专利名称：一种ak上下文的处理方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种AK上下文的处理方法。
背景技术：
根据802.16协议，终端要与基站通信，必须建立相同的授权密钥上下文，即AK上下文。AK上下文包括授权密钥(AK)、授权密钥标识(AKID)、授权密钥序列号(AK Sequence Number)、授权密钥生存期(AK Lifetime)、对偶主密钥序列号(PMK Sequence Number)、上行链路消息完整性保护密钥(HMAC/CMAC_KEY_U，简称PN_U)、上行链路消息防止重放攻击包序列号(HMAC/CMAC_PN_U)、下行链路消息完整性保护密钥(HMAC/CMAC_KEY_D，简称PN_D)、下行链路消息防止重放攻击包序列号(HMAC/CMAC_PN_D)、密钥加密密钥(KEK)、完整性加密密钥(EIK)。在本文中“PN”为HMAC/CMAC_PN_U和HMAC/CMAC_PN_D的统称。其中，HMAC/CMAC_KEY_U、HMAC/CMAC_KEY_D由基站根据AK、终端MAC地址、基站标识计算得到，分别用于对上下行链路消息提供完整性保护。PN_U和PN_D是两个32位计数器，在AK上下文建立时，这两个计数器的值都为0，之后每使用HMAC/CMAC_KEY_U对上行消息提供一次完整性保护，终端就把PN_U的值增加1；每使用HMAC/CMAC_KEY_D对下行消息提供一次完整性保护，基站就把PN_D的值增加1。如果PN_U或PN_D的数值空间耗尽(即这两个值中任一个到达2^32-1)，或是AK上下文中AK生存期到期，都意味着该AK生存期结束，在此之前应当申请新的AK。
AK上下文的建立过程如图1所示，具体步骤描述如下(1)终端与基站建立好通信链路；(2)终端与核心网(CSN)的认证、授权、计费(AAA)服务器通过可扩展认证协议(EAP)认证方式，在两侧建立起共享的主会话密钥(MSK)；(3)AAA服务器把MSK传递给终端所在接入服务网络(ASN)内的鉴权器；(4.1)终端从MSK产生PMK，从PMK产生AK，继而生成全部AK上下文；(4.2)鉴权器从MSK产生PMK，从PMK产生部分AK上下文，包括AK，AK标识，AK序列号，AK生存期，PMK序列号，EIK；(5)鉴权器把已产生的部分AK上下文发送给基站；(6)基站根据AK产生剩余部分AK上下文，包括HMAC/CMAC_KEY_U，PN_U，HMAC/CMAC_KEY_D，PN_D，KEK；
(7)终端和基站用建立的AK上下文保护后续通信。
当终端切换到目标基站后，不一定重鉴权，但AK需要更新。如果此时AK上下文中的PN_U和PN_D重新计数的话，当终端两次进入同一基站时，就可能受到重放攻击。所谓重放攻击是攻击者在通信双方(A、B)的某次交互过程中截获A(或B)发送的数据，在以后的某个合适的时机，向B(或A)重新发送它截获的数据，如果数据中没有包含足够的信息使得B(或A)能判断数据是第一次发起的还是重放的数据，攻击者就能冒充通信中的一方去欺骗另一方，从而达到攻击网络的目的。
为了保证在切换时，不受到重放攻击，一种做法是在终端和基站两侧缓存AK上下文。终端每到一个基站，双方就各自创建一个AK上下文，即使终端离开后也不删除。基站侧相同，每有一个终端接入，就为它创建一个AK上下文。这样当终端在基站之间移动时，不同的基站使用不同的AK上下文，可以避免重放攻击。
该技术的缺点是在终端和网络侧需要缓存的AK上下文数量难以确定，且可能巨大，给实现带来了困难。主要存在以下问题问题1需要缓存的AK上下文数量难以确定。在终端侧，要缓存在AK生命周期(通常是若干天)内经过的所有BS的AK上下文，可能数十上百个。而BS侧需要缓存所有曾经到过这里的MS的AK上下文，数目就更难定了，可能成千上万。
问题2当任何一个缓存的AK丢失时，处理起来很麻烦。例如假设终端在BS1，BS2缓存的AK丢失时，系统需要在BS1做重认证，因此BS1需要知道BS2丢失了AK。而实际上甚至BS2自己都可能不知道AK曾经丢过，比如BS2重启过，等等。
