JPH0951575A - 移動通信における認証方法および移動通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 認証によるホームメモリアクセス回数を減ら
す。 【解決手段】 ホームメモリ３が生成した一時利用鍵Ｃ
と暗号化された一時利用鍵Ｃとを移動機１が取得した
後、移動機１から暗号化された一時利用鍵Ｃを交換機２
に送信し、交換機２が復号化鍵を用いて暗号化された一
時利用鍵Ｃを復号した後、移動機１と交換機２との間で
共有した一時利用鍵Ｃにより認証を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はホームメモリのアク
セスを減らす認証方式を利用する移動通信における認証
方法および移動通信システムにかかわる。

【０００２】

【従来の技術】図８にＲＣＲ ＳＴＤ２７Ｃに記されて
いる従来の移動通信における認証方法を示す。このシス
テムは移動機１０１、交換機１０２、ホームメモリ１０
３からなる。移動機１０１とホームメモリ１０３は秘密
鍵Ｓを共有する。交換機１０２は移動機１０１の正当性
をチェックする必要がある場合、ホームメモリ１０３か
ら秘密鍵Ｓを読み出し、乱数を生成し、移動機１０１へ
乱数を送信する。移動機１０１は乱数を受信すると秘密
鍵Ｓと乱数を使い認証演算し、結果を交換機１０２へ送
信する。交換機１０２は乱数と秘密鍵Ｓを使用して認証
演算し、移動機１０１から受信した認証演算結果と比較
する。交換機１０２は比較結果が一致するとその移動機
１０１は正当であるとみなし、一致しないとその移動機
は正当でない移動機とみなす。

【０００３】不正移動機は交換機１０２から乱数を受信
しても秘密鍵Ｓがないため、正しい認証演算ができず、
正しい演算結果を返すことができない。その結果交換機
１０２はその移動機が正当でないことがわかる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の方式では認証が
必要になる度に交換機１０２はホームメモリ１０３へア
クセスを行った。その結果、認証が頻繁に必要になると
ホームメモリアクセスが増え、ホームメモリ１０３に大
きな処理能力が必要となった。

【０００５】そこで本発明の目的は以上のような問題を
解消した移動通信における認証方法および移動通信シス
テムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１は上記課題を解決す
るための手段を示す。基本的な考え方は、あらかじめ移
動機に認証鍵を送っておき、認証が必要になると移動機
から交換機に認証鍵を渡すことで、ホームメモリアクセ
スを減らす方法である。

【０００７】移動機１とホームメモリ３は秘密鍵Ａを共
有する。また、交換機２とホームメモリ３は秘密鍵Ｂを
共有する。

【０００８】ホームメモリ３は、移動機１に固有な一時
利用鍵Ｃを生成する。そして一時利用鍵Ｃと移動機番号
をまとめて秘密鍵Ｂで暗号化する。さらに一時利用鍵Ｃ
とこの秘密鍵Ｂで暗号化したデータとをまとめ、秘密鍵
Ａで暗号化する。ホームメモリ３はこの秘密鍵Ａで暗号
化されたデータを移動機１に送出する。移動機１は秘密
鍵Ａで暗号化されたデータを受け取ると、このデータを
秘密鍵Ａを用いて復号化し、一時利用鍵Ｃと秘密鍵Ｂで
暗号化されたデータを得て、これを記憶する。

【０００９】秘密鍵Ａと秘密鍵Ｂを共に知っているのは
ホームメモリ３だけであり、この秘密鍵Ａで暗号化され
たデータはホームメモリ３にしか作れないため、暗号化
データの作成に関してはセキュリティが保てる。

【００１０】また、他の移動機などは秘密鍵Ａを知らな
いので、暗号化データを盗聴しても、秘密鍵Ａで暗号化
されたデータの解読はできない。

【００１１】次に認証が必要になると、移動機１は交換
機２に秘密鍵Ｂで暗号化されたデータを送信する。交換
機２は秘密鍵Ｂで暗号化されたデータを秘密鍵Ｂを用い
て復号化し、移動機番号と一時利用鍵Ｃを得る。さら
に、移動機番号を確認した後、一時利用鍵Ｃを用いて移
動機１の認証を行う。

