Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS pot

Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
CHƯƠNG 2: NHẬN THỰC VÀ AN NINH TRONG GSM/GPRS
2.1. Giới thiệu:
Hệ thống GSM cung cấp giải pháp cho một vài khía cạnh quan trọng của an
ninh: xác thực thuê bao, bảo mật nhận dạng thuê bao và bảo mật của thoại và dữ
liệu trên con đường phát thanh. Chương này cho ta một cái nhìn tổng quan về các
tính năng bảo mật được cung cấp trong một PLMN GSM và mạng GPRS. Ngoài
ra module SIM, trong đó có vai trò quan trọng trong bảo mật GSM sẽ được được
thảo luận.
Gian lận di động là khá phổ biến trong các hệ thống di động kể từ khi thoại
và dữ liệu người sử dụng của thuê bao được gửi vào mạng mà không cần mật mã.
Bất cứ ai có một dải tần số vô tuyến và có thể điều chỉnh trong đó và nghe thấy
mọi thứ đang diễn ra trong một tế bào
Hệ thống GSM cung cấp kiểm soát an ninh. Các nhà điều hành hệ thống
muốn đảm bảo rằng các thuê bao yêu cầu dịch vụ là xác thực (hợp lệ). Các thuê
bao, mặt khác, muốn được tiếp cận với các dịch vụ mà không ảnh hưởng đến bảo
mật (bí mật của dữ liệu thuê bao). Hệ thống GSM kiểm soát an ninh đạt được bằng
cách sử dụng bốn cơ chế chính, nghĩa là mỗi thuê bao được xác định bằng cách sử
dụng một cơ chế bảo mật mật mã; các thông tin thuê bao bảo mật được cất giữ
trong một nền tảng điện toán an toàn được gọi là SIM (Subscriber Identity
Module) module hoặc thẻ thông minh; các nhà khai thác GSM duy trì các bí mật
của các thuật toán mật mã và các phím để chứng thực các thuê bao và cung cấp
bảo mật bằng giọng nói; các thuật toán được lưu trữ trong SIM và Trung tâm xác
thực (AUC); các phím mật mã không được chia sẻ với các nhà quản lý mạng GSM
khác.
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 21
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
GSM giới thiệu các thuật toán mã hóa mạnh mẽ và kỹ thuật về kiểm soát an
ninh. Hệ thống được phân loại thành ba chức năng theo quy cách chuẩn ETSI.
Chúng là các thuê bao nhận dạng bảo mật, xác thực nhận dạng thuê bao, người sử
dụng bảo mật dữ liệu trên các kết nối vật lý, người sử dụng kết nối dữ liệu bảo

mật, và truyền tín hiệu thông tin.
Chức năng đầu tiên mô tả một phương pháp xác định vị trí sử dụng trong
các thủ tục cập nhật. Chức năng thứ hai giới thiệu một thủ tục xác thực khi nhận
dạng thuê bao được kích hoạt bởi network để xác minh một danh tính hợp lệ.
Chức năng thứ ba ciphering và giới thiệu một số phương pháp thiết lập phím sử
dụng để bảo vệ dữ liệu người dùng và các yếu tố truyền tín hiệu thông tin.
Chương này này trình bày các tính năng bảo mật ba cung cấp trong hệ
thống GSM chi tiết. Tính năng bảo mật GPRS (General Packet Radio Service)
cũng được đề cập. Để nắm vững an ninh GSM và GPRS, mục 2.2 và mục 2.3 đưa
ra một giới thiệu ngắn của GSM và kiến trúc hệ thống GPRS và bảo mật liên quan
đến các thành phần
2.2 Cấu trúc hệ thống GSM
Hệ thống GSM có hai bộ phận chính: hạ tầng lắp đặt cố định (network) và trạm
moblie (MS). Các thuê bao sử dụng dùng các dịch vụ của network và thông tin
liên lạc quan giao diện radio. Hình 1 minh họa cấu trúc hệ thống GSM.
