專利名稱：密鑰處理方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體而言，涉及一種密鑰處理方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電子電機(jī)工程協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Elect皿icEngineers，簡稱IEEE)802. 16標(biāo)準(zhǔn)體系主要針對(duì)城域網(wǎng)。根據(jù)是否支持移動(dòng)特性，IEEE 802. 16標(biāo)準(zhǔn)可以分為固定寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)和移動(dòng)寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)。其中，802. 16e屬于移動(dòng)寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)，于2005年11月在IEEE 802委員會(huì)獲得通過，以IEEE802. 16-2005的名稱發(fā)布。微波接入全球互操作性認(rèn)證聯(lián)盟(Worldwide Interoperabilityfor Microwave Access,簡稱為WiMAX)即為基于IEEE 802. 16空中接口的規(guī)范。
目前，IEEE正在制訂802. 16m標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是為了研究WiMAX下 一 步演進(jìn)路線，目標(biāo)是成為下一代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并最終向國際電信聯(lián)盟(InternationalTelecommunication Unit,簡稱為ITU)的高級(jí)國際移動(dòng)電信(International MobileTelecommunicationsAdvanced，簡稱為IMT Advanced)的標(biāo)準(zhǔn)之一，該標(biāo)準(zhǔn)將兼容現(xiàn)有的802. 16e規(guī)范。 802. 16m的系統(tǒng)需求文檔(System Requirement Document,簡稱SRD)規(guī)定需要對(duì)終端的私密性進(jìn)行保護(hù)，即，需要保護(hù)高級(jí)終端標(biāo)識(shí)(Advanced Mobile StationIdentifier,簡稱為AMSID)在空口明文傳輸，以避免攻擊者可以獲得該地址從而威脅終端的私密性。在現(xiàn)有的方案中，是通過將AMSID進(jìn)行哈希(hash)運(yùn)算，得到高級(jí)終端標(biāo)識(shí)(一般為終端MAC地址)的哈希計(jì)算值(稱為AMSID^，通過在空口傳送AMSID氣來對(duì)終端的MAC地址進(jìn)行私密性保護(hù)的。其中，AMSID*的計(jì)算方法如下
AMSID* = Dotl6KDF(AMSID， N0NCE_AMS， 48) 其中，Dotl6KDF為IEEE802. 16定義的安全算法，具體定義可參考802. 16-2005 ;N0NCE_AMS是初始入網(wǎng)時(shí)，終端生成的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，稱為終端側(cè)隨機(jī)數(shù)，該隨機(jī)數(shù)在稍后的三次握手過程中會(huì)由終端發(fā)送給基站。終端和基站兩側(cè)分別使用AMSID*值計(jì)算相關(guān)空口密鑰。 在IEEE 802. 16系統(tǒng)中定義的空口密鑰包括主會(huì)話密鑰(Master Session Key,簡稱為MSK)、成對(duì)主密鑰(Pairwise MasterKey，簡稱為PMK)、授權(quán)密鑰(AuthorizationKey，簡稱為AK)、消息完整性保護(hù)密鑰，或者稱為消息驗(yàn)證碼密鑰，(CMAC KEYS，包括CMAC_KEY_U及CMAC_KEY_D ，其中CMAC_KEY_U用于對(duì)上行鏈路管理消息進(jìn)行完整性保護(hù)，CMACJ(EY—D用于對(duì)下行鏈路管理消息進(jìn)行完整性保護(hù))、業(yè)務(wù)流加密密鑰(TrafficEncryptionKey，簡稱為TEK)。 下面具體介紹各密鑰在IEEE 802. 16e標(biāo)準(zhǔn)和802. 16m標(biāo)準(zhǔn)中的生成方法
MSK是IEEE 802. 16定義的所有其它密鑰的根密鑰，是終端和認(rèn)證授權(quán)計(jì)費(fèi)服務(wù)器(Authentication Authorization Acco皿tingServer，簡稱為AAA Server)在可擴(kuò)展的認(rèn)證協(xié)議(ExtensibleAuthentication Protocol,簡稱為EAP)認(rèn)證和授權(quán)過程中各自產(chǎn)生的，用于派生出PMK等其它的密鑰。 PMK由MSK推導(dǎo)而出，用于派生出AK。 IEEE 802. 16e標(biāo)準(zhǔn)中PMK的計(jì)算方法為 PMK = Truncate(MSK，160); IEEE 802. 16m標(biāo)準(zhǔn)中PMK的計(jì)算方法為PMK = Dotl6KDF (MSK， N0NCE_AMS | N0NCE_ABS | " PMK"， 160) 其中，Dotl6KDF為IEEE802. 16定義的安全算法，具體定義可參考802. 16-2005。 Z=Truncate (x， y)定義僅當(dāng)y《x， Z為x的最后y位。N0NCE_ABS是初始認(rèn)證或重認(rèn)證時(shí)，三次握手過程中基站生成的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，稱為基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；N0NCE_AMS是初始認(rèn)證或重認(rèn)證時(shí)，三次握手過程中終端生成的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。引號(hào)內(nèi)的內(nèi)容代表字符串。
