5G移動通信網絡安全問題分析

丁蘇若涵 朱培佩

摘? 要：在網絡社會發展的推動下，為了構建萬物互聯的模板，產生了5G移動通信網絡。LTE等第四代移動通信網絡經過規模化商用，成為比較成熟的通信網絡，而針對5G網絡的研究已經成為當前關注的焦點。5G移動通信網絡的連接可靠性較高，峰值速率較高，在用戶密集區域能夠支持快速連接，并且能夠提供優質服務，使用戶的訪問體驗得到明顯改善，實現泛在網絡互聯互通。新一代移動通信網絡具有較多的優點，同時，也將伴隨較多的網絡安全問題。5G移動通信網絡采用新的設計架構，借助新技術完成對新的通信相關業務的承載工作。新技術與業務的增加，使得網絡安全需要應對新挑戰。本文在5G移動通信網絡的基本概念和關鍵技術特點的基礎上，對5G移動通信網絡商用過程中可能出現的網絡安全問題進行分析，給出了解決5G移動通信網絡安全問題的方案。

關鍵詞：5G;移動通信;關鍵技術;網絡安全;防御技術

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）19-0151-03

Abstract：Driven by the development of network society，in order to realize the template of interconnection of all things，5G mobile communication network has been produced. The fourth generation mobile communication networks，such as LTE，have become mature communication networks through large-scale commercial use，and the research on 5G networks has become the focus of current attention. 5G mobile communication network has high connection reliability and peak speed. It can support fast links in user-intensive areas，and provide high-quality services. It can improve users’access experience and realize ubiquitous network interconnection and interoperability. The new generation mobile communication network has many advantages，at the same time，it will also be accompanied by more network security problems. The 5G mobile communication network adopts a new design framework and carries out the new communication related services with the help of new technologies. With the increase of new technologies and services，network security needs to meet new challenges. Based on the basic concepts and key technical characteristics of 5G mobile communication network，this paper analyses the possible network security problems in the commercial process of 5G mobile communication network，and gives a solution to the security problems of 5G mobile communication network.

Keywords：5G;mobile communication;key technology;network security;defense technology

0? 引? 言

人們的生活方式隨著經濟的發展和社會的進步而不斷發生變化，當今的網絡時代，為各個領域的生產生活提供了便捷。4G通信網絡技術全面商用后，其應用領域與范圍不斷擴大。5G移動通信網絡技術在這種環境中產生，并得到快速發展，成為當前通信領域的研究熱點。加大5G移動通信網絡技術的研究力度，掌握關鍵技術，分析并解決技術問題，能夠助力企業贏得更多市場競爭優勢。

隨著網絡基礎設施建設的不斷完善，和網絡應用技術的不斷進步，社會需求也在不斷發展。為了實現萬物互聯，5G移動通信網絡需要全方位智能化，支持多種接入方式，確保終端物聯設備以及移動手持設備能夠正常使用5G移動網絡資源，滿足對現有設備的升級需求。在實現智能化的過程中，需要在架構設計方面不斷創新，逐步實現移動通信網絡技術與大數據、云計算、虛擬現實等現代信息技術的高度融合。智能網絡時代的新變化，使得5G移動通信網絡將迎來無線終端和應用層協議、核心和管理系統的全面演進。在演進過程中，將面臨較多的網絡安全挑戰。這些新的網絡安全需求，主要立足于提升基于數據和語音通信服務的安全性，為了滿足一系列全新的服務需求，需要進一步加強對5G移動通信網絡的研究，使網絡和通信模型更加高效、安全，從而滿足多樣化的需求。

1? 5G移動通信網絡技術及特點

5G移動通信的關鍵技術主要來源于無線技術和網絡技術兩方面。其中，無線技術如：

大規模MIMO技術。在無線通信系統建設過程中，為了提高應用的安全可靠性，采用多天線技術，提升頻譜效率和傳輸速度。在實際應用中，MIMO技術增大了信道容量，在天線容量增加過程中，提升了系統總容量。將MIMO技術應用在通信網絡基站中，支持設置大量天線，實現多個終端客戶使用同一個視頻資源，同時，該技術能夠使空間分辨率得到提升，減少外界的干擾和影響。

