專利名稱：安全快速切換的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)，特別是涉及一種安全快速切換的方法及系統(tǒng)。
技術(shù)背景移動IP第6版本(MIPv6, Mobile IP version 6 )協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組 (IETF, Internet Engineering Task Force)提出的移動解決方案，該方案可以 使移動節(jié)點(MN, Mobile Node )在移動過程中保持通信不被中斷，但同時也 帶來了切換延遲和安全等問題。MN在切換過程中存在無法確定發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包的時期，這段時間被稱 為切換延遲。導(dǎo)致切換延遲的主要原因有鏈路切換存在延遲，以及MIPv6協(xié) 議的操作過程，例如移動檢測、新的轉(zhuǎn)交地址(CoA, Care-of Address)配置、 綁定更新等。在實時應(yīng)用(例如IP承載語音VoIP)中，切換延遲經(jīng)常是不能 接受的。正TF的MIP工作組中定義了快速移動IP (FMIP, Fast Mobile IP )協(xié)議， 其根本思想是對相關(guān)信息進行預(yù)配置，從而降低切換延遲，改善切換性能。在FMIP協(xié)議中，主要定義了兩種類型的切換，分別是預(yù)測(Predictive) 型切換和反應(yīng)(Reactive)型切換。對于預(yù)測型切換，MN在移動過程中預(yù)測到即將進行的切換，并將其告知 原4妄入路由器(PAR, Previous Access Router)。該PAR通過與新4妄入^各由器 (NAR, New Access Router )或者目標網(wǎng)絡(luò)的接入路由器(AR, Access Router) 之間的交互，獲得該MN在NAR下使用新的CoA，從而避免了地址配置過程 導(dǎo)致的延遲。同時，在切換過程中MN發(fā)送到PAR的數(shù)據(jù)包，被PAR通過隧道模式發(fā)送到NAR進行緩沖，保證了 MN在切換到新的鏈路后即可接收數(shù)據(jù) 包，且避免數(shù)據(jù)包的丟失。如果MN移動的速度過快，MN來不及在舊鏈路上完成獲得新的CoA的 交互過程，該MN就已經(jīng)到達新的鏈5^,這種情況下的切換稱為反應(yīng)型切換。 上述反應(yīng)型切換雖然不能降低切換延遲，但是可以避免由于切換導(dǎo)致的丟包 現(xiàn)象。目前，MN和AR使用認證、授權(quán)和計費(AAA, Authentication, Authorization and Accounting)服務(wù)器建立安全聯(lián)盟的技術(shù)方案，該方案并沒 有將上述兩種切換應(yīng)用到FMIP協(xié)議中，也就是說，在切換過程中，通過切換 密鑰(HK， Handover Key)來保證消息的完整性，并在FMIP協(xié)議的保護下完 成MN和NAR之間的公共密鑰交換，從而生成共享密鑰的方案并沒有得到實 際應(yīng)用。下面分別描述切換密鑰、預(yù)測模式下快速切換和反應(yīng)模式下快速切換的 實現(xiàn)過程。利用AAA輔助的密鑰管理協(xié)議來生成MN和AR之間的HK，該HK用 于保護FMIP協(xié)議的信令消息。因此，該密鑰管理協(xié)議指定了 MN和AR之間 的消息交換和必要的前提假設(shè)。該協(xié)議假設(shè)切換主密鑰(HMK， Handover Master Key)在MN和AAA服務(wù)器之間共享，并且AR和AAA服務(wù)器之間 已有安全聯(lián)盟存在。在此假設(shè)之下，如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中切換密鑰生成 流程示意圖，具體包括如下步驟步驟101:首先，MN根據(jù)HMK生成一個切換完整性密鑰(HIK, Handover Integrity Key),公式為HIK = gprf + (HMK, "Handover Integrity Key");然 后，MN發(fā)送切換密鑰請求(即HKReq)消息給AR，該消息攜帶消息ID、偽隨機函數(shù)、CoA、 MN產(chǎn)生的隨機數(shù)noncel、 MN ID和使用HIK生成的消 息認證石馬(MAC, Message Authentication Code )。步驟102: AR接收到上述HK Req消息后，將該消息通過AAA協(xié)議打包 成認證、授權(quán)和計費請求(即AAA Request)消息轉(zhuǎn)發(fā)給AAA服務(wù)器。步驟103: AAA服務(wù)器接收到該AAA Request消息后，使用HIK生成的 MAC進行正確性驗證。如果該消息的MAC不正確，則AAA服務(wù)器返回-驗 證失敗的消息；否則，AAA服務(wù)器發(fā)送校驗成功的認證、授權(quán)和計費響應(yīng)(即 AAA Response)消息給AR，該消息攜帶AAA服務(wù)器生成的HK和生成該 HK時AAA服務(wù)器產(chǎn)生的隨機數(shù)nonce2。其中，HK的生成公式為HK = gprf + (固K,顧nonce | AAA nonce |顧ID | AR ID | "Handover Key，，)。步驟104:該AR接收到校驗成功的AAA Response消息后，截取該消息 攜帶的HK，再將該消息的其余部分打包成切換密鑰響應(yīng)(即HKResp )消息， 并發(fā)送給MN，該HKResp消息還攜帶有消息ID (與HKReq中一致)、偽隨 機函數(shù)、校驗成功狀態(tài)信息、安全參數(shù)索引(SPI, Security Parameter Index) 和4吏用HK生成的MAC。如圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)測模式快速切換流程示意圖，具體包括如下 步驟步驟201: MN發(fā)送快速綁定更新(FBU, Fast Binding Update )消息給PAR, 該消息攜帶MN公共密鑰(PK, Public Key)和HK Req消息，該HK Req消息 使用MN和PAR之間的共享密鑰HK生成的MAC進行保護。步驟202: PAR接收到該FBU消息后，首先使用HK生成的MAC進行 正確性-險i正，如果-瞼i正通過，則PAR發(fā)送切換發(fā)起(HI, Handover Initiate) 消息向NAR，該消息攜帶的HK R叫消息中包含MN PK。步驟203: NAR從接收到的HI消息中獲取MN PK,并生成攜帶NAR PK 的HK Resp消息，然后通過切換確i人(HAck, Handover Acknowledgement)消 息發(fā)送給PAR。步驟204: PAR在4妻收到的HK Resp消息中添加用HK生成的MAC,并 通過快速綁定確i人(FBAck, Fast Binding Acknowledgement)發(fā)送給MN。步驟205: MN對接收到的FBAck消息的MAC進行正確性驗證，如果 驗證通過，則MN采用非對稱密鑰機制，即使用MNPK和NARPK生成共享 密鑰。當MN進入NAR所在的新鏈路時，MN發(fā)送快速鄰居7>告(FNA, Fast Neighbor Advertisement)消息給NAR,該消息使用上述共享密鑰生成的MAC 進行保護，乂人而MN完成由PAR到NAR的切換。如圖3所示為現(xiàn)有技術(shù)中反應(yīng)模式快速切換流程示意圖，具體包括如下 步驟步驟301:如果上述預(yù)測模式的切換失敗，MN到達NAR所在的新鏈路 時，發(fā)送FNA消息給NAR,該消息攜帶MNPK和HKR叫。步驟302: NAR接收到該FNA消息后，通過FBU消息把HK Req發(fā)送給 PAR,該消息還攜帶有NAR PK。步驟303: PAR接收到該FBU消息后，檢查HKReq中的MAC,并發(fā)送 攜帶HK Resp的FBAck消息給NAR,該消息還攜帶有NAR PK。步驟304: NAR接收到該HKResp消息后，將該消息轉(zhuǎn)發(fā)給MN。此時， MN完成由PAR到NAR的切換。由上述公開的技術(shù)方案可知，現(xiàn)有技術(shù)還存在以下缺陷這種不對稱的密鑰生成機制與現(xiàn)有機制的區(qū)別較大，不利于實施；同時，生成該共享密鑰的計算量較大，將消耗MN和AR的大量計算資源；2. 在切換過程中，AAA服務(wù)器對上述共享密鑰完全不可知，不利于運營 商對MN切換的管理；3. 在現(xiàn)有預(yù)測模式的快速切換中，如果MN沒有接收到PAR發(fā)送的FBAck 消息，則無法進行切換，且浪費了 NAR對共享密鑰的計算資源；4. 在現(xiàn)有反應(yīng)模式的快速切換中，安全問題將導(dǎo)致切換延遲。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實施例提供一種安全快速切換的方法及系統(tǒng)，通過建立移動節(jié)點 與目標網(wǎng)絡(luò)的接入路由器之間的安全聯(lián)盟來保證安全的快速切換，減小切換 延遲。本發(fā)明實施例提供一種安全快速切換的方法，上述方法包括步驟 在快速切換前，建立移動節(jié)點與目標網(wǎng)絡(luò)的接入路由器NAR之間的安全 聯(lián)盟；在上述移動節(jié)點的快速切換過程中，利用上述安全聯(lián)盟確保該移動節(jié)點 安全接入到上述NAR。另外，本發(fā)明實施例還提供一種安全快速切換的系統(tǒng)，上述系統(tǒng)包括安全聯(lián)盟建立單元，用于在快速切換前，建立移動節(jié)點與目標網(wǎng)絡(luò)的接 入路由器NAR之間的安全聯(lián)盟；安全保護執(zhí)行單元，用于在移動節(jié)點的快速切換過程中，利用上述安全 聯(lián)盟保護該移動節(jié)點在快速切換過程中信令的信令交互，并使該移動節(jié)點安 全接入到上述NAR。由上述方案可知，本發(fā)明實施例在移動節(jié)點切換前，先建立移動節(jié)點與目標網(wǎng)絡(luò)的接入路由器之間的安全聯(lián)盟(比如共享切換密鑰、切換密鑰等)， 在切換到目標網(wǎng)路后，利用上述安全聯(lián)盟確保上述移動節(jié)點安全接入到目標 網(wǎng)絡(luò)的接入路由器。即通過調(diào)整切換過程中密鑰生成所需的參數(shù)，實現(xiàn)對共 享密鑰的生成流程的優(yōu)化，從而降低安全機制對快速切換的影響，減小切換 延遲，同時保證切換過程在網(wǎng)絡(luò)的可控范圍內(nèi)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中切換密鑰生成流程示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)測模式快速切換流程示意圖； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中反應(yīng)模式快速切換流程示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例安全快速切換的方法的流程圖； 圖5為本發(fā)明實施例一的預(yù)測模式快速切換流程示意圖； 圖6為本發(fā)明實施例二的預(yù)測模式快速切換流程示意圖； 圖7為本發(fā)明實施例三的反應(yīng)模式快速切換流程示意圖； 圖8為本發(fā)明實施例四的預(yù)測模式快速切換流程示意圖； 圖9為本發(fā)明實施例五的預(yù)測模式快速切換流程示意圖； 圖10為本發(fā)明實施例六的反應(yīng)模式快速切換流程示意圖； 圖11為本發(fā)明實施例七的預(yù)測模式快速切換流程示意圖； 圖12為本發(fā)明實施例八的預(yù)測模式快速切換流程示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而 不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖4所示為本發(fā)明實施例安全快速切換的方法的流程圖，具體包括如下步驟步驟401:在快速切換前，建立移動節(jié)點與目標網(wǎng)絡(luò)的接入路由器之間的 安全聯(lián)盟；步驟402:在該移動節(jié)點的快速切換過程中，利用上述安全聯(lián)盟確保該移 動節(jié)點安全切換到該^接入3各由器。