが受信側で復元できないことを利用している。
【００３９】
また、PLC-PDU内にLIが存在しないRLC-PDUに対しては秘匿処理を行わない。
図１3(I)に具体的な構成を示す。RLC-PDUのハッチングのある部分が秘匿処理されている。７． RLC-PDU内の有効データ部分に対してのみ、秘匿処理を行う方式 RLC-PDU内の有効データ部分（ペイロード部分からLI、Padding等の部分を除いた部分）にのみ秘匿処理を行う。
【００４０】
この場合、有効データ部分がないRLC-PDU（RLCヘッダとLIとPaddingのみのRLC-PDU）に対しては、秘匿処理を行わない。
図１3(E)に具体的な構成を示す。RLC-PDUのハッチングのある部分が秘匿処理されている。
８． RLC-PDU内ペイロード部分の先頭Nビットに対してのみ、先頭から所定のビット離れたとこからNビットに対してのみ、又は最後からビットに対してのみ、秘匿処理を行う方式
ある整数Nを無線ネットワーク制御装置と移動機との間で決めておき、RLC-PDU内のペイロード部分（RLCヘッダを除いた部分）の先頭Nビットに対してのみ、秘匿処理を行う。
図１3(F)から(H)に具体的な構成を示す。RLC-PDUのハッチングのある部分が秘匿処理されている。
９． Iub-FPヘッダ内のCFNの番号が、ある整数Nの倍数の時のみ、RLC-PDUに対して秘匿処理を行う方式
ある整数Nを無線ネットワーク制御装置と移動機との間で決めておき、Iub-FPヘッダ内のCFNの番号がNで割り切れる場合にのみ、該Iub-FPに格納されるRLC-PDUに対して秘匿処理を行う。
図１2(Ａ)と同様に、ハッチングのあるRLC-PDUの部分が秘匿処理されている。
１０． Iub-FPヘッダ内のCFNの番号が、あらかじめ決められた番号の時のみ、RLC-PDUに対して秘匿処理を行う方式
無線ネットワーク制御装置と移動機で、秘匿処理の対象とするCFNの番号の一覧テーブルを持ち、そのテーブル内の番号と、該Iub-FP内のCFNの番号が一致した場合にのみ、該Iub-FP内に格納されるRLC-PDUに対して秘匿処理を行う。
図１2(Ｂ)と同様に、ハッチングのあるRLC-PDUの部分が秘匿処理されている。
上記１項から６項に記載の方式は、RLC-PDU内のSN、LI、Polling bit等を利用した方法であるため、PS呼に対してのみ有効な方法である。
【００４１】
また、９項、１０項に記載の方式は、Iub-FP内のCFN等を利用した方法であり、CS呼に対してのみ有効な方法である。
なお、上記１項から５項及び９項、１０項の一部のデータフレームにのみ秘匿処理をするという方法と、６項〜８項のデータフレーム内の一部にのみ秘匿処理をするという方法を組み合わせて、一部のデータフレームの内の一部分にのみ秘匿処理を行うという方法も可能である。
上記の方式に使用するパラメータのうち、
上記１項、８項、９項に記載のNの値、
上記２項、１０項に記載のあらかじめ決められた値
に関しては、無線ネットワーク制御装置と移動機との間で、秘匿処理を開始する前に、あらかじめ決定しておく必要がある。
【００４２】
また、上記１項から１０項に記載の秘匿処理範囲決定のための方式についても、無線ネットワーク制御装置と移動機との間で同じ方式を取る必要がある。
これらのパラメータ、及び、方式を無線ネットワーク制御装置と移動機との間で同期するための方法として、以下の方式が考えられる。
（１） 無線ネットワーク制御装置と移動機に、システムパラメータとして設定する方式
無線ネットワーク制御装置と移動機のシステムパラメータ内に、必要なパラメータ、及び、秘匿処理範囲の決定方法をあらかじめ設定しておく。
（２） 秘匿処理の開始前に、無線ネットワーク制御装置と移動機との間でネゴシエーションを行って決定する方式
無線ネットワーク制御装置と移動機との間で、秘匿処理を開始する以前に、無線ネットワーク制御装置と移動機間で、必要なパラメータ、及び、秘匿処理範囲の決定方法等のネゴシエーションを行う。
