JPH08504073A - ポイント・ツー・ポイント通信のキー管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の加入者装置１００，１０２およびインフラストラクチャ通信センタ１０４を有する通信システムにおける確実なキー分配の方法を提供する。第１加入者装置１００は、インフラストラクチャ通信センタ１０４に、第２加入者装置１０２との確実な通信リンクを求める要求を送信する２０２。この要求は、第１加入者登録キーを用いて暗号化された暗号化セッション暗号化キーを含む。インフラストラクチャ通信センタは、第１加入者登録キーを用いて、暗号化セッション暗号化キーを暗号解読する２０４。次にインフラストラクチャ通信センタは、第２加入者登録キーを用いて、セッション暗号化キーを再暗号化する２０６。この再暗号化セッシヨン暗号化キーは第２加入者装置に送信される２１０。

Description

【発明の詳細な説明】 ポイント・ツー・ポイント通信のキー管理方法 発明の分野 本発明は、通信システムに関し、さらに詳しくは、ポイント・ツー・ポイント 通信の暗号化キー管理（encryptionkey management）に関する。 発明の背景 本発明は、本発明の譲受人に譲渡された次の発明に関連する。１９９３年６月 ２８日出願の米国特許出願香号第０８／０８４，６４４号が付与されたブラウン らによる”Ｍethod and Ａpparatus for Ｅfficient Ｒeal-Ｔime Ａuthenticat ion and Ｅncryption in a Ｃommunication Ｓystem”。 多くの通信システムは現在、システムのセキュリテイ（機密性）を向上するた めに、暗号化を使用する。そうした通信システムには、有線および無線データ網 ばかりでなく、セルラ無線電話通信システム，パーソナル通信システム，ページ ング・システムも含まれる。以下では、例としてセルラ通信システムについて記 述するが、ここで記述す る暗号化技術は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、他の通信シス テムにも容易に敷桁できることを、当業者は理解されたい。ここでセルラ通信シ ステムについて考えると、このシステムは一般に、無線周波数（ＲＦ）通信リン クを介して固定網通信装置（fixed network communication unit）と通信する加 入者装置（移動機や携帯機等）を含む。典型的なセルラ通信システムは、少なく とも一つの基地局（つまり、通信装置）および交換局（switching center）（つ まり、インフラストラクチャ通信センタ）を含む。現在のセルラ通信システムは 、ＲＦ通信リンクを傍受した他人が通信を聞くことができない（例えば、音声会 話を盗聴できない）ように、加入者装置と基地局装置との間のＲＦリンクで、両 方の装置に知られた暗号化キーを使用することにより、通信を暗号化するように 設計される。 一つのそうしたＲＦリンク暗号化技術が、米国ディジタル・セルラ（ＵＳＤＣ ）標準（ＩＳ−５４およびＩＳ−５５として知られる）に規定され、ワシントン Ｄ．Ｃ．２０００６Ｎ．Ｗ．アイ・ストリート２００１香地の電子工業会（ＥＩ Ａ）によって発表される。ＵＳＤＣシステムの暗号化技術は、加入者装置と基地 局通信装置との間で受け渡されて初めて、セッション暗号化キーを両方の装置に 知らせることができる一連の専用メッセージを利用するものである。この暗号化 キーは、ＵＳＤＣシステムにおける共通 秘密データ（ＳＳＤ：shared secret data）に基づく。認証プロセスには、ＳＳ Ｄ_Aキーが使用される。同様に、音声プライバシ機能には、ＳＳＤ_Bキーが使用さ れる。音声プライバシ機能の場合、初期伝送加入者メッセージに認証応答が含ま れるが、その他のデータは暗号化されない。暗号化プロセスを開始するコマンド は、加入者にトラヒック・チャネルが割り当てられた後で、サービス提供者（つ まり、基地局通信装置）から加入者に送られる。さらに、現在のシステム・アー キテクチャの設計は、音声だけでなくデータをも暗号化することに重点が置かれ る。理想的には、データ通信の各セッションごとに暗号化キーを提供しなければ ならない。同期データ環境では、セッション・キーは、１回の（例えば、回線交 換方式）データ通信（つまり「呼」）の持続時間中に使用される暗号化キーであ る。