無線通信技術發展至今，各種無線標準無線系統，帶來的安全隱患也很多。那么，怎樣保證無線接入的安全呢？接下來，就為大家詳細介紹各種無線接入安全的機制，原理，過程。

3GPP系統的無線接入安全

GSM/GPRS/EDGE系統的無線接入安全
在GSM/GPRS/EDGE系統中，用戶的SIM卡和歸宿網絡的HLR/AuC共享一個安全密鑰Ki（128bit），基于該密鑰，網絡可以對用戶進行認證，但用戶無法認證網絡，另外基站和手機間可以對無線鏈路進行加密。

GSM/GPRS系統的認證和加密是基于（RAND,SRES,Kc）三元組實現的，基本過程如下。
1.當需要對用戶進行認證時，服務網絡的MSC/VLR（對電路域業務）或者SGSN（對分組域業務）會向用戶歸屬的HLR/AuC請求認證向量。
2.HLR/AuC首先產生一個隨機數RAND，然后基于這個RAND和用戶的根密鑰Ki根據A3算法計算出移動臺應返回的認證響應SRES，并基于RAND和用戶的根密鑰Ki用A8算法計算出后續用于加密的密鑰Kc，HLR/AuC也可能產生多組這樣的認證向量。
3.HLR/AuC將一個或多個（RAND,SRES,Kc）三元組返回給服務網絡的MSC/VLR或者SGSN。
4.服務網絡的MSC/VLR或者SGSN通過NAS（非接入子層）信令向用戶的手機發起認證請求，參數中包含步驟3中所收到的某個RAND。
5.手機將認證請求通過RunGSMAlgorithm指令轉給SIM卡，SIM卡基于RAND和自己安全保存的根密鑰Ki用A3算法計算認證響應SRES’，同時基于RAND和Ki用A8算法計算加密密鑰Kc。
6.SIM卡將SRES’和Kc返回給手機，同時也將Kc保存在卡上的一個可讀文件EF(Kc)中。
7.終端將SRES’返回給服務網絡，服務網絡的MSC/VLR或者SGSN將它與在步驟3收到的SRES進行比較，相同則用戶認證成功，否則失敗。服務網絡的MSC/VLR或者SGSN將Kc轉發給基站。
8.當需要對空口通信進行加密時，終端和服務地的接入網協商加密算法，這通常稱為A5算法協商。標準要求2G終端必須支持A5/1算法和推薦實現A5/3算法。
9.接入網從服務地的核心網獲得加密密鑰Kc，終端從卡上讀取Kc，各自用它作為密鑰，用所協商的A5算法計算隨機數，然后用于空口消息/數據的加、解密。

3GUMTS系統的無線接入安全

2G接入安全具有如下不足。
1.只能實現網絡對用戶的認證，無法實現用戶對網絡的認證，可能存在惡意網絡誘騙用戶登陸/使用、然后盜取用戶信息和傳播垃圾/病毒信息的威脅。
2.通過PIN碼校驗（而這是非常容易實現的）后，對所有的RunGSMAlgorithm指令，SIM卡都會根據指令中輸入的隨機數計算相應的SRES認證響應，攻擊者很容易利用它進行窮舉攻擊（特別是結構性列舉攻擊），以反推用戶密鑰Ki。
3.沒有完整性保護，存在消息/數據在中途被攔截和篡改的威脅。
4.一些老算法可以被安全級別更高的新算法替換。

3G系統對以上不足進行了有針對性的改進，在3GUMTS（包括WCDMA和TD-SCMDMA）系統中，用戶的USIM卡和歸宿網絡的HLR/AuC共享一個安全密鑰K（128bit），基于該密鑰，網絡可以對用戶進行認證，用戶也可以認證網絡，另外基站和手機間可以對無線鏈路進行加密和完整性保護。
3GUMTS系統的雙向認證、加密和完整性保護是基于（RAND,XRES,CK, IK, AUTN）五元組實現的，基本過程如下。

1.當需要對用戶進行認證時，服務網絡的MSC/VLR（對電路域業務）或者SGSN（對分組域業務）會向用戶歸屬的HLR/AuC請求認證向量。
2.HLR/AuC首先產生一個隨機數RAND和一個SQN，然后基于這個RAND、SQN和用戶的根密鑰K按圖1所示進行如下計算：用f2算法生成移動臺應返回的認證響應XRES，用f3算法生成加密密鑰CK，用f4算法生成完整性保護密鑰IK，用f1和f5算法生成網絡對應的認證響應AUTN，HLR/AuC也可能產生多組這樣的認證向量。
3.HLR/AuC將一個或多個（RAND,XRES,CK,IK, AUTN）五元組返回給服務網絡的MSC/VLR或者SGSN。
4.服務網絡的MSC/VLR或者SGSN通過NAS（非接入子層）信令和用戶的手機/UISM卡執行AKA（認證和密鑰協定）過程。
5.當需要對空口通信進行加密或者完整性保護時，終端和服務地的接入網（RNC）協商并激活安全模式。
6.接入網從服務地的核心網獲得CK和IK，終端從步驟4獲得或者從卡上讀取CK和IK，各自用它們作為密鑰，然后用f8、f9算法進行加/解密和完整性保護。終端和接入網間也可以借完整性保護（IK和f9算法）實現簡單的本地認證功能。#p#

