ES2320659T3 - Procedimiento para formar y distribuir claves criptograficas en un sistema de telefonia movil y sistema de telefonia movil. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para formar y distribuir claves criptográficas (318, 322) en un sistema de telefonía móvil (100) que presenta al menos un aparato terminal de telefonía móvil (103), un primer ordenador (113), un ordenador de una red de comunicaciones de lugar de origen (109), así como un segundo ordenador (106, 107), conteniendo el aparato terminal de telefonía móvil (103) y el ordenador de la red de comunicaciones del lugar de origen (109), como resultado de una autentificación, material de claves de autentificación (313, 314), caracterizado porque el aparato terminal de telefonía móvil (103) y el ordenador de la red de comunicaciones del lugar de origen (109) forman en cada caso, utilizando el material de claves de autentificación (312), una primera clave criptográfica (318) y una segunda clave criptográfica (322), la primera clave criptográfica (318) se transmite al primer ordenador (113) y la segunda clave criptográfica (322) se transmite al segundo ordenador (106), la primera clave criptográfica (318) y la segunda clave criptográfica (322) están formadas tal que a partir de la primera clave criptográfica (318) no puede sacarse ninguna conclusión relativa a la segunda clave criptográfica (322), a partir de la segunda clave criptográfica (322) no puede sacarse ninguna conclusión relativa a la primera clave criptográfica (318), a partir de la primera clave criptográfica (318) o de la segunda (322) clave criptográfica no puede sacarse ninguna conclusión relativa al material de claves de autentificación (312, 314), la primera y la segunda claves criptográfica se utilizan en el marco de la comunicación entre el aparato terminal de telefonía móvil y el primer o bien segundo ordenador.
Description
Procedimiento para formar y distribuir claves
criptográficas en un sistema de telefonía móvil y sistema de
telefonía móvil.
La invención se refiere a un procedimiento para
formar y distribuir claves criptográficas en un sistema de
telefonía móvil, así como a un sistema de telefonía móvil.
En el marco del Universal Mobile
Telecommunications System (UMTS, sistema universal de
telecomunicaciones móviles) se desarrollan servicios multimedia
basados en Internet, para mejorar las posibilidades de utilización
del sistema de telefonía móvil UMTS y abrir campos de aplicación
adicionales.
Como una plataforma para servicios multimedia
basados en Internet para un sistema de telefonía móvil, se
estandarizó en el 3GPP (3rd Generation Partnership Project,
proyecto de partenariado de la tercera generación) un llamado
IP-based Multimedia Subsystem (IMS), subsistema
multimedia basado en IP, que se describe en UMTS versión 5 -
Arquitectura.
Cuando un aparato terminal de telefonía móvil de
un abonado de telefonía móvil se anuncia en una red de
comunicaciones en un sistema de telefonía móvil con IMS, para
utilizar servicios multimedia basados en Internet, entonces se
realiza para el aparato terminal de telefonía móvil una
autentificación según el estándar 3GPP descrito en [1]
correspondiente al IMS-Authentication and
Key-Agreement-Protocol, protocolo de
autentificación IMS y acuerdo sobre claves (protocolo
IMS-AKA).
Según el protocolo IMS-AKA, se
autentifican mutuamente el aparato terminal de telefonía móvil y la
red de comunicaciones en cuya zona se encuentra en ese momento el
aparato terminal de telefonía móvil y se generan dos claves
criptográficas, la llamada clave de integridad y la llamada clave de
transmisión. La clave de integridad se utiliza según UMTS, versión
5, para proteger la señalización IMS entre el aparato terminal de
telefonía móvil y un ordenador de la red de comunicaciones visitada
(Visited Network). El ordenador de la red de comunicaciones
visitada está equipado como Call State Control
Function-Computer (CSCF-computer) u
ordenador de la función de control del estado de las llamadas y se
le denomina Proxy-CSCF-Computer
(P-CSCF-Computer). La clave de
transmisión está prevista para la codificación, es decir, para la
protección de la confidencialidad de los datos intercambiados.
Adicionalmente a la protección de los mensajes
de señalización IMS puros utilizando la clave de integridad, puede
estar previsto que entre un ordenador servidor de aplicaciones y el
aparato terminal de telefonía móvil se deban intercambiar mensajes
electrónicos adicionales de manera confidencial en el marco de la
puesta a disposición de servicios basados en IP.
Un ordenador servidor de aplicaciones en el lado
de la red es en el marco de esta descripción en particular un
ordenador que ofrece servicios correspondientes a servicios
previstos en la capa de aplicación (capa OSI 7), preferiblemente
multimedia, y que comunica según un protocolo de la capa 7, es
decir, un protocolo de la capa de aplicación. Por ejemplo puede
estar equipado el ordenador servidor de aplicaciones como un
ordenador servidor HTPP (Hypertext Transfer Protocol, protocolo de
transferencia de hipertexto) y comunicar con el aparato terminal de
telefonía móvil según el protocolo HTTP.
Más allá de la funcionalidad básica del IMS, se
utilizan ordenadores servidores de aplicaciones, por ejemplo para
la administración de ajustes de usuario por el lado de la red y para
la memorización y gestión de datos de perfiles relativos a los
abonados del sistema de telefonía móvil.
Ejemplos de tales aplicaciones entre usuarios
móviles (en particular los de un sistema de telefonía móvil IMS) y
ordenadores servidores de aplicaciones en la red de comunicaciones
que utilizan el protocolo HTTP son:
- \bullet
- Listas de acceso en servidores de presencia (Presence Server) con los que es posible utilizar información de posición sobre la posición actual de un aparato terminal de telefonía móvil dentro del sistema de telefonía móvil (por ejemplo datos GPS),
- \bullet
- Listas Buddy de aplicaciones Chat, es decir, listas de abonados admitidos para una aplicación Chat,
- \bullet
- Servicios de gestión de grupos, así como
- \bullet
- Ajustes para conferencias electrónicas multimedia.
Como ejemplo adicional de una tal aplicación
merece mencionarse que los enlaces multicast (multidifusión) se
establecen entre un aparato terminal de telefonía móvil y entre un
centro de servicios multicast, utilizando un sistema IMS.
Para asegurar criptográficamente los protocolos
utilizados entre el aparato terminal de telefonía móvil y el
ordenador servidor de aplicaciones, deben estar protegidos los
correspondientes mensajes, por ejemplo en cuanto a autentificación,
integridad de datos y/o confidencialidad de los datos.
En función del escenario de utilización concreto
y del protocolo de la capa de aplicación utilizado, se usan
distintos protocolos de seguridad para asegurar el protocolo de la
capa de aplicación, por ejemplo
- \bullet
- para el HTTP el protocolo de seguridad HTTP-Digest (compendio HTTP), el protocolo TLS (Transport Layer Security Protocol, protocolo de seguridad de la capa de transporte) o WTLS (Wireless Transport Layer Security Protocol, protocolo de seguridad de la capa de transporte inalámbrico), así como
- \bullet
- para la distribución de claves en enlaces de comunicaciones multicast MIKEY (Multimedia Internet KEYing, gestión de claves multimedia en Internet).
\vskip1.000000\baselineskip
En todos los protocolos criptográficos de la
capa de aplicación es necesario que los interlocutores de
comunicación que participan, en particular el aparato terminal de
telefonía móvil y el ordenador servidor de aplicaciones, es decir,
el ordenador servidor de aplicaciones en la red de comunicaciones,
dispongan de un material secreto de claves, es decir, de claves
secretas, que ya está disponible al comienzo del envío del primer
mensaje electrónico asegurado.
En el caso del IMS, se basa la infraestructura
de claves en claves simétricas, que se utilizan para la
autentificación de los usuarios IMS en el marco del registro IMS,
es decir, en el marco del protocolo de autentificación e
intercambio de claves descrito en [1].
