29. Криптография в стандарте gsm. Алгоритм аутентификации а8 и алгоритм генерации ключа шифрования а3.

A8 — алгоритм формирования ключа шифрования, который впоследствии используется для обеспечения конфиденциальности передаваемой по радиоканалу информации в стандарте мобильной сотовой связи GSM. A8 является одним из алгоритмов обеспечения секретности разговора в GSM вместе с A5 и A3. Его задача — генерация сеансового ключа Kc для потокового шифрования информации в канале связи между сотовым телефоном (MS — Mobile Station) и базовой станцией (BTS — Basic Transmitter Station) после аутентификации. По причине безопасности формирование Kc происходит в Sim-карте.

Механизм аутентификации

Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся механизмы аутентификации. У каждого подвижного абонента есть стандартный модуль подлинности абонента (SIM-карта), которая содержит:

• международный идентификационный номер подвижного абонента

• свой индивидуальный 128-битный ключ аутентификации (Ki)

• алгоритм аутентификации (A3), и генерации сеансового ключа (А8).

Ключ аутентификации пользователя Ki уникален и однозначно связан с IMSI, оператор связи по значению IMSI «умеет» определять Ki и вычисляет ожидаемый результат. От несанкционированного использования SIM защищена вводом индивидуального идентификационного номера (PIN-код — Personal Identification Number), который присваивается пользователю вместе с самой картой.

Рассмотрим процедуру проверки подлинности абонента. Сеть генерирует оказию — случайный номер (RAND) и передаёт его на мобильное устройство. В Sim-карте происходит вычисление значения отклика (SRES — Signed Response) и сеансового ключа, используя RAND, Ki и алгоритмы A3,А8. Мобильное устройство вычисляет SRES и посылает его в сеть, которая сверяет его с тем, что вычислила сама. Если оба значения совпадают, то аутентификация пройдена успешно и мобильное устройство получает от сети команду войти в шифрованный режим работы. Из-за секретности все вычисления происходят внутри SIM. Секретная информация (такая как Ki) не поступает вне SIM-карты. Ключ Kc также не передаётся по радиоканалу. Подвижная станция(ПС) и базовая станция(БС) вычисляют их отдельно друг от друга.

A3 — алгоритм, используемый в процессе аутентификации в глобальном цифровом стандарте для мобильной сотовой связи GSM. A3 является, таким образом, элементом системы обеспечения конфиденциальности разговора в GSM наряду с алгоритмами A5 и A8. Задача алгоритма — генерация отзыва (SRES — Signed Response) на случайный пароль (RAND — Random), получаемый сотовым телефоном (MS — Mobile Station) от центра коммутации MSC (MSC — Mobile Switching Centre) в процедуре аутентификации. А3 содержится в SIM-карте абонента.

Процесс аутентификации

Суть аутентификации в GSM — избежание клонирования мобильного телефона пользователя. Секретным ключом является 128-битный ключ Ki, которым обладает как абонент, так и Центр Аутентификации. Ki хранится в SIM-карте, также как и алгоритм A3. Также в аутентификации принимают участие Домашний реестр местоположения и Центр коммутации

Когда MS запрашивает доступ к сети GSM (например при включении), MSC должен проверить подлинность MS. Для этого MS отправляет в HLR уникальный международный идентификатор абонента и запрос на получение набора специальных триплетов. Когда HLR получает IMSI запрос на триплеты, он сначала проверяет свою базу данных, чтобы удостовериться, что MS с таким IMSI действительно принадлежит сети. Если проверка прошла успешно, то HLR отправляет IMSI и запрос установления подлинности в АuC.

AuC использует IMSI, чтобы найти Ki соответствующий этому IMSI. Также AuC генерирует случайное 128-битное число RAND. После этого AuC вычисляет 32-битный отзыв SRES (SRES — Signed Response) при помощи алгоритма A3: SRES = A3(RAND, Ki). Кроме того, AUC вычисляет 64-битный сеансовый ключ Kc при помощи алгоритма A8: Kc = A8(RAND, Ki). Kc в дальнейшем используется в алгоритме A5 для шифрования и расшифрования данных.

RAND, SRES, и Kc как раз образуют триплеты, которые MSC запросил у HLR. AuC генерирует пять таких триплетов и посылает их в HLR, затем HLR пересылает этот набор в MSC. Генерируется именно набор триплетов, чтобы уменьшить передачу сигналов в GSM core network, которая происходила бы каждый раз, когда MS запрашивала бы доступ к сети, а MSC должен был бы проверить подлинность MS. Следует отметить, что набор триплетов уникален для одного IMSI и не может быть использован для какого-либо другого IMSI.

MSC сохраняет Kc и SRES и посылает запрос RAND мобильной станции MS абонента. Получив запрос RAND, MS вычисляет ответ на запрос SRAND при помощи алгоритма A3 и секретного ключа Ki: SRES = A3(RAND, Ki), и посылает его в MSC. Если принятый SRES совпадает с SRES, хранящимся в MSC, то аутентификация считается пройденной успешно.

После пяти сессий аутентификации MSC запрашивает у HLR новый набор триплетов (RAND, SRES, Kc)