広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法

专利摘要:
本発明は、広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法を提供する。当該安全伝送方法は、セキュリティープロトコルにより、大規模基地局と小規模基地局の間で安全チャンネルを確立するステップと、大規模基地局は、前記安全チャンネルを通じて、ブロードキャスト通信暗号化キーを各小規模基地局に割当てるステップと、小規模基地局は、前記ブロードキャスト通信暗号化キーを認証認可済みのユーザーに発信するステップと、を含む。前記技術案は、大小規模型混在カバーパタンで動作する大規模基地局のブロードキャスト安全通信問題を解決し、ユーザーの身分認証だけでなく、基地局の身分認証も実現し、認可されたユーザーのみが放送業務を受信できるように確保する。
公开号:JP2011512066A
申请号:JP2010542506
申请日:2009-01-14
公开日:2011-04-14
发明作者:▲遼▼▲軍▼ ▲厖▼；滿霞 ▲鐵▼；▲暁▼▲龍▼ ▲頼▼；▲軍▼ 曹；振海 黄
申请人:西安西▲電▼捷通▲無▼▲綫▼▲網▼絡通信股▲分▼有限公司；
IPC主号:H04L9-08

专利说明:

[0001] 本発明は、広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法に関するものである。]
背景技術

[0002] 広帯域無線マルチメディアネットワークBWM(Broadband Wireless Multimedia Networks)は、高速運用、低コストの技術手段を考案し、空中のインタフェース、無線アクセスネットワーク、コアネットワーク（core network）、業務プラットフォームと端末などの異なる側面から全面的に「三つのネットワークの融合」の全体目標を実現しようとしている。]
[0003] BWMネットワークは、移動テレビネットワークと広帯域無線アクセスネットワークの技術特徴を融合した新しい広帯域無線移動ネットワークであると共に、広帯域無線アクセスネットワークと移動テレビネットワークとは異なるネットワークである。BWMネットワークは、強大なIPコアネットワークと総合業務管理プラットフォームを割当てることが可能であると共に、異なる端末業務に対して同一の運用メンテナンスプラットフォームを割当てることができる。無線アクセスネットワークフレームワークに関しては、BWMネットワークは移動テレビネットワークと広帯域無線アクセスネットワークのグループネットワーク特徴を十分に考慮し、伝統的なブロードキャストテレビネットワークの大規模基地局がカバーする広域パターンをサポートすると共に、セルラーネットワーク（cellular network）を特徴とする全ての小規模基地局がカバーする狭域パターンをサポートする。また、ホット・スポットと室内景色をカバーする場合、ポイント・ツウ・ポイント或いはポイント・ツウ・数ポイントの通信パターンに対し、グループネットワークを最適化する。]
[0004] BWMネットワークには、下記の三種の典型的なネットワーク企画パターンがある。]
[0005] 1）大規模基地局から構成した広域型カバーパターン、即ち単一ブロードキャスト基地局応用パターン
単一ブロードキャスト基地局BBS（Broadcast Base Station）は大規模基地局とも称され、その応用パターンとしては主に現在のブロードキャストシステムからBWMネットワークへのスムーズな移行を考える。当該応用パターンでは、単一ブロードキャスト基地局BBSがおよそ50Kｍ範囲をカバーできる。よって、幾つかのブロードキャスト基地局で一つの都市をカバーできる。現在のブロードキャストシステムは一方向ブロードキャストシステムであるため、BWMの単一ブロードキャスト基地局応用パターンでは、ネットワークにアクセスする部分はBBSと移動アクセスポイントMS（Mobile Station）のみであり, 移動アクセスポイントMSはブロードキャスト基地局BBSからの一方向ビデオ及び/又はオーディオ放送番組を受信する。]
[0006] 経営者がテレビ放送及び/又はオーディオ業務のみを選択した場合、伝統的な広域カバーパターンは最適なネットワーク企画方案である。]
[0007] 2）大規模基地局と小規模基地局から構成される大小地域型混合カバーパターン、即ちブロードキャスト基地局にセルラー基地局を加えた応用パターン