【００４３】
この方式は、秘匿処理開始前、及び、秘匿パラメータの変更時等に、無線ネットワーク制御装置と移動機との間で送受信される、“RRC SECURITY MODE COMMAND”及び、“RRC SECURITY MODE COMPLETE”を利用し、このメッセージ内に、必要なパラメータ、及び、秘匿処理範囲決定のための方式を決定するために必要な情報を挿入することで実現する。すなわち、現在3GPPで規定されているRRCレイヤでのセキュリティの設定コマンドであるRRC SECURITY MODE COMMANDに新たに、秘匿処理のためのパラメータや暗号化方法の設定を行うコマンドを設ける。そして、無線ネットワーク制御装置からRRC SECURITY MODE COMMANDのパラメータ、暗号化方法設定コマンドを発行し、移動機から設定が行われたことを示すRRC SECURITY MODE COMMAND COMPLETEメッセージを受けて無線ネットワーク制御装置と移動機の間に秘匿処理の設定を行うようにする。
【００４４】
秘匿処理実施の要否を判定するための情報を、RLC-PDUから抜き出す手順について説明する。
受信処理部１１１では、秘匿処理判定を決定するための方式に従って、秘匿処理判定を行うために必要な情報を、受信したRLC-PDUの中から抜き出し、該情報を秘匿管理部１１４に通知するとともに、該RLC-PDUをデータバッファ１１２に格納する。
【００４５】
秘匿処理判定の方式によっては、受信処理部１１１で抽出すべき情報がない場合もあるが、その場合には、RLC-PDUからの情報の抽出は行わずに、受信したRLC-PDUをデータバッファ１１２に格納する。
受信処理部１１１が受信したRLC-PDUに対して、秘匿処理を実施するか否かを判定する手順を説明する。
秘匿管理部１１４内の制御部１１４−１は、受信処理部１１１から通知されたRLC-PDUに関する情報を基に、該RLC-PDUに対して、秘匿処理を実施するか否かを判断する。
【００４６】
秘匿管理部１１４内の制御部１１４−１は、受信処理部１１１から通知されたRLC-PDUに関する情報と、あらかじめ決められた秘匿処理範囲を決定するための条件との比較を行い、該RLC-PDUに対して秘匿処理を行うか否かの判断を行い、その結果をデータ管理部１１６に対して通知する。
【００４７】
また、上記の比較の結果、該RLC-PDUに対して秘匿処理を実施すると判定された場合、秘匿管理部１１４内の制御部１１４−１は、秘匿パラメータ管理テーブル１１４−２から、該RLC-PDUに秘匿処理を実施するために必要な秘匿パラメータを抽出し、秘匿演算処理部１１３に通知する。
【００４８】
秘匿処理を実施すると判定されたデータ領域に対して、秘匿処理を行うための手順を説明する。
秘匿演算処理部１１３は、データ管理部１１６から送られてくる、指定されたデータに対して、KASUMIアルゴリズムを利用した秘匿演算処理を実施する。秘匿演算処理に必要な秘匿鍵等の秘匿パラメータは、秘匿管理部１１３から通知されたパラメータを使用する。
【００４９】
秘匿演算処理部１１３は、指定されたデータに対して秘匿処理を終えると、秘匿処理後のデータをデータ管理部１１６経由でデータバッファ１１２に格納する。
データバッファ内に格納されているRLC-PDUを送信する際の処理について説明する。
【００５０】
データバッファ１１２内に格納されている、秘匿管理部１１４内の制御部１１４−１が秘匿処理を実施すると判定し、秘匿演算処理部１１３が秘匿処理を実施したRLC-PDU、及び、秘匿管理部１１４内の制御部１１４−１が、秘匿処理を実施しないと判定したRLC-PDUは、送信処理部１１５から次レイヤへ送信される。
【００５１】
秘匿対象データ範囲を判定するための方法、及び、判定を行うために使用するパラメータ値を変更するための方法について説明する。
