KI在G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

PKI在3G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用摘要：本文主要研究了如何在3G的接入網(wǎng)端應(yīng)用無(wú)線PKI來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶身份的機(jī)密性。因?yàn)橛脩舻纳矸輸?shù)據(jù)是敏感的，需要很好的給予保護(hù)。身份機(jī)密性包括：用戶身份機(jī)密，用戶位置機(jī)密，用戶的不可跟蹤性。首先概要介紹了無(wú)線PKI的基本知識(shí)，證書(shū)的版本以及獲取方式。然后介紹了PKI環(huán)境下的認(rèn)證方式。緊接著敘述了現(xiàn)有的3G接入網(wǎng)的安全架構(gòu)和一些相關(guān)的安全技術(shù)，如完整性保護(hù)，加密保護(hù)和認(rèn)證和密鑰協(xié)商。最后基于無(wú)線PKI環(huán)境下實(shí)體認(rèn)證方案和現(xiàn)有的3G中的身份機(jī)密實(shí)現(xiàn)措施，經(jīng)過(guò)改進(jìn)給出了一種新的基于公鑰體制下的用于實(shí)現(xiàn)身份機(jī)密性的具體方案。

關(guān)鍵字：無(wú)線公鑰基礎(chǔ)設(shè)施身份機(jī)密3G認(rèn)證機(jī)構(gòu)1

緒

論1.1

第三代移動(dòng)通信簡(jiǎn)介及安全問(wèn)題移動(dòng)通信經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代后期，是一種模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，以模擬電路單元為基本模塊實(shí)現(xiàn)話音通信。主要制式有美國(guó)的AMPS,北歐的NMT、英國(guó)的TACS和日本的HCMTS等。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)(2G)出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代后期，以GSM,DAMPS和PDC為代表的第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。第三代的概念早在1985年就由ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)提出了，當(dāng)時(shí)稱為FPLMTS(未來(lái)公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng))。1996年更名為IMT-2000(國(guó)際移動(dòng)通信一2000)。前兩代系統(tǒng)主要面向話音傳輸，與之相比，三代的主要特征是提供數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)，語(yǔ)音只是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一個(gè)應(yīng)用。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)的目標(biāo)是:世界范圍內(nèi)設(shè)計(jì)上的高度一致性;與固定網(wǎng)絡(luò)各種業(yè)務(wù)的相互兼容;高服務(wù)質(zhì)量;全球范圍內(nèi)使用的小終端;具有全球漫游能力:支持多媒體功能及廣泛業(yè)務(wù)的終端。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，對(duì)第三代無(wú)線傳輸技術(shù)(RTT)提出了支持高速多媒體業(yè)務(wù)〔高速移動(dòng)環(huán)境:144Kbps，室外步行環(huán)境:384Kbps,室內(nèi)環(huán)境:2Mbps)、比現(xiàn)有系統(tǒng)有更高的頻譜效率等基本要求。近幾年通信的飛速發(fā)展，使得現(xiàn)存的第二代通信系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)有的人們的需要，主要表現(xiàn)為：(1)巨大的移動(dòng)通信市場(chǎng)和目前頻譜資源的有限性之間的矛盾日益突出，不能滿足工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和一部分第三世界國(guó)家(如中國(guó)、印度)大中城市手機(jī)用戶高密度要求。(2)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和多媒體通信逐步和無(wú)線通信的可移動(dòng)性相結(jié)合，因此移動(dòng)多媒體或移動(dòng)IP迅速發(fā)展起來(lái)，但第二代速率過(guò)低(9.6kb/s或57kb/s)與目前IP技術(shù)與多媒體業(yè)務(wù)要求距離甚遠(yuǎn)，不能滿足政府、先進(jìn)企業(yè)及新興“白領(lǐng)”階層對(duì)高速數(shù)據(jù)量的要求。(3)不能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋無(wú)縫連接。(4)通信業(yè)務(wù)的安全保障不足。隨著技術(shù)的發(fā)展，安全問(wèn)題也越來(lái)越受到大家的關(guān)注，出于質(zhì)量和效益的問(wèn)題，移動(dòng)通信的電勃具有較強(qiáng)的穿透力向各個(gè)方向傳播，易于被截取，或竊聽(tīng)，其可靠性與安全性都有待加強(qiáng)。二十世紀(jì)八十年代的模擬通信便深受其害，由于基本上沒(méi)有采用什么安全技術(shù)，通信時(shí)的話音很容易被竊聽(tīng)，盡管二代在安全性方面提出了較大的改進(jìn)，采用數(shù)字系統(tǒng)，提出了身份認(rèn)證，數(shù)據(jù)加密這一概念，系統(tǒng)考慮了一些安全因素，但絕大部分的安全規(guī)范是從運(yùn)營(yíng)商的角度設(shè)計(jì)的：防止欺騙和網(wǎng)絡(luò)誤用。但是依然存在許多安全缺陷。如單向認(rèn)證，即只考慮了網(wǎng)絡(luò)對(duì)于用戶的認(rèn)證而忽視了用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別，這種處理方法不能提供可信的環(huán)境，不能給移動(dòng)用戶足夠的信心開(kāi)展電子商務(wù)和交換敏感信息。而且隨著解密技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算能力的提高，加密算法A5，已經(jīng)證明能在短時(shí)間內(nèi)破解。技術(shù)的成熟和移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，用戶比以前更加關(guān)注移動(dòng)通信的安全問(wèn)題。因此，無(wú)線PKI的應(yīng)用是解決安全問(wèn)題的關(guān)鍵所在。1.2

PKI簡(jiǎn)介首先要介紹一下首先要介紹一下PKI（PublicKeyInfrastructure）譯為公鑰基礎(chǔ)設(shè)施。簡(jiǎn)單地說(shuō)，PKI技術(shù)就是利用公鑰理論和技術(shù)建立的提供信息安全服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。公鑰體制是目前應(yīng)用最廣泛的一種加密體制，在這一體制中，加密密鑰與解密密鑰各不相同，發(fā)送信息的人利用接收者的公鑰發(fā)送加密信息，接收者再利用自己專有的私鑰進(jìn)行解密。這種方式既保證了信息的機(jī)密性，又能保證信息具有不可抵賴性。目前，公鑰體制廣泛地用于CA認(rèn)證、數(shù)字簽名和密鑰交換等領(lǐng)域。在3G系統(tǒng)中，PKI的應(yīng)用主要是WPKI，即無(wú)線PKI的應(yīng)用。主要是用來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)體認(rèn)證，來(lái)取得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商與用戶之間的彼此信任。除此之外，無(wú)線PKI還將用于數(shù)據(jù)加密，完整性保護(hù)，用戶身份的機(jī)密性等多個(gè)方面。1.3

本文主要結(jié)構(gòu)及內(nèi)容提要本文在介紹現(xiàn)有3G接入網(wǎng)安全技術(shù)的前提下，提出了新的基于公鑰體制下的實(shí)現(xiàn)用戶身份機(jī)密性的方案。第一章緒論簡(jiǎn)要介紹了移動(dòng)通信的發(fā)展及面臨的安全問(wèn)題，以及PKI的引入。第二章介紹了無(wú)線PKI的一些基本知識(shí)和相關(guān)的操作。第三章給出了現(xiàn)有的3G系統(tǒng)的接入架構(gòu)以及已有的安全措施。第四章為公鑰體制下的認(rèn)證方案。第五章在介紹了已有的一些身份機(jī)密方案以及其不足之后，給出了新的基于WPKI環(huán)境下的使用公鑰體制來(lái)實(shí)現(xiàn)的保護(hù)用戶身份機(jī)密的新方案。本文最后對(duì)新的方案進(jìn)行了總結(jié)。提出了相應(yīng)的一些技術(shù)要求。2

無(wú)線PKI2.1

概

述在無(wú)線環(huán)境中的應(yīng)用是PKI未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，它的證書(shū)和身份認(rèn)證是確保在開(kāi)放的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中安全通信的必備條件。然而無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的特點(diǎn)使無(wú)線安全問(wèn)題更趨復(fù)雜。如消息以無(wú)線電波的方式傳播,在一定的區(qū)域內(nèi)都能很容易被截取和接收到；網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)多，使任何人都能很容易地接入并對(duì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起攻擊；無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)包括無(wú)線和有線兩部分的端到端的系統(tǒng)傳統(tǒng)的有線領(lǐng)域安全問(wèn)題將依然影響到無(wú)線領(lǐng)域，傳統(tǒng)安全領(lǐng)域中抑制威脅的常用工具，在無(wú)線領(lǐng)域不一定有效。同時(shí)無(wú)線通信環(huán)境還存在著許多其他的限制條件，包括無(wú)線帶寬方面，目前大部分的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)只提供有限的數(shù)據(jù)傳輸率；軟件應(yīng)用于開(kāi)發(fā)手機(jī)、PDA等移動(dòng)通信設(shè)備的開(kāi)發(fā)環(huán)境、工具還很有限，相應(yīng)的應(yīng)用程序也很少；硬件方面，終端市場(chǎng)中各廠家的產(chǎn)品差異極大，生命周期短更新速度快；同時(shí)移動(dòng)終端設(shè)備計(jì)算能力有限，內(nèi)存和存儲(chǔ)容量不大，顯示屏幕較小，輸入方法復(fù)雜等。所有這些特點(diǎn)及局限使PKI在無(wú)線環(huán)境中應(yīng)用非常困難。為了最大限度的解決這些困難，目前已公布了WPKI草案，其內(nèi)容涉及WPKI的運(yùn)作方式、WPKI如何與現(xiàn)行的PKI服務(wù)相結(jié)合等。簡(jiǎn)單的說(shuō)，把PKI改造為適合無(wú)線環(huán)境，就是WPKI。無(wú)線PKI是對(duì)傳統(tǒng)IETF基于X.509公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）的擴(kuò)展和優(yōu)化，其在協(xié)議，證書(shū)格式，密碼算法等方面進(jìn)行了一些改進(jìn)，可以適應(yīng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬窄和無(wú)線設(shè)備計(jì)算能力低的特點(diǎn)，用來(lái)確保通信雙方的身份認(rèn)證、保密性、完整性和不可否認(rèn)性。WPKI目前主要應(yīng)用于WAP,所以又可稱作WAPPKI。WPKI以WAP網(wǎng)關(guān)為橋梁,分別提供終端到網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)關(guān)到服務(wù)器的安全連接,以確保整個(gè)通信過(guò)程的安全?？梢哉f(shuō)WAP將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與Internet聯(lián)系得更為緊密,使得WPKI進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用成為可能。2.2

