專利名稱：綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中繼系統(tǒng)中的中繼節(jié)點(diǎn)認(rèn)證技術(shù)，尤其涉及一種中繼系統(tǒng)中綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法及裝置。
背景技術(shù)：
圖1為長期演進(jìn)(LTE，Long Term Evolution)網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，LTE網(wǎng)絡(luò)由演進(jìn)全球陸地?zé)o線接入網(wǎng)(E-UTRAN，Evolved UniversalTerrestrialRadio Access Network)和演進(jìn)分組交換中心(EPC, Evolved PacketCore)組成，網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)扁平化。EUTRAN通過Sl接口與EPC相連。其中，EUTRAN由多個(gè)相互連接的演進(jìn)基站(eNB, Evolved NodeB)組成，各個(gè)eNB之間通過X2接口連接；EPC由移動(dòng)性管理實(shí)體(MME，Mobility Management Entity)、服務(wù)網(wǎng)關(guān)實(shí)體(S-GW，Serving Gateway)以及包數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)(P-GW，PacketData Networks Gateway)等網(wǎng)元組成。另外，在LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中還有歸屬環(huán)境(HE，Home Environment)，即歸屬用戶服務(wù)器(HSS,Home Subscriber Server)作為用戶數(shù)據(jù)庫。其中包含用戶配置文件，執(zhí)行用戶的身份驗(yàn)證和授權(quán)，并可提供有關(guān)用戶物理位置的信息等。為了滿足日益增長的大帶寬高速移動(dòng)接入的需求，第三代伙伴組織計(jì)劃(3GPP，Third Generation Partnership Projects) iflHjM^ix !^ (LTE-Advanced, Long-TermEvolution advance)標(biāo)準(zhǔn)。LTE-Advanced對于LTE系統(tǒng)的演進(jìn)保留了 LTE的核心，在此基礎(chǔ)上采用一系列技術(shù)對頻域、空域進(jìn)行擴(kuò)充，以達(dá)到提高頻譜利用率、增加系統(tǒng)容量等目的。無線中繼(Relay)技術(shù)即是LTE-Advanced中的技術(shù)之一，旨在擴(kuò)展小區(qū)的覆蓋范圍，減少通信中的死角地區(qū)，平衡負(fù)載，轉(zhuǎn)移熱點(diǎn)地區(qū)的業(yè)務(wù)，節(jié)省用戶設(shè)備(UE，User Equipment)即終端的發(fā)射功率。圖2為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中增加中繼節(jié)點(diǎn)(RN，Relay-Node)后的網(wǎng)絡(luò)組成示意圖，如圖2所示，這種新增的RN和施主演進(jìn)基站(Donor-eNB)之間使用無線連接。其中，Donor-eNB和RN之間的接口稱為Un 口，兩者之間的無線鏈路稱為回程鏈路(bacWiaullink) ；RN和UE之間的接口稱為Uu 口，其間的無線鏈路稱為接入鏈路(access link)。下行數(shù)據(jù)先到達(dá)Donor-eNB，然后傳遞給RN，RN再傳輸至UE,上行數(shù)據(jù)先到達(dá)UE,然后傳遞給RN, RN 再傳輸至 Donor-eNB。在實(shí)際通信過程中，RN既可以作為一個(gè)普通的終端設(shè)備，也可以作為一個(gè)基站。當(dāng)RN作為一個(gè)終端設(shè)備時(shí)，RN可以像普通UE 一樣接入無線網(wǎng)絡(luò)。普通UE在接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)會(huì)對其進(jìn)行用戶的鑒權(quán)認(rèn)證和密鑰協(xié)定(AKA，Authentication and Key Agreement)，在LTE系統(tǒng)中該過程稱為演進(jìn)分組系統(tǒng)認(rèn)證與密鑰協(xié)定(EPS AKA, Evolved Packet System AKA)流程。需要說明的是，上述描述中UE是指移動(dòng)設(shè)備(Mobile Equipment)和通用集成電路卡(UICC，Universal Integrated CircuitCard)的總稱，在UICC中存在通用用戶標(biāo)識模塊(USIM，Universal SubscriberIdentityModule)，用于多種應(yīng)用以及用戶身份認(rèn)證等目的，上述EPS AKA過程實(shí)際是由USIM完成的，在后續(xù)描述中如不特殊說明，USIM即UICC，USIM卡即UICC卡。因此該過程完成了網(wǎng)絡(luò)對終端的USIM認(rèn)證(或稱簽約認(rèn)證，subscription Authentication)和密鑰協(xié)定，后續(xù)描述中也稱USIM認(rèn)證為用戶認(rèn)證。通過用戶認(rèn)證，UE和網(wǎng)絡(luò)側(cè)會(huì)根據(jù)根密鑰K生成完整性密鑰(IK，IntegrityKey)和加密密鑰(CK，Cipher Key)而發(fā)送給ME，ME根據(jù)IK和CK生成中間密鑰Kasme，然后利用這個(gè)中間密鑰Kasme派生其它新的密鑰，分別對接入層(AS，Acesss stratum)和非接入層(NAS,Non-access stratum)的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。其中，非接入層安全保護(hù)密鑰(比如非接入層加密密鑰Knas■、非接入層完整性密鑰KNASint)分別由Kasme按照約定的算法派生；接入層安全保護(hù)密鑰(比如無線資源控制加密密鑰KKKm。、無線資源控制完整性密鑰Kmiant和用戶面加密密鑰ΚυΡεη。)分別由基站密鑰ΚεΝΒ按照不同算法派生而來，而ΚεΝΒ是由中間密鑰Kasme派生來的，上述的EPS安全密鑰具體的架構(gòu)和派生方法都是已知技術(shù)，不再贅述。