秘匿処理範囲を判定する方法、及び、判定のためのパラメータ値は、前述したように、（１） 無線ネットワーク制御装置と移動機に、システムパラメータとして設定する方式
（２） 秘匿処理の開始前に、無線ネットワーク制御装置と移動機との間でネゴシエーションを行って決定する方式
が考えられるが、上記の方法のうち（２）の方法を利用することで、呼の接続中に秘匿処理範囲を判定する方法、及び、判定のためのパラメータ値を変更することができる。
【００５２】
呼の接続中に秘匿処理範囲を判定する方法、及び、判定のためのパラメータ値を変更することで、通信の秘匿性を更に高めることが可能である。
図６及び図７には、本発明を実現するための無線ネットワーク制御装置、及び、移動機内の秘匿処理部の一実施形態が示されており、前述したように、秘匿処理部１１０は、受信処理部１１１、データ管理部１１６、データバッファ１１２、秘匿管理部１１４、秘匿演算処理部１１３、送信処理部１１５から構成される。
【００５３】
図６及び図７には、データの流れも記載されている。図６の送信側の秘匿処理部においては、データは、ＲＲＣ処理部、ＲＬＣ処理部を経て受信処理部１１１に入力される。受信処理部１１１では、LIなどの秘匿処理有無の判定のための情報が、入力されたデータである、秘匿処理前のRLC-PDUから抽出され、秘匿管理部１１４に送られる。また、データ本体はデータ管理部１１６に入力される。データ本体は、データ管理部１１６経由でデータバッファ１１２に格納される。秘匿管理部１１４が、秘匿処理を実施するか否かの決定をした場合には、その旨の指示がデータ管理部１１６に入力されると共に、秘匿処理する場合には秘匿処理するためのパラメータが秘匿演算処理部１１３に入力される。データ管理部１１６は、秘匿管理部１１４からデータを秘匿処理すべき旨の指示を受け取ると、データバッファ１１２からデータを読み出し、秘匿演算処理部１１３に渡す。データ管理部１１６は、秘匿処理をしない場合には、データバッファ１１２からデータは読み出さない。秘匿演算処理部１１３は、データを秘匿処理してデータ管理部１１６に返す。データ管理部１１６は、秘匿処理されたデータをデータバッファ１１２に格納する。次に、秘匿処理されたデータ、あるいは、秘匿処理されていないデータは、データ管理部１１６によってデータバッファ１１２から読み出され、送信処理部１１５に送られ、ＦＰ処理部に秘匿処理後のRLC-PDUとして渡される。
【００５４】
図７は、受信側のデータの流れを示している。
ＦＰ処理部から秘匿処理されたRLC-PDUが受信処理部１１１に入力されると、秘匿処理の有無の判定のための情報が秘匿管理部１１４に送られる。また、データ本体は、データ管理部１１６を介してデータバッファ１１２に格納される。秘匿管理部１１４からデータが秘匿処理されている旨の指示をデータ管理部１１６が受け取ると、データバッファ１１２から当該データを読み出し、秘匿演算処理部１１３に送る。秘匿管理部１１４から秘匿演算処理部１１３には秘匿パラメータが送られており、秘匿演算処理部１１３がデータを秘匿解除処理した後、データ管理部１１６は、秘匿解除されたデータをデータバッファ１１２に格納する。その後、秘匿解除されたデータ、あるいは、秘匿処理が施されていなかったデータがデータバッファ１１２から読み出され、送信処理部１１５を介して、ＲＬＣ処理部に、秘匿なしRLC-PDUとして渡される。
【００５５】
図６及び図７において、従来は、全てのRLC-PDUが一旦データバッファ１１２から読み出され、秘匿処理、秘匿解除処理されていたのが、本発明の実施形態により、これらの処理を経ないで転送されるデータの流れが生じており、秘匿処理、秘匿解除処理するデータの量が減っているので、システムにかかる負荷の量が減ることになる。
【００５６】
図８は、秘匿管理部内の秘匿パラメータ管理テーブルの例を示す図である。
呼毎に秘匿鍵（CK）、COUNT（HFN＋RLC SN（CFN））、BEARER、DIRECTIONを格納する領域が用意されている。
【００５７】