同様に、データ・パケット環境では、セッション・キーは、通信装置がサー ビス提供システムに登録したときから通信装置が次回に再登録するときまで使用 される暗号化キーである。また、先に引用した１９９３年６月２８日出願の米国 特許出願番号第０８／０８４，６４４号が付与されたブラウンらによる”Ｍetho d and Ａpparatus for Ｅfficient Ｒeal-Ｔime Ａuthentication and Ｅncrypt ion in a Ｃommunication Ｓystem”と称する関連発明には、ＳＳＤ_cキーと呼ば れデータ・パケット暗号化に使用される別の暗号化キーがＵＳＤＣシステムに提 案される。これらの通 信システムでは、パケット化データも暗号化する必要がある。パケット化データ は、一般的な暗号化プロセスに別の問題を追加する。これは、データのパケット が通信ユニットと異なる時間に加入者装置に到達することができるためである（ つまり、パケット・メッセージは「コネクションレス（connectionless）」であ る）。これらのパケットは、暗号化されたのと同じ順序で再組立し暗号解続する 必要がある。また、暗号化キーは、加入者が登録を行なうときにしか交渉するこ とができない。したがって、パケット化データに関連するこれらの問題を緩和で きる暗号化技術の必要性が存在する。 しかし、これまでに知られるこれらの暗号化技術は、通信チャネルに内在する 盗聴のおそれに対する脆弱性の全てを取り扱うものではない。盗聴は、加入者装 置と端点目的通信装置（endpoint target communication device）との間の通信 チャネルにおける他の場所でも、例えば陸上回線電話のワイヤタッピング（wire tapping）などにより、依然発生し得る。加入者装置と端点目的通信装置との間 のこうした通信は、「ポイント・ツー・ポイント」通信と呼ばれる。通信は、加 入者装置と目的装置との間の通信リンクを介して最終的に結合されるまでに、幾 つかの異なる物理的通信リンクに沿って伝わることがある。例えば、セルラ環境 では、加入者装置の使用者が、事業所に配置された目的通信装置に対し、音声呼 を発信することがある。その 呼を完了するには、基地局通信装置までのＲＦリンクに通信チャネルが設定され なければならない。さらに、この通信チャネルを、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ） を介して事業所まで延長しなければならない。この事業所は、ＰＳＴＮに接続さ れた専用電話網を有するかもしれない。その結果、最終的に目的通信装置と接続 するためには、通信チャネルを専用網（private network）を介しても延長する 必要があるかもしれない。現在、暗号化技術は、通信チャネル全体の中の個々の 構成要素にしか適用されない（例えば、ＵＳＤＣシステムのＲＦリンクは暗号化 できる）。しかし、ＰＳＴＮまたは専用網など他の構成要素は、ワイヤタッピン グを介する盗聴に対し脆弱なままである。したがって、通信チャネルの他の場所 における盗聴に関連するこうした問題を緩和できる暗号化技術の必要性も存在す る。 発明の概要 これらの必要性およびその他は、複数の加入者装置およびインフラストラクチ ャ通信センタを有する通信システムにおける確実なキー分配（secure key distr ibution）の方法を提供することによって、実質的に満たされる。第１加入者装 置は、インフラストラクチャ通信センタに対し、第２加入者装置との安全通信リ ンクの要求を送信する。この要求は、第１加入者登録キーを用いて暗号化された 暗 号化セッション暗号化キー（encrypted session encryption key）を含む。イン フラストラクチャ通信センタは、第１加入者登録キーを用いてこの暗号化セッシ ョン暗号化キーを暗号解読する。次に、インフラストラクチャ通信センタは、第 ２加入者登録キーを用いてセッション暗号化キーを再暗号化する。この再暗号化 セッション暗号化キーは、第２加入者装置に送信される。別の方法では、第１加 入者装置およびインフラストラクチャ通信センタが、セッション・キーを既知で ある。したがって、インフラストラクチャ通信センタは、第１加入者装置の要求 に応答して、セッション暗号化キーを暗号化して第２加入者装置に送信するだけ でよい。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って第１および第２加入者装置ならびにこれらの加入者 装置を接続するインフラストラクチャを含む、好適な実施例の通信システムを示 すブロック図である。 