GPRS网络的鉴权流程

爱卫生

一旦MS需要和网络侧有报文的交互，在获取访问之前需要对MS进行身份认证。

举一个例子，鉴权有可能在下述场景中执行：

- 路由区更新流程；

- GPRS附着或去附着流程；

- GPRS报文传递。

鉴权流程的目的是对试图访问网络的用户身份进行确认，以保证对方使用的正确的SIM卡并带有有效的Ki。鉴权密钥Ki不通过空中接口传递，只存储在MS的SIM和鉴权中心（以下简称AUC，该节点通常和HLR是合并设置的）。鉴权流程是由SGSN发起和控制的。

在MS可以和网络侧交换数据之前，SGSN就将发起针对MS的鉴权流程。首先，SGSN将发送包含用户IMSI的消息给AUC去请求用于鉴权的三参数组。根据SGSN提供的用户IMSI，AUC可以找到相关联的Ki并且能够据此计算出必要的密钥并返回给SGSN。这个鉴权三参数组包括RAND、SRES和Kc，含义如下：

- RAND：是一个随机数，用于确保鉴权三参数组的唯一性。

- SRES(signed response)：可以被认为是该MS的数字签名。

- Kc：是一个加密密钥，用于加密MS和SGSN之间传送的数据。 SRES是通过A3算法产生的，而加密密钥则是通过A8算法生成。这两种算法A3和A8都有相同的输入：Ki和RAND。这两个输入，Ki总是相同的并存储在AUC中，但RAND总是不相同的。

为了鉴权用户，SGSN给MS发送RAND。MS的SIM卡里也支持相同的A3和A8算法，并且也存储了相同的Ki。因此，MS也可以根据收到的RAND、Ki以及算法来计算出SRES和Kc，由于所使用的相关参数和AUC完全相同，则MS侧生成的SRES和Kc也应该和AUC侧生成的SRES和Kc完全相同。MS接下来将生成的SRES返回给SGSN，SGSN将MS生成的SRES和AUC生成的SRES进行对比，如果两者完全相同，则鉴权成功。SGSN将返回给MS一个鉴权成功的确认，否则SGSN将给MS返回一个消息指示鉴权失败。

过程如图所示：

下面三张图分别给出了某实例中SGSN从HLR/AUC获取的鉴权三参数组，SGSN给MS发送的鉴权及加密请求消息以及MS给SGSN发送的鉴权及加密响应消息。

图1 AUC返回的鉴权三参数组

图2 发给MS的鉴权及加密请求消息

图3 MS回的鉴权及加密响应

关于GPRS鉴权过程曾经有两个顾虑，有人认为，所有的这些消息在空中接口传递的时候都是未加密的（因为加密流程是在鉴权流程完成之后进行的），因此有可能RAND和SRES会被黑客在空中接口窃取，并且如果该黑客还能够破解A3算法，则有可能通过以上条件反向获取到用户的Ki，达到仿冒用户身份的目的。但实际上，算法的设计保证了很难从数据结果SRES反向得出输入Ki（128位），这可能需要大量的时间或巨型计算机才能完成。

另一个顾虑就是有人担心如果鉴权流程中，HLR/AUC针对SGSN的请求每次只返回一组鉴权三参数组，将会导致过量的信令消息在HLR/AUC和SGSN之间传递，加重信令网络的负担。但实际上HLR/AUC通常会被配置成一次发送多组鉴权参数给SGSN。SGSN可以将未使用完的鉴权保存在本地，供MS后续的信令流程使用。如图1所示，HLR/AUC在一个消息中给SGSN返回了两组鉴权三数据组（即SGSN可以使用两次，用于MS不同的信令流程）。

Brooke

爱总  我想问下市面上那种手机写号是不是写的 ki  和 emsi  还有手机号啊 ！ 也就是SIM存储的信息 ？

browzor

信令抓包上面的sres前后不对应，是不是那个只是个例子，没有对应关系。

爱卫生

browzor 发表于 2012-9-14 14:54
信令抓包上面的sres前后不对应，是不是那个只是个例子，没有对应关系。

是的。只是个例子。证据就是SGSN发给手机的鉴权请求的RAND值和HLR下发的鉴权参数组中的RAND值都不一样，既然RAND都不一样，那计算结果SRES肯定也不一样。

鱼儿

爱老师，我想请教下，假如一个MS附着到一个新的SGSN的时候，如果identification 流程中未向 old SGSN获取到
IMSI，而进而发起的Identity 流程中返回的又是IMEI而不是IMSI，这个时候没有获取到IMSI那SGSN是如何向HLR去鉴权参数呢？

admin

鱼儿 发表于 2013-4-25 17:00
爱老师，我想请教下，假如一个MS附着到一个新的SGSN的时候，如果identification 流程中未向 old SGSN获取 ...

不会有这种情况出现的。不用担心。Identity 流程一定会得到用户的IMSI。

也就是说如果Old SGSN没有给New SGSN用户的IMSI，那New SGSN一定会通过Identity流程去拿用户的IMSI。手机的SIM卡里有自己的IMSI，所以一定会通过Identity流程告诉new SGSN，从而完成后续的鉴权流程。这个在规范里有明确的说明（TS23.060）。如下：

If the MS is unknown in both the old and new SGSN, the SGSN sends an Identity Request (Identity Type = IMSI) to the MS. The MS responds with Identity Response (IMSI).

鉴权一定要用IMSI，别的不可以。