-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der empfangsseitigen
Entschlüsselung
von vor einer Übertragung über eine
Funkschnittstelle verschlüsselten
Datenpaketen in einem Funk-Kommunikationssystem, insbesondere in
einem Mobilfunksystem.
-
Das
im Rahmen der 3GPP (3rd Generation Partnership Project, Internet
WWW.3GPP.org) standardisierte digitale Mobilfunksystem der dritten
Generation UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) wird
derzeit bezüglich
einer effizienteren Übertragung
von Paketdaten zu Endgeräten
durch die Definition des so genannten HSDPA (High Speed Downlink
Packet Access) erweitert. Hierzu sei auf die technischen Spezifikationen
3GPP TS 25.308 V5.5.0 (2004-03) bzw. 3GPP TS 25.308 V6.1.0 (2004-03) verwiesen.
Ein oder mehrere HSDPA-Kanäle
werden dabei zeitlich getrennt zur Übertragung von Datenpaketen
von der Netzseite zu unterschiedlichen Endgeräten genutzt, wodurch die zur
Verfügung
stehenden Übertragungsressourcen
der Funkschnittstelle effizienter genutzt werden können.
-
In
dem UMTS-Mobilfunksystem erfolgt generell vor einer Übertragung
einer Nachricht über
die Funkschnittstelle eine sendeseitige Verschlüsselung der diese Nachricht
enthaltenden Datenpakete mittels eines jeweiligen Schlüssels, dem
so genannten Cyphering Key. Damit es zu keiner Wiederholung des verwendeten
Schlüssels
kommt, wird der Schlüssel zusätzlich von
einer Sequenznummer des jeweiligen Datenpakets abhängig generiert,
wodurch jedes in einem logischen Kanal übertragene Datenpaket einen
untschiedlichen Schlüssel
verwendet. Die allgemeine Prozedur der Verschlüsselung ist in den technischen
Spezifikationen 3GPP TS 33.102 V5.3.0 (2003-09) bzw. 3GPP TS 33.102
V6.0.0 (2003-09) in den Kapiteln 6.6.3 und 6.6.4 dargestellt.
-
Für den besonderen
Fall des so genannten unbestätigten
(unacknowledged) RLC Mode (Radio Link Control) wiederholt sich die
Sequenznummer nach jeweils 128 Datenpakete. Um jedoch weiterhin eine
Wiederholung des generierten Schlüssels zu vermeiden, sind sowohl
in dem Endgerät
als auch in der Funknetzsteuerung (RNC – Radio Network Controller)
interne Zähler
verwirklicht, die bei jedem Überlauf
der Sequenznummer hochzählen.
Der jeweils aktuelle Wert des Zählers
wird zusätzlich
für die Generierung
des Schlüssels
berücksichtigt.
-
Insbesondere
bei der Übertragung
von Datenpaketen in den oben genannten HSDPA-Kanälen kann jedoch der Fall auftreten,
dass beispielsweise aufgrund von Störungen des physikalischen Übertragungskanals
mehr als 128 Datenpakete in Folge nicht von einem adressierten Endgerät empfangen bzw.
detektiert werden. In diesem Fall würde der netzseitige Zähler nach
128 gesendeten Datenpaketen hochzählen, der Zähler in dem Endgerät jedoch nicht.
Auch würde
das Netzwerk aufgrund des unbestätigten
Modus keinerlei Kenntnis über
den Nichtempfang der Datenpakete durch das Endgerät erhalten.
Als Folge der unterschiedlichen Werte der Zähler wäre das Endgerät nicht
mehr in der Lage, nachfolgend korrekt empfangene Datenpakete zu
Entschlüsseln.
Ein Wiederaufbau der logischen Verbindung zur wiederholten oder
fortgesetzten Übertragung
der nichtempfangenen Datenpakete wäre in diesem Fall nur über einen
Abbruch des Verbindung und nochmalige Durchführung des Authentisie rungsprozesse
möglich,
was jedoch nachteilig sehr zeitaufwändig ist.
