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摘 要： 短消息業(yè)務(wù)（SMS）作為一項(xiàng)極具吸引力的增值業(yè)務(wù)，已經(jīng)得到了越來(lái)越多用戶(hù) 的認(rèn)可。除了大量使用的手機(jī)與手機(jī)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)之外，從各種信息平臺(tái)到手機(jī)的 短消息業(yè)務(wù)也在快速發(fā)展，并已經(jīng)成為廣大用戶(hù)及時(shí)方便地獲取信息的一種手段。 因此，在 第三代移動(dòng)通信中，短消息業(yè)務(wù)對(duì)通信的安全性提出了更高的要求，他使用雙向鑒權(quán)機(jī)制和 信令完整性保護(hù)措施。詳細(xì)描述了WCDMA中短消息業(yè)務(wù)的協(xié)議結(jié)構(gòu)和短消息的發(fā)送過(guò)程 ，最后還分析了他的安全機(jī)制，以此展現(xiàn)第三代移動(dòng)通信的安全特性。
關(guān)鍵詞：WCDMA；短消息移動(dòng)終止；移動(dòng)交換中心；短消息中心
Analysis of Short Message Service Protocol on the Basis of WCDMA
CHEN Leran，MA Hailong，LIU Zhengjun
(Information Engineering Institute, PLA Information Engineering
University, Zhen gzhou, 450002, China)
Abstract： Short Message Service(SMS),which is as one of commercioganic serves,has achiev ed more and more approbation of consumers?Besides the pointpoint app lication of SMS among mobile phones,a new application of SMS between informatio n system and mobile phones is developed quickly now,and it is a new way to achi eve information conveniently and duly for users?So the SMS in 3G requires secu rity is more strictly?It employs bidirectional authentication architecture and a measure to protect integrity of signalling?The paper describes the frame of SMS protocols in WCDMA and the process of sending SMS?Finally SMS′s security a rchitecture is presented surrounding the analysis of SMS protocols in order to s how the security characteristic of 3G
Keywords：WCDMA；short message mobile terminated;message swit ching center;short message service center
在以GSM為代表的第二代數(shù)字移動(dòng)通信中，短消息業(yè)務(wù)（Short Message Service，SMS）已 經(jīng)不陌生了。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMA中，短消息業(yè)務(wù)在以文本為主的基礎(chǔ)上朝著 多媒體內(nèi)容發(fā)展，除了現(xiàn)有的功能外，還增加了傳送視頻片段、圖片等功能。因此，WCDMA 中非常重視保證業(yè)務(wù)信息的安全，他繼承了GSM系統(tǒng)安全的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)新業(yè)務(wù)的特性， 又定義了更加完善的安全特征與安全服務(wù)。
本文以WCDMA中短消息業(yè)務(wù)協(xié)議的分析為基礎(chǔ)剖析了短消息業(yè)務(wù)的接入安全機(jī)制，以此展 現(xiàn)第三代移動(dòng)通信安全的特性。
1協(xié)議分析
1.1短消息業(yè)務(wù)協(xié)議描述
