用于確保無線通信的方法和系統(tǒng)的制作方法

文檔序號：7676464閱讀：453來源：國知局

專利名稱：用于確保無線通信的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于確保無線通信的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
全球移動電信系統(tǒng)(UMTS)是用于無線通信系統(tǒng)一種的主要標準。為了通信安全，UMTS使用認證和密鑰協(xié)商(AKA)協(xié)議。所述AKA是基于移動通信全球系統(tǒng)(GSM)安全結(jié)構，并代表了對其的重大改進。然而在 GSM中的認證處理是一種僅對客戶端認證的方式，UMTS需要對客戶端和網(wǎng)絡兩者互相認證。通過UMTS AKA協(xié)議如果不是完全地也可以大大消除易受GSM協(xié)議攻擊的虛假基站攻擊。
AKA假設在通用用戶識別模塊(USIM)(為用戶設備(UE)的一部分) 和網(wǎng)絡認證中心(AuC)(駐留在網(wǎng)絡的家庭環(huán)境(HE)中)之間存在長期共享的密鑰K。
圖1是緊緊綁定在UMTSAKA安全結(jié)構100的傳統(tǒng)認證過程的信號圖。 UE152建立與無線電網(wǎng)絡控制器(RNC) 156的無線電資源控制(RRC)連接(步驟102)。 UE 152在這個RRC連接處理期間揭示其對RNC 156的安全功能。然后，UE152發(fā)送具有用戶身份(ID)的層L3消息至訪問者位置寄存器(VLR) 158 (歩驟104)。使用國際移動用戶身份(IMSI)來識別用戶。L3消息包含密鑰組標識符(KSI)，其個數(shù)與認證期間產(chǎn)生的密碼和完整密鑰關聯(lián)。當經(jīng)由初始L3消息發(fā)送KSI時，KSI被設成缺省值。
在某些情況下，(例如如果用戶沒有通過認證)，VLR 158需要AKA，并發(fā)送認證數(shù)據(jù)請求至歸屬位置寄存器160 (步驟106)。在接收到認證數(shù)據(jù)請求時，HLR160發(fā)送一組認證向量(AV)至VLR158 (步驟108)。
每一AV包含五個數(shù)，即包括隨機數(shù)(RAND)、期待響應(XRES)(用于對用戶認證)、密鑰(CK)(用于建立機密性)、完整性密鑰(IK)和認證令牌(AUTN)。 AUTN包括序號(SQN)，由匿名密鑰(AK)隱藏；認證管理字段(AMF)，指定某些認證成分(例如待使用的算法、密鑰壽命等)；和消息認證碼(MAC),其在功能上取決于SQN、 AMF和RAND。
VLR 158從第一AV發(fā)送RAND和AUTN至UE 152 (步驟110)。然后， UE 152通過計算期望的MAC (XMAC)并確定其是否匹配該MAC來對網(wǎng) 絡認證(步驟112)。 UE 152計算響應(RES)，并發(fā)送該RES至VLR 158 (步驟114)。 VLR 158確定該RES是否匹配于XRES，以對UE 152認證(步驟118)。如果在步驟112和118的這兩個認證嘗試中的任一個失敗，則發(fā)生認證失敗。UE 152計算僅對當前會話提供安全性的會話密鑰(即AV中的 CK和IK)(步驟116)。通過使用將RAND用作輸入并采用的共享密鑰K的預定UMTS算法來執(zhí)行密鑰產(chǎn)生。
一旦在步驟112和118的相互認證成功，則開始本地認證過程。該處理需要UE 152和VLR 158協(xié)商并確定在當前會話中使用哪個UMTS密鑰算法 (UEA)和UMTS完整性算法(UIA)(步驟120)。
VLR 158經(jīng)由節(jié)點B 154發(fā)送安全模式命令至RNC 156，所述安全模式命令包括協(xié)商的UEA和UIA以及當前會話密鑰CK和IK (步驟122)。安全通信首先開始，然后RNC 156發(fā)送具有消息認證碼(MAC-I)的安全模式命令至UE 152 (步驟124)。 MAC-I值保護安全模式命令消息的完整性；MAC-I 是一種可通過UIA使用會話密鑰IK對消息內(nèi)容進行計算的哈希值。
UE 152通過以類似方式計算MAC-I、使用具有安全模式命令消息的內(nèi) 容的密鑰IK的UIA、以及將其與接收的MAC-I比較，來認證接收消息的完整性(步驟126)。如果認證代碼匹配，則UE152發(fā)送安全模式完成消息至RNC 156 (步驟128)。這種往返交換表示第一安全通信。RNC 156發(fā)送安全模式完成消息至VLR158，以確認所選擇的UEA和UIA(步驟130)。因此，假設關于UEA和UIA的所有協(xié)商完成并滿足在UE 152和VLR 158之間的認證，則安全通信(加密、解密和完整性保護)開始。盡管需要完整性保護，也可以在不使用機密性(編碼)的情況下執(zhí)行通信。
在完善保密和計算保密之間存在差異，其中包括所有公鑰系統(tǒng)的最新密碼系統(tǒng)取決于所述差異。新的密碼系統(tǒng)取決于這樣的情況，即難以使得可觀察的計算資源點猜出密碼密鑰。然而，在多數(shù)這樣的系統(tǒng)中，一旦猜測正確，則很容易認證這的確是正確的猜測。正是這種功能使得計算保密和"完善保密"分開。完善保密指即使攻擊者正確猜測出密鑰，但是不能確定的確猜測正確。
假設兩個群(A和B)可獲取某些隨機源(X和IO，其在預定時間(按 /索引)產(chǎn)生預定取樣(石，K)。假設A和B希望通過在公共信道上通信來產(chǎn)生偷聽者(E)可獲取的優(yōu)選的密鑰。此外，E還可獲取另一隨機源Z，其產(chǎn)生獨立取樣Z/。假設隨機源Z取決于隨機源X和F，但是并非如義和r 那樣彼此強烈的互相依賴。因此，A和B通過它們隨機源的較強相互依賴性共享在E上的某些優(yōu)點?？墒境觯珹和B具有這種依賴性，以產(chǎn)生優(yōu)選的隨機密鑰。
為了產(chǎn)生優(yōu)選的密鑰，A和B通過使用它們的聯(lián)合隨機性開始，以建立位串S，，其來自視圖的E點的內(nèi)在熵是ISl位，ISl《iS'l。這通過使用一定數(shù)量的A和B之間的公共交換來進行。多數(shù)情況下，單方面交換已經(jīng)足夠。交換的精確特性取決于聯(lián)合隨機源(X， Y， Z)的特性。然后，A和B使用另一組公共交換，以公共協(xié)商將序列S'轉(zhuǎn)換成優(yōu)選密鑰S的功能。
盡管相關的隨機源難以在沒有現(xiàn)有通信的情況下產(chǎn)生，但是無線信道提供以信道脈沖響應(CIR)的形式的這種資源。具體地，在某些通信系統(tǒng)中，兩個通信群A和B在從A通信至B和從B通信至A時測量很類似的CIR(例如時分多路復用(TDD)系統(tǒng))。另一方面，任一沒有物理地與A和B協(xié)同定位的群很可能觀察與A和B的CIR具有較少相關的CIR。這種差別可從優(yōu)選密鑰的產(chǎn)生來獲取。該信道是不被其他共享的聯(lián)合隨機性(JRNSO)的源，并且CIR測量是取自該信道的采樣。
然而，典型地，可由無線信道提供的JRNSO產(chǎn)生的這種密鑰(位)的速率較低。不期望速率大于保密位的每秒千比特。實際上，速率很低。由于可支持每保密位不多于一位的數(shù)據(jù)，或者容易攻擊(例如頻率攻擊)，所以密碼的這種位的直接使用(例如經(jīng)由一次性襯墊(pad))導致很低速率。
因此，期望提供一種方法，用于在高速率產(chǎn)生保密位，以及使用少量這種共享隨機數(shù)來增強加密系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于確保無線通信的方法和系統(tǒng)。無線發(fā)射/接收單元 (WTRU)和節(jié)點B分別執(zhí)行不被他者共享的聯(lián)合隨機性(JRNSO)測量，以基于在WTRU和節(jié)點B之間的信道評估結(jié)果產(chǎn)生JRNSO位。然后，WTRU 和節(jié)點B執(zhí)行調(diào)節(jié)過程，以產(chǎn)生公共JRNSO位。節(jié)點B發(fā)送公共JRNSO 位至SN。 WTRU和SN通過使用公共JRNSO位來確保用于安全性的會話密鑰(例如IK、 CK和AK)和/或參數(shù)。不斷地執(zhí)行JRNSO測量，并使用新組公共JRNSO位來更新會話密鑰和/或參數(shù)?？赏ㄟ^使用偽隨機數(shù)發(fā)生器 (PNG)來擴展JRNSO位序列；也可以使用用于JRNSO位管理和求和的窗口技術?？捎幸獠捎们袚Q，以增加JRNSO位的產(chǎn)生率。

根據(jù)以下對優(yōu)選實施方式的描述，通過示例并且結(jié)合附圖將對本發(fā)明有更詳細的理解，其中
