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[16942] 2021-06-23_基于free5gc+UERANSIM5G模拟环境的5G_AKA协议解析

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2021-06-23_基于free5gc+UERANSIM5G模拟环境的5G_AKA协议解析 基 于 f r e e 5 g c + U E R A N S I M   5 G 模 拟 环 境 的 5 G _ A K A 协 议 解 析 中 兴 沉 烽 实 验 室   F r e e B u f   2 0 2 1 - 0 6 - 2 3 前 言 前 言 U E 和 核 心 网 是 双 向 认 证 的 过 程 ， U E 认 证 的 核 心 网 即 M A C 与 X M A C 之 间 的 比 对 ， 核 心 网 认 证 U E 核 心 即   R E S 与 X R E S 之 间 的 比 对 ， 以 此 为 线 索 ， 利 用 f r e e 5 g c + U E R A N S I M 模 拟 5 G 网 络 环 境 ， 抓 包 分 析 了 5 G _ A K A 了 协 议 的 协 商 过 程 。 0 x 0 1   5 G   A K A 协 议 核 心 原 理 协 议 核 心 原 理 参 考 T S 3 3 . 5 0 1 、 T S 3 3 . 1 0 2   5 G   A K A 认 证 协 议 核 心 是 基 于 鉴 权 向 量 A V 的 产 生 与 传 输 、 M A C 的 验 证 、 R E S 的 认 证 ， 其 核 心 简 要 概 括 如 下 ： 0 x 0 1 1   核 心 网 核 心 网   A V 的 产 生 ： 的 产 生 ： 至 于 F 1 - F 5 算 法 通 常 采 用 M i l e n a g e 算 法 。 计 算 消 息 认 证 码 ( M A C ) ： M A C   =   F 1 K ( S Q N   | |   R A N D   | |   A M F ) ； 计 算 期 望 的 认 证 应 答 ( X R E S ) ： X R E S   =   F 2 K   ( R A N D ) ； 网 络 认 证 令 牌 ( A U T N ) ： A U T N   =   ( S Q N ⊕ A K   ) | |   A M F   | |   M A C ； A V ： A V = R A N D | | X R E S | | C K | | I K | | A U T N ； 核 心 网 发 起 认 证 时 将 A V 传 递 到   U E 。 0 x 0 1 2   U E   对 于 核 心 网 对 于 核 心 网 A V 的 认 证 的 认 证 消 息 序 列 号 ( S Q N ) : ( S Q N ⊕ A K   ) ⊕ A K 预 期 的 计 算 消 息 认 证 码 （ X M A C ） ： F 1 K ( S Q N   | |   R A N D   | |   A M F ) ； U E 认 证 的 核 心 网 即 认 证 的 核 心 网 即 M A C 与 与 X M A C 之 间 的 比 对 。 之 间 的 比 对 。 0 x 0 1 3   核 心 网 对 于 核 心 网 对 于 U E   R E S 的 认 证 的 认 证 如 0 x 0 1   所 示 ， 核 心 网 在 生 成 A V 的 同 时 会 记 录 X R E S ， U E 认 证 M A C 的 同 时 会 将 R E S 返 回 核 心 网 进 行 认 证 。
核 心 网 认 证 核 心 网 认 证 U E 核 心 即 核 心 即   R E S 与 与 X R E S 之 间 的 比 对 。 之 间 的 比 对 。 0 x 0 1 4   认 证 模 型 中 认 证 模 型 中 K 是 如 何 来 的 ？ 是 如 何 来 的 ？ 如 下 图 所 示 ， 5 G   各 网 元 密 钥 采 用 层 次 化 的 派 生 体 系 ： 每 一 个 层 级 的 密 钥 都 有 对 应 的 K D F 密 钥 导 出 函 数 进 行 推 导 ， 如 K - > K a u s f   的 推 导 ， K a u s f - > K s e a f   的 推 导 ， 具 体 参 见 《 T S   3 3 . 5 0 1   5 G   系 统 安 全 架 构 和 过 程 》 的   F i g u r e   6 . 2 . 2 - 1 ： 网 络 节 点 的 5 G 密 钥 分 发 和 密 钥 导 出 方 案   。 至 于 U E   与 核 心 网 双 向 认 证 的 模 型 中 的 K ， 应 该 就 是 本 密 钥 层 次 模 型 中 的 顶 层 P e r m a n e n t K e y 。 0 x 0 2   f r e e 5 g c + U E R A N S I M   模 拟 环 境 简 述 模 拟 环 境 简 述 使 用 a r p 、 i f c o n f i g 、 d o c k e r   i n s p e c t 及 网 桥 b r c t l   相 关 命 令 ， 收 集 容 器 I P 及 M a c 地 址 相 关 信 息 ， 可 以 梳 理 出 U E R A N S I M + f r e e 5 g c 模 拟 环 境 组 网 ， 如 下 图 所 示 ： 如 上 图 所 示 ： 环 境 基 于 u b u n t u   2 0 . 0 4   V M w a r e 虚 机 部 署 ， 5 g c 网 元 分 别 部 署 在 虚 机 的 d o c k e r 容 器 中 。 5 g c 各 模 拟 网 元 模 拟 R A N   通 过 虚 拟 网 桥 进 行 数 据 交 换 。 物 理 机 上 的 V M w a r e   虚 拟 网 卡 作 为 D N ( 互 联 网 节 点 ) 通 过 虚 拟 网 桥 与 容 器 中 的 U P F 对 接 。 0 x 0 3   5 G _ A K A 协 议 过 程 解 析 ： 协 议 过 程 解 析 ： 参 照   3 G P P   T S 3 3 . 5 0 1   5 G 支 持 两 种 U E 和 5 G C 双 向 认 证 方 式 :   5 G   A K A   及   E A P   A K A 。 f r e e 5 g c 项 目 默 认 使 用 的 是 5 G   A K A ， 其 协 议 流 程 如 下 图 所 示 ：
