专利名称：一种认证过程中安全上下文协商方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信系统中安全上下文的协商方法，尤其是涉及一种在安
全上下文已经激活的状态下，进行重新认证和密钥协商(AKA, Authenticate and Key Association)日于，安全上下文的协商方法和系统。
背景技术：
第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE, Long Term Evolution)系 统/系统架构演进(SAE, System Architecture Evolution)的信令平面接入安全采 用两层安全架构，也就是说，接入层(AS， Access Stratum )和非接入层(NAS, Non Access Stratum )的安全机制是分开的，各自拥有自己独立的安全上下文。 AS安全上下文终止于演进节点(eNB, evolved Node B )，由eNB负责生成建 立和管理AS的安全上下文，eNB通过发送AS安全才莫式命令(AS SMC， AS Security Mode Command )激活AS安全上下文，AS安全上下文激活后，UE和 eNB之间无线资源控制消息(RRC， Radio Resource Control)和用户面消息全 部要加密和进行完整性保护。NAS安全上下文终止于移动管理实体(MME, Mobility Management Entity )，由MME负责生成建立、保存和管理NAS的安全 上下文。NAS安全上下文通过NAS安全斗莫式命令(NASSMC， NAS Security Mode Command)消息激活，NAS安全上下文激活后，所有的NAS消息#0口 密和进行完整性保护。NAS层和AS层安全上下文中的密钥都是由根密钥派 KASME生而来，KASME由用户服务识别模块(USIM, User Service Identify Module ) 和归属用户服务器(HSS， Home Subscriber Server)通过AKA产生，当NAS 计数器到达设定的值，或者运营商网络配置策略等原因，UE和网络会启动AKA 机制重新认证并更新KASME。目前技术方案中，由于AKA过程中，USIM和HSS已经采取了措施对i人 证参数进行保护，因此为了提高通信效率，认证请求和认证响应(属于NAS消 息)没有使用AS或NAS安全上下文进行保护，都是用明文发送。但是该方案 出现了缺陷由于MME和UE通过NAS安全命令过程激活NAS安全上下文 后，网络和UE之间所有的NAS消息都要进行机密性保护和完整性保护，造成 UE和网络无法重新进行AKA。因为MME发送认证请求通知UE重新做AKA 时，是使用明文方式发送认证请求消息，而UE仍将使用NAS安全上下文对收 到的认证请求进行解密和完整性验证，很明显解密和完整性验证的结果是错误 的，这样一来，UE会将认证请求消息当做无用消息，丟弃掉，导致认证无法进 行。除非UE必须先解除注册，停止使用当前NAS安全上下文后，才能重新 AKA。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种AKA过程中，安全上下文的 协商方法，解决UE在NAS安全上下文激活的状态下无法重新AKA的问题。 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 一种认证过程中的安全上下文协商方法，包括
用户设备UE和网络在当前非接入层NAS安全上下文激活状态下进行iU正 时，移动管理实体MME使用当前NAS安全上下文对发送给UE的认证请求消 息进行完整性保护和加密，用户服务识别模块USIM验证认证参数后，UE使用 明文发送i^证响应或iU正拒绝给MME。
进一步地，MME发送认证请求消息后，停止使用或删除上行当前NAS安 全上下文，明文处理UE发过来的上行非接入层NAS消息；UE用当前NAS安 全上下文对MME发过来的认证请求消息进行解密和完整性验证处理。
进一步地，UE用当前NAS安全上下文处理认证请求消息时，如果处理失 败，则UE明文发送认证请求接收失败消息给MME, MME收到接收失败消息 后，重新发送用当前NAS安全上下文进行加密和完整性保护的认证请求消息给UE;如果UE处理认证请求消息成功，则USIM进行认证令牌验证和产生认证 参数RES。
进一步地，USIM验证认证令牌后，UE停止使用或删除当前上下行NAS 安全上下文。
进一步地，若USIM验证认证令牌正确，则UE用明文发送认证响应消息 给MME;若USIM验证认证令牌不正确，则UE用明文发送认证拒绝消息给 MME。
进一步地，MME将UE发过来的认证响应消息中的认证参数RES和归属 用户服务器HSS发过来的参数XRES比较，如果两者相同，则MME删除上下 行当前NAS安全上下文。
进一步地，MME收到UE发过来的认证拒绝消息后，重新做明文状态下的 认证和密钥协商AKA。
本发明的另一目的在于提供一种安全上下文的协商系统，为达到上述目的， 本发明的技术方案是这样实现的