问题3如BS2丢失了缓存的AK，而终端回到BS2时，切换将不成功。
问题4如果终端丢失了BS2的AK，而回到BS2时，只能重新发起初始认证，降低了系统的安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种AK上下文的处理方法，该方法不需要终端和网络缓存AK上下文。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案一种AK上下文的处理方法，基站共享终端的AK上下文，当终端在不同的基站之间移动时，PN_D值和PN_U值保持上升；具体包括以下步骤首先，在切换时，目标基站从服务基站获得终端的PN_U值，用于检验来自终端的RNG_REQ是否合法；
其次，终端保存着PN_U和PN_D，前者表示下一个上行消息将要使用的PN_U的最小值，后者表示下一个下行消息中出现的PN_D的最小合法值。在终端向目标基站发第一个消息RNG_REQ(802.16系统中终端在切换时发给基站的第一条消息)时，如果PN_D大于PN_U，则需要先让PN_U大于等于PN_D，然后再发RNG_REQ；最后，目标基站收到终端的第一个消息RNG_REQ后，先用来自于服务基站的PN_U做消息检验，通过后，把本地的PN_D置为收到的PN_U。
其中，目标基站从服务基站获得终端PN_U值的方法可采用以下三种方式1.在切换准备阶段获得服务基站在该阶段给所有目标基站发PN_U值。切换准备阶段可以由终端通过切换请求(MOB_MSHO_REQ)消息触发，也可以由服务基站自行发起。
2.在切换实施阶段获得服务基站在收到终端的切换指示(MOB_MSHO_IND)后，给目标基站发PN_U值。
3.如果目标基站事先没有收到PN_U值，则在收到终端的RNG_REQ后，需要向服务基站发消息请求获得PN_U，服务基站应在响应消息中把PN_U告诉目标基站。
在以上三种方案中，服务基站和目标基站之间都不一定有可直达的路径，而可能需要通过中间网元的处理和转发。
本发明技术方案简单可行，该方法不需要终端和网络缓存AK上下文。避免了AK缓存方案存在的实现困难。便于系统切换，提高了系统的安全性。
图1为现有技术中AK上下文建立过程；图2为本发明方法的实施例。
具体实施例方式
以下结合附图及实施例，进一步说明本发明。
如图2所示，一种AK上下文的处理方法，基站共享终端的AK上下文，当终端在不同的基站之间移动时，PN_D值和PN_U值保持上升。当PN值到极限时进行重认证，更新AK，并对PN值重新计数，其中，目标基站从服务基站获得终端PN_U值的方法可采用以下三种方式1.在切换准备阶段获得服务基站在该阶段给所有目标基站发PN_U值。切换准备阶段可以由终端通过切换请求(MOB_MSHO_REQ)消息触发，也可以由服务基站自行发起。
2.在切换实施阶段获得服务基站在收到终端的切换指示(MOB_MSHO_IND)后，给目标基站发PN_U值。
3.如果目标基站事先没有收到PN_U值，则在收到终端的RNG_REQ后，需要向服务基站发消息请求获得PN_U，服务基站应在响应消息中把PN_U告诉目标基站。
在实施例中，PN_U的值在切换实施阶段获得，服务基站(正在为终端提供服务的基站)和目标基站(切换后需要为终端提供服务的基站，可能有多个候选)之间没有直达的路，同属于一个接入服务网网关(ASN GW)控制。由于切换准备阶段为现有技术，图2中忽略了切换准备阶段的过程。
1.开始时，终端和服务基站通信，双方的PN_U和PN_D是一致的，假设分别为11和20。
2.终端向服务基站发切换请求(MOB_MSHO_IND)，消息中的PN_U为11，发出该消息后，终端把本地的PN_U改为12。服务基站在收到MOB_MSHO_IND，并确认有效后，也把本地的PN_U改为12。然后基站向ASN GW发切换确认(HO_CONFIRM)，消息中至少携带PN_U值。
3.ASN GW把HO_CONFIRM发到目标基站，于是目标基站就得到了PN_U的值，为12。