AK是授權(quán)密鑰，由PMK推導(dǎo)而出。它用于派生出消息完整性保護(hù)密鑰，和業(yè)務(wù)流加密密鑰(僅在802. 16m中)。 IEEE 802. 16e標(biāo)準(zhǔn)中AK的計(jì)算方法為
AK = Dotl6KDF(PMK， MSID|BSID| "AK"， 160)
IEEE 802. 16m標(biāo)準(zhǔn)中PMK的計(jì)算方法為AK = Dotl6KDF (PMK， AMSID* | ABSID | CMAC—KEY—COUNT | " AK"， 160)，其中，MSID是IEEE 802. 16e中終端標(biāo)識(shí)的縮寫，BSID是IEEE802. 16e中對(duì)基站標(biāo)
識(shí)的縮寫，ABSID是802. 16m中基站標(biāo)識(shí)的縮寫。CMAC_KEY_C0UNT是一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于確保
在切換時(shí)，同一個(gè)ABS-AMS對(duì)生成不同的AK。當(dāng)成功完成重認(rèn)證后，該計(jì)數(shù)器置零。 CMAC KEYS由AK派生而來，用于管理消息的完整性保護(hù)。 IEEE 802. 16e標(biāo)準(zhǔn)中PMK的計(jì)算方法為 CMAC—KEY—U = AEScmc PKEKEY u (CMAC_KEY_C0UNT) ; CMAC—KEY—D = AESCMC PKEKEY D (CMAC—KEY_C0UNT); 其中，CMAC_PREKEY_U | CMAC_PREKEY_D | KEK < = Dot 16KDF (AK， MSID | BSID | "CMAC_KEYS+KEK"，384); IEEE 802. 16m標(biāo)準(zhǔn)中PMK的計(jì)算方法為CMAC_KEY_U | CMAC_KEY_D = Dotl6KDF (AK，"CMAC_KEYS"， 256);其中，KEK是密鑰加密密鑰(Key Encryption Key)，僅在16e中用于加密TEK，以保護(hù)TEK在空口的傳輸。
TEK用于對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，以保護(hù)在終端和基站之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的機(jī)密性。在16e中，TEK是基站生成的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，基站用KEK對(duì)TEK進(jìn)行加密，然后發(fā)送給終端。在IEEE 802. 16m標(biāo)準(zhǔn)中，TEK是終端和基站分別根據(jù)AK生成的，計(jì)算如下
TEKi = Dotl6KDF (AK， SAID | C0UNTER_TEK = i | " TEK"， 128) 其中，SAID是該TEK關(guān)聯(lián)的安全聯(lián)盟標(biāo)識(shí)。C0UNTER_TEK是一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于推導(dǎo)屬于同一個(gè)安全聯(lián)盟的TEK，當(dāng)推導(dǎo)出一個(gè)新的AK時(shí)，C0UNTERJEK置為O，此后，每生成一個(gè)新的TEK，該計(jì)數(shù)器遞增1。 由上述可知，802. 16e和802. 16m的密鑰推導(dǎo)存在很大的區(qū)別。
目前，已經(jīng)出現(xiàn)了先進(jìn)基站(Advanced Base Station,簡稱為ABS，即支持802. 16m協(xié)議的基站)，先進(jìn)基站能夠兼容傳統(tǒng)終端(Yardstick Mobile Station,簡稱為預(yù)S，即僅支持802. 16e協(xié)議的終端)，同樣地，先進(jìn)終端(Advanced Mobile Station,以下簡稱為AMS
5或者終端)也應(yīng)該能夠接入傳統(tǒng)基站。先進(jìn)基站的時(shí)間區(qū)域(Time Zone)可以分成兩個(gè)區(qū)域，即，第一區(qū)域(也稱為先進(jìn)區(qū)域，16m Zone,與具有802. 16m功能的終端進(jìn)行通信，簡稱為MZone)和第二區(qū)域(也稱為傳統(tǒng)區(qū)域，Legacy Zone,與具有802. 16e功能的終端進(jìn)行通信，簡稱為LZone)。需要說明的是，LZone是一個(gè)正整數(shù)的連續(xù)子幀，其中ABS與具有802. 16e功能的終端進(jìn)行通信；MZone是一個(gè)正整數(shù)的連續(xù)子幀，其中ABS與具有802. 16m功能的終端進(jìn)行通信。由于終端可以采用最新通信協(xié)議或傳統(tǒng)協(xié)議，因此，先進(jìn)終端就可以工作在MZone或LZone，這樣就出現(xiàn)了區(qū)域轉(zhuǎn)換(Zone Switch)的問題。
當(dāng)終端由YBS向ABS進(jìn)行越區(qū)切換(或從LZone切換到MZone)時(shí)，由于從PMK開始的密鑰推導(dǎo)就不同，而IEEE 802. 16m標(biāo)準(zhǔn)中PMK的生成參數(shù)包括在三次握手過程中生成的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_ABS和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_AMS。 AK的生成參數(shù)包括AMSID*，而AMSID*的計(jì)算和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_AMS有關(guān)。因此在終端進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)，為了令切換后的終端繼承IEEE802. 16m標(biāo)準(zhǔn)定義的密鑰體系，需要解決如何在越區(qū)切換時(shí)生成PMK以及AMSID*，從而計(jì)算AK等其它空口密鑰的問題。 現(xiàn)在有方案提出基站在攜帶越區(qū)切換信息(Zone Switch TLV)的測(cè)距響應(yīng)消息(RNG-RSP)中攜帶基站隨機(jī)數(shù)N0NCE—ABS給終端，并在稍后的測(cè)距請(qǐng)求消息(AAI_RNG_REQ)中終端攜帶終端側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_AMS和基站側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_ABS給基站，基站在發(fā)送給終端的測(cè)距響應(yīng)消息(AAI_RNG-RSP)中返回N0NCE_ABS和N0NCE_AMS給終端，從而通過這3條消息完成三次握手過程(即密鑰協(xié)定Key Agreement過程)的密鑰更新和AK驗(yàn)證功能。
