專利名稱：一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信安全技術領域，特別是涉及一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法。
背景技術：
通用移動通信UMTS系統(tǒng)的無線接入分為兩個階段:RRC (Radio ResourceControl，無線資源控制協(xié)議)連接建立階段和接入MS (移動用戶)身份認證階段。在RRC連接建立階段，當RNC (無線網(wǎng)絡控制器)收到MS的RRC連接請求時，會根據(jù)請求原因及目前的無線資源情況決定是否接受請求，但不會判斷發(fā)起該請求的移動設備是否合法。一旦非法MS利用截取的RRC連接請求信令向RNC發(fā)起連接請求，RNC也會為其分配相應的無線資源,導致RNC資源短缺從而拒絕合法MS的連接請求，產(chǎn)生DoS攻擊。而接入MS身份認證階段是利用鑒權(quán)與密鑰協(xié)商協(xié)議(AKA)，通過核心網(wǎng)網(wǎng)元與MS交互認證信息實現(xiàn)MS和網(wǎng)絡之間相互認證和協(xié)商通信密鑰。該協(xié)議雖然可以在核心網(wǎng)內(nèi)部實現(xiàn)MS身份的認證，阻止來自UMTS外部的DoS攻擊，但非法MS已經(jīng)完成了對RNC入侵，此時無線信道資源已經(jīng)被非法侵占，因此AKA協(xié)議無法真正完成阻止DoS攻擊的目的，同時，將外部攻擊引入核心網(wǎng)內(nèi)部，對核心網(wǎng)內(nèi)部安全的威脅也是非常大的。盡管針對AKA協(xié)議，隨后出現(xiàn)了 X-AKA協(xié)議，AP-AKA協(xié)議和S-AKA等改進方案，但這些方法無法改變AKA協(xié)議固有的缺陷，同樣無法阻止非法MS對UMTS無線信道資源的DoS攻擊。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法，該方法采用入網(wǎng)憑證、公鑰密碼體系和隨機數(shù)等手段驗證進入UMTS系統(tǒng)、請求無線資源服務的MS身份，從而阻止了非法MS占用UMTS無線信道資源，抵抗了來自UMTS外部的DoS攻擊。技術方案:1、在MS首次進入小區(qū)或USM卡中沒有保存接入小區(qū)的信息時，一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法，包括如下步驟:(I) MS向RNC發(fā)送初始的RRC連接請求消息，即RRC CONNECTION REQUEST (PKChle, (ANI | | LAI | | RANDe) ) ；MS 利用 RNC 的公鑰 Kuk加密連接請求信息，RANDe不定時更新；(2)RNC接收到連接請求信息后，利用自身私鑰進行解密，得到明文的ANI LAI I RANDk，然后判斷所述請求的合法性:首先，判斷該初始的RRC連接請求消息是否為重放；接著，判斷入網(wǎng)憑證ANI的正確性；最后，檢查字段中的LAI與RNC所在小區(qū)標識是
否一致；(3)RNC根據(jù)資源情況和請求原因決定是否分配無線資源，并且決定建立在專有信道還是公共信道上；
(4) MS收到RRC連接建立的響應信息，得到RNC分配的臨時憑證TANI，更新自身的隨機數(shù)記錄(LAI, RANDm, TANI)，并為該記錄倒計時，完成后向RNC傳送RRC CONNECTIONSETUP COMPLETE命令表示確認；(5)RNC收到RRC連接建立完成的命令后立即更新自身的隨機數(shù)記錄(ANI入網(wǎng)標識名，LAI，RANDm, TANI),并開始對該隨機數(shù)倒計時。