CN101064921A - 一种用户设备与网络侧实现加密协商的方法 - Google Patents

一种用户设备与网络侧实现加密协商的方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于移动通信领域，提供了一种用户设备与网络侧实现加密协商的方法，当用户设备注册到网络时，用户设备与网络侧协商信令面加密算法，当用户设备和网络侧建立承载时，用户设备与网络侧协商数据面加密算法。在本发明中，数据面和信令面的加密协商分开处理，能够保证MME/UPE分离后UE和核心网之间的加密能够正常处理，易于操作和实施。

Description

一种用户设备与网络侧实现加密协商的方法
技术领域
本发明属于移动通信领域，尤其涉及用户设备与网络侧实现数据加密的方法。
背景技术
第三代伙伴组织计划(Third Generation Partnership Projects，3GPP)为了增强未来网络的竞争能力，正在研究一种全新的演进网络架构，包括***架构演进(System Architecture Evolution，SAE)和接入网的长期演进(Long TermEvolution，LTE)，演进的接入网称为E-UTRAN(Evolved Universal TerrestrilRadio Access Network)。图1示出了演进的分组核心网络的一种网络架构，包括移动性管理实体(Mobility Management Entity，MME)、用户面实体(User PlaneEntity，UPE)以及不同接入***之间的用户面锚点(Inter Access System Anchor，Inter AS Anchor)三个逻辑功能实体。其中，MME负责控制面的移动性管理，包括用户上下文和移动状态管理，分配用户临时身份标识等，对应于当前通用分组无线业务(General Packet Radio Service，GPRS)/通用移动通信***(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)内部服务GPRS支持节点(Serving GPRS Supporting Node，SGSN)的控制平面部分；UPE负责空闲状态下为下行数据发起寻呼，管理保存网络协议(Internet Protocol，IP)承载参数和网络内路由信息等，对应于当前GPRS/UMTS***内部SGSN以及网关GPRS支持节点(Gateway GPRS Supporting Node，GGSN)的数据平面部分；Inter AS Anchor则充当不同接入***间的用户面锚点。策略和计费规则功能实体(Policy and Charging Rule Function，PCRF)用于策略控制决定和流计费控制功能。归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)用于存储用户签约信息。各网络实体之间通过相应的接口连接。
当用户接入网络时，用户设备(User Equipment，UE)通过附着接入到MME，MME为其建立移动性管理(Mobility Management，MM)上下文，然后用户通过激活请求，在用户与UPE/Inter AS Anchor之间建立数据承载，从而进行数据业务。
图2示出了现有协议中规定的用户附着的实现流程，详述如下：
1.UE选择接入***和网络(Network Discovery and Access SystemSelection)；
2.UE发送附着请求消息(Attach Request)到MME；
3.如果附着请求消息中携带旧侧MME的注册信息，则MME发送原注册信息消息(Send old registration information)到旧侧MME获取用户的信息；
4.旧侧MME向MME发送用户信息(Send user information)；
5.MME对UE进行鉴权(Authentication)；
6.MME注册到HSS中(Register MME/UPE)；
7.旧侧MME删除用户的信息(Delete UE registration information)；
8.HSS证实MME的注册(Confirm Registration)；
9.MME选择一个UPE/Inter AS Anchor(Selection of Intersystem MobilityAnchor GW)；
10.UPE/Inter AS Anchor使用UE的分配IP地址进行IP层配置，UE和InterAS Anchor间的用户平面被建立，缺省的计费和策略规则被使用(User PlaneRoute Configuration)；
11.MME和演进的无线接入网络(Evolved Radio Access Network，EvolvedRAN)之间配置缺省的IP接入承载所使用的业务质量(Quality ofService，QoS)(Configure IP Bearer QoS)；
12.MME向UE发送附着接受消息(Attach Accept)，并分配UE的临时标识；