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 22
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống GSM
2.2.1 MS
MS gồm hai bộ phận: Thiết bị mobile (ME) và SIM module.
2.2.2 Mạng cố định
Mạng GSM cố định có thể được chia nhỏ thành ba hệ thống con: BSS (Hệ
thống Trạm gốc), SMSS (Hệ thống Chuyển mạch và Quản lý) và OMSS (Hệ
thống Vận hành và Bảo trì).
BTS (Trạm Thu/Phát gốc) và BSC (Bộ điều khiển Trạm gốc) tạo thành
BSS. Một tế bào được tạo thành bằng sự phủ sóng radio một BTS. BTS cung cấp
các kênh radio cho truyền tín hiệu và lưu thông dữ liệu nhà sử dụng trong một tế
bào. Một số BTS có thể được kiểm soát bằng BSC.
SMSS bao gồm các trung tâm Chuyển mạch di động (MSC) và các cơ sở
dữ liệu lưu trữ dữ liệu cần cho định tuyến và bảo dưỡng. MSC thực hiện tất cả các

chức năng chuyển mạch của một nút chuyển mạch mạng cố định. GSM PLMN có
một số cơ sở dữ liệu khác nhau. SMSS gồm có hai cơ sở dữ liệu, đó là HLR và
VLR. HLR lưu trữ tất cả các dữ liệu thuê bao vĩnh viễn và dữ liệu tạm thời liên
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 23
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
quan của tất cả các thuê bao đã đăng ký vĩnh viễn trong HLR. IMSI (Nhận diện
thuê bao di động Quốc tế) và dữ liệu xác nhận được lưu trữ ở đó. VLR lưu trữ dữ
liệu của tất cả các MS hiện đang ở trong vùng quản lý của MSC liên kết.
Hoạt động mạng liên tục được kiểm soát và duy trì bằng OMSS. Các chức
năng kiểm soát mạng được theo dõi và khởi đầu từ Trung tâm Vận hành và Bảo
dưỡng (OMC). Hai cơ sở dữ liệu khác được xác định trong hệ thống con này.
Chúng chịu trách nhiệm nhiều mặt khác nhau cho an ninh hệ thống. An ninh hệ
thống của các mạng GSM chủ yếu dựa trên xác nhận thiết bị và đặc điểm nhận
diện của thuê bao sử dụng. Các cơ sử dữ liệu này phục vụ cho xác định và xác
thực thuên bao sử dụng và cho đăng ký thiết bị. Dữ liệu kín và các phím/key được
lưu trữ và tạo ra tại trung tâm AUC. Đăng ký xác nhận thiết bị/ EIR lưu trữ các số
seri (do nhà sản xuất cung cấp) của thiết bị đầu cuối/IMEI).
2.2.3 SIM
SIM thẻ chip cá nhân có thể là một chip lắp đặt cố định (SIM lắp vào)
hoặc là một module SIM có thể hoán đổi. SIM là một môi trường dự trên bộ vi
mạch xứ lý an toàn được thực hiện trên một nền kích thước-thẻ-tín dụng với bộ
nhớ không - khả biến on-board. Hai loại thẻ SIM được sử dụng trong GSM là ID-l
và thẻ plug-in.
Có ba loại bộ nhớ là ROM, RAM và EEPROM. ROM chứa hệ thống vận
hành, các trình ứng dụng và các thuật toán an ninh A3 và A8, thực hiện các hàm
quan trọng cho việc xác thực và mã hóa dữ liệu người sử dụn dựa trên nhận diện
thuê bao sử dụng IMSI và khóa bí mật (secret kes). RAM quan làm đệm dữ liệu
truyền và chạy chương trình. EEPROM bao gồm xác nhận thuê bao sử dụng
(IMSI, PIN), số cuộc gọi (IMSI và MSISDN), keys Ki, thông tin liên quan đến
mạng (TMSI, LAI) và nhận diện trang thiết bị IMEI.

Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 24
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
Các đặc điểm an ninh được hỗ trợ bởi SIM là sự xác nhận đặc điểm nhận
diện của thuê bao với mạng, tính bảo mật của dữ liệu trên giao diện không gian,
các điều kiện tiếp cận dữ liệu. Hai đặc điểm đầu tiên được trình bày ở phần 2.4.
SIM có thể hỗ trợ năm điều kiện tiếp cận. Một trong những điều kiện tiếp cận là
PIN, được sử dụng để kiểm soát người sử dụng tiếp cận SIM. Nếu thuê bao đánh
máy ba mã PIN không đúng, SIM sẽ bị phong tỏa.
Vì thế, sử dụng SIM, toàn bộ MS có thể được bảo vệ cùng với PIN đế tránh
sự xâm nhập không được phép.
2.2.4 Các đặc điểm nhận diện
Trong mục này giới thiệu một số đặc điểm nhận diện liên quan đến an ninh
GSM. Sự liên kết của các thiết bị nhận dạng quan trọng nhất và các vị trí lưu trữ
của chúng được tóm tắt như sau: Thuê bao được nhận diện bằng IMSI, MSISDN,
TMSI, MSRN; Thiết bị mobile được nhận diện bằng IMEI, IMSI,MSISDN, và
MSRN được lưu trữ trong HLR. LMSI, MSRN, IMSI, TMSI,MSISDN, và LAI
lưu trữ trong VLR. Còn IMSI, RAND, SRES, Ki, Kc thì lưu trữ trong AUC.IMEI
lưu trữ trong EIR.
Khi đăng ký dịch vụ với một nhà vận hành mạng di động, mỗi thuê bao
nhận được một thiết bị nhận diện riêng, IMSI (Nhận diện thuê bao Di động
Quốc tế). IMSI này được lưu trữ tại SIM. Một trạm mobile chỉ có thể được
vận hành nếu một SIM với một IMSI hiệu lực được đặt vào thiết bị với một
IMSI hiệu lực, vì đây là cách duy nhất để tính hóa đơn một cách chính xác
thuê bao thích hợp. IMSI gồm có 7 phần:
- Mã nước mobile (MCC): 3 số thập phân, chuẩn hóa quốc tế;
- Mã Mạng mobile (MNC): 2 số thập phân, để nhận diện cụ thể các
mạng mobile trong một quốc gia;
- Số nhận diện Thuê bao Mobile (MSIN): 10 số thập phân tối đa, số
nhận diện thuê bao trong mạng mobile trong nước.
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 25

Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
MSISDN: Số điện thoại thực sự của MS là MSISDN (Số ISDN thuê bao
mobile).
VLR chịu trách nhiệm vị trí hiện thời của một thuê bao có thể phân việc
một TMSI (Nhận diện thuê bao Mobile Tạm thời) mà chỉ có ý nghĩa tại chỗ
trong vùng kiểm soát bởi VLR. Nó được sử dụng thay cho IMSI để xác
định cụ thể và nhận diện MS> Cách này không ai có thể xác định nhận diện
(identity) của thuê bao bằng cách lắng nghe kênh radio, vì TMSI này chỉ
được phân giao việc khi các trạm mobile có mặt tại vùng của một VLR, và
thậm chí có thể được thay đổi trong giai đoạn này (hoán đổi ID). Trạm
mobile lưu trữ TMSI trên thẻ SIM. IMSI được lưu trữ trên phía mạng chỉ
trong VLR và không được được đưa đến HLR. Nó có thể bao gồm lên đến
32 bit. Sự liên kết giữa IMSI và TMSI được lưu trữ trong VLR.