2、US頂卡中保存有接入小區(qū)信息(LAI，RANDm, TANI)時，一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法，包括如下步驟:(I) MS向RNC發(fā)送RRC連接請求信息:RRC CONNECTION REQUEST (TANI, f 10 (ANI 入網(wǎng)標識名，RANDm))；MS使用單向函數(shù)f1Q對ANI入網(wǎng)標識名和RANDm進行處理，得到一個認證數(shù)據(jù)塊f10(ANI入網(wǎng)標識名，RANDm)；(2)RNC接收到連接請求信息后，判斷該請求的合法性；即RNC需要判斷f1(l(ANI入網(wǎng)標識名，RANDm)KNC=f1(l(ANI入網(wǎng)標識名，RANDm)MS是否成立；若成立則判定該用戶請求為合法，否則拒絕該RRC連接請求；(3)RNC根據(jù)資源情況和請求原因決定是否分配無線資源，并且決定建立在專有信道還是公共信道上；(4)MS收到RRC連接建立的響應信息，更新自身的隨機數(shù)記錄(LAI，RANDm, TANI)，并為該記錄倒計時，然后向RNC傳送RRC CONNECTION SETUP COMPLETE命令表示確認；(5) RNC收到RRC連接建立完成的命令后立即更新自身的隨機數(shù)記錄，(ANI入網(wǎng)標識名，LAI，RANDm, TANI),并開始對該隨機數(shù)倒計時。本發(fā)明采用上述技術方案，具有以下有益效果:在本發(fā)明中，RRC連接請求階段，RNC需要判斷MS身份合法性，RNC只為擁有合法入網(wǎng)憑證的MS分配無線資源，建立RRC連接。非法用戶無法與RNC建立RRC連接，自然無法通過傳送NAS信息發(fā)起對核心網(wǎng)的DoS攻擊，從而將DoS攻擊的防線從UMTS核心網(wǎng)中遷移出來，最大限度的阻止來自外部的DoS攻擊。該方法有效克服了現(xiàn)有方案將阻止外部DoS攻擊的機制放在核心網(wǎng)內(nèi)部執(zhí)行的缺陷，同時對現(xiàn)有的無線資源控制協(xié)議改動非常少，僅增加少量通信字段，因此對UMTS現(xiàn)有的安全機制是一個有益的補充。


圖1為本發(fā)明中實施例的入網(wǎng)憑證ANI的格式示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的MS首次進入小區(qū)的RRC連接建立流程圖；圖3為本發(fā)明實施例的USM卡中保存有接入小區(qū)信息的RRC連接建立流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。本發(fā)明的具體實施例如下:1、系統(tǒng)的初始化
圖1為本發(fā)明中實施例的入網(wǎng)憑證ANI的格式示意圖，每個MS都擁有一個不同的入網(wǎng)憑證ANI，該憑證存儲在用戶的USM卡及所屬的HLR中，為了保證用戶私密信息的安全性，證書的根密鑰、加密算法和入網(wǎng)憑證是通過文件訪問控制方式保護，禁止非法用戶訪問。每個ANI由三個不同屬性的字段組成，分別是入網(wǎng)標識名、歸屬HLR標識以及HLR的數(shù)字簽名。其中HLR的數(shù)字簽名是指HLR利用自身私鑰對前兩個字段進行的簽名，HLR的公鑰證書也會存儲在USM卡中。用戶向網(wǎng)絡提出RRC請求時，會攜帶入網(wǎng)憑證及HLR公鑰證書，RNC利用HLR的公鑰證書判斷入網(wǎng)憑證的合法性。2、RRC連接建立過程RRC連接建立過程主要分為以下兩種情況:(I)MS首次進入小區(qū)，或USM卡中沒有保存該小區(qū)的信息時，其流程如圖2所示:①MS向RNC發(fā)送初始的RRC連接請求消息:RRC CONNECTION REQUEST (PKChle, [“ (ANI LAI | RANDe))其中RNC的公鑰Kuk和LAI由RNC廣播獲得。用戶通過提交ANI證明自身身份，而RNC可利用HLR產(chǎn)生入網(wǎng)憑證時的公鑰PKChleR證書驗證入網(wǎng)憑證ANI的正確性。為了防止初始RRC連接請求消息的重放，該消息中會攜帶一個不定時更新RNC廣播的隨機數(shù)RANDk,使每次由MS發(fā)送的初始RRC連接請求消息都是不同的。ANII I LAII I RANDe需經(jīng)RNC的公鑰Kuk加密后傳輸，保證初始RRC連接請求消息中的入網(wǎng)憑證、隨機數(shù)等參數(shù)不會被攻擊者竊取。