Các thủ tục nhận thực và bảo mật trong mạng CDMA

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
2G 2nd Generation Thế hệ 2
3G 3rd Generation Thế hệ 3
3GPP Third Generation Partnership
Project
Dự án hợp tác thế hệ 3
A
ACLs Access Control Lists Danh sách điều khiển truy
nhập
ACTS Advanced Communication
Technologies and Services
Các công nghệ và dịch vụ
truyền thông tiên tiến
AES Advanced Encyption Standard Tiêu chuẩn mã hóa cải
tiến
AK Anonymity Key Khoá nặc danh
AKA Authentication and Key
Argreement
Nhận thực và thống nhất
khoá
AMF Advance Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di
động tiên tiến
AMPS Analog Mobile Phone Systems Hệ thống điện thoại di
động tương tự
ANSI American National Standards
Institude
Viện tiêu chuẩn Hoa Kỳ
API Application Program Interface Giao diện chương trình
ứng dụng
ASPECT Advanced Security for Personal
Communications Technology

An ninh cải tiến cho công
nghệ truyền thông cá nhân
AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực
AUTN Authentication token Dấu hiệu nhận thực mạng
AV Authentication Vector Véc tơ nhận thực
B
BS Base Station Trạm gốc
BSS Base Statiom Subsystem Phân hệ trạm gốc
BSSGP Base Station System GPRS
Protocol
Giao thức GPRS hệ thống
trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
C
CA Certificate Authority Thẩm quyền chứng nhận
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia
theo mã
CLR Certificate Revocation Lists Danh sách huỷ bỏ chứng
nhận
CM Connection Management Quản lý kết nối
1
D
DECT Digital European Cordless
Telephone
Điện thoại không dây số
châu Âu
DECT IN DECT Indentification Number Số nhận dạng thuê bao
DECT cá nhân
DES Data Encyption Standard Tiêu chuẩn mật mã hoá số
liệu

E
ECC Elliptic Curve Cryptography Mã đường cong ellip
EDGE Enhanced Data Rates for Global
Evolution
Nâng cao tốc độ dữ liệu
cho sự phát triển toàn cầu
EIR Equipment Identity Register Bộ nhận dạng thiét bị
ETSI European Telecommunications
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn
thông châu Âu
ESP Encapsulating Security Payload Tải tin an ninh đóng bao
F
FDMA
Frequency Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia
theo tần số
FTP
File Transfer Protocol Giao thức truyền file
G
GMM/SM GPRS Mobility Management Giao thức quản lý di động
GPRS
GMSC Gateway MSC MSC cổng
GSM Global System for Mobile
Communication
Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói
chung

H
HE Home Environment Môi trường thường trú
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
HSCSD High Speed Circuit-Switched Data Dữ liệu chuyển mạch tồc
độ cao
HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức chuyển giao
siêu văn bản
I
IDEA International Data Encryption
Algorithms
IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng kỹ thuật
Internet
IK Integrity key Khoá toàn vẹn
2
IMAP Internet Message Access Protocol Giao thức truy nhập bản
tin Internet
IMEI International Mobile Equipment
Indentifier
Nhận dạng thiết bị di
động Quốc tế
IMSI International Mobile Subscriber
Identity
Số nhận dạng thuê bao di
động quốc tế
IMT-2000 International Mobile
Telecommunication 2000
Tiêu chuẩn viễn thông di
động Quốc tế 2000
IMUN International Mobile User Number Chỉ số người sử dụng thuê
bao di động quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPSec Internet Protocol Security An ninh IP
ISDN Integrated Services Digital
Network
Mạng số tích hợp nhiều
dịch vụ
ITU International Telecommunications
Union
Liên minh viễn thông
Quốc tế
L
LAI Location Area Indentifier Nhận dạng vùng định vị
LLC Logical Link Control Giao thức điều khiển liên
kết logic
M
MAC Message authentication code Mã nhận thực bản tin
MAC-A MAC used for authentication and
key agreement
MAC sử dụng để nhận
thực và thống nhất khoá
MAC-I MAC used for data integrity of
signalling messages
MAC sử dụng để bảo vệ
tính toàn vẹn số liệu báo
hiệu
MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động
MD Message Degest Tóm tắt bản tin
MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch
di động
MTP Message Transfer Protocol Giao thức truyền bản tin