2G/3G互通時的無線接入安全

當2GSIM卡接入3G網絡時，為了避免要求2G用戶必須換卡才能接入3G網絡和使用3G業務，運營商通常選擇允許用戶用2GSIM卡接入3G網絡，為此需要終端和網絡支持如下附加功能。

1.3G終端能支持2GSIM卡接口。
2.3G服務網絡的MSC/VLR與SGSN能和2GHLR/AuC互通，能接受三元組認證向量。
3.3G終端和3G接入網支持Kc到CK和IK的密鑰轉換。

此時的認證過程和2G系統基本相同，有區別的地方是：3G服務網絡的MSC/VLR或者SGSN需要通過標準的轉換函數將Kc轉換為CK和IK，然后將CK和IK傳給3G服務基站；終端從SIM卡得到Kc后，也需要通過同樣的轉換函數將Kc轉換為CK和IK；后續終端和3G服務基站間可以用3G的f8、f9算法，以及CK、IK進行加密和完整性保護。
當3GUSIM卡接入2G網絡時，為了利用2G對3G的覆蓋補充和支持更廣泛的漫游，運營商也會選擇允許用戶用3GUSIM卡接入2G網絡，為此需要USIM卡和網絡支持如下附加功能。

1.3GUSIM卡支持轉換函數，能將XRES’轉為SRES’，將CK和IK轉為Kc。
2.3GUSIM卡支持2GSIM接口，從而能被只支持SIM卡的2G終端使用，這樣的卡通常被稱為USIM/SIM混合卡。混合卡上的SIM接口安全算法是基于USIM安全算法+轉換函數實現的。
3.3GHLR/AuC能支持五元組到三元組的轉換，從而可以向服務地的2GMSC/VLR或者SGSN返回三元組認證向量。
4.服務網絡如果采用2G接入網+3G核心網（即BS是2G的，但MSC/VLR與SGSN為3G的）的組網方式，MSC/VLR與SGSN應支持CK+IK到Kc的轉換。

當用戶用的是3G/2G混合終端或者是支持USIM的高版本2G終端時，此時使用的是混合卡上的USIM功能，認證實現分以下兩種情況。
1．當服務地的核心網是3G時，認證過程和3GUMTS系統的描述基本相同，有區別的地方是：服務網絡的3GMSC/VLR或者SGSN需要通過標準的轉換函數將CK和IK轉換為Kc，然后將Kc傳給2G服務基站；除了CK和IK，混合卡還會將用轉換函數依據CK和IK生成的Kc也返回給終端。終端會忽略CK和IK，而只用Kc；后續如果需要，終端和服務地2G基站間能用所協商的A5算法和Kc進行加密傳輸，但不能進行完整性保護。
2．當服務地的核心網是2G時，認證過程和2G系統的描述基本相似，有區別的地方是：收到服務地網絡的認證向量請求后，用戶歸屬的3GHLR/AuC首先生成五元組，然后將它們通過標準轉換函數轉為三元組，再將三元組返回給服務網絡；終端向卡發送的是帶GSM安全上下文的Authenticate指令；混合UISM卡首先生成XRES、CK和IK，然后將XRES轉換為SRES’，將CK+IK轉換為Kc，最后只將SRES’和Kc返回給終端。

當用戶用的是不支持USIM的低版本2G終端時，此時使用的是混合卡上的SIM功能，認證實現也分為兩種情況。

1.當服務地的核心網是3G時，認證過程和2G系統相似，有區別的地方是：收到服務地網絡的認證向量請求后，用戶歸屬的3GHLR/AuC生成的是五元組，返回的也是五元組；服務網絡的3GMSC/VLR或者SGSN需要通過標準的轉換函數將XRES轉換為SRES、將CK和IK轉換為Kc，然后將Kc傳給2G服務基站；服務網絡用戶認證請求消息中的AUTN參數會被2G終端忽略，2G終端僅將RAND參數通過RunGSM Algorithm指令發給混合卡；混合卡用RAND和K首先生成XRES’、CK和IK，然后將XRES’轉換為SRES’，將CK+IK轉換為Kc，最后只將SRES’和Kc返回給終端。
2.當服務地的核心網是2G時，認證過程和2G系統基本相同，有區別的地方是：收到服務地網絡的認證向量請求后，用戶歸屬的3GHLR/AuC首先生成五元組，然后將它們通過標準轉換函數轉為三元組，再將三元組返回給服務網絡；混合卡首先生成XRES’、CK和IK，然后將XRES’轉換為SRES’，將CK+IK轉換為Kc，最后只將SRES’和Kc返回給終端。#p#

cdma20001x系統的無線接入安全

在cdma20001x系統中，用戶的RUIM卡和歸宿網絡的HLR/AC會共享一個安全密鑰A-key（64bit），基于該密鑰，網絡可以對用戶進行認證，基站和手機間也可以對信令消息、語音和數據應用不同的加密方式。