圖1是傳統(tǒng)認證過程的信號圖2示出在收發(fā)器A (主收發(fā)器)中的保密處理的框圖；圖3示出在收發(fā)器B中的保密處理的框圖4A和圖4B示出根據(jù)本發(fā)明用于認證和會話密鑰更新的方法的信令
圖5是根據(jù)本發(fā)明在切換期間使用JRNSO位保護密鑰的示例性方法的信令圖；禾口
圖6是根據(jù)本發(fā)明有意采用硬件切換方法的信令圖。
具體實施例方式
當下文引用時，術語"WTRU"包括但不限于用戶設備(UE)、移動站、固定或移動用戶單元、尋呼機、便攜式電話、個人數(shù)字助理(PDA)、計算機或能夠在無線環(huán)境中運行的任何其它類型裝置。當下文引用時，術語"節(jié) 點B"包括但不限于基站、站點控制器、接入點(AP)或者在無線環(huán)境中任意其它類型對接裝置。
當下文引用時，術語"訪問者位置寄存器(VLR)"是可與服務網(wǎng)絡(SN) 互換的。
在于2006年1月26日提交的美國專利申請No.ll/339，958和2005年12 月23日提交的No.11/318，381中己經(jīng)公開了使用JRNSO測量來驅(qū)動密鑰的方法，其全部內(nèi)容公開于此，以資參考。
本發(fā)明的優(yōu)選實施方式提供了用于無線通信的前向和后向安全。前向安全的必要性在于在約定了共享密鑰K的情況下提供了連續(xù)的安全性。后向安全的必要性在于對密鑰K提供了防止僅使用密碼文本進行密碼分析的附加保護。圖2和圖3分別示出收發(fā)器200和300的框圖，其表示了在點對點系統(tǒng) 中通信的合法雙方。本發(fā)明在兩個收發(fā)器200和300之間建立了優(yōu)選的密鑰，其中選擇收發(fā)器200作為主收發(fā)器(即，收發(fā)器200在密鑰建立過程中處于主導地位)。應該注意的是，收發(fā)器200和300優(yōu)選地是大型通信系統(tǒng)和/或專用集成電路(ASIC)的子組件。在圖2和圖3中示出的某些或所有處理元件可以為其他、非秘密相關的任務所共享。
一般地，收發(fā)器200和300符合以下的用于產(chǎn)生加密通信的優(yōu)選密鑰的初始過程步驟
1) 每一收發(fā)器在彼此之間對專門設計的信號(例如音調(diào)搜索)或可用于其他目的的導頻序列。
2) 無線物理信道根據(jù)物理環(huán)境對該序列自然地修改，造成信號衰減和失真，但是由于信道互易性，使得這些修改非常相似。因此，收發(fā)器200和 300使用在它們共享信道中固有的聯(lián)合隨機性，以建立密鑰。
3) 然后每一收發(fā)器將其接收的信號轉(zhuǎn)換成以某種形式的二進制(或者某些其他離散形式)序列。
如圖2所示，主收發(fā)器200包括信道評估器201、信道脈沖響應(CIR) 后處理器202、保密增強(PA)處理器203、分組錯誤碼編碼器204、可選同步編碼單元205、奇偶校驗位和同步位多路復用器(MUX) 206。
在收發(fā)器200，信道評估器201評估隨后由信道脈沖響應(CIR)后處理器202處理的從收發(fā)器300接收的無線電信號的CIR。 CIR后處理器的主要任務是將評估后的CIR轉(zhuǎn)換成位串，以下稱為長密鑰210。收發(fā)器200假設，在完成信息調(diào)節(jié)處理(隨后將詳細描述)之后，收發(fā)器300將具有同一位串，示為長密鑰310。該長密鑰210、 310不是優(yōu)選密鑰，原因如下1) 由于CIR采樣潛在關聯(lián)(對于高采樣率關聯(lián)度較高)，所以位沒有被獨立分布；2)由于某部分協(xié)議需要公共通信，所以某些信息已經(jīng)被泄漏給潛在偷聽者；3)由于由潛在偷聽者觀察的CIR可能與收發(fā)器200和300獲得的CIR 關聯(lián)。為了這些問題而增加了保密增強(PA)處理器203。
作為信息調(diào)節(jié)處理的一部分，分組錯誤碼編碼器204使用奇偶校驗位驅(qū) 動分組碼，用于在收發(fā)器300進行錯誤糾正。在至少一優(yōu)選實施方式中，同步碼編碼器205產(chǎn)生一代碼，用于對收發(fā)器200和300之間的CIR評估進行同步。由MUX 206對奇偶校驗位和同步碼位進行多路復用，用于至收發(fā)器 300的傳輸。
如圖3所示，收發(fā)器300包括信道評估器301、 CIR后處理器302、保密增強處理器303、同步位解調(diào)器305、奇偶校驗位解調(diào)器304和同步CIR 單元307。
在收發(fā)器300，信道評估器301從收發(fā)器300接收無線電信號，并評估 CIR。 CIR后處理器302對CIR評估結(jié)果進行過濾。這兩個單元以與收發(fā)器 200上的相應裝置201和202相同的方式運行。CIR后處理器302的輸出是 "隨機密鑰"位串。理想地，基于在兩個收發(fā)器之間存在的信道互易，該位串與收發(fā)器200上的長密鑰相同。然而，由于CIR失真、信道噪音和不同的信道評估起始點，實際CIR評估結(jié)果是不同的，即兩個位串實際稍微不同。
如果CIR后處理器302的實際輸出與CIR后處理器202的實際輸出相同，則可使用PA處理器303的保密增強和可選弱密鑰分析，以產(chǎn)生與收發(fā) 器200的密鑰相同的優(yōu)選密鑰。PA處理器303的特性與PA處理器203的特性相同。然而，由于CIR后處理器302的輸出與CIR后處理器202的輸出不同，所以PA處理不可直接用于該輸出。而是，收發(fā)器300使用由收發(fā)器 200發(fā)送的奇偶校驗位和同步位，以糾正差值。
在使用同步碼編碼器205的實施方式中，同步位解碼器305和奇偶校驗位解碼器304根據(jù)接收的信號對同步位和奇偶校驗位進行解碼。CIR同步單元307對解碼后的同步位進行處理，并將CIR評估結(jié)果與收發(fā)器200的CIR評估結(jié)果同步。奇偶校驗位解調(diào)器304對解碼后的奇偶校驗位進行處理，并
對于同步后的CIR評估結(jié)果執(zhí)行錯誤糾正。由于長密鑰210存在于收發(fā)器 200，所以其現(xiàn)在已經(jīng)被恢復，并可使用PA處理。由PA處理器303來處理從收發(fā)器200接收的無線電信號中嵌入的長密鑰210，以提供優(yōu)選的密鑰 311。
圖4A和圖4B示出根據(jù)本發(fā)明的認證方法400的信令圖。如圖4A所示， WTRU 462建立與RNC 466的RRC連接(步驟402)。在RRC連接期間， WTRU 462和VLR 468公開包含JRNSO能力的安全功能。如果WTRU 462 和VLR 468都具有JRNSO能力，則WTRU 462和節(jié)點B 464在它們之間通信的所有連續(xù)消息上開始執(zhí)行用于JRNSO的CIR測量(以下稱為JRNSO測量)(步驟404)。 JRNSO測量導致對WTRU 462和節(jié)點B 464中的隨機位
(JRNSO位)序列求和。節(jié)點B464不斷向RNC466報告JRNSO位。節(jié)點 B 464可通過將JRNSO位附加至功率測量消息來報告JRNSO位。WTRU 462 和VLR468通過使用最小通信來保持同一組JRNSO位。在任一方向通信奇偶校驗位，以解決在WTRU 462和VLR 468之間的沖突。該解決方式已知為根據(jù)優(yōu)選切換實施方式的信息調(diào)節(jié)(IR),隨后將再次對其進行詳細討論。 JRNSO測量使用對于節(jié)點B 464和WTRU 462在統(tǒng)計上相同的CIR來得到每一側(cè)信道使用的共享相關隨機位?？蓪Ｓ眯诺阑蚬残诺烙糜?JRNSO測量?？梢栽贑ELL—FACH或CELL一DCH狀態(tài)中執(zhí)行JRNSO測量。 WTRU 462發(fā)送具有用戶ID的初始L3消息(例如IMSI)至VLR 468
(步驟406)。 L3消息包含KSI。當在初始L3消息中發(fā)送KSI時，將KSI 設置為缺省值。VLR 468確定是否需要AKA (步驟408);即當需要重新認證或初始認證時。如果VLR468確定需要AKA，則VLR 468發(fā)送認證數(shù)據(jù) 請求至HLR470 (步驟410)。在接收到認證數(shù)據(jù)請求時，HLR470發(fā)送一組 AV (即AV五位)至VLR468 (步驟412)。每個AV五位中包含RAND、 XRES (用于認證用戶)、CK (用于建立機密性)、IK (用于完整性)和AUTN。 AUTN包括SQN (由AK隱藏(即保護))、AMF (指定某些認證成分(例如待使用的算法、密鑰壽命等))和消息認證碼(MAC)(在功能上取決于SQN、 AMF和RAND)。(以下，在 AV元素的右下腳標識1至n;其表示使用的順序。)
