5G网络攻击技术研究及防护建议

邵晓萌 韩文婷

(中国信息通信研究院安全研究所，北京 100191)

0 引言

随着我国5G商用进程加速以及5G网络与垂直行业的深度融合，各类终端设备接入5G网络，打破了传统电信网络的封闭性，带来了新的漏洞类型和攻击方式。同时，5G网络引入软件定义网络 (Software Defined Network，SDN)、网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization，NFV)、多接入边缘计算(Multi-access Edge Computing，MEC)等一系列新技术，进一步增加了攻击暴露面，从而导致网络安全问题变得错综复杂。针对5G网络的攻击，可能造成网络服务中断，并对公众基本服务产生重大影响，从而摧毁公众对移动技术和服务提供商的信任。因此，需全面分析5G网络安全攻击技术，挖掘5G网络潜在的安全风险，增强5G网络的抗攻击能力，提升5G网络安全。

1 5G网络安全攻击风险

5G网络安全[1]攻击风险可分为终端、接入网、核心网3个方面。5G时代海量物联网终端，其中大量功耗低、计算和存储资源有限的终端难以部署复杂的安全策略，一旦被攻击容易形成僵尸网络，将会成为攻击源，进而引发对用户应用和后台系统等的网络攻击，带来网络中断、系统瘫痪等安全风险。5G接入网主要存在空口的用户数据窃听篡改、空口DDOS攻击、伪基站或者其它攻击源对空口的恶意干扰、基站数据传输未加密完保等安全隐患，可能造成终端用户的隐私数据或者行业应用的关键数据泄漏、通信数据流量被窃听篡改等安全风险。5G核心网引入了网络功能虚拟化、网络切片、边缘计算、服务化架构、网络能力开放等新技术，网络架构有了重大变化，带来了新的安全挑战。攻击者可以利用5G终端、5G接入网、5G核心网的安全风险发起攻击。

2 5G网络安全攻击技术

2.1 5G终端安全攻击技术

5G终端大致分为消费类终端和行业类终端。消费类终端包括5G智能手机、AR/VR终端、Pad、移动路由器等。行业类终端包括5G通用模组、行业CPE、车载终端等。这两类终端面临的安全攻击[2]主要包括：中间人攻击、终端劫持攻击和分布式拒绝服务(DDoS)攻击。

(1)终端监听或中间人攻击：攻击者可以发起中间人攻击，进行监听窃取和篡改通信信息，影响终端业务正常运作,严重时会直接导致网络瘫痪，造成通信事故。

(2)终端劫持攻击：攻击者通过劫持终端，监听用户信息，伪装为合法用户向网关或者基站发送恶意请求，尝试非法接入网络或者嗅探网络中的有效信息。

(3)分布式拒绝服务攻击：攻击者控制终端在同一时刻发送大量数据，形成大规模僵尸网络，从而导致网络拥塞，造成数据丢包，引起服务瘫痪。

2.2 5G无线接入网安全攻击技术

5G无线接入网安全攻击主要是获取用户信息或者中断用户服务，用户终端接入5G网络时，一方面，由于空口信道的开放性，无线信号容易受到干扰，无线链路也容易受到非法接收机信号监听；另一方面，非法基站可以利用5G空口协议的漏洞，尝试伪基站接入，从而将用户接入至伪基站，获取用户的信息，或中断用户通信服务。无线接入网面临的安全攻击[3]主要包括空口协议攻击和空口信道攻击，空口协议攻击包括伪基站攻击、会话劫持攻击、位置信息捕获攻击等。空口信道攻击包括射频和无线干扰、频谱资源滥用等。

(1)伪基站攻击：攻击者通过非法使用运营商的频率，利用通信网络及协议的缺陷和漏洞，假冒运营商网络，伪装成运营商基站，通过增加发射信号功率等手段，导致以其为中心、特定半径范围内的移动终端从运营商合法基站切换至伪基站，从而收集终端信息。同时，伪基站可伪造任意发送号码强行向覆盖区域内的终端发送短消息。

(2)会话劫持：攻击者可以利用open-air接口的脆弱性，窃取合法的经过身份验证的会话ID，并对会话流的流量进行控制，实现会话流重定向，或者修改会话的资源映射关系，导致正常会话无法占用空口无线资源，导致会话中断。

