JP6745403B2 - ネットワーク認証方法、デバイス、およびシステム - Google Patents

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Description

本発明は、通信分野に関し、特に、ＥＰＳ ＡＫＡ＊への攻撃に対するセキュリティ対策に関する。
ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）のシーンでは、ＳＮ（サービスネットワーク）は、ユーザ機器（ＵＥ）からのアタッチリクエストを拒否し、次に、そのＵＥ中の国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）に関する更新ロケーションメッセージを、ホームネットワーク（ＨＮ）に送る。その後、訪問先ＳＮは、それがローミング加入者にいかなるサービスも与えなかったとしても、ＨＮに、そのＩＭＳＩを有する加入者のための請求記録を送る。
このタイプの不正行為を軽減するために、３ＧＰＰ ＳＡ３は、ＴＲ ３３．８９９［１］，解決策＃２．２２「ＥＰＳ ＡＫＡ ｗｉｔｈ ＵＥ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ」に記載されている認証および鍵合意（ＡＫＡ）プロシージャの新しい変形形態を採用する予定である。この解決策は、ＥＰＳ ＡＫＡ＊（発展型パケットシステムＡＫＡ＊）と呼ばれる。
図１を参照されたい。図１は、ＥＰＳ ＡＫＡ＊プロシージャを説明する。ここにおいて、ＲＡＮＤは、ネットワークチャレンジ乱数であり、ＡＵＴＮは、ネットワーク認証トークンであり、ＡＶは、認証ベクトルであり、ａ）ネットワークチャレンジＲＡＮＤ、ｂ）予想されるユーザ応答ＸＲＥＳ、ｃ）鍵（たとえば、Ｋａｓｍｅ、またはＣＫとＩＫとの２つの鍵）、およびｄ）ネットワーク認証トークンＡＵＴＮの４つの要素からなる。予想される応答ＸＲＥＳ＝ｆ２K（ＲＡＮＤ）であり、ここで、ｆ２は、（場合によっては切り捨てられる）メッセージ認証関数であり、ＵＥの識別子（たとえば、ＩＭＳＩ）によって決定され得るルート鍵Ｋは、ＵＥとＨＮとの間の共有鍵を示す。ＲＥＳは、ユーザ応答であり、それは、ＵＥによって関数ｆ２K（ＲＡＮＤ）を使用して生成され、ここにおいて、ＲＥＳサイズは、３２ビットと６４ビットとの間が可能であり、我々は、ＲＥＳのサイズが偶数であると仮定し、それを２ｎで示す。（ＭＩＬＥＮＡＧＥ関数ｆ２は、３２から６４ビットまでのＲＥＳ長さをサポートすることができる。ＴＵＡＫ関数ｆ２は、３２、６４、１２８または２５６ビットのＲＥＳをサポートすることができ、後者は、マスター鍵Ｋのサイズが２５６ビットである場合のみである。）
ＥＰＳ ＡＫＡ＊プロシージャでは、ＨＮは、それが認証情報回答メッセージ中でＳＮに送る認証ベクトル中に予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）の半分のみを含める。ＳＮは、それがＨＮから以前に受信したＸＲＥＳの部分と、それがランダムチャレンジＲＡＮＤに応答してＵＥから無線インターフェース上で受信したユーザ応答（ＲＥＳ）の半分を比較する。２つの部分が一致する場合、ＳＮは、ＥＰＳ ＡＫＡ＊プロシージャ実行が成功したとみなし、それは、認証確認メッセージ中でＨＮに（全）応答ＲＥＳを転送する。ＨＮは、次いで、（全）予想される応答ＸＲＥＳとＳＮから受信したＲＥＳを比較する。それらが一致しない場合、ＳＮは不正を疑われる。
最初に、ＨＮから訪問先ＳＮによって受信されたＥＰＳ ＡＫＡ＊の認証ベクトル（ＡＶ＊）がＸＲＥＳの下側部分（ｎの下位ビット）のみを含むと仮定する。第２に、攻撃者のＵＥが有効な、改ざんされていない汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）を含んでいるが、ＵＥのモバイル機器（ＭＥ）部分が攻撃者によって修正されていると仮定する。
攻撃者のＭＥは、ＵＳＩＭから（正しい）２ｎビットのＲＥＳを取り出し、ＲＥＳの上側部分（ｎの最上位桁）中のいくつかのビットを修正し、無線インターフェース上の認証応答メッセージ中でＳＮにこの修正されたＲＥＳを送る。ＳＮによって受信されたＸＲＥＳの下側部分がＲＥＳの下側部分に一致するので、この修正はＳＮによって気づかれずに進行することになる。ＳＮは、認証が成功したとみなすことになり、ＵＥとセキュリティコンテキストを確立した後に、ＳＮは、認証確認メッセージ中にＲＥＳを含め、ＨＮにそのメッセージを送ることになる。ＲＥＳパラメータのコンテンツがセキュリティコンテキストに影響を及ぼさないことに留意されたい。
ＲＥＳの修正は、ＳＮに透過的であり、その人のＵＥがＳＮから通常のサービスを得るので、加入者にも透過的である。しかし、ＨＮが（ＲＥＳを含んでいる）認証確認メッセージを受信すると、それは、ＸＲＥＳの対応する部分とのＲＥＳの上側部分の不一致に気づくことになる。これは、ＨＮの視点から見てＳＮに不正を疑わせる。ＨＮは、次いで、別の認証ベクトルＡＶ＊を生成し、ＳＮからのＵＥの追加の認証を要求し得る。この追加の認証中に、攻撃者のＭＥは、（ｉ）（それらが１回の代わりに２回の認証を行うので）ＳＮとＨＮとに対して余分の作業という結果をもたし、ＲＥＳをそのままにしておくか、または、（ｉｉ）それは、再びＲＥＳを修正することを選定し、ＨＮの視点から見てＳＮを２倍疑わしくさせ得るかのいずれかである。後者のケースでは、ＨＮは、さらに別の（第３の）認証を要求し、攻撃者のＭＥに再びこれらの２つの選定を与え得る。
ＲＥＳの上側部分の不一致は、無線インターフェースを介した送信中に正しいＲＥＳの破損によっても起こり得る。しかし、ＴＲ ３３．８９９［１］項５．２．４．２２．３に指摘されるように、これはまれなイベントである。
本発明の実施形態は、ＥＰＳ ＡＫＡ＊への攻撃に対するセキュリティ対策およびシステムを提供する。これらの対策は、攻撃を軽減するための１つの方法を含み、次いで、代わりに使用され得る２つの他の方法で続く。
本発明の実施形態の第１の態様は、ネットワーク認証システムを開示する。ここにおいてシステムは、ユーザ機器（ＵＥ）と、サービスネットワーク（ＳＮ）と、ホームネットワーク（ＨＮ）とを備え、
