專利名稱：保護移動臺匿名的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在無線電通信系統(tǒng)中保護移動臺匿名的方法；更具體說，是當網(wǎng)絡在識別移動臺的TID失敗時，建立一個臨時移動臺標識符(TID)。
美國目前使用三種主要無線電通信系統(tǒng)，標準各不相同。第一種系統(tǒng)是時分多址聯(lián)接系統(tǒng)(TDMA)，采用IS-136標準，第二種是碼分多址聯(lián)接(CDMA)系統(tǒng)，采用IS-95標準，第三種是AdvancedMobile Phone System(AMPS)(高級移動臺系統(tǒng))。所有三種系統(tǒng)的系統(tǒng)間通話都使用IS-41標準，此標準規(guī)定了呼叫開始期的認證程序、秘密共享數(shù)據(jù)的修改、等等。


圖1畫出一種無線電通信系統(tǒng)，它包括一個認證中心(AC)和一個歸屬位置寄存器(HLR)10、一個訪問位置寄存器(VLR)15、和一部移動臺(mobile)20。雖然一個AC可以與多于一個HLR聯(lián)接，但目前是一一對應。因此，圖1把HLR和AC畫成一體，盡管它們是分開的。還有，為簡單起見，后面論及HLR和AC的說明都合起來稱為AC/HLR。再有，VLR把信息發(fā)送至與之關聯(lián)的多個移動交換中心(MSC)之一，每一個MSC又把消息發(fā)送至多個基站(BS)之一，以便發(fā)送至移動臺。為簡單起見，此VLR、各個MSC和BS將被稱為并表示為一個VLR。為一個網(wǎng)絡供應公司工作的各個AC、HLR、VLR、MSC和BS，合起來稱為一個網(wǎng)絡。
一個根密鑰，常被稱為A-密鑰，僅僅存儲在AC/HLR 10和移動臺20上。在移動臺漫游時(即移動臺在它的歸屬覆蓋區(qū)域以外時)，還有一個被稱為共享秘密數(shù)據(jù)SSD的輔助密鑰，被發(fā)送至VLR 15。此SSD是用一種密碼算法或密碼函數(shù)，由A-密鑰和一個隨機種子RANDSSD產(chǎn)生。一個密碼函數(shù)是一個函數(shù)，它根據(jù)可能輸入的范圍產(chǎn)生具有預定位數(shù)的一個輸出。一個密鑰密碼函數(shù)(KCF)是一類密碼函數(shù)，它根據(jù)某個密鑰來運算；例如，一個密碼函數(shù)對兩個或多個變元(即輸入)進行運算，其中一個變元是密鑰。除非密鑰已知，否則不能從所用的KCF的輸出和知識，確定輸入。加密/解密算法是密碼函數(shù)的一些類型。單向函數(shù)像偽隨機函數(shù)(PRF)和消息認證碼(MAC)都屬密碼函數(shù)。符號KCFSK(RN＇)表示用會話密鑰SK作密鑰的隨機數(shù)RN＇的KCF。會話密鑰是維持一段會話的密鑰，而一段會話是指一段時間段，諸如一個呼叫的長度。在IS-41協(xié)議中，使用的密碼函數(shù)是CAVE(Cellular Authentication and Voice Encryption)(蜂窩認證和聲音加密)。
在諸如呼叫開始期、登記、更新秘密共享數(shù)據(jù)等等過程中，用戶標識信息作為通信的一部分，從移動臺傳送至網(wǎng)絡。用戶標識信息包括例如移動臺標識號(MIN)和/或電子序號(ESN)。為方便討論，永久ID一詞被用來涵蓋一個或多個移動臺標識信息元素。但是，使用永久ID有可能讓一個攻擊者識別并跟蹤一部移動臺；從而識別并跟蹤此移動臺的用戶。許多移動臺用戶對這種缺乏保密性不滿意。
