[发明专利]一种LTE网络实体认证和密钥更新方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，特别涉及一种LTE网络实体认证和密钥更新方法。

背景技术

目前3GPP制定的LTE已成为4G无线通信系统的主流技术，相比于3G，LTE的优点明确：无线接入网的时延低于10ms，支持灵活的系统带宽配置，下行链路可提供100Mbit/s的峰值速率，上行链路可提供50Mbit/s的峰值速率，频谱效率高，运营成本低，能够满足移动通信市场的需求。

在4G满足用户需求的同时，移动通信系统的信息安全也愈益引起用户的关注。相较于3G，LTE在安全方面做了很大的改进，采用认证与密钥协商协议(EPS Authentication and Key Agreement，简称EPS AKA)实现了用户和网络实体间的双向认证及密钥协商，采用序列号(SQN)机制防止重放攻击等，但仍存在一些安全问题：

1、用户设备(UE)和归属用户服务器(HSS)之间的公共密钥K长期共存，并保持不变，频繁的认证与密钥协商将会提高其被恶意攻击者破解的概率。

2、UE在首次接入网络时，国际移动客户识别码(IMSI)以明文的形式发送给移动管理实体(MME)，恶意攻击者可以通过监听信号获得UE的IMSI，从而导致非法用户访问网络。

3、存在SQN序列号重同步的问题。

4、MME和HSS之间的消息以明文的形式传输，恶意攻击者可以通过监听信号获得鉴权四元组{RAND,AUTN,K_ASME,XRES}，从而引发恶意的行为。

针对LTE网络实体认证和密钥更新存在的问题，已有不少文献做了相关研究，但没有完全解决上述问题。

发明内容

本申请实施例通过提供一种LTE网络实体认证和密钥更新方法，解决了现有技术中UE和HSS之间的公共密钥长期共存无法更新、序列号重同步、信号容易被监听的问题。

本申请实施例提供一种LTE网络实体认证和密钥更新方法，包括以下步骤：

步骤1：UE与HSS分别周期性生成用于更新公共密钥K的公私密钥对；UE保存私有密钥X_UE，公布公开密钥Y_UE；HSS保存私有密钥X_HSS，公布公开密钥Y_HSS；

步骤2：UE生成随机数RES_MME；

步骤3：UE向MME发送访问请求，所述访问请求通过MME的公钥PK_MME加密，所述访问请求包括国际移动客户识别码IMSI、所述随机数RES_MME、归属用户服务器标识ID_HSS、是否更新公共密钥K的标识UpdateFlag；

步骤4：MME接收所述访问请求，并通过MME的私钥SK_MME对所述访问请求进行解密；

MME向UE对应的HSS发送鉴权信息请求，所述鉴权信息请求通过HSS的公钥PK_HHS加密，所述鉴权信息请求包括所述国际移动客户识别码IMSI、服务网络SN ID、所述随机数RES_MME、鉴权向量个数n、UE接入网络的类型Network Type；

步骤5：HSS接收所述鉴权信息请求，并通过HSS的私钥SK_HSS对所述鉴权信息请求进行解密；

HSS对所述国际移动客户识别码IMSI、所述服务网络SN ID的合法性进行验证；

若合法性验证通过，获得UpdateFlag的值；若UpdateFlag为FALSE，则不更新公共密钥K；若UpdateFlag为TRUE，则更新公共密钥K；

HSS生成随机数RAND、基础密钥K_ASME、预期用户响应XRES，组成鉴权向量组AV＝{AV₁,…,AV_i,…,AV_n}；

步骤6：HSS向MME发送鉴权信息响应，所述鉴权信息响应通过MME的公钥PK_MME加密，所述鉴权信息响应包含所述鉴权向量组；

步骤7：MME接收所述鉴权信息响应，并通过MME的私钥SK_MME对所述鉴权信息响应进行解密，存储所述鉴权向量组；