本發(fā)明實施例通過在切換過程中，調(diào)整生成密鑰時所需的參數(shù)，實現(xiàn)對 共享密鑰的生成流程的優(yōu)化。如圖5所示為本發(fā)明實施例一的預(yù)測模式快速切換流程示意圖。與現(xiàn)有 技術(shù)相比，本實施例中的MN在決定切換目標前與多個候選AR完成切換準 備，具體包括如下步驟步驟501: MN獲取周圍接入點的標識(AP-ID, Access Point-Identifier )， 然后向PAR發(fā)送請求代理路由公告(RtSolPr, Router Solicitation for Proxy Advertisement)消息，以獲取與目標AP-ID對應(yīng)的AR-Info。步驟502: PAR接收到上述RtSolPr消息后，向MN發(fā)送代理路由公告 (PrRtAdv, Proxy Router Advertisement)消息，其中包含與目標AP-ID對應(yīng)的 AR-Info 。步驟503: MN接收到上述PrRtAdv消息后，向NAR發(fā)送切換密鑰請求 (HK—REQ)消息，該消息攜帶的身份標識可以是移動節(jié)點的介質(zhì)訪問控制 層標識(MAC ID， Media Access Control Identifier),或者網(wǎng)絡(luò)接入標識符(NAI, Net Access Identifier )。該消息使用MN和AAA之間的原安全聯(lián)盟來進行完整 性保護。上述HK—REQ消息發(fā)送至NAR的方式有以下三種 1 .用源地址作為原轉(zhuǎn)交地址(pCoA, previous Care-of Address )、目的地址 為NAR地址的數(shù)據(jù)包方式發(fā)送，該方法可用于簡單IP網(wǎng)絡(luò)中；2. 用嵌套互聯(lián)網(wǎng)(IP-in-IP )的方式發(fā)送，外部IP地址分別為MN的pCoA 和PAR地址，內(nèi)部IP地址分別為MN的pCoA和NAR地址，該方法可用于 組播互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(MIP， Multicast Internet Protocol)網(wǎng)絡(luò)中；3. 用目的地址子頭表示IP包目的地的方式發(fā)送，IP頭的地址分別為MN 的pCoA和PAR地址，PAR收到IP包后，根據(jù)目的地址子頭重新構(gòu)造IP包， 并將其發(fā)往目的地址子頭表示的地址(即NAR地址)，該方法可用于MIP網(wǎng) 絡(luò)中。步驟504: NAR接收到上述HK—REQ消息后，通過認證授權(quán)請求(AA REQ)消息將其封裝，并轉(zhuǎn)發(fā)給AAA服務(wù)器。步驟505: AAA服務(wù)器接收到上述AAREQ消息后，對其封裝的HK—REQ 消息的MAC正確性進行驗證，并將攜帶驗證結(jié)果的認證授權(quán)回應(yīng)(AARSP) 消息發(fā)送給NAR。如果驗證通過，則AA RSP消息中攜帶MN和NAR之間 的新切換密鑰(nHK, new Handover Key )。步驟506: NAR記錄該MN的身份標識和nHK,并向MN發(fā)送HK一RSP 消息，通知MN已成功建立安全聯(lián)盟。步驟507: MN決定進行快速切換時，MN向PAR發(fā)送FBU消息，該消 息4吏用由MN與PAR共享的原切換密鑰(pHK, previous Handover Key)生成 的消息認證碼pHK—MAC來進行完整性保護。步驟508: PAR對上述pHK—MAC的正確性進行驗證，如果驗證通過， PAR與NAR完成HI消息和HAck消息的交互，并向MN發(fā)送攜帶pHK—MAC的FBAck消息。步驟509: MN到達新的鏈路后，向NAR發(fā)送FNA消息，該消息中攜帶 MN的身份標識，并使用nHK生成MAC進行保護。此時，MN完成由PAR 到NAR的快速切換過程。由上述步驟可見，實施例一的技術(shù)方案可以分為兩個階段實現(xiàn)在MN 確定切換目標之前，MN嘗試與PrRtAdv消息能夠提供對應(yīng)信息的所有NAR 進行密鑰交互過程，再由NAR訪問AAA服務(wù)器完成安全聯(lián)盟的建立；在 MN確定切換目標之后，MN用原安全聯(lián)盟保護FBU消息，用對應(yīng)的新安全 聯(lián)盟保護FNA消息。可以理解的，本發(fā)明實施例還可以進一步修改為在步驟503和步驟506 中添加MN與NAR對新轉(zhuǎn)交地址(nCoA, New Care-of Address )信息的配置。 由此可以確保PAR與NAR的HI/HAck交互消息中nCoA的唯一性，從而避 免可能由nCoA沖突導(dǎo)致的切換延遲。圖6為本發(fā)明實施例二的預(yù)測模式快速切換流程示意圖。本實施例的步 驟601至步驟602、步驟607至步驟609與實施例一中的對應(yīng)步驟相同，而步 驟603至步驟606與實施例一的對應(yīng)步驟區(qū)別如下步驟603: MN 4妄收到上述PrRtAdv消息后，向PAR發(fā)送切換密鑰請求 (HK—REQ)消息，該消息攜帶的身份標識可以是移動節(jié)點的介質(zhì)訪問控制 層標識(MAC ID， Media Access Control Identifier),或者網(wǎng)纟^4妄入標識符(NAI, Net Access Identifier )。該消息使用MN和AAA之間的原安全聯(lián)盟來進行完整 性保護。上述HK—REQ消息發(fā)送至NAR的三種方式，同實施例一，不再贅述。 