MSRN (Số Roaming trạm mobile) là một số ISDN phụ thuộc vị trí tạm
thời được VLR tại chỗ phân giao trong vùng của nó. IMEI ( Nhận diện
Thiết bị Trạm Mobile Quốc tế) xác định cụ thể một cách duy nhất thiết bị
mobile quốc tế. Nó là một loại số theo chuỗi. IMEI được chỉ định theo sản
xuất thiết bị và đăng ký sử dụng bởi nhà vận hành mạng, người lưu trữ nó ở
EIR. Bằng phương tiện IMEI có thể nhận biết thiết bị bị lỗi hoặc mất cắp.
Mỗi LA có thiết bị nhận diện của chính nó, nghĩa là ID vùng (LAI). Nó
được kết cấu đặc biệt theo cấp bậc và quốc tế.
2.3 Cấu trúc hệ thống GPRS
GPRS là một dịch vụ dữ liệu mới sử dụng kỹ thuật packet-mode để
chuyển dữ liệu tốc độ cao và thấp cũng như truyền tín hiệu theo cách hiệu
quả. GPRS tối ưu hóa việc sử dụng mạng và radio. Sự phân tách chặt chẽ
giữa các hệ thống con radio và hệ thống con network được duy trì, cho
phép hệ thống con network được tái sử dụng với các công nghệ tiếp cận
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 26
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
radio khác. GPRS không ủy nhiệm những sự thay đổi cho một nền MSC

được lắp đặt.
Các thành phần của mạng GPRS (Hình 2) là SGSN (Serving GPRS
Support Node), GGSN (Gateway GPRS Support Node), Border Gateway
(BG), đường trục mạng (intra-PLMN và Inter-PLMN), HLR, MSC / VLR ,
tin nhắn SMS-GSMC
Hình 2.2: Các thành phần của mạng GPRS
GPRS giới thiệu hai nút/mấu mạng mới SGSN và GGSN trong GSM
PLMN. SGSN ở cùng mức cấp bậc như là MSC. Nó thực hiện phân phát
các packet đến/từ MS trong cùng một vùng dịch vụ và giao tiếp với GGSN.
SGSN theo dõi vị trí MS trong vùng dịch vụ của nó và thực hiện các chức
năng an ninh và kiểm soát access. SGSN được nối với BSS với Chuyển tiếp
Khung.
GGSN cung cấp khả năng làm việc phối hợp với các mạng chuyển
mạch-gói bên ngoài, chẳng hạn như Internet, các mạng X.25 hoặc các mạng
riêng ảo, và được nối với SGSN qua một mạng backbone GPRS trên nền
IP. Nó duy trì tạo đường truyền thông tin được sử dụng để tạo đường hầm
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 27
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
Các đơn vị Dữ liệu Protocol (PDU) đến SGSN hiện đang phục vụ MS.
HLR được đề cao với thông tin thuê bao GPRS và SMS-GMSC và SMS-
IWMSC được nâng cấp để hỗ trợ truyền SMS qua SGSN.
Tính năng an ninh GPRS tương đương với an ninh GSM hiện có.
SGSN thực hiện các quy trình cài đặt mật mã và xác thực dựa trên cùng
thuật toán, các khóa và các tiêu chí như trong GSM hiện có. GPRS sử dụng
thuật toán mã hóa mới được tối ưu hóa để truyền dữ liệu gói.
Điện thoại GPRS thông tin với các trạm gốc GSM. (nhưng không
như các cuộc gọi dữ liệu chuyển mạch kênh được nối với các mạng giọng
nói bằng trung tâm chuyển mạch mobile), các gói GPRS được gửi từ BSS
đến một SGSN. Khi trạm mobile gửi các gói dữ liệu, nó thông qua SGSN
đến GGSN, biến đổi chúng để truyền qua các mạng mong muốn (Internet,

các mạng X.25 hoặc các mạng riêng ảo). Các gói IP từ Internet được xác
định cho trạm mobile được nhận được GGSN nhận, được chuyển đến
SGSN và sau đó được truyền đến trạm mobile.
2.4 Các chức năng an ninh GSM và GPRS
Phần này cung cấp mô tả chi tiết về ba chức năng an ninh GSM và GPRS.