WPKI體系WPKI標(biāo)準(zhǔn)提供了WTLSClass2，WTLSClass3，SignText，3種功能模式[1]。WTLSClass2模式：WTLSClass2提供了移動(dòng)終端對(duì)無(wú)線網(wǎng)關(guān)的認(rèn)證能力，具體的操作過(guò)程如下：（1）無(wú)線網(wǎng)關(guān)申請(qǐng)證書(shū)無(wú)線網(wǎng)關(guān)生成密鑰對(duì)，向PKIPortal提出證書(shū)的申請(qǐng)；PKIPortal確認(rèn)網(wǎng)關(guān)的身份后，將消息轉(zhuǎn)發(fā)給CA；CA簽發(fā)證書(shū)給網(wǎng)關(guān)。（2）移動(dòng)終端與應(yīng)用服務(wù)器之間的安全模式1（兩階段安全）；移動(dòng)終端與無(wú)線網(wǎng)關(guān)之間建立WTLS會(huì)話；無(wú)線網(wǎng)關(guān)與應(yīng)用服務(wù)器之間建立SSL/TLS。（3）移動(dòng)終端與應(yīng)用服務(wù)器之間的安全模式2：（端到端的安全模式）服務(wù)器申請(qǐng)證書(shū)移動(dòng)終端與應(yīng)用服務(wù)器之間建立WTLS會(huì)話，無(wú)線網(wǎng)關(guān)只起路由器的作用，移動(dòng)終端與應(yīng)用服務(wù)器之間的通信對(duì)無(wú)線網(wǎng)關(guān)是不透明的。WPKI的數(shù)字簽名（SignText）模式：SignText模式是移動(dòng)終端對(duì)一條消息進(jìn)行數(shù)字簽名后用WMLScript發(fā)送給服務(wù)器的過(guò)程，具體操作過(guò)程如下：（1）移動(dòng)終端通過(guò)網(wǎng)關(guān)向RA申請(qǐng)證書(shū)；（2）RA對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行身份確認(rèn)后將請(qǐng)求消息轉(zhuǎn)發(fā)給CA；（3）CA生成用戶證書(shū)并把證書(shū)的URL傳送給用戶；（4）CA將用戶的公鑰證書(shū)存放在證書(shū)數(shù)據(jù)庫(kù)中；（5）用戶在客戶端對(duì)一條消息進(jìn)行簽名，然后將這條消息連同對(duì)它的簽名，以及用戶證書(shū)的URL發(fā)給服務(wù)器；（6）服務(wù)器通過(guò)用戶證書(shū)的URL從數(shù)據(jù)庫(kù)中找出用戶的證書(shū)來(lái)驗(yàn)證用戶。WTLSClass3模式：WTLSClass3是一種認(rèn)證模式，從PKI角度來(lái)說(shuō),WTLSClass3認(rèn)證和上述的SignText形式幾乎一樣的,差別是在第5步中,SignText模型是使用應(yīng)用層簽名的方式來(lái)完成驗(yàn)證,即用戶必須對(duì)服務(wù)器端發(fā)來(lái)的可讀消息進(jìn)行確認(rèn),并附上自己的數(shù)字簽名,然后送回到服務(wù)器驗(yàn)證,其中使用的公私鑰對(duì)必須是專門用來(lái)進(jìn)行數(shù)字簽名的密鑰,而服務(wù)器端發(fā)來(lái)的消息也必須是可讀的;而WTLSClass3使用客戶端認(rèn)證密鑰對(duì)簽名來(lái)自WTLS服務(wù)器的“挑戰(zhàn)口令”,所謂“挑戰(zhàn)口令”是指由服務(wù)器發(fā)送給客戶端的一些隨機(jī)數(shù),需要由客戶端對(duì)其進(jìn)行簽名來(lái)達(dá)到認(rèn)證客戶端的目的,這些隨機(jī)數(shù)并不一定是可讀信息。簡(jiǎn)單的說(shuō)其主要的差異是客戶利用自己的私鑰對(duì)來(lái)自服務(wù)器或無(wú)線網(wǎng)關(guān)的請(qǐng)求進(jìn)行簽名。2.3

WTLSWTLS（無(wú)線傳輸層安全協(xié)議）是無(wú)線應(yīng)用協(xié)議中保證通信安全的一個(gè)重要組成部分，它實(shí)際上源自TCP/IP體系的TLS/SSL協(xié)議，是一個(gè)可選層，主要在無(wú)線終端內(nèi)的微型瀏覽器和無(wú)線應(yīng)用協(xié)議網(wǎng)關(guān)之間使用數(shù)字證書(shū)創(chuàng)建一個(gè)安全的秘密的通信“管道”。WTLS在那些通過(guò)低帶寬網(wǎng)絡(luò)通信的有限資源的手持設(shè)備中提供認(rèn)證和機(jī)密性保護(hù)。WTLS使用163比特的橢圓曲線加密，強(qiáng)度相當(dāng)于2048比特RSA加密，但比RSA的計(jì)算開(kāi)銷少，這對(duì)于移動(dòng)終端來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的因素。在WAP結(jié)構(gòu)中，TLS或SSL是在Web服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)服務(wù)器之間使用的。網(wǎng)關(guān)將TLS和SSL信息轉(zhuǎn)換成WTLS，WTLS在建立連接時(shí)需要較少的計(jì)算開(kāi)銷，這樣就可以使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)更有效。WTLS在實(shí)現(xiàn)上要考慮以下幾個(gè)方面：（1）公鑰加密的速度較慢，對(duì)低帶寬的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)尤其突出。（2）密鑰交換的方法是基于公開(kāi)密鑰體制技術(shù)的。（3）建立無(wú)線認(rèn)證中心（WCA），用以支持身份識(shí)別及數(shù)字證書(shū)等。（4）使用消息鑒別碼（MAC）來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性2.4

WPKI的操作WAP環(huán)境中標(biāo)準(zhǔn)化的PKI操作涉及到如何處理可信CA信息、服務(wù)器WTLS證書(shū)和客戶端證書(shū)的注冊(cè)。

可信CA信息的處理對(duì)于需要安全通信的雙方來(lái)說(shuō),PKI是保障雙方相互認(rèn)證、通信的保密性、完整性和不可否認(rèn)性的基礎(chǔ),而CA又是PKI的基礎(chǔ),若CA不可信,則相應(yīng)的證書(shū)、認(rèn)證、密鑰都失去效用,因此驗(yàn)證CA可信性是整個(gè)安全通信的第一步?？尚臗A信息指用來(lái)驗(yàn)證CA頒發(fā)的自簽名公鑰證書(shū)所需的信息。所需信息包括公鑰和名字,但也可能包括其他信息。為了保障完整性,可信CA信息以自簽名方式提供下載,而可信CA信息的認(rèn)證則通過(guò)帶外哈?；蚝灻姆绞絹?lái)完成。帶外哈希方式是指CA的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載到終端設(shè)備,然后通過(guò)帶外的方式接收該信息的哈希值,接著設(shè)備自己計(jì)算收到信息的哈希值,再和帶外方式獲得的哈希值進(jìn)行比較,如果符合,則接受CA信息。簽名方式是指CA用自己的私鑰對(duì)待驗(yàn)證的可信CA信息進(jìn)行簽名,或者由公認(rèn)的可信權(quán)威對(duì)其進(jìn)行簽名,如世界公認(rèn)的權(quán)威機(jī)構(gòu)加拿大Verisign公司進(jìn)行的簽名,接收端通過(guò)簽名來(lái)驗(yàn)證相應(yīng)的CA信息,最后決定是否通過(guò)認(rèn)證。