步驟604: PAR接收到上述HK—REQ消息后，通過認證授權(quán)請求(AAREQ)消息將其封裝，并轉(zhuǎn)發(fā)給AAA服務(wù)器。步驟605: AAA服務(wù)器接收到上述AA REQ消息后，對其封裝的HK—REQ 消息的MAC正確性進行驗證，并將攜帶驗證結(jié)果的認證授權(quán)回應(yīng)(AARSP) 消息發(fā)送給PAR。如果驗證通過，則AARSP消息中攜帶MN和NAR之間的 新切換密鑰(nHK, new Handover Key )。步驟605， AAA服務(wù)器發(fā)送AA RSP消息給NAR,該消息攜帶MN和 NAR之間的切換密鑰nHK。步驟606: PAR記錄該MN的身份標識和nHK，并向MN發(fā)送HK—RSP 消息，通知MN已成功建立安全聯(lián)盟。由上述步驟可見，實施例二與實施例一的區(qū)別在于，MN與NAR的密鑰 交互過程是通過MN間接與AAA服務(wù)器交互(通過PAR進行，而NAR未參 與)來完成的，再由AAA服務(wù)器把為每個NAR生成的密鑰下發(fā)給各個NAR。 因此，當MN需要與多個NAR建立安全聯(lián)盟時，MN與AAA服務(wù)器僅需完 成一次交互過程，節(jié)約了信令開銷。如果上述預(yù)測;漠式實施例所示的快速切換流程沒有順利完成，以實施例 一為例，即僅完成了第一階段安全聯(lián)盟的建立，而MN沒有來得及向PAR發(fā) 送FBU消息就已經(jīng)到達NAR所在的新鏈路，那么，切換方式將由實施例一 中的預(yù)測才莫式轉(zhuǎn)換為反應(yīng)才莫式。圖7為本發(fā)明實施例三的反應(yīng)模式快速切換流程示意圖。本實施例是以 上述預(yù)測模式實施例的第一階段(即完成安全聯(lián)盟的建立)為基礎(chǔ)的，由于 MN沒有在到達NAR所在的新鏈路之前向PAR發(fā)送FBU消息，因此轉(zhuǎn)入反 應(yīng)模式，其具體步驟如下步驟701:畫向NAR發(fā)送主動鄰居7^告(UNA, Unsolicited NeighborAdvertisement)消息，該消息攜帶由nHK生成的MAC 。步驟702: MN發(fā)送FBU消息給PAR,該消息攜帶pCoA，并使用由pHK 生成的MAC進行完整性保護，由于MN已到達NAR所在的新鏈路，因此， 該消息可以用源地址為nCoA、目的地址為PAR的IP消息發(fā)送。步驟703: PAR接收到上述FBU消息后，對pHK—MAC進行正確性驗證， 并將攜帶該驗證結(jié)果的FBAck消息發(fā)送給MN，由于MN已到達NAR所在 的新鏈^各，因此，該消息可以用源地址為nCoA、目的地址為MN的IP消息 發(fā)送。同時，PAR將發(fā)往pCoA的緩存數(shù)據(jù)通過IP-in-IP隧道轉(zhuǎn)發(fā)到MN的 nCoA。圖8為本發(fā)明實施例四的預(yù)測模式快速切換流程示意圖。與現(xiàn)有技術(shù)相 比，本實施例中，在MN決定切換目標之前，PAR先獲取AAA服務(wù)器的隨機 數(shù)(AAAnonce),為后續(xù)的切換做好準備，具體包括如下步驟步驟801: PAR通過鏈路層觸發(fā)(例如正EE 802.21中的媒體無關(guān)切換中， MN切換時的候選網(wǎng)絡(luò)查詢請求(MIH—MN—HO—Candidate—Query request)消 息)獲知MN將要發(fā)生切換，但沒有明確的切換目標，此時，PAR向AAA服 務(wù)器發(fā)送AAA REQ消息，請求獲取AAA none"在實際應(yīng)用中,該步驟應(yīng)發(fā) 生在PrRtAdv消息發(fā)送之后，F(xiàn)BU消息發(fā)送之前。步驟802: AAA服務(wù)器收到AAAREQ消息后，將生成的AAARSP消息 發(fā)送給PAR,該消息攜帶AAA nonce及其對應(yīng)的AAA nonce Index, PAR收 到該消息后，將從中提取出的AAA nonce及其對應(yīng)的AAA nonce Index保存 下來。步驟803:當MN決定進行快速切換時，該MN發(fā)送FBU消息給PAR, 該消息攜帶請求AAA服務(wù)器生成nHK的nHK_Req,并使用pHK生成的MAC進行完整性保護。步驟804: PAR對該MN的MAC進行正確性驗證，如果驗證通過，則 發(fā)送HI消息給NAR，該消息攜帶nHK—Req和AAA nonce Index。其中，該 HI消息必須加密保護，其具體的加密與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再贅述。步驟804， PAR發(fā)送FBU的確認消息FAck給MN,該消息攜帶AAA nonce,并用pHK生成的MAC進行完整性保護。MN對該消息的MAC進行 正確性驗證，如果驗證通過，則可利用如下公式生成nHK。HK = gprf+ (HMK ,畫nonce | AAA nonce|畫ID | AR ID | "Handover Key")步驟805， NAR接收到上述HI消息后，獲取該消息攜帶的nHK_Req， 并生成AAA REQ消息發(fā)送給AAA服務(wù)器，該消息攜帶AAA nonce Index。 同時，在步驟805中，NAR發(fā)送HAck消息給PAR。步驟806: PAR接收到上述HAck消息后，發(fā)送FBAck消息給MN，并 使用pHK生成的MAC進行保護。步驟806， AAA服務(wù)器接收到攜帶AAA nonce Index的AAA REQ消息 后，通過該Index查詢到相應(yīng)的AAA nonce,并按步驟904中的公式生成nHK， 然后發(fā)送攜帶nHK的AAA RSP消息給NAR。步驟807: MN到達NAR所在的新鏈路時，發(fā)送FNA消息給NAR,該 消息使用nHK生成的MAC進行保護。此時，MN完成由PAR到NAR的快 速切換過程。如果本實施例所示的快速切換流程沒有順利完成，即MN沒有在到達 NAR所在的新鏈路之前向PAR發(fā)送FBU消息，則轉(zhuǎn)入反應(yīng)模式，具體實現(xiàn) 可參見本發(fā)明的實施例三。