浅析LTE加密算法解决甬台温高铁方卢段高掉线问题.pdf
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浅析
LTE
加密算法解决甬台温高铁方卢段高掉线问题
第
1
页
浅析
LTE
加密算法
解决甬台温高铁方卢
段高掉线问题
台州电信无线维护中心
2020
年
5
月
浅析
LTE
加密算法解决甬台温高铁方卢段高掉线问题
第
2
页
一、
问题描述
............................................................................................................
3
二、
分析过程
............................................................................................................
3
2.1
加密和完整性保护算法
.............................................................................................
4
2.1.1
完整性保护
......................................................................................................4
2.2.2
加密
..................................................................................................................5
2.2.3
加密和完整性保护的关系
..............................................................................7
2.2
算法选择
.....................................................................................................................
7
2.2.1
初始安全上下文建立过程
.............................................................................7
2.2.2
X2
切换过程中算法选择
.............................................................................8
2.2.3
S1
切换过程中的算法选择
..........................................................................8
2.3
流程中的算法交互分析
....................................................................................
9
2.3.1
初始业务接入算法交互分析
.........................................................................9
2.3.2
X2
切换或
eNB
内切换算法交互分析
......................................................10
2.3.3
S1
切换加密算法交互分析
........................................................................12
2.3.4
RRC
重建算法交互分析
............................................................................12
2.4
问题定位
..........................................................................................................
16
2.4.1
联通侧加密算法
........................................................................................16
2.4.2
电信侧加密算法
........................................................................................17
三、
解决措施
..........................................................................................................
17
四、
经验总结
..........................................................................................................
18
浅析
LTE
加密算法解决甬台温高铁方卢段高掉线问题
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浅析
LTE
加密算法解决甬台温高铁方卢段高掉线问题
台州电信无线维护中心
翁礼强
【摘要】
3GPP
根据
3G
和
LTE
网络的安全需求，针对
LTE
通信系统提出了
3GPPTS33.102
《安全体系架构》，明确要保护网络访问部分数据的保密性及完整性。并以
KASUMI
加密
算法为基础，提出相应的加密算法的规范。本文通过研究算法原理和
ENB
呼叫
流程，解决了
甬台温高铁方
卢段
高掉线问题。
【关键字】
加密算法
完整性保护
流程分析
掉线
【业务类别】
优化方法、基础维护、参数优化
一、
问题描述
后台监控指标时发现，高铁沿线小区
LF_Z_
三门海游方卢村
_50
，
E_RAB
掉话率较高，
且原因均为重建立失败导致。
7
天
E_RAB
指标
二、
分析过程
对问题（三门海游方卢村村
-50
）小区进行信令跟踪，排查
UE
掉话原因，掉话是发生在
UE
的跨站重建立场景中，源小区向目标小区发送
Handover
Request
请求，收到了目标站点
的准备失败信令
Handover
Preparation
Failure
，然后
UE
回源小区发生上下文释放，从而
引起的
E-RAB
掉话。而准备失败的原因值是
TX2AP_CauseRadioNetwork_Root_encryption_and_or_integrity_protection_algorithms_
not_supported
，即加密和完整保护算法不支持；初步估计由对端加密和完整性保护算法配
置不合理导致。
浅析
LTE
加密算法解决甬台温高铁方卢段高掉线问题
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页
2
.1
加密和完整性保护算法
2
.1.1
完整性保护
参数说明：
UE
与
eNB
之间的
RRC
完整性保护由
PDCP
提供，
PDCP
以下各层不需要完整性保护。
EIA
算法（完整性）的输入参数为：
（
1
）
一个
128bit
的密钥
K
RRCint
；
（
2
）
一个
5bit
的承载
id
BEARER
；
（
3
）
一个
1bit
的传输方向
DIRECTION
；
（
4
）
密钥流长度
LENGTH
；
（
5
）
时间和方向的
32bit
。
特例：
切换过程中的
RRC
层也需要进行
RRC
完整性校验码的生成，用于生成
ShortMAC-I
。
ShortMAC-I
根据
VarShortMAC-Input
作为
MESSAGE
，根据原服务小区的
K
RRCint
作为
KEY
，
COUNT/BEARER/DIRECTION
的
bit
位全部为
1
，计算获得；而
VarShortMAC-Input
由目标小区
cellIdentity
，原服务小区的
PCI
和
c-RNTI
组成。
输入
COUNT
32bit
由
HFN
和
PDCP
SN
组成，共
32bit
BEARER
5bit
取值为
“RB
identity"
-
1
特例：对于
EIA1
算法，输入为
32bit
，高
27bit
填零，低
5bit
为
BEARER
。
DIRECTION
1bit
0—
上行，
1—
下行
MESSAGE
RRC
消息内容，即
PDCP
SDU
。
LENGTH
（
1
）对于
EIA1
和
EIA3
，采用流密码加密方式，
LENGTH
取值为
MESSAGE
的
bit
数；
（
2
）对于
EIA2
，采用块密码加密方式，
LENGTH
取值为
MESSAGE
的字节数。
KEY
128bit
K
RRCint
浅析
LTE
加密算法解决甬台温高铁方卢段高掉线问题
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页
算法
128-bit
algorithms
生成
KEYSTREAM
BLOCK
EIA0
――空算法；
EIA1
――基于
3G
网络的标准算法
sonw3G
；
EIA2
――增强性加密算法
AES
；
EIA3
――祖冲之算法
ZUC
；
输出
MAC-I/
XMAC-I
32bit
2
.2.2
加密
参数说明：
UE
与
eNB
之间的用户面通过
PDCP
协议进行加密。
128bit
EEA
算法（加密）的输入
INPUT
参数为：
（
1
）
一个
128bit
密钥
K
UPenc
；
（
2
）
一个
5bit
承载标识
BEARER
；
（
3
）
1bit
传输方向
DIRECTION
；
（
4
）
密钥流的长度
LENGTH
；
（
5
）
时间以及方向。
输入
COUNT
32bit
由
HFN
和
PDCP
SN
组成，共
32bit
BEARER
5bit
对于信令数据――
“RB
identity"
-
1
对于业务数据――
DRB
identity
-
1
DIRECTION
1bit
0—
上行，
1—
下行
LENGTH
16bit
Keystream
block
长度，在加密算法中，利用
keystream
block
对未
加密的数据的消息字段进行操作。
（
1
）对于
EIA1
和
EIA3
，采用流密码加密方式：
LENGTH
取值为
Keystream
block
的
bit
数；
（
2
）对于
EIA2
，采用块密码加密方式：
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