2.4.1 Tính bảo mật Nhận diện thuê bao
Mục đích của chức năng này là để tránh người xâm nhập để nhận
diện thuê bao trên đường radio (ví dụ Kênh Traffic hoặc các nguồn truyền
tín hiệu) bằng cách lắng nghe những sự trao đổi tín hiệu. Hàm này có thể
lấy bằng cách bảo vệ IMSI của thuê bao và bất kỳ các thành phần thông tin
truyền. Vì thế, phương pháp xác nhận được bảo vệ nên được sử dụng để
xác định một thuê bao di động thay vì IMSI trên đường radio. Các thành
phần thông tin tín hiệu thực hiện truyền thông tin về nhận diện thuê bao
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 28
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
phải được truyền theo dạng mã hóa (cipher). Và phương pháp mã hóa cũng
được sử dụng.
* Xác định phương pháp.
TMSI được sử dụng trong phương pháp này. Đó là một con số nội
vùng và chỉ giá trị trong vùng nhất định. TMSI phải được sử dụng cùng với
LAI để tránh sự không rõ ràng.
Mạng quản lý cơ sở dữ liệu (nghĩa là VLR) để giữ mối quan hệ giữa
TMSI và IMSI. Khi một TMSI được nhận với LAI mà không tương ứng
với VLR hiện tại, IMSI của MS phải được VLR phụ trách vùng chỉ định đề
nghị nếu địa chỉ của nó được biết, mặc khác IMSI được đề nghị/yêu cầu từ
MS.
Một TMSI mới phải được phân bổ trong mỗi lệnh/phương pháp cập
nhật thông tin vùng. Phân bổ của một TMSI mới tương ứng hoàn toàn cho
di động với sự giải tóa của ngầm định trước. Trong phần cố định của mạng,
sự hủy bỏ thông tin ghi lại cho một MS trong VLR chỉ sự giải tỏa (de-

allocatio) TMSI tương ứng.
Khi một TMSI mới được phân bổ đến một MS, nó được truyền đến
MS theo kiểu mã hóa. MS lưu trữ TMSI hiện hành của nó trong một bộ nhớ
lâu bị mất cùng với LAI để các dữ liệu này không bị mất khi ngắt MS.
* Các trường hợp cập nhật vùng
 Cập nhật vùng/định vị trong cùng vùng MSC.
Trong trường hợp này, vùng mới và ban đầu được kiểm soát bởi
vùng MSC. TMSI được phát hành (issue) bởi VLR, muộn nhất , khi trạm
mobile thay đổi từ một LA sang LA khác. Khi MS vào một vùng định vị
mới, nó báo với VLR mới TMSI và LAI cũ. VLR sau đó phát hành một
TMSI mới cho MS (hình 3). TMSI này được truyền dưới dạng mật mã.
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 29
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
Cập nhất định vị trong một vùng MSC mới, trong cùng vùng VLR.
Đây là trường hợp khi vùng định vị ban đầu và vùng mới phụ thuộc vào
MSC, nhưng chúng trên cung VLR. BSS/MSC/VLR chỉ vị trí của MS phải
được cập nhật. Hình 3 minh họa phương thức thực hiện. Quản lý các
phương tiện/giá trị trung bình (means) mã hóa mới trong hình có nghĩa là
MS và BSS/MSC/VLR thống nhất về các means mã hóa truyền tín hiệu các
yếu tố thông tin, đặc biệt để truyền TMSI mới.
 Cập nhật định vị trong một VLR mới, VLR cũ có thể với
tới.
Trường hợp này xảy ra khi vùng định vị ban đầu và vùng mới phụ
thuộc vào các VLR khác nhau. MS vẫn được đăng ký trong VLR cũ và yêu
cầu đăng ký trong VLR mới. LAI và TMS cũ được MS gửi MS như là lĩnh
vực định danh trong quá trình cập nhật định vị. MSC/VLR mới cần một số
thông tin để xác thực và mã hóa. Thông tin này lấy từ MSC/VLR cũ.