【００１２】秘密鍵Ｂを知っているのはホームメモリ３
と交換機２のみであるため、移動機１がこの秘密鍵Ｂで
暗号化されたデータを偽造することはできない。また、
秘密鍵Ｂで暗号化されたデータには移動機番号が含まれ
るため、該当移動機以外がこのデータを利用することも
できない。

【００１３】また、他人が盗聴しても秘密鍵Ｂを知らな
いため、復号化することはできない。

【００１４】上記手順により移動機１と交換機２は他人
に知られることなく一時利用鍵Ｃを共有化することがで
き、この一時利用鍵Ｃにより交換機２は移動機１の認証
ができる。

【００１５】暗号解読において、暗号文が多数手にはい
るほど、また、平文と暗号文の組み合わせが多数手には
いるほど、暗号が破られ、秘密鍵の秘密性が保てなくな
る可能性は高くなる。

【００１６】上記において秘密鍵Ｂは複数の交換機で共
通の鍵を使用し、またすべての移動機に対して共通の鍵
を使用する。その結果秘密鍵Ｂの使用頻度は多くなり、
秘密鍵Ｂの秘密が保てない可能性も高くなる。この可能
性を減らすため、秘密鍵Ｂの使用回数を減らす、以下の
２つの方法がある。

【００１７】図２に第１の方法を示す。移動通信のエリ
アは着信の呼出エリアを限定するため複数の位置登録エ
リア（図２では地域１、地域２）に区切られており、移
動機１は位置登録エリアを移動する度にホームメモリ３
の位置登録エリアを登録する。

【００１８】この位置登録エリア毎に秘密鍵Ｂを変える
ことで、一つの秘密鍵Ｂの使用頻度と範囲は限定され
る。移動機１は位置登録エリアを移行する毎に位置登録
と、さらに一時利用鍵Ｃの受け取りを行う。

【００１９】図３に第２の方法を示す。ホームメモリ３
は秘密鍵Ｂを時間と共に変更し、交換機２に配送する。
交換機２は発行時間別の秘密鍵Ｂのリストを持ち、発行
時刻により、復号化に使用する秘密鍵Ｂを使い分ける。
一時利用鍵Ｃには利用期限を設け、利用期限が来ると一
時利用鍵Ｃと秘密鍵Ｂを破棄する。

【００２０】以上から、請求項１にかかる発明は、ホー
ムメモリが生成した一時利用鍵と暗号化された一時利用
鍵とを移動機が取得した後、前記移動機から前記暗号化
された一時利用鍵を交換機に送信し、前記交換機が復号
化鍵を用いて前記暗号化された一時利用鍵を復号した
後、前記移動機と前記交換機との間で共有した前記一時
利用鍵により認証を行うことを特徴とする。

【００２１】また、請求項２にかかる発明は、請求項１
において、前記移動機は、あらかじめ定めた限定された
地域範囲毎に前記ホームメモリが新たに生成した一時利
用鍵および暗号化された一時利用鍵を取得することを特
徴とする。

【００２２】さらに、請求項３にかかる発明は、請求項
１において、前記交換機は、前記復号化鍵を時間の経過
に従って変更することによって前記一時利用鍵の利用で
きる時間を制限することを特徴とする。

【００２３】さらに、請求項４にかかる発明は、移動機
に与えるための一時利用鍵および暗号化された一時利用
鍵を生成する手段を具えたことを特徴とする。

【００２４】さらに、請求項５にかかる発明は、ホーム
メモリが生成した一時利用鍵および暗号化された一時利
用鍵を取得する手段と、前記取得した暗号化された一時
利用鍵を交換機に送出する手段と、前記取得した一時利
用鍵により前記交換機との間で認証を行う手段とを具え
たことを特徴とする。

【００２５】さらに、請求項６にかかる発明は、移動機
から送信された暗号化された一時利用鍵を受信する手段
と、前記受信された一時利用鍵を復号化鍵を用いて復号
する手段と、前記復号された一時利用鍵により前記移動
機との間で認証を行う手段とを具えたことを特徴とす
る。

【００２６】さらに、請求項７にかかる発明は、請求項
４のホームメモリと、請求項５の移動機と、請求項６の
交換機とを具えたことを特徴とする。

【００２７】さらに、請求項８にかかる発明は、請求項
４において、さらに、あらかじめ定めた限定された地域
範囲毎に一時利用鍵および暗号化された一時利用鍵を新
たに生成する手段を有することを特徴とする。