下 文 将 基 于 U E R A N S I M + f r e e 5 g c   模 拟 环 境 的 报 文 、 项 目 代 码 、 协 议 标 准 三 位 一 体 的 对 该 协 议 过 程 进 行 分 析 。 这 也 是 学 习 网 络 协 议 和 知 识 的 普 适 有 效 的 手 段 。 0 x 0 3 1 . U D M : 认 证 向 量 认 证 向 量 A V 的 产 生 与 传 输 的 产 生 与 传 输 0 x 0 3 1 1   协 议 流 程 的 位 置 ： 协 议 流 程 的 位 置 ： 对 应 协 议 流 程 图 s t e p   1 , s e t p   2 0 x 0 3 1 2   报 文 捕 获 ： 报 文 捕 获 ： w i r e s h a r k   在 网 桥 与   u d m 容 器   相 连 的 接 口 （ v e t h … … ） 进 行 抓 包 ， 可 以 看 到 u d m 发 送 给 a u s f 的   N u d m _ U E A u t h e n t i c a t i o n _ G e t   R e s p o n s e 报 文 如 下 图 所 示 : 这 个 消 息 披 露 了 核 心 网 对 于 U E 的 认 证 协 议 为 5 G _ A K A ， 并 携 带 了 关 键 的 a u t h e n t i c a t i o n V e c t o r ( A V ) 鉴 权 向 量 信 息 。 那 么 鉴 权 向 量 如 何 而 来 ， 请 继 续 往 下 看 。 0 x 0 3 1 3   协 议 原 理 ： 协 议 原 理 ： 标 准 的 5 G _ A K A 协 议 ， l   A V ： A V = R A N D | | X R E S | | C K | | I K | | A U T N 。 参 见   0 x 0 1   章 节 0 x 0 3 1 4   代 码 实 现 ： 代 码 实 现 ： A V 向 量 相 关 的 代 码 实 现 ， 重 点 关 注   f r e e 5 g c   u d m 项 目   u d m p r o d u c e r g e n e r a t e _ a u t h _ d a t a . g o   中 中   G e n e r a t e A u t h D a t a P r o c e d u r e   函 数 函 数 的 实 现 。 参 见 如 下 代 码 片 段 ， 这 些 A V 相 关 的 实 现 过 程 ， 基 本 和 协 议 是 匹 配 的 ： / / 根 据 U E 初 始 时 发 送 过 来 的 s u i ， 解 密 拿 到 s u p i 。 基 于 s u p i 和 签 约 数 据 选 择 鉴 权 认 证 方 法 ， 这 里 是 5 G _ A K A         s u p i ,   e r r   : =   s u c i . T o S u p i ( s u p i O r S u c i ,   u d m _ c o n t e x t . U D M _ S e l f ( ) . G e t U d m P r o f i l e A H N P r i v a t e K e y ( ) ) / / 以 s u p i 为 关 键 索 引 ， 拿 到 a u t h S u b s   认 证 对 象 。 a u t h S u b s ,   r e s ,   e r r   : =   c l i e n t . A u t h e n t i c a t i o n D a t a D o c u m e n t A p i . Q u e r y A u t h S u b s D a t a ( c o n t e x t . B a c k g r o u n d ( ) ,   s u p i ,   n i l ) / / 从 a u t h S u b s 认 证 对 象 中 ， 拿 出 s q n s q n S t r   : =   s t r i c t H e x ( a u t h S u b s . S e q u e n c e N u m b e r ,   1 2 ) / / 随 后 对 s q n 做 一 些 保 序 的 操 作 . . . . . . / / 生 成 R A N D   参 数 R A N D   : =   m a k e ( [ ] b y t e ,   1 6 ) _ ,   e r r   =   c r y p t o R a n d . R e a d ( R A N D ) / / 生 成 A M F 参 数 A M F ,   e r r   : =   h e x . D e c o d e S t r i n g ( " 8 0 0 0 " )
