(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムと通信するユニットに保持される鍵を更新する方法であって、該鍵は、該ユニットに格納されている秘密値と該通信システムから受信したシーケンスの少なくとも一部の関数として新たな鍵を生成することにより更新され、該新たな鍵は、該新たな鍵の少なくとも一部の関数としてシグニチャ値を生成し、該シグニチャ値と該通信システムが生成したシグニチャ値とを比較することにより、該ユニットによって検証され、該方法は、
該通信システムから受信した該シーケンスの少なくとも一部と該新たな鍵の少なくとも一部の関数として検証値を生成するステップと、
該ユニットが該新たな鍵を検証した後に、該通信システムが該検証値と該通信システムによって生成された検証値とを比較することで、該新たな鍵を検証するために、該通信システムに該検証値を送るステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
該新たな鍵は、
少なくともチャレンジシーケンスと該新たな鍵の少なくとも一部との関数であるシグニチャ値を生成するステップと、
該シグニチャ値を該通信システムから受信したシグニチャ値と比較するステップとによって検証されることを特徴とする方法。
【請求項３】
通信システムと通信するユニットに保持される鍵を更新する方法において、
該鍵は、該ユニットと関連する該通信システム内に格納される秘密値と該ユニットに送信される更新シーケンスの少なくとも一部の関数として新たな鍵を生成することにより更新され、該通信システムは、該新たな鍵の少なくとも一部の関数としてシグニチャ値を生成し、該ユニットが該シグニチャと該ユニットによって生成されたシグニチャ値とを比較することにより該新たな鍵を検証するために、該ユニットに該シグニチャ値を送り、該方法は、
該ユニットが該新たな鍵を検証した後に、該通信システムで、該ユニットからの第１検証値を受信するステップと、
該第１検証値と、該更新シーケンスの少なくとも一部と該新たな鍵の少なくとも一部の関数として該通信システムによって生成された第２検証値とを比較するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項４】
ユニットが通信システムと通信することを可能にする鍵更新システムであって、該鍵は、該ユニットに格納されている秘密値と該通信システムから受信したシーケンスの少なくとも一部の関数として新たな鍵を生成することにより更新され、該鍵更新システムは、該新たな鍵の少なくとも一部の関数としてシグニチャ値を生成し、該シグニチャ値と該通信システムが生成したシグニチャ値とを比較することにより、該新たな鍵を検証するように適合され、該鍵更新システムは、
該通信システムから受信した該シーケンスの少なくとも一部と該新たな鍵の少なくとも一部の関数として検証値を受信し、該ユニットが該新たな鍵を検証した後に、該通信システムが該検証値と該通信システムによって生成された検証値とを比較することにより該新たな鍵を検証するために、該通信システムに該検証値を送るように構成された処理回路を含むことを特徴とするシステム。
【請求項５】
通信システムにおいてユニットのために保持される鍵を更新する鍵更新システムにおいて、該鍵更新システムは、該ユニットと関連する該通信システム内に格納される秘密値と該ユニットに送信される更新シーケンスの少なくとも一部の関数として新たな鍵を生成することにより該鍵を更新するように適合され、該通信システムは、該新たな鍵の少なくとも一部の関数としてシグニチャ値を生成し、該ユニットが該シグニチャと該ユニットによって生成されたシグニチャ値とを比較することにより該新たな鍵を検証するために、該ユニットに該シグニチャ値を送るように適合され、該鍵更新システムは、
該ユニットが該新たな鍵を検証した後に、該ユニットから第１検証値を受信し、そして該第１検証値と、該更新シーケンスの少なくとも一部と該新たな鍵の少なくとも一部の関数として該通信システムによって生成された第２検証値とを比較するように構成されている処理回路を含むことを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の鍵更新システムにおいて、
該処理回路はさらに、チャレンジシーケンスを受信し、少なくとも該チャレンジシーケンスと該新たな鍵の少なくとも一部との関数としてシグニチャ値を生成し、そして該シグニチャ値を該ユニットに送るように構成されていることを特徴とする鍵更新システム。