服務(wù)器WTLS證書(shū)的處理無(wú)線終端要和內(nèi)容服務(wù)器進(jìn)行安全通信就必須取得該服務(wù)器的證書(shū),該證書(shū)是由終端信任的CA所頒發(fā)的,因?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)的帶寬限制以及終端處理能力和內(nèi)存有限,就有必要使用一種新的簡(jiǎn)化了的證書(shū),以利于無(wú)線傳播和終端操作,這就是WTLS證書(shū),可用于WTLS安全通信。它是在原有X.509證書(shū)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,保留關(guān)鍵字段,滿足無(wú)線環(huán)境的需求。由于性能、帶寬等因素,無(wú)線環(huán)境下的檢查證書(shū)撤銷和有線環(huán)境下有著極大的不同,傳統(tǒng)的CRL方法不可行,而OCSP的方法增加了信息往返、驗(yàn)證步驟和附加的客戶信任點(diǎn)。為了克服這些問(wèn)題,引入了短期有效WTLS證書(shū)的概念,WTLS服務(wù)器可能實(shí)現(xiàn)短期有效證書(shū)模型作為撤銷的方法。使用這種方法,服務(wù)器在一個(gè)長(zhǎng)期信任階段被認(rèn)證一次。然而,認(rèn)證機(jī)構(gòu)并非頒發(fā)一年有效證書(shū),而是在這年的每一天,給公鑰頒發(fā)一個(gè)新的短期有效證書(shū),比如四十八個(gè)小時(shí)。服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)每天接收短期有效證書(shū)并由這個(gè)證書(shū)建立當(dāng)日客戶會(huì)話。如果認(rèn)證中心希望撤銷服務(wù)器或網(wǎng)關(guān),很簡(jiǎn)單地它停止頒發(fā)以后的短期有效證書(shū)。WTLS服務(wù)器不再被授予當(dāng)前有效證書(shū),因此會(huì)終止服務(wù)器端的認(rèn)證,這樣便實(shí)現(xiàn)了撤銷的方法。2.5

WPKI要素PKI中包含認(rèn)證中心（CertificateAuthorities，CA）、注冊(cè)中心（RegistrantAuthorities，RA）、終端實(shí)體（EndEntities，EE）三個(gè)基本要素。WPKI也包含這三個(gè)基本要素，除此之外還有一個(gè)要素是證書(shū)入口，或叫做PKI入口。證書(shū)入口是一條通向RA或CA的鏈接，記錄在移動(dòng)終端也就是EE中，用來(lái)在WAP網(wǎng)關(guān)和EE之間建立安全連接。PKI證書(shū)是PKI實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要組成部分，為了在3G中應(yīng)用PKI，就必須對(duì)傳統(tǒng)的PKI證書(shū)的格式進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)3G的無(wú)線環(huán)境的要求。WAP定義了一種WPKI證書(shū)的格式[2]，下面對(duì)其簡(jiǎn)單的加以說(shuō)明。（1）版本號(hào)（Version）：定義了證書(shū)的版本號(hào)，證書(shū)中如果不包含任何擴(kuò)展，則版本應(yīng)該設(shè)為1（缺省值）。（2）證書(shū)擴(kuò)展（Extension）：對(duì)證書(shū)標(biāo)準(zhǔn)部分里沒(méi)有涉及到的部分進(jìn)行說(shuō)明。（3）頒發(fā)者名稱（Issuer）：證書(shū)應(yīng)用程序必須要能夠識(shí)別X.509v3中列出的所有特定名字屬性。（4）序列號(hào)（SerialNumber）：移動(dòng)用戶證書(shū)的SN長(zhǎng)度小于八個(gè)字節(jié)，服務(wù)器證書(shū)的SN小于二十個(gè)字節(jié)。（5）簽名算法（Signature）：定義的簽名算法有兩種：SHA1WithRSAEncryption和EcdsaWithSHA1,首選后者。（6）主體姓名（Subject）：和頒發(fā)者字段一樣，證書(shū)應(yīng)用程序必須能夠識(shí)別X.509v3中列出的所有特定名字屬性。（7）主體公鑰信息（SubjectPublicKeyInfo）：這里定義的公鑰類型為兩種：RSA和ECC。由于每張證書(shū)都有一個(gè)有效期限，根CA的證書(shū)快要到期的時(shí)候，保存在移動(dòng)終端里的根CA證書(shū)要更新，也就是說(shuō)要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下載新的根CA證書(shū)，如何保證該過(guò)程是安全的，WPKI規(guī)定了兩個(gè)方案。第一個(gè)方案允許用戶終端通過(guò)不安全信道直接下載新的根CA證書(shū)，但是需要通過(guò)輸入一個(gè)30位的十進(jìn)制數(shù)來(lái)“激活”該CA。顯而易見(jiàn)，這種方法增加了用戶的負(fù)擔(dān)。根CA的證書(shū)唯一代表了根CA的身份，根CA換證書(shū)的過(guò)程相當(dāng)于換了一個(gè)身份，那么第二個(gè)方案就可以理解為快到期的CA介紹一個(gè)新CA接替它使命的過(guò)程。CA用快到期的根密鑰對(duì)新的CA證書(shū)簽名，發(fā)送給用戶。這種方式不需要用戶做額外的操作，方便了用戶，但是必然存在一段兩張證書(shū)同時(shí)有效的時(shí)間，增加了后臺(tái)處理的工作量。在PKI規(guī)范X.509和PKIX中都定義了證書(shū)撤銷列表（CertificateRevocationList，CRL），用來(lái)公布被撤銷了的證書(shū)。如前面所說(shuō)，WPKI中規(guī)定了“短時(shí)網(wǎng)關(guān)證書(shū)”（Short-LivedGatewayCertificates），使得用戶根本不需要查詢網(wǎng)關(guān)的證書(shū)狀態(tài)。WAP網(wǎng)關(guān)生成一個(gè)密鑰對(duì)和一個(gè)證書(shū)請(qǐng)求，將證書(shū)請(qǐng)求發(fā)送給CA，CA確認(rèn)之后給網(wǎng)關(guān)頒發(fā)一個(gè)網(wǎng)關(guān)證書(shū)，其實(shí)該證書(shū)的有效期限可以比較長(zhǎng)（如一年），也可以比較短（如兩天），但是網(wǎng)關(guān)證書(shū)的有效期限都是很短的，所以叫做“短時(shí)網(wǎng)關(guān)證書(shū)”。證書(shū)有效期限越短，證書(shū)出問(wèn)題的可能性越小，也就是說(shuō)證書(shū)被撤銷的可能性越小，如果短到只有一,兩天，甚至幾個(gè)小時(shí)，就可以把網(wǎng)關(guān)證書(shū)的CRL省掉。那么用戶證書(shū)的有效期限是不是也很短呢？不是的。用戶證書(shū)的狀態(tài)是由網(wǎng)關(guān)來(lái)查詢的，網(wǎng)關(guān)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力是很強(qiáng)大的，完全可以本地存儲(chǔ)用戶證書(shū)的CRL或者進(jìn)行在線證書(shū)狀態(tài)查詢。由于存儲(chǔ)能力有限，而且一個(gè)移動(dòng)終端有可能有幾張證書(shū)適用于不同的場(chǎng)合，證書(shū)過(guò)期之后還要進(jìn)行更新，因此移動(dòng)終端本地存儲(chǔ)自己的證書(shū)并不是一個(gè)很好的主意。如果把證書(shū)存儲(chǔ)在其他地方，需要的時(shí)候下載到終端又會(huì)對(duì)帶寬提出過(guò)高的要求。因此WPKI規(guī)定本地存儲(chǔ)的僅僅是證書(shū)的URL。證書(shū)保存在RA，網(wǎng)關(guān)需要與終端建立安全連接的時(shí)候，需要自己到RA取出用戶的證書(shū)驗(yàn)證。2.6

WPKI與PKIPKI的主要功能是在私有或者是共有環(huán)境中提供可信任且有效的密鑰管理和認(rèn)證。WPKI基本上是無(wú)線環(huán)境下PKI應(yīng)用的擴(kuò)展。兩者的目的都是在所應(yīng)用的環(huán)境中提供安全的服務(wù)，其相同點(diǎn)如下：（1）公開(kāi)的、可信任的第三方：認(rèn)證機(jī)構(gòu)CA；（2）審批中心RA；（3）每個(gè)實(shí)體占有一對(duì)密鑰；（4）證書(shū)是公鑰的載體，是密鑰管理手段；（5）功能：身份認(rèn)證、保密性、數(shù)據(jù)完整性。由于應(yīng)用環(huán)境的不同，即無(wú)線環(huán)境下移動(dòng)終端的能力和通信模式使得兩者產(chǎn)生表2.1所示的不同[3]：3

