1、 引 言
TD-SCDMA和WCDMA是目前3GPP內(nèi)進行完善的主要標準。在3GPP的各版本中，R4協(xié)議已基本穩(wěn)定，目前相關(guān)設(shè)備提供商的產(chǎn)品主要都是基于R4版本開發(fā)的。安全模式控制過程（SMC）是從R4版本才開始應(yīng)用的一種空中接口安全控制過程。他主要用來在移動通信網(wǎng)絡(luò)中保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性，是用戶設(shè)備（UE）和無線接入網(wǎng)絡(luò)（UTRAN）間的接口（Uu接口）的一個協(xié)議處理過程。
核心網(wǎng)（CN）用這個過程通知無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）應(yīng)該采用的加密模式和完整性保護模式。SMC過程主要包括兩種，一種是信令的完整性保護，另外一種是用戶數(shù)據(jù)的加密。下面著重介紹信令的完整性保護過程。
2 、安全模式控制過程分析
2.1 功能分析
SMC過程主要有2種安全功能：數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)完整性保護，現(xiàn)著重介紹信令數(shù)據(jù)的完整性保護問題，他包括完整性檢查和完整性密鑰管理：
（1） 完整性檢查
他的目的是保證空中接口上信令的連續(xù)和完整。RNC會對空中接口上的信令數(shù)據(jù)進行完整性保護。
（2） 完整性密鑰管理功能
完整性保護密鑰和完整性保護算法都是由CN指定，RNC和UE從所有指定的算法中選定兩者都支持的一種算法進行完整性保護。
2.2 過程描述
由CN發(fā)起安全模式控制過程，來配置加密信息和完整性保護信息。UTRAN收到CN配置的這些信息后，選擇UE和UTRAN都支持的加密算法和完整性保護算法，進行完整性保護過程和加密過程。過程見圖1。
對于一個CN域已經(jīng)存在一個信令連接，并且在這個CN域上已經(jīng)開始了完整性保護和加密算法。這時如果對于另外一個CN域配置加密和完整性保護信息，則要選擇已經(jīng)存在的那個域上所應(yīng)用的算法。
對于一個CN域已經(jīng)存在一個信令連接，并且在這個CN域上已經(jīng)開始了完整性保護和加密，如果這個域再次發(fā)送消息SECURITY MODE COMMAND給RNC，安全模式控制過程將被用來激活應(yīng)用新的加密密鑰和完整性保護密鑰，參數(shù)Key STatus將會被設(shè)置成“NEW”。
（1） 無線資源控制（RRC）連接建立過程將UE的安全能力和對于電路域（CS）和分組域（PS）各自的START值從UE發(fā)送到RNC。其中UE安全能力信息包括加密能力和完整性保護能力。
（2） 移動臺（MS）發(fā)送初始L3消息VLR／SGSN，這些消息中包含用戶識別碼和KSI（Key Set IdenTIfier）。而KSI由最新配置鑒權(quán)信息的域分配。
（3） 執(zhí)行用戶識別碼請求過程。用戶鑒權(quán)和生成新的安全性密鑰值（IK和CK），也會生成新的KSI值。
（4） VLR／SGSN決定UIAs和UEAs優(yōu)先選用的順序
（5） VLR／SGSN發(fā)送RANAP消息Security ModeCommand給RNC來發(fā)起完整性保護和加密過程。這個消息包括按一定優(yōu)先順序排列的UIAs和IK值。
（6） RNC選擇RNC和UE都支持的算法，并生成一個隨機數(shù)FRESH，然后開始下行鏈路的完整性保護。
（7） RNC生成RRC消息security mode command。這個消息包含UE安全能力，UIA和FRESH，如果開始加密，還包括UEA，還包括CN域標識。
（8） UE在收到RRC消息Security mode command之后，比較收到的“UE security capability”參數(shù)和存儲的“UEsecurity capability”參數(shù)。
（9） 如果所有的控制過程成功，UE生成RRC消息Security mode complete并且生成這個消息的MAC-I。如果有的控制過程不成功，安全模式控制過程就會在UE端終止。
（10） 收到響應(yīng)消息后，RNC根據(jù)響應(yīng)消息計算XMAC-I。RNC比較XMAC-I和MAC-I來確定消息的完整性。
（11） RNC發(fā)送RANAP消息Security Mode Com-plete給VLR／SGSN報告結(jié)果。
3、 重定位信令的完整性保護功能
3.1 約定
重定位時完整性保護功能描述的是服務(wù)RNC（SRNC）進行完整性保護，伴隨SRNC重定位的硬切換：UE的測量報告表明硬切換的目標小區(qū)屬于另外一個RNC，這時UTRAN在決定執(zhí)行硬切換的時候，伴隨執(zhí)行重定位，將UE移交給目標RNC。
基于先實現(xiàn)簡單的基本過程，再逐步完善各種復(fù)雜情況的思路，約定如下：
（1） 在重定位前，源RNC已經(jīng)啟用完整性保護，并且只可能是如下兩種情況：第一次安全模式控制過程（啟動完整性保護）已經(jīng)生效；若有后續(xù)的安全模式控制過程（修改完整性保護配置），也必須在重定位前已經(jīng)啟用新的配置，舊的完整性保護配置已被刪除。
（2） 源RNC側(cè)在重定位發(fā)起以后，拒絕CN發(fā)來的Security Mode Command消息。
（3） 目標RNC應(yīng)該接受源RNC指定的完整性保護配置信息，而不應(yīng)該在發(fā)往源RNC的CONtainer中指定新的配置。