VLR 468從第一 AV隨同KSI —起發(fā)送RAND,和AUTN,至WTRU 462 (步驟414)。然后，WTRU462通過計算XMAd并確定XMAd是否與MAC, 匹配來認證網(wǎng)絡(步驟416)。 WTRU 462計算RES,，并發(fā)送RES,至VLR 468 (步驟418)。 WTRU462還計算會話密鑰CK,和IK,(步驟420)，如果認證成功，所述CK,和IK,將與AV,中的會話密鑰匹配。VLR 468確定RES,與 XRES,匹配，以認證WTRU 462 (步驟422)。如果任一認證嘗試在步驟414 和418中失敗，則發(fā)生認證失敗。
在步驟414和418完成相互認證時，本地認證開始(步驟423)。 WTRU 462和VLR 468協(xié)商加密和完整性算法(即UEA和UIA)(步驟424)。在 WTRU 462和節(jié)點B 464進行JRNSO測量(步驟425) 。 VLR 468發(fā)送安全模式命令消息至RNC 466 (步驟426)。安全模式命令消息包括經(jīng)協(xié)商的 UEA禾口UIA、 CKi、 IK,。在步驟428，產(chǎn)生隨機臨時值FRESH，并選擇安全算法。然后，RNC466發(fā)送安全模式命令消息至WTRU462 (步驟430)。使用IK來對安全模式命令消息進行完整性保護，所述IK,是由UIA使用的會話密鑰，以計算消息內(nèi)容中的哈希值MAC-I。安全命令包括PS或CS、 UIA、 FRESH臨時值、WTRU安全功能表示、UEA和MAC-I。
如圖4B所示，當WTRU 462通過使用UIA (具有密鑰IK,)相似地計算MAC并將其與值MAC-I比較，來認證接收的安全模式命令的完整性(歩驟432)。如果MAC值同意，則然后WTRU 462發(fā)送安全模式完成消息至 RNC 466(步驟434)。安全模式完成消息還通過IK,和關聯(lián)的MAC-I來保護。RNC 466發(fā)送安全模式完成消息至VLR 468，以確定所選擇的UEA和UIA (步驟436)和相互安全消息通信的開始。
在WTRU 462和節(jié)點B 464之間不斷執(zhí)行使用奇偶校驗的JRNSO測量和信息調(diào)節(jié)過程(步驟438)。由于產(chǎn)生新JRNSO位，所以節(jié)點B 464發(fā)送該新JRNSO位至RNC 466(步驟440)。如果JRNSO位的足夠個數(shù)可用(即，新JRNSO位的個數(shù)等于或大于會話密鑰的長度)，則保護該會話密鑰(CK、 IK和AK)(步驟442和444)。由于產(chǎn)生足夠大小的新JRNSO位序列，所以連續(xù)保護會話密鑰和/或參數(shù)。給出用以通過可用JRNSO位來保護會話密鑰CK的操作如下
c〈(^cx"(/)十w;v卿) 公式(l)
其中，C((Z)為C&的第i位，J^A^9f^為用以產(chǎn)生C〈(/)(修改密鑰C/C的第i位)的當前JRNSO序列的第i位。運算符0表示位異或OR (即XOiO。例如對于使用公式(1)通過當前JRNSO位保護的CK,表示為CKr。同樣，保護會話密鑰IK和AK如下
/〈(/) = /W) J題卿) 公式(2)
J/C (/) = J^ (i) JAA (9(0 公式(3)
被保護的密鑰CK'n、 IK:和AK、用于機密性、完整性和序號保護(步驟445)。當前JRNSO測量繼續(xù)(步驟443)，并且在當前密鑰壽命終止時(步驟 446)， WTRU 462發(fā)送新密鑰請求至VLR 268 (步驟447)。 VLR468選擇新 AV并發(fā)送不同的CK、 IK、 RAND (例如，CK2、 IK^nRAND2)至WTRU 462 (步驟452)。 WTRU 462和RNC 466使用當前組的JRNSO位根據(jù)公式 (1、 2和3)分別計算CK'2、 IK'2和AK'2 (步驟454、 456)。最后，在步驟 457，新組密鑰CK'2、 IK、和AK'2被用于機密性、完整性和序號保護。(注意假設在計算CK'2、 IK、和AK'2之前，WTRU具有通過使用新RAND (即 RAND2)成功計算的CK2、 IK2和AK2。)通過位管理處理來保持JRNSO位序列的所需塊大小。JRNSO測量處理
具有相對于密鑰壽命而潛在地較慢的可變位產(chǎn)生率。換句話說，在當前密鑰
壽命期間，可不產(chǎn)生整個新組的JRNSO位(至少在長度上等于密鑰或參數(shù) 大小)。以相對較慢的產(chǎn)生率，所有新JRNSO位可能不是可用于保護下一對會話密鑰和參數(shù)。為了獲得高度計算和信息理論安全性，必需具有全新組的 JRNSO位，以保護下一組會話密鑰和/或參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，使用偽隨機數(shù)發(fā)生器(PNG)來產(chǎn)生JRNSO位。PNG是用以解決將有限數(shù)量的真實隨機位(即，用作種子的有限數(shù)量的新需求的 JRNSO位)轉(zhuǎn)換成大量(例如，指數(shù)較大)數(shù)目的偽隨機位的已知方法。通過PNG產(chǎn)生的偽隨機位具有原始位的隨機屬性(即固有熵沒有減小)，并且在標準計算的假設下，從同一長度的真實隨機位序列區(qū)分結(jié)果位序列的問題在計算上較難處理。
使用PNG，在需要時甚至可以將相對少量的JRNSO位擴展至期望的塊大小，以保護密鑰和/或參數(shù)。例如，當僅有限數(shù)量的JRNSO位初始可用時，甚至可實時保護用以保證加密模式命令完整性的初始完整性密鑰IK,。
根據(jù)另一實施方式，使用了窗口技術。該窗口技術保證JRNSO位的大小始終至少等于所需大小(例如CK和IK的長度)，該長度通過測量處理來嚴格實現(xiàn)。使用現(xiàn)有位來管線傳輸從JRNSO測量獲得的最新所需隨機位。根據(jù)先入先出(FIFO)規(guī)則丟棄老化位(agingbit)。對于所需長度的電壓上升時間確定哪個會話密鑰是對JRNSO保護有益的第一密鑰。由于在執(zhí)行中固有的整個窗口大小的初始電壓上升導致的明顯潛在性，以及由于其提供比使用PNG獲得的較少安全性，所以不是很期望這種JRNSO位管理的方法。
在將通信技術用于高JRNSO位率的情況下，可根據(jù)信道脈沖響應測量完全產(chǎn)生會話密鑰CK和IK，并且可不使用PNG或窗口技術。
在期望多次(有規(guī)律且頻繁地)更新相同會話密鑰時，PNG可以以在JRNSO位可用時使用其重新設置種子所執(zhí)行的期望比率來提供更新。也可采用對改變信道條件有益的其它合適的技術，并且可改變先前會話密鑰。
在切換期間可執(zhí)行JRNSO測量。該切換可以是硬件切換或軟件切換。對于硬件切換的情況，由于在任一給定時間在WTRU和節(jié)點B之間僅運行一個信道，所以簡化了 JRNSO測量。對于軟切換的情況，WTRU同時與多個節(jié)點B通信，并且同時進行使用多個信道的JRNSO測量。在軟切換期間，由于對于多個節(jié)點B來說同時存在多個緩沖器，所以JRNSO緩沖器管理潛在地更加復雜。優(yōu)選地，使用從這些同時測量獲得所有位來產(chǎn)生JRNSO位。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的在切換期間使用JRNSO位保護密鑰的示例性方法 500的信令圖。WTRU 552 (重新)選擇小區(qū)(步驟502)。在WTRU 552和源節(jié)點B 554a之間建立信道，并且WTRU 552和源節(jié)點B 554a執(zhí)行JRNSO 測量(步驟504)。 WTRU 552可以處于CELL—DCH或CELL—PCH狀態(tài)。不斷執(zhí)行JRNSO測量。源節(jié)點B 554a發(fā)送JRNSO位至RNC 556 (步驟506)。 RNC 356對緩沖器中的JRNSO位求和(步驟508)。如果RNC 556為WTRU 552先前保留了緩沖器，則RNC 556將最新接收的JRNSO位加入至現(xiàn)有緩沖器。如果不存在這種緩沖器，則為WTRU 552創(chuàng)建新的空緩沖器。如果這是初始小區(qū)選擇，則發(fā)生后者的情況，或者小區(qū)重新選擇處理使得WTRU 552移動至沒有標記任一先前手機的JRNSO位的新位置區(qū)域。
