NB-TOT的鉴权和加密

IDENTITY REQUEST IDENTITY RESPUNSE
（IMSI） Stop T3418
AUTHENTICATION REQUEST AUTHENTICATION REPONSE
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终端对网侧鉴权失败的流程
UE MME AUTHENTICATION REQUEST
（RAND||AUTN, KSIASME ） Start T3420
SECURITY MODE COMPLETE
（[IMEI], NAS-MAC）
加密并且完整性保护
……
验证NAS-MAC失败
开始下行加密 随后交互的消息都即 加密又完整性保护
SECURITY MODE REJECT
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1) RRC连接建立完成后，MME生成KeNodeB和NH，并向eNodeB发送UE的安全能力和 KeNodeB。安全能力包含UE支持的加密算法和完整性算法。 2) eNodeB将完整性保护算法优先级列表和UE安全能力取交集，选取优先级最高 的完整性算法。 3) eNodeB将加密算法优先级列表和UE安全能力取交集，选取优先级最高的加密 算法。
128-EEA2
128-EIA1 128-EIA2
‘010’B 基于AES算法，使用128比特输入密钥
‘001’B
‘010’B 基于AES算法，使用128比特输入密钥
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3
安全连接的建立
• 消息安全交互的连接建立主要包括以下几个过程： 1、建立RRC连接，同时也建立起SRB1； 2、建立NAS连接； 3、发起AKA过程，完成UE和网侧进行双向鉴权和共 同基础密钥KASME的协商； 4、发起NAS安全模式控制（SMC）流程，激活NAS安 全机制，随后交互的NAS消息都进行安全保护。 5、发起AS安全模式控制（SMC）流程，激活AS安全 机制，随后交互的RRC消息都进行安全保护。
NB-TOT的鉴权和加密
保护机制是指实现消息的安全交互，包括UE 和网侧间的双向鉴权，对空口消息的加密和 完整性保护两方面。分为NAS Security和AS Security。 NAS Security负责对NAS数据的加密和完整性保 护，在MME和UE间对等的NAS层实现。 AS Security负责对AS数据中控制平面（RRC） 数据（即SRB1、SRB2）的加密和完整性保护， 以及数据平面（UP）数据（即所有的DRB）的 加密，在eNodeB和UE间对等的PDCP层实现。 注意：SRB0既不加密也不进行完整性保护。
HE
Start T3460
AUTHENTICATION FAILURE
(cause = "synch failure", AUTS)
Stop T3460 报告SQN同步失败
Authentication data request
如果AUTS中的MACS验证成功，则重新 申请鉴权参数，MME 删除原有参数 （RAND, AUTS ）
Authentication data response
（New EPS AVs） Start T3460 重新发起鉴权请求 Stop T3460 终端重新鉴权
Stop T3420
AUTHENTICATION REQUEST AUTHENTICATION REPONSE
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EPS的安全架构
EPS安全架构中有相互独立的分层安全： MME和UE执行NAS（ Non-access stratum，非接入层）信令加密和完整性保护。 eNodeB和UE执行RRC信令加密和完整性保护，UP加密。
相关参数说明
• 算法类型标识：用于区分NAS，UP和RRC消 息的加密和完整性保护算法类型，长度为1 octet。
Algorithm distinguisher NAS-enc-alg NAS-int-alg RRC-enc-alg RRC-int-alg UP-enc-alg Value 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 说明 NAS消息加密算法 NAS消息完整性保护算法 RRC消息加密算法 RRC消息完整性保护算法 UP消息加密算法
8终端对Βιβλιοθήκη 侧鉴权失败的流程• EPS鉴权请求中，UE通过AUTHENTICATION REQUEST中的参数AUTN对核心网进 行鉴权，如果AUTN参数验证失败，UE则拒绝核心网，并向网络发送鉴权失 败消息AUTHENTICATION FAILURE。 AUTN中有以下三种原因可以导致鉴权失败： 1）MAC校验失败：终端判定MAC参数有错时会向网侧发送失败消息，并指明失 败原因是MAC Failure。随后网侧将发起身份认证流程，向终端索要IMSI，网 络用得到的IMSI所对应的TMSI与初始鉴权的TMSI相比较，若不一致网络将重 新发起鉴权流程。 2）缺少有效EPS鉴权：UE检查AUTN中的AMF中的特殊比特是为0，表示核心网不 支持EPS鉴权。 3）同步失败引起：终端判定同步失败后，会向网侧回复包含参数AUTS的失败消 息，发起重同步流程。网侧收到该消息之后，验证AUTS中的MSC-S，如果验 证成功，则删除MME中的鉴权参数，并且从HSS得到新的鉴权参数，重新发 起鉴权流程。
4) eNodeB根据KeNodeB和选取的安全算法来计算出KUP enc，KRRC int和KRRC enc密钥，并为PDCP配置相应的加密参数和完整性参数。
5) eNodeB通过Security Mode Command消息向UE发送安全模式参数配置。 Security Mode Command消息通过SRB1发送，由eNodeB进行完整性保护，没有加 密保护。 6) eNodeB接收到UE反馈的消息.