N
NMT Nordic Mobile Telephony Điện thoại di động bắc Âu
p
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
PDA Personal Digital Assistant Thiết bị hỗ trợ cá nhận số
PDC Personal Digital Communications Truyền thông số cá nhân
PIN Personal Identification Code Mã nhận dạng cá nhân
PKI Public Key Infrastructure Cơ sở hạ tầng khoá công
cộng
3
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất
công cộng
R
RSA Rivest-Shamir-Adlemen Thuật toán mật mã hóa và
kiểm chứng quyền tiếp
nhận
S
SA Security Association
SAD Security Association Database Cơ sở dữ liệu liên kết an
ninh
SCCP Signaling Connection and Control
Part
Kết nối báo hiệu và phần
điều khiển
SCK Static Cipher Key Khóa mã hóa tĩnh
SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS phục
vụ
SIM GSM Subscriber Identity Module Môdun nhận dạng thuê
bao GSM
SNDCP Sub-Network Dependent

Convergence Protocol
Giao thức hội tụ phụ
thuộc mạng con
SPD Security Policy Database Cơ sở dữ liệu chính sách
an ninh
SSL
Secure Sockets Layer
Lớp ổ cắm an toàn
T
TACS Total Access Communication
Systems
Hệ thống truyền thông
truy nhập toàn cầu
TDM Time Division Multiplexing Phân chia theo thời gian
TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia
theo thời gian
TMSI Tempoary Mobile Subscriber
Identity
Số nhận dạng thuê bao di
động tạm thời
TLS Transport Layer Security An ninh lớp truyền tải
U
UAK User Authentication Key
UDP User Datagram Protocol Giao thức bó số liệu
người sử dụng
UMI
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống viễn thông di
động toàn cầu

URL
UWC Universal Wireless Communication Truyền thông vô tuyến
toàn cầu
4
V
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
W
WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô
tuyến
WCDMA Wideband Code Division Multiple
Access
Đa truy nhập phân chia
theo mã băng rộng
WEP Wired Equivalent Privacy
WLAN
WTLS
Wireless Transport Layer Security
X
XRES EXpected user RESponse Đáp ứng người sử dụng
mong đợi
5
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp viễn thông đã có những bước phát triển mạnh mẽ trong
những năm vừa qua, đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến và di động. Sự phát triển
của các công nghệ mới kéo theo là rất nhiều dịch vụ tiện ích mới ra đời đáp ứng
được nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Trong đó phải kể đến các dịch vụ truyền
bản tin như email, SMS, EMS, MMS, IM
…
đã góp phần không nhỏ trong việc

nâng cao các ứng dụng hiện có, đồng thời đưa ra một phương tiện truyền tin mới
khi cần có thể thay thế cho các cuộc gọi thoại truyền thống vốn không phải lúc
nào cũng tiện lợi mà cước phí lại cao.
Các công nghệ truyền bản tin cũng tạo ra một giải pháp hữu hiệu trong việc
gắn kết hai hệ thống lớn là viễn thông di động và Internet. Bằng phương pháp
này, người dùng có thể gửi các bản tin, nhạc chuông, logo, hình ảnh
…
cho điện
thoại di động từ Internet. Ngoài ra, người dùng có thể tra cứu thông tin thị
trường chứng khoán, thời tiết, chương trình truyền hình
…
. ở mọi nơi, mọi thời
điểm và ở các thiết bị khác nhau. Điều này tạo những chuyển biến tích cực trong
đời sống kinh tế xã hội trên toàn thế giới, thay đổi cách sống của con người.
Cùng với sự phát triển của thông tin di động mang lại nhiều lợi ích cho xã
hội thì những nguy cơ và thách thức đối với các nhà cung cấp dịch vụ cũng
tăng.Thông tin của người dùng truyền trong môi trường vô tuyến có thể bị tấn
công hay bị nghe trộm bởi người khác, các dịch vụ của nhà nhà cung cấp có thể
bị đánh cắp hay bị phá hoại. Điều này gây thiệt hại lớn cả về kinh tế và chất
lượng dịch vụ cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ. Những thách thức
này đặt ra các yêu cầu cho các nhà cung cấp dịch vụ về vấn đề nhận thực và bảo
mật cho thông tin vô tuyến và di động để bảo vệ quyền lợi của người dùng và lợi
ích của chính bản thân các nhà cung cấp. Với sự phát triển của thông tin và công
nghệ máy tính người ta đã đưa ra các giải pháp về nhận thực và bảo mật khác
nhau. Một số công nghệ nhận thực và bảo mật hiện nay cho phép tạo nên các
giải pháp truyền tin di động được đảm bảo từ đầu cuối tới đầu cuối. Các công
nghệ này cần phải được hợp nhất vào trong ứng dụng từ lúc bắt đầu thiết kế cho
tới khi thực hiện xong.
Thế hệ đầu tiên của các hệ thống thông tin di động tổ ong có rất ít các
phương pháp an ninh bảo vệ những người dùng và nhà khai thác hệ thống. Hệ