0 x 0 3 2   A U S F :   H X R E S 计 算 与 传 输 计 算 与 传 输 0 x 0 3 2 1   协 议 流 程 的 位 置 ： 协 议 流 程 的 位 置 ： 对 应 协 议 流 程 s t e p 3 , s t e p 4   , s t e p 5 0 x 0 3 2 1 1   报 文 捕 获 ： w i r e s h a r k   在 网 桥 与   a u s f 容 器   相 连 的 接 口 （ v e t h … . . ） 进 行 抓 包 ， 可 以 看 到 a u s f 发 送 给 a m f 的   N a u s f _ U E A u t h e n t i c a t i o n _ A u t h e n t i c a t e   R e s p o n s e   报 文 如 下 图 所 示 : / / 从 a u t h S u b s 认 证 对 象 中 ， 拿 出 o p c 参 数 , a u t h S u b s 对 象 的 设 计 先 不 展 开 描 述 。 o p c S t r   =   a u t h S u b s . O p c . O p c V a l u e / / 取 出 P e r m a n e n t K e y ， 在 5 G   秘 钥 体 系 中 U E 和 核 心 网 会 预 共 享 P e r m a n e n t K e y ， 其 他 秘 钥 通 过 P e r m a n e n t K e y 派 生 。 k S t r   =   a u t h S u b s . P e r m a n e n t K e y . P e r m a n e n t K e y V a l u e k ,   e r r   =   h e x . D e c o d e S t r i n g ( k S t r ) / / 计 算 摘 要 ， 摘 要 是 U E 认 证 核 心 网 的 关 键 。 e r r   =   m i l e n a g e . F 1 ( o p c ,   k ,   R A N D ,   s q n ,   A M F ,   m a c A ,   m a c S ) i f   e r r   ! =   n i l   {         l o g g e r . U e a u L o g . E r r o r l n ( " m i l e n a g e   F 1   e r r   " ,   e r r ) } / /   计 算   R E S ,   C K ,   I K ,   A K ,   A K s t a r / /   R E S   = =   X R E S   ( e x p e c t e d   R E S )   f o r   s e r v e r e r r   =   m i l e n a g e . F 2 3 4 5 ( o p c ,   k ,   R A N D ,   R E S ,   C K ,   I K ,   A K ,   A K s t a r ) i f   e r r   ! =   n i l   {         l o g g e r . U e a u L o g . E r r o r l n ( " m i l e n a g e   F 2 3 4 5   e r r   " ,   e r r ) } / / 计 算 A U T H 载 荷 S Q N x o r A K   : =   m a k e ( [ ] b y t e ,   6 ) f o r   i   : =   0 ;   i   <   l e n ( s q n ) ;   i + +   {         S Q N x o r A K [ i ]   =   s q n [ i ]   ^   A K [ i ] } A U T N   : =   a p p e n d ( a p p e n d ( S Q N x o r A K ,   A M F . . . ) ,   m a c A . . . ) / / A V 向 量 封 装 与 填 充 处 理 / /   计 算   X R E S * k e y   : =   a p p e n d ( C K ,   I K . . . ) F C   : =   U e a u C o m m o n . F C _ F O R _ R E S _ S T A R _ X R E S _ S T A R _ D E R I V A T I O N P 0   : =   [ ] b y t e ( a u t h I n f o R e q u e s t . S e r v i n g N e t w o r k N a m e ) P 1   : =   R A N D P 2   : =   R E S k d f V a l F o r X r e s S t a r   : =   U e a u C o m m o n . G e t K D F V a l u e ( k e y ,   F C ,   P 0 ,   U e a u C o m m o n . K D F L e n ( P 0 ) ,   P 1 ,   U e a u C o m m o n . K D F L e n ( P 1 ) ,   P 2 ,   U e a u C o m m o n . K D F L e n ( P 2 ) ) x r e s S t a r   : =   k d f V a l F o r X r e s S t a r [ l e n ( k d f V a l F o r X r e s S t a r ) / 2 : ] / /   计 算   K a u s f F C   =   U e a u C o m m o n . F C _ F O R _ K A U S F _ D E R I V A T I O N P 0   =   [ ] b y t e ( a u t h I n f o R e q u e s t . S e r v i n g N e t w o r k N a m e ) P 1   =   S Q N x o r A K k d f V a l F o r K a u s f   : =   U e a u C o m m o n . G e t K D F V a l u e ( k e y ,   F C ,   P 0 ,   U e a u C o m m o n . K D F L e n ( P 0 ) ,   P 1 ,   U e a u C o m m o n . K D F L e n ( P 1 ) ) / / 填 充   r a n d ,   x r e s S t a r ,   a u t n ,   k a u s f a v . R a n d   =   h e x . E n c o d e T o S t r i n g ( R A N D ) a v . X r e s S t a r   =   h e x . E n c o d e T o S t r i n g ( x r e s S t a r ) a v . A u t n   =   h e x . E n c o d e T o S t r i n g ( A U T N ) a v . K a u s f   =   h e x . E n c o d e T o S t r i n g ( k d f V a l F o r K a u s f )
