LTE认证过程和空口解密流程 - 通信人家园

参与认证和密钥协商的有三个主体：UE、MME 和 HSS。UE 与 HSS 之间有共享密钥 K；在认证过程中，会产生认证向量 AV(Authentication Vector)。AV 由 RAND、XRES（Expected Response，预期响应）、KASME和 AUTN（Authentication Token，认证令牌）四个参数组成。其中 RAND 是随机数，由 HSS产生；XRES 是 MME 预期会收到的 UE 响应信息；KASME是用于计算后继通信所用密钥的基础密钥，由 K 通过密钥生成函数 f3、f4 和 KDF 生成；KSIASME是KASME的密钥标识。为了抵御重放攻击，UE 和 HSS 都各自维持一个序列号计数器 SQN。其中 HSS 维持的是SQNHSS负责为每一个生成的 AV 产生一个新的序列号 SQN。UE 维持的是SQNUE用于保存已接收 AV 中的最大 SQN 值。 EPS-AKA 的具体认证流程如图1所示。

3）HSS 收到认证请求后，在自己的数据库中查找 IMSI 与 SNID，验证这 2 个实体的合法性。验证通过，则生成认证向量组 AV（1,…,n），并作为认证数据应答，发回给 MME。生成认证向量组 AV(1,…,n)的参数算法如图2所示。

4）MME 收到应答后，存储 AV（1,…,n），再从中选择一个 AV(i)，提取出 RAND(i)、AUTN(i)、KASME(i)等数据，同时为 KASME(i)分配一个密钥标识KSIASME(i)。向 UE 发送用户认证请求；

5）UE 收到认证请求后，通过提取和计算 AUTN(i)中的 MAC 等信息，计算XMAC，比较 XMAC 和 MAC 是否相等，同时检验序列号 SQN 是否在正常的范围内，以此来认证所接入的网络。具体的参数计算方法如下图，如果认证通过，则计算 RES(i)与 KASME (i)，并将 RES(i)传输给 MME；

7）在双向认证都完成后，MME 与 UE 将KASME(i)作为基础密钥，根据约定的算法推演出加密密钥CK与完整性保护密钥IK，随后进行保密通信。至此，EPS-AKA认证方案结束。

结论：解密的过程并不需要知道K、CK、IK值，它们只参与认证的过程，而不参与后续过程，认证以后的传输过程都是以KASME作为根密钥，也就是说，我们只需要抓取并分析出KASME的值，就可以对后续通信过程进行解密。

LET系统采用的是分层密钥结构，在获取KASME之后即可作为根密钥为NAS（非接入层）提供数据完整性加密和数据安全性加密，同时也可根据KASME为AS（接入层）提供相应的数据完整性加密和数据安全性加密，由此可见LTE的AKA鉴权过程是解密过程中的关键点。