但是，這種方案是在MZone的測(cè)距過程中完成的密鑰協(xié)定過程，由于該過程需要基站和位于網(wǎng)關(guān)(Gateway)的認(rèn)證器(Authenticator)進(jìn)行交互，因此，這種方案增加了終端切換到目標(biāo)基站的MZone的時(shí)延。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種密鑰處理方案，以至少解決上述相關(guān)技術(shù)中在MZone的測(cè)距過程中完成密鑰協(xié)定而增加了終端切換到目標(biāo)基站的MZone的時(shí)延的問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種密鑰處理方法。
根據(jù)本發(fā)明的密鑰處理方法包括先進(jìn)基站在其傳統(tǒng)區(qū)域和終端通過消息交互分別獲取對(duì)方側(cè)的隨機(jī)數(shù)；先進(jìn)基站和終端均根據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)生成空口密鑰；在終端切換至先進(jìn)基站的先進(jìn)區(qū)域之后，終端和先進(jìn)基站使用空口密鑰進(jìn)行通信。
優(yōu)選地，先進(jìn)基站在其傳統(tǒng)區(qū)域和終端通過消息交互分別獲取對(duì)方側(cè)的隨機(jī)數(shù)包括先進(jìn)基站向終端發(fā)送密鑰協(xié)定的第一消息，其中，第一消息中攜帶有先進(jìn)基站生成的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；終端接收第一消息，生成終端側(cè)隨機(jī)數(shù)；終端向先進(jìn)基站發(fā)送密鑰協(xié)定的第二消息，其中，第二消息中攜帶有終端側(cè)隨機(jī)數(shù)。 優(yōu)選地，在終端向先進(jìn)基站發(fā)送第二消息之后，上述方法還包括先進(jìn)基站對(duì)第二消息進(jìn)行以下至少之一的驗(yàn)證終端在第二消息中還攜帶基站側(cè)隨機(jī)數(shù)，先進(jìn)基站獲取第二消息中攜帶的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)，并與本地保存的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行比較，如果一致，則驗(yàn)證成功；終端在第二消息中還攜帶由消息驗(yàn)證碼密鑰計(jì)算得出的第二消息的消息驗(yàn)證碼，其中，消息完整性保護(hù)密鑰是終端根據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)、終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和主會(huì)話密鑰計(jì)算得出的；先進(jìn)基站獲取第二消息的消息驗(yàn)證碼， 與在本地計(jì)算得出消息驗(yàn)證碼進(jìn)行比較，如果一致，則驗(yàn)證成功。 優(yōu)選地，在先進(jìn)基站對(duì)第二消息驗(yàn)證成功的情況下，上述方法還包括先進(jìn)基站向
終端發(fā)送密鑰協(xié)定的第三消息；終端接收第三消息，并對(duì)第三消息進(jìn)行以下至少之一的驗(yàn)
證先進(jìn)基站在第三消息中攜帶基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)；終端接收第三消息，并比
較第三消息中攜帶的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)是否與第二消息中攜帶的基站側(cè)隨機(jī)
數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)一致，如果一致，則驗(yàn)證成功；先進(jìn)基站在第三消息中攜帶由消息完整性
保護(hù)密鑰計(jì)算得出的第三消息的消息驗(yàn)證碼，其中，第三消息完整性保護(hù)密鑰是先進(jìn)基站
根據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)、終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和主會(huì)話密鑰計(jì)算得出的；終端獲取第三消息的消息驗(yàn)
證碼，并與在本地計(jì)算得出消息驗(yàn)證碼進(jìn)行比較，如果一致，則驗(yàn)證成功。 優(yōu)選地，在終端對(duì)第三消息驗(yàn)證成功之后，上述方法還包括終端和先進(jìn)基站均根
據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)、終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和主會(huì)話密鑰生成業(yè)務(wù)流加密密鑰。
優(yōu)選地，上述方法還包括在終端向先進(jìn)基站發(fā)送第二消息之前，終端根據(jù)基站側(cè)
隨機(jī)數(shù)、終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和主會(huì)話密鑰生成業(yè)務(wù)流加密密鑰；在先進(jìn)基站接收到第二消息之