當RNC 556確定足夠數(shù)量的JRNSO位可用，則RNC 556發(fā)送JRNSO 緩沖器奇偶校驗位以及用于源節(jié)點B 554a和WTRU 552之間的信息調(diào)節(jié) (IR)的激活時間至源節(jié)點B 554a (步驟510)。 IR用于去除在WTRU 552 和源節(jié)點B 554a中存儲的JRNSO位之間的差值。使用奇偶校驗位來執(zhí)行IR，其在待決美國專利申請No.ll/339，958和No.11/318,381中已經(jīng)公幵。RNC 556 還用信號向WTRU 552發(fā)送激活時間，以使用源節(jié)點B 554a來調(diào)節(jié)JRNSO 位(步驟512)。WTRU 552和源節(jié)點B 554a執(zhí)行IR，以使用JRNSO緩沖器奇偶校驗位產(chǎn)生公共JRNSO位序列(步驟514)。源節(jié)點B 554a發(fā)送公共JRNSO位至 RNC 556 (步驟516)。 WTRU 552還發(fā)送完成消息至RNC 556 (步驟518)。 RNC 556清空JRNSO緩沖器，并將公共JRNSO位存儲在該JRNSO緩沖器中(步驟520)。 WTRU 552也清空其JRNSO緩沖器，并將公共JRNSO位存儲在該JRNSO緩沖器中(步驟522)。
當WTRU 552經(jīng)過小區(qū)的邊緣，并進入由目的節(jié)點B 554b覆蓋的范圍時，RNC 556做出切換決定(步驟524)。 RNC 556通過目的節(jié)點B 554b啟動切換過程，并且RNC 556用信號通知JRNSO測量的開始(步驟526)。RNC 556發(fā)送切換命令至WTRU 552，并用信號通知JRNSO測量的開始(步驟 528)。
在WTRU 552和目的節(jié)點B 554b之間恢復JRNSO測量，并產(chǎn)生新 JRNSO位(步驟530)。通過標記JRNSO位并將其包括為切換消息和傳輸機制中的一部分來繼續(xù)處理緩沖器。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，通過網(wǎng)絡有意啟動切換(硬件或軟件切換)，以通過使得WTRU以具有不同節(jié)點B的控制序列(在硬件切換的情況下)與多個節(jié)點B通信，或者與不同節(jié)點B同時多路鏈接(在軟件切換情況下)來增加JRNSO位的發(fā)生比。使用該方案，在WTRU具有不同節(jié)點B 的每一不同鏈路產(chǎn)生不同組的JRNSO位。WTRU可以對與不同節(jié)點B管理的不同組JRNSO位進行預分類，并對多個統(tǒng)計上獨立組的JRNSO位求和。然后，WTRU可使用多個組的JRNSO位產(chǎn)生較長的JRNSO位流。
每一節(jié)點B還產(chǎn)生JRNSO位，并將產(chǎn)生的JRNSO位報告至求和控制器。該求和控制器可以是切換中包含的節(jié)點B或RNC中的任一個。求和控制器收集節(jié)點B產(chǎn)生的所有不同組的JRNSO位，并對其求和，使其同步，并使用它們產(chǎn)生較長的JRNSO位流。對于WTRU和每一節(jié)點B之間的IR，在信息調(diào)節(jié)處理期間位每一組的JRNSO位產(chǎn)生單個的奇偶校驗位組。如果
包含N個信道，在通過使用其接收的所有奇偶校驗位由求和控制器來執(zhí)行N
個獨立的調(diào)節(jié)。
在完成切換過程并且對足夠JRNSO位求和之后，求和控制器控制參與的節(jié)點B，以終止切換過程，并使得WTRU與一個節(jié)點B (或者，如果網(wǎng)絡確定WTRU需要切換的理由多余增加的JRNSO位產(chǎn)生，則與多個節(jié)點B) 進行正常通信。
WTRU和節(jié)點B可配置有多個天線，從而可執(zhí)行多入多出(MIMO)或波束成形。通過適當改變用于發(fā)送和接收的天線配置，較高的JRNSO位產(chǎn) 生比是可能的。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的有意進行硬件切換方法600的信令圖。WTRU 652 和源節(jié)點B 654a正進行通信(步驟602)。 WTRU 652和源節(jié)點B 654a執(zhí)行 JRNSO測量，以產(chǎn)生JRNSO位(步驟604 ) 。 WTRU 652可以處于CELL—FACH 或CELL—DCH狀態(tài)。源節(jié)點B 654a發(fā)送JRNSO位至RNC 656 (步驟606)。 RNC 656對JRNSO緩沖器中的用于WTRU 652的JRNSO位求和(步驟608)。 RNC 656發(fā)送JRNSO緩沖器奇偶校驗位至源節(jié)點B 654a，并為IR指示激活時間(步驟610)。 RNC 656還用信號向WTRU 652傳送激活時間，以通過源節(jié)點B 654a來調(diào)節(jié)JRNSO位(步驟612)。
WTRU 652和源節(jié)點B 654a建立公共JRNSO位(步驟614)。源節(jié)點B 654a發(fā)送新JRNSO位至RNC 656 (步驟616)。 WTRU 652還用信號向RNC 656通知IR的完成(步驟618)。
RNC 656做出決定，以有意切換至目的節(jié)點B 654b(步驟620)。RNC 656 啟動至至少一目的節(jié)點B 654b的切換，并用信號通知JRNSO測量的開始(步驟622)。 RNC 656發(fā)送切換命令至WTRU 652，并用信號通知JRNSO測量的開始(步驟624)。由WTRU 652和至少一個目的節(jié)點B 654b來執(zhí)行JRNSO測量(步驟626)?？芍貜筒襟E604-624，直至RNC 656 (即求和控制器)確定已經(jīng)對足夠數(shù)量的JRNSO位進行了求和。此時，RNC 656可通過使用先前求和的JRNSO位進行加密來終止有意進行的切換，并恢復正常通信。
RNC 656可啟動至源節(jié)點B 654a (或至任一其它節(jié)點B)的切換(步驟 628)。 RNC 656發(fā)送切換命令至WTRU 652，并用信號通知JRNSO測量的開始(步驟630)。 WTRU652清空其JRNSO緩沖器，并存儲新組的JRNSO 位(步驟632)。 RNC 656也清空其JRNSO緩沖器，并存儲新組的JRNSO 位(步驟634)。 WTRU 652和源節(jié)點B 654a通過使用JRNSO位來恢復通信 (步驟636)。
可替換地，RNC (即求和控制器)可有意進行軟切換，以增加JRNSO 位的產(chǎn)生率。RNC確定哪個節(jié)點B將參與與WTRU的有意進行的軟切換，以產(chǎn)生增加的JRNSO位個數(shù)。RNC指示選擇的節(jié)點B以參與軟切換。該消息還在呼叫建立消息中發(fā)送至WTRU。
每一參與的節(jié)點B使用發(fā)送定時中的略微不同偏移發(fā)送同一已知信號 (以下稱為下行鏈路探測信號)至WTRU。 WTRU使用來自多個節(jié)點B的下行鏈路探索信號執(zhí)行JRNSO測量。為此，WTRU可使用RAKE接收機。 WTRU可根據(jù)下行鏈路探測信號產(chǎn)生多組JRNSO位，然后對JRNSO位求和，以在其緩沖器中形成較長組的JRNSO位。這種求和繼續(xù)進行，直至通過網(wǎng)絡指示W(wǎng)TRU以停止該操作。
WTRU發(fā)送己知的上行鏈路信號至參與到軟切換中的節(jié)點B。每一節(jié)點 B接收上行鏈路信號，并執(zhí)行JRNSO測量，以產(chǎn)生JRNSO位。每一節(jié)點B 發(fā)送其自己的JRNSO位至求和控制器(例如，RNC、節(jié)點B或增強的節(jié)點 B (e節(jié)點B))。然后，求和控制器聚集JRNSO位，并產(chǎn)生較大組的JRNSO 位。然后，求和控制器、節(jié)點B和WTRU執(zhí)行IR過程，以產(chǎn)生公共JRNSO 位。在確定已經(jīng)產(chǎn)生了足夠數(shù)量的JRNSO位之后，求和控制器指示參與的節(jié)點B，以終止軟切換。優(yōu)選地，然后選擇單獨的最佳節(jié)點b以恢復正常通
信。可使用產(chǎn)生JRNSO位對隨后的正常通信的內(nèi)容進行加密。
對于下行鏈路中的JRNSO測量，可將任一已知的信號或部分己知信號用于信道評估。在寬帶碼分多址接入(WCDMA)頻分雙工(FDD)的情況下，可將公共導頻信道(CPICH)用于JRNSO測量。在上行鏈路的情況下，為了相同的目的，可使用上行鏈路專用物理信道(DPCH)的導頻部分。
