專利名稱：用于安全無(wú)線通信的認(rèn)證的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及無(wú)線通信。
背景技術(shù)：
在典型的無(wú)線通信中，兩個(gè)無(wú)線發(fā)射/接收單元(WTRU)，愛麗絲和鮑勃，在信道上互相通信。為了排除非法實(shí)體，伊芙(Eve)，愛麗絲(Alice)和鮑勃(Bob)通過(guò)加密來(lái)保護(hù)他們的通信。傳統(tǒng)的依賴于計(jì)算難度的加密技術(shù)隨著計(jì)算能力有效性的增加，越來(lái)越不起作用。此外，伊芙可通過(guò)欺騙以各種方式破壞合法的通信，例如通過(guò)模仿合法的通信實(shí)體來(lái)拒絕業(yè)務(wù)或信號(hào)。信息理論安全加密技術(shù)消除了對(duì)于計(jì)算難度的依賴。例如，愛麗絲和鮑勃可以使用無(wú)線信道的互易性來(lái)提取密鑰。這些技術(shù)通常依賴于交換信號(hào)或探測(cè)、無(wú)線信道，例如以時(shí)分雙工(TDD)的方式，來(lái)收集相關(guān)的信息，從該相關(guān)的信息獲得公共的秘密比特。在探測(cè)期間，愛麗絲和鮑勃很難確定他們接收到的信號(hào)來(lái)自于合法的源。因而用于提供安全 (secure)無(wú)線通信的認(rèn)證的方法和裝置是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于安全無(wú)線通信的認(rèn)證的方法和裝置。物理地認(rèn)證接收到的信號(hào)， 并在較高層處理所述信號(hào)。物理認(rèn)證包括使用對(duì)于接收到的信號(hào)和預(yù)定參考數(shù)據(jù)的信道脈沖響應(yīng)(CIR)的測(cè)量來(lái)執(zhí)行假設(shè)檢驗(yàn)。較高層處理包括通過(guò)使用信號(hào)中的單向哈希鏈值來(lái)驗(yàn)證所述信號(hào)。一旦信號(hào)被認(rèn)證，則可以執(zhí)行安全無(wú)線通信。


更詳細(xì)的理解可以從下述結(jié)合附圖給出的示例的描述中得到，其中圖1示出了用于執(zhí)行安全無(wú)線通信的認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)示例的框圖；圖2示出了用于執(zhí)行安全無(wú)線通信的認(rèn)證的無(wú)線發(fā)射/接收單元和基站的示例的框圖；圖3示出了用于安全無(wú)線通信的認(rèn)證的方法示例的示意圖；圖4是雙重認(rèn)證的方法示例的流程圖；圖5示出了使用基于單向哈希鏈的較高層處理的雙重認(rèn)證的方法示例的示意圖； 以及圖6示出了使用重新認(rèn)證來(lái)認(rèn)證安全無(wú)線通信的方法示例的框圖。
具體實(shí)施例方式在下文中提到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“無(wú)線發(fā)射/接收單元(WTRU) ”包括但不局限于用戶設(shè)備 (UE)、移動(dòng)站、固定或移動(dòng)用戶單元、傳呼機(jī)、蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、計(jì)算機(jī)或能夠在無(wú)線環(huán)境中操作的任何其它類型的用戶設(shè)備。下文提及的術(shù)語(yǔ)“基站”包括但不局限于節(jié)點(diǎn)-B、站點(diǎn)控制器、接入點(diǎn)(AP)或能夠在無(wú)線環(huán)境中操作的任何其它類型的接口設(shè)備。術(shù)語(yǔ)“WTRU”和“基站”并不是互斥的。例如，WTRU可以是增強(qiáng)型家庭節(jié)點(diǎn)B (H (e) NB)。在下文中提到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“愛麗絲”包括作為合法通信實(shí)體的WTRU或基站。在下文中提到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“鮑勃”包括作為合法通信實(shí)體的WTRU或基站。在下文中提到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“信息理論安全”包括但不限于非常安全、無(wú)條件的安全以及幾乎是信息理論上的安全。在下文中提到時(shí)，術(shù)語(yǔ)“信任”、“被信任”和“值得信任”，以及各種變形，都指示用于評(píng)價(jià)一個(gè)單元是否將以特定方式運(yùn)行的可計(jì)量和可觀察的方式。圖1示出了用于執(zhí)行安全無(wú)線通信的認(rèn)證的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)100的示例的框圖。網(wǎng)絡(luò)100包括第一 WTRU 110(愛麗絲)、基站120(鮑勃)、和非法通信實(shí)體130(伊芙)。愛麗絲與鮑勃通信。伊芙嘗試進(jìn)行干擾。雖然為了簡(jiǎn)潔起見而顯示為WTRU，但是愛麗絲可以是基站、或任何能夠執(zhí)行無(wú)線通信的其他裝置。雖然為了簡(jiǎn)潔起見而顯示為基站，但是鮑勃可以是WTRU、或任何能夠執(zhí)行無(wú)線通信的其他裝置。