ＨＮは、ＵＥの識別子に基づいて予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）を生成し、インジケータを生成するように構成され、識別子は、ＳＮからまたはＵＥからのものであり、識別子は、国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）でもよく、
ＨＮは、ＳＮにＸＲＥＳの部分とインジケータとを送るように構成され、
ＳＮは、ＸＲＥＳの部分とインジケータとを受信するように構成され、
ＳＮは、ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するように構成され、
ＳＮは、インジケータに基づいてＸＲＥＳとＲＥＳを比較するように構成され、
ＳＮは、比較が成功するとＨＮに確認メッセージを送るように構成される。
第１の態様に関して、第１の可能な方法では、インジケータは、ランダム値Ｒであり、ＳＮにＸＲＥＳの部分とインジケータとを送るステップは、
Ｒが０に等しいとＳＮにＸＲＥＳの下側部分とＲとを送ることを備え、
インジケータに基づいてＸＲＥＳとＲＥＳを比較するステップは、
Ｒが０に等しいとＲＥＳの下側部分を決定することと、受信したＸＲＥＳとＲＥＳの下側部分を比較することとを備える。
第１の態様に関して、第２の可能な方法では、インジケータは、ランダム値Ｒであり、ＳＮにＸＲＥＳの部分とインジケータとを送るステップは、
Ｒが１に等しいとＳＮにＸＲＥＳの上側部分とＲとを送ることを備え、
インジケータに基づいてＸＲＥＳとＲＥＳを比較するステップは、
Ｒが１に等しいとＲＥＳの上側部分を決定することと、受信したＸＲＥＳとＲＥＳの上側部分を比較することとを備える。
第１の態様に関して、第３の可能な方法では、インジケータは、ランダム値Ｒであり、ＳＮにＸＲＥＳの部分とインジケータとを送るステップは、
Ｒが１に等しいとＳＮにＸＲＥＳの下側部分とＲとを送ることを備え、
インジケータに基づいてＸＲＥＳとＲＥＳを比較するステップは、
Ｒが１に等しいとＲＥＳの下側部分を決定することと、受信したＸＲＥＳとＲＥＳの下側部分を比較することとを備える。
第１の態様に関して、第４の可能な方法では、インジケータは、ランダム値Ｒであり、ＳＮにＸＲＥＳの部分とインジケータとを送るステップは、
Ｒが０に等しいとＳＮにＸＲＥＳの上側部分とＲとを送ることを備え、
インジケータに基づいてＸＲＥＳとＲＥＳを比較するステップは、
Ｒが０に等しいとＲＥＳの上側部分を決定することと、受信したＸＲＥＳとＲＥＳの上側部分を比較することとを備える。
第１の態様に関して、第５の可能な方法では、インジケータは、２ｎビット（ＸＲＥＳのサイズ）のマスクであり、ＳＮにＸＲＥＳとインジケータとを送るステップは、
ＳＮに選択されたＸＲＥＳと２ｎビットのマスクとを送ることであって、選択されたＸＲＥＳが、Ｒ中で１に設定された、ＳＮがＲＥＳに対するチェックを必要とするＸＲＥＳの部分に対応するビットを含む、送ることを備え、
インジケータに基づいてＸＲＥＳとＲＥＳを比較するステップは、
特に、２ｎビットのマスク中で１に設定された、ＳＮがＲＥＳに対するチェックを必要とするＲＥＳの部分に対応するビットを選択することによって２ｎビットのマスクに基づいてＲＥＳのターゲットロケーションを決定することと、
ＲＥＳのターゲットロケーションと選択されたＸＲＥＳを比較することとを備える。
本発明の実施形態の第２の態様は、ネットワーク認証システムを開示する。ここにおいてシステムは、ユーザ機器（ＵＥ）と、サービスネットワーク（ＳＮ）と、ホームネットワーク（ＨＮ）とを備え、
ＨＮは、ＵＥの識別子に基づいて予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）を生成し、２ｎビット（ＸＲＥＳのサイズ）のマスクを生成するように構成され、
ＨＮは、ＳＮにＸＲＥＳと２ｎビットのマスクを送るように構成され、
ＳＮは、ＸＲＥＳと２ｎビットのマスクとを受信するように構成され、
ＳＮは、ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するように構成され、
ＳＮは、２ｎビットのマスク中で１に設定された、ＳＮがＲＥＳに対するチェックを必要とするＸＲＥＳの部分に対応するビットを選択することによって２ｎビットのマスクに基づいてＸＲＥＳのターゲットロケーションを決定し、ＲＥＳの対応するロケーションとＸＲＥＳのターゲットロケーションを比較するように構成され、
ＳＮは、比較が成功するとＨＮに確認メッセージを送るように構成される。特に、比較が成功するステップは、ＸＲＥＳのターゲットロケーションがＲＥＳの対応するロケーションに等しいことを備える。
本発明の実施形態の第３の態様は、ネットワーク認証システムを開示する。ここにおいてシステムは、ユーザ機器（ＵＥ）と、サービスネットワーク（ＳＮ）と、ホームネットワーク（ＨＮ）とを備え、
ＳＮは、ＵＥから要求を受信することであって、要求は、国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）を含むように構成され、
ＳＮは、ＨＮにＩＭＳＩを送るように構成され、
ＨＮは、ＩＭＳＩに基づいて予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）を生成し、鍵ＫによってＸＲＥＳのためのメッセージ認証コード（ＭＡＣ）値を計算するように構成され、
ＨＮは、ＳＮにＭＡＣとＫとを送るように構成され、
ＳＮは、ＸＲＥＳとＫとを受信するように構成され、
ＳＮは、ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するように構成され、
ＳＮは、ＫとＲＥＳとに基づいてＭＡＣ１を計算するように構成され、
ＳＮは、ＭＡＣとＭＡＣ１とが等しいのかどうかを決定するためにＭＡＣ１とＭＡＣを比較するように構成され、
ＳＮは、ＭＡＣとＭＡＣ１とが等しいとＨＮに確認メッセージを送るように構成される。