后，先進(jìn)基站根據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)、終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和主會(huì)話密鑰生成業(yè)務(wù)流加密密鑰。 優(yōu)選地，先進(jìn)基站向終端發(fā)送的第三消息為測(cè)距響應(yīng)消息，其中，測(cè)距響應(yīng)消息用
于觸發(fā)終端切換至先進(jìn)基站的先進(jìn)區(qū)域。 優(yōu)選地，在先進(jìn)基站向終端發(fā)送第三消息之后，上述方法還包括先進(jìn)基站在傳統(tǒng)
區(qū)域向終端發(fā)送測(cè)距響應(yīng)消息，以觸發(fā)終端切換至先進(jìn)基站的先進(jìn)區(qū)域。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種密鑰處理系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的密鑰處理系統(tǒng)，包括先進(jìn)基站和終端，先進(jìn)基站包括第一獲取模
塊，用于通過在其傳統(tǒng)區(qū)域和終端交互的消息獲取終端側(cè)隨機(jī)數(shù)；第一生成模塊，用于根據(jù)
終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和基站側(cè)隨機(jī)數(shù)生成空口密鑰；終端包括第二獲取模塊，用于通過和先進(jìn)
基站在其傳統(tǒng)區(qū)域交互的消息獲取先進(jìn)基站的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；第二生成模塊，用于根據(jù)基
站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)生成空口密鑰。 優(yōu)選地，先進(jìn)基站還包括第一發(fā)送模塊，用于向終端發(fā)送第一消息，其中，第一消息中攜帶有先進(jìn)基站生成的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；第一接收模塊，用于接收終端發(fā)送的第二消息，其中，第二消息中攜帶有終端側(cè)隨機(jī)數(shù)；終端還包括第二接收模塊，用于接收第一消息；第二發(fā)送模塊，用于向先進(jìn)基站發(fā)送第二消息。 通過本發(fā)明，采用在先進(jìn)基站的LZone進(jìn)行密鑰處理，解決了相關(guān)技術(shù)中在MZone的測(cè)距過程中完成密鑰協(xié)定而增加了終端切換到目標(biāo)基站的MZone的時(shí)延的問題，進(jìn)而減少了終端切換到目標(biāo)先進(jìn)基站的MZone的時(shí)延，提高了系統(tǒng)效率。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的密鑰處理方法的流程 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的密鑰處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的密鑰處理系統(tǒng)優(yōu)選的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)例一的終端進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)空口密鑰更新方法的流程圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)例二的終端進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)空口密鑰更新方法的流程 圖。
具體實(shí)施例方式
下文中將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的 情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。 圖l是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的密鑰處理方法的流程圖，如圖l所示，該流程包括如下 步驟 步驟S102，先進(jìn)基站(也稱為目標(biāo)先進(jìn)基站)在其傳統(tǒng)區(qū)域和終端通過消息交互 分別獲取對(duì)方側(cè)的隨機(jī)數(shù)； 步驟S104，先進(jìn)基站和終端均根據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)生成空口密鑰；
步驟S106，在終端切換至先進(jìn)基站的先進(jìn)區(qū)域之后，終端和先進(jìn)基站使用空口密 鑰進(jìn)行通信。 通過上述步驟S102先進(jìn)基站在其傳統(tǒng)區(qū)域就可以獲取到終端的終端側(cè)隨機(jī)數(shù)， 而終端也可以在先進(jìn)基站的傳統(tǒng)區(qū)域獲取到該先進(jìn)基站的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)。優(yōu)選地，先進(jìn)基 站和終端之間交互的消息可以是現(xiàn)有的消息，也可以是新定義的消息，只要能夠攜帶隨機(jī) 數(shù)的消息都可以達(dá)到同樣的目的。在先進(jìn)基站和終端都獲取到對(duì)方側(cè)的隨機(jī)數(shù)之后，先進(jìn) 基站和終端就可以根據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)計(jì)算出終端在切換至該先進(jìn)基站的 Mzone之后所使用的空口密鑰，從而解決了在Mzone進(jìn)行密鑰協(xié)定所造成的問題。