秘匿鍵は、上位レイヤから与えられ、RLCエンティティ毎に異なる値が設定される。
COUNTは、RLC AM（PS呼）の場合、HFN（20ビット）＋RLC SN（12ビット）から構成される。また、RLC TM（CS呼）の場合、HFN（24ビット）＋CFN（8ビット）から構成される。HFNは初期値のみ上位レイヤから与えられ、RLC SN、又は、CFNが一巡するたびに＋1される。RLC SNは、RLC-PDU毎にインクリメントされる。CFNは、10ms単位でインクリメントされる。
【００５８】
BEARERは、無線ネットワーク制御装置と移動機との間で送受信される、“RRC RADIO BEARER SETUP”などに含まれるRB Identityを使用する。
DIRECTIONは、特に規定がないため、全ての呼に共通な固定値を設定する。
【００５９】
これらのパラメータは、KASUMIアルゴリズムに特有のものであるので、前述の参考文献を参照されたい。なお、本発明は、KASUMIアルゴリズムに限定されないので、他の秘匿処理アルゴリズムが使われる場合には、そのアルゴリズムに特有のパラメータを秘匿パラメータ管理テーブルを用いるようにする。
【００６０】
図９及び図１０は、秘匿機能部における処理フローの概要を示す図である。
図９は、送信処理の図である。受信処理部は、受信したRLC-PDUから秘匿処理の有無の判断に必要な情報を抽出し、その情報を秘匿管理部に通知するとともに、RLC-PDUをデータバッファに格納する。秘匿管理部では、通知された情報をもとに、秘匿処理の要否を判定し、判定結果をデータ管理部に通知する。この判定の結果、秘匿処理を実施する場合には、秘匿処理手順を実施し、秘匿処理実施後のRLC-PDUは再度、データバッファに格納される。
【００６１】
秘匿処理が必要と判定され、秘匿処理が終了したRLC-PDU、及び、秘匿処理が不要と判定されたRLC-PDUは、送信処理部によって次レイヤへ送信される。
図１０は、受信処理の図である。図９とは、信号が秘匿解除処理を受ける他は、ほぼ同じデータの流れとなる。すなわち、受信処理部は、受信したRLC-PDUから秘匿処理の有無の判断に必要な情報を抽出し、その情報を秘匿管理部に通知するとともに、RLC-PDUをデータバッファに格納する。秘匿管理部では、通知された情報をもとに、秘匿解除処理の要否を判定し、判定結果をデータ管理部に通知する。この判定の結果、秘匿解除処理を実施する場合には、秘匿解除処理手順を実施し、秘匿解除処理実施後のRLC-PDUは再度、データバッファに格納される。
【００６２】
秘匿解除処理が必要と判定され、秘匿解除処理が終了したRLC-PDU、及び、秘匿解除処理が不要と判定されたRLC-PDUは、送信処理部によって次レイヤへ送信される。
また、図１０の一番下に記載されているように、通信中に秘匿条件設定を行い、秘匿パラメータや秘匿処理方法を変えるようにすると、秘匿性がより高まる。
【００６３】
図１１は、秘匿管理部の処理フローである。
ステップＳ１０とＳ１１は、コネクション設定時の処理である。ステップＳ１０において、秘匿パラメータを受信すると、ステップＳ１１において、秘匿パラメータ管理テーブルを更新する。この処理は、適宜行うようにする。ステップＳ１２からステップＳ１７は、データ受信時の処理である。ステップＳ１２において、RLC-PDUが秘匿処理すべきものか、秘匿処理されているかを知るための情報、例えば、シーケンス番号ＳＮなどを受信する。ステップＳ１３においては、当該RLC-PDUに秘匿処理を施すべきか、あるいは、秘匿処理が施されているか否かを判定する。ステップＳ１４において、判定結果をデータ管理部に通知し、ステップＳ１５において、秘匿実施の有無の判定結果によって処理を分岐する。秘匿処理が未実施である場合には、ステップＳ１２に戻る。秘匿処理が実施されている場合には、ステップＳ１６において、秘匿パラメータ管理テーブルから秘匿パラメータを抽出し、ステップＳ１７において、秘匿パラメータを秘匿演算処理部に通知し、ステップＳ１２に戻る。
