專利名稱：一種網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)方法及其usim卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及第三代移動通信技術(shù)，具體涉及一種支持密鑰協(xié)商和算法協(xié) 商的網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)方法及其USIM卡。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)是第三代移動通信(簡稱3G)安全體系的重要特征，它 是由手機(jī)終端側(cè)USIM卡、VLR7SGSN和HLR/AuC協(xié)同完成的。它的基本 原理是基于手機(jī)終端側(cè)USIM卡和網(wǎng)絡(luò)側(cè)HLR/AuC共享永久鑒權(quán)密鑰K。 如圖l所示，在第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)過程中，鑒權(quán)是由移動終端內(nèi) 置的USIM、網(wǎng)絡(luò)側(cè)VLR/SGSN和HLR/AuC共同完成的。其中永久鑒權(quán)密 鑰K是通過安全方式分別預(yù)置在移動終端側(cè)USIM卡與網(wǎng)絡(luò)側(cè)HLR7AuC中， 二者共享此密鑰。借助鑒權(quán)密鑰K終端側(cè)USIM卡和網(wǎng)絡(luò)側(cè)可以進(jìn)行相互 認(rèn)證從而完成用戶的接入鑒權(quán)。3GPP用戶接入鑒權(quán)過程包括以下步驟101)移動終端ME攜帶身用戶份標(biāo)識IMSI向服務(wù)網(wǎng)發(fā)送鑒權(quán)向量請 求消息；102 )服務(wù)網(wǎng)VLR/SGSN向HLR/AuC請求五元組鑒權(quán)向量AV,同時 將用戶身份標(biāo)識IMSI傳遞給HLR/AuC;103 ) HLR/AuC #4居戶身份標(biāo)識IMSI查找對應(yīng)的鑒權(quán)密鑰K(唯一)， 并調(diào)用鑒權(quán)算法(唯一)生成五元組鑒權(quán)向量AV (包括隨機(jī)數(shù)RAND、期 望響應(yīng)值XRES、加密密鑰CK、完整性密鑰IK和鑒權(quán)令牌AUTN);104) HLR/AuC將生成的鑒權(quán)向量AV發(fā)送給VLR/SGSN;105) VLR/SGSN保留五元組鑒權(quán)向量中的期望響應(yīng)值XRES、加密密 鑰CK和完整性密鑰IK106 )然后VLR/SGSN將五元組鑒權(quán)向量中的隨機(jī)數(shù)RAND和認(rèn)證令牌AUTN發(fā)送給移動終端ME;107 )移動終端ME將接收到的隨機(jī)數(shù)RAND和認(rèn)證令牌AUTN轉(zhuǎn)發(fā)給 USIM卡。USIM卡使用內(nèi)部保存的鑒權(quán)密鑰K(唯一)和鑒權(quán)算法(唯一) 驗證AUTN的合法性和有效性。如果AUTN認(rèn)證通過(USIM卡認(rèn)證網(wǎng)絡(luò) 的合法性)，則USIM使用鑒權(quán)密鑰K、 RAND和鑒權(quán)算法生成鑒權(quán)響應(yīng)值 RES和加密密鑰CK、完整性密鑰IK;108 )移動終端ME向服務(wù)網(wǎng)發(fā)送鑒權(quán)響應(yīng)值RES109) VLR/SGSN比較接收到的RES與XRES是否相等，如果相等，則 網(wǎng)絡(luò)側(cè)認(rèn)為USIM卡為合法用戶。從而完成了移動終端側(cè)USIM卡和網(wǎng)絡(luò)側(cè) 的雙向認(rèn)證過程。該鑒權(quán)機(jī)制具體可見參考文獻(xiàn)3GPP TS 33.102: "3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Services and System Aspects;3G Security; Security architecture (Release 6)，，。采用這種共享單一永久密鑰K的鑒權(quán)機(jī)制是存在一定安全缺陷的，， 因為攻擊者通過空中接口監(jiān)測是可以截獲網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的鑒權(quán)向量(AUTN， RAND)和USIM卡響應(yīng)結(jié)果RES,在獲取大量鑒權(quán)參數(shù)和響應(yīng)結(jié)果后，通 過對算法實施攻擊來推算密鑰K的威脅總是存在的。如果發(fā)生密鑰K被攻 破或泄露的意外災(zāi)難，其危害是十分嚴(yán)重的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)方法及其USIM 卡，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)移動通信的安全性。