此外，顯而易見的是，無(wú)線和有線設(shè)備的任何組合都可以包括在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)100中。圖2是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)100的示例的更詳細(xì)的框圖，所述無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)100包括顯示為WTRU 110的愛麗絲和顯示為基站120的鮑勃。如圖所示，愛麗絲和鮑勃被配置為執(zhí)行用于安全無(wú)線通信的認(rèn)證的方法。除了在典型的WTRU中可以發(fā)現(xiàn)的元件外，WTRU 110還包括具有可選連接的存儲(chǔ)器213的處理器211、至少一個(gè)收發(fā)信機(jī)215、可選的電池217和天線219。處理器211被配置為執(zhí)行用于安全無(wú)線通信的認(rèn)證的方法。收發(fā)信機(jī)215與處理器211和天線219通信， 以促進(jìn)無(wú)線通信的發(fā)送和接收。在電池217用于WTRU 110中的情況下，它給收發(fā)信機(jī)215 和處理器211供電。除了在典型的基站中可以發(fā)現(xiàn)的元件外，基站120還包括具有可選連接的存儲(chǔ)器 223的處理器221、收發(fā)信機(jī)225、和天線227。處理器221被配置為執(zhí)行用于安全無(wú)線通信的認(rèn)證的方法。收發(fā)信機(jī)225與處理器221和天線227通信，以促進(jìn)無(wú)線通信的發(fā)送和接收。在典型的豐富散布的環(huán)境中，無(wú)線電信道響應(yīng)在空間中快速地去相關(guān)。可使用將信道探測(cè)、帶寬W上的M個(gè)復(fù)雜頻率響應(yīng)采樣與假設(shè)檢驗(yàn)相結(jié)合的基于物理層信道的方法來(lái)確定是否由同一個(gè)通信實(shí)體做出了當(dāng)前和之前的通信嘗試。這樣，能夠認(rèn)證合法實(shí)體，并且能夠檢測(cè)出非法實(shí)體。響應(yīng)于欺騙攻擊，接收機(jī)不能檢測(cè)特定百分比的非法信號(hào)，稱作丟失率，從而接受欺騙消息是有效的。一旦錯(cuò)失了攻擊，在合法通信實(shí)體嘗試認(rèn)證時(shí)，接收機(jī)可生成特定百分比的錯(cuò)誤拒絕，稱作誤報(bào)警率。為了抵消誤報(bào)警和漏檢的非零的可能性，以及由于遺漏或丟失信號(hào)的去相關(guān)的可能性，可將依賴于哈希函數(shù)的完全(purely)加密性質(zhì)和基于轉(zhuǎn)化單向函數(shù)(F(.))的計(jì)算難度提供加密保護(hù)的單向哈希鏈與基于信道的方法相結(jié)合。圖3是用于安全無(wú)線通信的認(rèn)證的方法示例的流程圖。愛麗絲發(fā)送包括唯一標(biāo)識(shí)符(例如，媒體介入控制(MAC)地址)的信號(hào)A1給鮑勃，以在310中建立連接。鮑勃接收信號(hào)A1，并使用雙重認(rèn)證算法在320中認(rèn)證所述信號(hào)，所述算法包括基于信道的驗(yàn)證和完全加密驗(yàn)證。伊芙通過(guò)在330中發(fā)送包括愛麗絲的MAC地址的欺騙信號(hào)E1給鮑勃，嘗試進(jìn)行欺騙攻擊，從而獲得非法接入。鮑勃在340中接收伊芙的欺騙信號(hào)E1,并使用雙重認(rèn)證算法來(lái)檢測(cè)伊芙的欺騙攻擊。鮑勃在350中響應(yīng)于檢測(cè)到伊芙的欺騙攻擊，而執(zhí)行安全算法，例如依賴于系統(tǒng)的方法。圖4是雙重認(rèn)證的方法示例的流程圖。鮑勃在410接收包括唯一標(biāo)識(shí)符(MAC地址)的信號(hào)，并基于接收到的信號(hào)生成信道脈沖響應(yīng)(CIR)測(cè)量。鮑勃在420檢查參考表， 以確定是否存在與MAC地址相關(guān)聯(lián)的有效參考CHR數(shù)據(jù)。如果存在CHR參考數(shù)據(jù)，則鮑勃在430執(zhí)行以太方法中的指紋(FP)技術(shù)。例如，典型的FP方法包括用于記錄與特定WTRU 相關(guān)聯(lián)的CHR測(cè)量的形態(tài)(shape)的存儲(chǔ)機(jī)制的配置，例如，經(jīng)由MAC地址。一旦接收到意圖從WTRU發(fā)起的信號(hào)，接收機(jī)獲得信號(hào)的CHR測(cè)量，并將其與記錄的CHR相比較。如果兩個(gè)CIR匹配，則信號(hào)解釋為可信。如果FP方法沒有檢測(cè)到可能的攻擊(I (k) = 0)，或者如果不存在CHR參考數(shù)據(jù) (Kk) =2)，則鮑勃在440執(zhí)行較高層處理，例如MAC層認(rèn)證。可選地，較高層處理可以是名義上的，從而I2(k) =0，或者可以省略。如果CHR參考數(shù)據(jù)已被認(rèn)證，則將其記錄在參考表中。CHR測(cè)量可能會(huì)隨時(shí)間失去時(shí)效。例如，在等于信道一致性時(shí)間的周期過(guò)去之后， CHR可以完全去相關(guān)。失效的信道數(shù)據(jù)的使用會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)警。