CN1725896A - 一种cdma***端对端加密通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CDMA***端对端加密通讯方法，适用于包含KC和OTAF的***；HLR/AC对用户设置SSD不共享，该方法包括：a.主叫MS发起包含被叫MS用户标识的加密呼叫到HLR/AC；b.HLR/AC获得用于承载OTAPA业务的对主叫MS的业务信道，在对主叫MS鉴权成功后，通过OTAPA业务将KC产生的对话密钥送给主叫MS；c.HLR/AC获得用于承载OTAPA业务的对被叫MS的业务信道，在对被叫MS鉴权成功后，通过OTAPA业务将获得的对话密钥送给被叫MS；d.主叫MS和被叫MS利用获得的对话密钥对通话数据进行加密和解密。该方法可实现CDMA***中移动用户的端到端加密通讯。

Description

一种CDMA***端对端加密通讯方法

技术领域

本发明涉及加密通讯技术，特别是涉及一种CDMA***端对端加密通讯方法。

背景技术

随着移动通讯技术的普遍应用，用户对移动通信安全性提出了越来越高的要求，特别是在一些特殊行业，需要移动通讯有更高的安全性能。现有的码分多址(CDMA)网络中，运营商为了提高安全性，提供了语音加密业务。语音加密业务仅在移动终端和基站之间的无线传输部分对语音数据进行加密处理，属于空口语音加密。因此，现有CDMA网络没有做到端对端的加密通讯，不能杜绝语音以明文方式在陆地网络传输过程中被窃听的可能。

为了实现移动通信网络中的端到端加密通讯，本申请人在另一专利申请中提出了一种端到端加密通讯***。对于CDMA***，该端到端加密通信***的组成结构如图1所示，主要包括：移动终端(MS)、无线接入网设备(BTS/BSC)、核心网络侧设备、密钥中心(KC)。

其中，核心网络侧设备包括现有CDMA***核心网络中所有的功能实体，这里仅画出移动交换中心/访问位置寄存器(MSC/VLR)、归属位置寄存器/鉴权中心(HLR/AC)和空中激活功能(OTAF)实体。核心网络侧设备用于实现MS和KC之间的密钥信息交互；还对MS的呼叫接续进行控制。KC用于产生并分发MS通讯时所使用的密钥信息。KC位于与无线接入网相连的核心网络侧，并且，KC可以与HLR/AC和OTAF设置在同一网络实体中。MS通过无线接入网和核心网络从KC获得通讯所需的密钥信息，并使用获得的密钥信息加密/解密业务数据。

虽然本申请人已经提出了一种端到端加密通讯***，但是，对于如何在现有CDMA网络中对端对端通讯中的语音数据进行加密处理还没有提出具体的实现方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种CDMA***端对端加密通讯方法，实现CDMA***中移动用户的端到端的加密通讯。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种CDMA***端对端加密通讯方法，适用于包含密钥中心(KC)和空中激活功能(OTAF)的***；HLR/AC对用户设置公用加密数据(SSD)不共享，该方法包括以下步骤：

a.主叫MS发起包含被叫MS用户标识的加密呼叫到HLR/AC；

b.HLR/AC获得用于承载空中参数管理(OTAPA)业务的对主叫MS的业务信道，并在对主叫MS鉴权成功后，通过OTAPA业务将KC产生的用于本次通话的对话密钥分发给主叫MS；

c.HLR/AC获得用于承载OTAPA业务的对被叫MS的业务信道，并在对被叫MS鉴权成功后，通过OTAPA业务将从KC获得的用于本次通话的对话密钥分发给被叫MS；

d.主叫MS和被叫MS利用获得的对话密钥对通话数据进行加密和解密。

步骤b或c中，所述获得业务信道的方法为：利用独特查询流程获得用于承载OTAPA业务的业务信道。其中，所述独特查询流程包括：HLR/AC向MSC发出对MS的鉴权指示，MSC收到鉴权指示后返回鉴权指示响应；MSC与MS进行独特查询交互过程；MSC向HLR/AC发送鉴权状态报告，HLR/AC收到鉴权状态报告后返回鉴权状态报告响应。

上述方案中，如果被叫MS与主叫MS归属于不同的HLR/AC，则步骤c还包括：被叫MS归属的HLR/AC对被叫MS鉴权成功后，发起到主叫MS归属的HLR/AC的对话密钥请求，主叫MS归属的HLR/AC收到对话密钥请求后，向被叫MS归属的HLR/AC返回携带本次通话对话密钥的对话密钥请求响应，然后执行所述将获得的对话密钥分发给被叫MS。

