一个切换认证的5G鉴权协议及其形式化分析

随着移动通信的发展,迎来了第5代移动通信技术(5G). 5G认证与密钥协商(5G authentication and key agreement, 5G-AKA)协议的提出主要是为了实现用户和服务网络的双向鉴权.然而,最近的研究认为其可能会遭受信息破译和消息重放攻击.同时,发现当前5G-AKA的一些变种不能满足协议的无连接性.针对上述缺陷,提出一个改进方案:SM-AKA.
SM-AKA由两个并行子协议组成,通过巧妙的模式切换使更加轻量的子协议(GUTI子模块)被频繁采用,而另一个子协议(SUPI子模块)则主要用于异常发生时的鉴权.依据这种机制,它不仅实现用户和归属网之间的高效认证,还能提升鉴权的稳定性.此外,变量的新鲜性也得到有效维持,可以防止消息的重放,而严格的加解密方式进一步提升协议的安全性.最后,对SM-AKA展开完整的评估,通过形式建模、攻击假定和Tamarin推导,证明该方案可以达到鉴权和隐私目标,而理论分析部分也论证了协议性能上的优势.