如 上 图 所 示 ， a u s f 存 储   X R E S , 然 后 将 基 于 从 U D M 收 到 的   A V , 根 据 协 议 T S 3 3 . 5 0 1 附 录 A . 5 计 算 H X R E S . 并 通 过 K a u s f 计 算 K s e a f   ； 发 送 新 的 A V ( R A N D , A U T N , H X R E S ) 到 A M F / s e a f . 0 x 0 3 2 1 2   协 议 原 理 ： H X R E S 的 计 算 ： 的 计 算 ： 即 ： 从 u d m 发 送 给 a u s f 的 A V 中 提 取 R A N D 和 X R E S ， 拼 接 后 进 行 S H A - 2 5 6 运 算 求 h a s h . 0 x 0 3 2 1 3   代 码 实 现 ： 重 点 关 注   f r e e 5 g c   a u s f 项 目   a u s f p r o d u c e r u e _ a u t h e n t i c a t i o n . g o   文 件 中 文 件 中 U e A u t h P o s t R e q u e s t P r o c e d u r e   函 数 函 数 ， 其 函 数 关 键 逻 辑 如 下 ： / /   根 于 s u p i 拿 到 a u t h I n f o R e s u l t 。 ( a u t h I n f o R e s u l t 的 定 义 此 处 先 不 展 开 ) a u t h I n f o R e s u l t ,   r s p ,   e r r   : =   c l i e n t . G e n e r a t e A u t h D a t a A p i . G e n e r a t e A u t h D a t a ( c o n t e x t . B a c k g r o u n d ( ) ,   s u p i O r S u c i ,   a u t h I n f o R e q ) / /   通 过 X R E S   计 算 H X R E S ; 通 过 u d m 发 送 给 a u s f 认 证 向 量 A V 中 的 R A N D 和 X R E S 进 行 S H A 2 5 6 计 算 得 到 H X R E S c o n c a t   : =   a u t h I n f o R e s u l t . A u t h e n t i c a t i o n V e c t o r . R a n d   +   a u t h I n f o R e s u l t . A u t h e n t i c a t i o n V e c t o r . X r e s S t a r . . . . . . h x r e s S t a r A l l   : =   s h a 2 5 6 . S u m 2 5 6 ( h x r e s S t a r B y t e s ) h x r e s S t a r   : =   h e x . E n c o d e T o S t r i n g ( h x r e s S t a r A l l [ 1 6 : ] )   / /   l a s t   1 2 8   b i t s / /   通 过 K a u s f 计 算 K s e a f , 将 k u a s f , 0 x 6 c 常 亮 ， 服 务 网 络 P 0 作 为 入 参 ， 计 算 K s e a f 。 / /   同 时 a u s f 将 K s a u f 、 X R E S 和 R A N D 作 为 上 下 文 进 行 保 存 。 K a u s f   : =   a u t h I n f o R e s u l t . A u t h e n t i c a t i o n V e c t o r . K a u s f . . . . . . K s e a f   : =   U e a u C o m m o n . G e t K D F V a l u e ( K a u s f D e c o d e ,   U e a u C o m m o n . F C _ F O R _ K S E A F _ D E R I V A T I O N ,   P 0 ,   U e a u C o m m o n . K D F L e n ( P 0 ) ) a u s f U e C o n t e x t . X r e s S t a r   =   a u t h I n f o R e s u l t . A u t h e n t i c a t i o n V e c t o r . X r e s S t a r a u s f U e C o n t e x t . K a u s f   =   K a u s f a u s f U e C o n t e x t . K s e a f   =   h e x . E n c o d e T o S t r i n g ( K s e a f ) a u s f U e C o n t e x t . R a n d   =   a u t h I n f o R e s u l t . A u t h e n t i c a t i o n V e c t o r . R a n d / / a u s f 发 送 给 a m f 的 A V 中   包 含   R A N D , A U T N , H X R E S ， 除 了 X R E S 变 为 了 H X R E S ， 其 他 并 无 处 理 。 · v a r   a v 5 g A k a   m o d e l s . A v 5 g A k a a v 5 g A k a . R a n d   =   a u t h I n f o R e s u l t . A u t h e n t i c a t i o n V e c t o r . R a n d a v 5 g A k a . A u t n   =   a u t h I n f o R e s u l t . A u t h e n t i c a t i o n V e c t o r . A u t n a v 5 g A k a . H x r e s S t a r   =   h x r e s S t a r r e s p o n s e B o d y . V a r 5 g A u t h D a t a   =   a v 5 g A k a
0 x 0 3 3   S E A F : 向 向 U E 发 送 核 心 网 认 证 请 求 发 送 核 心 网 认 证 请 求 0 x 0 3 3 1   协 议 流 程 的 位 置 ： 对 应 协 议 流 程 s t e p 6 0 x 0 3 3 2   报 文 捕 获 ： w i r e s h a r k   在 网 桥 接 口 （ b r - … … . . ） 进 行 抓 包 ， 可 以 看 到 a m f / s e a f   通 过 N G - A P 信 令 （ N A S 消 息 ） 向 U E 发 送 A u t h e n t i c a t i o n   R e q u e s t   消 息   ： 如 上 图 所 示 ， s e a f / a m f   通 过 N A S   消 息 向 U E 侧 发 送   A V , A V 中 包 含 R A N D 和 A U T N 载 荷 。 同 时 还 有 A B B A ( 用 K a m f 秘 钥 推 导 ) 和 n g K S I （ K a m f 秘 钥 标 识 ） 。 0 x 0 3 3 3   协 议 原 理 ： A B B A 的 填 充 的 填 充 A B B A   由 S E A F ( A M F ) 传 递 给 U E , U E 用 A B B A 推 导 K a m f ， 默 认 值 为 0 x 0 0 0 0 x 0 3 3 4   代 码 实 现 ： 报 文 封 装 的 实 现 过 程 ， 参 加 如 下 关 键 函 数 的 关 键 处 理 片 段 ： a m f g m m h a n d l e r . g o   A u t h e n t i c a t i o n P r o c e d u r e   函 数 函 数 ： a m f g m m m e s s a g e s e n d . g o   S e n d A u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t   函 数 函 数 n a s M s g ,   e r r   : =   B u i l d A u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t ( a m f U e ) a m f g m m m e s s a g e b u i l d . g o   B u i l d A u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t   函 数 函 数 r e s p o n s e B o d y . V a r 5 g A u t h D a t a   =   a v 5 g A k a u e . A B B A   =   [ ] u i n t 8 { 0 x 0 0 ,   0 x 0 0 }   / /   配 置 为 协 议 的 默 认 值   0 x 0 0 0 0 g m m _ m e s s a g e . S e n d A u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t ( u e . R a n U e [ a c c e s s T y p e ] ) a u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t . S p a r e H a l f O c t e t A n d N g k s i   =   n a s C o n v e r t . S p a r e H a l f O c t e t A n d N g k s i T o N a s ( u e . N g K s i ) / / 即   A u t h e n t i c a t i o n P r o c e d u r e   定 义 的   [ ] u i n t 8 { 0 x 0 0 ,   0 x 0 0 } a u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t . A B B A . S e t A B B A C o n t e n t s ( u e . A B B A )   . . . . . . r a n d ,   e r r   : =   h e x . D e c o d e S t r i n g ( a v 5 g A k a . R a n d ) / / 这 个 地 方 做 了 两 次 赋 值 ， 实 际 上 R A N D 延 续 了 a u s f 带 过 来 的 值 a