另外，如果用户首次接入加密通讯，则该方法进一步包括：HLR/AC对主叫MS或被叫MS鉴权成功后，HLR/AC向主叫MS或被叫MS发起OTAPA业务进行加密密钥的交互，以获得加密密钥并分发给MS。相应地，步骤b或c中，所述HLR/AC将对话密钥分发给MS的过程进一步包括：HLR/AC对要分发给MS的对话密钥进行加密；相应的，MS对收到的加密对话密钥进行解密，得到所述的对话密钥。

上述方案中，步骤d可以进一步包括：所述通话数据通过无声码器串联操作TFO方式传输。

如果主叫用户为CDMA***移动用户，被叫用户为固定用户，则该方法除了包括所述步骤a、b外，该方法还包括以下步骤：

c’.HLR/AC向GMSC发送SMDPP消息，将本次通话的对话密钥传送给GMSC；

d’.主叫MS与GMSC之间利用获得的对话密钥对语音数据进行加密和解密。

其中，所述步骤d’进一步包括：GMSC对主叫MS的语音进行解密后传送给被叫用户，对被叫用户的语音进行加密后传送给主叫MS。

另外，该方法可以进一步包括：将HLR/AC、KC和OTAF设置在同一网络实体中，或将KC和OTAF设置在HLR/AC中。

由上述方案可以看出，本发明的关键在于：利用独特查询流程获得用于承载OTAPA业务的业务信道，并通过OTAPA业务完成用于本次通话的对话密钥的分发，通讯的两端利用获得的对话密钥进行加密通话。

因此，本发明所提供的这种CDMA***端对端加密通讯方法，不仅可以实现CDMA***中移动用户之间的端对端的加密通话，还可以实现CDMA***中移动用户与固定用户或它网终端的加密通话。而且，本发明方法中的密钥中心和OTAF可以置于HLR/AC实体内，或将密钥中心、OTAF和HLR/AC置于同一网络实体中，由HLR/AC或该网络实体承担用户鉴权和密钥产生、分发的工作，省去HLR/AC与密钥中心和OTAF之间不必要的信令交互。

附图说明

图1为CDMA端对端加密通讯***的组成结构示意图；

图2为本发明主叫MS、被叫MS归属于同一HLR/AC的端对端加密通讯方法的实现流程图；

图3为本发明主叫MS、被叫MS归属于不同HLR/AC的端对端加密通讯方法的实现流程图；

图4为本发明移动用户到固定终端或它网的移动终端的端对端加密通讯方法的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的关键是利用独特查询流程获得用于承载OTAPA业务的业务信道，并通过OTAPA业务完成用于本次通话的对话密钥的分发，通讯的两端利用获得的对话密钥进行加密通话。

空中参数管理(OTAPA，Over The Air Parameter Administration)业务是一种网络侧主动对移动终端中的数据进行管理的操作，可以查询、修改或添加移动终端中的数据。比如：网络侧可以通过OTAPA业务主动更新移动终端中的鉴权密钥(A_Key)。本发明中，HLR/AC通过OTAF向移动终端发起OTAPA业务，将该移动终端进行本次通话所需要的密钥信息写到该移动终端上。

通常，OTAPA业务需要在用户处于稳态的条件下进行。用户的稳态是指用户处于空闲状态或具有稳定的业务信道。因此，为了在加密呼叫过程中通过OTAPA业务完成用于通话的密钥信息的分发，需要建立稳定的业务信道来承载OTAPA业务。本发明是通过独特查询流程获得稳定的业务信道的。在进行独特查询之前，可以先由MSC发起鉴权流程的请求到HLR/AC，然后再由HLR/AC启动独特查询流程。

在CDMA***中，鉴权分为公用加密数据(SSD)共享和SSD不共享两种形式，SSD共享是指鉴权中心AC将移动台的鉴权数据与算法传给VLR，使鉴权可以在VLR或MSC中进行，不必每次都去AC进行鉴权。SSD不共享是指所有鉴权数据与算法只保存在AC中，每次鉴权都必须经过AC完成。本发明中，HLR/AC对用户设置SSD不共享，这样，每次对用户鉴权都必须到HLR/AC中进行。其中，HLR/AC可以为包含HLR与AC的网络实体，也可以是包含AC功能的HLR。