【００６４】
前述したように、今後3GPPシステムにおいて、ユーザ数の増加、及び、パケット通信を利用したアプリケーションの多様化と高機能化による、システム全体のスループット向上、及び、システムの低価格化への要求が高まっていくことが、容易に予想される。
【００６５】
3GPPシステムの特徴として、高いセキュリティレベルが挙げられるが、無線伝送路上のセキュリティを確保するためには、複雑な演算アルゴリズムと複雑な暗号化パラメータ構成を利用した3GPP秘匿の処理を行っている。一方、セキュリティレベルの向上を目的とし、複雑な秘匿処理を行うため、秘匿機能が秘匿処理の終端装置（無線ネットワーク制御装置、及び、移動機）の処理スループット向上のボトルネックとなる。
【００６６】
しかし、本発明の実施形態では、システムのセキュリティレベルを確保しつつ、秘匿処理の終端装置の処理負荷を減少することで、該装置の処理スループットを向上することが可能である。これまでは、秘匿処理のスループット向上のためには、設備数を増設する手段を講じるのが一般的だったが、本発明の実施形態により、設備数の抑制を図ることができ、かつ、開発コスト、開発期間の短縮を図ることが可能である。
【００６７】
また、本発明の実施形態の秘匿処理の要否を判定するための方式を複数組み合わせて使用すること、又は、呼接続中に上記の方式を切替えることで、これまでのシステム以上にセキュリティレベルを向上することも可能である。
【００６８】
（付記１）無線プロトコルを終端可能な無線ネットワーク制御装置と同じく無線プロトコルを終端可能な基地局と電波を送受して通信する移動機との間の通信を秘匿化する秘匿通信システムであって、
送受信するデータに秘匿処理が必要か否かを判断する判断手段と、
該判断手段の判断に従って、該データの秘匿処理対象のデータ範囲を限定し、該限定された範囲のデータについてのみ暗号化を行う部分暗号化手段と、
を備えることを特徴とする秘匿通信システム。
（付記２）前記限定されたデータ範囲は、データを構成する複数のフレームの内の一部のフレームであることを特徴とする付記１に記載の秘匿通信システム。
（付記３）前記限定されたデータ範囲は、データを構成するフレームの一部分であることを特徴とする付記１に記載の秘匿通信システム。
（付記４）前記限定されたデータ範囲は、データを構成する複数のフレームの内の一部のフレームの一部分であることを特徴とする付記１に記載の秘匿通信システム。
（付記５）前記秘匿通信システムは、3rd Generation Partnership Project（３ＧＰＰ）が規定する無線ネットワーク制御装置と移動機の間の秘匿通信であることを特徴とする付記１に記載の秘匿通信システム。
（付記６）RLCヘッダ内のシーケンス番号が、ある整数の倍数のときのみ、RLC-PDUに対して秘匿処理を行うことを特徴とする付記５に記載の秘匿通信システム。
（付記７）RLCヘッダ内のシーケンス番号が、予め決められた番号のときのみ、RLC-PDUに対して秘匿処理を行うことを特徴とする付記５に記載の秘匿通信システム。
（付記８）RLC-PDUがRLC-SDUの先頭にあたる場合にのみ、RLC-PDUに対して秘匿処理を行うことを特徴とする付記５に記載の秘匿通信システム。
（付記９）RLC-PDUがRLC-SDUの末尾にあたる場合にのみ、RLC-PDUに対して秘匿処理を行うことを特徴とする付記５に記載の秘匿通信システム。
（付記１０）RLCヘッダ内のPolling bitがacknowledgeを受信側に要求する値に設定されている場合にのみRLC-PDUに対して秘匿処理を行うことを特徴とする付記５に記載の秘匿通信システム。
（付記１１）RLC-PDU内のLength Indicatorにのみ秘匿処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の秘匿通信システム。