優(yōu)選地，在上述步驟S102中，當(dāng)目標(biāo)先進(jìn)基站決定發(fā)起越區(qū)切換時(shí)，生成基站側(cè) 隨機(jī)數(shù)NONCE_ABS，先進(jìn)基站向終端發(fā)送三次握手第一消息(或稱為第一條消息，例如，安 全聯(lián)盟_業(yè)務(wù)流加密密鑰挑戰(zhàn)消息SA-TEK-Challenge)，其中，該第一消息中攜帶有先進(jìn)基 站生成的NONCE_ABS ;終端在接收到第一消息之后，生成終端側(cè)隨機(jī)數(shù)NONCE_AMS ;終端并 向先進(jìn)基站發(fā)送攜帶有NONCE—AMS的第二消息(或稱為第二條消息，例如，SA-TEK請(qǐng)求消 息)。通過第一消息和第二消息說明了先進(jìn)基站與終端之間發(fā)送消息的順序但在本實(shí)施例 中并不限于此。 優(yōu)選地，為了更好的保證安全性，先進(jìn)基站可以對(duì)接收到得第二消息進(jìn)行驗(yàn)證，例 如，終端可以在第二消息中攜帶NONCE—ABS，在先進(jìn)基站接收到第二消息中，比較該消息中 攜帶的NONCE_ABS是否與本地生成的NONCE_ABS相同，如果相同，則驗(yàn)證通過；終端還可 以在發(fā)送第二消息之前，根據(jù)MSK、 NONCE_ABS、 NONCE_AMS，生成16m系統(tǒng)中定義的PMK和 AMSID*，并根據(jù)PMK和AMSID*計(jì)算出AK、CMAC KEYs (優(yōu)選地，終端可以在此時(shí)計(jì)算出TEK， 也可以在密鑰協(xié)定過程成功完成后生成)，然后，在第二消息中攜帶由生成的CMAC KEY計(jì) 算的該消息的CMAC ;同理，目標(biāo)基站根據(jù)收到的NONCE_AMS，計(jì)算PMK和AMSID*。然后根據(jù) PMK和AMSID*計(jì)算AK、CMAC KEYs (優(yōu)選地，先進(jìn)基站也可以同時(shí)計(jì)算出TEK，也可以在密鑰 協(xié)定過程成功完成后生成)，然后，先進(jìn)基站用生成的CMAC KEYs對(duì)接收到的第二消息進(jìn)行 驗(yàn)證。 優(yōu)選地，為了提高驗(yàn)證的可靠性，也可以先進(jìn)行NONCE_ABS驗(yàn)證，在驗(yàn)證成功后， 再使用CMAC KEY進(jìn)行驗(yàn)證。
優(yōu)選地，上述的驗(yàn)證過程是在先進(jìn)基站側(cè)完成的，在驗(yàn)證成功后，先進(jìn)基站向終端 發(fā)送密鑰協(xié)定第3條消息(例如，SA-TEK響應(yīng))，其中，該消息可以攜帶參數(shù)N0NCE_ABS、 N0NCE_AMS，以及由生成的CMAC KEY計(jì)算的該消息的CMAC，以使終端可以使用同樣的驗(yàn)證 方式進(jìn)行校驗(yàn)。例如，終端可以用生成的CMACKEYs對(duì)接收到的第三消息進(jìn)行驗(yàn)證，并且比 較該消息中攜帶的N0NCE_ABS和N0NCE_AMS是否與前述發(fā)送的N0NCE_ABS和N0NCE_AMS相 同。 優(yōu)選地，在上述如果驗(yàn)證成功，則終端和目標(biāo)先進(jìn)基站完成密鑰協(xié)定過程，派生出 終端切換到MZone后需要使用的密鑰，并對(duì)密鑰進(jìn)行了成功驗(yàn)證。 優(yōu)選地，終端和目標(biāo)ABS計(jì)算AMSID*和AK時(shí)所使用的ABSID，是目標(biāo)ABS的MZone 關(guān)聯(lián)的ABSID。如果所述和MZone關(guān)聯(lián)的ABSID與LZone的ABSID不同，則所述MZone關(guān)聯(lián) 的ABSID可以從密鑰協(xié)定的第一條消息中獲得。 對(duì)應(yīng)與上述的密鑰處理方法，本實(shí)施例還提供了一種密鑰處理系統(tǒng)，包括先進(jìn)基 站和終端。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的密鑰處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示，先進(jìn)基站 包括第一獲取模塊22，該模塊用于通過在其傳統(tǒng)區(qū)域和終端交互的消息獲取終端側(cè)隨機(jī) 數(shù)；第一生成模塊24連接至第一獲取模塊22，該模塊用于根據(jù)終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和基站側(cè)隨機(jī) 數(shù)生成空口密鑰。終端包括第二獲取模塊26，該模塊用于通過和先進(jìn)基站在其傳統(tǒng)區(qū)域 交互的消息獲取先進(jìn)基站的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；第二生成模塊28連接至第二獲取模塊26，該模 塊用于根據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)生成空口密鑰。 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的密鑰處理系統(tǒng)優(yōu)選的結(jié)構(gòu)框圖，如圖3所示，先進(jìn)基站 還包括第一發(fā)送模塊32，用于向終端發(fā)送第一消息，其中，第一消息中攜帶有先進(jìn)基站生 成的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；第一接收模塊34連接至第一獲取模塊22，用于接收終端發(fā)送的第二消 息，其中，第二消息中攜帶有終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；終端還包括第二接收模塊36 連接至第二獲取模塊26，該模塊用于接收第一消息；第二發(fā)送模塊38，該模塊用于向先進(jìn) 基站發(fā)送第二消息。 下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)例對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明。
優(yōu)選實(shí)例一 本實(shí)例中的方法為基于BBE (Break before Enter,即先斷開與目標(biāo)ABS的LZone
的連接，再與目標(biāo)ABS的MZone建立連接)方式的越區(qū)切換。圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)例
一的終端進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)空口密鑰更新方法的流程圖，該流程包括如下步驟 步驟S401，當(dāng)切換由終端發(fā)起時(shí)，終端向服務(wù)的YBS發(fā)送切換請(qǐng)求消息(M0B_
