보안 패킷 송신을 위한 암호화 방법과 네트워크에서의 패킷처리 방법 document_id A220623067384

3세대 및 그 이상의 무선 시스템과 같은 현재의 무선 시스템은 초당 수 백 및 수천 킬로미터의 전송 레이트로 패킷 데이터를 송신하고 수신하도록 적응되고 있다. 예시를 통해, 도 1은 "유니버셜 모바일 텔레커뮤니케이션 시스템"에 대한 "UMTS"로 지칭되는 3세대 무선 시스템의 하나의 타입의 고레벨 아키텍처를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 모바일 사용자 터미널(10)은 기지국(20)과 공중 인터페이스를 통해 통신한다. 기지국은 또한 본 명세서에서 "노드 B"로 지칭될 수도 있다. 기지국(20)은 귀로 네트워크(backhaul network)(30)와 통신하며, 이 네트워크는 무선 네트워크 제어기(RNC)(40), 인증 센터(AuC)(50), 모바일 스위칭 센터(MSC)(60),및 도시된 바와 같이 SGSN 및 GGSN의 기능을 조합하는 엘리먼트(70)를 포함한다. RNC는 RNC에 접속된 기지국 세트를 제어한다. 그 기능은 무선 리소스를 관리하는 것이다. 가령, 그것은 호출의 셋업 및 해체(tear-down)와, 음성 및 데이터 트래픽의 처리를 제어한다. 또한, 그것은 셀들간의 하드 핸드오프 및 소프트 핸드오프를 관리한다. AuC는 네트워크에 로그온할려는 자가 누구인지를 인증한다. 특히, AuC는 입력 사용자 터미널에 위치된 SIM 카드를 인증한다. 각각의 가입자에 대해, 가입자와 AuC 간에는 고유의 비밀키가 공유된다. AuC는 입력 가입자에게 공유키로 해쉬되거나 암호화될 랜덤 수(random number)를 전송함으로써 입력 가입자에 신청하고, 그 결과는 AuC에 리턴된다. 리턴된 결과가 동일한 동작으로부터의 AuC 자체의 결과와 매칭되면, 사용자는 네트워크에 가입될 것이다. AuC와 사용자 간에 공유되는 비밀 정보는 또한 암호화 키 CK를 생성하는 데 사용되며, 이 암호화 키는 사용자 및 기지국이 공중을 통해 서로 통신할 때 보안을 제공한다. 이와 관련하여 주목할 것은 다른 표준, 가령 소정의 북미 CDMA 표준에 의하면 사용자 터미널로서 동작하는 셀룰러 전화기는 SIM 카드를 포함하지 않는다는 것이다. 대신에, 제조자에 의해 셀룰러 전화기 하드웨어 내에 전자 일련 번호(ESN)가 삽입된다. 또한, 무선 캐리어는 모바일 식별 번호(MIN)에 의해 셀룰러 전화기를 식별할 수 있다. ESN 및 MIN은 식별을 위해 함께 사용될 수 있으며, 인증 및 보안 절차에서 사용될 수 있다. 또한 주목할 것은 3GPP2에 대한 북미 표준을 포함하는 소정의 표준에 의하면 AuC의 기능과 유사한 기능이 "AAA 서버"로 지칭되는 네트워크 엘리먼트에 의해 수행될 수 있으며, 여기서, "AAA"는 인증, 허가 및 회계보고를 나타낸다. 도 1을 다시 참조하면, MSC는 무엇보다도 서비스 영역 내에서 로밍하고 있는 사용자에 대한 회선 교환 호출 및 이동성 관리를 지원하는 전화 교환기이다. 데이터는 유선 네트워크로부터 MSC로 디지털 인코딩 형태로 직접 전달될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, MSC는 공중 교환 전화 네트워크(PSTN)에 접속한다. AuC는 MSC를 통해 간접적으로 동작하여 인증 기능을 수행한다. SGSN("서빙 GPRS 지원 노드")는 서빙 영역 내의 사용자의 터미널의 위치를 트랙킹하고, 빌링 및 보안 기능을 지원하며, RNC를 향해 다운링크 패킷을 터널링하며(tunnel), RNC로부터 업링크 패킷을 디터널링(detunnel)한다. 패킷의 터널링 및 디터널링은 GPRS 터널링 프로토콜(GTP)에 따라 수행되며, 무엇보다도 이 프로토콜은 모바일 사용자가 이동중에 인터넷 접속을 유지할 수 있게 한다. GGSN("게이트웨이 GPRS 지원 노드")은 외부 패킷 데이터 네트워크와 관련하여 IP 라우터로서 기능한다. 도면에 도시되는 바와 같이, GGSN은 "IP 네트워크"에 접속한다. GGSN은 또한 보안 및 빌링 기능을 지원한다. GTP에 따라, GGSN은 외부 패킷 네트워크 상에서 이송되는 통상의 IP 패킷과 UMTS 코어 네트워크 내에서 터널링되는 GTP 패킷 간의 변환을 수행한다. 