对于SSD不共享的情况，独特查询流程是由HLR/AC启动的鉴权过程。在MSC收到由HLR/AC发起独特查询流程的请求时，MSC会为独特查询流程建立一个稳定的业务信道，该业务信道可以供OTAPA业务使用。进行独特查询时，HLR/AC产生随机数和鉴权结果，并将所产生的随机数和鉴权结果送给MSC/VLR，MSC/VLR将随机数通过业务信道上的鉴权查询消息发送给移动终端。移动终端根据收到的随机数计算鉴权结果，并通过鉴权查询响应消息将计算得到的鉴权结果返回给MSC/VLR，MSC/VLR将自身的鉴权结果与收到的鉴权结果进行比较，以确认鉴权是否成功，如果鉴权成功，则发送鉴权成功的鉴权状态报告，否则发送鉴权失败的鉴权状态报告。这样，通过鉴权和独特查询流程既完成了用户的合法性认证，也可以为OTAPA业务提供稳定的业务信道。

本发明的一些实施例中，可以将KC和OTAF模块设置在HLR/AC实体中，或者将KC、OTAF和HLR/AC置于同一网络实体中，由HLR/AC或该网络实体承担用户鉴权以及密钥信息的产生和分发，这样可以省去HLR/AC与KC和OTAF之间不必要的信令交互。反之，如果KC、OTAF模块与HLR/AC分别设置在不同的物理实体中，HLR/AC需要通过信令交互到KC中获取由KC产生的密钥信息，然后HLR/AC再与OTAF模块进行信令交互以要求OTAF模块发起OTAPA业务。

基于图1所示的CDMA***端对端加密通讯***，如果被叫MS与主叫MS归属于同一个HLR/AC，本发明实现端对端加密通讯的方法如图2所示。其中，主叫MS归属OMSC，被叫MS归属VMSC。本实施例中，将KC和OTAF模块设置在HLR/AC实体中。

假定主叫MS和被叫MS均签约了端对端的加密通信业务，如图1所示，本发明实现端对端加密通讯的方法包括以下步骤：

步骤201～202、主叫MS发起包含被叫MS用户号码的加密呼叫，OMSC发起鉴权请求AUTHREQ到HLR/AC。其中，鉴权请求中携带主叫MS的移动台标识号码(MIN)和被叫MS的移动台号码(MDN)。如果HLR/AC签约了始呼触发器，则主叫MS可以直接呼叫请求到HLR/AC。

步骤203、HLR/AC收到包含主叫MS的MIN的鉴权请求AUTHREQ后，HLR/AC发现主叫MS签约了端对端加密通讯业务，HLR/AC发起独特查询流程。

其中，独特查询流程包括：

步骤2031～2032、HLR/AC向OMSC发出对主叫MS的鉴权指示消息AUTHDIR，鉴权指示消息AUTHDIR中包含随机数和鉴权结果等鉴权参数；OMSC收到鉴权指示消息AUTHDIR后，向HLR/AC返回鉴权指示响应authdir。

步骤2033、OMSC与主叫MS完成独特查询交互过程。其中，独特查询交互过程就是MSC对MS的鉴权过程。具体就是：MSC将从HLR/AC获得的鉴权参数中的随机数下发给MS；MS根据收到的随机数计算鉴权结果，并将计算得到的鉴权结果返回给MSC；MSC收到鉴权结果后，将收到的鉴权结果与存储在VLR中的鉴权结果进行比较，以确认鉴权是否成功。

步骤2034～2035、OMSC向HLR/AC发送鉴权状态报告ASREPORT，鉴权状态报告ASREPORT中包含鉴权是否成功的信息；HLR/AC收到鉴权状态报告ASREPORT后，向OMSC返回鉴权状态报告响应asreport。

进行独特查询的目的在于获得用于承载OTAPA业务的业务信道，同时完成对主叫MS的鉴权。

步骤204、在完成独特查询流程后，HLR/AC向OMSC返回鉴权请求响应authreq，携带鉴权是否成功的信息；如果鉴权成功，则继续执行步骤205，否则结束流程。

步骤205、HLR/AC对主叫MS鉴权成功后，如果用户首次接入加密通讯，则HLR/AC发起OTAPA业务进行加密密钥的交互过程，用于获得加密密钥，并将获得的加密密钥分发给主叫MS；否则HLR/AC根据用户的配置判断本次通话是否需要更换加密密钥，如果需要更换加密密钥，则HLR/AC向主叫MS发起OTAPA业务进行加密密钥的交互过程，然后执行步骤206，如果不需要更换加密密钥，则直接执行步骤206。