* Tính bảo mật Xác nhận User GPRS (Giai đoạn 1)
Mạng GPRS sử dụng phương pháp xác nhận tương tự với sự phân
biệt MS gửi Nhận diện Đường truyền Logich tạm thời (TLLI) và Tạo

đường truyền/ Định tuyến (routing) Nhận diện vùng (RAI) đến SGSN. Một
TLLI được sử dụng để nhận diện User GPRS trên đường radio thay vì
TMSI trong GSM. SGSN thực hiện phương thức thay vì MSC. Cập nhật
định vị được kết hợp với routing cập nhật vùng.
TLLI vẫn là con số vùng (local) và chỉ có ý nghĩa trong Routing
Area. TLLI phải được đi kèm bởi RAI để tránh sự mơ hồ. SGSN quán lý
các cơ sở dữ liệu phù hợp để giữ mối quan hệ giữa TLLI và IMSI thay vì
VLR trong GSM. Mối quan hệ giữa TLLI và IMSI chỉ được biết trong MS
và SGSN. (Hình 2)
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 30
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
Khi một TLLI và một RAI không tương ứng với SGSN hiện tại, thì
SGSN phụ trách vùng định tuyến sẽ yêu cầu IMSI của MS nếu biết được
địa chỉ của nó; nếu không thì MS sẽ yêu cầu IMSI. Một TLLI mới có thể
được phân bổ trong mỗi quá trình cập nhật vùng định tuyến.
2.4.2 Xác thực nhận diện Thuê bao
2.4.2.1 Xác nhận GSM
Chức năng này có thể được khởi động bởi mạng khi một trong những sự kiện sau
xảy ra:
- Thuê bao áp dụng thay đổi thành phần thông tin liên quan đến thuê bao
trong VLR hoặc HLR . Thành phần thông tin liên quan đến thuê bao
bao gồm cập nhật vùng liên quan đến sự thay đổi VLR), đăng ký, xóa
bỏ một dịch vụ bổ sung).
- Tiếp cận một dịch vụ của thuê bao. Dịch vụ có thể thiết lập các cuộc
gọi đến hoặc đi từ di động, kích hoạt hoặc bất hoạt dịch vụ bổ sung.
Hình 2.3: Cập nhật vùng trong một MSC mới, trong cùng vùng VLR
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 31
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
Trong trường hợp này, sự xác nhận được thực hiện trong khi cập nhật vùng
trong một VLR mới. và sự nhận diện được thực hiện sử dụng TMSI. Thông tin

liên quan an ninh được cung cấp bởi VLR. VLR cũ gửi những cặp đã không được
sử dụng đến VLR mới.
Cho đến khi sự xác nhận mới được thực hiện trong cập nhật vùng trong
một VLR mới, nhưng IMSI được sử dụng để nhận diện, hoặc nói chung hơn là khi
VLR không thể tiếp cận. Trong trường hợp này, các cặp (RAND, SRES) chức
trong thông tin liên quan đến an ninh được yêu cầu trực tiếp từ HPLMN.
