基于区块链技术的5G移动通信网络安全探讨

肖恒一，罗 璋，陈梓璇

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430070）

1 区块链技术概述

区块链是一种新型的计算机技术应用模式，其主要内容包括加密算法、共识机制、点对点传输以及分布式储存等。它是比特币重要概念中的一种，本质属于一个去中心化的数据库，且可在比特币中作为底层技术来应用。具体应用中，数据块主要通过密码学方法的应用来产生，各个数据块中所包含的都是同一个批次的比特币网络交易信息，主要功能是验证信息有效性，同时也可以实现下一个区块的生成。

就科技层面而言，区块链所涉及到的科学技术有很多，如计算机编程、互联网、密码学以及数学等。而就其应用视角而言，区块链属于一个分布形式的数据库和共享账本，主要特征是公开透明、集体维护、可追溯、全程留痕、不可篡改、去中心化等[1]。将区块链技术应用到网络安全领域中，可使其信息不对称问题得以有效解决，让多个主体之间达到良好的协作信任和行动一致效果。

2 5G移动通信网络安全中的区块链技术应用分析

2.1 在众包经营形式5G网络基础设施中的应用

在5G通信网络的具体应用中，借助于服务等级协议（Service Level Agreement，SLA）这一智能协议，便可进行众包网络基础设施形式的管理模式建立。在这个管理模式中，众包基站的拥有者可以在智能合约中注册基站信息，如信用历史、认证信息、实用性、硬件以及功能等，在这些信息注册之后，区块链便会向所有的移动运营商进行广播，如果有运营商感兴趣，便可选取相应的基站进行租赁，此时运营商与基站拥有者间的脱链协商便会启动[2]。基站拥有者可通过网络信用等级来进行运营商评估。在双方完成了谈判之后，只要没有违反SLA中的相关条款，便可借助于智能合约在区块链上记录这一协议，同时也可以按照具体的应用与消费情况等，借助于加密令牌来进行支付[3]。在此过程中，可借助于智能合约中的信任预言机来监控SLA的执行情况，如果出现了违反SLA规定的行为，便可及时发出报告，相应的付款也将立即停止，然后对违规方进行不良信誉评分。基于区块链技术的智能合约预言机在众包经营5G基础网络设施中的管理序列示意如图1所示。

图1 智能合约预言机的管理序列示意

2.2 在国际漫游业务共享安全中的应用

在5G时代中，国际漫游所涉及到的参与方有很多，其中包括各种运营商、中介网络以及国际经纪中介等。在传统形式的国际漫游模式下，主要借助于国际交换或者是直接交换来实现漫游互连，但是国际交换却存在很多严重缺点，如中介网络中的节点设备出现故障、存在欺诈行为、利润降低等，这些都会对国际漫游中的网络安全造成直接威胁[4]。

在以区块链为基础的5G移动通信网络国际漫游方案中，可直接借助于智能合约实现国际漫游以及相应支付的完成[5]。例如，在国际漫游交易过程中，智能合约可对每一次的消费情况以及费用进行跟踪记录，然后借助于评价模型来进行用户信用等级的判定，之后便会借助于智能合约所信任的方式，通过令牌或者是加密数字货币的形式自动在各个交易方之间完成付款，并不需要国际或者是本地的第三方参与，也不需要交易场所以及经纪人。

在整个交易的过程中，智能合约都会对各个交易方进行协议条件以及逻辑的收集、记录与验证处理，以此来实现所有交易活动管理，并为各个交易方交易活动的交互跟踪及其审计提供足够便利。

目前，国际上的归属服务器订户信息已经被提出，借助于区块链技术，这些订户信息可以在5G移动通信网络中得以良好共享。借助于智能合约，服务方可实现安全可靠的自动计费以及付费服务，这样便可在没有任何中介干预的状态下达到无缝化、便利化的国际漫游效果[6]。同时，将区块链中的分散式网络认证及其访问功能作为基础，也可以在各个运营商之间达到安全可靠的自主漫游效果[7]。

2.3 在频谱动态共享与网络切片中的应用

在通过5G移动通信网络进行信息资源的传输与共享中，为了让端到端之间的频谱得到动态化的共享与管理，需对区块链技术以及其中的智能合约加以科学利用，这样才可以在不需要第三方中介的情况下实现可见化、自动化、高效化、可信化以及安全化的服务提供。在此过程中，首先需要进行5G移动网络中的无线接入网（Radio Access Network，RAN）协调控制与频谱管理，对其拓扑连接、网络功能以及物理层进行抽象，使其中的所有网络服务都被抽象成一个具有统一控制平面的服务和应用程序，这样便可实现频谱的动态共享，并使其和网络切片相统一[8]。这种交互概念和软件定义网络（Software Defined Network，SDN）框架十分类似，且能够融入到SDN框架中。