3GPP協(xié)議中給出了具體到實(shí)體的短消息協(xié)議分層結(jié)構(gòu)［1］。移動(dòng)交換中心（MSC） /服務(wù)GPRS 支撐節(jié)點(diǎn)（SGSN）和移動(dòng)臺(tái)（MS）中的每個(gè)實(shí)體包含一定的協(xié)議層，以實(shí)現(xiàn)對(duì)等實(shí)體之間的 正常通信。兩個(gè)短消息控制實(shí)體（SMC）之間的對(duì)等協(xié)議表示為短消息控制協(xié)議，兩個(gè)短消 息中繼實(shí)體（SMR）之間的對(duì)等協(xié)議表示為短消息中繼協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)側(cè)（MSC或SGSN）的協(xié)議 分層最高為中繼層。
SMS系統(tǒng)利用短消息中心在短消息實(shí)體和移動(dòng)用戶(hù)設(shè)備之間傳送消息，而SMS承載業(yè)務(wù)是SM S 系統(tǒng)的一部分。承載業(yè)務(wù)由短消息傳輸層和短消息中繼層提供。中繼層按照地址轉(zhuǎn)發(fā)消息， 他作為傳輸層和連接管理層的中介并為傳輸層提供服務(wù)。傳輸層是承載協(xié)議的最高層，管理 端到端的消息傳送。在終止點(diǎn)的實(shí)體里，傳輸層提供介于SMS電信業(yè)務(wù)和SMS承載業(yè)務(wù)間的接 口，向上層提供服務(wù)。
短消息業(yè)務(wù)包含3個(gè)基本過(guò)程：移動(dòng)終止短消息（Short Message Mobile Terminated，SM MT）、移動(dòng)起始短消息(Short Message Mobile Originated，SMMO)和告警的傳送［2 ］。
對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)，移動(dòng)終止短消息和移動(dòng)起始短消息是完全獨(dú)立的兩個(gè)過(guò)程。下面以移動(dòng)終 止短消息為例詳細(xì)分析他們的消息發(fā)送流程和接入安全問(wèn)題。
1.2短消息的基本流程
1.2.1移動(dòng)終止短消息的基本流程
當(dāng)SMSC要向被叫移動(dòng)臺(tái)發(fā)送短消息時(shí)，先要建立一條包含各種有利于接收者的消息(SMS DELIVER)，SMSDELIVER消息將在各種接口上傳送。SMSC把這條消息傳給 與 之相連的網(wǎng)關(guān)（SMSGMSC），網(wǎng)關(guān)根據(jù)被叫用戶(hù)的號(hào)碼向相關(guān)的HLR查詢(xún)。HLR將查 詢(xún)結(jié)果送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)利用 上述地址消息向用戶(hù)拜訪(fǎng)的VLR傳遞消息，再由MSC或SGSN建立必要的信令連接后將短消息傳 遞給MS。選擇SGSN還是MSC由HLR根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和MS的特性決定。具體的信令交互過(guò)程如圖1所示 。
操作1：SMSC到SMSGMSC的信息傳輸
這個(gè)操作由2部分組成：從SMSC傳送一條包含TPDU的消息到SMSGMSC（見(jiàn)圖 1(a)）和返回一個(gè)“失敗報(bào)告”［2］或“交付報(bào)告”（見(jiàn)圖1(b)）。
如果SMSGMSC已經(jīng)收到來(lái)自其他實(shí)體關(guān)于SMMT過(guò)程失敗的指示，將返回SMSC 一個(gè) “失敗報(bào) 告”。錯(cuò)誤報(bào)告可能產(chǎn)生于MSC，SGSN，HLR，VLR或MS，他們均可被SMSGMSC接收， 繼而傳向SMSC。
操作2：發(fā)送SM的路徑請(qǐng)求
此操作是SMSGMSC為了得到傳送短消息的必要信息而向HLR發(fā)出的詢(xún)問(wèn)。HLR將被 叫用戶(hù)的最新消息、IMSI號(hào)碼、登記MSC/VLR地址、是否開(kāi)機(jī)、是否轉(zhuǎn)呼等返回給GMSC。
操作3：SM交付報(bào)告狀態(tài)
此操作提供了SMSGMSC請(qǐng)求HLR在消息等待數(shù)據(jù)MWD中增加一個(gè)SMSC地址的方法。 他包含從S MSGMSC傳送消息到HLR的過(guò)程，消息的內(nèi)容為目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼、SMSC的地址、成 功的結(jié)果 并且/或者更新MWD的原因（用戶(hù)不可達(dá)，MS內(nèi)存能力超出或者兩者都有）（見(jiàn)圖1中的3）。 這個(gè)操作可能被激活，當(dāng)從MSC或/和SGSN收到一個(gè)用戶(hù)不存在的指示，并且/或者SMSGMSC 通過(guò)MSC或SGSN接收到一個(gè)短消息傳送失敗報(bào)告，而失敗的原因是“MS內(nèi)存能力超出”時(shí)。