13.UE确认附着成功(Attach Confirm)。
图3示出了现有协议中规定的用户激活的实现流程，详述如下：
1.UE发送激活请求消息到MME；
2.MME选择一个UPE/Inter AS Anchor(Selection of UPE/IntersystemMobility Anchor GW)；
3.UPE/Inter AS Anchor使用UE的分配IP地址进行IP层配置，UE和UPE/Inter AS Anchor间的用户平面被建立(User Plane Route Configuration)；
4.MME和Evolved RAN之间配置IP接入承载所使用的QoS(Configure IPBearer QoS)；
5.MME向UE发送激活接受的消息。
为了保证空口数据的安全，在UE和网络侧之间传输的消息需进行加密处理。目前，在GPRS***中消息的加密处理在UE和SGSN之间进行，在UMTS***中消息的加密处理在UE和无线网络控制器(Radio Network Controller，RNC)之间进行。对GPRS和UMTS***，信令加密和数据加密处理都在网络侧的同一个实体上。对于演进网络，现有协议中规定网络接入服务器(NetworkAccess Server，NAS)信令的加密处理在UE和逻辑功能实体MME中进行，数据面的加密处理在UE和逻辑功能实体UPE之间进行。通过将信令面和数据面加密在演进分组核心网中的不同逻辑功能实体上进行处理，可以解决MME和UPE网元中加密不一致的问题。现有演进网络中只是规定了演进网络中加密处理的原则，没有规定信令面和数据面加密分开处理后的加密处理机制的详细实现方案，缺乏可实施性和可操作性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用户设备与网络侧实现加密协商的方法，旨在解决现有技术中信令面和数据面加密分开处理时缺乏可实施性和可操作性的问题。
本发明是这样实现的，一种用户设备与网络侧实现加密协商的方法，当用户设备注册到网络时，用户设备与网络侧协商信令面加密算法，当用户设备和网络侧建立承载时，用户设备与网络侧协商数据面加密算法。
所述用户设备与网络侧协商信令面加密算法的步骤包括：
S1.用户设备发起注册，向网络侧上报用户的加密信息；
S2.网络侧根据用户的加密信息协商信令面加密算法，并将所述信令面加密算法下发给用户设备。
所述用户的加密信息携带在用户设备向网络侧发送的用户附着请求消息中。
所述信令面加密算法信息携带在网络侧向用户设备发送的鉴权请求消息中。
所述用户设备与网络侧协商数据面加密算法的步骤包括：
T1.网络侧第一网元将用户的加密信息上报给网络侧第二网元；
T2.网络侧第二网元根据用户的加密信息协商数据面加密算法，并将所述数据面加密算法下发给用户设备。
所述用户的加密信息携带在网络侧第一网元向网络侧第二网元发送的承载建立请求消息中。
所述数据面加密算法信息携带在网络侧第二网元向用户设备发送的鉴权请求消息中。
所述用户的加密信息包括用户设备支持的加密算法信息。
在演进网络中，所述第一网元为MME，所述第二网元为UPE。
在本发明中，数据面和信令面的加密协商分开处理，能够保证MME/UPE分离后UE和核心网之间的加密能够正常处理，易于操作和实施。
附图说明
图1是现有技术中演进的分组核心网络的网络架构图；
图2是现有协议中规定的用户附着的实现流程图；
图3是现有协议中规定的用户激活的实现流程图；
图4是本发明提供的用户附着的实现流程图；
图5是本发明提供的用户激活的实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明中，信令面加密协商和数据面加密协商分开处理，在用户注册到网络侧时，UE和网络侧第一网元，如演进网络的MME之间进行信令面加密协商，在UE和网络侧之间建立承载时，UE与网络侧第二网元，如演进网络的UPE之间进行数据面加密协商。
图4示出了本发明提供的用户附着的实现流程，为了便于描述，仅示出了与本发明相关的部分：
1.UE选择接入***和网络(Network Discovery and Access SystemSelection)；
2.UE发送附着请求消息(Attach Request)到MME，请求消息中携带用户的加密信息，如UE支持的加密算法，以用户的加密信息携带在附着请求消息的MS network capability信元中为例，其示例结构如下所示：
<MS network capability value part>::＝......EA bits......EA/10encryption algorithm 1 not available1encryption algorithm 1 availableEA/20encryption algorithm 2 not available1encryption algorithm 2 available......EA/70encryption algorithm 7 not available1encryption algorithm 7 available......