【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、特に、通信する当事者によって使用される鍵またはその他の情報の更新に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のワイヤレス通信システムは、ある地理的領域にワイヤレス通信サービスを提供する。ワイヤレスユニットがワイヤレス通信システムとの通信を試みるとき、ワイヤレス通信システムは、ワイヤレスユニットにワイヤレス通信システムへのアクセスを許可する前に、ワイヤレスユニットの識別を認証あるいは確認する。これを行うため、通常のワイヤレス通信システムでは、ワイヤレスユニットおよびワイヤレス通信システムの両方がＡ−ＫＥＹという秘密値を有する。ワイヤレス通信システムは、Ａ−ＫＥＹおよびランダムに生成されたシーケンスＲＡＮＤＳＳＤを用いて、共有秘密データ値（ＳＳＤ：shared secret data）を生成する。ＳＳＤは、ＳＳＤ−Ａ（共有秘密データＡ）およびＳＳＤ−Ｂ（共有秘密データＢ）の２つの値に分けられる。ＳＳＤ−Ａ値は、認証手続きのために使用され、ＳＳＤ−Ｂ値は、鍵生成および暗号化の手続きのために使用される。ワイヤレス通信システムは、ＲＡＮＤＳＳＤをワイヤレスユニットに送信する。すると、ワイヤレスユニットは、ワイヤレス通信システムが計算したのと同様にＳＳＤを計算する。
【０００３】
新たなＳＳＤ値を認証および暗号化手続きの際に使用することを受け入れる前に、ワイヤレスユニットは、その新たなＳＳＤ値を検証する。これを行うため、ワイヤレスユニットは、検証シグニチャ値ＡＵＴＨＢＳを生成するためにランダムチャレンジＲＡＮＤＢＳを生成する。また、ワイヤレスユニットは、ＲＡＮＤＢＳをワイヤレス通信システムに送り、ワイヤレス通信システムは、ワイヤレスユニットからのＲＡＮＤＢＳを用いて同様にＡＵＴＨＢＳを導出する。ワイヤレス通信システムは、そのＡＵＴＨＢＳ値をワイヤレスユニットに送り、ワイヤレスユニットは、ワイヤレスユニットで生成されたＡＵＴＨＢＳを、システムから送られたＡＵＴＨＢＳと比較する。この比較で一致があると、ＳＳＤ更新は成功する。
【０００４】
ＳＳＤ更新後、ワイヤレス通信システムは通常、ワイヤレスユニットが正しくＳＳＤを計算ていることを確認するために、ワイヤレスユニットを認証する。ワイヤレス通信システムは、あるシーケンス（例えば、ランダムチャレンジＲＡＮＤＵ）を生成し、このシーケンスＲＡＮＤＵをワイヤレスユニットに送る。ワイヤレスユニットは、ＲＡＮＤＵおよびＳＳＤ−Ａを用いて、認証シグニチャ値ＡＵＴＨＵを生成する。ワイヤレス通信システムは、同様に認証シグニチャ値ＡＵＴＨＵを生成する。その後、ワイヤレスユニットは、ワイヤレスユニットが計算したＡＵＴＨＵ値をワイヤレス通信システムに送信する。ワイヤレス通信システムは、システムが計算したＡＵＴＨＵ値を、ワイヤレスユニットから受信したＡＵＴＨＵ値と比較する。これらの値が一致すると、ワイヤレスユニットは認証されたことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のＳＳＤ更新およびワイヤレスユニットの認証は、ワイヤレスユニットがＳＳＤ更新を正当性を確認した後、システムがワイヤレスユニットの別個の認証を実行して、ワイヤレスユニットおよびワイヤレス通信システムの観点からＳＳＤ更新の正当性を確かめることを要求する。そのため、ワイヤレスユニットは、ワイヤレスユニットの認証を開始することができる前に、ＳＳＤ更新が成功していることを確認する。ワイヤレスユニットがＳＳＤ更新を確認した後、システムは別個の認証を実行する。これにより、システムは、追加の情報（例えば、ランダムチャレンジＲＡＮＤＵ）を生成し、そのランダムチャレンジをワイヤレスユニットに送らなければならない。その後、ワイヤレスユニットは、ＲＡＮＤＵを用いて導出される認証シグニチャ値ＡＵＴＨＵをシステムに送ることにより応答しなければならない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、通信システムからの更新メッセージ内の情報を用いて新たな鍵を生成し、その新たな鍵の双方向検証を実行する鍵更新システムを提供する。ユニットが新たな鍵を検証した後、更新メッセージからの情報の少なくとも一部が、通信システムにより、新たな鍵を検証するために使用される。その結果、通信システムは、新たな鍵を検証するために別個の認証チャレンジを生成し送信することが要求されない。例えば、ワイヤレス通信システムは、シーケンスＲＡＮＤＳＳＤを有する更新メッセージをワイヤレスユニットに送ることができる。ワイヤレスユニットは、シーケンスＲＡＮＤＳＳＤの少なくとも一部を用いて、新たな鍵（およびそれによりＳＳＤの更新を開始したホーム認証センタ）を検証するためのシグニチャ値ＡＵＴＨＢＳを生成する。ワイヤレスユニットは、ワイヤレスユニットが生成したＡＵＴＨＢＳをワイヤレス通信システムが生成したＡＵＴＨＢＳと比較することにより新たな鍵を検証した後、シーケンスＲＡＮＤＳＳＤの少なくとも一部および新たなＳＳＤの少なくとも一部を用いて、検証値ＡＵＴＨＳＳＤを生成する。検証値ＡＵＴＨＳＳＤは、ワイヤレスユニットが新たな鍵を検証したことを示す確認信号とともにワイヤレス通信システムに送られることが可能である。