操作4：SM前向傳輸
SMSGMSC傳送一條短消息到MS當(dāng)前歸屬的SGSN或MSC。這個(gè)操作之后是從MSC或SGS N傳送短 消息到MS。因此，此操作的結(jié)果要么成功（例如：消息已經(jīng)交付到MS），要么失?。ɡ纾?從SMSGMSC傳送到MSC或SGSN時(shí)失敗、MS被分離或者沒(méi)有尋呼響應(yīng) ）。
操作5：為MT SMS發(fā)送信息
MSC為移動(dòng)終止短消息的傳送從VLR獲得的用戶(hù)信息，這個(gè)過(guò)程包括尋呼、鑒權(quán)的過(guò)程。
操作6： MSC到MS的信息傳輸
如果傳送失?。ɡ?，在成功的鑒權(quán)之后MS不在無(wú)線(xiàn)覆蓋區(qū)內(nèi)），失敗報(bào)告將返回給SMS GMSC。
1.2.2移動(dòng)起始短消息的基本流程
主叫用戶(hù)接入MSC/VLR，MSC/VLR對(duì)手機(jī)進(jìn)行鑒權(quán)加密，以驗(yàn)證手機(jī)用戶(hù)是否是合法用 戶(hù)。
主叫用戶(hù)編輯好短消息，鍵入被叫移動(dòng)用戶(hù)號(hào)碼，按發(fā)送鍵，將主被叫號(hào)碼、文本、 短消息中心號(hào)碼及請(qǐng)求的消息代碼一起通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道發(fā)送給登記的MSC/VLR。
MSC/VLR接收到主叫用戶(hù)的申請(qǐng)，根據(jù)SMSC號(hào)碼尋到SMSC，將被叫號(hào)碼、文本及消息代 碼發(fā)送給SMSC。
SMSC接收后，給MSC/VLR發(fā)送確認(rèn)信號(hào)；MSC/VLR將成功消息返給主叫用戶(hù)。
短消息的安全與否與鑒權(quán)的成功有很大關(guān)系，如果接收短消息的一方是非法用戶(hù)或者入侵 者惡意偽裝網(wǎng)絡(luò)，使得鑒權(quán)過(guò)程失敗，那么網(wǎng)絡(luò)將拒絕發(fā)送短消息的內(nèi)容。這是WCDMA中使 用的雙向鑒權(quán)過(guò)程帶來(lái)安全性的提高，是第三代移動(dòng)通信的一項(xiàng)重要改進(jìn)。
2短消息安全機(jī)制分析
從以上的協(xié)議分析可知，短消息中心在向目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送短消息內(nèi)容之前連接著一個(gè)鑒權(quán) 的過(guò)程。這是在WCDMA中為監(jiān)測(cè)和防治盜打、盜用等各種非法使用移動(dòng)通信資源和業(yè)務(wù)的現(xiàn) 象，保證網(wǎng)絡(luò)安全和保障電信運(yùn)營(yíng)者的正當(dāng)權(quán)益而采用的方法。
鑒權(quán)過(guò)程保證了網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)的合法性，還需要一項(xiàng)機(jī)制保證傳送的信令消息不被篡改。因 為短消息業(yè)務(wù)需要在移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)之間傳送大量的控制信令消息，這些消息大多數(shù)都是敏感 的，必須進(jìn)行完整性保護(hù)。完整性保護(hù)應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)資源控制（RRC）層，這使得接收實(shí)體將 能夠確認(rèn)發(fā)送的信令數(shù)據(jù)未被非授權(quán)的篡改，而且確保收到的信令數(shù)據(jù)源為授權(quán)的。
這樣就提高了WCDMA中短消息業(yè)務(wù)的安全性，避免了GSM中由于安全機(jī)制不完善造成的對(duì)用 戶(hù)安全的威脅。
首先，WCDMA采用的鑒權(quán)機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)之間的雙向鑒權(quán)，這是通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)與用 戶(hù)雙方共享密鑰實(shí)現(xiàn)的，即密鑰僅在用戶(hù)和鑒權(quán)中心有效。具體過(guò)程如圖2所示［3 ］。