-
Unterschiedliche
Lösungen
wurden bereits im Rahmen der Standardisierung vorgeschlagen. So wäre es möglich, die
Datenrate für
den nichtbestätigten
Modus soweit herabzusetzen, dass ein Verlust von mehr als 128 Datenpaketen
in Folge unwahrscheinlich wird. Dies würde jedoch zu einer nachteiligen
Beschränkung
der Übertragungskapazität und damit
der Nutzbarkeit führen.
Ein weiterer Vorschlag geht dahin, lediglich einen bestätigten Modus
einzusetzen. Dies würde
jedoch eine erhöhte
Signalisierungs- und Verarbeitungslast in der Aufwärtsrichtung bedingen,
welches wiederum zu einer Beschränkung der Übertragungskapazität führen würde. Auch
eine spezielle Signalisierung des aktuelle Wertes des netzseitigen
Zählers
zu den jeweiligen Endgeräten würde nachteilig Übertragungsressourcen
binden.
-
Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Station
anzugeben, die dieses Problem ohne zusätzliche Belastung der begrenzt zur
Verfügung
stehenden Funkressourcen lösen. Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der
Erfindung sind jeweils abhängigen
Patentansprüchen
entnehmbar.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
basiert auf einer Ver- und Entschlüsselung von Datenpaketen unter
Verwendung von Schlüsseln,
die auf Basis eines Indikators erzeugt wurden, wobei der Indikator jeweils
einer Anzahl von Datenpaketen zugeordnet ist. Erfindungsgemäß wird bei
einer nicht erfolgreichen Entschlüsselung eines Datenpakets unter
Verwendung eines als aktuell gültig
angenommenen Indikators ein weiterer Versuch zur Entschlüsselung unternommen,
diesmal jedoch unter Verwen dung eines mit einem geänderten
Indikator erzeugten Schlüssel.
-
Vorteilhaft
wird das Verfahren in einem Funk-Kommunikationssystem bei einer Übertragung von
Datenpaketen über
eine Funkschnittstelle eingesetzt. In diesem Fall kann eine eingangs
beschriebene Unterbrechung der sende- und empfangsseitigen Synchronität der Erzeugung
des Indikators auftreten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
kann diese Synchronität
wieder hergestellt werden, indem der Indikator empfangsseitig verändert und
somit ein entsprechend veränderter
Schlüssel
zum Entschlüsseln des
Datenpakets erzeugt wird.
-
Wird
für die
Realisierung in der Praxis beispielhaft angenommen, dass der Indikator
einem Wert eines Zählers
entspricht, so wird der Wert des Zählers erhöht und basierend hierauf der
Schlüssel erzeugt.
Die Veränderung
des Indikators und damit des Schlüssels kann gegebenenfalls mehrfach
bis zu einer erfolgreichen Entschlüsselung durchgeführt werden,
jedoch ist auch eine vorgegebene oder signalisierte maximale Anzahl
der Erhöhung
des Wertes denkbar.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer erfolgreichen Entschlüsselung
des Datenpakets unter Verwendung des mit einem veränderten
Indikator erzeugten Schlüssels
dieser veränderte
Indikator ebenfalls als Basis für
die Erzeugung von Schlüsseln
für die
Entschlüsselung
von nachfolgenden Datenpaketen verwendet. Hierdurch wird vorteilhaft
auf die bei der Entschlüsselung
des Datenpakets gewonnenen Erkenntnisse für die Verarbeitung weiterer
Datenpakete zurück
gegriffen und somit Rechenleistung und Zeit eingespart werden.
