[发明专利]一种实现控制面和用户面密钥同步的方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信领域，尤其涉及控制面实体和用户面实体分离时的安全处理方法。 

背景技术

为了保证10年以至更久的时间内第三代伙伴项目(Third GenerationPartnership Project，3GPP)系统的竞争力，一个接入技术演进的工作正在3GPP组织内部进行。特别是为了加强3GPP系统处理快速增长的网际协议(InternetProtocol，IP)数据业务的能力，在3GPP系统内使用分组技术需要进一步加强。这类技术演进中最重要包括减少时延和反应时间，提高用户数据速率，增强系统容量和覆盖范围以及降低运营商整体成本等几个部分。演进的网络结构对于现有网络的后向兼容性也是一个重要的指标，其中在安全方面，要求演进网络中的用户安全流程必须确保提供至少和目前第二代(Second Generation，2G)和第三代(Third Generation，3G)系统相同级别的安全机制。 

如图1所示，无线演进网络的核心网主要包含移动管理实体(MobilityManagement Entity，MME)、用户面实体(User Plane Entity，UPE)、不同接入系统间的用户面锚点(Inter Access System Anchor，Inter AS Anchor)三个逻辑功能体。其中，MME是控制面实体，负责控制面的移动性管理，包括用户上下文和移动状态管理，分配用户临时身份标识、安全功能等，对应于当前通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)内部服务GPRS支持节点(Serving GPRS Supporting Node，SGSN)的控制面部分；UPE是用户面实体，负责空闲状态下为下行数据发起寻呼，管理保存IP承载参数和网络内部路由信息等，对应于当前UMTS系统内部SGSN的数据面部分； Inter AS Anchor则充当不同接入系统间的用户面锚点。图中各个接口的功能以及是否存在尚没有最终确定。网关GPRS支持节点(Gateway GPRS SupportingNode，GGSN)的数据平面部分可能位于UPE内，也可能位于Inter AS Anchor内。归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)用于存储用户签约信息。 

移动通信系统存在特有的空中接口部分(简称空口)。用户的数据和信令在整个传输路径中，有一段是承载于无线接入部分，直接暴露于空口，可能被不法分子监听，存在相当大的安全隐患。为此，在移动通信系统中，需要对空口上传输的信令和数据进行加密。此外，因为空口传输的相对不可靠性，必须有机制确保其承载传输的数据负荷的完整性，即完整性保护。简而言之，移动通信系统通过对用户的数据和信令进行加密，保证用户数据的安全，通过对信令和数据进行完整性保护，确保用户数据在传输过程中，不会被中途破坏和失真，例如被插入多余的数据。 

为实现加密和完整性保护功能，需要在执行加密和完整性保护的对等实体间确保使用相同的加密和完整性算法，以及使用相同的加密密钥(Cipher Key，CK)和完整性密钥(Integrity，IK)。 

当控制面实体和用户面实体存在于同一物理实体中时，控制面和用户面进行加密和完整性保护的算法、加密密钥和完整性密钥都是共用的，依靠统一的安全相关的信令流程来完成协商和控制，如图2所示： 

1.核心网(Core Network，CN)发送鉴权信息(Send Authentication Info)到归属位置寄存器(Home Location Register，HLR)，HLR的鉴权中心(Authentication Centre，AUC)根据核心网的要求产生新的鉴权参数集合，且返回给核心网(Send Authentication Info Ack)； 

2.核心网使用从HLR的鉴权中心收到的鉴权参数集合，向移动台(MobileStation，MS)发送鉴权和加密请求消息(Authentication and Ciphering Request)，消息中携带鉴权挑战随机数(Rand)和标识当前使用的鉴权参数集合的序列号； 

3.MS根据鉴权挑战随机数Rand，计算得出加密密钥和完整性保护密钥，以及鉴权响应签名参数(Res)，向核心网返回鉴权和加密响应消息(Authentication and Ciphering Response)，携带鉴权响应签名参数，核心网比对收到的鉴权响应消息中的鉴权响应签名参数，判断用户是否合法。