当該作業パターンでは、ブロードキャスト基地局と単一ブロードキャスト基地局の応用パターンにおける機能が同じてあり、幾つかのブロードキャスト基地局が同期一方向のブロードキャスト番組（全ネットワークにブロードキャスト）を送信する。セルラー基地局CBS（Cellular Base Station）は小規模基地局とも称され、双方向データ送信を実現すると共に、一方向全ネットワークブロードキャストに回送ルートを提供することにより、番組オーダー業務をサポートし、ユーザーの認可と認証などのセキュリティメカニズムを強化する。]
[0008] 大規模基地局によりテレビ放送及び/又はオーディオを発信し、小規模基地局により広帯域無線データを発信するため、既存のテレビ放送及び/又はオーディオシステムとセルラーシステムの基地局をそのまま利用することができ、基地局を建設するための工事費用を削減することができ、現在装置の使用寿命と効率を高めることができる。それと共に、混合式無線ネットワークは運営サービスを展開する際に非常に高い柔軟性を有し、テレビ放送及び/又はオーディオ業務と広帯域無線アクセス業務の分離と統合運営パターンに適し、先にテレビ放送及び/又はオーディオ業務を開始し、後で広帯域無線アクセス業務を展開する緩徐進行式運営実施パターンに便利である。テレビ放送業務のサービス品質も優先に確保することができ、特に伝統的な放送経営者を中心に商業サービスを展開する場合に適切である。]
[0009] 3）全部小規模基地局から構成される狭域型カーバーパターン、即ち単一セルラー基地局運用パターン
単一セルラー基地局CBS応用パターンでは、CBSのみによってセルラー構造で全体BWMをカーバーしている。CBS間は時分割多重TDM（Time-Division Muliplexing）、周波数分割多重FDM（Frequency -Division Muliplexing）又は混合分割方式を採用することができる。当該応用パターンでは、従来BBSで実現していた全ネットワーク放送もCBSにより実現している。よって、CBSがサポートする業務は全ネットワーク放送方式の移動テレビ及び/又はオーディオ、及びセルラー方式通信の広帯域無線アクセス業務を含む。]
[0010] BWMネットワークはデータ通信とブロードキャスト通信を融合した、一種の新しい無線ネットワーク体系構造に属し、同じく安全アクセスとセキュリティー通信の問題が存在する。全大規模基地局のパターンは三つのネットワーク融合の目的に適しないため、当該パターンはBWMネットワークの主流パターンではなく、当該パターンでのBWMネットワークのセキュリティ手段に関しては議論しない。主に全小規模基地局又は大小規模基地局混合応用パターンで動作するBWMネットワークのセキュリティーのみについて議論する。単一セルラー基地局応用パターンでは、IEEE802.16eが提供する秘密キー管理プロトコルPKM2（Privacy Key Management Version 2）又は三要素対等識別に基づいたアクセス制御方法TePA-AC（Access Control method based on Tri-element Peer Authentication)のセキュリティープロトコルを利用し、ユーザーと基地局間の身分認証及び業務秘密キーのネゴシエーションと割当を実現し、ユーザーの安全アクセスと業務のセキュリティー伝送を実現する。大小規模基地局混在の応用パターンでは、大規模基地局のブロードキャスト通信業務（ビデオ、オーディオ）でもセキュリティー伝送または認可伝送が必要となる場合があるが、大規模基地局は通常上りチャンネルを具備していないため、大規模基地局はユーザー情報を受信することができず、大規模基地局とユーザー間の認可及びセキュリティー通信を実現することができない。]
発明が解決しようとする課題

[0011] 本発明は、広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法を提供し、大小規模基地局混在応用パタンーにおける大規模基地局とユーザーの間の認可とセキュリティー通信を実現することを目的とする。]
課題を解決するための手段

[0012] 技術案は下記のようである。即ち、セキュリティープロトコルにより、大規模基地局と小規模基地局の間で安全チャンネルを確立するステップと、大規模基地局は、前記安全チャンネルを通じて、ブロードキャスト通信暗号化キーを各小規模基地局に割当てるステップと、小規模基地局は、前記ブロードキャスト通信暗号化キーを認証認可済みのユーザーに発信するステップと、を含む広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。]
[0013] 前記セキュリティープロトコルはIEEE802.16eの秘密キー管理プロトコルPKM2、又は、三要素対等識別に基づいたアクセス制御方法TePA−ACのセキュリティープロトコルである。]
発明の効果

