ES2346435T3 - Comprobacion de integridad en un sistema de comunicacion. - Google Patents
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Abstract
Un nodo para su uso en un sistema que comprende dicho nodo (6, 20) y un nodo adicional (20, 6), proporcionándose una pluralidad de distintos canales de comunicación entre dichos nodos, teniendo cada canal de comunicación una identidad distinta, comprendiendo dicho nodo: medios para calcular un código (XMAC-I) de autenticación a partir de una pluralidad de valores, siendo algunos de dichos valores los mismos para dicha pluralidad de distintos canales de comunicación, medios para recibir información relacionada con un código (MAC-I) de autenticación calculado por dicho nodo adicional; y medios para comparar información relacionada con un código (XMAC-I) de autenticación calculado por dicho nodo con información relacionada con un código (MAC-I) de autenticación calculado por el nodo adicional; y caracterizado por estar al menos uno de dichos valores dispuesto para comprender información relacionada con la identidad (RB ID) de un canal de comunicación de dicha pluralidad de canales de comunicación.
Description
Comprobación de integridad en un sistema de
comunicación.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para comprobar la integridad de las comunicaciones
entre un primer nodo y un segundo nodo. En particular, pero no
exclusivamente, la invención se refiere a un procedimiento para
comprobar la integridad de las comunicaciones entre una estación
móvil y una red celular.
Se conocen diversas redes distintas de
telecomunicación. Una red de telecomunicación es una red de
telecomunicación celular, en la cual el área cubierta por la red se
divide en una pluralidad de células. Cada célula está dotada de una
estación base, que sirve a estaciones móviles en la célula asociada
a la estación base. El equipo de usuario, tal como las estaciones
móviles, recibe así señales desde, y transmite señales a, la
estación base y, por ello, puede comunicarse a través de las
estaciones base. El sistema celular también comprende habitualmente
un controlador de estación base que controla el funcionamiento de
una o más estaciones base. Al menos algunos de los equipos de
usuario en el sistema pueden ser capaces de comunicarse
simultáneamente por uno o más canales de comunicación.
Las telecomunicaciones están expuestas al
problema de asegurar que la información recibida es enviada por un
remitente autorizado, y no por un participante no autorizado que
está intentando pasar por el remitente. El problema es
especialmente relevante para los sistemas de telecomunicación
celular, donde la interfaz aérea presenta una oportunidad potencial
para que un participante espíe y reemplace el contenido de una
transmisión. El documento US 4.393.269 expone un procedimiento y
aparato que incorporan una secuencia de vía única para la
verificación de transacciones e identidades.
Una solución para este problema es la
autenticación de los participantes en la comunicación. Un proceso de
autenticación intenta descubrir y comprobar la identidad de ambos
participantes en la comunicación, de forma tal que cada
participante reciba información acerca de la identidad del otro
participante, y pueda fiarse de la identidad. La autenticación se
efectúa habitualmente en un procedimiento específico al principio de
una conexión. Sin embargo, este procedimiento deja espacio para la
manipulación, inserción y borrado no autorizados de los mensajes
subsiguientes. Hay una necesidad de una autenticación por separado
de cada mensaje transmitido. Esto puede hacerse adosando un código
de autenticación de mensaje (MAC-I) al mensaje en el
extremo transmisor, y comprobando el valor del código
MAC-I de autenticación de mensaje en el
extremo
receptor.
receptor.
Un código MAC-I de autenticación
de mensaje es habitualmente una cadena relativamente breve de bits,
que depende del mensaje que protege y de una clave secreta conocida
tanto por el remitente como por el destinatario del mensaje. La
clave secreta se genera y acuerda durante el procedimiento de
autenticación al comienzo de la conexión. En algunos casos, el
algoritmo (que se usa para calcular el código MAC-I
de autenticación de mensaje sobre la base de la clave secreta y el
mensaje) también es secreto, pero este no es el caso
normalmente.
El proceso de autenticación de mensajes
individuales se llama a menudo protección de integridad. Para
proteger la integridad de un mensaje, el participante transmisor
calcula un valor de autenticación del mensaje sobre la base del
mensaje a enviar y de la clave secreta, utilizando el algoritmo
especificado, y envía el mensaje con el valor del código
MAC-I de autenticación de mensaje. El participante
receptor recalcula un valor del código MAC-I de
autenticación de mensaje sobre la base del mensaje y la clave
secreta según el algoritmo especificado, y compara el código
MAC-I de autenticación de mensaje recibido con el
código MAC-I de autenticación de mensaje calculado.
Si los dos valores del código MAC-I de autenticación
de mensaje coinciden, el destinatario puede confiar en que el
mensaje está intacto y enviado por el supuesto participante.
Los esquemas de protección de integridad pueden
ser atacados. Hay dos procedimientos que un participante no
autorizado puede usar para falsificar un valor del código
MAC-I de autenticación de mensaje, para mensajes
modificados o nuevos. El primer procedimiento implica obtener la
clave secreta y el segundo procedimiento implica proporcionar
mensajes modificados o nuevos sin conocimiento de la clave
secreta.
La clave secreta puede ser obtenida por terceros
de dos maneras:
- -
- calculando todas las claves posibles hasta que se halla una clave que coincide con datos de pares observados de códigos MAC-I de autenticación de mensaje, o bien forzando el algoritmo para producir valores de códigos MAC-I de autenticación de mensajes; o bien
- -
- capturando directamente una clave secreta almacenada o transmitida.
Los participantes originales en la comunicación
pueden impedir que un tercero obtenga la clave secreta usando un
algoritmo que sea criptográficamente fuerte, usando una clave
secreta lo bastante larga para impedir la búsqueda exhaustiva de
todas las claves y usando un procedimiento seguro para la
transmisión y almacenamiento de claves secretas.
Un tercero puede intentar perturbar el
intercambio de mensajes entre los dos participantes sin una clave
secreta, adivinando el valor correcto del código
MAC-I de autenticación de mensaje, o bien
reproduciendo algún mensaje anterior transmitido entre los dos
participantes. En este último caso, el código MAC-I
correcto de autenticación de mensaje para el mensaje se conoce a
partir de la transmisión original. Este ataque puede ser muy útil
para un tercero no autorizado. Por ejemplo, puede multiplicar el
número de acciones adicionales que son favorables al intruso.
Incluso las transacciones monetarias pueden repetirse de esta
manera.
La correcta adivinación del valor del código
MAC-I de autenticación de mensaje puede impedirse
usando valores largos del código MAC-I de
autenticación de mensaje. El valor MAC-I de
autenticación de mensaje debería ser lo bastante largo como para
reducir la probabilidad de adivinar correctamente a un nivel lo
suficientemente bajo en comparación con el beneficio obtenido por
una falsificación exitosa. Por ejemplo, el uso de un valor de 32
bits del código MAC-I de autenticación de mensaje
reduce la probabilidad de una adivinación correcta a 1/4294967296.
Esto es lo bastante pequeño para la mayoría de las aplicaciones.
La obtención de un valor correcto del código
MAC-I de autenticación de mensaje, usando el ataque
por reproducción, es decir, reproduciendo un mensaje anterior,
puede impedirse introduciendo un parámetro que varía con el tiempo
al cálculo de los valores MAC-I de autenticación de
mensaje. Por ejemplo, puede usarse un valor de sello temporal o un
número de secuencia como entrada adicional al algoritmo del código
MAC-I de autenticación de mensaje, además de la
clave secreta de integridad y el mensaje.