WTRU和節(jié)點B可具有多個天線，以執(zhí)行MIMO和/或波束成形。在這種情況下，有意的切換可以與適當?shù)那袚Q、配置或WTRU上的天線元素的波束成形過程同步。例如，在軟切換情況下，WTRU可必須將其天線切換至全向模式，從而WTRU可以同時與多個節(jié)點B通信。在硬件切換情況下，在參與到硬件切換中的每一節(jié)點B的序列同步的序列中優(yōu)化波束成形方向。
實施例
1. 一種在包括無線發(fā)射/接收單元(WTRU)和服務網(wǎng)絡(SN)的無線通信系統(tǒng)中提供用于確保無線通信的方法，該方法包括
(a) WTRU和節(jié)點B執(zhí)行不被他者共享的聯(lián)合隨機性(JRNSO)測量，以基于在WTRU和節(jié)點B之間的信道脈沖響應(CIR)評估結(jié)果產(chǎn)生JRNSO 位；
(b) WTRU和節(jié)點B執(zhí)行調(diào)節(jié)過程，以產(chǎn)生公共JRNSO位；
(c) 節(jié)點B發(fā)送公共JRNSO位至SN;禾口
(d) WTRU和SN通過使用公共JRNSO位來保護用于安全性的會話密鑰。
2. 如實施例l所述的方法，還包括
WTRU和SN公開WTRU和SN是否具有JRNSO能力，其中如果WTRU和SN均具有JRNSO能力，則執(zhí)行JRNSO測量。
3. 如實施例2所述的方法，其中在無線電資源控制(RRC)連接期間，公開JRNSO能力。
4. 如實施例1-3中任一實施例所述的方法，其中節(jié)點B使用(附加至) 功率測量消息來報告JRNSO位。
5. 如實施例1-4中任一實施例所述的方法，其中由JRNSO位保護的會話密鑰包括完整性密鑰(IK)、密碼密鑰(CK)和匿名密鑰(AK)中至少 --者。
6. 如實施例1-5中任一實施例所述的方法，其中用于JRNSO測量的信道是對于WTRU的專用信道。
7. 如實施例1-6中任一實施例所述的方法，其中用于JRNSO測量的信
道是公共信道。
8. 如實施例1-7中任一實施例所述的方法，其中在WTRU處于 CELL—FACH和CELL—DCH狀態(tài)中之一時，執(zhí)行JRNSO測量。
9. 如實施例1-8中任一實施例所述的方法，其中節(jié)點B和WTRU執(zhí)行 JRNSO測量，并不斷向SN報告公共JRNSO位。
10. 如實施例1-9中任一實施例所述的方法，還包括 WTRU和節(jié)點B重復步驟(a) - (c)，以產(chǎn)生新組的公共JRNSO位；
和
WTRU和SN使用新組的公共JRNSO位來更新所述會話密鑰。
11. 如實施例l-10中任一實施例所述的方法，還包括在當前密鑰壽命終止時，WTRU和SN更新所述會話密鑰。
12. 如實施例1-11中任一實施例所述的方法，其中WTRU和節(jié)點B使用具有JRNSO位的偽隨機數(shù)發(fā)生器(PNG)以擴展密鑰長度。
13. 如實施例l-12中任一實施例所述的方法，其中WTRU和節(jié)點B使用窗口技術，從而使用現(xiàn)有JRNSO位來管線傳輸從JRNSO測量獲得的最新所需隨機位，并根據(jù)先入先出(FIFO)規(guī)則丟棄老化位，以保證JRNSO位的大小滿足最小需求。
14. 如實施例1-13中任一實施例所述的方法，其中WTRU和節(jié)點B根據(jù)由無線電網(wǎng)絡控制器(RNC)發(fā)布的激活時間執(zhí)行調(diào)節(jié)過程。
15. 如實施例l-14中任一實施例所述的方法，還包括-
SN發(fā)送切換命令至WTRU和第二節(jié)點B，以啟動至第二節(jié)點B的切換， SN通知在WTRU和第二節(jié)點B之間的JRNSO測量的開始；
WTRU和第二節(jié)點B執(zhí)行JRNSO測量，以基于在WTRU和第二節(jié)點B 之間的信道評估結(jié)果產(chǎn)生第一組JRNSO位；
WTRU和第二節(jié)點B執(zhí)行調(diào)節(jié)過程，以產(chǎn)生第二組公共JRNSO位；
第二節(jié)點B發(fā)送第二組公共JRNSO位至SN;和
WTRU和SN通過使用第二組公共JRNSO位來保護用于安全性的會話密鑰。
16. 如實施例15所述的方法，還包括
SN啟動到至少一個可選節(jié)點B的切換，以在WTRU和所述至少一個可選節(jié)點B之間產(chǎn)生JRNSO位，以增加JRNSO位產(chǎn)生率。
17. 如實施例15或16所述的方法，其中所述切換為硬件切換。
18. 如實施例15-16中任一實施例所述的方法，其中所述切換為軟件切換。
19. 如實施例15-18中任一實施例所述的方法，其中每一節(jié)點B發(fā)送相同的下行鏈路探測信號至WTRU。
20. 如實施例19所述的方法，其中節(jié)點B發(fā)送具有不同時間偏移的下行鏈路探測信號。
21. 如實施例19-20中任一實施例所述的方法，其中WTRU使用RAKE接收機來接收下行鏈路探測信號。
22. 如實施例15-21中任一實施例所述的方法，還包括
WTRU產(chǎn)生與不同節(jié)點B關聯(lián)的多組JRNSO位；求和控制器從節(jié)點B收集多組JRNSO位；禾口
WTRU和求和控制器通過使用多組JRNSO位來產(chǎn)生較長的JRNSO位流。
23. 如實施例22所述的方法，其中WTRU和求和控制器對多組JRNSO 位中的每一組進行求和，直至由求和控制器指示W(wǎng)TRU停止求和。
24. 如實施例22或23所述的方法，其中在JRNSO位的產(chǎn)生過程中 WTRU和節(jié)點B使用多個天線。
25. 如實施例24所述的方法，其中在JRNSO位的產(chǎn)生過程中WTRU 和節(jié)點B使用多入多出(MIMO)。
26. 如實施例24所述的方法，其中在JRNSO位的產(chǎn)生過程中WTRU 和節(jié)點B使用波束成形。
27. 如實施例24所述的方法，其中在JRNSO位的產(chǎn)生過程中WTRU 和節(jié)點B適當改變用于發(fā)送和接收的天線配置。
28. 如實施例22所述的方法，其中求和控制器為切換中包含的多個節(jié) 點B中的一個。 '
29. 如實施例22所述的方法，其中求和控制器為無線電網(wǎng)絡控制器 (RNC)。
30. 如實施例l-29中任一實施例所述的方法，其中WTRU使用下行鏈路公共導頻信道(CPICH)用于JRNSO測量。
31. 如實施例1-29中任一實施例所述的方法，其中節(jié)點B使用上行鏈路專用物理信道(DPCH)的導頻部分用于JRNSO測量。
32. —種被配置用于確保無線通信的無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括無線發(fā)射/接收單元(WTRU)，被配置為執(zhí)行不被他者共享的聯(lián)合隨機
性(JRNSO)測量，以基于在WTRU和節(jié)點B之間的信道脈沖響應(CIR) 評估結(jié)果產(chǎn)生JRNSO位，并執(zhí)行調(diào)節(jié)過程以產(chǎn)生公共JRNSO位；和
服務網(wǎng)絡(SN),包括節(jié)點B，該節(jié)點B被配置為執(zhí)行JRNSO測量，以基于在WTRU和節(jié)點B之間的評估結(jié)果產(chǎn)生JRNSO位，并執(zhí)行調(diào)節(jié)過程以產(chǎn)生公共JRNSO位，SN被配置為通過使用公共JRNSO位來保護用于安全性的會話密鑰。
33. 如實施例32所述的系統(tǒng)，其中WTRU和SN被配置為分別公幵 WTRU和SN是否具有JRNSO能力，其中如果WTRU和SN均具有JRNSO 能力，則執(zhí)行JRNSO測量。
34. 如實施例32或33所述的系統(tǒng)，其中在無線電資源控制(RRC)連接期間，公開JRNSO能力。
35. 如實施例32-34中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中節(jié)點B使用(通過附加至)功率測量消息來報告JRNSO位。
36. 如實施例32-35中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中由JRNSO位保護的會話密鑰包括完整性密鑰(IK)、密碼密鑰(CK)和匿名密鑰(AK)中至少一者。
37. 如實施例32-36中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中用于JRNSO測量的信道是對于WTRU的專用信道。
38. 如實施例32-36中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中用于JRNSO測量的信道是公共信道。