[0014] 前記の技術案はIEEE802.16eが提供したPKM2セキュリティープロトコル、又は、三要素対等識別に基づいたアクセス制御方法TePA−ACのセキュリティープロトコルを利用して、大規模基地局と小規模基地局の間で信頼関係を確立し、安全チャンネルを構築することにより、大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーが安全チャンネルを通じて小規模基地局に割当てられるようにする。また、小規模基地局から秘密的に認可された各ユーザーに割当て、認可されたユーザーのみが大規模基地局の放送業務を受信することができるようにする。従って、大小規模型混在カバーパタンで動作する上りチャンネルを有しない大規模基地局のブロードキャスト安全通信問題を解決することができる。]
[0015] 本発明の技術案は下記のメリットを有する。]
[0016] １）ユーザーの身分認証だけでなく、基地局の身分認証も実現する；
２）認可されたユーザーのみが放送業務を受信できるように確保する；
３）異なる放送業務は異なる通信暗号化キーを割当てる；
４）ブロードキャスト通信暗号化キーのダイナミック更新を実現する。]
図面の簡単な説明

[0017] 本発明の実施例１の安全伝送方法の模式図である。
本発明の実施例２の安全伝送方法の模式図である。]
実施例

[0018] 本願は2008年1月17日に中国専利局へ出願した、出願番号が200810017315.1、発明名称が「広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法」の中国特許出願の優先権を要請する。その全部内容は引用によって本願に包括されている。]
[0019] 上記の発明の目的と効果を更に分かり易くするために、以下、添付図面と具体的な実施形態を参照して、本発明の技術案について、更に詳しく説明する。]
[0020] 図１を参照して、本発明の実施例1の具体的なステップについて説明する。] 図１
[0021] 11）IEEE802.16eのPKM2プロトコルを利用し、大規模基地局と小規模基地局間で信頼関係を確立し、安全チャンネルを構築する；]
[0022] 11.1）ネットワークを構築する際に、大小基地局間でまずRSAに基づいた認可プロトコル又はEAP認証プロトコルを実行し、大小基地局間での身分認証及び認可キーAKBBS-CBS(Authorization Key) のネゴシエーションを完成する。但し、EAP認証プロトコルを適用する際には、認証、認可、課金のAAA（Authentication、Authorization、Accounting)サーバーの参加が必要である；]
[0023] 11.2）当該認可キーAKBBS-CBS に基づいて、大小規模の基地局はキー交換プロトコルにより大小規模基地局間の業務暗号化キーTEKBBS-CBS（Traffic Encryption Key）及び大規模基地局間のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBS（Group Traffic Encryption Key）のネゴシエーションと割当を行う。ここで、大小規模基地局間の業務は大規模基地局が小規模基地局に自分のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBS（Broadcast Traffic Encryption Key）メッセージ及びその他の管理メッセージを通告することを含む；]
[0024] 12）安全チャンネルを通じて、大規模基地局はブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを秘密的に各小規模基地局に割当てる。]
[0025] 大規模基地局は、大小規模基地局間でネゴシエーション済みの業務暗号化キーTEKBBS-CBSを利用して、ブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを安全に各小規模基地局に割当てる。又は、大規模基地局が各小規模基地局に割当てたマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSを利用して、ブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを安全に各小規模基地局に通告する。]
[0026] 13）ユーザーが小規模基地局にログオンする時、IEEE802.16eのPKM2プロトコルにより認証認可を行った後、大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを取得する。]
[0027] 13.1）ユーザーが小規模基地局にログオンする時、RSAに基づいた認可プロトコル又はEAP認証プロトコルを実行し、ユーザーと小規模基地局間の身分認証及び認可キーAKBBS-CBSのネゴシエーションを完成する。但し、EAP認証プロトコルを適用する際には、AAAサーバーの参加が必要である；]