Tal como se describe en [1], se registra un
aparato terminal de telefonía móvil en el IMS para una sesión de
comunicación IMS en su red de comunicaciones de lugar de origen
(Home Network) en el ordenador previsto para ello, que también se
denomina S-SCSF-Computer (Serving
Call State Control Function-Computer, ordenador
servidor de la función de control del estado de las llamadas).
La comunicación se realiza utilizando un
ordenador local Proxy, el ordenador P-CSCF antes
descrito, en la red de comunicaciones visitada, que representa el
primer punto de contacto IMS para el aparato terminal de telefonía
móvil y con ello para el abonado móvil.
La autentificación según [1] se realiza entre el
aparato terminal de telefonía móvil y el ordenador
S-CSCF con la participación de un llamado ordenador
HSS (Home Subscriber Server-Computer, ordenador
servidor del abonado de lugar de origen). En el marco de la
autentificación se generan en el aparato terminal de telefonía
móvil y en el ordenador HSS la clave de integridad y la clave de
transmisión y se transmiten de forma criptográficamente asegurada
al ordenador S-CSCF.
El ordenador S-CSCF transmite la
clave de integridad criptográficamente asegurada al ordenador
P-CSCF. La protección de integridad y la
autenticidad de los siguientes mensajes de señalización referidos a
IMS, queda garantizada localmente entre el aparato terminal de
telefonía móvil y el ordenador P-CSCF y se basa en
la clave de integridad. Según UMTS versión 5, no se utiliza
actualmente, pero está planificado, introducir en futuras versiones
del estándar UMTS (versión 6 y estándares siguientes) la clave de
transmisión para la protección adicional de la confidencialidad de
los datos transmitidos.
Resulta un problema cuando se utiliza la clave
de transmisión y la clave de integridad que se forman como claves
de sesión procedentes de una autentificación IMS-AKA
y generación de claves, también para el aseguramiento de otras
aplicaciones distintas de la señalización IMS.
El aparato terminal de telefonía móvil y la red
de comunicaciones del lugar de origen, dicho de otra forma, el
usuario y el operador de la red de comunicaciones del lugar de
origen, se consideran como dignos de confianza mutuamente.
Desde luego, recibe la red de comunicaciones
visitada (en el caso de roaming; en el caso de
no-roaming esto corresponde a la red de
comunicaciones del lugar de origen) la clave de integridad y la
clave de transmisión. Si recibiese un ordenador servidor de
aplicaciones igualmente la clave de integridad y la clave de
transmisión, entonces el ordenador servidor de aplicaciones estaría
teóricamente en condiciones de comprometer la seguridad de la
señalización IMS entre el aparato terminal de telefonía móvil y la
red de comunicaciones visitada. A la inversa, estaría la red de
comunicaciones visitada, es decir, un ordenador de la red de
comunicaciones visitada, en condiciones de comprometer la seguridad
de la comunicación entre el aparato terminal de telefonía móvil y
el ordenador servidor de aplicaciones cuando la misma se basase
directamente en la clave de integridad o en la clave de
transmisión.
También para el caso de que un aparato terminal
de telefonía móvil desease comunicar simultáneamente con varios
ordenadores servidores de aplicaciones, sería deseable, y a menudo
incluso necesario, que no fuese posible obtener a partir de la
clave criptográfica, que recibe el correspondiente ordenador
servidor de aplicaciones, conclusiones relativas a la clave
criptográfica que recibe otro ordenador servidor de
aplicaciones.
Un principio posible para resolver el problema
antes descrito es que tanto en la red de comunicaciones del lugar
de origen como también en el aparato terminal de telefonía móvil del
usuario se realice una derivación de una nueva clave criptográfica
a partir de la clave de integridad y/o de la clave de transmisión.
Un ordenador servidor de aplicaciones obtiene la clave
criptográfica derivada y no conoce la clave de integridad ni la
clave de transmisión, bajo la hipótesis de que la función
criptográfica utilizada para la derivación de la clave no permita
conclusiones razonables relativas a la clave de identidad y/o a la
clave de transmisión para el ordenador servidor de
aplicaciones.
El problema que resulta aplicando este principio
es que se necesita una función de derivación de claves, que no ha
de ser realizada por el ordenador de la red de comunicaciones
visitada. Un llamado Keyed-Hash (hash codificado),
que utiliza por ejemplo como parámetro de entrada la clave de
integración o la clave de transmisión y como valor aleatorio el
parámetro aleatorio generado en el marco de la autentificación
realizada según [1], puede ser calculado igualmente por el
ordenador en la red de comunicaciones visitada.
Un nuevo parámetro aleatorio que hubiera sido
acordado entre el aparato terminal de telefonía móvil del usuario y
la red de comunicación del lugar de origen a fin de derivar la
clave, sólo se lograría mediante una modificación de los protocolos
de comunicaciones y seguridad existentes, es decir, mediante una
modificación por ejemplo en el protocolo IMS-AKA o
en la comunicación entre el ordenador S-CSCF y el
ordenador HSS.
No obstante, una tal modificación debe evitarse,
ya que una modificación de los estándares de comunicación o de los
estándares de seguridad existentes no puede realizarse de manera
sencilla, siendo muy costosa.
Una visión general de los mecanismos de
seguridad previstos en el estándar UMTS versión 5, puede encontrarse
en [2].
Las funciones de autentificación de mensajes y
las funciones de generación de claves utilizadas en el marco del
protocolo IMS-AKA se describen en [3] y [4]. Además
se describe en [4] una función de codificación de bloques
denominada función de Rijndael.
Una visión general de las distintas funciones de
derivación de claves puede encontrarse en [5].
Otro procedimiento de derivación de claves se
describe en [6].
Por el documento EP 1 156 694 A1 se conoce un
aparato de comunicaciones por radio, así como un procedimiento para
la comunicación por radio, que permiten a un aparato móvil
garantizar una función de codificación así como de integridad en
las capas de transmisión de datos dos o más elevadas. Para ello
presenta el aparato terminal móvil una unidad de procesamiento de
codificación o bien de integridad que está conectada entre una
unidad de control de comunicaciones por radio y una unidad de
conexión. Entonces realiza la unidad de procesamiento de integridad
de la codificación sólo un procesamiento de la codificación con los
llamados datos transparentes, como por ejemplo datos de voz, que se
transmiten entre la unidad de conexión y la unidad de comunicaciones
por radio. Además, realiza la unidad de procesamiento de integridad
de codificación una codificación y/o un procesamiento de integridad
con datos no transparentes, que se transmiten hacia y desde el
equipo de control de comunicaciones por radio.
La invención tiene como problema básico aumentar
la seguridad criptográfica en un sistema de telefonía móvil.
El problema se resuelve mediante el
procedimiento para formar y distribuir claves criptográficas en un
sistema de telefonía móvil y mediante el sistema telefonía móvil
con las características según las reivindicaciones
independientes.
Un procedimiento para formar y distribuir claves
criptográficas en un sistema telefonía móvil se basa en al menos un
sistema de telefonía móvil con un aparato terminal de telefonía
móvil, un primer ordenador, preferiblemente un ordenador de una red
de comunicaciones visitada (Visited Network), así como al menos un
segundo ordenador, preferiblemente equipado como ordenador servidor
de aplicaciones. El aparato terminal de telefonía móvil, de los que
al menos hay uno, se encuentra preferiblemente en la zona de la red
de comunicaciones visitada y se ha autentificado respecto a la red
de comunicaciones del lugar de origen y a la red de comunicaciones
visitada. Es de señalar en este contexto que la red de
comunicaciones visitada y la red de comunicaciones del lugar de
origen pueden ser idénticas. En el marco de la autentificación se
constituyó material de claves de autentificación, que está
disponible y memorizado en el aparato terminal de telefonía móvil y
en el ordenador de la red de comunicaciones de lugar de origen. En
el procedimiento forman el aparato terminal de telefonía móvil y el
ordenador de la red de comunicaciones del lugar de origen, en cada
caso utilizando el material de claves de autentificación, una
primera clave criptográfica y una segunda clave criptográfica. De
esta manera se encuentran en el aparato terminal de telefonía móvil
y en el ordenador de la red de comunicaciones de lugar de origen en
cada caso la primera clave y la segunda clave disponibles y
memorizadas.