(3)位置信息捕获攻击：攻击者通过监听设备嗅探寻呼消息，验证目标蜂窝用户是否在拦截范围内，从而获取用户的位置信息

(4)射频和无线干扰：攻击者故意破坏/干扰网络射频，导致相关用户不可访问核心网络(及相关服务)。

(5)频谱资源滥用：攻击者通过模仿合法许可用户的信号特征、干扰射频以占用特定的空闲频谱，导致授权频段被占用，导致空闲资源缺乏，可能导致基站拒绝其他正常用户所请求的频谱资源。

2.3 5G核心网安全攻击技术

5G核心网在继承4G的安全架构的基础上，在核心网层引入网络功能虚拟化、网络切片、边缘计算、服务化架构、网络能力开放等新技术[4]，网络架构有了重大变化，从而导致5G网络除面临信令风暴攻击、协议攻击等传统攻击手段外，还面临一些新技术相关的攻击。

(1)信令风暴攻击：攻击者可以利用大量信令并发攻击基站及核心网，导致基站及核心网资源不可用。

(2)协议攻击：攻击者可以利用协议漏洞发起攻击，比如利用加密完保算法为空的配置，可以直接窃取明文或发起篡改攻击。

(3) MEC攻击：攻击者可以发起身份认证与授权绕过攻击、边缘基础设施安全攻击、边缘数据安全攻击及MEC应用安全攻击，非法访问或篡改MEC资源、破获MEC基础设施、窃取用户数据、非法访问MEC应用等。

(4)虚拟化攻击：攻击者可以发起Hypervisor安全攻击、虚拟机逃逸攻击、虚拟机滥用攻击、镜像篡改攻击、数据泄露、盗窃破坏和信息操纵攻击等，破获虚拟网络功能、导致整个系统无法安全稳定运行。

(5)网络切片攻击：攻击者可以发起切片旁路攻击、切片通信安全攻击、切片配置安全攻击、切片开放接口安全攻击等，非法获取切片的数据信息或者影响切片的正常通信功能。

(6)服务化架构攻击：攻击者可以发起中间人攻击、隐私数据窃取、拒绝服务攻击等，窃取服务化接口信令消息，获取用户隐私信息，耗尽网元资源等。

3 5G网络安全防护建议

3.1 终端防护

针对终端测防护，建议重点加强终端的认证和加密完保，具体如下。

(1)接入5G的终端支持5G-AKA或EAP-AKA’认证[5]，网络侧可实现对终端的双向鉴权认证，保证接入网络终端的合法性。

(2)终端支持二次认证，通过二次认证可实现外部数据网络的AAA服务器对与其有签约关系的终端进行认证，然后根据认证是否成功来决定该终端是否被允许接入业务系统。

(3)终端支持信令面及用户面的加密完保，网络侧开启控制面及数据面的加密及完整性保护，保障终端接入网络信令及终端传输数据的机密性及完整性。

3.2 接入网防护

针对接入网侧的防护，建议重点加强认证、访问控制，具体如下。

(1)5G基站加强机密性和完整性保护，通过对空口数据(包括信令和用户数据)开启加密保护，通过加密算法将明文数据转换为密文数据，保证数据不被泄露，5G基站通过完整性算法能够检测信令消息和用户面数据是否被篡改。

(2)5G基站通过终端接入访问控制防止非法终端接入和终端恶意攻击行为。

(3)通过在基站所在位置安装防盗报警探测器等产品，实现应入侵报警、防拆报警、故障报警等功能。

3.3 核心网防护

针对核心网侧的防护，建议重点加强边界防护、流量分析，并引入零信任技术[6]，进行持续信任评估、动态访问控制、网络与业务隐藏，具体如下。

(1)部署信令防火墙、业务防火墙、日志审计、堡垒机、漏洞扫描、数据库审计等网络安全产品进行边界防护。

(2)部署流量检测分析产品，对5G核心网全流量的安全检测分析，实现终端的恶意接入检测、资产识别、漏洞和威胁利用行为检测、信令攻击检测、业务渗透入侵检测，以及流量追溯取证等。

(3)引入零信任技术，保障5G网络的服务能力开放安全、服务化架构信令安全、边缘计算安全、切片安全等。

4 结束语

本文介绍了5G终端、5G接入网及5G核心网安全攻击技术，研究并提出了5G终端、5G接入网及5G核心网的安全防护建议。5G网络作为“新基建”的重要组成部分，在我国新时代的建设进程中，发挥着极为重要的作用，应全面深入分析5G设备面临的安全风险及威胁，提升5G网络安全能力。