[0028] 13.2）当該認可キーAKBBS-CBS に基づいて、ユーザーと小規模基地局は暗号化キー交換プロトコルにより基地局のマルチキャストキー暗号化キーGKEKBS（Group Key Encryption Key）及びマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSの割当を完成する。ここで、マルチキャスト業務暗号化キーGKEKBSは小規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSを含むと共に、大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSも含んでいる。当該ステップにより、認可されたユーザーのみが大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを取得することができ、認可されたユーザーは大規模基地局のブロードキャスト通信を秘密的に受信することができる。]
[0029] 図２を参照して、本発明の実施例２の具体的なステップについて説明する。] 図２
[0030] 21）三要素対等識別に基づいたアクセス制御方法TePA-ACのセキュリティープロトコルを利用して、大規模基地局と小規模基地局間での信頼関係を確立し、安全チャンネルを構築する；]
[0031] 21.1）ネットワークを構築する際に、大小基地局間でアクセス認証と認可プロトコルを実行し、認証サーバーAS（Authentication Server）を利用して大小基地局間での身分認証及び認可キーAKBBS-CBS のネゴシエーションを完成する。]
[0032] 21.2）当該認可キーAKBBS-CBS に基づいて、大小規模の基地局はアクセス業務管理プロトコルにより、大小規模基地局間のユニキャスト業務暗号化キーUTEKBBS-CBS（Unicast Traffic Encryption Key）及び大規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSのネゴシエーションと割当を行う。ここで、大小規模基地局間の業務は大規模基地局が小規模基地局に自分のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSのメッセージ及びその他の管理メッセージを通告することを含む；]
[0033] 22）安全チャンネルを通じて、大規模基地局はブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを秘密的に各小規模基地局に割当てる。]
[0034] 大規模基地局は大小規模基地局間でネゴシエーション済みのユニキャスト業務暗号化キーUTEKBBS-CBSを利用して、ブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを安全に各小規模基地局に割当てる。又は、大規模基地局が各小規模基地局に割当てたマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSを利用して、ブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを安全に各小規模基地局に通告する。]
[0035] 23）ユーザーが小規模基地局にログオンする時、三要素対等識別に基づいたアクセス制御方法TePA-ACのセキュリティープロトコルで認証、認可を行った後、大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを取得する。]
[0036] 23.1）ユーザーが小規模基地局にログオンする時、アクセス認証及び認可プロトコルを実行し、認証サーバーASによりユーザーと小規模基地局間の身分認証及び認可キーAKCBS-MSのネゴシエーションを完成する。]
[0037] 23.2）当該認可キーAKCBS-MS に基づいて、マルチキャストアクセス業務キー管理プロトコルにより、基地局マルチキャストキー暗号化キーGKEKBS及びマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBSの割当を完成する。ここで、マルチキャスト業務暗号化キーGTEKBSは小規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSを含むと共に、大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSも含んでいる。当該ステップにより、認可されたユーザーのみが大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを取得することができ、認可されたユーザーは大規模基地局のブロードキャスト通信を秘密的に受信することができる。]
[0038] 実際の応用では、大規模基地局は異なる放送業務に基づいて、異なるブロードキャスト通信暗号化キーを採用して伝送を保護している。よって、二つの実施例のステップ12）又はステップ22）において各小規模基地局に割当てたブロードキャスト通信暗号化キーは複数であってもよい。安全性を更に高めるために、大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーはダイナミックに更新可能であり、キーが更新された場合、大規模基地局は大規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSにより各小規模基地局に秘密的に通告することができ、また、各小規模基地局は小規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSにより各認可ユーザーに秘密的に通告することができる。]

权利要求:

請求項1
セキュリティープロトコルにより、大規模基地局と小規模基地局の間で安全チャンネルを確立するステップと、大規模基地局は、前記安全チャンネルを通じて、ブロードキャスト通信暗号化キーを各小規模基地局に割当てるステップと、小規模基地局は、前記ブロードキャスト通信暗号化キーを認証認可済みのユーザーに発信するステップと、を含むことを特徴とする広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項2
前記セキュリティープロトコルは、IEEE802.16eの秘密キー管理プロトコルPKM2であることを特徴とする請求項１に記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項3
前記した大規模基地局と小規模基地局の間でセキュリティープロトコルを利用して安全チャンネルを確立するステップは、大規模基地局と小規模基地局の間で、まずRSAに基づいた認可プロトコル又はEAP認証プロトコルを実行し、大規模基地局と小規模基地局の間で身分認証及び認可キーAKBBS-CBSのネゴシエーションを行うステップと、前記認可キーAKBBS-CBSに基づいて、大規模基地局と小規模基地局はキー交換プロトコルにより、大規模基地局と小規模基地局間の業務暗号化キーTEKBBS-CBS及び大規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSのネゴシエーションを行うステップと、を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。。
請求項4
前記した大規模基地局が安全チャンネルを通じてブロードキャスト通信暗号化キーを各小規模基地局に割当てるステップは、大規模基地局がネゴシエーション済みの業務暗号化キーTEKBBS-CBSを利用して、ブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを各小規模基地局に割当てる、又は、大規模基地局が各小規模に割当てたマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSを利用して、ブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを各小規模基地局に通告するステップを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項5
前記した小規模基地局がブロードキャスト通信暗号化キーを認証認可済みのユーザーに発信するステップは、ユーザーが小規模基地局にログオンする時に、RSAに基づいた認可プロトコル又はEAP認証プロトコルを実行し、ユーザーと小規模基地局間の身分認証及び認可キーAKCBS-MSのネゴシエーションを完成するステップと、小規模基地局が前記認可キーAKCBS-MSに基づいたキー交換プロトコルにより、ユーザーにマルチキャストグループ暗号化キーGKEKBSとマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBSを割当てるステップと、を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項6
大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSが更新される場合、大規模基地局は大規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSを通じて各小規模基地局に通告し、更に各小規模基地局は小規模基地局のマルチキャストグループ暗号化キーGKEKBSを通じて認可された各ユーザーに通告することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項7
前記セキュリティープロトコルは、三要素対等識別に基づいたアクセス制御方法TePA−ACのセキュリティープロトコルであることを特徴とする請求項１に記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項8
前記の大規模基地局と小規模基地局の間でセキュリティープロトコルを利用して安全チャンネルを確立するステップは、大規模基地局と小規模基地局の間でアクセス認証と認可プロトコルを実行し、認証サーバーASにより大規模基地局と小規模基地局間の身分認証及び認可キーAKBBS-CBSのネゴシエーションを行うステップと、前記認可キーAKBBS-CBSに基づいて、大規模基地局と小規模基地局はアクセス業務キー管理プロトコルにより、大規模基地局と小規模基地局間のユニキャスト業務暗号化キーUTEKBBS-CBS及び大規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSのネゴシエーションを行うステップと、を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項9
前記した大規模基地局が安全チャンネルを通じて、ブロードキャスト通信暗号化キーを各小規模基地局に割当てるステップは、大規模基地局がネゴシエーション済みのユニキャスト業務暗号化キーUTEKBBS-CBSを利用して、ブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを各小規模基地局に割当てる、又は、大規模基地局が各小規模基地局に割当てたマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSを利用して、ブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSを安全に各小規模基地局に通告するステップを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項10
前記した小規模基地局がブロードキャスト通信暗号化キーを認証認可済みのユーザーに発信するステップは、ユーザーが小規模基地局にログオンする時に、アクセス認証と認可プロトコルを実行し、認証サーバーASによりユーザーと小規模基地局間の身分認証及び認可キーAKCBS-MSのネゴシエーションを完成するステップと、小規模基地局が前記認可キーAKCBS-MSに基づいたマルチキャストアクセス業務キー管理プロトコルにより、ユーザーにマルチキャストグループ暗号化キーGKEKBSとマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBSを割当てるステップと、を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項11
大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーBTEKBBSが更新される場合、大規模基地局は大規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEKBBSを通じて各小規模基地局に通告し、更に各小規模基地局は小規模基地局のマルチキャストグループ暗号化キーGKEKBSを通じて認可された各ユーザーに通告することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。
請求項12
前記マルチキャスト業務暗号化キーGTEKBSは、小規模基地局のマルチキャスト業務暗号化キーGTEK CBSと大規模基地局のブロードキャスト通信暗号化キーBTEK BBSを含むことを特徴とする請求項５又は１０に記載の広帯域無線マルチメディアネットワークブロードキャスト通信の安全伝送方法。