VLR/SGSN向HLR發(fā)起鑒權(quán)數(shù)據(jù)請(qǐng)求，HLR中的鑒權(quán)中心即發(fā)送n階矩陣的鑒權(quán)矢量AV給VLR/SGSN。鑒權(quán)矢量基于序列號(hào)排序并由隨機(jī)數(shù)RAND，期待響應(yīng)XRES，加密 密鑰CK，完整性密鑰IK和鑒權(quán)令牌AUTN組成。每個(gè)鑒權(quán)矢量?jī)H承擔(dān)用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò)之間的一次鑒 權(quán)和密鑰協(xié)商。當(dāng)VLR/SGSN初始化密鑰協(xié)商過(guò)程時(shí)，他從n階矩陣中按序選擇下一個(gè)鑒 權(quán)矢量并發(fā)送其中的參數(shù)RAND和AUTN給用戶(hù)，用戶(hù)將檢查AUTN是否可以接受（用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò) 鑒權(quán)）。若可以接受，MS發(fā)送響應(yīng)RES給VLR/SGSN。VLR/SGSN將收到的RES和XRES比較（網(wǎng) 絡(luò)對(duì)用戶(hù)鑒權(quán)）。若他們匹配，則VLR/SGSN認(rèn)為鑒權(quán)過(guò)程成功。
其次，所有短消息信令消息都受完整性保護(hù)。信令的完整性保護(hù)由RRC層應(yīng)用實(shí)現(xiàn)［4 ］。在R RC連接建立之后并且執(zhí)行了安全模式控制過(guò)程，所有移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)之間的控制信令消息（ 如：RRC消息、移動(dòng)性管理（MM）消息）都將受到完整性保護(hù)。安全模式控制過(guò)程是由網(wǎng)絡(luò) 側(cè)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送一條“安全模式命令”消息激活的，該消息指示完整性保護(hù)所用的算法，同 時(shí)攜帶期望消息的消息鑒權(quán)碼MACI以及算法中用到的參數(shù)，移動(dòng)臺(tái)接收后隨即用指 定的算 法對(duì)消息進(jìn)行完整性校驗(yàn)，校驗(yàn)正確后向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送“安全模式完成”消息。完全模式控制過(guò) 程結(jié)束，對(duì)后續(xù)消息應(yīng)用該過(guò)程協(xié)商的完整性保護(hù)配置進(jìn)行保護(hù)。
一個(gè)信令消息的完整性是由f9算法來(lái)驗(yàn)證的［3］。該算法的輸入?yún)?shù)是完整性密 鑰IK，完整 性序列號(hào)COUNTI，網(wǎng)絡(luò)側(cè)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)FRESH，方向比特DIRECTION和信令數(shù)據(jù)MESS AGE。基 于這些參數(shù)發(fā)送端可以計(jì)算出用于完整性保護(hù)的消息鑒權(quán)碼MACI。然后將消息鑒權(quán) 碼附著 在信令消息上。接收端應(yīng)用相同的過(guò)程計(jì)算出XMACI，與收到消息附著的MACI比較來(lái)確認(rèn)完整性。
WCDMA中的完整性密鑰為128 b，其破解幾乎是不可能的。
3結(jié)語(yǔ)
與GSM相比，WCDMA中短消息業(yè)務(wù)的安全機(jī)制無(wú)論從密鑰的長(zhǎng)度上、鑒別的機(jī)制上和信 令保密的完整性，其安全性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于GSM。在GSM中使用單向身份認(rèn)證，即只有網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證用 戶(hù)，用戶(hù)不認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法防止偽造基站和HLR的攻擊；另外在GSM中沒(méi)有數(shù)據(jù)完整性的認(rèn)證 ，這給GSM用戶(hù)的安全帶來(lái)了許多潛在的威脅。WCDMA營(yíng)造了很好的安全環(huán)境，他彌補(bǔ)了GSM 系統(tǒng)的安全缺陷，為UMTS用戶(hù)帶來(lái)內(nèi)容更豐富的短消息服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
［1］3GPP TS 24.011.Short Message Service Support on Mobile Ra dio Interface.