本發(fā)明的上述第 一個技術(shù)問題這樣解決，提供一種網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)方法， 在終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)共享一組鑒權(quán)密鑰，包括以下步驟1.1) 終端登網(wǎng)或位置更新向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起鑒權(quán)請求；1.2) 終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)利用相互消息和密鑰約定選擇所述一組鑒權(quán)密鑰 中的相同 一個進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)。這種多密鑰協(xié)商機(jī)制可以增強(qiáng)鑒權(quán)密鑰K的抗攻擊能力。
按照本發(fā)明提供的密鑰協(xié)商鑒權(quán)方法，所述選擇包括定期更換密鑰選擇 或動態(tài)隨機(jī)密鑰選擇或按用戶類別選擇或它們的結(jié)合。按照本發(fā)明提供的鑒權(quán)方法，所述相互消息是網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的鑒權(quán)令牌， 所述密鑰約定是所述鑒權(quán)令牌中鑒權(quán)管理域的指定位值與所述一組鑒權(quán)密鑰中任一鑒權(quán)密鑰的對應(yīng)關(guān)系，這種方式無須增加或改變現(xiàn)有的3G鑒權(quán)協(xié)議和鑒權(quán)參數(shù)。按照本發(fā)明提供的鑒權(quán)方法，所述步驟1.2)還包括終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)利用 相互之間的消息和算法約定選擇終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)共享的 一組鑒權(quán)算法中的 相同一個進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)；這種多算法協(xié)商機(jī)制與多密鑰協(xié)商機(jī)制配合， 進(jìn)一步為網(wǎng)絡(luò)接入提供了更強(qiáng)大的安全保證，多密鑰協(xié)商與多算法協(xié)商在時 間上可以相互交錯或者互為先/后。按照本發(fā)明提供的鑒權(quán)方法，所述相互之間的消息是網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的鑒權(quán) 令牌，與協(xié)商密鑰的所述相互消息是相同的，所述算法約定是所述鑒權(quán)令牌 中鑒權(quán)管理域的設(shè)定位值與所述一組算法中任一算法的對應(yīng)關(guān)系，所述設(shè)定 位與所述指定位不同，這種方式無須增加或改變現(xiàn)有的3G鑒權(quán)協(xié)議和鑒權(quán)參數(shù)。按照本發(fā)明提供的鑒權(quán)方法，所述鑒權(quán)管理域共有16位，包括但不限 制于使用以下約定高8位做為預(yù)留，低8位用來協(xié)商鑒權(quán)算法和鑒權(quán)密鑰所述密鑰約定是BIT0-BIT5表示密鑰標(biāo)識，可對應(yīng)標(biāo)識64個不同密鑰；所述算法約定是BIT6-BIT7表示算法標(biāo)識，可對應(yīng)標(biāo)識4種算法。這樣在不改變3GPP鑒權(quán)協(xié)議基礎(chǔ)之上，通過鑒權(quán)管理域AMF實現(xiàn)了 鑒權(quán)算法協(xié)商和鑒權(quán)密鑰協(xié)商，從而基于現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)過程實現(xiàn)本 發(fā)明，不需要增加新的信令或改變現(xiàn)有的鑒權(quán)協(xié)議。。按照本發(fā)明提供的鑒權(quán)方法，具體包括以下步驟5.1) 終端向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)接入、業(yè)務(wù)接入或位置更新請求并攜帶移動 用戶身份標(biāo)識ISMI;5.2) 網(wǎng)絡(luò)側(cè)VLR/SGSN向網(wǎng)絡(luò)側(cè)HLR/AuC請求移動用戶身份標(biāo)識IMSI