ワイヤレス通信システムは、ワイヤレスユニットから受信した検証値ＡＵＴＨＳＳＤを、ワイヤレス通信システムが同様に生成した検証値と比較することによって、新たなＳＳＤを検証することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に、基地局１０を通じて、基地局１０に対応する地理的領域１２（例えばセルあるいはセクタ）にワイヤレス通信サービスを提供する通常のワイヤレス通信システム５の一部を示す。まず、セル１２内のワイヤレスユニット１４が基地局１０との通信を登録するとき（試みるとき）、基地局１０は、ワイヤレスユニット１４にワイヤレス通信システムへのアクセスを許可する前にワイヤレスユニットの識別を認証あるいは確認する。ワイヤレスユニット１４のホームネットワークは、ワイヤレスユニット１４が存在する地理的なセルラサービスエリアからなるセルの集合であることが可能であり、通常、ワイヤレス通信サービスを提供するためにワイヤレスユニットの所有者と契約しているサービスプロバイダによって制御されるネットワークである。ワイヤレスユニット１４は、そのホームネットワーク以外のネットワーク内にあるとき、在圏通信ネットワーク内にあるという。ワイヤレスユニット１４が在圏通信ネットワーク内で動作している場合、基地局１０によるワイヤレスユニットの認証は、ワイヤレスユニットのホームネットワークのホーム認証センタ１６との通信を含むことになる。
【０００８】
図１の例では、ワイヤレスユニット１４は在圏通信ネットワーク内にある。そのため、ワイヤレスユニット１４の認証は、ワイヤレスユニットのホームネットワークのホーム認証センタ１６との通信を含むことになる。ワイヤレスユニット１４が在圏通信ネットワークにアクセスすることを試みるとき、基地局１０は、在圏通信ネットワークの在圏認証センタ１８と通信する。在圏認証センタ１８は、ワイヤレスユニットあるいは端末の識別子（例えば、ワイヤレスユニット１４の電話番号）から、ワイヤレスユニット１４がホーム認証センタ１６を使用するネットワークに登録していることを判定する。すると、在圏認証センタ１８は、ネットワーク（例えば、"Cellular Radiotelecommunications Intersystem Operations", December 1997、と題するＴＩＡ／ＥＩＡ−４１−Ｄとして指定される標準（ＩＳ−４１）のもとでのシグナリングネットワーク（信号網）２０）を通じてホーム認証センタ１６と通信する。すると、ホーム認証センタ１６は、ワイヤレスユニット１４の登録エントリを有するホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）２２にアクセスする。ホームロケーションレジスタ２２は、ワイヤレスユニットの電話番号のような識別子によってワイヤレスユニットと関連づけられることが可能である。ホームロケーションレジスタ２２に含まれる情報は、共有秘密データ（ＳＳＤ）鍵のような認証および暗号化の鍵と、その後に在圏認証センタ１８の在圏ロケーションレジスタ（ＶＬＲ）２４に送られるその他の情報とを生成するために使用される。その後、在圏ロケーションレジスタ２４からの情報は、乱数チャレンジのような情報とともに基地局１０に送られる。この情報はワイヤレスユニット１４に送信され、ワイヤレスユニット１４がこれに応答すことにより、通信サービスを受ける権限のあるワイヤレスユニットとして認証されることが可能となる。
【０００９】
図２に、ＩＳ−４１シグナリング標準に準拠した在圏ネットワーク内でワイヤレスユニット１４がどのように認証されるかを示す。ワイヤレスユニット１４およびホームロケーションレジスタ２２はいずれも、Ａ−ＫＥＹという秘密値を有する。ワイヤレスユニット１４が在圏ネットワークへのアクセスを要求すると、在圏ネットワーク認証センタ１８（図１）は、ホーム認証センタ１６（図１）にデータを要求する。ワイヤレスユニット１４に対応するホームロケーションレジスタ２２が、ワイヤレスユニットの電話番号のような識別子を用いて検索される。ワイヤレスユニット１４のホームロケーションレジスタ２２は、在圏ロケーションレジスタ２４に送信されることになる共有秘密データ値（ＳＳＤ）を生成するために使用されるＡ−ＫＥＹを記憶している。ＳＳＤは、乱数ＲＡＮＤＳＳＤを入力とし、Ａ−ＫＥＹを鍵入力として使用してＣＡＶＥアルゴリズムを実行することによって計算することができる。ＣＡＶＥアルゴリズムは当業者に周知であり、ＩＳ−４１標準に規定されている。ＳＳＤは、ＳＳＤ−Ａ（共有秘密データＡ）およびＳＳＤ−Ｂ（共有秘密データＢ）の２つの値に分けられる。ＳＳＤ−Ａ値は、認証手続きのために使用され、ＳＳＤ−Ｂ値は、鍵生成および暗号化の手続きのために使用される。ホーム認証センタ１６は、値ＳＳＤ−Ａ、ＳＳＤ−ＢおよびＲＡＮＤＳＳＤを、在圏ネットワークの在圏ロケーションレジスタ２４に転送する。後述するように、在圏ネットワークは、ＲＡＮＤＳＳＤをワイヤレスユニットに送信することによって、ワイヤレスユニット１４によって使用されることになるＳＳＤを更新する。その後、ワイヤレスユニット１４は、式ＳＳＤ−Ａ、ＳＳＤ−Ｂ＝ＣＡＶＥA-KEY（ＲＡＮＤＳＳＤ）により示されるように、ホーム認証センタ１６が計算するのと同様にしてＳＳＤを計算する。ワイヤレスユニットおよび在圏ロケーションレジスタ２４が両方とも鍵ＳＳＤ−ＡおよびＳＳＤ−Ｂを有し、後述のように更新手続きが完了した後、ワイヤレスユニット１４は、在圏ネットワークによって認証されることが可能となる。