39. 如實施例32-38中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中在WTRU處于 CELL—FACH和CELL—DCH狀態(tài)中之一時，執(zhí)行JRNSO測量。
40. 如實施例32-39中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中節(jié)點B和WTRU 執(zhí)行JRNSO測量，并不斷向SN報告公共JRNSO位。41. 如實施例32-40中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中WTRU和節(jié)點B 被配置以不斷執(zhí)行JRNSO測量，并使用新組的公共JRNSO位來更新所述會話密鑰和參數(shù)中的至少一者。
42. 如實施例32-41中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中在當前密鑰壽命終止時，WTRU和SN更新所述會話密鑰和參數(shù)中的至少一者。
43. 如實施例32-42中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中WTRU和節(jié)點B 使用偽隨機數(shù)發(fā)生器(PNG)，以根據(jù)從信道評估結(jié)果產(chǎn)生的隨機位產(chǎn)生 JRNSO位。
44. 如實施例32-42中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中WTRU和節(jié)點B 使用窗口技術，從而使用現(xiàn)有JRNSO位來管線傳輸從JRNSO測量獲得的最新所需隨機位，并根據(jù)先入先出(FIFO)規(guī)則丟棄老化位，以保證JRNSO 位的大小滿足最小需求。
45. 如實施例32-44中任一實施例所述的系統(tǒng)，還包括無線電網(wǎng)絡控制器(RNC)，被配置為發(fā)布用于調(diào)節(jié)過程的激活時間，
其中WTRU和節(jié)點B根據(jù)該激活時間執(zhí)行調(diào)節(jié)過程。
46. 如實施例32-45中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中SN被配置為發(fā)送切換命令至WTRU和第二節(jié)點B，以啟動至第二節(jié)點B的切換，并通知在 WTRU和第二節(jié)點B之間的JRNSO測量的幵始，并且WTRU和第二節(jié)點B 被配置為執(zhí)行JRNSO測量，以基于在WTRU和第二節(jié)點B之間的信道評估結(jié)果產(chǎn)生JRNSO位，并執(zhí)行調(diào)節(jié)過程，以產(chǎn)生第二公共JRNSO位，從而使用該第二公共JRNSO位來保護用于安全性的會話密鑰和參數(shù)中的至少一者。
47. 如實施例32-46中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中SN被配置以啟動到至少一個目的節(jié)點B的切換，以在WTRU和所述至少一個目的節(jié)點B之間產(chǎn)生JRNSO位，以增加JRNSO位的產(chǎn)生率。
48. 如實施例47所述的系統(tǒng)，其中所述切換為硬件切換。49. 如實施例47所述的系統(tǒng)，其中所述切換為軟件切換。
50. 如實施例49所述的系統(tǒng)，其中每一節(jié)點B發(fā)送相同的下行鏈路探測信號至WTRU。
51. 如實施例50所述的系統(tǒng)，其中每一節(jié)點B發(fā)送具有不同時間偏移的下行鏈路探測信號。
52. 如實施例50所述的系統(tǒng)，其中WTRU使用RAKE接收機來接收下行鏈路探測信號。
53. 如實施例32-52中任一實施例所述的系統(tǒng)，還包括求和控制器，被配置為從節(jié)點B收集多組JRNSO位，并通過使用多組
JRNSO位來產(chǎn)生較長的JRNSO位流，其中WTRU被配置為產(chǎn)生與不同節(jié) 點B關聯(lián)的多組JRNSO位，并通過使用多組JRNSO位來產(chǎn)生較長的JRNSO 位流。
54. 如實施例53所述的系統(tǒng)，其中WTRU和求和控制器對多組JRNSO 位中的每一組進行求和，直至由求和控制器指示W(wǎng)TRU停止求和。
55. 如實施例54所述的系統(tǒng)，其中在JRNSO位的產(chǎn)生過程中WTRU 和節(jié)點B使用多個天線。
56. 如實施例55所述的系統(tǒng)，其中在JRNSO位的產(chǎn)生過程中WTRU 和節(jié)點B使用多入多出(MIMO)。
57. 如實施例55所述的系統(tǒng)，其中在JRNSO位的產(chǎn)生過程中WTRU 和節(jié)點B使用波束成形。
58. 如實施例55所述的系統(tǒng)，其中在JRNSO位的產(chǎn)生過程中WTRU 和節(jié)點B適當改變用于發(fā)送和接收的天線配置。
59. 如實施例53-58中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中求和控制器為切換中包含的多個節(jié)點B中的一個。
60. 如實施例53-58中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中求和控制器為無線電網(wǎng)絡控制器(RNC)。61. 如實施例32-60中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中WTRU使用下行鏈路公共導頻信道(CPICH)用于JRNSO測量。
62. 如實施例32-58中任一實施例所述的系統(tǒng)，其中節(jié)點B使用上行鏈路專用物理信道(DPCH)的導頻部分用于JRNSO測量。
雖然本發(fā)明的特征和元素在優(yōu)選的實施方式中以特定的結(jié)合進行了描述，但每個特征或元素可以在沒有所述優(yōu)選實施方式的其他特征和元素的情況下單獨使用，或在與或不與本發(fā)明的其他特征和元素結(jié)合的各種情況下使用。本發(fā)明提供的方法或流程圖可以在由通用計算機或處理器執(zhí)行的計算機程序、軟件或固件中實施，其中所述計算機程序、軟件或固件是以有形的方式包含在計算機可讀存儲介質(zhì)中的，關于計算機可讀存儲介質(zhì)的實例包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、寄存器、緩沖存儲器、半導體存儲設備、內(nèi)部硬盤和可移動磁盤之類的磁介質(zhì)、磁光介質(zhì)以及CD-ROM 碟片和數(shù)字多功能光盤(DVD)之類的光介質(zhì)。
舉例來說，恰當?shù)奶幚砥靼ㄍㄓ锰幚砥?、專用處理器、傳統(tǒng)處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、多個微處理器、與DSP核心相關聯(lián)的一個或多個微處理器、控制器、微控制器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)電路、任何一種集成電路(IC)和/或狀態(tài)機。
與軟件相關聯(lián)的處理器可以用于實現(xiàn)射頻收發(fā)信機，以在無線發(fā)射接收單元(WTRU)、用戶設備、終端、基站、無線電網(wǎng)絡控制器或是任何一種主機計算機中加以使用。WTRU可以與采用硬件和/或軟件形式實施的模塊結(jié)合使用，例如相機、攝像機模塊、視頻電路、揚聲器電話、振動設備、揚聲器、麥克風、電視收發(fā)信機、免提耳機、鍵盤、藍牙⑧模塊、調(diào)頻(FM) 無線電單元、液晶顯示器(LCD)顯示單元、有機發(fā)光二極管(OLED)顯示單元、數(shù)字音樂播放器、媒體播放器、視頻游戲機模塊、因特網(wǎng)瀏覽器和 /或任何一種無線局域網(wǎng)(WLAN)模塊。
權利要求
