MỤC LỤC

MỤC LỤC i THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH VẼ . viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix LỜI NÓI ĐẦU .1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ 3G UMTS .3

1.1 Tổng quan lộ trình phát triển thông tin di động .3

1.2 Đặc điểm cơ bản của 3G UMTS .4

1.3 CS, PS, các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G UMTS hỗ trợ 6

1.3.1 Chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói . 6

1.3.2 Các lưu lượng và dịch vụ được 3G UMTS hỗ trợ 8

1.4 Kiến trúc 3G UMTS R3 10

1.4.1 Thiết bị người sử dụng 10

1.4.2 Mạng truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS 12

1.4.3 Mạng lõi . 13

1.4.4 Các mạng ngoài 16

1.4.5 Các giao diện 16

1.5 Kiến trúc 3G UMTS R4 17

1.6 Kiến trúc 3G UMTS R5 19

1.7 Kết luận 21

CHƯƠNG II: AN NINH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 22

2.1 Tạo lập môi trường an ninh 22

2.1.1 Nhận thực . 22

2.1.2 Toàn vẹn số liệu . 22

2.1.3 Bảo mật 22

2.1.4 Trao quyền . 23

2.1.5 Cấm từ chối 23

2.2 Các đe dọa an ninh . 23

2.2.1 Đóng giả. 23

2.2.2 Giám sát . 23

2.2.3 Làm giả 24

2.2.4 Ăn cắp 24

2.3 Các công nghệ an ninh . 25

2.3.1 Công nghệ mật mã 25

2.3.2 Các giải thuật đối xứng. 25

2.3.3 Các giải thuật bất đối xứng . 27

2.3.4 Nhận thực . 28

2.3.5 Các chữ ký điện tử và tóm tắt bản tin 29

2.3.6 Các chứng chỉ số 30

2.3.7 Hạ tầng khóa công khai PKI . 31

2.3.8 Nhận thực bằng bản tin nhận thực. 34

2.4 An ninh giao thức vô tuyến. 36

2.4.1 An ninh lớp truyền tải vô tuyến (WTLS) 36

2.4.2 Lỗ hổng WAP 37

2.4.3 WAP 2.x. 38

Phạm Văn Quỳnh, H07VTTD_ i

Mục lục

2.5 Mô hình an ninh tổng quát của một hệ thống thông tin di động. 38

2.6 An ninh trong GSM 39

2.6.1 Mô hình an ninh cho giao diện vô tuyến . 39

2.6.2 Các hạn chế trong an ninh GSM . 40

2.7 Kết luận 42

CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP AN NINH TRONG 3G UMTS . 43