多載波技術。5G移動通信網絡支持高速傳輸數據，最高速度達到1GHz。當前，在頻譜效率和抗多徑衰落方面，我國移動通信網絡中OFDM技術的應用優勢比較明顯。在實際應用中，通過發送端在濾波器組實施調制實現多載波技術作用機制，無需固定正交，單獨處理子載波，并對子載波間的干擾進行控制，從而可以有效解決大范圍寬帶頻譜應用能力不足的問題。

全雙工技術。在當前的移動通信網絡中，無線通信網絡信號的發射往往會對信號接收造成干擾，針對通信技術的實際情況，難以實現雙向通信和同頻通信。應用全雙工技術，能夠有效實現雙向實時同頻通信。該技術能夠有效提高頻譜應用的靈活性，避免不必要的資源浪費，從而顯著提高5G移動通信效益和性能。

5G移動通信網絡技術對用戶體驗更加重視，使網絡覆蓋的范圍進一步擴大。在通信網絡技術發展和演進的過程中，4G技術突破了3G技術的速度限制，5G移動通信網絡技術打破了大部分4G技術的范圍限制。對終端用戶的位置不進行限制，無論出于哪里，都能實現對5G移動通信網絡的快速連接，在接入網絡方面使用戶能夠得到更好的體驗。5G通信網絡熱點具有高容量的特點，現行通信網絡情況下，當面臨較大的流量需求時，將大大降低4G網絡的傳輸速率，尤其在人口比較密集的地方，該問題更加突出。5G通信網絡技術產生后，能夠妥善地解決這方面的問題，在容量方面能夠滿足終端用戶的需求。此外，5G通信網絡技術能夠使網絡的延遲降低，具有較高的可靠性和較強的穩定性。與4G相比，5G移動通信網絡技術能夠大大降低功耗，使電池消耗量進一步降低。當今網絡時代，網絡智能終端不再局限于手機智能終端，智能手環、智能手表等智能終端設備同樣可以連接網絡，由于這些設備的特殊性，使得研發人員在智能終端的研發過程中對耗電問題更加重視。5G移動通信網絡技術的端到端性能較好，智能終端設備需要繼續運行部分程序時，設備將不斷向服務器發送信息請求，從而確保信息的實時性連接，當端到端性能較差時，在這種情況下，就會有明顯的下降趨勢，最終導致信息發送和下載的速度延遲。

2? 5G移動網絡的安全問題

5G移動網絡通信技術能夠滿足萬物互聯的需求，在各類場景中能夠實現人、物和網絡的高度融合，但是，在實現網絡與現實空間真正連接的過程中，將伴隨著復雜的安全問題。5G需要確保能夠提供與4G同等的安全性，主要包括用戶和網絡的雙向認證、信令消息的機密性和完整性保護、防IMSI竊取的保護、安全的可視性和可配置性、服務請求的不可否認性、基于USIM卡的密鑰管理、用戶數據的機密性保護以及用戶數據的完整性保護，這些都是基本需求。除此之外，還需要提供基于豐富場景和特殊需求的服務。為了滿足不同需求，需要設計全新的5G網絡架構實現對網絡資源的管理和控制。

Nomadic網絡安全。在5G網絡中，Nomadic網絡具有相對良好的和動態特性，使5G網絡的容災能力較強。可以通過基站對Nomadic網絡進行管理，并通過BS完成注冊和退出。由于Nomadic網絡的兼容性與動態性，在其他網域中移動時可能遭受控制，受到威脅的Nomadic網絡，進入網絡域之后，將會形成破壞。如何防止Nomadic網絡被非法控制與攻擊，對Nomadic網絡是否被攻陷進行探測，確保Nomadic網絡連接的穩定性，是需要面對的安全問題。

信道租用引發的安全問題。在METIS 5G中，對3GB以下的信道頻率資源引入租用機制，以提高優良信道利用效率，并降低能耗。在信道租用機制下，使用戶感知空閑信道，并完成授權租用信道認證。實現多用戶使用信道條件下的信道有效隔離是迫切需要解決的安全問題。

