3G通信网络的安全分析

论文摘要

第三代移动通信系统(3G)建立在第二代移动通信系统(2G)的安全基础上,采纳了在GSM和其他第二代系统内已经证明是必要的和加强的安全元素,并确定和校正了第二代系统中已知的缺点。在第三代移动通信系统(3G)中,实现了用户和网络的相互认证,其中网络对用户的认证采用的是动态双向鉴权方式,而用户对网络的认证采用的是动态单向鉴权的方式。其中而用户对网络的认证采用动态单向鉴权是3G系统区别于2G系统安全特征的一个重要特性,有其独特的设计方式。在认证和密钥分配中使用到了f0、f1、f1~*、f2、f3、f4、f5和f5~*等安全算法。本文着重研究了第三代移动通信系统的安全。首先介绍了2G系统结构及其存在的安全缺陷。然后概述了3G的安全原则、目标、要求及其面临的安全隐患,详细分析了3G移动通信系统的安全体系结构,分析了3G的安全特征。对3G接入网络中的鉴权和认证、数据机密性和数据完整性服务等机制进行了深入的探讨,对实现上述各种机制的算法和协议做了详细的介绍。然后针对这些安全隐患,和业已提出的一种高效的基于自验证公钥的认证方案相结合,给出一种基于椭圆曲线的自验证公钥的3G通信系统认证方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.2 3G技术国内外发展现状
• 1.3 本文研究主要内容
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 GSM的安全体系结构
• 2.1 GSM的系统结构
• 2.2 GSM的鉴权和认证
• 2.2.1 GSM网络中用户身份的保密
• 2.2.2 GSM系统中用户鉴权
• 2.2.3 GSM无线信道上发送的加密数据
• 2.3 GSM中安全要素的分布
• 2.4 GSM存在的安全问题
• 2.5 小结
• 第二章 3G的安全体系结构
• 3.1 3G的安全原则和安全目标
• 3.2 3G系统的安全要求
• 3.3 3G的安全漏洞
• 3.3.1 对空中接口的攻击
• 3.3.2 针对系统核心网的攻击
• 3.3.3 针对终端的攻击
• 3.4 3G安全技术分析
• 3.4.1 接入网安全
• 3.4.2 核心网安全技术
• 3.4.3 传输层安全
• 3.4.4 应用层安全
• 3.4.5 代码安全
• 3.4.6 个人无线网络安全
• 3.5 3G的鉴权和认证
• 3.5.1 认证和密钥协商协议（3G AKA）
• 3.5.2 认证和密钥分配过程的激发
• 3.5.3 认证和密钥分配过程
• 3.5.4 认证和密钥分配过程中的异常
• 3.6 加密和完整性过程
• 3.6.1 加密过程
• 3.6.2 完整性过程
• 3.6.3 加密和完整性过程的激发
• 3.6.4 加密密钥和完整性密钥识别
• 3.7 3G安全体系漏洞的分析
• 3.8 小结
• 第四章 信息安全技术理论
• 4.1 加密技术
• 4.2 数据完整性
• 4.3 密钥交换
• 4.4 基于椭圆曲线的密码体制
• 4.5 小结
• 第五章 改进的3G认证方案
• 5.1 基于自验证公钥3G系统认证方案
• 5.1.1 认证方案基本原理
• 5.2 基于自认证椭圆曲线的3G移动通信认证系统
• 5.2.1 系统初始化
• 5.2.2 CA为 HLR、VLR和 UE生成公钥
• 5.2.3 公钥广播协议
• 5.2.4 基于椭圆曲线的自验证公钥的认证及密钥交换协议
• 5.3 协议的安全性分析
• 5.4 协议的性能分析
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士期间的研究成果
• 作者攻读硕士期间参加的科研项目