3.1 Mô hình kiến trúc an ninh 3G UMTS . 43

3.1.1 Nhận thực . 43

3.1.2 Bảo mật 43

3.1.3 Toàn vẹn 44

3.2 Các hàm mật mã. 45

3.2.1 Yêu cầu đối với các giải thuật và các hàm mật mã 45

3.2.2 Các hàm mật mã . 45

3.2.3 Sử dụng các hàm mật mã để tạo AV trong AuC 50

3.2.4 Sử dụng các hàm mật mã để tạo các thông số an ninh trong USIM . 50

3.2.5 Sử dụng các hàm để đồng bộ lại tại USIM 51

3.2.6 Sử dụng các hàm để đồng bộ lại tại AuC 52

3.2.7 Thứ tự tạo khóa 53

3.3 Các thông số nhận thực 53

3.3.1 Các thông số của vec-tơ nhận thực (AV). 53

3.3.2 Thẻ nhận thực mạng (AUTN) . 54

3.3.3 Trả lời của người sử dụng và giá trị kỳ vọng (RES&XRES) . 54

3.3.4 MAC-A&XMAC-A . 54

3.3.5 Thẻ đồng bộ lại (AUTS) . 54

3.3.6 MAC-S&XMAC-S. 54

3.3.7 Kích cỡ của các thông số nhận thực 55

3.4 Mô hình an ninh cho giao diện vô tuyến 3G UMTS 55

3.4.1 Mạng nhận thực người sử dụng. 56

3.4.2 USIM nhận thực mạng 57

3.4.3 Mật mã hóa UTRAN 57

3.4.4 Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu RRC . 58

3.5 Nhận thực và thỏa thuận khóa AKA . 59

3.5.1 Tổng quan về AKA 60

3.5.2 Các thủ tục AKA 60

3.6 Thủ tục đồng bộ lại AKA . 62

3.7 An ninh trong 3G UMTS R5 63

3.7.1 An ninh miền mạng NDS 63

3.7.2 An ninh IMS. 65

3.8 Kết luận 72

KẾT LUẬN. ix

TÀI LIỆU THAM KHẢO.x

LỜI NÓI ĐẦU

Ở Việt Nam trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông nói chung và thông tin di động nói riêng đã có những bước phát triển vượt bậc. Từ chỗ có hai nhà cung cấp dịch vụ di động, cho đến nay đã có bẩy nhà cung cấp dịch vụ di động. Cùng với đó, số lượng thuê bao di động không ngừng tăng lên, yêu cầu của khách hàng sử dụng dịch vụ di động cũng ngày một cao hơn. Điện thoại di động giờ đây không chỉ để dùng để nghe gọi như trước nữa, mà nó đã trở thành một đầu cuối di động với đầy đủ các tính năng để phục vụ mọi nhu cầu của con người. Bằng chiếc điện thoại của mình người sử dụng có thể giải trí, truy cập dữ liệu phục vụ việc học hành, nghiên cứu hay giao lưu, học hỏi, không những thế người sử dụng còn có thể dùng nó để thực hiện các giao dịch kinh doanh, giao dịch ngân hàng trực tuyến,… với tốc độ cao không thua kém gì các mạng có dây. Để những điều nêu trên trở thành hiện thực, các nhà cung cấp dịch vụ di động tại Việt Nam đã và đang cho ra mắt khách hàng viễn thông hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G).

Đặc điểm nổi bật nhất của hệ thống này là tốc độ xử lý dữ liệu cao và loại hình dịch vụ phong phú, đa dạng. Tuy nhiên, để khách hàng có thể yên tâm và tin tưởng khi sử dụng dịch vụ thì vấn đề an ninh, an toàn thông tin trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba phải được đặt lên hàng đầu. Bởi dữ liệu được truyền trên mạng di động giờ đây không chỉ đơn thuần là thoại, mà là dữ liệu của các phiên giao dịch trực tuyến. Nếu không đảm bảo an toàn thông tin thì thiệt hại về kinh tế là vô cùng to lớn.

Với đề tài: “An ninh trong 3G UMTS” trong đồ án tốt nghiệp của mình, em hy vọng tìm hiểu về vấn đề an ninh trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cũng như các giải pháp để bảo mật và bảo vệ toàn vẹn thông tin của người sử dụng khi được truyền trong hệ thống.

Nội dung của quyển đồ án bao gồm ba chương:

Chương 1: Tổng quan về 3G UMTS. Nội dung của chương này đề cập đến lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động, các đặc điểm, loại hình dịch vụ mà hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba cung cấp. Phần cuối chương có đề cập đến các cấu trúc của hệ thống 3G UMTS, từ R3, R4 đến R5.

Chương 2: An ninh trong thông tin di động. Nội dung của chương đề cập đến

các đe dọa an ninh đối với hệ thống thông tin di động và các giải pháp để đảm bảo an

Phạm Văn Quỳnh, H07VTTD_ 1

Lời nói đầu

toàn thông tin trong các hệ thống thông tin di động. Cuối chương có đề cập đến an ninh trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai.

Chương 3: Giải pháp an ninh trong 3G UMTS. Đây là phần nội dung chính của quyển đồ án. Nội dung đề cập đến các nguyên lý cơ bản để xây dựng một kiến trúc an ninh cho hệ thống 3G UMTS. Các biện pháp cụ thể để bảo vệ an toàn thông tin khi truyền trên giao diện vô tuyến của hệ thống. Tìm hiểu cụ thể quá trình nhận thực và thỏa thuận khóa AKA, các hàm mật mã được sử dụng và các thông số nhận thực liên quan. Và đặc biệt cuối chương có đề cập đến cấu trúc an ninh cho hệ thống 3G UMTS phiên bản R5.

Cuối cùng, con xin cảm ơn cha, mẹ và toàn thể gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất để con hoàn thành tốt quyển đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Viết Minh, cùng các thầy, cô giáo trong Học Viện đã chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt thời gian học tập và làm đồ án tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn bạn bè trong lớp, trên diễn đàn đã giúp đỡ tôi rất nhiều với những tình cảm chân thành nhất.

Bắc Ninh, Ngày 20 tháng 01 năm 2010

Sinh viên (ký)

Phạm Văn Quỳnh