G时代移动通信技术安全性分析

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了G时代移动通信技术安全性分析范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

[摘要]本文从安全性入手，解释了什么是安全性，什么是移动通信技术，简明扼要地概括了移动通信的家谱，分析1G、2G、3G、4G时代移动通信技术的安全性及存在的安全漏洞以及采取的安全措施。最后指出5G的安全性面临严峻的挑战，再一次说明了信息安全性在移动通信技术中的重要性。

[关键词]移动通信；安全性；措施；漏洞

所谓“安全性”就是指为防止信息泄露必须采取某种安全保密措施，这些措施的有效程序如何称之为“安全性”。移动通信技术是指通信双方需要一方或者双方处于运动中，包括陆海空移动通信，移动体可以是人，也可以是物。移动通信系统是由移动台，基站，移动交换局等组成。移动通信技术有两个基本特征：无线与移动。移动通信这个两个特点贯穿于移动通信发展的始终。从20世纪80年代初，我国第一代商用移动通信1G开始，移动通信走过了40年的历史。这其中包括第一代移动通信技术（1G），主要采用的是模拟蜂窝网技术；第二代移动通信技术（2G），主要采用的是数字通信技术；第三代移动通信技术（3G），主要采用的是码分多址技术；第四代移动通信技术（4G），主要采用的是OFDM和MIMO技术；第五代移动通信技术（5G），主要是多层次网络架构，技术为高频段传输，新型多天线传输，同时同频双全双工。D2D，密集网络，新型网络架构等，以5GNR为空口统一接口。以上是否安全或者存在哪些隐患，都是我们必须警惕的，而防范隐患，无非是从设备，网络和信息入手。因为通信是由设备，网络和信息组成的，因此，移动通信技术的安全性主要是指设备的安全性，网络的安全性和信息的安全性。信息安全是重中之重，信息安全意味着设备和网络的安全。下面浅议不同时代移动通信技术的安全性。

1.1G移动通信技术的安全性

在移动通信领域，信息安全是不可或缺的，用过大哥大的人都有这样的经历，大哥大被盗打，莫名其妙的花费多了等等。究其原因，是因为无线电信号通过开放的空中电磁波传播，不法分子采用技术手段收集，截获，破解，处理空中信号数字，因此移动通信面临的信息安全的威胁比固定有线电话的威胁大得多。盗窃大哥大手机号。只要大哥大处于通话中，电话的信息就有可能被不法分子用专业的仪表截获，在20世纪90年代大哥大盗号屡见不鲜。总之，模拟蜂窝时代的移动电话信息安全性不是很好，大哥大盗号的现象十分突出，这也是后来被数字通信取代的原因之一。由于大哥大基本不具备抵抗信息安全威胁的可能，因此在第二代移动通信的设计中着重考虑了信息安全的问题，下面加来看看2G中的GSM和IS-95的安全措施。

2.2G移动通信的安全性

我们知道移动通信的基本信息安全措施包括鉴权和加密技术。鉴权是为了保障只有合法用户才可以接入系统，对信号的加密是为了防止非法用户的破解和窃听。鉴权包括基站对手机终端的鉴权，手机终端对基站的鉴权、基站与核心网之间的鉴权、基站与基站之间的鉴权。GSM中典型的鉴权是“基站与用户之间的鉴权”过程。GSM中的加密就是在手机终端和基站两端对想要传递的语音或者数据业务进行加密，同时提供加密和解密的“密钥”。尽管如此，但还是有其缺陷。GSM系统在信息安全的第一个缺陷，SIM卡与手机终端之间没有得到系统应有的保护，这是一个漏洞；其次，GSM的加密算法采用的是A2,A3,A5,A8等算法。这些算法从GSM问世以来，就遭到了破解，首先破解了GSM的A3,A8算法，紧接着又破解A2,A5的算法。2G时代的另一个标准采用的是IS-95。它的信息安全又会如何呢？与GSM的加密相类似，IS-95系统的信息安全措施也包括鉴权和加密两部分。所不同的是IS-95的鉴权和加密更加关注数据用户的信息安全。IS-95的鉴权包括全局查询鉴权和唯一查询鉴权，其中全局查询鉴权又包括注册鉴权、发起呼叫鉴权以及寻呼响应鉴权。这里有一个值得注意的地方是鉴权认证算法，这也是IS-95与GSM鉴权认证过程中最大的差异所在。IS-95鉴权认证算法是单向的哈希（Hash）函数，而GSM用的是A2,A3,A5,A8算法。IS-95系统的加密分为3种：信令加密、语音加密和数据业务加密，这是按照不同的业务类型划分的。还有一种划分就是按照加密的位置来划分。另外，按照信道编码和加密的先后顺序来划分，还可以把加密分为外部加密和内部加密。总之，2G有以下漏洞需要完善：手机卡和手机之间的接口不受保护，A2,A3,A5,A8算法被破解，SIM卡被复制，伪基站的攻击，网络侧重数据与信令的明文传输等。

3.3G移动通信技术的安全性

针对2G中出现的漏洞，3G作了相应的安全防范措施。由于3G有三大国际技术标准，因此我们分别解读WCDMA、CDMA2000、TD_SCDMA在安全领域的措施。第三代移动通信区别于第二代移动通信的一个突出的特点就是数据业务的普及与应用，特别是各种增值业务的应用成为3G盈利的主要增长点，比如：手机银行，手机炒股等等，这些数据业务的提供十分需要信息安全为其保驾护航。可以说3G面临着更加严峻的威胁，诸如手机病毒和木马，手机隐私以及账户安全等问题，所以3G的各种标准都有相应的信息安全。