用戶的鑒權(quán)五元組；該鑒權(quán)五元組包括隨機(jī)數(shù)、期望響應(yīng)值、加密密鑰、完 整性密鑰和鑒權(quán)令牌；5.3) 網(wǎng)絡(luò)側(cè)HLR/AuC根據(jù)安全策略對所述鑒權(quán)令牌中鑒權(quán)管理域的指 定位和設(shè)定位值進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置同時根據(jù)對應(yīng)的鑒權(quán)算法和鑒權(quán)密鑰生成鑒 4又五元組；5.4) 網(wǎng)絡(luò)側(cè)HLR/AuC將鑒權(quán)五元組發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)側(cè)VLR/SGSN,網(wǎng)絡(luò)側(cè) VLR/SGSN保存所述期望響應(yīng)值、加密密鑰和完整性密鑰；5.5) 網(wǎng)絡(luò)側(cè)VLR/SGSN向終端發(fā)送鑒權(quán)請求并攜帶所述隨機(jī)數(shù)和鑒權(quán)令牌；5.6) 終端接收所述鑒權(quán)請求并根據(jù)所述鑒權(quán)令牌中鑒權(quán)管理域的指定 位和設(shè)定位值選擇對應(yīng)的鑒權(quán)算法和鑒權(quán)密鑰進(jìn)行終端對網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證并向 網(wǎng)絡(luò)側(cè)VLR/SGSN發(fā)送鑒權(quán)響應(yīng)結(jié)果；按照本發(fā)明提供的鑒權(quán)方法，所述安全策略即定期更換選擇或動態(tài)隨 機(jī)選擇或按用戶類別選擇或它們的結(jié)合，還包括直接使用缺省鑒權(quán)算法和鑒 權(quán)密鑰。按照本發(fā)明提供的鑒權(quán)方法，所述步驟5.3)中的相應(yīng)設(shè)置如果是全零， 所述對應(yīng)的鑒權(quán)算法和鑒權(quán)密鑰是缺省鑒權(quán)算法和鑒權(quán)密鑰。按照本發(fā)明提供的鑒權(quán)方法，所述步驟5.6)中終端對網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證過程中 如果USIM卡對序列號SQN認(rèn)證無效，則須執(zhí)行再同步過程，所述終端側(cè) USIM卡和網(wǎng)絡(luò)側(cè)直接使用缺省鑒權(quán)密鑰和鑒權(quán)算法進(jìn)行再同步。(即 USIM卡采用缺省密鑰和缺省算法計算再同步認(rèn)證令牌AUTS* ，而HLR/AuC 也采用同樣方式驗證AUTS* )本發(fā)明的上述另一個技術(shù)問題這樣解決，提供一種USIM卡，內(nèi)置與網(wǎng) 絡(luò)側(cè)相同的一組鑒權(quán)密鑰，該USIM卡這樣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)USIM卡收 到其終端發(fā)送的鑒權(quán)請求命令；USIM卡利用終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)間的相互消息 和密鑰約定選擇所述一組鑒權(quán)密鑰中的一個鑒權(quán)密鑰進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)。這 種多密鑰協(xié)商機(jī)制可以增強(qiáng)鑒權(quán)密鑰K的抗攻擊能力。 按照本發(fā)明提供的USIM卡，在卡內(nèi)應(yīng)保存一組鑒權(quán)密鑰列表，它由密 鑰標(biāo)識及密鑰值兩部分組成；所述相互消息是網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的鑒權(quán)令牌，所述 密鑰約定是所述鑒權(quán)令牌中鑒權(quán)管理域的指定位值與所述密鑰標(biāo)識的對應(yīng) 關(guān)系；該USIM卡這樣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)USIM卡收到其終端發(fā)送的鑒權(quán) 請求命令；USIM卡從鑒權(quán)令牌中解析出鑒權(quán)管理域，然后根據(jù)所述指定位 和所述對應(yīng)關(guān)系在所述鑒權(quán)密鑰列表中查找與之匹配的密鑰標(biāo)識，確定鑒權(quán) 密鑰；USIM卡根據(jù)確定的鑒權(quán)密鑰進(jìn)行終端對網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證并向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送 鑒權(quán)響應(yīng)結(jié)果。按照本發(fā)明提供的USIM卡，該USIM卡還內(nèi)置與網(wǎng)絡(luò)側(cè)相同 一組鑒權(quán) 算法及其鑒權(quán)算法標(biāo)識列表，該USIM卡這樣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)USIM卡 收到其終端發(fā)送的鑒權(quán)請求命令；USIM卡利用終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)之間的消息 以及密鑰約定和算法約定對應(yīng)選擇所述一組鑒權(quán)密鑰中的一個鑒權(quán)密鑰和 所述一組鑒權(quán)算法中的一個鑒權(quán)算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)。