En el caso en que se usa una secuencia de
números como parámetros que varían con el tiempo, se usa un
mecanismo que impide la posibilidad de usar el mismo número de
secuencia más de una vez con la misma clave secreta. Habitualmente,
ambos participantes en la comunicación mantienen un registro de los
números de secuencia usados.
Si hay varios canales de comunicación en uso,
todos los cuales utilizan la misma clave secreta, surge el siguiente
problema. Un mensaje en un canal de comunicación asociado a un
número de secuencia dado, por ejemplo n, puede repetirse en otro
canal de comunicación en un momento adecuado, es decir, toda vez que
el número n de secuencia es aceptable en el otro canal.
Se ha propuesto aplicar el cifrado y la
protección de integridad en el sistema UMTS para el estándar de
tercera generación. Sin embargo, el procedimiento que se ha
propuesto permite que el mensaje idéntico se envíe por dos
distintos portadores de radio de señalización en distintos momentos.
Esto hace que el sistema sea vulnerable a ataques del hombre de la
calle. En particular, tal sistema puede ser vulnerable al "ataque
por reproducción" descrito anteriormente.
Habitualmente, un único mensaje de señalización
repetido no brinda una ventaja significativa al tercero no
autorizado, pero es posible que el tercero pudiera intentar repetir
un diálogo más largo, por ejemplo, a fin de establecer una llamada
adicional y, así, robar partes de una conexión.
El documento ETSI: "Universal Mobile
Telecommunications System (UMTS); 3G Security; Security Architecture
(3GPP TS 33, 102 version 3.3.1 Release 1999)" ["Sistema
Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS); Seguridad 3G;
Arquitectura de Seguridad (3GPP TS 33, 102 versión 3.3.1 Edición
1999"], ETSI TS 133 102 V3.3.1, de Enero de 2000
(2000-01), páginas 1-64,
XP002225628, describe en detalle un procedimiento de seguridad para
su uso en un sistema de telecomunicaciones 3G.
Es un objetivo de las realizaciones de la
presente invención abordar uno o más de los problemas anteriormente
expuestos.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un nodo para su uso en un sistema que comprende dicho
nodo y un nodo adicional, proporcionándose una pluralidad de
distintos canales de comunicación entre dichos nodos, y teniendo
cada canal de comunicación una identidad distinta. Este nodo está
caracterizado por comprender medios para calcular un código de
autenticación a partir de una pluralidad de valores, siendo algunos
de esos valores los mismos para dicha pluralidad de distintos
canales de comunicación, estando dispuesto al menos uno de dichos
valores para comprender información relacionada con la identidad de
un canal de comunicación de dicha pluralidad de canales de
comunicación, medios para recibir información con respecto a un
código de autenticación calculado por dicho nodo adicional, y
medios para comparar información relacionada con un código de
autenticación calculado por dicho nodo con información relacionada
con un código de autenticación calculado por el nodo adicional.
Según otro aspecto de la presente invención, se
proporciona un procedimiento para llevar a cabo una comprobación de
integridad en un sistema que comprende un nodo y un nodo adicional,
proporcionándose una pluralidad de canales de comunicación entre
dicho nodo y dicho nodo adicional, teniendo cada canal de
comunicación una identidad distinta. El procedimiento se
caracteriza por las etapas de recibir en el nodo información
relacionada con un código de autenticación desde el nodo adicional,
calcular un código de autenticación adicional usando una pluralidad
de valores, siendo algunos de dichos valores los mismos para dicha
pluralidad de distintos canales de comunicación, estando al menos
uno de dichos valores dispuesto para comprender información
relacionada con la identidad de un canal de comunicación de dicha
pluralidad de canales, y comparar el código de autenticación
adicional con dicha información relacionada con un código de
autenticación recibido desde el nodo adicional.
Según otro aspecto de la presente invención, se
proporciona un sistema de comunicación que comprende un nodo según
lo anteriormente descrito, y dispuesto para funcionar según el
procedimiento anteriormente descrito.
Pueden lograrse varias ventajas por las
realizaciones de la invención. En la solución de la presente
invención, el ataque por reproducción puede impedirse también en el
caso en que se usan varios canales de comunicación paralelos. Una
ventaja es que las realizaciones pueden aplicarse flexiblemente a
cualquier sistema que utiliza canales de comunicación paralelos
dentro de una conexión. La realización de la presente invención
puede mejorar la seguridad del usuario en sistemas de comunicación,
especialmente en sistemas de comunicación inalámbrica. Las
realizaciones pueden garantizar que los canales de comunicación
paralelos dentro de una conexión nunca usarán el mismo conjunto de
parámetros de entrada para calcular el código MAC-I
de autenticación de mensaje.
Para una mejor comprensión de la presente
invención, y de cómo la misma puede llevarse a cabo, se hará ahora
referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los
cuales:
La Figura 1 muestra elementos de una red celular
con la cual pueden usarse realizaciones de la presente
invención;
La Figura 2 muestra la arquitectura del
protocolo Uu de interfaz de radio entre el equipo UE de usuario y
el Nodo B, y entre el equipo UE de usuario y el controlador RNC de
red de radio de la Figura 1;
La Figura 3 ilustra esquemáticamente la función
de protección de integridad;
La Figura 4 muestra la función de protección de
integridad modificada de acuerdo a realizaciones de la presente
invención;
La Figura 5 muestra la función de protección de
integridad modificada de acuerdo a una realización adicional de la
invención;
La Figura 6 muestra una realización adicional de
la presente invención;
La Figura 7 muestra un procedimiento de
autenticación y acuerdo de claves;
La Figura 8 muestra la generación de vectores de
autenticación; y
La Figura 9 muestra un ejemplo de función de
autenticación de usuario en un USIM (Módulo de Identidad de
Servicios de Usuario), de acuerdo a una realización de la presente
invención.
Con referencia a la Figura 1, se describirá una
típica estructura de sistema de telefonía móvil. Las partes
principales del sistema de telefonía móvil son: una red central CN
2, una red de acceso terrestre por radio del UMTS (UTRAN) 4, y un
equipo UE 6 de usuario. La red central CN 2 puede estar conectada
con redes externas 8, que pueden bien ser redes 81 Conmutadas por
Circuitos (CS) (p. ej., PLMN, PSTN, ISDN) o redes 82 Conmutadas por
Paquetes (PS) (p. ej., Internet). La interfaz entre la red central
CN2 y la red de acceso terrestre por radio del UMTS, UTRAN 4, se
llama la interfaz Iu, y la interfaz entre la red de acceso terrestre
por radio del UMTS, UTRAN 4, y el equipo UE 6 de usuario se llama
la interfaz Uu. Como se muestra en la Figura 1, el RNC está
conectado con dos nodos de la CN (MSC/VLR y SGSN). En algunas
topologías de red puede ser posible que un RNC esté conectado con
un nodo de la CN o con más de dos nodos de la CN.
La red central CN 2 se compone de un Registro de
Ubicación Local HLR 10, un Centro de Conmutación de Servicios
Móviles/Registro de Ubicación de Visitante, MSC/VLR 12, un MSC de
Pasarela, GMSC 14, un Nodo Servidor de Soporte del GPRS (Servicio
General de Radio en Paquetes), SGSN 16, y un Nodo de Pasarela de
Soporte del GPRS, GGSN 18.
