專(zhuān)利名稱：用戶和外圍設(shè)備協(xié)商共享密鑰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及3GPP通用鑒權(quán)框架(GAA)技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種用戶(UE)和外圍設(shè)備協(xié)商共享密鑰的方法。
背景技術(shù)：
在第三代無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)中，通用鑒權(quán)框架(GAA)是多種應(yīng)用業(yè)務(wù)實(shí)體使用的一個(gè)用于完成對(duì)用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證的通用結(jié)構(gòu)，應(yīng)用通用鑒權(quán)框架可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用業(yè)務(wù)的用戶進(jìn)行檢查和驗(yàn)證身份。上述多種應(yīng)用業(yè)務(wù)可以是多播或廣播業(yè)務(wù)、用戶證書(shū)業(yè)務(wù)、信息即時(shí)提供業(yè)務(wù)等，也可以是代理業(yè)務(wù)。
圖1示出了所述通用鑒權(quán)框架的結(jié)構(gòu)。通用鑒權(quán)框架通常由用戶(UE)、執(zhí)行用戶身份初始檢查驗(yàn)證的實(shí)體(BSF)、用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(HSS)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)體(NAF)組成。BSF用于與UE進(jìn)行互驗(yàn)證身份，同時(shí)生成BSF與用戶的共享密鑰Ks；HSS中存儲(chǔ)用于描述用戶信息的描述(Profile)文件，同時(shí)HSS還兼有產(chǎn)生鑒權(quán)信息的功能。各個(gè)實(shí)體之間的接口可參見(jiàn)圖1，本文中，可以將BSF、NAF及HSS統(tǒng)一稱為網(wǎng)絡(luò)側(cè)。
用戶需要使用某種業(yè)務(wù)時(shí)，如果用戶知道該業(yè)務(wù)需要到BSF進(jìn)行互鑒權(quán)過(guò)程，則直接到BSF進(jìn)行互鑒權(quán)，否則，用戶會(huì)首先和該業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)的NAF聯(lián)系，如果該NAF使用GAA通用鑒權(quán)框架，并且發(fā)現(xiàn)該用戶還未到BSF進(jìn)行互認(rèn)證過(guò)程，NAF則通知該用戶到BSF進(jìn)行互鑒權(quán)以驗(yàn)證身份。
用戶與BSF之間的GBA(互鑒權(quán))的步驟包括用戶向BSF發(fā)出鑒權(quán)請(qǐng)求；BSF接到鑒權(quán)請(qǐng)求后，首先到HSS獲取該用戶的鑒權(quán)信息；BSF獲得鑒權(quán)信息后采用HTTP digest AKA協(xié)議與用戶進(jìn)行雙向認(rèn)證以及密鑰協(xié)商，完成用戶和BSF之間身份的互相認(rèn)證及共享密鑰Ks的生成，BSF還為共享密鑰Ks定義了一個(gè)有效期限，以便Ks進(jìn)行定期更新。共享密鑰Ks是作為根密鑰來(lái)使用的，用于衍生出加密通信的密鑰。
之后，BSF分配一個(gè)會(huì)話事務(wù)標(biāo)識(shí)(B-TID)發(fā)送給用戶，該B-TID與Ks相關(guān)聯(lián)，可以用于標(biāo)識(shí)Ks，還包含了Ks的有效期限。
用戶收到B-TID后，重新向NAF發(fā)出連接請(qǐng)求，且請(qǐng)求消息中攜帶了該B-TID，同時(shí)用戶側(cè)根據(jù)Ks計(jì)算出衍生密鑰Ks_NAF。
NAF收到連接請(qǐng)求后，先在本地查詢是否有用戶攜帶的該B-TID，如果NAF不能在本地查詢到該B-TID，則向BSF進(jìn)行查詢，該查詢消息中攜帶了NAF標(biāo)識(shí)和B-TID。如果BSF不能在本地查詢到該B-TID，則通知NAF沒(méi)有該用戶的信息，此時(shí)，NAF將通知用戶到BSF重新進(jìn)行認(rèn)證鑒權(quán)。BSF查詢到該B-TID后，使用與用戶側(cè)相同的算法計(jì)算出Ks的衍生密鑰Ks_NAF，并向NAF發(fā)送成功的響應(yīng)消息，該成功的響應(yīng)中包括NAF所需的B-TID、與該B-TID對(duì)應(yīng)的衍生密鑰Ks_NAF、以及BSF為該密鑰設(shè)置的有效期限。NAF收到BSF的成功響應(yīng)消息后，就認(rèn)為該用戶是經(jīng)過(guò)BSF認(rèn)證的合法用戶，同時(shí)NAF和用戶也就共享了由Ks衍生的密鑰Ks_NAF。
之后，NAF和用戶在后續(xù)的通信過(guò)程中通過(guò)Ks_NAF來(lái)進(jìn)行加密通信。
當(dāng)用戶發(fā)現(xiàn)Ks即將過(guò)期，或NAF要求用戶重新到BSF進(jìn)行鑒權(quán)時(shí)，用戶就會(huì)重復(fù)上述的步驟重新到BSF進(jìn)行互鑒權(quán)，以得到新的共享密鑰Ks及衍生密鑰Ks_NAF。
這里需要說(shuō)明的是，對(duì)于GBA_ME過(guò)程，上述用戶指的是移動(dòng)設(shè)備(ME)；如果是GBA_U過(guò)程，上述用戶指的是移動(dòng)設(shè)備中的用戶識(shí)別模塊(UICC)，此時(shí)所述的生成的Ks_NAF包括兩個(gè)衍生密鑰給UICC的Ks_int_NAF和給ME的Ks_ext_NAF。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及市場(chǎng)需求的推動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)融合已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。從未來(lái)發(fā)展的角度來(lái)看，多種網(wǎng)絡(luò)融合對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，可使用任意終端(移動(dòng)臺(tái)、PDA、PC等)通過(guò)任意方式接入網(wǎng)絡(luò)(WLAN、DSL、GPRS等)，而且號(hào)碼可唯一、帳單可唯一。這就意味著一個(gè)用戶可以具備多種終端設(shè)備，并且這些終端設(shè)備共享該用戶的一個(gè)UE對(duì)應(yīng)的用戶消息，如UE的UICC(UICC上可以為SIM、USIM等)和ME對(duì)應(yīng)的用戶信息。