步骤206、HLR/AC生成对话密钥，并使用获得的加密密钥对对话密钥进行加密，HLR/AC向主叫MS发起OTAPA业务，将加密后的对话密钥传送给主叫MS。

其中，对话密钥是在本次通话过程中用于对通话数据进行加密和解密的密钥，加密密钥是对对话密钥进行加密和解密的密钥。

步骤207～210、OMSC收到HLR/AC发出的包含鉴权成功信息的鉴权请求响应authreq后，向HLR/AC发起被叫MS的位置请求LOCREQ；HLR/AC收到位置请求LOCREQ后，向被叫MS归属的VMSC/VLR发起路由请求ROUTREQ；被叫MS归属的VMSC/VLR收到路由请求ROUTREQ后，向HLR/AC返回包含被叫MS的移动台漫游号码的路由请求响应routreq；HLR/AC收到路由请求响应routreq后，向OMSC返回包含被叫MS归属的VMSC路由信息的位置请求响应locreq。

其中，OMSC向HLR/AC发起被叫MS的位置请求LOCREQ的步骤207可以与步骤205同步进行。

步骤211～212、OMSC收到位置请求响应locreq后，发起到VMSC的接续呼叫，VMSC收到接续呼叫后寻呼被叫MS。

步骤213～214、VMSC向HLR/AC发起鉴权请求AUTHREQ；HLR/AC收到包含被叫MS的MIN的鉴权请求AUTHREQ后，HLR/AC发现被叫MS签约了端对端加密通讯业务，HLR/AC发起独特查询流程。其中，独特查询流程与始呼部分相同。

步骤215、HLR/AC对被叫MS进行独特查询后，如果用户首次接入加密通讯，则HLR/AC向被叫MS发起OTAPA业务进行加密密钥的交互过程，用于获得加密密钥，并将获得的加密密钥分发给被叫MS；否则HLR/AC根据用户的配置判断本次通话是否需要更换加密密钥，如果需要更换加密密钥，则HLR/AC发起OTAPA业务进行加密密钥的交互过程，然后执行步骤216，如果不需要更换加密密钥，则直接执行步骤216。

步骤216、HLR/AC根据主叫MS和被叫MS的用户标识或计费通话标识(BillingID)，查找本次通话的对话密钥，并使用获得的加密密钥对查询到的对话密钥进行加密，HLR/AC向被叫MS发起OTAPA业务，将加密后的对话密钥传送给被叫MS。

步骤217～218、HLR/AC返回VMSC鉴权请求响应authreq，鉴权请求响应authreq携带鉴权是否成功的信息；如果鉴权成功，则VMSC向OMSC返回接续响应，否则结束流程。

步骤219～220、被叫MS振铃；被叫MS应答后，主叫MS和被叫MS利用获得的对话密钥对语音数据进行加密和解密，实现加密通话。

其中，主叫MS和被叫MS之间的语音通道为一条双向的透明数字传输通道或者路径，比如，经过加密的语音数据可以采用无声码器串联操作(TFO，Tandem Free Operation)方式的透明通道进行传输。利用TFO方式，只需要移动台进行语音数据的编码/解码，***的声码器不参与对语音数据的处理和变换。

如图3所示，被叫MS与主叫MS归属于不同的HLR/AC，主叫MS属于HLR1/AC1，被叫MS属于HLR2/AC2。本发明实现端对端加密通讯的方法除了包括与图2所示步骤201～220相同的步骤301～320之外，在执行完步骤314之后，该方法还包括以下步骤：

步骤314，～315’、被叫MS归属的HLR2/AC2对被叫MS鉴权成功后，发起到主叫MS归属的HLR1/AC1的对话密钥请求消息，主叫MS归属的HLR1/AC1收到对话密钥请求消息后，向被叫MS归属的HLR2/AC2返回对话密钥请求响应消息，响应消息中携带本次通话所需的对话密钥。然后继续执行步骤315。

另外，本发明中的用户终端还可以为固定用户终端，比如公共交换电话网(PSTN)的固定用户，或它网的移动用户，这时，本发明端对端加密通讯中的一端就是关口移动交换中心(GMSC)，则本发明实现端对端加密通讯的方法如图4所示，包括以下步骤：