u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t . A u t h e n t i c a t i o n P a r a m e t e r R A N D   = n a s T y p e . N e w A u t h e n t i c a t i o n P a r a m e t e r R A N D ( n a s M e s s a g e . A u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t A u t h e n t i c a t i o n P a r a m e t e r R A N D T y p e ) c o p y ( t m p A r r a y [ : ] ,   r a n d [ 0 : 1 6 ] ) a u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t . A u t h e n t i c a t i o n P a r a m e t e r R A N D . S e t R A N D V a l u e ( t m p A r r a y ) . . . . . . a u t n ,   e r r   : =   h e x . D e c o d e S t r i n g ( a v 5 g A k a . A u t n ) / / 这 个 地 方 做 了 两 次 赋 值 ， 实 际 上 A U T N 延 续 了 a u s f 带 过 来 的 值 a u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t . A u t h e n t i c a t i o n P a r a m e t e r A U T N   = n a s T y p e . N e w A u t h e n t i c a t i o n P a r a m e t e r A U T N ( n a s M e s s a g e . A u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t A u t h e n t i c a t i o n P a r a m e t e r A U T N y p e ) a u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t . A u t h e n t i c a t i o n P a r a m e t e r A U T N . S e t L e n ( u i n t 8 ( l e n ( a u t n ) ) ) c o p y ( t m p A r r a y [ : ] ,   a u t n [ 0 : 1 6 ] ) a u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t . A u t h e n t i c a t i o n P a r a m e t e r A U T N . S e t A U T N ( t m p A r r a y )
0 x 0 3 4   U E : U E 认 证 核 心 网 认 证 核 心 网 0 x 0 3 4 1   协 议 流 程 的 位 置 ： 对 应 协 议 流 程 s t e p 7 , 8 0 x 0 3 4 2   报 文 捕 获 ： 由 于 在 编 写 本 文 时 g N B 和 U E 之 间 的 空 口 部 分 ， U E R A M S I M 项 目 实 际 上 还 未 对 外 呈 现 ， 咱 无 法 抓 包 分 析 ， 下 图 是 用 w i r e s h a r k   在 网 桥 接 口 （ b r - … … . . ） 抓 到 U E 的 认 证 响 应 报 文 ： 如 上 图 ， U E 认 证 核 心 网 成 功 返 回 R E S 载 荷 给 A M F 0 x 0 3 4 3   协 议 原 理 ： U E 验 证 核 心 网 的 主 要 就 是 验 证 A U T H 载 荷 中 的 M A C 。 U E 通 过 预 共 享 的 P e r m a n e n t K e y 、 相 同 R A N D 和 S Q N 参 数 ， 相 同 的 M i l e n a g e 函 数 （ f 1 - f 5 ) ， 计 算 出 的 X M A C 摘 要 就 应 该 和 M A C 相 同 。 参 见 0 x 0 2 章 节 0 x 0 3 4 4   代 码 实 现 ： U E 验 证 过 程 重 点 关 注 ： U E R A N S I M s r c a u t h . c p p 文 件 的 文 件 的 N a s M m : : r e c e i v e A u t h e n t i c a t i o n R e q u e s t 5 g A k a 函 数 函 数 其 主 要 逻 辑 片 段 如 下 ： 0 x 0 3 5   S E A F :   验 证 验 证 H R E S   ， 并 向 ， 并 向 A U S F 发 送 发 送 U E 认 证 请 求 认 证 请 求 0 x 0 3 5 1   协 议 流 程 的 位 置 ： 对 应 协 议 流 程 s t e p 9 , s t e p 1 0 0 x 0 3 5 2   报 文 捕 获 ： w i r e s h a r k   在 网 桥 与   a u s f 容 器   相 连 的 接 口 （ v e t h … … . ） 进 行 抓 包 ， 可 以 看 到 s e a f / a m f 发 送 给 a u s f 的   N a u s f _ U E A u t h e n t i c a t i o n _ A u t h e n t i c a t e   R e q u e s t 报 文 如 下 图 所 示 : / / 提 取 r a n d   和 a u t n 载 