與UE類似的，RN作為一個(gè)普通的終端設(shè)備時(shí)，是中繼節(jié)點(diǎn)(RN platform)和UICC卡的總稱，RN可以按照上述EPS AKA過程完成RN的UICC認(rèn)證。但是，當(dāng)RN作為基站時(shí)，如果該基站是一個(gè)非法設(shè)備，則可能會(huì)威脅到其服務(wù)的用戶設(shè)備，因此，在該基站服務(wù)UE之前首先需要確保該設(shè)備(即RNplatform)的合法性。另外，即使是對于一個(gè)分別完成用戶認(rèn)證和設(shè)備的合法性認(rèn)證的RN來說，還存在如下的安全威脅，圖3為可能存在的RN被非法攻擊的過程示意圖，如圖3所示，如果有非法攻擊者(Attacker)將合法的UICC卡插入非法的RN中，同時(shí)將非法的UICC卡插入合法的RN中，這樣，在認(rèn)證時(shí)攻擊者分別使用合法的USIM以及合法的RN完成相應(yīng)的用戶認(rèn)證和設(shè)備認(rèn)證。在實(shí)際通信過程中，非法RN可以獲取到合法UICC卡認(rèn)證產(chǎn)生的接入層安全保護(hù)密鑰，而非法RN與網(wǎng)絡(luò)側(cè)之間的部分通信數(shù)據(jù)采用接入層安全保護(hù)密鑰的保護(hù)，攻擊者就可能通過非法RN篡改或竊聽RN與DeNB之間的通信內(nèi)容。因此，現(xiàn)有對RN的合法性認(rèn)證不能保證合法的UICC卡被插在合法的RN設(shè)備上，即不能實(shí)現(xiàn)RN的用戶認(rèn)證和設(shè)備的綁定，從而不能保證RN與網(wǎng)絡(luò)側(cè)間的通信數(shù)據(jù)安全。關(guān)于設(shè)備的認(rèn)證(或稱RN platform authentication)，曾有公司提出利用在DeNB和RN之間建立傳輸層安全(TLS，Transport Layer Security)連接隧道(TLStunnel)，用以實(shí)現(xiàn)DeNB對RN的設(shè)備認(rèn)證，并根據(jù)TLS連接隧道建立過程中協(xié)商生成的主密鑰(master secret)生成一個(gè)偏置密鑰Ko，利用Ko和現(xiàn)有的接入層安全密鑰(即無線資源控制加密密鑰KKKten。、無線資源控制完整性密鑰Kmiant和用戶面加密密鑰ΚυΡ·)作為輸入分別生成新的與RN設(shè)備(RNplatform)綁定的接入層安全密鑰(即新的KKKen。、新的KKKint和新的ΚυΡ·)，這樣可以保證本次安全認(rèn)證與之前的用戶認(rèn)證是終結(jié)在同一個(gè)RN節(jié)點(diǎn)的，從而杜絕圖3中所示的安全威脅。但是該方案有如下的缺點(diǎn)1)在該認(rèn)證過程中，建立的所述TLS連接隧道(TLS Tunnel)是多余的，因?yàn)樵摲桨钢胁⒉粫?huì)用到TLS隧道。2)如果考慮到以后RN的移動(dòng)性問題，即RN從一個(gè)DeNB的覆蓋內(nèi)移動(dòng)到了另一個(gè)DeNB的覆蓋下，則原來與RN之間的TLS連接則無法維護(hù)。3)對于非接入層消息所使用的非接入層密鑰沒有做綁定，因此NAS消息仍存在安
全隱患 ο
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法及裝置，能對合法的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行密鑰認(rèn)證，避免了非法中繼節(jié)點(diǎn)接入到通信系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法，包括在DeNB和RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證；根據(jù)協(xié)商認(rèn)證的密鑰建立共享的對稱設(shè)備密鑰；所述MME以及所述RN分別根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰；利用所述新的系統(tǒng)安全密鑰派生新的接入層和/或非接入層安全保護(hù)密鑰，對網(wǎng)絡(luò)側(cè)與RN之間的通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。優(yōu)選地，所述密鑰協(xié)商認(rèn)證通過下述方式實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)密鑰交換IKE協(xié)議流程，或傳輸層安全TLS握手協(xié)議流程，或安全套接層SSL協(xié)議流程，或可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議EAP流程，或EAP-TLS認(rèn)證流程。優(yōu)選地，所述對稱設(shè)備密鑰由所述DeNB建立，并發(fā)送給所述MME ；或者，所述DeNB將密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰發(fā)送給所述MME，由所述MME建立共享的對稱設(shè)備密鑰。在所述DeNB以及所述RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證流程中對應(yīng)的消息可以分別通過RN與DeNB之間的用戶面數(shù)據(jù)連接發(fā)送；也可以通過現(xiàn)有的無線資源控制(RRC)控制面信令傳遞(即作為容器(Container)的形式封裝在控制面信令中)。優(yōu)選地，所述DeNB通過Sl 口信令將密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰或所述對稱設(shè)備密鑰發(fā)送給所述MME。優(yōu)選地，所述根據(jù)協(xié)商認(rèn)證結(jié)果建立共享的對稱設(shè)備密鑰具體為將密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰直接作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將由密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰中的部分密文生成的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將根據(jù)密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰，以設(shè)定算法重新派生的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰。優(yōu)選地，所述密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于對稱密鑰的密鑰協(xié)商認(rèn)證；或者，所述密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于公鑰體制的密鑰協(xié)商認(rèn)證。優(yōu)選地，所述根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰具體為利用所述對稱設(shè)備密鑰和所述系統(tǒng)安全密鑰作為輸入，按設(shè)定算法重新生成新的密鑰；其中，所述設(shè)定算法為所述系統(tǒng)安全密鑰生成過程中所使用的密鑰派生函數(shù)KDF，或?yàn)閭坞S機(jī)函數(shù)，或?yàn)閱蜗蚝瘮?shù)。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)安全密鑰為以下密鑰的至少一種中間密鑰KASME，加密密鑰CK和完整性密鑰IK，基站密鑰KeNB。一種綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證裝置，所述中繼系統(tǒng)中包括MME、DeNB和RN，所述裝置包括認(rèn)證單元、建立單元、發(fā)送單元、生成單元和加密單元，其中，認(rèn)證單元，用于在DeNB和RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證；
建立單元，位于DeNB或MME中，用于根據(jù)協(xié)商認(rèn)證的密鑰建立共享的對稱設(shè)備密鑰；發(fā)送單元，位于DeNB中，用于將所述對稱設(shè)備密鑰或所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰發(fā)送給MME;生成單元，位于MME以及RN中，用于根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰；加密單元，用于利用所述新的系統(tǒng)安全密鑰派生新的接入層和/或非接入層安全保護(hù)密鑰，對網(wǎng)絡(luò)側(cè)與RN之間的通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。優(yōu)選地，所述認(rèn)證單元進(jìn)行的密鑰協(xié)商認(rèn)證通過下述方式實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)密鑰交換IKE協(xié)議流程，或傳輸層安全TLS握手協(xié)議流程，或安全套接層SSL協(xié)議流程，或可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議EAP流程，或者EAP-TLS認(rèn)證流程。優(yōu)選地，所述發(fā)送單元，用于通過Sl 口信令將所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰或所述對稱設(shè)備密鑰發(fā)送給所述MME。優(yōu)選地，所述建立單元進(jìn)一步將所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰直接作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將由所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰中的部分密文生成的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將根據(jù)所述認(rèn)證單元的密鑰，以設(shè)定算法重新派生的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰。優(yōu)選地，所述認(rèn)證單元所使用的密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于對稱密鑰的密鑰協(xié)商認(rèn)證；或者，所述認(rèn)證單元所使用的密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于公鑰體制的密鑰協(xié)商認(rèn)征。優(yōu)選地，所述生成單元進(jìn)一步利用所述對稱設(shè)備密鑰和所述系統(tǒng)安全密鑰作為輸入，按設(shè)定算法重新生成新的密鑰；其中，所述設(shè)定算法為所述系統(tǒng)安全密鑰生成過程中所使用的密鑰派生函數(shù)KDF，或?yàn)閭坞S機(jī)函數(shù)，或?yàn)閱蜗蚝瘮?shù)。本發(fā)明中，首先在DeNB和RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證流程，并根據(jù)協(xié)商認(rèn)證結(jié)果建立共享的對稱設(shè)備密鑰。本發(fā)明中，協(xié)商認(rèn)證流程與現(xiàn)有的認(rèn)證方式基本相同，通過該認(rèn)證過程，實(shí)現(xiàn)對RN的基本認(rèn)證，杜絕了非法結(jié)構(gòu)的接入，本發(fā)明還在此認(rèn)證基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立對稱設(shè)備密鑰；同時(shí)將該對稱設(shè)備密鑰發(fā)送給MME，由MME以及RN分別根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰，并使用該新的系統(tǒng)安全密鑰進(jìn)行信息加密的處理。本發(fā)明加強(qiáng)了對RN身份合法性的保護(hù)，RN需要通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)的合法認(rèn)證，才能接入到通信系統(tǒng)中參與通信，杜絕了非法RN的接入，保證了網(wǎng)絡(luò)側(cè)與RN之間通信的安全性。


