kolsek

Architektura bezpieczeństwa w systemie GSM polega na rozwiązaniu 3 kwestii bezpieczeństwa :
1) anonimowości - zapobieganie wykorzystania przechwyconego ruchu o identyfikacji osoby wykonującej połączenie, do identyfikacji abonenta wywołującego wykorzystywany jest jego międzynarodowy identyfikator IMSI, następnie przypisywany jest do niego identyfikator tymczasowy (ID lub TMSI) który jest często zmieniany
2) uwierzytelnianiu - konieczne do prawidłowego rozliczenia abonenta (który uwierzytelniany jest do stacji bazowej); zapobiega np. przed klonowaniem telefonów
3)poufności - dla zabezpieczenia treści przesyłanych informacji; wykorzystywany szyfr strumieniowy; sieć komórkowa po odebraniu IMSI z kontrolera stacji bazowej oblicza klucz Kc przy użyciu funkcji haszującej A8

Wymagania związane z bezpieczeństwem w GSM:
1) próba zapobiegnięcia klonowaniu telefonów komórkowych
2)poziom bezpieczeństwa jak w telefonach (w systemie PSTN)

Algorytmami stosowanymi do szyfrowania są algorytmy z grupy A5 (najnowszy  i najbezpieczniejszy to A5/3). Dużą rolę posiada karta SIM w telefonie komórkowym, która bierze udział w identyfikowaniu użytkownika i szyfrowaniu danych oraz uwierzytelnianiu.

Kolejne kroki uwierzytelniania:
1) Terminal przesyła IMSI abonenta wykonującego połączenie do sieci domowej przez stację bazową.
2)Sieć domowa (SD) ustawia odpowiedni klucz Ki do danego IMSI
3) SD następnie generuje RAND (liczbę losową) i XRES (oczekiwaną odpowiedź na  podstawie RAND i Ki, przy pomocy funkcji A3)
4) RAND, XRES i klucz Kc (używany do zapewnienia poufności) są przesyłane do stacji bazowej
5) RAND następnie jest wysyłana do terminala abonenta (ze stacji bazowej)
6) Terminal oblicza następnie SRES (odpowiedź na podstawie RAND i klucza Ki, także przy pomocy A3) i przekazuje wynik do stacji bazowej
7) W stacji bazowej następnie zostaje sprawdzona poprawność obliczonego SRES i oczekiwanego XRES.



Algorytmy wykorzystywane w procedurach bezpieczeństwa w systemie GSM:
1) algorytmy grupy A5 (strumieniowe) : A5/1, A5/2, A5/3, A5/0 (brak szyfrowania)
2) Najnowszy  i najbezpieczniejszy to A5/3
3) wersja algorytmu jest zależna od tego w jakie miejsce miały zostać wysłane dane


Właściwości i cechy asymetrycznych szyfrów:
Szyfry asymetryczne wykorzystują dwa klucze - jeden do szyfracji i drugi do deszyfracji, przy czym nie można ich zamienić i np. wykorzystać klucza do deszyfrowania, aby zaszyfrować wiadomość. Dodatkowo uzyskanie jednego klucza z drugiego jest bardzo trudne.
Wykorzystuje się w algorytmach asymetrycznych, funkcje jednokierunkowe, które łatwo można obliczyć, ale ciężko natomiast wyznaczyć  wartość funkcji odwrotnej.
Możliwe jest wykorzystanie algorytmów RSA - algorytmów powszechnie znanych. Każdy może przesłać nam zaszyfrowane dane, jednak nikt poza nami nie może ich deszyfrować - udostępnia się klucz publiczny do szyfracji, bez udostępniania klucza prywatnego, który jest potrzebny do deszyfracji.
Zaletą algorytmów asymetrycznych jest zwiększone bezpieczeństwo, ponieważ bez znajomości klucza prywatnego, nie można deszyfrować danych. Wadą natomiast jest złożoność obliczeniowa, przez co nie jest wprowadzona powszechnie (ze względu na możliwe opóźniania i utrudnienia w przetwarzaniu w czasie rzeczywistym).

Właściwości i cechy asymetrycznych szyfrów:
Szyfry asymetryczne wykorzystują dwa klucze - jeden do szyfracji i drugi do deszyfracji, przy czym nie można ich zamienić i np. wykorzystać klucza do deszyfrowania, aby zaszyfrować wiadomość. Dodatkowo uzyskanie jednego klucza z drugiego jest bardzo trudne.
Wykorzystuje się w algorytmach asymetrycznych, funkcje jednokierunkowe, które łatwo można obliczyć, ale ciężko natomiast wyznaczyć  wartość funkcji odwrotnej.
Możliwe jest wykorzystanie algorytmów RSA - algorytmów powszechnie znanych. Każdy może przesłać nam zaszyfrowane dane, jednak nikt poza nami nie może ich deszyfrować - udostępnia się klucz publiczny do szyfracji, bez udostępniania klucza prywatnego, który jest potrzebny do deszyfracji.
Zaletą algorytmów asymetrycznych jest zwiększone bezpieczeństwo, ponieważ bez znajomości klucza prywatnego, nie można deszyfrować danych. Wadą natomiast jest złożoność obliczeniowa, przez co nie jest wprowadzona powszechnie (ze względu na możliwe opóźniania i utrudnienia w przetwarzaniu w czasie rzeczywistym).
Algorytm asymetryczny przedstawiony wzorami:
E_K1(M) = C i D_K2(C) = M oraz D_K2(E_K1(M)) = M


Przykłady wykorzystania szyfrów asymetrycznych:
1) podpis cyfrowy MAC (Message Authentication Code)
2) szyfrowanie tradycyjne bez przetwarzania w czasie rzeczywistym (ze względu na dużą złożoność obliczeniową
3) Kryptografia klucza publicznego
4) Problem plecakowy
5) Faktoryzacja dużych liczb
6) system plecakowy Merkle-Hellmana

System szyfracji (plecakowy) Merkle-Hellmana (na przykładzie) :
1) należy wygenerować superplecak - wektor wag W uszeregowanych (suma elementów przed n-tym elementem jest mniejsza niż ten n-ty element np. {3, 7, 13})
2) wybieramy współczynniki m i n (liczby względnie pierwsze i n > sum(W), np. m = 2 i n = 29)
3) generujemy elementy plecaka ogólnego W' : W'_n = (W_n*m)mod(n)
4)kluczem publicznym jest plecak ogólny, a kluczem prywatnym jest : plecak superplecak, odwrotność modularna liczby m względem n (lub liczba m) oraz n
5) następnie oblicza się sumę ważoną C (szyfrogram, następnie wysyłany do odbiorcy)
6) deszyfrowane polega na obliczeniu sumy ważonej współczynników (el. klucza prywatnego) i odebranego C (S = c*m'mod(n), gdzie m' to odwrotność modularna)
7) na podstawie superplecaka obliczana jest binarna wartość wiadomości :
jeśli W_n <= S  wtedy  W_n jest elementem sumy i a_n = 1,
jeśli W_n  >  S  wtedy  W_n nie jest elementem sumy i a_n = 0