維護移動臺匿名權和保護隱私的一種技術，是使用假名或臨時ID(TID)。一旦確立，通信便使用TID。但是，簡單地使用匿名看來是無效的，因為它可能使一個攻擊者模仿一些條件，在這些條件下，移動臺將泄露它的真實或永久ID。
通常，攻擊一定包括阻斷一部移動臺與網(wǎng)絡之間的部分通信，在阻斷通信時，網(wǎng)絡已經(jīng)更新了TID，于是，移動臺不能確認一個更新了的TID，而采用從前的TID。由于更新不同步，網(wǎng)絡不能識別這個移動臺，為了重新建立通信，這個移動臺便使用它的永久ID。另外一種情況是，萬一網(wǎng)絡出現(xiàn)嚴重事故，網(wǎng)絡在識別一部移動臺的TID時失敗。因此，一個攻擊者同樣能夠模仿網(wǎng)絡嚴重事故，迫使一部移動臺泄露其永久ID。
在按照本發(fā)明的保護移動臺匿名的方法中，移動臺用公用密鑰對其永久ID加密，并響應網(wǎng)絡發(fā)送來的一個TID更新請求，把加密了的永久ID發(fā)送至網(wǎng)絡。隨同TID更新請求，移動臺還收到一個第一詢問，然后，利用一個密鑰，用第一詢問和一個移動臺產(chǎn)生的第二詢問計算一個密鑰密碼函數(shù)，產(chǎn)生一個第一詢問的響應。第一詢問響應和第二詢問被發(fā)送至網(wǎng)絡。通過把移動臺的永久ID解密，網(wǎng)絡能夠讀取產(chǎn)生第一詢問響應的密鑰，并認證這個移動臺。
移動臺一旦被認證，網(wǎng)絡便根據(jù)第一和第二詢問，為移動臺計算一個TID。網(wǎng)絡還要根據(jù)第二詢問，產(chǎn)生一個第二詢問響應，并把第二詢問響應發(fā)送至移動臺。移動臺根據(jù)第二詢問響應來認證網(wǎng)絡。一旦網(wǎng)絡被認證，移動臺根據(jù)第一和第二詢問，以與網(wǎng)絡相同的方式，計算該TID。作為這個過程的一部分，網(wǎng)絡也可以把一個新的公用密鑰發(fā)送至移動臺。
因為移動臺的永久ID是經(jīng)公用密鑰加密后傳送至網(wǎng)絡的，所以移動臺的永久ID受到保護，免遭攻擊。因此，不論是遭受攻擊或系統(tǒng)出錯，萬一網(wǎng)絡在識別一部移動臺的TID時失敗，移動臺的永久ID也不會泄露。
從下面詳細的說明和附圖，可以更完整地了解本發(fā)明，附圖只為示例而給出，在各圖中，用相同的參考數(shù)字標記相應的部分，其中圖1畫出一個通常的無線電通信系統(tǒng)；圖2畫出按照本發(fā)明的方法，在移動臺與網(wǎng)絡之間建立一個新的TID時的通信；和圖3畫出按照本發(fā)明的方法，在移動臺與網(wǎng)絡之間更新網(wǎng)絡的公用密鑰時的通信。
按照本發(fā)明的建立一個臨時移動臺標識符(TID)的方法，將參照圖1的無線電通信系統(tǒng)加以說明。按照本發(fā)明的方法，要包含把移動臺20的永久ID傳送至網(wǎng)絡，但是這一泄漏因使用公用密鑰加密而受到保護。
公用密鑰加密是非對稱加密，而用例如專用密鑰加密則是對稱加密。在對稱加密中，可以用加密算法和專用密鑰的知識來解密。與此相反，在公用密鑰加密中，即使有加密算法和公用密鑰的知識，也不可能解密。要把被公用密鑰加密所加密的信息解密，必須知道公用密鑰的解密密鑰。因此，按照本發(fā)明的方法，只有與移動臺20關聯(lián)的AC/HLR 10儲存了并握有關于公用密鑰的解密密鑰的知識。