圖1為LTE網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中增加RN后的網(wǎng)絡(luò)組成示意圖；圖3為可能存在的RN被非法攻擊的過程示意圖；圖4為本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法實(shí)施例一的流程圖；圖5為本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法實(shí)施例二的流程圖；圖6為本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法實(shí)施例三的流程圖；圖7為本發(fā)明的安全密鑰綁定示意圖；圖8為本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例的基本思想為，首先在DeNB和RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證流程，并根據(jù)協(xié)商認(rèn)證結(jié)果建立共享的對稱設(shè)備密鑰。進(jìn)一步將該對稱設(shè)備密鑰發(fā)送給MME，由MME以及RN分別根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰，并使用該新的系統(tǒng)安全密鑰進(jìn)行信息加密的處理。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下舉實(shí)施例并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。以下首先對本發(fā)明技術(shù)方案的整體進(jìn)行描述。需要說明的是，本發(fā)明不僅適用于LTE系統(tǒng)中包含中繼節(jié)點(diǎn)的情形，也適用于演進(jìn)分組系統(tǒng)中包含中繼節(jié)點(diǎn)的情形，也就是說，本發(fā)明適用于一切包含中繼節(jié)點(diǎn)的中繼網(wǎng)絡(luò)中，上述的中繼節(jié)點(diǎn)，可以是一般的中繼基站，也可以是家庭基站等具有中繼功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。由于在這些系統(tǒng)中對中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證過程都是類似的，本發(fā)明中將不再一一進(jìn)行說明。本發(fā)明中，在DeNB和RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證流程，用以實(shí)現(xiàn)DeNB和中繼節(jié)點(diǎn)平臺(RN platform)之間的認(rèn)證并建立共享的對稱設(shè)備密鑰，該流程成功后，DeNB將對稱設(shè)備密鑰發(fā)送給MME，由MME和RN分別根據(jù)該對稱設(shè)備密鑰和演進(jìn)分組系統(tǒng)安全密鑰進(jìn)行綁定，生成新的演進(jìn)分組系統(tǒng)安全密鑰，用以保護(hù)RN和網(wǎng)絡(luò)之間的通信安全。其中，所述密鑰協(xié)商認(rèn)證流程可以指現(xiàn)有的任何用于通信實(shí)體間進(jìn)行身份認(rèn)證和密鑰協(xié)商的流程，比如因特網(wǎng)密鑰交換協(xié)議(IKE，Internet Key Exchange ；或IKEv2，IKE版本2~)流程，或者TLS握手協(xié)議(TLS handshake)流程，或者安全套接層協(xié)議(SSL，Secure SocketsLayer)流程，或者可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議(EAP，Extended Authentication Protocol)流程，或者 EAP-TLS 認(rèn)證流程。建立對稱設(shè)備密鑰的方法可以是，直接利用密鑰協(xié)商認(rèn)證流程中協(xié)商的密鑰，或者對該協(xié)商的密鑰進(jìn)行截?cái)?truncate)，或者重新派生生成所述對稱設(shè)備密鑰。本發(fā)明中，所謂截?cái)嗉词菍⒂伤雒荑€協(xié)商認(rèn)證流程中生成的密鑰中的部分密文生成的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰；如密鑰的前10位作為對稱設(shè)備密鑰，或密鑰的后10位作為對稱設(shè)備密鑰等?；蛘?，將根據(jù)所述密鑰協(xié)商認(rèn)證流程中生成的密鑰，以設(shè)定算法重新派生的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰。所謂重新派生即是根據(jù)相應(yīng)的算法，按設(shè)定算法對當(dāng)前密鑰協(xié)商認(rèn)證流程中生成的密鑰進(jìn)行計(jì)算，如對密鑰協(xié)商認(rèn)證流程中生成的密鑰進(jìn)行相應(yīng)的移位，或增設(shè)相應(yīng)的位等。上述的密鑰協(xié)商認(rèn)證流程可以是基于對稱密鑰的，也可以是基于公鑰體制(即證書)的。上述DeNB通知MME對稱設(shè)備密鑰的方法可以是，DeNB利用Sl 口信令將該密鑰發(fā)送給MME。該Sl 口信令可以是現(xiàn)有的Sl信令，也可以是新增的Sl信令。所述對稱設(shè)備密鑰也可以由MME生成，此時(shí)需要DeNB將密鑰協(xié)商認(rèn)證流程中協(xié)商的密鑰通過Sl 口消息發(fā)送給MME，由MME采用與前述RN相同的生成方法建立對稱設(shè)備密鑰。其中，MME和RN根據(jù)對稱設(shè)備密鑰和演進(jìn)分組系統(tǒng)(EPS)安全密鑰進(jìn)行綁定生成新密鑰的方法，可以是指利用對稱設(shè)備密鑰和EPS安全密鑰作為輸入，按照約定算法重新生成新的密鑰。其中約定算法可以是現(xiàn)有EPS安全密鑰生成過程中使用的密鑰派生函數(shù)
8(KDF, Key Derivation Function)，或者其他的偽隨機(jī)函數(shù)(Pseudo-random function)或者單向函數(shù)(One-way function)。以下通過具體的示例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)。實(shí)施例一圖4為本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法實(shí)施例一的流程圖，如圖4所示，本示例中，DeNB和RN之間通過TLS握手協(xié)議實(shí)現(xiàn)互相認(rèn)證以及密鑰協(xié)商，該流程執(zhí)行成功之后，利用流程中協(xié)商的密鑰生成新的對稱設(shè)備密鑰Kplatform，并將該密鑰與EPS安全密鑰進(jìn)行綁定，生成新的EPS安全密鑰，用以保護(hù)后續(xù)的通信安全。