［2］3GPP TS 23.040.Technical realization of the Short Message Service (SMS).
［3］3GPP TS 33.102.3G Security；Security architecture.
［4］3GPP TS 25.331.RRC Protocol Specification.
關(guān)鍵詞：WCDMA；短消息移動(dòng)終止；移動(dòng)交換中心；短消息中心
(Information Engineering Institute, PLA Information Engineering
University, Zhen gzhou, 450002, China)
Abstract： Short Message Service(SMS),which is as one of commercioganic serves,has achiev ed more and more approbation of consumers?Besides the pointpoint app lication of SMS among mobile phones,a new application of SMS between informatio n system and mobile phones is developed quickly now,and it is a new way to achi eve information conveniently and duly for users?So the SMS in 3G requires secu rity is more strictly?It employs bidirectional authentication architecture and a measure to protect integrity of signalling?The paper describes the frame of SMS protocols in WCDMA and the process of sending SMS?Finally SMS′s security a rchitecture is presented surrounding the analysis of SMS protocols in order to s how the security characteristic of 3G
Keywords：WCDMA；short message mobile terminated;message swit ching center;short message service center
在以GSM為代表的第二代數(shù)字移動(dòng)通信中，短消息業(yè)務(wù)（Short Message Service，SMS）已 經(jīng)不陌生了。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)WCDMA中，短消息業(yè)務(wù)在以文本為主的基礎(chǔ)上朝著 多媒體內(nèi)容發(fā)展，除了現(xiàn)有的功能外，還增加了傳送視頻片段、圖片等功能。因此，WCDMA 中非常重視保證業(yè)務(wù)信息的安全，他繼承了GSM系統(tǒng)安全的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)新業(yè)務(wù)的特性， 又定義了更加完善的安全特征與安全服務(wù)。
本文以WCDMA中短消息業(yè)務(wù)協(xié)議的分析為基礎(chǔ)剖析了短消息業(yè)務(wù)的接入安全機(jī)制，以此展 現(xiàn)第三代移動(dòng)通信安全的特性。
1協(xié)議分析
1.1短消息業(yè)務(wù)協(xié)議描述
3GPP協(xié)議中給出了具體到實(shí)體的短消息協(xié)議分層結(jié)構(gòu)［1］。移動(dòng)交換中心（MSC） /服務(wù)GPRS 支撐節(jié)點(diǎn)（SGSN）和移動(dòng)臺(tái)（MS）中的每個(gè)實(shí)體包含一定的協(xié)議層，以實(shí)現(xiàn)對(duì)等實(shí)體之間的 正常通信。兩個(gè)短消息控制實(shí)體（SMC）之間的對(duì)等協(xié)議表示為短消息控制協(xié)議，兩個(gè)短消 息中繼實(shí)體（SMR）之間的對(duì)等協(xié)議表示為短消息中繼協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)側(cè)（MSC或SGSN）的協(xié)議 分層最高為中繼層。