下面以共享UICC對(duì)應(yīng)的用戶信息為例進(jìn)行描述這種情況下，UICC卡固定的插入某一特定終端設(shè)備(比如手機(jī)或者其他讀卡器)，而其它終端設(shè)備(也稱外圍設(shè)備)通過(guò)諸如USB，藍(lán)牙或者紅外線等本地接口連接到所述特定終端設(shè)備進(jìn)行通信，來(lái)共享同一個(gè)UICC對(duì)應(yīng)的用戶信息。如圖2示出了WLAN與3GPP融合，WLAN-UE使用UICC信息認(rèn)證以接入WLAN的示意圖。
如圖3示出了圖2對(duì)應(yīng)的GAA架構(gòu)，這種情況也稱作NAF應(yīng)用客戶端與終端分離的情況，具體就是指某個(gè)移動(dòng)用戶具備多個(gè)終端設(shè)備(除了手機(jī)以外，還具備其它終端設(shè)備如PC機(jī)，WLAN UE，掌上電腦等)，而這些終端采用同一個(gè)UE用戶信息訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，NAF應(yīng)用客戶端并不在UE上，而是在UE以外的某一個(gè)或者某幾個(gè)外圍設(shè)備上，GBA客戶端仍在UE上。
由于外圍設(shè)備要使用UE用戶信息進(jìn)行認(rèn)證以接入NAF，因此外圍設(shè)備與UE之間的本地接口必定會(huì)傳送一些諸如網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證參數(shù)的密秘信息。但是，目前還沒(méi)有較好的方法來(lái)保護(hù)這些信息，這是因?yàn)?，由于用戶?gòu)買(mǎi)UICC卡或UE時(shí)根本不能預(yù)料到底有哪些設(shè)備將會(huì)訪問(wèn)該UE，因此不可能在UE里預(yù)先保存與所有外圍設(shè)備的共享密鑰，由于和要傳輸信息的外圍設(shè)備沒(méi)有相應(yīng)的保護(hù)密鑰，因此難以對(duì)所述UE與外圍設(shè)備之間的信息進(jìn)行加密傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供了一種GAA框架下UE和外圍設(shè)備協(xié)商通信共享密鑰的方法，以解決外圍設(shè)備與UE之間的本地接口的安全通信。
本發(fā)明提供的用戶UE和外圍設(shè)備協(xié)商共享密鑰的方法，包括以下步驟一種用戶UE和外圍設(shè)備協(xié)商共享密鑰的方法，包括以下步驟A、外圍設(shè)備向UE發(fā)送連接請(qǐng)求，該連接請(qǐng)求中攜帶外圍設(shè)備標(biāo)志；
B、UE根據(jù)UE與執(zhí)行用戶身份初始檢查驗(yàn)證的實(shí)體BSF的共享密鑰Ks、所述外圍設(shè)備標(biāo)志計(jì)算出第一本地接口共享密鑰；C、由網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)所述UE與BSF的共享密鑰Ks、獲取的所述外圍設(shè)備標(biāo)志，計(jì)算出與第一本地接口共享密鑰相同的第二本地接口共享密鑰，并提供給外圍設(shè)備。
步驟C后進(jìn)一步包括所述第一或第二本地接口共享密鑰超過(guò)各自有效期限時(shí)，或共享密鑰Ks更新后，返回步驟B。
步驟A中所述外圍設(shè)備標(biāo)志，用于所述UE識(shí)別不同的外圍設(shè)備或者所述外圍設(shè)備上的應(yīng)用；所述外圍設(shè)備標(biāo)志為在所述UE的用戶識(shí)別模塊UICC或移動(dòng)設(shè)備ME中預(yù)先配置的與設(shè)備標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的索引值；或者，設(shè)備標(biāo)識(shí)或應(yīng)用標(biāo)識(shí)自身；步驟B中所述UE與BSF的共享密鑰Ks是UE與BSF執(zhí)行互鑒權(quán)GBA過(guò)程生成的共享密鑰。
步驟B進(jìn)一步包括所述UE提供給外圍設(shè)備一個(gè)可用于標(biāo)識(shí)所述共享密鑰Ks的會(huì)話事務(wù)標(biāo)識(shí)B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值，并通過(guò)外圍設(shè)備發(fā)送給所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)中的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)體NAF；步驟C所述共享密鑰Ks，是所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)獲得的會(huì)話事務(wù)標(biāo)識(shí)B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值確定出的。
所述通過(guò)外圍設(shè)備向所述NAF發(fā)送B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值之前，該方法還包括所述外圍設(shè)備與所述NAF之間進(jìn)行身份認(rèn)證并建立安全連接。