第３の態様に関して、第１の可能な方法では、Ｋは、ＨＮとＳＮとの間のワンタイム鍵であるか、またはＫは、ＨＮとＳＮとの間の共有鍵であるか、またはＫは、ＨＮとＳＮとの間の共有鍵から導出されるか、またはＫは、公開鍵もしくは証明書に基づいてＨＮとＳＮとの間でネゴシエートされる。
第３の態様に関して、第２の可能な方法では、確認メッセージは、ＲＥＳを含み、
ＨＮは、ＲＥＳがＸＲＥＳに等しいかどうかを決定するためにＸＲＥＳとＲＥＳを比較するように構成される。
本発明の実施形態の第４の態様は、ネットワーク認証システムを開示する。ここにおいてシステムは、ユーザ機器（ＵＥ）と、サービスネットワーク（ＳＮ）と、ホームネットワーク（ＨＮ）とを備え、
ＳＮは、ＵＥから要求を受信することであって、要求は、国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）を含むように構成され、
ＳＮは、ＨＮにＩＭＳＩを送るように構成され、
ＨＮは、ＩＭＳＩに基づいて予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）を生成し、ＸＲＥＳと秘密鍵（ＳＫ）とに基づいてデジタル署名値Ｘを計算するように構成され、
ＨＮは、ＳＮにＸを送るように構成され、
ＳＮは、ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するように構成され、
ＳＮは、公開鍵（ＰＫ）とＲＥＳとに基づいてデジタル署名Ｘを検証するように構成され、ＰＫは、事前記憶されるかまたはＨＮから受信される。
ＳＮは、Ｘが成功裡に検証されるとＨＮに確認メッセージを送るように構成される。
本発明の実施形態の第４の態様は、上記の態様で言及したＵＥ、ＳＮおよびＨＮの構造を開示する。ここにおいて、ＵＥは、プロセッサ、メモリ、ネットワークインターフェース、バス、トランシーバを備える。メモリは、プロセッサによって読取り可能である非一時的媒体を備え、非一時的媒体は、プロセッサによって実行されると、上記の態様において説明した方法をプロセッサに実行させる命令を記憶する。ここにおいて、ＳＮは、プロセッサ、メモリ、ネットワークインターフェース、バス、トランシーバを備える。メモリは、プロセッサによって読取り可能である非一時的媒体を備え、非一時的媒体は、プロセッサによって実行されると、上記の態様において説明した方法をプロセッサに実行させる命令を記憶する。ここにおいて、ＨＮは、プロセッサ、メモリ、ネットワークインターフェース、バス、トランシーバを備える。メモリは、プロセッサによって読取り可能である非一時的媒体を備え、非一時的媒体は、プロセッサによって実行されると、上記の態様において説明した方法をプロセッサに実行させる命令を記憶する。
本発明の実施形態における技術的解決策についてより明らかに説明するために、以下は、実施形態について説明するために必要とされる添付の図面を簡単に紹介する。明らかに、以下の説明における添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を示しているにすぎず、当業者は、依然として、創造的な取り組みなしにこれらの添付の図面から他の図面を導出し得る。
図１は、ＥＰＳ ＡＫＡ＊プロシージャの流れ図である。 図２は、本発明の一実施形態による、ＸＲＥＳの選択されたビットを生成することの図である。 図３は、本発明の一実施形態による、ＸＲＥＳの選択されたビットを生成することの図である。 図４は、本発明の一実施形態による、認証プロセスの図である。 図５は、本発明の一実施形態による、ＭＡＣを生成することの図である。 図６は、本発明の一実施形態による、暗号化の図である。 図７は、本発明の一実施形態による、ＵＥの構造図である。 図８は、本発明の一実施形態による、ＳＮの構造図である。 図９は、本発明の一実施形態による、ＨＮの構造図である。
以下は、本発明の実施形態における添付の図面を参照しながら本発明の実施形態における技術的解決策について明らかに完全に説明する。明らかに、説明する実施形態は、本発明の実施形態の全部ではなくいくつかにすぎない。創造的な取り組みなしに本発明の実施形態に基づいて当業者によって取得されるすべての他の実施形態は、本発明の保護範囲内に入るものとする。
我々は、攻撃を軽減するための方法について説明することにする。
方法１
攻撃者のＵＥ（ユーザ機器）は、ＳＮ（サービスネットワーク）がＸＲＥＳ（予想されるユーザ応答）に対してチェックすることができないＲＥＳの部分を変更する。それを行うために、攻撃者のＵＥは、ＸＲＥＳのどの部分をＳＮがＨＮ（ホームネットワーク）から受信したのかを知らなければならない。したがって、攻撃を軽減するために、ＵＥは、ＸＲＥＳのどの部分がＳＮに知られているのかに気づかないべきである。この部分の静的設定が攻撃者によって最終的に発見されることができることが明らかであり、設定は、動的であり、予測するのが困難であるべきである。これは、ＨＮはそれがＳＮに送るＸＲＥＳの部分をランダムに選定するだろうことを暗示する。
我々は、これが実装されることができる方法の一例を与える。ＳＮにＡＶ＊を送る前に、ＨＮは、０または１のいずれかである乱数ｒを生成する。ｒ＝０である場合、ＨＮは、ＡＶ＊中にＸＲＥＳの下側部分を含め、そうでない場合、ＨＮは、ＡＶ＊中にＸＲＥＳの上側部分を含める。ＨＮはまた、ＳＮにＸＲＥＳのどの部分がＲＥＳをチェックするために使用されるのかをなんとかして標示しなければならない。たとえば、ＨＮは、ＡＶ＊中にｒの値を含めることができるか、またはｒの値の代わりに、それは、２ｎビット（ＸＲＥＳのサイズ）のマスクを含めることができ、ここで、ＳＮがＲＥＳに対するチェックを必要とするＸＲＥＳの部分に対応するビットが１に設定され、すべての他のビットが０に設定される。いずれのイベントにおいても、ＨＮは、認証情報応答メッセージ中に、ＸＲＥＳのどの部分をＳＮがＲＥＳに対してチェックすべきであるのかおよび／またはどの部分をチェックすべきではないのかを、ＳＮに標示するフィールドを含めるべきである。