3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及安全技術(shù)3.1

無(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)3G是個(gè)人通信發(fā)展的新階段，引入IP技術(shù)，支持語(yǔ)音和非語(yǔ)音服務(wù)。其是在第二代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。3G系統(tǒng)由CN（核心網(wǎng)），UTRAN（無(wú)線接入網(wǎng)）和UE（用戶裝置）三部分組成。CN與UTRAN的接口定義為Iu接口，UTRAN與UE的接口定義為Uu接口[4]如圖3.1所示。Uu接口和Iu接口協(xié)議分為兩部分：用戶平面協(xié)議和控制平面協(xié)議。UTRAN包括許多通過(guò)Iu接口連接到CN的RNS（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)）。每個(gè)RNS包括一個(gè)RNC（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器）和多個(gè)NodeB。NodeB通過(guò)Iub接口連接到RNC上，它支持FDD模式、TDD模式或雙模。NodeB包括一個(gè)或多個(gè)小區(qū)。RNC負(fù)責(zé)決定UE的切換，具有合并/分離功能，用以支持在不同的NodeB之間的宏分集。UTRAN內(nèi)部，RNSs中的RNCs能通過(guò)Iur接口交換信息，Iu接口和Iur接口是邏輯接口。Iur接口可以是RNC之間物理的直接相連或通過(guò)適當(dāng)?shù)膫鬏斁W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。UTRAN結(jié)構(gòu)如圖3.2所示在此簡(jiǎn)述一下UTRAN的功能：（1）系統(tǒng)接入控制功能:接入控制；擁塞控制；系統(tǒng)信息廣播；無(wú)線信道加密和解密。（2）移動(dòng)性功能:切換；SRNS重定位。（3）無(wú)線資源管理和控制:無(wú)線環(huán)境調(diào)查；無(wú)線承載控制；無(wú)線協(xié)議功能等。3.2

3G網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)構(gòu)3G系統(tǒng)是在2G的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，認(rèn)識(shí)到GSM/GPRS的安全缺陷，3GPP采取了公開(kāi)透明的設(shè)計(jì)方法推進(jìn)公眾對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的信心。其安全設(shè)計(jì)基于以下假設(shè)：被動(dòng)和主動(dòng)的攻擊是非常嚴(yán)重的威脅；終端設(shè)備不能被信任；網(wǎng)間和網(wǎng)內(nèi)信令協(xié)議（七號(hào)信令和IP）并不安全；能夠應(yīng)付欺騙用戶的偽基站攻擊。3G系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)遵循以下原則：所有在GSM或其他2G系統(tǒng)中認(rèn)為是必須或應(yīng)增強(qiáng)的安全特征在3G系統(tǒng)中都必須被保留，它們包括：無(wú)線接口加密；無(wú)線接口用戶識(shí)別安全；無(wú)線接口用戶身份保密；用戶接入服務(wù)認(rèn)證；在歸屬環(huán)境下對(duì)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的信任進(jìn)行最小化；網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商管理可移動(dòng)的硬件安全模塊SIM，其安全功能獨(dú)立于終端。3G將改進(jìn)2G系統(tǒng)存在和潛在的弱安全功能。對(duì)3G系統(tǒng)將提供的新的業(yè)務(wù)提供安全保護(hù)。3G系統(tǒng)除了支持傳統(tǒng)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)外，還提供交互式和分布式業(yè)務(wù)。全新的業(yè)務(wù)環(huán)境體現(xiàn)了全新的業(yè)務(wù)特征，同時(shí)也要求系統(tǒng)提供對(duì)應(yīng)的安全特征。這些新的業(yè)務(wù)特征和安全特征如下：不同的服務(wù)商提供多種新業(yè)務(wù)及不同業(yè)務(wù)的并發(fā)支持，因此3G安全特征必須綜合考慮多業(yè)務(wù)情況下的風(fēng)險(xiǎn)性；在3G系統(tǒng)中占主要地位的是非話音業(yè)務(wù)，對(duì)安全性的要求更高；用戶對(duì)自己的服務(wù)數(shù)據(jù)控制能力增加，終端應(yīng)用能力也大為增加；3G系統(tǒng)中的新安全特征必須抗擊對(duì)用戶的主動(dòng)攻擊。針對(duì)3G業(yè)務(wù)特點(diǎn)提供新的安全特征和安全服務(wù)。基于上述原則，3G系統(tǒng)安全應(yīng)達(dá)到如下目標(biāo)：確保歸屬網(wǎng)絡(luò)與拜訪網(wǎng)絡(luò)提供的資源與服務(wù)得到足夠保護(hù)，以防濫用或盜用；確保所有用戶產(chǎn)生的或與用戶相關(guān)的信息得到足夠的保護(hù)，以防濫用或盜用；確保標(biāo)準(zhǔn)安全特性全球兼容能力；確保提供給用戶與運(yùn)營(yíng)商的安全保護(hù)水平高于已有固定或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；確保安全特征的標(biāo)準(zhǔn)化，保證不同服務(wù)網(wǎng)絡(luò)間的漫游與互操作能力；確保3G安全能力的擴(kuò)展性，從而可以根據(jù)新的威脅不斷改進(jìn)。3G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)規(guī)模龐大的，技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)，為此必須提出一個(gè)通用的安全體系，用來(lái)指導(dǎo)3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、管理與應(yīng)用。3G系統(tǒng)安全結(jié)構(gòu)分為三層，定義了五組安全特性[6]（如圖3.3）。（1）網(wǎng)絡(luò)接入安全：主要抗擊針對(duì)無(wú)線鏈路的攻擊，包括用戶身份保密、用戶位置保密、用戶行蹤保密、實(shí)體身份認(rèn)證、加密密鑰分發(fā)、用戶數(shù)據(jù)與信令數(shù)據(jù)的保密及消息認(rèn)證；（2）網(wǎng)絡(luò)域安全：主要保證核心網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間安全交換數(shù)據(jù)，包括網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密、消息認(rèn)證以及對(duì)欺騙信息的收集；（3）用戶域安全：主要保證對(duì)移動(dòng)臺(tái)的安全接入，包括用戶與智能卡間的認(rèn)證、智能卡與終端間的認(rèn)證及鏈路的保護(hù)；（4）應(yīng)用域安全：用來(lái)在用戶和服務(wù)提供商應(yīng)用程序間提供安全交換信息的一組安全特征，主要包括應(yīng)用實(shí)體間的身份認(rèn)證、應(yīng)用數(shù)據(jù)重放攻擊的檢測(cè)、應(yīng)用數(shù)據(jù)完整性保護(hù)、接收確認(rèn)等。由于在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，終端設(shè)備和服務(wù)網(wǎng)間的接口是最容易被攻擊的點(diǎn)，所以如何實(shí)現(xiàn)更加可靠的網(wǎng)絡(luò)接入安全能力，是3G系統(tǒng)安全方案中至關(guān)重要的一個(gè)問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)安全接入機(jī)制應(yīng)該包括如下：用戶身份保密、接入鏈路數(shù)據(jù)的保密性和完整性保護(hù)機(jī)制以及認(rèn)證和密鑰分配機(jī)制。3G安全功能結(jié)構(gòu)如圖3.4[7]，橫向代表安全措施，縱向代表相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體。安全措施分為五類：（1）EUIC（增強(qiáng)用戶身份保密）通過(guò)HE/AuC（本地環(huán)境/認(rèn)證中心）對(duì)USIM（用戶業(yè)務(wù)識(shí)別模塊）身份信息進(jìn)行認(rèn)證；（2）UIC（用戶與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的相互身份認(rèn)證）；（3）AKA用于USIM、VLR（訪問(wèn)位置寄存器）、HLR（歸屬位置寄存器）間的雙向認(rèn)證及密鑰分配；（4）數(shù)據(jù)加密（DC），即UE（用戶終端）與RNC（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器）間信息的加密；（5）數(shù)據(jù)完整性（DI），即對(duì)信令消息的完整性、時(shí)效性等進(jìn)行認(rèn)證。3.3

安全接入機(jī)制

身份保密用戶身份是重要而又敏感的信息，在通信中必須保證這些信息的機(jī)密性。身份保密的目的是保護(hù)用戶的隱私，避免IMSI(永久用戶標(biāo)識(shí))信息的泄漏。具體相關(guān)技術(shù)將在第五章詳細(xì)介紹。