MSH0-REQ)，請(qǐng)求進(jìn)行切換。 步驟S402，當(dāng)切換由基站發(fā)起時(shí)，或基站收到終端發(fā)送的切換請(qǐng)求消息后，服務(wù) YBS向終端發(fā)送切換命令消息(M0B_BSH0-RSP)。 步驟S403，終端向服務(wù)YBS發(fā)送切換指示消息(M0B_H0_IND)，確認(rèn)要進(jìn)行切換的 目標(biāo)先進(jìn)基站標(biāo)識(shí)。該步驟可選。 步驟S404，終端向目標(biāo)先進(jìn)基站的LZone發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求消息(RNG-REQ)。
步驟S405，目標(biāo)先進(jìn)基站決策發(fā)起越區(qū)切換時(shí)，生成基站側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_ABS。
步驟S406，目標(biāo)先進(jìn)基站向終端發(fā)送密鑰協(xié)定第一條消息(SA-TEK Challenge), 其中，該消息中攜帶參數(shù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_ABS。優(yōu)選地，當(dāng)先進(jìn)區(qū)域關(guān)聯(lián)的基站標(biāo)識(shí)與傳統(tǒng)區(qū)域關(guān)聯(lián)的標(biāo)識(shí)不同時(shí)，在該消息中還可以攜帶所述先進(jìn)區(qū)域關(guān)聯(lián)的基站標(biāo)識(shí)。
步驟S407，終端生成終端側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_AMS。 步驟S408，終端根據(jù)根密鑰MSK、基站側(cè)隨機(jī)數(shù)NONCE—ABS、終端側(cè)隨機(jī)數(shù)NONCE_ AMS，生成16m系統(tǒng)中定義的PMK和AMSID*，然后根據(jù)PMK和AMSID*計(jì)算出AK、CMAC KEYs， 優(yōu)選地，在該步驟中還可以計(jì)算TEK。其中AMSID*的計(jì)算可以為
AMSID* = Dotl6KDF(AMSID， N0NCE—ABS， 48);或者， AMSID* = Dotl6KDF(AMSID， N0NCE—AMS，48);或者，AMSID* = Dotl6KDF(AMSID， N0NCE_ABS|N0NCE_AMS，48); 其中，計(jì)算AMSID*和AK時(shí)所使用的ABSID，是目標(biāo)ABS的MZone的ABSID。
步驟S409 ，終端向目標(biāo)ABS的LZone發(fā)送密鑰協(xié)定的第二條消息(SA-TEK Request)，其中，該消息中攜帶有基站側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_ABS，終端側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_AMS，以 及由新生成的CMAC KEY計(jì)算的該消息的CMAC。 步驟S410，目標(biāo)先進(jìn)基站對(duì)接收到的SA-TEK請(qǐng)求消息進(jìn)行驗(yàn)證。其中，包括驗(yàn)證 接收到的N0NCE_ABS是否與本目標(biāo)基站向終端發(fā)送的N0NCE_ABS —致，以及驗(yàn)證接收到的 消息的CMAC。目標(biāo)先進(jìn)基站根據(jù)接收到的N0NCE_AMS，計(jì)算PMK和AMSID*,然后，根據(jù)PMK 和AMSID*計(jì)算AK、 CMAC KEYs，優(yōu)選地，在該步驟中還可以計(jì)算出TEK。其中，計(jì)算AMSID* 和AK時(shí)所使用的ABSID，是目標(biāo)ABS的MZone的ABSID。目標(biāo)先進(jìn)基站用生成的CMAC KEYs 對(duì)接收到的第二條消息中的CMAC進(jìn)行驗(yàn)證。 步驟S411，如果目標(biāo)基站對(duì)接收到的請(qǐng)求消息的驗(yàn)證成功，則向終端發(fā)送密鑰協(xié) 定第三條消息(SA-REK Response)，其中，該消息攜帶的參數(shù)有基站側(cè)隨機(jī)數(shù)N0NCE_ABS， 終端側(cè)隨機(jī)數(shù)NONCE—AMS。該消息用CMAC KEYS做完整性保護(hù)(此時(shí)該消息攜帶由目標(biāo)先 進(jìn)基站生成的CMAC KEYS計(jì)算的該消息的CMAC)。 步驟S412，終端對(duì)接收到的第三條消息用生成的消息完整性保護(hù)密鑰進(jìn)行CMAC 驗(yàn)證，并驗(yàn)證隨機(jī)數(shù)N0NCE_ABS和N0NCE_AMS與之前該終端向目標(biāo)先進(jìn)基站發(fā)送的是否一 致。若驗(yàn)證成功，則終端和目標(biāo)ABS的MZone完成了三次握手密鑰協(xié)定功能。終端和目標(biāo) 基站分別派生TEK。其中，TEK的推導(dǎo)也可以分別位于步驟S408和步驟S410中。
步驟S413，目標(biāo)先進(jìn)基站決策觸發(fā)越區(qū)切換，目標(biāo)先進(jìn)基站的LZone向終端發(fā)送 測(cè)距響應(yīng)消息(RNG-RSP)，該消息攜帶越區(qū)切換信息。 優(yōu)選地，步驟S412和步驟S413的消息也可以合并為一條消息發(fā)送。此時(shí)，目標(biāo)先 進(jìn)基站在測(cè)距響應(yīng)消息或密鑰協(xié)定第三條消息中同時(shí)攜帶參數(shù)基站隨機(jī)數(shù)、終端隨機(jī)數(shù)、 越區(qū)切換信息，以及由新生成的CMAC KEY推導(dǎo)的該消息的CMAC。
步驟S414，終端與目標(biāo)ABS的MZone建立同步。 步驟S415，終端向目標(biāo)ABS的MZone發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求消息(AAI_RNG_REQ)，其中該消 息中攜帶有由生成的新的CMACKEY計(jì)算的該消息的CMAC。 步驟S416，目標(biāo)先進(jìn)基站對(duì)接收到的測(cè)距請(qǐng)求消息進(jìn)行CMAC驗(yàn)證。若驗(yàn)證成功， 則向終端發(fā)送測(cè)距響應(yīng)消息(AAI—RNG-RSP)，該消息可以用CMAC KEYS做完整性保護(hù)(此時(shí) 該消息攜帶由目標(biāo)先進(jìn)基站生成的CMAC KEYS計(jì)算的該消息的消息驗(yàn)證碼CMAC)，也可以 用TEK對(duì)該消息進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。 步驟S417，終端和目標(biāo)ABS的MZone完成了越區(qū)切換，終端成功切換到了 16m系統(tǒng)的基站下，與MZone建立了數(shù)據(jù)通道連接。