SMS系統(tǒng)利用短消息中心在短消息實(shí)體和移動(dòng)用戶(hù)設(shè)備之間傳送消息，而SMS承載業(yè)務(wù)是SM S 系統(tǒng)的一部分。承載業(yè)務(wù)由短消息傳輸層和短消息中繼層提供。中繼層按照地址轉(zhuǎn)發(fā)消息， 他作為傳輸層和連接管理層的中介并為傳輸層提供服務(wù)。傳輸層是承載協(xié)議的最高層，管理 端到端的消息傳送。在終止點(diǎn)的實(shí)體里，傳輸層提供介于SMS電信業(yè)務(wù)和SMS承載業(yè)務(wù)間的接 口，向上層提供服務(wù)。
短消息業(yè)務(wù)包含3個(gè)基本過(guò)程：移動(dòng)終止短消息（Short Message Mobile Terminated，SM MT）、移動(dòng)起始短消息(Short Message Mobile Originated，SMMO)和告警的傳送［2 ］。
對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)，移動(dòng)終止短消息和移動(dòng)起始短消息是完全獨(dú)立的兩個(gè)過(guò)程。下面以移動(dòng)終 止短消息為例詳細(xì)分析他們的消息發(fā)送流程和接入安全問(wèn)題。
1.2短消息的基本流程
1.2.1移動(dòng)終止短消息的基本流程
當(dāng)SMSC要向被叫移動(dòng)臺(tái)發(fā)送短消息時(shí)，先要建立一條包含各種有利于接收者的消息(SMS DELIVER)，SMSDELIVER消息將在各種接口上傳送。SMSC把這條消息傳給 與 之相連的網(wǎng)關(guān)（SMSGMSC），網(wǎng)關(guān)根據(jù)被叫用戶(hù)的號(hào)碼向相關(guān)的HLR查詢(xún)。HLR將查 詢(xún)結(jié)果送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)利用 上述地址消息向用戶(hù)拜訪(fǎng)的VLR傳遞消息，再由MSC或SGSN建立必要的信令連接后將短消息傳 遞給MS。選擇SGSN還是MSC由HLR根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和MS的特性決定。具體的信令交互過(guò)程如圖1所示 。
操作1：SMSC到SMSGMSC的信息傳輸
這個(gè)操作由2部分組成：從SMSC傳送一條包含TPDU的消息到SMSGMSC（見(jiàn)圖 1(a)）和返回一個(gè)“失敗報(bào)告”［2］或“交付報(bào)告”（見(jiàn)圖1(b)）。
如果SMSGMSC已經(jīng)收到來(lái)自其他實(shí)體關(guān)于SMMT過(guò)程失敗的指示，將返回SMSC 一個(gè) “失敗報(bào) 告”。錯(cuò)誤報(bào)告可能產(chǎn)生于MSC，SGSN，HLR，VLR或MS，他們均可被SMSGMSC接收， 繼而傳向SMSC。
操作2：發(fā)送SM的路徑請(qǐng)求
此操作是SMSGMSC為了得到傳送短消息的必要信息而向HLR發(fā)出的詢(xún)問(wèn)。HLR將被 叫用戶(hù)的最新消息、IMSI號(hào)碼、登記MSC/VLR地址、是否開(kāi)機(jī)、是否轉(zhuǎn)呼等返回給GMSC。
操作3：SM交付報(bào)告狀態(tài)
此操作提供了SMSGMSC請(qǐng)求HLR在消息等待數(shù)據(jù)MWD中增加一個(gè)SMSC地址的方法。 他包含從S MSGMSC傳送消息到HLR的過(guò)程，消息的內(nèi)容為目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)的號(hào)碼、SMSC的地址、成 功的結(jié)果 并且/或者更新MWD的原因（用戶(hù)不可達(dá)，MS內(nèi)存能力超出或者兩者都有）（見(jiàn)圖1中的3）。 這個(gè)操作可能被激活，當(dāng)從MSC或/和SGSN收到一個(gè)用戶(hù)不存在的指示，并且/或者SMSGMSC 通過(guò)MSC或SGSN接收到一個(gè)短消息傳送失敗報(bào)告，而失敗的原因是“MS內(nèi)存能力超出”時(shí)。
操作4：SM前向傳輸
SMSGMSC傳送一條短消息到MS當(dāng)前歸屬的SGSN或MSC。這個(gè)操作之后是從MSC或SGS N傳送短 消息到MS。因此，此操作的結(jié)果要么成功（例如：消息已經(jīng)交付到MS），要么失?。ɡ纾?從SMSGMSC傳送到MSC或SGSN時(shí)失敗、MS被分離或者沒(méi)有尋呼響應(yīng) ）。