在本實施例中，PAR預(yù)先向AAA獲取AAA的隨機數(shù)(nonce )，并在 MN發(fā)送FBU之后通過一個確認消息返回AAA nonce參數(shù)，從而讓MN可以 在沒有收到快速綁定確認FBAck的情況下生成新的切換密鑰，完成切換流程。圖9為實施例五預(yù)測模式快速切換流程示意圖。本發(fā)明實施例中，MN決 定切換時，與目標NAR完成臨時安全聯(lián)盟的建立，從而實現(xiàn)安全快速的切換。MN決定進行切換之前的準備包括如下步驟首先，MN與PAR根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的切換密鑰生成流程，生成HK;然后，MN與PAR再分別派生出標準切換密鑰(SHK, Standard Handover Key)和臨時切換密鑰(THK， Temporary Handover Key),兩者的計算公式如 下SHK = gprf(HK,畫pCoAI PAR IP1 "normal handover key") THK = gprf (HK， MN pCoA | NAR IP| "temporary handover key") 本實施例具體包括如下步驟步驟901: MN決定要進行快速切換時，MN向PAR發(fā)送FBU消息，該 消息使用SHK生成的MAC進行完整性保護。步驟卯2: PAR接收到該FBU消息后，對其MAC進行正確性驗證，如 果驗證通過，則PAR向NAR發(fā)送HI消息，該消息攜帶THK。 HI消息必須 加密保護，其加密技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相同，此處不再贅述。步驟903: NAR接收到該HI消息后，從該消息中提取THK，并發(fā)送HAck 消息給PAR。步驟904: PAR接收到該HAck消息后，發(fā)送FBAck消息給MN,該消 息使用SHK生成MAC進行保護。步驟905: MN到達NAR所在的新鏈路后，MN發(fā)送FNA消息給NAR,該消息4吏用THK生成的MAC進行保護。此時，MN完成由PAR到NAR的 快速切換過程。步驟906:切換過程結(jié)束后，MN或PAR立即通過現(xiàn)有4支術(shù)所示的切換 密鑰生成流程獲取新的SHK和THK,用于進行下一次切換。由上述步驟可知，本實施例在現(xiàn)有切換密鑰生成技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了 SHK與THK的密鑰生成層次，其中，SHK用于建立MN和PAR之間的安全 聯(lián)盟，THK由PAR傳給NAR，用于建立MN和NAR之間的臨時安全聯(lián)盟。 上述兩個安全聯(lián)盟共同保證了本實施例中的MN從PAR安全的快速切換到 NAR。如果本實施例所示的快速切換流程沒有順利完成，即MN和PAR完成了 SHK和THK的計算過程，但MN沒有來得及向PAR發(fā)送FBU消息就已經(jīng)到 達NAR所在的新鏈路，那么，切換方式將由實施例五中的預(yù)測模式轉(zhuǎn)換為相 應(yīng)的反應(yīng)纟莫式。圖IO為本發(fā)明實施例六的反應(yīng)模式快速切換流程示意圖。本實施例包括 如下步驟步驟1001: MN向NAR發(fā)送UNA消息?？蛇x的，該消息可以利用THK 生成的MAC進行完整性保護。步驟1002: MN發(fā)送FBU消息給PAR,該消息攜帶pCoA,并使用pHK 生成的MAC進行完整性保護，由于MN已到達NAR所在的新鏈路，因此， 該消息可以用源地址為nCoA、目的地址為PAR的IP消息發(fā)送。步驟1003: PAR接收到該FBU消息后，對其MAC進行正確性驗證。如 果驗證通過，則發(fā)送攜帶驗證結(jié)果的FBAck消息給NAR,由于MN已到達 NAR所在的新鏈路，因此，該消息可以用源地址為nCoA、目的地址為MN的IP消息發(fā)送。同時，PAR把發(fā)往pCoA的緩存數(shù)據(jù)通過IP-in-IP隧道轉(zhuǎn)發(fā) 到MN的nCoA。此時，MN完成由PAR到NAR的快速切換過程。步驟1004:切換過程結(jié)束后，MN或NAR將發(fā)起新HK的生成過程， MN與PAR再分別派生出SHK和THK。圖11為實施例七的預(yù)測模式快速切換流程示意圖。本實施例中，MN決 定進行切換后，與目標NAR先后建立多個安全聯(lián)盟，保證MN在切換過程中， 已生成的多個密鑰之中必然有一個密鑰是有效的，從而實現(xiàn)安全的快速切換。首先，定義nHK，為MN與PAR之間共享密鑰，nHK為MN與NAR之 間共享密鑰。然后，定義nHK，和nHK的計算公式如下公式111:nHK， = gprf + (HMK,畫nonce |畫ID | AR ID | "Handover Key") 公式112:nHK = prf(nHK，， NAR nonce) 本實施例包括如下步驟步驟1101:當MN決定進行快速切換時，發(fā)送FBU消息給PAR,該消息 攜帶請求AAA服務(wù)器生成nHK的nHK—Req并使用pHK生成的MAC進行完整性保護。步驟1102: PAR對該MN的MAC進行正確性驗證，如果驗證通過，則 發(fā)送攜帶nHK一Req的HI消息給NAR。該消息必須加密保護，其具體的加密 與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此不再贅述。步驟1103 ， NAR接收到上述HI消息后，獲取該消息攜帶的nHK_Req, 并生成AAAREQ消息發(fā)送給AAA服務(wù)器，該消息攜帶NAR nonc6。 同時,在步驟1103中，NAR發(fā)送HAck消息給PAR,該消息攜帶用于生成nHK的 NAR的隨機數(shù)NAR nonce 。步驟1104: PAR接收到上述HAck消息后，發(fā)送FBAck消息給MN，并 使用pHK生成的MAC進行保護。步驟1104， AAA服務(wù)器接收到攜帶NAR nonce的AAA REQ消息后， 按照公式111生成nHK，，并發(fā)送攜帶該nHK，的AAA RSP消息給NAR。