這種多算法協(xié)商機(jī) 制與多密鑰協(xié)商機(jī)制配合，進(jìn)一步為網(wǎng)絡(luò)接入提供了更強(qiáng)大的安全保證，多 密鑰協(xié)商與多算法協(xié)商在時間上可以相互交錯或者互為先/后。按照本發(fā)明提供的USIM卡，所述鑒權(quán)算法列表包括算法標(biāo)識，同一算 法標(biāo)識在USIM卡和網(wǎng)絡(luò)側(cè)對應(yīng)相同的鑒權(quán)算法。本發(fā)明提供的一種網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)方法及其USIM卡，在不改變3GPP鑒 權(quán)協(xié)議基礎(chǔ)之上，通過鑒權(quán)管理域AMF實現(xiàn)了鑒權(quán)算法協(xié)商和鑒權(quán)密鑰協(xié) 商，相比較單一密鑰和單一算法的安全體系而言，本方案可以很大程度上提 高鑒權(quán)密鑰被破譯的難度，從而降低因為密鑰泄露而導(dǎo)致的安全風(fēng)險。另夕卜， 本方案不需要增加或改變現(xiàn)有的3G鑒權(quán)協(xié)議和鑒權(quán)參數(shù)，對現(xiàn)有終端和網(wǎng) 絡(luò)改動量較少。因此實現(xiàn)成本相對較低；而且我國具有先進(jìn)水平的密碼理論 研究和密碼算法設(shè)計能力，國家支持采用自主的安全算法。本方案主張的算 法協(xié)商能力為我國實現(xiàn)自主鑒權(quán)算法提供了可能性。采用自主鑒權(quán)算法對互 聯(lián)互通和漫游等沒有影響，但運營商的安全防范能力卻可以因此增強(qiáng)，因而 本方案對于3G網(wǎng)絡(luò)的布署和實施具有重要的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。


下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 圖l是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)流程示意圖。圖2是本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)流程示意圖。圖3是本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)再同步過程示意圖。圖4是本發(fā)明增強(qiáng)USIM卡鑒權(quán)密鑰協(xié)商流程示意圖。圖5是本發(fā)明增強(qiáng)USIM卡筌權(quán)算法協(xié)商流程示意圖。圖6是本發(fā)明增強(qiáng)USIM卡鑒權(quán)密鑰和算法協(xié)商流程示意圖。
具體實施方式
首先，說明本發(fā)明特點1. 提出了基于現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)過程實現(xiàn)的、無須增加新的信令 或改變現(xiàn)有的鑒權(quán)協(xié)議的3G鑒權(quán)算法協(xié)商和鑒權(quán)密鑰協(xié)商的具體實現(xiàn)方法2. 3G鑒權(quán)再同步過程中，USIM卡和網(wǎng)絡(luò)側(cè)可以采用缺省密鑰而不是 協(xié)商密鑰進(jìn)行再同步認(rèn)證，從而保證了與現(xiàn)有VLR/SGSN設(shè)備的完全一致。3. 本方案最大程度地繼承了原3G鑒權(quán)協(xié)議。本方案只涉及到對鑒權(quán) 中心AuC和USIM卡做升級改造，對移動終端和其它網(wǎng)元沒有任何影響。4. 本方案還提出了密鑰協(xié)商和算法協(xié)商的安全策略，運營商可以根據(jù) 自身的業(yè)務(wù)特點和對安全的需求布署網(wǎng)絡(luò)側(cè)鑒權(quán)中心AuC的安全策略。第二步，說明本發(fā)明安全策略本方案闡述了基于3G鑒權(quán)認(rèn)證過程中的鑒權(quán)算法協(xié)商和鑒權(quán)密鑰協(xié)商 的方法。各運營商可以根據(jù)自身的業(yè)務(wù)特點和對安全的需求制定HLR/AuC 實施算法協(xié)商和密鑰協(xié)商的全策略，可以統(tǒng)一布署也可以為用戶單獨配置。 而每次移動終端請求HLR/AuC生成鑒權(quán)五元組時，HLR/AuC將根據(jù)安全策 略配置列表自動生成鑒權(quán)管理域AMF。(-)密鑰協(xié)商策略-每次生成鑒4又元組時，可采用^Mv—組鑒;K密鑰中隨^4由耳又一個的動態(tài) 選擇方式
-采用定期更換密鑰方式，例如，3個月或半年更換一次密鑰-第一階段3G開始商用時可以只采用單一密鑰鑒權(quán)方式；后期條件成 熟時，通過升級USIM卡和網(wǎng)絡(luò)側(cè)HLR/AuC，可以對新用戶提供動態(tài)協(xié)商 密鑰服務(wù)。