步骤401～406、与步骤201～206是类似的，其区别仅在于：如果主叫MS开始呼叫，则被叫号码为一固定用户号码或它网的移动用户号码；

步骤407、HLR/AC判断被叫用户号码为非本网用户号码，直接向GMSC发送短消息点对点发送(SMDPP，SMS Delivery Point To Point)消息，通过SMDPP消息将对话密钥传送给GMSC。

步骤408、主叫MSC根据被叫用户号码，接续到GMSC。

步骤409、GMSC完成被叫侧的接续工作后，向主叫MS归属的OMSC返回接续响应。

步骤410、被叫用户振铃；被叫用户应答后，主叫MS和GMSC使用获得的对话密钥对语音数据进行加密和解密。GMSC对主叫MS的语音进行解密传送给被叫用户，对被叫的语音进行加密传送给主叫MS。也就是说，GMSC到被叫终端之间以明文形式通话。

本发明也适用于主叫用户为固定用户终端或它网的移动用户，被叫用户为本网移动用户的情况，其加密通讯方法与被叫用户是固定用户终端或它网的移动用户，被叫用户为本网移动用户是类似的，其区别仅在于由于始呼和终呼对象不同，方法步骤的执行顺序不同，以及GMSC在进行接续呼叫之前，需要获得被叫MS的位置信息。

由上述方案可见，GMSC充当了加密网关的角色，由其对固定用户的语音进行加密之后再传输给移动用户，对移动用户的语音进行解密之后再传送给固定用户。

总之，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种CDMA***端对端加密通讯方法，适用于包含密钥中心KC和空中激活功能OTAF的***；其特征在于，HLR/AC对用户设置公用加密数据SSD不共享，该方法包括以下步骤：

a.主叫MS发起包含被叫MS用户标识的加密呼叫到HLR/AC；

b.HLR/AC获得用于承载空中参数管理OTAPA业务的对主叫MS的业务信道，并在对主叫MS鉴权成功后，通过OTAPA业务将KC产生的用于本次通话的对话密钥分发给主叫MS；

c.HLR/AC获得用于承载OTAPA业务的对被叫MS的业务信道，并在对被叫MS鉴权成功后，通过OTAPA业务将从KC获得的用于本次通话的对话密钥分发给被叫MS；

d.主叫MS和被叫MS利用获得的对话密钥对通话数据进行加密和解密。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b或c中，所述获得业务信道的方法为：利用独特查询流程获得用于承载OTAPA业务的业务信道。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述独特查询流程包括：

HLR/AC向MSC发出对MS的鉴权指示，MSC收到鉴权指示后返回鉴权指示响应；MSC与MS进行独特查询交互过程；MSC向HLR/AC发送鉴权状态报告，HLR/AC收到鉴权状态报告后返回鉴权状态报告响应。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，被叫MS与主叫MS归属于不同的HLR/AC，则步骤c还包括：

被叫MS归属的HLR/AC对被叫MS鉴权成功后，发起到主叫MS归属的HLR/AC的对话密钥请求，主叫MS归属的HLR/AC收到对话密钥请求后，向被叫MS归属的HLR/AC返回携带本次通话对话密钥的对话密钥请求响应，然后执行所述将获得的对话密钥分发给被叫MS。

5、根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，用户首次接入加密通讯，则该方法进一步包括：HLR/AC对主叫MS或被叫MS鉴权成功后，HLR/AC向主叫MS或被叫MS发起OTAPA业务进行加密密钥的交互，以获得加密密钥并分发给MS。

6、根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤b或c中，所述HLR/AC将对话密钥分发给MS的过程进一步包括：HLR/AC对要分发给MS的对话密钥进行加密；相应的，MS对收到的加密对话密钥进行解密，得到所述的对话密钥。

7、根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤d进一步包括：所述通话数据通过无声码器串联操作TFO方式传输。

8、根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，主叫用户为CDMA***移动用户，被叫用户为固定用户，则该方法除了包括所述步骤a、b外，该方法还包括以下步骤：

c’.HLR/AC向GMSC发送SMDPP消息，将本次通话的对话密钥传送给GMSC；

d’.主叫MS与GMSC之间利用获得的对话密钥对语音数据进行加密和解密。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤d’进一步包括：GMSC对主叫MS的语音进行解密后传送给被叫用户，对被叫用户的语音进行加密后传送给主叫MS。

10、根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将HLR/AC、KC和OTAF设置在同一网络实体中，或将KC和OTAF设置在HLR/AC中。

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