該 NAR接收到該消息后按照公式112生成nHK。步驟1105: MN到達NAR所在的新鏈路時，如果MN接收到了 PAR發(fā) 送的FBAck消息，則MN發(fā)送給NAR的FNA消息使用nHK生成的MAC進 行保護；如果MN沒有接收到PAR發(fā)送的FBAck消息，則MN發(fā)送給NAR 的FNA消息使用nHK，生成的MAC進行保護。相應(yīng)的，如果NAR接收到的 FNA消息中攜帶了 FBU,則NAR認為MN沒有收到FBAck消息，因此使用 nHK，生成的MAC對FBU的MAC進行正確性驗證；如果NAR接收到的FNA 消息中沒有攜帶FBU,則NAR認為MN接收到了 FBAck消息，因此使用nHK 生成的MAC對FBU的MAC進行正確性驗證。此時，MN完成由PAR到NAR 的快速切換過程。由上述步驟可知，在本實施例中，MN經(jīng)由PAR與NAR進行消息交互， 生成第一切換密鑰nHK，和第二切換密鑰nHK; NAR接收到AAA服務(wù)器生成 的第一切換密鑰nHK，，并據(jù)此生成第二切換密鑰nHK，從而在MN與NAR 之間建立了兩個安全聯(lián)盟。當MN決定切換時，MN向NAR發(fā)送FNA消息， NAR判斷該消息的內(nèi)容，并決定使用哪個切換密鑰。因此，本實施例避免了 現(xiàn)有技術(shù)中由FBAck消息帶來的切換問題，保證了安全的快速切換。如果本實施例所示的快速切換流程沒有順利完成，即MN沒有在到達NAR所在的新鏈i 各之前向PAR發(fā)送FBU消息，則切換模式由本實施例的預(yù) 測模式轉(zhuǎn)換為反應(yīng)模式，其具體實現(xiàn)與本發(fā)明的實施例三類似，區(qū)別僅在于 MN發(fā)送給NAR的UNA消息使用nHK，生成的MAC進行保護。而NAR則者nHK，)生成；NAR也可以分別使用兩個密鑰(nHK或者nHK，)生成的 MAC對UNA消息進行正確性驗證，通過驗證的相應(yīng)密鑰將作為NAR與該 MN之間的共享密鑰。本發(fā)明實施例還可以分為兩個階段進行第一階段，在MN決定切換目 標之前，PAR先獲取AAA服務(wù)器的隨機數(shù)(AAA nonce );第二階段，在MN 決定切換目標之后，MN與目標NAR先后建立多個安全聯(lián)盟，保證MN在切 換過程中，已生成的多個密鑰之中必然有一個密鑰是有效的，從而實現(xiàn)安全 的快速切換。圖12為實施例八的預(yù)測模式快速切換流程示意圖。本實施例的第一階段 與本發(fā)明實施例四相同，步驟1201至步驟1204與步驟801至步驟804相同。 本實施例的第二階段具體包括如下步驟步驟1205， NAR接收到HI消息后，獲取該消息攜帶的nHK—Req,并生 成AAAREQ消息發(fā)送給AAA服務(wù)器，該消息攜帶AAA nonce Index。同時， 在步驟1205中，NAR發(fā)送HAck消息給PAR。步驟1206: PAR接收到上述HAck消息后，發(fā)送攜帶AAA nonce的FBAck 消息給MN,并使用pHK生成的MAC進行保護。步驟1206， AAA服務(wù)器接收到上述AAAREQ消息后，通過該Index查 詢到相應(yīng)的AAA nonce,并按照公式111生成nHK',然后發(fā)送攜帶nHK，和 AAAnonce的AAARSP消息給NAR。 NAR接收到該消息后，按照公式112生成nHK。步驟1207: MN到達NAR所在的新鏈路時，如果MN接收到了PAR發(fā) 送的FBAck消息，則MN發(fā)送給NAR的FNA消息使用nHK生成的MAC進 行保護；如果MN沒有接收到PAR發(fā)送的FBAck消息，則MN發(fā)送給NAR 的FNA消息使用nHK，生成的MAC進行保護。相應(yīng)的，如果NAR接收到的 FNA消息中攜帶了 FBU,則NAR認為MN沒有收到FBAck消息，因此使用 nHK，生成的MAC對FBU的MAC進行正確性驗證；如果NAR接收到的FNA 消息中沒有攜帶FBU,則NAR認為MN接收到了 FBAck消息，因此使用nHK 生成的MAC對FBU的MAC進行正確性驗證。此時，MN完成由PAR到NAR 的快速切換過程。如果本實施例所示的快速切換流程沒有順利完成，即MN沒有在到達 NAR所在的新鏈路之前向PAR發(fā)送FBU消息，則切換模式由本實施例的預(yù) 測模式轉(zhuǎn)換為反應(yīng)才莫式，其具體實現(xiàn)與本發(fā)明的實施例六相同。另外，本發(fā)明實施例還提供一種為安全快速切換的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 安全聯(lián)盟建立單元和安全保護執(zhí)行單元。其中，上述安全聯(lián)盟建立單元，用 于在快速切換前，建立移動節(jié)點與目標網(wǎng)絡(luò)的接入路由器NAR之間的安全聯(lián) 盟；上述安全保護執(zhí)行單元，用于在移動節(jié)點的快速切換過程中，使用上述 安全聯(lián)盟確保該移動節(jié)點安全接入到上述NAR。也就是說，上述安全聯(lián)盟建立單元負責(zé)在切換發(fā)生前建立安全聯(lián)盟，該 安全聯(lián)盟建立地過程可能需要獨立收發(fā)消息，也可能與其他消息一同發(fā)送； 上述安全保護執(zhí)行單元，首先要從安全聯(lián)盟建立單元獲取密鑰，然后使用該 密鑰對快速切換需要的信令消息進行完整性保護(即計算消息認證碼)，并把 消息認證碼與該消息一同發(fā)送。同時負責(zé)各種快速切換相關(guān)地消息地觸發(fā)，并提供消息內(nèi)容，以及負責(zé)收發(fā)消息。以上上述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤 飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種安全快速切換的方法，其特征在于，包括在快速切換前，建立移動節(jié)點與目標網(wǎng)絡(luò)的接入路由器NAR之間的安全聯(lián)盟；在所述移動節(jié)點的快速切換過程中，利用所述安全聯(lián)盟確保該移動節(jié)點安全接入到所述NAR。