因而，CHR參考表包括用于每個(gè)CIR記錄的定時(shí)器。當(dāng)定時(shí)器達(dá)到最大生命周期，Nt時(shí)，CHR記錄終止，并且可選地，被刪除。設(shè)置了 CHR記錄，的最大生命周期，Nt，從而在相關(guān)信道相干時(shí)間內(nèi)每個(gè)CIR記錄終止?；剡^(guò)頭參考圖4，在430中FP方法使用CHR數(shù)據(jù)和假設(shè)檢驗(yàn)來(lái)區(qū)分發(fā)射機(jī)以及檢測(cè)欺騙消息。假設(shè)檢驗(yàn)包括運(yùn)行檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)函數(shù)，其提供與檢驗(yàn)門限相比較的矩陣，以產(chǎn)生假設(shè)結(jié)果。檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)函數(shù)，L (H0, H1)，被計(jì)算用于評(píng)價(jià)輸入CHR數(shù)據(jù)，H1,和參考CHR數(shù)據(jù)，H0, 之間的差異。檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)函數(shù)的結(jié)果與檢驗(yàn)門限Thre相比較。如果Htl和H1沒有足夠相似使 L(HojH1) > Thre，則FP方法報(bào)警。其中I(k)指示FP方法在時(shí)間k處的結(jié)果，F(xiàn)P方法可表示為
0，L(H1Ik),H0(k))<ThreI(k) = < 1，1(^(0,//0(0077^等式⑴
2,無(wú) //。(A:)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)函數(shù)近似地表示基于時(shí)間不變信道模型的廣義似然比檢驗(yàn)。信道參數(shù)， 例如信道相干時(shí)間，可隨著時(shí)間顯著地變化，并且可以依賴于環(huán)境的變化。顯而易見的是在不超出本申請(qǐng)的范圍的情況下，可依賴于特定信道模型實(shí)施其他的函數(shù)。表1示出了檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)函數(shù)的若干示例性應(yīng)用。表 1
權(quán)利要求
1.一種在無(wú)線通信中使用的方法，該方法包括 從無(wú)線發(fā)射/接收單元(WTRU)接收信號(hào)；以及通過(guò)以下過(guò)程來(lái)認(rèn)證所接收到的信號(hào)物理地認(rèn)證所接收到的信號(hào)，和較高層處理所接收到的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述物理地認(rèn)證包括 基于包括在所述信號(hào)中的數(shù)據(jù)來(lái)確定預(yù)定的物理屬性是否可用；以及在所述預(yù)定的物理屬性可用的情況下，確定所接收到的信號(hào)的物理屬性是否與所述預(yù)定的物理屬性相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述物理地認(rèn)證包括通過(guò)以下過(guò)程評(píng)估所接收到的信號(hào)的信道脈沖響應(yīng)(CIR)測(cè)量將所述CIR測(cè)量的形態(tài)和與包括在所接收到的信號(hào)中的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的預(yù)定CIR測(cè)量的形態(tài)進(jìn)行比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述認(rèn)證所接收到的信號(hào)包括存儲(chǔ)與包括在所接收到的信號(hào)中的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的所接收到的信號(hào)的物理屬性和定時(shí)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括 響應(yīng)于認(rèn)證失敗而執(zhí)行安全策略。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述物理地認(rèn)證包括假設(shè)檢驗(yàn)，該假設(shè)檢驗(yàn)包括 使用檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)函數(shù)來(lái)計(jì)算假設(shè)結(jié)果；以及將所述假設(shè)結(jié)果與門限進(jìn)行比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述假設(shè)檢驗(yàn)包括自適應(yīng)地確定所述門限。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述較高層處理包括完全密碼驗(yàn)證。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接收信號(hào)包括從所述WTRU接收多個(gè)信號(hào)，其中每個(gè)信號(hào)包括單向哈希鏈的元素；并且所述較高層處理包括確定所述多個(gè)信號(hào)中的第一信號(hào)中的第一單向哈希鏈元素的哈希值是否與所述多個(gè)信號(hào)中的第二信號(hào)中的第二單向哈希鏈元素相匹配。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括 執(zhí)行與所述WTRU的安全無(wú)線通信。
