第三代移动通信（3G)的安全性分析
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c）如果用户通过UTRAN接入，控制接入的3G VLR/SGSN同2G用户之间进行GSM的鉴权过程后，在SIM卡上存储了密钥Kc。VLR/SGSN和用户终端设备同时通过Kc计算出UMTS的CK和IK，然后3G VLR/SGSN将利用CK和IK为用户提供安全保护，但由于此时用户安全特性的核心仍是GSM密钥Kc，所以用户并不具备3G的安全特性。
d）当用户通过2G接入网接入时，控制的VLR/SGSN（2G或3G）直接执行GSM鉴权过程，建立GSM安全上下文。
注意：为了支持2G鉴权和3G鉴权的兼容性，3G HLR必须支持3G鉴权5元组向2G鉴权3元组的转换功能；3G MSC必须支持3G鉴权5元组和2G鉴权3元组之间的双向转换功能。
4、移动通信安全的进一步完善
随着通信技术的不断发展，移动通信系统在各个行业得到广泛应用，因此对通信安全也提出了更高的要求。未来的移动通信系统安全需要进一步的加强和完善。
4.1 3G的安全体系结构趋于透明化
目前的安全体系仍然建立在假定内部网络绝对安全的前提下，但随着通信网络的不断发展，终端在不同运营商，甚至异种网络之间的漫游也成为可能，因此应增加核心网之间的安全认证机制。特别是随着移动电子商务的广泛应用，更应尽量减少或避免网络内部人员的干预性。未来的安全中心应能独立于系统设备，具有开放的接口，能独立地完成双向鉴权、端到端数据加密等安全功能，甚至对网络内部人员也是透明的。
4.2 考虑采用公钥密码体制
在未来的3G网络中要求网络更具有可扩展性，安全特性更加具有可见性、可操作性的趋势下，采用公钥密码体制，参与交换的是公开密钥，因而增加了私钥的安全性，并能同时满足数字加密和数字签名的需要，满足电子商务所要求的身份鉴别和数据的机密性、完整性、不可否认性。因此，必须尽快建设无线公钥基础设施（WPKI），建设以认证中心（CA）为核心的安全认证体系。
4.3 考虑新密码技术的应用
随着密码学的发展以及移动终端处理能力的提高，新的密码技术，如量子密码技术、椭圆曲线密码技术、生物识别技术等已在移动通信系统中获得广泛应用，加密算法和认证算法自身的抗攻击能力更强健，从而保证传输信息的机密性、完整性、可用性、可控性和不可否认性。
4.4 使用多层次、多技术的安全保护机制
为了保证移动通信系统的安全，不能仅依靠网络的接入和核心网内部的安全，而应该使用多层次、多技术相结合的保护机制，即在应用层、网络层、传输层和物理层上进行全方位的数据保护，并结合多种安全协议，从而保证信息的安全。
今后相当长一段时期内，移动通信系统都会出现2G和3G两种网络***存的局面，移动通信系统的安全也面临着后向兼容的问题。因此，如何进一步完善移动通信系统的安全，提高安全机制的效率以及对安全机制进行有效的管理，都是今后亟需解决的问题。
USIM中的鉴权处理原理
首先计算AK，并从AUTN中将序列号恢复出来，SQN=（SQN①AK）①AK；USIM计算出XMAC，将它与AUTN中的MAC值进行比较。如果不同，用户发送一个“用户认证拒绝”信息给VLR/SGSN，放弃该鉴权过程。在这种情况下，VLR/SGSN向HLR发起一个“鉴权失败报告”过程，然后由VLR/SGSN决定是否重新向用户发起一个鉴权认证过程。
同时，用户还要验证接收到的序列号SQN是否在有效的范围内，若不在，MS向VLR发送同步失败消息，并放弃该过程。
如果XMAC和SQN的验证都通过，那么USIM计算出RES，发送给VLR/SGSN，比较RES是否等于XRES，如果相等，网络就认证了用户的身份。
最后，用户计算出CK和IK。
2.2 UMTS的加密机制