數(shù)據(jù)保密性及完整性保護(hù)網(wǎng)絡(luò)接入部分的數(shù)據(jù)保密性主要提供四個(gè)安全特性：加密算法協(xié)商、加密密鑰協(xié)商、用戶數(shù)據(jù)加密和信令數(shù)據(jù)加密。其中加密密鑰協(xié)商在AKA中完成；加密算法協(xié)商由用戶與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)間的安全模式協(xié)商機(jī)制完成，使得ME和SN之間能夠安全的協(xié)商它們隨后將使用的算法。用戶數(shù)據(jù)加密和信令數(shù)據(jù)加密用以保證數(shù)據(jù)在無(wú)線接入接口上不可能被竊聽(tīng)。在2G中的加密是基于基站,消息在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)是用明文傳送,這顯然是很不安全的。3G加強(qiáng)了消息在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳送安全,采用了以交換設(shè)備為核心的安全機(jī)制,加密鏈路延伸到交換設(shè)備,并提供基于端到端的全網(wǎng)范圍內(nèi)加密。在無(wú)線接入鏈路上仍然采用分組密碼流對(duì)原始數(shù)據(jù)加密，采用了f8算法（如圖3.5）。f8算法對(duì)用戶數(shù)據(jù)和信令消息數(shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù)，在UE和RNC（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器）中的RLC（無(wú)線鏈路控制）/MAC（媒體介入控制）層實(shí)施，以保證用戶信息及信令消息不被竊聽(tīng)，進(jìn)而能夠保證用戶信息及信令消息難以被有效更改。加密算法的輸入?yún)?shù)除了加密密鑰CK（128bit）外，還包括加密序列號(hào)COUNT-C(由短計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器超幀號(hào)HFN組成32bit)、無(wú)線承載標(biāo)識(shí)BEARER（5bit）、上下行鏈路指示DIRECTION（方向位，其長(zhǎng)度為1bit?！?”表示UE至RNC，“1”表示RNC至UE）和密鑰流長(zhǎng)度指示LENGTH（16bit）。掩碼生成算法f8基于一種新的塊加密，這個(gè)塊算法把64bit的輸入轉(zhuǎn)變成64bit的輸出，轉(zhuǎn)換由128bit的密鑰f8來(lái)控制。如果f8未知，就不能從輸入有效地計(jì)算輸出或根據(jù)輸出計(jì)算輸入。原則上，如果滿足下面的條件之一就可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換：（1）試所有可能的密鑰，直到找到正確地密鑰；（2）以某種方式收集一個(gè)巨大的表，包含所有264的輸入輸出對(duì)。但實(shí)際上，這兩種方法都是不可行的。終端使用加密指示符來(lái)表示用戶是否使用加密，這樣提供了加密機(jī)制的可見(jiàn)性。網(wǎng)絡(luò)接入部分的數(shù)據(jù)完整性主要提供三個(gè)安全特性：完整性算法協(xié)商，完整性密鑰協(xié)商，數(shù)據(jù)和信令的完整性。其中完整性密鑰協(xié)商在AKA中完成；完整性算法協(xié)商由用戶與服務(wù)網(wǎng)間的安全模式協(xié)商機(jī)制完成。3G系統(tǒng)預(yù)留了16種UIA的可選范圍。目前只用到一種Kasumi算法。該安全特性是3G系統(tǒng)新增的。它使系統(tǒng)對(duì)入侵者的主動(dòng)攻擊有更強(qiáng)的防御能力。與UEA協(xié)商功能的作用類似，UIA的協(xié)商增加了系統(tǒng)的靈活性，為3G系統(tǒng)的全球漫游打下基礎(chǔ)。UMTS的完整性保護(hù)機(jī)制是：發(fā)送方（UE或RNC）將要傳送的數(shù)據(jù)用完整性密鑰IK經(jīng)過(guò)f9算法產(chǎn)生的消息認(rèn)證碼MAC（MessageAuthenticationCode），附加在發(fā)出的消息后面。接受方（RNC或UE）收到消息后，用同樣的方法計(jì)算得到XMAC。接收方把收到的MAC和XMAC相比較，如果兩者相等，就說(shuō)明收到的消息是完整的，在傳輸?shù)倪^(guò)程中沒(méi)有被篡改。f9算法的使用如圖3.6該算法的輸入?yún)?shù)除了完整性密鑰IK（128bit）外，還包括完整性序列號(hào)COUNT-I(32bit，由RRC序列號(hào)SN和RRC超幀號(hào)HFN組成)、發(fā)送的消息MESSAGE、DIRECTION（方向位，其長(zhǎng)度為1bit。“0”表示UE至RNC，“1”表示RNC至UE）、MAC-I（用于消息完整性保護(hù)的消息認(rèn)證碼）和隨機(jī)數(shù)FRESH（為網(wǎng)絡(luò)方產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)并傳輸給UE，長(zhǎng)度為32bit，用以防止重傳攻擊）。我們需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保護(hù)，以防止惡意為COUNT-I選擇初始值。實(shí)際上，HFN的最重要的部分存儲(chǔ)在連接間的USIM中。攻擊者可能偽裝成USIM并給網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個(gè)假值以強(qiáng)迫初始值變得非常小。這時(shí)，如果沒(méi)有執(zhí)行認(rèn)證過(guò)程就使用舊的IK，就會(huì)為攻擊者在只缺少FRESH的情況下利用以前記錄的MAC-I值對(duì)以前連接的RRC信令消息進(jìn)行再次發(fā)送提供了可能。通過(guò)使用FRESH，RNC可以防止這類重放攻擊。當(dāng)FRESH在一個(gè)單獨(dú)的連接中保持不變時(shí)，不斷遞增的COUNT-I又可以防止基于同一連接中已經(jīng)記錄的消息的重放攻擊。認(rèn)證與密鑰協(xié)商涉及到實(shí)體認(rèn)證將在下一章節(jié)詳細(xì)進(jìn)行介紹。3.4

3G系統(tǒng)有待研究的問(wèn)題3G系統(tǒng)的新特點(diǎn)在于提供高帶寬和更好的安全特性。從3G網(wǎng)絡(luò)接入部分的安全結(jié)構(gòu)中可以看出，3G系統(tǒng)的變化很大。無(wú)論從提供的服務(wù)種類上，還是從服務(wù)質(zhì)量上都有很大改觀。但是3G系統(tǒng)仍存在一些開(kāi)放問(wèn)題有待繼續(xù)研究。這里主要討論一下幾個(gè)方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)保密和數(shù)據(jù)完整性。數(shù)據(jù)保密性方面的工作已經(jīng)做了很多，但是仍有下列問(wèn)題沒(méi)有解決：一是密文生成的同步問(wèn)題；二是在一個(gè)UTRAN（UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)）的不同核心網(wǎng)絡(luò)之間加密和加密密鑰的選擇問(wèn)題；三是如何決定從哪個(gè)消息開(kāi)始加密。數(shù)據(jù)完整性方面的主要問(wèn)題是：如何確定哪些消息需要保護(hù)；如何在UTRAN結(jié)構(gòu)中集成數(shù)據(jù)完整性功能。4

