GSM系统安全

摘 要
GSM移动通信系统在第二代移动通信系统中占主导地位，是3G系统的基础。作为当前最安全的移动通信系统之一，GSM的安全性在很大程度上依赖用户识别模块SIM卡，而在整个GSM系统中，SIM卡是用户惟一可以接触到的模块。所以首先SIM卡要能抵抗各种攻击，才能保证整个系统的基本安全。不幸的是由于GSM系统的设计缺陷SIM卡的复制曾一度泛滥。
本文首先全面分析了SIM卡作为用户识别模块的身份识别以及用户鉴权过程，同时介绍了在GSM系统中使用的各种加密算法。在这基础上，文章全面阐述了GSM系统中存在的种种安全缺陷，并就这些缺陷提出了各种攻击方法以及相应的防范措施。文章接着详细描述了COMP128算法的流程、安全缺陷及其形成过程。在介绍了针对这个算法的攻击方法后，本文提出了多种有效的安全解决方案，最后就各方案的优缺点作了全面的比较分析。
在最后的结束语中，本文提出了安全领域中的一个重要问题——管理安全。不幸的是这个问题总是被忽略，从而导致一些重大安全问题。最后只是希望这个问题能够得到足够的重视。

关健词：GSM SIM卡 安全体系 鉴权 COMP128
目 录
第一章 引言..........................................................................................................................1
1.1 概述.............................................................................................................................1
1.2 SIM卡的缺陷..............................................................................................................1
1.3 成果.............................................................................................................................1
1.4 文章组织....................................................................................................................1
第二章 GSM系统中的安全机制....................................................................................2
2.1 GSM网络中的安全体系结构..................................................................................2
2.2 GSM系统中的加密算法...........................................................................................3
2.3 GSM网络的身份认证................................................................................................5
2.3.1 用户身份识别...............................................................................................6
2.3.2 用户鉴权........................................................................................................6
第三章 GSM网络中与SIM卡相关的安全缺陷及其解决方案.......................7
3.1 对GSM的身份认证攻击...........................................................................................7
3.1.1 假基站攻击....................................................................................................7
3.1.2 中间人攻击....................................................................................................8
3.2 SIM卡克隆..................................................................................................................8
3.3 GSM系统的认证协议改进.......................................................................................9
3.3.1 一个简单的双向身份认证.........................................................................9
3.3.2 一个改进的安全协商协议.......................................................................10
3.3.3 关于单向认证的一点思考.......................................................................11
3.4 针对SIM卡的一些其他攻击及其防范方法.....................................................11
3.4.1 针对SIM卡短消息处理漏洞的攻击.......................................................11
3.4.2 拒绝服务攻击.............................................................................................12
3.4.3 SIM卡旁路攻击...........................................................................................12
第四章 COMP128算法的安全性分析......................................................................14
4.1 COMP128算法介绍.................................................................................................14
4.2 对COMP128算法的攻击........................................................................................15
4.2.1 中间相遇法..................................................................................................15
4.2.2 半碰撞法......................................................................................................16
4.3 针对COMP128算法的安全改进...........................................................................16
4.3.1 密钥筛选......................................................................................................17
4.3.2 命令序列机..................................................................................................17
4.3.3 攻击性输入检测.........................................................................................18
4.3.4 修改算法......................................................................................................20
4.4 改进方案的比较分析............................................................................................21
结束语.......................................................................................................................................23
参考文献..................................................................................................................................24
III