【００２８】さらに、請求項９にかかる発明は、請求項
５において、さらに、あらかじめ定めた限定された地域
範囲毎に前記ホームメモリが新たに生成した一時利用鍵
および暗号化された一時利用鍵を取得する手段を有する
ことを特徴とする。

【００２９】さらに、請求項１０にかかる発明は、請求
項６の交換機と、請求項８のホームメモリと、請求項９
の移動機とを具えたことを特徴とする。

【００３０】さらに、請求項１１にかかる発明は、請求
項６において、前記復号手段は、前記復号化鍵を時間の
経過に従って変更する手段を有することを特徴とする。

【００３１】さらに、請求項１２にかかる発明は、請求
項４のホームメモリと、請求項５の移動機と、請求項１
１の交換機とを具えたことを特徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】図４に本発明の実施形態の一例を
示す。この例は、移動機１と交換機２とホームメモリ３
とからなる。

【００３３】移動機１は、秘密鍵Ａを記憶する秘密鍵Ａ
記憶部４、一時利用鍵Ｃを記憶する一時利用鍵Ｃ記憶部
５、暗号化データを記憶する暗号化データ記憶部６、復
号化機能部７、入出力（送受信）部８および制御部９を
有する。制御部９はこれらの各構成４〜８を制御し、後
述（図６，図７）の各制御手順に従う制御を行うもので
あって、そのためのＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等から構成
される。入出力部８は各記憶部４〜６および制御部９と
交換機２およびホームメモリ３との間のデータ（信号）
の授受を行う。復号化機能部７は各記憶部４〜６内のデ
ータを参照して入力されたデータを必要に応じて復号す
る。

【００３４】交換機２は、時間別秘密鍵Ｂリスト記憶部
１０、復号化機能部１１、入出力部１２および制御部１
３を有する。制御部１３はこれらの各構成１０〜１２を
制御し、後述（図５〜図７）の各制御手順に従う制御を
行うものであって、そのためのＣＰＵおよびＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，ハードディスク等の記憶手段等から構成される。
入出力部１２は、記憶部１０および制御部１３と移動機
１およびホームメモリ３との間のデータ（信号）の授受
を行う。時間別秘密鍵Ｂリスト記憶部１０は、発行時刻
とこれに対応する秘密鍵Ｂのリストを記憶する。復号化
機能部１１は記憶部１０内のデータを参照して入力され
たデータを必要に応じて復号する。

【００３５】ホームメモリ３は、移動機毎の秘密鍵Ａを
記憶する秘密鍵Ａ記憶部１４、地域別秘密鍵Ｂリスト記
憶部１５、暗号化機能部１６、入出力部１７および制御
部１８を有する。制御部１８はこれらの各構成１４〜１
７を制御し、後述（図５，図６）の各制御手順に従う制
御を行うものであって、そのためのＣＰＵおよびＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，ハードディスク等の記憶手段等から構成さ
れる。入出力部１７は各記憶部１４，１５および制御部
１８と移動機１および交換機２との間のデータ（信号）
の授受を行う。地域別秘密鍵Ｂリスト記憶部１５は、地
域とこれに対応する秘密鍵Ｂのリストを記憶する。暗号
化機能部１６は、後述のように、各記憶部１４，１５内
のデータ（秘密鍵Ａ，Ｂ）によって、一時利用鍵Ｃ、移
動機番号等を暗号化する。

【００３６】図５にホームメモリ３が秘密鍵Ｂを生成
し、交換機２に配送する手順を示す。ホームメモリ３は
秘密鍵Ｂを生成すると、秘密鍵Ｂを記憶し、秘密鍵Ｂと
使用開始時刻を含む秘密鍵Ｂ配送信号により交換機２に
秘密鍵Ｂを配送する。秘密鍵Ｂ配送信号を受けた交換機
２は、時間別秘密鍵Ｂリスト記憶部１０に使用開始時刻
と秘密鍵Ｂを記憶する。また、一時利用鍵Ｃに使用期限
がある場合、対応する一時利用鍵Ｃが期限切れとなり、
使用することのない秘密鍵Ｂを削除しても良い。