除A-密鑰外，AC/HLR 10和移動臺20存儲有被稱為M-密鑰和T-密鑰的輔助密鑰，兩者都根據(jù)A-密鑰產(chǎn)生。M-密鑰和T-密鑰用一個偽隨機函數(shù)(PRF)產(chǎn)生，此偽隨機函數(shù)由A-密鑰用網(wǎng)絡和移動臺20知道的一個數(shù)值來檢索。一個實用的PRF是熟知的根據(jù)NIST(National Institute of Standard)的Data Encryption Standard-Cipher Block Chaining(DES-CBC)算法(數(shù)據(jù)加密標準-密碼分組鏈接算法)。在一個優(yōu)選的實施例里，由64位的A-密鑰用第一個已知值檢索DES-CBC而產(chǎn)生一個64位的M-密鑰，由64位的A-密鑰用第二個已知值檢索DES-CBC而產(chǎn)生一個64位的T-密鑰。
按照本發(fā)明建立一個TID的方法將參照圖2加以說明。如圖所示，VLR 15的作用像是AC/HLR 10與移動臺20之間的一個通信管道。更具體說，按照本發(fā)明建立一個TID的方法，是在AC與移動臺20之間執(zhí)行。假設移動臺20要作一次系統(tǒng)訪問。當移動臺20要作系統(tǒng)訪問而AC/HLR 10在識別系統(tǒng)訪問內的TID時失敗，例如網(wǎng)絡出現(xiàn)嚴重事故或存在不同步情況，AC/HLR 10將不處理這一系統(tǒng)訪問。代替的是，AC/HLR 10產(chǎn)生一個隨機數(shù)RN作為一個詢問，并向移動臺20發(fā)送一個TID更新請求和這個隨機數(shù)RN。為易于辨認，由網(wǎng)絡作為詢問而產(chǎn)生的隨機數(shù)將記作RN，而由移動臺20作為詢問而產(chǎn)生的隨機數(shù)將記作RM。
在響應TID更新請求中，移動臺20產(chǎn)生一個隨機數(shù)r，同時，公用密鑰用網(wǎng)絡的公用密鑰PK為移動臺20的永久ID和這個隨機數(shù)r加密。這一加密以ENCPK(ID，r)表示。這個加密算法ENC最好用快速公用密鑰加密算法，如低階的Rabin或RSA算法；不過，任何公用密鑰加密算法都可以用。隨機數(shù)r是隨著公用密鑰加密的，所以加密結果將隨每一個詢問而不同。不然，一個攻擊者可以利用加密結果發(fā)動攻擊。用隨機數(shù)r把公用密鑰加密是概率加密的一種方式。同業(yè)人士清楚，代替上述的概率加密方式，任何概率加密方式都可以使用。
移動臺20用內置的隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個隨機數(shù)RM，并用M-密鑰作為密鑰，用隨機數(shù)RN和RM、Type數(shù)據(jù)、和id數(shù)據(jù)0，計算密鑰密碼算法或函數(shù)(KCF)，以獲得一個詢問響應。這一計算以KCFM-Key(Type，0，RM，RN)表示。這個KCF最好是一個密鑰消息認證碼，如HMAC，但也可以是一個PRF，如DES-CBC。Type數(shù)據(jù)代表執(zhí)行的協(xié)議類型；即TID更新協(xié)議類型。其他協(xié)議類型包括呼叫開始期、呼叫終止期、和移動臺登記。id數(shù)據(jù)0表明通信發(fā)自移動臺。相反，id數(shù)據(jù)1表明通信發(fā)自網(wǎng)絡。然后，移動臺20向AC/HLR10發(fā)送隨機數(shù)r、加密結果ENCPK(ID，r)、隨機數(shù)RM、和詢問響應KCFM-Key(Type，0，RM，RN)。
AC/HLR 10用隨機數(shù)r和與網(wǎng)絡的公用密鑰關聯(lián)的解密密鑰，對加密結果解密，以獲得移動臺20的永久ID。AC/HLR 10對與之關聯(lián)的各個移動臺，都預先存儲了它們的永久ID，以及與永久ID相關的TID、A-密鑰、輔助密鑰、和其他信息。因此，當AC/HLR 10收到移動臺20的永久ID時，AC/HLR 10便知道，比如說該移動臺20的輔助密鑰。