(二)算法協(xié)商策略-第一階段3G開始商用時可以考慮只采用MILENAGE鑒權(quán)算法-第二階段國產(chǎn)自主鑒權(quán)算法在USIM卡和網(wǎng)絡(luò)側(cè)HLR7AuC聯(lián)合調(diào)試 完成后，可采用MILENAGE鑒權(quán)算法與自主鑒權(quán)算法共存的使用方案。網(wǎng) 絡(luò)側(cè)可配置優(yōu)選自主鑒權(quán)算法。第三步，說明本發(fā)明對鑒權(quán)管理域AMF的具體定義(-)網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的鑒權(quán)令牌AUTN長16字節(jié)，其組成結(jié)構(gòu)AUTN = SQN * AK II AMF II MAC,其中鑒權(quán)管理域AMF長16位，目前鑒權(quán)管理域AMF 沒有標(biāo)準(zhǔn)化定義，缺省值為'0x0000，。本發(fā)明的原理就是通過USIM卡 和網(wǎng)絡(luò)對AMF特殊位的約定來可實現(xiàn)算法協(xié)商和密鑰協(xié)商的，如圖3所示， 運營商可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)自身特點和對安全的需求有效地分配16位AMF資源。
(二)為方便理解，下面舉例說明假設(shè)定義AMF的高8位做為預(yù)留，低8位用來協(xié)商鑒權(quán)算法和鑒權(quán)密 鑰，約定如下-81丁0-:6115表示密鑰標(biāo)識，可用來標(biāo)識64個不同的密鑰，OOOOOO表示 缺省密鑰-BIT6-BIT7表示算法標(biāo)識，最多可支持四種算法，OO表示缺省算法當(dāng)然，也可以根據(jù)需要定義AMF的低8位做為預(yù)留，而將高8位用來 協(xié)商鑒權(quán)算法和鑒權(quán)密鑰，或者不一定是8位，可以任選16位中的幾位來 做為預(yù)留或是用來協(xié)商鑒權(quán)算法和鑒權(quán)密鑰。第四步，說明網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)中再同步機(jī)制對鑒權(quán)管理域AMF的處理再同步機(jī)制中約定AMF釆用缺省鑒權(quán)密鑰和鑒權(quán)算法進(jìn)行再同步，其 目的是兼容現(xiàn)有VLR/SGSN設(shè)備?？梢员ＷC本發(fā)明只對USIM卡和HLR/AuC
實行端到端的技術(shù)改造。具體如圖3所示，包括當(dāng)VLR/SGSN收到I來自移動終端的八11丁5*再 同步消息后，直接向HLR/AuC發(fā)送RANDIIAUTS515,無需傳遞AMF。這樣 可以保證與現(xiàn)有3GVLR/SGSN設(shè)備的完全兼容，因為再同步請求發(fā)生的概 率很低，故也不會低其安全性；其中，八17^*表示使用缺省鑒權(quán)密鑰K, RAND表示隨機(jī)數(shù)。HLR/AuC收到再同步消息RANDIIAUTSf后，首先通過 缺省鑒權(quán)密鑰和鑒權(quán)算法認(rèn)證AUTS4的合法性，認(rèn)證通過以后，HLR/AuC 修改其網(wǎng)絡(luò)側(cè)的SQN，然后重新發(fā)送一個五元組的鑒權(quán)向量Qi請求USIM 卡再次做鑒權(quán)認(rèn)證。第五步，詳細(xì)說明本發(fā)明鑒權(quán)密鑰協(xié)商和鑒權(quán)算法協(xié)商流程，如圖2所 示，具體包括以下步驟201)當(dāng)移動終端ME向服務(wù)網(wǎng)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)接入、業(yè)務(wù)接入或位置更新等 請求時，需攜帶移動用戶身份標(biāo)識IMSI;權(quán)五元組包括隨機(jī)數(shù)RAND、期望響應(yīng)值XRES、加密密鑰CK、完整性密 鑰IK和鑒權(quán)令牌AUTN ( SQN * AK || AMF || MAC );203 ) HLR/AuC根據(jù)安全策略(見4.2 )判斷該IMSI用戶是否需要執(zhí)行 密鑰協(xié)商和算法協(xié)商1 )如果不需要協(xié)商新的鑒權(quán)算法和密鑰，則設(shè)置AMF為'0x0000，， 采用缺省算法和密鑰生成鑒權(quán)五元組RANDII XRESII CK|| IK|| AUTN;2)如果需要協(xié)商算法或密鑰，則對AMF進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，并根據(jù)AMF 查找對應(yīng)的鑒權(quán)密鑰K和鑒權(quán)算法。然后根據(jù)指定的鑒權(quán)算法和密鑰生成 鑒權(quán)五元組RAND|i XRESII CK|| IK|| AUTN;204 ) HLR/AuC將鑒權(quán)五元組發(fā)送給VLR/SGSN， VLR/SGSN保存 XRES， CK和IK。期望響應(yīng)值XRES用來認(rèn)證USIM卡返回的響應(yīng)值RES， 加密密鑰CK和完整性密鑰IK用來對空口數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密和完整性保護(hù)；205 ) VLR/SGSN向移動終端ME發(fā)送鑒權(quán)請求，攜帶隨機(jī)數(shù)RAND和 鑒權(quán)令牌AUTN;206) USIM卡接收到鑒權(quán)請求消息后，先通過AMF判斷網(wǎng)絡(luò)側(cè)是否要 求算法協(xié)商或密鑰協(xié)商1) 如果AMF為'0x0000，，則執(zhí)行正常的鑒權(quán)流程；2) 如果AMF表示需要進(jìn)行算法或密鑰協(xié)商，則通過AMF查找對應(yīng)的 鑒權(quán)密鑰K或鑒權(quán)算法。