一、第一代移動通信的網(wǎng)絡(luò)安全

第一代移動通信系統(tǒng)是通過分配給每一部手機(jī)一個獨(dú)有電子序號(ESN)和網(wǎng)絡(luò)編碼移動標(biāo)識號(MIN)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)的。當(dāng)用戶(MS)需要接入網(wǎng)絡(luò)時，手機(jī)會自動將自己的ESN和MIN發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)。如果手機(jī)的ESN和MIN與網(wǎng)絡(luò)的ESN和MIN兩者匹配，就能實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)，然后再利用網(wǎng)絡(luò)的ESN和MIN可以不花任何費(fèi)用成為合法用戶。

二、第二代移動通信(GSM)的網(wǎng)絡(luò)安全

1.GSM的鑒權(quán)過程。

(1)當(dāng)MS請求服務(wù)時，首先向移動交換中心的訪問位置寄存器(VLR)發(fā)送一個需要接入網(wǎng)絡(luò)的請求。

(2)MS如果在VLR中沒有登記，當(dāng)他請求服務(wù)時，VLR就向MS所屬的鑒權(quán)中心(AUC)請求鑒權(quán)三元組(隨機(jī)數(shù)RAND期望響應(yīng)SRES會話密鑰Kc)。

(3)AUC接著會給VLR下發(fā)鑒權(quán)三元組。

(4)當(dāng)VLR有了鑒權(quán)三元組后，會給MS發(fā)送一個隨機(jī)數(shù)(RAND)。

(5)當(dāng)MS收到RAND后，會與手機(jī)里的SIM卡中固化的共享密鑰Ki和認(rèn)證算法A3進(jìn)行加密運(yùn)算，得出一個應(yīng)答結(jié)果SRES，并送回MSC/VLR。同時，VLR也進(jìn)行同樣的運(yùn)算，也得到一個相應(yīng)的SRES。

(6)VLR將收到的SRES和VLR中計(jì)算的SRES’進(jìn)行比較，若相同，則鑒權(quán)成功，可繼續(xù)進(jìn)行MS所請求的服務(wù);反之，則拒絕為該MS提供服務(wù)。

2.GSM的加密過程。

(1)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)對MS鑒權(quán)通過后，MS會繼續(xù)用RAND與手機(jī)里的SIM卡中固化的共享密鑰Ki和認(rèn)證算法A8進(jìn)行加密運(yùn)算，得出一個會話密鑰(Kc)。

同時，VLR也進(jìn)行同樣的運(yùn)算，也會得到一個同樣的Kc。

(2)當(dāng)雙方需要通話時，在無線空口就用Kc加密，到對方端口后，就可以運(yùn)用同樣的Kc解密。這樣，不僅保證了每次通話的安全性，而且完成了整個鑒權(quán)加密工作。

三、第三代移動通信(UMTS)的網(wǎng)絡(luò)安全

1.UMTS的鑒權(quán)過程。

(1)MS首先向網(wǎng)絡(luò)中的VLR發(fā)送服務(wù)請求，如果MS在HLR/VLR中沒有登記，VLR就向MS所屬的AUC請求鑒權(quán)五元組(隨機(jī)數(shù)RAND、期望響應(yīng)XRES、加密密鑰CK、完整性密鑰IK和認(rèn)證令牌AUTN)。

(2)AUC根據(jù)MS的IMSI號碼，在數(shù)據(jù)庫表中查找到該MS的Ki、SQN、AMF等參數(shù)，并產(chǎn)生若干組隨機(jī)數(shù)RAND，計(jì)算出XRES、CK、IK、AUTN，發(fā)送給VLR。

(3)VLR/SGSN發(fā)出鑒權(quán)操作，傳送一個隨機(jī)數(shù)RAND中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司河南省分公司和認(rèn)證令牌AUTN給手機(jī)。

(4)手機(jī)系統(tǒng)根據(jù)Ki、RAND，通過f1算法得到出自己的AUTN，然后驗(yàn)證兩個AUTN是否相等。

(5)手機(jī)系統(tǒng)根據(jù)Ki、RAND，通過f2算法得到響應(yīng)數(shù)RES，通過f3算法得到加密密鑰CK，通過f4算法得到完整性密鑰IK，并將算出的響應(yīng)數(shù)RES傳送給VLR/SGSN。

(6)VLR/SGSN根據(jù)MS的RES與自己的XRES比對。

2.UMTS的加密過程。

(1)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)和MS雙向鑒權(quán)通過后，手機(jī)已經(jīng)有了CK和IK，網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)Ki、RAND，通過同樣的f3算法得到加密密鑰CK，f4算法得到完整性密鑰IK。

(2)當(dāng)雙方需要通話時，無線空口就用加密密鑰(CK)進(jìn)行加密，用加密的密鑰(IK)的進(jìn)行完整性保護(hù);到對方端口后，就可以用同樣的加密密鑰(CK)進(jìn)行解密，用加密的密鑰(IK)來驗(yàn)證信息的完整性。

四、第二代和第三代移動通信安全性比較

1.GSM系統(tǒng)存在的安全隱患。

(1)認(rèn)證是單向的，只有網(wǎng)絡(luò)對MS的認(rèn)證，存在安全漏洞。

(2)加密不是端到端的，只在無線信道部分加密(即在MS和BTS之間)。在固定網(wǎng)中沒有加密(采用明文傳輸)，給攻擊者提供了機(jī)會。

(3)移動臺和網(wǎng)絡(luò)間的大多數(shù)信令信息非常敏感，需要得到完整性保護(hù);而在GSM網(wǎng)絡(luò)中，也沒有考慮到數(shù)據(jù)完整性保護(hù)的問題，如果數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中被篡改也難以發(fā)現(xiàn)。

(4)GSM中使用的加密密鑰長度是64bit，可以在較短時間內(nèi)被破解。

2.UMTS網(wǎng)絡(luò)引入的安全機(jī)制。

實(shí)現(xiàn)了雙向認(rèn)證，提供了接入鏈路信令數(shù)據(jù)的完整性保護(hù)，密鑰長度增加為128bit，3GPP接入鏈路數(shù)據(jù)加密延伸至無線接入控制器(RNC)。

五、移動通信系統(tǒng)安全的未來

3G移動網(wǎng)絡(luò)的安全隱患使第四代移動通信系統(tǒng)(4G)中的安全問題也受到關(guān)注。4G移動網(wǎng)絡(luò)基于多層蜂窩結(jié)構(gòu)，通過多個無線接口，由眾多業(yè)務(wù)提供者和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者提供多媒體業(yè)務(wù);還能夠接收、獲取終端的呼叫。

它可以在多個運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)(平臺)或多個無線接口之間建立最有效地通信路徑，并對其進(jìn)行實(shí)時地定位和跟蹤。

在整個移動通信過程中，4G移動網(wǎng)絡(luò)保持了良好的無縫連接能力，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母哔|(zhì)量、高速率;

各種專門的接入系統(tǒng)以最優(yōu)化的方式進(jìn)行工作，k惡意滿足不同MS的通信需求。當(dāng)多模式終端接入系統(tǒng)時，網(wǎng)絡(luò)會自適應(yīng)分配頻帶，給出最優(yōu)化路由，以達(dá)到最佳通信效果。

因此，筆者認(rèn)為，盡快實(shí)現(xiàn)4G移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)安全具有重要的意義，它將是通往未來無線和移動通信系統(tǒng)的最佳路徑。