11.一種無(wú)線發(fā)射/接收單元(WTRU)，該WTRU包括 接收機(jī)，被配置為從第二 WTRU接收信號(hào)；以及處理器，被配置為通過(guò)以下過(guò)程來(lái)認(rèn)證所接收到的信號(hào) 物理地認(rèn)證所接收到的信號(hào)，和較高層處理所接收到的信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的WTRU，其中所述處理器被配置為通過(guò)以下過(guò)程來(lái)進(jìn)行物理地認(rèn)證基于包括在所述信號(hào)中的數(shù)據(jù)來(lái)確定預(yù)定的物理屬性是否可用；以及在所述預(yù)定的物理屬性可用的情況下，確定所接收到的信號(hào)的物理屬性是否與所述預(yù)定的物理屬性相匹配。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的WTRU，其中所述處理器被配置為通過(guò)以下過(guò)程評(píng)估所接收到的信號(hào)的信道脈沖響應(yīng)(CIR)測(cè)量來(lái)進(jìn)行物理地認(rèn)證將所述CHR測(cè)量的形態(tài)和與包括在所接收到的信號(hào)中的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的預(yù)定CIR測(cè)量的形態(tài)進(jìn)行比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的WTRU，其中所述處理器被配置為存儲(chǔ)與包括在所接收到的信號(hào)中的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的所接收到的信號(hào)的物理屬性和定時(shí)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的WTRU，其中所述處理器被配置為響應(yīng)于認(rèn)證失敗而執(zhí)行安全策略。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的WTRU，其中所述處理器被配置為通過(guò)執(zhí)行假設(shè)檢驗(yàn)來(lái)進(jìn)行物理地認(rèn)證，該假設(shè)檢驗(yàn)包括使用檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)函數(shù)來(lái)計(jì)算假設(shè)結(jié)果；以及將所述假設(shè)結(jié)果與門限進(jìn)行比較。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的WTRU，其中所述處理器被配置為自適應(yīng)地確定所述門限。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的WTRU，其中所述處理器被配置為通過(guò)執(zhí)行完全密碼驗(yàn)證來(lái)執(zhí)行較高層處理。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的WTRU，其中所述接收機(jī)被配置為從所述第二WTRU接收多個(gè)信號(hào)，其中每個(gè)信號(hào)包括單向哈希鏈的元素；并且所述處理器被配置為通過(guò)以下過(guò)程來(lái)執(zhí)行較高層處理確定所述多個(gè)信號(hào)中的第一信號(hào)中的第一單向哈希鏈元素的哈希值是否與所述多個(gè)信號(hào)中的第二信號(hào)中的第二單向哈希鏈元素相匹配。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的WTRU，該WTRU還包括 發(fā)射機(jī)，被配置為執(zhí)行與所述第二 WTRU的安全無(wú)線通信。
全文摘要
提供了一種用于安全無(wú)線通信的認(rèn)證的方法和裝置。物理地認(rèn)證接收到的信號(hào)，并在較高層處理所述信號(hào)。物理認(rèn)證包括使用對(duì)于接收到的信號(hào)和預(yù)定參考數(shù)據(jù)的信道脈沖響應(yīng)(CIR)測(cè)量來(lái)執(zhí)行假設(shè)檢驗(yàn)。較高層處理包括通過(guò)在信號(hào)中使用單向哈希鏈值來(lái)驗(yàn)證所述信號(hào)。一旦信號(hào)被認(rèn)證，則執(zhí)行安全無(wú)線通信。
文檔編號(hào)H04L9/32GK102197624SQ200980142472
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者A·列茲尼克, C·葉, L·肖, S·馬圖爾, Y·C·沙阿 申請(qǐng)人:交互數(shù)字專利控股公司