CN101371602A - 鉴权密钥上下文的到期前清除 - Google Patents

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Abstract

本文中描述了用于管理鉴权密钥上下文的方法和装置的多个实施例。在多个实施例中，所述方法和装置包括即使请求者的鉴权密钥还未到期也选择性地清除其鉴权密钥上下文。

Description

鉴权密钥上下文的到期前清除
技术领域
本发明的实施例涉及数据处理及数据通信领域，具体地，涉及无线网络技术。
背景技术
电气和电子工程师协会(IEEE)802.11e标准(IEEE标准委员会于2005年在纽约皮斯卡塔韦批准)等，定义了用于无线城域网(MAN)的微波接入全球互通(WiMAX)的各个方面。WiMAX所支持的功能包括移动用户台(MSS)从一个基站(BS)到另一个基站的高速无缝切换(HO)，其不会危及用户或网络安全性。
为支持高速安全HO模型，定义了用于HO的自动密钥导出，其中，在MSS仍旧与源BS相连的时候，由目标基站(BS)和MSS两者共同在HO之前导出用于BS的鉴权密钥(AK)。因此，MSS可以在无需执行冗长的鉴权、授权和计费(AAA)会话并且跳过连接到新BS的主要费时阶段的情况下进行HO，从而实现无缝且安全的较低执行时间的HO。
典型地，从父密钥(成对主密钥-PMK)自动导出AK的机制在BS和MSS两者处生成用于该导出AK的被称为AK上下文的新的上下文。新的AK上下文仅能被导出一次(每个BS和PMK)，并且使用至密钥(PMK)到期为止，以保持安全性(如果对于相同的AK两次生成新的上下文，则这将是一个允许重放攻击的安全漏洞)。对于每个WiMAX，默认的实现方式是缓存AK和AK上下文，直至相应的PMK不再有效(即，到期)，在大多数网络中，这个时间可以是若干天。这可以导致BS缓存大量AK和AK上下文，所述AK和AK上下文并不仅仅属于网络中当前活动的MSS，还属于曾经连接并离开网络但仍具有有效PMK的MSS。由于PMK可以被缓存若干天，所以可以缓存的PMK、AK和AK上下文的数量可能非常大，导致长时间搜索以及BS中较大存储器需求，导致高成本BS。
附图说明
图1示出适于实现本发明的示例性无线MAN。
图2示出根据不同实施例的在图1的无线MAN中的AK生成和HO。
图3示出根据本发明不同实施例的本发明的方法，包括AK上下文的到期前清除。
图4示出根据不同实施例的适于用作图1中的BS、鉴权器或者寻呼控制器的计算设备，包括具有程序指令的产品，所述程序指令被配置为使该计算设备能够实现本发明方法中的可应用部分。
具体实施方式
在下面的描述中，为便于解释，提出了大量具体细节，以便提供对本发明所公开实施例的全面理解。然而，对本领域技术人员而言，显而易见地，为了实现本发明所公开的实施例，这些具体细节并非是必需的。在其它实例中，以方框图形式示出了公知电气结构和电路，以免使得本发明所公开的实施例不够清晰。
此外，将以最有助于理解所述示例性实施例的方式，将不同操作作为多个分立的操作依次进行描述；然而，描述的顺序不应当被认为暗示这些操作必须是在顺序上相互依赖的。具体地，这些操作并不必按照所给出的顺序执行。这些操作中的一个或多个可以并行和/或以不同的顺序执行。
术语“在一个实施例中”会反复使用。这个术语一般并不指相同的实施例；然而，它可以是相同的。除非文中特意指出，否则术语“包括”、“具有”以及“包含”是同义词。术语“A/B”表示“A或者B”。术语“A和/或B”表示“(A)、(B)、或者(A和B)”。术语“A、B和C中的至少一个”表示“(A)、(B)、(C)、(A和C)、(B和C)、或者(A、B和C)”。术语“(A)B”表示“(B)或者(AB)”，也就是，A是可选的。
参照图1，示出了根据不同实施例的适于实现本发明的无线MAN 100。虽然将在无线MAN 100的背景下描述本发明的示例性实施例，但是，本发明并不局限于此，能够预期，本发明可以在任何广域网(WAN)中实现，而与网络所覆盖区域的大小无关，具体地，网络所覆盖区域的大小并不限于典型的城域大小。本发明实施例同样也可以利用无线局域网(WLAN)实现。