Thủ tục xác thực dựa trên thuật toán A3 [7, 4]. Thuật toán A3 được thực hiện ở cả
hai phía mạng và bên trong MS. Thuật toán này tính toán một cách độc lập trên cả
hai mặt của những đáp ứng Chữ (SRES) từ Ki và một số ngẫu nhiên (RAND)
được cung cấp bởi hệ thống mạng (xem Hình 4). (Tức là, SRES = A3 (Ki,
RAND)) . Các Ki và IMSI được cấp phát tại thời điểm đăng ký. MS Các truyền
SRES giá trị của nó vào mạng so sánh nó với giá trị tính toán của nó. Nếu cả hai
giá trị đồng ý, việc xác thực thành công. Mỗi thực hiện các thuật toán A3 được
thực hiện với một giá trị mới của RAND mà không thể được định trước; trong
cách ghi âm các kênh truyền dẫn và chơi nó lại không thể được sử dụng để nhận
dạng giả một. Các nhà điều hành có thể tự thiết kế thuật toán riêng của A3 của họ
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 32
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
Hình 2. 4: Thủ tục xác thực nói chung
Hình 2.4 cho thấy một thủ tục xác thực nói chung. Ở phía mạng, 2-tuple
(RAND, SRES) không cần phải được tính toán mỗi khi chứng thực phải được thực
hiện. Thay vì AUC có thể tính toán một bộ (RAND, SRES) 2-tuples trước bằng
cách áp dụng thuật toán A3, lưu trữ chúng trong HLR, và gửi yêu cầu đến VLR
yêu cầu . Các cửa hàng này đặt VLR (RAND [n], SRES [n]) và sử dụng một mới
2-tuple từ này đặt cho mỗi thủ tục xác thực. Mỗi 2-tuple được sử dụng chỉ một lần,
vì thế mới 2-tuples tiếp tục được yêu cầu từ HLR / AUC. Một số trường hợp đặc
biệt có thể xảy ra Khi thực hiện các thủ tục xác thực.
Trong trường hợp này, chứng thực được thực hiện trong quá trình cập nhật
vị trí trong một VLR mới và nhận dạng được thực hiện bằng cách sử dụng TMSI.
Các cặp để xác thực như một phần của liên quan đến an ninh thông tin được đưa ra

bởi các VLR cũ.
Các VLR cũ gửi những cặp chưa được sử dụng để các VLR mới. Vẫn
chứng thực được thực hiện trong quá trình cập nhật vị trí trong một VLR mới,
nhưng IMSI được sử dụng để nhận dạng, hoặc nói chung khi VLR cũ là không thể
truy cập. Trong trường hợp này, các cặp (RAND, SRES) chứa trong các thông tin
bảo mật có liên quan được yêu cầu trực tiếp từ HPLMN. Hình 5:
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 33
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
Hình 2.5: Quá trình xác nhận GPRS
2.4.2.2 Xác nhận GPRS
Quá trình xác nhận GPRS được xử lý theo cách giống như trong GSM với
sự phân biệt là các quá trình được thực hiện trong SGSN. Hình 5 biểu diễn một
quy trình xác nhận GPRS chung. Trong một số trường hợp, SGSN yêu cầu các cặp
cho một MS từ HLR/AUC tương ứng với IMSI của MS.
2.4.3 Tính bảo mật của các yếu tố thông tin, dữ liệu người sử dụng
không kết nối và thông tin người sử dụng trên các kết nối
2.4.3.1 Tính bảo mật GSM
Các yếu tố thông tin truyền liên quan đến user, chẳng hạn như IMEI, IMSI
và số danh mục thuê bao Gọi ( các cuộc gọi đến và đi từ mobile) cần được bảo vệ
sau khi thiết lập kết nối. Thông tin user như các tin nhắn ngắn, được chuyển theo
kiểu gói không kết nối qua một kênh truyền tín hiệu. Nó nên được bảo vệ. Và
thông tin User trên các kết nối Physical (các truyền thông có giọng nói và không
giọng nói) trên các kênh qua giao diện radio cũng nên được bảo vệ. Để giữ được
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 34
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
các tính bảo mật đó, sẽ cần phương pháp mật mã, cài đặt khóa, khởi động các quá
trình đặt mật mã và giải mã, và một sự đồng bộ hóa.
Một phương pháp mật mã Ạ5 được sử dụng để mã hóa dữ liệu truyền tín
hiệu và giọng nói. Nó là một mật mã dựa trên ba LFSR có kiểm soát của đồng hồ
sử dụng khóa mật mã Kc. Dòng dữ liệu layer 1 (được truyền trên Kênh Dedicated

Control (DCCH) hoặc Kênh Traffic (TCH) lấy bằng cách thêm bit cho bit nhị
phân bổ sung luồng bit dữ liệu người sử dụng và vào dòng bit ciphering .