cdma20001x系統支持兩種認證觸發方式。
1.通過層2功能實現的全局挑戰（GlobalChallenge）：服務網絡可以將在尋呼信道上廣播的接入參數消息中的AUTH字段置為‘01’，從而要求所有終端在使用反向接入信道發送消息時（Order消息、AuthenticationChallengeResponse消息、Status Response消息和Extended Status Response消息除外），必須在消息的層2參數域攜帶基于SSD（共享安全數據）的前64bit、隨機數和消息中特定信息域計算的認證簽名AUTHR。
2.通過層3功能實現的獨特挑戰（UniqueChallenge）：當需要時，服務網絡可以向特定終端發送AuthenticationChallenge消息，終端中的卡基于消息中的隨機數RANDU，用SSD的前64bit計算AUTHU，再用AuthenticationChallenge Response消息返回，網絡然后檢查終端返回的AUTHR或AUTHU是否正確。如果HLR/AC向服務網絡共享了SSD，這個檢查由服務網絡完成，否則需請求HLR/AC進行。

SSD（128bit）是cdma20001x認證中的一個特有設計，引入SSD是為了避免過度使用用戶的根密鑰A-key和避免需要將A-key共享給服務網絡。SSD的生成和后續更新只能在HLR/AC和RUIM卡之間進行，HLR/AC可以選擇將某個SSD共享給服務網絡并可以設定該SSD的生命周期，但RUIM卡不會把SSD透露給終端。SSD更新過程通過網絡向終端/卡發送SSDUpdate消息觸發，消息中包含一個隨機數RNADSSD。為了防止虛假服務網絡惡意更新SSD，卡會產生一個隨機數RANDBS然后由終端通過BSChallenge Order消息發送給網絡，僅當網絡返回的AUTHBS響應是正確的，卡才會用CAVE算法根據A-Key、RANDSSD、UIMID等計算出的值更新SSD。SSD的前64bit用于各種認證運算，包括AUTHR/AUTHU/AUTHBS的計算和檢驗，它們都使用CAVE算法根據相應的隨機數輸入計算得到。基于SSD的后64bit可以用CAVE生成私有長碼掩碼（PrivateLCM）、消息加密密鑰SMEKey和數據加密密鑰。cdma20001x用私有長碼掩碼加擾的方式實現語音加密；用SMEKey密鑰和CMEA（或者ECMEA）算法實現信令消息加密；用數據密鑰和ORYX算法實現用戶數據加密。終端和服務網絡間可以通過層3消息協商是否使用加密。

cdma20001xEV-DO系統的無線接入安全

為了支持標準的cdma20001xEV-DO接入認證，用戶需要用更高版本的RUIM卡（至少是C.S0023Rev.B以后版本的卡），用戶的RUIM卡和歸屬AN-AAA間會共享一個HRPD SS（HRPD共享密鑰，為可變長度，常取128bit），卡還要能支持MD5算法和存儲用戶在EV-DO中的ID（稱之為HRPD NAI）。基于該HRPD SS，網絡可以對用戶進行認證，基站和手機間也可以對消息和數據進行加密。
當用戶需要建立EV-DO會話時，在終端和AN（即EV-DO基站）進行PPP和LCP協商期間，AN會向終端發送CHAPChallenge，消息中包含CHAPID和一個隨機數，終端把這個挑戰轉給RUIM卡，卡用MD5算法根據HRPDSS和隨機數計算響應，響應被卡/終端通過CHAP Response返回給AN，AN再通過A12接口把它傳給AN-AAA，AN-AAA基于自己存儲的該用戶HRPD SS驗證這個響應是否正確。終端通過了A12認證并建立了EV-DO會話后，后續當終端需要請求EV-DO無線連接時，可以僅執行較簡單、快捷的EV-DO空口認證簽名過程：終端和網絡先通過Diffie-Hellman算法建立一個共享的會話密鑰；終端利用SHA-1算法，用該會話密鑰和時間戳對接入信道上的分組進行簽名。EV-DO系統采用AES算法標準對用戶數據和信令信息進行加密保護；用SHA-1算法實行完整性保護。EV-DO用基于時間、計數器的安全協議產生密碼系統，以產生變化的加密掩碼。

1x/EV-DO互通時的無線接入安全

當EV-DORUIM卡接入1x網絡時，支持DO接入認證的RUIM卡也會同時支持1xCAVE認證，并且隱秘保存有A-key。EV-DORUIM卡在1x網絡中將使用CAVE認證，這如同1x RUIM卡在1x網絡中一樣。當用1xRUIM卡接入EV-DO網絡時，為了讓1x用戶不需要換卡就能接入EV-DO網絡和使用EV-DO服務，需要EV-DO終端和網絡支持如下附加功能。為了計算CHAPResponse，終端需要能向1xRUIM卡發送RunCave指令，即CHAP中實際使用的是CAVE認證算法。終端還要能根據卡中的1x ID信息生成HRPD NAI。網絡側的AN-AAA能識別卡使用的是CAVE算法；提供附加的、連向卡所對應的HLR/AC的接口，并能將自己模擬為VLR向HLR請求認證結果和/或SSD。