5G安全简要分析

 

1.绪论

从2018年的第一版5G标准（R15）到今年7月3日发布的第一个演进版本的5G标准（R16），5G标准愈加完善。同时，为有效保护5G通信的安全，其对应的安全标准也同时发布。
相对于传统的移动通信网络，5G通信技术大量的使用网络虚拟化等技术，降低网络平台的异构性，增加通用基础设施的建设。这一方面，降低了网络部署成本，另一方面，却增加了更多的攻击面。通用的基础技术，意味着攻击者可以采用一些传统IT领域的网络攻击技术发起攻击。另外，由于5G新的特性，也引入了一些新的安全特性。
为更好的了解5G攻防的相关技术，本文对5G通信网络可能会面临的安全风险进行简要介绍。

 

2.研究背景

5G的产生

5G全称是第五代移动通信技术，从名称中也可以看出之前有了第一代、二代…直到四代。
1G技术：诞生于上世纪80年代，以语音业务为主；
2G技术：诞生于上世纪90年代，以语音和短信业务为主；
3G技术：诞生于本世纪初，以语音、短信和多媒体为主；
4G技术：2012年世界无线电大会上，国际电信联盟无线电部门发布，以互联网业务为主；
5G技术：2018年6月发布了第一版5G标准（R15），其应用场景从移动互联网拓展到工业互联网、物联网等场景，并于2020年7月3日发布了第一个演进版本的5G标准（R16）。

5G应用场景

5G由于其具备传输效率快，传输数据量大等特性，可以被大量的应用在物联网领域。

另外，人们也将5G的应用场景分为如下图的三类，并且依据不同的业务场景具有不同的安全需求。

5G网络架构

 

3.安全分析

针对5G技术的安全分析主要可分为三部分内容，关键技术、应用场景以及结构性安全分析。

3.1关键技术安全分析

关键技术安全分析主要针对5G中采用的网络虚拟化以及网络切片等关键技术进行安全性分析

软件定义网络

控制器安全问题，SDN的网络规则都采用控制器来完成，而绝大多数的控制器缺乏安全保护机制。
SDN可编程性，由于它的可编程性，攻击者可利用这一特性，编写恶意控制逻辑代码。

网络功能虚拟化

计算、存储及网络资源共享化引入风险，由于资源的共享化，会导致数据安全出现问题，比如，某一网络资源被多个功能调用，不同功能对数据的调用，可能会导致数据在不同功能间的横向传播；
硬件设备虚拟化后，会将传统的硬件设备软件化，导致传统的硬件物理边界消失，引入软件安全的问题。攻击者可能会利用软件漏洞，发起攻击。这样也可能导致病毒的扩散

网络切片技术

网络切片技术的安全分析，可以分为用户与切片间、不同切片间、切片内网络功能间的安全。
其中，用户和切片间安全，包括用户认证与用户通信安全，用户认证，需保证接入用户的合法性，防止非法用户接入；用户通信安全，保证用户通信的合法性，防止数据被篡改。
不同切片间安全，某一切片遭受到攻击时，不应该影响到别的切片，比如在某一切片遭受到DDos攻击时，其他切片也可以正常访问。同时，终端设备同时连接不同切片时，防止切片间的数据泄露。
切片内网络功能间的通信应保证安全，注意通信的鉴权、验证。

边缘计算

边缘计算更加接近物理设施，更容易受到攻击，存在隐私安全的问题。比如，攻击者可以利用已攻破的边缘设施，获取设备隐私信息。同时，边缘计算平台上部署的应用会共享资源，单一应用被攻破可能会影响到其他应用。

网络能力开放

开放网络，意味着开放攻击接口。在没有安全验证机制的接口内，攻击者几乎可以为所欲为。所以需建立有有效安全验证机制的安全接口，防止攻击者进行攻击。
另外，这也会引入互联网通用协议的安全性问题，比如可能出现利用通用协议漏洞攻击设备的情况。

3.2应用场景安全分析

增强移动宽带（eMBB）场景

超大流量对现有安全防护手段形成挑战，现有IDS、IPS、防火墙等防护手段严重依赖于协议解析技术，时间消耗性过大
需依据业务场景选用不同的安全措施，比如在AR/VR对关键信息进行加密

超可靠低时延通信（uRLLC）场景

安全算法/协议需要低时延，接入验证、数据加密传输都会增加时延，需设计低时延的安全验证及数据安全传输机制
复杂安全机制部署受限，过于复杂的安全机制无法有效保护系统，安全机制既要保证安全又要足够高效

海量机器类通信（mMTC）场景

设备异构性强，该类场景部署设备种类繁多，安全防护难度较大，需采用群组认证技术
设备计算能力较弱，物联网设备仅有有限的计算能力，需设计轻量级的安全算法、简单高效的安全协议

3.3结构性安全分析

 

4.安全措施

 

5.结论

本文主要对5G的安全问题进行了简要的分析，并在此基础上，提出了安全措施。从文中也可看出，一种新技术的产生，会产生新的安全需求。一方面，新技术会引入整合旧有的技术，在这种情况下，会产生许多传统领域内固有的安全风险；另一方面，会设计出一种之前没有的东西，而这些会有新型的安全防护需求，需打破之前的认识，设计出合理有效的安全防护措施。
总之，伴随着新技术的不断产生，相关的安全防护需求任重而道远。