第２図は、本発明に従って第１図に示すインフラストラクチャを介して第１お よび第２加入者装置によって使用される、好適な実施例の暗号化方法の流れ図で ある。 第３図は、本発明に従って第１図に示すインフラストラクチャを介して第１お よび第２加入者装置によって使用さ れる別の好適な実施例の暗号化方法の流れ図である。 詳細な説明 第１図は、第１（１００）および第２（１０２）加入者通信装置（例えば、無 線電話），インフラストラクチャ通信センタまたは交換局などのインフラストラ クチャ１０４，ならびに第１（１０６）および第２（１０８）セルラ無線基地局 を概略的に示す。以下の例では、加入者装置１００，１０２は、同一インフラス トラクチャ交換局１０４によってサービスを提供される。第１加入者装置１００ は、ＲＦリンク１１０によって第１基地局１０６への通信チャネルを形成する。 同様に、第２加入者装置１０２は、ＲＦリンク１１２によって第２基地局１０８ への通信チャネルを形成する。また、第１基地局１０６および第２基地局１０８ は、それぞれ有線１１４，１１６によってインフラストラクチャ交換局１０４へ の通信チャネルを形成する。 しかし、複数の交換局（例えば、セルラ交換局、市内ＰＳＴＮ交換局、および ／または長距離キャリア交換局）を使用して、二つの加入者装置を接続すること もできることを、当業者は理解されたい。また、二つの加入者装置は二つの異な るセルラ・システムの一部分であってもよく、あるいは一つが有線に接続され、 一つがセルラ・システムの一部分であってもよい。さらに、加入者装置は、本発 明の 範囲および精神から逸脱することなく、Advanced Radio Data Information Serv ice（つまり、モトローラ社と （ＭＮＩ：Ｍobile Ｎetwork Ｉntegration）プロトコルを用いてＰＳＴＮに接 続されるパーソナル通信システム（ＰＣＳ）などの通信チャネルを介して、音声 ではなくデータを通信することもできる。 次に第２図を参照して、インフラストラクチャ１０４，１０６，１０８を介し て第１（１００）および第２（１０２）加入者装置によって使用される好適な実 施例の「ポイント・ツー・ポイント」暗号化方式の流れ図である。この好適な実 施例の暗号化方式で最も重要な要素の一つは、「ポイント・ツー・ポイント」通 信システムにおける暗号化キー管理である。ＵＳＤＣシステムに規定されるよう に、各加入者装置は、セルラ・インフラストラクチャ網への登録直後に、一連の ＲＦリンク暗号化キー（例えば、ＳＳＤ_AおよびＳＳＤ_Bキー）を設定する。加入 者装置およびセルラ・インフラストラクチャ網に知られるこれらの暗号化キーは 、登録キーとも呼ばれる。さらに、ブラウンらによって提唱されたように、ＳＳ Ｄ_cキーと呼ばれる別の暗号化キーを、各加入者装置によってデータ暗号化用と して生成することもできる。このＳＳＤ_cは、１回の同期データ通信セッション または１回のパケット・データ登録セッションの間だけ有効に使用できるセッシ ョン暗号化キー（ＳＥＫ）を生成 することもできる。セッション暗号化キー（ＳＥＫ）は、それがインフラストラ クチャ交換局１０４を介してもまだ通信を暗号化できるように、第１（１００） および第２（１０２）加入者装置間の「ポイント・ツー・ポイント」通信を暗号 化するために使用することができる。 第１（１００）および第２（１０２）加入者装置間の通信チャネルの全体的な セキュリティは、両方の加入者装置ヘのセッション・キーの確実な受渡しに依存 する。流れ図の２００から２１８までの要素は、これらのセッション暗号化キー を確実に受け渡す技術の好適な実施例を概説する。第１加入者装置１００は、Ｒ Ｆリンク１１０，第１基地局１０６，および有線１１４を介する第２加入者装置 １０２との確実な通信リンクを、インフラストラクチャ通信セン夕１０４に要求 する２０２。この要求は、第１加入者登録キー（ＳＳＤ１_c）を用いて暗号化さ れたセッション暗号化キー（ＳＥＫ）を望ましくは含む。インフラストラクチャ 通信センタ１０４は、第１加入者登録キー（ＳＳＤ１_c）を用いて、暗号化され たセッション暗号化キー（ＳＥＫ）を暗号解続する２０４。次に、インフラスト ラクチャ通信センタは、第２加入者登録キー（ＳＳＤ２_c）を用いて、セッショ ン暗号化キー（ＳＥＫ）を再暗号化する２０６。