操作5：為MT SMS發(fā)送信息
MSC為移動(dòng)終止短消息的傳送從VLR獲得的用戶(hù)信息，這個(gè)過(guò)程包括尋呼、鑒權(quán)的過(guò)程。
操作6： MSC到MS的信息傳輸
如果傳送失?。ɡ?，在成功的鑒權(quán)之后MS不在無(wú)線(xiàn)覆蓋區(qū)內(nèi)），失敗報(bào)告將返回給SMS GMSC。
1.2.2移動(dòng)起始短消息的基本流程
主叫用戶(hù)接入MSC/VLR，MSC/VLR對(duì)手機(jī)進(jìn)行鑒權(quán)加密，以驗(yàn)證手機(jī)用戶(hù)是否是合法用 戶(hù)。
主叫用戶(hù)編輯好短消息，鍵入被叫移動(dòng)用戶(hù)號(hào)碼，按發(fā)送鍵，將主被叫號(hào)碼、文本、 短消息中心號(hào)碼及請(qǐng)求的消息代碼一起通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道發(fā)送給登記的MSC/VLR。
MSC/VLR接收到主叫用戶(hù)的申請(qǐng)，根據(jù)SMSC號(hào)碼尋到SMSC，將被叫號(hào)碼、文本及消息代 碼發(fā)送給SMSC。
SMSC接收后，給MSC/VLR發(fā)送確認(rèn)信號(hào)；MSC/VLR將成功消息返給主叫用戶(hù)。
短消息的安全與否與鑒權(quán)的成功有很大關(guān)系，如果接收短消息的一方是非法用戶(hù)或者入侵 者惡意偽裝網(wǎng)絡(luò)，使得鑒權(quán)過(guò)程失敗，那么網(wǎng)絡(luò)將拒絕發(fā)送短消息的內(nèi)容。這是WCDMA中使 用的雙向鑒權(quán)過(guò)程帶來(lái)安全性的提高，是第三代移動(dòng)通信的一項(xiàng)重要改進(jìn)。
2短消息安全機(jī)制分析
從以上的協(xié)議分析可知，短消息中心在向目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送短消息內(nèi)容之前連接著一個(gè)鑒權(quán) 的過(guò)程。這是在WCDMA中為監(jiān)測(cè)和防治盜打、盜用等各種非法使用移動(dòng)通信資源和業(yè)務(wù)的現(xiàn) 象，保證網(wǎng)絡(luò)安全和保障電信運(yùn)營(yíng)者的正當(dāng)權(quán)益而采用的方法。
鑒權(quán)過(guò)程保證了網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)的合法性，還需要一項(xiàng)機(jī)制保證傳送的信令消息不被篡改。因 為短消息業(yè)務(wù)需要在移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)之間傳送大量的控制信令消息，這些消息大多數(shù)都是敏感 的，必須進(jìn)行完整性保護(hù)。完整性保護(hù)應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)資源控制（RRC）層，這使得接收實(shí)體將 能夠確認(rèn)發(fā)送的信令數(shù)據(jù)未被非授權(quán)的篡改，而且確保收到的信令數(shù)據(jù)源為授權(quán)的。
這樣就提高了WCDMA中短消息業(yè)務(wù)的安全性，避免了GSM中由于安全機(jī)制不完善造成的對(duì)用 戶(hù)安全的威脅。
首先，WCDMA采用的鑒權(quán)機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)之間的雙向鑒權(quán)，這是通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)與用 戶(hù)雙方共享密鑰實(shí)現(xiàn)的，即密鑰僅在用戶(hù)和鑒權(quán)中心有效。具體過(guò)程如圖2所示［3 ］。