本示例的綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法具體包括以下步驟步驟401，DeNB與RN之間發(fā)起TLS握手，用于兩者之間的互相認(rèn)證，同時(shí)在TLS握手過程中MME和RN分別建立共享的主密鑰(Master kcret)，根據(jù)該主密鑰建立對稱設(shè)備密鑰Kplatform。其中Kplatform的生成方法可以是以下方式之一Kplatform = master_secret,艮口 Kplatform 直接使用主密鑰；或者，Kplatform = Truncated(master_secret)，艮口 Kplatform 使用截?cái)嗟闹髅荑€；或者，Kplatform= KDF (master_secret)，即 Kplatform 由主密鑰按照約定派生算法計(jì)算得來。有選擇地，該算法還可以有其他輸入?yún)?shù)。比如Kplatform = PRF(maSter_secret, Χ)，其中PRF為TLS偽隨機(jī)函數(shù)，X為其他可選參數(shù)，可以為RN和/或MME生成的隨機(jī)數(shù)，也可以為其他RN與MME之間共享的參數(shù)。具體的，上述的TLS握手協(xié)議流程中對應(yīng)的上行和下行消息可以分別通過RN與DeNB之間的用戶面數(shù)據(jù)連接傳遞，即作為用戶面數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)無線承載(DRB，Data RadioBearer)傳遞；也可以通過現(xiàn)有的控制面上/下行信令傳遞，即作為容器(Container)的形式封裝在控制面信令中，比如分別使用上行信息傳輸(ULInformationTransfer)和下行信息傳輸(DUnformationTransfer)信息傳輸，在控制面信令中需要明確指示該消息攜帶的容器中封裝的是TLS握手協(xié)議消息。其中用于承載TLS握手協(xié)議的控制面信令的傳遞方向與TLS握手協(xié)議中的相關(guān)消息的傳遞方向一致。步驟402，DeNB將該對稱設(shè)備密鑰Kplatform通過S 1 口消息發(fā)送給MME。比如通過上行NAS傳輸(Uplink NAS Transport)消息，其中攜帶Kplatform。具體的，DeNB也可以通過其他Sl 口專用信令(或稱UE關(guān)聯(lián)信令，UE_associatedSignalling)傳遞 Kplatform,比如初始 UE 上下文建立響應(yīng)(InitialUE ContextResponse)，或者 NAS 非傳輸指示(NAS NON DEL I VERY INDI CAT 10N)等信令。DeNB還可以通過在新增加的Sl 口信令中傳輸Kplatform，比如新增第一 Sl 口消息，在所述第一 Sl 口消息中攜帶Kplatform信息，以及RN作為UE身份在Sl 口的標(biāo)識信息。步驟403，MME利用對稱設(shè)備密鑰Kplatform和在EPS AKA中生成的EPS安全密鑰Kasme進(jìn)行綁定，生成新的與設(shè)備(即RN platform)綁定的安全密鑰Kamse_platform。KASME_platform的生成方法可以是使用Kasm^P Kplatform作為入?yún)?，使用約定的密鑰派生算法計(jì)算而來，圖7為本發(fā)明的安全密鑰綁定示意圖，如圖7所示KASME_pIatform = KDF (Kasme, Kplatform, XI)其中KDF為約定的密鑰派生算法，Xl為該算法可選的其他輸入。
通過上述過程，MME完成了對RN的用戶認(rèn)證和設(shè)備的合法性認(rèn)證，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了 EPS安全密鑰和中繼節(jié)點(diǎn)認(rèn)證中生成的對稱設(shè)備密鑰Kplatform的綁定，消除了在RNplatform和UICC接口之間的安全隱患。后續(xù)，MME和RN可以將KASME_pIatform代替原來的Kasme,派生出其他的AS層和NAS層的安全密鑰，用于保護(hù)RN和網(wǎng)絡(luò)側(cè)之間的信令和數(shù)據(jù)安全，具體的派生算法和保護(hù)算法與現(xiàn)有LTE中的安全機(jī)制相同，不再贅述。根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)方式的不同，在實(shí)施例一描述的方法中，在MME通過步驟402獲得對稱設(shè)備密鑰KpIatform后，也可以發(fā)送回復(fù)消息給DeNB。所述回復(fù)消息可以是Sl 口的任意消息，比如通過下行信息傳輸(DLInformationTransport)?；蛘咂渌鸖l 口專用消息，也可以通過新增的Sl 口消息。上述MME的回復(fù)消息可以在步驟402后的任意時(shí)間點(diǎn)發(fā)送。根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)方式的不同，在實(shí)施例一描述的方法中，步驟401中的TLS握手流程可以由DeNB主動(dòng)發(fā)起，也可以由RN主動(dòng)發(fā)起。根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)方式的不同，在實(shí)施例一描述的方法中，步驟402用作綁定的EPS安全密鑰也可以是IK和CK或者使用κεΝΒ。比如KASME_pIatform = KDF (CK, IK, KpIatform, Yl)或KeNB_pIatform = KDF (KeNB, KpIatform, Zl)其中KDF分別為計(jì)算中使用的約定算法，Yl或Zl分別為計(jì)算中使用的其他可選參數(shù)。其計(jì)算方法是類似的，但綁定使用的約定派生算法具體形式可以有所不同。另外根據(jù)上述過程生成的KASME_platf0rm和KeNB_platf0rm也可以分別替代現(xiàn)有的Kasme和KeNB，重新派生新的NAS層和/或AS層安全密鑰，保護(hù)后續(xù)RN與網(wǎng)絡(luò)的通信安全。本發(fā)明中，步驟401中的TLS握手過程為已知內(nèi)容，且根據(jù)具體應(yīng)用中的不同需求可以采用簡單握手(Simple TLS Handshake)或者驗(yàn)證客戶端的TLS握手(Client-authenticated TLS handshake)等形式，該認(rèn)證過程可以由RN主動(dòng)發(fā)起，也可以由DeNB主動(dòng)發(fā)起。需要說明的是，上述的密鑰協(xié)商認(rèn)證過程也可以采用其他的流程，比如SSL握手(SSL handshake)過程，或者EAP認(rèn)證，或者EAP-TLS認(rèn)證流程等。