3? 5G移動網絡安全解決方案

統一認證技術。基于可擴展認證協議（EAP）框架的認證主要由認證服務器功能（authentication server function，AUSF）支持完成。在解決5G統一認證需求的方案中，EAP認證框架是很好的選擇。EAP是能夠封裝各種認證協議的統一框架，由所封裝的認證協議完成認證，達到認證安全目標，而框架本身并不提供安全功能。

5G接入網安全技術。無線環境具有開放和暴露的特點，整個5G移動網絡的安全都會受到接入網的影響。經過移動網絡迭代演進，顯著提高了無線接入的安全性。在5G移動網絡通信中，更加重視隱私保護、信令安全和用戶面數據的安全，針對這幾個方面的問題，專門設計了相應的保護方案，在實際通信網絡應用中，真正做到隱私數據的安全防護。5G移動網絡采用非對稱加密技術對永久用戶標識的傳遞進行保護，確保隱私安全。運營商在USIM卡中預設歸屬網公鑰等一系列相關的信息，使用戶終端在對永久用戶標識進行加密保護時，能夠使用歸屬網公鑰。

5G網絡可信安全技術。進一步加強對用戶體驗的優化工作，使實際應用中，通信網絡用戶能夠得到滿意的體驗;在商業模式變革中，采取新型的商業模式，網絡將面向大量第三方應用開放，使第三方應用和網絡之間能夠真正互動起來。5G移動通信網絡將提供移動性、會話、QoS和計費等網絡功能接口，開放管理和編排，在這種條件下，第三方服務的提供者能夠獨立實現動態定制網絡，主要包括網絡部署、更新和擴容等網絡編排能力。在5G移動通信網絡基本功能的開放授權過程中，如果出現信任問題，由于第三方能夠獲得網絡操控能力，則會使得惡意第三方能夠對整個5G網絡進行攻擊。5G移動通信提供可信認證技術，以滿足不同情況下的可信安全需求。

5G移動網絡網間安全技術。在現有網間信令傳輸運營模式的基礎上，為了加強信令的安全性，5G移動網絡通過安全邊界保護網關，確保應用層能夠獲得安全保障，在傳輸層沒有啟用安全機制的情況下，為信令敏感信息提供安全保障。

基于標識的切片安全隔離技術。在5G網絡的組件中，網絡切片不可或缺;針對不同的需求和市場情景，網絡切片能夠滿足運營商對網絡的定制，確保能夠提供優質服務。在通信網絡中，存在一系列定制化的通信服務，這些服務的網絡功能組合形成網絡切片。從本質上看，網絡切片技術屬于網絡虛擬化技術，為了對切片進行隔離，需要預先對每個切片進行配置，為每個切片設置一個ID。在切片安全服務器中，存放符合網絡規范條件的切片;用戶設備在附著網絡時需要提供切片ID，附著請求到達歸屬服務器時，采取與該切片ID對應的安全措施，完成安全配置工作，選擇與之對應的安全算法，并創建用戶認證矢量，與切片ID進行綁定，從而實現切片之間的安全隔離。

4? 結? 論

在新一代移動通信網絡基礎設施建設中，為了確保5G移動通信網絡政策運行，網絡的安全技術策略是關鍵要素。由于當前情況下仍然有許多安全問題需要妥善解決，有待進一步加強對5G移動通信網絡的安全研究：隱私保護能力方面，提供差異化的技術措施，對不同的隱私信息進行保護時，根據隱私信息的保護范圍和保護強度，能夠做到支持靈活選擇;有待進一步設計可擴展的5G安全架構，確保網絡通信的靈活性，針對5G應用中各種類型的新興業務，提供新的支持模式;在5G網絡中，針對不同的業務，借助多層次的切片安全，為不同業務提供安全分級服務;進一步加強對密碼算法和認證協議的研究工作，為5G網絡安全提供基礎保障;對新型漏洞檢測方法加大研究力度，有效防止攻擊者惡意利用5G帶來的便利服務。

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作者簡介：丁蘇若涵（1985-），女，漢族，河南開封人，七級職員（主任科員），本科，研究方向：5G和寬帶;朱培佩（1984-），男，漢族，河南周口人，項目管理人員，碩士研究生，研究方向：大數據。