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述安全快速切換的方法，其特征在于，所述建立移 動節(jié)點與NAR之間的安全聯(lián)盟方式包括所述移動節(jié)點與至少一個NAR進行密鑰交互，生成安全聯(lián)盟，且所述 NAR主動或纟皮動訪問AAA服務(wù)器完成所述安全聯(lián)盟的建立。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述安全快速切換的方法，其特征在于， 所述NAR主動訪問AAA服務(wù)器完成所述安全聯(lián)盟建立的過程為 所述移動節(jié)點將切換密鑰請求消息發(fā)送到至少一個NAR進行密鑰交互，該切換密鑰請求消息中包括移動節(jié)點的身份標識以及利用所述移動節(jié)點與AAA服務(wù)器之間的密鑰生成的消息認證碼；所述NAR將所述密鑰切換請求消息轉(zhuǎn)發(fā)給AAA服務(wù)器；若所述AAA服務(wù)器驗證所述密鑰切換請求消息中的消息認證碼正確，則向所述NAR反饋驗證消息，該驗證消息中包括該移動節(jié)點和NAR之間的切換密鑰；所述NAR記錄所述移動節(jié)點的切換密鑰，根據(jù)所述切換密鑰生成消息認 證碼，并反饋切換密鑰響應(yīng)，該切換密鑰響應(yīng)包括根據(jù)所述切換密鑰生成的 消息iU正碼；若所述移動節(jié)點驗證根據(jù)所述切換密鑰生成的消息認證碼正確，則完成 安全聯(lián)盟建立；或者所述NAR被動訪問AAA服務(wù)器完成所述安全聯(lián)盟建立的過程為 所述移動節(jié)點通過源網(wǎng)絡(luò)接入路由器PNR將切換密鑰請求消息發(fā)送到 AAA服務(wù)器進行密鑰交互，該切換密鑰請求消息中包括移動節(jié)點的身份標識 以及利用所述移動節(jié)點與AAA服務(wù)器之間的密鑰生成的消息認證碼；所述AAA服務(wù)器驗證所述切換密鑰請求消息中的消息認證碼正確后，利 用自身生成的消息認證碼對向移動節(jié)點反饋的切換密鑰響應(yīng)消息進行完整性 保護；并將所述切換密鑰響應(yīng)消息通過PNR反饋給移動節(jié)點；以及所述AAA 服務(wù)器根據(jù)密鑰交互信息生成各個NAR對應(yīng)的切換密鑰，將所述切換密鑰分 別下發(fā)給NAR;所述移動節(jié)點-險證所述AAA服務(wù)器生成的消息i人證碼正確后，生成與每 個NAR對應(yīng)的切換密鑰，完成安全聯(lián)盟的建立。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述安全快速切換的方法，其特征在于，所述移動節(jié) 點將切換密鑰請求消息發(fā)送到所有NAR至少包括下述任一方式用源地址為原轉(zhuǎn)交地址，目的地址為NAR的地址的lt據(jù)包來發(fā)送；利用嵌套互聯(lián)網(wǎng)的方式發(fā)送；利用目的地址子頭作為IP包的目的地址發(fā)送。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述安全快速切換的方法，其特征在于，對于預(yù)測模 式快速切換，在所述移動節(jié)點快速切換到NAR中，利用所述安全聯(lián)盟確保該 移動節(jié)點安全接入到所述NAR的具體過程為所述移動節(jié)點向PAR發(fā)送快速綁定更新消息，該消息使用所述移動節(jié)點 與所述PAR之間的切換密鑰產(chǎn)生的消息驗證碼進行完整性保護；所述PAR驗證所述消息驗證碼后，并與NAR交互后，反饋攜帶切換密 鑰的消息認證碼的快速綁定確認消息給移動節(jié)點；所述移動節(jié)點采用它與所述NAR之間的切換密鑰生成的消息認證碼保護快速鄰居^^告消息。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述安全快速切換的方法，其特征在于，對于反應(yīng)模 式快速切換，在移動節(jié)點接入NAR時，先向NAR發(fā)送無請求的鄰居公告消 息，該消息中利用移動節(jié)點與所述NAR之間的切換密鑰生成的消息驗證碼進 行保護；再向PAR發(fā)送快速綁定更新消息，該消息中攜帶原轉(zhuǎn)交地址，對該消息 采用原切換密鑰生成消息驗證碼進行完整性保護；所述PAR驗證所述消息驗證碼正確后，反饋快速綁定確認消息，并將目 標地址為原轉(zhuǎn)交地址的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到移動節(jié)點的新轉(zhuǎn)交地址。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述安全快速切換的方法，其特征在于，所述切換密 鑰請求消息還包括用于配置移動節(jié)點的新轉(zhuǎn)交地址信息；所述切換密鑰響應(yīng) 消息中包括移動節(jié)點的新轉(zhuǎn)交地址。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述安全快速切換的方法，其特征在于，所述建立移 動節(jié)點與NAR之間的安全聯(lián)盟方式包括所述PAR預(yù)先向AAA服務(wù)器獲取移動節(jié)點生成密鑰所需的密鑰信息， 并在移動節(jié)點發(fā)送快速綁定更新消息后通過確認消息返回密鑰信息，移動節(jié) 點根據(jù)所述密鑰信息生成切換密鑰，完成安全聯(lián)盟的建立。