（付記１２）RLC-PDU内の有効データ部分に対してのみ秘匿処理を行うことを特徴とする付記５に記載の秘匿通信システム。
（付記１３）RLC-PDU内のペイロード部分の先頭から所定ビット分に対してのみ秘匿処理を行うことを特徴とする付記５に記載の秘匿通信システム。
（付記１４）Iub-FPヘッダ内のCFNの番号が、ある整数の倍数のときのみ、Iub-FPフレーム内に格納されるRLC-PDUに対して秘匿処理を行うことを特徴とする付記５に記載の秘匿通信システム。
（付記１５）Iub-FPヘッダ内のCFNの番号が予め決められた番号のときのみ、Iub-FPフレーム内に格納されるRLC-PDUに対して秘匿処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の秘匿通信システム。
（付記１６）秘匿処理対象のデータ範囲の決定方法を通信中に変更することを特徴とする付記１〜１５のいずれか１つに記載の秘匿通信システム。
（付記１７）秘匿処理対象のデータ範囲を決定するためのパラメータを通信中に変更することを特徴とする付記１〜１５のいずれか１つに記載の秘匿通信システム。
（付記１８）無線プロトコルを終端可能な無線ネットワーク制御装置と同じく無線プロトコルを終端可能な基地局と電波を送受して通信する移動機との間の通信を秘匿化する秘匿通信方法であって、
送受信するデータに秘匿処理が必要か否かを判断し、
該判断ステップの判断に従って、該データの秘匿処理対象のデータ範囲を限定し、該限定された範囲のデータについてのみ暗号化を行う、
ことを特徴とする秘匿通信方法。
（付記１９）前記限定されたデータ範囲は、データを構成する複数のフレームの内の一部のフレームであることを特徴とする付記１８に記載の秘匿通信方法。
（付記２０）前記限定されたデータ範囲は、データを構成するフレームの一部分であることを特徴とする付記１８に記載の秘匿通信方法。
（付記２１）前記限定されたデータ範囲は、データを構成する複数のフレームの内の一部のフレームの一部分であることを特徴とする付記１８に記載の秘匿通信方法。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】現在の3GPPシステムの概要を示す図である。
【図２】3GPPシステムにおける代表的なプロトコルスタックを示す図である。
【図３】3GPPシステムにおいて、秘匿処理の対象となる、RLC-PDUのフォーマットを示す図である。
【図４】CS呼のIub-FPのフレームフォーマットを示す図である。
【図５】PS呼におけるRLC処理手順を説明する図である。
【図６】秘匿機能部の送信側の構成と動作を示す図である。
【図７】秘匿機能部の受信側の構成と動作を示す図である。
【図８】秘匿管理部内の秘匿パラメータ管理テーブルの例を示す図である。
【図９】秘匿機能部における処理フローの概要を示す図である。
【図１０】秘匿機能部における処理フローの概要を示す図である。
【図１１】秘匿管理部の処理フローである。
【図１２】秘匿処理を施す方法の一例の具体的な構成を示す図である。
【図１３】秘匿処理を施す方法の他の例の具体的な構成を示す図である。
【図１】
0005033424.tif 000002
【図２】
0005033424.tif 000003
【図３】
0005033424.tif 000004
【図４】
0005033424.tif 000005
【図５】
0005033424.tif 000006
【図６】
0005033424.tif 000007
【図７】
0005033424.tif 000008
【図８】
0005033424.tif 000009
【図９】
0005033424.tif 000010
【図１０】
0005033424.tif 000011
【図１１】
0005033424.tif 000012
【図１２】
0005033424.tif 000013
【図１３】
0005033424.tif 000014