4G无线网络安全接入技术及应用探究

郭亮



4G无线网络安全接入技术及应用探究

郭亮

广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630

伴随网络时代的到来，人类生产生活出现了翻天覆地的变化，移动通信也广泛普及到日常生活与工作之中，4G无线网络日渐兴起，进一步为生活带来便利。在网络急速发展的新时期，技术复杂性的不断增加，致使人们对网络安全的重视有所提高，安全接入技术研究备受关注。对4G无线网络安全接入特征加以概述，分析安全接入技术在其中的应用情况。

安全接入技术；移动通信；4G无线网络；实体认证

新时期，全球移动用户数量与日俱增，面对移动通讯业务的不断扩大，无线网络系统不断升级，当前以4G系统最受关注。探究4G无线网络接入安全问题，有效应用安全接入技术，避免网络认证过程中的安全威胁，营造安全的4G无线网络运行环境，保证广大用户的安全用网需求，已是目前4G通信系统研究的基础内容。笔者将从安全接入的理论基础入手，依据4G网络的接入特征，分析安全接入技术的实际应用。

1 安全接入技术的理论基础概述

（1）DDMP理论

DDMP理论由A.Datta博士提出，是形式化证明安全协议的理论基础，该理论框架包含两大方面，一是协议演绎，以语法演绎的形式支持对构件与操作两大集合进行复合协议；二是协议组合逻辑，即对简单的协议模块实施非破坏性与相加性的组合，并将组合以复合协议进行演绎[1]。以上理论已经在网络安全协议中得到成功证实，目前也为4G无线网络的安全接入提供了理论支持。

（2）自证实公钥系统

网络安全接入过程中自证实公钥系统会发挥有效的安全保护作用，用户在注册阶段，可自行设计私钥S，私钥发送到公钥系统后经数学关系验证获得公钥G，且系统会对私钥与公钥的合法性进行验证。用户在进行签名与其他操作时，系统会执行加解密操作，保证密钥的安全性，防止公钥证书泄漏，保护用户用网安全。

（3）安全协议

安全协议为身份认证与密钥分配等提供了保障，移动网络环境下，信息在传输前会经密码算法实现加密操作，形成信息处理的加密协议，从而保证信息传输的安全。目前，4G无线网络中安全协议包含多种形式，比如说认证协议，可避免信息出现篡改；多方计算协议，常见的有电子拍卖协议、数据库的访问协议等。

2 4G无线网络安全接入特征

（1）身份保护

对用户身份进行安全保护是首要特征，主要体现在用户的位置将不可跟踪，用户发送的服务信息不会被窃听，为满足以上安全特征，4G系统采用了无线链路的方式，用户标识将以临时身份进行，攻击者无法确定用户的IMSI，更难以窃听到请求信息。

（2）实体认证

用户在使用无线网络过程中，服务网络会对用户身份进行认证，即所指的实体认证，认证过程中具有严谨的机密性，将依据本地认证机制，获得用户最近的HE授权，并严格按照认证密钥协商机制创建密钥，完成移动环境中认证向量的发送，从而确定用户身份。

（3）机密性与完整性

实现4G无线网络的安全接入，密钥协商以及加密算法起到关键作用，可促进访问网络（AN）与移动设备（ME）进行安全协商，并在密钥与算法的保护下保证用户信息的机密性与完整性[2]。基于此，保证密钥与算法的机密性与完整性，才能更进一步保证用户信令数据的机密与完整，避免信息发送后被非法修改。

3 安全接入技术的具体应用分析

（1）认证参数

完成4G网络的安全接入认证，涉及到的参数较多，主要包含：私钥S长度，要求≥160，≥32，≥＋＋80；访问网络选定私钥，经TA验证得到公钥；移动设备选定私钥，经TA验证得到公钥。

以ME公钥验证为例，其自证实过程包含如下三步:首先，选定私钥，并计算发送至TA，由自证实公钥系统验证私钥，并计算公钥，验证成功后发回ME。AN获得公钥的验证过程与此相同，故不赘述。

（2）首次接入认证

4G无线网络在进行首次接入时，其认证过程如图1所示，首先将由AN将公钥与向外广播，ME在进行网络接入时可随机选择参数，并一同将与环境身份标识发送给AN；其次，AN将验证自身标识并随机选择2个随机数，经系统计算后将消息加密发送至ME，再次，ME验证信息并解密，将计算后的解密信息返回，AN验证解密信息若验证成功设置会话密钥，并将ME的临时身份返回；最后，ME将返回信息解密，从而获得自己的临时身份[3]。

图1 首次接入认证过程示意图

（3）再次接入认证

由首次认证过程可知，接入认证较为复杂，若每次接入均要进行完整的认证过程，必将给系统带来负担，影响通信的及时性。故而，4G无线网络安全接入技术在再次接入环境下，提出了重认证的快速过程，具体应用如下：

如图2所示，移动设备若再次接入相同网络，可简化认证过程，不再传送永久身份标识，可由临时身份将之替代，AN受到ME传送信息后进行验证，并分配给ME新的临时身份，重新建立会话密钥。重认证过程能够减少网络交互风险，且可以实现移动终端的快速认证，减少认证时间。

图2 4G网络再次接入的重认证过程示意图

4 结语

新时代，受到社会经济与科技飞速发展影响，无线网络技术日趋发展成熟与完善，极大的促进了时代的发展与进步。4G无线网络作为新时期的新兴产品，提升网络接入安全性至关重要。网络安全性是保证用户信息完整与机密的前提，应完善接入认证过程，针对首次接入与再次接入两种环境进行不同的认证操作，从而确保无线网络接入安全。

[1]吴畏，马书才，高双喜.4G无线网络安全接入技术探析[J].中国新通信，2015（03）:15.

[2]廖建军.探讨4G无线互联网安全接入技术[J].中国新通信，2015（08）:59-60.

[3]杨文武.接入网技术在城市4G无线通信中的应用探究[J].科技展望，2015（15）:13.

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1009-6434（2016）01-0009-02