La UTRAN 14 se compone de los subsistemas de red
de radio RNS 20 y 22. La interfaz entre dos subsistemas RNS de red
de radio se llama la interfaz Iur. Los subsistemas de red de radio
RNS 20 y 22 se componen de un controlador de red de radio, RNC 24,
y uno más nodos B 26. La interfaz entre el controlador de red de
radio, RNC 24, y el nodo B 26 se llama la interfaz Iub.
El Controlador de Red de Radio, RNC 24, es el
elemento de red responsable del control de los recursos de radio de
la UTRAN 4. El RNC 24 mantiene una interfaz con la red central CN 2
(normalmente, con un MSC 12 y un SGSN 16) y también termina el
protocolo de Control de Recursos de Radio, RRC, que define los
mensajes y procedimientos entre el equipo UE 6 de usuario y la
UTRAN 4. El RNC 24 corresponde lógicamente al controlador de
estación base del estándar GSM (sistema global para comunicaciones
móviles).
La función principal del Nodo B 26 es efectuar
el procesamiento de la interfaz aérea L1 (codificación e
intercalación de canal, adaptación de velocidad, expansión, etc.).
También efectúa alguna operación básica de Gestión de Recursos de
Radio, tal como el control de potencia del bucle interno.
Corresponde lógicamente a la Estación Transceptora Base del
estándar GSM.
El equipo UE 6 de usuario consiste en dos
partes: el Equipo Móvil ME 30 y el Módulo de Identidad de Abonado
del UMTS, USIM 32. El equipo móvil ME es el terminal de radio usado
para la comunicación de radio por la interfaz Uu entre el equipo UE
6 de usuario y la UTRAN 4. El USIM 32 es una tarjeta inteligente que
guarda la identidad del abonado, realiza algoritmos de
autenticación y almacena claves de autenticación y cifrado y alguna
información de abonado que se necesita en el terminal.
Con referencia a la Figura 2, se describirá la
arquitectura del protocolo de interfaz de radio según las
especificaciones 3GPP. Las entidades de protocolo descritas
funcionan entre:
- el equipo UE 6 de usuario y el Nodo B 26, y/o
- el equipo UE 6 de usuario y el RNC 24.
La división de capas de protocolo entre el Nodo
B 26 y el RNC 24 no se describe aquí adicionalmente.
Los protocolos de interfaz de radio pueden
dividirse entre un plano 50 de control y un plano 52 de usuario. El
plano 50 de control se usa para toda señalización entre el UE 6 y el
RNC 24, y también entre el equipo UE 6 de usuario y la red central
CN 2. El plano de usuario lleva los datos de usuario efectivos.
Algunos de los protocolos de interfaz de radio funcionan sólo en un
plano, mientras que algunos protocolos funcionan en ambos
planos.
Los protocolos de interfaz de radio pueden
dividirse en capas, que son la capa 1 L1 54 (también llamada la
capa física), la capa 2 L2 56 (también llamada la capa del enlace de
datos) y la capa 3 L3 58 (también llamada la capa de red). Algunas
capas contienen sólo un protocolo, mientras que algunas capas
contienen varios protocolos distintos.
La capa física L1 54 ofrece servicios a la capa
60 de Control de Acceso al Medio (MAC), mediante canales de
transporte que se caracterizan por cómo y con qué características se
transfieren los datos.
La capa 60 de Control de Acceso al Medio (MAC),
a su vez, ofrece servicios a la capa 62 de control del enlace de
radio, RLC, por medio de canales lógicos. Los canales lógicos se
caracterizan por el tipo de datos que se transmiten. En la capa 60
de control de acceso al medio, MAC, los canales lógicos se asocian a
los canales de transporte.
La capa 62 de Control del Enlace de Radio, RLC,
ofrece servicios a las capas superiores mediante los puntos SAP de
acceso a servicios, que describen cómo la capa 62 de control del
enlace de radio, RLC, gestiona los paquetes de datos y, por
ejemplo, si se usa una función de solicitud de repetición automática
(ARQ). En el plano 50 de control, los servicios de control del
enlace de radio, RLC, son usados por la capa 64 de control de
recursos de radio, RRC, para el transporte de señalización.
Normalmente, un mínimo de tres entidades de control del enlace de
radio, RLC 62, se involucran para el transporte de señalización -
una entidad en modalidad transparente, una en modalidad sin acuse
de recibo y una en modalidad con acuse de recibo. En el plano 52 de
usuario, los servicios de RLC son usados bien por las capas de
protocolo específicas del servicio - el protocolo PDCP 66 de
convergencia de datos en paquetes o el control de
difusión-multidifusión BMC 68 - o bien por otras
funciones del plano de usuario de capas superiores (p. ej., códecs
de voz). Los servicios del RLC se llaman Portadores de Radio de
Señalización en el plano de control y Portadores de Radio en el
plano de usuario, para servicios que no utilizan los protocolos
PDCP o BMC.
El Protocolo de Convergencia de Datos en
Paquetes (PCDP) existe sólo para los servicios del dominio conmutado
por paquetes, PS (servicios encaminados mediante el SGSN) y su
principal función es la compresión de cabeceras, lo que significa
compresión de información redundante de control del protocolo (p.
ej., cabeceras de TCP/IP y RTP/UDP/IP) en la entidad transmisora y
descompresión en la entidad receptora. Los servicios ofrecidos por
el PDCP se llaman Portadores de Radio.
El protocolo de Control de
Difusión-Multidifusión (BMC) existe sólo para el
servicio de Difusión Celular del servicio de mensajes breves, SMS,
que deriva del GSM. El servicio ofrecido por el protocolo BMC
también se llama un Portador de Radio.
La capa 64 del RRC ofrece servicios a las capas
superiores (al Estrato No de Acceso) mediante puntos de acceso al
servicio. Toda la señalización de capas superiores entre el equipo
UE 6 de usuario y la red central CN 2 (gestión de movilidad,
control de llamadas, gestión de sesiones, etc.) se encapsula en
mensajes del RRC para su transmisión por la interfaz de radio.
Las interfaces de control entre el RRC 64 y
todos los protocolos de capas inferiores son usadas por la capa 64
del RRC para configurar características de las entidades de
protocolos de capas inferiores, incluyendo parámetros para los
canales físicos, de transporte y lógicos. Las mismas interfaces de
control son usadas por la capa 64 del RRC, p. ej., para ordenar a
las capas inferiores que realicen ciertos tipos de mediciones, y
por las capas inferiores para informar de resultados y errores de
medición al RRC.
La realización de la invención se describe en el
contexto de un UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones
Móviles). La presente invención es aplicable a todos los tipos de
comunicación, p. ej., señalización, servicios en tiempo real y
servicios no en tiempo real. Sin embargo, debería apreciarse que las
realizaciones de la presente invención son aplicables a cualquier
otro sistema.