②RNC收到RRC請求后，利用自身私鑰進行解密，得到明文的ANI | | LAI | | RANDro首先需判斷該初始的RRC連接請求消息是否為重放。為此，RNC查詢所維護的隨機數(shù)記錄(RANDtjld, RANDnow), RANDold為MS前一次接入網(wǎng)絡時與RNC協(xié)商的隨機數(shù)，RANDnow為RNC為下一次MS接入網(wǎng)絡分配的新隨機數(shù)。若RANDk=RANDmw成立，則表示該RRC連接請求消息為非重放的。但由于MS和RNC之間存在傳輸延遲，當攜帶當前隨機數(shù)RANDk的RRC連接請求消息到達RNC之前，RNC已經(jīng)更新廣播的隨機數(shù)，這種情況下RANDk Φ RANDnw，會使RNC認為該條請求消息為重放的，從而拒絕用戶的RRC連接請求，因此對于消息中RANDk等于RANDtast且當前時刻與RANDk更新時刻間隔很短的情況下，也應將RRC連接請求消息判斷為非重放的。接著判斷入網(wǎng)憑證ANI的正確性。由于ANI中HLR的數(shù)字簽名字段是指用戶歸屬的HLR使用自身私鑰對前兩個字段的簽名，故RNC可利用初始RRC連接請求消息中攜帶的公鑰證書PKCliui驗證ANI的數(shù)字簽名，從而確定入網(wǎng)憑證是否正確。最后檢查字段中的用戶所在的位置域標識LAI與RNC所在小區(qū)標識是否一致，若一致則表明該RRC連接請求是合法的，且未經(jīng)修改與重定向，否則拒絕該非法請求。③RNC根據(jù)資源情況和請求原因決定是否分配無線資源，并且決定建立在專有信道還是公共信道上。RNC若接受MS的請求，則為該MS分配一個臨時的入網(wǎng)憑證TANI，用于下次直接發(fā)送RRC連接請求。將異或方式加密的TANI和分配的無線資源信息通過RRCCONNECTION SETUP命令傳送給MS，同時攜帶下一次連接請求時使用的隨機數(shù)RANDM。④MS收到RRC連接建立的響應信息后，利用異或的方式得到RNC分配的臨時憑證TANI，更新自身的隨機數(shù)記錄(LAI，RANDm, TANI)，并為該記錄倒計時，完成后向RNC傳送RRCCONNECTION SETUP COMPLETE 命令表示確認。
⑤RNC收到RRC連接建立完成的命令后立即更新自身的記錄(ANI入網(wǎng)標識名，LAI，RANDm, TANI),并開始對該隨機數(shù)倒計時。(2)若MS保存有小區(qū)信息(LAI, RANDm, TANI)時，其流程如圖3所示:①MS向RNC發(fā)送RRC連接請求信息:RRC CONNECTION REQUEST (TANI，f10 (ANI 入網(wǎng)標識名，RANDm))，其中 f1(l 是對 ANI入網(wǎng)標識名和隨機數(shù)進行處理的特定單向函數(shù)。②RNC接收到連接請求信息后，判斷該請求的合法性:首先根據(jù)TANI查詢是否存在記錄(ANI入網(wǎng)標識名，LAI，RANDm, TANI)。若存在則使用f1(l函數(shù)對ANI入網(wǎng)標識名與RANDm進行計算，判斷f1(l(ANI入網(wǎng)標識名，RANDm)fflc=f10 (ANI入網(wǎng)標識名，RANDm)MS是否成立。若成立則判定該MS請求合法，否則拒絕該MS的RRC連接請求。③RNC根據(jù)資源情況和請求原因決定是否分配無線資源，并且決定建立在專有信道還是公共信道上。然后將分配的無線資源信息通過RRCC0NNECT10N SETUP命令傳送給MS,同時攜帶下一次接入時使用的隨機數(shù)RANDm。④MS收到RRC連接建立的響應信息，更新自身的隨機數(shù)記錄(LAI，RANDm, TANI)，并為該記錄倒計時，然后向RNC傳送RRC CONNECT IONSETUP COMPLETE命令表示確認。⑤RNC收到RRC連接建立完成的命令后立即更新自身的記錄(ANI入網(wǎng)標識名，LAI，RANDm, TANI),并開始對該隨機數(shù)倒計時。
權(quán)利要求