【００３７】なお、ホームメモリ３において、秘密鍵Ｂ
を生成するタイミングは一定時間毎でもよいし、一時利
用鍵Ｃを一定個数発行する毎でもよいし、あるいは不定
期間隔でも良い。また、秘密鍵Ｂ配送信号が盗聴される
と、秘密鍵Ｂの秘密性が保てなくなるため、十分セキュ
リティの高い方法で配送する必要がある。

【００３８】図６に移動機１が、位置登録エリアの移動
や、一時利用鍵Ｃの期限切れで、ホームメモリ３が新た
に一時利用鍵Ｃを発行する手順を示す。

【００３９】移動機１は移動機番号を含む位置登録要求
を交換機２に送信する。

【００４０】位置登録要求を受信した交換機２は移動機
番号からこの移動機１のホームメモリ３を探し、移動機
番号を含む認証情報読出要求をそのホームメモリ３に送
信する。

【００４１】認証情報読出要求信号を受信したホームメ
モリ３は、該当移動機１のデータを検索し、秘密鍵Ｓを
含む認証情報読出応答を交換機２に送信する。

【００４２】認証情報読出応答を受信した交換機２は乱
数を生成し、認証要求信号により乱数を移動機１に送信
する。

【００４３】認証要求信号を要求した移動機１は乱数と
あらかじめ持っている秘密鍵Ｓから認証演算を行い、認
証演算結果を含む認証応答信号を交換機２に送信する。

【００４４】交換機２は乱数と秘密鍵Ｓから認証演算を
行い、移動機１から受信した認証演算結果と比較する。
比較結果が一致しないと、移動機１に位置登録拒否を送
信する。比較結果が一致すると、ホームメモリ３に対し
て移動機番号を含む一時利用鍵発行要求を送信する。

【００４５】一時利用鍵発行要求を受信したホームメモ
リ３は当該交換機にかかる位置登録エリアを登録し、一
時利用鍵Ｃを生成し、秘密鍵Ｂおよび秘密鍵Ａを使用し
て暗号化データ、すなわち、一時利用鍵Ｃおよび移動機
番号を秘密鍵Ｂで暗号化し、これと、一時利用鍵Ｃおよ
び鍵発行時刻とを秘密鍵Ａで暗号化した暗号化データを
作り、一時利用鍵発行応答で交換機２に送出する。

【００４６】一時利用鍵発行応答を受信した交換機２
は、暗号化データを含む位置登録応答を移動機１に送出
する。この位置登録応答を受信した移動機１はこれを秘
密鍵Ａで復号する（この結果、一時利用鍵Ｃおよび鍵発
行時刻が復号され、これらは記憶される）。

【００４７】なお、この例においては信号数の削除のた
め、位置登録と一時利用鍵Ｃの発行手順を同時に行って
いるが、分けて行ってもかまわない。また、秘密鍵Ｓを
交換機２に送信して、交換機２が乱数の生成と認証演算
を行っていたが、ホームメモリ３で乱数の生成と、認証
演算を行い、交換機には、認証情報読出応答で乱数と認
証演算結果を送信してもよい。

【００４８】図７に一時利用鍵Ｃを利用するサービス手
順を示す。

【００４９】移動機１は、移動機番号、鍵発行時刻、暗
号化データを含むサービス要求を交換機２に送信する。
この復号化データは、位置登録時に得た暗号化データ
を、秘密鍵Ａで解読することによって得られた秘密鍵Ｂ
で暗号化されている暗号化データであり、一時利用鍵Ｃ
と移動機番号のデータを含んでいる。

【００５０】サービス要求を受信した交換機２は、鍵発
行時刻に対応する秘密鍵Ｂを、時間別秘密鍵Ｂリスト記
憶部１０から選び、これによって暗号化データを復号化
する。この復号化に失敗すると、交換機２は移動機１に
サービス拒否を通知する。また、復号化したデータの中
に含まれる移動機番号の値とサービス要求信号中の移動
機番号が異なる場合も交換機２は移動機１にサービス拒
否を通知する。

【００５１】交換機２は、正常に復号化でき、内容が正
常であることを確認すると、次に移動機１が一時利用鍵
を持っているかどうか確認するために、乱数を生成し、
移動機１に乱数を含むローカル認証要求を送信する。

