[发明专利]LTE核心网实时信令监测的非接入层解密方法

摘要

一种LTE核心网实时信令监测的非接入层解密方法，包括从S6a口提取与NAS解密相关的参数并保存，包括认证令牌AUTN、随机访问参数RAND、期望结果参数XRES和根密钥Kasme；通过S1‑MME口S1AP层消息管理用户上下文；通过S1‑MME口NAS层消息提取与NAS解密相关的参数，根据步骤一所得根密钥Kasme计算出解密密钥Knasenc；提取加密消息的密文部分，结合解密相关的参数进行解密。本发明通过关联S6a口与S1‑MME口同一用户的信息，获取一套完整的解密参数用于解密，安全高效。

主权项

一种LTE核心网实时信令监测的非接入层解密方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，从S6a口提取与NAS解密相关的参数并保存，包括认证令牌AUTN、随机访问参数RAND、期望结果参数XRES和根密钥Kasme；步骤一实现如下，捕获S6a口的鉴权信息消息对Authentication Information Request/Answer，解析出多组鉴权向量，每组鉴权向量包括认证令牌AUTN、随机访问参数RAND、期望结果参数XRES和根密钥Kasme；根据所得鉴权向量更新内存数据库，所述内存数据库用于存储AUTN、RAND、XRES与Kasme的对应关系，以每组鉴权向量中的AUTN、RAND和XRES组合作为键，该组鉴权向量中的Kasme作为值；步骤二，通过S1‑MME口S1AP层消息管理用户上下文；步骤二中关于通过S1‑MME口的S1AP层信令管理用户上下文实现如下，S1‑MME口利用MME‑UE‑S1AP‑ID和MME的IP地址为键值建立哈希表1，利用S‑TMSI为键值建立哈希表2，利用IMSI为键值建立哈希表3，三个哈希表中均存储用户上下文指针；动态维护分别以MME‑UE‑S1AP‑ID和S‑TMSI为键的哈希表1和哈希表2的键值，用新的键值替换旧的键值；用户上下文中存储S‑TMSI和IMSI，没有时默认填全1，使三个哈希表建立关联；其中，MME‑UE‑S1AP‑ID为MME侧对UE的标识，MME为移动管理实体，S‑TMSI为临时移动用户识别码，IMSI为国际移动用户识别码；步骤三，通过S1‑MME口NAS层消息提取与NAS解密相关的参数，根据步骤一所得根密钥Kasme计算出解密密钥Knasenc；步骤三提取所得与NAS解密相关的参数存入解密参数数据结构，所述解密参数数据结构中包括解密参数KSI、Kasme、context_sate、cipher_algorithm_type、Knasenc、uplink_nas_sqn、uplink_nas_over_flow、downlink_nas_sqn和downlink_nas_over_flow，KSI为密钥组标识，用于标识根密钥Kasme；context_sate为UE安全上下文的状态，分别用0表示NOT CURRENT，用1标识CURRENT；cipher_algorithm_type为加密和解密所用算法的ID；uplink_nas_sqn、uplink_nas_over_flow、downlink_nas_sqn、downlink_nas_over_flow分别是上下行消息的序列号和溢出值，用于计算上下行COUNT，所述COUNT为消息序列号；步骤三通过S1‑MME口NAS层消息提取与NAS解密相关的参数过程中，包括对附着请求消息Attach Request或跟踪区更新请求Tau Request的处理，对鉴权消息对Authentication Request/Response的处理，对安全模式消息对Security mode Command/Complete的处理，对于S1‑MME口的其它消息的处理；对附着请求消息Attach Request或跟踪区更新请求Tau Request的处理，包括以下步骤，步骤A01，捕获S1‑MME口的附着请求消息Attach Request或跟踪区更新请求Tau Request，提取关键的字段KSI存于用户上下文；步骤A02，确认相应用户上下文中是否存在解密参数数据结构，是则进入步骤A03，否则直接返回，结束过程；步骤A03，判断步骤A01中提取的KSI值是否为无效值，是则清空相应用户的解密参数数据结构，结束过程，否则进入步骤A04；步骤A04，将步骤A01中提取的KSI值与解密参数数据结构中的KSI比较，相等则相应用户的解密参数能够用来解密，结束过程，不相等则直接返回删除相应用户的解密参数数据结构，结束过程；对鉴权消息对Authentication