實(shí)體認(rèn)證4.1

PKI中的實(shí)體認(rèn)證PKI安全平臺(tái)能夠提供智能化的信任與有效授權(quán)服務(wù)。其中，信任服務(wù)主要是解決在茫茫網(wǎng)海中如何確認(rèn)“你是你、我是我、他是他”的問(wèn)題，PKI是在網(wǎng)絡(luò)上建立信任體系最行之有效的技術(shù)。授權(quán)服務(wù)主要是解決在網(wǎng)絡(luò)中“每個(gè)實(shí)體能干什么”的問(wèn)題。在現(xiàn)實(shí)生活中，認(rèn)證采用的方式通常是兩個(gè)人事前進(jìn)行協(xié)商，確定一個(gè)秘密，然后，依據(jù)這個(gè)秘密進(jìn)行相互認(rèn)證。隨著網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大和用戶的增加，事前協(xié)商秘密會(huì)變得非常復(fù)雜，特別是在電子政務(wù)中，經(jīng)常會(huì)有新聘用和退休的情況。另外，在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中，兩兩進(jìn)行協(xié)商幾乎是不可能的。透過(guò)一個(gè)密鑰管理中心來(lái)協(xié)調(diào)也會(huì)有很大的困難，而且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模巨大時(shí)，密鑰管理中心甚至有可能成為網(wǎng)絡(luò)通信的瓶頸。PKI通過(guò)證書(shū)進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證時(shí)對(duì)方知道你就是你，但卻無(wú)法知道你為什么是你。在這里，證書(shū)是一個(gè)可信的第三方證明，通過(guò)它，通信雙方可以安全地進(jìn)行互相認(rèn)證，而不用擔(dān)心對(duì)方是假冒的。CA是PKI的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是PKI的主要組成部分，業(yè)界人士通常稱它為認(rèn)證中心。從廣義上講，認(rèn)證中心還應(yīng)該包括證書(shū)申請(qǐng)注冊(cè)機(jī)構(gòu)RA（RegistrationAuthority），它是數(shù)字證書(shū)的申請(qǐng)注冊(cè)、證書(shū)簽發(fā)和管理機(jī)構(gòu)。CA的主要職責(zé)包括：驗(yàn)證并標(biāo)識(shí)證書(shū)申請(qǐng)者的身份。對(duì)證書(shū)申請(qǐng)者的信用度、申請(qǐng)證書(shū)的目的、身份的真實(shí)可靠性等問(wèn)題進(jìn)行審查，確保證書(shū)與身份綁定的正確性。確保CA用于簽名證書(shū)的非對(duì)稱密鑰的質(zhì)量和安全性。為了防止被破譯，CA用于簽名的私鑰長(zhǎng)度必須足夠長(zhǎng)并且私鑰必須由硬件卡產(chǎn)生。管理證書(shū)信息資料。管理證書(shū)序號(hào)和CA標(biāo)識(shí)，確保證書(shū)主體標(biāo)識(shí)的惟一性，防止證書(shū)主體名字的重復(fù)。在證書(shū)使用中確定并檢查證書(shū)的有效期，保證不使用過(guò)期或已作廢的證書(shū)，確保網(wǎng)上交易的安全。發(fā)布和維護(hù)作廢證書(shū)列表（CRL），因某種原因證書(shū)要作廢，就必須將其作為“黑名單”發(fā)布在證書(shū)作廢列表中，以供交易時(shí)在線查詢，防止交易風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)已簽發(fā)證書(shū)的使用全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視跟蹤，作全程日志記錄，以備發(fā)生交易爭(zhēng)端時(shí)，提供公正依據(jù)，參與仲裁。由此可見(jiàn)，CA是保證電子商務(wù)、電子政務(wù)、網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上證券等交易的權(quán)威性、可信任性和公正性的第三方機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中出現(xiàn)過(guò)認(rèn)證這個(gè)名詞，但是未見(jiàn)有對(duì)其進(jìn)行明確功能劃分的確切定義。實(shí)際的安全系統(tǒng)中，幾乎所有的安全需要都要通過(guò)對(duì)用戶或?qū)嶓w授權(quán)、對(duì)內(nèi)容的真實(shí)完整性鑒別才能有效實(shí)現(xiàn)，而要實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶或?qū)嶓w的授權(quán)就必須實(shí)現(xiàn)用戶或?qū)嶓w的認(rèn)證。涉及到系統(tǒng)的用戶或?qū)嶓w通常對(duì)數(shù)據(jù)、信息或?qū)嶓w具有閱讀或操作或按權(quán)限訪問(wèn)、傳播和使用控制的權(quán)利。顧名思義，認(rèn)證是一個(gè)實(shí)體對(duì)另一個(gè)實(shí)體具有的所有權(quán)或操作權(quán)等權(quán)利的鑒別。實(shí)體認(rèn)證是由參與某次通信連接或會(huì)話的遠(yuǎn)端的一方提交的，驗(yàn)證實(shí)體本身的身份。一些主要的認(rèn)證技術(shù)[8]分別是：口令，認(rèn)證令牌，智能卡和生物特征。不同的認(rèn)證技術(shù)對(duì)應(yīng)不同的安全級(jí)別、不同的使用難度、效益和成本。如通過(guò)口令進(jìn)行身份認(rèn)證，一種可靠的方法是，不要在認(rèn)證系統(tǒng)中存儲(chǔ)真正的口令，而是對(duì)口令進(jìn)行一定的運(yùn)算再把值存儲(chǔ)在系統(tǒng)中。當(dāng)用戶訪問(wèn)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)口令進(jìn)行相同的運(yùn)算來(lái)確認(rèn)是否與存儲(chǔ)的值是否相同，通過(guò)這種方法，可以避免明文口令在系統(tǒng)中的存儲(chǔ)。以免以前存放明文口令的認(rèn)證數(shù)據(jù)庫(kù)成為攻擊者的主要目標(biāo)，畢竟數(shù)據(jù)庫(kù)的拷貝意味著將有許多用戶的口令被竊取。通過(guò)這種改進(jìn)的口令系統(tǒng)，可以防止明文口令在輸入設(shè)備和認(rèn)證系統(tǒng)之間傳輸。對(duì)于上述算法的要求，攻擊者要找到一個(gè)口令來(lái)使得它產(chǎn)生的值恰是他們所看到的，這在計(jì)算上是不可能的。如MD4，MD5或者SHA1這樣的加密散列算法可以滿足上述的要求。但是這種認(rèn)證方式要避免的是重放攻擊，即攻擊者之間獲得運(yùn)算后的值，從而直接將其重放給認(rèn)證系統(tǒng)，已獲得訪問(wèn)權(quán)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)可以使用隨機(jī)數(shù)的加入來(lái)防止重放攻擊。通過(guò)這種技術(shù)可以使得攻擊者只能看到隨機(jī)數(shù)，用戶的口令并沒(méi)有在輸入系統(tǒng)和認(rèn)證系統(tǒng)中傳輸，甚至由口令產(chǎn)生的值都不會(huì)出現(xiàn)在系統(tǒng)之間，采用所謂的質(zhì)詢/響應(yīng)的認(rèn)證過(guò)程，便是當(dāng)今口令認(rèn)證機(jī)制的基礎(chǔ)。簡(jiǎn)單口令的最常見(jiàn)的替代品是認(rèn)證令牌。認(rèn)證令牌有兩類：質(zhì)詢/響應(yīng)令牌和時(shí)間令牌。認(rèn)證令牌與PKI的關(guān)系主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先結(jié)合服務(wù)器端的PKI，令牌可以充當(dāng)客戶端的認(rèn)證機(jī)制；另一方面，令牌可以擔(dān)當(dāng)授權(quán)訪問(wèn)私鑰的初始認(rèn)證。通過(guò)PKI，可以對(duì)Web服務(wù)器進(jìn)行強(qiáng)有力的認(rèn)證以及提供強(qiáng)加密通信；通過(guò)認(rèn)證令牌，可以對(duì)用戶進(jìn)行強(qiáng)身份認(rèn)證。PKI用于認(rèn)證服務(wù)器和加密會(huì)話，令牌則用于認(rèn)證客戶端。這種混合方案很可能會(huì)促使令牌成為未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的主要強(qiáng)認(rèn)證方式。4.2

現(xiàn)有3G中的認(rèn)證過(guò)程3G接入網(wǎng)部分的實(shí)體認(rèn)證包含了三個(gè)方面。一是認(rèn)證機(jī)制協(xié)商，該機(jī)制允許用戶和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)商將要使用的安全認(rèn)證機(jī)制。二是用戶身份認(rèn)證，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證用戶身份的合法性。三是用戶對(duì)他所連接的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行認(rèn)證。認(rèn)證和密鑰分配機(jī)制完成用戶和網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)密鑰K（128bit）相互認(rèn)證，以及完成上面提到的加密密鑰和完整性密鑰的分配。密鑰K僅存在于用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境HE的AuC（認(rèn)證中心）和UICC/USIM（用戶服務(wù)識(shí)別模塊）中，并且在兩者之間共享。UICC是能夠防止篡改的具有身份驗(yàn)證功能的智能卡，而USIM是運(yùn)行在UICC上的一個(gè)模塊。為了保證認(rèn)證的安全性，一個(gè)基本要求是在給定的UICC/USIM的使用期內(nèi)密鑰K絕不能泄漏或者損壞。在SGSN/VLR和USIM之間執(zhí)行的認(rèn)證過(guò)程是基于一種交互式認(rèn)證策略。另外，USIM和HE分別保存SQNms和SQNhe計(jì)數(shù)用以支持認(rèn)證。序號(hào)SQNhe是用戶獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，由HLR/AuC維護(hù)每個(gè)用戶具有的獨(dú)立序號(hào)；而SQNms是指USIM收到的最高序號(hào)。認(rèn)證與密鑰分配機(jī)制[9]過(guò)程如圖4.1所示，整個(gè)過(guò)程分為幾個(gè)子過(guò)程：從HE/AuC發(fā)送認(rèn)證消息到VLR/SGSN的過(guò)程；VLR/SGSN和MS之間相互認(rèn)證和新加密和完整性密鑰的建立過(guò)程；重同步過(guò)程。其中：（1）每個(gè)認(rèn)證向量包括：一個(gè)隨機(jī)數(shù)、一個(gè)期望的應(yīng)答、加密密鑰CK、完整性密鑰IK、認(rèn)證令牌A；（2）每個(gè)認(rèn)證向量適用于一次VLR/SGSN與USIM之間的認(rèn)證和密鑰協(xié)商；（3）認(rèn)證方為用戶HE的認(rèn)證中心和用戶移動(dòng)站中的USIM。圖4.2為VLR/SGSN和MS之間相互認(rèn)證、新加密和完整性密鑰的建立過(guò)程。USIM收到RAND和AUTN后，按以下步驟進(jìn)行認(rèn)證和新加密和完整性密鑰的建立。步驟（1）計(jì)算匿名密鑰AK，并且獲取序列號(hào)SQN；步驟（2）USIM計(jì)算XMAC，將它和MAC比較，MAC包含在AUTN中。如果兩者不同，用戶就傳送包含拒絕原因指示用戶認(rèn)證拒絕信息給VLR/SGSN，然后終止該過(guò)程。在這種情況下，VLR/SGSN將初始化一個(gè)認(rèn)證失敗報(bào)告過(guò)程給HLR。如果相同進(jìn)行步驟（3）。步驟（3）USIM校驗(yàn)收到的SQN是不是在正確的范圍內(nèi)。步驟（4）如果序號(hào)在正確范圍內(nèi)，則進(jìn)行步驟（5）；如果序號(hào)不在正確的范圍內(nèi)，它將發(fā)送一個(gè)包含適當(dāng)參數(shù)的同步失敗信息給VLR/SGSN，然后終止該過(guò)程。VLR會(huì)根據(jù)同步失敗消息向HE請(qǐng)求重同步過(guò)程。步驟（5）如果序號(hào)在正確的范圍內(nèi)，USIM計(jì)算CK和IK。步驟（6）USIM計(jì)算RES，該參數(shù)包含在用戶認(rèn)證響應(yīng)中傳給VLR/SGSN。收到用戶認(rèn)證響應(yīng)后，VLR/SGSN將響應(yīng)RES與所選認(rèn)證向量中獲得XRES比較。如果兩者相等，那么用戶就通過(guò)認(rèn)證。VLR/SGSN就從選擇的認(rèn)證向量中獲得正確的CK和IK。USIM和VLR將保存原始CK和IK，直到下一次AKA完成。如果XRES和RES不相等，則初始化一個(gè)新的鑒別和認(rèn)證過(guò)程。在3G系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了用戶與網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的相互認(rèn)認(rèn)證，簡(jiǎn)單的的說(shuō)，通過(guò)驗(yàn)驗(yàn)證XRESS與RES是否相相同，實(shí)現(xiàn)了了VLR/SSGSN對(duì)MS的認(rèn)證；通通過(guò)比較XMMAC與MAC是否相相同，實(shí)現(xiàn)了了MS對(duì)HLR/AAuC的認(rèn)證。以以上便是在33G系統(tǒng)中用用戶和網(wǎng)絡(luò)服服務(wù)商之間雙雙向認(rèn)證的一一個(gè)詳細(xì)過(guò)程程。通過(guò)雙向向認(rèn)證機(jī)制，3G有效的保護(hù)了用戶與運(yùn)營(yíng)商雙方的利益。4.3