この対策が整った状態では、攻撃者のＭＥは、ＲＥＳのどの部分をそれが修正する必要があるのかを推測することしかできない。加入者のＵＥがＳＮからサービスを受信しないことになるので、攻撃者の間違った推測が加入者によって気づかれ得ることが分かる。（依然として、攻撃者のＭＥが誤って推測する場合、それは、別のＥＰＳ ＡＫＡ＊プロシージャを直ちに開始し、今度は正しいＲＥＳで応答することができる。）また、それは、ＳＮが不正請求を疑われるようにするために、攻撃者が訪問先ＳＮに知られていないＲＥＳの部分中の１ビットだけを修正すれば十分であることが分かる。
どのようにＸＲＥＳの対応する部分の選択においてマスクを含めるか
選択関数の入力パラメータとしてＸＲＥＳとマスクとを使用し、選択関数の出力は、ＸＲＥＳの選択されたビットであり得る。
図１の通信進行に基づいて、図２に示されるように、図２は、本発明の一実施形態による、ＸＲＥＳの選択されたビットを生成することの図である。
マスクの１つの可能な例
選択関数の入力パラメータとしてＸＲＥＳとマスクとを使用し、選択関数の出力は、ＸＲＥＳの選択されたビットであり得る。マスク中で、ＳＮがＲＥＳに対するチェックを必要とするＸＲＥＳの部分に対応するビットが１に設定され、すべての他のビットが０に設定され、出力は、ＸＲＥＳの選択されたビットであることになり、ここで、マスク中で１の値をもつビットは、ＸＲＥＳ中の選択されたビットであることになる。他のオプションは、マスク中で０の値をもつビットがＸＲＥＳ中の選択されたビットであることになる。
図１の通信進行に基づいて、図３に示されるように、図３は、本発明の一実施形態による、ＸＲＥＳの選択されたビットを生成することの図である。
ｍによって、ＸＲＥＳの対応する部分に対してＳＮによってチェックされないＲＥＳの部分中のビット数を示す。攻撃者のＭＥが、ＳＮに修正されたＲＥＳを送る前にＲＥＳの１つのランダムに選定されたビットを反転する場合、攻撃者によって選定されたビットがそれらのｍビットのうちの１つになるだろう確率ｐは、ｍ／（２ｎ）となる。たとえば、ＥＰＳ ＡＫＡ＊は、ＴＲ ３３．８９９［１］で説明されるように、ｍ＝ｎを設定し、その設定では、確率ｐは、１／２となる。
ｍをより小さくすることはｐを低減するので、（ｐを低減するための）最良の設定はｍ＝１である。その設定では、確率ｐ（ＳＮチェックをパスする攻撃者の確率）は、１／（２ｎ）に低減し、たとえば、ＲＥＳのサイズが２ｎ＝３２であるとき、確率ｐは１／３２または約３パーセントとなり、２ｎ＝６４であるとき、確率ｐは、約１．５パーセントとなり、２ｎ＝１２８であるとき、確率ｐは、約０．８パーセントとなる。
ｍ＝１の設定では、ＨＮからＳＮへの認証情報応答メッセージ中のインジケータフィールドは、ＳＮがＲＥＳに対してチェックすべきではないＸＲＥＳ中の（単一の）ビットの位置を指し示す整数であり得る。
ただし、攻撃者が、ＵＥよりむしろＳＮであり得ることを銘記されたい。上記の軽減方法（方法１）では、攻撃者ＳＮが、それが知らないＸＲＥＳのその部分を推測するのに成功する確率は、１−ｐとなり、我々は、（ｐを減少させることによって）攻撃者ＵＥのチャンスを減少させるにつれて、我々は、攻撃者ＳＮのチャンスを増加させ、その逆も同様である。さらに、１から３パーセントのｐは少し大きい。我々は、次に、攻撃者ＵＥに対してと攻撃者ＳＮに対してとの両方を保護するためにより有効な方法について説明することにする。それは、ｐと１−ｐとの両方が１／２nに等しくなることを達成する。たとえば、ＲＥＳのサイズが２ｎ＝３２である場合、ｐ＝１／２16、すなわち、１０００分の１パーセントポイントのオーダーになる。
方法２
この方法では、ＨＮは、ＳＮに明示的にＸＲＥＳのいかなる部分も送らないが、代わりに、ＨＮは、ＵＥの応答ＲＥＳをチェックするためのｎビットのチェック値Ｘを送る。チェック値Ｘは、好適なハッシュタイプの関数ｆによって２ｎビットのＸＲＥＳから導出される。ＨＮはまた、ＳＮに関数が何かを標示する。
たとえば、値Ｘは、Ｘと共にＨＮによってＳＮに送られたワンタイム鍵によってＸＲＥＳのために計算されたメッセージ認証コード（ＭＡＣ）値であり得る。
別の可能性は、ブロック長さが２ｎであるブロック暗号を用いてＸＲＥＳを暗号化することである。チェック値Ｘは、ここで暗号化されたＸＲＥＳの下側部分であることになる。再び、暗号化のための使用されるワンタイム鍵がＸと共に送られる。
ＳＮが、ＵＥからＲＥＳを受信すると、それは、最初に、受信したＲＥＳにハッシュタイプの関数ｆを適用し、結果がＸに一致するのかどうかをチェックする。ＨＮによる追加のチェックのために、ＳＮは、認証確認メッセージ中でＨＮに全ＲＥＳを送る。
図４に示されるように、図４は、本発明の一実施形態による、認証プロセスの図である。
Ｘを計算するための解決策
解決策１
ＭＡＣ関数の入力としてＫとＸＲＥＳとを使用し、ＭＡＣ関数の出力がＸである。Ｋは、ワンタイム鍵であり得る。別の可能性は、ＫがＨＮとＳＮとの間の共有鍵である。別のオプションは、ＫがＨＮとＳＮとの間の共有鍵から導出される。さらに別のオプションは、Ｋが公開鍵または証明書に基づいてＨＮとＳＮとの間でネゴシエートされる。
図５に示されるように、図５は、本発明の一実施形態による、ＭＡＣを生成することの図である。
解決策２
暗号化関数の入力としてＫとＸＲＥＳとを使用し、暗号化関数の出力がＸである。Ｋは、ワンタイム鍵であり得る。別の可能性は、ＫがＨＮとＳＮとの間の共有鍵である。別のオプションは、ＫがＨＮとＳＮとの間の共有鍵から導出される。別のオプションは、Ｋが公開鍵または証明に基づいてＨＮとＳＮとの間でネゴシエートされる。
図６に示されるように、図６は、本発明の一実施形態による暗号化の図である。
ここで、方法２が使用されるとＵＥとＳＮとの両方について不正行為をするチャンスを計算する。ＵＥは、ＳＮがハッシュタイプの関数を適用するつもりである鍵を知らない。したがって、ＵＥは、ＲＥＳのどの他の値が同じＸの値になることになるのかを知るすべがない。（実際に、ＵＥは値Ｘを知ることすらないが、それはここでは関係ない。）したがって、ＵＥのための最良の戦略は、単に推測することであり、成功確率は、２n回のうちの１回である。