3.2 源RNC的處理策略
在執(zhí)行重定位時，UTRAN的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間（源RNC與目標RNC之間）需要傳遞一些RRC信息。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間傳遞RRC信息的典型方式是RRC信息容器（RRC in-formATIon container）。
在RELOCATION REQUIRED消息中有一個IE叫做Source RNC to Target RNC Transparent Container，他的內(nèi)容是UE當前在空中接口上的所有相關(guān)信息，包括加密和完整性保護信息、UE信息元素、UTRAN移動性信息元素、CN信息元素、測量信息元素，RB信息元素和傳輸信道信息元素等。向目標RNC傳遞這些信息的目的是作為目標RNC分配無線資源的參考。重定位時完整性保護功能主要討論此容器中的Integrity protection related infor-mation IE。源RNC側(cè)SMC模塊的主要任務(wù)是正確地填寫Container中和完整性保護相關(guān)的信息。透明容器部分內(nèi)容見表1，執(zhí)行細節(jié)參數(shù)的格式規(guī)劃見圖2。
完整性保護算法采用16 b存放（UIA1～UIA16），每次有且僅有一個算法啟用，該算法其相應(yīng)位置1，其余算法相應(yīng)位都置0。
之所以對每個SRB的SN都加offset，SRB2上面已經(jīng)解釋過了；其他的是為了防止直傳消息對UE和網(wǎng)絡(luò)側(cè)SN不同的影響（目前offset默認取3）。
3.3 目標RNC的處理策略
目標RNC在一次重定位過程中所要完成的工作是：根據(jù)來自CN的重定位資源分配請求，結(jié)合目標小區(qū)當前資源占用情況，為UE分配無線資源，如果資源分配成功，向CN返回成功響應(yīng)。對于SMC模塊，主要完成如下兩步：
（1） 接收Container
從RELOCATION REQUEST消息中的Source RNCto Target RNC Transparent Container IE給目標RNC帶來UE的RRC信息。
在系統(tǒng)內(nèi)重定位的情況下，如果Source RNC-to-Target RNC transparent container IE里面提供了Ciphe-ring Key IE，則目標RNC會選擇一種加密算法并利用此加密密鑰去加密信令數(shù)據(jù)（無論選擇了哪一種算法）；如果提供的是Integrity Protection Key IE，目標RNC將選擇一種完整性算法并利用此密鑰去啟動完整性保護操作（無淪選擇了哪一種算法）。
如果源RNC側(cè)沒有啟用完整性保護，則Source RNCto Target RNC Transparent Container中不會包含Integri-ty protection related information信息，目際RNC將不會啟動完整性保護操作。
目標RNC負責將接收到的Container中和完整性保護有關(guān)的信息保存到本地的SmcCtx中。如果目標RNC不支持該配置，則重定位資源分配失敗。
（2） 發(fā)送Container到SRNC
RELOCATION REQUEST消息中的Source RNC toTarget RNC Transparent Container IE給目標RNC帶來UE的RRC信息，基于這些信息，目標RNC會準備硬切換消息，然后會把準備好的硬切換消息傳回源RNC，由源RNC向UE發(fā)送。
根據(jù)約定，目標RNC不能改變從SRNC收到的完整性保護配置，應(yīng)將該配置填入PHYSICAL CHANNELRECONFIGURATION消息的Integrity protection modeinfo IE中（和UE已有的相同）。
如果發(fā)往目標RNC的容器中RB identity for Han-dover message IE為空，重配置消息經(jīng)過Container傳送到SRNC，SRNC從Container中取出PHYSICAL CHAN- NEL RECONFIGURATION信息，并加上消息類型和In-tegrity check info（在SRNC側(cè)計算）信息，發(fā)送給UE。
如果發(fā)往目標RNC的容器中RB identity for Han-dover message IE非空，則目標RNC在發(fā)給源RNC的Container中填重配置消息前，先用本地的完整性保護配置對重配置消息進行完整性保護，然后發(fā)往源RNC。源RNC收到這條消息后，不做處理，直接透傳給UE。在這種情況下，不需要在發(fā)往目標RNC的Container中對Downlink RRC Message sequence number加偏移量，Downlink RRC HFN也不用依賴Downlink RRC Messagesequence number做特別的處理。
4、結(jié) 語
SMC過程主要包括2種：一種是信令的完整性保護；另外一種是用戶數(shù)據(jù)的加密。由于空中接口的特性所限，信令完整性保護顯得非常重要，尤其在重定位過程中更是尤為關(guān)鍵。但目前對于信令完整性的實現(xiàn)還未在各廠商中達成一致，影響了互連互通性。希望通過對SMC的研究和分析提高對接中的一致性最終實現(xiàn)設(shè)備的互連互通。
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