Alternativamente, el primer y el segundo
ordenador pueden estar equipados ambos como ordenador servidor de
aplicaciones.
La primera clave criptográfica se transmite,
preferiblemente desde el ordenador de la red de comunicaciones del
lugar de origen (alternativamente desde el aparato terminal de
telefonía móvil), al primer ordenador, preferiblemente por lo tanto
al ordenador de la red de comunicaciones visitada. Además, se
transmite la segunda clave criptográfica al segundo ordenador,
preferiblemente al ordenador servidor de aplicaciones,
preferiblemente desde el ordenador de la red de comunicaciones del
lugar de origen, y alternativamente desde el aparato terminal de
telefonía móvil.
Un sistema de telefonía móvil presenta al menos
un aparato terminal de telefonía móvil en el que está memorizado,
como resultado de una autentificación entre el aparato terminal de
telefonía móvil y un ordenador de una red de comunicaciones del
lugar de origen del aparato terminal de telefonía móvil, material de
claves de autentificación. Además, presenta el sistema de telefonía
móvil un primer ordenador, preferiblemente un ordenador de una red
de comunicaciones visitada, así como un ordenador de la red de
comunicaciones del lugar de origen. En el ordenador de la red de
comunicaciones del lugar de origen está memorizado material de
claves de autentificación, igualmente como resultado de la
autentificación del aparato terminal de telefonía móvil en la red de
comunicaciones del lugar de origen. Además, está previsto en el
sistema de telefonía móvil al menos un segundo ordenador,
preferiblemente equipado como ordenador servidor de aplicaciones.
El aparato terminal de telefonía móvil se encuentra en la red de
comunicaciones visitada. El aparato terminal de telefonía móvil y el
ordenador de la red de comunicaciones del lugar de origen presentan
respectivas unidades criptográficas para la correspondiente
formación de una primera clave criptográfica y de una segunda clave
criptográfica utilizando el material de claves de autentificación.
El ordenador de la red de comunicaciones visitada presenta además
una memoria para memorizar la primera clave criptográfica, que se
ha transmitido al ordenador desde el aparato terminal de telefonía
móvil o desde el ordenador de la red de comunicaciones del lugar de
origen. Además, presenta el ordenador servidor de aplicaciones una
memoria para memorizar la segunda clave criptográfica que ha sido
transmitida al ordenador servidor de aplicaciones desde el aparato
terminal de telefonía móvil o el ordenador de la red de
comunicaciones del lugar de origen.
Evidentemente puede considerarse que la
invención consiste en que el material de claves de autentificación
formado en el marco de la autentificación no se transmite directa y
completamente a los ordenadores servidores de aplicaciones y al
ordenador de la red de comunicaciones visitada, sino que a partir de
al menos una parte del material de claves de autentificación se
derivan claves de sesión, que se utilizan en el marco de la
comunicación posterior entre el aparato terminal de telefonía móvil
y los ordenadores servidores de aplicaciones o bien el ordenador de
la red de comunicaciones visitada, por ejemplo para la codificación
de datos a asegurar. De esta manera queda garantizada la seguridad
criptográfica en el marco de la comunicación entre el aparato
terminal de telefonía móvil y el correspondiente ordenador servidor
de aplicaciones frente a un ataque por parte del ordenador en la
red de comunicaciones visitada y además queda asegurada la
comunicación entre el aparato terminal de telefonía móvil y el
ordenador de la red de comunicaciones visitada frente a ataques por
parte del ordenador servidor de aplicaciones, ya que el ordenador
servidor de aplicaciones y el ordenador de la red de comunicaciones
visitada tienen respectivas claves, que no son adecuadas para sacar
conclusiones respecto a la otra clave en cada caso y con ello
permitir una decodificación de los datos codificados con la clave
correspondiente de la otra instancia.
La seguridad criptográfica aumentada se logra en
el marco de la invención sin que sea necesario modificar el
protocolo estandarizado en el marco de la UMTS.
Perfeccionamientos preferentes de la invención
resultan de las reivindicaciones subordinadas.
Las siguientes configuraciones de la invención
se refieren tanto al procedimiento para formar y distribuir claves
criptográficas en un sistema de telefonía móvil como también al
sistema de telefonía móvil.
La primera clave criptográfica y la segunda
clave criptográfica se forman según una configuración de la
invención utilizando una función de derivación de claves.
Según la invención está previsto que la primera
clave criptográfica y la segunda clave criptográfica se formen tal
que
- \bullet
- a partir de la primera clave criptográfica no sea posible ninguna conclusión relativa a la segunda clave criptográfica,
- \bullet
- a partir de la segunda clave criptográfica no sea posible ninguna conclusión relativa a la primera clave criptográfica, y
- \bullet
- a partir de la primera clave criptográfica o de la segunda clave criptográfica no sea posible ninguna conclusión relativa al material de claves de autentificación.
El material de claves de autentificación puede
presentar al menos dos claves criptográficas por ejemplo para el
caso de que el sistema de telefonía móvil esté configurado como un
sistema de telefonía móvil basado en el estándar 3GPP, que
ventajosamente presenta un subsistema multimedia basado en IP, a
saber, una clave de integridad y una clave de transmisión.
En este caso se derivan preferiblemente la
primera clave criptográfica y la segunda clave criptográfica de la
clave de transmisión.
Dicho de otra manera, esto significa que según
esta configuración de la invención, en el aparato terminal de
telefonía móvil y en el ordenador de la red de comunicaciones de
lugar de origen se derivan otras claves criptográficas a partir de
la clave de transmisión.
Contrariamente a la clave de integridad, que
transmite la red de comunicaciones de lugar de origen según [1]
directamente para asegurar la integridad de la señalización IMS al
ordenador de la red de comunicaciones visitada, preferiblemente a
un ordenador P-CSCF, no se retransmite la propia
clave de transmisión según la invención desde el ordenador de la
red de comunicaciones de lugar de origen, preferiblemente desde el
ordenador S-CSCF. Por el contrario, la clave de
transmisión se utiliza para derivar una o varias nuevas claves
utilizando una función de derivación de claves adecuada, basándose
la función de derivación preferiblemente en una función
pseudoaleatoria. La primera clave derivada formada mediante la
función de derivación de claves se transmite como primera clave
criptográfica desde el ordenador S-CSCF al ordenador
P-CSCF cuando la primera clave criptográfica se
necesita para proteger la confidencialidad de los datos
transmitidos.
En el sistema de telefonía móvil puede estar
prevista básicamente cualquier cantidad de redes de comunicaciones
y aparatos terminales de telefonía móvil, así como cualquier
cantidad de ordenadores servidores de aplicaciones.
En un conjunto de ordenadores servidores de
aplicaciones está previsto, según una configuración de la invención,
que el aparato terminal de telefonía móvil y el ordenador de la red
de comunicaciones del lugar de origen formen para cada ordenador
servidor de aplicaciones adicional, utilizando en cada caso el
material de claves de autentificación, una clave criptográfica
adicional. La correspondiente clave criptográfica adicional se
transmite - preferiblemente desde el ordenador de la red de
comunicaciones de lugar de origen - al correspondiente ordenador
servidor de aplicaciones.