Request/Response的处理，包括以下步骤，步骤B01，捕获S1‑MME口的鉴权请求消息Authentication Request，提取字段AUTN、RAND和KSI，保存于用户上下文中；步骤B02，捕获S1‑MME口的鉴权响应消息Authentication Response，提取字段RES，保存于用户上下文中；步骤B03，以用户上下文中的AUTN、RAND和RES作为键值，在内存数据库中查找对应的根密钥Kasme，找到则进入步骤B04，未找到则返回，结束过程；步骤B04，判断相应用户的解密参数数据结构是否存在，不存在则创建解密参数数据结构，并将各成员初始化为0，否则直接将解密参数数据结构成员初始化为0；步骤B05，将步骤B03中查找到的Kasme更新到相应用户的解密参数数据结构，同时将步骤B01存于用户上下文中的KSI更新到解密参数数据结构；步骤B06，结束过程；对安全模式消息对Security mode Command/Complete的处理，包括以下步骤，步骤C01，捕获S1‑MME口的安全模式命令消息Security mode Command，提取字段KSI、Type of ciphering algorithm、Sequence number，得到关键字段，Type of ciphering algorithm为加密算法类型、Sequence number为序号；捕获S1‑MME口的安全模式完成消息Security mode Complete，提取关键字段Sequence number；步骤C02，确认相应用户的解密参数数据结构存在，且解密参数中的KSI与步骤C01中提取的KSI值相等，若均满足则进入步骤C03，否则直接返回，结束过程；步骤C03，将步骤C01提取的字段更新到解密参数数据结构中，包括将Sequence number赋给对应的uplink_nas_seq或downlink_nas_seq，然后将解密参数中的context_sate置为1，将uplink_nas_over_flow和downlink_nas_over_flow置为0；步骤C04，利用解密参数中的Kasme与Type of ciphering algorithm经过标准算法HMAC‑SHA‑256推导得到解密密钥Knasenc，并存入解密参数数据结构中；步骤C05，结束过程；对于S1‑MME口的其它消息的处理，包括以下步骤，步骤D01，捕获S1‑MME口的其它消息，提取字段Security header type、Sequence number，Security header type为安全头类型；步骤D02，确认相应用户的解密参数数据结构存在，存在则进入步骤D03，否则直接返回，结束过程；步骤D03，当Security header type为2时，表示相应消息是加密消息，将步骤D01提取的字段Sequence number更新到解密参数数据结构，当Sequence number为255即最大值时，将对应的uplink_nas_over_flow或downlink_nas_over_flow溢出计数值加1，然后进入步骤D04；当Security header type为其它值时，是非加密消息，直接返回，结束过程；步骤D04，结束过程；步骤四，提取加密消息的密文部分，结合解密相关的参数进行解密，步骤四实现如下，确认相应用户上下文中的解密参数数据结构存在，且解密参数中context_sate为1；计算COUNT值，包括从解密参数中提取downlink_nas_over_flow和downlink_nas_sqn，得到消息方向对应的计数器NAS_OVERFLOW，根据下式计算出COUNT值，COUNT＝0x00|NAS_OVERFLOW＜＜8|NAS_SQN其中，NAS_SQN是8bit的序列号，最大值为255，NAS_SQN是8bit的序列号，最大值为255，NAS_OVERFLOW是16bit的计数器，每当NAS_SQN达到最大值，则NAS_OVERFLOW加1；提取出加密消息中的密文部分的数据及长度，从解密参数中取得加密算法的类型和解密密钥Knasenc后进行解密。