然后根據(jù)指定的鑒權(quán)密鑰K和算法驗證消息認(rèn)證 碼MAC的正確性和序列號SQN的有效性。-如果MAC驗證失敗，則USIM卡直接返回鑒權(quán)失敗-如果MAC驗證通過，SQN驗證無效，則USIM卡使用缺省算法和缺 省密鑰K計算再同步請求認(rèn)證令牌AUTS* (見注)-如果MAC和SQN均驗證通過，則USIM卡使用此次協(xié)商的算法和K 計算響應(yīng)值RES、加密密鑰CK和完整性密鑰IK。從而完成了 USIM卡對 網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證過程。207) ME保存USIM卡返回的CK和IK，用于后續(xù)空口數(shù)據(jù)加解密和 完整性保護(hù)。并向VLR/SGSN發(fā)送鑒權(quán)響應(yīng)結(jié)果，包括三種情況鑒權(quán)失 敗/再同步請求AUTS"正確響應(yīng)值RES208) VLR/SGSN收到鑒權(quán)響應(yīng)后，執(zhí)行如下操作 1)如果收到RES,將RES與XRES進(jìn)4亍比4交-如果RES等于XRES，則完成了網(wǎng)絡(luò)對終端的認(rèn)證過程隱如果RES不等于XRES，則網(wǎng)絡(luò)對終端認(rèn)證失敗，VLR/SGSN向 HLR/AuC發(fā)送鑒權(quán)失敗消息2 )如果收到AUTS*,將AUTSg與對應(yīng)的RAND —起發(fā)送給HLR/AuC3) 如果收到認(rèn)證失敗消息，則向HLR/AuC發(fā)送鑒權(quán)認(rèn)證失敗消息。209 ) VLR/SGSN向HLR/AuC發(fā)送鑒權(quán)失敗消息或再同步消息210) HLR/AuC收到再同步消息后，首先通過缺省鑒權(quán)密鑰和鑒權(quán)算法認(rèn)證AUTS4的合法性，認(rèn)證通過以后，HLR/AuC修改其網(wǎng)絡(luò)側(cè)的SQN,然后重新發(fā)送一個五元組的鑒權(quán)向量Qi請求USIM卡再次做鑒權(quán)認(rèn)證。 五元組鑒一又向量說明
消息認(rèn)證碼 MAC = flK(SQN II RAND II AMF)期望響應(yīng) XRES = f2K (RAND)加密密鑰 CK=fiK(RAND)完整性密鑰 IK = f4K (RAND)匿名密鑰AK = f5K (RAND)鑒權(quán)令牌AUTN = SQN④AK || AMF || MAC再同步令牌AUTS = SQNMS④ f5*K(RAND) || MAC-S.再同步認(rèn)證碼 MAC-S = fl *K(SQNMS || RAND || AMF)其中fl消息認(rèn)證函數(shù)，用來計算MAC fP消息認(rèn)證函數(shù)，用來計算MAC-S f2消息認(rèn)證函數(shù)，用來計算RES和XRES G密鑰生成函數(shù)，用來計算CK f4密鑰生成函數(shù)，用來計算IK f5密鑰生成函數(shù)，正常流程中用來計算AK f5氺密鑰生成函數(shù)，再同步流程中用來計算AK最后，說明本發(fā)明具體實現(xiàn)的關(guān)鍵增強(qiáng)USIM卡技術(shù)具體實現(xiàn) (-)鑒權(quán)密鑰協(xié)商與單一鑒權(quán)密鑰管理方式不同，增強(qiáng)USIM在卡內(nèi)應(yīng)保存一組鑒權(quán)密鑰 列表，它由密鑰標(biāo)識及密鑰值兩部分組成。在卡片個人化發(fā)卡階段，這些密 鑰標(biāo)識及密鑰值需通過安全方式預(yù)置在卡內(nèi)。同理，在HLR/AuC數(shù)據(jù)庫中 也應(yīng)存在相同的一組鑒權(quán)密鑰列表。每次鑒權(quán)時，USIM卡可以通過AMF 鑒權(quán)密鑰標(biāo)識位索引到卡內(nèi)對應(yīng)的鑒權(quán)密鑰K，并根據(jù)指定的鑒權(quán)密鑰K 來驗證網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的AUTN并計算響應(yīng)值RES,實現(xiàn)密鑰協(xié)商功能。USIM卡鑒權(quán)密鑰協(xié)商流程(假定暫不考慮鑒權(quán)算法協(xié)商)，如圖4所 示，USIM卡收到終端發(fā)送的鑒權(quán)請求命令后，做如下操作 1 )首先從AUTN中解析出鑒權(quán)管理域AMF,然后根據(jù)AMF鑒權(quán)密鑰 標(biāo)識位在鑒權(quán)密鑰列表中查找與之匹配的密鑰標(biāo)識，確定鑒權(quán)密鑰K。2)根據(jù)缺省鑒權(quán)算法和AMF指定的鑒權(quán)密鑰驗證AUTN( SQN @ AK II AMF II MAC)。