Cài đặt key hoàn thành quá trình cho phép MS và mạng thống nhất key Kc
sử dụng các thuật toán viết mật mã và giải mã A5. Nó được khởi động bằng quá
trình xác nhận và bắt đầu bởi mạng. Cài đặt key phải xuất hiện trên một DCCH
chưa được mã hóa và rất nhanh sau khi mạng biết được nhận diện thuê bao di
động.
Truyền Kc đến MS là không trực tiếp. Một Kc được tạo ra trên cả hai phía
sử dụng thuật toán tạo key A8 và RAND của quá trình xác nhận. Tại phía mạng,
các giá trị của Kc được tính trong AUC/HLR đồng thời với các giá trị cho SRES.
Tại phía MS, Kc được trạm mobile lưu trữ cho đến khi được cập nhật ở lần xác
nhận tiếp theo.
Sự mã hóa dữ liệu user và truyền tín hiệu được thực hiện tại MS cũng như
tại BSS. Đây là một trường hợp được gọi là mã hóa đối xứng, nghĩa là mã hóa và
giải mã được thực hiện với cùng Kc và thuật toán A5 và sự khởi động trên DCCH
và TCH. Quá trình này có thể được mô tả như sau: Đầu tiên, mạng (cụ thể là BSS)
yêu cầu MS bắt đầu quá trình mã hóa/giải mã của nó và bắt đầu quá trình giải mã
của chính nó. MS sau đó bắt đầu mã hóa và giải mã của nó. Thông tin được viết
thành mật mã đầu tiên từ MS, đi đến mạng và được viết thành mật mã một cách
chính xác dẫn đến sự khởi động quá trình viết mật mã trên phía mạng .
Mã hóa một phía và giải mã phía còn lại phải đồng bộ.

Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 35
Chương 2: Nhận thực và an ninh trong GSM/GPRS
2.4.3.2 Tính bảo mật GPRS
Mạng GPRS vẫn cần đặc tính an ninh này. Tuy nhiên phạm vi mã hóa là
khác nhau. Phạm vi GSM là giữa BTS và MS. Phạm vi của GPRS là từ SGSN đến
MS. Một thuật toán viết mật mã mới GPRS-A5 được sử dụng do bản chất của
GPRS traffic. Viết mật mã được thực hiện trong LLC layer. GPRS-Kc được kiểm
soát bởi SGSN một cách độc lập với MSC.

5 Kết luận chương 2
Chương 2 mô tả những vấn đề an ninh của GSM và GPRS. Cụ thể là các
chức năng kỹ thuật hơn trong mỗi đặc tính và SIM về an ninh được giới thiệu. Tuy
nhiên, hệ thống GSM được định nghĩa trong chuẩn là là không hoàn hảo. Vẫn có
một số đe dọa tiềm tàng.
Trong quy trình xác nhận thuê bao, một sự tấn công collision trên thuật
toán A3 hoặc A8 (thuật toán đơn) là một ví dụ. Để tránh sự tấn công , các nhà điều
hành nên thay thế thuật toán A3/A8 yếu bằng một thuật toán mạnh. Các liên kết
microwave với BSS được sử dụng một cách rộng rãi khi nhà vận hành mở dịch vụ
của nó. Các khóa Kc giọng nói và mã có thể bị chặn trên những link này. Từ
chuẩn đã được giới thiệu, chúng ta biết rằng sự mật mã hóa dữ liệu sử dụng và
giọng nói chỉ là trên giao diện radio giữa MS và BTS. Nó không cung cấp bất kỳ
phương pháp bảo vệ trên giao thông người sử dụng và dữ liệu được truyền qua
những phần cố định của mạng. Các khóa viết mật mã cũng nên được bảo vệ khi
được truyền giữa và với các mạng trên các đường truyền tín hiệu SS7.
Nguyễn Anh Tuấn ĐTVT K27 36