這些密鑰協(xié)商認(rèn)證過程在實(shí)際應(yīng)用中，也可以根據(jù)具體應(yīng)用需求有所改動(dòng)，但不影響本發(fā)明的主旨。在步驟403中，為了保證MME和RN之間實(shí)現(xiàn)密鑰的同步綁定，MME和可以通過NAS信令流程指示RN進(jìn)行EPS安全密鑰與對稱設(shè)備密鑰的綁定。比如，MME通過NAS安全模式命令(NAS SMC, NAS Security Mode Command)通知RN進(jìn)行綁定，在消息中增加綁定指示；在RN完成綁定后通過NAS安全模式完成(NAS Security Mode Complete)回復(fù)MME，指示綁定成功完成。上述對稱設(shè)備密鑰Kplatform的生成也可以在MME執(zhí)行，即在步驟401中DeNB獲得共享的主密鑰后，DeNB通過402步驟將主密鑰發(fā)送給MME，由MME根據(jù)主密鑰生成Kplatform，具體的生成方式與步驟401中方法相同，然后MME再執(zhí)行步驟403中的密鑰綁定過程。實(shí)施例二圖5為本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法實(shí)施例二的流程圖，如圖5所示，本示例中，DeNB和RN之間利用TLS握手協(xié)議實(shí)現(xiàn)對稱設(shè)備密鑰的更新，更新成功之后，DeNB將更新的密鑰發(fā)送給ΜΜΕ,ΜΜΕ利用該密鑰與EPS安全密鑰進(jìn)行綁定，生成新的EPS安全密鑰，用以保護(hù)后續(xù)的通信安全。本示例的綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法具體包括以下步驟步驟500，DeNB與RN之間已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了雙向認(rèn)證，并已經(jīng)建立了共享與設(shè)備綁定的EPS安全密鑰，比如中間密鑰Kasme,或基站密鑰K·等。步驟501，為了更新DeNB與RN之間的對稱設(shè)備密鑰，DeNB與RN之間發(fā)起TLS握手流程，如果握手成功，則說明DeNB和RN platform之間認(rèn)證成功。在握手過程中DeNB和RN重新建立共享的主密鑰(Master kcret)，根據(jù)該該主密鑰建立更新的對稱設(shè)備密鑰Kplatform。具體方式與實(shí)施例一的方法相同。具體的，上述的TLS握手流程的消息傳遞方式與實(shí)施例一相同。步驟502，同步驟402。這里不再贅述。步驟503，同步驟403。這里不再贅述。通過上述過程，完成了 MME與RN之間的對稱設(shè)備密鑰的更新，以及綁定的EPS安全密鑰的更新。后續(xù)的處理過程可以采用與實(shí)施例一相同的方式，這里不再贅述。實(shí)施例三圖6為本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法實(shí)施例二的流程圖，如圖6所示，本示例中，DeNB和RN之間利用IKE協(xié)議實(shí)現(xiàn)協(xié)商認(rèn)證，并建立II^sec隧道，通過該隧道傳遞共享的對稱設(shè)備密鑰給對端，然后DeNB將該密鑰發(fā)送給MME，MME利用該密鑰與EPS安全密鑰進(jìn)行綁定，生成新的EPS安全密鑰，用以保護(hù)后續(xù)的通信安全。步驟601，DeNB向RN發(fā)起IKE流程，用于實(shí)現(xiàn)DeNB與RN之間的互相認(rèn)證，認(rèn)證成功后建立II3Sec隧道(II^sec Tunnel)，通過該隧道DeNB將對稱安全密鑰Kplatform發(fā)送給RN，其中Kplatform是DeNB生成的隨機(jī)數(shù)。 該IKE流程也可以由RN主動(dòng)向DeNB發(fā)起。步驟602，同步驟402步驟603，同步驟403通過上述IKE過程，完成了 DeNB與RN之間的互相認(rèn)證以及對稱設(shè)備密鑰的建立，并在MME和RN完成了設(shè)備密鑰與EPS安全密鑰的綁定。后續(xù)的處理過程可以采用與實(shí)施例一相同的方式，這里不再贅述。需要說明的是，上面的密鑰協(xié)商認(rèn)證過程可以使用TLS握手過程，或者SSL握手，或者IKE協(xié)商，或者EAP認(rèn)證等過程，這些過程中可以是基于預(yù)共享密鑰(I^e-sharedkey，或稱對稱密鑰Symmetric key)，也可以是基于公鑰(Publickey)或者是基于證書的(Certificate)。因此，這些密鑰或證書都是要求存在于DeNB和/或RN平臺(RN platform,即存儲(chǔ)于RN中)之中的，這是本發(fā)明的前提條件。圖8為本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8所示，本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證裝置主要應(yīng)用于中繼系統(tǒng)中，中繼系統(tǒng)包括MME、DeNB和RN，本發(fā)明綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證裝置具體包括認(rèn)證單元80、建立單元81、發(fā)送單元82、生成單元83和加密單元84，其中，認(rèn)證單元80，用于在DeNB和RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證；建立單元81，位于DeNB或MME中，用于根據(jù)協(xié)商認(rèn)證結(jié)果建立共享的對稱設(shè)備密鑰；
發(fā)送單元82，位于DeNB中，用于將所述對稱設(shè)備密鑰或所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰發(fā)送給MME;生成單元83，位于MME以及RN中，用于根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰；加密單元84，用于利用所述新的系統(tǒng)安全密鑰派生新的接入層和/或非接入層安全保護(hù)密鑰，對網(wǎng)絡(luò)側(cè)與RN之間的通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。上述認(rèn)證單元80進(jìn)行的密鑰協(xié)商認(rèn)證通過下述方式實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)密鑰交換IKE協(xié)議流程，或傳輸層安全TLS握手協(xié)議流程，或安全套接層SSL協(xié)議流程，或可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議EAP流程，或者EAP-TLS認(rèn)證流程。