En este caso es ventajoso generar el conjunto o
bien las múltiples claves criptográficas mediante la misma función
de derivación de claves, pero utilizando parámetros de entrada
adecuados distintos. Utilizando parámetros de entrada adecuados,
preferiblemente un número aleatorio cualitativamente de alta
calidad, queda asegurado para la función de derivación de claves
que el receptor de la clave derivada, por ejemplo un ordenador
servidor de aplicaciones o el ordenador de la red de comunicaciones
visitada, no está en condiciones de deducir de retorno la clave
básica, es decir, la clave de transmisión, en general en base al
material de claves de autentificación.
Tales parámetros de entrada pueden ser tanto
parámetros conocidos al aparato terminal de telefonía móvil como
también al ordenador de la red de comunicaciones de lugar de origen,
como por ejemplo los parámetros que resultan de la autentificación
actual en cada momento según el protocolo IMS-AKA.
Mediante la segunda clave criptográfica se realiza la derivación a
partir de la clave de transmisión entre el aparato terminal de
telefonía móvil y un ordenador del centro de servicio multicast,
para la protección de otros mensajes más allá de la señalización
IMS, por ejemplo para la protección de mensajes HTTP que están
previstos entre el aparato terminal de telefonía móvil y un
ordenador servidor de aplicaciones configurado como ordenador
servidor de presencia o de mensajes configurados según el protocolo
MIKEY.
Está previsto según la invención derivar en caso
necesario cualquier cantidad de otras claves criptográficas a
partir de la clave de transmisión, en general a partir del material
de claves de autentificación.
Como procedimiento de derivación de claves puede
utilizarse básicamente cualquier procedimiento criptográfico
adecuado para derivar una clave criptográfica, por ejemplo los
procedimientos descritos en [5] y alternativamente una variante del
procedimiento de derivación de claves descrito en [3] y [4] según
MILENAGE.
Si se utiliza para la formación de múltiples
claves criptográficas como claves de sesión la misma función de
derivación de claves, entonces se necesita tanto en el aparato
terminal de telefonía móvil como también en el ordenador de la red
de comunicaciones de lugar de origen solamente implementar una
función criptográfica de derivación de claves.
Una ventaja adicional de la invención ha de
considerarse que es que un usuario de un aparato terminal de
telefonía móvil sólo tiene que autentificarse una vez para el
acceso al IMS y a los servicios electrónicos ofrecidos a su través.
Para el acceso a las aplicaciones o servicios basados en IMS no son
necesarias más autentificaciones adicionales.
Además se evitan en el marco de la invención
modificaciones en protocolos estandarizados existentes, por ejemplo
no necesitan modificarse el protocolo de autentificación
IMS-AKA descrito en [1] o el protocolo para la
comunicación entre el ordenador S-CSCF y el
ordenador HSS, ya que no tiene que intercambiarse ningún parámetro
adicional entre ambos ordenadores participantes.
Mediante la utilización de la clave de
transmisión (y no de la clave de integridad) como clave básica para
la derivación de las claves, se evita adicionalmente que resulten
diferencias en la utilización de la clave entre distintas versiones
del estándar (UMTS-3GPP versión 5 y
UMTS-3GPP versión 6, etc), que darían lugar a
costes más elevados de la estandarización e integración.
Además, se posibilita en el marco de la
invención configurar la derivación de claves tal que la clave sólo
pueda utilizarse para las relaciones de seguridad entre el aparato
terminal de telefonía móvil y una determinada unidad de red y no
para otras relaciones de seguridad y no permite ninguna conclusión
para otras relaciones de seguridad, en particular no permite
averiguar las claves criptográficas utilizadas en el marco de otras
relaciones de seguridad.
Además, es posible configurar la derivación de
las claves tal que el aparato terminal de telefonía móvil y el
ordenador S-CSCF calculan la clave derivada sólo a
partir de la clave de transmisión, a partir de parámetros que
resultan en base a la autentificación actual en cada momento según
el protocolo de comunicaciones IMS-AKA, así como de
la identidad del ordenador servidor de aplicaciones.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Esto tiene la ventaja adicional de que la clave
derivada para un determinado ordenador servidor de aplicaciones
puede calcularse independientemente de las claves para otros
ordenadores servidores de aplicaciones. Esto es de especial
importancia en particular en el caso de que no se dé simultáneamente
la necesidad de calcular claves criptográficas derivadas para
ordenadores servidores de aplicaciones, ya que el usuario toma
contacto con distintos ordenadores servidores de aplicaciones en
distintos instantes y con algunos incluso no toma contacto.
Como parámetros adicionales para la función de
derivación de claves, se utiliza según otra configuración de la
invención al menos una de las claves criptográficas previamente
formadas. Dicho de otra manera, esto significa que una o varias
claves criptográficas previamente formadas y con ello disponibles se
utilizan como valores de entrada para la función de derivación de
claves y con ello sirven como base para la formación de las
siguientes claves criptográficas.
Mediante la invención se resuelve así claramente
el problema de proteger sobre la base de una infraestructura de
seguridad IMS existente en un sistema de telefonía móvil una
comunicación adicional entre el aparato terminal de telefonía móvil
y los ordenadores servidores de aplicaciones para aplicaciones o
servicios basados en IMS no incluidos en la seguridad ya existente
del sistema de telefonía móvil IMS.
Una tal comunicación puede basarse por ejemplo
en el protocolo HTTP y el protocolo MIKEY, en general en cualquier
protocolo de comunicaciones de la capa OSI 7, es decir, de la capa
de aplicación.
Para asegurar la comunicación, genera el
mecanismo descrito claves de sesión que se derivan de la clave de
integridad y/o clave de transmisión formadas en el marco de una
autentificación IMS según [1]. En particular se resuelve el
problema de que diversas instancias de la red como ordenadores
servidores de aplicaciones y ordenadores P-CSCF
reciban distintas claves, que no permitan conclusiones relativas a
otras claves criptográficas, con lo que tampoco una instancia de
red, es decir, un ordenador de una red de comunicaciones visitada,
puede infringir la confidencialidad de los mensajes que el usuario
intercambia con otra instancia de red, es decir, con otro ordenador
de una red de comunicaciones.
Adicionalmente se utiliza en el marco de la
invención un mecanismo que posibilita con sólo una función de
derivación de claves generar claves criptográficas independientes
entre sí para distintas aplicaciones. Con ello se evita el coste de
implementar varias de tales funciones de derivación de claves.
Adicionalmente, tal como antes se ha descrito,
se evitan autentificaciones múltiples del usuario, es decir, del
aparato terminal de telefonía móvil.
Evidentemente puede considerarse así que la
invención consiste en que a partir de la clave de transmisión
generada en el marco del registro IMS pueden derivarse otras claves
criptográficas que pueden utilizarse para la codificación entre
mensajes que tienen lugar entre el aparato terminal de telefonía
móvil y el ordenador P-CSCF, así como para las
relaciones de seguridad entre el aparato terminal de telefonía móvil
y los ordenadores del servidor de aplicaciones, de tal manera que
se logren las ventajas antes descritas.
En las figuras se representan ejemplos de
ejecución de la invención y se describirán a continuación más en
detalle.
Se muestra en
figura 1 un diagrama de bloques de un sistema de
telefonía móvil según un ejemplo de ejecución de la invención;
figura 2 un diagrama de flujo de mensajes en el
que se representa el flujo de mensajes de la formación y
distribución de claves criptográficas según un ejemplo de ejecución
de la invención; y
figura 3 un diagrama de bloques en el que se
representa la formación de claves criptográficas según un ejemplo
de ejecución de la invención.
Aún cuando en el siguiente ejemplo de ejecución
por razones de simplicidad de la representación sólo se representa
un aparato terminal de telefonía móvil, una red de comunicaciones de
lugar de origen, así como una red de comunicaciones visitada, la
invención puede aplicarse sobre cualquier cantidad de aparatos
terminales de telefonía móvil y redes de comunicaciones.