En la propuesta para el estándar del UMTS para
la tercera generación, el SGSN 16, y el equipo UE 6 de usuario, por
ejemplo, una estación móvil, tienen una capa superior L3 que brinda
soporte a la gestión de movilidad, MM (a veces llamada GMM) y a la
gestión de sesiones, SM. Esta capa superior también brinda soporte
al servicio de mensajes breves SMS. Estos protocolos L3 de capas
superiores derivan del sistema GPRS de segunda generación. El SMS
brinda soporte al servicio de mensajes breves, originado en móviles
y terminado en móviles, descrito en la especificación de tercera
generación 3GPP TS 23.040. La función de gestión de movilidad
gestiona la ubicación de la estación móvil, es decir, la anexión de
la estación móvil a la red, y la autenticación. Así, la MM brinda
soporte a funcionalidad de gestión de movilidad tal como la anexión,
desconexión, seguridad (p. ej., autenticación) y actualizaciones de
encaminamiento. De acuerdo a una realización, las claves de
integridad pueden calcularse durante el procedimiento de
autenticación de la MM. Una realización ejemplificadora de este
aspecto de la presente invención se explicará en más detalle más
adelante.
El SGSN 16 y el RNS 20 tienen una capa del
Protocolo de Aplicación de Red de Acceso por Radio (RANAP). Este
protocolo se usa para controlar los portadores de interfaces Iu,
pero también encapsula y transporta señalización de capas
superiores. RANAP gestiona la señalización entre el SGSN 16 y el RNS
20. RANAP se especifica en la especificación de tercera generación
3GPP TS 25.413. Tanto la estación móvil 6 como el RNS 20 tienen un
protocolo de control de recursos de radio, RRC, que proporciona
control de portadores de radio por la interfaz de radio, por
ejemplo, para la transmisión de mensajes de señalización de capas
superiores y mensajes del SMS. Esta capa gestiona la mayor parte de
la comunicación entre la estación móvil 6 y el RNC 24. Un RRC está
especificado, por ejemplo, en la especificación de tercera
generación 3GPP TS 25.331.
Los mensajes de MM, SM y SMS se envían desde el
SGSN 16 al RNS 20, encapsulados en un mensaje del protocolo RANAP
(el mensaje se llama Transferencia Directa en las especificaciones
3GPP). El paquete es remitido por la capa RANAP del RNC 24 a la
capa RRC del RNC 24. La función de retransmisión en el RNS 20
arranca efectivamente las cabeceras del RANAP y remite la carga
útil al protocolo del RRC, usando una primitiva adecuada, de forma
tal que la capa RRC sepa que este es un mensaje de capas superiores
que debe ser remitido a la estación móvil 6. El RNC 24 inserta una
suma de control de integridad al mensaje (RRC) que lleva el mensaje
de capas superiores, en la carga útil (el mensaje del RRC se llama
Transferencia Directa en las especificaciones 3GPP). El RNC 24
también puede cifrar el mensaje. Esto se describirá en más detalle
más adelante en el presente documento. El RNS 20 remite el paquete,
mediante la interfaz aérea, a la estación móvil 6.
En la dirección originada en el móvil, la capa
de RRC de la estación móvil 6 recibe el mensaje de capas superiores,
lo encapsula en un mensaje de Transferencia Directa del RRC y le
añade un código de autenticación de mensaje ante de enviarlo al RNS
20. El mensaje es retransmitido desde la capa del RRC a la capa
RANAP del RNS 20. El RNS 20 comprueba la información asociada al
mensaje, para ver si la integridad del paquete ha sido
comprobada.
El procedimiento de comprobación de integridad
se describirá ahora. La mayoría de los elementos de información del
control de recursos de radio, RRC, la gestión de movilidad, MM, y la
gestión de sesiones, SM (así como otros protocolos de capas
superiores 3) se consideran sensibles y su integridad debe
protegerse. Debido a esto, una función de integridad puede
aplicarse sobre la mayoría de los mensajes de señalización del RRC
transmitidos entre la estación móvil y el RNS 20. Sin embargo, esos
mensajes del RRC que se envían antes de que se conozca la clave de
integridad pueden ignorarse. Esta función de integridad usa un
algoritmo de integridad con la clave IK de integridad para calcular
un código de autenticación de mensaje para un mensaje dado. Esto se
lleva a cabo en la estación móvil y el RNS, que tienen ambos la
clave IK de integridad y el algoritmo de integridad.
Se hace referencia a la Figura 3, que ilustra el
uso del algoritmo de integridad para calcular el código
MAC-I de autenticación de mensaje.
Los parámetros de entrada al algoritmo son la
clave IK de integridad, una entrada CONTADOR-I
dependiente de la hora o del número de mensaje, un valor aleatorio
generado por la red, REFRESCO, el bit DIRECCIÓN de dirección y el
MENSAJE de datos de señalización. La última entrada es el mensaje o
paquete de datos. Sobre la base de estos parámetros de entrada, un
código de autenticación de mensaje para la integridad de datos
(MAC-I) es calculado por el algoritmo UIA de
integridad. Este código MAC-I se adosa luego al
mensaje antes de enviarlo por la interfaz aérea, bien a o desde la
estación móvil.
El receptor de ese código y mensaje también
calcula un código de autenticación de mensaje para la integridad,
XMAC-I, sobre el mensaje recibido, utilizando el
mismo algoritmo UIA. El algoritmo UIA tiene las mismas entradas que
en el extremo remitente del mensaje. Los códigos calculados por el
algoritmo en el extremo remitente (MAC-I) y en el
extremo receptor (XMAC-I) deberían ser el mismo si
ha de verificarse la integridad de datos del mensaje.
El parámetro CONTADOR-I de
entrada es un valor incrementado en uno para cada mensaje de
integridad protegida. CONTADOR-I consiste en dos
partes: el número de hipertrama (HFN) como la parte más
significativa y un número de secuencia de mensaje como la parte
menos significativa. El valor inicial del número de hipertrama es
enviado por la estación móvil a la red durante un establecimiento
de conexión. Al liberarse la conexión, la estación móvil almacena
el mayor número usado de hipertrama de la conexión y lo incrementa
en uno. Este valor se usa luego como el valor inicial de HFN para
la próxima conexión. De esta manera, el usuario se asegura de que
ningún valor de CONTADOR-I sea reutilizado (por la
red) con la misma clave de integridad para distintas conexiones.
Después de un procedimiento de (re-)autenticación, cuando una nueva
IK se genera y se pone en uso, el valor de HFN puede reiniciarse en
cero.
El parámetro REFRESCO de entrada protege a la
red contra la reproducción de mensajes de señalización por parte de
la estación móvil. En el establecimiento de conexión, la red genera
un valor aleatorio de REFRESCO y lo envía al usuario. El valor de
REFRESCO es usado a continuación tanto por la red como por la
estación móvil, a lo largo de la duración de una conexión
individual. Este mecanismo garantiza a la red que la estación móvil
no está reproduciendo algún antiguo código MAC-I de
autenticación de mensaje de una conexión previa.
La configuración de la clave IK de integridad es
como se ha descrito en el presente documento. La clave puede
cambiarse con tanta frecuencia como desee el operador de la red. La
configuración de clave puede tener lugar en cuanto se conoce la
identidad del abonado móvil. La clave IK se almacena en el registro
de ubicación de visitante y se transfiere al RNC cuando se
necesita. La clave IK también se almacena en la estación móvil
hasta que se actualiza en la próxima autenticación.