1. 一種在包括無線發(fā)射/接收單元(WTRU)和服務網(wǎng)絡(SN)的無線通信系統(tǒng)中用于提供安全無線通信的方法，該方法包括(a)所述WTRU和節(jié)點B執(zhí)行不被他者共享的聯(lián)合隨機性(JRNSO)測量，以基于在所述WTRU和所述節(jié)點B之間的信道脈沖響應(CIR)評估結(jié)果來產(chǎn)生JRNSO位；(b)所述WTRU和所述節(jié)點B執(zhí)行調(diào)節(jié)過程，以產(chǎn)生公共JRNSO位；(c)所述節(jié)點B發(fā)送公共JRNSO位至所述SN；以及(d)所述WTRU和所述SN通過使用所述公共JRNSO位來保護用于安全性的會話密鑰。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，該方法還包括所述WTRU和所述SN公開所述WTRU和所述SN是否具有JRNSO能力，其中如果所述WTRU和所述SN均具有所述JRNSO能力，則執(zhí)行所述 JRNSO測量。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中在無線電資源控制(RRC)連接期間公開所述JRNSO能力。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述節(jié)點B使用功率測量消息來報告所述JRNSO位。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中由JRNSO位保護的會話密鑰包括完整性密鑰(IK)、密碼密鑰(CK)和匿名密鑰(AK)中的至少一者。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中用于JRNSO測量的信道是對于WTRU的專用信道。
7. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中用于JRNSO測量的信道是公共信道。
8. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中當所述WTRU處于CELL—FACH 和CELL一DCH狀態(tài)中之一時，執(zhí)行所述JRNSO測量。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述節(jié)點B和所述WTRU執(zhí)行所述JRNSO測量，并不斷向所述SN報告公共JRNSO位。
10. 根據(jù)權利要求1所述的方法，該方法還包括所述WTRU和所述節(jié)點B重復步驟(a)-(c)，以產(chǎn)生新組的公共JRNSO 位；禾口所述WTRU和所述SN使用新組的公共JRNSO位來更新所述會話密鑰。
11. 根據(jù)權利要求1所述的方法，該方法還包括在當前密鑰壽命終止時，所述WTRU和所述SN更新所述會話密鑰。
12. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述WTRU和所述節(jié)點B使用具有JRNSO位的偽隨機數(shù)發(fā)生器(PNG)以擴展密鑰長度。
13. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述WTRU和所述節(jié)點B使用窗口技術，從而使用現(xiàn)有JRNSO位來管線傳輸從JRNSO測量獲得的最新所需隨機位，并根據(jù)先入先出(FIFO)規(guī)則丟棄老化位，以保證JRNSO位的大小滿足最小需求。
14. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述WTRU和所述節(jié)點B根據(jù) 由無線電網(wǎng)絡控制器(RNC)發(fā)布的激活時間來執(zhí)行調(diào)節(jié)過程。
15. 根據(jù)權利要求1所述的方法，該方法還包括所述SN發(fā)送切換命令至所述WTRU和第二節(jié)點B，以啟動至該第二節(jié) 點B的切換，所述SN通知在所述WTRU和所述第二節(jié)點B之間的JRNSO 測量的開始；所述WTRU和所述第二節(jié)點B執(zhí)行JRNSO測量，以基于在所述WTRU 和所述第二節(jié)點B之間的信道評估結(jié)果來產(chǎn)生第一組JRNSO位；所述WTRU和所述第二節(jié)點B執(zhí)行調(diào)節(jié)過程，以產(chǎn)生第二組公共 J脂SO位；所述第二節(jié)點B發(fā)送第二組公共JRNSO位至SN;以及所述WTRU和所述SN通過使用第二組公共JRNSO位來保護用于安全性的會話密鑰。
16. 根據(jù)權利要求1所述的方法，該方法還包括所述SN啟動到至少一個可選節(jié)點B的切換，以在所述WTRU和所述至少一個可選節(jié)點B之間產(chǎn)生JRNSO位，以增加JRNSO位的產(chǎn)生率。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述切換為硬件切換。
18. 根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述切換為軟件切換。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中每一所述節(jié)點B發(fā)送相同的下行鏈路探測信號至所述WTRU。
20. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述節(jié)點B發(fā)送具有不同時間偏移的下行鏈路探測信號。
21. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其中所述WTRU使用RAKE接收機來接收下行鏈路探測信號。
22. 根據(jù)權利要求16所述的方法，該方法還包括所述WTRU產(chǎn)生與不同節(jié)點B關聯(lián)的多組JRNSO位；求和控制器，從所述節(jié)點B收集多組JRNSO位；以及所述WTRU和所述求和控制器通過使用多組JRNSO位來產(chǎn)生較長的 JRNSO位流。
23. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述WTRU和所述求和控制器對多組JRNSO位中的每一組進行求和，直至由求和控制器指示所述WTRU 停止求和。
24. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中在所述JRNSO位的產(chǎn)生過程中所述WTRU和所述節(jié)點B使用多個天線。
25. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中在所述JRNSO位的產(chǎn)生過程中所述WTRU和所述節(jié)點B使用多入多出(MIMO)。
26. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中在所述JRNSO位的產(chǎn)生過程中所述WTRU和所述節(jié)點B使用波束成形。
27. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中在所述JRNSO位的產(chǎn)生過程中所述WTRU和所述節(jié)點B適當改變用于發(fā)送和接收的天線配置。
28. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述求和控制器為切換中包含的所述多個節(jié)點B中的一個。
29. 根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述求和控制器為無線電網(wǎng)絡控制器(RNC)。
30. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述WTRU使用下行鏈路公共導頻信道(CPICH)用于JRNSO測量。
31. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述節(jié)點B使用上行鏈路專用物理信道(DPCH)的導頻部分用于JRNSO測量。
32. —種被配置用于確保無線通信的無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括無線發(fā)射/接收單元(WTRU)，被配置為執(zhí)行不被他者共享的聯(lián)合隨機性(JRNSO)測量，以基于在所述WTRU和節(jié)點B之間的信道脈沖響應(CIR) 評估結(jié)果來產(chǎn)生JRNSO位，并執(zhí)行調(diào)節(jié)過程以產(chǎn)生公共JRNSO位；以及服務網(wǎng)絡(SN)，包括節(jié)點B，該節(jié)點B被配置為執(zhí)行JRNSO測量，以基于在WTRU和節(jié)點B之間的評估結(jié)果產(chǎn)生JRNSO位，并執(zhí)行調(diào)節(jié)過程以產(chǎn)生公共JRNSO位，SN被配置為通過使用所述公共JRNSO位來保護用于安全性的會話密鑰。
33. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述WTRU和所述SN被配置為分別公開所述WTRU和所述SN是否具有JRNSO能力，其中如果所述 WTRU和所述SN均具有JRNSO能力，則執(zhí)行所述JRNSO測量。
34. 根據(jù)權利要求33所述的系統(tǒng)，其中在無線電資源控制(RRC)連接期間，公開所述JRNSO能力。
35. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述節(jié)點B使用功率測量消息來報告JRNSO位。
36. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中由JRNSO位保護的所述會話密鑰包括完整性密鑰(IK)、密碼密鑰(CK)和匿名密鑰(AK)中的至少一者。
37. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中用于JRNSO測量的所述信道是對于所述WTRU的專用信道。
38. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中用于JRNSO測量的所述信道是公共信道。
39. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中當所述WTRU處于CELL一FACH 和CELL—DCH狀態(tài)中之一時，執(zhí)行所述JRNSO測量。
40. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述節(jié)點B和所述WTRU執(zhí)行所述JRNSO測量，并不斷向所述SN報告所述公共JRNSO位。
41. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述WTRU和所述節(jié)點B被配置為不斷執(zhí)行JRNSO測量，并使用新組的公共JRNSO位來更新所述會話密鑰和參數(shù)中的至少一者。
42. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中在當前密鑰壽命終止時，所述 WTRU和所述SN更新所述會話密鑰和參數(shù)中的至少一者。
43. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述WTRU和所述節(jié)點B使用偽隨機數(shù)發(fā)生器(PNG)，以根據(jù)從所述信道評估結(jié)果產(chǎn)生的隨機位來產(chǎn)生 JRNSO位。
44. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述WTRU和所述節(jié)點B使用窗口技術，從而使用現(xiàn)有JRNSO位來管線傳輸從JRNSO測量獲得的最新所需隨機位，并根據(jù)先入先出(FIFO)規(guī)則丟棄老化位，以保證所述JRNSO 位的大小滿足最小需求。
45. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括無線電網(wǎng)絡控制器(RNC)，被配置為發(fā)布用于調(diào)節(jié)過程的激活時間，其中所述WTRU和所述節(jié)點B根據(jù)該激活時間來執(zhí)行調(diào)節(jié)過程。
46. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述SN被配置為發(fā)送切換命令至所述WTRU和第二節(jié)點B，以啟動至所述第二節(jié)點B的切換，并通知在所述WTRU和所述第二節(jié)點B之間的JRNSO測量的開始，并且所述 WTRU和所述第二節(jié)點B被配置為執(zhí)行JRNSO測量，以基于在所述WTRU 和所述第二節(jié)點B之間的信道評估結(jié)果來產(chǎn)生JRNSO位，并執(zhí)行調(diào)節(jié)過程，以產(chǎn)生第二公共JRNSO位，從而使用該第二公共JRNSO位來保護用于安全性的會話密鑰和參數(shù)中的至少一者。
47. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述SN被配置為啟動到至少一個目的節(jié)點B的切換，以在所述WTRU和所述至少一個目的節(jié)點B之間產(chǎn)生JRNSO位，以增加JRNSO位的產(chǎn)生率。
48.根據(jù)權利要求47所述的系統(tǒng)，其中所述切換為硬件切換。
49. 根據(jù)權利要求47所述的系統(tǒng)，
50. 根據(jù)權利要求49所述的系統(tǒng)，行鏈路探測信號至所述WTRU。
51. 根據(jù)權利要求50所述的系統(tǒng)，時間偏移的下行鏈路探測信號。其中所述切換為軟件切換。其中每一所述節(jié)點B發(fā)送相同的下其中每一所述節(jié)點B發(fā)送具有不同
52. 根據(jù)權利要求50所述的系統(tǒng)，其中所述WTRU使用RAKE接收機來接收下行鏈路探測信號。
53. 根據(jù)權利要求47所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括求和控制器，被配置為從所述節(jié)點B收集多組JRNSO位，并通過使用多組JRNSO位來產(chǎn)生較長的JRNSO位流，其中所述WTRU被配置為產(chǎn)生與不同節(jié)點B關聯(lián)的多組JRNSO位，并通過使用多組JRNSO位來產(chǎn)生較長的JRNSO位流。
54. 根據(jù)權利要求53所述的系統(tǒng)，其中所述WTRU和所述求和控制器對多組JRNSO位中的每一組進行求和，直至由求和控制器指示W(wǎng)TRU停止求和。
55. 根據(jù)權利要求54所述的系統(tǒng)，其中在所述JRNSO位的產(chǎn)生過程中所述WTRU和所述節(jié)點B使用多個天線。
56. 根據(jù)權利要求55所述的系統(tǒng)，其中在所述JRNSO位的產(chǎn)生過程中所述WTRU和所述節(jié)點B使用多入多出(MIMO)。
57. 根據(jù)權利要求55所述的系統(tǒng)，其中在所述JRNSO位的產(chǎn)生過程中所述WTRU和所述節(jié)點B使用波束成形。
58. 根據(jù)權利要求55所述的系統(tǒng)，其中在所述JRNSO位的產(chǎn)生過程中所述WTRU和所述節(jié)點B適當改變用于發(fā)送和接收的天線配置。
59. 根據(jù)權利要求53所述的系統(tǒng)，其中所述求和控制器為切換中包含的多個節(jié)點B中的一個。
60. 根據(jù)權利要求53所述的系統(tǒng)，其中所述求和控制器為無線電網(wǎng)絡控制器(RNC)。
61. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述WTRU使用下行鏈路公共導頻信道(CPICH)用于JRNSO測量。
62. 根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述節(jié)點B使用上行鏈路專用物理信道(DPCH)的導頻部分用于JRNSO測量。
全文摘要
無線發(fā)射/接收單元(WTRU)和節(jié)點B，分別執(zhí)行不被他者共享的聯(lián)合隨機性(JRNSO)測量，以基于在WTRU和節(jié)點B之間的信道脈沖評估結(jié)果產(chǎn)生JRNSO位。然后，WTRU和節(jié)點B執(zhí)行調(diào)節(jié)過程，以產(chǎn)生公共JRNSO位。節(jié)點B發(fā)送該公共JRNSO位至服務網(wǎng)絡。WTRU和SN通過使用公共JRNSO位來保護會話密鑰(例如完整性密鑰、密碼密鑰和匿名密鑰)。不斷執(zhí)行JRNSO測量，并使用新組的公共JRNSO位來更新會話密鑰。可通過使用偽隨機數(shù)發(fā)生器(PNG)或窗口技術來擴展JRNSO位?？捎幸獠捎们袚Q，以增加JRNSO位產(chǎn)生率。
文檔編號H04L29/06GK101433010SQ200780014139
公開日2009年5月13日申請日期2007年4月18日優(yōu)先權日2006年4月18日
發(fā)明者A·列茲尼克, C·葉, I·乍, L·J·古喬內(nèi), R·拉沙申請人:交互數(shù)字技術公司

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