5G规范安全性和协议漏洞分析（上篇）

5G的安全体系结构是在定义了一系列安全要求、功能和实现的基础之上构建的。因此，我们将继续进行分析。下面列出了5G无线电接入网络(RAN)的主要安全要求和相应的实现。在其中，包含了一些可能导致安全漏洞的要求和实现，我们将会在后续章节中进一步讨论这些安全漏洞及其潜在影响。

1. 通用

安全需求：

• 缓解Bidding Down攻击。
• 相互进行认证。
• 用户设备、访问和服务网络授权。
• 允许未经认证的紧急服务。

实现：在身份验证过程中，使用EAP-AKA和5G AKA方法。

2. 用户设备与5G基站(UE and gNB)

安全需求：

• 通过加密，保护用户和信令数据。一旦连接到5G基站，就考虑启用用户设备安全功能和服务网络的安全功能。支持零加密(Null Encryption)。保密性保护可以选择是否启用。
• 用户和信令数据完整性保护和重放保护。一旦连接到5G基站，就考虑启用用户设备安全功能和服务网络的安全功能。支持零完整性保护(Null Integrity Protection)。用户数据的完整性保护可以选择是否启用。RRC和NAS信令保护强制启用，但存在例外，比如未经认证的紧急会话。

实现：从密钥体系中导出、分发和协商密钥，支持128位和256位密钥加密。对于网络实体中的每一个密钥，用户设备负责存储相应的密钥，根密钥存储在USIM中。

3. 用户设备(UE)

安全需求：

• 通过使用防篡改的安全硬件组件，实现对用户凭据的安全存储和安全处理。
• 通过使用临时或隐藏的用户标识符(5G-GUTI和SUPI)获取用户隐私。支持零计划(Null-scheme)方案，在归属网络未提供公钥时使用，该归属网络控制用户隐私及密钥的提供和更新。

实现：如果由归属运营商提供，USIM将存储用于隐藏SUPI的归属网络公钥。

4. 5G基站(gNB)

安全需求：

• 通过证书授权设置和配置，属于可选项。
• 密钥管理，可选用基于5G PKI的架构。
• 密钥的安全环境，UP和CP数据存储及处理。

实现：认证和密钥导出可以由网络发起，因为操作方决定什么时间存在活动的NAS连接。

(1) 核心框架

5G的安全实现基于分层的密钥派生、分发和管理框架之上。密钥存储在很多网络实体之中。长期密钥K由UDM层的ARPF负责存储，USIM保留该对称密钥在用户那里的副本。其他的所有密钥，都是从该密钥派生而来的。

(2) 认证和归属控制

3GPP建立了EAP-AKA和5G AKA的认证方法，并要求5G UE和5GC必须支持这两种认证方法。这些安全模式用于相互身份验证和后续服务安全性保证。5G UE在其注册请求中需要使用安全的5G-GUTI或SUCI，并从中选择一种认证方法来启动认证过程。当使用EAP-AKA时，UE作为对等体，而5GC SEAF和AUSF分别作为传递服务器和后端认证服务器。5G AKA则是通过向归属网络提供UE从访客网络成功认证的证明，来增强EPS AKA的安全性。

（编辑：威海站长网）

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