Un identificador de conjunto de claves, KSI, es
un número que está asociado con las claves de cifrado e integridad
derivadas durante el procedimiento de autenticación. Se almacena
junto con las claves de cifrado e integridad en la estación móvil,
MS, y en la red. El identificador de conjunto de claves se usa para
permitir la reutilización de claves durante establecimientos
subsiguientes de conexión. El KSI se usa para verificar si la MS y
la red han de usar las mismas claves de cifrado y claves de
integridad.
Se proporciona un mecanismo para garantizar que
una clave de integridad específica no se use durante un periodo
ilimitado de tiempo, para evitar ataques utilizando claves
comprometidas. La autenticación que genera claves de integridad no
es obligatoria en el establecimiento de conexión.
La estación móvil está dispuesta para activar la
generación de una nueva clave de cifrado y una clave de integridad
si el contador alcanza un máximo valor fijado por el operador, y
almacenado en la estación móvil, en el próximo mensaje despachado
de solicitud de conexión del RRC. Este mecanismo garantizará que una
clave de integridad y una clave de cifrado no puedan reutilizarse
más veces que el límite fijado por el operador.
Debería apreciarse que puede haber más de un
algoritmo de integridad, y que la información se intercambia entre
la estación móvil y los controladores de red de radio que definen el
algoritmo. Debería observarse que el mismo algoritmo debería ser
usado por el remitente y el receptor de los mensajes.
Cuando una estación móvil desea establecer una
conexión con la red, la estación móvil indicará a la red qué
versión, o versiones, del algoritmo, cuentan con soporte de la MS.
Este mismo mensaje debe tener su integridad protegida, y se
transmite al RNC después de que el procedimiento de autenticación
esté completado.
La red comparará sus capacidades y preferencias
de protección de integridad, y cualquier requisito especial del
abono de la estación móvil, con aquellas indicadas por la estación
móvil, y actuará según las siguientes reglas:
- 1)
- Si la estación móvil y la red no tienen en común ninguna versión del algoritmo, entonces la conexión se liberará.
- 2)
- Si la estación móvil y la red tienen al menos una versión del algoritmo en común, entonces la red seleccionará una de las versiones mutuamente aceptables del algoritmo para su uso sobre esa conexión.
La protección de integridad se efectúa adosando
el código MAC-I de autenticación de mensaje al
mensaje cuya integridad ha de protegerse. La estación móvil puede
adosar el MAC-I a los mensajes en cuanto haya
recibido un valor de REFRESCO específico para la conexión desde el
RNC.
Si el valor del número HFN de hipertrama es
mayor o igual al máximo valor almacenado en la estación móvil, la
estación móvil indica a la red, en el establecimiento de conexión
del RRC, que se requiere inicializar una nueva autenticación y
acuerdo de clave.
El RNC puede disponerse para detectar que se
necesitan nuevos parámetros de seguridad. Esto puede activarse por
el fallo (repetido) de comprobaciones de integridad (p. ej.,
CONTADOR-I se ha desincronizado), o porque el
traspaso a un nuevo RNC no da soporte a un algoritmo seleccionado
por el viejo RNC, etc.
Se establece una nueva clave de cifrado, CK,
cada vez que se ejecuta un procedimiento de autenticación entre la
estación móvil y el SGSN.
La clave IK de integridad puede cambiarse si hay
un traspaso de la estación móvil desde una estación base a una
estación base distinta.
Debería apreciarse que en las realizaciones de
la invención la comprobación de integridad sólo puede iniciarse en
cualquier punto después de que la conexión ha sido establecida, así
como en la anexión.
Debería apreciarse que, con las conexiones de
datos, la conexión puede estar abierta por periodos de tiempo
relativamente largos, o incluso puede estar permanentemente
abierta.
Se ha acordado que puede establecerse más de un
portador de radio de señalización, es decir, un portador de radio
en el plano de control que es un servicio ofrecido por el RLC, entre
una estación móvil u otro equipo 6 de usuario, y el RNS 20. La
actual especificación 3GPP propone que puedan proporcionarse hasta
cuatro portadores de radio de señalización.
En la especificación 3GPP actual, dos o más de
los portadores de radio de señalización, SRB, pueden tener los
mismos parámetros de entrada al algoritmo de integridad ilustrado en
la Figura 3. Si todos los parámetros de entrada al algoritmo de
integridad son los mismos, entonces la salida es la misma.
Esta propuesta actual, como se ha mencionado
anteriormente, deja abierta la posibilidad de que un intruso, o un
"hombre de la calle", repita un mensaje de señalización, desde
un portador de radio de señalización, sobre otro portador de radio
de señalización. El valor de CONTADOR-I es
específico para cada portador de radio de señalización, y puede ser
distinto en distintos portadores de señalización. Consideremos el
siguiente escenario. Se ha enviado un mensaje por un primer
portador SRB1 de radio de señalización, con un valor del CONTADOR de
77. Cuando el valor del contador para un segundo portador SRB2 de
radio de señalización llega a 77, el participante no autorizado
puede simplemente repetir el mensaje enviado anteriormente por el
SRB1, utilizando el SRB2.
Habitualmente, un único mensaje de señalización
desde un portador de radio de señalización, repetido en el segundo
portador de radio de señalización, no da una ventaja significativa
al "hombre de la calle", pero puede ser posible que el
participante no autorizado repita también un diálogo más largo, por
ejemplo, a fin de establecer una llamada adicional que el "hombre
de la calle" pueda utilizar y, así, robar partes de la conexión.
Un caso más sencillo de
"repetición-de-ataque" sería
que el participante no autorizado, p. ej., pudiera repetir un
diálogo realizado mediante SMS, siendo el diálogo, p. ej., una
transacción monetaria.
Con las actuales propuestas de tercera
generación, este problema puede sólo surgir en un número limitado de
circunstancias. Esto se debe al hecho de que el empleo de los
cuatro portadores de radio de señalización (SRB) está limitado.
Sólo ciertos mensajes del RRC pueden enviarse por ciertos portadores
de radio de señalización. El escenario de "repetición de
ataque" sería posible para un mensaje de Estrato No de Acceso
(NAS) (mensajes CM/MM/SMS, etc., llevados en Transferencia Directa
del RRC) o un diálogo de mensajes NAS entre el UE y el SGSN/MSC. La
Transferencia Directa del RRC es un mensaje del RRC que lleva en
carga útil todos los mensajes NAS por la interfaz aérea. Sin
embargo, este problema podría dañar a un usuario móvil ya que, por
ejemplo, los mensajes del SMS podrían verse adversamente
afectados.
Hay dos soluciones básicas para el problema del
"ataque de reproducción". En primer lugar, distintos canales
de comunicación, que usan la misma clave secreta, pueden coordinar
el uso de números CONTADOR-I de secuencia, de tal
forma que cada número de secuencia se use a lo sumo una vez en
cualquiera de los canales. Esta coordinación puede ser muy
engorrosa, o incluso imposible en algunas situaciones. Debería
apreciarse que, cuando las realizaciones se aplican a la interfaz
de radio de la red celular UMTS de 3ª generación, los canales de
comunicación pueden llamarse portadores de radio.
Como se expondrá en más detalle, las
realizaciones de la presente invención usan una solución donde se
usa un parámetro adicional como una entrada al cálculo del código
MAC-I de autenticación de mensaje. El valor de este
parámetro es único, al menos para cada canal de comunicación que usa
la misma clave secreta. El valor también puede ser único para todos
los canales de comunicación dentro de una conexión entre el equipo
UE 6 de usuario y el RNS 20.
