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無線通信中的信息安全
周金芳 陳抗生 2011/3/13
（接上頁）以保證傳輸內(nèi)容安全。因此，蜂窩業(yè)界開始更加傾向于使用密碼技術(shù)以獲得足夠的安全性能。
２．數(shù)據(jù)加密技術(shù)
數(shù)據(jù)加密技術(shù)長期以來就用于軍事目的，而今天不論是在模擬網(wǎng)絡還是數(shù)字網(wǎng)絡都開始廣泛使用這一技術(shù)。整個加密過程通常包括在信號被傳輸之前進行某種加密變換，并且在接收端進行逆變換。如果整個加密過程是秘密的，則偵聽者將無法從截收到的信號中恢復出原來的談話內(nèi)容，從而保證了傳輸內(nèi)容的安全。
在模擬系統(tǒng)中，通常通過改變模擬信號波形來進行加密�？梢栽谳敵鲂盘栔凶⑷胫C波分量，導致信號產(chǎn)生諧波歧變。當接收端收到這一加密過的信號時，就進行相反的過程以重構(gòu)原始信號。數(shù)字蜂窩系統(tǒng)由于將語音信號數(shù)字化了，因此可以實現(xiàn)更加復雜的數(shù)據(jù)加密算法。在ＧＳＭ中，采用了流密碼算法Ａ５來加密無線鏈路上的所有傳輸（包括用戶數(shù)據(jù)與信令信息）。盡管算法本身是不變的，但其使用的加密密鑰是由網(wǎng)絡認證用戶時臨時產(chǎn)生，從而每次都是不同的。ＩＳ－５４使用了３個算法，分別用于加密語音業(yè)務、無線數(shù)據(jù)業(yè)務及控制信道。但這些算法能在多大程度上保護無線傳輸內(nèi)容尚有待證明。
近來，為了獲得更高的安全性能，出現(xiàn)了不少基于公鑰體制（如ＲＳＡ）的新算法。但加／解密操作的速度以及由此而增加的時延，常常限制使用無限復雜的算法。因此必須有所取舍。隨著信號處理硬件速度的提高和軟件算法的改進，將有可能采用更加復雜的算法，并因此獲得更好的安全性，但算法攻擊者的能力無疑也將隨著提高。算法設計者與算法攻擊者的這場戰(zhàn)斗還將在很長一段時間內(nèi)持續(xù)下去。
二、移動用戶認證
無線傳輸技術(shù)的廣泛采用還引起了另一個問題。在傳統(tǒng)有線電話中，一個用戶可以通過某個交換機上特定的一對線路唯一確定。移動用戶則經(jīng)常從一個地方漫游到另一個地方，并在不同時刻從不同的點接入網(wǎng)絡。這種用戶與某一特定物理設施之間聯(lián)系的缺乏，或用戶的移動性，給網(wǎng)絡認證用戶帶來了難度，從而使整個系統(tǒng)很容易受到欺騙威脅。
無線蜂窩業(yè)界則尤其關(guān)注這個問題，因為不論是對運營者還是消費者來講，對網(wǎng)絡的成功欺騙都會使有關(guān)開支增加，并使無線通信相對于有線通信的競爭力下降。美國聯(lián)邦通信委員會（ＦＣＣ）在１９９７年的估計是，由此而引起的損失每年將超過４億美元。一些分析家則認為實際的損失很可能更大。而且，運營者往往會通過某種手段將這些損失轉(zhuǎn)嫁給用戶，因此最后的結(jié)果是移動用戶將不得不支付這筆開支。
為了說明蜂窩欺騙是如何奏效的，最好的辦法是先來看看在蜂窩系統(tǒng)中（尤其是第一代模擬系統(tǒng)）是如何來識別移動電話的。
在模擬系統(tǒng)中，每個移動電話都用一個唯一的電子序列號（ＥＳＮ）標識。在網(wǎng)絡運營者分配電話號碼并開通時，移動用戶又得到一個移動識別號（ＭＩＮ）。每當移動用戶試圖通話（呼叫建立）時，移動電話都會將ＥＳＮ和ＭＩＮ傳送給移動交換機。只要這兩者相符，呼叫過程就可以繼續(xù)，并且有關(guān)費用將計到移動識別號為ＭＩＮ的移動用戶身上。但是，由于ＥＳＮ和ＭＩＮ都是以明文形式在無線接口上傳輸?shù)�，它們很可能被截收。因此，要克隆蜂窩電話，克隆者只需將此ＥＳＮ和ＭＩＮ記錄下來，利用計算機和相應的軟件重新寫入另一蜂窩電話即可。（盡管蜂窩電話可以，也應該做成不可擦寫的，但還是有合理的理由將它們做成可擦寫的，例如，如果某個電話被克隆，可以重新設置ＥＳＮ和ＭＩＮ。）由于網(wǎng)絡根本無從區(qū)分兩個蜂窩電話（克隆的與合法的），這種蜂窩欺騙可以一直進行下去，直到合法用戶收到帳單為止。
與模擬系統(tǒng)相比，現(xiàn)行的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)都不再采用這種透明傳送用戶識別信息的方法來認證移動用戶，通常都是采用提問—響應認證協(xié)議。網(wǎng)絡給移動用戶發(fā)送一個提問，并要求用戶作出相應響應。雖然任何人都可以輕而易舉地截收到網(wǎng)絡的提問，但計算相應的響應需要用到與特定用戶相關(guān)的秘密信息，并且該秘密信息只有合法用戶知道，因此，只有合法用戶知道正確地響應。其中使用的認證算法可以采用密碼學雜湊函數(shù)設計成，即使網(wǎng)絡的提問與相應的響應都被截收，截收者也很難計算出與合法用戶相關(guān)的秘密信息。
隨著蜂窩電話計算能力的增強，以及包括公鑰加密算法在內(nèi)的密碼學理論的發(fā)展，已經(jīng)提出了不少更加復雜的用戶認證協(xié)議用于下一代的個人通信系統(tǒng)（ＰＣＳ）。但是這些協(xié)議都必須經(jīng)過公眾的嚴格檢查以排除安全漏洞，在協(xié)議的安全性與復雜性之間也必須做出選擇。
三、用戶位置保密
除了移動用戶的認證，無線通信中存在的另一個問題是用戶個人信息（尤其是用戶位置信息）的保密。與有線網(wǎng)絡中任一通信者的位置都是確定的這一點不同，移動用戶的精確位置有一定的不確定性。對某些用戶而言，這一位置信息可能與通信內(nèi)容一樣重要，因此同樣需要保密。但是，為了使交換設備能成功連接移動用戶，用戶位置信息又是必（未完，下一頁）
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