对于所述实施例，无线MAN 100包括可通信地耦合至BS 104的多个MSS 102，所述BS 104进而选择性地耦合至多个集合网关路由器(AGR)112，如图所示。每个MSS 102通过BS 104和AGR 112的其中一个耦合至无线接入网(RAN)106，以在MSS 102已经通过鉴权可以接入网络106之后，接入多个私有和公共网络，例如，互联网。
在不同实施例中，MSS 102可能是膝上型计算机、个人计算机、便携手持式计算机、个人数字助理或者其它设备。在不同实施例中，BS 104在地域上是分散的，每个BS 104服务于其覆盖区域内的MSS 102，具体地，BS 104实现媒体访问控制(MAC)和无线物理层(PHY)功能，以及在其覆盖区域内为MSS 102提供无线覆盖。
在不同实施例中，每个AGR 112服务于多个BS 104。典型地，每个AGR 112可以是具有中央控制功能的IP路由器，包括，例如寻呼控制器114。BS 104和AGR 112共同定义RAN。AGR 112将RAN连接至一个或多个IP核心网，提供与私有和公共网络(例如互联网)的连接。
在不同实施例中，无线MAN 100还包括：彼此耦合的至少一个鉴权器108和鉴权服务器110，如图所示的BS 104和AGR 112，以便于MSS 102的鉴权。在不同实施例中，MSS 102和BS 104对的鉴权器108可以与BS 104集成在一起。
在不同实施例中，基于互联网工程任务组(IETF)的扩展鉴权协议(EAP)三方模型进行所述鉴权，所述三方模型包括“请求者”、“鉴权器”和“鉴权服务器”。在可选实施例中，可使用其它鉴权协议。按照EAP协议，请求者是在点对点链路一端的实体，例如MSS 102，其由连接到所述链路另一端的鉴权器进行鉴权，该鉴权器例如鉴权器108。鉴权器108在允许请求者接入其能够接入的服务之前，强制进行鉴权。鉴权服务器110向鉴权器108提供鉴权服务。该服务根据请求者提供的证书确定请求者是否被授权访问经由所述鉴权器提供的服务。鉴权服务器的一个实例为AAA后端服务器。
为了在请求者和鉴权服务器之间建立端到端通信，所述三方模型使用EAP(封装协议)，以在网络中传输关于请求者和鉴权服务器之间使用的鉴权方法的协议数据单元(PDU)。当鉴权成功时，请求者102和鉴权服务器110都生成代表该会话的共有密钥资料(AK)。鉴权服务器110将所生成的密钥传输至与连接MSS 102所经由的BS 104相关联的鉴权器108，从而，允许MSS 102进入网络106，并且针对每个用户策略提供服务。
此外，所述鉴权包括：鉴权器108生成并维护多个MSS 102的AK的AK上下文。此外，为便于MSS 102从一个BS 104到另一个BS 104的高速HO，当MSS 102从一个覆盖区域移动到另一个覆盖区域时，鉴权器108以及BS 104缓存多个MSS 102的AK上下文。但是，对于所述实施例，鉴权器108和BS 104中至少一个被配置为，如果满足一个或多个清除策略，则即使是在相应的AK到期之前也强行清除部分AK上下文，以降低鉴权器108和/或BS 104的存储需求，以及减少访问AK上下文的搜索时间。
如下面将进行的更加具体的描述，在不同实施例中，所述一个或多个清除策略包括一种如下清除策略，即如果MSS被认为已经离开BS 104所服务的覆盖区域，则清除MSS 102的AK的AK上下文。在不同实施例中，BS 104被配置为利用寻呼控制器114确定MSS 102是否应当被认为已经离开BS 104所服务的覆盖区域。寻呼控制器114接着通知鉴权器108所述确定的结果，所述鉴权器108再通知BS 104。
在可选实施例中，可以以其它方式实现确定MSS 102是否应当被认为是已经离开覆盖区域(在下文中，简称为“确定已离开覆盖区域”)，所述其它方式如使用除网络106的寻呼控制器112以外的其它控制器，或者通过BS 104和/或鉴权器108本身。可以例如通过鉴权器108而间接地请求进行所述确定。在其它实施例中，所述一个或多个清除策略可以包括一个或多个其它策略，这些策略被计算用于实现一种平衡，即在相应的AK到期之前强行清除AK上下文所获得的好处与发生错误并必须重新建立用于MSS 102的AK的AK上下文的潜在代价之间的平衡。