En una realización adicional de la presente
invención, el problema se evita garantizando que la misma clave de
integridad nunca se use para distintos canales de comunicación
paralelos.
Con referencia a la Figura 4, se describen las
modificaciones de la conocida función de protección de integridad
que realiza la presente invención. Estas modificaciones no causan
ningún cambio en el algoritmo UIA de integridad efectivo.
Se añade un parámetro específico del canal de
comunicación como entrada al algoritmo de protección de integridad.
En las especificaciones 3GPP, este parámetro específico del canal de
comunicación es la identificación del portador de radio (RB ID). En
un ejemplo de una aplicación de la presente invención, la
identificación del portador de radio representa la identidad del
portador de radio de señalización en el propuesto sistema WCDMA de
tercera generación, y puede ser un número entre 0 y 3. Debería
observarse que el parámetro usado, específico para el canal de
comunicación, depende de la capa de protocolo donde se calcula el
código de autenticación de mensaje. Usando aún la especificación
3GPP como un ejemplo, si el código de autenticación de mensaje se
añadiese en el protocolo del RLC, el parámetro sería una identidad
de canal lógico (véase la Figura 2). Como otro posible ejemplo, si
la protección de integridad se realizara en la capa del protocolo
PDCP o en la capa del protocolo del RRC, el parámetro adicional
sería una identidad de portador de radio (véase la Figura 2).
Debería apreciarse que, al exponer la parte del plano de control de
la pila de protocolos, los términos "identidad de portador de
radio de señalización" e "identidad de portador de radio"
son equivalentes.
Como la identidad del portador de radio de
señalización es conocida tanto por el remitente como por el
receptor, es decir, el equipo UE 6 de usuario y el RNS 20, no es
necesario enviar la información de identidad explícitamente por la
interfaz de radio.
La Figura 4 ilustra los posibles lugares donde
puede incluirse el nuevo parámetro sin modificar el algoritmo UIA
de integridad. Dado que el remitente y el receptor son similares
cuando se ven desde el punto de vista del parámetro de entrada
(véase la Figura 3), sólo un lado se muestra en la Figura 4. Debería
apreciarse que las partes receptora y transmisora realizarán el
mismo algoritmo. Como puede verse en la Figura 4, las realizaciones
preferidas incluyen el nuevo parámetro adosándolo (como una cadena)
a uno o más de los parámetros de entrada existentes del
algoritmo.
En una realización, la identificación del
portador de radio de señalización, RB ID, se hace parte de los
parámetros de entrada REFRESCO o CONTADOR-I. Esto
se ilustra con los números "1" y "2" en la Figura 4,
respectivamente. En la práctica, los parámetros REFRESCO y
CONTADOR-I incorporarían tanto la información de
REFRESCO y CONTADOR-I como la información de
identificación. Por ejemplo, si el valor de REFRESCO tiene n bits,
la información de REFRESCO se representaría con "a" bits, y la
información de identificación con "b" bits, donde a+b = n. Esto
significaría, en efecto, acortar el parámetro REFRESCO. La misma
modificación puede hacerse al parámetro CONTADOR-I.
En una modificación, parte de la identificación del portador de
radio de señalización puede ser proporcionada por el parámetro
CONTADOR-I, y parte por el parámetro REFRESCO. Sin
embargo, si el CONTADOR-I se acorta, puede llevarle
un tiempo más breve "dar toda la vuelta", es decir, alcanzar el
máximo valor y volver al cero. Si se acorta el parámetro REFRESCO,
puede ser que aumente la probabilidad de repetir el valor por
accidente (se escoge aleatoriamente).
En una realización adicional, el identificador
del portador de radio de señalización se hace parte de la clave IK
de integridad. Esto se ilustra con el número "4" en la Figura
4. Por ejemplo, si el valor de IK tiene n bits, la información de
IK se representaría con "a" bits, y la información de
identificación con "b" bits, donde a+b=n. Sin embargo, si la
clave IK es más corta, hay mayor probabilidad de adivinar
simplemente la clave.
En una realización adicional de la presente
invención, la identidad del portador de radio de señalización puede
incorporarse al MENSAJE que se ingresa en el algoritmo de
integridad. Esto se ilustra con el número "3" en la Figura 4.
Como la identidad del portador de radio de señalización es conocida
tanto por el remitente como por el receptor, es decir, la estación
móvil y el RNS 20, no es necesario enviar la información de
identidad por la interfaz de radio con el MENSAJE efectivo. Por
ejemplo, si el MENSAJE tiene n bits y el identificador RB ID tiene
"i" bits, el "MENSAJE" efectivo que ingresaría al
algoritmo de integridad tendría n+i bits. Así, en lugar de ingresar
sólo el MENSAJE al algoritmo de integridad, la cadena de bits
ingresada al algoritmo de integridad se convertiría en la identidad
del portador de radio de señalización y en el MENSAJE. Esta solución
no tiene ningún impacto sobre cuestiones de seguridad (p. ej.,
longitudes de contador) relacionadas con el algoritmo de
integridad. Esto significa que no se acorta ningún parámetro que se
ingresa al algoritmo.
En algunas realizaciones, es posible dividir la
información de identificación entre más de una entra-
da.
da.
La Figura 5 ilustra una realización adicional de
la invención, teniendo esta realización efecto sobre el algoritmo
UIA de integridad efectivo. En esta realización se proporciona al
algoritmo de integridad un parámetro adicional, según se muestra en
la Figura 5. En este ejemplo, cuando se efectúa la protección de
integridad en la capa del protocolo del RRC, el parámetro adicional
es un identificador de portador de radio (de señalización), RB ID,
que es único para el portador de radio (de señalización). Este
parámetro se ingresa por separado y se usa en el cálculo efectuado
por el algoritmo UIA de integridad.
La Figura 6 ilustra una realización adicional de
la invención, teniendo esta realización efecto sobre el algoritmo
UIA de integridad efectivo. En esta realización, el nuevo parámetro
identificador de portador (RB ID) se combina con el parámetro
DIRECCIÓN. Esta realización alargaría efectivamente el "viejo"
parámetro existente DIRECCIÓN y, así, tendría efecto sobre el
algoritmo UIA de integridad efectivo.
En una realización alternativa, se produce una
única clave de integridad, IK, para cada portador de radio. Esto
puede lograrse modificando el procedimiento de autenticación de una
capa superior L3 que brinda soporte a la gestión de movilidad, MM,
y a la gestión de sesiones, SM, en las especificaciones propuestas
del UMTS. Como se ha explicado en breve anteriormente, la función
de gestión de movilidad gestiona la ubicación de la estación móvil,
es decir, la anexión de la estación móvil a la red, y la
autenticación. El algoritmo de integridad realizado en cada uno de
los portadores de radio de señalización durante un procedimiento de
autenticación modificado puede brindar resultados únicos,
impidiendo el tipo de ataque anteriormente esbozado.
Se hará ahora referencia a las Figuras 7 a 9,
mostrando posibles procedimientos de autenticación y acuerdo de
claves. Los mecanismos descritos logran la autenticación mutua,
mostrando el usuario y la red conocimiento de una clave secreta K,
que está compartida entre, y disponible sólo para, el Módulo de
Identidad de Servicios de Usuario, USIM, y el Centro de
Autenticación, AuC, en el Entorno Local HE del usuario. Además, el
USIM y el HE mantienen registro de los contadores SEQ_{MS} y
SEQ_{HE}, respectivamente, para prestar soporte a la
autenticación de red.