El sistema de telefonía móvil 100 representado
en la figura 1 está equipado según el estándar UMTS versión 5.
El sistema de telefonía móvil 100 según el
ejemplo de ejecución preferente presenta una red de comunicaciones
de lugar de origen 101 (Home Network), una red de comunicaciones
visitada 102 (Visited Network), un aparato terminal de telefonía
móvil 103, así como ordenadores servidores de aplicaciones 106, 107,
que se encuentran en otras redes de comunicaciones 104, 105.
A continuación sólo se describirán los elementos
del sistema de telefonía móvil 100 relevantes para la invención
según el estándar UMTS versión 5.
En la red de comunicaciones del lugar de origen
101 está previsto un ordenador Home Subscriber Server (ordenador
HSS o servidor del abonado de lugar de origen) 108. En el ordenador
HSS están memorizados datos que caracterizan a cada aparato de
telefonía móvil 103 asociado a la red del lugar de origen 101 y al
poseedor del aparato terminal de telefonía móvil 103, por ejemplo
un perfil de servicios de usuario.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Con el ordenador HSS 108 está acoplado un
ordenador Serving Call State Control Function o de función de
control del estado de las llamadas (ordenador
S-CSCF) 109 mediante un primer enlace de
comunicaciones 110.
Toda la gestión de llamadas, tanto con
conmutación por paquetes como también con conmutación por línea, es
controlada por un ordenador CSCF. Algunas otras tareas de los
ordenadores CSCF son la gestión de facturaciones (billing), la
gestión de direcciones y la puesta a disposición de mecanismos de
activación para activar servicios y nodos especialmente
predeterminados.
Mediante un segundo enlace de comunicaciones 111
está acoplado un ordenador Interrogating-CSCF
(ordenador interrogante I-CSCF) 112 con el
ordenador S-CSCF 109. En el ordenador
I-CSCF 112, que se encuentra en la red de
comunicaciones de lugar de origen 101, está memorizada la dirección
IP del ordenador HSS 108 responsable en cada caso, con lo que al
comienzo de la autentificación de un aparato terminal de telefonía
móvil 103 en la red de comunicaciones del lugar de origen 101, es
posible averiguar el ordenador HSS 108 competente para la
autentificación. El ordenador I-CSCF 112 constituye
evidentemente la "interfaz de comunicación" de la red de
comunicaciones visitada 102 con la red de comunicaciones de lugar de
origen 101.
En la red de comunicaciones visitada 102 está
previsto un ordenador Proxy-CSCF (ordenador
P-CSCF) 113, que juntamente con las estaciones de
base correspondientemente existentes en la red de comunicaciones
visitada 102, pone a disposición una interfaz de aire para
establecer un enlace por radio 114 con el aparato terminal de
telefonía móvil 103 que se encuentra en la zona asignada al
ordenador P-CSCF 113.
El ordenador P-CSCF 113 está
unido a través de un enlace de radio o de un enlace de
comunicaciones de red fija 115 a través de una cantidad cualquiera
de otras redes de comunicaciones con el ordenador
I-CSCF 112 del área de comunicaciones del lugar de
origen 101.
Además, están acoplados con el ordenador
S-CSCF 109 de la red de comunicaciones del lugar de
origen 101 los ordenadores servidores de aplicaciones 106, 107 en
las otras redes de comunicaciones 104, 105, según este ejemplo de
ejecución mediante otros enlaces de radio o enlaces de
comunicaciones de red fija 116, 117. Mediante enlaces de radio
adicionales o un enlace de comunicaciones de red fija 118, 119,
están acoplados los ordenadores servidores de aplicaciones 106, 107
con el aparato terminal de telefonía móvil 103.
Según este ejemplo de ejecución presentan los
distintos ordenadores respectivos microprocesadores, una o varias
memorias, así como las correspondientes interfaces de comunicación,
con lo que resulta posible un intercambio de mensajes electrónicos
entre los distintos ordenadores y el aparato terminal de telefonía
móvil 103.
Los ordenadores y el aparato terminal de
telefonía móvil 103 están además equipados tal que pueden realizarse
las etapas del proceso descritas a continuación y pueden formarse,
codificarse o bien decodificarse y enviarse o bien recibirse los
mensajes electrónicos descritos a continuación.
Para formar los mensajes electrónicos, se
utiliza según este ejemplo de ejecución, al menos parcialmente, el
Session Initiation Protocol (SIP, protocolo de iniciación de
sesión).
Para que un aparato terminal de telefonía móvil
103 pueda utilizar un servicio puesto a disposición por un
ordenador servidor de aplicaciones 106, 107, es necesario que tenga
lugar y se realice con éxito una autentificación mutua entre el
aparato terminal de telefonía móvil 103 y la red de comunicaciones
de lugar de origen 101.
Al comienzo del procedimiento de autentificación
y para formar y distribuir claves criptográficas que se utilizan
en el marco de la señalización y en el marco del intercambio de
mensajes electrónicos codificados, envía el aparato terminal de
telefonía móvil 103, tal como se representa en el diagrama de flujo
de mensajes 200 en la figura 2, un mensaje de registro SIP 201 al
ordenador P-CSCF 113. El mensaje de registro SIP 201
se retransmite, tras la recepción en el ordenador
P-CSCF 113, al ordenador I-CSCF 112
en la red de comunicaciones del lugar de origen 101 del aparato
terminal de telefonía móvil 103 que envía el mensaje de registro SIP
201. El ordenador I-CSCF 112 retransmite igualmente
el mensaje de registro SIP 201, y precisamente al ordenador
S-CSCF correspondiente 109 de la red de
comunicaciones de lugar de origen 101.
Tras recibir el mensaje de registro SIP 201,
comprueba el ordenador S-CSCF 109 si el aparato
terminal de telefonía móvil 103 que envía el mensaje de registro
SIP 201 está registrado ya o no lo está en el ordenador
S-CSCF 109. Si no es éste el caso, envía entonces el
ordenador S-CSCF 109 a través del primer enlace de
comunicaciones 110 un mensaje de solicitud de datos de
autentificación Cx al ordenador HSS 108, con el que el ordenador
S-CSCF 109 solicita al ordenador HSS 108 para el
aparato terminal de telefonía móvil 103 nuevos datos de
autentificación.
En el ordenador HSS 108 se generan, como
reacción al mensaje de solicitud de datos de autentificación Cx
202, uno o varios bloques de datos de autentificación de la manera
descrita a continuación y se transmiten en un mensaje de datos de
autentificación 203 al ordenador S-CSCF 109.
En una forma constructiva alternativa, genera el
propio ordenador S-CSCF 109 los datos de
autentificación.
El ordenador HSS 108, alternativamente un
ordenador de un ordenador de un centro de autentificación asociado
al ordenador HSS 108, genera un número secuencial consecutivo SQN
302 (etapa 301).
Además, se forma en una etapa adicional (etapa
303) un número aleatorio RAND 304.
Además se utiliza como parámetro de entrada para
las operaciones descritas a continuación un llamado Authentication
Management Field (campo de gestión de autentificación) AMF 305.
Además, se utiliza una clave secreta K 306
conocida solamente por el ordenador HSS 108 (en la forma
constructiva alternativa por el ordenador S-CSCF
109) y el aparato terminal de telefonía móvil 103 en el marco de las
operaciones que se describen a continuación.
En este contexto hay que señalar que la
formación de un vector de autentificación AV que se describe a
continuación también puede realizarse en el ordenador
S-CSCF 109 o en un elemento de red comparable en la
red de comunicaciones de lugar de origen 101, en cuyo caso están
disponibles las magnitudes antes descritas en la correspondiente
unidad de ordenador.