【００５２】ローカル認証要求信号を受信した移動機１
は乱数と一時利用鍵Ｃから認証演算を行い、認証演算結
果を含む認証応答信号を交換機２に送信する。

【００５３】交換機２は乱数と一時利用鍵Ｃから認証演
算を行い、移動機から受信した認証演算結果と比較す
る。比較結果が一致しないと、移動機１にサービス拒否
を送信する。比較結果が一致すると、交換機２はサービ
スを開始する。

【００５４】上記において、鍵発行時刻は時間別秘密鍵
Ｂリスト記憶部１０のどの値を利用するかを決めるもの
であるため、現実の時刻でなく、秘密鍵Ｂを作りなおす
度に増えるような数あるいは、時間別秘密鍵Ｂリスト記
憶部１０の中のどの鍵を使用しているか示すようなイン
デックスでもよい。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、ホームメモリにアクセ
スすることなく交換機が移動機の正当性を知ることがで
き、ホームメモリアクセスの回数を減少することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における課題を解決するための手段を示
す図である。

【図２】秘密鍵Ｂの使用回数を減らすための一方法を説
明する図である。

【図３】秘密鍵Ｂの使用回数を減らすための他の一方法
を説明する図である。

【図４】本発明の実施形態の一例を示す図である。

【図５】本発明における制御手順の一例を示す図であ
る。

【図６】本発明における制御手順の他の一例を示す図で
ある。

【図７】本発明における制御手順のさらに他の一例を示
す図である。

【図８】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ 移動機 ２ 交換機 ３ ホームメモリ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホームメモリが生成した一時利用鍵と暗
   号化された一時利用鍵とを移動機が取得した後、前記移
   動機から前記暗号化された一時利用鍵を交換機に送信
   し、前記交換機が復号化鍵を用いて前記暗号化された一
   時利用鍵を復号した後、前記移動機と前記交換機との間
   で共有した前記一時利用鍵により認証を行うことを特徴
   とする移動通信における認証方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記移動機は、あら
   かじめ定めた限定された地域範囲毎に前記ホームメモリ
   が新たに生成した一時利用鍵および暗号化された一時利
   用鍵を取得することを特徴とする移動通信における認証
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記交換機は、前記
   復号化鍵を時間の経過に従って変更することによって前
   記一時利用鍵の利用できる時間を制限することを特徴と
   する移動通信における認証方法。
4. 【請求項４】 移動機に与えるための一時利用鍵および
   暗号化された一時利用鍵を生成する手段を具えたことを
   特徴とするホームメモリ。
5. 【請求項５】 ホームメモリが生成した一時利用鍵およ
   び暗号化された一時利用鍵を取得する手段と、前記取得
   した暗号化された一時利用鍵を交換機に送出する手段
   と、前記取得した一時利用鍵により前記交換機との間で
   認証を行う手段とを具えたことを特徴とする移動機。
6. 【請求項６】 移動機から送信された暗号化された一時
   利用鍵を受信する手段と、前記受信された一時利用鍵を
   復号化鍵を用いて復号する手段と、前記復号された一時
   利用鍵により前記移動機との間で認証を行う手段とを具
   えたことを特徴とする交換機。
7. 【請求項７】 請求項４のホームメモリと、請求項５の
   移動機と、請求項６の交換機とを具えたことを特徴とす
   る移動通信システム。
8. 【請求項８】 請求項４において、さらに、あらかじめ
   定めた限定された地域範囲毎に一時利用鍵および暗号化
   された一時利用鍵を新たに生成する手段を有することを
   特徴とするホームメモリ。
9. 【請求項９】 請求項５において、さらに、あらかじめ
   定めた限定された地域範囲毎に前記ホームメモリが新た
   に生成した一時利用鍵および暗号化された一時利用鍵を
   取得する手段を有することを特徴とする移動機。
10. 【請求項１０】 請求項６の交換機と、請求項８のホー
    ムメモリと、請求項９の移動機とを具えたことを特徴と
    する移動通信システム。
11. 【請求項１１】 請求項６において、前記復号手段は、
    前記復号化鍵を時間の経過に従って変更する手段を有す
    ることを特徴とする交換機。
12. 【請求項１２】 請求項４のホームメモリと、請求項５
    の移動機と、請求項１１の交換機とを具えたことを特徴
    とする移動通信システム。