-如果MAC驗證失敗，則USIM卡直接返回鑒權(quán)失敗-如果MAC驗證通過，SQN驗證無效，則USIM卡使用缺省的算法計 算再同步認(rèn)證令牌AUTS*3 )如果MAC和SQN均-瞼證通過，則USIM卡使用指定的鑒權(quán)密鑰計 算鑒權(quán)響應(yīng)RES、加密密鑰CK和完整性密鑰IK，并將計算結(jié)果返回給終端。(二)鑒權(quán)算法協(xié)商增強(qiáng)USIM卡應(yīng)至少支持二種以上鑒權(quán)算法。而選擇哪一個鑒權(quán)算法， 在代碼開發(fā)階段就需要在卡內(nèi)建立一個AMF值與鑒權(quán)算法的對應(yīng)關(guān)系列 表。該列表是基于運營商對AMF算法標(biāo)識位的定義而產(chǎn)生的。通過AMF 算法標(biāo)識位，增強(qiáng)USIM可以采用不同的鑒權(quán)算法驗證網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的AUTN 并計算響應(yīng)值RES,從而實現(xiàn)算法協(xié)商功能。USIM卡鑒權(quán)算法協(xié)商流程(假定暫不考慮鑒權(quán)密鑰協(xié)商)，如圖5所 示，USIM卡收到終端發(fā)送的鑒權(quán)請求命令后，做如下操作1 )首先從AUTN中解析出鑒權(quán)管理域AMF,然后根據(jù)約定的AMF算 法標(biāo)識位查找對應(yīng)的算法^t塊。2)根據(jù)缺省鑒權(quán)密鑰和AMF指定的算法模塊來驗證AUTN ( SQN AK II AMF II MAC)。-如果MAC驗證失敗，則USIM卡直接返回鑒權(quán)失敗-如果MAC驗證通過，SQN驗證無效，則USIM卡使用缺省的算法計 算再同步認(rèn)證令牌AUTS*3 )如果MAC和SQN均驗證通過，則USIM卡使用指定的算法計算鑒 權(quán)響應(yīng)RES、加密密鑰CK和完整性密鑰IK,并將計算結(jié)果返回給終端。
曰鑒權(quán)密鑰協(xié)商和鑒權(quán)算法協(xié)商如圖6所示，基于以上描述上述(-)和仁)，按但不限制于先密鑰協(xié)商后算法協(xié)商順序可在增強(qiáng)USIM卡內(nèi)同時進(jìn)行密鑰協(xié)商和算法協(xié)商。增強(qiáng)USIM卡應(yīng)至少支持二種以上鑒權(quán)算法。而選擇哪一個鑒權(quán)算法， 在代碼開發(fā)階段就需要在卡內(nèi)建立一個AMF值與鑒權(quán)算法的對應(yīng)關(guān)系列 表。該列表是基于運營商對AMF算法標(biāo)識位的定義而產(chǎn)生的。通過AMF 算法標(biāo)識位，增強(qiáng)USIM可以采用不同的鑒權(quán)算法驗證網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的AUTN 并計算響應(yīng)值RES,從而實現(xiàn)算法協(xié)商功能。USIM卡鑒權(quán)算法協(xié)商流程，如圖6所示，USIM卡收到終端發(fā)送的鑒 權(quán)請求命令后，做如下操作1 )首先從AUTN中解析出鑒權(quán)管理域AMF,然后根據(jù)AMF鑒權(quán)密鑰 標(biāo)識位在鑒權(quán)密鑰列表中查找與之匹配的密鑰標(biāo)識，確定鑒權(quán)密鑰K。2 )從AUTN中解析出鑒權(quán)管理域AMF，然后根據(jù)約定的AMF算法標(biāo) 識位查找對應(yīng)的算法模塊。3 )根據(jù)AMF指定的算法模塊和鑒權(quán)密鑰K來驗證AUTN( SQN e AK II AMF II MAC)。-如果MAC驗證失敗，則USIM卡直接返回鑒權(quán)失敗-如果MAC驗證通過，SQN驗證無效，則USIM卡使用缺省的算法計 算再同步認(rèn)證令牌AUTS*4)如果MAC和SQN均驗證通過，則USIM卡使用指定的算法計算鑒 權(quán)響應(yīng)RES、加密密鑰CK和完整性密鑰IK，并將計算結(jié)果返回給終端?；谝陨厦枋?，按但不限制于先密鑰協(xié)商后算法協(xié)商順序可在增強(qiáng) USIM卡內(nèi)同時進(jìn)行密鑰協(xié)商和算法協(xié)商。
權(quán)利要求
1、一種網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)方法，其特征在于，在終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)共享一組鑒權(quán)密鑰，包括以下步驟1.1)終端登網(wǎng)或位置更新時向網(wǎng)絡(luò)請求鑒權(quán)向量；1.2)終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)利用相互消息和密鑰約定選擇所述一組鑒權(quán)密鑰中的一個進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述鑒權(quán)方法，其特征在于，所述步驟5.3)中的 鑒權(quán)管理域設(shè)置是全零時，所述對應(yīng)的鑒權(quán)算法和鑒權(quán)密鑰是缺省鑒權(quán)算法 和鑒權(quán)密鑰。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述鑒權(quán)方法，其特征在于，所述步驟5.6)中終 端對網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證過程中如果USIM卡對序列號SQN認(rèn)證無效，則所述終端 側(cè)USIM卡和網(wǎng)絡(luò)側(cè)直接使用缺省鑒權(quán)密鑰和算法進(jìn)行再同步。
