LTE知识MME的鉴权和加密过程.docx

鉴权流程的目的是由HSS向MME提供EPS鉴权向量(RAND,AUTN,XRES,KASME)，并用来对用户进行鉴权。

1)MME发送AuthenticationDataRequest消息给HSS，消息中需要包含IMSI，网络ID，如MCC+MNC和网络类型，如E-UTRAN
2)HSS收到MME的请求后，使用authenticationresponse消息将鉴权向量发送给MME
3)MME向UE发送UserAuthenticationRequest消息，对用户进行鉴权，消息中包含RAND和AUTN这两个参数
4)UE收到MME发来的请求后，先验证AUTN是否可接受，UE首先通过对比自己计算出来的XMAC和来自网络的MAC（包含在AUTN内）以对网络进行认证，如果不一致，则UE认为这是一个非法的网络。如果一致，然后计算RES值，并通过UserAuthenticationResponse消息发送给MME。MME检查RES和XRES的是否一致，如果一致，则鉴权通过。
EPS鉴权向量由RAND、AUTN、XRES和KASME四元组组成。EPS鉴权向量由MME向HSS请求获取。EPS鉴权四元组：
lRAND（RandomChallenge）：RAND是网络提供给UE的不可预知的随机数，长度为16octets。
lAUTN（AuthenticationToken）：AUTN的作用是提供信息给UE，使UE可以用它来对网络进行鉴权。AUTN的长度为17octets
lXRES（ExpectedResponse）：XRES是期望的UE鉴权响应参数。用于和UE产生的RES(或RES+RES_EXT)进行比较，以决定鉴权是否成功。XRES的长度为4-16octets。
lKASME是根据CK/IK以及ASME（MME）的PLMNID推演得到的一个根密钥。KASME长度32octets。
lASME从HSS中接收顶层密钥，在E-UTRAN接入模式下，MME扮演ASME的角色。
lCK：为加密密钥，CK长度为16octets。
lIK：完整性保护密钥，长度为16octets。
在鉴权过程中，MME向USIM发送RAND和AUTN，USIM可以决定返回RES还是拒绝鉴权。
1.MME发起AUTHREQ消息，携带鉴权相关信息RAND和AUTN；
第一条S1AP_DL_NAS_TRANS

2.UE收到AUTHREQ消息后回复AUTHRES（携带RES参数）。
第一条S1AP_UL_NAS_TRANS

3.MME收到AUTHRES后，触发安全模式流程，否则返回AUTHREJ消息。
EPS的安全架构如下：

EPS安全架构中有相互独立的分层安全：
MME和UE执行NAS（Non-accessstratum，非接入层）信令加密和完整性保护。
eNodeB和UE执行RRC信令加密和完整性保护，UP加密。
E-UTRAN里的密钥层次架构：

密钥的层次架构里包含以下密钥:KeNodeB,KNASint,KNASenc,KUPenc,KRRCint和KRRCenc
-KeNodeB是由UE和MME各自根据KASME计算得到的，可用于派生KRRCint、KRRCenc和KUPenc，发生切换时也可用于派生KeNodeB*。在初始连接建立时，由UE和MME分别从E-UTRAN的顶层密钥中派生出来的。KeNodeB*是由UE和源eNodeB根据目的物理小区号、下行频率、KeNodeB（或新NH）派生出来，并在切换后被UE和目的eNodeB用作新的KeNodeB。NH（NextHop）是用于在UE和eNodeB中派生KeNodeB*。当安全上下文建立时，NH由UE和MME从KeNodeB派生出来；当发生切换时，从上一个NH派生出来。
-NAS信令的密钥:
-KNASint是用于NAS信令完整性保护的密钥,是由UE和MME各自根据双方协商的完整性算保护算法计算得到的.
-KNASenc是用于NAS信令加密的密钥,是由UE和MME各自根据双方协商的加密算法计算得到的.
-用户数据的密钥:
-KUPenc是专门用于加密用户面数据的密钥，由KeNodeB派生出来，存在于UE和eNodeB中。
-RRC信令的密钥:
-KRRCint是用于保护RRC信令完整性的密钥，由KeNodeB派生出来，存在于UE和eNodeB中。
-KRRCenc是用于加密RRC信令的密钥，由KeNodeB派生出来，存在于UE和eNodeB中。
4UE收到SMC消息后：
-根据SMC消息中的SelectedNASsecurityalgorithms信元计算出KnasEnc和KnasInt密钥；
-校验信元UEsecuritycapabilities和KSI是否合法，如果合法，则回复MMESECURITYMO