【００１０】
図２のＢは、ワイヤレスユニットおよび在圏ロケーションレジスタが両方とも値ＳＳＤ−ＡおよびＳＳＤ−Ｂ（これらを共有鍵と呼ぶことができる）在圏認証センタ１８（図１）は、乱数チャレンジＲＡＮＤをワイヤレスユニットに送る。この時点で、ワイヤレスユニットおよび在圏認証センタは両方とも、値ＡＵＴＨＲを計算する。ただし、ＡＵＴＨＲは、ＡＵＴＨＲ＝ＣＡＶＥSSD-A（ＲＡＮＤ）によって示されるように、乱数ＲＡＮＤおよびＳＳＤ−Ａ値を入力として使用した、ＣＡＶＥアルゴリズムのような暗号化関数の出力に等しい。次に、ワイヤレスユニットは、計算した値ＡＵＴＨＲを在圏認証センタ１８（図１）に送信する。在圏認証センタ１８は、自己の計算したＡＵＴＨＲの値と、ワイヤレスユニット１４から受信した値とを比較する。これらの値が一致した場合、ワイヤレスユニット１４は認証され、在圏ネットワークへのアクセス権が与えられる。
【００１１】
さらに、ワイヤレスユニット１４および在圏認証センタ１８は両方とも、暗号鍵ＫCの値を計算する。ただし、値ＫCは、ＫC＝ＣＡＶＥSSD-B（ＲＡＮＤ）によって示されるように、値ＳＳＤ−Ｂを鍵入力とし、ＲＡＮＤのような追加情報を入力として使用したＣＡＶＥアルゴリズムの出力に等しい。この時点で、ワイヤレスユニットと在圏ネットワークの間の通信が許可され、暗号化関数を用いて暗号化されることが可能となる。ただし、その入力は、暗号化されるべきメッセージと、鍵ＫCである。暗号化関数は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）およびＧＳＭ(global system mobile)方式について、それぞれの標準により規定されている。なお、ＩＳ−４１に関しては、在圏認証センタ１８とホーム認証センタ１６の間の通信は通常、ワイヤレスユニット１４への発呼があるごとにではなく、ワイヤレスユニット１４が在圏ネットワークに登録するごとに実行される。ワイヤレスユニットがホームネットワークにあるときにも同じ手続きを実行することが可能である。この場合、在圏認証センタではなくホーム認証センタがワイヤレスユニットと通信する。ワイヤレスユニットとワイヤレス通信システム内の認証センタとの通信は、ワイヤレス基地局を通る。
【００１２】
ホーム認証センタ１６は、例えばある判断基準によりＳＳＤが損傷したかもしれないことが示されたために鍵値ＳＳＤを更新する必要があると判断した場合、ワイヤレスユニット１４に対応するＳＳＤ値を更新することができる。図３に、"Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Spread Spectrum Systems"と題するＴＩＡ／ＥＩＡ−９５−Ｂとして指定される標準（ＩＳ−９５Ｂ）による、ワイヤレスユニットとワイヤレス通信システムの間でのＳＳＤ更新手続きを示す。ワイヤレス通信システムは、サービス基地局、在圏認証センタ、在圏ロケーションレジスタ、ホーム認証センタおよびホームロケーションレジスタまたはこれらの一部を有することが可能である。ＳＳＤ更新手続きは、ワイヤレスユニットおよびワイヤレス通信システムの両方に、暗号化および認証に用いられることになる更新された鍵（ＳＳＤ−ＡおよびＳＳＤ−Ｂ）を提供する。
【００１３】
値ＳＳＤを設定するため、ホーム認証センタは、ＲＡＮＤＳＳＤシーケンスを作成する。ＲＡＮＤＳＳＤシーケンス、Ａ−ＫＥＹおよびワイヤレスユニットのＥＳＮを暗号化関数（例えば、ＳＳＤ生成手続き３０）への入力として使用して、ホーム認証センタは、新たな鍵値（ＳＳＤ）を生成する。ホーム認証センタは、更新メッセージ（例えば、ＳＳＤ更新メッセージ３２）内で、在圏認証センタおよびサービス基地局を通じてＲＡＮＤＳＳＤシーケンスをワイヤレスユニットに送り、ＳＳＤを更新する。ワイヤレスユニットは、サービス基地局から受信したＲＡＮＤＳＳＤシーケンスを、ワイヤレスユニットに記憶されているＡ−ＫＥＹおよび電子シリアル番号（ＥＳＮ）とともに、暗号化関数（例えば、ＳＳＤ（鍵）生成手続き３４）に提供する。ＳＳＤ鍵生成手続き３４は、ＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷおよびＳＳＤ−Ｂ−ＮＥＷに分けられる新たなＳＳＤを生成する。ＳＳＤ生成手続き３０および３４は、乱数ＲＡＮＤＳＳＤ、ＥＳＮおよび値Ａ−ＫＥＹを入力として使用するＣＡＶＥアルゴリズムを実装する。ＣＡＶＥアルゴリズムは、与えられた出力に対して関数への入力の決定が困難な一方向性関数として、当業者に周知である。