VLR/SGSN向HLR發(fā)起鑒權(quán)數(shù)據(jù)請(qǐng)求，HLR中的鑒權(quán)中心即發(fā)送n階矩陣的鑒權(quán)矢量AV給VLR/SGSN。鑒權(quán)矢量基于序列號(hào)排序并由隨機(jī)數(shù)RAND，期待響應(yīng)XRES，加密 密鑰CK，完整性密鑰IK和鑒權(quán)令牌AUTN組成。每個(gè)鑒權(quán)矢量?jī)H承擔(dān)用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò)之間的一次鑒 權(quán)和密鑰協(xié)商。當(dāng)VLR/SGSN初始化密鑰協(xié)商過(guò)程時(shí)，他從n階矩陣中按序選擇下一個(gè)鑒 權(quán)矢量并發(fā)送其中的參數(shù)RAND和AUTN給用戶(hù)，用戶(hù)將檢查AUTN是否可以接受（用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò) 鑒權(quán)）。若可以接受，MS發(fā)送響應(yīng)RES給VLR/SGSN。VLR/SGSN將收到的RES和XRES比較（網(wǎng) 絡(luò)對(duì)用戶(hù)鑒權(quán)）。若他們匹配，則VLR/SGSN認(rèn)為鑒權(quán)過(guò)程成功。
其次，所有短消息信令消息都受完整性保護(hù)。信令的完整性保護(hù)由RRC層應(yīng)用實(shí)現(xiàn)［4 ］。在R RC連接建立之后并且執(zhí)行了安全模式控制過(guò)程，所有移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)之間的控制信令消息（ 如：RRC消息、移動(dòng)性管理（MM）消息）都將受到完整性保護(hù)。安全模式控制過(guò)程是由網(wǎng)絡(luò) 側(cè)向移動(dòng)臺(tái)發(fā)送一條“安全模式命令”消息激活的，該消息指示完整性保護(hù)所用的算法，同 時(shí)攜帶期望消息的消息鑒權(quán)碼MACI以及算法中用到的參數(shù)，移動(dòng)臺(tái)接收后隨即用指 定的算 法對(duì)消息進(jìn)行完整性校驗(yàn)，校驗(yàn)正確后向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送“安全模式完成”消息。完全模式控制過(guò) 程結(jié)束，對(duì)后續(xù)消息應(yīng)用該過(guò)程協(xié)商的完整性保護(hù)配置進(jìn)行保護(hù)。
一個(gè)信令消息的完整性是由f9算法來(lái)驗(yàn)證的［3］。該算法的輸入?yún)?shù)是完整性密 鑰IK，完整 性序列號(hào)COUNTI，網(wǎng)絡(luò)側(cè)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)FRESH，方向比特DIRECTION和信令數(shù)據(jù)MESS AGE。基 于這些參數(shù)發(fā)送端可以計(jì)算出用于完整性保護(hù)的消息鑒權(quán)碼MACI。然后將消息鑒權(quán) 碼附著 在信令消息上。接收端應(yīng)用相同的過(guò)程計(jì)算出XMACI，與收到消息附著的MACI比較來(lái)確認(rèn)完整性。
WCDMA中的完整性密鑰為128 b，其破解幾乎是不可能的。
3結(jié)語(yǔ)
與GSM相比，WCDMA中短消息業(yè)務(wù)的安全機(jī)制無(wú)論從密鑰的長(zhǎng)度上、鑒別的機(jī)制上和信 令保密的完整性，其安全性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于GSM。在GSM中使用單向身份認(rèn)證，即只有網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證用 戶(hù)，用戶(hù)不認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法防止偽造基站和HLR的攻擊；另外在GSM中沒(méi)有數(shù)據(jù)完整性的認(rèn)證 ，這給GSM用戶(hù)的安全帶來(lái)了許多潛在的威脅。WCDMA營(yíng)造了很好的安全環(huán)境，他彌補(bǔ)了GSM 系統(tǒng)的安全缺陷，為UMTS用戶(hù)帶來(lái)內(nèi)容更豐富的短消息服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
［1］3GPP TS 24.011.Short Message Service Support on Mobile Ra dio Interface.
［2］3GPP TS 23.040.Technical realization of the Short Message Service (SMS).
［3］3GPP TS 33.102.3G Security；Security architecture.
［4］3GPP TS 25.331.RRC Protocol Specification.
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論