一种认证过程中的安全上下文协商系统，包括用户设备UE和移动管理实 体MME，
所述MME还包含
认证请求加密和完整性保护模块，用于使用当前NAS安全上下文对认证请 求消息进行加密和完整性保护，并将认证请求消息发送给UE;
上行安全上下文去激活模块，用于停止使用上行当前NAS安全上下文，对 UE发过来的上行NAS消息进行明文处理；
第一当前安全上下文删除模块，用于收到UE发过来的认证响应消息或认 证拒绝消息后，删除在进行AKA前已激活的当前NAS安全上下文；
所述UE还包括
认证请求解密和完整性验证模块，用于使用当前NAS安全上下文对收到的 认证请求消息进行解密和完整性验证；
认证模块，用于从所述认证请求解密和完整性验证模块处理后的认证请求
6中获取认证参数并进行认证令牌验证、序列号检查和产生认证参数RES;若认 证令牌和认证序列号检查正确，则UE用明文发送认证响应消息给MME;否则 UE用明文发送认证拒绝消息给MME;
第二当前安全上下文删除模块，用于在发送认证响应消息或认证拒绝消息 前删除当前NAS安全上下文。
进一步地，所述UE侧还包含
认证请求处理结果判断模块，用于对所述认证请求解密和完整性验证模块 的处理结果进行判断，若处理失败则发送认证请求接收失败消息给MME;否 则将认证参数传给所述认证模块；
所述MME还包含
重发认证请求模块，用于响应UE侧认证请求处理结果判断模块发送的认 证请求接收失败消息，在UE用当前NAS安全上下文处理认证请求消息失败时 重发用当前NAS安全上下文保护的认证请求消息给UE侧的认证请求解密和完 整性验证模块。
本发明中，MME通过使用当前安全上下文对认证请求进行加密和完整性 保护，使认i正请求消息能顺利通过UE对NAS消息的处理，通过认证请求消息 触发MME和UE停止4吏用当前NAS安全上下文，4吏l正和MME能明文处理 后续的认证请求以及后续可能出现第二次AKA，节省了 UE和MME的处理时 间。
图1为本发明所述安全上下文协商方法的实现方法流程图2为本发明所述安全上下文协商方法的信令流程图3为本发明所述安全上下文协商方法的系统结构示意图。
具体实施例方式
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，
7本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
本实施例中，在终端和网络双方的NAS安全上下文已经激活的状态下，进 行AKA时，MME发送由当前安全上下文进行加密和完整性保护的认证请求消 息给终端，终端用当前安全上下文成功解密和完整性验证MME发过来的认证 请求后，删除或停止使用当前NAS安全上下文，用明文发送认证响应消息给 MME。 MME在发送认证请求消息给UE后，停止4吏用上行当前安全上下文， 收到UE发过来的认证响应消息后，删除当前上下行的安全上下文。
图1示出了在AKA过程中，NAS安全上下文协商方法的实现流程图，包 括以下步骤
步骤S101:在NAS安全上下文激活状态下，网络侧决定重新进行AKA; UE和网络的NAS安全上下文已经激活的状态下，所有UE和网络侧之间 的NAS消息都必须执行加密和完整性保护，但由于以下原因，网络侧可能会决 定重新进行AKA,以更替根密钥KASME:
(1 ) NAS计数器的数值达到预定的值，MME触发AKA; (2 )由于KASME生存时间过长超过了生存周期，HSS主动发起认证请求触 发AKA;
(3 )UE从其他接入网，例如UTRAN，转移到LTE网络，MME触发AKA。 (4)由于运营商网络配置的要求，网络触发AKA。
步骤S102: MME发送认证请求消息给UE，认证请求消息使用当前激活的 NAS安全上下文进4亍加密和完整性保护。MME对后续上行NAS消息进行明文 接收处理。
MME发认证请求消息给UE,该消息使用当前安全上下文进行加密和进行 完整性保护，认证请求消息的安全头信息单元(IE， Information Elements)设 为"当前安全上下文加密和完整性保护"。其中安全头信息单元为NAS消息的安 全策略，提示对该NAS消息采取何种安全措施，如0000表示"明文处理"，0001 表示"用当前安全上下文完整性保护，，，0010表示"用当前安全上下文完整性保护和加密，，等。认证请求消息中携带认证令牌AUTN、随机数RAND和认证管理 域AMF,其中AUTN包含认证码MAC、认证序列号SQN等认证参数。MME 在发送认证请求消息给UE后，停止使用上行NAS安全上下文，使用明文方式 对上行NAS消息进行接收处理。
步骤S103: UE使用当前NAS安全上下文对接收到的认证请求消息进行解 密和完整性验证。如果失败执行步骤S104，如果成功执行步骤S105。
步骤S104:如果UE使用当前安全上下文对认证请求消息解密和完整性验 证失败，则停止使用上行当前安全上下文，用明文发送认证请求接收失败消息 给MME,通知MME重新发送认证请求。MME收到该消息后，重新执行步骤 S102。