1.一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)MS向RNC發(fā)送初始的RRC連接請求，即RRC CONNECTION REQUEST (PKChlk Eh (ANI LAI RANDe))； (2)RNC接收到連接請求信息后，利用自身私鑰進行解密，得到明文的ANII I LAII I RANDe,然后判斷所述請求的合法性； (3)RNC根據(jù)資源情況和請求原因決定是否分配無線資源，并且決定建立在專有信道還是公共信道上； (4)MS收到RRC連接建立的響應信息，得到RNC分配的臨時憑證TANI，更新自身的隨機數(shù)記錄(LAI, RANDm, TANI)，并為該記錄倒計時，完成后向RNC傳送RRC CONNECTION SETUPCOMPLETE命令表示確認； (5)RNC收到RRC連接建立完成的命令后立即更新自身的隨機數(shù)記錄(ANI入網(wǎng)標識名，LAI，RANDm, TANI),并開始對該隨機數(shù)倒計時。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法，其特征在于:步驟(I)中MS利用RNC的公鑰Kuk加密連接請求信息，RANDe不定時更新。
3.如權(quán)利要求1所述的一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法，其特征在于:步驟(2)中判斷初始的RRC連接請求消息的合法性的步驟是: 首先，判斷該初始的RRC連接請求消息是否為重放； 接著，判斷入網(wǎng)憑證ANI的正確性； 最后，檢查字段中的LAI與RNC所`在小區(qū)標識是否一致。
4.一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)MS向RNC發(fā)送RRC連接請求信息:RRC CONNECTION REQUEST (TANI, f1(l (ANI 入網(wǎng)標識名，RANDm))； (2)RNC接收到連接請求信息后，判斷該請求的合法性；即RNC需要判斷f1(l(ANI入網(wǎng)標識名，RANDm)fflC=f10(ANI入網(wǎng)標識名，RANDm)MS是否成立；若成立則判定該用戶請求為合法，否則拒絕該RRC連接請求； (3)RNC根據(jù)資源情況和請求原因決定是否分配無線資源，并且決定建立在專有信道還是公共信道上； (4)MS收到RRC連接建立的響應信息，更新自身的隨機數(shù)記錄(LAI，RANDm,TANI)，并為該記錄倒計時，然后向RNC傳送RRC CONNECT IONSETUP COMPLETE命令表示確認； (5)RNC收到RRC連接建立完成的命令后立即更新自身的隨機數(shù)記錄，(ANI入網(wǎng)標識名，LAI，RANDm, TANI),并開始對該隨機數(shù)倒計時。
5.如權(quán)利要求4所述的一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法，其特征在于:步驟(I)中，MS使用單向函數(shù)f 1Q對ANI入網(wǎng)標識名和RANDm進行處理，得到一個認證數(shù)據(jù)塊fltl(ANI入網(wǎng)標識名，RANDm)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗DoS攻擊的通用移動通信系統(tǒng)無線接入方法。該方法采用入網(wǎng)憑證、公鑰密碼體系和隨機數(shù)等手段驗證進入UMTS系統(tǒng)，請求無線資源服務的MS身份，從而阻止了非法MS占用UMTS無線信道資源，抵抗了來自UMTS外部的DoS攻擊。該方法有效克服了現(xiàn)有方案將阻止外部DoS攻擊的機制放在核心網(wǎng)內(nèi)部執(zhí)行的缺陷，同時對現(xiàn)有的無線資源控制協(xié)議改動非常少，僅增加少量通信字段，因此對UMTS現(xiàn)有的安全機制是一個有益的補充。
文檔編號H04W12/06GK103152730SQ201310061348
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者黃杰, 張莎 申請人:東南大學