步驟B進(jìn)一步包括所述UE將B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值發(fā)送給所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)中的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)體NAF；步驟C所述共享密鑰Ks，是所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)獲得的會(huì)話事務(wù)標(biāo)識(shí)B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值確定出的。
所述UE向NAF發(fā)送B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值之前，該方法還包括所述UE與所述NAF之間進(jìn)行身份認(rèn)證并建立安全連接。
步驟C中所述將計(jì)算出第二本地接口共享密鑰提供給外圍設(shè)備之前，該方法還包括所述外圍設(shè)備與所述NAF之間進(jìn)行身份認(rèn)證并建立安全連接。
所述身份認(rèn)證為單向認(rèn)證或雙向認(rèn)證；所述身份認(rèn)證的方法為利用公鑰證書(shū)或私鑰證書(shū)進(jìn)行身份認(rèn)證。
所述身份認(rèn)證的方法具體為利用共享密鑰的基于預(yù)共享密鑰的傳輸層安全協(xié)議PSK_TLS方式進(jìn)行身份認(rèn)證；或者基于共享密鑰的http digest認(rèn)證方式進(jìn)行身份認(rèn)證；或者在傳輸層安全協(xié)議TLS上進(jìn)行http digest認(rèn)證的身份認(rèn)證。
所述建立安全連接的方法為基于公鑰證書(shū)的傳輸層安全協(xié)議TLS認(rèn)證方式建立TLS連接。
所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)包括BSF和NAF；步驟C所述計(jì)算第二本地接口共享密鑰是由所述BSF進(jìn)行計(jì)算的。
所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)包括BSF和NAF；步驟C所述計(jì)算出第二本地接口共享密鑰的步驟包括由BSF根據(jù)所述共享密鑰Ks計(jì)算出Ks衍生密鑰，再由NAF根據(jù)所述Ks衍生密鑰和所述外圍設(shè)備標(biāo)志計(jì)算出所述第二本地接口共享密鑰。
所述計(jì)算第一和第二本地接口共享密鑰的過(guò)程中，還使用以下參數(shù)進(jìn)行計(jì)算隨機(jī)數(shù)RAND、用戶的IP多媒體私有身份標(biāo)識(shí)IMPI、所述NAF標(biāo)識(shí)，特定的字符串。
所述計(jì)算第一本地接口共享密鑰的過(guò)程中，所述NAF標(biāo)識(shí)是UE接收外圍設(shè)備配置的NAF的標(biāo)識(shí)；或，預(yù)先在UE上配置有NAF標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)到UE的用戶識(shí)別模塊UICC或移動(dòng)設(shè)備ME標(biāo)識(shí)，所述NAF標(biāo)識(shí)是UE根據(jù)所述UICC或ME推算出的。
步驟C所述獲取外圍設(shè)備標(biāo)志的步驟包括所述UE將步驟A中接收到的所述外圍設(shè)備標(biāo)志發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)側(cè)。
步驟C所述獲取外圍設(shè)備標(biāo)志的步驟包括所述外圍設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)側(cè)中的NAF發(fā)送連接請(qǐng)求時(shí)，該連接請(qǐng)求攜帶外圍設(shè)備標(biāo)志；網(wǎng)絡(luò)側(cè)從所述連接請(qǐng)求中獲取所述外圍設(shè)備標(biāo)志。
所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)與外圍設(shè)備的信息進(jìn)行加密傳輸。
由上述方法可以看出，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了UE與外圍終端之間共享密鑰的協(xié)商，從而可使用該密鑰加密之間的傳輸，防止本地接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被篡改或者竊取。
具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明采用GAA框架動(dòng)態(tài)協(xié)商UE與外圍設(shè)備的共享密鑰，并且密鑰可以進(jìn)行更新，從而實(shí)現(xiàn)之間的加密通信。本發(fā)明無(wú)須為與每個(gè)外圍設(shè)備與UE之間的通信都保存一個(gè)固定的長(zhǎng)期密鑰。另外由于GBA功能是UE的UICC/ME已經(jīng)支持的功能，因此采用GAA方法協(xié)商本地接口的密鑰只是對(duì)UE的UICC/ME上GBA過(guò)程的重用，不影響已有的功能。


圖1為GAA框架示意圖；圖2為3G-WLAN網(wǎng)絡(luò)外圍設(shè)備在本地接口使用SIM認(rèn)證接入WLAN的示意圖；圖3為NAF應(yīng)用客戶端和GBA客戶端分離狀態(tài)下的GAA框架示意圖；圖4為本發(fā)明采用GAA實(shí)現(xiàn)UE與外圍設(shè)備協(xié)商密鑰的第一實(shí)施例流程圖；圖5是本發(fā)明采用GAA實(shí)現(xiàn)UE與外圍設(shè)備協(xié)商密鑰的第二實(shí)施例流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面參見(jiàn)圖4示出的本發(fā)明采用GAA實(shí)現(xiàn)UE與外圍設(shè)備協(xié)商密鑰的第一實(shí)施例的流程圖，其中，由NAF作為密鑰服務(wù)器協(xié)商UE與外圍設(shè)備之間本地接口共享密鑰Ks_Local，并且由NAF向外圍設(shè)備分發(fā)本地接口共享密鑰Ks_Local。其中，NAF與外圍設(shè)備之間通信時(shí)，可以采用外圍設(shè)備的公鑰/對(duì)稱密鑰進(jìn)行完整性以及數(shù)字簽名保護(hù)，而NAF向外圍設(shè)備發(fā)送的秘密數(shù)據(jù)可由NAF生成一個(gè)隨機(jī)密鑰進(jìn)行保護(hù)，而該隨機(jī)密鑰的發(fā)送需要采用外圍設(shè)備的公鑰/對(duì)稱密鑰進(jìn)行加密保護(hù)。