4.1WCDMA的信息安全

由于在2G的移动通信系统中存在着许多安全隐患，比如：鉴权认证的单向性，核心网缺乏加密、使用明文传输数据、密钥长度不够导致的加密算法易于破解等等，WCDMA的安全机构就要在GSM基础上增加新的信息安全功能。首先是用户身份识别。在WCDMA中，用户的识别要通过TMSI（临时用户识别码）、IMSI（国际移动用户身份码）来实现，其中，TMSI的使用主要是为了防止非法用户通过监听无线链路的信令来窃取用户的国际移动用户身份码，TMSI是由VLR（访问位置寄存器）或者MSC（移动交换中心）来分配的，而且TMSI是不断更新的，更新的周期可以由运营商来设置。特别需要注意的是TMSI更新的周期越短，系统保密性越好，但是SIM卡寿命会越短。其实TMSI并非新技术，在GSM中就已经得到应用，WCDMA中继承了GSM信息安全中的此项技术。USIM（全球用户身份模块）是2G升级版的3G系统中的SIM卡。其次是互相鉴权和“密钥”协商。为了克服GSM中单向认证的缺点，WCDMA相互鉴权和“密钥”协商（AKA）技术。在WCDMA的安全机制中，无论是语音数据业务还是信令都是经过加密的。见图。再次是空口加密算法。WCDMA中空口加密的算法，主要用于信令完整性保护和用户数据、信令的加密等，用户信令完整性保护的是A9算法，用于数据和信令加密的是A8算法。值得注意的是3GPP对这两个算法进行了标准化，目的是为了满足3G系统全球漫游的需要，同时也实现了3GPP对WCDMA信息安全标准化的愿望。总之，WCDMA的信息安全策略是基于GSM的演进。

4.2CDMA2000的信息安全

CDMA2000的信息安全策略是基于IS-95的安全策略。与WCDMA相似，CDMA2000是实现两个层次的安全目标，即：接入网的信息安全以及核心网的信息安全。

4.3TD-SCDMA的信息安全

TD-SCDMA标准与WCDMA一样，都是GSM的演进因此，在3GPP标准化过程中，采用了相似的信息安全技术，两者在安全信息策略上大同小异。总体上说3G的信息安全机制要好于2G，主要表现在3个方面：首先是双向认证机制，消除了伪基站的威胁；其次是采用的认证算法与加密计算都比2G的性能好；最后是3G引入了数据完整性的保护，对于加强非法用户企图中间截获和发端攻击起到了良好的作用。但是还是有漏洞的。比如：在数据完整性上的保护，核心网的重视程度以及用户设备的真实身份的泄露，还有密钥问题等都需要不断完善和解决。

4.4G移动通信技术的安全性

4G的国际标准有2个，都是基于LTE，一个是FD_LTE，一个是TD_LTE。LTE系统对于安全方面的需求主要有几下几点：一是用户到网络的安全。这其中包括用户身份与设备的安全；用户数据与信令的安全，用户数据与信令完整性的保护。二是安全可视性和可配性。在LTE系统中，用户希望安全特性对自己来说是透明的、可见的。例如用户希望系统通知自己用户数据在接入链上没有被加密等。三是基站的安全。基站的安全主要在基站的启动与配置；用户平面数据的处理；控制平面数据的处理。基站的启动和配置进行加密，是为了防止非法用户自基站的启动和配置过程中，通过本地接入或者远程接入控制或者修改基站的设置和软件配置等，所以基站启动与配置过程应该得到授权才能进行。另外，本地或者远端的运维系统也应和基站之间相互鉴权。基站软件和数据的变化应该是经过鉴权的，基站应该用经过授权的软件，软件的完整性要得到保护。特别是基站的密钥的保存特别注意安全。关于4G的安全漏洞，2019年韩国科技研究院的研究人员在4GLTE标准中发现了36个安全漏洞，尽管过去也曝光过很多LTE安全漏洞，但这次的漏洞规模之大，令人震惊，研究人员运用了“模糊测试”法，总共发现了51个漏洞，其中15个之前发现过，剩余36个为全新漏洞。从以上可以看出，再先进的技术，都有其不完美的地方，这也是正是科技人员需要不断努力，突破自我的地方。

55G移动通信技术的安全性挑战

由于5G引入了新的以IP为主的网络架构和业务模型，整个5G的安全机制就发生了质的变化。5G是以数字社会基石姿态出现的，基于云和IP的全新架构，5G能够支持大规模的设备连接，引入垂直行业的全新业务，这也为5G的安全性带来了新的挑战。主要有以下挑战：一是自动化驾驶场景下对汽车网络的攻击；远程手术和医疗场景下对个人数据、因素和实时通道的安全管理。二是新的云和虚拟化技术，如软件定义网络，网络功能虚拟化等引入带来的网络开放性，可编排附带的潜在的安全威胁。三是切片技术引入5G架构带来的跨域、跨层的安全风险。

6.结语

在5G时代，一切有价值且能够从连接中受益的东西都将连接到网络。这意味着思考5G安全的关键出发点是如何保护这些有价值的资产和实时动态产生的利益。而思考这些不能只限于技术攻击，更要防止社会工程方面的攻击，还要预防蝴蝶效应的安全引发的大崩塌。这一切的一切都给5G的安全性带来了巨大的挑战。

【参考文献】

[1]张海君，郑伟，李杰.大话移动通信[M]北京：清华大学出版社，2015.

[2]陈志刚.5G革命[M].长沙：湖南文艺出版社，2020.

[3]通信专业综合能力与实务(互联网技术)[M].北京：人民邮电出版社，2014.

[4]通信专业实务——互联网技术[M].北京：人民邮电出版社，2008.

作者：杨浩 单位：中国联通西安分公司