WPKKI應(yīng)用下的實(shí)實(shí)體認(rèn)證首先CA用Rabin算法和和自己的私鑰鑰Pu和Qu來(lái)為網(wǎng)絡(luò)絡(luò)端和移動(dòng)端端簽發(fā)證書(shū)。網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)端B的公鑰為Nb，移動(dòng)端A的公鑰為ELGammal簽名算法的的公鑰Pa。網(wǎng)絡(luò)端端保存相應(yīng)的的Rabin算法私鑰Pbb和Qb，移動(dòng)端端保存相應(yīng)的的ELGammal算法私鑰Saa。移動(dòng)端和和網(wǎng)絡(luò)端通過(guò)過(guò)驗(yàn)證對(duì)方的的證書(shū)合法性性和相應(yīng)的私私鑰來(lái)進(jìn)行雙雙向的認(rèn)證。具具體過(guò)程如圖圖4.35

身份機(jī)密性性5.1

相關(guān)的的安全特征與用戶身份機(jī)密性性相關(guān)的安全全特征如下：：用戶身份機(jī)密性（useridenttitycconfiddentiaality）：接受業(yè)業(yè)務(wù)用戶的永永久身份（IMSI）在無(wú)線接接入鏈路上不不可能被竊聽(tīng)聽(tīng)。用戶位置機(jī)密性（userlocattioncconfiddentiaality))：用戶在某某一區(qū)域出現(xiàn)現(xiàn)或到達(dá)，不不可能在無(wú)線線接入鏈路上上通過(guò)竊聽(tīng)來(lái)來(lái)確定。用戶的不可跟蹤性性（useruntraaceabiility）：入侵者者不可能通過(guò)過(guò)在無(wú)線接入入鏈路上竊聽(tīng)聽(tīng)而推斷出不不同的業(yè)務(wù)是是否傳遞給同同一用戶，即即無(wú)法獲知用用戶正在使用用不同的業(yè)務(wù)務(wù)。為了滿足上述要求，3G系統(tǒng)采用了兩種機(jī)制來(lái)識(shí)別用戶身份，（1）在用戶與服務(wù)網(wǎng)之間采用臨時(shí)身份機(jī)制（用戶的IMSI由臨時(shí)身份識(shí)別號(hào)TMSI代替），為了實(shí)現(xiàn)用戶的不可跟蹤性要求用戶不應(yīng)長(zhǎng)期使用同一TMSI，即TMSI要定期更換。（2）使用加密的永久身份IMSI。但是3G標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有排斥用戶直接使用IMSI進(jìn)行身份識(shí)別，即GSM式身份識(shí)別。此外在3G中，任何可能暴露用戶身份的信令和用戶數(shù)據(jù)都要求進(jìn)行加密。5.2

GSMM中的身份保保密GSM系統(tǒng)采用用用戶的臨時(shí)時(shí)身份實(shí)現(xiàn)用用戶的身份保保密。對(duì)進(jìn)入入其訪問(wèn)區(qū)的的每個(gè)用戶，VLR（拜訪位置置寄存器）都都會(huì)分配一個(gè)個(gè)TMSI（臨時(shí)身份份識(shí)別號(hào)），TMSI和IMSI一起存于VLR的數(shù)據(jù)庫(kù)中中，用戶只要要使用TMSI和位置區(qū)域域標(biāo)識(shí)LAI即可標(biāo)識(shí)自自己的身份。一一般情況下不不使用IMSI來(lái)識(shí)別用戶戶。但是當(dāng)用戶第一次次注冊(cè)或者服服務(wù)網(wǎng)絡(luò)不能能根據(jù)用戶的的TMSI時(shí)必須使用用用戶的永久久身份IMSI。這時(shí)IMSI將在無(wú)線鏈鏈路上以明文文進(jìn)行傳輸，這這就可能會(huì)造造成用戶身份份的泄漏。顯顯然，GSM系統(tǒng)在用戶戶身份保密方方面存在明顯顯的缺陷。圖圖5.1表示了GSM系統(tǒng)中身份份識(shí)別的過(guò)程程[10]。5.3

3G中中已有的身份份機(jī)密性設(shè)計(jì)計(jì)現(xiàn)有的身份機(jī)密的的方案如圖:該機(jī)制由訪訪問(wèn)的VLR/SSGSN發(fā)起，向用用戶請(qǐng)求IMSI。用戶有兩兩種選擇進(jìn)行行響應(yīng)，選擇擇和GSM系統(tǒng)一樣的的直接回復(fù)明明文IMSI或者使用特特有的增強(qiáng)的的身份保密機(jī)機(jī)制來(lái)進(jìn)行響響應(yīng)。采用明文的IMSSI是為了與第第二代通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)保持兼容容。一般在33G系統(tǒng)中，移移動(dòng)用戶配置置成增強(qiáng)型用用戶身份保密密機(jī)制[111]。圖5.2中，HEE-messsage表示包含加加密IMSI的消息，其其組成如下：：HE-meessagee=GI‖EMUI，EMUI==fgk（SQNuiic‖IMSI）。其中GI表示群身份份標(biāo)識(shí)，EMUI表示加密IMSI。EMUI是SQNuiic和IMSI經(jīng)過(guò)fgk函數(shù)加密運(yùn)運(yùn)算得到，SQNuuic表示用戶認(rèn)認(rèn)證中心UIC生成的序列列號(hào)，用于保保持認(rèn)證的最最新性，GK是用戶入網(wǎng)網(wǎng)時(shí)與HE/UIIC及群中的其其它用戶共享享的群密鑰。HE為用戶歸屬域。增強(qiáng)型用戶身份保保密機(jī)制將用用戶的IMSI以密文形式式嵌入HE-meessagee中，VLR/SSGSN不能直接解解密HE-meessagee，而是根據(jù)HE/UIIC-id將HE-meessagee傳送到相應(yīng)應(yīng)的HE/UIIC。由HE/UIIC根據(jù)GI檢索相應(yīng)的GK，用解密HE-meessagee得到用戶的IMSI，再傳送給VLR/SSGSN。這樣做的的目的是保證證用戶的IMSI不被竊聽(tīng)。此此后VLR/SSGSN建立用戶IMSI和TMSI之間的對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系。以后用戶就就用VLR/SSGSN分配的TMSI進(jìn)行通信。增強(qiáng)型用戶身份保保密機(jī)制是33G引進(jìn)的，規(guī)規(guī)定了每個(gè)用用戶都屬于某某一個(gè)群，而而每個(gè)群擁有有一個(gè)GI。用戶群有有一個(gè)GK，該密鑰安安全的保存在在USIM和HE/VLLR中。相比2GG而言用戶身身份的保密性性有了較大的的改進(jìn)，但我我們可以看到到，從HE/UUIC傳給VLR/SSGSN的解密用戶戶身份IMSI仍然使用了了明文方式，因因此該方式也也還存在一定定的弱點(diǎn)，需需要進(jìn)一步的的改進(jìn)。而且且依靠HE/UIIC來(lái)進(jìn)行消息的的解密會(huì)使得得效率低下。因因此下面給出出了一個(gè)基于于公鑰體制下下的用戶身份份機(jī)密性的實(shí)實(shí)現(xiàn)方案。5.4

在WPPKI基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)計(jì)的身份機(jī)密密方案首先由于無(wú)線PKKI的應(yīng)用，各各個(gè)PKI實(shí)體都要求求具有一個(gè)公公鑰證書(shū)。有有了公鑰證書(shū)書(shū)，實(shí)體間才才可以通過(guò)證證書(shū)鑒定的方方式來(lái)建立起起信任關(guān)系，也也更方便進(jìn)行行認(rèn)證。為了了保證用戶與與其公鑰的一一一對(duì)應(yīng)。證證書(shū)權(quán)威需要要首先驗(yàn)證終終端實(shí)體的身身份。證書(shū)頒發(fā)過(guò)程可以以采用離線的的方式，如在在USIM的生產(chǎn)過(guò)程程中就加入初初始的用戶的的證書(shū)，或者者也可以采用用在線的方式式或通過(guò)可信信任的第三者者進(jìn)行證書(shū)的的辦法?；颈菊J(rèn)證方案如如下圖5.3在3G系統(tǒng)中，當(dāng)當(dāng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)不不能通過(guò)TMSI來(lái)識(shí)別用戶戶身份時(shí)，將將使用永久用用戶身份標(biāo)識(shí)識(shí)來(lái)鑒別用戶戶身份，特別別是在移動(dòng)用用戶第一次在在服務(wù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)內(nèi)注冊(cè)，以及及網(wǎng)絡(luò)不能由由用戶在無(wú)線線鏈路上的TMSI獲得相應(yīng)的IMSI時(shí)。用戶的的永久身份是是一個(gè)敏感而而且非常重要要的數(shù)據(jù)，需需要得到很好好的保護(hù)，但但如上文提到到的在GSM中，用戶的永久身份是是用明文的形形式發(fā)送的，3G系統(tǒng)對(duì)此要進(jìn)行安全改進(jìn)。有了證書(shū)之后，用用戶首次入網(wǎng)網(wǎng)注冊(cè)時(shí)，就就可以使用證證書(shū)和IMSI一起進(jìn)行注注冊(cè)了，具體體的操作過(guò)程程如下符號(hào)說(shuō)明：CerrtMS用戶證書(shū)CertHHLRHLLR的證書(shū)SKMS用戶戶的私鑰