上述發(fā)送單元82，用于通過Sl 口信令將認(rèn)證單元80密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰或所述對稱設(shè)備密鑰發(fā)送給所述MME。本發(fā)明中，Sl 口信令可以是現(xiàn)有通信系統(tǒng)中的信令，即對現(xiàn)有的Sl 口信令進(jìn)行擴(kuò)展，使用現(xiàn)有的Sl 口信令承載本發(fā)明所述密鑰等相關(guān)信息。也可以是新增設(shè)的Sl 口信令。在所述DeNB以及所述RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證流程中對應(yīng)的消息可以分別通過RN與DeNB之間的用戶面數(shù)據(jù)連接發(fā)送；也可以通過現(xiàn)有的無線資源控制(RRC)控制面信令傳遞(即作為容器(Container)的形式封裝在控制面信令中)。上述建立單元81進(jìn)一步將認(rèn)證單元80密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰(即上述的主密鑰)直接作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將由認(rèn)證單元80密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰中的部分密文生成的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將根據(jù)所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰，以設(shè)定算法重新派生的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰。上述認(rèn)證單元80所使用的密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于對稱密鑰的密鑰協(xié)商認(rèn)證；或者，所述認(rèn)證單元所使用的密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于公鑰體制的密鑰協(xié)商認(rèn)證。上述生成單元83進(jìn)一步利用所述對稱設(shè)備密鑰和所述系統(tǒng)安全密鑰作為輸入，按設(shè)定算法重新生成新的密鑰；其中，所述設(shè)定算法為所述系統(tǒng)安全密鑰生成過程中所使用的密鑰派生函數(shù)KDF，或?yàn)閭坞S機(jī)函數(shù)，或?yàn)閱蜗蚝瘮?shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖8所示的綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證裝置是為實(shí)現(xiàn)前述的綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法而設(shè)計(jì)的，圖8所示的綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證裝置中各處理單元的功能可參照前述方法的描述而理解，各處理單元的功能可通過運(yùn)行于處理器上的程序而實(shí)現(xiàn)，也可通過具體的邏輯電路而實(shí)現(xiàn)。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
1權(quán)利要求
1.一種綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法，其特征在于，所述方法包括在施主基站DeNB和中繼節(jié)點(diǎn)RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證；根據(jù)協(xié)商認(rèn)證的密鑰建立共享的對稱設(shè)備密鑰；所述MME以及所述RN分別根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰；利用所述新的系統(tǒng)安全密鑰派生新的接入層和/或非接入層安全保護(hù)密鑰，對網(wǎng)絡(luò)側(cè)與RN之間的通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述密鑰協(xié)商認(rèn)證通過下述方式實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)密鑰交換IKE協(xié)議流程，或傳輸層安全TLS握手協(xié)議流程，或安全套接層SSL協(xié)議流程，或可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議EAP流程，或EAP-TLS認(rèn)證流程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述對稱設(shè)備密鑰由所述DeNB建立，并發(fā)送給所述MME ；或者，所述DeNB將密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰發(fā)送給所述MME，由所述MME建立共享的對稱設(shè)備密鑰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述方法，其特征在于，所述DeNB通過Sl口信令將密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰或所述對稱設(shè)備密鑰發(fā)送給所述MME。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述方法，其特征在于，所述根據(jù)協(xié)商認(rèn)證結(jié)果建立共享的對稱設(shè)備密鑰具體為將密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰直接作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將由密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰中的部分密文生成的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將根據(jù)密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰，以設(shè)定算法重新派生的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于對稱密鑰的密鑰協(xié)商認(rèn)證；或者，所述密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于公鑰體制的密鑰協(xié)商認(rèn)證。