【００１４】
認証および暗号化の手続きで使用するために新たなＳＳＤ値を受け入れる前に、ワイヤレスユニットは、新たなＳＳＤを検証し、それにより、新たなＳＳＤ値の生成を開始したホーム認証センタ１６を検証する。これを行うために、ワイヤレスユニットは、ブロック３６で、乱数ＲＡＮＤＢＳを生成する。ワイヤレスユニットは、ＲＡＮＤＢＳおよびＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷを追加データ（例えば、ＥＳＮや、国際移動局識別番号（ＩＭＳＩ：international mobile station identification number）から導出されるＡＵＴＨ＿ＤＡＴＡストリング）とともに、暗号化関数（例えば、シグニチャ手続き３８）に提供する。シグニチャ手続き３８は、検証シグニチャ値ＡＵＴＨＢＳを生成する。ワイヤレスユニットもまた、例えば基地局チャレンジ命令３７の一部として、ＲＡＮＤＢＳをワイヤレス通信システムに送る。対応する暗号化関数（例えば、シグニチャ手続き４０）を用いて、ワイヤレス通信システムは、ワイヤレスユニットからのＲＡＮＤＢＳ、ＳＳＤ生成手続き３０からのＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷ、および、ＡＵＴＨＢＳを導出するためにワイヤレスユニットによって使用されるＥＳＮやＡＵＴＨ＿ＤＡＴＡのような追加データを用いて、ＡＵＴＨＢＳを導出する。ワイヤレス通信システムは、シグニチャ手続き４０により生成されたＡＵＴＨＢＳ値を、例えば基地局チャレンジ確認命令４１内で、ワイヤレスユニットに送る。ブロック４２で、ワイヤレスユニットは、ワイヤレスユニットで生成したＡＵＴＨＢＳ値を、システムから送られてきたＡＵＴＨＢＳ値と比較する。これらの値が一致する場合、ワイヤレスユニットは、ＳＳＤ−Ａ値をＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷとし、ＳＳＤ−Ｂ値をＳＳＤ−Ｂ−ＮＥＷとすることになる。その後、ワイヤレスユニットは、ＳＳＤ更新の正常終了を示すＳＳＤ更新確認命令４３をホーム認証センタに送る。ＳＳＤ更新確認命令を受信すると、ホーム認証センタは、ＳＳＤ−ＡおよびＳＳＤ−Ｂを、システムによって生成されたＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷおよびＳＳＤ−Ｂ−ＮＥＷの値にする。
【００１５】
ＳＳＤ更新手続きの後、ワイヤレス通信システムは通常、新たなＳＳＤ鍵値の正当性を確かめるためにワイヤレスユニットを認証する。ワイヤレス通信システムは、シーケンス（例えば、ランダムチャレンジＲＡＮＤＵ）を生成し、シーケンスＲＡＮＤＵを、例えば認証チャレンジメッセージ４４内で、ワイヤレスユニットに送る。認証チャレンジメッセージ４４を受信すると、ワイヤレスユニットは、シーケンスＲＡＮＤＵの少なくとも一部を、ＥＳＮ、ＡＵＴＨ＿ＤＡＴＡ、ＳＳＤ−ＡならびにＲＡＮＤＵおよびＩＭＳＩから導出されるＲＡＮＤ＿ＣＨＡＬＬＥＮＧＥとともに、暗号化関数（例えば、認証シグニチャ手続き４６）に入力する。認証シグニチャ手続き４６は、ＲＡＮＤ＿ＣＨＡＬＬＥＮＧＥ、ＥＳＮ、ＡＵＴＨ＿ＤＡＴＡおよびＳＳＤ−Ａを入力として使用したＣＡＶＥアルゴリズムの出力として、認証シグニチャ値ＡＵＴＨＵを生成する。ワイヤレス通信システムは、同様にして、認証シグニチャ手続き４８を使用して認証シグニチャ値ＡＵＴＨＵを生成する。その後、ワイヤレスユニットは、ワイヤレスユニットにより計算された値ＡＵＴＨＵをワイヤレス通信システムに送信する。ワイヤレス通信システムは、ブロック５０で、システムにより計算された値ＡＵＴＨＵとワイヤレスユニットから受信したＡＵＴＨＵ値を比較する。これらの値が一致した場合、ワイヤレスユニットは認証され、ワイヤレス通信システムは新たなＳＳＤ値を検証したことになる。
【００１６】
上記のＳＳＤ更新およびワイヤレスユニットの認証は、ワイヤレスユニットがＳＳＤ更新を正当性を確認した後、システムがワイヤレスユニットの別個の認証を実行して、ワイヤレスユニットおよびワイヤレス通信システムの観点からＳＳＤ更新の正当性を確かめることを要求する。そのため、ワイヤレスユニットは、ワイヤレスユニットの認証を開始することができる前に、ＳＳＤ更新を確認するためにＳＳＤ確認命令を送信しなければならない。ワイヤレスユニットがＳＳＤ更新を確認した後、システムは、別個の認証を実行するが、これは、システムが、追加情報（例えば、ランダムチャレンジＲＡＮＤＵ）を生成してこのランダムチャレンジをワイヤレスユニットに送ることを必要とする。その後、ワイヤレスユニットは、ＲＡＮＤＵを用いて導出された認証シグニチャ値ＡＵＴＨＵをシステムに送ることによって応答しなければならない。
【００１７】