ＳＮは鍵を知っており、それは値Ｘを知っているが、（有効な）ＵＥとの認証を実行することなしに、それはＲＥＳを知らない。鍵と値Ｘとを用いて、ＳＮは、Ｘを導くことになるＲＥＳの（多くの）値を計算することが（煩雑であるが）可能である。しかし、不正行為をするＳＮは、多くのＲＥＳ値のうちのどれが正しいＲＥＳ値であるのかを発見する方法を有しない。再び、成功チャンスは、（少なくとも平均で）２n回のうちの１回である。
両方の確率値は、ハッシュタイプの関数が固定鍵を用いて適用されると（少なくとも平均で）各値Ｘがｎ個の異なるＲＥＳ値から取得されるという事実から得られる。
Ｘの長さを変更することによって、第１のケースが不正行為をするＵＥであり、別のケースが不正行為をするＳＮである２つのケースにおける不正行為をするチャンスの間で異なるトレードオフが達成されることになることに留意されたい。
Ｘを計算する関数が、暗号化関数またはハッシュタイプの関数のいずれかに基づく必要がないことにも留意されたい。不正行為をするＵＥから守るために、ＲＥＳの代わりに送られ、十分大きい確率でＳＮによって依然として容認され得る代替パラメータＲＥＳ’をＵＥが発見することができないことを保証するのに異なる関数の選択の機会が十分大きいことで十分である。不正行為をするＳＮから守るために、ＲＥＳの代わりに受信され、ＳＮによって依然として容認され得る十分に多くのパラメータＲＥＳ’があることで十分である。
方法３
この方法では、ＨＮは、ＳＮに明示的にＸＲＥＳのいかなる部分も送らないが、代わりに、ＨＮは、ＵＥの応答ＲＥＳをチェックするためのｋビットのチェック値Ｘを送る。チェック値Ｘは、好適なデジタル署名関数ｆによって２ｎビットのＸＲＥＳから導出される。ＨＮはまた、ＳＮに関数が何かを標示する。
たとえば、値Ｘは、ＨＮによって管理される秘密鍵（ＳＫ）によってＸＲＥＳのために計算されたデジタル署名値であり得る。また、ＨＮは、ＳＮに公開鍵（ＰＫ）とＸとを送り、ここで、ＳＫとＰＫとは一対の非対称暗号鍵である。
ＳＮがＵＥからＲＥＳを受信すると、それは、最初に、ＰＫとＸと受信したＲＥＳとにデジタル署名検証アルゴリズムを適用し、Ｘが正しいのかどうかをチェックする。検証が正しい場合、ＳＮは認証を成功したとみなす。そうでない場合、ＳＥＡＦは、認証を拒否する。ＨＮによる追加のチェックのために、ＳＮは、認証確認メッセージ中でＨＮに全ＲＥＳを送る。
次に、方法３が使用されるとＵＥとＳＮとの両方について不正行為をするチャンスを計算する。ＵＥは、ＨＮが署名関数を適用するつもりである秘密鍵ＳＫを知らない。したがって、ＵＥは、ＲＥＳのどの他の値が同じＸの値になることになるのかを知るすべがない。（実際に、ＵＥは値Ｘを知ることすらないが、それはここでは関係ない。）したがって、ＵＥのための最良の戦略は、単に署名Ｘを推測することであり、成功確率は、デジタル署名セキュリティに関係し、２n回のうちの１回よりもはるかに低くなる。
ＳＮは公開鍵ＰＫのみを知っており、それは値Ｘを知っているが、（有効な）ＵＥとの認証を実行することなしに、それはＲＥＳを知らない。鍵ＰＫと値Ｘとを用いて、ＳＮは、あらゆるＲＥＳのための正しいＸを計算することが（煩雑であるが）可能でない。したがって、不正行為をするＳＮは、多くのＲＥＳ値のうちのどれが正しいＲＥＳ値であるのかを発見する方法を有しない。成功チャンスは、（少なくとも平均で）２n回のうちの１回である。
両方の確率値は、デジタル署名関数が固定鍵を用いて適用されると（少なくとも平均で）各値Ｘがｎ個の異なるＲＥＳ値から取得されるという事実からしてそうなる。
他のオプションは、ＸがＸＲＥＳの部分（たとえば、上側部分）に基づいて計算されることである。したがって、ＳＮは、ＲＥＳのこの部分（たとえば、上側部分）とＰＫとに基づいてＸを検証する。ＨＮとＳＮとは、どの部分が検証のために使用されることになるのかをネゴシエートし得る。または、ＨＮは、検証部分を動的に選択し、パラメータ（たとえば、方法１で説明したマスクまたは上側部分と下側部分との明確化のための１ビットｒなど）を介して検証部分をＳＮに通知し得る。
ＨＮは、それ自体でＰＫとＳＫとを生成し得る。一方、ＰＫとＳＫとは、ＨＮ内にあらかじめ構成されるか、またはＨＮに配信され得る。
上記の非対称暗号鍵ＰＫおよびＳＫは、認証プロシージャごとに動的に生成され得るか、またはＳＮとＨＮとのペアのための固定鍵であり得る。
上記の非対称暗号（すなわちデジタル署名関数ｆ）は、限定はしないが、デジタル署名アルゴリズム、Ｓｃｈｎｎｏｒ署名アルゴリズム、識別ベースの署名アルゴリズム、楕円曲線デジタル署名アルゴリズムなどを含む一般的な署名アルゴリズムを示す。
図７に示されるように、図７は、本発明の一実施形態による、ＵＥの図である。ここにおいて、ＵＥは、プロセッサ７０１と、メモリ７０２と、ネットワークインターフェース７０３と、バス７０４と、トランシーバ７０５とを備える。
図８に示されるように、図８は、本発明の一実施形態による、ＳＮの図である。ここにおいて、ＳＮは、プロセッサ８０１と、メモリ８０２と、ネットワークインターフェース８０３と、バス８０４と、トランシーバ８０５とを備える。
図９に示されるように、図９は、本発明の一実施形態による、ＨＮの図である。ここにおいて、ＨＮは、プロセッサ９０１と、メモリ９０２と、ネットワークインターフェース９０３と、バス９０４と、トランシーバ９０５とを備える。
簡単な説明のために、上記の方法実施形態が、一連の行為として表されていることに留意されたい。しかしながら、本発明によれば、いくつかのステップが他の順序でまたは同時に実行され得るので、当業者は、本発明が行為の記載の順序に限定されないことを認識されるべきである。さらに、当業者はまた、本明細書において説明するすべての実施形態が例示的な実施形態に属し、関係する行為およびモジュールが本発明に必ずしも必須であるとは限らないことを理解されたい。
上記の装置およびシステム中のモジュール間での情報交換および実行プロセスなどのコンテンツは、本発明の方法実施形態と同じ発想に基づく。したがって、詳細なコンテンツについては、本発明の方法実施形態における説明を参照し、本明細書では、詳細を再び説明しない。