步骤S105:如果UE成功解密和完整性验证认证请求消息，UE将随机数 RAND和认证令牌AUTN传给UE中的通用用户识别模块USIM，由USIM执 行对网络的认证，方法为，USIM使用RAND和自身存储的永久性密钥K和序 列号SQN等一起计算出XMAC，判断XMAC和AUTN中的MAC是否一致， AMF的值是否正确，并检查SQN是否在正确的范围内，如果AUTN参数验证 成功，USIM产生认证参数RES和密钥KASME。
若USIM对网络的认证成功，则执行步骤S106;否则执行步骤S107;
步骤S106: UE停止使用当前NAS安全上下文，发认证响应消息给MME, 其中认证响应为明文发送，其安全认证头IE设为"明文处理"，携带认证参数 RES;然后纟丸行步骤108;
步骤S107: UE停止使用当前NAS安全上下文，UE使用明文向MME发 送认证拒绝消息，其安全认i正头IE设为"明文处理"，然后执行步骤S110;
步骤S108: MME判断是否在规定时间内收到UE发过来的认证响应，若 是则执行步骤S109;否则扭J亍步骤S110;
步骤S109: MME比较UE发过来的RES和HSS发过来的XRES是否相同， 如果相同，执行步骤Slll，否则执行步骤SllO。
步骤S110:如果RES和XRES不相同，MME删除上下行当前安全上下文，做明文状态下的AKA，即认证请求和认证响应消息都是明文处理，没有安全上
下文保护。
步骤S111:如果RES和XRES相同，则MME删除存在的上下行当前安全 上下文(指执行AKA前激活的NAS安全上下文)，AKA结束。
图2示出在当前NAS安全上下文激活状态下AKA过程，安全上下文协商 的信令流程图，包括以下步骤
步骤S201 ， MME发送认证请求消息给UE,其中认证请求消息携带AUTN 等认证参数，认证请求使用当前NAS安全上下文进行加密和完整性保护。
步骤S202， MME在发送认证请求消息给UE后，MME停止使用当前NAS 安全上下文，用明文处理收到NAS上行消息。
步骤S203， UE使用当前NAS安全上下文对认证请求消息进行解密和完整 性验证。如果成功，USIM则开始验证认证令牌AUTN中的MAC和自身产生 XMAC是否一致，并产生Kasme和RES。 UE删除或停止使用当前NAS安全上 下文。
步骤S204，如果USIM验证成功，UE发送认证响应消息将RES发给MME， 其中认证响应消息用明文发送，其安全头的ie设为"明文处理"。
步骤S205， MME对比UE发过来的RES和HSS发过来的XRES，如果一 致，则AKA完成。
步骤S206，如果USIM验证AUTN不成功，则发认证拒绝消息给MME， 该消息用明文发送。
步骤S207 ，当MME在规定的时间内没有收到UE发过来认证响应消息， 或者收到UE发过来的认证拒绝消息或者MME验证RES和XRES不一致，则 UE和网络需要重新做AKA，此时由于NAS安全上下文已经没有激活，可以做 明文状态下的AKA。
本发明实施例中还提供一种AKA过程中安全上下文协商方法的系统，如 图3所示，该系统由终端侧UE和网络侧MME两个部分组成，其中
MME包括
10认证请求加密和完整性保护模块，用于使用当前NAS安全上下文对认证请
求消息进行加密和完整性^隊护；
上行安全上下文去激活;漢块，用于停止使用上行当前NAS安全上下文，对 UE发过来的上行NAS消息进行明文处理；
重发认证请求模块，用于在UE用当前NAS安全上下文处理认证请求消息 失败时重发用当前NAS安全上下文保护的iU正请求
第一当前安全上下文删除模块，用于收到UE发过来的认证响应消息或认 证拒绝消息后，删除在进行AKA前已激活的当前NAS安全上下文。
UE包括
认证请求解密和完整性—验证模块，用于使用当前NAS安全上下文对收到的 认证请求消息进行解密和完整性性验证；
认证请求处理结果判断模块，用于对所述认证请求解密和完整性验证模块 的处理结果进行判断，若处理失败则发送认证请求接收失败消息给MME;否 则将认证参数传给USIM处理；
认证模块，用于从所述认证请求解密和完整性验证模块处理后的认证请求 中获取认证参数并进行认证令牌验证和产生认证参数RES;若认证令牌正确， 则UE用明文发送认证响应消息给MME;否则UE用明文发送认证拒绝消息给 MME;
第二当前安全上下文删除^:莫块，用于在发送认证响应消息或认证拒绝消息
前删除当前NAS安全上下文。
以上实施例中MME通过使用当前安全上下文对认证请求进行加密和完整 性保护，使认证请求消息能顺利通过UE对NAS消息的处理，通过认证请求消 息触发UE删除或停止当前NAS安全上下文，同时MME也停止上行NAS安 全上下文，使UE和MME能明文处理后续的认证请求和后续可能出现的第二 次AKA,节省了 UE和MME的处理时间。该实施例保证了 UE和网络在NAS 当前安全上下文已经激活的状态下，能够顺利进行AKA。