图2进一步具体示出根据不同实施例的AK生成和高速HO。在202处(发现并进入网络/BS)，MSS 102在覆盖区域中发现可用的BS 104，并且基于某些策略，即基于静态和/或动态发现的配置数据，来选择用于通信的BS 104。当进入网络时，在MSS 102和AAA服务器110之间触发用于鉴权的EAP交换。
在204处(用于鉴权的EAP交换)，MSS 102和AAA服务器110进行EAP交换，在此期间，MSS 102向AAA服务器110提供其证书，用于进行鉴权以及接入网络106。
在206处(共享主会话密钥(MSK)建立)，作为204中成功的EAP交换的一部分，在MSS 102和AAA服务器110处建立主会话密钥(MSK)。然后，AAA服务器110将所生成的MSK传输至鉴权器108。这时，MSS 102和鉴权器108都生成PMK。至此，完成了授权流程(以及相关的通用EAP层)的鉴权部分。
在208处(AK和AK上下文生成)，鉴权器108和MSS 102基于网络(106)运营商所选的算法，生成AK以及构成AK上下文。
在210处(AK和AK上下文传输)，鉴权器108向服务BS 104传递AK及其AK上下文。此外，鉴权器108和BS 104都缓存与所述MSS 102相关的AK和AK上下文。
在212处(切换处理)，当发起到另一个BS 104的HO时，只要PMK有效，则MSS 102和鉴权器108都生成另一个AK和AK上下文。同样地，新AK和AK上下文被MSS 102和鉴权器108两者进行缓存。
可以发现，当PMK有效时，MSS 102可以HO到多个BS 104，从而使得每个BS 104都缓存AK和AK上下文。只要相应的PMK有效，即使在MSS 102已经长时间离开该网络之后，该缓存状态也将保留在BS缓存中。由于PMK生命周期通常是几天的量级，BS 104将终止对在最近几天内访问过它的所有MSS 102的AK和AK上下文对的缓存，其为大量的缓存信息，这些缓存信息会导致MSS 102进行冗长的搜索以及对BS 104较高的存储器需求。
如之前所描述的，在不同实施例中，至少一个BS 104和鉴权器108被配置为，当满足一个或多个清除策略时，即使相应的AK还未到期，也强行清除所缓存的AK上下文，以降低所缓存的AK上下文的数量并降低存储器需求和搜索时间。在不同实施例中，所有BS 104和鉴权器108都被配置为，当满足一个或多个清除策略时，即使相应的AK还未到期，也强行清除所缓存的AK上下文。
图3示出根据不同实施例的本发明的方法。如图所示，对于所述实施例，所述方法在MSS 102进入空闲模式且结束其与BS 102的活动连接时，在302处在BS 102中开始。作为响应，在304处，BS 102开始确定是否满足一个或多个用于清除MSS 102的AK上下文的清除策略。更具体地，对于所述实施例，BS 102触发寻呼控制器114，以确定是否满足一个或多个清除策略，具体地，MSS 102是否被认为已经离开该网络。
对于所述实施例，在306处，寻呼控制器114启动“位置跟踪定时器”，并且将“位置跟踪计数器”设定为网络缓存持续时间门限值。在不同实施例中，位置跟踪定时器和网络缓存持续时间门限值都是可配置的。位置跟踪定时器指定寻呼MSS 102的频率，所述寻呼用来确定MSS 102是否已经离开该网络，网络缓存持续时间门限值指定在MSS 102被认为已经离开该网络之前MSS 102没有响应寻呼的时间长度。这些参数的确切值依赖于反映了一种所计算出的平衡的实现方式，该平衡为过分追求降低存储器需求和搜索时间的好处与发生错误并且必须重新建立AK上下文的风险之间的平衡。
因此，在308处，在位置跟踪定时器到期时，寻呼控制器114立即寻呼MSS 102。如果在310处MSS 102应答该寻呼，则寻呼控制器114复位位置跟踪定时器，并且所述方法继续返回到306处。然而，如果在310处MSS 102没有应答该寻呼，则在312处，寻呼控制器114递减位置跟踪计数器。此外，在314处，寻呼控制器114确定位置跟踪计数器是否减到零，即，MSS 102在可配置的时间长度门限值内是否没有响应。如果没有，则在316处，寻呼控制器114重新启动位置跟踪定时器，并继续308处的方法。另一方面，如果MSS 102在可配置的时间长度门限值内没有响应，则在318处，寻呼控制器114触发鉴权器108删除与该MSS 102关联的PMK，以及向BS 104发送消息以删除与该MSS 102关联的AK和AK上下文。