SKHLLRHLRR的私鑰PKHLRHLLR的公鑰

R1，R2，Ks隨機(jī)數(shù)同樣在用戶的USSIM中，存有CA的公鑰，自自己的私鑰，如如果已經(jīng)取得得自己的證書(shū)書(shū)，則也應(yīng)該該保存在USIM中。注冊(cè)過(guò)程如下圖55.4：1．用戶向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起起入網(wǎng)登記請(qǐng)請(qǐng)求2．網(wǎng)絡(luò)發(fā)送自己的的證書(shū)和隨機(jī)機(jī)數(shù)R1給MS3．用戶收到網(wǎng)絡(luò)的證證書(shū)CertHHLR，利用CA的公鑰來(lái)驗(yàn)驗(yàn)證HLR的真實(shí)性，如如果通過(guò)驗(yàn)證證，。首先生生成兩個(gè)隨機(jī)機(jī)數(shù)Ks，和R2，利用用戶戶的私有密鑰鑰對(duì)(R2‖R1)作簽名成為(R2‖R1)SKKMS，再用HLR的公開(kāi)密鑰PKHLR對(duì)Ks作加密，最最后利用對(duì)稱稱性加密算法法如IDEA或DES對(duì)IMSI,,CerttMS及(R2‖R1)SKKms，以Ks進(jìn)行加密。然然后將加密信信息發(fā)送到HLR，同時(shí)MS存儲(chǔ)R1,R22,Ks，以及CertHHLR。4．網(wǎng)絡(luò)側(cè)收到響應(yīng)后后，用自己的的私鑰SKHLRR解密消息（Ks）PKHLR得到Ks，再用Ks解密（CertMMS‖IMSI‖(R2‖R1)SKKms）Ks，得到用戶戶的IMSI和CertMMS，首先驗(yàn)證IMSI的合法性，然然后使用HLR和CA之間的安全全通道向CA發(fā)送用戶的CertMMS來(lái)獲取用戶戶相應(yīng)的公鑰鑰PKMS，然后使用用用戶的公鑰鑰PKMS來(lái)解密(R2‖R1)SKKMS，獲得R2‖R1，如果R1確實(shí)正確，就就產(chǎn)生一個(gè)TMSI并把TMSI和IMSI進(jìn)行關(guān)聯(lián)并并且存儲(chǔ)存儲(chǔ)儲(chǔ)在服務(wù)器中中，同時(shí)存儲(chǔ)儲(chǔ)R2。至此HLR確認(rèn)MS的合法性。5．當(dāng)HLR確認(rèn)MS合合法之后，則則送回第三個(gè)個(gè)信息以及生生成會(huì)話密鑰鑰，否則拒絕絕所要求的服服務(wù)。首先利利用私有密鑰鑰SKHLLR對(duì)R2作簽名，再再以Ks利用對(duì)稱性性的密碼算法法，對(duì)TMSI和IMSI及以（R2‖R1)SKKHLR作加密，生生成（TMSI‖IMSI‖（R2‖R1）SKHLR）Ks再將信息送送至MS，最后利用R1和R2作異或運(yùn)算算生成會(huì)話密密鑰，并且將將Ks刪除。HLR的認(rèn)證已經(jīng)經(jīng)完成。6.MS收到HHLR的信息后，利利用Ks解開(kāi)信息，得得到TMSI‖IMSI‖（R2‖R1）SKHLRR,首先檢查IMSII是否是自己己的IMSI，再來(lái)利用HLR的證書(shū)驗(yàn)證證（R2‖R1）SKHLR是否等于(R2‖R1)通過(guò)驗(yàn)證，再再利用R1和R2作異或運(yùn)算算生成會(huì)話密密鑰，并且保保存TMSI在MS中否則表示示注冊(cè)失敗。通過(guò)以上的注冊(cè)過(guò)過(guò)程，在入網(wǎng)網(wǎng)過(guò)程中，用用戶的永久身身份標(biāo)識(shí)IMSI從頭至尾都都沒(méi)有用明文文的形式在鏈鏈路上傳輸，而而得到了網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的認(rèn)證并且且獲得TMSI用于以后的的服務(wù)。所有有使用IMSI來(lái)向網(wǎng)絡(luò)進(jìn)進(jìn)行認(rèn)證時(shí)，通通過(guò)以上方法法就可以保證證了用戶的機(jī)機(jī)密性。對(duì)于安全性的分析析：鏈路上的竊聽(tīng)者無(wú)法法獲知用戶的的身份，從而而無(wú)法知道用用戶的位置和和所進(jìn)行的服服務(wù)。同時(shí)由由于每次的會(huì)會(huì)話密鑰都是是由R1和R2產(chǎn)生的，而而且Ks是隨機(jī)產(chǎn)生生的，竊聽(tīng)者者無(wú)法通過(guò)多多次的比較獲獲得任何通信信的內(nèi)容。而而且即使一次次會(huì)話的密鑰鑰被竊取了，也也無(wú)法繼續(xù)獲獲得以后的會(huì)會(huì)話密鑰。因因?yàn)槊看蜶1和R2都是重新產(chǎn)產(chǎn)生。對(duì)于假假冒的HLR，即使可以以送出第一條條明文消息，但但是因?yàn)椴痪呔哂泻戏ǖ腟KHLR所有無(wú)法獲獲得Ks，從而無(wú)法法繼續(xù)注冊(cè)過(guò)過(guò)程。同樣攻攻擊者惡意假冒MS，即使事先先知道CertMMS，R1，R2和(R2‖R1)SKKMS。但是對(duì)于于新的R1無(wú)法生成對(duì)對(duì)應(yīng)的新的(R2‖R1)SKKMS來(lái)進(jìn)行重放放攻擊。至于直接猜猜測(cè)會(huì)話密鑰鑰實(shí)際上是不不可能的，因因?yàn)镽1雖然是明文文傳送，但是是R2是密文傳送送的。3G系統(tǒng)分為電路路域CS和分組域PS，電路域使使用TMSI和LAI來(lái)表示用戶戶，TMSI由VLR分配，分組組域使用移動(dòng)動(dòng)用戶分組P-TMSSI和路由域標(biāo)標(biāo)識(shí)RAI來(lái)表示用戶戶，P-TMSSI由SGSN分配[12]]。臨時(shí)身份TMSI//P-TMSSI只有在用戶戶登記的位置置區(qū)和路由區(qū)區(qū)中才有意義義。所以，它它應(yīng)該與LAI或RAI一起使用。IMSI和TMSI的關(guān)聯(lián)保存存在用戶登記記的拜訪位置置寄存器VLR/SSGSN中。一旦用戶獲取了PP-TMSII/TMSII后，網(wǎng)絡(luò)就就可以在接入入無(wú)線鏈路上上識(shí)別用戶了了。用戶就可可以進(jìn)行如下下操作：尋呼呼請(qǐng)求，位置置更新請(qǐng)求，連連接請(qǐng)求，服服務(wù)請(qǐng)求，分分離請(qǐng)求，重重新建立連接接請(qǐng)求等。但是為了避免長(zhǎng)期期使用同一臨臨時(shí)身份對(duì)TMSI//LAI或P-TMSSI/RAII，3G系統(tǒng)采用TMSI的再分配機(jī)機(jī)制。TMSI的更新是在在安全模式建建立以后由VLR/SSGSN發(fā)起。分配配過(guò)程如圖5.5詳細(xì)步驟如下：（1）VLR/SGSSN產(chǎn)生一個(gè)新新的TMSIn，并將該TMSIn與IMSI的關(guān)系存儲(chǔ)儲(chǔ)在它的數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)中，然后后向CA請(qǐng)求相應(yīng)的IMSI的公鑰PKMS，當(dāng)CA把公鑰發(fā)送回回來(lái)之后，VLR//SGSN把TMSIn和一個(gè)新的的位置區(qū)域標(biāo)標(biāo)識(shí)經(jīng)過(guò)用戶戶的PKMS加密然后發(fā)發(fā)送給用戶。（2）用戶收到之后，使使用自己的SKMS解密消息并并保存TMSIn并自動(dòng)刪除除與先前TMSIo之間的關(guān)聯(lián)聯(lián)后，向VLR/SSGSN發(fā)送應(yīng)答。（3）VLR/SGSNN收到應(yīng)答后后，從自己的的數(shù)據(jù)庫(kù)中刪刪除與舊的TMSIo的關(guān)聯(lián)，TMSIn用于隨后的的用戶身份鑒鑒別。（4）如果VLR