本實(shí)施例中，示出的UE和外圍設(shè)備均屬于同一個(gè)用戶，以UE上使用UICC為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，包括以下步驟步驟401當(dāng)外圍設(shè)備發(fā)起與UICC的通信時(shí)，首先判斷自身是否存儲(chǔ)有有效的與UE的本地接口共享密鑰Ks_Local，若有，則直接使用該密鑰加密與UE的通信，退出本流程；若沒(méi)有，則向UE發(fā)送連接請(qǐng)求，并且在連接請(qǐng)求中攜帶用來(lái)標(biāo)識(shí)外圍設(shè)備的設(shè)備標(biāo)志。
其中，設(shè)備標(biāo)志用于UE識(shí)別不同的外圍設(shè)備或者外圍設(shè)備上某個(gè)應(yīng)用。設(shè)備標(biāo)志可以是在UICC/ME中預(yù)先配置的索引值，UICC/ME通過(guò)該索引值在本地查找自身對(duì)應(yīng)的設(shè)備標(biāo)識(shí)信息或者設(shè)備上應(yīng)用的標(biāo)識(shí)信息；或者，是設(shè)備標(biāo)識(shí)或應(yīng)用標(biāo)識(shí)自身；其中設(shè)備標(biāo)識(shí)可能是對(duì)應(yīng)于該外圍設(shè)備的一個(gè)用戶名或一個(gè)口令，尤有可能只是一個(gè)設(shè)備的硬件標(biāo)識(shí)，具體采用哪種標(biāo)識(shí)視網(wǎng)絡(luò)管理外圍設(shè)備的方式而定。
步驟402UICC收到外圍設(shè)備的連接請(qǐng)求以后，判斷自身是否存儲(chǔ)有與BSF協(xié)商的共享密鑰Ks，若有，則直接執(zhí)行步驟403；否則與BSF執(zhí)行互鑒權(quán)(GBA)過(guò)程，以完成與BSF之間的身份互相鑒權(quán)及共享密鑰Ks的協(xié)商。
GBA過(guò)程中，還可能會(huì)包括BSF到HSS獲取用戶的鑒權(quán)信息的步驟，由于GBA過(guò)程為公知技術(shù)，此處不再贅述。
步驟403BSF為共享密鑰Ks定義一個(gè)有效期，并分配一個(gè)可用于標(biāo)識(shí)共享密鑰Ks的B-TID，將所述有效期和B-TID一同發(fā)送給UICC。
當(dāng)Ks到達(dá)有效期時(shí)，返回步驟402重新執(zhí)行GBA過(guò)程協(xié)商生成新的Ks。
步驟404UICC以Ks、″gba-u″‖RAND‖IMPI‖NAF_Id為參數(shù)計(jì)算Ks的衍生密鑰Ks_int_NAF。其中，Ks_int_NAF＝KDF(Ks，″gba-u″‖RAND‖IMPI‖NAF_Id。
然后，再利用計(jì)算出的Ks_int_NAF導(dǎo)出Ks_local。比如可以以計(jì)算出的Ks_int_NAF、外圍設(shè)備的設(shè)備標(biāo)識(shí)/外圍設(shè)備上應(yīng)用標(biāo)識(shí)、以及密鑰服務(wù)器標(biāo)識(shí)NAF_Id為參數(shù)計(jì)算UE與外圍設(shè)備的本地接口共享密鑰Ks_Local(也可稱為第一本地接口共享密鑰)。其中，Ks_Local＝KDF(Ks_int_NAF，NAF_Id‖設(shè)備標(biāo)識(shí))。也可能包含一個(gè)隨機(jī)數(shù)，比如Ks_Local＝KDF(Ks_int_NAF，NAF_Id‖設(shè)備標(biāo)識(shí)‖RAND)。
上述RAND是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，IMPI是指用戶的IP多媒體私有身份標(biāo)識(shí)，NAF_ID指用作密鑰服務(wù)器NAF的標(biāo)識(shí)，″gba-me″和″gba-u″代表字符串；KDF是密鑰導(dǎo)出函數(shù)的縮寫(xiě)。
其中UICC可以保存Ks_Local，并以設(shè)備標(biāo)志作為索引；也可以不保存，在每次需要時(shí)臨時(shí)生成。
UICC獲得用作密鑰服務(wù)器的NAF標(biāo)識(shí)可以存在下述兩種方式第一種，由于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中專(zhuān)門(mén)用于協(xié)商UICC和外圍設(shè)備的服務(wù)器是有限數(shù)量個(gè)設(shè)備，因此某一個(gè)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的協(xié)商密鑰的NAF_Id可以是某一個(gè)固定值。NAF_Id的獲得可以是直接在外圍設(shè)備上進(jìn)行配置，然后發(fā)送給UICC。
第二種，預(yù)先分配N(xiāo)AF標(biāo)識(shí)時(shí)遵循號(hào)碼規(guī)范配置，這樣可由UICC應(yīng)用的用戶身份標(biāo)識(shí)(如USIM應(yīng)用的IMSI、ISIM應(yīng)用的IMPI)推算而來(lái)。例如，如果IMSI是“234150999999999”，則根據(jù)現(xiàn)有號(hào)碼規(guī)范可知，對(duì)應(yīng)的MCC＝234，MNC＝15，MSIN＝0999999999，則NAF地址可以是″naf.mnc015.mcc234.3gppnetwork.org″。
如果采用IMPI作為用戶標(biāo)識(shí)，且IMPI是″user@operator.com″，則NAF地址可以是″naf.operator.com″。
步驟405UE向外圍設(shè)備返回B-TID相關(guān)信息。