荷 a u t o   & r a n d   =   m s g . a u t h P a r a m R A N D - > v a l u e ; a u t o   & a u t n   =   m s g . a u t h P a r a m A U T N - > v a l u e ; . . . . . . / / 传 递 u s i m 卡 对 象 ( P e r m a n e n t K e y 应 该 存 储 在 u s i m 对 象 中 ) ， 和 R A N D   实 例 化 m i l e n a g e 对 象 a u t o   m i l e n a g e   =   c a l c u l a t e M i l e n a g e ( m _ u s i m - > m _ s q n ,   r a n d ) ; . . . . . . . / / 实 例 化 m i l e n a g e 对 象 同 时 ， 计 算 了 A K 、 X M A C 、 r e s . . . . . m i l e n a g e   f 1 - f 5 的 调 用 应 该 在 m i l e n a g e 对 象 实 例 化 时 已 经 完 成 。 a u t o   & r e s   =   m i l e n a g e . r e s ; a u t o   & m i l e n a g e A k   =   m i l e n a g e . a k ; a u t o   & m i l e n a g e M a c   =   m i l e n a g e . m a c _ a ; . . . . . . . . / / 将 A K   ,   X M A C   及 a u t n   载 荷 （ 包 含 M A C ） , 传 递 给 v a l i d a t e A u t n 函 数 进 行 验 证 。 a u t o   a u t n C h e c k   =   v a l i d a t e A u t n ( m i l e n a g e A k ,   m i l e n a g e M a c ,   a u t n ) ;
如 上 图 所 示 ， S E A F 在 验 证 完 U E 的 H R E S 之 后 ， 向 A U S F 发 送 U E 认 证 请 求 , 有 效 载 荷 至 少 包 括 U E _ I D : s u p i O r s u c i 、 网 络 服 务 名 。 0 x 0 3 5 3   协 议 原 理 ： 3 G P P   T S 3 3 . 5 0 1   附 录   A . 5   ， 同 本 文   2 . 3 . 2 章 节 0 x 0 3 5 4   代 码 实 现   : U E   R E S 认 证 过 程 参 见 ： a m f g m m h a n d l e r . g o   文 件 的 文 件 的   H a n d l e A u t h e n t i c a t i o n R e s p o n s e 关 键 代 码 片 段 ： 0 x 0 3 6   A U S F : 核 心 网 认 证 核 心 网 认 证 U E （ 验 证 （ 验 证 R E S ） ）   ， 并 向 ， 并 向 S E A F 发 送 证 请 求 响 应 发 送 证 请 求 响 应 0 x 0 3 6 1   协 议 流 程 的 位 置 ： 对 应 协 议 流 程 s t e p 1 1 , s t e p 1 2 0 x 0 3 6 2   报 文 捕 获 ： w i r e s h a r k   在 网 桥 与   a u s f 容 器   相 连 的 接 口 （ v e t h … … . . ） 进 行 抓 包 ， 可 以 看 到 s e a f / a m f 发 送 给 a u s f 的   N a u s f _ U E A u t h e n t i c a t i o n _ A u t h e n t i c a t e   R e s p o n s e 报 文 如 下 图 所 示 : A U S F 认 证 U E 成 功 后 ， 将 返 回 ” 2 0 1   C r e a t e d ” ,   表 示 为 注 册 U E 创 建 资 源 。 资 源 U R I   采 用 l o c a t i o n 载 荷 传 输 。 0 x 0 3 6 3   协 议 原 理 ： 参 照   3 G P P   T S 3 3 . 5 0 1   6 . 1 . 3 . 2 . 0 的 描 述 ： r e s S t a r   : =   a u t h e n t i c a t i o n R e s p o n s e . A u t h e n t i c a t i o n R e s p o n s e P a r a m e t e r . G e t R E S ( ) / /   C a l c u l a t e   H R E S *   ( T S   3 3 . 5 0 1   A n n e x   A . 5 ) / /   根 据 U E   发 送 过 来 的 R E S ， 使 用 s h a 2 5 6 计 算   H R E S   p 0 ,   e r r   : =   h e x . D e c o d e S t r i n g ( a v 5 g A k a . R a n d ) . . . . . . p 1   : =   r e s S t a r [ : ] c o n c a t   : =   a p p e n d ( p 0 ,   p 1 . . . ) h R e s S t a r B y t e s   : =   s h a 2 5 6 . S u m 2 5 6 ( c o n c a t ) h R e s S t a r   : =   h e x . E n c o d e T o S t r i n g ( h R e s S t a r B y