외부 패킷 네트워크에 대해, 그것은 비록 이동중일 지라도 사용자를 통해 GGSN에 고정된 것처럼 보인다. 이와 관련하여 주목할 것은 소정의 북미 CDMA 표준과 같은 다른 표준에 의하면 RNC가 SGSN 대신에 PDSN에 접속되어 있다는 것이다. 다시 PDSN은 홈 에이전트(HA)에 접속되어 있다. 또한, PDSN과 RNC 간에서 기지국으로의 통신을 위해 사용되는 터널링 프로토콜은 GTP를 포함하지 않는다. 가령, IEEE 802.16 기반 WiMAX 시스템과 같은 다른 시스템 및 표준은 액세스 게이트웨이(AGW)에 접속된 기지국으로 구성되는 상이한 계층을 사용한다. 전체적으로, 세부사항은 상이하더라도 기능은 유사하다. 기지국은 통상적으로 노출된 위치에 존재하며, 따라서 물리적 침입에 대해 비교적 보안성이 떨어진다. 한편, RNC, MSC, SGSN 및 GGSN은 통상적으로 중앙 오피스(central offices)에 위치하며, 여기서 민감한 네트워크 정보가 도청, 탬퍼링(tampering), 사보타즈(sabotage) 및 도난으로부터 보호될 수 있다. 따라서, 보안 관련 기능의 교환은 물리적으로 안전한 네트워크 엘리먼트의 교환으로 한정되는 반면, 기지국은 암호화된 메시지를 해독하지 않고도 오직 암호화된 데이터를 포워딩하도록만 동작한다. 물리적으로 안전한 네트워크 엘리먼트가 동일한 방식으로 안전한 네트워크에 의해 상호접속되어 있다고 가정되기 때문에, 일반적으로 네트워크 엘리먼트들 간에 보안 터널링을 부가적으로 셋업하기 위한 필수 요건이 존재하지 않는다. 개선된 다양한 아키텍처들이 제안되며, 이 아키텍처는 소정의 네트워크 엘리먼트에서 노출을 보다 더 크게 하며 물리적 보안성을 저하시킬 수 있다. 가령, BSR(기지국 라우터)와 같은 플랫 IP 아키텍처는 RNC, SGSN 및 GGSN의 대부분의 기능을 기지국 내로 통합한다. (다른 버전의 SRR 아키텍처는 UMTS 아키텍처보다는 SAE/LTE 아키텍처와 관련된다. 이러한 제 2 타입의 BSR에서, eNB, MME 및 UPE는 기지국 내로 통합된다. 제각기의 선행 약자는 "enhanced Node B", "Mobility Management Entity" 및 "User Plane Entity"를 나타낸다.) 따라서, 도 2는 가령, BSR(90)과 무선 통신 상태에 있는 모바일 사용자(80)를 도시하며, 이 BSR은 다시 AuC(100), SIP 서버(110), IP 네트워크 및 PSTN을 포함하는 귀로 네트워크에 접속된다. 도시된 바와 같이, IP 네트워크는 BSR을 AuC 및 SIP 서버에 접속한다. SIP("세션 개시 프로토콜")는 VoIP 뿐만 아니라 여러 종류의 매체를 포함한 다른 타입의 대화형 사용자 세션에 대한 인터넷 시그널링 프로토콜이다. 도면에서, SIP 서버 블럭은 VoIP 등에 대한 모든 지원 기능을 나타내는 것을 의미한다. BSR 및 유사한 아키텍처에서, 암호화 및 다른 보안 관련 기능, 및 평탄한 키 및 다른 정보가 물리적으로 노출된 위치에 배치될 수 있다. 또한, BSR은 도청 및 탬퍼링에 대해 공격받기 쉬운 공중 IP 네트워크를 통해 외부 접속을 수행할 수 있다. 그러한 노출의 증가로 인해, 악의의 행위에 대한 새로운 보안을 위한 필요성이 존재한다. 그러나, 귀로 네트워크의 물리적 보호가 보장되지 않기 때문에, 적어도 부분적으로는 그러한 새로운 보안에 대해 논리적으로 기반을 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 새로운 논리 기반의 보안은 가령 일부의 무선 표준과의 호환성 부족으로 인해 또는 무선 표준에 일치되는 동안 인터넷 표준과의 호환성 부족으로 인해 반대에 직면할 수도 있다. 따라서, 특히 필요로 하는 것은 단부간에, 가령 무선 사용자 터미널과 IP 네트워크의 노드 간에 또는 IP 네트워크를 통해 접속된 두개의 무선 사용자 터미널 간에서의 악의의 공격에 대한 효과적인 보안을 위한 것이며, 또한 이러한 보안은 기존의 IP 표준에 대한 커다란 변경없이도 구현될 수 있다.