移動(dòng)通信中的無(wú)線(xiàn)接入安全機(jī)制

1.3GUSIM卡支持轉(zhuǎn)換函數(shù)，能將XRES’轉(zhuǎn)為SRES’，將CK和IK轉(zhuǎn)為Kc。

2.3GUSIM卡支持2GSIM接口，從而能被只支持SIM卡的2G終端使用，這樣的卡通常被稱(chēng)為USIM/SIM混合卡?；旌峡ㄉ系腟IM接口安全算法是基于USIM安全算法+轉(zhuǎn)換函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

3.3GHLR/AuC能支持五元組到三元組的轉(zhuǎn)換，從而可以向服務(wù)地的2GMSC/VLR或者SGSN返回三元組認(rèn)證向量。

4.服務(wù)網(wǎng)絡(luò)如果采用2G接入網(wǎng)+3G核心網(wǎng)(即BS是2G的，但MSC/VLR與SGSN為3G的)的組網(wǎng)方式，MSC/VLR與SGSN應(yīng)支持CK+IK到Kc的轉(zhuǎn)換。

當(dāng)用戶(hù)用的是3G/2G混合終端或者是支持USIM的高版本2G終端時(shí)，此時(shí)使用的是混合卡上的USIM功能，認(rèn)證實(shí)現(xiàn)分以下兩種情況。

1.當(dāng)服務(wù)地的核心網(wǎng)是3G時(shí)，認(rèn)證過(guò)程和3GUMTS系統(tǒng)的描述基本相同，有區(qū)別的地方是：服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的3GMSC/VLR或者SGSN需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換函數(shù)將CK和IK轉(zhuǎn)換為Kc，然后將Kc傳給2G服務(wù)基站;除了CK和IK，混合卡還會(huì)將用轉(zhuǎn)換函數(shù)依據(jù)CK和IK生成的Kc也返回給終端。終端會(huì)忽略CK和IK，而只用Kc;后續(xù)如果需要，終端和服務(wù)地2G基站間能用所協(xié)商的A5算法和Kc進(jìn)行加密傳輸，但不能進(jìn)行完整性保護(hù)。

2.當(dāng)服務(wù)地的核心網(wǎng)是2G時(shí)，認(rèn)證過(guò)程和2G系統(tǒng)的描述基本相似，有區(qū)別的地方是：收到服務(wù)地網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證向量請(qǐng)求后，用戶(hù)歸屬的3GHLR/AuC首先生成五元組，然后將它們通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)為三元組，再將三元組返回給服務(wù)網(wǎng)絡(luò);終端向卡發(fā)送的是帶GSM安全上下文的Authenticate指令;混合UISM卡首先生成XRES、CK和IK，然后將XRES轉(zhuǎn)換為SRES’，將CK+IK轉(zhuǎn)換為Kc，最后只將SRES’和Kc返回給終端。

當(dāng)用戶(hù)用的是不支持USIM的低版本2G終端時(shí)，此時(shí)使用的是混合卡上的SIM功能，認(rèn)證實(shí)現(xiàn)也分為兩種情況。

1.當(dāng)服務(wù)地的核心網(wǎng)是3G時(shí)，認(rèn)證過(guò)程和2G系統(tǒng)相似，有區(qū)別的地方是：收到服務(wù)地網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證向量請(qǐng)求后，用戶(hù)歸屬的3GHLR/AuC生成的是五元組，返回的也是五元組;服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的3GMSC/VLR或者SGSN需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換函數(shù)將XRES轉(zhuǎn)換為SRES、將CK和IK轉(zhuǎn)換為Kc，然后將Kc傳給2G服務(wù)基站;服務(wù)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)認(rèn)證請(qǐng)求消息中的AUTN參數(shù)會(huì)被2G終端忽略，2G終端僅將RAND參數(shù)通過(guò)RunGSM Algorithm指令發(fā)給混合卡;混合卡用RAND和K首先生成XRES’、CK和IK，然后將XRES’轉(zhuǎn)換為SRES’，將CK+IK轉(zhuǎn)換為Kc，最后只將SRES’和Kc返回給終端。

2.當(dāng)服務(wù)地的核心網(wǎng)是2G時(shí)，認(rèn)證過(guò)程和2G系統(tǒng)基本相同，有區(qū)別的地方是：收到服務(wù)地網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證向量請(qǐng)求后，用戶(hù)歸屬的3GHLR/AuC首先生成五元組，然后將它們通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)為三元組，再將三元組返回給服務(wù)網(wǎng)絡(luò);混合卡首先生成XRES’、CK和IK，然后將XRES’轉(zhuǎn)換為SRES’，將CK+IK轉(zhuǎn)換為Kc，最后只將SRES’和Kc返回給終端。

