2/3G鉴权与加密

   详细出处请参考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_58c6ddfb01012xi4.html

   2G鉴权3元组包括的元素：RAND（Random Number）, SRES( SignedResponse), Kc( Ciphering Key)；3G鉴权5元组包括的元素：RAND（RandomNumber）, XRES( Expected Response ), IK(Integrity Key ), CK(Cipher Key),AUTN(Authentication Token)。其中AUTN：增加了终端对网络侧合法性的鉴权。IK：3G鉴权过程不仅可生成加密密钥CK，而且可生成完整性密钥IK。    3G鉴权5元组中CK、IK不在空中接口上传送。这是由于：密钥只要被传送，就有被窃ting的危险，因此不能在风险性大的网络上传送，空中接口的风险性大，不能传送密钥：CK和IK用于实现手机和RNC之间的信息保护，被保护之前的空口消息和用户数据都是明文传送的，因此，如果CK和IK也在空口中传送，则必定是明文方式，有极大的安全风险。
   鉴权是通过比较MS提供的鉴权响应和AUC提供的鉴权三参数组之间是否一致进行判断的，通过鉴权，可以防止非法用户（比如盗用IMSI和KI复制而成的卡）使用网络提供的服务。
2G中，MS中SIM卡和AUC中存贮的信息：

?SIM卡中：
固化数据：IMSI，Ki，A3、A8安全算法。这些内容不会更改。
临时的网络数据TMSI，LAI，Kc，被禁止的PLMN
业务相关数据
?AUC中：
用于生成随机数(RAND)的随机数发生器
鉴权键Ki
各种安全算法，这些安全算法和 SIM卡中的算法相一致。
AUC的基本功能是产生三参数组(RAND、SRES、Kc)，其中：
?RAND由随机数发生器产生；
?SRES由RAND和Ki由A3算法得出；
?Kc由RAND和Ki用A8算出。
   三参数组产生后存于HLR中。当需要鉴权时，由MS所在服务区的MSC/VLR从HLR中装载至少一套三参数组为此MS服务。具体到某次鉴权时，如果此时VLR中还有该MS的三参组（或者允许重复使用三参组），则HLR不参与鉴权过程，VLR直接向MS下发鉴权命令；如果VLR中已经没有该MS 的三参组，则需首先向HLR取三参组。

2G鉴权过程
   在MS发起业务请求时，网络侧准备发起鉴权，如果VLR内还没有鉴权参数五元组，此时将首先发起到HLR取鉴权集的过程，并等待鉴权参数三元组的返回。鉴权参数三元组的信息包含RAND、SRES、Kc。
   在检测到鉴权参数三元组的存在后，网络侧下发鉴权请求消息。此消息中将包含RAND。用户终端在接收到此消息后，由其SIM中的Ki和RAND经过A3算法得出SRES回送网络，网络侧在收到鉴权响应消息之后，比较此鉴权响应消息中的SRES与存储在VLR数据库中的鉴权参数SRES，确定鉴权是否成功：成功，则继续后面的正常流程；不成功，则会发起异常处理流程，释放网络侧与此终端间的连接，并释放被占用的网络资源、无线资源。当VLR不认识TMSI时，网络侧将请求手机终端上报IMSI，然后再次发起鉴权流程。

WCDMA鉴权过程
鉴权成功
   鉴权流程由网络侧发起，其目的是：由网络来检查是否允许终端接入网络；提供鉴权参数五元组中的随机数数组，供终端计算出加密密钥（CK）；同时，供终端计算出与网络侧进行一致性检查的密钥（IK）；最后一个目的是可以提供终端对网络的鉴权。与GSM的鉴权流程相比，3G的鉴权流程增加了一致性检查的功能及终端对网络的鉴权功能。这些功能使3G的安全特性有了进一步的增强。网络侧在发起鉴权前，如果VLR内还没有鉴权参数五元组，此时将首先发起到HLR取鉴权集的过程，并等待鉴权参数五元组的返回。鉴权参数五元组的信息包含RAND、XRES、AUTN、CK和IK。在检测到鉴权参数五元组的存在后，网络侧下发鉴权请求消息。此消息中将包含某个五元组的RAND和AUTN。用户终端在接收到此消息后，由其USIM验证AUTN，即终端对网络进行鉴权，如果接受，USIM卡将利用RAND来计算出CK与IK和响应RES。如果USIM认为鉴权成功，在鉴权响应消息中将返回RES。网络侧在收到鉴权响应消息之后，比较此鉴权响应消息中的RES与存储在VLR数据库中的鉴权参数五元组的XRES，确定鉴权是否成功：成功，则继续后面的正常流程；不成功，则会发起异常处理流程，释放网络侧与此终端间的连接，并释放被占用的网络资源、无线资源。在成功的鉴权之后，终端将会把CK（加密密钥）与IK（一致性检查密钥）存放到USIM卡中。
   有些情况下，终端会在收到鉴权请求消息后，上报鉴权失败！典型的鉴权失败的原因有下面两种：
   手机终端在对网络鉴权时，检查由网络侧下发的鉴权请求消息中的AUTN参数，如果其中的“MAC”信息错误，终端会上报鉴权失败消息，原因值为MAC Failure。