在上述双向鉴权过程中产生的CK，在核心网和用户终端间***享。CK在RANAP消息“安全模式命令”中传输，RNC获得CK后就可以通过向终端发送RRC安全模式命令，并开始进行加密。
UMTS的加密机制是利用加密算法f8生成密钥流（伪随机的掩码数据），明文数据再和掩码数据进行逐比特相加产生密文，然后以密文的方式在无线链路上传输用户数据和信令信元，接收方在收到密文后，再把密文和掩码数据（同加密时输入参数一样，因此产生的掩码数据也一样）逐比特相加，还原成明文数据，即解密。
2.3 UMTS的完整性保护机制
为防止侵入者假造消息或篡改用户和网络间的信令消息，可以使用UMTS的完整性保护机制来保护信令的完整性。完整性保护在无线资源控制（RRC）子层执行，同加密一样，在RNC和终端之间使用。IK在鉴权和密钥协商过程中产生，IK也和CK一起以安全模式命令传输到RNC。
UMTS的完整性保护机制是发送方（UE或RNC）将要传送的数据用IK经过f9算法产生的消息鉴权码MAC附加在发出的消息后。接收方（RNC或UE）收到消息后，用同样的方法计算得到XMAC。接收方把收到的MAC和XMAC相比较，如果两者相等，说明收到的消息是完整的，在传输过程中没有被修改。
3、2G/3G网络***存时的漫游用户鉴权
2G与3G网络***存是目前移动通信向3G过渡必然要经历的阶段。由于用户通过SIM卡或USIM使用双模式手机可同时接入到2G和3G网络，当用户在2G和3G***存的网络中漫游时，网络必须为用户提供必要的安全服务。由于2G和3G系统用户安全机制之间的继承性，所以可以通过2G和3G网络实体间的交互以及2G和3G安全上下文之间的转换运算来实现不同接入情况下用户的鉴权。
3.1 UMTS漫游用户的鉴权
在2G和3G***存网络中，UMTS漫游用户鉴权按以下方式进行：
a）通过UTRAN接入时，使用3G鉴权。
b）当使用3G移动台和3G MSC/VLR或SGSN通过GSM BSS接入时，使用3G鉴权机制。其中GSM密钥从UMTS CK和IK计算获得。
c）当使用2G移动台或2G MSC/VLR或SGSN通过GSM BSS接入时，使用GSM鉴权机制。其中用户响应SRES和GSM密钥从UMTS SRES、CK和IK得到。
UMTS漫游用户的鉴权过程包括以下几个步骤（见图4）：
图4 漫游UMTS用户在2G/3G网络中的鉴权
a）当HLR/AuC收到VLR/SGSN的鉴权数据请求消息时，将根据用户钥匙K生成一组3G鉴权矢量，包扩RAND、XRES、AUTN、CK和IK。
b）鉴权矢量的分发会根据请求鉴权数据的VLR/SGSN的类型而不同。如果请求鉴权数据的是3G VLR/SGSN，将直接接收HLR/AuC的3G鉴权矢量，并将它存储起来；而当请求鉴权的是2G VLR/SGSN时，HLR/AuC会将3G鉴权矢量转化为GSM鉴权三元组，2G VLR/SGSN将这组鉴权三元组存储起来。
c）当UMTS通过UTRN接入时，VLR/SGSN直接进行3G鉴权，为用户建立3G安全上下文。
d）当UMTS用户通过2G接入网接入时，根据控制鉴权的VLR/SGSN类型和用户设备类型的不同，使用的鉴权矢量可以是3G鉴权矢量，也可以是GSM鉴权三元组。当控制接入的是3G VLR/SGSN时，如果用户使用的是3G用户设备，VLR/SGSN和用户之间执行3G鉴权过程，双方协议CK和IK作为3G安全上下文，并存储在USIM中，然后用户设备和VLR/SGSN同时计算出Kc，并用它在以后的信令过程中对空中数据进行保护。如果此时用户设备是2G，VLR/SGSN取出UMTS鉴权矢量对用户鉴权时，先通过前述算法计算出GSM鉴权三元组，然后将RAND发送到USIM，USIM通过3G鉴权算法得到与鉴权矢量中相同的XRES、CK和IK，计算出2G的SRES和Kc，再将SRES发回到VLR/SGSN进行比较后，将Kc用作空中数据的加密。如果控制接入的是2G VLR/SGSN，则VLR/SGSN取出一个存储的GSM鉴权三元组，将其中的RAND发送到用户，USIM通过3G鉴权算法得到XRES、CK和IK，再同样计算出2G的SRES和Kc，在对SRES进行比较后，密钥Kc协商成功。