因為AC/HLR 10以TID更新請求啟動TID更新協(xié)議，AC/HLR 10知道Type數(shù)據(jù)，又因為來自移動臺的通信包含相同的id數(shù)據(jù)0，所以這個數(shù)值也是知道的。因此，利用收到的隨機數(shù)RM，AC/HLR 10計算KCFM-Key(Type，0，RM，RN)。然后，AC/HLR 10驗證計算的KCFM-Key(Type，0，RM，RN)內容是否符合從移動臺20收到的內容。如果發(fā)現(xiàn)符合，AC/HLR 10認證了移動臺20。移動臺20一旦被認證，AC/HLR 10便計算新的TID作為PRFT-Key(RM，RN)；其中的PRF最好是DES-CBC。下一步，AC/HLR 10計算KCFM-Key(Type，1，RM)作為一個詢問響應，這里1是網(wǎng)絡的id數(shù)據(jù)，并把計算出的詢問響應發(fā)送至移動臺20。
移動臺20從TID更新請求中知道Type數(shù)據(jù)，又知道發(fā)自網(wǎng)絡的通信包含id數(shù)據(jù)1。據(jù)此，移動臺20計算KCFM-Key(Type，1，RM)。然后，移動臺20驗證計算的KCFM-Key(Type，1，RM)內容是否符合從AC/HLR 10收到的內容。如果發(fā)現(xiàn)符合，移動臺20便認證了網(wǎng)絡。網(wǎng)絡一旦被認證，移動臺20便按與AC/HLR 10相同的方式，計算如PRFT-Key(RM，RN)的新的TID。
因為移動臺20的永久ID是經(jīng)概率公用密鑰加密，才傳送至網(wǎng)絡，所以移動臺20的永久ID受到保護，免遭攻擊。因此，不論是遭受攻擊或系統(tǒng)出錯，萬一網(wǎng)絡在識別一部移動臺的TID時失敗，移動臺的永久ID也不會泄露。
作為又一種變化，當網(wǎng)絡在識別一部移動臺的TID時失敗，代替執(zhí)行本發(fā)明的方法去建立一個TID，也可以由移動臺在每一次系統(tǒng)訪問中執(zhí)行本方法。照這樣不斷更新TID，發(fā)動攻擊就極其困難。
在說明按照本發(fā)明的建立一個TID的方法時，假定了移動臺20以前就獲得網(wǎng)絡的公用密鑰。例如，移動臺20可能作為服務設施的一部分而獲得公用密鑰。當一部移動臺20被調定通過一給定網(wǎng)絡(即服務設施)通信時，A-密鑰和其他信息都被編程放入移動臺20內；通常是在網(wǎng)絡提供商的業(yè)務室內完成。在這個過程中，網(wǎng)絡的公用密鑰也給予移動臺20。
換一種辦法，被稱為OTASP(通過空間的服務設施)的通過空間向各個移動臺提供服務的技術，以及通過空間安全地傳送敏感信息的技術已經(jīng)成熟。例如，IS-41協(xié)議規(guī)定一種OTASP協(xié)議。這些技術的任一種都可以用來向移動臺20提供網(wǎng)絡的公用密鑰。這里推薦用相關申請列舉的一種傳送敏感信息的技術，向移動臺20提供網(wǎng)絡的公用密鑰，在此全文收入此技術，以備參考。
一個網(wǎng)絡服務提供商還需要定期更新公用密鑰。按照本發(fā)明，用來建立一個TID的公用密鑰，其更新方法畫在圖3上。如圖所示，AC/HLR 10產(chǎn)生一個隨機數(shù)RN作為一個詢問，并把隨機數(shù)RN和一個新的公用密鑰PK，發(fā)送至移動臺20。
