【5G核心网】 5G安全之AKA验证流程

   在 5G 网络的安全类型：

UE 访问网络服务所需的“网络访问安全性”。 此安全性主要涵盖信令和数据的身份验证，完整性和加密。

域安全性主要涵盖不同网络节点之间的安全通信。 

应用程序域安全性涵盖对等应用程序之间的安全性机制。

有两种不同的身份验证

  服务操作“身份验证”通过向 AUSF 提供以下信息，允许请求者 NF 发起 UE 的身份验证：

- UE id (i.e. SUPI or SUCI)

- Serving Network Name

    AUSF 从 UDM 检索 UE 的签约身份验证方法，并根据 UDM 提供的信息，AUSF 进入以下过程之一： 

- 5G-AKA

- EAP-based authentication'

1. 5G AKA

    在此过程中，NF 服务使用者（AMF）通过向 NF 服务生产者（AUSF）提供与 UE 相关的信息和 Serving Network Name 来请求 UE 的身份验证，AUSF 从 UDM 检索与 UE 有关的数据和身份验证方法。在这种情况下，检索到的身份验证方法是 5G AKA。 然后，NF 服务消费者（AMF）应将从 UE 收到的结果返回给 AUSF：

•  NF 服务使用者（AMF）向 AUSF 发送 POST 请求。 请求 body 应至少包含 UE ID 和服务网络名称。
•  成功后，将返回“ 201 Created”。 response body 应包含所创建资源的表示，而“ Location” header 应包含所创建资源的 URI（例如... / v1 / ue_authentications / {authCtxId}）。 AUSF 生成子资源“ 5g-aka-confirmation”。 每个 UE 的每个服务网络应只有一个子资源“ 5g-aka-confirmation”，由 AuthenticationInfo 中的 supiOrSuci 和 serveNetworkName标 识。 AUSF 必须在 responnse body 中提供指向该子资源的超媒体链接，以指示 AMF在 哪里发送 PUT 进行确认。 
•  如果失败，则应返回表 6.1.7.3-1 中列出的 HTTP 状态代码之一，并在消息正文中包含一个 ProblemDetails结 构，并将“ cause”属性设置为表6.1.7.3-1中列出的应用程序错误之一。如果服务网络未被授权，则 AUSF 应使用 SERVING_NETWORK_NOT_AUTHORIZED “原因”。
•  NF 服务消费者（AMF）推论它应将包含 UE 提供的“ RES *” 的 PUT 请求发送到 AUSF。 NF服务使用者（AMF）还应在RES *中发送包含空值的PUT，以在以下情况下向AUSF指示失败：
  - 如果 UE 不可达，并且 NF 服务消费者（AMF）从未收到 RES *；
  - 在 NF 服务使用者（AMF）中无法比较 HRES * 和 HXRES *；
  - 从 UE 接收到认证失败，例如 synchronization failure 或 MAC failure；

• AFM收到注册请求，如果AMF不存在UE安全上下文，则发起验证流程
• AMF向AUSF发起Nausf_UEAuthentications流程，包括SUCI/SUPI或者服务网络名
• 根据服务网络名，AUSF决定是否AMF有权发送此消息
• AUSF调用Nudm_UEAuthentication_Get，向UDM发送请求，携带SUPI/SUCI
• UDM计算5G HE AV，UDM使用Milenage算法推导 MAC，XRES，CK，IK以及AK

2. 认证和密钥协议

    这里描述的机制通过用户和网络之间的相互认证，密钥 K 在用户 HE 中的 USIM 和 AuC 之间共享并且仅对 USIM 和 AuC 可用。 此外，USIM 和 HE 分别跟踪计数器 SQNMS 和 SQNHE 以支持网络身份验证。 序列号 SQNHE 是每个用户的单独计数器，序列号 SQNMS 表示 USIM 接受的最高序列号。

•      MAC = f1K(SQN || RAND || AMF) 
•      XRES = f2K (RAND)
•      CK = f3K (RAND)
•      IK = f4K (RAND)
•      AK = f5K (RAND)     
•      AUTN = SQN Å AK || AMF || MAC

•     接收到 RAND 和 AUTN， USIM 首先计算匿名密钥 AK = f5K (RAND)，以及检索 SQN = SQN = (SQN Å AK) Å AK
•     USIM 计算 f1K (SQN || RAND || AMF)，比较 MAC 和 在 AUTN 的 MAC，如果不相同，UE 将验证失败消息发送回 VLR / SGSN，并说明原因，然后用户放弃该过程。
•     接下来，USIM 验证接收到的序列号 SQN 在正确范围内。
•     如果 USIM 认为序列号不在正确的范围内，则会将同步失败（包括适当的参数）发送回VLR / SGSN，并放弃该过程。