3.2 GSM SIM漫游用户的鉴权
GSM SIM漫游用户的鉴权流程如图5所示。
图5 GSM SIM漫游用户的鉴权流程
由于GSM SIM用户只支持GSM系统安全特性，所以鉴权过程必然是GSM系统的。具体步骤如下：
a）当VLR/SGSN向用户归属2G HLR/AuC请求鉴权数据时，HLR/AuC生成一组GSM鉴权三元组。
b）HLR/AuC向请求鉴权数据的VLR/SGSN分发鉴权三元组，不管VLR/SGSN是2G还是3G类型的，VLR/SGSN会将这组鉴权三元组存储起来，然后取出一个鉴权三元组对用户进行鉴权。
c）如果用户通过UTRAN接入，控制接入的3G VLR/SGSN同2G用户之间进行GSM的鉴权过程后，在SIM卡上存储了密钥Kc。VLR/SGSN和用户终端设备同时通过Kc计算出UMTS的CK和IK，然后3G VLR/SGSN将利用CK和IK为用户提供安全保护，但由于此时用户安全特性的核心仍是GSM密钥Kc，所以用户并不具备3G的安全特性。
d）当用户通过2G接入网接入时，控制的VLR/SGSN（2G或3G）直接执行GSM鉴权过程，建立GSM安全上下文。
注意：为了支持2G鉴权和3G鉴权的兼容性，3G HLR必须支持3G鉴权5元组向2G鉴权3元组的转换功能；3G MSC必须支持3G鉴权5元组和2G鉴权3元组之间的双向转换功能。
4、移动通信安全的进一步完善
随着通信技术的不断发展，移动通信系统在各个行业得到广泛应用，因此对通信安全也提出了更高的要求。未来的移动通信系统安全需要进一步的加强和完善。
4.1 3G的安全体系结构趋于透明化
目前的安全体系仍然建立在假定内部网络绝对安全的前提下，但随着通信网络的不断发展，终端在不同运营商，甚至异种网络之间的漫游也成为可能，因此应增加核心网之间的安全认证机制。特别是随着移动电子商务的广泛应用，更应尽量减少或避免网络内部人员的干预性。未来的安全中心应能独立于系统设备，具有开放的接口，能独立地完成双向鉴权、端到端数据加密等安全功能，甚至对网络内部人员也是透明的。
4.2 考虑采用公钥密码体制
在未来的3G网络中要求网络更具有可扩展性，安全特性更加具有可见性、可操作性的趋势下，采用公钥密码体制，参与交换的是公开密钥，因而增加了私钥的安全性，并能同时满足数字加密和数字签名的需要，满足电子商务所要求的身份鉴别和数据的机密性、完整性、不可否认性。因此，必须尽快建设无线公钥基础设施（WPKI），建设以认证中心（CA）为核心的安全认证体系。
4.3 考虑新密码技术的应用
随着密码学的发展以及移动终端处理能力的提高，新的密码技术，如量子密码技术、椭圆曲线密码技术、生物识别技术等已在移动通信系统中获得广泛应用，加密算法和认证算法自身的抗攻击能力更强健，从而保证传输信息的机密性、完整性、可用性、可控性和不可否认性。
4.4 使用多层次、多技术的安全保护机制
为了保证移动通信系统的安全，不能仅依靠网络的接入和核心网内部的安全，而应该使用多层次、多技术相结合的保护机制，即在应用层、网络层、传输层和物理层上进行全方位的数据保护，并结合多种安全协议，从而保证信息的安全。
今后相当长一段时期内，移动通信系统都会出现2G和3G两种网络***存的局面，移动通信系统的安全也面临着后向兼容的问题。因此，如何进一步完善移动通信系统的安全，提高安全机制的效率以及对安全机制进行有效的管理，都是今后亟需解决的问题。