当業者は、実施形態における方法の処理の全部または一部が、関係するハードウェアを命令するコンピュータプログラムによって実装され得ることを理解し得る。プログラムは、コンピュータ可読記憶媒体中に記憶され得る。プログラムが動作するとき、実施形態における方法の処理が実行される。記憶媒体は、磁気ディスク、光ディスク、読取り専用メモリ（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭなどであり得る。
本発明の原理および実装方法について説明するために本明細書では具体的な例が使用される。上記の実施形態の説明は、本発明の方法および発想を理解するのを助けることを企図するにすぎない。さらに、実装方法および適用範囲に関して、本発明の発想に従って当業者によって修正が行われ得る。したがって、本明細書は、本発明の限定と解釈されるものではない。

Claims (21)

  1. ネットワーク認証システムであって、前記システムが、ユーザ機器（ＵＥ）と、サービスネットワーク（ＳＮ）と、ホームネットワーク（ＨＮ）とを備え、
    前記ＨＮが、前記ＵＥの識別子に基づいて予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）を生成し、インジケータを生成するように構成され、前記インジケータは、ランダムに決定された値Ｒであり、前記Ｒは、０または１であり、
    前記ＨＮが、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの部分と前記インジケータとを送るように構成され、
    前記ＳＮが、前記ＸＲＥＳの前記部分と前記インジケータとを受信するように構成され、
    前記ＳＮが、前記ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するように構成され、
    前記ＳＮが、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの比較されるべき部分とを前記インジケータに基づいて決定し、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較するように構成され、
    前記ＳＮが、前記比較が成功すると前記ＨＮに確認メッセージを送るように構成される
    ネットワーク認証システム。
  2. 前記ＨＮは、前記Ｒが０に等しいとき、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの下側部分と前記Ｒとを送り、
    前記ＳＮは、前記Ｒが０に等しいとき、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの下側部分であると決定し、前記ＨＮから受信された前記ＸＲＥＳの前記部分と前記ＲＥＳの前記下側部分とを比較する
    請求項１に記載のシステム。
  3. 前記ＨＮは、前記Ｒが１に等しいとき、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの上側部分と前記Ｒとを送り、
    前記ＳＮは、前記Ｒが１に等しいとき、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの上側部分であると決定し、前記ＨＮから受信された前記ＸＲＥＳの前記部分と前記ＲＥＳの前記上側部分とを比較する
    請求項１または２に記載のシステム。
  4. 前記ＨＮは、前記Ｒが１に等しいとき、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの下側部分と前記Ｒとを送り、
    前記ＳＮは、前記Ｒが１に等しいとき、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの下側部分であると決定し、前記ＨＮから受信された前記ＸＲＥＳの前記部分と前記ＲＥＳの前記下側部分とを比較する
    請求項１に記載のシステム。
  5. 前記ＨＮは、前記Ｒが０に等しいとき、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの上側部分と前記Ｒとを送り、
    前記ＳＮは、前記Ｒが０に等しいとき、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの上側部分であると決定し、前記ＨＮから受信された前記ＸＲＥＳの部分と前記ＲＥＳの前記上側部分とを比較する
    請求項１または４に記載のシステム。
  6. ネットワーク認証システムであって、前記システムが、ユーザ機器（ＵＥ）と、サービスネットワーク（ＳＮ）と、ホームネットワーク（ＨＮ）とを備え、
    前記ＨＮが、前記ＵＥの識別子に基づいて予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）を生成し、インジケータを生成するように構成され、前記ＸＲＥＳのサイズは、２ｎビットであり、前記インジケータは、チェックされる必要があるビットが１に設定され、且つチェックされる必要がないビットが０に設定される２ｎビットのマスクであり、前記マスクの中で１に設定されるビットは、ランダムに決定され、
    前記ＨＮが、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの部分と前記インジケータとを送るように構成され、
    前記ＳＮが、前記ＸＲＥＳの前記部分と前記インジケータとを受信するように構成され、
    前記ＳＮが、前記ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するように構成され、
    前記ＳＮが、前記ＸＲＥＳの部分と前記マスクの中の１の部分に対応する前記ＲＥＳの部分とを決定し、前記ＸＲＥＳの前記決定された部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較するように構成され、
    前記ＳＮが、前記比較が成功すると前記ＨＮに確認メッセージを送るように構成される
    ネットワーク認証システム。
