CAVEベースの認証

CAVEベースの認証は、第3世代（ 3G ）モバイルネットワークシステムの一種であるCDMA2000 1Xでアクセスを確認するために使用されるセキュリティプロトコルです。「CAVE」という用語は、Cellular Authentication and Voice Encryptionの略で、認証プロセスを実行するために使用されるアルゴリズムです。^[1]このシステムは、ユーザーがモバイルネットワークに接続する権限を持っていることを確認するのに役立ちます。

これは、「HLR 認証」(ホーム ロケーション レジスタ認証)、「 2G認証」、または「アクセス認証」とも呼ばれます。簡単に言えば、ネットワークにアクセスしようとしている人が本人であることを確認し、不正なユーザーからネットワークを保護します。

CAVE ベースの認証では、ユーザーがモバイル ネットワーク上でローミングしているときに、2 つの主要コンポーネントが連携して動作します。

• 認証センター (AC) (HLR/AC または AuC とも呼ばれます): これはユーザーのホーム ネットワークにあり、認証プロセスを管理します。モバイル ステーション(MS、一般に携帯電話と呼ばれる) の ID を直接検証するか、ユーザーがアクセスしているネットワークのビジター ロケーション レジスタ (VLR) とセキュリティ キー (SSD と呼ばれる) を共有します。AC には、モバイル デバイスごとに固有のセキュリティ キー (A キー) が必要です。認証は、デバイスと AC の両方が同じ A キーを持っているかどうかに依存します。AC は通常、ホーム ロケーション レジスタ (HLR) の一部ですが、複数の HLR に対応する別のシステムとして存在することもあります。「AuC」は GSM ネットワークで使用される略語ですが、CDMA ネットワークにも誤って適用されることがあります。
• ビジター ロケーション レジスタ (VLR): これは、訪問先ネットワーク (ユーザーがローミング中に現在接続しているネットワーク) のネットワーク コンポーネントです。SSD キーがこのネットワークと共有されている場合、VLR はユーザーをローカルで認証できます。共有されていない場合は、仲介者として機能し、認証要求をユーザーのホーム AC に渡して検証します。

このシステムにより、ユーザーが自宅以外のネットワークを使用している場合でも、安全に認証できるようになります。

モバイル ネットワーク認証では、認証コントローラがモバイル ステーション(MS、または携帯電話)からの応答が正しいかどうかを判断する役割を担います。状況に応じて、このコントローラは、ユーザーのホーム ネットワーク内の認証センター (AC) またはユーザーが現在ローミングしているネットワーク内のビジター ロケーション レジスタ (VLR) のいずれかになります。このプロセスでは、CAVE (Cellular Authentication and Voice Encryption) アルゴリズムに依存する CAVE ベースの認証で 2 つの共有キーを使用します。

• 認証キー (A キー): これは、MS と AC のみが知っている 64 ビットの秘密キーです。携帯電話がRUIMカード (SIM カードに類似) を使用している場合、A キーは RUIM に保存されます。それ以外の場合は、デバイスのメモリに保存されます。A キーは他のネットワークと共有されることはありません。ただし、共有秘密データ (SSD) と呼ばれる別のキーを作成するために使用されます。このキーは、ローミング ネットワークと共有してローカル認証を可能にします。
• 共有秘密データ (SSD): これは、SSD 更新と呼ばれる手順中に CAVE アルゴリズムを使用して作成された 128 ビットのキーです。^[2]ユーザーのホーム ネットワーク内の MS と AC の両方が、この SSD を独立して計算します。実際の認証プロセスでは、A キーではなく SSD が使用されます。SSD は、ユーザーのホーム ネットワークとローミング ネットワーク間で共有される場合とされない場合があります。共有されている場合、ローミング ネットワークはユーザーをローカルで認証できます。SSD は 2 つの部分に分かれています。
  • SSD_A: 認証署名の生成に使用されます。
  • SSD_B: 暗号化と音声プライバシーのためのセッション キーを作成するために使用されます。

このプロセスにより、最も機密性の高いキー (A キー) を他のネットワークに公開することなく、ユーザーを安全に認証できます。

CAVE ベースの認証では、携帯電話 (MS) の ID を確認するために 2 種類のチャレンジを使用します。

• グローバル チャレンジ: これは、ネットワークにアクセスしようとするすべてのモバイル デバイスが共通のチャレンジに応答する必要があるプロセスです。このチャレンジは、ネットワークのオーバーヘッド メッセージを通じて、エリア内のすべてのデバイスにブロードキャストされます。応答するために、携帯電話はCAVE アルゴリズムを使用して認証署名応答(AUTHR と呼ばれる) を作成します。これは、チャレンジ値、電話の電子シリアル番号 (ESN)、およびダイヤルされた最後の 6 桁 (ユーザーが電話をかけている場合) または加入者の一意の識別番号 (IMSI_S1) の一部を組み合わせます。また、共有秘密データ (SSD_A) の一部を使用してこの応答を生成します。
• ユニーク チャレンジ: このプロセスにより、ネットワーク (ホーム ネットワークまたは SSD が共有されている場合はローミング ネットワーク) は特定の携帯電話にチャレンジすることができます。これは、セキュリティ上の理由やデバイスの ID を確認するために行われる場合があります。携帯電話は、ユニーク チャレンジ値、ESN、IMSI_S1、および SSD_A からの入力を使用して、CAVE アルゴリズムを使用して、異なる認証署名応答(AUTHU と呼ばれる) を生成します。

CAVE ベースの認証は一方向のプロセスです。つまり、ネットワークは常に携帯電話を認証しますが、携帯電話はネットワークを認証しません。唯一の例外は、携帯電話がベース ステーションにチャレンジする可能性がある SSD 更新中です。

CAVE ベースの認証手順は、 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2)によって作成された仕様の一部である TIA-41 標準で概説されています。これらの手順では、CDMA ベースのシステムで携帯電話とネットワークが相互に検証し、安全な通信を確保する方法について説明しています。TIA-41 (X.S0004 とも呼ばれる) では、CAVE アルゴリズムを使用してこの検証または認証を実行する方法について詳細なガイドラインが提供されています。

• チャネルアクセス方法
• 認証と鍵合意（AKA） - 後継認証タイプ
• セルラーメッセージ暗号化アルゴリズム- CAVEに似たアルゴリズム

• TIA-41 - 3GPP2 X.S0004 (2004 年 3 月)