LTE 初始附着过程中的NAS层安全流程.doc

LTE初始附着过程中的NAS层安全流程在初始的EPS附着过程中，UE和MME（EPS）需要相互鉴权。EPS中的认证总是由网络侧发起的。为此，MME需要从HSS、Auc获得鉴权向量的相关信息。MME和HSS、Auc使用Diameter协议，通过S6a接口进行通讯。MME向HSS、Auc发送AuthenticationInformationRequset（AIR），在此消息中，包含UE的IMSI， PLMN Identity等信息，HSS /Auc在接收到AIR后，需要检查UE 的IMSI是否为已知的签约用户，然后在AIA（AuthenticationInformationAnswer）中将鉴权向量返回给MME。通常鉴权向量会包含RAND， XRES， AUTN，及KASME等信息。MME在接收到HSS返回的鉴权向量后， 会生成NAS层的Authentication Request Message，经过NodeB，返回给UE， 用于UE和EPS的相互鉴权。Authentication Request 26.504 Security header type 4 bits = 0x0 0 Protocol Discriminator 4 bits = 0x7 7 Message Type 8 bits = 0x52 - Authentication Request 82 Spare Half Octet 4 bits = 0x0 0 NAS key set identifierASME Type of security context flag 1 bit = 0x0 0 ksi 3 bits = 0x0 0 Authentication Parameter Rand Authentication Parameter Rand = 0xA3DE0C6D363E30C364A4078F1BF8D577 Authentication Parameter AUTN IE Length 8 bits = 0x10 16 value = 0x6E323B36C46C5555A3DF0E6E323B6391MME会在Downlink NASTransport消息中，将上面NAS层的鉴权请求发送到NodeB，由于此时UE到MME的S1连接还没有建立， MME还会在Downlink NAS Transport中包含一个唯一的 MME_UE_S1APID，这样，NodeB就会为此UE建立起相应的S1-MME连接。同时，NodeB会通过Downlink Information Transfer消息将EPS的鉴权请求发送给相应的UE。UE在接收到MME发送过来的NAS层的AUR消息后，启动相应的AKA鉴权过程， LTE首先对通过对AUTH的检查来对网络侧进行鉴权，通过后，UE生成相应的Res和IK， CK通过NAS层的AUA消息返回到MME，进行UE的鉴权。AUA消息作为ULInformationTransfer消息中的DedicatedInfoNAS信元通过DCCH信道发送给NodeB ，NodeB通过UplinkInformationTransfer消息将AUA转发给相应的MME。Authentication Response Security header type 4 bits = 0x0 0 Protocol Discriminator 4 bits = 0x7 7 Message Type 8 bits = 0x53 - Authentication Response 83 Authentication response parameter IE Length 8 bits = 0x8 8 Authentication response parameter information = 0xA3DF0E6E323B36C4MME在成功对UE进行鉴权以后，就会根据UE上报上来的安全能力（UE在AttachRequest中的DedicatedInfoNAS中指明）来选择合适的算法进行NAS层的加密和信令完整性保护。MME会通过NAS Security Mode Command 消息将选中的算法传送给UE，同时MME也会将接收到的UE安全能力返回给UE。UE对NAS Security Mode Command 消息做完整性保护。Security Mode Command PDU 1Security header type 4 bits = 0x0 0 Protocol Discriminator 4 bits = 0x7 7 Message Type 8 bits = 0x5D - Security Mode Command 93 Selected NAS security algorithms Spare Bits 1 bit = 0x0 0 Type of ciphering algorithm 3 bits = 0x0 0 Spare Padding 1 bit = 0x0 0 Type of integrity protection algorithm 3 bits = 0x1 1 Spare Half Octet 4 bits = 0x0 0 NAS key set identifierASME Type of security context flag 1 bit = 0x0 0 ksi 3 bits = 0x0 0 Replayed UE security capabilities IE Length 8 bits = 0x2 2 eea0_128 1 bit = 0x1 1 eea1_128 1 bit = 0x1 1 eea2_128 1 bit = 0x0 0 eea3 1 bit = 0x0 0 eea4 1 bit = 0x0 0 eea5 1 bit = 0x0 0 eea6 1 bit = 0x0 0 eea7 1 bit = 0x0 0 Spare Bits 1 bit = 0x1 1 eia1_128 1 bit = 0x1 1 eia2_128 1 bit = 0x0 0 eia3 1 bit = 0x0 0 eia4 1 bit = 0x0 0 eia5 1 bit = 0x0 0 eia6 1 bit = 0x0 0 eia7 1 bit = 0x0 0 UE接收到NodeB转发过来的NAS层的 Security Mode Command消息后，首先验证其中的UE安全能力与自己早先上报给MME的一致，然后根据NAS Security ModeCommand中选中的算法计算相应的密钥，并生成 NAS SecurityModeComplete消息，对之进行完整性保护，发送给MME。此时，可以认为NAS层的安全性已经激活， UE和NodeB可以进行安全的NAS层对话。Secu