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述安全快速切換的方法，其特征在于，對于預(yù)測模 式快速切換中的完成安全聯(lián)盟的建立的過程為PAR向AAA服務(wù)器獲取切換時移動節(jié)點需要的密鑰信息； 當所述移動節(jié)點發(fā)生切換時，通過快速綁定更新消息向所述PAR獲取切 換時需要的密鑰信息；其中所述快速綁定更新消息中攜帶切換密鑰請求消息，并且利用該移動節(jié)點與PAR之間的切換密鑰保護該消息；所述移動節(jié)點^^據(jù)所述密鑰信息生成新的切換密鑰，并通過切換觸發(fā)消 息把密鑰請求消息及密鑰信息標識發(fā)送給AAA服務(wù)器；所述AAA服務(wù)器驗證密鑰請求消息后，根據(jù)密鑰信息標識查找到密鑰信 息，生成新的切換密鑰，并將所述新的切換密鑰下發(fā)給NAR,安全聯(lián)盟建立 完成；對于反應(yīng)模式快速切換中完成安全聯(lián)盟建立的過程為移動節(jié)點向NAR發(fā)送無請求的鄰居公告消息，該消息使用所述移動節(jié)點 預(yù)先生成的與NAR之間的切換密鑰保護或者不保護；向PAR發(fā)送快速綁定更新消息，該消息中攜帶原轉(zhuǎn)交地址，對該消息采 用原切換密鑰生成消息驗證碼進行完整性保護；所述PAR^r查后，反饋快速綁定確認消息，并將目標地址原轉(zhuǎn)交地址的 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到移動節(jié)點的新轉(zhuǎn)交地址。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述安全快速切換的方法，其特征在于，所述建立 移動節(jié)點與NAR之間的安全聯(lián)盟方式包括計算移動節(jié)點與PAR之間的標準切換密鑰和臨時切換密鑰； 當移動節(jié)點將要進行切換時，所述PAR在切換觸發(fā)消息中把所述臨時切 換密鑰發(fā)送給NAR,建立所述移動節(jié)點與所述NAR之間的安全聯(lián)盟。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述安全快速切換的方法，其特征在于，所述建立 移動節(jié)點與NAR之間的安全聯(lián)盟方式包括所述移動節(jié)點通過PAR與NAR進行消息交互，并獲得生成密鑰所需的 密鑰信息后生成第一和第二切換密鑰；所述AAA服務(wù)器根據(jù)接收到密鑰請求消息生成第一切換密鑰，并反饋生成結(jié)果給所述的NAR，所述的NAR再根據(jù)密鑰信息生成第二切換密鑰，完 成多個安全聯(lián)盟的建立。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述安全快速切換的方法，其特征在于， 對于預(yù)測模式快速切換中的完成安全聯(lián)盟的建立的過程為 移動節(jié)點向PAR發(fā)送攜帶切換密鑰請求消息的快速綁定更新消息，該更新消息使用所述移動節(jié)點與PAR之間的切換密鑰生成消息認證碼，同時所述 移動節(jié)點生成第一切換密鑰；所述PAR成功驗證消息認證碼后，將所述切換密鑰請求消息發(fā)送給所述 NAR，同時協(xié)商切換密鑰信息；并將協(xié)商的切換密鑰信息發(fā)送給所述移動節(jié) 點，所述移動節(jié)點才艮據(jù)所述切換密鑰信息生成第二切換密鑰；所述NAR把切換請求消息發(fā)送給AAA服務(wù)器，所述AAA服務(wù)器驗證 切換請求消息后，生成第一切換密鑰并反饋給所述的NAR;所述NAR根據(jù)第一切換密鑰及切換密鑰信息生成第二切換密鑰；當移動節(jié)點到達NAR時，根據(jù)是否收到快速綁定消息來決定使用第 一或 第二切換密鑰來保護鄰居公告消息，完成多個安全聯(lián)盟的建立；對于反應(yīng)模式快速切換中完成安全聯(lián)盟建立的過程為移動節(jié)點向NAR發(fā)送無請求的鄰居公告消息，該消息使用所述移動節(jié)點 預(yù)先生成的與NAR之間的切換密鑰保護或者不保護；再向PAR發(fā)送快速綁定更新消息，該消息中攜帶原轉(zhuǎn)交地址，對該消息 采用原切換密鑰生成消息驗證碼進行完整性保護；所述PAR檢查后，反饋快速綁定確認消息，并將目標地址為原轉(zhuǎn)交地址 的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到移動節(jié)點的新轉(zhuǎn)交地址。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述安全快速切換的方法，其特征在于，所述同時協(xié)商密鑰信息的方式包括PAR預(yù)先向AAA服務(wù)器請求獲得協(xié)商密鑰信息，并將所述協(xié)商密鑰信息 發(fā)送給NAR;或者所述NAR先生成一個密鑰信息，并將所述密鑰信息反饋給PAR。
14、 一種安全快速切換的系統(tǒng)，其特征在于，包括安全聯(lián)盟建立單元，用于在快速切換前，建立移動節(jié)點與目標網(wǎng)絡(luò)的接 入路由器NAR之間的安全聯(lián)盟；安全保護執(zhí)行單元，用于在移動節(jié)點的快速切換過程中，使用所述安全 聯(lián)盟保護該移動節(jié)點在快速切換過程中信令的安全交互，并使該移動節(jié)點安 全接入到所述NAR。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種安全快速切換的方法及系統(tǒng)，上述方法包括步驟在快速切換前，建立移動節(jié)點與目標網(wǎng)絡(luò)的接入路由器NAR之間的安全聯(lián)盟；在上述移動節(jié)點的快速切換過程中，使用上述安全聯(lián)盟確保該移動節(jié)點安全接入到上述NAR。上述裝置包括安全聯(lián)盟建立單元和安全保護執(zhí)行單元。本發(fā)明通過調(diào)整快速切換過程的密鑰生成時所需要的參數(shù)(即先建立移動節(jié)點與NAR之間的安全聯(lián)盟)來優(yōu)化快速切換中生成共享密鑰的過程，從而保證數(shù)據(jù)傳輸時的安全機制不影響快速切換流程，并且讓切換過程在網(wǎng)絡(luò)的可控范圍內(nèi)。
文檔編號H04W80/04GK101335985SQ20071012359
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
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