この時点で、インフラストラク チャ通信センタ１０４は、暗号解続されたセッション暗号化キーをそれ以上必要 としないので、セッシヨン・キーを一時的に格納するインフラスト ラクチャ記憶装置からセッション・キーを任意選択的に削除することができる２ ０８。暗号解続されたセッション・キーをこのように削除すると、インフラスト ラクチャ通信センタ１０４の記憶装置ヘタッピングによって、誰かがセッション ・キーに無許可アクセスを達成できる可能性が排除され、通信システムの全体的 なセキュリティを向上することができる。次に、インフラストラクチャ通信セン タ１０４は、暗号化されたセッション暗号化キー（ＳＥＫ）を、有線１１６，第 ２基地局１０８，およびＲＦリンク１１２を介して第２加入者装置１０２へ送信 する２１０。第２加入者装置１０２は、第２加入者登録キー（ＳＳＤ２_c）を用 いて、暗号化されたセッション暗号化キー（ＳＥＫ）を暗号解続する２１２。最 後に、セッション暗号化キー（ＳＥＫ）によって暗号化されたメッセージが、イ ンフラストラクチャ通信センタ１０４を介して、第１加入者装置１００と第２加 入者装置１０２との間で透過的に（つまり、インフラストラクチャによる暗号解 続を経ることなく）伝達される２１４。このメッセージは、セッション暗号化キ ー（ＳＥＫ）を用いて、加入者装置１００，１０２のどちらでも暗号解続するこ とができる。 この方法によるセッション・キー（ＳＥＫ）管理は、同報通信メッセージ・シ ステム（broadcast messaging system）にも有効であり、セッション・キー（Ｓ ＥＫ）によって同報通信メッセージを暗号化できるように、ステッ プ２１０で複数の第２加入者装置１０２に暗号化セッシヨン・キー（ＳＥＫ）を 送信することができる。 また、二通りの方法のうちの一つを用いて、インフラストラクチャ通信センタ １０４によって、暗号化会議通信リンクを使用可能にすることができる２１６。 この種の会議通信リンクは、会議用の部分二重（fractional-duplex）モード暗 号化通話としても知られる。第１加入者装置１００が、会議電話の他の当事者に セッション・キー（ＳＥＫ）を同報通信する。次に、いったんセッション・キー （ＳＥＫ）が設定されると、会話を進めることができ、それによって各話者は他 の全員と個々に通話することができる。円滑な会議の流れのためには、仝参加者 の間に話者の順香に関する合意が存在する（これは、アマチュア無線ネットで一 般的である）か、または自動音声検出器が「話者」を選択し、「話者」の暗号化 された音声を他の加入者装置に向けて経路選択することが必要になる。自動音声 検出器および方向経路選択は、２端点間の会話用スピーカホン装置には一般的で あるが、インフラストラクチャ通信センタ１０４における高度な自動ルータを用 いて、三つ以上の端点を同時に処理することが可能である。インフラストラクチ ャ通信センタ１０４によって自動経路指定を可能にする一つの方法は、会議通信 リンク内の全ての加入者装置からのその後の通信を、インフラストラクチャ通信 センタ１０４の記憶装置に予め格納された暗号解読されたセッション暗号 化キー（ＳＥＫ）を用いて暗号解読することを含む。インフラストラクチャ通信 センタ１０４によって自動経路選択を可能にする別の方法は、参加加入者装置１ ００，１０２からインフラストラクチャ通信センタ１０４に通信活動情報を提供 することを含む。 次に、第３図を参照して、これは、インフラストラクチャ１０４，１０６，１ ０８を介して、第１（１００）および第２（１０２）加入者装置によって使用さ れる別の好適な実施例の「ポイント・ツー・ポイント」暗号化方式の流れ図であ る。３００から３１８までの流れ図の要素は、これらのセッション暗号化キーを 確実に受け渡す技術の別の好適な実施例を概説する。この別の好適な実施例では 、第１加入者装置１００およびインフラストラクチャ通信センタ１０４は、加入 者装置登録プロセスまたはその他の何らかの方法により、セッション・キー（Ｓ ＥＫ）の値は既知である（つまり、予め決められる）。したがって、第１加入者 装置１００は、ＲＦリンク１１０，第１基地局１０６，および有線１１４を介し た第２加入者装置１０２との確実な通信リンクを、インフラストラクチャ通信セ ンタ１０４に、セッション暗号化キー（ＳＥＫ）を用いずに要求する３０２。次 に、インフラストラクチャ通信センタは、第２加入者登録キー（ＳＳＤ２_c）を 用いて、セッション暗号化キー（ＳＥＫ）を暗号化する３０６。