在频谱动态共享中，各个实体网络都可以到信任环境中进行可用资源的抢占，这样会给频谱共享带来很大程度的安全威胁。为实现这一问题的有效避免，可通过区块链技术中的去中心化功能来进行频率资源的应用、管理以及所有权跟踪，并实时跟踪各个实体网络之间的交互关系。在区块链最上层的去中心化程序中，可对各个频谱应用过程中所有与其关系密切的可用频谱以及规则进行保存，而运营商则可以按照实际需求或者是长期评估来请求该程序进行相应的频谱应用。同时，这个去中心化程序也可以为频谱所有者之间的自动计费与自动付款提供支持。

此外，在5G移动网络的具体应用中，借助于区块链技术，也可以让LSA实现共享，允许LSA中的已有成员和授权用户对其储存库以及智能合约进行访问，而此类访问必须借助于预言机来实现。在此过程中，首先需要将一个信誉机制设计在区块链中，通过这个信誉机制来进行现有成员以及被授权用户的评分，检查其频谱共享以及智能合约履行规则[9]。然后再对相应的智能合约进行编写，实现目前注册的频谱所有者智能合约与其他协议之间的共享规则显示。通过这样的方式，便可将运营商以及主要频谱所有者所具有的频谱资源全部整合到同一个LSA设备池内，并对其进行储存，再借助于区块链平台来实现频谱的自动化交易和分配处理，确保此项服务的安全性和可靠性。

在5G移动通信网络的具体应用中，网络切片不仅属于其基础性的物理结构，同时也是网络基础功能以及服务的实例化体现。借助于网络切片，运营商可通过相同的基础网络设施将差异性的应用程序和服务提供给不同用户。同时，网络切片也可以让5G网络中的频谱及其基础结构之间达到良好的共享效果，在5G网络中具有非常显著的应用优势。在以区块链技术为基础进行5G移动通信网络切片设计的过程中，首先需要借助于运营商网络来进行切片代理，然后将区块链中具有去中心化储存功能的智能合约用来进行全部或者是部分切片代理[10]。在此过程中，运营商可将相应的网络切片功能注册到区块链上，借助于区块链来进行发布，并采用智能合约的形式在交易中心达到自动付款效果，以此来确保网络切片的安全性。

2.4 在管理与身份验证中的应用

在5G移动通信网络的具体应用中，海量机器类通信（massive Machine Type Communication，mMTC）以及超可靠低延时通信（ultra Reliable and Low Latency Communications，uRRLC）属于其支柱型技术。在5G时代中，物联网设备的增量可达数千万台，这些设备的连接延时都应该控制在1 ms以内，且其网络信息数据的传输和共享安全也都具有更高的要求。为实现这一目标，就需要对新的服务以及业务模型进行开发，以此来实现mMTC以及uRRLC的良好管理。例如，可以通过受信任的中间运营商来进行物联网设备的管理，具体管理中，中间运营商需要对以下的几项任务予以良好执行。首先，启用mMTC和uRRLC服务中的订阅功能、数据包以及付款功能；其次，对于同一个业务链上的若干个垂直用户以及若干个企业进行并行管理；最后，对管理设备的身份进行验证。

在此过程中，借助于区块链中具有分散储存功能的智能合约，可将更加强大且吸引力更强的选择提供给集中式运营商，使其能够通过分散式的形式进行海量的物联网设备管理，让智能合约的可见性、可信性以及可追溯性优势得以充分发挥，以此来尽最大限度确保各个物联网设备信息数据传输与共享中的安全性。

3 5G移动通信网络安全中的区块链技术发展趋势分析

在5G移动网络技术中，区块链技术具有非常好的应用优势，尤其是在其网络信息数据的传输共享以及网络交易过程中，更是可以提供良好的安全保障。就目前来看，区块链技术已经在5G移动通信网络传输与资源共享中发挥出了良好的安全保障优势，让用户的数据储存、信息安全与账户安全得到保障。而随着科学技术的不断发展，该技术也会得到进一步的革新。在未来，区块链技术将会与5G移动网络之间达到更好的协调效果，随着各种算法、脚本、代码以及智能合约等的进一步发展，该技术在5G移动通信网络中将会发挥出更好的应用优势，进而实现文件加密、身份服务、视频通信以及自动计费和付款等业务安全性的进一步提升，尽最大限度确保用户的数据信息安全、财产安全以及人身安全。

4 结 论

在当今的5G时代中，移动通信技术已经得到了普遍应用。而在5G移动通信模式下，要想实现用户信息数据以及财产等安全的良好保障，就需要对区块链技术加以合理应用，包括在众包经营形式5G网络基础设施中的应用、在国际漫游业务共享安全中的应用、在频谱动态共享与网络切片中的应用、在管理与身份验证中的应用等。通过这样的方式，才可以让区块链技术在5G移动通信网络安全中充分发挥出应用优势，以此来促进5G移动网络通信安全性的进一步提升，实现5G时代的良好发展。