一般情況下，B-TID只相當(dāng)于Ks的索引，因此可以直接采用明文發(fā)送，比如可以是UICC通過(guò)插卡的ME轉(zhuǎn)發(fā)給外圍設(shè)備，也可以是ME直接發(fā)送。
如果不希望直接在本地接口發(fā)送B-TID，那么可以只發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以識(shí)別B-TID的索引值給外圍設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)索引值對(duì)應(yīng)到B-TID。
而該索引值的協(xié)商過(guò)程可以是UICC/ME通過(guò)Ua接口與NAF協(xié)商的，此時(shí)，NAF需要保存B-TID與該索引值的對(duì)應(yīng)關(guān)系；還可以是UICC/ME通過(guò)Ub接口與BSF協(xié)商的，此時(shí)，BSF會(huì)在bootstrapping過(guò)程結(jié)束分配一個(gè)B-TID和B-TID對(duì)應(yīng)的索引值給UICC/ME。
步驟406～步驟407外圍設(shè)備收到B-TID以后，與NAF間進(jìn)行對(duì)外圍設(shè)備的身份認(rèn)證并建立安全連接。外圍設(shè)備通過(guò)建立的安全連接向NAF發(fā)送Ks_Local密鑰請(qǐng)求。請(qǐng)求消息攜帶B-TID以及外圍設(shè)備的設(shè)備標(biāo)志。
如果設(shè)備標(biāo)志是一個(gè)外圍設(shè)備標(biāo)識(shí)信息的索引值，那么網(wǎng)絡(luò)側(cè)BSF或者NAF中必須保存所述索引值與外圍設(shè)備標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的關(guān)系表，以便于網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)設(shè)備標(biāo)志確定出是哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求。
為了保證外圍設(shè)備與NAF信息傳輸尤其密鑰發(fā)放的安全性，為了保證該外圍設(shè)備是運(yùn)營(yíng)商認(rèn)證了的合法設(shè)備，NAF應(yīng)該對(duì)外圍設(shè)備的身份進(jìn)行認(rèn)證；為了保證密鑰分發(fā)中不被竊取，密鑰應(yīng)該以加密方式進(jìn)行分發(fā)即NAF與外圍設(shè)備之間應(yīng)該建立安全連接。具體實(shí)現(xiàn)可以是下面兩種情況第一種情況如果外圍設(shè)備具備運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)信任的公鑰證書(shū)，可以由外圍設(shè)備的私鑰對(duì)消息進(jìn)行數(shù)字簽名。NAF收到請(qǐng)求以后，首先查找外圍設(shè)備的公鑰，并且利用公鑰對(duì)數(shù)字簽名進(jìn)行認(rèn)證。保證了與NAF通信的就是設(shè)備標(biāo)志所聲明的外圍設(shè)備，而不是冒充的外圍設(shè)備。
基于第一種情況，外圍設(shè)備和NAF之間可采用基于公鑰證書(shū)的傳輸層安全協(xié)議(TLS)認(rèn)證方式建立TLS連接。密鑰分發(fā)消息可以由TLS連接進(jìn)行安全保護(hù)。
第二種情況如果外圍設(shè)備不具備運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)信任的公鑰證書(shū)，而是與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)共享了某一個(gè)密鑰K，則可采用K對(duì)請(qǐng)求消息進(jìn)行數(shù)字簽名。并且外圍設(shè)備需要將密鑰索引KID在請(qǐng)求消息里連同B-TID一起發(fā)送給NAF。NAF收到請(qǐng)求以后，使用與KID對(duì)應(yīng)的密鑰進(jìn)行驗(yàn)證數(shù)字簽名。該KID與外圍設(shè)備應(yīng)該是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。例如外圍設(shè)備標(biāo)識(shí)本身作為KID時(shí)，可以通過(guò)計(jì)算MAC＝H(設(shè)備標(biāo)識(shí)‖B-TID‖K)。NAF收到請(qǐng)求以后，根據(jù)設(shè)備標(biāo)識(shí)找到該設(shè)備標(biāo)識(shí)所對(duì)應(yīng)的密鑰K’，然后對(duì)消息進(jìn)行HASH計(jì)算MAC-R＝H(設(shè)備標(biāo)識(shí)‖B-TID‖K’)，如果二者相等，那么就說(shuō)明該請(qǐng)求者的身份就是設(shè)備標(biāo)識(shí)所聲明的。
基于第二種情況，外圍設(shè)備和NAF之間可以采用以下幾種方式建立安全連接1)基于HTTP digest AKA方式。既可以是NAF單向?qū)E進(jìn)行認(rèn)證，也可以是NAF與UE間進(jìn)行雙向認(rèn)證。
2)基于預(yù)共享密鑰的傳輸層安全協(xié)議(PSK_TLS)方式建立安全連接。
3)基于HTTP digest AKA與PSK_TLS相結(jié)合的方式。外圍設(shè)備采用NAF的證書(shū)方式建立一個(gè)TLS連接，并在TLS連接上發(fā)送認(rèn)證外圍設(shè)備的http digest消息，已達(dá)到對(duì)外圍設(shè)備的身份認(rèn)證。而密鑰分發(fā)消息可以由建立的安全連接進(jìn)行保護(hù)。