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相关参数说明
• Alg-ID：算法标识，用于标识具体使用的算 法类型。
算法类型 EEA0 128-EEA1 Value ‘000’B 空加密，不做处理 ‘001’B 基于SNOW 3G算法，使用128比特输入密 钥，与3G中的UEA2算法相同 基于SNOW 3G算法，使用128比特输入密 钥，与3G中的UIA2算法相同 说明
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终端对网侧鉴权失败的流程
UE AUTHENTICATION REQUEST AUTHENTICATION FAILURE
(cause = "MAC failure")
MME
Start T3460
Start T3418
Stop T3460 报告鉴权码验证失败 Start T3470 网侧向终端索要IMSI Stop T3470 比较IMSI所对应的TMSI 与初始鉴权的TMSI Start T3460 若TMSI不一致，则重新 发起鉴权请求 Stop T3460 终端重新鉴权
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网侧发起的鉴权流程
UE AUTHENTICATION REQUEST
（RAND||AUTN, KSIASME ）
MME
Start T3460
AUTHENTICATION REPONSE
（RES）
Stop T3460 比较RES和XRES 对终端鉴权失败 RES与XRES不相等
AUTHENTICATION REJECT
RAND：（Random Challenge）：RAND是网络提供给UE的不可预知的随机数，长度为16 octets。 AUTN：（Authentication Token）：AUTN的作用是提供信息给UE，使UE可以用它来对网络进行鉴权。 AUTN的长度为17octets XRES：（Expected Response）：XRES是期望的UE鉴权响应参数。用于和UE产生的RES(或RES+RES_EXT)进行 比较，以决定鉴权是否成功。XRES的长度为4-16 octets。 KASME： 是根据CK/IK以及ASME（MME）的PLMN ID推演得到的一个根密钥。KASME 长度32octets。
ASME从HSS中接收顶层密钥，在E-UTRAN接入模式下，MME扮演ASME的角色。 l CK：为加密密钥，CK长度为16 octets。 l IK：完整性保护密钥，长度为16 octets。
网侧发起的鉴权流程
• 如果NAS信令连接已经建立，网侧就可以随 时发起一个鉴权流程。 • 网侧向UE发送AUTHENTICATION REQUEST消 息，发起鉴权流程。终端对网侧的成功完 成鉴权后，ME通过接受到的鉴权请求中的 参数计算出新的KASME。USIM计算出RES后， 传给ME。 • 网侧接收到AUTHENTICATION RESPONSE后， 验证RES是否正确。
密钥层次架构
NAS安全模式控制流程
ME MME
开始完整性保护
SECURITY MODE COMMAND
（eKSI, UE安全性能, EEA, EIA, [IMEI request], [NONCEME, NONCEME], NAS-MAC） 开始上行加密 使用所选算法 验证NAS-MAC成功 完整性保护但不加密
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鉴权
鉴权流程的目的是由HSS向MME提供EPS鉴权向量(RAND, AUTN, XRES, KASME)，并用来对用户进行鉴权
1) MME发送Authentication Data Request消息给HSS，消息中需要包含IMSI，网络ID，如MCC + MNC 和网络类型，如E-UTRAN 2) HSS收到MME的请求后，使用authentication response消息将鉴权向量发送给MME 3) MME向UE发送User Authentication Request消息，对用户进行鉴权，消息中包含RAND和AUTN这两 个参数 4) UE收到MME发来的请求后，先验证AUTN是否可接受，UE首先通过对比自己计算出来的XMAC和 来自网络的MAC（包含在AUTN内）以对网络进行认证，如果不一致，则UE认为这是一个非法的网 络。如果一致，然后计算RES值，并通过User Authentication Response消息发送给MME。MME检查 RES和XRES的是否一致，如果一致，则鉴权通过。 EPS鉴权向量由RAND、AUTN、XRES和KASME四元组组成。EPS鉴权向量由MME向HSS请求获取。EPS鉴权四元组：