3 GPP2系統(tǒng)的接入安全

cdma20001x系統(tǒng)的接入安全

在cdma20001x系統(tǒng)中，用戶(hù)的RUIM卡和歸宿網(wǎng)絡(luò)的HLR/AC會(huì)共享一個(gè)安全密鑰A-key(64bit)，基于該密鑰，網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)用戶(hù)進(jìn)行認(rèn)證，基站和手機(jī)間也可以對(duì)信令消息、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)應(yīng)用不同的加密方式。

cdma20001x系統(tǒng)支持兩種認(rèn)證觸發(fā)方式。

1.通過(guò)層2功能實(shí)現(xiàn)的全局挑戰(zhàn)(GlobalChallenge)：服務(wù)網(wǎng)絡(luò)可以將在尋呼信道上廣播的接入?yún)?shù)消息中的AUTH字段置為‘01’，從而要求所有終端在使用反向接入信道發(fā)送消息時(shí)(Order消息、AuthenticationChallengeResponse消息、Status Response消息和Extended Status Response消息除外)，必須在消息的層2參數(shù)域攜帶基于SSD(共享安全數(shù)據(jù))的前64bit、隨機(jī)數(shù)和消息中特定信息域計(jì)算的認(rèn)證簽名AUTHR。

2.通過(guò)層3功能實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特挑戰(zhàn)(UniqueChallenge)：當(dāng)需要時(shí)，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)可以向特定終端發(fā)送AuthenticationChallenge消息，終端中的卡基于消息中的隨機(jī)數(shù)RANDU，用SSD的前64bit計(jì)算AUTHU，再用AuthenticationChallenge Response消息返回，網(wǎng)絡(luò)然后檢查終端返回的AUTHR或AUTHU是否正確。如果HLR/AC向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)共享了SSD，這個(gè)檢查由服務(wù)網(wǎng)絡(luò)完成，否則需請(qǐng)求HLR/AC進(jìn)行。

SSD(128bit)是cdma20001x認(rèn)證中的一個(gè)特有設(shè)計(jì)，引入SSD是為了避免過(guò)度使用用戶(hù)的根密鑰A-key和避免需要將A-key共享給服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。SSD的生成和后續(xù)更新只能在HLR/AC和RUIM卡之間進(jìn)行，HLR/AC可以選擇將某個(gè)SSD共享給服務(wù)網(wǎng)絡(luò)并可以設(shè)定該SSD的生命周期，但RUIM卡不會(huì)把SSD透露給終端。SSD更新過(guò)程通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向終端/卡發(fā)送SSDUpdate消息觸發(fā)，消息中包含一個(gè)隨機(jī)數(shù)RNADSSD。為了防止虛假服務(wù)網(wǎng)絡(luò)惡意更新SSD，卡會(huì)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)RANDBS然后由終端通過(guò)BSChallenge Order消息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)，僅當(dāng)網(wǎng)絡(luò)返回的AUTHBS響應(yīng)是正確的，卡才會(huì)用CAVE算法根據(jù)A-Key、RANDSSD、UIMID等計(jì)算出的值更新SSD。SSD的前64bit用于各種認(rèn)證運(yùn)算，包括AUTHR/AUTHU/AUTHBS的計(jì)算和檢驗(yàn)，它們都使用CAVE算法根據(jù)相應(yīng)的隨機(jī)數(shù)輸入計(jì)算得到。

基于SSD的后64bit可以用CAVE生成私有長(zhǎng)碼掩碼(PrivateLCM)、消息加密密鑰SMEKey和數(shù)據(jù)加密密鑰。cdma20001x用私有長(zhǎng)碼掩碼加擾的方式實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音加密;用SMEKey密鑰和CMEA(或者ECMEA)算法實(shí)現(xiàn)信令消息加密;用數(shù)據(jù)密鑰和ORYX算法實(shí)現(xiàn)用戶(hù)數(shù)據(jù)加密。終端和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)間可以通過(guò)層3消息協(xié)商是否使用加密。

cdma20001xEV-DO系統(tǒng)的接入安全

為了支持標(biāo)準(zhǔn)的cdma20001xEV-DO接入認(rèn)證，用戶(hù)需要用更高版本的RUIM卡(至少是C.S0023Rev.B以后版本的卡)，用戶(hù)的RUIM卡和歸屬AN-AAA間會(huì)共享一個(gè)HRPD SS(HRPD共享密鑰，為可變長(zhǎng)度，常取128bit)，卡還要能支持MD5算法和存儲(chǔ)用戶(hù)在EV-DO中的ID(稱(chēng)之為HRPD NAI)?；谠揌RPD SS，網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)用戶(hù)進(jìn)行認(rèn)證，基站和手機(jī)間也可以對(duì)消息和數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

當(dāng)用戶(hù)需要建立EV-DO會(huì)話(huà)時(shí)，在終端和AN(即EV-DO基站)進(jìn)行PPP和LCP協(xié)商期間，AN會(huì)向終端發(fā)送CHAPChallenge，消息中包含CHAPID和一個(gè)隨機(jī)數(shù)，終端把這個(gè)挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)給RUIM卡，卡用MD5算法根據(jù)HRPDSS和隨機(jī)數(shù)計(jì)算響應(yīng)，響應(yīng)被卡/終端通過(guò)CHAP Response返回給AN，AN再通過(guò)A12接口把它傳給AN-AAA，AN-AAA基于自己存儲(chǔ)的該用戶(hù)HRPD SS驗(yàn)證這個(gè)響應(yīng)是否正確。