Utilizando la clave secreta K 306, el campo de
gestión de autentificación AMF 305, el número secuencial SQN 302 y
el número aleatorio RAND 304, se genera mediante una primera función
de autentificación de mensajes f1 307, tal como la que se describe
por ejemplo (307) en [3] y [4], un Message Authentication Code
(código de autentificación de mensaje) MAC 308, según la siguiente
norma:
(1)MAC =
fl_{K}(SQN | RAND |
AMF)
El símbolo "|" simboliza en el marco de
esta descripción una concatenación de las magnitudes que se
encuentran a la izquierda y a la derecha respectivamente del
símbolo.
Las funciones de autentificación de mensajes f1
y f2 utilizadas a continuación, así como las funciones de
generación de claves f3, f4, f5, se describen en [3] y [4].
Mediante una segunda función de autentificación
de mensajes f2 309, se forma, utilizando la clave secreta K 306 y
el número aleatorio RAND 304, un valor de respuesta esperado XRES
310:
(2)XRES =
f2_{K}(RAND).
Mediante una primera función de generación de
claves f3 311, se forma, utilizando la clave secreta K 306 y el
número aleatorio RAND 304, una clave de transmisión CK 312 según la
siguiente norma:
(3)CK =
f3_{K}(RAND).
Además, utilizando una segunda función de
generación de claves f4 313 y utilizando la clave secreta K 306 y
el número aleatorio RAND 304, se forma una clave de integridad IK
314 según la siguiente norma:
(4)IK =
f4_{K}(RAND).
Mediante una tercera función de generación de
claves f5 315, se calcula, utilizando igualmente la clave secreta K
306 y el número aleatorio RAND 304, una clave de anonimato AK 316,
según la siguiente norma:
(5)AK =
f5_{K}(RAND).
El ordenador HSS 108 forma además un token de
autentificación AUTN 320 según la siguiente norma:
(6)AUTN =
SQN\oplusAK | AMF |
MAC
Los valores calculados antes descritos, es
decir, el token de autentificación AUTN, el valor de respuesta
esperado XRES 310, la clave de transmisión CK 312 y la clave de
integridad IK 314, se trasmiten al ordenador S-CSCF
109.
En el marco de la invención se forma, utilizando
una función de derivación de claves f 317, a partir de la clave de
transmisión CK 312 en el ordenador S-CSCF 109,
utilizando parámetros de entrada 318 que se describen en lo que
sigue, una primera clave derivada CK1 319 de la siguiente
manera.
Como función de derivación de claves f 317 se
utiliza, según un primer ejemplo de ejecución de la invención, una
función pseudoaleatoria PRF, que por ejemplo se basa en el
procedimiento HMAC-SHA1. La función de derivación
de claves f 317 está configurada esencialmente según el
procedimiento de derivación de claves especificado en [6] bajo el
capítulo 5.5.
Así se forma la primera clave derivada CK1 según
la siguiente norma:
(7)CK1 =
fK(CK | Parl |
random),
siendo opcional el parámetro de
entrada Par1 y formándose material aleatorio adecuado random, por
ejemplo según la siguiente
norma:
(8)random =
RAND | AUTN |
XRES,
transmitiéndose RAND|AUTN al
aparato terminal de telefonía móvil 103 durante el procedimiento de
autentificación según [1] como un mensaje de solicitud de
autentificación 204 que se describe a
continuación.
El aparato terminal de telefonía móvil 103
utiliza, para formar el valor aleatorio random, en lugar del valor
de respuesta esperado XRES, el valor de respuesta RES formado por él
mismo.
Un valor derivado del valor RES se transmite en
el marco del procedimiento descrito a continuación según [1] desde
el aparato terminal de telefonía móvil 103 como respuesta de
autentificación al ordenador S-CSCF 109.
Es de señalar en este contexto que la formación
de la clave criptográfica derivada puede realizarse en el ordenador
S-CSCF 109 o bien en un elemento de red adecuado
comparable en la red de comunicaciones de lugar de origen 101.
Además, el ordenador S-CSCF 109
forma, según la siguiente norma, el vector de autentificación
solicitado AV 321 mediante el ordenador S-CSCF
109:
(9)AV = RAND
| XRES | CK1 | IK |
AUTN.
Desde el ordenador S-CSCF 109 se
transmite el mensaje de solicitud de autentificación SIP 204 al
ordenador I-CSCF 112 y desde éste al ordenador
P-CSCF 113 de la red de comunicaciones visitada 102.
En el mensaje de solicitud de autentificación SIP 204 están
incluidos el número aleatorio RAND 306, el token de autentificación
320, así como la clave de integridad IK. Contrariamente al
procedimiento de autentificación según [1], no está contenida según
la invención la clave de transmisión CK, y con ello no se transmite
tampoco al ordenador P-CSCF en la red de
comunicaciones visitada a un usuario. En lugar de ello, está
incluida en el mensaje de solicitud de autentificación 204 la
primera clave derivada CK1.
En el aparato terminal de telefonía móvil 103 se
forman, utilizando las funciones de autentificación de mensajes f1
y f2, así como la función de generación de claves f3, f4 y f5,
igualmente las magnitudes antes descritas y se utilizan para la
autentificación de la red de comunicaciones visitada 102. Para ello
se implementan las funciones f1, f2, f3, f4 y f5 igualmente en el
aparato terminal de telefonía móvil 103.
Además, dispone el aparato terminal de telefonía
móvil 103 evidentemente de una clave secreta K y del número
aleatorio RAND 306. Además, están disponibles igualmente en el
aparato terminal de telefonía móvil 103 las indicaciones
adicionales descritas a continuación relativas a los parámetros Pari
para la formación de la clave derivada utilizando la función de
derivación de claves 317.
Antes de retransmitir el mensaje de solicitud de
autentificación 204, memoriza el ordenador P-CSCF
113 la clave de integración IK 314, así como la primera clave
derivada CK1, elimina ésta del mensaje de solicitud de
autentificación 204 y transmite un mensaje de solicitud de
autentificación reducido 205 al aparato terminal de telefonía móvil
103.
Con ello la clave de integridad IK 314 está
disponible en el ordenador P-CSCF 113, pero no en el
aparato terminal de telefonía móvil 103.
Utilizando el aparato terminal de telefonía
móvil 103, se formó, utilizando la clave secreta K 306 y el número
aleatorio RAND 304, disponible en el aparato terminal de telefonía
móvil 103, utilizando la quinta y la tercera función de generación
de claves f5 315, la clave de anonimato AK 316.
Utilizando el primer campo del token de
autentificación 320, se forma, formando el contenido del primer
campo (SQN \oplus AK), una combinación
EXCLUSIV-ODER ("O" exclusivo) con la clave de
anonimato AK 316 y como resultado recibe el aparato terminal de
telefonía móvil 103 el número secuencial SQN 302.
\newpage
Utilizando el número secuencial, el
Authentication Management Field (campo de gestión de
autentificación) AMF 305, contenido en el token de autentificación
320, el número aleatorio RAND 304, la clave secreta K 306 y la
primera función de autentificación de mensajes f1 307, se forma un
código de autentificación del mensaje del aparato terminal, que se
compara con el Message Authentication Code (código de
autentificación de mensajes) MAC 308 contenido en el token de
autentificación 320.
Si coinciden estos dos valores entre sí,
entonces ha tenido éxito la autentificación de la red de
comunicaciones del lugar de origen 102 respecto al aparato terminal
de telefonía móvil 103 y el aparato terminal de telefonía móvil 103
calcula un valor de respuesta RES utilizando el número aleatorio
RAND 304, la clave secreta K 306 y la segunda función de
autentificación de mensajes f2 309 y envía un valor de respuesta
derivado de RES en un mensaje de respuesta de autentificación SIP
206 al ordenador P-CSCF 113, tal como se describe en
[1].
Es de señalar que el aparato terminal de
telefonía móvil 103 calcula, utilizando además la primera función
de generación de claves f3 311 y la clave secreta K 306, la clave
de transmisión 312, así como utilizando la segunda función de
generación de claves f4 313 y la clave secreta K 306, la clave de
integridad IK 314.