優(yōu)選實(shí)例二本實(shí)施例是基于EBB (Enter before Break,即在與目標(biāo)ABS的MZone建立連接之
前，先與目標(biāo)ABS的LZone建立數(shù)據(jù)連接)方式的越區(qū)切換。圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)例
二的終端進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)空口密鑰更新方法的流程圖，該流程包括以下步驟 步驟S501至步驟S504與優(yōu)選實(shí)例一中的步驟S401至步驟S404相同，在此不再贅述。 步驟S505，目標(biāo)ABS的LZone向終端發(fā)送測(cè)距響應(yīng)消息(RNG-RSP)。
步驟S506，終端與目標(biāo)ABS的LZone建立數(shù)據(jù)通道連接。 步驟S507至步驟S520，與優(yōu)選實(shí)例一中的步驟S406至步驟S417相同，在此不再 贅述。其中，在步驟S517中，終端可以選擇繼續(xù)與LZone建立數(shù)據(jù)通道連接，也可以選擇取 消與LZone建立的數(shù)據(jù)通道連接。 綜上所述，通過上述優(yōu)選實(shí)例，當(dāng)終端由YBS向ABS進(jìn)行越區(qū)切換時(shí)，終端和目標(biāo) 先進(jìn)基站在LZone完成三次握手的密鑰協(xié)定過程，獲知對(duì)方側(cè)隨機(jī)數(shù)，并完成切換到MZone 后需要使用的空口密鑰的更新和驗(yàn)證。由此，當(dāng)終端向目標(biāo)先進(jìn)基站的MZone切換時(shí)，可以 直接使用LZone新生成的MZone的密鑰對(duì)消息和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，而無需在MZone進(jìn)行密鑰 生成和驗(yàn)證，節(jié)省了基站和認(rèn)證器之間的消息交互過程，減少了越區(qū)切換的時(shí)延，提高了系 統(tǒng)的效率。 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用 的計(jì)算裝置來實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置所組成 的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它們存儲(chǔ) 在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示 出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè)模塊或 步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種密鑰處理方法，其特征在于，包括先進(jìn)基站在其傳統(tǒng)區(qū)域和終端通過消息交互分別獲取對(duì)方側(cè)的隨機(jī)數(shù)；所述先進(jìn)基站和所述終端均根據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)生成空口密鑰；在所述終端切換至所述先進(jìn)基站的先進(jìn)區(qū)域之后，所述終端和所述先進(jìn)基站使用所述空口密鑰進(jìn)行通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述先進(jìn)基站在其傳統(tǒng)區(qū)域和所述終端 通過消息交互分別獲取對(duì)方側(cè)的隨機(jī)數(shù)包括所述先進(jìn)基站向所述終端發(fā)送密鑰協(xié)定的第一消息，其中，所述第一消息中攜帶有所 述先進(jìn)基站生成的所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；所述終端接收所述第一消息，生成所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)；所述終端向所述先進(jìn)基站發(fā)送密鑰協(xié)定的第二消息，其中，所述第二消息中攜帶有所 述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述終端向所述先進(jìn)基站發(fā)送所述第 二消息之后，所述方法還包括所述先進(jìn)基站對(duì)所述第二消息進(jìn)行以下至少之一的驗(yàn)證所述終端在所述第二消息中還攜帶所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)，所述先進(jìn)基站獲取所述第二 消息中攜帶的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)，并與本地保存的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行比較，如果一致，則驗(yàn)證成 功；所述終端在所述第二消息中還攜帶由消息驗(yàn)證碼密鑰計(jì)算得出的所述第二消息的消 息驗(yàn)證碼，其中，所述消息完整性保護(hù)密鑰是所述終端根據(jù)所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)、所述終端側(cè) 隨機(jī)數(shù)和主會(huì)話密鑰計(jì)算得出的；所述先進(jìn)基站獲取所述第二消息的消息驗(yàn)證碼，并與在 本地計(jì)算得出消息驗(yàn)證碼進(jìn)行比較，如果一致，則驗(yàn)證成功。