El procedimiento puede diseñarse de forma tal
que sea compatible, p. ej., con la arquitectura actual de seguridad
del GSM, y facilite la migración desde el GSM al UMTS. El
procedimiento se compone de un protocolo de reto/respuesta, idéntico
al protocolo de autenticación y establecimiento de claves de abonado
del GSM, combinado con un protocolo de un paso basado en números de
secuencia para la autenticación de red, derivado del estándar
ISO/IEC 9798-4 de la ISO. Antes de explicar la
formación de las claves de integridad, se expondrá un mecanismo de
autenticación y acuerdo de claves. Un panorama general de un posible
mecanismo de autenticación y acuerdo de claves se muestra en la
Figura 7. La Figura 8 muestra un posible procedimiento para la
generación de vectores de autenticación.
Al recibir una solicitud del VLR/SGSN, el HE/AuC
envía una formación ordenada de vectores de autenticación (el
equivalente de un "trío" del GSM) al VLR/SGSN. Cada vector de
autenticación consiste en los siguientes componentes: un número
aleatorio RAND, una respuesta esperada XRES, una clave cifrada CK,
una clave IK de integridad y un testigo AUTN de autenticación. Cada
vector de autenticación es bueno para una autenticación y acuerdo
de claves entre el VLR/SGSN y el USIM.
Cuando el VLR/SGSN inicia una autenticación y
acuerdo de claves, selecciona el próximo vector de autenticación de
la formación y envía los parámetros RAND y AUTN al usuario. El USIM
comprueba si AUTN puede aceptarse y, en ese caso, produce una
respuesta RES que se devuelve al VLR/SGSN. El USIM también calcula
CK e IK. El VLR/SGSN compara la RES recibida con XRES. Si
coinciden, el VLR/SGSN considera que el intercambio de autenticación
y acuerdo de claves se ha completado con éxito. Las claves
establecidas CK e IK serán transferidas luego por el USIM y el
VLR/SGSN a las entidades que realizan funciones de cifrado e
integridad. En el propuesto sistema UMTS, estas entidades pueden,
preferiblemente, ser algunos de los protocolos de interfaz de radio
descritos en la Figura 2. Las entidades se sitúan, preferiblemente,
en el Equipo UE de Usuario y en el Controlador de Red de Radio,
RNC.
Los VLR/SGSN pueden ofrecer servicio seguro
incluso cuando no se dispone de enlaces HE/AuC, dejándoles usar
claves de cifrado e integridad derivadas previamente para un
usuario, de forma tal que aún pueda establecerse una conexión
segura sin necesidad de una autenticación y un acuerdo de clave. La
autenticación, en ese caso, se basa en una clave de integridad
compartida, por medio de la protección de la integridad de datos de
mensajes de señalización.
Los participantes autenticadores serán el AuC
del HE del usuario (HE/AuC) y el USIM en la estación móvil del
usuario. El mecanismo puede consistir en los siguientes
procedimientos:
Distribución de información de autenticación
desde el HE/AuC al VLR/SGSN. Se supone que el VLR/SGSN es fiable
para el HE del usuario, a fin de gestionar con seguridad información
de autenticación. También se supone que los enlaces
intra-sistemas entre el VLR/SGSN y el HE/AuC son
adecuadamente seguros. Se supone adicionalmente que el usuario
confía en el HE.
- -
- Autenticación mutua y establecimiento de nuevas claves de cifrado e integridad entre el VLR/SGSN y la MS.
- -
- Distribución de datos de autenticación desde un VLR anteriormente visitado al VLR recién visitado. Se supone que los enlaces entre los VLR/SGSN son adecuadamente seguros.
El fin de la distribución de datos de
autenticación de HE a SN es proporcionar al VLR/SGSN una formación
de vectores de autenticación refrescados del HE del usuario, para
llevar a cabo un cierto número de autenticaciones de usuario. El
VLR/SGSN invoca los procedimientos solicitando vectores de
autenticación al HE/AuC. La solicitud de datos de autenticación
incluirá una identidad de usuario. Si el usuario es conocido en el
VLR/SGSN por medio de la IMUI (Identidad Internacional de Usuario
Móvil), la solicitud de datos de autenticación incluirá la IMUI. Si
el usuario está identificado por medio de una identidad permanente
cifrada, puede incluirse en cambio el mensaje del HLR desde el cual
el HE puede obtener la IMUI. En ese caso, este procedimiento, y el
procedimiento de solicitud de identidad de usuario al HLR, están
preferiblemente integrados.
Al recibir la solicitud de datos de
autenticación desde el VLR/SGSN, el HE puede haber precalculado el
número requerido de vectores de autenticación, y haberlos extraído
de la base de datos del HLR, o puede calcularlos a pedido. El
HE/AuC devuelve una respuesta de autenticación al VLR/SGSN que
contiene una formación ordenada de n vectores de autenticación
AV(1..n). El HE/AuC genera un nuevo número SQN de secuencia y
un reto RAND impredecible. Para cada usuario, el HE/AuC también
mantiene un registro de un contador que es SQN_{HE}.
Los mecanismos para verificar la renovación de
los números de secuencia en el USIM permitirán, en cierto grado, el
uso fuera de orden de los números de secuencia. Esto es para
garantizar que la tasa de fallos de autenticación debidos a fallos
de sincronización sea suficientemente baja. Esto requiere la
capacidad del USIM para almacenar información sobre sucesos pasados
de autenticación exitosa (p. ej., números de secuencia o partes
relevantes de los mismos). El mecanismo garantizará que un número
de secuencia aún pueda aceptarse si está entre los últimos x = 50
números de secuencia generados. Esto no impedirá que un número de
secuencia sea rechazado por otros motivos, tales como un límite en
la edad para números de secuencia basados en el tiempo.
Se necesita usar el mismo número mínimo x entre
los sistemas, para garantizar que la tasa de fallos de
sincronización sea suficientemente baja en diversos escenarios de
utilización, en particular, el registro simultáneo en los dominios
de servicios CS y PS, el movimiento de usuarios entre los VLR/SGSN
que no intercambian información de autenticación y redes
sobrecargadas.
El uso de SEQ_{HE} puede ser específico para
el procedimiento de generación de números de secuencia. Un campo
AMF de autenticación y gestión de claves puede incluirse en el
testigo de autenticación de cada vector de autenticación.
A continuación pueden calcularse los siguientes
valores:
- -
- un código de autenticación de mensaje MAC = f1_{K} (SQN || RAND || AMF), donde f1 es una función de autenticación de mensajes;
- -
- una respuesta esperada XRES = f2_{K} (RAND), donde f2 es una función de autenticación de mensaje (posiblemente truncado);
- -
- una clave de cifrado CK = f3_{K} (RAND), donde f3 es una función generadora de claves;
- -
- una clave de integridad IK = f4_{K} (RAND), donde f4 es una función generadora de claves;
- -
- una clave de anonimato AK = f5_{K} (RAND), donde f5 es una función generadora de claves, o f5 \equiv 0.