值得指出的是，NAF可能通過(guò)其他方式獲得外圍設(shè)備的設(shè)備標(biāo)志。例如，可以是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)在本地配置已經(jīng)配置了該外圍設(shè)備的信息，外圍設(shè)備或者UE通過(guò)短消息的方式告訴運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)(如BSF或NAF)要啟用某個(gè)外圍設(shè)備某項(xiàng)特征信息，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)(如BSF)在本地查找到設(shè)備標(biāo)志并通知NAF。也可以是外圍設(shè)備或者UE通過(guò)其他消息直接告訴NAF外圍設(shè)備的某項(xiàng)信息，比如UE通過(guò)Ua接口的安全連接通知NAF要啟用哪個(gè)外圍設(shè)備。
步驟408NAF收到外圍設(shè)備的密鑰請(qǐng)求后，向BSF發(fā)送衍生密鑰請(qǐng)求，并在請(qǐng)求消息攜帶B-TID和NAF_Id。
步驟409BSF根據(jù)B-TID查找到與UICC的共享密鑰Ks以后，以Ks，″gba-u″‖RAND‖IMPI‖NAF_Id為參數(shù)，采用UICC側(cè)同樣的算法計(jì)算出Ks的衍生密鑰Ks_int_NAF。
步驟410BSF將生成的Ks_int_NAF返回給NAF。
步驟411NAF以接收到的Ks_int_NAF，設(shè)備標(biāo)志，以及NAF_ID為參數(shù)采用與終端相同算法計(jì)算本地接口共享密鑰Ks_Local(也可稱為第二本地接口共享密鑰)Ks_Local＝KDF(Ks_int_NAF，NAF_Id‖設(shè)備標(biāo)志)。
步驟412NAF將計(jì)算出的本地接口共享密鑰Ks_Local發(fā)送給外圍設(shè)備。為了保護(hù)Ks_Local不被竊聽(tīng)，Ks_Local可進(jìn)行加密傳輸。
加密的方法可以是直接采用步驟406～步驟407中建立安全連接的過(guò)程中協(xié)商的密鑰和加密算法進(jìn)行加密發(fā)送；或者采用衍生密鑰進(jìn)行保護(hù)，例如NAF將生成隨機(jī)數(shù)R作為密鑰對(duì)Ks_Local進(jìn)行加密保護(hù)，即Ks_Local*＝ER(Ks_Local)，比如 或者以R為密鑰對(duì)Ks_Local進(jìn)行其它的加密算法保護(hù)，如AES算法等。
NAF還要對(duì)R進(jìn)行加密后連同密文Ks_Local*一起發(fā)送，即向外圍設(shè)備發(fā)送Ks_Local*和R*對(duì)R的加密可以采用如下加密方法如果外圍設(shè)備具備運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)信任的公私鑰對(duì)(Kp，Ki)，以及Kp的公鑰證書(shū)。那么就采用外圍設(shè)備的公鑰算法Kp對(duì)R進(jìn)行加密R*＝EKp(R)。
如果外圍設(shè)備具備運(yùn)營(yíng)商向其發(fā)送的對(duì)稱密鑰K，那么NAF根據(jù)外圍設(shè)備發(fā)送的密鑰索引KID找到密鑰K以后，用K對(duì)R進(jìn)行加密R*＝EK(R)。
步驟413外圍設(shè)備采用與步驟412中的加密方式相對(duì)應(yīng)的密鑰進(jìn)行解密得到Ks_local。
例如，外圍設(shè)備收到Ks_Local*和R*后，解密得到Ks_Local。對(duì)應(yīng)步驟412，可包括首先對(duì)R*解密得到R如果是公鑰加密方式，則使用對(duì)應(yīng)的私鑰Ki解密，即R＝DKi(R*)；如果采用的是對(duì)稱加密算法，則R＝DK(R*)。
然后再以R為密鑰對(duì)Ks_Local*解密得到Ks_LocalKs_Local＝DR(Ks_Local*)。
至此，完成了為UICC和外圍設(shè)備協(xié)商共享密鑰Ks_Local的過(guò)程，外圍設(shè)備和UICC之間的通信就可以使用該密鑰作為本地接口密鑰進(jìn)行加密通信。
另外，還可以為上述Ks_Local設(shè)定一個(gè)有效期，由UICC或外圍設(shè)備進(jìn)行保存，當(dāng)?shù)竭_(dá)有效期時(shí)，返回步驟406，重新生成Ks_Local。
這里說(shuō)明一下，上述實(shí)施例以當(dāng)UICC具備GBA功能時(shí)(屬于GBA_U過(guò)程)，且Ks_local的計(jì)算在UICC里進(jìn)行的說(shuō)明。由UICC計(jì)算的衍生密鑰包括Ks_ext_NAF和Ks_int_NAF，如Ks_ext_NAF＝KDF(Ks，″gba-me″‖RAND‖IMPI‖NAF_Id)；Ks_int_NAF＝KDF(Ks，″gba-u″‖RAND‖IMPI‖NAF_Id)。上述是以UICC選擇Ks_int_NAF計(jì)算Ks_Local，不難理解，也可以是由ME選擇Ks_ext_NAF計(jì)算Ks_Local。
而對(duì)于當(dāng)Ks存放在ME上(屬于GBA_ME過(guò)程)，則可由ME計(jì)算衍生密鑰Ks_NAF，如Ks_NAF＝KDF(Ks，″gba-me″‖RAND‖IMPI‖NAF_Id)。再使用Ks_NAF計(jì)算Ks_Local，其他原理相同，不再贅述。這種情況就是UE的ME與外圍設(shè)備之間的密鑰協(xié)商，不是指UICC了。
另外需要說(shuō)明的，實(shí)施例中，計(jì)算Ks_Local的過(guò)程分成了兩個(gè)步驟，但本領(lǐng)域人員不難理解，也可以分為一個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算，如，Ks_Local＝KDF(Ks，″gba-u″‖RAND‖IMPI‖NAF_Id‖設(shè)備標(biāo)識(shí))，對(duì)于UICC，則可由UICC直接計(jì)算，對(duì)于BSF和NAF，則可由任一設(shè)備進(jìn)行計(jì)算。
從上可以看出，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了用戶與外圍設(shè)備之間密鑰的協(xié)商，從而實(shí)現(xiàn)了之間的加密通信。并且，不同的外圍設(shè)備與UICC通信時(shí)，針對(duì)不同的外圍設(shè)備生成不同密鑰用于所述加密通信。