3.如果附着请求消息中携带旧侧MME的注册信息，则MME发送原注册信息消息(Send old registration information)到旧侧MME获取用户的信息；
4.旧侧MME向MME发送用户信息(Send user information)；
5.MME对UE进行鉴权(Authentication)，在鉴权过程中，UE和MME之间协商信令面加密算法，用于后续UE和MME之间的信令加密：
(1)MME向UE发送鉴权请求，鉴权请求中携带有MME根据用户的加密信息所协商的信令面加密算法，携带信令面加密算法的鉴权请求消息的示例结构如下所示：
   8        7         6          5             4            3        2          1
  Ciphering algorithmIEI    0spare     Type ofalgorithm
Type of ciphering algorithmBits321000  ciphering not used001  Encryption Algorithm 1010  Encryption Algorithm 2011  Encryption Algorithm 3100  Encryption Algorithm 4101  Encryption Algorithm 5110  Encryption Algorithm 6111  Encryption Algorithm 7
(2)UE保存鉴权请求中携带的MME协商的加密算法，向MME返回鉴权响应。
6.MME注册到HSS中(Register MME/UPE)；
7.旧侧MME删除用户的信息(Delete UE registration information)；
8.HSS证实MME的注册(Confirm Registration)；
9.MME选择一个UPE/Inter AS Anchor(Selection of Intersystem MobilityAnchor GW)；
10.UPE/Inter AS Anchor使用UE的分配IP地址进行IP层配置，UE和InterAS Anchor间的用户平面被建立，缺省的计费和策略规则被使用(User PlaneRoute Configuration)，包括：
(1)MME发送承载建立请求消息到UPE/Inter AS Anchor，消息中携带用户的加密信息，如UE支持的加密算法。以用户的加密信息携带在承载建立请求消息的MS network capability信元中为例，其示例结构如下所示：
<MS network capability value part>::＝......EAbits......EA/10encryption algorithm 1 not available1encryption algorithm 1 availableEA/20encryption algorithm 2 not available1encryption algorithm 2 available......EA/70encryption algorithm 7 not available1encryption algorithm 7 available......
B、UPE向UE发送鉴权请求，鉴权请求中携带有UPE根据用户的加密信息所协商的数据面加密算法，携带数据面加密算法的鉴权请求消息的示例结构如下所示：
  8         7        6          5                4         3           2            1
  Ciphering algorithmIEI    0spare     Type ofalgorithm
Type of ciphering algorithmBits321000  ciphering not used001  Encryption Algorithm 1010  Encryption Algorithm 2011  Encryption Algorithm 3100  Encryption Algorithm 4101  Encryption Algorithm 5110  Encryption Algorithm 6111  Encryption Algorithm 7
C、UE保存鉴权请求中携带的UPE协商的数据面加密算法，向UPE返回鉴权响应。
11.MME和演进的RAN网络之间配置缺省的IP接入承载所使用的QoS(Configure IP Bearer QoS)；
12.MME向UE发送附着接受消息(Attach Accept)，并分配UE的临时标识；
13.UE确认附着成功(Attach Confirm)。
图5示出了本发明提供的用户激活的实现流程，为了便于描述，仅示出了与本发明相关的部分：
1.UE发送激活请求消息到MME；
2.MME选择一个UPE/Inter AS Anchor(Selection of UPE/IntersystemMobility Anchor GW)；
3.UPE/Inter AS Anchor使用UE的分配IP地址进行IP层配置，UE和UPE/Inter AS Anchor间的用户平面被建立(User Plane Route Configuration)：
(1)MME发送承载建立请求消息到UPE/Inter AS Anchor，消息中携带用户的加密信息，如UE支持的加密算法。以用户的加密信息携带在承载建立请求消息的MS network capability信元中为例，其示例结构如下所示：
<MS network capability value part>::＝......EA bits......EA/10encryption algorithm 1 not available1encryption algorithn 1 availableEA/20encryption algorithm 2 not available1encryption algorithm 2 available......EA/70encryption algorithm 7 not available1encryption algorithm 7 available......