-
Die
erfindungsgemäße Station
weist neben bekannten, für
eine Kommunikation mit weiteren Komponenten des Funk-Kommunikationssystems erforderlichen
Komponenten zumindest eine Einrichtung zum Erzeugen von Schlüsseln auf
Basis eines jeweils einer Anzahl von Datenpaketen zugeordneten Indikators
und zum Entschlüsseln
von verschlüsselten
Datenpaketen mittes der erzeugten Schlüssel sowie eine Einrichtung
zum Steuern einer Veränderung
des Indikators bei einer nicht erfolgreichen Entschlüsselung
eines der Datenpakete mit einem aktuell erzeugten Schlüssel auf.
-
Besonders
vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Station als ein Endgerät, beispielsweise
ein mobiles oder stationäres
Teilnehmerendgerät,
ausgestaltet. Die erfindungsgemäßen Einrichtungen können jedoch
alternativ oder ergänzend
in einer Netzkomponente, beispielsweise in einer Basisstation und/oder
Funknetzsteuerung des Funk-Kommunikationssystems verwirklicht sein.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die
Figuren zeigen dabei
-
1 Komponenten
eines Funk-Kommunikationssystems mit Einrichtungen zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
und
-
2 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Unter
dem Begriff Station wird im Umfang der Erfindung ein über Funk
kommunikationsfähiges mobiles
oder stationäres
Teilnehmerendgerät
UE (User Equipment), oder aber auch eine beispielsweise einer Maschine
zugeordnete Funkstation verstanden. Das beschriebene Verfahren kann
jedoch in gleicher Weise in entsprechenden Einrichtungen in Netzkomponenten
des Funk-Kommunikationssystem, beispielsweise in Basisstationen
NB (Node B) und/oder Funknetzsteuerungen RNC (Radio Network Controller)
realisiert werden. Alle nachfolgend beschriebenen und für die Implementierung
der Erfindung ausgestalteten Einrichtungen sind jeweils neben weiteren,
dem Fachmann auf dem Gebiet der Funk-Kommunikation bekannten Einrichtungen
zur Kommunikation und Steuerung in den Komponenten des Systems verwirklicht.
-
In
der 1 ist beispielhaft dargestellt, dass eine Station
UE, die sich in dem Funkversorgungsbereich Z (Funkzelle) einer Basisstation
NB aufhält,
von dieser Basisstation NB über
eine Funkschnittstelle Datenpaket dp in einem Funkkanal empfängt. Bezugnehmend
auf den einleitend erwähnten
HSDPR-Dienst des UMTS-Systems ist beispielhaft der HS-DSCH-Transportkanal
(High Speed – Downlink Shared
Channel) als die Datenpakete dp übertragender
Kanal angegeben, ohne jedoch im Kontext der Erfindung darauf beschränkt zu sein.
-
Die
zu der Station UE zu übertragenden
Datenpakete eines Dienstes werden in einer Einrichtung VEE zur Ver-
und Entschlüsselung
verschlüsselt.
Der hierfür
verwendete Schlüssel
basiert dabei, neben beispielsweise einer sich alle 128 Datenpakete
wiederholenden Sequenznummer, auf einem Wert eines Zählers C.
Der Wert des Zählers
wird beispielsweise nach jeweils 128 verschlüsselten Datenpaketen hochgezählt, um
einen für
jedes zu übertragende
Datenpaket unterschiedlichen Schlüssel für die Verschlüsselung
zu verwenden. Die verschlüsselten
Datenpakete werden anschließend
mittels einer in der mit der Funknetzsteuerung RNC verbundenen Basisstation
NB verwirklichten Sende-/Empfangseinrichtung TRX über die
Funkschnittstelle zu der Station UE übertragen. Bei der Übertra gung über die
Funkschnittstelle zu verwendende Mechanismen und Verfahren sind
allgemein dem UMTS-Standard entnehmbar.
-
Die
Station UE weist in gleicher Weise eine Sende-/Empfangseinrichtung TRX zum Empfangen der übertragenen
verschlüsselten
Datenpakete dp auf. Diese werden anschließend einer Einrichtung VEE
zur Ver- und Entschlüsselung
zugeführt,
in der auf Basis eines erzeugten Schlüssels eine Entschlüsselung
der Datenpakete dp erfolgt. Der dabei verwendete Schlüssel basiert
entsprechend der beschriebenen Sendeseite unter anderem auf einem aktuellen
Wert eines Zählers
C, der ebenfalls nach jeweils 128 entschlüsselten Datenpaketen hochgezählt wird.