thống thế hệ thứ hai nhìn chung đã thực hiện điều này tốt hơn nhiều, và bảo vệ
được tính bí mật và nhận thực thực thể. Mặc dù đã được cải thiện một cách đáng
kể, an ninh thông tin trong thế hệ hai vẫn còn nhiều vấn đề cần phải khắc phục.
6
Hệ thống thông tin di động 3G ra đời đã tạo dựng một kiến trúc an ninh chắc
chắn, nhờ đó cung cấp được những đặc tính an ninh cần thiết.
Hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS đã được ITU chấp
thuận và dự kiến đưa ra thương mại vào đầu thế kỷ 21. Hiện tại, hệ thống này đã
được triển khai tại Nhật và một số nước kác trên thế giới, dự kiến sẽ đưa vào thử
nghiệm tạị Việt Nam vào các năm tới. Do đó việc nghiên cứu an ninh thông tin
trong hệ thống này là một điều hết sức cần thiết.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, em đã chọn dề tài nghiên cứu “Các thủ
tục nhận thực và bảo mật trong mạng CDMA” để làm đồ án tốt nghiệp.
Nội dung đồ án gồm 5 chương:
Chương I: Tổng quan về thông tin di động
Chương II: Tổng quan về anh ninh trong thông tin di động
Chương III: Các kỹ thuật an ninh dùng trong thông tin di động
Chương IV: Nhận thực trong mạng tổ ong số thế hệ hai
Chương V : Thế hệ 3 – Nhận thực và bảo mật trong UMTS
Do hạn chế về kinh nghiệm, trình độ nghiên cứu và thời gian có hạn nên
đồ án tốt nghiệp của em chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, em
rất mong được thầy cô và các bạn góp ý để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths. Phạm Khắc Chư
người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đề tài. Cũng em xin
chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện và các thầy cô trong khoa Viễn thông
đã tạo rất nhiều điều kiện thuận lợi cho em. Tôi xin cảm ơn bạn bè và người
thân đã giúp đỡ, động viên em hoàn thành đồ án này.
7
Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2005
Sinh viên

Đặng Đình Thái

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1 Mở đầu
Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở
Mỹ bắt đầu sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm. Công
nghệ vào thời điểm đó đã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu
hàng hải, nhưng nó vẫn chưa thực sự thích hợp cho thông tin trên bộ. Các thiết
bị còn khá cồng kềnh và công nghệ vô tuyến vẫn còn gặp khó khăn trước những
toà nhà lớn ở thành phố.
Vào năm 1930 đã có một bước tiến xa hơn với sự phát triển của điều chế
FM, được sử dụng ở chiến trường trong suốt thế chiến thứ hai. Sự phát triển này
kéo dài đến cả thời bình, và các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những
năm 1940 ở một số thành phố lớn. Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất
hạn chế, và phải mất nhiều năm thông tin di động mới trở thành một sản phẩm
thương mại. Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động được trình bày tóm
tắt trong hình vẽ 1.1

TACS
GSM
900
NMT 900
GPRS
WCDM
A
GPRS
IS 136
1900
IS-95
1900

EDGE
IS-95
800
CdmaOne
Cdma2000
MX
AMPS
SMR
iDEN
800
GSM
1800
GSM
1900
IS-136
800
1G 2G 2.5G 3G

Hình 1.1: Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động
8
1.2 Công nghệ vô tuyến thế hệ một
Thế hệ đầu tiên của thông tin di động dựa trên truyền tín hiệu analog. Hệ
thống analog, đã từng được triển khai ở Bắc Mĩ được biết đến với tên gọi AMPS
(Analog Mobile Phone Systems), hoạt động ở dải tần 800Mhz. Hệ thống di động
đầu tiên ở Châu Âu được triển khai năm 1981 ở Thụy Điển, Nauy, Đan Mạch và
Phần Lan sử dụng công nghệ NMT (Nordic Mobile Telephony) hoạt động ở dải
tần 450Mhz. Phiên bản sau của NMT hoạt động ở tần số 900MHz và được biết
đến với tên gọi NMT900. Không thua kém, Anh giới thiệu một công nghệ khác
vào năm 1985, TACS (Total Access Communication Systems). Các hệ thống
thông tin di động thế hệ một đã giải quyết những hạn chế đầu tiên về dung