(2)UPE向UE发送鉴权请求，鉴权请求中携带有UPE根据UE支持的加密算法所协商的信令面加密算法，携带信令面加密算法的鉴权请求消息的示例结构如下所示：
    8           7            6           5       4            3          2          1
  Ciphering algorithmIEI    0spare     Type ofalgorithm
Type of ciphering algorithmBits321000  ciphering not used001  Encryption Algorithm 1010  Encryption Algorithm 2011  Encryption Algorithm 3100  Encryption Algorithm 4101  Encryption Algorithm 5110  Encryption Algorithm 6111  Encryption Algorithm 7
(3)UE保存UPE协商的数据面加密算法，向UPE返回鉴权响应，后续UE和UPE之间的数据加密就使用该协商的加密算法。
4.MME和演进的RAN网络之间配置IP接入承载所使用的QoS(ConfigureIP Bearer QoS)；
5.MME向UE发送激活接受的消息。
需要说明的是，本发明提供上述的流程与实际采用的流程可能会有差别，这种差别不应视为是对本发明的限制。另外，本发明以演进网络为例对数据面和信令面的加密协商分开处理的具体实现进行了描述，当然也可以应用到其他网络。同时，为了更清楚的描述本发明，本发明在演进网络架构中假定MME为一个实体，UPE和Inter AS Anchor为一个实体，但不限制其它的网络架构，例如MME/UPE/Inter AS Anchor可以都为独立的实体。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1、一种用户设备与网络侧实现加密协商的方法，其特征在于，当用户设备注册到网络时，用户设备与网络侧协商信令面加密算法，当用户设备和网络侧建立承载时，用户设备与网络侧协商数据面加密算法。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户设备与网络侧协商信令面加密算法的步骤包括：
S1.用户设备发起注册，向网络侧上报用户的加密信息；
S2.网络侧根据用户的加密信息协商信令面加密算法，并将所述信令面加密算法下发给用户设备。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用户的加密信息携带在用户设备向网络侧发送的用户附着请求消息中。
4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信令面加密算法信息携带在网络侧向用户设备发送的鉴权请求消息中。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户设备与网络侧协商数据面加密算法的步骤包括：
T1.网络侧第一网元将用户的加密信息上报给网络侧第二网元；
T2.网络侧第二网元根据用户的加密信息协商数据面加密算法，并将所述数据面加密算法下发给用户设备。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述用户的加密信息携带在网络侧第一网元向网络侧第二网元发送的承载建立请求消息中。
7、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数据面加密算法信息携带在网络侧第二网元向用户设备发送的鉴权请求消息中。
8、如权利要求2、3、5或6所述的方法，其特征在于，所述用户的加密信息包括用户设备支持的加密算法信息。
9、如权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，在演进网络中，所述第一网元为MME，所述第二网元为UPE。
信息包括用户设备支持的加密算法信息。
11、如权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于，在演进网络中，所述第一网元为MME，所述第二网元为UPE。
12、一种用户设备加密处理的方法，其特征在于，用户设备利用与网络侧协商的信令面加密算法和用户面加密算法对信令加密和数据加密分别处理。
13、如权利要求12所述的方法，其特征在于，在对信令加密时，用户设备使用与网络侧协商的信令面加密算法。
14、如权利要求12所述的方法，其特征在于，在对数据加密时，用户设备使用与网络侧协商的用户面加密算法。
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Termination date: 20120430