  7. 前記ＳＮが、前記ＵＥから要求を受信するように構成され、前記要求が、国際モバイル加入者識別（ＩＭＳＩ）を含み、前記ＩＭＳＩは、前記ＵＥのインジケータとして利用され、
    前記ＳＮが、前記ＨＮに前記ＩＭＳＩを送るように構成される、
    請求項１〜６のいずれか一項に記載のネットワーク認証システム。
  8. ユーザ機器（ＵＥ）と、サービスネットワーク（ＳＮ）と、ホームネットワーク（ＨＮ）とを含むネットワーク認証システムにおける認証のための方法であって、前記方法は、
    前記ＨＮによって、前記ＵＥの識別子に基づいて予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）を生成し、インジケータを生成するステップであって、前記インジケータは、ランダムに決定された値Ｒであり、前記Ｒは、０または１である、ステップと、
    前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの部分と前記インジケータとを送るステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と前記インジケータとを受信するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの比較されるべき部分とを前記インジケータに基づいて決定するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較するステップと、
    前記ＳＮによって、前記比較が成功すると前記ＨＮに確認メッセージを送るステップと、
    を含む、方法。
  9. 前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの部分と前記インジケータとを送る前記ステップは、前記Ｒが０に等しいときに、前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの下側部分と前記Ｒとを送るステップを含み、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの比較されるべき部分とを前記インジケータに基づいて決定する前記ステップは、前記Ｒが０に等しいときに、前記ＳＮによって、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの下側部分であると決定するステップを含み、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較する前記ステップは、前記ＨＮから受信された前記ＸＲＥＳの前記部分と前記ＲＥＳの前記下側部分とを比較するステップを含む、
    請求項８に記載の方法。
  10. 前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの部分と前記インジケータとを送る前記ステップは、前記Ｒが１に等しいときに、前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの上側部分と前記Ｒとを送るステップを含み、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの比較されるべき部分とを前記インジケータに基づいて決定する前記ステップは、前記Ｒが１に等しいときに、前記ＳＮによって、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの上側部分であると決定するステップを含み、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較する前記ステップは、前記ＨＮから受信された前記ＸＲＥＳの前記部分と前記ＲＥＳの前記上側部分とを比較するステップを含む、
    請求項８または９に記載の方法。
  11. 前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの部分と前記インジケータとを送る前記ステップは、前記Ｒが１に等しいときに、前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの下側部分と前記Ｒとを送るステップを含み、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの比較されるべき部分とを前記インジケータに基づいて決定する前記ステップは、前記Ｒが１に等しいときに、前記ＳＮによって、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの下側部分であると決定するステップを含み、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較する前記ステップは、前記ＨＮから受信された前記ＸＲＥＳの前記部分と前記ＲＥＳの前記下側部分とを比較するステップを含む、
    請求項８に記載の方法。
  12. 前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの部分と前記インジケータとを送る前記ステップは、前記Ｒが０に等しいときに、前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの上側部分と前記Ｒとを送るステップを含み、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの比較されるべき部分とを前記インジケータに基づいて決定する前記ステップは、前記Ｒが０に等しいときに、前記ＳＮによって、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの上側部分であると決定するステップを含み、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較する前記ステップは、前記ＨＮから受信された前記ＸＲＥＳの部分と前記ＲＥＳの前記上側部分とを比較するステップを含む、
    請求項８または１１に記載の方法。