本発明の原理による双方向検証を用いた鍵更新の実施例について以下で説明する。これは、鍵更新手続きを改善する。例えばホーム認証センタにおけるある判断基準により鍵が損傷したかもしれないことが示されたため、またはその他の理由のため（例えば、初期化するため）に、ホーム認証センタが鍵（例えば、共有秘密データ（ＳＳＤ）鍵）更新を開始する場合、ホーム認証センタは、更新メッセージをワイヤレスユニットに送ることができる。本発明の原理によれば、ワイヤレスユニットは、更新メッセージ内の情報（例えば、ＲＡＮＤＳＳＤあるいは追加情報）と、ワイヤレスユニットおよびホーム認証センタのみが知っている内部記憶秘密情報（例えば、Ａ−ＫＥＹ）を用いて、新たな（更新された）鍵（例えば、ＳＳＤ）を生成する。ワイヤレスユニットが新たな鍵を生成し、この新たな鍵を検証し、それによりホーム認証センタを検証した後、新たな鍵（例えば、ＳＳＤ）の検証は、更新メッセージ内で送信された情報（例えば、ＲＡＮＤＳＳＤあるいはその他の情報）の少なくとも一部を用いて、ワイヤレス通信システムによって実行される。こうして、ＳＳＤ更新を実行した後、システムが新たなＳＳＤを検証するには、別個の認証チャレンジ（例えば、ＲＡＮＤＵ）は不要となる。
【００１８】
実施例に依存して、あるいは、ワイヤレスユニットが在圏またはホームネットワークに登録しているかどうかに応じて、鍵更新および双方向検証システムの各部分は、ワイヤレス通信システムの相異なる部分（例えば、サービス基地局、在圏認証センタ、在圏ロケーションレジスタ、ホームロケーションレジスタあるいはホーム認証センタ）で実現されることが可能である。ワイヤレスユニットが新たなＳＳＤ値を検証し、ワイヤレス通信システムが新たなＳＳＤを検証した後、ワイヤレスユニットおよびワイヤレス通信システムは、更新された鍵（ＳＳＤ−ＡおよびＳＳＤ−Ｂ）を暗号化および認証のために使用することができる。
【００１９】
図４に、ワイヤレスユニットとワイヤレス通信システムの間の鍵更新および双方向検証手続きの実施例を示す。ワイヤレスユニットおよびホームロケーションレジスタは秘密値Ａ−ＫＥＹを共有する。（例えば共有鍵（ＳＳＤ）の）鍵更新が実行されるとき、ホーム認証センタは、ブロック１００で、ＲＡＮＤＳＳＤシーケンスを作成する。シーケンスＲＡＮＤＳＳＤは、乱数、ある周期の後に繰り返す擬似乱数、または、前に受け取った値以下にはならない単調増大カウンタの出力とすることが可能である。ホーム認証センタは、ワイヤレスユニットから受信した識別子、または、ワイヤレスユニットから受信した情報から決定される識別子（例えば、ワイヤレスユニットの電話番号）を用いて、ワイヤレスユニットに対応するホームロケーションレジスタにアクセスする。その後、ホーム認証センタは、シーケンスＲＡＮＤＳＳＤおよび秘密鍵Ａ−ＫＥＹを入力として使用して、暗号化関数（例えば、ＳＳＤ（鍵）生成手続き１０２）の出力をとることにより、新たな鍵の値ＳＳＤを計算する。この新たな値ＳＳＤは、ＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷおよびＳＳＤ−Ｂ−ＮＥＷに分けられる。ＳＳＤ更新が双方向的に検証された後、ＳＳＤ−Ａは認証手続きで使用され、ＳＳＤ−Ｂは鍵生成（例えば、暗号鍵ＫCの生成）または暗号化手続きで使用される。図４に示すように、鍵更新および双方向検証システムの実施例は、鍵生成手続き１０２への追加入力（例えば、ワイヤレスユニットあるいは加入者の特性（例えば、ＥＳＮあるいはＩＭＳＩ）の値）を使用することも可能である。
【００２０】
ワイヤレス通信システムは、ＳＳＤ更新メッセージ１０４内でワイヤレスユニットに、新たなＳＳＤ値を生成するためにＲＡＮＤＳＳＤシーケンスを送る。ワイヤレスユニットは、システムから受信したＲＡＮＤＳＳＤシーケンス、ワイヤレスユニットに記憶されているＡ−ＫＥＹ、および、追加情報（例えば、ワイヤレスユニットに記憶されているＥＳＮ）をＳＳＤ生成手続き１０６への入力として使用して、ワイヤレス通信システムと同様に、鍵ＳＳＤの新たな値ＳＳＤ（ＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷおよびＳＳＤ−Ｂ−ＮＥＷ）を生成する。ＳＳＤ生成手続き１０２および１０６は、乱数ＲＡＮＤＳＳＤ、ＥＳＮおよび値Ａ−ＫＥＹを鍵入力として使用するＣＡＶＥアルゴリズムを実装する。ＣＡＶＥアルゴリズムは一方向性関数として当業者に周知である。他の生成手続きも使用可能である。
【００２１】