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述先進(jìn)基站對(duì) 所述第二消息驗(yàn)證成功的情況下，所述方法還包括所述先進(jìn)基站向所述終端發(fā)送密鑰協(xié)定的第三消息；所述終端接收所述第三消息，并 對(duì)所述第三消息進(jìn)行以下至少之一的驗(yàn)證所述先進(jìn)基站在所述第三消息中攜帶所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)；所述終 端接收所述第三消息，并比較所述第三消息中攜帶的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)是否與 所述第二消息中攜帶的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)一致，如果一致，則驗(yàn)證成功；所述先進(jìn)基站在所述第三消息中攜帶由消息完整性保護(hù)密鑰計(jì)算得出的所述第三消 息的消息驗(yàn)證碼，其中，第三消息完整性保護(hù)密鑰是所述先進(jìn)基站根據(jù)所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)、 所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和主會(huì)話密鑰計(jì)算得出的；所述終端獲取所述第三消息的消息驗(yàn)證碼， 并與在本地計(jì)算得出消息驗(yàn)證碼進(jìn)行比較，如果一致，則驗(yàn)證成功。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述終端對(duì)所述第三消息驗(yàn)證成功之 后，所述方法還包括所述終端和所述先進(jìn)基站均根據(jù)所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)、所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和所述主會(huì)話 密鑰生成業(yè)務(wù)流加密密鑰。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括在所述終端向所述先進(jìn)基站發(fā)送所述第二消息之前，所述終端根據(jù)所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)、所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和所述主會(huì)話密鑰生成業(yè)務(wù)流加密密鑰；在所述先進(jìn)基站接收到所述第二消息之后，所述先進(jìn)基站根據(jù)所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)、所 述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和所述主會(huì)話密鑰生成業(yè)務(wù)流加密密鑰。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述先進(jìn)基站向所述終端發(fā)送的第三消 息為測(cè)距響應(yīng)消息，其中，所述測(cè)距響應(yīng)消息用于觸發(fā)所述終端切換至所述先進(jìn)基站的先 進(jìn)區(qū)域。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述先進(jìn)基站向 所述終端發(fā)送所述第三消息之后，所述方法還包括所述先進(jìn)基站在傳統(tǒng)區(qū)域向所述終端發(fā)送測(cè)距響應(yīng)消息，以觸發(fā)所述終端切換至所述 先進(jìn)基站的先進(jìn)區(qū)域。
9. 一種密鑰處理系統(tǒng)，包括先進(jìn)基站和終端，其特征在于所述先進(jìn)基站包括第一獲取模塊，用于通過在其傳統(tǒng)區(qū)域和所述終端交互的消息獲 取終端側(cè)隨機(jī)數(shù)；第一生成模塊，用于根據(jù)所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)和基站側(cè)隨機(jī)數(shù)生成空口密 鑰；所述終端包括第二獲取模塊，用于通過和所述先進(jìn)基站在其傳統(tǒng)區(qū)域交互的消息獲 取所述先進(jìn)基站的基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；第二生成模塊，用于根據(jù)所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和所述終端 側(cè)隨機(jī)數(shù)生成空口密鑰。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述先進(jìn)基站還包括第一發(fā)送模塊，用于向所述終端發(fā)送第一消息，其中，所述第一 消息中攜帶有所述先進(jìn)基站生成的所述基站側(cè)隨機(jī)數(shù)；第一接收模塊，用于接收所述終端 發(fā)送的第二消息，其中，所述第二消息中攜帶有所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)；所述終端還包括第二接收模塊，用于接收所述第一消息；第二發(fā)送模塊，用于向所述 先進(jìn)基站發(fā)送所述第二消息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種密鑰處理方法及系統(tǒng)，該方法包括先進(jìn)基站在其傳統(tǒng)區(qū)域和終端通過消息交互分別獲取對(duì)方側(cè)的隨機(jī)數(shù)；先進(jìn)基站和終端均根據(jù)基站側(cè)隨機(jī)數(shù)和終端側(cè)隨機(jī)數(shù)生成空口密鑰；在終端切換至先進(jìn)基站的先進(jìn)區(qū)域之后，終端和先進(jìn)基站使用空口密鑰進(jìn)行通信。通過本發(fā)明減少了終端切換到目標(biāo)先進(jìn)基站的先進(jìn)區(qū)域的時(shí)延，提高了系統(tǒng)效率。
文檔編號(hào)H04W12/00GK101742492SQ200910211998
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者馮成燕, 劉揚(yáng) 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司