この時点で、イ ンフラストラクチャ通信センタ１０４は、暗号読解された セッション暗号化キーをそれ以上必要としないので、セッション・キーを一時的 に格納するインフラストラクチャ記憶装置からセッション・キーを任意選択的に 削除することができる３０８。次に、インフラストラクチャ通信センタ１０４は 、暗号化されたセッション暗号化キー（ＳＥＫ）を、有線１１６，第２基地局１ ０８，およびＲＦリンク１１２を介して第２加入者装置１０２へ送信する３１０ 。第２加入者装置１０２は、第２加入者登録キー（ＳＳＤ２_c）を用いて、暗号 化されたセッション暗号化キー（ＳＥＫ）を暗号解読する３１２。最後に、セッ ション暗号化キー（ＳＥＫ）によって暗号化されたメッセージが、第１加入者装 置１００と第２加入者装置１０２との間でインフラストラクチャ通信センタ１０ ４を介して透過的に（つまり、インフラストラクチャによる暗号解読を経ること なく）伝達される３１４。このメッセージは、セッション暗号化キー（ＳＥＫ） を用いて、加入者装置１００，１０２のどちらでも暗号解読することができる。 この別の好適な実施例の暗号化方式の場合、第２図に示す好適な実施例の暗号化 方式に関連して先に説明したのと同様の方法で、暗号化会議通信リンクを使用可 能にすることができる３１６ということを、当業者は理解されたい。 以上、本発明をある程度特定的に説明し図解したが、実施例のこの開示は例と して行なったものにすぎず、当業者は、請求項に記載する本発明の精神および範 囲から逸脱す ることなく、方法だけでなく部品の配列や組合せについても様々な変化を思いつ くことができることが理解される。例えば、通信チャネルは代替的に電子データ ・バス，有線，光ファイバ・リンク，衛星リンク，またはその他の種類の通信チ ャネルとすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０４Ｌ 9/12 Ｈ０４Ｑ 7/38 (72)発明者 プール，ラリー・チャールズ アメリカ合衆国イリノイ州スリーピィ・ホ ロウ、プラム・コート６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の加入者装置およびインフラストラクチャ通信センタを有する通信シス テムにおける確実なキー分配の方法であって： （ａ）第１加入者装置からインフラストラクチャ通信センタに、暗号化された セッション暗号化キーを含む要求を送信する要求段階であって、前記セッション 暗号化キーが第１加入者登録キーを用いて暗号化された前記要求段階； （ｂ）インフラストラクチャ通信センタが、暗号化されたセッション暗号化キ ーを、第１加入者登録キーを用いて暗号解読する段階； （ｄ）インフラストラクチャ通信センタが、第２加入者登録キーを用いてセッ ション暗号化キーを再暗号化する段階；および （ｅ）暗号化されたセッション暗号化キーを第２加入者装置に送信する段階； によって構成されることを特徴とする確実なキー分配の方法。 ２．前記セッション暗号化キーによって暗号化されたメッセージを、インフラス トラクチャ通信センタを介して前記第１加入者装置から前記第２加入者装置へ伝 達する段階によってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記第２加入者装置が前記暗号化されたセッション暗号化キーを、前記第２ 加入者登録キーを用いて暗号解読する段階によってさらに構成されることを特徴 とする請求項１記載の方法。 ４．前記送信段階が前記暗号化されたセッション暗号化キーを複数の第２加入者 装置に送信することから成ることを特徴とする請求項１記載の方法。 ５．前記インフラストラクチャ通信センタが前記暗号解読されたセッション暗号 化キーを記憶装置から削除することによってさらに構成されることを特徴とする 請求項１記載の方法。 ６．前記インフラストラクチャ通信センタが前記暗号解読されたセッション暗号 化キーを用いて加入者装置からのその後の通信を暗号解読することにより、暗号 化会議通信リンクを使用可能にする段階によってさらに構成されることを特徴と する請求項１記載の方法。 ７．参加加入者装置が前記インフラストラクチャ通信センタへ通信活動情報を提 供することにより、暗号化会議通信リンクを使用可能にする段階によってさらに 構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ８．前記要求段階で、前記第１加入者装置および前記インフラストラクチャ通信 センタが前記セッション暗号化キーセッション・キーを既知であることを特徴と する請求項１記載の方法。