新たなＳＳＤ値（ＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷ、ＳＳＤ−Ｂ−ＮＥＷ）を生成した後、ワイヤレスユニットは、ワイヤレス通信システムを認証し、それにより、新たなＳＳＤ値を検証する。これを行うため、ワイヤレスユニットは、ブロック１０８で、数あるいはシーケンスＲＡＮＤＢＳ（例えば、乱数）を生成し、ＲＡＮＤＢＳをワイヤレス通信システムに送る。シーケンスＲＡＮＤＢＳは、ある周期の後に繰り返す擬似乱数、または、前に受け取った値以下にはならない単調増大カウンタの出力とすることが可能である。ワイヤレスユニットは、ＲＡＮＤＢＳおよびＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷを、追加データ（例えば、ＥＳＮ、あるいは、国際移動局識別番号（ＩＭＳＩ）から導出されるＡＵＴＨ＿ＤＡＴＡストリング）をシグニチャ手続き１１０に提供する。シグニチャ手続き１１０は、シグニチャ値ＡＵＴＨＢＳを生成する。ワイヤレス通信システム側では、シグニチャ手続き１１２は、ワイヤレスユニットから受信したＲＡＮＤＢＳシーケンス、ＳＳＤ生成手続き１０２からのＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷ、および、ワイヤレスユニットにより使用される追加データ（ＥＳＮあるいはＡＵＴＨ＿ＤＡＴＡ）を用いて、ＡＵＴＨＢＳを導出する。システムは、シグニチャ手続き１１２により生成されたＡＵＴＨＢＳ値を、確認のためにワイヤレスユニットに送る。ブロック１１４で、ワイヤレスユニットは、ワイヤレスユニットで生成されたＡＵＴＨＢＳ値を、システムから受信したＡＵＴＨＢＳ値と比較する。これらの値が一致した場合、ワイヤレスユニットは新たなＳＳＤを検証し、それにより、ワイヤレス通信システムを検証したことになり、ワイヤレスユニットは、ＳＳＤ−Ａ値をＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷとし、ＳＳＤ−Ｂ値をＳＳＤ−Ｂ−ＮＥＷとすることができる。
【００２２】
次に、ワイヤレス通信システムが、新たなＳＳＤ値を検証する。鍵値ＳＳＤを更新するためにワイヤレスユニットに提供されたシーケンスＲＡＮＤＳＳＤが、この新たなＳＳＤを検証するためにも使用される。ワイヤレスユニットは、システムから受信したＲＡＮＤＳＳＤと、ワイヤレスユニットでＳＳＤ生成手続き１０６により生成されたＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷとを、追加データ（例えば、ＲＡＮＤＢＳ、ＥＳＮあるいはＡＵＴＨ＿ＤＡＴＡ）とともに、シグニチャ手続き１１６に入力する。例えば、ＲＡＮＤＳＳＤの少なくとも一部およびＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷの少なくとも一部を、追加データ（例えば、ＥＳＮおよびＡＵＴＨ＿ＤＡＴＡ）とともに、シグニチャ手続き１１６に提供することが可能である。その後、ワイヤレスユニットは、検証値ＡＵＴＨＳＳＤを生成する。ワイヤレスユニットは、ＡＵＴＨＳＳＤをワイヤレス通信システムに送る。ワイヤレス通信システム側では、システムは、ワイヤレスユニットによりＡＵＴＨＳＳＤを生成するために使用された入力、例えば、ＲＡＮＤＳＳＤシーケンス、ＳＳＤ生成手続き１０２を用いてシステムにより生成されたＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷ、および、ワイヤレスユニットにより使用された追加データ（例えば、ＥＳＮおよびＡＵＴＨ＿ＤＡＴＡ）を、対応するシグニチャ手続き１１８に入力する。シグニチャ手続き１１８は、検証値ＡＵＴＨＳＳＤを生成し、システムは、ブロック１２０で、システムが生成したＡＵＴＨＳＳＤを、ワイヤレスユニットから受信したＡＵＴＨＳＳＤと比較する。これらの値が一致した場合、システムは、更新された鍵ＳＳＤを検証したことになり、システムは、ＳＳＤ−Ａ値を、システムにより生成されたＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷ値とし、ＳＳＤ−Ｂ値を、ワイヤレス通信システムにより生成されたＳＳＤ−Ｂ−ＮＥＷ値とする。
【００２３】
鍵更新および双方向検証手続きは、
・周期的に、
・ある判断基準に基づいて共有鍵ＳＳＤが損傷したかもしれないとワイヤレス通信システムが判断したとき、
・ワイヤレスユニットが、ホームネットワークまたは信頼している在圏ネットワークに戻ったとき、
・Ａ−ＫＥＹが変更されたとき、
・新たな加入契約が確立され、ＳＳＤ値が初期化されるとき、
・あるいはその他の理由で、
実行されることが可能である。さらに、実施例に依存して、鍵生成手続き１０２および１０６ならびにシグニチャ手続き１１０、１１２、１１６および１１８への入力は、上記のもの以外の値や、それらあるいはその他の値から導出される入力を含むことも可能である。例えば、ワイヤレスユニットの電子シリアル番号（ＥＳＮ）、ワイヤレスユニットの電話番号（ＭＩＮ１）あるいはワイヤレスユニットのＩＭＳＩの少なくとも一部を、鍵生成およびシグニチャの手続き１０２、１０６、１１０、１１２、１１６および１１８への入力として使用可能である。鍵生成手続き１０２および１０６ならびにシグニチャ手続き１１０、１１２、１１６および１１８は、ハッシュ関数、または、任意の一方向性暗号化関数（例えば、ＣＡＶＥアルゴリズムやＳＨＡ−１）とすることが可能である。ハッシュ関数は、一方向性関数（与えられた出力に対して入力を再現することが実現可能でない関数）、入力から出力への多対一写像を生成する関数、あるいは、入力よりも情報の少ない出力を生成する関数として特徴づけられ、それにより、出力が与えられた場合に入力を確かめることが困難である。このような関数において、出力は入力のシグニチャ（符号）と呼ばれる。