t e s [ 1 6 : ] ) / / 比 较 新 计 算 出 来 的 H R E S   和 之 前 A U S F 传 过 来 的 H R E S , 从 而 认 证 U E 的 合 法 性 i f   h R e s S t a r   ! =   a v 5 g A k a . H x r e s S t a r   { u e . G m m L o g . E r r o r f ( " H R E S *   V a l i d a t i o n   F a i l u r e   ( r e c e i v e d :   % s ,   e x p e c t e d :   % s ) " ,   h R e s S t a r ,   a v 5 g A k a . H x r e s S t a r ) . . . . . . / / 认 证 成 功 后 ， 将 向 a u s f   发 送 U E 认 证 请 求 ， 包 含 U E 发 送 过 来 的 R E S r e s p o n s e ,   p r o b l e m D e t a i l s ,   e r r   : =   c o n s u m e r . S e n d A u t h 5 g A k a C o n f i r m R e q u e s t ( u e ,   h e x . E n c o d e T o S t r i n g ( r e s S t a r [ : ] ) )
对 于 本 文 关 注 的 核 心 网 验 证   U E 流 程 来 说 ， 核 心 点 就 是 比 较 R E S   和 预 存 储 的 X R E S ( 在 本 文 2 . 2 节 描 述 ) 0 x 0 3 6 4   代 码 实 现 ： 重 点 关 注   f r e e 5 g c   a u s f 项 目   a u s f p r o d u c e r u e _ a u t h e n t i c a t i o n . g o   文 件 中 文 件 中 A u t h 5 g A k a C o m f i r m R e q u e s t P r o c e d u r e 函 数 函 数 ， 其 函 数 关 键 逻 辑 如 下 ： 0 x 0 4   总 结 总 结 利 用 f r e e 5 G C + U E R A N S I M 的 模 拟 环 境 ， 通 过 抓 包 、 协 议 分 析 、 源 码 分 析 三 位 一 体 才 能 实 现 对 协 议 真 正 的 理 解 ； 有 了 对 于 协 议 和 领 域 知 识 的 深 刻 理 解 才 能 更 进 一 步 的 深 入 研 究 5 G 安 全 。 本 文 拿 5 G _ A K A 协 议 作 为 案 例 ， 关 注 认 证 相 关 细 节 。 望 各 位 读 者 举 一 反 三 ， 在 5 G 安 全 研 究 道 路 上 共 同 进 步 。 精 彩 推 荐 精 彩 推 荐 a u s f C u r r e n t C o n t e x t   : =   a u s f _ c o n t e x t . G e t A u s f U e C o n t e x t ( c u r r e n t S u p i ) s e r v i n g N e t w o r k N a m e   : =   a u s f C u r r e n t C o n t e x t . S e r v i n g N e t w o r k N a m e / /   C o m p a r e   t h e   r e c e i v e d   R E S *   w i t h   t h e   s t o r e d   X R E S * / / 比 较 从 s e a f 发 送 过 来 的 R E S , 预 存 储 在 上 线 文 信 息 中 的 X R E S , 来 验 证 U E 的 合 法 性 ： l o g g e r . A u t h 5 g A k a C o m f i r m L o g . I n f o f ( " r e s * :   % x n X r e s * :   % x n " ,   u p d a t e C o n f i r m a t i o n D a t a . R e s S t a r ,   a u s f C u r r e n t C o n t e x t . X r e s S t a r ) i f   s t r i n g s . C o m p a r e ( u p d a t e C o n f i r m a t i o n D a t a . R e s S t a r , a u s f C u r r e n t C o n t e x t . X r e s S t a r )   = =   0   {               / / 2 0 1   C r e a t e d 状 态         a u s f C u r r e n t C o n t e x t . A u t h S t a t u s   =   m o d e l s . A u t h R e s u l t _ S U C C E S S             r e s p o n s e B o d y . A u t h R e s u l t   =   m o d e l s . A u t h R e s u l t _ S U C C E S S         s u c c e s s   =   t r u e         l o g g e r . A u t h 5 g A k a C o m f i r m L o g . I n f o l n ( " 5 G   A K A   c o n f i r m a t i o n   s u c c e e d e d " )
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