作為響應，移動臺20產(chǎn)生一個隨機數(shù)RM，同時，利用M-密鑰作為密鑰，用隨機數(shù)RN和RM、Type數(shù)據(jù)、id數(shù)據(jù)0、和公用密鑰PK，計算一個KCF，以獲得一個詢問響應。這一計算以KCFM-Key(Type，0，RM，RN，PK)表示。KCF最好是一個密鑰消息認證碼，如HMAC，但也可以是一個PRF，如DES-CBC。然后，移動臺20把隨機數(shù)RM和詢問響應KCFM-Key(Type，0，RM，RN，PK)發(fā)送至AC/HLR 10。
AC/HLR 10使用收到的隨機數(shù)RM計算KCFM-Key(Type，0，RM，RN，PK)。然后，AC/HLR 10驗證計算的KCFM-Key(Type，0，RM，RN，PK)內容是否符合從移動臺20收到的內容。如果發(fā)現(xiàn)符合，AC/HLR 10認證了移動臺20。如果AC/HLR 10不能認證移動臺20，那么AC/HLR 10重新啟動公用密鑰更新協(xié)議。
下一步，AC/HLR 10計算KCFM-Key(Type，1，RM)作為一個詢問響應，這里1是網(wǎng)絡的id數(shù)據(jù)，并把計算結果發(fā)送至移動臺20。
移動臺20也要計算KCFM-Key(Type，1，RM)。然后，移動臺20驗證計算的KCFM-Key(Type，1，RM)內容是否符合從AC/HLR 10收到的內容。如果發(fā)現(xiàn)符合，移動臺20便認證了網(wǎng)絡。如果移動臺20不認證這個網(wǎng)絡，那么移動臺20用新的公用密鑰來更新網(wǎng)絡的公用密鑰。
上面討論的公用密鑰更新協(xié)議，可以作為圖2說明的TID更新協(xié)議的一部分來執(zhí)行。例如，新的公用密鑰由AC/HLR 10隨同TID更新請求一道發(fā)送，而新的公用密鑰被移動臺20用來加密其永久ID。此外，移動臺20產(chǎn)生的詢問響應含有新的公用密鑰作為一個變元。
公用密鑰更新協(xié)議也可以作為其他更新協(xié)議，如一個SSD更新協(xié)議的一部分來執(zhí)行。
對本發(fā)明的說明已如上述，顯然，如上說明的本發(fā)明還可以有許多變化。這類變化不應被認為偏離本發(fā)明的精神實質和涵蓋范圍，所有這類改變將包括在下面權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種在一部移動臺上建立一個臨時移動臺標識符(TID)的方法，包括a)接收一個第一代碼；b)產(chǎn)生一個第二代碼；c)使用所述網(wǎng)絡的一個公共密鑰，對所述移動臺的永久ID進行公共密鑰加密；d)向所述網(wǎng)絡發(fā)送所述第二代碼和所述被加密的永久ID；和e)根據(jù)所述第一代碼，建立一個TID。
2.按照權利要求1的方法，其中所述步驟a)從所述網(wǎng)絡接收所述第一代碼和一個TID更新請求；和所述步驟d)和e)是為響應所述TID更新請求而執(zhí)行的。
3.按照權利要求1的方法，其中所述代碼是一個詢問；和所述步驟b)利用一個密鑰，在所述第一代碼上執(zhí)行一個密鑰密碼函數(shù)，產(chǎn)生所述第二代碼，作為詢問的一個響應。
4.按照權利要求1的方法，其中所述代碼是一個詢問；和所述步驟b)利用所述密鑰、及表明所述網(wǎng)絡和所述移動臺執(zhí)行的協(xié)議類型的類型數(shù)據(jù)，在所述第一代碼和所述類型數(shù)據(jù)上執(zhí)行一個密鑰密碼函數(shù)，產(chǎn)生所述第二代碼，作為詢問的一個響應。