在不同实施例中，所述清除或者删除可以包括：将AK上下文标记为无效和/或将用于存储被清除或删除AK上下文的存储介质的存储位置标记为可用于存储另一个AK上下文或者甚至是其它无关数据。
在不同实施例中，代替寻呼控制器114对鉴权器108做出响应、鉴权器108进而通知BS 104，寻呼控制器114可以对发出请求的BS 104做出响应，该BS 104进而通知鉴权器108，然后鉴权器108通知其它BS 104。
图4示出根据不同实施例的用于实现本发明的示例性计算设备，其适于用作BS、鉴权器或者寻呼控制器。本文中所用术语“计算设备”包括基于专用以及通用处理器的计算设备。如图所示，计算设备400包括一个或多个处理器402和系统存储器404。此外，计算设备400包括永久性存储器406、I/O设备接口408和通信接口410。在不同实施例中，通信接口410可以包括一个或多个全向天线。
所述元件经由系统总线412彼此耦合，所述系统总线412代表一个或多个总线。在多个总线的情况下，将所述元件通过一个或多个总线桥(未示出)进行桥接。各个所述元件实现其在本领域中公知的传统功能。具体地，系统存储器404和存储单元406用于存储指令422的运行备份，所述指令422实现之前描述的BS 104、鉴权器108或者寻呼控制器114的适用逻辑。可以将指令422组织为一个或多个软件单元(模块和/或任务)。实现各个BS 104、鉴权器108或者寻呼控制器114中的适用逻辑的软件单元可以被称为BS 104、鉴权器108或者寻呼控制器114的“鉴权模块”。可以在工厂或者现场，通过分布介质420或者通过一种通信接口410，将所述指令的永久性备份加载到存储单元406中。所述元件402-412的构成是公知的，因此将不再进行描述。
虽然在本文中示出并描述了具体实施例，但是，本领域技术人员将理解，为实现相同目的进行计算的任何装置均可以代替所示的具体实施例。本申请旨在覆盖本发明的任何调整和变型。因此，明确地指出，本发明仅由权利要求及其等效物进行限制。

Claims (17)

1.一种装置，包括：
存储介质，存储一个或多个鉴权密钥的一个或多个鉴权密钥上下文，其中，所述一个或多个鉴权密钥与对接入网的一个或多个覆盖区域内被提供服务的一个或多个相应的移动用户台所进行的鉴权相关联，当相应的鉴权密钥保持未到期时对每个移动用户台提供服务；以及
鉴权模块，其被耦合至所述存储介质，并且被配置为：即使所述一个或多个鉴权密钥还未到期，也至少部分地基于一个或多个清除策略，选择性地从所述存储介质中清除所述一个或多个移动用户台的所述鉴权密钥上下文中的一个或多个。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一个或多个清除策略包括如下清除策略，其中，如果确定移动用户台已经离开所述一个或多个覆盖区域，则从所述存储介质中清除所述移动用户台的所述鉴权密钥上下文；以及所述鉴权模块被配置为，当获知所述移动用户台已被确定已经离开所述一个或多个覆盖区域时，执行所述清除。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述装置是服务于至少一个所述移动用户台的多个基站中之一，所述鉴权模块被配置为引起执行所述确定，所述引起包括请求所述接入网的控制器执行所述确定，以及所述获知包括从相关联的鉴权器接收响应，该响应向所述装置通知所述控制器已确定所述移动用户台已经离开所述接入网。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述装置是与服务于所述移动用户台的多个基站相关联的鉴权器，所述获知包括从所述接入网的控制器接收响应，该响应向所述装置通知所述控制器已确定所述移动用户台已经离开所述接入网，以及所述鉴权模块还被配置为向一个或多个所述基站通知所述控制器已确定所述移动用户台已经离开所述接入网。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述清除中的每个包括将鉴权密钥上下文标记为无效和/或将用于存储被清除的所述鉴权密钥上下文的所述存储介质的存储位置标记为可用于存储另一个鉴权密钥上下文。