Sofern die Station UE jedes der von der Netzseite ausgesendeten
Datenpakete dp empfängt,
erfolgt das Hochzählen
der Zähler
C in der Funknetzsteuerung RNC und in der Station UE in synchroner Weise,
und es wird ein jeweils korrekter Schlüssel zur Entschlüsselung
der Datenpakete dp erzeugt.
-
Sollte
jedoch die Übertragung
auf der Funkschnittstelle beispielsweise durch bekannte Ereignisse
wie Abschattungen, Interferenz usw. gestört sein, so kann der Fall auftreten,
dass die Station UE eine Vielzahl von Datenpaketen dp nicht korrekt
empfängt.
Dies führt
dazu, dass der Schlüssel
für die
Entschlüsselung
in der Station UE mit einem nicht mehr korrekten Wert des Zählers erzeugt
wird und keine Entschlüsselung
von nachfolgend korrekt empfangenen Datenpaketen dp möglich ist.
-
In
diesem Fall wird erfindungsgemäß zumindest
ein weiterer Versuch zur Entschlüsselung
mit einem gegenüber
dem ursprünglich
verwendeten Schlüssel
veränderten
Schlüssel
unternommen. Dabei wird der Wert des Zählers C erhöht, und auf Basis dieses erhöhten Wertes
ein neuer Schlüssel
für einen erneuten Entschlüsselungsversuch
erzeugt. Ist eine Entschlüsselung
des empfangenen Datenpaket mit diesem veränderten Schlüssel möglich, so
werden auch nachfolgend empfangene Datenpakete mit Schlüsseln basierend
auf dem erhöhten
Wert des Zählers
entschlüsselt.
Sollte jedoch wiederum keine Entschlüsselung mit dem neuen Schlüssel möglich sein,
so kann gegebenenfalls eine oder mehrere nochmalige Erhöhungen des
Wertes des Zählers
als Basis für
die Erzeugung des Schlüssels
erfolgen. Die maximale Anzahl von Versuchen mit einer jeweiligen Erhöhung des
Wertes des Zählers
kann dabei beispielsweise fest vorgegeben und in der Station UE gespeichert
sein, oder aber von der Netzseite bei einem Verbindungsaufbau signalisiert
werden. Dies kann jedoch alternativ auch variabel, beispielsweise in
Abhängigkeit
von einer in der Station zur Verfügung stehender Verarbeitungskapazität gesteuert werden.
-
In
der 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren nochmals in Form
eines Ablaufdiagrams dargestellt. Nach einem Empfang eines Datenpakets
in einem ersten Schritt 1 wird in einem zweiten Schritt 2 versucht,
das empfangene Datenpaket zu entschlüsseln. Dabei wird ein Schlüssel zur
Entschlüsselung verwendet,
der basierend auf einem Indikator, beispielsweise einem aktuellen
Wert eines Zählers,
erzeugt wurde. Wird in einem dritten Schritt 3 festgestellt,
dass eine Entschlüsselung
möglich
war – ja
-, so wird das entschlüsselte
Datenpaket weiteren Verarbeitungsverfahren, dargestellt durch Schritt 4,
zugeführt.
Wird jedoch in Schritt 3 festgestellt, dass das Datenpaket
nicht entschlüsselt
werden konnte, so wird in einem fünften Schritt 5 eine
Veränderung
des Schlüssels,
beispielsweise mittels einer Veränderung des
Indikators, gesteuert und das Datenpaket einem nochmaligen Entschlüsselungsversuch
in Schritt 2, diesmal unter Verwendung des veränderten
Schlüssels,
zugeführt.