5.按照權利要求1的方法，還包括f)產(chǎn)生一個詢問；而其中所述步驟d)向所述網(wǎng)絡發(fā)送所述詢問、所述第二代碼、和所述被加密的永久ID。
6.按照權利要求5的方法，還包括g)從所述網(wǎng)絡接收一個詢問響應；h)根據(jù)所述詢問響應，認證所述網(wǎng)絡；又，其中所述步驟e)是當所述步驟h)認證了所述網(wǎng)絡時，才建立所述TID。
7.按照權利要求5的方法，其中所述步驟e)根據(jù)所述詢問和所述第一代碼，建立所述TID。
8.按照權利要求1的方法，其中所述步驟a)從所述網(wǎng)絡接收所述第一代碼和一個公共密鑰。
9.按照權利要求8的方法，其中所述步驟b)利用一個密鑰，在所述第一代碼和所述公共密鑰上執(zhí)行一個密鑰密碼函數(shù)，產(chǎn)生所述第二代碼。
10.一種在一個網(wǎng)絡上建立一個臨時移動臺標識符(TID)的方法，包括a)從一部移動臺接收第一、第二、和第三代碼，所述第三代碼是使用所述網(wǎng)絡的一個公共密鑰，對所述移動臺永久ID進行公共密鑰加密的密碼；b)對所述第三代碼解密，獲得所述移動臺的所述永久ID；c)根據(jù)所述移動臺的所述被解密的永久ID，訪問與所述移動臺相關的并由所述網(wǎng)絡儲存的一個密鑰；d)根據(jù)所述密鑰和所述第二代碼，認證所述移動臺；和f)如果所述移動臺已被認證，則根據(jù)所述第一代碼為所述移動臺建立一個TID。
11.按照權利要求10的方法，還包括g)向所述移動臺發(fā)送一個第一詢問；而其中所述步驟a)接收作為所述第一詢問的響應的一個詢問，作為所述第二代碼。
12.按照權利要求11的方法，其中所述步驟a)接收一個第二詢問，作為所述第一代碼。
13.按照權利要求12的方法，其中所述步驟f)根據(jù)所述第一和第二詢問，建立所述TID。
14.按照權利要求11的方法，其中所述詢問的響應，是利用一個密鑰，在所述第一代碼和所述第一詢問上執(zhí)行一個密鑰密碼函數(shù)的結果。
15.按照權利要求11的方法，其中所述詢問的響應，是利用一個密鑰，在所述第一代碼和類型數(shù)據(jù)上執(zhí)行一個密鑰密碼函數(shù)的結果，所述類型數(shù)據(jù)指明所述網(wǎng)絡和所述移動臺執(zhí)行的協(xié)議的一種類型。
16.按照權利要求11的方法，其中所述步驟g)向所述移動臺發(fā)送一個所述網(wǎng)絡的新的公共密鑰、和所述詢問。
17.按照權利要求16的方法，其中所述詢問的響應，是利用一個密鑰，在所述第一代碼和所述新的公共密鑰上執(zhí)行一個密鑰密碼函數(shù)的結果。
18.按照權利要求11的方法，其中所述步驟g)發(fā)送一個TID更新請求和所述詢問。
全文摘要
在保護移動臺匿名的方法中,網(wǎng)絡把一個臨時移動臺標識符(TID)連同一個詢問發(fā)送至移動臺。作為響應,移動臺用網(wǎng)絡的公用密鑰,通過公用密鑰加密,把它的永久ID加密,并把加密的結果發(fā)送至網(wǎng)絡。同樣,移動臺產(chǎn)生一個第二詢問和一個第一詢問響應。這個第一詢問響應,是利用一個密鑰,用第一和第二詢問來計算一個密鑰密碼函數(shù)(KCF)而產(chǎn)生的。移動臺把第二詢問和第一詢問響應,連同加密了的永久ID,發(fā)送至網(wǎng)絡。
文檔編號H04L9/32GK1256596SQ9911830
公開日2000年6月14日 申請日期1999年8月26日 優(yōu)先權日1998年8月28日
發(fā)明者薩瓦·帕特爾 申請人:朗迅科技公司