El ordenador P-CSCF 113
retransmite el mensaje de respuesta de autentificación 206 al
ordenador I-CSCF 112 y éste al ordenador
S-CSCF 109.
El ordenador S-CSCF 109 o el
ordenador HSS 108 comprueban el valor de respuesta derivado del
RES, comparando éste con el valor derivado de manera análoga de la
respuesta esperada XRES. Cuando coinciden ambos valores, ha tenido
éxito la autentificación del aparato terminal de telefonía móvil 103
frente al ordenador S-CSCF 109.
Ahora puede formarse también en el aparato
terminal de telefonía móvil 103 según la norma (8) el valor random
y a continuación la primera clave derivada CK1 según la norma
(7).
El ordenador S-CSCF 109
transmite un mensaje de confirmación de autentificación 207 al
ordenador I-CSCF 112 y éste lo retransmite al
ordenador P-CSCF 113.
El mensaje de confirmación de autentificación
208 se transmite al aparato terminal de telefonía móvil 103 para
confirmar la autentificación mutua con éxito.
Además, el ordenador S-CSCF 109
forma, utilizando nuevamente la función de derivación de claves f
317 y opcionalmente utilizando un parámetro de entrada adicional
Par2, una segunda clave derivada CK2 322 según la siguiente
norma:
(10)CK2 =
f_{K}(CK, CK1 | Par2 |
random).
La segunda clave derivada CK2 322 se transmite
en un mensaje codificado 209 al ordenador servidor de aplicaciones
106, que en el marco de la futura codificación utiliza la segunda
clave derivada CK2 322.
En el aparato terminal de telefonía móvil 103
se forma de la manera correspondiente, al igual que en el ordenador
S-CSCF 109, igualmente la segunda clave derivada CK2
322.
Si en el marco de la comunicación con
ordenadores servidores de aplicaciones adicionales es necesario
material de claves adicional, es decir, claves derivadas
adicionales, entonces se forman claves derivadas adicionales CKi (i
= 1, ..., n, designando n la cantidad de claves derivadas formadas)
323, 324, básicamente una cantidad cualquiera de claves derivadas
adicionalmente según la presente norma y se transmiten al
correspondiente ordenador servidor de aplicaciones:
(11)CKi =
f_{K}(CK, CKi | Pari |
random).
En este caso puede representar Pari (i = 1, ...,
n) la identidad, por ejemplo la dirección IP, del correspondiente
ordenador servidor de aplicaciones 106, 107.
El correspondiente parámetro Pari puede además
contener otras informaciones sobre la utilización de la clave, por
ejemplo informaciones sobre la utilización para la codificación o
para la protección de la integridad, informaciones sobre la
dirección del flujo de mensajes (desde el aparato terminal de
telefonía móvil 103 o hacía el aparato terminal de telefonía móvil
103) para el que debe utilizarse la clave.
Una vez que la clave de integridad IK 314 y la
clave de transmisión CK 312 están disponibles en el aparato
terminal de telefonía móvil 103 y en el ordenador
S-CSCF 109, se ejecuta la función de derivación de
claves f 317 tantas veces como sea necesario hasta que para todas
las aplicaciones a asegurar se disponga de las claves
criptográficas que se necesitan. Esto tiene lugar, tal como antes se
ha descrito, tanto en el aparato terminal de telefonía móvil 103
como también en el ordenador S-CSCF 109.
\newpage
A continuación pone a disposición por ejemplo el
ordenador P-CSCF 113 las claves derivadas (primera
clave derivada CK1 318) para la protección de los propios mensajes
IMS y las demás claves derivadas 322, 323, 324, a disposición de la
correspondiente aplicación a asegurar o bien se utilizan de manera
adecuada para la misma.
Alternativamente puede generarse una secuencia
de claves mediante concatenación de las distintas claves derivadas
generadas CK1, CK2, CKi, CKn 318, 322, 323, 324. Esto es ventajoso
cuando la clave derivada no corresponde en cuanto a su longitud a
las exigencias del procedimiento de aseguramiento utilizado o cuando
por ejemplo se necesitan dos claves unidireccionales para una
aplicación.
En este caso resulta una clave derivada según la
siguiente norma:
(12)KEYMAT =
CK1 | CK2 | ... | CKi |
...
De esta secuencia de claves KEYMAT se toman,
comenzando desde la izquierda y consecutivamente, las claves
criptográficas necesarias para las distintas aplicaciones.
A continuación se indican ejemplos de ejecución
alternativos para formar las claves derivadas 318, 322, 323,
324.
El siguiente ejemplo de ejecución es similar al
procedimiento MILENAGE descrito en [3] y [4].
Partamos de material aleatorio random adecuado
formado por ejemplo según la norma (8). Para formar el valor
aleatorio random se utiliza el procedimiento según el ejemplo de
ejecución antes descrito. Además, se supone que
ASi-ID designa la identidad, por ejemplo la
dirección IP, del ordenador servidor de aplicaciones, siendo en ASi
i = 1, 2, ..., n. Partamos de que h es una función Hash como por
ejemplo SHA-1. Bajo E se designa una función de
codificación en bloques adecuada con valores de entrada, valores de
salida y claves, en cada caso de una longitud de 128 bits. Cuando
el valor de entrada es x, la clave es k y el valor de salida es y,
entonces se calcula el valor de salida y según la siguiente
norma:
(13)y =
E[x]_{k}.
Un ejemplo de una función de codificación en
bloques adecuada es el llamado procedimiento de Rijndael, tal como
por ejemplo se describe en [4].
Un valor de 128 bits x_{i} se deriva de la
identidad del ordenador servidor de aplicaciones y de la clave de
transmisión CK 312 según la siguiente norma:
(14)x_{i} =
ASi-ID \oplus
E[ASi-ID]_{CK}.
Un valor intermedio TEMP de la longitud 128 bits
se calcula según la siguiente norma:
(15)TEMP =
E[random \oplus
x_{i}]_{CK}.
La correspondiente clave derivada CKi se calcula
ahora como sigue:
(16)CKi(r,c) =
E[rot(TEMP \oplus x_{i},r) \oplus
c]_{CK} \oplus
xi,
siendo r y c constantes adecuadas
que pueden predeterminarse, tal como se describe por ejemplo en
[4].
Tal como se describe igualmente en [4], es
posible en el marco de la invención, mediante la elección adecuada
de otras constantes r y c, derivar otras claves CKi(r,c) para
el mismo ordenador servidor de aplicaciones.
Según un ejemplo de ejecución alternativo de la
invención que se apoya en el procedimiento de derivación de claves
según RSA PKCS#5, se utiliza de nuevo el valor aleatorio random, que
se calcula tal como se hacía según el primer ejemplo de
ejecución.
De nuevo, al igual que en el segundo ejemplo de
ejecución, sea ASi-ID la identidad del ordenador
servidor de aplicaciones ASi para i = 1, 2, ..., n. De nuevo, sea h
una función Hash como por ejemplo SHA1 y designando de PRF una
función pseudoaleatoria.
Se calculan los siguientes valores:
(17)x0 =
h("clave de codificación para ordenador
P-CSCF"),
- xi = h (ASi-ID) {}\hskip1.5cm para i = 1, ..., n
- (18)
A continuación se calculan las claves derivadas
CKi según la siguiente norma para i = 0, 1, 2, ..., n:
(19)CKi =
F(CK, random, c, i) = U_{1}(i)\XOR
U_{2}(i)\XOR...\XOR
Uc(i)
siendo c un número entero adecuado,
que puede predeterminarse convenientemente
y
- U_{1}(i) = PRF(CK, random | x_{i})
- (20)
- U_{2}(i) = PRF(CK, U_{1}(i))
- (21)
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- . . .