6.一种方法，包括：
从基站或者与接入网的基站关联的鉴权器接收请求，以确定移动用户台是否已经离开所述接入网的一个或多个覆盖区域；
至少部分地基于一个或多个确定标准，确定所述移动用户台是否已经离开所述接入网的一个或多个覆盖区域；以及
当根据所述一个或多个确定标准确定所述移动用户台已经离开所述一个或多个覆盖区域时，进行响应并通知基站或者与基站关联的鉴权器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述确定包括对所述移动用户台进行一次或多次寻呼。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或多个确定标准包括与执行所述寻呼的频率相关联的确定标准。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述确定还包括：至少部分地基于与执行所述寻呼的频率相关联的所述确定标准，设定以及复位定时器，其中所述复位在每次寻呼之后执行。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或多个确定标准包括：与在所述移动用户台被确定为已经离开所述一个或多个覆盖区域之前，所述移动用户台没有进行响应的寻呼次数相关联的确定标准。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述确定还包括：至少部分地基于与在所述移动用户台被确定为已经离开所述一个或多个覆盖区域之前，所述移动用户台没有进行响应的寻呼次数相关联的所述确定标准，设定以及复位计数器，以及在每次所述移动用户台没有响应寻呼时递减所述计数器。
12.一种系统，包括：
多个全向天线；以及
与一个或多个所述天线耦合的基站，所述基站被配置为：即使鉴权密钥还未到期，也至少部分地基于一个或多个清除策略，从所述基站的存储介质中清除请求者的鉴权密钥上下文。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述一个或多个策略包括如下清除策略，其中，如果确定所述请求者已经离开由所述系统所服务的接入网的一个或多个覆盖区域，则从所述基站的所述存储介质中清除所述请求者的所述鉴权密钥上下文。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述系统还包括耦合至所述基站的控制器，所述控制器被配置为为所述基站确定所述请求者是否已经离开所述一个或多个覆盖区域，以及所述控制器被配置为通过对所述请求者执行一次或多次寻呼来执行所述确定。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述确定标准包括与执行所述寻呼的频率相关联的确定标准，并且所述控制器被配置为：至少部分地基于与执行所述寻呼的频率相关联的所述确定标准，设定以及复位定时器，其中所述复位在每次寻呼之后执行。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述一个或多个确定标准包括与在确定所述请求者已经离开所述一个或多个覆盖区域之前，所述请求者没有进行响应的寻呼次数相关联的确定标准，并且所述控制器被配置为至少部分地基于与在确定所述请求者已经离开所述一个或多个覆盖区域之前，所述请求者没有进行响应的寻呼次数相关联的所述确定标准，设定以及复位计数器，以及在每次所述请求者没有响应寻呼时递减所述计数器。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述系统还包括：耦合至所述基站和所述控制器的鉴权器，所述鉴权器被配置为即使所述鉴权密钥还未到期，也至少部分地基于所述一个或多个清除策略，从所述鉴权器的存储介质中清除请求者的鉴权密钥上下文；并且所述鉴权器还被配置为即使所述鉴权密钥还未到期，当清除或者确定从所述鉴权器的所述存储介质中清除所述鉴权密钥上下文时，通知与所述鉴权器关联的一个或多个基站来清除在所述一个或多个基站的相应存储介质中存储的所述请求者的相应鉴权密钥上下文。
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