Según las realizaciones de la presente
invención, se genera más de una IK. Esto puede lograrse, por
ejemplo, modificando la función f4 de forma tal que produzca el
número deseado de IK (p. ej., 4: véase la Figura 9). Una
posibilidad es especificar que la función f4 debe activarse varias
veces durante la generación de un vector de autenticación. Esto
puede implementarse, p. ej., ingresando, en la segunda ronda, la
primera IK[1] producida como entrada a la función f4, en
lugar de un nuevo RAND. En la tercera "ronda", la IK[2]
producida en la segunda ronda se introduciría en la función f4 para
obtener la tercera clave IK[3] de integridad. Una posibilidad
es también ingresar un número deseado de valores de RAND a la
función f4. Así es posible producir tantas IK como sea necesario
para el sistema en cuestión. Por ejemplo, en el sistema UMTS según
las especificaciones de la Versión '99 de 3GPP, se necesitarían
cuatro claves de integridad.
El testigo de autenticación AUTN = SQN (+) AK
|| AMF || MAC puede construirse luego. La AK es una clave de
anonimato usada para ocultar el número de secuencia, ya que este
último puede exponer la identidad y ubicación del usuario. La
ocultación del número de secuencia es para proteger sólo contra
ataques pasivos. Si no se necesita ninguna ocultación, entonces f5
\equiv 0.
El fin del procedimiento de autenticación y
acuerdo de clave es autenticar al usuario y establecer un nuevo par
de claves de cifrado e integridad entre el VLR/SGSN y la MS. Durante
la autenticación, el usuario verifica la renovación del vector de
autenticación que se usa. El VLR/SGSN invoca el procedimiento
seleccionando el próximo vector de autenticación sin usar entre la
formación ordenada de vectores de autenticación en la base de datos
del VLR. El VLR/SGSN envía al usuario el reto aleatorio RAND y un
testigo de autenticación AUTN para autenticación de red, a partir
del vector de autenticación seleccionado. Al recibirlos, el usuario
procede según se muestra en la Figura 9.
Al recibir RAND y AUTN, el usuario calcula
primero la clave de anonimato AK = f5_{K} (RAND) y extrae el
número de secuencia SQN = (SQN (+) AK) (+) AK. Luego, el usuario
calcula XMAC = f1_{K} (SQN || RAND || AMF) y compara esto con
MAC, que está incluido en AUTN. Si son distintos, el usuario
devuelve un rechazo de autenticación de usuario al VLR/SGSN, con
una indicación de la causa, y el usuario abandona el procedimiento.
A continuación, el USIM verifica que el número SQN de secuencia
recibido esté en la gama correcta.
Según una realización de la presente invención,
el USIM genera más de una IK, en lugar de generar sólo una IK. Como
se ha explicado anteriormente, esto puede lograrse, por ejemplo,
modificando la función f4, especificando que la función f4 debe
activarse varias veces durante la generación de un vector de
autenticación, o por el ingreso de un número deseado de valores de
RAND en la función f4. Esto puede requerir que la red (SN/VLR)
envíe el número requerido de valores de RAND y AUTN al UE, y que el
UE pueda necesitar producir también una RES para cada RAND y
devolver todas las RES producidas a la red, como se describió
anteriormente para el caso de un valor RAND+AUTN.
Las realizaciones de la presente invención
pueden usarse en cualquier sistema que permite la señalización no
cifrada y la utilización de sumas de control de integridad en al
menos dos portadores de radio paralelos.
Las realizaciones de la presente invención se
han descrito en el contexto de una red de telecomunicaciones
celulares inalámbricas. Sin embargo, pueden usarse realizaciones
alternativas de la presente invención con cualquier otro tipo de
red de comunicaciones, inalámbrica o no. Las realizaciones de la
presente invención pueden usarse con cualquier forma de
comunicación donde se proporcionen comprobaciones de integridad, o
similares, con una pluralidad de portadores de radio, o similares,
en paralelo.
Claims (11)
1. Un nodo para su uso en un sistema que
comprende dicho nodo (6, 20) y un nodo adicional (20, 6),
proporcionándose una pluralidad de distintos canales de
comunicación entre dichos nodos, teniendo cada canal de comunicación
una identidad distinta, comprendiendo dicho nodo:
- medios para calcular un código (XMAC-I) de autenticación a partir de una pluralidad de valores, siendo algunos de dichos valores los mismos para dicha pluralidad de distintos canales de comunicación, medios para recibir información relacionada con un código (MAC-I) de autenticación calculado por dicho nodo adicional; y
- medios para comparar información relacionada con un código (XMAC-I) de autenticación calculado por dicho nodo con información relacionada con un código (MAC-I) de autenticación calculado por el nodo adicional; y caracterizado por
- estar al menos uno de dichos valores dispuesto para comprender información relacionada con la identidad (RB ID) de un canal de comunicación de dicha pluralidad de canales de comunicación.
2. Un nodo según la reivindicación 1, que
comprende un controlador (24) de red de radio.
3. Un nodo según la reivindicación 1, que
comprende un equipo (6) de usuario.
4. Un nodo según cualquier reivindicación
precedente, que comprende medios para la comunicación mediante una
conexión inalámbrica.
5. Un sistema de comunicación que comprende un
nodo según cualquier reivindicación precedente.
6. Un procedimiento para llevar a cabo una
comprobación de integridad en un sistema que comprende un nodo y un
nodo adicional (6, 20), proporcionándose una pluralidad de canales
de comunicación entre dicho nodo y dicho nodo adicional, teniendo
cada canal de comunicación una identidad (RB ID) distinta,
comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:
- recibir en el nodo información relacionada con un código (MAC-I) de autenticación del nodo adicional;
- calcular un código (XMAC-I) adicional de autenticación usando una pluralidad de valores, siendo algunos de dichos valores los mismos para dicha pluralidad de distintos canales de comunicación, comparar el código (XMAC-I) adicional de autenticación con dicha información relacionada con un código (MAC-I) de autenticación recibido desde el nodo adicional, y caracterizado por estar al menos uno de dichos valores dispuesto para comprender información relacionada con la identidad (RB ID) de un canal de comunicación de dicha pluralidad de canales.
7. Un procedimiento según la reivindicación 6,
que comprende ingresar información relacionada con la identidad (RB
ID) del canal de comunicación de dicha pluralidad de canales de
comunicación, como un valor de entrada por separado, en un
algoritmo (UIA) de integridad para calcular el código
(XMAC-I) de autenticación.
8. Un procedimiento según la reivindicación 6,
que comprende proporcionar un valor de entrada combinado, combinando
información relacionada con la identidad (RB ID) del canal de
comunicación de dicha pluralidad de canales de comunicación, con al
menos otro valor de entrada, e ingresar el valor de entrada
combinado en un algoritmo (UIA) de integridad para calcular el
código (XMAC-I) de autenticación.
9. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 8, en el cual dichos valores para calcular el
código (XMAC-I) de autenticación de mensaje
comprenden uno o más de los siguientes valores de la arquitectura
de seguridad del Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles
(UMTS) del Proyecto de Asociación de 3ª Generación (3GPP); una
clave (IK) de integridad; un valor (DIRECCIÓN) de dirección, un
valor (REFRESCO) de refresco, un valor (MENSAJE) de mensaje y un
valor (CONTADOR-I) de contador.
10. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 9, en el cual dichos canales de comunicación
comprenden un portador de radio.
11. Un procedimiento según la reivindicación 10,
en el cual dicho portador de radio es un portador de radio de
señalización.
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