\vskip1.000000\baselineskip
- U_{c}(i) = PRF(CK, U_{c-1}(i).
- (22)
Según otra forma constructiva alternativa, está
previsto combinar las formas de proceder según el primer ejemplo de
ejecución y el segundo ejemplo de ejecución entre sí en el siguiente
sentido.
Se calcula primeramente una clave derivada CKi
para el ordenador servidor de aplicaciones ASi, tal como se ha
descrito en el segundo ejemplo de ejecución. A continuación se
utiliza la forma de proceder según el primer ejemplo de ejecución
para obtener material de claves adicional para el ordenador servidor
de aplicaciones ASi, sustituyendo la clave de transmisión CK 312 en
el primer ejemplo de ejecución por la correspondiente clave
derivada CKi, que se ha obtenido por el procedimiento
correspondiente al segundo ejemplo de ejecución.
Entonces resultan para las claves adicionalmente
derivadas:
- CKi1 = f(CKi, random)
- (23)
- CKi2 = f(CKi, CKi1 | random)
- (24)
- CKi3 = f(CKi, CKi2 | random)
- (25)
etc.
Ahora se tienen todas las existentes para la
codificación de los correspondientes mensajes en el marco de las
aplicaciones necesarias, tanto en el aparato terminal de telefonía
móvil 103, en el ordenador P-CSCF 113, como en el
ordenador servidor de aplicaciones 106, 107, sin que pueda obtener
el ordenador P-CSCF 113 conclusiones relativas a
las claves derivadas CKi 318, 322, 323, 324 en los ordenadores
servidores de aplicaciones 106, 107 y a la inversa, sin que los
ordenadores servidores de aplicaciones 106, 107 puedan obtener
conclusiones sobre el material de claves memorizado y utilizado en
el ordenador P-CSCF 113.
Utilizando la clave derivada 318, 322, 323, 324
se realiza a continuación la codificación de los datos de usuario a
transmitir.
En estos documentos se citan las siguientes
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Claims (15)
1. Procedimiento para formar y distribuir claves
criptográficas (318, 322) en un sistema de telefonía móvil (100)
que presenta al menos un aparato terminal de telefonía móvil (103),
un primer ordenador (113), un ordenador de una red de
comunicaciones de lugar de origen (109), así como un segundo
ordenador (106, 107), conteniendo el aparato terminal de telefonía
móvil (103) y el ordenador de la red de comunicaciones del lugar de
origen (109), como resultado de una autentificación, material de
claves de autentificación (313, 314),
caracterizado porque el aparato terminal
de telefonía móvil (103) y el ordenador de la red de comunicaciones
del lugar de origen (109) forman en cada caso, utilizando el
material de claves de autentificación (312), una primera clave
criptográfica (318) y una segunda clave criptográfica (322),
- \bullet
- la primera clave criptográfica (318) se transmite al primer ordenador (113) y
- \bullet
- la segunda clave criptográfica (322) se transmite al segundo ordenador (106),
- \bullet
- la primera clave criptográfica (318) y la segunda clave criptográfica (322) están formadas tal que
- \bullet
- a partir de la primera clave criptográfica (318) no puede sacarse ninguna conclusión relativa a la segunda clave criptográfica (322),
- \bullet
- a partir de la segunda clave criptográfica (322) no puede sacarse ninguna conclusión relativa a la primera clave criptográfica (318),
- \bullet
- a partir de la primera clave criptográfica (318) o de la segunda (322) clave criptográfica no puede sacarse ninguna conclusión relativa al material de claves de autentificación (312, 314),
- \bullet
- la primera y la segunda claves criptográfica se utilizan en el marco de la comunicación entre el aparato terminal de telefonía móvil y el primer o bien segundo ordenador.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
- \bullet
- en el que el primer ordenador (113) es un ordenador de una red de comunicaciones visitada, encontrándose el aparato terminal de telefonía móvil (103) en la red de comunicaciones visitada (102), y
- \bullet
- en el que el segundo ordenador es un ordenador servidor de aplicaciones (106, 107).
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
- \bullet
- en el que el primer ordenador (113) es un primer ordenador servidor de aplicaciones (106) y
- \bullet
- en el que el segundo ordenador es un segundo ordenador servidor de aplicaciones (107).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3,
en el que la primera clave criptográfica (318) y
la segunda clave criptográfica (322) se forman utilizando al menos
una función de derivación de claves (317).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4,
en el que el material de claves de
autentificación (312, 314) presenta al menos dos claves
criptográficas.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5,
en el que el sistema de telefonía móvil (100)
está configurado como un sistema de telefonía móvil basado en el
estándar 3GPP.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
en el que el sistema de telefonía móvil (100)
presenta un subsistema multimedia IP.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7,
en el que el material de claves de
autentificación (312, 314) presenta una clave de integridad (314) y
una clave de transmisión (312).
\newpage
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
en el que la primera clave criptográfica (318) y
la segunda clave criptográfica (322) se derivan de la clave de
transmisión (312).
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9,
en el que el aparato terminal de telefonía móvil
(103) y el ordenador de la red de comunicaciones del lugar de
origen (109) forman, para ordenadores servidores de aplicaciones
adicionales (107), en cada caso utilizando el material de claves de
autentificación (313, 314), claves criptográficas adicionales (323,
324) y se transmiten a los correspondientes ordenadores servidores
de aplicación (107).
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que para formar la clave
criptográfica (318, 322, 323, 324) se utiliza la misma función de
derivación de claves.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11,
en el que para formar la clave criptográfica
(318, 322, 323, 324) se utilizan distintos parámetros de entrada
adicionales (319) para la función de derivación de claves (317).
13. Procedimiento según la reivindicación
12,
en el que como parámetros de entrada adicionales
(319) para la función de derivación de claves (317) se utilizan
parámetros que se han formado en el marco de la autentificación.
14. Procedimiento según la reivindicación
13,
en el que como parámetros de entrada adicionales
para la función de derivación de claves se utiliza al menos una de
las claves criptográficas previamente formadas (318, 322, 323,
324).
15. Sistema de telefonía móvil (100)
- \bullet
- con al menos un aparato terminal de telefonía móvil (103), en el que como resultado de una autentificación está memorizado material de claves de autentificación (312, 314),
- \bullet
- con un primer ordenador (113),
- \bullet
- con un ordenador de una red de comunicaciones de lugar de origen (109) en el que como resultado de una autentificación está memorizado el material de claves de autentificación (312, 314),
- \bullet
- con al menos un segundo ordenador (106, 107),
\hskip0,6cmcaracterizado porque
- el aparato terminal de telefonía móvil (103) y el ordenador de la red de comunicaciones del lugar de origen (109) presentan respectivas unidades de encriptamiento para formar una primera clave criptográfica (318) y una segunda clave criptográfica (322) utilizando el material de claves de autentificación (312, 314), estando formadas la primera clave criptográfica (318) y la segunda clave criptográfica (322) tal que
- -
- a partir de la primera clave criptográfica (318) no es posible sacar ninguna conclusión relativa a la segunda clave criptográfica (322),
- -
- a partir de la segunda clave criptográfica (322) no es posible sacar ninguna conclusión relativa a la primera clave criptográfica (318),
- -
- a partir de la primera clave criptográfica (318) o de la segunda clave criptográfica (322) no es posible sacar ninguna conclusión relativa al material de claves de autentificación (312, 314),
- \bullet
- el primer ordenador (113) presenta una memoria para memorizar la primera clave criptográfica (318) y
- \bullet
- el segundo ordenador (106, 107) presenta una memoria para memorizar la segunda clave criptográfica (322)
- \bullet
- la primera o bien la segunda clave criptográfica se utilizan en el marco de la comunicación entre el aparato terminal de telefonía móvil y el primer o bien segundo ordenador.
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