GSM - Bảo mật và Mã hóa

GSM là hệ thống viễn thông di động được bảo mật nhất hiện nay. GSM có các phương pháp bảo mật được tiêu chuẩn hóa. GSM duy trì bảo mật đầu cuối bằng cách giữ bí mật của các cuộc gọi và ẩn danh của thuê bao GSM.

Số nhận dạng tạm thời được gán cho số thuê bao để duy trì quyền riêng tư của người dùng. Tính riêng tư của thông tin liên lạc được duy trì bằng cách áp dụng các thuật toán mã hóa và nhảy tần có thể được kích hoạt bằng cách sử dụng hệ thống kỹ thuật số và tín hiệu.

Chương này trình bày sơ lược về các biện pháp bảo mật được thực hiện cho thuê bao GSM.

Xác thực Trạm di động

Mạng GSM xác thực danh tính của người đăng ký thông qua việc sử dụng cơ chế phản hồi thách thức. Một Số Ngẫu nhiên (RAND) 128 bit được gửi đến MS. MS tính toán Phản hồi đã ký (SRES) 32-bit dựa trên mã hóa RAND với thuật toán xác thực (A3) bằng cách sử dụng khóa xác thực thuê bao cá nhân (Ki). Khi nhận được SRES từ thuê bao, mạng GSM lặp lại phép tính để xác minh danh tính của thuê bao.

Khóa xác thực thuê bao riêng lẻ (Ki) không bao giờ được truyền qua kênh vô tuyến, vì nó có trong SIM của thuê bao, cũng như cơ sở dữ liệu AUC, HLR và VLR. Nếu SRES nhận được đồng ý với giá trị được tính toán, MS đã được xác thực thành công và có thể tiếp tục. Nếu các giá trị không khớp, kết nối sẽ bị ngắt và lỗi xác thực được chỉ ra cho MS.

Việc tính toán phản hồi đã ký được xử lý trong SIM. Nó cung cấp bảo mật nâng cao, vì thông tin thuê bao bí mật như IMSI hoặc khóa xác thực thuê bao cá nhân (Ki) không bao giờ được giải phóng khỏi SIM trong quá trình xác thực.

Báo hiệu và bảo mật dữ liệu

SIM chứa thuật toán tạo khóa mật mã (A8) được sử dụng để tạo khóa mật mã 64 bit (Kc). Khóa này được tính bằng cách áp dụng cùng một số ngẫu nhiên (RAND) được sử dụng trong quá trình xác thực cho thuật toán tạo khóa mật mã (A8) với khóa xác thực thuê bao cá nhân (Ki).

GSM cung cấp một mức độ bảo mật bổ sung bằng cách có một cách để thay đổi khóa mật mã, giúp hệ thống có khả năng chống nghe trộm tốt hơn. Khóa mật mã có thể được thay đổi định kỳ theo yêu cầu. Như trong quá trình xác thực, quá trình tính toán khóa mật mã (Kc) diễn ra bên trong SIM. Do đó, những thông tin nhạy cảm như khóa xác thực thuê bao cá nhân (Ki) không bao giờ được SIM tiết lộ.

Giao tiếp thoại và dữ liệu được mã hóa giữa MS và mạng được thực hiện bằng cách sử dụng thuật toán mật mã A5. Giao tiếp được mã hóa được bắt đầu bằng lệnh yêu cầu chế độ mật mã từ mạng GSM. Khi nhận được lệnh này, trạm di động bắt đầu mã hóa và giải mã dữ liệu bằng thuật toán mật mã (A5) và khóa mật mã (Kc).

Bảo mật danh tính người đăng ký

Để đảm bảo bí mật danh tính thuê bao, Danh tính Thuê bao Di động Tạm thời (TMSI) được sử dụng. Sau khi các thủ tục xác thực và mã hóa được thực hiện, TMSI được gửi đến trạm di động. Sau khi nhận, trạm di động phản hồi. TMSI có hiệu lực trong khu vực địa điểm mà nó được cấp. Đối với các thông tin liên lạc bên ngoài khu vực vị trí, ngoài TMSI cần có Xác định Khu vực Vị trí (LAI).