TD-SCDMA空中接口用户数据的加密功能研究

安全模式控制过程(SMC)是3G标准中应用的一种空中接口安全控制过程。他主要用来在移动通信网络中保证数据的安全性和完整性，核心网(CN)用这个过程通知无线网络控制器(RNC)应该采用的加密模式和完整性保护模式。SMC过程主要包括两种：一种是信令的完整性保护，另外一种是用户数据的加密。下面着重介绍用户数据的加密过程。

    1  重定位用户数据加密功能描述
 
    1．1约定

    重定位时加密功能描述的是服务RNC(SRNC)进行加密，伴随着SRNC重定位的硬切换：用户设备(UE)的测量报告表明硬切换的目标小区属于另外一个RNC，这时无线接入网络(UTRAN)决定执行硬切换，进行SRNC重定位，将UE移交给目标RNC。

    由于不支持Iur接口，所以采用UEinvolved的重定位，通过Iu接口RANAP信令和Uu接口RRC信令来实现。

    基于先考虑简单的基本过程，再逐步完善各种复杂情况的思路，约定如下：

    暂不考虑组合域重定位时的加密实现，对于组合域重定位时加密，视为重定位失败。

    在重定位前，源RNC已经配置加密，如果重定位时尚未配置加密信息，视为不需要进行加密。

    源RNC在重定位发起后，忽略CN发来的SecurityModeCommand消息。

    目标RNC应该接受源RNC指定的加密配置信息，不应该在发往源RNC的Containner中指定新的加密配置。如果目标RNC不支持源RNC侧加密配置，视为重定位失败。

    1．2源RNC的处理策略

    重定位的时候，UTRAN的网络节点之间传递RRC信息的典型方式是RRC信息容器(RRCinformationcontainer)。RelocationRequired消息中IE'Source RNC to Target RNC Transparent Container'内容包括UE当前在空中接口上的所有相关信息。向目标RNC传递这些信息目的是作为目标RNC分配资源的参考。

    源RNC侧SMC模块的主要任务是正确填写Containner中和完整性保护、加密相关的信息。重定位时加密功能主要考虑此容器中的CipheringrelatedinformationIE，以及Integrityprotection related information IE。Ciphering related information说明见表1。

    加密使用Integrityprotectionrelatedinformation IE中的binstring(Implementation specific parameters)来携带源侧与加密相关的信息。

    Implementationspecificparameters共51 2 b，完整性保护占用216 b，加密从217 b开始规划，具体如图1所示。

   加密算法采用16b存放(UEA0～UEAl5)，每次有且仅有一个算法启用，该算法其相应位置1，其余算法相应位都置0。加密占用178b，那么Bitstrm。g占用395b。

    由于源RNC上SRB2还要发送RadioBearerReconfiguration消息，对于源侧SRB2的下行HFN在填充透明容器时进行保护，判断SN+1是否发生翻转，如果发生翻转，则将SRB2的下行HFN+1填入透明容器中。

    1．3目标RNC的处理策略

    对于加密功能目标RNC的处理，主要完成如下两步：

    (1)接收Container

    RelocationRequest消息中IESourceRNC to Target RNC Transparent Container带给目标RNC UE的RRC信息。

    在系统内重定位的情况下，如果SourceRNC-to-TargetRNCtransparent container IE里面提供了Ciphering Key IE，目标RNC会选择使用一种加密算法，并利用此加密密钥去加密信令数据(无论选择了哪一种算法)。而此时Relocation Request消息中Encryption InformationIE里面的Encryption Key IE将一直不会被视为加密信令数据之用。

    忽略RelocationRequest消息中EncryptionInformationIE和Integrity Protection Information IE信息的配置。

    如果源RNC侧没有启用加密，则SourceRNCtoTarget RNC Transparent Container IE中不会包含Ciphering related information信息，目标RNC将不会启动加密操作。如果源RNC侧启用加密，在IE Source RNC to Target RNC Transparent Container中还需要包含Integrity protection related information信息。

    目标RNC负责将接收到的Container中和加密相关信息保存到本地的SMC_CTX中，并发送消息将源侧加密相关信息带给TPSS。如果目标RNC不支持该配置，则重定位资源分配失败。