以上实施例中所提到的当前安全上下文均特指在进行AKA之前UE和MME之间已经激活的NAS安全上下文。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以 用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多 个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码 来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们 分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集 成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领 域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。
权利要求
1、一种认证过程中安全上下文协商方法，其特征在于，包括用户设备UE和网络在当前非接入层NAS安全上下文激活状态下进行认证时，移动管理实体MME使用当前NAS安全上下文对发送给UE的认证请求消息进行完整性保护和加密，用户服务识别模块USIM验证认证参数后，UE使用明文发送认证响应或认证拒绝给MME。
2 、如权利要求1所述的方法，其特征在于，MME发送认证请求消息后， 停止使用或删除上行当前NAS安全上下文，明文处理UE发过来的上行非接入 层NAS消息；UE用当前NAS安全上下文对MME发过来的iU正请求消息进行 解密和完整性验证处理。
3、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，UE用当前NAS安全上下文处 理认证请求消息时，如果处理失败，则UE明文发送认证请求接收失败消息给 MME， MME收到接收失败消息后，重新发送用当前NAS安全上下文进行加密 和完整性保护的认证请求消息给UE;如果UE处理认证请求消息成功，则USIM 进行认证令牌验证和产生认证参数RES 。
4、 如权利要求3所述的方法，其特征在于，USIM验证认证令牌后，UE 停止使用或删除当前上下行NAS安全上下文。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，若USIM验证认证令牌正确， 则UE用明文发送认证响应消息给MME;若USIM验证认证令牌不正确，则 UE用明文发送认证拒绝消息给MME。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，MME将UE发过来的认证响 应消息中的认证参数RES和归属用户服务器HSS发过来的参数XRES比较， 如果两者相同，则MME删除上下行当前NAS安全上下文。
7、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，MME收到UE发过来的认证 拒绝消息后，重新做明文状态下的认证和密钥协商AKA。
8、 一种认证过程中安全上下文协商系统，包括用户设备UE和移动管理实体MME,其特征在于 所述MME还包含认证请求加密和完整性保护模块，用于使用当前NAS安全上下文对认证请 求消息进行加密和完整性保护，并将认证请求消息发送给UE;上行安全上下文去激活it块，用于停止使用上行当前NAS安全上下文，对 UE发过来的上行NAS消息进行明文处理；第一当前安全上下文删除才莫块，用于收到UE发过来的认证响应消息或认 证拒绝消息后，删除在进行AKA前已激活的当前NAS安全上下文；所述UE还包括认证请求解密和完整性验证模块，用于使用当前NAS安全上下文对收到的 认证请求消息进行解密和完整性验证；认证模块，用于从所述认证请求解密和完整性验证模块处理后的认证请求 中获取认证参数并进行认证令牌验证、序列号检查和产生认证参数RES;若认 证令牌和认证序列号检查正确，则UE用明文发送认证响应消息给MME;否则 UE用明文发送iU正拒绝消息给MME;第二当前安全上下文删除模块，用于在发送认证响应消息或认证拒绝消息 前删除当前NAS安全上下文。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述UE侧还包含认证请求处理结果判断模块，用于对所述认证请求解密和完整性验证模块 的处理结果进行判断，若处理失败则发送认证请求接收失败消息给MME;否 则将认证参数传给所述认证模块；所述MME还包含重发认证请求模块，用于响应UE侧认证请求处理结果判断模块发送的认 证请求接收失败消息，在UE用当前NAS安全上下文处理认i正请求消息失败时 重发用当前NAS安全上下文保护的认证请求消息给UE侧的认证请求解密和完 整性验证模块。
全文摘要
本发明公开了一种在安全上下文已经激活的状态下，进行重新认证和密钥协商时，安全上下文的协商方法和系统，用于解决UE在NAS安全上下文激活的状态下无法重新AKA的问题。MME通过使用当前安全上下文对认证请求进行加密和完整性保护，使认证请求消息能顺利通过UE对NAS消息的处理，通过认证请求消息触发MME和UE停止使用当前NAS安全上下文，使UE和MME能明文处理后续的认证请求以及后续可能出现第二次AKA，节省了UE和MME的处理时间。
文档编号H04W28/16GK101505479SQ20091007998
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月16日 优先权日2009年3月16日
发明者张旭武, 滕志猛, 露 甘 申请人:中兴通讯股份有限公司