4.终端要在目标基站接入，于是它先判断PN_U和PN_D的值，发现PN_U＜PN_D，于是把PN_U的值改为和PN_D相等，为20。然后终端发出RNG_REQ(这是802.16系统中终端在切换时发给基站的第一条消息)给目标基站，消息中的PN_U为20，发出该消息后，终端把本地的PN_U改为21。
5.目标基站收到来自终端的RNG_REQ后，发现消息中的PN_U比本地保存的大，所以认为消息合法。目标基站把本地的PN_D置为收到的PN_U，把本地的PN_U置为收到的PN_U+1，此时本地的PN_U和PN_D分别为20和21。
6.目标基站向终端返回RNG_RSP(对上述RNG_REQ消息的响应)，消息中的PN_D为20，发出该消息后，目标基站把本地的PN_D改为21。终端收到RNG_RSP，并确认有效后，也把本地的PN_D改为21。
7.在后续的过程中，有关PN_D和PN_U的变化完全按照802.16的规定进行。
权利要求
1.一种AK上下文的处理方法，其特征在于包括以下步骤1)基站共享终端的AK上下文，当终端在不同的基站之间移动时，PN_D值和PN_U保持上升；2)切换时，终端使用的PN_D值不小于本地保存的原有的PN_D值，基站使用的PN_D值不小于终端使用的PN_D值。
2.根据权利要求1所述的一种AK上下文的处理方法，其特征在于所述步骤2)具体包括以下步骤(1)在切换时，目标基站从服务基站获得终端的PN_U值；(2)终端保存PN_U值和PN_D值，在终端向目标基站发第一个RNG_REQ时，如果PN_D大于PN_U，则设定PN_U值大于等于PN_D值，然后再发RNG_REQ；(3)目标基站收到终端的第一个消息RNG_REQ后，用来自于服务基站的PN_U做消息检验，通过后，把本地的PN_D置为大于等于收到的PN_U值。
3.根据权利要求2所述的一种AK上下文的处理方法，其特征在于所述步骤(1)中，服务基站在切换准备阶段向所有目标基站发PN_U值，所述目标基站接收该PN_U值。
4.根据权利要求3所述的一种AK上下文的处理方法，其特征在于所述服务基站向所有目标基站发PN_U值通过来自终端的MOB_MSHO_REQ消息触发或者由服务基站自行发起。
5.根据权利要求2所述的一种AK上下文的处理方法，其特征在于所述步骤(1)中，在切换实施阶段服务基站在收到终端的MOB_MSHO_IND后，给目标基站发PN_U值。
6.根据权利要求2所述的一种AK上下文的处理方法，其特征在于所述步骤(1)中，当目标基站事先没有收到PN_U值时，在收到终端的RNG_REQ后，需要向服务基站发消息请求获得PN_U值，服务基站应在响应消息中把PN_U值告诉目标基站。
7.根据权利要求2所述的一种AK上下文的处理方法，其特征在于所述步骤(1)中，如果PN_D值大于PN_U值，则先让PN_U值等于PN_D值，所述步骤(3)中本地的PN_D置为等于收到的PN_U值。
全文摘要
一种AK上下文的处理方法，基站共享终端的AK上下文，当终端在不同的基站之间移动时，PN_D值和PN_U值保持上升；具体包括以下步骤首先，在切换时，目标基站需要从服务基站获得终端的PN_U值，用于检验来自终端的RNG_REQ是否合法；其次，终端保存着PN_U和PN_D，前者表示下一个上行消息将要使用的PN_U的最小值，后者表示下一个下行消息中出现的PN_D的最小合法值。在终端向目标基站发第一个消息RNG_REQ时，如果PN_D大于PN_U，则需要先让PN_U大于等于PN_D，然后再发RNG_REQ；最后，目标基站收到终端的第一个消息RNG_REQ后，先用来自于服务基站的PN_U做消息检验，通过后，把本地的PN_D置为收到的PN_U。本发明技术方案简单可行，避免了AK缓存方案存在的实现困难。
文档编号H04W36/24GK1852614SQ20061003389
公开日2006年10月25日 申请日期2006年2月20日 优先权日2006年2月20日
发明者林志斌, 单长虹 申请人:华为技术有限公司