lượng, mặc dù chỉ là hệ thống tương tự, sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh
và chỉ được thiết kế cho truyền tiếng.
1.3 Công nghệ vô tuyến thế hệ hai
Thế hệ hai của mạng di động dựa trên truyền dẫn tín hiệu số băng thấp.
Công nghệ vô tuyến 2G thông dụng nhất được biết đến là GSM (Global Systems
for Mobile Communication). Các hệ thống GSM, được triển khai lần đầu tiên
vào năm 1991, hiện nay đang hoạt động ở khoảng 140 nướcvà lãnh thổ trên thế
giới, với khoảng 248 triệu người sử dụng. GSM kết hợp cả hai kỹ thuật TDMA
và FDMA. Các hệ thống GSM đầu tiên sử dụng phổ tần 25MHz ở dải tần
900MHz. FDMA được sử dụng để chia băng tần 25MHz thành 124 kênh tần số
vô tuyến (độ rộng kênh là 200kHz). Với mỗi tần số lại sử dụng khung TDMA
với 8 khe thời gian. Ngày nay các hệ thống GSM hoạt động ở băng tần 900MHz
và 1.8GHz trên toàn thế giới (ngoại trừ Mỹ hoạt động trên băng tần 1.9GHz)
Cùng với GSM, một công nghệ tương tự được gọi là PDC (Personal
Digital Communications), sử dụng công nghệ TDMA nổi lên ở Nhật. Từ đó, một
vài hệ thống khác sử dụng công nghệ TDMA đã được triển khai khắp thế giới
với khoảng 89 triệu người sử dụng. Trong khi GSM được phát triển ở Châu Âu
thì công nghệ CDMA được phát triển mạnh ở Bắc Mĩ. CDMA sử dụng công
nghệ trải phổ và đã được thực hiện trên khoảng 30 nước với ước tính khoảng 44
triệu thuê bao.
Trong khi GSM và các hệ thống sử dụng TDMA khác trở thành công
nghệ vô tuyến 2G vượt trội, công nghệ CDMA cũng đã nổi lên với chất lượng
thoại rõ hơn, ít nhiễu hơn, giảm rớt cuộc gọi, dung lượng hệ thống và độ tin cậy
cao hơn. Các mạng di động 2G trên đây chủ yếu vẫn sử dụng chuyển mạch
kênh. Các mạng di động 2G sử dụng công nghệ số và có thể cung cấp một số
9
dịch vụ ngoài thoại như fax hay bản tin ngắn ở tốc độ tối đa 9.6 kbps, nhưng vẫn
chưa thể duyệt web và các ứng dụng đa phương tiện.
Hình vẽ dưới đây thể hiện tổng quan về ba công nghệ TDMA, FDMA và
CDMA.

Hình 1.2: Các phương pháp đa truy nhập
1.4 Các công nghệ tiến tới 3G
Sự bùng nổ của mạng Internet đã có những ảnh hưởng to lớn đến nhu cầu
đối với các dịch vụ vô tuyến băng rộng. Tuy nhiên, tốc độ của các hệ thống vô
tuyến chuyển mạch kênh tương đối thấp. Vì thế, GSM, PDC và các hệ thống sử
dụng TDMA khác đã phát triển công nghệ 2G+, dựa trên chuyển mạch gói và và
tăng tốc độ truyền số liệu lên tới 384kbps. Các hệ thống 2G+ dựa trên các công
nghệ: HSCSD (High Speed Circuit-Switched Data), GPRS (General Packet
Radio Service) và EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution).
i/ HSCSD là một bước tiến tới các mạng di động 3G băng rộng. Công
nghệ chuyển mạch kênh này cải tiến tốc độ đạt tới 57.6kbps bằng cách kết hợp 4
khe thời gian 14.4kbps.
ii/ GPRS là bước trung gian cho phép GSM cung cấp các dịch vụ
Internet. Công nghệ này sử dụng chuyển mạch gói và được thiết kế để làm việc
song song với 2G GSM, PDC và các hệ thống TDMA khác, sử dụng kết hợp từ
1 đến 8 khe thời gian kênh vô tuyến ở dải tần 200kHz được cấp cho sóng mang
để tăng tốc độ lên tới 115kbps. Số liệu được đóng gói và truyền dẫn qua PLMN
(Public Land Mobile Networks) sử dụng đường trục IP, vì thế thuê bao di động
có thể truy nhập các dịch vụ Internet như ftp, các dịch vụ Web dựa trên HTTP,
email trên nền SMTP/POP.
10