【００２４】
実施例に依存して、鍵更新および双方向検証システムの通信は、ワイヤレスユニットとホーム認証センタの間で（ワイヤレスユニットが在圏ネットワークにある場合には在圏認証センタを通じて）行われることが可能である。代替実施例では、鍵更新および双方向検証システムの一部は、ホーム認証センタ以外の位置で実行されることも可能である。例えば、ホーム認証センタが、シグニチャ値ＡＵＴＨＢＳを生成するためにＲＡＮＤＳＳＤをＳＳＤ−Ａ−ＮＥＷとともに在圏認証センタに送る場合、在圏認証センタは、ワイヤレスユニットに送られるＡＵＴＨＢＳを生成することも可能であり、あるいは、在圏認証センタは、ＡＵＴＨＳＳＤを生成し、このＡＵＴＨＳＳＤをワイヤレスユニットにより送られてきたＡＵＴＨＳＳＤと比較することも可能である。実施例に依存して、ＳＳＤ生成およびシグニチャ手続きのための入力は、相異なるソースからワイヤレスユニット、在圏認証センタあるいはホーム認証センタに通信されることが可能である。例えば、ＥＳＮがシグニチャ手続きへの入力として使用され、在圏認証センタがＡＵＴＨＢＳおよびＡＵＴＨＳＳＤの計算を実行する場合、ＥＳＮは、ホーム認証センタから在圏認証センタに送信されることも可能である。
【００２５】
上記の実施例に加えて、本発明の原理による鍵更新および双方向検証システムは、鍵生成およびシグニチャ手続きへの入力パラメータを省略または追加し、あるいは、上記のシステムの変形または一部を使用するようにすることも可能である。例えば、上記の鍵更新および双方向検証システムについては、共有鍵ＳＳＤが更新されるＩＳ−９５−Ｂを用いたセルラネットワークと比較して説明したが、本発明の原理に従って、異なる多元接続方式（例えば、ＴＤＭＡあるいはＧＳＭ）を用いた他のワイヤレスシステムを使用して、他の情報が更新されるようにすることも可能である。理解されるように、さまざまな値、入力およびアーキテクチャブロックについて、異なる記法、名称および特性を使用することも可能である。例えば、ホーム認証センタおよび在圏認証センタの機能は、ワイヤレス通信システムの移動通信交換センタ（ＭＳＣ：mobile switching center）で実行することも可能である。本明細書の記載から当業者には理解されるように、システムおよびその各部分ならびに上記のアーキテクチャの各部分は、ワイヤレスユニット内の処理回路内、あるいは、ワイヤレス通信システムの相異なる位置の処理回路内に、または、特定用途向け集積回路、ソフトウェア駆動処理回路、ファームウェアもしくはその他のディスクリートコンポーネントからなる構成内に実装し、あるいは、ワイヤレスユニット内の処理回路と統合することも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、通信システムからの更新メッセージ内の情報を用いて新たな鍵を生成し、その新たな鍵の双方向検証を実行する鍵更新システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理による鍵更新および双方向検証が使用可能なワイヤレス通信システムの概略図である。
【図２】ＩＳ−４１準拠ネットワークのような通常のネットワークにおいてホームロケーションレジスタおよび認証プロセスによる、ビジタロケーションレジスタとの鍵の共有を示す図である。
【図３】ＩＳ−９５Ｂに基づくワイヤレスユニットとワイヤレス通信システムとの間で用いられる鍵更新および別個の認証手続きを示す図である。
【図４】本発明の原理に従って双方向検証とともに鍵更新を実行する方法を示す図である。
【符号の説明】
５  ワイヤレス通信システム
１０  基地局
１２  セル
１４  ワイヤレスユニット
１６  ホーム認証センタ
１８  在圏（ネットワーク）認証センタ
２０  シグナリングネットワーク
２２  ホームロケーションレジスタ（ＨＬＲ）
２４  在圏ロケーションレジスタ（ＶＬＲ）
３０  ＳＳＤ生成手続き
３２  ＳＳＤ更新メッセージ
３４  ＳＳＤ生成手続き
３７  基地局チャレンジ命令
３８  シグニチャ手続き
４０  シグニチャ手続き
４１  基地局チャレンジ確認命令
４３  ＳＳＤ更新確認命令
１０２  ＳＳＤ生成手続き
１０４  ＳＳＤ更新メッセージ
１０６  ＳＳＤ生成手続き
１１０  シグニチャ手続き
１１２  シグニチャ手続き
１１６  シグニチャ手続き
１１８  シグニチャ手続き
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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