圖5是本發(fā)明采用GAA實(shí)現(xiàn)UE與外圍設(shè)備協(xié)商密鑰的第二實(shí)施例流程圖，如圖5所示，本實(shí)施例中，示出的UE和外圍設(shè)備均屬于同一個(gè)用戶，以UE上使用UICC為例，包括以下步驟步驟501～步驟505具體實(shí)現(xiàn)與步驟401～步驟405完全一致，這里不再重述。
步驟506～507，當(dāng)UE向外圍設(shè)備返回B-TID后，與NAF間進(jìn)行對(duì)UE的身份認(rèn)證并建立Ua接口的安全連接；UE通過(guò)建立的Ua接口的安全連接向NAF發(fā)送請(qǐng)求消息，用于請(qǐng)求NAF計(jì)算Ks_local，并將計(jì)算得到的Ks_local發(fā)送給外圍設(shè)備。
步驟508～步驟511具體實(shí)現(xiàn)與步驟408～步驟411完全一致，這里不再重述。
步驟512在NAF向外圍設(shè)備發(fā)送密鑰之前，NAF對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證并建立NAF與外圍設(shè)備間的安全連接。
可選地，外圍設(shè)備可以認(rèn)證NAF，即NAF與外圍設(shè)備間進(jìn)行雙向認(rèn)證。
NAF與外圍設(shè)備間的認(rèn)證與安全連接建立與步驟406和步驟407一致，這里不再重述。
步驟513～步驟514具體實(shí)現(xiàn)與步驟412～步驟413完全一致，這里不再重述。
從圖5和圖4兩個(gè)實(shí)施例的流程圖所示，兩個(gè)實(shí)施例的主要區(qū)別在于向NAF請(qǐng)求Ks_Local的實(shí)體不同，可以是圖4所示的外圍設(shè)備，也可以是圖5所述的UE。如果請(qǐng)求Ks_Local的實(shí)體是外圍設(shè)備，則在請(qǐng)求Ks_Local之前就執(zhí)行NAF與外圍設(shè)備間的認(rèn)證即安全連接的建立；如果請(qǐng)求Ks_Local的實(shí)體是UE，則在請(qǐng)求Ks_Local之前需要執(zhí)行NAF與UE間的認(rèn)證即安全連接的建立，在NAF下發(fā)Ks_Local之前，還需要執(zhí)行NAF與外圍設(shè)備間的認(rèn)證即安全連接的建立。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用戶UE和外圍設(shè)備協(xié)商共享密鑰的方法，其特征在于，包括以下步驟A、外圍設(shè)備向UE發(fā)送連接請(qǐng)求，該連接請(qǐng)求中攜帶外圍設(shè)備標(biāo)志；B、UE根據(jù)UE與執(zhí)行用戶身份初始檢查驗(yàn)證的實(shí)體BSF的共享密鑰Ks、所述外圍設(shè)備標(biāo)志計(jì)算出第一本地接口共享密鑰；C、由網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)所述UE與BSF的共享密鑰Ks、獲取的所述外圍設(shè)備標(biāo)志，計(jì)算出與第一本地接口共享密鑰相同的第二本地接口共享密鑰，并提供給外圍設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C后進(jìn)一步包括所述第一或第二本地接口共享密鑰超過(guò)各自有效期限時(shí)，或共享密鑰Ks更新后，返回步驟B。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A中所述外圍設(shè)備標(biāo)志，用于所述UE識(shí)別不同的外圍設(shè)備或者所述外圍設(shè)備上的應(yīng)用；所述外圍設(shè)備標(biāo)志為在所述UE的用戶識(shí)別模塊UICC或移動(dòng)設(shè)備ME中預(yù)先配置的與設(shè)備標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的索引值；或者，設(shè)備標(biāo)識(shí)或應(yīng)用標(biāo)識(shí)自身。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟B中所述UE與BSF的共享密鑰Ks是UE與BSF執(zhí)行互鑒權(quán)GBA過(guò)程生成的共享密鑰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B進(jìn)一步包括所述UE提供給外圍設(shè)備一個(gè)可用于標(biāo)識(shí)所述共享密鑰Ks的會(huì)話事務(wù)標(biāo)識(shí)B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值，并通過(guò)外圍設(shè)備發(fā)送給所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)中的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)體NAF；步驟C所述共享密鑰Ks，是所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)獲得的會(huì)話事務(wù)標(biāo)識(shí)B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值確定出的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述通過(guò)外圍設(shè)備向所述NAF發(fā)送B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值之前，該方法還包括所述外圍設(shè)備與所述NAF之間進(jìn)行身份認(rèn)證并建立安全連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B進(jìn)一步包括所述UE將B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值發(fā)送給所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)中的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)體NAF；步驟