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰具體為利用所述對稱設(shè)備密鑰和所述系統(tǒng)安全密鑰作為輸入，按設(shè)定算法重新生成新的密鑰；其中，所述設(shè)定算法為所述系統(tǒng)安全密鑰生成過程中所使用的密鑰派生函數(shù)KDF，或?yàn)閭坞S機(jī)函數(shù)，或?yàn)閱蜗蚝瘮?shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述方法，其特征在于，所述系統(tǒng)安全密鑰為以下密鑰的至少一種中間密鑰Kasme，加密密鑰CK和完整性密鑰IK，基站密鑰ΚεΝΒ。
9.一種綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證裝置，所述中繼系統(tǒng)中包括MME、DeNB和RN，其特征在于，所述裝置包括認(rèn)證單元、建立單元、發(fā)送單元、生成單元和加密單元，其中，認(rèn)證單元，用于在DeNB和RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證；建立單元，位于DeNB或MME中，用于根據(jù)協(xié)商認(rèn)證的密鑰建立共享的對稱設(shè)備密鑰；發(fā)送單元，位于DeNB中，用于將所述對稱設(shè)備密鑰或所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰發(fā)送給MME;生成單元，位于MME以及RN中，用于根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰；加密單元，用于利用所述新的系統(tǒng)安全密鑰派生新的接入層和/或非接入層安全保護(hù)密鑰，對網(wǎng)絡(luò)側(cè)與RN之間的通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述裝置，其特征在于，所述認(rèn)證單元進(jìn)行的密鑰協(xié)商認(rèn)證通過下述方式實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)密鑰交換IKE協(xié)議流程，或傳輸層安全TLS握手協(xié)議流程，或安全套接層SSL協(xié)議流程，或可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議EAP流程，或者EAP-TLS認(rèn)證流程。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述裝置，其特征在于，所述發(fā)送單元，用于通過Sl口信令將所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰或所述對稱設(shè)備密鑰發(fā)送給所述MME。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述裝置，其特征在于，所述建立單元進(jìn)一步將所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰直接作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將由所述認(rèn)證單元密鑰協(xié)商認(rèn)證的密鑰中的部分密文生成的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰；或者，將根據(jù)所述認(rèn)證單元的密鑰，以設(shè)定算法重新派生的密鑰作為所述對稱設(shè)備密鑰。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述裝置，其特征在于，所述認(rèn)證單元所使用的密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于對稱密鑰的密鑰協(xié)商認(rèn)證；或者，所述認(rèn)證單元所使用的密鑰協(xié)商認(rèn)證為基于公鑰體制的密鑰協(xié)商認(rèn)證。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或10所述裝置，其特征在于，所述生成單元進(jìn)一步利用所述對稱設(shè)備密鑰和所述系統(tǒng)安全密鑰作為輸入，按設(shè)定算法重新生成新的密鑰；其中，所述設(shè)定算法為所述系統(tǒng)安全密鑰生成過程中所使用的密鑰派生函數(shù)KDF，或?yàn)閭坞S機(jī)函數(shù)，或?yàn)閱蜗蚝瘮?shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證方法，包括在DeNB和RN之間發(fā)起密鑰協(xié)商認(rèn)證；根據(jù)協(xié)商認(rèn)證結(jié)果建立共享的對稱設(shè)備密鑰；所述MME以及所述RN分別根據(jù)所述對稱設(shè)備密鑰和系統(tǒng)安全密鑰生成新的系統(tǒng)安全密鑰；利用所述新的系統(tǒng)安全密鑰派生新的接入層和/或非接入層安全保護(hù)密鑰，對網(wǎng)絡(luò)側(cè)與RN之間的通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性保護(hù)。本發(fā)明同時(shí)公開了一種實(shí)現(xiàn)上述方法的綁定中繼節(jié)點(diǎn)的認(rèn)證裝置。本發(fā)明加強(qiáng)了對RN身份合法性的保護(hù)，RN需要通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)的合法認(rèn)證，才能接入到通信系統(tǒng)中參與通信，杜絕了非法RN的接入，保證了網(wǎng)絡(luò)側(cè)與RN之間通信的安全性。
文檔編號H04W88/04GK102595403SQ20111000824
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者和峰 申請人:中興通訊股份有限公司