  13. ユーザ機器（ＵＥ）と、サービスネットワーク（ＳＮ）と、ホームネットワーク（ＨＮ）とを含むネットワーク認証システムにおける認証のための方法であって、前記方法は、
    前記ＨＮによって、前記ＵＥの識別子に基づいて予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）を生成し、インジケータを生成するステップであって、前記ＸＲＥＳのサイズは、２ｎビットであり、前記インジケータは、チェックされる必要があるビットが１に設定され、且つチェックされる必要がないビットが０に設定される２ｎビットのマスクであり、前記マスクの中で１に設定されるビットは、ランダムに決定される、ステップと、
    前記ＨＮによって、前記ＳＮに前記ＸＲＥＳの部分と前記インジケータとを送るステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と前記インジケータとを受信するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの部分と、前記マスクの中の１の部分に対応する前記ＲＥＳの部分とを決定するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記決定された部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較するステップと、
    前記ＳＮによって、前記比較が成功すると前記ＨＮに確認メッセージを送るステップと、
    を含む、方法。
  14. 認証のための方法であって、前記方法は、
    サービスネットワーク（ＳＮ）によって、予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）の部分と、インジケータとをホームネットワーク（ＨＮ）から受信するステップであって、前記ＸＲＥＳは、ユーザ機器（ＵＥ）の識別子に基づいて前記ＨＮによって生成され、前記インジケータは、ランダムに決定された値Ｒであり、前記Ｒは、０または１である、ステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの比較されるべき部分とを前記インジケータに基づいて決定するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較するステップと、
    前記ＳＮによって、前記比較が成功すると前記ＨＮに確認メッセージを送るステップと、
    を含む、方法。
  15. 前記ＳＮから受信される前記ＸＲＥＳの前記部分は、前記Ｒが０に等しいときには、前記ＸＲＥＳの下側部分であり、
    前記Ｒが０に等しいときには、前記ＳＮによって、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの下側部分であると決定される、
    請求項１４に記載の方法。
  16. 前記ＳＮから受信される前記ＸＲＥＳの前記部分は、前記Ｒが１に等しいときには、前記ＸＲＥＳの上側部分であり、
    前記Ｒが１に等しいときには、前記ＳＮによって、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの上側部分であると決定される、
    請求項１４または１５に記載の方法。
  17. 前記ＳＮから受信される前記ＸＲＥＳの前記部分は、前記Ｒが１に等しいときには、前記ＸＲＥＳの下側部分であり、
    前記Ｒが１に等しいときには、前記ＳＮによって、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの下側部分であると決定される、
    請求項１４に記載の方法。
  18. 前記ＳＮから受信される前記ＸＲＥＳの前記部分は、前記Ｒが０に等しいときには、前記ＸＲＥＳの上側部分であり、
    前記Ｒが０に等しいときには、前記ＳＮによって、前記ＲＥＳの前記比較されるべき部分が前記ＲＥＳの上側部分であると決定される、
    請求項１４または１７に記載の方法。
  19. 認証のための方法であって、前記方法は、
    サービスネットワーク（ＳＮ）によって、予想されるユーザ応答（ＸＲＥＳ）の部分と、インジケータとをホームネットワーク（ＨＮ）から受信するステップであって、前記ＸＲＥＳは、ユーザ機器（ＵＥ）の識別子に基づいて前記ＨＮによって生成され、前記ＸＲＥＳのサイズは、２ｎビットであり、前記インジケータは、チェックされる必要があるビットが１に設定され、且つチェックされる必要がないビットが０に設定される２ｎビットのマスクであり、前記マスクの中で１に設定されるビットは、ランダムに決定される、ステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＵＥからユーザ応答（ＲＥＳ）を受信するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの部分と、前記マスクの中の１の部分に対応する前記ＲＥＳの部分とを決定するステップと、
    前記ＳＮによって、前記ＸＲＥＳの前記決定された部分と、前記ＲＥＳの前記決定された部分とを比較するステップと、
    前記ＳＮによって、前記比較が成功すると前記ＨＮに確認メッセージを送るステップと、
    を含む、方法。
  20. 認証のための装置であって、
    プロセッサと、
    前記プロセッサによって読取り可能な非一時的媒体と
    を含み、前記媒体は、前記プロセッサによって実行されたときに前記プロセッサに請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の前記方法を実行させる命令を格納する
    装置。
  21. 請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の前記方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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