8、 一種USIM卡，其特征在于，內(nèi)置與網(wǎng)絡(luò)側(cè)相同的一組鑒權(quán)密鑰， 該USIM卡這樣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)收到其終端發(fā)送的鑒權(quán)請求命令；利用 終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)間的相互消息和密鑰約定選擇所述一組鑒權(quán)密鑰中的一個 鑒權(quán)密鑰進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述USIM卡，其特征在于，所述一組鑒權(quán)密鑰 位于鑒權(quán)密鑰列表中，它是由密鑰標(biāo)識及密鑰值兩部分組成；所述相互消息 是網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的鑒權(quán)令牌，所述密鑰約定是所述鑒權(quán)令牌中鑒權(quán)管理域的指 定位值與所述密鑰標(biāo)識的對應(yīng)關(guān)系；該USIM卡這樣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)收 到其終端發(fā)送的鑒權(quán)請求命令；從鑒權(quán)令牌中解析出鑒權(quán)管理域，然后根據(jù) 所述指定位和所述對應(yīng)關(guān)系在所述鑒權(quán)密鑰列表中查找與之匹配的密鑰標(biāo) 識，確定鑒權(quán)密鑰；根據(jù)確定的鑒權(quán)密鑰進(jìn)行終端對網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證并向網(wǎng)絡(luò)側(cè) 發(fā)送鑒權(quán)響應(yīng)結(jié)果。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述USIM卡，其特征在于，該USIM卡還內(nèi)置 與網(wǎng)絡(luò)側(cè)相同的一組鑒權(quán)算法及鑒權(quán)算法標(biāo)識列表，該USIM卡這樣進(jìn)行網(wǎng) 絡(luò)接入鑒權(quán)收到其終端發(fā)送的鑒權(quán)請求命令；利用終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)之間的 消息以及密鑰約定和算法約定對應(yīng)選擇所述一組鑒權(quán)密鑰中的 一個鑒權(quán)密 鑰和所述一組鑒權(quán)算法中的 一個鑒權(quán)算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)方法及其USIM卡，其中USIM卡內(nèi)置與網(wǎng)絡(luò)側(cè)相同的一組鑒權(quán)密鑰，鑒權(quán)方法包括終端登網(wǎng)或位置更新時由終端發(fā)起接入鑒權(quán)請求；終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)利用相互消息和約定選擇所述一組鑒權(quán)密鑰中的相同一個進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)；所述消息是網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的鑒權(quán)令牌，所述約定是所述鑒權(quán)令牌中鑒權(quán)管理域的特殊位值與所述一組鑒權(quán)密鑰中任一鑒權(quán)密鑰的對應(yīng)關(guān)系。這種方法及其USIM卡基于現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)過程、無須增加新的信令或改變現(xiàn)有的鑒權(quán)協(xié)議，實現(xiàn)成本低同時較原單一密鑰和單一算法的網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)安全體系降低了鑒權(quán)密鑰和鑒權(quán)算法被破譯的安全風(fēng)險。
文檔編號H04W12/06GK101132649SQ200710175438
公開日2008年2月27日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者張志紅, 建 王, 穆肇驪 申請人:大唐微電子技術(shù)有限公司