C所述共享密鑰Ks，是所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)獲得的會(huì)話事務(wù)標(biāo)識(shí)B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值確定出的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述UE向NAF發(fā)送B-TID/與B-TID對(duì)應(yīng)的索引值之前，該方法還包括所述UE與所述NAF之間進(jìn)行身份認(rèn)證并建立安全連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟C中所述將計(jì)算出第二本地接口共享密鑰提供給外圍設(shè)備之前，該方法還包括所述外圍設(shè)備與所述NAF之間進(jìn)行身份認(rèn)證并建立安全連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求6、8或9所述的方法，其特征在于，所述身份認(rèn)證為單向認(rèn)證或雙向認(rèn)證；所述身份認(rèn)證的方法為利用公鑰證書(shū)或私鑰證書(shū)進(jìn)行身份認(rèn)證。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述身份認(rèn)證的方法具體為利用共享密鑰的基于預(yù)共享密鑰的傳輸層安全協(xié)議PSK_TLS方式進(jìn)行身份認(rèn)證；或者基于共享密鑰的http digest認(rèn)證方式進(jìn)行身份認(rèn)證；或者在傳輸層安全協(xié)議TLS上進(jìn)行http digest認(rèn)證的身份認(rèn)證。
12.根據(jù)權(quán)利要求6、8或9所述的方法，其特征在于，所述建立安全連接的方法為基于公鑰證書(shū)的傳輸層安全協(xié)議TLS認(rèn)證方式建立TLS連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)包括BSF和NAF；步驟C所述計(jì)算第二本地接口共享密鑰是由所述BSF進(jìn)行計(jì)算的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)包括BSF和NAF；步驟C所述計(jì)算出第二本地接口共享密鑰的步驟包括由BSF根據(jù)所述共享密鑰Ks計(jì)算出Ks衍生密鑰，再由NAF根據(jù)所述Ks衍生密鑰和所述外圍設(shè)備標(biāo)志計(jì)算出所述第二本地接口共享密鑰。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算第一和第二本地接口共享密鑰的過(guò)程中，還使用以下參數(shù)進(jìn)行計(jì)算隨機(jī)數(shù)RAND、用戶的IP多媒體私有身份標(biāo)識(shí)IMPI、所述NAF標(biāo)識(shí)，特定的字符串。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算第一本地接口共享密鑰的過(guò)程中，所述NAF標(biāo)識(shí)是UE接收外圍設(shè)備配置的NAF的標(biāo)識(shí)；或，預(yù)先在UE上配置有NAF標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)到UE的用戶識(shí)別模塊UICC或移動(dòng)設(shè)備ME標(biāo)識(shí)，所述NAF標(biāo)識(shí)是UE根據(jù)所述UICC或ME推算出的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C所述獲取外圍設(shè)備標(biāo)志的步驟包括所述UE將步驟A中接收到的所述外圍設(shè)備標(biāo)志發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)側(cè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C所述獲取外圍設(shè)備標(biāo)志的步驟包括所述外圍設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)側(cè)中的NAF發(fā)送連接請(qǐng)求時(shí)，該連接請(qǐng)求攜帶外圍設(shè)備標(biāo)志；網(wǎng)絡(luò)側(cè)從所述連接請(qǐng)求中獲取所述外圍設(shè)備標(biāo)志。
19.根據(jù)權(quán)利要求1或18所述的方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)與外圍設(shè)備的信息進(jìn)行加密傳輸。
全文摘要
一種用戶UE和外圍設(shè)備協(xié)商共享密鑰的方法，包括以下步驟A.外圍設(shè)備向UE發(fā)送連接請(qǐng)求，該連接請(qǐng)求中攜帶外圍設(shè)備的標(biāo)志；B.UE根據(jù)UE與執(zhí)行用戶身份初始檢查驗(yàn)證的實(shí)體BSF的共享密鑰Ks、所述外圍設(shè)備標(biāo)志計(jì)算出第一本地接口共享密鑰；C.由網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)所述UE與BSF的共享密鑰Ks、獲取的所述外圍設(shè)備標(biāo)志，計(jì)算出與第一本地接口共享密鑰相同的第二本地接口共享密鑰，并提供給外圍設(shè)備。使用本發(fā)明，可提供外圍設(shè)備與UE之間的本地接口的通信使用的密鑰，從而實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備與UE之間的安全通信。
文檔編號(hào)H04L9/08GK1929371SQ20061005785
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月5日
發(fā)明者楊艷梅 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司