IMS安全问题分析

　　3. IMS的接入安全

　　IMS用户终端(UE)接入到IMS核心网需经一系列认证和密钥协商过程，具体而言，UE用户签约信息存储在归属网络的HSS中，且对外部实体保密。当用户发起注册请求时，查询呼叫会话控制功能(I-CSCF)将为请求用户分配一个服务呼叫会话控制功能(S-CSCF)，用户的签约信息将通过Cx接口从HSS下载到S-CSCF中。当用户发起接入IMS请求时，该S-CSCF将通过对请求内容与用户签约信息进行比较，以决定用户是否被允许继续请求。

　　在IMS接入安全中，IPSec封装安全净荷(ESP)将在IP层为UE和P-CSCF间所有SIP信令提供机密性保护，对于呼叫会话控制功能(CSCF)之间和CSCF和HSS之间的加密可以通过安全网关(SEG)来实现。同时，IMS还采用IPSec ESP为UE和P-CSCF间所有SIP信令提供完整性保护，保护IP层的所有SIP信令，以传输模式提供完整性保护机制。

　　在完成注册鉴权之后，UE和P-CSCF之间同时建立两对单向的SA，这些SA由TCP和UDP共享。其中一对用于UE端口为客户端、P-CSCF端口作为服务器端的业务流，另一对用于UE端口为服务器、P-CSCF端口作为客户端的业务流。用两对SA可以允许终端和P-CSCF使用UDP在另一个端口上接收某个请求的响应，而不是使用发送请求的那个端口。同时，终端和P-CSCF之间使用TCP连接，在收到请求的同一个TCP连接上发送响应;而且通过建立SA实现在IMS AKA提供的共享密钥以及指明在保护方法的一系列参数上达成一致。SA的管理涉及到两个数据库，即内部和外部数据库(SPD和SAD)。SPD包含所有入站和出站业务流在主机或安全网关上进行分类的策略。SAD是所有激活SA与相关参数的容器。SPD使用一系列选择器将业务流映射到特定的SA，这些选择器包括IP层和上层(如TCP和UDP)协议的字段值。

　　与此同时，为了保护SIP代理的身份和网络运营商的网络运作内部细节，可通过选择网络隐藏机制来隐藏其网络内部拓扑，归属网络中的所有I-CSCF将共享一个加密和解密密钥。

　　在通用移动通信系统(UMTS)中相互认证机制称为UMTS AKA，在AKA过程中采用双向鉴权以防止未经授权的“非法”用户接入网络，以及未经授权的“非法”网络为用户提供服务。AKA协议是一种挑战响应协议，包含用户鉴权五元参数组的挑战由AUC在归属层发起而发送到服务网络。

    UMTS系统中AKA协议，其相同的概念和原理被IMS系统重用，我们称之为IMS AKA。AKA实现了ISIM和AUC之间的相互认证，并建设了一对加密和完整性密钥。用来认证用户的身份是私有的身份(IMPI)，HSS和ISIM共享一个与IMPI相关联的长期密钥。当网络发起一个包含RAND和AUTN的认证请求时，ISIM对AUTN进行验证，从而对网络本身的真实性进行验证。每个终端也为每一轮认证过程维护一个序列号，如果ISIM检测到超出了序列号码范围之外的认证请求，那么它就放弃该认证并向网络返回一个同步失败消息，其中包含了正确的序列号码。

　　为了响应网络的认证请求，ISIM将密钥应用于随机挑战(RAND)，从而产生一个认证响应(RES)。网络对RES进行验证以认证ISIM。此时，UE和网络已经成功地完成了相互认证，并且生成了一对会话密钥：加密密钥(CK)和完整性密钥(IK)用以两个实体之间通信的安全保护。

　　4. IMS的网络安全

　　在第二代移动通信系统中，由于在核心网中缺乏标准的安全解决方案，使得安全问题尤为突出。虽然在无线接入过程中，移动用户终端和基站之间通常可由加密来保护，但是在核心网时，系统的节点之间却是以明文来传送业务流，这就让攻击者有机可乘，接入到这些媒体的攻击者可以轻而易举对整个通信过程进行窃听。

　　针对2G系统中的安全缺陷，第三代移动通信系统中采用NDS对核心网中的所有IP数据业务流进行保护。可以为通信服务提供保密性、数据完整性、认证和防止重放攻击，同时通过应用在IPSec中的密码安全机制和协议安全机制来解决安全问题。

　　在NDS中有几个重要的概念，它们分别是安全域(Security Domains)、安全网关(SEG)。

　　4.1　安全域

　　NDS中最核心的概念是安全域，安全域是一个由单独的管理机构管理运营的网络。在同一安全域内采用统一的安全策略来管理，因此同一安全域内部的安全等级和安全服务通常是相同的。大多情况下，一个安全域直接对应着一个运营商的核心网，不过，一个运营商也可以运营多个安全域，每个安全域都是该运营商整个核心网络中的一个子集。在NDS/IP中，不同的安全域之间的接口定义为Za接口，同一个安全域内部的不同实体之间的安全接口则定义为Zb接口。其中Za接口为必选接口，Zb接口为可选接口。两种接口主要完成的功能是提供数据的认证和完整性、机密性保护。

　　4.2　安全网关

　　SEG位于IP安全域的边界处，是保护安全域之间的边界。业务流通过一个SEG进入和离开安全域，SEG被用来处理通过Za接口的通信，将业务流通过隧道传送到已定义好的一组其他安全域。这称为轮轴-辐条(hub-and-spoke)模型，它为不同安全域之间提供逐跳的安全保护。SEG负责在不同安全域之间传送业务流时实施安全策略，也可以包括分组过滤或者防火墙等的功能。IMS核心网中的所有业务流都是通过SEG进行传送，每个安全域可以有一个或多个SEG，网络运营商可以设置多个SEG以避免某独立点出现故障或失败。当所保护的IMS业务流跨越不同安全域时，NDS/IP必须提供相应的机密性、数据完整性和认证。

　　4.3　基于IP的网络域安全体系

　　NDS/IP体系结构最基本的思想就是提供上从一跳到下一跳的安全，逐跳的安全也简化了内部和面向其他外部安全域分离的安全策略的操作。

　　在NDS/IP中只有SEG负责与其他安全域中的实体间进行直接通信。两个SEG之间的业务被采用隧道模式下的IPSec ESP安全联盟进行保护，安全网关之间的网络连接通过使用IKE来建立和维护。网络实体(NE)能够面向某个安全网关或相同安全域的其他安全实体，建立维护所需的ESP安全联盟。所有来自不同安全域的网络实体的NDS/IP业务通过安全网关被路由，它将面向最终目标被提供逐跳的安全保护。其网络域安全体系结构如图2所示。

   

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