鉴权失败（失败原因为MAC Failure）
   此时，网络侧将根据手机终端上报的用户标识来决定是否发起识别过程。如果当前的标识为TMSI（或P-TMSI），则发起识别流程，要求手机终端上报IMSI信息。然后再次发起鉴权流程。
另外一种鉴权失败的情况是手机终端检测到AUTN消息中的SQN的序列号错误，引起鉴权失败，原因值为：Synch failure!（同步失败）
鉴权失败（原因值为Synch failure）
   此时，网络侧的VLR将删除所有鉴权参数5元组，并发起到HLR的同步过程，要求HLR 重新插入鉴权参数五元组，然后再开始鉴权过程。 
   3G HLR必须支持3G鉴权5元组向2G鉴权3元组的转换功能；3G MSC必须支持3G鉴权5元组和2G鉴权3元组之间的双向转换功能。支持2G加密算法的网元是BTS；支持3G加密和完整性算法的网元是RNC。

 

1.用户使用USIM卡接入到2G和3G共存的网络中：
  (1)通过UTRAN（WCDMA系统是IMT-2000家族的一员，它由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无线接入网)和UE（用户装置）组成。UTRAN 和UE采用WCDMA无线接入技术。）接入时，使用UMTS（Universal Mobile Telecommunications System的缩写，中文译为通用移动电信系统）鉴权；
　(2)当使用3G移动台和3G MSC/VLR 或SGSN通过GSM BSS接入时使用UMTS鉴权机制。其中GSM密钥从UMTS CK和IK计算获得；
　(3)如果使用2G移动台或2G MSC/VLR 或SGSN 通过GSM BSS 接入，使用GSM鉴权机制。其中用户响应SRES和GSM密钥从UMTS SRES、CK和IK得到。

2.在2G和3G共存网络中，用户也可以使用SIM卡接入到网络中。由于GSM SIM用户只支持GSM系统安全特性，所以鉴权过程必然是GSM系统的。
  注意：在SIM卡用户接入到UTRAN，与VLR/SGSN进行鉴权认证的过程以后，3G VLR/SGSN 将利用CK和IK为用户提供安全保护，但由于此时用户安全特性的核心仍是GSM密钥Kc ，所以用户并不具备3G的安全特性。

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我做过这方面的试验，发现sim卡无论使用2G网络还是3G网络都是以三元组来鉴权（使用3G网络指的是2G用户升级成3G套餐），而usim卡无论使用2G网络还是3G网络都是以五元组来鉴权。爱老板能否解释一下这个现象？？谢谢
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   个人感觉应该还是和HLR的参数设置有关。跟信令流程应该关系不大。Usim卡使用2G网络，也可以根据五元组转换来的三元组进行鉴权，倒也没关系。而Sim卡只能用三元组来鉴权。因此，HLR的设置如果是如你现象描述的这样，倒是很简便，不需要关注用户选择的网络。配置更简单。维护也方便。
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   这在2/3G互操作中有明确规定，具体协议来源没有查。互操作的场景根据不同用户、不同核心网、不同无线侧、不同终端都有定义，有两张图分别是不同用户（USIM、SIM）的鉴权转换场景，目的是实现兼容。
   对于SIM用户比较简单，网络升级后只需要考虑一种情况UE支持3G，并且通过UTRAN上网，对这种情况由UE根据Kc->CK,IK，核心网VLR/SGSN根据Kc->CK,IK从而实现3G接入流程，这么设计是最小化的影响，不需要SIM和HLR感知3G，因此“我做过这方面的试验，发现sim卡无论使用2G网络还是3G网络都是以三元组来鉴权”的说法是正确的。  
     但对于USIM用户，兼容情况比较复杂要确保各种情况都能使用，假设ME是不支持3G的，VLR/SGSN也是不支持3G的情况，要保证业务正常，则要由USIM和HLR实现CK、IK->Kc(因为对于USIM来说，USIM和HLR必须是感知3G的），在这种情况下实际是以三元组来鉴权，因此“而usim卡无论使用2G网络还是3G网络都是以五元组来鉴权”的结论是不正确的，可能你的测试环境没有这么极端（一般核心网VLR和SGSN都是支持3G，这种情况下转换任务交给VLR和SGSN，HLR都是给五元组信息）。

    理解转换原则：
    1、网络环境是变化的，用户可以漫游，因此接入环境和网络环境都是动态的，要确保在每一种情况下都能实现业务。
    2、鉴权信息转换放在那种网络情况下，不需要感知和需要感知的交接处设备上。
    3、UTRAN和BSS的信令过程是固定的，不会因为用户改变，也不感知这种信息转换。
    4、信息转换放在USIM、UE、VLR、HLR上，按第二条的原则确定具体是那个设备
    这几条是个人理解，可能不正确。