    (2)发送Container到SRNC

    RelocationRequest消息中的SourceRNCto Target RNC Transparent Container IE给目标RNC带来了UE的RRC信息，基于这些信息，目标RNC会准备硬切换消息(如Radio Bearer Reconfiguration)。然后，目标RNC会把准备好的硬切换消息传回源RNC，由源RNC向UE发送。这条硬切换消息将被填人Relocation Request Acknowledge消息中的Target RNC to Source RNC Transparent Container IE中。

    目标RNC使用Container中的信息组RadioBearerReconfiguration消息，然后发往源RNC，源RNC在收到这条消息后，不做处理，并对RadioBearer Reconfiguration消息进行加密，直接透传给UE。

    在没有完成重定位前，如果源RNC侧或者目标RNC侧出现任何异常，都会导致重定位失败，直接发起RRC连接释放过程。

    1．4重定位加密过程

    重定位过程中的用户数据加密过程如图2所示。

    重定位加密过程处理步骤如下：

    (1)源侧RNC根据测量报告，发起重定位过程；

    (2)源侧MM模块调用SMC模块提供函数，发送CountC_Req消息，向TPSS查询AM／UM／TMCountc，并启定时器。

    如果不需要进行加密，则发送一条RLCCOUNTCREQ消息给DSDU。如果CS域加密，则发送一条RLCCOUNTC_REQ消息，一条MAC_COUNTC_REQ消息给DSDU。如果PS域加密，则发送一条RLCCOUNTCREQ消息给DSDU，一条RLC_COUNTC_REQ消息给

    PSDU。如果定时器超时，则视为重定位失败，调用MM模

    块函数返回RELOCATIONFAILURE。

    (3)源侧收到CountC_Rsp消息后，SMC模块先检查此次重定位过程加密情况是否支持。

    如果不支持该情况，视为重定位失败，调用MM模块函数返回RELOCATIONFAILURE(失败情况：组合域重定位)。否则，填充本地SMC容器信息，调用MM模块函数，填充透明容器信息并发送RelocationRequired消息。

    对于源侧SRB2的下行HFN在填充透明容器时进行保j户，判断SN+1是否发生翻转，如果发生翻转，则将SRB2的下行HFN+1填入透明容器中。

    (4)目标侧RNC收到RelocationRequest消息，检查目标RNC是否支持源侧的加密配置，如果不支持，视为重定位失败。否则，更新SMC_CTX中加密／完整性保护相关信息。

    如果进行加密，向TPSS发送CIPHER_IND消息。对于CS域，发送一条RLC_CIPHER_IND消息，一条MAC_CIPHER_IND消息给DSDU。如果PS域加密，则发送一条RLC_CIPHER_IND消息给DSDU，一条RLC_CIPHER_IND消息给PSDU。

    目标侧对于AM／UM／TM模式的RB，均立即启用加密配置。

    对于目标侧SRB2，采用源侧SRB2的上下行HF较大者加1作为其上下行HFN。

    (5)目标侧发送RELOCATION_REQUEST_ACKNOWLEDGE消息。(6)源侧收到RELOCATIONCOMMAND消息，组织RB重配置消息，进行加密／完整性保护，发送RBRECONFIGURATION消息给UE。

    (7)目标侧收到RB重配置完成消息，发送RLCSTART_IND消息给TPSS，使用RBRECONFIGURA_TIONCOMPLETE消息携带的START值更新新建RB

    的HFN(SRB2除外)。

    (8)目标侧发送RELOCATIONCOMPLETE消息。

    (9)源侧收到Iu_RELEASE_COMMAND消息，发起用户释放过程。

    2  结语

    安全模式控制过程(SMC)一般在通话过程中和重定位中出现。目前，在通话过程中的安全模式控制过程(SMC)已经被制造厂商广泛使用并趋成熟，而重定位过程中的安全模式控制过程(SMC)却一直处于探索阶段，这也造成了不同厂家设备之间互连互通出现问题。希望通过上面的讨论为该技术的最终标准化实现提供帮助。